CH328431A - Dispersion aqueuse de noir de carbone - Google Patents

Description

  Dispersion aqueuse de noir de     carbone       La présente invention se rapporte aux dis  persions aqueuses de noir de carbone.  



  Les dispersions de noirs de carbone dans  des milieux aqueux se sont révélées utiles dans  l'industrie du papier, du ciment, des peintures  à l'eau, des compositions de revêtement, des  encres, de la rayonne et du caoutchouc. L'uti  lisation de produits de condensation aroma  tiques     sulfonés    a amélioré la     dispersibilité    des  noirs de carbone et a facilité leur incorporation  à des suspensions aqueuses et à des disper  sions aqueuses de résine et de caoutchouc. Ce  pendant, ces produits de condensation n'étaient  pas aussi efficaces qu'on le désirait pour sup  primer les tendances à l'agglomération et,  d'autre part, ils n'abandonnaient pas facilement  les particules dispersées sur les supports aux  quels on voulait les incorporer.

   D'autres types  d'agents de dispersion tels que les savons, les  gommes, les produits     protéiniques    et les déri  vés de la lignine ont été utilisés pour des  applications particulières avec plus ou moins  de succès, quoique avec des difficultés bien  déterminées qui proviennent d'une faible effi  cacité pour maintenir les particules de carbone  à l'état bien dispersé.

      La titulaire a constaté que les     inconvénients     ci-dessus ne se manifestent pas ou ne se  manifestent que dans une moindre mesure dans    les dispersions aqueuses de noir de carbone  contenant comme     dispersant    un sel soluble  dans l'eau     d'uri        copolymère    homogène formé  de     proportions        approximativement        équimolé-          culaires    d'anhydride maléique et d'un hydro  carbure non saturé     comprenant    une liaison       oléfiniquement    non saturée     aotive    et     contenant     5 à 10 

  atomes de carbone, ce copolymère  présentant un poids moléculaire inférieur à       5000        et        ayant        en        solution    à     35        #%        dans        un     solvant organique inerte une viscosité infé  rieure à 1000     centipoises    à 250 C, le pH de  ces dispersions étant compris entre 7 et 12,4.  La quantité du sel précité est comprise habi  tuellement entre 0,5'/o et 4     a/o    du poids du  noir de carbone.

   Bien que l'on puisse utiliser  un peu plus de ce sel, cela ne comporte habi  tuellement aucun avantage sauf pour des car  bones d'une dimension     particulaire    exception  nellement fine ou d'une activité     superficielle     exceptionnelle, auquel cas il est avantageux  d'utiliser des quantités plus     importantes.     



  Les dispersions de noir de carbone con  formes à l'invention présentent un<I>pH</I> compris  entre 7 et 12,4, de préférence entre 9 et 11.  Lorsqu'on abaisse le<I>pH</I> d'une dispersion de  noir de carbone obtenue sous un<I>pH</I> alcalin,  le carbone. dispersé peut   précipiter     n.    Ce  fait revêt une importance considérable, par  exemple, pour     l'incorporation    à des latex.

        Les dispersants que l'on     utilise    pour réali  ser l'invention sont des sels solubles dans l'eau  dérivés de     copolymères        constitués    par des       unités    qui se composent d'un groupe maléique  et d'un groupe provenant d'un hydrocarbure  
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    formule dans laquelle<I>M et Mo</I> représentent  des cations     donnant    des     carboxylates    solubles  dans l'eau et     présentant    en solutions aqueuses  un<I>pH</I> d'au     moins    7, et R est un résidu  d'hydrocarbure ayant de 3 à 8 atomes de car  bone,

   résidu qui constitue la partie non     oléfi-          niquë    de l'hydrocarbure non saturé. Les  procédés .de     copolymérisation    de l'anhydride  maléique avec un     hydrocarbûre    non saturé  sont bien connus     dans    la .technique.

   Des hydro  carbures     tels    que le     1-amylène,        l'isoamylène,     le     1-hexène,    le     diisobutylène,    le     1-décène,    et  des terpènes, qui n'ont pas tendance à former  des     polymères    par eux-mêmes, réagissent avec       l'anhydride    maléique en présence d'un cata  lyseur ou d'un     amorceur    de polymérisation  pour former,     quand    on observe     certaines    pré  cautions, des copolymères de poids moléculaire  faible ou ayant un faible degré de polyméri  sation.

   On peut     utiliser    comme     amorceur    le  peroxyde de     benzoyle,    le peroxyde de     lauroyle,          l'hydroperoxyde    de     cumère,    le     perbenzoate    de  butyle     (tertiaire),    ou des produits analogues.

    Des peroxydes organiques de ce genre sont  également appropriés pour     copolymériser    l'an  hydride maléique avec le styrène,     l'a-m6thyl-          styrène,    le     vinyltoluène,        l'isopropényltoluène,          ou          Cependant,    lorsqu'on     utilise    ces  hydrocarbures non saturés comme réactifs, on  doit régler les conditions pour obtenir des  copolymères d'un faible degré<B>de</B> polyméri  sation. La technique enseigne les conditions  réglant le choix des solvants, la concentration,  les proportions de     l'amorceur,    et les tempéra  tures qui donnent des poids moléculaires  faibles.

   La mise en     aeuvre    de régulateurs ou    de     modificateurs    est également connue, l'uti  lisation de composés sulfurés, tels que des       mercaptans,    présentant un intérêt particulier  pour former des copolymères de poids molé  culaire faible.  



  Ainsi, on peut préparer des copolymères  ayant des poids moléculaires     inférieurs    à 5000,  de préférence compris entre 750 et 5000.     Il     est bien évident que les poids moléculaires  que l'on détermine représentent des valeurs  moyennes.

   A     l'intérieur    de cette gamme de  poids moléculaires,     il    est possible de déter  miner les poids moléculaires apparents à partir  de propriétés     colligatives    telles que l'élévation  du     point        d'ébullition.    Cependant, toutes les  préparations de copolymères qui présentent  des poids moléculaires apparents compris entre  500     et    5000 ne constituent pas des     dispersants          efficaces.     



  On a constaté que les dispersants efficaces  du type décrit doivent également présenter une  homogénéité que l'on peut mesurer en     déter-          minant    le rapport entre le poids     moléculaire     apparent et la viscosité des solutions.

       Ainsi,     un copolymère     utilisable        comme    dispersant  doit conférer une     viscosité        inférieure    à 1000       centipoises    à 250 C à des solutions de son  anhydride à des concentrations de 35 % dans  un solvant organique tel que le     dioxane    ou  la     méthyl-éthyl-cétone.    Cette     exigence    élimine  les mélanges de copolymères qui contiennent  un certain nombre de molécules très grandes  et     suffisamment    de monomère et/ou de poly  mère à faible poids moléculaire pour donner  au poids moléculaire     apparent    

  une valeur  comprise     dans    une     gamme    qui pourrait sem  bler utile, de tels mélanges hétérogènes s'étant  révélés     inefficaces.    De plus, les matières de  départ n'ayant pas réagi ne doivent pas être  présentes ou doivent être     éliminées,    par  exemple par un     fractionnement    sous pression  réduite et/ou par un lavage avec de l'eau.

   On  doit     évidemment    exécuter la copolymérisation  dans des conditions qui évitent la formation  de toute proportion appréciable de grandes  molécules de copolymère ou une répartition  étendue des poids moléculaires allant depuis      le poids du monomère jusqu'à     celui    des     copoly-          mères    élevés. L'expression   homogène   uti  lisée ici se rapporte à des copolymères ré  pondant aux exigences     précitées,    c'est-à-dire  possédant des dimensions réparties entre des  limites rapprochées.  



  On reprend dans l'eau les copolymères  d'anhydride maléique et d'hydrocarbure non  saturé     oléfinique    et on les traite avec une  quantité     suffisante    d'une base telle qu'un  hydroxyde de métal     alcalin,    un carbonate, ou  un bicarbonate, ou un hydroxyde d'ammonium  ou encore un produit équivalent, pour obtenir  un sel soluble présentant un<I>pH</I> d'au moins 7.  On utilise le plus avantageusement les     copo-          lymères    en solution, mais pour la     manutention     et l'expédition on peut préparer ces sels sous  forme solide, auquel cas il est désirable, bien  que non essentiel, de les dissoudre avant de  les mélanger avec le carbone.  



  Les copolymères     définis    ci-dessus sont  exceptionnellement efficaces pour la dispersion  du noir de carbone. En fait,     ils    constituent des       dispersants    plus efficaces que n'importe quel  autre composé que l'on a examiné. Pour une  teneur donnée en carbone d'une pâte,     il    faut  une plus petite quantité de ces dispersants  pour maintenir la     fluidité.    Il est également  possible, en utilisant la     quantité    correcte de  ces dispersants, de préparer des dispersions  contenant une teneur plus élevée en carbone  que celles que l'on a habituellement pu obtenir.  



  Parmi les copolymères     variés    présentant la  composition     définie    ci-dessus, le copolymère  de l'anhydride maléique et du     diisobutylène     mérite une mention spéciale. La polymérisa  tion conjointe de ces deux produits donne des  copolymères du genre que l'on a identifié dans  le passé comme étant des     hétéropolymères    et  qui présentent les poids moléculaires faibles  qui ont été trouvés essentiels par la titulaire.  Ces produits présentent par     essence    un équi  libre optimum entre les groupes hydrophobes  et hydrophiles pour la dispersion du noir de  carbone. Ils sont efficaces en faibles propor  tions. Ils sont peu coûteux.  



  On a trouvé qu'une grande variété de noirs  de carbone peuvent être utilisés pour former    des dispersions     conformes    à l'invention. Les  noirs de gaz sont de première importance et  parmi eux les noirs de four présentent un  intérêt     particulier.    Même des noirs de lampe  se prêtent à la même action     dispersante    aussi  bien que le noir d'acétylène. A mesure que  la dimension des particules de     ces        différents     noirs diminue, la quantité de dispersant pour  donner un effet maximum augmente en géné  ral.  



  On a effectué des essais pour déterminer  la     fluidité    avec un noir     de        four    fortement  abrasif ayant des dimensions     particulaires    d'en  viron 0,036 micron et présentant en suspension  aqueuse un<I>pH</I> de 9,5, en     utilisant        différents     copolymères comme dispersants.

   Dans ces es  sais, on mélange le carbone et l'eau pour  former une pâte ferme, que l'on titre avec  de faibles quantités successives d'une solution       aqueuse    à     10,%        d'un        sel,        jusqu'à        ce        qu'on     obtienne la fluidité. On agite le mélange après  l'addition de chaque     quantité    avec un mélan  geur à vitesse élevée. Au point     final    apparent,  on     agite    la pâte pendant deux     minutes    et on  la laisse reposer pendant 5 minutes.

   Si la  fluidité ne persiste pas, on     continue    la     titra-          tion    avec de faibles quantités successives jus  qu'à ce que la     fluidité    puisse être ainsi main  tenue.

   La teneur moyenne en produit solide de       la        pâte        résultante        est        de        24,%.        On        :réalise        la     fluidité pour les pourcentages suivants de dis=       persant,    exprimés     en    poids par rapport au       poids        du        carbone:

          1,6-%        avec        un        sel        sodique     d'un copolymère 1: 1     d'anhydride    maléique  et de     (3-pinène        donnant    un<I>pH</I> de 12,

       donnant     un poids     moléculaire    moyen d'environ 2000       et        conférant    à     une        solution    à     50%        du        copo-          lymère    sous forme     anhydre    dans .la     méthyl-          éthyl-cétone        urne    viscosité de 250     centipoises    à       250        C    ;

       2,0        %        avec        le        sel        Na        d'un        copolymère     1:1     d'anhydride        maléique    et de     limonène     donnant un<I>pH</I> de 12,4 et     ayant    un poids       moléculaire        moyen        d'environ        2000    ;

       #        2,9        %     avec le sel<I>Na</I> d'un     copolymère    1 : 1 d'an  hydride maléique     et    d'indène présentant un  <I>pH</I> de 12 et ayant un poids moléculaire       moyen        d'environ        3500;        2,3'%        avec        le        sel        Na     d'un     copolymère    1 :

   1     d'anhydride    maléique      et de     dicyclopentadiène        ,donnant    un<I>pH</I> de  12,4 et     ayant    un poids moléculaire moyen       d'environ        1500    ;     2,5!%        avec        le        sel        Na        d'un     copolymère 1 :

   1     d'anhydride        maléique    et de       diisobutylène    donnant un<I>pH</I> de 11,3, ayant  un poids moléculaire moyen d'environ 750 et       donnant    à     une        solution    à     35'%        du        copolymère     sous forme anhydre dans le     dioxane    une     vis-          cosité        de        32        centipoises    à     25o        C    ;

       2,2        %        avec     le sel<I>Na</I> d'un copolymère 1 : 1     d'anhydride     maléique et de     diisobutylène    donnant un<I>pH</I>  de 11,7,

   présentant un poids moléculaire  moyen d'environ 1000 et     donnant    à une     solu-          tion    à     35'%        du        copolymère        sous        forme        an-          hydre    dans le     dioxane    une viscosité de 100       centipoises    à     250        C    ;

       2,8        %        avec        le        sel        Na     d'un copolymère 1 : 1 d'anhydride maléique  et de     diisobutylène        donnânt        un   <I>pH</I> de 11,

  0  ayant un     poids    moléculaire moyen d'environ       4000        et        donnant    à     une        solution    à     35        %     du copolymère sous forme anhydre dans le       dioxane    une viscosité de 560     centipoises    à       25()        C    ;

       2,2-%        avec        le        sel        K        d'un        copolymère     1 : 1 d'anhydride maléique et de     düsobutylène          donnant    un<I>pH</I> de 9,8,

   et     donnant    à une       solution    à     35        %        du        copolymère        sous        forme     anhydre     dans    le     dioxane    une viscosité de       125        centipoises    à     250        C    ;

       2,2%        avec        le        sel          d'ammonium    d'un copolymère 1:1     d'anhydride     maléique et de     diisobutylène    donnant un<I>pH</I>       de        9,

  8        et        donnant    à     une        solution    à     35        %     de copolymère sous forme anhydre dans le       dioxane    une viscosité de 130     centipoises    à       25o        C    ;     2,3,%        avec        le        sel        Na        d'un        copolymère     1 :

   1 d'anhydride maléique et de styrène don  nant un<I>pH</I> de 9,5 ayant un poids molécu  laire moyen d'environ 2300 et     donnant    à       une        solution    à     35%        du        copolymère        sous     forme anhydre dans le     dioxane    une viscosité       de        320        centipoises    à     250        C    ;

       4,9        %        avec        le     sel<I>Na</I> d'un     copolymère    1 : 1 d'anhydride ma  léique et de styrène donnant un<I>pH</I> de 12,0,  ayant un poids moléculaire moyen apparent  d'environ 1200 et donnant à une .solution à       35        %        du        copolymère        sous        forme        anhydre        dans     le     dioxane    une viscosité de 9850     centipoises     à 250     -C,

      ce dernier cas étant     mentionné    à titre  comparatif afin de     montrer    qu'un copolymère    n'ayant pas la viscosité voulue est moins effi  cace qu'un copolymère présentant les valeurs  de viscosité prescrites. Dans ce     dernier    cas,  la teneur en matières solides de la pâte est       de        22        %,

          tandis.        que        dans        tous        les        cas        précé-          dents        elle    est quelque peu plus élevée (environ  24'0/0).    La quantité maximum de noir de carbone  que     l'on    peut     incorporer    à une pâte     fluide    dé  pend, comme on l'a déjà     expliqué,    de la di  mension des particules.

   En général,     cette        quan-          tité        est        de        30        -%    à     40        ro/o        pour        le        noir        de        four     en utilisant des quantités allant jusqu'à<B>3,50/0</B>  d'un sel d'un copolymère déterminé.

   Des noirs  de carbone plus grossiers permettent d'atteindre  une teneur totale en matières solides d'environ       50        %        dans        une        pâte        fluide.  

Claims (1)

1. REVENDICATION Dispersion aqueuse de noir de carbone, caractérisée en ce qu'elle a un<I>pH</I> compris entre 7 et 12,4 et qu'elle contient comme dis persant un sel soluble dans l'eau d'un copo- lymère homogène formé de proportions ap proximativement équimoléculaires d'anhydride maléique et d'un hydrocarbure non saturé comprenant une liaison oléfiniquement non saturée active et contenant 5 à 10 atomes de carbone,

   le copolymère ayant un poids molé culaire inférieur à 5000 et présentant une viscosité, en solution à 35 % dans :un solvant organique inerte, inférieure à 1000 centipoises à 25o C. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Dispersion selon la revendication, ca ractérisée en ce qu'elle contient de 0,5,01o à 4 % du dispersant précité par rapport au poids du noir de carbone. 2. Dispersion selon la revendication, carac térisée en ce que le copolymère présente un poids moléculaire compris entre 750 et 5000. 3. Dispersion selon la revendication, carac térisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'une pâte fluide. 4.

   Dispersion selon la revendication, carac térisée en ce que le noir de carbone est du noir de four. 5. Dispersion selon la revendication, carac térisée en ce que le noir de carbone est du noir de gaz. 6. Dispersion selon la revendication, carac térisée en ce que le dispersant est un sel sodique d'un copolymère homogène de l'an hydride maléique et du diisobutylène. 7. Dispersion. selon la revendication, carac térisée en ce que le dispersant est un sel d'ammonium d'un copolymère homogène de l'anhydride maléique et du diisobutylène.