JP4785988B2 - 無機顔料用高分子分散剤 - Google Patents
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Description
[上記一般式(1)において、R1、R2、及びR3は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、Mは水素原子又は陽イオンを示す。]
[上記一般式(2−1)において、R4、R5及びR6は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、R7は炭素数1〜4の直鎖又は分岐鎖のアルキレン基を示し、R8は水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、X1は酸素原子又はNHを示し、Mは水素原子又は陽イオンを示し、n1は1〜50の数を示す。
上記一般式(2−2)において、R9、R10、R11、R13、R14、及びR15は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、R12はアルコール性水酸基を有しない炭素数1〜4のアルキル基を示し、R16はアルコール性水酸基を有する炭素数1〜4のアルキル基を示し、n2及びn3は正の数であって繰り返し単位におけるモル分率を示す。]
[上記一般式(3)において、R17、R18、及びR19は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、X3は酸素原子又はNHを示し、R20及びR21は炭素数1〜30のアルキル基若しくはアルケニル基又はアリール基を示す。]
本発明の高分子分散剤における構成単位(a)は、下記一般式(1)で表される構成単位である。構成単位(a)は中和可能な酸性基を有するものであり、塩基性無機顔料表面へ強く吸着することで、高分子分散剤(共重合体)が塩基性無機顔料表面から脱離することを抑制する働きを有すると考えられる。
[上記一般式(1)において、R1、R2、及びR3は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、Mは水素原子又は陽イオンを示す。]
[上記一般式(4)において、R1、R2、及びR3は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基が好ましく、Mは水素原子又は陽イオンが好ましい。]
本発明の高分子分散剤における構成単位(b)は、下記一般式(2−1)で表される構成単位又は下記一般式(2−2)で表される繰り返し単位をもつ重合体主鎖の片末端にエチレン性不飽和二重結合を有するマクロモノマーに由来する構成単位である。構成単位(b)は非イオン性であり、塩基性無機顔料粒子間に強い立体的斥力をもたらし、無機顔料粒子同士の凝集を抑制すると考えられる。
[上記一般式(2−1)において、R4、R5及びR6は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、R7は炭素数1〜4の直鎖又は分岐鎖のアルキレン基を示し、R8は水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、X1は酸素原子又はNHを示し、Mは水素原子又は陽イオンを示し、n1は1〜50の数を示す。]
[上記式(5)において、R4、R5及びR6は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基が好ましく、R7は炭素数1〜4の直鎖又は分岐鎖のアルキレン基が好ましく、R8は水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基が好ましく、X1は酸素原子又はNHが好ましく、n1は1〜50の数が好ましい。]
[上記一般式(2−2)において、R9、R10、R11、R13、R14、及びR15は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、R12はアルコール性水酸基を有しない炭素数1〜4のアルキル基を示し、R16はアルコール性水酸基を有する炭素数1〜4のアルキル基を示し、n2及びn3は正の数であって繰り返し単位におけるモル分率を示す。]
[上記式(6)及び(7)において、R9、R10、R11、R13、R14及びR15は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基が好ましく、R12はアルコール性水酸基を有しない炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、R16はアルコール性水酸基を有する炭素数1〜4のアルキル基が好ましい。]
本発明の高分子分散剤における構成単位(c)は、下記一般式(3)で表される構成単位である。構成単位(c)は疎水性であり、塩基性無機顔料が非水系溶媒中へ再溶出することを抑制していると考えられる。
[上記一般式(3)において、R17、R18、及びR19は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、X3は酸素原子又はNHを示し、R20及びR21は炭素数1〜30のアルキル基若しくはアルケニル基又はアリール基を示す。]
[上記式(8)式中、R17、R18、及びR19は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基が好ましく、X3は酸素原子又はNHが好ましく、R20及びR21は炭素数1〜30の直鎖、分岐鎖若しくは環状のアルキル基若しくはアルケニル基又はアリール基が好ましい。]
本発明の高分子分散剤は、例えば、酸性モノマー(a)、非イオン性モノマー(b−1)又はマクロモノマー(b−2)、及び疎水性モノマー(c)を含むモノマー成分を溶液重合法で重合させるなど、公知の方法で得ることができる。本発明の一実施形態において、構成単位(a)の全構成単位中の割合(重量%)は、好ましくは、重合に用いる全モノマー成分における酸性モノマー(a)及び/又は重合後に中和可能な酸性基を付加できるモノマーの割合(重量%)と見なすことができる。また、構成単位(b)の全構成単位中の割合は、好ましくは、重合に用いる全モノマー成分における非イオン性モノマー(b−1)及び/又は重合後に非イオン性基を導入できるモノマーの割合(重量%)或いは重合に用いる全モノマー成分におけるマクロモノマー(b−2)の割合(重量%)と見なすことができる。また、構成単位(c)の構成単位(b)に対する重量比(構成単位(c)/構成単位(b))は、好ましくは、重合に用いる全モノマー成分における疎水性モノマー(c)の、非イオン性モノマー(b−1)及び/又は重合後に非イオン性基を導入できるモノマー或いはマクロモノマー(b−2)に対する重量比と見なすことができる。したがって、本発明は、その他の態様において、本発明の高分子分散剤の製造方法であって、酸性モノマー(a)及び/又は重合後に中和可能な酸性基を付加できるモノマー、非イオン性モノマー(b−1)及び/又は重合後に非イオン性基を導入できるモノマー或いはマクロモノマー(b−2)、並びに、疎水性モノマー(c)を、それぞれ、上述した構成単位(a)、(b)及び(c)の含有量で含むモノマー成分を重合させることを含むことを含む製造方法である。
また、本発明は、その他の態様として、分散方法であって、本発明の高分子分散剤を用いて塩基性無機顔料を非水系溶媒中で分散させる工程を含み、上記非水系溶媒の溶解度パラメータと本発明の高分子分散剤の構成単位(c)が由来するモノマー(疎水性モノマー(c))の溶解度パラメータとの差(Δsp)が2.0(MPa)1/2以上、好ましくは、3.0(MPa)1/2以上である分散方法を提供しうる。或いは、本発明は、分散方法であって、本発明の高分子分散剤を用いて塩基性無機顔料を非水系溶媒中で分散させる工程を含み、前記非水系溶媒の溶解度パラメータと本発明の高分子分散剤の構成単位(c)が由来するモノマー(疎水性モノマー(c))の溶解度パラメータとの差Δspが2.0(MPa)1/2以上、好ましくは、3.0(MPa)1/2以上となるように前記非水系溶媒を選択することを含む分散方法を提供しうる。上記分散工程は、例えば、塩基性無機顔料、本発明の高分子分散剤、及び非水系溶媒を、好ましくはジルコニアビーズと共に混合することを含む。当業者であれば、疎水性モノマー(c)の値に基づき、適切な非水系溶媒を選択できる。また、混合する塩基性無機顔料及び本発明の高分子分散剤の量は、後述するスラリー組成物における各成分の含有量の範囲内とすることができる。本発明の分散方法によれば、塩基性無機顔料を非水系溶媒に微細に分散させることができ、また、後述するスラリー組成物を製造することができる。
本発明の高分子分散剤を用いれば、非水系溶媒に塩基性無機顔料が分散したスラリー組成物を得ることができる。したがって、本発明は、さらにその他の態様において、スラリー組成物であって、非水系溶媒、塩基性無機顔料、及び高分子分散剤を含有し、上記高分子分散剤が、本発明の高分子分散剤であるスラリー組成物を提供できる。本発明のスラリー組成物によれば、後述するとおり、塩基性無機顔料の微細な分散を好ましくは実現できる。
本発明で使用できる非水系溶媒は非水系(有機溶剤)であれば特に限定されないが、塩基性無機顔料の微分散性向上、及び上記高分子分散剤との相溶性の観点から、溶解度パラメータが20〜30(MPa)1/2であるものが好ましく、21〜26(MPa)1/2であるものがさらに好ましい。具体的には、キシレン(18.2)、酢酸エチル(18.2)、トルエン(18.3)、テトラハイドロフラン(18.5)、メチルエチルケトン(19.3)、アセトン(19.7)、ブチルセロソルブ(20.2)、ジメチルホルムアミド(24.7)、n−プロパノール(24.9)、エタノール(26.2)、ジメチルスルホキシド(26.4)、n−ブタノール(28.7)、メタノール(29.7)などの有機溶剤が挙げられる。( )内の数値は、溶解度パラメータである。
一般に、無機顔料の表面は酸点、塩基点の両方をもっている。非水系溶媒中における酸及び塩基の強度は逆滴定法で求めることが可能であり、分散させたい無機顔料が酸性であるか塩基性であるか同定することができる。逆滴定法とは、あらかじめ濃度が既知である塩基性試薬(又は酸性試薬)を一定の割合で無機顔料と混合し、十分に中和させた後、遠心分離機などで、固液分離させ、その上澄み液を滴定し、減少した塩基性試薬の量(又は酸性試薬の量)から酸量(又は塩基量)を求める方法である。本発明において塩基量及び酸量は下記により求められる。
無機顔料2gを精秤(サンプル量)し、1/100N酢酸−トルエン/エタノール(容量比48:52)溶液30mLに入れ、超音波洗浄器(Branson社製、型式1510J−MT)で1時間分散処理する。24時間静置後、無機顔料分散液溶液の一部を遠心分離機(日立社製型式CP−56G)を用いて、25,000rpm、60分の条件で固液分離する。分離した液体部10mLをフェノールフタレイン指示薬が添加されているトルエン/エタノール溶剤(容量比2:1)20mLに加えた後、1/100N水酸化カリウム−エタノール溶液にて中和滴定する。この時の滴定量をXmL、1/100N酢酸−トルエン/エタノール(容量比48:52)10mLを中和するのに必要な滴定量をBmL、サンプル量をSgとすると、以下の式で、塩基量が求められる。
塩基量(μmol/g)=30×(B−X)/S
無機顔料2gを精秤(サンプル量)し、1/100Nn−ブチルアミン−トルエン/エタノール(容量比48:52)溶液30mLに入れ、超音波洗浄器(Branson社製、型式1510J−MT)で1時間分散処理する。24時間静置後、無機顔料溶液の一部を遠心分離機(日立社製型式CP−56G)を用いて、25,000rpm、60分の条件で固液分離する。分離した液体部10mLをブロムクレゾールグリーン指示薬が添加されているトルエン/エタノール溶剤(容量比2:1)20mLに加えた後、1/100N塩酸−エタノール溶液にて中和滴定する。この時の滴定量をXmL、1/100Nn−ブチルアミン−トルエン/エタノール(容量比48:52)10mLを中和するのに必要な滴定量をBmL、サンプル量をSgとすると、以下の式で、酸量が求められる。
酸量(μmol/g)=30×(B−X)/S
塩基性無機顔料の平均粒径(BET比表面積に基づく平均粒径)は、粒子径R(m)の球と仮定して、窒素吸着法により測定されたBET比表面積S(m2/g)、無機微粒子の比重ρ(g/cm3)を用いて、求めることができる。すなわち、BET比表面積は単位重量当たりの表面積であるので、表面積をA(m2)、粒子の重量をW(g)とすると、
S(m2/g)=A(m2)/W(g)
=[4×π×(R/2)2]/[4/3×π×(R/2)3×ρ×106]
=6/(R×ρ×106)
の関係式が求められる。粒子径の単位を変換すると、
R(nm)=6000/(S×ρ)
の式となり、平均粒径(BET比表面積に基づく平均粒径)求めることができる。例えば、チタン酸バリウム(比重6.0)のBET比表面積が5.0(m2/g)であれば、その平均粒径(BET比表面積に基づく平均粒径)は、200nmとなる。
(実施例1−1)
高分子分散剤A(SMA/PEGMA9/MAA)の合成
還流管、攪拌装置、温度計、窒素導入管を取り付けた、セパラブルフラスコにメタクリル酸ステアリル(SMA:新中村化学社製 NK−エステル S)2.25g、メトキシポリエチレングリコール(9)メタクリレート(PEGMA9:新中村化学社製 NK−エステル M−90G、エチレンオキサイドの平均付加モル数 9)10.5g、メタクリル酸(MAA:和光純薬工業社製試薬)2.25g、トルエン(和光純薬工業社製試薬)6.0gを仕込み、窒素置換し、65℃に加熱する。槽内が65℃に到達後、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(V−65B:和光純薬工業社製)0.45g、トルエン2.5gの混合物を添加した。その後、メタクリル酸ステアリル20.25g、メトキシポリエチレングリコール(9)メタクリレート94.5g、メタクリル酸20.25g、トルエン90g、V−65B4.05gの混合液を3時間かけて滴下した。65℃で3hr攪拌後、冷却した。濃度調製のためにトルエンを添加し、高分子分散剤Aのトルエン溶液を得た。高分子分散剤溶液の不揮発分は39.4重量%で、高分子分散剤の重量平均分子量は44200であった。なお、高分子分散剤溶液の不揮発分は、以下のようにして測定した。シャーレにガラス棒と乾燥無水硫酸ナトリウム10gを量り取り、そこにポリマー溶液2gを入れ、ガラス棒で混合し、105℃の減圧乾燥機(圧力8kPa)で2時間乾燥する。乾燥後の重さを量り、次式より得られた値を不揮発分とした。
不揮発分={[サンプル量−(乾燥後の重さ−(シャーレの重さ+ガラス棒の重さ+無水硫酸ナトリウムの重さ))]/サンプル量}×100
また、高分子分散剤の重量平均分子量は、GPC(カラム:東ソー社製 α−M+α−M 溶離液:60mmol/L H3PO4、50mmol/L LiBr/DMF)により測定した。具体的には、後述のように測定した(以下同様)。
高分子分散剤B(SMA/PEGMA23/MAA)の合成
上記実施例1−1のメトキシポリエチレングリコール(9)メタクリレート(PEGMA9:新中村化学社製 NK−エステル M−90G)をメトキシポリエチレングリコール(23)メタクリレート(PEGMA23:新中村化学社製 NK−エステル TM−230G、エチレンオキサイドの平均付加モル数 23)に変更した以外は、同様な操作で、分散剤ポリマーBのトルエン溶液を得た。高分子分散剤溶液の不揮発分は42.1%で、高分子分散剤の重量平均分子量は68400であった。
下記表1に示す原料と仕込み量を用いて、実施例1−1と同様の方法にて、高分子分散剤C〜Nを合成した(それぞれ、実施例1−3〜1−11、比較例1−1〜1−3)。各高分子分散剤溶液の不揮発分と重量平均分子量も下記表1に記載する。下記表1において、MAAはメタクリル酸、PEGMAはメトキシポリエチレングリコールメタクリレート、SMAはステアリルメタクリレート、MMAはメチルメタクリレート、Stはスチレン、DMAEMAはジメチルアミノエチルメタクリレート、IPAはイソプロパノール、AIBNは2,2’−アゾジイソブチロニトリル、MPDは3−メルカプト−1,2−プロパンジオールを表す。
次の方法で高分子分散剤Oを合成した。まず、還流管、攪拌装置、温度計、窒素導入管を取り付けたセパラブルフラスコに、メトキシポリエチレンモノメタリルエーテル(平均分子量550)110g、無水マレイン酸19.6g、ドデシルメルカプタン2.4g及びトルエン80gを加え、窒素置換し、85℃に加熱した。次いで、2,2’−アゾジイソブチロニトリル(AIBN)2.0gをトルエン15gに溶解させたものを85℃にて3時間かけて滴下した。滴下終了後、3時間攪拌し、冷却した。濃度調製のためにトルエンを添加し、高分子分散剤Jのトルエン溶液を得た。高分子分散剤溶液の不揮発分は42.5%で、高分子分散剤の重量平均分子量は11800であった。
溶離液を毎分1mlの流速で流し、40℃の高温槽中でカラムを安定させた。そこに試料溶液100μlを注入して測定を行った。試料の分子量は、予め作成した検量線に基づき算出した。検量線の作成には、以下の単分散ポリスチレンを標準試料として用いた。
測定装置:HLC−8120GPC(東ソー社製)
測定条件:試料溶液 0.5wt%N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)溶液
溶離液 :60mmol/L H3PO4,50mmol/L LiBr/DMF
カラム :α−M + α−M(東ソー社製)
検出器 :示差屈折率
検量線 :東ソー社製 5.26×102、1.02×105、8.42×106;西尾工業社製 4.0×103、3.0×104、9.0×105(数字はそれぞれ分子量)
上記実施例及び比較例で合成した高分子分散剤A〜Oを用い、塩基性無機顔料であるチタン酸バリウム粉A(BET比表面積5m2/g)、チタン酸バリウム粉B(BET比表面積10m2/g)及びチタン酸バリウム粉C(BET比表面積20m2/g)の30%スラリー組成物を以下のように調整した。
チタン酸バリウム粉末36g、高分子分散剤0.3g(有効分)を直径1mmのジルコニアビーズ150gと一緒に、250mLの容器に入れ、トルエン/エタノール=48/52(容積比)の混合溶媒を加えて、チタン酸バリウムの固形分濃度が30%になるように調整した。混合溶媒のsp値(計算値)は22.4であった。次いで、容器をペイントシェーカー(浅田鉄工社製)で1時間振とうし、解砕・分散させスラリー組成物を得た。このスラリー組成物の粒径を以下のように測定し、D50(体積分布で50%となる粒径)及びD90(体積分布で90%となる粒径)より微分散性能を評価した。D50の値が、チタン酸バリウムの平均粒径に近く、D90/D50比が小さいものは粒径分が狭く、微分散性が優れていることを示す。
スラリー組成物における塩基性無機顔料の粒径測定に使用する粒径測定装置として、光子相関法(動的光散乱法)の原理に基づいているシスメックス社製の粒度分布測定機ゼータサイザーナノZSを使用した。塩基性無機顔料、高分子分散剤及び非水系溶媒からなる非水系スラリーを、2mLの溶剤に1滴滴下し、希釈する。この希釈液を光路長10mmの硝子セルに1.2mL採取し、測定部に入れる。また、測定パラメータとして、無機顔料粒子の屈折率、分散媒(有機溶剤)の屈折率および粘度を入力する必要がある。例えば、無機顔料がチタン酸バリウムの場合、粒子屈折率2.40を用いた。また、分散媒として、トルエンを使用した場合は、分散媒屈折率1.491、サンプル粘度0.550を用い、トルエン/エタノール=48/52(容積比)混合溶剤を使用した場合は、分散媒屈折率1.423、サンプル粘度0.752を用いた。
高分子分散剤A〜Kを用いた実施例2−1〜2−15のスラリー組成物、高分子分散剤L〜Oを用いた比較例2−1〜2−4のスラリー組成物の結果を下記表2に示す。実施例2−1〜2−15のスラリー組成物は、(c)成分/(b)成分重量比が、0.05〜0.7の範囲にある高分子分散剤A〜Kを用いたものであり、各高分子分散剤は、トルエン/エタノール混合溶媒のsp値22.4との溶解度パラメータの差(△sp)が2.0以上である共重合性モノマー、ステアリルメタクリレート(sp値17.7)、メチルメタクリレート(sp値18.3)及びスチレン(sp値18.9)のいずれかを構成単位(c)として含む。
平均粒径200nmのチタン酸バリウム粉末36g、高分子分散剤B0.3g(有効分)を直径1mmのジルコニアビーズ150gと一緒に、250mLの容器に入れ、トルエンを加えて、チタン酸バリウムの固形分濃度が30%になるように調整してスラリー組成物を得た(実施例2−16)。高分子分散剤Bは、構成単位(c)として、トルエン溶媒のsp値18.3との溶解度パラメータの差(△sp)が1.0より小さい共重合性モノマー、ステアリルメタクリレート(sp値17.7)を含む。この実施例2−9のスラリー組成物の粒径を測定し、D50、D90、及びD90/D50比より微分散性を評価した。その結果を下記表3に示す。
マクロモノマーの合成
次に、下記製造例1〜5に記載のようにして、マクロモノマー合成し、マクロモノマー溶液を調製した。得られたマクロモノマー溶液の組成を下記表4に示す。
還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管及び攪拌装置を取り付けたセパラブルフラスコに、メチルメタクリレート(MMA) 34.8g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA) 45.2g、3−メルカプトプロピオン酸(MPA) 2.4g、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA) 16g、エタノール 16gを仕込み、窒素置換したあと、80℃で攪拌しながら、MMA 139.2g、HEMA 180.8g、MPA 9.6g、PGMEA 64g、エタノール 64g、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(V−65) 3.2gの混合液を3時間かけて滴下した。更に1時間、80℃で攪拌後、MPA 1.15g、V−65 3.2g、PGMEA 60g、エタノール 60gを加えた。更に、80℃で2時間攪拌した。40℃以下に冷却した後、テトラブチルアンモニウムブロマイド(TBAB) 6.0g、メトキシフェノール 0.62g、グリシジルメタクリレート(GMA) 21.2gを添加した。窒素ガス導入管を空気導入管に取り替え、空気バブリングを行いながら、90℃で15時間攪拌した。固形分調整のためPGMEAを添加し、片末端にメタクリロイル基を有するポリ(MMA/HEMA=50/50)マクロモノマー溶液を得た。GPC(溶媒:ジメチルホルムアミド)により求めた重量平均分子量は9480、固形分は60.2%であった。
還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管及び攪拌装置を取り付けたセパラブルフラスコに、MMA 51.6g、HEMA 28.4g、MPA 2.4g、トルエン 20g、エタノール 20gを仕込み、窒素置換したあと、80℃で攪拌しながら、MMA 206.4g、HEMA 113.6g、MPA 9.6g、トルエン 80g、エタノール 80g、V−65 3.2gの混合液を3時間かけて滴下した。更に1時間、80℃で攪拌後、MPA 1.15g、V−65 3.2g、トルエン 80g、エタノール 80gを加えた。更に、80℃で2時間攪拌した。40℃以下に冷却した後、TBAB 6.1g、メトキシフェノール 0.63g、GMA 21.6gを添加した。窒素ガス導入管を空気導入管に取り替え、空気バブリングを行いながら、90℃で15時間攪拌した。固形分調製のためPGMEAを添加し、片末端にメタクリロイル基を有するポリ(MMA/HEMA=70/30)マクロモノマー溶液を得た。GPC(溶媒:ジメチルホルムアミド)により求めた重量平均分子量は9770、固形分は53.6%であった。
還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管及び攪拌装置を取り付けたセパラブルフラスコに、MMA 51.6g、HEMA 28.4g、MPA 9.6g、PGMEA 16g、エタノール 16gを仕込み、窒素置換したあと、80℃で攪拌しながら、MMA 206.4g、HEMA 113.6g、MPA 38.4g、PGMEA 64g、エタノール 64g、V−65 3.2gの混合液を3時間かけて滴下した。更に1時間、80℃で攪拌後、MPA 1.15g、V−65 3.2g、PGMEA 80g、エタノール 80gを加えた。更に、80℃で2時間攪拌した。40℃以下に冷却した後、TBAB 22.4g、メトキシフェノール 2.3g、GMA 79.1gを添加した。窒素ガス導入管を空気導入管に取り替え、空気バブリングを行いながら、90℃で15時間攪拌した。固形分調製のためPGMEAを添加し、片末端にメタクリロイル基を有するポリ(MMA/HEMA=70/30)マクロモノマー溶液を得た。GPC(溶媒:ジメチルホルムアミド)により求めた重量平均分子量は3170、固形分は67.2%であった。
還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管及び攪拌装置を取り付けたセパラブルフラスコに、エチルメタクリレート(EMA) 80、MPA 2.8g、トルエン 40gを仕込み、窒素置換したあと、80℃で攪拌しながら、EMA 320g、 MPA 11.2g、トルエン 160g、V−65 3.2gの混合液を3時間かけて滴下した。更に1時間、80℃で攪拌後、MPA 1.15g、V−65 3.2g、トルエン 160gを加えた。更に、80℃で2時間攪拌した。40℃以下に冷却した後、TBAB 6.9g、メトキシフェノール 0.71g、GMA 24.4gを添加した。窒素ガス導入管を空気導入管に取り替え、空気バブリングを行いながら、90℃で15時間攪拌した。固形分調製のためエタノールを添加し、片末端にメタクリロイル基を有するポリ(EMA)マクロモノマー溶液を得た。GPC(溶媒:ジメチルホルムアミド)により求めた重量平均分子量は6220、固形分は55.1%であった。
還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管及び攪拌装置を取り付けたセパラブルフラスコに、ラウリルメタクリレート(LMA) 64g、HEMA 16g、MPA 2.4g、トルエン 20g、エタノール 20gを仕込み、窒素置換したあと、80℃で攪拌しながら、LMA 256g、HEMA 64g、MPA 9.6g、トルエン 80g、エタノール 80g、V−65 3.2gの混合液を3時間かけて滴下した。更に1時間、80℃で攪拌後、MPA 1.15g、V−65 3.2g、トルエン 80g、エタノール 80gを加えた。更に、80℃で2時間攪拌した。40℃以下に冷却した後、TBAB 6.1g、メトキシフェノール 0.63g、GMA 21.6gを添加した。窒素ガス導入管を空気導入管に取り替え、空気バブリングを行いながら、90℃で15時間攪拌した。固形分調製のためPGMEAを添加し、片末端にメタクリロイル基を有するポリ(LMA/HEMA=70/30)マクロモノマー溶液を得た。GPC(溶媒:ジメチルホルムアミド)により求めた重量平均分子量は9250、固形分は55.4%であった。
次に、酸性モノマー、疎水性モノマー、及び前記製造例1〜5で調製したマクロモノマーを用いて共重合体を合成し、高分子分散剤を調製した(実施例3−1〜3−11、比較例3−1〜3−4)。
共重合体(MAA/製造例1のマクロモノマー/SMA)の合成
還流管、攪拌装置、温度計、窒素導入管を取り付けた、セパラブルフラスコにステアリルメタクリレート(SMA:新中村化学社製 NK−エステル S;疎水性モノマー(c))3.0g、製造例1のマクロモノマー溶液(マクロモノマー(b))23.28g、メタクリル酸(MAA:和光純薬工業社製試薬;親水性モノマー(a))3.0g、エタノール(和光純薬工業社製試薬)8.36gを仕込み、窒素置換し、65℃に加熱する。槽内が65℃に到達後、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(V−65:和光純薬工業社製)0.6g、エタノール5.0gの混合物を添加した。その後、SMA27.0g、製造例1のマクロモノマー溶液209.48g、MAA27.0g、エタノール75.26g、V−65 5.4gの混合液を3時間かけて滴下した。65℃で3時間攪拌後、冷却した。濃度調整のためにエタノールを添加し、高分子分散剤溶液を得た。高分子分散剤溶液の不揮発分は40.3重量%で、高分子分散剤(共重合体)の重量平均分子量は67000であった。
下記表5に示す原料と仕込み量を用いて、実施例3−1と同様の方法にて、実施例3−2〜3−10及び比較例3−1〜3−4の共重合体を合成し、高分子分散剤溶液を得た。各高分子分散剤溶液の不揮発分と重量平均分子量も下記表5に記載する。なお、下記表5において、Stはスチレン、MPDは3−メルカプト−1,2−プロパンジオール、MMAはメチルメタクリレート(以上、すべて和光純薬工業社製試薬)を表す。
不揮発分={[サンプル量−(乾燥後の重さ−(シャーレの重さ+ガラス棒の重さ+無水硫酸ナトリウムの重さ))]/サンプル量}×100
溶離液を毎分1mlの流速で流し、40℃の高温槽中でカラムを安定させた。そこに試料溶液100μlを注入して測定を行った。試料の分子量は、予め作成した検量線に基づき算出した。検量線の作成には、以下の単分散ポリスチレンを標準試料として用いた。
測定装置:HLC−8120GPC(東ソー社製)
測定条件:試料溶液 0.5wt%N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)溶液
溶離液 :60mmol/L H3PO4,50mmol/L LiBr/ DMF
カラム :α−M + α−M(東ソー社製)
検出器 :示差屈折率
検量線 :東ソー社製 5.26×102、1.02×105、8.42×106;西尾工業社製 4.0×103、3.0×104、9.0×105(数字はそれぞれ分子量)
前記の実施例3−1〜3−10、比較例3−1〜3−4で調製した高分子分散剤(共重合体)を用い、塩基性無機顔料であるチタン酸バリウム粉(BET比表面積20m2/g、BET比表面積に基づく平均粒径50nm)の30%スラリー組成物を調製した(それぞれ、実施例3−11〜3−20、比較例3−5〜3−8)。
チタン酸バリウム粉末36g、実施例3−1の高分子分散剤1.44g(固形分(不揮発分)40.3重量%)を直径1mmのジルコニアビーズ150gと一緒に、250mLの容器に入れ、トルエン/エタノール=48/52(容積比)の混合溶媒を加えて、チタン酸バリウムの固形分濃度が30%になるように調整した。次いで、容器をペイントシェーカー(浅田鉄工社製)で1時間振とうし、解砕・分散させ、スラリー組成物を得た。
実施例3−11のスラリー組成物の調製方法と同様にして、実施例3−12〜3−20、比較例3−5〜3−8のスラリー組成物を得た。
スラリー組成物における塩基性無機顔料の粒径測定に使用する粒径測定装置として、光子相関法(動的光散乱法)の原理に基づいているシスメックス社製の粒度分布測定機ゼータサイザーナノZSを使用した。塩基性無機顔料、高分子分散剤及び非水系溶媒からなる非水系スラリーを、2mLの溶剤に1滴滴下し、希釈する。この希釈液を光路長10mmの硝子セルに1.2mL採取し、測定部に入れる。また、測定パラメータとして、無機顔料粒子の屈折率、分散媒(有機溶剤)の屈折率および粘度を入力する必要がある。例えば、無機顔料がチタン酸バリウムの場合、粒子屈折率2.40を用いた。また、分散媒として、トルエンを使用した場合は、分散媒屈折率1.491、サンプル粘度0.550を用い、トルエン/エタノール=48/52(容積比)混合溶剤を使用した場合は、分散媒屈折率1.423、サンプル粘度0.752を用いた。
スラリー組成物の粒径を前述のように測定し、D50(粒径対累積体積頻度グラフで小粒径側からの累積体積頻度が50%となる粒径)及びD90(粒径対累積体積頻度グラフで小粒径側からの累積体積頻度が90%となる粒径)より微分散性能を評価した。D50の値が、チタン酸バリウムの平均粒径(50nm)に近く、かつ、D90/D50比が小さいものは、粒径分布が狭く、微分散性が優れていることを示す。
Claims (6)
- 構成単位(a)を全構成単位中5〜45重量%、
構成単位(b)を全構成単位中50〜90重量%、及び、
構成単位(c)を構成単位(b)に対する重量比(構成単位(c)/構成単位(b))0.05〜0.7で含有する共重合体を含む、非水系溶媒中で用いる無機顔料用高分子分散剤であって、
構成単位(a)は、一般式(1)で表される構成単位であり、
構成単位(b)は、一般式(2−1)で表される構成単位(b−1)、又は、一般式(2−2)で表される繰り返し単位をもつ重合体主鎖の片末端にエチレン性不飽和二重結合を有する重量平均分子量が300〜30000であるマクロモノマーに由来する構成単位(b−2)であり、
構成単位(c)は、一般式(3)で表される構成単位である、無機顔料用高分子分散剤。
前記式(2−2)において、R9、R10、R11、R13、R14、及びR15は同一又は異なり、水素原子又は炭素数1〜2のアルキル基を示し、R12はアルコール性水酸基を有しない炭素数1〜4のアルキル基を示し、R16はアルコール性水酸基を有する炭素数1〜4のアルキル基を示し、n2及びn3は正の数であって繰り返し単位におけるモル分率を示し、n 2 とn 3 の比(n 2 /n 3 )は0.7〜19である。]
- 前記共重合体の重量平均分子量が1.5万〜10万である、請求項1記載の無機顔料用高分子分散剤。
- 前記共重合体の重量平均分子量が2000以上、15000未満である、請求項1記載の無機顔料用高分子分散剤。
- 請求項1から3のいずれかに記載の無機顔料用高分子分散剤を用いて塩基性無機顔料を非水系溶媒中で分散させることを含む分散方法であって、前記非水系溶媒の溶解度パラメータと前記無機顔料用高分子分散剤の構成単位(c)が由来するモノマーの溶解度パラメータとの差(Δsp)が2.0(MPa)1/2以上である、分散方法。
- 非水系溶媒、塩基性無機顔料、及び請求項1から3のいずれかに記載の無機顔料用高分子分散剤を含有するスラリー組成物。
- 前記塩基性無機顔料が、酸化マグネシウム、炭酸バリウム、酸化チタン、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、ジルコン酸バリウム、及びジルコン酸カルシウムからなる群から選択される金属酸化物又は複合酸化物である、請求項5記載のスラリー組成物。
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