JP3828300B2 - 顔料の湿潤剤を変更する方法およびこの方法を実施するための押出機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体の湿潤剤を変更するための方法、更に詳しくは顔料の湿潤剤を変更するための方法およびこの方法を実施するための押出機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顔料が製造されるときに、顔料はほとんどが、この製造段階で取扱い上の問題を低減する水相である。しかしながら、最終製品すなわち顔料は一般的に油相であることが望まれる。所望される油剤に顔料を接触させる前に顔料を乾燥することが知られている。この方法は比較的にコストがかかる。
【０００３】
固体相からの液体の除去が要求されるときに、通常は、固体と液体の混合物に圧縮力が加えられる。その例は米国特許第５，４１７，８５４号明細書、同第５，４６６，３７０号明細書、同第５，４８０，５４１号明細書または同第５，４８９，３８１号明細書に開示されている。押出し機によってポリマー材料またはゴム材料から液体を抽出する特別な方法が米国特許第５，１５１，０２６号明細書および同第５，２３２，６４９号明細書に記載されている。このような押出し機が第１の固体相を分離するために顔料または他の固体材料を乾燥するために用いられると、コストが同様に高くつく。なぜなら、それに続いて顔料すなわち他の固体材料を続いて油剤に接触させるために、時間とエネルギーをつぎ込まなければならないからである。
【０００４】
液体から固体を分離するために圧縮力を使用する他の例が米国特許第５，１６０，４４１号明細書と同第５，２０５，９３０号明細書に記載されている。この場合、圧縮力の使用方向に或る偏見があることが明らかである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、一層効果的で、従ってコストと時間を節約する上述の方法とこの方法を実施するための押出機を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、固体相が第２の油相に交換される水性の第１の液相内に分散される３つの相系内で湿潤剤を変更することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらの目的は、固体に対して親和性の低い第１の湿潤剤から親和性の高い第２の湿潤剤に、固体の湿潤剤を変更する方法において、本発明により、単位時間あたり予め定めた流量で押出し機に前記固体と前記第１と第２の湿潤剤を供給し、この場合前記押出し機が供給端と排出端並びに上側と底側を有する押出し機筒と、少なくとも１本のスクリューと、このスリューを予め定めた速度で回転させるための駆動手段とを備え、このスクリューがその全長にわたってスクリューねじ山を有し、かつ隣接するスクリューねじ山の間にらせん状自由空間を有し、スクリューが前記筒内に配置されて、前記供給端から前記排出端へ予め定めた方向に前記固体と湿潤剤を運び、第１の湿潤剤を分離するために、前記固体と第１の湿潤剤と第２の湿潤剤が前記自由空間の少なくとも一部だけに充填されるように、前記流量と前記速度を選択し、その際固体および第１と第２の湿潤剤により満たされた隣接するスクリューねじ山の間のらせん状自由空間の部分は最大で５０％であり、前記第１の湿潤剤が重力により流れ落ちることができるようにするために、前記筒の底側に少なくとも１つの側方開口を設け、前記開口に入ろうとする前記固体と前記第２の湿潤剤の混合物を、前記筒に戻して再供給し、前記再供給が前記開口内に達する押出し機によって行われることを特徴とする方法により達成される。
また、上記の目的は、上記の方法を実施するための、請求項１３に記載の押出機によっても達成される。
【０００８】
第１の発明的な段階では、油物質が通常は水よりも固体物質に対して高い付着性を有するという認識をもつことが重要である。
第２の段階では、上記の先行技術による押出し機が試された。この場合、３つの圧縮力が材料の締付け個所で生じる。しかしながら、３相系が使用されるとき、すなわち固体顔料の第１の相と、第２の水相と、第３の油相が使用されるときには、圧縮材料は３つの側から、先行技術で所望されるような液体抽出作用を生じないことが判った。この現象の調査中、発明者は、３つの側からの材料の圧縮が塊内の水を包んで逃がさなくなることを発見した。その１つの原因は、技術水準で“付加的な水抽出段階が、材料からの水の連続的な抽出のために上記の・・・が設けられることに似ている”と示唆していることにある。
【０００９】
実際、３つの力の１つが主押出し機に対して垂直に側方に延びる補助押出し機によって加えられる。この補助押出し機は、先行技術では、供給ホッパーを有する筒内で回転する。これは、乾燥される材料の一部をこの補助押出し機から供給しなければならないことを意味する。この状況下では、２つの可能性がある。すなわち、補助押出し機から供給される材料が、主押出し機から供給される材料と異なる強さで処理されるかあるいは主押出し機内の材料と同じ時間にわたって処理される場合、主押出し機の供給ホッパーから、３つの力の１つにさらすために補助押出し機によって材料を供給する個所までの長さと同じ長さを必要とする。先行技術の提案に従って、補助押出し機がこの個所の下流に配置されると、その長さは増大する。この補助押出し機は装置のコストを非常に増大させ、扱いにくくし、そしてスペースを浪費することが明らかである。一方、短い補助押出し機は同等の処理をすることができず、従って品質が所望されるものよりも低い不均質な製品を製造することになる。
【００１０】
本発明者の他の調査は、隣接するスクリューねじ山の間の空間の一部だけが満たされ、自由空間から水相が逃げることができるように、材料の供給速度と押出し機スクリューの速度を選定すると、すべての難点を除去可能であるという驚くべき結果につながった。更に、本発明は好ましくは、顔料、特にインクによって形成される固体相で用いられるがしかし、固体相であればどんなものでも各々の液相に変更するために使用可能である。同様に、液相は、一方が他方よりも固体に対する親和性が高ければどんな種類のものでもよい。
【００１１】
この作用は筒内での押出し機スクリューの捏和および剪断作用によって補助される。この捏和および剪断作用により、一方では、固体特に顔料と油相とが密に接触し、従ってそれらの表面から水を放出する。他方では、包まれた水が塊の外側自由表面の方に移動し、筒の少なくとも１つの側方開口から逃げることができる。この側方開口は先行技術の場合のような、圧縮材料によって詰まることがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図に概略的に示した好ましい実施の形態の次の説明から、本発明の他の細部が明らかになる。
【００１３】
図１は破線で示したモータ１０と押出し機２の制御装置を含むフレーム１の一部を示している。この押出し機は少なくとも１本のスクリュー３を有し、このスクリューはモジュール筒４内に配置されている。側面図ではスクリュー３が１本だけであるが、スクリュー３の背後に少なくとも第２のスクリューを設けると有利である。それによって、押出し機２は二軸押出し機、特に両スクリューのねじ山が互いにかみ合う二軸押出し機である。その結果、一方では材料の強力な捏和作用、混合作用および剪断作用が生じ、他方では材料の一層均一な搬送作用が生じる。
【００１４】
このような材料は少なくとも２つの成分、すなわち固相および水相の混合物７と、液相８からなっている。この混合物は特に、例えばアジテータミルによって顔料を粉砕した後計量装置５によって供給される湿った顔料ケークであり、液相は混合物の固体に対して水よりも高い親和性を有する。特にワニスのような油相であるこの液相は、第２の計量装置６によって供給される。混合物７と液相８は好ましくは別々にホッパー９または押出し機２の他の供給口に供給される。しかし、理論的には混合物と液相を予め混合し、一緒に供給することができる。更に、当業者にとって自明であるように、他の相、特に液相を押出し機２に供給することができる。この場合、この相はホッパー９を経てあるいは下流側で押出し機筒４の他の供給口を経て供給される。例えば押出し機筒４の第２のモジュール４ａの供給口から、アクリル相を加えると都合がよい。液相８の一部が次に記載する処理中に失われるかまたは混合物７の水が放出される前にワニス８の一部を加えると好都合であるので、図１において破断した押出し機２の端部でワニス（およびまたは添加物）が加えられる。
【００１５】
上述のように、押出し機２はハウジングまたはフレーム１内のモータ１０によって駆動される。この駆動は駆動軸１０ａとギアボックス１１を介して公知の方法で行われる。供給装置５，６は各々のモータ（装置５のモータは図示していない）によって駆動される。すなわち、装置５は駆動プーリ５ａを介して駆動され、装置６はモータ６ａを介して駆動される。しかし、原理的には、１個のモータで、各々のギア、好ましくは可変のギアを介して装置５，６を駆動することができる。本実施の形態では、駆動装置５ａ，６ａは押出し機２に供給される量を決定する。これに対して、モータ１０の速度は押出し機２によって排出される材料の量を決定する。従って、この両量の比は押出し機２の充填比を決定する。
【００１６】
すべての駆動装置が制御回路１２を介して相互に接続されている。この制御回路では、キーボード１３を介して、駆動装置の速度の所望な関係を設定することができる。キーボード１３は例えば、３つの駆動装置、軸１０のためのモータ駆動装置と装置５または６のためのモータ駆動装置の各々をその設定モードで作動させるために３個のスイッチ１４を備えている。そして、数字キーフィールド１５を介して設定が行われ、制御回路１２のメモリ部分１６に公称値セットが記憶される。ほとんどの場合、オープンループ制御で充分であるがしかし、或る場合には、適切な測定機器を設けることによって閉鎖ループ制御が適していることもある。例えば、装置５，６とホッパー９の間の通路に配置された容積測定型センサまたは重量測定型センサを介して、材料７，８の量を監視すると効果的である。しかし、原理的には、スペース１７，１７ａに関連して後述する理由により、容積測定による監視の方が好ましい。重量測定型制御は、或る重量が或る容積に一致すると仮定すると可能である。他の方法では、電流消費量の測定または部品のひずみの測定によって押出し機２の負荷を監視するためのセンサ手段が設けられる。他の方法では、押出し機２によって生じる音の周波数が測定および分析される。
【００１７】
図２から明らかになるように、３個の駆動装置５ａ，６ａ，１０は本発明に従って、スクリュー３の隣接するねじ山１８の間のスペースの一部だけに材料７，８が充填されるように設定される。従って、スクリュー３のねじ山１８は、図２のの断面図で見て塊の中心の回りに回転する材料混合物７，８に剪断力と捏和力を供給する。それによって、固体の外面は油相８に接触する。この油相が固体の外面に対して大きな親和力を有し、水よりも強く固体外面に付着するので、水は追い出される。材料７，８の混合物がスペース１７に完全に満たされると、水は塊７，８から決して離れる機会がなく、塊の中に取り込まれる。従って、スペース１７は水が集まる自由空間１７ａを有し、それによってスクリュー３によって運ばれる。この自由空間１７ａはできるだけ高い製造速度を可能にするために必要なほど小さい。自由空間１７ａは好ましくは最大で、隣接するねじ山１８の間のスペース全体１７の約５０％であることが判った。ほとんどの場合、３０〜２５％で充分である。
【００１８】
図１に示すように、筒４は少なくとも１つの側方出口１９を有する。この側方出口は好ましくは筒４の底領域に設けられている。この出口１９は図２に部分的に示してある。放出された水と共に油相によってその間に包まれた固体が開口１９に達するや否や、固体は少なくともその一部が開口１９を通って筒４から出ようとする。固体と油の混合物の一部が逃げないようにするために、好ましくはこの混合物の逃げを防止し、水の逃げを許す止め手段が設けられている。このような止め手段は例えば微細なメッシュのスクリーンまたはフィルタのような受動装置である。しかしながら、このような受動装置が太い固体と油の混合物によって詰まる傾向があるので、動的止め手段、すなわち太い混合物が開口１９に入るや否や筒４内に戻してスクリュー３によって運び去るようにする可動装置を設けることが好ましい。このような動的止め手段は好ましくは補助押出し機２１によって形成されている。この補助押出し機は二軸押出し機であり、開口１９に取付けられている。押出し機スクリュー２２とその筒２３との間の隙間は、矢印２０の方向への水の流出を可能にするがしかし、太い固体と油の塊は、開口１９に入ろうとするや否や筒４内に戻される。図１から判るように、補助押出し機２１の筒２３はその底に水排出口または管２４を備えている。この管は、底開口１９を経て少なくとも部分的に真空が加えられるように、吸引ポンプに接続されている。
【００１９】
使用される固体の種類と、除去される水の量に依存して、開口１９と止め手段２１は好ましくは、筒４の後続のモジュールすなわち次の一つのモジュールに異なるように配置される。残っている水を除去する他の方法は、各々の上側の開口２５またはパイプ２６を経て真空を加えることにある。勿論、このような真空または負圧は、開口２５が開口１９からの吸込み空気に対してシールされていると、一層効果がある。このようなシールを達成するために、筒の内部空間に幾つかの隔壁を設けることができる。この隔壁は自由横断面を制限し、従って一種のラビリンスシールを形成する。しかしながら、スクリュー３が開口１９の下流または真空開口２５の上流に幾つかの逆ねじ２７を備えていることが好ましい。それによって、材料はこの領域で塞がれ、従ってシール作用が生じる。図１に示すように、逆ねじ２７を有するスクリュー部分は比較的に短く、１〜５個のねじ山からなっている。真空開口２５の領域では、残っている水がガス状になるかまたは蒸気状になりかつ吸い出される個所で、筒内の圧力が低下する。他の例では、このような真空開口または吸込み開口が押出し機筒の底側に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法が実施される押出し機を部分的に縦方向に切断して示す側面図である。
【図２】 図１の細部ＩＩの拡大図である。
【符号の説明】
１ フレーム
２ 押出し機
３ スクリュー
４ 筒
５ 第１の計量装置
５ａ 駆動プーリ
６ 第２の計量装置
６ａ モータ
７ 混合物
８ 液相
９ ホッパー
１０ モータ
１１ ギアボックス
１２ 制御回路
１３ キーボード
１４ スイッチ
１５ キーフィールド
１６ メモリ部分
１７，１７ａ スペース
１８ ねじ山
１９ 開口
２０ 矢印
２１ 補助押出し機
２２ 押出し機スクリュー
２３ 筒
２４ 排出口または管
２５ 上側開口
２６ パイプ
２７ 逆ねじ

Claims (13)

1. 固体に対して親和性の低い第１の湿潤剤から親和性の高い第２の湿潤剤に、固体の湿潤剤を変更する方法において、
   単位時間あたり予め定めた流量で押出し機に前記固体と前記第１と第２の湿潤剤を供給し、この場合前記押出し機が供給端と排出端並びに上側と底側を有する押出し機筒と、少なくとも１本のスクリューと、このスリューを予め定めた速度で回転させるための駆動手段とを備え、このスクリューがその全長にわたってスクリューねじ山を有し、かつ隣接するスクリューねじ山の間にらせん状自由空間を有し、スクリューが前記筒内に配置されて、前記供給端から前記排出端へ予め定めた方向に前記固体と湿潤剤を運び、
   第１の湿潤剤を分離するために、前記固体と第１の湿潤剤と第２の湿潤剤が前記自由空間の少なくとも一部だけに充填されるように、前記流量と前記速度を選択し、その際固体および第１と第２の湿潤剤により充填された隣接するスクリューねじ山の間のらせん状自由空間の部分は最大で５０％であり、
   前記第１の湿潤剤が重力により流れ落ちることができるようにするために、前記筒の底側に少なくとも１つの側方開口を設け、
   前記開口に入ろうとする前記固体と前記第２の湿潤剤の混合物を、前記筒に戻して再供給し、
   前記再供給が前記開口内に達する押出し機によって行われることを特徴とする方法。
2. 前記開口の下流の個所で前記自由空間がシールされることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記シールが前記固体と湿潤剤の圧縮によって行われることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記圧縮が前記の予め定めた方向に対して逆方向に前記個所で前記固体と湿潤剤を運ぶことによって行われることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記第１の湿潤剤を吸い出すために前記筒が真空吸引されることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記真空吸引が前記押出し機筒の底側で行われることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記開口の下流の個所で前記自由空間がシールされ、前記真空吸引の前記個所の下流で行われることを特徴とする請求項５記載の方法。
8. 前記第１の湿潤剤と第２の湿潤剤内の前記顔料が別々に供給されることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記押出し機が二軸スクリューであることを特徴とする請求項１記載の方法。
10. 前記固体が顔料であることを特徴とする請求項１記載の方法。
11. 前記第１の湿潤剤が水であることを特徴とする請求項１記載の方法。
12. 前記第２の湿潤剤が油相によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
13. 固体に対して親和性の低い第１の湿潤剤から固体に対して親和性の高い第２の湿潤剤に、固体の湿潤剤を変更する方法を実施するための押出機において、前記押出機は、供給端と排出端並びに上側と底側を有する押出機筒と、全長にわたってスクリューねじ山を有しかつ隣接するスクリューねじ山の間にらせん状自由空間を有する少なくとも１本のスクリューとを備え、前記スクリューは前記筒内に配置されて、固体と湿潤剤を前記供給端から前記排出端へ予め定めた方向に運ぶようになっており、また前記押出機は、前記スクリューを所定の速度で回転させるための駆動手段と、前記第１の湿潤剤が重力により流れ落ちることができるようにするために前記筒の底側に設けた少なくとも１つの側方開口と、前記開口に入ろうとする前記固体と前記第２の湿潤剤の混合物を前記筒に戻して再供給するために前記開口に達する押出機とを備えたことを特徴とする押出機。

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