炭黑和包含它的聚合物的製作方法

2023-05-15 14:33:26 2

專利名稱：炭黑和包含它的聚合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及新型炭黑，以及包含炭黑和性能如聚合物性能等的增強的聚合物配混物。
背景技術：
炭黑用於許多聚合物配混物，如在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)模塑應用中的那些。炭黑填充的聚合物配混物，如炭黑填充的ABS和ABS-合金(ABS與其它聚合物的共混物)，用於許多高性能聚合物應用，其中顏色、機械性能和表面外觀的平衡是優選的。用於聚合物的炭黑的種類和量可對配混物的性能有不同的影響。例如，增加炭黑的加載量可改善顏色(如，該配混物具有較高黑度)，但機械性能和/或表面外觀可因為較高的加載量而退化。聚合物工業上需要在被配混到聚合物中但加載量低於目前的常規加載量時可實現類似的或較好的黑度、藍色色調、衝擊強度和/或表面外觀(光滑性)的炭黑。在較低加載量下實現相同的顏色可包括使用具有較高表面積的炭黑。但增加炭黑的表面積通常造成炭黑變得難以分散。另外，炭黑的不良分散導致機械性能和/或表面外觀的損失。因此，需要開發一種高表面積炭黑，其可優選容易地分散在聚合物如ABS中以實現可接受水平的各種機械性能(如耐衝擊性)和表面外觀。

發明內容
本發明的一個特徵在於提供炭黑，其優選在較低加載量下在聚合物配混物中提供相同顏色和仍可分散至可接受水平以保持機械性能和表面外觀。本發明的另一特徵在於提供炭黑，其在被配混在聚合物如ABS中時提供各性能如黑度、藍色色調、衝擊強度和表面外觀的可接受平衡。本發明的其它特徵和優點將在以下說明書中部分闡明，和將從說明書中部分明晰，或可通過實施本發明而了解。本發明的目的和其它特徵將通過在說明書和所附權利要求中特別提出的要素和組合而實現和獲得。為了實現這些和其它優點，和按照本文具體體現和概括描述的本發明的目的，本發明涉及一種炭黑，其特徵在於具有(a)碘值為約 150 至約 600mg/g ；(b) DBP 吸收為約 40 至約 90cc/100g ;和(c)氮表面積/統計厚度表面積(N2SA/STSA)為約I. 25至約I. 70 ;和該炭黑進一步具有以下性能之一或兩者(d)通過Terlon L*度量的黑度為L 7或更低，和/或(e)水鋪展壓力(water spreading pressure)為 23. OJ/m2 或更低。
本發明進一步涉及一種炭黑，它在基於配混材料的總重量的I. 5重量％或更低的加載量下被配混在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中時，得到具有黑度(L*)4. 6或更低和以下特性之一或兩者的配混材料(a)配混物缺口艾佐德(Izod)衝擊強度為13，600J/m2或更高，和/或(b)在壓制(press-out)試驗中的配混物分散等級為4. O或更低。另外，本發明涉及包含一種或多種類型的本發明炭黑的ABS配混物。另外，本發明涉及包含一種或多種本發明炭黑的聚合物。另外，本發明涉及包含一種或多種本發明炭黑的聚合物母料或濃縮物。此外，本發明涉及製造本發明炭黑，以及製造本發明聚合物配混物的方法。本發明的目的通過以下實現。I.炭黑，具有以下三種特性(a)碘值為約 150 至約 600mg/g ；(b) DBP 吸收為約 40 至約 90cc/100g ；(c)氮表面積/統計厚度表面積的比率為約I. 25至約I. 70 ;和所述炭黑具有以下其它的性能的一種或多種(d)由Terlon L*測定的黑度值為I. 7或更低；和/或(e)水鋪展壓力值為23. OmJ/m2或更低。2.條目I的炭黑，其中所述碘值是約265至約600mg/g。3.條目I的炭黑,其中所述碘值是約350mg/g至約600mg/g。4.條目I的炭黑,其中所述碘值是約400mg/g至約600mg/g。5.條目I的炭黑，其中所述DBP吸收是約50至約90cc/100g。6.條目I的炭黑，其中所述DBP吸收是約60至約90cc/100g。7.條目I的炭黑，其中所述DBP吸收是約70至約90cc/100g。8.條目I的炭黑，其中所述比率是約I. 30至約I. 70。9.條目I的炭黑，其中所述比率是約I. 40至約I. 70。10.條目I的炭黑，其中所述炭黑具有所述黑度值和所述水鋪展壓力值。11.條目I的炭黑，其中所述黑度值是約O. 4至約I. 7。12.條目I的炭黑，其中所述黑度值是約O. 4至約I. I。
13.條目I的炭黑，其中所述水鋪展壓力值是約12. O至約23. OmJ/m2。14.條目I的炭黑，其中所述水鋪展壓力值是12. O至約21. 5mJ/m2。15.炭黑，其在使用三步ABS配混過程在基於配混材料總重量的I. 5重量％或更低的炭黑加載量下配混在ABS中以形成配混材料時實現在總體配混材料中的配混物黑度，配混物L*，為4. 6或更低，和所述炭黑能夠提供所述配混材料以具有以下性能之一或兩者(a)配混物缺口艾佐德衝擊強度為13，600J/m2或更高；和/或(b)在壓制試驗中的配混物分散等級為4. O或更低。16.條目15的炭黑，其中所述黑度是3. O至4. 6。17.條目15的炭黑，其中所述黑度值是3. O至4. 4。18.條目15的炭黑，其中所述配混物缺口艾佐德衝擊強度是約13，600J/m2至約 18，000J/m2。
19.條目15的炭黑，其中所述配混物缺口艾佐德衝擊強度是約14,000至約 17，000J/m2。20.條目15的炭黑，其中所述配混物分散等級是I. O至約4. O。21.條目15的炭黑，其中所述配混物分散等級是約I. O至約3. O。22.包含ABS和至少一種條目I的炭黑的ABS配混物。23.包含ABS和至少一種條目15的炭黑的ABS配混物。24.包含至少一種聚合物和至少一種條目I的炭黑的聚合物配混物。25.包含至少一種聚合物和至少一種條目15的炭黑的聚合物配混物。26.包含ABS和至少一種炭黑的ABS配混物，其中所述ABS配混物的由配混物L* 測量的在總體配混材料中的配混物黑度為4. 6或更低，和所述ABS配混物具有以下性能之一或兩者(a)配混物缺口艾佐德衝擊強度為13，600J/m2或更高；和/或(b)在壓制試驗中的配混物分散等級為4. O或更低。27.條目22的ABS配混物，其中所述炭黑的存在量是ABS配混物重量的約O. 5%
至約10重量％。28.條目24的聚合物配混物，其中所述炭黑的存在量是聚合物配混物重量的約 O. 5重量％至約10重量％。29.包含至少一種聚合物和條目I的炭黑的聚合物母料或濃縮物，其中所述炭黑的存在量是基於聚合物母料或濃縮物的總重量的約10重量％至約50重量％。30.包含至少一種聚合物和條目15的炭黑的聚合物母料或濃縮物，其中所述炭黑的存在量是基於聚合物母料或濃縮物的總重量的約10重量％至約50重量％。31.條目15的炭黑，其中所述配混物黑度值是3. O至4. 4，和所述配混物缺口艾佐德衝擊強度是約14，000至約17，000J/m2。可以理解，以上概述和以下詳細描述是僅示例性和解釋性的，且用於提供對所要求保護的本發明的進一步解釋。被引入和構成本申請一部分的


了本發明的以下實施方案，且與說明書一起用於解釋本發明的原理。

圖I是顯示樣品分散等級的五張照片。
具體實施例方式本發明涉及新型炭黑，以及製備該炭黑的方法。本發明還涉及這些炭黑在各種聚合物中的應用，該聚合物包括，但不限於，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。對於炭黑，本發明炭黑具有理想的形態和界面性能，這使得在各種應用中是有利的，如該炭黑用於聚合物應用如ABS模塑應用。更詳細地，在至少一個實施方案中，本發明炭黑優選具有以下三個特性中的一個或多個和優選具有所有的以下三個特性(a)碘值為約150至約600mg/g。其它範圍可包括碘值為約265至約600mg/g，約350mg/g 至約 600mg/g,或約 400mg/g 至約 600mg/g ；(b)DBP吸收為約40至約90cc/100g。其它範圍可包括約50至約90cc/100g，約 60 至約 90cc/100g，或約 70 至約 90cc/100g ；(c)氮表面積/統計厚度表面積的比率為約I. 25至約I. 70。其它範圍可包括約
I.30至約I. 70或約I. 40至約I. 70。另外，在至少一個實施方案中，本發明炭黑具有以下額外的性能的一個或多個(d)通過Terlon L*測定的黑度值為I. 7或更低。其它範圍可包括約O. 4至約
I.7，或約O. 4至約I. I ；(e)水鋪展壓力值為23. OmJ/m2或更低。其它範圍包括約12. O至約23. OmJ/m2或約 12. O 至約 21. 5mJ/m2。對於碘值，該值根據ASTM D1510測量。對於DBP吸收，該性能根據ASTM D2414測定。對於氮表面積和統計厚度表面積，這些測量根據ASTM D6556進行。對於通過Terlon L*測定的黑度，該過程使用CIELAB色標。L*是炭黑在製造油基糊之後的黑度的度量；值越低表示越黑。使用絕對L*值。在測定黑度時，炭黑在125°C下乾燥3小時並隨後在混合器中調整45秒。隨後將2. OgTerlonSl油加入Hoover Muller的下板，使用刮刀將IOOmg炭黑慢慢加入其中。在將材料收集在下板的中心之後，將頂板原位放置並將Hoover Muller板旋轉50圈以混合油和炭黑。板隨後被打開,並將收集材料和旋轉50圈的過程再重複3次。將全部量的糊隨後弄平到玻璃板上。在板上四個不同位置上使用具有VSI的Hunter Labscan XE，使用以下條件測量1976 CIELAB L*值模式(Mode) =0/45, 口尺寸(Port Size) = I. 2 英寸，區域視野(Area View) = I 英寸,UV 過濾器(UV Filter)=關(Out),光源(Light Source) =D65,10度觀察者。所記錄的值是四個絕對 L*值的中值。同時，還以類似的方式通過Hunter Labscan測量和記錄1976 CEELAB b*值 (藍色色調)。水鋪展壓力是炭黑表面和水蒸氣之間的相互作用能的度量。鋪展壓力通過觀察樣品從受控氣氛中吸附水時的質量增加而測量。在試驗中，樣品周圍的氣氛的相對溼度(RH) 從0% (純氮)增加至 100% (水飽和的氮)。如果樣品和氣氛一直處於平衡，樣品的水鋪展壓力(n e)定義為
TyrT1 poπ =-\Yd\nP
e A I Λ O其中R是氣體常數，T是溫度，A是樣品的比表面積，Γ是在樣品上的吸附水的量 (轉化成摩爾/gm)，P是在氣氛中水的分壓，和Ptl是該氣氛中的飽和蒸氣壓。實際上，在表面上水的平衡吸附在一個或(優選)幾個離散的分壓下測量，和積分由曲線下方的面積估計。可例如通過不除以表面積，或通過將其它界面性能或表面能條件加入水鋪展壓力，或通過以少量，甚至可能低至一個數據點估計積分，或使用其它氣體而規定界面性能或表面能的可選擇的測量。用於測量水鋪展壓力的過程詳細描述於"使用水的動態蒸氣吸附，標準操作規程 (Dynamic Vapor Sorption Using Water,Standard Operating Procedure)" ,02/08/05修訂(在此作為參考完全併入本發明)，和概括在本文中。在分析之前，IOOmg所要分析的炭黑在爐中在125°C下乾燥30分鐘。在確保Surface Measurement System DVSl儀器(由SMS Instruments, Monarch Beach, California 提供)中的孵化器已在 25°C下穩定 2 小時之後，將樣品杯裝入樣品和參比室中。目標RH設定為0% 10分鐘以乾燥該杯和確立穩定的質量基線。在排放靜電和將天平配衡之後，將約8mg炭黑加入樣品室的杯中。在密封樣品室之後，使樣品在0% RH下平衡。在平衡後，記錄樣品的起始質量。氮氣氛的相對溼度隨後順序地增加至約5、10、20、30、40、50、60、70、78、87和92% RH的水平，使該體系在每一 RH 水平下平衡20分鐘。記錄在每一溼度水平下所吸收的水的質量，由此計算水鋪展壓力(參見以上)。對兩個單獨的樣品進行兩次測量並記錄平均值。在本發明另一實施方案中，本發明涉及在根據特殊過程被配混在ABS中時能夠獲得某些性能的炭黑。更詳細地，在本發明的一個實施方案中，在基於配混材料總重量的1.5 重量％或更低的炭黑加載量下(例如，在0.1重量％至1.5重量％的炭黑加載量下)被配混在ABS中時，該炭黑實現通過配混物L*測量的黑度(在全部配混材料中)為4. 6或更低 (配混材料的其它黑度值可以是如，3. O至4. 6或3. O至4. 4)和該炭黑使得配混材料具有以下性能之一或兩者(a)配混物缺口艾佐德衝擊強度為13，600J/m2或更高(其它範圍包括約13，600J/ m2 至約 18，000J/m2,約 14，000 至約 17，000J/m2)，和 / 或(b)在壓制試驗中的配混物分散等級為4. O或更低(其它範圍包括如，約I. O至約
4.O或約I. O至約3. 0)。該實施方案中的炭黑對於在I. 5重量％或更低的範圍內的至少一個炭黑加載量水平具有這些性能。對於在配混到ABS中時炭黑在ABS中提升的這些參數，使用以下試驗過程。ABS配混物以三步驟配混過程製造(有時稱作"三步驟ABS配混過程")首先， 製備30% SAN母料，其然後在最終注塑步驟中用額外的ABS降至0. 50%至I. 50%之前用 ABS稀釋至5%。母料配混物SAN母料通過如下製備將炭黑(CB)、Tyril 124 SAN(密度= 1080kg/m3, 230°C /3. 8kg MFI = 22g/10分鐘)和硬脂酸鋅(ZnSt)按照以下重量比例混合 30. 0% CB,69. 5% SAN和0. 5% ZnSt,以得到三種組分的總質量為1413g。將各組分在具有如下設定的班伯裡(Banbury)密煉機(1570ml)中混合轉子速度=設定2,衝壓=3kg/cm2, 起始溫度=70°C,熔化後混合時間(Post Flux Mixing Time) = 90s,和加料因子=75% 5 % ABS配混物SAN母料首先被研磨以去除粉塵和小顆粒。250g SAN母料隨後與 1250g Cycolac GPM5500 ABS (密度=1050kg/m3, 220°C /10kg MFI = 24g/10 分鐘，23°C 缺口艾佐德衝擊(IS0180/1A) = 18000J/m2)混合以生成5% ABS配混物。該過程在配有分配混合頭(腔傳遞混煉機(CTM))以改善其分散能力的Betol BK32單螺杆擠出機上進行。 擠出機加料器至衝模具有以下溫度設定區I = 180°C，區2 = 185°C，區3 = 190°C，區4 =195°C, CTM= 210°C，衝模=200°C。螺杆速度是80rpm和在配混過程中使用單程(one pass)。0. 50-1. 50% ABS 配混物5% ABS 配混物在 Battenfeld BA500/200CD 注塑機中稀釋至其最終加載量。所用材料的總質量是600g，選擇5% ABS配混物和純Cycoloac GPM5500 ABS的比例以得到正確的最終加載量。在注射之前，ABS配混物和ABS樹脂在80°C下在真空下乾燥17小時。在各樣品之間，注入500g純ABS以清潔該設備。精確的注塑參數取決於該部件所要進行的試驗(參見以下)
顏色(L*)板用於顏色分析的90x 55x 2mm板使用以下溫度設定在注塑機上製備噴嘴=225°C，區I = 235°C，區2 = 250°C，區3 = 250°C，模具=60°C。注射速度是 20%。艾佐德衝擊棒用於艾佐德衝擊測試的63. 5x 12. 7x 6. 4mm棒(ISO 180 Type 3) 使用以下溫度設定在注塑機上製備噴嘴=225°C，區I = 235°C，區2 = 250°C，區3 = 250°C，模具=25°C。注射速度是60%。對於配混物的黑度，配混物L*是絕對值。L*是配混物的黑度的度量；值越低表示越黑。為了測量配混物L*, 6個具有所需加載量的90x 55x 2mm顏色板通過如上所述的注塑製備。檢查所有的板以確保它們在表面上具有均勻顏色，和檢查是否有記號 (pip)或條紋。不滿足這些標準的板被丟棄。隨後使用DATAC0L0R SF600分光光比色計 (spectrophotocolorimeter),使用以下條件一次性測試每一板的1976CIELAB L*值校正模式=反射比，鏡面門=排除，視覺化=LAV(30mm)，UV =包括，條件=% R LAV SC E UV inc.,光源=D65,10度觀察者。所記錄的值是對6個板的平均和是絕對L*值,而不是樣品和參比之間的差值。同時，通過Datacolor儀器按照類似方式測量和記錄該配混物的1976 CIELAB b*值(藍色色調)。對於測定配混材料的缺口艾佐德衝擊強度，試驗一般基於ISO 180-1982標準，但在試驗棒的注塑過程上不同。試驗方法描述如下。十個具有所需加載量的63. 5x 12. 7x 6. 4mm棒(ISO 180Type 3)通過如上所述的注塑製備。隨後用開槽設備(CEAST 6530)在每一棒中切出單獨的缺口(ISO 180 Type A)。 加載樣品，缺口面對衝擊方向，和使用5. 5J擺錘型錘(CEAST 6545/000)測試。如果棒沿著斷裂點顯示泡或孔，將它丟棄。記錄可接受樣品的測量的衝擊強度，且記錄值是十個棒的平均值。未缺口艾佐德衝擊強度可通過按照相同過程但不在試驗棒上切出缺口而測量。以下描述配混材料的壓制試驗的分散等級。分散等級是在該配混物中的炭黑分散的半定量度量；越低的值等于越好的分散。從三塊不同的顏色板(製備如上)上切出兩個0. 3mg"鈕扣"，得到6個鈕扣。將每個鈕扣放在清潔的顯微鏡載玻片上並用另一載玻片覆蓋。將該組件在210°C下用足夠壓力壓制3分鐘，以得到5mm鈕扣直徑。在200X和100X放大率下在光學顯微鏡中檢查每一鈕扣。每一鈕扣隨後被給出1-5的等級，其中I對應於良好的分散和5對應於不良分散。 在給出分散等級時，良好分散意味著可看見少數黑斑，而不良分散意味著許多黑斑或較大的聚集體。更具體地，分散等級通過在100X放大率下計算在651 μ m x 487 μ m面積中大於 I μ m的可見顆粒的數目而給出。顆粒的數目決定分散等級1 = 0-10個顆粒,2 = 11_30個顆粒,3 = 31-60個顆粒,4 = 61-150個顆粒,5 =超過150個顆粒。每一樣品的分散等級是 6個鈕扣的平均值。圖I是顯示分散等級為I至5的配混物的例子的照片。對於製造炭黑,炭黑可製造如下。本發明炭黑可在類似於美國專利No. 6，156，837 和5，877，250中所述的管式爐反應器中生產，其在此作為參考完全併入本發明。該專利的圖I所示的反應器具有(a)起始燃燒區、(b) 二級燃燒區、(C)反應區和(d)淬火區。在本發明中，以本文中所述調整使用如美國專利No. 6，156，837和5，877，250中所示的反應。在起始燃燒區中，燃料和氧化劑混合併反應以形成熱的燃燒氣體流。適於產生熱的燃燒氣體的燃料包括任何容易可燃的流體，包括天然氣、氫、一氧化碳、甲烷、乙炔或液體烴原料。氧化劑可以是預熱的空氣或預熱的富氧空氣，其中氧含量(體積)在21和30% 之間和溫度為300至750°C。優選，氧化劑的氧含量是21至25%和溫度是450至750°C。 如果燃料是天然氣，該起始區中氧化劑對燃料的比例是化學計量燃燒所需的氧化劑的量的 I至4倍，和優選I至2倍。該區之後是二級燃燒區，其中熱的燃燒氣體與鹼鹽和容易揮發的液體烴原料的混合物接觸。合適的液體原料包括不飽和烴、飽和烴、烯烴、芳族化合物和其它烴如煤油、萘、 萜烯、乙烯焦油和芳族循環油、以及所有以上物質的混合物。原料經常注入與熱的起始燃燒氣體迅速混合的多個流中，造成生成炭黑的原料分解和轉化成炭黑。在本發明的工藝中，氧化劑對兩種燃料(包括第一區中的燃料)的總比例是化學計量燃燒所需的氧化劑的量的
O.15至O. 50倍。優選，總比率是O. 25至O. 40。鹼鹽在原料中的濃度是O. 03至O. 15重量％。在反應的第三區中，燃燒氣體和炭黑的混合物在其向下遊流動時繼續反應，直至到達反應器的第四區，其中引入淬火流體以停止反應。合適的淬火流體包括水、水和蒸汽的混合物、或水和空氣的混合物。淬火的理想位置(和因此反應的停留時間)取決於氣體的流速和爐的直徑。一般來說，反應的停留時間應該是10至200ms，和優選60至150ms (毫秒)。在加入淬火流體之後，混合物通過任何常規冷卻裝置如文丘裡(venture)冷卻器或熱交換器，在該處炭黑通過常規裝置如沉澱器、旋流分離器或袋過濾器從氣體流中分離。 如果需要，炭黑可通過任何溼或幹方式造粒。本發明炭黑可通過改變上述的反應器參數而生產，以得到所需形態、界面性能和固有黑度。增加氧化劑對燃料的化學計量比增加碘值，而增加鹼鹽的量降低DBP吸收。在給定形態下，界面性能可通過操作氧化劑物流的氧富集和反應的停留時間(通過移動淬火位置)而控制。例如，增加氧化劑物流的氧富集改變形態和/或界面性能，使得炭黑具有較高的Terlon L*值。增加停留時間增加N2SA/STSA比率和增加水鋪展壓力。用於本發明聚合物組合物的炭黑可任選地用各種處理劑如粘結劑和/或表面活性劑進一步處理。描述於美國專利 No. 5，725，650 ;5，200，164 ;5，872，177 ;5，871，706 和 5，747，559 (都在此作為參考完全併入本發明)中的處理劑可用於處理本發明炭黑。可以使用其它優選的處理劑，包括表面活性劑和/或粘結劑，和該其他優選的處理劑包括，但不限於，聚乙二醇；氧化烯如氧化丙烯和/或氧化乙烯，木素硫酸鈉；乙酸酯如乙基-乙烯基乙酸酯；脫水山梨醇單油酸酯和氧化乙烯；乙烯/苯乙烯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸甲酯粘結劑；丁二烯和丙烯腈的共聚物等。這些粘結劑可購自製造商如Union Carbide、Dow、ICI、 Union Pacific、Wacker/Air Products、Interpolymer Corporation 和 B. F. Goodrich。這些粘結劑優選以下列商品名銷售Vinnapas LL462、Vinnapas LL870、Vinnapas EAF650、 Tween 80 > Syntran 1930、Hycar 1561、Hycar 1562、Hycar 1571 > Hycar 1572、PEG 1000、 PEG 3350、PEG 8000、PEG 20000、PEG 35000、Synperonic PE/F38、Synperonic PE/F108、 Synperonic PE/F127和Lignosite_458。通常，與本發明炭黑使用的處理劑的量可以是上述專利中所列舉的量，例如處理炭黑的約0. 1%至約50重量％，儘管取決於所需性能的種類和使用的特定處理劑可以使用其它量。用於本發明聚合物組合物的炭黑也可改性以形成連接有至少一個有機基團的改性炭黑。有機基團的種類取決於所用的聚合物以及所需性能而改變。這使得通過調整改性炭黑更靈活地用於特定應用。炭黑可使用本領域技術人員已知的方法改性，使得有機基團連接到炭黑上。與吸附的基團如聚合物、表面活性劑等相比，這提供該基團在炭黑上更穩定的連接。例如， 改性炭黑可使用描述於美國專利No. 5，554，739,5, 851，280,6, 042，643,5, 707，432和 5，837，045以及PCT公開WO 99/23174中的方法製備，其說明書在此作為參考完全併入本發明。另外，就本發明而言，通過其被配混在ABS中時的性能能力定義的炭黑可具有關於碘值、DBP吸收、氮表面積/統計厚度表面積比率、黑度(通過Terlon L*測定)和/或水鋪展壓力性能的上述性能中的一個或多個。類似地，具有碘值、DBP吸收和氮表面積/統計厚度表面積比率的炭黑性能可具有如上所述在被配混在ABS中時測定的炭黑性能中的一個或多個。在本發明的另一實施方案中，本發明涉及包含ABS和至少一種本發明炭黑的ABS 配混物。本發明進一步涉及包含ABS和至少一種本發明炭黑的ABS配混物，其中ABS配混物具有如上所述的炭黑加載量，以及如上所述的配混物黑度和配混物缺口艾佐德衝擊強度。在本發明另一實施方案中，本發明涉及包含ABS和至少一種本發明炭黑的ABS配混物，其中ABS配混物具有如上所述的炭黑加載量，以及如上所述的配混物黑度和如上所述的在壓制試驗中的配混物分散等級。在本發明的另一實施方案中，本發明涉及包含ABS和至少一種本發明炭黑的ABS 配混物，其中ABS配混物具有如上所述的炭黑加載量，以及如上所述的配混物黑度，如上所述的配混物缺口艾佐德衝擊強度，和如上所述的在壓制試驗中的配混物分散等級。本發明的另一實施方案涉及包含ABS和至少一種本發明炭黑的ABS配混物，其中 ABS配混物具有如上所述的配混物黑度和如上所述的配混物缺口艾佐德衝擊強度，而對炭黑加載量沒有任何限制。本發明的另一實施方案涉及包含ABS和至少一種本發明炭黑的ABS配混物，其中 ABS配混物具有如上所述的配混物黑度和如上所述的在壓制試驗中的配混物分散等級，而對炭黑加載量沒有任何限制。本發明的另一實施方案涉及包含ABS和至少一種本發明炭黑的ABS配混物，其中 ABS配混物具有如上所述的配混物黑度，如上所述的配混物缺口艾佐德衝擊強度，和如上所述的在壓制試驗中的配混物分散等級，而對炭黑加載量沒有任何限制。另外，在本發明中，ABS配混物可包含一種或多種其它類型的聚合物以形成ABS合金，該術語為本領域技術人員所理解。ABS配混物或ABS合金包含至少一種類型如上所述的炭黑。另外，可進一步存在其它類型的炭黑如常規炭黑，和/或可存在其它增強添加劑。另外，常用於ABS配混物和ABS合金的其它常規成分可進一步存在於本發明中，包括，但不限於，可用於聚合物組合物的其它常規組分。在本發明的另一實施方案中，本發明涉及包含至少一種聚合物和至少一種本發明炭黑的聚合物配混物。本發明進一步涉及包含至少一種聚合物和至少一種本發明炭黑的聚合物配混物，其中聚合物配混物具有如上所述的炭黑加載量，以及如上所述的配混物黑度， 和如上所述的配混物缺口艾佐德衝擊強度。在本發明的另一實施方案中，本發明涉及包含至少一種聚合物和至少一種本發明炭黑的聚合物配混物，其中聚合物配混物具有如上所述的炭黑加載量，以及如上所述的配混物黑度和如上所述的在壓制試驗中的配混物分散等級。在本發明的另一實施方案中，本發明涉及包含至少一種聚合物和至少一種本發明炭黑的聚合物配混物，其中聚合物配混物具有如上所述的炭黑加載量，以及如上所述的配混物黑度，如上所述的配混物缺口艾佐德衝擊強度和如上所述的在壓制試驗中的配混物分
散等級。本發明的另一實施方案涉及包含至少一種聚合物和至少一種本發明炭黑的聚合物配混物，其中聚合物配混物具有如上所述的配混物黑度和如上所述的配混物缺口艾佐德衝擊強度，而對炭黑加載量沒有任何限制。本發明的另一實施方案涉及包含至少一種聚合物和至少一種本發明炭黑的聚合物配混物，其中聚合物配混物具有如上所述的配混物黑度和如上所述的在壓制試驗中的配混物分散等級，而對炭黑加載量沒有任何限制。本發明的另一實施方案涉及包含至少一種聚合物和至少一種本發明炭黑的聚合物配混物，其中聚合物配混物具有如上所述的配混物黑度，如上所述的配混物缺口艾佐德衝擊強度，和如上所述在壓制試驗中的分散等級，而對炭黑加載量沒有任何限制。另外，在本發明中，聚合物配混物可包含一種或多種類型的聚合物以形成聚合物合金，該術語為本領域技術人員所理解。聚合物配混物或聚合物合金包含至少一種類型的如上所述的炭黑。另外，可進一步存在其它類型的炭黑如常規炭黑，以及其它增強劑。另外，常用於聚合物配混物和聚合物合金的其它常規成分可進一步存在於本發明中，包括，但不限於，可用於聚合物組合物的其它常規組分。更詳細地，用於本發明的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物型樹脂是主要由具有丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種組分的共聚物組成的樹脂，和可以使用市售產品。例如，可以提及通過選自芳族乙烯基單體和乙烯基氰化物(vinyl cyanide)單體的至少一種單體嵌段或接枝聚合至二烯型橡膠上而得到的共聚物，或採用該共聚物的共混產物。二烯型橡膠是通過聚合作為組分的丁二烯而得到的聚合物，和其例子包括聚丁二烯、聚異戊二烯、丙烯腈-丁二烯共聚物和苯乙烯-丁二烯共聚物。芳族乙烯基單體可以是，例如，苯乙烯、α-甲基苯乙烯或烷基取代的苯乙烯。乙烯基氰化物單體可以是，例如，丙烯腈、甲基丙烯腈或滷素取代的丙烯腈。該共聚物和採用該共聚物的共混產物的具體例子包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物和通過將聚丁二烯與丙烯腈-苯乙烯共聚物聚合物-合金化而得到的產物。另外，還包括不含橡膠組分的丙烯腈-苯乙烯共聚物。對於存在於本發明聚合物組合物中的聚合物，該聚合物可以是任何聚合物。優選， 該聚合物是可用於模塑應用的聚合物，如聚烯烴、滷乙烯聚合物、偏滷乙烯聚合物、全氟化聚合物、苯乙烯聚合物、醯胺聚合物、聚碳酸酯、聚酯、聚亞苯醚(polyphenyleneoxide)、聚苯醚(polyphenylene ether)、聚酮、聚縮醒、乙烯醇聚合物、或聚氨酯。可用於本發明的聚合物或樹脂包括PET或聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、PBT或聚對苯二甲酸丁二醇酯和 PBT合金、聚丙烯、聚氨酯、ABS或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、PVC或聚氯乙烯、聚酯、 聚碳酸酯、PP/PS或聚丙烯聚苯乙烯合金、聚乙烯、尼龍、聚縮醛、SAN或苯乙烯丙烯腈、丙烯酸類樹脂、纖維素類、聚碳酸酯合金和PP或丙烯合金。可以使用這些材料的其它組合。前述列舉不意味著窮盡，而只是說明可用於本發明的各種材料。也可使用包含這些聚合物材料的一種或多種的聚合物的共混物，其中所述聚合物作為主要組分或次要組分而存在。聚合物的具體種類可取決於所需應用。以下更詳細描述這些。優選使用特定聚合物或共混物以實現所需性能。例如，聚合物可包括熱塑性聚烯烴(TPO)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、丙烯的共聚物、乙丙橡膠(EPR)、乙烯丙烯二烯三元共聚物(如EPDM)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、丙烯腈EPDM苯乙烯(AES)、聚氯乙烯(PVC)、 聚苯乙烯(PS)、聚醯胺(PA、如PA6、PA66、PA11、PA12和PA46)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞苯醚(PPO)和聚苯醚(PPE)。優選的聚合物共混物包括，但不限於，PC/ABS、PC/PBT、PP/EPDM、PP/EPR、PP/PE、ΡΑ/ΡΡ0 和 PPO/ PP。本發明聚合物組合物可優化以實現所需總性能，如黑度、導電性、韌性、剛性、光滑性和拉伸性能。聚合物包括熱塑性聚烯烴(TPO)、聚乙烯(PE、如LLDPE、LDPE、HDPE、UHMWPE、 VLDPEdP mLLDPE)、聚丙烯、聚丙烯的共聚物、乙丙橡膠(EPR)、乙烯丙烯二烯三元共聚物 (如EPDM)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、丙烯腈EPDM苯乙烯(AES)、聚甲醛(POM)、聚醯胺 (PA、如PA6、PA66、PAlU PA12和PA46)、聚氯乙烯(PVC)、四乙烯-六丙烯-偏氟乙烯聚合物(THV)、全氟烷氧基聚合物(PFA)、聚六氟丙烯(HFP)、聚酮(PK)、乙烯乙烯醇(EVOH)、共聚酯、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚亞苯醚(PPO)和聚苯醚(PPE)。優選的共混物包括PC/ABS、PC/PBT、 PP/EPDM、PP/EPR、PP/PE、ΡΑ/ΡΡ0 和 ΡΡ0/ΡΕ。聚合物可以是熱塑性聚合物或熱固性聚合物。另外，聚合物類可以是均聚物、共聚物、三元共聚物、和/或包含任何數目的不同重複單元的聚合物。另外，存在於本發明中的聚合物類可以是任何類型的聚合物類，如無規聚合物、交替聚合物、接枝聚合物、嵌段聚合物、星狀聚合物和/或梳狀聚合物。用於本發明的聚合物類還可以是一種或多種聚合物共混物。聚合物類可以是互穿聚合物網絡(DPN);同時互穿聚合物網絡(SEST);或互穿彈性體網絡(IEN)。聚合物的具體例子包括，但不限於，線性高聚物如聚乙烯、聚(氯乙烯)、聚異丁烯、聚苯乙烯、聚己內醯胺(尼龍)、聚異戊二烯等。本發明的其它普通種類的聚合物是聚醯胺、聚碳酸酯、聚電解質、聚酯、聚醚、(聚羥基)苯、聚醯亞胺、包含硫的聚合物(如聚硫化物、聚苯硫醚和聚碸)、聚烯烴、聚甲基苯、聚苯乙烯和苯乙烯共聚物(包括ABS)、縮醛聚合物、丙烯酸類聚合物、丙烯腈聚合物和共聚物、包含滷素的聚烯烴(如聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯)、含氟聚合物、離子交聯聚合物、包含酮基團的聚合物、液晶聚合物、聚醯胺-醯亞胺、包含烯烴雙鍵的聚合物(如聚丁二烯、聚雙環戊二烯)、聚烯烴共聚物、聚亞苯醚、聚矽氧烷、聚乙烯醇)、聚氨酯、熱塑性彈性體等。聚合物可以是聚烯烴、聚氨酯、聚苯乙烯類、聚丙烯酸酯、聚醯胺、聚酯、或其混合物。通常，描述於化學技術百科全書的第18卷(Volume 18 of the Encyclopedia of Chemical Technology), KIRK-0THMER, (1982)，328 頁至 887 頁，和現代塑料百科全書，98(Modern Plastics Encyclopedia』 98), B-3 至 B-210 頁，和 C. A. Daniels 的"聚合物結構和性能"(「Polymers !Structure and PropertiesC. A. Daniels),Technomic Publishing Co.，Lancaster, PA(1989)中的聚合物類可用作聚合物，其都在此作為參考完全併入本發明。聚合物可按照許多方法製備，而且這些方法是本領域技術人員已知的。以上提及的 KIRK-0THMER 章節，Modern Plastics Encyclopedia,和 CA. Daniels 的參考文件提供可製備這些聚合物的方法。本發明聚合物組合物也可包括合適的添加劑，對於其已知的用途和量。例如，本發明組合物也可包括添加劑如交聯劑、硫化劑、穩定劑、顏料、染料、著色劑、金屬鈍化劑、石油軟化劑、潤滑劑、和/或無機填料等。本發明聚合物組合物可使用常規技術製備，如使用市售混合器將各種組分混合在一起。組合物可通過例如為本領域所熟知的間歇或連續混合工藝製備。例如，可以使用設備如間歇密煉機、連續密煉機、往復式單螺杆擠出機、雙和單螺杆擠出機等以混合配料的成分。炭黑可直接引入聚合物共混物中，或炭黑可在一種聚合物與另外的聚合物共混前引入該聚合物中。本發明聚合物組合物的組分可混合併成型為粒料，將來用於製造如汽車應用所用的製品的材料。對於炭黑的量，任何量可用於聚合物組合物以實現所需性能。例如，可以使用基於聚合物組合物的總重量的約O. 5重量％至約50重量％，和更優選，基於聚合物組合物的總重量的約O. 5%至約10重量％。在本發明的另一實施方案中，本發明涉及包含一種或多種本發明炭黑的母料或濃縮物。母料或濃縮物可包含一種或多種如上所述的聚合物，以及母料或濃縮物量的本發明炭黑。炭黑加載量可以是在母料或濃縮物中所通常存在的任何合適量，如基於母料或濃縮物的總重量的約10重量％至約50重量％。本發明炭黑可使用常規量或更低的量用於其中使用常規炭黑的任何最終用途，如油墨、塗料、彈性體產品、調色劑、燃料電池、輪胎或其部件、模塑件、電纜或其部件等。本發明通過以下實施例進一步闡明，其用作本發明的示例。實施例三種標為本發明"A"、" B"和"C"並具有在下表I中給出的性能的炭黑如上和表I所述而製備。將這些炭黑與兩種來自Cabot的市售炭黑(在下表中表示為"X" 和"Y")相比，和對於這些炭黑各自的分析數據也分別在表中給出。使用上述過程，將所有的這些炭黑使用緊接於樣品標識號的表中所給出的加載量配入ABS配混物中。例如，炭黑"X"使用總ABS配混物的O. 75重量％的炭黑加載量配製，和炭黑"X"還使用總配混物的0.5重量％的炭黑加載量配製等。作為比較，還分析絲毫不含炭黑的ABS配混物(在下表中表示為"純ABS")。使用上述的試驗過程，測量配混的聚合物的各種物理性能，包括缺口和未缺口艾佐德衝擊強度、壓制分散等級和黑度(L*)。從表中給出的數據可以看出， 本發明炭黑在O. 50%下配混時能夠等於或超越在O. 75%下配混的炭黑"X"的配混物的黑度。另外，本發明炭黑在配混以得到與炭黑"X"相等或更好的黑度時具有優異的衝擊強度(缺口和未缺口兩者)和壓制等級。對於對比炭黑"Y"的情況不是這樣，它在O. 5%下配混時表現出類似於本發明炭黑的黑度，但表現出較差的衝擊強度和壓制分散等級。本發明炭黑具有高表面積和強烈的黑度但仍保持相對容易分散。表I工藝條件品 IDCB "X"CB"Y"CB "A"CB"B"CB"C"空氣溫度(°c)625625525525525空氣中氧含量(摩爾％)20.920.923.023.023.0氧化劑/氣體化學計量比31.221.221.221.261.25氧化劑/總燃料化學計量比a0.3470.3660.3310.3420.342液體燃料中鉀濃度(ppm)179288203273273停留時間(ms)4669999149
權利要求
1.炭黑，其在使用三步ABS配混過程在基於配混材料總重量的I.5重量％或更低的炭黑加載量下配混在ABS中以形成配混材料時實現在總體配混材料中的配混物黑度，配混物 L*，為4. 6或更低，和所述炭黑能夠提供所述配混材料以具有以下性能之一或兩者(a)配混物缺口艾佐德衝擊強度為13，600J/m2或更高；和/或(b)在壓制試驗中的配混物分散等級為4.O或更低。
2.權利要求I的炭黑，其中所述配混物黑度是3.O至4. 6。
3.權利要求I的炭黑，其中所述配混物黑度值是3.O至4. 4。
4.權利要求I的炭黑，其中所述配混物缺口艾佐德衝擊強度是約13，600J/m2至約 18，000J/m2。
5.權利要求I的炭黑，其中所述配混物缺口艾佐德衝擊強度是約14，000至約 17，000J/m2。
6.權利要求I的炭黑，其中所述配混物分散等級是I.O至約4. O。
7.權利要求I的炭黑，其中所述配混物分散等級是約I.O至約3. O。
8.包含ABS和至少一種權利要求I的炭黑的ABS配混物。
9.包含至少一種聚合物和至少一種權利要求I的炭黑的聚合物配混物。
10.包含ABS和至少一種炭黑的ABS配混物，其中所述ABS配混物的由配混物L*測量的在總體配混材料中的配混物黑度為4. 6或更低，和所述ABS配混物具有以下性能之一或兩者(a)配混物缺口艾佐德衝擊強度為13，600J/m2或更高；和/或(b)在壓制試驗中的配混物分散等級為4.O或更低。
11.包含至少一種聚合物和權利要求I的炭黑的聚合物母料或濃縮物，其中所述炭黑的存在量是基於聚合物母料或濃縮物的總重量的約10重量％至約50重量％。
12.權利要求I的炭黑，其中所述配混物黑度值是3.O至4. 4，和所述配混物缺口艾佐德衝擊強度是約14，000至約17，000J/m2。
全文摘要
本發明描述了可用於包括ABS配混物的各種聚合物配混物的炭黑，以及製造炭黑和聚合物配混物的方法。該炭黑提供期望的黑度和衝擊強度，以及在聚合物中的良好分散。
文檔編號C08L55/02GK102604442SQ201210028499
公開日2012年7月25日 申請日期2006年5月16日 優先權日2005年5月17日
發明者史蒂文.E.布朗, 史蒂文.R.雷茲尼克, 傑弗裡.D.莫澤, 馬丁.C.格林 申請人:卡伯特公司