有機(jī)顏料黃PY110合成工藝的現(xiàn)狀

劉建東(先尼科化工(泰興)有限公司，江蘇 泰興 225400)

0 引言

有機(jī)顏料作為一種特殊的色料，因此，作為膠印油墨、凹版印刷油墨、柔性版印刷油墨、塑料用著色劑、涂料、彩色調(diào)色劑、濾色器用彩色濾光片用抗蝕劑油墨、噴墨油墨等著色組合物，其用途極其廣泛。當(dāng)前有機(jī)顏料不但品種眾多，而且紅、黃、藍(lán)色普齊全[1]。有機(jī)顏料同時(shí)又具備體質(zhì)輕、著色力高、易分散的優(yōu)點(diǎn)，可又普遍存在耐溫、耐曬、耐氣候性差的缺陷，不能滿足戶外涂料、戶外油墨等領(lǐng)域的使用要求。因此，具備耐溫性、耐曬性、耐候性的同時(shí)又具備良好的色飽和度和著色力等優(yōu)點(diǎn)的高品質(zhì)有機(jī)顏料被市場迫切需求。

為了適應(yīng)市場需求，使顏料具備優(yōu)良的色飽和度和著色力以及改善耐氣候性、耐光性、耐熱性和耐化學(xué)性等耐久性等性能，出現(xiàn)了異吲哚啉酮高性能有機(jī)黃顏料，主要品種有顏料黃PY109、PY110、PY138等，該類顏料是一種重要的有機(jī)顏料，顏色純凈，具有商業(yè)價(jià)值的是綠光黃色和紅光黃色。目前主要用于油漆，油墨以及塑料的著色，具有優(yōu)異的耐熱性、耐光性和耐溶劑性能，本文以具有代表性的顏料黃PY110為研究對象，介紹了合成工藝路線，為制備合成有機(jī)顏料黃提供理論支持。

1 有機(jī)顏料黃PY110的簡介

1.1 有機(jī)顏料黃PY110的概述

有機(jī)顏料黃PY110簡稱顏料黃110，別名為C.I.顏料黃137，CAS號為5590-18-1，分子式為C22H6Cll8N4O2，狀態(tài)為黃色粉末，結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 有機(jī)顏料黃PY110的結(jié)構(gòu)式

1.2 有機(jī)顏料黃PY110的性質(zhì)

顏料黃PY110是紅光很強(qiáng)的黃色有色有機(jī)顏料，其各項(xiàng)牢度性能都很好，被認(rèn)為是所有紅光黃色有機(jī)顏料中性能最好、紅光很強(qiáng)的一種有機(jī)顏料。另外，顏料黃PY110是黃色有機(jī)顏料中耐曬牢度和耐候性最好的品種之一，著色力中等，用于聚烯烴著色時(shí)，1/3標(biāo)準(zhǔn)深度的高密度聚乙烯的耐熱性達(dá)250℃/5min，與5%的鈦白粉配制1/25標(biāo)準(zhǔn)深度的聚氯乙烯耐曬牢度可達(dá)7-8級、耐熱性為260℃/5min。其主要的物化特性如表1所示。

1.3 有機(jī)顏料黃PY110的用途

顏料黃PY110憑借其優(yōu)異的耐光、耐氣候牢度及耐熱、耐遷移性等性能使其具有廣泛的用途，主要用于涂料、油墨、塑膠及合成纖維。在涂料行業(yè)中，主要用于高檔工業(yè)漆和汽車漆，其耐曬牢度和耐氣候牢度、耐再涂性極佳；在塑料工業(yè)中，顏料黃PY110在塑料注塑中顯示優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能和耐光牢度，特別適用于聚烯烴、聚苯乙烯、軟質(zhì)聚氨酯等高分子材料等塑料著色、丙綸纖維的原液著色以及原液尼綸和聚脂纖維的著色，在塑料行業(yè)中，顏料黃PY110的應(yīng)用狀況如表2所示。

表1 有機(jī)顏料黃PY110的主要物化特性

表2 顏料黃PY110的應(yīng)用狀況

2 有機(jī)顏料黃PY110的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，中國已成為世界上有機(jī)顏料的產(chǎn)量較大的國家，主要產(chǎn)品為價(jià)格較低的經(jīng)典顏料，但性能好、價(jià)格高的高質(zhì)量產(chǎn)品存在供求缺口，主要依靠國外進(jìn)口[2]。為了在中國本土加工生產(chǎn)具有高經(jīng)濟(jì)附加值的高性能有機(jī)顏料，中國企業(yè)開始優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品利用率[3]。目前，我國生產(chǎn)的高性能顏料質(zhì)量與國外也還存在差距，如在安全性及品質(zhì)要求較高的食品包裝用油墨，以及高耐候性牢度的汽車漆等方面，國產(chǎn)顏料很大程度上仍滿足不了我國高端市場的需求。隨著我國有機(jī)顏料生產(chǎn)企業(yè)對發(fā)展高性能顏料越來越重視，以及在中間體、顏料合成技術(shù)的突破和掌握，預(yù)計(jì)在今后一段時(shí)間內(nèi)，我國有機(jī)顏料的出口量會繼續(xù)增加，而對高性能有機(jī)顏料的進(jìn)口依賴性將會有所下降。隨著環(huán)保意識的提升，高性能、環(huán)保型有機(jī)顏料是未來的發(fā)展趨勢，經(jīng)典有機(jī)顏料的色彩較鮮艷，但其耐光性、耐熱性等性能無法達(dá)到不斷擴(kuò)展的應(yīng)用領(lǐng)域所要求的水平。高性能有機(jī)顏料使用時(shí)展現(xiàn)出更優(yōu)異的物理化學(xué)特性，既具有經(jīng)典有機(jī)顏料顏色鮮艷、色強(qiáng)高的優(yōu)點(diǎn)，又能滿足中高檔涂料、油墨、塑料等領(lǐng)域?qū)δ凸庑浴⒛蜔嵝?、耐溶劑性等更高性能的要求，從而成為有機(jī)顏料發(fā)展的趨勢。高性能有機(jī)顏料可分為苯并咪唑酮、大分子等多個(gè)系列，各系列產(chǎn)品的耐熱、耐光等性能不盡相同，主打顏色也有所差異，對于苯并咪唑酮系列顏料，其主打色為黃色和橙色。苯并咪唑酮系列黃色顏料中性能較高的顏料主要有顏料黃PY110、PY109以及PY138等，為了生產(chǎn)高性能、環(huán)保型有機(jī)顏料，國內(nèi)外對顏料黃的合成工藝方法研究頗多。

3 有機(jī)顏料黃PY110的合成工藝方法

3.1 有機(jī)顏料黃PY110的傳統(tǒng)合成工藝方法

有機(jī)顏料黃110最早報(bào)道于美國公司，但最早推出該顏料的是瑞士的Ciba-Gneigy公司，該顏料是20世紀(jì)60年代中期，繼喹吖啶酮顏料和二噁嗪顏料以后發(fā)展起來的一種新顏料，國內(nèi)外學(xué)者針對有機(jī)顏料黃PY110的合成工藝方法研究頗多，常見有機(jī)顏料黃110的傳統(tǒng)合成工藝方法主要有以下幾種，如表3所示。

表3 有機(jī)顏料黃PY110的傳統(tǒng)合成工藝方法

3.2 有機(jī)顏料黃PY110的新合成工藝方法

為了解決傳統(tǒng)合成工藝中存在的技術(shù)問題與不足，克服傳統(tǒng)工藝中存在的合成路線長、收率不高、成本較高、工藝時(shí)間長、污染重等問題，國內(nèi)外紛紛開始研究得到有機(jī)顏料黃PY110的新合成工藝方法，目前，國內(nèi)提出新的合成工藝方法，即：采用由四氯鄰苯二甲酸酐與尿素制得的四氯鄰苯二甲酰亞胺為原料，在少量催化劑的作用下與對苯二胺在溶劑中直接胺解，得到中間體，然后與PCl5進(jìn)行縮合，最終得到顏料黃PY110。具體合成工藝路線如下所述：

步驟1：使用四氯鄰苯二甲酸酐為原材料，在溶劑二甲苯或二氯苯中與尿素于溫度130～150℃下進(jìn)行反應(yīng)，或者與氨氣反應(yīng)生成鄰苯二甲酰亞胺。

步驟2：用步驟1生成的四氯鄰苯二甲酰亞胺在二甲苯或二氯苯溶劑中加入少量堿性或酸性催化劑，然后與對苯二胺反應(yīng)，生成化合物(I)，結(jié)構(gòu)式如圖2所示。

圖2 合成工藝路線

其中，反應(yīng)溫度控制在70～90℃，因?yàn)闇囟冗^低不易反應(yīng)，溫度過高反應(yīng)產(chǎn)物易分解；反應(yīng)時(shí)間控制在3～4h，由于時(shí)間過短該反應(yīng)可能沒有完成，時(shí)間過長則生成的雜物變多。

步驟3：用步驟2生成的化合物在二甲苯或二氯苯溶劑與縮合劑PCl5或脫水劑在溫度60～100℃、時(shí)間0～5h條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷卻依次用甲醇、水洗滌得到成品顏料黃PY110。

優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)顏料黃PY110的新合成工藝方法，首先將傳統(tǒng)工藝中的酰氯化由三步胺解合并為二步胺解完成，并且避免了溶劑DMF的使用，從而不用分離提純廢液(DMF+H2O)，得到中間體(I)的收率較高大于98%，而且反應(yīng)用過的廢溶劑可以用簡單的分液、蒸餾等手段得到回收加以利用。

4 結(jié)語

文章以具有代表性的顏料黃PY110為研究對象，介紹了傳統(tǒng)的合成工藝路線，并基于傳統(tǒng)合成工藝路線中存在的問題開發(fā)研究了有機(jī)顏料黃PY110的新生產(chǎn)方法，為制備高性能、環(huán)保型有機(jī)顏料黃PY110提供理論支持。