低粘度、高颗粒填充的分散体的制作方法

文档序号:3734462来源:国知局
专利名称:低粘度、高颗粒填充的分散体的制作方法
技术领域
本发明涉及包含颗粒材料和溶剂的低粘度分散体。
背景技术
颜料是细分散的不溶固体颗粒,其通常单独地不容易可分散在液体载体 中。已经开发了可提供稳定颜料分散体的多种技术。例如,可将分散剂加入 到颜料以改善其在特定介质中的分散性。分散剂的实例包括水溶性聚合物和 表面活性剂。
分散剂的选择取决于许多因素,包括颜料的形态学和化学性质以及颜料 将分散在其中的液体载体(树脂或粘合剂和/或溶剂)的类型。然而,分散剂经 常可对于性质例如彩色显影和粘度具有负面影响。这在高颜料填充量例如大
于10%颜料下是特别正确的。例如,没有高含量的分散剂,高表面积颜料通
常难以分散,但这种高含量的分散剂经常导致分散体粘度的无法接受的增 加。因此,必须对于使用的组分调节分散剂的量以获得具有良好总体性质的 分散体组合物。
还开发了包括改性着色颜料的改性颜料,其提供具有改进性质的可分散
颜料组合物例如油墨和涂料。例如,美国专利No. 5,851,280公开了将有机基 团连接到颜料上的方法,包括例如经由重氮反应的连接,其中该有机基团是 重氮盐的一部分。所得的表面改性颜料可用于多种应用,例如油墨、喷墨油 墨、涂料、调色剂、塑料、橡胶等。美国专利No. 5,885,335描述了在含水和 非水油墨和涂料组合物中以规定水平使用具有连接的离子和/或可离子化基 团的改性颜料。而且,美国专利No. 5,713,988和5,698,0916描述了可用于非 水油墨和涂料中的具有各种类型连接基团的改性颜料。而且,PCT国际公开 No. WO 01/51566描述了通过使第一种化学基团和第二种化学基团反应以形 成具有连接的第三种化学基团的颜料来制造改性颜料的方法。该第一种化学 基团包括至少一种亲核试剂且第二种化学基团包括至少一种亲电子试剂,反 之亦然。该方法可用于例如制备具有连接的聚合基团的改性颜料,其可用于
5油墨组合物和特别是喷墨油墨组合物。
然而,虽然这些方法可用于制造可分散于多种类型非水组合物中的离子 改性颜料,但预计这些组合物在非水溶剂中将具有高粘度,特别在高填充量 的情况下。其原因是连接到颜料的可带电基团预计在非水体系中不带电并因 此彼此相互作用,从而增加粘度。虽然这种高粘度体系在一些应用中可为有 用的,但较低粘度通常是更期望的,因为例如它们更容易处理且可使用包括 喷墨打印、浸涂等的多种技术进行涂布。
因此,虽然这些方法提供了包括具有连接基团的改性颜料的颜料分散 体,但仍需要具有改善性质例如粘度的颜料分散体,尤其是具有高颜料填充 的那些,从而提供对在前的改进颜料的有利替代物。

发明内容
本发明涉及包含颗粒材料和溶剂的分散体。基于该分散体的总重量,该
颗粒材料以>25重量%的量存在,该溶剂的介电常数《50,且该分散体是粘 度<50 cP的稳定分散体。
本发明还涉及包含颗粒材料、分散剂和溶剂的分散体。该分散体可通过 以任何顺序将颗粒材料、分散剂和溶剂组合而制备。基于该分散体的总重量, 该颗粒材料以>10重量%的量存在,该溶剂的介电常数《50,且该分散体是 粘度《50 cP的稳定分散体。优选,i)所述颗粒材料是包括具有连接的至少 一种阴离子或可阴离子化基团的颜料的改性颜料,且所述分"f丈剂包括至少一 种阳离子或可阳离子化基团;ii)所述颗粒材料是包括具有连接的至少一种 阳离子或可阳离子化基团的颜料的改性颜料,且所述分散剂包括至少一种阴 离子或可阴离子化基团;或者iii)所述颗粒材料是包括具有连接的至少一种 阴离子或可阴离子化基团的颜料的改性颜料,且所述分散剂包括至少一种阴 离子或可阴离子化基团。
要理解上述概括描述和下列具体描述仅是示例性和说明性的且旨在提 供所要求保护的本发明的进一 步说明。
具体实施例方式
本发明涉及颗粒材料在溶剂中的分散体。该分散体即使在颗粒材料的高 填充量的情况下也是稳定的且具有低的粘度。优选,该分散体的粘度为《50
6CP且可使用现有技术中任何已知的方法测量。
本发明的分散体中使用的颗粒材料可以是有机的、无机的或两者的组 合。例如,该颗粒材料可以是本领域技术人员常规用于油墨、涂料等的任意 类型的颜料,例如碳质颜料和有机着色颜料,包括含有蓝色、黑色、褐色、 青色、绿色、白色、紫色、品红色、红色、橙色或黄色颜料的颜料。还可使 用不同颜料的混合物。合适的碳质颜料的实例包括碳产品例如石墨、石墨烯、 炭黑、玻璃碳、碳纤维、活性炭、活性碳、和碳纳米管。碳可以是晶体或无
定形类型。上述的细分散形式是优选的;而且,可利用不同碳的混合物。这
些碳产品中优选炭黑。
碳质颜料的代表性实例包括各种炭黑(颜料黑7)例如槽黑、炉黑和灯黑, 并且包括例如可得自Cabot Corporation以商标Rega产、Black Pearls 、Elftex 、 Monarch 、 Mogul②和Vulcan 出售的炭黑(例如Black Pearls 2000、 Black Pearls 1400、 Black Pearls 1300、 Black Pearls 1100、 Black Pearls 1000、 Black Pearls 900、 Black Pearls 880、 Black Pearls 800、 Black Pearls 700、 Black Pearls L 、 Elftex 8 、 Monarch 1400 、 Monarch 1300、 Monarch 1100、 Monarch 1000、 Monarch 900、 Monarch 880、 Monarch 800、 Monarch 700、 Mogul L、 Regal 330、 Regal 400、 Vulcan⑧P)。有机着色颜料的合适类型包括例如 蒽醌、酞菁蓝、酞菁绿、重氮、单偶氮、皮蒽酮、二萘嵌苯、杂环黄、喹诺 酮并喹诺酮(quinolonoquinolones)、会吖啶酮和(硫)散类。这种颜料以粉末或 滤饼开j式从包括BASF Corporation、 Engelhard Corporation和Sun Chemical Corporation的大量来源可商购。其它合适的着色颜料的实例描述于Colour Index, 第三版(The Society of Dyers and Colourists, 1982)。
该颗粒材料也可以是已经使用氧化剂氧化以在表面上引入离子和/或可 离子化基团的碳质材料例如炭黑。可使用任意上述的炭黑。已经发现以这种 方式制备的氧化碳质颜料例如氧化炭黑在表面上具有较高程度的含氧基团。 氧化剂包括,但不限于,氧气、臭氧、过氧化物例如过氧化氢、过硫酸盐(包 括过碌"酸钠、钾或铵)、次卣酸盐(hypohalite)如次氯酸钠、氧化酸如硝酸、和 含有过渡金属的氧化剂例如高锰酸盐、四氧化锇、氧化铬、或硝酸铈铵。还 可使用氧化剂的混合物,尤其是气体氧化剂(例如氧气和臭氧)的混合物。另 外,还可使用利用将离子或可离子化基团引入到颜料表面上其它表面改性方 法例如氯化和磺酰化制备的碳质颜料例如炭黑。
7颗粒材料还可以是包括具有连接的至少 一种有机基团的颜料的改性颜 料,其中该有机基团包含至少一种离子基团、至少一种可离子化基团、或其 混合物。改性颜料的颜料可以是任何上述的那些。优选该有机基团是直接连 接的。改性颜料可以使用现有技术人员已知的任何方法制备,使得有机化学
基团连接到该颜料。例如,改性颜料可使用描述于美国专利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 和6,042,643、以及PCT公开WO 99/23174中的方法制备,其说明书通过参 考全部引入本文。与使用例如聚合物和/或表面活性剂的分散剂型方法相比, 这些方法提供了基团在颜料上更稳定的连接。用于制备改性颜料的其它方法 包括使具有可用官能团的颜料与包含该有机基团的试剂反应。这种改性颜料 可使用描述于上面引入的参考文献中的方法制备。另外,含有官能团的改性 炭黑还可通过描述于美国专利No. 6,831,194和6,660,075、美国专利公开No. 2003-0101901和2001-0036994、加拿大专利No. 2,351,162、欧洲专利No. 1 394 221和PCT公开No. WO 04/63289中的方法制备,其各自也通过参考将 它们的全部内容引入本文。
根据包括溶剂的特定类型以及分散体的预期用途的多种因素选择连接 的有机基团。这通过调整改性颜料分散体的性质允许较大的灵活性。该有机 基团包括至少一种离子基团、至少一种可离子化基团、或至少一种离子基团 和至少 一种可离子化基团的混合物。该离子基团是阴离子或阳离子并且与相 反电荷的反离子締合,该反离子包括无机或有机反离子如Na+、 K+、 Li+、 NH4+、 NR,4+、乙酸才艮、N03_、 SCV2、 OH—和Cr,其中R,代表氢或有机基团 如取代或未取代的芳基和/或烷基。可离子化基团是在水中能够形成离子基团 的基团并且在某种程度上在低极性的介质中与其反离子締合,除非使用添加 剂离解该反离子。可阴离子化基团形成阴离子且可阳离子化基团形成阳离 子。因此,有机基团是有机离子或可离子化基团。这些基团包括描述于美国 专利No. 5,698,016中的那些,其说明书通过参考全部引入本文。
例如,改性颜料可包括具有连接的至少一种阴离子基团的颜料,该阴离 子基团是带负电的离子基团。阴离子基团可从具有可形成阴离子的可离子化 取代基例如酸取代基的基团产生,或者可以是可离子化取代基的盐中的阴离 子。阴离子基团的代表性实例包括-COO—、 -SO" -OSCV、 -HPO,、 -OP(V2、 和-P(V2。可阴离子化基团的代表性实例包括-COOH、 -S03H、 -P03H2、 -R,SH、-R,OH、和-S02NHCOR,,其中R,代表氢或有机基团例如取代或未取代的芳 基和/或烷基。优选,连接的基团包含羧酸基、磺酸基、硫酸根、或其盐。例 如,连接的基团可以是有机基团例如苯羧酸基、苯二羧酸基、苯三羧酸基、 苯磺酸基、或其盐。具体的有机离子基团是-QH4-C02H、 -C6H4S03H、或其 盐。连接的有机基团也可以是任何这些基团的取代衍生物。
作为另 一 实例,该改性颜料可包括具有连接的至少 一种阳离子基团的颜 料,该阳离子基团为带正电的有机离子基团,其可从可形成阳离子的可离子 化取代基(可阳离子化基团)产生,例如质子化胺。例如,烷基或芳基胺可以 在酸介质中质子化以形成铵基-NR'2H+,其中R,代表氢或有机基团例如取代 或未取代的芳基和/或烷基。阳离子基团也可以是带正电的有机离子基团。实 例包括季铵基团(-NR,3+)和季辚基团(-PR,3+)。这里,R,代表氢或有机基团例 如取代或未取代的芳基和/或烷基。优选,连接的基团包括烷基胺基团或其盐 或烷基铵基团。
连接基团的量可根据溶剂以及分散体的期望性质变化。通常,连接的有 机基团的量为约0.001-约10,0微摩尔有机基团/平方米颜料的表面积(表面积 例如通过氮气吸附测量)。优选,连接的有机基团的量为约0.1-约5.0微摩尔 /m2,更优选为约0.1-约4.0微摩尔/m2,且最优选为约0.5-约3.0微摩尔/m2。 连接的量可根据具体的连接基团变化并且可根据例如连接基团的尺寸或离 子基团的官能度调节。此外,以下情况也在本发明的范围内在改性颜料上 具有多于一种类型的连接基团例如非离子或非可带电基团,尤其是能够提供 额外的空间稳定化的基团,以提供最佳的总体性能。在这种情况下,离子或 可离子化基团的量优选大于非离子基团的量(基于摩尔计)。
颗粒材料例如改性颜料或氧化的碳质材料可以通过清洗,例如通过过
它反应杂质。该产物还可例如通过蒸发分离,包括喷雾干燥或盘式干燥,或 者其可通过过滤和使用本领域技术人员已知的技术干燥而回收。另外,可纯 化颗粒材料例如改性颜料或氧化的碳质材料以除去任何不期望的游离物质, 例如用于制备它们的未反应处理剂。已知的利用膜或离子交换的超滤/渗滤技 术可用于纯化颗粒材料并除去大量游离的离子的且不需要的物质,如果存在 的话。而且,如果颗粒材料是改性颜料或氧化的碳质材料,可使用任选的反 离子交换,由此可利用已知的离子交换技术如超滤、反渗透、离子交换柱等以替换反离子(包括例如两亲离子)交换或取代形成改性或氧化颜料一部分的
反离子。可交换的反离子的具体实例包括,但不限于,Na+、 K+、 Li+、 NH4+、 Ca2+、 Mg2+、 Cr、 N(V、 N02-、乙酸根和Bf。
取决于包含颗粒材料的分散体的期望性质,本发明的分散体中使用的颗 粒材料可具有宽范围的BET表面积,该表面积通过氮气吸附测量。如本领 域技术人员所知,较高的表面积将对应于较小的粒径。对于炭黑,该粒径是 聚集体粒径,其为可分散的炭黑的最小单元。优选,该颗粒材料是具有约10 m2/g-约1500 m2/g、更优选约20 m2/gj々600 m2/g且最优选约50 mVg-约300 m2/g的BET表面积的颜料。如果颗粒材料期望的表面积对于期望的应用不 容易获得,本领域技术人员也充分认识到,如果需要,该颗粒材料可经历常 规的粉碎或破碎技术,例如介质磨、球磨或喷射磨或超声处理,以将材料减 少到较小的粒径。而且,颗粒材料可具有本领域中已知的多种粒径。例如, 颗粒材料可以是具有约5 nm-约100 nm,包括约10 nm-约80 nm和15 nm-约50nm的初级粒径的颜料。另外,颗粒材料可以是具有宽范围的邻苯二曱 酸二丁酯吸收(DBP)值的颜料,该值是颜料的结构或支化的量度。例如,颜 料可以是具有约25-400 mL/100g,包括约30-200 mL/100g和约50-150 mL/100g的DBP值的炭黑。而且,颜料可以是具有约5-150 mL/100g,包括 约10-100 mL/100g和约20-80 mL/100g的油吸附值(如在ISO 787 T5中所述) 的有机着色颜料。
本发明的分散体还包含至少一种介电常数《50的溶剂。合适的实例包括 醇、二醇、醚(例如四氢呋喃或二乙醚)、酮(例如丙酮或曱基乙基酮)、乙酸 酯(例如乙酸乙酯)、酰胺(例如二曱基曱酰胺)、亚石风(例如二曱亚石风)、烃、酯 (例如丙酸丁酯)、和其可混溶的混合物。该溶剂也可以是单体。单体的合适 实例包括丙烯酸酯类(例如单官能、双官能或更高官能的丙烯酸酯)、曱基丙 烯酸酯类(例如单官能、双官能或更高官能的曱基丙烯酸酯)、苯乙烯类(例如 苯乙烯、苯乙烯的取代衍生物、二乙烯基苯、a-甲基苯乙烯、和a-曱基苯乙 烯的取代衍生物)、酉旨、二醇(例如己二醇)、环氧化物、内S旨(例如己内酯)、 和其可混溶的混合物。还可〗吏用单体和溶剂例如如上所述的那些的混合物。 该溶剂还可进一步包含水。然而,由于溶剂的介电常数低,因此该溶剂不为 单独的水或者是包含大于50重量%水的混合物。因此,该溶剂是非水溶剂 且可进一步包含小于50重量%水,例如<40重量%、 <30重量%、《20
10重量%、或《10重量%的水。
本发明的分散体中存在的颗粒材料的量可取决于例如颗粒材料的类型 和溶剂的类型变化。然而,本发明的分散体通常是指高填充的分散体。"高" 是指颗粒材料的量>10重量%,基于分散体的总重量。例如,颗粒材料的填
充量可为>10重量%、 >15重量%、 >20重量%、 >25重量%、或>30 重量%,基于分散体的总重量。优选,对于一些应用,分散体包含>20重量 % 、或更优选> 25重量%的颗粒材料。
在本发明的一个实施方式中,分散体进一步包含至少一种分散剂,该分 散剂是具有至少一个对颗粒材料具有强亲合力的基团和至少一个对溶剂具 有强亲合力的基团的化合物。因此,使用的分散剂的类型将取决于颗粒材料 的类型和溶剂的类型。合适的分散剂类型的实例包括,但不限于,聚氧化烯 (例如聚氧化乙烯或聚氧化丙烯)、聚酯(例如聚己内酯、聚戊内酯、聚(羟基 硬脂酸)、或聚(羟基油酸)、聚酰胺例如聚己内酰胺、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯 和具有疏水和亲水基团两者的嵌段共聚物。优选的实例包括这些的胺官能化 的衍生物(例如聚胺、叔胺、或季铵官能化的衍生物)或酸官能化的衍生物(例 如羧酸或膦酸官能化的衍生物),例如胺官能化或胺封端的聚氧化烯或包含 胺或酸官能团丙烯酸类聚合物。其它合适的分散剂是本领域的技术人员已知 的。分散剂还可以是在溶剂中形成締合结构(associative structure))的分散剂。
排列,如反胶束(inverse micelle)。这种分散剂可以通过如下鉴别在高于其 临界胶束浓度(CMC)下将该分散剂加入到溶剂中并确定是否已经形成了締
身中,即在颗粒材料的存在下,形成这种结构。本领域技术人员已知的技术 例如光散射方法可用于检测在溶剂中或在分散体中这种结构的存在。
对于该实施方式,可基于颗粒材料的类型和分散体期望的总体性质选择 具体的分散剂。例如,如果颗粒材料是包括具有连接的至少一种有机基团的 颜料的改性颜料,该分散体优选包含对连接到颜料的有机基团的类型选择的 至少一种官能团。例如,如果改性颜料包括具有连接的至少一种阴离子或可 阴离子化基团的颜料,已经发现包含至少一种阳离子或可阳离子化官能团的 分散剂可优选地用于产生本发明的分散体。具体的组合包括具有连接至少一 种羧酸盐基团或至少一种磺酸盐基团改性的颜料和包括至少一种胺基团的
ii分散剂。然而,对这种类型的改性颜料,还可用包含至少一种阴离子或可阴 离子化官能团例如羧酸基的分散剂产生本发明的分散体。而且,如果颗粒材 料是包括具有连接的至少 一种阳离子或可阳离子化基团的颜料的改性颜料, 已经发现包含至少 一种阴离子或可阴离子化官能团例如羧酸基的分散剂可 优选地用于产生本发明的分散体。最终,还已经发现,如果改性颜料包括具 有连接的至少一种离子基团、至少一种可离子化基团或其混合物的颜料,包 括至少一种非离子官能团例如聚醚基团的分散剂可用于产生本发明的分散 体。
分散剂的量可取决于颗粒材料、溶剂的类型以及颗粒材料的填充量而变
化。通常,分散剂的量与颜料的量的比可为约0.01:1直到约2.5:1,且优选 为约0.1:1直到约1:1。虽然分散剂的使用是任选的,但已经发现分散剂例如 上述那些的可向本发明的高填充分散体赋予改善的性质,例如稳定性和低粘 度。即使当分散剂的含量高时也是如此。
因此,如本文所述,本发明涉及包含颗粒材料和低介电常数溶剂以及任 选的分散剂的分散体,其中颗粒材料的含量高且其中分散体的粘度低。"分 散体"是指包含细分散颗粒的两相体系,该细分散颗粒具有小于或等于约500 nm,优选小于或等于约300nm,更优选小于或等于约200 nm,且最优选小 于或等于约150 nm的平均粒径,且该细分散颗粒在整个液相中均匀分布。 还已经发现这些分散体是稳定的分散体。"稳定"是指该分散体性质不随时 间和/或具体条件如温度的变化而明显变化。颗粒材料的分散体仍然是分散 体。因此,例如,分散体中颗粒材料的平均粒径可低于500 nm,优选低于 300 nm,更优选低于200nm,且最优选低于150nm,且该粒径不随时间(例 如几周后)或随着温度变化例如在升高的温度下(包括高于约70°C、高于80 。C、或高于90。C)明显变化。优选,平均粒径的改变在高于70。C的温度下在 一周后小于约10%,且更优选小于约5%。令人惊讶地,即使在上述高的颗 粒材料填充量下也是如此。如上所述,如果该颗粒材料是基于炭黑的颜料, 粒径将对应于聚集体粒径。作为另 一 实例,本发明的分散体不随着时间出现 高的沉淀含量。因此,分散体的固体含量基本上保持不变。已经发现固体含 量在室温下4周后或者在高于70。C的温度下2周后不变化超过约10%且优 选小于约5%。
因此,已经令人惊讶地发现颗粒材料的稳定高填充分散体可以在低介电
12常数溶剂(例如《50)中形成。已经进一步发现,即使当颗粒材料填充量高(包
括>10重量%)时,也可形成粘度《50cP,包括《40cP、 <30cP、《20cP、 且甚至<10 cP的这种稳定的分散体。例如,已经发现本发明特别优选的分 散体在非水溶剂中在约20-30重量%的颗粒材料填充下具有约10 cP或更小 的粘度,并已经发现该分散体是稳定的。这对于其中颗粒材料是离子改性的 颗粒例如氧化的碳质材料或包括具有连接的至少一种离子或可离子化基团
预期这些组合物在非水溶剂中将具有高粘度,特别是在高填充量下,因为连 接到颜料的可带电基团预计不在非水体系中带电。因此预期这些颜料将彼此 相互作用,从而增加分散体的粘度,特别是随时间的变化。相反,已经发现 这些分散体的粘度低且该粘度不随时间明显变化。而且,本发明的分散体具 有的粘度基本上与使用溶剂的粘度相同。因此,已经发现分散体的粘度比溶 剂粘度大不到约10 % ,优选不到约5 % ,且更优选不到约1 % 。
本发明的分散体可使用现有技术中已知的任何方法制备。优选,分散体 通过以任何顺序将颗粒材料、溶剂和如果使用的分散剂组合来制备。例如, 可随着搅拌将颗粒材料和溶剂组合以产生稳定的分散体,并且如果使用,可 加入分散剂。而且,如果颗粒材料可分散在水中,颗粒材料的该分散体的含 水溶剂可交换为分散体的溶剂。溶剂交换的方法的实例包括渗滤/超滤和在含 水溶剂的蒸发过程中加入溶剂。或者,如果使用分散剂,其可以与颗粒材料 组合,然后可将所得组合与溶剂组合。可将颜料、分散剂和溶剂在现有技术 中已知的任何设备例如介质或球、或其它高剪切混合设备中组合。可使用各 种常规研磨介质。用于形成本发明的分散体的其它方法是本领域技术人员已 知的。
本发明的分散体可进一步纯化或分级以除去由于制造过程可共存于分 散体中的杂质和其它不期望的游离物质。例如,分散体可进行分级步骤例如 过滤、微滤或离心,以基本上除去尺寸大于约l.O微米的颗粒。当在各种应 用中包括在例如油墨组合物、涂料组合物、或用于制备黑底的组合物中使用 时,从分散体除去杂质还可改善这些分散体的性能。
因此,本发明还涉及包含本发明分散体的组合物。例如,分散体可用于 塑料组合物、非水油墨或涂料、橡胶组合物、纸张组合物和纺织品组合物。 特别地,这些颜料可用于非水组合物中,包括例如汽车和工业涂料、导电涂
13料、用于制备在成像制品制备中的掩模或临时掩模的涂料组合物、油漆、调 色剂、粘合剂、和油墨,例如非水喷墨油墨组合物,包括工业喷墨应用。
例如,本发明还涉及包含本发明的分散体的非水油墨组合物,例如非水 喷墨油墨组合物。使用分散体的量可为使得颗粒材料例如颜料以足以提供期 望的图像品质(例如光密度)而没有不利地影响油墨的性能的量存在于油墨组 合物中的任意量。典型地,以使得基于油墨的重量,颗粒材料的存在量低至
约0.1重量%,优选0.5重量%,且高达约30重量%,优选25重量%的量
使用分散体。还可s 1入合适的添加剂以赋予多种期望的性质同时保持分散体 和所得油墨组合物的稳定性。例如,可加入常规的表面活性剂和/或分散剂、 湿润剂、干燥加速剂、渗透剂、助溶剂、和粘合剂、以及现有技术中已知的 其它添加剂。特定添加剂的量将根据多种因素变化,但基于油墨组合物的总
重量,通常范围为0重量%-40重量%。使用包含不同的颗粒材料的本发明 的分散体的混合物以及本发明的分散体和常规的颗粒材料的分散体的混合 物也在本发明的范围内。
本发明还进一步涉及包含本发明的分散体的非水涂料组合物,例如可固 化涂料组合物。在一个实施方式中,这种涂料组合物可用于制备下面更详细 描述的黑底(black matrix),尤其是本发明的黑底,其可用于例如液晶显示装 置的滤色器中。而且,如果颗粒材料包括有机着色颜料,涂料组合物可用于 制备滤色器本身。该涂料组合物优选进一步包含树脂,例如可固化树脂。而 且,还可加入常规的助溶剂,例如乙酸丁酯、乙基溶纤剂、乙基溶纤剂乙酸 酯、丁基溶纤剂、丁基溶纤剂乙酸酯、乙基卡必醇、乙基卡必醇乙酸酯、二 甘醇、环己酮、丙二醇单曱醚、丙二醇单曱醚乙酸酯、乳酸酯、及其混合物。 还可加入含水溶剂,包括例如水和水溶性醇,但水的量将低于50重量% 。
可固化树脂可以是现有技术中已知的任何树脂。例如,该树脂可以是环 氧双酚A树脂或环氧酚醛清漆树脂。该树脂还可以是丙烯酸类树脂、聚酰亚 胺树脂、氨基曱酸酯树脂、聚酯树脂、纤维素、或明胶。该树脂为可热固化 或通过任何辐射源例如红外辐射或紫外辐射源固化的树脂。这样,该可固化
如通过加热固化)。当该树脂通过辐射可固化时,该可固化涂料组合物还可 进一步包含光引发剂,其在与各自的颜料吸收光时产生自由基。而且,还可 包括单体如丙烯酸酯、曱基丙烯酸酯、环氧化物、或苯乙烯类。可固化涂料组合物可用最少的额外组分(添加剂和/或助溶剂)和加工步骤形成。然而,也可包括添加剂例如表面活性剂和助溶剂。例如,当使用光敏树脂例如环氧双酚A或环氧酚醛清漆时,还可加入光引发剂。还可加入单体和/或低聚物。
涂料組合物可用于制备黑底,该黑底可用于例如液晶显示装置中的滤色器。因此,本发明还涉及包含本发明分散体的黑底组合物。该黑底可使用现
有技术中已知的任何方法形成。例如,该黑底可通过如下形成将包含改性
颜料的黑底组合物涂覆到基底上,成像固化所得的可固化涂层,并显影和干燥该固化涂层。
通过下列实施例进一 步阐明本发明,所述实施例本质上仅意图为示例性的。
实施例
实施例l-13描述本发明的分散体的制备。实施例1:
将20.0 g改性着色颜料(通过对Cab-O-Jet 250C着色颜料分散体(从Cabot Corporation商购的包括具有连接的磺酸盐基团的青色颜料的改性颜料的含水分散体)进行干燥而制备)、6 g Disperbyk BYK163(得自BYK Chemie的胺官能化的分散剂)、13 g Joncryl 611 (得自Johnson Polymer, Inc.的丙烯酸类共聚物)和61 g作为溶剂的乙酸丁酯计量供给到容器中。向其中加入2 mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器(paint strainer)除去玻璃珠。分散体(20。/。颜料填充)的粘度使用Brookfield粘度计(心轴(spindle)000)测量并且得到在100RPM下为5.4 cP。分散体中颗粒材料的体均粒度(mV)使用]\4^01^0@粒度分析仪测量且得到为0.67 |am。该包括丙烯酸类共聚物的分散体可用作非水涂料组合物。
实施例2:
将15.0 g改性着色颜料(通过对Cab-O-Jet 250C着色颜料分散体(从Cabot Corporation商购的包括具有连接的磺酸盐基团的青色颜料的改性颜料的含水分散体)进行干燥而制备)、6 g Disperbyk BYK163(得自BYK Chemie的胺官能化的分散剂)、15 g Joncryl 611 (得自Johnson Polymer, Inc.的丙烯酸类共聚物)和64 g作为溶剂的乙酸丁酯计量供给到容器中。向其中加入2 mm
15玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(15。/。颜料填充)的粘度使用Brookfield粘度计(心轴OOO)测量并且得到在100RPM下为7.2 cP。分散体中颗粒材料的体均粒度(mV)使用]^0"0^0@粒度分析仪测量且得到为0.17 |im。该包括丙烯酸类共聚物的分散体可用作非水涂料组合物。实施例3:
将15.0 g改性着色颜料(如下制备使用2.4 mmol/g磺胺酸、化学计量的亚硝酸钠、和颜料红254,通过加入氢氧化钠将所得含水改性颜料分散体的pH调节至8-10,并使该分散体干燥)、6 g Disperbyk BYK163(得自BYKChemie的胺官能化的分散剂)、15 g Joncryl 611(得自Johnson Polymer, Inc.的丙烯酸类共聚物)和64 g作为溶剂的乙酸丁酯计量供给到容器中。向其中加入2mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(15%颜料填充)的粘度使用Brookfield粘度计(心轴000)测量并且得到在100 RPM下为1.7 cP。分散体中颗粒材料的体均粒度(mV)使用^/1^0加0@粒度分析仪测量且得到为0.19 nm。该包括丙烯酸类共聚物的分散体可用作非水涂料组合物。
实施例4:
将15.0 g改性着色颜料(通过对Cab-O-Jet 554B着色颜料分散体(从Cabot Corporation商购的包括具有连接的磺酸盐基团的紫色颜料的改性颜料的含水分散体)进行干燥而制备)、6 g Disperbyk BYK163(得自BYK Chemie的胺官能化的分散剂)、15 g Joncryl 611 (得自Johnson Polymer, Inc.的丙烯酸类共聚物)和64 g作为溶剂的乙酸丁酯计量供给到容器中。向其中加入2 mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(15。/。颜料填充)的粘度使用Brookfield粘度计(心轴OOO)测量并且得到在100 RPM下为1.5 cP。分散体中颗粒材料的体均粒度(mV)使用Microtrac 粒度分析仪测量且得到为0.23 ^m。该包括丙烯酸类共聚物的分散体可用作非水涂料组合物。
实施例5:
将28.8g包括具有连接的磺酸盐基团的炭黑的改性着色颜料(如下制备使用6 ^miol/r^磺胺酸、化学计量的亚硝酸钠、和Regaf250炭黑,通过力口入氢氧化钠将所得含水改性颜料分散体的pH调节至8-10,并使该分散体干燥)、15.0 g Solsperse 32500(得自Noveon的胺官能化的分散剂)、94 g作为溶剂的Dowanol PM(得自Dow)、 7.5 g三(丙二醇)二丙烯酸酯、和15 g季戊四醇三丙烯酸酯计量供给到容器中。向其中加入2 mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(18°/0颜料填充)的粘度使用Brookfield粘度计(心轴18)测量并且得到在100 RPM下为6.48 cP。分散体中颗粒材料的体均粒度(mV)使用Microtrac 粒度分析仪测量且得到为0.074 (im。该包括可固化单体的分散体可用作工业喷墨印刷用的可固化油墨组合物。实施例6:
将8.8 g包括具有连接的磺酸盐基团的炭黑的改性着色颜料(如下制备使用6 1imol/n^磺胺酸、化学计量的亚硝酸钠、和Regaf330炭黑,通过加入氢氧化钠将所得含水改性颜料分散体的pH调节至8-10,并使该分散体干燥)、4.5 g Solsperse 32500(得自Noveon的胺官能化的分散剂)、28.9 g作为溶剂的Dowanol PM(得自Dow)、 2.3 g三(丙二醇)二丙烯酸酯、和4.5 g季戊四醇三丙烯酸酯计量供给到容器中。向其中加入2 mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(18%颜料填充)的粘度使用Brookfield粘度计(心轴18)测量并且得到在100 RPM下为6.48 cP。分散体中颗粒材料的体均粒度(mV)使用]^(^0加0@粒度分析仪测量且得到为0.074 iLim。该包括可固化单体的分散体可用作工业喷墨印刷用的可固化油墨组合物。
实施例7:
将20 g包括具有连接的磺酸盐基团的炭黑的改性着色颜料(如下制备使用6 ^mol/n^磺胺酸、化学计量的亚硝酸钠、和Regal 330炭黑,通过加入氢氧化钠将所得含水改性颜料分散体的pH调节至8-10,并使该分散体干燥)、4 g Solsperse 20000(得自Noveon的胺官能化的分散剂)、和100 g作为溶剂的甲醇计量供给到容器中。向其中加入2 mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(16%颜料填充)的粘度使用Brookfield粘度计(心轴S00)测量并且得到在100 RPM下为18.0 cP。样品在50。C下经历加速老化36小时,并且得到在加速老化后的粘度为19.0 cP。
实施例8:
17将9.98 g包括具有连接的磺酸盐基团的炭黑的改性着色颜料(如下制备使用6 nmol/n^磺胺酸、化学计量的亚硝酸钠、和Regal 250炭黑,通过加入氢氧化钠将所得含水改性颜料分散体的pH调节至8-10,并使该分散体干燥)、2.12gTergitolL-61(得自Noveon的非离子聚醚多元醇分散剂)、和100 g作为溶剂的曱醇计量供给到容器中。向其中加入2mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(9%颜料填充)的粘度使用Brookfidd粘度计(心轴S00)测量并且得到在100 RPM下为2.5cP。当排除乙二醇溶剂时得到类似的性质。因此,预期如果在该配料中颜料量增加到10%填充,也将观察到类似的结果。
实施例9:
将8.88 g包括具有连接的磺酸盐基团的炭黑的改性着色颜料(如下制备使用6 pmol/m2磺胺酸、化学计量的亚硝酸钠、和Regaf250炭黑,通过加入氢氧化钠将所得含水改性颜料分散体的pH调节至8-10,并使该分散体干燥)、0.82gSolsperse^000(得自Noveon的胺官能化的分散剂)、及作为溶剂的40.84 g曱醇和49.5 g乙二醇计量供给到容器中。向其中加入2 mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(9。/。颜料填充)中颗粒材料的体均粒度(mV)使用1\^(^(^30@粒度分析仪测量且得到为0.015 iam。样品在50。C下经历加速热老化3天,并且得到体均直径粒度为0.015 iam。当排除乙二醇溶剂时得到类似的性质。因此,预期如果在该配料中颜料量增加到10%填充,也将观察到类似的结果。
实施例10:
将20.1 g包括具有连接的磺酸盐基团的黄色颜料的改性着色颜料(通过对Cab-O-Jet 270Y着色颜料分散体(从Cabot Corporation商购的包括具有连接的磺酸盐基团的黄色颜料的改性颜料的含水分散体)进行干燥而制备)、13.5 gDisperbykBYK163(得自BYK Chemie的胺官能化的分散剂)、和100g作为溶剂的丙酸正丁酯计量供给到容器中。向其中加入2mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(15%颜料填充)的粘度使用Brookfield粘度计(心轴18)测量并且得到在100 RPM下为18 cP。分散体中颗粒材料的体均粒度(mV)使用\1^0钍&0@粒度分析仪测量且得到为0.37^im。样品在50。C下经历加速热老化3天,并且得到体均直径粒度为0.37 pm。
18实施例11:
将19.9 g包括具有连接的羧酸盐基团的品红色颜料的改性着色颜料(如下制备使用0.7 mmol/g对氨基苯曱酸、化学计量的亚硝酸钠、和颜料红122,并使所得的含水改性颜料分散体干燥)、13.2gDisperbykBYK163(得自BYKChemie的胺官能化的分散剂)、和101 g作为溶剂的丙酸正丁酯计量供给到容器中。向其中加入2 mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(15%颜料填充)的粘度使用Brookfield粘度计(心轴18)测量并且得到在60 RPM下为11 cP。
实施例12:
将10.8 g改性着色颜料(通过对Cab-0-Jet 740着色颜料分散体(从CabotCorporation商购的包括具有连接的磺酸盐基团的黄色颜料的改性颜料的含水分散体)进行干燥而制备)、3.8 g Anti-Terra U(得自BYK Chemie的不饱和聚胺酰胺和低级分子酸的盐)、和60g作为溶剂的l-曱氧基-2-丙醇计量供给到容器中。向其中加入2mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(14。/。颜料填充)的粘度使用Brookfield粘度计(心轴18)测量并且得到在60 RPM下为11 cP。
实施例13:
将30 g包括具有连接的磺酸盐基团的炭黑的改性着色颜料(如下制备使用6 ^mol/m2磺胺酸、化学计量的亚硝酸钠、和Regal 250炭黑,通过加入氢氧化钠将所得含水改性颜料分散体的pH调节至8-10,并使该分散体干燥)、15 g Dispe勿k 163(得自BYK Chemie的胺官能化的分散剂)、和55 g作为溶剂的甲基乙基酮计量供给到容器中。向其中加入2mm玻璃珠,并且通过在Skandex混合器上混合制备分散体。使用油漆过滤器除去玻璃珠。分散体(9。/。颜料填充)中颗粒材料的体均粒度(mV)使用Microtrac⑧粒度分析仪测量且得到为0.15 iam。样品在70。C下进行加速热老化7天,并且得到体均直径粒度为0.15 |um。
7十比例1:
将17 g Regal⑧250炭黑(从Cabot Corporation商购)、3.06 g Tergitol L-61(得自Noveon的非离子聚醚多元醇)、和100 g作为溶剂的乙二醇计量供给到容器中。向其中加入2mm玻璃珠,并且在混合时,形成糊。因此,尽管填充量与实施例1-12的填充量(14%颜料填充)类似,未得到具有低粘度的分散体。
为说明和描述的目的已经呈现了本发明的优选实施方式的上述描述。其 不意图为穷举的或限制本发明为公开的精确形式。改性和改变考虑到上述教 导是可能的,或者可从本发明的实践获得。选择和描述实施方式以说明本发 明的原理及其实际应用从而使得本领域技术人员能够在各种实施方式中和 以适合于预期特殊用途的各种改性利用本发明。本发明的范围由所附的权利 要求及其等价物所限定。
权利要求
1. 一种分散体,其通过以任何顺序将颗粒材料、分散剂和溶剂组合而制备,其中a)所述溶剂的介电常数≤50;b)所述分散体是粘度≤50cP的稳定分散体;和c)基于所述分散体的总重量,所述颗粒材料以≥10重量%的量存在,和其中i)所述颗粒材料是包括具有连接的至少一种阴离子或可阴离子化基团的颜料的改性颜料,且所述分散剂包括至少一种阳离子或可阳离子化基团;ii)所述颗粒材料是包括具有连接的至少一种阳离子或可阳离子化基团的颜料的改性颜料,且所述分散剂包括至少一种阴离子或可阴离子化基团;或iii)所述颗粒材料是包括具有连接的至少一种阴离子或可阴离子化基团的颜料的改性颜料,且所述分散剂包括至少一种阴离子或可阴离子化基团。
2. 权利要求l的分散体,其中基于所述分散体的总重量,所述颗粒材料 以>20重量%的量存在。
3. 权利要求l的分散体,其中所述颜料是碳质颜料或有机着色颜料。
4. 权利要求1的分散体,其中所述颜料包括蓝色颜料、黑色颜料、褐色 颜料、青色颜料、绿色颜料、白色颜料、紫色颜料、品红色颜料、红色颜料、 黄色颜料、橙色颜料或其混合物。
5. 权利要求1的分散体,其中所述有机基团包括至少一种羧酸基、至少 一种磺酸基、或其盐。
6. 权利要求1的分散体,其中所述有机基团为-C6H4-COOH基团、-C6H4-S03H基团、或其盐。
7. 权利要求1的分散体,其中所述颗粒材料是包括具有连接的至少一种 阴离子基团的颜料的改性颜料,且所述分散剂包括至少一种可阳离子化基 团;且其中所述阴离子基团是羧酸盐基团或磺酸盐基团和所述可阳离子化基 团是胺基。
8. 权利要求1的分散体,其中所述颗粒材料是包括具有连接的至少一种 阳离子基团的颜料的改性颜料,且所述分散剂包括至少一种可阴离子化基团;且其中所述阳离子基团是季胺基和所述可阴离子化基团是羧酸。
9. 权利要求1的分散体,其中所述颗粒材料是包括具有连接的至少一种 阴离子基团的颜料的改性颜料,且所述分散剂包括至少一种可阴离子化基 团;且其中所述阴离子基团是羧酸盐基团或磺酸盐基团和所述可阴离子化基 团是羧酸基。
10. 权利要求1的分散体,其中所述溶剂是醇、醚、酮、酯、酰胺、亚 石风、烂、或其可混溶的混合物。
11. 权利要求l的分散体,其中所述溶剂还包含《20重量%的水。
12. 权利要求1的分散体,其中所述溶剂是单体。
13. 包含权利要求1的所述分散体的涂料组合物。
14. 包含权利要求1的所述分散体的油墨组合物。
15. 权利要求14的油墨组合物,其中所述油墨组合物是非水喷墨油墨组 合物。
16. 包含权利要求1的所述分散体的黑底组合物。
17. 包含颗粒材料和溶剂的分散体,其中a) 基于所述分散体的总重量,所述颗粒材料以>25重量%的量存在;b) 所述溶剂的介电常数《50;和c) 所述分散体是粘度< 50 cP的稳定分散体。
18. 权利要求17的分散体,其中所述颗粒材料包括蓝色颜料、黑色颜 料、褐色颜料、青色颜料、绿色颜料、白色颜料、紫色颜料、品红色颜料、 红色颜料、黄色颜料、橙色颜料或其混合物。
19. 权利要求17的分散体,其中所述颗粒材料是氧化的碳质材料。
20. 权利要求17的分散体,其中所述颗粒材料是包括具有连接的至少 一种有机基团的颜料的改性颜料,其中所述有机基团包括至少一种离子基 团、至少一种可离子化基团、或其混合物。
21. 权利要求20的分散体,其中所述颜料是碳质颜料或有机着色颜料。
22. 权利要求20的分散体,其中所述颗粒材料包括蓝色颜料、黑色颜 料、褐色颜料、青色颜料、绿色颜料、白色颜料、紫色颜料、品红色颜料、红色颜料、黄色颜料、橙色颜料或其混合物。
23. 权利要求20的分散体,其中所述有机基团包括至少一种羧酸基、至少一种磺酸基、或其盐。
24. 权利要求20的分散体,其中所述有机基团为-C6HrCOOH基团、-C6H4-S03H基团、或其盐。
25. 权利要求17的分散体,其中所述颗粒材料是包括具有连接的至少 一种阴离子基团的颜料的改性颜料,且其中所述分散体还包括含有至少一种 可阳离子化官能团的分散剂。
26. 权利要求25的分散体,其中所述阴离子基团是羧酸盐基团或磺酸 盐基团和所述可阳离子化基团是胺基。
27. 权利要求17的分散体,其中所述颗粒材料是包括具有连接的至少 一种阳离子基团的颜料的改性颜料,且其中所述分散体还包括含有至少 一种 可阴离子化官能团的分散剂。
28. 权利要求27的分散体,其中所述阳离子基团是季胺基和所述可阴 离子化基团是羧酸。
29. 权利要求17的分散体,其中所述颗粒材料是包括具有连接的至少 一种阴离子基团的颜料的改性颜料,且其中所述分散体还包括含有至少一种 可阴离子化官能团的分散剂。
30. 权利要求29的分散体,其中所述阴离子基团是羧酸盐基团或磺酸 盐基团和所述可阴离子化基团是羧酸基。
31. 权利要求17的分散体,其中所述溶剂是醇、醚、酮、S旨、酰胺、 亚砜、烃、或其可混溶的混合物。
32. 权利要求17的分散体,其中所述溶剂还包含《20重量%的水。
33. 权利要求17的分散体,其中所述溶剂是单体。
34. 包含权利要求17的所述分散体的涂料组合物。
35. 包含权利要求17的所述分散体的油墨组合物。
36. 权利要求35的油墨组合物,其中所述油墨组合物是非水喷墨油墨 组合物。
37. 包含权利要求17的所述分散体的黑底组合物。
全文摘要
本发明涉及包含颗粒材料和溶剂以及任选的分散剂的分散体。所述溶剂具有低的介电常数,并且所述颗粒材料以高的填充量存在。已经发现所得的分散体即使在高颗粒材料填充下也是稳定的且具有低的粘度。还公开了这些分散体的各种用途。
文档编号C09B67/00GK101484536SQ200780023522
公开日2009年7月15日 申请日期2007年5月16日 优先权日2006年5月16日
发明者兰·古延, 安妮·K·希姆, 尤金·N·斯特普, 阿加莎格洛斯·基尔利迪斯 申请人:卡伯特公司
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