JP2004536164A - 多分岐構造を有する高分子分散添加剤 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の技術的利点を維持し、合成が容易、かつ経済的に製造される新規分散添加剤を提供すること。
【解決手段】少なくとも1個の顔料親和性基を有する多分岐ポリウレタン及び変性多分岐ポリウレタンから選択された多分岐構造を有するポリウレタンを、顔料用の高分子分散添加剤として使用する方法。変性された分散用添加剤を製造するための好ましい方法では、2〜100個のNCO基を有し、分子量500〜50000gの多分岐ポリウレタンを、1個以上のポリエーテル誘導体と反応させる。
【解決手段】少なくとも1個の顔料親和性基を有する多分岐ポリウレタン及び変性多分岐ポリウレタンから選択された多分岐構造を有するポリウレタンを、顔料用の高分子分散添加剤として使用する方法。変性された分散用添加剤を製造するための好ましい方法では、2〜100個のNCO基を有し、分子量500〜50000gの多分岐ポリウレタンを、1個以上のポリエーテル誘導体と反応させる。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも1種類の顔料親和性基を有する多分岐ポリウレタン又は変性多分岐ポリウレタンのいずれかの多分岐構造を有するポリウレタンを顔料用の高分子分散添加剤として使用する方法に関する。
【0002】
特に、本発明は、2〜100個のNCO基を有し、分子量500〜50000gの多分岐ポリウレタンと、
式I
【0003】
【化1】
で示されるポリエチレングリコール誘導体、
式II
【0004】
【化2】
で示されるポリテトラヒドロフラン誘導体(各式中、Rは水素、C1−C40アルキル又はC7−C13アリールアルキル又はC6−C14アリールを、nは2〜500、好ましくは2〜200の整数を意味する)、
エチレンオキシドと、プロピレンオキシドもしくはブチレンオキシドとの共重合体、又はエチレンオキシドと、プロピレンオキシドと、ブチレンオキシドとの三元共重合体(各ポリマーは分岐していてもよい)から選択された、1種類以上のポリエーテル誘導体とを反応させることを特徴とする変性された高分子分散添加剤の製造法に関する。
【背景技術】
【0005】
分散添加剤は、顔料を恒久的に表面に付着させることが必要な多くの適用法において、使用技術的にも経済的にも極めて重要である。この様な添加剤は通常の厳しい技術的要求を満足させなければならず、更に廉価に製造されなければならない。
【0006】
この場合の技術的な要求とは以下の通りである。
【0007】
凝集安定性を有すること、すなわち顔料粒子が、長期間保存されてもペースト又は塗料中で凝集してはならないこと、
良好な流動性を有すること、すなわち流動点が低く、かつ粘度が比較的低いこと、又は顔料の含有率が高いこと、
光学的性質、例えば良好な色の濃さ、高光沢、高彩度、良好な明度、優れた透明性、及び変更可能な色彩(高い色相値により示される)に良好な影響を与えることである。
【0008】
これらの特性は溶媒を含む塗料組成物、低溶媒含有量の塗布材料、水を含む塗布材料、及び高固体含有量の塗料組成物において特に重要である。溶媒及び水を含む塗料組成物、低溶媒含有量の塗布材料及び高固体含有量の塗料組成物は、通常、顔料以外に1種類以上の分散添加剤と1種類の結合剤を含む。
【0009】
顔料自体については、現在は顕著な研究がなされておらず、周知の有機又は無機顔料が利用されている一方で、添加剤が重要視されている。分散添加剤自体の性質の他に、各結合剤(バインダー)との組み合わせが重要であり、分散添加剤は結合剤と調和する必要がある。例えば、結合剤と分散添加剤は、決して非相溶性であってはならない。非相溶性の場合には各組成が自然に分離する可能性があり、分離すれば工業的な用途には利用不能となるためである。
【0010】
米国特許第6096801号明細書には、0.1〜10質量%の顔料、樹脂、例えばロジンと、アセトアセトメタキシリド、例えばBOLTORN(登録商標)、又はβ−アミノプロピオンアミドに基づくデンドリマーを含む顔料組成物が開示されている。開示されたデンドリマーはアーム末端で、2個以上のヒドロキシル基を有する分子、例えばペンタエリスリトールと反応することがある。これらは、分散添加剤として非常に適しているが、合成方法が複雑であり、従ってデンドリマーを用いて得られた組成物が、経済的に不都合を有している。
【0011】
同様に、WO00/37542号公報にも、水性組成物における疎水性粒子用の分散添加剤として所定のデンドリマーを用いる方法が開示されている。経済性に関しては、上記の通り不都合を有する。
【0012】
米国特許第5,561,214号明細書には、ポリヒドロキシアスパラギン酸エステルの自己縮合により得られた多分岐ポリアスパラギン酸エステルが開示されている。多分岐ポリアスパラギン酸エステルは、単独で用いてもよいが、結合剤として適している。或いは、多分岐ポリアスパラギン酸エステルをポリイソシアナートと反応させて種々の塗布組成物用の結合剤として適するポリ尿素を得ることもできる。しかしながら、分散添加剤としての使用においては、通常、製造にかかる費用が高価となりすぎる。
【0013】
【特許文献1】
米国特許第6096801号明細書
【特許文献2】
国際特許出願公開第00/37542号公報
【特許文献3】
米国特許第5,561,214号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、上述の技術的利点を有し、合成が容易な新規分散添加剤を提供することをその目的とする。本発明の他の目的は新規分散添加剤の製造法を提供することである。本発明の更なる目的は分散添加剤の使用法、及びこれにより得られる分散液を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明者等は、本発明の上記目的が、冒頭に記載した多分岐構造を有するポリウレタンにより達成されることを見出した。以下に、多分岐構造を有するポリウレタン(多分岐ポリウレタンともいう)の製造と、多分岐ポリウレタンの変性について記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明において、ポリウレタンとは、ウレタン基のみにより結合するポリマー以外にも、更に一般的な意味によりジイソシアナート又はポリイソシアナートと、活性水素原子を含む化合物との反応により得られるポリマーを含む。従って、本発明におけるポリウレタンはウレタン基のみならず、尿素、アロファネート、ビウレット、カルボジイミド、アミド、エステル、エーテル、ウレトンイミン、ウレトジオン、イソシアヌレート又はオキサゾリジン基を含んでもよい。全体的な内容についての説明は、Kunststoffhandbuch[プラスチックハンドブック]/Saechtling、第26版、カールハンサー出版、ミュンヘン、1995、491頁以降に記載されている。特に、本発明におけるポリウレタンは尿素基を含む。
【0017】
本発明は、分子としても構造的にも不均質な多分岐ポリウレタンから出発する。これらは分子の不均質性においてデンドリマーと異なり、これに比較して非常に安価に製造される。
【0018】
本発明を実施するために使用される多分岐ポリウレタンの合成例を以下に説明する。
【0019】
多分岐ポリウレタンの合成においては、イソシアナート基とイソシアナート基と反応可能な基の双方を含み、結合を形成するABxモノマーを使用すると好ましい。ここで、xは好ましくは2〜8の自然数であると好ましく、2又は3であると更に好ましい。例えばAがイソシアナート基、Bがこれと反応性の基であっても、その反対であってもよい。
【0020】
イソシアナート基と反応性の基の好ましい例は、OH、NH2、NH、SH又はCOOH基である。 ABxモノマーは種々の技術により従来より製造可能である。
【0021】
ABxモノマーは、例えば、WO97/02304号公報に記載された方法により、保護基を用いることにより製造可能である。一例として、トリレン2,4−ジイソシアナート(TDI)とトリメチロールプロパンからのAB2モノマー製造に関して、上記技術が説明されている。まず、TDIのイソシアナート基の1種類を公知方法により、例えばオキシムと反応させることによりブロックする。他方のフリーNCO基をトリメチロールプロパンと反応させ、3個のOH基のうちの1個をイソシアナート基と反応させる。保護基を除去した後、イソシアナート基と2個のOH基を有する分子を得る。
【0022】
ABx分子は、ドイツ特許出願公開第19904444号公報に記載された方法により特に有効に合成可能である。同公報によると保護基は不要であり、ジイソシアナート又はポリイソシアナートを少なくとも2個のイソシアナート反応性基を有する化合物と反応させる。少なくとも一方の反応体が、他の反応体と活性の異なる基を有する。反応体双方が、特定の反応基同士のみが相互に反応するような反応条件を設定する。他の反応体と反応性において異なる基をそれぞれ含むと好ましい。
【0023】
異なる反応性のNCO基を含むジイソシアナート及び/又はポリイソシアナートの好ましい例は、特に簡単かつ安価に得られるイソシアナートである。この例には、芳香族イソシアナート、例えばトリレン2,4−ジイソシアナート(2,4−TDI)、ジフェニルメタン2,4’−ジイソシアナート(2,4’−MDI)、トリイソシアナトトルエン、又は脂肪族イソシアナート、例えばイソホロンジイソシアナート(IPDI)、2−ブチル−2−エチルペンタメチレンジイソシアナート、2−イソシアナートプロピルシクロヘキシルイソシアナート、2,4,4−又は2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、メチレンビス(シクロヘキシル)2,4’−ジイソシアナート、及び4−メチルシクロヘキサン1,3−ジイソシアナート(H−TDI)。
【0024】
活性の異なる基を有するイソシアナートの他の例は、フェニレン1,3−ジイソシアナート、フェニレン1,4−ジイソシアナート、ナフチレン1,5−ジイソシアナート、ビフェニルジイソシアナート、トルイジンジイソシアナート、及びトルイレン2,6−ジイソシアナートである。
【0025】
これらのイソシアナートの混合物を使用することも可能である。
【0026】
少なくとも2個のイソシアナート反応性の基を有する好ましい化合物は、2〜4官能性であり、各官能基のNCO基に対する反応性が異なる化合物である。好ましい化合物は、分子中に、少なくとも1個の第一級ヒドロキシル基、及び少なくとも1個の第二級ヒドロキシル基を有するもの、少なくとも1個のヒドロキシル基又は少なくとも1個のメルカプト基を有するものである。特に好ましくは、分子中に少なくとも1個のヒドロキシル基と少なくとも1個のアミノ基を有するもの、特にアミノアルコール、アミノジオール、アミノトリオールが好ましい。反応におけるアミノ基のイソシアナートとの反応性がヒドロキシ基の反応性よりも実質的に高いためである。
【0027】
少なくとも2個の、反応性が相互に異なるイソシアナート反応性基を有する化合物の例は、プロピレングリコール、グリセロール、メルカプトエタノール、エタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、エタノールプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、2−アミノ−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオール又はトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンである。更にこれらの混合物も使用可能である。
【0028】
ジイソシアナートとアミノジオールを用いた場合のAB2分子の製造例を説明する。まず、1モルのジイソシアナートを1モルのアミノジオール、例えば2−アミノ−1,3−プロパンジオールと、低温、例えば−10℃〜30℃の温度範囲で反応させる。この温度範囲では、ウレタン生成反応が実質的に完全に抑制され、イソシアナート中のNCO基がアミノジオール中のアミノ基とのみ反応する。得られたAB2分子はフリーNCO基と2個のフリーOH基を有する。これを多分岐ポリウレタンの合成に使用することができる。
【0029】
加熱又は触媒の添加により、このAB2分子は分子内反応を起こし、多分岐ポリウレタンが生成される。多分岐ポリウレタンの製造に使用される触媒の例は、二酢酸錫、二オクタン酸錫、二ラウリル酸ジブチル錫又は強塩基性アミン、例えばジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデカン、トリエチルアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルジアミノエチルエーテル、又は好ましくはトリエチルジアミン又はビス(N,N−ジメチルアミノエチル)エーテル、更に他の塩基性化合物、例えば置換イミダゾールである。更に、少なくとも1種の有機錫化合物と少なくとも1種の強塩基アミンを含む混合触媒を使用しても良い。これらの触媒は、イソシアナートに対して0.01〜10質量%の量で使用されると好ましく、0.05〜5質量%の量で使用されると更に好ましい。反応の次工程で、好ましくは30℃〜80℃の範囲に温度を上昇させてAB2分子を単離する以前に、多分岐ポリウレタンの合成を行うのが有利である。上述の2個のOHと1個のNCO基を含むAB2を用いる場合、分子中に1個のフリーNCO基と、重合度に応じて多数のOH基を含む多分岐ポリマーが生成する。分子反応は高転化率で行われ得る。結果的に、極めて大きな分子量の構造が得られる。所望の分子量に達した段階で、単官能性化合物を添加するか、又はAB2分子製造のための出発化合物の1種類を添加して反応を停止させると好ましい。反応停止用に使用される出発化合物に応じ、完全にNCOで停止された分子又は完全にOHで停止された分子のいずれかが得られる。
【0030】
この他に、例えば、1モルのグリセロールと2モルのTDIからAB2分子を製造してもよい。第一級アルコール基と4位のイソシアナート基が低温で優先的に反応し、1個のOH基と2個のイソシアナート基を含み、上述のように比較的高温で反応して多分岐ポリウレタンを生成する付加物が生成される。最初の生成物は、1個のフリーOH基と重合度に応じた平均的な数のNCO基とを含む多分岐ポリウレタンである。
【0031】
分子中のNCO基の数は2〜100、好ましくは3〜20、特に好ましくは10以下である。
【0032】
本発明で使用される多分岐ポリウレタンの分子量Mwは500〜最高50000g/モルである。最大値は、15,000g/モルであると好ましく、10,000g/モルであると更に好ましく、5000g/モルであると極めて好ましい。
【0033】
多分岐ポリウレタンの製造は、原則として溶媒を用いずに行うが、溶媒中で行うと好ましい。主に適する溶媒は反応温度で液体状態であり、モノマーとポリマーに対して不活性な全ての化合物である。
【0034】
他の合成例により他の生成物を得ることが可能である。一例として、AB3について述べる。AB3分子は、例えばジイソシアナートを、4個のイソシアナート反応性基を含む化合物と反応させることにより得られる。具体例としては、トリレンジイソシアナートと、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンとの反応が挙げられる。
【0035】
重合を終了させるため、各A基と反応可能な多官能性化合物を使用してもよい。これにより、多数の小さな多分岐分子を結合し、大きな多分岐分子を形成することが可能となる。
【0036】
連鎖延長した分岐を有する多分岐ポリウレタンは、例えばABx分子のみならず、更にジイソシアナート及び2個のイソシアナート反応性基を有する化合物をモル比1:1で使用して反応を行うことによっても得られる。この様な付加的な化合物AA、BBは、それぞれ更に他の官能基を有しても良いが、これらの官能基は反応条件下でA又はB基に対し反応性であってはならない。このように、多分岐ポリマーに他の官能性を導入することが可能である。
【0037】
多分岐ポリウレタンの他の合成法は、本発明の優先日には未公開の、ドイツ特許出願第10013187.5号及びドイツ特許出願第10030869.4号に記載されている。
【0038】
官能基は疎水化、親水化されても、転化していてもよいという顕著な利点を有する。これにより、分散添加剤の特定の用途に特に適したポリマーを得ることが可能となり、顔料親和性基(顔料に対して親和性を有する基)が導入される。イソシアナート基を含有する多分岐ポリウレタンは、化合物の反応性に基づいて官能性を変更可能であるために極めて適している。適する反応体によりOH末端基又はNH2末端基を有するポリウレタンを得ることが可能である。
【0039】
適する反応体により導入される顔料親和性基の例は、−COOH、−COOR’、−CONHR’、−CONH2−、−OH、−SH、−NH2、−NHR’−、−NH’2、−SO3R’、−N(フタルイミド)、−NHCOOR’、−NHCONH2、−NHCONHR’−又は−CNである。上記各基中のR’基は直鎖状又は分岐状のアルキル基、アリールアルキル基、又はアリール基であり、更にC1−C40アルキル基もしくはC6−C14アリール基等により置換可能である。以下に記載の基が特に好ましい。
【0040】
C1−C40アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル,n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ドデシル、n−ヘキサデシル、n−エイコシル、特に好ましくはメチル、
C6−C14アリール、例えばフェニル、α−ナフチル、β−ナフチル、1−アントラセニル、2−アントラセニル、9−アントラセニル、C7−C13アリールアルキル、好ましくはC7−C12フェニルアルキル、例えばベンジル、1−フェネチル、2−フェネチル、1−フェニルプロピル、2−フェニルプロピル、3−フェニルプロピル、ネオフィル(1−メチル−1−フェニルエチル)、1−フェニルブチル、2−フェニルブチル、3−フェニルブチル及び4−フェニルブチル、特に好ましくはベンジル。
【0041】
酸性水素原子を有する基は、適する塩基、例えばジエタノールアミン又はトリエタノールアミン等により処理することにより対応の塩に変換可能である。同様に、塩基性基を、適する酸、例えばα−ヒドロキシカルボン酸又はα−アミノ酸又はα−ヒドロキシスルホン酸を用いて、対応の塩に転化させることが可能である。これにより、水溶性多分岐ポリウレタンが得られる。
【0042】
疎水性の生成物はNCO末端基を有する生成物と、脂肪族又は芳香族アルコール、チオール、第一級アミン、第二級アミン又はカルボン酸との反応により得られる。特に適する例は、C8−C40アルキル基及び/又はC6−C14アリール基(各基は上述の定義と同様である)を有するか、又はヘテロ芳香族基(例えば、α−ピリジル、β−ピリジル、γ−ピリジル、N−ピリル、α−ピリル、β−ピリル、プルフィリニル、2−フラニル、3−フラニル、2−チオフェニル、3−チオフェニル、N−ピラゾリル、N−イミダゾリル、N−トリアゾリル、N−オキサゾリル、N−インドリル、N−カルバゾリル、2−ベンゾフラニル、2−ベンゾチオフェニル、N−インダゾリル、ベンゾトリアゾリル、2−キノリニル、3−イソキノリニル、又はα−フェナントロリニル)を有するアルコール、第一級、第二級アミンである。
【0043】
特に好ましい例は、芳香族アミン、例えばアニリン又はα−ナフチルアミンである。特に適するカルボン酸誘導体の例は、カルボン酸及び脂肪族C2−C16モノカルボン酸もしくはジカルボン酸及び芳香族C6−C14モノカルボン酸又はジカルボン酸のカルボキサミドである。フタルイミドとの反応が極めて好ましい。
【0044】
酸基は、例えばヒドロキシカルボン酸、メルカプトカルボン酸、ヒドロキシスルホン酸、又はアミノ酸との反応により導入可能である。適する反応体の具体例には、ヒドロキシ酢酸、ヒドロキシピバル酸、4−ヒドロキシ安息香酸、12−ヒドロキシドデカン酸、2−ヒドロキシエタンスルホン酸、メルカプト酢酸、ジメチロールプロピオン酸、グリシン、β−アラニン及びタウリンがある。
【0045】
上記の多分岐ポリウレタンは、−COOH、−CONHR’−、−CONH2−、−OH、−SH、−NH2、−NHR’、−NR’2、−SO3H、−SO3R’−NHCOOR’および−NHCONH2から選択された少なくとも1個の親水性基を有する場合には本発明の分散添加剤として使用可能である。
【0046】
変性高分子分散添加剤の製造に用いられる上記多分岐ポリウレタンは、親水変性すると好ましい。従って、本発明により、多分岐ポリウレタン、好ましくは親水変性された多分岐ポリウレタンの分散添加剤としての使用法が提供される。本発明により、更に、上記多分岐ポリウレタンを用いた新規の変性高分子分散添加剤の製造法が提供される。
【0047】
親水化されているが、非イオン性の生成物は、NCO末端基を有するポリマーと、ポリエーテルアルコール、例えばジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール又はポリエチレングリコール等との反応により好ましく製造される。ここで、特に好ましい実施の形態は、OHに対して単官能性のポリエチレンオキシドアルコールとの反応である。
【0048】
本発明の方法は、0〜100個の親水性基を有する多分岐ポリウレタンと、ポリエーテル誘導体又は少なくとも2種類のポリエーテル誘導体の混合物と、の反応工程を含む。
【0049】
本発明において、ポリエーテル誘導体とは、例えば下式I
【0050】
【化3】
で示されるポリエーテル誘導体(置換基、数値は下記の定義を有する)を意味する。
【0051】
上記式中のRは水素、又は好ましくは
C1−C40アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ドデシル、n−ヘキサデシル、n−エイコシル、特に好ましくはメチル、
C6−C14アリール、例えばフェニル、α−ナフチル、β−ナフチル、1−アントラセニル、2−アントラセニル、9−アントラセニル、
C7−C13アリールアルキル、好ましくはC7−C12フェニルアルキル、例えばベンジル、1−フェネチル、2−フェネチル、1−フェニルプロピル、2−フェニルプロピル、3−フェニルプロピル、ネオフィル(1−メチル−1−フェニルエチル)、1−フェニルブチル、2−フェニルブチル、3−フェニルブチル及び4−フェニルブチル、特に好ましくはベンジルを、
nは2〜500、好ましくは2〜200、更に好ましくは5〜100、極めて好ましくは50以下の整数を意味する。
【0052】
本発明において、ポリエーテル誘導体は更に、下式II
【0053】
【化4】
で示されるポリTHF誘導体(置換基、数値の定義は上述の通りである)を含む。
【0054】
本発明において、ポリエーテル誘導体とは、更にエチレンオキシドと、プロピレンオキシドもしくはブチレンオキシドとの共重合体、又はエチレンオキシドと、プロピレンオキシドと、ブチレンオキシドとの三元共重合体を含み、使用する共重合体はブロック共重合体又はランダム共重合体及び/又は三元共重合体の形態であることが可能である。各モノマーのモル比は重要ではない。ブロック共重合体の例には、BASF社製、Pluronics(登録商標)が挙げられる。更に、本発明のポリエーテル誘導体には、エチレンオキシドの分岐状ブロック共重合体であり、分子毎に1個のエチレンジアミン単位を導入することにより分岐が生じているBASF社製のTetronics(登録商標)が含まれる。
【0055】
本発明において、好ましいポリエチレングリコール誘導体は式Iで表されるモノメチルブロック化合物である。
【0056】
多分岐ポリウレタンとポリエチレングリコールとの反応は、通常−20℃〜+60℃の範囲で起こる。反応は触媒を添加することにより行われる。本発明の変性ポリウレタンを製造するために用いられる触媒の例には、例えば
有機錫化合物、例えば二酢酸錫、ジオクタン酸錫、ジラウリル酸ジブチル錫、又は
強酸性アミン、例えばジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデカン、トリエチルアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルジアミノエチルエーテル、又は好ましくはトリエチレンジアミン又はビス(N,N−ジメチルアミノエチル)エーテル又は弱塩基性アミン、例えばイミダゾールがある。
【0057】
少なくとも1種類の有機錫化合物及び少なくとも1種類の強塩基性アミンを混合して用いてもよい。触媒は、0.01〜10質量%の量で用いられると好ましく、0.05〜5質量%の量で用いられると更に好ましい。反応は溶媒中で行われても良く、原則的に、ポリウレタンともポリエチレングリコール誘導体とも反応しない全ての溶媒が含まれる。
【0058】
反応体のモル比が、ポリマーの分散性に影響を与える。モル割合は1個のNCO基がポリエチレングリコール誘導体のOH基1当量に対して用いられるように設定される。しかしながら、不足当量(準化学量論量)のOH基の当量の化学量論量を用い、多分岐ポリウレタンの未反応NCO基を、アルカノール、アリールアミン又はアルキルアミン、特に好ましくはC8−C40アルキル基を有するアルカノールもしくはアルキルアミン、又はC6−C14アリール基を有するアリールアミン、例えばアニリン又はα−ナフチルアミン等と反応させることにより疎水性の生成物を得る。
【0059】
本発明は、更に本発明は、上記製造法により得られる高分子分散添加剤を提供する。
【0060】
本発明の高分子分散添加剤又は変性高分子分散添加剤を塗料組成物中で用いることが望ましい場合、高分子分散添加剤又は変性高分子分散添加剤を、共有結合により、ポリマーに結合させることが好ましい。ここで使用されるポリマーは、式III
【0061】
【化5】
で表され、式中、
Uが、水素、
分岐状又は非分岐状のC1−C18アルキル、例えばメチル,エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ドデシルおよびn−オクタデシル、好ましくはC1−C6アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、特に好ましくはC1−C4アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、
C6−C14アリール、例えばフェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、1−アントリル、2−アントリル、9−アントリル、1−フェナントリル、2−フェナントリル、3−フェナントリル、4−フェナントリル、及び9−フェナントリル、好ましくはフェニル、1−ナフチル、及び2−ナフチル、特に好ましくはフェニル、
C7−C13アリールアルキル、好ましくはC7−C12フェニルアルキル、例えばベンジル、1−フェネチル、2−フェネチル、1−フェニルプロピル、2−フェニルプロピル、3−フェニルプロピル、ネオフィル(1−メチル−1−フェニルエチル)、1−フェニルブチル、2−フェニルブチル、3−フェニルブチル及び4−フェニルブチル、特に好ましくはベンジル、又は
開始剤分子、例えば2,2−ジメチル−2−シアノエチル又は他の開始剤分子、例えば通常の有機過酸化物、有機アゾ化合物又はC−C開裂開始剤、例えばジアルキルペルオキシド、ペルオキソカルボン酸、ペルオキシジカルボナート、ペルオキシドエステル、ヒドロペルオキシド、ペトンペルオキシド、アゾジニトリル又はベンゾピナコール、シリルエーテル、の各残基のいずれかであり、
Mが1個以上の異なる単位、例えば(メタ)アクリル酸単位、アクリルアミド単位、ポリ酢酸ビニル単位、ポリビニルアルコール単位、又はポリエチレンイミド単位、直鎖状ポリウレタン単位、ポリエステル単位、ポリスチレン単位、ポリエーテル単位、例えばポリTHF単位、ポリエチレン単位又はポリアミド単位を意味し、
yが10〜100,000、好ましくは100〜10,000の整数を意味し、
Tが本発明の高分子分散剤のNCO基又はOH−、NH−又はSH基と反応可能な官能基、例えばOH、NHR、SH、カルキシル基又はカルボキシルアミド基である構造によるものである。
【0062】
本発明の高分子分散剤又は変性分散剤は、1個以上のフリーNCO基を有し、TはOH、NHR、SHから選択される。本発明の高分子分散剤又は変性分散剤が1個以上のOH−基、NH基、又はSH基を含む場合には、Tはカルボキシル基から選択されることが好ましい。
【0063】
本発明の高分子分散剤又は変性分散剤を、1当量以上の上記ポリマーと反応させると、高分子分散剤が得られる。本発明は、本発明の高分子分散剤又は変性分散剤から高分子分散剤を製造する方法を提供する。本発明の高分子分散剤は、有機又は無機顔料、特に有機顔料を高固体含有率の塗料組成物又は溶媒による塗布材料(この場合、溶媒は非水性溶媒を意味するものとする)への分散に適合する。
【0064】
本発明の分散剤は、更に低溶媒含有率の塗布材料、すなわち5容量%未満の溶媒を含む塗布材料、および無溶媒の塗布材料における使用に適合する。特に好ましくは本発明の高分子分散剤は、水による塗布材料に適する。以下の顔料を用いた場合に特に効果的な分散が行われる。
【0065】
キナクリドン顔料類、例えばP.R.122、P.R.202、P.V.19、
キノフタロン顔料、例えばP.Y.138、
イソインドリン顔料、例えばP.O.69、P.O.61、P.Y.139、P.Y.185、
ペリレン顔料、例えばP.R.123、P.R.149、P.R.178、P.R.179、P.R.224、P.V.29、
フタロシアニン顔料、例えばP.B.15、P.B.15:1、P.B.15:2、P.B.15:3、P.B.15:4、P.B.15:6、P.B.16、P.G.7、およびP.G.36、
インダスロン顔料、例えばP.B.60及びP.B.64、
ジオキサジンピグメント、例えばP.V.23、
トリアリールカルボニウム顔料、例えばP.V.27、
ジアゾ顔料、例えばP.O.34、P.R.144、P.R.166、P.Y.12、P.Y.13、P.Y.17、P.Y.83、P.Y.113、及びP.Y.126、
モノアゾ顔料、例えばP.O.5、P.O.36、P.O.67、P.R.1、P.R.2、P.R.3、P.R.48:4、P.R.49、P.R.52:2、P.R.53、P.R.57:1、P.R.251、P.R.112、P.R.170、P.R.184、P.R.190、
チアインジゴ顔料、例えばP.R.88、
金属錯体顔料、例えばP.Y.117、P.Y.153、P.Y.177、
ペリノン顔料、例えばP.O.43、P.R.194、
フラバンスロン顔料、例えばP.Y.24、および
アントラキノン顔料、例えばP.Y.147およびP.V.31等である。
【0066】
上記顔料およびこの他の顔料については、W. Herbst、K. Hunger, Industrial Organic Pigment, VCH Weinheim, 1993に記載されている。
【0067】
本発明の分散剤及び高分子分散剤を用い、顔料と、1〜10質量%の高分子分散剤及び/又は高分子分散添加剤を混合するとにより、添加剤d顔料及び添加剤d固体顔料組成物、添加剤d液体顔料配合物、及び添加剤d顔料ペーストを製造することができる。従って、顔料、或いは顔料を上記高分子分散剤又は高分子分散添加物で処理することにより得られた顔料配合物により、本発明の分散剤を用いる方法が構成される。更に、本発明はこのような方法により得られる添加剤d顔料及び添加剤d顔料配合物を提供する。
以下、本発明の高分子分散剤の処理について説明する。
【0068】
[固体顔料の調製]
1.1 水研ぎ
固体顔料配合物を調製するために、1〜50質量部の上記化合物、顔料プレスケーキから得られた100質量部の顔料を、1〜1000質量部の水又は溶媒(好ましくは水)に、50%までの水又は溶媒含有率となるように、粉砕媒体(ガラス又はSAZビーズ2〜3mm)を添加した状態で、Skandex分散機(実験室用)又は攪拌ボールミル(製造用)にて1〜16時間分散させた。
【0069】
濾過により分散媒体を除去し、水性懸濁液又は溶媒懸濁液を、噴霧等により乾燥させた。
【0070】
1.1.2 濾過を行わない乾燥、粗い粉砕
得られた懸濁液を回転式蒸発装置および乾燥炉(双方とも実験室用)、またはパドル(櫂形)真空乾燥機(製造用)で濃縮乾燥した。得られた顔料砕片を市販のコーヒーミル(実験室用)又はPerplexミルで粗く粉砕した。
【0071】
1.1.3 濾過後の乾燥、粗い粉砕
水又は溶媒(好ましくは水)を濾過し、溶媒で湿潤するプレスケーキを得た。得られたプレスケーキを乾燥炉(実験室用)中、またはベルトまたはパドル乾燥機(製造用)上で乾燥させた。次いで、1.1.2.で述べた粗い粉砕を行った。この他の方法としては、プレスケーキを冷凍乾燥機で冷凍乾燥してもよい。
【0072】
[液状塗布]
100質量部の顔料を含む、水又は溶媒で湿潤するプレスケーキ、又は顔料生成法(結晶法)により得られた水性懸濁液又は溶媒懸濁液を、1〜50質量部の本発明の高分子分散剤と共に攪拌した。得られた懸濁液を、更に1.1.1、1.1.2又は1.1.3に記載したように処理した。
【0073】
1.3 乾燥した顔料粉体を、室温で固体の本発明の所望のポリマー分散体と機械的に混合した。
【0074】
1.4 乾燥した粗製顔料を、本発明による室温で固体の所望の高分子分散体、更にビーズを添加して粉砕する。
【0075】
2.液体顔料配合物
粉砕媒体を1.1に記載した懸濁液から分離した。増量剤を添加してもよい。更に、ポリアルキレングリコール系の定着剤を添加した。
【0076】
3.顔料ペーストの調製
3.1 固体顔料配合物の分散
1に記載した(1〜40質量部)固体顔料配合物を、Skadex振とう機(実験室用)又は攪拌ボールミル(製造用)中、粉砕媒体(2〜3mm、ガラス又はSAZ)を添加して、又は粉砕媒体を用いずに、40〜400質量部の水又は溶媒(好ましくは水)を用いて分散した。
【0077】
3.2 ペースト状配合物での添加剤の添加
得られた100質量部の顔料粉体に他の添加剤を添加せず、3.1の記載のように分散した。分散の間に、5〜30質量部の本発明の高分子分散剤を添加した。ポリマー溶液又は分散液に、ゆっくりと攪拌しながら顔料を導入した。添加後はじめて、粉砕媒体を添加して分散工程を開始した。
【0078】
4.仕上げ工程
3に記載した水性ペーストと、2に記載した液体配合物を、1Kまたは2K(1又は2成分)のワニスで処理した。ここで用いる1Kワニスはアルキド、アクリラート、エポキシド、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル又はポリウレタンである。更に2Kワニスとしては、ヒドロキシル含有ポリアクリラート、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂を意味し、場合に応じて架橋剤としてブロックポリイソシアナート樹脂を用いても良い。
【0079】
以下の実施例により、更に本発明を説明する。特に記載しない限り、使用する溶媒は標準的な方法により乾燥させた。例えば、Autorenkollektiv Organikum, 第15版、第3刷、VEB Verlag der Wissenschaften, ライプツィッヒ1984、第7section:試薬付表(782−809頁)。窒素はCaCl2と青色ゲル乾燥塔を通過させることにより乾燥させた。
【0080】
[1.合成実施例]
[実施例1.1]
平均NCO官能価7の多分岐ポリイソシアナートの製造
攪拌子、滴下漏斗、内部温度計及びガス導入管を具備する反応容器を乾燥窒素で処理しつつ、これに1000gのイソホロンジイソシアナートを装填した。1分間で、1300gの乾燥酢酸ブチル中の300gのトリメチロールプロパンの溶液を攪拌下に添加した。0.2gのジラウリル酸ジブチル錫を添加した後、反応混合物を50℃に加熱し、同温度で攪拌し、NCO含有率の低下をDIN53185による滴定により監視した。NCO含有率7.3質量%に達した段階での、反応生成物のNCO平均官能価は2、OH平均官能価は1であった。次いで、この付加物を650gのBASONAT(登録商標)HI 100の650gの乾燥した酢酸ブチル中の溶液と混合し、混合物を70℃に加熱し、この温度で3時間攪拌した。最終生成物のNCO含有率は5.9質量%であり、25℃で測定した粘度が920mPa・sであった。ポリイソシアナートの平均モル質量は2609g/モル、NCO平均官能価は約7であった。
【0081】
1.2 1.1で得られた多分岐ポリイソシアナートと、Pluriol(登録商標)A 2000E及び他の成分との反応
攪拌子、温度計、還流濃縮器を具備する容量1リットルの4頸フラスコに、100mlのテトラヒドロフラン、57.1g(10.6mmol)の、1.1により得られた多分岐ポリイソシアナート、および99.5(53.3mmol)のPluriol(登録商標)A 2000Eを装填した。得られた混合物のイソシアナート含有率は1.20%であった。次いで、攪拌下に原料流1(以下参照)を添加した。ジラウリル酸ジブチル錫2滴(=50mg)を添加した後、得られた混合物を80℃に加熱し、イソシアナート基が完全に反応するまで同温度に維持した。
【0082】
原料流1には、以下の物質を用いた。
1.2.1 131.76g(22.4ミリモル) Luviskol(登録商標)K17
1.2.2 6.04g(22.4ミリモル) ステアリルアミン
【0083】
後処理のため、フラスコ内容物を400gの水と混合し、これを、2800rpmの分散板を有する高速攪拌機を用いて5分間攪拌した。この後、テトラヒドロフランを70℃/150バール(150×105Pa)で留去した。
【0084】
1.3 多分岐ポリウレタン1.3の合成
攪拌子、温度計、滴下漏斗を具備する反応容器を23℃において窒素ガスシールしつつ、これに1000gのイソホロンジイソシアナート(IPDI)を装填した。1分間にわたり、300gのトリメチロールプロパン(TMP)を1300gの無水2−ブタノン中に含む溶液を、攪拌下に添加した。0.2gのジラウリル酸ジブチル錫を添加した後、反応混合物を50℃に加熱し、この温度で攪拌し、NCO含有率の低下をDIN53185による滴定により監視した。NCO含有率5.4質量%に達した段階で、147gのトリレンジイソシアナート(TDI)を添加し、混合物を60℃に加熱し、この温度で1時間攪拌した。反応終了時のNCO含有率は5.7質量%であった。ポリイソシアナートの平均モル質量(計算値)は2420g/モルであり、分子ごとのNCO平均官能価は5.9であった。
【0085】
1.4 多分岐ポリウレタンアンモニウム塩1.4の合成
攪拌子と、滴下漏斗とを具備する反応容器中、実施例1.3で得られた150gのポリイソシアナートに、23℃にて150gの無水アセトンを滴下した。この後、激しく攪拌しながら、18.8gのβ−アニリン、100gの蒸留水、8.4gの固体水酸化ナトリウム、50gのアセトンからなる溶液を反応混合物に30秒で添加し、室温にて30分間攪拌した。次いで、生成物を、回転式蒸発装置にて減圧下にアセトン及び2−ブタノンから分離し、1500mlの水に溶解し、過剰量の0.1N塩酸水溶液を添加して沈殿させた。吸引濾過の後、200mlの水で1回洗浄し、生成物を50℃にて減圧下に乾燥させた。次いで29gの25%濃度のアンモニア水溶液を乾燥した酸官能基を有するポリウレタンに添加し、希釈用に水を添加し、ポリウレタンアンモニウム塩1.4の50%水溶液を得た。
【0086】
1.5 多分岐ポリウレタンアンモニウム塩1.5の合成
攪拌子、滴過漏斗、内部温度計、ガス導入管を具備する反応容器中、実施例1.3で得られた150gのポリイソシアナートに、23℃にて8gのアクリル酸ヒドロキシエチルと0.05gのジラウリル酸ジブチル錫を、窒素シールしつつ添加した。混合物を60℃に加熱し、同温度で3時間攪拌した。次いで、混合物を23℃に冷却し、150gの無水アセトンを添加した。更に激しく攪拌しながら、12.3gのβ−アニリン、100gの蒸留水、5.5gの固体水酸化ナトリウム、50gのアセトンからなる溶液を反応混合物に30秒で添加し、室温にて30分間攪拌した。次いで、生成物を、回転式蒸発装置にて減圧下にアセトン及び2−ブタノンから分離し、1500mlの水に溶解し、過剰量の0.1N塩酸水溶液を添加して沈殿させた。吸引濾過の後、200mlの水で1回洗浄し、生成物を50℃にて減圧下に乾燥させた。次いで18gの25質量%濃度のアンモニア水溶液を酸基とアクリル系二重結合を有する乾燥したポリウレタンに添加し、希釈用に水を添加し、ポリウレタンアンモニウム塩1.5の20質量%の水溶液を得た。
【0087】
1.6 多分岐ポリウレタンアンモニウム塩1.6の合成
攪拌子、滴過漏斗、内部温度計、ガス導入管を具備する反応容器中、23℃にて窒素シールしつつ実施例1.3で得られた150gのポリイソシアナートを装填し、150mlの無水アセトンを添加した。更に、室温で、8.9gのジブチルアミンと、10gのアセトンを、30℃を超過しないようにゆっくりと滴下した。この混合物に、更に激しく攪拌しながら、12.3gのβ−アニリン、100gの蒸留水、5.5gの固体水酸化ナトリウム、及び50gのアセトンからなる溶液を反応混合物に30秒で添加し、室温にて30分間攪拌した。次いで、生成物を、回転式蒸発装置にて減圧下にアセトン及び2−ブタノンから分離し、1500mlの水に溶解し、過剰量の0.1Nの塩酸水溶液を添加して沈殿させた。吸引濾過の後、200mlの水で1回洗浄し、生成物を50℃にて減圧下に乾燥させた。次いで19gの25%濃度のアンモニア水溶液を乾燥した酸官能基を有するポリウレタンに添加し、希釈用に水を添加し、ポリウレタンアンモニウム塩1.6の20質量%の水溶液を得た。
【0088】
1.7 多分岐ポリウレタンアンモニウム塩1.7の合成
攪拌子、内部温度計、滴過漏斗、ガス導入管を具備する反応容器に、672gのヘキサメチレンジイソシアナート(HDI)、672gの無水ジメチルアセトアミド(DMAc)を、窒素シールしながら23℃で装填した。次いで、10分間で、268gのトリメチロールプロパン、268gのジメチロールプロピオン酸、1072gの無水DMAcを攪拌下に添加した。次いで反応混合物を70℃に加熱し、同温度で攪拌し、NCO含有率の低下をDIN53185の滴定により監視した。混合物のNCO含有率が2.0質量%に達した段階で、400gのPluriol(登録商標)E400(二官能性ポリエチレングリコール、平均モル質量400g/モル、BASFアクチェンゲゼルシャフト)を添加し、60℃にて攪拌を3時間継続した。この間に、混合物のNCO含有率は0%に低下した。次いで混合物から1.4ミリバール(1×103Pa)の加圧下、薄層蒸発器中にてジャケット温度140℃にて溶媒を除去した。
【0089】
得られた無色の高度に粘稠な生成物に対し、25質量%のアンモニア水溶液を用い、そのpHを8に調整した。更にこれを水で希釈して濃度50%の溶液とした。
【0090】
2.分散性の試験
一般的処理
容量50mlのガラス瓶中に以下の成分を導入した。
【0091】
2.25g 分散添加剤(固体含有率100質量%で計算)
1.13g 1,2−プロピレングリコール
0.11g Proxel(登録商標)XL2
0.02g Etingal(登録商標)A
15.83g 水
【0092】
瓶を手で封止、振とうさせ、全成分を溶解又は均質に分散させた。次いで、22.5gの、直径250μm〜420μmのガラスビーズと、2.25gの有色顔料(Hostaperm(登録商標)Rosa E-WD)を添加した。瓶を再びきつく封止して、Skandexミキサー(BAS20型)で2時間分散させた。この後、分散液の粒径をMalvern Zetasizer(DTS 5100型)により、光の分散により測定した。
【0093】
結果:
【0094】
【表1】
【0095】
多分散性の値が小さく、粒径も小さいと望ましい。多分散性は計測器「Zetasizer」により測定した。
【0096】
比較例:
C1 WO91/14515号公報、35頁、実施例Cにより得られたポリウレタン。ランダム。多分岐構造を有さない。
【0097】
C2 米国特許第5368944号明細書、実施例1.1により得られたポリウレタン。
【0098】
C3 米国特許第5368944号明細書、実施例2により得られたポリウレタン。
【0001】
本発明は、少なくとも1種類の顔料親和性基を有する多分岐ポリウレタン又は変性多分岐ポリウレタンのいずれかの多分岐構造を有するポリウレタンを顔料用の高分子分散添加剤として使用する方法に関する。
【0002】
特に、本発明は、2〜100個のNCO基を有し、分子量500〜50000gの多分岐ポリウレタンと、
式I
【0003】
【化1】
で示されるポリエチレングリコール誘導体、
式II
【0004】
【化2】
で示されるポリテトラヒドロフラン誘導体(各式中、Rは水素、C1−C40アルキル又はC7−C13アリールアルキル又はC6−C14アリールを、nは2〜500、好ましくは2〜200の整数を意味する)、
エチレンオキシドと、プロピレンオキシドもしくはブチレンオキシドとの共重合体、又はエチレンオキシドと、プロピレンオキシドと、ブチレンオキシドとの三元共重合体(各ポリマーは分岐していてもよい)から選択された、1種類以上のポリエーテル誘導体とを反応させることを特徴とする変性された高分子分散添加剤の製造法に関する。
【背景技術】
【0005】
分散添加剤は、顔料を恒久的に表面に付着させることが必要な多くの適用法において、使用技術的にも経済的にも極めて重要である。この様な添加剤は通常の厳しい技術的要求を満足させなければならず、更に廉価に製造されなければならない。
【0006】
この場合の技術的な要求とは以下の通りである。
【0007】
凝集安定性を有すること、すなわち顔料粒子が、長期間保存されてもペースト又は塗料中で凝集してはならないこと、
良好な流動性を有すること、すなわち流動点が低く、かつ粘度が比較的低いこと、又は顔料の含有率が高いこと、
光学的性質、例えば良好な色の濃さ、高光沢、高彩度、良好な明度、優れた透明性、及び変更可能な色彩(高い色相値により示される)に良好な影響を与えることである。
【0008】
これらの特性は溶媒を含む塗料組成物、低溶媒含有量の塗布材料、水を含む塗布材料、及び高固体含有量の塗料組成物において特に重要である。溶媒及び水を含む塗料組成物、低溶媒含有量の塗布材料及び高固体含有量の塗料組成物は、通常、顔料以外に1種類以上の分散添加剤と1種類の結合剤を含む。
【0009】
顔料自体については、現在は顕著な研究がなされておらず、周知の有機又は無機顔料が利用されている一方で、添加剤が重要視されている。分散添加剤自体の性質の他に、各結合剤(バインダー)との組み合わせが重要であり、分散添加剤は結合剤と調和する必要がある。例えば、結合剤と分散添加剤は、決して非相溶性であってはならない。非相溶性の場合には各組成が自然に分離する可能性があり、分離すれば工業的な用途には利用不能となるためである。
【0010】
米国特許第6096801号明細書には、0.1〜10質量%の顔料、樹脂、例えばロジンと、アセトアセトメタキシリド、例えばBOLTORN(登録商標)、又はβ−アミノプロピオンアミドに基づくデンドリマーを含む顔料組成物が開示されている。開示されたデンドリマーはアーム末端で、2個以上のヒドロキシル基を有する分子、例えばペンタエリスリトールと反応することがある。これらは、分散添加剤として非常に適しているが、合成方法が複雑であり、従ってデンドリマーを用いて得られた組成物が、経済的に不都合を有している。
【0011】
同様に、WO00/37542号公報にも、水性組成物における疎水性粒子用の分散添加剤として所定のデンドリマーを用いる方法が開示されている。経済性に関しては、上記の通り不都合を有する。
【0012】
米国特許第5,561,214号明細書には、ポリヒドロキシアスパラギン酸エステルの自己縮合により得られた多分岐ポリアスパラギン酸エステルが開示されている。多分岐ポリアスパラギン酸エステルは、単独で用いてもよいが、結合剤として適している。或いは、多分岐ポリアスパラギン酸エステルをポリイソシアナートと反応させて種々の塗布組成物用の結合剤として適するポリ尿素を得ることもできる。しかしながら、分散添加剤としての使用においては、通常、製造にかかる費用が高価となりすぎる。
【0013】
【特許文献1】
米国特許第6096801号明細書
【特許文献2】
国際特許出願公開第00/37542号公報
【特許文献3】
米国特許第5,561,214号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、上述の技術的利点を有し、合成が容易な新規分散添加剤を提供することをその目的とする。本発明の他の目的は新規分散添加剤の製造法を提供することである。本発明の更なる目的は分散添加剤の使用法、及びこれにより得られる分散液を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明者等は、本発明の上記目的が、冒頭に記載した多分岐構造を有するポリウレタンにより達成されることを見出した。以下に、多分岐構造を有するポリウレタン(多分岐ポリウレタンともいう)の製造と、多分岐ポリウレタンの変性について記載する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明において、ポリウレタンとは、ウレタン基のみにより結合するポリマー以外にも、更に一般的な意味によりジイソシアナート又はポリイソシアナートと、活性水素原子を含む化合物との反応により得られるポリマーを含む。従って、本発明におけるポリウレタンはウレタン基のみならず、尿素、アロファネート、ビウレット、カルボジイミド、アミド、エステル、エーテル、ウレトンイミン、ウレトジオン、イソシアヌレート又はオキサゾリジン基を含んでもよい。全体的な内容についての説明は、Kunststoffhandbuch[プラスチックハンドブック]/Saechtling、第26版、カールハンサー出版、ミュンヘン、1995、491頁以降に記載されている。特に、本発明におけるポリウレタンは尿素基を含む。
【0017】
本発明は、分子としても構造的にも不均質な多分岐ポリウレタンから出発する。これらは分子の不均質性においてデンドリマーと異なり、これに比較して非常に安価に製造される。
【0018】
本発明を実施するために使用される多分岐ポリウレタンの合成例を以下に説明する。
【0019】
多分岐ポリウレタンの合成においては、イソシアナート基とイソシアナート基と反応可能な基の双方を含み、結合を形成するABxモノマーを使用すると好ましい。ここで、xは好ましくは2〜8の自然数であると好ましく、2又は3であると更に好ましい。例えばAがイソシアナート基、Bがこれと反応性の基であっても、その反対であってもよい。
【0020】
イソシアナート基と反応性の基の好ましい例は、OH、NH2、NH、SH又はCOOH基である。 ABxモノマーは種々の技術により従来より製造可能である。
【0021】
ABxモノマーは、例えば、WO97/02304号公報に記載された方法により、保護基を用いることにより製造可能である。一例として、トリレン2,4−ジイソシアナート(TDI)とトリメチロールプロパンからのAB2モノマー製造に関して、上記技術が説明されている。まず、TDIのイソシアナート基の1種類を公知方法により、例えばオキシムと反応させることによりブロックする。他方のフリーNCO基をトリメチロールプロパンと反応させ、3個のOH基のうちの1個をイソシアナート基と反応させる。保護基を除去した後、イソシアナート基と2個のOH基を有する分子を得る。
【0022】
ABx分子は、ドイツ特許出願公開第19904444号公報に記載された方法により特に有効に合成可能である。同公報によると保護基は不要であり、ジイソシアナート又はポリイソシアナートを少なくとも2個のイソシアナート反応性基を有する化合物と反応させる。少なくとも一方の反応体が、他の反応体と活性の異なる基を有する。反応体双方が、特定の反応基同士のみが相互に反応するような反応条件を設定する。他の反応体と反応性において異なる基をそれぞれ含むと好ましい。
【0023】
異なる反応性のNCO基を含むジイソシアナート及び/又はポリイソシアナートの好ましい例は、特に簡単かつ安価に得られるイソシアナートである。この例には、芳香族イソシアナート、例えばトリレン2,4−ジイソシアナート(2,4−TDI)、ジフェニルメタン2,4’−ジイソシアナート(2,4’−MDI)、トリイソシアナトトルエン、又は脂肪族イソシアナート、例えばイソホロンジイソシアナート(IPDI)、2−ブチル−2−エチルペンタメチレンジイソシアナート、2−イソシアナートプロピルシクロヘキシルイソシアナート、2,4,4−又は2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、メチレンビス(シクロヘキシル)2,4’−ジイソシアナート、及び4−メチルシクロヘキサン1,3−ジイソシアナート(H−TDI)。
【0024】
活性の異なる基を有するイソシアナートの他の例は、フェニレン1,3−ジイソシアナート、フェニレン1,4−ジイソシアナート、ナフチレン1,5−ジイソシアナート、ビフェニルジイソシアナート、トルイジンジイソシアナート、及びトルイレン2,6−ジイソシアナートである。
【0025】
これらのイソシアナートの混合物を使用することも可能である。
【0026】
少なくとも2個のイソシアナート反応性の基を有する好ましい化合物は、2〜4官能性であり、各官能基のNCO基に対する反応性が異なる化合物である。好ましい化合物は、分子中に、少なくとも1個の第一級ヒドロキシル基、及び少なくとも1個の第二級ヒドロキシル基を有するもの、少なくとも1個のヒドロキシル基又は少なくとも1個のメルカプト基を有するものである。特に好ましくは、分子中に少なくとも1個のヒドロキシル基と少なくとも1個のアミノ基を有するもの、特にアミノアルコール、アミノジオール、アミノトリオールが好ましい。反応におけるアミノ基のイソシアナートとの反応性がヒドロキシ基の反応性よりも実質的に高いためである。
【0027】
少なくとも2個の、反応性が相互に異なるイソシアナート反応性基を有する化合物の例は、プロピレングリコール、グリセロール、メルカプトエタノール、エタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、エタノールプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、2−アミノ−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオール又はトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンである。更にこれらの混合物も使用可能である。
【0028】
ジイソシアナートとアミノジオールを用いた場合のAB2分子の製造例を説明する。まず、1モルのジイソシアナートを1モルのアミノジオール、例えば2−アミノ−1,3−プロパンジオールと、低温、例えば−10℃〜30℃の温度範囲で反応させる。この温度範囲では、ウレタン生成反応が実質的に完全に抑制され、イソシアナート中のNCO基がアミノジオール中のアミノ基とのみ反応する。得られたAB2分子はフリーNCO基と2個のフリーOH基を有する。これを多分岐ポリウレタンの合成に使用することができる。
【0029】
加熱又は触媒の添加により、このAB2分子は分子内反応を起こし、多分岐ポリウレタンが生成される。多分岐ポリウレタンの製造に使用される触媒の例は、二酢酸錫、二オクタン酸錫、二ラウリル酸ジブチル錫又は強塩基性アミン、例えばジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデカン、トリエチルアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルジアミノエチルエーテル、又は好ましくはトリエチルジアミン又はビス(N,N−ジメチルアミノエチル)エーテル、更に他の塩基性化合物、例えば置換イミダゾールである。更に、少なくとも1種の有機錫化合物と少なくとも1種の強塩基アミンを含む混合触媒を使用しても良い。これらの触媒は、イソシアナートに対して0.01〜10質量%の量で使用されると好ましく、0.05〜5質量%の量で使用されると更に好ましい。反応の次工程で、好ましくは30℃〜80℃の範囲に温度を上昇させてAB2分子を単離する以前に、多分岐ポリウレタンの合成を行うのが有利である。上述の2個のOHと1個のNCO基を含むAB2を用いる場合、分子中に1個のフリーNCO基と、重合度に応じて多数のOH基を含む多分岐ポリマーが生成する。分子反応は高転化率で行われ得る。結果的に、極めて大きな分子量の構造が得られる。所望の分子量に達した段階で、単官能性化合物を添加するか、又はAB2分子製造のための出発化合物の1種類を添加して反応を停止させると好ましい。反応停止用に使用される出発化合物に応じ、完全にNCOで停止された分子又は完全にOHで停止された分子のいずれかが得られる。
【0030】
この他に、例えば、1モルのグリセロールと2モルのTDIからAB2分子を製造してもよい。第一級アルコール基と4位のイソシアナート基が低温で優先的に反応し、1個のOH基と2個のイソシアナート基を含み、上述のように比較的高温で反応して多分岐ポリウレタンを生成する付加物が生成される。最初の生成物は、1個のフリーOH基と重合度に応じた平均的な数のNCO基とを含む多分岐ポリウレタンである。
【0031】
分子中のNCO基の数は2〜100、好ましくは3〜20、特に好ましくは10以下である。
【0032】
本発明で使用される多分岐ポリウレタンの分子量Mwは500〜最高50000g/モルである。最大値は、15,000g/モルであると好ましく、10,000g/モルであると更に好ましく、5000g/モルであると極めて好ましい。
【0033】
多分岐ポリウレタンの製造は、原則として溶媒を用いずに行うが、溶媒中で行うと好ましい。主に適する溶媒は反応温度で液体状態であり、モノマーとポリマーに対して不活性な全ての化合物である。
【0034】
他の合成例により他の生成物を得ることが可能である。一例として、AB3について述べる。AB3分子は、例えばジイソシアナートを、4個のイソシアナート反応性基を含む化合物と反応させることにより得られる。具体例としては、トリレンジイソシアナートと、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンとの反応が挙げられる。
【0035】
重合を終了させるため、各A基と反応可能な多官能性化合物を使用してもよい。これにより、多数の小さな多分岐分子を結合し、大きな多分岐分子を形成することが可能となる。
【0036】
連鎖延長した分岐を有する多分岐ポリウレタンは、例えばABx分子のみならず、更にジイソシアナート及び2個のイソシアナート反応性基を有する化合物をモル比1:1で使用して反応を行うことによっても得られる。この様な付加的な化合物AA、BBは、それぞれ更に他の官能基を有しても良いが、これらの官能基は反応条件下でA又はB基に対し反応性であってはならない。このように、多分岐ポリマーに他の官能性を導入することが可能である。
【0037】
多分岐ポリウレタンの他の合成法は、本発明の優先日には未公開の、ドイツ特許出願第10013187.5号及びドイツ特許出願第10030869.4号に記載されている。
【0038】
官能基は疎水化、親水化されても、転化していてもよいという顕著な利点を有する。これにより、分散添加剤の特定の用途に特に適したポリマーを得ることが可能となり、顔料親和性基(顔料に対して親和性を有する基)が導入される。イソシアナート基を含有する多分岐ポリウレタンは、化合物の反応性に基づいて官能性を変更可能であるために極めて適している。適する反応体によりOH末端基又はNH2末端基を有するポリウレタンを得ることが可能である。
【0039】
適する反応体により導入される顔料親和性基の例は、−COOH、−COOR’、−CONHR’、−CONH2−、−OH、−SH、−NH2、−NHR’−、−NH’2、−SO3R’、−N(フタルイミド)、−NHCOOR’、−NHCONH2、−NHCONHR’−又は−CNである。上記各基中のR’基は直鎖状又は分岐状のアルキル基、アリールアルキル基、又はアリール基であり、更にC1−C40アルキル基もしくはC6−C14アリール基等により置換可能である。以下に記載の基が特に好ましい。
【0040】
C1−C40アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル,n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ドデシル、n−ヘキサデシル、n−エイコシル、特に好ましくはメチル、
C6−C14アリール、例えばフェニル、α−ナフチル、β−ナフチル、1−アントラセニル、2−アントラセニル、9−アントラセニル、C7−C13アリールアルキル、好ましくはC7−C12フェニルアルキル、例えばベンジル、1−フェネチル、2−フェネチル、1−フェニルプロピル、2−フェニルプロピル、3−フェニルプロピル、ネオフィル(1−メチル−1−フェニルエチル)、1−フェニルブチル、2−フェニルブチル、3−フェニルブチル及び4−フェニルブチル、特に好ましくはベンジル。
【0041】
酸性水素原子を有する基は、適する塩基、例えばジエタノールアミン又はトリエタノールアミン等により処理することにより対応の塩に変換可能である。同様に、塩基性基を、適する酸、例えばα−ヒドロキシカルボン酸又はα−アミノ酸又はα−ヒドロキシスルホン酸を用いて、対応の塩に転化させることが可能である。これにより、水溶性多分岐ポリウレタンが得られる。
【0042】
疎水性の生成物はNCO末端基を有する生成物と、脂肪族又は芳香族アルコール、チオール、第一級アミン、第二級アミン又はカルボン酸との反応により得られる。特に適する例は、C8−C40アルキル基及び/又はC6−C14アリール基(各基は上述の定義と同様である)を有するか、又はヘテロ芳香族基(例えば、α−ピリジル、β−ピリジル、γ−ピリジル、N−ピリル、α−ピリル、β−ピリル、プルフィリニル、2−フラニル、3−フラニル、2−チオフェニル、3−チオフェニル、N−ピラゾリル、N−イミダゾリル、N−トリアゾリル、N−オキサゾリル、N−インドリル、N−カルバゾリル、2−ベンゾフラニル、2−ベンゾチオフェニル、N−インダゾリル、ベンゾトリアゾリル、2−キノリニル、3−イソキノリニル、又はα−フェナントロリニル)を有するアルコール、第一級、第二級アミンである。
【0043】
特に好ましい例は、芳香族アミン、例えばアニリン又はα−ナフチルアミンである。特に適するカルボン酸誘導体の例は、カルボン酸及び脂肪族C2−C16モノカルボン酸もしくはジカルボン酸及び芳香族C6−C14モノカルボン酸又はジカルボン酸のカルボキサミドである。フタルイミドとの反応が極めて好ましい。
【0044】
酸基は、例えばヒドロキシカルボン酸、メルカプトカルボン酸、ヒドロキシスルホン酸、又はアミノ酸との反応により導入可能である。適する反応体の具体例には、ヒドロキシ酢酸、ヒドロキシピバル酸、4−ヒドロキシ安息香酸、12−ヒドロキシドデカン酸、2−ヒドロキシエタンスルホン酸、メルカプト酢酸、ジメチロールプロピオン酸、グリシン、β−アラニン及びタウリンがある。
【0045】
上記の多分岐ポリウレタンは、−COOH、−CONHR’−、−CONH2−、−OH、−SH、−NH2、−NHR’、−NR’2、−SO3H、−SO3R’−NHCOOR’および−NHCONH2から選択された少なくとも1個の親水性基を有する場合には本発明の分散添加剤として使用可能である。
【0046】
変性高分子分散添加剤の製造に用いられる上記多分岐ポリウレタンは、親水変性すると好ましい。従って、本発明により、多分岐ポリウレタン、好ましくは親水変性された多分岐ポリウレタンの分散添加剤としての使用法が提供される。本発明により、更に、上記多分岐ポリウレタンを用いた新規の変性高分子分散添加剤の製造法が提供される。
【0047】
親水化されているが、非イオン性の生成物は、NCO末端基を有するポリマーと、ポリエーテルアルコール、例えばジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール又はポリエチレングリコール等との反応により好ましく製造される。ここで、特に好ましい実施の形態は、OHに対して単官能性のポリエチレンオキシドアルコールとの反応である。
【0048】
本発明の方法は、0〜100個の親水性基を有する多分岐ポリウレタンと、ポリエーテル誘導体又は少なくとも2種類のポリエーテル誘導体の混合物と、の反応工程を含む。
【0049】
本発明において、ポリエーテル誘導体とは、例えば下式I
【0050】
【化3】
で示されるポリエーテル誘導体(置換基、数値は下記の定義を有する)を意味する。
【0051】
上記式中のRは水素、又は好ましくは
C1−C40アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ドデシル、n−ヘキサデシル、n−エイコシル、特に好ましくはメチル、
C6−C14アリール、例えばフェニル、α−ナフチル、β−ナフチル、1−アントラセニル、2−アントラセニル、9−アントラセニル、
C7−C13アリールアルキル、好ましくはC7−C12フェニルアルキル、例えばベンジル、1−フェネチル、2−フェネチル、1−フェニルプロピル、2−フェニルプロピル、3−フェニルプロピル、ネオフィル(1−メチル−1−フェニルエチル)、1−フェニルブチル、2−フェニルブチル、3−フェニルブチル及び4−フェニルブチル、特に好ましくはベンジルを、
nは2〜500、好ましくは2〜200、更に好ましくは5〜100、極めて好ましくは50以下の整数を意味する。
【0052】
本発明において、ポリエーテル誘導体は更に、下式II
【0053】
【化4】
で示されるポリTHF誘導体(置換基、数値の定義は上述の通りである)を含む。
【0054】
本発明において、ポリエーテル誘導体とは、更にエチレンオキシドと、プロピレンオキシドもしくはブチレンオキシドとの共重合体、又はエチレンオキシドと、プロピレンオキシドと、ブチレンオキシドとの三元共重合体を含み、使用する共重合体はブロック共重合体又はランダム共重合体及び/又は三元共重合体の形態であることが可能である。各モノマーのモル比は重要ではない。ブロック共重合体の例には、BASF社製、Pluronics(登録商標)が挙げられる。更に、本発明のポリエーテル誘導体には、エチレンオキシドの分岐状ブロック共重合体であり、分子毎に1個のエチレンジアミン単位を導入することにより分岐が生じているBASF社製のTetronics(登録商標)が含まれる。
【0055】
本発明において、好ましいポリエチレングリコール誘導体は式Iで表されるモノメチルブロック化合物である。
【0056】
多分岐ポリウレタンとポリエチレングリコールとの反応は、通常−20℃〜+60℃の範囲で起こる。反応は触媒を添加することにより行われる。本発明の変性ポリウレタンを製造するために用いられる触媒の例には、例えば
有機錫化合物、例えば二酢酸錫、ジオクタン酸錫、ジラウリル酸ジブチル錫、又は
強酸性アミン、例えばジアザビシクロオクタン、ジアザビシクロノナン、ジアザビシクロウンデカン、トリエチルアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルジアミノエチルエーテル、又は好ましくはトリエチレンジアミン又はビス(N,N−ジメチルアミノエチル)エーテル又は弱塩基性アミン、例えばイミダゾールがある。
【0057】
少なくとも1種類の有機錫化合物及び少なくとも1種類の強塩基性アミンを混合して用いてもよい。触媒は、0.01〜10質量%の量で用いられると好ましく、0.05〜5質量%の量で用いられると更に好ましい。反応は溶媒中で行われても良く、原則的に、ポリウレタンともポリエチレングリコール誘導体とも反応しない全ての溶媒が含まれる。
【0058】
反応体のモル比が、ポリマーの分散性に影響を与える。モル割合は1個のNCO基がポリエチレングリコール誘導体のOH基1当量に対して用いられるように設定される。しかしながら、不足当量(準化学量論量)のOH基の当量の化学量論量を用い、多分岐ポリウレタンの未反応NCO基を、アルカノール、アリールアミン又はアルキルアミン、特に好ましくはC8−C40アルキル基を有するアルカノールもしくはアルキルアミン、又はC6−C14アリール基を有するアリールアミン、例えばアニリン又はα−ナフチルアミン等と反応させることにより疎水性の生成物を得る。
【0059】
本発明は、更に本発明は、上記製造法により得られる高分子分散添加剤を提供する。
【0060】
本発明の高分子分散添加剤又は変性高分子分散添加剤を塗料組成物中で用いることが望ましい場合、高分子分散添加剤又は変性高分子分散添加剤を、共有結合により、ポリマーに結合させることが好ましい。ここで使用されるポリマーは、式III
【0061】
【化5】
で表され、式中、
Uが、水素、
分岐状又は非分岐状のC1−C18アルキル、例えばメチル,エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ドデシルおよびn−オクタデシル、好ましくはC1−C6アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、特に好ましくはC1−C4アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、
C6−C14アリール、例えばフェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、1−アントリル、2−アントリル、9−アントリル、1−フェナントリル、2−フェナントリル、3−フェナントリル、4−フェナントリル、及び9−フェナントリル、好ましくはフェニル、1−ナフチル、及び2−ナフチル、特に好ましくはフェニル、
C7−C13アリールアルキル、好ましくはC7−C12フェニルアルキル、例えばベンジル、1−フェネチル、2−フェネチル、1−フェニルプロピル、2−フェニルプロピル、3−フェニルプロピル、ネオフィル(1−メチル−1−フェニルエチル)、1−フェニルブチル、2−フェニルブチル、3−フェニルブチル及び4−フェニルブチル、特に好ましくはベンジル、又は
開始剤分子、例えば2,2−ジメチル−2−シアノエチル又は他の開始剤分子、例えば通常の有機過酸化物、有機アゾ化合物又はC−C開裂開始剤、例えばジアルキルペルオキシド、ペルオキソカルボン酸、ペルオキシジカルボナート、ペルオキシドエステル、ヒドロペルオキシド、ペトンペルオキシド、アゾジニトリル又はベンゾピナコール、シリルエーテル、の各残基のいずれかであり、
Mが1個以上の異なる単位、例えば(メタ)アクリル酸単位、アクリルアミド単位、ポリ酢酸ビニル単位、ポリビニルアルコール単位、又はポリエチレンイミド単位、直鎖状ポリウレタン単位、ポリエステル単位、ポリスチレン単位、ポリエーテル単位、例えばポリTHF単位、ポリエチレン単位又はポリアミド単位を意味し、
yが10〜100,000、好ましくは100〜10,000の整数を意味し、
Tが本発明の高分子分散剤のNCO基又はOH−、NH−又はSH基と反応可能な官能基、例えばOH、NHR、SH、カルキシル基又はカルボキシルアミド基である構造によるものである。
【0062】
本発明の高分子分散剤又は変性分散剤は、1個以上のフリーNCO基を有し、TはOH、NHR、SHから選択される。本発明の高分子分散剤又は変性分散剤が1個以上のOH−基、NH基、又はSH基を含む場合には、Tはカルボキシル基から選択されることが好ましい。
【0063】
本発明の高分子分散剤又は変性分散剤を、1当量以上の上記ポリマーと反応させると、高分子分散剤が得られる。本発明は、本発明の高分子分散剤又は変性分散剤から高分子分散剤を製造する方法を提供する。本発明の高分子分散剤は、有機又は無機顔料、特に有機顔料を高固体含有率の塗料組成物又は溶媒による塗布材料(この場合、溶媒は非水性溶媒を意味するものとする)への分散に適合する。
【0064】
本発明の分散剤は、更に低溶媒含有率の塗布材料、すなわち5容量%未満の溶媒を含む塗布材料、および無溶媒の塗布材料における使用に適合する。特に好ましくは本発明の高分子分散剤は、水による塗布材料に適する。以下の顔料を用いた場合に特に効果的な分散が行われる。
【0065】
キナクリドン顔料類、例えばP.R.122、P.R.202、P.V.19、
キノフタロン顔料、例えばP.Y.138、
イソインドリン顔料、例えばP.O.69、P.O.61、P.Y.139、P.Y.185、
ペリレン顔料、例えばP.R.123、P.R.149、P.R.178、P.R.179、P.R.224、P.V.29、
フタロシアニン顔料、例えばP.B.15、P.B.15:1、P.B.15:2、P.B.15:3、P.B.15:4、P.B.15:6、P.B.16、P.G.7、およびP.G.36、
インダスロン顔料、例えばP.B.60及びP.B.64、
ジオキサジンピグメント、例えばP.V.23、
トリアリールカルボニウム顔料、例えばP.V.27、
ジアゾ顔料、例えばP.O.34、P.R.144、P.R.166、P.Y.12、P.Y.13、P.Y.17、P.Y.83、P.Y.113、及びP.Y.126、
モノアゾ顔料、例えばP.O.5、P.O.36、P.O.67、P.R.1、P.R.2、P.R.3、P.R.48:4、P.R.49、P.R.52:2、P.R.53、P.R.57:1、P.R.251、P.R.112、P.R.170、P.R.184、P.R.190、
チアインジゴ顔料、例えばP.R.88、
金属錯体顔料、例えばP.Y.117、P.Y.153、P.Y.177、
ペリノン顔料、例えばP.O.43、P.R.194、
フラバンスロン顔料、例えばP.Y.24、および
アントラキノン顔料、例えばP.Y.147およびP.V.31等である。
【0066】
上記顔料およびこの他の顔料については、W. Herbst、K. Hunger, Industrial Organic Pigment, VCH Weinheim, 1993に記載されている。
【0067】
本発明の分散剤及び高分子分散剤を用い、顔料と、1〜10質量%の高分子分散剤及び/又は高分子分散添加剤を混合するとにより、添加剤d顔料及び添加剤d固体顔料組成物、添加剤d液体顔料配合物、及び添加剤d顔料ペーストを製造することができる。従って、顔料、或いは顔料を上記高分子分散剤又は高分子分散添加物で処理することにより得られた顔料配合物により、本発明の分散剤を用いる方法が構成される。更に、本発明はこのような方法により得られる添加剤d顔料及び添加剤d顔料配合物を提供する。
以下、本発明の高分子分散剤の処理について説明する。
【0068】
[固体顔料の調製]
1.1 水研ぎ
固体顔料配合物を調製するために、1〜50質量部の上記化合物、顔料プレスケーキから得られた100質量部の顔料を、1〜1000質量部の水又は溶媒(好ましくは水)に、50%までの水又は溶媒含有率となるように、粉砕媒体(ガラス又はSAZビーズ2〜3mm)を添加した状態で、Skandex分散機(実験室用)又は攪拌ボールミル(製造用)にて1〜16時間分散させた。
【0069】
濾過により分散媒体を除去し、水性懸濁液又は溶媒懸濁液を、噴霧等により乾燥させた。
【0070】
1.1.2 濾過を行わない乾燥、粗い粉砕
得られた懸濁液を回転式蒸発装置および乾燥炉(双方とも実験室用)、またはパドル(櫂形)真空乾燥機(製造用)で濃縮乾燥した。得られた顔料砕片を市販のコーヒーミル(実験室用)又はPerplexミルで粗く粉砕した。
【0071】
1.1.3 濾過後の乾燥、粗い粉砕
水又は溶媒(好ましくは水)を濾過し、溶媒で湿潤するプレスケーキを得た。得られたプレスケーキを乾燥炉(実験室用)中、またはベルトまたはパドル乾燥機(製造用)上で乾燥させた。次いで、1.1.2.で述べた粗い粉砕を行った。この他の方法としては、プレスケーキを冷凍乾燥機で冷凍乾燥してもよい。
【0072】
[液状塗布]
100質量部の顔料を含む、水又は溶媒で湿潤するプレスケーキ、又は顔料生成法(結晶法)により得られた水性懸濁液又は溶媒懸濁液を、1〜50質量部の本発明の高分子分散剤と共に攪拌した。得られた懸濁液を、更に1.1.1、1.1.2又は1.1.3に記載したように処理した。
【0073】
1.3 乾燥した顔料粉体を、室温で固体の本発明の所望のポリマー分散体と機械的に混合した。
【0074】
1.4 乾燥した粗製顔料を、本発明による室温で固体の所望の高分子分散体、更にビーズを添加して粉砕する。
【0075】
2.液体顔料配合物
粉砕媒体を1.1に記載した懸濁液から分離した。増量剤を添加してもよい。更に、ポリアルキレングリコール系の定着剤を添加した。
【0076】
3.顔料ペーストの調製
3.1 固体顔料配合物の分散
1に記載した(1〜40質量部)固体顔料配合物を、Skadex振とう機(実験室用)又は攪拌ボールミル(製造用)中、粉砕媒体(2〜3mm、ガラス又はSAZ)を添加して、又は粉砕媒体を用いずに、40〜400質量部の水又は溶媒(好ましくは水)を用いて分散した。
【0077】
3.2 ペースト状配合物での添加剤の添加
得られた100質量部の顔料粉体に他の添加剤を添加せず、3.1の記載のように分散した。分散の間に、5〜30質量部の本発明の高分子分散剤を添加した。ポリマー溶液又は分散液に、ゆっくりと攪拌しながら顔料を導入した。添加後はじめて、粉砕媒体を添加して分散工程を開始した。
【0078】
4.仕上げ工程
3に記載した水性ペーストと、2に記載した液体配合物を、1Kまたは2K(1又は2成分)のワニスで処理した。ここで用いる1Kワニスはアルキド、アクリラート、エポキシド、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル又はポリウレタンである。更に2Kワニスとしては、ヒドロキシル含有ポリアクリラート、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂を意味し、場合に応じて架橋剤としてブロックポリイソシアナート樹脂を用いても良い。
【0079】
以下の実施例により、更に本発明を説明する。特に記載しない限り、使用する溶媒は標準的な方法により乾燥させた。例えば、Autorenkollektiv Organikum, 第15版、第3刷、VEB Verlag der Wissenschaften, ライプツィッヒ1984、第7section:試薬付表(782−809頁)。窒素はCaCl2と青色ゲル乾燥塔を通過させることにより乾燥させた。
【0080】
[1.合成実施例]
[実施例1.1]
平均NCO官能価7の多分岐ポリイソシアナートの製造
攪拌子、滴下漏斗、内部温度計及びガス導入管を具備する反応容器を乾燥窒素で処理しつつ、これに1000gのイソホロンジイソシアナートを装填した。1分間で、1300gの乾燥酢酸ブチル中の300gのトリメチロールプロパンの溶液を攪拌下に添加した。0.2gのジラウリル酸ジブチル錫を添加した後、反応混合物を50℃に加熱し、同温度で攪拌し、NCO含有率の低下をDIN53185による滴定により監視した。NCO含有率7.3質量%に達した段階での、反応生成物のNCO平均官能価は2、OH平均官能価は1であった。次いで、この付加物を650gのBASONAT(登録商標)HI 100の650gの乾燥した酢酸ブチル中の溶液と混合し、混合物を70℃に加熱し、この温度で3時間攪拌した。最終生成物のNCO含有率は5.9質量%であり、25℃で測定した粘度が920mPa・sであった。ポリイソシアナートの平均モル質量は2609g/モル、NCO平均官能価は約7であった。
【0081】
1.2 1.1で得られた多分岐ポリイソシアナートと、Pluriol(登録商標)A 2000E及び他の成分との反応
攪拌子、温度計、還流濃縮器を具備する容量1リットルの4頸フラスコに、100mlのテトラヒドロフラン、57.1g(10.6mmol)の、1.1により得られた多分岐ポリイソシアナート、および99.5(53.3mmol)のPluriol(登録商標)A 2000Eを装填した。得られた混合物のイソシアナート含有率は1.20%であった。次いで、攪拌下に原料流1(以下参照)を添加した。ジラウリル酸ジブチル錫2滴(=50mg)を添加した後、得られた混合物を80℃に加熱し、イソシアナート基が完全に反応するまで同温度に維持した。
【0082】
原料流1には、以下の物質を用いた。
1.2.1 131.76g(22.4ミリモル) Luviskol(登録商標)K17
1.2.2 6.04g(22.4ミリモル) ステアリルアミン
【0083】
後処理のため、フラスコ内容物を400gの水と混合し、これを、2800rpmの分散板を有する高速攪拌機を用いて5分間攪拌した。この後、テトラヒドロフランを70℃/150バール(150×105Pa)で留去した。
【0084】
1.3 多分岐ポリウレタン1.3の合成
攪拌子、温度計、滴下漏斗を具備する反応容器を23℃において窒素ガスシールしつつ、これに1000gのイソホロンジイソシアナート(IPDI)を装填した。1分間にわたり、300gのトリメチロールプロパン(TMP)を1300gの無水2−ブタノン中に含む溶液を、攪拌下に添加した。0.2gのジラウリル酸ジブチル錫を添加した後、反応混合物を50℃に加熱し、この温度で攪拌し、NCO含有率の低下をDIN53185による滴定により監視した。NCO含有率5.4質量%に達した段階で、147gのトリレンジイソシアナート(TDI)を添加し、混合物を60℃に加熱し、この温度で1時間攪拌した。反応終了時のNCO含有率は5.7質量%であった。ポリイソシアナートの平均モル質量(計算値)は2420g/モルであり、分子ごとのNCO平均官能価は5.9であった。
【0085】
1.4 多分岐ポリウレタンアンモニウム塩1.4の合成
攪拌子と、滴下漏斗とを具備する反応容器中、実施例1.3で得られた150gのポリイソシアナートに、23℃にて150gの無水アセトンを滴下した。この後、激しく攪拌しながら、18.8gのβ−アニリン、100gの蒸留水、8.4gの固体水酸化ナトリウム、50gのアセトンからなる溶液を反応混合物に30秒で添加し、室温にて30分間攪拌した。次いで、生成物を、回転式蒸発装置にて減圧下にアセトン及び2−ブタノンから分離し、1500mlの水に溶解し、過剰量の0.1N塩酸水溶液を添加して沈殿させた。吸引濾過の後、200mlの水で1回洗浄し、生成物を50℃にて減圧下に乾燥させた。次いで29gの25%濃度のアンモニア水溶液を乾燥した酸官能基を有するポリウレタンに添加し、希釈用に水を添加し、ポリウレタンアンモニウム塩1.4の50%水溶液を得た。
【0086】
1.5 多分岐ポリウレタンアンモニウム塩1.5の合成
攪拌子、滴過漏斗、内部温度計、ガス導入管を具備する反応容器中、実施例1.3で得られた150gのポリイソシアナートに、23℃にて8gのアクリル酸ヒドロキシエチルと0.05gのジラウリル酸ジブチル錫を、窒素シールしつつ添加した。混合物を60℃に加熱し、同温度で3時間攪拌した。次いで、混合物を23℃に冷却し、150gの無水アセトンを添加した。更に激しく攪拌しながら、12.3gのβ−アニリン、100gの蒸留水、5.5gの固体水酸化ナトリウム、50gのアセトンからなる溶液を反応混合物に30秒で添加し、室温にて30分間攪拌した。次いで、生成物を、回転式蒸発装置にて減圧下にアセトン及び2−ブタノンから分離し、1500mlの水に溶解し、過剰量の0.1N塩酸水溶液を添加して沈殿させた。吸引濾過の後、200mlの水で1回洗浄し、生成物を50℃にて減圧下に乾燥させた。次いで18gの25質量%濃度のアンモニア水溶液を酸基とアクリル系二重結合を有する乾燥したポリウレタンに添加し、希釈用に水を添加し、ポリウレタンアンモニウム塩1.5の20質量%の水溶液を得た。
【0087】
1.6 多分岐ポリウレタンアンモニウム塩1.6の合成
攪拌子、滴過漏斗、内部温度計、ガス導入管を具備する反応容器中、23℃にて窒素シールしつつ実施例1.3で得られた150gのポリイソシアナートを装填し、150mlの無水アセトンを添加した。更に、室温で、8.9gのジブチルアミンと、10gのアセトンを、30℃を超過しないようにゆっくりと滴下した。この混合物に、更に激しく攪拌しながら、12.3gのβ−アニリン、100gの蒸留水、5.5gの固体水酸化ナトリウム、及び50gのアセトンからなる溶液を反応混合物に30秒で添加し、室温にて30分間攪拌した。次いで、生成物を、回転式蒸発装置にて減圧下にアセトン及び2−ブタノンから分離し、1500mlの水に溶解し、過剰量の0.1Nの塩酸水溶液を添加して沈殿させた。吸引濾過の後、200mlの水で1回洗浄し、生成物を50℃にて減圧下に乾燥させた。次いで19gの25%濃度のアンモニア水溶液を乾燥した酸官能基を有するポリウレタンに添加し、希釈用に水を添加し、ポリウレタンアンモニウム塩1.6の20質量%の水溶液を得た。
【0088】
1.7 多分岐ポリウレタンアンモニウム塩1.7の合成
攪拌子、内部温度計、滴過漏斗、ガス導入管を具備する反応容器に、672gのヘキサメチレンジイソシアナート(HDI)、672gの無水ジメチルアセトアミド(DMAc)を、窒素シールしながら23℃で装填した。次いで、10分間で、268gのトリメチロールプロパン、268gのジメチロールプロピオン酸、1072gの無水DMAcを攪拌下に添加した。次いで反応混合物を70℃に加熱し、同温度で攪拌し、NCO含有率の低下をDIN53185の滴定により監視した。混合物のNCO含有率が2.0質量%に達した段階で、400gのPluriol(登録商標)E400(二官能性ポリエチレングリコール、平均モル質量400g/モル、BASFアクチェンゲゼルシャフト)を添加し、60℃にて攪拌を3時間継続した。この間に、混合物のNCO含有率は0%に低下した。次いで混合物から1.4ミリバール(1×103Pa)の加圧下、薄層蒸発器中にてジャケット温度140℃にて溶媒を除去した。
【0089】
得られた無色の高度に粘稠な生成物に対し、25質量%のアンモニア水溶液を用い、そのpHを8に調整した。更にこれを水で希釈して濃度50%の溶液とした。
【0090】
2.分散性の試験
一般的処理
容量50mlのガラス瓶中に以下の成分を導入した。
【0091】
2.25g 分散添加剤(固体含有率100質量%で計算)
1.13g 1,2−プロピレングリコール
0.11g Proxel(登録商標)XL2
0.02g Etingal(登録商標)A
15.83g 水
【0092】
瓶を手で封止、振とうさせ、全成分を溶解又は均質に分散させた。次いで、22.5gの、直径250μm〜420μmのガラスビーズと、2.25gの有色顔料(Hostaperm(登録商標)Rosa E-WD)を添加した。瓶を再びきつく封止して、Skandexミキサー(BAS20型)で2時間分散させた。この後、分散液の粒径をMalvern Zetasizer(DTS 5100型)により、光の分散により測定した。
【0093】
結果:
【0094】
【表1】
【0095】
多分散性の値が小さく、粒径も小さいと望ましい。多分散性は計測器「Zetasizer」により測定した。
【0096】
比較例:
C1 WO91/14515号公報、35頁、実施例Cにより得られたポリウレタン。ランダム。多分岐構造を有さない。
【0097】
C2 米国特許第5368944号明細書、実施例1.1により得られたポリウレタン。
【0098】
C3 米国特許第5368944号明細書、実施例2により得られたポリウレタン。
Claims (15)
- 少なくとも1個の顔料親和性基を有する多分岐ポリウレタン、および変性多分岐ポリウレタンから選択された、多分岐構造を有するポリウレタンを、顔料用の高分子分散添加剤として使用する方法。
- 2〜100個のNCO基を有し、分子量500〜50000gの多分岐ポリウレタンを、式I
エチレンオキシドと、プロピレンオキシドもしくはブチレンオキシドとの共重合体、又はエチレンオキシドと、プロピレンオキシドと、ブチレンオキシドとの三元共重合体(各ポリマーは分岐していてもよい)から選択された1種類以上のポリエーテル誘導体とを反応させる、変性された高分子分散添加剤の製造法。 - ポリエーテル誘導体を、多分岐ポリウレタンのNCO基に対して不足当量で使用し、次いで未反応のNCO基を顔料親和性基と反応させる請求項2に記載の方法。
- NCO基の顔料親和性基に対する反応が、脂肪族又は芳香族アルコール、チオール、アミン又はカルボン酸誘導体を用いて行われる請求項2又は3に記載の方法。
- 請求項2〜4のいずれかに記載の方法により得られた変性高分子分散添加剤。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の高分子分散添加剤又は変性高分子分散添加剤を、式III
Uが、水素、C1−C18アルキル、C7−C13アリールアルキル、C6−C14アリール、又はラジカル開始剤分子ラジカルから選択され、
Mが(メタ)アクリル酸単位、アクリルアミド単位、ポリ酢酸ビニル単位、ポリビニルアルコール単位、又はポリエチレンイミド単位、直鎖状ポリウレタン、ポリエステル単位、ポリアミド単位から選択された同一又は異なるモノマー単位を意味し、
yが10〜100,000の整数を意味し、
Tが高分子分散添加剤のNCO基又はOH基と反応可能な官能基を意味するポリマー1当量以上と反応させる、高分子分散剤の製造法。 - 高固体含有率の塗料組成物において請求項6に記載の高分子分散剤を使用する方法。
- 請求項6に記載の高分子分散剤を含む、高固体含有率の塗料組成物。
- 溶媒を含有する塗布材料中で請求項5に記載の高分子分散剤を使用する方法。
- 請求項6に記載の高分子分散剤を含む溶媒を用いた塗布材料。
- 溶媒を含まないか、もしくは少量の溶媒を含む塗布材料、又は溶媒を含まないか、もしくは少量の溶媒を含む塗料中で、請求項6に記載の高分子分散剤を使用する方法。
- 請求項6に記載の高分子分散剤、又は請求項1〜4のいずれかに記載の変性もしくは非変性高分子分散添加剤で処理することにより製造された添加剤顔料又は添加剤顔料配合物。
- 溶媒を含まないか、もしくは少量の溶媒を含む塗布材料、又は溶媒を含まないか、もしくは少量の溶媒を含む塗料に請求項12に記載の分散した添加剤顔料を使用する方法。
- 水を用いた塗布材料中で請求項6に記載の高分子分散剤を使用する方法。
- 請求項6に記載の高分子分散剤を含む水を含む塗布材料。
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