KR100645936B1 - 개질 탄소 제품을 포함하는 중합체 제품 및 이의 제조 및사용 방법 - Google Patents
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Abstract
개질 탄소 제품 및 중합체를 포함하는 중합체 제품의 일부를 형성할 수 있는 다양한 개질 탄소 제품을 개시한다. 개시된 개질 탄소 제품의 한 유형은 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기가 결합된 탄소 제품이다. 개질 탄소 제품의 다른 유형은 식: -Ar-CO2-R 또는 -CnH2nCO2-R (여기에서, R은 유기기, 단량체기 또는 중합체기임)의 기가 결합된 탄소 제품이다. 개질 탄소 제품의 세번째 유형은 a) 탄소 제품에 직접 결합된 하나 이상의 유기기를 갖는 탄소 제품, b) 상기 유기기에 결합된 하나 이상의 이온성 기, 이온화가능한 기, 또는 이들의 혼합물, 및 c) 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기를 갖는 하나 이상의 반대-이온성 기 또는 반대-이온화가능한 기, 또는 이들의 혼합물을 함유하며, 이때 반대-이온성 기 또는 반대-이온화가능한 기는 이온성 기 및(또는) 이온화가능한 기에 결합된다. 상기 기재된 개질 탄소 제품을 중합체에 분산시켜 중합체 제품을 형성하는 것을 포함하는, 중합체 중의 탄소 제품의 분산성을 향상시키는 방법을 또한 개시한다.
중합체 제품, 개질 탄소 제품, 분산성
Description
본 발명은 중합체에 관한 것이고, 더 구체적으로는 중합체에서 충진제, 착색제, UV 안정제 또는 강화제의 사용에 관한 것이다.
일반적으로, 플라스틱과 같은 중합체로부터 형성된 많은 물품들은 강화제, 충진제 및(또는) 착색제를 함유한다. 일반적으로, 이러한 시약, 충진제 및 카본 블랙과 같은 착색제는 마스터배치를 사용하여 중합체내에 혼입된다. 강화제, 충진제 및 카본 블랙과 같은 착색제를 직접 첨가하면 중합체 중에 적절하게 분산되지 않을 수도 있고, 그 결과 바람직한 수준 미만의 중합체 제품이 얻어지게 되므로, 마스터배치가 사용된다. 마스터배치는 강화제, 충진제 또는 카본 블랙과 같은 착색제를 중합체에 혼입하기 위한 수단으로 사용된다. 따라서, 이러한 종래의 마스터배치는 강화제, 충진제 및 착색제를 중합체에 궁극적으로 도입하기 위한 중간단계로서 작용한다.
중합체가 형성되는 것과 동시에 또는 중합체가 원하는 물품으로 형성되는 시점에 카본 블랙과 같은 시약을 중합체에 직접 혼입할 수 있다면, 그로써 종래의 마 스터배치가 필요없게 되며, 이는 중합체 제조업자에게 바람직한 일이 될 것이다.
<발명의 요약>
본 발명의 특징은, 중합체에 직접 혼입될 수 있는, UV 안정제, 강화제, 충진제 및(또는) 카본 블랙과 같은 탄소 제품 등의 착색제를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 특징은, 카본 블랙과 같은 종래의 탄소 제품에 비하여, 더욱 양호한 정도로 중합체 제품에 분산될 수 있는 탄소 제품을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 특징은, 종래의 마스터배치에 비해 카본 블랙과 같은 탄소 제품을 다량 함유하는 마스터배치를 제공하는데 있다.
본 발명의 추가의 특징 및 장점은, 일부는 이하 발명의 상세한 설명에 기재되어 있고, 일부는 상세한 설명으로부터 명백히 알 수 있거나, 또는 본 발명의 실행에 의해 터득할 수도 있다.
본 명세서에 포함되고 포괄적으로 기재된 바와 같은 상기 및 기타 장점을 달성하고 본 발명의 목적에 부합하기 위하여, 본 발명은 중합체 및 여기에 분산된 개질 탄소 제품을 포함하는 중합체 제품에 관한 것이다. 개질 탄소 제품은 하나 이상의 유기기, 단량체기 및(또는) 중합체기가 결합된 탄소 제품을 포함한다.
본 발명은 또한, 중합체 및 여기에 분산된 개질 탄소 제품을 포함하는 중합체 제품으로서, 상기 개질 탄소 제품이 식 -Ar-CO2-R 또는 CnH2nCO2-R (여기에서, R은 유기기, 단량체기 또는 중합체기이고, n은 바람직하게는 1 내지 12의 정수임)을 가진 하나 이상의 기가 결합된 탄소 제품을 포함하는 중합체 제품에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, a) 탄소 제품에 직접 결합된 하나 이상의 유기기를 갖는 탄소 제품, b) 상기 유기기에 결합된 하나 이상의 이온성 기, 이온화가능한 기, 또는 이들의 혼합물, 및 c) 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기를 갖는 하나 이상의 반대-이온성 기, 또는 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기를 갖는 반대-이온화가능한 기, 또는 이들의 혼합물을 포함하고, 상기 반대-이온성 또는 반대-이온화가능한 기는 이온성 기 및(또는) 이온화가능한 기에 결합된 것인 개질 탄소 제품에 관한 것이다.
본 발명은 또한 중합체 및 상기 기재된 하나 이상의 개질 탄소 제품을 함유하는 중합체 제품에 관한 것이다.
본 발명은 또한 중합체 제품에서 사용되는 개질 탄소 제품에 관한 것이다.
더욱이, 본 발명은 본 발명의 하나 이상의 개질 탄소 제품을 사용하여 중합체 제품에서 탄소 제품의 분산을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 중합체 및 본 발명의 하나 이상의 개질 탄소 제품을 포함하는 마스터배치에 관한 것이다.
상기 개략적 설명 및 이하의 상세한 설명은 단지 일례로서 설명을 위한 것이며, 특허 청구된 본 발명을 더욱 설명하기 위한 것임을 이해해야 한다.
<발명의 상세한 설명>
개괄적으로, 본 발명은 중합체에서 개질 탄소 제품의 용도에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 하나 이상의 중합체 및 중합체에 분산되고 중합체와 상용성의 하나 이상의 개질 탄소 제품을 함유하는 중합체 제품에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 위하여, 하나 이상의 중합체가 본 발명의 중합체 제품에 존재할 수 있다. 중합체는 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체일 수 있다. 또한, 중합체는 단독중합체, 공중합체, 삼원공중합체, 및(또는) 임의의 수의 상이한 반복 단위를 함유하는 중합체일 수 있다. 더욱이, 본 발명의 중합체 제품에 존재하는 중합체는, 랜덤 중합체, 교대 중합체, 그라프트 중합체, 블록 중합체, 성상 중합체 및(또는) 관형(comb-like) 중합체와 같은 임의의 유형의 중합체일 수 있다. 본 발명의 중합체 제품에서 사용되는 중합체는 또한 하나 이상의 중합체블렌드일 수 있다. 중합체는 상호침투 중합체 망상 (IPN); 동시 상호침투 중합체 망상 (SIN); 또는 상호침투 엘라스토머 망상 (IEN)일 수 있다.
중합체의 특정한 예는, 폴리에틸렌, 폴리(비닐클로라이드), 폴리이소부틸렌, 폴리스티렌, 폴리카프로락탐 (나일론), 폴리이소프렌 등과 같은 직쇄-고분자 중합체를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 중합체 제품에 존재하는 중합체를 나타낼 수 있는 기타 중합체 부류는, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 고분자전해질, 폴리에스테르, 폴리에테르, (폴리히드록시)벤젠, 폴리이미드, 황을 함유하는 중합체 (예컨대 폴리술피드, (폴리페닐렌)술피드, 및 폴리술폰), 폴리올레핀, 폴리메틸벤젠, 폴리스티렌 및 스티렌 공중합체 (ABS 포함), 아세탈 중합체, 아크릴 중합체, 아크릴로니트릴 중합체 및 공중합체, 할로겐 함유 폴리올레핀 (예컨대 폴리비닐 클로라이드 및 폴리비닐리덴 클로라이드), 플루오로중합체, 이오노머 중합체, 케톤기(들)을 함유하는 중합체, 액정 중합체, 폴리아미드-이미드, 올레핀 이중 결합(들)을 함유하는 중합체 (예컨대 폴리부타디엔, 폴리디시클로펜타디엔), 폴리올레핀 공중합체, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리우레탄, 열가소성 엘라스토머 등이다.
바람직하게는, 본 발명의 중합체 제품에 존재하는 중합체는 폴리올레핀 또는 폴리에틸렌, 더욱 바람직하게는 에틸렌, 1-부텐, 프로필렌, 1-헥센, 1-옥텐, 4-메틸-1-펜텐 및 치환된 α-올레핀 등에서 유래된 α-올레핀 중합체; 에틸렌, 1-부텐, 프로필렌, 1-헥센, 1-옥텐, 4-메틸-1-펜텐 및 치환된 α-올레핀 등의 공중합체; 및 주로 에틸렌, 1-부텐, 프로필렌, 1-헥센, 1-옥텐, 4-메틸-1-펜텐 및 치환된 α-올레핀 등으로 이루어진 삼원공중합체이다.
일반적으로, 본 명세서에서 그의 전체가 참고로 인용된 문헌[Encyclopedia of Chemical Technology, Vol.18, KIRK-OTHMER (1982), 328 내지 887면] 및 문헌[Modern Plastics Encyclopedia '98, B-3 내지 B-210면]에 기재된 중합체들을 본 발명의 중합체 제품에서의 중합체로서 사용할 수 있다.
본 발명의 중합체 제품에서 사용되는 중합체는 여러 가지 방법으로 제조될 수 있으며, 이러한 방법은 당업자에게 공지되어 있다. 상기 인용된 문헌[KIRK-OTHMER] 및 문헌[Moderns Plastics Encyclopedia]는 이러한 중합체가 제조될 수 있는 방법을 제공한다.
중합체 제품에 또한 존재하는 개질 탄소 제품에 관하여, 일반적으로 3 부류의 개질 탄소 제품이 존재하며, 이에 대해서는 이하에 기재한다.
본 발명의 목적을 위하여, 탄소 제품은 디아조늄염과 반응하여 상기 언급된 개질 탄소 제품을 형성할 수 있는 탄소일 수 있다. 탄소는 결정성 또는 무정형일 수 있다. 그의 예는 흑연, 카본 블랙, 유리질 탄소, 활성목탄, 탄소 섬유 및 활성탄을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 이중에서 미분된 형태가 바람직하며; 또한 상이한 탄소들의 혼합물을 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 목적을 위하여, 탄소 제품은 탄소상과 규소-함유 화합물상을 포함하는 응집물을 포함한다. 이러한 응집물 뿐만 아니라 응집물의 형성 방법에 대한 설명은 PCT 공개 제WO96/37547호 뿐만 아니라 미국 특허 출원 제08/446,141호; 08/446,142호; 08/528,895호 및 08/750,017호에 기재되어 있다. 이러한 특허, 공개 및 특허 출원은 모두 그의 전체 내용이 본 명세서에서 참고로 인용된다.
본 발명의 목적을 위한 탄소 제품은 또한 탄소상과 금속-함유 화합물상을 포함하는 응집물일 수 있으며, 이때 상기 금속-함유 화합물상은 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 바나듐, 코발트, 니켈, 지르코늄, 주석, 안티몬, 크롬, 네오디뮴, 납, 텔루륨, 바륨, 세슘, 철, 몰리브덴, 알루미늄, 및 아연 및 이들의 혼합물과 같은 각종 상이한 금속일 수 있다. 탄소상과 금속-함유 화합물상을 포함하는 응집물은 미국 특허출원 제08/828,785호 (1997년 3월 27일 출원)에 기재되어 있으며, 이는 또한 본 명세서에서 그의 전체내용이 참고로 인용된다.
또한, 본 발명의 목적을 위하여, 탄소 제품은 PCT 공개 제WO96/37547호 (1996년 11월 28일 공개)에 기재된 것과 같은 실리카 코팅된 카본 블랙을 포함하며, 상기 공개는 본 명세서에서 그의 전체내용이 참고로 인용된다.
개질 탄소 제품의 첫번째 유형은, 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합 체기가 결합된 탄소 제품을 함유하는 개질 탄소 제품이다. 유기기는 방향족기 또는 알킬기일 수 있다.
중합체기는 탄소 제품에 결합될 수 있는 임의의 중합체기일 수 있다. 중합체기는 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 단량체기는 중합체기의 단량체 변형이다.
유기기는 올레핀기, 스티렌기, 아크릴레이트기, 아미드기, 에스테르, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 유기기는 또한 방향족기 또는 알킬기일 수 있으며, 이중 하나는 올레핀기, 스티렌기, 아크릴레이트기, 아미드기, 에스테르기, 또는 이들의 혼합물을 갖고, 이때 바람직하게는 방향족기, 또는 C1-C12기와 같은 알킬기가 탄소 제품에 직접 결합된다.
중합체기는 방향족기 또는 C1-C12기와 같은 알킬기를 포함할 수 있으며, 이중 하나는 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물을 갖는다.
유기기는 또한 아르알킬기 또는 알킬아릴기를 포함할 수 있으며, 이는 바람직하게는 탄소 제품에 직접 결합된다. 유기기의 다른 예는 C13-C100 알킬기, 더욱 바람직하게는 C30-C60 알킬기를 포함한다.
유기기의 더욱 바람직한 예는 하기 식을 가진 유기기이다 (하나 이상의 말단에서의 하이픈은 탄소 제품 또는 다른 기로의 결합을 나타낸다):
-Ar-CO2(CmH2m+1) (여기에서, m = 0 내지 약 20);
-Ar-(CnH2n+1) (여기에서, n = 1 내지 약 50);
-Ar-CpH2pAr- (여기에서, p = 1 내지 약 10);
-Ar-CX3 (여기에서, X는 할로겐 원자임);
-Ar-O-CX3 (여기에서, X는 할로겐 원자임);
-Ar-SO3
- ;
-Ar-SO2(CqH2q-1) (여기에서, q = 약 2 내지 약 10);
-Ar-S2-Ar-NH2;
-Ar-S2-Ar-;
-ArSO2-H; 또는 이들의 혼합물.
유기기의 바람직한 혼합물은 다음을 포함한다:
-Ar-SO3
- 및 -Ar-(CnH2n+1) (여기에서, n = 1 내지 약 50);
-Ar-S2-Ar-NH2 및 -Ar-CpH2pAr- (여기에서, p = 1 내지 약 10);
-Ar-S2-Ar- 및 -Ar-CpH2pAr- (여기에서, p = 1 내지 약 10); 또는
2개 이상의 상이한 -Ar-CO2(CmH2m+1) (여기에서, m = 0 내지 약 20).
개질 탄소 제품의 일부인 상기 및 하기한 다양한 유기기, 단량체기 및 중합체기는 비치환되거나 치환될 수 있으며, 분지쇄이거나 직쇄일 수 있다.
탄소 제품에 유기기를 결합시키기 위한 한 가지 방법은, 디아조늄염을 환원시키기에 충분한 외부에서 가해진 전류의 부재하에, 하나 이상의 디아조늄염을 탄소 제품과 반응시키는 것을 포함한다. 다시말해서, 디아조늄염과 탄소 제품간의 반응은 디아조늄염을 환원시키기에 충분한 외부 전자 원이 없이 진행된다. 상이한 디아조늄염의 혼합물이 본 발명의 방법에서 사용될 수 있다. 이 방법은 다양한 반응 조건하에서 양성자성 및 비양성자성 용매계 또는 슬러리를 포함한 여러 종류의 반응 매질중에서 수행될 수 있다.
다른 방법에서는, 하나 이상의 디아조늄염을 양성자성 반응 매질중에서 탄소 제품과 반응시킨다. 상이한 디아조늄염의 혼합물을 본 발명의 방법에서 사용할 수 있다. 이 방법은 또한 다양한 반응 조건하에 수행될 수 있다.
모든 방법에서, 디아조늄염이 원 위치에서 형성될 수 있다. 원한다면, 어느 하나의 방법에서, 탄소 제품을 단리시키고 당 기술분야에 공지된 수단에 의해 건조시킬 수 있다. 더욱이, 불순물을 제거하기 위하여, 얻어진 탄소 제품을 공지된 기술로 처리할 수 있다. 이러한 방법들의 여러가지 특정한 구현양태를 이하에 언급한다.
이 방법들은 다양한 종류의 조건하에 수행될 수 있으며, 일반적으로 특정한 조건에 의해 한정되지 않는다. 반응 조건은 특정한 디아조늄염이 탄소 제품과 반응할 수 있도록 충분히 안정한 조건이어야 한다. 즉, 방법은 디아조늄염이 단명하 는 반응 조건하에 수행될 수 있다. 디아조늄염과 탄소 제품 간의 반응은 예를들면 넓은 범위의 pH 및 온도에서 일어난다. 방법은 산성, 중성 및 염기성 pH에서 수행될 수 있다. 바람직하게는 pH는 약 1 내지 9의 범위이다, 반응 온도는 0 ℃ 내지 100 ℃일 수 있다.
당 기술분야에 공지된 바와 같이, 디아조늄염은 예를들면 1급 아민과 아질산 수용액과의 반응에 의해 형성될 수 있다. 디아조늄염의 일반적 설명 및 그의 제조 방법은 문헌[Morrison and Boyd, Organic Chemistry, 5 th Ed., pp.973-983 (Allyn and Bacon, Inc. 1987] 및 문헌[March, Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structures, 4th Ed., (Wiley, 1992)]에 나타나 있다. 본 발명에 따르면, 디아조늄염은 하나 이상의 디아조늄기를 가진 유기 화합물이다.
디아조늄염은 탄소 제품과의 반응 전에 제조될 수도 있거나, 또는 당 기술분야에 공지된 기술을 사용하여 원위치에서 생성될 수도 있다. 원위치 생성은 또한 알킬 디아조늄염과 같은 불안정한 디아조늄염을 사용할 수 있도록 하고, 디아조늄염의 불필요한 취급 또는 조작을 없앨 수 있다. 아질산 및 디아조늄염 모두 원위치에서 생성될 수 있다.
당 기술분야에 공지된 바와 같이, 디아조늄염은 1급 아민, 아질산염 및 산을 반응시킴으로써 생성될 수 있다. 아질산염은 아질산리튬, 아질산나트륨, 아질산칼륨 또는 아질산아연과 같은 임의의 금속 아질산염, 또는 예를들면 이소아밀아질산염 또는 에틸아질산염과 같은 임의의 유기 아질산염일 수 있다. 산은 디아조늄염의 생성에서 효과적인 임의의 무기산 또는 유기산일 수 있다. 산은 아질산 (HNO3), 염산 (HCl) 및 황산 (H2SO4)을 포함한다.
디아조늄염은 또한 1급 아민을 이산화질소 수용액과 반응시킴으로써 생성될 수 있다. 이산화질소의 수용액 NO2/H2O는 디아조늄염을 생성하는데 필요한 아질산을 제공한다.
과량의 HCl의 존재하에 디아조늄염의 생성은, HCl이 스테인레스 강철을 부식시키기 때문에, 다른 대안법에 비해 덜 바람직할 수도 있다. NO2/H2O을 사용한 디아조늄염의 생성은 스테인레스 강철 또는 반응 용기를 위해 통상 사용되는 다른 금속에 대한 부식성이 적다는 추가의 장점을 갖는다. H2SO4/NaNO2 또는 HNO
3/NaNO2를 사용한 생성은 또한 비교적 비-부식성이다.
일반적으로, 1급 아민, 아질산염, 및 산으로부터 디아조늄염의 생성은 사용되는 아민의 양을 기준으로하여 2 당량의 산을 필요로 한다. 원 위치 방법에서, 디아조늄염은 1 당량의 산을 사용하여 생성될 수 있다. 1급 아민이 강산기를 함유할 때, 별도의 산을 첨가하는 것은 필요하지 않을 수도 있다. 산기 또는 1급 아민의 기가 산의 필요한 1 또는 2 당량 모두를 공급할 수 있다. 1급 아민이 강산기를 함유할 때, 원 위치에서 디아조늄염을 생성하기 위해서는, 본 발명의 방법에 추가의 산을 첨가하지 않거나 또는 1 당량 이하의 추가의 산을 첨가하는 것이 바람직하다. 약간 과량의 추가의 산이 사용될 수도 있다. 이러한 1급 아민의 한가지 예는 파라-아미노벤젠술폰산 (술파닐산)이다.
일반적으로, 디아조늄염은 열적으로 불안정하다. 이들은 전형적으로 0 ℃ 내지 5 ℃와 같은 저온에서 용액중에서 제조되며, 염의 단리없이 사용된다. 일부 디아조늄염의 용액을 가열하는 것은 질소를 유리시킬 수도 있고, 산성 매질중에서 상응하는 알콜을 형성하거나 또는 염기성 매질중에서 유기 자유 라디칼을 형성할 수 있다.
그러나, 디아조늄염은 단지 탄소 제품과의 반응이 가능하도록 충분히 안정한 것이 요구된다. 즉, 방법은 불안정하고 분해되기 쉬운 것으로 간주되는 일부 디아조늄염을 사용하여 수행될 수 있다. 일부 분해 공정은 탄소 제품과 디아조늄염 사이의 반응과 경쟁할 수 있으며, 탄소 제품에 결합된 유기기의 총 수를 감소시킬 수도 있다. 또한, 반응은 많은 디아조늄염이 쉽게 분해될 수 있는 승온에서 수행될 수도 있다. 승온은 또한 반응 매질중에서 디아조늄염의 용해도를 유리하게 증가시킬 수도 있고 공정동안에 그의 취급성을 개선시킨다. 그러나, 승온은 다른 분해 공정에 기인하여 디아조늄염의 일부 손실을 가져올 수도 있다.
원 위치에서 디아조늄염을 형성하기 위하여, 반응 매질, 예를들어 물중의 탄소 제품의 현탁액에 시약을 첨가할 수 있다. 즉, 사용되는 탄소 제품 현탁액은 디아조늄염을 생성하기 위한 하나 이상의 시약을 이미 함유할 수도 있고, 나머지 시약을 첨가함으로써 방법이 완결된다.
디아조늄염을 형성하기 위한 반응은 유기 화합물상에서 통상 발견되는 매우 다양한 작용기와 상용성을 갖는다. 즉, 탄소 제품과의 반응을 위한 디아조늄염의 유용성만이 본 발명의 방법을 제한한다.
방법은 디아조늄염과 탄소 제품간의 반응이 진행할 수 있는 임의의 반응 매질에서 수행될 수 있다. 반응 매질은 용매 기재 계일 수 있다. 용매는 양성자성 용매, 비양성자성 용매, 또는 이들 용매의 혼합물일 수 있다. 양성자성 용매는 물 또는 메탄올과 같이 산소 또는 질소에 결합된 수소를 함유하고 ,따라서 수소 결합을 형성하기에 충분히 산성인 용매이다. 비양성자성 용매는 상기 정의된 바와 같은 산성 수소를 함유하지 않는 용매이다. 비양성자성 용매는 예를들면 헥산, 테트라히드로푸란 (THF), 아세토니트릴 및 벤조니트릴과 같은 용매를 포함한다. 양성자성 및 비양성자성 용매의 설명에 관해서는, 문헌[Morrison and Boyd, Organic Chemistry, 5th Ed., 228-231면 (Allyn and Bacon, Inc. 1987)]을 참조한다.
방법은 양성자성 반응 매질, 즉 양성자성 용매 단독 또는 하나 이상의 양성자성 용매를 함유하는 용매의 혼합물중에서 수행될 수 있다. 바람직한 양성자성 매질은 물, 물과 기타 용매를 함유하는 수성 매질, 알콜, 및 알콜을 함유하는 임의의 매질, 또는 이러한 매질의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
디아조늄염과 탄소 제품간의 반응은 임의의 형태의 탄소 제품, 예를들면 보풀 또는 펠릿 형태를 사용하여 수행될 수 있다. 제조 비용을 감소시키기 위한 한가지 구현양태에서는, 탄소 제품 펠릿을 형성하기 위한 방법 동안에 반응이 일어난다. 예를들면, 본 발명의 카본 블랙 제품은 디아조늄염의 용액 또는 슬러리를 카본 블랙상에 분무함으로써 건조 드럼식으로 제조될 수 있다. 대안적으로는, 용매계, 예컨대 디아조늄염을 함유하는 물 또는 디아조늄염을 원위치에서 생성하기 위 한 시약의 존재하에서 탄소 제품을 펠릿화함으로써 탄소 제품을 제조할 수 있다. 수성 용매계가 바람직하다. 따라서, 다른 구현양태는 탄소 제품 및 디아조늄염의 수성 슬러리 또는 용액을 조립기에 도입하고, 디아조늄염을 탄소 제품과 반응시켜 유기기를 탄소 제품에 결합시키고, 결합된 유기기를 가진 얻어진 탄소 제품을 펠릿화하는 단계를 포함하는, 펠릿화 탄소 제품의 형성 방법을 제공한다. 이어서, 통상적인 기술을 사용하여 펠릿화 탄소 제품을 건조시킬 수도 있다.
일반적으로, 방법은 염과 같은 무기 부산물을 생성한다. 하기 언급되는 바와 같은 일부 최종 용도에서, 이러한 부산물은 바람직하지 않을 수도 있다. 원하지 않는 무기 부산물 또는 염의 생성 없이, 개질 탄소 제품을 생성하기 위한 몇가지 가능한 방법은 다음과 같다:
먼저, 사용 전에 당 기술 분야에 공지된 수단을 사용하여 원하지 않는 무기 부산물을 제거함으로써 디아조늄염을 정제할 수 있다. 두번째로, 무기염보다는 상응하는 알콜을 생성하는 유기 아질산염을 디아조화제로서 사용하여 디아조늄염을 생성할 수 있다. 세번째로, 산기 및 수성 NO2를 가진 아민으로부터 디아조늄염이 생성될 때, 무기염은 형성되지 않는다. 다른 방법이 당업자에게 알려져 있을 수도 있다.
무기 부산물에 추가로, 방법은 또한 유기 부산물을 생성할 수도 있다. 이들은 예를들면 유기 용매와의 추출에 의해 제거될 수 있다. 원하지 않는 유기 부산물의 생성 없이, 생성물을 수득하기 위한 다른 방법이 당업자에게 공지될 수 있고, 이 방법은 역 삼투압에 의한 이온의 세척 또는 제거를 포함한다.
디아조늄염과 탄소 제품간의 반응은 탄소 제품에 결합된 유기기를 가진 개질 탄소 제품을 형성한다. 디아조늄염은 탄소 제품에 결합되는 유기기를 함유할 수도 있다. 당업자에게 공지된 다른 수단에 의해 본 발명에서 사용되는 개질 탄소 제품을 생성할 수도 있다.
유기기는 지방족기, 고리형 유기기, 또는 지방족 부분 및 고리형 부분을 가진 유기 화합물일 수도 있다. 상기 언급된 바와 같이, 이 방법에서 사용되는 디아조늄염은 상기 기의 하나를 갖고, 일시적이라도 디아조늄염을 형성할 수 있는 1급 아민으로부터 유래될 수 있다. 유기기는 치환되거나 비치환될 수 있고, 분지쇄이거나 비분지쇄일 수 있다. 지방족기는 예를들면 알칸, 알켄, 알콜, 에테르, 알데히드, 케톤, 카르복실산, 및 탄수화물에서 유래된 기를 포함한다. 고리형 유기기는 지환족 탄화수소기 (예를들면, 시클로알킬, 시클로알케닐), 헤테로고리형 탄화수소기 (예를들면, 피롤리디닐, 피롤리닐, 피페리디닐, 모르폴리닐 등), 아릴기 (예를들어, 페닐, 나프틸, 안트라세닐 등), 및 헤테로아릴기 (이미다졸릴, 피라졸릴, 피리디닐, 티에틸, 티아졸릴, 푸릴, 인돌릴 등)를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 치환된 유기기의 입체 장애가 증가함에 따라, 디아조늄염과 탄소 제품간의 반응으로부터 탄소 제품에 결합된 유기기의 수는 감소될 수도 있다.
유기기가 치환된 경우에, 유기기는 디아조늄염의 형성과 양립되는 임의의 작용기를 함유할 수도 있다. 작용기는 R, OR, COR, COOR, OCOR, 카르복실레이트염, 예컨대 COOLi, COONa, COOK, COO-NR4
+, 할로겐, CN, NR2, SO3H, 술포네이트염, 예컨대 SO3Li, SO3Na, SO3K, SO3
-NR4
+, OSO3H, OSO3
-염, NR(COR), CONR2, NO2, PO3H2, 포스포네이트염, 예컨대 PO3HNa 및 PO3Na2, 포스페이트염, 예컨대 OPO3HNa 및 OPO3Na2, N=NR, NR3
+X-, PR3
+X-, SkR, SSO3H, SSO3
-염, SO2NRR', SO2SR, SNRR', SNQ, SO2NQ, CO2NQ, S-(1,4-피페라진디일)-SR, 2-(1,3-디티아닐)-2-(1,3-디티올라닐), SOR, 및 SO2R을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. R 및 R'는 동일하거나 상이할 수 있으며, 독립적으로 수소, 비분지쇄 또는 분지쇄의 C1-C20의 치환 또는 비치환된 포화 또는 불포화 탄화수소, 예를들어 알킬, 알케닐, 알키닐, 치환 또는 비치환 아릴, 치환 또는 비치환 헤테로아릴, 치환 또는 비치환 알킬아릴, 또는 치환 또는 비치환 아릴알킬이다. 정수 k는 1 내지 8의 범위, 바람직하게는 2 내지 4의 범위이다. 음이온 X-는 할라이드 또는 무기 또는 유기산에서 유래된 음이온이다. Q는 (CH2)w, (CH2)xO(CH2)z, (CH2)xNR(CH2)z 또는 (CH2)xS(CH2)z (여기에서, w는 2 내지 6의 정수이고, x 및 z는 1 내지 6의 정수이다)이다.
유기기는 식 AyArNH2의 1차 아민에 상응하는 식 AyAr-의 방향족기일 수 있다. 상기 식에서, 각각의 변수는 하기 의미를 갖는다: Ar은 아릴 또는 헤테로아릴기와 같은 방향족 라디칼이다. 바람직하게는 Ar은 페닐, 나프틸, 안트라세닐, 페난트레닐, 비페닐, 피리디닐, 벤조티아디아졸릴 및 벤조티아졸릴로 구성된 군에서 선택되고; A는 상기 기재된 바람직한 작용기에서 독립적으로 선택된 방향족 라디칼상의 치환기이거나, 또는 A는 하나 이상의 이들 작용기로 치환되거나 비치환된 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 탄화수소 라디칼 (바람직하게는 1 내지 20개의 탄소 원자를 함유)이고; y는 1 내지 방향족 라디칼내 -CH 라디칼의 총 수 범위내의 정수이다. 예를들면, Ar이 페닐일 때, y는 1 내지 5의 정수이고, Ar이 나프틸일 때, y는 1 내지 7의 정수이며, Ar이 안트라세닐, 페난트레닐 또는 비페닐일 때 y는 1 내지 9의 정수이고, 또는 Ar이 피리디닐일때 y는 1 내지 4의 정수이다. 상기 식에서, R 및 R'의 특정한 예는 NH2-C6H4-, CH2CH2-C6H4-NH2, CH2-C6H4-NH2 및 C6H5이다.
탄소 제품에 결합될 수도 있는 유기기의 다른 종류는 작용기로서의 이온성 기 또는 이온화가능한 기로 치환된 유기기이다. 이온화가능한 기는 사용되는 매질중에서 이온성 기를 형성할 수 있는 기이다. 이온성 기는 음이온성 기 또는 양이온성 기일 수 있고, 이온화가능한 기는 음이온 또는 양이온을 형성할 수 있다.
음이온을 형성하는 이온화가능한 작용기는 예를들면 산기 또는 산기의 염을 포함한다. 따라서, 유기기는 유기산에서 유래된 기를 포함한다. 유기기가 음이온을 형성하는 이온화가능한 기를 함유할때, 이러한 유기기는 a) 방향족기 및 b) 11 미만의 pKa를 갖는 하나 이상의 산기, 또는 11 미만의 pKa를 가진 산기의 하나 이상의 염, 또는 11 미만의 pKa를 갖는 하나 이상의 산기와 11 미만의 pKa를 갖는 산 기의 하나 이상의 염의 혼합물을 가질 수 있다. 산성기의 pKa란, 산성 치환기만이 아니라 전체로서의 유기기의 pKa를 뜻하는 것이다. 더욱 바람직하게는, pKa는 10 미만, 가장 바람직하게는 9 미만이다. 유기기의 방향족기는 탄소 제품에 직접 결합될 수 있다. 방향족기는 비치환되거나 예를들면 알킬기로 더 치환될 수도 있다. 유기기는 페닐 또는 나프틸일 수 있고, 산기는 술폰산기, 술핀산기, 포스폰산기, 또는 카르복실산기이다. 이러한 산기 및 그들의 염의 예는 상기 언급되어 있다. 유기기는 치환 또는 비치환 술포페닐기 또는 그의 염; 치환 또는 비치환 (폴리술포)페닐기 또는 그의 염; 치환 또는 비치환 술포나프틸기 또는 그의 염; 또는 치환 또는 비치환 (폴리술포)나프틸기 또는 그의 염일 수 있다. 치환된 술포페닐기의 예는 히드록시술포페닐기 또는 그의 염이다.
음이온 (및 그의 상응하는 1급 아민)을 형성하는 이온화가능한 작용기를 가진 특정한 유기기는 p-술포페닐(p-술파닐산), 4-히드록시-3-술포페닐(2-히드록시-5-아미노-벤젠술폰산) 및 2-술포에틸 (2-아미노에탄술폰산)이다. 음이온을 형성하는 이온화가능한 작용기를 가진 기타 유기기를 또한 사용할 수 있다.
아민은 양이온성 기를 형성하는 이온화가능한 작용기의 예를 나타낸다. 예를들면, 아민은 양성자 첨가반응되어 산성 매질 중에서 암모늄기를 형성할 수도 있다. 아민 치환기를 갖는 유기기는 5 미만의 pKb를 가질 수 있다. 4급 암모늄기 (-NR3
+) 및 4급 포스포늄기 (-PR3
+)은 또한 양이온성 기의 예를 나타낸다. 유기기는 페닐 또는 나프틸기와 같은 방향족기 및 4급 암모늄 또는 4급 포스포늄기를 함유할 수 있다. 방향족기는 탄소 제품에 직접 결합될 수 있다. 사량화된 고리형 아민, 및 심지어 사량화된 방향족 아민은 또한 유기기로서 사용될 수 있다. 즉, N-치환된 피리디늄 화합물, 예컨대 N-메틸-피리딜을 사용할 수 있다. 유기기의 예는 (C5H4N)C2H5
+, C6H4(NC5H5)+, C6H4COCH2N(CH3)3
+, C6H4COCH2(NC5H5)+, (C5H4N)CH3
+, 및 C6H4CH2N(CH3)3
+를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
이온성 기 또는 이온화가능한 기로 치환된 유기기가 결합되어진 개질 탄소 제품의 장점은, 개질 탄소 제품이 상응하는 비처리된 탄소 제품에 비해 증가된 수 분산성을 가질 수 있다는 점이다. 개질 탄소 제품의 수 분산성은, 이온화가능한 기를 가진 카본 블랙에 결합된 유기기의 수 또는 주어진 유기기에 결합된 이온화가능한 기의 수에 따라 증가한다. 즉, 개질 탄소 제품과 관련된 이온화가능한 기의 수가 증가하면 그의 수분산성도 증가해야 하고, 수 분산성을 원하는 수준으로 조절할 수 있다. 탄소 제품에 결합된 유기기로서 아민을 함유하는 개질 탄소 제품의 수분산성은 수성 매질을 산성화함으로써 증가될 수 있음을 주목할 수 있다.
개질 탄소 제품의 수 분산성은 어느 정도까지는 하전 안정성에 의존되기 때문에, 수성 매질의 이온 강도는 0.1몰 미만일 수 있다. 이온 강도는 또한 0.01몰 미만일 수 있다.
이러한 수 분산성의 개질 탄소 제품을 제조할 때, 이온성 기 또는 이온화가능한 기는 반응 매질에서 이온화될 수 있다. 얻어진 제품 용액 또는 슬러리를 그 자체로서 사용하거나 사용 전에 희석할 수도 있다. 대안적으로는, 개질 탄소 제품을 종래의 카본 블랙에 대해 사용되는 기술로 건조시킬 수도 있다. 이러한 기술은 오븐 및 회전 가마에서의 건조를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 그러나, 과다건조는 수 분산성을 어느 정도 소실시킬 수도 있다.
수 분산성에 추가로, 이온성 기 또는 이온화가능한 기로 치환된 유기기를 가진 개질 탄소 제품은 디메틸술폭시드 (DMSO) 및 포름아미드와 같은 극성 유기 용매에 분산될 수도 있다. 메탄올 또는 에탄올과 같은 알콜중에서, 크라운 에테르와 같은 착화제를 사용하는 것은, 산기의 금속염을 함유하는 유기기를 가진 카본 블랙 제품의 분산성을 증가시킨다.
방향족 술피드는 유기기의 다른 군을 포함한다. 방향족 술피드기를 가진 개질 탄소 제품은 특히 고무 조성물에서 유용하다. 이러한 방향족 술피드는 식 Ar(CH2)qSk(CH2)rAr' 또는 A-(CH2)qSk(CH2)rAr" (여기에서, Ar 및 Ar'은 독립적으로 치환 또는 비치환 아릴렌 또는 헤테로아릴렌기이고, Ar"는 아릴 또는 헤테로아릴기이며, k는 1 내지 8이고, q 및 r은 0 내지 4이다)로 표시될 수 있다. 치환된 아릴기는 치환된 알킬아릴기를 포함한다. 아릴렌기는 페닐렌기, 특히 p-페닐렌기 또는 벤조티아졸릴렌기를 포함할 수 있다. 아릴기는 페닐, 나프틸 및 벤조티아졸릴을 포함할 수 있다. k로 정의되는, 존재하는 황의 수는 바람직하게는 2 내지 4의 범위이다. 개질 탄소 제품은 식 -(C6H4)-Sk-(C6H4)- (여기에서, k는 1 내지 8의 정수이고, 더 바람직하게는 k는 2 내지 4 범위의 정수이다)의 결합된 방향족 술피드 유기기를 가질 수 있다. 방향족 술피드기는 비스-파라-(C6H4)-S2-(C6H4)- 및 파라-(C6H4)-S2-(C6H5)일 수 있다. 이러한 방향족 술피드기의 디아조늄염은 그의 상응하는 1급 아민, H2N-Ar-Sk-Ar'-NH2 또는 H2N-Ar-Sk-Ar"로부터 편리하게 제조될 수 있다. 기는 디티오디-4,1-페닐렌, 테트라티오디-4,1-페닐렌, 페닐디티오페닐렌, 디티오디-4,1-(3-클로로페닐렌), -(4-C6H4)-S-S-(2-C7H4NS), -(4-C6H4)-S-S-(4-C6H4)-OH, -6-(2-C7H3NS)-SH, -(4-C6H4)-CH2CH2-S-S-CH2CH2-(4-C6H4)-, -(4-C6H4)-CH2CH2-S-S-S-CH2CH2-(4-C6H4)-, -(2-C6H4)-S-S-(2-C6H4)-, -(3-C6H4)-S-S-(3-C6H4)-, -6-(C6H3N2S), -6-(2-C7H3NS)-S-NRR' (여기에서, RR'는 -CH2CH2OCH2CH2-이다), -(4-C6H4)-S-S-S-S-(4-C6H4)-, -(4-C6H4)-CH=CH2, -(4-C6H4)-S-SO3H, -(4-C6H4)-SO2NH-(4-C6H4)-S-S-(4-C6H4)-NHSO2-(4-C6H4)-, -6-(2-C7H3NS)-S-S-2-(6-C7H3NS)-, -(4-C6H4)-S-CH2-(4-C6H4)-, -(4-C6H4)-SO2-S-(4-C6H4)-, -(4-C6H4)-CH2-S-CH2-(4-C6H4)-, -(3-C6H4)-CH2-S-CH2-(3-C6H4)-, -(4-C6H4)-CH2-S-S-CH2-(4-C6H4)-, -(3-C6H4)-CH2-S-S-CH2-(3-C6H4)-, -(4-C6H4)-S-NRR' (여기에서, RR'는 -CH2CH2OCH2CH2-이다), -(4-C6H4)-SO2NH-CH2CH2-S-S-CH2CH2-NHSO2-(4-C6H4)-, -(4-C6H4)-2-(1,3-디티아닐) 및 -(4-C6H4)-S-(1,4-피페리진디일)-S-(4-C6H4)-를 포함한다.
탄소 제품에 결합될 수도 있는 유기기의 다른 군은, (C6H4)-NH2, (C6H4)-CH2- (C6H4)-NH2, (C6H4)-SO2-(C6H
4)-NH2 와 같은 아미노페닐기를 가진 유기기이다. 유기기는 또한 식 Ar-Sn-Ar' 또는 Ar-Sn-Ar" (여기에서, Ar 및 Ar'는 독립적으로 아릴렌기이고, Ar"는 아릴이며, n은 1 내지 8이다)로 표시되는 방향족 술피드를 포함한다. 탄소 제품에 이러한 유기기를 결합시키기 위한 방법은 미국 특허 출원 제08/356,660호, 08/572,525호 및 08/356,459호에 언급되어 있으며, 이들의 개시내용은 본 명세서에서 참고로 완전히 인용된다.
중합체와 함께 중합체 제품의 일부일 수 있는 개질 탄소 제품의 두번째 유형은, 식: -Ar-CO2-R (여기에서, R은 유기기, 단량체기 또는 중합체기이다)의 기가 결합되어진 탄소 제품이다. 첫번째 유형의 개질 탄소 제품에 대해 상기 기재된 유기기, 단량체기 및 중합체기가 또한 이 구현양태에 대해서도 동일할 수 있다. 다른 식은 CnH2n-CO2-R (여기에서, n은 바람직하게는 1 내지 12의 정수이다)이다. R기의 특정한 예는 C20-C50 알킬기이다.
이러한 개질 탄소 제품은, 4-아미노벤조산의 디아조늄염과 같은 디아조늄염으로 먼저 관능화된 탄소 제품을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 초기 처리를 위하여, 1 당량의 산을 사용하여 처리하면 결합된 카르복실산기를 얻을 수 있다. 이어서, 산기를 하기 나타낸 바와 같이 p-톨루엔술폰산을 촉매로 사용하여 R 함유 기, 예를들어 장쇄 지방족 알콜과 에스테르화한다 (하기 반응식에서, R은 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기이다):
개질 탄소 제품의 세번째 유형은, a) 탄소 제품에 직접 결합된 하나 이상의 유기기, b) 유기기에 결합된 하나 이상의 이온성 기, 이온화가능한 기, 또는 이들의 혼합물, 및 c) 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기를 가진 하나 이상의 반대-이온성 기, 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기를 가진 반대-이온화가능한 기, 또는 이들의 혼합물 (이때 반대-이온성 기 또는 반대-이온화가능한 기는 이온성 기 및(또는) 이온화가능한 기에 결합된다)이 결합된 탄소 제품이다.
상기 구현양태에서 언급된 유기기 및 중합체기는 이 구현양태에 대해서도 동일할 수 있다. 단량체기는 단순히 상기 기재된 중합체기의 단량체 변형일 수 있다. 예를들면, 단량체기의 예는 올레핀기, 스티렌기, 아크릴레이트기, 아미드기, 에스테르기, 또는 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
이온성 기 또는 이온화가능한 기의 예는 상기 기재된 것과 동일하다. 이온성 기 또는 이온화가능한 기는 음이온성 기 또는 양이온성 기일 수 있다. 반대-이온성 기 또는 반대-이온화가능한 기의 바람직한 예는 질소 기재의 기 및 인 기재의 기를 포함한다.
유기기의 다른 예는 C1-C50 알킬기, 더욱 바람직하게는 C1-C30 알킬기를 포함 한다. 유기기의 다른 예는 올레일기, 리놀레일기, 리놀레닐기, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 유기기의 다른 예는 2-디테트라데실글루타레이트기 또는 헥사-데실기를 포함한다.
이러한 개질 탄소 제품은, 예를들어 상기 기재된 술파닐산의 디아조늄염을 사용하여, 술폰산나트륨기와 같은 하나 이상의 작용기로 먼저 관능화시킨 탄소 제품을 사용하여 제조될 수 있다. 이 방법에 의하면 탄소 제품의 화학적 분해가 일어난다. 이 단계에서 분해 정도는 입자 크기 분석 및 325 메쉬 잔류물을 사용하여 측정될 수 있다.
이어서, 술폰화 탄소 제품과 같은 결합된 작용기의 수성 분산액을 알킬 암모늄염과 같은 염으로 처리한다. 예를들면, 알킬암모늄염은 1차, 2차, 3차 또는 4차 암모늄염일 수 있다. 분산된 탄소 제품을 예를들어 암모늄염과 같은 염으로 처리하면 암모늄 이온에 대해 나트륨 이온의 교환이 일어난다. 암모늄염의 알킬기가 클때, 탄소 제품의 응집이 발생한다. 이러한 방식으로 처리된 탄소 제품은 상당히 소수성이고, 물의 표면으로 떠오른다. 이러한 접근법은, 탄소 제품의 초기 분산에 의해 탄소 제품의 각각의 입자가 소수성기로 잘 처리될 수 있기 때문에, 흥미를 끈다. 이러한 바람직한 반응은 이하에 나타내며, 하기 반응식에서 R은 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기이다. 미국 특허 출원 08/663,694호 (1996년 6월 14일 출원)에 기재된 방법을 또한 사용할 수 있으며, 그의 전체 내용은 본 명세서에서 참고로 인용된다:
중합체 제품에 존재하는 개질 탄소 제품의 양 (이때 중합체 제품은 마스터배치가 아니다)은, 카본 블랙과 같은 비개질 탄소 제품에서 종래 사용된 양일 수 있다. 예를들면, 중합체 제품의 중량을 기준으로 하여, 약 0.01 중량% 내지 약 50 중량%, 더욱 바람직하게는 약 0.01 중량% 내지 약 20 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.01 중량% 내지 약 5.0 중량%의 개질 탄소 제품이 존재할 수 있다.
본 발명의 개질 탄소 제품은 마스터배치로 사용될 수 있다. 이러한 구현양태에서, 개질 탄소 제품은 종래의 마스터배치가 형성된 것과 같이 마스터배치로 형성된다. 따라서, 왁스 및 중합체 뿐만 아니라 기타 임의의 성분들을 포함할 수 있는 표준 마스터배치 성분을 개질 탄소 제품에 첨가할 수 있다. 본 발명의 개질 탄소 제품을 사용하여 마스터배치를 형성할 때, 일반적으로, 존재하는 개질 탄소 제품의 양은 마스터배치중의 비개질 탄소 제품, 예컨대 카본 블랙에서 종래 사용되어온 양일 수 있다. 그러나, 본 발명의 개질 탄소 제품을 사용하면, 더욱 고 농도의 탄소 제품을 가진 마스터배치가 가능하고, 따라서 본 발명의 마스터배치는 마스터배치의 중량을 기준으로 하여 약 10 중량% 내지 약 95 중량% 또는 그 이상의 개질 탄소 제품, 더욱 바람직하게는 약 50 중량% 내지 약 90 중량%의 개질 탄소 제품을 함유할 수 있다.
본 발명의 개질 탄소 제품을 강화제, 충진제 또는 카본 블랙과 같은 착색제 를 도입할 수 있는 임의의 수단을 사용하여 중합체내에 혼입하거나 분산시켜, 중합체 제품을 형성할 수 있다. 그의 예는 개질 탄소 제품을 단일 나사 또는 다중 나사 압출기와 같은 압출기, 또는 사출 성형기에 호퍼 공급하는 것을 포함한다. 개질 탄소 제품을 중합체에 도입하기 위한 다른 수단은 내부 믹서와 같은 믹서, 예컨대 밴버리 및 브라벤더 믹서를 포함한다. 개질 탄소 제품을 중합체에 도입, 바람직하게는 분산하기 위한 다른 수단은, 장시간 연속 믹서, 연속 배합 압출기 (예, 버스(Buss) 혼련기), 텀블 배합기, 조립기 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 중합체 제품은, 종래의 중합체에서와 같이, 원하는 물품 또는 형태로 형성 및 성형될 수 있다.
또한, 본 발명의 중합체 제품은 중합체 코팅 및 중합체 발포체를 포함한다. 중합체 코팅에 대하여, 전형적으로 수성 또는 비-수성 용매가 종래의 중합체 코팅에서 보통 발견되는 양으로 존재한다. 중합체 발포체에 대하여, 전형적으로 발포제는 종래의 중합체 발포체에서 보통 발견되는 양으로 존재한다.
본 발명의 중합체 제품은 항산화제, 안정제 (예를들어, 광/UV 및 열 안정제), 가소제, 충진제, 충격 조절제, 윤활제, 살생제, 난연제, 가공 조절제, 대전방지제, 발포제, 착색제, 항균제, 차단방지제, 유기 과산화물, 광학적 광택제, 결합제, 친화제, 프로세스 산, 이형 보조제, 접착 부가제, 점도 억제제, 반응성 첨가제, 섬유, 분무방지제, 연무방지제, 살균제, 전도성 제, 가교제, 무광가공제, 분산제, 유연화제, 유동 조절제, 형광제, 융합 촉진제, 살노균제 및 살진균제, 기 핵제, 유기 킬레이트화제, 표면 처리제 등, 또는 본 명세서에서 참고로 인용된 문헌[Plastic Additives and Modifiers Handbook, Jesse Edenbaum, Ed., pp. 193-1086 (1992)]에 기재된 기타 물질과 같이, 중합체에서 전형적으로 발견되는 종래의 추가의 성분을 포함할 수 있다.
본 발명은 단지 본 발명을 예증하기 위해 주어진 하기 실시예에 의해 더욱 명확해진다.
하기 모든 실시예에서, 특별히 언급된 경우 이외에는, 90 ㎡/g의 표면적 (CTAB) 및 98 cc/100 g의 DBPA를 가진 카본 블랙이 사용되었으며, 이 경우에 캐보트 코포레이션(Cabot Corp.)으로부터의 ELFTEX
TP가 사용되었다.
실시예 1
카본 블랙 (225 g)을 오버헤드 믹서를 사용하여 실온 탈이온수 2ℓ에 반죽하였다. 에틸-4-아미노벤조에이트 (4.5 g)을 2.7 그램의 37% 염산에 용해시켰다. 탈이온수 (100 ㎖)를 첨가하여 생성된 염을 용해시켰다. 이어서 이 용액을 교반된 카본 블랙 슬러리에 첨가하였다. 아질산나트륨 (1.7 g)을 50 ㎖의 탈이온수에 용해시킨 다음, 교반된 카본 블랙 슬러리에 첨가하였다. 수 시간 혼합후에, 혼합을 중지하였다. 방치시에, 혼합물은 무색 수 층으로 분리되는 카본 블랙의 상층과 하층으로 구성된 3개의 층으로 분리되었다. 혼합물을 여과하고, 개질 카본 블랙 제품을 진공 여과를 사용하여 베흐너 깔때기위에 수집하였다. 제품을 2 ℓ의 탈이온수로 세척한 후, 70 ℃에서 일정 중량으로 건조시켰다.
실시예 2
솜털모양의 카본 블랙 (5 kg)을 회분식 핀 조립기에서 70 ℃에서 술파닐산 (310 g)으로 처리하였다. 조립기에 카본 블랙 및 술파닐산을 넣고, 모터 속도를 약 200 rpm으로 고정시켰다. 조립기를 70 ℃로 가열하였다. 아질산나트륨 (125 g)을 1 ℓ의 물에 용해시켰다. 아질산염 용액을 가압식 전달 시스템을 거쳐 조립기에 첨가하였다. 유사하게, 3 ℓ의 물을 첨가하였다. 모든 물을 첨가한 후에, 배치를 3 분동안 혼합하였다. 술폰화 카본 블랙의 습윤 펠릿을 수집하였다. 펠릿은 42 중량% 물을 함유하는 것으로 밝혀졌다. 하기 실시예 2A 내지 2D에서 이온 교환 반응을 위해, 습윤 펠릿을 건조하지 않고 사용하였다.
실시예 2A
습윤 술폰화 카본 블랙 (387 g)을 교반하에 2 ℓ의 실온 탈이온수에 첨가하였다. 세틸트리메틸암모늄 브로마이드 (29.5 g)를 500 ㎖의 탈이온수에 용해시켰다. 얻어진 용액을 교반된 카본 블랙 슬러리에 첨가하였다. 수시간동안 혼합한 후에, 교반을 중지하였다. 혼합물이 서서히 3 개의 층으로 분리되었다. 상층은 블랙 발포체로 구성되고, 중간 층은 투명하며, 하층은 침강된 카본 블랙으로 구성되었다. 개질 탄소 제품을 베흐너 깔때기상에 수집하고, 2 ℓ의 탈이온수로 세척하고 70 ℃에서 일정 중량으로 건조시켰다.
실시예 2B
아르민(Armeen) SD (21.4 g, 악조-노벨 (Akzo-Nobel)제조)를 실온에서 1.7 ℓ의 10% 아세트산에 첨가하였다. 아민이 완전히 용해되었을때, 오버헤드 믹서를 사용하여 387 g의 습윤 술폰화 카본 블랙을 넣어 교반하였다. 16시간 동안 계속 혼합하였다. 세틸트리메틸암모늄 브로마이드와의 반응을 관찰할때, 혼합물은 3개의 층으로 분리되었다. 개질 카본 블랙 제품을 베흐너 깔때기상에 수집하고, 2 ℓ의 에탄올과 물의 50/50 혼합물로 세척한 다음, 2 ℓ의 물로 세척하였다. 개질 카본 블랙을 70 ℃에서 일정 중량으로 건조시켰다. 올레일아민 및 헥사데실아민을 사용하여 이 절차를 또한 수행하였다.
실시예 2C
소야알킬 아민 (28.6 g, 위트코(Witco)로부터의 아도겐(Adogen) 172 D)을, 150 ㎖의 탈이온수 및 50 ㎖의 에탄올로 희석한 아세트산 6.49 g에 첨가하였다. 아민이 용해되면, 이것을 2 ℓ의 실온 탈이온수에 분산된 172 g의 습윤 술폰화 카본 블랙에 교반하에 첨가하였다. 약 4시간 후에, 교반을 멈추고, 혼합물을 3 층으로 분리하였다. 전체 혼합물을 베흐너 깔때기를 사용하여 여과하여 개질 카본 블랙 제품을 단리하였다. 이어서, 3 ℓ의 탈이온수로 세척하였다. 개질 카본 블랙을 70 ℃에서 일정 중량으로 밤새 건조시켰다.
실시예 2D
1 ℓ 비이커에 800 ㎖의 탈이온수 및 50 g의 카본 블랙을 충진시켰다. 격렬히 교반하면서, 온도를 70 ℃로 올렸다. 술파닐산 (1.56 g)을 슬러리에 첨가하였다. 이어서, 물 3 ㎖중의 아질산나트륨 (0.62 g)의 용액을 교반된 슬러리에 첨가하였다. 혼합물을 70 ℃에서 밤새 교반하였다. 처리된 카본 블랙 현탁액을 진공 오븐에 놓고, 70 ℃에서 수일간 건조시켜 대부분의 물을 증발시켰다. 생성물은 약 40 중량% 물을 함유하였다.
이렇게 제조된 술폰화 카본 블랙 (50 g의 습윤 카본 블랙)을 1 ℓ 비이커내에서 650 ㎖의 실온 탈이온수에 혼합하였다. 자기 교반기 및 교반 막대를 사용하여 혼합을 완결하였다. 벤조산 (0.66 g) 및 아민 D (1.51 g, 허큘러스(Hercules)제조)를 150 ㎖ 톨루엔에 용해시켰다. 양 화합물이 용해되었을때, 혼합물을 술폰화 카본 블랙의 분산액에 직접 첨가하였다. 얻어진 혼합물을 밤새 격렬히 교반하였다. 진공 오븐내에서 70 ℃에서 물과 톨루엔을 증발시켜 개질 카본 블랙 제품을 단리하였다. 이 방법은 아민 D 대신에 포랄(Foral) 85 (허큘러스 제조)를 사용하여 수행될 수도 있다.
실시예 3
오버헤드 믹서를 사용하여 카본 블랙 (200 g)을 2 ℓ의 실온 탈이온수에 반죽하였다. 4-아미노벤조산 (4.94 g)을 150 ㎖의 탈이온수로 희석한 3.24 g의 70% 질산에 용해시켰다. 20 분간 교반 후에, 4-아미노벤조산을 용해시키고, 용액을 카본 블랙 슬러리에 첨가하였다. 아질산나트륨 (2.42 g)을 50 ㎖의 탈이온수에 용해시켰다. 얻어진 용액을 카본 블랙 슬러리에 서서히 첨가하였다. 가스를 빼내고 나면, 슬러리는 훨씬 덜 점성이 되었다. 4시간 혼합한 후, 오버헤드 교반을 중지시켰다. 개질 카본 블랙 제품을 베흐너 깔때기상에 단리시키고, 2 ℓ의 탈이온수로 세척하고 70 ℃에서 일정 중량으로 건조시켰다.
이어서, 카르복실산기가 결합된 개질 카본 블랙 (50 g)을 1 ℓ 3목 둥근 바닥 플라스크에 놓았다. 톨루엔 (200 ㎖)을 플라스크에 첨가하고, 플라스크에 딘-스탁(Dean-Stark) 트랩을 설치하였다. 트랩에 톨루엔을 넣었다. 개질 카본 블랙의 잔류수를 건조시키기 위하여, 가열 맨틀을 사용하여 톨루엔-개질 카본 블랙 슬러리를 가열 환류시켰다. 4시간 후에, 0.3 ㎖의 물이 트랩에서 수거되었다. 슬러리를 질소하에 실온으로 냉각하였다. 페트롤라이드 코포레이션 (Petrolite Corp.)으로부터의 유닐린(Uniline) 425 (4.14 g), 장쇄 알킬 알콜 (평균 C30), p-톨루엔술폰산 (1.71 g)을 플라스크에 첨가하였다. 슬러리를 3시간 동안 가열 환류시킨 후에, 트랩에서 몇 방울의 물이 수거되었다. 슬러리를 질소하에 실온으로 냉각하였다.
개질 카본 블랙을 베흐너 깔때기상에서 수집하였다. 추가의 300 ㎖ 톨루엔을 사용하여, 개질 카본 블랙을 플라스크에서 베흐너 깔때기로 완전히 이동시켰다. 개질 카본 블랙을 800 ㎖의 50/50 에탄올과 물 혼합물을 사용하여 필터상에서 세척한 다음 2 ℓ의 물로 세척하였다. 개질 카본 블랙을 70 ℃에서 일정 중량으로 건조시키기 전에 4시간 동안 통풍 건조시켰다.
실시예 4
실험실 규모의 회분식 조립기에서 펠릿화된 카본 블랙으로부터 및 슬러리로부터 건조된 카본 블랙으로부터 대조 시료들을 제조하였다. 2차 처리는 화학적 처리 방법을 모방하였으나, 반응성 종은 사용하지 않았다. 1.6 리터 밴버리 내부 믹서 및 4 분간의 혼합 사이클을 사용하여, 카본 블랙을 고 밀도 폴리에틸렌에 2.5 중량% 카본 블랙 농도로 배합하였다. 양 데이타는, 화학적 처리를 하지 않았을때 불량한 분산성이 달성됨을 나타낸다. 펠릿화 카본 블랙을 HDPE중에 배합한 결과를 표 1에 나타내며, 슬러리로부터 건조된 카본 블랙을 HDPE중에 배합한 결과를 표 2에 나타낸다. 전체 평균 분산성 등급은, 펠릿화 블랙에 대해서는 1.78% 비분산 면적을 나타내고, 슬러리 건조된 카본 블랙에 대해서는 1.71% 비분산 면적을 나타내었다.
| 직접 첨가 대조군, 조립기 공정 | |
| 시료 번호 | 비분산된 평균 면적% |
| 1 2 3 4 5 6 7 8 | 1.42 1.56 1.90 1.94 2.04 2.26 1.54 1.60 |
| 전체 평균 = 1.78 | |
표 1의 시료 2는 시판되는 펠릿화 ELFTEX
카본 블랙 제품이다.
| 직접 첨가 대조군, 슬러리로부터 건조된 카본 블랙 | |
| 시료 번호 | 비분산된 평균 면적% |
| 1 2 3 4 5 6 | 1.34 1.36 1.44 1.92 1.95 2.26 |
| 전체 평균 = 1.71 | |
실시예 5
실시예 1 내지 3으로부터의 개질 카본 블랙을, 1.6 리터 밴버리 내부 믹서 및 4 분의 혼합 사이클을 사용하여, 고 밀도 폴리에틸렌 (HDPE)중에 2.5 중량% 카본 블랙 농도로 배합하였다. 개질 카본 블랙을 충진한 화합물을, 개질되지 않은 카본 블랙을 동일한 방법으로 배합한 화합물 및 40% 농도로 HDPE중에 카본 블랙을 먼저 마스터배치한 다음 두번째 공정 단계에서 카본 블랙을 2.5%로 희석하여 제조된 화합물과 비교하였다. 후자의 화합물이 플라스틱 착색을 위해 현재 통용되는 기술 상태이다.
콘트론(Kontron) 플라스틱 분산 시험을 사용하여, 화학적 처리가 플라스틱내에서 카본 블랙의 분산성을 향상시키는가의 여부를 확인하였다. 콘트론 플라스틱 분산 시험은, 저 농도 (예를들어 2.5 중량%) 카본 블랙을 함유하는 중합체 박막의 약 100배 보정된 디지탈 현미경사진에 존재하는 비분산된 탄소 응집물의 크기 및 빈도를 측정한다. 박막은 카본 블랙으로 착색된 중합체 화합물의 작은 조각들을 유리 슬라이드 사이에 끼워넣고 이들을 열 및 압력하에 용융시킴으로써 수득되었다. 자동화 상 분석 프로그램을 사용하여, 5 마이크론 이상의 직경을 가진 모든 카본 블랙 응집물을 확인 및 측정하였다. 응집물에 의해 둘러싸인 상을 퍼센트로 나타낸 비분산된 면적%는 등급화를 위해 사용되는 정확히 조정된 반응이다. 비분산된 면적%가 0인 것은 완전한 분산을 나타낸다. 10개의 상에 대한 평균 비분산된 면적%를 기록한다.
콘트론 플라스틱 분산 시험을 ASTM D 2663, 방법 B "Standard Test Methods for Carbon Black - Dispersion in Rubber"을 근거로 한다. 플라스틱내의 카본 블랙의 분산성을 측정하기 위하여, 몇가지 수정이 ASTM 시험에 행해졌다. 플라스틱 필름은 고무 마이크로톰 조각 두께의 약 10배인 반면, 플라스틱내의 전형적인 카본 블랙 함량은 고무내의 전형적인 카본 블랙 함량의 약 1/10이다. 그 결과, 광 현미경사진에서 나타나는 카본 블랙 함량은 2 가지 시험에서 공통점이 있다. ASTM 시험에서, 보정 격자를 현미경 광학 경로에 삽입함으로써 카본 블랙 응집물을 확인하고 손으로 측정하였다. 조작자는 응집물에 의해 적어도 반이라도 둘러싸인 모든 격자의 수를 센다. 채워진 격자의 합을 화합물내의 카본 블랙의 부피%로 나눔으로써, 이 합을 분산성%로 전환시킨다. 이 과정은 콘트론 플라스틱 분산 시험에서 자동화된다.
표 3 내지 5에 나타낸 개질 탄소 제품을 사용하여 분산성이 향상되었다. 개질 탄소 제품을 상기 기재된 것과 동일한 방식으로 시험하였다. 표 3의 시료 1, 2, 4-9, 11 및 12를, 표 3에 기재한 처리 및 처리 농도 (카본 블랙의 그램당 밀리몰)를 사용하여 실시예 1에서와 같이 제조하였다. 시료 3 및 10을 다음과 같이 제조하였다:
아질산나트륨 (2.8 g)을 교반하에 진한 황산 50 ㎖에 첨가하였다. 아질산나트륨의 첨가시에, 용액이 주황색으로 변하였다. 온도를 70 ℃로 올린다음, 용액을 냉각시켰다. 표 3에 나타낸 처리 농도로 4-트리플루오로메톡시아닐린 (7.2 g) 또는 트리플루오로 메틸 아닐린을 30-35 ℃에서 서서히 (15분에 걸쳐) 첨가하였다. 용액을 2시간 동안 교반하였다.
카본 블랙 (225 g)을 오버헤드 믹서를 사용하여 2 ℓ의 실온 탈이온수에 반죽하였다. 이어서, 상기 제조된 디아조늄염 용액을 슬러리에 첨가하였다. 수 시 간동안 계속 교반하였다. 교반을 멈추었을 때, 용액은 3개 층으로 분리되었다. 상층, 중간층 및 하층은 카본 블랙의 작은 발포체 층, 투명한 물층 및 다른 카본 블랙 층으로 구성되었다. 하층에 다량의 카본 블랙이 함유되었다. 베흐너 깔때기를 통해 전체 혼합물을 여과함으로써 개질 카본 블랙 제품을 단리하였다. 개질 카본 블랙 제품을 2 ℓ의 물을 사용하여 필터상에서 세척하였다. 세척후에, 개질 카본 블랙을 70 ℃에서 밤새 일정 중량으로 건조시켰다.
| 시료 번호 | 처리 | 처리 농도(밀리몰/g) | 비분산된 평균 면적% |
| 1 | 에틸-4-아미노벤조에이트 | 0.03 | 0.80 |
| 2 | 에틸-4-아미노벤조에이트 | 0.12 | 0.41 |
| 3 | 트리플루오로 메틸 아닐린 | 0.36 | 0.62 |
| 4 | 도데실아닐린 | 0.12 | 0.96 |
| 5 | 도데실아닐린 | 0.18 | 0.74 |
| 6 | 도데실아닐린 | 0.18 | 0.80 |
| 7 | 도데실아닐린 | 0.36 | 0.89 |
| 8 | 4-3급 부틸 아닐린 | 0.18 | 0.75 |
| 9 | 4-3급 부틸 아닐린 | 0.36 | 0.77 |
| 10 | 트리플루오로메톡시아닐린 | 0.18 | 0.79 |
| 11 | 4-에틸 아닐린 | 0.12 | 0.88 |
| 12 | 4-에틸 아닐린 | 0.36 | 0.96 |
1차 처리에 대해서는 실시예 2에서와 동일한 절차를 사용하고, 표 4에 주어진 특정한 2차 처리 방법 및 2차 처리 농도를 사용하여, 표 4의 시료들을 제조하였다. 표 4에 기재된 2차 처리법은 표 4 에 나타낸 바와 같이 실시예 2A, B, C 또는 D에 인용된 절차중의 하나를 기초로 하였다.
표 5의 시료들은 상기 실시예 3에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
| 시료번호 | 1차 처리 | 2차 처리 | 2차 절차 (실시예) | 처리 농도 (밀리몰/g) | 비분산된 평균 면적% |
| 1 | 술포닐산, 나트륨염 | 소야 알킬아민 | 2B | 0.36&0.36 | 0.21 |
| 2 | 술포닐산, 나트륨염 | 소야 알킬아민 | 2B | 0.36&0.36 | 0.74 |
| 3 | 술포닐산, 나트륨염 | 소야 알킬아민 | 2B | 0.36&0.36 | 0.76 |
| 4 | 술포닐산, 나트륨염 | 올레일아민 | 2B | 0.36&0.36 | 0.25 |
| 5 | 술포닐산, 나트륨염 | 올레일아민 | 2B | 0.36&0.36 | 0.82 |
| 6 | 술포닐산, 나트륨염 | 아도겐 172D | 2C | 0.18&0.18 | 0.38 |
| 7 | 술포닐산, 나트륨염 | 포랄 85 | 2D | 0.18&0.18 | 0.42 |
| 8 | 술포닐산, 나트륨염 | CTAB | 2A | 0.18&0.18 | 0.46 |
| 9 | 술포닐산, 나트륨염 | 아민 D | 2D | 0.36&0.36 | 0.69 |
| 10 | 술포닐산, 나트륨염 | 헥사데실 아민 | 2B | 0.18&0.18 | 0.70 |
| 11 | 술포닐산, 나트륨염 | 디-테트라데실글루타메이트 p-톨루엔술폰산 | 2B | 0.36&0.36 | 0.69 |
| 12 | 술포닐산, 나트륨염 | 디-테트라데실글루타메이트 p-톨루엔 술폰산 | 2D | 0.36&0.36 | 0.90 |
| 13 | 술포닐산, 나트륨염 | 아민 D | 2B | 0.18&0.18 | 0.69 |
| 14 | 술포닐산, 나트륨염 | 헥사데실 아민 | 0.36&0.36 | 0.70 |
| 시료번호 | 1차 처리 | 2차 처리 | 처리 농도 (밀리몰/g) | 비분산된 평균 면적% |
| 1 | 4-아미노벤조산 | 유닐린425 | 0.18 & 0.18 밀리몰/g | 0.75 |
| 2 | 4-아미노벤조산 | 유닐린700 | 0.18 & 0.18 밀리몰/g | 0.85 |
포랄 85 및 아민 D는 허큘러스 인코포레이티드로부터 입수가능한 테르펜 유도체이다. 아도겐 172 D는 위트코로부터 입수가능한 소야 알킬아민이다. 유닐린 425 및 700은 페트롤라이드로부터 입수가능한 장쇄 1급 알콜이며, 각각 평균 C30 및 C50의 탄소 길이를 갖고 있다. 상기 표에서 알 수 있듯이, 본 발명의 개질 탄소 제품을 사용하면 비분산된 평균 면적이 감소되었다.
하나 이상의 유형의 개질 탄소 제품을 형성하기 위해 이 방법에서 사용할 수 있는 반응기의 예를 하기 표에 나타낸다.
본 발명의 개질 탄소 제품은 중합체 제품의 더 경제적인 제법을 제공할 수 있고(있거나) (예를 들어, 가공 단계의 수 또는 필요한 가공 양을 감소시킴으로써) 중합체 제품의 특성을 향상시킬 수도 있다. 본 발명의 개질 탄소 제품의 향상된 분산성은 중합체 제품에서의 분산을 향상시킬 수 있거나, 또는 적은 단계 또는 감소된 가공 양을 사용하여 기존의 조성물 및 방법에 의해 달성되는 것에 필적하는 분산 수준을 얻을 수 있다. 중합체 제품의 특성 면에서, 본 발명의 개질 탄소 제품은 경도, 반동성, 내충격성, 염색견뢰도, 내마모성 등과 같은 특성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 개시된 발명의 상세한 설명 및 실시를 고려한다면, 본 발명의 다른 구현양태도 당업자에게 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 실시예는 단지 일례로서 간주되어야 하며, 본 발명의 진정한 범위 및 취지는 하기 청구범위에 의해 나타난다.
Claims (104)
- 중합체 및 여기에 분산된 개질 탄소 제품을 포함하고, 상기 개질 탄소 제품은 하나 이상의 중합체기가 결합된 탄소 제품을 포함하는 것인 중합체 제품.
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- 중합체 및 여기에 분산된 개질 탄소 제품을 포함하고, 상기 개질 탄소 제품은 식 -Ar-CO2-R 또는 CnH2nCO2-R (여기에서, R은 중합체기이고, Ar은 방향족기임)의 기가 결합된 탄소 제품을 포함하는 것이고, 상기 중합체기는 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
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- 제1항에 있어서, 상기 중합체기가 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 삭제
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- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙, 흑연, 유리질 탄소, 미분된 탄소, 탄소 섬유, 활성 목탄, 활성탄, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제1항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙인 중합체 제품.
- 중합체 및 여기에 분산된 개질 탄소 제품을 포함하고, 상기 개질 탄소 제품은 a) 탄소에 직접 결합된 하나 이상의 중합체기를 갖는 탄소, b) 상기 중합체기에 결합된 하나 이상의 이온성 기, 이온화가능한 기, 또는 이들의 혼합물, 및 c) 상기 이온성 기 또는 이온화가능한 기, 또는 이들 둘 모두에 결합된, 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기를 갖는 하나 이상의 반대-이온성 기, 또는 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기를 갖는 반대-이온화가능한 기, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 단량체기가 올레핀기, 스티렌기, 아크릴레이트기, 아미드기, 에스테르기, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 중합체기가 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 탄소 제품에 결합된 상기 중합체기가 탄소 제품에 직접 결합된 C1-C12 알킬기를 포함하는 것인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 탄소 제품에 결합된 상기 중합체기가 탄소 제품에 직접 결합된 방향족기를 포함하는 것인 중합체 제품.
- 삭제
- 제30항에 있어서, 상기 이온성 기 또는 이온화가능한 기가 카르복실산 또는 그의 염, 술폰산 또는 그의 염, 4급 암모늄염, 술폰아미드 또는 그의 염, SO2NHCOR 또는 그의 염 (여기에서, R은 C1-C20 알킬 또는 아릴기임)인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 반대-이온성 기 또는 반대-이온화가능한 기가 질소 기재의 기 또는 인 기재의 기인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 이온성 기 또는 이온화가능한 기가 술포네이트기이고, 상기 반대-이온성 기 또는 반대-이온화가능한 기가 질소 또는 인 기재의 기인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 유기기가 C1-C50 알킬기인 중합체 제품.
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- 삭제
- 제30항에 있어서, 상기 유기기가 올레일기, 리놀레일기, 리놀레닐기, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 유기기가 2-디테트라데실글루타레이트 또는 헥사-데실인 중합체 제품.
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- 제30항에 있어서, 상기 반대-이온성 기 또는 반대-이온화가능한 기가 카르복실산 또는 그의 염, 술폰산 또는 그의 염, 4급 암모늄염, 술폰아미드 또는 그의 염, SO2NHCOR 또는 그의 염 (여기에서, R은 C1-C20 알킬 또는 아릴기임)인 중합체 제품.
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- 제30항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙, 흑연, 유리질 탄소, 미분된 탄소, 탄소 섬유, 활성 목탄, 활성탄, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙인 중합체 제품.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제17항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙, 흑연, 유리질 탄소, 미분된 탄소, 탄소 섬유, 활성 목탄, 활성탄, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제17항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙인 중합체 제품.
- 개질 탄소 제품을 중합체에 분산시키는 것을 포함하고, 상기 개질 탄소 제품은 상기 중합체와 상용성이고, 상기 개질 탄소 제품은 a) 탄소에 직접 결합된 하나 이상의 중합체기를 갖는 탄소, b) 상기 중합체기에 결합된 하나 이상의 이온성 기, 이온화가능한 기, 또는 이들의 혼합물, 및 c) 상기 이온성 기 또는 이온화가능한 기, 또는 이들 둘 모두에 결합된, 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기를 갖는 하나 이상의 반대-이온성 기, 또는 하나 이상의 유기기, 단량체기 또는 중합체기를 갖는 반대-이온화가능한 기, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 중합체 제품 중의 탄소 제품의 분산성을 향상시키는 방법.
- 제1항, 제17항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 제품이, a) 탄소상과 규소-함유 화합물상을 포함하는 응집물이거나, b) 탄소상과 금속-함유 화합물상을 포함하는 응집물이거나, 또는 c) 실리카 코팅된 카본 블랙인 중합체 제품.
- 제30항 내지 제34항, 제36항 내지 제39항, 제42항, 제43항 및 제54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 제품이, a) 탄소상과 규소-함유 화합물상을 포함하는 응집물이거나, b) 탄소상과 금속-함유 화합물상을 포함하는 응집물이거나, 또는 c) 실리카 코팅된 카본 블랙인 중합체 제품.
- 약 50 중량% 내지 약 95 중량%의 개질 탄소 제품을 포함하는 마스터배치를 중합체에 분산시키는 것을 포함하며, 상기 개질 탄소 제품은 상기 중합체와 상용성인 하나 이상의 중합체기가 결합된 탄소 제품을 포함하는 것이고, 상기 중합체기는 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물인, 중합체 제품 중의 탄소 제품의 분산성을 증가시키는 방법.
- 약 50 중량% 내지 약 95 중량%의 개질 탄소 제품을 포함하는 마스터배치를 중합체에 분산시키는 것을 포함하며, 상기 개질 탄소 제품은 식 -Ar-CO2-R 또는 CnH2nCO2-R (여기에서, R은 중합체기임)의 기가 결합된 탄소 제품을 포함하는 것이고, 상기 중합체기는 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물인, 중합체 제품 중의 탄소 제품의 분산성을 증가시키는 방법.
- 중합체 및 여기에 분산된 개질 탄소 제품을 포함하고, 상기 개질 탄소 제품은 하나 이상의 중합체기가 결합된 탄소 제품을 포함하는 것이고, 상기 중합체기는 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물이고, 상기 중합체 제품은 마스터배치의 중량을 기준으로 약 50 중량% 내지 약 90 중량%의 개질 탄소 제품을 함유하는 마스터배치인 중합체 제품.
- 중합체 및 여기에 분산된 개질 탄소 제품을 포함하고, 상기 개질 탄소 제품은 식 -Ar-CO2-R 또는 CnH2nCO2-R (여기에서, R은 중합체기임)의 기가 결합된 탄소 제품을 포함하는 것이고, 상기 중합체기는 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물이고, 상기 중합체 제품은 마스터배치의 중량을 기준으로 약 50 중량% 내지 약 90 중량%의 개질 탄소 제품을 함유하는 마스터배치인 중합체 제품.
- 제77항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙, 흑연, 유리질 탄소, 미분된 탄소, 탄소 섬유, 활성 목탄, 활성탄, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제77항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙인 중합체 제품.
- 제77항에 있어서, 상기 중합체 제품이 마스터 배치 형태인 중합체 제품.
- 제78항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙, 흑연, 유리질 탄소, 미분된 탄소, 탄소 섬유, 활성 목탄, 활성탄, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제78항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙인 중합체 제품.
- 제66항에 있어서, 상기 중합체 제품이 마스터배치인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 이온성 기 또는 이온화가능한 기가 질소 기재의 기 또는 인 기재의 기인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 중합체 제품이 마스터배치의 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 95 중량%의 개질 탄소 제품을 함유하는 마스터배치인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 중합체 제품이 마스터배치의 중량을 기준으로 약 50 중량% 내지 약 90 중량%의 개질 탄소 제품을 함유하는 마스터배치인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 유기기가 단량체기인 중합체 제품.
- 제30항에 있어서, 상기 유기기가 중합체기인 중합체 제품.
- 개질 탄소 제품을 중합체에 분산시키는 것을 포함하고, 상기 개질 탄소 제품은 상기 중합체와 상용성인 하나 이상의 중합체기가 결합된 탄소 제품을 포함하는 것이고, 상기 개질 탄소 제품은 탄소 제품에 직접 결합된 하나 이상의 방향족 기 및 상기 방향족기에 결합된 하나 이상의 중합체기를 포함하는 것이고, 상기 중합체기는 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물인, 중합체 제품 중의 탄소 제품의 분산성을 향상시키는 방법.
- 개질 탄소 제품을 중합체에 분산시키는 것을 포함하고, 상기 개질 탄소 제품은 식 -Ar-CO2-R 또는 CnH2nCO2-R (여기에서, R은 중합체기이고, Ar은 방향족기임)의 기가 결합된 탄소 제품을 포함하는 것이고, 상기 중합체기는 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물인, 중합체 제품 중의 탄소 제품의 분산성을 증가시키는 방법.
- 제90항에 있어서, 상기 탄소 제품이 탄소상과 규소-함유 화합물상을 포함하는 응집물을 포함하는 방법.
- 제90항에 있어서, 상기 탄소 제품이 탄소상과 금속-함유 화합물상을 포함하거나, 또는 상기 탄소 제품이 실리카 코팅된 카본 블랙인 방법.
- 하나 이상의 중합체 및 여기에 분산된 하나 이상의 개질 탄소 제품을 포함하며, 상기 개질 탄소 제품이 탄소 제품에 직접 결합된 하나 이상의 방향족기 및 상기 방향족기에 결합된 하나 이상의 중합체기를 포함하고, 상기 중합체기는 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제94항에 있어서, 상기 중합체 제품이 중합체 발포체인 중합체 제품.
- 제95항에 있어서, 상기 중합체 발포체가 발포제를 추가로 포함하는 중합체 제품.
- 제94항에 있어서, 상기 개질 탄소 제품이 중합체 제품의 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 약 95 중량%의 양으로 존재하는 중합체 제품.
- 제94항에 있어서, 상기 개질 탄소 제품이 중합체 제품의 중량을 기준으로 약 50 중량% 내지 약 90 중량%의 양으로 존재하는 중합체 제품.
- 제94항에 있어서, 상기 중합체기가 이온성 또는 이온화가능한 기를 함유하는 중합체 제품.
- 제94항에 있어서, 상기 중합체기가 폴리올레핀기, 폴리스티렌기, 폴리아크릴레이트기, 폴리아미드기, 폴리에스테르기, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제99항에 있어서, 상기 이온성 또는 이온화가능한 기가카르복실산 또는 그의 염;술폰산 또는 그의 염;4급 암모늄염;술폰아미드 또는 그의 염;SO2NHCOR 또는 그의 염 (여기에서, R은 C1-C20 알킬기 또는 페닐기임), 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 중합체 제품.
- 제94항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙, 흑연, 유리질 탄소, 미분된 탄소, 탄소 섬유, 활성 목탄, 활성탄, 또는 이들의 혼합물인 중합체 제품.
- 제94항에 있어서, 상기 탄소 제품이 카본 블랙인 중합체 제품.
- 제94항에 있어서, 상기 중합체 제품이 마스터배치 형태인 중합체 제품.
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