BR112021008433A2

BR112021008433A2 - Composições de alvenaria compreendendo pigmentos de carbono quimicamente tratados

Info

Publication number: BR112021008433A2
Application number: BR112021008433-9A
Authority: BR
Inventors: Miguel A. Herrera Fernandez; Qingling Zhang; Lang H. Nguyen; Lynne K. Larochelle Richard; Benjamin Dupnik; John Mathew; Koenraad C.J. Burger; Geoffrey D. Moeser
Original assignee: Cabot Corporation
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2021-09-14
Also published as: EP3873867A1; US20210317038A1; CA3117807C; KR20210082490A; EP3873867B1; WO2020092765A1; CN113165974A; MX2021004904A; JP7163496B2; CN116986851A; CA3117807A1; KR102612271B1; JP2022506033A

Abstract

composições de alvenaria compreendendo pigmentos de carbono quimicamente tratados. são fornecidas composições de alvenaria pigmentada que incluem pigmentos de negro de fumo quimicamente tratados tendo um grupo orgânico incluindo um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de 1,0 a 3,0 micromol/m2. as composições exibem excelente consistência de cor e intensidade de preto e fornecem cor consistente após exposição de longo prazo a altos níveis de umidade.

Description

COMPOSIÇÕES DE ALVENARIA COMPREENDENDO PIGMENTOS DE CARBONO QUIMICAMENTE TRATADOS CAMPO TÉCNICO

[001]Essa invenção se refere a sistemas de aglutinante mineral contendo pigmentos e, em particular, a sistemas de alvenaria, tal como concreto, que incluem negro de fumo quimicamente tratado como um colorante.

ANTECEDENTES

[002]Os sistemas de aglutinante mineral (alvenaria) usados para formar itens, tais como, concreto, cimento, argamassa e formulações de gesso são frequentemente coloridos para potencializar seu apelo estético. A coloração pode ser realizada aplicando um revestimento adequado às superfícies expostas ou adicionando pequenas quantidades de um ou mais pigmento(s) ao sistema aglutinante mineral para colorir a mistura. Uma vez que os revestimentos de superfície são submetidos a descascamento, desbotamento e intempéries, o último método de coloração é frequentemente preferido. Um pigmento ou pigmentos pode(m) ser adicionado(s) à mistura de minerais secos, por exemplo, no caso de concreto à mistura de cimento-areia, ou à água usada para fixar essa mistura. Os pigmentos pretos são frequentemente usados como colorantes em sistemas aglutinantes minerais porque uma grande variedade de cores e tonalidades de cores podem ser obtidas por seu uso, isoladamente ou em combinação com outros pigmentos. Os pigmentos pretos podem ser orgânicos ou inorgânicos e incluem óxidos de ferro, que são os pigmentos pretos mais predominantes atualmente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[003]Em uma modalidade, uma composição de alvenaria pigmentada é fornecida, a composição incluindo um pigmento de negro de fumo quimicamente tratado que exibe distribuição uniforme de cor e intensidade de preto superior. O negro de fumo pode incluir um grupo orgânico, o grupo orgânico compreendendo um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em uma quantidade de 1,0 a 3,0 µmol/m2 com base no STSA do negro de fumo não tratado. O negro de fumo pode ser misturado à composição de alvenaria como um sólido ou como uma dispersão aquosa.

[004]Por exemplo, uma composição de alvenaria compreende um ligante mineral e um produto de negro de fumo quimicamente tratado uniformemente dispersado em toda a composição, o negro de fumo quimicamente tratado compreendendo um negro de fumo tendo afixado um grupo orgânico incluindo um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente a um nível de 1,0 a 3,0 µmol/m2 (com base no STSA antes do tratamento), em que o negro de fumo tem um STSA entre 20 e 300 m2/g ou no máximo 250 m2/g como medido antes do tratamento.

[005]O negro de fumo quimicamente tratado pode estar presente em um nível de 1 a 20% em peso, por exemplo, de 1% a 10% em peso. A composição de alvenaria pode exibir uma intensidade de preto (L*) de no máximo 33, por exemplo, no máximo 25 ou no máximo 20. O negro de fumo pode ter um STSA de no máximo 200 m2/g, por exemplo, de 50 a 200 m2/g, como medido antes do tratamento. A intensidade de preto da composição pode permanecer abaixo de 33, por exemplo, no máximo 25 ou no máximo 20 após 400 horas a 100% de umidade.

[006]O grupo iônico ou ionizável pode compreender um grupo de ácido sulfônico, um grupo de ácido fosfônico ou um grupo de ácido carboxílico. O negro de fumo quimicamente tratado pode ter um tamanho médio de partícula primária de 15-50 nm. O grupo orgânico pode incluir um grupo arila.

[007]Em outra modalidade, um método para preparar uma composição de alvenaria de pigmento inclui a mistura de uma mistura seca de cimento e agregado com um negro de fumo em pó ou peletizado quimicamente tratado para produzir uma mistura pigmentada, o negro de fumo quimicamente tratado incluindo um grupo orgânico que compreende um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de 1,0 a 3,0 µmol/m2 (com base no STSA antes do tratamento), em que o negro de fumo tem um STSA entre 20 e 300 m2/g ou no máximo 250 m2/g como medido antes do tratamento e mistura da mistura pigmentada com água para produzir uma pasta fluida.

[008]Alternativamente ou além disso, um método para preparar uma composição de pigmento de alvenaria inclui a mistura de uma pasta fluida de alvenaria não curada com um negro de fumo quimicamente tratado para formar uma mistura pigmentada, o negro de fumo quimicamente tratado tendo afixado um grupo orgânico incluindo grupo um iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de 1,0 a 3,0 µmol/m2 (com base no STSA antes do tratamento), em que o negro de fumo tem um STSA entre 20 e 300 m2/g ou no máximo 250 m2/g como medido antes do tratamento. O negro de fumo tratado quimicamente pode estar na forma de um pó ou grânulos. O negro de fumo quimicamente tratado pode estar na forma de uma dispersão aquosa.

[009]Alternativamente ou além disso, um método para preparar uma composição de alvenaria pigmentada inclui combinar uma mistura de cimento e agregado com uma dispersão aquosa de negro de fumo quimicamente tratado para produzir uma mistura pigmentada, o negro de fumo quimicamente tratado incluindo um grupo orgânico que compreende um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de 1,0 a 3,0 µmol/m2 (com base no STSA antes do tratamento), em que o negro de fumo tem um STSA entre 20 e 300 m2/g ou no máximo 250 m2/g medido antes do tratamento.

[0010]Em qualquer uma dessas alternativas, o negro de fumo quimicamente tratado pode estar presente na dispersão aquosa a um nível de pelo menos cerca de 25% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 30% em peso com base no peso final da dispersão, a fase líquida da dispersão compreendendo mais que 90% de água em peso e menos de 5 g de dispersante por 100 g de negro de fumo.

[0011]Qualquer um desses métodos pode incluir adicionalmente a preparação da dispersão de negro de fumo quimicamente tratado por agitação de um pó seco de negro de fumo modificado não dispersado livre de meios de moagem em um veículo aquoso a uma concentração de pelo menos cerca de 25% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 30% em peso, com base no peso final da dispersão, para formar uma dispersão de negro de fumo, o veículo aquoso compreendendo um solvente que inclui mais que 90% de água em peso e menos que 5 g de dispersante por 100 g de negro de fumo.

[0012]Em qualquer um desses métodos, menos de 10% em volume do negro de fumo modificado na dispersão pode ter um tamanho de partícula maior que 0,5 µm. Em qualquer um desses métodos, a concentração de negro de fumo modificada na dispersão pode ser de até 45% em peso. Em qualquer um desses métodos, a dispersão pode ser misturada usando apenas agitação ou mistura de baixo cisalhamento. Em qualquer um desses métodos, a mistura de cimento e agregado pode ser uma pasta fluida que compreende adicionalmente água. Qualquer um desses métodos pode incluir adicionalmente adicionar água à mistura de cimento e agregado antes ou durante a combinação.

[0013]Em qualquer um desses métodos, a dispersão aquosa de negro de fumo quimicamente tratado pode incluir toda a água necessária para misturar e fixar a mistura de cimento e agregado. Em qualquer um desses métodos, a quantidade de negro de fumo quimicamente tratado pode ser de 1 a 20% em peso, por exemplo, de 1% a 10% em peso com base no peso seco total da mistura pigmentada. Em qualquer um desses métodos, a mistura pigmentada, após a fixação, pode exibir uma intensidade de preto (L*) de no máximo 33, por exemplo, no máximo 25 ou no máximo 20. Em qualquer um desses métodos, o negro de fumo pode ter um STSA de no máximo 200 m2/g, por exemplo, de 50 a 200 m2/g, como medido antes do tratamento. Em qualquer um desses métodos, o grupo iônico ou ionizável pode incluir um grupo de ácido sulfônico, um grupo de ácido fosfônico ou um grupo de ácido carboxílico. Em qualquer um desses métodos, o grupo orgânico pode incluir um grupo arila. Qualquer um desses métodos pode incluir ainda permitir que a pasta fluida pigmentada fixe.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014]As características acima mencionadas e outras desta revelação, e a maneira de obtê-las, se tornarão mais aparentes e mais bem compreendidas por referência à seguinte descrição de modalidades descritas nesse documento em conjunto com os desenhos anexos, em que:

as FIGS. 1A e 1B são fotografias que ilustram a dispersão de pigmento em uma amostra conhecida em comparação com uma amostra feita com os negros de fumo revelados nesse documento; a FIG. 2 fornece resultados gráficos que mostram o efeito da umidade em três amostras de alvenaria contendo 6% de pigmento em peso; a FIG. 3 fornece resultados gráficos que mostram o efeito da umidade em duas amostras de alvenaria contendo 1% de pigmento em peso; e a FIG. 4 fornece resultados gráficos que mostram o efeito da umidade em três amostras de alvenaria contendo 17% de pigmento em peso; a FIG. 5 é uma fotografia que ilustra três amostras de concreto preparadas com diferentes pigmentos; a FIG. 6 fornece resultados gráficos de intensidade de preto (L*) com relação ao carregamento de vários pigmentos em amostras de alvenaria; a FIG. 7 é uma série de fotografias que ilustra a formação de bolhas de ar na superfície de amostras de alvenaria pigmentadas com vários negros de fumo de superfície tratada.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0015]A presente invenção se refere a uma composição de aglutinante mineral incluindo produtos de negro de fumo quimicamente tratados tendo um grupo orgânico afixado que inclui um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de tratamento de 1,0 a 3,0 mol/m2 com base no STSA do negro de fumo antes do tratamento. Comparados aos pigmentos convencionais, os produtos de negro de fumo quimicamente tratados, quando incorporados em um sistema de aglutinante mineral, oferecem propriedades superiores, incluindo resistência a intempéries melhorado, consistência de cor, absorção de calor e intensidade de preto. Os negros de fumo quimicamente tratados podem ser fornecidos na forma de pó ou grânulos, ou em uma dispersão aquosa. Os negros de fumo podem ser dispersados usando técnicas de agitação de baixo cisalhamento e não requerem moagem de alta energia para obter dispersões estáveis. Os negros de fumo quimicamente tratados descritos nesse documento são particularmente compatíveis com produtos de alvenaria devido às propriedades que incluem resistência a álcali, resistência à luz e dispersabilidade.

[0016]Os cimentos coloridos vêm ganhando popularidade devido à estética e às funcionalidades adicionais. Por exemplo, o cimento preto pode absorver a luz do sol com mais eficácia e, assim, o gelo e a neve derretem mais rápido de sua superfície. Isso seria altamente benéfico para as pistas de aeroportos, por exemplo. Atualmente, a maioria dos cimentos pretos usa óxido de ferro como agente colorante. O óxido de ferro tem boas características de coloração, mas exibe baixa resistência a ácidos (por exemplo, durante chuva ácida ou em outros ambientes tendo um pH menor que 7,0). Além disso, é necessário misturar uma grande quantidade de óxido de ferro com o cimento de modo a aumentar o grau de escurecimento. Como resultado, a quantidade de água a ser adicionada ao misturar óxido de ferro com pasta fluida de cimento também é aumentada, por isso a resistência do produto de cimento é diminuída.

[0017]Ao contrário do óxido de ferro, o negro de fumo não seria descolorido em um ambiente ácido. Além disso, como o negro de fumo tem melhores características de cor, basta misturar apenas uma pequena quantidade (cerca de 1/5 do uso típico de óxido de ferro) com componentes de alvenaria. Infelizmente, o negro de fumo tem baixa dispersabilidade em água por causa de suas características de superfície, o que torna muito difícil sua dispersão homogênea na pasta fluida de cimento. Além disso, quando o negro de fumo é usado na forma de pó, ele inibe o endurecimento do cimento. Finalmente, com o tempo, o negro de fumo separa-se da matriz de cimento após o endurecimento devido à baixa adesão à matriz de cimento. Essa separação pode enfraquecer a estrutura de cimento.

[0018]Embora os negros de fumo não tratados exibam excelentes propriedades de coloração, resistência a álcali, resistência à luz e estabilidade química, eles não são preferidos em sistemas aglutinantes minerais expostos a intempéries ao ar livre. Estudos de resistência a intempéries mostram que a aparência da superfície de corpos contendo negro de fumo não tratado muda indesejavelmente à medida que o processo de resistência a intempéries progride. Quando o sistema contém apenas negro de fumo como pigmento de coloração, a superfície desbota. Quando o negro de fumo é usado em combinação com outros colorantes, a aparência dos outros colorantes torna-se mais pronunciada. Essa mudança nos sistemas minerais pigmentados com negro de fumo foi atribuída à lixiviação e lavagem das partículas de pigmento de negro de fumo, que são muito pequenas em relação aos outros ingredientes. Essa lixiviação preferencial limitou o uso de negros de fumo em sistemas expostos a intempéries externas ou outras fontes de água ou abrasão.

[0019]Algumas formas de negro de fumo são muito pulverizadas e/ou difíceis de dispersar em composições de aglutinante de alvenaria não curada. O processo usado para incorporar o negro de fumo em um sistema aglutinante depende da forma em que o pigmento é fornecido e do equipamento de processamento disponível para o usuário. Como produzidos, os negros de fumo são materiais em pó com densidades aparentes que variam de cerca de 0,02 a 0,1 g/cm3 e são denominados negros soltos. Esses negros são muito pulverizados. Por causa de suas baixas densidades e grandes áreas de superfície, os produtos soltos são coesos, têm propriedades de transporte muito pobres e, portanto, são difíceis de manusear a granel. Por esse motivo, os produtos soltos têm utilidade limitada e geralmente são fornecidos em forma de saco. Para melhorar as propriedades de manuseio a granel de negros de fumo e reduzir sua tendência de soltar no ar, negros soltos são tipicamente densificados por vários procedimentos de pelotização para atingir densidades aparentes que variam de cerca de 0,2 a 0,7 g/cm3. Para um determinado grau de negro de fumo, as propriedades de manuseio tendem a melhorar com graus crescentes de densificação. A dispersabilidade, por outro lado, é progressivamente degradada à medida que a extensão da densificação é aumentada. Assim, há um equilíbrio entre a melhoria nas propriedades de manuseio a granel e a degradação na dispersabilidade. Devido às vantagens de maior limpeza, no entanto, negros de fumo peletizados são frequentemente usados para introduzir negros de fumo em sistemas de aglutinante mineral. Alternativamente, as dispersões de negro de fumo podem quebrar o equilíbrio entre a dispersabilidade e a segurança no manuseio a granel.

[0020]O negro de fumo pode ser adicionado a sistemas aglutinantes minerais de várias maneiras. Ele pode ser moído na mistura seca de areia-cimento, por exemplo, e então a quantidade necessária de água necessária para fixar a mistura pode ser adicionada. Alternativamente, uma dispersão aquosa de negro de fumo, incluindo todo o, ou parte do, volume de água necessário para fixar a mistura, pode ser combinada uniformemente na mistura de areia-cimento. Alternativamente ou além disso, uma dispersão altamente concentrada de negro de fumo pode ser adicionada a uma pasta fluida aquosa de areia-cimento. Em qualquer uma dessas modalidades, para o desenvolvimento total e uniforme da cor, os aglomerados de negro de fumo devem ser divididos para produzir agregados principalmente individuais (as menores unidades dispersáveis de negro de fumo, compostas por partículas primárias). Isso é conseguido moendo a mistura seca ou pré-dispersando o negro de fumo no meio aquoso. Uma vez que os negros de fumo tendem a ser hidrofóbicos, os agentes tensoativos são frequentemente usados para promover umectação. Além disso, a presença de tal agente no meio aquoso pode potencializar o processo de dispersão e auxiliar na estabilização da dispersão. Os negros de fumo quimicamente modificados descritos nesse documento podem ser usados na forma peletizada, embora se dispersem facilmente com agitação de baixo cisalhamento e com menos facilidade de lavagem do sistema durante as intempéries. Alternativamente, eles podem ser preparados em dispersões aquosas estáveis que são facilmente misturadas em pastas fluidas de alvenaria.

[0021]Dispersantes como dispersantes à base de naftaleno sulfonado e ácido policarboxílico têm sido usados para dispersar negros de fumo para aplicações de cimento, mas os dispersantes são fisicamente adsorvidos no negro de fumo e não são quimicamente ligados.

Os negros de fumo descritos nesse documento são negros quimicamente tratados que, por meio de uma reação química, tal como o tratamento com diazônio, aumentam a hidrofilicidade e, portanto, a dispersabilidade do negro de fumo na composição de alvenaria não curada.

Os negros de fumo quimicamente tratados podem ser adicionados como pó, grânulos ou dispersão líquida em água.

Quando uma dispersão aquosa do negro de fumo quimicamente tratado é usada, a concentração de negro de fumo na dispersão pode ser alta o suficiente para que a quantidade de água não exceda a razão de água/cimento preferida quando a pasta fluida é preparada com uma carga de pigmento alvo.

Em uma modalidade, uma composição de aglutinante mineral incorpora produtos de negro de fumo compreendendo um negro de fumo tendo afixado (não apenas associado a) um grupo orgânico que compreende um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de 1,0 a 3,0 µmol/m2 com base no STSA do negro de fumo antes da fixação do grupo orgânico.

O grupo orgânico pode ser um polímero ou um não polímero, de preferência um não polímero.

Os grupos orgânicos são considerados quimicamente afixados (ou diretamente afixados) a uma partícula de negro de fumo quando a rinsagem com água deionizada é ineficaz na remoção dos grupos orgânicos do negro de fumo.

A rinsagem é ineficaz se, após um volume equivalente de água deionizada em temperatura ambiente ser filtrado através do negro de fumo tratado, menos que 25% em peso dos grupos orgânicos forem removidos.

[0022]Os sistemas adequados de aglutinante mineral (alvenaria) incluem formulações de concreto, cimento, argamassa e gesso externo. Outros sistemas de aglutinante mineral podem se beneficiar de forma similar com os ensinamentos desse documento. Quaisquer aditivos convencionalmente conhecidos para sistemas aglutinantes minerais podem ser incorporados nos sistemas aglutinantes minerais da presente invenção. As composições típicas de concreto são produzidas com cimento, água e agregado. O cimento é um agente aglutinante contendo, por exemplo, cal, cálcio, sílica e/ou aluminossilicatos. O cimento Portland e outras composições de cimentos são bem conhecidos dos técnicos no assunto. O agregado é tipicamente uma mistura de pedra finamente triturada, areia e/ou cascalho e materiais mais grosseiros, tais como, vidro, pedra e/ou cascalho. Outros aditivos, tais como, agentes de entrada de ar, plastificantes, antiespumantes e/ou aceleradores ou retardadores de endurecimento também podem ser usados. O uso de negros de fumo em composições de alvenaria é descrito na Patente U.S. N° 5.575.845 intitulada CARBON BLACK PRODUCTS FOR COLORING MINERAL BINDERS, cujo conteúdo é incorporado nesse documento.

[0023]Em um conjunto de modalidades, verificou-se que negros de fumo quimicamente tratados modificados para incluir um grupo orgânico que compreende um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de tratamento de 1,0 a 3,0 µmol/m2 com base no STSA o preto não tratado pode ser usado para produzir materiais de alvenaria com um pigmento bem distribuído que exibe resistência às intempéries e fornece boa cor e intensidade de preto ao longo do tempo. Esses negros de fumo podem ser dispersados em meio aquoso para facilidade de manuseio e para facilitar a dispersão do negro de fumo no concreto. O uso de tais negros de fumo quimicamente tratados também reduz a precipitação de carbonato de cálcio na superfície do concreto, que cria manchas brancas, prejudicando a estética da superfície preta do concreto. Além disso, o uso de tais negros de fumo quimicamente tratados reduz a entrada de ar no concreto em relação aos negros de fumo tratados mais intensamente. O ar reduz a resistência do concreto e as bolhas de ar na superfície do concreto resultam em vazios desagradáveis e podem acelerar o desgaste ou as rachaduras do concreto.

[0024]Verificou-se que o uso de um negro de fumo tratado quimicamente “dispersado por agitação” pode fornecer cor e resistência às intempéries, juntamente com vantagens de processamento adicionais. Como usado nesse documento, um negro de fumo “dispersado por agitação” é um negro de fumo modificado que não precisa ser moído em moinho de esferas para ser dispersado de forma estável em um veículo aquoso. Os negros de fumo dispersados por agitação podem fornecer dispersões estáveis após serem agitados em sistemas aquosos sem a necessidade de moagem em alta velocidade. Isso significa que bases de moagem altamente carregadas (pelo menos 10% ou 15% de pigmento em peso) podem ser produzidas diretamente pela mistura de negro de fumo solto ou peletizado em um veículo aquoso. Alternativamente ou além disso, dispersões ainda mais carregadas (pelo menos 20% ou pelo menos 25% de pigmento em peso) podem ser produzidas com uso mínimo de dispersante. Essas dispersões altamente carregadas reduzem a quantidade de água que será adicionada ao concreto com o pigmento, proporcionando maior flexibilidade na produção do concreto. A produção de negros dispersados por agitação é descrita em US9803099, intitulada CARBON BLACK FOR WATERBORNE COATINGS, que é incorporada nesse documento por referência.

[0025]Em um aspecto, um negro de fumo quimicamente tratado (modificado) é agitado em um veículo aquoso para produzir uma dispersão aquosa líquida (à base de água). Em modalidades preferidas, o negro de fumo modificado pode ser dispersado diretamente no veículo aquoso sem moagem intensiva de energia que é tipicamente necessária para dispersar negros de fumo não modificados em veículos aquosos e para ter concentrações relativamente baixas de grupos funcionais afixados e pode exigir nenhuma quantidade, ou quantidades mínimas de dispersantes no veículo aquoso. Por exemplo, os negros de fumo tratados podem ser modificados a uma concentração de agente de tratamento de pelo menos 1,0; 1,3; 1,5 ou 2 µmol/m2 e no máximo 3,0; 2,7; 2,5 ou 2 µmol/m2 com base no STSA do negro não tratado. Quando o agente de tratamento tem dois grupos iônicos ou ionizáveis, é o grupo iônico ou ionizável que está presente nesses níveis.

[0026]Em um conjunto de métodos, pó de negro de fumo seco não dispersado tratado quimicamente pode ser misturado diretamente em uma formulação de dispersão aquosa, eliminando a etapa intermediária de preparar uma base de moagem que é subsequentemente deixada em um veículo aquoso para produzir uma dispersão aquosa. Em outro conjunto de modalidades, uma base de moagem de baixa viscosidade é preparada com uma alta concentração de negro de fumo modificada e pode então ser reduzida para produzir uma dispersão aquosa para uso na produção de uma pasta fluida de alvenaria. Alternativamente ou adicionalmente, a própria base de moagem é medida na pasta fluida de alvenaria ou adicionada em conjunto com o componente fluido da pasta fluida de alvenaria. Em outras modalidades, o negro de fumo pode ser misturado a seco com cimento ou agregado e será adequadamente dispersado quando a água for adicionada para preparar a pasta fluida. Em modalidades adicionais, o negro de fumo quimicamente tratado pode ser adicionado na forma seca ou em dispersão à pasta fluida depois de preparada e pronta para aplicação/vazamento e cura.

[0027]Como usado nesse documento, o solvente em uma dispersão líquida aquosa ou à base de água inclui pelo menos 90% de água em peso e, em muitos casos, o sistema de solventes é maior que 95% ou maior que 99% de água em peso. De maneira similar, a dispersão líquida aquosa ou à base de água pode incluir mais que 50%, mais que 80% ou mais que 90% de água em peso com base em toda a massa da dispersão líquida aquosa ou à base de água.

[0028]Os negros de fumo quimicamente modificados descritos nesse documento possuem propriedades que podem eliminar a necessidade de moagem de grânulos de alta energia. Um processo de agitação ou dispersão por agitação não requer a adição de contas de vidro ou outros meios que devem ser removidos por filtração da dispersão resultante. A agitação pode ser feita usando um misturador, tal como, por exemplo, um misturador de pá ou um misturador de alta velocidade. A agitação pode exigir menos energia do que a moagem de esferas convencional, o que significa que as dispersões ou emulsões não serão destruídas pelo processo de moagem de alta energia. Em muitas modalidades, a energia necessária para dispersar as partículas de negro de fumo modificadas é menor que 100 watts, menor que 70 watts, menor que 50 watts ou menor que 40 watts para uma amostra de 200 g, e dispersões estáveis podem ser alcançadas em menos de três horas, menos de duas horas ou menos de uma hora nesses níveis de potência. Em algumas modalidades, a velocidade do misturador pode ser limitada a uma velocidade da ponta da lâmina de mistura menor que 10 m/s, menor que 5 m/s, menor que 3 m/s ou menor ou igual a 2 m/s. A agitação não precisa aumentar a temperatura da dispersão, como a lata de moagem de contas. Por exemplo, em algumas modalidades, o processo de agitação aumentará a temperatura do veículo líquido em menos que 10 °C, menos que 5 °C ou menos que 1 °C. Em contraste, os processos de moagem podem aumentar a temperatura do veículo líquido em mais que 10 °C, o que pode resultar em uma série de problemas, incluindo geleificação da mistura.

[0029]As partículas de negro de fumo modificadas descritas nesse documento podem permanecer dispersadas em um sistema aquoso por meses ou anos. Como usado nesse documento, uma dispersão estável é uma dispersão na qual não há diminuição estatisticamente significativa no poder de cobertura em aço inoxidável de um revestimento feito a partir da dispersão a uma carga de 1% de negro de fumo, em peso, após o envelhecimento da dispersão por um semana em temperatura elevada, por exemplo, 52 °C. Se a dispersão contiver mais que 1% de negro de fumo modificado em peso, tal como no caso de uma base de moagem, a dispersão é envelhecida e subsequentemente deixada em um veículo aquoso incluindo uma resina compatível para 1% de negro de fumo em peso para testar o poder de cobertura em aço inoxidável. Quando seco, o revestimento incluirá cerca de 3% de negro de fumo em peso. Como usado nesse documento, um “ajuste técnico” inclui dispersões líquidas preparadas por diluição de uma base de moagem, bem como dispersões líquidas preparadas diretamente por dispersão de um pigmento não dispersado em um veículo líquido.

[0030]Em um conjunto de modalidades, um pigmento de negro de fumo modificado pode ser agitado diretamente em um veículo líquido aquoso para produzir uma dispersão estável. Essa dispersão pode incluir, por exemplo, mais que 10%, mais que 20%, mais que 30%, mais que 40% ou mais que 50% em peso de negro de fumo quimicamente modificado. Essa dispersão pode então ser misturada em uma composição de alvenaria seca ou úmida, tal como concreto ou argila. Os negros de fumo quimicamente modificados também podem ser misturados em um sistema seco na forma solta ou peletizada e podem ser misturados em pó de cimento antes ou após a introdução de qualquer agregado.

[0031]Em algumas aplicações, os negros de fumo são fornecidos em uma dispersão aquosa tendo uma baixa viscosidade para que possam ser facilmente incorporados aos sistemas de bombeamento que são usados atualmente para misturar concreto. Medindo a adição de uma dispersão estável conhecida na mistura, a quantidade exata de água e pigmento a serem adicionados pode ser predeterminada. Isso também permite ajustar tecnicamente a dispersão com água (ou água com aditivos tal como CaCl2) para chegar à quantidade desejada de pigmento e água para a pasta fluida com uma única fonte homogênea de água e pigmento. Isso pode ajudar a garantir a mistura e a obter uma boa distribuição do pigmento por toda a pasta fluida. Uma pasta fluida de concreto comum pode conter, por exemplo, 75% de agregado e 25% de cimento Portland. Dependendo das condições, a água é adicionada à mistura seca de agregado e cimento para obter uma pasta fluida contendo tipicamente cerca de 15% de água em peso. Nesse caso, se o teor de pigmento alvo do produto de alvenaria curado é de 5% em peso, então a pasta fluida pode ser preparada adicionando aproximadamente 20% em peso de uma dispersão aquosa a 25% de negro de fumo à mistura de concreto seco. Alternativamente, podem ser usadas dispersões mais altamente concentradas, por exemplo, até 45% de negro de fumo modificado em peso.

[0032]As dispersões podem incluir negro de fumo quimicamente modificadas em concentrações de pelo menos 10%, pelo menos 15%, ou de preferência pelo menos 20%, mais de preferência pelo menos 25%, pelo menos 30%, pelo menos 35%, ou maior que ou igual a 40% em peso e ainda pode atingir uma viscosidade útil (a 10 rpm, salvo indicação em contrário) de menos que 1.100 cP (1.100 mPa.s), menos que 1.000 cP (1.000 mPa.s), menos que 800 cP (800 mPa.s), menos que 700 cP (700 mPa.s), menos que 650 cP (650 mPa.s), menos que 600 cP (600 mPa.s) ou menos que 560 cP (560 mPa.s). Em algumas modalidades, as dispersões podem ser limitadas a uma concentração de negro de fumo modificada menor que 60% ou menor que 50% em peso. As viscosidades de dispersão são medidas usando um viscosímetro Brookfield® DV-II + (Brookfield Engineering Laboratories, Middleboro, MA)

empregando o seguinte procedimento.

[0033]Após o instrumento ser ligado, o resfriador é ligado e a temperatura definida para 25 °C. O instrumento é então zerado usando o processo de zero automático como instruído pelo visor do instrumento. Um fuso é selecionado pressionando a função “definir fuso” até que o fuso escolhido (#3 é usado aqui, a menos que especificado de outra forma) seja destacado. A função “definir fuso” é pressionada novamente para entrar na seleção. Um pequeno copo de amostra é parcialmente preenchido com a dispersão a ser testada. Se estiver usando uma geometria do tipo de disco (tal como o # 3), o disco é colocado na dispersão e girado suavemente para liberar qualquer ar que possa estar preso sob o disco. Geometrias em forma de bala podem ser anexadas diretamente ao fuso. O copo de amostra é então colocado no suporte encamisado do instrumento e, se ainda não estiver afixado, a geometria é aparafusada no fuso. Usando uma pipeta, o copo de amostra é enchido a cerca de 2,5 mm do topo e a velocidade é ajustada para 10 rpm. O motor é ligado e o sistema pode se equilibrar por um minuto a 10 rpm. Isso é repetido a 20 rpm, 50 rpm e 100 rpm. Depois de equilibrar por um minuto a 100 rpm, o teste é concluído e o motor é desligado.

[0034]Bases de moagem incluindo cargas de pigmento de negro de fumo mais altas, se estáveis, podem reduzir custos de, por exemplo, transporte e armazenamento. Nessas concentrações mais altas, as bases de moagem tipicamente se tornam muito viscosas para funcionar e podem ser muito viscosas para passar por um moinho de esferas. Por exemplo, para passar por um moinho Eiger, bases de moagem incluindo negros de fumo de estrutura média são tipicamente limitadas a uma concentração de negro de fumo de cerca de 20 ou 25%, a menos que grandes quantidades de dispersante sejam usadas. Os negros de fumo quimicamente tratados descritos nesse documento fornecem viscosidades mais baixas em cargas mais elevadas. Como esses negros de fumo podem ser agitados, em vez de moídos, em uma base de moagem, viscosidades mais altas podem ser toleradas no processo de produção. Além de eliminar ou reduzir a quantidade de moagem necessária, a potência de mistura (velocidade) pode ser reduzida significativamente. Por exemplo, algumas modalidades dos negros de fumo tratados descritos nesse documento podem ser adequadamente dispersos por mistura a uma velocidade de ponta de lâmina de mistura menor que 10 m/s, menor que 5 m/s, menor que 4 m/s, menor que 3 m/s ou menor ou igual a 2 m/s. Em comparação, os pigmentos de negro de fumo modificados e não modificados atualmente usados são tipicamente preparados por moagem e mistura a uma velocidade de ponta maior que 10 m/s na presença de uma concentração aumentada de dispersante.

[0035]Vários fatores ópticos mensuráveis podem ser usados para avaliar materiais de alvenaria que compreendem pigmentos, tais como negros de fumo. A cor pode ser representada tridimensionalmente medindo intensidade de preto (L*), azul/amarelo (b*) e vermelho/verde (a*). Um valor L* de 0 seria perfeitamente preto, enquanto os números mais altos são mais brancos. Em vários carregamentos em materiais de alvenaria, tal como concreto, os negros de fumo tratados descritos nesse documento podem ser curados para produzir uma composição de alvenaria com um valor L* menor ou igual a 33, menor ou igual a 30, menor ou igual a 25, menor ou igual a 20 ou menor ou igual a 18. Em diferentes modalidades,

a quantidade de negro de fumo quimicamente tratado em uma composição de alvenaria em peso (base seca) pode ser, por exemplo, pelo menos 0,5%, pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, pelo menos 10% ou pelo menos 15%. Nessas e em outras modalidades, a quantidade de negro de fumo quimicamente tratado em peso pode ser no máximo 20%, no máximo 15%, no máximo 10%, no máximo 8%, no máximo 6%, no máximo 5%, no máximo 4%, no máximo 3% ou no máximo 2%. Por exemplo, um bloco de concreto contendo 1% de negro de fumo com grupos sulfonato, carboxilato ou fosfonato ligados pode exibir um valor L* de no máximo 33 ou no máximo 30 ou no máximo 25. As mesmas composições de concreto contendo 6% dos mesmos negros de fumo podem exibir um valor L* de no máximo 30, no máximo 25 ou no máximo 20.

[0036]Os negros de fumo são conhecidos pelos técnicos no assunto e incluem negros de fumo de gás natural, negros de fumo de forno, negros de fumo de gás e negros de fumo de lamparina. Podem ser usados negros de fumo de vários fornecedores. Alguns negros de fumo disponíveis comercialmente são vendidos sob as marcas Regal®, Black Pearls®, Elftex®, Monarch®, Mogul®, Spheron®, Sterling® e Vulcan® e estão disponíveis na Cabot Corporation (tais como negros de fumo Black Pearls® 1100, Black Pearls® 1000, Black Pearls® 900, Black Pearls® 880, Black Pearls® 800, Black Pearls® 700, Black Pearls® 570, Black Pearls® L, Elftex® 8, Elftex® 320, Monarch® 1100, Monarch® 1000, Monarch® 900, Monarch® 880, Monarch® 800, Monarch® 700, Mogul® L, Regal® 330, Regal® 400, e Regal® 660 ). Outros negros de fumo disponíveis comercialmente incluem, mas não estão limitados a, negros de fumo vendidos sob as marcas registradas Raven®,

Statex®, Furnex®, e Neotex®, as linhas CD e HV disponíveis na Columbian Chemicals e os produtos Corax®, Durax®, Ecorax® e Purex® disponíveis na Orion Engineered Carbons. Os negros de fumo são preferidos para uso com as modalidades fornecidas nesse documento.

[0037]Os negros de fumo descritos nesse documento podem exibir uma faixa específica de área de superfície de espessura estatística (STSA ou área t, medida de acordo com ASTM D6556). Como usado nesse documento, o STSA de um negro de fumo modificado é o STSA do negro de fumo antes da modificação. Em algumas modalidades, os negros de fumo que são modificados têm um STSA entre cerca de 25 m2/g e cerca de 300 m2/g, entre cerca de 25 m2/g e cerca de 250 m2/g, ou entre cerca de 50 m2/g e cerca de 200 m2/g. Se a área de superfície do negro de fumo for muito alta, então o negro de fumo será difícil de dispersar, mesmo com os níveis de tratamento de superfície especificados nesse documento. Além disso, a viscosidade da dispersão será maior com um dado carregamento de sólidos. Ou seja, negros de fumo com área superficial mais alta resultam em dispersões de viscosidade mais alta, o que pode tornar mais difícil sua dispersão em uma pasta fluida de concreto.

[0038]O negro de fumo modificado pode ter uma grande variedade de tamanhos de partícula primários conhecidos na técnica. Por exemplo, o negro de fumo pode ter um tamanho de partícula primário entre cerca de 5 nm a cerca de 100 nm, incluindo cerca de 10 nm a cerca de 80 nm e 15 nm a cerca de 50 nm. Em algumas modalidades, o negro de fumo pode ter um tamanho de partícula primário menor que 200, menor que 100 ou menor que 75 nm. Além disso, o negro de fumo também pode ter uma ampla faixa de valores de NAO (número de adsorção de óleo, medido de acordo com ASTM D2414), que é uma medida da estrutura ou ramificação do pigmento. Por exemplo, antes da modificação da superfície, o negro de fumo pode ter um valor de NAO de cerca de 25 a 250 mL/100g, por exemplo, de cerca de 30 a 150 mL/100g ou de cerca de 50 a 100 mL/100g. Em dispersões aquosas, tais como bases de moagem e dispersões líquidas, as dispersões de partículas de negro de fumo modificadas podem exibir D90 menor que 0,6 µm, por exemplo, de 0,1 a 0,6 µm, 0,1 a 0,4 µm ou de 0,15 a 0,5 µm.

[0039]O negro de fumo antes do tratamento também pode ser um negro de fumo que foi oxidado usando um agente oxidante para introduzir grupos iônicos e/ou ionizáveis na superfície. Verificou-se que os negros de fumo preparados dessa maneira têm um grau mais alto de grupos contendo oxigênio na superfície. Os agentes oxidantes incluem, mas não estão limitados a, gás oxigênio, ozônio, NO2 (incluindo misturas de NO2 e ar), peróxidos, tais como, peróxido de hidrogênio, perssulfatos, incluindo perssulfato de sódio, potássio ou amônio, hipo-halitos, tais como, hipoclorito de sódio, halitas, halatos ou perhalatos (tais como, clorito de sódio, clorato de sódio ou perclorato de sódio), ácidos oxidantes, tal como ácido nítrico, e oxidantes contendo metais de transição, tais como, sais de permanganato, tetróxido de ósmio, óxidos de cromo ou nitrato de amônio cérico. Também podem ser usadas misturas de oxidantes, particularmente misturas de oxidantes gasosos, tais como oxigênio e ozônio. Além disso, negros de fumo preparados usando outros métodos de modificação de superfície para introduzir grupos iônicos ou ionizáveis em uma superfície de pigmento, tal como cloração e sulfonilação, também podem ser usados.

[0040]O negro de fumo modificado pode ser preparado usando qualquer método conhecido pelos técnicos no assunto, de modo que grupos químicos orgânicos sejam afixados ao pigmento. Por exemplo, os pigmentos modificados podem ser preparados usando os métodos descritos nas Patentes U.S. Nos

5.554.739; 5.707.432; 5.837.045; 5.851.280; 5.885.335;

5.895.522; 5.900.029; 5.922.118; 6.042.643 e 6.337.358, cujas descrições são totalmente incorporadas nesse documento por referência. Tais métodos proporcionam uma fixação mais estável dos grupos ao negro de fumo em comparação com os métodos do tipo dispersante, que usam, por exemplo, polímeros e/ou tensoativos. Outros métodos para preparar os negros de fumo modificados incluem a reação de um negro de fumo tendo grupos funcionais disponíveis com um reagente compreendendo o grupo orgânico, tal como descrito, por exemplo, na Patente US 6.723.783, que é incorporada em sua totalidade por referência nesse documento. Esses pigmentos funcionais podem ser preparados usando os métodos descritos nas referências incorporadas acima. Além disso, os negros de fumo modificados contendo grupos funcionais afixados também podem ser preparados pelos métodos descritos nas Patentes US Nos

6.831.194 e 6.660.075, Publicações de Patente Nos 2003- 0101901 e 2001-0036994, Patente Canadense No 2.351.162, Patente Européia No 1 394 221, e Publicação PCT Nº WO 04/63289, bem como em N. Tsubokawa, Polym. Sci., 17:417, 1992, cada um dos quais também é incorporado em sua totalidade por referência nesse documento.

[0041]O grupo orgânico do negro de fumo modificado pode ser um grupo que permite que o negro de fumo modificado seja dispersável no veículo aquoso de uma dispersão líquida ou base de moagem selecionada. O grupo orgânico inclui um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de tratamento de 1,0 a 3,0 µmol/m2 com base no STSA do negro não tratado. Como usado nesse documento, um grupo orgânico que é usado para tratar um negro de fumo antes de formar uma dispersão aquosa, por química de diazônio, por exemplo, não é considerado um dispersante na dispersão líquida aquosa preparada a partir do negro de fumo modificado.

[0042]O nível de afixação (tratamento) do grupo orgânico no negro de fumo modificado deve ser adequado para proporcionar uma dispersão estável do negro de fumo modificado no veículo aquoso. Os níveis de afixação são fornecidos em termos de moles do grupo iônico ou ionizável por área de superfície (STSA) de negro de fumo não tratado. Por exemplo, grupos iônicos ou ionizáveis podem ser afixados a um nível de 1,0 a 3,0 µmol/m2, 1,3 a 2,7 µmol/m2 ou 1,5 a 3,0 µmol/m2. Em algumas modalidades em que o grupo orgânico inclui apenas um grupo iônico ou ionizável, o nível de afixação do grupo orgânico e do grupo ionizável ou iônico será o mesmo. Quando o grupo orgânico compreende mais que um grupo iônico ou ionizável, o nível de afixação do grupo orgânico e do grupo iônico ou ionizável será diferente. Em tais casos, os níveis de afixação para grupos incluindo grupos iônicos ou ionizáveis também podem ser quantificados em termos de equivalentes por área. Esses níveis de fixação podem ser determinados por métodos conhecidos pelos técnicos no assunto, tal como análise elementar.

[0043]Os grupos podem ser afixados a negros de fumo usando métodos, tais como, química de diazônio, química azo, química de peróxido, sulfonação e química de cicloadição. Os processos de diazônio revelados em uma ou mais dessas referências incorporadas podem ser adaptados para fornecer uma reação de pelo menos um sal de diazônio com um pigmento de negro de fumo, tal como um pigmento preto orgânico oxidado ou bruto que ainda não foi modificado na superfície com grupos de afixação. Um sal de diazônio é um composto orgânico tendo um ou mais de grupos de diazônio. Em alguns processos, o sal de diazônio pode ser preparado antes da reação com o material de pigmento preto orgânico ou, mais de preferência, gerado in situ usando técnicas como as descritas nas referências citadas. A geração in situ também permite o uso de sais de diazônio instáveis, tais como, sais de alquil diazônio e evita o manuseio ou a manipulação desnecessário(a) do sal de diazônio. Em alguns processos, o ácido nítrico e o sal de diazônio podem ser gerados in situ.

[0044]Um sal de diazônio, como é conhecido na técnica, pode ser gerado pela reação de uma amina primária, um nitrito e um ácido. O nitrito pode ser qualquer nitrito de metal, de preferência nitrito de lítio, nitrito de sódio, nitrito de potássio ou nitrito de zinco, ou qualquer nitrito orgânico, tal como, por exemplo, isoamilnitrito ou etilnitrito. O ácido pode ser qualquer ácido, inorgânico ou orgânico, que seja eficaz na geração do sal de diazônio. Os ácidos preferidos incluem ácido nítrico, HNO3, ácido clorídrico, HCl e ácido sulfúrico, H2SO4. O sal de diazônio também pode ser gerado pela reação da amina primária com uma solução aquosa de dióxido de nitrogênio. A solução aquosa de dióxido de nitrogênio, NO2/H2O, pode fornecer o ácido nítrico necessário para gerar o sal de diazônio. Em geral, ao gerar um sal de diazônio a partir de uma amina primária, um nitrito e um ácido, são necessários dois equivalentes de ácido com base na amina. Em um processo in situ, o sal de diazônio pode ser gerado usando um equivalente do ácido. Quando a amina primária contém um grupo de ácido forte, a adição de um ácido separado pode não ser necessária em alguns processos. O grupo ou grupos de ácido da amina primária pode(m) fornecer um ou ambos dos equivalentes de ácido necessários. Quando a amina primária contém um grupo de ácido forte, de preferência zero a um equivalente de ácido adicional pode ser adicionado a um processo para gerar o sal de diazônio in situ. Um exemplo de tal amina primária que mostrou propriedades excepcionais é o ácido para-aminobenzenossulfônico (ácido sulfanílico). As aminas primárias adicionais que podem fornecer benefícios aos negros de fumo usados em composições de alvenaria são ácido para-aminobenzoico (PABA) e compostos à base de anilina tendo um ou mais de grupos de ácido fosfônico ligados através da posição para, por exemplo, diretamente ao anel fenila ou por meio de um espaçador alquila (por exemplo, C1-C3) substituído ou não substituído.

[0045]Os negros de fumo com superfície modificada compreendem um pigmento de negro de fumo tendo afixado pelo menos um grupo orgânico que compreende um grupo iônico ou ionizável. O negro de fumo modificado pode ter afixado pelo menos um grupo orgânico tendo a fórmula -X-Z, em que X, que é um primeiro grupo químico diretamente afixado ao negro de fumo, representa um grupo arileno, um grupo heteroarileno, um grupo aralquileno ou um grupo alcarileno e Z representa pelo menos um grupo iônico ou pelo menos um grupo ionizável. Z pode ser não polimérico.

[0046]Como indicado, o grupo X pode representar um grupo arileno ou heteroarileno, um grupo alquileno, um grupo aralquileno ou um grupo alcarileno. X pode ser diretamente afixado ao pigmento e é ainda substituído pelo grupo Z. X pode ser um grupo ligante (por exemplo, um dirradical de ligação) que, de preferência, pode ser diretamente ligado entre a superfície do pigmento e o grupo Z. Os grupos arileno e heteroarileno podem ser um grupo aromático incluindo, mas não se limitando a, hidrocarbonetos cíclicos insaturados contendo um ou mais anel(anéis). Para os grupos heteroarileno, um ou mais de carbonos do anel do grupo aromático é(são) substituído(s) por um heteroátomo. Os heteroátomos são átomos de não carbono, tal como N, S, O ou outros. Os hidrogênios do grupo aromático podem ser substituídos ou não substituídos. Como indicado, X pode representar um grupo heteroarileno. Verificou-se que o uso de uma via química de diazônio, incluindo sais de diazônio à base de heterociclo, para tratar superfícies de pigmento preto orgânico, tais como superfícies pretas de perileno, pode tornar mais fácil afixar os grupos de modificação de superfície. Onde X é aralquileno ou alcarileno, o grupo aromático pode ser um grupo arileno ou heteroarileno.

[0047]O grupo heteroarileno pode ser um grupo ligante que compreende, por exemplo, pelo menos um anel heterocíclico que contém um ou mais de heteroátomos (por exemplo, um, dois, três ou mais heteroátomo(s)). O anel heterocíclico pode conter, por exemplo, de 3 a 12 átomos membros do anel, ou de 5 a 9 membros do anel, ou 5, ou 6, ou 7, ou anéis de 8 membros. O anel heterocíclico pode incluir, por exemplo, pelo menos um átomo de carbono, ou pelo menos dois átomos de carbono, ou outros números de átomos de carbono. Quando vários heteroátomos são usados em um anel heterocíclico, os heteroátomos podem ser iguais ou diferentes. O grupo heterocíclico pode conter um único anel heterocíclico ou anéis fundidos incluindo pelo menos um anel heterocíclico. O grupo heteroarileno pode ser, por exemplo, imidazolileno, pirazolileno, tiazolileno, isotiazolileno, oxazolileno, isoxazolileno, tienileno, furileno, fluorenileno, piranileno, pirrolileno, piridileno, pirimidileno, indolileno, isoindolileno, tetrazolileno, quinolinileno, isoquinolinileno, quinazolinileno, carbazolina, purinileno, xantenileno, dibenzofurileno, 2H-cromenileno ou quaisquer combinações dos mesmos. X também pode representar um grupo arileno, tais como, fenileno, naftileno, bifenileno, fenila, antracenileno e semelhantes. Quando X representa um grupo alquileno, os exemplos incluem, mas não estão limitados a, grupos alquileno substituídos ou não substituídos que podem ser ramificados ou não ramificados. Por exemplo, o grupo alquileno pode ser, por exemplo, um grupo C1-C12, tal como, metileno, etileno, propileno ou butileno, ou outros alquilenos. Quando X representa aralquileno ou alcarileno, os componentes arileno e alquileno podem ser qualquer um dos discutidos acima.

[0048]O grupo X pode ainda ser substituído por grupos diferentes de Z, tais como, um ou mais de grupos alquila ou grupos arila. Além disso, o grupo X pode ser substituído, por exemplo, com um ou mais de grupos funcionais. Exemplos de grupos funcionais incluem, mas não estão limitados a, R,

OR, COR, COOR, OCOR, carboxilatos, halogênios, CN, NR2, SO3H, sulfonatos, sulfatos, NR(COR), CONR2, NO2, PO3H2, fosfonatos, fosfatos, N—NR, SOR, NSO2R, em que R, que pode ser igual ou diferente, é independentemente hidrogênio, C1-C20 ramificado ou não ramificado substituído ou não substituído, hidrocarbonetos saturados ou insaturados, por exemplo, alquila, alquenila, alquinila, arila substituído ou não substituído, heteroarila substituído ou não substituído, alcarila substituído ou não substituído, ou aralquila substituído ou não substituído.

[0049]Como indicado, o grupo Z é pelo menos um grupo iônico ou grupo ionizável. O grupo Z também pode compreender uma mistura de um grupo iônico e um grupo ionizável. O grupo iônico pode ser aniônico ou catiônico e pode estar associado a um contraíon da carga oposta, incluindo contraíons, tais como, Na+, K+, Li+, NH4+, NR′4+, acetato, NO3−, SO4−2, R′SO3−, R′OSO3−, OH−, e Cl−, em que R′ representa hidrogênio ou um grupo orgânico, tal como um grupo arila e/ou alquila substituído ou não substituído. O grupo ionizável pode ser aquele que é capaz de formar um grupo iônico no meio de uso. Grupos anionizáveis podem formar ânions e grupos cationizáveis podem formar cátions. Os grupos iônicos incluem aqueles descritos nas Pats. Nos 5.698.016; 5.837.045; e 5.922.118, cujas descrições são totalmente incorporadas nesse documento por referência. Os grupos aniônicos são grupos iônicos com carga negativa que podem ser gerados a partir de grupos com substituintes ionizáveis que podem formar ânions (grupos anionizáveis), tais como substituintes ácidos. Eles também podem ser o ânion nos sais de substituintes ionizáveis. Exemplos representativos de grupos aniônicos incluem —COO−, —SO3−, —OSO3−, —HPO3−, —OPO3−2, e — PO3−2. O grupo aniônico pode compreender um contraíon que é um sal de metal monovalente, tal como um sal de Na+, um sal de K+ ou um sal de Li+. O contraíon também pode ser um sal de amônio, como um sal NH4+. Exemplos representativos de grupos anionizáveis incluem —COOH, —SO3H, —PO3H2, —R′SH, — R′OH, e —SO2NHCOR′, em que R′ representa hidrogênio ou um grupo orgânico, tal como um arila e/ou alquila substituído ou não substituído grupo.

Os grupos catiônicos são grupos iônicos carregados positivamente que podem ser gerados a partir de substituintes ionizáveis que podem formar cátions (grupos cationizáveis), tais como aminas protonadas.

Por exemplo, alquil ou arilaminas podem ser protonadas em meio ácido para formar grupos de amônio —NR′2H+, em que R′ representa um grupo orgânico, tal como um grupo arila e/ou alquila substituído ou não substituído.

Os grupos catiônicos também podem ser grupos iônicos orgânicos carregados positivamente.

Os exemplos incluem grupos de amônio quaternário (—NR′3+) e grupos de fosfônio quaternário (— PR′3+). Nesse documento, R’ representa hidrogênio ou um grupo orgânico tal como um grupo arila e/ou alquila substituído ou não substituído.

O grupo catiônico pode compreender um grupo alquil amina ou um sal do mesmo ou um grupo alquil amônio.

Grupos de amônio quaternário (--NR3+ e grupos de fosfônio quaternário (--PR3+) representam exemplos de grupos catiônicos e podem ser afixados aos mesmos grupos orgânicos discutidos acima para os grupos ionizáveis que formam ânions.

De preferência, o grupo orgânico contém um grupo aromático, tal como um grupo fenila ou naftila e um grupo de amônio quaternário ou fosfônio quaternário.

O grupo aromático é, de preferência, diretamente afixado ao negro de fumo. Aminas cíclicas quaternizadas e aminas aromáticas quaternizadas também podem ser usadas como o grupo orgânico. Assim, compostos de piridínio N-substituído, tais como N-metil- piridila, podem ser usados a esse respeito.

[0050]O grupo Z pode compreender pelo menos um grupo de ácido carboxílico ou sal do mesmo, pelo menos um grupo de ácido sulfônico ou sal do mesmo, pelo menos um grupo de sulfato, pelo menos um grupo de ácido fosfônico ou éster ou sal parcial do mesmo, pelo menos um grupo alquil amina ou sal do mesmo, ou pelo menos um grupo alquil amônio. Uma vez que pode ser preferido que o grupo X seja um grupo heteroarileno ou um grupo arileno, grupos orgânicos afixados tendo a fórmula -X-Z podem incluir, mas não estão limitados a, grupos de ácido heteroaril carboxílico, grupos de ácido heteroaril sulfônico, grupos de ácido heteroaril fosfônico ou bisfosfônico, grupos de ácido aralquil fosfônico ou bifosfônico, grupos de ácido aril carboxílico, grupos de ácido aril sulfônico ou sais (ou, para grupos fosfônicos e bisfosfônicos, ésteres parciais) dos mesmos. Por exemplo, o grupo orgânico afixado pode ser, por exemplo, um grupo de ácido imidazolil carboxílico, um grupo de ácido imidazolil sulfônico, um grupo de ácido piridinil carboxílico, um grupo de ácido piridinil sulfônico, um grupo de ácido benzeno carboxílico, um grupo de ácido benzeno dicarboxílico, um grupo de ácido benzeno tricarboxílico, um grupo de ácido benzeno sulfônico ou sais dos mesmos. Alternativamente ou além disso, Z pode ter a estrutura -Sp-(PO3H2)q, em que q é 1 ou 2 e Sp é uma ligação ou um grupo alquila ou alquenila C1-C3, ou ésteres ou sais parciais dos mesmos. O grupo orgânico afixado pode ser qualquer um dos grupos contendo ácido fosfônico revelados em US8858695, cujo conteúdo total é incorporado por referência. O grupo orgânico afixado também pode ser um derivado substituído de qualquer um deles. Onde o grupo Z é aniônico, o negro de fumo tratado pode ter uma vantagem para uso em aplicações de clima frio. Os negros de fumo não tratados podem eliminar os dispersantes usados para a entrada de ar no concreto. Tais dispersantes são tipicamente tensoativos aniônicos ou não iônicos, incluindo resinas à base de madeira, tais como, resina de vinsol, ácidos graxos, sais de ácido de petróleo e alquil e alquilaril sulfonatos. Esses dispersantes regulam a formação de pequenas bolhas de ar dentro do concreto que fornecem volume para a expansão térmica da água durante os ciclos de congelamento e descongelamento. A superfície dos negros de fumo tratada com grupos aniônicos irá repelir os grupos aniônicos nos agentes de entrada de ar, reduzindo o efeito de eliminação do negro de fumo.

[0051]Como usado nesse documento, os dispersantes são substâncias que podem ser usadas em sistemas aquosos para auxiliar na formação de uma dispersão de particulados de negro de fumo de outra forma não dispersáveis. Os dispersantes se associam fortemente às partículas e são selecionados por sua capacidade de manter as partículas separadas. Os dispersantes podem incluir tensoativos, polímeros funcionalizados e oligômeros. Os dispersantes podem ser dispersantes não iônicos ou podem ser dispersantes iônicos, por exemplo, dispersantes aniônicos ou catiônicos. Os dispersantes não iônicos são preferidos e entre os dispersantes iônicos, os dispersantes aniônicos são preferidos. Os dispersantes podem ser anfifílicos e podem ser poliméricos ou incluir um grupo polimérico. Os dispersantes não incluem outros aditivos que podem ser usados em dispersões aquosas, tais como, agentes umectantes, antiespumantes e cossolventes.

[0052]Exemplos específicos de dispersantes poliméricos incluem dispersantes poliméricos sintéticos. Os etoxilatos são comumente usados em formulações à base de água como dispersantes. Por exemplo, alquilfenol etoxilatos e alquil etoxilatos podem ser usados. Os exemplos incluem PETROLITE® D-1038 da Baker Petrolite. Polímeros e materiais relacionados que podem ser usados para dispersantes e aditivos em dispersões aquosas estão incluídos nos produtos Tego da Evonik, os produtos Etacril da Lyondell, os polímeros Joncryl e dispersantes EFKA da BASF e os dispersantes Disperbyk® e Byk® da BYK. Os dispersantes de exemplo que podem ser empregados incluem, mas não estão limitados a, DisperBYK182, DisperBYK 190 e ou DisperBYK 192, todos disponíveis na BYK Chemie, dispersantes Solsperse disponíveis na Lubrizol, incluindo 46000; e EFKA4585, EFKA4550 e EFKA4560 da Ciba.

[0053]Vários modificadores de reologia também podem ser usados em conjunto com a composição de dispersão aquosa para ajustar a viscosidade da composição, bem como para fornecer outras propriedades desejáveis. Os compostos adequados incluem, mas não estão limitados a, polímeros e copolímeros solúveis em água, tais como, goma arábica, sais de poliacrilato, sais de polimetacrilato, álcoois polivinílicos (por exemplo, Elvanols da DuPont, Celvoline da Celanese), hidroxipropilcelulose, hidroxietilcelulose,

polivinilpirrolidinona (tal como Luvatec da BASF, Kollidon e Plasdone de ISP e PVP-K), poliviniléter, amido, polissacarídeos, polietilenoiminas com ou sem ser derivado com óxido de etileno e óxido de propileno e semelhantes. Alternativamente ou adicionalmente, um antiespumante pode ser usado, se necessário.

[0054]Vários aditivos para controlar ou regular o pH das dispersões aquosas descritas nesse documento também podem ser usados. Exemplos de reguladores de pH adequados incluem várias aminas, tais como dietanolamina e trietanolamina, bem como vários reagentes de hidróxido. Um reagente hidróxido é qualquer reagente que compreende um íon OH-, tal como um sal tendo um contraíon hidróxido. Os exemplos incluem hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de lítio, hidróxido de amônio e hidróxido de tetrametil amônio. Outros sais de hidróxido, bem como misturas de reagentes de hidróxido, também podem ser usados. Além disso, outros reagentes alcalinos também podem ser usados, os quais geram íons OH- em um meio aquoso. Os exemplos incluem carbonatos, tais como, carbonato de sódio, bicarbonatos, tais como, bicarbonato de sódio, e alcóxidos, tais como, metóxido de sódio e etóxido de sódio. Tampões também podem ser adicionados.

[0055]Em um conjunto de modalidades, verificou-se que negros de fumo modificados prontamente dispersáveis podem ser feitos tratando a superfície do negro de fumo não tratado com ácido sulfanílico usando química de diazônio, resultando em um negro de fumo modificado incluindo o grupo de ácido benzeno sulfônico (p-C6H4SO3-). Alternativamente ou além disso, o ácido para-aminobenzóico pode ser usado para tratar negros de fumo usando química de diazônio para obter um negro de fumo modificado incluindo grupos p-C6H4CO2-. Em um terceiro conjunto de modalidades, um sal monossódico do ácido [2-(4- (aminofenil)-1-hidroxietano-1,1-diil]bisfosfônico, sal monossódico do ácido [2-(4-(aminofenil)-1-hidroxipropano- 1,1-diil]bisfosfônico, sal monossódico do ácido [2-(4- (aminofenil)-1-hidroxibutano-1,1-diil]bisfosfônico, sal monossódico do ácido [4- (aminofenil)(hidroxil)metileno]bisfosfônico ou sal monossódico do ácido (amino-4- (aminofenil)metileno]bisfosfônico, sal monossódico de ácido [2-(4-(aminofenil)etano-1,1-diil]bisfosfônico ou ácido 4- aminobenzil fosfônico podem ser usados para tratar negros de fumo usando química de diazônio para obter um negro de fumo modificado incluindo um grupo orgânico tendo um ou mais de grupos de sal de ácido fosfônico.

[0056]Esses grupos podem ser úteis para tornar o negro de fumo modificado dispersável e, como mostrado abaixo, muitos desses negros de fumo tratados podem ser agitados em dispersões ou incorporados em composições de alvenaria sem o uso de alta energia ou meios de trituração. Embora maiores quantidades de agente de tratamento sejam usadas para melhorar a dispersabilidade de um negro de fumo, verificou- se que um nível reduzido de tratamento resulta em um pigmento que proporciona melhor dispersão em toda a composição de alvenaria. Por exemplo, negros de fumo modificados muito específicos tendo um STSA menor que 200 m2/g antes do tratamento e um nível de tratamento de no máximo 3,0, no máximo 2,7, no máximo 2,5 ou de 1,5-2,7 µmol/m2 de grupos de ácido sulfônico têm foi mostrado para fornecer excelente dispersão no concreto. Também verificou-se que, ao contrário do que se acredita na técnica, o dispersante adicional pode ter um efeito negativo na dispersabilidade de alguns negros de fumo tratados. Em relação à quantidade de negro de fumo em uma dispersão líquida, a concentração de dispersante pode ser menor que cerca de 5, por exemplo, cerca de 4 ou menos, cerca de 3 ou menos, cerca de 2 ou menos, ou cerca de 1 ou menos grama de dispersante por 100 g negro de fumo. Em muitas modalidades, nenhum dispersante é necessário. As faixas de dispersantes específicos podem depender, por exemplo, do nível de tratamento do negro de fumo modificado que está sendo dispersado ou do método pelo qual o negro de fumo modificado é incorporado ao concreto. Exemplo 1 Formulação de Concreto Pigmentado

[0057]Amostras de concreto foram pigmentadas com óxido de ferro e vários negros de fumo. A mistura de concreto seco (1.500 g) foi combinada com o pigmento em um recipiente de meio galão. O recipiente foi rolado por 5 minutos até que o pigmento ficasse uniformemente dispersado na mistura de concreto. Água (265-269 mL) foi então adicionada e o recipiente foi rolado por mais 5 minutos para fornecer uma pasta fluida uniforme. A pasta fluida foi vertida em moldes e deixada curar por 48 horas. Após a cura, as amostras curadas resultantes foram removidas do molde e avaliadas quanto à consistência, cor, intensidade de preto e intempéries. O espectro de refletância do concreto seco e colorido foi determinado. Os valores de refletância foram usados para calcular os valores L* a* e b* da Comissão Internacional de Iluminação CIE 1976. L* representa a coordenada de luminosidade variando de 0 para um preto puro a 100 para um branco puro; a* representa a coordenada vermelho-verde com seu valor tornando-se maior à medida que o grau de vermelhidão aumenta; b* representa a coordenada amarelo-azul com seu valor se tornando maior à medida que o grau de amarelo aumenta.

[0058]Em um primeiro conjunto de exemplos, amostras de concreto feitas com cimento Portland Sakrete (75% de agregado) foram feitas usando diferentes pigmentos e concentrações de pigmento. A amostra A continha 6% em peso de negro de fumo Elftex® 320, um negro de fumo não tratado tendo um STSA de 62 m2/g. A amostra B continha 6% em peso de negro de fumo Elftex 320 que tinha sido tratado com ácido sulfanílico para produzir um negro de fumo com um nível de tratamento de superfície de 2 µmol/m2. A amostra C continha 6% em peso de óxido de ferro preto Bayfferrox 360. Após a cura, cada amostra foi avaliada quanto à intensidade de preto. Os resultados são fornecidos na Tabela 1 e mostram que a amostra feita com o negro de fumo quimicamente tratado forneceu intensidade de preto significativamente melhorado. Tabela 1 Amostra Intensidade preto (L*) A (negro de fumo Elftex 320) 26,14 B (negro de fumo Elftex 320 com 17,44 tratamento com ácido sulfanílico) C (Óxido de ferro) 35,73 Distribuição de pigmento

[0059]As amostras A e B foram abertas para examinar como o negro de fumo foi distribuído uniformemente por todo o bloco. Como mostrado nas fotografias das FIGS. 1A (seção transversal) e 1B (superfícies originais), o pigmento na Amostra A (negro de fumo Elftex 320) estava mal distribuído e estava concentrado na superfície. Em contraste, o pigmento na Amostra B (negro de fumo Elftex 320 quimicamente tratado) estava bem distribuído por todo o bloco. Isso indica que mesmo após um desgaste significativo, os blocos de concreto usando o pigmento tratado quimicamente manterão sua cor. Esses blocos também podem ser divididos em peças menores que apresentarão uma boa cor em todas as superfícies. Intempéries

[0060]O efeito da umidade estendida nas três amostras é ilustrado na FIG. 2. A umidade em um bloco de concreto pigmentado pode trazer hidróxido de cálcio à superfície, onde reage com o dióxido de carbono atmosférico para formar carbonato de cálcio branco insolúvel. O carbonato de cálcio pode reduzir rapidamente a intensidade de preto de um bloco de concreto pigmentado preto. Como mostrado na FIG. 2, o pigmento de negro de fumo quimicamente tratado (Amostra B) forneceu a intensidade de preto mais consistente ao longo de 400 h de exposição a 100% de umidade a 100 °C.

[0061]Amostras adicionais de concreto foram feitas usando (em peso): 1% de negro de fumo tratado quimicamente Elftex 320 (Amostra D), 1% de óxido de ferro (Amostra E), 17% de negro de fumo Elftex 320 (Amostra F), 17% de negro de fumo quimicamente tratado Elftex 320 (Amostra G) e óxido de ferro a 17% (Amostra H). Os gráficos que mostram a mudança na intensidade de preto após a incubação em uma câmara de umidade são fornecidos nas FIGS. 3 e 4. Como acontece com as amostras de carga de 6%, a intensidade de preto mais consistente com cargas de 1% e 17% é mantida com o negro de fumo Elftex 320 tratado com ácido sulfanílico. Exemplo 2

[0062]Amostras de concreto são pigmentadas com negro de fumo em forma de dispersão. Água (116 g) é combinada com dispersante (23 g de dispersante não iônico Baker Petrolite D1038, 10% de sólidos) e antiespumante (1 g de antiespumante BYK 024), seguido do qual negro de fumo (60 g de negro de fumo de Black Pearls 800 que foi quimicamente tratado com ácido sulfanílico usando química de diazônio convencional para resultar em um nível de tratamento de 2,6 µmol/m2) é adicionado e agitado até estar completamente misturado. Dispersão de negro de fumo suficiente e água suficiente para totalizar 265-269 mL de água é adicionada à mistura de concreto seco (1500 g de cimento Sakrete) em um recipiente de meio galão para fornecer de 1% a 3% em peso de pigmento no concreto e alisado até que o pigmento esteja uniformemente distribuído (pelo menos 5 min). A pasta fluida é vertida em moldes e pode curar por 48 horas. Exemplo 3 Formulação de Concreto Pigmentado

[0063]Amostras de concreto (Superior Ready Mix, San Diego, CA) foram pigmentadas com óxido de ferro (pigmento Davis Colors 860) e os negros de fumo apresentados no Exemplo 1 com cargas de 1%, 3,5% e 6% de pigmento em relação ao cimento). A razão de água para cimento foi constante para todas as misturas do lote de teste. Um concreto de controle sem pigmento também foi preparado.

[0064]A resistência à compressão de amostras cilíndricas foi medida em duplicata de acordo com ASTM C39. Com carga de 1%, a resistência à compressão das amostras preparadas com óxido de ferro e negro de fumo modificado na superfície são similares, como mostrado na Tabela 2. Tabela 2 Resultados do Teste de Plástico Resistência Compressiva Média (psi) ao longo do tempo (número de dias) (1 psi = 6,89 KPa) % em Abatimento Temp. Teor 1 2 7 28 peso do (in) da de Ar pigmento (1 in = Mistura (%) 2,54 cm) (graus F) (°F = 1,8 °C + 32) Mistura de 0 2,75 84 1,1 2000 2880 4625 6375 Controle Óxido de 1 4,5 74 0,7 2155 2775 4690 6125 Ferro Óxido de 3,5 3 75 1 2070 3110 4965 6310 Ferro Óxido de 6 2,5 74 1,2 2085 3010 4330 6885 Ferro NF não 1 3 77 1 2070 2725 4625 6295 modificado NF não 3,5 2 76 1,3 1920 2530 4180 5925 modificado NF não 6 1 76 1,2 1805 2580 4270 5615 modificado NF 1 3 80 1 1930 2840 4710 6355 modificado NF 3,5 3 77 1 1740 2390 4280 5640 modificado NF 6 3,5 76 0,9 1605 2520 4010 5415 modificado

[0065]O tempo de fixação para os vários cimentos foi medido de acordo com ASTM C403 e os resultados são mostrados na Tabela 3 abaixo. O tempo inicial de fixação e o tempo final de fixação definem uma janela de tempo durante a qual o concreto pode ser trabalhado, por exemplo, o tempo durante o qual uma laje de concreto pode ser alisada. A diferença entre o tempo final e inicial de fixação foi comparável ou maior para as amostras preparadas com negro de fumo não modificado ou com superfície modificada do que para as amostras preparadas com óxido de ferro.

Tabela 3 % de Tempo Tempo Diferença no pigmento inicial de final de tempo de fixação fixação fixação (min) (min) (min) Mistura de 0 240 317 77 Controle Óxido de Ferro 1 253 340 87 Óxido de Ferro 3,5 254 335 81 Óxido de Ferro 6 237 324 87 NF não 1 264 351 87 modificado NF não 3,5 263 359 96 modificado NF não 6 260 367 107 modificado NF modificado 1 254 346 92 NF modificado 3,5 288 367 79 NF modificado 6 299 398 99 Exemplo 4 Eflorescência de Amostras de Concreto

[0066]Amostras de concreto foram preparadas com os negros de fumo, óxido de ferro, concreto e métodos descritos no Exemplo 1. A formulação usou 1.500 g de mistura de concreto Sakrete, 268,92 g de água e 23,93 g de pigmento (6% em peso). A cor do concreto resultante era visivelmente mais escura para o pigmento modificado na superfície em comparação com o pigmento não tratado. Além disso, o concreto colorido com pigmento modificado na superfície apresentou pouca ou nenhuma eflorescência perceptível. Em contraste, o concreto colorido com óxido de ferro apresentou eflorescência significativa ao longo de suas bordas, enquanto o concreto colorido com pigmento não modificado apresentou alguma eflorescência, mas menos do que para o óxido de ferro. A distribuição da cor foi relativamente uniforme em todas as amostras coloridas com negro de fumo não modificado ou com superfície modificada (Figura 5, da esquerda para a direita: negro de fumo Elftex 320 não tratado, negro de fumo Elftex 320 tratado, óxido de ferro). Exemplo 6

Variação dos tipos de negro de fumo

[0067]Amostras de concreto foram preparadas com pigmento seco (“Seco”) usando o método descrito no Exemplo 1, exceto com 500 g de cimento, 85 g de água e 5, 15 ou 30 g de pigmento para resultar em concentrações de pigmento de 1, 3 ou 5% em peso. Amostras de concreto foram preparadas com pigmento dispersado (“Úmido”) combinando 5, 10 ou 15% de pigmento com 200 g de água. As dispersões foram alisadas em bacias de polipropileno de 32 onças (0,94 L) por 5-10 minutos e depois combinados com 500 g de cimento Portland Sakrete (75% de agregado). A mistura foi alisada por 5-10 min e então transferida para uma bacia limpa para fixar por pelo menos 48 horas. Os pigmentos estão listados na Tabela 4 abaixo. O óxido de ferro era óxido de ferro (II, III), <5 mícrons, 95% puro da Sigma Aldrich. O negro de fumo nos exemplos 6D e 6E foi preparado tratando o negro de fumo Black Pearls 800 com ácido sulfanílico usando química de diazônio convencional para atingir um nível de tratamento de 2,6 µmol/m2. Além disso, amostras de concreto foram preparadas com as dispersões CAB-O-JET 300 e CAB-O-JET 400 da Cabot Corporation. Essas dispersões contêm cerca de 15% em peso de negro de fumo com um STSA entre 20 e 200 m2/g medido antes do tratamento. Na dispersão de CAB-O-JET 300, o negro de fumo é modificado com um grupo orgânico tendo um grupo carboxila para resultar em um conteúdo de grupo carboxila maior do que 3 µeq/m2. Na dispersão de CAB-O-JET 400, o negro de fumo é modificado como descrito em US8858695 com um grupo orgânico tendo um ou mais de grupos fosfonato para resultar em um teor de fosfonato maior que 3 µeq/m2. A dispersão foi misturada com água DI suficiente para resultar em uma massa total de 200 g de água, e a dispersão diluída resultante foi combinada com concreto como descrito para as amostras “úmidas” acima.

A cor das amostras foi medida como descrito acima e é mostrada na Figura 6 em relação à carga de pigmento no concreto em peso.

Os resultados mostram que o uso de negro de fumo com superfície tratada tendo grupos orgânicos afixados compreendendo grupos iônicos produz uma cor mais profunda (menor L*) do que o negro de fumo não tratado.

Além disso, a pré-dispersão do negro de fumo em água antes de adicioná-lo ao concreto também produz uma cor mais profunda do que a adição de pó seco.

No entanto, a qualidade da dispersão diminuiu com o uso de negros de fumo mais altamente tratados nas dispersões de CAB-O-JET em comparação com os negros “dispersados por agitação” nos Exemplos 6C-6E e diminuiu ainda mais conforme o carregamento foi aumentado.

Além disso, apesar da batida repetida do concreto úmido para remover o ar, as amostras de concreto fixadas produzidas com dispersões de CAB-O-JET tinham inúmeras bolhas de ar em suas superfícies (Figura 7 - todas as amostras com 1% de pigmento; FIG. 7A - Exemplo 6D, FIG. 7B - Exemplo 6E, FIG. 7C - Exemplo 6G, FIG. 7D - Exemplo 6C). Houve algumas bolhas de ar quando a dispersão úmida foi usada para produzir concreto em vez de negro de fumo seco.

As fotografias foram tiradas na superfície “de fundo” das amostras de concreto que repousaram contra a superfície da bacia.

Tabela 4 Amostra Descrição Seca ou Úmida Sombreamento na

Figura 6

6A Óxido de Ferro Seca

6B Negro de fumo Elftex 320 Seca 6C Superfície de negro de fumo Seca Elftex 320 tratada com 2.2 µmol/m2 ácido sulfanílico 6D Superfície de negro de fumo Seca Black Pearls 800 tratada com 2,6 µmol/m2 ácido sulfanílico 6E Superfície de negro de fumo Úmida Black Pearls 800 tratada com 2,6 µmol/m2 ácido sulfanílico 6F Dispersão de CAB-O-JET 300 Úmida 6G Dispersão de CAB-O-JET 400 Úmida

[0068]Além disso, as amostras foram fraturadas para examinar visualmente a dispersão de pigmento nas amostras. Enquanto a cor das amostras era relativamente uniforme em todo o concreto, agregados macroscópicos não dispersados de negro de fumo puderam ser observados no concreto preparado com negro de fumo não tratado. De fato, parte do negro de fumo não tratado separou-se do concreto durante a cura e se depositou nas laterais e no fundo das bacias de plástico em que o concreto foi curado, reduzindo ainda mais a intensidade da cor no concreto. Os agregados não dispersados são menos capazes de dar cor ao concreto, aumentando os valores de L* (indicando menos intensidade de preto) em comparação com as amostras de concreto preparadas com pretos tratados. Exemplo 7 Uso de negro de fumo oxidado

[0069]Cimento seco (95, 97 ou 99 g) (Sakrete Portland Cement) e pigmento (5, 3 e 1 g, respectivamente, para atingir uma massa total de sólidos de 100 g) foram alisados até ficarem homogêneos e então combinados com 10 mL de água, após o que o cimento foi novamente alisado por 5-10 minutos até que uma pasta fluida uniforme fosse alcançada. O negro de fumo Mogul E (Cabot Corporation) é um negro de fumo oxidado tendo um índice de iodo de cerca de 57 mg/g. O cimento foi deixado curar por 48 horas e a cor medida como descrito acima. Os pigmentos e a cor resultante são descritos na Tabela 5 abaixo. Os resultados mostram que a simples oxidação do negro de fumo não fornece a melhoria dramática na cor possibilitada por um grupo orgânico afixado compreendendo um grupo aniônico ou anionizável. Tabela 5 Pigmento Carga (%) L* 5 28 Negro de fumo Elftex 3 30 320 3 33 5 26 Negro de Fumo Mogul E 3 29 1 31

[0070]Embora várias modalidades da presente invenção tenham sido descritas e ilustradas nesse documento, aqueles técnicos no assunto irão prontamente imaginar uma variedade de outros meios e/ou estruturas para realizar as funções e/ou obter os resultados e/ou um ou mais das vantagens descritas nesse documento, e cada uma de tais variações e/ou modificações é considerada como estando dentro do escopo da presente invenção. De forma mais geral, aqueles técnicos no assunto apreciarão prontamente que todos os parâmetros, as dimensões, os materiais e as configurações descritos nesse documento se destinam a ser exemplares e que os parâmetros, as dimensões, os materiais e/ou as configurações reais dependerão da aplicação ou das aplicações específica(s) para o qual os ensinamentos da presente invenção são usados. Os técnicos no assunto reconhecerão, ou serão capazes de determinar usando não mais do que experimentação de rotina, muitos equivalentes às modalidades específicas da invenção descritas nesse documento. Deve, portanto, ser entendido que as modalidades anteriores são apresentadas a título de exemplo apenas e que, dentro do escopo das reivindicações anexas e equivalentes às mesmas, a invenção pode ser praticada de outra forma diferente da especificamente descrita e reivindicada. A presente invenção é direcionada a cada característica, sistema, artigo, material, kit e/ou método individual descrita(o) nesse documento. Além disso, qualquer combinação de dois ou mais de recursos, sistemas, artigos, materiais, kits e/ou métodos, se esses recursos, sistemas, artigos, materiais, kits e/ou métodos não forem mutuamente inconsistentes, está incluída no escopo da presente invenção.

[0071]Todas as definições, como definidas e usadas nesse documento, devem ser entendidas como controlando as definições de dicionário, definições em documentos incorporados por referência e/ou significados comuns dos termos definidos.

[0072]Os artigos indefinidos “um” e “uma", como usados nesse documento no relatório descritivo e nas reivindicações, a menos que seja claramente indicado o contrário, devem ser entendidos como significando “pelo menos um”.

[0073]A expressão “e/ou”, como usada nesse documento no relatório descritivo e nas reivindicações, deve ser entendida como significando “um ou ambos” dos elementos assim conjugados, isto é, elementos que estão conjuntivamente presentes em alguns casos e de forma disjuntiva presentes em outros casos. Outros elementos podem opcionalmente estar presentes além dos elementos especificamente identificados pela cláusula “e/ou”, sejam eles relacionados ou não a esses elementos especificamente identificados, a menos que seja claramente indicado o contrário.

[0074]Todas as referências, as patentes e os pedidos de patentes e publicações que são citados ou referidos nesse pedido são incorporados em sua totalidade nesse documento por referência.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição de alvenaria, caracterizada pelo fato de que compreende: um aglutinante mineral; e um produto de negro de fumo quimicamente tratado dispersado uniformemente em toda a composição, o negro de fumo quimicamente tratado compreendendo um negro de fumo tendo afixado um grupo orgânico incluindo um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de 1,0 a 3,0 µmol/m2, em que o negro de fumo tem um STSA entre 20 e 300 m2/g ou no máximo 250 m2/g como medido antes do tratamento.

2. Composição de alvenaria, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o negro de fumo quimicamente tratado está presente em um nível de 1 a 20% em peso, por exemplo, de 1% a 10% em peso.

3. Composição de alvenaria, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a composição exibe uma intensidade de preto (L*) de no máximo 33, por exemplo, no máximo 25 ou no máximo 20.

4. Composição de alvenaria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o negro de fumo tem um STSA de no máximo 200 m2/g, por exemplo, de 50 a 200 m2/g, como medido antes do tratamento.

5. Composição de alvenaria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o índice de preto da composição permanece abaixo de 33, por exemplo, no máximo 25 ou no máximo 20 após 400 horas a 100% de umidade.

6. Composição de alvenaria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o grupo iônico ou ionizável compreende um grupo de ácido sulfônico, um grupo de ácido fosfônico ou um grupo de ácido carboxílico.

7. Composição de alvenaria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o negro de fumo quimicamente tratado tem um tamanho médio de partícula primária de 15-50 nm.

8. Composição de alvenaria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o grupo orgânico compreende um grupo arila.

9. Método para preparar uma composição de alvenaria pigmentada, caracterizado pelo fato de que compreende: misturar uma mistura seca de cimento e agregado com um negro de fumo em pó ou peletizado tratado quimicamente para produzir uma mistura pigmentada, o negro de fumo quimicamente tratado incluindo um grupo orgânico que compreende um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de 1,0 a 3,0 µmol/m2, em que o negro de fumo tem um STSA entre 20 e 300 m2/g ou no máximo 250 m2/g como medido antes do tratamento; e misturar a mistura pigmentada com água para produzir uma pasta fluida pigmentada.

10. Método de fabricação de uma composição de alvenaria pigmentada, caracterizado pelo fato de que compreende: misturar uma pasta fluida de alvenaria não curada com um negro de fumo quimicamente tratado para formar uma pasta fluida pigmentada, o negro de fumo quimicamente tratado tendo afixado um grupo orgânico incluindo um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de 1,0 a 3,0 µmol/m2, em que o negro de fumo tem um STSA entre 20 e 300 m2/g ou no máximo 250 m2/g como medido antes do tratamento.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o negro de fumo tratado quimicamente está na forma de um pó ou grânulos.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o negro de fumo quimicamente tratado está na forma de uma dispersão aquosa.

13. Método para preparar uma composição de alvenaria pigmentada, caracterizado pelo fato de que compreende: combinar uma mistura de cimento e agregado com uma dispersão aquosa de negro de fumo quimicamente tratado para produzir uma pasta pigmentada, o negro de fumo quimicamente tratado incluindo um grupo orgânico compreendendo um grupo iônico ou ionizável, o grupo iônico ou ionizável estando presente em um nível de 1,0 a 3,0 µmol/m2, em que o negro de fumo tem um STSA entre 20 e 300 m2/g ou no máximo 250 m2/g como medido antes do tratamento.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o negro de fumo quimicamente tratado está presente na dispersão aquosa a um nível de pelo menos cerca de 25% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 30% em peso com base no peso final da dispersão, a fase líquida da dispersão compreendendo mais que 90% de água em peso e menos de 5 g de dispersante por 100 g de negro de fumo.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a preparação da dispersão de negro de fumo quimicamente tratado por agitação de um pó seco de negro de fumo modificado não disperso livre de meio de moagem em um veículo aquoso a uma concentração de pelo menos cerca de 25% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 30% em peso, com base no peso final da dispersão, para formar uma dispersão de negro de fumo, o veículo aquoso compreendendo um solvente que inclui mais que 90% de água em peso e menos que 5 g de dispersante por 100 g de negro de fumo.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado pelo fato de que menos de 10% em volume do negro de fumo modificado na dispersão tem um tamanho de partícula maior que 0,5 µm.

17. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, caracterizado pelo fato de que a concentração de negro de fumo modificada na dispersão é de até 45% em peso.

18. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 17, caracterizado pelo fato de que a dispersão é misturada usando apenas agitação ou mistura de baixo cisalhamento.

19. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a mistura de cimento e agregado é uma pasta fluida que compreende adicionalmente água.

20. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente adicionar água à mistura de cimento e agregado antes ou durante a combinação.

21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 20, caracterizado pelo fato de que a dispersão aquosa de negro de fumo quimicamente tratado compreende toda a água necessária para misturar e curar a mistura de cimento e agregado.

22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 21, caracterizado pelo fato de que a quantidade de negro de fumo quimicamente tratado é de 1 a 20% em peso, por exemplo, de 1% a 10% em peso com base no peso seco total da mistura pigmentada.

23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 22, caracterizado pelo fato de que a pasta fluida pigmentada, após a fixação, exibe uma intensidade de preto (L*) de no máximo 33, por exemplo, no máximo 25 ou no máximo

20.

24. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 23, caracterizado pelo fato de que o negro de fumo tem um STSA de no máximo 200 m2/g, por exemplo, de 50 a 200 m2/g, como medido antes do tratamento.

25. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 24, caracterizado pelo fato de que o grupo iônico ou ionizável compreende um grupo de ácido sulfônico, um grupo de ácido fosfônico ou um grupo de ácido carboxílico.

26. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 25, caracterizado pelo fato de que o grupo orgânico compreende um grupo arila.

27. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 26, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente permitir que a pasta fluida pigmentada fixe.