專利名稱：利用雙擠出制備顏料顆粒的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種優(yōu)選地用丙烯酸樹脂、聚醛樹脂和/或酮樹脂來包覆有 機和無機的顏料以便提供優(yōu)選為粒子形式的顆粒成分的雙擠出生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
如已知，顏料是具有有機和無機性質(zhì)的固體，當它們在固色系統(tǒng)如樹 脂中使用時便被限定為這樣的特性，從而吸收光的一部分并反射它們的形 成涂覆表面顏色的互補部分。
這樣，它們是具有非常不規(guī)則表面(在顏料與顏料間彼此不同)的固
體，并且具有與彼此完全不同的其它物質(zhì)相互作用(interface)的特性， 且受到接觸元素的物理和化學條件的很大影響。
因此，由各種顏料的混合物產(chǎn)生的顏色組成在各種制備物間是不均勻 的，這不僅是由于環(huán)境狀況(在各種情況下都會改變)的變化，而且還由 于顏料表面特性的不同和熔融期間聚合物的表面張力特性的不同(即使在 批次間不會不同，也會稍微地改變)。
將顏料結(jié)合在基于廣泛變化的樹脂的載體(vehicle)系統(tǒng)中的難度是
這在兩種情況下都是如此， 一是粉末系統(tǒng)，其中顏料在擠出機內(nèi)與熔 融狀態(tài)的聚合物樹脂接觸，二是液體系統(tǒng)，其中會發(fā)生與用溶劑和/或水(對 系統(tǒng)具有絮凝作用)稀釋的溶液、乳狀液或分散液形式的聚合物(樹脂) 的相互作用。
目前在粉末涂料的配制中，顏料的嵌入利用所述顏料在擠出期間與樹 脂的不同形式(碎片或薄片)的顆粒的簡單物理混合來進行以將顏料結(jié)合在樹脂中，所述樹脂形成添加有能夠改善顏料和樹脂之間接觸的化學添加 劑的載體，在擠出時包含在混合物中的樹脂熔化并且顏料在液態(tài)/粘性相中
分散或粉碎(碾磨，milling)。
該過程通常使用單螺桿擠出機(單螺桿Bandera型)，該單螺桿擠出 機具有不夠強的顏料粉碎能力且由此不完全適用于擠出比色率 (colorimetric yield)高的有機顏料，因此主要用于無機或有機顏料，但用 在認為顏色組成和比色率不重要的產(chǎn)品中。
具有復合螺桿的雙螺桿擠出機(Leistriz型)通常被使用和已知；與單 螺桿擠出機相比，這些雙螺桿擠出機在顏料精煉和粉碎能力方面提供了更 好的性能，且因此在使用了難以粉碎的顏料且需要高比色率時使用。
單螺桿和雙螺桿擠出機均使用供給到擠出腔的熱量，以便有助于聚合 物的熔化和顏料在液態(tài)/粘性相中的粉碎。
盡管如此，也已證明使用雙螺桿擠出機在以下情況下在分散能力方面 具有限制，即，使用特別復雜和昂貴的有機顏料(例如被開發(fā)以用于對外 界制劑具有良好抵抗力、用于金屬涂料時具有良好透明度、具有高色調(diào)和 高飽和度的涂料的顏料)且需要使M程度及由此比色率最大化的情況； 或使用特別難以分散的無機顏料的情況，或者在兩種情況下僅為了能夠增 大顏料在擠出制備物中的濃度、同時在分散方面維持良好結(jié)果的情況。
特別地，通過本領域已知的方法，針對許多有機顏料(例如，品紅色 二甲基會吖咬酮紅122 ( magenta dimethylquinacridone Red 122 )顏料、 紫紅色貝塔全吖咬酮紫19 (violet-red betaquinacridone Violet 19 )顏料、 橙色二酮p比咯并p比咯橙73 (orange diketo國pyrrolo-pyrrole Oragne 73 )顏 料)能實現(xiàn)的粉碎的精細度和均勻程度對于諸如高性能涂料的應用場合來 說是無法接受的。
實際上，顏料顆粒過大(即，對于品紅色二甲基喹吖啶酮紅122顏料 為5-30微米，對于紫紅色貝塔喹吖啶酮紫19顏料為10-30微米，對于橙 色二酮吡咯并吡咯橙73顏料為10-25微米)并且不能以足夠均勻的方式分 散，從而不利地影響了諸如比色率、亮度和色調(diào)等特性。
5在所有這些情況下，在熱擠出機中進行的第二擠出尚未提供對分散度 的實質(zhì)改善。
擠出固體制備物在粉末涂料中的可能應用或作為塑料中色母(master batch)的可能應用、以及利用溶劑的溶解作為粉碎步驟的固體替代制備物 的可能應用(就液態(tài)涂料和墨水來說是典型的)突顯了上述限制和要求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，有必要研發(fā)一種用樹脂來包覆有機和/或無機顏料以便獲得顆粒 形式的配方成分的新型擠出方法，其能克服現(xiàn)有技術(shù)的不利方面。 形成本發(fā)明主題的該技術(shù)基于
-不帶感應加熱地對基于樹脂和顏料的混合物進行第一擠出； —帶感應加熱地對來自所述第一擠出的混合物進行第二擠出； -使由此獲得的混合物?；?形成顆粒)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在同向(旋轉(zhuǎn))(co-rotating)雙螺桿擠出 機中進行第 一擠出，所述同向雙螺桿擠出機允許僅使用在擠出機內(nèi)由剪切 (cutting)和摩擦力自然產(chǎn)生的熱量而不帶感應加熱地進行第一步驟。
本發(fā)明優(yōu)選的雙螺桿擠出機使用的螺桿直徑為27-110 mm，優(yōu)選為 30-87 mm,長度為直徑的25-48倍，優(yōu)選為32-40倍。
上述擠出機內(nèi)的溫度可從大約0到大約50°C、優(yōu)選從5到35。C變化； 理想地，將擠出機內(nèi)部劃分成9個長度相同的區(qū)域，溫度通常在三個笫一 區(qū)域內(nèi)設定為5/15。C，優(yōu)選為10。C,在第二區(qū)域(3至6)內(nèi)設定為15/25°C, 優(yōu)選為20。C，在第三區(qū)域(6至9)內(nèi)設定為25/35。C,優(yōu)選為30。C。
通過擠出機的第一區(qū)域內(nèi)的冷卻設置和作為混合物的成分存在的水的 蒸發(fā)兩者來控制擠出機內(nèi)的溫度；這優(yōu)選利用在擠出機輸送區(qū)內(nèi)朝端部設 置的通氣閥來進行?？刂茰囟葘τ趯⒒旌衔锉３譃槲赐耆刍臓顟B(tài)以使 剪切力可更有效地發(fā)揮其作用來說很重要。
第一擠出的流量約為5-20kg/h，優(yōu)選為10-15kg/h。
在第一步驟后離開擠出機的顏料和樹脂的處于無定形但均一固相的半成品可包含大量的水，使其在后續(xù)的擠出中難以使用。在這種情況下，優(yōu) 選地添加混合物表面活性劑或分散劑(優(yōu)選為非離子的，例如環(huán)氧化山梨
糖醇酐和豆油酉旨(epoxidized sorbitan and soybean oil ester)，優(yōu)選為環(huán)氧 化山梨糖醇酐酯)，以便有助于固相的潤濕并為均一混合物提供良好的可 擠出特性。
然后來自第一擠出的擠出物被轉(zhuǎn)移以進行第二擠出；該過程可成批地 和連續(xù)地進行。
第二雙螺桿擠出機的螺桿直徑為27-110 mm,優(yōu)選為30-87 mm,長度 為直徑的30/60倍，優(yōu)選為直徑的48-60倍。
上述擠出機內(nèi)的溫度可從大約50到大約130°C、優(yōu)選從80到110°C 變化；理想地，將擠出機內(nèi)部劃分成9個長度相同的區(qū)域，溫度通常利用 感應熱的供給在三個第一擠出區(qū)域內(nèi)設定為70/卯。C，優(yōu)選為80。C，在第 二區(qū)域(3至6)內(nèi)設定為80/100。C，優(yōu)選為卯。C，在第三區(qū)域(6至9) 內(nèi)設定為90/110°C,優(yōu)選為100°C。
第一擠出的流量約為15-35kg/h,優(yōu)選為20-30kg/h。
擠出過程使用模具和制粒機來完成。
混合物中存在的剩余水也借助于施加真空、在必要時通過除氣系統(tǒng)的 通氣閥來取出。
分散顆粒的粉碎精細度和均勻性在最后獲得粒徑曲線的非常窄的分 布，其中在使用x200放大倍率的光學顯微鏡進行測量時粒徑值很小并且 小于l-2微米的值。
模具和水剪切造微粒機(water-cutting microgranulator)來生產(chǎn)微粒。
應當強調(diào)，盡管單次熱操作(hot pass)產(chǎn)生不規(guī)律的粉碎精細度，其 中散布有在各種情況下尺寸為5-30微米、10-30微米、10-25微米(使用x 200放大倍率的光學顯微鏡進行測量時)的顆粒，但冷/熱雙重操作不僅將 顆粒尺寸減小到l-2微米以下，還導致其極好的均勻性(粒徑曲線的窄分 布)及由此更高的比色率。特別地，對于基于無機和有機顏料的配方成分，制備分歉劑的水溶液
(水的用量優(yōu)選為配方成分總重量的10%到20% );將樹脂引入混合器(優(yōu) 選為高速葉片型的開口容器)并且用所述溶液的約50%的量來潤濕；將顏 料引入且同時混合，并將剩余量的水溶液加入；加入惰性填料，并在混合 后將產(chǎn)品排出和輸送到擠出機。
混合物也可包含礦物增強填料，例如硫酸鋇。
對于有機顏料和無機顏料兩種情況，混合通常都以在800和2200 rpm 之間的速度進行。
可根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的顆粒配方成分可用于生產(chǎn)基于樹脂和顏料 并且在本領域中已知的顆粒系統(tǒng)，尤其是在國際專利申請 PCT/IT2005/000443 、 PCT/IT2005/000536 、 PCT/EP2006/000019 和 PCT/IT2006/000588 (申請人相同并且引用于此作為參考)中所述的顆粒 系統(tǒng)。
具體實施例方式
對設備/工藝過程的描述 設備/工藝過程包括
帶有螺旋槳式葉輪(propeller impeller)的高速渦輪式混合器，轉(zhuǎn)數(shù) 為1000到3000轉(zhuǎn)每分鐘，優(yōu)選為2000/2500 rpm，這使得包括顏料、樹 脂、添加劑和水的組分可均勻化。
用于第一操作的冷卻同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(Leistriz型)，適于獲得 來自渦輪式混合器的混合物的顏料的極好冷分散。
"冷操作"不提供熱量且因此避免了樹脂的完全熔化，但是僅使用由 所生成的高剪切力產(chǎn)生的"摩擦"熱來確保顏料的極好分軟，然而獲得的 是非粒狀的無定形物理形態(tài)。
加熱同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(Leistriz型)，其中進行混合物熔化過程， 最終是液相(水相)流出。
安裝在擠出機機頭上的造微粒機(Gala水下制粒型)，用于將液相的擠出物制成微粒。
優(yōu)選地，利用Gala工業(yè)公司生產(chǎn)的并在國際專利申請WO/21371 (引 用于此作為參考)中描述的噴水剪切型造粒機來生產(chǎn)顆粒。
篩分/干燥系統(tǒng)，主要包括流體床振動篩，用于分離液相，和將顆粒從 粒徑不M格的可能組分中篩分/篩選出來，以及通過熱空氣裝置進行相關(guān) 的干燥。
從擠出過程獲得的、根據(jù)擠出混合物的比重可具有從80到200個顆粒 每克的數(shù)量的微粒在必要時補充加入任意^5流化添加劑以避免在溫度條 件不能適當控制時在儲存或運輸過程中的微粒壓實問題，并被輸送走以進 行包裝。
下列示例僅為例示性而非限制性的，示出了要供給到擠出機中以便在 后面生產(chǎn)本發(fā)明的粒子和粉末形式的顆粒成分的化合物的一些可能混合 物；水顯然不能,皮看作是最終配方成分的組分，因為它在干燥階段內(nèi)被除 去了；各部分以重量計量。
示例1
傳統(tǒng)的單擠出過程
紅色二甲基喹吖啶酮紅122顏料:
Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯) Laropal A 81 (聚醛樹脂): 水
擠出參數(shù)
區(qū)域l-3:溫度80°C 區(qū)域4-6:溫度90°C 區(qū)域7-9:溫度100°C 螺桿直徑30 mm 螺桿長度1560 mm 安裝了模具和制粒機
25 20
50 12產(chǎn)率15kg/h
結(jié)果粉碎精細度5-30微米
示例2 雙擠出過程
品紅色二甲基會吖咬酮紅122顏料 25
Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯) 5
Laropal A 81 (聚醛樹脂) 55
水 12
第一擠出參數(shù) 區(qū)域l-3:溫度10。C 區(qū)域4-6:溫度20°C 區(qū)域7-9:溫度30°C 螺桿直徑30 mm 螺桿長度750 mm 未安裝模具和制粒機 產(chǎn)率25kg/h 第二擠出參數(shù) 區(qū)域l-3: 5顯度80°C 區(qū)域4-6:溫度90°C 區(qū)域7-9:溫度100°C 螺桿直徑30 mm 螺桿長度1560 mm 安裝了模具和制粒機 產(chǎn)率15kg/h
結(jié)果粉碎精細度1-2微米示例3
傳統(tǒng)的單擠出過程
紫紅色貝塔喹吖啶酮紫19顏料 40
硫酸鋇 10
Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯) 6
Laropal A 81 (聚醛樹脂) 44
水 12
擠出參數(shù)
區(qū)域l-3:溫度80°C 區(qū)域4-6:溫度卯。C 區(qū)域7-9:溫度100°C 螺桿直徑30 mm 螺桿長度1560 mm 安裝了模具和制粒機 產(chǎn)率15kg/h
結(jié)果粉碎精細度10-30微米
示例4 雙擠出過程
紫紅色貝塔喹吖啶酮紫19顏料 硫酸鋇
Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯): Laropal A 81 (聚醛樹脂): 水
第一擠出參數(shù)
區(qū)域1畫3 區(qū)域4-6 區(qū)域7-9
溫度10°C 溫度20°C 溫度30°C
40 10 6
44 12螺桿直徑30 mm 螺桿長度750 mm 未安裝模具和制粒機 產(chǎn)率25kg/h 第二擠出參數(shù) 區(qū)域l-3:溫度80°C 區(qū)域4-6:溫度卯。C 區(qū)域7-9:溫度100°C 螺桿直徑30 mm 螺桿長度1560 mm 安裝了模具和制粒機 產(chǎn)率15kg/h
結(jié)果粉碎精細度1-2微米
示例5
傳統(tǒng)的單擠出過程
橙色二酮吡咯并吡咯橙73顏料 40 石克酸鋇 10 Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯) 5 Laropal A 81 (聚醛樹脂) 45 水 12 擠出參數(shù)
區(qū)域l-3:溫度80°C 區(qū)域4-6:溫度90°C 區(qū)域7-9:溫度100°C 螺桿直徑30 mm 螺桿長度1560 mm 安裝了模具和制粒機產(chǎn)率15kg/h
結(jié)果粉碎精細度10-25微米
示例6 雙擠出過程
橙色二酮吡咯并吡咯橙73顏料 40
硫酸鋇 10
Atmer 116 (乙氧基山梨糖醇酯) 5
Laropal A 81 (聚醛樹脂) 45
水 12
第一擠出參數(shù) 區(qū)域l-3:溫度10°C 區(qū)域4-6:溫度20°C 區(qū)域7-9:溫度30°C 螺桿直徑30 mm 螺桿長度750 mm 未安裝模具和制粒機 產(chǎn)率25kg/h 第二擠出參數(shù) 區(qū)域l-3:溫度80°C 區(qū)域4-6:溫度90°C 區(qū)域7-9:溫度100°C 螺桿直徑30 mm 螺桿長度1560 mm 安裝了模具和制粒機 產(chǎn)率15kg/h
結(jié)果粉碎精細度1-2微米
權(quán)利要求
1、用于生產(chǎn)包含至少一種樹脂和至少一種顏料的顆粒成分的方法，包括以下步驟(a)不帶感應加熱地對包含所述至少一種樹脂和所述至少一種顏料的混合物進行擠出；(b)帶感應加熱地對從根據(jù)步驟(a)的擠出獲得的混合物進行后續(xù)擠出；(c)使由此獲得的混合物粒化。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a )和/或步驟(b ) 在同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機中進行。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)步驟(a)的擠出 機的螺桿的直徑為27-110 mm,優(yōu)選為30-87 mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述螺桿的長度為所述 直徑的25-48倍，優(yōu)選為所述直徑的32-40倍。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，根據(jù)步驟(a)的擠出 機內(nèi)的溫度從大約0到大約50°C變化。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)步驟(a)的擠出 機內(nèi)的溫度從大約5到大約35°C變化。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)步驟(a)的擠出 的流量為5-20kg/h，優(yōu)選為10-15 kg/h。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)步驟(b)的擠出 機的螺桿的直徑為27-110 mm，優(yōu)選為30-87 mm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述螺桿的長度為所述 直徑的30/60倍，優(yōu)選為所述直徑的48-60倍。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，根據(jù)步驟(b)的擠出 機內(nèi)的溫度從大約50到大約130°C變化。
11、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，根據(jù)步驟(b)的擠出才幾內(nèi)的溫度從大約80到大約110°C變化。
12、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，根據(jù)步驟(b)的擠出 的流量為15-35 kg/h，優(yōu)選為20-30 kg/h。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，?；柚谟脟娝M 行的剪切來進行。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一種顏料是 有機的和/或無機的。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一種樹脂是 聚醛樹脂、酮樹脂和/或丙烯酸樹脂。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物包含至少 一種礦物增強填料。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的成分，其特征在于，所述礦物填料是硫酸鋇。
18、 4艮據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物包含至少 一種分散劑，該分散劑優(yōu)選為非離子的。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的成分，其特征在于，所述分散劑選自山梨 糖醇酐和環(huán)氧化豆油酯，優(yōu)選為環(huán)氧化山梨糖醇酐酯。
20、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述混合物包含水。
21、 能根據(jù)權(quán)利要求1-20所述的方法獲得的顆粒成分。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的成分，其特征在于，該成分具有小于2 微米的平均粒徑。
23、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的成分，其特征在于，該成分具有l(wèi)-2微米 的平均粒徑。
24、 根據(jù)權(quán)利要求21-23所述的成分用于制備粉末涂料、液體涂料和 塑料的應用。
全文摘要
描述了一種用于生產(chǎn)包含至少一種樹脂和至少一種顏料的顆粒成分的方法，所述方法包括以下步驟不帶感應加熱地對包含所述至少一種樹脂和所述至少一種顏料的混合物進行擠出；帶感應加熱地對從先前擠出獲得的混合物進行后續(xù)擠出；使由此獲得的混合物?；?。通過上述方法，能獲得顆粒的平均直徑小于2微米且比已知方法更均勻的成分。
文檔編號B29C47/40GK101505944SQ200680055558
公開日2009年8月12日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月9日
發(fā)明者G·布羅吉 申請人:因艾克斯塞爾商標專利公司