植物炭碳颜料及其液体分散体制造技术

本文描述了用于材料着色的方法和组合物。本文所述的组合物主要衍生自最近活的植物或动物的黑色颜料，因此是可再生的。因此是可再生的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】植物炭碳颜料及其液体分散体
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2019年9月27日提交的现在待审的临时申请序号62/907,411的优先权。

技术介绍

[0003]用于油墨、油漆、涂料、树脂和印花色浆的黑色颜料主要衍生自石油。仍然需要从可再生来源获得高质量和相当的黑色颜料。几十年来，颜料制造商一直试图用木炭型材料产生高质量的颜料分散体，并且一直是不成功的。在与本申请人一起工作之前，主要颜料制造商试图产生衍生自生物炭的含碳颗粒的分散体。他们在产生符合行业标准的产品方面没有成功。事实上，他们说这是不可能的。其他颜料制造商也尝试并声称最多只能从木炭型材料获得弱着色强度。使用本文公开的化学和方法已经获得了满足工业和这些制造商的优异标准的组合物。

技术实现思路

[0004]本文所述的组合物和方法涉及用于着色的黑色颜料。更具体地，本文公开了一种颜料分散体制剂，其包括衍生自生物炭的含碳颗粒物和分散剂。在一些实施例中，所述生物炭为木材生物炭。
附图说明
[0005]在所附权利要求中具体阐述了本专利技术的新颖特征。通过参考以下具体实施方式和附图，将获得对本专利技术的特征和优点的更好理解，所述具体实施方式阐述了利用本专利技术的原理的说明性实施例，在附图中：
[0006]图1A示出了来自溅射过程的放大倍数为10,000倍的扫描电子显微镜图像，其示出了已经与流体一起研磨并干燥的颜料颗粒的随机样品。
[0007]图1B示出了来自溅射过程的放大倍数为50,000倍的扫描电子显微镜图像，其示出了已经与流体一起研磨并干燥的颜料颗粒的随机样品。两个代表性颗粒由周围的椭圆形圆圈表示，其中图像右上部的颗粒直径为46.62nm，并且图像右下方更多的颗粒直径为40.80nm。
[0008]图2A示出了来自溅射过程的放大倍数为10,000倍的扫描电子显微镜图像，其示出了已经与流体一起研磨并干燥的颜料颗粒的随机样品。
[0009]图2B示出了来自溅射过程的放大倍数为50,000倍的扫描电子显微镜图像，其示出了已经与流体一起研磨并干燥的颜料颗粒的随机样品。两个代表性颗粒由周围的椭圆形圆圈表示，其中图像中右部的颗粒直径为53.45nm，并且图像右下方更多的颗粒直径为64.11nm。
[0010]图3示出了来自扫描透射电子显微照相(STEM)工艺的放大倍数为50,000倍的扫描透射电子显微镜图像，其示出了颜料颗粒的随机样品，其中按数量计至少95％的颗粒或至
少100个颗粒直径为15
‑
25nm。
[0011]图4示出了来自STEM工艺的放大倍数为100,000倍的扫描透射电子显微镜图像，其示出了颜料颗粒的随机样品，其中按数量计至少95％的颗粒或至少100个颗粒直径为15
‑
25nm。
[0012]图5示出了来自Lacey STEM工艺的放大倍数为50,000倍的扫描透射电子显微镜图像，其示出了颜料颗粒的随机样品，其中按数量计至少95％的颗粒或至少100个颗粒直径为15
‑
25nm。
[0013]图5A是来自Lacey STEM工艺的放大倍数为50,000倍的扫描透射电子显微镜图像，其示出了证明链状葡萄串状形态的互连颗粒。
[0014]图6示出了来自Lacey STEM工艺的放大倍数为100,000倍的扫描透射电子显微镜图像，其示出了颜料颗粒的随机样品，其中按数量计至少95％的颗粒或至少100个颗粒直径为15
‑
25nm。
[0015]图7
‑
8示出了可以用作制造亚微米含碳颗粒的原料的植物炭的颗粒状固体的原料的扫描电子显微镜图像。
[0016]图9A示出了表现出球状习性的现有技术石油炭黑样品的扫描透射电子显微镜图像。
[0017]图9B
‑
9C示出了表现出成簇习性的现有技术石油炭黑样品的扫描透射电子显微镜图像。
[0018]图10示出了来自制剂1的三个随机样品(光谱1
‑
3)和来自制剂2的三个随机样品(光谱4
‑
6)的未校正拉曼光谱。
[0019]图11示出了来自制剂1的三个随机样品(光谱1
‑
3)和来自制剂2的三个随机样品(光谱4
‑
6)的基线校正拉曼光谱。
[0020]图12示出了在CIE Lab色空间中绘制的检测到的色调的图形表示。
[0021]图13
‑
18示出了使用动态光散射进行的测量的分布，以评估根据本公开的实施例的样品1A
‑
3B的粒度分布。
[0022]图19示出了来自Lacey STEM工艺的放大倍数为50,000倍的扫描透射电子显微镜图像，其示出了来自与本申请人无关的市售参考来源的生物质衍生的颜料颗粒。
[0023]图20
‑
21示出了根据本公开的颜料产品的链状葡萄串状形态的有些示意图。
[0024]图22示出了来自Lacey STEM工艺的放大倍数为100,000倍的扫描透射电子显微镜图像，其示出了参考商业石油衍生炭黑的簇。
[0025]图23示出了来自Lacey STEM工艺的放大倍数为100,000倍的扫描透射电子显微镜图像，其示出了来自市售参考来源的生物质衍生的颜料颗粒。
[0026]图24示出了在没有电子透射的情况下在30,000倍的放大倍数下的图23的图像。
[0027]图25示出了来自Lacey STEM工艺的放大倍数为30,000倍的扫描透射电子显微镜图像，其示出了来自市售参考来源的生物质衍生的颜料颗粒。
[0028]图26示出了没有电子透射的图25的图像。
[0029]图27示出了来自Lacey STEM工艺的扫描透射电子显微镜图像，其示出了来自本文公开的制剂11的颗粒。
[0030]图28示出了来自Lacey STEM工艺的扫描透射电子显微镜图像，其示出了参考石油
炭黑颗粒。
具体实施方式
[0031]如本文所用，术语“约”是指接近所述量10％、5％或1％的量，包括其中的增量。术语“约”是指该术语之后的值或值的范围。例如，“约1
‑
2”和“约1到2”应理解为“约1到约2”。类似地，术语“在约1和2之间”应理解为“在约1和约2之间”。
[0032]各种实施例可指定关于某些组分(例如颜料颗粒或分散剂)的重量和含有此类组分的总组合物(例如分散体)的重量的信息。在某些情况下，可以使用下标来指定所引用的部分。例如，W
P
可用于指颗粒的重量，W
D
可用于表示分散剂的重量，并且WT可用于表示组合物的总重量。在某些情况下，可以使用带下标名称的分数，例如W
P
/W
T
，并且分数值可以乘以100以表示为重量百分比，例如“60％W
P
/W
T”。当在本文中表示组合物的组分的重量百分比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种颜料分散体制剂，其包括衍生自生物炭的含碳颗粒物、分散剂和研磨流体。2.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，所述分散剂包括(a)至(x)中的至少一种：(a)木质素磺酸钠、(b)木质素磺酸、(c)木质素基分散剂、(d)木质素磺酸钠盐、(e)非结构化丙烯酸类聚合物、(f)结构化丙烯酸类聚合物、(g)非结构化丙烯酸类共聚物、(h)结构化丙烯酸类共聚物、(i)非结构化丙烯酸酯聚合物、(j)结构化丙烯酸酯聚合物、(k)非结构化丙烯酸酯共聚物、(l)结构化丙烯酸酯共聚物、(m)羟基官能羧酸酯、(n)羧酸、(o)苯乙烯马来酸酐、(p)受控聚合的具有颜料亲合基团的结构化丙烯酸酯共聚物、(q)受控聚合的具有颜料亲合基团的非结构化丙烯酸酯共聚物、(r)受控聚合的丙烯酸嵌段共聚物、(s)受控聚合的共聚物、(t)具有受控聚合和颜料亲合基团的丙烯酸嵌段共聚物、(u)受控自由基聚合的丙烯酸酯嵌段共聚物、(v)低聚分散剂、(w)梳状支化共聚物、(x)皂化植物油。3.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，所述分散剂包括(a)至(j)中的至少一种：(a)高分子量聚合物的烷基铵盐、(b)高分子量醇的极性酸性酯、(c)高分子量醇、(d)100％活性分散剂、(e)非活性或半活性分散剂、(f)单体分散剂、(g)衍生自生物可再生来源的单体、(h)衍生自生物可再生来源的聚合物、(i)大豆油、(j)亚麻子油。4.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，所述研磨流体包括水。5.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，所述研磨流体包括溶剂。6.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其还包括微原纤化纤维素。7.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，所述生物炭中的多环芳烃(PAH)浓度低于10mg/kg。8.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，所述生物炭中的多环芳烃(PAH)是检测不到的。9.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，对在来自溅射工艺的放大倍数至少为50,000倍的扫描透射电子显微照相二维显微照片上成像的含碳颗粒物的颗粒的随机样品的分析显示所述颗粒的形状是类球状的。10.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，对在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的扫描透射电子显微照相二维显微照片上成像的含碳颗粒物的颗粒的随机样品的分析显示所述颗粒的圆度大于约0.8，其中，标准偏差小于所述圆度的约30％。11.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的扫描透射电子显微照相二维显微照片上成像的含碳颗粒物的颗粒的随机样品显示所述颗粒具有光滑的表面。12.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的扫描透射电子显微照相二维显微照片上成像的含碳颗粒物的随机样品显示所述含碳颗粒物具有链状葡萄串状形态。13.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，所述含碳颗粒物的随机样品具有平均尺寸(Z
‑
平均值(d.nm))在118nm和171nm之间的范围内并且多分散指数在所述平均尺寸(Z
‑
平均值(d.nm))的0.05％和0.15％之间的范围内的尺寸分布。14.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，如通过激光衍射测量所测定的，所述含碳颗粒物的随机样品的D90颗粒物尺寸等于或小于约1微米。15.根据权利要求14所述的颜料分散体制剂，其中，如通过激光衍射测量所测定的，所
述含碳颗粒物的随机样品的D90颗粒物尺寸在约100nm至约1微米之间。16.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，所述含碳颗粒物的颗粒的平均直径小于约100nm，其中，标准偏差小于所述平均直径的25％，所述平均直径是由在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的二维显微照片上成像的颗粒的随机样品的空间测量计算的。17.根据权利要求16所述的颜料分散体制剂，其中，所述颗粒的平均直径小于约80nm，其中，标准偏差小于所述平均直径的25％，所述平均直径是由在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的二维显微照片上成像的所述颗粒的随机样品的空间测量计算的。18.根据权利要求16所述的颜料分散体制剂，其中，所述颗粒的平均直径小于约60nm，其中，标准偏差小于所述平均直径的25％，所述平均直径是由在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的二维显微照片上成像的所述颗粒的随机样品的空间测量计算的。19.根据权利要求16所述的颜料分散体制剂，其中，所述颗粒的平均直径在10nm至100nm的范围内，其中，标准偏差小于所述平均直径的25％，所述平均直径是由在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的扫描透射电子显微照相二维显微照片上成像的所述颗粒的随机样品的空间测量计算的。20.根据权利要求16所述的颜料分散体制剂，其中，所述颗粒的平均直径在约10nm至约80nm的范围内，其中，标准偏差小于所述平均直径的25％，所述平均直径是由在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的扫描透射电子显微照相二维显微照片上成像的所述颗粒的随机样品的空间测量计算的。21.根据权利要求16所述的颜料分散体制剂，其中，所述颗粒的平均直径在约10nm至约60nm的范围内，其中，标准偏差小于所述平均直径的25％，所述平均直径是由在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的扫描透射电子显微照相二维显微照片上成像的所述颗粒的随机样品的空间测量计算的。22.根据权利要求16所述的颜料分散体制剂，其中，所述颗粒的圆度至少约0.75，其中，标准偏差小于所述圆度的30％，所述圆度是由在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的扫描透射电子显微照相二维显微照片上成像的所述颗粒的随机样品的空间测量计算的。23.根据权利要求16所述的颜料分散体制剂，其中，所述颗粒的圆度至少约0.8，其中，标准偏差小于所述圆度的30％，所述圆度是由在来自Lacey STEM工艺的放大倍数至少为50,000倍的扫描透射电子显微照相二维显微照片上成像的所述颗粒的随机样品的空间测量计算的。24.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，在使用1800gr/mm光栅的波长为514.5nm的激光激发下，所述制剂表现出G位置在约1580(cm
‑
1)和约1605(cm
‑
1)之间，并且I(D)/I(G)比在约2.49和约3.07之间的拉曼光谱。25.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，如通过静态体积气体物理吸附测量的所述含碳颗粒物的颗粒的表面积大于或等于约300m2g
‑1。26.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，黑度(My)大于约250。27.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，黑度(My)大于约300。28.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，黑度(Mc)大于约250。
29.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，黑度(Mc)大于约300。30.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，黑度(Mc)大于约315。31.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，着色强度大于或等于94％。32.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，着色强度大于或等于96％。33.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，着色强度大于或等于99％。34.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，基于所述颜料分散体的总重量，所述分散剂的量为约1重量％至约40重量％。35.根据权利要求34所述的颜料分散体制剂，其中，基于所述颜料分散体的总重量，所述分散剂的量为约5重量％至约30重量％。36.根据权利要求34所述的颜料分散体制剂，其中，基于所述颜料分散体的总重量，所述分散剂的量为约5重量％至约40重量％。37.根据权利要求34所述的颜料分散体制剂，其中，基于所述颜料分散体的总重量，所述分散剂的量为约10重量％至约30重量％。38.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，基于所述颜料分散体的总重量，所述含碳颗粒物的量为约1重量％至约75重量％。39.根据权利要求38所述的颜料分散体制剂，其中，基于所述颜料分散体的总重量，所述含碳颗粒物的量为约20重量％至约60重量％。40.根据权利要求6所述的颜料分散体制剂，其中，基于所述颜料分散体的总重量，所述微原纤化纤维素的量为1
‑
15重量％。41.根据权利要求4所述的颜料分散体制剂，其中，基于所述颜料分散体的总重量，所述衍生自生物炭的含碳颗粒物的量为约1重量％至约75重量％，并且所述分散剂的量为5
‑
40重量％。42.根据权利要求1所述的颜料分散体制剂，其中，基于所述颜料分散体的总重量，所述衍生自生物炭的含碳颗粒物的量为约20
‑
80重量％，并且所述分散剂的量为1
‑
40重量％。43.根据权利要求5所述的颜料分散体制剂，其中，基于所述颜料分散体的总重量，所述衍生自生物炭的含碳颗粒物的量为1
‑
75重量％，...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬妮，
申请(专利权)人：自然涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：