專利名稱：用于生產(chǎn)顏料母料的連續(xù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在熱塑性聚合物中的顏料濃縮物領(lǐng)域。
在熱塑性聚合物中的顏料濃縮物，簡稱為顏料母料，很長時(shí)間以來就已知并通常在塑料工業(yè)中作為可容易計(jì)量的原料混合物用于塑料著色。熱塑性聚合物(載體)在此匹配于各自的最終產(chǎn)品。
對于顏料母料的工業(yè)生產(chǎn)已知有連續(xù)和間歇方法。在所有已知的方法中，顏料通常以粉末形式使用，這在工藝技術(shù)方面帶來缺點(diǎn)，如，例如，復(fù)雜的預(yù)處理步驟(干燥，研磨，添加劑的引入，預(yù)混合)和可能附加的上游分散步驟。為了在熱塑性載體中分散粉末狀顏料，一般加入分散助劑，如蠟、油或硬脂酸鹽。分散助劑的加入量可以是最高至40重量％或更多。但這些物質(zhì)在母料中是不希望的，因?yàn)樗鼈兛赡茉诩庸み^程中導(dǎo)致問題或?qū)е伦罱K產(chǎn)品的質(zhì)量損害。另外，即使加入這些助劑，也不能總是確保實(shí)現(xiàn)最佳分散。另外，在使用粉末顏料以生產(chǎn)高度著色的顏料母料時(shí)，其低的堆密度對于在擠出機(jī)中直接加工是不利的。
US-A-4,474,473和US-B1-6,273,599公開了用于顏料的連續(xù)擠水方法，其中含水顏料壓濾餅被轉(zhuǎn)移入憎水有機(jī)相中。在此形成適用于印刷油墨和油漆中的可流動(dòng)的顏料分散體。
本發(fā)明的目的是提供一種用于生產(chǎn)顏料母料的連續(xù)的廉價(jià)方法，該方法避免了上述的工藝技術(shù)缺點(diǎn)，不再使用相對大量的分散助劑和得到特別均勻的產(chǎn)品。
該目的可通過一種如下定義的特殊擠出方法而實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提供一種通過擠出而生產(chǎn)顏料母料的方法，其特征在于，a)將粒料或粉末形式的熱塑性聚合物連續(xù)計(jì)量加入優(yōu)選同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿擠出機(jī)中；b)將計(jì)量加入的聚合物在擠出機(jī)中熔融；c)將包含優(yōu)選5至35重量％顏料，水和/或有機(jī)溶劑的可泵送的顏料壓濾餅在升高的壓力下經(jīng)由擠出機(jī)的入口端口連續(xù)計(jì)量加入熔融的聚合物中，其中所述壓力足夠高以使得水和/或有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)高于在該入口端口區(qū)域中的擠出機(jī)內(nèi)部溫度；d)視需要加入流動(dòng)改進(jìn)劑以優(yōu)化計(jì)量過程；e)通過剪切力的作用將顏料從壓濾餅分散到熔融的聚合物中；f)將水和/或有機(jī)溶劑通過優(yōu)選結(jié)合有雙螺桿閘的擠出機(jī)的至少一個(gè)出口端口在升高的壓力下去除，在此所述壓力足夠高以使得水和/或有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)高于在該出口端口區(qū)域中的擠出機(jī)內(nèi)部溫度；g)將著色的聚合物熔體從擠出機(jī)中出料，冷卻和造粒。
適宜地，根據(jù)本發(fā)明的工藝通過全自動(dòng)的測量和調(diào)節(jié)設(shè)備而被控制和調(diào)節(jié)。它是一種連續(xù)進(jìn)行的方法，其與已知的間歇法(例如在捏和機(jī)中在大氣壓和低于水的正常沸點(diǎn)的溫度下擠水)相反，能夠在較高壓力和升高的溫度下得到經(jīng)濟(jì)的物料通過率。
適用于實(shí)施本發(fā)明方法的是一種具有長/徑比為25或更高的雙螺桿擠出機(jī)，該擠出機(jī)具有用于輸入熱塑性聚合物的設(shè)備，隨后是用于熔融熱塑性聚合物的擠出段，隨后是用于在升高的壓力下計(jì)量加入顏料壓濾餅的入口端口，隨后是通過剪切力作用將顏料粒子分散入熔融聚合物中的擠出段，和隨后是一個(gè)或多個(gè)用于在升高的壓力下將水和/或有機(jī)溶劑從顏料壓濾餅中去除的出口裝置。工藝參數(shù)(擠出機(jī)中的溫度和壓力，在分離出水和/或溶劑時(shí)的壓差和所有的流量)優(yōu)選通過工藝操縱體系而調(diào)節(jié)。
合適的熱塑性聚合物是通常適用于母料生產(chǎn)的塑料，尤其是聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯和其變型，和EVA。
尤其合適的顏料是有機(jī)顏料。本發(fā)明意義中的有機(jī)顏料的例子是單偶氮顏料，雙偶氮顏料，雙偶氮縮合顏料，色淀偶氮顏料，三苯基甲烷顏料，硫靛顏料，噻嗪靛顏料，苝顏料，萘環(huán)酮(Perinon)顏料，二苯并[cd，jk]芘-5，10-二酮顏料，二酮基吡咯并吡咯顏料，二嗪顏料，喹吖啶酮顏料，酞菁顏料，異吲哚啉酮顏料，異吲哚啉顏料，苯并咪唑酮顏料，萘酚顏料和喹諾酞酮顏料。
適宜地，塑料粉末或粒料通過重量分析計(jì)量利用輸送螺桿從貯料容器進(jìn)入擠出機(jī)。位于運(yùn)轉(zhuǎn)中的雙螺桿擠出機(jī)的作用于所計(jì)量加入的塑料粒子的剪切力和安裝在擠出機(jī)機(jī)筒外部上的電加熱裝置所產(chǎn)生的熱作用導(dǎo)致塑料的塑化。
顏料壓濾餅適宜地包含5至35重量％的顏料，這樣可容易地泵送。為了改善流動(dòng)性能，另外可加入常規(guī)流動(dòng)改進(jìn)劑，優(yōu)選表面活性物質(zhì)，如氧雜烷基化物(Oxalkylate)或官能化聚合物。顏料壓濾餅優(yōu)選為含水的，但也可存在有機(jī)溶劑，如，例如，氯苯，一元或多元醇，其醚和酯，如鏈烷醇，尤其是具有1至6個(gè)碳原子的鏈烷醇，如，例如，甲醇，乙醇，丙醇，異丙醇，丁醇，異丁醇，戊醇；二元或三元醇，尤其是具有2至5個(gè)碳原子的此類醇，如乙二醇，丙二醇，1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，1，5-戊二醇，1，6-己二醇，1，2，6-己三醇，甘油，二甘醇，二丙二醇，三甘醇，聚乙二醇，三丙二醇，聚丙二醇；多元醇的低級烷基醚，如，例如，乙二醇單甲基、單乙基或單丁基醚，三甘醇單甲基或單乙基醚；酮和酮醇，如，例如，丙酮，甲基乙基酮，二乙基酮，甲基異丁基酮，甲基戊基酮，環(huán)戊酮，環(huán)己酮，雙丙酮醇；酰胺，如，例如，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，N-甲基吡咯烷酮，甲苯和正己烷，它們唯一地或作為與水的混合物使用。
為了防止水和/或溶劑蒸發(fā)，顏料壓濾餅在升高的壓力下，優(yōu)選通過泵(例如偏心螺桿泵)在壓力為1至30巴下被計(jì)量加入擠出機(jī)中。為了確保在擠出機(jī)中熔融的聚合物保持可流動(dòng)，有利的是將待計(jì)量加入的顏料壓濾餅剛好在進(jìn)入擠出機(jī)之前加熱至溫度為20至220℃，優(yōu)選60至180℃。聚合物與顏料壓濾餅之間的數(shù)量比率在此應(yīng)該選擇使得形成的顏料母料包含約10至70重量％，優(yōu)選30至50重量％的顏料和約30至90重量％，優(yōu)選50至70重量％的熱塑性聚合物。
在隨后的擠出段中，顏料轉(zhuǎn)移至聚合物中。在擠出機(jī)內(nèi)部的合適螺桿設(shè)計(jì)導(dǎo)致顏料從顏料壓濾餅中相轉(zhuǎn)移到塑料熔體中以及顏料粒子在聚合物中的有效分散。
水和/或溶劑一般在高于100℃，優(yōu)選120℃至240℃的溫度下，和在升高的壓力(該值取決于所要分離出的液體的種類)下被分離出。由此，從該體系中沒有抽出蒸發(fā)熱；顏料/聚合物熔體保留在塑性相中。對壓差的調(diào)節(jié)，優(yōu)選利用調(diào)節(jié)閥對壓差的全自動(dòng)調(diào)節(jié)，防止所要分離出的液體在擠出機(jī)中蒸發(fā)，這導(dǎo)致的結(jié)果是，由于氣體的較大體積，從體系中離開時(shí)的動(dòng)能如此之大，使得部分的顏料/聚合物熔體被夾帶在氣體料流中。水和/或溶劑在此優(yōu)選通過一個(gè)或多個(gè)被密封以最高至30巴的壓力的雙螺桿閘，通過恒定壓差而被以液體形式分離出，并隨后冷卻和卸壓。分離出的水和/或溶劑的熱能可被返回并可例如用于壓濾餅在被噴射到擠出機(jī)中之前的起始加熱。
仍保留的殘余量的水和/或溶劑可通過擠出機(jī)上的下游脫氣設(shè)備(常壓或真空)而從著色的聚合物熔體中被抽出。
著色的聚合物熔體隨后從擠出機(jī)中出料，并將形成的著色的聚合物擠出物例如在水浴中冷卻，和造粒。
與用于母料的常規(guī)生產(chǎn)方法，例如熱-冷混合方法相比，根據(jù)本發(fā)明的方法提供可比的總體工藝的空時(shí)產(chǎn)率，更低的總體能量消耗和就顏料分散而言令人驚奇地也更好的產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)顯著更低的分散助劑的比例或省去分散助劑。這尤其表現(xiàn)為更低的過濾值和更好的膜等級。
過濾值和膜等級描述顏料在母料中的分散質(zhì)量。在過濾值的情況下，在此將確定量的母料在帶有下游齒輪泵的單螺桿擠出機(jī)中熔融并通過具有確定的篩目尺寸的篩網(wǎng)泵送。如果母料中包含未完全分散的顏料顆粒(顏料附聚物)，則這些顆粒粘著在該篩網(wǎng)的網(wǎng)孔中。結(jié)果，篩網(wǎng)的流動(dòng)橫截面減小，這導(dǎo)致在篩網(wǎng)上游的壓力增加。從試驗(yàn)開始至結(jié)束的比壓差是所謂過濾值。
為了評估膜等級，生產(chǎn)吹塑膜，其利用所要測試的母料著色。隨后可看見膜中作為斑點(diǎn)形式的顏料附聚物。斑點(diǎn)的數(shù)目(缺陷指數(shù))和尺寸相對參比樣品進(jìn)行評估。
缺陷指數(shù)和膜等級的相互關(guān)系
缺陷指數(shù)(FI) 膜等級0-5 16-10 1-211-1002101-200 2-3201-300 3301-400 3-4401-600 4601-1000 4-5＞10005在以下實(shí)施例中，％表示重量％。
實(shí)施例1為了生產(chǎn)母料，使用具有螺桿直徑為27mm和L/D比為48(12個(gè)機(jī)筒；1個(gè)機(jī)筒對應(yīng)于4D)的同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。螺桿的轉(zhuǎn)速是700轉(zhuǎn)/分鐘。

圖1顯示該擠出機(jī)的基本構(gòu)造和擠出機(jī)中的溫度分布。
在此，將聚乙烯粒料(Riblene MR 10)通過重量分析計(jì)量而以恒定加料速率(12kg/h)連續(xù)計(jì)量加入擠出機(jī)的第一個(gè)機(jī)筒中。在隨后的兩個(gè)機(jī)筒中，將聚合物熔融。在第四個(gè)機(jī)筒中，將含水壓濾餅(顏料含量25重量％PV Echtgelb(堅(jiān)牢黃)HG/P.Y.180)經(jīng)過偏心螺桿泵(同樣連續(xù)地和以恒定加料速率32kg/h)計(jì)量加入。壓力此處是7巴。在擠出機(jī)的入口端口處的溫度是140℃。在機(jī)筒5和6中，顏料被引入聚合物中并被分散。水隨后經(jīng)過兩個(gè)分別為200轉(zhuǎn)/分鐘的雙螺桿閘從在＞100℃的溫度下的機(jī)筒7和10中分離出。機(jī)筒8、9和11用于在聚合物中劇烈分散所述顏料。通過模頭板，聚合物擠出物隨后從擠出機(jī)中被輸送出，在水浴中冷卻，利用抽吸而干燥和將擠出物造粒。
圖1擠出機(jī)的構(gòu)造和擠出機(jī)中的軸向溫度分布制備所得產(chǎn)品是具有顏料含量為40％和聚乙烯含量為60％的干母料粒料。盡管沒有加入蠟或類似添加劑，但該母料與常規(guī)生產(chǎn)(40％顏料，40％蠟，20％聚乙烯，在高速混合器中加熱混合并隨后在冷卻混合器中冷卻和擠出)得到的可比產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)物相比具有顏料在塑料中的更好的分散作用。為此，表1比較了膜等級和過濾值。
表1根據(jù)本發(fā)明方法的母料和母料標(biāo)準(zhǔn)物的膜等級和過濾值
實(shí)施例2為了生產(chǎn)母料，使用具有螺桿直徑為40mm和L/D比為52(13個(gè)機(jī)筒；1個(gè)機(jī)筒對應(yīng)于4D)的同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。螺桿的轉(zhuǎn)速是500轉(zhuǎn)/分鐘。圖2顯示擠出機(jī)的基本構(gòu)造。
圖2擠出機(jī)的構(gòu)造和擠出機(jī)中的軸向溫度分布在此，聚丙烯粒料(MFI 36)通過重量分析計(jì)量以恒定加料速率17.5kg/h連續(xù)計(jì)量加入擠出機(jī)的第一個(gè)機(jī)筒中。在隨后的兩個(gè)機(jī)筒中，將聚合物熔融。在第四個(gè)機(jī)筒中，將含水壓濾餅(顏料含量20重量％PVEchtrosa(堅(jiān)牢粉紅)E/P.R.122)通過偏心螺桿泵(同樣連續(xù)和以恒定加料速率37.6kg/h)計(jì)量加入。壓力此處是8巴。在擠出機(jī)的入口端口處的溫度是160℃。為了得到可恒定泵送的壓濾餅，另外將添加劑引入壓濾餅中以改善流動(dòng)行為(丙烯酸類聚合物基礎(chǔ)料；1％，基于顏料含量)。在機(jī)筒5和6中，將顏料引入聚合物中并將其分散。水經(jīng)過兩個(gè)雙螺桿閘(1∶300轉(zhuǎn)/分鐘；2∶200轉(zhuǎn)/分鐘)從在＞100℃的溫度下的機(jī)筒7和10中分離出。機(jī)筒8、9和11用于進(jìn)一步在聚合物中分散顏料。機(jī)筒12具有真空連接，其用于從顏料/聚合物熔體中去除殘余水分。將聚合物擠出物通過模頭板從擠出機(jī)中輸送出，在水浴中冷卻，利用抽吸而干燥并將擠出物造粒。
制備所得產(chǎn)品是具有顏料含量為29.9％，添加劑含量為0.3％和聚丙烯含量為69.8％的干母料粒料。與常規(guī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)物相比，該母料具有更好的膜等級和更好的過濾值(參見表2)。常規(guī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)物30％顏料，30％蠟，40％聚丙烯，在高速混合器中加熱混合并隨后在冷卻混合器中冷卻和擠出)。
表2根據(jù)本發(fā)明方法的母料和母料標(biāo)準(zhǔn)物的膜等級和過濾值
權(quán)利要求
1.一種通過擠出而生產(chǎn)顏料母料的方法，其特征在于，a)將粒料或粉末形式的熱塑性聚合物連續(xù)計(jì)量加入雙螺桿擠出機(jī)中；b)將計(jì)量加入的聚合物在擠出機(jī)中熔融；c)將包含顏料、水和/或有機(jī)溶劑的可泵送的顏料壓濾餅在升高的壓力下經(jīng)由擠出機(jī)的入口端口連續(xù)計(jì)量加入熔融的聚合物中，其中所述壓力足夠高以使得水和/或有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)高于在該入口端口區(qū)域中擠出機(jī)的內(nèi)部溫度；d)非必要地加入流動(dòng)改進(jìn)劑；e)通過剪切力的作用將顏料從壓濾餅分散入熔融的聚合物中；f)將水和/或有機(jī)溶劑通過擠出機(jī)的至少一個(gè)出口端口在升高的壓力下去除，其中所述壓力足夠高以使得水和/或有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)高于在該出口端口區(qū)域中擠出機(jī)的內(nèi)部溫度；g)將著色的聚合物熔體從擠出機(jī)中出料，冷卻和造粒。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于使用同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，顏料壓濾餅包含5至35重量％的顏料。
4.權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)的方法，其特征在于，f)中的所述一個(gè)或多個(gè)出口端口結(jié)合有一個(gè)或多個(gè)雙螺桿閘。
5.權(quán)利要求1至4中至少一項(xiàng)的方法，其特征在于，熱塑性聚合物是聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯或乙烯-乙酸乙烯酯。
6.權(quán)利要求1至5中至少一項(xiàng)的方法，其特征在于，顏料是選自如下的有機(jī)顏料單偶氮顏料，雙偶氮顏料，雙偶氮縮合顏料，色淀偶氮顏料，三苯基甲烷顏料，硫靛顏料，噻嗪靛顏料，苝顏料，萘環(huán)酮顏料，二苯并[cd，jk]芘-5，10-二酮顏料，二酮基吡咯并吡咯顏料，二噁嗪顏料，喹吖啶酮顏料，酞菁顏料，異吲哚啉酮顏料，異吲哚啉顏料，苯并咪唑酮顏料，萘酚顏料或喹諾酞酮顏料。
7.權(quán)利要求1至6中至少一項(xiàng)的方法，其特征在于，流動(dòng)改進(jìn)劑是表面活性物質(zhì)。
8.權(quán)利要求1至7中至少一項(xiàng)的方法，其特征在于，顏料母料包含10至70重量％顏料和30至90重量％熱塑性聚合物。
9.權(quán)利要求1至8中至少一項(xiàng)的方法，其特征在于，將通過出口端口引出的水和/或溶劑的熱量用于加熱待計(jì)量的壓濾餅。
10.權(quán)利要求1至9中至少一項(xiàng)的方法，其特征在于，步驟f)中的水和/或溶劑的分離出是通過壓差的全自動(dòng)調(diào)節(jié)，優(yōu)選通過調(diào)節(jié)閥，而進(jìn)行的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過擠出而生產(chǎn)顏料母料的方法，其特征在于，a)將粒料或粉末形式的熱塑性聚合物連續(xù)計(jì)量加入雙螺桿擠出機(jī)中；b)將計(jì)量加入的聚合物在擠出機(jī)中熔融；c)將包含顏料、水和/或有機(jī)溶劑的可泵送的顏料壓濾餅在升高的壓力下經(jīng)由擠出機(jī)的入口端口連續(xù)計(jì)量加入熔融的聚合物中，在此所述壓力足夠高以使得水和/或有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)高于在該入口端口區(qū)域中擠出機(jī)的內(nèi)部溫度；d)視需要加入流動(dòng)改進(jìn)劑；e)通過剪切力的作用將顏料從壓濾餅分散入熔融的聚合物中；f)將水和/或有機(jī)溶劑通過擠出機(jī)的至少一個(gè)出口端口在升高的壓力下去除，其中所述壓力足夠高以使得水和/或有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)高于在該出口端口區(qū)域中擠出機(jī)的內(nèi)部溫度；g)將著色的聚合物熔體從擠出機(jī)中出料，冷卻和造粒。
文檔編號C09B67/20GK1842560SQ200480024688
公開日2006年10月4日 申請日期2004年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月6日
發(fā)明者V·赫倫, L·恩弗多爾本, T·金德, J·M·皮納 申請人:科萊恩產(chǎn)品(德國)有限公司