JPS6031857B2 - 顔料分散体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、２軸スクリュー押出機を用い、顔料水性湿潤
ケーキを連続的に相置換（フラッシング、転相とも訳す
）させることを特徴とする顔料分散体の製造方法に関し
、特に当該押出機内で、相置換操作及び脱水操作を連続
的に行なわしめ均一で、しも含有率の低い顔料分散体を
効率的に得ることを目的としたものである。

従来、印刷インキ、塗料あるいは各種着色剤を製造する
場合、粉末状乾燥顔料を用いる方法と、顔料水性湿潤ケ
ーキを用いる方法とがある。

前者の場合、顔料粒子は、その乾燥工程中強く凝集し合
うため、その後の強力な分散・練肉によっても顔料設計
時の一次粒子まで分散させることが難かしく、発色性、
透明性において劣る場合が多い。後者の場合は、凝集の
余り起っていない顔料水性湿潤ケーキの顔料粒子に、有
機媒体例えばバインダー等を加え、強力に控壁陳して顔
料粒子を水相から当該有機媒体相に転相（フラッシング
）した顔料分散体として用いる関係上、一次粒子に近い
状態の顔料をそのまま用いることが出来、発色性、透明
性に優れたものとなり、広く利用されている。しかし、
従来のフラッシングは、いわゆるバッチ方式で行なわれ
ており、以下説明するような種々の問題点を有する。

例えば、印刷インキを製造する場合についてみると、顔
料水性湿潤ケーキとインキバインダーとを大容積の控塾
陳槽を有するフラッシャ−に仕込み、大きな動力でもつ
て燈梓翼を強力に回転、控塾陳して顔料を転相せしめ、
水をデカンテーションによって除き、ついでこれを加熱
下減圧脱水を行い顔料分散体を得ていた。ところが、こ
の方法では最終の顔料分散体量に対して過大な装置が必
要でり、また、樺塾陳および相置換のために多くの時間
と大きな動力を必要とすること、フラッシング生成物が
ドウ（ｄｏｕｇｈ）状となり減圧脱水の効率が悪く、脱
水に多くの時間が必要なこと、及び長時間脱水を行って
も現実には３％前後の脱水率が限度であり、１％以下に
することは困難である等の問題がある。なおバッチ方式
であるから、ロットごとのバラッキが生じること、取扱
いが繁雑であり、特に高顔料含有の顔料分散体を得るこ
とが、作業上困難であること等の問題が付ずし、するも
のであった。上述のバッチ式フラッシングの問題点を解
決する手段として、連続フラッシングに関する提案があ
り、特開昭５０−５１５３２号公報には、ラインミキサ
ーを用いた例が示めされている。

この方法によれば、従釆のバッチ式特有の問題点は解決
出来るもののラインミキサーは、管路蝿洋装層であるた
めフラッシソグの連続化は出来ても、脱水操作は回分式
となり、。ール、加熱ロールで脱水（この場合も１％以
下の含水率にすることは困難であった）を行っているも
のであり、完全な連続フラッシング方法とは言えないも
のであった。またラインミキサーは、流動物をその輸送
ライン中で連続的に損梓混合する装置であるため、流動
性を有することが必要であり、顔料水性湿潤ケーキを特
別に希釈調整すること、あるいは流動性を与えるために
特別な添加剤例えば活性剤の添加を余儀なくされるもの
であり、作業効率上、製品の品質上において問題を有す
るものであった。本発明は、前述したフラッシング法に
伴う問題点を解決するよう為されたものであって、疎水
性液状有機媒体と顔料水性湿潤ケーキとの定量づつを、
Ｌ／○値が２５以上である２藤岡方向回転スクリュ−押
出機に供給し、相置換工程、脱水工程、必要に応じて後
処理工程を同一押出機内で連続的に行うことを特徴とす
る顔料分散体の製造方法である。

本発明顔料分散体の製造方法にあっては、使用するスク
リュー押出機の機能、顔料水性湿潤ケーキの形状、疎水
性液状有機媒体の構成等の組み合せが極めて重要である
。

スクリュー押出機には、単軸押出機、２軸押出機さらに
は遊星スクリュー型の多鞠押出機があるが、本発明に係
る顔料分散体の連続的な製造を目的としてこれらのスク
リュー押出機について検討したところ、単軸押出機では
、押出機内での処理材料の移動が不安定であること、処
理材料の滞留が生じやすく均一性に欠けること、さらに
は、顔料水性湿潤ケーキ中の顔料を有機媒体相へ転相さ
せる工程で、顔料と有機媒体との効果的な会合を行なわ
せることが難しい等の問題があること、また、多軸押出
機では、２軸押出機と同等もしくは、機種によってはよ
り優れた結果を得ることも出来るが、その構造が複雑す
ぎること、装置の価格が大中に上昇するわりには機能向
上がそれほど期待出釆ないこと等の難点がある。

また、２軸押出機においても、スクリューの回転方向、
スクリューの噛合の有無、ネジ溝形状によってその性能
が異なる。

スクリューの回転方向について云えば、異万向回転と同
方向回転とがあるが、同方向回転のものは、異方向回転
のものに比べ混合混練機能が優れ、フラッシング時に顔
料と有機媒体との効果的な会合が可能であって高速処理
が出来ること、またスクリューの非噛合型の場合は、フ
ィードの安定性及び表面更新作用に欠けること等が判明
し、本発明の方法の実施に際しては、表面更新機能を有
する２軸万向回転スクリュー押出機がより効果的であっ
た。本発明にあっては、顔料水性湿潤ケーキと有機媒体
とを前記押出機に供ｖ給し、機内でフラツシングを行わ
せるものであるから、押出機内で処理材料の形状変化が
大きく、その目的に合ったネジ溝形状にすることが重要
であり、以下詳述する如く、２勅同方向回転スクリュー
押出機が、少なくとも供給部、相置換部、脱水部、減圧
脱水部を形成する機能割付バレルによって構成され、そ
れぞれの部分において目的にあったバレルとネジ海形状
にすることが望ましい。

次いで、顔料水性湿潤ケーキ、疎水性有機液状媒体の形
態並びに供給方法について述べる。

従来のバッチ式フラッシングにおいては、一つの容器内
で処理される関係上、供給上の問題が生じるものではな
いが、連続操作においては、各材料の定量性を確保しな
がら均一に供給することが重要である。従来使用されて
来た顔料水性湿潤ケーキは、通常顔料含有率１５〜３５
％の湿潤ケーキであって壁土状の形態を示し、塑性変性
しやすく、しかも顔料含有率の均一性に乏しい。

それは定量供給の面では非常に不利な形態である。従っ
て連続定量供給性だけを重視すれば、前述した特関昭５
０−５１５３２号発明のように、ケーキを水で希釈して
スラリー状にして供給すればよいのであるが、それでは
処理量が多くなり、またフラツシング効率が低いため、
生産性の低下につながるものであった。それゆえ、本発
明方法を実施するに際しては、特別に調整した顔料含有
率３５％以上の顔料含有水性湿潤ケーキを使用すること
がより有効である。顔料含有率３５％以上の湿潤ケーキ
は、外観は乾燥顔料的形状を呈するもの）水性湿潤ケー
キとしての性能を保有してるので、顔料含有率の均一性
はもとより、定量供給性にも優れている。３５％以以上
の顔料水性湿潤ケーキを得るには、例えば、従来法によ
って得た低濃度顔料水性湿潤ケーキを、特開昭５７−５
３５６８号で示すごとく乾燥しやすい形状に成形し、そ
のまた又はしかる後比較的おだやかな条件下で乾燥せし
め、設定水分率までの水分を除去することによって蓬せ
られる。

本発明に使用する水性湿潤ケーキの顔料含有率は、アゾ
系顔料では３５％以上、シアニン系顔料では４０％以上
、好ましくは５０％以上であり、最高でも８０％を上ま
わらない範囲のものが適当とされる。一方、水性湿潤ケ
ーキ中の顔料の相置換に使用する疎水性液状有機媒体と
しては、印刷インキ、塗料あるいは各種着色剤に使用さ
れている液状の樹脂、あるいは疎水性有機溶剤に樹脂を
溶解させたもの、場合によっては、有機溶剤そのものを
使用することが出来る。

それから疎水性有機液状媒体の具体例としては、ァルキ
ッド樹脂、フェノール樹脂、ェステル樹脂、石油樹脂、
マレィン酸樹脂及びこれら樹脂の。

ジン変性物等の変性樹脂の一種又は２種以上の混合物と
、アマニ油、桐油又はサフラワー油等の植物油及び／又
は、鉱物油とを混合してワニス化したものを例示するこ
とが出来る。あるいは、ポリァミド樹脂、マレィン酸樹
脂、塩化ビニール樹脂、酢酸ビニール樹脂、塩化ビニー
ル／酢酸ビニール共重合体樹脂、塩素化ポリオレフィン
、石油樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ウレタ
ン樹脂、ケトン樹脂等の一種又は２種以上の混合物を疎
水性有機溶剤に溶解させたものを例示することが出来る
。

なお、前述した樹脂が液状の場合は、そのまま疎水性有
機液状媒体として使用することが出来るものである。

これら液状有機媒体は、そのまま顔料水性湿潤ケーキと
ともに前述押出機に供給することは出来るが、その供給
手段等によって、以下の不都合が生じる場合がある。

すなわち、当該有機媒体と顔料水性湿潤ケーキとの供給
時に、両者の間で相層換が生じ、ドゥ状となって定量性
を阻害し、強力な強制フィーダーを必要としたり、ある
いはドウ状と化することによって、両者の会合の機会を
少なくし、相置換のために大きな動力を要したり、多く
の時間が必要とされ押出機の限られた区域内でしかも限
られた時間内で目的とする処理を行なえない場合がある
。本発明においては、この問題を解決するため顔料水性
湿潤ケーキの定量供給性が確保された後に、有機液状媒
体を加えるか、又は当該有機媒体に予じめ水性媒体を加
えて、有機媒体−水性媒体混合物となし、混合物の形で
顔料水性湿潤ケーキに接触させる方法を用いている。な
お、両者の混合割合としては、有機媒体の性状によって
その最適範囲を決定する必要があるが、有機媒体の容積
１に対して、０．２５〜１．９音の容積範囲にある水性
媒体の混合物であることが必要で、通常の分散機を用い
て混合物となすことが出釆る。上記範囲外の場合は安定
な混合物が得られなかったり、定量供給性もしくは効率
的な相置換に不都合を生じる。混合物の形態が水中油滴
型である場合には、相置換に多くの時間を要する場合が
あり、油中水滴型の混合物であることが好ましい。以上
のように、特定した機能を有するスクリュー押出機を用
い、しも特別な形態での顔料水性湿潤ケーキならびに疎
水性有機液状媒体を用いることによって、定量供給性に
優れ、しかも押出機内の限られた区域内、時間内での相
置換を効率よく急速に行なわせることが出来るものであ
り、そのタ結果つづく脱水操作等も、同一押出機内で連
続的に行なえ、均一な顔料分散体を連続的に製造するこ
とが可能である。

以下、本発明方法を、図面を用いより具体的に説明する
。

０ 第１図は、本発明方法に使用する２軸同方向回転ス
クリュー押出機の一具体例の概略図を示す。

図中、符１ １は符１〜１０なるＩＭ固のバレルを連結
した２鞄同方向回転スクリュ−押出機である。供Ｖ給部
Ａは１のバレルによって、相置換部Ｂは２〜４のバレル
によって、脱水部Ｃは５〜８のバレルによって、必要に
応じて設けられる後処理部Ｄは９及び１０のバレルによ
ってそれぞれ機能割付がなされ、処理材料は吐出部Ｅの
吐出口１８から押出される。また、符１３は疎水性液状
有機媒体を供給するための貯槽を示し、それには必要に
応じて鷹洋装層２０及び定量供給のための定量ポンプ等
の装置１９を設けることが出来る。

また符１４は、高顔料水性湿潤ケーキを供給するための
貯槽を示し、必要に応じて強制定量供給装置２１を設け
ることが出来る。この図では、両材料をそれぞれ定量供
給装置を用いて、１つの供給口から供給する場合を示し
ているが、それぞれ別々の供給口から供給すること、あ
るいは両者をそれぞれの貯槽から供給口までの間で定量
づつ混合しながら供給すること等が可能であり、それぞ
れの材料の種類、性質、形状及びスクリュー押出機の機
能を考慮して供給方法を設定することが必要である。以
上のようにして、スクリュー押出機１１の供給部Ａに両
材料が供給される。

供給部Ａは処理材料を次の槍置換部Ｂにフィードするた
めの部分であり、供給部のスクリューは、比較的深溝ス
クリューが適当とされる。この図では、供給部はバレル
ーのみで構成されているが、２個以上のバレルで構成す
ることも出来また異なるバレルにそれぞれ材料供給口を
設け、材料を別々のバレルから供給することも可能であ
る。相置換部は、図では符２〜４の３個のバレルで構成
されている。

この相置換部では、疎水性有機媒体と水性湿潤ケーキ中
の顔料とが、十分な会合を行い、ここで完全に相置換す
ることが必要とされる。そのため、相置換部のスクリュ
ーは、十分な混合、泥練機能と、表面更新機能を有する
ことが必要で、スクリューの溝形状は供給部と同じ深溝
から徐々に浅薄になるよう、特のバレル４では、相置換
を完全に行わせるため、及び脱水部Ｃへのスムースな連
結を行わせるためにテーパ−状に浅くなるスクリューを
用いる構成にすることが好ましい。ここで、相置換する
ための有機媒体が、水性媒体との混合物でない場合、も
しくは、相置換される顔料水性湿潤ケーキが高顔料含有
率のものではない場合は、その会合のために多くの時間
と動力を必要し、より多くのバレルを連結し、相置換の
ための区域を大きくしないと十分な相置換を行うことが
出来ないもので、本発明において特定する両材料を使用
することがより効率的である。また、スクリューの回転
数も重要なファクターであり、相置換の速度を考慮して
決定することが重要である。

スクリューの形状Ｌ／Ｄ値によっても差があるが、スク
リューの回転数としては、１５０〜３５佃ＰＭの範囲好
ましくは２００〜３０舵ＰＭに設定することが、混合、
濠練効果を向上させ、高速処理を行う上で好ましい。十
分な相置換が行なわれた後は、脱水部Ｃに連結される。

図では、脱水部Ｃは５〜８の４つのバレルによって構成
される如く示めされる。バレル５には、ベント１５が設
けられ、相置換の結果生じた水の大部分をこのペント１
５から除去する。バレル５でのスクリューは、比較的銭
溝形状のものが望ましく、また、バレルの中央部のみが
深溝となる特殊なスクリューを用いることも水の分離の
ためには重要である。またバレル６〜８は、処理物中の
残存水分を強制脱水するための部分であり、減圧を有効
にするためには、圧力シールを設けることが好ましい。

圧力シールの方法としては、逆ピッチスクリューブロッ
クあるいは、テーパ−付浅簿スクリューフロック等を採
用することが有効である。第１図ではその詳細を省略し
ている。バレル７のペント１６には真空ポンプ１７を連
結し、減圧、加熱下減圧脱水を行うことが必要である。

脱水部のスクリュー形状としては、浅薄スクリューであ
ることが必要で、特にバレル７の減圧脱水部においては
、浅薄スクリューを用いて処理材料を薄層の形にし、減
圧脱水の効率を高めることが必要である。脱水が行なわ
れた後はそのまま吐出口１８から処理物を押出すことも
出来るが、用いる顔料の種類によっては、種々の後処理
を行うことが必要な場合がある。

例えば結晶水を有する顔料（例えばカーミン紐系、ウオ
ッチャンレッド系顔料等）においては、ベーキングとい
う操作を必要とし、結晶水を除去することが必要であり
、また処理後の顔料分散体に対して、第三物資の添加に
よる濃度に稲度、色相等の調整を行うことが必要な場合
がある。脱水部Ｃにつづく後処理部Ｄは、上記のような
操作のため必要に応じて設けた部分である。図には、特
別な供給口やペントの記載を欠くが、それらは上記種々
の目的に応じて設けることが出来るものであって、容易
に推測できるもので省略した。なお、本発明方法の実施
に際しては、スクリュー押出機の各部の温度分布を設定
しておくことが重要で、使用する顔料の特性に応じ、そ
れぞれのバレル単位で、冷却、加熱を行うことが必要で
ある。

一般的な顔料を用いた顔料分散体の製造においては、供
給部及び相置換部を２０〜５０００の範囲に、脱水部特
に減圧脱水部においては、減圧度と加熱度を調整しなが
ら脱水し、ベーキングを含む後処理部が必要な場合には
任意の温度を設定することが出来る。

また、スクリュー押出機のＬ／○値としては、２５以上
、より好ましくは３０以上であることが重要である。

Ｌ／Ｄ値が２５以下である場合、１パスで十分な処理が
出釆なかったり、あるいは品質の安定性、均一性におい
て問題を生じるものである。以上説明した如く、本発明
の方法に従えば、従来のバッチ方式並びにラインミキサ
ーを用いた方法における種々の問題点をことごとく解決
することが出来、しかも、省エネルギーで、品質の安定
した脱水効率が高く、かつ高顔料濃度の顔料分散体を、
高速かつ連続的に同一機械内で行うことが出来るもので
ある。また、本発明の方法に係るスクリュー押出機の後
に、更に蓮続混練装置等を連結させることによって、一
連のプロセスで印刷インキ、塗料あるいは各種着色剤等
の最終製品まで連続的に製造することも出来るのである
。

以下、本発明の実施例を挙げる。

実施例 １ ２鞠同方向回転スクリュー押出機として、スクリュー径
５仇岬、Ｌ／○値３２、回転数２００ＲＰＭの押出機を
用い、第１表記戦のとおりバレルを連結し、スクリュー
及び温度設定を行った。

第１表 顔料水性湿潤ケーキとして、顔料含有率４０％のカーミ
ン曲（ピグメントレッド５７）の湿潤ケーキと、疎水性
有機液状媒体としてのアルキツド樹脂ワニスを用い、前
者１０ｋ９／ｈｒ、後者６ｋ９／ｈｒの割合で定量フィ
ダーを用い、バレル７の減圧度を６００側Ｈｇ（ゲージ
圧）に設定し、前記押出機ワンパスで顔料濃度４０％の
オフセットインキ用フラッシングベースの製造を行った
。

まず、バレルーに設けた１つの供輪溝口に両材料を予じ
め混合して供給を試みた場合、団子状の形状となり定量
供給が出来ず、また供給口で両者が接触すべく供給した
場合も供給口の縦管部で閉塞が生じ同様供給が出来なか
った。

特別強力な強制フィダーを用いて初めて定量供聯合する
ことが出釆た。またバレルーの１つの供聯合口に顔料湿
潤ケーキのみを定量供給し、押出機内で当該顔料湿潤ケ
ーキの定量フィードが行なわれるようになった時点、今
回の場合はバレル２に新たに供給口を設け、そこから有
機液状媒体を定量ポンプで供蟻憲したところ供給するこ
とが出来た。

以上の供給方法で行ったところ、バレル４で脱水される
水は着色し、また濁りのあるものであった。

そこで、バレル２とバレル３との間に新たにバレル２と
同一のスクリューからなるバレルを追加連結し、同じ操
作を行ったところ、バレル４からの着色の少なく、濁り
のない水を脱水させることが出来た。

従って、アルキツド樹脂ワニスをそのまま用いる場合は
、強制フイダーの使用、あるいは別々の供給口を設ける
ことが余儀なくされ、また相置換のためより多くの時間
、区域を必要とするものであった。

一方、別の手段として、上記アルキツド樹脂ワニス１０
碇都‘こ対して、水１０碇部を加え、油中水滴型の混合
物として、１２ｋ９／ｈｒの割合で１つの供給口から供
給したところ極めて安定に定量供給することが出来、特
別に相置換のためのバレルを追加連結することなく、バ
レル４より着色の少ない濁りのない水を脱水させること
が出釆た。

以上の方法で２麹押出機に供Ｖ給し、所定の処理を行う
ことによって、含水率０．５％の均一なフラツシングベ
ースを連続的に得ることが出釆た。

なお、この方法により得られたフラッシングベースにつ
いて、従釆のバッチ式で得たものと比較したところ第２
表に示した通り、以下の点において優れるものであった
。第２表 比較試験として、従来の低顔料含有水性湿潤ケーキ（２
５％）、及び前述アルキツド樹脂ワニスを用いた場合は
、強制フィダーを用いた場合でも定量供給することがむ
ずかしく、また相置換効率も低いものであり、均一な性
状のフラツシングべ−スを得ることが出来なかった。

それゆえ、アルキッド樹脂ワニスを油中水滴型の混合物
となして供ｖ給することを余儀なくされ、さらに相置換
のために、より多くのバレルを必要とするものであった
。

実施例 ２ ２藤同方向回転スクリュー押出機として、スクリュー径
５仇舷、Ｌ／○値４仏回転数２５皿ＰＭのものを使用し
、第３表のとおり機能割付を行った。

第３ 表顔料水性湿潤ケーキとして、カーミン曲の５０
％顔料含有率のものを、疎水性有機液状媒体としてのフ
ェノール樹脂ワニス１０礎郭と、７５部の水との混合物
を用い、前者１０ｋＱ／ｈｒ、後者１６ｋ９／ｈｒの割
合で事前混合しバレル１の供給口より定量フィードを行
った。

バレル７での減圧度を６００肋Ｈｇ（ゲージ圧）として
ワンパスで約３５％顔料含有のオフセットインキ用フラ
ッシングベースの製造を行ったところ、含水率０．５％
以下の均一なフラツシングベースを得ることが出来た。
なおフラッシングベースの品質は実施例１で得た結果と
同様であった。

実施例 ３ ２軸同方向回転スクリュー押出機として、実施例２で用
いたと同じ装置を使用し、それに、更に供給用バレルを
１ケバレル１とバレル２の間に追加して、以下の方法で
フラツシングベースの製造を行った。

顔料水性湿潤ケーキとして、カーミン組の３５％顔料含
有率のをのを、疎水性有機液状媒体としてのフェノール
樹脂ワニスを用い、バレル１の供給口より前者を２０ｋ
ｇ／ｈｒ、追加した供ｖ給用バレルの供給口より後者を
１４．５ｋ９ノトｒの割合で定量フィードし、ワンパス
で約３３％の顔料含有率のオフセットインキ用フラツシ
ングベースを２１．５ｋ９／ｈｒの童で得た。

得られたフラッシングベースは、含水率０．５％以下で
、その品質は、実施例１で得たものと同様であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するに適した押出機ならびに
付設機器の説明図である。 図中、１〜１０はバレル、１１は押出機、１２は供繋合
口、１３は疎水性液状媒体貯槽、１４は高顔料水性湿潤
ケーキ貯槽、１５，１６はペント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 疎水性液状有機媒体と顔料水性湿潤ケーキとの定量
   づつを、Ｌ／Ｄ値が２５以上である２軸同方向回転スク
   リユー押出機に供給し、相置換工程、脱水工程、必要に
   応じて後処理工程を同一押出機内で連続的に行うことを
   特徴とする顔料分散体の製造方法。 ２ 疎水性液状有機媒体が、当該有機媒体の容積１に対
   して、０．２５〜１．５倍の容積範囲にある水性媒体を
   混合せしめた混合物である特許請求の範囲第１項記載の
   顔料分散体の製造方法。 ３ 顔料水性湿潤ケーキが、顔料含有率４０％以上の水
   性湿潤ケーキである特許請求の範囲第１項記載の顔料分
   散体の製造方法。