JP5118850B2 - 有機顔料分散液の製造方法 - Google Patents
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Description
このようなナノメートルサイズの微粒子の大きさは、より大きなバルク粒子や、より小さな分子や原子の中間に位置し、従来にないサイズ領域であり、予想できなかった新たな特性を引き出しうることが指摘されている。しかも、この単分散性を高くできれば、その特性を安定化することも可能であり、このようなナノ粒子のもつ可能性はさまざまな分野で期待され、生化学、新規材料、電子素子、発光表示素子、印刷、医療などの広い分野で研究が盛んになりつつある。
特に、有機化合物からなる有機ナノ粒子は、有機化合物自体が多様性を有するため、機能性材料としてのそのポテンシャルは高い。例えば、ポリイミドは、耐熱性、耐溶剤性、機械的特性など、化学的および機械的に安定な材料であること、電気絶縁性が優れているなどのことから多く分野で利用されている。ポリイミドを微粒子化した材料には、ポリイミドの特性と形状との組み合わせにより、新しい利用が広がっている。例えば、微粒子化したポリイミドの利用の提案技術として、画像形成用の粉末トナーの添加剤とすること(特開平11−237760号公報)などが提案されている。
インクジェット用インクの色材については、従来、染料が用いられてきたが、耐水性や耐光性の面で問題があり、それを改良するために顔料が用いられるようになってきている。顔料インクにより得られた画像は、染料系のインクによる画像に較べて耐光性、耐水性に優れるという利点を有する。しかしながら、紙表面の空隙に染み込むことが可能なナノメートルサイズで単分散性を高くすることは難しく、紙への密着性に劣る。
また、デジタルカメラの高画素化に伴い、CCDセンサーなどの光学素子や表示素子に用いるカラーフィルターの薄層化が望まれている。カラーフィルターには有機顔料が用いられているが、フィルターの厚さは有機顔料の粒子径に大きく依存するため、ナノメートルサイズレベルで、しかも単分散で安定な微粒子の製造が望まれている。
中でも液相法は、簡易性および生産性に優れた有機粒子の製造法として注目されている(特開平6−79168号公報、特開2004−91560号公報など参照)。
この液相法で製造した有機粒子は、析出条件を溶媒種、注入速度、温度等で調整することにより結晶形や粒子表面の性質を調整でき、特開2004−91560号公報には、キナクリドン顔料の結晶形を貧溶媒種によって調整した例が記載されている。
またカラーフィルター用の有機顔料分散液では、その分散性を高めるため、カラーフィルターの製造に必要なアルカリ現像性と分散安定性との両性質を付与し得るポリマーや顔料分散剤を添加している(例えば、特開2000−239554号公報参照)。しかしながら、これらの方法では分散に時間がかかり、また粘度が上昇してしまうなどのために、要求を充足するには至っていない。
特開2004−123853号公報では、液相法によって調製した顔料粒子を用い、有機溶剤分散体として提供する例が記載されている。特開2004−123853号公報では、顔料を塩基性化合物および/または塩基性溶液に溶解させ、ついで液体の中性化合物および/または酸性化合物、または中性液体および/または酸性液体を添加することで、顔料を析出させる方法が記載されている。しかしながら、この手法で得られた有機顔料粒子は、一次粒子径が大きいものになってしまい、微粒子化の要求に、充分に答えられていなかった。
〔1〕良溶媒に溶解した有機顔料の溶液と、前記溶媒と相溶する前記有機顔料の貧溶媒とを混合し、その混合液中に前記有機顔料を微粒子として生成させ、該有機顔料微粒子を分散させた分散液とし、次いで、
該分散液の前記有機顔料微粒子を濃縮し、その後に前記有機顔料微粒子を有機溶媒中に再分散して分散液とするに際し、
前記濃縮の後に、下記重量平均分子量1000以上の高分子化合物を添加する有機顔料分散液の製造方法
[前記高分子化合物が、(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位の少なくとも1種および(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位の少なくとも1種を含有する共重合化合物である。]
〔2〕前記有機顔料微粒子の数平均粒径が1μm以下であることを特徴とする〔1〕に記載の有機顔料分散液の製造方法。
〔3〕前記(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が、下記一般式(1)で表される繰り返し単位であり、前記(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が、下記一般式(2)で表される繰り返し単位であることを特徴とする〔1〕または〔2〕に記載の有機顔料分散液の製造方法。
〔4〕前記(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が、前記一般式(1)で表される繰り返し単位であり、前記(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が、下記一般式(4)で表される繰り返し単位であることを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
〔5〕前記(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が、アクリル酸またはメタクリル酸から導かれた繰り返し単位であり、前記(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェネチルアクリレート、フェネチルメタクリレート、3−フェニルプロピルアクリレート、及び3−フェニルプロピルメタクリレートからなる群より選ばれた化合物から導かれた繰り返し単位であることを特徴とする〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
〔6〕前記有機顔料の貧溶媒が、水性溶媒、アルコール化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、エステル化合物溶媒、及びこれらの混合物からなる群より選ばれた溶媒であることを特徴とする〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
〔7〕前記有機顔料の良溶媒が、水性溶媒、アルコール化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、スルホキシド化合物溶媒、エステル化合物溶媒、アミド化合物溶媒、及びこれらの混合物からなる群より選ばれた溶媒であることを特徴とする〔1〕〜〔6〕のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
〔8〕前記有機顔料分散液が60質量%以上の有機溶剤を含有することを特徴とする〔1〕〜〔7〕のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
〔9〕前記有機顔料分散液の濃縮倍率を100〜3000倍程度とする〔1〕〜〔8〕のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
〔10〕前記有機微粒子100質量部に対して、前記高分子化合物を0.1〜1000質量部で含有させる〔1〕〜〔9〕のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
[有機粒子として用いられる材料]
本発明の有機粒子分散液の製造方法に用いられる有機材料は、有機顔料である。また、有機粒子は、単独で用いても、複数であっても、これらを組み合わせたものであってもよい。
好ましい有機顔料は、キナクリドン、ジケトピロロピロール、フタロシアニン、またはアゾである。
本発明の有機粒子分散液の製造方法において、2種類以上の有機顔料または有機顔料の固溶体を組み合わせて用いることもできる。
次に、有機顔料微粒子(以下、単に有機粒子ということがある。)を製造する方法について説明する。
本発明の有機粒子は、有機顔料微粒子(以下、有機材料と敷衍していうことがある。)を良溶媒に溶解した有機材料溶液と、有機材料の貧溶媒とを混合することにより有機粒子を得る、再沈法によって製造される(以下、「有機粒子再沈液」という)。
有機材料の貧溶媒について説明する。
有機材料の貧溶媒は、有機材料を溶解する良溶媒と相溶するもしくは均一に混ざるものであれば特に制限はない。有機材料の貧溶媒としては、有機材料の溶解度が0.02質量%以下であることが好ましく、0.01質量%以下であることがより好ましい。有機材料の貧溶媒への溶解度にとくに下限はないが、通常用いられる有機材料を考慮すると0.000001質量%以上が実際的である。この溶解度は酸またはアルカリの存在下で溶解された場合の溶解度であってもよい。また、良溶媒と貧溶媒との相溶性もしくは均一混合性は、良溶媒の貧溶媒に対する溶解量が30質量%以上であることが好ましく、50質量%以上であることがより好ましい。
貧溶媒としては、例えば、水性溶媒(例えば、水、または塩酸、水酸化ナトリウム水溶液)、アルコール化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、芳香族化合物溶媒、二硫化炭素溶媒、脂肪族化合物溶媒、ニトリル化合物溶媒、ハロゲン化合物溶媒、エステル化合物溶媒、イオン性液体、これらの混合溶媒などが挙げられ、水性溶媒、アルコール化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、エステル化合物溶媒、またはこれらの混合物が好ましく、水性溶媒、アルコール化合物溶媒またはエステル化合物溶媒がより好ましい。
アルコール化合物溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、n−プロピルアルコール、1−メトキシ−2−プロパノールなどが挙げられる。ケトン化合物溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンが挙げられる。エーテル化合物溶媒としては、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどが挙げられる。芳香族化合物溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエンなどが挙げられる。脂肪族化合物溶媒としては、例えば、ヘキサンなどが挙げられる。ニトリル化合物溶媒としては、例えば、アセトニトリルなどが挙げられる。ハロゲン化合物溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、トリクロロエチレンなどが挙げられる。エステル化合物溶媒としては、例えば、酢酸エチル、乳酸エチル、2−(1−メトキシ)プロピルアセテートなどが挙げられる。イオン性液体としては、例えば、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムとPF6 −との塩などが挙げられる。
良溶媒は用いる有機材料を溶解することが可能で、有機粒子作製時に用いる貧溶媒と相溶するもしくは均一に混ざるものであれば特に制限はない。有機材料の良溶媒への溶解性は有機材料の溶解度が0.2質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましい。有機材料の良溶媒への溶解度に特に上限はないが、通常用いられる有機材料を考慮すると50質量%以下であることが実際的である。この溶解度は酸またはアルカリの存在下で溶解された場合の溶解度であってもよい。貧溶媒と良溶媒との相溶性もしくは均一混合性の好ましい範囲は前述のとおりである。
良溶媒としては、例えば、水性溶媒(例えば、水、または塩酸、水酸化ナトリウム水溶液)、アルコール化合物溶媒、アミド化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、芳香族化合物溶媒、二硫化炭素、脂肪族化合物溶媒、ニトリル化合物溶媒、スルホキシド化合物溶媒、ハロゲン化合物溶媒、エステル化合物溶媒、イオン性液体、これらの混合溶媒などが挙げられ、水性溶媒、アルコール化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、スルホキシド化合物溶媒、エステル化合物溶媒、アミド化合物溶媒、またはこれらの混合物であることが好ましく、水性溶媒、アルコール化合物溶媒、エステル化合物溶媒、スルホキシド化合物溶媒、またはアミド化合物溶媒がより好ましく、水性溶媒、スルホキシド化合物溶媒またはアミド化合物溶媒がさらに好ましく、スルホキシド化合物溶媒またはアミド化合物溶媒が特に好ましい。
スルホキシド化合物溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキド、ヘキサメチレンスルホキシド、スルホランなどが挙げられる。アミド化合物溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、1−メチル−2−ピロリドン、2−ピロリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、2−ピロリジノン、ε−カプロラクタム、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルプロパンアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミドなどが挙げられる。
また、良溶媒に有機材料を溶解した有機材料溶液の濃度としては、溶解時の条件における有機材料の良溶媒に対する飽和濃度乃至これの1/100程度の範囲が好ましい。
有機材料溶液の調製条件に特に制限はなく、常圧から亜臨界、超臨界条件の範囲を選択できる。常圧での温度は−10〜150℃が好ましく、−5〜130℃がより好ましく、0〜100℃が特に好ましい。
使用される酸の量は、有機材料を均一に溶解可能な量であり、特に限定されないが、塩基に比べて過剰量用いられる場合が多い。無機酸および有機酸の場合を問わず、好ましくは有機材料に対して3〜500モル当量であり、より好ましくは10〜500モル当量であり、さらに好ましくは30〜200モル当量である。
有機材料溶液と貧溶媒とを混合する際は、有機材料溶液を貧溶媒に添加することが好ましく、その際貧溶媒が撹拌された状態であることがより好ましい。撹拌速度は100〜10000rpmが好ましく、150〜8000rpmがより好ましく、200〜6000rpmが特に好ましい。その添加にポンプ等を用いることもできるし、用いなくてもよい。また、液中添加でも液外添加でもよいが、液中添加がより好ましい。
有機材料溶液と貧溶媒の混合比(有機粒子再沈液中の良溶媒/貧溶媒比)は体積比で1/50〜2/3が好ましく、1/40〜1/2がより好ましく、1/20〜3/8が特に好ましい。
有機粒子再沈液の濃度は有機粒子を生成することができれば特に制限されないが、分散溶媒1000mlに対して有機粒子が10〜40000mgの範囲であることが好ましく、より好ましくは20〜30000mgの範囲であり、特に好ましくは50〜25000mgの範囲である。
また、粒子の単分散性を表す指標として、本発明においては、特に断りのない限り、体積平均粒径(Mv)と数平均粒径(Mn)の比(Mv/Mn)を用いる。有機粒子の濃縮方法に用いられる有機粒子分散液に含まれる粒子(一次粒子)の単分散性、つまりMv/Mnは、1.0〜2.0であることが好ましく、1.0〜1.8であることがより好ましく、1.0〜1.5であることが特に好ましい。
有機粒子の粒径の測定方法としては、顕微鏡法、重量法、光散乱法、光遮断法、電気抵抗法、音響法、動的光散乱法が挙げられ、顕微鏡法、動的光散乱法が特に好ましい。顕微鏡法に用いられる顕微鏡としては、例えば、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡などが挙げられる。動的光散乱法による粒子測定装置として、例えば、日機装社製ナノトラックUPA−EX150、大塚電子社製ダイナミック光散乱光度計DLS−7000シリーズなどが挙げられる。
次に、有機粒子再沈液を濃縮する方法について説明する。
有機粒子再沈液を濃縮する方法は、特に制限されないが、例えば、有機粒子再沈液に、抽出溶媒を添加混合し、有機粒子を該抽出溶媒相に濃縮抽出して、その濃縮抽出液をフィルターなどによりろ過して濃縮粒子液とする方法、遠心分離によって有機粒子を沈降させて濃縮する方法、加熱ないし減圧による溶媒を乾燥させて濃縮する方法、またはこれらの組合せなどが好ましく用いられる。濃縮後の有機粒子液(以下、「濃縮有機粒子液」ともいう。)の濃度は、1〜100質量%が好ましく、5〜100質量%がより好ましく、10〜100質量%が特に好ましい。
エステル化合物溶媒としては、例えば、2−(1−メトキシ)プロピルアセテート、酢酸エチル、乳酸エチルなどが挙げられる。アルコール化合物溶媒としては、例えば、n−ブタノール、イソブタノールなどが挙げられる。芳香族化合物溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。脂肪族化合物溶媒としては、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサンなどが挙げられる。また、抽出溶媒は上記の好ましい溶媒による純溶媒であっても、複数の溶媒による混合溶媒であってもよい。
抽出溶媒を添加した後、分散液と十分に接触するように攪拌混合することが好ましい。攪拌混合は通常の方法を用いることができる。抽出溶媒を添加し混合するときの温度に特に制限はないが、1〜100℃であることが好ましく、5〜60℃であることがより好ましい。抽出溶媒の添加、混合はそれぞれの工程を好ましく実施できるものであればどのような装置を用いてもよいが、例えば、分液ロート型の装置を用いて実施できる。
遠心分離による有機粒子の濃縮に用いられる遠心分離機は有機粒子再沈液(または有機粒子濃縮抽出液)中の有機粒子を沈降させることができればどのような装置を用いてもよい。遠心分離機としては、例えば、通常の装置の他にもスキミング機能(回転中に上澄み層を吸引し、系外に排出する機能)付きのものや、連続的に固形物を排出する連続遠心分離機などが挙げられる。
遠心分離条件は、遠心力(重力加速度の何倍の遠心加速度がかかるかを表す値)で50〜10000が好ましく、100〜8000がより好ましく、150〜6000が特に好ましい。遠心分離時の温度は、分散液の溶剤種によるが、−10〜80℃が好ましく、−5〜70℃がより好ましく、0〜60℃が特に好ましい。
減圧乾燥による有機粒子の濃縮に用いられる装置は有機粒子再沈液(または有機粒子濃縮抽出液)の溶媒を蒸発させることができれば特に制限はない。例えば、汎用の真空乾燥器およびロータリーポンプや、液を撹拌しながら加熱減圧乾燥できる装置、液を加熱減圧した管中に通すことによって連続的に乾燥ができる装置等が挙げられる。
加熱減圧乾燥温度は30〜230℃が好ましく、35〜200℃がより好ましく、40〜180℃が特に好ましい。減圧時の圧力は、100〜100000Paが好ましく、300〜90000Paがより好ましく、500〜80000Paが特に好ましい。
本発明の製造方法によれば、濃縮により、凝集状態にある有機粒子を、微細分散化することができる(本発明において、微細分散化とは、分散液中の粒子の凝集を解き分散度を高めることをいう)。
上述した抽出溶媒、遠心分離、乾燥などにより濃縮化した有機粒子液に含まれる有機粒子は、通常、その濃縮化により凝集を起こしている。速やかなフィルターろ過を可能とするため、より凝集させた状態として得ることもある。
そのため、通常の分散化方法を用いて分散化した程度では微粒子化に不十分であり、さらに微細化効率の高い方法が必要となる。このような凝集有機粒子においても(本発明において、凝集有機粒子とは、凝集体など有機粒子が二次的な力で集まっているものをいう。)、本発明の有機粒子分散液の製造方法によれば、有機粒子分散液に重量平均分子量1000以上の高分子化合物を含有させているため、有機粒子を良好に微細分散化することができる。
本発明の製造方法に用いられる重量平均分子量1000以上の高分子化合物は重量平均分子量1000以上である限り特に限定されないが、重量平均分子量3000以上のものが好ましく、重量平均分子量5000以上のものがより好ましい。
前記重量平均分子量1000以上の高分子化合物は、(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位の少なくとも1種および(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位の少なくとも1種を含有する共重合化合物である。
前記(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位として、下記一般式(1)で表される繰り返し単位であることが好ましく、アクリル酸またはメタクリル酸から導かれた繰り返し単位であることがより好ましく、前記(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位として、下記一般式(2)で表される繰り返し単位であることが好ましく、下記一般式(4)で表される繰り返し単位であることがより好ましく、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェネチルアクリレート、フェネチルメタクリレート、3−フェニルプロピルアクリレート、または3−フェニルプロピルメタクリレートから導かれた繰り返し単位であることが特に好ましい。
また、(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位と、前記(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位との重合比率としていえば、繰り返し単位(A)の全繰り返し単位数に対する数量比%が3〜40であることが好ましく、5〜35であることがより好ましい。
本発明において「分子量」は、特に断らない限り、重量平均分子量をいう。前記分子量の測定方法としては、クロマトグラフィー法、粘度法、光散乱法、沈降速度法等が挙げられる。本発明では、特に断らない限りクロマトグラフィー法により測定した重量平均分子量を用いる。
溶媒に溶解した溶液で添加する場合の、前記重量平均分子量1000以上の高分子化合物の濃度は、特に制限されないが、1〜70質量%が好ましく、2〜65質量%がより好ましく、3〜60質量%が特に好ましい。
前記重量平均分子量1000以上の高分子化合物の添加は、再沈法による有機粒子の形成時(またはその前後)、抽出または濃縮時(またはその前後)、濃縮後の凝集有機粒子の分散時(またはその前後)、それらの工程が終了したのち、のいずれに添加してもよく、また、これらの組み合わせでもよいが、濃縮後の凝集有機粒子の分散時にバインダとして添加することが好ましい。
分子量1000以上の高分子化合物しては、例えば、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリエチレンオキシド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアクリルアミド、ビニルアルコール−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール−部分ホルマール化物、ポリビニルアルコール−部分ブチラール化物、ビニルピロリドン−酢酸ビニル共重合体、ポリエチレンオキシド/プロピレンオキシドブロック共重合体、ポリアミド、セルロース誘導体、澱粉誘導体などが挙げられる。その他、アルギン酸塩、ゼラチン、アルブミン、カゼイン、アラビアゴム、トンガントゴム、リグニンスルホン酸塩などの天然高分子化合物類も使用できる。
酸性基を有する化合物としては、ポリビニル硫酸、縮合ナフタレンスルホン酸等が挙げられる。
カルボキシル基を有する化合物としては、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、側鎖にカルボキシル基を有するセルロース誘導体等があげられる。(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位の少なくとも1種および(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位の少なくとも1種を含む共重合化合物としては、特開昭59−44615号公報、特公昭54−34327号公報、特公昭58−12577号公報、特公昭54−25957号公報、特開昭59−53836号公報及び特開昭59−71048号公報に記載されているようなメタクリル酸共重合体、アクリル酸共重合体、イタコン酸共重合体、クロトン酸共重合体、マレイン酸共重合体、部分エステル化マレイン酸共重合体等を挙げることができる。また、特に好ましい例として、米国特許第4139391号明細書に記載のアクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸−メタクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸−メタクリル酸エステル共重合体や、アクリル酸またはメタクリル酸と、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルと、他のビニル化合物の多元共重合体を挙げることができる。
ビニル化合物の例としては、スチレン又は置換されたスチレン(例えばビニルトルエン、ビニルエチルベンゼン)、ビニルナフタリン又は置換されたビニルナフタリン、アクリルアミド、メタアクリルアミド、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等が挙げられ、スチレンが好ましい。
これら化合物は1種のみを用いてもよいし、2種以上組み合わせて使用してもよく、分子量1000未満の化合物と併用してもよい。
エステル化合物溶媒としては、例えば、2−(1−メトキシ)プロピルアセテート、酢酸エチル、乳酸エチルなどが挙げられる。アルコール化合物溶媒としては、例えば、n−ブタノール、イソブタノールなどが挙げられる。芳香族化合物溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられる。脂肪族化合物溶媒としては、例えば、n−ヘキサン、シクロヘキサンなどが挙げられる。ケトン化合物溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。
顔料性分散剤とは、親物質としての有機顔料から誘導され、その親構造を化学修飾することで製造される顔料性分散剤と定義する。例えば、糖含有顔料分散剤、ピペリジル含有顔料分散剤、ナフタレンまたはペリレン誘導顔料分散剤、メチレン基を介して顔料親構造に連結された官能基を有する顔料分散剤、ポリマーで化学修飾された顔料親構造、スルホン酸基を有する顔料分散剤、スルホンアミド基を有する顔料分散剤、エーテル基を有する顔料分散剤、あるいはカルボン酸基、カルボン酸エステル基またはカルボキサミド基を有する顔料分散剤などがある。
また、特開2000−239554公報に記載の一般式(I)で表される分散物も、好ましく用いられる。
分散剤の含有量は、顔料の均一分散性および保存安定性をより一層向上させるために、顔料100質量部に対して0.1〜1000質量部の範囲であることが好ましく、より好ましくは1〜500質量部の範囲であり、さらに好ましくは10〜250質量部の範囲である。0.1質量部未満であると有機顔料微粒子の分散安定性の向上が見られない場合がある。
(実施例1)
1−メチル−2−ピロリドンと、1mol/L 水酸化ナトリウム水溶液とを6:1で混合した溶液に、顔料(ピグメントレッド254)を15mmol/Lとなるよう溶解した顔料溶液を調製した。これとは別に、貧溶媒として水を準備した。
ここで、1℃に温度コントロールし、藤沢薬品工業社製GK−0222−10型ラモンドスターラーにより500rpmで攪拌した貧溶媒の水1000mlに、顔料溶液を、日本精密化学社製NP−KX−500型大容量無脈流ポンプを用いて流速50ml/minで100ml注入することにより、有機顔料粒子分散液を調製した。
調製した有機粒子分散液を、日機装社製ナノトラックUPA−EX150を用いて測定し、粒径、単分散度を評価したところ、数平均粒径31nm、単分散度1.40であった。
調製した有機顔料粒子分散液(顔料粒子濃度約0.05質量%)に500mlの2−(1−メトキシ)プロピルアセテートを加えて25℃で10分間、500rpmで攪拌した後1日静置し、顔料粒子を2−(1−メトキシ)プロピルアセテート相に抽出し、濃縮抽出液とした。
顔料粒子を抽出した濃縮抽出液を、住友電工ファインポリマ社製FP−010型フィルタを用いて、ろ過することにより、ぺースト状の濃縮顔料液[I](顔料粒子濃度30質量%)を得た。
ペースト状の濃縮顔料液[I] 21.3g
顔料分散剤A 0.6g
メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体* 15.8g
1−メトキシ−2−プロピルアセテート 42.3g
* 共重合モル比28/72、重量平均分子量:3万、40質量%1−メトキシ−2−プロピルアセテート溶液
試料顔料液の性能を評価するために、膜試料を作製した。上記のとおり得られた試料顔料液(1)〜(5)をミカサ社製スピンコーター1H−D7で75mm×75mmのガラス基板に塗布し、ホットプレートで100℃で2分乾燥することにより、膜試料(1)〜(5)を作製した。
ジメチルスルホキシドと8mol/l 水酸化カリウム水溶液を6:1で混合した溶液に、顔料(ピグメントレッド254)を150mmol/Lとなるよう溶解した顔料溶液を調製した。これとは別に、貧溶媒として水を準備した。
ここで、1℃に温度コントロールし、藤沢薬品工業社製GK−0222−10型ラモンドスターラーにより500rpmで攪拌した貧溶媒の水1000mlに、顔料溶液を、日本精密化学社製NP−KX−500型大容量無脈流ポンプを用いて流速50ml/minで100ml注入することにより、有機顔料粒子分散液を調製した。
調製した有機粒子分散液を、日機装社製ナノトラックUPA−EX150を用いて測定し、粒径、単分散度を評価したところ、数平均粒径32nm、単分散度1.41であった。
調製した有機顔料粒子分散液(顔料粒子濃度約0.5質量%)に500mlの2−(1−メトキシ)プロピルアセテートを加えて25℃で10分間、500rpmで攪拌した後1日静置し、顔料粒子を2−(1−メトキシ)プロピルアセテート相に抽出し、濃縮抽出液とした。
顔料粒子を抽出した濃縮抽出液を、住友電工ファインポリマ社製FP−010型フィルターを用いて、ろ過することにより、ぺースト状の濃縮顔料液[II](顔料粒子濃度35質量%)を得た。
顔料分散剤A 0.6g
メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体* 15.8g
1−メトキシ−2−プロピルアセテート 45.3g
* 共重合モル比28/72、重量平均分子量:3万、40質量%1−メトキシ−2−プロピルアセテート溶液
実施例1において、メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体をメタクリル酸/メタクリル酸ベンジル/スチレン共重合体 15.8g(モル比27:60:13、重量平均分子量:2万8千、40質量%1-メトキシ-2-プロピルアセテート溶液)とした以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(11)〜(15)を作製した。
得られた試料顔料液(11)〜(15)を実施例1と同様にして膜試料(11)〜(15)を作製した。
実施例1において、メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体をメタクリル酸/メタクリル酸プロピル/スチレン共重合体 15.8g(モル比26:62:12、重量平均分子量:2万9千、40質量%1-メトキシ-2-プロピルアセテート溶液)とした以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(16)〜(20)を作製した。
得られた試料顔料液(16)〜(20)を実施例1と同様にして膜試料(16)〜(20)を作製した。
実施例1において、メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体をメタクリル酸/メタクリル酸メチル/スチレン共重合体 15.8g(モル比25:62:13、重量平均分子量:3万、40質量%1-メトキシ-2-プロピルアセテート溶液)とした以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(21)〜(25)を作製した。
得られた試料顔料液(21)〜(25)を実施例1と同様にして膜試料(21)〜(25)を作製した。
実施例1において、メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体をポリアクリル酸 15.8g(重量平均分子量:3万3千、40質量%1-メトキシ-2-プロピルアセテート溶液)とした以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(26)〜(30)を作製した。
得られた試料顔料液(26)〜(30)を実施例1と同様にして膜試料(26)〜(30)を作製した。
実施例1において、メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体をポリビニル硫酸 15.8g(重量平均分子量:3万2千、40質量%1-メトキシ-2-プロピルアセテート溶液)とした以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(31)〜(35)を作製した。
得られた試料顔料液(31)〜(35)を実施例1と同様にして膜試料(31)〜(35)を作製した。
実施例1において、前記メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体をポリビニルアルコール 15.8g(重量平均分子量:3万1千、40質量%1-メトキシ-2-プロピルアセテート溶液)とした以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(26)〜(30)を作製した。
得られた試料顔料液(36)〜(40)を実施例1と同様にして膜試料(36)〜(40)を作製した。
実施例1において、顔料分散剤Aを添加しない以外は実施例1と同様にして試料顔料液(41)〜(45)を作製した。
得られた試料顔料液(41)〜(45)を実施例1と同様にして膜試料(41)〜(45)を作製した。
実施例1において、前記メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体を、メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体(共重合モル比28/72、重量平均分子量:1万、40質量%1−メトキシ−2−プロピルアセテート溶液)とした以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(46)〜(50)を作製した。
得られた試料顔料液(46)〜(50)を実施例1と同様にして膜試料(46)〜(50)を作製した。
実施例1において、前記メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体を、メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体(共重合モル比28/72、重量平均分子量:4千、40質量%1−メトキシ−2−プロピルアセテート溶液)とした以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(51)〜(55)を作製した。
得られた試料顔料液(51)〜(55)を実施例1と同様にして膜試料(51)〜(55)を作製した。
実施例1において、ペースト状の濃縮顔料液[I]に替えてピグメントレッド254(粉末試料)6.4gを用い、1−メトキシ−2−プロピルアセテートの量を57.2gにした以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(56)〜(60)を作製した。得られた試料顔料液(56)〜(60)から、実施例1と同様にして膜試料(56)〜(60)を作製した。
実施例1において、メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体を添加しない以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(61)〜(65)を調製した。得られた試料顔料液(61)〜(65)を実施例1と同様にして膜試料(61)〜(65)の作製を試みたが、膜を形成せず、試料が得られなかった。
実施例1において、前記メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体を、メタクリル酸/メタクリル酸ベンジル共重合体(共重合モル比28/72、重量平均分子量:800、40質量%1−メトキシ−2−プロピルアセテート溶液)とした以外は、実施例1と同様にして試料顔料液(66)〜(70)を作製した。
得られた試料顔料液(66)〜(70)を実施例1と同様にして膜試料(66)〜(70)を作製した。
膜試料(1)〜(70)を光学顕微鏡(500倍)で観察し、175μm×130μmの部分をとりこみ、該画像を122万画素に分割して、濃度のばらつきを変動係数(=濃度の標準偏差/濃度の平均値)で評価した。また、膜試料の散乱をアジレント(Agilent)社製8453型分光光度計により吸光度を測定し、700nmの吸光度で評価した。吸光度0.02以下を○、0.02〜0.05を△、0.05以上を×とした。結果を表3、4に示す。
さらに、従来の有機顔料の分散方法である各種の分散機(ロールミル、ボールミル、アトライター等)による顔料分散においては、さらなる微細化が進行し、粘度が上昇してしまい、分散機からの取り出しが困難となったり、パイプラインによる輸送ができなくなったり、更には貯蔵中にゲル化して使用不能となったりすることもあった。したがって、従来の方法以上に濃度の均一な膜を形成することができる顔料分散液を提供することは困難であった。
一方、本発明の有機粒子分散液の製造方法によれば、従来の方法以上に有機粒子が微細化された状態と、流動性に優れた状態を同時に達成でき、しかも粘度の上昇も生じないため、従来の方法以上に濃度の均一な膜を形成しうる顔料分散液を提供できる。
さらに、従来方法と同等の濃度の均一な膜を、半分以下の時間で得ることができた。このことから大幅な効率アップを達成できることがわかる。
さらに、前記重量平均分子量1000以上の高分子化合物がカルボキシル基を有する化合物の場合に、とりわけカルボキシル基を有する化合物の少なくとも1種から導かれた繰り返し単位と、カルボン酸エステル基を有する化合物の少なくとも1種から導かれた繰り返し単位を含有する共重合化合物の場合に、特にはカルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が一般式(1)で表されるものであり、カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が一般式(2)で表されるものである場合に、さらなる効率アップを達成できることもわかった。
試薬 製造元
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
ピグメントレッド254(イルガフォアレッド) チバ・スペシャルティ・
ケミカルズ社製
1−メチル−2−ピロリドン 和光純薬社製
2−(1−メトキシ)プロピルアセテート 和光純薬社製
ジメチルスルホキシド 和光純薬社製
1mol/l 水酸化ナトリウム水溶液 和光純薬社製
8mol/l 水酸化カリウム水溶液 和光純薬社製
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
Claims (10)
- 良溶媒に溶解した有機顔料の溶液と、前記溶媒と相溶する前記有機顔料の貧溶媒とを混合し、その混合液中に前記有機顔料を微粒子として生成させ、該有機顔料微粒子を分散させた分散液とし、次いで、
該分散液の前記有機顔料微粒子を濃縮し、その後に前記有機顔料微粒子を有機溶媒中に再分散して分散液とするに際し、
前記濃縮の後に、下記重量平均分子量1000以上の高分子化合物を添加する有機顔料分散液の製造方法
[前記高分子化合物が、(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位の少なくとも1種および(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位の少なくとも1種を含有する共重合化合物である。] - 前記有機顔料微粒子の数平均粒径が1μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の有機顔料分散液の製造方法。
- 前記(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が、下記一般式(1)で表される繰り返し単位であり、前記(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が、下記一般式(2)で表される繰り返し単位であることを特徴とする請求項1または2に記載の有機顔料分散液の製造方法。
- 前記(A)カルボキシル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が、アクリル酸またはメタクリル酸から導かれた繰り返し単位であり、前記(B)カルボン酸エステル基を有する化合物から導かれた繰り返し単位が、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェネチルアクリレート、フェネチルメタクリレート、3−フェニルプロピルアクリレート、及び3−フェニルプロピルメタクリレートからなる群より選ばれた化合物から導かれた繰り返し単位であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
- 前記有機顔料の貧溶媒が、水性溶媒、アルコール化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、エステル化合物溶媒、及びこれらの混合物からなる群より選ばれた溶媒であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
- 前記有機顔料の良溶媒が、水性溶媒、アルコール化合物溶媒、ケトン化合物溶媒、エーテル化合物溶媒、スルホキシド化合物溶媒、エステル化合物溶媒、アミド化合物溶媒、及びこれらの混合物からなる群より選ばれた溶媒であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
- 前記有機顔料分散液が60質量%以上の有機溶剤を含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
- 前記有機顔料分散液の濃縮倍率を100〜1000倍程度とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
- 前記有機微粒子100質量部に対して、前記高分子化合物を0.1〜1000質量部で含有させる請求項1〜9のいずれか1項に記載の有機顔料分散液の製造方法。
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