规定或识别粒状材料的方法

专利名称：规定或识别粒状材料的方法
技术领域：
本发明涉及为粒状材料提供产品说明书的方法。本发明还涉及基于界面势性能值标明、推广或表示粒状材料的等级、类型和/或品牌的方法。本发明还涉及基于界面势性能值规定粒状材料的批量、批次或货运的方法。
背景技术：
化学工业产品一般是下述两种类型中的一种-分子式化学产品和性能化学产品。分子式化学产品用其组成定义。如果以不同的等级售卖，则用杂质浓度区分等级。其例子包括氨、苯、四氯化碳、二乙醚和甲醛。包括聚合物、染料、颜料和香料的性能化学产品不因其组成而有价值，而是因其能够作什么而有价值。重要类型的性能化学产品包括细粒产品如炭黑、二氧化硅、二氧化钛、钽、碳酸钙，它们用在包括增强、流变学、染色和导电等领域中。
细粒用于提高复合材料的性能，如流变学、流动性、强度、颜色等。细粒产品达到所需性能程度的能力取决于颗粒特征。为了区分性能级别，通常定义类型或等级。这些定义包括标明某些颗粒性能，为这些性能赋予典型或目标值。在本发明之前，颗粒性能与形态学相关，如粒度、粒度分布、颗粒形状或结构等。
为了确保一致性，为细粒产品制定说明书。这些说明书一般包括一个或多个形态学量度，还可以包括一个或多个化学组分量度。形态学的常用量度是粒度、表面积、结构、孔隙率、聚集体粒度和聚集体形状。化学物质的常用量度包括本体和表面组成及提取物的分析值。可以在生产过程中测量这些性能的变化性，保证工艺处于可控状态(通常称为质量控制或QC)，或者在运输前的产品上测量这些性能的变化性(通常称为质量保证或QA)。
例如，炭黑在售卖时，一般至少有一个形态学说明，可以是表面积、粒度、结构和孔隙率。还可以进行性能测试，如结合橡胶或化合水分吸收(CMA)测试，这取决于炭黑的目的用途。但是，这些一般都不包括在产品规格说明表上。
尽管有这些质量控制和质量保证(QC/QA)方面的努力，用户通常还抱怨收到的一批产品没有预想的性能，尽管这些产品“在规格范围内”。例如，橡胶固化速率的变化、模制橡胶零件上白色雾点的外观、粘结剂的低触变性和塑性复合次数的变化都追溯到炭黑批量至批量的变化，即使每一批量都在规格范围内。这样通常导致的结果是使生产商对工艺和产品进行深入地和投入大量资金的研究，尽量做出调整，使产品能够再次具有所希望的性能。
确定为什么产品不具有所希望的性能是无效的，通常既浪费时间又浪费金钱。它涉及到评价为什么发生问题，而不是首先规避问题。生产商会多次调整生产步骤，不是理解结果，而只是企图改变产品，以某种方式看到产品的差异。有时候这实际上是猜测性的工作。
因此，特别是在粒状材料工业中需要更好地规定粒状材料的批量、批次和/或货运的方法及赋予或识别粒状材料的类型、等级和/或品牌的方法。

发明内容
本发明部分涉及为粒状材料的批量、批次或货运创设产品说明书的方法，其中涉及为粒状材料的批量、批次或货运规定界面势性能值。界面势性能值可以包括在用于粒状材料的品牌或等级的产品规格说明表上。还可以规定至少一个形态学值和/或化学值，这也可以包括在产品规格说明表上。
本发明还涉及通过为粒状材料的等级、品牌或类型赋予或提供至少一个界面势性能值而识别或表示粒状材料的等级、品牌或类型的方法。还可以赋予至少一个形态学值和/或化学值。
本发明还涉及颗粒生产商为用户提供粒状材料的方法，其包括为粒状材料的等级、品牌或类型标明至少一个界面势性能值的步骤。还可以在粒状材料上标明至少一个形态学值和/或化学值。
本发明还涉及预订粒状材料的方法，其包括通过规定至少一个指定的界面势性能值预订粒状材料的步骤。粒状材料的界面势性能值可以由用户和/或生产商在预订之前或预订时提出要求。还可以为粒状材料规定至少一个形态学值和/或化学值。
本发明还涉及改善粒状材料的批量、批次或货运的识别的方法，其包括通过添加或规定至少一个界面势性能值对已有的用于粒状材料的批量、批次或货运的说明书进行更新的步骤。还可以在已有的说明书上添加用于说明的至少一个形态学值和/或化学值。
本发明还涉及改善粒状材料的等级、类型或品牌的识别的方法，其包括通过为粒状材料的等级、类型或品牌指示或表示至少一个界面势性能值而更新已有的粒状材料的等级、类型或品牌的说明书的步骤。
应当理解的是，前面的概述和后面的详述都只是示例性和解释性的，其目的是为权利要求书定义的本发明的保护范围提供进一步的解释。


图1示出使用不同的探针液体时，对于同一等级的炭黑来说最大扭矩和体积的关系。
具体实施例方式
本发明涉及为粒状材料的批量、批次或货运创设产品说明书的方法。本发明还涉及识别或表示粒状材料的等级、品牌或类型的方法。本发明还涉及用产品说明书与用户做生意的方法。本发明的方法包括使用至少一个界面势性能值，可以用界面势性能值要求某一批量、批次或货运和/或提供某一批量、批次或货运的特定等级、品牌或类型的粒状材料。本发明还涉及用于粒状材料的批量、批次或货运的产品说明书，其包括至少一个界面势性能值。为了实现发明目的，这里使用的术语“值”包括具体数目或值或多个数目或值或这些数目或值的范围。
在定义的说明书范围内制造粒状材料如填料和颜料，即使这样，我们还发现产品有时候在用户使用时不能表现出一致的性能。截至目前工业上都不完全清楚即使产品在形态学说明书范围内也不能表现出一致性能的原因。现在本发明可以基于至少一个界面势性能值规定粒状材料的批量、批次或货运，使用户更易于达到他们产品所需的性能。可以用这种方法为用户提供在其终端产品中性能一致的产品。本发明还提供一种更好地识别或表示粒状产品的类型、等级和/或品牌的方法。该系统使生产商和用户能够更好地描述粒状产品的类型、等级和/或品牌，使工业人员能够更精确地推广粒状产品的类型、等级和/或品牌。
粒状材料可以以多种单元生产，包括批量、批次、样品、货运等。一般来说，用户和/或供货商同意标注产品的单位，可以包括在合同中，合同包括口头协定、购货订单、发货单、合同、弃权和约、或其组合。本发明的方法涉及为粒状材料的批量、批次和/或货运规定至少一个界面势性能值。批量、批次和/或货运可以是任意量，例如从很小的试验样品到机动轨道车大的订单或更大的量。本发明的方法还可以包括为粒状材料的批量、批次、样品和/或货运规定至少一个形态学值和/或至少一个化学值。每一个或一些这些值可以包括在产品规格说明表上。
本发明还涉及推广、表示或以某种方式识别粒状材料的品牌、等级或类型的方法。该方法包括为粒状材料的品牌、等级或类型命名、附注、指定、列举、表征或赋予至少一个界面势性能值。还可以包括至少一个形态学和/或化学值。工业上有时候将其称为用于产品的“典型值”。这里所用的表示粒状材料包括识别材料的任何方法。
粒状材料用在各种配混系统中，例如包括在弹性体、聚合物、溶剂、树脂或其混合物中的分散体。性能的重要方面包括增强性、流变学控制、渗透网络的形成、分散度、颜色和导电性。这些复合系统的性能部分来自于所用粒状材料的形态学。涉及粒状材料的其他物理现象可以响应于界面势性能。一些现象也响应于二者的结合。因为界面势和形态学在粒状材料中起着重要的作用，所以本发明的方法包括为粒状材料指定至少一个与界面势相关的性能。我们惊奇地发现，用这种方法可以更好地表征和更好地识别，特别是为用户表征和识别。这种说明书还可以更好地进行质量保证(QA)和质量控制(QC)。
粒状材料的界面势通过物理现象的量度来定义，该量度取决于在消除形态学的影响后粒状材料与其他材料或与其自身的相互作用。当两个颗粒相互接触时，界面势是单位接触面积上的内聚。当粒状材料混入流体中时，界面势是单位颗粒面积上的粘结。如果量度是单位质量，则总的相互作用取决于单位质量的表面积和单位面积上的界面势。
只与界面势相关的现象的例子包括液相之间颗粒的分割、吸附气体的扩张压力和液滴接触角。这些现象可以测量，至于其结果是来自形态学还是来自界面势，这是毫无歧义的，因为它们只取决于界面势。
但是如上所述，许多有用的物理现象既响应于形态学又响应于界面势。粒状材料的形态学是其形状、大小和结构的描述。形态学可以包括粒度、表面积、颗粒孔隙率、聚集体大小、聚集体形状、最大填充密度、粉末床孔隙率。形态学还可以包括粒度、孔隙大小、聚集体大小等这些值的分布性能如平均、标准偏差，宽度，歪斜度等。形态学值是测量这些性能中的一个或其组合的结果。单位质量的表面积、单个颗粒的扩散常数、一次颗粒的平均直径和显微结构如孔的直径、形状和数量都是形态学值的例子。
既响应于形态学又响应于界面势的现象的例子包括流变学的多个方面(如产率、粘度和剪切稀化)、流体在粉末柱中的芯吸速率和在搅拌的润湿粉末中发生的最大扭矩和流体体积(即，吸收计或吸油试验)。例如，流体在填充颗粒柱中的上升速率既取决于柱的孔大小分布又取决于流体和颗粒表面之间单元面积上润湿性相互作用的强度。产生最大扭矩时的体积取决于粉末可以填充的最大密度和挤压粉末时毛细力的强度。而毛细力又取决于孔的大小和单位面积上的界面势。如果相互作用足够大和/或孔足够小，则粒状材料可以挤压到其最大密度或接近最大密度。因此，为了用一些液体在一些粒状材料上进行吸收测量，只用颗粒形态学测定特征体积。对于其他液体，用形态学和界面势测定体积和扭矩。
当形态学和界面势导致的这些现象出现时，分析这些量度的方法，即，所用的计算法或算法会确定是形态学值还是界面势性能值。从而可以使用既响应于形态学又响应于界面势的试验，得到与二者有关的独立信息。
例如，既响应于形态学又响应于界面势的物理现象的子集是形态学的相关方面只是表面积且对面积的相关性是已知的那些现象。这种现象的典型例子是测定在该表面和气相或液相之间痕量分子的分割性的吸附研究。对于这些物理现象，调节表面积和计算的界面势的测量值。
既响应于形态学又响应于界面势的物理现象的另一个子集是对形态学和界面势的相关性可以通过数学分析分离的现象。例如，气体吸附量作为压力函数取决于表面积和界面势。可以用这个函数和已知的气体分子大小计算表面积或界面势。用氮气计算表面积就是所谓的BET法。通常的计算可以得到表面积，这是形态学的一个方面，该方法是形态学法。不同的计算得到界面势，所以这样的方法是界面势法。
可以通过算法将一些物理现象分为形态学效应和界面势。这为测量形态学或界面势提供了基础。解释数据的算法确定量度的类型。
如果满足下述条件中的一个条件，则可以用既响应于形态学又响应于界面势的现象为粒状材料赋予界面势性能值。
A)如果用惰性探针测量物理现象的同时还能够消除形态学的影响。惰性探针是可以忽略界面势的探针。例如，在反相气相色谱法(IGC)中，还要测量惰性探针的停留时间。
B)如果外部参数如压力或温度发生变化，对该参数的响应可以独立计算一个或多个形态学和界面势值。例如，BET分析法记录作为压力函数的吸附量，由这些数据计算出两个常数。一个常数量度表面积，一个常数量度界面势。
C)如果用相同的粒状材料在不同的流体中测试物理现象。将这些结果对比，确定颗粒的形态学相同时的差别。例如，可以将各种液体的芯吸速率与烃通过类似填充的粉末床的芯吸速率比较。
D)如果既响应于形态学又响应于界面势的不同试验的数目大于相关形态学参数的数目减去独立试验确定的数目，则有足够数量的独立试验以保证形态学参数的一致性，加上界面势的至少一个方面。
在所有这些条件中，除D)外，共同的目的是识别取决于在消除形态学的影响后粒状材料与其他材料或与其自身的相互作用的这部分物理现象。这一部分是界面势。
因此，在本发明的方法中，规定或赋予至少一个界面势性能值的步骤可以利用或包括任意一种上述技术。下面详述其他技术。
如上所述，本发明的方法还可以包括规定至少一个形态学值的步骤。形态学值和界面势性能值可以包括在产品规格说明表上。形态学值还可以包括在产品说明书上(目录、小册子、广告、推销、网址和其他报纸和电子介质)。形态学值可以是任意上述一种，可以用本领域已知的任意方法确定，如胶体技术、包括液体或蒸汽吸附、显微术或其结合。用于吸附的一般液体或蒸汽探针包括氮气、碘、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)或石蜡油。有用的显微术技术的例子包括但不限定为透射电子显微术(TEM)、X射线衍射、暗场显微术、氧化研究、衍射射束电子显微术、相衬透射电子显微成像术、高分辨率扫描电子显微术(SEM)、扫描隧道电子显微术(STEM)、扫描隧道显微术(STM)、扫描力显微术(SFM)、原子力显微术(AFM)成像。胶体技术的例子包括但不限定为多色调(黑色或彩色)、着色能力(ASTM D 3265)和氮气吸附数据(ASTM D 3037)、十六烷基三甲基溴化铵(ASTM D 3765)或碘(ASTM D 1510)。孔隙率的量和类型及粒状材料表面的化学性质可以以不同的方法影响用上述任一方法得到的表面积。可以用在大探针如CTAB上吸附小探针如氮气中探测到的表观超额表面积估计孔隙率。可以用TEM、圆盘离心光沉积法、沉积场流动分级、毛细水力分级、动态光色散和微分迁移率估计聚集体大小。可以用油吸附，特别是DBP估计聚集体形状，可以用密度-压力曲线和TEM估计比容。
下面的表1中示出形态学性能的例子和用于测量它们的试验。这些形态学值可以单独使用，或者与其他形态学值结合使用。
表1

本发明的方法还可以包括在本发明的各种实施方案中规定或赋予至少一个化学值的步骤。化学值与界面势性能值和/或形态学值还可以包括在产品规格说明表上。粒状材料的化学性质是材料的整体(或本体)组成、表面组成和/或可提取的材料。化学部分在表面上的类型、数量和分布称为表面化学性质。例如，炭黑的表面可以包括碳-氧表面基团、碳-氢表面基团和/或其他取代碳基。
可以用本领域已知的任何技术确定粒状材料的化学值。例如，可以通过解吸附(如脱吸附炭黑上的氧基团)、用酸和碱中和表面基团、电势、温度和放射滴定、电动学测试、用特定的化学反应直接分析、极谱法、红外光谱法(IR)和X射线光电子光谱法(XPS)测量化学部分的量。通过化学反应和通过除去可提取的材料可以改变表面化学性质。化学值的例子包括但不限定为pH、官能团的量和ζ电势。
我们发现一般来说，测量化学组分和测量形态学都不足以有效说明粒状材料，从而不能在终端产品中提供更大的一致性。粒状材料表面可以含有大量不同类型的化学物质，因此，为了有效说明粒状材料，需要识别太多的物质，确定它们在表面上的相对位置。另外，虽然存在有定性和定量分析的方法，对位置定位超出了目前的水平。
对于本发明的方法来说，可以使用任何粒状材料。粒状材料可以是任何形式如粉末、小球或绒毛材料。粒状材料的例子包括但不限定为填料、补充剂、碳质材料、炭黑、无机盐、二氧化硅(如煅制二氧化硅、沉淀二氧化硅或胶体二氧化硅)、二氧化硅气凝胶、煅制氧化物、硅酸盐、包括Stber溶胶的二氧化硅溶胶、金属氧化物、水合金属氧化物、铁氧化物、铝氧化物、勃姆石、硅酸铝、粘土、高岭土、叙永石、蒙脱土、硅镁土、沸石、陶瓷(如金属碳化物、金属氮化物或金属硼化物)、碳酸钙、石灰石、硫酸钡、硅藻土、滑石棉、颜料(如酞菁颜料、普鲁士兰、氧化铬和铬绿)、硫化锌、氧化锌、二氧化钛、氧化锑、铅锌、金属(如钽、铌、铁、铝或硅)、经过表面处理的上述任意物质，如疏水性二氧化硅、表面改性的炭黑、聚合物处理的粉末和色淀颜料。也可以使用这些粒状材料的组合物或混合物。碳质材料的例子包括但不限定为炭黑、石墨、玻璃炭、活性炭、碳纤维、纳米管、石墨等。其他例子包括含有碳相和含硅物质相的聚集体或含有碳相和含金属物质相的聚集体。另外，涂层的粒状材料如二氧化硅涂层的炭黑是粒状材料的其他例子。另外，可以用任何方法如附带的有机基团、聚合物基团等对碳质材料或其他粒状材料改性。其例子包括下述美国专利中描述的那些基团5747562、5830930、5877238、5904762、5916934、5919841、5948835、6008272、6017980、6028137、6057387、6197274、6211279、6323273、6364944、6448309，此处引入这些专利作为参考。
如上所述，界面势性能值可以是能够与粒状材料的界面势关联的任何性能。为了实现本发明的目的，正如下面详述的那样，试验结果可以用来测定界面势，或者许可用一种方法为粒状材料自身或为粒状材料的等级或品牌赋予值，试验结果受到粒状材料界面势性能的影响，在本发明中可以认为试验结果是界面势性能值。可以用包括下述技术的本领域已知的各种技术测定这些值用多色调测定界面势。粒状材料如颜料在基质中的光密度取决于其内在性能和粒状材料在整个基质中的分散情况。如果分散差，则光密度低。如果分散好，则光密度高。粒状材料的分散性既取决于其形态学又取决于其界面势。因此，多色调取决于颜料的界面势。对于在相同条件下分散在不同基质中的相同粒状材料来说，多色调的差值可以用作粒状填料的界面势的规格说明。
用气体吸附技术测定界面势。用气体吸附测定表面积的上述一些方法如BET分析法将数据与两个参数相拟合-一个用于表面积，一个用于固气相互作用。用于固气相互作用的参数是界面势的量度。因此，从用来通过BET分析法报告表面积的相同数据可以得知关于界面势的信息。因此，涉及测量除用于BET分析法的普通“惰性”气体的氮气和氪气外其他气体吸附量的方法都可以用于测定界面势。可用于测量界面势的替代性气体的例子包括水、氨气和各种有机蒸汽如甲苯、乙醇等。优选的得到界面势的气体吸附技术和数据分析法是测量扩张压力，这将在下面详述。
用从溶液吸附的方法测定界面势。从溶液中的吸附是类似于气体吸附的技术。很多溶质是表面活性的，即，当它们混入溶液中时，它们优先聚积在粒状材料的表面处。吸附量取决于表面积、形态学和界面势。如果在相同的粒状材料上测量两种或多种不同表面活性的溶质的吸附量，则可以收集足够多的信息，使其对形态学和界面势独立反应，从而可用作测定界面势的方法。
用光色散或圆盘离心法测定界面势。为了通过光色散得到聚集体尺寸，必须将粒状材料高度稀释在液体中。通常加入表面活性剂，以保证粒状材料良好分离，在测量过程中不絮凝，能够精确测量其大小。这种试验的偏差会给出关于界面势的信息，特别是粒状材料内聚的信息。对于这种方法来说，测量的粒度是不加表面活性剂条件下时间的函数。分散液，即使是高度稀释，也会随数据的推移而絮凝。絮凝速率是粒状材料内聚的量度。因此，作为时间函数的粒度或粒度分布的量度是界面势的量度，特别是内聚力的量度。
用油吸附法测定界面势。用于粒状材料如炭黑结构的普通类型的QA/QC试验是在搅拌的大量材料中慢慢加入液体。随着液体体积与粒状材料质量比例的增加，混合需要的扭矩发生变化。一般来说，在最大扭矩时加入的液体与材料质量的比例报告为用于结构的QA/QC试验，可以出现在产品规格说明表上。
另一种QA/QC试验是在预定比例的最大扭矩时报告相同的比例。优选的液体是邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，报告值通常称为DBP数。也使用石蜡油。这些体积与质量的比例是粒状材料的形态学的强函数。
但是，被液体润湿的粒状材料的流动性也取决于穿过颗粒-颗粒相互作用和颗粒-液体相互作用的相对强度的界面势。当在相同的粒状材料上用第二种液体重复吸附试验时，扭矩与加入液体的体积之间的关系发生变化。例如，对于不同液体中相同的粒状材料来说，最大扭矩可能不同，或者换句话说，达到最大扭矩时加入的液体体积不同。这些差别反映了粒状材料的界面势。因此，用不同液体进行的油吸附试验相结合可用于规定粒状材料的界面势。
用芯吸速率测定界面势。当粒状材料填充在柱中且填充床底部与液体接触时，液体会通过填充床吸到上面。芯吸速率取决于粒状材料的填充情况(这取决于形态学)和粒状材料与液体之间的相互作用强度(这取决于界面势)。将相同粒状材料的等量填充柱内的两种或多种液体的芯吸速率的比较关系可以用作粒状材料的界面势的量度。
用流变学试验测定界面势。粒状材料的液体中的絮凝程度取决于颗粒-颗粒相互作用和颗粒-液体相互作用之间的平衡性。换句话说，絮凝程度取决于粒状材料的界面势。这种平衡性的一个量度是剪切稀化度-粘度随剪切率的增加而下降。絮凝程度的另一个量度是Bingham屈服点。絮凝程度的再一个量度是低应力下的弹性模量。这些方法中的每一种都可以用来测定粒状材料的界面势。
用沉降体积测定界面势。当分散液絮凝时，颗粒由于粒度增加而沉降。如果颗粒-颗粒能量比颗粒-液体能力大，则絮凝物大，沉降高度高。因此，粒状材料的絮凝分散液的沉降高度的量度可以用作界面势的量度。
用相隔离法测定界面势。当将粒状材料与两种或多种不互溶的液体一起加入一个容器中时，材料优先聚积在其中的一个相中或相界处。这种优先隔离的起因是由于粒状材料的界面势，从而可以用作粒状材料的说明书。
用反相气相色谱法测定界面势。反相气相色谱法(IGC)用于测量气体探针流经粒状材料填充床的停留时间。界面势越强，停留时间越长。停留时间还取决于粒状材料的形态学和填充情况。因此，在一般程序中，将有机蒸汽的停留时间与烃的停留时间比较。这种分析为粒状材料的界面势提供量度，从而可以用作规定粒状材料的方法。
用扩张压力测定界面势。气体在粒状材料上的扩张压力是界面势的量度。用气体吸附等温线可以计算扩张压力(作为气体分压函数的摩尔数)。当将分压以对数作图时，扩张压力是吸附曲线的积分。如果数据报告为单位质量的吸附摩尔数，扩张压力是单位质量的能量。可以将计算出的扩张压力除以比表面积，得到以单位面积的能量为单位的界面势。可以使用多种气体，例如包括四氢呋喃、水、乙醇、甲苯、甲乙酮、环己酮等。计算粒状材料对每一种气体的扩张压力，可以提供界面势的量度。
可以使用测定粒状材料界面势的其他方法，这些方法是本领域普通技术人员已知的。其例子包括a)挤压粒状材料，得到平整表面，在该平整表面上测量探针液体的接触角；b)测量气体压力，用液体填充或部分填充后从粒状材料的填充床的孔隙中除去探针液体；c)测量浸没漂浮在探针液体上的粒状材料颗粒所必需的离心力；d)测量足以将漂浮在探针液体上的粒状材料颗粒压入朗格谬尔(Langmuir)槽中的二维压力；e)测量染料探针的相对吸附量；f)测量粒状材料浸没在探针液体中时的热量；g)测量粒状材料吸附试样被吸附物时放出的热。这可以用溶解在载液中的被吸附物在流动量热计中进行，也可以在被吸附物是纯液体或溶液的间歇量热计中进行；h)如Morrison，I.D.；Ross，S.Colloidal DispersionsSuspensions，Emulssions，and Foams；Hohn Wiley & SonsNew York；2002，pp505-515所述，测量同源系列的试验液体中的沉降体积，此处引入上述文献作为参考；i)测定刚好够浸没粒状材料漂浮颗粒的溶剂混合物的组成；j)用爱因斯坦(Einstein)方程式测量硬球体流动粘度的偏差或者在更高浓度下测量硬球体分散性能的其他偏差。
另外，界面势性能值可以单独使用，也可以与其他界面势性能值结合使用，例如，规定粒状材料本身，或者规定粒状材料的批量、批次或货运。
为了实现本发明的目的，与界面势性能值相关的产品说明书可以是用上述界面势性能试验具体测定的值，也可以是为了在产品说明书中反映、表示或通知某一界面势性能而创设的数值或符号或其他表示方式。赋予至少一个与界面势相关的粒状材料性能值，也可以由界面势性能值的分量导出一个值，这都在本发明的保护范围内。因此，例如可以规定与界面势相关的性能如芯吸速率。也可以测定和规定由该性能得到的值如粘结功、内聚功或二者的差值。因为这些值在数学上可以分为与粒状填料和其自身及探针流体基质的相互作用强度相关的分量，所以可以用这些分离规定粒状材料。这些分量中的每一个的结合也是可能的。因此，如上所述，“界面势性能值”包括性能量度和任何这些性能的微分或分量。
本发明的另一个实施方案是包括至少一个界面势性能值的产品说明书。产品说明书还可以包括至少一个形态学和/或化学值。产品说明书可以是网页、产品目录、销售或购货订单、合同或弃权合同等的一部分。本发明提供用批量、样品、批次和/或货运用产品说明书中的界面势性能值进行商业活动的方法。如上所述，这种新的商业活动方法为这个工业界提供益处。本发明还提供用至少一个界面势性能值表示或识别粒状材料的等级、类型和/或等级的方法，并用这种方法进行商业活动。这也为工业界提供了很多益处。
下面通过实施例更清楚地说明本发明，这些实施例在本质上只是示例性的。
实施例实施例1标准等级的炭黑可以从多家生产商处得到。用于这些标准等级的一种Q/C规格是DBP数。对于邻苯二甲酸二丁酯(DBP)来说，最大扭矩时的体积是炭黑形态学的QA/QC量度。
用具有记录扭矩数据用设备的装置在Brabender搅拌器中在六个标准等级上测量DBP值。下面的表2中报告了这些数据。炭黑由其DBP数排序。
测定另一种液体最大扭矩时的体积是炭黑界面势的QA/QC试验的一个例子，可用于规定粒状材料。对于该例子来说，使用水、60/40的乙二醇/水混合物(60体积份乙二醇对40体积份水)、乙二醇和石蜡油。表2中也示出最大扭矩时的体积。这些结果显示标准等级序列对用哪种液体作为探针液体的依赖性是不同的。例如，看一下使用水时的数据，随着DBP数在增加，界面势性能值可以增加或减小。当这些炭黑用在结构和界面势都是重要因素的领域中时，产品性能可能因此而出人意料地变化。因此，为了规定这些粒状材料，应当包括至少一个界面势性能值，特别是在在产品规格说明表上。
表2

实施例2生产商通常在不同的生产工厂中生产相同的产品。不管在哪里生产，产品必须符合产品规格。
表3示出采自四个生产工厂生产的相同等级炭黑的数据。在该例子中，“最大DBP的％”是工厂E生产的表中最大的DBP值的％。用能够记录扭矩数据的装置在Brabender吸收计上测量作为最大扭矩时体积的DBP数。注意DBP数几乎相同(在最大值的约96％范围内)。DBP值是现今产品说明书的一部分，用这个标准衡量，所有这些样品都应当认为是相同的(即，在规格范围内)。
用三种其他液体也测量最大扭矩时的体积乙二醇(EG)、60/40的乙二醇/水混合物(60体积份乙二醇对40体积份水)和纯水。这是界面势性能试验的一个例子。
表3

如表3中的数据所示，用其他液体得到的体积对于不同工厂来说是不同的。这说明这四种样品的界面势是不同的，因此产品也是不同的。所以，如果包括至少一个这些界面势性能值，则能够更好地规定产品。
实施例3实施例2的炭黑具有低DBP值。用更高DBP规格的等级炭黑进行类似试验。样品来自三个生产工厂。用具有记录扭矩数据用设备的装置在Brabender吸收计中同样用DBP测量最大扭矩时的体积，结果表示为最大值(工厂F)的％。用乙二醇(EG)、60/40的乙二醇/水混合物(60体积份乙二醇对40体积份水)和纯水也测量最大扭矩时的体积，得到的结果也示于表4。
表4

数据显示当测量界面势性能值时，不同工厂生产的产品等级是不同的。因此，包括至少一个界面势性能值对规定这些粒状材料是有用的。
实施例4现代的炭黑生产工厂可以在各种工艺条件下运行，还能够生产出QA/QC值(分析性能)如碘值(I2数)、DBP数(DBPA)、氮气表面积(N2SA)、t-面积(STSA)和色调几乎相同的产品。在下面的表5中，上面的几行显示用标准QA/QC值衡量，列举的炭黑都相同。但是，当用Bartell法(描述在Morrison，I.D.；Ross，S.Colloidal DispersionsSuspensions，Emulssions，and Foams；Hohn Wiley & SonsNew York；2002，pp210-212中，此处引入作为参考)通过各种液体沿填充粉末床向上的芯吸速率测量界面势时，可以看到很大的差别。芯吸速率的单位是g2/s。
表5

因此，虽然用标准规格衡量这些粒状材料都相同，但是它们的界面势不同，包括赋予至少一个界面势性能值的本发明的方法能够区分它们。
实施例5前面的实施例从每一个试验中使用一个界面势参数。但是也可以使用多种参数的组合。
根据ASTM试验D-2414-01中描述的程序使用吸收计(可从C.W.Brabender Instruments，Inc.，50E.Wesley St.，South Hackensack，NJ 07606商购)。用恒速滴定管将邻苯二甲酸二丁酯(DBP)加入到位于混合室中的炭黑样品中。扭矩传感器探测到粘度从自由流动粉末升高到连续物质的半塑性流动。当扭矩以确保达到最大扭矩的方式通过最大特征值时关闭吸收计和滴定管。将单位质量炭黑的DBP体积记录为DBP吸收数。用在进行试验前预压炭黑的类似试验得到CDBP值(ASTM D-3493)。
数据示于表6，表6中还示出碘值和氮气及STSA表面积值。在表6中，这些形态学值报告为最大值的％。注意基于所示的所有值，特别是用于标准液体DBP的值，这些材料可以认为是相同的。
表6

然后用石蜡油、乙二醇、水、乙二醇和水的60/40混合物进行类似的吸收测试程序。结果示于图1。从图1可以看出，在乙二醇中测试的参数值对于每一种样品都不同。石蜡油也是如此。当使用60/40的乙二醇/水混合物(60体积份乙二醇对40体积份水)或仅使用纯水时，可以发现形态学相同的炭黑样品有明显分离。另外，样品序列(图1中所示的表示高低值的炭黑样品)随使用的溶剂而变化。因此，图1示出当用不同的液体测试时，标准形态学试验认为相同的炭黑样品却相互不同。因此，可以用这些规定炭黑。也可以组合使用这些值。包括形态学值可以提供更好的产品说明书。
考虑到此处公开的本发明的说明书和本发明的实践，对于本领域普通技术人员来说本发明的其他实施方案是显而易见的。本发明的说明书和实施例只能认为是示例性的，本发明真正的保护范围和精神由下面的权利要求书及其等同物表示。
权利要求
1.一种为粒状材料的批量、批次或货运创设产品说明书的方法，包括为粒状材料的所述批量、批次或货运规定至少一个界面势性能值。
2.一种与用户进行商业活动的方法，包括使用产品说明书，产品说明书包括界面势性能值，以要求某一批量、批次或货运和/或提供某一批量、批次或货运的粒状材料。
3.根据权利要求1的方法，其中，界面势性能值包括在用于粒状材料的批量、批次或货运的产品规格说明表、购货订单、发货单、合同、弃权和约、或其组合中。
4.根据权利要求1的方法，其中，所述的规定包括为粒状材料的所述批量、批次或货运确定至少一个界面势性能值。
5.根据权利要求4的方法，其中，所述的确定包括测量或分析粒状材料的所述批量、批次或货运。
6.根据权利要求1的方法，其中，所述的规定包括用至少一个界面势性能值表征粒状材料的批量、批次或货运。
7.根据权利要求1的方法，还包括为粒状材料的所述批量、批次或货运规定至少一个形态学值的步骤。
8.根据权利要求7的方法，其中，形态学值包括在用于粒状材料的批量、批次或货运的产品规格说明表上。
9.根据权利要求7的方法，其中，形态学值是表面积、粒度、结构、孔隙率或其组合。
10.根据权利要求1的方法，还包括为粒状材料的所述批量、批次或货运规定至少一个化学值的步骤。
11.根据权利要求10的方法，其中，化学值包括在用于粒状材料的批量、批次或货运的产品规格说明表上。
12.根据权利要求10的方法，其中，化学值是pH、官能团的量和ζ电势。
13.根据权利要求1的方法，其中，粒状材料是碳质材料。
14.根据权利要求1的方法，其中，粒状材料是炭黑。
15.根据权利要求1的方法，其中，粒状材料是金属氧化物。
16.根据权利要求1的方法，其中，粒状材料是煅制二氧化硅。
17.根据权利要求1的方法，其中，界面势性能值是用吸收测量法测定的。
18.根据权利要求17的方法，其中，吸收测量法使用除DBP或石蜡油以外的液体。
19.根据权利要求18的方法，其中，吸收测量法使用水、乙二醇或其混合物。
20.根据权利要求1的方法，其中，界面势性能值是用芯吸速率法测定的。
21.根据权利要求1的方法，其中，界面势性能值是用屈服点法测定的。
22.根据权利要求1的方法，其中，界面势性能值是用界面势蒸汽吸附法测定的。
23.根据权利要求1的方法，其中，界面势性能值是用IGC法测定的。
24.根据权利要求7的方法，其中，形态学值是用液体吸附法、蒸气吸附法、显微法或其组合法测定的。
25.根据权利要求7的方法，其中，形态学值是用使用碘、氮气、CTAB、DBP或石蜡油的吸附法测定的。
26.一种表示或识别粒状材料的等级、品牌或类型的方法，包括为粒状材料的所述等级、品牌或类型赋予至少一个界面势性能值。
27.一种与用户进行商业活动的方法，包括用界面势性能值要求和/或提供粒状材料的某一等级、品牌或类型。
28.根据权利要求26的方法，其中，所述的赋予包括为粒状材料的所述等级、品牌或类型确定至少一个界面势性能值。
29.根据权利要求28的方法，其中，所述的确定包括测量或分析粒状材料的所述等级、品牌或类型。
30.根据权利要求26的方法，其中，所述的赋予包括用至少一个界面势性能值表征粒状材料的等级、品牌或类型。
31.根据权利要求26的方法，还包括为粒状材料的所述等级、品牌或类型赋予至少一个形态学值的步骤。
32.根据权利要求31的方法，其中，形态学值是表面积、粒度、结构、孔隙率或其组合。
33.根据权利要求26的方法，还包括为粒状材料的所述等级、品牌或类型规定至少一个化学值的步骤。
34.根据权利要求33的方法，其中，化学值是pH、官能团的量和ζ电势。
35.根据权利要求26的方法，其中，粒状材料是碳质材料。
36.根据权利要求26的方法，其中，粒状材料是炭黑。
37根据权利要求26的方法，其中，粒状材料是金属氧化物。
38.根据权利要求26的方法，其中，粒状材料是煅制二氧化硅。
39.根据权利要求26的方法，其中，界面势性能值是用吸收测量法测定的。
40.根据权利要求39的方法，其中，吸收测量法使用除DBP或石蜡油以外的液体。
41.根据权利要求39的方法，其中，吸收测量法使用水、乙二醇或其混合物。
42.根据权利要求26的方法，其中，界面势性能值是用芯吸速率法测定的。
43.根据权利要求26的方法，其中，界面势性能值是用屈服点法测定的。
44.根据权利要求26的方法，其中，界面势性能值是用界面势蒸汽吸附法测定的。
45.根据权利要求26的方法，其中，界面势性能值是用IGC法测定的。
47.根据权利要求31的方法，其中，形态学值是用液体吸附法、蒸气吸附法、显微法或其组合法测定的。
48.根据权利要求31的方法，其中，形态学值是用使用碘、氮气、CTAB、DBP或石蜡油的吸附法测定的。
49.一种颗粒生产商为用户提供粒状材料的方法，包括为粒状材料的等级、品牌或类型标明至少一个界面势性能值的步骤。
50.根据权利要求49的方法，其中，所述的标明能够帮助生产商提供粒状材料的等级、品牌或类型，使用户实现所需的性能。
51.根据权利要求49的方法，其中，所述的标明能够帮助用户得到粒状材料的等级、品牌或类型，使用户实现所需的性能。
52.根据权利要求49的方法，还包括为粒状材料的所述等级、品牌或类型标明至少一个形态学值的步骤。
53.根据权利要求49的方法，还包括为粒状材料的所述品牌或等级标明至少一个化学值的步骤。
54.一种预订粒状材料的方法，包括预定具有至少一个赋予的界面势性能值的粒状材料的等级、品牌或类型的步骤。
55.根据权利要求54的方法，还包括为粒状材料的等级、品牌或类型的批量、批次或货运规定至少一个界面势性能值的步骤。
56.根据权利要求55的方法，还包括为粒状材料的等级、品牌或类型的批量、批次或货运规定至少一个形态学值的步骤。
57.根据权利要求55的方法，还包括为粒状材料的等级、品牌或类型的批量、批次或货运规定至少一个化学值的步骤。
58.一种改善粒状材料的等级、类型或品牌的识别的方法，包括通过加入至少一个界面势性能值而更新已有的粒状材料的等级、类型或品牌的产品说明书的步骤。
59.根据权利要求58的方法，其中，所述的产品说明书在目录、网址、小册子、粒状材料文献、广告、标签或其组合中。
60.一种用于粒状材料的等级、品牌或类型的产品说明书，其包括至少一个界面势性能值。
61.根据权利要求60的产品说明书，其中，所述的产品说明书是网页的一部分。
62.根据权利要求60的产品说明书，其中，所述的产品说明书是产品目录的一部分。
63.根据权利要求60的产品说明书，其中，所述的产品说明书是销售或购货订单的一部分。
64.根据权利要求60的产品说明书，其中，所述的产品说明书是合同或弃权合同的一部分。
65.根据权利要求60的产品说明书，还包括在产品说明书中加入形态学值、化学值、或既加入形态学值又加入化学值。
66.一种区分粒状材料的两种或多种等级、品牌或类型的方法，包括为粒状材料的所述等级、品牌或类型识别界面势性能值。
67.一种识别粒状材料的等级、类型或品牌的方法，包括为粒状材料的等级、类型或品牌创设包括至少一个界面势性能值的产品说明书的步骤。
68.根据权利要求67的方法，其中，所述的产品说明书出现在小册子、产品目录、网址、合同、广告或其组合中。
全文摘要
本发明涉及规定粒状材料的批量、批次或货运的方法，包括使用至少一个界面势性能值来规定粒状材料的批量、批次或货运。本发明还涉及表示粒状材料的等级、类型和/或品牌的方法。也可包括至少一种形态学值和/或化学值。这些值可包括在产品说明书中。
文档编号G01N15/02GK1798967SQ200480015119
公开日2006年7月5日 申请日期2004年4月1日 优先权日2003年4月1日
发明者史蒂文·R·雷兹尼克, 查尔斯·A·格雷, 伊恩·D·莫里森, 史蒂文·E·布朗 申请人:卡伯特公司