KR920008637B1 - 수성 안료 필터-케이크의 탈수 방법 - Google Patents

수성 안료 필터-케이크의 탈수 방법 Download PDF

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Abstract

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Description

수성 안료 필터-케이크의 탈수 방법
제1도는 안료 필터-케이크 및 현탁액을 탈수시키기에 적합한 장치를 도시한 측면도이다.
본 발명은 수성 조성물, 특히 수성 안료 필터-케이크(aqueous pigment filter-cake)의 탈수 방법에 관한 것이다.
안료 기술 분야에서의 통상적인 여과 수단은 플레이트(plate) 및 프레임 프레스(frame press) 또는 진공여과기 등의 사용을 포함된다. 이러한 공지된 여과 수단을 안료 슬러리에 적용하여 배트(vat)로부터 수득한 필터-케이크는 보통 20 내지 40 중량%의 고형물을 함유한다.
영국 특히 명세서 제1,516,326호에 안료 필터-케이크의 고형물의 함량을 증가시키는 방법이 기술되어 있는데, 이 방법은 먼저 필터-케이크를 원주상으로 홈이 파이고 구멍이 나있는 한쌍의 역회전 로울러 사이의 닙(nip)내로 공급한 후, 로울러에 의해 압착 탈수된 액체가 로울러의 내부로 흡입되어 프레스-케이크로부터 제거되기에 충분한 진공을 적용하는 것을 포함한다. 로울러들 사이의 거리는 3.5 내지 10.5N/mm의 압력이 제공되도록 조절할 수 있는데, 본 출원인은 단위 길이에 대한 이러한 힘을 ＂라인 압력(line pressure)＂이라고 표현한다.
이제, 본 발명자들은 표면 압력(surface pressure)을 라인 압력과 연합하여 적용하는 장치를 사용하여 안료 필터-케이크 또는 현탁액의 고형물 함량을 증가시키는 신규한 방법을 밝혀내었으며, 이러한 표면 압력과 라인 압력의 연합 사용에 의해 라인 압력이 영국(GB) 특허 명세서 제1,516,326호에 기술되어 있는 것보다 더 크고, 플레이크(flake) 형태의 생성물은 자유-유동성이면서 미분이 적은 생성물로서 고도로 농축된 수성 안료 분산액의 제조를 위해 직접 사용할 수 있을 정도로 높은 고형물 함량을 갖는다.
또한, 본 발명의 플레이크는 직접적으로 또는 대부분의 잔류수를 제거한 후에 최종 적용매질, 즉 유성 또는 수성잉크, 페인트 또는 플라스틱내로 흔입시킬 수 있다. 이 플레이크는 통상적인 장치내에서 블렌딩함에 의해 농도를 결정할 수도 있다.
따라서, 본 발명은 필터-케이크 또는 현탁액을, 바람직하게는 직경이 점차로 감소되는 하나 이상, 바람직하게는 두개 이상의 로울러 주위를 장력하에 움직이는 두 개의 역-회전 무한 밴드(이 밴드는 필터-케이크 또는 현탁액중의 액체에 대해 투과성인 물질로 이루어진다) 사이의 닙(nip)내로 공급함으로써, 처리되는 생성물에 대해 표면 압력을 적용시킨 후, 이 필터-케이크 또는 현탁액이 한쌍 이상의 역회전 압력-하중 로울러 사이에서 다양한 라인 압력(상기 정의한 바와 같다)을 받게 함을 특징으로 하여(여기에서, 각각의 탈수될 안료 생성물에 대한 표면압력, 라인압력 및 밴드 속도의 조건은 생성물의 최종 수분 함량이 탈수될 필터 케이크 또는 현탁액중의 안료의 임계 수분 함량을 10% 초과하지 않도록 하거나 바람직하게는 임계 수분 함량 이하로 되도록 선택하는 것이 바람직하다), 안료 필터-케이크 또는 현탁액을 탈수시키는 방법을 제공한다.
미립자 물질(즉, 안료)의 임계 수분 함량은 쉽게 입수할 수 있는 모든 표면수(surface water)를 제거한 후에 입자들의 틈 사이에 남아 있는 물의 중량 백분율을 나타낸 것이다. 특정 물질의 임계 수분 함량은 이의 입자 크기와 표면 성질에 의해 영향을 받는다. 또한, 첨가제(안료의 경우 통상적으로 수지 또는 계면활성제이다)의 존재 또한 임계 수분 함량에 영향을 미친다. 이 임계 수분 함량은 통상적으로 생성물의 건조곡선으로부터 실험적으로 확인되며, 건조속도가 일정한 기간으로부터 건조속도가 떨어지는 전이점으로서 정의된다.
본 발명의 방법의 한가지 실시양태에 있어서, 35 내지 40 중량%의 고형물을 함유하고 있는 안료 필터-케이크를, 변속 모우터에 의해 작동하며 각각의 인장 아암(tension arm) 수단에 의해 장력이 변화되는 상부 및 하부 밴드로 이루어지고 별도의 세척장치가 장착된 프레스 장치(press device)의 하부 밴드상에 공급하고 직경이 점차로 감소되는 하나 이상, 바람직하게는 두개 이상의 로울러 주위로 통과시킨 다음, 한쌍 이상의 로울러 사이에 있는 닙 및 생성물 배출영역으로 통과시킴으로써 압착탈수시킨다. 하부 밴드상에 필터-케이크를 가하는 한가지 방법은 필터-케이크를 재-슬러리화한 다음 밴드상에 이 슬러리를 펌핑(pumping)하는 것이다. 또한, 필터-케이크는 클리티드-밴드 레이트 공급기(cleated-band rate feeder)에 의해 공급될 수 있다. 필터-케이크를 밴드상에 삽질에 의해 공급하는 것은 기술적으로는 허용되지만 이 경우 노동 비용이 매우 비싸다.
밴드 속도 뿐만 아니라 밴드 장력, ＂표면 압력＂로울러의 크기, 수의 배향, 로울러 쌍의 수 및 이들에 대해 가해지는 압력은 밴드의 가장자리에서 필터-케이크가 비집고 나가는 것을 피하는 한편, 최종 수분 함량이 탈수될 필터 케이크나 현탁액중의 안료의 임계 수분 함량을 10%를 초과하지 않는 생성물이 제조되도록 하는 최적의 탈수 효과를 제공하도록 선택한다. 탈수된 생성물은 밴드 가까이에 설치된 블레이드(blade)에 의해 쉽게 방출된다.
본 발명의 방법을 실시하기 위한 특히 편리한 프레스는 첨부한 제1도에 도시한 안드리츠 프레스(Andritz press)이다.
제1도에 도시한 벨트 필터 프레스(belt filter press)에는 필터-케이크 도입구(1)와 하부 무한포(cloth)(2) 및 상부 무한포(3)가 있다. 하부 무한포(2)와 상부 무한포(3)는 변속 모우터(8)에 의해 동일한 선속도로 운동한다. 하부 무한포(2)에는 세척장치(4)가 제공되며, 상부 무한포(3)에도 이와 유사하게 세척장치(5)가 장치된다. 또한, 상부 무한포(3)와 하부 무한포(2)는 3.5Bar 이하의 변압에 의해 각각 작동되고 밴드가 세 개의 표면압 로울러 주위를 운동할 때 가해지는 압력의 수준을 결정하는 아암[(6) 및 (7)]에 의해 인장된다. 라인 압력은 압력 아암(9)(최대 라인 압력 150N/mm), 압력 아암(10)(최대 라인 압력 180N/mm) 및 압력 아암(11) (최대 라인 압력 250N/mm)에 의해 가하여진다. 생성물 배출구(12)에서의 방출은 나이프 블레이드(knife blade)를 사용하여 쉽게 수행한다.
본 발명의 생성물은 건조 함량이 통상 40% 내지 85%인 플레이크 형태이다. 이는 플레이트(plate)와 프레임 프레스(frame press)로부터의 필터 케이크의 통상적인 건조 함량 15% 내지 45% 또는 안료 슬러리의 통상적인 건조 함량 5% 내지 35%와 비교될 수 있다. 일반적으로, 비교적 낮은 밴드 속도(1.0 내지 5.0m/분)를 사용하고 각각의 라인 압력을 단계적으로 증가시키므로써 최종 생성물의 최적 건조도를 성취할 수 있다.
본 발명의 탈수 방법은 무기안료 뿐만 아니라 모든 종류의 안료 필터-케이크 출발물질, 예를 들면, 씨.아이.피그먼츠 옐로우(C.I. Pigments Yellow) 13과 옐로우(Yellow) 3, 블로(Blue) 15 및 안료의 현탁액, 예를 들면, 씨.아이.피그먼트 블루(C.I. Pigment Blue) 66(고형물 20%)에 사용할 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 수득된 탈수된 안료 생성물은 이의 수송 및 저장에 대한 안정성이 특징적이고 자유 유동성이며 건조 고형물로서 거동하는 반면에, 임계 수분 함량(CMC)을 10% 이상 초과하는 수분 함량을 갖는 생성물은 저장 및/또는 수송시에 압축되고 자유 유동성이 없으며 통상적인 필터-케이크의 거동을 나타낸다. 임계 수분 함량보다 상당히 적은 수분을 함유하는 생성물을 제조하는 데에는 비용이 더 많이 들며, 그 이유는 이들을 제조하기 위해서는 더 많은 에너지가 필요하며 또한 이들의 생성율이 가끔 감소되기 때문이다. 그러나 이들의 저장, 수송 및 자유 유동성 등은, 비록 미분이 증가되는 경향이 있다 할지라도, 손상되지 않는다.
본 발명의 방법에 의하여 제조된 생성물은 외관상으로는 건조되어 있고 미분이 적거나 또는 미분이 없으며 자유-유동성이다. 본 발명에 따라 매우 심하게 탈수 처리되면 압축됨으로 인하여, 처리된 안료의 분산성에 역효과를 초래할 것으로 예상되지만, 의외로, 본 발명의 방법에 따른 생성물들은 필터-케이크 출발물질에 견줄만한 분산성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 방법은, 탈수된 플레이크중에 남아 있는 대부분의 물을 열건조(thermal drying)에 의해 제거할 경우 열건조에 의해 야기되는 응집이 제거 또는 감소된 것으로 나타난다. 이와 같이 열건조에 의해 야기되는 응집의 제거 또는 감소는 제조 비용을 절감시킨다. 보다 특히, 열건조에 의해 야기되는 응집의 제거 또는 감소는 수득한 생성물 안료의 질 및 가공 비용의 감소와 관련하여 상당한 잇점을 부여한다. 예를 들면, 본 발명에 따른 탈수된 플레이크 생성물을 건조 분말과 비교하여 보면, 분산 시간이 상당히 감소되고 플레이크 생성물이 우수한 광택, 투명도, 명도 및 강도를 가짐을 알 수 있다. 필터-케이크에 비해, 탈수된 플레이크는 제형의 범용성 및 취급 용이성과 관련하여 상당한 잇점을 제공한다.
다음 실시예에서 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 실시예에 기술한 백분율은 중량을 기준한 것이다.
[실시예 1 내지 4]
36%의 고형물 함량을 갖는 수성 씨.아이.피그먼트 옐로우(C.I. Pigment Yellow) 3 필터-케이크를 제1도에 도시한 장치를 사용하여 다음 공정 파라미터를 사용하여 탈수시킨다 :
밴드속도 1.10m/분
무한포 인장압력-상부 2.5Bar
-하부 2.5Bar
라인압력-대역1 150N/mm
-대역2 175N/mm
-대역3 230N/mm
방출속도 120kg/시간
이 생성물은 미분이 없으며, 실험[참조 : Perry's Chemical Engineers Handbook, from John H. Perry, 4th Edition 1963, Publisher Mcgraw Hill]에 의해 측정한 결과, 32%의 임계 수분 함량보다도 더 적은 30%의 수분 함량을 갖는다.
씨.아이.피그먼트 옐로우(C.I. Pigment Yellow) 13, 블루(Blue) 66에 대해서도 유사한 결과를 얻었다.
[실시예 5]
85%의 수성 씨.아이.피그먼트 옐로우 13 필터-케이크와 15%의 아크릴 수지로 이루어진 안료 조성물을 제1도에 도시한 장치를 사용하여 다음 공정 파라미터를 사용하여 탈수시킨다 :
밴드속도 4.35m/분
무한포 인장압력-상부 2.5Bar
-하부 2.5Bar
라인압력-대역1 55N/mm
-대역2 75N/mm
-대역3 135N/mm
방출속도 120kg/시간
이 생성물은 미분이 없고 자유 유동성이며, 실험에 의해 측정한 결과, 50%의 임계 수분 함량보다 더 적은 45%의 수분 함량을 갖는다.

Claims (7)

  1. 필터-케이크 또는 현탁액을, 하나 이상의 로울러 주위를 장력하에 움직이는 두개의 역-회전 무한 밴드(이 밴드는 필터-케이크 또는 현탁액중의 액체에 대해 투과성인 물질로 이루어진다) 사이의 닙(nip)내로 공급함으로써, 필터-케이크 또는 현탁액에 표면 압력을 적용시킨 후, 이 필터-케이크 또는 현탁액이 한쌍 이상의 역-회전 압력-하중 로울러 사이에서 다양한 라인압력을 받게 하며 ; 여기에서, 각각의 탈수될 안료 생성물에 대한 표면압력, 라인압력 및 밴드 속도의 조건은 생성물의 최종 수분 함량이 탈수될 필터-케이크 또는 현탁액중의 안료의 임계 수분 함량을 10% 초과하지 않도록 선택함을 특징으로 하여, 안료 필터-케이크 또는 현탁액을 탈수시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 탈수될 안료 생성물에 대해, 표면압력, 라인압력 및 밴드 속도의 조건을, 생성물의 최종 수분 함량이 탈수될 필터-케이크 또는 현탁액중의 안료의 임계 수분 함량과 동일하거나 안료의 임계 수분 함량보다 작아지도록 선택하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 밴드를 직경이 점차로 감소되는 두개 이상의 로울러 주위를 장력하에 운동하게 함으로써 필터-케이크 또는 현탁액에 증가된 표면 압력을 가하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 필터-케이크를 재슬러리화한 후 이 슬러리를 연속 밴드상에 펌핑시킴으로써, 필터-케이크를 연속 밴드상에 공급하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상부 및 하부 밴드 인장 아암을 사용하여 필터-케이크에 표면 압력을 가하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 압력 하중 아암을 사용하여 하나 이상의 대역에서 라인 압력을 가하며, 이때 각각의 압력 하중 아암을 각각의 대역에서 사용하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 라인 압력을 세개의 대역에서 가하며, 이때, 이 세 대역에서의 최대 라인 압력이 각각 150N/mm, 180N/mm 및 250N/mm인 방법.
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