用于无机粘合剂着色的炭黑产品制造技术

一种向其中加入了炭黑产品的无机粘合剂组合物，该炭黑产品包括连有一个有机基团的炭黑，该有机基团含有一个离子或可离子化的基团。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无机粘合剂体系，该无机粘合剂体系含有炭黑产品作为着色剂。通常把用来形成诸如混凝土、水泥、灰浆和外用熟石膏配方的物品的无机粘合剂体系着色来增加其美感。通过向暴露的外表面涂布适当的涂层或通过向无机粘合剂体系中加入少量的一种或多种颜料来使该混合物均匀着色，可达到着色的目的。因为表面涂层受到剥离、褪色和老化的影响，故优选用后一种着色方法。可把一种颜料或多种颜料加到干燥的无机混合物中，如在混凝土的情况下，加到水泥-砂土的混合物中，或加到用来凝固这样一种混合物的水中。适宜于使暴露于室外条件的无机粘合剂体系着色的颜料必须是 1)耐碱，2)耐光，3)耐工业环境，和4)和与其相混合的坯体以相当的速率老化，从而使得其表面外观随着时间流逝基本不变化。另外，为了易于涂布，该颜料应是相对无尘，并应易于分散在混合物中，以获得最大着色能力。黑色颜料是用于无机粘合剂体系中的希望的着色剂，这是因为通过使这些黑色颜料，单独或与其他颜料一起使用，可得到各种颜色色调(shade)。黑色氧化铁是最优选的黑色颜料，但在一限定的程度上也可以使用炭黑。当炭黑表现出优良的着色性、耐碱性、耐光性和化学稳定性时，它们在暴露于室外老化的无机粘合剂体系中并不是优选的。老化研究表明含有炭黑坯体的表面性能随着老化过程的进行不合乎需要地改变了。当该体系仅含有炭黑作为着色颜料时，其表面褪色。当炭黑与其他着色剂一起使用时，其他着色剂的颜色变得更明显。这种炭黑着色的无机体系中的变化是由于该炭黑颜料粒子的渗出和洗掉造成的，该炭黑颜料粒子相对于其他组份是非常少的。这就限制了炭黑在暴露于室外老化的体系中的应用。另外，根据炭黑供应的物理形式，炭黑可以是粉尘很高的，或非常难于分散。把炭黑加入粘合剂体系中的方法取决于该颜料供应的形式和使用者可用的加工设备。在制备时，炭黑是堆积密度为约0.02-0.1克/立方厘米的粉状物质，并称为飞扬性炭黑(fluffy carbon black)。由于其密度低和表面积大，该飞扬性产品粘结，输送性能很差，因此很难散装运输。基于这种原因，飞扬性产品的用途有限，并通常用袋装形式供应。然而，飞扬性炭黑是可分散性的，并通过相当简单的研磨过程，就可充分开发其着色潜力。为了提高炭黑的散装运输性能并减少其粉尘度，通常通过各种造粒过程使飞扬性炭黑致密化，使得堆积密度为约0.2-0.7g/cm3。对于指定级别的炭黑，随着致密化程度的增加，运输性能趋于改进。另一方面，当致密化程度增加时，分散性逐渐降低。因此在改进散装运输性和降低分散性之间有一个折衷方案。然而，由于高清洁性的优势，经常使用造粒的炭黑，来把炭黑加到无机粘合剂体系中。然而，在这些情况下，需要形成均匀、紧密混合物的研磨程度高于使用飞扬性产品所需要的研磨程度。已用各种方式把炭黑加到无机粘合剂体系中。例如，它可研磨入干燥的砂-水泥混合物中，然后可加入凝固该混合物所需的必要量的水。另外，可把全部或部分用于凝固该混合物所需的必须量的水中的水分散体，均匀地分散在该砂-水泥混合物中。在任何一种情况下，为了得到完全而均匀的颜色，必须把炭黑烧结块分碎，得到主要是单个聚集体(炭黑的最小可分散单元)。这可通过研磨其干燥的混合物或通过预分散、研磨水性介质中的炭黑来进行。因为炭黑是趋于疏水的，故经常用表面活性剂来提高其润湿性。另外，该水性介质中存在这样一种试剂可提高其分散过程并有助于分散体的稳定。曾作过一些努力来既提高用来使无机粘合剂体系着色炭黑的老化性又提高其分散性。例如，美国专利4,006,031公开了与炭黑一起使用的含氟润湿剂给无机粘合剂体系提供了改进的老化性。如欧洲专利50354所介绍的，已使用使炭黑分散在用来凝固该无机粘合剂体系的水性介质中的表面活性聚合物，干燥后该表面活性聚合物失活。其优点包括改善的炭黑分散性、改进的耐老化性和降低的风化现象。这些专利的公开文版本文引为参考。尽管如此，既使在这些现有技术方法中，无论是飞扬性的还是粒状的炭黑，都必须加以研磨，来得到所需程度的颜料分散体。因此，仍需要可用作无机粘合剂体系中的着色剂的炭黑，这种炭黑可以粒状形式使用，且在低剪切搅拌下易于分散，并在老化过程中不易于从该体系中洗掉。本专利技术涉及一种向其中加入了含有炭黑的炭黑产品的无机粘合剂组合物，该炭黑连有一个包括一个离子或可离子化基团的有机基团。该炭黑产品，当把其加入到无机粘合剂体系中时，相对于常规的炭黑产品提供了优良的老化性能。本专利技术涉及一种向其中加入了含有炭黑的炭黑产品的无机粘合剂组合物，该炭黑连有一个包括一个离子或可离子化基团的有机基团。该炭黑产品，当把其加入到无机粘合剂体系中时，相对于常规的炭黑产品提供了优良的老化性能。适当的无机粘合剂体系包括混凝土、水泥、灰浆和外用熟石膏配方。这里也可类似使用其他的无机粘合剂体系。对于无机粘合剂体系的任何已知常规添加剂可加入到本专利技术的无机粘合剂体系中。该炭黑产品的制备可为在液体反应介质中把炭黑与重氮盐反应，来把至少一个有机基团连到该炭黑的表面上。该重氮盐可含有待连到该炭黑上的有机基团。根据本专利技术，重氮盐是具有一个或多个重氮基团的有机化合物。优选的反应介质包括水、含水的任何介质和含醇的任何介质。水是最优选的介质。这些炭黑产品和其各种制备方法介绍在1994年12月15日提交的、题为“炭黑与重氮盐的反应、生成的炭黑产品和其用途”(“Reaction of Carbon Blackwith Diazonium Salts，Resultant Carbon Black Products and Their Uses”)的美国专利申请中，该申请本文引为参考。为了制备上述炭黑产品，该重氮盐仅需要足够稳定来与炭黑反应就行。因此，该反应可用一些在其他情况下认为是不稳定并易于分解的重氮盐来进行。一些分解过程可与该炭黑和重氮盐之间的反应竞争，并可减少连接到该炭黑上的有机基团的总数，另外，该反应可在较高的温度下进行，这时许多重氮盐易于分解。较高的温度也可有利地增加该重氮盐在反应介质中的溶解性并提高在其该方法中的加工性。然而，由于其他的分解过程，较高的温度可导致一些重氮盐的损失。当炭黑作为稀的、易于搅拌的水性浆料存在时，或优选在用来炭黑粒子形成的适量水存在时，该炭黑可与重氮盐反应。优选的一组可连接到该炭黑上的有机基团是作为官能团的被一个离子或可离子化基团所取代的有机基团。可离子化基团在使用介质中能形成离子基团。该离子基团可以是阴离子基团或阳离子基团，该可离子化的基团可形成阴离子或阳离子。形成阴离子的可离子化官能团包括例如，酸基或酸基的盐。因此，该有机基团包括从有机酸衍生的基团。优选当它含有一个形成阴离子的可离子化基团时，这样的一个有机基团具有a)一个芳族基团，或一个C1-C12烷基和b)至少一个pKa小于11的酸基，或至少一个pKa小于11的酸基的盐，或至少一个pKa小于11的酸基和至少一个pKa小于11的酸基的盐的混合物。该酸基的pKa是指整个有机基团的pKa，而不只是该酸基取代基的。更优选，该pKa小于10，且最优选小于9。优选该有机基团的芳族基或烷基直接连到该炭黑上。该芳族基可进一步被取代或未取代，如用烷基。该C1-C12烷基可以是支化或未支化的，并优选是乙基。更优选，该有机基团本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种向其中加入了炭黑产品的无机粘合剂组合物，该炭黑产品包括连有一个有机基团的炭黑，该有机基团含有一个离子或可离子化的基团。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯A贝尔蒙特，拉尔夫U博斯，詹姆尔曼纳希，
申请(专利权)人：卡伯特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]