(57)【要約】本発明は、液体ビヒクル及び４００ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する炭素生成物を含んで成るコーティング組成物を開示する。さらに本発明は、液体ビヒクル及び３５０ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する修飾炭素生成物を含んで成り、該修飾炭素生成物が少なくとも１つの有機基を結合された炭素生成物を含んで成る、コーティング組成物を開示する。
2004527625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ビヒクル及び４００ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する炭素生成物を含んで成る、コーティング組成物。
【請求項２】
前記液体ビヒクルが水性ビヒクルである、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項３】
前記液体ビヒクルが非水性ビヒクルである、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項４】
前記炭素生成物がカーボンブラックである、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項５】
前記炭素生成物が４００ｍ２／ｇ〜６００ｍ２／ｇのｔ−面積を有する、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項６】
前記炭素生成物が４００ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇのｔ−面積を有する、請求項５に記載のコーティング組成物。
【請求項７】
前記炭素生成物がさらに６０〜１５０ｃｃ／１００ｇのＤＢＰＡを有する、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項８】
前記炭素生成物がさらに８０〜１２０ｃｃ／１００ｇのＤＢＰＡを有する、請求項７に記載のコーティング組成物。
【請求項９】
前記炭素生成物が酸化カーボンブラックである、請求項１に記載のコーティング組成物。
【請求項１０】
液体ビヒクル及び３５０ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する修飾炭素生成物を含んで成り、該修飾炭素生成物が少なくとも１つの有機基を結合された炭素生成物を含んで成る、コーティング組成物。
【請求項１１】
前記液体ビヒクルが水性ビヒクルである、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項１２】
前記液体ビヒクルが非水性液体ビヒクルである、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項１３】
前記炭素生成物がカーボンブラックである、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項１４】
前記炭素生成物が３５０ｍ２／ｇ〜６００ｍ２／ｇのｔ−面積を有する、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項１５】
前記炭素生成物が３５０ｍ２／ｇ〜５００ｍ２／ｇのｔ−面積を有する、請求項１４に記載のコーティング組成物。
【請求項１６】
前記炭素生成物がさらに６０〜１５０ｃｃ／１００ｇのＤＢＰＡを有する、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項１７】
前記炭素生成物がさらに８０〜１２０ｃｃ／１００ｇのＤＢＰＡを有する、請求項１６に記載のコーティング組成物。
【請求項１８】
前記炭素生成物が酸化カーボンブラックである、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項１９】
前記有機基が少なくとも１つのイオン基、少なくとも１つのイオン解離性基、又は少なくとも１つのイオン基と少なくとも１つのイオン解離性基の混合物を含んで成る、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項２０】
前記有機基が、少なくとも１つのスルホン酸基又は少なくとも１つのカルボキシレート基を含んで成る、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項２１】
前記有機基がスルホフェニル基である、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項２２】
前記有機基が、前記炭素生成物の前記ｔ−面積に基づいて、使用される該炭素生成物１ｍ２当たり約０．１〜５．０μｍｏｌの量で存在している、請求項１０に記載のコーティング組成物。
【請求項２３】
前記有機基が、前記炭素生成物の前記ｔ−面積に基づいて、使用される該炭素生成物１ｍ２当たり約０．１〜２．７μｍｏｌの量で存在している、請求項２２に記載のコーティング組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体ビヒクル及び４００ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する炭素生成物を含んで成るコーティング組成物に関する。さらに本発明は、液体ビヒクル及び３５０ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する修飾炭素生成物を含んで成るコーティング組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
コーティング組成物は、多くの種類の表面における装飾的、保護的及び機能的な処理に用いられる。これらの表面はコイル、金属、器具、家具、硬質繊維板、木材及び合板、船舶、自動車、缶、並びに板紙を含む。海底パイプラインのコーティングなど、保護的な目的のコーティングもあれば、自動車の外装など、装飾及び保護両方の機能を果たすものもあり、さらには、ボート甲板又は車の座席に関して摩擦を調節するものもある。船底の劣化を防ぐコーティングもあれば、缶詰の食品及び飲料を保護するものもある。シリコンチップ、印刷回路パネル、信号伝送用導波管ファイバーのコーティング、並びにビデオテープ及びコンピューターディスクの磁気コーティングは、コーティングの多くのいわゆるハイテク用途の中に含まれる。
【０００３】
表面のコーティング組成物は、一般には３つの基本成分即ち、バインダーと称されるフィルム形成物質又は物質の組合せと、顔料又は顔料の組合せと、揮発性液体とを有する多少粘性のある液体である。バインダーと揮発性液体の組合せはビヒクルと称される。ビヒクルは溶液の形態であっても、非溶媒中のバインダー微粒子の分散液としてであってもよい。顔料はコーティングビヒクル中に分散された微細な不溶性固体粒子であり、最終フィルムのバインダー全体に分布される。界面活性剤もまた添加でき、顔料の分散剤として典型的に用いられている。さらに、水性コーティングなどのコーティング組成物の成分及び製造は、Concised Encyclopedia of Polymers, Science and Engineering, １６０−１７１頁（１９９０）において説明されており、これはその参照により本明細書に含まれる。
【０００４】
コーティング組成物の顔料は不透明度及び色を与える。顔料の量及び種類は最終フィルムの光沢のような特性を調節し、その機械的な特性に関して重要な効果を有することができる。いくつかの顔料は腐食を抑制さえする。さらに、顔料は粘性に作用して、コーティングの適用特性を向上させる。炭素生成物及び特にカーボンブラックは、コーティングの適用に用いられる共通顔料である。
【０００５】
コーティング組成物における炭素生成物の性能を決定する重要な変量は表面積である。コーティング組成物における炭素生成物の表面積が大きくなるほど、結果として得られるコーティングの着色性能はよくなる（例えば、 “Ｂｌａｃｋ Ｐｅａｒｌｓ（登録商標）１４００、Ｍｏｎａｒｃｈ（登録商標）１４００：優れた高級カラーカーボンブラック”と題したキャボットコーポレーションの技術レポートＳ−１４０を参照）。粒子サイズと逆の相関にある表面積は、光沢、漆黒度（jetness）及び青の度合いのような特性に影響することが公知である。
【０００６】
いくつかの異なる表面積の測定法がある。１つの共通の技術は、炭素の表面上に吸収できるプローブ材料の量を測定することである。典型的なプローブ分子は（ＢＥＴ法として公知の）窒素、ヨウ素及び臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）である。
【０００７】
異なるプローブ分子は異なる表面積の値につながり、炭素表面の異なる態様を反映することができる。例えば、ＣＴＡＢ及びヨウ素の表面積は、炭素表面の化学的性質に依存している。同じ粒子サイズを有する２つのカーボンブラックは、それら表面の化学的性質が異なる場合には、非常に異なるＣＴＡＢ及びヨウ素の値を有する。さらにまた、ＢＥＴ表面積は顔料の多孔度に依存している。炭素表面は一般に細孔を含む。それゆえ、（ＢＥＴ法によって測定される）顔料の全表面積は、（細孔からの）その内部表面積とその外部表面積との総和である。したがって、２つの顔料が同様に同じ粒子サイズを有する場合でも、それらの多孔度によって非常に異なるＢＥＴ表面積を有する場合がある。（統計的厚さ表面積又はＳＴＳＡとして公知でもある）ｔ−面積は、炭素生成物の外部表面積のみの測定値であり、ＢＥＴ値から多孔度（内部表面積）の値を減ずることによって算出される。結果として、炭素生成物のｔ−面積は常にＢＥＴ値よりも小さい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、コーティング供給業者の目的は、最良の全体的な着色特性を有するコーティングを提供することである。一般には、より小さい粒子の顔料がこれらの結果を得るために所望とされる。しかしながら、より小さい粒子サイズの（より高表面積の）顔料はまた、コーティング組成物の粘性における上昇につながる。さらに及び恐らくより重要には、顔料の粒子サイズ及び表面積は、コーティング組成物への顔料の分散性に変化をもたらす。コーティングを製造する際に、全てではないにしても、ほとんどの顔料粒子が個々の粒子に分離される安定した分散を達成するような方法で、顔料を分散させることが望ましい。顔料を分散させるメカニズムは、湿潤、分離及び安定化を必要とする。顔料の表面積が大きくなるほど、顔料を湿らせることが困難になり、それゆえコーティング組成物に用いられるビヒクル中に顔料を分散させることが困難になる。顔料の分散が乏しいとコーティング特性の低下を招く。分散の安定性は不利を招く場合もある。高表面積の顔料は、時に安定した分散及びそれゆえ十分な着色性能を得るために、（摩砕などの）高エネルギー処理を必要とする。これらの理由のために、商業的に入手可能な高級カラーコーティング用顔料は、表面積と分散の品質及び安定性との最良の歩み寄りを与えるよう設計される。
【０００９】
改善された特性を有するコーティング組成物を調製する１つの方法が、その両方がその参照により全体として本明細書に含まれ、有機基が結合された修飾炭素生成物を含む水性及び非水性のインク及びコーティングを開示している、米国特許第５，６７２，１９８号明細書及び同第５，７１３，９８８号明細書において説明されている。上記の組成物は十分なコーティングをもたらしたが、高級カラー性能並びに十分な全体的適用及び機械的特性を有する改善された組成物についてのニーズが残っている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、液体ビヒクル及び４００ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する炭素生成物を含んで成るコーティング組成物に関する。該液体ビヒクルは水性又は非水性のビヒクルであることができる。
【００１１】
さらに本発明は、液体ビヒクル及び３５０ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する修飾炭素生成物を含んで成り、該修飾炭素生成物が少なくとも１つの有機基を結合された炭素生成物を含んで成る、コーティング組成物に関する。該液体ビヒクルは水性又は非水性の液体ビヒクルであることができる。
【００１２】
上述の一般的な説明と以下の詳細な説明の両方は単なる例示及び説明であり、特許請求の範囲に示される本発明をさらに説明しようとするものであると理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、液体ビヒクル及び特定のｔ−面積を有する炭素生成物を含んで成るコーティング組成物に関する。
【００１４】
一般には上述のように、コーティング組成物は溶媒及びバインダー又は樹脂（ビヒクル）中に分散された顔料を含んで成る。本発明のコーティング組成物のためのビヒクルは、水性ビヒクル又は非水性ビヒクルの何れかであることができる。したがって、結果として得られる組成物は、水性コーティング組成物又は非水性コーティング組成物の何れかであることができる。
【００１５】
ビヒクルの組成は、最終的なコーティングのための条件及び必要に依存して変えることができる。例えば、樹脂の含有量は約７０〜１００％で変えることができる。水性及び非水性コーティング組成物の両方に有用な樹脂又はバインダーの例は、アクリル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂及びセルロース樹脂を含むがそれに限定されない。溶媒の含有量はほぼ０％〜８０％で変えることができる。非水性溶媒の例は、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、アルコール、多価アルコール、ケトン、エステル等を含む。
【００１６】
ビヒクルはまた、粘性、均展性及び乾燥時間のような特性を改善するのに用いることができる随意の添加剤を含有できる。例は、助溶剤（特には、水性コーティング用の水溶性溶媒）、界面活性剤、並びに粘土、タルク、シリカ及び炭酸塩などの充填剤を含む。さらに、流れ調整剤、均展助剤及び殺生剤を添加することができる。
【００１７】
１つの実施態様においては、本発明のコーティング組成物は４００ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する炭素生成物を含んで成る。上述のように、（統計的厚さ表面積又はＳＴＳＡとして公知でもある）ｔ−面積は、プローブ材料として窒素を用いて測定される炭素生成物の外部表面積である。したがって、ｔ−面積はＢＥＴ表面積−（マイナス）多孔度（内部表面積）である。好ましくは、本発明のコーティング組成物の炭素生成物は、４００〜６００ｍ２／ｇのｔ−面積を有し、より好ましくはｔ−面積は４００〜５００ｍ２／ｇである。
【００１８】
４００ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する任意の炭素生成物が本発明のコーティング組成物に使用できるが、さらには、規定のＤＢＰＡ（フタル酸ジブチル吸着）値を有するものが好ましい。ＤＢＰＡは炭素生成物の構造又は分岐の尺度である。構造が大きくなるほど、一般には炭素生成物の分散性がよくなる。しかしながら、構造が大きくなるほど、コーティング組成物の粘性が高くなる。さらに、より大きな構造は一般には乏しい着色性能、即ち、より低い光沢及び漆黒度につながる。したがって、本発明のコーティング組成物に用いる好ましい炭素生成物は、６０〜１５０ｃｃ／１００ｇのＤＢＰＡ値を有する。最も好ましくは、さらに８０〜１２０ｃｃ／１００ｇのＤＢＰＡ値を有する炭素生成物である。
【００１９】
好適な炭素生成物の例は、黒鉛、カーボンブラック、ガラス状炭素、炭素繊維、活性木炭及び活性炭を含むがそれに限定されない。炭素は結晶質又は非結晶質型でもよい。最終的には上記の微細な形状が好ましく、さらに異なる炭素の混合物を利用することもできる。これらの炭素生成物のうち、カーボンブラックが好ましい。
【００２０】
本発明のコーティング組成物に有用なカーボンブラックは当業者に公知の炉型反応器で製造でき、好ましくは図１に表される反応炉において製造される。該反応炉は、長さがＬ２である収束直径の領域２を備えた長さＬ１で直径Ｄ１の燃焼領域１と、制限された直径Ｄ２を有する長さＬ３の供給原料注入領域３と、直径Ｄ３を有する反応領域４とを有する。
【００２１】
上記の反応器を用いてカーボンブラックを製造するには、液体又はガス状燃料を空気、酸素又は空気と酸素の混合ガスなどの好適な酸化剤流と接触させることによって、高温の燃焼ガスを燃焼領域１で発生させる。高温の燃焼ガスを発生させるために、燃焼領域１において酸化剤流と接触させるのに用いる好適な燃料の中には、天然ガス、水素、メタン、アセチレン、アルコール又は灯油など、任意の容易に燃焼できるガス、蒸気又は液体流が含まれる。しかしながら、高含有量の炭素含有成分、及び特に炭化水素を有する燃料を用いることが一般に好ましい。空気：燃料の比は利用される燃料の種類で変わる。天然ガスが本発明のカーボンブラックを製造するのに用いられるときには、空気：燃料の比は約１０：１〜約１０００：１であることができる。高温燃焼ガスの発生を促進させるために、酸化剤流を予熱してもよい。
【００２２】
高温の燃焼ガス流は領域１及び２から領域３及び４へ下流に流れる。高温燃焼ガスの流れ方向は矢印によって図１に示される。カーボンブラック供給原料６は、供給原料注入領域３へポイント７で導入される。供給原料は、ガス流中に油を最適に分布させるために設計されたノズル又はオリフィスを通してガス流中に噴射される。このようなノズルは単一又は二重流の何れであってもよい。二重流ノズルはスチーム又は空気を用いて燃料を霧化することができる。単一流ノズルは圧力霧化してもよく、又は供給原料がガス流に直接噴射されてもよい。後者の例では、霧化はガス流の力によって生じる。
【００２３】
カーボンブラックは、任意の液体若しくはガス状炭化水素の熱分解又は部分燃焼によって製造できる。好ましいカーボンブラック供給原料は、接触分解操作から得られるデカンテッドオイル、並びにコークス化操作及びオレフィン製造操作から得られる副生成物などの石油精製源を含む。コーティング組成物において改善された純度及び向上された漆黒度を有するカーボンブラックを生成する傾向のある、低硫黄含有量の供給原料が最も好ましい。
【００２４】
カーボンブラック生成供給原料の混合物と高温燃焼ガスが、領域３及び４を通って下流に流れる。反応器の反応領域部において、供給原料がカーボンブラックに熱分解する。反応は反応器の急冷領域で停止する。急冷８は反応領域の下流に設けられ、急冷流体、一般には水を新たに形成されたカーボンブラック粒子の流れにスプレーする。この急冷はカーボンブラック粒子を冷却し、ガス状流の温度を下げて反応速度を低下させるよう働く。Ｑは反応領域４の始めから急冷ポイント８までの距離であり、急冷の位置によって変化する。随意には、急冷は多段式であってもよく、又は反応器のいくつかのポイントで起こってもよい。
【００２５】
カーボンブラックを急冷した後、冷却ガス及びカーボンブラックは、該カーボンブラックを回収する任意の通常の冷却及び分離手段へ流れに沿って進む。ガス流からのカーボンブラックの分離は、集塵器、サイクロン分離器、バグフィルター又は当業者に公知の他の手段など、通常の手段によって容易に達成できる。カーボンブラックをガス流から分離した後、随意にはそれを造粒工程にさらす。
【００２６】
さらに、本発明のカーボンブラックは、米国特許第３，９２２，３３５号明細書に説明されている装置及び手順を用いて製造することができ、該特許はその参照により完全に本明細書に含まれる。
【００２７】
最も好ましいカーボンブラックは、表面上の官能性酸素の量を増加させるよう酸化されたカーボンブラックである。酸化カーボンブラックはその技術分野で周知であり、典型的には、硝酸又はオゾンなどの酸化剤をベースのカーボンブラックと反応させることによって調製される。表面上の官能性の増加は、典型的にはｐＨの減少をもたらす。したがって、酸化カーボンブラックは典型的に酸性である。
【００２８】
第２の実施態様においては、本発明のコーティング組成物は３５０ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する修飾炭素生成物を含んで成り、該修飾炭素生成物は少なくとも１つの有機基が結合された炭素生成物を含んで成る。好ましくは、該修飾炭素生成物は３５０〜６００ｍ２／ｇのｔ−面積を有し、より好ましくはｔ−面積は３５０〜５００ｍ２／ｇである。３５０ｍ２／ｇ以上のｔ−面積を有する任意の修飾炭素生成物が、本発明のコーティング組成物において使用できるが、さらに６０〜１５０ｃｃ／１００ｇのＤＢＰＡ値を有するカーボンブラックが好ましい。さらに８０〜１２０ｃｃ／１００ｇのＤＢＰＡ値を有するカーボンブラックが最も好ましい。
【００２９】
（例えばポリマー及び有機の）化学基が顔料に結合し、このような基が例えばポリマー、界面活性剤等の吸着基に比べて、顔料の上により安定した基の結合を与えるように、当業者に公知の方法を用いて修飾カーボンブラックが調製される。例えば、本発明の修飾炭素生成物は、米国特許第５，５５４，７３９号明細書、同第５，８５１，２８０号明細書、同第６，０４２，６４３号明細書、同第５，７０７，４３２号明細書及び同第５，８３７，０４５号明細書、並びに、ＰＣＴ公開ＷＯ９９／２３１７４において説明されている方法を用いて調製でき、これらの説明はその参照により完全に本明細書に含まれる。
【００３０】
修飾炭素生成物は上記の炭素生成物の何れからも調製できる。好ましくは、該炭素生成物はカーボンブラック又は酸化カーボンブラックの何れかである。
【００３１】
結合有機基は、コーティング組成物のビヒクルに用いられる樹脂又はバインダーの種類、並びにコーティングが適用されるべき基材に依存して選択される。このことは、炭素生成物を特定のコーティングの適用に適応させることによってより高い柔軟性を考慮する。
【００３２】
１つの実施態様においては、有機基はイオン基、イオン解離性基、又はイオン基とイオン解離性基の混合物を含んで成る。イオン基はアニオン又はカチオンの何れかであり、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｌｉ＋、ＮＨ４＋、ＮＲ’４＋、酢酸塩、ＮＯ３−、ＳＯ４２−、ＯＨ−及びＣｌ−などの無機又は有機対イオンを含む、反対の電荷の対イオンと関連しており、式中、Ｒ’は水素、又は置換若しくは非置換のアリール基及び／又はアルキル基などの有機基を表す。イオン解離性基は使用媒体中でイオン基を形成できるものである。したがって、好ましい実施態様においては、有機基は有機イオン基である。有機イオン基は米国特許第５，６９８，０１６号明細書に説明されているものを含み、その説明は参照により完全に本明細書に含まれる。
【００３３】
負に帯電された有機イオン基は、酸性置換基などのアニオンを形成できるイオン解離性置換基を有する基から生成できるか、又はイオン解離性置換基の塩におけるアニオンであることができる。好ましくは、イオン解離性置換基がアニオンを形成するときには、イオン解離性置換基は１１未満のｐＫａを有する。さらに、有機イオン基は１１未満のｐＫａのイオン解離性基を有する化学種、及び１１未満のｐＫａを有するイオン解離性置換基の塩から生成できる。イオン解離性置換基のｐＫａは、酸性置換基だけでなくイオン解離性置換基全体としてのｐＫａを言う。より好ましくはそのｐＫａは１０未満、最も好ましくは９未満である。
【００３４】
イオン基の代表的な例は、−ＣＯＯ−、−ＳＯ３−、−ＨＰＯ３−及び−ＰＯ３２−を含む。イオン解離性基の代表的な例は、−ＣＯＯＨ、−ＳＯ３Ｈ、−ＰＯ３Ｈ２、−ＳＯ２ＮＨ２及び−ＳＯ２ＮＨＣＯＲ’を含み、式中、Ｒ’は水素、又は置換若しくは非置換のアリール基及び／又はアルキル基などの有機基を表す。特に好ましい化学種は−ＣＯＯ−及び−ＳＯ３−である。好ましくは、有機イオン基は置換若しくは非置換のカルボキシフェニル基、又は置換若しくは非置換のスルホフェニル基から生成される。具体的な有機イオン基は−Ｃ６Ｈ４ＣＯ２−及び−Ｃ６Ｈ４ＳＯ３−である。
【００３５】
正に帯電された有機イオン基は、炭素生成物に結合しているプロトン化されたアミンから生成できる。好ましくは、アミン置換基を有する有機基は５未満のｐＫｂである。正電荷の有機イオン基は、四級アンモニウム基（−ＮＲ’３＋）及び四級ホスホニウム基（−ＰＲ’３＋）であることができ、式中、Ｒ’は水素、又は置換若しくは非置換のアリール基及び／又はアルキル基などの有機基を表す。例えば、アミンはプロトン化されて、酸性媒体中にアンモニウム基を形成できる。四級環状アンモニウムイオン及び四級芳香族アンモニウムイオンはまた有機イオン基としても使用できる。したがって、Ｎ−メチル−ピリジルなどのＮ−置換ピリジニウム種はこの点について使用できる。カチオン有機基の例は、−３−Ｃ５Ｈ４Ｎ（Ｃ２Ｈ５）＋、−３−Ｃ５Ｈ４Ｎ（ＣＨ３）＋、−３−Ｃ５Ｈ４Ｎ（ＣＨ２Ｃ６Ｈ５）＋、−Ｃ６Ｈ４（ＮＣ５Ｈ５＋）、−Ｃ６Ｈ４ＣＯＣＨ２Ｎ（ＣＨ３）３＋、−Ｃ６Ｈ４ＣＯＣＨ２（ＮＣ５Ｈ５）＋、−Ｃ６Ｈ４ＳＯ２ＮＨ（Ｃ４Ｈ３Ｎ２Ｈ＋）、−Ｃ６Ｈ４ＣＨ２Ｎ（ＣＨ３）３＋、−Ｃ６Ｈ４ＮＨ３＋、−Ｃ６Ｈ４ＮＨ２（ＣＨ３）＋、−Ｃ６Ｈ４ＮＨ（ＣＨ３）２＋、−Ｃ６Ｈ４Ｎ（ＣＨ３）３＋、−Ｃ６Ｈ４ＣＨ２ＮＨ３＋、−Ｃ６Ｈ４ＣＨ２ＮＨ２（ＣＨ３）＋、−Ｃ６Ｈ４ＣＨ２ＮＨ（ＣＨ３）２＋、−Ｃ６Ｈ４ＣＨ２Ｎ（ＣＨ３）３＋、−Ｃ６Ｈ４ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ３＋、−Ｃ６Ｈ４ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ２（ＣＨ３）＋、−Ｃ６Ｈ４ＣＨ２ＣＨ２ＮＨ（ＣＨ３）２＋及び−Ｃ６Ｈ４ＣＨ２ＣＨ２Ｎ（ＣＨ３）３＋を含むがそれに限定されない。他の置換若しくは非置換のアリーレン基又はヘテロアリーレン基は、上記の構造に示されるＣ６Ｈ４基の位置に用いることができる。好ましくは、カチオン有機基は−ＮＲ’３＋であり、式中、Ｒ’はアルキル基又はアリール基である。別の好ましい基は−Ｃ５Ｈ４Ｎ−Ｒ’＋であり、式中、Ｒ’はメチル基又はベンジル基などのアルキル基である。
【００３６】
イオン又はイオン解離性基を含んで成る結合基は、水性のコーティング組成物にとって最も好ましい。これらの条件のもとで、結合基はビヒクル中において炭素生成物の増した安定性を与えることができる。非水性ビヒクルについては、より有機タイプの結合基が好ましい場合がある。しかしながら上記のように、結合基の選択は溶媒に依存するだけではなく、樹脂又はバインダー並びにコーティング組成物が適用されるべき基材にも依存している。したがって、イオン基又はイオン解離性基が結合された修飾炭素生成物はまた、非水性コーティングの適用においても有用であることができる。さらに、最良の全体的性能を満たすために、炭素生成物上に２種類以上の結合基を有することは同様に本発明の範囲内である。
【００３７】
修飾炭素生成物上の結合有機基の量は、本発明のコーティング組成物における炭素生成物の所望の分散性を得るよう選択される。一般に結合有機基の量は、顔料の表面積（窒素吸着によって測定される表面積で、特にｔ−面積法）１ｍ２当たり約０．００１〜約１０．０μｍｏｌの有機基である。好ましくは結合有機基の量は約０．１〜約５．０μｍｏｌ／ｍ２、最も好ましくは結合有機基の量は約０．１〜約２．７μｍｏｌ／ｍ２である。結合量は特定の結合基によって変わる場合があり、例えば、結合基のサイズ又はイオン基の官能性に従って調整することができる。
【００３８】
修飾炭素生成物は、濾過、遠心分離又は２つの方法の組合せによるような洗浄によって精製し、未反応原料、副生成物の塩及び他の反応不純物を除去することができる。生成物はまた例えば蒸発によって分離することもでき、又は当業者に公知の技術を用いて濾過及び乾燥によって回収できる。修飾炭素生成物の分散液をさらに精製又は分級して、製造処理の結果として分散液中に共存することのある、他の不純物及び望ましくない遊離化学種を除去することができる。例えば、修飾炭素生成物の分散液を遠心分離などの分級工程にさらして、約１．０ミクロンの上記サイズを有する粒子を十分に除去することができる。加えて、分散液を精製して、未反応処理剤のような任意の未反応遊離化学種を除去することができる。膜又はイオン交換を用いた限外濾過／ダイアフィルトレーションの公知技術は、分散液を精製して、相当量の遊離イオン化学種及び不要化学種を除去するのに使用できる。さらにまた、対イオンの随意の交換によって、修飾炭素生成物の一部を形成する対イオンは、例えば限外濾過、逆浸透、イオン交換カラム等の公知のイオン交換技術を利用して、（例えば、両親媒性イオンを含む）代替の対イオンで交換又は置換できる。交換できる対イオンの特定の例は、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｌｉ＋、ＮＨ４＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ−、ＮＯ３−、ＮＯ２−、酢酸塩及びＢｒ−を含むがそれに限定されない。修飾炭素生成物から不純物を除去することによって、本発明のコーティング組成物を用いて製造されるコーティングの特性を改善することもできる。
【００３９】
本発明のコーティング組成物は、当業者に公知の任意の技術を用いて調製できる。したがって、例えば、炭素生成物は高速混合機及び／又は粉砕機において、液体ビヒクル及び他のコーティング成分と組合せることができる。本発明のコーティング組成物に用いられる炭素生成物の量は、結果として得られるコーティングの所望の性能に依存している。一般には、これらのコーティング組成物は炭素生成物などの顔料を約３０ｗｔ％まで含んで成る。炭素生成物の量は、漆黒度、粘性及び分散安定性などの特性を最適にするよう調整できる。
【００４０】
本発明のコーティング組成物は、例えば自動車のトップコートなど、さまざまな異なる最終用途の適用に用いられ、改善された全体的な性能特性を有するコーティングを与えることができる。本発明のコーティング組成物に用いられる炭素生成物は高ｔ−面積を有し、コーティング組成物に容易に分散され、改善された漆黒度及び青の度合いのコーティングを得ることができる。このことは以下の例によってさらに明確にされるが、この例は単に本発明の例示であることを意図している。
【実施例】
【００４１】
以下の例で使用及び試験されるカーボンブラックの特性を下の表１に示す。これらのブラックのそれぞれについて、ＢＥＴ表面積をＡＳＴＭの手順Ｄ−３０３７に従って測定し、ｔ−面積をＡＳＴＭの手順Ｄ−５８１６に従って測定し、ＤＢＰＡをＡＳＴＭの手順Ｄ−２４１４に従って測定して、硫黄含有量をＡＳＴＭの手順Ｄ−１６１９に従って測定した。
【００４２】
【表１】
2004527625.tif 000003
【００４３】
［カーボンブラック生成物ＣＢ−Ａ及びＣＢ−Ｂの調製］
ＣＢ−Ｂを米国特許第３，９２２，３３５号明細書に説明されているカーボンブラックの製造プロセス及び装置を用いて調製した。この特許はその参照により本明細書に完全に含まれる。米国特許第３，９２２，３３５号明細書に示されている一般型の装置が、本発明の図１に概略的に図示されており、以下の変更をして使用した。燃焼領域１の容積は２ｆｔ３であった。供給原料注入領域３の長さ（Ｌ３）は９インチで、内径（Ｄ２）が４．２インチであった。０．０１６インチ径のオリフィス６枚を横方向に配向して、領域３の円周の周りの単一平面に等角に間隔を置いて配置した。これらを領域３の放出端から上流に約４．５インチのところに配置した。反応領域４は４フィートの長さ及び６インチの内径（Ｄ３）を有する断熱円筒形トンネルであった。天然ガスを１１．２ＫＳＣＦＨの速度で装入し、酸化剤の空気を９７．５ＫＳＣＦＨの速度で装入して、その両方を燃焼領域１に装入した。酸化剤の空気は２７％の酸素を含有し、燃焼領域１に入る前に華氏約１０００度まで加熱された。領域３を通る燃焼生成ガスの速度は、オリフィス平面で約マッハ０．９と測定された（“マッハ”という用語は絶対速度を音速により除することによって得られる数値比を言う）。液体供給原料を華氏約３５０度に予熱し、約５００ｐｓｉｇの供給圧力のもと、１時間当たり約６８ＵＳガロンの全体速度でオリフィスを通して噴射した。
【００４４】
これらの条件のもとで、カーボンブラック生成物を約１７０ｌｂｓ／ｈの速度で回収した。プロセス全体の燃焼率は約６０％と測定された。結果として得られたカーボンブラック生成物ＣＢ−Ｂの特性を上の表１に示す。
【００４５】
カーボンブラック生成物ＣＢ−Ａは、−Ｃ６Ｈ４ＳＯ３Ｎａ基が結合された修飾カーボンブラックである。ＣＢ−Ａは、米国特許第５，５５４，７３９号明細書、同第５，８５１，２８０号明細書、同第６，０４２，６４３号明細書、同第５，７０７，４３２号明細書及び同第５，８３７，０４５号明細書に説明されている一般的な方法を用いて、カーボンブラック生成物ＣＢ−Ｂから調製した。これらの特許はその参照により本明細書に完全に含まれる。結果として得られたカーボンブラック生成物ＣＢ−Ａの特性を上の表１に示す。
【００４６】
［例１及び例２］
コーティング組成物を調製するために以下の一般的な手順に従った。
【００４７】
十分な撹拌を備えた高速のＤｉｓｐｅｒＭａｔミキサーにおいて、酢酸ブチル２９．１ｇ中にＤｉｓｐｅｒＢｙｋ １６１（３０％）（ＢＹＫ−ケミーから商業的に入手可能なブロックコポリマー分散剤）６５ｇを前もって混合することによりミルベースを調製した。そのミルベースに所望の炭素生成物ＣＢ−Ａ又はＣＢ−Ｂを２０ｇ添加し、２０００ｒｐｍで２分間とした。最後に、Ｓｅｔａｌｕｘ ２７−１５９７（８０％）（アクゾ・ノベルから入手可能なハイソリッドアクリル樹脂）８０ｇをこの混合物に添加して、４０００ｒｐｍで１０分間とした。次いで、ケイ酸ジルコニウムのビーズ（０．６〜０．８ｍｍ）を用いて、室温で２０分間、１０．８ｍ／ｓの先端速度で混合物をＥｉｇｅｒミルによって再循環した。
【００４８】
このミルベースを含有する塗料調合物は、十分な撹拌を備えた容器において、すべてのミルベースを５８０ｇのＳｅｔａｌｕｘ ２７−１５９７及び２２０ｇのＣｙｍｅｌ ２０２（サイテックインダストリーズから商業的に入手可能なアミド樹脂）と混合することによって調製した。粘性は、＃４フォードカップを通して３０秒の流れを得るよう（シェルから入手可能な）Ａｒｏｍａｔｉｃ １００を用いて調節した。
【００４９】
ベースコートは、冷間圧延鋼の上にこの塗料調合物をスプレーし、室温で２０分間フラッシュ乾燥して、華氏３００度で２０分間強制乾燥することによって調製した。コーティングの特性を測定して、それを下の表２に示す。
【００５０】
ベースコート／クリアコートはまた、冷間圧延鋼の上にこの塗料調合物をスプレーし、室温で１０分間フラッシュ乾燥することによって調製した。次いで、アクリル系クリアコートをこのベースコート上にスプレーし、室温でさらに２０分間空気乾燥させ、最後に、華氏３００度で２０分間強制乾燥させた。このベースコート／クリアコートの特性を測定して、それを下の表３に示す。
【００５１】
［比較例１〜５］
さらに、表１の炭素生成物を用いて比較例１〜５を調製するために、例１及び例２のコーティング組成物を調製するのに用いた手順に従った。その結果も同様に下の表２及び表３に示す。
【００５２】
【表２】
2004527625.tif 000004
【００５３】
ハンター色彩計をＬ（漆黒度）、ａ（赤の度合い）及びｂ（青の度合い）の値を測定するのに用いた。より低いＬ値はより高レベルの漆黒度を意味し、一方で、ａ値がｂに対して負になるにつれて、青の度合いが強くなる。ＭｃはＬ、ａ及びｂから算出できる色依存性ブラック値（color-dependent black value）である。より高いＭｃ値も同様により高レベルの漆黒度を示す。
【００５４】
【表３】
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【００５５】
上の表２及び表３に記載される結果から理解できるように、高ｔ−面積のブラックを含むコーティングは、より低いｔ−面積のブラックを含むコーティングと同様の結果を与えた。例えば、例１のコーティングは比較例１と類似のＬ、ａ、ｂ、Ｍｃ及び光沢の値を与え、例２は比較例２〜５と類似の結果を与えた。
【００５６】
上の例においては、分散剤の含量が最適ではなかったことに注意することが重要である。配合者は、典型的には顔料の表面積（例えば、顔料のｔ−面積）に基づいて顔料の分散必要量を算出する。例１及び例２においては、ＣＢ−Ａ及びＣＢ−Ｂに用いられた分散剤の含量は、比較例１〜５と同じであった。しかしながら、当業者は、比較例のブラックに比べてこれら高ｔ−面積のブラックが、同じ分散剤の要件に達するのにより多くの分散剤を必要とするとわかるであろう。下の表４は、使用した分散剤の活性含量がブラックの表面積に基づいていることを示している。ＦＷ−２００と比較すると、比較例３よりも例１及び例２において、平方メートル当たり少ない分散剤が用いられたことを知ることができる。したがって、比較例３で用いられた所望のレベルに達するには、例１及び例２において追加の分散剤を必要とする。必要な追加の分散剤はまた、ＦＷ−２００と同じ分散剤のレベルを得るために必要とされる、結果としての全分散剤含量とともに表４に示される。
【００５７】
【表４】
2004527625.tif 000006
【００５８】
これらの分散剤含量が上記のコーティングを調製するのに用いられた場合（即ち、分散剤含量が用いられる特定のカーボンブラックについて最適であった場合）、高ｔ−面積のブラックを含むコーティングは、改善された漆黒度とより強い青の基調色を有するよう示されるであろうと理解される。例１及び例２について結果として得られるＭｃ値は、少なくとも１０の位の数以上増加し、それによって向上した漆黒度を有するコーティング組成物になると期待される。
【００５９】
結果として、本明細書で説明される炭素生成物を含むコーティング組成物は、さまざまなコーティング用途において高い着色性能、並びに良好な機械的及び適用特性を提供することが見出された。
【００６０】
本発明の好ましい実施態様の上記説明は、解説及び説明のために提供された。それは完全であること、又は開示されたまさにその形態に本発明を限定することを意図するものではない。改良及び変形は上記の技術を考慮して可能であり、又は本発明の実践から得ることができる。実施態様は、当業者がさまざまな実施態様において、及び意図される特定の使用に適するようさまざまな改良をして本発明を利用できるようにするために、本発明の原理及びその実用的な適用を説明するよう選択かつ説明された。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びそれと同等なものによって規定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明のコーティング組成物に有用な高ｔ−面積のカーボンブラックを製造するために使用できる、一種の反応器の部分概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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