FR3008417A1 - Noir de carbone pour revetements aqueux - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une base de broyage aqueuse à base de noir de carbone, un revêtement liquide de noir de carbone aqueux et un procédé de fabrication de la base de broyage et du revêtement liquide sont fournis. Les noirs de carbone sont des noirs de carbone modifiés qui sont conçus pour pouvoir être agités dans un véhicule aqueux sans broyage à haute énergie du noir de carbone. Les noirs de carbone modifiés comprennent des niveaux de traitement organiques faibles et la base de broyage et le revêtement liquide ne nécessitent pas de grandes quantités de dispersant. Les revêtements obtenus présentent une viscosité, une couleur, un pouvoir couvrant et une stabilité excellents.
Description
NOIR DE CARBONE POUR REVÊTEMENTS AQUEUX DOMAINE DE LA DIVULGATION [0001] La présente divulgation concerne les noirs de carbone et, en particulier, des 5 revêtements à base d'eau et des bases de broyage renfermant des noirs de carbone modifiés. CONTEXTE [0002] Les pigments noirs de carbone sont utilisés dans un certain nombre de domaines, incluant les encres, les revêtements, les toners, les adhésifs, les tuyaux, les câbles et les 10 filtres colorés. Dans de nombreux cas, les noirs de carbone sont dispersés dans un véhicule liquide qui peut être soit aqueux soit non aqueux. Les noirs de carbone peuvent être traités avec différents matériaux pour les rendre plus facilement dispersibles dans des systèmes aqueux ou non aqueux. RESUME 15 [0003] Dans un aspect, une dispersion de base de broyage est décrite, la dispersion de base de broyage comprend un solvant aqueux comprenant plus de 90 % d'eau en poids, au moins 30 % en poids d'un noir de carbone modifié, le noir de carbone modifié ayant un STSA entre 20 et 300 m2/g mesuré avant le traitement, le noir de carbone modifié étant modifié avec un agent de traitement comprenant un groupement organique et un groupement ionique ou 20 ionisable à une concentration d'agent de traitement entre 1,5 et 3,0 pmole/m2, une concentration d'agent dispersant inférieure à 2,0 mg par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone mesuré par STSA avant le traitement, et dans laquelle moins de 10 % en volume du noir de carbone dispersé dans la base de broyage ont une taille de particules supérieure à 0,5 lam. Lorsqu'il est testé avec le procédé A d'évaluation des revêtements aqueux décrit ici, 25 le revêtement durci ainsi obtenu peut présenter un pouvoir couvrant supérieur ou égal à 0,98 à une épaisseur de film mouillé d'environ 0,076 mm sur de l'acier inoxydable. Le noir de carbone peut également être traité avec une concentration d'agent de traitement de 1,5 à 3,5, de 1,5 à 2,5 ou de 1,5 à 2 itmo1/m2. Un revêtement de 1 à 5 % en poids de noir de carbone modifié préparé à partir d'une base de broyage peut avoir un pouvoir couvrant supérieur ou égal à 0,95, 0,97, 0,98 ou 0,99 et peut être obtenu après vieillissement de la dispersion de base de broyage pendant une semaine à une température élevée, par exemple de 52 °C. La dispersion de base de broyage peut comprendre des particules de noir de carbone modifié ayant une taille de particules primaires moyenne de 15 à 50 nm, et les particules de noir de carbone modifié peuvent être traitées avec un agent comprenant un groupement aryle, un groupement d'acide sulfonique ou des sels de celui-ci, un groupement d'acide benzoïque ou des sels de celui-ci, un groupement d'acide carboxylique ou des sels de celui-ci ou un groupement d'acide phosphonique ou des sels de celui-ci. L'agent dispersant peut être un dispersant non ionique et la base de broyage peut comprendre une résine alkyde ou acrylique. L'agent de traitement peut être directement lié au noir de carbone. La base de broyage peut présenter une viscosité de Brookfield inférieure à 700, inférieure à 650, inférieure à 600 ou inférieure à 500 cP à 10 tpm et à 25 °C. [0004] Dans un autre aspect, une dispersion de base de broyage de noir de carbone est décrite, la dispersion de base de broyage comprenant un solvant aqueux comprenant au moins 90 % d'eau en poids, plus de 30 % de noir de carbone modifié en poids, le noir de carbone modifié traité avec un composé de traitement avec un niveau de traitement entre 1 et 3,5 gmol/m2, le composé de traitement organique comprenant à la fois un groupement aryle et un groupement ionique ou ionisable, le noir de carbone modifié étant préparé à partir d'un noir de carbone non traité ayant un STSA supérieur à 20 m2/g et inférieur à 300 m2/g et inférieur ou égal à 2,4 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone. La dispersion de base de broyage de noir de carbone peut rester dispersée de façon stable après une semaine à 52 °C. L'aire de surface du noir de carbone non traité peut également être inférieure à 250, inférieure à 200 ou inférieure à 150 m2/g. La base de broyage peut comprendre un pourcentage supérieur ou égal à 20, 30 ou 40 % de noir de carbone modifié en poids et peut également comprendre une quantité supérieure ou égale à 0,1, 0,2, 0,5, 1,0 ou 1,5 g d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone. La base de broyage peut aussi comprendre moins de 3,5, moins de 3,0, moins de 2,5, moins de 2,0, moins de 1,5, moins de 1,0, moins de 0,8, ou une quantité inférieure ou égale à 0,5, ou moins de 0,5 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone. Le noir de carbone non modifié peut avoir une aire de surface (STSA) inférieure à 350, inférieure à 300, inférieure à 250, inférieure à 200 ou inférieure 150 m2/g. La base de broyage peut être produite sans broyage à billes et peut être mélangée dans le support aqueux avec une vitesse de pointe de lame ne dépassant pas 2 m/s, 3 m/s ou 4,2 m/s. La base de broyage peut avoir une concentration d'agent dispersant en mg par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone dans la fourchette de (1,5(x-2)2+0,6)± 0,5, x étant égal au niveau de traitement en innol/m2. 100051 Dans un autre aspect, une dispersion de base de broyage de noir de carbone est décrite, la base de broyage comprenant une proportion supérieure ou égale à 30 % d'un noir de carbone modifié et moins de 2,4 mg d'un agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone, le noir de carbone modifié étant traité avec un agent de traitement à un niveau inférieur ou égal à 2,0 ktmol/m2, la base de broyage comprenant un solvant aqueux qui comprend au moins 90 % d'eau et dans laquelle la somme du niveau de traitement en pmol/m2 et du niveau d'agent dispersant en mg/m2 est supérieure ou égale à 2,5. La dispersion de base de broyage de noir de carbone peut rester dispersée de façon stable après une semaine à 52 °C. L'aire de surface du noir de carbone non traité peut également être inférieure à 250, inférieure à 200 ou inférieure à 150 m2/g. La base de broyage peut comprendre un pourcentage supérieur ou égal à 20, 30 ou 40 % de noir de carbone modifié en poids et peut également comprendre une quantité supérieure ou égale à 0,1, 0,2, 0,5, 1,0 ou 1,5 g d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone. La base de broyage peut aussi comprendre moins de 3,5, moins de 3,0, moins de 2,5, moins de 2,0, moins de 1,5, moins de 1,0, moins de 0,8, ou une quantité inférieure ou égale à 0,5, ou moins de 0,5 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone. Le noir de carbone non modifié peut avoir une aire de surface (STSA) inférieure à 350, inférieure à 300, inférieure à 250, inférieure à 200 ou inférieure 150 m2/g. La base de broyage peut être produite sans broyage à billes et peut être mélangée dans le support aqueux avec une vitesse de pointe de lame ne dépassant pas 2 m/s, 3 m/s ou 4,2 m/s. La base de broyage peut avoir une concentration d'agent dispersant en mg par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone dans la fourchette de (1,5(x-2)2+0,6)± 0,5, x étant égal au niveau de traitement en tmol/m2. 100061 Dans un autre aspect, un procédé de fabrication d'un revêtement liquide aqueux stable est décrit, le procédé comprenant le mélange d'une poudre de noir de carbone non 5 dispersée dans un support de dilution de revêtement aqueux à une charge de noir de carbone supérieure à 0,0001 % en poids et inférieure à 5 % en poids du revêtement liquide aqueux stable, le revêtement liquide aqueux stable ayant une concentration d'agent dispersant inférieure à 2,4 mg par mètre carré d'aire de surface du noir de carbone, et dans lequel le revêtement liquide présente un pouvoir couvrant supérieur ou égal à 0,98 à une épaisseur de 10 film mouillé de 0,0762 mm sur de l'acier inoxydable et dans lequel la poudre de noir de carbone non dispersée peut être dispersée en agitant le noir de carbone dans le support de dilution aqueux tout en n'excédant pas une vitesse de pointe de lame 4 m/s. Le procédé peut être mis en oeuvre en absence d'un broyage à billes ou d'un concassage et l'étape de mélange peut utiliser moins de 100 watts ou moins de 50 watts par 200 g de revêtement liquide 15 aqueux. Le revêtement peut comprendre plus de 50 % en poids de résine aqueuse, et la résine peut être du latex et peut être une résine acrylique ou alkyde. Le procédé peut utiliser un noir de carbone modifié traité avec un groupement organique comprenant un groupement d'acide sulfonique ou des sels de celui-ci, un groupement d'acide carboxylique ou des sels de celui-ci, un groupement d'acide benzoïque ou des sels de celui-ci ou un groupement d'acide 20 phosphonique ou des sels de celui-ci. Le noir de carbone peut avoir une aire de surface STSA supérieure à 20 m2/g et inférieure à 300 m2/g, supérieure à 20 m2/g et inférieure à 250 m2/g, ou supérieure à 20 m2/g et inférieure à 200 m2/g. Le noir de carbone modifié peut contenir plus de 1,0, 1,5 ou 2,0 itmol/m2 et moins de 3,5, 3,0 ou 2,5 gmol/m2 d'agent de traitement comprenant un groupement organique qui comprend un groupement ionique ou 25 ionisable. 100071 Dans un autre aspect, un procédé de fabrication d'une dispersion de base de broyage aqueuse est décrit, le procédé comprenant l'agitation d'une poudre sèche de noir de carbone modifiée non dispersée sans milieu de broyage dans un support aqueux à une concentration d'au moins 30 %, par rapport au poids final de la base de broyage, pour former une base de 30 broyage de noir de carbone, le noir de carbone modifié traité avec un agent de traitement à une charge entre 1,0 et 3,0 istmol/m2, l'agent de traitement comprenant un groupement aryle et un groupement ionique ou ionisable, le véhicule aqueux comprenant un solvant qui comprend plus de 90 % en poids d'eau et moins de 2,4 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface du noir de carbone, et dans lequel moins de 10 % en volume des particules de noir de carbone dispersées dans la base de broyage ont une taille de particules supérieure à 0,5 1.1.m. Le procédé peut être mis en oeuvre en absence d'un broyage à billes ou d'un concassage et l'étape d'agitation peut utiliser moins de 100 watts ou moins de 50 watts par 200 g de revêtement liquide aqueux. Le procédé peut utiliser un noir de carbone modifié traité avec un groupement organique comprenant un groupement d'acide sulfonique ou des sels de celui-ci, un groupement d'acide carboxylique ou des sels de celui-ci, un groupement d'acide benzoïque ou des sels de celui-ci ou un groupement d'acide phosphonique ou des sels de celui-ci. Le noir de carbone modifié peut avoir une aire de surface STSA supérieure à 20 m2/g et inférieure à 300 m2/g, supérieure à 20 m2/g et inférieure à 250 m2/g, ou supérieure à 20 m2/g et inférieure à 200 m2/g. Le noir de carbone modifié peut contenir plus de 1,0, 1,5 ou 2,0 innol/m2 et moins de 3,5, 3,0 ou 2,5 itmol/m2 d'agent de traitement comprenant un groupement organique qui comprend un groupement ionique ou ionisable. Le noir de carbone peut être dispersé en une concentration supérieure ou égale à 40 % en poids. La concentration de l'agent dispersant peut être inférieure à 1,7 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface du noir de carbone.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une copie d'une photographie illustrant le pouvoir couvrant de huit revêtements pigmentés différents ; La figure 2 est une copie d'une photographie illustrant le pouvoir couvrant d'un autre revêtement pigmenté ; La figure 3 illustre graphiquement la profondeur du noir de différents modes de réalisation de revêtements ; La figure 4 illustre graphiquement le pouvoir couvrant de différents modes de réalisation de revêtements ; La figure 5 illustre graphiquement les valeurs de nuance de bleu pour différents 30 modes de réalisation de revêtements ; Les figures 6A et 6B sont des photocopies de photographies illustrant la viscosité de deux modes de réalisation différents de bases de broyage ; Les figures 7A, 7B, 7C et 7D donnent les données de formule de couleur dans la masse ou de teinte pour les modes de réalisation de revêtements acrylique et alkyde ; Les figures 8A, 8B, 8C et 8D donnent les données de formule de couleur dans la masse ou de teinte pour des modes de réalisation supplémentaires de revêtements acrylique et alkyde ; Les figures 9A, 9B, 9C et 9D donnent les données de formule de couleur dans la masse ou de teinte pour des modes de réalisation supplémentaires de revêtements acrylique et alkyde ; Les figures 10A et 10B sont des copies de micrographies électroniques de transmission illustrant la dispersion des particules de noir de carbone de deux modes de réalisation différents ; et La figure 11 présente graphiquement les données sur la viscosité de deux modes de réalisation de base de broyage différents. DESCRIPTION DETAILLEE [0008] Différents procédés, traitements et additifs peuvent être utilisés pour disperser les particules de noir de carbone dans des systèmes aqueux. Par exemple, des agents dispersants peuvent être ajoutés à un support aqueux et des noirs de carbone peuvent être traités avec des composés conçus pour améliorer leur dispersibilité dans le support aqueux. En général, la dispersibilité peut être améliorée par augmentation de la concentration de l'agent dispersant, par augmentation du niveau de traitement du noir de carbone ou par les deux. En reconnaissant qu'un traitement et des niveaux d'agent dispersant excessifs peuvent affecter négativement les propriétés d'un revêtement liquide, ainsi qu'accroître le coût, la divulgation fournit des détails concernant les dispersions et les procédés qui utilisent certains noirs de carbone modifiés dans des systèmes aqueux spécifiques pour réduire la quantité de traitement et d'agent dispersant qui serait sinon nécessaire. Un système de faible énergie, à incorporation par agitation est décrit dans lequel un noir de carbone modifié peut être incorporé sous agitation dans un système aqueux pour produire une dispersion stable sans nécessiter des procédés de broyage à haute énergie qui sont typiquement employés. La découverte d'une dispersion aqueuse stable qui combine un faible niveau de traitement et de faibles concentrations d'agent dispersant fournit un système économique, flexible pour la production de bases de broyage et de revêtements liquides. [0009] Dans un aspect, un noir de carbone traité (modifié) est incorporé sous agitation dans un véhicule aqueux pour produire un revêtement liquide aqueux (à base d'eau). Le noir de carbone modifié peut être dispersé directement dans le véhicule aqueux sans concassage énergivore qui est généralement nécessaire pour disperser les noirs de carbone non modifiés dans des véhicules aqueux. Les noirs de carbone modifiés décrits ici peuvent avoir des concentrations relativement faibles de groupes fonctionnels attachés et peuvent ne pas nécessiter, ou nécessiter des quantités minimales d'agents dispersants dans le véhicule aqueux. Par exemple, les noirs de carbone traités peuvent être modifiés à une concentration en agent de traitement supérieure à 1,0, 1,25, 1,5 ou 2,0 iimoles/m2 et inférieure à 4,0, 3,5, 3,0, 2,5, 2,0 ou 1,925 innoles/m2. Dans certains modes de réalisation, les noirs de carbone, avant la modification ou le traitement de surface, présentent une plage d'aire de surface par épaisseur statistique (STSA ou aire t, mesurée selon ASTM D6556) comprise entre 20 m2/g et 300 m2/g. Dans une série de procédés, une poudre de noir de carbone sèche non dispersée peut être mélangée directement dans une formulation de revêtement aqueuse, ce qui élimine l'étape intermédiaire de fabrication d'une base de broyage, qui est par la suite diluée dans un véhicule aqueux pour produire un revêtement liquide. Dans une autre série de modes de réalisation, une base de broyage de faible viscosité ayant une teneur élevée en noir de carbone modifié est fabriquée et peut ensuite être diluée pour produire un revêtement aqueux liquide. [0010] Les noirs de carbone sont utilisés pour fournir une pigmentation dans une variété de matériaux. Les revêtements peuvent améliorer les caractéristiques de nombreuses surfaces et peuvent procurer, par exemple, des améliorations fonctionnelles, décoratives, ou protectrices. Les surfaces peuvent inclure des substrats tels que le métal, le plastique, le verre, le bois et le papier. Certains des produits qui peuvent bénéficier de revêtements comprennent les voitures, les bateaux, les avions, les tuyaux, les appareils, les machines industrielles, les meubles, les emballages et les affichages électroniques. [0011] La plupart des revêtements sont appliqués soit comme des liquides soit comme des solides. Les revêtements en poudre, par exemple, sont appliqués sous la forme d'un solide tandis que de nombreux revêtements sont appliqués sous la forme d'un liquide qui peut ensuite être converti en un solide. Tel qu'il est utilisé ici, un « revêtement liquide » est une dispersion de revêtement liquide comprenant un pigment dispersé qui doit être appliquée sur un substrat. Un revêtement liquide comprend un support liquide et des composants supplémentaires qui peuvent y être dissous, dispersés ou mis en suspension. Un revêtement liquide est généralement converti en un revêtement solide par séchage après l'application sur un substrat. Un revêtement solide, ou « revêtement », n'est pas un liquide, mais il peut contenir des traces de solvants ou d'autres fluides. Toutes les particules de pigment dans un revêtement sont fixées et ne sont pas libres de se déplacer. La conversion d'un revêtement liquide en un revêtement peut se produire, par exemple, par évaporation d'un solvant et/ou polymérisation d'une résine ou d'un autre matériau polymère. Un revêtement liquide est dans un état à appliquer sur un substrat sans autre dilution, à la différence d'une base de broyage qui doit être diluée avant l'application. Les revêtements liquides peuvent comprendre une phase liquide, ou un solvant, un ou plusieurs liants, et un ou plusieurs pigments. En outre, une variété d'additifs peut être utilisée, y compris des agents dispersants, des agents antimousse, des agents mouillants, des agents de coalescence, des inhibiteurs de rouille et/ou des agents antimicrobiens. La phase liquide plus le liant est désignée sous le nom de véhicule. Le véhicule peut également comprendre des substances non-pigments, telles que des agents dispersants, des agents mouillants et des tampons. Les revêtements liquides peuvent être à base d'eau ou non aqueux. Telle qu'elle est utilisée ici, la fraction solvant (la fraction liquide qui s'évapore lorsque le revêtement final est séché ou durci) dans un revêtement liquide aqueux ou à base d'eau comprend au moins 90 % d'eau en poids, et dans de nombreux cas, le système de solvant est supérieur à 95 % ou supérieur à 99 % d'eau en poids. De même, le revêtement liquide aqueux ou à base d'eau peut comprendre plus de 50 %, plus de 80 % ou plus de 90 % d'eau en poids par rapport à la masse entière du revêtement liquide aqueux ou à base d'eau. Les dispersions aqueuses ont typiquement des constantes diélectriques plus élevées que les dispersions non aqueuses et dans de nombreux cas, les dispersions ou les revêtements à base d'eau décrits ici peuvent avoir des constantes diélectriques supérieures à 50, supérieures à 60 ou supérieures à 70 et jusqu'à la constante diélectrique de l'eau, d'environ 80. [0012] Les pigments dans un revêtement peuvent fournir à la fois l'opacité et la couleur au revêtement et peuvent modifier d'autres propriétés telles que le brillant, la résistance mécanique et la durabilité. Les pigments affectent également des propriétés du revêtement liquide telles que la viscosité. Les pigments, tels que le noir de carbone, peuvent être difficiles à disperser dans un liquide comme l'eau, et les bases de broyage à base de noir carbone à concentration élevée sont souvent diluées pour produire le revêtement liquide. Les précédentes tentatives pour disperser le noir de carbone directement dans la dilution finale ont exigé trop d'énergie, entraînant la destruction de l'émulsion aqueuse de latex. Si un pigment tel que le noir de carbone est déjà dispersé dans une base de broyage, la dilution dans le revêtement liquide est généralement plus facile que la formation d'un revêtement aqueux liquide directement à partir d'une poudre de noir de carbone non dispersée. Les bases de broyage peuvent comprendre une forte concentration de pigments tels que le noir de carbone, par exemple, de 25 à 58 pour cent en poids, tandis que le revêtement liquide comprend une concentration plus faible de pigment, en général de 0,5 à 3 pour cent en poids. [0013] Dans le domaine des revêtements, les revêtements liquides comprenant des noirs de carbone modifiés et non modifiés sont souvent préparés par un broyage par billes des noirs de carbone dans un support afin de disperser convenablement le noir de carbone. Le noir de carbone est généralement ajouté à un broyeur Eiger ou un autre broyeur avec les milieux de broyage, de l'eau, une résine, un agent anti-mousse, un agent de coalescence et d'autres matériaux facultatifs pour aider à favoriser une dispersion stable. Le broyeur peut fonctionner pendant plusieurs heures lors du broyage à haute énergie. En règle générale, une puissance de plus de 100 watts est nécessaire pour produire un échantillon de 200 g d'une base de broyage. Les milieux de broyage sont filtrés de la base de broyage à l'issue du processus de dispersion. La base de broyage peut contenir plus de 30 % en poids de noir de carbone traité. La dispersion de base de broyage peut être diluée pour former un revêtement liquide par dilution de la base de broyage avec un véhicule qui peut comprendre un solvant aqueux (eau), une résine, un agent dispersant, un agent mouillant, et des matériaux supplémentaires qui peuvent varier selon une application particulière. Bien que les noirs de carbone fortement traités (supérieur à 10 lmoles/m2) puissent fournir des dispersions aqueuses stables, on a découvert que la combinaison de noirs de carbone fortement traités et de certaines résines, telles que les résines acryliques, peut donner en des revêtements ayant de médiocres propriétés couvrantes. [00141 Les noirs de carbone modifiés et les revêtements liquides décrits ici possèdent des propriétés qui peuvent supprimer le besoin de broyage à billes à haute énergie. Un procédé d'agitation ou d'incorporation sous agitation ne nécessite pas l'ajout de billes de verre ou d'autres supports qui doivent être filtrés de la dispersion résultante. L'agitation peut être effectuée à l'aide d'un mélangeur, tel que, par exemple, un mélangeur à palettes ou un mélangeur à grande vitesse. L'agitation peut nécessiter moins d'énergie que le broyage à billes classique, ce qui signifie que les dispersions ou les émulsions ne seront pas détruites par le procédé de broyage à haute énergie. Dans de nombreux modes de réalisation, la 15 puissance nécessaire pour incorporer sous agitation les particules de noir de carbone modifié est inférieure à 100 watts, inférieure à 70 watts, inférieure à 50 watts ou inférieure à 40 watts pour un échantillon de 200 g, et des dispersions stables peuvent être obtenues en moins de trois heures, moins de deux heures ou moins d'une heure à ces niveaux de puissance. Dans certains modes de réalisation, la vitesse du mélangeur peut être limitée à une vitesse de 20 mélange en pointe de pale inférieure à 10 m/s, inférieure à 5 m/s, inférieure à 3 m/s ou inférieure ou égale à 2 m/s. L'agitation ne nécessite pas d'élever la température de la dispersion comme le peut un broyage à billes. Par exemple, dans certains modes de réalisation, le procédé d'agitation va élever la température du véhicule liquide de moins de 10 °C, moins de 5 °C ou moins de 1 °C. En revanche, les procédés de broyage peuvent 25 élever la température du véhicule liquide de plus de 10 °C, ce qui peut poser un certain nombre de problèmes, y compris la gélification du mélange. [00151 Les particules de noir de carbone modifié décrites ici peuvent rester dispersées dans un système aqueux pendant des mois ou des années. Telle qu'elle est utilisée ici, une dispersion stable est une dispersion dans laquelle il n'y a aucune diminution statistiquement 30 significative du pouvoir couvrant sur l'acier inoxydable d'un revêtement réalisé à partir de la dispersion à une charge de 1 % de noir de carbone, en poids, après un vieillissement de la dispersion pour une semaine à haute température, par exemple à 52 °C. Si la dispersion contient plus de 3 % de noir de carbone modifié en poids, comme dans le cas d'une base de broyage, la dispersion est laissée vieillir et par la suite diluée dans un véhicule aqueux 5 comprenant une résine compatible à 1 % de noir de carbone en poids pour tester le pouvoir couvrant sur l'acier inoxydable. Une fois sec, le revêtement comprendra environ 3 % en poids de noir de carbone. Telle qu'elle est utilisée ici, une « dilution » comprend les revêtements liquides préparés par la dilution d'une base de broyage ainsi que les revêtements liquides préparés directement par la dispersion d'un pigment non dispersé dans un véhicule 10 liquide. [0016] Dans une série de modes de réalisation, un pigment de type noir de carbone modifié peut être incorporé sous agitation directement dans un véhicule aqueux liquide afin de produire un revêtement aqueux liquide tel qu'une peinture ou une sous-couche. Le produit dilué peut être un revêtement liquide à base d'eau ayant une teneur en pigment dispersé de, 15 par exemple, 1 %, 2 %, 3 % ou 4 % en poids. Le revêtement liquide à base d'eau peut être produit sans étape intermédiaire consistant à produire une base de broyage. Dans un mode de réalisation, un revêtement liquide ayant une teneur en noir de carbone modifié de 1 à 5 % en poids peut être réalisé directement à partir du noir de carbone modifié sans former une dispersion intermédiaire (base de broyage) qui a une concentration en noir de carbone 20 supérieure 10 % en poids. Alors que le fabricant de revêtement pouvait auparavant avoir besoin de plusieurs bases de broyage pour assurer la compatibilité avec différentes formulations de revêtement, un seul noir de carbone modifié sec peut remplacer plusieurs bases de broyage, car le noir de carbone modifié sec peut être dépourvu de composants potentiellement incompatibles tels que des résines incompatibles. Un noir de carbone 25 modifié peut être expédié à un coût plus faible qu'une base de broyage contenant une quantité équivalente de noir de carbone, et le matériau sec peut également être stable pendant une plus longue durée. En plus de la forme de poudre sèche, un noir de carbone modifié non dispersé peut également être livré sous une autre forme non dispersée telle qu'une suspension épaisse ou un gel qui peut être incorporé(e) par agitation dans le véhicule 30 liquide pour former le revêtement liquide. 100171 Dans une autre série de modes de réalisation, une base de broyage de charge élevée est préparée en utilisant les noirs de carbone modifiés, décrits ici. La base de broyage peut comprendre du noir de carbone modifié à des concentrations supérieures à 30 %, supérieures à 35 %, ou supérieures ou égales à 40 % en poids et peut néanmoins atteindre une viscosité utile (à 10 tours par minute, sauf indication contraire) inférieure à 1100 cP, inférieure à 1000 cP, inférieure à 800 cP, inférieure à 700 cP, inférieure à 650 cP, inférieure à 600 cP ou inférieure à 560 cP. Dans certains modes de réalisation, les bases de broyage peuvent être limitées à une concentration en noir de carbone inférieure à 60 % ou inférieure à 50 % en poids. Les viscosités de la dispersion sont mesurées à l'aide d'un viscosimètre Brookfield® DV-II+ (Brookfield Engineering Laboratories, Middleboro, MA) en utilisant la procédure suivante. [0018] Après la mise sous tension de l'instrument, le refroidisseur est activé et la température réglée sur 25 °C. L'instrument est alors mis à zéro à l'aide du processus de mise à zéro automatique selon les instructions fournies par l'écran de l'instrument. Une broche est sélectionnée en appuyant sur la fonction « Régler la broche » jusqu'à ce que la broche choisie (on utilise ici le numéro 3 sauf indication contraire) soit mise en surbrillance. On appuie à nouveau sur la fonction « Régler la broche » pour saisir la sélection. Une coupelle à échantillons est partiellement remplie de la dispersion à tester. Si vous utilisez une géométrie de type disque (telle que le numéro 3), le disque est placé dans la dispersion et mis doucement en rotation pour libérer l'air qui peut être piégé sous le disque. Des géométries en forme de balle peuvent être fixées directement sur la broche. La coupelle à échantillons est ensuite placée dans le support chemisé sur l'instrument, et si elle n'est pas déjà fixée, la géométrie est vissée sur la broche. À l'aide d'une pipette, la coupelle à échantillons est remplie jusqu'à environ 2,5 mm du haut et la vitesse est réglée à 10 tours par minute. Le moteur est allumé et on laisse le système s'équilibrer pendant une minute à 10 tours par minute. Cette opération est répétée à 20 tours par minute, 50 tours par minute et à 100 tours par minute. Après équilibrage pendant une minute à 100 tours par minute, le test s'achève et le moteur est éteint. [0019] Pour parvenir à une concentration en noir de carbone particulière dans un revêtement 30 aqueux liquide, une charge plus élevée de noir de carbone dans une base de broyage permet d'utiliser une quantité plus faible de base de broyage par rapport à une base de broyage d'une concentration en noir de carbone inférieure. Des bases de broyage comprenant des charges de pigment de noir de carbone plus élevées, si elles sont stables, peuvent par conséquent réduire les coûts, par exemple, de la livraison et du stockage. À ces concentrations plus élevées, les bases de broyage deviennent généralement trop visqueuses à travailler et peut-être trop visqueuses pour passer à travers un broyeur à billes. Par exemple, pour passer à travers un broyeur Eiger, les bases de broyage comprenant des noirs de carbone de structure moyenne sont généralement limitées à une concentration de noir de carbone d'environ 25 %, sauf si de grandes quantités d'agent dispersant sont utilisées. Les noirs de carbone modifiés décrits ici permettent d'obtenir des viscosités plus faibles à des charges plus élevées. Étant donné que les noirs de carbone modifiés peuvent être incorporés sous agitation, plutôt que broyés, dans une base de broyage, des viscosités plus élevées peuvent être tolérées dans le procédé de production. Par exemple, un noir de carbone ayant une surface spécifique STSA de 85,5 m2/g (STSA avant traitement) et une taille de particules primaires de 25 nm, qui est traité avec environ 1,925 innoles/m2 d'acide sulfanilique peut former une base de broyage facilement versable à une concentration d'agent dispersant de moins de 2,4 mg par mètre carré de la surface spécifique de noir de carbone (STSA avant traitement) et une charge de 40 % de carbone noir modifié en poids. Cela permet une réduction du volume de la base de broyage requise d'environ 28,5 % pour fabriquer un revêtement liquide équivalent par rapport à un produit broyé de façon classique (25 % de noir de carbone). Cela signifie également que le formulateur de revêtement liquide peut contrôler plus soigneusement les types et les concentrations des composants tels que les résines et les agents dispersants qui sont dans le revêtement liquide final étant donné que la base de broyage plus concentrée (à base de noir de carbone) apporte une moindre quantité de ces matériaux au revêtement liquide aqueux final. Outre l'élimination ou la réduction de la quantité de broyage requise, la puissance (vitesse) du mélange peut être sensiblement réduite. Par exemple, certains modes de réalisation des noirs de carbone traités décrits ici peuvent être dispersés de manière adéquate par mélange à une vitesse de mélange en pointe de pale inférieure à 10 m/s, inférieure à 5 m/s, inférieure à 4 m/s, inférieure à 3 m/s ou inférieure ou égale à 2 m/s. En comparaison, les pigments de noir de carbone modifiées et non modifiées actuellement utilisés sont généralement préparés par broyage et mélange à une vitesse de pale supérieure à 10 m/s, en présence d'une concentration accrue d'agent dispersant. [0020] Plusieurs facteurs optiques mesurables peuvent être utilisés pour évaluer les 5 revêtements comprenant des pigments tels que des noirs de carbone. La couleur peut être représentée en trois dimensions en mesurant la profondeur du noir (L*), le bleu/jaune (b*) et le rouge/vert (a*). Une valeur L* de 0 serait parfaitement noire tandis que des nombres plus élevés sont plus blancs. Les revêtements liquides décrits ici peuvent être durcis en un revêtement ayant une valeur L* inférieure ou égale à 5, inférieure ou égale à 4,5, inférieure 10 ou égale à 4, inférieure ou égale à 3,5 ou inférieure ou égale à 3. Une valeur b* négative indique des nuances de bleu tandis qu'une b* positive est jaune. Les revêtements liquides décrits ici peuvent être durcis en un revêtement ayant une valeur b* inférieure ou égale à -0,2, inférieure ou égale à -0,3, inférieure ou égale à -0,4, ou inférieure ou égale à -0,5. Une valeur a* négative indique des tons plus verts tandis qu'une valeur a* positive indique des 15 tons plus rouges. Ces valeurs peuvent être mesurées en laboratoire au moyen d'instruments tels qu'un Hunter Lab Scan 6000. Un autre facteur important dans l'évaluation d'un noir de carbone destiné à une utilisation dans un revêtement est le « pouvoir couvrant » du revêtement. Les revêtements plus favorables ont la capacité de masquer ou cacher totalement ou substantiellement le substrat sur lequel ils sont appliqués. De nombreux modes de 20 réalisation des revêtements décrits ici sont capables de masquer le substrat en couches très minces, et peuvent résulter en des revêtements ayant un pouvoir couvrant supérieur ou égal à 0,95, supérieur ou égal à 0,97, supérieur ou égal à 0,98, supérieur ou égal à 0,99 ou égal à 1 dans des couches fines de 0,0254 mm. Le pouvoir couvrant peut être mesuré à l'aide d'une mire pour peinture Leneta® avec une moitié noire et une moitié blanche ou une carte 25 d'opacité BYK numéro 2813. Le pouvoir couvrant du revêtement est le rapport de la densité optique sur la zone blanche à la densité optique sur la zone noire. [0021] Les noirs de carbone sont connus de l'homme du métier et comprennent les noirs au tunnel, les noirs au four, les noirs de gaz, et les noirs de lampe. Des noirs de carbone provenant de divers fournisseurs peuvent être utilisés. Certains noirs de carbone disponibles 30 dans le commerce sont vendus sous les marques de commerce Regal®, Black Pearls®, Elftex®, Monarch®, Mogul®, Spheron®, Sterling®, et Vulcan® et sont disponibles chez Cabot Corporation (tels que Black Pearls® 1100, Black Pearls® 1000, Black Pearls® 900, Black Pearls® 880, Black Pearls® 800, Black Pearls® 700, Black Pearls® 570, Black Pearls® L, Elftex® 8, Elftex® 320, Monarch® 1100, Monarch® 1000, Monarch® 900, Monarch® 880, Monarch® 800, Monarch® 700, Mogul® L, Regal® 330, Regal® 400 et Vulcan®. D'autres noirs de carbone disponibles dans le commerce comprennent, mais ne sont pas limités aux noirs de carbone vendus sous les marques de commerce Raven®, Statex®, Furnex® et Neotex®, les lignes CD et I-IV disponibles chez Columbian Chemicals, et les produits Corax®, Durax®, Ecorax® Purex® disponibles chez Orion Engineered Carbons. [0022] Les noirs de carbone décrits ici peuvent présenter un éventail spécifique de STSA. Tel qu'il est utilisés ici, la STSA d'un noir de carbone modifié est la STSA du noir de carbone avant la modification. Dans certains modes de réalisation, les noirs de carbone qui sont modifiés ont une STSA comprise entre environ 10 m2/g et environ 350 m2/g, compris entre environ 20 m2/g et environ 300 m2/g, ou entre environ 30 m2/g et environ 150 m2/g. Dans un mode de réalisation, un noir de carbone ayant une STSA de 85,5 m2/g a donné d'excellents résultats. Si la surface spécifique souhaitée n'est pas facilement accessible pour l'application souhaitée, il est également bien reconnu par l'homme du métier que le noir de carbone modifié peut être soumis à des techniques de réduction de taille ou de cornminution, telles qu'un broyage par billes ou par jet ou par ultrasons, afin de réduire le pigment à une taille de particule plus petite, si on le souhaite. Aussi, le noir de carbone modifié peut avoir une grande variété de tailles de particules primaires connues dans l'art. Par exemple, le noir de carbone peut avoir une taille de particules primaires comprise entre environ 5 nm et environ 100 nm, y compris d'environ 10 nm à environ 80 nm et de 15 nm à environ 50 nm.
Dans certains modes de réalisation, le noir de carbone peut avoir une taille de particules primaires inférieure à 200, inférieure à 100 ou inférieure à 75 nm. De plus, le noir de carbone peut également avoir une large gamme d'indices d'adsorption de phtalate de dibutyle (DBP selon la norme ASTM D2414), qui est une mesure de la structure ou de la ramification du pigment. Par exemple, un noir de carbone peut avoir une valeur de DBP allant d'environ 25 à 400 m1/100g, y compris d'environ 30 à 200 m1/100g et d'environ 50 à 150 m1/100g. Dans des dispersions aqueuses telles que les bases de broyage et les revêtements liquides, les dispersions de particules de noir de carbone modifié peuvent présenter un D90 inférieur à 0,6 gm, par exemple, de 0,1 à 0,6 Jim, de 0,1 à 0,4 1.1m ou de 0,15 à 0,5 Inn. [0023] Le noir de carbone avant le traitement peut également être un noir de carbone qui a été oxydé en utilisant un agent oxydant afin d'introduire des groupes ioniques et/ou ionisables sur la surface. Les noirs de carbone préparés de cette manière se sont révélés avoir un degré plus élevé de groupes contenant de l'oxygène sur la surface. Les agents oxydants incluent, mais sans s'y limiter, l'oxygène gazeux, l'ozone, NO2 (y compris les mélanges de NO2 et d'air), les peroxydes tels que le peroxyde d'hydrogène, les persulfates, y compris le persulfate de sodium, de potassium, ou d'ammonium, les hypohalogénites tels que l'hypochlorite de sodium, les halites, les halogénates, ou les perhalogénates (tels que le chlorite de sodium, le chlorate de sodium, ou le perchlorate de sodium), les acides oxydants tels qu'un acide nitrique, et un métal de transition contenant des oxydants, tels que les sels de permanganate, le tétroxyde d'osmium, les oxydes de chrome, ou le nitrate d'ammonium cérique. Des mélanges d'oxydants peuvent également être utilisés, en particulier des mélanges d'oxydants gazeux tels que l'oxygène et l'ozone. De plus, les noirs de carbone préparés en utilisant d'autres procédés de modification de surface pour introduire des groupes ioniques ou ionisables sur une surface du pigment, tels que la chloration et la sulfonylation, peuvent également être utilisés. [0024] Le noir de carbone peut être un noir de carbone modifié auquel est fixé au moins un groupe organique. Le groupe organique peut être fixé directement. Un groupe qui est fixé directement est un groupe qui est lié chimiquement au noir de carbone et pas simplement associé au noir de carbone. Un groupe organique fixé directement à un noir de carbone si plus de 75 % du groupe organique sont retenus sur le noir de carbone lorsqu'il est rincé avec de l'eau désionisée. [0025] Le noir de carbone modifié peut être préparé en utilisant n'importe quel procédé connu de l'homme du métier de sorte que les groupes chimiques organiques sont fixés au pigment. Par exemple, les pigments modifiés peuvent être préparés en utilisant les procédés décrits dans les brevets U.S. nos 5 554 739 ; 5 707 432 ; 5 837 045 ; 5 851 280; 5 885 335 ; 895 522; 5 900 029; 5 922 118; 6 042 643 et 6 337 358, dont les descriptions sont entièrement incorporées ici par référence. De tels procédés fournissent une fixation plus stable des groupes sur le noir de carbone par rapport aux procédés de type dispersant, qui utilisent, par exemple, des polymères et/ou des agents tensioactifs. D'autres procédés pour 5 préparer les noirs de carbone modifiés comprennent la réaction d'un noir de carbone ayant des groupes fonctionnels disponibles avec un réactif comprenant le groupe organique, tel que décrit dans, par exemple, le brevet U.S n° 6 723 783, qui est incorporé dans son intégralité par référence ici. De tels pigments fonctionnels peuvent être préparés en utilisant les procédés décrits dans les références incorporées ci-dessus. De plus, des noirs de carbone 10 modifiés contenant des groupes fonctionnels fixés peuvent également être préparés par les procédés décrits dans les brevets U.S. ris 6 831 194 et 6 660 075, les publications de brevets U.S. n's 2003-0101901 et 2001-0036994, le brevet canadien n° 2 351162, le brevet européen n° 1 394 221, et la publication PCT n° WO 04/63289, ainsi que dans N. Tsubokawa, Polym. Sci., 17, 417, 1992, qui sont chacun également incorporés dans leur 15 intégralité par référence ici. [0026] Le groupe organique du noir de carbone modifié peut être un groupe qui permet au noir de carbone modifié d'être dispersible dans le véhicule aqueux d'un revêtement liquide choisi ou dans une base de broyage. Le groupe organique peut comprendre un groupe ionisé ou ionisable. Tel qu'il est utilisé ici, un groupe organique qui est utilisé pour traiter un noir 20 de carbone, avant la formation d'une dispersion aqueuse, par la chimie au diazonium par exemple, n'est pas considéré être un agent dispersant dans la dispersion liquide aqueuse préparée à partir du noir de carbone modifié. [0027] Le taux de fixation (traitement) du groupe organique sur le noir de carbone modifié doit être adéquat pour assurer une dispersion stable du noir de carbone modifié dans le 25 véhicule aqueux. Les taux de fixation sont donnés en termes de moles de groupe organique par unité de surface (STSA) de noir de carbone. Par exemple, les groupes organiques peuvent être fixés à un taux de 0,1 à 10,0 imoles/m2, 0,2 à 5,01.imoles/m2, 0,5 à 2,5 innoles/m2, 0,5 à 2,0 imoles/m2, 0,5 à 1,5 kimoles/m2, 1,5 à 3,0 tmoles/m2, 1,5 à 4,0 innoles/m2, 1,5 à 4,5 innoles/m2 ou 1,0 à 2,0 gmoles/m2. Dans certains modes de réalisation, 30 le taux de fixation peut être supérieur à 0,11.tmole/m2 et inférieur à 3,0 imoles/m2 ou supérieur à 0,1 umole/m2 et inférieur à 2,0 umoles/m2. Les taux de fixation pour les groupes y compris les groupes ioniques ou ionisables peuvent aussi être quantifiés en termes d'équivalents par surface. Ces taux de fixation peuvent être déterminés par des méthodes connues de l'homme du métier, telles qu'une analyse élémentaire. [0028] Les groupes peuvent être fixés à des noirs de carbone en utilisant des méthodes telles que la chimie au diazonium, la chimie des azoïques, la chimie des peroxydes, la sulfonation et la chimie par cycloaddition. Les procédés au diazonium décrits dans une ou plusieurs de ces références incorporées peuvent être adaptés pour permettre une réaction d'au moins un sel de diazonium avec un pigment à base de noir de carbone, tel qu'un pigment noir 10 organique brut qui n'a pas encore été modifié en surface avec des groupes de fixation. Un sel de diazonium est un composé organique ayant un ou plusieurs groupes diazonium. Dans certains procédés, le sel de diazonium peut être préparé avant la réaction avec le matériau de pigment noir organique ou, mieux encore, généré in situ en utilisant des techniques telles que décrites dans les références citées. La génération in situ permet également l'utilisation de sels 15 de diazonium instables tels que les sels d'alkyle diazonium et évite la manutention ou la manipulation inutile du sel de diazonium. Dans certains procédés, l'acide nitreux et le sel de diazonium peuvent tous deux être générés in situ. [0029] Un sel de diazonium, comme on le sait dans le domaine, peut être généré par la réaction d'une amine primaire, d'un nitrite et d'un acide. Le nitrite peut être n'importe quel 20 nitrite de métal, de préférence le nitrite de lithium, le nitrite de sodium, le nitrite de potassium, ou le nitrite de zinc, ou n'importe quel nitrite organique tel que, par exemple, le nitrite d'isoamyle ou le nitrite d'éthyle. L'acide peut être n'importe quel acide, inorganique ou organique, qui est efficace pour la production du sel de diazonium. Les acides préférés comprennent l'acide nitrique, HNO3, l'acide chlorhydrique, HC1, et l'acide sulfurique, H2SO4. 25 Le sel de diazonium peut également être généré par la réaction de l'amine primaire avec une solution aqueuse de dioxyde d'azote. La solution aqueuse de dioxyde d'azote, NO2/H20, peut fournir l'acide nitreux nécessaire pour générer le sel de diazonium. En général, lors de la génération d'un sel de diazonium à partir d'une amine primaire, d'un nitrite, et d'un acide, deux équivalents d'acide sont nécessaires sur la base de l'amine. Dans un procédé in situ, le 30 sel de diazonium peut être généré en utilisant un équivalent d'acide. Quand l'amine primaire contient un groupe acide fort, l'ajout d'un acide distinct peut ne pas être nécessaire dans certains procédés. Le groupe acide ou les groupes de l'amine primaire peuvent fournir un ou les deux équivalents d'acide nécessaires. Quand l'amine primaire contient un groupe acide fort, de préférence zéro à un équivalent d'acide supplémentaire peut être ajouté à un procédé pour générer le sel de diazonium in situ. Un exemple d'une telle amine primaire qui a montré des propriétés exceptionnelles est l'acide para-aminobenzène sulfonique (acide sulfanilique). [0030] Les noirs de carbone modifiés en surface peuvent comprendre un pigment à base de noir de carbone auquel est fixé au moins un groupe organique. Le noir de carbone modifié peut avoir au moins un groupe organique fixé répondant à la formule -X-Z, dans laquelle X, qui est un premier groupe chimique directement fixé au noir de carbone, représente un groupe arylène, un groupe hétéroarylène, un groupe aralkylène, ou un groupe alcarylène, et Z représente un deuxième groupe chimique. Z peut être non polymérique. Z peut être, par exemple au moins un groupe ionique ou au moins un groupe ionisable. [0031] Comme indiqué, le groupe X peut représenter un groupe arylène ou hétéroarylène, un groupe aralkylène ou un groupe alcarylène. X peut être directement fixé au pigment et est en outre substitué par le groupe Z. X peut être un groupe de liaison (par exemple, un diradical de liaison) qui, de préférence, peut être lié directement entre la surface du pigment et le groupe Z. Les groupes arylène et hétéroarylène peuvent être un groupe aromatique, y compris, mais sans s'y limiter, des hydrocarbures cycliques insaturés contenant un ou plusieurs cycles. Pour les groupes hétéroarylène, un ou plusieurs atomes de carbone de cycle du groupe aromatique sont substitués par un hétéroatome. Les hétéroatomes sont des atomes autres que des atomes de carbone, tels que N, S, 0 ou autres. Les atomes d'hydrogène du groupe aromatique peuvent être substitués ou non substitués. Comme indiqué, X peut représenter un groupe hétéroarylène. On a découvert que l'utilisation d'une voie de chimie au 25 diazonium incluant des sels de diazonium à base d'hétérocycle pour traiter les surfaces de pigments noirs organiques, telles que des surfaces noires pérylène, peut rendre plus facile la fixation des groupes de modification de surface. [0032] Le groupe hétéroarylène peut être un groupe de liaison qui comprend, par exemple, au moins un noyau hétérocyclique qui contient un ou plusieurs hétéroatomes (par exemple, 30 un, deux, trois hétéroatomes ou plus). Le noyau hétérocyclique peut contenir, par exemple, de 3 à 12 atomes du cycle, ou des cycles de 5 à 9 chaînons, ou 5, ou 6, ou 7, ou 8 chaînons. Le noyau hétérocyclique peut comprendre, par exemple, au moins un atome de carbone, ou au moins deux atomes de carbone, ou d'autres nombres d'atomes de carbone. Lorsque plusieurs hétéroatomes sont utilisés dans un noyau hétérocyclique, les hétéroatomes peuvent être identiques ou différents. Le groupe hétérocyclique peut contenir un simple noyau hétérocyclique ou des cycles condensés incluant au moins un noyau hétérocyclique. Le groupe hétéroarylène peut être, par exemple, l'imidazolylène, le pyrazolylène, le thiazolylène, l'isothiazolylène, l'oxazolylène, l'isoxazolylène, le thiénylène, le furylène, le fluorénylène, le pyranylène, le pyrrolylène, le pyridylène, le pyrimidylène, l'indolylène, l'isoindolylène, le tétrazolylène, le quinolinylène, l'isoquinolinylène, le quinazolinylène, le carbazolylène, le purinylène, le xanthénylène, le dibenzofurylène, le 2H-chroménylène, ou toutes les combinaisons de ceux-ci. X peut également représenter un groupe arylène, tel qu'un phénylène, naphtylène, biphénylène phényle, anthracénylène, et analogue. Lorsque X représente un groupe alkylène, les exemples incluent, mais sans s'y limiter, les groupes alkylène substitués ou non substitués qui peuvent être ramifiés ou non ramifiés. Par exemple, le groupe alkylène peut être, par exemple, un groupe en Ci-Ci2 tel que le méthylène, l'éthylène, le propylène, ou le butylène, ou d'autres alkylènes. [0033] Le groupe X peut être en outre substitué par des groupes autres que Z, tels qu'un ou plusieurs groupes alkyle ou groupes aryle. En outre, le groupe X peut être substitué, par exemple, par un ou plusieurs groupes fonctionnels. Les exemples de groupes fonctionnels comprennent, mais sans s'y limiter, R, OR, COR, COOR, OCOR, les carboxylates, les halogènes, CN, NR2, SO3H, les sulfonates, les sulfates, NR(COR), CONR2, NO2, P03H2, les phosphonates, les phosphates, N-NR, SOR, NSO2R, dans lequel R, qui peut être identique ou différent, est indépendamment un atome d'hydrogène, des hydrocarbures saturés ou insaturés, ramifiés ou non ramifiés en C1-C20 substitués ou non substitués, par exemple, un groupe alkyle, alcényle, alcynyle, aryle substitué ou non substitué, hétéroaryle substitué ou non substitué, alkaryle substitué ou non substitué, ou aralkyle substitué ou non substitué. [0034] Comme indiqué, le groupe Z peut être au moins un groupe ionique ou un groupe ionisable, ou un groupe polymère. Le groupe Z peut également comprendre un mélange d'un 30 groupe ionique et d'un groupe ionisable. Le groupe ionique peut être anionique ou cationique et peut être associé à un contre-ion de la charge opposée, y compris les contre-ions tels que Na, K+, Lit, NH4, Nie, l'acétate, NO3-, SO4-2, R'S03-, R'0S03-, OH-, et cr, où R' représente un atome d'hydrogène ou un groupe organique tel qu'un groupe aryle et/ou alkyle substitué ou non substitué. Le groupe ionisable peut être un groupe qui est capable de former 5 un groupe ionique dans le milieu d'utilisation. Les groupes anionisables peuvent former des anions et les groupes cationisables peuvent former des cations. Les groupes ioniques comprennent ceux décrits dans les brevets U.S. nos 5 698 016; 5 837 045; et 5 922 118, dont les descriptions sont entièrement incorporées ici par référence. Les groupes anioniques sont des groupes ioniques chargés négativement qui peuvent être générés à partir de groupes 10 possédant des substituants ionisables qui peuvent former des anions (groupes anionisables), tels que des substituants acides. Ils peuvent également être l'anion dans les sels de substituants ionisables. Les exemples représentatifs des groupes anioniques comprennent -000-, -S03-, -0S03-, -HP03-, -0P03-2, et -P03-2. Le groupe anionique peut comprendre un contre-ion qui est un sel de métal monovalent, tel qu'un sel de Na, un sel de 15 K+ ou un sel de Lit. Le contre-ion peut également être un sel d'ammonium, tel qu'un sel de NH4. Les exemples représentatifs des groupes anionisables comprennent -COOH, -S03H, -P03H2, -R'SH, -R'OH, et -SO2NHCOR', où R' représente un atome d'hydrogène ou un groupe organique tel qu'un groupe aryle et/ou alkyle substitué ou non substitué. Les groupes cationiques sont des groupes ioniques chargés positivement qui peuvent être générés à partir 20 de substituants ionisables qui peuvent former des cations (groupes cationisables), tels que des amines protonées. Par exemple, les alkyl ou aryl amines peuvent être protonées en milieu acide pour former des groupes ammonium -NR'2H+, où R' représente un groupe organique tel qu'un groupe aryle et/ou alkyle substitué ou non substitué. Les groupes cationiques peuvent également être des groupes ioniques organiques chargés positivement. 25 Les exemples comprennent les groupes ammonium quaternaire (-Ne) et les groupes phosphonium quaternaire (-PR'3+). Ici, R' représente un atome d'hydrogène ou un groupe organique tel qu'un groupe aryle et/ou alkyle substitué ou non substitué. Le groupe cationique peut comprendre un groupe alkyl amine ou un sel de celui-ci ou un groupe alkyl ammonium. [0035] Le groupe Z peut comprendre au moins un groupe acide carboxylique ou un sel de celui-ci, au moins un groupe acide sulfonique ou un sel de celui-ci, au moins un groupe sulfate, au moins un groupe acide phosphonique ou un sel de celui-ci, au moins un groupe alkyl amine ou un sel de celui-ci, ou au moins un groupe alkyl ammonium. Comme on peut préférer que le groupe X soit un groupe hétéroarylène ou un groupe arylène, les groupes organiques fixés répondant à la formule -X-Z peuvent inclure, mais sans s'y limiter, des groupes acide hétéroaryl carboxylique, des groupes acide hétéroaryl sulfonique, des groupes acide aryl carboxylique, des groupes acide aryl sulfonique, ou des sels de ceux-ci. Par exemple, le groupe organique fixé peut être, par exemple, un groupe acide imidazolyl carboxylique, un groupe acide imidazolyl sulfonique, un groupe acide pyridinyl carboxylique, un groupe acide pyridinyl sulfonique, un groupe acide benzène carboxylique, un groupe acide benzène dicarboxylique, un groupe acide benzène tricarboxylique, un groupe acide benzène sulfonique, ou des sels de ceux-ci. Le groupe organique fixé peut également être un dérivé substitué de l'un quelconque de ceux-ci. [0036] Tel qu'utilisé ici, les agents dispersants sont des substances qui peuvent être utilisées dans des systèmes aqueux pour aider à la formation d'une dispersion de particules de noir de carbone non dispersibles par d'autres moyens. Les agents dispersants s'associent fortement avec les particules et sont sélectionnés pour leur capacité à maintenir les particules séparées. Les agents dispersant peuvent englober des tensioactifs, des polymères et des oligomères fonctionnalisés. Les agents dispersants peuvent être des agents dispersants non ioniques ou peuvent des agents dispersants être ioniques, qui comprennent à la fois des agents anioniques et cationiques. Les agents dispersants non anioniques sont préférés et parmi les agents dispersants ioniques, on préfère des agents dispersants anioniques. Les agents dispersants peuvent être amphiphiliques et peuvent être polymères ou comprendre un groupe polymère. Les agents dispersants ne comprennent pas les autres additifs qui peuvent être utilisés dans des revêtements aqueux tels que des agents de mouillage, des agents anti-mousse et des co-solvants. [0037] La concentration d'agents dispersants dans une base de broyage ou dans un revêtement aqueux peut être mesurée de différentes façons connues de l'homme de métier. 30 On pense que la quantité d'agent dispersant requise pour disperser de manière adéquate un noir de carbone est plus exactement fonction de l'aire de surface des particules dans la dispersion plutôt que de la masse de particules dans la dispersion. Par conséquent, sauf indication contraire, la concentration d'un agent dispersant dans une dispersion particulaire sera représentée en unités de masse d'agent dispersant par aire totale (STSA) de noir de 5 carbone dans la dispersion. Par exemple, les unités peuvent être des milligrammes d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone déterminée par la STSA. Comme il peut être difficile de déterminer précisément l'aire de surface d'un noir de carbone (traité) modifié, dans le cas d'une dispersion incluant un noir de carbone modifié, la zone du noir de carbone non traitée correspondante sera utilisée au moment de la fourniture de la 10 concentration d'un agent dispersant dans la dispersion. [0038] Des exemples spécifiques d'agents dispersants polymères englobent les agents dispersants polymères synthétiques. Les éthoxylates sont couramment utilisés dans les formulations à base d'eau comme agents dispersants. Par exemple, les éthoxylates d'alkylphénol et les éthoxylates d'alkyle sont utilisés. Les exemples incluent PETROLITE® 15 D-1038 de Baker Petrolite. Des polymères et des matériaux apparentés qui peuvent être utilisés comme agents dispersants et additifs dans les revêtements aqueux sont compris dans les produits Tego de Evonik, les produits Ethacryl de Lyondell, les polymères Joncryl et les agents dispersants EFKA de BASF, et les agents dispersants Disperbyk® et Byk® de BYK Les exemples d'agents dispersants qui peuvent être utilisés comprennent, mais ne sont pas 20 limités à DisperBYK182, DisperBYK 190 et DisperBYK 192, tous disponibles chez BYK Chemie, les agents dispersants SolsperseTM disponibles chez Lubrizol, y compris 46000 ; et EFKAA4585, ELKA4550 et EFKA4560 de Ciba. [0039] Plusieurs modifiants de rhéologie peuvent également être utilisés conjointement à la composition de revêtement aqueux afin d'ajuster la viscosité de la composition, ainsi que 25 conférer d'autres propriétés souhaitables. Les composés appropriés comprennent, mais sans s'y limiter, des polymères et des copolymères solubles dans l'eau tels que la gomme arabique, les sels de polyacrylate, les sels de polyméthacrylate, les alcools polyvinyliques (Elvanols de DuPont, Celvoline de Celanese), l'hydroxypropylènecellulose, l'hydroxyéthylcellulose, la polyvinylpyrrolidone (comme Luvatec de BASF, Kollidon et 30 Plasdone de ISP, et PVP-K, Glide), l'éther polyvinylique, l'amidon, les polysaccharides, les polyéthylène-imines, qui sont dérivés ou non avec de l'oxyde d'éthylène et de l'oxyde de propylène, et analogues. De plus, le liant peut être ajouté ou présent dans une dispersion ou sous forme de latex. Par exemple, le liant polymère peut être un latex d'acrylate ou des copolymères de méthacrylate (tels que les matériaux NeoCryl® de NSM Neoresins, les 5 polymères AC et AS de Alberdingk-Boley) ou peut être un polyuréthane dispersible dans l'eau (tel que ABU de Alberdingk-Boley) ou un polyester (comme les polymères AQ de Eastman Chemical). Les polymères, tels que ceux énumérés ci-dessus, les variations et les matériaux apparentés, qui peuvent être utilisés comme liants dans des revêtements aqueux sont compris dans les polymères Joncryl® de BASF, les matériaux NeoCryl de DSM 10 Neoresins, et les polymères AC et AS de Alberdingk-Boley. 100401 Divers additifs pour contrôler ou réguler le pH des compositions de revêtement aqueux décrites ici peuvent également être utilisés. Les exemples de régulateurs de pH appropriés comprennent diverses amines telles que la diéthanolamine et la triéthanolamine, ainsi que divers réactifs hydroxydes. Un réactif hydroxyde est n'importe quel réactif qui 15 comprend un ion 01-1-, tel qu'un sel ayant un contre-ion hydroxyde. Les exemples comprennent l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium, l'hydroxyde de lithium, l'hydroxyde d'ammonium et l'hydroxyde de tétraméthyl ammonium. D'autres sels d'hydroxyde, ainsi que des mélanges de réactifs hydroxydes, peuvent également être utilisés. En outre, d'autres réactifs alcalins peuvent également être utilisés, qui génèrent des ions 01-1" 20 dans un milieu aqueux. Les exemples comprennent des carbonates tels que le carbonate de sodium, des bicarbonates tels que le bicarbonate de sodium, et des alcoolates tels que le méthylate de sodium et l'éthylate de sodium. Des tampons peuvent également être ajoutés. [0041] Dans une série de modes de réalisation, on a découvert que des noirs de carbone modifiés facilement dispersibles peuvent être préparés par traitement en surface du noir de 25 carbone non traité avec de l'acide sulfanilique en utilisant la chimie au diazonium pour obtenir un noir de carbone modifié comprenant le groupe acide benzène sulfonique : Acide benzène sulfonique 25 SO Na+ Sel d'acide benzène sulfonique fixé chimiquement au noir de carbone (non à l'échelle) Dans une deuxième série de modes de réalisation, l'acide para-aminobenzoïque est 5 utilisé pour traiter des noirs de carbone en utilisant la chimie au diazonium afin d'obtenir un noir de carbone modifié comprenant un groupe acide benzoïque : o 10 OH Acide benzoïque Sel d'acide benzoïque fixé chimiquement au noir de carbone (non à l'échelle) [0042] Ces groupes peuvent être utiles pour rendre le noir de carbone modifié dispersible et, 15 comme indiqué ci-dessous, un grand nombre de ces noirs de carbone traités peuvent être incorporés sous agitation dans des revêtements sans l'utilisation d'énergie élevée ou de moyens de broyage. Bien que des charges plus élevées d'agent de traitement soient utilisées pour améliorer l'aptitude à la dispersion d'un noir de carbone, on a découvert qu'une concentration réduite de traitement conduit à un pigment qui fournit un revêtement liquide à incorporer sous agitation qui sèche en un revêtement ayant un pouvoir couvrant et des tons de couleur supérieurs. On a également découvert que, contrairement à ce que croient les spécialistes du domaine, des agents dispersants supplémentaires peuvent avoir un effet négatif sur la dispersibilité de certains noirs de carbone traités. Tel qu'utilisé ici, un noir de carbone «à incorporer sous agitation » est un noir de carbone modifié qui n'a pas besoin d'être broyé par billes pour être dispersé de manière stable dans un véhicule aqueux. Par exemple, des noirs de carbone modifiés très spécifiques ayant une STSA inférieure à 300 m2/g et un niveau de traitement inférieur à 3,5 inférieur à 3,0, inférieur à 2,5 ou inférieur ou égal à 2,0 innoles/m2 se sont avérés fournir d'excellentes couverture et couleur dans les revêtements liquides «à incorporer sous agitation ». Ainsi, de manière surprenante, un noir de carbone traité ayant un faible niveau de traitement (par exemple, inférieur à 3,5 imoles/m2) peut former une dispersion aqueuse stable lorsqu'elle est préparée en utilisant un procédé d'incorporation sous agitation de faible énergie qui résulte en un revêtement ayant d'excellentes caractéristiques de pouvoir couvrant et de couleur. Contrairement aux idées reçues, ces résultats peuvent être obtenus avec de faibles concentrations d'agents dispersants. Par exemple, par rapport à la quantité de noir de carbone 20 dans un revêtement liquide, la concentration d'agent dispersant peut être inférieure à 5,0, inférieure à 3,0 inférieure à 2,4, inférieure à 2,0, inférieure à 1,8, inférieure à 1,5, inférieure à 1,0, inférieure à 0,7, inférieure ou égale à 0,5 ou inférieure ou égale à 0,2 mg d'agent dispersant par mètre carré de surface spécifique de noir de carbone (STSA). Dans des modes de réalisation identiques ou dans d'autres, la concentration en agent dispersant peut être 25 supérieure à 0,01, supérieure à 0,1, supérieure à 0,2 ou supérieure à 0,5 mg de dispersant par mètre carré de surface spécifique de noir de carbone. Des plages d'agents dispersants spécifiques peuvent dépendre, par exemple, du niveau de traitement du noir de carbone modifié en cours de dispersion. Ces plages d'agent dispersant peuvent être, par exemple, 0,1 à 3,5, 0,1 à 3,0, 0,1 à 2,5, 0,1 à 2,0, 0,1 à 1,5, 0,1 à 1,0, 0,1 à 0,7, 0,1 à 0,5 d'agent dispersant 30 par mètre carré de surface spécifique de noir de carbone. On a découvert qu'un mode de réalisation dans lequel le noir de carbone modifié a été traité à une charge de traitement organique d'environ 1,84 gmoles/m2 nécessite une quantité minimale d'agent dispersant. Par exemple, dans ce mode de réalisation, la quantité d'agent dispersant utilisé pour réaliser une base de broyage aqueuse de noir de carbone modifié de 40 % en poids peut être comprise dans une plage de 0,1 à 1,0, 0,1 à 0,7 ou de 0,1 à 0,5 mg d'agent dispersant par mètre carré de zone spécifique de noir de carbone. Cette base de broyage, lorsqu'elle est diluée dans une dispersion d'un revêtement aqueux (noir de carbone modifié de 1 à 5 %) présente une faible viscosité, un excellent pouvoir couvrant, une bonne profondeur de noir et de bonnes nuances. Il est surprenant que des noirs de carbone modifiés, modifiés à des niveaux de traitement plus élevés, supérieurs ou égaux à 3,5 itmoles/m2 par exemple, nécessitent en réalité une quantité supérieure d'agent dispersant afin d'obtenir ce niveau de performance pour le pouvoir couvrant et la couleur. [0043] Dans une série de modes de réalisation, on a découvert qu'une dispersion comprenant une combinaison particulière de noir de carbone avec un faible niveau de traitement et un véhicule liquide avec une faible concentration d'agent dispersant peut fournir des dispersions qui possèdent des propriétés aussi bonnes ou meilleures que des dispersions fabriquées à l'aide de niveaux de traitement plus élevés ou des concentrations d'agent dispersant plus élevées. Par exemple, dans un mode de réalisation, le niveau de traitement peut être limité à moins de 3,5 ktmol/m2 avec une concentration d'agent dispersant inférieure à 2,4 mg par mètre carré de noir de carbone. Dans un autre mode de réalisation, le niveau de traitement peut être limité à moins de 3,0 iimoUm2 avec une concentration d'agent dispersant inférieure à 2,4 mg par mètre carré de noir de carbone. Dans un autre mode de réalisation, le niveau de traitement peut être limité à moins de 1,84 iimo1/m2 avec une concentration d'agent dispersant inférieure à 1,7 mg par mètre carré de noir de carbone. Dans un autre mode de réalisation, le niveau de traitement peut être limité à moins de 3,0 gmol/m2 avec une concentration d'agent dispersant inférieure à 1,0 mg par mètre carré de noir de carbone. Dans l'un quelconque de ces modes de réalisation avec les limitations sur les niveaux de traitement et sur les concentrations d'agent dispersant, lorsque le niveau de traitement est en unités de gmol/m2 est ajouté à la concentration d'agent dispersant en unités de mg d'agent dispersant par mètre carré de noir de carbone, la somme peut être, par exemple, supérieure ou égale à 2,0, 2,5, 3,0 ou 3,5. Méthode d'évaluation de revêtements aqueux - [0044] Pour évaluer l'utilisation de bases de broyage à base de noir de carbone dans la formation de revêtements aqueux, la procédure suivante, appelée ici « Méthode A d'évaluation de revêtements aqueux A » peut être utilisée pour produire un film dont les propriétés, telles que la couleur, la teinte et le pouvoir couvrant, peuvent ensuite l'objet de tests. Le base de broyage en cours d'évaluation est diluée dans une dispersion finale de 200 g comprenant les composants et les quantités indiquées dans le tableau ci-dessous afin d'obtenir une teneur en noir de carbone de 1% en poids dans le revêtement liquide final. Cette formulation une fois durcie, on obtiendra un revêtement durci ayant une teneur en noir de carbone d'environ 3% en poids. Si l'un quelconque des composants du véhicule de dilution n'est pas disponible, on peut le substituer par des matériaux similaires connus de l'homme de l'art. Par exemple, le Neocryl A-6085 peut être remplacé par une autre résine de latex de copolymère acrylique-styrène anionique. Les bases de broyage à base de noir de carbone sont agités dans le véhicule de dilution de latex acrylique du tableau 12 au moyen d'un mélangeur de laboratoire Stir-Pake pour charges lourdes équipé d'une lame d'acier inoxydable de type hélice. Le mélangeur fonctionne à un réglage de 1,5 (500-1000 tr/min) pendant 10 minutes. La dispersion de liquide finale est ensuite appliquée sur une grille d'opacité ou un substrat d'acier inoxydable à une épaisseur choisie et durcie pour former un revêtement pigmenté qui peut alors être évalué pour ses propriétés optiques telles que la profondeur du noir (L*), la nuance bleue/jaune (b*), la nuance rouge/verte (a*) et le pouvoir couvrant. Dilution acrylique aqueuse pour la méthode d'évaluation des revêtements aqueux A Neocryl A-6085 80,0 Eau 8,4 Nitrite de sodium (25%) 1,2 Dehydran1293 0,4 Surfynol 104 DPM 0,4 BYK 346 0,1 Éther méthylique de dipropylèneglycol 2,4 Éther butylique normal de propylène glycol 4,8 Éther butylique normal de dipropylène glycol 2,4 Somme 100,0 % de solides 32,7 Exemples [0045] Afin d'évaluer les caractéristiques des revêtements produits en utilisant les noirs de carbone modifiés à incorporer sous agitation décrits ici, une série de revêtements a été préparée en utilisant le même noir de carbone non-traité de base avec différents niveaux de traitement organique. Les revêtements à incorporer sous agitation ont également été comparés à des revêtements préparés en utilisant le même support de noir de carbone non-traité et un véhicule liquide, mais produits en utilisant un procédé classique de broyage par billes. Exemple 1 [0046] Un noir de carbone non modifié (Regal 330R) a été traité avec différentes quantités d'acide sulfanilique en utilisant une chimie au diazonium classique pour produire des noirs de carbone traités à des niveaux de traitement de 1,925 (échantillon 1), 2,2 (échantillon 2), 3,2 (échantillon 3) et 4,4 umoles/m2 (échantillon 4). Le noir de carbone Regal 330R a une STSA de 85,5 m2/g, une structure DBP de 65 m1/100 g, et une taille moyenne de particules primaires de 25 nm. Les échantillons de noir de carbone modifié ont été incorporés sous agitation dans le véhicule de dilution de latex acrylique du tableau 1, en utilisant un mélangeur à palettes plongeant de laboratoire à une vitesse de 500 tours par minute pour obtenir une concentration de noir de carbone de 1 % en poids dans le revêtement liquide. Ceci donne un revêtement durci final ayant environ 3 % de noir de carbone en poids. Pour un échantillon de 200 g, la puissance nécessaire pour le mélange était inférieure à 40 watts et le noir de carbone modifié sec a été dispersé en moins de 60 minutes. Le témoin était du Regal 330 non-modifié qui a d'abord été dispersé de façon classique en une base de broyage à une concentration de noir de carbone de 15 %. Cette base de broyage a ensuite été diluée en un revêtement liquide à 1 % de noir de carbone (en poids) en utilisant les mêmes matériaux que dans l'échantillon expérimental, sauf que l'agent dispersant (PETROLITE D-1038) a été ajouté pour atteindre une concentration de 1,47 mg par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone. Ceci est différent de la valeur de 0,35 mg de dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone fournis dans les échantillons expérimentaux 1 à 4. Chacun des échantillons a été prélevé à l'aide d'une barre de soutirage sur un graphique d'opacité à une épaisseur de film humide de 0,0254 mm. Chacun des films séchés à une épaisseur de film d'environ 0,0082 mm. Des copies des photographies de ces films sont présentées sur la figure 1. Comme en témoignent ces photographies, le pouvoir couvrant du matériau incorporé sous agitation à faible énergie pour des niveaux de traitement de 1,925 et 2,2 gmol/m2 est égal à celui du Regal 330R broyé par billes. Toutefois, des échantillons avec des niveaux de traitement plus élevés (3,3 et 4,4 gmo1/m2) présentaient un mauvais pouvoir couvrant. La figure 2 montre un film obtenu à partir d'un revêtement préparé en utilisant du Regal 330R qui avait été agité, comme l'avaient été les échantillons 1 à 4, sans broyage par billes. Cet échantillon présente une mauvaise couverture, ce qui indique que les noirs de carbone modifiés, tels que décrits ici, sont importants dans l'obtention d'une bonne couverture lors de l'utilisation d'un procédé d'incorporation sous agitation. Ainsi, ces expériences indiquaient qu'un noir de carbone traité, incorporé sous agitation, à faible énergie, avec un taux relativement faible d'agent dispersant peut être substitué à un noir de carbone broyé par billes à énergie élevée comprenant une forte concentration d'agent dispersant qui doit être introduit dans la dilution fmale sous la forme d'une base de broyage.
Composants Fonction Pourcentage (`)/0 en poids) Neocryl A-6085 résine 32,0 Eau support 56,4 Nitrite de sodium (25 % d'eau) inhibiteur de rouille 1,2 instantanée Dehydran 1293 Agent anti-mousse et 0,4 dégazeur Surfynol 104 DPM démoussant, agent 0,4 mouillant BYK 346 agent mouillant 0,1 Éther méthylique de dipropylène glycol agent de coalescence 2,4 Éther butylique normal de propylène glycol agent de coalescence 4,8 Éther butylique normal de dipropylène glycol agent de coalescence 2,4 Tableau 1 Exemple 2 [0047] Dans une autre série d'expériences, des bases de broyage comprenant le noir de carbone modifié de l'échantillon 1 (925 gmoles/m2) ont été fabriquées à différents niveaux de concentration d'agent dispersant, y compris 0,35 mg d'agent dispersant (PETROLITE D-1038) par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone, 0,70 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone, 1,05 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone et 1,47 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone. Ces bases de broyage ont été diluées à l'aide de la formulation du tableau 1 pour fournir un revêtement liquide. Les figures 2A, 2B et 2C présentent les résultats graphiques comparant L* (profondeur de noir), b* (nuance) et le pouvoir couvrant des revêtements liquides comparés à un revêtement classique de Regal 330R avec 1,47 mg d'agent dispersant (PETROLITE D-1038) par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone. Comme le montre la figure 3, la performance de couleur L* sur un substrat en acier est significativement améliorée par rapport à celle obtenue en utilisant le témoin (valeur L* d'environ 5). En l'absence d'agent dispersant, l'échantillon 1 donne une valeur L* inférieure à 3 et à 0,35 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone, l'échantillon 1 donne une valeur L* de 3,3, à 0,70 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone, l'échantillon 1 donne une valeur L* de 3,5 tandis que le revêtement classique à un taux d'agent dispersant de 1,47 mg d'agent dispersant par aire de surface de noir de carbone a une valeur L* de 4,9. 100481 La figure 4 illustre graphiquement le pouvoir couvrant de tous les échantillons sur un substrat en acier. Les revêtements ont été appliqués chacun à une épaisseur de 0,0254 mm et 25 laissés sécher. Le pouvoir couvrant a été évalué en utilisant des graphiques d'opacité BYK #2813. L'échantillon témoin broyé par billes à une concentration d'agent dispersant de 1,47 mg/m2 et tous les échantillons expérimentaux ont montré un pouvoir couvrant de 1. Ceci illustre le fait que les échantillons expérimentaux peuvent présenter le même pouvoir couvrant que celui des revêtements aqueux de noir de carbone classiques ayant des teneurs en agent dispersant plus élevés et ayant été broyé à haute énergie. 100491 La figure 5 présente des données graphiques indiquant les valeurs de nuance de bleu pour les échantillons expérimentaux et le témoin. Le matériau broyé par billes classique à 1,47 mg d'agent dispersant donnait une valeur b* d'environ 0,0. À l'exception du cas sans aucun agent dispersant, les revêtements liquides agités ont tous donné des revêtements présentant des nuances négatives (préférées) d'environ -0,6. Ceci illustre l'excellente nuance de bleu des revêtements incorporés sous agitation fabriqués à partir des systèmes de noir de carbone modifié décrits ici. Exemple 3 100501 Dans une autre expérience, une base de broyage (S) a été préparée en utilisant les noirs de carbone modifiés et les procédés décrits ici et elle a été comparée à une base de 15 broyage (M) préparée en utilisant des noirs de carbone classiques. La base de broyage S a été fabriquée à 35,5 % de noir de carbone en poids, en utilisant la formulation du tableau 2, avec une charge d'agent dispersant de 0,35 mg/m2. L'échantillon S a été préparé en utilisant 92 grammes de Regal 330R qui avait été traité à un niveau de 1,925 itmoles/m2 d'acide sulfanilique. L'échantillon M a été préparé en utilisant du Regal 330R non traité. 20 L'échantillon S a été agité à l'aide d'un agitateur à pales verticale à 500 tours par minutes (vitesse de pointe de 1,05 m/s) et 40 watts. L'échantillon M était censé être traité d'abord dans une étape de prémélange avec un mélangeur à grande vitesse (vitesse de pointe de 10 m/s), puis dans une étape de broyage dans un broyeur Eiger. Toutefois, après l'étape de prémélange, il s'est avéré que la pâte était trop épaisse pour traverser le broyeur. Ingrédients ., Masse (g) Eau 128,2 AMP-95 5,3 Dehydran 1293 6 Petrolite D1038 27,6 Noir de carbone 92 25 Tableau 2 100511 Les résultats de chaque échantillon sont observés sur les figures 6A et 6B. Comme il est clairement indiqué, l'échantillon S (6A) a produit une base de broyage bien dispersée, versable. Sa viscosité a été mesurée à 530 cP à l'aide du viscosimètre Brookfield et le procédé décrit ici. L'échantillon M (6B), cependant, a donné une pâte épaisse qui n'était pas versable et était inappropriée pour une utilisation comme base de broyage. [0052] Un autre noir de carbone modifié (Échantillon 5) a été préparé en traitant les Black Pearls 800 (Cabot Corporation) à une concentration de surface de 2,90 tmol/m2 d'acide sulfanilique (STSA). Afin de préparer une base de broyage de noir de carbone incorporée par agitation, l'échantillon 5, l'eau, la base (AMP-95), l'agent anti-mousse (Dehydran 1293) et un agent dispersant (Petrolite D-1038) ont été mélangés dans un Dispermat® (pale Cowles de 40 mm de diamètre) à 500 tpm (vitesse de pointe de 1,05 m/s) pendant 1 à 2 min (voir tableau 3). L'échantillon 5 a été ajouté pendant 60 secondes sous agitation. La vitesse de mélange a été ensuite augmentée à 1000 tpm (vitesse de pointe de 2,10 m/s) et le mélange a été maintenu à 1000 tpm pendant 30 minutes. La base de broyage contenait 17,6 % de noir de carbone, en poids, et le rapport d'agent dispersant actif/noir de carbone était d'environ 3 % en poids, ou 0,157 d'agent dispersant actif par mètre carré d'air de surface de noir de carbone. Matières premières % en poids Eau 73,1 AMP-95 1,0 Dehydran 1293 (10 % actif) 3,0 Petrolite D-1038 (10 % actif) 5,3 Échantillon 5 CB 17,6 Total 100,0 Tableau 3 [0053] Pour préparer une base de broyage du noir de carbone en utilisant le noir de carbone classique de même morphologie que l'échantillon 5, mais sans traitement de surface, la formule du tableau 4 a été utilisée. De l'eau, la base, l'agent anti-mousse ont été mélangés dans un Dispermat® à 500 tpm pendant 1 à 2 min. Ensuite, le noir de carbone classique (Black Pearls 800 (STSA 191 m2/g) échantillon 6) a été ajouté sous agitation. Après ajout de tout le noir de carbone, la vitesse de mélange a été augmentée à 4000 tpm (vitesse de pointe de 8,4 m/s) et les composants ont été mélangés pendant 5 minutes. Le pré-mélange a ensuite été passé à travers un broyeur de billes horizontal pendant environ 20 minutes. La base de broyage avait une charge en noir de carbone de 17,6 %, identique à celle de la base de broyage préparée avec le noir de carbone incorporé par agitation. Cependant, le rapport agent dispersant actif/noir de carbone devait être significativement plus élevé (environ 25 % pds/pds ou 1,3 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone) pour que le noir de carbone classique se disperse et pour obtenir une base de broyage stable.
Matières premières % en poids Eau 34,4 AMP-95 1,0 Dehydran 1293 (10% actif) 3,0 Petrolite D-1038 (10% 44,0 actif) Échantillon 6 17,6 Total 100,0 Tableau 4 100541 Les bases de broyage de noir de carbone (provenant des échantillons 5 et 6) ont ensuite été préparées en résine acrylique et alkyde à base d'eau. Pour les revêtements acryliques à base d'eau, la formule du lot principal de la dilution acrylique du tableau 5 a été utilisée. Pour préparer un revêtement acrylique noir final fini, 5,2 g de base de broyage de noir de carbone a été lentement ajouté à 94,8 g de dilution acrylique sous bonne agitation selon la formule du tableau 6, et le mélange a été poursuivi pendant 15 minutes. De la même façon, pour les revêtements alkydes à base d'eau, la dilution d' alkyde a été réalisée selon la formule du lot principal alkyde du tableau 7, et le revêtement alkyde fini a été préparé selon la formule du tableau 8. Matières premières 'Vo en poids Neocryl A-6085 (40 % latex solide 80,0 acrylique) Eau 8,4 Nitrite de sodium (25 % d'eau) 1,2 Dehydran 1293 (10 % actif) 0,4 Surfynol 104 DPM (agent mouillant) 0,1 BYK346 0,1 Éther méthylique de dipropylène glycol 2,4 Éther butylique normal de propylène glycol 4,8 Éther butylique normal de dipropylène glycol 2,4 Total 100,0 Tableau 5 Matières premières % en poids Dilution acrylique du lot 94,8 principal Base de broyage de noir de carbone 5,2 Total 100,0 Tableau 6 Matières premières Quantité (g) Uradil az-760 (53% solide) 88,8 Eau 5,4 Dehydran 1293 (10% actif) 0,5 Surfynol 104 DPM 0,7 BYK 346 0,2 Éther méthylique de dipropylène glycol 1,8 Ether butylique normal du 2,6 propylène glycol Total 100,0 Tableau 7 Matières premières % en poids Dilution alkyde du lot 95,5 principal Base de broyage noir de carbone 4,5 Total 100,0 Tableau 8 [0055] Un autre noir de carbone modifié (échantillon 7) a été préparé en utilisant les mêmes procédés susmentionnés en traitant l'Elftex® 320 (STSA 62 m2/g) (Cabot Corporation) à une 5 concentration en surface de 2,1 pmol/m2 d'acide sulfanilique. Afin de préparer une base de broyage de noir de carbone par incorporation, l'échantillon 7, l'eau, la base (AMP-95), le démoussant (Dehydran 1293) et l'agent dispersant (Petrolite D-1038) ont été mélangés avec un Dispermat® (lame Cowles de 40 mm de diamètre) à 500 tpm (vitesse de pointe de 1,05 m/s) pendant 1-2 min (voir le Table 3). L'échantillon 7 a été ajouté sous agitation. La vitesse de 10 mélange a ensuite été augmentée à 1 000 tpm et le mélange a été poursuivi à 1000 tpm pendant 30 minutes. La base de broyage contenue dans 17,6 % de noir de carbone, en poids, et le rapport agent dispersant actif/noir de carbone était d'environ 3 % pds/pds ou 0,5 mg d'agent dispersant par mètre carré de noir de carbone.
15 Résultats : [0056] Une étude de nuançage a été réalisée pour évaluer la différence entre les échantillons 5 et 6. Pour l'étude de nuançage, une base de teinte blanche contenant du TiO2 a été préparée et ensuite un revêtement de finition noir a été ajouté pour donner un rapport de noir de carbone/solide de TiO2 de 1,3 % en poids. 20 [0057] Les revêtements ainsi obtenus ont été étalés sur des panneaux en acier avec une barre d'étalement de 3 mil (environ 1 mil d'épaisseur de film sec) pour la mesure de la couleur. La mesure de la couleur a été réalisée avec un spectrophotomètre Hunter Labscan XE de HunterLab Inc. Pour la mesure du recouvrement, les revêtements ont été étalés sur une fiche d'opacité avec une barre d'étalement de 3 mil (environ 1 mil d'épaisseur de film sec). Le 25 rapport de la densité optique dans la partie blanche de la fiche de la densité optique/la densité optique sur la partie noire de la fiche a été calculée afin de déterminer le pouvoir couvrant de chaque échantillon. Pour les revêtements acryliques, les panneaux ont été flashés pendant 20 minutes et ensuite cuits à 70 °C pendant 30 minutes avant de faire des mesures. Les revêtements alkydes ont été séchés à la température ambiante pendant 7 jours avant de faire les mesures.
100581 La FIG. 2 illustre le recouvrement des revêtements acryliques avec une base de broyage d'un noir de carbone classique non traité préparé avec seulement un mélangeur à haute vitesse selon la formule illustrée dans le tableau 1. Il est clair que le noir de carbone non traité ne s'est pas dispersé correctement avec le mélangeur à haute vitesse, car on observe de grands morceaux de noir de carbone. En conséquence, le film n'a pas atteint son potentiel de couleur. Lorsque des niveaux de traitement classiques (supérieurs à 3,3 iimol/m2) ont été utilisés, les noirs de carbone traités étaient facilement dispersibles dans l'eau. Cependant, lorsque les revêtements liquides ont été séchés, le noir de carbone traité de façon classique avec un excès de groupes hydrophiles n'était pas compatible avec la résine à base d'eau, donnant de grandes zones de film sans noir de carbone, affectant ainsi sa performance de couleur, comme le démontre la FIG. 1 dernier panneau. Ce n'est seulement lorsque le niveau de traitement était en dessous de 3,3 p,mol/m2, que le noir de carbone traité s'est facilement dispersé dans l'eau et est devenu compatible avec les revêtements de résine à base d'eau après séchage du revêtement. Par conséquence, un film noir foncé avec un recouvrement excellent a été obtenu comme le démontre la figure FIG. 1, deux premiers panneaux.
100591 Les FIG.
7A et 7B illustrent la comparaison de la performance de couleur de l'échantillon 5 et des Black Pearls 800 ayant une morphologie identique dans les formules de couleur dans la masse (A) et de teinte (B) dans le revêtement acrylique. Il est clair qu'à la fois dans les formules de couleur dans la masse et de teinte, l'échantillon 5 donne un L* inférieur en comparaison du noir de carbone classique (Black Pearls 800), indiquant une profondeur de noir supérieure dans la formulation de teinte pleine et une meilleure solidité de teinte dans la formulation de teinte. Le même avantage a été observé lorsque l'échantillon 5 a été préparé dans des revêtements alkydes comme le démontre les FIG.
7C et 7D. Il a également été observé que, dans les formules de couleur dans la masse, l'échantillon 5 donnait des revêtements avec une nuance plus bleue (valeur b inférieure), qui indique fréquemment un degré plus fin de dispersion de noir de carbone. En plus, avec l'échantillon 5, ces avantages de performance de couleur ont été obtenus avec l'utilisation d'un mélangeur Dispermat® seulement pour préparer la base de broyage de noir de carbone sans l'étape de broyage. En outre, l'échantillon 5 n'a besoin que de 0,157 mg d'agent dispersant actif par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone, alors que le noir de carbone classique un besoin de 1,3 mg d'agent dispersant actif par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone. L'utilisation excessive d'agent dispersant n'impose pas seulement un coût important pour les fabricants de revêtements ou de base de broyage, mais rend également les revêtements finis plus hydrophiles à cause de la migration de l'agent dispersant vers la surface du revêtement, compromettant ainsi la durabilité et la résistance aux intempéries du revêtement. [0060] Les mêmes informations concernant la couleur dans la masse et la teinte de l'échantillon 2 et du Regal 330R sont données dans les FIG.
8A-8D. Comme il est décrit ci-dessus pour l'échantillon 5, l'échantillon 2 expérimental a donné un L* inférieur en comparaison du noir de carbone classique (Regal 330R) ce qui indique une meilleure profondeur de noir dans la formulation de couleur dans la masse et une solidité de teinte plus élevée dans la formulation de teinte. De la même façon, l'échantillon 2 a permis des améliorations semblables dans les revêtements alkydes également. [0061] Les FIG.
9A-9D présentent des données semblables pour l'échantillon 7 et le noir de carbone Elftex 320 non traité. L'échantillon 7 donne un L* inférieur en comparaison du noir de carbone classique (Elftex 320) ce qui indique une meilleure profondeur de noir de la formule de couleur dans la masse et une meilleure solidité de teinte dans la formulation de teinte. L'échantillon 7 donne également des améliorations semblables dans les revêtements alkydes comme le démontre les FIG.
9C et 9D. Ainsi, il a été démontré que chacun des échantillons 5, 2 et 7 permet d'obtenir une profondeur de un noir et une teinte améliorées en comparaison des noirs de carbone non traités à partir desquels chacun des échantillons a été préparé. Ceci est vrai même à des niveaux d'agent dispersant plus faibles et dans deux différents types de revêtements, notamment, les revêtements acryliques et alkydes. [0062] Afin d'examiner le taux de dispersion dans chacun des échantillons de noir de carbone, une étude par microscopie électronique à transmission (MET) sur coupes a été réalisée. Les revêtements sur les fiches d'opacité ont été passés au microtome avec un PowerTome PC 30 (Boeckeler) et des tranches fines ont été mises sur des grilles en cuivre pour examen au MET avec un JEM1200 (JEOL) sous une tension d'accélération de 80.000 V. Sur les figures 10A et 10B, le grossissement était de 2000x. La FIG.
10A illustre la distribution de l'échantillon 5 dans le revêtement acrylique. Il a été observé que des particules fines de noir de carbone étaient bien distribuées dans la matrice polymère du revêtement ; la taille semblait proche de la taille d'agrégat fondamental d'environ 100-200 nm. Ceci indique que la base de broyage de noir de carbone contenant l'échantillon 5 préparé avec seulement le Dispermat® était bien désagglomérée, confirmant que les conditions de l'incorporation sous agitation étaient suffisantes pour disperser l'échantillon 5 jusqu'à un niveau de presque agrégat. La FIG.
10B illustre la distribution des Black Pearls 800 ayant la même morphologie que l'échantillon 5 dans le revêtement acrylique. La base de broyage de Black Pearls 800 a été d'abord obtenue par une étape de pré-mélange avec un Dispermat® suivi d'une étape de broyage avec un broyeur horizontal. Comme le démontre la FIG.
10B, même avec un broyeur horizontal et une charge d'agent dispersant beaucoup plus élevée (1,3 vs. 0,157 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone), la désagglomération du noir de carbone classique pour atteindre le niveau d'agrégat fondamental était difficile à atteindre, et un certain niveau d'agglomération de particules était toujours présent dans le revêtement final. Le type d'agent dispersant utilisé pour l'échantillon 5 et pour les Black Pearls 800 était le même. [0063] Afin de démontrer la dispersibilité à des concentrations plus élevées, une base de broyage de noir de carbone avec 30 % de l'échantillon 5, en absence d'agent dispersant, a été préparée avec du Dispermat® à 1000 tpm pendant 30 minutes. La base de broyage ainsi obtenue était liquide. Dans un autre exemple, l'échantillon 2 a été utilisé pour préparer une base de broyage à incorporer sous agitation contenant une charge de 35,5 % de noir de carbone en présence de 3 % d'agent dispersant avec le Dispermat à 1000 tpm pendant 30 minutes. La base de broyage ainsi obtenue avait une viscosité d'environ 600 cP à faible cisaillement et démontrait un comportement de fluidification par cisaillement comme le démontre la FIG. 11. Par contre, en ce qui concerne le Regal non traité, de marque 330R, ayant une morphologie identique à l'échantillon 2, un broyeur horizontal était nécessaire pour préparer la base de broyage, et la charge maximale de noir de carbone dans la base de broyage était d'environ 20 %, au-dessus de cette valeur la base de broyage était trop visqueuse pour passer à travers le broyeur horizontal. À cette charge solide (> 20 % en poids), la viscosité du pré-mélange était semblable à celle de la base de broyage de l'échantillon 2 (non pré-mélangé) avec une charge de 35,5 % comme le démontre la FIG. 11. La concentration plus élevée en base de broyage de noir de carbone permise par les noirs de 5 carbone à incorporer sous agitation divulguée ici permet aux préparateurs de revêtements d'avoir une certaine flexibilité au niveau des formules et permet aussi aux fabricants de base de broyage d'expédier moins d'eau dans leurs produits. [0064] Afin d'illustrer l'importance de choisir le bon niveau de traitement du noir de carbone et la bonne concentration de l'agent dispersant, une série de bases de broyage a été préparée 10 ayant des compositions très semblables mais avec de légères variations dans le niveau de traitement et/ou dans la concentration de l'agent dispersant. Sauf en cas de description contraire, les dispersions à incorporer sous agitation préparées à partir des noirs de carbone modifiés décrits ici ont été préparées selon la procédure suivante. Les noirs de carbone modifiés ont été dispersés avec un mélangeur Dispermat® CV3+ (VMA-GETZMANN 15 GMBH) avec une lame Cowles de 40 mm et un récipient de mélange en acier inoxydable. La géométrie a été configurée selon les recommandations du fabricant. L'exemple suivant donne les détails pour la production d'une dispersion de 200 g de noir de carbone modifié à 30 %, en poids, et 0,185 mg d'agent dispersant par mètre carré de l'aire de surface du noir de carbone (STSA). Le noir de carbone modifié spécifique et la concentration de l'agent 20 dispersant ont été ajustés dans des expériences successives pour produire des bases de broyage décrites dans le tableau 9. L'échantillon de base de broyage contenait 40 % de noir de carbone modifié par poids sauf les échantillons 8A, 8B, 13 et 14 (30 % par poids) et des échantillons 15 et 16 (10 % par poids) étant donné que ces échantillons n'étaient pas dispersibles à 40 % avec n'importe quelle quantité d'agent dispersant. Les échantillons 8A 25 jusqu'à 14 ont été préparés avec le Regal® 660R (STSA à 121 m2/g et le DBP de 65) comme noir de carbone de base. Les échantillons 15 avaient un STSA de 370 m2/g avant le traitement avec une structure DBP de 100 cm3/g. L'échantillon 16 avait un STSA de 325 m2/g et une structure DBP de 100 cm3/g. Les noirs de carbone de base pour les échantillons 15 et 16 ont été préparés selon le procédé décrit dans le brevet U.S. no. RE28 974 et traités avec l'acide sulfanilique comme le décrit le brevet U.S. no. 5 707 432. Les deux brevets sont incorporés ici à titre de référence. [0065] De 111,6 g d'eau (132 g pour 8A, 8B, 13 et 14; 169,5 g pour 15 et 16), 6,0 g de Dehydrane 1293 (agent anti-mousse), 0,5 g AMP-95 (ajusteur de pH) et 1,94 g de Disperbyke 192 agent dispersant (1,45 g pour 8A, 8B, 13 et 14 ; 4,0 g pour 15 pour 16) ont été ajoutés à un bécher en acier inoxydable de 600 ml ayant un diamètre interne de 90 mm. Le bécher a été placé sur un Dispermat et la lame de 40 mm a été ajustée à une hauteur de 15 mm pour permettre au liquide de recouvrir complètement la lame. Le contenu a ensuite été mélangé pendant une à deux minutes à 1000 tpm. 80 g (60 g pour 8A, 8B, 13 et 14) de poudre de noir de carbone modifié sèche traités avec de l'acide sulfanilique ont été pesés dans un contenant distinct et lentement ajoutés au mélange aqueux pendant 60 secondes. Une inspection visuelle a été réalisée pour confirmer que tout le noir de carbone modifié était mouillé. La lame de Cowles a ensuite été ajustée à une hauteur de 20 mm et la vitesse réglée à 2000 tpm, équivalente à la vitesse de pointe de la lame de 4,2 m/s. On a fait fonctionner le mélangeur à 2000 tpm pendant une période de 30 minutes pour produire une dispersion aqueuse du noir de carbone modifié. Pour l'échantillon 8B, le mélangeur a fonctionné à 4000 tpm au lieu de 2000 tpm pendant une période de 30 minutes. [0066] Le niveau de traitement, la teneur en agent dispersant et la distribution de tailles de particule pour chacun des échantillons sont données dans le tableau 9. Des essais ont été réalisés pour produire des échantillons de base de broyage supplémentaires à l'aide de noirs de carbone modifiés avec des niveaux de traitement de 4, 5 et 6 itmol/m2, mais les échantillons n'ont pas été davantage évalués. De plus, un noir de carbone modifié à un niveau de traitement de 1 iimol/m2 avec 0,2 mg d'agent dispersant (Disperbyk 192) n'a pas pu être transformé en une dispersion de base de broyage utilisable à 30 % en poids de noir de carbone dans la mesure où il n'a pas préalablement mouillé. Les distributions de la taille des particules ont été déterminées avec un granulomètre de particules Horiba LA-950V2 disponible chez Horiba Scientific. Pour la détermination de la taille des particules, chaque dispersion a été diluée dans une eau à pH 10,5 jusqu'à une concentration en solides d'environ 0,1 % en poids. Les tracés de la distribution de tailles d'agglomérat, pondérée par le volume, ont été générés en analysant chaque échantillon en double. Le tableau 9 présente le médian, le mode, D10 et D90 de la distribution de tailles de particule pour chacune des dispersions. Le D90 en particulier est considéré comme étant un bon indicateur de la qualité de la dispersion de noir de carbone et est présenté sur une base pondérale en volume. La valeur de l'aire de surface pour la détermination du niveau de traitement et de la teneur en agent dispersant est le STSA du noir de carbone non modifié. Chaque analyse a été réalisée en double. L'échantillon 13 présentait une distribution bimodale avec un petit deuxième mode à environ 2 gm, et l'échantillon 16 a démontré une distribution bimodale avec deux modes à 1 um et 100 gm. Les échantillons 15 et 16 n'étaient pas dispersibles à 30 % en courant et à une dispersion de 10 %, de grandes particules étaient observés. Ceci veut dire que ces noirs de carbone ne conviennent pas une utilisation dans les bases de broyage à incorporation sous agitation de plus de 30 % de noir de carbone et que les noirs de carbone avec des aires de surface élevées supérieures (STSA) à 300 m2/g ne conviennent pas à cette utilisation. Nom de Niveau de Teneur en D50 Mode Ji m D10 D90 ium l'échantillon traitement dispersant (actif) mg/m2 (médian) pm pmol/m2 gm 8A exp. 1 1,0 2,4 0,182 0,185 0,102 0,307 8A exp. 2 1,0 2,4 0,183 0,185 0,102 0,309 8B exp. 1 1,0 2,4 0,103 0,106 0,070 0,153 8B exp. 2 1,0 2,4 0,103 0,106 0,070 0,153 9 exp. 1 1,84 0,2 0,195 0,185 0,100 0,446 9 exp. 2 1,84 0,2 0,195 0,185 0,100 0,425 10 exp. 1 1,84 0,5 0,118 0,122 0,077 0,181 10 exp. 2 1,84 0,5 0,115 0,122 0,075 0,177 11 exp. 1 1,84 1,7 0,105 0,107 0,071 0,158 11 exp. 2 1,84 1,7 0,105 0,107 0,071 0,158 12 exp. 1 1,84 2,4 0,102 0,094 0,070 0,152 12 exp. 2 1,84 2,4 0,102 0,094 0,070 0,151 13 exp. 1 3,5 0,2 0,125 0,122 0,076 0,732 13 exp. 2 3,5 0,2 0,125 0,122 0,076 0,788 14 exp. 1 3,5 2,4 0,103 0,107 0,070 0,156 14 exp. 2 3,5 2,4 0,104 0,107 0,070 0,156 exp. 1 2,2 0,5 0,794 0,819 0,362 1,796 15 exp. 2 2,2 0,5 0,796 0,819 0,362 1,800 16 exp. 1 1,6 0,6 28,234 1,067 0,920 115,572 16 exp. 2 1,6 0,6 27,903 1,066 0,914 115,277 Tableau 9 [0067] Le tableau 10, ci-dessous, présente des données supplémentaires sur les mêmes dispersions que celles produites dans le tableau 9. En sus du D90, le tableau présente les données sur la viscosité pour chacun des échantillons pour chacune des bases de broyage pour lesquelles la viscosité a pu être testée. Chaque échantillon a été testé avec le viscosimètre Brookfield DV-II+ et avec le procédé décrit ici. Chaque échantillon a été évalué et les viscosités enregistrées à 10, 20, 50 et 100 tpm. Il n'y avait pas de corrélation directe entre la concentration de l'agent dispersant et la viscosité relative. Echantillon N° % en poids Niveau de traitement gmol/m2 Teneur en Taille des Viscosité (cP) de noir de dispersant (actif) mg/m2 particules D90 ium carbone 10 tpm 20 tpm 50 tpm 100 tpm 8B 30 1 2,4 0,153 3484 2232 1302 842 9 40 1,84 0,2 0,436 9263 4861 2083 1141 10 40 1,84 0,5 0,179 361 311 253 202 11 40 1,84 1,7 0,158 1069 744 454 315 12 40 1,84 2,4 0,152 6386 3732 1885 1141 13 30 3,5 0,2 0,760 298 174 98,0 62 14 30 3,5 2,4 0,156 4216 1972 856 484 Tableau 10 [0068] Les échantillons ont été dilués afin de déterminer leur pouvoir couvrant, leur couleur et des propriétés de tons lorsqu'ils sont dilués comme un revêtement de finition. La profondeur de noir (L*), la nuance bleue/jaune (b*) et la nuance rouge/vert (a*) ont été mesurées pour une épaisseur des films mouillés (WTF) de 0,0762 mm avec un spectrophotomètre Hunter Lab Scan XE et les données sont rapportées dans le tableau 11 ci-dessous. Le pouvoir couvrant a été évalué pour une épaisseur des films mouillés (WTF) de 0,0762 mm avec le diagramme d'opacité #2813 BYK Opacity avec une moitié noire et une moitié blanche. Le pouvoir couvrant du revêtement a été déterminé avec densitomètre X-rite Exact et les données sont également rapportées dans le tableau 11. Étant donné leur incapacité à se disperser, les échantillons 15 et 16 ont été considérés comme inadéquats pour une utilisation dans une base de broyage aqueuse, et donc, les données sur la couleur et le pouvoir de recouvrement n'ont pas été communiquées pour ces échantillons. Les échantillons qui démontrent un bon pouvoir couvrant ( 0,99) et une faible viscosité (tableau 10) sont les échantillons ayant une combinaison relativement faible de niveau de traitement et de charge d'agent dispersant dans la base de broyage. En revanche, les échantillons comprenant des niveaux de traitement élevés et/ou des teneurs en agent dispersant élevés n'étaient pas optimaux pour l'une au moins des caractéristiques parmi le pouvoir couvrant, la couleur, la viscosité et la taille de particules. Dans l'agrégat, ces données indiquent que certains des meilleurs résultats sont en fait obtenus dans des dispersions qui comprennent un niveau de traitement relativement faible, par exemple inférieur à 3 tmol/m2, ainsi qu'une faible teneur en agent dispersant, par exemple inférieure à 2,4 mg par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone. Ainsi, une base de broyage à incorporer sous agitation ou une dispersion de revêtement liquide efficace peut être produite à une faible charge de traitement organique et à des niveaux réduits d'agent dispersant. Échantillon Agent dispersant % en poids L* a* b* Pouvoir de recouvrement@ WFT de 0,0762 mm 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 Tableau 11 [0069] Bien que plusieurs modes de réalisation de la présente invention aient été décrits et illustrés ici, l'homme du métier envisagera aisément une variété d'autres moyens et/ou structures pour remplir les fonctions et/ou obtenir les résultats et/ou un ou plusieurs des avantages décrits ici, et chacune de ces variations et/ou modifications est réputée être dans la portée de la présente invention. Plus généralement, l'homme du métier se rendra compte aisément que tous les paramètres, les dimensions, les matériaux, et les configurations décrits ici sont censés être exemplaires et que les paramètres, les dimensions, les matériaux, et/ou les configurations réels dépendront de l'application ou des applications spécifiques pour lesquelles les enseignements de la présente invention sont utilisés. L'homme du métier reconnaîtra, ou sera en mesure de déterminer en n'utilisant qu'une expérimentation de routine, de nombreux équivalents aux modes de réalisation spécifiques de l'invention décrite ici. Il est, par conséquent, entendu que les modes de réalisation qui précèdent sont présentés à titre d'exemple uniquement et que, dans le cadre des revendications en annexe et de leurs équivalents, l'invention peut être mise en pratique autrement que telle quelle est spécifiquement décrite et revendiquée. La présente invention est orientée vers chaque caractéristique, système, article, matière, trousse, et/ou procédé individuel décrit ici. De plus, n'importe quelle combinaison de deux de ces caractéristiques, systèmes, articles, matériaux, trousses, et/ou procédés ou plus, si ces caractéristiques, systèmes, articles, matériaux, trousses, et/ou procédés ne sont pas mutuellement incompatibles, est incluse dans la portée de la présente invention. [0070] Tous les définitions, telles que définies et utilisées ici, doivent être entendues comme 20 étant prédominantes sur les définitions du dictionnaire, les définitions des documents incorporés par référence, et/ou le sens ordinaire des termes définis.
100711 Les articles indéfinis « un » et « une », tels qu'ils sont utilisés ici dans la description et dans les revendications, sauf claire indication contraire, doivent être compris comme signifiant « au moins un ». 25 [0072] L'expression « et/ou », telle qu'elle est utilisée ici dans la description et dans les revendications, doit être comprise comme signifiant « l'un ou les deux » éléments de façon conjointe, c'est-à-dire, des éléments qui sont conjonctivement présents dans certains cas et disjonctivement présents dans d'autres cas. D'autres éléments peuvent éventuellement être présents, autres que les éléments spécifiquement identifiés par la clause « et/ou », qu'ils 30 soient liés ou non à ces éléments spécifiquement identifiés, sauf claire indication contraire. [0073] Toutes les références, les brevets et les demandes et publications de brevets qui sont citées ou mentionnées dans la présente demande sont incorporés ici dans leur intégralité par référence.
Claims (21)
- REVENDICATIONS1. Dispersion de base de broyage de noir de carbone comprenant : un solvant aqueux comprenant plus de 90 % d'eau en poids ; au moins 30 % en poids d'un noir de carbone modifié, le noir de carbone modifié ayant un STSA entre 20 et 300 m2/g mesuré avant le traitement, le noir de carbone modifié étant modifié avec un agent de traitement comprenant un groupement organique et un groupement ionique ou ionisable à une concentration d'agent de traitement entre 1,0 et 3,0 iimole/m2. une concentration d'agent dispersant inférieure à 2,4 mg par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone mesuré par STSA avant le traitement ; et dans laquelle, moins de 10 % en volume du noir de carbone dispersé dans la base de broyage a une taille de particules supérieure à 0,5 Ftm.
- 2. Dispersion de base de broyage de noir de carbone comprenant : un solvant aqueux comprenant au moins 90 % d'eau en poids ; plus de 30 % de noir de carbone modifié en poids, le noir de carbone modifié étant traité avec un composé de traitement organique à un niveau de traitement entre un 1 et 3,0 famo1/m2, le composé de traitement organique comprenant à la fois un groupement aryle et un groupement ionique ou ionisable, le noir de carbone modifié étant préparé à partir d'un 20 noir de carbone non traité ayant un STSA supérieur à 20 m2/g et inférieur à 300 m2/g ; une quantité inférieure ou égale à 2,4 mg d'agent dispersant par mètre carré de l'aire de surface du noir de carbone ; et où la dispersion de base de broyage de noir de carbone reste dispersée de façon stable après une semaine à 52 °C. 25
- 3. Dispersion de base de broyage de noir de carbone comprenant une quantité supérieure ou égale à 30 % d'un noir de carbone modifié et une quantité inférieure à 2,4 mg d'agent dispersant par mètre carré de l'aire de surface de noir de carbone, le noir de carbone modifié étant traité avec un agent de traitement à un niveau inférieur ou égal à 2,0 lamol/m2, la base de broyage comprenant un solvant aqueux qui comprend au moins 90 % d'eau etdans laquelle la somme du niveau de traitement en gmol/m2 et de la teneur en agent dispersant en mg/m2 est supérieure ou égale à 2,5.
- 4. Dispersion de base de broyage selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, dans laquelle, lorsqu'il est testé à l'aide de la méthode A d'évaluation de revêtements 5 aqueux, le revêtement durci résultant démontre un pouvoir couvrant supérieur ou égal à 0,98 à une épaisseur de film mouillé d'environ 0,076 mm sur de l'acier inoxydable.
- 5. Dispersion de base de broyage selon les revendications précédentes, dans laquelle le noir de carbone modifié a une taille moyenne de particules primaires de 15 à 50 nm. 10
- 6. Dispersion de base de broyage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'agent de traitement comprend un groupement aryle.
- 7. Dispersion de base de broyage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'agent de traitement comprend un groupement d'acide sulfonique ou des sels de celui-ci, un groupement d'acide benzoïque ou des sels de celui-ci, un 15 groupement d'acide carboxylique ou des sels de celui-ci ou un groupement d'acide phosphonique ou des sels de celui-ci.
- 8. Dispersion de base de broyage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la base de broyage de noir de carbone comprend un agent dispersant non ionique. 20
- 9. Dispersion de revêtement aqueux préparée à partir de la base de broyage selon l'une quelconque des revendications précédentes, la dispersion de revêtement aqueux comprenant une résine alkyde ou acrylique.
- 10. Dispersion de base de broyage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'agent de traitement est directement fixé au noir de carbone. 25
- 11. Revêtement aqueux produit par dilution de la dispersion de base de broyage selon l'une quelconque des revendications précédentes à une concentration de noir de carbone modifié comprise entre 0,01 et 5 % en poids.
- 12. Dispersion de base de broyage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et 10, la dispersion présentant une viscosité Brookfield inférieure à 1100 cP à 10 tpm et à 30 25°C.
- 13. Procédé de préparation d'un revêtement liquide aqueux stable, le procédé comprenant : le mélange d'une poudre de noir de carbone modifié non dispersée dans un véhicule de dilution de revêtement aqueux à une charge de noir de carbone supérieure à 0,01 % en poids et inférieure à 5 % en poids du revêtement liquide aqueux stable, le noir de carbone modifié étant traité à un niveau compris entre 1,0 et 3,0 itmol/m2, le revêtement liquide aqueux stable ayant une concentration d'agent dispersant inférieure à 2,4 mg par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone ; et dans lequel le revêtement liquide aqueux présente un pouvoir couvrant supérieur ou 10 égal à 0,97 à une épaisseur de film mouillé de 0,0762 sur de l'acier inoxydable et dans lequel la poudre de noir de carbone non dispersée peut être dispersée en agitant le noir de carbone dans le véhicule de dilution de revêtement aqueux tout en n'excédent pas une vitesse de pointe de la lame de 4 m/s.
- 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le noir de carbone modifié est 15 traité à un niveau inférieur à 1,925 umol/m2.
- 15. Procédé selon la revendication 13 ou 14, dans lequel la concentration d'agent dispersant est inférieure ou égale à 1,7 mg par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone.
- 16. Procédé selon la revendication 13, 14 ou 15, dans lequel la poudre de noir de 20 carbone modifié est une poudre sèche qui ne comprend pas de milieu de broyage.
- 17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans lequel le pouvoir couvrant est supérieur ou égal à 0,98 ou à 0,99.
- 18. Procédé de préparation d'une dispersion de base de broyage aqueuse, le procédé comprenant : 25 l'agitation d'une poudre sèche de noir de carbone modifié non dispersée dépourvue de milieu de broyage dans un véhicule aqueux à une concentration d'au moins 30 % en poids, par rapport au poids final de la base de broyage, pour former une base de broyage de noir de carbone, le noir de carbone modifié étant traité avec un agent de traitement à une charge comprise entre 1,0 et 3,0 umol/m2, l'agent de traitement comprenant un groupement aryle et 30 un groupement ionique ou ionisable, le véhicule aqueux comprenant un solvant quicomprend plus de 90 % en poids d'eau et moins de 2,4 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone ; et dans lequel moins de 10 % en volume du noir de carbone dispersé dans la base de broyage ont une taille de particules supérieure à 0,5 itm.
- 19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, dans lequel moins de 10 % en volume des particules de noir de carbone dispersées dans la base de broyage ont une taille de particules supérieure à 0,4 itm.
- 20. Procédé selon la revendication 18, dans lequel le noir de carbone est dispersé à une concentration de 40 % en poids ou plus.
- 21. Procédé selon la revendication 18, dans lequel l'agent dispersant est en une concentration inférieure à 1,7 mg d'agent dispersant par mètre carré d'aire de surface de noir de carbone.
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