JP2000038491A

JP2000038491A - 無機顔料分散剤及び分散方法

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Publication number: JP2000038491A
Application number: JP10223659A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Aoyama; 政裕青山; Haruyuki Yoshihara; 治之吉原; Minoru Atsuji; 稔阿津地; Kunihiko Mizutani; 邦彦水谷
Original assignee: Toagosei Co Ltd
Current assignee: Toagosei Co Ltd
Priority date: 1998-07-23
Filing date: 1998-07-23
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の分散剤が有する分散性不足の問題を解
消し、少量の添加量で十分な分散効果を示す無機顔料分
散剤及び無機顔料の分散方法の提供。【解決手段】 α,β-モノエチレン性不飽和カルボン
酸、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩又はアミン塩
を主要構成単量体とする重合体とアルカリ金属炭酸塩又
はアルカリ金属重炭酸塩を無機顔料分散剤の成分とし、
また、それらを用いて無機顔料を水媒体に分散させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高濃度でしかも低
粘性の無機顔料の水性分散液を調製し得る分散剤及び分
散方法に関するするものであり、無機顔料、特にその分
散技術に属するものである。

【０００２】

【従来の技術】無機物である二酸化チタン、硫酸バリウ
ム、炭酸カルシウム、タルク、カオリン等の微粒子は、
ゴム、プラスチック、紙、塗料等の填量又は顔料として
広く用いられている。例えば、製紙業界においては、カ
オリン、タルクとともに炭酸カルシウムが多量に使用さ
れている。一般にこれらの無機顔料は、ある種の分散剤
を添加して水分散化して用いられるが、その水性分散液
の特性は使用に際しての重要な因子となる。例えば、塗
被加工紙の製造の場合、炭酸カルシウム粒子の分散性が
悪い水性分散液を用いたコーティングカラーは、良好に
塗工することができず、出来上がりの塗工紙において種
々のトラブルが発生し、品質の低下を招くことになる。
さらに、その水性分散液には、コーティングカラー塗工
後の塗工紙の乾燥の必要性から、出来るだけ水分量が少
なく高濃度であることがが望まれている。また、水性分
散液作成のために必要な分散剤には、当然コストの面
で、低添加量で効果を発揮することが期待されている。
このような背景のもとに、ピロリン酸ソーダ、ヘキサメ
タリン酸ソーダ及び一部の界面活性剤、例えばある種の
非イオン界面活性剤及びナフタレン縮合物等が、それら
無機顔料を水性媒体中に分散させる分散剤として使用さ
れており、また有機高分子系分散剤として、例えばアク
リル酸ソーダの重合体等も用いられている。しかしなが
ら、これらの分散剤は、上記した様な、強く求められて
いる各種の特性の全てを十分に満たすものではない。こ
れらの問題を解決すべく、アクリル酸とマレイン酸との
共重合体を塗被紙用分散剤として使用することが提案さ
れているが(特開平７−３１６９９９)、分散性も未だ十
分でなく、製造コストも高いものである。また、α,β-
モノエチレン性不飽和カルボン酸の重合体にカルシウ
ム、アルミニウム等の化合物を反応させた分散剤を用い
て低粘度の水性分散液を得ているが(特公昭５５−４０
７１５)、この分散剤も高濃度水性分散液の低粘度化が
可能であるが、多価のアルカリ金属を使用してるため、
重合体との相溶性を充分考慮して使用しなければならな
いという問題を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら従来
の分散剤が有する分散性不足の問題を解消し、少量の添
加量で十分な分散効果を示す無機顔料分散剤及び無機顔
料の分散方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、無機顔料
分散剤について鋭意検討を行った結果、特定の重合体と
アルカリ金属炭酸塩又はアルカリ金属重炭酸塩からなる
分散剤を用いることにより、また、無機顔料を水性媒体
中に分散させる際に、特定の重合体とアルカリ金属炭酸
塩又はアルカリ金属重炭酸塩を用いることにより、上記
課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成したので
ある。すなわち、本発明は２つの発明からなり、第１発
明は、α,β-モノエチレン性不飽和カルボン酸、そのア
ルカリ金属塩、アンモニウム塩又はアミン塩を主要構成
単量体とする重合体とアルカリ金属炭酸塩又はアルカリ
金属重炭酸塩からなることを特徴とする無機顔料分散剤
に関するものであり、第２発明は、無機顔料を、α,β-
モノエチレン性不飽和カルボン酸、そのアルカリ金属
塩、アンモニウム塩又はアミン塩を主要構成単量体とす
る重合体とアルカリ金属炭酸塩又はアルカリ金属重炭酸
塩を用いて水性媒体中に分散させることを特徴とする無
機顔料の分散方法に関するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明におけるα,β-モノエチレ
ン性不飽和カルボン酸とはアクリル酸、メタクリル酸、
マレイン酸、イタコン酸、フマール酸、クロトン酸、シ
トラコン酸、アコニット酸等であり、本発明にとり好ま
しいものはアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イ
タコン酸であり、特に好ましいものはアクリル酸であ
る。α,β-モノエチレン性不飽和カルボン酸のアルカリ
金属塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム
塩が挙げられ、アミン塩としてはエタノールアミン塩等
が挙げられる。それらの単量体を主要構成単量体とする
重合体としては、これらの単量体の単独重合による重合
体又は二つ以上を用いた共重合体及びこれらの単量体と
共重合可能な他の単量体を併用した共重合体が挙げら
れ、他の単量体としては、例えばアクリル酸又はメタク
リル酸のアルキルエステル、アクリル酸又はメタクリル
酸のヒドロキシアルキルエステル、酢酸ビニル、スチレ
ン、アクリルアミド他のエチレン性不飽和単量体が挙げ
られ、これらは本発明の効果を損なわない範囲で概ね２
０重量％まで共重合体成分として導入される。本発明の
重合体は、通常公知の方法で容易に製造可能である。例
えば、α,β-モノエチレン性不飽和カルボン酸、そのア
ルカリ金属塩、アンモニウム塩又はアミン塩等の単量体
と通常の開始剤、例えば過硫酸塩、アゾ系開始剤、過酸
化物系開始剤、過酸化水素を単独又は金属、亜硫酸塩な
どの還元剤とともに用い、該単量体１００重量部に対し
て０.１〜１０重量部使用する。重合溶媒としては、水
系、アルコール系、溶剤系のものが用いられ、また重合
溶媒を用いないで行うことも可能であるが、一般的には
重合溶媒中へ単量体と開始剤を同時又は適宜滴下速度を
変えつつ添加し、１〜６時間重合反応を行う。又、α,
β-モノエチレン性不飽和カルボン酸のみを使用し、重
合のはじめから又は反応途中の任意の時、さらには終了
時に、か性ソーダ、か性カリ、アンモニアなどを添加
し、不飽和カルボン酸の一部をアルカリ金属塩又はアン
モニウム塩とすることにより製造される。

【０００６】アルカリ金属炭酸塩又はアルカリ金属重炭
酸塩(以下これらをアルカリ金属(重)炭酸塩という)とし
ては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、
重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム等があるが、本発明
にとり好ましいものは炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、
重炭酸ナトリウムであり、特に好ましいものは炭酸ナト
リウムである。これらのアルカリ金属(重)炭酸塩は、市
販の工業原料もしくは試薬として入手可能なものであ
る。アルカリ金属(重)炭酸塩は、前記α,β-モノエチレ
ン性不飽和カルボン酸及び／又はこれらのアリカリ金属
塩又はアンモニウム塩の重合体又は共重合体の１００重
量部に対して好ましくは１〜５００重量部、より好まし
くは２〜３００重量部、特に好ましくは３〜２００重量
部用いられる。アルカリ金属(重)炭酸塩が１重量部以下
では、アルカリ金属(重)炭酸塩の添加による効果が殆ど
見られず、５００重量部以上では、塩が多量に存在する
ことにより逆にスラリーが増粘して問題を別途発生させ
る恐れがある。

【０００７】本発明のα,β-モノエチレン性不飽和カル
ボン酸及び／又はこれらのアルカリ金属塩又はアンモニ
ウム塩を主要構成単量体とする重合体とアルカリ金属
(重)炭酸塩必須成分として含む無機顔料分散剤を得る方
法としては、アルカリ金属(重)炭酸塩を、前記によって
得られた重合体水溶液に溶解することにより容易に得ら
れる。それらの無機顔料スラリーへの添加量は、無機顔
料の種類、粒子径、スラリー温度等によって変化する
が、通常スラリー粒子１００重量部に対して０.０５〜
１０重量部である。また、無機粒子の分散方法として、
無機粒子スラリーに直接、前記重合体とアルカリ金属
(重)炭酸塩をそれぞれ別々に添加してスラリーを調整す
る方法も挙げられる。その際の添加の順序は特に制限さ
れないが、重合体を先に添加して後にアルカリ金属(重)
炭酸塩を添加することが望ましい。また、アルカリ金属
(重)炭酸塩は固形でも、粉末でも良いが、あらかじめ水
に溶解し水溶液として使用するのが望ましい。また、本
発明の分散剤には、その他の構成成分として、エチレン
ジアミン４酢酸、クエン酸、グルコン酸などのキレート
剤や公知の界面活性剤、防腐剤、消泡剤、レオロジーコ
ントロール剤等を本発明の効果を損わない範囲で併用す
ることが可能である。

【０００８】

【作用】本発明の分散剤及び分散方法が奏する効果が何
に起因するかは不明であるが、通常無機顔料分散剤とし
て用いられるα,β-モノエチレン性不飽和カルボン酸及
び／又はこれらのアリカリ金属塩又はアンモニウム塩の
重合体又は共重合体が高分子電解質としてその静電反発
と立体効果により分散剤として働き、アルカリ金属(重)
炭酸塩が適当量において共存することにより分散効果の
発現効果を促進して、低添加量域での分散効果を示し、
さらにアルカリ金属(重)炭酸塩が静電反発と立体効果の
バランスを保ちつづけることで低い粘性を保持するもの
と考えられる。

【０００９】

【実施例】次に本発明を重合体製造例、実施例及び比較
例により詳細に説明する。尚、部数は重量部である。製造例１温度計、攪拌機及び環流冷却器を備えた１Ｌ四つ口フラ
スコにイソプロパノール１００部と水１３３部を仕込み
８０℃まで昇温した。次に、攪拌下にアクリル酸１００
部とアゾビスイソブチロニトリル２.５部を３時間にわ
たって連続的に滴下し、重合反応を行った。さらに系を
８０℃に保ったまま１時間攪拌し、重合反応を完了した
後、イソプロパノールを除去し、３２％か性ソーダ１５
３部を加え完全に中和させ、さらに濃度調整に水を加え
て重合体水溶液を得た。製造例２製造例１において、アゾビスイソブチロニトリルを１.
８部に変えた以外は、製造例１と同様にして重合体水溶
液を得た。製造例３製造例１において、アクリル酸１００部の代りにをアク
リル酸９０部とメタアクリル酸１０部に変えた以外は、
実施例１と同様にして重合体水溶液を得た。製造例４温度計、攪拌機及び環流冷却器を備えた１Ｌ四つ口フラ
スコに無水マレイン酸４７.１部、水１２７.７部及び４
８％か性ソーダ４０部を仕込み、さらに次亜リン酸ソー
ダ１３.６部溶解した後、１００℃に加温した。次いで
攪拌下にアクリル酸１９６部及び２０％過硫酸アンモニ
ウム水溶液３６.５部をそれぞれ別に３時間かけて滴下
した。さらに系を１００℃に保ったまま１時間攪拌し、
重合反応を完了した後、４８％か性ソーダ２０４部を加
え完全に中和させてさらに濃度調整に水を加えて重合体
水溶液を得た

【００１０】実施例１製造例１の重合体水溶液に炭酸ナトリウムを重合体１０
０部に対して５部を攪拌しながら溶解して分散剤を得
た。実施例２製造例１の重合体水溶液に炭酸カリウムを重合体１００
部に対して５部を攪拌しながら溶解して分散剤を得た。実施例３製造例３の重合体水溶液に炭酸ナトリウムを重合体１０
０部に対して５部を攪拌しながら溶解して分散剤を得
た。

【００１１】実施例４〜１２、比較例１〜５製造例で作成された重合体及びアルカリ金属(重)炭酸塩
を用い、無機顔料の分散試験を行った。表１に分散試験
の結果を示す。無機顔料としてカオリンを用い７０重量
％カオリンスラリーを調整し、カオリン１００部に対し
て分散剤の固形分で０.２５％になるように添加し、室
温(２５℃)での混練り後の粘度を測定した。実施例７〜
１２、比較例５は、はじめに製造例の重合体をスラリー
に添加した後、アルカリ金属(重)炭酸塩を加えた。尚、
粘度の測定はＢ型粘度計(東京計測器社製)を用いて行っ
た。粘度の数値の低い程、分散性に優れたスラリーであ
る。実施例４〜１２に示す通り、あらかじめ重合体にア
ルカリ金属(重)炭酸塩を溶解した分散剤を用いた場合で
も、それぞれを別にスラリーに投入した場合にも粘度を
下げることができた。一方、比較例１〜４に示す通り、
重合体単独では低い粘度を得ることは出来なかった。ま
た、比較例５は、製造例１の重合体では、アルカリ金属
(重)炭酸塩を多量入れることにより増粘してしまい、本
発明の効果が奏されないことを示している。

【００１２】

【表１】

【００１３】実施例１３〜１７、比較例６〜８製造例で作成された重合体とアルカリ金属炭酸塩を用
い、無機顔料の分散試験を行った。表２に分散試験の結
果を示す。無機顔料として重質炭酸カルシウムを用い７
５重量％重質炭酸カルシウムスラリーを調整し、重質炭
酸カルシウム１００部に対して分散剤の固形分で０.５
０％になるように添加し、室温(２５℃)での混練り後の
粘度を測定した。実施例１４〜１７は、はじめに製造例
の重合体をスラリーに添加した後、アルカリ金属炭酸塩
を加えた。尚、粘度の測定はＢ型粘度計(東京計測器社
製)を用いて行った。実施例１３〜１７に示す通り、実
施例４〜１２と同様にあらかじめ重合体にアルカリ金属
(重)炭酸塩を溶解した分散剤を用いた場合でも、それぞ
れを別にスラリーに投入した場合にも粘度を下げること
ができた。一方、比較例６〜８に示す通り、重合体単独
では低い粘度を得ることは出来なかった。

【００１４】

【表２】

【００１５】実施例１８７０％カオリンスラリーに対して、はじめに製造例１の
重合体をカオリンに対して０.２５％添加し、続いて炭
酸ナトリウムを重合体１００部あたり表３の量になるよ
うに添加したときの粘度(cps/25℃)を測定した結果を表
３に示す。同表の結果より、炭酸ナトリウムを重合体に
対して適量を添加することにより粘度を低減することが
できた。

【００１６】

【表３】

【００１７】実施例１９実施例１８において、炭酸ナトリウムを炭酸カリウムに
変えた以外は、実施例１８と同様にして測定を行い結果
を表４に示す。実施例１８と同様に炭酸カリウムを重合
体に対して適量を添加することにより粘度を低減するこ
とができた。

【００１８】

【表４】

【００１９】比較例９実施例１８において、炭酸ナトリウムを塩化ナトリウム
に変えた以外は、実施例１８と同様にして測定を行っ
た。結果を表５に示す。比較例９より、塩化ナトリウム
では粘度を低減することは不可能であった。

【００２０】

【表５】

【００２１】比較例１０実施例１８において、炭酸ナトリウムを硫酸ナトリウム
に変えた以外は、実施例１８と同様にして測定を行っ
た。結果を表６に示す。比較例１０より、比較例９と同
様に硫酸ナトリウムでは粘度を低減することは不可能で
あった。

【００２２】

【表６】

【００２３】

【発明の効果】本発明の分散剤は、低い添加量で高濃度
で低粘度の無機粒子スラリーの実現を可能とするするも
のであり、無機粒子の分散に有用なものである。そし
て、本発明の分散剤は二酸化チタン、硫酸バリウム、炭
酸カルシウム、タルク、カオリン等の無機微粒子に対し
て有効に働き、塗被紙用分散剤、セラミックス用分散
剤、インク顔料用分散剤、ゴム、プラスチック、塗料、
農薬、化粧品等の填量の分散剤として広く適応できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水谷邦彦愛知県名古屋市港区船見町１番地の１東亞合成株式会社名古屋総合研究所内Ｆターム(参考） 4D077 AB04 AB06 AB11 AB17 AC05 BA07 CA03 CA15 DB06Z DD17Y DD20Y DE10Y DE17Y 4J002 BG011 BH021 DE137 DE206 DE226 DE237 DG047 DJ037 DJ047 FD097 HA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 α,β-モノエチレン性不飽和カルボン
酸、そのアルカリ金属塩、アンモニウム塩又はアミン塩
を主要構成単量体とする重合体とアルカリ金属炭酸塩又
はアルカリ金属重炭酸塩からなることを特徴とする無機
顔料分散剤。
【請求項２】無機顔料を、α,β-モノエチレン性不飽
和カルボン酸、そのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩
を主要構成単量体とする重合体とアルカリ金属炭酸塩又
はアルカリ金属重炭酸塩を用いて水性媒体中に分散させ
ることを特徴とする無機顔料の分散方法。