CN1240781C

CN1240781C - 制造印刷油墨的方法及装置

Info

Publication number: CN1240781C
Application number: CNB018189903A
Authority: CN
Inventors: 伯恩哈德·斯塔尔德; 罗兰·哈尔特; 瓦尔特·阿尔默; 罗兰·楚迪
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: CN1474859A; WO2002040606A3; WO2002040606A2; ATE327288T1; EP1334155B1; DE10057327A1; ES2262672T3; AU2001283759A1; EP1334155A2; DE50109903D1; US20040025750A1; JP2004513219A; DK1334155T3

Abstract

一种制造印刷油墨或浓缩物的方法，包括以下顺序的步骤：向第一加工区加入含有亲油有色颜料的含水浆液和亲油粘结剂；在第一加工区，对加入到第一加工区的含水有色颜料浆液和粘结剂施加剪切流和外延流，以便至少部分从含水浆液中冲洗出的亲油有色颜料与亲油粘结剂结合；在第一加工区下游第一次除去源于含水浆液的水；来自第一加工区的部分脱水自由流动物质被送到第二加工区，并在那里自由流动物质暴露于剪切、外延和压缩作用下，而且通过第一加工区的部分冲洗作为分离相释放的水被第二次从自由流动物质中除去；基本上不含水且亲油有色颜料分散在亲油粘结剂中的自由流动物质被移走并且作为中间产物或者最终产物收集。

Description

制造印刷油墨的方法及装置

技术领域

本发明涉及制造印刷油墨或印刷油墨浓缩液的方法及装置。

背景技术

制造印刷油墨中使用有色颜料，为了合成这些颜料，在稀释的水介质中进行偶联步骤，使合成后水介质中存在分子聚集体，形成固体颗粒的悬浮液或浆液。在此合成中可以达到的颜料重量仅为百分之几。例如，组成这些有色颜料的分子属于偶氮化合物或者多环化合物。典型的实例包括代表偶氮化合物的单偶氮黄、单偶氮橙、重氮、萘酚、萘酚AS、苯并咪唑酮、重氮缩合颜料、金属络合物颜料、异吲哚满酮颜料，或者代表多环化合物的酞菁、喹吖啶酮、苝、perinone、硫靛、蒽醌、嗯嘧啶、黄烷士酮、皮蒽酮染料、蒽嵌蒽醌、二噁嗪、三芳基碳鎓、quinophthalone或二酮吡咯并吡咯(diketopyrrolopyrrole)颜料。

因为这些发色物质并不以分子形态溶解，而是以这些分子组成的有机晶体形态溶解，所以它们的物理性质，特别是它们的颜色性质不仅取决于各自的分子结构，而且还取决于各自的晶体结构性质。例如在铜(II)-酞菁颜料的情况下，有红蓝色的α-改性、蓝绿色的β-改性和红蓝色的∈-改性，而未取代的线性喹吖啶酮颜料具有红紫色的β-改性和红色的γ-改性。

这些颜料的颜色性质一方面可以由合成反应器中它们单个分子组成的目标取代来确定。然而，另一方面它们的颜色性质也可能受合成后进一步加工形成印刷油墨过程中的转化影响，通过选择并维持本发明各自型式所需的物理条件(主要是温度和压力)，可以实现从一种晶体型式转化成另一种型式。

制造印刷油墨的一个重要方面是颜料的尺寸。通常特别小的颜料是优选的。

在常规的印刷油墨制造中，合成得到的水悬浮液(浆液)在压滤机中加工形成颜料含量大约为20-30重量％的颜料压缩饼。合成得到的盐的一部分在此压缩饼压出的水中除去。

此压缩饼中仍含有高的含水量(70-80重量％)，然后或者(a)在干燥设备中干燥并接着研磨形成粉状颜料，它与粘结剂(如油)一起作为最终产物称为“颜料浓缩物”，或者(b)压缩饼在捏合机中与粘结剂混合，因为粘结剂和颜料具有更大的亲合力，所以颜料从亲水相(水)中再润湿(再冲洗)成亲油相(粘结剂)，从而使额外的水作为无颜料的分离相释放，并且倒出，产物必须被连续捏合并倾倒几次，以从产物中除去大部分的水。此处最终产物与(a)中相同，只是通常被称作颜料糊或“润湿糊”。

虽然再润湿(冲洗)过程消除了干燥并研磨的能量密集步骤，但是它们由捏合和倾倒几个步骤所代替。捏合也是能量非常密集且不经济的加工步骤。通常，还必须在这些步骤后的几个阶段中加入粘结剂，从而得到希望的低含水量的终产物。除了在捏合机中从产物中除去残余水之外，还必须加热和真空脱气。然而，很难实现含水量低于约3重量％。

还有其他已知方法用于润湿(冲洗)有机颜料。

EP-A 0219323描述了制造有机颜料分散液的方法。该有机颜料分散液是在无水介质中直接由含有0.1-20重量％颜料的水浆液得到的，其是通过混合该水浆液与该无水介质，同时强力搅拌，然后将该有机分散液与其余水相分离。该方法的第一步在高速混合机中进行，其中，水相与油相混合。该方法的第二步在双辊研磨机中进行，其中一个辊由钢制造，另一个辊由铜制造。因为有机相对于铜表面具有较高的亲合力，而水相对于钢表面具有较高的亲合力，所以两相在该双辊研磨机中分离。

EP-A-0341054也描述了制造印刷油墨的方法。它也涉及一种非连续方法，其中含水颜料浆液首先与溶于甲苯的大漆混合。该混合在四刮刀螺旋桨混合器或两刮刀桨式混合器中进行，之后由容器的上部分倒入透明的水溶液，同时富集颜料并含有残余水的流体导入δ-刮刀双臂混合器以冲洗干净并除去水。

DE-A-3715836描述了制造碱性蓝调色剂的方法。该碱性蓝也通过与疏水粘结剂捏合而润湿，该疏水粘结剂导致脱水并将碱性蓝转变为糊状形式。释放出的水也经由脱水除去。

JP-A-2029476也描述了制造高粘性印刷油墨的方法。在此含水浆液也与印刷油墨的载体材料在混合装置中混合，该混合装置具有结合可旋转轴的垂直圆筒。

WO-A-01/19926描述了制造颜料糊的方法。在此例中，首先加工颜料饼，然后熔过用有机粘结剂将其润湿而加入到双螺旋挤出机中。此方法的一个缺点是不可流动的颜料饼在其可加入到双螺旋挤出机润湿之前首先必须流体化。然而，将颜料饼流体化也要求额外的设备。此外，整个过程也不是连续的

除了干燥和捏合过程中不合理的高能量开支外，这些常规方法还有许多产物必须从工序到工序运送的“转移点”，结果最终使总加工过程是不经济的，此外它很难保证最终产物的均一性质。

发明内容

因此，本发明的目标是提供制造印刷油墨的方法和装置，从而可以避免本领域技术中的上述缺点。

本发明目标通过以下方法和装置来实现。

一种连续制造印刷油墨或印刷油墨浓缩物的方法，包括以下顺序的步骤：

—向第一加工区加入含有亲油有色颜料的含水浆液和亲油粘结剂；

—在第一加工区，对加入到第一加工区的有色颜料含水浆液和粘结剂施加剪切流和膨胀流，以便亲油有色颜料至少部分被亲油粘结剂从含水浆液中润湿；

—在第一加工区末端，第一次除去源于含水浆液的水；

—来自第一加工区的部分脱水的自由流动物质被送到第二加工区，并在那里自由流动物质暴露于剪切、膨胀和压缩作用下，而且通过第一加工区的部分润湿作为分离相释放的水被第二次从自由流动物质中除去；然后

—基本上不含水且亲油有色颜料分散在亲油粘结剂中的自由流动物质被移走并且作为印刷油墨或印刷油墨浓缩物收集，

其特征在于所述第一加工区为间隙，该间隙介于两个可围绕他们的公共轴线相对于彼此旋转的共轴元件，而且所述第二加工区为挤出机的加工空间。

在一个优选的实施方案中，进入第一加工区的含水浆液中有色颜料含量达到2-10％，优选为3-6％。

在一个优选的实施方案中，其特征在于在第一和/或第二加工区测定温度。

在一个优选的实施方案中，其特征在于所述温度测定是基于过程的温度控制系统。

本发明还提供了一种制造印刷油墨或印刷油墨浓缩物的装置，其具有：

—向其中加入含有亲油有色颜料的含水浆液和亲油粘结剂的第一加工区51；

—元件2，3，使用该元件2，3，在第一加工区51，对加入到该第一加工区的含水有色颜料含水浆液和粘结剂施加剪切流和膨胀流，以便亲油有色颜料至少部分被亲油粘结剂从含水浆液中润湿；

—用于在第一加工区51的末端51a第一次除去源于含水浆液的水的元件；

—用于使来自第一加工区51的部分脱水的自由流动物质送到第二加工区52的元件，在该第二加工区中自由流动物质暴露于剪切、膨胀和压缩作用下，而且通过第一加工区的部分润湿作为分离相释放的水被第二次从自由流动物质中除去；以及

—用于使基本上不含水且亲油有色颜料分散在亲油粘结剂中的物质移走并且作为印刷油墨或印刷油墨浓缩物收集的元件，

其特征在于所述第一加工区51为间隙1，该间隙介于两个可围绕他们的公共轴线A相对于彼此旋转的共轴元件2；3；4；5，而且所述第二加工区52为挤出机的加工空间。

与前面讨论的现有技术相反，本发明包括使用例如由EP-A-0560033或EP-A-0490056公开的挤出机在加工过程中逐渐地从产物中除去水，从而使颜料润湿入直接源于合成反应器的稀浆液中只发生在第一加工区。因此与(a)相比，本发明消除了干燥和随后干磨的能量消耗，而且与(b)相比，本发明消除了捏合压缩饼和交替重新捏合中多次耗时倾倒操作的能量消耗。

简而言之，在本发明中首先润湿颜料，然后从产物中洗去盐，而在现有技术中产物被首先洗涤然后润湿。

因为本发明整个过程中产物是高流态的，优选颜料含量低于10％的水浆液形式，所以可以在本发明装置的封闭系统中实现从合成(制造有色颜料)到最终产物(制造印刷油墨)的连续工序管理。

优选在初始除去水过程中，除去第一加工区流体中所含的大部分水，然后在第二个加工区再加水到自由流动的流体中，优选使用蒸馏水并且任选加热的水。这就可能很好地洗出产物中所含的盐。

然后方便地，在第二次除去水后面的第二个加工区下游，水被第三次除去，优选地在第二次除去水后温和加热自由流动的流体并且以水蒸汽脱气的形式进行第三次脱水。从第二个加工区进行第三次脱水在第三次脱水区由真空辅助将是尤其有利的。这可以产生带有非常低含水量的产物。

在第一加工区，适当的剪切速率在1,000/s到100,000/s的范围内，优选地在1,000/s到50,000/s的范围内；优选第一加工区剪切流和/或膨胀流的强度稳定地从最小增加到最大，然后稳定或突然降低。

亲油有色颜料典型地是在第一加工区的润湿中从水相转移到油性粘结剂油相中的固体。在将细分散固体与其它液体混合前，几种粘结剂也可以混合在一起。

在本发明方法特别优选的实施方案中，第一加工区的最大剪切速率在第一部分区域中至多达到了第一加工区第二部分区域中的最小剪切速率的约5倍，而且第一部分区域的体积至多是第二部分体积的约3倍。

第一加工区的温度达到0到200℃，优选40℃到90℃。这可防止有些没有很好耐热性的颜料的有机分子被损害，即使只有少量的分子毁坏，也会导致最终产物中的颜色失真。

优选地，其它粘结剂和/或油以及印刷油墨添加剂加到第二加工区的自由流动物质中，以便得到最终印刷油墨。

对本发明装置适合的两个共轴旋转元件包括圆柱体和圆锥体，或者它们都是圆锥体，从而使共轴旋转元件间的间隙(第一加工区)在产物运输方向上变细或变宽，优选旋转元件之一是转子，另一个是定子。这就允许在第一加工区中颜料的有效及温和润湿。

如果用低于约3,000/s的剪切速率工作，那么优选地在间隙中使用碰撞体(球)，而在高于约3,000/s的剪切速率时，就可以在间隙中不使用球。

在本发明装置特别优选的实施方案中，碰撞体位于间隙中并且能与旋转元件的表面和/或销状凸起碰撞。

在本发明装置特别优选的实施方案中，在每个旋转元件的表面上提供伸入界面并且在旋转元件旋转中相对另一个移动的销状凸起(pin-like elevation)，而且带有可以和间隙中需要提供的旋转元件的表面和/或销状凸起碰撞的碰撞体(例如球)。这有利于在润湿期间增强混合效果。

优选地，通过两个旋转元件沿着它们共用的旋转轴A相对另一个移动，可以调节间隙的间隙宽度。通过转子转动速率和间隙宽度的适当组合，就可能在第一加工区的间隙中大范围地调节适当的剪切速率。对间隙宽度而言适当的调节范围从约1mm到约5mm。

优选地，第二加工区是挤出机的加工空间，因此第一加工区和第二加工区可以同轴向配置，即以旋转轴A和挤出机的纵轴共线的方式一个接着另一个配置。挤出机可以是多螺旋挤出机。

本发明装置特别紧凑设计的特征是连续加工区的地方是普通的1片外壳(1-piece housing)，其上游的第一外壳截面与定子相应，而且其下游的第二外壳部分与挤出机的外壳相应。这样的设计不需要连接线或连接通道。

在本发明装置特别优选的实施方案中，在第一加工区和/或第二加工区中至少设置一种用于确定温度的装置

本发明的其它优点、特征和可能的应用源自下面基于附图的说明。

附图说明

图1是根据现有技术方法的示意图。

图2是根据本发明方法的示意图。

图3a和图3b是本发明装置一部分的一个实施方案的示意图。

具体实施方式

图1表示了两种本领域的技术方法。在两种方法中，在反应器21中合成的水乳浊液(浆液)中获得的有色颜料通过泵22送到压滤机23中，并且被压缩成含水量为70-80％的颜料压缩饼24，因此一部分盐与压缩饼压出的废水25一起也从合成产物中除去。

在一种公知的方法中(左边分支)中，这种压缩饼24被送到干燥器31中干燥，于是干燥的物体送到研磨机32中干磨。干磨得到颜料浓缩物33。在另一个加工步骤(未显示)中，该粉状颜料然后与亲油粘结剂混合并且任选与印刷油墨添加剂混合。

在另一种公知的方法中(右边分支)中，此颜料压缩饼24在Z计量器41中与亲油粘结剂结合，并且完全捏合，偶尔倒出润湿释放出来的水。在另一个步骤中，Z计量器41中物体被真空脱气，得到颜料浓缩物33，也称作润湿糊，然后任选在另一加工步骤中(未显示)与印刷油墨添加剂混合。

图2说明了本发明的方法。源于合成反应器21含有约4％有色颜料的浆液经由管道由泵22送到第一加工区51，该区设计为使用圆锥体-圆锥体或圆柱体-圆柱体几何学带有剪切和离散作用的专门装置(参见图3a，3b)，例如作为特种球磨机或销盘研磨机(pinned disc mill)。另外，在第一加工区51加入亲油粘结剂53。润湿主要发生在第一加工区。在第一加工区51的末端51a，水54和自由流动物质中的盐一起被第一次除去，然后流体由第一加工区51末端51a处的通道流入优选由挤出机形成的第二加工区的输入端52a。新鲜的水，即主要是去离子水，任选甚至是蒸馏水55被再次送到加工区52的入口区52a，然后在第二加工区52的附加区52b区域作为残余水被再次除去。最后在第二加工区52的另一个附加区52c处，浆液在真空57中脱气，脱气通过加热辅助。需要时可以在第二加工区52中加入其它的粘结剂和/或油以及不同的印刷油墨添加剂58，从而印刷油墨59或印刷油墨浓缩物可以在第二加工区52的出口52d处完全移走。

图3a示意性地表示了第一加工区51的圆柱体-圆锥体实施方案。该区域由内圆柱体2和外圆锥体3间的间隙1确定，两者绕着一个公共轴线A旋转。销状凸起12和13固定在圆柱体2和圆锥体3的表面上。

图3b示意性地表示了第一加工区51的圆锥体-圆锥体实施方案，它也由间隙1形成，但是在此情况下，间隙是在内圆锥体4和外圆锥体5之间，两者被配置使它们能绕着公共轴线A旋转。销状凸起14和15设置在内圆锥体4和外圆锥体5的表面上。

操作期间，由泵22泵抽待加工浆液从左至右通过间隙1。在实施此操作时，当浆液从左至右通过圆柱体-圆锥体方案和圆锥体-圆锥体方案中的间隙1时，浆液交替暴露于更高和更低的剪切速率下，因为更高和更低剪切速率的区域因销状凸起12、13、14和15而改变。泵22必须克服浆液的内部摩擦、浆液和加工区51内表面间的摩擦以及由于圆锥体几何学引起的离心作用。

附图标记

1 间隙

2 旋转元件，圆柱体

3 旋转元件，圆锥体

4 旋转元件，圆锥体

5 旋转元件，圆锥体

A 轴

12 销状凸起

13 销状凸起

14 销状凸起

15 销状凸起

21 反应器

22 泵

23 压滤机

24 压缩饼

25 废水

31 干燥器

32 研磨机

33 颜料浓缩物

41Z 计量器

51 第一加工区

51a 第一加工区末端

52 第二加工区

52a 第二加工区的入口区

52b 52的附加区

52c 52的附加区

52d 第二加工区的出口

53 粘结剂

54 水

55 水

56 残余水

57 真空脱气

58 印刷油墨添加剂

59 印刷油墨

Claims

1.连续制造印刷油墨或印刷油墨浓缩物的方法，包括以下顺序的步骤：

—向第一加工区(51)加入含有亲油有色颜料的含水浆液和亲油粘结剂；

—在第一加工区(51)，对加入到第一加工区的有色颜料含水浆液和粘结剂施加剪切流和膨胀流，以便亲油有色颜料至少部分被亲油粘结剂从含水浆液中润湿；

—在第一加工区(51)末端，第一次除去源于含水浆液的水；

—来自第一加工区(51)的部分脱水的自由流动物质被送到第二加工区(52)，并在那里自由流动物质暴露于剪切、膨胀和压缩作用下，而且通过第一加工区的部分润湿作为分离相释放的水被第二次从自由流动物质中除去；然后

其特征在于所述第一加工区(51)为间隙(1)，该间隙介于两个可围绕他们的公共轴线(A)相对于彼此旋转的共轴元件(2；3；4；5)，而且所述第二加工区(52)为挤出机的加工空间。

2.如权利要求1的方法，其特征在于进入第一加工区的含水浆液中有色颜料含量达到2-10％。

3.如权利要求2的方法，其特征在于进入第一加工区的含水浆液中有色颜料含量达到3-6％。

4.如权利要求1或2的方法，其特征在于第一次除去的水包括了第一加工区中自由流动物质所含的大部分水，并且水被重复加入到第二加工区的自由流动物质中。

5.如权利要求3的方法，其特征在于所述重复添加的水为蒸馏水。

6.如权利要求3的方法，其特征在于在第二次除去水后在第二加工区第三次除去水。

7.如权利要求6的方法，其特征在于第二次除去水后加热自由流动物质并且以脱水蒸汽的形式进行第三次除去水。

8.如权利要求6或7的方法，其特征在于从第二加工区中第三次除去水由第三次除水区的真空支持。

9.如权利要求8的方法，其特征在于在第一加工区中施加的剪切速率在1000/s-100,000/s的范围内。

10.如权利要求9的方法，其特征在于在第一加工区中施加的剪切速率在1,000/s和50,000/s之间。

11.如权利要求9的方法，其特征在于第一加工区中剪切和/或膨胀流的强度稳定地从最小增加到最大，然后稳定或突然地降低。

12.如权利要求9的方法，其特征在于所述亲油有色颜料是在第一加工区润湿中从水相转移到油性粘结剂的油相中的固体。

13.如权利要求9的方法，其特征在于第一加工区的一部分区域中的最大剪切速率至多达到第一加工区的另一部分区域中最小剪切速率的5倍，并且一部分区域的体积至多达到另一部分区域体积的3倍。

14.如权利要求9的方法，其特征在于第一加工区的温度为0-200℃。

15.如权利要求14的方法，其特征在于第一加工区的温度为40℃-90℃。

16.如权利要求9的方法，其特征在于向第二加工区的自由流动物质中加入附加粘结剂和/或油以及印刷油墨添加剂。

17.如权利要求9的方法，其特征在于在第一和/或第二加工区测定温度。

18.如权利要求16的方法，其特征在于所述温度测定是基于过程的温度控制系统。

19.制造印刷油墨或印刷油墨浓缩物的装置，其具有：

—向其中加入含有亲油有色颜料的含水浆液和亲油粘结剂的第一加工区(51)；

—元件(2，3)，使用该元件(2，3)，在第一加工区(51)，对加入到该第一加工区的有色颜料含水浆液和粘结剂施加剪切流和膨胀流，以便亲油有色颜料至少部分被亲油粘结剂从含水浆液中润湿；

—用于在第一加工区(51)的末端(51a)第一次除去源于含水浆液的水的元件；

—用于使来自第一加工区(51)的部分脱水的自由流动物质送到第二加工区(52)的元件，在该第二加工区中自由流动物质暴露于剪切、膨胀和压缩作用下，而且通过第一加工区的部分润湿作为分离相释放的水被第二次从自由流动物质中除去；以及

—用于使基本上不含水且亲油有色颜料分散在亲油粘结剂中的自由流动物质移走并且作为印刷油墨或印刷油墨浓缩物收集的元件，

20.如权利要求19的装置，其特征在于间隙(1)的间隙宽度可以调节。

21.如权利要求19或20的装置，其特征在于所述两个共轴旋转元件(2，3；4，5)分别是圆柱体(2)和圆锥体(3)，或者两者都是圆锥体(4，5)，以便共轴旋转元件(2，3；4，5)之间的间隙(1)在产物输送方向变细或变宽。

22.如权利要求19的装置，其特征在于所述旋转元件之一是转子(2；4)，而且另一个是定子(3；5)。

23.如权利要求19的装置，其特征在于销状凸起(12，13；14，15)从各自旋转元件(2，3；4，5)的表面延伸入间隙(1)中，并且随着旋转元件的旋转彼此移动。

24.如权利要求19的装置，其特征在于碰撞体位于间隙(1)中并且能与旋转元件(2，3；4，5)的表面和/或销状凸起(12，13；14，15)碰撞。

25.如权利要求23的装置，其特征在于间隙(1)的间隙宽度可以通过两个旋转元件(2，3；4，5)沿着共用旋转轴(A)相对彼此的移动来调节。

26.如权利要求19的装置，其特征在于所述第一加工区(51)和第二加工区(52)被共轴配置并且彼此直接相接，旋转轴(A)和挤出机的纵轴是共线的。

27.如权利要求26的装置，其特征在于所述挤出机是多螺旋挤出机。

28.如权利要求27的装置，其特征在于第一加工区(51)和第二加工区(52)的壳体是共用壳体，其上游的第一壳体部分相应于旋转元件(3；5)，而其下游的第二壳体部分相应于挤出机壳体。

29.如权利要求19的装置，其特征在于在第一加工区(51)和/或第二加工区(52)中至少设置一种用于确定温度的装置。