DE102018005913A1

DE102018005913A1 - Process for the production of pencil / dye leads by a new tinting process with specially formulated pigment dispersions

Info

Publication number: DE102018005913A1
Application number: DE102018005913.9A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Msp Int Ug Haftungsbeschraenkt; Msp International Ug Haftungsbeschraenkt
Current assignee: Msp Int Ug Haftungsbeschraenkt; Msp International Ug Haftungsbeschraenkt
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-01-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bleistift-/ Farbstoffminenmassen, umfassend folgende Arbeitsschritte:a) Herstellung einer speziellen Pigmentdispersion mit einer Partikelgröße von 0,2 - 5,0 Mikrogrammb) Durchführung eines Knet-Vorganges zum Einfärben und Vermischen der Bleistift-/ Farbstoffminenmassenc) Extrusion dieser Bleistift-/ Farbstoffminenmassen unmittelbar nach dem Knet-Vorgang, ohne Einsatz von DreiwalzenThe invention relates to a method for producing pencil / dye lead compounds, comprising the following steps: a) producing a special pigment dispersion with a particle size of 0.2-5.0 micrograms b) carrying out a kneading process for coloring and mixing the pencil / dye lead compounds c ) Extrusion of these pencil / dye lead masses immediately after the kneading process, without the use of three rollers

Description

Aktueller Stand der Technik ist die Herstellung von Bleistiftminenmasse mittels einer Dreiwalze.The current state of the art is the production of pencil lead by means of a three-roller.

Schritt 1:Step 1:

Die Rohstoffe ,Polymer CMC , HPMC, Aluminium-Kalziumsilikat (Clay) Kalziumkarbonat, Talkum, Wachse, Stearinsäure , Pigment und Dispergiermittel werden im Pulvermischer zu einem homogenen Pulver vermischt.The raw materials, polymer CMC, HPMC, aluminum-calcium silicate (clay), calcium carbonate, talc, waxes, stearic acid, pigment and dispersant are mixed in the powder mixer to a homogeneous powder.

Schritt 2:Step 2:

Mittels Extruder und einer einer Dreiwalze werden die Farbpigmente deagglomeriert Bei der aktuellen Verfahrenstechnik erzielt man Partikelgrössen von durchschnittlich 5-20 Mikron, hauptsächlich zwischen 7-15 Mikron. Zum Anreiben der Bleistiftminenmasse auf einer Dreiwalze müssen 15-20% Wasser zugegeben werden .The color pigments are deagglomerated by means of an extruder and a three-roller. In the current process technology, particle sizes of 5-20 microns on average, mainly between 7-15 microns. To rub the pencil lead mass on a three-roller, 15-20% water must be added.

Schritt 3:Step 3:

Der Wassergehalt der auf der Dreiwalze angeriebenen Bleistiftminenmasse von 15-20% wird nach dem Anreiben durch Trocknung in Trockenöfen auf 8-10% Wassergehalt reduziert. Der relativ hohe Wassergehalt ist zur Bearbeitung auf den Dreiwalzwerken notwendig. Eine zu trockene Minenmasse kann auf einer Dreiwalze nicht bearbeitet werden.Der Restwassergehalt von 8-10% ist zum Extrudieren der Bleistifminenmasse notwendig.The water content of the pencil lead mass of 15-20% rubbed on the three-roller is reduced to 8-10% water content after rubbing by drying in drying ovens. The relatively high water content is necessary for processing on the three-roll mills. A lead that is too dry cannot be processed on a three-roller. The residual water content of 8-10% is necessary to extrude the lead lead.

Der Herstellungsrozesses mittels Dreiwalze ermöglich eine durchschnittliche Partikelgröße der Pigmente von 5-20 Mikron . Die tatsächlich erzielten Partikelgrössen liegen zwischen 7-15 Mikron.The three-roll manufacturing process enables an average particle size of the pigments of 5-20 microns. The particle sizes actually achieved are between 7-15 microns.

Die neue Technologie beschreibt einen Herstellungsprozess der Farbstiftminenmasse unter Verwendung einer speziellen flüssigen, wässrigen Pigmentdispersion.The new technology describes a manufacturing process of the colored pencil lead mass using a special liquid, aqueous pigment dispersion.

Diese Pigmentdispersion basiert auf wachskompatiblen Dispergiermitteln und wird für den Einsatz in Farbstiftminen auf horizontalen Perlmühlen hergestellt, welche eine deutlich feinere Ausmahlung der Pigmente ermöglichen. Die Pigmentpartikel können idealerweise auf Teilchengrössen von 0.5-3 Mikron ausgemahlen werden . Mit der feinen und gleichmässigen Ausmahlung der Pigmente erzielt man höhere Farbstärken ,höhere Deckfähigkeit, und weicheres Schreibverhalten der Minen bei gleichem Prozentanteil der Farbpigmente.This pigment dispersion is based on wax-compatible dispersing agents and is produced for use in colored pencil leads on horizontal bead mills, which enable a significantly finer grinding of the pigments. The pigment particles can ideally be ground to particle sizes of 0.5-3 microns. With the fine and even grinding of the pigments, higher color strengths, greater opacity and smoother writing behavior of the refills are achieved with the same percentage of the color pigments.

Je nach Pigment kann man durch die kleineren Partikelgrößen eine Erhöhung der Farbintensität um bis zu 50% erzielen .Die Pigmentdispersion zur Kolorierung der Bleistiftminenmasse wird aus einer speziellen Kombination verschiedener Dispergiermittel, welche mit den Rohmaterialien und den Rezepturen der Farbstiftminen abgestimmt wurden hergestellt.Depending on the pigment, the smaller particle sizes can increase the color intensity by up to 50%. The pigment dispersion for coloring the pencil lead is made from a special combination of different dispersants, which have been coordinated with the raw materials and the recipes of the pencil lead.

Mit diesem neuen Prozess zur Herstellung von Farbstiftminenmassen wird unter Anwendung des gleichen Prozentsatzes an Pigmenten nicht nur die Farbstärke um 20 - 50% erhöht, sondern auch das weiche Schreiben der Bleistiftminen, deren Gleiteigenschaften sowie die Deckfähigkeit der fertigen Farbstiftmine auf dem Papier verbessert.With this new process for the production of colored pencil leads, not only the color strength is increased by 20 - 50% using the same percentage of pigments, but also the soft writing of the pencil leads, their gliding properties and the opacity of the finished colored pencil leads on the paper.

Die Verwendung der speziellen Pigmentdispersionen ermöglicht es den Bleistifminenherstellern die gesamte Farbpalette von 150 und mehr Farbstiftminen mit nur 10 - 14 Pigmentdispersionen und mittels eines Tintingsystems herzustellen.The use of special pigment dispersions enables pencil lead manufacturers to produce the entire color range of 150 and more colored pencil leads with only 10 - 14 pigment dispersions and by means of a tinting system.

Beim aktuellen Herstellungsprozess, mit Pulvermischer, Extruder und Dreiwalze werden zur Herstellung von 200,00kg Farbstiftminenmasse drei Mischwerkanlagen benötigt, welche immer vor einem Farbwechsel gereinigt werden müssen . Als erstes muss eine Pulvermischung in einem Pulvermischer erstellt werden, die dann in einem Extruder intensiv vorgemischt wird Anschliessend wird die Minenmasse mit einem erhöhten Wasseranteil von 15-20% auf einer Dreiwalze über 4-8 Stunden deagglomeriert und gemischt. Beim bisherigen Verfahren sind der Produktionsaufwand sowie der Reinigungsaufwand der Anlagen zum Farbwechsel und die Energiekosten hoch.In the current manufacturing process, with a powder mixer, extruder and three-roller, three mixing unit systems are required to produce 200.00kg of colored pencil lead, which must always be cleaned before a color change. First of all, a powder mixture has to be created in a powder mixer, which is then premixed intensively in an extruder. Then the lead mass is deagglomerated and mixed with an increased water content of 15-20% on a three-roller for 4-8 hours. With the previous method, the production effort and the cleaning effort of the systems for color change and the energy costs are high.

Nachdem die Bleistiftminenmasse auf der Dreiwalze vermahlen wurde hat, muss der Wassergehalt von prozessbedingten 15-20% auf zirka 8-10% reduziert werden. Nur mit einem Wassergehalt von 8-10% kann die Minenmasse in Ihre endgültige Form, zu einer Bleistiftmine mit einem Durchmesser von 2.5-3.5mm, extrudiert werdenAfter the pencil lead has been ground on the three-roller, the water content has to be reduced from 15-20% to about 8-10% due to the process. Only with a water content of 8-10% can the lead mass be extruded into its final shape, to a pencil lead with a diameter of 2.5-3.5mm

Unter Anwendung des neuen Tinting-Prozesses, kann die Farbstiftminenmasse mit einer 30-70% Pigmentdispersion insbesondere mit einer 35-45% Pigmentdispersion hergestellt werden . Die Farbstiftminenmasse wird in einem drehmomentstarken Doppelschneckenkneter mit hydraulischem Deckel intensiv 15-20 Minuten geknetet. Using the new tinting process, the colored pencil lead can be produced with a 30-70% pigment dispersion, in particular with a 35-45% pigment dispersion. The colored pencil lead is kneaded intensively for 15-20 minutes in a high-torque twin-screw kneader with a hydraulic cover.

Durch die intensive Durchmischung steigt die Prozesstemperatur innerhalb von 10 Minuten auf die benötigte Schmelztemperatur der verwendeten Wachse und Fettsäuren von 50 bis 70 grad C an. Nach dem Kneten kann die Farbstiftminenmasse nach einer Abkühldauer von 1-2 Stunden zu 2.5-3.5mm dicken Farbstiftminen (Bleistiftminen) extrudiert werden.Due to the intensive mixing, the process temperature rises from 50 to 70 degrees C within 10 minutes to the required melting temperature of the waxes and fatty acids used. After kneading, the colored pencil lead mass can be extruded into 2.5-3.5 mm thick colored pencil leads (pencil leads) after a cooling period of 1-2 hours.

Durch den geringeren Wassergehalt der Farbstoffminenmasse von nur 8-10% ist der Dispergiereffekt von anorganischen Füllstoffen wie Clay, Talkum , Kalziumkarbonat, Wax , Talkum ,Polymeren und den Pigmentdispersionen in dem geschlossenen Doppelschneckenkneter zwischen 50-70 grad C sehr gut.Due to the lower water content of the dye lead mass of only 8-10%, the dispersing effect of inorganic fillers such as clay, talc, calcium carbonate, wax, talc, polymers and the pigment dispersions in the closed twin-screw kneader between 50-70 degrees C is very good.

Durch die Anwendung des neuen Prozesses wird die bisherige Prozessdauer von 4-8 Stunden auf nur 20-30 Minuten reduziert .Zur Herstellung der Minenmasse in dem geschlossenen Kneter wird nur eine Maschine benötigt. Bedingt durch die hohe Viskosität beim Kneten entfällt nach der Fertigstellung einer Farbe die Reinigng des Kneters vor einem Farbwechsel.By using the new process, the previous process time is reduced from 4-8 hours to just 20-30 minutes. Only one machine is required to produce the lead mass in the closed kneader. Due to the high viscosity during kneading, the kneader does not need to be cleaned before a color is changed.

Um die fertige Farbstiftminenmasse (Bleistiftminenmasse) aus dem Doppelschneckenkneter zu entleeren lässt man den Kneter rückwärts laufen. Durch das Mischen der Farbstiftminenmasse mit einem Wassergehalt von nur 8-10%, kann die Masse praktisch rückstandslos aus dem Kneter entnommen werden.To empty the finished colored pencil lead mass (pencil lead mass) from the twin-screw kneader, the kneader is run backwards. By mixing the colored pencil lead with a water content of only 8-10%, the mass can be removed from the kneader with practically no residue.

Der Vorteil beim Tintingverfahren mittels einem geschlossenem Kneter und der Verwendung von Pigmentdispersion liegt in der einer Verkürzung der Prozessdauer von aktuell 4 bis 8 Stunden auf nur 20-30 Minuten und der Einsparung von Reinigungs- und zusätzlichen Trocknungsprozessen der Minenmasse von 15-20% auf 8-10% . Wassergehalt. Die Minenmasse kann nur mit 8-10% Restwassergehalt zu Bleistiftminen mit einem Durchmesser von 2.5-3.5 mm extrudiert werden.The advantage of the tinting process using a closed kneader and the use of pigment dispersion is that the process time can be reduced from the current 4 to 8 hours to just 20-30 minutes and the cleaning and additional drying processes for the lead mass from 15-20% to 8 -10%. Water content. The lead mass can only be extruded with 8-10% residual water content into pencil leads with a diameter of 2.5-3.5 mm.

Die Extrusion zu Bleistiftminen mit 2.5-3.5mm Durchmesser kann nach kurzer Abkühlzeit der Farbstoffminenmasse innerhalb von 1-2 Stunden im Anschluss an den Knetprozess erfolgen.The extrusion to pencil leads with a diameter of 2.5-3.5mm can take place after a short cooling time of the lead lead within 1-2 hours after the kneading process.

Vorteile des neuen Prozesses zur Herstellung von Farbstiftminenmasse

• Der Verbrauch von Farbpigment wird um 20-50% reduziert
• Senkung der Materialkosten durch geringeren Pigmentverbrauch
• Senkung der Prozessdauer , Lohnkosten und der Energiekosten
• Geringere Materialverluste durch das Wegfallen von Reinigungsprozessen.
• Verbesserung der Eigenschaften der Farbstiftminen
• Höhere Deckfähigket weicheres Schreiben und verbessertes Glidingverhalten auf dem Papier
• Geringerer Minenbruch im Vergleich zu den Farbstiftminen welche mit dem bisherigen Drei -Walzen Prozess hergestellt wurden
• 10 -14 verschiedene Pigmentdispersionen ermöglichen die Herstellung von über 150 verschiedenen Farbtönen .Somit einfachere und bessere Kontrolle der Produktsicherheit in Bezug auf die geltenden EU und US Standards für Toys.
• Die Herstellungskosten von Farbstiftminen werden im Gesamten durch Lohn-Energie und Materialeinsparungen um bis zu 50% gesenkt
• Im Vergleich zum Drei -Walzen System ist dieser Prozess sehr viel umweltfreundlicher
• Die Vorteile des Tintingverfahrens sind für jeden Bleistiftminenhersteller klar zu erkennen . Einsparung von 80% der Lohnkosten, 80-90% der Energiekosten das Entfallen aufwendiger Maschinenreinigungen , Verminderung von Sonderabfällen und zusätzliche Einsparung von 20-50% an Farbpigmenten durch das Herstellen feinteigiger hochprozentiger Pigmentdispersionen. Eine Verbesserung der Produktsicherheit und Kosteneinsparung durch das Reduzierten des analytischen Aufwandes . Statt der Kontrolle von 25-30 verschiedener Pulverpigmente müssen nur noch 10-14 flüssige Pigmentdispersionen auf die EU und US Sicherheitsstandards geprüft werden.

Advantages of the new process for the production of colored pencil lead

• The consumption of color pigment is reduced by 20-50%
• Lower material costs due to lower pigment consumption
• Reduction of process time, labor costs and energy costs
• Lower material losses due to the elimination of cleaning processes.
• Improving the properties of the colored pencil leads
• Higher opacity, smoother writing and improved gliding behavior on paper
• Less lead breakage compared to the colored pencil leads which were manufactured with the previous three-roller process
• 10 -14 different pigment dispersions enable the production of over 150 different shades, making it easier and better to control product safety in relation to the applicable EU and US standards for toys.
• The overall manufacturing costs of colored pencil leads are reduced by up to 50% through wage energy and material savings
• Compared to the three-roller system, this process is much more environmentally friendly
• The advantages of the tinting process are clearly recognizable for every pencil lead manufacturer. Saving 80% of labor costs, 80-90% of energy costs, elimination of time-consuming machine cleaning, reduction of special waste and additional savings of 20-50% in color pigments by producing fine-paste, high-percentage pigment dispersions. An improvement in product safety and cost savings by reducing the analytical effort. Instead of checking 25-30 different powder pigments, only 10-14 liquid pigment dispersions have to be checked for EU and US safety standards.

Claims

Process for the production of pencil / dye lead masses, comprising the following steps: a) Production of a special pigment dispersion, consisting of organic and inorganic pigments, and dispersants compatible with pencil / dye lead, with a particle size of 0.2-5.0 micrograms. b) Production of the pencil / dye lead masses by mixing various raw materials, in particular aluminum-calcium silicate, calcium carbonate, talc, waxes and stearic acid in a special kneader.

Method according to the preceding claim, characterized in that any number of pencil / dye lead materials can be colored by means of prefabricated, finely ground pigment dispersions consisting of 10-15 individual color shades and the entire process takes place in a single kneading process.

Method according to the preceding claim, characterized in that the kneaded pencil / dye lead masses extrude to pencil / dye lead immediately after the kneading process can be and no longer need to be dispersed on three rollers.