HUP0204269A2

HUP0204269A2 - Eljárás pigmentek előállítására

Info

Publication number: HUP0204269A2
Application number: HU0204269A
Authority: HU
Inventors: Wayne L. Cook; Douglas P. Gebler; Norman E. Pratt
Original assignee: Flint Ink Corporation
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2003-03-28
Also published as: WO2001062855A3; EP1257603A2; CN1249174C; MXPA02008235A; US6432192B1; WO2001062855A2; JP2003524055A; AU2001238446A1; KR20020086563A; BR0108628A; CN1419590A

Abstract

A találmány szerint pigmentet állítanak elő vizes közegben, majd apigmentdiszperziót ultraszűréssel vagy mikroszűréssel tisztítják. Ígyigen kis átlagos részecskeméretű és szűk részecskeméret-eloszlásúvizes pigmentdiszperzió állítható elő oly módon, hogy (a) vizesközegben pigmentet szintetizálnak, és (b) az oldott alakban jelenlevőszennyező anyagot, például a szintézis során képződő mellékterméketvagy reagálatlan kiindulási anyagot keresztáramlásos szűrésseleltávolítják. A szűréshez olyan membránt használnak, amelynek átlagospórusátmérője körülbelül 3 nanométer és körülbelül 3000 nanométerközötti. Az eljárással tisztított vizes pigmentdiszperzió képződik. Ó

Description

2-2Közzététel

Eljárás pigmentek előállítására

A találmány tárgya eljárás szerves pigmentek előállítására és tisztítására. Szintén a találmány tárgyát képezi finom részecskeméretű és igen csekély szennyezéstartalmú pigmenteket tartalmazó tinták előállítási eljárása.

A tinta piacának fontos részévé váltak a tintasugaras nyomtatókban nyomtatáshoz használt tinták. A tintasugaras nyomtatók a tintát általában egy vagy több kis nyíláson vagy fúvókán keresztül bocsájtják ki. A folyamatos tintasugaras nyomtatókban folyamatos tintaáramot lövellnek ki nyomás alatt a fúvókákon keresztül, és ez a tintaáram elektromosan töltött cseppecskékre esik szét adott távolságra a nyílástól. A szétesési ponton az elektromos töltésű tintacseppecskék elektromos mezőn haladnak át, amely a cseppecskék pályáját a digitális adatjelek szerint állítja be annak érdekében, hogy a cseppecskék vagy a nyomtató közegbe kerüljenek és képet hozzanak létre, vagy egy csatornába jussanak összegyűjtés és újrafelhasználás céljából. A személyi számítógépekhez szokásosan használt asztali tintasugaras nyomtatók esetén fúvókákból távozik a tinta cseppecskék formájában, amint az a kép létrehozásához szükséges. Az asztali nyomtatók rendszerint hőtintasugaras, másik elnevezéssel buboréksugaras nyomtatók. A hőtintasugaras nyomtató tintával töltött és az egyik végén fúvókával ellátott csatornát tartalmaz, valamint hőfejlesztö ellenállást a fúvóka közelében. A számítógép jelet küld, amely elektromos áramimpulzust hoz létre az ellenállásban, és ez felmelegíti a tintát az ellenállás közvetlen közelében. A hő hatására elpárolog a tinta és buborékot hoz létre. A buborék tágulásának hatására a nyílásnál lévő tinta nagy sebességgel hajtott cseppként távozik a fúvókából.

A tintasugaras nyomtatókhoz kezdetben színezékeken, azaz oldható festékeken alapuló tintákat használtak, mivel pigmenttartalmú tinták használatakor a fúvókák eltömödhetnek, és ekkor tisztításra van szükség ahhoz, hogy a nyomtató ismét megfelelően működjön. A színezékeknek azonban az a fogyatékosságuk, hogy kevésbé szintartóak a pigmenteknél. A szinezékalapú vizes tintákat használó tisztasugaras nyomtatókkal készült szövegeknél nedvesség hatására a tinta elkenödhet. Ezért kívánatos a pigmenteket tartalmazó tinták használata a tintasugaras nyomtatókhoz, azonban előfeltétel, hogy a pigmenteknek nagyon kis részecskeméretük legyen, általában kisebb mint 1 mikron és rendszerint kisebb mint körülbelül 0,4 mikron úgy, hogy a pigment ne okozza a tintasugár-fúvókák eltömődését.

A tintasugaras nyomtatókban használt tintákhoz szükséges, igen kis részecskeméretű pigmentek szintézise bizonyos nehézségekkel jár. Számos szerves pigment előállítása tartalmaz egy összekapcsoló lépést híg vizes közegben, amikor a pigment termék szuszpenziója képződik. A következő lépés a szuszpenzió szűrése szűrőprésen vagy kosaras centrifugával a pigment tisztítása és koncentrálása érdekében, ekkor ugyanis az oldatban lévő szennyező sókkal együtt távolítják el a vizes fázist. Az igen kis pigmentrészecskék azonban nehezen szűrhetők a hagyományos eljárásokkal. A szűrőprésekben például az ilyen finom pigmentrészecskék eltömik a szűrő pórusait, és ennek következtében a víz nem tud áthaladni a szűrőn. Mivel a hagyományos szűrés alig használható az igen kis méretű pigmentrészecskéknél, jelenleg a tintasugaras nyomtatók tintáiban alkalmazott pigmenteket flokulált pigmentként gyártják, amelynek nagyobb a részecskemérete. A flokulált pigmentek hagyományos módon szűrhetők, azonban utána szárításnak és mechanikai őrlésnek kell őket alávetni ahhoz, hogy elérjék a tintasugaras nyomtatók tintáihoz szükséges igen kis részecskeméretet, végül a tinta alkalmas vivőanyagában kell a pigmenteket diszpergálni. A pótlólagos műveletek, különösen a mechanikai őrlés, jelentős többletköltséggel járnak, emellett a kívánatosnál nagyobb részecskeméret-eloszlású pigmentet eredményeznek.

Az 1998 július 7-én publikált 10 183,008 sz. japán szabadalmi bejelentés vizes festékek tisztítását ismerteti, amelyhez elektromosan töltött, kationos és anionos polimereket tartalmazó mozaikmembránt (azaz ioncserélő membránt) használnak. Az ioncserélő membránok azonban költségesek, és időről időre ’újratöltést” igényelnek amikor a szűréssel eltávolított nem kívánt ionokat kicserélik. Ezek a gyenge pontok költségnövekedést eredményeznek, és csökkentik a gyártás rugalmasságát.

Kívánatos lenne, ha rendelkezésre állna egy olyan eljárás a tintasugaras nyomtatók tintáihoz szükséges finom részecskeméretű és nagy tisztaságú szintetikus szerves pigmentek előállítására, amely kiküszöbölné a pigment szintéziséből, a pigment flokulálásából, a pigment szűréséből, a pigment szárításából, a pigment finom részecskékre őrléséből és a pigment újradiszpergálásából álló ismert eljárással kapcsolatos nehézségeket.

A találmány vizes pigmentkészítmények membránszeparációs eljárásokkal való tisztítására vonatkozik. A membránszeparációs eljárások, amelyeket keresztáramlásos szűrésnek is neveznek, növekvő pórusméret szerint a nanoszűrést, ultraszűrést és mikroszűrést foglalják magukba. Korábban a membránszeparációs eljárásokat szinezékoldatok tisztítására használták. Ilyen szinezékoldat-tisztító eljárást Rebhahn és munkatársai írnak le a

4,560,746 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban. Ez az anterioritás közli, hogy a színezék tisztítása 5-15 Angstrom névleges pórusméretű membránt igényel, ami a nanoszűrés tartományába esik. A szinezékoldatot gondos előszűrésnek vetik alá az összes, részecskékből álló anyag eltávolítására mielőtt a nanoszűrő membránhoz vezetnék, nehogy a pórusok eltömődjenek.

Az 1999 június 22-én publikált 11 166,131 sz. japán szabadalmi bejelentés oxidálással kezelt (megsavanyított) koromalapú festék híg diszperziójának előállítását ismerteti, ahol a diszperziót ultraszűrésnek és dialízisnek vetik alá, majd tovább kezelik a diszperziót ioncserélő membránnal. A koromalapú festékeket széntartalmú anyagok, például acetilén pirolízisével (elhamvasztásával) készítik. A korom por alakban képződik, és a felülete kezelhető, például oxidálható az utóbbi anterioritásban leírtak szerint. A 11 166,131 sz. japán szabadalmi bejelentés nem foglalkozik sem szerves szintézisekkel előállított pigmentekkel, sem olyan eljárásokkal, amelyek az ilyen szerves szintetikus pigmenteket alkalmassá teszik tintasugaras nyomtatók tintái számára.

A találmány egyszerűsített eljárást biztosít a tintasugaras nyomtatók tintáiba alkalmas, vizes, szintetikus, szerves pigmentdiszperziók előállítására. A korábbi módszerektől eltérően a találmány hatékonyan megőrzi a szintetizált pigment eredeti szűk részecskeméret-eloszlását. Ezért a találmány egyrészt eljárást biztosít pigment tisztítására, amely eljárás különösen alkalmas igen kis részecskeméretű pigmentekhez. Előnyösen, tintasugaras nyomtatókban történő felhasználáshoz, a pigment részecskemérete legfeljebb körülbelül 400 nm. Azaz, a részecskeméret-eloszlás olyan, hogy a részecskék 100 %-ának a mérete körülbelül 400 nm vagy ennél kevesebb. Más tintafajták, például a flexográfiánál (dómbornyomású nyomdai eljárás) használatos tinták esetén a maximális részecskeméret lényegesen nagyobb, például körülbelül 2 mikron is lehet. A pigment részecskeméret-eloszlásának szűknek kell lennie.

A találmány szerinti eljárás első lépésében először szintetizáljuk a pigmentet vizes közegben, majd egy második lépésben a szintetizált pigment vizes diszperzióját keresztáramlásos szűrés alkalmazásával tisztítjuk, ahol az átlagos pórusátmérő körülbelül 3 nanométer és körülbelül 3000 nanométer közötti. A pigmentet előnyösen olyan körülmények között állítjuk elő, amikor az átlagos részecskeméret előnyösen legfeljebb körülbelül 1 mikron lesz. A tisztított vizes pigmentdiszperzió részecskemérettartománya előnyösen olyan, amelyben a legkisebb részecskeméret legalább körülbelül 0,01 mikron, a legnagyobb részecskeméret pedig legfeljebb körülbelül 1 mikron. Különösen előnyös, ha a legkisebb részecskeméret legalább körülbelül 0,03 mikron, a legnagyobb részecskeméret pedig legfeljebb körülbelül 0,4 mikron. Legalább egy szennyező anyagot, amely lehet a szintézis mellékterméke vagy a pigment szintéziséhez használt reagálatlan kiindulási anyag vagy egyéb szennyezés, eltávolítunk a keresztáramlásos szűréssel a pigment vizes reakcióelegyéből.

A találmány szerinti eljárásnál, ahol az átlagos pórusátmérő körülbelül 3 nanométer és körülbelül 3000 nanométer közötti, az alkalmazott keresztáramlásos szűrést gyakran mint ultraszűrést (a pórusátmérő talán 3 nanométer és körülbelül 300 nanométer közötti) vagy mint mikroszűrést (a pórusátmérő talán 300 nm és körülbelül 3000 nanométer közötti) említjük. Az egyszerűség kedvéért néha az „ultraszűrés” kifejezéssel hivatkozunk az eljárásnak erre a lépésére, azonban tisztában kell lennünk azzal, hogy a találmány szerinti keresztáramlásos szűrés nagyobb pórusátmérőkre is kiterjed egészen 3000 nanométerig, és az ultraszűrést valamint a mikroszűrést is átfogja.

A találmány a tisztított pigmenteket tartalmazó tintakészítmény, különösen tintasugaras nyomtatókhoz alkalmas tinták előállítására szolgáló eljárást is biztosít.

Továbbá, a találmány értelmében a tisztított vizes pigmentdiszperziót keresztáramlásos szűréssel szolgáltató lépést egy vagy több további lépéssel kombináljuk az alábbiak közül: (a) a vizes pigmentdiszperzió nyomószűrése a víz legalább egy részének az eltávolítására, (b) a tisztított pigmentdiszperzió szárítása száraz tisztított pigment előállítására, (c) a pigment áthelyezése vizes közegből szerves közegbe (például a pigmentdiszperzió átöblítésével).

A találmány szerinti eljárás különösen előnyös olyan pigmentek tisztításánál, amelyek a szintézisük során viszonylag kis átlagos részecskemérettel és/vagy viszonylag szűk részecskeméret-eloszlással képződnek, mivel megtarthatók az eredeti részecskeméretek és részecskeméret-eloszlások. Igen kis részecskeméretű pigmenteket állíthatunk elő olyan reakciókörülmények között, amelyek, korlátozás nélkül, a következőket tartalmazzák: (1) összekapcsolás nagy hígítás mellett (körülbelül 5 súly % vagy kevesebb, előnyösen körülbelül 1 súly % vagy kevesebb, a reakciókomponensek és a vizes közeg együttes súlyára vonatkoztatva); és/vagy (2) összekapcsolás nagyobb mennyiségű vízoldható gyanták, felületaktív anyagok vagy polimer diszpergálószerek jelenlétében.

Példák a hasznos vízoldható gyantákra, amelyek alkalmazhatók a kis részecskeméretű pigmentek előállításánál, korlátozás nélkül a következők: ionos gyanták, így alkid gyanták, poliészterek, maleinsavval módosított kolofóniumgyanták és egyéb maleinsavval módosított polimerek, fumársavval módosított kolofóniumgyanták és egyéb fumársavval módosított polimerek, vinilgyanták, beleértve az akrilgyantákat, kis molekulasúlyú, sav funkciós csoportot tartalmazó poliuretánok, aminogyanták, így melamin-formaldehid gyanták, sztírol-maleinsav-anhidrid (SMA) kopolimerek, etilén-oxid-polimerek és etilén-oxid-kopolimerek, poliiminek stb. Felhasználás esetén a gyanták vagy polimerek körülbelül 2 % és körülbelül 50 % közötti mennyiségben, előnyösen körülbelül 5 % és körülbelül 40 % közötti mennyiségben vannak jelen, a pigment súlyára vonatkoztatva.

Példák az alkalmas felületaktív anyagokra és diszpergálószerekre, amelyek alkalmazhatók a kis részecskeméretű pigmentek előállításánál, korlátozás nélkül a következők: anionos felületaktív anyagok, ideértve a zsírsavakat, így a palmitinsavat, sztearinsavat és olajsavat; alkil-benzol-szulfonátok; a I ki I - n afta I i n szulfonátok; a I ki I-f e η ο I - po I ig I i ko I - été r-szu Ifáto k; és zsíralkoholpoliglikol-éter-szulfátok; nemionos felületaktív anyagok, így az etoxilezett zsíralkoholok és etoxilezett alkil-fenolok; amfoter felületaktív anyagok, így az amin-oxid felületaktív anyagok, ideértve a kókuszolaj-dimetil-amin-oxidot és a tetradecil-dimetilamin-oxidot; kationos felületaktív anyagok, ideértve a hosszú szénláncú alkil-aminokat mint a kókuszolaj-amin, dimetil-dodecilamin, kókuszolaj-dimetil-amin és N-(faggyú)-1,3-diamino-propán, és ammóniumsók, ideértve a hexadecil-trimetil-ammónium-kloridot és a (hidrogénezett faggyú)-trimetil-ammónium-kloridot; és polimer diszpergálószerek.

A felületaktív anyagokat legalább körülbelül 1 súly %, előnyösen legalább körülbelül 3 súly % mennyiségben alkal8 mázzuk, a pigment súlyára vonatkoztatva. Az alkalmazott felületaktív anyagok mennyiségének felső határa körülbelül 20 súly /0, előnyösen körülbelül 10 súly %, a pigment mennyiségére vonatkoztatva.

Abban az esetben, ha használjuk őket, a vizes gyanta, felületaktív anyag vagy diszpergálószer jelen lehet már a pigment szintézise során, vagy a szintézis befejeződése után adhatók a pigmenthez.

A találmány szerinti eljárás felhasználható sokféle, vizes közegben szintetizált pigment esetén, beleértve, korlátozás nélkül, az azo pigmenteket mint a litolvörösök, rubinvörösök, valamint naftolvörösök, -narancsok és -barnák; a monoarilid és diarilid pigmenteket mint a diarilidsárga, és a rodamin pigmenteket mint a rodaminsárga és rodaminkék. A szokásos módon előállított pigmentdiszperzió tartalmaz egy vagy több nem-kívánt szennyező anyagot. A szennyező anyagok lehetnek a reakció során képződő melléktermékek, a reakcióban alkalmazott reagálatlan kiindulási anyagok vagy adalékanyagok, például felületaktív anyagok vagy sók, amelyekre szükség volt a reakció folyamán, azonban nem kívánatosak a pigment termékben.

A melléktermékként képződő szennyező anyagok, korlátozás nélkül, lehetnek oldott sók, nevezetesen nátriumsók, báriumsók vagy kalciumsók, különösen nátrium-, bárium- vagy kalciumhalogenidek (például -kloridok), -acetátok vagy -szulfátok. Emellett a pigmentek szintézisénél rendszerint feleslegben alkalmazzák a kapcsolószert, ezt szintén el kell távolítani. A pigment szintézisének a találmány szerinti eljárással eltávolítható jellemző melléktermékei és szennyezései, korlátozás nélkül, a következők: reagálatlan kiindulási anyagok, a reakcióelegyhez feleslegben adott anyagok, így aromás aminok és a kapcsoláshoz hasznait vegyítetek mint β-naftol, valamint melléktermékek, így nátrium-klorid, nátrium-acetát, nátrium-szulfát, egyéb alkálifémsók vagy alkáli földfémsók mint kalcium-, bárium- vagy stronciumsók. Kívánatos a víz egy részének eltávolítása is, és nem a pótlása, annak érdekében, hogy növeljük a pigmentdiszperzió szí Iá rd anyag-tartalmát.

A szintetizált, tisztítatlan, vizes pigmentdiszperziók például körülbelül 0,5 súly % és körülbelül 5 súly % közötti mennyiségű szintetizált pigmentet tartalmaznak a vizes diszperzió összsúlyára vonatkoztatva. A szintetizált pigmentdiszperzióban jelentős mennyiségben lehetnek jelen szennyező anyagok. Jellemző módon a diszperzió a szintetizált pigment mennyiségével megegyező vagy azt meghaladó mennyiségben tartalmazhat szennyező anyagokat. A találmány szerinti eljárásnál a szintetizált pigment diszperzióját szűrésnek vetjük alá ultraszűrö (vagy mikroszűrő) membrán alkalmazásával, amelynek átlagos pórusátmérője körülbelül 3 nanométer és körülbelül 3000 nanométer közötti, annak érdekében, hogy legalább az egyik szennyező anyag legalább egy részét eltávolítsuk, és ezáltal tisztított vizes pigmentdiszperziót állítsunk elő. Az ultraszűrést arra használjuk, hogy elválasszuk a vizes közeg egy részét, egy vagy több szennyező anyaggal együtt, a pigmentdiszperzió fennmaradó részétől. Az elválasztott vizes közeg térfogatát részben vagy egészben pótolhatjuk a pigmentdiszperzióban ilyen szennyező anyagokat nem tartalmazó vízzel. Az is lehetséges, hogy az elválasztott víztérfogatot nem kell pótolnunk, hogy ezáltal töményebb pigmentdiszperziót kapjunk.

A pigmentdiszperzió ultraszűrését (vagy mikroszűrését) addig folytatjuk a pigmentdiszperziónak az ultraszűrő membránon keresztül való, szükség szerinti visszakeringtetésével, amíg a pigmentdiszperzió kívánt tisztaságát el nem érjük. Az ultraszűrés általában a víz össztérfogatának körülbelül 2-20 %-át távolítja el átvezetésenként, az eredeti diszperzióban lévő víz mennyiségére vonatkoztatva. Kívánatos a szennyezés legalább 50 %-ának az eltávolítása. Ha a diszperziót többször átvezetjük a membrános szűrőrendszeren, akkor a szennyezést lényegében teljesen (a 98 %-át vagy ezt meghaladó részét) eltávolíthatjuk. Az eltávolított szennyezésmennyiség és vízmennyiség olyan tényezőktől függ, amelyek nyilvánvalóak az ultraszűrő és mikroszűrő eljárásokat ismerők számára. Ilyen tényező például az alkalmazott membrán, az eljárás során kifejtett nyomás, az időtartam, amely alatt az ultraszűrést folytatjuk stb.

Az ultraszűrést alkalmazó eljárás folyamán kívánatos lehet a pigmentdiszperzió betöményítése olymódon, hogy nem pótoljuk az eltávolított víz teljes mennyiségét. A tisztított pigmentdiszperzió pigmentkoncentrációja legalább körülbelül 30 súly % lehet, ha nem pótoljuk az ultraszűréssel eltávolított víz teljes mennyiségét.

Az ultraszűrö membránokat általánosságban ismertetik a következő kiadványban: Paulson és munkatársai, „Crossflow Membrane Technology and Its Applications”, Food Technology, 77.-111. oldal (1984 december). A találmány szerinti eljáráshoz alkalmas ultraszűrő és mikroszűrő membránok általában tartalmaznak egy olyan réteget, amelynek a névleges pórusátmérője lényegesen kisebb a pigmentrészecskéknél. Az átlagos pórusátmérő körülbelül 3 nanométer és körülbelül 3000 nanométer közötti. Előnyösen az átlagos pórusátmérő körülbelül 5 nanométer és körülbelül 300 nanométer között van. Előnyösen legalább körülbelül 50 000 az a névleges molekulasúly, amely felett a polimereket a réteg nem engedi át. A membránnak azon az oldalán, ahol a permeátum kiáramlik, egy porózus, nyitott film helyezkedik el, azon az oldalon pedig, amely a pigmentdiszperzióval érintkezik, egy vagy több, kisebb pórusméretü réteg található. Korábban úgy gondolták, hogy kis pigmentrészecskék nem tisztíthatok, mivel a részecskék eltömik a pórusokat, működésképtelenné téve a szűrőt. Az ultraszűrés paramétereit azonban úgy állíthatjuk be, például a pigmentdiszperzió nagy áramlási sebességének biztosításával, hogy „tisztán tartsuk a membránt, és meggátoljuk koncentrált pigmentréteg kialakulását, amely akadályozhatná a víz további eltávolítását. A jellemző nyomás körülbelül 7 kg/cm² és körülbelül 14 kg/cm² között van.

Az említett áramlási sebesség fenntartásán túlmenően az is kívánatos az ultraszűrés folyamán, hogy bizonyos mértékű nyíró hatást vagy örvénylést tartsunk fenn az ultraszűrő membránnak a pigmentdiszperzióvaI érintkező felületénél úgy, hogy a víz eltávolításakor olyan pigmentdiszperzió-réteg alakuljon ki a membránfelületnél, amely a pigmentre nézve töményebb, a pigmentrészecskék ne szoruljanak ki a diszperzióból és ne alakuljon ki olyan pigmentréteg a membránon, amely csökkentené a membrán szűrési hatékonyságát. A nyíró hatást vagy örvénylést előnyösen úgy hozhatjuk létre, hogy terelőlemezeket vagy más ilyenfajta szerkezeteket helyezünk el a pigmentszuszpenziónak az ultraszűrő membránon való áthaladási útján, és a membránfelületen keresztül való áramoltatást nagy áramlási sebességgel biztosítjuk.

A szűrt, tisztított pigmentdiszperzió a kívánt pigmentkoncentrációra betöményített lehet. A tisztított pigmentszuszpenzió előnyösen akár körülbelül 35 súly % pigmentet is tartalmazhat. Különösen előnyösen a pigmentszuszpenzió legalább körülbelül 10 súly %, és akár körülbelül 20 súly % pigmentet is tartalmazhat. A tisztított vizes pigmentdiszperziót tovább töményíthetjük, hogy olyan diszperzióhoz jussunk, amely körülbelül 10 súly % és körülbelül 40 súly % közötti mennyiségű pigmentet tartalmaz.

A tisztított vizes pigmentdiszperziót további műveleteknek vethetjük alá. Az egyik változatnál a tisztított vizes pigmentdiszperziót egy további lépésben megszárítjuk, amikor is száraz, tisztított pigmentet kapunk. Ennek az eljárásnak az alkalmazásával kis átlagos részecskeméretű és/vagy szűk részecskeméret-eloszlású pigmentet állíthatunk elő, amelyet ultraszűréssel tisztítunk, majd szárítással száraz pigmentté alakítunk, megőrizve a pigment feldolgozása során az eredeti finom részecskeméretet és szűk részecskeméret-eloszlást. A megszárított pigmentet alkalmazhatjuk valamely száraz tintakészítményben, például egy szinezőben, szerves oldószeralapú tintakészítményben vagy vizes tintakészítményben. Ezzel ellentétben, a jelenlegi módszerek, amelyek a részecskék aglomerálásából, a vizes diszperzió nyomószűréséböl, a szűrőpogácsa megszárításából állnak, olyan összetapadt pigmentrészecskéket szolgáltatnak, amelyek aprítást igényelnek.

Egy másik eljárásváltozatnál a tisztított vizes pigmentdiszperziót nyomószűrésnek vethetjük alá, amikor is szűrőpogácsát kapunk, jóllehet a részecskék aglomerálása egyes esetekben nem kívánatos, amint azt már említettük.

Egy további lépésben a tisztított vizes pigmentdiszperzió pigmenttartalmát szerves közegbe vihetjük át például egy ismert átöblítö eljárás segítségével. A tisztított vizes pigmentdiszperzióból először szűrőpogácsát készíthetünk, és ezt követően vagy szűrőpogácsa készítése nélkül állítjuk elő a szerves oldószeres diszperziót. Előnyös azonban, ha nem készítünk szűrőpogácsát, olyan esetekben, amikor finom átlagos részecskeméretet és/vagy szűk részecskeméret-eloszlást kívánatos fenntartani. A tisztított pigment szerves oldószeres diszperzióját nem-vizes tinták készítéséhez használhatjuk fel.

A találmány szerinti eljárást felhasználhatjuk a hagyományos részecskeméretű, például körülbelül 10 mikronig terjedő méretű vagy legalább körülbelül 0,5 mikron és legfeljebb körülbelül 1,5 mikron méretű vagy körülbelül 2 mikronig terjedő részecskeméretű pigmentek tisztítására is, különösen előnyös azonban az eljárás alkalmazása kis részecskeméretű pigmentek esetén, amelyek nem tisztíthatok könnyen egyéb módon. A tisztított termék tehát előnyösen olyan, hogy a minimális részecskemérete körülbelül 0,01 mikron, a maximális részecskemérete körülbelül 1 mikron. Az előnyösebb minimális részecskeméret körülbelül 0,03 mikron, és az előnyösebb maximális részecskeméret körülbelül 0,4 mikron. A körülbelül 0,01 mikronnál kisebb részecskeméretek nem kívánatosak, mivel az ilyen kis méretű részecskéket tartalmazó tinták túlságosan átlátszóak és gyengébb a fényállóságuk is.

A találmány szerinti eljárás egy előnyös változata értelmében kívánt koncentrációjú tisztított vizes pigmentdiszperziót állítunk elő, és közvetlenül tintasugaras nyomtatóhoz használatos vizes tintává vagy flexográfiás tintává alakítjuk. Ebben az esetben egy vagy több tisztított pigmentdiszperziót vizes lakkal és/vagy egyéb szokásos tintaalkotórésszel kombinálunk.

Hasonló módon megszárított tisztított pigmentet is bevihetünk a tintakészítménybe. Megszárított pigment esetén a tintakészítmény lehet vizes tintakészítmény, szerves oldószeralapú tintakészítmény vagy száraz tintakészítmény (például színező).

Ha a tisztított pigmentet szerves közegbe visszük át, akkor a kapott diszperziót felhasználhatjuk szerves oldószeralapú tinta készítmény alkotórészeként.

A pigmentdiszperzió tintaalappá vagy kész tintakészítménnyé alakítható további anyagok, így lakkok, egyéb gyanták és polimerek, szerves oldószerek és segédoldószerek és/vagy adalékanyagok bevitelével. A tintához lakként használható szokásos gyanták, korlátozás nélkül, a következők: alkidgyanták, poliészterek, feηοIgyanták, kolofóniumgyanták, cellulóz-gyanták, valamint a felsoroltak származékai, például kolofóniummal módosított fenolgyanták, fenolgyantával módosított kolofóniumgyanták, szénhidrogénnel módosított kolofóniumgyanták, maleinsavval módosított kolofóniumgyanták, fumársavval módosított kolofóniumgyanták; szénhidrogéngyanták, vinilgyanták, beleértve az akrilgyantákat, p ο I i (v i n i I - ki o ri d) - g y a n t á ka t és vinilacetát-gyantákat, polisztírol és kopolimerjeik; poliuretánők, poliimingyanták stb. A gyanták kombinációit is használhatjuk.

A vizes tintákhoz például a következő szerves oldószereket használhatjuk, korlátozás nélkül: alkoholok, glikol-éterek, glikoléter-észterek és ezek kombinációi. Ha a tisztított pigmentet egy következő műveleti lépésben megszárítjuk, majd szerves oldószeralapú tintákban használjuk fel őket, az oldószerek lehetnek alifás szénhidrogének, így kőolaj-lepárlási frakciók és korlátozottan aromás jellegű, egyenes és elágazó szénláncú paraffinokat tartalmazó oldószerek. A találmány szerinti tintakészítményekben minden olyan szokásos adalékanyagot használhatunk, amely nem érinti kedvezőtlenül a találmány szerinti megoldást. Ilyen adalékanyagok például a következők, korlátozás nélkül: dermedéspont-csökkentők, felületaktív anyagok, nedvesítőszerek, viaszok, emulgeálószerek és diszpergálószerek, habzásgátlók, antioxidánsok, ultraibolya fényelnyelők, szárítószerek (például növényi olajokat tartalmazó készítményekhez), a folyási tulajdonságokat befolyásoló szerek és más reológiai módosítók, fényességnövelők és ülepedésgátló anyagok. Ha az adalékanyagok jelen vannak a tintákban, szokásos mennyiségük a tintakészítmény legalább körülbelül 0,001 %-a. Az adalékanyagok a tintakészítménynek körülbelül 7 %-át vagy ezt meghaladó részét is alkothatják.

A találmány szerinti eljárással a pigmentdiszperziókat és tintákat jobb minőségben, nagyobb tisztasággal, szűkebb és jobban reprodukálható részecskeméret-eloszlással és kisebb költséggel állíthatjuk elő, mint az ismert eljárások alkalmazásával.

A tisztított pigmenteket igen sokféle tintakészítménybe vihetjük be. Különösen kívánatos a pigmentek használata olyan készítményekben, ahol előnyt jelent a nagy tisztaság és a kis átlagos részecskeméret és/vagy szűk részecskeméret-eloszlás. Ilyen készítmény például, korlátozás nélkül, a tintasugaras nyomtatókban használt tinta és a flexográfiás tinta.

A találmányt az alábbi példákkal részletesen ismertetjük. A példák csak bemutatják a találmányt, és semmiképpen nem korlátozzák a leírt és igényelt találmányt. Ha másképpen nem adjuk meg, minden rész súlyrész.

1. példa

Pigmentvörös 22 (Pigment Red 22) szintézise és tisztítása

Főzőpohárba vizet, 11,4 g Fast Scarlet G bázist (2-metoxi-5nitro-anilin) és 19,9 g 35 %-os sósavat mértünk be. Az elegyet a Fast Scarlet G bázis teljes oldódásáig kevertük. Az oldatot jéggel hűtöttük, és 4,8 g nátrium-nitrit 50 ml vízzel készült oldatát adtuk hozzá a Fast Scarlet G bázis diazotálása céljából. A reakcióelegyet 1 órán át kevertük, miközben enyhe nátrium-nitritfelesleget tartottunk fenn (ezt keményítőt és kálium-jodidot tartalmazó papírral ellenőriztük).

Egy másik főzőpohárba vizet, 18,8 g Naphthol AS-t (3-hidroxi2-naftanilid) és 15,2 g 50 %-os nátrium-hidroxid-oldatot mértünk be. Az elegyet a Naphthol AS teljes oldódásáig melegítettük és kevertük. 3,3 g nemionos felületaktív anyagot adtunk hozzá, és az oldat pH-ját 11,8-12,2 közötti értékre állítottuk be.

A diazotálási reakcióelegyet ezután 25-30 perc alatt hozzáadtuk a kapcsolószer oldatához. A kapcsolási reakció befejeződése után a pigmentvörös 22 szuszpenzióját mintegy 30 percig kevertük, és 60 g 25 %-os vizes akril polimert adtunk hozzá. A pigmentszuszpenziót ezután 90 °C-ra melegítettük, és 2 órán át ezen a hőmérsékleten tartottuk keverés közben.

A szuszpenziót ezután membrános tisztításnak (ultraszűrésnek) vetettük alá. A pigmentvörös 22 szuszpenzióját ultraszűrő vizsgálati cellán szivattyúztuk át körülbelül 7 kg/cm²nyomáson és mintegy 25 °C hőmérsékleten. A vizsgálati cella sírna lap alakú, vékony filmmel ellátott többrétegű ultraszűrő membránt tartalmazott, amely névlegesen 50 000 körüli molekulasúlyig engedte át a polimereket. A betöményített folyadékáramot, amely a pigmentet tartalmazta, visszavezettük az adagolótartályba. A permeátumot, amely a membránon áthaladt vízből és oldott anyagokból állt, elöntöttük. A permeátummal eltávolított vizet szükség szerint pótoltuk, hogy a szuszpenzióban 3-10 % pigmenttartalmat tartsunk fenn.

Amikor a pigmentet tartalmazó koncentrátum vezetőképessége -1000 mikroSiemens (mikroS) értéket ért el, megszüntettük a permeátummal eltávolított víz pótlását, és hagytuk, hogy a szuszpenzió koncentrációja mintegy 6 %-ra növekedjen. A tisztított pigmentvörös 22 diszperzió átlagos részecskemérete 0,16 mikron volt, és egyetlen részecske sem volt nagyobb 0,4 mikronnál.

2. példa

Pigmentsárga 74 (Pigment Yellow 74) tisztítása

Membrános tisztítást (ultraszűrést) végeztünk pigmentsárga 74 szintézisterméken, amelynek az átlagos részecskemérete 0,35 mikron volt, és a részecskék 80 %-a kisebb volt 0,4 mikronnál. A pigmentsárga 74 diszperzióját ultraszűrő vizsgálati cellán szivattyúztuk át körülbelül 14 kg/cm² nyomáson és mintegy 25-50 °C hőmérsékleten. A vizsgálati cella sírna lap alakú, vékony filmmel ellátott többrétegű ultraszűrö membránt tartalmazott, amely névlegesen 50 000 körüli molekulasúlyig engedte át a polimereket. A betöményített folyadékáramot, amely a pigmentet tartalmazta, visszavezettük az adagolótartályba. A permeátumot, amely a membránon áthaladt vízből és oldott anyagokból állt elöntöttük. A permeátummal eltávolított vizet szükség szerint pótoltuk ionmentesített vízzel, hogy a diszperzióban 3-10 % pigmentkoncentrációt tartsunk fenn.

Amikor a pigmentkoncentrátum vezetőképessége körülbelül 2500 mikroS értéket ért el, leállítottuk a permeátummal eltávolított víz pótlását, és hagytuk, hogy a szuszpenzió koncentrációja 12,5 % körüli értékre növekedjen. A pigmentsárga 74 tisztított diszperziójának átlagos részecskemérete körülbelül 0,1 mikron volt, és egyetlen részecske sem volt nagyobb 0,34 mikronnál.

Kipróbálás tintasugaras nyomtatóban

Az 1. példa és a 2. példa szerinti tisztított pigmentekből vett mintákat az alábbi összetételű, tintasugaras nyomtatókhoz használható tintákká alakítottuk:

Alkotórész	Pigmentvörös 22	Pigmentsárga 74
	tartalmú tinta	tartalmú tinta
Desztillált víz	8,6 %	48,7 %
1. példa szerinti
pigmentdiszperzió	72,2 %
2. példa szerinti
pigmentdiszperzió		32,0 %
N-Metil-pirrolidon	4,0 %	4,0 %
Propilén-glikol	8,0 %	8,0 %
Poli(propilén-glikol)	6,0 %	6,0 %
Korróziógátló szer	0,1 %	0,1 %
Antibakteriális
anyag	0,1 %	0,1 %

Az alkotórészeket nagysebességű keverőgépben (Cowles Mixer) kevertük össze, és a keveréket Hewlett-Packard tintasugaras nyomtatóhoz alkalmas tintapatronba töltöttük. A tinta a nyomtatás során jó színsűrűséget biztosított, és nem dugaszolta el a nyomtatófejet.

A fentiek során a találmányt részletesen ismertettük, és hivatkoztunk az előnyös kiviteli alakjaira. Nyilvánvaló azonban, hogy különféle változatok és módosítások lehetségesek, amelyek mind az oltalmi körön belül maradnak.

Claims

Szabadalmi igénypontok:

1. Eljárás pigment előállítására és tisztítására, azzal jellemezve, hogy (a) vizes közegben pigmentet szintetizálunk, ahol a kapott, szennyező anyagot tartalmazó vizes pigmentdiszperzióban a pigment átlagos részecskemérete legfeljebb körülbelül 2 mikron, majd (b) a vizes pigment-diszperziót keresztáramlásos szűrésnek vetjük alá körülbelül 3 nanométer és körülbelül 3000 nanométer közötti átlagos pórusátmérőjű membrán alkalmazásával, és a szennyező anyag legalább egy részének eltávolításával tisztított vizes pigmentdiszperziót kapunk.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szennyező anyag a pigment szintéziséből visszamaradó, egy vagy több reagálatlan kiindulási anyag és/vagy a pigment szintézise során képződő, egy vagy több melléktermék.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szennyező anyagnak legalább az 50 %-át eltávolítjuk a (b) lépésben.
4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szennyező anyagnak legalább a 98 %-át eltávolítjuk a (b) lépésben.
5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szennyező anyag nátriumsót tartalmaz.
6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szennyező anyag báriumsót tartalmaz.
7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szennyező anyag kalciumsót tartalmaz.
8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szennyező anyag nátrium-klorid és/vagy nátrium-acetát.
9. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a pigmentdiszperzió akrilpolimert és nemionos felületaktív anyagot tartalmaz.
10. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tisztított vizes pigmentdiszperzióban a minimális részecskeméret legalább körülbelül 0,01 mikron, és a maximális részecskeméret legfeljebb körülbelül 1 mikron.
11. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tisztított vizes pigmentdiszperzióban a minimális részecskeméret legalább körülbelül 0,03 mikron, és a maximális részecskeméret legfeljebb körülbelül 0,4 mikron.
12. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az (a) lépésben a pigment szintézise során a reakciókomponenseket legfeljebb körülbelül 5 súly % koncentrációban alkalmazzuk a vizes közegben.
13. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az (a) lépésben a pigment szintézise során a reakciókomponenseket legfeljebb körülbelül 1 súly % koncentrációban alkalmazzuk a vizes közegben.
14. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az (a) lépésben a pigment szintézisét a pigment súlyára számított körülbelül 2 súly % és körülbelül 50 súly % közötti mennyiségű vízoldható gyanta jelenlétében vitelezzük ki.
15. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizes közeg a pigment súlyára számított körülbelül 2 súly % és körülbelül 50 súly % közötti mennyiségű, vízben diszpergálható vagy vízben oldható gyantát is tartalmaz.
16. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vizes közeg a pigment súlyára számított körülbelül 1 súly % és körülbelül 25 súly % közötti mennyiségű felületaktív anyagot is tartalmaz.
17. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a pigment valamely azo pigment vagy monoarilid pigment vagy diarilid pigment vagy rodamin pigment.
18. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a pigment egy azo pigment.
19. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tisztított vizes pigmentdiszperzió pigmentkoncentrációját körülbelül 10 súly % és körülbelül 40 súly % közötti értékre állítjuk be.
20. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tisztított vizes pigmentdiszperziót egy további lépésben szárítással száraz, tisztított pigmentté alakítjuk.
21. A 20. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a száraz, tisztított pigmentet egy további lépésben tintakészítménnyé alakítjuk.
22. A 20. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a száraz, tisztított pigmentet egy további lépésben vizes tintakészítménnyé alakítjuk.
23. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tisztított vizes pigmentet egy további lépésben legalább egy további anyaggal keverjük össze a lakkokból, gyantákból, szerves oldószerekből és tinta-adalékanyagból álló csoportból.
24. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tisztított vizes pigmentdiszperziót egy további lépésben szerves pigmentdiszperzióvá alakítjuk.
25. Szerves pigmentdiszperzió, amelyet a 24. igénypont szerinti eljárással állítunk elő.
26. Legalább egy tisztított pigmentet tartalmazó tinta, amelyet az 1. igénypont szerinti eljárással állítunk elő.
27. A 26. igénypont szerinti tinta, azzal jellemezve, hogy tintasugaras nyomtatóban használható.
28. A 26. igénypont szerinti tinta, azzal jellemezve, hogy flexográfiához használható.

A meghatalmazott:

ADVOPATENT

SZABADALMI ÉS VÉDJLGY IRODA KARÁCSONYI BÉLA _v szabadalmi ügyvivő