JP2003511490A - 複素環式基を含むアクリルブロックコポリマー顔料分散剤 - Google Patents
複素環式基を含むアクリルブロックコポリマー顔料分散剤Info
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Abstract
Description
クリルブロック共重合体から成る顔料分散剤であって、そのブロックの1つが極
性複素環式基で変性されて顔料表面に容易に付着する顔料分散剤に関する。
散剤は知られている。一般的には、そのような分散剤はAB、ABA、またはB
AB型である。全てが、顔料表面への付着を容易にするAセグメントとして知ら
れている少なくとも1つの極性セグメントを持ち、そして分散物中の顔料粒子の
立体的安定を高め、そして凝集を防止するBセグメントとして知られている少な
くとも1つの非極性セグメントを持っている。さらに、例えば、1987年4月
7日に発行されたHutchinsらの米国特許第4,656,226号に教示
されているように、効率を上げるためにAブロックをペンダント極性基で変性す
ることができる。そのような組成物を、Bセグメントの水酸官能基で調製して、
分散剤が網目構造の一部になるように、最終的な熱硬化ペンキ組成物中で架橋さ
せることも可能である。しかしながら、その分散剤の性質が否定的な影響を受け
る場合がある。
特に溶剤媒介のペンキ系に分散させるのに十分に適している新しい種類のアクリ
ルブロック共重合体の分散剤を見つけるために、絶えざる努力が注がれてきた。
っており、互いに結合した少なくとも1つの相対的に極性のAセグメントと少な
くとも1つの相対的に非極性のBセグメントを有し、各セグメントは、本質的に
重合したメタクリルモノマー単位から成るのが好ましい骨格を有しており、そし
て前記Aセグメントは、そこに結合した1つまたは複数の窒素原子をその環の一
部として含み、しかも任意に1つの酸素原子および/または硫黄原子を含み、少
なくとも1つの水素原子に結合していない窒素を含む単核または複核の五員環お
よび/または六員環から成る群から選択される1つまたは複数の極性複素環式基
を有する、顔料分散剤として使用するのに適している組成物を、提供する。複素
環式基は、Aセグメントに直接結合しているか、または、ウレタンおよび/また
は尿素結合を通して導入されているかのどちらかのペンダント基として提供され
る。ブロック共重合体は、また、ヒドロキシル官能基を、AおよびBセグメント
のどちらか、または両方に含むのが好ましい。同じく、ブロック共重合体がAB
型であることが好ましい。
合成分との相溶性を改善するために、通常必要とされるヒドロキシル官能基がポ
リマー骨格に存在する場合でも、上述の複素環式基をAセグメントに組み込むと
、優れた顔料分散剤特性を持つアクリルブロック共重合体が生成するという発見
に基づいている。
、モルホリン、ピロリジン、ピペラジン、ピペリジン、ベンゾイミダゾール、ベ
ンゾチアゾール、および/またはトリアジンである。これらの複素環式基は非置
換であってもよいし、または、例えば、アルキル基、アリール基、ハロゲン基、
およびアルコキシ基のような置換基を含んでいてもよい。
とができ、かつ、使うことが好ましい。基移動重合技術は、より正確にコントロ
ールされた分子量分布および組成分布を持った、低分子量、一般的には1,30
0から20,000の数平均分子量(Mn)のアクリルブロック共重合体を製造
するのに知られている。これは、低い多分散性と均一な官能性を持つブロックの
形成を可能にし、そしてより効率的な分散作用を提供する。基移動重合技術はよ
く知られており、Hutchinsらの1987年4月7日に発行された米国特
許第4,656,226号に詳細に記述されている。なお、この米国特許の記載
内容は、この特許番号を参照することにより本明細書中に併合されるものとする
。
スズ、またはゲルマニウムを含んでいる触媒系と接触させる。その状態では、重
合が、重合反応について典型的なランダムな方法とは対照的な制御された方法で
進み、したがって、均一で、望ましい分子量のポリマー鎖を持つ、実質的には線
状のポリマーを調製することができる。本明細書では、本発明では数平均分子量
が13,000未満であることが特に好ましいが、ブロック共重合体にとって望
ましい分子量は上述の範囲内である。
料表面で固着面として機能する少なくとも1つの相対的に極性が高いAセグメン
ト、および熱硬化性ペンキ組成物の反応のための官能基を含んでいることが好ま
しい通常は高分子量の少なくとも1つの相対的に非極性のB安定セグメントを有
するのが好ましい。その極性Aセグメントは酸−塩基相互作用によって顔料の表
面に吸収するように設計されているのに対して、Bセグメントは凝集に対する顔
料粒子の立体安定性を提供する。
つ(2)不可逆吸収を提供するのに十分な大きさであるべきであるが、顔料表面
を完全に覆うほど、またはBセグメント(一般的には、数平均分子量=300か
ら5,000)を崩壊させるほどは大きくあるべきではない。Bセグメントは、
(1)立体安定化(一般的に数平均分子量=1,000以上)を提供するのに十
分な大きさであるべきであり、かつ(2)液体分散媒体(溶剤)およびマトリッ
クスである結合剤ポリマーと相溶性をもつ(相分離を防止するために十分に溶解
する)べきである。
ミエーションクロマトグラフィ)により測定される。
最終的な熱硬化ペンキ組成物の架橋に備えて、および他の結合剤成分との改善さ
れた相溶性の向上に備えて、例えば、水酸基のような官能基を含むことが好まし
い。このような基を存在させるためには、極性の固着面(Aセグメント)を、こ
れらの他の官能基によって置き換えてはならない。そうすると、顔料の分散が不
安定化するからである。
を導入すると、顔料分散剤としてのそれらの性能を改善するということだけでな
く、さらに思いがけないことに、他のセグメントに水酸基が存在し、かつ顔料表
面での吸収と競合することができる極性溶媒が存在しても、そのような複素環式
基が効率的な固着基として作用するということを見出した。
移動重合技術によって生成し、次に、以下に記述する技術を使って、必要な複素
環式基を、Aの固着化セグメントに配置されている官能基を通して直接または間
接的に付着させることが有用であることが見出された。
ができる。すなわち、AセグメントまたはBセグメントのいずれかを、最初に調
製することができる。さらに、ABブロック共重合体が一般に好ましいが、もし
望むならば、ABAおよびBABのトリブロックを調製することもできる。メタ
クリレートエステルが最も好ましいが、いかなる共重合体ポリマーでも、各セグ
メントの骨格は、本質的に、少なくとも1つの重合したメタクリレートまたはア
クリレートエステルから成る。本発明の文脈では、メタクリレート、およびアク
リレートの単位は、一般に、本明細書では、メタクリルモノマー単位、およびア
クリルモノマー単位と呼ばれている。
タクリレート(MMA)、ブチルメタクリレート(BMA)、2−エチルヘキシ
ルメタクリレートなどのようなアルキルメタクリレートの混合物から調製される
のが好ましい。もし望むならば、ヒドロキシル官能基を、ヒドロキシエチルメタ
クリレート(HEMA)、ヒドロキシプロピルメタクリレートなどのようなヒド
ロキシアルキルメタクリレートモノマーによって導入することもできる。しかし
ながら、ヒドロキシル基は、基移動重合で使用される開始剤との反応を避けるた
めに、重合に先立って、ブロックされなければならない。ヒドロキシル基をブロ
ックするのに可能な方法はトリメチルシリルまたはその誘導体によるものである
。ブロックされたヒドロキシル基は、ブロック共重合体の生成後に、加水分解に
よってブロックを解除することができる。通常、ヒドロキシル基はアクリルブロ
ック共重合体には必要である。アクリルブロック共重合体は、一般に、5から1
20の間のヒドロキシル価を持っているべきである。一方、Aセグメントは、極
性の複素環式基を付着させるために官能基の存在を必要とする。以下に十分に記
述されるように、グリシジルメタクリレート(GMA)などのエポキシ官能性の
メタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)などのヒドロキ
シ官能性のメタクリレート、およびt−ブチルアミノエチルメタクリレート(t
−BAEMA)などのアミノ官能性のメタクリレートを、この目的のために使う
ことができる。
約10から30重量%のブロック共重合体から成り、そしてBセグメントは、一
般的に、約40から98重量%の、好ましくは約70から90重量%のブロック
共重合体から成る。
ルモノマー単位の少なくとも約2重量%、最も好ましくは少なくとも50重量%
が、それに複素環式基を結合している。その複素環式基は、1つまたは複数の環
状窒素原子および任意に環酸素および/または硫黄原子を含んでおり、そして少
なくとも1つの水素原子を含んでいない環窒素原子を有する単核または複核の五
員環および/または六員環であってもよい。本明細書で使われているように、用
語「単核の」は単独の五員環または六員環のことをいい、用語「複核の」は別の
五員環または六員環に縮合した五員環または六員環のことをいう。好ましい複素
環式基は、トリアゾール、ピリミジン、イミダゾール、ピリジン、モルホリン、
ピロリジン、ピペラジン、ピペリジン、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール
、および/またはトリアジン基である。これらは、非置換であってもよいし、ま
たは例えば、アルキル基、アリール基、ハロゲン基、およびアルコキシ基のよう
な置換基を含んでいてもよい。2−メチルイミダゾールおよび4−メチルイミダ
ゾールなどの、より低級のアルキル置換イミダゾール誘導体が特に好ましい。
環式基を、固定するAセグメントに直接付着させることができる。以下に示す例
のように、エポキシ官能基との複素環式誘導体の反応を通して、複素環式基を、
固定するAセグメントの上にペンダント基として配置することができる。製造さ
れたセグメントの1つがエポキシ官能基を含んでいる重合された(メタ)アクリ
ルモノマー単位からのブロック共重合体の合成は、1987年4月7日にHut
chinsらに発行された米国特許第4,656,226号に十分記述されてい
る。例えば、そのエポキシ基を、例えば、グリシジルメタクリレートの共重合に
よって得ることができる(実施例1)。次いで、そのエポキシ基を、−NH−、
−NH2、−COOHおよび−SHのような活性水素原子を有する複素環式化合
物とのその後の反応で反応させることができる。−NH2のような2つの活性水
素原子を持つ化合物の場合には、グリシジル官能基の量を、架橋およびゲル化を
避けるようにつり合わせなければならない。この場合には、モノエポキシ誘導体
との反応により、第一級アミノ官能基−NH2をも、先ず第二級−NH−基に変
性することができる。活性水素原子を持つ複素環式化合物の例を以下に示す。
ができる他の可能性は、カルボキシル機能の複素環式誘導体をAセグメントのエ
ポキシ基と反応させることによるものである。
リルブロック共重合体に間接的に組み込むことができる。下記に示す例のように
、N−(3−アミノプロピル)イミダゾールをイソホロンジイソシアナートとモ
ル基準で反応させて、その後に続く段階で1つのセグメントにあるアミノ基と反
応する1つの未反応のイソシアナート官能基を持つ、中間体であるイミダゾール
機能の尿素を生成させることができる。このアミノ官能基を、例えば、t−ブチ
ルアミノエチルメタクリレートの共重合によって(実施例2)、またはエポキシ
官能基をモノアミンまたはアンモニアと反応させることによって得ることができ
る。モノアミンの例は、エチルアミン、プロピルアミン、ラウリルアミン、エタ
ノールアミン、イソプロパノールアミン、および2−アミノブタノールである。
イソシアナート機能の複素環式尿素中間体を、同様に、骨格のヒドロキシル基と
反応させて、ウレタン結合を生成させることができる。イソシアナート官能基を
持つ複素環式機能の中間体を、同様に、ヒドロキシ機能の複素環式誘導体をジイ
ソシアナートおよび/またはポリイソシアナートと反応させることによって、生
成させることができる。1つの例が、2−ヒドロキシエチルモルホリンである。
そのようなヒドロキシ機能の中間体を、同様に、アミノ機能の複素環式誘導体と
、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸グリセリンのような環状
炭酸塩との反応によって生成させることができる。ジイソシアナートの他の例に
は、トルエンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、キシレンジ
イソシアナート、ジフェニルメタンジイソシアナート(MDI)、水素化MDI
、トリメチルヘキサメチレンジイソシアナートが含まれるが、それだけに限定さ
れない。可能な多官能性イソシアナートはシクロトリマーおよびビウレット、ま
たは過剰のジイソシアナートと多価アルコール前駆体との反応生成物である。
剤に加えて、結合剤または塗膜形成要素、有機溶剤(すなわち、液体分散媒)お
よび従来の他の添加物を含む、自動車の仕上げ塗りおよび塗り替えに使用される
、液体媒体、特に溶剤媒介のペンキ系顔料の分散剤として優れた性能を示す。顔
料および分散剤を、液体ペンキ媒体、すなわち最も好ましい分散形態で個々に加
えることができる。もし分散物を用いる場合、その分散物は、一般的に、顔料、
および液体ペンキ媒体と相溶性である分散媒体(溶剤)を含んでいる。
全ての部およびパーセンテージは、特に指示がない限り、重量基準である。
共重合体の調製手順を記述する。
用する前に窒素の下に保存した。
タル式温度計探触子および窒素注入口、機械的攪拌器、およびモノマー添加漏斗
を備えつけた。次いで、フラスコを窒素でパージし、ヒートガンで乾かした。フ
ラスコに窒素を流しながら、1016.4gのテトラヒドロフラン、50.0g
の1−メトキシ−1−トリメチシロキシ−2−メチルプロペンを、添加漏斗を経
由して加え、2.5gのメシチレンを注射器で加えた。そのフラスコを氷浴で4
.8℃に冷却し、そしてアセトニトリル中テトラブチルアンモニウムm−クロロ
ベンゾエートの1M溶液を2.5mL注入した。グリシジルメタクリレート(G
MA)(203.8g)を、30分間にわたって、添加漏斗経由で加えた。25
分間で温度34℃に上昇し、そしてグリシジルメタクリレート添加の残りの時間
を35℃未満の温度に維持するために、冷却を再開した。開始して40分で、グ
リシジルメタクリレートの転換率は99.95%であった。氷浴を取り外して、
第2のモノマー供給(Bブロック)を開始した。Bブロックの主成分は、n−ブ
チルメタクリレート(nBMA)(407.8g)、メチルメタクリレート(M
MA)(287.4g)、および2−[トリメチルシロキシ]ヒドロキシエチル
メタクリレート(TMS−HEMA)(116.2g)であった。50分で、0
.6mLの触媒を注入して反応を促進した。温度は、供給の終わり(85分)に
70.2℃に上昇した。208分でのモノマーの転換率(HPLC)は少なくと
も99.6%であった。開始から333分で、7.7gの水を加え、そしてフラ
スコを室温まで冷却させた。ポリマーの実際の固形物は47.94%であり、数
平均分子量=4139(理論上は3500)、D(分散度)=1.38であった
。
タル式温度計探触子および窒素注入口、機械的攪拌器、およびモノマー添加漏斗
を備えつけた。次いで、フラスコを窒素でパージし、ヒートガンで乾かした。フ
ラスコに窒素を流しながら、1100.9gのテトラヒドロフラン、50.0g
の1−メトキシ−1−トリメチシロキシ−2−メチルプロペンを、添加漏斗を経
由して加え、2.5gのメシチレンを注射器で加えた。アセトニトリル中テトラ
ブチルアンモニウムm−クロロベンゾエートの1M溶液(本明細書では触媒と呼
ぶ)4.8mLを室温で注入し、そして第1のモノマー供給を開始した。この実
施例で最初に作られたBブロックの主成分は、n−ブチルメタクリレート(nB
MA)(408.0g)、メチルメタクリレート(MMA)(287.5g)、
および2−[トリメチルシロキシ]ヒドロキシエチルメタクリレート(TMS−
HEMA)(116.7g)であり、添加漏斗経由で45分間にわたって添加さ
れた。温度は4分間で34.5℃に上昇した。そして、温度を40℃未満に維持
するために冷却浴を使用した。開始から160分で、モノマーの転換は、高速液
体クロマトグラフィによる測定で少なくとも99.6%であった。氷浴を取り外
して、205分で第2のモノマー供給を開始した。Aブロックの主成分は、第三
級ブチルアミノエチルメタクリレート(t−BAEMA)(160.1g)であ
った。温度が32.7℃の頂点に達した時、開始から235分で供給IIが終わ
った。335分で、水(32g)を加えて、反応組成物を室温まで冷却させた。
ポリマーの実際の固形物は44.81%であり、数平均分子量=3996(理論
上は3300)、D=1.81であった。
、複素環式基と反応させて、本発明のAB分散剤を生成させた。しかしながら、
比較例1では、その指示されたABブロック共重合体を第三級脂肪族アミンと反
応させて、その共重合体に、複素環式官能性の代わりに、ペンダントt−アミン
官能性を与えた。比較例2では、基準を設定するために、その基本的なABブロ
ック共重合体に何の変更も加えなかった。
Bブロック共重合体溶液を、55.5gの2−メチルイミダゾール(実施例3)
、55.5gの4−メチルイミダゾール(実施例4)および58.8gのモルホ
リン(実施例5)と4時間にわたり還流によって反応させた。その後、そのポリ
マー溶液を、酢酸n―ブチルで40%の固形分に希釈した。
度(D)=1.48)を有し、実施例4は3700の分子量(D=1.48)、
そして実施例5は分子量5800(D=1.48)を有していた。
ルアミンを使って、実施例3、4および5の手順を繰り返した。この結果、Hu
tchinsらの米国特許第4,656,226号に従って1つのブロックにt
−アミン基を有するABブロック共重合体を生じた。
た。
ル)のn−3−アミノプロピルイミダゾールを、387gの酢酸n−ブチルに溶
解した222g(1モル)のイソホロンジイソシアナートと、室温で10分間攪
拌して反応させ、イソシアナート機能の尿素−イミダゾ−ル中間体を生成させた
。この中間体を、さらに、2300gの実施例2のブロック共重合体と反応させ
た。この結果、数平均分子量が5600および重量平均分子量が10200のイ
ミダゾール−尿素変性したABブロック共重合体を生じた。
よって、そしてどんな割合の分散剤(もしあるなら)が250×の光学倍率でス
テンドグラスのように見える均一な分散を与えるかを測定することによって測定
される。対照的に、凝集した顔料は、比較的透明な溶剤の領域を散在させた色の
島を持っている。以下に記載したように、独自の尺度が分散の程度を記述する。
r−6436、Sun Chemical社からのフタロシアニングリーン26
4−0414、Clariant社からのフタロシアニンブルーbt−617−
d、Columbian Chemicals社からのカーボンブラック500
0ii粉末、およびCiba−geigy社からのキナクリドンマゼンタrt−
143−dである。その評価では、30gのオッタワ砂を固形分40%のポリマ
ー溶液3.38g(11.25gを使用したカーブンブラックの場合を除いて)
、4.5gの顔料および40gの酢酸n−ブチル(非極性有機溶剤)と一緒に、
ジャイロミキサーの中で15分間にわたり粉砕した。
ついて評価した。0から10の評点(0は全く凝集していない、10は強く凝集
している)で、いろいろなABブロック共重合体の平均点は、上記5つの顔料に
ついて次の通りであった。
し、その結果として凝集が減少して分散が改善されたことを示している。
の発明の精神および範囲から外れることなく、当分野の技術者には明らかになる
だろう。本発明は、本明細書に示されている具体的な実施形態によって制限され
ず、正確には以下の特許請求の範囲によって限定される。
Claims (16)
- 【請求項1】 相対的に極性のAセグメントと相対的に非極性のBセグメン
トを有するアクリルブロック共重合体を含む顔料分散剤として使用するのに適し
ている組成物であって、前記Aセグメントは、水素原子に結合していない窒素原
子を少なくとも1つ含んでいる単核および/または複核の五員環および/または
六員環から成る群から選択される複素環式基を含むことを特徴とする組成物。 - 【請求項2】 前記ブロック共重合体が基移動重合(GTP)技術によって
調製されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。 - 【請求項3】 前記ブロック共重合体が(メタ)アクリルモノマーを重合さ
せることにより生成されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。 - 【請求項4】 前記ブロック共重合体がメタクリルモノマーを重合させるこ
とにより生成されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。 - 【請求項5】 前記複素環式基を含むセグメントが、そのセグメント上のエ
ポキシ官能基と−NH−、−NH2−、−COOH、または−SH官能基を含む
複素環式化合物とを反応させることによって調製されることを特徴とする請求項
1に記載の組成物。 - 【請求項6】 前記複素環式基が尿素および/またはウレタン結合を通して
Aセグメントに結合していることを特徴とする請求項1に記載の組成物。 - 【請求項7】 前記ブロック共重合体が5から120のヒドロキシル価およ
び1,300から13,000の全体の数平均分子量(Mn)を有することを特
徴とする請求項1に記載の組成物。 - 【請求項8】 前記複素環式基が、非置換または置換トリアゾール、ピリミ
ジン、イミダゾール、ピリジン、モルホリン、ピロリジン、ピペラジン、ピペリ
ジン、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、およびトリアジンから成る群か
ら選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。 - 【請求項9】 前記複素環式基がイミダゾール誘導体であることを特徴とす
る請求項1に記載の組成物。 - 【請求項10】 前記共重合体は互いに結合した1つのAセグメントと1つ
のBセグメントのみを含むことを特徴とするAB構造の請求項1に記載の組成物
。 - 【請求項11】 顔料分散剤として使用するのに適したアクリルABブロッ
ク共重合体組成物であって、 該共重合体の重量に基づいて約10から30重量%の相対的に極性のAセグメ
ント、および 該共重合体の重量に基づいて約70から90重量%の水酸基を含んでいる相対
的に非極性のBセグメント、 を含み、 各セグメントは、好ましくは、本質的に重合したメタクリルモノマー単位から
成る骨格を有している組成物であり、 前記Aセグメントのメタクリル部分の少なくとも50重量%、アルキル鎖によ
り直接またはウレタンおよび/または尿素結合により間接的のいずれかで、水素
原子に結合していない窒素原子を少なくとも1つ含んでいる単核および/または
複核の五員環および/または六員環から成る群から選択される複素環式基が結合
していることを特徴とする組成物。 - 【請求項12】 前記複素環式基が、非置換または置換トリアゾール、ピリ
ミジン、イミダゾール、ピリジン、モルホリン、ピロリジン、ピペラジン、ピペ
リジン、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、およびトリアジンから成る群
から選択されることを特徴とする請求項11に記載の組成物。 - 【請求項13】 前記複素環式基がイミダゾール誘導体であることを特徴と
する請求項12に記載の組成物。 - 【請求項14】 前記複素環式基が2−メチルイミダゾールまたは4−メチ
ルイミダゾールであることを特徴とする請求項13に記載の組成物。 - 【請求項15】 請求項1に記載の組成物によって分散させられたことを特
徴とする有機溶剤中の顔料分散物。 - 【請求項16】 請求項15に記載の顔料分散物、塗膜形成要素、および液
体媒体を含むことを特徴とする塗料組成物。
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