JP2010535875A - 有機顔料の調製法 - Google Patents

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Abstract

顔料を、結晶化調整剤としてのアリールスルホン酸及びC原子1〜6個を有する少なくとも1つの脂肪族アルデヒドとからのスルホネート基を有する縮合生成物の存在において乾式微粉砕し、顔料及び結晶化調整剤とからの得られた混合物を鉱酸中で分散させ、且つ該顔料を結晶化調整剤の存在において鉱酸中で膨潤させる、有機顔料の調製法。

Description

発明の詳細な説明
本発明は、スルホネート基を有する縮合生成物の使用下での有機顔料の調製法に関する。以下で、"スルホネート基"は、(酸性)スルホン酸基−SO3Hとも、その塩−SO3M(M=金属、アンモニウム)とも解される。
有機顔料は合成に際して、頻繁に、非常に不均一な粒度分布を有する粗大な結晶の形で生じる。それゆえ、使用に適した、彩色の上で価値の高い顔料形に変えるために、粗製顔料は、通常、調製に供される。
これらの目的のために、粗製顔料の粉砕及び引き続く該粉砕物の有機溶媒中での再結晶化が公知であり、又は粉砕は、水性懸濁液における湿式粉砕として高速回転攪拌ボールミル中で実施される。上記方法により、確かに、部分的に高い消費時間の下、顔料の粒子微粉砕ひいては色特性の改善が達成されるが、しかしながら、得られた顔料の粒度は困難にしか制御され得ず、且つ頻繁に、該顔料は、一連の使用、例えば塗料使用のための着色剤として不十分な粒度分布−広すぎるため−を有する。
WO02/00643から、キノフタロン粗製顔料の調製法が公知であり、その際、合成に際して生じる粗製顔料は、粉砕助剤の不在下で粉砕に供され、且つ得られた粉砕物は、引き続き、キノフタロン誘導体の存在において有機溶媒中又は有機溶媒及び水とからの混合物中で結晶化させられる。誘導体として、例えばキノフタロン顔料のスルホン酸誘導体が挙げられる。
WO2004/048482から、有機顔料の調製法が公知であり、その際、顔料は、濃硫酸中に溶解され、且つ該硫酸溶液は、結晶化調整剤としてのナフタリンスルホン酸及びホルムアルデヒドとからの縮合生成物の存在において水と混合される。その際、結晶化調整剤は、硫酸の顔料溶液の混合前に添加され、又は該結晶化調整剤は該溶液中で1−及び2−ナフタリンスルホン酸とホルムアルデヒドとの反応によってin situで作製される。このin situ合成の欠点は、広い、且つ定義され難い分子量分布を有する縮合生成物が結果生じることである。
結晶化調整剤の存在において硫酸からの沈殿によって得られた顔料は、その色特性(koloristischen Eigenschaften)、その分散性及び得られた塗料の粘度に関して、常に求められる要求を満たすとは限らない。本発明の課題は、非常に良好な彩色特性、殊に高い透明度、及びレオロジー特性を有する容易に分散可能な顔料をもたらす、好ましい、且つ簡単に実施されるべき有機顔料の調製法を提供することである。
該課題は、顔料を、結晶化調整剤としてのアリールスルホン酸及びC原子1〜6個を有する少なくとも1つの脂肪族アルデヒドとからのスルホネート基を有する縮合生成物の存在において乾式微粉砕し、顔料及び結晶化調整剤とからの得られた混合物を鉱酸中で分散させ、且つ該顔料を結晶化調整剤の存在において鉱酸中で膨潤させる、有機顔料の調製法によって解決される。
結晶化調整剤は、本発明の一実施態様において、1個以上のスルホン酸基を有していてよい1つ以上のナフタリンスルホン酸、好ましくは1−ナフタリンスルホン酸、2−ナフタリンスルホン酸又はそれらの混合物、及びC原子1〜6個を有する1つ以上の異なる脂肪族アルデヒドとからの縮合生成物である。有利なのは、例えばモル比4:1での、1−ナフタリンスルホン酸及び2−ナフタリン酸スルホンとからの混合物である。一般的に、存在するナフタリンスルホン酸1モル当たり0.5〜2モルの脂肪族アルデヒドと縮合され、特に有利には、このモル比は約1:1である。
有利な脂肪族アルデヒドはホルムアルデヒドである。特に有利には、ホルムアルデヒドのみが使用される。
一般的に、ナフタリンスルホン酸は、濃硫酸又は発煙硫酸によるナフタリンのスルホン化によって製造される。その際、僅かな程度において、ポリスルホン化された生成物及び/又はスルホンも形成されてよく、且つ、従って縮合生成物中にも含有されていてよい。
例えば、適したナフタリンスルホン酸−ホルムアルデヒド−縮合物は、次のように製造され得る:ナフタリン1〜3質量部が、85〜100質量%の濃度を有する硫酸1〜3質量部又は2〜45質量%の含有率の遊離SO3を有する発煙硫酸によりスルホン化される。該スルホン化は、80〜190℃の温度で実施してよく、反応時間は、0.5〜10時間である。スルホン化に際して、助剤、例えばホウ酸が、硫酸もしくは発煙硫酸に対して、有利には0.5〜5質量%の濃度で存在していてよい。スルホン化の後、反応混合物は、水0.5〜2部で希釈され、引き続き、ホルムアルデヒド20〜40質量%の濃度を有するホルムアルデヒド水溶液0.3〜1.8部と80〜180℃の温度で縮合される。引き続き、該縮合混合物は、0.5部までの水で希釈され、且つ苛性ソーダ液を用いて4〜10のpH値に調節される。最後に、該縮合混合物は、再度0.5部の水で希釈され、苛性ソーダ液及び石灰乳が混ぜられ、且つ沈殿するCaSO4が濾過分離される。引き続き、pH値は、4〜10の間の値に調節される。最終的に、水を用いて、乾燥分15〜50質量%の最終濃度に調節される。
本発明の更なる一実施態様において、結晶化調整剤は、1つ以上の異なるヒドロキシアリールスルホン酸及びC原子1〜6個を有する1つ以上の異なる脂肪族アルデヒドとからの縮合生成物である。一般的に、存在するヒドロキシアリール単位1モル当たり0.25〜4モルの脂肪族アルデヒドと縮合される。尿素が併用される場合、これは一般的に、存在するヒドロキシアリール単位1モル当たり尿素0.25〜4モルの量で使用される。ヒドロキシアリールスルホン酸の他に、1つ以上の異なるヒドロキシジアリールスルホン化合物が縮合生成物中に縮合導入されて存在していてよい。縮合生成物の製造は、更に、亜硫酸アルカリ金属塩、好ましくは亜硫酸ナトリウムの存在において実施され得、その際、更なるスルホネート基−ヒドロキシアリールスルホン酸によって導入されたスルホネート基に加えて−が縮合生成物中に導入される。
結晶化調整剤は、1つ以上の異なるヒドロキシジアリールスルホン化合物、C原子1〜6個を有する1つ以上の異なる脂肪族アルデヒド及び亜硫酸アルカリ金属塩、好ましくは亜硫酸ナトリウムとからの縮合生成物であってよい。この際、スルホネート基は、アルキルスルホネート基として縮合生成物中に導入される。一般的に、ヒドロキシジアリールスルホン化合物は、ヒドロキシジアリールスルホン化合物1モル当たり0.5〜5モルの脂肪族アルデヒド及び0.4〜2モルの亜硫酸アルカリ金属塩と反応される。
本発明より使用される結晶化調整剤の製造のために使用され得る適したヒドロキシアリールスルホン酸は、例えばヒドロキシフェニルスルホン酸又はヒドロキシナフチルスルホン酸である。これらは複数個のヒドロキシ基も有していてよい。有利なヒドロキシアリールスルホン酸は、フェノールスルホン酸である。
本発明より使用される縮合生成物の製造のために使用され得る適したヒドロキシジアリールスルホン化合物は、例えばジヒドロキシジフェニルスルホン又は−より一般的には−ポリヒドロキシジフェニルスルホン並びにジヒドロキシジナフチルスルホン又は−より一般的には−ポリヒドロキシジナフチルスルホンである。有利なヒドロキシジアリールスルホン化合物は、ジヒドロキシジフェニルスルホン(DHDPS)である。
一般的に、ヒドロキシアリールスルホン酸及びヒドロキシジアリールスルホンは、相応するヒドロキシアリール化合物、例えばナフトール、フェノール又はポリフェノールを濃硫酸又は発煙硫酸によりスルホン化することによって製造される。その際、一般的に、ヒドロキシアリールスルホン酸及びヒドロキシジアリールスルホンとからの混合物が発生する。
例えば、フェノールを、濃硫酸と、20〜65質量%のSO3含有率の発煙硫酸と又は硫酸及び発煙硫酸とからの混合物と(その際、SO3として計算される全体の硫酸対フェノールのモル比は、0.7:1〜1.5:1である)、100〜180℃の温度で、フェノールスルホン酸、ジヒドロキシジフェニルスルホン及び硫酸を含有する混合物へと反応させ、又は個々の成分の混合によって相応する混合物を製造し、引き続き、40〜90℃で、存在するフェノール単位1モル当たり0.5〜4モルのC原子1〜6個を有する脂肪族アルデヒド、好ましくはホルムアルデヒドと、且つ−任意に−0.25〜4モルの尿素と縮合させることによって入手される結晶化調整剤が使用され得る。
更なる有利な一実施態様において、ジヒドロキシジフェニルスルホンを、ジヒドロキシジフェニルスルホン1モル当たり0.5〜5モルのC原子1〜6個を有する脂肪族アルデヒド、好ましくはホルムアルデヒド、及び0.4〜2モルの亜硫酸ナトリウムと、90〜180℃の温度で反応させることによって入手される結晶化調整剤が使用される。
上記の縮合生成物からの混合物も使用され得る。
得られた溶液から、スルホネート基を含有する縮合生成物が、例えば、該縮合生成物が溶解性を示さない、水と混和可能な液体の添加による該縮合生成物の沈殿によって、又は液体反応媒体の蒸発によって、例えば噴霧乾燥によって単離され得る。そのようにして、最後に、縮合生成物は固体として得られる。
該縮合生成物は、一般的に、結晶化抑制剤として作用する。
顔料の乾式粉砕が、結晶化調整剤の存在において実施されることが重要である。結晶化調整剤の存在における顔料の微粉砕は、一般的に、結晶化調整剤の存在における顔料の乾式粉砕によって行われる。好ましくは、乾式粉砕は、連続式の又は不連続式のボールミル中又は振動ミル中で行われる。
引き続き、乾式粉砕によって得られた有機顔料及び結晶化調整剤とからの混合物は、顔料の膨潤のために鉱酸中で分散される。好ましくは、鉱酸として、希釈された水性硫酸が使用される。結晶化調整剤の存在における膨潤によって、比較的小さい顔料粒子の犠牲下で比較的大きい顔料粒子が成長し、且つ/又は該顔料粒子の結晶表面の平滑化/癒着が生じる。
乾式粉砕された顔料の膨潤のための最適な鉱酸濃度は、適宜、合わせられなければならない。しかし、一般的に、希釈された適した硫酸は、50〜85質量%、有利には60〜85質量%の濃度を有する。鉱酸、好ましくは希釈された水性硫酸中での、結晶化調整剤の存在における顔料の膨潤は、一般的に、15〜90℃の温度で、一般的に0.5〜24時間の継続期間にわたって行われる。最適な膨潤条件は、各々の顔料タイプについて予備試験において突きとめられ得る。引き続き、更に水で希釈してよい。このために、一般的に、硫酸の顔料分散液に2〜6倍の水が添加される。引き続き、更に例えば0.5〜2時間、後攪拌してよい。
本発明により使用される結晶化調整剤は、膨潤中、一般的に、顔料量に対して0.1〜30質量%、有利には0.3〜25質量%、特に有利には5〜22質量%の量で存在する。
特定の場合において、アリールスルホン酸及び脂肪族アルデヒドとからのスルホネート基を含有する縮合生成物の他に更なる結晶化調整剤、分散剤、樹脂、界面活性剤又は特殊ポリマーを使用することが好ましいとされ得る。更なる結晶化調整剤のための例は、スルホン酸基含有顔料誘導体又はスルホンアミド、例えばイミダゾールメチル−又はピラゾールメチルキナクリドン顔料スルホン酸である。適した界面活性剤のための例は、アニオン性界面活性剤、例えばアルキルベンゼンスルホネート又はアルキルナフタリンスルホネート又はアルキルスルホサクシネート、カチオン性界面活性剤、例えば第四級アンモニウム塩、例えばベンジルトリブチルアンモニウムクロリド、又は非イオン性又は両性界面活性剤、例えばポリオキシエチレン界面活性剤及びアルキル−又はアミドプロピルベタインである。適した特殊ポリマーは、例えばポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン又はセルロース誘導体である。樹脂のための例は、天然樹脂、例えばコロホニウム、オリゴマー化、ポリマー化、水素化、部分水素化又は不均化されたコロホニウムである。付加的な結晶化調整剤、分散剤、樹脂、界面活性剤又は特殊ポリマーは、乾式粉砕前に又は乾式粉砕中、膨潤中に又は顔料の更なる後処理に際して添加してよい。最適な条件は、各々の顔料タイプについて用量範囲測定試験において突きとめられ得る。
本発明による方法の更なる一実施態様において、顔料相乗剤(Pigmentsynergist)が添加される。顔料相乗剤は、一般的に、有機顔料のスルホネート基又はカーボネート基を含有する誘導体又は塩基性誘導体であり、有利には、それは調製されるべき顔料の誘導体である。顔料相乗剤は、例えば微粉砕工程前に又は該工程中に、又は顔料の膨潤前に又は膨潤中に添加してよい。単離された、既に調製された乾燥顔料を再度、顔料相乗剤の存在において粉砕する後処理工程も続けてよい。
本発明の更なる一実施態様において、膨潤工程中、結晶化調整剤の他に、顔料の溶解度を高める添加剤が存在していてよい。一般的に、溶解度を高める添加剤として有機溶媒が添加される。適した有機溶媒は、例えばキシレン、グリコール、アルコール、THF、アセトン、NMP、DMF及びニトロベンゼンである。これらは、顔料の水性懸濁液に対して、一般的に0.1〜50質量%の量で添加される。その際、結晶化調整剤の量は、顔料の水性懸濁液(有機溶媒を含まない)に対して、一般的に0.1〜30質量%である。一般的に、該懸濁液は、有機溶媒の存在において、15℃〜沸点の範囲内の温度で攪拌され、その後、該有機溶媒は留去される。
いずれの場合も、結晶化調整剤の存在において結晶化された顔料は、引き続き、該水性懸濁液の濾過によって固体として単離される。
本発明による方法に従って調製され得る適した顔料は、例えばフタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、インダントロン、キノフタロン、ジオキサジン及びジケトピロールであり、有利には、インダントロン及びペリレンである。
ペリレンの中で有利なのは、C.I.Pigment Red 179タイプの顔料である。これらは種々の方法に従って製造され得る。例えば、ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸ジイミドがメチル化試薬を用いてC.I.Pigment Red 179にメチル化され得、又はペリレンテトラカルボン酸無水物がメチルアミンを用いてC.I.Pigment Red 179に縮合され得る。後者が有利には使用される。しかし、これらの2つの方法に従って製造される混合物であってもよい。これらの方法に従って製造された顔料誘導体又はそれらの混合物も使用され得る。
調製された顔料の平均的な粒度は、一般的に、10〜400nm、有利には20〜200nmの範囲内にある。
本発明による方法に従って調製された顔料は、結晶化調整剤を、顔料粒子の表面に含有してよい。顔料配合物は−既に挙げられた顔料相乗剤の他に−更なる添加剤を、一般的に20質量%までの量で含有してよい。更なる添加剤は、例えば湿潤剤、界面活性剤、消泡剤、酸化防止剤、UV吸収剤、安定化剤、可塑剤及びテクスチャリング助剤である。
本発明を、次の実施例によって詳細に説明する。
実施例
本発明による顔料配合物の試験を、水性塗料系において行う。
そのために先ず、水希釈可能なポリウレタン樹脂をベースする水性着色ペーストを製造する。WOーA92/15405の実施例1.3の中で記載されたポリウレタン樹脂分散液100g、顔料配合物30g及び水50gを懸濁させ、ジメチルエタノールアミンを用いて8のpHに調節し、且つボールミル(1.0〜1.6mmのSAZビーズで充填[SAZ=ケイ素/アルミニウム/酸化ジルコニウム])中で4h粉砕する。
第二の工程において、この水性着色ペースト(顔料に関して15質量%)34gを、ポリウレタンベースの混合塗料(WO−A92/15405の実施例3の中に記載)225gに加える。水7.5gの添加後、アミノエタノールを用いて8のpHに調節する。得られた懸濁液を15分間、プロペラ型攪拌機により1000rpmで攪拌する。
製造された水性ベース塗料をベースにして金属塗料を製造し、且つ噴霧することによって塗布する。
結晶化調整剤として、Tamol(R)NN9401、5000〜10000g/モルの範囲内の分子量を有するナフタリンスルホン酸/ホルムアルデヒド−縮合生成物を使用した。
比較例1
ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸−N,N'−ジメチルジイミド(C.I.Pigment Red 179,型番 71130)100gを、スチールボール1.5kgが装填されたジャケット付ボールミル中で50時間、50℃にて粉砕する。
粉砕された顔料30gを16時間、室温にて、76%の硫酸300g中で膨潤させる。引き続き、バッチを氷水1.5lで希釈し、30分間、後攪拌し、濾過し、中性洗浄し、且つスルホン酸基含有ペリレン化合物(EP0486531B1の実施例3に従って製造)2.25部と一緒に粉砕する。
比較例2
ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸−N,N'−ジメチルジイミド(C.I.Pigment Red 179,型番 71130)90g及び樹脂(Dertopol)10gを、スチールボール1.5kgが装填されたジャケット付ボールミル中で50時間、50℃にて粉砕する。
粉砕された顔料30gを16時間、室温にて、76%の硫酸300g中で膨潤させる。引き続き、バッチを氷水1.5lで希釈し、30分間、後攪拌し、濾過し、中性洗浄し、且つスルホン酸基含有ペリレン化合物(EP0486531B1の実施例3に従って製造)2.25部と一緒に粉砕する。
実施例1
ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸−N,N'−ジメチルジイミド(C.I.Pigment Red 179、型番 71130)80g、樹脂(Dertopol)10g及び5000〜10000g/モルの範囲内の分子量を有するナフタリンスルホン酸−ホルムアルデヒド−縮合生成物(Tamol(R)NN9401、BASF)10gを、スチールボール1.5kgが装填されたジャケット付ボールミル中で50時間、50℃にて粉砕する。
粉砕された顔料30gを16時間、室温にて、76%の硫酸300g中で膨潤させる。引き続き、バッチを氷水1.5lで希釈し、30分間、後攪拌し、濾過し、中性洗浄し、且つスルホン酸基含有ペリレン化合物(EP0486531B1の実施例3に従って製造)2.25部と一緒に粉砕する。
実施例1に従って製造された配合物は、水希釈可能な塗料系において非常に良好な分散性及び顕著なレオロジー特性を有する。比較例1からの顔料もしくは比較例2からの配合物と比べて明らかに高い透明度に基づき、実施例1からの顔料は、特に金属塗料の顔料着色に適している。
比較例3
インダントロン顔料C.I.P.B.60(型番:69800)70gを、スチールボール1.5kgが装填されたジャケット付ボールミル中で20h、50℃にて粉砕する。
粉砕された顔料30gを5h、室温にて、75%の硫酸300g中で膨潤させる。引き続き、バッチを氷水480mlで希釈し、30分間、後攪拌し、濾過し、中性洗浄し、且つ粉砕する。
実施例2
インダントロン顔料C.I.P.B.60(型番:69800)63g及び5000〜10000g/モルの範囲内の分子量を有するナフタリンスルホン酸−ホルムアルデヒド−縮合生成物(BASF AG、Ludwigshafen、DEのTamol(R)NN9401)7gを、スチールボール1.5kgが装填されたジャケット付ボールミル中で20h、50℃にて粉砕する。
粉砕された混合物30gを5h、室温にて、75%の硫酸300g中で膨潤させる。引き続き、バッチを氷水480mlで希釈し、30分間、後攪拌し、濾過し、中性洗浄し、且つ粉砕する。
実施例3
インダントロン顔料C.I.P.B.60(型番:69800)56g、5000〜10000g/モルの範囲内の分子量を有するナフタリンスルホン酸−ホルムアルデヒド−縮合生成物(BASF AG、Ludwigshafen、DEのTamol(R)NN9401)7gを、スチールボール1.5kgが装填されたジャケット付ボールミル中で20h、50℃にて粉砕する。
粉砕された混合物30gを5h、室温にて、75%の硫酸300g中で膨潤させる。引き続き、バッチを氷水480mlで希釈し、30分間、後攪拌し、濾過し、中性洗浄し、且つ粉砕する。
実施例2及び3に従って製造された配合物は、水希釈可能な塗料系において非常に良好な分散性及び顕著なレオロジー特性を有する。比較例3からの顔料に比べて明らかに高い透明度に基づき、これらの顔料は、特に金属塗料の顔料着色に適している。
透明度は、黒素地で覆われた金属薄板上への塗装(ドローダウン)により測定する:
P.R.179(比較例1及び2、実施例1)100μmのウェット膜厚と15%の顔料着色を伴う;
P.B.60(比較例3及び実施例2及び3)50μmのウェット膜厚と17%の顔料着色を伴う;
黒素地上で測定された塗料層と理想的な黒との間のCIELAB色差ΔE*は、透明度のための測定値(拡散ΔE*(Streu-Delta-E*))を与える。CIELAB色空間における色差ΔE*の測定はDIN6174に記載されている。同じ層厚及び顔料着色にて、この測定値が小さければ小さいほど、それだけ一層、透明度は高くなる。
実施例及び比較例からの塗膜の拡散ΔE*値を、次の表1が示す:
Figure 2010535875

Claims (11)

  1. 有機顔料の調製法であって、前記顔料を、結晶化調整剤としてのアリールスルホン酸及びC原子1〜6個を有する少なくとも1つの脂肪族アルデヒドとからのスルホネート基を有する縮合生成物の存在において乾式微粉砕し、顔料及び結晶化調整剤とからの得られた混合物を鉱酸中で分散させ、且つ前記顔料を前記結晶化調整剤の存在において鉱酸中で膨潤させる、有機顔料の調製法。
  2. 前記結晶化調整剤が、ナフタリンスルホン酸及びホルムアルデヒドとからの縮合生成物であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  3. 前記結晶化調整剤が、少なくとも1つのヒドロキシアリールスルホン酸及び/又は少なくとも1つのヒドロキシジアリールスルホン化合物及びC原子1〜6個を有する少なくとも1つの脂肪族アルデヒド、任意に尿素及び場合により亜硫酸アルカリ金属塩とからの縮合生成物、又はこのような縮合生成物からの混合物であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  4. 前記顔料の膨潤を、更なる結晶化調整剤、分散剤、界面活性剤又は特殊ポリマーの存在において実施することを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 顔料相乗剤を添加することを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 前記顔料相乗剤を、顔料の微粉砕工程前に又は微粉砕工程中に、又は顔料の膨潤前に又は膨潤中に添加することを特徴とする、請求項5記載の方法。
  7. 後処理工程において、単離された、調製された乾燥顔料を、前記顔料相乗剤の存在において粉砕することを特徴とする、請求項5記載の方法。
  8. 前記顔料相乗剤が、調製されるべき有機顔料のスルホネート基又はカーボネート基を含有する誘導体又は塩基性誘導体であることを特徴とする、請求項5から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 膨潤工程中に、結晶化調整剤の他に、顔料の溶解度を高める添加剤が存在することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 溶解度を高める添加剤が有機溶媒であることを特徴とする、請求項9記載の方法。
  11. 有機顔料が、フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、インダントロン、キノフタロン、ジオキサジン及びジケトピロールから成る群から選択されていることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
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