高黑度炭黑组合物

技术领域

本公开涉及炭黑和包含炭黑的组合物，其可用于需要高黑度(high-jetness)的应用。本公开提供了可用于高黑度应用的组合物及其制备方法和用途。

技术背景

炭黑可用于多种应用以赋予颜色。炭黑材料或包含这种炭黑材料的组合物吸收光的能力称为黑度。经常地，黑度涉及含有碳黑作为唯一颜料的材料的颜色，而色调则可涉及通过使用颜料共混物产生的颜色。与低黑度炭黑材料相比，更高黑度的炭黑可产生更黑的组合物。可使用分光光度计来评估样品的黑度。

此外，高黑度炭黑在一些体系中可能难以分散。因此，需要改善的高黑度炭黑和包含所述高黑度炭黑的组合物。本公开的组合物和方法满足了这些需求和其他需求。

发明内容

根据本发明的目的，如本文所体现和广泛描述的，在一个方面中，本公开涉及高黑度炭黑材料、包含所述高黑度炭黑材料的组合物及其制备方法和用途。

在一个方面中，本公开提供了一种母珠(masterbead)组合物，其包含约50重量％至约80重量％的碳纳米材料和约20重量％至约50重量％的添加剂，所述添加剂包括以下一种或多种：脱模剂组合物、UV稳定剂、热稳定剂和/或抗氧化剂、以及阻燃剂。

在另一个方面中，本公开提供了一种母珠组合物，其包含约50重量％至约80重量％的炭黑和约20重量％至约50重量％的添加剂，所述添加剂包括以下一种或多种：脱模剂组合物、UV稳定剂、热稳定剂和/或抗氧化剂、以及阻燃剂。

在另一个方面中，本公开提供了一种母珠组合物，其包含约50重量％至约80重量％的钢琴黑和约20重量％至约50重量％的添加剂，所述添加剂包括以下一种或多种：脱模剂组合物、UV稳定剂、热稳定剂和/或抗氧化剂、以及阻燃剂。

在另一个方面中，本公开提供了一种母珠组合物，其包含约50重量％至约80重量％的碳纳米材料和约20重量％至约50重量％的添加剂，所述添加剂包括脱模剂组合物。

在另一个方面中，本公开提供一种母珠组合物，其包含约50重量％至约80重量％的碳纳米材料和约20重量％至约50重量％的添加剂，所述添加剂包括酰胺。

在另一个方面中，本公开提供了一种母珠组合物，其包含约50重量％至约80重量％的碳纳米材料和约20重量％至约50重量％的添加剂，所述添加剂包括N,N’-亚乙基双(硬脂酰胺)。

在一个方面中，本公开提供了一种母珠组合物，其包含约50重量％至约80重量％的碳纳米材料和约20重量％至约50重量％的添加剂，所述添加剂包括以下一种或多种：脱模剂组合物、UV稳定剂、热稳定剂和/或抗氧化剂、以及阻燃剂，其中当母珠组合物被下调至树脂中的炭黑载量为约0.5重量％至约1.0重量％时，具有小于约3.5的黑度(L值)。

在另一个方面中，本公开提供了一种制备母珠组合物的方法，所述方法包括使约50重量％至约80重量％的碳纳米材料和约20重量％至约50重量％的添加剂接触，所述添加剂包括以下一种或多种：脱模剂组合物、UV稳定剂、热稳定剂和/或抗氧化剂、以及阻燃剂，以形成具有多个细碎颗粒的母珠。

附图说明

附图包括在本说明书中并构成本说明书一部分，其说明了几个方面，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1A是根据本公开的各个方面在聚酰胺6树脂中使用30重量％的Raven2500Ultra炭黑制备的母炼胶挤出物的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。

图1B是根据本公开的各个方面在聚酰胺6树脂中使用20重量％的Raven5100Ultra炭黑制备的母炼胶挤出物的横截面的SEM图像。

图1C是根据本公开的各个方面在聚酰胺6树脂中使用20重量％的Raven5100Ultra炭黑和10重量％的N,N'-亚乙基双(硬脂酰胺)(EBS)制备的母炼胶挤出物横截面的SEM图像。

图2A是一部分经注塑成型的色卡的透射电子显微镜(TEM)图像，所述色卡根据本公开的各个方面由Raven 2500Ultra炭黑和EBS的母珠组合物制备，使用聚酰胺6下调至炭黑载量为0.5重量％。

图2B是一部分经注塑成型的色卡的TEM图像，所述色卡根据本公开的各个方面由Raven 3000Ultra炭黑和EBS的母珠组合物制备，使用聚酰胺6下调至炭黑载量为0.5重量％。

图2C是一部分经注塑成型的色卡的TEM图像，所述色卡根据本公开的各个方面由Raven 5100Ultra炭黑和EBS的母珠组合物制备，使用聚酰胺6下调至炭黑载量为0.5重量％。

图3说明了根据本公开的各个方面的经下调的炭黑母炼胶组合物的色彩性能。

图4说明了根据本公开的各个方面的包含添加剂的含有炭黑的母珠组合物的色彩性能。

本发明的其他方面将部分地在随后的描述中阐述，并且部分地将由所述描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践而获知。本发明的优点将通过所附权利要求中特别指出的要素和组合来实现和获得。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是对所要求保护的本发明的限制。

具体实施方式

通过参考下文对本发明的详细描述和其中包括的实施例，可以更容易地理解本发明。

在公开和描述本发明的化合物、组合物、制品、体系、装置和/或方法之前，应当理解，除非另有说明，否则它们不限于特定的合成方法，或除非另有说明，否则不限于特定的试剂，因此，当然可以变化。还应理解，本文中使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并不旨在进行限制。尽管在本发明的实践或测试中可以使用与本文描述的那些相似或等效的任何方法和材料，但现在描述示例方法和材料。

本文提及的所有出版物均通过引用纳入本文以公开和描述与引用这些出版物相关的方法和/或材料。

除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。尽管在本发明的实践或测试中可以使用与本文描述的那些相似或等效的任何方法和材料，但现在描述示例方法和材料。

如本文所使用的，除非另有明确说明，否则单数形式“一(a，an)”和“所述(the)”包括复数指代对象，除非上下文另有明确表示。因此，例如，提及的“填料”或“溶剂”分别包括两种或更多种填料或溶剂的混合物。

在本文中范围可以表示为“约”一个特定值，和/或至“约”另一个特定值。当表示这样的范围时，另一个方面包括一个特定值和/或至另一个特定值。类似地，当值表示为近似值时，通过使用先行词“约”，应理解，所述特定值形成另一个方面。应进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点而言是重要的，并且独立于另一个端点。还应理解，本文公开了多个值，并且除了所述值本身之外，还在本文中公开了每个值为“约”该特定值。例如，如果公开了值“10”，则还公开了“约10”。还应理解，两个特定单元之间的每个单元也是被公开的。例如，如果公开了10和15，那么也公开了11、12、13和14。

如本文所使用的，术语“任选”或“任选地”意指随后描述的事件或情况能够发生或不能发生，并且所述描述包括其中所述事件或状况发生的情况和不发生的情况。

公开了用于制备本发明组合物的组分以及在本文公开的方法中使用的所述组合物本身。这些材料和其他材料在本文中公开，并且应当理解，当这些材料的组合、子集、相互作用、组等被公开时，虽然不能明确公开这些化合物的每个不同个体和集体组合以及排列的具体参考，但每一个都在本文中被特别考虑和描述。例如，如果公开和讨论了特定化合物并且讨论了可以对所述化合物包括的许多分子进行的许多修饰，则特别考虑的是化合物的每一种组合和排列以及可能的修饰，除非有相反的特别表示。因此，如果公开了一类分子A、B和C以及一类分子D、E和F并且公开了一个组合分子的实例A-D，那么即使每一个都没有单独叙述，每一个都是单独地和集体地考虑意味着组合A-E、A-F、B-D、B-E、B-F、C-D、C-E和C-F被认为是公开的。同样，还公开了它们的任何子集或组合。因此，例如，A-E、B-F和C-E的亚组将被认为是公开的。该概念适用于本申请的所有方面，包括但不限于制备和使用本发明组合物的方法中的步骤。因此，如果存在多个可实施的附加步骤，应理解这些附加步骤中的每一个步骤都可以与本发明的方法的任何特定实施方案或实施方案的组合一起来实行。

本文公开的每种材料均可商购获得和/或其制备方法是本领域技术人员已知的。

应当理解，本文公开的组合物具有特定功能。本文公开的是用于执行所公开的功能的特定结构要求，并且应理解，存在与所公开的结构相关的可执行相同功能的多种结构，并且这些结构通常会实现相同的结果。

除非另有说明，份数是重量份数，温度单以℃计或为环境温度，压力等于或接近大气压。

如上文简要的描述，本公开提供了高黑度炭黑和包括这种高黑度炭黑的组合物，以及其制备方法和用途。

市场对高黑度工程塑料组合物的需求不断增长，尤其是对于纤维和汽车应用，其可使用高表面积炭黑来满足。这些炭黑在本领域中也可称为钢琴黑。虽然这些炭黑可以将优异的黑度特性赋予所得到的组合物，但固有的粒度(即细度)和高表面积会使它们非常难以分散。一方面，炭黑聚集体之间的高范德华相互作用以及炭黑与传统聚合物树脂之间有限的亲和力可能需要高能量输入才能在聚合物体系内实现良好的分散。良好的分散对于这些应用很重要，但在使用常规的混炼实践时可能具有挑战性。

使用炭黑填充的工程树脂的应用通常需要一包添加剂来克服将炭黑分散并加工到树脂组合物中的挑战，并针对特定应用来优化其性能。虽然具体的添加剂或添加剂的组合可以变化，这取决于所使用的一种或多种树脂和具体应用，但是这些添加剂组合物可以基于它们赋予最终树脂/炭黑组合物的功能或性质来表征。在各种传统体系中，可使用一种或多种下述添加剂：(1)可用于防止成品部件在挤出或成型过程中粘附在金属表面上的脱模剂组合物，(2)用于延长塑料部件的户外寿命的UV稳定剂，(3)用于保护树脂在加工过程中免受热降解和氧化降解的热稳定剂和/或抗氧化剂，以及(4)用于防止火灾或减缓其蔓延的阻燃剂。在其他方面中，除了任意上述那些添加剂或代替任意上述那些添加剂，还可以使用其他添加剂。还是在其他方面中，可以在组合物中使用单一类型的多种添加剂或多种添加剂或各种类型。

炭黑材料可能由于其细度和粉化而固有地难以处理。它们也很难分散到塑料中。在大多数树脂体系中实现良好的炭黑分散通常需要高能量混合。许多炭黑材料的用户缺乏将炭黑有效分散到这些树脂体系中的昂贵设备和/或专业知识。因此，一些用户选择使用这样的母炼胶组合物，其中将炭黑以高于在生产终产品中使用所需的浓度分散到树脂体系中。这些浓缩物可由拥有有效分散炭黑材料的设备和知识的公司制备。一旦炭黑充分分散，即使在升高的浓度下，也可以添加额外的树脂以稀释炭黑浓度。最终用户可购买炭黑母炼胶组合物然后通过添加额外的树脂来稀释或下调所述组合物。掺入额外的树脂并将预分散的炭黑分散到剩余树脂中所需的能量明显少于形成所述母炼胶所需的能量。母炼胶材料还有一个额外的好处，那就是更容易处理并且表现出更少的粉化，这是因为碳黑被掺入到树脂基体中。本公开提供了传统母炼胶技术的替代方案，除此之外还提供了不含树脂但同样易于处理并且可以由最终用户容易地分散到树脂体系中的预分散炭黑。

在一个方面中，本公开提供了炭黑、一种或多种添加剂和任选地树脂或塑料材料的组合。在这样的方面中，所述一种或多种添加剂旨在改善炭黑在树脂中的分散性。在另一个方面中，所述组合物不包括树脂，仅包括一种或多种炭黑和一种或多种添加剂。在一些方面中，一种或多种这些添加剂可为用于上述目的的常规添加剂。在这些方面，本发明考虑以比常规方法和应用中更高的浓度使用一种或多种所述添加剂，并且用作炭黑的载体，而不仅仅是用作脱模剂、UV稳定剂、热稳定剂和/或阻燃剂。因此，在一些方面中，预期任何添加剂或添加剂组合的浓度大于本领域中用于其常规目的时使用的浓度。

在一个方面中，所述添加剂或添加剂混合物可与炭黑和树脂一起使用以在混炼阶段改善分散性。在另一个方面中，可使炭黑在与树脂接触之前与添加剂或添加剂混合物预接触。在各个方面中，所述与炭黑预接触的添加剂可称为母珠。在这样的方面中，可将经处理的炭黑包装和/或出售，以便随后与树脂混合。在又一个方面中，可制备包含炭黑、树脂和一种或多种添加剂的母炼胶(即，浓缩物)，其中所述炭黑很好地分散在所述母炼胶组合物中。在这样的方面中，最终用户可通过使母炼胶组合物与额外的树脂接触以稀释母炼胶组合物中浓缩的炭黑和/或添加剂来下调所述母炼胶。

虽然不希望受理论束缚，现认为使用如本文所述的炭黑和添加剂可改善炭黑在树脂体系中的掺混性。在另一个方面中，现认为本文所述的炭黑和添加剂组合物可包括双连续形态。

本发明的炭黑可包括适合在需要高黑度的应用中使用的任何炭黑。在一个方面中，所述炭黑是炉法炭黑。在一个方面中，可使用单独的高黑度炭黑。在其他方面中，可使用两种或多种炭黑，其中至少一种炭黑是高黑度炭黑。还是在其他方面中，可使用两种或更多种高黑度炭黑。在又一方面中，高黑度炭黑可替代组合物中的其他全部的或一部分的传统炭黑和/或其他颜料或染料。

在一个方面中，本发明包括钢琴黑。在多个方面中，钢琴黑包括高表面积炭黑，例如，具有以下氮表面积(NSA)：至少约175、至少约200、至少约225、至少约250、至少约300、至少约350、至少约400、至少约450、至少约500m

NSA是指氮表面积，其可根据ASTM D6556进行测量，并且是基于B.E.T.理论可接触氮的炭黑样品总表面积的量度。STSA是指可接触塑料或其他介质的炭黑样品的统计厚度表面积或外表面积，并且可根据ASTM D6556进行测量。OAN是指吸油值，并且旨在提供炭黑等级的结构或聚集体尺寸的指示。OAN可根据ASTM D2414测量。

在其他方面中，本发明的全部或部分炭黑可用一种或多种其他碳纳米材料代替，例如单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纤维和石墨烯。因此，在一个方面中，所述组合物可包含碳纳米材料和一种或多种添加剂。

在一个方面中，本发明还包括常规的脱模添加剂或其类似物或衍生物。在各个方面中，这样脱模剂可包括酰胺，例如伯、仲和/或叔酰胺，或胺。在一个方面中，所述添加剂可包括亚乙基双硬脂酰胺(EBS)(下文称为化合物(I))。在另一个方面中，所述添加剂可包括蜡，例如，聚乙烯蜡。还是在其他方面中，所述添加剂可包括一种或多种其他常规脱模剂。在其他方面中，可将本文所述的或考虑到的任意一种或多种单独的添加剂组合以形成所述添加剂。在一个方面中，多种脱模剂或其他添加剂可一起使用。脱模剂通常与树脂基体具有化学相容性，并且常常具有比树脂化合物低的分子量。

在另一个方面中，本发明包括UV稳定剂添加剂或其类似物或衍生物。在各个方面中，所述UV稳定剂添加剂可包括苯并三唑、受阻胺光稳定剂(HALS)和/或其他常规UV稳定剂添加剂。在一个方面中，可一起使用多种UV稳定剂添加剂或其他添加剂。

在另一个方面中，本发明包括阻燃剂添加剂或其类似物或衍生物。在各个方面中，阻燃剂添加剂可单独使用或与其他阻燃剂添加剂或其他添加剂组合使用。

在另一个方面中，本发明包括本文所述的或包括钢琴黑的材料的处理中常用的任意两种或多种类型的添加剂的混合物。在各个方面中，所述组合物可包括添加剂材料任意混合物。在另一个方面中，本文所述的任意一种或多种添加剂或任意一种或多种类型的添加剂可从所述组合物中具体地排除。

虽然这些添加剂可用于处理包含常规炭黑的树脂材料，但是它们通常以低水平使用，例如，小于约1,000ppm或约500ppm。由于这些添加剂材料的分子量通常低于与它们混合的树脂，并且通常可溶于与它们混合的树脂和/或和与它们混合的树脂相容，因此本发明考虑它们作为制备母珠或母炼胶材料的载体的用途，或作为炭黑的表面改性剂以减轻并改善润湿性和分散能力的用途。

母珠组合物

在各个方面中，炭黑与任意单独的添加剂或添加剂组合(如果存在多种添加剂)的重量比可为约95:5(炭黑:添加剂)至约50:50，例如，约95:5、90:10、85:15、80:20、75:25、70:30、65:35、60:40、55:45或50:50。在其他方面中，炭黑与任意单独的添加剂或添加剂组合的重量比可为约90:10至约50:50、约85:15至约40:60、约75:25至约50:50、约70:30至约45:55、约60:40至约40:60、约80:20至约30:70或约75:25至约60:40。在其他方面中，炭黑与任意单独的添加剂或添加剂组合的重量比可大于或小于本文所述的任意值或范围。在另一个方面中，炭黑与添加剂之比可为约5:1、4.5:1、4:1、3.5:1、3:1、2.5:1、2:1、1.5:1、1:1、1:1.2、1:1.4、1:1.6、1:1.8、1:2、1:2.1、1:2.2、1:2.3、1:2.4、1:2.5、1:2.6、1:2.7、1:2.8、1:2.9、1:3、1:3.2、1:3.4、1:3.6:、1.3.8、1:4、1:4.2、1:4.4、1:4.6、1:4.8或1:5。在其他方面中，炭黑与添加剂或添加剂组合之比可高于或低于本文所述的任意特定值或范围。在一个方面中，上述重量比可涉及包括炭黑和一种或多种添加剂的母珠组合物。在另一个方面中，上述炭黑与添加剂的重量比可涉及还包括一种或多种树脂材料的母炼胶组合物。

在一个方面中，添加剂或添加剂混合物可以以下浓度存在于母珠组合物中：在最终组合物中至少约5,000ppm、至少约6,000ppm、至少约7,000ppm、至少约8,000ppm、至少约9,000ppm、或至少约10,000ppm，或更大。在另一个方面中，添加剂或添加剂混合物可以以下范围存在：从上述任意下限值最高至约10,000ppm、20,000ppm、30,000ppm、40,000ppm、50,000ppm、75,000ppm、100,000ppm、150,000ppm、200,000ppm、250,000ppm、300,000ppm、350,000ppm、400,000ppm、450,000ppm、500,000ppm或更大。

在一个方面中，当如本文所述使用所述一种或多种添加剂和钢琴黑时，炭黑的载量可增加至至少约40重量％、至少约50重量％、至少约55重量％、至少约60重量％、至少约65重量％、至少约70重量％、至少约75重量％、至少约80重量％、至少约85重量％、或更大。在另一个方面中，炭黑的载量可增加至约40重量％至约75重量％、约40重量％至约80重量％、约40重量％至约85重量％、约50重量％至约85重量％、约50重量％至约75重量％、约55重量％至约75重量％、约55重量％至约80重量％、约60重量％至约80重量％、约60重量％至约85重量％、约60重量％至约75重量％、约65重量％至约85重量％、约65重量％至约80重量％、或约65至约75重量％的水平。在其他方面中，母珠组合物中炭黑的量可为约60重量％至约80重量％，添加剂的量可为约20重量％至约40重量％。在其他方面中，炭黑和/或添加剂载量可高于或低于本文所述的任意特定值或范围。在另一个方面中，高载量炭黑的使用，如本文所述，可在使用时仍保持优异的分散能力。

母炼胶组合物

如上所述，可制备包括炭黑、一种或多种如本文所述的添加剂和一种或多种树脂材料的母炼胶组合物。在一个方面中，母炼胶可通过使一种或多种树脂材料与如上所述的母珠接触来制备。在另一个方面中，母炼胶组合物可通过使如本文所述的炭黑、一种或多种添加剂与一种或多种树脂材料接触来制备。在各个方面中，母炼胶组合物的树脂材料，或用于下调母炼胶组合物的树脂材料，可包括任意常规树脂材料，包括例如，聚碳酸酯、聚酰胺、聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二酯、共聚物如苯乙烯-丙烯腈以及三元共聚物如丙烯腈丁二烯苯乙烯。在其他方面中，除了本文列举的任何树脂材料或代替本文列举的任何树脂材料，还可使用本文中未具体列举的其他树脂材料。在一个方面中，可基于炭黑和/或添加剂与特定树脂体系的相容性和/或掺混性来选择所述炭黑和/或添加剂。例如，Raven 3500Ultra是一种臭氧化炭黑，其表面具有含氧官能团。臭氧化可改善炭黑与某些树脂(如聚酰胺)的化学相容性，从而能够改善所述炭黑在所述树脂中的分散。

在各个方面中，母炼胶组合物中炭黑与任意一种或多种添加剂之比可与如上所述包含炭黑和一种或多种添加剂的母珠组合物中的相同。在其他方面中，当将树脂材料添加至所述组合物时，炭黑和所述一种或多种添加剂的浓度可成比例地降低。例如，可使包括70重量％炭黑和30重量％添加剂的母珠组合物与一部分树脂材料接触，以便提供包括50重量％树脂、35重量％炭黑和15重量％添加剂的组合物。在各个方面中，母炼胶组合物中的炭黑可占所述组合物的约20重量％至约50重量％、约20重量％至约40重量％、约25重量％至约60重量％、约30重量％至约40重量％、或约20重量％至约35重量％。在其他方面中，炭黑可以比本文所述的值或范围更大或更小浓度存在。在另一个方面中，母炼胶组合物中的添加剂或添加剂混合物可以以下浓度存在：约5重量％至约35重量％、约5重量％至约10重量％、约5重量％至约20重量％、约10重量％至约35重量％、约10重量％至约25重量％、约10重量％至约20重量％、约15重量％至约25重量％、约15重量％至约30重量％、约20重量％至约35重量％、或约25重量％至约35重量％。在另一个方面中，母炼胶组合物中的添加剂或添加剂混合物可以以高于或低于本文所述的任意特定值或范围的浓度存在。还是在其他方面中，母炼胶组合物中的树脂或树脂混合物可占所述母炼胶组合物的约40重量％至约90重量％、约50重量％至约80重量％、约50重量％至约70重量％、约45重量％至约75重量％、约55重量％至约85重量％、约50重量％至约60重量％、约60重量％至约75重量％、或约65重量％至约80重量％。还是在其他方面中，母炼胶组合物中的树脂或树脂混合物可以以高于或低于本文所述的任意特定值或范围的浓度存在。

在各个方面中，可使用一种或多种常规混合技术来制备母炼胶组合物和/或最终组合物，其中使母炼胶或母珠与树脂接触以实现最终目标树脂浓度，所述常规混合技术包括，例如，双螺杆挤出机，和/或高转矩混炼机，例如，法雷尔式连续搅拌机(Farrelcontinuous mixer)或密炼机(Banbury mixer)。应理解，不同的混合和/或混炼设备可处理不同体积和浓度的材料，并且本领域技术人员在掌握本公开内容后可容易地针对特定材料来选择合适的混合和/或混炼技术和/或设备。例如，与使用双螺杆挤出机或连续混合机相比，使用班伯里(Banbury)型混合机可获得更高的炭黑载量。

最终组合物

如上所述，可制备最终组合物，其中将一种或多种树脂添加至炭黑和一种或多种添加剂的混合物，如本文所述，以实现目标最终树脂浓度。在这些方面中，添加剂或添加剂混合物在最终组合物(例如，经下调的最终组合物)中可以以下浓度存在：约2,000ppm至约10,000ppm、约6,000至约10,000ppm、约7,000ppm至约15,000ppm、约5,000ppm至约9,000ppm、约8,000ppm至约12,000或约10,000至约50,000ppm。在另一个方面中，所述最终组合物可具有以下炭黑浓度：约0.5重量％、0.6重量％、约0.7重量％、约0.8重量％、约0.9重量％、约1重量％、约1.1重量％、约1.2重量％、约1.3重量％、约1.4重量％、约1.5重量％、约1.6重量％、约1.7重量％、约1.8重量％、约1.9重量％、约2重量％、约2.1重量％、约2.2重量％、约2.3重量％、约2.4重量％、约2.5重量％、或更大。在其他方面，炭黑和/或添加剂或添加剂混合物的浓度可高于或低于本文所述的任何特定值或范围。

在一个方面中，根据本发明制备的经下调的母炼胶样品可在最终应用中包含约1重量％的炭黑和小于约5,000ppm的添加剂，例如EBS。在另一个方面中，这样的组合物可表现出良好的脱模特性，表现出优异的炭黑分散性并将高黑度赋予所得到的应用。

在又一个方面中，本文所述的添加剂或添加剂的组合可用于珠粒工艺(beadingprocess)中，而不是在混炼前掺入混合物中，或除了在混炼前掺入混合物中之外，还可用于珠粒工艺中。在这样的方面中，添加剂或添加剂包可与炭黑预混以提供用于预期树脂或应用的易于分散的炭黑。

在一个方面中，本文所述的添加剂或添加剂组合的使用可改善炭黑在树脂材料中的分散，同时保持良好的墨色(masstone)和/或底色(undertone)特性。在另一个方面中，本发明的母珠可表现出改善的处理特性同时还改善在所得材料中的分散性。在这样的方面中，母珠在处理或运送时将表现出减少的粉化和/或细粉，从而导致与常规炭黑材料相比改善的环境条件和减少的产品损失。

色彩属性

炭黑可将各种色彩属性赋予与它们混合的材料。例如，常常将炭黑添加至塑料中以赋予黑色(“黑度”)。具有较高黑度的炭黑看起来比具有较低黑度的炭黑更黑。虽然传统上把炭黑看作黑色的，但当混炼到各种材料中时，炭黑可赋予从蓝黑色到棕黑色的颜色，称为底色。

这些色彩属性会受到特定炭黑的初级粒径、表面积和聚集体尺寸的影响。最终，炭黑在树脂或其他基体中的分散会极大地影响赋予所得组合物的色彩属性。可使用各种仪器方法定量测量色彩属性。亨特颜色分析仪，例如在0/45°几何位置下排除镜面反射模式(specular excluded mode)下的Hunter Lab Compuscan反射式分光光度计，使用三维空间来定义色彩属性。沿着一个轴，L值的范围为0(深黑色)至100(白色)，且表示颜色密度；沿着第二个轴，“a”值的范围为-a(绿色)至+a(红色)；沿着第三个轴，“b”值范围为-b(蓝色)至+b(黄色)。在炭黑中，相对于对照样品，底色通常被称为蓝色或棕色。

在各个方面中，本文所述母珠母炼胶组合物本身可提供改善的炭黑在树脂体系中的分散和/或改善的色彩性能，正如改善的黑度。在各个方面，本文所述的母珠或母炼胶组合物本身可以提供改善的炭黑在树脂体系内的分散和/或改善的色彩性能，正如改善的黑度一样。在各个方面中，包括一种或多种添加剂的炭黑填充的树脂体系，如本文所述，当下调至炭黑浓度为约0.5重量％至1.0重量％时，可具有小于约5、小于约4.5、小于约4、小于约4、小于约3.8、小于约3.6、小于约3.4、小于约3.4、小于约3.2、小于约3.0、小于约2.9、小于约2.8、小于约2.7、小于约2.6或小于约2.5的L值(黑度)。在其他方面中，所述组合物可具有约2.5至约5、约2.5至约4.5、约2.5至约4、约2.5至约3.8、约2.5至约3.6、约2.5至约3.4、约2.5至约3.2、约2.5至约3、2.5至约2.9、2.5至约2.8、约2.5至约2.7或约2.5至约2.6的L值。在一方面中，所述系统可包括聚酰胺树脂，例如聚酰胺6。在其他方面中，所述体系可包括一种或多种其他树脂材料。

因此，在各个方面中，本公开的母珠技术可提供以下中一项或多项：改善的在树脂体系中的分散、改善的黑度、减少的粉化和改善的炭黑处理特性。

本发明不同的示例性实施方案详述如下。这些实施方案旨在作为示例并且不旨在限制本发明的范围。对于下述每个实施例，除非有相反表示，否则使用以下工艺、设备和条件。使用PRISM双螺杆挤出机(16mm，25:1)在260℃下在聚酰胺6树脂(AdvanSix，Aegis，H8202NLB，％96SAV＝2.61)中进行混炼，然后立即造粒。在混炼之前，将炭黑和PA6树脂分别在160℃的烘箱中干燥过夜，并在80℃的真空烘箱中干燥约三天，以将水分含量减到最少。

如上所述，使用双螺杆挤出机和聚酰胺6树脂，使用30重量％的Raven 2500Ultra炭黑制备第一种母炼胶(“A”)。将母炼胶挤出物用刀片切割并使用扫描电子显微镜(SEM)检查横截面以评估炭黑分散性。检查的挤出物包括若干个炭黑分散较差的区域，这对于包括高表面积炭黑的树脂体系来说很常见，如图1A中所示。

如上所述，制备第二种母炼胶(“B”)，但在聚酰胺6树脂中使用20重量％的Raven5100Ultra炭黑。检查了来自双螺杆挤出机的母炼胶挤出物，所述挤出物同样具有若干个炭黑分散较差的区域，如图1B中所示。

如上所述，制备第三种母炼胶(“C”)，但在聚酰胺6树脂中使用20重量％的Raven5100Ultra炭黑和10重量％的N,N’-亚乙基双(硬脂酰胺)(EBS，购自Sigma Aldrich)。检查了来自双螺杆挤出机的母炼胶挤出物，观察到所述炭黑分散性比不含EBS的母炼胶B中的炭黑分散性有显著改善。

使用Raven 2500Ultra、Raven 3000Ultra和Raven 5100Ultra炭黑的炭黑母珠组合物，各自包括约55重量％至约65重量％的炭黑，余量包括N,N’-亚乙基双(硬脂酰胺)。随后使用聚酰胺6树脂将每种母珠组合物下调至0.5重量％的炭黑载量，然后在260℃下注塑成型为色卡。制备所得到的卡的切片并通过透射电子显微镜(TEM)进行分析以评估炭黑分散性。

每种经下调的组合物均表现出优异的炭黑分散性，如图2A、2B和2C中所示，其中分别说明了添加剂和母珠技术对改善炭黑分散性的益处。

与实施例1中一样，使用三种钢琴黑(Raven 3500Ultra、Raven 5100Ultra以及带有EBS的Raven 5100)各自在聚酰胺6中制备三种母炼胶组合物。每种母炼胶组合物中的炭黑载量为20重量％且第三种母炼胶组合物中的EBS浓度为10重量％。然后将所有三种母炼胶组合物中的炭黑载量均下调至1.0重量％，并使用亨特(Hunter)颜色分析仪进行分析，如本文所述。所述三种组合物的L值为5.6(Raven 3500Ultra)、3.3(Raven 5100Ultra)和3.1(Raven 5100Ultra with EBS)。如图3中所示，钢琴黑都表现出优异的黑度和蓝色底色的色彩性能，与其表面积一致。Raven 5100Ultra明显比Raven 3500Ultra更黑(jetter)，因为Raven 5100Ultra的表面积要大得多。通过SEM对母炼胶组合物进行的分析表明，EBS的存在改善了Raven 5100Ultra炭黑的宏观分散性，同时所述母炼胶中的炭黑附聚物较少。这种改善的分散性和附聚物的缺乏可能在某些汽车应用中是至关重要的。

如本文所述，使用亨特颜色分析仪对实施例2中制备的三种色卡进行分析，所述三种色卡均具有0.5重量％的炭黑浓度并且由包含炭黑和EBS的母珠制备。所述三种组合物的L值为4.7(Raven 2500Ultra和EBS)、4.5(Raven 3000Ultra和EBS)和2.9(Raven 5100Ultra和EBS)。与实施例3一样，这些高色素炭黑中的每一种都提供了优异的黑度和底色的色彩性能。随着由Raven 2500Ultra到Raven 3000Ultra再到Raven 5100Ultra的表面积增加，炭黑表现出改善的黑度。如图2A-2C中的TEM显微照片所示，这种黑度是通过由添加EBS产生的优异的分散性而实现的。

对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。通过考虑本文公开的本发明的说明书和实践，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员而言将是显而易见的。说明书和实施例旨在仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和精神由下述权利要求表示。