DE69406912T2

DE69406912T2 - Dispersion

Info

Publication number: DE69406912T2
Application number: DE69406912T
Authority: DE
Inventors: Philip Edward Michael Thorne
Original assignee: Coates Brothers and Co Ltd
Current assignee: Coates Brothers and Co Ltd
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2014-03-11
Also published as: AU6149894A; JPH08507323A; DE69406912D1; EP0688344A1; CN1119021A; ES2111291T3; EP0688344B1; DK0688344T3; US6034156A; GB2275930A; GB9304912D0; GB2275930B; WO1994020567A1

Description

Diese Erfindung betrifft Verbesserungen und bezieht sich auf die Herstellung von Pigment/Harzdispersionen für die Verwendung beispielsweise bei der Herstellung von Oberflächenüberzugszusammensetzungen.
Oberflächenüberzugszusammensetzungen wie beispielsweise Druckfarben und Anstrichfarben umfassen üblicherweise drei Bestandteile, nämlich ein oder mehrere Harze oder Polymere zusammen mit einem flüssigen Verdünnungsmittel oder Lösungsmittel und einem Pigment als Farbstoff. Das Pigment ist im allgemeinen in jedem der anderen Bestandteile der Überzugszusammensetzung unlöslich, und die Dispersion des Pigments in dem harzartigen Vehikel ist eine Hauptaufgabe bei der Herstellung derartiger Zusammensetzungen. Es ist bekannt, Pigment/Harzdispersionen zur Verfügung zu stellen, welche mit weiteren oder anderen Harzen und entsprechenden Flüssigkeitsvehikeln unter Bilden der gewünschten Überzugszusammensetzung gemischt werden können.
GB-A-1467930 offenbart ein Verfahren, bei dem Pigment- und Harzteilchen turbulentem Mischen in Anwesenheit von Wasser und organischem Lösungsmittel unter Entfernen der staubartigen Komponente des Pigments ausgesetzt werden. Die sich ergebenden staublosen Granalien des Pigments und Harzträgers konnten dann als ein Ausgangsmaterial in einem Verfahren zum Herstellen einer Pigment/Harzdispersion verwendet werden.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von festen, aus Teilchen bestehenden Pigment/Harzdispersionen zu liefern.
Gemäß der Erindung wird ein Verfahren für die Herstellung einer festen, aus Teilchen bestehenden Pigment/Harzdispersion zur Verfügung gestellt, welches die Stufen umfaßt:
(i) Mischen und Zusammmenkneten
(a) eines festen Harzträgers;
(b) einer mit Wasser nicht mischbaren flüchtigen organischen Flüssigkeit, welche ein Lösungsmittel oder Teillösungsmittel für das Harz ist;
(c) eines aus Teilchen bestehenden Pigments;
(d) Wasser; und gewünschtenfalls,
(e) eines mit Wasser mischbaren Lösungsmittels; bis die Mischung sich in eine wäßrige Phase trennt, die größtenteils Wasser und eine kohärente Masse enthält, die Harz, organisches Lösungsmittel und Pigment umfaßt;
(ii) Abtrennen der wäßrigen Phase von der kohärenten Masse; und
(iii) Fortführen des Mischens und Knetens der kohärenten Masse, während organisches Lösungsmittel davon unter der Wirkung von Wärme und/oder vermindertem Druck entfernt wird, bis die kohärente Masse unter Bilden eines trockenen, aus Teilchen bestehenden Materials zerfällt, welches eine Pigment/Harzdispersion umfaßt.
Das Verfahren der Erfindung wird vorzugsweise in einer Einzelvorrichtung durchgeführt, die Mittel zum Mischen des Inhalts der Vorrichtung, Mittel zum Entfernen der wäßrigen Phase, die in Stufe (ii) des Verfahrens abgetrennt wird, und Mittel zum Reduzieren von Druck und/oder Erhitzen des Inneren der Vorrichtung hat. Passenderweise nimmt die Vorrichtung die Form einer im allgemeinen horizontal angeordneten Trommel mit entsprechenden Mischmitteln an, die auf einer horizontal rotierbaren Welle, die in der Trommel angebracht ist, angeordnet sind. Eine besonders bevorzugte Form der Mischvorrichtung ist diejenige, die in EP-A-0451747 und EP-A-0422454 beschrieben ist. Eine derartige Vorrichtung wird unter dem Handelsnamen Discotherm von List A.G. Arisdorf, Schweiz verkauft.
Bei dieser Vorrichtung wird der Inhalt in einem horizontalen Gehäuse geknetet und durch Elemente gemischt, die auf einer zentralen rotierbaren Welle angebracht sind und aus radialen Scheibenelementen bestehen, die in Querbalken in der Nähe der Gehäusewand enden. Beim Rotieren der Welle werden die Segmente und die Welle von anhaftendem Material durch gekröpfte Elemente (Haken) befreit, die an die Gehäusewand angeheftet sind. Von einem radialen Endabzweigungsintegral mit der Gehäusewand bindet das Kurbelelement in einen Abschnitt parallel zu dem Querbalken, dann an einen allgemein radialen Abschnitt und schließlich an einen Arm parallel zu der Wellenoberfläche.
In der nachfolgenden Beschreibung ist, wo angemessen, Verweis auf die verwendete Vorrichtung Bezugnahme auf die Vorrichtung des zuvor beschriebenen bestimmten Typs, aber natürlich kann eine andere Misch- und Knetvorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Verwenden von vier Grundbestandteilen, nämlich Harz, mit Wasser nicht mischbares organisches Lösungsmittel, Pigment und Wasser durchgeführt. Das Harz kann irgendeines einer breiten Vielzahl filmbildender Harze derartiger Polymermaterialien sein, die bei der Herstellung von Oberflächenüberzugszusammensetzungen verwendet werden. Eine breite Vielzahl davon sind verfügbar, und eine allgemeine Diskussion der filmbildenden Polymermaterialien für die Verwendung bei Oberflächenüberzugszusammensetzungen wird in dem Buch "The Chemistry of Organic Film Formers", D.H.Solomon, Robert E. Krieger Verlag, 2.Auflage, 1982 gefunden (siehe insbesondere Kapitel 2, 3 und 6 davon).
Harze oder Polymere, welche besonders geeignet für die Verwendung bei der Herstellung der Druckfarben sind, sind beispielsweise in dem Printing Ink Manual, 4. Auflage, Van Nostrand Reinhold (International), 1988, beschrieben, siehe insbesondere Kapitel 4, Abschnitt IV. Bestimmte Beispiele von Harzen, welche besonders bezeichnet werden können, umfassen Celluloseacetatpropionat (CAP) und Nitrocellulose. Es sollte bemerkt werden, daß wir festgestellt haben, daß das verfahren der Erfindung nicht für alle filmbildenden Harze angemessen sein muß. Somit haben wir beispielsweise festgestellt, daß Polyvinylbutyralharze nicht immer ein zufriedenstellendes besonderes Endprodukt ergeben. Es ist jedoch eine Angelegenheit eines einfachen Tests, festzustellen, ob irgendwelche bestimmten Harz/Pigment/Lösungsmittelkombinationen in Übereinstimmung mit der Erfindung verarbeitet werden können.
Das organische Lösungsmittel sollte flüchtig sein, das heißt, es sollte dazu geeignet sein, unter der Wirkung von Wärme und/oder vermindertem Druck entfernt zu werden. Eine Vielzahl von Lösungsmitteln kann verwendet werden, und diese umfassen Ester wie beispielsweise n Propylacetat und Butylacetat, und Ketone wie diejenigen, die üblicherweise in der Oberflächenüberzugsindustrie verwendet werden.
Das verwendete Pigment kann irgendeines einer breiten Anzahl von Pigmenten sein, die dazu verwendet werden, Oberflächenüberzugszusammensetzungen zu färben Geeignete Pigmente werden beispielsweise in dem Printing Ink Manual, auf das zuvor in Kapitel 4, Abschnitt 1 Bezug genommen wird, beschrieben.
Für die Endkomponente der Anfangsmischung, Wasser, bedarf es keines besonderen Kommentars, um zu sagen, daß während des Verlaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens abgetrenntes Wasser in Stufe (ii) wiederverwendet oder im Kreislauf für die Verwendung in dieser ersten Stufe geführt werden kann, falls erforderlich mit Zugabe von Ergänzungswasser.
Die relativen Anteile der verschiedenen Komponenten der Anfangsmischung können innerhalb breiter Grenzen variieren. Ein wichtiger Faktor wird das Gewichtsverhältnis von Harz zu Pigment sein, weil dieses die Zusammensetzung des aus Teilchen bestehenden Endprodukts festlegt, und dieses Verhältnis beträgt geeigneterweise 0,8 bis 0,33, insbesondere 0,6 bis 0,33 Gewichtsteile Harz pro Gewichtsteil Pigment. Die Menge des verwendeten organischen Lösungsmittels wird passenderweise auf der Basis des verwendeten Harzes berechnet, und somit beträgt das Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel zu Harz geeigneterweise 0,9:1 bis 2,2:1, insbesondere 1,1:1 bis 1,7:1. Letztendlich beträgt die Menge des in die Ausgangsmischung eingeführten Wassers geeigneterweise 0,75 bis 1,5, insbesondere etwa 1 Gewichtsteil pro Gewichtsteil Pigment.
Ein beliebiger Bestandteil, welcher nützlicherweise in der Ausgangsmischung vorhanden ist, ist ein flüchtiges, wassermischbares organisches Lösungsmittel, welches Lösungsmittel für das Harz sein oder nicht sein kann. Beispiele von geeigneten wassermischbaren Lösungsmitteln umfassen Alkohole wie beispielsweise Isopropylalkohol, n-Propylalkohol und n-Butyl alkohol. Das wassermischbare Lösungsmittel, von dem man inter alia annimmt, daß es beim Benetzen des Pigments in den Anfangsstufen des Mischens hilft, ist geeigneterweise in einer Menge von 0,3 bis 1, Gewichtsteile, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 Gewichtsteile, bezogen auf das Gewicht des Harzes, vorhanden und kann einen Teil des mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel 5 ersetzen.
In der Anfangsstufe des Verfahrens der Erfindung werden verschiedene Bestandteile in die Mischvorrichtung gefüllt. Die Bestandteile können in beliebiger Reihenfolge hinzugefügt werden. Das Wasser und/oder organische Lösungsmittel wird natürlich in flüssiger Form hinzugefügt. Das Harz wird passenderweise in Teilchenform hinzugefügt. Das Pigment sollte üblicherweise in Teilchenform oder Pulverform vorhanden sein, aber es kann auch in Preßkuchenform vorliegen.
Wenn einmal alle Komponenten zu der Mischvorrichtung gegeben worden sind, wird die Vorrichtung geschlossen und Mischen wird begonnen. Während des Verlaufs dieses anfänglichen Mischens nimmt man an, daß das Wasser als ein Vehikel dazu dient, beim Mischen, Mahlen und allgemeinen Kontakt zwischen den Komponenten der Mischung zu helfen. Beim Voranschreiten des Mischens wird der Inhalt der Vorrichtung homogen, trennt sich in eine im allgemeinen kohärente Masse, die Harz, Pigment und organisches Lösungsmittel und als eine separate Phase Wasser enthält. Wenn einmal das Meiste des Wassers (beispielsweise 70% oder mehr davon) herausgetrennt worden ist, wird es aus dem Mischkessel entfernt, während dessen Verlauf Entfernungsmischen gewünschtenfalls fortgesetzt oder nicht fortgesetzt werden kann. Die Gesamtdauer, die vom Beginnen des Mischens bis zur Entfernung des abgetrennten Wassers benötigt wird, wird natürlich in Abhängigkeit von der Natur der Komponenten der Ausgangsmischung, ihrer relativen Anteile, dem Grad oder der Intensität des Mischens, etc. abhängen. Jedoch wird sich im allgemeinen eine Dauer von 5 bis 60 Minuten, insbesondere 10 bis 20 Minuten, als ausreichend erweisen.
Wenn das abgetrennte Wasser aus der Mischvorrichtung entfernt worden ist, wird das Mischen unter Bedingungen fortgesetzt, die das Entfernen von flüchtigem organischen Lösungsmittel aus der Mischung in dem Mischer begünstigen. Typischerweise sind verminderte Drucke von 0,05 bis 0,5 Bar, insbesondere 0,1 bis 0,3 Bar, und Temperaturen von 50 bis 100ºC, insbesondere 55 bis 85ºC, als geeignet für den Betrieb dieser Stufe des Verfahrens befunden worden. Wenn die Mischung gemischt wird, während das organische Lösungsmittel entfernt wird, wird die Masse zunehmend steif oder viskos, bis sie, im allgemeinen ziemlich schnell, anfangt, in trockene Teilchenform zu zerfallen. Die Zeitdauern, die vom Beginn des Mischens mit Entfernung des flüchtigen organischen Lösungsmittels bis zur Bildung des trockenen, aus Einzelteilchen bestehenden Endprodukts benötigt werden, variieren breit, jedoch wird eine Dauer von sage 1 bis 10 Stunden (in Abhängigkeit von dem Produkt und der Maschinenkapazität) im allgemeinen angemessen sein. Das Endprodukt umfaßt das in dem Harz dispergierte Pigment (oder überzogen mit einem engen Überzug des Harzes) zusammen mit geringen Mengen (beispielsweise bis zu 2,5 Gew.%) Wasser und organischen Lösungsmitteln. Das Endprodukt wird in Teilchenform erhalten, hat im allgemeinen eine Teilchengröße von 0,3 bis 10 mm.
Das aus der gemischten Masse in der Mischung entfernte flüchtige organische Lösungsmittel wird am gebräuchlichsten kondensiert und im Kreislauf geführt oder wiederverwendet, beispielsweise kann es als die organische Lösungsmittelkomponente der Ausgangsmischung oder als ein Teil der Komponente zurückgeschickt oder wiederverwendet werden.
Das in Übereinstimmung mit der Erfindung erhaltene, aus Teilchen bestehende Endprodukt ist ein trockenes Material, welches ohne andere Endbehandlung, als in entsprechende Behälter gebracht zu werden, gelagert und/oder transportiert werden kann. Das Produkt kann dann bei der Herstellung von Überzugszusammensetzungen, wie beispielsweise Druckfarben oder Anstrichfarben, für die Lieferung des gesamten Pigments und des gesamten oder eines Teils des Harzvehikels der Überzugszusammensetzung verwendet werden. Im allgemeinen wird die Überzugszusammensetzung aufgebaut, indem einfach das Produkt der vorliegenden Erfindung, gewünschtenfalls mit weiterem Harz, und einem entsprechenden Flüssigkeitsvehikel, gewünschtenfalls mit geeigneten Additiven, unter Bilden der gewünschten Zusammensetzung gerührt wird.
Damit die Erfindung gut verstanden wird, werden die nachfolgenden Beispiele nur zum Zwecke der Veranschaulichung gegeben.
Die folgenden Beispiele wurden unter Verwenden eines von List AG Arisdorf, Schweiz gelieferten Discotherm DTB3 Batch Geräts durchgeführt.

BEISPIEL 1

1800 g eines CI 15,4 (Phthalocyanin Blue) Pigments wurden genommen und in das Mischgerät mit 1660 g Wasser gefüllt, gefölgt von einer Lösung niedriger Viskosität, Nitrocellulose niedrigen Nitrierungsgrades (30% naß gemacht mit Isopropanol), gelöst in 250 g Isopropanol und 550 g Butylacetat.
Diese Komponenten wurden bei etwa 30 Umdrehungen pro Minute unter anfänglichem Bilden einer homogenen Masse gemischt. Nach 5 Minuten Mischen trennte dieses in einen glatten festen Teig und eine wäßrige Phase.
Nach weiterem 10 minütigem Mischen wurde die Maschine angehalten, und man ließ die wäßrige Phase ablaufen. Das Mischen wurde dann unter Anwendung von Wärme (80ºC) und Vakuum (150 mBar) unter Entfernen der verbleibenden flüchtigen Komponenten fortgesetzt. Diese wurden kondensiert und für die Wiederverwendung gesammelt.
Nach weiteren 15 Minuten wurde gesehen, daß die Mischung in Granalien zerbröckelte. Im Anschluß daran wurde die Wellengeschwindigkeit auf 8 Umdrehungen pro Minute reduziert, und die Anwendung von Wärme und Vakuum wurde fortgesetzt, bis ein Produkt mit 98% nicht flüchtigem Gehalt erhalten wurde. Dieses lag hauptsächlich in der Form feiner Granalien und Pulver vor.
Das Produkt wurde in einem Nitrocellulose-Flexodruckfarbenmedium gelöst, wobei eine Druckfarbenanzeige von ausgezeichnetem Glanz, Farbstärke und Transparenz beim Drucken erhalten wurde.

BEISPIEL 2

Das gleiche Verfahren wie für Beispiel 1 wurde durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß die Beschickung 1660 g CI 15,4 Pigment, 1800 g Wasser, 1110 g Nitrocellulose, 250 g Isopropanol, 550 g Isopropylacetat betrug.
In diesem Fall wurde ein Druck von 300 mbar aufrechterhalten, bis die Mischung zerbröckelt war, wodurch eine zu schnelle Granulierung, welche weniger Energieinput ergibt, verhindert wurde. Anschließend wurde der Druck unter Beschleunigen von Trocknen vermindert.
Ein ähnliches Produkt zu dem, welches in Beispiel 1 erhalten war, und welches vergleichbare Ergebnisse beim Umwandeln in eine Flexodruckfarbe ergab, wurde erhalten.

BEISPIEL 3

1660 g CI 53,1 (Lake Red C) Pigment wurden in das Mischgerät mit 1740 g Wasser, 838 g Alkohol löslichem Celluloseacetatpropionat, 460 g Isopropanol, 715 g Butylacetat gefüllt.
Diese Komponenten wurden bei 35 Umdrehungen pro Minute unter Erhalten einer homogenen Paste gemischt, welche sich wie in Beispiel 1 nach 5 Minuten trennte. Mischen wurde weitere 15 Minuten fortgesetzt, und dann wurde die Maschine angehalten, und die wäßrige Phase wurde entfernt.
Das Mischen wurde unter Wärme (75ºC) und Vakuum (200 mbar Gauge) 20 Minuten fortgesetzt, bis das Material zerfallen war.
Das Mischen wurde unter Wärme und Vakuum fortgesetzt, bis ein trockenes, pulveriges Produkt von 97% nicht flüchtiger Bestandteile erhalten war.
Nachdem das Produkt in einem geeigneten Tiefdruckmedium gelöst war, ergab die anschließende Druckfarbe ausgezeichneten Glanz, Farbstärke und Transparenz beim Drucken.

Claims

1. Ein Verfahren für die Herstellung einer aus festen Teilchen bestehenden Pigment/Harzdispersion, welches die Stufen umfaßt:

(i) Mischen und Zusammenkneten:

(a) eines festen Harzträgers;

(b) einer mit Wasser unmischbaren flüchtigen organischen Flüssigkeit, welche ein Lösungsmittel oder Teillösungsmittel für das Harz ist;

(c) eines aus Teilchen bestehenden Pigments;

(d) Wasser, und gewünschtenfalls

(e) eines wassermischbaren Lösungsmittels;

bis die Mischung sich in eine wäßrige Phase trennt, die größtenteils Wasser und eine kohärente Masse enthält, die Harz, organisches Lösungsmittel und Pigment umfaßt;

(ii) Trennen der wäßrigen Phase von der kohärenten Masse; und

(iii) und Fortsetzen des Mischens und Knetens der kohärenten Masse, während organisches Lösungsmittel davon unter der Wirkung von Hitze und/oder vermindertem Druck entfernt wird, bis die kohärente Masse unter Bilden eines trocknen, aus Teilchen bestehenden Materials zerfällt, welches eine Pigment/Harzdispersion umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren in einer Einzelvorrichtung durchgeführt wird, welche Mittel zum Mischen und Kneten des Inhalts der Vorrichtung, Mittel zum Entziehen der wäßrigen Phase, die in Stufe (ii) des Verfahrens abgetrennt wird, und Mittel zum Reduzieren von Druck und/oder Erhitzen des Inneren der Vorrichtung in Stufe (iii) des Verfahrens hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung die Form einer im allgemeinen horizontal angeordneten Trommel mit entsprechenden Mischmitteln einnimmt, die auf einer horizontal rotierbaren Welle, die in der Trommel angebracht ist, angeordnet sind.