專利名稱：顏料分散體和水泥用黑色減水劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及顏料分散體和使用其的黑色減水劑，該顏料分散體的特征在于包含由氨基硅烷化合物表面改性的炭黑和聚羧酸系的減水劑。
背景技術：
減水劑是以改進混凝土的可施工性為主要目的的混合劑，其可降低混凝土的用量并改進其強度，導致節(jié)省水泥。水泥用減水劑可大致分為木質(zhì)素系、萘系和聚羧酸系減水劑三類。它們呈現(xiàn)按如上所列順序的良好的流動性和耐久性。這樣的減水劑的目的是從根本上改進水泥的減水能力。近來，已證明使用萘系減水劑作為炭黑的分散劑對水-水泥比例的降低有效。然而，由于萘系減水劑具有減水能力比聚羧酸系減水劑低的缺點，因此對于呈現(xiàn)高性能存在有限制。美國專利申請公開No. 2004-0231567公開了通過使用聚羧酸系的分散劑使氧化鐵和炭黑懸浮的方法。然而，根據(jù)該方法，將顏料僅加入到通過復雜聚合物合成方法合成的某些特定的分散劑中，并因此存在其不實用的問題。因此，需要開發(fā)使用常規(guī)的聚羧酸系減水劑作為炭黑用分散劑的方法。本發(fā)明人努力研究使用具有良好性能的常規(guī)的聚羧酸系減水劑作為炭黑用顏料分散劑的方法，并因此發(fā)現(xiàn)，當用氨基硅烷化合物對炭黑表面改性以引入官能團，并通過將由此獲得的表面改性炭黑與聚羧酸系減水劑一起使用來制造顏料分散體時，可以制造具有良好的分散性并同時使減水劑和水泥呈現(xiàn)黑色的超高強度混凝土。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決在現(xiàn)有技術中的上述問題而構思本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的是提供具有優(yōu)異分散性和強度的顏料分散體。本發(fā)明的另一個目的是提供通過使用本發(fā)明的顏料分散體而具有優(yōu)異的分散穩(wěn)定性和流動性并呈現(xiàn)黑色的水泥用黑色減水劑。根據(jù)用于實現(xiàn)該目的的本發(fā)明的一個方面，提供了顏料分散體，其包含作為顏料的表面由氨基硅烷化合物改性的碳黑和作為顏料分散劑的聚羧酸系減水劑。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了水泥用黑色減水劑，其包含本發(fā)明的顏料分散體。
具體實施例方式本發(fā)明的顏料分散體的特征在于包含作為顏料的表面由氨基硅烷化合物改性的碳黑和作為顏料分散劑的聚羧酸系減水劑。以下將詳細描述本發(fā)明。文中使用的術語“由氨基硅烷化合物表面改性的碳黑”是指調(diào)整其表面官能團以使其高度分散于聚羧酸系減水劑的碳黑。本發(fā)明使用氨基硅烷化合物作為炭黑用表面改性齊U。由于胺官能團可容易地附著于碳黑表面并在其上擴大，因此具有可按所需之多而引入官能團的優(yōu)點。在水溶液中，當硅烷基轉(zhuǎn)化成硅烷醇基時，胺官能團保持不變，因此導致氨基二氧化硅炭黑(aminosilica carbon black)的形成。根據(jù)本發(fā)明，可以通過控制所用的氨基硅烷化合物的量，調(diào)整附著于炭黑表面的胺官能團的量。為了有效地呈現(xiàn)表面性能，基于100重量份的炭黑，優(yōu)選以0. 1 50重量份的量使用氨基硅烷化合物。更優(yōu)選以0.2 30重量份的量使用它。當氨基硅烷化合物的量超過上述范圍時，未反應的氨基硅烷化合物的量增加，導致經(jīng)濟效率降低。對于適于本發(fā)明的氨基硅烷化合物的種類沒有限制，但優(yōu)選使用具有一個或更多個烷氧基官能團、更優(yōu)選三個或更多個烷氧基官能團的氨基硅烷化合物。在這樣的氨基硅烷化合物中，它們之間很好地發(fā)生縮合反應。適于本發(fā)明的氨基硅烷化合物的實例可包括3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-氨基乙基-3-丙基三烷氧基硅烷、N-烷基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷等。就分散性而言，優(yōu)選使用含有基于胺官能團的0. 1 30%、更優(yōu)選1 20%官能團的碳黑。如果引入到炭黑表面的胺官能團低于0. 1%，則它們對炭黑分散性的影響不顯著。相反地，如果它超過30%，則是不利的，因為由于過度交聯(lián)產(chǎn)生碳顆粒大塊，由此引起費用負擔?？筛鶕?jù)如韓國專利號758314 (KR100758314B1)和 7448 (KR1007448^B1)中所述
的方法制備由氨基硅烷化合物表面改性的炭黑。例如，將炭黑與氨基硅烷化合物在有機溶劑如醇中混合，并接著通過從中除去溶劑使所形成的混合物進行表面改性反應。在該反應中，當氨基硅烷化合物的硅烷基轉(zhuǎn)化成硅烷醇基時，其胺官能團保持不變，導致形成氨基二氧化硅碳黑。優(yōu)選可以向表面改性劑添加由下式1表示的化合物，以便增加二氧化硅的含量。 這樣的二氧化硅含量增加起因于氨基硅烷化合物與Si (OR)4之間的交聯(lián)。[式1]Si(OR)4其中R為甲基或乙基?；?00重量份的炭黑，可將式1的化合物以0. 1 50重量份、優(yōu)選0. 2 30重量份的量添加到表面改性劑中。隨著Si (OR)4的量增加，二氧化硅的含量也增加?？紤]到?jīng)]有胺下氨基硅烷化合物與Si (OR)4之間的交聯(lián)不能發(fā)生，應適當將Si(OR)4的量與氨基硅烷化合物一起適當調(diào)整。 此外，為了在沒有胺官能團下發(fā)生交聯(lián)，具有需要使用另外的催化劑如酸或堿的缺點。優(yōu)選以1重量％ 99. 99重量％ 99重量％ 0. 01重量％范圍的分子比使用氨基硅烷化合物和 Si(0R)4。適于本發(fā)明的顏料分散劑包含聚羧酸系減水劑。由于其高性能，聚羧酸系減水劑是制造超高強度混凝土所不可缺少的。此外，在向水泥組合物添加納米顆粒材料的情況下， 它們的作用就像載有納米物的球(nano-bearing balls)，其能夠進一步改進流動性。為此， 通過使用高性能的聚羧酸系減水劑作為顏料分散劑，使根據(jù)本發(fā)明的由氨基硅烷化合物表面改性的碳黑進行納米顆粒成形。對于聚羧酸系減水劑的種類沒有限制，只要它們是本領域技術人員所熟知的即可。例如，可以使用由聚丙烯酸(類)聚合物和聚(乙二醇)的酯化制備并具有梳狀結(jié)構的聚羧酸系減水劑。優(yōu)選地，基于100重量份由氨基硅烷化合物表面改性的炭黑，以10 100重量份的量使用聚羧酸系減水劑。如果其量低于10重量份，則具有分散性問題。同時，如果其超過100重量份，則變得不經(jīng)濟。通過將顏料與顏料分散劑磨碎(milling)可制備本發(fā)明的顏料分散體。通常，隨著炭黑對鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)的吸油量增加，需要較大量的分散劑。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的表面改性的炭黑顯示在20ml/100g 200ml/100g范圍的對DBP的吸油量。另外，優(yōu)選本發(fā)明的炭黑具有5m2/g 500m2/g的表面積。表面改性的炭黑的含量基于顏料分散體的總量優(yōu)選為0. 1重量％ 40重量％，更優(yōu)選5重量％ -20重量％的范圍，這導致高分散性。如果使用由氨基硅烷化合物表面處理的炭黑小于0. 1重量％，則顆粒的數(shù)目變得太小。如果該量超過40重量％，則導致差的分散性。在使用聚羧酸系減水劑作為顏料分散劑的情況下，常規(guī)的炭黑由于缺乏反應結(jié)合親合力而并不分散在其中。為了解決該問題，本發(fā)明的特征在于使用表面改性的炭黑和聚羧酸系減水劑。炭黑的表面改性是為了使用聚羧酸系減水劑作為炭黑用顏料分散劑的重要因素。聚羧酸系減水劑包括羧基官能團，其中一些由梳狀聚合物組成。根據(jù)本發(fā)明，聚羧酸系減水劑的官能團經(jīng)由酸堿反應自發(fā)地與炭黑的胺官能團反應。因此，當將胺官能團引入炭黑表面時，可以使用各種聚羧酸系減水劑作為炭黑用顏料分散劑。如上所述，通過用氨基硅烷化合物對炭黑表面改性以調(diào)整官能團的量，接著與聚羧酸系減水劑反應，本發(fā)明可使水泥呈現(xiàn)黑色。此外，由于炭黑以納米顆粒形式存在，可進一步改進水泥的流動性，這能夠制造超高強度的混凝土。另外，通過將本發(fā)明的顏料分散體添加于水泥，本發(fā)明可制備具有優(yōu)異流動性的水泥用黑色減水劑。在此，顏料分散體的添加量為0.1重量％ 20重量％范圍。如果黑色減水劑的量低于0. 1重量％，可能會降低其減水能力并且其黑色度可能不夠。如果該量超過20重量％，則可改進其減水能力和黑色度，但在成本方面卻是不利的。根據(jù)如此構成的本發(fā)明，可預期到下列優(yōu)點。本發(fā)明的特征在于，通過使用比萘系減水劑具有更好性能的聚羧酸系減水劑作為分散劑而使由氨基硅烷化合物表面改性的炭黑進行水分散。因此，本發(fā)明可使減水劑和水泥同時呈現(xiàn)黑色，并由于炭黑以納米顆粒形式存在因而改進水泥的流動性，這能夠制造超高強度的混凝土。此外，本發(fā)明的方法能夠使用常規(guī)的聚羧酸系減水劑作為炭黑用顏料分散劑。 通過下列實施例可得以更好地理解本發(fā)明，所列出的實施例用于說明，而不應理解為限制本發(fā)明。<實施例1>顏料分散體的制備根據(jù)如韓國專利號758314(KR100758314 Bi)所述的方法將氨基二氧化硅引入炭黑(OCI，N220)中。向20重量份由此制備的其中引入了 5%胺官能團的炭黑添加10重量份聚羧酸系減水劑(Tong Yang Major5HRA 700,固體含量40% )和70重量份水。然后將所形成的混合物倒入管線混合器0 中，并使該混合器在3000rpm下運行1小時，由此獲得顏料分散體。<實施例2>顏料分散體的制備根據(jù)如韓國專利號758314(KR100758314 Bi)所述的方法將氨基二氧化硅引入炭黑(OCI，N220)中。向20重量份由此制備的其中引入了 5%胺官能團的炭黑添加10重量份聚羧酸系減水劑(Tong Yang Major,WR700,固體含量40% )和70重量份水。然后將所形成的混合物倒入管線混合器0 中，使該混合器在3000rpm下運行1小時，由此獲得顏料分散體。<實施例3 5>顏料分散體的制備根據(jù)與實施例1所述相同的方法制備顏料分散體，除了使用如下表1所示的市售可得的聚羧酸系減水劑(固體含量40% )。[表 1]
實施例減水劑平均顆粒尺寸(mn)
~~3SRA750180
~DYS1000190
~~5RFI220在表1中所述的減水劑屬于常規(guī)的聚羧酸系減水劑并且購自TongYang Major0已發(fā)現(xiàn)在實施例1 5中制備的顏料分散體在室溫下儲存一周后呈現(xiàn)高分散性。<對比例1>顏料分散體的制備除了使用未改性的炭黑(N220)外，根據(jù)與實施例1中所述相同的方法制備顏料分散體。<測試實施例1>顏料分散體的平均顆粒尺寸和顆粒尺寸分析為了將實施例1 5中制備的顏料分散體與對比例1中制備的顏料分散體進行比較，測量其平均顆粒尺寸和在室溫下儲存一周后的顆粒尺寸，并將結(jié)果示于表2。通過使用粒度計(Otsuka Electronics Korea, ELS Ζ)測量每種顏料分散體的平均顆粒尺寸。通過儲存一周后使用顆粒尺寸計測量其顆粒尺寸，觀察分散性水平。[表 2]
分散性平均顆粒尺寸(mn) 儲存一周后的顆粒尺寸
實施例1 WW180無變化
實施例2Il185無變化
實施例3Il180無變化
實施例4WW190無變化
實施例 5Wil220320
對比例1400產(chǎn)生大量聚集體
如上述結(jié)果中所示，發(fā)現(xiàn)在實施例1 4中制備的顏料分散體呈現(xiàn)良好的分散性并具有ISOnm的平均顆粒尺寸。此外，還確認了在室溫下儲存一周后，顆粒尺寸沒有變化。 實施例5的顏料分散體呈現(xiàn)比實施例1 4相對較低的物理性能，但認為它們是良好的。 另一方面，在對比例1中制備的顏料分散體的情況下，其分散性不好。其平均顆粒尺寸為 400nm，并且在室溫下儲存一周后產(chǎn)生大量的聚集體，這使得它難以與水泥混合。<測試實施例2>黑色減水劑的制備和流動性測量通常通過測量顆粒尺寸(nm)和由坍落度測量儀擴展的平均長度評價水泥的性能。為了測量在實施例1中制備的顏料分散體的坍落度，通過將IOOg水泥(Tong Yang Cement)、2. 5g在實施例1中制備的顏料分散體和43g水混合并將混合物攪拌3分鐘，制備黑色的水泥用減水劑，接著通過使用容量為IOOml的坍落度測量儀測量其坍落度。在此，混凝土坍落度的測量結(jié)果用于評價水泥的流動性。作為黑色減水劑被擴展的平均長度(mm) 和每種水泥樣品在固化3天后的坍落度的測量結(jié)果，其平均長度為155mm。為了比較該結(jié)果，當僅使用聚羧酸減水劑時，所形成的減水劑呈現(xiàn)150mm的平均長度。這些結(jié)果表明炭黑的添加比沒有炭黑呈現(xiàn)稍微更好的物理性能。此外，作為坍落度經(jīng)歷時間的損失的測量結(jié)果，本發(fā)明的黑色減水劑呈現(xiàn)等于或高于對比例的良好物理性能，這表明雖然添加了炭黑， 但未降低減水劑的可施工性。本發(fā)明的范圍不局限于以上所述和說明的實施方案，而由所附權利要求來限定。 在權利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，本領域技術人員顯然能作出對其的各種改進和改變。因此，本發(fā)明的真正范圍應受所附權利要求的技術主旨所限定。
權利要求
1.顏料分散體，其包含表面由作為表面改性劑的氨基硅烷化合物改性的炭黑和聚羧酸系減水劑。
2.權利要求1的顏料分散體，其除了表面改性劑還包含由下式1表示的化合物 [式1]Si(OR)4其中R為甲基或乙基。
3.權利要求1的顏料分散體，其中，表面由氨基硅烷化合物改性的炭黑包括在其表面引入的0. 30%的胺官能團。
4.權利要求2的顏料分散體，其中，以氨基硅烷化合物式1化合物為1重量％ 99.99 重量％ 99重量％ 0. 01重量％的比例使用氨基硅烷化合物和式1的化合物。
5.權利要求1的顏料分散體，其中基于100重量份的表面由氨基硅烷化合物改性的炭黑，以10重量份 100重量份的量使用聚羧酸系減水劑。
6.權利要求1的顏料分散體，其中表面由氨基硅烷化合物改性的炭黑的含量基于顏料分散體的總量，為0. 1重量％ 40重量％的范圍。
7.權利要求1的顏料分散體，其中氨基硅烷化合物為3-氨基丙基三烷氧基硅烷、N-氨基乙基-3-丙基三烷氧基硅烷或N-烷基-3-氨基丙基三烷氧基硅烷。
8.水泥用黑色減水劑，其包括根據(jù)權利要求1 7任一項的顏料分散體。
9.權利要求8的黑色減水劑，其中顏料分散體的含量在0.1重量％ 20重量％的范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及顏料分散體和黑色減水劑，更具體地涉及包含表面由氨基硅烷化合物改性的炭黑和聚羧酸系減水劑的顏料分散體，以及使用其的黑色減水劑。本發(fā)明的特征在于，通過使用比萘系減水劑具有更好性能的聚羧酸系減水劑作為分散劑，將由氨基硅烷化合物表面改性的炭黑進行水分散。因此，本發(fā)明可同時使減水劑和水泥呈現(xiàn)黑色并由于炭黑以納米顆粒形式的存在而改進了水泥的流動性，這能夠制造超高強度的混凝土。此外，通過使用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以使用常規(guī)的聚羧酸系減水劑作為炭黑用顏料分散劑。
文檔編號C09C1/56GK102464900SQ201110083130
公開日2012年5月23日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權日2010年11月2日
發(fā)明者尹光儀, 樸耀福, 樸茂秀, 楊世仁, 柳海潤, 趙相濟 申請人:Oci有限公司