JP2007070500A

JP2007070500A - 水分散性顔料の製造方法およびその水分散体

Info

Publication number: JP2007070500A
Application number: JP2005260144A
Authority: JP
Inventors: Takumi Tanaka; 巧田中
Original assignee: Daito Kasei Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daito Kasei Kogyo Co Ltd
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】顔料の種類に関わらず水分散性を付与することができ、また長時間の水分散性に優れるとともに被覆安定性にも優れる水分散性顔料の製造方法およびその水分散体を提供する。
【解決手段】顔料粉体にオルガノポリシロキサンを表面被覆して後に加熱処理を施すことによって得られる表面改質顔料粉体に対して、酸素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理を施すことにより、目的とする水分散性顔料を得る。こうして得られた水分散性顔料を水に分散させることにより、目的とする水分散体を得る。

Description

本発明は、例えば水性のメイクアップ化粧品やサンスクリーン化粧料のような水性化粧料、濁り性の入浴剤、あるいは水性インキ等の水分散性製品に用いられる水分散性顔料の製造方法およびその水分散体に関するものである。

従来、顔料を水に分散させようとする場合、金属酸化物のような無機顔料では、一般的に中性領域に等電点があるため、水中で顔料粒子同士が凝集し、親水性が高いにもかかわらず、すぐに沈降してしまう。そこで、水中での分散性を向上させるために、等電点がアルカリ側にあるアルミナや酸性側にあるシリカで顔料粒子表面を被覆するという方法が一般的に採られている。また、顔料粒子がカーボンの場合、疎水性が強く、水には容易に分散されないため、水分散体を調製することは極めて難しい。そこで、カーボンの親水性を高めるために、グラフト反応により水酸基やカルボキシル基を導入する試みがなされている。

一方、白濁性の入浴剤に使用されている酸化チタンでは、アシル化アミノ酸系界面活性剤を被覆したり（例えば、特許文献１参照。）、ポリエチレングリコールのような水分散性非イオン界面活性剤と脂肪酸石鹸の両方を被覆したりする（例えば、特許文献２参照。）という方法が採られている。

特公平７−１７４９４号公報特開平３−２９４２２０号公報

しかしながら、アルミナやシリカを顔料粒子表面に被覆するという方法では系を酸性やアルカリ性にする必要があるため、またグラフト反応により水酸基等を導入する方法では顔料粒子表面に水酸基等の反応性の基を有することが必要であるため、いずれの方法も顔料の種類によっては適用することができない場合があるという問題点がある。

一方、特許文献１，２にて提案されている方法では、短時間の分散性は良いが、長時間の水分散安定性が得られないという問題点や、被覆剤と被覆される顔料との間に化学結合が存在しないために被覆安定性が優れないという問題点がある。このため、化粧料やインキ、塗料には適さない。

本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、顔料の種類に関わらず水分散性を付与することができ、また長時間の水分散性に優れるとともに被覆安定性にも優れる水分散性顔料の製造方法およびその水分散体を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による水分散性顔料の製造方法は、
顔料粉体に下記一般式（１）にて示されるオルガノポリシロキサンを表面被覆して後に加熱処理を施すことによって得られる表面改質顔料粉体に対して、酸素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理を施すことを特徴とするものである。

（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は水素、または炭素数が１〜１０の炭化水素基であり、Ｒ_１，Ｒ_２が同時に水素であることはない。また、ｎは１以上の整数である。）

次に、第２発明による水分散体は、
第１発明の製造方法により得られる水分散性顔料を水に分散させてなることを特徴とするものである。

第１発明の製造方法においては、初期の工程で顔料粉体に前記一般式（１）にて示されるオルガノポリシロキサンを表面被覆することにより、後工程の酸素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理においてその処理条件を顔料の種類に関わらず一定とすることができ、顔料の種類に関わらず同様の水分散性を容易に付与することができる。また、前記オルガノポリシロキサンの表面被覆処理の後に加熱処理を施すことにより、顔料粉体の表面においてオルガノポリシロキサンが架橋反応して三次元構造をとるため、水分散体を調製する際にホモミキサー等で強い剪断力を与えたとしても、表面被覆剤（オルガノポリシロキサン）が脱離することがなく、被覆安定性に優れるものとすることができる。さらに、前記オルガノポリシロキサンの表面被覆処理とその後の加熱処理とを経て得られた表面改質顔料粉体に対して酸素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理を施すことにより、当該表面改質顔料粉体の表面において、酸素プラズマ処理の場合にはカルボキシル基、水酸基、過酸化水素基などが導入され、アンモニアプラズマ処理の場合にはアンモニウム基が導入され、いずれのプラズマ処理によってもその表面改質顔料粉体に親水性を付与することができる。この第１発明の製造方法によれば、顔料の種類に関わらず水分散性を付与することができ、また長時間の水分散性に優れるとともに被覆安定性にも優れる水分散性顔料を得ることができる。そして、この第１発明の製造方法により得られる水分散性顔料を水に分散させてなる水分散体は、水性の化粧料やインキ、塗料等の水分散性製品の製造に供せられて好適である。

ここで、前記オルガノポリシロキサンの顔料粉体への表面被覆量は、その表面処理される顔料粉体の粒子径にもよるが、一般的に０．１〜３０重量％の処理量とすることが好ましい。表面被覆量が３０重量％を超えると、顔料粉体がむれたままの状態となり、加熱処理で凝集が起こるため好ましくない。一方、表面被覆量が０．１重量％未満になると、プラズマ処理工程の際に、照射するプラズマによってオルガノポリシロキサンがエッチングにより分解され、顔料粉体自身の表面が現れてくるため好ましくない。

また、前記オルガノポリシロキサンを顔料粉体に表面被覆する方法としては、例えば次の２つの方法が挙げられる。第１の方法は、顔料粉体を撹拌中にオルガノポリシロキサンを噴霧もしくは滴下して後に更に十分に撹拌混合することによってオルガノポリシロキサンを顔料粉体に表面被覆するという方法である。一方、第２の方法は、オルガノポリシロキサンを適当な溶媒に溶解させ（このとき、溶媒の量は被覆される顔料粉体が完全に浸るような量が適当である。）、この溶液と顔料粉体を十分に撹拌混合して後に加熱減圧により溶媒を除去することによってオルガノポリシロキサンを顔料粉体に表面被覆するという方法である。

また、前記水分散体において、水分散性顔料の含有量は９０重量％以下とするのがよい。含有量が９０重量％を超えると、水分散体の粘度が著しく上昇しハンドリングが困難となるため好ましくない。なお、この含有量の下限については用途に応じて設定されるべきであり、特に限定されるものではない。

また、前記水分散体を調製する際に、ホモミキサーやビーズミルのような特殊なミキサーを利用する方が、より分散安定性に優れる水分散体を調製することができる。

次に、本発明による水分散性顔料の製造方法およびその水分散体の具体的な実施の形態について説明する。

本発明に係る水分散性顔料は、顔料粉体に下記一般式（１）にて示されるオルガノポリシロキサン化合物（２５℃における粘度が１〜１００万ｃＰ）を表面被覆して後に加熱処理（７０〜２５０℃にて０．５〜１２時間）を施すことによって得られる表面改質顔料粉体に対して、酸素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理を施すことにより製造される。

前記顔料粉体としては、無機顔料、有機顔料および樹脂粉体顔料が用いられる。ここで、前記無機顔料としては、例えば酸化チタン、ベンガラ、黄酸化鉄、黒酸化鉄、群青、亜鉛華、酸化マグネシウム、酸化セリウム、マイカ、セリサイト、タルク、シリカ、カオリン、炭酸カルシウム、水酸化クロム、ケイ酸マグネシウム、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、チタン被覆雲母等が挙げられる。また、前記有機顔料としては、例えばリソールルビンＢ、レーキレッドＣ、リソールレッド、ローダミンＢ、ヘリンドンピンクＣＮ、パーマネントレッド、ベンジジンオレンジＧ、フタロシアニンブルー等が挙げられる。また、前記樹脂粉体顔料としては、例えばナイロンパウダー、アクリルパウダー、シリコンパウダー等が挙げられる。

前記オルガノポリシロキサン化合物としては、例えば信越化学工業からＫＦ−９９Ｐ，ＫＦ−９９０１，ＫＦ−９６の名称で市販されているメチルハイドロジエンポリシロキサンやジメチルポリシロキサン等が挙げられる。

前記表面改質顔料粉体を得るより具体的な方法としては、例えば次の２つの方法が挙げられる。第１の方法は、表面改質しようとする顔料粉体を適当なミキサーを用いて大気中で撹拌しながら前記オルガノポリシロキサン化合物を液滴下もしくはスプレー噴霧にて加えて後に一定時間高速強撹拌し、次いで撹拌を続けながら７０〜２５０℃にて０．５〜１２時間加熱熟成させることにより表面改質を行うという一般的な方法である。一方、第２の方法は、前記オルガノポリシロキサン化合物を不活性な有機溶剤、例えばｎ−ヘキサンやイソプロピルアルコール、低分子量ナフサ、塩化メチレン等に溶解させておき、この溶液と表面改質しようとする顔料粉体とを十分に撹拌混合して後に有機溶剤を完全に蒸発除去し、次いで７０〜２５０℃にて０．５〜１２時間加熱熟成させることにより表面改質を行うという方法である。

ここで、前記オルガノポリシロキサン化合物の顔料粉体に対する表面改質量は、顔料粉体に対して０．１〜３０重量％であるのが好ましく、より好ましくは０．５〜１０重量％である。かかる重量比が０．１重量％未満であると、後工程の酸素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理で十分な親水性が得られない。一方、かかる重量比が３０重量％を超えると、得られる物質が乾粉とはならずに湿った状態となるため、後工程の酸素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理に適さない。

前記酸素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理の方法としては、例えば以下に述べるような方法が挙げられる。まず、前記表面改質顔料粉体を、高真空が達成されると共に回転しながら粉体を常に流動撹拌でき、かつ高周波電圧を印加できるプラズマ電極が装備されたチャンバーに投入する。次いで、チャンバーを回転させて表面改質顔料粉体を流動撹拌しながら１．５×１０^−１Ｔｏｒｒ以下の高真空とする。その後、３０〜１００Ｗの高周波電力を印加しながら、酸素ガスまたはアンモニアガスをチャンバー内に注入し、チャンバー内圧力を０．５〜２Ｔｏｒｒとして、酸素プラズマまたはアンモニアプラズマを表面改質顔料粉体に約６０〜６００秒間照射する。

この酸素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理が施された表面改質顔料粉体は、その表面において、酸素プラズマ処理の場合にはカルボキシル基、水酸基、過酸化水素基などが導入され、アンモニアプラズマ処理の場合にはアンモニウム基が導入されるため、親水性の水分散性顔料となる。この水分散性顔料を水に分散させて良好な水分散体とするためには、プラズマ処理後速やかに当該水分散性顔料を水中に投入し、ディスパーで混合撹拌するか、あるいはその後湿式ビーズミルに通してより微分散することが好ましい。こうして得られた水分散体において、水分散性顔料の含有量は９０重量％以下とするのが好ましいが、より好ましくは７０重量％以下である。

次に、本発明による水分散性顔料の製造方法およびその水分散体の具体的な実施例について説明する。なお、本発明は以下に述べる実施例に限定されるものではない。

（製造実施例１）
オルガノポリシロキサン（信越化学工業社製ＫＦ−９９Ｐ、粘度：６ｃＰ）を酸化チタン（石原産業社製ＣＲ−５０）に対して２重量％となるように秤量する。次いで、酸化チタン（ＣＲ−５０）をヘンシェルミキサーに投入して撹拌しながらオルガノポリシロキサン（ＫＦ−９９Ｐ）を液滴下する。その後、３０分間高速撹拌して後に減圧し、１３０℃で３時間加熱熟成する。こうして得られた表面改質酸化チタンをヘンシェルミキサーから取り出し、プラズマ照射装置に投入する。プラズマ照射装置に投入された表面改質酸化チタンを流動撹拌しながら、まず装置内を０．１Ｔｏｒｒとする。その後、５０Ｗの高周波電力を印加しながら酸素ガスを装置内に導入し、装置内圧力を１Ｔｏｒｒとして、３６０秒間高周波電力を印加する。こうして、表面改質酸化チタンに対して酸素プラズマ処理を施して酸素プラズマ処理表面改質酸化チタンを得た。

（製造実施例２）
顔料粉体を酸化チタン（ＣＲ−５０）から黄酸化鉄（チタン工業社製ＬＬＸＬＯ）に変更した以外は製造実施例１と同様の方法にて酸素プラズマ処理表面改質黄酸化鉄を得た。

（製造実施例３）
顔料粉体を酸化チタン（ＣＲ−５０）から微粒子酸化亜鉛（住友大阪セメント社製ＺｎＯ−３５０）に変更するとともに、オルガノポリシロキサン（ＫＦ−９９Ｐ）をその微粒子酸化亜鉛（ＺｎＯ−３５０）に対して８重量％となるように秤量した以外は製造実施例１と同様の方法にて酸素プラズマ処理表面改質微粒子酸化亜鉛を得た。

（製造実施例４）
オルガノポリシロキサン（信越化学工業社製ＫＦ−９６、粘度：１０ｃＰ）を赤酸化鉄（チタン工業社製Ｒ−５１６Ｌ）に対して２重量％となるように秤量する。次いで、赤酸化鉄（Ｒ−５１６Ｌ）をヘンシェルミキサーに投入して撹拌しながらオルガノポリシロキサン（ＫＦ−９６）を液滴下する。その後、３０分間高速撹拌して後に減圧し、１８０℃で３時間加熱熟成する。この後の工程は製造実施例１と基本的に同様であるが、装置内に導入するガスを酸素ガスからアンモニアガスに変更してアンモニアプラズマ処理表面改質赤酸化鉄を得た。

（実施例１）
水とその水に対して２０重量％の前記酸素プラズマ処理表面改質酸化チタンとをホモジナイザーで約３０分間混合して水分散体を調製した。

（実施例２）
水とその水に対して２０重量％の前記酸素プラズマ処理表面改質黄酸化鉄とをホモジナイザーで約３０分間混合して水分散体を調製した。

（実施例３）
水とその水に対して２０重量％の前記酸素プラズマ処理表面改質微粒子酸化亜鉛とをホモジナイザーで約３０分間混合して水分散体を調製した。

（実施例４）
水とその水に対して２０重量％の前記アンモニアプラズマ処理表面改質赤酸化鉄とをホモジナイザーで約３０分間混合して水分散体を調製した。

（比較例１）
水とその水に対して２０重量％の酸化チタン（ＣＲ−５０）とをホモジナイザーで約３０分間混合して水分散体を調製した。

（比較例２）
水とその水に対して２０重量％の黄酸化鉄（ＬＬＸＬＯ）とをホモジナイザーで約３０分間混合して水分散体を調製した。

（比較例３）
水とその水に対して２０重量％の微粒子酸化亜鉛（ＺｎＯ−３５０）とをホモジナイザーで約３０分間混合して水分散体を調製した。

（比較例４）
水とその水に対して２０重量％の赤酸化鉄（Ｒ−５１６Ｌ）とをホモジナイザーで約３０分間混合して水分散体を調製した。

実施例１〜４の水分散体および比較例１〜４の水分散体の混合状態を混合直後と２４時間後とで比較観察した。その結果が表１に示されている。

表１に示される結果から明らかなように、本発明の製造方法により得られた水分散性顔料を含有する実施例１〜４の水分散体は、いずれのものも良好な分散状態が長時間に亘って安定的に保持されていることが分かる。これに対して、比較例１〜４のものでは満足できる分散状態が得られていない。したがって、これら実施例１〜４の水分散体を用いて水性の化粧料、インキ、塗料等の水分散性製品を製造すれば、その品質をより高めることが可能になる。

Claims

顔料粉体に下記一般式（１）にて示されるオルガノポリシロキサンを表面被覆して後に加熱処理を施すことによって得られる表面改質顔料粉体に対して、酸素プラズマ処理またはアンモニアプラズマ処理を施すことを特徴とする水分散性顔料の製造方法。

（式中、Ｒ_１，Ｒ_２は水素、または炭素数が１〜１０の炭化水素基であり、Ｒ_１，Ｒ_２が同時に水素であることはない。また、ｎは１以上の整数である。）
請求項１に記載の製造方法により得られる水分散性顔料を水に分散させてなることを特徴とする水分散体。