用于水性涂料的炭黑的制作方法
用于水性涂料的炭黑的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本公开内容设及炭黑，且特别地，设及结合有改性炭黑的水性(waterborne)涂料 和漆浆。
【背景技术】
[0002] 炭黑颜料用在包括油墨、涂料、调色剂、粘合剂、管道、线缆和滤色器的许多领域 中。在很多情况中，炭黑分散在可为含水或非含水的液体载剂中。可使用不同的材料处理炭 黑W使得它们更易于分散在含水或非含水的体系中。
【发明内容】
[0003] 在一个方面中，提供了漆浆分散体，所述漆浆分散体包含:含有大于90重量％水的 含水溶剂;至少30重量％的改性炭黑，在处理之前，所述改性炭黑具有20~300mVg的STSA， 使用包含有机基团和离子或能离子化的基团的处理剂W1.5~3.0皿ol/m2的处理剂浓度对 所述改性炭黑进行改性;浓度小于2.Omg/平方米炭黑表面积的分散剂，所述炭黑表面积是 在处理之前通过STSA测量的，且其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑的小于10体积％具有 大于0.5WI1的粒径。当采用本文所述的含水涂料评价方法A进行测试时，所得的固化涂料能 够在不诱钢上在约0.076mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.98的遮盖能力。此外，所述炭 黑能够W1.5~3.5、1.5~2.5、或1.5~2μπιο 1 /m2的处理剂浓度进行处理。由所述漆浆制得 的1~5重量％改性炭黑的涂料能够具有大于或等于0.95、0.97、0.98或0.99的遮盖能力且 能够在所述漆浆分散体已经在升高的溫度(例如52°C)下老化一周后获得。所述漆浆分散体 可包括具有15-5化m平均初级粒径的改性炭黑颗粒，而且，可使用包含芳基、横酸基团或其 盐、苯甲酸基团或其盐、簇酸基团或其盐、或者麟酸基团或其盐的试剂处理所述改性炭黑颗 粒。所述分散剂可为非离子型分散剂，且所述漆浆可包含醇酸树脂或丙締酸类树脂。所述处 理剂可直接连接至炭黑。所述漆浆可在10巧m和25°C下展现出小于700、小于650、小于600、 或小于550cP的布氏粘度。
[0004] 在另一方面中，提供了炭黑漆浆分散体，所述漆浆分散体包含:含有至少90重量％ 水的含水溶剂;大于30重量％的改性炭黑，所述改性炭黑使用处理化合物W1~3.5ymol/m2 的处理水平进行处理，所述有机处理化合物包含芳基W及离子或能离子化的基团运两者， 由未经处理的炭黑制得的所述改性炭黑具有大于20mVg且小于300mVg的STSA;W及小于或 等于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积(相对于1平方米的炭黑表面积，小于或等于2.4mg 的分散剂）。所述炭黑漆浆分散体可在52°C下、一周后仍保持稳定分散。所述未经处理的炭 黑的表面积也可小于250、小于200、或小于150m^g。所述漆浆可包括大于或等于20、30或40 重量％的改性炭黑且还可包括大于或等于0.1、〇. 2、0.5、1.0或1.5g的分散剂/平方米炭黑 表面积。所述漆浆还可包括小于3.5、小于3.0、小于2.5、小于2.0、小于1.5、小于1.0、小于 0.8、小于或等于0.5、或者小于0.5mg的分散剂/平方米炭黑表面积。所述未经改性的炭黑可 具有小于350、小于300、小于250、小于200、或者小于150mVg的表面积(STSA)。所述漆浆可 在不存在球磨研磨的情况下产生且可采用不超过2m/s、3m/s或4.2m/s的叶片尖端速度混合 到含水载剂中。所述漆浆可具有Wmg/平方米炭黑表面积计的在（1.5(x-2)2+0.6)+/-0.5范 围内的分散剂浓度，其中X等于Wymol/m2计的处理水平。
[000引在另一方面中，提供了炭黑漆浆分散体，所述漆浆包含大于或等于30%的改性炭 黑W及小于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，所述改性炭黑使用处理剂W小于或等于 2.0皿ol/m2的水平进行处理，所述漆浆包含包括至少90 %水的含水溶剂，且其中W皿ol/V 计的处理水平及Wmg/m2计的分散剂水平的总和大于或等于2.5。所述炭黑漆浆分散体可在 52°C下、一周后仍保持稳定分散。所述未经处理的炭黑的表面积也可小于250、小于200或小 于150m^g。所述漆浆可包括大于或等于20、30或40重量％的改性炭黑且还可包括大于或等 于0.1、0.2、0.5、1.0或1.5肖的分散剂/平方米炭黑表面积。所述漆浆还可包括小于3.5、小于 3.0、小于2.5、小于2.0、小于1.5、小于1.0、小于0.8、小于或等于0.5、或小于0.5mg的分散 剂/平方米炭黑表面积。所述未经改性的炭黑可具有小于350、小于300、小于250、小于200、 或小于150mVg的表面积（STSA)。所述漆浆可在不存在球磨研磨的情况下产生且可采用不 超过2m/s，3m/s或4.2m/s的叶片尖端速度混合到含水载剂中。所述漆浆可具有队雌/平方米 炭黑表面积计的在(1.5 (X-2) 2+0.6) +/-0.5范围内的分散剂浓度，其中X等于Wymo 1/m2计的 处理水平。
[0006] 在另一方面中，提供了制造稳定含水液体涂料的方法，所述方法包括将未经分散 的炭黑粉末W大于所述稳定含水液体涂料的0.0001重量％且小于所述稳定含水液体涂料 的5重量％的炭黑加载量混合到含水涂料调漆(稀释，letdown)载剂中，所述稳定含水液体 涂料具有小于2.4mg/平方米炭黑表面积的分散剂浓度，且其中所述液体涂料在不诱钢上在 0.0762mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.98的遮盖能力，且其中所述未经分散的炭黑粉 末能够通过在叶片尖端速度不超过4m/s的同时将炭黑揽拌到含水调漆载剂中来进行分散。 所述方法可在不存在球磨研磨或磨碎的情况下进行，而且，相对于200g的含水液体涂料，所 述混合步骤可耗费小于100瓦特或小于50瓦特。所述涂料可包含大于50重量％的水性树脂， 且所述树脂可为胶乳且可为丙締酸类或醇酸树脂。所述方法能够使用经包括横酸基团或其 盐、簇酸基团或其盐、苯甲酸基团或其盐、或者麟酸基团或其盐的有机基团处理的改性炭 黑。所述改性炭黑可具有大于20mVg且小于300mVg、大于20mVg且小于250mVg、或者大于 20m2/g且小于200mVg的STSA表面积。所述改性炭黑可包括大于1.0、1.5或2. Oymol/m2且小 于3.5、3.0或2.5ymol/m2的处理剂，所述处理剂包含包括离子或能离子化的基团的有机基 团。
[0007] 在另一方面中，提供了制造含水漆浆分散体的方法，所述方法包括将不含研磨介 质的未经分散的改性炭黑干燥粉末W基于所述漆浆最终重量的至少30重量％的浓度揽拌 到含水载剂中，W形成炭黑漆浆，所述改性炭黑使用处理剂W1.0~3.0皿ol/m2的加载量进 行处理，所述处理剂包含芳基W及离子或能离子化的基团，所述含水载剂包含包括大于90 重量％水的溶剂及小于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，且其中分散在所述漆浆中的所 述炭黑颗粒的少于10体积％具有大于0.5WI1的粒径。所述方法可在不存在球磨研磨或磨碎 的情况下完成，而且，相对于200g的含水液体涂料，所述揽拌步骤可耗费小于100瓦特或小 于50瓦特。所述方法能够使用经包括横酸基团或其盐、簇酸基团或其盐、苯甲酸基团或其 盐、或者麟酸基团或其盐的有机基团处理的改性炭黑。所述改性炭黑可具有大于20mVg且 小于300m^/g、大于20mVg且小于250m^/g、或者大于20mVg且小于200mVg的STSA表面积。所 述改性炭黑可包括大于1.0、1.5或2. Oymol/m2且小于3.5、3.0或2.5ymol/m2的处理剂，所述 处理剂包含包括离子或能离子化的基团的有机基团。所述炭黑能够W大于或等于40重量％ 的浓度进行分散。所述分散剂的浓度可为小于1.7mg分散剂/平方米炭黑表面积。
【附图说明】
[0008] 图1为照片的副本，其说明了八种不同的着色涂料的遮盖能力；
[0009] 图2为照片的副本，其说明了另一种着色涂料的遮盖能力；
[0010] 图3图解地说明了多种实施方式的涂料的黑度；
[0011] 图4图解地说明了多种实施方式的涂料的遮盖能力；
[0012] 图5图解地说明了多种实施方式的涂料的蓝色底色(undertone)值；
[001引图6A和6B为照片的复印件，其说明了两种不同实施方式的漆浆的粘度；
[0014] 图7A、7B、7C和7D提供了针对丙締酸类和醇酸涂料的实施方式的浓色（墨色， masstone)和浅色（色泽，tint)配制物的数据；
[0015] 图8A、8B、8C和8D提供了针对丙締酸类和醇酸涂料的其它实施方式的浓色和浅色 配制物的数据；
[0016] 图9A、9B、9C和9D提供了针对丙締酸类和醇酸涂料的其它实施方式的浓色和浅色 配制物的数据；
[0017] 图10A和10B为透射电子显微照片的副本，其示出了两种不同实施方式的炭黑颗粒 的分散体;和
[0018] 图11图解地显示了针对两种不同漆浆实施方式的粘度数据。
【具体实施方式】
[0019] 可使用不同的方法、处理和添加剂来使炭黑颗粒分散在含水体系中。例如，可W向 含水载剂中加入分散剂，而且，可W使用设计W用于改善炭黑在含水载剂中的分散性的化 合物对炭黑进行处理。通常，分散性可通过如下改善:提高分散剂的浓度、提高炭黑的处理 水平、或者运两者。认识到，过度的处理和分散剂水平可不利地影响液体涂料的性质并且增 加费用，本公开内容提供了关于在特定含水体系中使用某些改性炭黑W降低原本需要的处 理和分散剂的量的分散体和方法的详情。描述了低能量揽入(stir-in)体系，在该体系中， 能够将改性炭黑揽拌到含水体系中W产生稳定的分散体且无需典型采用的高能研磨过程。 组合了低处理水平和低分散剂浓度的稳定含水分散体的发现提供了用于产生液体漆浆和 涂料的经济、灵活的体系。
[0020] 在一个方面中，将经处理(改性)的炭黑揽拌到含水载剂中W产生液体含水(水性） 涂料。改性炭黑可直接分散在含水载剂中且无需在含水载剂中分散未经改性的炭黑所典型 地需要的能源消耗量大的研磨。本文所述的改性炭黑可具有相对低的连接官能团浓度且在 含水载剂中可不需要或需要最少量的分散剂。举例来说，可在大于l.〇、1.25、l. 5或2.化 mol/m2且小于4.0、3.5、3.0、2.5、2.0或1.925皿〇1/1112的处理剂浓度下，对经处理的炭黑进行 改性。在一些实施方式中，在改性或表面处理之前，炭黑展现出20mVg~300mVg的统计学厚 度表面积(STSA或t-面积，根据ASTM D6556测量）。在一组方法中，未经分散的干燥炭黑粉末 可直接混合到含水涂料配制物中，取消了制造随后在含水载剂中调漆w产生液体涂料的漆 浆的中间步骤。在另一组实施方式中，制造具有高的改性炭黑含量的低粘度漆浆，然后，可 将其调漆W产生液体含水涂料。
[0021] 炭黑用于在多种材料中提供着色。涂料可改善许多表面的特征且能够提供例如功 能性、装饰性或保护性的改善。表面可包括基材，例如，金属、塑料、玻璃、木材和纸张。一些 可受益于涂料的产品包括汽车、船、飞机、管道、电气用具(appliances)、工业机械、家具、包 装和电子显不器。
[0022] 大多数涂料是作为液体或固体施用的。举例来说，粉末涂料是作为固体施用的，而 很多涂料是作为可随后转变成固体的液体施用的。如本文所用的，"液体涂料"是包括待施 用至基材的分散颜料的液体涂料分散体。液体涂料包括液体载体W及可溶解、分散或悬浮 于其中的其它组分。液体涂料典型地在施用至基材后通过干燥而转变成固体涂层。固体涂 层或"涂层"不是液体但可包含痕量的溶剂或其它流体。涂层中的任何颜料颗粒均是固定的 且不是自由移动的。从液体涂料向涂层的转变可例如通过溶剂蒸发和/或树脂或其它聚合 材料的聚合而发生。液体涂料适于在无进一步稀释的情况下施用至基材，不同于将要在施 用之前调漆的漆浆。液体涂料可包括液相或溶剂、一种或多种粘结剂、W及一种或多种颜 料。此外，可使用多种添加剂，包括分散剂 、消泡剂、润湿剂、聚结剂、防诱剂和/或抗微生物 剂。液相+粘结剂被称作载剂。载剂还可包括非颜料物质，例如分散剂、润湿剂和缓冲剂。液 体涂料可为基于含水的或基于非含水的。如本文所用的，含水或水性液体涂料中的溶剂部 分（当最终涂料干燥或固化时蒸发的液体部分)包括至少90重量％的水，而且，在很多情况 下，溶剂体系是大于95重量％或大于99重量％的水。类似地，基于含水或水性液体涂料的全 部质量，含水或水性液体涂料可包括大于50重量％、大于80重量％、或大于90重量％的水。 含水分散体的介电常数典型高于非含水分散体，而且，在很多情况下，本文所述的分散体或 水性涂料的介电常数可大于50、大于60、或大于70且最高达水的介电常数(约80)。
[0023] 涂料中的颜料可向涂料(涂层)提供不透明性和色彩运两者且可改变其它性质例 如光泽、机械强度和耐久性。颜料还影响液体涂料性质，例如粘度。颜料(例如炭黑何难W 分散在液体(例如水）中，而且，高浓度的炭黑漆浆经常调漆W产生液体涂料。将炭黑直接分 散到最终调漆剂中的在先尝试需要太多的能力，导致破坏水性胶乳乳液。如果颜料例如炭 黑已经分散在漆浆中，则调漆成液体涂料典型地比由未经分散的炭黑粉末直接形成液体含 水涂料更为容易。漆浆可包括高浓度(例如25~58重量％ )的颜料例如炭黑，而液体涂料包 括低浓度(典型地0.5~3重量％ )的颜料。
[0024] 在涂料领域中，包括经改性和未经改性的炭黑的液体涂料经常通过如下制备:在 载体中，对炭黑进行珠磨W适当地分散炭黑。典型地，将炭黑与研磨介质、水、树脂、消泡剂、 聚结剂及其它任选的材料一起加入到Eiger磨机或其它介质磨机中W帮助促成稳定的分散 体。所述磨机可在W高的能量进行研磨的同时操作最高达数小时。典型地，需要超过100瓦 特的功率来产生200g的漆浆样品。在完成分散过程后，从漆浆过滤出研磨介质。漆浆可包含 大于30重量％的经处理的炭黑。通过用载剂(其可包括水性溶剂(水）、树脂、分散剂、润湿剂 W及可随着具体应用而改变的其它材料)稀释漆浆，漆浆分散体可被调漆W形成液体涂料。 尽管经高度处理的炭黑（大于10皿ol/m2)可提供稳定的含水分散体，但是，已经发现，经高 度处理的炭黑与一些树脂(例如丙締酸类树脂)的组合可导致具有差的遮盖性的涂层。
[0025] 本文所述的改性炭黑和液体涂料所具有的性质可消除对于高能球磨的需要。揽拌 或揽入过程不需要添加必须从所得的分散体过滤出来的玻璃珠或其它介质。可使用混合器 例如浆式混合器或高速混合器来进行揽拌。揽拌可需要比常规球磨少的能量，意味着分散 体或乳液不会被高能研磨工艺破坏。在很多实施方式中，对于200g样品，揽入改性炭黑颗粒 所需的功率小于100瓦特、小于70瓦特、小于50瓦特或小于40瓦特，而且，在运些功率水平 下，可在小于3小时、小于2小时、或小于1小时内获得稳定分散体。在一些实施方式中，混合 器的速度可限制为小于lOm/s、小于5m/s、小于3m/s、或小于或等于2m/s的混合叶片尖端速 度。揽拌无需像球磨那样提高分散体的溫度。例如，在一些实施方式中，揽拌过程将使液体 载剂的溫度升高小于l〇°C、小于5°C或小于rC。与此相反，研磨过程可使液体载剂的溫度升 高大于l〇°C，运可导致包括混合物凝胶化在内的许多问题。
[0026] 本文所述的改性炭黑颗粒可保持在含水体系中分散数月或数年。如本文所用的， 稳定的分散体是运样的分散体，其中，在1重量％炭黑加载量的分散体在升高的溫度(例如 52°C)下老化一周后，由该分散体制得的涂层在不诱钢上的遮盖能力不存在统计学上的显 著降低。如果分散体包含大于1重量％的改性炭黑(例如在漆浆的情形中），则使该分散体老 化并随后在包括相容性树脂的含水载剂中调漆至1重量％炭黑W测试在不诱钢上的遮盖能 力。当干燥时，涂层将包括约3重量％的炭黑。如本文所用的，"调漆"包括通过稀释漆浆而制 得的液体涂料W及直接通过将未经分散的颜料分散在液体载剂中而制得的液体涂料。
[0027] 在一组实施方式中，可将改性炭黑颜料直接揽拌到含水液体载剂中W产生稳定的 液体含水涂料，例如油漆或底涂。调漆产物可为具有例如1重量％、2重量％、3重量％或4重 量％的分散颜料含量的水性液体涂料。所述水性液体涂料可在不存在产生漆浆的中间步骤 的情况下产生。在一个实施方式中，包含1重量％~5重量％改性炭黑的液体涂料可由改性 炭黑直接制得而无需形成炭黑浓度大于10重量％的中间分散体(漆浆）。虽然涂料制造商先 前可能需要若干种不同的漆浆W确保与不同涂料配制物的相容性，但是，单一的干燥改性 炭黑可替代若干种漆浆，因为干燥的改性炭黑能够不含潜在的不相容组分例如不相容的树 月旨。干燥改性炭黑的运输成本可低于包含相等量的炭黑的漆浆，而且，干燥材料还可在更长 的时间段中稳定。除了干燥粉末形式W外，未经分散的改性炭黑还可W能够揽拌到液体载 剂中W形成液体涂料的替代性未分散形式(例如浆料或凝胶)来输送。
[0028] 在另一组实施方式中，使用本文所述的改性炭黑制造高加载量的漆浆。所述漆浆 可包括浓度大于30重量％、大于35重量％、或者大于或等于40重量％的改性炭黑且仍可实 现小于llOOcP、小于lOOOcP、小于800cP、小于700cP、小于650cP、小于600cP或小于560cP的 可用粘度(除非另有说明，否则在lOrpm下）。在一些实施方式中，漆浆可限于小于60重量％ 或小于5 0重量％的改性炭黑浓度。使用Bmokfield? DV-II+粘度计（Brookfield Engineering Laboratories,Middlebo;ro,ΜΑ)采用W下程序测量分散体粘度。
[0029] 在向该仪器供电后，打开冷却器并将溫度设定为25°C。然后，如由该仪器的显示器 所指示地采用自动调零方法将该仪器调零。通过按下"设定忍轴"功能直至所选忍轴（除非 另有指定，否则在此使用#3)高亮来选择忍轴。再次按下"设定忍轴"功能W输入选择。使用 待测试的分散体来部分地填充小样品杯。如果使用圆盘型的几何体(例如#3)，则将所述圆 盘置于分散体中并溫和地旋转W释放任何可能被捕集在所述圆盘下的空气。子弹形状的几 何体可直接连接至忍轴。然后，将样品杯置于该仪器上的夹套支架中，而且，如果尚未连接， 则将所述几何体梓紧到忍轴上。使用移液管，将所述样品杯填充至距离顶部约2.5mm，并且， 将速度设定为lOrpm。打开电动机并且使系统在lOrpm下平衡1分钟。在20rpm、50rpm和 10化pm下对此进行重复。在10化pm下平衡1分钟后，完成测试并关闭电动机。
[0030] 为了在液体含水涂料中达到具体的炭黑浓度，炭黑在漆浆中的较高的加载量允许 使用与较低炭黑浓度的漆浆相比较小量的漆浆。如果包括较高炭黑颜料加载量的漆浆稳定 的话，则可因此降低例如运输和储存的成本。在运些较高的浓度下，漆浆典型地变得太粘而 无法操作且可太粘而无法通过珠磨机。举例来说，为了通过Eiger磨机，除非使用大量的分 散剂，否则包括中等结构炭黑的漆浆典型地限于约25%的炭黑浓度。本文所述的改性炭黑 在较高的加载量下提供了较低的粘度。由于可将改性炭黑揽拌而非研磨到漆浆中，因此，在 生产过程中容许较高的粘度。例如，经约1.925ymol/m2的横胺酸处理的具有85.5mVg的STSA 表面积(在处理前的STSA)和25nm初级粒径的炭黑能够在小于2.4mg/平方米炭黑表面积(在 处理前的STSA)的分散剂浓度和40重量％的改性炭黑加载量下形成易于倾倒的漆浆。运允 许当与常规研磨产物（25%炭黑）相比时使制造等价液体涂料所需的漆浆体积减少约 28.5%。运还意味着液体涂料配制者能够更为细致地控制在最终液体涂料中的组分(例如 树脂和分散剂）的类型和浓度，因为较浓的漆浆(基于炭黑）向最终的含水液体涂料贡献了 较少量的运些材料。除了消除或减少所需研磨的量W外，能够显著地降低混合功率(速度）。 例如，本文所述的经处理的炭黑的一些实施方式可通过在小于lOm/s、小于5m/s、小于4m/s、 小于3m/s或者小于或等于2m/s的混合叶片尖端速度下进行混合而充分分散。相比之下，当 前所用的经改性和未经改性的炭黑颜料典型地通过在提高浓度的分散剂的存在下在大于 lOm/s的尖端速度下进行研磨和混合来制备。
[0031] 可使用若干种可测量的光学因子来评价包含颜料例如炭黑的涂层(涂料）。色彩可 通过测量黑度化*)、蓝色/黄色(b*)W及红色/绿色(a*)来Ξ维地表示。0的L*值可为完美的 黑色，而数值越高则越白。本文所述的液体涂料可固化成具有小于或等于5、小于或等于 4.5、小于或等于4、小于或等于3.5、或者小于或等于3的L*值的涂层。负的b*值指示蓝色底 色，而正的b*为黄色。本文所述的液体涂料可固化成具有小于或等于-0.2、小于或等于- 0.3、小于或等于-0.4、或者小于或等于-0.5的b*值的涂层。负的a*值指示较绿的色调，而正 的a*值指示较红的色调。运些值可在实验室中使用诸如化nter Lab Scan 6000的仪器来测 量。评价用于涂层中的炭黑的另一个重要因子是涂层的"遮盖能力"。更有利的涂层(涂料） 能够完全或基本上遮蔽或遮盖其上覆盖有所述涂层(涂料)的基材。本文所述的涂层(涂料） 的很多实施方式能够W非常薄的涂层遮蔽基材，且能够导致在0.0254mm的薄涂层下具有大 于或等于0.95、大于或等于0.97、大于或等于0.98、大于或等于0.99、或等于1的遮盖能力的 涂层。可使用具有一半黑色和一半白色的1^6116姑@油漆测试表或者BYK Opacity Chad# 2813来测量遮盖能力。涂层(涂料)的遮盖能力是白色区域上的光学密度与黑色区域上的光 学密度的比率。
[0032] 炭黑是本领域技术人员已知的且包括槽法炭黑、炉法炭黑、气黑和灯黑。可使用来 自多个供应商的炭黑。一些可商购获得的炭黑W商标艮ega||婚、B 1 a C k Pearls吸、Elftex?、Μ饼切rch⑥、Mogul?、S班eron?、掛erling"和 Vulcan"销售且 可得自Cabot Coloration(例如BlackPearls"? U〇〇、BlackPearls? l〇〇〇、[email protected] 900、Blackpe鄉880、Blackpearls觸 800、B1过ckpe过rk够 700、Black Pearls^町 570、Black Pearls" L、El化X 1^8、Elftex" :;2〇vM瞧arch …1100、Monarch" 100()、Monarch、900、 Monar浊愈880、Monarch" 800、Monarch" 700、Mogul'、I.、Regal?330、及egal' iOO、 民egal" 6 6 0和Vulcani''。其它可商购获得的炭黑包括但不限于W商标 [email protected]、Statexj.'、Furnex'叫日Neotex"销售的炭黑，可从Columbian 化emicals获得的 CD 和 HV系列，W 及可从 Orion Engineered Carbons 获得的 Coi.ax'K、Durax\ Ecorax'K 和 Pufex?产品。
[0033] 本文所述的炭黑可展现出特定范围的STSA。如本文所用的，改性炭黑的STSA是所 述炭黑在改性之前的STSA。在一些实施方式中，经改性的炭黑具有约lOmVg~约35(WVg、约 20m2/g~约30(WVg、或者约30m2/g~约150m2/g的STSA。在一个实施方式中，STSA为85.5m2/g 的炭黑提供了优异的结果。如果用于所需应用的期望的表面积不易于达到，则本领域技术 人员还应充分认识到，如果期望的话，可使改性炭黑经历尺寸减小或粉碎技术，例如球磨或 喷射研磨或超声处理，从而将颜料减小至较小的粒径。而且，改性炭黑可具有本领域已知的 各种各样的初级粒径。例如，炭黑可具有约5nm~约1 OOnm (包括约1 Onm~约80nm和15nm~约 5化m)的初级粒径。在一些实施方式中，炭黑可具有小于200、小于100或小于75皿的初级粒 径。此外 ，炭黑还可具有宽范围的邻苯二甲酸二下醋吸附(DBP，依据ASTM D2414)值，其为颜 料的结构或支化的量度。例如，炭黑可具有约25~400mL/100g(包括约30~200mL/100g和约 50~150mL/1 OOg)的DBP值。在含水分散体例如漆浆和液体涂料中，改性炭黑颗粒分散体可 展现出小于0.6皿(例如，0.1~0.6皿、0.1~0.4皿或者0.15~0.5皿)的D90。
[0034] 处理前的炭黑也可为已经使用氧化试剂氧化W将离子和/或能离子化的基团引入 到表面上的炭黑。已经发现，W该方式制备的炭黑在表面上具有较高的含氧基团程度。氧化 试剂包括，但不限于，氧气、臭氧、N02(包括N02与空气的混合物）、过氧化物(例如过氧化氨）、 过硫酸盐(包括过硫酸钢、过硫酸钟或过硫酸锭）、次面酸盐(例如次氯酸钢）、岩盐、面酸盐、 或高面酸盐(例如亚氯酸纳、氯酸钢或高氯酸钢）、氧化酸(例如硝酸）W及含有过渡金属的 氧化剂(例如高儘酸盐、四氧化饿、铭氧化物或硝酸姉锭）。也可使用氧化剂的混合物，特别 是气态氧化剂(例如氧气和臭氧）的混合物。此外，还可使用采用用于在颜料表面上引入离 子或能离子化的基团的其它表面改性方法(例如氯化和横酷化)而制备的炭黑。
[0035] 炭黑可为连接有至少一个有机基团的改性炭黑。有机基团可直接连接。直接连接 的基团是化学键合至炭黑且不简单地与炭黑结合的基团。如果大于75%的有机基团在用去 离子水漂洗时保留在炭黑上，则有机基团直接连接至炭黑。
[0036] 改性炭黑可使用本领域技术人员已知的任意方法制备，W使有机化学基团连接至 颜料。例如，改性颜料可使用美国专利No. 5，554，739、5，707，432、5，837，045、5，851，280、5， 885,335、5,895,522、5,900,029、5,922，118、6,042,643和6,337,358中所述的方法制备，它 们的说明书在此全部引入作为参考。与采用例如聚合物和/或表面活性剂的分散剂型方法 相比，运样的方法保证了基团在炭黑上的更稳定的连接。制备改性炭黑的其它方法包括使 具有可利用的官能团的炭黑与包含有机基团的试剂反应，运样的方法描述于例如美国专利 No.6,723,783中，该美国专利的全部内容在此引入作为参考。运样的官能化颜料可采用前 述引入的参考文献中所述的方法制备。另外，还可通过美国专利No. 6,831，194和6，660， 075、美国专利公布No. 2003-0101901和2001-0036994、加拿大专利No. 2，351，162、欧洲专利 No. 1394221 和PCT公布No.W004/63289 W及N.Tsubokawa,化lym. Sci .，17,417，1992中描述 的方法制备包含连接的官能团的改性炭黑，它们的全部内容也在此引入作为参考。
[0037] 改性炭黑的有机基团可为能够使改性炭黑分散在所选择的液体涂料或漆浆的含 水载剂中的基团。所述有机基团可包括离子化或能离子化的基团。如本文所用的，用于在形 成含水分散体之前通过例如重氮化学来处理炭黑的有机基团不被认为是由改性炭黑制得 的含水液体分散体中的分散剂。
[0038] 有机基团在改性炭黑上的连接(处理)水平应当足W提供改性炭黑在含水载剂中 的稳定分散体。根据每表面积(STSA)炭黑的有机基团的摩尔数来提供连接水平。例如，有机 基团可 W〇. 1 ~10.0 皿〇l/m2、0.2~5.0ymol/m2、0.5~2.扣 mol/V'O.S~2.0ymol/m2、0.5~ 1 .Symol/V、！ .5~S.Oymol/V、！ .5~4.0ymol/m2、l .5~4.5ymol/m2、或 1.0~2.0ymol/m2的 水平连接。在一些实施方式中，连接水平可大于O.Uimol/m2且小于3.0ymol/m2、或者大于0.1 ymol/m2且小于2.0ymol/m2。包括离子或能离子化的基团的基团的连接水平还可根据当量/ 面积来量化。运些连接水平可通过本领域技术人员已知的方法(例如元素分析)测定。
[0039] 可采用诸如重氮化学、偶氮化学、过氧化物化学、横化和环加成化学的方法，使基 团连接至炭黑。运些所引入的参考文献的一篇或多篇中所公开的重氮工艺可经调整W提供 至少一种重氮盐与炭黑颜料(例如尚未W连接基团进行表面改性的原始有机黑色颜料）的 反应。重氮盐为具有一个或多个重氮基团的有机化合物。在一些工艺中，重氮盐可在与有机 黑色颜料材料的反应之前制备，或者，更优选地，重氮盐可采用诸如所引用的参考文献中所 述的技术原位生成。原位生成还允许使用不稳定的重氮盐例如烷基重氮盐并且避免了重氮 盐的不必要的处理或操作。在一些工艺中，亚硝酸和重氮盐运两者均可原位生成。
[0040] 如本领域已知的，重氮盐可通过伯胺、亚硝酸盐(醋）和酸的反应生成。所述亚硝酸 盐(醋)可为任何金属亚硝酸盐(优选亚硝酸裡、亚硝酸钢、亚硝酸钟或亚硝酸锋）、或者任何 有机亚硝酸醋(例如亚硝酸异戊醋或亚硝酸乙醋）。所述酸可为在重氮盐的生成方面是有效 的任何酸(无机的或有机的）。优选的酸包括硝酸HN03、盐酸HC1、W及硫酸出S〇4。所述重氮盐 还可通过使伯胺与二氧化氮水溶液反应而生成。所述二氧化氮水溶液N02/此0可提供生成重 氮盐所需的亚硝酸。通常，当由伯胺、亚硝酸盐(醋）和酸生成重氮盐时，基于所述胺需要两 当量的酸。在原位工艺中，可使用1当量的酸生成重氮盐。当所述伯胺包含强酸基团时，在一 些工艺中，加入单独的酸可为不必要的。所述伯胺的酸基团可供给所需的酸当量之一或两 个。当所述伯胺包含强酸基团时，可向工艺中加入优选0~1当量的额外的酸W原位生成重 氮盐。已经显示出优越性质的运样的伯胺的一个实例为对氨基苯横酸(横胺酸）。
[0041] 经表面改性的炭黑可包含连接有至少一个有机基团的炭黑颜料。所述改性炭黑可 具有连接的至少一个具有式-X-Z的有机基团，其中，作为直接连接至炭黑的第一化学基团 的X代表亚芳基、亚杂芳基、亚芳烷基、或亚烧芳基，且Z代表第二化学基团。Z可为非聚合物 型的。Z可为，例如，至少一个离子基团或者至少一个能离子化的基团。
[0042] 如所述的，基团X可代表亚芳基或亚杂芳基、亚芳烷基或亚烧芳基。X可直接连接至 颜料上且进一步被Z基团取代。X可为连接体基团（例如，连接双基团（diradical ))，其优选 可直接结合在颜料表面和z基团之间。所述亚芳基和亚杂芳基可为芳族基团，包括，但不限 于，含有一个或多个环的不饱和环状控。对于亚杂芳基，芳族基团的一个或多个环碳被杂原 子代替。所述杂原子为非碳原子，例如N、s、0或其它。芳族基团的氨可被取代或不被取代。如 所述的，X可代表亚杂芳基。已经发现，采用包括基于杂环的重氮盐的重氮化学路线处理有 机黑色颜料表面例如巧黑表面可使得更易于连接表面改性基团。
[0043] 所述亚杂芳基可为连接体基团，其包括例如至少一个含有一个或多个杂原子(例 如，一个、两个、Ξ个或更多个杂原子)的杂环。所述杂环可包含例如3-12个环成员原子，或 者5-9个环成员，或者5、或者6、或者7、或者8元环。所述杂环可包括，例如，至少一个碳原子、 或者至少两个碳原子、或者其它数量的碳原子。当在杂环中使用多个杂原子时，所述杂原子 可相同或不同。杂环基团可包含单一杂环或者包括至少一个杂环的稠环。所述亚杂芳基可 为，例如，亚咪挫基、亚化挫基、亚嚷挫基、亚异嚷挫基、亚H恶挫基、亚异曝1挫基、亚嚷吩基、 亚巧喃基、亚巧基、亚化喃基、亚化咯基、亚化晚基、亚喀晚基、亚吗I噪基、亚异吗I噪基、亚四 挫基、亚哇嘟基、亚异哇嘟基、亚哇挫嘟基、亚巧挫基、亚嚷岭基、亚咕吨基、亚二苯并巧喃 基、亚2H-苯并化喃基、或者它们的任意组合。X还可代表亚芳基，例如亚苯基、亚糞基、亚联 苯基苯基、亚蔥基等。当X代表亚烷基时，实例包括，但不限于，取代或未取代的亚烷基(其可 为支化的或未支化的）。例如，所述亚烷基可为例如Ci-Ci2基团，诸如亚甲基、亚乙基、亚丙 基、或亚下基、或者其它亚烷基。
[0044] 基团X可进一步被不同于Z的基团例如一个或多个烷基或芳基取代。此外，基团X可 例如被一个或多个官能团取代。官能团的实例包括，但不限于，3、(《、(：01?、0)01?、00)1?、簇酸 根、面素、CN、NR2、SO抽、横酸根、硫酸根、NR(C0R)、C0NR2、N02、P0抽2、麟酸根、憐酸根、N-NR、 S0R、NS化R，其中，R可相同或不同，独立地为氨、支化或未支化的打-C20取代或未取代的、饱 和或不饱和的控，例如，烷基、締基、烘基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取 代或未取代的烧芳基、或者取代或未取代的芳烷基。
[004引如所述的，基团Z可为至少一个离子基团或能离子化的基团。基团Z还可包括离子 基团与能离子化的基团的混合。所述离子基团可为阴离子型或阳离子型，而且可与相反电 荷的反离子缔合，所述相反电荷的反离子包括诸如如下的反离子:船+、1(+心+、饥产、此4+、乙 酸根、^3\504^、於5化\心05化\0^和(：1^其中1?'代表氨或有机基团如取代或未取代的芳 基和/或烷基。所述能离子化的基团可为能够在所用的介质中形成离子基团的基团。能阴离 子化的基团可形成阴离子且能阳离子化的基团可形成阳离子。离子基团包括美国专利 齡.5,698,016、5,837,045和5,922，118中所描述的那些，其描述全部引入本文作为参考。所 述阴离子基团是可由具有能够形成阴离子的能离子化的取代基(能阴离子化的基团）如酸 性取代基的基团产生的带负电的离子基团。它们还可为能离子化的取代基的盐中的阴离 子。阴离子基团的代表性实例包括-C00-、-S03-、-0S03-、-HP03-、-0P03-哺-P03-2。所述阴离 子基团可包括反离子，其为单价金属盐，例如化+盐、K+盐、或Li+盐。所述反离子还可为锭盐， 例如NH4+盐。能阴离子化的基团的代表性实例包括-C00H、-S化Η、-P化此、-R/細、-R/ 0H和- S02NHC0R/，其中R'代表氨或有机基团如取代或未取代的芳基和/或烷基。所述阳离子基团 是可由能够形成阳离子的能离子化的取代基(能阳离子化的基团）如质子化胺产生的带正 电的离子基团。例如，烷基或芳基胺可在酸性介质中质子化W形成锭基团-NR/2H%其中R'代 表有机基团如取代或未取代的芳基和/或烷基。阳离子基团还可为带正电的有机离子基团。 实例包括季锭基团（-NR"+)和季禱基团（-PR"+)。在此，R'代表氨或有机基团如取代或未取 代的芳基和/或烷基。所述阳离子基团可包括烷基胺基团或其盐、或者烷基锭基团。
[0046] 所述基团Z可包括至少一个簇酸基团或其盐、至少一个横酸基团或其盐、至少一个 硫酸根基团、至少一个麟酸基团或其盐、至少一个烷基胺基团或其盐、或者至少一个烷基锭 基团。由于可优选基团X为亚杂芳基或亚芳基，因此，具有式-X-Z的连接的有机基团可包括， 但不限于，杂芳基簇酸基团、杂芳基横酸基团、芳基簇酸基团、芳基横酸基团、或者它们的 盐。例如，所述连接的有机基团可为，例如，咪挫基簇酸基团、咪挫基横酸基团、化晚基簇酸 基团、化晚基横酸基团、苯簇酸基团、苯二簇酸基团、苯Ξ簇酸基团、苯横酸基团、或者它们 的盐。所述连接的有机基团还可为运些中的任意的取代衍生物。
[0047] 如本文所用的，分散剂是可在含水体系中用于辅助形成原本不可分散的炭黑颗粒 的分散体的物质。分散剂与颗粒强有力地结合且针对其保持颗粒分开的能力进行选择。分 散剂可包括表面活性剂、官能化的聚合物和低聚物。分散剂可为非离子型分散剂或者可为 包括阴离子型分散剂和阳离子型分散剂运两者的离子型分散剂。优选非离子型分散剂，而 且，在离子型分散剂中，优选阴离子型分散剂。分散剂可为两性的且可为聚合物型的或者包 括聚合物型基团。分散剂不包括其它可用于含水涂料中的添加剂，例如润湿剂、消泡剂和共 溶剂。
[0048] 分散剂在漆浆或含水涂料中的浓度可W本领域技术人员已知的若干种方式来测 量。相信，充分分散炭黑所需的分散剂的量随着分散体中的颗粒表面 积而变化比随着分散 体中的颗粒质量而变化更为精确。因此，除非另有说明，分散剂在具体分散体中的浓度W分 散体中的分散剂质量/炭黑总面积(STSA)的单位来提供。例如，单位可为毫克分散剂/平方 米炭黑表面积，所述炭黑表面积通过STSA测定。由于可能难W精确地测定经改性(经处理） 的炭黑的表面积，因此，在分散体包括改性炭黑的情况中，当提供分散剂在分散体中的浓度 时，将使用相应的未经处理的炭黑的面积。
[0049] 聚合物型分散剂的特定实例包括合成的聚合物型分散剂。乙氧基化物通常在水性 配制物中用作分散剂。举例来说，使用烷基酪基乙氧基化物和烷基乙氧基化物。实例包括来 自Baker Petrolite的PETROUTE?0-1038。可用作含水涂料中的分散剂和添加剂的聚 合物及相关材料包括在来自Evon化的Tego产品、来自Lyondell的化hacryl产品、来自BASF 的化ncry 1聚合物和EFKA分散剂、W及来自BYK的Dispe比:yk?和Byk K分散剂中。可采用的 示例性的分散剂包括但不限于DisperBYK182、DisperBYK 190和/或DisperBYK 192(均可得 自BYK畑emie)、可得自Lubrizo 1的So 1 sperse?分散剂（包括46000); W及来自Ciba的 EFKA4585、ELKA4550和EFKA4560。
[0050] 各种流变改性剂也可与含水涂料组合物一起使用W调节组合物的粘度并提供其 它期望性质。适宜的化合物包括，但不限于，水溶性的聚合物和共聚物，例如阿拉伯树胶、聚 丙締酸盐、聚甲基丙締酸盐、聚乙締醇（来自DuPont的E1 vanol S、来自Celanese的 Celvoline)、径基亚丙基纤维素、径乙基纤维素、聚乙締基化咯烧酬（例如来自BASF的 Luvatec、来自ISP的Kollidon和Plasdone、W及PVP-K、Glide)、聚乙締酸、淀粉、多糖、经或 未经环氧乙烧和环氧丙烷衍生的聚乙締亚胺等。此外，粘结剂可W分散体或胶乳的形式添 加或存在。例如，聚合物型粘结剂可为丙締酸醋或甲基丙締酸醋共聚物的胶乳（例如来自 NSM Neoresins的NeoC巧Γ'材料、来自A化erdin泌-8〇1巧的4〔和45聚合物）或者可为能够 水分散的聚氨醋（例如来自A化erdin泌-Boley的ABU)或聚醋（例如来自Eastman化emical 的AQ聚合物）。可用作含水涂料中的粘结剂的聚合物(例如前面所列的那些）、变体及相关材 料包括在来自BASF的Jc府cry!?''聚合物、来自DSM Neoresins的NeoOyl材料、W及来自 A化erdin泌-Boley的AC和AS聚合物中。
[0051] 还可使用用于控制或调节本文所述的含水涂料组合物的抑的各种添加剂。适宜的 P的周节剂的实例包括各种胺例如二乙醇胺和Ξ乙醇胺W及各种氨氧化物试剂。氨氧化物试 剂是任何包含0H-离子的试剂，例如具有氨氧根反离子的盐。实例包括氨氧化钢、氨氧化钟、 氨氧化裡、氨氧化锭、W及氨氧化四甲基锭。还可使用其它氨氧化物盐、W及氨氧化物试剂 的混合物。此外，还可使用在含水介质中产生0H-离子的其它碱性试剂。实例包括碳酸盐例 如碳酸钢、碳酸氨盐例如碳酸氨钢、W及醇盐例如甲醇钢和乙醇钢。还可添加缓冲剂。
[0052] 在一组实施方式中，已经发现，易于分散的改性炭黑可通过如下制得:采用重氮化 学，使用横胺酸对未经处理的炭黑进行表面处理，导致包括苯横酸基团的改性炭黑：
[0053]
[0054] 在第二组实施方式中，采用重氮化学，使用对-氨基苯甲酸来处理炭黑，从而获得 包括苯甲酸基团的改性炭黑：
[0055]
[0056] 运些基团可有助于使得改性炭黑可分散，且如下面所示出的，很多运些经处理的 炭黑可在不使用高能量或研磨介质的情况下揽拌到涂料中。尽管采用较高的处理剂加载量 来改善炭黑的分散性，但是，已经发现，降低浓度的处理导致运样的颜料，所述颜料提供了 干燥成具有优良的遮盖能力和彩色色调的涂层的揽入液体涂料。此外，已经发现，与本领域 所认为的相反，其它分散剂可对一些经处理的炭黑的分散性具有负面影响。如本文所用的， "揽入"炭黑是运样的改性炭黑，其在含水载剂中的稳定分散不需要经过珠磨。举例来说，具 有小于300mVg的STSA和小于3.5、小于3.0、小于2.5、或者小于或等于2. Oymol/m2的处理水 平的非常特定的改性炭黑已经显示出在"揽入"液体涂料中提供优异的覆盖性和色彩。因 此，令人惊讶地，具有低处理水平（例如小于3.5wmol/m2)的经处理的炭黑在使用低能量揽 入工艺进行制造时能够形成导致具有优异的遮盖和色彩特征的涂料(涂层）的稳定含水分 散体。与常规看法相反，能够W低的分散剂浓度实现运些结果。例如，相对于炭黑在液体涂 料中的量，分散剂浓度可为小于5.0、小于3.0、小于2.4、小于2.0、小于1.8、小于1.5、小于 1.0、小于0.7、小于或等于0.5、或者小于或等于0.2111肖分散剂/平方米炭黑表面积(5了54)。在 相同或其它的实施方式中，分散剂浓度可为大于0.01、大于0.1、大于.2、或大于0.5mg分散 剂/平方米炭黑表面积。特定的分散剂范围可取决于，例如，正在分散的改性炭黑的处理水 平。运些分散剂范围可为，例如，0.1~3.5、0.1~3.0、0.1~2.5、0.1~2.0、0.1~1.5、0.1~ !.0、0.1~0.7和0.1~0.5mg分散剂/平方米炭黑表面积。已经发现，一个其中改性炭黑已经 处理至约1.84ymol/m2的有机处理加载量的实施方式要求最小量的分散剂。例如，在该实施 方式中，用于制造40重量％改性炭黑含水漆浆的分散剂的量可为0.1~1.0、0.1~0.7或0.1 ~0.5mg分散剂/平方米炭黑表面积。该漆浆在调漆至含水涂料分散体(1~5%改性炭黑)时 展现出低的粘度、优异的遮盖能力、良好的黑度和良好的底色。令人惊讶的是，W较高的处 理水平（例如大于或等于3.5ymol/m2)进行改性的改性炭黑实际上需要较大量的分散剂W 实现该水平的遮盖能力和色彩性能。
[0057] 在一组实施方式中，已经发现，包括具有低处理水平的炭黑与具有低分散剂浓度 的液体载剂的具体组合的分散体能够提供所拥有的性质与使用较高处理水平或较高分散 剂浓度制得的分散体同样良好或更佳的分散体。例如，在一个实施方式中，可将处理水平限 审IJ于小于3.5ymol/m2且分散剂浓度小于2.4mg/平方米炭黑。在另一实施方式中，可将处理 水平限制于小于3.0皿ol/m2且分散剂浓度小于2.4mg/平方米炭黑。在另一实施方式中，可 将处理水平限制于小于1.84ymol/m2且分散剂浓度小于1.7mg/平方米炭黑。在另一实施方 式中，可将处理水平限制于小于3.0皿ol/m2且分散剂浓度小于l.Omg/平方米炭黑。在具有 对于处理水平和分散剂浓度的限制的运些实施方式的任一个中，当将单位为ymol/m2的处 理水平与单位为mg分散剂/平方米炭黑的分散剂浓度相加时，总和可例如大于或等于2.0、 2.5、3.0或3.5。
[0058] 含水涂料的评价方法
[0059] 为了评价炭黑漆浆在形成含水涂料中的用途，可采用W下在本文中称为"含水涂 料评价方法A"的程序来产生膜，然后可测试该膜的诸如色彩、色相化ue)及遮盖能力的性 质。将所评价的漆浆调漆成具有下表中所提供的组分和量的200g最终分散体，从而在所述 最终液体涂料中达到1重量％的炭黑浓度。当固化时，该配制物将导致具有约3重量％炭黑 含量的固化涂层。如果任何调漆载剂组分无法获得，则其可用本领域技术人员已知的类似 材料替代。例如，可将化ocryl A-6085替换成另一种阴离子丙締酸类-苯乙締共聚物胶乳树 月旨。使用装有螺旋奖型不诱钢叶片的Stir-Pak'i^Heavy Duty实验室混合器，将炭黑漆浆揽拌 到表12的丙締酸类胶乳调漆载剂中。所述混合器是在设定1.5(500~lOOOrpm)下操作10分 钟。然后，将最终的液体分散体W所选择的厚度施用至不透明性图表或不诱钢基材并固化 W提供着色涂层，然后，可评价该着色涂层的诸如黑度化*)、蓝色/黄色底色(b*)、红色/绿 色底色(a*)及遮盖能力的光学性质。
[0060]
[0061] 实施例
[0062] 为了评价使用本文所述的揽入改性炭黑产生的涂料的特征，使用相同的未经处理 的炭黑W不同的有机处理水平制备一系列涂料。此外，将揽入涂料与使用相同的未经处理 的炭黑及液体载剂制备但使用常规珠磨工艺产生的涂料进行比较。
[0063] 实施例1-
[0064] W不同量的横胺酸采用常规重氮化学处理未经改性的炭黑（Regal330R)，从而产 生处理水平为1.925(样品1)、2.2(样品2)、3.3(样品3)和4.4ymol/m2(样品4)的经处理的炭 黑。Regal 330R炭黑具有85.5mVg的STSA、65mL/100g的DBP结构、W及25nm的平均初级粒 径。使用顶置式实验室浆式混合器W50化pm的速度将所述改性炭黑样品揽拌到表1的丙締 酸类胶乳调漆载剂中，从而达到在液体涂料中的1重量％的炭黑浓度。运导致具有约3重 量％炭黑的最终固化涂层。对于200g的样品，混合所需的功率小于40瓦特且干燥改性炭黑 是在小于60分钟内分散。对照物是未经改性的Regal 330R，其常规地首先W15%炭黑浓度 分散到漆浆中。然后，使用与实验样品中相同的材料，将该漆浆调漆至1%炭黑重量计） 液体涂料，但加入分散剂(PETROLITE D-1038)W达到1.47mg/平方米炭黑表面积的浓度。与 此相比，实验样品1-4中所提供的值为0.35mg分散剂/平方米炭黑表面积。使用刮涂棒将每 种样品W0.0254mm的湿膜厚度刮涂至不透明性图表上。每个膜干燥至约0.0082mm的膜厚 度。图1中提供了运些膜的照片的副本。如由运些照片明显的，对于1.925和2.2ymol/m2的处 理水平，低能量揽入材料的遮盖能力等于经珠磨的Regal 330R的遮盖能力。但是，具有较高 处理水平(3.3和4.4皿ol/m2)的样品展现出差的遮盖能力。图2示出了在不进行珠磨的情况 下的如样品1-4那样由使用已经揽拌的Regal 330R制备的涂料获得的膜。该样品显示出差 的覆盖性，表明本文所述的改性炭黑在采用揽入工艺时对于获得良好的覆盖性是重要的。 因此，运些实验表明：可用具有相对低的分散剂水平的低能揽入经处理的炭黑代替必须引 入到最终调漆剂中作为漆浆的包括高分散剂浓度的高能量的经珠磨的炭黑。
[0065]表 1 「00661
[0067] 实施例2-
[0068] 在另一组实验中，在不同的分散剂浓度水平下制备包括样品1的改性炭黑（1.925μ mol/m2)的漆浆，所述水平包括0.35mg分散剂(PETR0LITE D-1038)/平方米炭黑表面积、 0.70mg分散剂/平方米炭黑表面积、1.05mg分散剂/平方米炭黑表面积、及1.47mg分散剂/平 方米炭黑表面积。使用表1的配制物对运些漆浆进行调漆W提供液体涂料。图2A、2B和2(：示 出了比较所述液体涂料与具有1.47mg分散剂(PETR0LITE D-1038)/平方米炭黑表面积的 Regal330R的常规涂料的L*(黑度）、b*(底色)和遮盖能力的图示结果。如图3中所示的，在钢 基材上的L*色彩性能相对于使用对照物获得的L*色彩性能（约5的L*值)有显著改善。不使 用分散剂，样品1提供了小于3的L*值，而且，在0.35mg分散剂/平方米炭黑表面积下，样品1 提供了 3.3的L*值，在0.70mg分散剂/平方米炭黑表面积下，样品1提供了 3.5的L*值，而常规 涂料在1.47mg分散剂/平方米炭黑表面积的分散剂水平下具有4.9的L*值。
[0069] 图4图示说明了所有样品在钢基材上的遮盖能力。涂料各自W0.0254mm的厚度施 用并使其干燥。使用BYK化acity化art#2813评价遮盖能力。分散剂浓度为1.47mg/m2的经 珠 磨的对照样品W及所有的实验样品均展现出1的遮盖能力。运说明实验样品能够展现出 与具有较高分散剂水平且已经在高能量下研磨的常规炭黑含水涂料相同的遮盖能力。
[0070] 图5提供了显示实验样品和对照物的蓝色底色值的图示数据。具有1.47mg/m2分散 剂的常规珠磨材料提供了约0.0的b*值。除了完全不含分散剂的情形W外，经揽拌的液体涂 料全部导致具有约-0.6的负(优选)底色的涂层(涂料）。运说明由本文所述的改性炭黑体系 制得的揽入涂料的优异的蓝色底色。
[00川实施例3-
[0072] 在另一实验中，漆浆(S)是使用本文所述的改性炭黑和方法制得且将其与使用常 规炭黑制得的漆浆W进行比较。使用表2的配制物W〇.35mg/m2的分散剂加载量将漆浆SffjU 备成35.5重量％炭黑。使用9?的已经处理至1.925皿ol/m2的横胺酸水平的Regal 330R制 备样品S。使用未经处理的Regal330R制备样品M。使用立式奖式揽拌机W5(K)rpm(1.05m/s尖 端速度)及40瓦特揽拌样品S。样品Μ旨在首先在预混合步骤中用高速混合器（lOm/s尖端速 度)进行处理，随后在Eiger磨机中进行研磨步骤。但是，在所述预混合步骤后，发现膏剂太 稠 W致于无法通过所述磨机。
[0073] 表 2
[0074]
[0075] ~图6A和6B中示出了每种样品的结果。如所清晰显示的，样品S(6A)产生了可倾倒的 良好分散的漆浆。其粘度在530cP下使用化ookfield粘度计及本文所述的方法测量。但是， 样品M(6B)导致不可倾倒且不适合用作漆浆的稠的膏剂。
[0076] 另一种改性炭黑（样品5)是通过将Black Pearls 800(Cabot Coloration)处理 至2.90ymol/m2(STSA)横胺酸的表面浓度而制得。为了制备揽入炭黑漆浆，使用 Dispermat? (4 0mm直径Co W1 e S叶片）W 5 0 Or pm (1.0 5m/ S的尖端速度）将样品5、水、基料 (base)(AMP-95)、消泡剂（Dehy化an 1293)、及分散剂（Petrolite D-1038)混合 1 ~2分钟 (参见表3)。在揽拌的同时，经60秒添加样品5。然后，将混合速率提高至1000巧m(尖端速度 2. lOm/s)并W1，0(K)rpm继续混合30分钟。漆浆包含17.6重量％的炭黑且活性分散剂/炭黑 的比率为约3重量％、或0.157mg活性分散剂/平方米炭黑表面积。
[0077] 表 3 [007 引
[0079]~为了使用与样品5相同形态但未经表面处理的常规炭黑来制备炭黑漆浆，使用表4 中的配方。使用Dispen'mit'K W50化pm将水、基料、消泡剂和分散剂混合1~2分钟。然后，在 揽拌下添加常规炭黑(Black Pearls 800(STSA 191mVg)，样品6)。在加入所有炭黑后，将 混合速率提高至4，00化pm( 8.4m/s尖端速度)并且将各组分混合约5分钟。然后，使预混合物 通过邸式珠磨机持续约20分钟。漆浆具有17.6%的炭黑加载量，与用揽入炭黑制得的漆浆 相同。然而，常规炭黑的活性分散剂/炭黑的比率必须显著较高（约25% (重量/重量）或 1.3mg分散剂/平方米炭黑表面积）W分散并获得稳定的漆浆。
[0080] 表 4
[0081]
[0082] 然后，将炭黑漆浆(来自样品5和6)配制到丙締酸类和醇酸水性树脂两者中。对于 水性丙締酸类涂料，使用表5中的丙締酸类调漆剂母料配方。为了制得最终的成品(finish) 黑色丙締酸类涂料，根据表6中的配方，在良好揽拌下，向94.?丙締酸类调漆剂中缓慢加入 5.2g炭黑漆浆，且混合继续15分钟。类似地，对于水性醇酸涂料，根据表7中的醇酸母料配方 制得醇酸调漆剂并且根据表8中的配方制备醇酸成品(finish)涂料。
[0083] 表 5
[0084]
[0087]表 7
[008引
[0091] 另一种改性炭黑（样品7)是使用与前面的方法相同的方法通过将曰ftex'"'320 (STSA 62mVg)(Cabot Coloration)处理至2.1皿ol/m2横胺酸的表面浓度而制得。为了制 备揽入炭黑漆浆，使用Disp汾班姐? (40mm直径Cow 1 eS叶片）W 500巧m(1.05m/S的尖端速度） 将样品7、水、基料(AMP-95)、消泡剂(Dehydranl293)、及分散剂(Petrolite D-1038)混合1 ~2分钟（参见表3)。在揽拌的同时添加样品7。然后，将混合速率提高至l，0(K)rpm并且W1， 00化pm继续混合30分钟。漆浆包含17.6重量％的炭黑且活性分散剂/炭黑的比率为约3% (重量/重量)或0.5mg分散剂/平方米炭黑。
[0092] 结果-
[0093] 实施着色研究W评价样品5和6之间的差异。对于着色研究，制备包含Ti化的白色 色调基料，然后，加入黑色成品涂料W产生1.3重量％的炭黑对Ti化固体的比率。
[0094] 在钢板上使用3密耳刮涂棒(约1密耳干膜厚度)刮涂所得涂料W用于色彩测量。使 用来自化nterLab Inc的化nter Labscan XE分光光度计实施色彩测量。对于遮盖性测量， 在不透明性图表上使用3密耳刮涂棒(约1密耳干膜厚度)刮涂涂料。计算图表中的白色部分 的光学密度对图表中的黑色部分的光学密度的比率W测定每种样品的遮盖能力。对于丙締 酸类涂料，在进行测量之前，将所述板冲洗(flash)20分钟并然后在70°C下烘烤30分钟。在 进行测量之前，使醇酸涂料在室溫下空气干燥7天。
[0095] 图2示出了使用仅用高速混合器根据表1中所示的配方制备的常规的未经处理的 炭黑的漆浆的丙締酸类涂料的遮盖性。显然，使用高速混合器没有将未经处理的炭黑适当 地分散，因为观察到大的炭黑块。因此，膜没有达到其色彩潜力(color potential)。当采用 常规处理水平(大于3.3ymol/m2)时，经处理的炭黑易于分散在水中。然而，当液体涂料干燥 时，具有过多亲水基团的经常规处理的炭黑与水性树脂不相容，导致膜的大片区域无炭黑， 由此损伤其色彩性能，如图1的最后的板中所示的。仅在处理水平低于3.化mol/m2时，经处 理的炭黑易于分散在水中旦在涂料干燥后与水性涂料树脂相容。因此，获得具有优异遮盖 性的深黑色膜，如图1的前两组板中所示的。
[0096] 图7A和7B示出了在丙締酸类涂料中在浓色（墨色，masstone)(A)和浅色（色泽， tint) (B)配方中具有相同形态的样品5和Black Pearls 800的色彩性能的比较。显然，在浓 色和浅色配方运两者中，样品5与常规炭黑(Black Pearls 800)相比提供了较低的L*，指示 在浓色配方中的较高的黑度W及在浅色配方中的较高的色调强度。当将样品5配制到醇酸 涂料中时，观察到相同的益处，如图7C和7D中所示的。此外，观察到，在浓色配方中，样品5产 生具有较蓝底色(较低b值)的涂料，运常常指示较细的炭黑分散程度。而且，使用样品5,仅 使用Dispermat?混合器在不存在研磨步骤的情况下制备炭黑漆浆来实现运些色彩性能优 点。此外，样品5仅需要约0.157mg活性分散剂/平方米炭黑表面积，而常规炭黑需要1.3mg活 性分散剂/平方米炭黑表面积。使用过多的分散剂不仅给涂料或漆浆制造者强加了显著的 成本，而且，由于分散剂迁移至涂料(涂层)表面，使得成品涂料(涂层)更为亲水，损害了涂 料(涂层)的耐久性和耐候性。
[0097] 图8A-8帥提供了关于样品巧日未经处理的Regal 330R的浓色和浅色的相同信息。 如前面针对样品5所述的，实验样品2与常规炭黑(Regal 330R)相比提供了较低的L*，指示 在浓色配方中的较高的黑度和在浅色配方中的较高的色调强度。类似地，样品2也在醇酸涂 料中提供了类似的改善。
[0098] 图9A-9D提供了样品7和未经处理的Elftex 320炭黑的相应数据。样品7与常规炭 黑巧Iftex 320)相比提供了较低的L*，指示在浓色配方中的较高的黑度和在浅色配方中的 较高的色调强度。样品7也在醇酸涂料中提供了类似的改善，如图9C和9D中所示的。因此，样 品5、2和7中的每一个均表明，在与由其制得每种样品的未经处理的炭黑相比时，提供了改 善的黑度和浅色(色泽，tint)。即使在较低的分散剂水平下及在两种不同的涂料类型(丙締 酸类和醇酸涂料)中也是如此。
[0099] 为了检查每种炭黑样品的分散体水平，完成了横截面透射电子显微镜(TEM)研究。 使用化w&rTome PCXBoeckeler)对不透明性图表上的涂层进行切片并且将薄片捡取到铜网 格上W便使用JEM1200(巧0L)在80,000V的加速电压下下进行TEM检查。在图10A和10B中，放 大倍率为2000倍。图10A示出了样品5在丙締酸类涂料中的分布。看到，细炭黑颗粒良好地分 布在涂层聚合物基体中；尺寸表现为接近于约100~200nm基础聚集体尺寸。运指示，仅用 Dispermat?制得的包含样品5的炭黑漆浆被非常良好地解聚，证明揽入混合条件足W使样 品5分散至接近聚集体的水平。图10B示出了具有与样品5相同形态的Black Pearls 800在 丙締酸类涂料中的分布。Black Pearls 800漆浆通过如下获得:首先，使用Disj把1*地被?进 行预混合步骤，随后，使用邸式磨机进行研磨步骤。如图10B中所示的，即使使用邸式研磨及 高得多的分散剂加载量(1.3mg分散剂/平方米炭黑表面积对0.157mg分散剂/平方米炭黑表 面积），也难W实现常规炭黑解聚至基础聚集体水平，且在最终涂料中保持某一颗粒聚集水 平。用于样品5和用于Black Pearls 800的分散剂类型相同。
[0100] 为了证明在较高浓度下的分散性，使用Dispennat"' WlOOOrpm经30分钟制备具有 30%样品5且不含任何分散剂的炭黑漆浆。所得的漆浆为流体。在另一实例中，使用 〇13口6化化1">^1000巧111经30分钟在3%分散剂的存在下使用样品2来制备具有35.5%炭黑 加载量的揽入漆浆。所得的漆浆在低剪切下具有约600cP的粘度且展现出剪切变稀行为，如 图11中所示的。与此相反，对于具有与样品2相同形态的未经处理的Regal 330R，需要邸式 磨机来制备漆浆，且发现在漆浆中的最大炭黑加载量为约20%，如果超过该加载量，则漆浆 太粘而无法通过邸式磨机。在该固体加载量(〉20重量％ )下，预混合物的粘度与具有35.5% 加载量的样品2的漆浆(未预混合)的粘度相似，如图11中所示的。通过本文所述的揽入炭黑 而赋予的较高的炭黑漆浆浓度使涂料配制者具有配方灵活性且还使得漆浆制造者能够在 其产品中运送较少的水。
[0101] 为了说明选择正确的炭黑处理水平和分散剂浓度的重要性，使用非常类似的组合 物制备一系列漆浆但处理水平和/或分散剂浓度稍有变化。除非另有阐述，由本文所述的改 性炭黑制得的揽入分散体采用W下程序制备。使用具有40mm Cowles叶片和不诱钢混合容 器的Dispermat猿CV3+混合器(VMA-GETZMA順GMBH)分散改性炭黑。几何体如制造商所推 荐的那样进行配置。W下实施例提供了产生30重量％改性炭黑和0.185mg分散剂/平方米炭 黑表面积(STSA)的200g分散体的细节。在后续运行中，对特定的改性炭黑及分散剂浓度进 行调节W产生表9中所提供的漆浆。样品漆浆包含40重量％的改性炭黑，但样品8A、8B、13和 14 (30重量％ ) W及样品15和16 (10重量％ )除外，因为运些样品在40 %下使用任何量的分散 剂均不可分散。使用民egal取660R(121m2/g的STSA和65的DBP)作为基础炭黑制得样品8A至 14。样品15在处理之前具有370mVg的STSA和lOOcmVg的DBP结构。样品16具有325mVg的 STSA和lOOcmVg的DBP结构。用于样品15和16的基础炭黑根据美国专利No.RE28,974中所述 的方法产生且如美国专利No.5,707,432中所述的那样使用横胺酸进行处理。运两篇专利均 在此引入作为参考。
[0102] 向内径90mm的600血不诱钢烧杯中加入111.6g的水(对于8A、8B、13和14为132g;对 于15和16为169.5g)、6.0g的D e岭(虹抑愈12 9 3 (消泡剂）、0.5 g的AMP - 9 5 (P Η调节剂）和 1.94旨的化渾611巧帖)192分散剂(对于84、88、13和14为1.45旨;对于15和16为4.0旨）。将所述 烧杯置于Dispermat上并且将所述40mm叶片调节至15mm的高度W允许液体完全覆盖叶片。 然后，将内容物mOOO巧m-起混合1~2分钟。将80g(对于8A、8B、13和14为60g)经横胺酸处 理的干燥改性炭黑粉末称量至单独的容器中并经60秒的过程缓慢添加至含水混合物中。实 施目视检查W确认，所有改性炭黑均已经润湿。然后，将所述Cowles叶片调节至20mm的高度 并将速度设定为2000rpm，相当于4.2m/s的叶片尖端速度。所述混合器W2000rpm操作30分 钟W产生改性炭黑的含水分散体。对于样品8B，所述混合器W4000巧m而非2000巧m操作30 分钟。
[0103] 表9中提供了每种样品的处理水平、分散剂水平和粒径分布。尝试使用改性炭黑W 4、5和6皿ol/m2的处理水平产生其它漆浆样品，但不对所述样品作进一步评价。此外，由于 处理水平为1皿ol/m2且具有0.2mg分散剂(Disperbyk 192)的改性炭黑未浸湿，因此，无法 将其制成30重量％炭黑的可用的漆浆分散体。使用得自化riba Sc ient ifi C的化riba LA- 950V2粒径仪测定粒径分布。对于粒径测定，使用抑10.5的水将每种分散体稀释至约0.1重 量％的固体浓度。通过一式两份地运行每种样品来产生体积加权的团聚体尺寸分布曲线。 表9提供了针对每种分散体的粒径分布的中值、模式、DIO和D90。具体地说，将D90视为炭黑 分散情况的良好指示且基于体积加权来提供。用于测定处理水平和分散剂水平的表面积值 是未经改性的炭黑的STSA。各分析均一式两份地运行。样品13展现出双模态分布且在约2μπι 处具有小的第二模态，和样品16展现出双模态分布且在Iwii和lOOwii处具有两个模态。样品 15和16在30重量％下及在10%分散体下不可分散，观察到大的颗粒。运意味着，运些炭黑不 适合用在大于30%炭黑的揽入漆浆中且具有大于300mVg的高表面积(STSA)的炭黑不适合 用于该应用。
[0104] 表9
[0105]
[0106] 下表10提供了针对如表9中所产生的相同分散体的其它数据。除了 D90W外，该表 提供了针对每种可测试粘度的漆浆的每一样品的粘度数据。使用化ookfield DV-II+粘度 计及本文所述的方法测试各样品。在1〇、20、50和l(K)rpm下评价每种样品并记录粘度。在分 散剂浓度和相对粘度之间不存在直接相关。
[0107]表10 [010 引
[0109] 对样品进行调漆W测定它们在作为成品（finished)涂料施用时的遮盖能力、色彩 和色相性质。使用Hunter Lab Scan XE分光光度计测量0.0762mm湿厚度膜(WTF)的黑度 (L*)、蓝色/黄色底色(b*)和红色/绿色底色(a*)并报告在下表11中。通过使用一半为黑色 且一半为白色的BYK Opacity化art#2813来评价0.0762mm湿厚度膜(WTF)的遮盖能力。使 用基[email protected]光密度计测量涂层(涂料）的遮盖能力并且也报告在表11中。由于样品15和 16不能分散，因此，认为，样品15和16不适合用在含水涂料漆浆中，且因此未提供运些样品 的色彩和遮盖性数据。显示出良好遮盖能力U 0.99)和低粘度的样品(表10)是在漆浆中具 有处理水平和分散剂加载量的相对低组合的那些样品。相反地，包括高的处理水平和/或高 的分散剂水平的那些样品对于遮盖能力、色彩、粘度或粒径中的至少一种不是最佳的。总的 说来，运些数据指示，一些最佳结果实际上是在包括相对低的处理水平（例如小于化mol/ m2)W及低的分散剂水平(例如小于或等于2.4mg/平方米炭黑表面积）的分散体中获得的。 因此，有效的揽入漆浆或液体涂料分散体能够W低的有机处理加载量和降低的分散剂水平 来产生。
[0110] 表11
[0111]
[0112] 虽然本文中已阐述并图示说明本发明的若干实施方式，但本领域技术人员将容易 地想到用于实施本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或一或多个优点的多种其 它手段和/或结构，且运样的变型和/或修改中的每一种均被认为在本发明的范围内。更通 常地，本领域技术人员将易于了解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和配置均意欲具有示 例性，且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的特定应用。本领域 技术人员仅使用常规实验即可认识到或能够确定本文所述的本发明的特定实施方式的很 多等价形式。因此，应理解，前述实施方式仅W实例的方式呈现，且在所附权利要求书及其 等价物的范围内，可W不同于明确阐述并要求保护的方式来实践本发明。本发明是关于本 文所述的每个单独特征、体系、物品、材料、材料包和/或方法。此外，如果运样的特征、体系、 物品、材料、材料包和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个运样的特征、体系、物品、材料、 材料包和/或方法的任意组合均包括在本发明的范围内。
[0113] 如本文所定义和使用的所有定义均应理解为控制辞典定义、W引用方式并入的文 件中的定义和/或所定义的术语的普通含义。
[0114] 除非明确指示相反的含义，否则如本文所用的在说明书和权利要求书中的不定冠 词V'和"an"应理解为意指"至少一个(种r。
[0115] 如本文所用的在说明书和权利要求书中的短语"和/或"应理解为意指所结合的要 素中的"一种(个)或两种(个)"，即，要素在一些情形下联合地存在且在其它情形下分开地 存在。除非明确指示相反的含义，否则除了通过"和/或"子句明确识别的要素 W外，可任选 地存在与那些明确识别的要素相关或不相关的其它要素。
[0116] 在本申请中列举或提及的所有参考文献、专利及专利申请和公开均在此全文引入 作为参考。
[0117] 本申请的权利要求如所附权利要求书所述。
【主权项】
1. 炭黑漆浆分散体，包含： 含有大于90重量％水的含水溶剂； 至少30重量％的改性炭黑，所述改性炭黑具有在处理之前测量的20~300m2/g的STSA， 使用包含有机基团和离子或能离子化的基团的处理剂在1 .〇~3. Ομπιο?/m2的处理剂浓度下 对所述改性炭黑进行改性； 浓度小于2.4mg/平方米炭黑表面积的分散剂，所述炭黑表面积是在处理之前通过STSA 测量的；和 其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑的小于10体积％具有大于〇. 5μπι的粒径。2. 炭黑漆浆分散体，包含： 含有至少90重量％水的含水溶剂； 大于30重量％的改性炭黑，所述改性炭黑使用有机处理化合物以1~3.Ομπιο?/m2的处理 水平进行处理，所述有机处理化合物包含芳基以及离子或能离子化的基团这两者，由未经 处理的炭黑制得的所述改性炭黑具有大于20m 2/g且小于300m2/g的STSA; 小于或等于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积;和 其中，所述炭黑漆浆分散体在52°C下、一周后仍保持稳定分散。3. 炭黑漆浆分散体，包含大于或等于30%的改性炭黑以及小于2.4mg的分散剂/平方米 炭黑表面积，所述改性炭黑使用处理剂以小于或等于2. Ομπιο?/m2的水平进行处理，所述漆 浆包含包括至少90%水的含水溶剂，且其中以ymol/m 2计的处理水平及以mg/m2计的分散剂 水平的总和大于或等于2.5。4. 权利要求1、2或3中任一项的漆浆分散体，其中，当采用含水涂料评价方法A进行测试 时，所得的固化涂料在不锈钢上在约〇.〇76mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.98的遮盖 能力。5. 前述权利要求的漆浆分散体，其中，所述改性炭黑具有15-50nm的平均初级粒径。6. 前述权利要求中任一项的漆浆分散体，其中，所述处理剂包含芳基。7. 前述权利要求中任一项的漆浆分散体，其中，所述处理剂包含磺酸基团或其盐、苯甲 酸基团或其盐、羧酸基团或其盐、或者膦酸基团或其盐。8. 前述权利要求中任一项的漆浆分散体，其中，所述炭黑漆浆包含非离子型分散剂。9. 由前述权利要求中任一项的漆浆制得的含水涂料分散体，其中，所述含水涂料分散 体包含水性的醇酸树脂或丙烯酸类树脂。10. 前述权利要求中任一项的漆浆分散体，其中，所述处理剂直接连接至所述炭黑。11. 含水涂料，其通过将前述权利要求中任一项的漆浆分散体调漆至0.01~5重量％的 改性炭黑浓度而产生。12. 权利要求1 -8和10中任一项的漆浆分散体，其中，所述分散体在1 Orpm和25°C下展现 出小于llOOcP的布氏粘度。13. 制造稳定含水液体涂料的方法，所述方法包括： 将未经分散的改性炭黑粉末以大于所述稳定含水液体涂料的0.01重量％且小于所述 稳定含水液体涂料的5重量％的炭黑加载量混合到含水涂料调漆载剂中，所述改性炭黑以 1.0~3. Ομπιο?/m2的水平进行处理，所述稳定含水液体涂料具有小于2.4mg/平方米炭黑表 面积的分散剂浓度;和 其中所述含水液体涂料在不锈钢上在〇.〇762mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.97 的遮盖能力，且其中所述未经分散的改性炭黑粉末能够通过在叶片尖端速度不超过4m/s的 同时将所述炭黑搅拌到所述含水涂料调漆载剂中来进行分散。14. 权利要求13的方法，其中，所述改性炭黑以小于1.925μπι〇1/πι2的水平进行处理。15. 权利要求13或14的方法，其中，所述分散剂的浓度小于或等于1.7mg/平方米炭黑表 面积。 权利要求13、14或15的方法，其中，所述改性炭黑粉末是不包括研磨介质的干燥粉末。16. 权利要求13-15中任一项的方法，其中，所述遮盖能力大于或等于0.98或0.99。17. 制造含水漆浆分散体的方法，所述方法包括： 将不含研磨介质的未经分散的改性炭黑干燥粉末以基于所述漆浆最终重量的至少30 重量％的浓度搅拌到含水载剂中，以形成炭黑漆浆，所述改性炭黑使用处理剂以1.0~3.0μ mol/m2的加载量进行处理，所述处理剂包含芳基以及离子或能离子化的基团，所述含水载 剂包含包括大于90重量％水的溶剂及小于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，和 其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑的小于10体积％具有大于〇. 5μπι的粒径。18. 权利要求13-17中任一项的方法，其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑颗粒的少于 10体积％具有大于〇. 4μπι的粒径。19. 权利要求17的方法，其中，所述炭黑以40重量％或更高的浓度分散。20. 权利要求17的方法，其中，所述分散剂处于小于1.7mg分散剂/平方米炭黑表面积的 浓度下。
【专利摘要】提供了含水炭黑漆浆、含水炭黑液体涂料、以及制造所述漆浆和液体涂料的方法。所述炭黑是这样的改性炭黑，其设计成在不存在炭黑高能研磨的情况下能够搅拌到含水载剂中。所述改性炭黑包括低的有机处理水平，而且，所述漆浆和液体涂料无需大量分散剂。所得的涂料展现出优异的粘度、着色、遮盖能力和稳定性。
【IPC分类】C09D17/00
【公开号】CN105555884
【申请号】CN201480050620
【发明人】L.古延, 张青岭, L.拉罗什尔理查德
【申请人】卡博特公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2014年7月10日
【公告号】DE112014003252T5, US20160137866, WO2015006620A2, WO2015006620A3
【技术领域】
[0001 ]本公开内容设及炭黑，且特别地，设及结合有改性炭黑的水性(waterborne)涂料 和漆浆。
【背景技术】
[0002] 炭黑颜料用在包括油墨、涂料、调色剂、粘合剂、管道、线缆和滤色器的许多领域 中。在很多情况中，炭黑分散在可为含水或非含水的液体载剂中。可使用不同的材料处理炭 黑W使得它们更易于分散在含水或非含水的体系中。
【发明内容】
[0003] 在一个方面中，提供了漆浆分散体，所述漆浆分散体包含:含有大于90重量％水的 含水溶剂;至少30重量％的改性炭黑，在处理之前，所述改性炭黑具有20~300mVg的STSA， 使用包含有机基团和离子或能离子化的基团的处理剂W1.5~3.0皿ol/m2的处理剂浓度对 所述改性炭黑进行改性;浓度小于2.Omg/平方米炭黑表面积的分散剂，所述炭黑表面积是 在处理之前通过STSA测量的，且其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑的小于10体积％具有 大于0.5WI1的粒径。当采用本文所述的含水涂料评价方法A进行测试时，所得的固化涂料能 够在不诱钢上在约0.076mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.98的遮盖能力。此外，所述炭 黑能够W1.5~3.5、1.5~2.5、或1.5~2μπιο 1 /m2的处理剂浓度进行处理。由所述漆浆制得 的1~5重量％改性炭黑的涂料能够具有大于或等于0.95、0.97、0.98或0.99的遮盖能力且 能够在所述漆浆分散体已经在升高的溫度(例如52°C)下老化一周后获得。所述漆浆分散体 可包括具有15-5化m平均初级粒径的改性炭黑颗粒，而且，可使用包含芳基、横酸基团或其 盐、苯甲酸基团或其盐、簇酸基团或其盐、或者麟酸基团或其盐的试剂处理所述改性炭黑颗 粒。所述分散剂可为非离子型分散剂，且所述漆浆可包含醇酸树脂或丙締酸类树脂。所述处 理剂可直接连接至炭黑。所述漆浆可在10巧m和25°C下展现出小于700、小于650、小于600、 或小于550cP的布氏粘度。
[0004] 在另一方面中，提供了炭黑漆浆分散体，所述漆浆分散体包含:含有至少90重量％ 水的含水溶剂;大于30重量％的改性炭黑，所述改性炭黑使用处理化合物W1~3.5ymol/m2 的处理水平进行处理，所述有机处理化合物包含芳基W及离子或能离子化的基团运两者， 由未经处理的炭黑制得的所述改性炭黑具有大于20mVg且小于300mVg的STSA;W及小于或 等于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积(相对于1平方米的炭黑表面积，小于或等于2.4mg 的分散剂）。所述炭黑漆浆分散体可在52°C下、一周后仍保持稳定分散。所述未经处理的炭 黑的表面积也可小于250、小于200、或小于150m^g。所述漆浆可包括大于或等于20、30或40 重量％的改性炭黑且还可包括大于或等于0.1、〇. 2、0.5、1.0或1.5g的分散剂/平方米炭黑 表面积。所述漆浆还可包括小于3.5、小于3.0、小于2.5、小于2.0、小于1.5、小于1.0、小于 0.8、小于或等于0.5、或者小于0.5mg的分散剂/平方米炭黑表面积。所述未经改性的炭黑可 具有小于350、小于300、小于250、小于200、或者小于150mVg的表面积(STSA)。所述漆浆可 在不存在球磨研磨的情况下产生且可采用不超过2m/s、3m/s或4.2m/s的叶片尖端速度混合 到含水载剂中。所述漆浆可具有Wmg/平方米炭黑表面积计的在（1.5(x-2)2+0.6)+/-0.5范 围内的分散剂浓度，其中X等于Wymol/m2计的处理水平。
[000引在另一方面中，提供了炭黑漆浆分散体，所述漆浆包含大于或等于30%的改性炭 黑W及小于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，所述改性炭黑使用处理剂W小于或等于 2.0皿ol/m2的水平进行处理，所述漆浆包含包括至少90 %水的含水溶剂，且其中W皿ol/V 计的处理水平及Wmg/m2计的分散剂水平的总和大于或等于2.5。所述炭黑漆浆分散体可在 52°C下、一周后仍保持稳定分散。所述未经处理的炭黑的表面积也可小于250、小于200或小 于150m^g。所述漆浆可包括大于或等于20、30或40重量％的改性炭黑且还可包括大于或等 于0.1、0.2、0.5、1.0或1.5肖的分散剂/平方米炭黑表面积。所述漆浆还可包括小于3.5、小于 3.0、小于2.5、小于2.0、小于1.5、小于1.0、小于0.8、小于或等于0.5、或小于0.5mg的分散 剂/平方米炭黑表面积。所述未经改性的炭黑可具有小于350、小于300、小于250、小于200、 或小于150mVg的表面积（STSA)。所述漆浆可在不存在球磨研磨的情况下产生且可采用不 超过2m/s，3m/s或4.2m/s的叶片尖端速度混合到含水载剂中。所述漆浆可具有队雌/平方米 炭黑表面积计的在(1.5 (X-2) 2+0.6) +/-0.5范围内的分散剂浓度，其中X等于Wymo 1/m2计的 处理水平。
[0006] 在另一方面中，提供了制造稳定含水液体涂料的方法，所述方法包括将未经分散 的炭黑粉末W大于所述稳定含水液体涂料的0.0001重量％且小于所述稳定含水液体涂料 的5重量％的炭黑加载量混合到含水涂料调漆(稀释，letdown)载剂中，所述稳定含水液体 涂料具有小于2.4mg/平方米炭黑表面积的分散剂浓度，且其中所述液体涂料在不诱钢上在 0.0762mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.98的遮盖能力，且其中所述未经分散的炭黑粉 末能够通过在叶片尖端速度不超过4m/s的同时将炭黑揽拌到含水调漆载剂中来进行分散。 所述方法可在不存在球磨研磨或磨碎的情况下进行，而且，相对于200g的含水液体涂料，所 述混合步骤可耗费小于100瓦特或小于50瓦特。所述涂料可包含大于50重量％的水性树脂， 且所述树脂可为胶乳且可为丙締酸类或醇酸树脂。所述方法能够使用经包括横酸基团或其 盐、簇酸基团或其盐、苯甲酸基团或其盐、或者麟酸基团或其盐的有机基团处理的改性炭 黑。所述改性炭黑可具有大于20mVg且小于300mVg、大于20mVg且小于250mVg、或者大于 20m2/g且小于200mVg的STSA表面积。所述改性炭黑可包括大于1.0、1.5或2. Oymol/m2且小 于3.5、3.0或2.5ymol/m2的处理剂，所述处理剂包含包括离子或能离子化的基团的有机基 团。
[0007] 在另一方面中，提供了制造含水漆浆分散体的方法，所述方法包括将不含研磨介 质的未经分散的改性炭黑干燥粉末W基于所述漆浆最终重量的至少30重量％的浓度揽拌 到含水载剂中，W形成炭黑漆浆，所述改性炭黑使用处理剂W1.0~3.0皿ol/m2的加载量进 行处理，所述处理剂包含芳基W及离子或能离子化的基团，所述含水载剂包含包括大于90 重量％水的溶剂及小于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，且其中分散在所述漆浆中的所 述炭黑颗粒的少于10体积％具有大于0.5WI1的粒径。所述方法可在不存在球磨研磨或磨碎 的情况下完成，而且，相对于200g的含水液体涂料，所述揽拌步骤可耗费小于100瓦特或小 于50瓦特。所述方法能够使用经包括横酸基团或其盐、簇酸基团或其盐、苯甲酸基团或其 盐、或者麟酸基团或其盐的有机基团处理的改性炭黑。所述改性炭黑可具有大于20mVg且 小于300m^/g、大于20mVg且小于250m^/g、或者大于20mVg且小于200mVg的STSA表面积。所 述改性炭黑可包括大于1.0、1.5或2. Oymol/m2且小于3.5、3.0或2.5ymol/m2的处理剂，所述 处理剂包含包括离子或能离子化的基团的有机基团。所述炭黑能够W大于或等于40重量％ 的浓度进行分散。所述分散剂的浓度可为小于1.7mg分散剂/平方米炭黑表面积。
【附图说明】
[0008] 图1为照片的副本，其说明了八种不同的着色涂料的遮盖能力；
[0009] 图2为照片的副本，其说明了另一种着色涂料的遮盖能力；
[0010] 图3图解地说明了多种实施方式的涂料的黑度；
[0011] 图4图解地说明了多种实施方式的涂料的遮盖能力；
[0012] 图5图解地说明了多种实施方式的涂料的蓝色底色(undertone)值；
[001引图6A和6B为照片的复印件，其说明了两种不同实施方式的漆浆的粘度；
[0014] 图7A、7B、7C和7D提供了针对丙締酸类和醇酸涂料的实施方式的浓色（墨色， masstone)和浅色（色泽，tint)配制物的数据；
[0015] 图8A、8B、8C和8D提供了针对丙締酸类和醇酸涂料的其它实施方式的浓色和浅色 配制物的数据；
[0016] 图9A、9B、9C和9D提供了针对丙締酸类和醇酸涂料的其它实施方式的浓色和浅色 配制物的数据；
[0017] 图10A和10B为透射电子显微照片的副本，其示出了两种不同实施方式的炭黑颗粒 的分散体;和
[0018] 图11图解地显示了针对两种不同漆浆实施方式的粘度数据。
【具体实施方式】
[0019] 可使用不同的方法、处理和添加剂来使炭黑颗粒分散在含水体系中。例如，可W向 含水载剂中加入分散剂，而且，可W使用设计W用于改善炭黑在含水载剂中的分散性的化 合物对炭黑进行处理。通常，分散性可通过如下改善:提高分散剂的浓度、提高炭黑的处理 水平、或者运两者。认识到，过度的处理和分散剂水平可不利地影响液体涂料的性质并且增 加费用，本公开内容提供了关于在特定含水体系中使用某些改性炭黑W降低原本需要的处 理和分散剂的量的分散体和方法的详情。描述了低能量揽入(stir-in)体系，在该体系中， 能够将改性炭黑揽拌到含水体系中W产生稳定的分散体且无需典型采用的高能研磨过程。 组合了低处理水平和低分散剂浓度的稳定含水分散体的发现提供了用于产生液体漆浆和 涂料的经济、灵活的体系。
[0020] 在一个方面中，将经处理(改性)的炭黑揽拌到含水载剂中W产生液体含水(水性） 涂料。改性炭黑可直接分散在含水载剂中且无需在含水载剂中分散未经改性的炭黑所典型 地需要的能源消耗量大的研磨。本文所述的改性炭黑可具有相对低的连接官能团浓度且在 含水载剂中可不需要或需要最少量的分散剂。举例来说，可在大于l.〇、1.25、l. 5或2.化 mol/m2且小于4.0、3.5、3.0、2.5、2.0或1.925皿〇1/1112的处理剂浓度下，对经处理的炭黑进行 改性。在一些实施方式中，在改性或表面处理之前，炭黑展现出20mVg~300mVg的统计学厚 度表面积(STSA或t-面积，根据ASTM D6556测量）。在一组方法中，未经分散的干燥炭黑粉末 可直接混合到含水涂料配制物中，取消了制造随后在含水载剂中调漆w产生液体涂料的漆 浆的中间步骤。在另一组实施方式中，制造具有高的改性炭黑含量的低粘度漆浆，然后，可 将其调漆W产生液体含水涂料。
[0021] 炭黑用于在多种材料中提供着色。涂料可改善许多表面的特征且能够提供例如功 能性、装饰性或保护性的改善。表面可包括基材，例如，金属、塑料、玻璃、木材和纸张。一些 可受益于涂料的产品包括汽车、船、飞机、管道、电气用具(appliances)、工业机械、家具、包 装和电子显不器。
[0022] 大多数涂料是作为液体或固体施用的。举例来说，粉末涂料是作为固体施用的，而 很多涂料是作为可随后转变成固体的液体施用的。如本文所用的，"液体涂料"是包括待施 用至基材的分散颜料的液体涂料分散体。液体涂料包括液体载体W及可溶解、分散或悬浮 于其中的其它组分。液体涂料典型地在施用至基材后通过干燥而转变成固体涂层。固体涂 层或"涂层"不是液体但可包含痕量的溶剂或其它流体。涂层中的任何颜料颗粒均是固定的 且不是自由移动的。从液体涂料向涂层的转变可例如通过溶剂蒸发和/或树脂或其它聚合 材料的聚合而发生。液体涂料适于在无进一步稀释的情况下施用至基材，不同于将要在施 用之前调漆的漆浆。液体涂料可包括液相或溶剂、一种或多种粘结剂、W及一种或多种颜 料。此外，可使用多种添加剂，包括分散剂 、消泡剂、润湿剂、聚结剂、防诱剂和/或抗微生物 剂。液相+粘结剂被称作载剂。载剂还可包括非颜料物质，例如分散剂、润湿剂和缓冲剂。液 体涂料可为基于含水的或基于非含水的。如本文所用的，含水或水性液体涂料中的溶剂部 分（当最终涂料干燥或固化时蒸发的液体部分)包括至少90重量％的水，而且，在很多情况 下，溶剂体系是大于95重量％或大于99重量％的水。类似地，基于含水或水性液体涂料的全 部质量，含水或水性液体涂料可包括大于50重量％、大于80重量％、或大于90重量％的水。 含水分散体的介电常数典型高于非含水分散体，而且，在很多情况下，本文所述的分散体或 水性涂料的介电常数可大于50、大于60、或大于70且最高达水的介电常数(约80)。
[0023] 涂料中的颜料可向涂料(涂层)提供不透明性和色彩运两者且可改变其它性质例 如光泽、机械强度和耐久性。颜料还影响液体涂料性质，例如粘度。颜料(例如炭黑何难W 分散在液体(例如水）中，而且，高浓度的炭黑漆浆经常调漆W产生液体涂料。将炭黑直接分 散到最终调漆剂中的在先尝试需要太多的能力，导致破坏水性胶乳乳液。如果颜料例如炭 黑已经分散在漆浆中，则调漆成液体涂料典型地比由未经分散的炭黑粉末直接形成液体含 水涂料更为容易。漆浆可包括高浓度(例如25~58重量％ )的颜料例如炭黑，而液体涂料包 括低浓度(典型地0.5~3重量％ )的颜料。
[0024] 在涂料领域中，包括经改性和未经改性的炭黑的液体涂料经常通过如下制备:在 载体中，对炭黑进行珠磨W适当地分散炭黑。典型地，将炭黑与研磨介质、水、树脂、消泡剂、 聚结剂及其它任选的材料一起加入到Eiger磨机或其它介质磨机中W帮助促成稳定的分散 体。所述磨机可在W高的能量进行研磨的同时操作最高达数小时。典型地，需要超过100瓦 特的功率来产生200g的漆浆样品。在完成分散过程后，从漆浆过滤出研磨介质。漆浆可包含 大于30重量％的经处理的炭黑。通过用载剂(其可包括水性溶剂(水）、树脂、分散剂、润湿剂 W及可随着具体应用而改变的其它材料)稀释漆浆，漆浆分散体可被调漆W形成液体涂料。 尽管经高度处理的炭黑（大于10皿ol/m2)可提供稳定的含水分散体，但是，已经发现，经高 度处理的炭黑与一些树脂(例如丙締酸类树脂)的组合可导致具有差的遮盖性的涂层。
[0025] 本文所述的改性炭黑和液体涂料所具有的性质可消除对于高能球磨的需要。揽拌 或揽入过程不需要添加必须从所得的分散体过滤出来的玻璃珠或其它介质。可使用混合器 例如浆式混合器或高速混合器来进行揽拌。揽拌可需要比常规球磨少的能量，意味着分散 体或乳液不会被高能研磨工艺破坏。在很多实施方式中，对于200g样品，揽入改性炭黑颗粒 所需的功率小于100瓦特、小于70瓦特、小于50瓦特或小于40瓦特，而且，在运些功率水平 下，可在小于3小时、小于2小时、或小于1小时内获得稳定分散体。在一些实施方式中，混合 器的速度可限制为小于lOm/s、小于5m/s、小于3m/s、或小于或等于2m/s的混合叶片尖端速 度。揽拌无需像球磨那样提高分散体的溫度。例如，在一些实施方式中，揽拌过程将使液体 载剂的溫度升高小于l〇°C、小于5°C或小于rC。与此相反，研磨过程可使液体载剂的溫度升 高大于l〇°C，运可导致包括混合物凝胶化在内的许多问题。
[0026] 本文所述的改性炭黑颗粒可保持在含水体系中分散数月或数年。如本文所用的， 稳定的分散体是运样的分散体，其中，在1重量％炭黑加载量的分散体在升高的溫度(例如 52°C)下老化一周后，由该分散体制得的涂层在不诱钢上的遮盖能力不存在统计学上的显 著降低。如果分散体包含大于1重量％的改性炭黑(例如在漆浆的情形中），则使该分散体老 化并随后在包括相容性树脂的含水载剂中调漆至1重量％炭黑W测试在不诱钢上的遮盖能 力。当干燥时，涂层将包括约3重量％的炭黑。如本文所用的，"调漆"包括通过稀释漆浆而制 得的液体涂料W及直接通过将未经分散的颜料分散在液体载剂中而制得的液体涂料。
[0027] 在一组实施方式中，可将改性炭黑颜料直接揽拌到含水液体载剂中W产生稳定的 液体含水涂料，例如油漆或底涂。调漆产物可为具有例如1重量％、2重量％、3重量％或4重 量％的分散颜料含量的水性液体涂料。所述水性液体涂料可在不存在产生漆浆的中间步骤 的情况下产生。在一个实施方式中，包含1重量％~5重量％改性炭黑的液体涂料可由改性 炭黑直接制得而无需形成炭黑浓度大于10重量％的中间分散体(漆浆）。虽然涂料制造商先 前可能需要若干种不同的漆浆W确保与不同涂料配制物的相容性，但是，单一的干燥改性 炭黑可替代若干种漆浆，因为干燥的改性炭黑能够不含潜在的不相容组分例如不相容的树 月旨。干燥改性炭黑的运输成本可低于包含相等量的炭黑的漆浆，而且，干燥材料还可在更长 的时间段中稳定。除了干燥粉末形式W外，未经分散的改性炭黑还可W能够揽拌到液体载 剂中W形成液体涂料的替代性未分散形式(例如浆料或凝胶)来输送。
[0028] 在另一组实施方式中，使用本文所述的改性炭黑制造高加载量的漆浆。所述漆浆 可包括浓度大于30重量％、大于35重量％、或者大于或等于40重量％的改性炭黑且仍可实 现小于llOOcP、小于lOOOcP、小于800cP、小于700cP、小于650cP、小于600cP或小于560cP的 可用粘度(除非另有说明，否则在lOrpm下）。在一些实施方式中，漆浆可限于小于60重量％ 或小于5 0重量％的改性炭黑浓度。使用Bmokfield? DV-II+粘度计（Brookfield Engineering Laboratories,Middlebo;ro,ΜΑ)采用W下程序测量分散体粘度。
[0029] 在向该仪器供电后，打开冷却器并将溫度设定为25°C。然后，如由该仪器的显示器 所指示地采用自动调零方法将该仪器调零。通过按下"设定忍轴"功能直至所选忍轴（除非 另有指定，否则在此使用#3)高亮来选择忍轴。再次按下"设定忍轴"功能W输入选择。使用 待测试的分散体来部分地填充小样品杯。如果使用圆盘型的几何体(例如#3)，则将所述圆 盘置于分散体中并溫和地旋转W释放任何可能被捕集在所述圆盘下的空气。子弹形状的几 何体可直接连接至忍轴。然后，将样品杯置于该仪器上的夹套支架中，而且，如果尚未连接， 则将所述几何体梓紧到忍轴上。使用移液管，将所述样品杯填充至距离顶部约2.5mm，并且， 将速度设定为lOrpm。打开电动机并且使系统在lOrpm下平衡1分钟。在20rpm、50rpm和 10化pm下对此进行重复。在10化pm下平衡1分钟后，完成测试并关闭电动机。
[0030] 为了在液体含水涂料中达到具体的炭黑浓度，炭黑在漆浆中的较高的加载量允许 使用与较低炭黑浓度的漆浆相比较小量的漆浆。如果包括较高炭黑颜料加载量的漆浆稳定 的话，则可因此降低例如运输和储存的成本。在运些较高的浓度下，漆浆典型地变得太粘而 无法操作且可太粘而无法通过珠磨机。举例来说，为了通过Eiger磨机，除非使用大量的分 散剂，否则包括中等结构炭黑的漆浆典型地限于约25%的炭黑浓度。本文所述的改性炭黑 在较高的加载量下提供了较低的粘度。由于可将改性炭黑揽拌而非研磨到漆浆中，因此，在 生产过程中容许较高的粘度。例如，经约1.925ymol/m2的横胺酸处理的具有85.5mVg的STSA 表面积(在处理前的STSA)和25nm初级粒径的炭黑能够在小于2.4mg/平方米炭黑表面积(在 处理前的STSA)的分散剂浓度和40重量％的改性炭黑加载量下形成易于倾倒的漆浆。运允 许当与常规研磨产物（25%炭黑）相比时使制造等价液体涂料所需的漆浆体积减少约 28.5%。运还意味着液体涂料配制者能够更为细致地控制在最终液体涂料中的组分(例如 树脂和分散剂）的类型和浓度，因为较浓的漆浆(基于炭黑）向最终的含水液体涂料贡献了 较少量的运些材料。除了消除或减少所需研磨的量W外，能够显著地降低混合功率(速度）。 例如，本文所述的经处理的炭黑的一些实施方式可通过在小于lOm/s、小于5m/s、小于4m/s、 小于3m/s或者小于或等于2m/s的混合叶片尖端速度下进行混合而充分分散。相比之下，当 前所用的经改性和未经改性的炭黑颜料典型地通过在提高浓度的分散剂的存在下在大于 lOm/s的尖端速度下进行研磨和混合来制备。
[0031] 可使用若干种可测量的光学因子来评价包含颜料例如炭黑的涂层(涂料）。色彩可 通过测量黑度化*)、蓝色/黄色(b*)W及红色/绿色(a*)来Ξ维地表示。0的L*值可为完美的 黑色，而数值越高则越白。本文所述的液体涂料可固化成具有小于或等于5、小于或等于 4.5、小于或等于4、小于或等于3.5、或者小于或等于3的L*值的涂层。负的b*值指示蓝色底 色，而正的b*为黄色。本文所述的液体涂料可固化成具有小于或等于-0.2、小于或等于- 0.3、小于或等于-0.4、或者小于或等于-0.5的b*值的涂层。负的a*值指示较绿的色调，而正 的a*值指示较红的色调。运些值可在实验室中使用诸如化nter Lab Scan 6000的仪器来测 量。评价用于涂层中的炭黑的另一个重要因子是涂层的"遮盖能力"。更有利的涂层(涂料） 能够完全或基本上遮蔽或遮盖其上覆盖有所述涂层(涂料)的基材。本文所述的涂层(涂料） 的很多实施方式能够W非常薄的涂层遮蔽基材，且能够导致在0.0254mm的薄涂层下具有大 于或等于0.95、大于或等于0.97、大于或等于0.98、大于或等于0.99、或等于1的遮盖能力的 涂层。可使用具有一半黑色和一半白色的1^6116姑@油漆测试表或者BYK Opacity Chad# 2813来测量遮盖能力。涂层(涂料)的遮盖能力是白色区域上的光学密度与黑色区域上的光 学密度的比率。
[0032] 炭黑是本领域技术人员已知的且包括槽法炭黑、炉法炭黑、气黑和灯黑。可使用来 自多个供应商的炭黑。一些可商购获得的炭黑W商标艮ega||婚、B 1 a C k Pearls吸、Elftex?、Μ饼切rch⑥、Mogul?、S班eron?、掛erling"和 Vulcan"销售且 可得自Cabot Coloration(例如BlackPearls"? U〇〇、BlackPearls? l〇〇〇、[email protected] 900、Blackpe鄉880、Blackpearls觸 800、B1过ckpe过rk够 700、Black Pearls^町 570、Black Pearls" L、El化X 1^8、Elftex" :;2〇vM瞧arch …1100、Monarch" 100()、Monarch、900、 Monar浊愈880、Monarch" 800、Monarch" 700、Mogul'、I.、Regal?330、及egal' iOO、 民egal" 6 6 0和Vulcani''。其它可商购获得的炭黑包括但不限于W商标 [email protected]、Statexj.'、Furnex'叫日Neotex"销售的炭黑，可从Columbian 化emicals获得的 CD 和 HV系列，W 及可从 Orion Engineered Carbons 获得的 Coi.ax'K、Durax\ Ecorax'K 和 Pufex?产品。
[0033] 本文所述的炭黑可展现出特定范围的STSA。如本文所用的，改性炭黑的STSA是所 述炭黑在改性之前的STSA。在一些实施方式中，经改性的炭黑具有约lOmVg~约35(WVg、约 20m2/g~约30(WVg、或者约30m2/g~约150m2/g的STSA。在一个实施方式中，STSA为85.5m2/g 的炭黑提供了优异的结果。如果用于所需应用的期望的表面积不易于达到，则本领域技术 人员还应充分认识到，如果期望的话，可使改性炭黑经历尺寸减小或粉碎技术，例如球磨或 喷射研磨或超声处理，从而将颜料减小至较小的粒径。而且，改性炭黑可具有本领域已知的 各种各样的初级粒径。例如，炭黑可具有约5nm~约1 OOnm (包括约1 Onm~约80nm和15nm~约 5化m)的初级粒径。在一些实施方式中，炭黑可具有小于200、小于100或小于75皿的初级粒 径。此外 ，炭黑还可具有宽范围的邻苯二甲酸二下醋吸附(DBP，依据ASTM D2414)值，其为颜 料的结构或支化的量度。例如，炭黑可具有约25~400mL/100g(包括约30~200mL/100g和约 50~150mL/1 OOg)的DBP值。在含水分散体例如漆浆和液体涂料中，改性炭黑颗粒分散体可 展现出小于0.6皿(例如，0.1~0.6皿、0.1~0.4皿或者0.15~0.5皿)的D90。
[0034] 处理前的炭黑也可为已经使用氧化试剂氧化W将离子和/或能离子化的基团引入 到表面上的炭黑。已经发现，W该方式制备的炭黑在表面上具有较高的含氧基团程度。氧化 试剂包括，但不限于，氧气、臭氧、N02(包括N02与空气的混合物）、过氧化物(例如过氧化氨）、 过硫酸盐(包括过硫酸钢、过硫酸钟或过硫酸锭）、次面酸盐(例如次氯酸钢）、岩盐、面酸盐、 或高面酸盐(例如亚氯酸纳、氯酸钢或高氯酸钢）、氧化酸(例如硝酸）W及含有过渡金属的 氧化剂(例如高儘酸盐、四氧化饿、铭氧化物或硝酸姉锭）。也可使用氧化剂的混合物，特别 是气态氧化剂(例如氧气和臭氧）的混合物。此外，还可使用采用用于在颜料表面上引入离 子或能离子化的基团的其它表面改性方法(例如氯化和横酷化)而制备的炭黑。
[0035] 炭黑可为连接有至少一个有机基团的改性炭黑。有机基团可直接连接。直接连接 的基团是化学键合至炭黑且不简单地与炭黑结合的基团。如果大于75%的有机基团在用去 离子水漂洗时保留在炭黑上，则有机基团直接连接至炭黑。
[0036] 改性炭黑可使用本领域技术人员已知的任意方法制备，W使有机化学基团连接至 颜料。例如，改性颜料可使用美国专利No. 5，554，739、5，707，432、5，837，045、5，851，280、5， 885,335、5,895,522、5,900,029、5,922，118、6,042,643和6,337,358中所述的方法制备，它 们的说明书在此全部引入作为参考。与采用例如聚合物和/或表面活性剂的分散剂型方法 相比，运样的方法保证了基团在炭黑上的更稳定的连接。制备改性炭黑的其它方法包括使 具有可利用的官能团的炭黑与包含有机基团的试剂反应，运样的方法描述于例如美国专利 No.6,723,783中，该美国专利的全部内容在此引入作为参考。运样的官能化颜料可采用前 述引入的参考文献中所述的方法制备。另外，还可通过美国专利No. 6,831，194和6，660， 075、美国专利公布No. 2003-0101901和2001-0036994、加拿大专利No. 2，351，162、欧洲专利 No. 1394221 和PCT公布No.W004/63289 W及N.Tsubokawa,化lym. Sci .，17,417，1992中描述 的方法制备包含连接的官能团的改性炭黑，它们的全部内容也在此引入作为参考。
[0037] 改性炭黑的有机基团可为能够使改性炭黑分散在所选择的液体涂料或漆浆的含 水载剂中的基团。所述有机基团可包括离子化或能离子化的基团。如本文所用的，用于在形 成含水分散体之前通过例如重氮化学来处理炭黑的有机基团不被认为是由改性炭黑制得 的含水液体分散体中的分散剂。
[0038] 有机基团在改性炭黑上的连接(处理)水平应当足W提供改性炭黑在含水载剂中 的稳定分散体。根据每表面积(STSA)炭黑的有机基团的摩尔数来提供连接水平。例如，有机 基团可 W〇. 1 ~10.0 皿〇l/m2、0.2~5.0ymol/m2、0.5~2.扣 mol/V'O.S~2.0ymol/m2、0.5~ 1 .Symol/V、！ .5~S.Oymol/V、！ .5~4.0ymol/m2、l .5~4.5ymol/m2、或 1.0~2.0ymol/m2的 水平连接。在一些实施方式中，连接水平可大于O.Uimol/m2且小于3.0ymol/m2、或者大于0.1 ymol/m2且小于2.0ymol/m2。包括离子或能离子化的基团的基团的连接水平还可根据当量/ 面积来量化。运些连接水平可通过本领域技术人员已知的方法(例如元素分析)测定。
[0039] 可采用诸如重氮化学、偶氮化学、过氧化物化学、横化和环加成化学的方法，使基 团连接至炭黑。运些所引入的参考文献的一篇或多篇中所公开的重氮工艺可经调整W提供 至少一种重氮盐与炭黑颜料(例如尚未W连接基团进行表面改性的原始有机黑色颜料）的 反应。重氮盐为具有一个或多个重氮基团的有机化合物。在一些工艺中，重氮盐可在与有机 黑色颜料材料的反应之前制备，或者，更优选地，重氮盐可采用诸如所引用的参考文献中所 述的技术原位生成。原位生成还允许使用不稳定的重氮盐例如烷基重氮盐并且避免了重氮 盐的不必要的处理或操作。在一些工艺中，亚硝酸和重氮盐运两者均可原位生成。
[0040] 如本领域已知的，重氮盐可通过伯胺、亚硝酸盐(醋）和酸的反应生成。所述亚硝酸 盐(醋)可为任何金属亚硝酸盐(优选亚硝酸裡、亚硝酸钢、亚硝酸钟或亚硝酸锋）、或者任何 有机亚硝酸醋(例如亚硝酸异戊醋或亚硝酸乙醋）。所述酸可为在重氮盐的生成方面是有效 的任何酸(无机的或有机的）。优选的酸包括硝酸HN03、盐酸HC1、W及硫酸出S〇4。所述重氮盐 还可通过使伯胺与二氧化氮水溶液反应而生成。所述二氧化氮水溶液N02/此0可提供生成重 氮盐所需的亚硝酸。通常，当由伯胺、亚硝酸盐(醋）和酸生成重氮盐时，基于所述胺需要两 当量的酸。在原位工艺中，可使用1当量的酸生成重氮盐。当所述伯胺包含强酸基团时，在一 些工艺中，加入单独的酸可为不必要的。所述伯胺的酸基团可供给所需的酸当量之一或两 个。当所述伯胺包含强酸基团时，可向工艺中加入优选0~1当量的额外的酸W原位生成重 氮盐。已经显示出优越性质的运样的伯胺的一个实例为对氨基苯横酸(横胺酸）。
[0041] 经表面改性的炭黑可包含连接有至少一个有机基团的炭黑颜料。所述改性炭黑可 具有连接的至少一个具有式-X-Z的有机基团，其中，作为直接连接至炭黑的第一化学基团 的X代表亚芳基、亚杂芳基、亚芳烷基、或亚烧芳基，且Z代表第二化学基团。Z可为非聚合物 型的。Z可为，例如，至少一个离子基团或者至少一个能离子化的基团。
[0042] 如所述的，基团X可代表亚芳基或亚杂芳基、亚芳烷基或亚烧芳基。X可直接连接至 颜料上且进一步被Z基团取代。X可为连接体基团（例如，连接双基团（diradical ))，其优选 可直接结合在颜料表面和z基团之间。所述亚芳基和亚杂芳基可为芳族基团，包括，但不限 于，含有一个或多个环的不饱和环状控。对于亚杂芳基，芳族基团的一个或多个环碳被杂原 子代替。所述杂原子为非碳原子，例如N、s、0或其它。芳族基团的氨可被取代或不被取代。如 所述的，X可代表亚杂芳基。已经发现，采用包括基于杂环的重氮盐的重氮化学路线处理有 机黑色颜料表面例如巧黑表面可使得更易于连接表面改性基团。
[0043] 所述亚杂芳基可为连接体基团，其包括例如至少一个含有一个或多个杂原子(例 如，一个、两个、Ξ个或更多个杂原子)的杂环。所述杂环可包含例如3-12个环成员原子，或 者5-9个环成员，或者5、或者6、或者7、或者8元环。所述杂环可包括，例如，至少一个碳原子、 或者至少两个碳原子、或者其它数量的碳原子。当在杂环中使用多个杂原子时，所述杂原子 可相同或不同。杂环基团可包含单一杂环或者包括至少一个杂环的稠环。所述亚杂芳基可 为，例如，亚咪挫基、亚化挫基、亚嚷挫基、亚异嚷挫基、亚H恶挫基、亚异曝1挫基、亚嚷吩基、 亚巧喃基、亚巧基、亚化喃基、亚化咯基、亚化晚基、亚喀晚基、亚吗I噪基、亚异吗I噪基、亚四 挫基、亚哇嘟基、亚异哇嘟基、亚哇挫嘟基、亚巧挫基、亚嚷岭基、亚咕吨基、亚二苯并巧喃 基、亚2H-苯并化喃基、或者它们的任意组合。X还可代表亚芳基，例如亚苯基、亚糞基、亚联 苯基苯基、亚蔥基等。当X代表亚烷基时，实例包括，但不限于，取代或未取代的亚烷基(其可 为支化的或未支化的）。例如，所述亚烷基可为例如Ci-Ci2基团，诸如亚甲基、亚乙基、亚丙 基、或亚下基、或者其它亚烷基。
[0044] 基团X可进一步被不同于Z的基团例如一个或多个烷基或芳基取代。此外，基团X可 例如被一个或多个官能团取代。官能团的实例包括，但不限于，3、(《、(：01?、0)01?、00)1?、簇酸 根、面素、CN、NR2、SO抽、横酸根、硫酸根、NR(C0R)、C0NR2、N02、P0抽2、麟酸根、憐酸根、N-NR、 S0R、NS化R，其中，R可相同或不同，独立地为氨、支化或未支化的打-C20取代或未取代的、饱 和或不饱和的控，例如，烷基、締基、烘基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取 代或未取代的烧芳基、或者取代或未取代的芳烷基。
[004引如所述的，基团Z可为至少一个离子基团或能离子化的基团。基团Z还可包括离子 基团与能离子化的基团的混合。所述离子基团可为阴离子型或阳离子型，而且可与相反电 荷的反离子缔合，所述相反电荷的反离子包括诸如如下的反离子:船+、1(+心+、饥产、此4+、乙 酸根、^3\504^、於5化\心05化\0^和(：1^其中1?'代表氨或有机基团如取代或未取代的芳 基和/或烷基。所述能离子化的基团可为能够在所用的介质中形成离子基团的基团。能阴离 子化的基团可形成阴离子且能阳离子化的基团可形成阳离子。离子基团包括美国专利 齡.5,698,016、5,837,045和5,922，118中所描述的那些，其描述全部引入本文作为参考。所 述阴离子基团是可由具有能够形成阴离子的能离子化的取代基(能阴离子化的基团）如酸 性取代基的基团产生的带负电的离子基团。它们还可为能离子化的取代基的盐中的阴离 子。阴离子基团的代表性实例包括-C00-、-S03-、-0S03-、-HP03-、-0P03-哺-P03-2。所述阴离 子基团可包括反离子，其为单价金属盐，例如化+盐、K+盐、或Li+盐。所述反离子还可为锭盐， 例如NH4+盐。能阴离子化的基团的代表性实例包括-C00H、-S化Η、-P化此、-R/細、-R/ 0H和- S02NHC0R/，其中R'代表氨或有机基团如取代或未取代的芳基和/或烷基。所述阳离子基团 是可由能够形成阳离子的能离子化的取代基(能阳离子化的基团）如质子化胺产生的带正 电的离子基团。例如，烷基或芳基胺可在酸性介质中质子化W形成锭基团-NR/2H%其中R'代 表有机基团如取代或未取代的芳基和/或烷基。阳离子基团还可为带正电的有机离子基团。 实例包括季锭基团（-NR"+)和季禱基团（-PR"+)。在此，R'代表氨或有机基团如取代或未取 代的芳基和/或烷基。所述阳离子基团可包括烷基胺基团或其盐、或者烷基锭基团。
[0046] 所述基团Z可包括至少一个簇酸基团或其盐、至少一个横酸基团或其盐、至少一个 硫酸根基团、至少一个麟酸基团或其盐、至少一个烷基胺基团或其盐、或者至少一个烷基锭 基团。由于可优选基团X为亚杂芳基或亚芳基，因此，具有式-X-Z的连接的有机基团可包括， 但不限于，杂芳基簇酸基团、杂芳基横酸基团、芳基簇酸基团、芳基横酸基团、或者它们的 盐。例如，所述连接的有机基团可为，例如，咪挫基簇酸基团、咪挫基横酸基团、化晚基簇酸 基团、化晚基横酸基团、苯簇酸基团、苯二簇酸基团、苯Ξ簇酸基团、苯横酸基团、或者它们 的盐。所述连接的有机基团还可为运些中的任意的取代衍生物。
[0047] 如本文所用的，分散剂是可在含水体系中用于辅助形成原本不可分散的炭黑颗粒 的分散体的物质。分散剂与颗粒强有力地结合且针对其保持颗粒分开的能力进行选择。分 散剂可包括表面活性剂、官能化的聚合物和低聚物。分散剂可为非离子型分散剂或者可为 包括阴离子型分散剂和阳离子型分散剂运两者的离子型分散剂。优选非离子型分散剂，而 且，在离子型分散剂中，优选阴离子型分散剂。分散剂可为两性的且可为聚合物型的或者包 括聚合物型基团。分散剂不包括其它可用于含水涂料中的添加剂，例如润湿剂、消泡剂和共 溶剂。
[0048] 分散剂在漆浆或含水涂料中的浓度可W本领域技术人员已知的若干种方式来测 量。相信，充分分散炭黑所需的分散剂的量随着分散体中的颗粒表面 积而变化比随着分散 体中的颗粒质量而变化更为精确。因此，除非另有说明，分散剂在具体分散体中的浓度W分 散体中的分散剂质量/炭黑总面积(STSA)的单位来提供。例如，单位可为毫克分散剂/平方 米炭黑表面积，所述炭黑表面积通过STSA测定。由于可能难W精确地测定经改性(经处理） 的炭黑的表面积，因此，在分散体包括改性炭黑的情况中，当提供分散剂在分散体中的浓度 时，将使用相应的未经处理的炭黑的面积。
[0049] 聚合物型分散剂的特定实例包括合成的聚合物型分散剂。乙氧基化物通常在水性 配制物中用作分散剂。举例来说，使用烷基酪基乙氧基化物和烷基乙氧基化物。实例包括来 自Baker Petrolite的PETROUTE?0-1038。可用作含水涂料中的分散剂和添加剂的聚 合物及相关材料包括在来自Evon化的Tego产品、来自Lyondell的化hacryl产品、来自BASF 的化ncry 1聚合物和EFKA分散剂、W及来自BYK的Dispe比:yk?和Byk K分散剂中。可采用的 示例性的分散剂包括但不限于DisperBYK182、DisperBYK 190和/或DisperBYK 192(均可得 自BYK畑emie)、可得自Lubrizo 1的So 1 sperse?分散剂（包括46000); W及来自Ciba的 EFKA4585、ELKA4550和EFKA4560。
[0050] 各种流变改性剂也可与含水涂料组合物一起使用W调节组合物的粘度并提供其 它期望性质。适宜的化合物包括，但不限于，水溶性的聚合物和共聚物，例如阿拉伯树胶、聚 丙締酸盐、聚甲基丙締酸盐、聚乙締醇（来自DuPont的E1 vanol S、来自Celanese的 Celvoline)、径基亚丙基纤维素、径乙基纤维素、聚乙締基化咯烧酬（例如来自BASF的 Luvatec、来自ISP的Kollidon和Plasdone、W及PVP-K、Glide)、聚乙締酸、淀粉、多糖、经或 未经环氧乙烧和环氧丙烷衍生的聚乙締亚胺等。此外，粘结剂可W分散体或胶乳的形式添 加或存在。例如，聚合物型粘结剂可为丙締酸醋或甲基丙締酸醋共聚物的胶乳（例如来自 NSM Neoresins的NeoC巧Γ'材料、来自A化erdin泌-8〇1巧的4〔和45聚合物）或者可为能够 水分散的聚氨醋（例如来自A化erdin泌-Boley的ABU)或聚醋（例如来自Eastman化emical 的AQ聚合物）。可用作含水涂料中的粘结剂的聚合物(例如前面所列的那些）、变体及相关材 料包括在来自BASF的Jc府cry!?''聚合物、来自DSM Neoresins的NeoOyl材料、W及来自 A化erdin泌-Boley的AC和AS聚合物中。
[0051] 还可使用用于控制或调节本文所述的含水涂料组合物的抑的各种添加剂。适宜的 P的周节剂的实例包括各种胺例如二乙醇胺和Ξ乙醇胺W及各种氨氧化物试剂。氨氧化物试 剂是任何包含0H-离子的试剂，例如具有氨氧根反离子的盐。实例包括氨氧化钢、氨氧化钟、 氨氧化裡、氨氧化锭、W及氨氧化四甲基锭。还可使用其它氨氧化物盐、W及氨氧化物试剂 的混合物。此外，还可使用在含水介质中产生0H-离子的其它碱性试剂。实例包括碳酸盐例 如碳酸钢、碳酸氨盐例如碳酸氨钢、W及醇盐例如甲醇钢和乙醇钢。还可添加缓冲剂。
[0052] 在一组实施方式中，已经发现，易于分散的改性炭黑可通过如下制得:采用重氮化 学，使用横胺酸对未经处理的炭黑进行表面处理，导致包括苯横酸基团的改性炭黑：
[0053]
[0054] 在第二组实施方式中，采用重氮化学，使用对-氨基苯甲酸来处理炭黑，从而获得 包括苯甲酸基团的改性炭黑：
[0055]
[0056] 运些基团可有助于使得改性炭黑可分散，且如下面所示出的，很多运些经处理的 炭黑可在不使用高能量或研磨介质的情况下揽拌到涂料中。尽管采用较高的处理剂加载量 来改善炭黑的分散性，但是，已经发现，降低浓度的处理导致运样的颜料，所述颜料提供了 干燥成具有优良的遮盖能力和彩色色调的涂层的揽入液体涂料。此外，已经发现，与本领域 所认为的相反，其它分散剂可对一些经处理的炭黑的分散性具有负面影响。如本文所用的， "揽入"炭黑是运样的改性炭黑，其在含水载剂中的稳定分散不需要经过珠磨。举例来说，具 有小于300mVg的STSA和小于3.5、小于3.0、小于2.5、或者小于或等于2. Oymol/m2的处理水 平的非常特定的改性炭黑已经显示出在"揽入"液体涂料中提供优异的覆盖性和色彩。因 此，令人惊讶地，具有低处理水平（例如小于3.5wmol/m2)的经处理的炭黑在使用低能量揽 入工艺进行制造时能够形成导致具有优异的遮盖和色彩特征的涂料(涂层）的稳定含水分 散体。与常规看法相反，能够W低的分散剂浓度实现运些结果。例如，相对于炭黑在液体涂 料中的量，分散剂浓度可为小于5.0、小于3.0、小于2.4、小于2.0、小于1.8、小于1.5、小于 1.0、小于0.7、小于或等于0.5、或者小于或等于0.2111肖分散剂/平方米炭黑表面积(5了54)。在 相同或其它的实施方式中，分散剂浓度可为大于0.01、大于0.1、大于.2、或大于0.5mg分散 剂/平方米炭黑表面积。特定的分散剂范围可取决于，例如，正在分散的改性炭黑的处理水 平。运些分散剂范围可为，例如，0.1~3.5、0.1~3.0、0.1~2.5、0.1~2.0、0.1~1.5、0.1~ !.0、0.1~0.7和0.1~0.5mg分散剂/平方米炭黑表面积。已经发现，一个其中改性炭黑已经 处理至约1.84ymol/m2的有机处理加载量的实施方式要求最小量的分散剂。例如，在该实施 方式中，用于制造40重量％改性炭黑含水漆浆的分散剂的量可为0.1~1.0、0.1~0.7或0.1 ~0.5mg分散剂/平方米炭黑表面积。该漆浆在调漆至含水涂料分散体(1~5%改性炭黑)时 展现出低的粘度、优异的遮盖能力、良好的黑度和良好的底色。令人惊讶的是，W较高的处 理水平（例如大于或等于3.5ymol/m2)进行改性的改性炭黑实际上需要较大量的分散剂W 实现该水平的遮盖能力和色彩性能。
[0057] 在一组实施方式中，已经发现，包括具有低处理水平的炭黑与具有低分散剂浓度 的液体载剂的具体组合的分散体能够提供所拥有的性质与使用较高处理水平或较高分散 剂浓度制得的分散体同样良好或更佳的分散体。例如，在一个实施方式中，可将处理水平限 审IJ于小于3.5ymol/m2且分散剂浓度小于2.4mg/平方米炭黑。在另一实施方式中，可将处理 水平限制于小于3.0皿ol/m2且分散剂浓度小于2.4mg/平方米炭黑。在另一实施方式中，可 将处理水平限制于小于1.84ymol/m2且分散剂浓度小于1.7mg/平方米炭黑。在另一实施方 式中，可将处理水平限制于小于3.0皿ol/m2且分散剂浓度小于l.Omg/平方米炭黑。在具有 对于处理水平和分散剂浓度的限制的运些实施方式的任一个中，当将单位为ymol/m2的处 理水平与单位为mg分散剂/平方米炭黑的分散剂浓度相加时，总和可例如大于或等于2.0、 2.5、3.0或3.5。
[0058] 含水涂料的评价方法
[0059] 为了评价炭黑漆浆在形成含水涂料中的用途，可采用W下在本文中称为"含水涂 料评价方法A"的程序来产生膜，然后可测试该膜的诸如色彩、色相化ue)及遮盖能力的性 质。将所评价的漆浆调漆成具有下表中所提供的组分和量的200g最终分散体，从而在所述 最终液体涂料中达到1重量％的炭黑浓度。当固化时，该配制物将导致具有约3重量％炭黑 含量的固化涂层。如果任何调漆载剂组分无法获得，则其可用本领域技术人员已知的类似 材料替代。例如，可将化ocryl A-6085替换成另一种阴离子丙締酸类-苯乙締共聚物胶乳树 月旨。使用装有螺旋奖型不诱钢叶片的Stir-Pak'i^Heavy Duty实验室混合器，将炭黑漆浆揽拌 到表12的丙締酸类胶乳调漆载剂中。所述混合器是在设定1.5(500~lOOOrpm)下操作10分 钟。然后，将最终的液体分散体W所选择的厚度施用至不透明性图表或不诱钢基材并固化 W提供着色涂层，然后，可评价该着色涂层的诸如黑度化*)、蓝色/黄色底色(b*)、红色/绿 色底色(a*)及遮盖能力的光学性质。
[0060]
[0061] 实施例
[0062] 为了评价使用本文所述的揽入改性炭黑产生的涂料的特征，使用相同的未经处理 的炭黑W不同的有机处理水平制备一系列涂料。此外，将揽入涂料与使用相同的未经处理 的炭黑及液体载剂制备但使用常规珠磨工艺产生的涂料进行比较。
[0063] 实施例1-
[0064] W不同量的横胺酸采用常规重氮化学处理未经改性的炭黑（Regal330R)，从而产 生处理水平为1.925(样品1)、2.2(样品2)、3.3(样品3)和4.4ymol/m2(样品4)的经处理的炭 黑。Regal 330R炭黑具有85.5mVg的STSA、65mL/100g的DBP结构、W及25nm的平均初级粒 径。使用顶置式实验室浆式混合器W50化pm的速度将所述改性炭黑样品揽拌到表1的丙締 酸类胶乳调漆载剂中，从而达到在液体涂料中的1重量％的炭黑浓度。运导致具有约3重 量％炭黑的最终固化涂层。对于200g的样品，混合所需的功率小于40瓦特且干燥改性炭黑 是在小于60分钟内分散。对照物是未经改性的Regal 330R，其常规地首先W15%炭黑浓度 分散到漆浆中。然后，使用与实验样品中相同的材料，将该漆浆调漆至1%炭黑重量计） 液体涂料，但加入分散剂(PETROLITE D-1038)W达到1.47mg/平方米炭黑表面积的浓度。与 此相比，实验样品1-4中所提供的值为0.35mg分散剂/平方米炭黑表面积。使用刮涂棒将每 种样品W0.0254mm的湿膜厚度刮涂至不透明性图表上。每个膜干燥至约0.0082mm的膜厚 度。图1中提供了运些膜的照片的副本。如由运些照片明显的，对于1.925和2.2ymol/m2的处 理水平，低能量揽入材料的遮盖能力等于经珠磨的Regal 330R的遮盖能力。但是，具有较高 处理水平(3.3和4.4皿ol/m2)的样品展现出差的遮盖能力。图2示出了在不进行珠磨的情况 下的如样品1-4那样由使用已经揽拌的Regal 330R制备的涂料获得的膜。该样品显示出差 的覆盖性，表明本文所述的改性炭黑在采用揽入工艺时对于获得良好的覆盖性是重要的。 因此，运些实验表明：可用具有相对低的分散剂水平的低能揽入经处理的炭黑代替必须引 入到最终调漆剂中作为漆浆的包括高分散剂浓度的高能量的经珠磨的炭黑。
[0065]表 1 「00661
[0067] 实施例2-
[0068] 在另一组实验中，在不同的分散剂浓度水平下制备包括样品1的改性炭黑（1.925μ mol/m2)的漆浆，所述水平包括0.35mg分散剂(PETR0LITE D-1038)/平方米炭黑表面积、 0.70mg分散剂/平方米炭黑表面积、1.05mg分散剂/平方米炭黑表面积、及1.47mg分散剂/平 方米炭黑表面积。使用表1的配制物对运些漆浆进行调漆W提供液体涂料。图2A、2B和2(：示 出了比较所述液体涂料与具有1.47mg分散剂(PETR0LITE D-1038)/平方米炭黑表面积的 Regal330R的常规涂料的L*(黑度）、b*(底色)和遮盖能力的图示结果。如图3中所示的，在钢 基材上的L*色彩性能相对于使用对照物获得的L*色彩性能（约5的L*值)有显著改善。不使 用分散剂，样品1提供了小于3的L*值，而且，在0.35mg分散剂/平方米炭黑表面积下，样品1 提供了 3.3的L*值，在0.70mg分散剂/平方米炭黑表面积下，样品1提供了 3.5的L*值，而常规 涂料在1.47mg分散剂/平方米炭黑表面积的分散剂水平下具有4.9的L*值。
[0069] 图4图示说明了所有样品在钢基材上的遮盖能力。涂料各自W0.0254mm的厚度施 用并使其干燥。使用BYK化acity化art#2813评价遮盖能力。分散剂浓度为1.47mg/m2的经 珠 磨的对照样品W及所有的实验样品均展现出1的遮盖能力。运说明实验样品能够展现出 与具有较高分散剂水平且已经在高能量下研磨的常规炭黑含水涂料相同的遮盖能力。
[0070] 图5提供了显示实验样品和对照物的蓝色底色值的图示数据。具有1.47mg/m2分散 剂的常规珠磨材料提供了约0.0的b*值。除了完全不含分散剂的情形W外，经揽拌的液体涂 料全部导致具有约-0.6的负(优选)底色的涂层(涂料）。运说明由本文所述的改性炭黑体系 制得的揽入涂料的优异的蓝色底色。
[00川实施例3-
[0072] 在另一实验中，漆浆(S)是使用本文所述的改性炭黑和方法制得且将其与使用常 规炭黑制得的漆浆W进行比较。使用表2的配制物W〇.35mg/m2的分散剂加载量将漆浆SffjU 备成35.5重量％炭黑。使用9?的已经处理至1.925皿ol/m2的横胺酸水平的Regal 330R制 备样品S。使用未经处理的Regal330R制备样品M。使用立式奖式揽拌机W5(K)rpm(1.05m/s尖 端速度)及40瓦特揽拌样品S。样品Μ旨在首先在预混合步骤中用高速混合器（lOm/s尖端速 度)进行处理，随后在Eiger磨机中进行研磨步骤。但是，在所述预混合步骤后，发现膏剂太 稠 W致于无法通过所述磨机。
[0073] 表 2
[0074]
[0075] ~图6A和6B中示出了每种样品的结果。如所清晰显示的，样品S(6A)产生了可倾倒的 良好分散的漆浆。其粘度在530cP下使用化ookfield粘度计及本文所述的方法测量。但是， 样品M(6B)导致不可倾倒且不适合用作漆浆的稠的膏剂。
[0076] 另一种改性炭黑（样品5)是通过将Black Pearls 800(Cabot Coloration)处理 至2.90ymol/m2(STSA)横胺酸的表面浓度而制得。为了制备揽入炭黑漆浆，使用 Dispermat? (4 0mm直径Co W1 e S叶片）W 5 0 Or pm (1.0 5m/ S的尖端速度）将样品5、水、基料 (base)(AMP-95)、消泡剂（Dehy化an 1293)、及分散剂（Petrolite D-1038)混合 1 ~2分钟 (参见表3)。在揽拌的同时，经60秒添加样品5。然后，将混合速率提高至1000巧m(尖端速度 2. lOm/s)并W1，0(K)rpm继续混合30分钟。漆浆包含17.6重量％的炭黑且活性分散剂/炭黑 的比率为约3重量％、或0.157mg活性分散剂/平方米炭黑表面积。
[0077] 表 3 [007 引
[0079]~为了使用与样品5相同形态但未经表面处理的常规炭黑来制备炭黑漆浆，使用表4 中的配方。使用Dispen'mit'K W50化pm将水、基料、消泡剂和分散剂混合1~2分钟。然后，在 揽拌下添加常规炭黑(Black Pearls 800(STSA 191mVg)，样品6)。在加入所有炭黑后，将 混合速率提高至4，00化pm( 8.4m/s尖端速度)并且将各组分混合约5分钟。然后，使预混合物 通过邸式珠磨机持续约20分钟。漆浆具有17.6%的炭黑加载量，与用揽入炭黑制得的漆浆 相同。然而，常规炭黑的活性分散剂/炭黑的比率必须显著较高（约25% (重量/重量）或 1.3mg分散剂/平方米炭黑表面积）W分散并获得稳定的漆浆。
[0080] 表 4
[0081]
[0082] 然后，将炭黑漆浆(来自样品5和6)配制到丙締酸类和醇酸水性树脂两者中。对于 水性丙締酸类涂料，使用表5中的丙締酸类调漆剂母料配方。为了制得最终的成品(finish) 黑色丙締酸类涂料，根据表6中的配方，在良好揽拌下，向94.?丙締酸类调漆剂中缓慢加入 5.2g炭黑漆浆，且混合继续15分钟。类似地，对于水性醇酸涂料，根据表7中的醇酸母料配方 制得醇酸调漆剂并且根据表8中的配方制备醇酸成品(finish)涂料。
[0083] 表 5
[0084]
[0087]表 7
[008引
[0091] 另一种改性炭黑（样品7)是使用与前面的方法相同的方法通过将曰ftex'"'320 (STSA 62mVg)(Cabot Coloration)处理至2.1皿ol/m2横胺酸的表面浓度而制得。为了制 备揽入炭黑漆浆，使用Disp汾班姐? (40mm直径Cow 1 eS叶片）W 500巧m(1.05m/S的尖端速度） 将样品7、水、基料(AMP-95)、消泡剂(Dehydranl293)、及分散剂(Petrolite D-1038)混合1 ~2分钟（参见表3)。在揽拌的同时添加样品7。然后，将混合速率提高至l，0(K)rpm并且W1， 00化pm继续混合30分钟。漆浆包含17.6重量％的炭黑且活性分散剂/炭黑的比率为约3% (重量/重量)或0.5mg分散剂/平方米炭黑。
[0092] 结果-
[0093] 实施着色研究W评价样品5和6之间的差异。对于着色研究，制备包含Ti化的白色 色调基料，然后，加入黑色成品涂料W产生1.3重量％的炭黑对Ti化固体的比率。
[0094] 在钢板上使用3密耳刮涂棒(约1密耳干膜厚度)刮涂所得涂料W用于色彩测量。使 用来自化nterLab Inc的化nter Labscan XE分光光度计实施色彩测量。对于遮盖性测量， 在不透明性图表上使用3密耳刮涂棒(约1密耳干膜厚度)刮涂涂料。计算图表中的白色部分 的光学密度对图表中的黑色部分的光学密度的比率W测定每种样品的遮盖能力。对于丙締 酸类涂料，在进行测量之前，将所述板冲洗(flash)20分钟并然后在70°C下烘烤30分钟。在 进行测量之前，使醇酸涂料在室溫下空气干燥7天。
[0095] 图2示出了使用仅用高速混合器根据表1中所示的配方制备的常规的未经处理的 炭黑的漆浆的丙締酸类涂料的遮盖性。显然，使用高速混合器没有将未经处理的炭黑适当 地分散，因为观察到大的炭黑块。因此，膜没有达到其色彩潜力(color potential)。当采用 常规处理水平(大于3.3ymol/m2)时，经处理的炭黑易于分散在水中。然而，当液体涂料干燥 时，具有过多亲水基团的经常规处理的炭黑与水性树脂不相容，导致膜的大片区域无炭黑， 由此损伤其色彩性能，如图1的最后的板中所示的。仅在处理水平低于3.化mol/m2时，经处 理的炭黑易于分散在水中旦在涂料干燥后与水性涂料树脂相容。因此，获得具有优异遮盖 性的深黑色膜，如图1的前两组板中所示的。
[0096] 图7A和7B示出了在丙締酸类涂料中在浓色（墨色，masstone)(A)和浅色（色泽， tint) (B)配方中具有相同形态的样品5和Black Pearls 800的色彩性能的比较。显然，在浓 色和浅色配方运两者中，样品5与常规炭黑(Black Pearls 800)相比提供了较低的L*，指示 在浓色配方中的较高的黑度W及在浅色配方中的较高的色调强度。当将样品5配制到醇酸 涂料中时，观察到相同的益处，如图7C和7D中所示的。此外，观察到，在浓色配方中，样品5产 生具有较蓝底色(较低b值)的涂料，运常常指示较细的炭黑分散程度。而且，使用样品5,仅 使用Dispermat?混合器在不存在研磨步骤的情况下制备炭黑漆浆来实现运些色彩性能优 点。此外，样品5仅需要约0.157mg活性分散剂/平方米炭黑表面积，而常规炭黑需要1.3mg活 性分散剂/平方米炭黑表面积。使用过多的分散剂不仅给涂料或漆浆制造者强加了显著的 成本，而且，由于分散剂迁移至涂料(涂层)表面，使得成品涂料(涂层)更为亲水，损害了涂 料(涂层)的耐久性和耐候性。
[0097] 图8A-8帥提供了关于样品巧日未经处理的Regal 330R的浓色和浅色的相同信息。 如前面针对样品5所述的，实验样品2与常规炭黑(Regal 330R)相比提供了较低的L*，指示 在浓色配方中的较高的黑度和在浅色配方中的较高的色调强度。类似地，样品2也在醇酸涂 料中提供了类似的改善。
[0098] 图9A-9D提供了样品7和未经处理的Elftex 320炭黑的相应数据。样品7与常规炭 黑巧Iftex 320)相比提供了较低的L*，指示在浓色配方中的较高的黑度和在浅色配方中的 较高的色调强度。样品7也在醇酸涂料中提供了类似的改善，如图9C和9D中所示的。因此，样 品5、2和7中的每一个均表明，在与由其制得每种样品的未经处理的炭黑相比时，提供了改 善的黑度和浅色(色泽，tint)。即使在较低的分散剂水平下及在两种不同的涂料类型(丙締 酸类和醇酸涂料)中也是如此。
[0099] 为了检查每种炭黑样品的分散体水平，完成了横截面透射电子显微镜(TEM)研究。 使用化w&rTome PCXBoeckeler)对不透明性图表上的涂层进行切片并且将薄片捡取到铜网 格上W便使用JEM1200(巧0L)在80,000V的加速电压下下进行TEM检查。在图10A和10B中，放 大倍率为2000倍。图10A示出了样品5在丙締酸类涂料中的分布。看到，细炭黑颗粒良好地分 布在涂层聚合物基体中；尺寸表现为接近于约100~200nm基础聚集体尺寸。运指示，仅用 Dispermat?制得的包含样品5的炭黑漆浆被非常良好地解聚，证明揽入混合条件足W使样 品5分散至接近聚集体的水平。图10B示出了具有与样品5相同形态的Black Pearls 800在 丙締酸类涂料中的分布。Black Pearls 800漆浆通过如下获得:首先，使用Disj把1*地被?进 行预混合步骤，随后，使用邸式磨机进行研磨步骤。如图10B中所示的，即使使用邸式研磨及 高得多的分散剂加载量(1.3mg分散剂/平方米炭黑表面积对0.157mg分散剂/平方米炭黑表 面积），也难W实现常规炭黑解聚至基础聚集体水平，且在最终涂料中保持某一颗粒聚集水 平。用于样品5和用于Black Pearls 800的分散剂类型相同。
[0100] 为了证明在较高浓度下的分散性，使用Dispennat"' WlOOOrpm经30分钟制备具有 30%样品5且不含任何分散剂的炭黑漆浆。所得的漆浆为流体。在另一实例中，使用 〇13口6化化1">^1000巧111经30分钟在3%分散剂的存在下使用样品2来制备具有35.5%炭黑 加载量的揽入漆浆。所得的漆浆在低剪切下具有约600cP的粘度且展现出剪切变稀行为，如 图11中所示的。与此相反，对于具有与样品2相同形态的未经处理的Regal 330R，需要邸式 磨机来制备漆浆，且发现在漆浆中的最大炭黑加载量为约20%，如果超过该加载量，则漆浆 太粘而无法通过邸式磨机。在该固体加载量(〉20重量％ )下，预混合物的粘度与具有35.5% 加载量的样品2的漆浆(未预混合)的粘度相似，如图11中所示的。通过本文所述的揽入炭黑 而赋予的较高的炭黑漆浆浓度使涂料配制者具有配方灵活性且还使得漆浆制造者能够在 其产品中运送较少的水。
[0101] 为了说明选择正确的炭黑处理水平和分散剂浓度的重要性，使用非常类似的组合 物制备一系列漆浆但处理水平和/或分散剂浓度稍有变化。除非另有阐述，由本文所述的改 性炭黑制得的揽入分散体采用W下程序制备。使用具有40mm Cowles叶片和不诱钢混合容 器的Dispermat猿CV3+混合器(VMA-GETZMA順GMBH)分散改性炭黑。几何体如制造商所推 荐的那样进行配置。W下实施例提供了产生30重量％改性炭黑和0.185mg分散剂/平方米炭 黑表面积(STSA)的200g分散体的细节。在后续运行中，对特定的改性炭黑及分散剂浓度进 行调节W产生表9中所提供的漆浆。样品漆浆包含40重量％的改性炭黑，但样品8A、8B、13和 14 (30重量％ ) W及样品15和16 (10重量％ )除外，因为运些样品在40 %下使用任何量的分散 剂均不可分散。使用民egal取660R(121m2/g的STSA和65的DBP)作为基础炭黑制得样品8A至 14。样品15在处理之前具有370mVg的STSA和lOOcmVg的DBP结构。样品16具有325mVg的 STSA和lOOcmVg的DBP结构。用于样品15和16的基础炭黑根据美国专利No.RE28,974中所述 的方法产生且如美国专利No.5,707,432中所述的那样使用横胺酸进行处理。运两篇专利均 在此引入作为参考。
[0102] 向内径90mm的600血不诱钢烧杯中加入111.6g的水(对于8A、8B、13和14为132g;对 于15和16为169.5g)、6.0g的D e岭(虹抑愈12 9 3 (消泡剂）、0.5 g的AMP - 9 5 (P Η调节剂）和 1.94旨的化渾611巧帖)192分散剂(对于84、88、13和14为1.45旨;对于15和16为4.0旨）。将所述 烧杯置于Dispermat上并且将所述40mm叶片调节至15mm的高度W允许液体完全覆盖叶片。 然后，将内容物mOOO巧m-起混合1~2分钟。将80g(对于8A、8B、13和14为60g)经横胺酸处 理的干燥改性炭黑粉末称量至单独的容器中并经60秒的过程缓慢添加至含水混合物中。实 施目视检查W确认，所有改性炭黑均已经润湿。然后，将所述Cowles叶片调节至20mm的高度 并将速度设定为2000rpm，相当于4.2m/s的叶片尖端速度。所述混合器W2000rpm操作30分 钟W产生改性炭黑的含水分散体。对于样品8B，所述混合器W4000巧m而非2000巧m操作30 分钟。
[0103] 表9中提供了每种样品的处理水平、分散剂水平和粒径分布。尝试使用改性炭黑W 4、5和6皿ol/m2的处理水平产生其它漆浆样品，但不对所述样品作进一步评价。此外，由于 处理水平为1皿ol/m2且具有0.2mg分散剂(Disperbyk 192)的改性炭黑未浸湿，因此，无法 将其制成30重量％炭黑的可用的漆浆分散体。使用得自化riba Sc ient ifi C的化riba LA- 950V2粒径仪测定粒径分布。对于粒径测定，使用抑10.5的水将每种分散体稀释至约0.1重 量％的固体浓度。通过一式两份地运行每种样品来产生体积加权的团聚体尺寸分布曲线。 表9提供了针对每种分散体的粒径分布的中值、模式、DIO和D90。具体地说，将D90视为炭黑 分散情况的良好指示且基于体积加权来提供。用于测定处理水平和分散剂水平的表面积值 是未经改性的炭黑的STSA。各分析均一式两份地运行。样品13展现出双模态分布且在约2μπι 处具有小的第二模态，和样品16展现出双模态分布且在Iwii和lOOwii处具有两个模态。样品 15和16在30重量％下及在10%分散体下不可分散，观察到大的颗粒。运意味着，运些炭黑不 适合用在大于30%炭黑的揽入漆浆中且具有大于300mVg的高表面积(STSA)的炭黑不适合 用于该应用。
[0104] 表9
[0105]
[0106] 下表10提供了针对如表9中所产生的相同分散体的其它数据。除了 D90W外，该表 提供了针对每种可测试粘度的漆浆的每一样品的粘度数据。使用化ookfield DV-II+粘度 计及本文所述的方法测试各样品。在1〇、20、50和l(K)rpm下评价每种样品并记录粘度。在分 散剂浓度和相对粘度之间不存在直接相关。
[0107]表10 [010 引
[0109] 对样品进行调漆W测定它们在作为成品（finished)涂料施用时的遮盖能力、色彩 和色相性质。使用Hunter Lab Scan XE分光光度计测量0.0762mm湿厚度膜(WTF)的黑度 (L*)、蓝色/黄色底色(b*)和红色/绿色底色(a*)并报告在下表11中。通过使用一半为黑色 且一半为白色的BYK Opacity化art#2813来评价0.0762mm湿厚度膜(WTF)的遮盖能力。使 用基[email protected]光密度计测量涂层(涂料）的遮盖能力并且也报告在表11中。由于样品15和 16不能分散，因此，认为，样品15和16不适合用在含水涂料漆浆中，且因此未提供运些样品 的色彩和遮盖性数据。显示出良好遮盖能力U 0.99)和低粘度的样品(表10)是在漆浆中具 有处理水平和分散剂加载量的相对低组合的那些样品。相反地，包括高的处理水平和/或高 的分散剂水平的那些样品对于遮盖能力、色彩、粘度或粒径中的至少一种不是最佳的。总的 说来，运些数据指示，一些最佳结果实际上是在包括相对低的处理水平（例如小于化mol/ m2)W及低的分散剂水平(例如小于或等于2.4mg/平方米炭黑表面积）的分散体中获得的。 因此，有效的揽入漆浆或液体涂料分散体能够W低的有机处理加载量和降低的分散剂水平 来产生。
[0110] 表11
[0111]
[0112] 虽然本文中已阐述并图示说明本发明的若干实施方式，但本领域技术人员将容易 地想到用于实施本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或一或多个优点的多种其 它手段和/或结构，且运样的变型和/或修改中的每一种均被认为在本发明的范围内。更通 常地，本领域技术人员将易于了解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和配置均意欲具有示 例性，且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的特定应用。本领域 技术人员仅使用常规实验即可认识到或能够确定本文所述的本发明的特定实施方式的很 多等价形式。因此，应理解，前述实施方式仅W实例的方式呈现，且在所附权利要求书及其 等价物的范围内，可W不同于明确阐述并要求保护的方式来实践本发明。本发明是关于本 文所述的每个单独特征、体系、物品、材料、材料包和/或方法。此外，如果运样的特征、体系、 物品、材料、材料包和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个运样的特征、体系、物品、材料、 材料包和/或方法的任意组合均包括在本发明的范围内。
[0113] 如本文所定义和使用的所有定义均应理解为控制辞典定义、W引用方式并入的文 件中的定义和/或所定义的术语的普通含义。
[0114] 除非明确指示相反的含义，否则如本文所用的在说明书和权利要求书中的不定冠 词V'和"an"应理解为意指"至少一个(种r。
[0115] 如本文所用的在说明书和权利要求书中的短语"和/或"应理解为意指所结合的要 素中的"一种(个)或两种(个)"，即，要素在一些情形下联合地存在且在其它情形下分开地 存在。除非明确指示相反的含义，否则除了通过"和/或"子句明确识别的要素 W外，可任选 地存在与那些明确识别的要素相关或不相关的其它要素。
[0116] 在本申请中列举或提及的所有参考文献、专利及专利申请和公开均在此全文引入 作为参考。
[0117] 本申请的权利要求如所附权利要求书所述。
【主权项】
1. 炭黑漆浆分散体，包含： 含有大于90重量％水的含水溶剂； 至少30重量％的改性炭黑，所述改性炭黑具有在处理之前测量的20~300m2/g的STSA， 使用包含有机基团和离子或能离子化的基团的处理剂在1 .〇~3. Ομπιο?/m2的处理剂浓度下 对所述改性炭黑进行改性； 浓度小于2.4mg/平方米炭黑表面积的分散剂，所述炭黑表面积是在处理之前通过STSA 测量的；和 其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑的小于10体积％具有大于〇. 5μπι的粒径。2. 炭黑漆浆分散体，包含： 含有至少90重量％水的含水溶剂； 大于30重量％的改性炭黑，所述改性炭黑使用有机处理化合物以1~3.Ομπιο?/m2的处理 水平进行处理，所述有机处理化合物包含芳基以及离子或能离子化的基团这两者，由未经 处理的炭黑制得的所述改性炭黑具有大于20m 2/g且小于300m2/g的STSA; 小于或等于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积;和 其中，所述炭黑漆浆分散体在52°C下、一周后仍保持稳定分散。3. 炭黑漆浆分散体，包含大于或等于30%的改性炭黑以及小于2.4mg的分散剂/平方米 炭黑表面积，所述改性炭黑使用处理剂以小于或等于2. Ομπιο?/m2的水平进行处理，所述漆 浆包含包括至少90%水的含水溶剂，且其中以ymol/m 2计的处理水平及以mg/m2计的分散剂 水平的总和大于或等于2.5。4. 权利要求1、2或3中任一项的漆浆分散体，其中，当采用含水涂料评价方法A进行测试 时，所得的固化涂料在不锈钢上在约〇.〇76mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.98的遮盖 能力。5. 前述权利要求的漆浆分散体，其中，所述改性炭黑具有15-50nm的平均初级粒径。6. 前述权利要求中任一项的漆浆分散体，其中，所述处理剂包含芳基。7. 前述权利要求中任一项的漆浆分散体，其中，所述处理剂包含磺酸基团或其盐、苯甲 酸基团或其盐、羧酸基团或其盐、或者膦酸基团或其盐。8. 前述权利要求中任一项的漆浆分散体，其中，所述炭黑漆浆包含非离子型分散剂。9. 由前述权利要求中任一项的漆浆制得的含水涂料分散体，其中，所述含水涂料分散 体包含水性的醇酸树脂或丙烯酸类树脂。10. 前述权利要求中任一项的漆浆分散体，其中，所述处理剂直接连接至所述炭黑。11. 含水涂料，其通过将前述权利要求中任一项的漆浆分散体调漆至0.01~5重量％的 改性炭黑浓度而产生。12. 权利要求1 -8和10中任一项的漆浆分散体，其中，所述分散体在1 Orpm和25°C下展现 出小于llOOcP的布氏粘度。13. 制造稳定含水液体涂料的方法，所述方法包括： 将未经分散的改性炭黑粉末以大于所述稳定含水液体涂料的0.01重量％且小于所述 稳定含水液体涂料的5重量％的炭黑加载量混合到含水涂料调漆载剂中，所述改性炭黑以 1.0~3. Ομπιο?/m2的水平进行处理，所述稳定含水液体涂料具有小于2.4mg/平方米炭黑表 面积的分散剂浓度;和 其中所述含水液体涂料在不锈钢上在〇.〇762mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.97 的遮盖能力，且其中所述未经分散的改性炭黑粉末能够通过在叶片尖端速度不超过4m/s的 同时将所述炭黑搅拌到所述含水涂料调漆载剂中来进行分散。14. 权利要求13的方法，其中，所述改性炭黑以小于1.925μπι〇1/πι2的水平进行处理。15. 权利要求13或14的方法，其中，所述分散剂的浓度小于或等于1.7mg/平方米炭黑表 面积。 权利要求13、14或15的方法，其中，所述改性炭黑粉末是不包括研磨介质的干燥粉末。16. 权利要求13-15中任一项的方法，其中，所述遮盖能力大于或等于0.98或0.99。17. 制造含水漆浆分散体的方法，所述方法包括： 将不含研磨介质的未经分散的改性炭黑干燥粉末以基于所述漆浆最终重量的至少30 重量％的浓度搅拌到含水载剂中，以形成炭黑漆浆，所述改性炭黑使用处理剂以1.0~3.0μ mol/m2的加载量进行处理，所述处理剂包含芳基以及离子或能离子化的基团，所述含水载 剂包含包括大于90重量％水的溶剂及小于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，和 其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑的小于10体积％具有大于〇. 5μπι的粒径。18. 权利要求13-17中任一项的方法，其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑颗粒的少于 10体积％具有大于〇. 4μπι的粒径。19. 权利要求17的方法，其中，所述炭黑以40重量％或更高的浓度分散。20. 权利要求17的方法，其中，所述分散剂处于小于1.7mg分散剂/平方米炭黑表面积的 浓度下。
【专利摘要】提供了含水炭黑漆浆、含水炭黑液体涂料、以及制造所述漆浆和液体涂料的方法。所述炭黑是这样的改性炭黑，其设计成在不存在炭黑高能研磨的情况下能够搅拌到含水载剂中。所述改性炭黑包括低的有机处理水平，而且，所述漆浆和液体涂料无需大量分散剂。所得的涂料展现出优异的粘度、着色、遮盖能力和稳定性。
【IPC分类】C09D17/00
【公开号】CN105555884
【申请号】CN201480050620
【发明人】L.古延, 张青岭, L.拉罗什尔理查德
【申请人】卡博特公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2014年7月10日
【公告号】DE112014003252T5, US20160137866, WO2015006620A2, WO2015006620A3
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