JP2014196493A - Method of forming pigment pseudo-particle - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、各々がすべての目的に引用によりこの明細書に全体で組み込まれている、2003年4月7日出願の米国特許出願No.10/407,334の一部継続出願であり、2002年4月22日出願の米国特許暫定出願No.60/375,115の恩恵を主張する。 This application is a U.S. patent application filed April 7, 2003, each of which is incorporated herein by reference in its entirety for all purposes. No. 10 / 407,334, which is a continuation-in-part of U.S. Pat. Claim the benefits of 60 / 375,115.
この明細書中で開示される本発明は、全般的に、顔料粒子から顔料擬似粒子を形成する装置および方法ならびにこれから製造される顔料擬似粒子に関する。特に、開示される本発明の態様は、顔料粒子を分極させ、そして分極顔料粒子を凝集(aggromerating)して、顔料擬似粒子を形成することに関する。 The invention disclosed herein generally relates to an apparatus and method for forming pigment pseudoparticles from pigment particles and pigment pseudoparticles produced therefrom. In particular, the disclosed embodiments of the invention relate to polarizing pigment particles and agglomerating polarized pigment particles to form pigment pseudoparticles.
二酸化チタン顔料粒子、酸化鉄顔料粒子、真珠光沢の顔料粒子、他の金属酸化物顔料粒子は、化粧品、洗剤、塗料、プラスチックおよび他の製品と、製品の色に添加しそして/あるいは所望の製品を隠蔽することが望まれる業界でしばしば使用される。このことは、通常、着色対象の液体媒体中での顔料ペレットおよび/または粉末の強力混合により行われる。顔料ペレットに対するいくつかの望まれる性質は、適用系の中での顔料の分散性、バルクの取り扱いの容易さ、計量の容易さおよび顔料ペレットを汚染する粉塵の量である。 Titanium dioxide pigment particles, iron oxide pigment particles, pearlescent pigment particles, other metal oxide pigment particles can be added to cosmetics, detergents, paints, plastics and other products and product colors and / or desired products Often used in industries where it is desired to hide. This is usually done by intense mixing of pigment pellets and / or powders in the liquid medium to be colored. Some desirable properties for pigment pellets are the dispersibility of the pigment in the application system, ease of bulk handling, ease of metering and the amount of dust that contaminates the pigment pellets.
着色対象の媒体中での分散性を増強するためには、顔料は、好ましくは無機顔料粒子の微粉砕粉末の形でしばしば製造される。この粉末は、通常、製造における仕上げ段階としてジェットミリング、サンドミリング、ハンマーミリングまたはローラーミリングされ、分散性と光沢に寄与する。しかしながら、当分野でミリングされた顔料は、概ね、劣った乾燥流れ特性を呈し、そして極めて粉塵が多いという大きな難点を有する。これらの粉末を使用する時、粉塵の有害な影響を低減するのに(例えば、仕事場の安全性、エコロジー的な懸念、製品品質の保証など)、コストのかかる手段が採用されなければならず、このようにして貴重な時間、金および他の資源を消費する。更には、このような粉末から製造されるペレットは、一般に、取り扱い、貯蔵、輸送そしてペレットを崩壊せずに製造装置の中に導入するのが困難である。このように、良好な顔料分散性を達成した製品は、しばしば、良好な顔料安定性をもたらすことができず、そして良好な顔料安定性を達成した製品は、しばしば、良好な顔料分散性をもたらすことができない。 In order to enhance the dispersibility in the medium to be colored, pigments are often produced, preferably in the form of finely divided powders of inorganic pigment particles. This powder is usually jet milled, sand milled, hammer milled or roller milled as a finishing step in production, contributing to dispersibility and gloss. However, pigments milled in the art generally have the disadvantages of exhibiting poor dry flow characteristics and extremely dusty. When using these powders, costly measures must be employed to reduce the harmful effects of dust (eg workplace safety, ecological concerns, product quality assurance, etc.) In this way, valuable time, money and other resources are consumed. Furthermore, pellets produced from such powders are generally difficult to handle, store, transport and introduce into the production equipment without disrupting the pellets. Thus, products that achieve good pigment dispersibility often fail to provide good pigment stability, and products that achieve good pigment stability often result in good pigment dispersibility I can't.
先行技術の方法は、化学薬品の添加物を使用することにより、これらの問題の一部を解決することを試みた。例えば、(特許文献1)は、顔料と、スプレーで急冷されたワックス組成物を含んでなる核形成された顔料をワックスが吸収するように、微粉砕されたワックス組成物と粉末化顔料を転動することを含んでなる、自由流動性の粉塵を含まない顔料を製造する方法を述べている。また、(特許文献2)は、固体低分子量ポリマーおよび液体ポリマー物質により粒子を処理することも述べている。 Prior art methods have attempted to solve some of these problems by using chemical additives. For example, U.S. Patent No. 6,057,049 transfers a finely pulverized wax composition and a powdered pigment such that the wax absorbs the pigment and a nucleated pigment comprising a spray-quenched wax composition. A method for producing a free-flowing dust-free pigment comprising moving is described. (Patent Document 2) also describes treating particles with solid low molecular weight polymers and liquid polymer materials.
大量の粉末の取り扱いにおいて繰り返し経験される他の問題は、粘結、ネズミ穴の形成およびブリッジ形成である。顔料の安定性は、良好な貯蔵および輸送に重要であり、そして貯蔵された顔料を熱、湿度および圧力に経時的に曝した場合の老化および/または望まれない凝集物への顔料凝集を回避することが望まれる。微粉砕粉末と関連する粉塵関連の問題と一緒に、顔料粒子は顔料ペレットに形成されるということがしばしば望まれる。しかしながら、顔料粒子が媒体中で易分散性であり、ペレットがフィード容器(bines
)を詰まらせ、顔料流れの低下および他の問題を引き起こさないように、顔料ペレットも形成されなければならない。
Other problems that are repeatedly experienced in handling large amounts of powder are caking, murine hole formation and bridging. Pigment stability is important for good storage and transport, and avoids aging and / or pigment aggregation into unwanted aggregates when the stored pigments are exposed to heat, humidity and pressure over time It is desirable to do. Along with the dust-related problems associated with finely divided powders, it is often desirable that pigment particles be formed into pigment pellets. However, the pigment particles are easily dispersible in the medium and the pellets are
Pigment pellets must also be formed so as not to clog, and cause pigment flow reduction and other problems.
これらの問題の一部に対する解決策が先行技術において試みられてきた。例えば、(特許文献3)は、少なくとも25重量%のブテン−1含量を有する少なくとも2つの異なるモノマーから構成される非晶質のポリアルファオレフィン中に微細分散された1つ以上の着色剤と共に自由流動性剤から本質的になる着色剤組成物を述べている。(特許文献4)は、後顆粒化により噴霧乾燥された顆粒から製造される、自由流動性で、粉塵を形成しない顆粒の形で前記材料の中に顔料を組み込むことを含んでなる、建材を無機顔料により着色する方法を述べている。 Solutions to some of these problems have been attempted in the prior art. For example, U.S. Pat. No. 6,089,097 is free with one or more colorants finely dispersed in an amorphous polyalphaolefin composed of at least two different monomers having a butene-1 content of at least 25% by weight. A colorant composition consisting essentially of a flowable agent is described. (Patent Document 4) is a building material comprising the incorporation of a pigment into the material in the form of granules which are free-flowing and do not form dust, which are produced from granules which have been spray-dried by post-granulation. It describes a method of coloring with inorganic pigments.
分散性は、媒体の中に顔料を均一かつ均質に混合することができる容易さの尺度であり、そして媒体中での劣った分散性は、媒体内で塊、表面不完全性、色縞、不均一着色および/または不完全な発色を生じ得る、大きな凝集物の原因となる可能性がある。先行技術の方法は、例えば、被覆物および/またはプラスチック組成物中に顔料を分散させる場合に、改善された性能特性を得るために、顔料の表面処理による分散性の増進あるいは乾燥流れ特性の改善を試みてきた。例えば、(特許文献5)は、無機顔料または充填剤とヒドロキシアルキル化アルキレンジアミンを含んでなる分散性組成物を述べ、一方(特許文献6)は、水中で非イオン性分散剤の存在において顔料をミルがけし、ミルがけされた顔料分散物をセルロースエーテルと混合し、そして生成する混合物から水を除去することにより製造される、顔料組成物を述べている。 Dispersibility is a measure of the ease with which a pigment can be uniformly and homogeneously mixed into a medium, and poor dispersibility in a medium is a mass, surface imperfection, color fringes, Can cause large agglomerates that can result in uneven coloration and / or incomplete color development. Prior art methods, for example, when dispersing pigments in coatings and / or plastic compositions, provide improved dispersibility or improved dry flow characteristics by pigment surface treatment to obtain improved performance characteristics. Have tried. For example, (Patent Document 5) describes a dispersible composition comprising an inorganic pigment or filler and a hydroxyalkylated alkylenediamine, while (Patent Document 6) describes a pigment in the presence of a nonionic dispersant in water. Describes a pigment composition prepared by milling, mixing the milled pigment dispersion with cellulose ether, and removing water from the resulting mixture.
(特許文献7)は、添加物と顆粒化助剤を用いる加熱転動顆粒化により顆粒を製造するための方法を述べ、そして(特許文献8)は顔料とエチレンオキシドを含有する濃厚顔料配合物を述べている。顔料はワックス、水溶液、ポリマーなどによっても処理された。例えば、(特許文献9)は、こわれ易い炭化水素樹脂中に分散されたクロム酸鉛含有顔料の水性スラリーの形成を述べている。また、(特許文献10)は、縮合により製造される長鎖ポリエステル界面活性剤を混合し、そして鉱油および溶融ワックスからなる群から選択される本質的に非揮発性の液体を添加することを述べている。 (Patent Document 7) describes a method for producing granules by heat tumbling granulation using an additive and a granulation aid, and (Patent Document 8) describes a concentrated pigment formulation containing pigment and ethylene oxide. Says. The pigment was also treated with wax, aqueous solution, polymer and the like. For example, (Patent Document 9) describes the formation of an aqueous slurry of a lead chromate-containing pigment dispersed in a fragile hydrocarbon resin. (Patent Document 10) also describes mixing a long-chain polyester surfactant produced by condensation and adding an essentially non-volatile liquid selected from the group consisting of mineral oil and molten wax. ing.
低粉塵の自由流動性粉末を製造するためのもう一つの方法は、噴霧乾燥により入手可能である。これらの製品は、概ね、劣った着色性を呈し、そして最終使用者は、概ね、劣った着色性の自由流動性で、低粉塵性の噴霧乾燥された顔料と劣った流れ特性の粉塵の多い、ミルがけされた顔料の間で選択しなければならなかった。例えば、(特許文献11)は、酸化チタン顔料を水和酸化物により被覆し、そしてこの顔料をサンディングし、乾燥することを述べている。これは、直接には使用し得るペレットでない高比率の微細粒子を含む小粒子サイズを生じる。また、この疎水性噴霧乾燥の後処理は、幾分良好な流れの性質を有するが、例外的に大量の粉塵を生じる粒子を生成する。 Another method for producing low dust, free flowing powders is available by spray drying. These products generally exhibit poor colorability, and end users generally have low color free flow, low dust spray-dried pigments and poor flow characteristics dusty Had to choose between milled pigments. For example, U.S. Patent No. 6,057,049 describes coating a titanium oxide pigment with a hydrated oxide and sanding and drying the pigment. This results in small particle sizes that contain a high proportion of fine particles that are not directly usable pellets. This hydrophobic spray-drying post-treatment also has somewhat better flow properties but produces particles that produce exceptionally large amounts of dust.
噴霧乾燥に関連する他の特許は、上述したKrockert特許ならびにオルガノシロキサンの使用を述べている、(特許文献12)および(特許文献13)を含む。更には、(特許文献14)は、無機顔料の水性ミリング、表面処理および噴霧乾燥を述べている。(特許文献15)は、噴霧乾燥と凝集を述べ、そして(特許文献16)は、顔料と水の分散スラリーを形成し、このスラリーをミルがけし、そしてスラリー化されたミルがけされた顔料上に処理剤を堆積することを述べている。 Other patents related to spray drying include the above-mentioned Krockert patent and (US Pat. No. 6,089,097), which describe the use of organosiloxanes. Furthermore, (Patent Document 14) describes aqueous milling, surface treatment and spray drying of inorganic pigments. (Patent Document 15) describes spray drying and agglomeration, and (Patent Document 16) forms a dispersion slurry of pigment and water, mills this slurry, and on the slurryed milled pigment. Describes that the treatment agent is deposited.
先行技術の方法および製品の各々は、他の特性の品質が向上するにしたがって顔料の望まれる特性の少なくとも一つが不足する。先行技術は、極めて砕け易く、高分散性で、円滑排出性である品質を同時に有し、ブリッジ形成およびネズミ穴の形成を軽減し得、粉塵を実質的に含まず、易計量性であり、高密度でかつ圧密抵抗性である、顔料ペレットを形
成する問題を解決することができない。
Each of the prior art methods and products lacks at least one of the desired properties of the pigment as the quality of the other properties improves. The prior art has a quality that is extremely friable, highly dispersible, and smooth discharge at the same time, can reduce the formation of bridges and rat holes, is substantially free of dust, is easy to measure, The problem of forming pigment pellets that are dense and resistant to consolidation cannot be solved.
例えば、二酸化チタンなどの顔料粒子は、一般に、この顔料の高凝集性により有害な塊化性を有し、この粒子は移動における運動の間に、貯蔵中に固く塊化し、粘結する。しかしながら、使用においては、二酸化チタンは、空中で拡がり、そして周囲の領域に更にくっつく微細な粉末あるいは粉塵を形成する。粉塵のいかなる低減も重大な健康メリットならびに米国国立労働衛生研究所(NIOSH)、労働省および/または米国環境保護庁の懸念に関連する他のメリットを有する。これらの塊を粉末コーティングおよびプラスチック用途の中に組み込む場合には、光学的性質の損失もあり得る。 For example, pigment particles such as titanium dioxide generally have harmful agglomeration due to the high agglomeration of the pigment, which particles agglomerate and caking during storage during movement. However, in use, titanium dioxide forms a fine powder or dust that spreads in the air and sticks further to the surrounding area. Any reduction in dust has significant health benefits and other benefits related to the concerns of the National Institute of Occupational Health (NIOSH), the Department of Labor and / or the US Environmental Protection Agency. If these masses are incorporated into powder coating and plastic applications, there may be a loss of optical properties.
先行技術に存在する難点の克服に、この明細書中で開示されている本発明の態様は、顔料粒子の間に吸引性の結合力を誘起するのに静電気を利用する。開示される本発明の態様は、添加物を包含せずに、そして噴霧乾燥を必要とせずに望まれる顔料着色特性を保持する。 To overcome the difficulties existing in the prior art, the embodiments of the invention disclosed herein utilize static electricity to induce attractive binding forces between pigment particles. The disclosed embodiments of the invention retain the desired pigmentation properties without the inclusion of additives and without the need for spray drying.
顔料粒子から顔料擬似粒子を形成する方法がこの明細書に開示されている。この方法は、顔料粒子をガスにより分極させ、そして分極顔料粒子を凝集して、顔料擬似粒子を形成することを含む。好ましい態様においては、用語「凝集する」は、粒子サイズ増大の方法を指すようにこの明細書中で使用される。小微細粒子が最終製品として使用するために粒子のクラスターに集められる。ここでこのクラスターは好ましくは実質的に球形である。用語「顔料擬似粒子」は、顔料粒子のこわれ易いクラスターを指すのにこの明細書中で使用され、そして顔料擬似粒子は非凝集顔料粒子(例えば、粉末)の集合体よりも大きい密度を有することが特徴である。顔料擬似粒子は、両方とも複数の粒子からなる点で在来のペレットに類似している。 A method for forming pigment pseudoparticles from pigment particles is disclosed herein. The method includes polarizing the pigment particles with a gas and aggregating the polarized pigment particles to form pigment pseudoparticles. In a preferred embodiment, the term “aggregates” is used herein to refer to a method of increasing particle size. Small fine particles are collected into a cluster of particles for use as the final product. Here, this cluster is preferably substantially spherical. The term “pigment pseudoparticle” is used herein to refer to a frangible cluster of pigment particles, and the pigment pseudoparticles have a greater density than an aggregate of non-aggregated pigment particles (eg, powder). Is a feature. Pigment pseudoparticles are similar to conventional pellets in that both are composed of a plurality of particles.
この顔料粒子は、好ましくは二酸化チタン粒子を含んでなる。しかしながら、顔料粒子は、非限定的な例として、好適な金属酸化物粒子を含む、いかなる好適な粒子も含んでなる。本発明の好ましい態様においては、「顔料粒子」は、粒子性状であり、使用中に非揮
発性であり、そして/あるいは、通常、不活性物質、充填剤、増量剤などと呼ばれる。
The pigment particles preferably comprise titanium dioxide particles. However, the pigment particles comprise any suitable particles, including, by way of non-limiting example, suitable metal oxide particles. In a preferred embodiment of the present invention, “pigment particles” are particulate in nature, non-volatile during use, and / or are commonly referred to as inert materials, fillers, extenders, and the like.
用語「分極させる」、「分極した」などは、一般に、分子の(および/あるいは粒子の)電荷密度の大きさおよび/または空間的な位置のシフトを指し、それにより(1)分子(および/または粒子)のより負に帯電した部分および(2)分子(および/または粒子)のより正に帯電した部分を作り出す。好ましい態様においては、分極した顔料粒子は、顔料粒子の分子の間のファン・デル・ワールス結合を増大させるのに充分大きな電荷のシフトを有する。ある局面においては、顔料粒子の分極は、少なくとも一時的な双極子を顔料粒子の各々の中に誘起することを含む。ある局面においては、顔料粒子を分極させることは、顔料粒子の全部より少ない分子を誘起することを含んでなる。ある態様においては、顔料粒子は、好ましくはガスから電子を剥ぎ取ることにより帯電状態となる。 The terms “polarize”, “polarized” and the like generally refer to a shift in magnitude and / or spatial position of a molecule (and / or particle) charge density, thereby (1) a molecule (and / or Or a more negatively charged part of the particle) and (2) a more positively charged part of the molecule (and / or particle). In a preferred embodiment, the polarized pigment particles have a sufficiently large charge shift to increase van der Waals bonds between the pigment particle molecules. In certain aspects, the polarization of the pigment particles includes inducing at least temporary dipoles in each of the pigment particles. In certain aspects, polarizing the pigment particles comprises inducing fewer molecules than all of the pigment particles. In some embodiments, the pigment particles are preferably charged by stripping electrons from the gas.
この方法は、好ましくは中空容器内でガス流の中に顔料粒子を通過させることを含む。好ましい態様においては、この流れは、顔料粒子の間を通過した後、これらから過剰な熱も運び去る。好ましくは、この流れの特性は、流れが無視し得る量のみの顔料粒子を運び去るようなものである。 This method preferably involves passing the pigment particles through a gas stream in a hollow vessel. In a preferred embodiment, this stream also carries away excess heat after passing between the pigment particles. Preferably, the flow characteristics are such that the flow carries away only a negligible amount of pigment particles.
ある態様においては、分極顔料粒子を凝集して顔料擬似粒子に形成することは、堆積物の安息角よりも大きい傾斜角度を有する分極顔料粒子の堆積物上に分極顔料粒子の一部を堆積させることを含んでなる。「安息角」は、面上に置かれた顔料粒子が安息状態(rest)に保たれる、面の傾斜の最大角度を指す。ある態様においては、この顔料粒子は、実質的に球形に凝集され、各形状は好ましくは約0.1ミリメートルと約5.0ミリメートルの間の直径を有する。この顔料粒子を凝集することは、好ましくは顔料粒子を核形成することを含んでなる。ある局面においては、粒子がガスの中で落下した後に着地する場合には、衝撃圧密が起こる。 In some embodiments, aggregating polarized pigment particles to form pigment pseudoparticles deposits a portion of the polarized pigment particles on a deposit of polarized pigment particles having an inclination angle greater than the repose angle of the deposit. Comprising that. “Repose angle” refers to the maximum angle of inclination of a surface at which pigment particles placed on the surface remain in rest. In certain embodiments, the pigment particles are substantially agglomerated and each shape preferably has a diameter between about 0.1 millimeters and about 5.0 millimeters. Aggregating the pigment particles preferably comprises nucleating the pigment particles. In one aspect, impact consolidation occurs when the particles land after falling in the gas.
ある態様においては、この顔料粒子は脱気される。この顔料粒子は、好ましくは分極顔料粒子を入れた円筒状内表面を有する中空容器を軸方向回転し、それにより分極粒子の反復的な雪崩(avalanching)を誘起することにより凝集される。ある局面においては、この中空容器の入口フィードは、振動されて、顔料粒子を脱気する。ここで、振動は、好ましくは1分当り約60回の振動と1分当り約20000回の振動の間の周波数のものである。 In some embodiments, the pigment particles are degassed. The pigment particles are preferably agglomerated by axially rotating a hollow container having a cylindrical inner surface containing polarized pigment particles, thereby inducing repetitive avalanching of the polarized particles. In one aspect, the hollow vessel inlet feed is vibrated to degas the pigment particles. Here, the vibration is preferably of a frequency between about 60 vibrations per minute and about 20000 vibrations per minute.
顔料粒子から顔料擬似粒子を形成する方法は、好ましくは約0℃と約100℃の間の温度で、そして約0.25分と約15分の間の時間電気的に絶縁された条件下で繰り返し行われる。ある態様においては、顔料擬似粒子は、例えば顔料擬似粒子の表面に化学的添加物の層を塗布することなどにより後処理される。本発明の態様は、顔料粒子から顔料擬似粒子を形成する方法にしたがって製造される顔料擬似粒子、顔料擬似粒子を含んでなる塗料配合物および/または顔料擬似粒子を含んでなるマスターバッチを含んでなる。 The method of forming pigment pseudoparticles from pigment particles is preferably performed at a temperature between about 0 ° C. and about 100 ° C. and under electrically insulated conditions for a time between about 0.25 minutes and about 15 minutes. Repeatedly. In some embodiments, the pigment pseudoparticles are post-treated, such as by applying a layer of chemical additive to the surface of the pigment pseudoparticles. Aspects of the invention include pigment pseudoparticles produced according to a method of forming pigment pseudoparticles from pigment particles, a paint formulation comprising pigment pseudoparticles and / or a masterbatch comprising pigment pseudoparticles. Become.
二酸化チタン粒子から顔料擬似粒子を形成する方法もこの明細書に開示されている。この方法は、中空容器内でガスの中に顔料粒子の流れを通過させ、それにより顔料粒子の間に静電引力を誘起することを含む。この方法は、また、流れが起こるにしたがって中空容器を軸方向回転し、それにより静電引力と一緒になって、帯電顔料粒子を顔料擬似粒子に凝集する分極粒子の反復的な雪崩形成を誘起することも含む。この方法は、好ましくは流れが起こるにしたがって中空容器を軸方向回転し、それにより中空管の内表面に取り付けられたスコップ(scoup)が顔料粒子の一部をすくい上げるのを誘導し、一部を軸方向に運び、そして一部を流れの中に分配する。この方法は、また、好ましくは中空容器の入口フィードを振動して、顔料粒子を脱気することを含んでなる。ある局面においては、本発明の態様は、この方法にしたがって製造される顔料擬似粒子を含む。 A method for forming pigment pseudoparticles from titanium dioxide particles is also disclosed herein. This method involves passing a flow of pigment particles through a gas in a hollow container, thereby inducing electrostatic attraction between the pigment particles. This method also induces repetitive avalanche formation of polarized particles that axially rotate the hollow container as the flow occurs, thereby aggregating charged pigment particles into pigment pseudoparticles, together with electrostatic attraction. To include. This method preferably rotates the hollow vessel axially as flow occurs, thereby inducing a scoop attached to the inner surface of the hollow tube to scoop up some of the pigment particles, In the axial direction and part of it into the flow. The method also preferably comprises oscillating the inlet feed of the hollow vessel to degas the pigment particles. In one aspect, embodiments of the present invention include pigment pseudoparticles produced according to this method.
本発明の好ましい態様は、主として誘起レベル(induced level)の分子間静電引力により結合される顔料粒子を含んでなり、粉塵を実質的に含まない顔料擬似粒子を含む。他の態様は、誘起レベルの分子間静電引力により結合される顔料粒子から本質的になる顔料擬似粒子を含む。ある態様においては、本発明は、誘起レベルの分子間静電引力により結合される顔料粒子から本質的になる顔料擬似粒子を含んでなり、顔料擬似粒子の表面の少なくとも一部分が化学薬品により後処理される後処理顔料擬似粒子を含む。 Preferred embodiments of the present invention include pigment pseudoparticles that comprise pigment particles that are bound primarily by an induced level of intermolecular electrostatic attraction and are substantially free of dust. Other embodiments include pigment pseudoparticles consisting essentially of pigment particles that are bound together by an induced level of intermolecular electrostatic attraction. In certain embodiments, the present invention comprises pigment pseudoparticles consisting essentially of pigment particles that are bound by an induced level of intermolecular electrostatic attraction, wherein at least a portion of the surface of the pigment pseudoparticles is post-treated with a chemical. Post-processed pigment pseudoparticles.
円筒状内表面、高い入口および低い出口を有する傾斜した中空容器を準備し、そして円筒状内表面から内側に向かって延び、そして傾斜した中空容器の軸方向の長さに沿って配置された複数のスコップを設けることを含んでなる、顔料粒子から顔料擬似粒子を製造する方法もこの明細書に開示されている。好ましい態様においては、顔料粒子は、入口端の近くの円筒状内表面の一部上に配置され、そしてガス流は傾斜した中空容器の中で低い出口端に向かう方向に通される。この傾斜した中空容器は、スコップにより顔料粒子をすくい上げるために回転され、そして顔料粒子は、円筒状内表面を軸方向回転することにより、スコップから分配され、それによりガスにより分極されながら顔料粒子が出口により近い円筒状内表面の一部に向かって落下することを可能とさせる。この傾斜した中空容器は、また、顔料粒子の雪崩を起こすために軸方向回転され、それにより顔料粒子を顔料擬似粒子に凝集する。 Preparing a tilted hollow container having a cylindrical inner surface, a high inlet and a low outlet, and extending inwardly from the cylindrical inner surface and arranged along an axial length of the tilted hollow container Also disclosed herein is a method for producing pigment pseudoparticles from pigment particles comprising providing a scoop. In a preferred embodiment, the pigment particles are disposed on a portion of the cylindrical inner surface near the inlet end and the gas stream is passed in a direction toward the lower outlet end in the inclined hollow vessel. This inclined hollow container is rotated to scoop up the pigment particles by the scoop, and the pigment particles are distributed from the scoop by axially rotating the cylindrical inner surface so that the pigment particles are polarized while being polarized by the gas. It is possible to drop towards a part of the cylindrical inner surface closer to the outlet. The inclined hollow container is also rotated axially to cause avalanche of the pigment particles, thereby aggregating the pigment particles into pigment pseudo particles.
本発明は、好ましくは、顔料粒子を分極させ、そして分極顔料粒子を顔料擬似粒子に凝集させる手段を含んでなる、顔料粒子から顔料擬似粒子を作るための装置を含む。この装置は、好ましくは顔料粒子を脱気するための手段も含む。 The present invention preferably includes an apparatus for making pigment pseudoparticles from pigment particles comprising means for polarizing the pigment particles and aggregating the polarized pigment particles into pigment pseudoparticles. The apparatus preferably also includes means for degassing the pigment particles.
中空容器、複数のスコップおよび吹き飛ばし手段を含んでなる、顔料粒子から顔料擬似粒子を製造するための装置もこの明細書に開示されている。この中空容器は、好ましくは円筒状内表面、高い入口および低い出口を有し、そして高い入口端および低い出口端を有する傾斜した位置で配置されるようにされる。複数のスコップは内表面から内側に向かって延び、そして中空容器の軸方向の長さに沿って配置され、そして吹き飛ばし手段は、ガス流を傾斜した中空容器の中で低い出口端に向かう方向に通過させるために使用される。この装置の好ましい態様は、中空容器を振動するための振動手段も含み、それにより顔料粒子を脱気する。この装置は、好ましくは円筒状内表面と顔料粒子および分極顔料粒子の少なくとも一方の間の接着を最小とするための手段を含む。 An apparatus for producing pigment pseudoparticles from pigment particles, comprising a hollow container, a plurality of scoops and blowing means is also disclosed herein. The hollow container preferably has a cylindrical inner surface, a high inlet and a low outlet, and is arranged in an inclined position with a high inlet end and a low outlet end. The plurality of scoops extend inwardly from the inner surface and are disposed along the axial length of the hollow container, and the blow-off means is directed toward the lower outlet end in the hollow container inclined to the gas flow. Used to pass through. A preferred embodiment of this device also includes a vibrating means for vibrating the hollow container, thereby degassing the pigment particles. The apparatus preferably includes means for minimizing adhesion between the cylindrical inner surface and at least one of the pigment particles and the polarized pigment particles.
分極顔料粒子を顔料擬似粒子に凝集する、多数のメリットが存在する。非限定的な例として、これらのメリットは、嵩密度の増大、包装サイズおよび要求の減少、流れの改善、塊化および粘結の低減、流量制御の増大、粉塵化の低減、組成物の均一性、一貫したサイズおよび形状、易計量性、分散性(貯蔵時の高温および高湿への暴露後でも)の増大、一貫した製品性能および内部および表面粉塵の減少を含む。 There are a number of advantages of aggregating polarized pigment particles into pigment pseudoparticles. By way of non-limiting example, these benefits include increased bulk density, reduced package size and requirements, improved flow, reduced agglomeration and caking, increased flow control, reduced dusting, uniform composition Including increased stability, consistent size and shape, ease of metering, dispersibility (even after exposure to high temperatures and high humidity during storage), consistent product performance and reduced internal and surface dust.
本発明のこれらおよび他の特徴と目的は、次の好ましい態様の詳細な説明から更に充分に理解されるが、これは添付の図面に照らして読まれるべきである。 These and other features and objects of the invention will be more fully understood from the following detailed description of the preferred embodiments, which should be read in light of the accompanying drawings.
この明細書中に組み込まれ、そしてその一部を形成する、添付の図面は、本発明の態様を例示し、そしてこの説明と一緒になって、本発明の原理を説明する働きをする。 The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
図面において例示される本発明の好ましい態様の記述においては、明確化のために特定の専門用語が使用される。しかしながら、本発明は、このように選択される特定の用語に限定されるように意図されず、そして特定の用語は、類似の目的を達成するのに類似の方法で機能する、すべての技術的同等物を含むということを理解するべきである。 In describing the preferred embodiments of the invention illustrated in the drawings, specific terminology is used for the sake of clarity. However, the present invention is not intended to be limited to the specific terms thus selected, and any specific term may function in a similar manner to achieve a similar purpose. It should be understood that it includes equivalents.
この明細書では回転円筒凝集機と呼ばれ、そして概略的に150と表示されている好ましい処理ユニットは、静電電荷を有する小さな自然通風空気流の存在において粉末化された二酸化チタン粒子を凝集するように設計されているこの回転円筒凝集機は、ファン・デル・ワールス引力を利用して、好ましくはすべての二酸化チタン粒子を好ましくは球状のエルザッツ(ersatz)粒子であることを特徴とする擬似粒子に凝集させる。 A preferred processing unit, referred to herein as a rotating cylinder agglomerator, and generally designated 150, agglomerates powdered titanium dioxide particles in the presence of a small natural draft air stream with electrostatic charge. This rotating cylinder agglomerator is designed to make use of van der Waals attraction, preferably all the titanium dioxide particles are preferably spherical ersatz particles Aggregate.
製造装置の好ましい連鎖を更によく理解するために、そして主として図1を参照しながら、回転円筒凝集機150を使用して、試料の製造方法の態様を示す。磨砕機110を使用して、顔料粒子(例えば、二酸化チタン粒子)を含んでなる粉末を形成し、これを次にフィード容器(bin)120中に貯蔵する。次に、所望のフィード速度を維持するフィードバルブ130を働かせることにより、この顔料粒子を回転円筒凝集機150にフィードすることができる。
For a better understanding of the preferred chain of production equipment, and with reference primarily to FIG. 1, a
下記で更に詳述される回転円筒凝集機150は、フィードされる顔料粒子をファン・デル・ワールス引力を使用して結合される大きな擬似粒子に凝集させる。機械的結合(例えば、圧縮)および/または化学的結合(例えば、添加物)は使用可能であるが、要求されるものではない。下記に述べる凝集の部分は、回転円筒凝集機150のフィード入口を振動して、顔料粒子を脱気する。この目的で、コンプレッサー140は、回転円筒凝集機150のフィード入口に乾燥空気をフィードして、回転円筒凝集機150および/または入口フィード205上の顔料粒子を脱気する振動機構を動かす。顔料粒子を顔料擬似粒子に凝集した後、顔料擬似粒子は包装容器160に搬送され、ここで輸送のために包装される。
A rotating
主として図2を参照することにより、回転円筒凝集機の試料態様が示され、そして概略的に150aと表示されている。入口フィード205は、フィードバルブ130により制御される速度でフィード容器120から顔料粒子を送達する。回転円筒凝集機150aは、入口フィード205から顔料粒子を受け取るための中空の傾斜中空容器210を含んでなり、そして中心軸に沿って回転する。回転円筒凝集機150aは、好ましくは水平から20度未満である傾斜角度αで好ましくは傾斜している。中空の傾斜中空容器210の内表面は出っ張り(ledges)215を含む。このように、顔料粒子を中空の傾斜中空容器210の中にフィードすると、回転によって出っ張り215が顔料粒子の一部をもち上げるようにせしめられる。中空の傾斜中空容器210が回転し続けるにつれて、顔料粒子は重力の自然の結果として出っ張りから分配され、そして空気を通って落下し、他の顔料粒子上に着地する。
Referring primarily to FIG. 2, a sample embodiment of a rotating cylinder agglomerator is shown and is generally designated 150a.
図示するように、この出っ張りは、凹の湾曲(curvature)を有し、これによって顔料粒子をすくい上げる効率が増加し、ならびに出っ張りから分配される時の顔料を
分散させる度合いが増大する。この空気は顔料粒子を分極させ、そして分極顔料粒子は、中空の傾斜中空容器210を更に回転して、例えば顔料ペレットなどの顔料擬似粒子を形成することにより、凝集される。この擬似粒子は、中空の傾斜中空容器210の出口220から出る。
As shown, this bulge has a concave curvature, which increases the efficiency of scooping up the pigment particles and increases the degree of dispersion of the pigment as it is dispensed from the ledge. This air polarizes the pigment particles, and the polarized pigment particles are agglomerated by further rotating the hollow inclined
主として図3から図5を参照することにより、回転円筒凝集機のもう一つの見本例が概略的に150aと表示され、詳細に述べられる。回転円筒凝集機150の態様を使用する方法は、主として図6を参照しながら述べられる。
Referring primarily to FIGS. 3-5, another example of a rotating cylinder agglomerator is schematically labeled 150a and will be described in detail. The method of using the embodiment of the
主として図3を参照すると、回転円筒凝集機150bは、好ましくは円筒状内表面を有し、更に好ましくは全体として円筒の形状を有する中空容器を含む。この中空容器は、概略的に335と表示され、そして一体あるいはモジュールの設計およびいかなる好適な長さのものであることもできる。しかしながら、中空容器335は、好ましくはモジュールであり、そして第1区域の処理管335a、第2区域の処理管335b、第3区域の処理管335cおよび第4区域の処理管335dとこの明細書中では呼ばれる、4つの区域の処理管を含むとして示される。中空容器335は、長手方向の中心軸に沿って回転することが可能である。この処理管は、好ましくはフランジ325により相互に取り付けられている。
Referring mainly to FIG. 3, the
回転円筒凝集機150bは、フィード容器120から第1区域の処理管335aの中に顔料粒子を受け取るために、一端にフィード入口360とフィードコーン355を有する。回転円筒凝集機150bは、第4区域の処理管335dから顔料擬似粒子を排出するために、他端に排出ポート385を有する。中空容器335は、好ましくは水平に対して角度が付けられている(図3から図5には図示せず)。中空容器335の傾斜角度は、好ましくは約10度まで、更に好ましくは約7度までに等しい。傾斜している場合には、フィード入口360およびフィードコーン360を有する末端は、排出ポート385を有する末端よりも高い。傾斜角度を変えて、回転円筒凝集機150b中の顔料粒子の搬送を促進するか、あるいは回転円筒凝集機150b中の保持時間を増大させることができる。
The rotating
図3への参照を続けると、回転円筒凝集機150bの中空容器は、好ましくは可変速のギア減速機駆動である駆動手段305に接続され、それにより中空容器335の回転を促進する。駆動手段305は、好ましくは撓み駆動連結である、連結手段310により中空容器の回転を駆動する。好ましい態様においては、駆動手段305は、駆動プレート315および320と、フランジ325により第4区域の処理管335dに運転可能なように接続される。回転円筒凝集機150bは、好ましくは中空容器の回転運動を容易とするために、トラニオン(trunnions)370上に中空容器335を支持するフレーム365を含んでなる。打撃器具330は、振動を生じさせるために中空容器335にも取り付けられている。これは、円筒状内表面と顔料粒子および分極顔料粒子の少なくとも一方の間の接着を最小とする助けをする。顔料粒子が円筒状内表面にくっつく範囲で、打撃器具により生じる振動は、粒子が円筒状内表面にくっつくのを防止するのを助ける。
Continuing with reference to FIG. 3, the hollow container of the
主として図4aおよび図4bを参照すると、中空容器335の内部構造は、好ましくは複数のパドル375を含む。パドル375の各々は、円筒状内表面から内向きに延び、そして好ましくは組にグループ分けされる(パドル375の3つの組が図面に示される)。パドル375の組は、円筒状内表面に沿って実質的にらせんの形で配置される。中空容器335の内部構造は、打撃器具330を作動するために好ましくはもち上げ器具380も含む。もち上げ器具380は、中空容器335を回転することにより始動させられ、そして中空容器335の円周の周りに間隔をおいてずらして配置されている(staggered)。このように、打撃作用は連続的であり(回転が連続的である限り)、そして周期的である(もち上げ器具の間の間隔にしたがって)。もち上げ器具380および打撃器具
330は、好ましくは空気式であり、コンプレッサー、好ましくは回転円筒凝集機150のフィード入口205に乾燥空気をフィードして、顔料粒子を脱気する振動機構も運転するコンプレッサー140(図1に図示)によりフィードされる乾燥空気により運転される。
Referring primarily to FIGS. 4 a and 4 b, the internal structure of the hollow container 335 preferably includes a plurality of
主として図5aおよび図5bを参照して、パドル375の好ましい態様を述べる。上面図から、図5aは、パドル末端の湾曲がパドル375の幅wに関連し、半径R1は好ましくはパドル375の幅wの半分に等しいということを示す。前面図から、図5bは、パドル長さの湾曲がパドル375の一端から他端までの直線線分lに比例するということを示す。湾曲半径R2は、好ましくは三角形の辺の1つとして直線線分lを有する正三角形の最も遠い点からの距離を測定することにより定義される。したがって、好ましい態様においては、この湾曲半径は直線線分lに等しい。
A preferred embodiment of the
任意の与えられたパドル375の構造配列は、パドル375が顔料粒子を分配する際の顔料粒子の間の空気量を最大とするように注意深く設計される。円筒状内表面の回転時(例えば、中空容器335の回転時)、パドル375は顔料粒子をすくい上げ、次に回転の継続にしたがって、パドル375の角度が地面に対して増加する際に顔料粒子を分配する。中空容器335の回転が起こるにしたがって、地面に対するパドル375の角度は増大し、そして重力によって顔料粒子はパドル375から下方に落ち始める。パドル375のスプーン状の形状は、顔料粒子に関連する安息角の利点を活用し、地面に対するパドル375の角度が変化する際に多量の顔料粒子がパドル375と共に更に長時間滞留するようにせしめる。
The structure of any given
中空容器335のパドル375および円筒状内表面は、好ましくは顔料擬似粒子を汚染しないようにステンレススチールからなる。鉄の汚染あるいは接触が意味ある結果でない場合には、スチールなどの低グレードの材料が使用され得る。
The
主として図6を参照しながら、回転円筒凝集機150bを用いる方法の好ましい態様を述べる。顔料粒子、好ましくは二酸化チタンは、フィード入口360により中空容器335の中にフィードされる。好ましい態様においては、自然通風605をフィード入口360において、あるいはその近くで中空容器335の中に通し、排出ポート385により排出するようにすることも可能である。好ましい態様においては、この通風は、顔料粒子を熱空気の流れと共にフィード入口360の中にフィードすることにより作られる。この顔料粒子は、フィードコーン360と回転円筒凝集機150の傾斜により前方に進める。
A preferred embodiment of the method using the rotating
次に、顔料粒子は、中空容器335内で分極および凝集にかけられ、ここで粒子サイズ増大に理想的であるタイプの顔料粒子運動が誘起される。顔料粒子は、パドル375によりもち上げられ、次にガス(例えば、空気)の中に分配されて、カスケードで流れ、そして合体する。顔料粒子は、好ましくは顔料粒子が下方にカスケードで流れるにしたがって空気の自然通風605の中を通り、それにより冷却され、ある場合には帯電する。通風605は、顔料粒子の温度を低下させる効果を有する。ある局面においては、粒子がガスの中を落下した後着地するときに衝撃圧密が起こる。
The pigment particles are then subjected to polarization and agglomeration within the hollow container 335, where a type of pigment particle motion is induced that is ideal for particle size increase. The pigment particles are lifted by
パドル375の形状は、中空容器335内を降下する顔料粒子の確率的運動を促進する。顔料粒子がガスの中を落下するにしたがって、顔料粒子中の分子の電子密度がシフトして、分子内そして顔料粒子内に双極子を作り出す。各分子中の双極子の存在は、顔料粒子の間の高められたファン・デル・ワールス引力を誘起する。本発明の態様は、顔料粒子を結合剤または他の化学薬品により噴霧するということを必要としない。代わりに、パドル375の態様は、好ましくは顔料粒子の安息角を基準として設計される。パドル375の曲線付きの末端は、顔料粒子が降下する前の出発点での分布(distribution
)を増進する。更には、パドル375は、中空容器335の円筒状内表面に実質的にらせんの形で設置されて、軸方向回転しながら、二酸化チタンまたは他の顔料粒子の連続かつ均一な落下カーテンをもたらす。
The shape of the
). Further, the
パドル375の形状は、ガス(例えば、空気)に直接に暴露される顔料粒子の表面積および数を増加させ、それにより顔料粒子を移動させるガスにより分極される顔料粒子の数を増加させる。これは、大気の中を落下する雨に類似し、二酸化チタンまたは他の顔料粒子中に存在する既に存在する自然の静電引力を増強する。分子電荷分布の分極は、粒子の合体を最終的に引き起こす。
The shape of the
分極顔料粒子は、分極顔料粒子および/または未分極顔料粒子を含む、他の顔料粒子の堆積物上に落下する。堆積物との接触は衝撃を和らげ、粉末の圧密に寄与する。円筒状内表面が回転するにしたがって、堆積物は円筒状内表面の側面を登り、最終的に自分自身の上に落下する。この雪崩形成および「雪だるま形成」は、分極顔料粒子を凝集して、平滑で実質的に球形の顔料擬似粒子をいかなる圧縮も無く形成する効果を有する。転動成長、雪崩形成および/または雪だるま形成は凝集機構の一つである。転動成長凝集においては、小粒子は不規則に動き、そして材料床中でランダムに衝突し、これによって顔料粒子が呈するファン・デル・ワールス引力により相互に接着するようにされる(特に、粒子サイズが1ミクロン未満である場合)。回転円筒凝集機150は、このタイプの凝集および緻密化の方法のために設計されている。
Polarized pigment particles fall onto other pigment particle deposits, including polarized pigment particles and / or unpolarized pigment particles. Contact with the deposit reduces the impact and contributes to compaction of the powder. As the cylindrical inner surface rotates, the deposit climbs the side of the cylindrical inner surface and eventually falls onto itself. This avalanche formation and “snowman formation” has the effect of aggregating the polarized pigment particles to form smooth, substantially spherical pigment pseudoparticles without any compression. Rolling growth, avalanche formation and / or snowman formation are one of the aggregation mechanisms. In rolling growth agglomeration, the small particles move randomly and collide randomly in the material bed, causing them to adhere to each other due to the van der Waals attraction that the pigment particles exhibit (particularly the particles If the size is less than 1 micron). The
顔料擬似粒子の構造の局面は、堆積物の密度に影響を及ぼす脱気量、堆積物に付与される高さ、結合機構、処理時間などを含む、いくつかの他の要素にも依存する。他の粒子の表面に付着した粒子は、再度引き剥がされるか、あるいはこの工程の接触区分中の表面の別の場所に動かされるために、回転円筒凝集機150中などで脱気された顔料粒子の堆積物は、高密度で低多孔質の顔料擬似粒子を生じる。ある態様においては、顔料擬似粒子は、顔料擬似粒子核を形成すると、更なる顔料粒子が表面に再度結合するので成長し続け、したがって凝集物を形成し続ける。
The structural aspects of the pigment pseudoparticles also depend on several other factors, including the amount of degassing that affects the density of the deposit, the height imparted to the deposit, the bonding mechanism, the processing time, and the like. Particles adhering to the surface of other particles can be peeled off again or degassed, such as in a
ある態様においては、振動が回転円筒凝集機150に印加されて、内部部品上での粒子蓄積を軽減する。壁上での粒子蓄積が除去され、そしてもち上げ器具380を回転することにより作動される打撃器具330により更なる緻密化が行われ、それにより振動エネルギーを付与して、いかなる初期の蓄積も落下するようにせしめ、結果として乾燥顔料からの同伴空気を振動する。
In some embodiments, vibration is applied to the
この顔料擬似粒子は、回転円筒凝集機150の排出ポート385から出る。生成する擬似粒子は、好ましくは実体のない硬さ(insubstantial hardness)の、そして食卓塩または顆粒化シュガーと比較して肉眼的に類似の、+12〜+100メッシュサイズの丸い滑らかなビーズである。
The pigment pseudo particles exit from the
好ましい顔料擬似粒子は、構成成分の顔料粒子が主として誘起されたレベルの分子間静電引力により結合され、そして顔料擬似粒子が内部粉塵を実質的に含まないという事実が特徴である。この擬似粒子の好ましい態様は、誘起レベルの分子間静電引力により結合される顔料粒子から本質的になる顔料擬似粒子を含んでなり、無視し得る量の粉塵のみが存在する。 Preferred pigment pseudoparticles are characterized by the fact that the constituent pigment particles are bonded primarily by an induced level of intermolecular electrostatic attraction, and the pigment pseudoparticles are substantially free of internal dust. A preferred embodiment of this pseudoparticle comprises pigment pseudoparticles consisting essentially of pigment particles that are bound together by an induced level of intermolecular electrostatic attraction, with only a negligible amount of dust present.
この結合は、好ましくは静電的に帯電したガスの存在により誘起される各顔料粒子中の少なくとも一時的な双極子−双極子条件から生じるファン・デル・ワールス結合である。ファン・デル・ワールス結合は、通常、分子中の原子の電子配置が対称的な電子配置を失う場合に生じる。これは、分子と分子の顔料粒子全体を分極させる。自然に起こる量より
も多い顔料粒子が好ましくは分極される。この顔料粒子は、ガスの中から落下するにしたがってガスから電子を剥ぎ取り、それにより顔料粒子を帯電させ得る。
This bond is preferably a van der Waals bond resulting from at least a temporary dipole-dipole condition in each pigment particle induced by the presence of an electrostatically charged gas. Van der Waals bonds usually occur when the electronic configuration of atoms in a molecule loses a symmetrical electronic configuration. This polarizes the molecule and the entire pigment particle of the molecule. More pigment particles than the naturally occurring amount are preferably polarized. As the pigment particles fall out of the gas, they can strip electrons from the gas, thereby charging the pigment particles.
この顔料擬似粒子は、好ましくは円滑排出性、低粉塵発生性、高嵩密度および易分散性であり;無視し得る量(あったとしても)のみの貯蔵時のネズミ穴の形成、ブリッジング、粘結または固体圧密が存在する。これは、顔料擬似粒子の構成成分の顔料粒子が磨砕(例えば、磨砕機110)あるいはジェットミリング、サンドミリング、ハンマーミリングによるなどの微粒化に事前にかけられているということは当分野では普通のことであるという事実に拘わらない。この顔料擬似粒子の好ましい態様は、顔料着色対象の食品、化粧品、洗剤、塗料およびプラスチック、インク、エラストマー、セメント、フライアッシュ、粉末化食品、セメント、化粧品、ポリテトラフルオロエチレン、粉末、タルク、クレイおよび他の好適な媒体の着色に有用である。 The pigment pseudoparticles are preferably smooth discharge, low dust generation, high bulk density and easy dispersibility; only a negligible amount (if any) of murine pores upon storage, bridging, There is caking or solid compaction. It is common in the art that the pigment particles that are constituents of the pigment pseudo-particles are pre-subjected to grinding (eg, attritor 110) or atomization such as by jet milling, sand milling, hammer milling, etc. Regardless of the fact that it is. Preferred embodiments of the pigment pseudo-particles include foods to be pigmented, cosmetics, detergents, paints and plastics, inks, elastomers, cements, fly ash, powdered foods, cements, cosmetics, polytetrafluoroethylene, powders, talc, clays. And other suitable media coloration.
顔料擬似粒子は、好ましくは顔料粒子よりも大きな嵩密度(好ましくは約20%大きい)と小さい嵩容積を有し、それにより包装への要求を低減する。この点で、粉末化された顔料粒子でなく顔料擬似粒子を使用することにより多量の顔料が包装中に貯蔵可能であり、それにより在来の顔料ペレットに通常付随する分散問題を伴わずにコスト削減をもたらす。この顔料擬似粒子は、好ましくは規定された形状を有し、計量およびフィード器具による使用に特に好適である。 The pigment pseudoparticles preferably have a larger bulk density (preferably about 20% greater) and a smaller bulk volume than the pigment particles, thereby reducing packaging requirements. In this regard, large amounts of pigment can be stored in the packaging by using pigment pseudoparticles rather than powdered pigment particles, thereby reducing the cost without the dispersion problems normally associated with conventional pigment pellets. Bring about a reduction. The pigment pseudoparticles preferably have a defined shape and are particularly suitable for use with metering and feed devices.
上述のように、この顔料擬似粒子の好ましい態様は、本質的に顔料粒子からなる。顔料粒子の結合に化学薬品は必要とされない。このように、最終製品(例えば、顔料擬似粒子)は、好ましくは化学薬品の複合物または他の混合物でなく、化学薬品で結合された顔料ペレット複合物に共通の特徴的な硬度および低い分散性を持たない。好ましい擬似粒子は、高嵩密度、低粉塵生成、高自由流動能および分散性を有する、滑らかで、丸い均質に凝集された顔料である。丸い形状は、流動性を実質的に増大させ、そして処理において粉末微粉または粉塵の発生を低減させるか、あるいは無くし、そして貯蔵および出荷において圧密、塊化および老化への抵抗性を示す。 As mentioned above, a preferred embodiment of this pigment pseudoparticle consists essentially of pigment particles. No chemicals are required to bind the pigment particles. Thus, the final product (eg, pigment pseudoparticle) is preferably not a chemical composite or other mixture, but a characteristic hardness and low dispersibility common to chemical-bonded pigment pellet composites. Does not have. Preferred pseudoparticles are smooth, round, homogeneously agglomerated pigments with high bulk density, low dust generation, high free flowability and dispersibility. The round shape substantially increases fluidity and reduces or eliminates the generation of fine powder or dust in the process and exhibits resistance to compaction, agglomeration and aging in storage and shipping.
好ましい顔料擬似粒子は、主として丸い形状およびファン・デル・ワールス力の利用により成形後の最少の相互接着性を有する。このように、好ましい顔料擬似粒子が最終サイズに達すると、他の大きい粒子との大きな引力は存在しない。それにも拘わらず、好ましい顔料擬似粒子は、機械的および化学的結合が存在しないことにより極めて高いもろさおよび良好な分散といったメリットのある特性を保持する。密度の増大は、顔料擬似粒子が等重量基準で例えば在来の非処理の顔料よりも少ない容積および包装を使用するということも意味する。 Preferred pigment pseudoparticles have minimal inter-adhesion after molding primarily due to the round shape and utilization of van der Waals forces. Thus, when the preferred pigment pseudoparticles reach the final size, there is no significant attraction with other large particles. Nevertheless, the preferred pigment pseudoparticles retain the beneficial properties of extremely high brittleness and good dispersion due to the absence of mechanical and chemical bonds. Increased density also means that the pigment pseudo-particles use less volume and packaging on an equal weight basis, for example, than conventional untreated pigment.
比較例
しかるべき試験を試み、そして本発明の有効な態様を示す比較例を下記に述べる。60度の円錐形の基部付きの円筒中空容器(容積50あるいは100g)の規定の穴(概ね、10mm)からの排出時間を秒で測定することにより、流れを求めた。粉塵値を粉末重量と比較しての重量として評価した。Heubach粉塵計を用いて、粉末またはペレットの粉塵特性を測定し得る。空気流が規定の速度で流れる回転ドラムから排出される微細な粉塵をガラスファイバーフィルター上で重量法で求める。異なる暴露時間後に測定することにより、粉塵発生プロフィールを機械的荷重の関数としてプロットし得る。粉塵値を粉末重量と比較しての重量として評価する。容器の間を移す時の粉塵の目視観察も比較として使用する。ブラベンダー押し出し機の中での、そしてこのポリマーフィルムの中への分散性の比較は、非処理のコード標準顔料と一貫している。
A comparative example was attempted, and a comparative example showing an effective embodiment of the present invention is described below. The flow was determined by measuring the discharge time in seconds from a defined hole (generally 10 mm) of a cylindrical hollow container (volume 50 or 100 g) with a 60 degree conical base. The dust value was evaluated as the weight compared to the powder weight. A Heubach dust meter can be used to measure the dust characteristics of a powder or pellet. The fine dust discharged from the rotating drum where the airflow flows at a specified speed is obtained by a gravimetric method on a glass fiber filter. By measuring after different exposure times, the dust generation profile can be plotted as a function of mechanical load. The dust value is evaluated as the weight compared to the powder weight. Visual observation of dust when moving between containers is also used as a comparison. Comparison of dispersibility in the Brabender extruder and in this polymer film is consistent with the untreated code standard pigment.
比較例No.1
100重量部の微磨砕された赤色酸化鉄顔料を全重量で0.5〜1.5部のプロピレングリコールと共にこの種顔料と混合した。この混合物を回転円筒凝集機150に入れ、ブレンドした。この方法を続けた。約0.10〜15分以内で完全な擬似粒子形成が起こり、そして円滑排出性の生成物を得た。
Comparative Example No. 1
100 parts by weight of finely ground red iron oxide pigment was mixed with the seed pigment together with 0.5 to 1.5 parts by weight of propylene glycol. This mixture was placed in a rotating
この処理顔料の嵩密度の増加は約36%であった。安息角は55.6度から41.6度に減少し、25%の減少であった。この処理粉末の流量の増加は、0.8グラム/秒から5.0グラム/秒であった。4と6psiの間での48時間の圧縮試験は、回転円筒凝集機150から排出時に完全に粉砕された顔料排出物を生じた。非処理顔料は、排出時に破壊も起こさない硬い特異な塊であった。得られる粉塵の減少は約60%であった。
The increase in bulk density of this treated pigment was about 36%. The angle of repose decreased from 55.6 degrees to 41.6 degrees, a decrease of 25%. The increase in the flow rate of the treated powder was 0.8 gram / second to 5.0 gram / second. A 48 hour compression test between 4 and 6 psi produced a fully pulverized pigment discharge upon discharge from the
比較例No.2
100重量部の微磨砕された黒色酸化鉄顔料を全重量で0.5〜1部のポリジメチルシロキサン、320csと共にこれの種顔料と混合した。この混合物を回転円筒凝集機150中でブレンドした。この方法を続けた。約0.25〜15分以内で完全な擬似粒子形成が完結し、そして円滑排出性の生成物を得た。
Comparative Example No. 2
100 parts by weight of finely ground black iron oxide pigment was mixed with the seed pigment along with 0.5-1 part by weight of polydimethylsiloxane, 320 cs. This mixture was blended in a rotating
この処理顔料の嵩密度の増加は約29%であった。安息角は55.6度から38度に減少し、32%の減少であった。この処理粉末の流量の増加は0.8グラム/秒から5.0グラム/秒であった。4と6psiの間での48時間の圧縮試験は、回転円筒凝集機150からの排出時に完全に粉砕された顔料排出物を生じた。非処理顔料は、排出時に破壊も起こさない硬い特異な塊であった。得られる粉塵の減少は約55%であった。
The increase in bulk density of this treated pigment was about 29%. The angle of repose decreased from 55.6 degrees to 38 degrees, a decrease of 32%. The increase in the flow rate of the treated powder was from 0.8 gram / second to 5.0 gram / second. A 48 hour compression test between 4 and 6 psi resulted in a fully ground pigment discharge upon discharge from the
比較例No.3
100重量部のユニバーサルグレードのルチル二酸化チタンを回転円筒凝集機150中温度でブレンドした。この方法を続けた。約0.25〜15分以内で完全な擬似粒子形成が完結し、そして円滑排出性の生成物を得た。
Comparative Example No. 3
100 parts by weight of universal grade rutile titanium dioxide was blended at a temperature in a
この処理顔料の嵩密度の増加は約15%であった。安息角は52度から38.6度に減少し、約26%の減少であった。この処理粉末の流量の増加は1.6グラム/秒から6.2グラム/秒であった。4と5psiの間での48時間の圧縮試験は、回転円筒凝集機150からの排出時に完全に粉砕された顔料排出物を生じた。非処理顔料は、排出時に破壊も起こさない硬い特異な塊であった。得られる粉塵の減少は約70%であり、そしてHegman尺度での塗料分散性の比較は非処理のコード標準顔料と一貫していた。
The increase in bulk density of this treated pigment was about 15%. The angle of repose decreased from 52 degrees to 38.6 degrees, a decrease of about 26%. The increase in the flow rate of the treated powder was from 1.6 grams / second to 6.2 grams / second. A 48 hour compression test between 4 and 5 psi resulted in a fully ground pigment discharge upon discharge from the
比較例No.4
100重量部の疎水性プラスチックグレードのルチル二酸化チタンを回転円筒凝集機150中温度でブレンドした。この方法を続けた。約0.1〜15分以内で完全な擬似粒子形成が完結し、そして円滑排出性の生成物を得た。
Comparative Example No. 4
100 parts by weight of hydrophobic plastic grade rutile titanium dioxide was blended at a temperature in a
この処理顔料の嵩密度の増加は約16%であった。安息角は50.5度から38.3度に減少し、約27%の減少であった。この処理粉末の流量の増加は1.9グラム/秒から8.3グラム/秒であった。4と5psiの間での48時間の圧縮試験は、回転円筒凝集機150からの排出時に完全に粉砕された顔料排出物を生じた。非処理顔料は、排出時に破壊も起こさない硬い特異な塊であった。得られる粉塵の減少は約80%であった。
The increase in bulk density of this treated pigment was about 16%. The angle of repose decreased from 50.5 degrees to 38.3 degrees, a decrease of about 27%. The increase in the flow rate of the treated powder was 1.9 grams / second to 8.3 grams / second. A 48 hour compression test between 4 and 5 psi resulted in a fully ground pigment discharge upon discharge from the
本発明の好ましい態様によれば、円滑排出性の顔料擬似粒子は球状の偽粒子からなり、この顔料擬似粒子は、好ましくは少なくとも約90重量%の顔料粒子および99.9+重量%までの顔料粒子である。この擬似粒子は、好ましくは水性および/あるいは非水性系
の顔料着色に使用され、ここでの要求は低粉塵、良好な材料流れおよび正確な計量あるいはフィード性である。
According to a preferred embodiment of the present invention, the smooth discharge pigment pseudo-particles are composed of spherical pseudo-particles, which preferably are at least about 90% by weight pigment particles and up to 99.9 +% by weight pigment particles. It is. This pseudoparticle is preferably used for pigmentation of aqueous and / or non-aqueous systems, where the requirements are low dust, good material flow and accurate metering or feedability.
二酸化チタン粒子は好ましい顔料粒子である。記述された方法により処理されて、擬似粒子をもたらすことができる二酸化チタン粒子は、例でありそして限定ではないが、表面被覆物(例えば、塗料)および/またはプラスチック業界に好適な、いかなる白色あるいは着色の、隠蔽性あるいは非隠蔽性の粒子状顔料(または鉱物質顔料)も含む。本発明の方法で使用する二酸化チタン顔料は、アナターゼあるいはルチルのいずれかの結晶構造またはこれらの組み合わせであることができる。この顔料は、当分野で熟練の者にはなじみのあるが、本発明のいかなる部分も形成しない既知の商業的な方法により製造され得る。よく知られたサルフェート法またはよく知られた四塩化チタンの気相酸化法のいずれかは特定の顔料を製造することができる。 Titanium dioxide particles are the preferred pigment particles. Titanium dioxide particles that can be processed by the described method to yield pseudo-particles are examples and include, but are not limited to, any white or suitable for surface coatings (eg, paints) and / or the plastics industry. Also included are pigmented, hiding or non-hiding particulate pigments (or mineral pigments). The titanium dioxide pigment used in the method of the present invention can be either anatase or rutile crystal structure or a combination thereof. This pigment is familiar to those skilled in the art, but can be made by known commercial methods that do not form any part of the present invention. Either the well-known sulfate process or the well-known vapor phase oxidation process of titanium tetrachloride can produce specific pigments.
高い静電電荷、粒子の双極性傾向および極めて小さい粒子サイズにより存在する高いファン・デル・ワールス力により分子が特に凝集性であるという事実により、二酸化チタン粒子が特に望まれる。これらの二酸化チタン粒子は、アナターゼおよびルチルの結晶形を含むことができる。二酸化チタン粒子を使用することに加えて、他の顔料粒子、好ましくはアルミナ、マグネシアおよびジルコニアなどの他の無機酸化物顔料も使用可能である。ある態様においては、顔料粒子は、好ましくは約1ミクロン未満の平均直径であり、そしてある態様においては、顔料粒子および/または種粒子は約0.01〜約5.0ミクロンの平均粒子サイズを有する。ある態様においては、この擬似粒子は、好ましくは約0.01ミリメートルの直径の球状の凝集物であり、そして他の態様においては、この擬似粒子は好ましくは約0.1ミリメートル〜約4ミリメートルの直径である。 Titanium dioxide particles are particularly desirable due to the fact that the molecules are particularly cohesive due to the high electrostatic charge, the bipolar tendency of the particles and the high van der Waals forces present due to the very small particle size. These titanium dioxide particles can include crystal forms of anatase and rutile. In addition to using titanium dioxide particles, other pigment particles, preferably other inorganic oxide pigments such as alumina, magnesia and zirconia can also be used. In some embodiments, the pigment particles preferably have an average diameter of less than about 1 micron, and in some embodiments, the pigment particles and / or seed particles have an average particle size of about 0.01 to about 5.0 microns. Have. In some embodiments, the pseudoparticles are spherical aggregates, preferably about 0.01 millimeters in diameter, and in other embodiments, the pseudoparticles are preferably from about 0.1 millimeters to about 4 millimeters. Diameter.
回転円筒凝集機150は、二酸化チタン粒子と、非限定的な例として、白色塩基性炭酸鉛、白色塩基性硫酸鉛、白色塩基性ケイ酸鉛、硫化亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛と硫酸バリウムの複合顔料、酸化アンチモンなどの白色隠蔽性顔料、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、陶土、マイカ、珪藻土などの白色増量剤顔料、および酸化鉄、酸化鉛、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、クロム酸鉛、クロム酸亜鉛、チタン酸ニッケル、酸化クロムなどの着色顔料を含む他の顔料粒子を連続処理するのに特に設計および最適化される。
The
ある態様においては、この顔料粒子は、顔料擬似粒子に標準の表面処理剤を添加することにより処理あるいは被覆され得る。ある態様においては、この擬似粒子の表面は、例えば1つ以上の金属の酸化物あるいは水酸化物により後処理される。これは、非限定的な例として、アルミニウム、アンチモン、ベリリウム、セリウム、ハフニウム、鉛、マグネシウム、ニオビウム、ケイ素、タンタル、チタン、スズ、亜鉛および/またはジルコニウムを含む。チタニアまたは他の無機酸化物の顔料は、塩化物法におけるようなチタン(または他の金属)とアルミニウムのハロゲン化物の共酸化、またはサルフェート法における焼成の前のアルミニウム化合物の添加を含む、いかなる好適な方法によっても導入されるアルミニウムを含有することができる。 In some embodiments, the pigment particles can be treated or coated by adding a standard surface treatment to the pigment pseudoparticles. In some embodiments, the surface of the pseudoparticle is post-treated with, for example, one or more metal oxides or hydroxides. This includes, as non-limiting examples, aluminum, antimony, beryllium, cerium, hafnium, lead, magnesium, niobium, silicon, tantalum, titanium, tin, zinc and / or zirconium. The titania or other inorganic oxide pigment may be any suitable, including co-oxidation of titanium (or other metal) and aluminum halides as in the chloride method, or addition of an aluminum compound prior to calcination in the sulfate method. It can contain the aluminum introduced also by a simple method.
本発明が有利に使用され得る方法を例示する目的で、本発明にしたがって顔料擬似粒子を形成する装置および方法をこの明細書中上記で述べてきたが、本発明はこれらに限定されないということが認識されるべきである。したがって、当分野で熟練した者には想起され得る、改変、変形または同等の構成は、いかなるものおよびすべて、添付の特許請求の範囲中で定義されているような、本発明の範囲内にあると考えられるべきである。 For purposes of illustrating the manner in which the present invention can be used to advantage, an apparatus and method for forming pigment pseudoparticles according to the present invention has been described hereinabove, although the present invention is not limited thereto. Should be recognized. Accordingly, any and all modifications, variations, or equivalent arrangements that may occur to those skilled in the art are within the scope of the present invention as defined in the appended claims. Should be considered.
Claims (29)
円筒状内表面から内側に向かって延びる複数のパドルであって、それぞれが凹部分を有するパドルを設け;
円筒状内表面にガス流を通過させ;
円筒状内表面を軸方向回転して、それにより複数のパドルが一部の顔料粒子をもち上げるようにせしめ;
円筒状内表面を軸方向回転して、それにより複数のパドルが顔料粒子を分配し、その結果分配された粒子がガスにより分極されて顔料粒子の堆積物上に着陸させられ、
円筒状内表面を軸方向回転して、それにより分極顔料粒子を静電気的に結合した顔料擬似粒子に凝集する、分極顔料粒子の反復的な雪崩形成を誘起する
ことを含んでなる、顔料粒子から顔料擬似粒子を形成する方法。 Providing a hollow container having a cylindrical inner surface and containing pigment particles;
A plurality of paddles extending inward from the cylindrical inner surface, each provided with a paddle having a recess;
Passing a gas stream through the cylindrical inner surface;
Rotating the cylindrical inner surface in an axial direction, thereby causing a plurality of paddles to pick up some pigment particles;
Axial rotation of the cylindrical inner surface, whereby a plurality of paddles distribute pigment particles, so that the distributed particles are polarized by the gas and land on the pigment particle deposit,
From the pigment particles comprising inducing a repetitive avalanche formation of the polarized pigment particles, wherein the cylindrical inner surface is axially rotated thereby aggregating the polarized pigment particles into electrostatically bound pigment pseudoparticles A method of forming pigment pseudo-particles.
内円筒状内表面から内側に向かって延び、そして傾斜した中空容器の軸方向の長さに沿って実質的にらせん状の形で配置された複数のパドルであって、それぞれが凹部分を有するパドルを設け;
顔料粒子を高い入口において傾斜した中空容器の中に導入し;
傾斜した中空容器の中に低い出口に向かう方向でガスの流れを通過させ;
円筒状内表面を軸方向回転することにより、パドルにより顔料粒子をもち上げ;
円筒状内表面を軸方向回転することにより、パドルから顔料粒子を分配し、それにより、ガスにより分極されながら顔料粒子が出口に近い円筒状内表面の一部に向かって流れを通って落下することを可能とせしめ;そして
円筒状内表面を軸方向回転することにより、分極顔料粒子を顔料擬似粒子に核形成させることを含んでなる、顔料粒子から顔料擬似粒子を形成する方法。 Providing an inclined hollow container having a cylindrical inner surface, a high inlet and a low outlet;
A plurality of paddles extending inwardly from the inner cylindrical inner surface and arranged in a substantially helical shape along the axial length of the inclined hollow container, each having a recess Providing paddles;
Introducing pigment particles into an inclined hollow container at the high inlet;
Passing a flow of gas in an inclined hollow container in a direction towards the lower outlet;
Lifting pigment particles by paddles by axially rotating the cylindrical inner surface;
Axial rotation of the cylindrical inner surface distributes the pigment particles from the paddle so that the pigment particles fall through the flow towards a portion of the cylindrical inner surface close to the outlet while being polarized by the gas And a method of forming pigment pseudoparticles from pigment particles comprising nucleating polarized pigment particles into pigment pseudoparticles by axially rotating a cylindrical inner surface.
中空容器内のガス;および
円筒状内表面から内側に向かって延び、そして円筒状内表面の軸方向の長さに沿って配置された複数のスコップ
を含んでなる、顔料粒子から顔料擬似粒子を形成する装置。 A hollow container comprising a cylindrical inner surface, an inlet end and an outlet end, and arranged to be inclined with a high inlet end and a low outlet end;
A pigment pseudoparticle from a pigment particle comprising: a gas in a hollow container; and a plurality of scoops extending inwardly from the cylindrical inner surface and disposed along an axial length of the cylindrical inner surface Forming device.
中空容器;
複数のパドルであって、各々が円筒状内表面に取り付けられた取り付け端、取り付け端に遠位の分配器具端および取り付け端と分配器具端の間のパドルの線分を含んでなり、線分が軸方向に面する凹の湾曲を有する複数のパドル;
中空容器内のガス;および
中空容器の回転を駆動するための手段
を含んでなる、顔料粒子の静電的結合および凝集を誘起するための装置。 A hollow container adapted to be axially rotated and having a cylindrical inner surface for containing pigment particles;
A plurality of paddles, each comprising a mounting end attached to the cylindrical inner surface, a distal dispensing instrument end at the mounting end and a paddle line segment between the mounting end and the dispensing instrument end; A plurality of paddles having a concave curvature with an axial facing;
An apparatus for inducing electrostatic coupling and aggregation of pigment particles comprising: a gas in the hollow container; and means for driving rotation of the hollow container.
る、請求項10に記載の装置。 The apparatus of claim 10, wherein the mounting ends of the plurality of paddles are arranged in a substantially helical shape along the cylindrical inner surface.
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