DE2056611A1

DE2056611A1 - Verfahren und Einrichtung zur Her stellung von Farbstoff Dispersionen

Info

Publication number: DE2056611A1
Application number: DE19702056611
Authority: DE
Inventors: Fritz Maier Andreas Pratteln Sutter (Schweiz) M
Original assignee: Buss Ag, Basel (Schweiz)
Priority date: 1969-12-10
Filing date: 1970-11-18
Publication date: 1971-08-05
Also published as: FR2072362A5; CH519013A; BE760050A; DE2056611C3; NL168426C; NL168426B; CA928289A; SE370524B; JPS4941382B1; DE2056611B2; GB1326395A; NL7017719A; US3669416A

Description

BUSS AG BASEL

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Farbstoff-Dispersionen

Neben den herkömmlichen und absatzweise arbeitenden Verfahren zur Herstellung von Farbstoffdispersionen, beispielsweise mittels Walzwerken, Schnellmischern, Muldenknetern, Innenmischern oder in Kugelmühlen haben sich in den vergangenen Jahren für diese Aufgabe die kontinuierlich arbeitenden Misch- und Knetmaschinen eingeführt. Die Vorteile dieser Ma- ä schine treten ganz besonders bei schwierigen und hochwertigen Dispersionen zutage»

Als weiterer und oftmale technisch und wirtschaftlich entscheidender vorteil ist der sehr viel kleinere Kraftbedarf einerseits und die viel kürzere Verweilzeit andererseits an-

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zusehen. Diese Vorteile ergeben sich aus der günstigen hohen Knetintensität pro Knetraumvolumen, aus der hohen Teilchengeschwindigkeit im Augenblick der höchsten Knetintensität sowie aus dem Fehlen von Toträumen und dem sich daraus ergebenden zwangsläufigen Ablauf des Dispergierverfahrens.

Der Einsatz von solchen kontinuierlich arbeitenden Misch- und Knetmaschinen wurde bereits seit vielen Jahren wieder-

ψ holt in der Fachliteratur beschrieben, wobei richtig erkannt wurde, dass die Qualität neben der Eignung der Maschine entscheidend von der Art und Weise der Materialeinspeisung und der !Dosierung beeinflusst werden kann. So wurde beispielsweise vorgeschlagen, eine grobe aber homogen verteilte Vormischung der Komponenten (Farbstoff, Träger, Dispergierhilfsmittel usu.) als Charge herzustellen und diese dann mit Hilfe von gleichmässig stetigen Fördereinrichtungen in den Einlauf der kontinuierlichen Misch- und Kneteinrichtung ein-

~ Zuspeisen. Die meisten Einrichtungen dieser Art haben zudem ausgleichende Einzugs- und Mischeigenschaften, so dass es auch möglich ist, die Einfüllöffnung in regelmässig kurzen Abständen von beispielsweise 20 - 30 Sekunden mit gleichförmigen Chargen zu beschicken, sofern dabei der Füllgrad des Misch- und Knetraumes ausreichend bleibt.

Eine andere bekannte Möglichkeit besteht darin, einen Teil der Komponenten am Anfang des Misch- und Knetraumes einzu-

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speisen und erst wenn dieser Anteil gemischt, verdichtet geknetet und nach Erfordernis angesintert. oder plastifiziert wurde, die restlichen Anteile der Komponenten zuzugeben, wobei es sich bewährt hat/ besonders Entgasungsstutzen als Zufuhrschacht oder hohlgebohrte Knetzähne zur Einspeisung zu benutzen. Letztere bieten den Vorteil/ dass sie sehr einfach und wahlweise an besonders vorteilhaften Stellen des Knetergehäuses eingesetzt werden können. Oftmals vtirä mit der Einspeisung der Restkomponenten eine Entlüftung über entsprechende Oeffnungen verbunden/ da die Konzentrate noch flüchtige Bestandteile aus der vorhergehenden Verarbeitungsstufe enthalten oder aber beim Transport bzw. bei längerer Lagerung Feuchtigkeit aufgenommen haben.

Auf erhebliche Schwierigkeiten stösst man aber einerseits, wenn die Verteilung derjenigen Stoffe, die sich verflüchtigen sollen, stark unregelmässig auftritt oder wenn andererseits der Dampfdruck im geschlossenen Knetraum so stark wird, dass feine Feststoffteilchen schwebend in die Entlüftung mitgerissen werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung/ ein neues Verfahren vorzuschlagen, mit welchem diese Nachteile überwunden werden, so dass die Vorteile der kontinuierlichen Verarbeitung voll ausgenutzt werden können,auch wenn eine oder mehrere Komponenten infolge unregelmässig verteilter Lagerfeuchte un-

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günstige Eigenschaften aufweisen. Im vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung von Farbstoffdispersionen -werden einzelne Ausgangsprodukte getrennt und an verschiedenen Stellen in eine kontinuierlich arbeitende Misch- und Knetmaschine eingespiesen und darin weiter verarbeitet. Erfindungsgemäss ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Farbstoffpigmente zunächst unter leichter Wärmezufuhr gemischt und vorentgast -werden,, worauf sie rutschend in den Bereich der Einfüllöffnung der Misch- und Knetmaschine gefördert werden und so in diese eingefüllt werden, dass das Material den Querschnitt der Einftillöffnung nur am Umfang derselben ausfüllt, so dass in der Mitte ein freier Raum für die Entlüftung freigelassen ist.

Weiter wird eine Einrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens vorgeschlagen* welche die kontinuierlich arbeitende Misch- und Knetmaschine mit rotierender und gleichzeitig oszillierender Welle mit Schneckenflügel aufweist, die mit verschiedenen räumlich getrennten Einfüllöffnungen versehen ist. Diese Einrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass zur Einspeisung der Farbstoffpigmente eine heizbare Förderschnecke mit nachgeschaltetem Fallrohr vorgesehen ist, welches Fallrohr an seinem oberen und unteren Ende konische Erweiterungen aufweist, wobei im Bereich der unteren Erweiterung ein nach unten offener Rutschkonus mit zentral nach oben geführtem Entlüftungsrohr vorgesehen ist.

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Auf beiliegenden Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Einrichtung dargestellt und es zeigen» Fig. 1 eine schematisdheDarstellung der gesamten Anordnung der Einrichtung,

Pig· 2 das Knetergehäuse im Schnitt und Fig. 3 eine Ansicht der Kneterwelle.

Gemäss Fig. 1 ist die Misch- und Knetmaschine 7 mit drei Zufuhröffnungen versehenι eine erste Zufuhröffnung besitzt einen Trichter 9, welcher oben mit einem Deckel 6 verschlossen' ist. Dieser weist eine Oeffnung 5 für die Zufuhr des Trägermaterials auf. Im Trichter 9 ist achsial eine Hohlwelle 12 angeordnet, welche im Bereiche ihrer oberen Hälfte Auflockerungselementc 13 und im Bereich ihrer unteren Hälfte Schneckenflügel 14 trägt. Diese Hohlwelle 12 wird durch einen Elektromotor 11 angetrieben. Eine zweite Oeff nung im Gehäuse der Misch- und Knetmaschine 7 wird durch einen höhlgebohrten Knetzahn 10 gebildet, welcher mit einer Leitung 8 mit einem Lösungsmittelbehälter 4 verbunden ist. In diesen wird das Dispergierhilfsmittel gegeben und durch eine Misch-Einrichtung 3 gemischt.

Die dritte Einfüllöffnung ist wiederum mit einem Trichter 15 versehen, auf welchen ein sich nach oben und nach unten konisch erweiternder Schacht 16 aufgesetzt ist. In der unteren Erweiterung des Schachtes ist ein kegelförmiger Rutsch-

konus 17 eingebaut, an dessen Spitze sich ein nach oben über den Schacht 16 hinaus erstreckendes Entlüftungsrohr anschliesst. Der Schacht 16 ist mit einem Deckel 19 verschlossen,, wobei aber das Entlüftungsrohr 18 durch eine zentrale Bohrung des Deckels 19 hindurchgeführt ist. Eine über dem Schacht 16 angeordnete Forcier- und Vorwärmschnecke 2 ist mittels eines Rohres 20 an eine weitere Oeffnung im Deckel 19 angeschlossen, welche Schnecke 2 über eine Fördereinrichtung 1 mit Farbpigmenten beschickt wird.

Weiter ist ein Entgasungsstutzen 21 mit Abzugsleitung 22 im Bereich des Austragsteiles des Schneckengehäuses vorgesehen. An den Ausgang der Misch- und Knetmaschine 7 ist eine Austragsschnecke 23 angeflanscht, die ebenfalls mit einem Entgasungsstutsen 24 mit Abzugsleitung 25 versehen ist.

Im folgenden soll der Verfahrensablauf näher erläutert werden, wobei als Pigment Russ gewählt wird, da hierbei die verfahrenstechnischen Schwisrigkeiten bekannterweise besonders gross sind. In der kontinuierlichen Misch- und Knetmaschine 7, wie sie beispielsweise im Patent Nr. 456.924 der Anmelderin beschrieben wurde« soll ein Russkonzentrat hergestellt werden, wobei als Trägermaterial ein Plastikpolymer verwendet wird, dem in geringer Menge Dispergiermittel zugemischt wird. Dies kann wahlweise zum Polymer oder zum Pigment als Fostsubstanz in den Einfülltrichter oder Zufuhrschacht geschehen oder aber

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wie im vorliegenden Beispiel als aufgeschmolzene Paste direkt in den Knetraum.

Der Rusa wird in Säcken 27 angeliefert, in denen in bekannter nachteiliger ijrt während des Transports und der Zwischenlagerung eine ungleiche Russfeuchte-Verteilung eintrat und zwar in der Weise, dass im Kopf der Säcke der Russ zu trocken ist, mit starker Neigung zum Schiessen,während am Sackboden der Russ zu feucht ist und daher zur Klumpen- und Brückenbildung neigt.

Der Polymer steht beispielsweise als Feinpulver mit sehr niedrigem Schüttgewicht und entsprechend grossem Gas- und liufteinschluss Tür Verfügung. Der Russ wie auch der Polymer sind also so feinförmig, dass sie sehr zum Stauben neigen und daher nicht vollständig entlüftet t/erden dürfen, bevor sie in der Misch- und Knetcinrichtung eingezogen worden sind·

Der Polymer \;ird als Staub in eine Zufuhreinrichtung 9 eingegeben, die als Trichter mit Rührwelle 12 ausgeführt ist, wobei der Unterteil derselben Schneckenflügel 14 trägt, die als Stopf- und Dosierschnecke das Material bereits etwas vorverdichten. Die Steigung der Schnecke wird dabei unter Berücksichtigung des Schüttwinkels des Polymers und der anzuwendenden Drohzahlen so gewählt, dass ein Hindurchschiessen des Materials mit Sicherheit vermieden wird. Der letzte

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Schneckenwondol, der in dun Mischraum hineinragt, ist ausserdem zusätzlich mit Neigung zur Peripherie ausgeführt, damit das etwas vorverdichtete Material während der Drehung der Rührwellen sanft nach aussen hin abrutscht.

Der Polymer itfird nun mit durchgehenden Schneckengängen 28 der Kneterwelle 26 in den Mischraum 29 eingezogen, wobei die Gas- und Lufteinschlüsse nach hinten entweichen. Sie finden einen Abzug in Form der hohlausgebildeten Rührwcllen 1?.. Soll nicht wie hier im Beispiel angegeben, ein zugeführtes Pulver entlüftet werden, so kann die Hohlwelle entweder durch einen Stopfen verschlossen werden oder gegebenenfalls für die Zufuhr einer weiteren Trocken- oder Flüssigkomponente verwendet werden.

Als zweite Komponente wird nun das Dispergiermittel durch einen hohlgebohrten Knetzahn bei 10 dem Polymer zudosiert, und diesem eingeknetet. Darauf gelangt die Mischung in eine erste Entspannungszone 30, in deren Bereich der Russ einge-P spiesen wird. Dieser Russ gelangt zunächst über eine Fördereinrichtung 1 in eine sich langsam drehende Vorwärmschnecke in welcher er bereits etwas entlüftet, durchgemischt und auf einen gleichmässig verteilten Feuchtgehalt verbracht wurde. Der Ausgang der Vorwäxmsehnecke 2 mündet in die Entlüftungs- und Aufgabeeinrichtung, die als Fallrohr 16 ausgebildet ist. Der Russ gelangt auf äon RutseKkonus 17, dessen Neigungswinkel unter Berücksichtigung des Schüttwinkels des

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Russes so ausgebildet ist, dass ein Schiessen oder Brückenbildung vermieden wird. In entsprechender Weiso ist die Neigung der nach oben und unten konisch verlaufenden Endstücke des Fallrohres 16 ausgebildet. Es findet nun in diesem Fallrohr eine wirksame Entlüftung des Russes statt/ wobei die gasförmigen Komponenten durch das die obere Fortsetzung des Rutschkonus 17 bildende Entlüftungsrohr abziehen. Es ergibt sich auch hier eine Randzuführung des Russes/ wodurch der Mittelteil des Trichters 15 für die Entlüftung in Gegenrichtung freibleibt.

Besteht gleichseitig die Gefahr einer Brückenbildung, so kann man in bekannter Weise den Rutschkonus 17 in Vibration versetzen. Auch die beim Sinkneten und Dispergieren des Russes auftretende Feuchtigkeit kann durch das Entlüftungsrohr 18 mit' abgeführt werden, wobei allerdings nur ein schwaches Uhterdruck-Differentlal gegenüber dem Knetraumdruck anzuwenden ist. Aus diesem Grund kann man auch vorteilhafterweise eine weitere Entlüftung 21 im Knetergehäuse und eine Entlüftungseinriehtung 24 am Eingang der Austragsschnecke 23 vorsehen, um den Restgehalt an flüchtigen Bestandteilen zu entfernen, wenn dies erwünscht ist.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Farbstoffdispersionen, bei welchem die i-usgangsprodukte einzeln und an verschiedenen Stellen in kontinuierlich arbeitende iiisch- und Knetmaschinen eingespiesen und darin verafbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbstoffpigmente zunächst unter leichter Wärmezufuhr gemischt und vorentgast werden, worauf sie rutschend in den Bereich der Einfüllöffnungen der I-lisch- und Knetmaschine gefördert und so in diese eingefüllt werden, dass das Material den Querschnitt der Einfüllöffnung nur am Umfang derselben ausfüllt und in der Mitte einen freien Raum für die Entlüftung freilässt.

2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche eine kontinuierlich arbeitende Misch- und Knetmaschine mit rotierender und gleichzeitig oszillierender Welle mit Schnockenflügein aufweist, die mit verschiedenen, räumlich getrennten Einfüllöffnungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einspeisung der Farbstoffpigmente eine heizbare Förderschnecke mit nachgeschaltetem Fallrohr vorgesehen ist, t/elches Fallrohr an seinem oberen und unteren Ende konische Erweiterungen aufweist, wobei im Bereiche der unteren Erweiterung ein nach unten offener Rutschkonus mit zentral nach oben geführtem Entlüftungsrohr vorgesehen ist.

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fallrohr an seinem unteren Ende an eine trichterförmige Einlassöffnung dur Misch- und Knetmaschine angeflanscht ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Einfüllöffnung mit einem Trichter versehen ist, welcher mit einer zentralen drehbaren Hohlwelle versehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle im Bereich ihrer oberen Hälfte mit Auflockerungs- und Mischorganen und im Bereich ihrer unteren Hälfte mit Schneckenflügeln versehen ist.

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