СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПИГМЕНТА ОРАНЖЕВОГО Ж
METHOD OF PREPARING ORANGE G PIGMENT

Изобретение относится к получению пигментов, а именно пигмента оранжевого Ж (ТУ 6-14-46-81), который применяется в полиграфической, лакокрасочной и резиновой промышленности, а также для производства водных пигментных паст для текстильной печати.
Из уровня техники известны способы получения пигментов.
Так, из описания к авторскому свидетельству СССР №1344767 (МПК 4: С09В 29/40, опубликован 15.10.1987) известен способ получения пигмента оранжевого Ж. Известный способ заключается в последовательном проведении следующих стадий: приготовление суспензии 3,3′-дихлорбензидина, диазотирование полученной на первой стадии суспензии 3,3′-дихлорбензидина с получением раствора диазосоединения, приготовление раствора натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона, азосочетание раствора диазосоединения и раствора натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона с получением суспензии пигмента оранжевого Ж. При этом, с целью снижения содержания водорастворимых солей в целевом продукте и сокращения количества сточных вод, 1-фенил-3-метил-5-пиразолон используют в виде раствора в соляной кислоте, а сочетание ведут при рН 0,8-1,5 с использованием в качестве ПАВ смеси продукта конденсации сульфокислот нафталина с формальдегидом, натриевой соли бутилнафталин-1-сульфокислоты и фосфата натрия.
Недостатком известного способа является высокая себестоимость готового продукта из-за обеспечения кислой среды реакции и дополнительного количества ПАВ, наличие большого количества кислых стоков, содержащих активные органические соединения, красный оттенок готового продукта.
Технический результат патентуемого изобретения заключается в увеличении свободной энергии, количества активных центров частиц и силы активных центров, повышении температуры проведения процесса до 18-20°С и сокращении времени, затрачиваемого на получение пигмента оранжевого Ж. Кроме этого, технический результат заключается в улучшении пигментных, технологических свойств, а также обеспечении безопасности с экологической точки зрения, снижение себестоимости готового продукта, повышение качественных показателей (оптических и реологических).
Данный технический результат достигается за счет осуществления способа получения пигмента оранжевого Ж, заключающегося в последовательном осуществлении следующих стадий:
- приготовление суспензии 3,3′-дихлорбензидина,
- диазотирование полученной на первой стадии суспензии 3,3′-дихлорбензидина с получением раствора диазосоединения,
- приготовление раствора натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона,
- азосочетание раствора диазосоединения и раствора натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона с получением суспензии пигмента оранжевого Ж. Согласно патентуемому способу, раствор диазосоединения, полученный на стадии диазотирования, подвергают фильтрации с получением очищенного раствора диазосоединения, который подают на стадию азосочетания, при этом на каждую из стадий вводят наноматериалы.
Причем на первой стадии суспензию 3,3′-дихлорбензидина получают смешением 3,3′-дихлорбензидина, воды и наноматериалов. В качестве наноматериалов используют мицеллярный раствор серебра в химически чистом изооктановом растворителе и размером частиц серебра 3-12 нм. В результате осуществления этой стадии получают суспензию 3,3′-дихлорбензидина, характеризующуюся высокой степенью однородности, незначительным размером (не более 50 мкм) частиц твердого вещества и содержащую ингибитор реакции диазотирования.
Вторую стадию - стадию диазотирования полученной на первой стадии суспензии 3,3′-дихлорбензидина осуществляют нитритом натрия с добавлением соляной кислоты, воды и наноматериалов.
В качестве наноматериалов на второй стадии может быть использован порошок наночастиц железа с размером частиц 50 нм. Мольное соотношение 3,3′-дихлорбензидина, нитрата натрия и соляной кислоты выбрано из соотношения 1:2:3,5-1:2,25:7. Осуществление второй стадии с использованием перечисленных компонентов и при выбранном соотношении приведет к получению раствора диазосоединения с выходом по целевому компоненту близким к 100% и с незначительным избыточным содержанием нитрита натрия, и с устойчивым к термодеструкции диазосоединению.
На третьей стадии полученный на второй стадии раствор диазосоединения подвергают фильтрации с добавлением наноматериалов и получением очищенного раствора диазосоединения. Фильтрацию можно осуществлять механическим способом, например, пропуская раствор диазосоединения через слой перлита. При этом дополнительно, для снятия избытка нитрита натрия и придания большей подвижности и термодеструктивной устойчивости реакционной массе, в раствор диазосоединения добавляют воду, сульфаминовую кислоту и наноматериалы.
В качестве наноматериалов может использоваться порошок наночастиц железа с размером частиц 15-50 нм. Добавление наноматериалов на стадии фильтрации позволит увеличить термодеструктивную устойчивость диазосоеденения и снизить гидрофильные свойства продуктов побочных реакций, находящихся в растворе диазосоеденения, и тем самым увеличить скорость процесса очистной фильтрации. На четвертой стадии получают раствор натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона, который получают смешением 1-фенил-3-метил-5-пиразолона (100%) с гидроксидом натрия (100%) и добавлением в эту смесь наноматериалов.
В качестве наноматериалов на этой стадии используют порошок наночастиц сплава никеля с хромом с размером частиц 15-50 нм. Мольное соотношение 1-фенил-3-метил-5-пиразолона и гидроксида натрия предпочтительно должно быть выбрано из соотношения 1:1-1:2.
Затем полученный на четвертой стадии раствор натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона направляют на стадию азосочетания с очищенным раствором диазосоединения и добавлением наноматериалов.
В качестве наноматериалов на стадии азосочетания используют смесь мицеллярного раствора меди (Cu) 10-20%, в химически чистом изооктановом растворителе с размером частиц меди 3-12 нм и порошка наночастиц никеля с размером частиц 15-50 нм.
Кроме этого, на стадии азосочетания вводят вспомогательные компоненты, в качестве которых могут использоваться смачиватель НБ (ГОСТ 6867-77) и трепел. Введение вспомогательных веществ позволяет увеличить коэффициент смачивания между поверхностью образующегося кристалла пигмента и водной фазой и тем самым получать мелкокристаллическую суспензию что формирует высокую оптическую концентрацию готового продукта.
В результате осуществления четвертой стадии получают суспензию пигмента оранжевого Ж, который характеризуется наличием незначительного количества продуктов побочных реакций, мелкокристалической формой твердого вещества, высоким выходом по целевому компоненту.
Как показали проведенные исследования, введение наночастиц на этой стадии позволяет сократить время этих стадий и снизить потери исходных веществ на протекание побочных реакций.
Таким образом, осуществление вышеописанных стадий позволит получить пигмент оранжевый Ж, который характеризуется высокой оптической концентрацией до 130%, глубиной и насыщенностью цвета, высокой текучестью и мелкодисперсной кристаллической структурой.
Далее изобретение поясняется со ссылками на конкретные примеры осуществления способа.
Пример №1.
1. Готовят суспензию 3,3′-дихлорбензидина смешением 3,3′-дихлорбензидина, воды и наноматериалов. В качестве наноматериалов используют мицеллярный раствор серебра в химически чистом изооктановом растворителе и размером частиц серебра 3-12 нм. При этом качественный и количественный состав компонентов, применяемых на первой стадии, приведен в таблице ниже:
№
Наименование сырья
ед. изм.
Кол-во
Загружено
1
Вода
мл
300
2
3,3′-дихлорбензидин
г
40
3
Мицеллярный раствор серебра (Ag) 10-20%, растворитель изооктан Х.Ч. с размером частиц 3-12 нм
мг
0,2
2. Стадию диазотирования полученной на первой стадии суспензии 3,3′-дихлорбензидина осуществляют нитритом натрия с добавлением соляной кислоты, воды и наноматериалов, качественный и количественный состав которых приведен в таблице:
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Вода
мл
600
2
Соляная кислота (100%)
г
23,4
3
Суспензия 3,3′-дихлорбензидина
г
390
4
Нитрит натрия (100%)
г
23
5
Порошок наночастиц железа (Fe) c размером частиц 15-50 нм
мг
0,1
Мольное соотношение 3,3′-дихлорбензидина, нитрата натрия и соляной кислоты было выбрано из соотношения 1:2:3,5-1:2,25:7.
В результате осуществления второй стадии получают раствор диазосоединения.
3. Далее осуществляют очистку полученного на второй стадии раствора диазосоединения. Для этого раствор диазосоединения предварительно смешивают с водой, сульфаминовой кислотой и наноматериалами (количественный состав этих компонентов приведен в таблице). После чего полученную смесь подвергают фильтрации с очищенного раствора диазосоединения. Фильтрацию в рассматриваемом примере проводят механическим способом, пропуская раствор диазосоединения через слой перлита.
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Раствор диазосоединения
г
1136,4
2
Фильтр перлит
г
1,5
3
Вода
мл
50
4
Сульфаминовая кислота
г
0,9
5
Порошок наночастиц железа (Fe) c размером частиц 15-50 нм
мг
0,1
4. Получение раствора натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона, который получают смешением 1-фенил-3-метил-5-пиразолона (ФМП) (100%) с гидроксидом натрия (100%) и добавлением в эту смесь наноматериалов, количественный состав которых приведен в таблице ниже:
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Вода
мл
950
2
NaOH (100%)
г
16
3
ФМП (100%)
г
56
4
порошок наночастиц сплава никеля с хромом (Ni, Cr) с размером частиц 15-50 нм
мг
0,15
Мольное соотношение 1-фенил-3-метил-5-пиразолона было выбрано из соотношения 1:1.
5. Полученный на четвертой стадии раствор натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона направляли на стадию азосочетания с очищенным раствором диазосоединения, полученным на третьей стадии, при этом к компонентам добавляли вспомогательные компоненты, смачиватель НБ, трепел и наноматериалы, состав компонентов, участвующих в реакции, приведен в таблице. В качестве вспомогательных компонентов использовали смачиватель НБ, трепел.
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Вода
мл
400
2
Смачиватель НБ
г
0,88
3
Трепел
г
0,18
4
Раствор диазосоединения
г
1188,8
5
Раствор натриевой соли ФМП
г
1022
6
Мицеллярный раствор меди (Cu) 10-20%, растворитель изооктан Х.Ч. с размером частиц 3-12 нм.
мг
0,1
7
Порошок наночастиц никеля (Ni) с размером частиц 15-50 нм
мг
0,05
Мольное соотношение диазосоеденения и натриевой соли ФМП должно быть в пределах 1:1.
В результате получили суспензию пигмента оранжевого Ж, который подвергали отстаиванию и декантации с последующей промывкой методом 3-кратной декантации с использованием 3 объемов промывной жидкости на 1 объем исходной суспензии и сушки концентрированной суспензии на распылительной сушилке с начальной температурой сушильного агента 170°С с системой рекуперации сушильного агента (для устранения процессов термического окисления готового продукта).
Пример №2.
1. Готовят суспензию 3,3′-дихлорбензидина смешением 3,3′-дихлорбензидина, воды и наноматериалов. В качестве наноматериалов используют мицеллярный раствор серебра в химически чистом изооктановом растворителе и размером частиц серебра 3-12 нм. При этом качественный и количественный состав компонентов, применяемых на первой стадии, приведен в таблице ниже:
№
Наименование сырья
ед. изм.
Кол-во
Загружено
1
Вода
мл
200
2
3,3′-дихлорбензидин
г
40
3
Мицеллярный раствор серебра (Ag) 10-20%, растворитель изооктан Х.Ч. с размером частиц 3-12 нм
мг
0,01
2. Стадию диазотирования полученной на первой стадии суспензии 3,3′-дихлорбензидина осуществляют нитритом натрия с добавлением соляной кислоты, воды и наноматериалов, качественный и количественный состав которых приведен в таблице:
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Вода
мл
300
2
Соляная кислота (100%)
г
20
3
Суспензия 3,3′-дихлорбензидина
г
390
4
Нитрит натрия (100%)
г
20
5
Порошок наночастиц железа (Fe) c размером частиц 15-50 нм
мг
0,01
Мольное соотношение 3,3′-дихлорбензидина, нитрата натрия и соляной кислоты было выбрано из соотношения 1:2:3,5.
В результате осуществления второй стадии получают раствор диазосоединения.
3. Далее осуществляют очистку полученного на второй стадии раствора диазосоединения. Для этого раствор диазосоединения предварительно смешивают с водой, сульфаминовой кислотой и наноматериалами (количественный состав этих компонентов приведен в таблице). После чего полученную смесь подвергают фильтрации с очищенного раствора диазосоединения. Фильтрацию в рассматриваемом примере проводят механическим способом, пропуская раствор диазосоединения через слой перлита.
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Раствор диазосоединения
г
1136,4
2
Фильтр перлит
г
0,1
3
Вода
мл
10
4
Сульфаминовая кислота
г
0,3
5
Порошок наночастиц железа (Fe) c размером частиц 15-50 нм
мг
0,01
4. Получение раствора натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона, который получают смешением 1-фенил-3-метил-5-пиразолона (ФМП) (100%) с гидроксидом натрия (100%) и добавлением в эту смесь наноматериалов, количественный состав которых приведен в таблице ниже:
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Вода
мл
400
2
NaOH (100%)
г
12
3
ФМП (100%)
г
56
4
порошок наночастиц сплава никеля с хромом (Ni, Cr) с размером частиц 15-50 нм
мг
0,01
Мольное соотношение 1-фенил-3-метил-5-пиразолона было выбрано из соотношения 1:1-1:2.
5. Полученный на четвертой стадии раствор натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона направляли на стадию азосочетания с очищенным раствором диазосоединения, полученным на третьей стадии, при этом к компонентам добавляли вспомогательные компоненты и наноматериалы, состав компонентов, участвующих в реакции, приведен в таблице. В качестве вспомогательных компонентов использовали смачиватель НБ, трепел.
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Вода
мл
20
2
Смачиватель НБ
г
0,1
3
Трепел
г
0,05
4
Раствор диазосоединения
г
1188,8
5
Раствор натриевой соли ФМП
г
1022
6
Мицеллярный раствор меди (Cu) 10-20%, растворитель изооктан Х.Ч. с размером частиц 3-12 нм.
мг
0,01
7
Порошок наночастиц никеля (Ni) с размером частиц 15-50 нм
мг
0,01
Мольное соотношение диазосоединения и натриевой соли ФМП должно быть в пределах 1:1,2.
В результате получали суспензию пигмента оранжевого Ж, который подвергали отстаиванию и декантации с последующей промывкой методом 3-кратной декантации с использованием 3 объемов промывной жидкости на 1 объем исходной суспензии и сушки концентрированной суспензии на распылительной сушилке с начальной температурой сушильного агента 170°С с системой рекуперации сушильного агента для устранения процессов термического окисления готового продукта.
Пример №3.
1. Готовят суспензию 3,3′-дихлорбензидина смешением 3,3′-дихлорбензидина, воды и наноматериалов. В качестве наноматериалов используют мицеллярный раствор серебра в химически чистом изооктановом растворителе и размером частиц серебра 3-12 нм. При этом качественный и количественный состав компонентов, применяемых на первой стадии, приведен в таблице ниже:
№
Наименование сырья
ед. изм.
Кол-во
Загружено
1
Вода
мл
400
2
3,3′-дихлорбензидин
г
40
3
Мицеллярный раствор серебра (Ag) 10-20%, растворитель изооктан Х.Ч. с размером частиц 3-12 нм
мг
0,5
2. Стадию диазотирования полученной на первой стадии суспензии 3,3′-дихлорбензидина осуществляют нитритом натрия с добавлением соляной кислоты, воды и наноматериалов, качественный и количественный состав которых приведен в таблице:
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Вода
мл
800
2
Соляная кислота (100%)
г
40
3
Суспензия 3,3′-дихлорбензидина
г
390
4
Нитрит натрия (100%)
г
30
5
Порошок наночастиц железа (Fe) c размером частиц 15-50 нм
мг
0,5
Мольное соотношение 3,3′-дихлорбензидина, нитрата натрия и соляной кислоты было выбрано из соотношения 1:2,25:7.
В результате осуществления второй стадии получают раствор диазосоединения.
3. Далее осуществляют очистку полученного на второй стадии раствора диазосоединения. Для этого раствор диазосоединения предварительно смешивают с водой, сульфаминовой кислотой и наноматериалами (количественный состав этих компонентов приведен в таблице). После чего полученную смесь подвергают фильтрации с очищенного раствора диазосоединения. Фильтрацию в рассматриваемом примере проводят механическим способом, пропуская раствор диазосоединения через слой перлита.
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Раствор диазосоединения
г
1136,4
2
Фильтр перлит
г
2,0
3
Вода
мл
100
4
Сульфаминовая кислота
г
1,5
5
Порошок наночастиц железа (Fe) c размером частиц 15-50 нм
мг
0,5
4. Получение раствора натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона, который получают смешением 1-фенил-3-метил-5-пиразолона (ФМП) (100%) с гидроксидом натрия (100%) и добавлением в эту смесь наноматериалов, количественный состав которых приведен в таблице ниже:
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Вода
мл
1400
2
NaOH (100%)
г
25
3
ФМП (100%)
г
56
4
Порошок наночастиц сплава никеля с хромом (Ni, Cr) с размером частиц 15-50 нм
мг
0,5
Мольное соотношение 1-фенил-3-метил-5-пиразолона было выбрано из соотношения 1:2.
5. Полученный на четвертой стадии раствор натриевой соли 1-фенил-3-метил-5-пиразолона направляли на стадию азосочетания с очищенным раствором диазосоединения, полученным на третьей стадии, при этом к компонентам добавляли вспомогательные компоненты и наноматериалы, состав компонентов, участвующих в реакции, приведен в таблице. В качестве вспомогательных компонентов использовали смачиватель НБ, трепел.
№
Наименование сырья
ед. изм.
кол-во
Загружено
1
Вода
мл
400
2
Смачиватель НБ
г
1,5
3
Трепел
г
0,5
4
Раствор диазосоединения
г
1188,8
5
Раствор натриевой соли ФМП
г
1022
6
Мицеллярный раствор меди (Cu) 10-20%, растворитель изооктан Х.Ч. с размером частиц 3-12 нм
мг
0,5
7
Порошок наночастиц никеля (Ni) с размером частиц 15-50 нм
мг
0,5
Мольное соотношение диазосоеденения и натриевой соли ФМП должно быть в пределах 1:1,2.
В результате получали суспензию пигмента оранжевого Ж, который подвергали отстаиванию и декантации с последующей промывкой методом 3-кратной декантации с использованием 3 объемов промывной жидкости на 1 объем исходной суспензии и сушки концентрированной суспензии на распылительной сушилке с начальной температурой сушильного агента 170°С с системой рекуперации сушильного агента для устранения процессов термического окисления готового продукта.