CN105555884B - 用于水性涂料的炭黑 - Google Patents

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Abstract

提供了含水炭黑漆浆、含水炭黑液体涂料、以及制造所述漆浆和液体涂料的方法。所述炭黑是这样的改性炭黑，其设计成在不存在炭黑高能研磨的情况下能够搅拌到含水载剂中。所述改性炭黑包括低的有机处理水平，而且，所述漆浆和液体涂料无需大量分散剂。所得的涂料展现出优异的粘度、着色、遮盖能力和稳定性。

Description

用于水性涂料的炭黑
技术领域
本公开内容涉及炭黑，且特别地，涉及结合有改性炭黑的水性(waterborne)涂料和漆浆。
背景技术
炭黑颜料用在包括油墨、涂料、调色剂、粘合剂、管道、线缆和滤色器的许多领域中。在很多情况中，炭黑分散在可为含水或非含水的液体载剂中。可使用不同的材料处理炭黑以使得它们更易于分散在含水或非含水的体系中。
发明内容
在一个方面中，提供了漆浆分散体，所述漆浆分散体包含：含有大于90重量％水的含水溶剂；至少30重量％的改性炭黑，在处理之前，所述改性炭黑具有20～300m2/g的STSA，使用包含有机基团和离子或能离子化的基团的处理剂以1.5～3.0μmol/m2的处理剂浓度对所述改性炭黑进行改性；浓度小于2.0mg/平方米炭黑表面积的分散剂，所述炭黑表面积是在处理之前通过STSA测量的，且其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑的小于10体积％具有大于0.5μm的粒径。当采用本文所述的含水涂料评价方法A进行测试时，所得的固化涂料能够在约0.076mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.98的遮盖能力。此外，所述炭黑能够以1.5～3.5、1.5～2.5、或1.5～2μmol/m2的处理剂浓度进行处理。由所述漆浆制得的1～5重量％改性炭黑的涂料能够具有大于或等于0.95、0.97、0.98或0.99的遮盖能力且能够在所述漆浆分散体已经在升高的温度(例如52℃)下老化一周后获得。所述漆浆分散体可包括具有15-50nm平均初级粒径的改性炭黑颗粒，而且，可使用包含芳基、磺酸基团或其盐、苯甲酸基团或其盐、羧酸基团或其盐、或者膦酸基团或其盐的试剂处理所述改性炭黑颗粒。所述分散剂可为非离子型分散剂，且所述漆浆可包含醇酸树脂或丙烯酸类树脂。所述处理剂可直接连接至炭黑。所述漆浆可在10rpm和25℃下展现出小于700、小于650、小于600、或小于550cP的布氏粘度。
在另一方面中，提供了炭黑漆浆分散体，所述漆浆分散体包含：含有至少90重量％水的含水溶剂；大于30重量％的改性炭黑，所述改性炭黑使用处理化合物以1～3.5μmol/m2的处理水平进行处理，所述有机处理化合物包含芳基以及离子或能离子化的基团这两者，由未经处理的炭黑制得的所述改性炭黑具有大于20m2/g且小于300m2/g的STSA；以及小于或等于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积(相对于1平方米的炭黑表面积，小于或等于2.4mg的分散剂)。所述炭黑漆浆分散体可在52℃下、一周后仍保持稳定分散。所述未经处理的炭黑的表面积也可小于250、小于200、或小于150m2/g。所述漆浆可包括大于或等于20、30或40重量％的改性炭黑且还可包括大于或等于0.1、0.2、0.5、1.0或1.5g的分散剂/平方米炭黑表面积。所述漆浆还可包括小于3.5、小于3.0、小于2.5、小于2.0、小于1.5、小于1.0、小于0.8、小于或等于0.5、或者小于0.5mg的分散剂/平方米炭黑表面积。所述未经改性的炭黑可具有小于350、小于300、小于250、小于200、或者小于150m2/g的表面积(STSA)。所述漆浆可在不存在球磨研磨的情况下产生且可采用不超过2m/s、3m/s或4.2m/s的叶片尖端速度混合到含水载剂中。所述漆浆可具有以mg/平方米炭黑表面积计的在(1.5(x-2)2+0.6)+/-0.5范围内的分散剂浓度，其中x等于以μmol/m2计的处理水平。
在另一方面中，提供了炭黑漆浆分散体，所述漆浆包含大于或等于30％的改性炭黑以及小于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，所述改性炭黑使用处理剂以小于或等于2.0μmol/m2的水平进行处理，所述漆浆包含包括至少90％水的含水溶剂，且其中以μmol/m2计的处理水平及以mg/m2计的分散剂水平的总和大于或等于2.5。所述炭黑漆浆分散体可在52℃下、一周后仍保持稳定分散。所述未经处理的炭黑的表面积也可小于250、小于200或小于150m2/g。所述漆浆可包括大于或等于20、30或40重量％的改性炭黑且还可包括大于或等于0.1、0.2、0.5、1.0或1.5g的分散剂/平方米炭黑表面积。所述漆浆还可包括小于3.5、小于3.0、小于2.5、小于2.0、小于1.5、小于1.0、小于0.8、小于或等于0.5、或小于0.5mg的分散剂/平方米炭黑表面积。所述未经改性的炭黑可具有小于350、小于300、小于250、小于200、或小于150m2/g的表面积(STSA)。所述漆浆可在不存在球磨研磨的情况下产生且可采用不超过2m/s，3m/s或4.2m/s的叶片尖端速度混合到含水载剂中。所述漆浆可具有以mg/平方米炭黑表面积计的在(1.5(x-2)2+0.6)+/-0.5范围内的分散剂浓度，其中x等于以μmol/m2计的处理水平。
在另一方面中，提供了制造稳定含水液体涂料的方法，所述方法包括将未经分散的炭黑粉末以大于所述稳定含水液体涂料的0.0001重量％且小于所述稳定含水液体涂料的5重量％的炭黑加载量混合到含水涂料调漆(稀释，letdown)载剂中，所述稳定含水液体涂料具有小于2.4mg/平方米炭黑表面积的分散剂浓度，且其中所述液体涂料在0.0762mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.98的遮盖能力，且其中所述未经分散的炭黑粉末能够通过在叶片尖端速度不超过4m/s的同时将炭黑搅拌到含水调漆载剂中来进行分散。所述方法可在不存在球磨研磨或磨碎的情况下进行，而且，相对于200g的含水液体涂料，所述混合步骤可耗费小于100瓦特或小于50瓦特。所述涂料可包含大于50重量％的水性树脂，且所述树脂可为胶乳且可为丙烯酸类或醇酸树脂。所述方法能够使用经包括磺酸基团或其盐、羧酸基团或其盐、苯甲酸基团或其盐、或者膦酸基团或其盐的有机基团处理的改性炭黑。所述改性炭黑可具有大于20m2/g且小于300m2/g、大于20m2/g且小于250m2/g、或者大于20m2/g且小于200m2/g的STSA表面积。所述改性炭黑可包括大于1.0、1.5或2.0μmol/m2且小于3.5、3.0或2.5μmol/m2的处理剂，所述处理剂包含包括离子或能离子化的基团的有机基团。
在另一方面中，提供了制造含水漆浆分散体的方法，所述方法包括将不含研磨介质的未经分散的改性炭黑干燥粉末以基于所述漆浆最终重量的至少30重量％的浓度搅拌到含水载剂中，以形成炭黑漆浆，所述改性炭黑使用处理剂以1.0～3.0μmol/m2的加载量进行处理，所述处理剂包含芳基以及离子或能离子化的基团，所述含水载剂包含包括大于90重量％水的溶剂及小于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，且其中分散在所述漆浆中的所述炭黑颗粒的少于10体积％具有大于0.5μm的粒径。所述方法可在不存在球磨研磨或磨碎的情况下完成，而且，相对于200g的含水液体涂料，所述搅拌步骤可耗费小于100瓦特或小于50瓦特。所述方法能够使用经包括磺酸基团或其盐、羧酸基团或其盐、苯甲酸基团或其盐、或者膦酸基团或其盐的有机基团处理的改性炭黑。所述改性炭黑可具有大于20m2/g且小于300m2/g、大于20m2/g且小于250m2/g、或者大于20m2/g且小于200m2/g的STSA表面积。所述改性炭黑可包括大于1.0、1.5或2.0μmol/m2且小于3.5、3.0或2.5μmol/m2的处理剂，所述处理剂包含包括离子或能离子化的基团的有机基团。所述炭黑能够以大于或等于40重量％的浓度进行分散。所述分散剂的浓度可为小于1.7mg分散剂/平方米炭黑表面积。
附图说明
图1为照片的副本，其说明了八种不同的着色涂料的遮盖能力；
图2为照片的副本，其说明了另一种着色涂料的遮盖能力；
图3图解地说明了多种实施方式的涂料的黑度；
图4图解地说明了多种实施方式的涂料的遮盖能力；
图5图解地说明了多种实施方式的涂料的蓝色底色(undertone)值；
图6A和6B为照片的复印件，其说明了两种不同实施方式的漆浆的粘度；
图7A、7B、7C和7D提供了针对丙烯酸类和醇酸涂料的实施方式的浓色(墨色，masstone)和浅色(色泽，tint)配制物的数据；
图8A、8B、8C和8D提供了针对丙烯酸类和醇酸涂料的其它实施方式的浓色和浅色配制物的数据；
图9A、9B、9C和9D提供了针对丙烯酸类和醇酸涂料的其它实施方式的浓色和浅色配制物的数据；
图10A和10B为透射电子显微照片的副本，其示出了两种不同实施方式的炭黑颗粒的分散体；和
图11图解地显示了针对两种不同漆浆实施方式的粘度数据。
具体实施方式
可使用不同的方法、处理和添加剂来使炭黑颗粒分散在含水体系中。例如，可以向含水载剂中加入分散剂，而且，可以使用设计以用于改善炭黑在含水载剂中的分散性的化合物对炭黑进行处理。通常，分散性可通过如下改善：提高分散剂的浓度、提高炭黑的处理水平、或者这两者。认识到，过度的处理和分散剂水平可不利地影响液体涂料的性质并且增加费用，本公开内容提供了关于在特定含水体系中使用某些改性炭黑以降低原本需要的处理和分散剂的量的分散体和方法的详情。描述了低能量搅入(stir-in)体系，在该体系中，能够将改性炭黑搅拌到含水体系中以产生稳定的分散体且无需典型采用的高能研磨过程。组合了低处理水平和低分散剂浓度的稳定含水分散体的发现提供了用于产生液体漆浆和涂料的经济、灵活的体系。
在一个方面中，将经处理(改性)的炭黑搅拌到含水载剂中以产生液体含水(水性)涂料。改性炭黑可直接分散在含水载剂中且无需在含水载剂中分散未经改性的炭黑所典型地需要的能源消耗量大的研磨。本文所述的改性炭黑可具有相对低的连接官能团浓度且在含水载剂中可不需要或需要最少量的分散剂。举例来说，可在大于1.0、1.25、1.5或2.0μmol/m2且小于4.0、3.5、3.0、2.5、2.0或1.925μmol/m2的处理剂浓度下，对经处理的炭黑进行改性。在一些实施方式中，在改性或表面处理之前，炭黑展现出20m2/g～300m2/g的统计学厚度表面积(STSA或t-面积，根据ASTM D6556测量)。在一组方法中，未经分散的干燥炭黑粉末可直接混合到含水涂料配制物中，取消了制造随后在含水载剂中调漆以产生液体涂料的漆浆的中间步骤。在另一组实施方式中，制造具有高的改性炭黑含量的低粘度漆浆，然后，可将其调漆以产生液体含水涂料。
炭黑用于在多种材料中提供着色。涂料可改善许多表面的特征且能够提供例如功能性、装饰性或保护性的改善。表面可包括基材，例如，金属、塑料、玻璃、木材和纸张。一些可受益于涂料的产品包括汽车、船、飞机、管道、电气用具(appliances)、工业机械、家具、包装和电子显示器。
大多数涂料是作为液体或固体施用的。举例来说，粉末涂料是作为固体施用的，而很多涂料是作为可随后转变成固体的液体施用的。如本文所用的，“液体涂料”是包括待施用至基材的分散颜料的液体涂料分散体。液体涂料包括液体载体以及可溶解、分散或悬浮于其中的其它组分。液体涂料典型地在施用至基材后通过干燥而转变成固体涂层。固体涂层或“涂层”不是液体但可包含痕量的溶剂或其它流体。涂层中的任何颜料颗粒均是固定的且不是自由移动的。从液体涂料向涂层的转变可例如通过溶剂蒸发和/或树脂或其它聚合材料的聚合而发生。液体涂料适于在无进一步稀释的情况下施用至基材，不同于将要在施用之前调漆的漆浆。液体涂料可包括液相或溶剂、一种或多种粘结剂、以及一种或多种颜料。此外，可使用多种添加剂，包括分散剂、消泡剂、润湿剂、聚结剂、防锈剂和/或抗微生物剂。液相+粘结剂被称作载剂。载剂还可包括非颜料物质，例如分散剂、润湿剂和缓冲剂。液体涂料可为基于含水的或基于非含水的。如本文所用的，含水或水性液体涂料中的溶剂部分(当最终涂料干燥或固化时蒸发的液体部分)包括至少90重量％的水，而且，在很多情况下，溶剂体系是大于95重量％或大于99重量％的水。类似地，基于含水或水性液体涂料的全部质量，含水或水性液体涂料可包括大于50重量％、大于80重量％、或大于90重量％的水。含水分散体的介电常数典型高于非含水分散体，而且，在很多情况下，本文所述的分散体或水性涂料的介电常数可大于50、大于60、或大于70且最高达水的介电常数(约80)。
涂料中的颜料可向涂料(涂层)提供不透明性和色彩这两者且可改变其它性质例如光泽、机械强度和耐久性。颜料还影响液体涂料性质，例如粘度。颜料(例如炭黑)可难以分散在液体(例如水)中，而且，高浓度的炭黑漆浆经常调漆以产生液体涂料。将炭黑直接分散到最终调漆剂中的在先尝试需要太多的能力，导致破坏水性胶乳乳液。如果颜料例如炭黑已经分散在漆浆中，则调漆成液体涂料典型地比由未经分散的炭黑粉末直接形成液体含水涂料更为容易。漆浆可包括高浓度(例如25～58重量％)的颜料例如炭黑，而液体涂料包括低浓度(典型地0.5～3重量％)的颜料。
在涂料领域中，包括经改性和未经改性的炭黑的液体涂料经常通过如下制备：在载体中，对炭黑进行珠磨以适当地分散炭黑。典型地，将炭黑与研磨介质、水、树脂、消泡剂、聚结剂及其它任选的材料一起加入到Eiger磨机或其它介质磨机中以帮助促成稳定的分散体。所述磨机可在以高的能量进行研磨的同时操作最高达数小时。典型地，需要超过100瓦特的功率来产生200g的漆浆样品。在完成分散过程后，从漆浆过滤出研磨介质。漆浆可包含大于30重量％的经处理的炭黑。通过用载剂(其可包括水性溶剂(水)、树脂、分散剂、润湿剂以及可随着具体应用而改变的其它材料)稀释漆浆，漆浆分散体可被调漆以形成液体涂料。尽管经高度处理的炭黑(大于10μmol/m2)可提供稳定的含水分散体，但是，已经发现，经高度处理的炭黑与一些树脂(例如丙烯酸类树脂)的组合可导致具有差的遮盖性的涂层。
本文所述的改性炭黑和液体涂料所具有的性质可消除对于高能球磨的需要。搅拌或搅入过程不需要添加必须从所得的分散体过滤出来的玻璃珠或其它介质。可使用混合器例如浆式混合器或高速混合器来进行搅拌。搅拌可需要比常规球磨少的能量，意味着分散体或乳液不会被高能研磨工艺破坏。在很多实施方式中，对于200g样品，搅入改性炭黑颗粒所需的功率小于100瓦特、小于70瓦特、小于50瓦特或小于40瓦特，而且，在这些功率水平下，可在小于3小时、小于2小时、或小于1小时内获得稳定分散体。在一些实施方式中，混合器的速度可限制为小于10m/s、小于5m/s、小于3m/s、或小于或等于2m/s的混合叶片尖端速度。搅拌无需像球磨那样提高分散体的温度。例如，在一些实施方式中，搅拌过程将使液体载剂的温度升高小于10℃、小于5℃或小于1℃。与此相反，研磨过程可使液体载剂的温度升高大于10℃，这可导致包括混合物凝胶化在内的许多问题。
本文所述的改性炭黑颗粒可保持在含水体系中分散数月或数年。如本文所用的，稳定的分散体是这样的分散体，其中，在1重量％炭黑加载量的分散体在升高的温度(例如52℃)下老化一周后，由该分散体制得的涂层的遮盖能力不存在统计学上的显著降低。如果分散体包含大于1重量％的改性炭黑(例如在漆浆的情形中)，则使该分散体老化并随后在包括相容性树脂的含水载剂中调漆至1重量％炭黑以测试遮盖能力。当干燥时，涂层将包括约3重量％的炭黑。如本文所用的，“调漆”包括通过稀释漆浆而制得的液体涂料以及直接通过将未经分散的颜料分散在液体载剂中而制得的液体涂料。
在一组实施方式中，可将改性炭黑颜料直接搅拌到含水液体载剂中以产生稳定的液体含水涂料，例如油漆或底涂。调漆产物可为具有例如1重量％、2重量％、3重量％或4重量％的分散颜料含量的水性液体涂料。所述水性液体涂料可在不存在产生漆浆的中间步骤的情况下产生。在一个实施方式中，包含1重量％～5重量％改性炭黑的液体涂料可由改性炭黑直接制得而无需形成炭黑浓度大于10重量％的中间分散体(漆浆)。虽然涂料制造商先前可能需要若干种不同的漆浆以确保与不同涂料配制物的相容性，但是，单一的干燥改性炭黑可替代若干种漆浆，因为干燥的改性炭黑能够不含潜在的不相容组分例如不相容的树脂。干燥改性炭黑的运输成本可低于包含相等量的炭黑的漆浆，而且，干燥材料还可在更长的时间段中稳定。除了干燥粉末形式以外，未经分散的改性炭黑还可以能够搅拌到液体载剂中以形成液体涂料的替代性未分散形式(例如浆料或凝胶)来输送。
在另一组实施方式中，使用本文所述的改性炭黑制造高加载量的漆浆。所述漆浆可包括浓度大于30重量％、大于35重量％、或者大于或等于40重量％的改性炭黑且仍可实现小于1100cP、小于1000cP、小于800cP、小于700cP、小于650cP、小于600cP或小于560cP的可用粘度(除非另有说明，否则在10rpm下)。在一些实施方式中，漆浆可限于小于60重量％或小于50重量％的改性炭黑浓度。使用DV-II+粘度计(BrookfieldEngineering Laboratories,Middleboro,MA)采用以下程序测量分散体粘度。
在向该仪器供电后，打开冷却器并将温度设定为25℃。然后，如由该仪器的显示器所指示地采用自动调零方法将该仪器调零。通过按下“设定芯轴”功能直至所选芯轴(除非另有指定，否则在此使用#3)高亮来选择芯轴。再次按下“设定芯轴”功能以输入选择。使用待测试的分散体来部分地填充小样品杯。如果使用圆盘型的几何体(例如#3)，则将所述圆盘置于分散体中并温和地旋转以释放任何可能被捕集在所述圆盘下的空气。子弹形状的几何体可直接连接至芯轴。然后，将样品杯置于该仪器上的夹套支架中，而且，如果尚未连接，则将所述几何体拧紧到芯轴上。使用移液管，将所述样品杯填充至距离顶部约2.5mm，并且，将速度设定为10rpm。打开电动机并且使系统在10rpm下平衡1分钟。在20rpm、50rpm和100rpm下对此进行重复。在100rpm下平衡1分钟后，完成测试并关闭电动机。
为了在液体含水涂料中达到具体的炭黑浓度，炭黑在漆浆中的较高的加载量允许使用与较低炭黑浓度的漆浆相比较小量的漆浆。如果包括较高炭黑颜料加载量的漆浆稳定的话，则可因此降低例如运输和储存的成本。在这些较高的浓度下，漆浆典型地变得太粘而无法操作且可太粘而无法通过珠磨机。举例来说，为了通过Eiger磨机，除非使用大量的分散剂，否则包括中等结构炭黑的漆浆典型地限于约25％的炭黑浓度。本文所述的改性炭黑在较高的加载量下提供了较低的粘度。由于可将改性炭黑搅拌而非研磨到漆浆中，因此，在生产过程中容许较高的粘度。例如，经约1.925μmol/m2的磺胺酸处理的具有85.5m2/g的STSA表面积(在处理前的STSA)和25nm初级粒径的炭黑能够在小于2.4mg/平方米炭黑表面积(在处理前的STSA)的分散剂浓度和40重量％的改性炭黑加载量下形成易于倾倒的漆浆。这允许当与常规研磨产物(25％炭黑)相比时使制造等价液体涂料所需的漆浆体积减少约28.5％。这还意味着液体涂料配制者能够更为细致地控制在最终液体涂料中的组分(例如树脂和分散剂)的类型和浓度，因为较浓的漆浆(基于炭黑)向最终的含水液体涂料贡献了较少量的这些材料。除了消除或减少所需研磨的量以外，能够显著地降低混合功率(速度)。例如，本文所述的经处理的炭黑的一些实施方式可通过在小于10m/s、小于5m/s、小于4m/s、小于3m/s或者小于或等于2m/s的混合叶片尖端速度下进行混合而充分分散。相比之下，当前所用的经改性和未经改性的炭黑颜料典型地通过在提高浓度的分散剂的存在下在大于10m/s的尖端速度下进行研磨和混合来制备。
可使用若干种可测量的光学因子来评价包含颜料例如炭黑的涂层(涂料)。色彩可通过测量黑度(L*)、蓝色/黄色(b*)以及红色/绿色(a*)来三维地表示。0的L*值可为完美的黑色，而数值越高则越白。本文所述的液体涂料可固化成具有小于或等于5、小于或等于4.5、小于或等于4、小于或等于3.5、或者小于或等于3的L*值的涂层。负的b*值指示蓝色底色，而正的b*为黄色。本文所述的液体涂料可固化成具有小于或等于-0.2、小于或等于-0.3、小于或等于-0.4、或者小于或等于-0.5的b*值的涂层。负的a*值指示较绿的色调，而正的a*值指示较红的色调。这些值可在实验室中使用诸如Hunter Lab Scan 6000的仪器来测量。评价用于涂层中的炭黑的另一个重要因子是涂层的“遮盖能力”。更有利的涂层(涂料)能够完全或基本上遮蔽或遮盖其上覆盖有所述涂层(涂料)的基材。本文所述的涂层(涂料)的很多实施方式能够以非常薄的涂层遮蔽基材，且能够导致在0.0254mm的薄涂层下具有大于或等于0.95、大于或等于0.97、大于或等于0.98、大于或等于0.99、或等于1的遮盖能力的涂层。可使用具有一半黑色和一半白色的油漆测试表或者BYK Opacity Chart#2813来测量遮盖能力。涂层(涂料)的遮盖能力是白色区域上的光学密度与黑色区域上的光学密度的比率。
炭黑是本领域技术人员已知的且包括槽法炭黑、炉法炭黑、气黑和灯黑。可使用来自多个供应商的炭黑。一些可商购获得的炭黑以商标Black和销售且可得自Cabot Corporation(例如Black1100、Black1000、Black900、Black880、Black800、Black700、Black570、BlackL、8、320、1100、1000、900、880、800、700、L、330、400、660和其它可商购获得的炭黑包括但不限于以商标和销售的炭黑，可从Columbian Chemicals获得的CD和HV系列，以及可从Orion Engineered Carbons获得的和产品。
本文所述的炭黑可展现出特定范围的STSA。如本文所用的，改性炭黑的STSA是所述炭黑在改性之前的STSA。在一些实施方式中，经改性的炭黑具有约10m2/g～约350m2/g、约20m2/g～约300m2/g、或者约30m2/g～约150m2/g的STSA。在一个实施方式中，STSA为85.5m2/g的炭黑提供了优异的结果。如果用于所需应用的期望的表面积不易于达到，则本领域技术人员还应充分认识到，如果期望的话，可使改性炭黑经历尺寸减小或粉碎技术，例如球磨或喷射研磨或超声处理，从而将颜料减小至较小的粒径。而且，改性炭黑可具有本领域已知的各种各样的初级粒径。例如，炭黑可具有约5nm～约100nm(包括约10nm～约80nm和15nm～约50nm)的初级粒径。在一些实施方式中，炭黑可具有小于200、小于100或小于75nm的初级粒径。此外，炭黑还可具有宽范围的邻苯二甲酸二丁酯吸附(DBP，依据ASTM D2414)值，其为颜料的结构或支化的量度。例如，炭黑可具有约25～400mL/100g(包括约30～200mL/100g和约50～150mL/100g)的DBP值。在含水分散体例如漆浆和液体涂料中，改性炭黑颗粒分散体可展现出小于0.6μm(例如，0.1～0.6μm、0.1～0.4μm或者0.15～0.5μm)的D90。
处理前的炭黑也可为已经使用氧化试剂氧化以将离子和/或能离子化的基团引入到表面上的炭黑。已经发现，以该方式制备的炭黑在表面上具有较高的含氧基团程度。氧化试剂包括，但不限于，氧气、臭氧、NO2(包括NO2与空气的混合物)、过氧化物(例如过氧化氢)、过硫酸盐(包括过硫酸钠、过硫酸钾或过硫酸铵)、次卤酸盐(例如次氯酸钠)、岩盐、卤酸盐、或高卤酸盐(例如亚氯酸纳、氯酸钠或高氯酸钠)、氧化酸(例如硝酸)以及含有过渡金属的氧化剂(例如高锰酸盐、四氧化锇、铬氧化物或硝酸铈铵)。也可使用氧化剂的混合物，特别是气态氧化剂(例如氧气和臭氧)的混合物。此外，还可使用采用用于在颜料表面上引入离子或能离子化的基团的其它表面改性方法(例如氯化和磺酰化)而制备的炭黑。
炭黑可为连接有至少一个有机基团的改性炭黑。有机基团可直接连接。直接连接的基团是化学键合至炭黑且不简单地与炭黑结合的基团。如果大于75％的有机基团在用去离子水漂洗时保留在炭黑上，则有机基团直接连接至炭黑。
改性炭黑可使用本领域技术人员已知的任意方法制备，以使有机化学基团连接至颜料。例如，改性颜料可使用美国专利No.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和6,337,358中所述的方法制备，它们的说明书在此全部引入作为参考。与采用例如聚合物和/或表面活性剂的分散剂型方法相比，这样的方法保证了基团在炭黑上的更稳定的连接。制备改性炭黑的其它方法包括使具有可利用的官能团的炭黑与包含有机基团的试剂反应，这样的方法描述于例如美国专利No.6,723,783中，该美国专利的全部内容在此引入作为参考。这样的官能化颜料可采用前述引入的参考文献中所述的方法制备。另外，还可通过美国专利No.6,831,194和6,660,075、美国专利公布No.2003-0101901和2001-0036994、加拿大专利No.2,351,162、欧洲专利No.1394221和PCT公布No.WO04/63289以及N.Tsubokawa,Polym.Sci.,17,417,1992中描述的方法制备包含连接的官能团的改性炭黑，它们的全部内容也在此引入作为参考。
改性炭黑的有机基团可为能够使改性炭黑分散在所选择的液体涂料或漆浆的含水载剂中的基团。所述有机基团可包括离子化或能离子化的基团。如本文所用的，用于在形成含水分散体之前通过例如重氮化学来处理炭黑的有机基团不被认为是由改性炭黑制得的含水液体分散体中的分散剂。
有机基团在改性炭黑上的连接(处理)水平应当足以提供改性炭黑在含水载剂中的稳定分散体。根据每表面积(STSA)炭黑的有机基团的摩尔数来提供连接水平。例如，有机基团可以0.1～10.0μmol/m2、0.2～5.0μmol/m2、0.5～2.5μmol/m2、0.5～2.0μmol/m2、0.5～1.5μmol/m2、1.5～3.0μmol/m2、1.5～4.0μmol/m2、1.5～4.5μmol/m2、或1.0～2.0μmol/m2的水平连接。在一些实施方式中，连接水平可大于0.1μmol/m2且小于3.0μmol/m2、或者大于0.1μmol/m2且小于2.0μmol/m2。包括离子或能离子化的基团的基团的连接水平还可根据当量/面积来量化。这些连接水平可通过本领域技术人员已知的方法(例如元素分析)测定。
可采用诸如重氮化学、偶氮化学、过氧化物化学、磺化和环加成化学的方法，使基团连接至炭黑。这些所引入的参考文献的一篇或多篇中所公开的重氮工艺可经调整以提供至少一种重氮盐与炭黑颜料(例如尚未以连接基团进行表面改性的原始有机黑色颜料)的反应。重氮盐为具有一个或多个重氮基团的有机化合物。在一些工艺中，重氮盐可在与有机黑色颜料材料的反应之前制备，或者，更优选地，重氮盐可采用诸如所引用的参考文献中所述的技术原位生成。原位生成还允许使用不稳定的重氮盐例如烷基重氮盐并且避免了重氮盐的不必要的处理或操作。在一些工艺中，亚硝酸和重氮盐这两者均可原位生成。
如本领域已知的，重氮盐可通过伯胺、亚硝酸盐(酯)和酸的反应生成。所述亚硝酸盐(酯)可为任何金属亚硝酸盐(优选亚硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸钾或亚硝酸锌)、或者任何有机亚硝酸酯(例如亚硝酸异戊酯或亚硝酸乙酯)。所述酸可为在重氮盐的生成方面是有效的任何酸(无机的或有机的)。优选的酸包括硝酸HNO3、盐酸HCl、以及硫酸H2SO4。所述重氮盐还可通过使伯胺与二氧化氮水溶液反应而生成。所述二氧化氮水溶液NO2/H2O可提供生成重氮盐所需的亚硝酸。通常，当由伯胺、亚硝酸盐(酯)和酸生成重氮盐时，基于所述胺需要两当量的酸。在原位工艺中，可使用1当量的酸生成重氮盐。当所述伯胺包含强酸基团时，在一些工艺中，加入单独的酸可为不必要的。所述伯胺的酸基团可供给所需的酸当量之一或两个。当所述伯胺包含强酸基团时，可向工艺中加入优选0～1当量的额外的酸以原位生成重氮盐。已经显示出优越性质的这样的伯胺的一个实例为对氨基苯磺酸(磺胺酸)。
经表面改性的炭黑可包含连接有至少一个有机基团的炭黑颜料。所述改性炭黑可具有连接的至少一个具有式-X-Z的有机基团，其中，作为直接连接至炭黑的第一化学基团的X代表亚芳基、亚杂芳基、亚芳烷基、或亚烷芳基，且Z代表第二化学基团。Z可为非聚合物型的。Z可为，例如，至少一个离子基团或者至少一个能离子化的基团。
如所述的，基团X可代表亚芳基或亚杂芳基、亚芳烷基或亚烷芳基。X可直接连接至颜料上且进一步被Z基团取代。X可为连接体基团(例如，连接双基团(diradical))，其优选可直接结合在颜料表面和Z基团之间。所述亚芳基和亚杂芳基可为芳族基团，包括，但不限于，含有一个或多个环的不饱和环状烃。对于亚杂芳基，芳族基团的一个或多个环碳被杂原子代替。所述杂原子为非碳原子，例如N、S、O或其它。芳族基团的氢可被取代或不被取代。如所述的，X可代表亚杂芳基。已经发现，采用包括基于杂环的重氮盐的重氮化学路线处理有机黑色颜料表面例如苝黑表面可使得更易于连接表面改性基团。
所述亚杂芳基可为连接体基团，其包括例如至少一个含有一个或多个杂原子(例如，一个、两个、三个或更多个杂原子)的杂环。所述杂环可包含例如3-12个环成员原子，或者5-9个环成员，或者5、或者6、或者7、或者8元环。所述杂环可包括，例如，至少一个碳原子、或者至少两个碳原子、或者其它数量的碳原子。当在杂环中使用多个杂原子时，所述杂原子可相同或不同。杂环基团可包含单一杂环或者包括至少一个杂环的稠环。所述亚杂芳基可为，例如，亚咪唑基、亚吡唑基、亚噻唑基、亚异噻唑基、亚唑基、亚异唑基、亚噻吩基、亚呋喃基、亚芴基、亚吡喃基、亚吡咯基、亚吡啶基、亚嘧啶基、亚吲哚基、亚异吲哚基、亚四唑基、亚喹啉基、亚异喹啉基、亚喹唑啉基、亚咔唑基、亚嘌呤基、亚呫吨基、亚二苯并呋喃基、亚2H-苯并吡喃基、或者它们的任意组合。X还可代表亚芳基，例如亚苯基、亚萘基、亚联苯基苯基、亚蒽基等。当X代表亚烷基时，实例包括，但不限于，取代或未取代的亚烷基(其可为支化的或未支化的)。例如，所述亚烷基可为例如C1-C12基团，诸如亚甲基、亚乙基、亚丙基、或亚丁基、或者其它亚烷基。
基团X可进一步被不同于Z的基团例如一个或多个烷基或芳基取代。此外，基团X可例如被一个或多个官能团取代。官能团的实例包括，但不限于，R、OR、COR、COOR、OCOR、羧酸根、卤素、CN、NR2、SO3H、磺酸根、硫酸根、NR(COR)、CONR2、NO2、PO3H2、膦酸根、磷酸根、N-NR、SOR、NSO2R，其中，R可相同或不同，独立地为氢、支化或未支化的C1-C20取代或未取代的、饱和或不饱和的烃，例如，烷基、烯基、炔基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的烷芳基、或者取代或未取代的芳烷基。
如所述的，基团Z可为至少一个离子基团或能离子化的基团。基团Z还可包括离子基团与能离子化的基团的混合。所述离子基团可为阴离子型或阳离子型，而且可与相反电荷的反离子缔合，所述相反电荷的反离子包括诸如如下的反离子：Na+、K+、Li+、NH4+、NR′4+、乙酸根、NO3 -、SO4 -2、R′SO3 -、R′OSO3 -、OH-和Cl-，其中R'代表氢或有机基团如取代或未取代的芳基和/或烷基。所述能离子化的基团可为能够在所用的介质中形成离子基团的基团。能阴离子化的基团可形成阴离子且能阳离子化的基团可形成阳离子。离子基团包括美国专利No.5,698,016、5,837,045和5,922,118中所描述的那些，其描述全部引入本文作为参考。所述阴离子基团是可由具有能够形成阴离子的能离子化的取代基(能阴离子化的基团)如酸性取代基的基团产生的带负电的离子基团。它们还可为能离子化的取代基的盐中的阴离子。阴离子基团的代表性实例包括-COO-、-SO3-、-OSO3-、-HPO3-、-OPO3 -2和-PO3 -2。所述阴离子基团可包括反离子，其为单价金属盐，例如Na+盐、K+盐、或Li+盐。所述反离子还可为铵盐，例如NH4 +盐。能阴离子化的基团的代表性实例包括-COOH、-SO3H、-PO3H2、-R′SH、-R′OH和-SO2NHCOR′，其中R'代表氢或有机基团如取代或未取代的芳基和/或烷基。所述阳离子基团是可由能够形成阳离子的能离子化的取代基(能阳离子化的基团)如质子化胺产生的带正电的离子基团。例如，烷基或芳基胺可在酸性介质中质子化以形成铵基团-NR′2H+，其中R'代表有机基团如取代或未取代的芳基和/或烷基。阳离子基团还可为带正电的有机离子基团。实例包括季铵基团(-NR′3+)和季基团(-PR′3+)。在此，R'代表氢或有机基团如取代或未取代的芳基和/或烷基。所述阳离子基团可包括烷基胺基团或其盐、或者烷基铵基团。
所述基团Z可包括至少一个羧酸基团或其盐、至少一个磺酸基团或其盐、至少一个硫酸根基团、至少一个膦酸基团或其盐、至少一个烷基胺基团或其盐、或者至少一个烷基铵基团。由于可优选基团X为亚杂芳基或亚芳基，因此，具有式-X-Z的连接的有机基团可包括，但不限于，杂芳基羧酸基团、杂芳基磺酸基团、芳基羧酸基团、芳基磺酸基团、或者它们的盐。例如，所述连接的有机基团可为，例如，咪唑基羧酸基团、咪唑基磺酸基团、吡啶基羧酸基团、吡啶基磺酸基团、苯羧酸基团、苯二羧酸基团、苯三羧酸基团、苯磺酸基团、或者它们的盐。所述连接的有机基团还可为这些中的任意的取代衍生物。
如本文所用的，分散剂是可在含水体系中用于辅助形成原本不可分散的炭黑颗粒的分散体的物质。分散剂与颗粒强有力地结合且针对其保持颗粒分开的能力进行选择。分散剂可包括表面活性剂、官能化的聚合物和低聚物。分散剂可为非离子型分散剂或者可为包括阴离子型分散剂和阳离子型分散剂这两者的离子型分散剂。优选非离子型分散剂，而且，在离子型分散剂中，优选阴离子型分散剂。分散剂可为两性的且可为聚合物型的或者包括聚合物型基团。分散剂不包括其它可用于含水涂料中的添加剂，例如润湿剂、消泡剂和共溶剂。
分散剂在漆浆或含水涂料中的浓度可以本领域技术人员已知的若干种方式来测量。相信，充分分散炭黑所需的分散剂的量随着分散体中的颗粒表面积而变化比随着分散体中的颗粒质量而变化更为精确。因此，除非另有说明，分散剂在具体分散体中的浓度以分散体中的分散剂质量/炭黑总面积(STSA)的单位来提供。例如，单位可为毫克分散剂/平方米炭黑表面积，所述炭黑表面积通过STSA测定。由于可能难以精确地测定经改性(经处理)的炭黑的表面积，因此，在分散体包括改性炭黑的情况中，当提供分散剂在分散体中的浓度时，将使用相应的未经处理的炭黑的面积。
聚合物型分散剂的特定实例包括合成的聚合物型分散剂。乙氧基化物通常在水性配制物中用作分散剂。举例来说，使用烷基酚基乙氧基化物和烷基乙氧基化物。实例包括来自Baker Petrolite的D-1038。可用作含水涂料中的分散剂和添加剂的聚合物及相关材料包括在来自Evonik的产品、来自Lyondell的Ethacryl产品、来自BASF的Joncryl聚合物和EFKA分散剂、以及来自BYK的和分散剂中。可采用的示例性的分散剂包括但不限于DisperBYK182、DisperBYK 190和/或DisperBYK 192(均可得自BYK Chemie)、可得自Lubrizol的SolsperseTM分散剂(包括46000)；以及来自Ciba的EFKA4585、ELKA4550和EFKA4560。
各种流变改性剂也可与含水涂料组合物一起使用以调节组合物的粘度并提供其它期望性质。适宜的化合物包括，但不限于，水溶性的聚合物和共聚物，例如阿拉伯树胶、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、聚乙烯醇(来自DuPont的Elvanols、来自Celanese的Celvoline)、羟基亚丙基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮(例如来自BASF的Luvatec、来自ISP的Kollidon和Plasdone、以及PVP-K、Glide)、聚乙烯醚、淀粉、多糖、经或未经环氧乙烷和环氧丙烷衍生的聚乙烯亚胺等。此外，粘结剂可以分散体或胶乳的形式添加或存在。例如，聚合物型粘结剂可为丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物的胶乳(例如来自DSM Neoresins的材料、来自Alberdingk-Boley的AC和AS聚合物)或者可为能够水分散的聚氨酯(例如来自Alberdingk-Boley的ABU)或聚酯(例如来自Eastman Chemical的AQ聚合物)。可用作含水涂料中的粘结剂的聚合物(例如前面所列的那些)、变体及相关材料包括在来自BASF的聚合物、来自DSM Neoresins的NeoCryl材料、以及来自Alberdingk-Boley的AC和AS聚合物中。
还可使用用于控制或调节本文所述的含水涂料组合物的pH的各种添加剂。适宜的pH调节剂的实例包括各种胺例如二乙醇胺和三乙醇胺以及各种氢氧化物试剂。氢氧化物试剂是任何包含OH-离子的试剂，例如具有氢氧根反离子的盐。实例包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铵、以及氢氧化四甲基铵。还可使用其它氢氧化物盐、以及氢氧化物试剂的混合物。此外，还可使用在含水介质中产生OH-离子的其它碱性试剂。实例包括碳酸盐例如碳酸钠、碳酸氢盐例如碳酸氢钠、以及醇盐例如甲醇钠和乙醇钠。还可添加缓冲剂。
在一组实施方式中，已经发现，易于分散的改性炭黑可通过如下制得：采用重氮化学，使用磺胺酸对未经处理的炭黑进行表面处理，导致包括苯磺酸基团的改性炭黑：
在第二组实施方式中，采用重氮化学，使用对-氨基苯甲酸来处理炭黑，从而获得包括苯甲酸基团的改性炭黑：
这些基团可有助于使得改性炭黑可分散，且如下面所示出的，很多这些经处理的炭黑可在不使用高能量或研磨介质的情况下搅拌到涂料中。尽管采用较高的处理剂加载量来改善炭黑的分散性，但是，已经发现，降低浓度的处理导致这样的颜料，所述颜料提供了干燥成具有优良的遮盖能力和彩色色调的涂层的搅入液体涂料。此外，已经发现，与本领域所认为的相反，其它分散剂可对一些经处理的炭黑的分散性具有负面影响。如本文所用的，“搅入”炭黑是这样的改性炭黑，其在含水载剂中的稳定分散不需要经过珠磨。举例来说，具有小于300m2/g的STSA和小于3.5、小于3.0、小于2.5、或者小于或等于2.0μmol/m2的处理水平的非常特定的改性炭黑已经显示出在“搅入”液体涂料中提供优异的覆盖性和色彩。因此，令人惊讶地，具有低处理水平(例如小于3.5μmol/m2)的经处理的炭黑在使用低能量搅入工艺进行制造时能够形成导致具有优异的遮盖和色彩特征的涂料(涂层)的稳定含水分散体。与常规看法相反，能够以低的分散剂浓度实现这些结果。例如，相对于炭黑在液体涂料中的量，分散剂浓度可为小于5.0、小于3.0、小于2.4、小于2.0、小于1.8、小于1.5、小于1.0、小于0.7、小于或等于0.5、或者小于或等于0.2mg分散剂/平方米炭黑表面积(STSA)。在相同或其它的实施方式中，分散剂浓度可为大于0.01、大于0.1、大于.2、或大于0.5mg分散剂/平方米炭黑表面积。特定的分散剂范围可取决于，例如，正在分散的改性炭黑的处理水平。这些分散剂范围可为，例如，0.1～3.5、0.1～3.0、0.1～2.5、0.1～2.0、0.1～1.5、0.1～1.0、0.1～0.7和0.1～0.5mg分散剂/平方米炭黑表面积。已经发现，一个其中改性炭黑已经处理至约1.84μmol/m2的有机处理加载量的实施方式要求最小量的分散剂。例如，在该实施方式中，用于制造40重量％改性炭黑含水漆浆的分散剂的量可为0.1～1.0、0.1～0.7或0.1～0.5mg分散剂/平方米炭黑表面积。该漆浆在调漆至含水涂料分散体(1～5％改性炭黑)时展现出低的粘度、优异的遮盖能力、良好的黑度和良好的底色。令人惊讶的是，以较高的处理水平(例如大于或等于3.5μmol/m2)进行改性的改性炭黑实际上需要较大量的分散剂以实现该水平的遮盖能力和色彩性能。
在一组实施方式中，已经发现，包括具有低处理水平的炭黑与具有低分散剂浓度的液体载剂的具体组合的分散体能够提供所拥有的性质与使用较高处理水平或较高分散剂浓度制得的分散体同样良好或更佳的分散体。例如，在一个实施方式中，可将处理水平限制于小于3.5μmol/m2且分散剂浓度小于2.4mg/平方米炭黑。在另一实施方式中，可将处理水平限制于小于3.0μmol/m2且分散剂浓度小于2.4mg/平方米炭黑。在另一实施方式中，可将处理水平限制于小于1.84μmol/m2且分散剂浓度小于1.7mg/平方米炭黑。在另一实施方式中，可将处理水平限制于小于3.0μmol/m2且分散剂浓度小于1.0mg/平方米炭黑。在具有对于处理水平和分散剂浓度的限制的这些实施方式的任一个中，当将单位为μmol/m2的处理水平与单位为mg分散剂/平方米炭黑的分散剂浓度相加时，总和可例如大于或等于2.0、2.5、3.0或3.5。
含水涂料的评价方法
为了评价炭黑漆浆在形成含水涂料中的用途，可采用以下在本文中称为“含水涂料评价方法A”的程序来产生膜，然后可测试该膜的诸如色彩、色相(hue)及遮盖能力的性质。将所评价的漆浆调漆成具有下表中所提供的组分和量的200g最终分散体，从而在所述最终液体涂料中达到1重量％的炭黑浓度。当固化时，该配制物将导致具有约3重量％炭黑含量的固化涂层。如果任何调漆载剂组分无法获得，则其可用本领域技术人员已知的类似材料替代。例如，可将Neocryl A-6085替换成另一种阴离子丙烯酸类-苯乙烯共聚物胶乳树脂。使用装有螺旋桨型不锈钢叶片的Heavy Duty实验室混合器，将炭黑漆浆搅拌到表12的丙烯酸类胶乳调漆载剂中。所述混合器是在设定1.5(500～1000rpm)下操作10分钟。然后，将最终的液体分散体以所选择的厚度施用至不透明性图表或不锈钢基材并固化以提供着色涂层，然后，可评价该着色涂层的诸如黑度(L*)、蓝色/黄色底色(b*)、红色/绿色底色(a*)及遮盖能力的光学性质。
实施例
为了评价使用本文所述的搅入改性炭黑产生的涂料的特征，使用相同的未经处理的炭黑以不同的有机处理水平制备一系列涂料。此外，将搅入涂料与使用相同的未经处理的炭黑及液体载剂制备但使用常规珠磨工艺产生的涂料进行比较。
实施例1-
以不同量的磺胺酸采用常规重氮化学处理未经改性的炭黑(Regal 330R)，从而产生处理水平为1.925(样品1)、2.2(样品2)、3.3(样品3)和4.4μmol/m2(样品4)的经处理的炭黑。Regal 330R炭黑具有85.5m2/g的STSA、65mL/100g的DBP结构、以及25nm的平均初级粒径。使用顶置式实验室浆式混合器以500rpm的速度将所述改性炭黑样品搅拌到表1的丙烯酸类胶乳调漆载剂中，从而达到在液体涂料中的1重量％的炭黑浓度。这导致具有约3重量％炭黑的最终固化涂层。对于200g的样品，混合所需的功率小于40瓦特且干燥改性炭黑是在小于60分钟内分散。对照物是未经改性的Regal 330R，其常规地首先以15％炭黑浓度分散到漆浆中。然后，使用与实验样品中相同的材料，将该漆浆调漆至1％炭黑(以重量计)液体涂料，但加入分散剂(PETROLITE D-1038)以达到1.47mg/平方米炭黑表面积的浓度。与此相比，实验样品1-4中所提供的值为0.35mg分散剂/平方米炭黑表面积。使用刮涂棒将每种样品以0.0254mm的湿膜厚度刮涂至不透明性图表上。每个膜干燥至约0.0082mm的膜厚度。图1中提供了这些膜的照片的副本。如由这些照片明显的，对于1.925和2.2μmol/m2的处理水平，低能量搅入材料的遮盖能力等于经珠磨的Regal 330R的遮盖能力。但是，具有较高处理水平(3.3和4.4μmol/m2)的样品展现出差的遮盖能力。图2示出了在不进行珠磨的情况下的如样品1-4那样由使用已经搅拌的Regal 330R制备的涂料获得的膜。该样品显示出差的覆盖性，表明本文所述的改性炭黑在采用搅入工艺时对于获得良好的覆盖性是重要的。因此，这些实验表明：可用具有相对低的分散剂水平的低能搅入经处理的炭黑代替必须引入到最终调漆剂中作为漆浆的包括高分散剂浓度的高能量的经珠磨的炭黑。
表1
组分 功能 百分数(重量％)
Neocryl A-6085 树脂 32.0
水 载体 56.4
亚硝酸钠(25％水) 闪锈抑制剂 1.2
Dehydran 1293 消泡剂和除气剂 0.4
Surfynol 104DPM 消泡剂、润湿剂 0.4
BYK 346 润湿剂 0.1
一缩二丙二醇甲基醚 聚结剂 2.4
丙二醇正丁基醚 聚结剂 4.8
一缩二丙二醇正丁基醚 聚结剂 2.4
实施例2-
在另一组实验中，在不同的分散剂浓度水平下制备包括样品1的改性炭黑(1.925μmol/m2)的漆浆，所述水平包括0.35mg分散剂(PETROLITE D-1038)/平方米炭黑表面积、0.70mg分散剂/平方米炭黑表面积、1.05mg分散剂/平方米炭黑表面积、及1.47mg分散剂/平方米炭黑表面积。使用表1的配制物对这些漆浆进行调漆以提供液体涂料。图2A、2B和2C示出了比较所述液体涂料与具有1.47mg分散剂(PETROLITE D-1038)/平方米炭黑表面积的Regal 330R的常规涂料的L*(黑度)、b*(底色)和遮盖能力的图示结果。如图3中所示的，在钢基材上的L*色彩性能相对于使用对照物获得的L*色彩性能(约5的L*值)有显著改善。不使用分散剂，样品1提供了小于3的L*值，而且，在0.35mg分散剂/平方米炭黑表面积下，样品1提供了3.3的L*值，在0.70mg分散剂/平方米炭黑表面积下，样品1提供了3.5的L*值，而常规涂料在1.47mg分散剂/平方米炭黑表面积的分散剂水平下具有4.9的L*值。
图4图示说明了所有样品的遮盖能力。涂料各自以0.0254mm的厚度施用并使其干燥。使用BYK Opacity Chart#2813评价遮盖能力。分散剂浓度为1.47mg/m2的经珠磨的对照样品以及所有的实验样品均展现出1的遮盖能力。这说明实验样品能够展现出与具有较高分散剂水平且已经在高能量下研磨的常规炭黑含水涂料相同的遮盖能力。
图5提供了显示实验样品和对照物的蓝色底色值的图示数据。具有1.47mg/m2分散剂的常规珠磨材料提供了约0.0的b*值。除了完全不含分散剂的情形以外，经搅拌的液体涂料全部导致具有约-0.6的负(优选)底色的涂层(涂料)。这说明由本文所述的改性炭黑体系制得的搅入涂料的优异的蓝色底色。
实施例3-
在另一实验中，漆浆(S)是使用本文所述的改性炭黑和方法制得且将其与使用常规炭黑制得的漆浆(M)进行比较。使用表2的配制物以0.35mg/m2的分散剂加载量将漆浆S制备成35.5重量％炭黑。使用92g的已经处理至1.925μmol/m2的磺胺酸水平的Regal 330R制备样品S。使用未经处理的Regal 330R制备样品M。使用立式桨式搅拌机以500rpm(1.05m/s尖端速度)及40瓦特搅拌样品S。样品M旨在首先在预混合步骤中用高速混合器(10m/s尖端速度)进行处理，随后在Eiger磨机中进行研磨步骤。但是，在所述预混合步骤后，发现膏剂太稠以致于无法通过所述磨机。
表2
成分 质量(g)
水 128.2
AMP-95 5.3
Dehydran 1293 6
Petrolite D1038 27.6
炭黑 92
图6A和6B中示出了每种样品的结果。如所清晰显示的，样品S(6A)产生了可倾倒的良好分散的漆浆。其粘度在530cP下使用Brookfield粘度计及本文所述的方法测量。但是，样品M(6B)导致不可倾倒且不适合用作漆浆的稠的膏剂。
另一种改性炭黑(样品5)是通过将Black Pearls 800(Cabot Corporation)处理至2.90μmol/m2(STSA)磺胺酸的表面浓度而制得。为了制备搅入炭黑漆浆，使用(40mm直径Cowles叶片)以500rpm(1.05m/s的尖端速度)将样品5、水、基料(base)(AMP-95)、消泡剂(Dehydran 1293)、及分散剂(Petrolite D-1038)混合1～2分钟(参见表3)。在搅拌的同时，经60秒添加样品5。然后，将混合速率提高至1000rpm(尖端速度2.10m/s)并以1,000rpm继续混合30分钟。漆浆包含17.6重量％的炭黑且活性分散剂/炭黑的比率为约3重量％、或0.157mg活性分散剂/平方米炭黑表面积。
表3
原材料 重量％
水 73.1
AMP-95 1.0
Dehydran 1293(10％活性) 3.0
Petrolite D-1038(10％活性) 5.3
样品5CB 17.6
总计 100.0
为了使用与样品5相同形态但未经表面处理的常规炭黑来制备炭黑漆浆，使用表4中的配方。使用以500rpm将水、基料、消泡剂和分散剂混合1～2分钟。然后，在搅拌下添加常规炭黑(Black Pearls 800(STSA 191m2/g)，样品6)。在加入所有炭黑后，将混合速率提高至4,000rpm(8.4m/s尖端速度)并且将各组分混合约5分钟。然后，使预混合物通过卧式珠磨机持续约20分钟。漆浆具有17.6％的炭黑加载量，与用搅入炭黑制得的漆浆相同。然而，常规炭黑的活性分散剂/炭黑的比率必须显著较高(约25％(重量/重量)或1.3mg分散剂/平方米炭黑表面积)以分散并获得稳定的漆浆。
表4
原材料 重量％
水 34.4
AMP-95 1.0
Dehydran 1293(10％活性) 3.0
Petrolite D-1038(10％活性) 44.0
样品6 17.6
总计 100.0
然后，将炭黑漆浆(来自样品5和6)配制到丙烯酸类和醇酸水性树脂两者中。对于水性丙烯酸类涂料，使用表5中的丙烯酸类调漆剂母料配方。为了制得最终的成品(finish)黑色丙烯酸类涂料，根据表6中的配方，在良好搅拌下，向94.8g丙烯酸类调漆剂中缓慢加入5.2g炭黑漆浆，且混合继续15分钟。类似地，对于水性醇酸涂料，根据表7中的醇酸母料配方制得醇酸调漆剂并且根据表8中的配方制备醇酸成品(finish)涂料。
表5
原材料 重量％
Neocryl A-6085(40固体％的丙烯酸类胶乳) 80.0
水 8.4
亚硝酸钠(25％水) 1.2
Dehydran 1293(10％活性) 0.4
Surfynol 104DPM(润湿剂) 0.1
BYK346 0.1
一缩二丙二醇甲基醚 2.4
丙二醇正丁基醚 4.8
一缩二丙二醇正丁基醚 2.4
总计 100.0
表6
原材料 重量％
丙烯酸类调漆剂母料 94.8
炭黑漆浆 5.2
总计 100.0
表7
原材料 量(g)
Uradil az-760(53固体％) 88.8
水 5.4
Dehydran 1293(10％活性) 0.5
Surfynol 104 DPM 0.7
BYK 346 0.2
一缩二丙二醇甲基醚 1.8
丙二醇正丁基醚 2.6
总计 100.0
表8
原材料 重量％
醇酸调漆剂母料 95.5
炭黑漆浆 4.5
总计 100.0
另一种改性炭黑(样品7)是使用与前面的方法相同的方法通过将320(STSA62m2/g)(Cabot Corporation)处理至2.1μmol/m2磺胺酸的表面浓度而制得。为了制备搅入炭黑漆浆，使用(40mm直径Cowles叶片)以500rpm(1.05m/s的尖端速度)将样品7、水、基料(AMP-95)、消泡剂(Dehydran 1293)、及分散剂(Petrolite D-1038)混合1～2分钟(参见表3)。在搅拌的同时添加样品7。然后，将混合速率提高至1,000rpm并且以1,000rpm继续混合30分钟。漆浆包含17.6重量％的炭黑且活性分散剂/炭黑的比率为约3％(重量/重量)或0.5mg分散剂/平方米炭黑。
结果-
实施着色研究以评价样品5和6之间的差异。对于着色研究，制备包含TiO2的白色色调基料，然后，加入黑色成品涂料以产生1.3重量％的炭黑对TiO2固体的比率。
在钢板上使用3密耳刮涂棒(约1密耳干膜厚度)刮涂所得涂料以用于色彩测量。使用来自HunterLab Inc的Hunter Labscan XE分光光度计实施色彩测量。对于遮盖性测量，在不透明性图表上使用3密耳刮涂棒(约1密耳干膜厚度)刮涂涂料。计算图表中的白色部分的光学密度对图表中的黑色部分的光学密度的比率以测定每种样品的遮盖能力。对于丙烯酸类涂料，在进行测量之前，将所述板冲洗(flash)20分钟并然后在70℃下烘烤30分钟。在进行测量之前，使醇酸涂料在室温下空气干燥7天。
图2示出了使用仅用高速混合器根据表1中所示的配方制备的常规的未经处理的炭黑的漆浆的丙烯酸类涂料的遮盖性。显然，使用高速混合器没有将未经处理的炭黑适当地分散，因为观察到大的炭黑块。因此，膜没有达到其色彩潜力(color potential)。当采用常规处理水平(大于3.3μmol/m2)时，经处理的炭黑易于分散在水中。然而，当液体涂料干燥时，具有过多亲水基团的经常规处理的炭黑与水性树脂不相容，导致膜的大片区域无炭黑，由此损伤其色彩性能，如图1的最后的板中所示的。仅在处理水平低于3.3μmol/m2时，经处理的炭黑易于分散在水中且在涂料干燥后与水性涂料树脂相容。因此，获得具有优异遮盖性的深黑色膜，如图1的前两组板中所示的。
图7A和7B示出了在丙烯酸类涂料中在浓色(墨色，masstone)(A)和浅色(色泽，tint)(B)配方中具有相同形态的样品5和Black Pearls 800的色彩性能的比较。显然，在浓色和浅色配方这两者中，样品5与常规炭黑(Black Pearls 800)相比提供了较低的L*，指示在浓色配方中的较高的黑度以及在浅色配方中的较高的色调强度。当将样品5配制到醇酸涂料中时，观察到相同的益处，如图7C和7D中所示的。此外，观察到，在浓色配方中，样品5产生具有较蓝底色(较低b值)的涂料，这常常指示较细的炭黑分散程度。而且，使用样品5，仅使用混合器在不存在研磨步骤的情况下制备炭黑漆浆来实现这些色彩性能优点。此外，样品5仅需要约0.157mg活性分散剂/平方米炭黑表面积，而常规炭黑需要1.3mg活性分散剂/平方米炭黑表面积。使用过多的分散剂不仅给涂料或漆浆制造者强加了显著的成本，而且，由于分散剂迁移至涂料(涂层)表面，使得成品涂料(涂层)更为亲水，损害了涂料(涂层)的耐久性和耐候性。
图8A-8D中提供了关于样品2和未经处理的Regal 330R的浓色和浅色的相同信息。如前面针对样品5所述的，实验样品2与常规炭黑(Regal 330R)相比提供了较低的L*，指示在浓色配方中的较高的黑度和在浅色配方中的较高的色调强度。类似地，样品2也在醇酸涂料中提供了类似的改善。
图9A-9D提供了样品7和未经处理的Elftex 320炭黑的相应数据。样品7与常规炭黑(Elftex 320)相比提供了较低的L*，指示在浓色配方中的较高的黑度和在浅色配方中的较高的色调强度。样品7也在醇酸涂料中提供了类似的改善，如图9C和9D中所示的。因此，样品5、2和7中的每一个均表明，在与由其制得每种样品的未经处理的炭黑相比时，提供了改善的黑度和浅色(色泽，tint)。即使在较低的分散剂水平下及在两种不同的涂料类型(丙烯酸类和醇酸涂料)中也是如此。
为了检查每种炭黑样品的分散体水平，完成了横截面透射电子显微镜(TEM)研究。使用PowerTome PC(Boeckeler)对不透明性图表上的涂层进行切片并且将薄片捡取到铜网格上以便使用JEM1200(JEOL)在80,000V的加速电压下下进行TEM检查。在图10A和10B中，放大倍率为2000倍。图10A示出了样品5在丙烯酸类涂料中的分布。看到，细炭黑颗粒良好地分布在涂层聚合物基体中；尺寸表现为接近于约100～200nm基础聚集体尺寸。这指示，仅用制得的包含样品5的炭黑漆浆被非常良好地解聚，证明搅入混合条件足以使样品5分散至接近聚集体的水平。图10B示出了具有与样品5相同形态的Black Pearls 800在丙烯酸类涂料中的分布。Black Pearls 800漆浆通过如下获得：首先，使用进行预混合步骤，随后，使用卧式磨机进行研磨步骤。如图10B中所示的，即使使用卧式研磨及高得多的分散剂加载量(1.3mg分散剂/平方米炭黑表面积对0.157mg分散剂/平方米炭黑表面积)，也难以实现常规炭黑解聚至基础聚集体水平，且在最终涂料中保持某一颗粒聚集水平。用于样品5和用于Black Pearls 800的分散剂类型相同。
为了证明在较高浓度下的分散性，使用以1000rpm经30分钟制备具有30％样品5且不含任何分散剂的炭黑漆浆。所得的漆浆为流体。在另一实例中，使用以1000rpm经30分钟在3％分散剂的存在下使用样品2来制备具有35.5％炭黑加载量的搅入漆浆。所得的漆浆在低剪切下具有约600cP的粘度且展现出剪切变稀行为，如图11中所示的。与此相反，对于具有与样品2相同形态的未经处理的Regal 330R，需要卧式磨机来制备漆浆，且发现在漆浆中的最大炭黑加载量为约20％，如果超过该加载量，则漆浆太粘而无法通过卧式磨机。在该固体加载量(>20重量％)下，预混合物的粘度与具有35.5％加载量的样品2的漆浆(未预混合)的粘度相似，如图11中所示的。通过本文所述的搅入炭黑而赋予的较高的炭黑漆浆浓度使涂料配制者具有配方灵活性且还使得漆浆制造者能够在其产品中运送较少的水。
为了说明选择正确的炭黑处理水平和分散剂浓度的重要性，使用非常类似的组合物制备一系列漆浆但处理水平和/或分散剂浓度稍有变化。除非另有阐述，由本文所述的改性炭黑制得的搅入分散体采用以下程序制备。使用具有40mm Cowles叶片和不锈钢混合容器的CV3+混合器(VMA-GETZMANN GMBH)分散改性炭黑。几何体如制造商所推荐的那样进行配置。以下实施例提供了产生30重量％改性炭黑和0.185mg分散剂/平方米炭黑表面积(STSA)的200g分散体的细节。在后续运行中，对特定的改性炭黑及分散剂浓度进行调节以产生表9中所提供的漆浆。样品漆浆包含40重量％的改性炭黑，但样品8A、8B、13和14(30重量％)以及样品15和16(10重量％)除外，因为这些样品在40％下使用任何量的分散剂均不可分散。使用660R(121m2/g的STSA和65的DBP)作为基础炭黑制得样品8A至14。样品15在处理之前具有370m2/g的STSA和100cm3/g的DBP结构。样品16具有325m2/g的STSA和100cm3/g的DBP结构。用于样品15和16的基础炭黑根据美国专利No.RE28,974中所述的方法产生且如美国专利No.5,707,432中所述的那样使用磺胺酸进行处理。这两篇专利均在此引入作为参考。
向内径90mm的600mL不锈钢烧杯中加入111.6g的水(对于8A、8B、13和14为132g；对于15和16为169.5g)、6.0g的1293(消泡剂)、0.5g的AMP-95(pH调节剂)和1.94g的192分散剂(对于8A、8B、13和14为1.45g；对于15和16为4.0g)。将所述烧杯置于Dispermat上并且将所述40mm叶片调节至15mm的高度以允许液体完全覆盖叶片。然后，将内容物以1000rpm一起混合1～2分钟。将80g(对于8A、8B、13和14为60g)经磺胺酸处理的干燥改性炭黑粉末称量至单独的容器中并经60秒的过程缓慢添加至含水混合物中。实施目视检查以确认，所有改性炭黑均已经润湿。然后，将所述Cowles叶片调节至20mm的高度并将速度设定为2000rpm，相当于4.2m/s的叶片尖端速度。所述混合器以2000rpm操作30分钟以产生改性炭黑的含水分散体。对于样品8B，所述混合器以4000rpm而非2000rpm操作30分钟。
表9中提供了每种样品的处理水平、分散剂水平和粒径分布。尝试使用改性炭黑以4、5和6μmol/m2的处理水平产生其它漆浆样品，但不对所述样品作进一步评价。此外，由于处理水平为1μmol/m2且具有0.2mg分散剂(Disperbyk 192)的改性炭黑未浸湿，因此，无法将其制成30重量％炭黑的可用的漆浆分散体。使用得自Horiba Scientific的Horiba LA-950V2粒径仪测定粒径分布。对于粒径测定，使用pH 10.5的水将每种分散体稀释至约0.1重量％的固体浓度。通过一式两份地运行每种样品来产生体积加权的团聚体尺寸分布曲线。表9提供了针对每种分散体的粒径分布的中值、模式、D10和D90。具体地说，将D90视为炭黑分散情况的良好指示且基于体积加权来提供。用于测定处理水平和分散剂水平的表面积值是未经改性的炭黑的STSA。各分析均一式两份地运行。样品13展现出双模态分布且在约2μm处具有小的第二模态，和样品16展现出双模态分布且在1μm和100μm处具有两个模态。样品15和16在30重量％下及在10％分散体下不可分散，观察到大的颗粒。这意味着，这些炭黑不适合用在大于30％炭黑的搅入漆浆中且具有大于300m2/g的高表面积(STSA)的炭黑不适合用于该应用。
表9
下表10提供了针对如表9中所产生的相同分散体的其它数据。除了D90以外，该表提供了针对每种可测试粘度的漆浆的每一样品的粘度数据。使用Brookfield DV-II+粘度计及本文所述的方法测试各样品。在10、20、50和100rpm下评价每种样品并记录粘度。在分散剂浓度和相对粘度之间不存在直接相关。
表10
对样品进行调漆以测定它们在作为成品(finished)涂料施用时的遮盖能力、色彩和色相性质。使用Hunter Lab Scan XE分光光度计测量0.0762mm湿厚度膜(WTF)的黑度(L*)、蓝色/黄色底色(b*)和红色/绿色底色(a*)并报告在下表11中。通过使用一半为黑色且一半为白色的BYK Opacity Chart#2813来评价0.0762mm湿厚度膜(WTF)的遮盖能力。使用Exact光密度计测量涂层(涂料)的遮盖能力并且也报告在表11中。由于样品15和16不能分散，因此，认为，样品15和16不适合用在含水涂料漆浆中，且因此未提供这些样品的色彩和遮盖性数据。显示出良好遮盖能力(≥0.99)和低粘度的样品(表10)是在漆浆中具有处理水平和分散剂加载量的相对低组合的那些样品。相反地，包括高的处理水平和/或高的分散剂水平的那些样品对于遮盖能力、色彩、粘度或粒径中的至少一种不是最佳的。总的说来，这些数据指示，一些最佳结果实际上是在包括相对低的处理水平(例如小于3μmol/m2)以及低的分散剂水平(例如小于或等于2.4mg/平方米炭黑表面积)的分散体中获得的。因此，有效的搅入漆浆或液体涂料分散体能够以低的有机处理加载量和降低的分散剂水平来产生。
表11
样品 分散剂重量％ L<sup>＊</sup> a<sup>＊</sup> b<sup>＊</sup> 在0.0762mm的WFT下的遮盖能力
8A 29 2.55 0.37 0.51 0.99
8B 29 2.72 0.41 0.64 1.00
9 2.5 2.13 0.28 0.18 0.97
10 6.0 NA NA NA 1.00
11 20 2.11 0.26 0.16 1.00
12 29 2.08 0.27 0.21 0.99
13 2.5 1.79 0.1 -0.01 0.95
14 29 1.88 0.13 0.03 0.98
虽然本文中已阐述并图示说明本发明的若干实施方式，但本领域技术人员将容易地想到用于实施本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或一或多个优点的多种其它手段和/或结构，且这样的变型和/或修改中的每一种均被认为在本发明的范围内。更通常地，本领域技术人员将易于了解，本文所述的所有参数、尺寸、材料和配置均意欲具有示例性，且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的特定应用。本领域技术人员仅使用常规实验即可认识到或能够确定本文所述的本发明的特定实施方式的很多等价形式。因此，应理解，前述实施方式仅以实例的方式呈现，且在所附权利要求书及其等价物的范围内，可以不同于明确阐述并要求保护的方式来实践本发明。本发明是关于本文所述的每个单独特征、体系、物品、材料、材料包和/或方法。此外，如果这样的特征、体系、物品、材料、材料包和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个这样的特征、体系、物品、材料、材料包和/或方法的任意组合均包括在本发明的范围内。
如本文所定义和使用的所有定义均应理解为控制辞典定义、以引用方式并入的文件中的定义和/或所定义的术语的普通含义。
除非明确指示相反的含义，否则如本文所用的在说明书和权利要求书中的不定冠词“a”和“an”应理解为意指“至少一个(种)”。
如本文所用的在说明书和权利要求书中的短语“和/或”应理解为意指所结合的要素中的“一种(个)或两种(个)”，即，要素在一些情形下联合地存在且在其它情形下分开地存在。除非明确指示相反的含义，否则除了通过“和/或”子句明确识别的要素以外，可任选地存在与那些明确识别的要素相关或不相关的其它要素。
在本申请中列举或提及的所有参考文献、专利及专利申请和公开均在此全文引入作为参考。
本申请的权利要求如所附权利要求书所述。

Claims (25)

1.炭黑漆浆分散体，包含：
含有大于90重量％水的含水溶剂；
至少30重量％的改性炭黑，所述改性炭黑具有在改性之前测量的20～300m2/g的STSA，所述改性炭黑是使用包含有机基团以及离子或能离子化的基团的处理剂在1.0～3.0μmol/m2的处理剂浓度下进行改性的；
浓度小于2.4mg/平方米炭黑表面积的分散剂，所述炭黑表面积是在改性之前通过STSA测量的；和
其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑的小于10体积％具有大于0.5μm的粒径。
2.炭黑漆浆分散体，包含：
含有至少90重量％水的含水溶剂；
大于30重量％的改性炭黑，所述改性炭黑是使用有机处理化合物以1～3.0μmol/m2的处理水平进行改性的，所述有机处理化合物包含芳基以及离子或能离子化的基团这两者，所述改性炭黑是由具有大于20m2/g且小于300m2/g的STSA的未经改性的炭黑制得的；
小于或等于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，所述炭黑表面积是在改性之前通过STSA测量的；和
其中，所述炭黑漆浆分散体在52℃下、一周后仍保持稳定分散。
3.炭黑漆浆分散体，包含大于或等于30％的改性炭黑以及小于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，所述炭黑表面积是在改性之前通过STSA测量的，所述改性炭黑是使用处理剂以小于或等于2.0μmol/m2的水平进行改性的，所述漆浆包含包括至少90％水的含水溶剂，且其中以μmol/m2计的处理水平及以mg/m2计的分散剂水平的总和大于或等于2.5。
4.权利要求1、2或3中任一项的漆浆分散体，其中，当采用含水涂料评价方法A进行测试时，所得的固化涂料在约0.076mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.98的遮盖能力。
5.权利要求1至3中任一项的漆浆分散体，其中，所述改性炭黑具有15-50nm的平均初级粒径。
6.权利要求1或3的漆浆分散体，其中，所述处理剂包含芳基。
7.权利要求1或3的漆浆分散体，其中，所述处理剂包含磺酸基团或其盐、羧酸基团或其盐、或者膦酸基团或其盐。
8.权利要求7的漆浆分散体，其中，所述处理剂包含苯甲酸基团或其盐。
9.权利要求2的漆浆分散体，其中，所述有机处理化合物包含磺酸基团或其盐、羧酸基团或其盐、或者膦酸基团或其盐。
10.权利要求9的漆浆分散体，其中，所述有机处理化合物包含苯甲酸基团或其盐。
11.权利要求1至3中任一项的漆浆分散体，其中，所述炭黑漆浆包含非离子型分散剂。
12.由前述权利要求中任一项的漆浆制得的含水涂料分散体，其中，所述含水涂料分散体包含水性的醇酸树脂或丙烯酸类树脂。
13.权利要求1或3的漆浆分散体，其中，所述处理剂直接连接至所述炭黑。
14.权利要求2的漆浆分散体，其中，所述有机处理化合物直接连接至所述炭黑。
15.含水涂料，其通过将前述权利要求中任一项的漆浆分散体调漆至0.01～5重量％的改性炭黑浓度而产生。
16.权利要求1至3中任一项的漆浆分散体，其中，所述分散体在10rpm和25℃下展现出小于1100cP的布氏粘度。
17.制造稳定含水液体涂料的方法，所述方法包括：
将未经分散的改性炭黑粉末以大于所述稳定含水液体涂料的0.01重量％且小于所述稳定含水液体涂料的5重量％的炭黑加载量混合到含水涂料调漆载剂中，所述改性炭黑是以1.0～3.0μmol/m2的水平进行改性的，所述稳定含水液体涂料具有小于2.4mg/平方米炭黑表面积的分散剂浓度，所述炭黑表面积是在改性之前通过STSA测量的；和
其中所述含水液体涂料在0.0762mm的湿膜厚度下展现出大于或等于0.97的遮盖能力，且其中所述未经分散的改性炭黑粉末能够通过在叶片尖端速度不超过4m/s的同时将所述炭黑搅拌到所述含水涂料调漆载剂中来进行分散。
18.权利要求17的方法，其中，所述改性炭黑是以小于1.925μmol/m2的水平进行改性的。
19.权利要求17或18的方法，其中，所述分散剂的浓度小于或等于1.7mg/平方米炭黑表面积。
20.权利要求17或18的方法，其中，所述遮盖能力大于或等于0.98。
21.权利要求20的方法，其中，所述遮盖能力大于或等于0.99。
22.制造含水漆浆分散体的方法，所述方法包括：
将不含研磨介质的未经分散的改性炭黑干燥粉末以基于所述漆浆最终重量的至少30重量％的浓度搅拌到含水载剂中，以形成炭黑漆浆，所述改性炭黑是使用处理剂以1.0～3.0μmol/m2的加载量进行改性的，所述处理剂包含芳基以及离子或能离子化的基团，所述含水载剂包含包括大于90重量％水的溶剂及小于2.4mg的分散剂/平方米炭黑表面积，所述炭黑表面积是在改性之前通过STSA测量的，和
其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑的小于10体积％具有大于0.5μm的粒径。
23.权利要求22的方法，其中，分散在所述漆浆中的所述炭黑颗粒的少于10体积％具有大于0.4μm的粒径。
24.权利要求22的方法，其中，所述炭黑以40重量％或更高的浓度分散。
25.权利要求22的方法，其中，所述分散剂处于小于1.7mg分散剂/平方米炭黑表面积的浓度下。
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