CN104619788A - 高结构炭黑 - Google Patents

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Abstract

本文中公开高结构炭黑、合成和处理方法、以及由其制备的分散体和喷墨油墨配制物。所述炭黑可具有下列性质：OAN＞170mL/100g；和范围为160-220m2/g的STSA。所述炭黑还可具有下列性质：OAN＞170mL/100g；和范围为0.7-1的STSA/BET表面积之比。

Description

高结构炭黑
技术领域
本文中公开高结构炭黑、制备方法、及其表面处理。还公开包含这样的炭黑的分散体和喷墨油墨组合物。
背景技术
存在对于新型炭黑材料的持续不断的需要以提升在许多应用中的性能。例如，在喷墨印刷中，制造商寻求印刷产品的改善的光学密度，特别是当新的纸张类型和印刷机被开发时。
发明内容
一个实施方式提供具有下列性质的炭黑：
OAN≥170mL/100g；和
范围为160-220m2/g的STSA。
另一实施方式提供具有下列性质的炭黑：
OAN≥170mL/100g；和
范围为0.7-1的STSA/BET之比。
另一实施方式提供具有下列性质的炭黑：
OAN≥170mL/100g；
范围为160-220m2/g的STSA；和
范围为190-275m2/g的BET表面积。
另一实施方式提供具有下列性质的炭黑：
OAN≥170mL/100g；
BET表面积≥150m2/g；和
至少130m2/g的COAN。
另一实施方式提供将颜料氧化的方法，包括在将包含所述颜料的含水分散体保持在至少8.5的pH的同时向所述含水分散体添加臭氧。
另一实施方式提供具有循环通路的用于将颜料氧化的臭氧反应器组件，包括：
用于容纳和搅动包含颜料的分散体的储存器，含水分散体与pH探针和用于将碱递送到所述分散体的第一泵是流体连通的；
用于抽出所述含水分散体并将其通过第一软管(hosing)递送到文丘里管的与所述储存器呈流体连通的第二泵，其中所述含水分散体通过所述文丘里管的收缩区域；
经由在所述收缩区域处或其上游的入口与所述文丘里管呈气体连通的臭氧源，其中所述臭氧在通过所述收缩区域的同时接触所述颜料；和
用于将包括臭氧和所述含水分散体的混合物运送到所述储存器的第二软管。
附图说明
图1为二级炭黑反应器的前端的横截面示意图；和
图2为臭氧反应器组件的示意图。
具体实施方式
本文中公开高结构炭黑。
在一个实施方式中，所述炭黑为槽黑、炉黑和灯黑。在一个实施方式中，本文中公开的炭黑为炉黑。在一个实施方式中，用于制备炉黑炭黑的反应器为多级反应器，例如在美国专利No.7,829,057或美国公布No.2007/0104636中描述的那些，将其公开内容通过参考引入本文中。如本文中使用的，“多级反应器”装备有两个或更多个原料注射位置，其中随后的注射位置位于第一注射位置的下游。
图1为炭黑反应器2的前端的横截面示意图。反应器2包括燃烧腔室10，在燃烧腔室10中，燃烧气体(液体或气体燃料)与氧化剂(包括，例如，氧气、空气)混合并通过本领域中已知的任何方法引燃。引燃的气体流动通过截头圆锥体形过渡区段11以使直径收敛至包括许多管状部分的大体上为隧道状的区段12。原料注射端口位于区段12的前部和末端管状部分14A和14B内，其中末端部分14B位于部分14A的下游。典型地，按每个部分14A和14B，超过一个注射入口端口沿圆周布置。在前部和末端部分14A和14B之间是一个或多个间隔过渡管道–图1说明两个间隔管道部分16A和16B，尽管可使用一个间隔管道、或者三个或更多个间隔管道，这取决于所期望的炭黑性质。
在图1的构造中，在燃烧腔室10处引燃燃料并将所得流动物引导至隧道状区段12，在隧道状区段12处，所述燃料接触在前部管道部分14A处的第一注射的原料注射。随后的通过间隔管道16A和16B的流动物容许晶种炭黑粒子的形成，所述晶种炭黑粒子然后接触在管道部分14B处引入的第二原料装料。气体/炭黑粒子混合物然后在耐火材料18处骤冷。所述骤冷典型地通过在骤冷位置20处喷水进行，骤冷位置20与区段12的距离可改变。该构造，例如尺寸和间隔管道的数量，容许经由较小的晶种或前体炭黑粒子制造高结构、高度支化的炭黑粒子。
一个实施方式提供具有下列性质的炭黑：
OAN≥170mL/100g；和
范围为160-220m2/g的STSA。
另一实施方式提供具有下列性质的炭黑：
OAN≥170mL/100g；和
范围为0.7-1的STSA/BET之比。
在一个实施方式中，所述炭黑可用作颜料，例如喷墨油墨组合物中的颜料。在印刷应用中，存在开发当沉积在基底例如纸张上时产生具有高的光学密度(O.D.)的印刷产品的颜料和油墨配制物的持续不断的需要。经常地，高的O.D.与较大尺寸的粒子相关联，因为这些具有较小的渗透纸张的孔的倾向。然而，较大尺寸的粒子通常趋向于较差的沉降性能，这对于喷墨油墨配制物的长期储存(例如在墨盒中)是不利的性质。已发现较大的吸油值(OAN)和STSA值(例如，在BET表面积值的范围内)的组合可实现在O.D.和沉降之间的平衡。
在一个实施方式中，所述OAN范围为170-220m2/g，例如，170-210m2/g，180-220m2/g，180-210m2/g，190-220m2/g，或190-210m2/g。OAN可根据ASTM-D2414测定。不希望受任何理论束缚，认为所公开的OAN值在实现高的光学密度值方面可为重要的因素。
在一个实施方式中，所述STSA范围为160-220m2/g，例如，160-210m2/g，且在一些应用中，所述STSA范围为170-220m2/g，170-210m2/g，180-220m2/g，或180-220m2/g。
另一实施方式提供具有下列性质的炭黑：
OAN≥170mL/100g；和
范围为160-220m2/g的STSA；和
范围为190-275m2/g的BET表面积。
不希望受任何理论束缚，认为高的STSA值和一定范围的BET表面积实现良好的沉降性能，如由较低的沉降速率(％，如通过实施例6的方法所测定的)所指示的。在一个实施方式中，所述BET表面积范围为200-270m2/g，例如表面积范围为200-260m2/g。所述BET表面积可根据ASTM-D6556测定。
另一实施方式涉及如下发现：良好的印刷和沉降性能可利用具有如由范围为0.7-1的STSA/BET之比决定的低的内部体积的炭黑实现。1的STSA/BET之比代表当所述炭黑基本上不具有内部孔隙率时的极限。在另一实施方式中，该STSA/BET比率范围对于引入导电炭黑的应用可为有用的。
在一个实施方式中，STSA/BET之比范围为0.7-0.9，或STSA/BET之比范围为0.7-0.8。在另一实施方式中，STSA/BET之比范围为0.8-1或0.9-1。在一个实施方式中，范围为0.7-1的STSA/BET之比通过使在炭黑形成期间的蚀刻最小化而实现。在一个实施方式中，所述炭黑可具有本文中公开的STSA和/或BET值。
在一个实施方式中，所述炭黑具有至少120m2/g例如至少125m2/g、至少130m2/g、至少135m2/g的压缩OAN(COAN)，或范围为120-145m2/g的COAN。
在一个实施方式中，所述炭黑具有范围为1.30-1.50例如1.30-1.45的OAN/COAN之比。
本文中公开的炭黑在例如喷墨商业印刷(大或宽版式印刷、工业印刷)的应用中可为有用的。与办公室印刷机形成对照，商业印刷机具有在多英尺或多米范围内的整体尺寸。这些印刷机中的一些可采用具有用于使分散体稳定的搅拌器组件的油墨墨盒。在这样的墨盒中，固体物的沉降速率不是如在办公室印刷机中那样的重要因素。因此，另一实施方式提供具有高的OAN和COAN值的高结构炭黑。在一个实施方式中，炭黑具有下列性质：
OAN≥170mL/100g；
BET表面积≥150m2/g；和
至少130m2/g的COAN。
在另一实施方式中，炭黑具有下列性质：
OAN≥170mL/100g；
BET表面积≥150m2/g；和
范围为130-145m2/g的COAN。
在一个实施方式中，所述OAN范围为180-220m2/g，180-210m2/g，190-220m2/g，或190-210m2/g。在一个实施方式中，所述BET表面积范围为150m2/g-260m2/g，150m2/g-220m2/g，160m2/g-260m2/g，160m2/g-220m2/g，170m2/g-260m2/g，170m2/g-220m2/g，180m2/g-260m2/g，或180m2/g-220m2/g。在一个实施方式中，所述OAN/COAN比率范围为1.30-1.50，例如，1.30-1.45。在一个实施方式中，所述STSA范围为130m2/g-220m2/g，例如，130m2/g-200m2/g。
另一实施方式涉及包括本文中公开的炭黑的分散体。所述分散体可为含水的或非水的。在一个实施方式中，处理所述炭黑以使它们是自分散性的。例如，所述炭黑可为氧化炭黑，例如，具有大于或等于3％的氧含量，所述氧含量可通过本领域中已知的方法(例如，元素分析)测定。
通常，氧化炭黑以具有离子型或能离子化的含氧基团例如如下的一种或多种的表面为特征：酚、内酯、羰基、羧基(例如，羧酸)、酸酐、醚、和醌。炭黑的氧化程度可决定这样的离子型或能离子化的基团的表面浓度。本文中公开的炭黑可通过本领域中已知的多种氧化剂氧化。示例性的用于炭黑的氧化剂包括氧气，臭氧，NO2(包括NO2和空气的混合物)，过氧化物例如过氧化氢，过硫酸盐例如过硫酸钠、过硫酸钾和过硫酸铵，次卤酸盐(hypohalite)例如次氯酸钠，岩盐，卤酸盐(halate)，或高卤酸盐(perhalate)(例如亚氯酸钠、氯酸钠或高氯酸钠)，氧化性的酸例如硝酸，和含有过渡金属的氧化剂例如高锰酸盐，四氧化锇、铬氧化物、硝酸高铈铵，及其混合物，例如，气态氧化剂例如氧气和臭氧的混合物。在一个实施方式中，本文中公开的炭黑经由臭氧氧化进行氧化。
在一个实施方式中，所述炭黑用至少一种有机基团进行改性。在一个实施方式中，所述有机基团连接到所述炭黑，其中“连接的”有机基团与吸附的基团的区别可在于几小时(例如，至少4、6、8、12、或24小时)的索氏提取不会将连接的基团从颜料(例如，炭黑)除去。在另一实施方式中，如果所述有机基团在用可溶解起始有机处理材料但不能使经处理的颜料分散的溶剂或溶剂混合物重复洗涤(例如，2、3、4、5或更多次洗涤)之后不能被除去，则所述有机基团连接至颜料(例如，炭黑)。在又一实施方式中，“连接(的)”是指键例如共价键，例如，键合或共价键合至所述有机基团的颜料(例如，炭黑)。
在一个实施方式中，炭黑，不论是作为原材料，还是氧化炭黑，还是改性炭黑(例如，具有连接的有机基团)，可以干燥形式例如粉末、粒料(pellet)、颗粒(granule)或饼(cake)提供。在一个实施方式中，“干燥”是指材料基本上不含水且任选地不含挥发性材料。在一个实施方式中，干燥形式包括挥发性材料，例如约50％或更多的挥发性溶剂。
在一个实施方式中，所述炭黑以具有例如固体或半固体形式(含有含水和/或非水材料/溶剂)的糊料或油灰(putty)、其中提供炭黑的浆料作为含水或非水分散体的稠度的形式，或者作为可为自由流动的或粘性的粉末的散装粉末提供。
本文中公开的氧化或改性炭黑在存在于分散体中时可提供有用的性质。在一个实施方式中，所述分散体中的所述炭黑具有范围为0.07-0.18μm，例如，0.1-0.18μm的平均体积(mV)。在另一实施方式中，所述炭黑具有范围为0.03-0.1μm例如0.05-0.1μm的D10，例如范围为0.06-0.1μm或0.07-0.1μm的D10。在一个实施方式中，所述炭黑具有范围为0.07-0.16μm例如0.1-0.16μm的D50。在另一实施方式中，所述炭黑具有范围为0.15-0.25μm例如0.18-0.25μm的D90，例如范围为0.15-0.24μm的D90、或范围为0.18-0.24μm的D90。
所述分散体可通过使用本领域中已知的任何方法制备。例如，可在搅动下将干燥形式的改性颜料与液体媒介物组合以产生稳定的分散体。可使用本领域中已知的任何设备，例如介质磨机或球磨机、或其它高剪切混合设备，且还可使用各种常规的研磨介质。其它用于形成分散体的方法是本领域技术人员知晓的。
在一个实施方式中，所述分散体包含颜料例如本文中公开的炭黑(例如，氧化炭黑或具有至少一种连接的有机基团的炭黑)、和液体媒介物例如含水或非水媒介物。在一个实施方式中，所述媒介物含有水，例如，所述媒介物包括水溶液。在一个实施方式中，所述水溶液含有大于50重量％的水并且可为例如水或者水与水可混溶的溶剂例如醇的混合物。在一个实施方式中，存在于所述分散体中的颜料的量可改变，但典型地为范围为基于所述分散体的总重量的0.1％-30％例如1％-25％、1％-20％、3％-20％、3％-15％的量。
另一实施方式提供包括本文中公开的分散体的喷墨油墨组合物。所述喷墨油墨组合物中使用的改性颜料的量可改变但典型地为对于提供所期望的图像品质(例如，光学密度)是有效的而不对喷墨油墨的性能造成不利影响的量。在一个实施方式中，颜料例如本文中公开的炭黑(例如，氧化炭黑或具有至少一种连接的有机基团的炭黑)以范围为基于所述喷墨油墨组合物的总重量的0.1％-20％例如1％-20％、1％-10％、或3％-8％的量存在于所述喷墨油墨组合物中。
所述喷墨油墨组合物可以最少的额外的组分(添加剂和/或助溶剂)和处理步骤形成。然而，还可将合适的添加剂引入到这些喷墨油墨组合物中以在保持所述组合物的稳定性的同时赋予许多所期望的性质。例如，可添加表面活性剂以进一步提升所述组合物的胶体稳定性。其它添加剂是本领域中公知的并包括湿润剂、杀生物剂和杀真菌剂、粘合剂例如聚合物型粘合剂、pH控制剂、干燥加速剂、渗透剂等。具体添加剂的量将取决于多种因素而改变，但通常以范围在基于所述喷墨油墨组合物的重量的0％和40％之间的量存在。另外，本发明的喷墨油墨组合物可进一步引入染料以调节颜色平衡和调整光学密度。这样的染料包括食品染料，FD&C染料，酸性染料，直接染料，反应性染料，酞菁磺酸的衍生物，包括铜酞菁衍生物、钠盐、铵盐、钾盐和锂盐。关于分散体和喷墨油墨组合物的额外的细节提供在下文中。
臭氧氧化
尽管本文中公开的炭黑可通过(如本文中所描述的)本领域中已知的任何方法氧化，但另一实施方式提供将颜料例如本文中公开的炭黑氧化的方法。替代地，所公开的臭氧氧化方法不限于本文中公开的炭黑且可用于将任何颜料例如其它炭黑或有机颜料氧化。一个实施方式提供将颜料氧化的方法，包括在将包括所述颜料的含水分散体保持在至少8.5的pH的同时向所述含水分散体添加臭氧。在一个实施方式中，将所述pH保持在至少8.6、至少8.7、至少8.8、至少8.9、至少9.0、至少9.1、至少9.2、至少9.3、至少9.4、或至少9.5的值。在一个实施方式中，将所述混合物的pH保持在范围为8.5-10、8.5-9.5、8.6-10、8.6-9.5、8.7-10、8.7-9.5、8.8-10、8.8-9.5、8.9-10、8.9-9.5、9.0-10、或9.0-9.5的值。在一个实施方式中，在所述含水分散体在循环通路中流动的同时进行所述氧化和保持。
在一个实施方式中，所述保持包括当所述pH水平下降至低于8.5(即，小于8.5)例如小于8.6、小于8.7、小于8.8、小于8.9、小于9.0、小于9.1、小于9.2、小于9.3、小于9.4、或小于9.5的水平时向所述含水分散体添加碱。例如，如果期望所述pH水平保持在至少8.5或至少9.0(例如，9.0-10.0)的值，则可用pH探针和碱泵实现所述保持，在所述碱泵中，随着氧化进行，所述pH探针检测到混合物的pH水平降低至低于8.5(或低于9.0)。作为响应，所述碱泵自动地添加充足量的碱(例如，NaOH、KOH)以导致所述pH水平上升至高于8.5或高于9.0、或本文中公开的任何值。在一个实施方式中，所述含水分散体以循环流动通过文丘里管，且所述添加包括将臭氧引入到所述文丘里管的入口，其中所述入口位于所述文丘里管的收缩区域处或其上游。
一个用于实现所述臭氧氧化方法的实施方式包括具有循环通路的臭氧反应器组件。在一个实施方式中，所述臭氧反应器组件包括：
用于容纳和搅动包含颜料的分散体的储存器，含水分散体与pH探针和用于将碱递送到所述分散体的第一泵是流体连通的；
用于抽出所述含水分散体并将其通过第一软管递送到文丘里管的与所述储存器呈流体连通的第二泵，其中所述含水分散体通过所述文丘里管的收缩区域；
经由在所述收缩区域处或其上游的入口与所述文丘里管呈气体连通的臭氧源，其中所述臭氧在通过所述收缩区域的同时接触所述颜料；和
用于将包括臭氧和所述含水分散体的混合物运送到所述储存器的第二软管。
图2示意性地说明臭氧反应器组件的实施方式。反应器50包括用于容纳至少包含颜料和溶剂的混合物54的储存器52。在一个实施方式中，该混合物为含有本文中公开的炭黑的分散体，尽管可用该组件将其它炭黑或有机颜料氧化。所述混合物可通过本领域中已知的任何方法，例如通过搅拌、旋转、振动等搅动。图2说明搅拌器组件56。部件58与混合物54是流体连通的并包括用于将碱引入到混合物54以保持其碱度的碱泵、以及用于监控溶液的pH的pH探针。所述碱泵和pH探针可作为单独的部件或者作为集成的部件提供。在一个实施方式中，部件58监控pH水平并将混合物的pH保持到至少8.5、或至少9.0、或本文中公开的任何值。
与混合物54呈流体连通的流体泵60从储存器52吸取所述混合物，导致混合物54从储存器52通过软管62在由箭头64表示的方向上流动。混合物54然后在入口端口65处进入文丘里管70。如图2中示意性地显示的，文丘里管70的直径在部分72处减小并在收缩直径区域74处最小化。导致并包括收缩直径区域74的部分72的直径减小以圆锥形方式说明，但可通过许多构造例如成梯级状地或连续地以直线的、圆形的、卷曲的、蜿蜒的或曲折的路径实现。收缩直径区域74连接至另一入口69，臭氧经由软管68引入到入口69中。臭氧可通过将来自来源66(例如，含有干燥氧气的气体罐)的氧气通到电晕发生器67而产生。电晕发生器典型地产生能够使氧分子裂开的放电。所形成的氧基团可与氧分子反应以产生臭氧。其它臭氧产生系统也可应用于反应器组件50。当所形成的臭氧在入口69处进入文丘里管并进入收缩直径区域74中时，其在含有最高程度浓缩的颜料的区域接触颜料。此外，通过收缩直径区域74的流动物使剪切力最大化，由此优化臭氧和颜料之间的反应条件。在一个实施方式中，如果在收缩直径区域74的上游引入臭氧，也可实现这些优点，在所述上游处，所得混合物随后通过该区域以进行额外的混合和反应。
所得混合物54(分散体/臭氧)最终经由相对于收缩直径区域74具有增加的直径的区域76离开收缩直径区域74。在离开文丘里管70时，混合物54行进通过第二组软管80-被引入回到储存器52。利用该组件，可使所述颜料再循环多次通过文丘里管70以额外地暴露于反应物臭氧。
可对本文中公开的炭黑进行许多替代的表面处理并将其引入多种分散体配制物中，如下面所描述的。
有机基团
在一个实施方式中，炭黑为具有至少一种连接的有机基团的改性炭黑。
所述有机基团可为脂族基团、环状有机基团、或具有脂族部分和环状部分的有机化合物。在一个实施方式中，所述有机基团经由得自能够形成、甚至瞬时地形成重氮盐的伯胺的重氮盐连接。其它连接方法在下面描述。所述有机基团可为取代的或未取代的、支化的或未支化的。脂族基团包括，例如，得自如下的基团：烷烃、烯烃、醇、醚、醛、酮、羧酸和碳水化合物。环状有机基团包括，但不限于，脂环族烃基团(例如，环烷基、环烯基)、杂环烃基团(例如，吡咯烷基、吡咯啉基、哌啶基、吗啉基等)、芳基(例如，苯基、萘基、蒽基)、和杂芳基(咪唑基、吡唑基、吡啶基、噻吩基、噻唑基、呋喃基、吲哚基和三唑基，例如1,2,4-三唑基和1,2,3-三唑基)。
在一个实施方式中，所述至少一种连接的有机基团包括至少一种离子型基团、能离子化的基团、或离子型基团和能离子化的基团的混合物。离子型基团可为阴离子型的或阳离子型的并且可与相反电荷的抗衡离子缔合，所述抗衡离子包括无机或有机抗衡离子，例如Na+、K+、Li+、NH4 +、NR'4 +、乙酸根、NO3 -、SO4 2-、R'SO3 -、R'OSO3 -、OH-、或Cl-，其中R'代表氢或有机基团例如取代或未取代的芳基或烷基。能离子化的基团为在使用的介质中能够形成离子型基团的基团。阴离子型基团为带负电荷的离子型基团，其可由具有可形成阴离子的能离子化的取代基(能阴离子化的基团)的基团例如酸性取代基产生。阳离子型基团为带正电荷的有机离子型基团，其可由可形成阳离子的能离子化的取代基(能阳离子化的基团)例如质子化的胺产生。阴离子型基团的具体实例包括–COO-、–SO3 -、–OSO3 -、–HPO3 -；–OPO3 2-，或–PO3 2-，且能离子化的基团的具体实例可包括–COOH、–SO3H、–PO3H2、–R'SH、或–R'OH，其中R'代表氢或有机基团例如取代或未取代的芳基或烷基。此外，阳离子型或能阳离子化的基团的具体实例包括在酸性介质中可质子化以形成铵基团–NR'2H+的烷基或芳基胺，其中R'代表有机基团，例如取代或未取代的芳基或烷基。有机离子型基团包括美国专利No.5,698,016中描述的那些，其公开内容通过参考引入本文中。
例如，连接的基团可为有机基团例如苯羧酸基团(–C6H4-COOH基团)、苯二羧酸基团、苯三羧酸基团、苯磺酸基团(–C6H4-SO3H基团)、或其盐。在一个实施方式中，还可使用用于将离子型或能离子化的基团引入到颜料表面的表面改性，例如氯化和磺酰化。
在一个实施方式中，所述有机基团可直接地(键合至炭黑的固有原子)或经由中间或间隔基团间接地连接。在一个实施方式中，所述中间或间隔基团选自取代和未取代的C1-C12烷基、C5-C20芳基、C6-C24烷芳基和芳烷基，其中“烷基”可任选地被含有选自N、O和S的杂原子打断(interrupt)，且“芳基”包括任选地被含有选自N、O和S的杂原子的基团替代的环碳原子。典型地，连接的基团存在于颜料表面。
所述有机基团可为取代的或未取代的。在一个实施方式中，所述有机基团被选自如下的至少一种官能团取代：酯、酰胺、醚、羧基、芳基、烷基、卤化物、磺酸酯、硫酸酯、磷酸酯、膦酸酯、羧酸酯、OR"、COR"、CO2R"、OCOR"、CN、NR"2、SO2、CO、SO3、SO3H、OSO2、OSO3、SO3NR"、R"NSO2、NR"(COR")、NR"CO、CONR"2、NO2、NO3、CONR"、NR"CO2、O2CNR"、NR"CONR"、S、NR"、SO2C2H4、如上定义的亚芳基、如上定义的亚烷基，其中R"可相同或不同且代表有机基团例如氢、如本文中所定义的芳基和烷基。
代表性有机基团的进一步实例描述于美国专利No.5,571,311；5,630,868；5,707,432,5,955,232；5,922,118；5,900,029；5,895,522；5,885,335；5,851,280；5,837,045；5,713,988；和5,803,959；PCT公布No.WO96/18688；和PCT公布No.WO96/18690中，将其公开内容通过参考引入本文中。
在一个实施方式中，含有5元杂芳族基团的有机基团包括至少两个环杂原子，例如PCT公布No.WO2011/143533中描述的那些，将其公开内容通过参考引入本文。在一个实施方式中，例如，所述有机基团可具有式(Ib)或(IIb)：
对于Ib，X可为O、N(Ra)、或S；和R1可为H、C1-C10烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C3-C20环烷基、C3-C20环烯基、C1-C20杂环烷基、C1-C20杂环烯基、芳基、杂芳基、卤素、氰基、ORb、COORb、OC(O)Rb、C(O)Rb、C(O)NRbRc、SO3Rc、NRbRc、或N+(RbRcRd)Y，其中Ra、Rb、Rc和Rd各自独立地可为H、C1-C10烷基、C3-C20环烷基、C1-C20杂环烷基、芳基、或杂芳基，且Y可为阴离子。通常，Y可为任何合适的阴离子，例如氯根、溴根、碘根、硫酸根、硝酸根、磷酸根、柠檬酸根、甲烷磺酸根、三氟乙酸根、乙酸根、马来酸根、甲苯磺酸根、酒石酸根、富马酸根、谷氨酸根、葡糖醛酸根、乳酸根、戊二酸根、或马来酸根。对于IIb，X为O、N(Ra)、或S；且R1和R2各自独立地为H、C1-C10烷基、C2-C10烯基、C2-C10炔基、C3-C20环烷基、C3-C20环烯基、C1-C20杂环烷基、C1-C20杂环烯基、芳基、杂芳基、卤素、氰基、ORb、COORb、OC(O)Rb、C(O)Rb、C(O)NRbRc、SO3Rc、NRbRc、或N+(RbRcRd)Y，Ra、Rb、Rc和Rd各自独立地为H、C1-C10烷基、C3-C20环烷基、C1-C20杂环烷基、芳基、或杂芳基，且Y为阴离子；条件是R1和R2的至少一个不为H。
在一个实施方式中，所述至少一种有机基团包括式
–[R(A)]–，其中：
R连接至炭黑且选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，和
A选自羧酸、磺酸、膦酸、羟基、胺、和酯、酰胺、及其盐。
在另一实施方式中，所述至少一种有机基团包括式–[R(A)]–，其中：
R连接至炭黑且选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，和
A选自氢、烷基、芳基、杂芳基、亚烷基氧(例如、亚乙基氧或亚丙基氧)、羧酸酯、和二醇。
在另一实施方式中，所述至少一种有机基团包括式–[R(A)]–，其中：
R连接至炭黑且选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，和
A选自聚合物。
所述亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基可为未取代的或取代的，例如，被以上列举的官能团的一个或多个取代。示例性的亚芳基包括亚苯基、亚萘基、和亚联苯基，且示例性的亚杂芳基包括具有被一个或多个氧或氮原子取代的环碳的亚苯基、亚萘基和亚联苯基。在一个实施方式中，所述亚芳基为C5-C20亚芳基。亚杂芳基可为其一个或多个环碳原子被杂原子例如N、O和S替代的如本文中定义的亚芳基。除了为环原子以外，所述杂原子还可键合至其它基团。示例性的亚芳基包括苯基、萘基、蒽基、菲基、联苯基，且示例性的亚杂芳基包括吡啶基、咪唑基、吡唑基、噻吩基、噻唑基、呋喃基、三嗪基、吲哚基、苯并噻二唑基、和苯并噻唑基。亚烷基可为支化的或未支化的。所述亚烷基可为C1-C12亚烷基例如亚甲基、亚乙基、亚丙基、或亚丁基，其任选地被杂原子打断。
在一个实施方式中，R为取代的R且包括至少被键合至A的间隔基团取代的亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基。在一个实施方式中，取代的R包括R'-Sp，其中R'选自如上定义的亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为选自如下的间隔基：能够键合至R'和A两者的以上列举的官能团。在另一实施方式中，Sp选自–CO2–、–O2C–、–CO–、–OSO2–、–SO3–、–SO2–、–SO2C2H4-O–、–SO2C2H4S–、–SO2C2H4NR"–、–O–、–S–、–NR"–、–NR"CO–、–CONR"–、–NR"CO2–、–O2CNR"–、–NR"CONR"–、–N(COR")CO–、–CON(COR")–、–NR"COCH(CH2CO2R")–和来自其的环状酰亚胺、–NR"COCH2CH(CO2R")–和来自其的环状酰亚胺、–CH(CH2CO2R")CONR"–和来自其的环状酰亚胺、–CH(CO2R")CH2CONR"和来自其的环状酰亚胺(包括这些的邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺)、磺酰胺基团(包括–SO2NR"–和–NR"SO2–基团)、亚芳基、亚烷基。R"可相同或不同的，且如以上所定义的，或者代表氢或有机基团例如取代或未取代的芳基或烷基例如C5-C20芳基、以及取代和未取代的C1-C6烷基。在一个实施方式中，Sp选自–CO2–、–O2C–、–O–、–NR"–、–NR"CO–、–CONR"–、–SO2NR"–、–SO2CH2CH2NR"–、–SO2CH2CH2O–、或–SO2CH2CH2S–，其中R"如上所定义的，例如，选自H和C1-C6烷基。
在另一实施方式中，Sp得自具有选自如下的反应性基团的化合物：羧酸或酯，酰氯，磺酰氯，酰基叠氮化物，异氰酸酯，酮，醛，酸酐，酰胺，酰亚胺，亚胺，α,β-不饱和酮、醛、或砜，烷基卤，环氧化物，烷基磺酸酯或硫酸酯例如(2-硫酸根合乙基)-砜基团，胺，肼，醇，硫醇，酰肼，肟，三氮烯，负碳离子，芳族化合物，盐或其衍生物，或其任意组合。这样的化合物的实例包括氨基-官能化的芳族化合物例如4-氨基苄基胺(4-ABA)、3-氨基苄基胺(3-ABA)、2-氨基苄基胺(2-ABA)、2-氨基苯基乙基胺、4-氨基苯基-(2-硫酸根合乙基)-砜、(APSES)、对-氨基苯甲酸(PABA)、4-氨基邻苯二甲酸(4-APA)、和5-氨基苯-1,2,3-三羧酸。
在一个实施方式中，所述至少一种有机基团能够结合钙(例如，具有限定的钙指数值)，包括PCT公布No.WO2007/053564中描述的那些有机基团，将其公开内容通过参考引入本文。例如，所述有机基团包括至少一个偕二膦酸基团、其偏酯、或其盐，例如，具有式–CQ(PO3H2)2的基团、其偏酯、或其盐，其中Q键合至偕位且可为H、R、OR、SR或NR2，其中R"可相同或不同，并如以上所定义的，或者可为H，C1-C18饱和的或不饱和的、支化或未支化的烷基，C1-C18饱和的或不饱和的、支化或未支化的酰基，芳烷基，烷芳基，或芳基。另外，美国专利No.5,672,198、5,922,118、6,042,643和6,641,656公开具有多种连接的基团(包括膦酸基团)的改性颜料，将其公开内容通过参考引入本文中。
其它能够结合钙的有机基团包括：至少一个羟肟酸基团或其盐(例如，至少一个具有式–N(OH)-CO-的基团或其盐)；至少一个具有至少一个OH基团或其盐的杂芳基(例如，含氮的杂芳基，例如吡啶基或喹啉基，且所述有机基团为羟基吡啶基或羟基喹啉基，其中羟基在所述杂芳基上的位置使得其在几何学上接近于杂原子，例如在杂原子的邻位；或具有在彼此相邻的位置上的两个OH基团的杂芳基)；至少一个膦酸基团或其盐和至少一个第二离子型、能离子化的或碱性基团(碱性基团为路易斯碱，例如OH基团或氨基，其可在所述膦酸基团的偕位)；至少一个具有至少一个羧酸基团或其盐(例如，至少两个或三个羧酸基团，例如彼此处于邻位或间位的至少两个羧酸基团)的杂芳基；具有至少一个亚硝基和至少一个OH基团(例如，彼此处于邻位)的芳基、或其盐；具有至少两个OH基团、至少两个NH2基团、或至少一个OH基团和至少一个NH2基团(例如，至少两个OH基团、至少两个NH2基团、或至少一个OH基团和至少一个NH2基团)并具有式Ar1-N＝N-Ar2的偶氮芳烃基团，其中Ar1和Ar2可相同或不同，并为亚芳基或芳基且Ar1或Ar2的至少一个为亚芳基(例如，所述OH和/或NH2基团位于与偶氮基团相邻的位置处)。其它基团公开于WO2007/053564中。
在一个实施方式中，连接的有机基团包括聚合物。在一个实施方式中，所述聚合物包括至少一种非离子型基团。实例包括多元醇和约1-约12个碳的亚烷基氧基团，例如-CH2-CH2-O-基团、-CH(CH3)-CH2-O-基团、–CH2-CH(CH3)-O-基团、-CH2CH2CH2-O-基团、或其组合。这些非离子型基团可进一步包括至少一种如本文中公开的离子型或能离子化的基团。
所连接的聚合物可为均聚物或共聚物，且还可得自选自如下的单体：丙烯酸和甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺、丙烯腈、氰基丙烯酸酯、马来酸二酯和富马酸二酯、乙烯基吡啶、乙烯基N-烷基吡咯、乙酸乙烯酯、乙烯基唑、乙烯基噻唑、乙烯基嘧啶、乙烯基咪唑、乙烯基酮、乙烯基醚、和苯乙烯。乙烯基醚包括可通过阳离子型聚合制备的那些，例如具有总体结构CH2＝CH(OR)的那些，其中R为烷基、芳烷基、烷芳基、或芳基，或者为包括一个或多个亚烷基氧基团的基团。乙烯基酮包括其中烷基的β-碳原子不带有氢原子的那些，例如其中两个β-碳都带有C1-C4烷基、卤素等的乙烯基酮或其中苯基可被1-5个C1-C6烷基和/或卤素原子取代的乙烯基苯基酮。苯乙烯包括其中乙烯基被C1-C6烷基取代例如在α-碳原子处取代的那些，和/或其中苯基被1-5个取代基和官能团取代的那些，所述取代基包括C1-C6烷基、烯基(包括乙烯基)、或炔基(包括乙炔基)、苯基、卤代烷基，所述官能团例如C1-C6烷氧基、卤素、硝基、羧基、磺酸酯、C1-C6烷氧基羰基、羟基(包括被C1-C6酰基保护的那些)、和氰基。具体实例包括丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸乙酯(EA)、甲基丙烯酸乙酯(EMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸2-乙基己酯(EHA)、丙烯腈(AN)、甲基丙烯腈、苯乙烯、及其衍生物。
所述聚合物可通过一种或多种可聚合单体的阳离子或离子聚合而制备。例如，聚乙烯基醚可通过单体例如具有总体结构CH2＝CH(OR)的那些的阳离子聚合，其中R为烷基、芳烷基、烷芳基、或芳基，或者为包括一个或多个亚烷基氧基团的基团。还可包括其它阳离子型或离子型的可聚合单体。
所述聚合物还可通过缩聚技术制备。例如，所述聚合物可为具有以上描述的官能团的聚酯或聚氨酯。对于聚氨酯，合适的方法的实例包括溶液方法，其包括在与异氰酸酯基团不起反应的低沸点溶剂(例如丙酮)中制备异氰酸酯封端的预聚物，在其中引入亲水基团例如二胺或多元醇，通过用水稀释实施相变，和蒸馏掉溶剂以获得聚氨酯分散体。另一合适的方法包括制备具有引入的亲水基团的异氰酸酯基团封端的预聚物，分散在水中，并用胺进行扩链。
聚氨酯可通过预聚物方法制备，且可在那时使用具有低分子量的多羟基化合物。所述具有低分子量的多羟基化合物的实例包括聚酯二醇例如二醇和环氧烷烃，三元醇例如丙三醇、三羟甲基乙烷和三羟甲基丙烷。
在一个实施方式中，所述聚合物具有低的酸值。在一个实施方式中，所述聚合物可为具有小于或等于约200例如小于或等于约150、小于或等于约110、或小于或等于约100的酸值的含有酸性基团的聚合物。在另一实施方式中，所述聚合物的酸值大于或等于约30。因此，所述聚合物可为具有约30-约200例如约30-约110、约110-约150、或约150-约200的酸值的含有酸性基团的聚合物。
在一个实施方式中，炭黑用至少一种有机基团经由如例如在下列专利中详述的重氮处理进行改性：美国专利No.5,554,739；5,630,868；5,672,198；5,707,432；5,851,280；5,885,335；5,895,522；5,900,029；5,922,118；6,042,643；-6,534,569；6,398,858和6,494,943(高剪切条件)、6,372,820；6,368,239；6,350,519；6,337,358；6,103,380；7,173,078；7,056,962；6,942,724；6,929,889；6,911,073；6,478,863；6,472,471；和WO2011/143533，将其公开内容通过参考引入本文中。在一个实施方式中，所述连接经由重氮反应提供，其中所述至少一种有机基团具有重氮盐取代基。在另一实施方式中，直接连接可通过使用描述于例如美国专利No.6,068,688；6,337,358；6,368,239；6,551,393；6,852,158中的重氮和稳定自由基方法形成，将所述美国专利的公开内容通过参考引入本文中，其利用使至少一种基团与至少一个粒子的反应，其中基团由至少一种过渡金属化合物与至少一种有机-卤化物化合物在一个或多个能够捕获基团的粒子等的存在下的相互作用产生。在又一实施方式中，至少一种炭黑可通过使用如下的方法改性(例如，连接官能团)：美国专利No.5,837,045、6,660,075和WO2009/048564(与含有通过至少一个取代基活化的C--C双键或三键的有机化合物的反应)或美国公布No.2004/0171725、6,664,312、6,831,194(与酸酐组分的反应)、6,936,097，美国公布No.2001/0036994、2003/0101901(与具有–N＝N-N–基团的有机基团的反应)，加拿大专利No.2,351,162，欧洲专利No.1394221，和PCT公布No.WO01/51566(至少一种亲电试剂和至少一种亲核试剂之间的反应)，WO04/63289，WO2010/141071(与H2N-A-Y的反应，其中A为杂原子)，和WO99/23174，将其公开内容通过参考引入本文中。
在一个实施方式中，炭黑经由-O-C-键连接至所述有机基团，其中所述-O-C-键形成如下的一种或多种：苯酚根、萘酚根、酯和醚键，其中所述-O-C-键的碳原子及其取代基不是改性之前的炭黑所固有的。在一个实施方式中，炭黑经由苯酚根或萘酚根键连接至所述有机基团，其中所述苯酚根或萘酚根的芳族基团是所述炭黑所固有的。在一个实施方式中，这些键可经由如PCT申请No.PCT/US2013/39381中所公开的Mitsunobu反应实现，其中具有<15的pKa的包括质子化的亲核试剂的第一反应物与包括含有羟基的有机基团的第二反应物反应。所述炭黑可连接至第一或第二反应物。
其它用于制备改性颜料(包括具有连接的聚合物型基团的那些)的方法已描述于例如PCT公布No.WO01/51566中，其公开了通过使第一化学基团和第二化学基团反应以形成具有连接的第三化学基团的颜料而制造改性颜料的方法。PCT公布No.WO2007/053563公开了具有连接的至少一种聚合物型基团的改性着色剂，所述聚合物型基团包括具有至少一种具有限定的钙指数值的官能团的聚合物。所述有机基团的具体实施方式被描述，包括包含至少一个偕二膦酸基团、其偏酯、或其盐的有机基团。
其它用于制备聚合物改性颜料产品的方法也已被开发。例如，美国专利No.7,056,962、6,478,863、6,432,194、6,336,965，美国公布No.2006/0189717，和PCT公布No.WO2008/091653(将其公开内容通过参考引入本文中)描述了通过使用重氮盐将聚合物连接至颜料的方法。美国专利No.7,173,078、6,916,367、6,911,073、6,723,783、6,699,319、6,472,471和6,110,994(将其公开内容通过参考引入本文中)公开了通过使聚合物与具有连接的反应性基团的颜料反应来制备聚合物改性颜料的方法。具有连接的聚合物型基团的改性颜料还已被公开在美国公布No.2008/0177003中，将其公开内容通过参考引入本文，其利用熔体形式的聚合物。
聚合物改性颜料还可由颜料通过单体的聚合制备。例如，聚合物改性颜料可通过自由基聚合，受控聚合方法例如原子转移自由基聚合(ATRP)、稳定自由基(SFR)聚合和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)，离子聚合(阴离子或阳离子)例如基团转移聚合(GTP)，和缩合聚合制备。此外，聚合物改性颜料可使用描述于例如美国专利No.6,372,820；6,350,519；6,551,393；或6,368,239或PCT公布No.2006/086599和2006/086660中的方法制备，将其公开内容通过参考引入本文中。对于包括被聚合物包覆的颜料的改性颜料，这些改性颜料可使用本领域中已知的任何方法，例如美国专利No.5,085,698、5,998,501、6,074,467、6,852,777和7,074,843，和国际专利公布No.WO2004/111,140、WO2005/061087和WO2006/064193中描述的那些制备，将其公开内容通过参考引入本文中.
具有聚合物和预聚物的表面接枝炭黑描述于N.Tsubokawa,Prog.Polym.Sci.,17,417,1992和J.Polym.Sci.Polym.Chem.Ed.Vol.20,1943-1946(1982)中，将其公开内容通过参考引入本文中。具有末端羟基或氨基的聚合物可接枝到炭黑的表面羧基上，如N.Tsubokawa在Reactive&Functional Polymers27(1995)75-81中所公开的。
具有连接的至少一种聚合物型基团的改性颜料可进一步包括不同于以上描述的聚合物型基团的第二有机基团。这些包括，例如，美国专利No.5,630,868中描述的基团，将其公开内容通过参考引入本文。例如，改性颜料可进一步包括第二连接的有机基团，其可包括至少一个离子型基团、至少一个能离子化的基团、或其混合物。优选地，所述离子型或能离子化的基团为离子型或能离子化的基团。以上关于本发明的改性颜料的颜料所描述的任何离子型或能离子化的基团、特别是阴离子型或能离子化的基团可为第二有机基团。此外，所述第二有机基团可为包含聚合物的聚合物型基团。以上描述的任何聚合物型基团也可用作第二连接的有机基团。
连接的有机基团的量可取决于改性炭黑的期望的用途和连接的基团的类型而改变。例如，有机基团的总量可为如通过氮气吸附(BET方法)所测量的约0.01-约10.0微摩尔基团/m2颜料表面积，包括约0.5-约5.0微摩尔/m2、约1-约3微摩尔/m2、或约2-约2.5微摩尔/m2。与对于本发明的各种实施方式所描述的那些不同的额外的连接的有机基团也可存在。
分散体和喷墨油墨组合物
可添加分散试剂(表面活性剂和/或分散剂)以进一步提升组合物的胶体稳定性或改变油墨与印刷基底例如印刷纸张、或与油墨印刷头的相互作用。各种阴离子型、阳离子型和非离子型分散试剂可与本发明的油墨组合物结合使用，且这些可以纯态或作为水溶液使用。
阴离子型分散剂或表面活性剂的代表性实例包括，但不限于，高级脂肪酸盐、高级烷基二羧酸盐、高级醇的硫酸酯盐、高级烷基-磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、萘磺酸盐(Na、K、Li、Ca等)、福尔马林缩聚物、高级脂肪酸与氨基酸之间的缩合物、二烷基磺基琥珀酸酯盐、烷基磺基琥珀酸盐、环烷酸盐、烷基醚羧酸盐、酰基化的肽、α-烯烃磺酸盐、N-丙烯酰基甲基牛磺酸、烷基醚磺酸盐、高级仲醇乙氧基硫酸盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸盐、单甘氨酰硫酸盐、烷基醚磷酸盐和烷基磷酸盐、烷基膦酸盐和二膦酸盐，包括羟基化的或胺化的衍生物。例如，苯乙烯磺酸盐、未取代的和取代的萘磺酸盐(例如烷基或烷氧基取代的萘衍生物)、醛衍生物(例如未取代的烷基醛衍生物，包括甲醛、乙醛、丙醛等)、马来酸盐、及其混合物的聚合物和共聚物可用作阴离子型分散助剂。盐包括例如Na+、Li+、K+、Cs+、Rb+、以及取代和未取代的铵阳离子。阳离子型表面活性剂的代表性实例包括脂族胺、季铵盐、锍盐、盐等。
可用在本发明的喷墨油墨中的非离子型型分散剂或表面活性剂的代表性实例包括氟衍生物、有机硅衍生物、丙烯酸共聚物、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯仲醇醚、聚氧乙烯苯乙烯醚、乙氧基化的乙炔二醇、聚氧乙烯羊毛脂衍生物、烷基苯酚福尔马林缩合物的环氧乙烷衍生物、聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段聚合物、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚聚氧乙烯化合物的脂肪酸酯、聚环氧乙烷缩合型的乙二醇脂肪酸酯、脂肪酸甘油一酸酯、聚甘油的脂肪酸酯、丙二醇的脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺、聚氧乙烯脂肪酸酰胺和聚氧乙烯烷基胺氧化物。例如，可使用乙氧基化的单烷基或二烷基苯酚。这些非离子型表面活性剂或分散剂可单独或与前述阴离子型和阳离子型分散剂组合使用。
所述分散试剂还可为天然聚合物或合成聚合物分散剂。天然聚合物分散剂的具体实例包括蛋白质例如胶质、明胶、酪蛋白和白蛋白；天然橡胶例如阿拉伯树胶和黄芪胶；葡糖苷例如皂角苷；褐藻酸和褐藻酸衍生物例如丙二醇褐藻酸酯、三乙醇胺褐藻酸酯、和褐藻酸铵；和纤维素衍生物例如甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和乙基羟基纤维素。聚合物型分散剂的具体实例包括合成聚合物型分散剂，包括聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸类或甲基丙烯酸类树脂(常常写作“(甲基)丙烯酸类”)例如聚(甲基)丙烯酸、丙烯酸-(甲基)丙烯腈共聚物、(甲基)丙烯酸钾-(甲基)丙烯腈共聚物、乙酸乙烯酯-(甲基)丙烯酸酯共聚物和(甲基)丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯共聚物；苯乙烯-丙烯酸类或甲基丙烯酸类树脂例如苯乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、苯乙烯-(甲基)丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-α-甲基苯乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物、苯乙烯-α-甲基苯乙烯-(甲基)丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯共聚物；苯乙烯-马来酸共聚物；苯乙烯-马来酸酐共聚物、乙烯基萘-丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物；乙烯基萘-马来酸共聚物；和乙酸乙烯酯共聚物例如乙酸乙烯酯-乙烯共聚物、乙酸乙烯酯-脂肪酸乙烯基乙烯共聚物、乙酸乙烯酯-马来酸酯共聚物、乙酸乙烯酯-巴豆酸共聚物和乙酸乙烯酯-丙烯酸共聚物；及其盐。
还可将湿润剂和水溶性有机化合物添加到本发明的喷墨油墨组合物中，特别是为了如下目的：防止喷嘴的阻塞以及提供纸张渗透(渗透剂)、改善的干燥(干燥加速剂)和抗折皱性质。可使用的湿润剂和其它水溶性化合物的具体实例包括低分子量二醇例如乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇和一缩二丙二醇；含有约2-约40个碳原子的二醇，例如1,3-戊二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,4-戊二醇、1,6-己二醇、1,5-己二醇、2,6-己二醇、新戊二醇(2,2-二甲基-1,3-丙二醇)、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,2,6-己三醇、聚(乙二醇-共-丙二醇)等、以及它们与环氧烷烃(包括环氧乙烷，包括环氧乙烷和环氧丙烷)的反应产物；含有约3-约40个碳原子的三元醇衍生物，包括丙三醇、三羟甲基丙烷、1,3,5-戊三醇、1,2,6-己三醇等以及它们与环氧烷烃(包括环氧乙烷、环氧丙烷、及其混合物)的反应产物；新戊二醇(2,2-二甲基-1,3-丙二醇)等、以及它们与环氧烷烃(包括环氧乙烷和环氧丙烷)以任何合乎需要的摩尔比的反应产物，以形成具有各种各样的分子量的材料；硫二甘醇；季戊四醇和低级醇例如乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和叔丁醇、2-丙炔-1-醇(炔丙醇)、2-丁烯-1-醇、3-丁烯-2-醇、3-丁炔-2-醇和环丙醇；酰胺例如二甲基甲醛和二甲基甲酰胺；酮或酮醇例如丙酮和二丙酮醇；醚例如四氢呋喃和二氧六环；溶纤剂例如乙二醇单甲基醚和乙二醇单乙基醚、三甘醇单甲基(或单乙基)醚；卡必醇例如二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚和二甘醇单丁基醚；内酰胺例如2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮和ε-己内酰胺；尿素和尿素衍生物；内盐例如甜菜碱等；上述材料的硫代(硫)衍生物，包括1-丁硫醇；叔-丁硫醇、1-甲基-1-丙硫醇、2-甲基-1-丙硫醇；2-甲基-2-丙硫醇；硫代环丙醇，硫代乙二醇、硫代二甘醇、三硫代-或二硫代-二甘醇等；羟基酰胺衍生物，包括乙酰基乙醇胺、乙酰基丙醇胺、丙基羧基乙醇胺、丙基羧基丙醇胺等；上述材料与环氧烷烃的反应产物；及其混合物。额外的实例包括糖例如麦芽糖醇、山梨糖醇、葡糖酸内酯和麦芽糖；多元醇例如三羟甲基丙烷和三羟甲基乙烷；N-甲基-2-吡咯烷酮；1,3-二甲基-2-咪唑啉酮；含有约2-约40个碳原子的亚砜衍生物，包括二烷基硫化物(对称的和不对称的亚砜)例如二甲亚砜、甲基乙基亚砜、烷基苯基亚砜等；和含有约2-约40个碳原子的砜衍生物(对称的和不对称的砜)，例如二甲基砜、甲基乙基砜、环丁砜(四亚甲基砜、环状砜)、二烷基砜、烷基苯基砜、二甲基砜、甲基乙基砜、二乙基砜、乙基丙基砜、甲基苯基砜、甲基环丁砜、二甲基环丁砜等。这样的材料可单独或组合使用。
还可将杀生物剂和/或杀真菌剂添加到本发明的喷墨油墨组合物中。杀生物剂在防止细菌生长方面是重要的，因为细菌常常比油墨喷嘴大且可导致阻塞以及其它印刷问题。有用的杀生物剂的实例包括，但不限于，苯甲酸盐或山梨酸盐、和异噻唑啉酮。
在一个实施方式中，所述喷墨油墨组合物包括助溶剂。在一个实施方式中，所述助溶剂可以至少10重量％的浓度溶解于水中或与水混溶且对于含水的水解条件(例如，与水在热老化条件下的反应，包括，例如，酯和内酯的水解)是化学稳定的。在一个实施方式中，所述助溶剂具有比水的介电常数低的介电常数，例如在20℃下范围为约10-约78的介电常数。合适的助溶剂的实例包括低分子量二醇(例如乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、一缩二丙二醇、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、三甘醇单甲基或单乙基醚、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚、二甘醇单丁基醚、和四甘醇单丁基醚)；醇(例如乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、和叔丁醇、2-丙炔-1-醇(炔丙醇)、2-丁烯-1-醇、3-丁烯-2-醇、3-丁炔-2-醇、和环丙醇)；含有约2-约40个碳原子的二醇(例如1,3-戊二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,4-戊二醇、1,6-己二醇、1,5-己二醇、2,6-己二醇、新戊二醇(2,2-二甲基-1,3-丙二醇)、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,2,6-己三醇、和聚(乙二醇-共-丙二醇)、以及它们与环氧烷烃(包括环氧乙烷，包括环氧乙烷和环氧丙烷)的反应产物；含有约3-约40个碳原子的三元醇(例如丙三醇(甘油)、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、1,3,5-戊三醇、1,2,6-己三醇等以及它们与环氧烷烃(包括环氧乙烷、环氧丙烷、及其混合物)的反应产物)；多元醇(例如季戊四醇)；酰胺(例如二甲基甲醛和二甲基乙酰胺)；酮或酮醇(例如丙酮和二丙酮醇)；醚(例如四氢呋喃和二氧六环)；内酰胺(例如2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮和ε-己内酰胺)；尿素或尿素衍生物(例如二-(2-羟基乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲(dantacol)和1,3-二甲基-2-咪唑啉酮)；内盐(例如甜菜碱)；和羟基酰胺衍生物(例如乙酰基乙醇胺、乙酰基丙醇胺、丙基羧基乙醇胺、和丙基羧基丙醇胺、以及它们与环氧烷烃的反应产物)。额外的实例包括糖(例如麦芽糖醇、山梨糖醇、葡糖酸内酯和麦芽糖)；含有约2-约40个碳原子的亚砜衍生物(对称的和不对称的)(例如二甲亚砜、甲基乙基亚砜、和烷基苯基亚砜)；和含有约2-约40个碳原子的砜衍生物(对称的和不对称的)(例如二甲基砜、甲基乙基砜、环丁砜(四亚甲基砜、环状砜)、二烷基砜、烷基苯基砜、二甲基砜、甲基乙基砜、二乙基砜、乙基丙基砜、甲基苯基砜、甲基环丁砜、和二甲基环丁砜)。这些助溶剂可单独或组合使用。
所述助溶剂的量可取决于多种因素而改变，所述因素包括所述助溶剂的性质(溶解度和/或介电常数)、改性颜料的类型、和所期望的所得喷墨油墨组合物的性能。特别地，基于所述喷墨油墨组合物的总重量，任选的助溶剂可以小于或等于约40重量％的量(包括小于或等于约30％和小于或等于约20％)使用。此外，当使用时，基于所述喷墨油墨组合物的总重量，所述任选的助溶剂的量大于或等于约2重量％，包括大于或等于约5重量％和大于或等于约10重量％。
实施例
实施例1：炭黑的制备
在根据图1中描绘的多级反应器的一个实施方式的中试装置中制备炭黑。反应器尺寸概括在下表1中。
表1
图1标记 部件
10，11 具有标签罐(tab can)的XB-102R燃烧器
14 4.5”第一级过渡w/6个尖端(tip)
16A 5.3”间隔过渡
16B 5.3”第二级过渡w/4个尖端
18 (1)9”进口(entry)反应器部分
18 (2)13.5”反应器部分
18 (2)18”反应器部分
18 (2)27”反应器部分
18 (3)36”反应器部分
样品A-H的处理条件概括在下表2中。
表2
操作条件 A B C D E F G H
空气速率[Nm3/h] 3099 3099 3099 3099 3099 3099 3099 3099
空气预热温度[℃] 538 538
总的燃烧[％] 41 44 41 44 44 44 44 41
初级燃烧[％] 120 120 120 120 120 120 120 120
总的原料速率[kg/h] 496 445 496 445 445 445 445 496
FDS温度[℃] 197 197
1号环尖端量 6 6 6 6 6 6 6 6
1号环尖端尺寸[英寸] 0.021 0.018 0.021 0.018 0.021 0.024 0.020 0.020
1号环压力[巴] 45 45 45 53 45 45 54 47
2号环尖端量 4 4 4 4 4 4 4 4
2号环尖端尺寸[英寸] 0.021 0.018 0.021 0.018 0.014 0.014 0.014 0.020
2号环压力[巴] 60 60 60 64 60 60 53 48
K+浓度[ppm] 0 0 0 0 0 0 5 0
骤冷位置[英寸] 32 32 32 32 32 32 32 32
第一位置中的原料百分比 60 60 60 60 70 80 70 60
第二注射位置的编号 1 1 1 1 1 1 1 1
在这些条件下制备的原材料炭黑的性质概括在下表3中。
表3
可由相同的装置在类似的操作条件下制造的其它高结构炭黑的性质列于下表4中。
表4
实施例2：使用臭氧的氧化
本实施例描述通过使用装备有文丘里管的图2的臭氧反应器组件进行的实施例1的炭黑样品A-G的臭氧化。
将来自实施例1的炭黑装料(300g)与水(6L)合并，且将该混合物用定子-转子以8,000-10,000rpm均化3-5分钟。将所得浆料添加到臭氧反应器组件的储存器中，其中将储存器pH保持在9.0。使循环泵以70-90L/分钟的速率运行以使所述浆料循环通过反应器。将臭氧气体(3-5重量％)经由文丘里管处的入口以6-10L/分钟的气体流速引入至所述浆料。在30-40℃的反应温度下以9小时时间期间进行臭氧化。
替代地，将来自实施例1的炭黑装料(300-600g)与水(4-7L)合并，且将该混合物用定子-转子以8,000-10,000rpm均化3-5分钟。将所得浆料添加到臭氧反应器组件的储存器中，其中将储存器pH保持在9.0。使循环泵以70-90L/分钟的速率运行以使所述浆料循环通过反应器。将臭氧气体(2-5重量％)经由文丘里管处的入口以6-10L/分钟的气体流速引入至所述浆料。在30-40℃的反应温度下以7-9小时时间期间进行臭氧化。
实施例3：用4-氨基苯甲酸的改性
本实施例描述用4-氨基苯甲酸(pABA)对实施例1的炭黑样品A-F进行的改性。尽管该改性是对于原材料炭黑进行的，但可对实施例2的氧化炭黑样品进行同样的处理。
将包括来自实施例1的炭黑装料(500g)、pABA(50-75g)和水(1-2L)的混合物添加到Processall反应器中。将温度升高至55℃并在20分钟的时间期间向该混合物添加亚硝酸钠(20％，150-220g)。反应在65℃下进行1-2小时。
实施例4：用EBP的改性
本实施例描述用2-(4-氨基苯基)-1-羟基亚乙基-1,1-二膦酸(EBP)对实施例1的炭黑样品A-F进行的改性。将包括来自实施例1的炭黑装料(500g)、EBP(50-75g)和水(1-2L)的混合物添加到Processall反应器中。将温度升高至55℃并在20分钟的时间期间向该混合物添加亚硝酸钠(20％，150-220g)。反应在65℃下进行1-2小时。
实施例5：分散体的制备
本实施例描述使用实施例2-4的氧化的/处理的炭黑材料制备分散体。用Pall超滤膜(SLP-1053)进行渗滤至在15％的分散体固体物下小于150μS/cm的渗透物电导率或小于1000μS/cm的渗余物电导率。(对于样品G-O-S和G-O-U，在渗滤之前，将所得分散体经历热处理，其中将所述分散体在磁力或高架式搅拌下加热至75℃的最低温2小时)。然后将样品稀释至5％固体物并在上以13276RPM以300或600mL/分钟流速离心。将所述样品用Pall超滤膜(SLP-1053)再浓缩至16％固体物并使用在具有冷却夹套的容器内的Lab探针超声处理器在磁力搅拌下超声处理至140nm的D50目标粒子尺寸(为了对比，未使第二组臭氧-氧化炭黑样品经历该超声处理步骤)。添加杀生物剂(0.2％(重量/重量))并使样品通过0.3或0.5μm Pall深度过滤器。通过添加水将样品调节至15％固体物。
由实施例2的臭氧氧化炭黑样品制备的分散体的性质列于下表5中。“O”表示氧化的；“S”表示经超声处理的分散体；“U”表示未超声处理的分散体；LPC＝大粒子含量。
表5
用实施例3的经pABA处理的炭黑制备的分散体的性质列于下表6中。
表6
实施例6：沉降速率
通过Rough Gravity Sedimentation程序获得分散体的沉降速率：
·用水将分散体稀释至3％固体物；
·将0.100mL 3％固体物的分散体在容量瓶中稀释至100mL；
·使用UV-Vis分光光度计在550nm处测量该稀释的分散体的吸光度(Abs1)；
·将7mL 3％固体物的分散体装到Beckman超速离心管中；
·将所述管在Beckman离心机中以20700RPM密封离心10分钟(包括斜线上升时间(ramp-up time))；
·将来自样品管的整个上清液收集到小瓶中；
·将0.100mL所收取的上清液在容量瓶中稀释至100mL；和
·使用UV-Vis分光光度计测量在550nm的波长下的该稀释的分散体的吸光度(Abs2)。
由Abs1和Abs2值根据下式确定沉降速率：
沉降％＝100*((Abs1-Abs2)/Abs1)
实施例5的一些分散体的沉降速率列于下表7中：
表7
炭黑样品 沉降速率(％)
A-O-S 70.2
B-O-S 75.2
C-O-S 79.7
D-O-S 66.9
E-O-S 61.8
F-O-S 53.5
A-pABA 68.4
B-pABA 74.9
C-pABA 79.6
D-pABA 70.2
E-pABA 59.0
F-pABA 56.4
实施例7：喷墨油墨配制物
由实施例5的分散体用以如下表8和9中所列的比例(单位为pph)的组分制备喷墨油墨配制物。
表8
表9
实施例8：光学密度
将实施例7的喷墨配制物A和B印刷在Xerox 4200和HPMP纸张上。使用Epson C88+喷墨印刷机印刷配制物A并使用Canon iP4000喷墨印刷机印刷配制物B。所述印刷通过如下表10中与所得光学密度值一起列举的最佳和普通模式进行。“A”表示配制物A；“B”表示配制物B。
表10
术语“一个(种)(a、an)”和“所述(该)(the)”的使用将被解释为涵盖单数和复数两者，除非本文中另外说明或与上下文明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”将被解释为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另外说明。本文中数值范围的列举仅仅意图用作单独提及落在所述范围内的每个独立的值的简写方法，除非本文中另外说明，且在说明书中引入每个独立的值，就如同其在本文中被单独地列举。本文中描述的所有方法可以任何合适的顺序进行，除非本文中另外说明或与上下文明显矛盾。本文中提供的任何和所有实施例、或示例性语言(如，“例如”)的使用仅用来更好地说明本发明，且不对本发明的范围施加限制，除非另外说明。说明书中没有语言应被理解为是在将任何非要求保护的要素表明为是本发明的实践所必需的。

Claims (51)

1.具有下列性质的炭黑：
OAN≥170mL/100g；和
范围为160-220m2/g的STSA。
2.具有下列性质的炭黑：
OAN≥170mL/100g；和
范围为0.7-1的STSA/BET表面积之比。
3.权利要求1或2的炭黑，其中所述OAN范围为170-220m2/g。
4.权利要求1或2的炭黑，其中所述OAN范围为170-210m2/g。
5.权利要求1-4中任一项的炭黑，其中所述炭黑具有范围为190-275m2/g的BET表面积。
6.权利要求1-5中任一项的炭黑，其中所述BET表面积范围为200-270m2/g。
7.权利要求1-5中任一项的炭黑，其中所述BET表面积范围为200-260m2/g。
8.权利要求1-7中任一项的炭黑，其中所述炭黑具有至少120m2/g的COAN。
9.权利要求1-7中任一项的炭黑，其中所述炭黑具有至少130m2/g的COAN。
10.权利要求1-9中任一项的炭黑，其中所述炭黑具有范围为1.30-1.50的OAN/COAN之比。
11.权利要求1和3-10中任一项的炭黑，其中所述炭黑具有范围为0.7-1的STSA/BET表面积之比。
12.权利要求1-10中任一项的炭黑，其中所述炭黑具有范围为0.7-0.9的STSA/BET表面积之比。
13.权利要求1-12中任一项的炭黑，其中所述炭黑为炉黑。
14.权利要求1-13中任一项的炭黑，其中所述炭黑用至少一种连接的有机基团改性。
15.权利要求14的炭黑，其中所述至少一种连接的有机基团包括式–[R(A)]–，其中：
R连接至所述炭黑且选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，和
A选自羧酸、磺酸、膦酸、羟基、胺、和酯、酰胺、及其盐。
16.权利要求15的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为选自如下的间隔基：–CO2–、–O2C–、–CO–、–OSO2–、–SO3–、–SO2–、–SO2C2H4-O–、–SO2C2H4S–、–SO2C2H4NR"–、–O–、–S–、–NR"–、–NR"CO–、–CONR"–、–NR"CO2–、–O2CNR"–、–NR"CONR"–、–N(COR")CO–、–CON(COR”)–、–NR"COCH(CH2CO2R")–和来自其的环状酰亚胺、–NR"COCH2CH(CO2R”)–和来自其的环状酰亚胺、–CH(CH2CO2R")CONR"–和来自其的环状酰亚胺、–CH(CO2R")CH2CONR"和来自其的环状酰亚胺(包括这些的邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺)、磺酰胺基团(包括–SO2NR"–和–NR"SO2–基团)、亚芳基、亚烷基，且R"可相同或不同并选自氢、取代和未取代的C5-C20芳基、以及取代和未取代的C1-C6烷基。
17.权利要求15的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为选自如下的间隔基：–CO2–、–O2C–、–O–、–NR"–、–NR"CO–、或–CONR"–、–SO2NR"–、–SO2CH2CH2NR"–、–SO2CH2CH2O–、和–SO2CH2CH2S–，其中R"选自H和C1-C6烷基。
18.权利要求15的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为得自具有选自如下的反应性基团的化合物的间隔基：羧酸或酯，酰氯，磺酰氯，酰基叠氮化物，异氰酸酯，酮，醛，酸酐，酰胺，酰亚胺，亚胺，α,β-不饱和酮、醛、或砜，烷基卤，环氧化物，烷基磺酸酯或硫酸酯例如(2-硫酸根合乙基)-砜基团，胺，肼，醇，硫醇，酰肼，肟，三氮烯，负碳离子，芳族化合物，以及其盐和衍生物，或其任意组合。
19.权利要求15的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为得自选自如下的化合物的间隔基：4-氨基苄基胺(4-ABA)、3-氨基苄基胺(3-ABA)、2-氨基苄基胺(2-ABA)、2-氨基苯基乙基胺、4-氨基苯基-(2-硫酸根合乙基)-砜、(APSES)、对-氨基苯甲酸(PABA)、4-氨基邻苯二甲酸(4-APA)、和5-氨基苯-1,2,3-三羧酸。
20.权利要求14的炭黑，其中所述至少一种连接的有机基团包括式–[R(A)]–，其中：
R连接至所述炭黑且选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，和
A选自氢、烷基、芳基、杂芳基、亚烷基氧(例如，亚乙基氧或亚丙基氧)、羧酸酯、和二醇。
21.权利要求20的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为选自如下的间隔基：–CO2–、–O2C–、–CO–、–OSO2–、–SO3–、–SO2–、–SO2C2H4-O–、–SO2C2H4S–、–SO2C2H4NR"–、–O–、–S–、–NR"–、–NR"CO–、–CONR"–、–NR"CO2–、–O2CNR"–、–NR"CONR"–、–N(COR")CO–、–CON(COR”)–、–NR"COCH(CH2CO2R")–和来自其的环状酰亚胺、–NR"COCH2CH(CO2R”)–和来自其的环状酰亚胺、–CH(CH2CO2R")CONR"–和来自其的环状酰亚胺、–CH(CO2R")CH2CONR"和来自其的环状酰亚胺(包括这些的邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺)、磺酰胺基团(包括–SO2NR"–和–NR"SO2–基团)、亚芳基、亚烷基，且R"可相同或不同并选自氢、取代和未取代的C5-C20芳基、以及取代和未取代的C1-C6烷基。
22.权利要求20的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为选自如下的间隔基：–CO2–、–O2C–、–O–、–NR"–、–NR"CO–、或–CONR"–、–SO2NR"–、–SO2CH2CH2NR"–、–SO2CH2CH2O–，和–SO2CH2CH2S–，其中R"选自H和C1-C6烷基。
23.权利要求20的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为得自具有选自如下的反应性基团的化合物的间隔基：羧酸或酯，酰氯，磺酰氯，酰基叠氮化物，异氰酸酯，酮，醛，酸酐，酰胺，酰亚胺，亚胺，α,β-不饱和酮、醛、或砜，烷基卤，环氧化物，烷基磺酸酯或硫酸酯例如(2-硫酸根合乙基)-砜基团，胺，肼，醇，硫醇，酰肼，肟，三氮烯，负碳离子，芳族化合物，以及其盐和衍生物，或其任意组合。
24.权利要求20的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为得自选自如下的化合物的间隔基：4-氨基苄基胺(4-ABA)、3-氨基苄基胺(3-ABA)、2-氨基苄基胺(2-ABA)、2-氨基苯基乙基胺、4-氨基苯基-(2-硫酸根合乙基)-砜、(APSES)、对-氨基苯甲酸(PABA)、4-氨基邻苯二甲酸(4-APA)、和5-氨基苯-1,2,3-三羧酸。
25.权利要求14的炭黑，其中所述至少一种连接的有机基团包括式–[R(A)]–，其中：
R连接至所述炭黑且选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，和
A选自聚合物。
26.权利要求25的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为选自如下的间隔基：–CO2–、–O2C–、–CO–、–OSO2–、–SO3–、–SO2–、–SO2C2H4-O–、–SO2C2H4S–、–SO2C2H4NR"–、–O–、–S–、–NR"–、–NR"CO–、–CONR"–、–NR"CO2–、–O2CNR"–、–NR"CONR"–、–N(COR")CO–、–CON(COR”)–、–NR"COCH(CH2CO2R")–和来自其的环状酰亚胺、–NR"COCH2CH(CO2R”)–和来自其的环状酰亚胺、–CH(CH2CO2R")CONR"–和来自其的环状酰亚胺、–CH(CO2R")CH2CONR"和来自其的环状酰亚胺(包括这些的邻苯二甲酰亚胺和马来酰亚胺)、磺酰胺基团(包括–SO2NR"–和–NR"SO2–基团)、亚芳基、亚烷基，且R"可相同或不同并选自氢、取代和未取代的C5-C20芳基、以及取代和未取代的C1-C6烷基。
27.权利要求25的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为选自如下的间隔基：–CO2–、–O2C–、–O–、–NR"–、–NR"CO–、或–CONR"–、–SO2NR"–、–SO2CH2CH2NR"–、–SO2CH2CH2O–、和–SO2CH2CH2S–，其中R"选自H和C1-C6烷基。
28.权利要求25的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为得自具有选自如下的反应性基团的化合物的间隔基：羧酸或酯，酰氯，磺酰氯，酰基叠氮化物，异氰酸酯，酮，醛，酸酐，酰胺，酰亚胺，亚胺，α,β-不饱和酮、醛、或砜，烷基卤，环氧化物，烷基磺酸酯或硫酸酯例如(2-硫酸根合乙基)-砜基团，胺，肼，醇，硫醇，酰肼，肟，三氮烯，负碳离子，芳族化合物，以及其盐和衍生物，或其任意组合。
29.权利要求25的炭黑，其中R包括式R'-Sp，其中R'选自亚芳基、亚杂芳基、和亚烷基，且Sp为得自选自如下的化合物的间隔基：4-氨基苄基胺(4-ABA)、3-氨基苄基胺(3-ABA)、2-氨基苄基胺(2-ABA)、2-氨基苯基乙基胺、4-氨基苯基-(2-硫酸根合乙基)-砜、(APSES)、对-氨基苯甲酸(PABA)、4-氨基邻苯二甲酸(4-APA)、和5-氨基苯-1,2,3-三羧酸。
30.权利要求25的炭黑，其中所述聚合物得自选自如下的单体：丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺、丙烯腈、氰基丙烯酸酯、马来酸二酯和富马酸二酯、乙烯基吡啶、乙烯基N-烷基吡咯、乙酸乙烯酯、乙烯基唑、乙烯基噻唑、乙烯基嘧啶、乙烯基咪唑、乙烯基酮、乙烯基醚、和苯乙烯。
31.权利要求25的炭黑，其中所述聚合物得自选自如下的单体：丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸乙酯(EA)、甲基丙烯酸乙酯(EMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸2-乙基己酯(EHA)、丙烯腈(AN)、甲基丙烯腈、苯乙烯、及其衍生物。
32.通过将权利要求1-31中任一项的炭黑氧化而制备的氧化炭黑。
33.权利要求32的氧化炭黑，其中所述氧化炭黑具有包括选自如下的至少一种基团的表面：酚、内酯、羰基、羧基、酸酐、醚、和醌。
34.具有下列性质的炭黑：
OAN≥170mL/100g；
BET表面积≥150m2/g；和
至少130m2/g的COAN。
35.分散体，其包括权利要求1-34中任一项的炭黑。
36.权利要求35的分散体，其中所述炭黑具有范围为0.1-0.18μm的平均体积。
37.权利要求35或36的分散体，其中所述炭黑具有范围为0.05-0.1μm的D10。
38.权利要求35或36的分散体，其中所述炭黑具有范围为0.06-0.1μm的D10。
39.权利要求35或36的分散体，其中所述炭黑具有范围为0.07-0.1μm的D10。
40.权利要求35-39中任一项的分散体，其中所述炭黑具有范围为0.1-0.16μm的D50。
41.权利要求35-40中任一项的分散体，其中所述炭黑具有范围为0.18-0.25μm的D90。
42.权利要求35-40中任一项的分散体，其中所述炭黑具有范围为0.15-0.24μm的D90。
43.权利要求35-40中任一项的分散体，其中所述炭黑具有范围为0.18-0.24μm的D90。
44.喷墨油墨组合物，其包括权利要求1-34中任一项的炭黑。
45.喷墨油墨组合物，其包括权利要求35-43中任一项的分散体。
46.将颜料氧化的方法，包括在将包括所述颜料的含水分散体保持在至少8.5的pH的同时向所述含水分散体添加臭氧。
47.权利要求46的方法，其中所述保持包括当所述pH水平下降至低于8.5的水平时向所述含水分散体添加碱。
48.权利要求46的方法，其中将所述含水分散体保持在至少9.0的pH，其中所述保持包括当所述pH水平下降至低于9.0的水平时向所述含水分散体添加碱。
49.权利要求46-48中任一项的方法，其中所述含水悬浮液以循环流动通过文丘里管，且所述添加包括将臭氧引入到所述文丘里管的入口，其中所述入口位于所述文丘里管的收缩区域处或其上游。
50.权利要求46-49中任一项的方法，其中所述颜料为炭黑。
51.具有循环通路的用于将颜料氧化的臭氧反应器组件，包括：
用于容纳和搅动包含颜料的分散体的储存器，含水分散体与pH探针和用于将碱递送到所述分散体的第一泵是流体连通的；
用于抽出所述含水分散体并将其通过第一软管递送到文丘里管的与所述储存器呈流体连通的第二泵，其中所述含水分散体通过所述文丘里管的收缩区域；
经由在所述收缩区域处或其上游的入口与所述文丘里管呈气体连通的臭氧源，其中所述臭氧在通过所述收缩区域的同时接触所述颜料；和
用于将包括臭氧和所述含水分散体的混合物运送到所述储存器的第二软管。
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