DE2035538B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von graphischen Farben, insbesondere Druckfarben - Google Patents

Description

Die graphischen Farben bestehen im wesentlichen aus Bindemittel und Pigment; um den Druckfarben gewisse Eigenschaften, z. B. leichten Fluß, zu verleihen, werden ihnen häufig Zusätze noch zugegeben. Das Bindemittel bringt das Pigment in ein für das jeweilige Druckverfahren geeigneten verdruckbaren Zustand, d. h. es macht aus dem Pigment eine mehr oder weniger flüssige oder pastöse Masse, die den Farbstoff in möglichst fein disperser Form enthalten soll.

Für die graphischen Farben werden Bindemittel der verschiedensten Art verwendet, z. B. Leinölfirnis, Naturharze, ferner reine Kunstharze und Kunststoffe und auch bituminöse Stoffe. Die letzteren werden vielfach in Verbindung mit Mineralölen oder trockenen ölen als sogenannte Kompositionsfirnisse verwendet. Als Harze kommen Esterharze, Alkydharze, modifizierte Phenol- und Cresolharze sowie styrolisierte öle in Betracht. Die Pigmente sind meist wasserunlösliche, vielfach synthetische organische oder anorganische Farbkörper, wie Titanweiß, Zinksulfid, Zinnober, Cadmiumrot, Eisenoxyde, Chromgelb, Ultramarin und insbesondere Ruß, ζ. B. als Flammruß, Lampenruß, Gasruß u. dgl., in den verschiedensten Qualitäten. Auch Farblacke kommen als Pigmente in Betracht.

Druckfarben müssen so beschaffen sein, daß sie eine völlig homogene Dispersion aus Bindemittel und Farbpigment bilden. Hierbei sollen die Pigmente nicht nur ein möglichst feines, weiches Farbkorn besitzen, sondern die Farbkorngröße soll möglichst gleich sein. Größere Farbkörner in der fertigen Druckfarbe können das Druckbild unangenehm beeinträchtigen. Um ein durchweg gleichmäßiges Farbkorn in der Druckfarbe zu

<*> erhalten, hat man die Druckfarben nach dem Mischungsprozeß zentrifugiert. Dies ist ein umständliches und aufwendiges Verfahren. Die Pigmentierung der Bindemittel wird in Kugelmühlen und auf Drei- und Mehrwalzenstühlen vorgenommen. Das anschließende

"»'ι Zentrifugieren führt nicht immer zu dem gewünschten Erfolg. In der fertigen Druckfarbe sind gröbere Pigmentteilchen nicht ausgeschlossen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Farbdispersion aus zerkleinerten Pigmentfeststoffen und dem Bindemittel

■>^r> herzustellen, bei der auf einfachem Weg und kontinuierlich die fertige Druckfarbe mit einer vorbestimmten Teilchengröße erzielt wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von graphischen Farben, insbesondere

wi Druckfarben, in einer Dispersion aus Bindemittel und Farbpigment, wobei die Pigmentierung des oder der Bindemittel mittels eines Mahlvorganges erfolgt, und nach der Mischung der Komponenten eine Trennung der Farbdispersion in einen Anteil von homogen

6'> dispergierten, gleich groß zerkleinerten Pigmenten und in einen den Anforderungen an Homogenität nicht entsprechenden Pigmentteilen durchgeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Farbdispersion

nach dem Zerkleinerungsvorgang einer Filtrierung unterworfen wird, und daß während der Filtrierung der Dispersion, bei der ein Teil mit einer vorbestimmten Teilchengröße der Feststoffe ausgeschieden wird, der zurückbleibende Teil der Dispersion mit einer die vorbestimmte Teilchengröße übersteigenden Teilchengröße kontinuierlich abgezogen und der Dispergierzone zugeführt wird.

Vorteilhaft werden Pigment und Bindemittel während ihres Dis^ergiervorganges zugleich der Zerkleinerungsbehandlung unterworfen und es wird der nicht ausfiltrierte und zurückgeführte Teil der Dispersion nochmals der Zerkleinerungsbehandlung ausgesetzt

Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß die Filteriückstände in einem dauernden Kreislauf bleiben. Was nicht durch die Filtrierungszone hindurchgegangen ist, wird so lange der Bearbeitungszone zugeführt, bis auch dieser Anteil so dispergiert bzw. in Lösung übergegangen ist, dal* er das Filter passieren kann. Man erhält im kontinuierlichen Betrieb und auf eine äußerst einfache Weise ständig ein Endprodukt, bei dem die Pigmentfeststoffteilchen eine vorbestimmte und definierte Teilchengröße nicht übersteigen, so daß die Druckfarbe bei der Weiterverarbeitung keine Schwierigkeiten mehr bereiten kann. Es wird wesentlich an Zeit gespart und ein Materialverlust ist vermieden. Die Farbdispersion bleibt in einem geschlossenen Kreislauf, so daß auch sonstige Materialverluste nicht entstehen. Es entstehen praktisch keine Filterrückstände, vielmehr ist der Ablauf so, daß das Gut, soweit es eine vorbestimmte Teilchengröße nicht überschreitet, durch das Filter kontrolliert abgenommen wi;d, während die restliche Gutmenge, die zu dem Filtriervorgang von neuem immer wieder nachströmt in ei. jn Kreislauf zurückgeführt wird, um die Pigmentfeststoffteilchen auf r» diejenige Teilchengröße zu bringen, die ein Hindurchgehen durch das Filter erlaubt.

Vorteilhaft wird die Dispersion während der Filtrierung intermittierend der Filterung unterworfen, d. h. in den Zwischenzeiträumen mittels Gegendruck mindestens teilweise in den Kreislauf wieder zurückgeschickt. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß das Filter bei dem kontinuierlichen Prozeß sich nicht zusetzen kann, sondern, daß praktisch sämtliche Filterporen für das Passieren der Menge mit der gewünschten Teilchengrö- ■»"> ße offen bleiben. Die Kreislaufführung und das Sauberhalten des Filterelementes läßt sich dadurch wesentlich unterstützen, daß die Dispersion dem Filterelement in einer von der Durchgangsrichtung durch dasselbe abweichenden Richtung zugeführt wird. "·< > Vorzugsweise erfolgt ein Vorbeiführen der Gutmenge an dem Filterelement in tangentialer Richtung, so daß die Teilchen, die nicht ohne weiteres durch das Filter hindurchgelangen können, mit der Strömung wieder mitgenommen und der Vorbehandlung wieder züge- ··■■ führt werden.

Vorrichtungsmäßig wird das Filterelement unmittelbar der Zerkleinerungsvorrichtung nachgeschaltet, so daß das Gut von der Zerkleinerungsvorrichtung auf kurzem Weg und unmittelbar der Filtrierung in dem mi beschriebenen Sinn ausgesetzt wird. Hierbei kann man Zerkldnerungsvorrichtungen verschiedener Art benutzen. Besonders vorteilhaft ist die Kombination eines Kreisdgerätes mit einem daran angeschlossenen Filterelement. In einem solchen Kreiselgerät wird die Homogenisierung vorgenommen. Es besteht aus einsm Gehäuse, in dem ein umlaufender Rotor angeordnet ist, dessen Stirnfläche Vorsprünge aufweisende Kränze besitzt, die zwischen an dem Gehäuse angeordneten Kränzen gleicher oder ähnlicher Gestaltung umlaufen. Das Zulaufrohr mündet zentrisch gegen die Stirnfläche des Rotors. Es kann die Zuführung der festen oder pastösen Komponente über eine unmittelbar vor dem Rotor des Kreiselgerätes endende Förderschnecke erfolgen und dh flüssige Komponente kann am Ende der Förderschnecke unmittelbar den Kränzen zugeführt werden. Die Schnecke fördert die Feststoffe unter gleichzeitiger Entlüftung in den Arbeitsraum des Kreiselgerätes. Die Flüssigkeitsphase kann gegebenenfalls unter Druck zugeleitet werden. In einem solchen Kreiselgerät findet eine intensive Mischung und Homogenisierung von Pigmentfeststoff und Flüssigkeit statt, und es wird eine gleichmäßige Dispersion hergestellt Gegebenenfalls kann ein zweites ähnlich aufgebautes Kreiselgerät nachgeschaltet werden, bevor die Druckfarbendispersion dem Filterelement zugeführt wird. In dem Kreiselgerät wird das Gut hohen Scher- und Kavitationskräften ausgesetzt und weitgehend in ein homogenes Produkt übergeführt Anstelle des Kreiselgerätes kann auch jede andere Vorrichtung, welche Reibungs-, Scher- oder Kavitationskräfte auf das Produkt ausübt verwendet werden.

Vorteilhaft anschließend an den Austrittsflansch des Kreiselgerätes od. dgl. wird das Filterelement angeordnet Dieses besteht vorzugsweise aus einem röhrenförmig gestalteten Filter, das aus porösem Porzellan, aus durch Sinterung porösem Metall oder auch aus einem anderen Filtermaterial gebildet sein kann. Der Querschnitt des röhrenförmigen Filters ist zweckmäßig so ausgelegt, daß die gesamte, vom Kreiselgerät kommende Produktmenge durch den Innenraum des Filters fließen kann, damit bei vollständiger Homogenisierung des angelieferten Gutes keine Stauungen auftreten. Das Filter ist stirnseitig über ein Rohr mit dem Einlauf des Kreiselgerätes verbunden. Hierbei wird der Einlauf so gestaltet, daß sowohl das vom Filteremle kommende Produkt als auch das ständig frisch zugeführte Produkt koaxial in das Kreiselgerät eintreten können, ohne daß es dabei zu einem Rückstau der einen Produktmenge in die andere kommt. Für die Ausbildung des Eintritt-Teils ist zweckmäßig eine venturiförmige Düse anzuordnen.

Da ständig ein neues Produkt in Form der Druckfarbendispersion od. dgl. von der vorgeschalteten Dispergiervorrichtung unter Druck zugeführt wird, hat ein Teil des von dem Kreiselgerät od. dgl. kommenden Produktes die Tendenz, üurch die Poren des Filters zu dringen. Dieses Produkt ist bei entsprechender Dimensionierung des Filters, z. B. 10 μ Porengröße, praktisch feststoffkörperfrei und gegebenenfalls vollkommen homogen gelöst. Das durch das Filter ausgetretene Produkt wird in einem Behälter gesammelt und gelangt von dort, da es unter Druck steht, selbständig zu den weiteren Verarbeitungsstationen. Der Produktanfall, welcher nicht durch den Filter ausgetreten ist, wird über das Auslaufende des Filterrohres wieder dem Kreiselgerät od. dgl. zugeführt. Man kann auch so vorgehen, daß man das von dem Filter zurückzuführende Produkt unmittelbar dem Filterelement in tangentialer Richtung zuführt, wo es zusammen mit dem frisch von der Dispergiervorrichtung kommenden Produkt neuerlich der Filtrierung ausgesetzt wird. Diese Vorgänge wiederholen sich so lange, bis die zugeführten Feststoffanteile entweder voll in Lösung gegangen sind, oder aber zumindest durch die Bearbeitung im Kreiselgerät so fein geworden sind, daß sie di« Poren des Filters passieren können. Bei entsprechender

Auslegung des Riters verlaufen sodann die Folgeprozesse ohne Störung durch ungelöste Feststoffteilchen.

Das Abziehen des. Filtrates, d. h. der fertigen Druckfarbe, aus dem Filterelement erfolgt zweckmäßig mittels einer Pumpe, die das abgepumpte Gut zu einem Filtratbehälter fördert, Zweckmäßig wird intermittierend eine Umkehr der Druckrichtung vorgenommen, beispielsweise indem die Pumpe umgesteuert wird oder ein sonstiger Druck mittels einer Kolben-Zylindereinheit ausgeübt wird. Dadurch erfolgt intermittierend eine Rückspülung an dem Filterelement, wodurch stets dafür gesorgt wird, daß das Filterelement an seiner Außenfläche, an die das zu filtrierende Gut heranströmt, nicht von Feststoffteilchen besetzt ist, die infolge ihrer Größe das Filter nicht passieren können. Es wird zugleich erreicht, daß ständig neues Gut an die stets offen gehaltenen Poren des Filterelementes heranströmt, so daß die Pigmentfestsloffteilchen der Druckfarbendispersion, die eine vorgeschriebene Teilchengröße nicht überschreiten, ungehindert und störungsfrei das Filter passieren können, wodurch ein dauernder Nachschub an Filtrat in genügender Mlenge gesichert ist.

Da die Leistung des verwendeten Kreiselgerätes, bezogen auf volumetrischen Durchsatz gröber ist als die zugeführte Volumennienge des Bindemittels und des Pigmentfeststoffes, bleibt auch nach dem Austritt einer der zugeführten Menge äquivalenten Menge des Filtrates eine genügend große Menge im Umlauf in dem System. Es wird eine Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten, welche das Absetzen von nicht gelösten so Pigmentfeststoffteilchen an der Filteroberfläche verhindert.

Da die volumetrische Leistung des verwendeten Kreiselgerätes mit sinkender Viskosität des Produktes steigt, also mit sinkender Viskosität des Produktes eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Förderrohres und damit eine verstärkte Mitnahme von Feststoffteilchen von der Filterfläche stattfindet, sowie andererseits eine Erhöhung der Temperatur des Produktes eine Herabsetzung der Viskosität bewirkt, ist es zweckmäßig, im Ablauf des Filtrates eine Drosselvorrichtung einzubauen, welche bei verstärkter Drosselung einen erhöhten Umlauf des nicht durch das Filter getretenen Produktanteils und damit sowohl direkt als auch indirekt über die durch die im Kreiselgerät bedingte Energieumsetzung erzeugte Wärme und der damit verbundenen Herabsetzung der Viskosität eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Produktes durch das Filterelement bewirkt. Mit einer solchen Drosselvorrichtung iltlt sich also, beding; durch den durch sie hervorgerufenen Umlauf des Produktes durch das Kreiselgerät od. dgl. die Temperatur des Produktes beeinflussen. Je nach dem Grad der Drosselung gelangt ein verschieden großer Anteil von Produkt in den Rücklauf und wird dort durch die im Kreiselgerät zugeführte Energie erwärmt. Dadurch bedingt, kann mit dem Grad der Drosselung die Produkttemperatur beeinflußt werden und sowohl dem Filterprozeß als auch den nachfolgenden Verfahrensstufen angepaßt werden. _M

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführumgsbeispielen nachstehend erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Prinzipschema für das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung.

In F ig, 2 ist ein abgeändertes Prinzipschema dargestellt.

Ein Vorhiufbehälter 1 dient zur Aufnahme der miteinander zusammenzubringenden Pigmentfeststoffe und des oder der Bindemittel, Von dem Behälter J führt eine Leitung 2 zu einer Zerkleinerungsmaschine 3. An den Ausgangsstutzen 4 ist unmittelbar eine Filtervorrichtung 5 angeschlossen. Diese besteht aus einem röhrenförmigen Filterelement 6 und einem das Filterrohr 6 mit Abstand umgebenden Mantel 7. Von dein Inneren des Filterelementes 6 führt eine Leitung 8 zu einer Pumpe 9 und von dieser eine weitere Leitung 10 zu einem Sammelbehälter 11, von dem das Dispcrgierprodukt od. dgl, d. h. die fertige Druckfarbe, entnommen werden kann. Das Filterrohr 6 ist an der freien Stirnseite geschlossen. Zu diesem Stirnende führt koaxial der Stutzen 4 als Verbindung von der Zerkleinerungsmaschine 3 zu dem Filterraum 7. Dadurch wird das Gut dem rohrförmigen Filterelement 6 in tangentialer Richtung an der Rohrumfanßsfläche des Filters zugeführt Die Abführung des nicht durch das rohrförmige Filter hindurchgegangenen Gutes erfolg» über die Leitung 13, die in den Vorlaufbehälter 1 münden kann. In der Leitung 13 w; ein Druckhalteventil

14 angeordnet Die Pumpe 9 ist in der Laufrichtung umsteuerbar. Für die Rückspülung ist die Pumpe zweckmäßig mit einem Impulsschalter versehen, so daß intermittierend das durch das rohrförmige Filter hincidrchgetretene Filtrat d. h. das Feingut, wieder in den äußeren Mantelraum 7 und durch das Filter hindurchgedrückt wird, wodurch das Filter vor dem Ansetzen von Feststoffteilchen, die über die Filtergröße hinausgehen, bewahrt wird. Die längs des rohrförmigen Filters verlaufende Strömung nimmt die größeren Teilchen, die sich an der Filteroberfläche absetzen wollen, mit, die der Zerkleinerungsbehandlung nochmals unterworfen werden. In geeigneten Fällen kann die Rückführung des außerhalb des Filterelementes bleibenden Gutes auch unmittelbar zu dem Anfang der Filtereinrichtung 5, d. h. bei dem Stutzen 4, zugeleitet werden, zweckmäßig mittels einer Venturidüse.

Für die kontinuierliche Zerkleinerung und Lösung von Produkten, welche in Flüssigkeiten suspendiert bzw. dispergiert sind, verwendet man vorteilhaft als Zerkleinerungsmaschine ein Kreiselgerät. Das dargestellte Kreiselgerät 3 weist ein Gehäuse mit einer Einlauföffnung sowie einer, meist tangential zu der Zerkleinerungszone, angeordneten Auslauföffrung 4 auf. Innerhalb des Gehäuses rotiert ein Rotor 16. Diesem gegenüber ist ein mit dem Gehäuse verbundener Stator 17 vorgesehen. Rotor und Stator weisen mit Vorsprüngen od. dgl. versehene Kränze auf, die wechselweise nebeneinander und in radialer Richtung angeordnet sind. Das zu bearbeitende Produkt gelangt zum Einlauf

15 zwischen Rotor und Stator und wird dort entweder durch Reibung oder «durch Prall- und Schereinwirkung oder durch Kavitation zerkleinert bzw. wenn das Gut im Dispersionsmedium löslich ist, gelöst. Die Statoren und Rotoren können dazu verschiedenartig ausgebildet sein. Es sind sowohl koaxial zueinander angeordnete ringförmige Werkzeuge mit Bohrungen oder Schlitzen zum Produkldurchtritt, als auch Ausführungen mit rauhen oder profilierten Oberflächen des Stator- bzw. Rotorsystems vorgesehen. Der Zerkleinerungsgrad und damit die maximale Korngröße des Endproduktes läßt sich u. a. durch Abstand des Rotors vom Stator sowie durch die Gestaltung der Kränze variieren. Das Zuleiten der Ausgangsmaf.rialien kann auch in der Weise vorgenommen werden, daß die Feststoffe mittels einer Schnecke oder einer Kombination von mehreren Schnecken der Zerkleinerunpszone und die

keitsphase durch eine Bohrung der Schnecke ebenfalls unmittelbar der Zerkleinerungszone zugeleitet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist zur Rückspülung eine Kolbenzylindereinheit 18 vorgesehen. In dem Zylinder 19 befindet sich ein Kolben 20, der hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden kann. An der Kolbenstange 21 ist ein in der Filtratabzugsleitung

8a angeordneter Kolben 22 vorgesehen. Durch Vordrucken des Kolbens 22 wird eine Rückspülung des Filtrates durch das röhrenförmige Filterelement 6 in den Raum 7 vorgenommen, wodurch eine Säuberung des Filterelementes von angeschwemmten und liegenbleibenden Feststoffteilchen erfolgt. Die Vorrichtung 18 wird intermittierend impulsweise betätigt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von graphischen Fitrben, insbesondere Druckfarben, in einer Dispersion aus Bindemittel und Farbpigment, wobei die Pigmentierung des oder der Bindemittel mittels eines Mahlvorganges erfolgt, und nach der Mischung der Komponenten eine Trennung der Faibdispersion in einen Anteil von homogen dispergierten, gleich groß zerkleinerten Pigmenten und in einen den Anforderungen an Homogenität nicht entsprechenden Pigmentteilen durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbdispersion nach dem Zerkleinerungsvorgang einer Filtrierung unterworfen wird, und daß während der Filtrierung der Dispersion, bei der ein Teil mit einer vorbestimmten Teilchengröße der Feststoffe ausgeschieden wird, der zurückbleibende Teil der Dispersion mit einer die vorbestimmte Teilchengröße übersteigenden Teilchengröße kontinuierlich abgezogen und der Dispergierzone zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht ausfiltrierte und zurückgeführte Teil der Dispersion nochmals der Zerkleinerungsbehandlung ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbdispersion während der Filtrierung intermittierend abgezogen und in den Zwischenzeiträumen mittels Gegendruck in den Kreislauf zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dfdurch gekennzeichnet, daß die Farbdispersion dem Filterelement in einer von der Durchgangsrichtung desselben abweichenden Richtung, vorzugswei-

se in tangentialer Richtung, zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbdispersion einer Drosselwirkung zur Temperierung unterworfen wird

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerkleinerungsvorrichtung ein Filterelement nachgeschaltet ist, an dessen Filterfläche die Zuführung der Farbdispersion an einem Ende der Fläche in tangentialer Richtung und die Abführung an dem anderen Ende dieser Fläche vorgesehen ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Filterelement ein endseitig geschlossener Röhrenfilter (6) dient, au dessen Inneres eine Pumpe (9) zum Abziehen des Filtrates angeschlossen ist, und der von einem Mantel (7) umgeben ist. zu dessen einer Stirnseite die Zuführungsleitung (4) für die Dispersion mündet und an dessen anderem Ende eine Rückführungsleitung (13) angeschlossen ist, und daß in dr.r Rückführungsleitung (13) ein Druckhalteventil (14) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Zerkleinerungsvorrichtung ein Kreiselgerät dient, dessen Rotor (16) an der Stirnfläche Vorsprünge aufweisende Kränze besitzt, die zwischen an dem Stator (17) angebrachten Kränzen umlaufen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückspülung des Filtrates die Pumpe (9) umsteuerbar bzw. eine Kolben-Zylindereinheit (18) in der Filtratleitung(8a) angeordnet ist.