NO319259B1

NO319259B1 - Vandige farge- og beleggingsmaterialer, og anvendelse av en blanding omfattende vann og et modifisert karbonprodukt som slike materialer

Info

Publication number: NO319259B1
Application number: NO19972737A
Authority: NO
Inventors: James A Belmont
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2005-07-11
Also published as: EP0797637B1; AU706229B2; NZ298988A; MX9704384A; KR100382527B1; CO4560479A1; KR987000379A; SI9520129A; EP1475420A3; PL320731A1; CA2207455A1; DE69534009T2; BR9510016A; ATE288946T1; PL182912B1; UA43384C2; EG21734A; RO120143B1; TW354804B; IL116379A0

Description

OMRÅDE FOR OPPFINNELSEN

Denne oppfinnelse angår vandige farge- og beleggingsmaterialer, og anvendelse av en blanding omfattende vann og et modifisert karbonprodukt som slike materialer.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

For tiden anvendes forskjellige klassifikasjoner av fargemidler. Disse kategorier innbefatter trykkfarger, ultrafiolett-herdende farger, kulepennblekk, stempel-putefarger og merkefarger. Grunnleggende består fargematerialer av fire hoved-kategorier materialer. Disse er fargestoffer, suspensjonsmidler eller lakk, tilsetningsstoffer og løsningsmidler.

Nærmere bestemt tilveiebringer fargestoffer, som innbefatter pigmenter, tonere og farger, fargekontrasten til substratet. Suspensjonsmidler eller lakk virker som bærere for fargestoffene under trykkeoperasjonen. Ved tørking binder suspensjons-midlene fargestoffene til substratet. Tilsetningsstoffene innvirker på trykkbarheten, filmegenskapene, tørkehastigheten og sluttbruksegenskapene. Løsningsmidler anvendes, foruten til å danne suspensjonsmidler, til å redusere fargematerialets viskositet og justere tørkeevne og harpiksens kapabilitet. I allmennhet blir bestanddeler av disse fire klasser veiet, blandet og malt (dvs. dispergert) sammen, eller hver for seg, i henhold til ønskede resepter.

For tiden er dominerende svarte pigmenter sot, så som ovnssot som anvendes som fargestoffer enten i tørr, pulverisert form, i flushet pastaform eller i flytende konsentratform. Flushede pastaformer og flytende konsentratformer er mer økonomiske siden de krever et minimum av dispergering. Vanligvis vil fargestoffets form influere på fargetone, permanens, volum, opasitet, glans, reologi, sluttbruk og trykkvalitet.

Generelt kan trykkfarger påføres ved høytrykk, litografi, fleksografi, fotogravyr, silketrykk, stensil, duplisering og elektrostatisk. Trykkfarger kan således finnes i slike sluttanvendelser som aviser, publikasjoner, reklame, foldekartonger, bøker, pappkartonger, papirposer, innpakninger, merkelapper, metallbeholdere, plastbeholdere, plastfilm, folier, laminater, innlegg i pakkede næringsmidler, sanitærpapir, tekstiler og lignende. McGraw-HiH's "Encyclopedia of Science and Technology", vol. 7, sider 159-164, gir ytterligere detaljer angående tilgjengelige typer trykkfarger og bruk av disse.

Selv med de kommersielt tilgjengelige trykkfarger er det fortsatt et behov for trykkfarger som kan være lettere å fremstille.

Belegginger anvendes på overflater for dekorative, beskyttende og funksjonelle formål av mange slag. Slike overflater innbefatter spoler, metaller, hushold-ningsapparater, møbler, harde plater, tre og kryssfinér, marint, vedlikehold, kjøretøyer, kanner og kartong. Noen belegginger, som på undersjøiske rørledninger, er for beskyttende formål. Andre, så som utvendige belegginger på kjøretøyer, har både dekorative og beskyttende funksjoner. Ytterligere andre formål er regulering av friksjon på båtdekk og bilseter. Noen belegginger regulerer groingen på bunnen av skip, andre beskytter næringsmidler og drikker i bokser. Silisiumbrikker, trykte kretskort, belegginger på bølgeledende fibrer for signaltransmisjon og magnetiske belegginger på videobånd og datadisketter, er blant de mange såkalte høyteknologiske anvendelser av belegginger.

Hvert år fremstilles titusener av beleggingstyper. I allmennhet er de sammensatt av ett eller flere bindemidler, f.eks. harpikser eller polymerer, og minst ett løsningsmiddel, ett eller flere pigmenter, og eventuelt flere tilsetningsstoffer. Mange belegginger fremstilles og påføres som væsker og omdannes til "faste" filmer etter påføringen på substratet.

Pigmenter og belegginger gir opasitet og farge. Pigmentinnholdet styrer glansen på den endelige film og kan ha viktige innvirkninger på filmens mekaniske egenskaper. Noen pigmenter hindrer til og med korrosjon. Videre påvirker pigmentene beleggets viskositet og forbedrer påføringsegenskapene. En viktig variabel som bestemmer pigmentenes egenskaper, er deres partikkelstørrelse og partikkelstørrelses-fordeling. Prosessen for fremstilling av pigmenter er utformet for å gi det beste kompromiss mellom partikkelstørrelse og partikkelstørrelsesfordeling for partikler for et bestemt pigment. Ved fremstilling av belegginger er det ønskelig å dispergere pigmentet på en slik måte at det oppnås en stabil dispersjon hvor de fleste, om ikke alle, pigmentpartikler skilles i individuelle partikler utformet for produktet av pigment-produsenten. Dispergeringen av pigment innebærer tukting, adskillelse og stabilisering.

Det er tre kategorier bindemiddelløsninger: slike hvor bindemidlet er løselig i vann, slike hvor det er kolloidalt dispergert, og slike hvor det er emulgert og danner en lateks. Blandinger for overflatebelegging er vanligvis mer eller mindre viskøse væsker med tre basiskomponenter: et filmdannende stoff eller en kombinasjon av stoffer kalt bindemiddel, et pigment eller en kombinasjon av pigmenter, og en flyktig væske. Kombinasjonen av bindemiddel og flyktig væske kalles bindemiddelløsningen, som kan være en oppløsning eller en dispersjon av fine bindemiddelpartikler i et ikke-løsningsmiddel. Pigmenter er findelte, uløselige, faste partikler dispergert i binde-middelløsningen for belegget og er fordelt gjennom bindemidlet i den endelige film. Overflateaktive stoffer anvendes som dispergeirngsmidler for pigmenter. Bestanddelene og fremstillingen av vandige belegginger er ytterligere diskutert i "Concised Encyclopedia of Polymers, Science and Engineering", sider 160-171 (1990).

Det er fortsatt behov for et vandig beleggingsmateriale som lar seg lettere fremstille både når det gjelder vandige fargematerialer og belegginger. Løsningsmidlet er, eller inneholder, vann.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes således et vandig fargemateriale omfattende vann og et modifisert karbonprodukt som kan fremstilles ved å omsette et karbonprodukt med et diazoniumsalt, hvor det modifiserte karbonprodukt har minst én organisk gruppe bundet til karbonet, og hvor den organiske gruppe er substituert med en ionisk eller ioniserbar gruppe, kjennetegnet ved at den organiske gruppe omfatter minst én aromatisk gruppe eller minst én CM2-alkylgruppe, hvor den minst ene aromatiske gruppe er direkte bundet til karbonet.

Med den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes også et vandig beleggingsmateriale omfattende vann, et bindemiddel og et modifisert karbonprodukt som kan fremstilles ved å omsette et karbonprodukt med et diazoniumsalt, hvor det modifiserte karbonprodukt har minst én organisk gruppe bundet til karbonet, og hvor den organiske gruppe er substituert med en ionisk eller en ioniserbar gruppe, kjennetegnet ved at den organiske gruppe omfatter minst én aromatisk gruppe eller minst én Ci-n-alkylgruppe, hvor den minst ene aromatiske gruppe er direkte bundet til karbonet.

Oppfinnelsen angår også anvendelse av et vandig materiale omfattende vann og et modifisert karbonprodukt som kan fremstilles ved å omsette et karbon-produkt med et diazoniumsalt, hvor det modifiserte karbonprodukt har minst én organisk gruppe bundet til karbonet og hvor den organiske gruppe er substituert med en ionisk eller ioniserbar gruppe, hvor den organiske gruppe omfatter minst én aromatisk gruppe eller minst én Ci.i2-alkylgruppe, hvor den minst ene aromatiske gruppe er direkte bundet til karbonet, som et vandig fargemateriale eller et vandig beleggingsmateriale.

De vandige farge- og beleggingsmaterialer ifølge oppfinnelsen gir ønsket dispersjonsstabilitet, trykkvalitet og bildeoptisk densitet.

NÆRMERE BESKRIVELSE

Karbon, som anvendt her, har evne til å reagere med et diazoniumsalt og danne det ovennevnte modifiserte karbon-produkt. Karbonet kan være av krystallinsk eller amorf type. Eksempler innbefatter, men er ikke begrenset til, grafitt, sot, glassaktig karbon, aktivert trekull, aktivert karbon, og blandinger derav. Findelte former av de ovennevnte foretrekkes.

Den foreliggende oppfinnelse angår vandige fargematerialer og beleggingsmaterialer omfattende en vandig bindemiddelløsning og det modifiserte karbon-produkt. I motsetning til konvensjonelle karbonpigmenter, så er de modifiserte karbonprodukter for anvendelse i fargematerialet eller beleggingsmaterialet ifølge foreliggende oppfinnelse ikke vanskelige å dispergere i en vandig bindemiddelløsning. De modifiserte karbonprodukter krever ikke nødvendigvis en konvensjonell maleprosess, heller ikke er noe dispergeringsmiddel nødvendig for å oppnå en brukbar farge eller belegging. De modifiserte karbonprodukter krever fortrinnsvis kun omrøring eller blanding med lav skjærvirkning for å oppnå en enkel dispergering av pigmentet i vann.

Karbonproduktene kan fremstilles ved å omsette karbon, som definert over, med et diazoniumsalt i et flytende reaksjonsmedium for å binde minst én organisk gruppe til overflaten av karbonet. Foretrukne reaksjonsmedia innbefatter vann, ethvert medium som inneholder vann, og ethvert medium som inneholder alkohol. Vann er det mest foretrukne medium. Disse modifiserte karbonprodukter, hvor karbonet er sot, og forskjellige fremgangsmåter for fremstilling av disse, er beskrevet i US patentsøknad 08/356.660. Disse modifiserte karbonprodukter, hvor karbonet ikke er sot, og forskjellige fremgangsmåter for fremstilling av disse, er beskrevet i US patentsøknad 08/356.653.

For å fremstille de modifiserte karbonprodukter over, behøver diazoniumsaltet kun å være tilstrekkelig stabilt til å oppnå reaksjon med karbonet. Således kan reaksjonen utføres med diazoniumsalter som ellers anses å være ustabile og være utsatt for spaltning. Noen spaltningsprosesser kan konkurrere med reaksjonen mellom karbon og diazoniumsaltet, og kan redusere det totale antall organiske grupper bundet til karbonet. Videre kan reaksjonen utføres ved forhøyede temperaturer hvor diazoniumsalter har tilbøyelighet til spaltning. Forhøyede temperaturer kan også fordelaktig øke løseligheten av diazoniumsaltet i reaksjonsmediet og forbedre håndteringen av dette under prosessen. Imidlertid kan forhøyede temperaturer resultere i et visst tap av diazoniumsalt på grunn av andre spaltningsprosesser.

Sot kan omsettes med et diazoniumsalt når sotet er til stede som en fortynnet, lett omrørt, vandig oppslemming, eller i nærvær av en passende mengde vann for dannelse av sot-pelleter. Om ønsket kan sot-pelleter dannes ved å benytte konvensjonell pelleteringsteknologi. Annet karbon kan på tilsvarende måte omsettes med diazoniumsaltet. Videre, når det fremstilles modifiserte karbonprodukter ved å anvende annet karbon enn sot, for anvendelse i vandige fargematerialer og beleggingsmaterialer, bør karbonet fortrinnsvis males til fin partikkelstørrelse før omsetningen med diazoniumsaltet for å forhindre uønsket utfelling i fargematerialet. De organiske grupper som kan være bundet til karbonet, er organiske grupper substituert med en ionisk eller en ioniserbar gruppe som funksjonell gruppe. En ioniserbar gruppe er en som kan danne en ionisk gruppe i bruksmediet. Den ioniske gruppe kan være en aniongruppe eller en kationgruppe, og den ioniserbare gruppe kan danne et anion eller et kation.

Ioniserbare funksjonelle grupper som danner anioner, innbefatter f.eks. sure grupper eller salter av sure grupper. De organiske grupper innbefatter derfor grupper avledet fra organiske syrer. Når det inneholder en ioniserbar gruppe som danner et anion, har en slik organisk gruppe fortrinnsvis a) en aromatisk gruppe eller en substituert eller usubstituert C|.i2-alkylgruppe og b) minst én sur gruppe som har pKa på under 11, eller minst ett salt av en sur gruppe som har pKa på under 11, eller en blanding av minst én sur gruppe som har pKa på under 11 og minst ett salt av en sur gruppe som har pKa på under 11. Den sure gruppes pKa betegner pKa for den organiske gruppe som en helhet, og ikke bare den sure substituent. Mer foretrukket er pKa på under 10, og mest foretrukket under 9. Fortrinnsvis er den aromatiske gruppe eller alkylgruppen i den organiske gruppe, direkte bundet til karbonet. Den aromatiske gruppe kan videre være substituert eller usubstituert, f.eks. med alkylgrupper. Ci.i2-alkylgruppen kan være forgrenet eller uforgrenet, og er fortrinnsvis etyl. Mer foretrukket er den organiske gruppe en fenyl- eller en naftyl-gruppe, og den sure gruppe er en sulfonsyregruppe, en sulfinsyregruppe, en fosfonsyregruppe, eller en karboksylsyregruppe. Eksempler innbefatter -COOH, -S03H og -P03H2, -S02NH2, -S02NHCOR, og deres salter, f.eks. -COONa, -COOK, -COOTMR/, -S03Na, -HP03Na, -S03~NR4<+> og P03Na2, hvor R er en alkyl- eller fenyl-gruppe. Særlig foretrukne ioniserbare substituenter er -COOH og

-SO3H og deres natrium- og kalium-salter.

Mest foretrukket er den organiske gruppe en substituert eller usubstituert sulfofenylgruppe eller et salt derav, en substituert eller usubstituert polysulfofenylgruppe eller et salt derav, en substituert eller usubstituert sulfonaftylgruppe eller et salt derav, eller en substituert eller usubstituert polysulfonaftylgruppe eller et salt derav. En foretrukket substituert sulfofenylgruppe er hydroksysulfofenylgruppe eller et salt derav.

Bestemte organiske grupper som har en ioniserbar funksjonell gruppe som danner et anion, er p-sulfofenyl, 4-hydroksy-3-sulfofenyl og 2-sulfoetyl.

Aminer representerer eksempler på ioniserbare funksjonelle grupper som danner kationgrupper og som kan bindes til de samme organiske grupper som diskutert over når det gjelder de ioniserbare grupper som danner anioner. For eksempel kan aminer bli protonert og danne ammoniumgrupper i sure media. En organisk gruppe med en aminsubstituent har fortrinnsvis en pKb på under 5. Kvaternære ammoniumgrupper (-NRs<4>) og kvaternære fosfoniumgrupper (-PR^ representerer også eksempler på kationgrupper og kan knyttes til de samme organiske grupper som diskutert over når det gjelder de ioniserbare grupper som danner anioner. Den organiske gruppe inneholder fortrinnsvis en aromatisk gruppe så som en fenyl- eller en naftyl-gruppe, og en kvaternær ammonium- eller kvaternær fosfonium-gruppe. Den aromatiske gruppe er fortrinnsvis direkte bundet til karbonet. Kvaterniserte sykliske aminer og kvatemiserte aromatiske aminer kan også anvendes som den organiske gruppe. Således kan N-substituerte pyridinforbindelser, så som N-metyl-pyridyl, anvendes i denne sammen-heng. Eksempler på organiske grupper innbefatter (C5H4N)C2H5<+>, C6H4(NC5H5)<+>, C6H4COCH2N(CH3)3<+>, C6H4COCH2(NC5H5)<+>, (C5H4N)CH3<+> og C6H4CH2N(CH3)3<+.>

En fordel med de modifiserte karbonprodukter hvor det er bundet en organisk gruppe substituert med en ionisk eller en ioniserbar gruppe, er at de modifiserte karbonprodukter har øket vanndispergerbarhet i forhold til det tilsvarende ubehandlede karbon. Vanligvis øker vanndispergerbarheten av de modifiserte karbonprodukter med antallet organiske grupper som er bundet til karbonet og som har en ioniserbar gruppe, eller med antallet ioniserbare grupper bundet til en gitt organisk gruppe. Det å øke antallet ioniserbare grupper assosiert med de modifiserte karbonprodukter, bør således øke deres vanndispergerbarhet og tillate regulering av vanndispergerbarheten opp til et ønsket nivå. Det skal bemerkes at vanndispergerbarheten av modifiserte karbonprodukter som inneholder et amin som den organiske gruppe bundet til karbonet, kan økes ved å surgjøre den vandige bindemiddelløsning.

Fordi vanndispergerbarheten av de modifiserte karbonprodukter i en viss grad avhenger av ladningsstabilisering, foretrekkes det at det vandige medium har en ionestyrke på under 0,1 molar. Mer foretrukket er ionestyrken under 0,01 molar. Det foretrekkes at det modifiserte karbonprodukt ikke inneholder noen biprodukter eller salter.

Når det fremstilles vanndispergerbare modifiserte karbonprodukter, foretrekkes at de ioniske eller ioniserbare grupper ioniseres i reaksjonsmediet. Den resulterende produktdispersjon eller oppslemming kan anvendes som den er, eller den kan fortynnes før bruk. Alternativt kan de modifiserte sotprodukter tørkes ved anvendelse av teknikker anvendt for konvensjonelt sot. Disse teknikker innbefatter tørking i ovn eller i rotasjonsovn. Overtørking kan imidlertid forårsake tap i grad av vanndispergerbarhet. I det tilfelle at de modifiserte karbonprodukter over ikke dispergerer så lett som ønsket i den vandige bindemiddelløsning, kan de modifiserte karbonprodukter dispergeres ved å anvende vanlig kjente teknikker, så som riving eller oppmaling.

De modifiserte sotprodukter er særlig anvendelige i vandige farge-formuleringer. Med oppfinnelsen tilveiebringes således et forbedret fargemateriale omfattende vann og et modifisert karbonprodukt. Andre kjente vandige farge-tilsetningsstoffer kan innlemmes i den vandige farge-formulering.

I allmennhet består et fargemateriale av fire basisbestanddeler: (1) et fargestoff eller pigment, (2) en bindemiddelløsning eller lakk som fungerer som en bærer under trykkingen, (3) tilsetningsstoffer for å forbedre trykkbarhet, tørking og lignende, og (4) løsningsmidler for å justere viskositet, tørking og blandbarhet med andre bestanddeler i fargematerialet. For en generell diskusjon av egenskaper, fremstilling og anvendelse av vandige fargematerialer, se "The Printing Manual", S.utg. Leach et al., Chapman and Hall, 1993. Forskjellige vandige fargematerialer er også beskrevet blant annet i US patentskrifter nr. 2.833.736,3.607.813,4.104.833,4.308.061, 4.770.706 og 5.026.755.

De modifiserte karbonprodukter beskrevet her, enten som en fordispersjon eller som et fast stoff, kan innlemmes i en vandig farge-formulering ved anvendelse av standardteknikker. Anvendelse av det vanndispergerbare, modifiserte karbonprodukt tilveiebringer betydelige fordeler og kostnadsbesparelser ved å redusere eller fjerne oppmalingstrinnet som vanligvis anvendes med andre konvensjonelle sot.

Fleksografifarger representerer en gruppe vandige fargematerialer. Fleksografifarger innbefatter vanligvis et fargestoff, et bindemiddel og et løsnings-middel. De modifiserte karbonprodukter er anvendelige som fleksografi-fargestoffer. I eksempel 3 vises anvendelse av det foreliggende modifiserte karbonprodukt i en vandig, fleksografisk farge-formulering.

De modifiserte karbonprodukter kan anvendes i vandige avisfarger. For eksempel kan et vandig avisfarge-materiale omfatte vann, de modifiserte karbonprodukter, en harpiks og konvensjonelle tilsetningsstoffer så som skumhindrende tilsetningsstoffer eller et overflateaktivt middel.

De modifiserte karbonprodukter kan også anvendes i vandige beleggingsmaterialer så som malinger og overstrøksmalinger. En utførelsesform av oppfinnelsen er således et forbedret vandig beleggingsmateriale omfattende vann, harpiks og det modifiserte karbonprodukt. Andre kjente vandige tilsetningsstoffer for belegginger kan være innlemmet i det vandige beleggingsmateriale. Se for eksempel "McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology", 5. utg., McGraw-Hill, 1982. Se også US patentskrifter nr. 5.051.464, 5.319.044, 5.204.404, 5.051.464, 4.692.481, 5.356.973, 5.314.945, 5.266.406 og 5.266.361.

De modifiserte karbonprodukter, enten som en fordispersjon eller som et fast stoff, kan innlemmes i et vandig beleggingsmateriale ved å anvende standardteknikker. Anvendelse av et vanndispergerbart, modifisert karbonprodukt tilveiebringer en betydelig fordel og kostnadsbesparinger ved å redusere eller eliminere rivetrinnene som vanligvis anvendes for andre konvensjonelle sot. I noen av eksemplene nedenfor vises anvendelse av de foreliggende modifiserte karbonprodukter i vandige toppstrøk-formuleringer for kjøretøyer.

En vandig farge eller belegging som inneholder en vandig binde-middelløsning og stabilt dispergert, modifisert karbonprodukt som pigment, kan formes med et minimum av bestanddeler og prosesstrinn når de ovennevnte karbonprodukter benyttes. En slik farge eller belegging kan anvendes for forskjellig bruk. I vandige farge-og beleggingsmaterialer ifølge foreliggende oppfinnelse ,er de modifiserte karbonprodukter fortrinnsvis til stede i en mengde lik eller mindre enn 20 vekt% av fargen eller beleggingen. Det er også innen grensene for den foreliggende oppfinnelse å anvende en vandig farge- eller beleggingsformulering som inneholder en blanding av umodifisert karbon og de foreliggende modifiserte karbonprodukter. Vanlige tilsetningsstoffer som dem diskutert nedenfor, kan tilsettes til dispersjonen for ytterligere å forbedre egenskapene av den vandige farge eller belegging.

EKSEMPLER

Analysemetoder

BET nitrogen-overflatearealer ble bestemt i henhold til ASTM D-4820 ved målinger av overflateareal. DBPA-data ble oppnådd i henhold til ASTM D-2414.

Flyktig innhold ble bestemt som følger. En sotprøve ble tørket til konstant vekt ved 125 °C. En 45 ml prøve av det tørre sot ble anbragt i et tildekket 50 ml skip som var blitt tørket ved 950 °C, og oppvarmet i en muffeovn i 7 minutter ved 950 °C. Flyktig innhold uttrykkes som vekttap i prosent av karbonprøven.

Følgende fremgangsmåte ble benyttet i de forskjellige eksempler nedenfor for å bestemme den vandige rest i sotproduktene og for de ubehandlede sot. Sotproduktet (5 g) ble rystet med 45 g vann i 5 minutter. Den resulterende dispersjon ble hellet igjennom en sikt og renset med vann inntil vaskevannene var fargeløse. En 45 fim sikt ble anvendt så sant annet ikke er angitt. Etter tørking av sikten ble vekten av resten på sikten bestemt og uttrykt i prosent av sotproduktet anvendt ved testen.

Eksempel 1

Fremstilling av et sotprodukt med et forhåndsfremstilt diazoniumsalt i en nålegranulator

Dette eksempel viser en annen fremgangsmåte for fremstilling av et sotprodukt. En nålgranulator ble fylt med 400 g av et fhokkete sot med et overflateareal på 80 m<2>/g og en DPBA på 85 ml/100 g. En kald suspensjon av 4-sulfobenzendiazoniumhydroksid indre salt fremstilt av 27,1 g av natriumsaltet av sulfanilsyre, 10,32 g natriumnitritt, 29,0 g konsentrert HCI og 293,5 g vann, ble tilsatt til granulatoren. Etter granulering i 2 minutter ble prøven fjernet og tørket ved 115 °C til konstant vekt. Produktet hadde en 45 ftm rest på 0,1 %, sammenlignet med 81 % for det uomsatte sot. Soxhlet-ekstraksjon med etanol over natten ga et sotprodukt som inneholdt 1,1 % svovel, sammenlignet med 0,8 % for det ubehandlede sot. Dette viste at 27 % av p-CeHtSCV-gruppene var bundet til sotproduktet. I sotproduktet var det derfor bundet 0,09 mmol/g av grupper P-QH4SO3".

Eksempel 2

Fremstilling av et sotprodukt med et diazoniumsalt dannet in situ

I dette eksempel belyses en annen fremgangsmåte for fremstilling av et sotprodukt i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Et fhokkete sot med et overflateareal på 560 m<2>/g, en DBPA på 90 ml/100 g og et flyktig innhold på 9,5 % ble benyttet. Av det fnokkede sot ble 50 g tilsatt til en oppløsning av 8,83 g sulfanilsyre oppløst i 420 g vann. Den resulterende suspensjon ble avkjølt til 30 °C og 4,6 g konsentrert salpetersyre ble tilsatt. En vandig oppløsning som inneholdt 3,51 g natriumnitritt ble deretter tilsatt gradvis under omrøring, og det ble dannet 4-sulfobenzendiazoniumhydroksid indre salt in situ, hvilket reagerte med det fnokkede sot. Det resulterende produkt ble tørket i en ovn ved 125 °C, og etterlot sotproduktet. Produktet hadde en 45 fim rest på 0,1 %, sammenlignet med 6 % for det uomsatte sot. Sotproduktet inneholdt 1,97 % svovel etter Soxhlet-ekstraksjon med etanol over natten, sammenlignet med 0,24 % svovel for det ubehandlede fnokkede sot. Dette tilsvarte at 53 % av grupper P-C6H4SO3" var bundet til sotproduktet. I sotproduktet var det derfor bundet 0,54 mmol/g av grupper p-CgHtSCV.

Eksempler 3

Anvendelse av et sotprodukt ved fremstilling av en vandig farge

I dette eksempel belyses fordelene med å anvende et sotprodukt i henhold til den foreliggende oppfinnelse i en vandig farge-formulering. Fargemateriale A ble fremstilt ved å tilsette 3,13 deler av sotproduktet i eksempel 1 til en bindemiddelløsning som var fremstilt ved å blande 2,92 deler "JONCRYL 61LV" harpiks, 0,21 deler isopropanol, 0,31 deler "ARROWFLEX" antislmmmingsmiddel, 7,29 deler "JONCRYL 89" harpiks og 6,98 deler vann, og så ryste blandingen i 10 minutter i en malingryster. I

tabellen nedenfor vises restnivået ved 20 nm (635 mesh).

"JONCRYL" er et varemerke for harpikser produsert og solgt av SC Johnson Polymer, Racine, WI. "ARROWFLEX" er et varemerke for antiskummings-midler produsert og solgt av Witco, New York, NY.

Fargemateriale B ble fremstilt ved å male en blanding av 120 deler av sotproduktet anvendt i eksempel 1, 112 deler "JONCRYL 61LV" harpiks, 8 deler isopropanol, 4 deler "ARROWFLEX" antiskummingsmiddel, 156 deler vann og 400 g malemedier. For å kontrollere oppmalingsnivået ble prøver periodisk fortynnet til materiale C som inneholdt 15,0 deler sotprodukt, 14,0 deler "JONCRYL 61 LV" harpiks, 1,0 del isopropanol, 1,7 deler "ARROWFLEX DEFOAMER", 35,1 deler "JONCRYL 89" og 33,4 deler vann.

Fargemateriale D ble fremstilt ved å male en blanding av 120 deler av det ubehandlede sot anvendt i eksempel 1, 112 deler "JONCRYL 61 LV" harpiks, 8 deler isopropanol, 4 deler "ARROWFLEX" antiskummingsmiddel, 156 deler vann og 400 g malemedier. For å kontrollere oppmalingsnivået ble prøver periodisk fortynnet til materiale E som inneholdt 15,0 deler sotprodukt, 14,0 deler "JONCRYL 61LV" harpiks, 1,0 del isopropanol, 1,7 deler "ARROWFLEX DEFOAMER", 35,1 deler "JONCRYL 89" og 33,4 deler vann.

Restene fra fargematerialer A, C og E som funksjon av oppmalingstid, gitt i den følgende tabell, viser klart at det foreliggende sotprodukt dispergerer lettere enn det tilsvarende uomsatte sot i disse vandige fargematerialer.

Eksempel 4

Anvendelse av et sotprodukt ved fremstilling av et vandig beleggingsmateriale

I dette eksempel vises at de foreliggende sotproduktene er anvendelige ved fremstilling av vandige beleggingsmaterialer. Sotproduktet fra eksempel 2 (10 g) ble dispergert i 90 g vann ved omrøring i 10 minutter. Beleggingsmateriale A ble fremstilt ved å røre ut 4,3 g av denne dispersjon i en blanding av 7,53 g "CARGILL 17-7240" akrylharpiks, 0,80 g dimetyletanolamin (DMEA), 19,57 g vann, 0,37 g "SURFYNOL CT136" overflateaktivt stoff, 1,32 g "CARGILL 23-2347" melaminharpiks, 0,53 g etylenglykolmonobutyleter og 0,075 g "BYK-306" overflateaktivt stoff. "CARGILL 17-7240" akrylharpiks og "CARGILL 23-2347" melaminharpiks er tilgjengelige fra Cargill Inc, Milleapolis, MN. "SURFYNOL CT136" er et varemerke for overflateaktive midler produsert og solgt av Air Products and Chemicals Inc., Allentown, PA. "BYK-306" er et varemerke for overflateaktive midler produsert og solgt av BYK-Chemie USA, Wallingford.

En rivebase ble fremstilt ved å rive et oksidert sotprodukt (15 g) som hadde et overflateareal på 560 m<2>/g, en DBPA på 80 ml/100 g og et flyktig innhold på 9 %, i en blanding av 74,6 g "CARGILL 17-7240" akrylharpiks, 9,53 g DMEA, 236,5 g vann og 16,35 g "CT-136" overflateaktivt stoff, inntil den midlere partikkelstørrelse var 0,18 um. Sammenlignende beleggingsmateriale B ble fremstilt ved å blande 24,4 g av denne rivebase med en blanding av 17,51 g "CARGILL 17-7240" akrylharpiks, 1,74 g DMEA, 50,56 g vann, 3,97 g "CARGILL 23-2347" melaminharpiks, 1,59 g etylenglykolmonobutyleter og 0,23 g "BYK-306" overflateaktivt stoff.

Glanset lenette-papir belagt med materialer A og B ble tørket ved 177 °C i 10 minutter. En klar bleking ble påført, og prøvene ble igjen tørket. Papiret bestrøket med materiale A hadde Hunter-verdier for L,a,b på henholdsvis 1,0, 0,01 og 0,03, sammenlignet med henholdsvis 1,1, 0,01 og -0,06 for papir bestrøket med sammenligningsmateriale B.

Eksempel 5

Fremstilling av et sotprodukt og anvendelse av dette i et vandig beleggingsmateriale

I dette eksempel belyses fremstillingen av et sotprodukt og anvendelse av dette sotprodukt i et vandig beleggingsmateriale. En sot (200 g) med et CTAB overflateareal på 350 m<2>/g og en DBPA på 120 ml/100 g ble tilsatt til en omrørt oppløsning av 42,4 g sulfanilsyre i 2800 g vann. Nitrogendioksid (25,5 g) ble oppløst i 100 g kaldt vann og tilsatt til sotprodukt-suspensjonen. Bobler ble frigjort. 4-sulfobenzendiazoniumhydroksid indre salt ble dannet in situ, hvilket reagerte med soten. Etter omrøring i 1 time ble ytterligere 5 g N02 tilsatt direkte til sotdispersjonen. Dispersjonen ble omrørt i ytterligere 15 minutter og hensatt over natten. Det resulterende sotprodukt ble oppnådd ved å tørke dispersjonen ved 130 °C i en ovn.

En dispersjon av dette sotprodukt ble fremstilt ved å utrøre 10 g av sotproduktet i 90 g vann. Beleggingsmateriale C ble fremstilt ved å røre ut 4,3 g av denne dispersjon i en blanding av 7,53 g "CARGILL 17-7240" akrylharpiks, 0,80 g dimetyletanolamin (DMEA), 19,57 g vann, 0,37 g "SURFYNOL CT136" overflateaktivt stoff, 1,32 g "CARGILL 23-2347" melaminharpiks, 0,53 g etylenglykolmonobutyleter og 0,075 g "BYK-306" overflateaktivt stoff.

En rivebase ble fremstilt ved å rive (i en attritor) et oksidert sotprodukt (15

g) som hadde et overflateareal på 560 m<2>/g, en DBPA på 91 ml/100 g og et flyktig innhold på 9,5 %, i en blanding av 74,6 g "CARGILL 17-7240" akrylharpiks, 9,53 g DMEA, 236,5 g vann og 16,35 g "SURFYNOL CT-136" overflateaktivt stoff i 24 timer. Sammenlignende beleggingsmateriale D ble fremstilt ved å blande 24,4 g av denne rivebase med en blanding av 17,51 g "CARGILL 17-7240" akrylharpiks, 1,74 g DMEA, 50,56 g vann, 3,97 g "CARGILL 23-2347" melaminharpiks, 1,59 g etylenglykolmonobutyleter og 0,23 g "BYK-306" overflateaktivt stoff.

Glanset lenette-papir belagt med materialer A og B ble tørket ved 177 °C i 10 minutter. En klar bleking ble påført, og prøvene ble igjen tørket. Papiret bestrøket med materiale C hadde Hunter-verdier for L, a og b på henholdsvis 1,0, 0,01 og 0,03, sammenlignet med henholdsvis 1,1, 0,01 og -0,06 for papir bestrøket med sammenligningsmateriale D.

Claims

1. Vandig fargemateriale omfattende vann og et modifisert karbonprodukt som kan fremstilles ved å omsette et karbonprodukt med et diazoniumsalt, hvor det modifiserte karbonprodukt har minst én organisk gruppe bundet til karbonet, og hvor den organiske gruppe er substituert med en ionisk eller ioniserbar gruppe, karakterisert ved at den organiske gruppe omfatter minst én aromatisk gruppe eller minst én Ci_i2-alkylgruppe, hvor den minst ene aromatiske gruppe er direkte bundet til karbonet.

2. Vandig beleggingsmateriale omfattende vann, et bindemiddel og et modifisert karbonprodukt som kan fremstilles ved å omsette et karbonprodukt med et diazoniumsalt, hvor det modifiserte karbonprodukt har minst én organisk gruppe bundet til karbonet, og hvor den organiske gruppe er substituert med en ionisk eller en ioniserbar gruppe, karakterisert ved at den organiske gruppe omfatter minst én aromatisk gruppe eller minst én Ci.u-alkylgruppe, hvor den minst ene aromatiske gruppe er direkte bundet til karbonet.

3. Materiale ifølge krav 1 eller 2, hvor den ioniske eller ioniserbare gruppe er en sulfonsyregruppe eller et salt derav, en sulfinsyregruppe eller et salt derav, en karboksylsyregruppe eller et salt derav, en fosfonsyregruppe eller et salt derav, eller en kvaternær ammoniumgruppc.

4. Materiale ifølge krav 1 eller 2, hvor den organiske gruppe er en substituert eller usubstituert sulfofenylgruppe eller et salt derav, eller den organiske gruppe er en substituert eller usubstituert (polysulfo)fenylgruppe eller et salt derav.

5. Materiale ifølge krav 1 eller 2, hvor den organiske gruppe er en substituert eller usubstituert sulfonaftylgruppe eller et salt derav, eller den organiske gruppe er en substituert eller usubstituert (polysulfo)naftylgruppe eller et salt derav.

6. Materiale ifølge krav 4, hvor den organiske gruppe er en substituert eller usubstituert p-sulfofenylgruppe eller et salt derav.

7. Materiale ifølge krav 6, hvor den organiske gruppe er p-CeH^SOaNa.

8. Materiale ifølge krav 1 eller 2, hvor karbonet er sot, grafitt, glassaktig karbon, findelt karbon, aktivert karbon, aktivert trekull eller blandinger derav.

9. Materiale ifølge krav 8, hvor karbonet er sot.

10. Anvendelse av et vandig materiale omfattende vann og et modifisert karbonprodukt som kan fremstilles ved å omsette et karbonprodukt med et diazoniumsalt, hvor det modifiserte karbonprodukt har minst én organisk gruppe bundet til karbonet og hvor den organiske gruppe er substituert med en ionisk eller ioniserbar gruppe, hvor den organiske gruppe omfatter minst én aromatisk gruppe eller minst én Q-12-alkylgruppe, hvor den minst ene aromatiske gruppe er direkte bundet til karbonet, som et vandig fargemateriale eller et vandig beleggingsmateriale.