製備有機顏料分散體和油墨的方法
2023-05-07 09:47:56 1
專利名稱：製備有機顏料分散體和油墨的方法
技術領域：
本發明涉及製備有機顏料分散體，其中包括擠水顏料(pigment flush)，和著色的組合物，例如油墨組合物的方法。本發明還涉及製備油墨基礎成分和最終的油墨組合物的方法。
背景技術：
許多有機顏料的合成包括在稀釋的水溶液中的偶合步驟，以產生顏料產品的淤漿，典型地接著在壓濾機內進行過濾淤漿，濃縮顏料的步驟。然後乾燥所得壓濾餅，提供乾燥的粒狀顏料或者另外用有機介質，例如油或者樹脂來「擠水轉相(flush)」，將顏料顆粒從含水的壓濾餅轉移到油或者樹脂相中。與簡單地乾燥顏料相比，擠水方法要求額外的時間和材料。然而，若在油墨或者塗料組合物中使用顏料，則必需首先將它充分分散在合適的有機介質內，以便實現所需的顯色和穩定性，因此擠水過程是有利的，這是因為在沒有乾燥顏料和粉碎顏料的中間步驟下，它實現了在有機介質內轉移，以產生顏料分散體。過去通常通過間歇工藝製備擠水顏料，其中例如在葉片式攪拌機或者揉面機內，捏合壓濾餅與有機相，例如油或樹脂，將顏料顆粒從水相擠水轉移到有機介質相中，並作為獨立的含水相置換水。潷析置換的水，且清漆內的顏料分散體可在製備油墨或者油漆中用作顏料糊劑。間歇工藝具有許多缺點。添加清漆、捏合麵團置換出水，並將水傾倒出來的步驟必需重複許多次，以便從擠水機(flusher)中獲得最大的產率。這是要求仔細監控的費力工藝。此外，為了除去殘留的水，必需加熱坯料並真空汽提。對於許多顏料來說，加工以除去殘留水的熱歷史導致色移。由於精確的熱歷史在各坯料中彼此不同，因此難以可靠和精確地再現各坯料相同的顏色。間歇工藝的最明顯的缺點之一是顏料和壓濾餅中固體含量從一塊到另一塊的波動。此外，該工藝耗時且低效。甚至採用真空汽提，也難以降低水含量低於約3wt％。最後，壓濾餅中，因此擠水顏料中的顏料含量可能發生變化。提出了使用壓濾餅製備擠水顏料的連續工藝。特別地，在美國專利No.6273599、6305838和6348091中公開了的方法(其中每一篇在此通過參考引入)高度成功地解決了與間歇擠水工藝有關的一些缺點。美國專利5262268公開了在雙螺杆擠出機中使用壓濾餅生產調色劑的方法。
發明概述本發明提供連續生產有機顏料分散體，例如擠水顏料或者油墨產品的方法，其中將顏料以穩定的含水顏料分散體形式引入到雙螺杆擠出機內，該方法可解決壓濾餅中從一塊到另一塊的顏料/顏色和固體變化的問題。穩定的分散體是具有通常長的貨架期且沒有沉積或者變得不可泵送的分散體。穩定的顏料分散體可用去穩定劑去穩定。在本發明的一個實施方案中，將穩定的顏料分散體以所需的速度與使分散的顏料沉澱的去穩定劑一起餵入到擠出機內。有機介質(它可包括選自溶劑、清漆、油、聚合物、分散劑和/或樹脂中的有機組分)也被餵入到擠出機內。在擠出機的第一區內混合去穩定或者沉澱的顏料和有機介質，用有機介質潤溼顏料，從顏料中置換水並產生有機顏料分散體，例如粗的擠水顏料。在擠出機的第二區內除去至少一部分置換的水。擠出機的第二區包括除去置換水，特別是排出水的埠，且優選包括在第二區內保留有機顏料分散體或者擠水顏料的檔料圈(dam)，其時間足以允許大多數置換的水從粗的擠水物料中除去。第三區具有額外的埠以供添加漂洗水，尤其除去鹽或者顏料去穩定或者沉澱中的其它副產物，並排出除去的漂洗水。擠出機可包括第四區，所述第四區具有一個或者更多個真空埠引出粘附到有機顏料分散體或者擠水顏料上的殘留水。擠出機可具有額外的區域以供引入製造最終的顏料分散體或者油墨產品用的進一步的材料，例如樹脂、油、溶劑、分散劑、石蠟、表面活性劑和顏料或者油墨添加劑。在第二個實施方案中，本發明還提供由穩定的含水顏料分散體連續生產油墨基礎成分或者最終的油墨的方法。該方法包括剛才列出的生產擠水顏料的本發明方法的步驟，和在排放出口之前，優選在最佳的真空區段之後的一些點處，將一種或更多種額外的油墨組分，例如清漆、著色的染色或者調色組合物、溶劑和/或添加劑引入到擠出機內的額外步驟，以製造油墨基礎成分或最終的油墨組合物。在一個實施方案中，穩定的含水顏料分散體具有至少約25wt％的顏料含量。在另一實施方案中，穩定的含水顏料分散體通過離子分散劑來穩定，且去穩定劑是離子試劑。在一個實施方案中，分散劑可具有羧酸基，其中鹽化羧酸基，以穩定該含水分散體，且用質子或者路易斯酸去穩定。在第一區的一個實施方案中，將穩定的顏料分散體和去穩定劑在第一點或者機筒處引入到擠出機內。在擠出機內混合穩定的顏料分散體和去穩定劑，產生含水的穩定顏料材料。將有機介質在第二點或者第一區的下遊機筒處引入到擠出機內，並與去穩定的顏料材料混合，產生有機顏料分散相和水相。在第一區的第二個實施方案中，穩定的顏料分散體、去穩定劑和有機介質全部引入到擠出機的第一機筒內。在該方法的一個實施方案中，在將有機介質引入到擠出機內之前，基本上用去穩定劑去穩定含水的穩定顏料分散體。在可供替代的實施方案中，在含水的穩定顏料分散體在擠出機內基本上去穩定之前，將有機分散體引入到擠出機內。在本發明的一些實施方案中，通過使用調色劑載體，典型地熔點低的固體聚合物或者樹脂作為有機介質，從而製造調色劑產品。在本發明的一些實施方案中，通過使用聚合物，例如聚乙烯均聚物和共聚物、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、聚丁烯、聚苯乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚丙烯和類似物作為有機介質以及任選地低熔體粘度的樹脂，例如烴、萜烯或松香材料，從而製造母料。此處所使用的「一個」、「一」(a，an)是指存在「至少一個」該項目(item)；若可能的話，可存在多個這樣的項目。當「約」應用到數值上時，是指計算或者測量值允許該數值一些輕微的不精確度(採用一些方法達到該數值內的精度；大致或者合理地接近該數值；幾乎是該數值)。若在其它情況下，由於一些原因，通過「約」提供的不精確度沒有理解為本領域內通常的含義，則此處所使用的「約」是指在數值內最多5％的可能變化。
附圖簡述
圖1是進行本發明方法的實施方案的一個擠出機結構的示意圖；和圖2是圖1的擠出機的首先四個機筒的可供替代的結構的示意圖。
優選實施方案的詳細說明優選實施方案的下述說明在性質上僅僅是例舉，且決不打算限制本發明、其應用或者用途。連續生產有機顏料分散體。擠水顏料或者油墨產品或者其它著色的產品的本發明方法使用穩定的水基顏料分散體，將其引入到雙螺杆擠出機內並在擠出機內去穩定。去穩定或者沉澱的顏料與有機介質混合或者用其擠水。然後從有機顏料分散相中除去獨立的水相。優選擠出機結構的一個實例具有至少四個區，和任選地具有第五區或者進一步的區域。在圖1中用機筒1-3表示的第一區內，將穩定的含水顏料分散體、有機介質和去穩定劑餵入到擠出機內(機筒1)，然後混合，使顏料和擠水顏料去穩定或者沉澱，或者移動顏料從水相到有機相中(機筒2和3)。獨立地從顏料分散體中，和優選在顏料分散體之後餵入去穩定劑。在用機筒4和5表示的第二區中，在第一區內在擠水階段過程中置換的至少一部分水通過從擠出機中排放或者引出而除去。在用機筒5末端和機筒6、7A、8和7表示的第三區中，可引入漂洗水，漂洗任何雜質，例如通過去穩定劑和含水顏料分散體中鹽化的分散劑樹脂相互作用而沉澱的鹽，其中通過從擠出機中經埠排放或者引出液體，從而除去漂洗水。在用部分9-11表示的第四區中，可通過使有機顏料分散體或者擠水顏料經真空埠真空脫水，從而(以水蒸氣形式)除去殘留的水。第四區也可具有引入添加劑、樹脂和視需要的有機顏料分散體、擠水產品或者油墨或其它著色產品的埠。在用部分12-14表示的第五個任選的區域內，進一步混合有機顏料分散體或者擠水顏料，並與第四區一樣，將其它組分加入到顏料分散體或者擠水顏料中。可使用四個埠和/或任選的第五個區域，產生油墨基礎成分、最終的油墨組合物或者其它顏料產品。每一區可加熱或者冷卻到所需的溫度以供最佳混合和保持顏料的色彩性能。可在排放之前冷卻產品。圖2說明了圖1的擠出機的第一區的可供替代的實例。在可供替代的實施方案中，在機筒1內引入並混合穩定的含水顏料分散體和去穩定劑。在機筒2內引入圖2所示的有機介質作為聚合物和分散劑。在機筒1內使顏料去穩定或者沉澱，且該顏料可形成稠的壓濾餅狀材料。然後，在機筒2和3內，混合去穩定的顏料與有機介質，將顏料摻入到有機介質內，從而形成有機顏料分散體並置換水相。與前一樣，通過第二、第三、任選的第四和任選的第五區繼續加工有機顏料分散體。在該方法的第一個實施方案的第一步驟中，將水基顏料分散體、有機介質和去穩定劑引入到擠出機的第一區內。可按照許多已知方法中的任何一種，製備穩定的水基顏料分散體。製造穩定的水基顏料分散體所使用的顏料可以是例如含水淤漿、壓濾餅、乾燥的粗顏料或者活化的粗顏料或者乾燥顏料形式。在含水分散體內，用聚合物、低聚物和/或單體分散劑或分散劑的結合穩定顏料。結合分散劑、鹽化分散劑的基礎成分和(視需要的)水與顏料，形成所需的顏料含量的穩定的水基顏料分散體。可使用許多有機顏料中的任何一種，形成穩定的分散體。合適的實例沒有限制地包括偶氮顏料，例如立索紅(例如，鈣立索紅、鋇立索紅)、玉紅和萘酚紅、橙和褐；單芳化(monoarylide)和二芳化顏料，例如二芳化黃、酞菁藍和綠顏料、偶氮次甲基顏料、次甲基顏料、蒽醌顏料、perinone顏料、苝顏料、二酮基吡咯並吡咯顏料、硫靛顏料、亞氨基異二氫吲哚顏料、亞氨基異吲哚滿酮顏料、喹吖啶酮顏料，例如喹吖啶酮紅和喹吖啶酮紫、黃烷士酮顏料、陰丹酮顏料、蒽素嘧啶顏料、咔唑顏料，例如咔唑紫、苯並咪唑啉酮黃、甲苯基橙、萘酚橙和醌並酞酮顏料，等等。在生產穩定的含水顏料分散體中可使用的有用的離子分散劑的實例沒有限制地包括脂肪酸(例如，月桂酸、松漿油脂肪酸、油酸、亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸、硬脂酸和油酸)；烷基苯磺酸酯；烷基硫酸酯，例如二辛基磺基琥珀酸酯；離子樹脂，例如醇酸樹脂、聚酯、松香和改性松香，例如不飽和酸(例如，馬來酸、富馬酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸)改性的松香、二聚化松香、歧化松香、歧化松香、苯酚改性的松香、其它馬來酸或者富馬酸改性的聚合物、酸官能的乙烯基樹脂，其中包括酸官能的丙烯酸聚合物、苯酚-丙烯酸聚合物，和苯乙烯-馬來酸酐(SMA)共聚物、低分子量酸官能的聚氨酯，和製備分散體所使用或者有用的其它穩定材料，所述分散體對pH敏感或者可在擠出機內通過另一種材料去穩定。可在任何穩定的結合物中使用分散劑。可用合適的抗衡離子鹽化離子樹脂，提供水中溶解度或者分散體。可用鹼，例如氫氧化鈉、氫氧化銨、氫氧化鉀和單-與二烷基胺鹽化酸官能的分散劑。水基分散體也可包括在製備有機顏料分散體或者擠水色料，例如油(植物油和石油)、抗氧化劑、消泡劑、表面活性劑、所謂的顏料或者超級顏料分散劑和非分散劑樹脂有用的其它添加劑。穩定水基顏料分散體優選為至少約25wt％的顏料，更優選至少約35wt％的顏料。穩定的分散體中顏料的含量取決於所選的顏料和分散劑二者，且可以超過50wt％，或者甚至60wt％，且仍然在水中變稀。有機顏料分散體典型地具有約25％-約50wt％的顏料含量。以每100重量份顏料計，穩定的水基顏料分散體可含有6-約40重量份的離子分散劑。可通過例如在高速分散器、旋轉定子、籃形研磨機或者顏料粉碎研磨機中處理顏料淤漿，或者通過後分散壓濾餅或者乾燥的顏料，作為顏料合成的延伸方式製備穩定的水基顏料分散體。顏料在其內分散或者擠水的有機介質的疏水基足夠允許在該方法中形成非水相。製備擠水顏料合適的有機材料的類型是本領域公知的。可通過相同的埠將有機介質作為穩定的水基顏料分散體形式餵入，但優選通過獨立的埠餵入到擠出機內。擠水清漆可使用的樹脂和油的典型種類沒有限制地包括醇酸樹脂、苯酚樹脂、聚酯、烴樹脂、馬來酸樹脂、這些中的任何一種的松香改性的清漆，聚醯胺樹脂、聚氯乙烯樹脂、乙酸乙烯酯樹脂、氯乙烯/乙酸乙烯酯共聚物樹脂、氯化聚烯烴、聚苯乙烯素質、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、酮樹脂、植物油，其中包括亞麻子油、大豆油、牛蹄油、可可油、桐油、礦物油等等。也可使用這種樹脂和油的結合物。樹脂、油或者其結合物可與疏水有機溶劑或者液體，其中包括高沸點的石油餾出液結合。形成調色劑用有機顏料分散體可使用的有機材料的典型種類包括，但不限於，聚醯胺、環氧樹脂、二烯烴、聚氨酯、乙烯基樹脂，和二羧酸與包括二苯酚在內的二元醇的聚合酯化產物。尤其合適的乙烯基樹脂是具有苯乙烯、對氯苯乙烯、乙烯基萘、乙烯、丙烯、丁烯和異丁烯、氯乙烯、溴乙烯、氟乙烯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸十二烷酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸2-氯乙酯、丙烯酸苯酯、α-氯代丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯醯亞胺、乙烯基甲醚、乙烯基異丁基醚、乙烯基醚醚、乙烯基甲酮、乙烯基己基酮、甲基異丙烯基酮、偏氯乙烯、偏氯氟化乙烯、N-乙烯基吲哚和N-乙烯基吡咯烷酮作為單體單元的那些，以及苯乙烯丁二烯共聚物。製備母料可使用的有機材料的典型種類沒有限制地包括聚合物，例如聚乙烯均聚物和共聚物，聚丙烯均聚物和共聚物，丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、聚苯乙烯。聚苯醚、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯和類似物。這些聚合物可與低分子量樹脂，例如烴樹脂、松香或萜烯樹脂結合使用。在第一個實施方案中，將穩定的水基顏料分散體與有機介質和單獨的去穩定劑原料一起餵入到擠出機的第一區內。可以以控制、一致的速度添加含水的顏料分散體、沉澱劑和有機介質以供生產一致的擠水產品、例如，它們各自可以從管線或者具有攪拌器的罐中餵入，且可採用例如泵計量。優選地，以相當恆定的速度各自引入有機介質、穩定的水基顏料分散體，和去穩定劑。可基於所選的特定材料確定最佳加工用的水基顏料分散體中有機介質和顏料的相對用量，但一般地其用量保持與常規的間歇擠水工藝所預期的那些用量相同。例如，單位時間內引入的有機介質的用量可以是在相同的單位時間內引入的固體顏料用量的約0.6-約3倍。可根據本領域已知的因素，例如顏料的類型和有機介質的類型來調節有機介質與固體顏料之比，且可通過自動工藝控制來控制。通過添加去穩定劑，使水基顏料分散體去穩定，並釋放或者沉澱顏料。基於穩定顏料分散體的性質來選擇去穩定劑。例如，當使用pH敏感的分散劑，例如鹽化的陰離子樹脂製備顏料分散體時，改變pH到例如酸性pH的去穩定劑是有效的。可添加的去穩定劑的典型種類包括質子酸和路易斯酸，例如鹽酸、硫酸、磷酸、膦酸、乙酸、甲酸和氯化鋁。可結合添加這些去穩定劑，且可結合較強的酸添加其它較弱的酸(例如，氯化鈣、氯化鍶)。優選選擇去穩定劑，以便可通過洗滌或者蒸發除去任何過量的去穩定劑和通過去穩定劑與水基顏料分散體相互作用而產生的任何鹽。在本發明的第二個實施方案中，將穩定的水基顏料分散體，和去穩定劑的單獨原料引入到擠出機內，混合，然後在下遊的點處，添加有機介質。在這一實施方案中，在添加有機介質之前，首先用去穩定劑使水基顏料分散體基本上去穩定。去穩定的含水顏料分散體可具有對於與高粘度聚合物熔體混合有利的高粘度，例如可在製造母料中使用。圖1中示出了在本發明方法的優選實施方案中使用的雙螺杆擠出機。第一區包括螺杆元件以供混合去穩定的含水顏料和有機介質。在擠出機內，去穩定的含水顏料被認為與高固體的壓濾餅一樣，且第一區應當包括一個或更多個元件以供高剪切混合。再次參考圖1，機筒1具有四個獨立的埠以供(以優選的順序)引入穩定的含水顏料分散體、醇酸樹脂、清漆和酸性去穩定劑。機筒1含有進料螺杆元件。機筒2含有組合的混合或者捏合螺杆和輸送螺杆元件。機筒3含有組合的高剪切混合與輸送螺杆元件。機筒2-4可用保持在約60℃下的油夾套加熱。在機筒2內的顏料混合物可以是約45℃，但由於擠水剪切生成的熱量導致可達到幾乎90℃。在圖2所示的可供替代的實施方案中，機筒1具有兩個獨立的部件以供引入穩定的含水顏料分散體和去穩定劑，而機筒2具有兩個獨立的埠以供引入聚合物和分散劑。任選地，可在分離水相之前，在機筒4之前引入進一步的機筒以供較長時間的混合。在本發明的一個優選的實施方案中，第一區內的螺杆型材從具有供料埠的一個或多個部分內所使用的深的通道逐漸成錐形過渡到第一區內隨後的部分或者(下遊)部分內窄的通道。去穩定的含水顏料和有機介質在其內混合的擠出機中第一區的長度足夠長，以便使顏料完全擠水轉相。螺杆的旋轉速度也是有效擠水的一個因素。螺杆的旋轉速度的優選範圍為約150-約550rpm，更優選約250-約350rpm。與較低的含水顏料濃度所需的擠水區相比，由於顏料濃度高，因此擠出機的擠水區可相對短。置換的水和粗的有機顏料分散體或者擠水顏料在擠出機內繼續到達擠出機的第二區，在此除去至少一部分置換的水。優選地，在第二區中除去大部分置換的水，除去粘附到擠水顏料上的更優選至少約80％，仍更優選至少約90％，和甚至更優選全部但殘留量的水。參考圖1，機筒4包括優選通過排放水，從而除去在擠水區域內置換的水的出口。儘管可藉助其它方式引出水，但重力排放是最簡單的，因此是優選的。出口或者埠可包含通過發動機轉動的獨立長度的螺杆，所述發動機驅動相對粘稠的含顏料的擠水顏料返回到機筒部分內，同時使水排放，正如在美國專利No.6273599、6305838和6348091中所述。第二區優選具有在水排放或者出口下遊的檔料圈，所述檔料圈保留有機顏料分散體或者擠水顏料，其時間足以允許大多數置換的水從粗的有機顏料分散體或者擠水物料中排放。檔料圈引起捏合的顏料/有機介質在埠上停留，其時間足夠長到允許更多置換的水從捏合的顏料中排放。一部分顏料和有機介質的混合物被攜帶到擠出機的檔料圈部分內，並在該部分內保留，直到該部分設法從所保留的材料的容器中出來，並通過螺杆的抓取作用，被攜帶到下一部分內。在美國專利No.6273599、6305838和6348091中更詳細地公開了這種檔料圈。簡而言之，在圖1的機筒5內，以緊密的螺紋反向扣接在出口下遊的至少一個螺杆元件，以提供充足的逆流力，引起材料填充具有出口的區域。限制引起蓄水效應的逆流力，以便不存在擠壓，因為擠壓將傾向於產生含水乳液和有機相，從而損害水與有機相所需的分離。逆流的效果是，在所產生的檔料圈上最終流動和/或通過進一步位於下遊的向前轉動的螺杆推動之前，引起材料累積。水沒有被向前的螺杆咬合，且沒有在累積的材料上流動。相反，水保持在第二區內以便排放。由於與現有技術的方法相比，較多的水從擠水顏料內以液相形式排放，而不是蒸發，因此最終的產品含有較低濃度的鹽。檔料圈於是改進產品的純度。如圖1所示，優選在第三區內，將漂洗水引入到粗的擠水顏料內，從顏料分散體或者擠水顏料混合物中漂洗可保留在粗的分散體或者擠水顏料內的任何與水混溶或者水中可溶的雜質，尤其通過含水顏料分散體中的去穩定劑和鹽化的分散劑樹脂的相互作用而沉澱的任何鹽。漂洗水當然也可以除去包含在水基顏料分散體內的雜質，於是水基顏料分散體可具有可從擠出機內洗出的較高或者較低的雜質或者鹽含量。典型地，可以以顏料添加速度的60-150％的速度添加水到擠出機中。在第三區的一個或更多個機筒內，(優選通過擠出機頂部的埠引入的)漂洗水可與粗的擠水顏料產品混合，然後，與在第二區一樣，通過從擠出機中經埠排放或者引出液體而除去漂洗水。再次與在第二區中一樣，優選通過引入反向扣接(或者左手)的螺杆元件，在埠或者排放點的下遊處產生檔料圈。若描述第二和第三區二者的話，則至少第三區應當包括使流出第三區的有機顏料分散體或者擠水顏料產品內殘留水最小化的檔料圈。在本發明的一個優選的實施方案中，在第三區內的螺杆型材從具有供料埠的一個或多個部分內所使用的深的通道逐漸成錐形過渡到第三區內隨後的部分或者(下遊)部分內窄的通道。預擠水的顏料和洗液在其內混合的擠出機的第三區的長度足夠長，以便從顏料中除去非所需的與水不混溶的雜質。在圖1中，第三區在機筒5的末端處開始具有入口埠以供添加漂洗水。機筒6和7A含有混合和輸送螺杆元件，和機筒8含有混合元件和漂洗水出口(它優選被構造為機筒4所述的出口)。一個或更多個混合元件可包括多個捏合圓盤。機筒7B可含有反向扣接的一個或更多個螺杆元件。機筒5-8可用保持在約60℃下的油夾套作護套。機筒5內的顏料混合物可以是大於或等於約80℃，且在機筒7內，可達到高至約120℃。在圖1中，用機筒9-11示出了第四區，它包括輸送螺杆元件和兩個真空埠以供以水蒸氣形式除去殘留的水。這一區域是任選的，但是是優選的，且包括一個或更多個真空埠引出附著在擠水顏料上的殘留的水。以水蒸氣形式引出水。已知合適的真空埠與擠出機一起使用，且典型地可包括含有通過真空埠內的發動機轉動的螺杆的部分，以輔助保持擠出機內擠水，正如在美國專利No.6273599、6305838和6348091中所述。真空泵典型地連接到真空埠上以提供減壓。真空部分所使用的螺杆的型材優選具有窄的通道，所述窄的通道通過以薄層形式使材料成型，從而傾向於增加真空脫水的效率。圖1示出了在連續的擠出機部分上相同的真空埠。機筒9-11可以用保持在約40℃下的熱油夾套作護套。應當預期蒸發和較低的夾套溫度，以冷卻擠出機內的材料；在機筒9內，它可以是大於或等於約70℃，和在機筒11內，它可以高達約90℃。圖1中的機筒9示出了入口，藉助所述入口，可添加所需的添加劑、樹脂、溶劑或其它材料，以獲得所需的擠水顏料或者油墨產品組合物、調色劑、母料或者其它著色組合物。同樣，機筒12和13示出了添加正如所示的溶劑、清漆、添加劑，和在最終的擠水顏料、油墨產品、調色劑、母料或者其它著色的組合物中的組分所需的其它材料的埠。示出了機筒12-14具有驟冷水夾套以供在排放之前冷卻產品。冷卻水夾套可以是35-40℃，以便流出擠出機的產品可以是小於或等於65℃。擠出機中的最後的區域可以視需要或長或短，以便在有效地混合的情況下，引入所需的材料，並冷卻產品。本發明的方法產生更加一致的產品，且在擠水工藝過程中，不那麼需要調節參數。可使用通過本發明方法生產的擠水顏料，根據通用方法製備油墨組合物。或者，可在本發明連續的工藝中，在排放擠水顏料之前，優選在真空區域之後，通過在一些點處將額外的材料，例如清漆、其它樹脂、有機溶劑和/或添加劑引入到擠出機內，從而將擠水顏料製成油墨基礎成分，或者最終的油墨組合物。在擠出機內結合最終的顏料分散體和其它油墨組分，以便從擠出機中輸出油墨基礎成分或者油墨組合物。可作為油墨清漆添加而使用的典型樹脂沒有限制地包括醇酸樹脂、聚酯、苯酚樹脂、松香、纖維素、和這些衍生物，例如松香改性的酚醛樹脂、苯酚改性的松香、烴改性的松香、馬來酸改性的松香、富馬酸改性的松香；烴樹脂、乙烯基樹脂，其中包括丙烯酸樹脂、聚氯乙烯樹脂、乙酸乙烯酯樹脂、聚苯乙烯及其共聚物；聚氨酯、聚醯胺樹脂等等。也可使用這些樹脂的結合物。可添加的有機溶劑的合適實例沒有限制地包括脂族烴，例如石油餾出液餾分，以及具有有限的芳族特徵的正與異烷屬烴溶劑。本領域已知的許多添加劑中的任何一種可包括在本發明的油墨組合物內，只要這種添加劑沒有顯著破壞本發明的優勢即可。這些的例舉實例沒有限制地包括傾點抑制劑、表面活性劑、潤溼劑、石蠟、乳化劑和分散劑、消泡劑、抗氧化劑、UV吸收劑、乾燥劑(例如用於含有植物油的配方)、流動試劑和其它流變學改性劑、光澤提高劑和抗沉降劑。當包括時，典型地包括用量為油墨組合物的至少約0.001％的添加劑，且可包括用量最多為油墨組合物重量約7wt％或更大的添加劑。通過本發明方法生產的調色劑，優選在真空區域之後可添加額外的材料，例如二氧化矽、分散劑、電荷控制添加劑、穩定劑、石蠟等等。通過本發明方法生產的母料同樣再次優選在真空區域之後，可添加額外的材料。這種額外的材料的實例沒有限制地包括穩定劑、滑爽添加劑和潤滑劑、成核劑、抗氧化劑、殺蟲劑、UV吸收劑、受阻胺穩定劑、抗靜電劑。填料、增粘樹脂等等。在本發明的一個重要的方面中，擠出機進一步包括連續監控擠出機內待加工的材料性能的至少一個監控裝置。該裝置測量材料的性能並比較所測量的數值與該性能所需的數值。然後該裝置使用這一比較結果調節該方法的一個或更多個參數。監控裝置保持擠出機中的產品可用。關於這一點，由於在生產有機顏料分散體、擠水顏料，或者油墨產品或者其它顏料產品中牽涉在連續的工藝中，而不是在前面所使用的間歇的工藝中的許多性能和參數，因此重要的是在加工過程中，提供連續監控材料性能並自動化或者半自動化調節加工參數的裝置，以便避免產生大量不可用的不合規格的材料。優選根據預定的邏輯進行調節選擇，並通過擠出機處理單元或者「可編程的邏輯控制器」應用到該工藝上。可如此編程的合適的微型處理機是已知的，且不需要在此處進一步描述。監控裝置可包括選自分光光度計、粘度計、熱電偶、pH計、濁度儀、導電率儀、溼氣含量計、粒度分析儀和這些結合中的一個或更多個測量器件。監控裝置也可包括用於擠出機的一個或者更多個控制器件，所述器件選自質量流計、電動機安培測量計、控制發動機速度和/或螺杆旋轉速度的裝置，控制一種或者更多種原料組分的供料速度的器件，開始或者終止從輔助供料組件中供料的器件，控制所施加的真空大小的器件，在工藝的某一點處控制加工溫度的器件，和這些的結合。監控裝置可沿著擠出機位於出口或者樣品迴路內的任何點處。監控裝置優選位於擠出機的出口處。監控裝置可包括轉向器以分離不合規格的材料與產品物流，直到所測量的性能數值再次可接受。可在美國專利No.6348091中找到關於優選的監控裝置及其用途的進一步的細節。優選使用這種儀器監控本發明方法中的一種或更多種性能。通過下述實施例闡述本發明。實施例僅僅是例舉，且決不限制所述和所要求保護的本發明的範圍。所有份為重量份，除非另有說明。
本發明的實施例使用螺杆直徑為44mm、L/D為56和速度為450rpm的雙螺杆共旋轉的擠出機，產生擠水顏料。下表概述了對於附圖所述的擠出機來說的添加點、速度和溫度。 將44wt％固體的水基藍色分散體以117lbs./hr的速度與56％乙酸以7.0lbs./hr.的供料速度，醇酸樹脂和有機載體以12lbs./hr.的供料速度，和第一烴清漆以19.7lbs./hr.的供料速度餵入到附圖所示的擠出機的第一機筒內。然後通過機筒3的末端混合這一物料。從機筒4的顏料/清漆物料中排放置換的水。水應當相當清澈。然後在機筒5處，以80lbs./hr的流速，排放水到擠出機中。粗的擠水顏料產品和水在機筒6和7A內混合，並在機筒8內，從擠出機中排放水。機筒9-11包括真空脫水區，其中在機筒9和11處，從擠水顏料產品中進一步除去殘留的水。通過在機筒12和13內添加9.4lbs./hr的烴清漆和8.8lbs./hr的烴油，從而減少擠水顏料。使擠水顏料冷卻。在部分14內進一步混合併冷卻擠水顏料、烴清漆和烴油。所得產品是水含量小於2％的色調改變的擠水顏料。本發明的說明書在性質上僅僅是例舉，因此沒有脫離本發明主旨的變化打算包括在本發明的範圍內。這種變化不被視為脫離本發明的精神與範圍。
權利要求
1.製備擠水顏料或者油墨產品的方法，該方法包括下述步驟將穩定的水基顏料分散體、有機介質和去穩定劑引入到雙螺杆擠出機內；一起混合穩定的水基顏料分散體、有機介質和去穩定劑，產生擠水顏料相和水相；和除去至少一部分水相。
2.權利要求1的方法，其中有機介質包括選自有機溶劑、清漆、油、樹脂及其結合物中的成分。
3.權利要求1的方法，進一步包括添加選自清漆、著色的染色和調色組合物、有機溶劑、油墨添加劑及其結合物中的一種或更多種油墨組分的步驟。
4.權利要求1的方法，其中穩定的水基顏料分散體具有至少約25wt％的顏料含量。
5.權利要求1的方法，其中穩定的水基顏料分散體通過離子分散劑來穩定，和去穩定劑是離子試劑。
6.權利要求5的方法，其中離子分散劑具有鹽化的羧酸基，和去穩定劑選自質子酸和路易斯酸。
7.生產著色產品的方法，該方法包括將穩定的水基顏料分散體餵入到雙螺杆擠出機內，並在擠出機內使分散體去穩定，產生含水的沉澱顏料的步驟。
8.權利要求7的方法，進一步包括在擠出機內用有機介質擠水轉相沉澱顏料的步驟。
9.一種雙螺杆擠出機，它包括第一區，所述第一區具有用於添加含水顏料分散體、去穩定劑和有機介質的入口，進料螺杆元件，高剪切混合螺杆元件和將顏料擠水轉相到有機介質內並產生水相的輸送元件；第二區，所述第二區具有至少部分除去水相的出口；和第三區，所述第三區具有用於添加水、混合併輸送螺杆元件的入口，和除去至少一部分水的出口。
10.權利要求9的雙螺杆擠出機，其中第二區和第三區中的至少一個具有經所需時間阻礙擠水顏料前進流出該區的部分檔料圈。
11.權利要求9的雙螺杆擠出機，其中添加含水顏料分散體、去穩定劑和有機介質的所述入口在擠出機的一個機筒內。
12.權利要求9的雙螺杆擠出機，其中添加含水顏料分散體和去穩定劑的所述入口在擠出機的第一機筒內，和添加有機介質的所述入口在擠出機的第二個下遊的機筒內。
13.製備有機顏料分散體或者著色產品的方法，該方法包括下述步驟將穩定的水基顏料分散體和去穩定劑引入到雙螺杆擠出機內；一起混合穩定的水基顏料分散體和去穩定劑，產生基本上去穩定的顏料；將有機介質引入到雙螺杆擠出機內；一起混合基本上去穩定的顏料和有機介質，產生有機顏料分散相和水相；和除去至少一部分水相。
14.權利要求13的方法，其中有機介質包括油墨載體材料。
15.權利要求13的方法，其中有機介質包括調色劑載體材料。
16.權利要求13的方法，其中有機介質包括聚乙烯均聚物和共聚物，丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、聚丁烯、聚苯乙烯、聚苯醚、聚碳酸酯、聚丙烯、烴樹脂、萜烯樹脂和松香材料中的至少一種。
17.權利要求13的方法，其中有機介質包括聚合物和分散劑。
18.權利要求13的方法，其中有機介質包括聚醯胺、環氧樹脂、二烯烴、聚氨酯、乙烯基樹脂，以及二羧酸和包括二苯酚在內的二元醇的聚合酯化產物中的至少一種。
19.權利要求13的方法，進一步包括在除去水相之後，在擠出機內添加二氧化矽、分散劑、電荷控制添加劑、穩定劑、石蠟、滑爽添加劑、潤滑劑、成核劑、抗氧化劑、殺蟲劑、UV吸收劑、受阻胺光穩定劑、抗靜電劑、填料和增粘樹脂中的至少一種。
20.權利要求13的方法，其中穩定的水基顏料分散體具有至少約25wt％的顏料含量。
21.權利要求13的方法，其中穩定的水基顏料分散體通過離子分散劑來穩定，且去穩定劑是離子試劑。
22.權利要求21的方法，其中離子分散劑具有鹽化的羧酸基，和去穩定劑選自質子酸和路易斯酸。
全文摘要
製備有機顏料分散體，例如擠水顏料或者油墨產品的方法，包括將穩定的水基顏料分散體、有機介質和去穩定劑引入到雙螺杆擠出機內，一起混合穩定的水基顏料分散體、有機介質和去穩定劑，產生擠水顏料相和水相；和除去至少一部分水相。進行擠水轉相方法的雙螺杆擠出機具有添加和擠水區域，除水區域，和用水漂洗粗的有機顏料分散體或者擠水顏料和除去漂洗水的區域。可添加額外的材料形成最終著色的產品，例如油墨產品、母料或調色劑。
文檔編號B01F11/00GK101044212SQ200580030289
公開日2007年9月26日 申請日期2005年8月15日 優先權日2004年8月17日
發明者C·M·蒂利, D·卡辛, D·L·克奇蘭, C·B·帕爾莫, N·E·普拉特 申請人:弗林特集團公司