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