JP2007261911A - セラミックス製造用スラリー組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】分散媒中に、下記の(A)成分及び(B)成分を含み、(B)成分の含有量が(A)成分の全重量に対して0.5〜5.0重量%であることを特徴とする、セラミックス製造用スラリー組成物。
(A)平均粒径0.01〜1.0μmのセラミックス原料粉末
(B)(a)一般式[I];
R1O(AO)nR2 [I]
(式中、式中、各記号の定義は明細書に記載の通りである)で表されるポリオキシアルキレン誘導体と、
(b)マレイン酸系化合物と、
(c)所望により(a)成分及び(b)成分と共重合可能な単量体と
を構成単位として含み、重量平均分子量が14,000以下のポリカルボン酸系共重合体からなる分散剤
【選択図】なし
Description
金属微粒子を分散媒中に分散するに当たって様々な分散剤が提案されており、例えば、リグニンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩のホルムアルデヒド縮合物、メラミンスルホン酸塩のホルムアルデヒド縮合物、ポリスチレンスルホン酸塩などの芳香族スルホン酸系分散剤、ポリアクリル酸塩、無水マレイン酸とα−オレフィンとの共重合物の塩、ポリアクリル酸部分アルキルエステルなどのポリカルボン酸系分散剤などがある。中でも、分散力や、スラリー組成物の安定性などの点から、ポリカルボン酸系分散剤が使用される機会が多い(例えば、特許文献1及び2参照)。
(1)分散媒中に、下記の(A)成分及び(B)成分を含み、(B)成分の含有量が(A)成分の全重量に対して0.5〜5.0重量%であることを特徴とする、セラミックス製造用スラリー組成物。
(B)(a)一般式[I];
R1O(AO)nR2 [I]
(式中、R1は炭素数1〜18の炭化水素基を示し、R2は炭素数2〜5の不飽和炭化水素基を示し、AOは炭素数2〜4のオキシアルキレン基の1種又は2種以上を示し、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数であって1〜100の正数を示す。)で表されるポリオキシアルキレン誘導体と、
(b)マレイン酸系化合物と、
(c)所望により(a)成分及び(b)成分と共重合可能な単量体と
を構成単位として含み、重量平均分子量が14,000以下のポリカルボン酸系共重合体からなる分散剤
(3)ポリカルボン酸系共重合体が(a)成分、(b)成分及び所望により(c)成分をアゾ系重合開始剤及び連鎖移動剤の存在下に重合して得られるものであることを特徴とする、上記(1)又は(2)記載のセラミックス製造用スラリー組成物。
(4)(A)成分の含有量が分散媒の全重量に対して60重量%超であることを特徴とする、上記(1)〜(3)のいずれかに記載のセラミックス製造用スラリー組成物。
本発明のセラミックス製造用スラリー組成物は、分散媒中に、(A)成分及び(B)成分を含むものであり、(B)成分の含有量が(A)成分100重量部に対して0.5〜5.0重量部であることを特徴とする。
(A)成分としては、一般にセラミックス原料として使用されているものであれば特に限定されないが、例えば、無機粉末が使用可能である。
無機粉末としては、例えば、カオリン、ケイ酸アルミニウム、クレー、タルク、マイカ、ケイ酸カルシウム、セリサイト、ベントナイトなどのケイ酸塩;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、塩基性炭酸鉛、などの炭酸塩;硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩;ストロンチウムクロメート、ピグメントイエローなどのクロム酸塩;モリブデン酸亜鉛、モリブデン酸カルシウム亜鉛などのモリブデン酸マグネシウム;アルミナ、酸化アンチモン、酸化チタニウム、酸化コバルト、四酸化三鉄、三酸化ニ鉄、四酸化三鉛、一酸化鉛、酸化クロムグリーン、三酸化タングステン、酸化イットリウムなどの金属酸化物;水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化鉄、メタチタン酸などの金属水酸化物;炭化ケイ素、炭化タングステン、炭化ホウ素、炭化チタンなどの金属炭化物;窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、ジルコニア、チタン酸バリウム、サチンホワイト、カーボンブラック、グラファイト、クロムイエロー、硫化水銀、ウルトラマリン、パリスブルー、チタニウムイエロー、クロムバーミリオン、リトポン、アセト亜ヒ酸銅、ニッケル、銀、パラジウム、チタン酸ジルコン酸鉛などの粉末が挙げられる。
(B)成分は、(a)成分及び(b)成分を必須の構成単位とし、(c)成分を任意の構成単位として含むポリカルボン酸系共重合体であるが、(a)成分、(b)成分及び(c)成分を必須の構成単位とする3元共重合体も用いられる。以下、各構成成分について説明する。
式中、R1は炭素数1〜18の炭化水素基を示すが、かかる炭化水素基は直鎖状、分枝状及び環状のいずれの形態であってもよい。R1としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ベンジル基などが挙げられ、中でも、炭素数1〜4の炭化水素基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基がより好ましい。
R2は炭素数2〜5の不飽和炭化水素基を示すが、かかる不飽和炭化水素基は直鎖状及び分枝状のいずれの形態であってもよい。R2としては、例えば、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、1−プロペニル基、メタリル基、3−ブテニル基などが挙げられ、中でも、炭素数3〜4の不飽和炭化水素基が好ましく、適度な重合性を有し、(a)成分との共重合が容易である点で、アリル基、メタリル基がより好ましい。
AOは炭素数2〜4のオキシアルキレン基を示すが、オキシアルキレン基は直鎖状及び分枝状のいずれの形態であってもよい。また、AOは1種であっても、2種以上であってもよく、AOが2種以上のとき、その付加形式はランダム状であっても、ブロック状であってもよい。AOとしては、例えば、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基、オキシテトラメチレン基などが挙げられ、中でもオキシエチレン基、オキシプロピレン基が好ましい。
nはオキシアルキレン基の平均付加モル数であって1〜100の正数を示すが、10〜60の正数が好ましい。nが1未満であると、十分な分散性能を発現しないおそれがある。他方、nが100を超えると、粘度が高くなって扱い難くなるおそれがある。
R1O(AO)nHで表されるポリオキシアルキレン誘導体に、R2で示される不飽和炭化水素基を導入する方法に特に制限はなく、例えば、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルに水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物を加え、塩化アリル、臭化アリル、ヨウ化アリル、塩化メタリル、臭化メタリルなどのモノハロゲン化不飽和炭化水素とのエーテル化反応により得ることができる。
また、R2O(AO)nHで表されるポリオキシアルキレン誘導体に、R1で示される炭化水素基を導入する方法についても特に制限はなく、例えば、ポリオキシアルキレンモノアリルエーテル、又はポリオキシアルキレンモノメタリルエーテルに水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物を加え、塩化メチル、臭化メチル、塩化ブチル、臭化ブチルなどのモノハロゲン化炭化水素とのエーテル化反応により得ることもできる。
なお、(a)成分は、単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
また、その重合型式は溶液重合や塊状重合などの公知の方法で行うことができ、特に限定されるものではない。すなわち、重合反応は無溶媒下又は溶媒存在下で行なうことが可能であるが、重合反応を溶媒存在下で行なう場合には、水;メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル類、n−へキサン、2−エチルへキサン、メチルシクロへキサン等の脂肪族炭化水素類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類などを使用することができ、中でもトルエン、メチルシクロヘキサンが好適に使用される。溶媒の使用量は、単量体の全重量に対して、通常1〜50重量%、好ましくは5〜30重量%である。なお、溶液重合は回分式や連続式で行うことができる。
本発明においては、分散性に優れ、かつ高濃度化の可能なポリカルボン酸系共重合体を得るために、アゾ系開始剤及び連鎖移動剤の存在下に重合を行なうことが好ましい。
分散媒としては、水だけに限定されず有機溶剤も使用することができる。有機溶剤としては、例えば、灯油、軽油、ケロシンなどの燃料油;ヘキサン、イソヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、イソオクタンなどの脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、クレゾールなどの芳香族炭化水素類;エタノール、メタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類;酢酸エチル、ジオクチルフタレート、大豆油、アマニ油などのエステル類;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、カルビトール、モノグライム、ジグライム、テトラグライム、メチルセルソルブ、ブチルセルソルブなどのエーテル類;1,1,1−トリクロルエタン、トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、クロルジフルオルメタンなどのハロゲン化炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;ターピネオール、流動パラフィン、ミネラルスピリット、グリセリンなどを使用することができる。分散媒としては、有機溶剤を使用することが好ましい。なお、分散媒は、単独で又は2種以上組み合わせて用いてもよい。
また、(A)成分の濃度は、取扱い性、成形性、及び焼結性などの点から、分散媒の全重量に対して通常40重量%以上、好ましくは50重量%以上であり、その上限は90重量%以下、好ましくは80重量%以下である。なお、本明細書において、分散媒の全重量に対する(A)成分の割合(重量%)をスラリー濃度という。
さらに、本発明においては、分散剤として上述した(B)成分を含有するために、スラリー濃度が60重量%超(更には65重量%以上)という高濃度であっても、ゲル化や、粘度の急激な上昇を伴うことなく分散安定性に優れるセラミックス製造用スラリー組成物を得ることが可能である。ここで、本明細書において、粘度とは、動的粘弾性装置(25℃、Paar Physica MCR300、日本シイベルヘグナー社製)を用いて測定されたものをいう。
本発明のセラミックス製造用スラリー組成物により得られるセラミックス成形体は、緻密かつ寸法安定性の優れることから、セラミックスコンデンサ、バリスタ、サーミスタ、誘電体フィルタ、センサー等のセラミックス製電子部品として有用である。
(合成例1)
5リットル加圧反応器にメタノール160g(5.0モル)と、触媒としてのナトリウムメチラート6.0gを入れ、系内の空気を窒素ガスで置換した後、100〜120℃でエチレンオキシド2420g(55.0モル)を約0.05〜0.5MPa(ゲージ圧)で徐々に圧入して付加反応を行った。反応終了後、反応容器内を50℃まで冷却した。次いで、反応液に水酸化カリウム280gを加え、系内の空気を窒素ガスで置換した後、80℃で撹拌しながらアリルクロライド382.5g(5.0モル)を徐々に加えた。その後、6時間反応を行い、副生した塩を取り除き、ポリオキシアルキレン誘導体を得た。
表1に示す配合割合に変更したこと以外は、合成例1と同様の方法によりポリアルキレン誘導体を合成し、次いでポリカルボン酸系共重合体を得た。
ポリアルキレン誘導体は合成例1と同様の方法で合成した。次いで、撹拌機、温度計、窒素ガス導入管、滴下ロート及び還流冷却器を装着した5リットルフラスコに、ポリオキシアルキレン誘導体2,604g、無水マレイン酸323.4g(3.3モル)、スチレン3.12g(0.03モル)、メルカプトエタノール16.6g(0.54モル)、及びトルエン400gを加えた。次いで、窒素ガス雰囲気下、重合開始剤としてのAIBN29.5g(0.18モル)をトルエン140gに溶解させたものを、85±2℃の反応容器中に3時間で滴下した。滴下終了後、更に85±2℃で3時間反応させた。減圧下にてトルエンを留去し、トリエタノールアミン(1.65モル)にて中和した。得られたポリカルボン酸系共重合体の分子量をGPCにより測定した結果、重量平均分子量は、6,000であった。
ポリオキシアルキレン誘導体を合成例1と同様の方法で合成した。次いで、撹拌機、温度計、窒素ガス導入管、滴下ロート及び還流冷却器を装着した5リットルフラスコに、ポリオキシアルキレン誘導体2,780g、トルエン400g、無水マレイン酸490g(5モル)及びスチレン5.2g(0.05モル)を加え、35℃で重合開始剤としてのBPH64.8g(0.3モル)を加えた。系内の空気を窒素ガスで置換した後、50±2℃で16時間反応させた。減圧下にてトルエンを留去し、得られたポリカルボン酸系共重合体の分子量をGPCにより測定した結果、重量平均分子量は15,000であった。
表1に示す配合割合に変更したこと以外は、合成例6と同様の方法によりポリオキシアルキレン誘導体を合成し、次いでポリカルボン酸系共重合体を得た。
公知の分散剤であるアクリル樹脂を以下の方法により合成した。すなわち、撹拌機、温度計、滴下ロート、窒素ガス導入管及び還流冷却器を装着した5つ口フラスコに脱イオン水1kgを入れ、窒素ガス気流下に70℃まで昇温した。次いで、70〜75℃に保持しながらポリオキシエチレンモノメチルメタクリレート(平均分子量540)200g、アクリル酸50g、アクリル酸メチル500g及び2,2’−アゾビス〔2−メチル−N−2−プロペニルプロピオンアミジン〕ジヒドロクロリド3.0gを脱イオン水200gに溶解した水溶液を5時間かけて滴下した後、75℃で2時間保持した。重合反応後、30%アンモニア水溶液を加えて中和し、アクリル樹脂水溶液を得た。得られたアクリル樹脂の分子量をGPCにより測定した結果、重量平均分子量は60,000であった。
(実施例1〜6及び比較例1〜2)
分散媒としてトルエン:エタノール=1:1の混合溶液を用い、セラミックス原料粉末として平均粒径が0.1μmのアルミナを用いて、次のようにしてセラミックス製造用スラリー組成物を調製した。すなわち、1Lのビーカーにアルミナ300gを量り取り、これに表2に示す分散剤3.0g(セラミックス原料粉末に対して1.0重量%)と、分散媒を300g(スラリー濃度50%)、162g(スラリー濃度65%)、100g(スラリー濃度75%)それぞれ加え、4枚羽根のインペラーを用いて120rpmで1分間撹拌し、セラミックス製造用スラリー組成物を調製した。そして、得られたセラミックス製造用スラリー組成物の流動性について下記の基準で評価し、また25℃における粘度を動的粘弾性装置(Paar Physica MCR300、日本シイベルヘグナー社製)を用いて測定した。その結果を表2に示す。
評価基準:
◎:すべての粉体が分散媒中に均一に分散している。
○:ほとんどの粉体が分散媒中に均一に分散しているがわずかに底部に残っている。
△:半分程度の粉体が分散媒中に分散しているが凝集もみられる。
×:粉体が分散媒中に全く分散していない。
分散媒としてターピネオールを用い、セラミックス原料粉末として平均粒径が0.2μmの窒化珪素を用いて、次のようにしてセラミックス製造用スラリー組成物を調製した。すなわち、1Lのビーカーに窒化珪素250gを量り取り、これに表3に示す分散剤2.5g(セラミックス原料粉末に対して1.0重量%)、分散媒250gを加え、4枚羽根のインペラーを用いて120rpmで表3に示した時間撹拌し、セラミックス製造用スラリー組成物を調製した。そして、得られたセラミックス製造用スラリー組成物の流動性及び粘度について上記と同様の基準で評価した。その結果を表3に示す。
分散媒として水を用い、セラミックス原料粉末として平均粒径が0.1μmと、1.2μmの2種のアルミナを用いて、次のようにしてセラミックス製造用スラリー組成物を得た。すなわち、1Lのビーカーにアルミナ250gを量り取り、これに表4に示す分散剤2.5g(セラミックス原料粉末に対して1.0重量%)、分散媒130gを加え、4枚羽根のインペラーを用いて120rpmで表4に示した時間撹拌し、セラミックス製造用スラリー組成物を調製した。そして、得られたセラミックス製造用スラリー組成物の流動性及び粘度について上記と同様の基準で評価した。その結果を表4に示す。
Claims (4)
- 分散媒中に、下記の(A)成分及び(B)成分を含み、(B)成分の含有量が(A)成分の全重量に対して0.5〜5.0重量%であることを特徴とする、セラミックス製造用スラリー組成物。
(A)平均粒径0.01〜1.0μmのセラミックス原料粉末
(B)(a)一般式[I];
R1O(AO)nR2 [I]
(式中、R1は炭素数1〜18の炭化水素基を示し、R2は炭素数2〜5の不飽和炭化水素基を示し、AOは炭素数2〜4のオキシアルキレン基の1種又は2種以上を示し、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数であって1〜100の正数を示す。)で表されるポリオキシアルキレン誘導体と、
(b)マレイン酸系化合物と、
(c)所望により(a)成分及び(b)成分と共重合可能な単量体と
を構成単位として含み、重量平均分子量が14,000以下のポリカルボン酸系共重合体からなる分散剤 - ポリカルボン酸系共重合体の重量平均分子量が10,000未満であることを特徴とする、請求項1記載のセラミックス製造用スラリー組成物。
- ポリカルボン酸系共重合体が(a)成分、(b)成分及び所望により(c)成分をアゾ系重合開始剤及び連鎖移動剤の存在下に重合して得られるものであることを特徴とする、請求項1又は2記載のセラミックス製造用スラリー組成物。
- (A)成分の含有量が分散媒の全重量に対して60重量%超であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のセラミックス製造用スラリー組成物。
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