與重氮鹽反應的炭黑和產品制造技術

一種制備炭黑產品的方法，該炭黑產品具有連到該炭黑上的有機基團。在一種方法中，在沒有足以還原該重氮鹽的外加電流下，至少一種重氮鹽與炭黑反應。在另外一種方法中，在質子反應介質中至少一種重氮鹽與炭黑反應。本發明專利技術介紹了根據本發明專利技術方法制備的炭黑產品，以及這些炭黑產品在塑料組合物、橡膠混合物、紙張組合物和織物組合物的應用。（*該技術在2015年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是1994年12月15日提交的美國專利申請流水號08/356,660的部分繼續申請，上述專利本文引為參考。本專利技術涉及一種制備炭黑產品的方法。該方法涉及重氮鹽與炭黑反應生成一種炭黑產品，該炭黑產品具有一個連接到該炭黑上的有機基團。本專利技術也涉及新的炭黑產品和其用途。已在過去幾十年里做了許多努力來對炭黑的表面化學進行改性。當物理吸附材料可能沉積到炭黑表面上時，永久改變炭黑的表面化學實質上更困難。已知并商業化使用一些化學改變炭黑表面的方法。例如，熟知可用各種處理劑來氧化炭黑表面。用表面氧化來制造一些工業產品。用磺酸或氯磺酸磺化和炭黑表面的鹵化也是公知的。Tsubakowa在“聚合物科學”(Polym.Sci.)第17卷，第417-470頁，1992中，綜述了一些把聚合物接枝到炭黑表面上的已知方法。也參見美國專利4,014,844，通過把炭黑與聚合物接觸并加熱，來把聚合物接枝到炭黑上。美國專利3,479,300介紹了炭黑催化劑組合物和其制備方法。通過用堿或堿土金屬處理炭黑粒子并接著用溶劑化的醚處理該生成的碳/金屬組合物，來制備這種催化劑組合物。該催化劑組合物的碳部分可與包括有機化合物的各種反應劑反應，生成炭黑組合物。美國專利3,043,708介紹了改性炭黑，該炭黑具有化學連接到炭黑表面上的烴基。在弗瑞德-克來福特(Friedel-Crafts)類反應催化劑存在下，炭黑與烷基化劑反應來制備該改性的炭黑。據報道可連接到炭黑表面上的烴基包括脂族和芳族基。據報道一種含有連接到炭黑表面上的芳基的改性炭黑可這樣制備在弗瑞德-克來福特類催化劑存在下使鹵代的炭黑與芳族烴反應。美國專利3,025,259介紹了含有美國專利3,043,708中的改性炭黑的橡膠混合物。美國專利3,335,020介紹了改性炭黑，其中用苯處理炭黑，然后該苯在炭黑上聚合。為了制備這些改性的炭黑，在無水條件下把苯和炭黑與路易斯酸催化劑混合十分鐘。然后該炭黑上的苯通過結合助催化劑氧化劑聚合成對聚苯，并據說由此連接到該炭黑上。美國專利2,502,254和2,514,236介紹了制備含有炭黑顏料的方法。美國專利2,502,254報道適宜于粘膠絲本體顏料沉積的高分散顏料可在炭黑存在下生成偶氮顏料而得到。在炭黑存在下，在混合產生偶合的兩種水溶液的一種或另一種中，偶合重氮化的胺和另外一種通常為黃、橙或紅色顏料的中間體，來制備這種顏料。美國專利2,514,236報道在炭黑存在下通過偶合一個分子比例的四氮化的聯苯胺與二個分子比例的芳甲基吡唑啉酮，也可以制備巧克力棕的顏料。PCT專利申請WO 92/13983介紹了一種由重氮鹽電化學還原來對含碳材料表面進行改性的方法。據報道，該方法可用于，特別是復合材料的碳板和碳纖維。也介紹了由這種方法改性的含碳材料。在Delmar等人的“美國化學家協會”(J.Am.Chem.Soc.)1992，114,5883-5884，也介紹了電化學還原含官能化芳基的重氮鹽來用共價鍵改性碳表面。根據WO 92/13983，對含碳材料表面改性的方法包括通過電化學還原含有一個芳族基團的重氮鹽來把這個芳族基接枝到這種材料的表面上。把這種含碳材料在非質子傳遞溶劑中與重氮鹽接觸，并相對于也與該重氮鹽溶液接觸的陽極使其帶負電荷。報道使用質子性溶劑使該電化學方法不能生成所要的產物，結果還原了重氮三鍵，生成了肼。盡管有上面所討論的工藝，仍需要改性炭黑的表面化學并賦予炭黑所需要的性能。因此，本專利技術涉及制備含有一個有機基團炭黑產品的方法，該有機基團連接到該炭黑上。一個方法包括在沒有足以還原該重氮鹽的外加電流條件下至少一個重氮鹽與炭黑反應的步驟。另外一個方法包括在質子反應介質中至少一種重氮鹽與炭黑反應。本專利技術的其他實施方案涉及新的炭黑產品，這些產品可根據本專利技術的一個方法而制得。該炭黑產品可用于與常規炭黑相同的用途。這些用途包括，但不局限于塑料組合物、水性油墨、水性涂料、橡膠混合物、紙張組合物和織物組合物。下面的說明書介紹了本專利技術另外一些特征和優點。這些作用通過該說明書介紹更明顯，或通過所述的實施本專利技術可理解這些作用。通過特別是在下面說明書中和所附的權利要求書中指出的方法、產品和組合物，將理解和實現本專利技術的目的和其他優點。制備炭黑產品的方法本專利技術的第一個實施方案提供了制備含有一個有機基團的炭黑產品的方法，該有機基團連到該炭黑上。一個方法包括在沒有足以還原重氮鹽的外加電流下至少一種重氮鹽與炭黑反應。即，重氮鹽和炭黑之間的反應是在沒有足以還原該重氮鹽的外來電子源的條件下進行的。不同重氮鹽的混合物可用于本專利技術的這種方法中。可在各種反應條件下、在任何類型的反應介質中(包括質子和非質子傳遞溶劑體系或淤漿)進行該方法。在另外一種方法中，在質子反應介質中至少一種重氮鹽與炭黑反應。可在本專利技術的這種方法中使用不同重氮鹽的混合物。也可在各種反應條件下進行該方法。優選，在兩個方法中，現場形成該重氮鹽。如果需要的話，在任何一個方法中，可用本領域已知的方法分離和干燥該炭黑產品。另外，可用已知工藝處理該生成的炭黑產品來除去雜質。這些方法的優選實施方案討論如下并示于實施例中。任何炭黑可用于本專利技術的這些方法中。該生成的炭黑產品可用于常規炭黑所已知的用途中。根據所希望的用途選擇炭黑的性質。更重要的是，可用本專利技術的方法來制備具有常規炭黑沒有的優良性能的炭黑產品。可在各種條件下進行該專利技術的方法并通常不局限于任何特定的條件。反應條件一定是這樣的，使得該具體的重氮鹽足夠穩定以讓它與炭黑反應。因此，可在重氮鹽是短時間存在的反應條件下進行這些方法。如下面實施例所示，重氮鹽和炭黑之間的反應，例如在很寬的pH范圍和溫度范圍內進行。可在酸性、中性和堿性pH下進行這些方法。優選該pH在約1-9間變化。該反應溫度優選在0℃-100℃范圍內。本領域中已知的重氮鹽可通過例如伯胺和亞硝酸水溶液的反應來制備。重氮鹽和其制備方法的一般性討論見Morrison和Boyd的“有機化學”(Organic Chemistry)，第五版，第937-983頁，(Allyn and Bacon，Inc.1987)，和March的“高等有機化學反應、機理和結構”(Advanced OrganicChemistryReactions，Mechanisms and Structures)，第四版，(Wiley，1992)。根據本專利技術，重氮鹽是具有一個或多個重氮基的有機化合物。在本專利技術的方法中，該重氮鹽可在與炭黑反應之前制得，或更優選使用本領域的已知工藝現場制得。“現場”制備也允許使用不穩定的重氮鹽如烷基重氮鹽，并避免了對該重氮鹽進行不必要的處理或操作。在本專利技術特別優選的方法中，亞硝酸和重氮鹽兩個都是現場制備的。每一個這些變化都示于下面的實施例中。本領域中已知的重氮鹽，可通過伯胺、亞硝酸鹽和酸反應來制備。該亞硝酸鹽可以是任何亞硝酸金屬鹽，優選是亞硝酸鋰、亞硝酸鈉、亞硝酸鉀或亞硝酸鋅，或任何有機的亞硝酸酯，如亞硝酸異戊酯或亞硝酸乙酯。該酸可以是在生成該重氮鹽中有效的任何無機的或有機的酸。優選的酸包括硝酸HNO3、氫氯酸HCl和硫酸H2SO4。該重氮鹽也可以通過伯胺與二氧化氮水溶液反應來制備。該二氧化氮的水溶液NO2/H2O，提供了生成該本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備炭黑產品的方法，該炭黑產品具有連到該炭黑上的有機基團，該方法包括這樣一個步驟： 在沒有足以還原該重氮鹽的外加電流下，至少一種重氮鹽與炭黑反應。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：詹姆斯A貝爾蒙特，羅伯特M阿米希，科林P加洛韋，
申請(專利權)人：卡伯特公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]