CN110023411A - 制备包含炭黑的组合物的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了生产包含炭黑颗粒的可固化弹性体组合物的方法,以及它们相应的固化产物。这种组合物一旦固化,就可用于制备许多具有广泛工业实用性的制品。

Description

制备包含炭黑的组合物的方法
技术领域
本公开涉及包含基于碳的颗粒的弹性体和制备所述包含基于碳的颗粒的弹性体的方法。特别地,提供了包含氧化炭黑颗粒的基于硅酮的组合物。
背景技术
在许多工业领域中已知包含为弹性体提供各种所需性能的固体颗粒的这种弹性体。举例来说,颗粒可有助于弹性体的美学方面,例如是提供所需的颜色或着色的颜料,它们可改变机械性能,例如硬度,耐磨性,耐损耗性,拉伸和撕裂强度等,或赋予或调节包含颜料的基质的任何其它物理性质,包括导热性,导电性或辐照吸收。
取决于弹性体的最终用途,所需的颗粒可具有各种合适的规则或不规则形状,尺寸范围从几纳米到几十微米。虽然不一定是必需的,但许多工业应用优选颗粒均匀地分散在弹性体基质中。颗粒在弹性体内的充分分散通常需要两种类型组分之间的“相容性”。例如,颗粒可以通过疏水:疏水相互作用,或通过电荷相互作用和包含颗粒的弹性体领域中公知的类似机制与聚合物基质相互作用。虽然这两种组分可以固有地具有使它们彼此相容的性质,但是也可以依赖经过改性的材料来增加这种相容性,这在有利的条件下甚至可以导致颗粒在弹性体基质内的优异分散性。例如,有报道称官能化聚合物比它们的非官能化配体更适合分散某些颗粒。作为另外一种选择或除此之外,可对颗粒进行修饰以更好地与聚合物基质相互作用。另外的试剂,例如表面活性剂或分散剂,也可以被掺入包含颗粒的弹性体组合物中,以实现或促进所需的分散。具有更高复杂性的弹性体组合物(例如,更多成分,要求更高的特性,改善的分散均匀性等)可能更难以制备。
可以从颗粒在弹性体基质中的适当分散中受益的弹性体包括天然和合成材料,诸如电子设备,医疗应用或低温和高温用途(例如在-125℃至+250℃之间保持柔性和/或弹性)的创新应用对硅橡胶是特别感兴趣的。在可有利地分散在例如由硅酮聚合物制备的弹性体基质中的各种类型的颗粒中,诸如石墨烯,石墨和炭黑(CB)的碳基颗粒是其中之一。具有各种子类型的CB引起了广泛的兴趣。在其它功能中,CB可用作颜料,增强填料,热导体,电导体或辐照吸收剂。
发明内容
根据本发明的一个方面,提供了一种由亲水性炭黑颗粒和至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物的方法,该方法包括:a)使亲水性炭黑颗粒接触分散剂以产生经处理的炭黑颗粒,所述分散剂可与至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物混溶,所述分散剂具有至少一个对亲水性炭黑颗粒的亲水性表面具有亲和力的碳黑亲和部分;b)将所述经处理的炭黑颗粒混合在至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物中,以产生分散的组合物;并且c)加成固化所述分散的组合物的至少一种可固化疏水性硅酮预聚物,以制备含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物。
在一些实施方式中,所述接触包括在所述分散剂存在下使亲水性炭黑颗粒尺寸减小以产生所述经处理的炭黑颗粒。
在一些实施方式中,该方法还包括在所述分散剂存在下使亲水性炭黑颗粒尺寸减小,以产生所述经处理的炭黑颗粒。
在一些实施方式中,进行所述尺寸减小以减小亲水性炭黑颗粒的粒径,使得所述经处理的炭黑颗粒的Dv90为至多5μm,至多3μm,至多2μm,至多1.5μm,至多1.2μm,至多1μm,至多0.85μm,至多0.7μm,至多0.5μm,至多0.4μm,或至多0.3μm,并且可选地,至少0.10μm,至少0.12μm,或者至少0.15μm。
在一些实施方式中,进行所述尺寸减小以减小亲水性炭黑颗粒的颗粒尺寸,使得所述经处理的炭黑颗粒的Dv90在0.10μm至1.3μm,0.12μm至1.3μm,0.15μm至1.3μm,0.20μm至1.3μm,0.25μm至1.3μm,0.3μm至1.3μm,0.20μm至1.0μm,0.25μm至1.0μm,0.3μm至1.0μm,0.35μm至1.0μm,或0.4μm至1.0μm的范围内。
在一些实施方式中,根据DIN ISO 787-9,或通过本领域技术人员已知的其它方法测定的亲水性炭黑颗粒的pH值为至多5.0,至多4.5,至多4.0,至多3.5,至多3.0,或至多2.7。
在一些实施方式中,该pH值可以为至少1.5,至少2.0,至少2.2或至少2.4。
在一些实施方式中,如可以根据DIN 53552或通过本领域技术人员已知的其它方法测定的亲水性炭黑颗粒的挥发性物质含量(以百分比计)为至少1.5%,至少2.5%,至少3.5%,至少5%,至少8%,至少10%,至少12%,至少15%,或至少18%。
在一些实施方式中,该特定挥发性物质含量为至多50%,至多35%,至多30%,至多27%,至多25%或至多22%。
在一些实施方式中,亲水性炭黑颗粒的特定挥发性物质含量,由可根据DIN 53552或通过本领域技术人员已知的其它方法可以测定的以百分比表示的亲水性炭黑颗粒的挥发性物质含量除以可根据ASTM D6556或通过本领域技术人员已知的其它方法可以确定的BET比表面积来限定,为至少0.01%,至少0.012%,至少0.015%,至少0.018%,至少0.02%,至少0.022%,至少0.025%,至少0.028%,至少0.03%,至少0.032%,至少0.035%,或至少0.037%。
在一些实施方式中,该基于BET的特定挥发性物质含量为至多0.10%,至多0.09%,至多0.08%,至多0.07%或至多0.06%。
在一些实施方式中,亲水性炭黑颗粒的特定挥发性物质含量,由可根据DIN 53552或通过本领域技术人员已知的其它方法测定的以百分比表示的亲水性炭黑颗粒的挥发性物质含量乘以可由亲水性炭黑颗粒的制造商提供或可根据动态光散射仪(Dynamic LightScattering,DLS)确定的以纳米表示的平均初级粒径(average primary particle size,APPS)来限定,为至少40%,至少50%,至少60%,至少75%,至少100%,至少120%,至少150%,至少180%,至少200%,至少220%,或至少250%。
在一些实施方式中,该基于APPS的特定挥发性物质含量为至多600%,至多500%,至多400%,至多350%或至多300%。
在一些实施方式中,在蒸馏水中pH为12并且在0.1至2重量%的浓度范围内测量的亲水性炭黑颗粒的表面Zeta电位,为至多-15mV,至多-20mV,至多-25mV,至多-30mV,至多-35mV,或至多-40mV。
在一些实施方式中,该表面Zeta电位在-70至-15mV,-70至-20mV,-70至-25mV,-70至-30mV,-70至-35mV,-60至-15mV,-60至-20mV,-60至-25mV,或-60至-30mV的范围内。
在一些实施方式中,亲水性炭黑颗粒的酸值(mmol/g)为至少0.05,至少0.06,至少0.075,至少0.1,至少0.125,至少0.15,或至少0.175。
在一些实施方式中,该酸值为至多0.5,至多0.4,至多0.3,或至多0.25。
在一些实施方式中,该酸值在0.05至0.35,0.06至0.35,0.08至0.35,0.1至0.35,0.05至0.3,0.06至0.3,0.08至0.3,0.1至0.3,0.05至0.25,0.08至00.25,0.1至0.25,0.12至0.25或0.15至0.25的范围内。
在一些实施方式中,亲水性炭黑颗粒容易在pH为7.0的蒸馏水中形成分散体,亲水性炭黑颗粒占所述分散体的5%的重量百分比。
在一些实施方式中,亲水性炭黑颗粒具有以下性质中的至少一种:i)ID/IG比至少为0.8,或至少为1.0,或至少为1.2,其中ID和IG分别代表通过拉曼光谱测定的未解卷积光谱的D带和G带的峰强度最大值;和;ii)AUCD/AUCG比为至少1.2,或至少1.4,或至少1.6,其中AUCD和AUCG分别表示通过拉曼光谱测定的解卷积光谱的D带和G带曲线下面积;以及iii)通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱检测的含有至少一种选自由环氧,羟基和羧基部分构成的组的官能团。
在一些实施方式中,所获得的固化的弹性体组合物的特征在于以下性质中的至少一种:i)如通过ICP,GCMS,元素分析或EDS检测的,含有铂或锡催化剂;ii)如通过傅立叶变换红外(FTIR)光谱检测的,含有至少一种选自胺,酰胺,环氧和丙烯酸酯部分的组的官能团;iii)含有ID/IG比至少为0.8,或至少为1.0,或至少为1.2的分散的炭黑颗粒,其中ID和IG分别代表拉曼光谱仪的未解卷积光谱的D带和G带的峰强度最大值;iv)含有AUCD/AUCG比为至少1.2,或至少1.4,或至少1.6的分散的炭黑颗粒,其中AUCD和AUCG分别代表拉曼光谱的未解卷积光谱的D带和G带曲线下面积;以及v)如通过光学显微镜测定的,含有DV90粒径至多为5μm的分散的炭黑颗粒。
在一些实施方式中,对于(A)亲水性炭黑颗粒和(B)分散的炭黑颗粒中的至少一种,ID/IG比为至多2.2,至多2.0,至多1.8,或至多1.6,以及/或AUCD/AUCG比为至多2.5,至多2.2或至多2.0。
在一些实施方式中,加成固化在至少一种加成固化促进剂的存在下进行。
在一些实施方式中,所述至少一种加成固化促进剂包括加成固化催化剂。
在一些实施方式中,所述至少一种加成固化促进剂包括加成固化加快剂。
在一些实施方式中,所述至少一种加成固化促进剂包括至少一种三维网络形成剂。
在一些实施方式中,至少一种三维网络形成剂包括疏水性气相二氧化硅。
在一些实施方式中,所述至少一种三维网络形成剂在固化后具有在弹性体组合物的折射率或在至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物的折射率的10%,7%,5%或3%内的折射率。
在一些实施方式中,所述方法还包括在所述至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物的所述加成固化之前引入加成固化延迟剂。
在一些实施方式中,加成固化在至少一种交联剂的存在下进行。
在一些实施方式中,具有至少一个碳黑亲和部分的分散剂是,包括或主要包括含支链的分支或基本上由含支链的分支组成,所述含支链的分子具有带有A个原子的主链和从所述主链分支的N个支链单元,A至少为50,N至少为1,其中所述主链和一个或多个所述支链单元中的至少一个是基于硅氧烷的,或含有至少一个硅氧烷单元。
在一些实施方式中,A为至少60,至少80,至少100或至少110。
在一些实施方式中,A为至多3000,至多2500,至多2000,至多1500,至多1200,或至多1000。
在一些实施方式中,A在55至3000,65至2000,75至1500,90至1500,105至1500,105至1200或105至1000的范围内。
在一些实施方式中,每个支链单元具有附着到所述主链的支链脊柱,并且所述支链脊柱具有至少B个原子,其中B为至少4,至少5,至少6,或至少8。
在一些实施方式中,所述支链脊柱具有至多B个原子,其中B为至多50,至多25,至多15,或至多10。
在一些实施方式中,N为至多15,至多12,至多10,至多8,至多6,至多5,或至多4。
在一些实施方式中,N为至少2或至少3。
在一些实施方式中,所述至少一种碳黑亲和部分位于所述支链单元内,所述分散剂的所述主链是含硅氧烷或基于硅氧烷的主链。
在一些实施方式中,所述至少一种炭黑亲和部分位于所述主链内,所述分散剂的所述支链单元是含硅氧烷或基于硅氧烷的支链单元。
在一些实施方式中,所述方法还包括在产生所述分散的组合物之后和在所述加成固化之前,将所述分散的组合物涂敷到衬底上。
在一些实施方式中,至少一种炭黑亲和部分选自氨基部分,丙烯酸酯部分和环氧部分。
在一些实施方式中,所述至少一种硅酮分散剂选自氨基硅酮分散剂,硅酮丙烯酸酯分散剂和硅酮环氧分散剂。
在一些实施方式中,分散剂包括硅酮丙烯酸酯分散剂或基本上由硅酮丙烯酸酯分散剂组成。
在一些实施方式中,分散剂是或包括氨基硅酮分散剂或基本上由氨基硅酮分散剂组成。
在一些实施方式中,分散剂是或包括硅酮环氧分散剂或基本上由硅酮环氧分散剂组成。
在一些实施方式中,氨基硅酮分散剂是,包括或主要包括氨基硅油或基本上由氨基硅油组成。
在一些实施方式中,氨基硅油具有胺值,所述胺值以中和10克所述氨基硅油所需的0.1当量HCl滴定剂的ml为单位来测量,并且其中所述胺值最多为80,最多70,最多60,最多50,最多45,最多40,最多35,最多30,最多25或最多20。
在一些实施方式中,该胺值为至少3,至少4,至少5,至少6或至少7。
在一些实施方式中,该胺值在3至75,3至65,3至55,4至75,4至65,4至55,4.5至50,5至75,5至65,5至55,6至75,6至65,6至55或6.5至50的范围内。
在一些实施方式中,当分散剂置于合成异烷烃溶剂(例如IsoparTM L)中时,分散剂是形成胶束的分散剂。
通常,由胶束形成分散剂在合成异烷烃溶剂中形成的胶束例如是反胶束。
在一些实施方式中,所述方法还包括在所述至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物的所述加成固化之前,用至少一种挥发性溶剂稀释所述分散的组合物。
在一些实施方式中,分散剂是,包括,或主要包括含硅氧烷或基于硅氧烷的分散剂或基本上由含硅氧烷或基于硅氧烷的分散剂组成。
通常,选择和/或调整分散剂以分散亲水性炭黑颗粒。
在一些实施方式中,挥发性有机溶剂包括二甲苯,合成异烷烃溶剂(例如IsoparTML,M或G),有机硅酮溶剂(例如六甲基二硅氧烷)和烃类溶剂(例如己烷)中的至少一种。
在一些实施方式中,分散的炭黑颗粒是疏水性的分散的炭黑颗粒。
在一些实施方式中,分散组合物中炭黑颗粒的浓度按重量比为占组合物总重量的至少0.01%,至少0.02%,0.03%,至少0.1%,至少0.25%,至少0.5%,至少1%,至少1.5%,至少2%,或至少3%。
在一些实施方式中,分散组合物中炭黑颗粒的浓度按重量比为占组合物总重量的至多30%,至多20%,至多15%,至多12%,至多10%,至多8%,至多6%,至多5%,或至多4%。
根据本发明的另一方面,提供了一种产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物的方法,该方法包括:a)使炭黑颗粒与至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物混合,所述炭黑颗粒各自与至少一种含硅氧烷或基于硅酮的分散剂相缔合或由至少一种含硅氧烷或基于硅酮的分散剂至少部分地包封,以产生分散的组合物;b)加成固化所述至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物,以产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物。
该方法可以进一步包括上文描述或者在下文提供的描述中的任何(多个)特征,或者这些特征的任何组合。
根据本发明的另一个方面,提供了一种由亲水性炭黑颗粒和至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物的方法,该方法包括:a)使亲水性炭黑颗粒接触分散剂以产生经处理的炭黑颗粒,所述分散剂可与至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物混溶;b)将所述经处理的炭黑颗粒混合在至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物中,以产生分散的组合物;c)加成固化所述分散的组合物的至少一种可固化疏水性硅酮预聚物,以产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物。
该方法可以进一步包括上文描述或者在下文提供的描述中的任何(多个)特征,或者这些特征的任何组合。
根据本发明的另一方面,提供了一种包含分散的炭黑颗粒的组合物,每个所述分散的炭黑颗粒具有炭黑核,所述炭黑核的外表面与至少一种硅酮分散剂相缔合或至少部分地被至少一种硅酮分散剂包围,所述至少一种硅酮分散剂选自由氨基硅酮分散剂,硅酮丙烯酸酯分散剂和硅酮环氧分散剂的组成的组;所述分散的炭黑颗粒的特征在于下列中的至少一种:i)通过拉曼光谱仪测定的缺陷炭黑结构,例如,由ID/IG比和AUCD/AUCG中的至少一种或由其它拉曼光谱仪领域的技术人员已知的特征表现;ii)具有如下列中的至少一个所示的疏水特性:由液体/空气/固体界面处的弯液面形成的接触角超过90°;分散的炭黑颗粒在蒸馏水中的相分离;并且易于分散在异烷烃溶剂中。
在测量接触角的情况下,分散的炭黑颗粒形成连续的平坦表面,然后在空气和放置在该表面上的一滴蒸馏水的界面处形成弯月面。
在一些实施方式中,组合物中的炭黑颗粒具有可以通过动态光散射仪(DLS)或通过合适的显微镜仪器和技术测定的至多5μm,至多3μm,至多2μm,至多1.5μm,至多1μm,至多0.7μm,至多0.5μm,0.4μm,或至多0.3μm,并且任选地,至少0.10μm,至少0.12μm,或至少0.15μm的Dv90粒径。
在一些实施方式中,组合物中的炭黑颗粒具有至少0.8的ID/IG比。
该方法可以进一步包括上文描述或者在下文提供的描述中的任何(多个)特征,或者这些特征的任何组合。
根据本发明的另一方面,提供了一种制品,其包含任何上述含有分散的炭黑颗粒的组合物。
根据本发明的另一个方面,提供了一种由亲水性炭黑颗粒和至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物的方法,该方法包括:a)使亲水性炭黑颗粒接触可固化的疏水性硅酮预聚物以产生经处理的炭黑颗粒,所述可固化的疏水性硅酮预聚物是可缩合固化的并且具有至少一个对亲水性炭黑颗粒的亲水性表面具有亲和力的碳黑亲和部分;b)将所述经处理的炭黑颗粒混合在至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物中,以产生分散的组合物;c)缩合固化所述分散的组合物的至少一种可固化疏水性硅酮预聚物,以产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物。
在一些实施方式中,至少一种炭黑亲和部分选自由氨基部分,丙烯酸酯部分和环氧部分构成的组。
该方法可以进一步包括与缩合固化相容的上文描述或者在下文提供的描述中的任何(多个)特征,或者这些特征的任何组合。
根据本发明的另一个方面,提供了一种由亲水性炭黑颗粒和至少一种可缩合固化的疏水性硅酮预聚物产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物的方法,该方法包括:a)使亲水性炭黑颗粒接触分散剂以产生经处理的炭黑颗粒,所述分散剂可与至少一种可缩合固化的疏水性硅酮预聚物混溶,所述分散剂具有至少一个对亲水性炭黑颗粒的亲水性表面具有亲和力的碳黑亲和部分;b)将所述经处理的炭黑颗粒混合在至少一种可缩合固化的疏水性硅酮预聚物中,以产生分散的组合物;c)缩合固化至少一种可缩合固化疏水性硅酮预聚物,以产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物。
该方法可以进一步包括与缩合固化相容的上文描述或者在下文提供的描述中的任何(多个)特征,或者这些特征的任何组合。
根据本发明的另一方面,提供了一种由含有分散的炭黑颗粒的固化组合物制成或其至少一部分包含含有分散的炭黑颗粒的固化组合物的制品。该固化组合物可根据本文提供的任何一种方法或这些方法的任何组合制备。此外,该固化组合物可包含如本文所述的固化组合物的任何结构特征,以及根据本文提供的任何制备方法制备的固化组合物中固有的固化组合物的任何结构特征。
在一些实施方式中,固化的组合物含有至少痕量或可检测量的至少一种加成固化催化剂,例如铂和锡。
在一些实施方式中,固化的组合物含有氨基硅酮。
在一些实施方式中,固化的组合物含有至少痕量或可检测量的铂或锡,并且还含有氨基硅酮。
不希望受理论束缚,发明人认为在使用亲水性炭黑颗粒作为CB原料以在尺寸减小过程中与含硅氧烷或基于硅酮(与硅酮相容的)分散剂接触时,碳黑亲和(氨基,丙烯酸酯和环氧基)官能团或部分可以与设置在亲水性炭黑颗粒表面上的各种含氧部分键合或以其它方式缔合。该缔合可以足够强以将这些大分散剂分子中的至少一个锚定到每个炭黑颗粒上,以形成其中炭黑颗粒变成至少部分被分散剂分子包围的核颗粒的结构。因此,意料之外地从亲水性炭黑颗粒中生产出表现出疏水性或甚至高度疏水性的经处理的炭黑颗粒。
上述碳黑亲和部分优选设置在具有低空间位阻的分子位置。因此,这些部分可以设置在远离分散剂分子主链而延伸的各支链或支链单元上。
每个支链单元具有附着到所述主链的支链脊柱,所述脊柱通常具有至少B个原子,其中B为至少3,至少4,至少5,至少6,或至少8。官能团(例如,胺部分)可以优选地设置在距离分散剂主链至少3个,至少4个,至少5个或至少6个原子处,以便在充分在空间上不受阻碍地附着到炭黑颗粒的含氧表面并因此锚定分散剂,以便至少部分地包围炭黑颗粒的表面。通常,分散剂分子的支链的末端或末端部分是官能团。
此外,本发明人有动机地将这些经处理的炭黑颗粒掺入硅酮基质中,所述硅酮基质可以是高度疏水的。发明人发现,这些经处理的炭黑颗粒必须具有足够的疏水性和硅酮亲和性,以便与可固化的疏水性硅酮预聚物混溶。因此,分散剂分子必须均表现出亲水亲和力以附着到炭黑颗粒的亲水/极性含氧表面上,并同时表现出足够的疏水性能,以便在疏水性和基本上非极性的硅酮基质中适当混溶。
发明人已经观察到在分子主链中,或在从主链延伸的支链中或在两者中的高硅氧烷含量强烈促进分散剂分子的混溶性。
在分散剂分子中具有高浓度的空间可用官能团的情况下,可以明显增强与炭黑颗粒的含氧表面的附着,本发明人进一步发现,这种高浓度可能降低疏水性硅酮预聚物中分散剂分子的混溶性。因此,对于氨基硅酮,举例来说,(本文中定义的)胺值可以是至多100,更通常,至多80,或更低。为了使分散剂分子相对于炭黑颗粒的含氧表面具有足够的活性,胺值可以为至少3,至少4,或至少5,并且通常大于5。
关于分散剂主链的长度,发明人发现该长度可以根据所需的炭黑粒径进行调节。表示为构成主链的原子数的该长度,可以在很宽的例如55至3000个原子的范围内。然而,对于较小的炭黑(二级)粒径,例如,对于100nm的Dv50,构成主链的原子数可以是55至1000个原子,65至900个原子或75至800个原子。
附图说明
以下将参照附图说明本发明的一些实施方式。通过非限制性实例,说明书连同附图使相关领域的普通技术人员明确他们如何实践本公开的教导。附图仅以说明性讨论为目的并用于能够理解本公开,并不尝试披露比基本原则所必需的更详细的实施方式的结构细节。为了清楚和简单起见,附图描绘的一些对象可能不按比例显示。
图1描绘了根据本教导的各种实施方式制备组合物的方法的简化示意图;
图2显示了由FIB-SEM显微镜记录的嵌入有CB颗粒的各种弹性体基质样品的图片及其示意图:
图2A显示了根据本发明的一些实施方式分散在基质中的CB颗粒的图像;
图2B是图2A中所示的分散颗粒的示意图;
图2C示出了类似如图2A所示的基质中CB的聚集体的图像,颗粒未经过研磨步骤;
图2D是图2C中所示的聚集颗粒的示意图;
图2E显示了在类似于图2A所示的基质中混合有不同市售CB颗粒的图像;
图2F是图2E中所示的市售颗粒的示意图;
图2H显示了从分散状态崩解的CB颗粒的图像;
图2G描绘了图2H中所示的崩解颗粒的示意图;
图3A显示了,对于包含根据本发明各具体实施方案制备的各种重量浓度的CB颗粒的硅酮样品,记录的在400-1500nm的UV-VIS-NIR范围内测量的并进一步外推至200nm、作为波长函数的弹性体样品的每微米厚度的吸光度(归一化真实吸光度或NTA)曲线图;和
图3B显示了,对于根据本发明分散(“研磨”),或者在类似的基质中混合(“未研磨”),或者从弹性体中崩解(“不稳定”)的包含10重量%的CB颗粒的硅酮样品,记录的在400-1500nm的UV-VIS-NIR范围内并进一步外推至200nm的作为波长的函数的NTA曲线图。
具体实施方式
如本说明书和随后的权利要求书中所用,关于炭黑颗粒的术语“易于分散”,“易于形成分散体”等,用于描述5%(重量/总重量)的CB颗粒在蒸馏水中的悬浮液,通过手动轻摇,通常在5秒内目测分散。
如本说明书和随后的权利要求书中所用,术语“硅氧烷”是指式(1)中所示的官能团。
其中R1和R2独立地选自H和烷基。n介于30至1500,30至1000,40至750以及40至600之间。
如本说明书和随后的权利要求书中所用,关于分散剂分子的术语“含硅氧烷”是指具有至少一个硅氧烷单元的分散剂分子。
如本说明书和随后的权利要求书中所用,关于分散剂分子的术语“基于硅氧烷”是指具有下列中的至少一种的分散剂分子:
(i)至少10重量%的硅氧烷,更通常地,至少20重量%,至少35重量%,至少50重量%,至少60重量%,或至少70重量%的硅氧烷;和
(ii)通过分散剂的FTIR分析或含有分散剂和炭黑的组合物的FTIR分析来鉴定的足够的硅氧烷基团。
如本说明书和随后的权利要求书中所用,关于溶剂或基质中的分散剂的术语“可混溶的”等是指在室温(25℃)下测量的分散剂溶解度,即以重量计为至少0.03重量%,即纯组分体系中的分散剂重量除以总重量(分散剂重量+溶剂/基质的重量)。具体地,关于可固化的疏水性硅酮预聚物中的分散剂的“可混溶的”等是指基于分散剂重量除以分散剂和可固化疏水性硅酮预聚物的总重量的为至少0.03%的分散剂溶解度。
通常,该分散剂溶解度按重量计为至少3%,或至少5%,更通常地为至少7%,至少10%,至少12%,至少15%,至少20%,或至少25%。在一些情况中,该分散剂溶解度为至多70%,至多60%,至多50%,至多40%,至多35%或至多30%。
该分散剂溶解度(以重量%计)通常为组合物中CB的重量%的至少0.3倍,更通常为组合物中CB的重量%的至少0.5倍,至少0.7倍,至少0.8倍,至少0.9倍或至少1.0倍。
如本说明书和随后的权利要求书中所用,关于聚合物分子的支链的术语“脊柱”,是指该支链的主链单元。
如本说明书和随后的权利要求书中所用,术语“非反应性氨基硅油”是指满足以下结构性质中的至少一种,优选两种的氨基硅油:(i)氨基硅油不含硅烷醇基和烷氧基;(ii)在典型的加成固化温度(例如约90℃至约200℃)下,或在实际使用的加成固化温度下,氨基硅油相对于乙烯基和硅烷醇部分是非反应性的。
如本说明书和随后的权利要求书中所用,关于分散的(CB)组合物中的溶剂的术语“挥发性”,是指具有足够低的蒸气压或部分蒸气压,以便在分散的组合物中在可固化的疏水性硅酮预聚物的固化条件下基本上蒸发的溶剂。
如本说明书和随后的权利要求书中所用,术语“由光学显微镜确定”是指用于合适样品的动态光学显微镜(DLS),以及用于不适合DLS的样品例如固化组合物或含有这种固化组合物的制品的的样品的代表性视场内的区域分析。
本发明提供了可固化的弹性体组合物,其包含基于碳的材料,特别是炭黑(CB)颗粒,以及它们相应的固化产物。这些可固化和固化的组合物可在各种工业领域中具有广泛(例如,在CB可用于其机械性能,其导热性能,其导电性能和该材料的其它性质的领域中)的应用。如下文进一步详述,本发明特别涉及其中弹性体是硅酮聚合物并且其中CB颗粒处于低微米(例如,在约1μm和10μm之间)至亚微米范围的组合物。在一些实施方式中,CB颗粒基本均匀地分布在组合物中。令人惊奇的是,使用亲水性炭黑已经获得了包含疏水性硅酮预聚物的这种组合物或所得弹性体。还公开了制备这种组合物的方法。
在一些实施方式中,含炭黑的组合物或其制备方法可用于制备间接打印系统的中间转印构件。这种打印系统和转印构件的实例在同一申请人于2017年11月30日提交的共同未决申请PCT/IB2017/057535中描述。在2017年5月30日由同一申请人提交的共同未决申请PCT/IB2017/053181中描述了层状制品的制造方法,其中层可包括根据本教导的固化组合物。本发明的组合物可另外用作需要具有紫外线吸收性能的密封剂(例如窗户)。
如本文所用,并且除非另有说明或从上下文中清楚,根据本发明的弹性体组合物包括可固化组合物和由其得到的固化组合物。
可固化组合物通常是指包含材料的组合物,所述材料可彼此交联或甚至自聚合,随后形成分子量高于构成其的未固化“预聚物”组分的聚合物基质。举例来说,预聚物可以是单体,低聚物或聚合物,所述单体,低聚物或聚合物具有可交联部分,允许它们在特定条件下形成更复杂的通常称为聚合物基质的网络。虽然某些预聚物可具有可交联的部分,在与另外的预聚物的部分混合时所述可交联的部分可容易地与另外的预聚物的部分相互作用,但是其它预聚物可能需要添加交联剂。
在一些情况下,预聚物的交联可以通过称为固化推动剂或促进剂的化学试剂促进,所述化学试剂包括例如固化催化剂和固化加快剂。虽然在固化过程中不消耗固化催化剂,但加快剂可以成为聚合物基质的一部分或者在固化过程中以其它方式改性,以便随着交联的进行而“被消耗”。另外的固化促进剂包括三维(3D)网络形成剂,例如疏水性气相二氧化硅。相反,可通过延迟剂延迟固化过程。
固化的组合物通常是指其中可固化组合物的组分的至少一部分可交联部分已经彼此反应或以其它方式相互作用的组合物。通常,可以通过组合物的机械性质的变化(例如,粘度,硬度,拉伸性等的增加)和/或其物理化学性质(例如,熔化温度,玻璃化转变温度等)的变化来随时间监测可固化组合物的预聚物朝向固化的组合物的固化。在该方法的早期阶段,认为组合物至少部分固化。一旦能够彼此反应/相互作用的所有可交联部分实际参与这种相互作用,组合物被认为是完全固化的,可以理解这不一定适用于所有理论上可获得的部分,一些部分实际上可能是受阻或多余的。通常,完全固化的组合物随时间显示出稳定的物理化学和/或机械性质(除非由于固化组合物的老化或疲劳而失效)。如本文所用,除非另有说明或从上下文中清楚,固化的组合物是指至少部分固化的组合物和完全固化的组合物。
根据本发明的一个方面,本文公开了一种可固化组合物,其包含:
a)至少一种能够在其固化时形成硅酮弹性体的反应性可固化硅酮预聚物;和
b)多个亲水性炭黑颗粒;
其中组合物中炭黑颗粒的浓度至少为0.01重量%;
所述炭黑颗粒任选地具有至少一种下列结构性质:
I)挥发性物质含量为炭黑颗粒重量的至少1.5%,和任选地至多50.0重量%;
II)在甲醇水溶液中4重量%的亲水性炭黑颗粒分散体测量的pH为至多5.0并且任选地为至少1.5;
III)氧含量为炭黑颗粒重量的至少1.0%,和任选地至多40.0重量%;
IV)炭黑颗粒的酸值,以mmol/g计,至少为0.05,并且任选地至多0.50;
V)(在蒸馏水中pH为12,且浓度为2重量%或更低的)表面zeta电位为至多-15mV,任选为至少-70mV;
VI)通过傅立叶变换红外(FTIR)光谱检测,含有至少一种选自由环氧,羟基和羧基部分构成的组的官能团;
VII)ID/IG比至少为0.8,其中ID和IG分别代表通过拉曼光谱测定的未解卷积光谱的D带和G带的峰强度最大值;和
VII)AUCD/AUCG比至少为1.2,其中AUCD和AUCG分别表示通过拉曼光谱测定的解卷积光谱的D带和G带曲线下的面积。
在一些实施方式中,可固化组合物的至少一种硅酮预聚物含有可与其上的CB颗粒或分子基团反应的官能团。为简单起见,也可以说硅酮弹性体含有这样的官能团,其也可以称为碳黑亲和部分。在一个具体实施方式中,硅酮预聚物的官能团包括碳黑亲和部分(例如氨基),至少一种硅酮预聚物具有亲和部分作为侧链或其主链的一部分。在这种情况下,包含CB亲和部分的硅酮预聚物是可缩合固化的。或者,另外,可以将具有碳黑亲和部分(例如,氨基硅酮分散剂)的分散剂添加到组合物中,以便能够使得或促进CB颗粒与至少一种反应性可固化硅酮预聚物之间的相互作用。在这种情况下,反应性可固化硅酮预聚物可以是可加成固化的或可缩合固化的。
根据本发明的另一个实施方式,炭黑颗粒分散在预聚物共混物中,并且弹性体可以形成具有主要粒径(应用于90%体积的颗粒,DV90)在100nm至10μm范围内的簇。在一些实施方式中,主要粒径(DV90)为至多1000nm,至多700nm或至多400nm。
硅酮弹性体
适用于本发明教导的可固化硅酮预聚物或弹性体包括但不限于液体硅酮树脂(LSR),室温硫化(RTV)硅酮,聚二烷基硅氧烷(PDAS),包括例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅酮,如果需要,其可以是通过与在硅酮主链上产生所需反应性基团的特定试剂(例如,如硅酮领域中已知的氨基,乙烯基,硅烷或硅醇基,烷氧基,酰氨基,丙烯酸酯基等,及它们的组合)反应进一步官能化,以产生官能化的硅酮。如本文所用,除明确或明显相反外,术语“(各)硅酮”(或“基于硅酮的”聚合物和类似变体)广泛用于包括这种官能化的硅酮。硅酮预聚物上的一些功能可以是可交联的部分,而其它可以为弹性体提供不同的所需的性质。
如上所述,硅酮预聚物是疏水的,并形成疏水弹性体表面。当在液体/空气/固体界面处的弯液面形成也被称为润湿角或接触角的角超过90°时,表面被认为是疏水的,参考液体是室温(约23℃)下的蒸馏水。在通常用测角仪或滴形分析仪测量的这种条件下,水滴倾向于成珠并且不会润湿表面。相反,当接触角小于90°时,表面被认为是亲水的,水滴容易扩散并润湿表面。
可固化硅酮的预聚物可分为可加成固化的硅酮和可缩合固化的硅酮,一些化学族可实现两种固化方法。
可加成固化或被加成固化的硅酮(ACS)的非限制性实例包括LSR和可加成固化的RTV,PDAS和PDMS硅酮或由LSR和可加成固化的RTV,PDAS和PDMS硅酮固化而产生,无论是否进一步官能化。
ACS可以占总可固化的或被固化的组合物重量的40至95重量%,45至90重量%,50至85重量%,55至80重量%,65至80重量%,或65至80重量%。通常,ACS可构成总可固化或固化组合物的至少60重量%。
ACS预聚物在交联剂和任何促进聚合物桥接的任何此类试剂(例如铂催化剂)存在下交联形成基质。另外,延迟剂(retardant)可用于阻碍催化剂的活性。这种延迟剂通常具有挥发性,一旦它们开始蒸发,现在不受阻碍的催化剂可以促进加成固化反应。任何和所有这些试剂(例如,交联剂,固化促进剂,固化抑制剂,三维网络形成剂)在本文中也可称为“(各)加成固化剂”。
可用于本发明的典型交联剂包括三甲基甲硅氧烷基封端的甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物,CAS号68037-59-2(例如,可商购自Gelest,Inc的HMS-301);氢化物封端的聚二甲基硅氧烷,CAS号70900-21-9,氢化物封端的甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物,CAS号69013-23-6;或三甲基甲硅烷氧基封端的聚甲基氢硅氧烷,CAS号63148-57-2。
在一些实施方式中,添加到组合物中的交联剂的浓度在占组合物总重量的1重量%至15重量%,3重量%至13重量%,5重量%至11重量%,7重量%至10重量%的范围内。
适用于硅酮聚合物的加成固化的催化剂可以是铂二乙烯基四甲基二硅氧烷,CAS号68478-92-2,例如可从Hanse以Catalyst510商购获得。此类催化剂通常在可加成固化的弹性体中以以下量存在,所述量为占组合物总重量的0.001重量%至0.75重量%,0.01重量%至0.7重量%,0.05重量%至0.5重量%,0.07重量%至0.5重量%的范围内。
根据本发明实施方式的加成固化方法的合适延迟剂是炔醇。这种炔醇包括,例如,1-乙炔基-1-环己醇,CAS号78-27-3,例如可从Hanse以Inhibitor 600商购,以及2-甲基-3-丁炔-2-醇,CAS号115-19-5。在一些实施方式中,添加到组合物中的延迟剂的浓度在占组合物总重量的1重量%至10重量%,1重量%至8重量%,2重量%至6重量%,3重量%至5重量%的范围内。
合适的3D网络形成剂包括无定形疏水性气相二氧化硅,其表面至少部分地被硅氧烷基团或具有疏水性质的其它基团覆盖,这些基团通常与二氧化硅上的硅烷醇官能单元反应。这些三维网络形成剂优选在固化后具有在弹性体组合物或至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物的折射率的10%,7%,5%或3%内的折射率。
在一个实施方式中,ACS是乙烯基官能化的硅酮,其可以在适合于所述材料的任何固化条件下,在至少一种加成固化剂的存在下固化。
在一些实施方案中,将分散剂添加到ACS中,分散剂可与ACS混溶。据信,分散剂可促进炭黑颗粒在可固化的硅酮预聚物中的分散。
相容的分散剂(例如,可与硅酮基质混溶)可具有含支链的化学结构和至少一个亲炭黑部分,所述部分对亲水性的炭黑颗粒的亲水表面具有亲和性。所述亲CB部分选自氨基部分,丙烯酸酯部分和环氧部分。CB的亲水表面通常由氧基官能团产生,例如环氧基,羟基或羧基。含支链的硅酮分散剂由主链和至少一个支链单元组成,其中所述主链和所述一个或多个支链单元中的至少一个是基于硅氧烷的,或含有至少一个硅氧烷单元。类似地,至少一个亲CB部分可以设置在主链内或(各)支链单元内。通常,基于硅氧烷的链和亲CB部分各自设置在含支链的分子的分开的“单型”组分上(例如,分散剂具有基于硅氧烷的主链而在支链单元具有亲CB部分,或反之亦然:亲CB部分设置在主链上而支链单元包含硅氧烷),这样的“分离”不是必须的。合适的硅酮分散剂可以例如在它们的主链内均具有硅氧烷单元和亲CB部分,形成“聚合型”主链,而源自于上述的“单型”或“聚合型”主链的支链单元也可以是含硅氧烷支链单元和亲CB支链单元的组合。
在一些实施方式中,当分散剂置于合成异烷烃溶剂(例如IsoparTM L)中时,分散剂是形成胶束的分散剂。
通常,由胶束形成分散剂在合成异烷烃溶剂中形成的胶束例如是反胶束。应当注意的是,氨基硅酮分散剂将CB颗粒分散在硅氧烷基质中的适用性是出乎意料的,特别是当CB材料相对亲水时。通常,即使当颗粒和硅酮介质具有相似的疏水性时,也难以实现炭黑亚微米或纳米颗粒在硅酮中的分散。这些颗粒倾向于彼此凝聚,而不是通过分散步骤而实现以它们的初级粒径或以任何相对小的二级粒径来保持均匀地分散。
尽管如此,在本发明中,通过使用氨基硅酮作为分散剂来加成固化硅酮,从而实现CB颗粒的分散。所获得的相对疏水/非极性的聚合物环境预期对纳米或亚微米CB颗粒的分散是“不利的”,因为这些颗粒比它们的较大配体更难分散。还应注意的是,氨基硅酮分散剂的使用被认为是违反直觉的,因为已知它们的胺部分在未结合并因此能够相互作用时,可阻止或以其它方式有害地影响硅酮基质的加成固化。因此,本发明人发现了在制备加载有CB的硅酮基质期间存在有关于氨基硅酮分散剂的量的微妙平衡。一方面,该量应足以至少部分包围CB颗粒并防止、减少或延迟其附聚/聚集;另一方面,应避免过量以防止、减少或延迟这种多余的未结合的氨基硅酮可能对加成固化具有的任何有害影响。除了其它因素,组合物中氨基硅酮分散剂的合适浓度可取决于CB颗粒和硅酮介质的类型,以及ACS中炭黑的相对浓度和粒径。较小的颗粒具有比较大颗粒相对较高的比表面积,因此可能需要相对较大量的氨基硅酮分散剂以实现所需的分散。该浓度可通过常规实验确定。
具有相对低数量胺部分(与低胺值相关)的氨基硅酮可有利于实现在足以实现所需颗粒分散的分散剂量但足够低以避免损害基质的固化之间的这种平衡。特别是当胺部分在末端定位时,单胺硅酮可能是优选的。不希望受任何特定理论的束缚,据信一旦与炭黑连接(例如,通过其上的分子基团,例如极性-COOH),末端单胺参与酸:碱相互作用,因此不可用于对ACS的固化产生负面影响。在一些实施方式中,氨基硅酮分散剂包括单胺封端的氨基硅酮。
在一些实施方式中,该氨基硅酮分散剂的胺值在3至75,3至65,3至55,4至75,4至65,4至55,4.5至50,5至75,5至65,5至55,6至75,6至65,6至55,6.5至50或8至40的范围内。
在一些实施方式中,氨基硅酮分散剂的氨值为至少4,至少5,至少6,至少7,至少8,至少10,至少12,至少15,至少20,或至少25。
在一些实施方式中,氨基硅酮分散剂的氨值为至多80,至多70,至多60,至多50,至多45,至多40,至多37,至多35,至多32,至多30,至多25,或至多20。
虽然氨基硅酮的胺值通常由这些材料的制造商提供,但它也可以通过使用标准方法的常规分析来确定。作为非限制性实例,含有胺部分的分子的胺值可通过用盐酸滴定氨基硅酮来评估,胺值对应于中和10g产物所需的0.1当量浓度的盐酸的毫升数。
在一些实施方式中,氨基硅酮分散剂是,包括或主要包括氨基硅油或基本上由氨基硅油组成。
在一些实施方式中,氨基硅酮分散剂可以是氨基乙基-氨基丙基-甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物(CAS号71750-79-3),例如Genesee以GP-342可市售,具有硅酮主链和作为支链单元的CB亲和氨基部分。适用于本发明的另一种分散剂可以是BYK Additives&Instruments的LPX21879(在FTIR中显示与氨基相关的1446cm-1的吸收带)。
在一些实施方式中,硅酮分散剂含有硅酮丙烯酸酯。这些材料通常用于制备可UV固化的硅酮丙烯酸酯弹性体。对于它们的常规用途,硅酮丙烯酸酯与光引发剂组合使用。在本发明中,令人惊讶地利用硅酮丙烯酸酯通过基于自由基的机理而聚合的能力,以与根据本教导的亲水性CB颗粒相互作用。在组合物中,根据一些实施方式,使用硅酮丙烯酸酯分散剂将CB颗粒分散在硅酮基质中的组合物基本上不含光引发剂。考虑到它们的分散,硅酮丙烯酸酯举例说明了CB颗粒的不同类型的处理。
在一些实施方式中,硅酮分散剂中丙烯酸酯的浓度为分子重量的至少0.5%。
在一些实施方式中,丙烯酸酯相对于硅酮分散剂分子的浓度在0.5%至75%,0.5%至60%,0.5%至50%,0.5%至20%,2.5%至75%,2.5%至60%,2.5%至40%,5%至75%,5%至60%或5%至40%的范围内。
硅酮丙烯酸酯分散剂可以易于控释或紧密释放自由基固化硅酮。这种硅酮丙烯酸酯分散剂可由Shin-Etsu Chemical Co.以商品名KP-578市售,由Industries以商品名RC 711(~1%丙烯酸酯)和RC 902(~4%丙烯酸酯)市售。即,RC711和RC902具有硅酮主链和CB亲和丙烯酸酯支链单元,而KP-578具有CB亲和丙烯酸主链和硅酮支链单元。
另外,环氧硅酮可用作硅酮预聚物中的CB分散剂。这种环氧硅酮分散剂可由例如,Industries以商品名RC 1401或RC1403市售。
然而,根据本教导的弹性体组合物中氨基硅酮,硅酮丙烯酸酯或环氧硅酮分散剂的量可取决于多种因素,例如待分散的颗粒的浓度和它们的粒径。存在于组合物中的分散剂的浓度通常根据待分散在组合物中的颗粒的浓度来确定,并且任选地为组合物的重量的至多30%,至多20重量%,至多15重量%,至多12%,至多10%,至多8%,至多6%,至多5%,或至多4%。通常,表面活性剂在组合物中的存在量可为占组合物重量的至少0.03%,至少0.1%,至少0.25%,至少0.5%,至少1%,至少1.5%,至少2%,或至少3%。硅酮分散剂可以由氨基硅酮分散剂的混合物,或硅酮丙烯酸酯分散剂的混合物,或环氧硅酮分散剂的混合物,或这些分散剂中的任何一种与至少另一种的混合物组成。另外,这些分散剂应与硅酮基质混溶,以获得均匀的最终固化硅酮弹性体。当需要特定的光学性质时,可以选择这些分散剂以具有与硅酮基质的其它组分的折射率(RI)相类似的RI(例如,彼此相差±10%之内)。
测试了其它代表性化学族的分散剂,发现它们不适用于本发明的目的。
在一些实施方式中,可固化的硅酮预聚物是可缩合固化的硅酮预聚物。
可缩合固化的硅酮(CCS)的非限制性实例包括可缩合固化的RTV,PDAS和PDMS硅酮,无论是否被进一步官能化。CCS预聚合物可以在不存在另外的交联剂的情况下交联以形成基质,这种效果由硅酮主链上的合适的部分或官能团提供。在一些实施方式中,缩合固化可进一步需要催化剂(例如锡催化剂)和促进聚合物的合适部分缩合的任何此类试剂,任何和所有此类试剂在本文中称为(各)“缩合固化”试剂。在一个实施方式中,CCS是硅烷醇官能化的硅酮,在特定的实施方式中是硅烷醇封端的硅酮。在适合于所述材料的任何固化条件下,硅烷醇官能化CCS可在至少一种缩合固化剂存在下固化。
在一个实施方式中,需要分散剂将CB颗粒分散在CCS内,具有碳黑亲和部分的分散剂如上所述用于ACS。在另一个实施方式中,CCS是反应性氨基硅酮或硅酮丙烯酸酯,使得硅酮预聚物已经含有CB-亲和功能。在这种情况下,预聚物本身可以提供足够的分散剂功能,因此不需要额外的专用分散剂。另外,可缩合固化的预聚物可用于分散用除预聚物之外的专用分散剂单独处理的CB颗粒。适用于CCS弹性体固化的缩合固化剂是已知的,在此不需要进一步详述。
ACS和CCS的固化条件是本领域技术人员已知的,并且如果需要,可以通过常规实验容易地针对任何特定用途对ACS和CCS的固化条件进行优化。
在可固化组合物用于产生层状物体的实施方式中,例如用于间接打印的中间转印构件,本发明的可固化弹性体组合物由于在这种制品内形成层而优选与相邻的(各)层的组合物相容。当构成第一层的材料不阻止或不以其它方式影响相邻第二层的形成或功能时,认为这些层的组合物是相容的。举例来说,通过加成固化制备的层更可能与通过相同固化方法制备的层相容。如果转印构件要包括通过加成固化制备的层和通过缩合固化制备的相邻层,则这些层将被阻挡层分开,从而防止彼此的相互负面影响。
炭黑
各种形式的CB天然疏水,优先分散在非极性物质中,并且在水性环境中很难分散。因此,通常优选使用疏水性CB在例如由硅酮聚合物形成的疏水性弹性体基质中分散。不期望可以通过天然存在的配体(counterpart)的(例如,化学)处理制备的亲水性CB在这样的疏水环境中稳定地分散,因为优选彼此聚集的亲水性颗粒可形成附聚物,该附聚物在其可充分固化来“冻结”假定的暂时稳定的分散体之前会以沉淀,絮凝或其它方式与基质分离。在这种情况下,可以说这种分散体或嵌入这种不稳定分散体的固化弹性体已经“崩解(collapsed)”。
申请人认为,本教导令人惊讶地能够使亲水性CB颗粒分散在疏水性弹性体组合物中。可以以至少5wt.%的浓度容易地分散在水中的亲水性CB能够以其氧含量为特征,由于用于CB制造的氧化处理而产生的含氧含量被认为与挥发性化合物的含量相关。通过选择或调节碳原子表面上的氧原子含量至所需的范围内的量,和/或通过选择或调节炭黑中挥发性组分的含量至所需的范围,CB的分散性和/或分散的稳定性可以得到明显改善。稳定分散的亲水CB可以促进包括弹性体组合物的制品的制备,其中分散的CB可以用于提供机械性能,导热性,电导率,辐照吸收和与CB相关的任何类似性质。
作为非限制性实例,在打印领域中的应用,例如在间接打印工艺中使用的中间转印构件(ITM),根据本教导的包含分散在硅酮弹性体中的CB的制品可具有改善的机械性能(例如,导致ITM的寿命更长),改善的导热性(例如,促进热传递,其可以反过来加速涂敷到ITM的油墨的液体载体的蒸发),增强的电导(例如,加速适用于电打印工艺的ITM的充电))或令人满意的辐照吸收(例如,允许在辐照触发打印例如激光打印中将辐照转换成足够的能量)。良好分散的CB有利地允许相关层/制品如前面所示,在整个表面上和/或在所考虑的弹性体组合物的整个厚度上显示基本上均匀的性质。
在一些实施方示中,炭黑的挥发性物质含量为炭黑颗粒的重量的至少1.5重量%,至少2.5重量%,至少3.5重量%,至少5重量%,至少7重量%,至少8重量%,至少10重量%,至少12重量%,至少15重量%,至少18重量%,或至少20重量%。
在一些实施方示中,挥发性物质含量为炭黑颗粒的重量的至多50重量%,至多40重量%,至多35重量%,至多30重量%,至多27重量%,至多25重量%,或至多22重量%。
一些实施方示中,炭黑颗粒的挥发性物质含量在炭黑颗粒的重量的1.5重量%至50重量%,2.5重量%至50重量%,3.5重量%至40重量%,5重量%至40重量%,5重量%至30重量%,5重量%至25重量%,7重量%至30重量%,10重量%至30重量%,10重量%至25重量%,或15重量%至22重量%的范围内。
在一些实施方式中,亲水性炭黑颗粒的特定挥发性物质含量,由可根据DIN 53552测定的以百分比表示的亲水性炭黑颗粒的一种或所述挥发性物质含量除以可根据ASTMD6556确定的BET比表面积来限定,为至少0.01%,至少0.012%,至少0.015%,至少0.018%,至少0.02%,至少0.022%,至少0.025%,至少0.028%,至少0.03%,至少0.032%,至少0.035%,或至少0.037%。
在一些实施方式中,该基于BET的特定挥发性物质为至多0.1%,至多0.09%,至多0.08%,至多0.07%或至多0.06%。
在一些实施方式中,亲水性炭黑颗粒的特定挥发性物质含量,由根据DIN 53552测定的以百分比表示的亲水性炭黑颗粒的挥发性物质的含量乘以可由亲水性炭黑颗粒的制造商提供或可根据动态光散射仪(Dynamic Light Scattering,DLS)确定的以纳米表示的平均初级粒径(average primary particle size,APPS)来限定,为至少40%,至少50%,至少60%,至少75%,至少100%,至少120%,至少150%,至少180%,至少200%,至少220%,或至少250%。
在一些实施方式中,该基于APPS的特定挥发性物质为至多600%,至多500%,至多400%,至多350%或至多300%。
术语“挥发性物质含量”或“挥发物含量”涉及在加热至至少150℃的高温时进行挥发的组分的量,并且表示为CB重量的重量%。通常,这些值由CB制造商提供,但可以通过熟练化学分析员已知的标准方法例如TGA或根据DIN 53552独立地确定。
在一些实施方式中,炭黑颗粒的氧含量为炭黑颗粒重量的至少1.0重量%,至少1.5重量%,至少2重量%,至少3重量%,至少4重量%,至少5重量%。至少6重量%,至少7重量%,至少8重量%,至少10重量%,至少12重量%,或至少15重量%,20重量%。
在一些实施方式中,炭黑颗粒的氧含量为炭黑颗粒重量的至多40重量%,至多30重量%,至多25重量%,至多22重量%,至多20重量%,至多18重量%,至多15重量%,或至多13重量%。
在一些实施方式中,炭黑颗粒的氧含量为在炭黑颗粒重量的1.0重量%至40重量%,2重量%至35重量%,3重量%至35重量%,4重量%至30重量%,4重量%至25重量%,5重量%至2重量%,5重量%至20重量%,6重量%至20重量%,6重量%至18重量%,7重量%至15重量%,7重量%至15重量%,8重量%至13重量%,或10重量%至13重量%的范围内。
表面氧的术语“原子%”涉及存在于炭黑颗粒的表面上(包括在颗粒内部的任何可检测的深度处)的氧原子数(O)和碳原子数(C)的比率,表示为下式:(O/C)×100%。通常,氧含量值由CB制造商提供,并且可以通过乘以因子0.75转换成原子百分比。这些值可以通过诸如质谱的已知方法独立地确定。应注意,随着PPS(primary particle size,初级粒径)增加,并且因此比表面积减小,原子%将相应地降低。因此,举例来说,具有50nm的PPS的CB的表面氧阈值可以仅为具有10nm的PPS的CB的表面氧阈值的1/5。
可以氧化处理CB材料以增加其表面上的氧原子百分比。合适的氧化剂的实例,无论是气态还是液态,包括臭氧,过氧化氢,硝酸和次氯酸。例如,炭黑可以在环境温度下用臭氧或含臭氧的气体氧化。还有湿法氧化的方法,其中炭黑暴露于次卤酸盐,所述次卤酸盐包括例如次氯酸钠和次氯酸钾。
举例来说,典型的制备包括将炭黑粉末与次卤酸或次卤盐,优选在含水介质中混合,并在室温至约90℃的温度(50℃或更高的温度是有利的)下,搅拌该混合物1-24小时。然后将粉末与分离,洗涤以除去未反应的氧化剂并使其干燥。可以通过调节氧化剂的浓度,炭黑颗粒与氧化剂的比例,氧化温度,氧化时间,搅拌速度等来控制氧化度。从分散适应性的观点来看,CB表面上的氧含量(无论是否经过氧化处理)优选为5原子%或更多,7.5原子%或更多,或10原子%或更多。
具有小于5原子%的氧含量、可以因此受益于氧化处理以使其适合的炭黑的实例包括通过已知方法制造的炭黑,例如通过接触法,炉法或加热法制造的炭黑。
这种低表面氧的CB的特定例子包括Raven 5750,Raven 5250,Raven2000,Raven1500,Raven 1250,Raven 1200,Raven 1190ULTRAII,Raven1170,Raven 1255,Raven 1080,Raven 1060,和Raven 700(所有都由Columbian Chemicals Company公司制造),Regal400R,Regal 330R,Regal 660R,Mogul L,Black Pearls L,Monarch 700,Monarch 800,Monarch 880,Monarch 900,Monarch 1000,Monarch 1100,Monarch 1300,和Monarch 1400(所有都由Cabot Corporation卡伯特公司制造),Color Black FW1(pH 3.5,BET比表面积320m2/g),Color Black 18,Color Black S150,Color Black S160,Color Black S170,Printex 35,Printex U,Printex V,Printex 140U,Printex 140V,180-IQ,170-IQ(所有都由Evonik Degussa Corporation埃沃尼克德古萨公司制造),No.25,No.33,No.40,No.45,No.47,No.52,No.900,No.2200B,No.2300,No.990,No.980,No.970,No.960,No.950,No.850,MCF-88,MA600,MA 7,MA 8,和MA 100(所有都由Mitsubishi Chemical Corporation三菱化学控股株式会社制造)。
具有5原子%或更高的表面氧含量的炭黑可以除了通过如上所述的氧化处理制备,还可以是市售产品。其具体实例包括Color Black FW2(挥发性物质的含量为16.5wt.%,吸油值155cc/100g,pH 2.5,BET 350m2/g,初级粒径13nm),Color Black FW182(表面氧的含量:12原子%,挥发性物质的含量为20wt.%,吸油值142cc/100g,pH 2.5,BET 550m2/g,初级粒径15nm),Color Black FW 200(表面氧的含量:12原子%,挥发性物质的含量为20wt.%,吸油值160cc/100g,pH 2.5,BET 550m2/g,初级粒径13nm),150(挥发性物质的含量为10wt.%,吸油值120cc/100g,pH 4.0,BET 175m2/g,初级粒径25nm),Special Black 4或4A(挥发性物质的含量为14wt.%,吸油值100-115cc/100g,pH 3.0,BET180m2/g,初级粒径25nm),Special Bblack 5(挥发性物质的含量为15wt.%,吸油值130cc/100g,pH 2.5,BET 240m2/g,初级粒径20nm),Special Black 6(表面氧的含量:11原子%,挥发性物质的含量为18wt.%,吸油值170cc/100g,pH 2.5,BET 300m2/g,初级粒径17nm),所有上述内容均来自Orion Engineered Carbons Co.,Ltd;Raven 5000Ultra II或UltraIII(挥发性物质的含量为10.5wt.%,吸油值95cc/100g,pH 3.0-3.5,BET 583m2/g,初级粒径8nm;由Columbian Chemicals Company制造),以及Fuji Jet Black(表面氧的含量:12原子%;由Fuji Pigment Co.,Ltd.制造)。关于这些示例性炭黑的不同性质的信息由它们各自的制造商提供。
可以通过拉曼光谱法(例如,使用LabRAM HR Evolution,Horiba Scientific)估计CB材料的氧化水平。该技术允许确定所研究化合物的D带和G带峰值,用于预确定激发激光波长(例如,在488nm至647nm的范围内),激光功率(例如,40mW)和整合时间(例如,从10s到120s)。可以控制温度以降低黑噪声(例如,通过冷却检测器)。如果需要,可以通过集成软件进行或不进行光谱的解卷积来获得拉曼峰强度最大值(I)或曲线下面积(AUC),进一步进行基线校正。然后可以分别计算D带和G带的拉曼峰强度ID和IG的比。通常在未解卷积的光谱上测量每个峰的最大强度。光谱性能和得到的带比(ID/IG)可以根据经验来与元素碳材料的氧化水平相关联。在CB的所有其它结构性质相似时,具有相对低的D带与G带比率表明该CB将比具有相对较高的D带与G带比的CB的氧化程度低。举例来说,当ID/IG比为0.8或更大,1.0或更大,1.2或更大时,表明在本发明的一些实施方式中CB材料如所需那样进行了相对的氧化。这些拉曼光谱可以在一些弹性体基质(特别是PDMS)所讨论的带中不受影响,因此该方法有利地提供了无损技术来评估固化组合物中的CB特性。炭黑颗粒的氧化水平还可以通过可从D带和G带的AUC推导出的积分面积强度和其可以通过AUCD/AUCG在数学上呈现的两者之间的比率来评估。AUC比率为至少1.2,或至少1.4,或至少1.6表明更多氧化的CB。
表征炭黑的另一种方法是通过其表面Zeta电位,其是颗粒之间的静电或电荷排斥/吸引力的量值的量度。其测量可以深入了解CB的分散,聚集或絮凝能力。
在一些实施方式中,CB具有至多-15mV,至多-20mV,至多-25mV,至多-30mV,至多-35mV或至多-40mV的表面Zeta电位。
在一些实施方式中,该CB具有-70至-15mV,-70至-20mV,-70至-25mV,-70至-30mV,-70至-35mV,-60至-15mV,-60至-20mV,-60至-25mV,或-60至-30mV的范围内的表面zeta电位。
这种测量可以在任何合适的Zeta电位分析仪中进行,并且在本文中使用MalvernInstruments的Zetasizer Nano进行。表面zeta电位在蒸馏水中pH为12、水中的炭黑浓度为2重量%或更低,1重量%或更低,或0.1重量%或更低的条件下测量。
另一种表征CB的方法是通过邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收。对CB材料的DBP值没有特别限制,但通常为约50mL/100g至约200mL/100g,或100mL/100g至200mL/100g,或150mL/100g至200mL/100g。通常,这样的DBP值或类似的吸油值(OAN)由CB制造商提供,但可以通过本领域化学分析师已知的方法独立地确定,例如根据JIS K6621A方法或ASTM D 2414-65T标准。
在一些实施方式中,组合物中炭黑颗粒的浓度为占组合物总重量的至少0.01%,0.02%,0.03%,至少0.1%,至少0.25%,至少0.5%,至少1%,至少1.5%,至少2%,或至少3%。
在一些实施方式中,组合物中炭黑颗粒的浓度为占组合物总重量的至多30%,至多20%,至多15%,至多12%,至多10%,至多8%,至多6%,至多5%,或至多4%。
在一些实施方式中,组合物中炭黑颗粒的浓度在占组合物总重量的0.1%至25%,0.1%至20%,0.1%至15%,0.1%至10%,0.3%至25%,0.3%至10%,0.5%至15%,或0.5%至12%,或1%至15%的范围内。
在一些实施方式中,炭黑与其分散剂(例如,氨基硅酮,硅酮丙烯酸酯、环氧硅酮等)之间的重量/重量(w/w)比为0.4:1至2:1,0.7:1至1.8:1,或0.9:1至1.6:1,或大约1:1或1:1.5。
根据本发明所教导的亲水性CB的水性分散体的在25℃下测定的pH值,可以优选在酸性至中性范围内,例如在pH2.0至pH8.5,pH2.5至pH7.5,并且有利地,在pH2.0至pH5.5,或在pH2.0至pH4.5,或在pH2.5至pH4.0,或在pH2.0至pH3.5的相对酸性范围内。在一些实施方式中,亲水性CB的pH值为至多5.0,至多4.5,至多4.0,至多3.5,至多3.0,或至多2.7。可以使用任何适当校准的pH计设备测量预定浓度的CB分散体的pH,例如,根据DIN ISO 787-9标准。简言之,根据该过程,可以用磁力搅拌器以约600-1,000rpm的方式将(在1:1的蒸馏水:甲醇中)4wt.%的CB分散体搅拌5分钟,同时将预先校准的pH电极浸入测试的分散体中。在关闭搅拌器后一分钟读取pH值。
亲水性炭黑颗粒的酸值(mmol/g)为至少0.05,至少0.06,至少0.075,至少0.1,至少0.125,至少0.15,或至少0.175。在一些实施方式中,该酸值为至多0.5,至多0.4,至多0.3,或至多0.25。在一些实施方式中,该酸值在0.05至0.35,0.06至0.35,0.08至0.35,0.1至0.35,0.05至0.3,0.06至0.3,0.08至0.3,0.1至0.3,0.05至0.25,0.08至0.25,0.1至0.25,0.12至0.25或0.15至0.25的范围内。CB的酸值可通过常规方法测定。例如,将CB与水混合,并加入KOH水溶液使pH达到至少11-12。然后用HCl水溶液滴定所得浆液,监测用于中和过量碱以及用于中和CB相关的酸基团的KOH的点。在这两点之间加入的HCl量表示CB上的酸量。
在一些实施方式中,亲水性炭黑颗粒容易在pH7.0的蒸馏水中形成分散体,亲水性炭黑颗粒占所述分散体的5%的重量百分比。
对CB材料的比表面积没有特别限制,但是当通过BET氮吸收技术测定时,优选为50m2/g至650m2/g,或100m2/g至550m2/g。通常,这样的BET值由CB制造商提供,但可以通过已知方法独立地确定,例如根据ASTM D3037标准。
通过在形成的弹性体或其层中使用主要粒径小于10微米并且对于一些应用小于1微米的的CB,可以促进上文所述的基本上均匀的分散/均匀行为(例如,机械增强,传导,吸收能力等)。这样的尺寸不仅在初级粒径(PPS)方面是优选的,而且对于二级粒径(SPS)也是优选的,所述二级粒径(SPS)可以由这种初级颗粒的附聚或簇形成而产生。集群的主要部分(按体积计,DV90)具有亚微米范围的粒径的初级和二级颗粒,被认为具有改善的尺寸稳定性和分散性。以其中CB颗粒由于其辐照吸收性质而分散在弹性体组合物中的情况为例,并且考虑到应该避免散射以改善所得制品的行为的情况,因为散射相应地减少,则进一步优选具有小于发射光束的波长的一半的主要粒径的颗粒。因此,在一些实施方式中,有利的是具有小于500纳米的主要粒径的CB颗粒。
在一些实施方式中,主要粒径(DV90)在100nm至10μm,100nm至1.3μm,120nm至1.3μm,150nm至1.3μm,200nm至1.3μm,250nm至1.3μm,300nm至1.3μm,200nm至1.0μm,250nm至1.0μm,300nm至1.0μm,350nm至1.0μm,400nm至1.0μm,或500nm至1.5μm的范围内。通常,主要粒径为至多5μm,至多3μm,至多2μm,至多1.5μm,至多1.2μm,至多1μm,至多850nm,至多700nm,至多500nm,至多400nm,至多350nm,至多300nm,至多250nm,至多200nm,至多150nm,至多120nm,或至多100nm。如所解释的,初级颗粒可以聚集形成二级颗粒,并且测量的集群可以包括两种类型的颗粒,它们在集群中的相对比例取决于分散体的类型。因此,主要粒径可以反映PPS和SPS中的至少一种。
具有主要粒径的CB颗粒,通常具有初级粒径(PPS)为100nm或更小的CB颗粒被认为是纳米范围的,具有80nm或更小,60nm或更小,40nm或更小,或30nm或更小的平均粒径(APPS)的初级颗粒特别优选用于紧密颗粒堆积。通常,CB初级粒子的平均PPS(DV50)为5nm或更大,或10nm或更大,或15nm或更大,并且通常在8到80nm,8到65nm,8到55nm,10至80nm,10至65nm,或10至55nm的范围内。颗粒(主要是初级颗粒)的尺寸可能影响它们紧密堆积在弹性体内的能力,相对小的颗粒能够比相对较大的颗粒具有更高的堆积密度。有利地,较低量的相对小的颗粒可以获得与较高量的相对大的颗粒相似的CB密度。取决于它们的尺寸,另外还有弹性体的黏度,固化的条件和持续时间,固化的弹性体层的厚度和本领域技术人员已知的制造因素,颗粒可以在层厚度上分离并形成梯度状分布。较大的CB二级颗粒可能倾向于更快地沉淀并向层的底部积聚,而相对较小的颗粒可以以较慢的速度遵循这种趋势(如果有的话)并因此能够在层的较高的部分保持相对较高的浓度。在这种情况下,该层的“底部”和“顶部”部分涉及它们在固化期间并且不一定在安装和操作相关制品(例如,作为打印系统中的循环移动的ITM)时的定向。如果上部中的足够厚的厚度中基本上没有CB颗粒,则这种沿着弹性体制品的深度(例如,在ITM的成像表面上)而形成的颗粒分布的多个内层的颗粒的分离可能是有利的。在中间转印构件的示例性情况下,该“顶层”可以用作释放表面,颗粒的不存在增加了其平滑度,因此认为可以改善能够从所述释放表面上转印的油墨图像的质量。
制造商通常例如根据ASTM D 3849评估,提供CB材料的平均初级粒径。无论是通过动态光散射DLS还是通过显微技术评估的粒径分布,都可以提供关于材料的初级粒径(PPS)和其二级粒径(SPS)的信息,所述二级粒径即形成例如簇或附聚物的初级粒子的集合尺寸。PPS值通常在组合物的制备过程中保持恒定,认为这些步骤很少将初级颗粒分解成亚初级尺寸。然而,SPS值根据用于制备可固化组合物的特定方法和用于制备被固化组合物的特定方法而变化。
由于CB可以作为紧密堆积或松散堆积的簇提供,因此可以优选松散堆积类型以促进分散。
在DLS技术中,颗粒近似为具有等效行为的球体,并且可以根据流体动力学直径提供尺寸。DLS有助于评估集群的尺寸分布。如本文所用,具有例如1μm或更小尺寸的颗粒在X-Y-Z坐标中的至少一个维度等于或小于1μm,并且取决于形状而可能在两个或甚至三个维度等于或小于1μm。当颗粒近似球形时,1μm或更小的尺寸应理解为等于或小于1μm的平均直径。
尽管不是必需的,但是CB颗粒可以优选地均匀地成形和/或在相对于集群的中值的对称分布内和/或在相对窄的尺寸内分布。
如果以下两个条件中的至少一个适用,则称粒径分布(PSD)相对较窄:
90%颗粒的流体动力学直径与10%颗粒的流体动力学直径之间的差值等于或小于150nm,或等于或小于100nm,或等于或小于50nm,其中可以用数学表达:(D90-D10)≤150nm等;和/或
a)90%颗粒的流体动力学直径与10%颗粒的流体动力学直径之间的差;与b)50%颗粒的流体动力学直径之间的比值不大于2.0,或不大于1.5,或不大于1.0,可通过下式数学表示:(D90-D10)/D50≤2.0等。
D10,D50和D90可以通过集群中的颗粒数量来评估,在这种情况下它们可以以DN10,DN50和DN90或颗粒的体积提供,在这种情况下它们可以作为DV10,DV50和DV90提供。当待研究的样品适当地为流体时可以通过DLS技术获得上述测量,或当研究的颗粒为干燥形式或嵌入固化的组合物中时可以通过显微镜获得上述测量。
如本文所用,D50,也可以称为“平均测量粒径”或简称为“平均粒径”,根据最适合于所考虑的颗粒的测量方法及其介质,可以指DV50(通过DLS等)或可以指在适于在颗粒的规模中分析的显微镜视场中发现的50%颗粒的体积平均尺寸。类似地,D90(也可以称为“主要粒径”)可以指DV90或者在显微镜视场中发现的90%的颗粒的体积平均尺寸。
CB颗粒可具有任何合适的纵横比,即颗粒的最小尺寸与垂直于最小尺寸的最大平面中的最长尺寸之间的无量纲比。在一些实施方式中,炭黑初级颗粒近似为球形,并且可具有0.2:1至1:5,或0.5:1至1:2范围的纵横比。可以从初级颗粒附聚成团的CB的二级颗粒不一定是球形的,它们的纵横比仍然可以在0.1:1至1:10,0.2:1至1:5或0.5:1至1:2的范围内。
尽管不是必需的,但是炭黑初级颗粒可以优选地均匀地成形,和/或相对于集群的中值具有对称分布。在一些实施方式中,炭黑二级粒子在相对窄的粒径分布内,这种窄粒径分布有利地保持在固化的硅酮弹性体中。
在本发明的一个优选实施方式中,CB颗粒和基于硅酮的材料(例如,可固化的预聚物,氨基硅酮,硅酮丙烯酸酯或环氧硅酮分散剂)是相容的。如弹性体配方领域的技术人员所理解的,对于任何特定组合物或配方来说,一组材料“相容”意味着任何此类相容化合物的存在不会对任何其它化合物在任何制备步骤中的功效或不会对最终的组合物产生负面影响。相容性可以是化学上的,或可以是物理上的,或可以两者都是。例如,适于将炭黑分散至可固化硅酮流体的分散剂应当均与炭黑材料和待固化的硅酮聚合物相容(也与任何需要完善这样固化的其它试剂相容,这些统称为“硅酮介质”)。例如,除其它之外,如果分散剂阻止、减少或延迟硅酮预聚物的固化,不与该预聚物混溶或对炭黑有害,以及产生任何类似的不希望的效果,则该分散剂是不相容的。在一些实施方式中,相容性可另外表示,被认为是相容的材料将共享共同的性质,例如常见的硅基化学物质或类似的物理参数。例如,与具有可能看起来更混浊的相对不相似的RI的材料相比,具有相似折射率(RI;彼此在±10%之内)的材料被认为产生更透亮的固化膜。
在一些实施方式中,固化的组合物可以通过以下参数中的任何一个来表征。一个这样的参数是由分散剂或某些特定CCS聚合物的碳黑亲和部分产生的产物的存在和/或数量。例如,最终产品中的胺和/或酰胺可能表明在制造过程中使用氨基硅酮分散剂。酰胺可以在固化过程中形成,这暗示它们来自氨基硅酮。可以类似地检测丙烯酸酯部分和环氧部分以推断相应的所使用分散剂。这可以通过诸如FTIR的常规手段来完成。虽然指示特定化学基团的峰不一定意味着使用了相应的分散剂,但是这种结果可以是高度暗示的,特别是与根据本教导制备的固化产物的其它特征组合时。
另外,添加以增强加成固化的铂催化剂痕量或添加以增强缩合固化的锡催化剂痕量可指示是使用哪种固化机理来获得最终产品。可以通过已知的分析方法,例如通过电感耦合等离子体光谱法(ICP),气相色谱-质谱(GCMS),元素分析和能量分散光谱(EDS),通过铂或锡的痕量分析来检测这种铂或锡痕量。在加成固化的情况下,这种痕量的铂催化剂也可以源自加入的额外量的催化剂,以抵消可能由使用氨基硅酮分散剂引起的过量胺。
制备在硅酮介质中包含炭黑的弹性体组合物
虽然在下面提供的描述中,公开了几种处理方法以将CB颗粒分散到硅酮介质中,但这些不意在限制。合适的设备可包括超声分散器,高剪切均化器,超声波仪,砂磨机,阿特里托(Attritor)介质研磨机,珠磨机(pearl mill),超级研磨机,球磨机,叶轮研磨机(impeller),分配器,卧式搅拌器KD研磨机,胶体磨,打拿研磨机(dynatron),三辊磨,挤出机和压捏机,仅举几例。
可以通过任何合适的方法获得的可固化组合物,如下面例举的,然后可以将其沉积在衬底上,以在固化后形成所需的制品。可以通过任何合适的方法将组合物沉积在衬底上,例如浇注,铸塑,网涂,辊涂,刮涂,喷涂,旋涂,流动涂覆,浸涂,喷涂,模塑,挤出模塑,层压等。
可以使用适合于所需制品的任何衬底,例如金属,塑料和织造或非织造织物。合适的衬底可以进一步具有任何合适的尺寸,形状,表面拓扑结构和任何其它这样的所需性质,其不需要进一步详述以理解本发明。在一些实施方式中,衬底可以是预期制品的整体部分,沉积的组合物在固化后将保持附着于所述制品之上。或者,衬底和沉积的组合物在固化过程中可以可释放地彼此接触,然后在固化后彼此分离(例如,剥离)。
接着,将可固化组合物铸塑在合适的衬底上,包括在适用时将组合物倒入模具中,可任选地进行或允许进行平整,以获得任何所需的预定厚度。然后可以在约0.5至约24小时的时间段内例如约0.5至约12小时,或约1至约4小时,固化沉积于衬底的可固化组合物。可固化组合物可在合适的温度下固化,例如约90℃至约200℃,或约90℃至约180℃,或约120℃至约140℃。如果考虑缩合固化,则可另外在受控湿度下,在约20%至约80%,或约30%至约70%,或约30%至约60%的相对湿度(RH)下进行固化。
根据本发明的另一方面,本文公开了在对上述可固化组合物进行固化后所获得的固化组合物。在一些实施方式中,所述固化组合物是通过对可加成固化的组合物进行加成固化而获得的加成固化的组合物。
根据本发明的又一方面,本文公开了一种制备固化组合物的方法,该方法包括制备可固化组合物的第一步,然后固化所述组合物。该方法可以进一步包括另外的步骤,包括例如在固化步骤之前在固化支承件上或固化支承件内铸塑可固化组合物和在固化步骤之后将固化的组合物与固化支承件分离。
可固化组合物可根据以下方法制备:
a)在第一种疏水性硅酮分散剂存在下,使初始亲水性炭黑块状物尺寸减小,以获得含有尺寸减小的炭黑颗粒的初始分散混合物;
b)将初始分散的混合物与疏水性可固化的硅酮预聚物混合,以产生最终的分散混合物,所述最终分散的混合物中的尺寸减小的炭黑颗粒具有100nm至10μm范围内的DV90,所述混合任选地在固化剂的存在下进行;
c)固化所述最终分散的混合物,以产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物。
任选地,可固化的硅酮预聚物与CB分散剂混合物在许多子步骤中混合。当与硅酮预聚物混合时,例如,可以在第一个子步骤中加入(各)硅酮预聚物;然后可以在任何数量的后续子步骤中加入交联剂;固化推动剂;固化延迟剂;三维网络形成剂或制备可固化组合物所需的任何类似材料。通常,在第二子步骤中共同添加各固化剂。
进一步任选地,可以在混合步骤b)之前将第二硅酮分散剂添加到可固化的硅酮预聚物中以产生中间弹性体混合物。在步骤a)中使用的用于使CB颗粒尺寸减小的第一分散剂和任选在步骤b)中使用的其中可固化的硅酮预聚物作为中间弹性体混合物供应的第二分散剂可以相同或不同。在使用相同的分散剂的情况下,在不同的添加步骤或子步骤中,术语第一分散剂,第二分散剂等可以被称为分散剂的第一部分、第二部分等等。
在固化之前,可固化组合物(包括CB颗粒和硅酮介质的最终分散混合物)可以涂敷在表面上以形成所需(预定)厚度的层,或者在模具内以形成基本上具有与模具一致的形状的物体。
据信在步骤b)之前添加第二分散剂或硅酮分散剂的第二部分减少了硅酮分散剂从碳颗粒表面向可固化硅酮预聚物的解吸附,该解吸附如果过度扩散则会导致不希望的炭黑颗粒的附聚/聚集/絮凝。
在一些实施方式中,该方法在固化之前包括稀释步骤,其中用额外量的可固化硅酮预聚物或硅酮混合物和/或用挥发性有机溶剂进一步稀释混合物。当与预期的硅酮流体相容时,这些溶剂可以促进层制备或涂敷于受体层或支承件的一些阶段,以及防止不稳定或絮凝。相对高的挥发性有利于减少或消除最终制品中这些溶剂的存在。因此,如本文所用,术语“挥发性溶剂”和类似变体是指能够在该方法的固化条件下蒸发的溶剂,从而基本上不存在于固化产物中。
如上所述,如果与可固化组合物的其它组分相容,则挥发性溶剂是合适的。合适地,挥发性有机溶剂是二甲苯,商业上称为IsoparTM L,M或G的合成异烷烃溶剂,诸如六甲基二硅酮的有机硅酮溶剂和诸如己烷的烃溶剂。在一些实施方式中,挥发性有机溶剂是二甲苯。通常,用挥发性有机溶剂以至少1:4或1:9的重量/重量比稀释CB分散的硅酮。
在一些实施方式中,使用例如前述的那些催化剂,延迟剂和交联剂进行固化(例如,加成固化)。
虽然硅酮基质的部分固化可以在120℃下进行(大约0.5-1小时,取决于层厚度),但是通过升高温度可以加速这样的步骤(例如,如果在140℃下固化,则将固化持续时间减少到约20分钟)。
反应进程之后可以进行许多方法,例如溶胀,其中将固化或部分固化的弹性体置于溶剂中,因此弹性体吸收一部分溶剂并随后溶胀。一旦达到稳定状态,反应就完成,并且没有观察到更多的溶胀。确认反应完成的其它方法是通过分析固化弹性体的机械性能,例如通过测量Tg(例如通过DSC)以及在整个固化过程中的拉伸强度和表面硬度来分析固化弹性体的机械性能。
制备根据本教导的组合物的方法在图1中示意性地描绘,其显示了可用于制备可固化组合物和制备根据本发明的各种实施方式的固化组合物的不同步骤的简化图。如下所述,一些步骤可以组合,跳过和/或以不同于图示的顺序实现。
在第一步骤S101中,分散由供应商提供的具有PPS和SPS的亲水性CB颗粒的原料(即,原料基准值PPS1和SPS1),从而将可能存在于原料中的二级颗粒的尺寸从SPS1减少到SPS2的第一分散值,其中SPS2<SPS1。优选地,在这种分散之后,SPS2可以在亚微米范围内,但不一定是这种情况,因为该方法的附加步骤或任何单个步骤的操作条件可以进一步将二级粒子的尺寸减小为SPS3,SPS4等。原料CB块状物初步分散成较小的颗粒簇可以以干燥形式(例如,在供应的颗粒上)或湿润形式(例如,在液体介质中发现的颗粒上)进行。如果需要干燥CB,可将其在烘箱中干燥直至水含量降至5%以下。在干燥过程中通过TGA测量可以监测水含量的变化。
在一些实施方式中,这样的第一步骤S101在分散剂的存在下进行(在这种情况下,在步骤完成时CB的二级颗粒的尺寸应定义为SPS3)。据信所有其它参数(例如,分散条件和持续时间)是相似的,SPS3≤SPS2<SPS1。当分散剂为液体形式时,通常将CB颗粒逐渐加入其中,根据CB和分散剂的相对量任选地改变和调整混合条件。两者的混合可以通过本领域技术人员已知的任何合适的方法在保持组分功能的条件下进行。例如,如果硅酮分散剂或炭黑通过与其连接的化学部分(例如,碳黑亲和部分和基于氧的部分)而彼此相容,则混合条件不应显著影响这些部分。举例来说,如果分散剂适于通过可能是热敏感的胺部分分散CB原料,那么混合应优选在保持这些基团的官能度的温度(例如,在低于70℃,优选不超过50℃)下进行。通常,这种方法至少在室温(约23℃)下进行,特别是在考虑加成固化时,这一过程可能受到所用容器中水凝结的阻碍。
完成S101后,CB颗粒已达到任何所需的SPS2或SPS3尺寸。这在图1中通过步骤S102说明,其中可以将硅酮预聚物加入到步骤S101的产物中。通过任何合适的方法将材料混合均匀。完成该步骤后CB的二级颗粒的尺寸应定义为SPS4,其可小于SPS2或SPS3。然后可以在随后的步骤S103中添加可以控制固化时间线的试剂。在一些实施方式中,步骤S103的(各)固化剂还包含可固化组合物的其它组分,例如分散剂或硅酮预聚物。在一个实施方式中,硅酮介质是双组分硅酮,其混合提供可固化组合物。在这种情况下,CB颗粒可以混合在双组分硅酮的第一部分中,步骤S103的(各)固化剂由双组分弹性体基质的第二部分提供。
如果需要,可以在固化之前稀释步骤S102或步骤S103的产物以促进其铸塑。如果采用稀释步骤S104来制备可固化组合物,则可以替换地在步骤S102的产物稀释之后添加步骤S103的固化剂。可以通过任何合适的方法用任何合适的挥发性溶剂进行稀释。在任何情况下,在添加固化剂并与其混合包含CB颗粒的产品之后,所得混合物构成可固化组合物。
然后可以在铸塑步骤S105期间将根据本文所述的任何实施方式制备的可固化组合物挤出,沉积在铸塑表面上或铸塑模具中。
虽然可以在可以伴随固化组合物的条件下进行可固化组合物的挤出,但固化步骤S106通常被认为是不同的。固化可以在适于固化可固化组合物的任何适当条件(例如,温度,持续时间,相对湿度等)下在任何合适的设备中进行。固化不需要在恒定条件下进行。
尽管未在图中示出,但在固化之后,如果需要,固化的组合物可以从其铸塑表面或铸模中分离。还可以进一步改性固化产物以获得预期的最终产物。
实施例
实施例1:炭黑颗粒通过氨基硅酮分散剂在可加成固化的硅酮弹性体(PDMS)中的 分散
研磨和复合步骤
炭黑纳米粉末(Color Black FW 182,Orion Engineered Carbons,CAS号1333-86-4,20重量%挥发性物质,pH 2.5,550m2/g BET比表面,PPS15nm,吸油值OAN 142ml/100g)将其在120℃下在通风烘箱(UT 12P,Thermo Scientific 加热和干燥烘箱)中干燥至少2小时。
将375g(最终浆料组合物的37.5重量%)氨基硅酮分散剂,以及在25℃下的运动粘度为约3700mm2/s且胺值为8(GP-342Genesee Polymers Corporation)的官能性侧胺/二甲基硅酮共聚物,浇注到旋转三辊辊磨机(型号JRS230,由常州龙鑫机械公司制造)中。
将干燥的250g CB粉末(最终浆料组合物的25重量%)缓慢加入到硅酮流体中,并在室温下(室温约23℃),随着浆料粘度的增加以从约800rpm至约100rpm逐渐降低的速度共研磨。降低速度允许保持相对恒定的复合温度,从而保持组分的化学稳定性/完整性。如通过常规显微镜技术估算的,在过程开始时,添加的CB构成尺寸为大于5μm或甚至大于10μm的附聚物。研磨CB-分散剂混合物直至CB粉末的尺寸充分减小以均匀分散在硅酮流体中,并获得黑色高黏度团。通常,在约1小时内获得这样分散剂处理的尺寸减小的CB团。不直接评估该阶段的CB颗粒的尺寸,如下面将详述的,一旦固化,将在这之后对最终组合物进行更相关的测量。
用高剪切均化器分别制备含有末端和侧链乙烯基的乙烯基官能的聚二甲基硅氧烷(PDMS)(Polymer XP RV 5000,Hanse,CAS号68083-18-1)和氨基硅酮分散剂(GP-342,如用于先前与CB复合)的混合物(分别为9:1重量比)。(使用GmbH的配备有R50搅拌轴的T 50digital)将混合物在大约室温的控制温度和10,000rpm的高剪切速度下均化约20分钟。
将375g包含乙烯基官能PDMS的可加成固化混合物(最终糊料组合物的37.5重量%)和如前所述制备的氨基硅酮分散剂以逐步方式加入到前述的CB分散剂的黑色团中。在相同条件,100rpm和室温下的连续研磨下进行添加,直到黑色团变成高黏度的有光泽的黑色浆料(通常在添加硅酮弹性体的1小时内),所得浆料具有高浓度的分散在硅酮聚合物中的炭黑(在此阶段为25重量%)。在铸塑之前将该CB浆料进一步稀释以获得可行的粘度。
稀释步骤
硅酮稀释预混物的制备:
使用前述高剪切均化器在10,000rpm下,在大约室温的受控温度下将以下可加成固化的硅酮预聚物混合约20分钟。
乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷5000cSt(DMS-V35,CAS号68083-19-2),其占硅酮预混物的约50重量%;
含有末端和侧链乙烯基的乙烯基官能聚二甲基硅氧烷(Polymer XP RV 5000,Hanse,CAS号68083-18-1),其占硅酮预混物的约21.4重量%;和
含支链结构乙烯基官能的聚二甲基硅氧烷(VQM Resin-146,CAS号68584-83-8),其占硅酮预混物的约28.6重量%。
将稀释预混合物与CB糊状混合物组合使用:
将额外量的氨基硅酮分散剂GP-342加入到硅酮预混物中,使得它们各自的浓度为稀释组合物的8重量%和72重量%,所述稀释组合物进一步包含20重量%的含有CB颗粒的最终CB浆料,用氨基硅酮分散剂处理最终CB浆料并分散在乙烯基官能PDMS弹性体中。因此稀释的混合物中的CB浓度降至最终组合物的5重量%。如前所述,将稀释的混合物在10,000rpm下高剪切均化约2小时,直至稀释的黑色PDMS硅酮混合物均匀(例如,未观察到黑色块或聚集体)。所得的在PDMS硅酮的混合物中的稀释的CB混合物通常显示出适于方便铸塑的可行粘度。
固化步骤
分散在上述PDMS硅酮的混合物中的CB氨基硅酮的稀释混合物在其铸塑之前通过将其与以下物质混合而变得可固化:
约0.1重量%的铂催化剂,二乙烯基四甲基二硅氧烷铂络合物(SIP6831.2,CAS号68478-92-2);
约3.7重量%的固化延迟剂,Hanse的Inhibitor 600;和
约8.7重量%的反应性交联剂,甲基-氢硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物(HMS 301,CAS号68037-59-2)。
对一片透明的聚对苯二甲酸乙二醇酯(来自Jolybar Ltd.的100和150微米厚的PET)进行电晕预处理,以进一步使其表面粘附包含CB颗粒的可固化组合物。电晕处理包括暴露于UV辐照约20分钟(UltraViolet臭氧清洁系统T10X10/OES/E,由Inc.提供)。或者,使用被预处理以增强硅酮涂层的粘附性的PET(3SAB,由Mitsubishi Polyester Film Inc.制造)。
将包含通过氨基硅酮分散在聚二甲基硅氧烷混合物中的炭黑颗粒的可固化组合物通过迈耶(Mayer)棒涂敷到预处理的PET支承件上,以形成厚度不超过10μm的湿层。在通风烘箱中将涂层在70℃下部分固化2小时,然后将温度升至120-140℃并保持1小时以实现硅酮弹性体的完全固化并将层稳定地结合到PET支承件上。
研究了CB颗粒在固化层中的分散。CB初级颗粒形成附聚物,并且如通过在光学显微镜下在x100放大倍数下对固化层的图像分析所估计的(BX61U-LH100-3),这种CB二级颗粒簇的平均尺寸(例如,直径)为约200-400纳米。光学显微镜分析支持簇在硅酮基质上的均匀分布。受过训练的观察者评估,在基质中也存在较小的100-200nm的簇,然而这低于正式的检测水平。通过扫描电子显微镜(SEM;FEI MagellanTM 400,在隧穿模式下运行)捕获顶视图图片,并且由训练有素的操作员选出代表大多数CB集群的至少10个颗粒,这样的颗粒形成代表性组并被测量。将形成簇的颗粒分离,分离后的颗粒的尺寸与制造商提供的PPS一致,并且在光学显微镜下初步评估簇尺寸,证实存在小至100nm的簇。各颗粒以类似于图2A-2B中举例说明的方式分散看起来效果良好,它们不同之处在于其中分散有CB颗粒的硅酮基质。
样品的光学性质详述于实施例8的表2中。
实施例2:各种浓度的炭黑颗粒通过氨基硅酮分散剂在可加成固化的硅酮弹性体 (LSR)中的分散
虽然上述制备含有CB颗粒的可固化硅酮组合物的方法基本上没有添加挥发性有机溶剂,但以下替代方法使用了这样的液体。当与预期的硅酮流体相容时,这些溶剂可以促进组合物制备的一些阶段或促进其铸塑或涂覆到受体层或支承件上,相对高的挥发性有利于减少或消除这些溶剂在最终制品中的存在。如果溶剂在固化过程中能够完全蒸发或基本上完全蒸发,则认为溶剂具有足够的挥发性。
研磨和复合步骤
预先在150℃下干燥至少1.5小时的通过DLS(Malvern Zetasizer Nano S)测量的DV10为约2.9μm,DV50为约4.5μm,DV90为约6.1μm的50g CB(Colour Black FW 182)与50g氨基硅酮分散剂(BYK LPX 21879,BYK Additives&Instruments,胺值为36)在200克二甲苯AR(沸点约138.4℃,CAS No.1330-20-7,Bio-Lab Ltd)中混合。
研磨在使用约4.76mm的不锈钢珠(SS 302 3/16英寸珠,Glen Mills Inc.)的Attritor珠磨机(Attritor HD-01,Union)中以700rpm进行。使用双夹套罐冷冻循环水浴WBL-200控制温度以保持在约25℃。研磨进行约1.5-3小时。
然后通过上述DLS方法预估如此研磨的CB颗粒的尺寸分布,并且发现与分散剂共研磨的CB颗粒主要在纳米范围内(DV10为约43nm,DV50为约67nm,DV90约139nm)。
将CB分散体添加到LSR 2540中,使得CB颗粒占总LSR基质的20重量%。通过混合等重量的预期LSR弹性体的部分A和部分B(由Momentive Performance MaterialsInc制造的双组分可加成固化的液体硅橡胶)制备LSR基质。将所有组分置于行星式混合器(ARE-250Thinky)中并在2,000rpm下混合3分钟并使其在相同的离心条件下再消泡3分钟。分散在LSR中的20wt.%CB用相应重量的LSR进一步稀释,以达到每重量最终基质(即不包括挥发性溶剂)的CB浓度为约7.5重量%,10重量%和15重量%,并在2,000转/分钟下混合3-5分钟。
稀释步骤
使用高剪切混合器(Bio-Gen Series PRO-200Pro)在8,000-10,000rpm下将含有不同浓度的分散CB颗粒的四种LSR硅油流体样品中的每一种以1:30重量比在二甲苯(化学纯级)中稀释1分钟。所得的分散在LSR硅酮中的CB颗粒的稀释混合物通常显示出适于方便铸塑的可行粘度。
固化步骤
将如上制备的二甲苯稀释的CB-LSR分散体的3ml的每个样品涂敷到置于加热板上的5×5cm面积的电晕预处理PVC片材上,并加热至40℃。使用气刷在2巴的压力下(在干燥氮气下)通过喷涂进行涂敷。将得到的可固化的CB-LSR组合物层(湿厚度在约1μm和5μm之间)固定在支承件上,同时在40℃的加热板上保持约5至10分钟,在此期间有机物溶剂蒸发。然后,将样品转移到通风烘箱中并使其在100℃下部分固化15分钟。
然后将直径为3cm,高度为2mm的无底圆形模具放置在带有分散有CB的LSR涂层的PVC片材中的每一个部分固化的样品的顶部。为了提供机械支承并使PVC与薄LSR层分离,使用注射器将1ml透明双组分硅酮(QSil 213,可从Quantum Silicones商购)精细地倒入模具中并除去气泡。为了吸光度测量,选择附加的硅酮层是透明的,以下将进一步详述。然后使用加热板将模塑的硅酮盘从40℃逐渐加热至60℃保持2小时,直至充分固化以获得机械完整性。将部分固化的样品从PVC片材支承件上取下,并在150℃的通风烘箱中进一步固化1小时。最后,在由模具约束的区域内使用冲压工具切割2.5cm圆的每个样品,产生用于本研究的完全固化的样品。
通过FIB-SEM显微镜(ZEISS Gemini Crossbeam 340)分析CB颗粒的分散。根据本教导分散在LSR中的10重量%CB颗粒的样品的横截面图像示于图2A中,其示意图示于图2B中。经研磨的颗粒似乎在硅酮基质中分散良好。
为了比较,重复上述合成程序而不先研磨CB颗粒和分散剂,而是由它们各自的制造商直接添加到LSR中。该参考样品,在本文中称为“未研磨”对照,含有与上述相同的7.5重量%的CB(即Color Black FW 182)。分散在LSR中的“未研磨的”CB颗粒的横截面FIB-SEM图像示于图2C中,其示意图示于图2D中。颗粒似乎在硅酮基质内以大簇聚集。
通过向LSR基质中加入CB制备另一种对比样品,CB由不同的制造商提供(20-MI-002,Akrochem Corporation,通过DLS测量在二甲苯中Dv50为775nm)。供应商已经将CB分散在硅酮流体中,颜料负载量为66wt重量%。在没有任何进一步的分散剂或研磨步骤的情况下,将预分散的CB加入到LSR中。该使用含有20重量%商业供应的CB的对比样品在本文中称为“商业”对照物。分散在LSR中的“商业”CB颗粒的横截面FIB-SEM图像示于图2E中,其示意图示于图2F中。同样,在没有处理根据本发明的CB颗粒的情况下,颗粒表现为大块的附聚物,不均匀分散。
通过将Color Black FW 182与氨基硅酮分散剂混合,在可加成固化的弹性体基质中以5重量%的CB浓度添加它们,有意在不利的延长条件下固化,制备最后的对比样品。在这种情况下,如果在固化进行之前颗粒的分散体不稳定以实现足够的交联密度,则预期颗粒会坍塌。弹性体基质是如下乙烯基官能PDMS硅酮聚合物的混合物:44.6重量%的DMS-V35,25.5重量%的VQM 146和19.1重量%的XP RV 5000,与0.064重量%的铂催化剂(SIP6831.2),7.6重量%的交联剂(HMS 301)和3.2重量%的固化延迟剂(Inhibitor 600)组合。在该对照方法中,CB在可加成固化的PDMS中的该混合物在预处理PVC上铸塑之后,将对比样品在室温下孵育过夜。当环境温度延迟或减少部分固化时,基质的相对低的粘度使得CB颗粒的分散长时间参与布朗运动(与在40℃下铸塑的样品和/或在至少70℃的高温下容易孵育的样品相比),允许分散体不稳定。在这个漫长的第一步之后,将样品转移到通风烘箱中并使其在100℃下部分固化15分钟,然后进行与前面详述的相同的步骤。
所获得的“不稳定”层的横截面FIB-SEM图像显示在图2G中。图2H中描绘了这种“不稳定的”CB分散体的示意图。颗粒表现出聚集并且不均匀分散。虽然通过有意延迟基质的固化来实现目前的“不稳定”对照,但据信在硅酮基质内CB颗粒的不稳定化的其它机制将产生大部分颗粒“崩解”出分散体的类似结果,根据缺乏适当可分散性的确切原因,少数颗粒可能保持分散。
光谱和吸收分析
在积分球中使用配备有通用测量附件(UMA)的UV-VIS NIR分光光度计(Carry5000Agilent)进行光谱和吸收分析。放置每个样品使其法线相对于入射光成10°角,探测器相对于入射光以20°和180°的角度放置,分别测量反射光和透射光。固化样品的真实吸光度计算如下:
使用手持式千分尺(code no.1112-150)测量固化层的厚度,并将真实吸光度测量值除以每个测试样品的测量厚度,得到每微米样品厚度的真实吸光度的归一化值(以任意单位)。
计算含有根据本教导分散的CB颗粒的硅酮弹性体样品的归一化真实吸光度(NTA)测量值。在图3A中绘制了包含7.5-20重量%的经研磨的CB的基质在400nm至1500nm范围的光谱上作为波长的函数显示的值。从图中可以看出,样品的归一化真实吸光度与分散在其中的CB颗粒的浓度之间存在相关性;较高的CB浓度产生较高的归一化真实吸光度。给定感兴趣的波长(或其范围)和所寻求的吸光度水平,如图3A所示的曲线可以帮助选择所需的CB颗粒浓度。它们还可以指导包含良好分散的颗粒或纳米颗粒的这种弹性体组合物的制造商关于与感兴趣的波长处的任何特定吸光度水平相关的厚度。
另外,对于在400-1500nm范围内测量的NTA曲线,进行了在200-400nm中等和近紫外光谱范围内的波长的外推。这种外推曲线在图中用点线表示。在表1中报告了在400nm,500nm,700nm,900nm和1100nm下测量并外推至200nm的测试样品的NTA值。
表1
因为1.0AU的吸光度意味着在任何特定波长处发射的90%的光已经被吸收,并且2.0AU的吸光度表明99%的光被吸收,从上表可以看出如果包含10重量%的CB或更多,则厚度低至1微米的样品(根据测量结果的归一化)可以吸收几乎基本上在高达400nm的范围内所有的UV光。例如,可以利用这种效力来制备由硅酮薄膜制成的UV过滤器。
图3B说明了CB颗粒的分散质量如何影响样品的归一化吸光度。在该图上绘制的所有样品含有10重量%的CB,连续线代表根据本发明制备的“研磨”样品,虚线代表类似地制备但缺乏炭黑和分散剂的初始研磨的“未研磨”对照,点线表示“不稳定”的崩解分散体。可以看出,与其中研磨的CB没有被很好地分散的“不稳定”样品(图2H中示意性示出)和其中在没有初步研磨的情况下CB颗粒与它们的分散剂在硅酮基质中混合的“未研磨”的样品(在图2D中示意性地示出)相比,被良好分散的CB的“研磨”样品(如图2B中示意性示出的)产生最高的归一化吸光度。
因此,如果特定应用需要受关注波长范围内的特定吸光度水平,则本发明允许使用较低浓度的较好分散的炭黑颗粒以获得类似于未分散或不均匀分散对比样品中的较高浓度颗粒的吸光度。如本领域技术人员容易理解的,通过吸光度在实施例中说明的减少CB的量以实现特定技术目标的能力可以具有许多有益含义,而不仅仅是降低成本。
实施例3:炭黑颗粒通过氨基硅酮分散剂在可加成固化的硅酮弹性体(LSR)中的分
研磨和复合步骤
如实施例2所述,在Attritor珠磨机中共研磨50g CB颗粒(Color Black FW 182)和50g氨基硅酮分散剂(BYK LPX 21879),并对进行该步骤的控制温度进行改进,即在约50℃。然后通过DLS方法预估在包含约0.1重量%CB的样品上如此研磨的CB颗粒的尺寸分布,并且发现其主要在纳米范围内(DV10为约48nm,DV50为约74nm,DV90约139nm)。
以每单位重量最终基质(即不包括挥发性溶剂)的CB浓度为约2.4重量%,4.5重量%,6.5重量%,8.3重量%,11.5重量%和14.3重量%来添加CB分散体。将CB分散体的相应重量(即约6g,12g等)加入20gLSR 2540(A部分)中,轻轻手动混合,然后倒入20gLSR 2540(B部分)中。值得注意的是,还发现将CB材料添加到LSR的A部分和B部分的预混物中是令人满意的。如实施例2所述,将所得CB硅酮流体在行星式离心混合器中进一步混合,并类似地使其脱泡。
将少量样品涂敷在显微镜玻璃上。如前所述,通过光学显微镜评估CB颗粒在未固化硅酮基质中的分散模式,发现其在LSR组分的铸塑期间是稳定的。
稀释步骤
含有CB分散颗粒的LSR硅酮流体在二甲苯中以1:9的重量比稀释,以便于铸塑。如通过光学显微镜评估的,稀释的硅酮基质中的CB颗粒表现稳定分散,没有群集,并且在基质内单独移动。
固化步骤
将二甲苯稀释的CB-LSR分散体涂敷到光滑的可释放的电晕预处理的PET支承件上,PET支承件通过使用气压刷喷涂在40℃的加热板上保持。使得所得的具有约1μm和5μm之间的湿厚度的可固化CB-LSR组合物层固定支承件,然后如实施例2所述将其转移至烘箱中部分固化。然后将双组分透明液体硅酮(QSil 213)铸塑在包含CB颗粒的部分固化的硅酮层的顶部。将得到的由PET支承的多层在通风烘箱中在约100℃下进一步部分固化约1-2小时。然后将PET支承件剥离,得到两层硅酮片,随后在约150℃下固化2-3小时。
如实施例8中更详细描述的评估固化样品的吸光度及其厚度,并确认了CB颗粒浓度对这些样品在400-1500nm范围内的归一化吸光度的影响。结果显示在实施例8的表2中。应注意,虽然将附加的硅氧烷层添加到嵌有根据本教导分散的CB颗粒的硅酮膜中,以提供透明的机械性支承件,但该研究进一步证实了本公开的组合物进一步附着或并入更复杂的制品的能力。
实施例4:炭黑颗粒通过硅酮丙烯酸酯分散剂在可加成固化的硅酮弹性体(PDMS) 中的分散
虽然在实施例1中,用于与干燥的CB颗粒(Color Black FW 182)共研磨的分散剂是氨基硅酮分散剂,在本实施例中,使用丙烯酸酯-硅酮分散剂。硅酮丙烯酸酯分散剂(由Shin-Etsu Chemical Co.提供的KP-578,由Industries提供RC 711(~1%丙烯酸酯)andRC 902(~4%丙烯酸酯))如用于氨基硅酮分散剂的实施例1中详述的那样在CB-PDMS基质中配制,其中有些微小的改变,例如最终弹性体组合物中炭黑颗粒的量仅为3重量%,而不是之前描述的5重量%。
所有样品在相似的固化条件下令人满意地固化,并且通过显微镜分析评估显示稳定的分散体。
实施例5炭黑颗粒通过氨基硅酮分散剂在可缩合固化的硅酮弹性体(PDMS)中的分
研磨和复合步骤
将预先在120℃下干燥至少2小时的50g CB(Color Black FW 182)与50g氨基硅酮分散剂(BYK LP X 21879)在100g六甲基二硅氧烷(HMDSO;沸点约101℃,CAS号107-46-0,Sigma-Aldrich Co.Ltd.)中混合。以类似于前述实施方式中的二甲苯的方式将HMDSO用作挥发性液体稀释剂。在Attritor珠磨机中进行4小时分散,其中不锈钢珠粒为约4.76mm,在大约室温的受控温度下以700rpm转速(如前所述)。
然后通过DLS对包含约0.1重量%CB的样品进行尺寸分布的评估,并且发现与分散剂共研磨的CB颗粒主要在纳米范围内(具有约52nm的DV10,约91nm的DV50,约211nm的DV90)。
稀释步骤
然后将CB分散体加入到硅烷醇封端的聚二甲基硅氧烷流体(DMS S-27,700-800mm2/s,)中,以达到每重量最终基质的CB浓度约5.5重量%,12.5重量%和21.4重量%。将相应重量的CB分散体(即40g,80g和120g)加入各自量的160g,120g和80g硅烷醇封端的可缩合固化的PDMS中。将所得CB硅酮流体在Attritor中在相同条件(700rpm和20℃)下混合约90分钟,得到可缩合固化的PDMS的黑色团。
固化步骤
向分散在可固化硅酮中的9g CB中加入1g交联剂(乙基聚硅酸酯PSI023,或乙基硅酸酯48,Colcoat)和0.05g锡催化剂(二辛基锡双(乙酰丙酮)223,CASNo.54068-28-9,TIB)。将可固化混合物脱气并涂敷到所需支承件上。在涂敷脱气混合物之前,用臭氧预电晕处理透明PET并涂覆底漆涂层(SS4120,Momentive)以促进附着。通过直线棒以最多约40微米的(包括5微米和20微米的层)预定厚度涂敷可缩合固化硅酮层,并允许在环境条件(约23℃和30-60%相对湿度)下进行部分固化约12-24小时。然后将部分固化后的结构转移至炉中以120-140℃和约30%相对湿度的条件进行2小时的完全固化。如前所述,通过光学显微镜评估CB颗粒在缩合固化的硅酮基质中的分散模式,发现分散模式稳定,分散良好且没有发生颗粒群集。
实施例6对照例,商业炭黑,不添加分散剂
其中CB预分散在硅酮流体中(20-MI-005,50重量%CB,AkrochemCorporation)的市售浓缩CB浆料与可缩合固化的PDMS(DMS S-27)复合,然后进行如实施例5中所述的固化步骤,各自的量产生5重量%的最终CB浓度。然而,在不添加任何类型的任何其它分散剂的情况下混合所提供的商业CB浆料。使用旋转三辊辊磨机在类似于先前应用于与根据本教导的氨基硅酮或硅酮-丙烯酸酯分散剂共研磨的CB颗粒的条件下分散CB浆料和PDMS基质的混合物。如前所述,将PDMS中商业CB的共混物稀释并固化,并在光学显微镜下研究固化的样品。通过该方法制备的对照样品显示出相对大的CB聚集体(~0.5-1.5μm,显微镜评估),其比使用本发明的制剂和方法形成的二级颗粒大至少两倍。
不希望受任何特定理论的束缚,据信,常规配方缺乏具有合适性质和/或缺乏适当量的CB颗粒,和/或缺乏能够防止在这种过程的任何步骤中可瞬时获得的初级颗粒的再附聚的合适的试剂。
实施例7比较例,聚甘油改性的硅酮分散剂
如实施例1中所述制备可加成固化的CB硅酮组合物,通过用不同化学族的表面活性剂代替氨基硅酮分散剂进行改性以进行比较。选择非氨基硅酮分散剂是因为它与炭黑的预期适用性。即,以与实施例1的氨基硅酮分散剂相同的浓度测试由Shin-Etsu ChemicalCo.提供的聚甘油改性的硅酮KF-6106。这种常规的非氨基硅酮分散剂不能令人满意地分散本发明制剂的CB颗粒,因此导致颗粒在固化产物中的群集和附聚。
实施例8光学测量
评估包含通过前述实施例中描述的方法制备的分散的CB颗粒的固化层的一些光学性质。除非另有说明,否则将感兴趣的样品铸塑在光滑干净的支承件(例如载玻片)上,并通过棒涂来调平至已知厚度并固化(例如,在120-140℃下进行1-2小时),通过共聚焦显微镜确定,已固化的层通常具有至少2μm的厚度。
将已固化的层与其铸塑支承件轻轻分离,并置于适于随后测量的膜保持器中。用分光光度计(来自Agilent Technologies的Cary 5000,UV-Vis-NIR分光光度计)在至少300nm至1200nm的范围内测量这些样品的光学吸光度。使膜两侧之间的吸光度的下降归一化至测试样品的厚度,并计算这些层的每微米厚度(AU/μm)的归一化测量吸光度(NMA)。对于包括用氨基硅酮分散剂分散的CB颗粒的硅酮层,在选定波长下的NMA的代表性结果显示在下面提供的表2中,其中所呈现的加载炭黑的基质的值与单独的CB颗粒的影响有关(减去各个基质的基线值)。所有结果均以每微米任意单位报告。
表2
可以从上表看出根据本文公开的各个方法分散的CB颗粒提供了层的每微米厚度的可比较的吸收性质,这种归一化吸光度通常随着波长的增加而减小。在上文中,制备方法和所得层用三种类型的硅酮聚合物,两种类型的固化方法和两种类型的氨基硅酮分散剂举例说明,如下所述:
用于ACS PDMS的加成固化的编号1-3(根据实施例1制备)
用于ACS LSR的加成固化的编号4-9(根据实施例3制备)
用于CCS PDMS的缩合固化的编号10-11(根据实施例5制备)这些实施例还表示硅酮分散剂和CB颗粒之间的不同类型的相互作用。预计氨基硅酮分散剂会形成酸碱关系或形成胺基-环氧基相互作用。据信硅酮丙烯酸酯分散剂形成偶极子以进行偶极相互作用。
为了比较,在没有CB颗粒的情况下根据本教导制备的类似的硅酮基质在相同的波长范围内显示出不显著至零的基线吸光度,其约0.001Abs/μm或更小,参见编号12的LSR基质,无论是通过加成固化还是通过缩合固化来固化的PDMS基质也有相似的表现。
根据本教导分散的CB纳米颗粒的影响可以从CB颗粒在硅酮基质中的重量浓度和层在测试范围内的吸收能力的正相关看出。基于本组结果,预期每种特定配方的吸光度峰值或峰值平台发生在碳载量为至少10wt.%时,至少15wt.%时或可能在碳载量大于20wt.%时。本领域技术人员可以容易地确定这种CB浓度依赖性模式,其可以选择最佳活性和/或预期用途的每个峰值的期望的CB载量。出于所有实际目的,据信炭黑在可固化或固化的硅酮组合物中的存在不需要超过30wt.%,通常不超过25wt.%。
在对照实验中,参见编号13,制备对比层,其中类似于编号1-3将相同的炭黑材料研磨并掺入PDMS基质中,但该方法缺少任何氨基硅酮分散剂。因此,在所得层中,CB颗粒具有在0.5-1.5μm的范围内的更常规的尺寸。该常规CB(CCB)材料以10wt.%这样相对高的浓度嵌入PDMS基质中。尽管有如此高的加载,但相对于根据本发明的一些实施方式制备的较低浓度的CB颗粒,CCB对照组提供较差的吸光度。在该实验中,分别参见编号4和1,发现PDMS中的10wt.%CCB和PDMS中的2.5wt.%CB相当。发现PDMS中的常规CB(编号13)与PDMS中的2.5重量%的CB相当(编号1)。因此,由于分散剂的作用,相对于提供相似吸光度的CB颗粒的量,本方法和配方大约高4倍。
实施例9拉曼光谱法分析CB氧化水平
使用拉曼光谱仪(LabRAM HR Evolution,Horiba-Jobin Yvon Technology)进行具有不同氧化水平的CB颗粒的对比分析。将在先前实施例中使用的Color Black FW 182样品(~20重量%挥发性物质)置于显微镜载玻片上的胶带上。相似地制备被认为具有较低氧化水平的对比样品,即L(Cabot,4.5重量%挥发性物质)。
通过拉曼光谱分析两个样品。通过分析Color Black FW 182样品获得的光谱如图4A所示,相对更多的氧化样品显示D带(445.2AU,1341cm-1拉曼位移)和G带(448AU,1588cm-1拉曼位移)在最大峰值处具有相似强度,并且ID/IG比率为0.99。通过分析L样品获得的光谱如图4B所示,相对较少的氧化样品显示D带最大峰强度(在1345cm-1拉曼位移时为414.5AU),低于G带最大峰值强度(551AU,1588cm-1拉曼位移),ID/IG比为0.75。
可以看出,通过拉曼光谱仪获得的最大峰强度的测量和ID/IG比的计算允许评估含有炭黑颗粒的样品的氧化水平。
应当理解,为了清楚起见,在单独的实施方式的上下文中描述的本公开的某些特征也可以在单个实施方式中组合提供。相反,为了简洁起见,在单个实施例的上下文中描述的本公开的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供,或者在本公开的任何其它描述的实施例中适当地提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施例的必要特征,除非该实施例在没有那些元素的情况下不起作用。
尽管仅出于说明的目的已经关于各种具体实施例描述了本公开,但是这些具体公开的实施例不应被视为限制性的。基于申请人在此的公开内容,本领域技术人员将想到这些实施例的许多其它替代,修改和变化。因此,旨在涵盖所有这些替代,修改和变化,并且仅受本公开的精神和范围以及在其含义和等同范围内的任何变化的约束。
在本公开的描述和权利要求中,每个动词“包括”“包含”“具有”以及其同源词用于表示,该动词的一个或多个宾语不一定是特征,部件、组件、元件、步骤或动词的一个或多个主语的部分的完整列表。
如本文所使用的,除非上下文清楚另有表示,单数形式、以及“所述”包括复数引用并指“至少一个”“一个或多个”。
位置或动作术语,诸如“上面”“下面”“右”“左”“底部”“之下”“降低的”“下”“顶部”“之上”“升高的”“高”“竖直”“水平”“前面”,“背面”“向后”“向前”“上游”和“下游”,以及其语法变形,可以仅以示例性目的用于本文,从而图示出某些组件的相对定位、布置或位移,从而表示本图示中的第一和第二组件或实现这两方面。这样的术语不一定表示,例如“底部”组件在“顶部”组件之下,就方向本身而论,组件或两者都可以翻转、旋转、空间移动、对角方向或位置上放置、水平或竖直放置或类似变形。
除非另有声明,在选择用选项列表的最后两个部件之间使用表达“和/或”表示,选择所列选项的一个或多个是合适的且可以进行的。
在本公开中,除非另有声明,更改本技术实施方式的一个或多个特征的条件或关系特性的诸如“基本上”和“大约”的形容词被理解为指的是,条件和特性被定义为在适用于以应用为目的的实施方式的操作容差之内,或者在正在进行的测量和/或使用的测量仪器的预期变化范围内。当术语“约”在数值之前时,意图表示+/-15%,或+/-10%,或甚至仅+/-5%,并且在某些情况下指示精确值。
当本公开已经在某些实施方式和一般相关的方法上进行了描述时,对本领域技术人员而言该实施方式和方法的变化和排列将是显而易见的。本公开理解为不受本文所描述的特定实施方式的限制。
在理解或完成本发明公开内容所必需的范围内,本文提及的所有出版物,专利和专利申请,尤其包括申请人的申请,通过引用明确地通过引用整体并入,如在此完全阐述的那样。
此处引用的某些标记可能是习惯法或第三方的注册商标。这些标记的使用是示例性的,不应被解释为描述性的或将本公开的范围限制为仅与这些标记相关联的材料。例如,聚酯的(二甲基硅氧烷-共-甲基氢硅氧烷),三甲基甲硅烷基封端的(CAS No.68037-59-2)可以替代地购自Milliken Chemical的DMH-5A,购自Gelest的HMS-301,购自Evonik的Crosslinker 100,或购自Siltech Corp.的Silmer H E4,仅举几例。

Claims (32)

1.一种由亲水性炭黑颗粒和至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物的方法,该方法包括:
a)使亲水性炭黑颗粒接触分散剂以产生经处理的炭黑颗粒,所述分散剂可与至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物混溶,所述分散剂具有至少一个对亲水性炭黑颗粒的亲水性表面具有亲和力的碳黑亲和部分;
b)将所述经处理的炭黑颗粒混合在所述至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物中,以产生分散的组合物;并且
c)加成固化所述分散的组合物的所述至少一种可固化疏水性硅酮预聚物,以产生含有分散的炭黑颗粒的弹性体组合物。
2.根据权利要求1所述的方法,所述接触包括在所述分散剂存在下使亲水性炭黑颗粒尺寸减小以产生所述经处理的炭黑颗粒。
3.根据权利要求1所述的方法,还包括在所述分散剂存在下使亲水性炭黑颗粒尺寸减小,以产生所述经处理的炭黑颗粒。
4.根据权利要求2或3所述的方法,其中进行所述尺寸减小以减小亲水性炭黑颗粒的粒径,使得所述经处理的炭黑颗粒的Dv90为至多5μm,至多3μm,至多2μm,至多1.5μm,至多1.2μm,至多1μm,至多0.85μm,至多0.7μm,至多0.5μm,至多0.4μm,或至多0.3μm,并且可选地,至少0.10μm,至少0.12μm,或者至少0.15μm,并且更可选地,在0.10μm至1.3μm,0.12μm至1.3μm,0.15μm至1.3μm,0.20μm至1.3μm,0.25μm至1.3μm,0.3μm至1.3μm,0.20μm至1.0μm,0.25μm至1.0μm,0.3μm至1.0μm,0.35μm至1.0μm,或0.4μm至1.0μm的范围内。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其中根据DIN ISO 787-9测定的亲水性炭黑颗粒的pH值为至多5.0,至多4.5,至多4.0,至多3.5,至多3.0,或至多2.7。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法,其中根据DIN 53552测定的亲水性炭黑颗粒的挥发性物质含量以重量百分比计为至少1.5%,至少2.5%,至少3.5%,至少5%,至少8%,至少10%,至少12%,至少15%,或至少18%,并且可选地为至多50%,至多35%,至多30%,至多27%,至多25%或至多22%。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法,其中所述亲水性炭黑颗粒的基于BET的特定挥发性物质含量由根据DIN 53552测定的以重量百分比表示的亲水性炭黑颗粒的一种或所述挥发性物质含量除以根据ASTM D6556测定的BET比表面积来限定,为至少0.01%,至少0.012%,至少0.015%,至少0.018%,至少0.02%,至少0.022%,至少0.025%,至少0.028%,至少0.03%,至少0.032%,至少0.035%,或至少0.037%,并且可选地为至多0.1%,至多0.09%,至多0.08%,至多0.07%或至多0.06%。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法,其中所述亲水性炭黑颗粒的特定挥发性物质含量,由根据DIN 53552测定的以重量百分比表示的亲水性炭黑颗粒的一种或所述挥发性物质含量乘以由亲水性炭黑颗粒的制造商提供或根据动态光散射仪(DLS)确定的以纳米表示的平均初级粒径(APPS)来限定,为至少40%,至少50%,至少60%,至少75%,至少100%,至少120%,至少150%,至少180%,至少200%,至少220%,或至少250%,并且可选地为至多600%,至多500%,至多400%,至多350%或至多300%。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法,其中在蒸馏水中、pH为12下测量,并且在0.1至2重量%的浓度范围内测量的所述亲水性炭黑颗粒的表面Zeta电位,为至多-15mV,至多-20mV,至多-25mV,至多-30mV,至多-35mV,或至多-40mV,并且可选地在-70至-15mV,-70至-20mV,-70至-25mV,-70至-30mV,-70至-35mV,-60至-15mV,-60至-20mV,-60至-25mV,或-60至-30mV的范围内。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法,其中所述亲水性炭黑颗粒的酸值以mmol/g为单位为至少0.05,至少0.06,至少0.075,至少0.1,至少0.125,至少0.15,或至少0.175,任选至多0.5,至多0.4,至多0.3,或至多0.25,并且进一步任选地,在0.05至0.35,0.06至0.35,0.08至0.35,0.1至0.35,0.05至0.3,0.06至0.3,0.08至0.3,0.1至0.3,0.05至0.25,0.08至0.25,0.1至0.25,0.12至0.25或0.15至0.25的范围内。
11.根据权利要求1-10任一项所述的方法,其中所述亲水性炭黑颗粒容易在pH为7.0的蒸馏水中形成分散体,所述亲水性炭黑颗粒占所述分散体的5%的重量百分比。
12.根据权利要求1-11任一项所述的方法,其中所述亲水性炭黑颗粒具有以下性质中的至少一种:
i)ID/IG比至少为0.8,其中ID和IG分别代表通过拉曼光谱测定的未解卷积光谱的D带和G带的峰强度最大值;和
ii)通过傅立叶变换红外(FTIR)光谱检测,含有至少一种选自由环氧,羟基和羧基部分构成的组的官能团。
13.根据权利要求1-12任一项所述的方法,其中所述弹性组合物具有以下性质中的至少一种:
i)通过ICP,GCMS,元素分析或EDS检测,含有铂或锡催化剂;
ii)通过傅立叶变换红外(FTIR)光谱检测,含有至少一种选氨,酰胺,环氧,丙烯酸脂部分构成的组的官能团;
iii)含有ID/IG比至少为0.8的分散的炭黑颗粒,其中ID和IG分别代表通过拉曼光谱测定的未解卷积光谱的D带和G带的峰强度最大值;和
iv)通过光学显微镜测定,包含具有至多5μm,至多3μm,至多2μm,至多1.5μm,至多1μm,至多0.7μm,至多0.5μm,至多0.4μm,或至多0.3μm,并且任选地,至少0.10μm,至少0.12μm,或至少0.15μm的Dv90粒径的分散的炭黑颗粒。
14.根据权利要求1-13任一项所述的方法,其中所述加成固化在至少一种加成固化促进剂的存在下进行。
15.根据权利要求14所述的方法,其中所述至少一种加成固化促进剂包括加成固化催化剂。
16.根据权利要求14或15所述的方法,其中所述至少一种加成固化促进剂包括加成固化加快剂。
17.根据权利要求14-16任一项所述的方法,其中所述至少一种加成固化促进剂包括至少一种三维网络形成剂。
18.根据权利要求17所述的方法,其中至少一个三维网络形成剂包括疏水性气相二氧化硅。
19.根据权利要求16或18所述的方法,其中在固化后,所述至少一种三维网络形成剂具有在弹性体组合物的折射率或至少一种可固化的疏水性硅酮预聚物的折射率的10%,7%,5%或3%内的折射率。
20.根据权利要求1-19任一项所述的方法,其中具有所述至少一个碳黑亲和部分的所述分散剂是,包括或主要包括含支链分子或基本上由含支链的分子组成,所述含支链的分子具有带有A个原子的主链和从所述主链分支的N个支链单元,A至少为50,N至少为1,其中所述主链和一个或多个所述支链单元中的至少一个是基于硅氧烷的,或含有至少一个硅氧烷单元。
21.根据权利要求20所述的方法,其中所述A为至少60,至少80,至少100或至少110,并且任选地,至多3000,至多2500,至多2000,至多1500,至多1200,或至多1000,并且进一步任选地,在55至3000,65至2000,75至1500,90至1500,105至1500,105至1200或105至1000的范围内。
22.根据权利要求20或21所述的方法,其中每个所述支链单元具有附着到所述主链的支链脊柱,并且所述脊柱具有至少B个原子,其中所述B为至少4,至少5,至少6,或至少8。
23.根据权利要求20-22任一项所述的方法,其中所述N为至多15,至多12,至多10,至多8,至多6,至多5,或至多4。
24.根据权利要求20-23任一项所述的方法,其中所述至少一种碳黑亲和部分位于所述支链单元内,所述分散剂的所述主链是基于硅氧烷的主链。
25.根据权利要求20-24任一项所述的方法,其中所述至少一种碳黑亲和部分位于所述支链单元内,所述分散剂的至少一部分所述支链单元是含有硅氧烷的支链单元。
26.根据权利要求1-25任一项所述的方法,其中所述方法还包括在产生所述分散的组合物之后和在所述加成固化之前,将所述分散的组合物涂敷到衬底上。
27.根据权利要求1-26任一项所述的方法,其中所述至少一种炭黑亲和部分选自氨基部分,丙烯酸酯部分和环氧部分。
28.根据权利要求1-27任一项所述的方法,其中所述分散剂包括硅酮丙烯酸酯分散剂或基本上由硅酮丙烯酸酯分散剂组成。
29.根据权利要求1-28任一项所述的方法,其中所述分散剂包括氨基硅酮分散剂或基本上由氨基硅酮分散剂组成。
30.根据权利要求29所述的方法,其中所述氨基硅酮分散剂是,包括或主要包括氨基硅油或基本上由氨基硅油组成。
31.根据权利要求30所述的方法,其中所述氨基硅油具有胺值,以中和10克所述氨基硅油所需的0.1当量HCl滴定剂的ml为单位测量,并且其中所述胺值最多为80,最多70,最多60,最多50,最多45,最多40,最多35,最多30,最多25或最多20,并且其中所述胺值可选地为至少3,至少4,至少5,至少6或至少7,并且进一步可选地在3至75,3至65,3至55,4至75,4至65,4至55,4.5至50,5至75,5至65,5至55,6至75,6至65,6至55或6.5至50的范围内。
32.根据权利要求1-31任一项所述的方法,其中当分散剂置于合成异烷烃溶剂中时,所述分散剂是形成胶束的分散剂。
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