Гельова композиція, яка містить вуглецеву сполуку

1 Гелевая композиция, содержащая гель оксида металла и углеродистый компонент, выбираемый из группы, включающей углеродистую сажу, углеродное волокно, активированный уголь, графит и их смеси, где углеродистый компонент имеет присоединенную, по меньшей мере, одну органическую группу, содержащую (а) по меньшей мере, одну ароматическую группу или, по меньшей мере, одну С-І-С-І2 алкильную группу, и Ь) по меньшей мере, одну ионную группу, по меньшей мере, одну ионизирующуюся группу или смесь ионной группы и ионизирующейся группы, где, по меньшей мере, одна ароматическая группа или алкильная группа органической группы непосредственно присоединена к углеродистому компоненту 2 Гелевая композиция по п 1, в которой органическая группа включает сульфофенильную группу или ее соль, карбоксифенильную группу или ее соль или их смеси Данное изобретение относится к новым гелевым композициям Гели и способы их получения хорошо известны Термин "гель" в данном описании включает аэрогели, ксерогели, гидрогели и другие известные гели Термин "аэрогель" был впервые введен 3 Гелевая композиция по п 2, в которой органическая группа включает п-сульфофенильную группу или ее соль 4 Гелевая композиция по любому из пп 1-3, в которой ионная или ионизирующаяся группа включает карбоновую кислоту или ее соль, сульфоновую кислоту или ее соль и четвертичную аммониевую соль или их смеси 5 Гелевая композиция по любому из пп 1-4, в которой ионная или ионизирующаяся группа включает этан сул ьфо но вую кислоту или ее соль 6 Гелевая композиция по любому из пп 1-5, в которой гель оксида металла включает двуокись кремния, окись титана, окись алюминия или их смеси 7 Гелевая композиция по п 6, в которой гель оксида металла представляет собой двуокись кремния 8 Гелевая композиция по любому из пп 1-7, в которой углеродистым компонентом является углеродистая сажа 9 Гелевая композиция по любому из пп 1-8, в которой углеродистый компонент составляет 1-50 мае % из расчета на композицию 10 Гелевая композиция по п 9, в которой углеродистый компонент составляет 10-20 мае % из расчета на композицию 11 Гелевая композиция по любому из п 1-8, в которой углеродистый компонент составляет 50-99 мае % из расчета на композицию 12 Гелевая композиция по п 11, в которой углеродистый компонент составляет 75-85 мае % из расчета на композицию 13 Термоизоляция, содержащая гелевую композицию по любому из пп 1-12 S S Kistel в патенте США №2188007 и обычно используется для обозначения геля, который высушен в сверхкритических условиях давлеHnefreMnepaTypa Гели, особенно аэрогели, используются в широкой области различных применений, включая термическую и звуковую изоля О ^О (О 61049 бретения являются гели оксидов металлов, такие цию, носители и подложки для катализаторов, как силикагели, гели оксидов титана, гели оксида фильтры и молекулярные сита и в электронике алюминия и т п , и полимерные гели, такие как Гели, имеющие более низкий насыпной вес, резорцин-формальдегидные (R-F) гели, меланинболее предпочтительны для использования во формальдегид ные (M-F) гели, фенолмногих областях применения Аэрогели, благодафурфуральные (P-F) гели и т п Предпочтительря более низкому насыпному весу, становятся тем ным гелевым компонентом является гель оксида видом геля, который выбирают для применения во металла многих случаях Однако, как указано выше, аэрогели обычно получают с -использованием сушки в Количество углеродистого компонента, вклюсверхкритических условиях, для которой необхоченного в композиции гелей, будет зависеть от димо применение относительно дорогостоящего предполагаемого конечного применения композитехнологического оборудования и условий ции геля Обычно в композиции геля данного изобретения углеродистый компонент может испольВыгодно также в некоторых случаях применезоваться в количествах 1-99% (мас) В том слуния, таких как адсорбенты, применять гели, чае, когда необходимо получить композицию с имеющие более высокий насыпной вес более низким насыпным весом, углеродистый Данное изобретение относится к новой гелекомпонент в композиции геля используется в ковой композиции, которая обладает улучшенными личествах 1-50% (мае), предпочтительно 10-20% эксплуатационными свойствами по сравнению с (мае) С другой стороны, когда необходимо полуизвестными до этого времени гелями Гелевая чить композицию геля с более высоким насыпным композиция данного изобретения включает весом, углеродистый компонент в композиции геуглеродистый компонент, присоединенный к ля данного изобретения используется в количестгелевому компоненту Углеродистый компонент вах 50-99% (мае ), предпочтительно 75-85% (мае ) может выбираться из группы, включающей углеТермин "насыпной вес" в данном описании отнородистые сажи, углеродные волокна, активиросится к массе частицы геля, деленной на общий ванные угли и графитовые углероды, которые мообъем этой частицы гут присоединяться к гелевому компоненту Если это необходимо, углеродистый компонент может Композиции гелей данного изобретения могут быть модифицирован таким образом, что углеропреимущественно использоваться в областях дистый компонент будет присоединен к гелевому применения гелей, известных квалифицированкомпоненту композиции геля данного изобретеному специалисту В частности, композиции гелей ния Предпочтительно углеродистый компонент данного изобретения могут использоваться в слеявляется химически модифицированным дующих областях применения Данное изобретение относится также к новой Изоляция, в том числе термическая, электригелевой композиции, включающей гелеческая и звуковую изоляция вый компонент и продукт углеродистой сажи, соОсобые Добавки, в том числе матирующие держащий по меньшей мере одну присоединендобавки, загустители, наполнители и армирующие ную органическую группу, органическую группу, наполнители включающую а) по меньшей мере одну ароматиАбсорбенты ческую группу и Ь) по меньшей мере одну ионную Носители для катализаторов группу, по меньшей мере одну ионизируемую Мембраны группу или смесь ионной группы и ионизируемой Фильтры группы, в котором по меньшей мере одна аромаДетекторы излучения тическая группа органической группы присоединеПокрытия, втом числе термостойкие покрытия на непосредственно к углеродистой саже ПодДиэлектрики, в том числе диэлектрики с низробности, относящиеся к способу получения проким к дукта углеродистой сажи, и предпочтительные Дополнительные подробности, относящиеся к воплощения новой гелевой композиции представкомпозициям гелей данного изобретения, предлены в разделе Подробное Описание Изобретеставлены далее в разделе Подробное Описание ния Изобретения Преимущества композиций геля данного изобретения станут понятны специалиДанное изобретение относится также к новой стам из этого более подробного описания гелевой композиции, включающей гелевый компонент и сажу, содержащую по меньшей мере одну Краткое описание рисунков органическую группу, причем органическая группа Фигура 1 представляет собой фотографию, включает а) по меньшей мере одну С1-С12 алснятую на сканирующем электронном микроскопе кильную группу и Ь) по меньшей мере одну ионную (SEM), поверхности разлома высушенной в гептагруппу, по меньшей мере одну ионизируемую не композиции геля, которая получена в Примере группу или смесь ионной группы и ионизируемой 5 группы, где по меньшей мере одна алкильная Фигура 2 представляет собой SEMгруппа органической группы присоединена непофотографию поверхности разлома высушенной в средственно к углеродистой саже Подробности, гептане композиции геля, которая получена в относящиеся к способам получения продукта угПримере 8 леродистой сажи, и предпочтительные воплощеФигура 3 представляет собой SEMния новой гелевой композиции приведены далее в фотографию поверхности разлома высушенной в разделе Подробное Описание Изобретения гептане композиции геля, которая получена в Примере 14 Подходящими гелевыми компонентами для применения в гелевых композициях данного изоФигура 4 представляет собой SEM 61049 фотографию поверхности разлома высушенной в гептане композиции геля, которая получена в Примере 18 Фигура 5 представляет собой SEMфотографию поверхности разлома высушенной в гептане композиции геля, которая получена в Примере 19 Фигура 6 представляет собой SEMфотографию поверхности разлома высушенной в гептане композиции геля, которая получена в Примере 20 Фигура 7 представляет собой SEMфотографию поверхности разлома высушенной в гептане композиции геля, которая получена в Примере 21 Фигура 8 представляет собой SEMфотографию поверхности разлома высушенной в гептане композиции геля, которая получена в Примере 22 Подробное описание изобретения Как указано выше, гелевая композиция данного изобретения включает углеродистый компонент, присоединенный к гелевому компоненту Прилагаемые фотографии, полученные на сканирующем электронном микроскопе и представленные на Фигурах, обеспечивают наглядное изображение конкретных углеродистых компонентов, присоединенных к гелевому компоненту Фигура 1 представляет собой SEMфотографию поверхности разлома гелевой композиции, которая не включает углеродистый компонент Фигура 2 представляет собой SEMфотографию поверхности разлома гелевой композиции, которая включает углеродистый компонент, не присоединенный к гелевому компоненту Для сравнения, Фигура 3 представляет собой SEMфотографию поверхности разлома гелевой композиции, которая включает углеродистый компонент, присоединенный к гелевому компоненту Более подробное описание Фигур 1-3, описание Фигур 4-8 представлено ниже в разделе Примеры Кроме того, показатели истирания композиций геля данного изобретения, в которых углеродистый компонент присоединен к гелевому компоненту, ниже этих показателей сравнительных гелевых композиций,' в которых углеродистый компонент не присоединен к гелевому компоненту Дополнительные подробности, относящиеся к показателям истирания, представлены далее в разделе Примеры Углеродистый компонент композиции геля данного изобретения может выбираться из группы, включающей углеродистые сажи, способные присоединяться к гелевому компоненту, углеродные волокна, способные присоединяться к гелевому компоненту, активированные угли, способные присоединяться к гелевому компоненту и графитовые углероды, способные присоединяться к гелевому компоненту Некоторые углеродистые компоненты не будут присоединяться к гелевому компоненту, если их не модифицировать Предпочтительно углеродистый компонент химически модифицирован следующим образом Углеродистый компонент, способный присоединяться, может быть получен взаимодействием углеродистого компонента с солью диазония в жидкой реакционной среде с присоединением по меньшей мере одной органической группы к поверхности углеродистого компонента Предпочтительная реакционная среда представляет собой воду, любую среду, содержащую воду и любую среду, содержащую спирт Вода является наиболее предпочтительной средой Модифицированные углеродистые компоненты и различные способы их получения описаны в заявке США с названием "Взаимодействие углеродистой сажи с солями диазония, полученные продукты углеродной сажи и их применение", поданной 15 декабря 1994 года, т е в тот же день, что и данная заявка, и включенной в качестве ссылки Модифицированные углеродистые компоненты и различные способы их получения описаны также в заявке США с названием "Взаимодействие углеродистых материалов с солями диазония и полученные углеродистые продукты", поданной 15 декабря 1994 года, т е в тот же день, что и данная заявка, и включенной в качестве ссылки Способ получения способных присоединяться углеродистых компонентов для применения в гелевых композициях данного изобретения описывается в следующем абзаце с использованием в качестве углеродистого компонента углеродистой сажи Аналогичные способы могут использоваться для получения способных присоединяться углеродистых компонентов, отличных от углеродистой сажи Для получения углеродистой сажи, способной присоединяться, требуется только соль диазония, достаточно стабильная для реакции с углеродистой сажей Таким образом, реакцию можно проводить с некоторыми солями диазония, которые в другом случае рассматриваются как нестабильные и подвергаются разложению Некоторые процессы разложения могут конкурировать с реакцией между углеродистой сажей и солью диазония и уменьшать общее количество органических групп, присоединенных к углеродистой саже Кроме того, реакцию можно проводить при повышенных температурах, при которых многие соли диазония могут быть чувствительными к разложению Повышенные температуры могут также преимущественно повышать растворимость соли диазония в реакционной среде и облегчать работу с ней во время процесса Однако, повышенные температуры могут приводить к некоторой потери соли диазония, вследствие других процессов разложения Углеродистая сажа может реагировать с солью диазония, когда присутствует в виде разбавленной легко перемешиваемой водной суспензии или в присутствии подходящего количества воды для получения гранулированной углеродистой сажи Если это необходимо, гранулы углеродистой сажи могут быть получены с использованием общепринятой технологии гранулирования Предпочтительный набор органических групп, которые могут присоединяться к углеродистой саже, представляют собой группы, содержащие в качестве заместителя функциональную ионную группу или ионизируемую группу Ионизируемая группа представляет собой группу, которая способна образовывать ионную группу в среде применения Ионная группа может быть анионной группой или катионной группой, и ионизируемая группа может образовывать анион или катион Ионизируемые функциональные группы, которые образовывают анион, включают, например, кислотные группы или соли кислотных групп Следовательно, органические группы включают группы, полученные (производные) из органических кислот Предпочтительно, когда она содержит ионизируемую группу, образующую анион, органическую группу, содержащую а) ароматическую группу или C-I-C-I2 алкильную группу и Ь) по меньшей мере одну кислотную группу с рКа менее 11, или по меньшей мере одну соль кислотной группы с рКа менее 11, или смесь по меньшей мере одной кислотной группы, имеющей рКа меньше чем 11, с по меньшей мере одной солью кислотной группы, имеющей рКа меньше чем 11 рКа кислотной группы относится к рКа органической группы в целом, а не только к кислотному заместителю Более предпочтительно, рКа составляет менее 10, и наиболее предпочтительно менее 9 Предпочтительно ароматическая группа или С1-С12 алкильная группа органической группы непосредственно присоединена к углеродистой саже Ароматическая группа может содержать дополнительный заместитель, например, алкильные группы, или быть незамещенной С1-С12 алкильная группа может быть разветвленной или неразветвленной и предпочтительно представляет собой этил Более предпочтительно органическая группа представляет собой фенил или нафтил и кислотная группа представляет собой сульфоновую кислотную группу (группу сульфоновой кислоты), сульфиновую кислотную группу (группу сульфиновой кислоты), фосфоновую кислотную группу (группу фосфоновой кислоты) или группу карбоновои кислоты Примеры таких групп включают -СООН, -SO3H и РО3Н2 и их соли, например, -COONa, -COOK, COO NR4+, -SO3Na, -HPO3Na, -SO3 NR4+ и PO3Na2, где R представляет собой алкильную или фенильную группу Особенно предпочтительными ионизируемыми заместителями являются -СООН и SO3H и их натриевая и калиевая соли Наиболее предпочтительно, органическая группа представляет собой замещенную или незамещенную сульфофенильную группу или ее соль, замещенную или незамещенную (полисульфо) фенильную группу или ее соль, замещенную или незамещенную фульфонафтильную группу или ее соль, или замещенную или незамещенную (полисульфо) нафтильную группу или ее соль Предпочтительная замещенная сульфофенильная группа представляет собой гидроксисульфофенильную группу или ее соль Конкретными органическими группами, имеющими ионизируемую функциональную группу, образующую анион, являются п-сульфофенил, 4гидрокси-3-сульфоненил и 2-сульфоэтил Амины представляют собой примеры ионизируемых функциональных групп, которые образуют катионные группы и могут присоединяться к тем же органическим группам, которые обсуждаются выше для ионизируемых групп, образующих анио 61049 8 ны Например, в кислой среде амины могут протонироваться с образованием аммонийных групп Предпочтительно органическая группа, содержащая аминный заместитель, имеет рКЬ меньше 5 + Четвертичные аммонийные группы (-NR3 ) и чет+ вертичные фосфониевые группы (-PR3 ) также представляют -собой примеры катионных групп и могут присоединяться к тем же органическим группам, которые описаны выше для ионизируемых групп, образующих анионы Предпочтительно органическая группа содержит ароматическую группу, такую как фенильная или нафтильная группа и четвертичная аммониевая или четвертичная фосфониевая группа Ароматическая группа предпочтительно непосредственно присоединяется к углеродной саже Квартернизованные циклические амины и квартернизованные ароматические амины могут также использоваться в качестве органической группы Следовательно, Nзамещенные производные пиридина, такие как Nметилпиридил, могут использоваться для этой цели Преимущество продуктов углеродистой сажи, включающих присоединенную органическую группу, которая содержит в качестве заместителя ионную или ионизируемую группу, состоит в том, что продукты углеродистой сажи могут обладать повышенной способностью диспергироваться (диспергируемостью) в воде по сравнению с соответствующей необработанной углеродистой сажей Обычно диспергируемость в воде продуктов углеродистой сажи повышается с увеличением числа органических групп, присоединенных к углеродистой саже, содержащей ионизируемую группу, или с повышением числа ионизируемых групп, присоединенных к данной органической группе Таким образом, повышение количества ионизируемых групп, присоединенных к продуктам углеродистой сажи, должно повышать их способность диспергироваться в воде и позволяет регулировать эту способность до нужного уровня Можно отметить, что способности диспергироваться в воде продуктов углеродистой сажи, содержащих амин в качестве присоединенной к углеродистой саже органической группы, может быть повышена подкислением водной среды Когда получают вододиспергируемые способные присоединяться продукты углеродистой сажи, предпочтительно, чтобы ионная или ионизируемая группы были ионизированными в реакционной среде Образующиеся раствор или суспензия продукта могут использоваться в таком виде или разбавляться перед применением С другой стороны, продукты углеродистой сажи могут быть высушены методами, используемыми для традиционных углеродистых саж Эти методы включают, но не ограничиваются только этим перечнем, сушку в печах и вращающихся печах Однако пересушивание может приводить в некоторой степени к потери способности диспергироваться В том случае, когда продукты углеродистой сажи, описанные выше, не диспергируются в водном разбавителе так легко, как это требуется, они могут быть диспергированы с использованием известных методов, таких как помол или дробление В отличие от общеизвестных сажевых напол 61049 10 ного присоединяться углеродистого компонента Гелевые композиции данного изобретения могут быть получены любым известным способом получения гелевых композиций Например, гелевая композиция данного изобретения может быть получена следующим способом, который относится к алкоксидной системе 1) Растворение исходного вещества для получения нужного гелевого компонента (в данном примере алкоксид) в спирте, 2) Добавление воды к раствору таким образом, что молярное соотношение алкоксида и воды составляет приблизительно 1, 3) Добавление кислоты к полученному раствору таким образом, что молярное соотношение Получение гранул из способных присоедиводы и кислоты равно приблизительно 1 0,0007, няться продуктов углеродистой' сажи предпочтидля получения золя, тельно выполняют с использованием общеизвестного влажного способа, способа игольчатого гра4) Добавление к золю углеродистого компонулирования Образующиеся гранулы легко диснента, пергируются в воде при минимальном перемеши5) Добавление катализатора (обычно кислоты вании или смешении, уменьшая или устраняя неили основания) для начала желатинирования зообходимость помола или применения дисперсанля, та 6) Выдерживание образующегося геля в форДанное изобретение также включает новую ме в течение приблизительно 24 часов при темпегелевую композицию, содержащую гелевый комратуре 50°С, понент и продукт углеродистой сажи, содержащий 7) Промывка образованного геля водой для по меньшей мере одну органическую группу, оргазамещения компонента растворителя водой и заническую группу, включающую а) по меньшей метем выдерживание геля в воде при повышенной ре одну ароматическую группу, и Ь) по меньшей температуре (до 100°С, приблизительно 70°С) в мере одну ионную группу, по меньшей мере одну течение периода до 24 часов, ионизируемую группу или смесь ионной группы и 8) Промывка выдержанного геля в раствориионизируемой группы, в котором по меньшей мере теле для отвода воды и замены воды растворитеодна ароматическая группа органической группы лем, непосредственно присоединена в углеродистой 9) Сушка полученного геля для получения саже Предпочтительно ионную или ионизируемую композиции геля данного изобретения группу выбирают из группы, включающей карбоИсходные вещества для получения геля, подновую кислоту или ее соль, сульфоновую кислоту ходящие для применения в композиции геля данили ее соль, четвертичную аммониевую соль ного изобретения, включают, но перечень не ограПредпочтительно органическую группу выбирают ничивается только этим списком, известные исиз группы, включающей сульфенильную группу ходные вещества для получения геля оксида меили ее соль, п-сульфофенил или его соль, карбокталла, такие как сифенил или его соль Продукты углеродистой Оксид Форма (ы) в качестве исходного весажи, приемлемые для применения в различных металла щества для получения геля воплощениях этой гелевой композиции данного изобретения, могут быть получены способом, опиS1O2 Алкоксид, силикат натрия, санным выше при описании способного присоедиколлоидный няться углеродистого компонента ТЮг Алкоксид, коллоидный Данное изобретение относится также к новой АЬОз Алкоксид, коллоидный, композиции геля, включающей алюминат натрия, соли гелевый компонент и продукт углеродистой Конкретное исходное вещество (предшестсажи, содержащий присоединенные по меньшей венник) выбирают, исходя из типа геля, который мере одну органическую группу, органическую необходимо получить группу, включающую а) по меньшей мере одну d Дополнительные подробности, относящиеся к С-І2 алкильную группу и Ь) по меньшей мере одну способу получения композиции геля данного изоионную группу, по меньшей мере одну ионизиробретения, и типичные способы приведены ниже в ванную группу или смесь ионной группы и ионизиразделе Примеры руемой группы, в котором по меньшей мере одна Как указано в предыдущем разделе, композиалкильная группа органической группы непосредции гелей данного изобретения могут использоственно присоединена к углеродистой саже ваться в любом применении, известном для гелеПредпочтительно ионную или ионизируемую вых композиций Для специалиста понятно ясно, группу выбирают из группы, включающей этанприменимость конкретной композиции геля данносульфоновую кислоту или ее соль Продукты угго изобретения для использования в конкретном леродистой сажи, приемлемые для применения в случае, будет зависеть от характеристик композиразличных воплощениях этой композиции геля ции, таких как количество углеродистого материаданного изобретения, могут быть получены также ла, введенного в композицию геля, и насыпной вес способом, описанным выше при описании способкомпозиции нителей, химически модифицированные способные присоединяться продукты углеродистой сажи не являются труднодиспергируемыми в водной среде Химически модифицированные способные присоединяться продукты углеродистой сажи не требуют ни обязательного применения общеизвестного способа измельчения, ни обязательного применения дисперсантов, необходимых для достижения применимой дисперсии Предпочтительно, для химически модифицированных способных присоединяться продуктов углеродистой сажи необходимо лишь перемешивание или смешение для облегчения распределения наполнителя в воде 12 11 61049 Типичными примерами применения композирасплавленные тормозные лигнины и в композиций геля данного изобретения, но применение не циях природных или синтетических каучуков ограничивается только этим перечнем, являются Адсорбент следующие Гелевая композиция данного изобретения может использоваться в качестве материала для Применение для изоляции жидкостной, газовой или паровой адсорбции Композиции геля данного изобретения могут преимущественно использоваться для термичеНоситель катализатора ской, электрической и/или звукоизоляции, как поГелевая композиция данного изобретения моказано ниже жет использоваться в качестве носителя-хозяина для катализатора порошкообразного металла или Термоизоляция оксида металла Гелевая композиция данного изобретения может вводиться в качестве разрыхляющего наполМембраны нителя в термоизоляцию Кроме того, композиция Гелевая композиция данного изобретения могеля данного изобретения может соединяться с жет использоваться в качестве материала для материалом, выбранным из группы, включающей селективного выделения жидкостей, газов или силикат кальция, минеральное волокно, порошок паров оксида металла, пенополимер, стекловолокно и Фильтры т п и в таком сочетании вводиться в термоизоляГелевая композиция данного изобретения моцию С другой стороны, гелевая композиция данжет использоваться в качестве фильтрующего ного изобретения может использоваться под ваматериала для микрочастиц куумом в термоизоляции Детекторы излучения Электроизоляция Гелевая композиция данного изобретения может использоваться для обнаружения излученияГелевая композиция данного изобретения мов детекторе излучения, таком как детектор Черепжет вводиться в полимерную композицию, предкова назначенную для применения в качестве электроизоляции Термостойкое покрытие Звукоизоляция Гелевая композиция данного изобретения моГелевая композиция данного изобретения может использоваться в форме тонкой пленки в кажет вводиться в качестве разрыхляющего наполчестве термозащитного покрытия нителя в звукоизоляцию С другой стороны, гелеДиэлектрик с низким значением К вая композиция данного изобретения может соГелевая композиция данного изобретения моединяться с другим материалом, таким как целжет использоваться в диэлектрических материалюлоза или пенопласт, и в таком сочетании вволах, например, в качестве материала с низкой диться в качестве наполнителя в звукоизоляцию диэлектрической постоянной Применение в качестве особых добавок Из приведенного выше описания для специаГелевая композиция данного изобретения молиста понятно, что гелевые композиции данного жет использоваться в качестве особых добавок, изобретения могут использоваться во многих, естаких как загустители, матирующие добавки ли не во всех областях применения, где обычно (flatters), наполнители или упрочняющие наполнииспользуются гелевые композиции Будет также тели Примеры каждого применения включают реализовано, что приведенный выше перечень не следующие является исчерпывающим описанием, но лишь представляет многие возможные применения геЗагустители левых композиций данного изобретения Гелевая композиция данного изобретения может использоваться в качестве загустителя в комЭффективность и преимущества различных позициях пигментов и красок для печати Нетокаспектов и воплощений данного изобретения бусичные гелевые композиции данного изобретения дут дополнительно проиллюстрированы привемогут также использоваться в качестве загуститеденными далее примерами, в которых используля в пищевых продуктах ются следующие методики испытания Матирующие добавки Азотная площадь поверхности (nitrogen surface area N2SA) углеродистых саж, используемых Термин "матирующая добавка" или "матив примерах, представленная в квадратных метрах рующий агент" относится к композиции, которая на грамм (м2/г), определяется в соответствии с будет матировать или придавать матовость красметодикой A S ТМ В3037 Метод А ке, лаку или пленке Композиция геля данного изобретения может использоваться в качестве Показатель адсорбции дибутилфталата (DBP) матирующей добавки для палитуры, лаков для углеродистых саж, используемых в примерах, полуглянцевых покрытий, эмалей или виниловых представленная в миллилитрах на 100 грамм угпленок леродистой сажи (мл/ЮОг), определяется в соответствии с методикой A S ТМ 2414 Наполнитель Гелевая композиция данного изобретения моСредний первичный размер частиц углеродижет использоваться в качестве наполнителя в стых саж, используемых в примерах, выраженный цементах, адгезивах и композициях природного в нанометрах (нм), определяется в соответствии с или синтетического каучука методикой, представленной в A S ТМ 3849 Упрочняющий наполнитель Фотографии, выполненные на сканирующем Гелевая композиция данного изобретения моэлектронном микроскопе (SEM), сделаны с исжет использоваться в качестве упрочняющего напользованием Сканирующего Электронного Микполнителя в полимерных композициях, таких как роскопа Хитачи S570, производимого и постав 14 13 61049 ляемого фирмой Хитачи Корпорейшн Каждая из ртути, который заполняет сосуд, содержащий обSEM-фотографий выполнена при установленной разец, находят как объем замещения Так как мощности 20 киловольт с 25000 увеличением ртуть не смачивает образец, этот объем равен общему объему образца После этого делением Водный осадок модифицированной и немовеса образца на замещенный объем определяют дифицированной углеродистых саж определяют в насыпной вес образца соответствии со следующей методикой Углеродистую сажу (5г) взбалтывают в воде (45г) в течение Истирание 5 минут, полученную дисперсию выливают через Истирание гелевых композиций определяют сито и промывают до тех пор, пока промывные следующим образом Сухим гелем определенного воды не будут бесцветными Если не указано друразмера (приблизительно диаметром 6мм и высогого, то используют сито 325меш После сушки той 25мм) несколько раз проводят по белому суксита, определяют массу осадка на сите и вырану вдоль длины образца (25мм) по длине 2-3 жают ее в процентах от массы использованной в дюйма (5,08-7,59см), используя давление руки опыте углеродистой сажи Относительную степень осаждения углерода затем сравнивают с полученной на компьютере каНасыпной вес и показатель истирания гелелиброванной шкалой интенсивности серого цвета вых композиций определяют по следующей метоКомпьютер выдает различные оттенки серого цведике та и ранжирует их, присваивая1 номера от 0 до 50 Насыпной вес в зависимости от степени интенсивности серого Гели отливают и формуют в цилиндрические цвета При повышении номера от 0 до 50 увелиформы Во всех случаях цилиндрическая форма чивается относительная интенсивность серого геля сохраняется во время сушки Общий объем цвета После применения геля к сукну визуально геля определяют физическим изменением размесравнивают осажденный углерод с компьютерной ров сухого геля Насыпной вес определяют взвешкалой и соответственно присваивают полученшиванием сухого геля и делением нагеометриченому осадку номер по шкале серого цвета Меньский объем В примерах, где брусок подобной шие номера соответствуют меньшему истиранию геометрической формы не подлежит измерению, Величины истирания в сочетании с SEMили в качестве проверки описанного выше спософотографиями используют для определения, приба используют замещение ртутью Измерение соединен ли углеродистый материал к гелевому насыпного веса гелевой композиции при помощи компоненту замещения ртутью проводят следующим образом Чистый пустой стеклянный сосуд заполняют ртуПриведенные далее примеры иллюстрируют тью до определенной высоты и сосуд взвешиваспособы модифицирования углеродистых матеют Затем ртуть удаляют и сосуд очищают После риалов и получения композиций данного изобреэтого образец сухого геля известного веса пометения из исходного алкоксида и исходного силикат щают в стеклянный сосуд и добавляют в сосуд натрия ртуть, доводя объем до той же конкретной высоПримеры ты, что и ранее Определяют вес сосуда, содерВ следующих примерах используются три угжащего ртуть и образец Зная плотность ртути и леродные сажи СВ-А, СВ-В и СВ-С Аналитичевес ртути в обоих случаях, находят объем ртути ские свойства каждой из углеродистых саж, опредля обоих случаев Разность между объемом ртуделенные с помощью описанных выше методик, ти, которая заполняет пустой сосуд, и объемом приведены в таблице 1 Таблица 1 Аналитические свойства саж Сажа N2SA (м2/г) ОВР(млЛООг) СВ-А СВ-В СВ-С 24 230 560 132 70 120 Модифицирование углеродистых материалов Примеры 1-4 показывают способы модифицирования углеродистых материалов, в частности саж В этих примерах представлены также методики, использованные для получения модифицированных саж Модифицированной СВ-А, Модифицированной СВ-В, Фенольной СВ-В и Модифицированной СВ-С, используемых в остальных примерах Пример 1 В данном примере показано получение модифицированного продукта сажи с использованием сажи, обозначенной в Таблице 1 как СВ-А К раствору 10,1г сульфаниловой кислоты и 6,23г концентрированной азотной кислоты в 21 г Средний первичный размер частиц (нм) 130 16 16 воды добавляют 200г СВ-А, раствор 4,87г ЫаНОг в Юг воды и смесь быстро перемешивают Полученная внутренняя соль 4-сульфобензолдиазоний гидроксид взаимодействует с сажей Спустя 15 минут дисперсию сушат в печи при температуре 125°С Образующийся продукт сажи обозначают как "Модифицированная СВ-А", он представляет собой сажу, содержащую присоединенные 4C6H4SO3 группы Пример 2 Данный пример иллюстрирует получение продукта модифицированной сажи с использованием сажи, обозначенной в приведенной выше таблице 1 как СВ-В 16 15 61049 Раствор, полученный из 36,2г сульфаниловой саж СВ-А, СВ-В и СВ-С кислоты, 8,76г NaOH и 162г воды охлаждают Примеры с использованием в качестве исходльдом Двести граммов NO2 добавляют при переного вещества алкоксида (загрузка - до 50% мае, мешивании, образующуюся суспензию нагревают твердых веществ) до 75°С и тут же переносят ее в гранулятор, соПримеры 5-22 относятся к гелям, полученным держащий 300г СВ-В После гранулирования в с использованием в качестве исходного вещества течение трех минут дополнительно добавляют 35г только алкоксида и алкоксида с углеродистым воды После гранулирования в течение несколькомпонентом в количестве менее или равном 50% ких дополнительных минут продукт удаляют из мае (тв в-во) гранулятора и сушат в печи при температуре приПример 5 близительно 126°С Продукт содержит 0,14% осКонцентрированный золь диоксида кремния татка на сите 325меш, в то время как необрабополучают смешением 61мл тетраэтилортосиликатанная сажа содержит 94% такого остатка та (98% чистоты), 61мл этилового спирта, 4,87мл деионизированной воды и 0,2мл 1М соляной киПолученный продукт сажи обозначают как слоты в круглодонной колбе объемом 500мл при "Модифицированная СВ-С" и он представляет энергичном перемешивании Колбу помещают в собой сажу, содержащую 4-C6H4SO3 группы нагревающую оболочку и смесь кипятят с обратПример 3 ным холодильником с помощью конденсатора при Данный пример иллюстрирует получение про70°С в течение 2 часов Полученный золь, котодукта - модифицированной сажи, отличного от рый содержит 15% мае S1O2, охлаждают и хранят продукта примера 2, с использованием сажи, обопри температуре 5°С до применения значенной в представленной выше таблице 1 как СВ-В Перед желатинированием золь нагревают до комнатной температуры и регулируют концентра5-Амино-2-гидроксибензолсульфокислоту цию разбавлением этиловым спиртом таким обра(1,89г) растворяют в ЮОг теплой воды, добавляют зом, что образующаяся смесь содержит 11% мае Юг СВ-С и смесь охлаждают до комнатной темпеS1O2 Желатинирование осуществляют смешением ратуры Добавляют концентрированную НСІ 70% (объемн) исходного золя с 30% объем, эти(1,18г), затем раствор 0,85г нитрита натрия в воде, лового спирта Желатинирование инициируют дов результате образуется соль диазония, которая бавлением 0,5М NH4OH при объемном соотношереагирует с сажей После перемешивания в течении гидроксида аммония и золя, равном 1 10 Поние 15 минут полученную дисперсию сушат в печи сле добавления гидроксида аммония смесь перепри температуре 125°С Продукт содержит 0,06% мешивают в течение 2-5 минут и затем заливают в остатка на сите 325меш, в то время как необрабоцилиндрические трубки Желатинирование провотанная сажа - 94% дят в течение 7-Ю минут После этого гели запаиПолученный продукт сажи обозначают как вают внутри матриц для предотвращения высы"Фенольная СВ-В", и он представляет собой сажу, хания и выдерживают при температуре 50°С в содержащую присоединенные 4,3-СбН4(ОН) (SO3) течение 24 часов После первоначального выдергруппы живания гели удаляют из матрицы, помещают в Пример 4 запаянные трубки, содержащие деионизированДанный пример иллюстрирует получение проную воду и выдерживают дополнительно при темдукта - модифицированной сажи с использованипературе 70°С в течение 24 часов После удалеем сажи, обозначенной в представленной выше ния из печи гели несколько раз промывают деиоТаблице 1 как СВ-С низированной водой Двести грамм СВ-С смешивают с 2,8л воды Сульфаниловую кислоту (42,4г) растворяют в Затем гели помещают в запаянные трубки, смеси при перемешивании, а затем добавляют содержащие ацетон, для замены жидкости, нахохолодный раствор 25,5г NO2 в ЮОг воды при быдящейся в порах (первоначально - вода), и выстром перемешивании Образуется внутренняя держивают в течение 10 часов при температуре соль - 4-сульфобензолдиа-зоний гидроксид, кото50°С В конце 10-часового периода гели промырая реагирует с сажей Выделяются пузырьки гавают ацетоном Этот процесс повторяют в общей за После перемешивания в течение одного часа, сложности 3 раза После трех таких интервалов непосредственно в смесь вводят 5г порцию гелей сушат непосредственно из ацетона, NO2 Дисперсию перемешивают в течение 15 мисначала при температуре 50°С в течение 12 чанут, оставляют на ночь и сушат в печи при темпесов , затем при температуре 140°С в течение доратуре 130°С полнительных 12 часов Полученные гели показывают некоторое сжатие и каждые имеет измеренПолученный продукт сажи обозначают как ный насыпной вес 0,5-0,6г/см3 "Модифицированная СВ-С", он представляет собой сажу, содержащую присоединенные 4Оставшиеся гели помещают в запаянные C6H4SO3 группы трубки, содержащие гептан, и оставляют для замены жидкости, находящейся в порах, на 10 часов Как показано в приведенных далее примерах, при температуре 50°С В конце 10-часового инмодифицированные сажи Модифицированная тервала гели промывают гептаном Этот процесс СВ-А, Модифицированная СВ-С, Фенольная СВ-В повторяют три раза После трех таких интервалов и Модифицированная СВ-С - присоединяются к гели сушат непосредственно из гептана, сначала гелевому компоненту и используются для получепри 70°С в течение 12 часов, затем при 140°С в ния композиций гелей данного изобретения Для течение дополнительных 12 часов Эти гели сосравнения были получены также гелевые компохраняют свои цилиндрические формы с найменьзиции с использованием немодифицированных 18 17 61049 шим' сжатием и каждый образец имеет насыпной используемой в каждом примере, приведено в 3 вес в интервале 0,4-0,44г/см Таблице, ниже, в виде процента от общего количества твердых веществ Насыпной вес и истирание типичных образцов гелей, высушенных в ацетоне и гептане, опредеТаблица ляют в соответствии с методиками, описанными выше Результаты приведены в Таблицах 2 и 3, Количество сажи (СВ-А) % от общеПример представленных ниже го содержания твердых веществ Пример 6 7 10 Этот пример иллюстрирует получение компо8 15 зиций геля, которые содержат компонент немоди9 20 фицированной сажи, обозначенной как "СВ-А" и 10 30 обладающей аналитическими свойствами, кото11 50 рые представлены в Таблице 1 В этом примере по существу повторяют стаКогда количество СВ-А изменяют с 10 до 20%, дии из Примера 5 с одним исключением Перед влажные гели становятся заметно прочнее Для инициированием образования геля конкретное данного растворителя при повышении содержания количество СВ-А добавляют к золю, который разСВ-А высушенные гели демонстрируют снижение бавлен и содержит 70% (объем ) первоначального сжатия и более низкий насыпной вес Фактором, золя и 30% (объем ) этилового спирта Количество который не зависит от содержания углеродной добавляемой углеродной сажи вычисляют таким сажи, является показатель истирания каждого образом, что общее содержание твердых веществ высушенного геля В процессе работы с высушеностается тем же самым, таким образом фактиченым гелем, который содержит СВ-А, значительное ски количество добавленной сажи замещает эквиколичество остаточной сажи высаживается из мавалентную массу диоксида кремния В этом притериала в перчатку и в окружающую среду Кроме мере необходимое содержание твердых веществ того, скорость истирания углеродистых выпрессоравно 11%, как и в Примере 5 Таким образом, из вок для гелей, полученных с СВ-А, была значиэтих 11% твердых веществ 95% составляет диоктельной Показатели истирания и значительные сид кремния, а остальные 5% твердых веществ скорости истирания гелей указывают на присутстдобавляют в виде свободной сажи Для того, чтовие сажи, не присоединенной к гелевому компобы сохранить содержание твердых веществ на ненту том же уровне, золь разбавляют подходящим коНасыпной вес и показатели истирания типичличеством этилового спирта из расчета на вывеных образцов гелей, высушенных в ацетоне и гепренное содержание диоксида кремния тане, из каждого примера определяют в соответПосле того, как определены относительные ствии с методиками, описанными выше Результапропорции, соответствующее количество сажи ты приведены в Таблицах 2 и 3, представленных добавляют в золь и смесь перемешивают в течениже, ние 5-10 минут СВ-А диспергируют в раствор таПример 12 ким образом, что 5% общего содержания твердых Этот пример иллюстрирует получение комповеществ составляет СВ-А, а остальное - диоксид зиции геля данного изобретения, включающей кремния Желатинирование инициируют как и в сажу, присоединенную к гелевому компоненту предыдущем опыте Объемное соотношение, исВ данном примере по существу повторяют мепользуемое для ускорения желатинирования, тодику примеров 6-11, за исключением того, что в поддерживают на уровне 1 10 и концентрацию композиции геля вводят Модифицированную СВ-А основания сохраняют на уровне 0,5М Примера 1 Как и в предыдущем примере, добавляют амКак и в примере 6, Модифицированную СВ-А моний, СВ-А диспергируют при энергичном передиспергируют в раствор частично гидролизованмешивании в течение 2-5 минут и затем заливают ного диоксида кремния так, что 5% общего содерв цилиндрические трубки Желатинирование прожания твердых веществ составляет Модифицироводят в течение 8-12 минут Затем гели выдерживанная СВ-А, а остальное - диоксид кремния Повают в течение 24 часов при температуре 50°С, лучают группу гелей с добавлением гидроксида удаляют из форм и выдерживают в течение доаммония, выдерживают точно также, как описано полнительных 24 часов в деионизированной воде выше, раствор замещают ацетоном и гептаном, и при 70°С Затем заменяют содержащийся в порах гель сушат, как описано в Примерах 7-11 растворитель и гели сушат, как указано в Примере Модифицированная СВ-А диспергируется лег5, из ацетона и гептана че и дисперсия сохраняется дольше с точки зреНасыпной вес и истирание типичных образцов ния осаждения, чем при использовании немодигелей, высушенных в ацетоне и гептане, опредефицированной СВ-А Во влажном состоянии гели ляют в соответствии с методикой, описанной выоказываются прочнее, чем гели без сажи, и неше Результаты приведены в таблицах 2 и 3, сколько прочнее, чем гели, содержащие немодипредставленных ниже фицированную СВ-А Для данного растворителя, Примеры 7-11 однако, насыпной вес был ниже у материалов, Повторяют стадии примера 6 за исключением изготовленных с использованием Модифициротого, что количество СВ-А увеличивают с 10 до ванной СВ-А Более важно значительное сниже50% от общего содержания твердых веществ, а ние показателя истирания, которое показывает, остальное количество твердых веществ составлячто сажа действительно внедрена в структуру геет диоксид кремния Конкретное количество сажи, ля и присоединена к гелевому компоненту 20 19 61049 Насыпной вес и истирание типичных образцов - с добавлением аммиака, выдерживанием, замегелей, высушенных в ацетоне и гептане, опреденой растворителя и сушкой, как описано в Примеляют в соответствии с методиками, описанными ре 5 выше Результаты приведены в Таблицах 2 и 3, Насыпной вес и истирание типичных образцов представленных ниже гелей, высушенных в ацетоне и гептане, определяют в соответствии с методиками, описанными Примеры 13-17 выше Результаты приведены в Таблицах 2 и 3, Эти примеры иллюстрируют получение гелепредставленных ниже вых композиций данного изобретения, которые включают сажу, присоединенную к гелевому комПример 19 поненту Этот пример иллюстрирует получение гелевой композиции данного изобретения, включающей По существу повторяют стадии Примера 13, сажу, присоединенную к гелевому компоненту за исключением того, что количество Модифицированной СВ-А повышают с 10 до 50% от общего В данном Примере по существу повторяют содержания твердых веществ, а остальное прихометодику, используемую в Примере 18, за исклюдится на диоксид кремния Конкретное количество чением того, что в композиции геля вводят Модисажи, используемой в каждом примере, приведено фицированную СВ-В Примера 2 в Таблице, ниже, в виде процента от общего колиКак и в предыдущих примерах, Модифицирочества твердых веществ ванную СВ-В промывают в соответствии с установленной последовательностью и затем диспергируют в раствор частично гидролизованного диТаблица оксида кремния так, что 15% общего содержания твердых веществ составляет Модифицированная Пример Количество Сажи (СВ-А) % от общеСВ-В, а остальное - диоксид кремния Затем полуго содержания твердых веществ чают ряд гелей, выдерживают так же, как описано 13 10 выше, растворитель заменяют ацетоном и гепта14 15 ном и гели сушат, как описано в предыдущих при15 20 мерах 16 30 Насыпной вес и истирание типичных образцов 17 50 гелей, высушенных в ацетоне и гептане, определяют в соответствии с методиками, описанными При сравнении с гелями, полученными с невыше Результаты приведены в Таблицах 2 и 3, модифицированной СВ-А, высушенные гели припредставленных ниже меров 13-17, содержащие модифицированную СВПример 20 А, для данного растворителя при повышении соДанный пример иллюстрирует'получение комдержания Модифицированной СВ-А демонстрипозиции геля данного изобретения, включающей руют уменьшенное сжатие и более низкий насыпуглеродную сажу, присоединенную к гелевому ной вес Кроме того, для данного растворителя и компоненту содержания Модифицированной СВ-А влажные В данном примере по существу повторяют мегели были физически прочнее, а высушенные гели тодику, использованную в Примере 19, за исклюобладали более низкими насыпными весами по чением того, что в композиции геля вводят Феносравнению с гелями, полученными с немодифильную СВ-В примера 3 цированной СВ-А Как-и в предыдущих Примерах, Фенольную Другим отличительным признаком всей серии СВ-В промывают, затем диспергируют в раствор гелей с Модифицированной СВ-А является заметчастично гидролизованного диоксида кремния, так ное отличие в характеристиках истирания В прочто 15% общего содержания твердых веществ цессе работы с сухими гелями отмечается значисоставляет Фенольная СВ-В, а остальное - диоктельное снижение остаточного углерода, осажсид кремния Затем получают ряд гелей - добавденного в перчатке и окружающей среде, по сравлением аммиака, заменой растворителя и сушкой, нению с композициями геля, полученными с некак описано в предыдущих примерах модифицированной СВ-А Эти результаты покаНасыпной вес и истирание типичных образцов зывают, что Модифицированная СВ-А присоедигелей, высушенных в ацетоне и гептане, опреденена к гелевому компоненту ляют в соответствии с методиками, описанными Насыпной вес и истирание типичных образцов выше Результаты приведены в Таблицах 2 и 3, гелей, высушенных в ацетоне и гептане, из каждопредставленных ниже го примера определяют в соответствии с методиПример 21 ками, описанными выше Результаты приведены в В данном примере по существу повторяют метаблицах 2 и 3, представленных ниже тодику предыдущих Примеров 5-21, но используя Пример 18 другую углеродную сажу, обозначенную как "СВ-С" В данном примере по существу повторяют меи обладающую аналитическими свойствами, тодики примеров 6-12, используя другую сажу, представленными в Таблице 1 обозначенную как "СВ-В", аналитические свойства Как и в предыдущих примерах, СВ-С дисперкоторой приведены в Таблице 1 гируют в раствор частично гидролизованного диКак и в предыдущих примерах, СВ-С диспероксида кремния так, что 15% общего содержания гируют в раствор частично гидролизованного дитвердых веществ составляет СВ-С, а остальное оксида кремния так, что 15% общего содержания диоксид кремния Затем получают серию гелей - с твердых веществ составляет СВ-В, а остальное добавлением аммиака, заменой растворителя и диоксид кремния После этого получают ряд гелей 61049 22 21 сушкой, как описано в предыдущих примерах Как и в предыдущих примерах, Модифицированную СВ-С промывают и диспергируют в расНасыпной вес и истирание типичных образцов твор частично гидролизованного диоксида кремгелей, высушенных в ацетоне и гептане, опредения таким образом, что 15% общего содержания ляют в соответствии с методиками, описанными твердых веществ составляет Модифицированная выше Результаты приведены в Таблицах 2 и 3, СВ-С, а остальное - диоксид кремния Затем полупредставленных ниже чают ряд гелей - с добавлением аммиака, заменой Пример 22 растворителя и сушкой, как описано в предыдуДанный пример иллюстрирует получение комщих примерах позиции геля данного изобретения, включающей углеродную сажу, присоединенную к гелевому Насыпной вес и истирание типичных образцов компоненту гелей, высушенных в ацетоне и гептане, определяют в соответствии с методиками, описанными В данном Примере по существу повторяют выше Результаты приведены в Таблицах 2 и 3, методику, использованную в Примере 21 за испредставленных ниже ключением того, что в композиции геля вводят Модифицированную СВ-С Примера 4 Таблица 2 Гели (