利用雙擠出製備顏料顆粒的方法
2023-10-17 09:09:29
專利名稱：利用雙擠出製備顏料顆粒的方法
技術領域：
本發明涉及一種優選地用丙烯酸樹脂、聚醛樹脂和/或酮樹脂來包覆有 機和無機的顏料以便提供優選為粒子形式的顆粒成分的雙擠出生產方法。
背景技術：
如已知，顏料是具有有機和無機性質的固體，當它們在固色系統如樹 脂中使用時便被限定為這樣的特性，從而吸收光的一部分並反射它們的形 成塗覆表面顏色的互補部分。
這樣，它們是具有非常不規則表面(在顏料與顏料間彼此不同)的固
體，並且具有與彼此完全不同的其它物質相互作用(interface)的特性， 且受到接觸元素的物理和化學條件的很大影響。
因此，由各種顏料的混合物產生的顏色組成在各種製備物間是不均勻 的，這不僅是由於環境狀況(在各種情況下都會改變)的變化，而且還由 於顏料表面特性的不同和熔融期間聚合物的表面張力特性的不同(即使在 批次間不會不同，也會稍微地改變)。
將顏料結合在基於廣泛變化的樹脂的載體(vehicle)系統中的難度是
這在兩種情況下都是如此， 一是粉末系統，其中顏料在擠出機內與熔 融狀態的聚合物樹脂接觸，二是液體系統，其中會發生與用溶劑和/或水(對 系統具有絮凝作用)稀釋的溶液、乳狀液或分散液形式的聚合物(樹脂) 的相互作用。
目前在粉末塗料的配製中，顏料的嵌入利用所述顏料在擠出期間與樹 脂的不同形式(碎片或薄片)的顆粒的簡單物理混合來進行以將顏料結合在樹脂中，所述樹脂形成添加有能夠改善顏料和樹脂之間接觸的化學添加 劑的載體，在擠出時包含在混合物中的樹脂熔化並且顏料在液態/粘性相中
分散或粉碎(碾磨，milling)。
該過程通常使用單螺杆擠出機(單螺杆Bandera型)，該單螺杆擠出 機具有不夠強的顏料粉碎能力且由此不完全適用於擠出比色率 (colorimetric yield)高的有機顏料，因此主要用於無機或有機顏料，但用 在認為顏色組成和比色率不重要的產品中。
具有複合螺杆的雙螺杆擠出機(Leistriz型)通常被使用和已知；與單 螺杆擠出機相比，這些雙螺杆擠出機在顏料精煉和粉碎能力方面提供了更 好的性能，且因此在使用了難以粉碎的顏料且需要高比色率時使用。
單螺杆和雙螺杆擠出機均使用供給到擠出腔的熱量，以便有助於聚合 物的熔化和顏料在液態/粘性相中的粉碎。
儘管如此，也已證明使用雙螺杆擠出機在以下情況下在分散能力方面 具有限制，即，使用特別複雜和昂貴的有機顏料(例如被開發以用於對外 界製劑具有良好抵抗力、用於金屬塗料時具有良好透明度、具有高色調和 高飽和度的塗料的顏料)且需要使M程度及由此比色率最大化的情況； 或使用特別難以分散的無機顏料的情況，或者在兩種情況下僅為了能夠增 大顏料在擠出製備物中的濃度、同時在分散方面維持良好結果的情況。
特別地，通過本領域已知的方法，針對許多有機顏料(例如，品紅色 二甲基會吖咬酮紅122 ( magenta dimethylquinacridone Red 122 )顏料、 紫紅色貝塔全吖咬酮紫19 (violet-red betaquinacridone Violet 19 )顏料、 橙色二酮p比咯並p比咯橙73 (orange diketo國pyrrolo-pyrrole Oragne 73 )顏 料)能實現的粉碎的精細度和均勻程度對於諸如高性能塗料的應用場合來 說是無法接受的。
實際上，顏料顆粒過大(即，對於品紅色二甲基喹吖啶酮紅122顏料 為5-30微米，對於紫紅色貝塔喹吖啶酮紫19顏料為10-30微米，對於橙 色二酮吡咯並吡咯橙73顏料為10-25微米)並且不能以足夠均勻的方式分 散，從而不利地影響了諸如比色率、亮度和色調等特性。
5在所有這些情況下，在熱擠出機中進行的第二擠出尚未提供對分散度 的實質改善。
擠出固體製備物在粉末塗料中的可能應用或作為塑料中色母(master batch)的可能應用、以及利用溶劑的溶解作為粉碎步驟的固體替代製備物 的可能應用(就液態塗料和墨水來說是典型的)突顯了上述限制和要求。
發明內容
因此，有必要研發一種用樹脂來包覆有機和/或無機顏料以便獲得顆粒 形式的配方成分的新型擠出方法，其能克服現有技術的不利方面。 形成本發明主題的該技術基於
-不帶感應加熱地對基於樹脂和顏料的混合物進行第一擠出； —帶感應加熱地對來自所述第一擠出的混合物進行第二擠出； -使由此獲得的混合物粒化(形成顆粒)。
根據本發明的一個方面，在同向(旋轉)(co-rotating)雙螺杆擠出 機中進行第 一擠出，所述同向雙螺杆擠出機允許僅使用在擠出機內由剪切 (cutting)和摩擦力自然產生的熱量而不帶感應加熱地進行第一步驟。
本發明優選的雙螺杆擠出機使用的螺杆直徑為27-110 mm，優選為 30-87 mm,長度為直徑的25-48倍，優選為32-40倍。
上述擠出機內的溫度可從大約0到大約50°C、優選從5到35。C變化； 理想地，將擠出機內部劃分成9個長度相同的區域，溫度通常在三個笫一 區域內設定為5/15。C，優選為10。C,在第二區域(3至6)內設定為15/25°C, 優選為20。C，在第三區域(6至9)內設定為25/35。C,優選為30。C。
通過擠出機的第一區域內的冷卻設置和作為混合物的成分存在的水的 蒸發兩者來控制擠出機內的溫度；這優選利用在擠出機輸送區內朝端部設 置的通氣閥來進行。控制溫度對於將混合物保持為未完全熔化的狀態以使 剪切力可更有效地發揮其作用來說很重要。
第一擠出的流量約為5-20kg/h，優選為10-15kg/h。
在第一步驟後離開擠出機的顏料和樹脂的處於無定形但均一固相的半成品可包含大量的水，使其在後續的擠出中難以使用。在這種情況下，優 選地添加混合物表面活性劑或分散劑(優選為非離子的，例如環氧化山梨
糖醇酐和豆油酉旨(epoxidized sorbitan and soybean oil ester)，優選為環氧 化山梨糖醇酐酯)，以便有助於固相的潤溼並為均一混合物提供良好的可 擠出特性。
然後來自第一擠出的擠出物被轉移以進行第二擠出；該過程可成批地 和連續地進行。
第二雙螺杆擠出機的螺杆直徑為27-110 mm,優選為30-87 mm,長度 為直徑的30/60倍，優選為直徑的48-60倍。
上述擠出機內的溫度可從大約50到大約130°C、優選從80到110°C 變化；理想地，將擠出機內部劃分成9個長度相同的區域，溫度通常利用 感應熱的供給在三個第一擠出區域內設定為70/卯。C，優選為80。C，在第 二區域(3至6)內設定為80/100。C，優選為卯。C，在第三區域(6至9) 內設定為90/110°C,優選為100°C。
第一擠出的流量約為15-35kg/h,優選為20-30kg/h。
擠出過程使用模具和制粒機來完成。
混合物中存在的剩餘水也藉助於施加真空、在必要時通過除氣系統的 通氣閥來取出。
分散顆粒的粉碎精細度和均勻性在最後獲得粒徑曲線的非常窄的分 布，其中在使用x200放大倍率的光學顯微鏡進行測量時粒徑值很小並且 小於l-2微米的值。
模具和水剪切造微粒機(water-cutting microgranulator)來生產微粒。
應當強調，儘管單次熱操作(hot pass)產生不規律的粉碎精細度，其 中散布有在各種情況下尺寸為5-30微米、10-30微米、10-25微米(使用x 200放大倍率的光學顯微鏡進行測量時)的顆粒，但冷/熱雙重操作不僅將 顆粒尺寸減小到l-2微米以下，還導致其極好的均勻性(粒徑曲線的窄分 布)及由此更高的比色率。特別地，對於基於無機和有機顏料的配方成分，製備分歉劑的水溶液
(水的用量優選為配方成分總重量的10%到20% );將樹脂引入混合器(優 選為高速葉片型的開口容器)並且用所述溶液的約50%的量來潤溼；將顏 料引入且同時混合，並將剩餘量的水溶液加入；加入惰性填料，並在混合 後將產品排出和輸送到擠出機。
混合物也可包含礦物增強填料，例如硫酸鋇。
對於有機顏料和無機顏料兩種情況，混合通常都以在800和2200 rpm 之間的速度進行。
可根據本發明的方法獲得的顆粒配方成分可用於生產基於樹脂和顏料 並且在本領域中已知的顆粒系統，尤其是在國際專利申請 PCT/IT2005/000443 、 PCT/IT2005/000536 、 PCT/EP2006/000019 和 PCT/IT2006/000588 (申請人相同並且引用於此作為參考)中所述的顆粒 系統。
具體實施例方式
對設備/工藝過程的描述 設備/工藝過程包括
帶有螺旋槳式葉輪(propeller impeller)的高速渦輪式混合器，轉數 為1000到3000轉每分鐘，優選為2000/2500 rpm，這使得包括顏料、樹 脂、添加劑和水的組分可均勻化。
用於第一操作的冷卻同向旋轉雙螺杆擠出機(Leistriz型)，適於獲得 來自渦輪式混合器的混合物的顏料的極好冷分散。
"冷操作"不提供熱量且因此避免了樹脂的完全熔化，但是僅使用由 所生成的高剪切力產生的"摩擦"熱來確保顏料的極好分軟，然而獲得的 是非粒狀的無定形物理形態。
加熱同向旋轉雙螺杆擠出機(Leistriz型)，其中進行混合物熔化過程， 最終是液相(水相)流出。
安裝在擠出機機頭上的造微粒機(Gala水下制粒型)，用於將液相的擠出物製成微粒。
優選地，利用Gala工業公司生產的並在國際專利申請WO/21371 (引 用於此作為參考)中描述的噴水剪切型造粒機來生產顆粒。
篩分/乾燥系統，主要包括流體床振動篩，用於分離液相，和將顆粒從 粒徑不M格的可能組分中篩分/篩選出來，以及通過熱空氣裝置進行相關 的乾燥。
從擠出過程獲得的、根據擠出混合物的比重可具有從80到200個顆粒 每克的數量的微粒在必要時補充加入任意^5流化添加劑以避免在溫度條 件不能適當控制時在儲存或運輸過程中的微粒壓實問題，並被輸送走以進 行包裝。
下列示例僅為例示性而非限制性的，示出了要供給到擠出機中以便在 後面生產本發明的粒子和粉末形式的顆粒成分的化合物的一些可能混合 物；水顯然不能,皮看作是最終配方成分的組分，因為它在乾燥階段內被除 去了；各部分以重量計量。
示例1
傳統的單擠出過程
紅色二甲基喹吖啶酮紅122顏料:
Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯) Laropal A 81 (聚醛樹脂): 水
擠出參數
區域l-3:溫度80°C 區域4-6:溫度90°C 區域7-9:溫度100°C 螺杆直徑30 mm 螺杆長度1560 mm 安裝了模具和制粒機
25 20
50 12產率15kg/h
結果粉碎精細度5-30微米
示例2 雙擠出過程
品紅色二甲基會吖咬酮紅122顏料 25
Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯) 5
Laropal A 81 (聚醛樹脂) 55
水 12
第一擠出參數 區域l-3:溫度10。C 區域4-6:溫度20°C 區域7-9:溫度30°C 螺杆直徑30 mm 螺杆長度750 mm 未安裝模具和制粒機 產率25kg/h 第二擠出參數 區域l-3: 5顯度80°C 區域4-6:溫度90°C 區域7-9:溫度100°C 螺杆直徑30 mm 螺杆長度1560 mm 安裝了模具和制粒機 產率15kg/h
結果粉碎精細度1-2微米示例3
傳統的單擠出過程
紫紅色貝塔喹吖啶酮紫19顏料 40
硫酸鋇 10
Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯) 6
Laropal A 81 (聚醛樹脂) 44
水 12
擠出參數
區域l-3:溫度80°C 區域4-6:溫度卯。C 區域7-9:溫度100°C 螺杆直徑30 mm 螺杆長度1560 mm 安裝了模具和制粒機 產率15kg/h
結果粉碎精細度10-30微米
示例4 雙擠出過程
紫紅色貝塔喹吖啶酮紫19顏料 硫酸鋇
Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯): Laropal A 81 (聚醛樹脂): 水
第一擠出參數
區域1畫3 區域4-6 區域7-9
溫度10°C 溫度20°C 溫度30°C
40 10 6
44 12螺杆直徑30 mm 螺杆長度750 mm 未安裝模具和制粒機 產率25kg/h 第二擠出參數 區域l-3:溫度80°C 區域4-6:溫度卯。C 區域7-9:溫度100°C 螺杆直徑30 mm 螺杆長度1560 mm 安裝了模具和制粒機 產率15kg/h
結果粉碎精細度1-2微米
示例5
傳統的單擠出過程
橙色二酮吡咯並吡咯橙73顏料 40 石克酸鋇 10 Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯) 5 Laropal A 81 (聚醛樹脂) 45 水 12 擠出參數
區域l-3:溫度80°C 區域4-6:溫度90°C 區域7-9:溫度100°C 螺杆直徑30 mm 螺杆長度1560 mm 安裝了模具和制粒機產率15kg/h
結果粉碎精細度10-25微米
示例6 雙擠出過程
橙色二酮吡咯並吡咯橙73顏料 40
硫酸鋇 10
Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯) 5
Laropal A 81 (聚醛樹脂) 45
水 12
第一擠出參數 區域l-3:溫度10°C 區域4-6:溫度20°C 區域7-9:溫度30°C 螺杆直徑30 mm 螺杆長度750 mm 未安裝模具和制粒機 產率25kg/h 第二擠出參數 區域l-3:溫度80°C 區域4-6:溫度90°C 區域7-9:溫度100°C 螺杆直徑30 mm 螺杆長度1560 mm 安裝了模具和制粒機 產率15kg/h
結果粉碎精細度1-2微米
權利要求
1、用於生產包含至少一種樹脂和至少一種顏料的顆粒成分的方法，包括以下步驟(a)不帶感應加熱地對包含所述至少一種樹脂和所述至少一種顏料的混合物進行擠出；(b)帶感應加熱地對從根據步驟(a)的擠出獲得的混合物進行後續擠出；(c)使由此獲得的混合物粒化。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(a )和/或步驟(b ) 在同向旋轉雙螺杆擠出機中進行。
3、 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，根據步驟(a)的擠出 機的螺杆的直徑為27-110 mm,優選為30-87 mm。
4、 根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述螺杆的長度為所述 直徑的25-48倍，優選為所述直徑的32-40倍。
5、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，根據步驟(a)的擠出 機內的溫度從大約0到大約50°C變化。
6、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據步驟(a)的擠出 機內的溫度從大約5到大約35°C變化。
7、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據步驟(a)的擠出 的流量為5-20kg/h，優選為10-15 kg/h。
8、 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，根據步驟(b)的擠出 機的螺杆的直徑為27-110 mm，優選為30-87 mm。
9、 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述螺杆的長度為所述 直徑的30/60倍，優選為所述直徑的48-60倍。
10、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，根據步驟(b)的擠出 機內的溫度從大約50到大約130°C變化。
11、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，根據步驟(b)的擠出才幾內的溫度從大約80到大約110°C變化。
12、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，根據步驟(b)的擠出 的流量為15-35 kg/h，優選為20-30 kg/h。
13、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，粒化藉助於用噴水進 行的剪切來進行。
14、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述至少一種顏料是 有機的和/或無機的。
15、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述至少一種樹脂是 聚醛樹脂、酮樹脂和/或丙烯酸樹脂。
16、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述混合物包含至少 一種礦物增強填料。
17、 根據權利要求16所述的成分，其特徵在於，所述礦物填料是硫酸鋇。
18、 4艮據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述混合物包含至少 一種分散劑，該分散劑優選為非離子的。
19、 根據權利要求18所述的成分，其特徵在於，所述分散劑選自山梨 糖醇酐和環氧化豆油酯，優選為環氧化山梨糖醇酐酯。
20、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述混合物包含水。
21、 能根據權利要求1-20所述的方法獲得的顆粒成分。
22、 根據權利要求21所述的成分，其特徵在於，該成分具有小於2 微米的平均粒徑。
23、 根據權利要求21所述的成分，其特徵在於，該成分具有l-2微米 的平均粒徑。
24、 根據權利要求21-23所述的成分用於製備粉末塗料、液體塗料和 塑料的應用。
全文摘要
描述了一種用於生產包含至少一種樹脂和至少一種顏料的顆粒成分的方法，所述方法包括以下步驟不帶感應加熱地對包含所述至少一種樹脂和所述至少一種顏料的混合物進行擠出；帶感應加熱地對從先前擠出獲得的混合物進行後續擠出；使由此獲得的混合物粒化。通過上述方法，能獲得顆粒的平均直徑小於2微米且比已知方法更均勻的成分。
文檔編號B29C47/40GK101505944SQ200680055558
公開日2009年8月12日 申請日期2006年8月9日 優先權日2006年8月9日
發明者G·布羅吉 申請人:因艾克斯塞爾商標專利公司