Brevet FR2357545A1 — publié le 19780203

La présente invention est relative à un procédé de préparation dolychlorophtalocyanines de cuivre pratiquement exemptes de polycblorophtalocyanines dtaluminiumL A l'échelle industrielle, on prépare les polychlorophtalocyanines de cuivre (polychloro-Cu-Pc) par chloration de la phtalocyanine de cuivre (CuPc) à chaud dans un bain de chlorure d'alu minium et de chlorure de sodium fondus (brevet américain nO 2 247 752 ; BIos Final Report nO 960, pp. 49-51.D'après le rapport BIOS, on introduit lentement (100 à 146 kg/h) la phtalocyanine de cuivre dans le bain fondu à 1550 C, de manière à ne pas -dépasser 1650C, On introduit ensuite du chlore dans le mélange à 1600-1900C Jusqutau degré de chloration voulu. la chloration doit Astre lente au début, sinon il se perd trop de chlore avec le gaz chlorhydrique formé par la réaction. On emploie 0,19 partie en poids de phtalocyanine de cuivre (CuPc) par partie en poids de bain fondu. Ce procédé présente une série d'inconvénients : c'est ainsi qu'on obtient à partir de CuPc différentes des produits doués de propriétés pigmentantes très différentes. Ces produits de chloration sont très difficiles à mettre sous forme de pigments utilisables. Un autre inconvénient est que le rendement volumique horaire est bas et que la dépense d'énergie est élevée. De plus, le chlorure d'aluminium se sublime à ces températures élevées, ce qui élève le point decongélation et la visosité du mélange fondu. Mais le plus grand inconvénient de ce procédé de chloration est qu'il se produit dans le mélange fondu un remplacement du cuivre de CuPc par de l'aluminium : on obtient donc une polychlo- roCaPc qui contient de la polychlorophtalocyanine d'aluminium. Corme ces mélanges ont des couleurs nettement moins franches et des solidités à la lumière et aux intempéries nettement moins bonnes que la -polychloroCuPc pure, cet échange nuit à la qualité -de la couleur et à la qualité technique du produit. C'est là certainement la raison pour laquelle le rapport BIOS indique qu'il -faut refroidir le bain fondu à 1550C avant d'introduire la CuPc et introduire celle-ci lentement à cause de la chaleur de dissolution dégagée. Même quand on observe ces conditions, il se produit un échange appréciable du cuivre contre l'aluminium, surtout au début de l'introduction de CuPc, ce qui est facile à mettre en évidence par analyse. Le brevet allemand nO 1 125 574 décrit un procédé de chloration des phtalocyanines dans des bains de chlorure de fer et/ou d'aluminium fondus contenant éventuellement des produits destinés à abaisser le point de fusion, dans lequel on traite le mélange fondu, à des températures supérieures à 1200 C, mais ne dépassant pas sensiblement 2000C, par de l'oxygène, par des gaz contenant de l'oxygène > ou par des composés non colorants qui dégagent de l'oxygène à ces températures. En plus du faible rendement volumique horaire et des grandes quantités de bain nécessaires (20 parties en poids pour une de CuPc), ce procédé à l'inconvénient de ne permettre que très difficilement l'obtention de composés fortement chlorés. Les brevets allemands nO 1 059 595, nO 1 254 787 et nO 1 250 032 décrivent des procédés dans lesquels on chlore la CuPc dans des bains de chlorures d'aluminium et de sodium fondus entre 1200C et 1600 C. On emploie comme halogénants des acides halogénosulfuriques tels que l'acide chlorosulfonique, des chlorures de soufre avec du chlorure de pyrosulfuryle, ou du monochlorure de soufre et du chlorure de sulfuryle. Le brevet américain nO 2 873 279 décrit un procédé de chloration de la CuPc dans lequel on emploie comme milieu réactionnel un mélange liquide de chlorure d'aluminium et d'anhydride sulfureux. La chloration se fait par introduction simultanée de chlore et d'anhydride sulfureux entre 750C et 1800C. Ces procédés ne sont pas rentables, du fait du coût de l'ha- logénant et/ou du faible rendement volumique horaire. Par suite de la formation de grandes quantités de gaz agressifs dégagés au cours de la chloration, ces procédés posent aussi des problèmes écologiques difficiles à rdsoudre. La présente invention a pour but de fournir un procédé applicable industriellement dans lequel on puisse chlorer la CuPc par le chlore élémentaire dans le bain usuel de chlorures d'aluminium et de sodium fondus, et dans lequel il ne se produise pas ou très peu d'échange du cuivre contre de l'åluminium. On a découvert qu'on obtenait de la polychloroCuPc pratique ment exempte de phtalocyanines d'aluminium par chloration de la CuPc dans des bains de chlorures d'aluminium et de sodium fondus entre 1100C et 1900C en introduisant rapidement 0,25 à 0,32 partie en poids de phtalocyanine de cuivre par partie de bain fondu à une température comprise entre le point de solidification et 12O0C, éventuellement avec introduction simultanée de chlore, et en chlorant par introduction rapide de chlore avec refroidissement entre 1200C et 1600 C. Le procédé selon ltinvention donne, à partir de CuPc préparées par les procédés connus les plus divers, des polychloroCuPc de haute qualité, contenant en moyenne moins de 0,05 % en poids de phtalocyanine d'aluminium. C'est ainsi que la CuPc préparées par le "procédé du four", dont la pureté est voisine de 90 %, peut titre transformée en une polychloroCuPc vert-Jaune de haute qualité. tes produits obtenus peuvent eAtre transformés en pigments de haute qualité par tous les procédés de finissage connus. Les polychlorophtalocyanines cuivriques obtenues par le procédé de l'invention contiennent 8 à 16, de préférence 13 à 16 atomes de chlore par molécule. On met généralement le procédé en oeuvre comme suit. On prépare un bain fondu de chlorure d'aluminium et de sodium, quton chauffe vers 1600 C. On refroidit ensuite le bain à une température comprise entre la température de solidification (850-105QC environ) et 1200 C, de préférence entre 900C et 1100 C. On introduit ensuite la CuPc dans le bain aussi rapidement que possible en refroidissant. On a avantage à commencer simultanément l'introduction de chlore.Quand toute la CuPc a. tété introduite, on introduit un fort courant de chlore en refroidissant toujours, de manière à introduire la quantité de chlore nécessaire pour obtenir la polychloroCuPc (contenant de préférence 48 ffi à 50 ffi de chlore en poids) en 10 à 13 heures. On maintient la température entre 1200C et 1600 C. Quant le dégagement de chaleur a cessé, on poursuit la chloration Jusqu'au bout à 140"-1600C. Pour faciliter le finissage, on chauffe alors le mélange réactionnel à 1600-1800C, puis on le décompose d'une manière connue en le versant dans l'eau et on sépare la polychloroCuPc précipitée. Le bain de chlorures d'aluminium et de sodium fondus contient de préférence 20 à 25 parties en poids de chlorure de sodium pour 100 parties de chlorure d'aluminium. Le point de congélation de ces bains est compris entre 850c et 1050 C. Le rapport en poids entre la CuPc et le bain fondu au début de la chloration peut at teindre 0,33 ; il est généralement compris entre 0,20 et 0J33, de préférence entre 0,25 et 0,30.On peut aussi employer des mélanges fondus contenant moins de CuPc, par exemple avec un rapport CuPc/ bain de 0,1 ou mtme moins, mais le rendement volumique horaire diminue et l'échange Cu-Al est favorisé par la teneur élevée du bain en chlorure d'aluminium. En outre, on obtient nettement plus dteaux résiduaires contenant du chlorure d'aluminium. Dans la mise en oeuvre industrielle, on emploie 500 à 720 kg, de préférence 560 à 66o kg de CuPc pour 2200 kg de bain fondu. On doit introduire la CuPc aussi rapidement que possible, de préférence en une heure ou moins, dans le bain refroidi entre son point de solidirication et 1200 C, de préférence entre 900C et 1100 C, et en refroidissant. On a avantage à introduire simultanément du chlore dès le début. la quantité de chlore introduite avec la CuPc est d'environ 35 % à 80 % de la quantité introduite ensuite.Pour la chloration, une fois l'introduction de CuPc terminée, on introduit par heure 7% à 12%, de préférence 8% à 10% de la quantité globale de chlore. La température est alors comprise entre 1200C et 160 C, généralement 1200C à 1400C Jusqu'au milieu de la chloration et ensuite 1400C à 1600C jusqu'à la fin. Par suite du fort dégagement de chaleur, on a avantage à régler l'introduction de chlore d'après la température, de manière à introduire constamment la quantité optimale de chlore : si la température baisse, on augmente le débit de chlore ; si elle s1 élève, on le diminue.Quand le dégagement de chaleur diminue vers la fin de la réaction, on moins tient la temperature entre 1400C et 180 C par chauffage. Dans ces conditions, la chloration est généralement terminée en 10 à 13 heures; autrement dit, le procédé de l'invention permet de transformer 500 à 720 kg de CuPc dans environ 2200 kg de bain fondu en 10 à 13 heures en polychloroCuPc contenant 48% à 50 de chlore en poids. te procédé selon l'invention se distingue de l'état actuel de la technique par les caractéristiques suivantes a. On refroidit le bain fondu à une température comprise entre le point de solidification et 1200C, de préférence entre 900 C et 110 C ; b. on introduit la CuPc à cette température aussi rapidement que possible ; c. on refroidit le mélange fondu pendant l'introduction de CuPc; d. le rapport en poids CuPc/baln est de préférence compris entre 0,25 et 0,30 ; e. on introduit ensuite régulièrement du chlore pendant 10 à 13 heures en refroidissant. Du fait de la baisse de réactivité, on pouvait prévoir que la chloration ne démarrerait pas entre 900C et 1200C. C'est pour cette raison que les procédés selon les brevets allemands n 1 059 595, 1 254 787 et 1 250 032 utilisent des agents de chloration plus actifs que le chlore. I1 est remarquable qu'on puisse introduire aussi rapidement la CuPc, car le volume de CuPc est nettement supérieur au volume disponible, et que le mélange puisse encore autre agité.L'Introduc- tionrapide d'unequacité accrue de CuPc empêche pratiquement l'échange du cuivre contre de l'aluminium. D'après le rapport BIOS cité plus haut, pour empocher cet échange, il faut introduire lentement la CuPc dans le bain fondu (par exemple à raison de 220 kg CuPc en 1,5 à 2 heures). I1 était donc imprevisible que l'introductlon rapide de plus grandes quantités de CuPc emp8ehe- rait pratiquement l'échange du cuivre contre l'aluminium. On élimine par refroidissement la chaleur de dissolution dégagée par l'introduction de CuPc dans le bain fondu, ce qui permet une introduction rapide aux températures mentionnées. Comme le point de solidification du mélange est abaissé par la dissolut ion de CuPc, on peut évacuer cette chaleur sans que le mélange fondu risque de se solidifier. te procédé selon l'invention transforme laCuPc enpolychloro CuPc, sous forme de solution ou suspension à 20-26% en poids dans le mélange fondu. Dans l'état actuel de la technique, par contre, la chloration dans des bains de chlorures d'aluminium et due sodium fondus se fait avec des teneurs nettement plus faibles en CuPc. Flétrit imprévisible pour un homme de 11art quflon pourrait élever à ce point la teneur en CuPc par rapport au bain fondu. Comme la quantité de CuPc est presque doublée par chloration, on aurait pu prévoir que la viscosité du mélange réactionnel augmenterait fortement du fait de la grande quantité de produit de réaction, et que le mélange réactionnel ne pourrait plus être envoyé par un tube de vidange de la cuve de réaction dans la cuve de décomposition. Or ce n'est pas le cas. La chloration peut être amorcée dès le début de l'introduction de CuPc par barbotage d'un courant de chlore réglé par étranglement et amenant 35 % à 80% de la quantité de chlore introduite après la CuPc. Après l'introduction de la CuPc, on élève aussit8t le débit de chlore, de préférence Jusqu'S 8 % à 10 % de la quantité stoechiométrique par heure. On refroidit en mssme temps le mélange réactionnel Jusqu'à cessation du dégagement de chaleur. C'est ainsi qu'on introduit en 10 à 13 heures la quantité de chlore nécessaire pour 600 kg de CuPc, soit 100 à 120 kg/h de chlore. Par comparaison avec les indications du rapport BIOS cité plus haut, on introduit trois fois de chlore par unité de temps dans le procédez de la présente invention, pour la même quantité de CuPc. Avec une telle augmentation de la quantité de chlore par unité de temps, on aurait pu prévoir que le chlore ne serait que partiellement absorbé par le mélange réactionnel et qu'une grande partie le traverserait sans autre altérée. De plus, du fait de la teneur élevée du mélange réactionnel en CuPc, la teneur en chlorure d'aluminium (catalyseur) est réduite d'autant. Le refroidissement du mélange réactionnel permet de perchlorerlaCuBcau-dessoue de 1500C avec des rendements volumiques horaires élevés. Pour faciliter le finissage, il faut chauffer le mélange, une fois la réaction terminée, à 1600-1800C, de préférence à 180 C, sans quoi le produit de réaction ne peut pas être mis sous forme de pigment stable. Le procédé selon l'invention permet de transformer la CuPc obtenue par tout procédé connu (même impure) en polychloroCuPc vert-Jaune de haute qualité avec des rendements volumiques horaires élevés. Les produits obtenus peuvent autre transformés en pigments de haute qualité par tous les procédés de finissage con nus pour le polychlorophtalocyanines de cuivre. Exemple 1 Dans un appareil de 2,4 2 muni d'un agitateur et d'un tube d'arrivée de chlore, on chauffe 1800 kg de chlorure d'aluminium et 420 kg de chlorure de sodium, en une seule fois ou en plusieurs additions successives, et on les fait fondre en mélange homogène en 5 heures environ : la température interne atteint alors 160 C. On refroidit extérieurement à 1000-1100C en une ou deux heures en agitant. Tout en continuant à refroidir, on introduit en une heure 600 kg de phtalocyanine de cuivre (préparée à partir du phtalodinitrile dans le nitrobenzène selon l'exemple de la demande de brevet allemand Dr-As 1569 646). On commence en mEme temps l'introduction de chlore, d'abord à raison de 30 kg/h, puis au bout de 30 minutes à raison de 50 kg/h ; une fois l'introduction de phtalocyanine de cuivre terminée, on porte le débit de chlore à 100 kg/h en moyenne. En réglant simultanément le refroidissement et le débit de chlore (entre 80 et 120 kg/h), on maintient la température au-dessous de 1500 C. Dès que le degré de chloration voulu est atteint, ce qui prend 10 à 13 heures, on arrête l'arrivée de chlore on porte le mélange de 1400-1606C à 1800C, on le maintient à 1800C pendant 30 minutes, puis on le vidange par le fond dans de l'eau et on isole la polychlorophtalocyanine de cuivre de la suspension obtenue. On obtient 1100 kg de polychlorophtalocyanine de cuivre contenant 48% à 49% de chlore. La teneur en aluminium d'un échantillon séché, dissous dans l'acide sulfurique et reprécipité par dilution est inférieure à 0,05 %. ExemPle 2 On fait fondre comme dans l'exemple 1 un mélange de 1800 kg de chlorure d'aluminium anhydre, 410 kg de chlorure de sodium et 20 kg de bromure de sodium. L'introduction de la phtalocyanine de cuivre et la chloration se font comme dans 1'exemple 1. La fin de la chloration se manifeste par l'apparition d'épaisses vapeurs brunes de brome. Exemple 3 Dans un appareil de 2,4 m3, muni d'un agitateur et d'une arrivée de chlore, on chauffe 1800 kg de chlorure d'aluminium et 420 kg de chlorure de sodium, en une seule fois ou en plusieurs additions successives, et on les fait fondre en mélange homogène en 5 heures environ ; la température interne atteint alors 1600 C. On refroidit extérieurement à 1000-1100C en une à deux heures en agitant. Tout en continuant à refroidir, on introduit en une heure 600kg de phtalocyanine de cuivre contenant 0,5 fi de chlore (préparée par le procédé du four à partir de phtalodinitrile et de chlorure cuivreux d'après BIOS Final Report nO 960, P. 22). On commence en même temps l'introduction de chlore, d'abord à raison de 30 Kg/h, puis au bout de 30 minutes à raison de 50 kg/h; une fois l'introduction de phtalocyanine de cuivre terminée, on porte le débit de chlore à 100 kg/h en moyenne. En réglant simul tanément le refroidissement et le débit de chlore (entre 80 et 120 kg/h) on maintient la température au-dessous de 1500 C. Dès que le degré de chloration voulu est atteint, ce qui prend 13 heures, on arrente l'arrivée de chlore, on porte le mélange de 140 -160 C à 1800 c, on le maintient à 180 C pendant 30 minutes-, puis on le vidange par le fond dans de l'eau et on isole la polychlorophta- locyanine de cuivre de la suspension obtenue. On obtient 1100 kg de polychlorophtalocyanine de cuivre contenant 48% à 49% de chlore. ta teneur en aluminium d'un échantillon séché, dissous dans l'acide sulfurique et reprécipité par dilution est inférieure à 0,05 %. Exemple 4 Dans un bain fondu de 600 parties de chlorure d'aluminium et 135 parties de chlorure de sodium à 120 C, on introduit en 15 minutes 192 parties de phtalocyanine de cuivre (préparée par le procédé aux solvants d'après l'exemple de la demande de brevet allemand Dr-As 1 569 646), soit 0,26 partie de phtalocyanine de cuivre par partie de bain fondu. On agite i 1200C sans introduire de chlore. On prélève des échantillons au bout de 15, 30 et 60 minutes. On les décompose dans l'acide chlorhydrique dilué, et on les traite et sèche de la manière habituelle.On pulvérise les échantillons séchés, on les agite jusqu'au lendemain à la température ordinaire dans 10 parties d'acide sulfurique à 96 on on verse le mélange dans 100 parties d'eau, on essore à 60 C, on lave jusqu'à neutralité et on sèche. ta teneur en aluminium, mesurée par absorption atomique, est la suivante : Temps de séJour dans le mélange fondu Teneur en aluminium (sous forme de phta locyanine d ' alumi. nium) 15 minutes 0,08 % 30 minutes 0,08 % 60 minutes 0,08 % Si l'on introduit dans le même bain 10 parties de la mme phtalocyanine cuivrique au lieu de 192 parties et qu'on traite comme ci-dessus, la phtalocyanine de cuivre séchée et reprécipi- tée comme ci-dessus contient 0,86 % d'aluminium sous forme de phtalocyanine d'armonium. Exemple 5 Dans un mélange fondu de 1000 parties de chlorure d'aluminium et 210 parties de chlorure de sodium à 1100 C, on introduit 250 parties de phtalocyanine de cuivre, et on agite le mélange à 110 C pendant une heure à partir du debut de l'introduction. On chlore et on traite le mélange réactionnel comme dans l'exemple 1. Après purification à l'acide sulfurique comme dans l'exemple 4, le produit obtenu contient 4813% de chlore, 5,4% de cuivre et 0,04% d'aluminium. nEVENDICATIONS 1. Procédd perfectionné de préparation des polychlorophtalo- canines de cuivre par chloration de phtalocyanines de cuivre dans des bains de chlorures aluminium et de sodium fondus entre 1100C et 1900C, caractérisé par l'introduction rapide de 0,20 à 0,3) partie en poids de phtalocyanine de cuivre par partie en poids de bain fondu entre le point de solidification du bain et 1200C, suivie de l'introduction de.7 ffi à 12 % de la quantité stoe ehiométrique de chlore par heure entre 120 C et 1600 C. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par l'utilisation d'un bain fondu contenant 20 à 25 parties en poids de chlorure de sodium pour 100 parties en poids de ehlorure-d'alu- minium. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par l'introduction de la phtalocyanine de cuivre entre 900C et 1100C, 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par l'introduction de chlore dans le bain en meme temps que de phtalocyanine de cuivre. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le mélange réactionnnel contient 0,20 à 0,33 partie en poids de phtalocyanine de cuivre par partie de bain de chlorures d'aluminium et de sodium fondus avant la chloration ou au début de eelle-ciX 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le mélange réactionnel contient 0,25 à 0,30 partie en poids de phtalocyanine de cuivre par partie de bain de chlorures d'aluminium et de sodium fondus avant la chloration ou au début de celle-ci. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par l'introduction de 8 % à 10 % de la quantité stoechiométrique de chlore par heure. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la chloration est effectuée d'abord entre 1200C et 1400c, puis, quand la chaleur de réaction diminue, entre 140 C et 160 C Jusque fin de réaction. 9, Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les poiychlorophtalocyanines de cuivre préparées contiennent 8 b 16 atomes de chlore par molécule. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les polychlorophtalocyanines de cuivre préparées contiennent 13 à 16 atomes de chlore par molécule.