JP5584847B1 - 4級アンモニウム塩化合物 - Google Patents

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Abstract

顔料分散体の微粒化及び保存安定性に優れる、新規な4級アンモニウム塩化合物、それを含有する分散剤、化合物の使用、及び4級アンモニウム塩化合物の製造方法を提供することを課題とする。
[1]一般式(I)で表される4級アンモニウム塩化合物、[2]前記[1]の化合物を含有する分散剤、[3]顔料を分散するための、前記[1]の化合物の使用、[4]一般式(II)で表されるハロゲン化アルキルエステル化合物と、一般式(III)で表されるポリアミン化合物とを反応させる、一般式(I)で表される、4級アンモニウム塩化合物の製造方法。

Description

本発明は、4級アンモニウム塩化合物に関し、より詳細には、分散剤として有用な、4級アンモニウム基を有する化合物、それを含有する分散剤、化合物の使用、及び4級アンモニウム塩化合物の製造方法に関する。
近年、電子部品、電池、印刷、液晶表示等の産業分野の発展に伴い、機能性粒子を溶媒に分散させた分散体の需要が高まっている。さらには、顔料等の表面に極性を有する粒子を、有機溶媒等の非水系溶媒に分散させることのできる分散剤の開発が盛んに行われている。
このような分散剤を用いて、例えば顔料を有機溶媒に分散することで、非水系顔料分散体が得られる。液晶表示装置に用いられるカラーフィルターは、前記非水系顔料分散体に、樹脂等を配合した着色組成物をガラス等の透明基板に塗工した後、露光・硬化、現像、熱硬化させるフォトリソグラフィー法等によって製造されている。非水系顔料分散体の製造に用いられる油中分散剤としては、グラフトポリマー等の高分子分散剤が知られており、様々な要求性能を満たすために、分散剤の改良検討が行われている。
例えば、特許文献1には、分散媒体と顔料表面との濡れ(親和性)を向上させ、顔料分散性と塗工適性の両立を目的として、エチレンオキサイド鎖とプロピレンオキサイド鎖を有する構成単位を有し、且つ四級化剤により四級化されたアミノ基を有するポリウレタン系分散剤を含有することを特徴とする顔料分散物が開示されている。
特許文献2には、塗工時に乾燥凝集物が発生した際、乾燥凝集物を容易に除去することを目的として、一部がハロゲン化アリル及び/又はハロゲン化アラルキルと塩形成したアミノ基を有するブロック共重合体を含有することを特徴とする顔料分散液が開示されている。
特許文献3には、高透過、高濃度の要求を満たし、かつ、良好な塗工適性を提供することを目的として、バインダ樹脂と側鎖に四級アンモニウム塩基を有するAブロックと、四級アンモニウム塩基を有さないBブロックとからなるA−Bブロック共重合体及び/又はB−A−Bブロック共重合体を含有することを特徴とする着色樹脂組成物が開示されている。
特開2009−175613号公報 特開2011−75846号公報 特開2008−248255号公報
すなわち本発明は、[1]〜[4]に関する。
[1]一般式(I)で表される4級アンモニウム塩化合物。
Figure 0005584847
〔式中、R1、R2、R3及びR4は、同一又は異なっていてもよく、水素原子の一部が水酸基で置換されていてもよい炭素数1以上10以下の炭化水素基を示し、R5は炭素数1以上18以下のアルカンジイル基(ただしR1と隣接しているR5は単結合を示す)を示し、R6は炭素数1以上4以下のアルカンジイル基を示し、R7は炭素数2以上4以下のアルカンジイル基を示し、R8は炭素数1以上18以下の脂肪族炭化水素基を示し、aは平均付加モル数を示し、1以上100以下であり、(M1-及び(M2-はそれぞれ独立にアニオンを示し、n、m、kは構造単位のモル数を示し、(n+m+k)は2以上22以下の整数であり、nは1以上22以下の整数であり、mは0以上21以下の整数であり、kは0以上21以下の整数である。なお、R7Oは、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよく、各構造単位はいかなる配列順序であってもよい。〕
[2] [1]の化合物を含有する分散剤。
[3] 顔料を分散するための、[1]の化合物の使用。
[4] 一般式(II)で表されるハロゲン化アルキルエステル化合物と、一般式(III)で表されるポリアミン化合物とを反応させる、一般式(I)で表される、4級アンモニウム塩化合物の製造方法。
Figure 0005584847
〔式(II)中、R6、R7、R8及びaは前述のものと同様であり、Xはハロゲン原子を示す。〕
Figure 0005584847
〔式(III)中、R1、R2、R4、R5及び(n+m+k)は前述のものと同様である。〕
図1は化合物(8)のNMRチャートである。
例えば、カラーフィルターにおいては、コントラストを向上させるため、顔料をより微細化することが行われる。しかしながら、顔料等の粒子は微細化することよって粒子同士の凝集力が高まるため、分散体中で粒子同士の凝集が起こり、粒径が増大する。そのため、微細化した粒子を含む分散体の保存安定性は、低下する傾向がある。
そこで、顔料等の粒子表面への吸着に優れる吸着基と溶媒への親和性に優れる分散基を導入した分散剤を用いて、分散特性を向上させる検討が行われている。しかしながら、分散体の微粒化と凝集抑制に改善の余地を有するものであった。そのため、顔料等の粒子を微粒化でき、さらに保存安定性にも優れる分散体を製造することのできる分散剤が望まれている。
本発明は、顔料等の粒子の分散体の微粒化及び保存安定性に優れる、新規な4級アンモニウム塩化合物、それを含有する分散剤、化合物の使用、及び4級アンモニウム塩化合物の製造方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、顔料等の粒子の分散体において、下記一般式(I)で表される4級アンモニウム塩化合物(以下「本発明の化合物」ともいう)を用いることで、顔料等の粒子の微粒化及び得られる分散体の保存安定性に優れることを見出した。
すなわち本発明は、[1]〜[4]に関する。
[1]一般式(I)で表される4級アンモニウム塩化合物。
Figure 0005584847
〔式中、R1、R2、R3及びR4は、同一又は異なっていてもよく、水素原子の一部が水酸基で置換されていてもよい炭素数1以上10以下の炭化水素基を示し、R5は炭素数1以上18以下のアルカンジイル基(ただしR1と隣接しているR5は単結合を示す)を示し、R6は炭素数1以上4以下のアルカンジイル基を示し、R7は炭素数2以上4以下のアルカンジイル基を示し、R8は炭素数1以上18以下の脂肪族炭化水素基を示し、aは平均付加モル数を示し、1以上100以下であり、(M1-及び(M2-はそれぞれ独立にアニオンを示し、n、m、kは構造単位のモル数を示し、(n+m+k)は2以上22以下の整数であり、nは1以上22以下の整数であり、mは0以上21以下の整数であり、kは0以上21以下の整数である。なお、R7Oは、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよく、各構造単位はいかなる配列順序であってもよい。〕
[2] [1]の化合物を含有する分散剤。
[3] 顔料を分散するための、[1]の化合物の使用。
[4] 一般式(II)で表されるハロゲン化アルキルエステル化合物と、一般式(III)で表されるポリアミン化合物とを反応させる、一般式(I)で表される、4級アンモニウム塩化合物の製造方法。
Figure 0005584847
〔式(II)中、R6、R7、R8及びaは前述のものと同様であり、Xはハロゲン原子を示す。〕
Figure 0005584847
〔式(III)中、R1、R2、R4、R5及び(n+m+k)は前述のものと同様である。〕
本発明によれば、顔料等の粒子の分散体中での微粒化、及び当該分散体の保存安定性に優れる新規な化合物、それを含有する分散剤、化合物の使用、及び4級アンモニウム塩化合物の製造方法を提供することができる。
本発明は、上記一般式(I)で表される4級アンモニウム塩化合物及びそれを含有する分散剤である。本発明の化合物及びそれを含有する分散剤は、分散体中の粒子の微粒化、及び保存安定性に優れる。その理由は定かではないが、次のように考えられる。以下、分散体としてカラーフィルター用顔料分散体を例として説明する。
本発明の化合物は、溶媒親和性が高いアルコキシポリアルキレングリコール基と、顔料表面への強い吸着性を長期的に維持できる4級アンモニウム基とを有する。カラーフィルター用顔料分散体に対して顔料分散剤として本発明の化合物を使用した場合、本発明の化合物のアルコキシポリアルキレングリコール基が溶媒中に広がるため、顔料粒子間に強い斥力が生じ、顔料同士の凝集を有効に抑えることが可能であると考えられる。また、本発明の化合物は、高分子化合物でありながら分子あたりの4級アンモニウム基の数を精密に制御できるため、顔料分散体中の顔料微粒子に対する吸着の均一性が向上し、さらには凝集の原因となる微粒子間の架橋吸着が極めて起こりにくい。そのため分散時の微粒化に優れ、保存安定性が優れるものと考えられる。但し、これらは推定であって、本発明はこれらのメカニズムに限定されない。
以下、本発明の化合物の構造、その製造方法、及びその用途等について説明する。
本発明の化合物は、下記一般式(I)で表される。
Figure 0005584847
式中、R1、R2、R3及びR4は、同一又は異なっていてもよく、水素原子の一部が水酸基で置換されていてもよい炭素数1以上10以下の炭化水素基を示し、R5は炭素数1以上18以下のアルカンジイル基(ただしR1と隣接しているR5は単結合を示す)を示し、R6は炭素数1以上4以下のアルカンジイル基を示し、R7は炭素数2以上4以下のアルカンジイル基を示し、R8は炭素数1以上18以下の脂肪族炭化水素基を示し、aは平均付加モル数を示し、1以上100以下であり、(M1-及び(M2-はそれぞれ独立にアニオンを示し、n、m、kは構造単位のモル数を示し、(n+m+k)は2以上22以下の整数であり、nは1以上22以下の整数であり、mは0以上21以下の整数であり、kは0以上21以下の整数である。なお、R7Oは、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよく、各構造単位はいかなる配列順序であってもよい。
(n+m+k)は、分散性及び保存安定性の観点から、22以下の整数であり、好ましくは11以下の整数、より好ましくは7以下の整数、更に好ましくは4以下の整数であり、また、2以上の整数である。また(n+m+k)は、優れた分散性及び保存安定性の観点から、更に好ましくは2又は3、更により好ましくは2である。
nは、分散性及び保存安定性の観点から、22以下の整数であり、好ましくは11以下の整数、より好ましくは7以下の整数、更に好ましくは4以下の整数、更により好ましくは3以下の整数であり、また、1以上の整数であり、好ましくは2以上の整数である。またnは、優れた分散性及び保存安定性の観点から、更に好ましくは2又は3、更により好ましくは2である。
mは、分散性及び保存安定性の観点から、21以下の整数であり、好ましくは9以下の整数、より好ましくは5以下の整数、更に好ましくは2以下の整数であり、また、0以上の整数である。またmは、優れた分散性及び保存安定性の観点から、更に好ましくは0又は1であり、高い分散性の観点からは、好ましくは0である。また、高い保存安定性の観点からは、好ましくは1である。
kは、分散性及び保存安定性の観点から、21以下の整数であり、好ましくは9以下の整数、より好ましくは5以下の整数、更に好ましくは1以下の整数であり、また、0以上の整数である。またkは、優れた分散性及び保存安定性の観点から、更に好ましくは0又は1、更により好ましくは0である。
本発明において、一般式(I)で表される化合物は、n、m又はkの異なる複数の化合物の混合物であってもよい。
その場合、(n+m+k)の平均値(n+m+k)avは、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは3.2以下であり、また、高い分散性の観点からは、好ましくは2.5以下、より好ましくは2.2以下である。また、高い保存安定性の観点からは、好ましくは2.0以上、より好ましくは2.5以上、更に好ましくは2.8以上である。
nの平均値navは、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは3以下、更により好ましくは2.5以下、より更に好ましくは2.2以下であり、また同様の観点から、好ましくは1.0以上、より好ましくは1.5以上、更に好ましくは1.7以上、更により好ましくは1.9以上であり、より更に好ましくは2である。
mの平均値mavは、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは9以下であり、より好ましくは3以下、更に好ましくは1.3以下であり、また、高い分散性の観点からは好ましくは0.5以下、より好ましくは0.2以下である。また、高い保存安定性の観点からは、好ましくは0以上であり、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.2以上である。
kの平均値kavは、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは9以下であり、より好ましくは3以下、更に好ましくは1.2以下であり、更により好ましくは0.5以下、更により好ましくは0.2以下であり、また、好ましくは0以上であり、更により好ましくは0である。
nの平均値navと(n+m+k)の平均値(n+m+k)avとの比(nav/(n+m+k)av)は、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは0.3以上、より好ましくは0.6以上、更に好ましくは0.8以上、更により好ましくは0.9以上、更により好ましくは1.0であり、また、本発明の化合物の製造容易性の観点から、好ましくは1.0以下である。
上記nav,mav,kav,(n+m+k)avは、例えば実施例に記載の方法により測定できる。
なお、n、m、kでその数が示される各構造単位は、いかなる配列順序であってもよい。n、m、kのいずれか1以上が複数である場合、各構造単位は、ランダム、ブロック等のいかなる配列順序であってもよい。
1、R2、及びR4の炭素数は、分散性及び保存安定性の観点から、10以下であり、好ましくは8以下、より好ましくは6以下、更に好ましくは1である。
1、R2、及びR4は、水酸基で置換されていない炭化水素基が好ましい。
1、R2、及びR4は、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、ブチル基、ヘキシル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシブチル基、及びヒドロキシヘキシル基から選ばれる少なくとも1種が挙げられ、好ましくは、メチル基及びエチル基から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはメチル基である。
1及びR2は、炭素数1以上10以下の炭化水素基、又は炭素数2以上6以下のヒドロキシアルキル基が好ましく、炭素数1以上5以下の炭化水素基、又は炭素数3以上6以下のヒドロキシアルキル基がより好ましく、炭素数1以上3以下の炭化水素基、又は炭素数4以上6以下のヒドロキシアルキル基が更に好ましく、炭素数1以上3以下の炭化水素基がより更に好ましい。
4の炭素数は、好ましくは4以下、より好ましくは3以下である。R4は好ましくはメチル基又はエチル基であり、より好ましくはメチル基である。
5のアルカンジイル基の炭素数は、分散性及び保存安定性の観点から、1以上であり、好ましくは2以上、より好ましくは3以上であり、また、18以下であり、好ましくは14以下、より好ましくは10以下、更に好ましくは6以下である。
5のアルカンジイル基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、各種プロパンジイル基、各種ヘキサンジイル基、各種オクタンジイル基及び各種ノナンジイル基から選ばれる少なくとも1種が挙げられ、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくはプロパン−1,3−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、及びノナン−1,9−ジイル基から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはプロパン−1,3−ジイル基及びヘキサン−1,6−ジイル基から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはヘキサン−1,6−ジイル基である。
6の炭素数は、本発明の化合物の製造容易性の観点から、4以下であり、好ましくは3以下、より好ましくは2以下、更に好ましくは1である。R6としては、メチレン基が好ましい。
7の炭素数は、分散性及び保存安定性の観点から、4以下であり、好ましくは3以下、また2以上である。R7としては、好ましくはエチレン基及びプロピレン基から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
aは、分散性及び保存安定性の観点から、1以上であり、好ましくは15以上、より好ましくは21以上、より好ましくは30以上、更に好ましくは40以上、また、100以下であり、好ましくは95以下、より好ましくは70以下、更に好ましくは50以下である。
(R7O)は、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよく、また(R7O)の配列はランダム、又はブロックのいずれであってもよい。
また、(R7O)は、溶媒との親和性の観点から、プロピレンオキシド由来の構成単位を含むことが好ましく、プロピレンオキシド由来の構成単位及びエチレンオキシド由来の構成単位を含むことが好ましい。
上記一般式(I)において、(R7O)aは、分散性及び保存安定性の観点から、下記一般式(I−a)で示される構造単位であることが好ましい。
Figure 0005584847
式(I−a)中、POはプロピレンオキシド単位を示し、EOはエチレンオキシド単位を示し、b,cは平均付加モル数を示し、bは0以上100以下であり、cは0以上100以下であり、b+cは1以上100以下である。*は結合部位を表す。なお、上記式(I−a)は、該構造単位がブロック重合体であることが好ましく、より好ましくはジブロック重合体であり、上記式(I−a)の(PO)末端側はR8Oと結合し、(EO)末端側はカルボニル基に結合することが好ましい。
bは、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは11以上、より好ましくは15以上、更に好ましくは21以上、更により好ましくは25以上であり、また、分散性及び製造容易性の観点から、好ましくは60以下、より好ましくは50以下、更に好ましくは35以下である。
cは、分散性、保存安定性及び製造容易性の観点から、好ましくは1以上、より好ましくは5以上、更に好ましくは11以上、更により好ましくは15以上であり、また、溶媒への溶解性の観点から、好ましくは95以下、より好ましくは70以下、更に好ましくは50以下、更に好ましくは30以下、更に好ましくは20以下である。
bとcの合計(b+c)は、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは15以上、より好ましくは21以上、更に好ましくは30以上、更により好ましくは40以上であり、また、好ましくは95以下、より好ましくは70以下、更に好ましくは50以下である。
bとcの合計に対するbの割合(b/(b+c))は、分散性、保存安定性及び溶媒への溶解性の観点から、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.4以上、更に好ましくは0.5以上であり、また、分散性及び製造容易性の観点から、好ましくは0.97以下、より好ましくは0.86以下、更に好ましくは0.8以下である。
8の炭素数は、分散性及び保存安定性の観点から、1以上であり、好ましくは6以上、より好ましくは10以上であり、また、18以下であり、好ましくは16以下、より好ましくは14以下、更に好ましくは12以下である。R8としては、メチル基、エチル基、デシル基、ラウリル基、ミリスチル基、セチル基、オレイル基、及びステアリル基から選ばれる少なくとも1種が挙げられ、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは、メチル基、デシル基、ラウリル基、オレイル基、及びステアリル基から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはデシル基及びラウリル基から選ばれる少なくとも1種以上であり、更に好ましくはラウリル基である。
3の炭素数は、分散性及び保存安定性の観点から、10以下であり、好ましくは7以下、より好ましくは4以下、更に好ましくは2以下であり、また、1以上である。R3としては、メチル基、エチル基、プロピル基及びベンジル基から選ばれる少なくとも1種が挙げられ、高い分散性及び保存安定性の観点から、好ましくはメチル基である。
(M1-及び(M2-は、それぞれ独立にアニオンであり、分散性、保存安定性及び製造容易性の観点から、好ましくは、ハロゲン化物イオン、アルキル硫酸イオン、アルキルベンゼンスルホン酸イオン及びアルキル炭酸イオンから選ばれる1種である。
(M1-は、分散性、保存安定性及び製造容易性の観点から、好ましくはハロゲン化物イオン、より好ましくは、塩化物イオン、臭化物イオン及びヨウ化物イオンから選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくは塩化物イオンである。
(M2-は、製造容易性の観点から、好ましくは、CH3SO4 -、C25SO4 -及びCH364SO3 -から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくは、CH3SO4 -及びC25SO4 -から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはCH3SO4 -である。また、(M2-は、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくはハロゲン化物イオンであり、より好ましくは、塩化物イオン、臭化物イオン及びヨウ化物イオンから選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくは塩化物イオンである。
以上より、分散体の保存安定性の観点から、m及びkが0であることが好ましく、より具体的には、本発明の化合物は、下記一般式(I−1)で表されるものが好ましい。
Figure 0005584847
〔式中、R1、R2、及びR4は、同一又は異なっていてもよく、水素原子の一部が水酸基で置換されていてもよい炭素数1以上10以下の炭化水素基を示し、R5は炭素数1以上18以下のアルカンジイル基を示し、R6は炭素数1以上4以下のアルカンジイル基を示し、R7は炭素数2以上4以下のアルカンジイル基を示し、R8は炭素数1以上18以下の脂肪族炭化水素基を示し、aは平均付加モル数を示し、1以上100以下であり、(M1-はアニオンを示し、nは2以上22以下の整数である。なお、R7Oは、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよい。〕
なお、式中、好適な、R1、R2、R4、R5、R6、R7、R8、a及び(M1-は前記式(I)と同様である。
上記一般式(I−1)におけるnは、分散性及び保存安定性の観点から、22以下の整数であり、好ましくは11以下の整数、より好ましくは7以下の整数、更に好ましくは4以下の整数であり、また、2以上の整数である。またnは、優れた分散性及び保存安定性の観点から、更に好ましくは2又は3、更により好ましくは2である。
上記一般式(I−1)におけるnの平均値は、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは3以下、更に好ましくは2.5以下、更に好ましくは2.2以下である。またnの平均値は、優れた分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは1.5以上、より好ましくは1.7以上、更に好ましくは1.9以上、更に好ましくは2である。
本発明の4級アンモニウム塩化合物の重量平均分子量は、分散性及び保存安定性の観点から、好ましくは2,000以上、より好ましくは3,000以上、更に好ましくは3,500以上であり、また、好ましくは35,000以下、より好ましくは20,000以下、更に好ましくは10,000以下である。重量平均分子量の測定方法は実施例に記載の方法による。
[4級アンモニウム塩化合物の製造方法]
本発明の4級アンモニウム塩化合物は、分子あたりの4級アンモニウム基の数を精密に制御する観点から、例えば、下記一般式(II)で表されるハロゲン化アルキルエステル化合物と、下記一般式(III)で表されるポリアミン化合物との反応により製造することが好ましい。
Figure 0005584847
〔式(II)中、R6、R7、R8及びaは前述のものと同様であり、Xはハロゲン原子を示す。〕
Figure 0005584847
〔式(III)中、R1、R2、R4、R5及び(n+m+k)は前述のものと同様である。〕
上記原料を無溶媒で、あるいは溶媒中で反応させることで、本発明の化合物が得られる。
反応で用いる溶媒は、例えば後述の本発明に用いられるエーテル系有機溶媒が好ましい。エーテル系有機溶媒としては、(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテートが好ましく、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(以下「PGMEA」ともいう)、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(以下「BCA」ともいう)がより好ましく、PGMEAが更に好ましい。
上記一般式(II)で表されるハロゲン化アルキルエステルは、例えば、R8の炭化水素基を有するアルコールと、R7Oを形成するアルキレンオキシド化合物とを塩基性物質の存在下で反応させることでアルコキシポリアルキレングリコールを得て、更に、ハロゲン化アルキルを有するカルボン酸と脱水縮合させることで得られる。なお、本明細書において、アルコキシはアルキルオキシ及びアルケニルオキシを含む概念である。
上記一般式(III)で表されるポリアミン化合物は、例えば、Cu−Ni触媒の存在下で、アルキレンジオールと1級アミン又は2級アミンとを反応させる方法、あるいはアルキレンジアミンをアルデヒドにより還元アルキル化する方法により、得られる。
その他、市販品として、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.1」)、N,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.2」)、ポリアミングリコール(花王(株)製「カオーライザーP200」)等を用いることができる。
本発明の4級アンモニウム塩化合物を得る反応における、一般式(III)で表されるポリアミン化合物のアミン官能基数(一般式(III)における(n+m+k)×モル量)に対する、一般式(II)で表されるハロゲン化アルキルエステル化合物(モル量)は、目的とする化合物に応じて適宜設定可能であるが、例えば、0.3〜1.2である。上記比率を適宜設定することで、一般式(I)における(n+m+k)に対するn及びmの数を調整した化合物を得ることができる。上記ポリアミン化合物と、上記ハロゲン化アルキルエステル化合物との反応量比は、n、mの数をより正確に制御する観点から、ポリアミン化合物のアミン価から算出されたモル当量と、ハロゲン化アルキルエステル化合物のハロゲン量から算出されたモル当量を基準として調整することが好ましい。
また、当該工程における反応雰囲気は、窒素ガス雰囲気、アルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
当該工程における反応の温度は、例えば、好ましくは50℃以上、より好ましくは80℃以上であり、また、好ましくは100℃以下である。
一般式(I)においてkが1以上の整数である化合物は、例えば、一般式(I)におけるmが1以上の整数である化合物を4級化剤により処理して得ることができる。
4級化剤としては、3級アミノ基と反応し当該アミノ基を4級アンモニウム化する物質が使用され、例えば、硫酸ジアルキル、ハロゲン化アルキル、p−トルエンスルホン酸アルキル等が挙げられる。硫酸ジアルキルとしては、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル等が挙げられ、ハロゲン化アルキルとしては塩化メチル、ヨウ化メチル、塩化ベンジル等が挙げられ、p−トルエンスルホン酸アルキルとしてはp−トルエンスルホン酸メチル、p−トルエンスルホン酸エチル等が挙げられる。硫酸ジアルキルが好ましく、硫酸ジメチル、硫酸ジエチルが更に好ましく、硫酸ジメチルが特に好ましい。
4級化剤による処理は、上記の反応で用いる溶媒と同様のものを用いることができる。また、当該工程における反応雰囲気は、窒素ガス雰囲気、アルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
当該工程における反応の温度は、4級化剤の種類にもよるが、好ましくは50℃以上、反応促進の観点から80以上が好ましく、また、100℃以下が好ましい。
[化合物の用途]
本発明の化合物は、分散剤として用いられ、好ましくは顔料等の粒子の分散剤に用いられ、より好ましくは顔料分散剤に用いられる。
さらには、本発明の化合物を含む顔料分散剤、有機顔料、及びエーテル系有機溶媒等の非水系溶媒を含有するカラーフィルター用顔料分散体として用いることで、顔料が微粒化し、保存安定性に優れる顔料分散体が得られる。
<顔料>
顔料としては、有機顔料及び無機顔料のいずれも用いることができる。無機顔料としては、カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、体質顔料等が挙げられ、体質顔料としては、タルク、クレイ、炭酸カルシウム等が挙げられる。本発明の化合物は、好ましくは有機顔料及びカーボンブラックから選ばれる1種以上の顔料の分散に用いられ、より好ましくは有機顔料の分散に用いられる。
本発明の化合物の用途で用いられる有機顔料としては、カラーフィルターに好適に用いられるものが好ましく、アゾ顔料、フタロシアニン顔料、縮合多環顔料、レーキ顔料等が挙げられる。
アゾ顔料としてはC.I.ピグメントレッド3等の不溶性アゾ顔料、C.I.ピグメントレッド48:1等の溶性アゾ顔料、C.I.ピグメントレッド144等の縮合アゾ顔料が挙げられる。フタロシアニン顔料としては、C.I.ピグメントブルー15:6等の銅フタロシアニン顔料、C.I.ピグメントグリーン58等の亜鉛フタロシアニン顔料等が挙げられる。
縮合多環顔料としては、C.I.ピグメントレッド177等のアントラキノン系顔料、C.I.ピグメントレッド123等のペリレン系顔料、C.I.ピグメントオレンジ43等のペリノン系顔料、C.I.ピグメントレッド122等のキナクリドン系顔料、C.I.ピグメントバイオレット23等のジオキサジン系顔料、C.I.ピグメントイエロー109等のイソインドリノン系顔料、C.I.ピグメントオレンジ66等のイソインドリン系顔料、C.I.ピグメントイエロー138等のキノフタロン系顔料、C.I.ピグメントイエロー150等のニッケルアゾ錯体系顔料、C.I.ピグメントレッド88等のインジゴ系顔料、C.I.ピグメントグリーン8等の金属錯体顔料、C.I.ピグメントレッド254、C.I.ピグメントレッド255、C.I.ピグメントオレンジ71等のジケトピロロピロール系顔料等が挙げられる。
これらの中では、本発明の化合物が有する効果をより有効に発現させる観点から、下記一般式(1)で表されるジケトピロロピロール系顔料が好ましい。
Figure 0005584847
式(1)中、X1及びX2は、それぞれ独立して、水素原子又はハロゲン原子を示し、Y1及びY2は、それぞれ独立して、水素原子又は−SO3H基を示す。なお、ハロゲン原子はフッ素原子、塩素原子又は臭素原子が好ましい。
ジケトピロロピロール系顔料の市販品の好適例としては、BASF社製、C.I.ピグメントレッド254、商品名「Irgaphor Red B-CF」、「Irgaphor Red BK-CF」、「Irgaphor Red BT-CF」、「Irgazin DPP Red BO」、「Irgazin DPP Red BL」、「Cromophtal DPP Red BP」、「Cromophtal DPP Red BOC」等が挙げられる。
顔料は、明度Y値の向上の観点から、その平均一次粒子径を、好ましくは100nm以下、更に好ましくは20〜60nmにした微粒化処理品を用いることが望ましい。顔料の平均一次粒子径は、電子顕微鏡写真から一次粒子の大きさを直接計測する方法で求めることができる。具体的には、個々の一次粒子の短軸径と長軸径を計測してその平均値をその粒子の粒子径とし、100個以上の粒子について、それぞれの粒子の体積を、粒子径を一辺とする立方体と近似して体積平均粒子径を求め、それを平均一次粒子径とする。
上記の有機顔料は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、有機顔料とエーテル系有機溶媒との親和性を高め、分散性及び保存安定性を高めるという観点から、有機顔料の表面に、樹脂や高分子、顔料誘導体等により予め表面処理を施した顔料を用いることもできる。
[エーテル系有機溶媒]
本発明の化合物は、顔料等の粒子の分散体における分散性を高める観点から、有機溶媒と組み合わせて用いられることが好ましい。さらには、例えばカラーフィルターに用いられるバインダー成分等との相溶性を高め、得られる硬化膜の基板密着性と現像性を両立させる観点から、エーテル系有機溶媒と組み合わせて用いられることが好ましい。以下、エーテル系有機溶媒について、カラーフィルター用顔料分散体を例として説明する。
エーテル系有機溶媒の25℃での粘度は、顔料分散体の取扱い容易性の観点から、0.8mPa・s以上が好ましく、0.9mPa・s以上がより好ましく、1.0mPa・s以上が更に好ましく、また、顔料分散体を用いた硬化膜のコントラストを向上させる観点及び顔料分散体の取扱い容易性の観点から、5.0mPa・s以下が好ましく、3.5mPa・s以下がより好ましく、2.0mPa・s以下が更に好ましい。
エーテル系有機溶媒のSP値は、顔料表面との適度な親和性、低表面張力、カラーフィルターに用いられるバインダー成分等との相溶性を高め、得られる硬化膜のコントラストを向上させる観点から、7.5以上が好ましく、8.0以上がより好ましく、8.5以上が更に好ましく、また、10.5以下が好ましく、9.5以下がより好ましく、9.0以下が更に好ましい。前記SP値はFedorの方法によって求められる。
エーテル系有機溶媒の沸点は、作業安全性の観点から、50℃以上が好ましく、100℃以上がより好ましく、120℃以上が更に好ましく、また、塗膜乾燥での除去の容易さの観点から、300℃以下が好ましく、260℃以下がより好ましく、200℃以下が更に好ましい。
エーテル系有機溶媒としては、顔料表面との適度な親和性、塗膜乾燥での除去の容易性、低表面張力、カラーフィルターに用いられるバインダー成分等との相溶性を高め、得られる硬化膜のコントラストを向上させる観点から、(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテート、(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネート、(ポリ)アルキレングリコールジアルキルエーテルが好ましく、(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテートがより好ましい。本明細書において(ポリ)アルキレングリコールとは、アルキレングリコール及びポリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも1種を意味する。
(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテートの例としては、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、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)、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BCA)等が挙げられ、なかでも顔料の分散性の観点から、PGMEA(沸点:146℃、25℃での粘度:1.1mPa・s、SP値:8.73)、BCA(沸点:247℃、25℃での粘度:3.1mPa・s、SP値:8.94)が好ましく、顔料分散体の取扱い容易性及び作業性の観点から、PGMEAがより好ましい。
(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテルプロピオネートの例としては、エチレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノメチルエーテルプロピオネート、プロピレングリコールモノエチルエーテルプロピオネート等が挙げられる。
(ポリ)アルキレングリコールジアルキルエーテルの例としては、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルプロピルエーテル等が挙げられる。
[顔料分散体の製造方法]
本発明の化合物は、顔料等の粒子の分散体における分散剤として好適に用いることができる。以下、分散体の製造方法として、カラーフィルター等に用いられる、顔料及びエーテル系有機溶媒を含有する顔料分散体の製造方法を例に説明する。
顔料分散体の製造方法は、例えば、平均粒子径が小さく、低粘度であり、保存安定性にも優れるカラーフィルター用顔料分散体を製造する観点から、下記工程を有することが好ましい。
本発明の化合物を含有する分散剤、顔料、及びエーテル系有機溶媒を混合し、顔料を分散する工程。
分散で用いる混合分散機には、公知の種々の分散機を用いることができる。例えば、ホモミキサー等の高速撹拌混合装置、ロールミル、ニーダー、エクストルーダ等の混練機、高圧ホモジナイザー等の高圧式分散機、ペイントシェーカー、ビーズミル等のメディア式分散機等が挙げられる。これらの装置は複数を組み合わせて使用することもできる。
これらの中では、顔料をエーテル系有機溶媒中に均一に混合させる観点から、ホモミキサー等の高速撹拌混合装置、ペイントシェーカーやビーズミル等のメディア式分散機が好ましい。市販のメディア式分散機としては、寿工業(株)製「ウルトラ・アペックス・ミル」、浅田鉄工(株)製「ピコミル」等が挙げられる。
メディア式分散機を用いる場合に、分散工程で用いるメディアの材質としては、ジルコニア、チタニア等のセラミックス、ポリエチレン、ナイロン等の高分子材料、金属等が好ましく、摩耗性の観点からジルコニアが好ましい。また、メディアの直径としては、顔料中の凝集粒子を解砕する観点から、好ましくは0.003mm以上、より好ましくは0.01mm以上であり、また、好ましくは0.5mm以下、より好ましくは0.4mm以下である。
分散時間は、顔料を十分に微細化する観点から、0.3時間以上が好ましく、1時間以上がより好ましく、また、顔料分散体の製造効率の観点から、200時間以下が好ましく、50時間以下がより好ましい。
〔カラーフィルター用顔料分散体〕
上記製造方法等により得られるカラーフィルター用顔料分散体は、本発明の化合物、顔料及び有機溶媒を含む。
顔料分散体中の顔料の含有量は、良好な着色性を得る観点から、3質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、また、良好な粘度を得る観点から、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましい。
顔料分散体中の顔料に対する本発明の化合物の質量比〔本発明の化合物/顔料〕は、コントラストを向上させる観点から、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.3以上、更に好ましくは0.4以上であり、また、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.2以下、更に好ましくは1.0以下である。
顔料分散体中の有機溶媒の含有量は、良好な着色性及び分散体の低粘度化の観点から、20〜95質量%が好ましく、40〜90質量%がより好ましい。
顔料分散体中の顔料の平均粒径は、カラーフィルター用色材として良好なコントラストを得るために、200nm以下が好ましく、20〜100nmがより好ましく、20〜90nmが更に好ましく、20〜70nmが更に好ましく、20〜60nmが更に好ましい。
なお、平均粒径は、実施例記載の方法による。
上述した実施形態に関し、本発明はさらに以下の化合物、分散剤、その製造方法、その使用を開示する。
<1> 一般式(I)で表される、4級アンモニウム塩化合物。
Figure 0005584847
〔式中、R1、R2、R3及びR4は、同一又は異なっていてもよく、水素原子の一部が水酸基で置換されていてもよい炭素数1以上10以下の炭化水素基を示し、R5は炭素数1以上18以下のアルカンジイル基(ただしR1と隣接しているR5は単結合を示す)を示し、R6は炭素数1以上4以下のアルカンジイル基を示し、R7は炭素数2以上4以下のアルカンジイル基を示し、R8は炭素数1以上18以下の脂肪族炭化水素基を示し、aは平均付加モル数を示し、1以上100以下であり、(M1-及び(M2-はそれぞれ独立にアニオンを示し、n、m、kは構造単位のモル数を示し、(n+m+k)は2以上22以下の整数であり、nは1以上22以下の整数であり、mは0以上21以下の整数であり、kは0以上21以下の整数である。なお、R7Oは、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよく、各構造単位はいかなる配列順序であってもよい。〕
<2> 一般式(I−1)で表される、<1>に記載の4級アンモニウム塩化合物。
Figure 0005584847
〔式中、R1、R2、及びR4は、同一又は異なっていてもよく、水素原子の一部が水酸基で置換されていてもよい炭素数1以上10以下の炭化水素基を示し、R5は炭素数1以上18以下のアルカンジイル基を示し、R6は炭素数1以上4以下のアルカンジイル基を示し、R7は炭素数2以上4以下のアルカンジイル基を示し、R8は炭素数1以上18以下の脂肪族炭化水素基を示し、aは平均付加モル数を示し、1以上100以下であり、(M1-はアニオンを示し、nは2以上22以下の整数である。なお、R7Oは、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよい。〕
<3> (n+m+k)が、22以下の整数であり、好ましくは11以下の整数、より好ましくは7以下の整数、更に好ましくは4以下の整数であり、また、2以上の整数であり、更に好ましくは2又は3、更により好ましくは2である、<1>又は<2>に記載の化合物。
<4> nが、22以下の整数であり、好ましくは11以下の整数、より好ましくは7以下の整数、更に好ましくは4以下の整数、更により好ましくは3以下の整数であり、また、1以上の整数であり、好ましくは2以上の整数であり、更に好ましくは2又は3、更により好ましくは2である、<1>〜<3>のいずれかに記載の化合物。
<5> mが、21以下の整数であり、好ましくは9以下の整数、より好ましくは5以下の整数、更に好ましくは2以下の整数であり、また、0以上の整数であり、更に好ましくは0又は1であり、好ましくは0である、<1>〜<4>のいずれかに記載の化合物。
<6> mが、好ましくは1である、<1>〜<5>のいずれかに記載の化合物。
<7> kが、21以下の整数であり、好ましくは9以下の整数、より好ましくは5以下の整数、更に好ましくは1以下の整数であり、また、0以上の整数であり、更に好ましくは0又は1、更により好ましくは0である、<1>〜<6>のいずれかに記載の化合物。
<8> (n+m+k)の平均値(n+m+k)avが、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは3.2以下であり、また、好ましくは2.5以下、より好ましくは2.2以下である、<1>〜<7>のいずれかに記載の化合物。
<9> (n+m+k)の平均値(n+m+k)avが、好ましくは2.0以上、より好ましくは2.5以上、更に好ましくは2.8以上である、<1>〜<8>のいずれかに記載の化合物。
<10> nの平均値navが、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは3以下、更に好ましくは2.5以下、更に好ましくは2.2以下であり、また、好ましくは1.0以上、より好ましくは1.5以上、更に好ましくは1.7以上、更に好ましくは1.9以上であり、更により好ましくは2である、<1>〜<9>のいずれかに記載の化合物。
<11> mの平均値mavが、好ましくは9以下であり、より好ましくは3以下、更に好ましくは1.3以下であり、また、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.2以下である、<1>〜<10>のいずれかに記載の化合物。
<12> mの平均値mavが、好ましくは0以上であり、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.2以上である、<1>〜<11>のいずれかに記載の化合物。
<13> kの平均値kavが、好ましくは9以下であり、より好ましくは3以下、更に好ましくは1.2以下であり、更により好ましくは0.5以下、更により好ましくは0.2以下であり、また、好ましくは0以上であり、更により好ましくは0である、<1>〜<12>のいずれかに記載の化合物。
<14> nの平均値navと(n+m+k)の平均値(n+m+k)avとの比(nav/(n+m+k)av)が、好ましくは0.3以上、より好ましくは0.6以上、更に好ましくは0.8以上、更により好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは1.0以下であり、更により好ましくは1.0である、<1>〜<13>のいずれかに記載の化合物。
<15> R1、R2及びR4の炭素数が、10以下であり、好ましくは8以下、より好ましくは6以下、更に好ましくは1である、<1>〜<14>のいずれかに記載の化合物。
<16> R1、R2、及びR4が、好ましくは水酸基で置換されていない炭化水素基である、<1>〜<15>のいずれかに記載の化合物。
<17> R1、R2、及びR4が、好ましくはメチル基、エチル基、ブチル基、ヘキシル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシブチル基、及びヒドロキシヘキシル基から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくは、メチル基及びエチル基から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはメチル基である、<1>〜<16>のいずれかに記載の化合物。
<18> R5のアルカンジイル基の炭素数が、1以上であり、好ましくは2以上、より好ましくは3以上であり、また、18以下であり、好ましくは14以下、より好ましくは10以下、更に好ましくは6以下である、<1>〜<17>のいずれかに記載の化合物。
<19> R5のアルカンジイル基が、好ましくはメチレン基、エチレン基、各種プロパンジイル基、各種ヘキサンジイル基、各種オクタンジイル基及び各種ノナンジイル基から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはプロパン−1,3−ジイル基、ヘキサン−1,6−ジイル基、及びノナン−1,9−ジイル基から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくはプロパン−1,3−ジイル基及びヘキサン−1,6−ジイル基から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはヘキサン−1,6−ジイル基である、<1>〜<18>のいずれかに記載の化合物。
<20> R6の炭素数が、4以下であり、好ましくは3以下、より好ましくは2以下、更に好ましくは1である、<1>〜<19>のいずれかに記載の化合物。
<21> R6が、好ましくはメチレン基である、<1>〜<20>のいずれかに記載の化合物。
<22> R7の炭素数が、4以下であり、好ましくは3以下、また、2以上である、<1>〜<21>のいずれかに記載の化合物。
<23> R7が、好ましくはエチレン基及びプロピレン基から選ばれる少なくとも1種である、<1>〜<22>のいずれかに記載の化合物。
<24> (R7O)が、好ましくはプロピレンオキシド由来の構成単位を含み、より好ましくはエチレンオキシド由来の構成単位及びプロピレンオキシド由来の構成単位を含む、<1>〜<23>のいずれかに記載の化合物。
<25> aが、1以上であり、好ましくは15以上、より好ましくは21以上、より好ましくは30以上、更に好ましくは40以上、また、100以下であり、好ましくは95以下、好ましくは70以下、より好ましくは50以下である、<1>〜<24>のいずれかに記載の化合物。
<26> (R7O)aが、好ましくは一般式(I−a)で示される構造単位である、<1>〜<25>のいずれかに記載の化合物。
Figure 0005584847
〔式(I−a)中、POはプロピレンオキシド単位を示し、EOはエチレンオキシド単位を示し、b,cは平均付加モル数を示し、bは0以上100以下であり、cは0以上100以下であり、b+cは1以上100以下である。*は結合部位を表す。〕
<27> 式(I−a)で示される構造単位が、好ましくはブロック重合体であり、より好ましくはジブロック重合体である、<26>に記載の化合物。
<28> 式(I−a)の(PO)末端側が好ましくはR8Oと結合し、(EO)末端側が好ましくはカルボニル基に結合する、<26>又は<27>に記載の化合物。
<29> bが、好ましくは11以上、より好ましくは15以上、更に好ましくは21以上、更により好ましくは25以上であり、また、好ましくは60以下、より好ましくは50以下、更に好ましくは35以下である、<26>〜<28>のいずれかに記載の化合物。
<30> cが、好ましくは1以上、より好ましくは5以上、更に好ましくは11以上、更により好ましくは15以上であり、また、好ましくは95以下、より好ましくは70以下、更に好ましくは50以下、更に好ましくは30以下、更に好ましくは20以下である、<26>〜<29>のいずれかに記載の化合物。
<31> bとcの合計(b+c)が、好ましくは15以上、より好ましくは21以上、より好ましくは30以上、更に好ましくは40以上であり、また、好ましくは95以下、より好ましくは70以下、更に好ましくは50以下である、<26>〜<30>のいずれかに記載の化合物。
<32> bとcの合計に対するbの割合(b/(b+c))が、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.4以上、更に好ましくは0.5以上であり、また、好ましくは0.97以下、より好ましくは0.86以下、更に好ましくは0.8以下である、<26>〜<31>のいずれかに記載の化合物。
<33> R8の炭素数が、1以上であり、好ましくは6以上、より好ましくは10以上であり、また、18以下であり、好ましくは16以下、より好ましくは14以下、更に好ましくは12以下である、<1>〜<32>のいずれかに記載の化合物。
<34> R8が、好ましくは、メチル基、エチル基、デシル基、ラウリル基、ミリスチル基、セチル基、オレイル基、及びステアリル基から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくは、メチル基、デシル基、ラウリル基、オレイル基、及びステアリル基から選ばれる少なくとも1種であり、更により好ましくはデシル基及びラウリル基から選ばれる少なくとも1種以上であり、更により好ましくはラウリル基である、<1>〜<33>のいずれかに記載の化合物。
<35> R3の炭素数は、10以下であり、好ましくは7以下、より好ましくは4以下、更に好ましくは2以下であり、また、1以上である、<1>〜<34>のいずれかに記載の化合物。
<36> R3は、メチル基、エチル基、プロピル基及びベンジル基から選ばれる少なくとも1種が挙げられ、好ましくはメチル基である、<1>〜<35>のいずれかに記載の化合物。
<37> (M1-が、好ましくはハロゲン化物イオンであり、より好ましくは、塩化物イオン、臭化物イオン及びヨウ化物イオンから選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくは塩化物イオンである、<1>〜<36>のいずれかに記載の化合物。
<38> (M2-が、好ましくは、CH3SO4 -、C25SO4 -及びCH364SO3 -から選ばれる少なくとも1種であり、より好ましくは、CH3SO4 -及びC25SO4 -から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはCH3SO4 -であり、好ましくはハロゲン化物イオンであり、より好ましくは、塩化物イオン、臭化物イオン及びヨウ化物イオンから選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくは塩化物イオンである、<1>〜<37>のいずれかに記載の化合物。
<39> <1>〜<38>のいずれかに記載の化合物を含有する分散剤。
<40> <1>〜<38>のいずれかに記載の化合物を含有する非水溶媒系分散剤。
<41> 一般式(II)で表されるハロゲン化アルキルエステル化合物と、一般式(III)で表されるポリアミン化合物とを反応させる、一般式(I)で表される、4級アンモニウム塩化合物の製造方法。
Figure 0005584847
〔式中、R1、R2、R3及びR4は、同一又は異なっていてもよく、水素原子の一部が水酸基で置換されていてもよい炭素数1以上10以下の炭化水素基を示し、R5は炭素数1以上18以下のアルカンジイル基(ただしR1と隣接しているR5は単結合を示す)を示し、R6は炭素数1以上4以下のアルカンジイル基を示し、R7は炭素数2以上4以下のアルカンジイル基を示し、R8は炭素数1以上18以下の脂肪族炭化水素基を示し、aは平均付加モル数を示し、1以上100以下であり、(M1-及び(M2-はそれぞれ独立にアニオンを示し、n、m、kは構造単位のモル数を示し、(n+m+k)は2以上22以下の整数であり、nは1以上22以下の整数であり、mは0以上21以下の整数であり、kは0以上21以下の整数である。なお、R7Oは、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよく、各構造単位はいかなる配列順序であってもよい。〕
Figure 0005584847
〔式(II)中、R6、R7、R8及びaは前述のものと同様であり、Xはハロゲン原子を示す。〕
Figure 0005584847
〔式(III)中、R1、R2、R4、R5及び(n+m+k)は前述のものと同様である。〕
<42> <1>〜<38>いずれかに記載の化合物の、分散剤への使用。
<43> 顔料を分散するための、<1>〜<38>いずれかに記載の化合物の使用。
<44> 顔料を非水系溶媒中で分散するための、<1>〜<38>いずれかに記載の化合物の使用。
<45> 顔料が有機顔料である、<43>又は<44>に記載の使用。
<46> 非水系溶媒がエーテル系有機溶媒である、<44>又は<45>に記載の使用。
以下の合成例、実施例及び比較例において、「アルキレングリコール(X)」とする表記におけるXは、当該アルキレングリコールのアルキレンオキシド平均付加モル数を意味する。なお、アルコキシポリアルキレングリコールにおけるプロピレンオキサイド(以下「PO」ともいう)及びエチレンオキサイド(以下「EO」ともいう)の平均付加モル数、重量平均分子量、固形分、反応率、並びに、一般式中の(n+m+k)、n、m、kの平均値(n+m+k)av、nav、mav、kavの測定は以下の方法により行った。
(1)アルコキシポリアルキレングリコールのPO及びEO平均付加モル数の測定
NMR測定装置(Varian社製「Mercury400型」)を用いて、アルコキシポリアルキレングリコールの末端水酸基をトリフルオロ酢酸でエステル化したサンプルのプロトン核磁気共鳴(1H−NMR)スペクトルより求めた(測定条件:ノンデカップリング法、緩和時間10秒、積算回数32回)。トリフルオロ酢酸処理したサンプル 0.01gを重クロロホルム 0.99gに溶解した溶液を測定に用いた。PO及びEOの平均付加モル数はそれぞれ以下の式により計算した。
PO平均付加モル数=(ポリオキシプロピレンのメチル基に由来するシグナルの積分値)/(トリフルオロ酢酸エステル基に隣接するメチレン基に由来するシグナルの積分値)/1.5
EO平均付加モル数=(ポリオキシエチレンのメチレン基に由来するシグナルの積分値)/(トリフルオロ酢酸エステル基に隣接するメチレン基に由来するシグナルの積分値)/2
(2)重量平均分子量の測定
重量平均分子量は、下記<条件1>、<条件2>のいずれかで測定した。
測定試料の調製は、以下の通り行った。後述の製造例で得られた化合物を含む溶液の固形分が0.05gとなる量を、ガラス瓶((株)マルエム製「スクリュー管 No.5」)に採り、下記溶離液を加えて全量を10gとし、密栓した。続いて前記ガラス瓶を試験管ミキサー(IKA社製「Minishaker MS1」)を用いて2500rpmで1分間撹拌し、得られた溶液の100μLを測定試料として用いた。
<条件1>
エタノール/水混合溶媒(質量比8/2)に、臭化リチウムと酢酸をそれぞれ50mmol/Lと1質量%の濃度となるように溶解した液を溶離液として、ゲルクロマトグラフィー法〔(株)東ソー製GPC装置「HLC−8320GPC」、検出器:示差屈折計(装置付属)、(株)東ソー製カラム「TSK−GEL、α−M×2本」、流速:0.6mL/min、カラム温度:40℃〕により、標準物質として、ジーエルサイエンス株式会社製「高分子材料標準物質ポリエチレングリコール(分子量:100、400、1500、6500)」、東ソー株式会社製「標準ポリエチレンオキシド(分子量:5万、25万、90万)」を用いて測定した。
<条件2>
クロロホルムに、ジメチルドデシルアミン(花王(株)製「ファーミン DM20」)を100mmol/Lとなるように溶解した液を溶離液として、ゲルクロマトグラフィー法〔(株)東ソー製GPC装置「HLC−8220GPC」)、検出器:示差屈折計(装置付属)、昭和電工(株)製カラム「K−804L」、流速:1.0mL/min、カラム温度:40℃〕により、標準物質として、東ソー株式会社製「標準ポリスチレン(分子量:500、3600、1.8万、9.6万、42万)」、Pressure Chemical社製「ポリスチレンスタンダード(分子量:4.9万)」を用いて測定した。
(3)固形分の測定
シャーレに乾燥無水硫酸ナトリウム10質量部、ガラス棒及び、試料2質量部を加えてガラス棒で混合し、105℃の減圧乾燥機(圧力8kPa)で2時間乾燥した。乾燥後の質量を計り、次式より固形分を算出した。
固形分(質量%)=〔(乾燥後の質量g)−(シャーレ+ガラス棒+乾燥無水硫酸ナトリウムの質量g)〕/(試料の質量g)×100
(4)反応率の測定
(塩素イオン量の比率基準)
反応により、アルコキシポリアルキレングリコールモノクロロアセテートの塩素が塩素イオンとなることから、塩素イオン量の比率基準の反応率は、次式より算出した。
反応率(%)=[塩素イオン量(質量%)]/[全塩素含有量(質量%)]×100
塩素イオン量はVolhard法により定量した値、全塩素含有量は、ナトリウムブチラートで分解後、Volhard法により定量した値とした。
(アミン減少量基準)
反応により、ポリアミンが4級塩となり、アミン価が減少することから、アミン減少量基準の反応率は、次式より算出した。
反応率(%)=[(反応前のアミン価mgKOH/g)−(反応後のアミン価mgKOH/g)]/(反応前のアミン価mgKOH/g)×100
前記アミン価は、ASTM D2073−66の「3級アミン価」により測定した。
(5)4級化反応の確認
NMR測定装置(Varian社製「Mercury400型」)を用いて、原料のポリアミン化合物、ハロゲン化アルキルエステル化合物及び4級化物のプロトン核磁気共鳴(1H−NMR)スペクトルを求めた(測定条件:ノンデカップリング法、緩和時間10秒、積算回数32回)。サンプル 0.01gを重クロロホルム 0.99gに溶解した溶液を測定に用いた。但し、比較例1の4級化物の測定では、メタノールを留去したサンプルを用い、重クロロホルムに代えて重メタノールを用いた。
(6)化合物の一般式中の(n+m+k)、n、m、kの平均値(n+m+k)av、nav、mav、及びkavの測定
(n+m+k)avは反応前のポリアミン化合物の平均アミンモル数(一般式(III)における(n+m+k)の平均値)から求めた。当該平均アミンモル数は、ポリアミン化合物の1H−NMR測定の積分比によって求めた。より具体的には、合成例13、14では、得られたポリアミン化合物の1H−NMR測定を、前記「4級化反応の確認」に記載の方法と同様に行い、R1及びR2のOH基に隣接するメチレン基の水素に由来するピーク面積(p)及び、Nに結合するメチル基の水素に由来するピーク面積(q)から、下記の式より算出した。
(n+m+k)av=(4×q)/(3×p)
なお、ポリアミン化合物の一分子内のアミン数が単一の化合物を用いた場合には、そのアミン数を(n+m+k)avとして用いた。
av、mav、及びkavは、前記反応後のアミン価、及び後述する(M1-,(M2-量から求めた。
後述するnKOHとmKOHとkKOHとの比を、navとmavとkavとの比とし、nav+mav+kavが、実施例で化合物の合成に用いたポリアミン化合物の平均アミンモル数(n+m+k)avと等しくなるように、nav、mav、及びkavをそれぞれ算出した。なお、nKOH及びkKOHは、n,kで示される構造単位に含まれる4級アンモニウム基数をアミン価に換算した数値である。
次式よりnKOHを算出した。
KOH={[(M1-量(質量%)]/(100×[(M1-の分子量])}×56×1000
KOHは、反応後のアミン価(mgKOH/g)と定義した。
次式よりkKOHを算出した。
KOH={[(M2-量(質量%)]/(100×[(M2-の分子量])}×56×1000
(M1-及び(M2-量は、Cl-である場合、Volhard法により試料中の固形分に対する塩素濃度を定量した値を用いた。
その他の場合、(M1-及び(M2-量は以下の方法により測定した。後述の実施例で得られた化合物を含む溶液0.1gを超純水で1000〜5000倍に希釈して、化合物の濃度が既知の溶液を得、その25μLを測定試料とした。測定試料を、イオンクロマトグラフィー法〔装置:サーモサイエンティフィック製「Dionex ICS−2100」、サプレッサ−:ASRS−300、検出器:電気伝導度検出器(装置付属)、検出器温度:35℃、カラム:日本ダイオネクス(株)製「Ion Pac AS11−HC+Ion Pac AG11−HC」、流速:1.5mL/min、カラム温度:35℃、溶離液:水酸化カリウム溶液〕により測定した。溶離液濃度は、10mmol/Lから40mmol/L(25min)のリニアグラジエント溶出とした。標準物質としては、(M1-又は(M2-のナトリウム塩を用いた。本実施例においては、化合物に応じて、メチル硫酸ナトリウム(東京化成工業(株)製、試薬)、エチル硫酸ナトリウム(東京化成工業(株)製、試薬)又はp-トルエンスルホン酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製、特級試薬)を用いた。測定結果より、化合物中の(M1-又は(M2-量(質量%)を得た。
合成例1[メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)の合成]
撹拌装置、温度制御装置を備えた容積6.0Lのオートクレーブにメチルプロピレンジグリコール(日本乳化剤(株)製「MFDG」) 267g(1.8モル)、48質量%水酸化カリウム水溶液 17.6gを仕込み、オートクレーブ内を窒素置換した後に100℃、4.7kPaにて1.0時間水分を除去した。窒素で大気圧に戻して110℃まで昇温した後、PO 3060g(52.7モル)を圧力0.1〜0.45MPaとなるように導入しながら36時間、付加反応を行った。140℃まで昇温した後、EO 1300g(29.5モル)を圧力0.1〜0.4MPaとなるように導入しながら12時間、付加反応を行った。その後60℃まで冷却し、氷酢酸(キシダ化学(株)製、試薬) 7.6gを添加し、1時間撹拌し、メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 4550gを得た。
合成例2[ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)の合成]
メチルプロピレンジグリコール(日本乳化剤(株)製「MFDG」) 267g(1.8モル)をラウリルアルコール(花王(株)製「カルコール2098」) 375g(2.0モル)に、48質量%水酸化カリウム水溶液 17.6gを12.4gに、PO 3060g(52.7モル)を3694g(63.6モル)に、EO 1300g(29.5モル)を1405g(31.9モル)に、氷酢酸 7.6gを5.3gに、それぞれ代えた以外は、合成例1と同様の方法により、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 5400gを得た。
合成例3[ラウロキシポリプロピレングリコール(29)の合成]
メチルプロピレンジグリコール(日本乳化剤(株)製「MFDG」) 267g(1.8モル)をラウリルアルコール(花王(株)製「カルコール2098」) 375g(2.0モル)に、48質量%水酸化カリウム水溶液 17.6gを12.4gに、PO 3060g(52.7モル)を3694g(63.6モル)に、氷酢酸 7.6gを5.3gに、それぞれ代えて、更にEO付加反応は行わなかった以外は、合成例1と同様の方法により、ラウロキシポリプロピレングリコール(29) 4002gを得た。
合成例4[ラウロキシポリプロピレングリコール(15)ポリエチレングリコール(29)の合成]
メチルプロピレンジグリコール(日本乳化剤(株)製「MFDG」) 267g(1.8モル)をラウリルアルコール(花王(株)製「カルコール2098」) 375g(2.0モル)に、48質量%水酸化カリウム水溶液 17.6gを12.4gに、PO 3060g(52.7モル)を1766g(30.4モル)に、EO 1300g(29.5モル)を2810g(63.8モル)に、氷酢酸 7.6gを5.3gに、PO付加時間36時間を14時間に、EO付加時間12時間を25時間に、それぞれ代えた以外は、合成例1と同様の方法により、ラウロキシポリプロピレングリコール(15)ポリエチレングリコール(29) 4896gを得た。
合成例5[メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの合成]
撹拌装置、温度計、窒素吹き込み管、冷却管を取り付けた3リットルの四つ口フラスコに、合成例1で得たメトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 1550g、モノクロロ酢酸(和光純薬工業(株)製、特級試薬) 83.3g、p−トルエンスルホン酸・一水和物(キシダ化学(株)製、特級試薬) 11.1gを仕込み、撹拌しながら、窒素置換を行った。140℃まで昇温した後、窒素を吹き込みながら、冷却管につないだ真空ポンプ(佐藤真空機械工業(株)製「BSW−50」)を用いて減圧(−0.1MPa)しながら、16時間反応させた。80℃まで温度を下げた後、無水炭酸ナトリウム(キシダ化学(株)製、特級試薬) 50.6gを添加し、2時間撹拌した。得られた液を濾紙(アドバンテック東洋(株)製「No.5A」)で濾過し、メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 1232gを得た。
合成例6[ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの合成]
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 1550gを合成例2で得られたラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 653gに、モノクロロ酢酸 83.3gを35.1gに、p−トルエンスルホン酸・一水和物 11.1gを3.5gに、無水炭酸ナトリウム 50.6gを26.8gに、それぞれ代えた以外は、合成例5と同様の方法により、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 526gを得た。
合成例7[メトキシポリエチレングリコール(23)モノクロロアセテートの合成]
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 1550gをメトキシポリエチレングリコール(23)(Alfa Aesar社製、試薬) 447gに、モノクロロ酢酸 83.3gを48.4gに、p−トルエンスルホン酸・一水和物 11.1gを0.5gに、無水炭酸ナトリウム 50.6gを57.0gに、それぞれ代えた以外は、合成例5と同様の方法により、メトキシポリエチレングリコール(23)モノクロロアセテート 379gを得た。
合成例8[メトキシポリエチレングリコール(45)モノクロロアセテートの合成]
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 1550gをメトキシポリエチレングリコール(45)(Aldrich社製、試薬) 463gに、モノクロロ酢酸 83.3gを33.5gに、p−トルエンスルホン酸・一水和物 11.1gを2.6gに、無水炭酸ナトリウム 50.6gを40.0gに、それぞれ代えた以外は、合成例5と同様の方法により、メトキシポリエチレングリコール(45)モノクロロアセテート 352gを得た。
合成例9[メトキシポリエチレングリコール(90)モノクロロアセテートの合成]
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 1550gをメトキシポリエチレングリコール(90)メタクリレート(日油(株)製「ブレンマーPME−4000」) 464gに、モノクロロ酢酸 83.3gを16.8gに、p−トルエンスルホン酸・一水和物 11.1gを1.3gに、無水炭酸ナトリウム 50.6gを20.0gに、それぞれ代えた以外は、合成例5と同様の方法により、メトキシポリエチレングリコール(90)モノクロロアセテート 315gを得た。
合成例10[オレイロキシポリエチレングリコール(60)モノクロロアセテートの合成]
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 1550gをオレイロキシポリエチレングリコール(60)(青木油脂工業(株)製「ブラウノンEN−1560」) 654gに、モノクロロ酢酸 83.3gを28.7gに、p−トルエンスルホン酸・一水和物 11.1gを2.9gに、無水炭酸ナトリウム 50.6gを92.6gに、それぞれ代えた以外は、合成例5と同様の方法により、オレイロキシポリエチレングリコール(60)モノクロロアセテート 534gを得た。
合成例11[ラウロキシポリプロピレングリコール(29)モノクロロアセテートの合成]
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 1550gを合成例3で得たラウロキシポリプロピレングリコール(29) 458gに、モノクロロ酢酸 83.3gを35.7gに、p−トルエンスルホン酸・一水和物 11.1gを2.8gに、無水炭酸ナトリウム 50.6gを47.0gに、それぞれ代えた以外は、合成例5と同様の方法により、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)モノクロロアセテート 387gを得た。
合成例12[ラウロキシポリプロピレングリコール(15)ポリエチレングリコール(29)モノクロロアセテートの合成]
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15) 1550gを合成例4で得たラウロキシポリプロピレングリコール(15)ポリエチレングリコール(29) 450gに、モノクロロ酢酸 83.3gを28.5gに、p−トルエンスルホン酸・一水和物 11.1gを2.7gに、無水炭酸ナトリウム 50.6gを49.5gに、それぞれ代えた以外は、合成例5と同様の方法により、ラウロキシポリプロピレングリコール(15)ポリエチレングリコール(29)モノクロロアセテート 397gを得た。
合成例13[ポリ3級アミングリコール(一般式(III)中n+m+k=4)の合成]
反応水を分離するための凝縮器および分離器を付けた1Lフラスコに1,6−ヘキサンジオール 600gとCu−Ni触媒(花王(株)製「MX−2141」) 12gを仕込んだ。撹拌しながら系内を窒素で置換し、昇温を開始した。昇温開始と同時に水素ガスを30L/hrの流速で反応系内に吹き込み、約40分かけて185℃まで昇温した。185℃到達後、モノメチルアミンを22L/hrの流速で反応系内に吹き込み、約10分かけて195℃まで昇温した。195℃で6.0時間反応を行った。反応後、モノメチルアミンの供給を停止し、水素のみで反応を1時間続行した。反応物を冷却、濾過することにより、下記式(s1)のポリ3級アミングリコール(一般式(III)中n+m+k=4)を得た。平均アミンモル数は3.7であった。なお、式(s1)において、アミノ基を含む単位の繰返し数3は、代表値である。
Figure 0005584847
合成例14[ポリ3級アミングリコール(一般式(III)中n+m+k=9)の合成]
反応時間を6.0時間から7.5時間に代えた以外は、合成例13と同様の方法により、下記式(s2)のポリ3級アミングリコール(一般式(III)中n+m+k=9)を得た。平均アミンモル数は9.3であった。なお、式(s2)において、アミノ基を含む単位の繰返し数8は、代表値である。
Figure 0005584847
実施例1〔化合物(1)(メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)の合成〕
還流冷却器、温度計、窒素導入管、撹拌装置を取り付けたセパラブルフラスコに、合成例5で得られたメトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 80g、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.1」) 3.4gを仕込み、窒素置換を行った。80℃で撹拌しながら、20時間反応させた。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) 120gを添加し、1時間撹拌後、冷却して、化合物(1)(メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は43.5質量%であり、重量平均分子量は3800(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は94モル%、アミン減少量から求めた反応率は96モル%であった。navは1.9、mavは0.1、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応により2.2ppmからそれぞれ3.1、3.9ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基および2つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、それぞれ1.5、1.4ppmから2.0、1.5ppmへ移行した。また、メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(1)は、下記式(e1)で表される化合物である。式(e1)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例2〔化合物(2)(メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン4級化物)の合成〕
N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.1」) 3.4gをN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.2」) 2.5gに代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(2)(メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン4級化物)のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は42.1質量%であり、重量平均分子量は3800(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は94モル%、アミン減少量から求めた反応率は94モル%であった。navは1.9、mavは0.1、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmから3.0、4.0ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、1.6ppmから2.8ppmへ移行した。また、メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(2)は、下記式(e2)で表される化合物である。式(e2)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例3〔化合物(3)(メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるポリ3級アミングリコール4級化物(一般式(I)中n/m/k=4/0/0))の合成〕
N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.1」) 3.4gを合成例13で得られたポリ3級アミングリコール(平均アミンモル数:3.7) 5.9gに代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(3)(メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるポリ3級アミングリコール4級化物(一般式(I)中n/m/k=4/0/0))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は41.3質量%であり、重量平均分子量は24000(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は100モル%、アミン減少量から求めた反応率は98モル%であった。navは3.6、mavは0.1、kavは0.0であった。NMR測定結果では、ポリ3級アミングリコール(平均アミンモル数:3.7)のNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmから3.1、3.8ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基および2つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、それぞれ1.5、1.3ppmから1.9、1.5ppmへ移行した。また、メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.6ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(3)は、下記式(e3)で表される化合物である。なお、式(e3)において、カチオン基を含む単位の繰返し数3は、代表値である。式(e3)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例4〔化合物(4)(メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるポリ3級アミングリコール4級化物(一般式(I)中n/m/k=9/0/0))の合成〕
N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.1」) 3.4gを合成例14で得られたポリ3級アミングリコール(平均アミンモル数:9.3) 4.7gに代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(4)(メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるポリ3級アミングリコール4級化物(一般式(I)中n/m/k=9/0/0))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は40.3質量%であった。重量平均分子量は溶離液に溶解せず測定できなかった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は87モル%、アミン減少量から求めた反応率は97モル%であった。navは9.0、mavは0.3、kavは0.0であった。NMR測定結果では、ポリ3級アミングリコール(平均アミンモル数:9.3)のNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmから3.1、3.8ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基および2つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、それぞれ1.5、1.3ppmから1.9、1.5ppmへ移行した。また、メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.6ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(4)は、下記式(e4)で表される化合物である。なお、式(e4)において、カチオン基を含む単位の繰返し数8は、代表値である。式(e4)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例5〔化合物(5)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)の合成〕
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 80gを合成例6で得られたラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 100gに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン 3.4gを3.2gに、PGMEA 120gを130gに、それぞれ代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(5)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は41.5質量%であり、重量平均分子量は7600(<条件2>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は94モル%、アミン減少量から求めた反応率は98モル%であった。navは2.0、mavは0.0、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応により2.2ppmからそれぞれ3.1、3.9ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基および2つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、それぞれ1.5、1.4ppmから2.0、1.5ppmへ移行した。また、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.8ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(5)は、下記式(e5)で表される化合物である。式(e5)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例6〔化合物(6)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン4級化物)の合成〕
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 80gを合成例6で得られたラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 254gに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン 3.4gをN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.2」) 6.4gに、PGMEA 120gを385gに、それぞれ代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(6)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン4級化物)のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は39.4質量%であり、重量平均分子量は4000(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は93モル%、アミン減少量から求めた反応率は99モル%であった。navは2.0、mavは0.0、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmから3.0、4.0ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、1.6ppmから2.8ppmへ移行した。また、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(6)は、下記式(e6)で表される化合物である。式(e6)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例7〔化合物(7)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルノナンジアミン4級化物)の合成〕
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 80gを合成例6で得られたラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 90gに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.1」) 3.4gをN,N,N’,N’−テトラメチルノナンジアミン 4.0gに、PGMEA 120gを125gに、それぞれ代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(7)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルノナンジアミン4級化物))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は43.8質量%であり、重量平均分子量は4000(<条件1>による測定値)であった。なお、N,N,N’,N’−テトラメチルノナンジアミンは、特開平7−90040公報段落「0021」記載の方法により、合成した。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は97モル%、アミン減少量から求めた反応率は100モル%であった。navは2.0、mavは0.0、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルノナンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応により2.2ppmからそれぞれ3.0、3.9ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基および2つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、それぞれ1.4、1.3ppmから1.8、1.4ppmへ移行した。また、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(7)は、下記式(e7)で表される化合物である。式(e7)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例8〔化合物(8)(メトキシポリエチレングリコール(23)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)の合成〕
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 80gを合成例7で得られたメトキシポリエチレングリコール(23)モノクロロアセテート 162gに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン 3.4gを9.6gに、PGMEA 120gを0gに、それぞれ代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(8)(メトキシポリエチレングリコール(23)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)を得た。得られた化合物の固形分は100質量%であり、重量平均分子量は2000(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は95モル%、アミン減少量から求めた反応率は98モル%であった。navは2.0、mavは0.0、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応により2.2ppmからそれぞれ3.1、3.9ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基および2つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、それぞれ1.5、1.4ppmから2.0、1.5ppmへ移行した。また、メトキシポリエチレングリコール(23)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.7ppmへ移行した。図1に化合物(8)のNMRチャートを示す。
すなわち、本実施例において得られた化合物(8)は、下記式(e8)で表される化合物である。式(e8)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例9〔化合物(9)(メトキシポリエチレングリコール(45)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)の合成〕
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 80gを合成例8で得られたメトキシポリエチレングリコール(45)モノクロロアセテート 70gに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン 3.4gを3.5gに、それぞれ代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(9)(メトキシポリエチレングリコール(45)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は38.5質量%であり、重量平均分子量は3800(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は100モル%、アミン減少量から求めた反応率は99モル%であった。navは2.0、mavは0.0、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応により2.2ppmからそれぞれ3.1、3.9ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基および2つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、それぞれ1.5、1.4ppmから1.9、1.5ppmへ移行した。また、メトキシポリエチレングリコール(45)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.7ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(9)は、下記式(e9)で表される化合物である。式(e9)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例10〔化合物(10)(メトキシポリエチレングリコール(90)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)の合成〕
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 80gを合成例9で得られたメトキシポリエチレングリコール(90)モノクロロアセテート 90gに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン 3.4gを2.0gに、PGMEA 120gを125gに、それぞれ代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(10)(メトキシポリエチレングリコール(90)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は41.9質量%であり、重量平均分子量は7800(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は95モル%、アミン減少量から求めた反応率は98モル%であった。navは2.0、mavは0.0、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応により2.2ppmからそれぞれ3.1、3.9ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基および2つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、それぞれ1.5、1.4ppmから1.9、1.5ppmへ移行した。また、メトキシポリエチレングリコール(90)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.7ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(10)は、下記式(e10)で表される化合物である。式(e10)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例11〔化合物(11)(オレイロキシポリエチレングリコール(60)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)の合成〕
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 80gを合成例10で得られたオレイロキシポリエチレングリコール(60)モノクロロアセテート 90gに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン 3.4gを2.8gにそれぞれ代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(11)(オレイロキシポリエチレングリコール(60)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は41.7質量%であり、重量平均分子量は6700(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は83モル%、アミン減少量から求めた反応率は88モル%であった。navは1.8、mavは0.2、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応により2.2ppmからそれぞれ2.9、3.9ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基および2つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、それぞれ1.5、1.4ppmから2.0、1.6ppmへ移行した。また、オレイロキシポリエチレングリコール(60)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.8ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(11)は、下記式(e11)で表される化合物である。式(e11)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例12〔化合物(12)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=3/0/0))の合成〕
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 80gを合成例6で得られたラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 90gに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン 3.4gをペンタメチルジプロピレントリアミン(エアプロダクツジャパン株式会社製「ポリキャット77」) 2.6gに、PGMEA 120gを125gに、それぞれ代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(12)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=3/0/0))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は43.5質量%であり、重量平均分子量は6300(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は86モル%、アミン減少量から求めた反応率は84モル%であった。navは2.7、mavは0.3、kavは0.0であった。NMR測定結果では、ペンタメチルジプロピレントリアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmからそれぞれ3.6、3.7ppm、Nからさらに1つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、1.6ppmから2.1ppmへに移行した。また、ラウリロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(12)は、下記式(e12)で表される化合物である。式(e12)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例13〔化合物(13)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるペンタメチルジエチレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/1/0))の合成〕
ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 90gを200gに、ペンタメチルジプロピレントリアミン 2.5gをペンタメチルジエチレントリアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.3」) 7.3gに、PGMEA 125gを300gに代えた以外は、実施例12と同様の方法により、化合物(13)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるペンタメチルジエチレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/1/0))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は40.8質量%であり、重量平均分子量は3800(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は92モル%、アミン減少量から求めた反応率は66モル%であった。navは1.8、mavは1.2、kavは0.0であった。NMR測定結果では、ペンタメチルジプロピレントリアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.5ppmから3.7、3.8ppmに一部移行した。また、ラウリロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(13)は、下記式(e13)で表される化合物である。式(e13)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。Nを含有する構造単位の配列順序はランダムであるが、下記式においては、末端の2つのNが4級化された構造を代表例として示した。
Figure 0005584847
実施例14〔化合物(14)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/1/0))の合成〕
ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート 90gを200gに、ペンタメチルジプロピレントリアミン 2.6gを8.4gに、PGMEA 125gを300gに代えた以外は、実施例12と同様の方法により、化合物(14)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/1/0))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は40.6質量%であり、重量平均分子量は4100(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は93モル%、アミン減少量から求めた反応率は66モル%であった。navは1.9、mavは1.1、kavは0.0であった。NMR測定結果では、ペンタメチルジプロピレントリアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmから3.6、3.7ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、1.6ppmから2.1ppmへ一部移行した。また、ラウリロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(14)は、下記式(e14)で表される化合物である。式(e14)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。Nを含有する構造単位の配列順序はランダムであるが、下記式においては、末端の2つのNが4級化された構造を代表例として示した。
Figure 0005584847
実施例15〔化合物(15)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=1/2/0))の合成〕
ペンタメチルジプロピレントリアミン 8.4gを16.7gに代えた以外は、実施例14と同様の方法により、化合物(15)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=1/2/0))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は40.9質量%であり、重量平均分子量は2200(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は95モル%、アミン減少量から求めた反応率は33モル%であった。navは0.9、mavは2.1、kavは0.0であった。NMR測定結果では、ペンタメチルジプロピレントリアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmからそれぞれ3.6、3.7ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、1.6ppmから2.1ppmへ一部移行した。また、ラウリロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(15)は、下記式(e15)で表される化合物である。式(e15)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。Nを含有する構造単位の配列順序はランダムであるが、下記式においては、末端の1つのNが4級化された構造を代表例として示した。
Figure 0005584847
実施例16〔化合物(16)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート、及び硫酸ジメチルによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/0/1))の合成〕
ガラス容器に実施例14で得られたPGMEA溶液 150gを入れ、窒素置換を行った。これに硫酸ジメチル(和光純薬工業株式会社製) 1.6gとPGMEA 10gの混合液を常温で撹拌しながら滴下した。更に5分間撹拌後、窒素雰囲気下、85℃で3時間撹拌し、反応させた。これを冷却して、化合物(16)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート、及び硫酸ジメチルによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/0/1))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は38.7質量%であり、重量平均分子量は4100(<条件1>による測定値)であった。
アミン減少量から求めた反応率は99モル%であった。navは2.0、mavは0.0、kavは1.0であった。NMR測定結果では、ペンタメチルジプロピレントリアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmから3.6、3.7ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、1.6ppmから2.1ppmへ移行した。また、ラウリロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(16)は、下記式(e16)で表される化合物である。式(e16)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。Nを含有する構造単位の配列順序はランダムであるが、下記式においては、末端の2つのNが、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートで4級化され、中心のNが、硫酸ジメチルにより4級化された構造を代表例として示した。
Figure 0005584847
実施例17〔化合物(17)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート、及び硫酸ジメチルによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=1/0/2))の合成〕
実施例14で得られたPGMEA溶液を実施例15で得られたPGMEA溶液に、硫酸ジメチル 1.6gを3.2gに代えた以外は、実施例16と同様の方法により、化合物(17)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート、及び硫酸ジメチルによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=1/0/2))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は39.5質量%であり、重量平均分子量は2200(<条件1>による測定値)であった。
アミン減少量から求めた反応率は99モル%であった。navは1.0、mavは0.0、kavは2.0であった。NMR測定結果では、ペンタメチルジプロピレントリアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmからそれぞれ3.6、3.7ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、1.6ppmから2.1ppmへ移行した。また、ラウリロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(17)は、下記式(e17)で表される化合物である。式(e17)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。Nを含有する構造単位の配列順序はランダムであるが、下記式においては、末端の1つのNが、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートで4級化され、残りのNが、硫酸ジメチルにより4級化された構造を代表例として示した。
Figure 0005584847
実施例18〔化合物(18)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/0/0))の合成〕
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート80gを合成例11で得られたラウロキシポリプロピレングリコール(29)モノクロロアセテート250gに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.1」) 3.4gをN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.2」) 9.6gに、PGMEA 120gを250gに代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(18)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/0/0))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は49.9質量%であり、重量平均分子量は3100(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は93モル%、アミン減少量から求めた反応率は90モル%であった。navは1.8、mavは0.2、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmから3.0、4.0ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、1.6ppmから2.8ppmへ移行した。また、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(18)は、下記式(e18)で表される化合物である。式(e18)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例19〔化合物(19)(ラウロキシポリプロピレングリコール(15)ポリエチレングリコール(29)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/0/0))の合成〕
メトキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートを合成例12で得られたラウロキシポリプロピレングリコール(15)ポリエチレングリコール(29)モノクロロアセテートに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.1」) 3.4gをN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.2」) 2.7gに代えた以外は、実施例1と同様の方法により、化合物(19)(ラウロキシポリプロピレングリコール(15)ポリエチレングリコール(29)モノクロロアセテートによるN,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/0/0))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は41.8質量%であり、重量平均分子量は3500(<条件1>による測定値)であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は94モル%、アミン減少量から求めた反応率は93モル%であった。navは1.9、mavは0.1、kavは0.0であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応によりそれぞれ2.2、2.3ppmから3.0、4.0ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、1.6ppmから2.8ppmへ移行した。また、ラウロキシポリプロピレングリコール(15)ポリエチレングリコール(29)モノクロロアセテートの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.9ppmへ移行した。
すなわち、本実施例において得られた化合物(19)は、下記式(e19)で表される化合物である。式(e19)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
実施例20〔化合物(20)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート、及び硫酸ジエチルによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/0/1))の合成〕
硫酸ジメチル 1.6gを硫酸ジエチル2.0gに代えた以外は、実施例16と同様の方法により、化合物(20)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート、及び硫酸ジエチルによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/0/1))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は38.7質量%であり、重量平均分子量は4100(<条件1>による測定値)であった。navは2.0、mavは0.0、kavは1.0であった。
すなわち、本実施例において得られた化合物(20)は、下記式(e20)で表される化合物である。式(e20)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。Nを含有する構造単位の配列順序はランダムであるが、下記式においては、末端の1つのNが、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートで4級化され、残りのNが、硫酸ジエチルにより4級化された構造を代表例として示した。
Figure 0005584847
実施例21〔化合物(21)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート、及びp−トルエンスルホン酸メチルによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/0/1))の合成〕
硫酸ジメチル 1.6gをp−トルエンスルホン酸メチル2.4gに代えた以外は、実施例16と同様の方法により、化合物(21)(ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテート、及びp−トルエンスルホン酸メチルによるペンタメチルジプロピレントリアミン4級化物(一般式(I)中n/m/k=2/0/1))のPGMEA溶液を得た。該溶液の固形分は38.9質量%であり、重量平均分子量は4100(<条件1>による測定値)であった。navは2.0、mavは0.0、kavは1.0であった。
すなわち、本実施例において得られた化合物(21)は、下記式(e21)で表される化合物である。式(e21)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。Nを含有する構造単位の配列順序はランダムであるが、下記式においては、末端の1つのNが、ラウロキシポリプロピレングリコール(29)ポリエチレングリコール(15)モノクロロアセテートで4級化され、残りのNが、p−トルエンスルホン酸メチルにより4級化された構造を代表例として示した。
Figure 0005584847
比較例1〔化合物(22)(クロロ酢酸メチルによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)の合成〕
還流冷却器、温度計、窒素導入管、撹拌装置を取り付けたセパラブルフラスコに、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン(花王(株)製「カオーライザーNo.1」) 40.2g、メタノール 200gを仕込み、窒素置換を行った。75℃で撹拌しながら、クロロ酢酸メチル(関東化学(株)製、試薬) 50gを30分間で滴下後、20時間反応させた。エバポレーターを用い、60℃、減圧下で、反応液からメタノールを除去し、化合物(22)(クロロ酢酸メチルによるN,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミン4級化物)を得た。該化合物の固形分は100質量%であった。
全塩素含有量に対する塩素イオン量の比率から求めた反応率は98%、アミン減少量から求めた反応率は99%であった。NMR測定結果では、N,N,N’,N’−テトラメチルヘキサンジアミンのNに結合するメチル基およびメチレン基に由来するシグナルが、反応により2.2ppmからそれぞれ3.4、3.6ppmに、Nからさらに1つ離れたメチレン基および2つ離れたメチレン基に由来するシグナルが、それぞれ1.5、1.4ppmから1.9、1.5ppmへ移行した。また、クロロ酢酸メチルの塩素が結合しているメチレン基に由来するシグナルが、反応により4.1ppmから4.8ppmへ移行した。
すなわち、本比較例において得られた化合物(22)は、下記式(ce1)で表される、一般式(I)の(R7O)が無い化合物である。式(ce1)中、メチル基(a)は一般式(I)におけるR1に相当し、また、結合(b)は一般式(I)におけるR1に隣接しているR5(すなわち単結合)に相当する。
Figure 0005584847
(本発明の化合物の使用例)
本発明の化合物を用い、顔料分散体を調製した。顔料分散体の平均粒径の測定は以下の方法により行った。
[顔料分散体の平均粒径の測定]
PGMEA 15gを入れたガラス瓶((株)マルエム製「スクリュー管 No.5」)に、実施例及び比較例で得られた顔料分散体を0.01g添加し、試験管ミキサー(IKA社製「Minishaker MS1」)を用いて2500rpmで1分間撹拌した。粒径測定装置((株)堀場製作所製「SZ−100」)を用いて、測定条件として、ジケトピロロピロール系顔料の粒子屈折率:1.51、PGMEAの屈折率:1.400とその粘度:1.136mPa・s、測定温度:25℃を入力して、25℃で測定した。粒子径解析−光子相関法(JIS Z 8826)に基づき、キュムラント解析されて求められたキュムラント平均粒径を顔料分散体の平均粒径とした。
[顔料分散体の保存後平均粒径の測定]
顔料濃度を10質量%に調整した顔料分散体をガラス製密閉容器に充填し、40℃で7日間静置した。この分散体の平均粒径を、前記[顔料分散体の平均粒径の測定]記載の方法と同様に測定し、保存後平均粒径とした。
実施例22(顔料分散体(1)の調製)
実施例1で得られた化合物(1)溶液 16.1g(固形分7.0g)と、PGMEA 141.4gを500mLポリ容器に入れた。さらに、ジケトピロロピロール系顔料であるC.I.ピグメントレッド254(大日精化工業(株)製「クロモファインレッド6156EC」) 17.5g及び粒径0.3mmのジルコニアビーズ 262.5gを500mLポリ容器に加え、分散機(浅田鉄工(株)製「ペイントシェーカー」)にて20時間撹拌した後、濾過によりジルコニアビーズを除去して顔料分散体(1)を得た。
実施例23〜42及び比較例2(顔料分散体(2)〜(22)の調製)
実施例1で得られた化合物(1)を、それぞれ実施例2〜21及び比較例1で得られた化合物(2)〜(22)に代え、各化合物の固形分が7.0gとなる量とし、前記各化合物の固形分とPGMEAとの合計量が157.5gとなるようにPGMEAの量を調整した以外は、実施例22と同様にして、顔料分散体(2)〜(22)を得た。
得られた顔料分散体(1)〜(22)の評価結果を表1に示す。
Figure 0005584847
Figure 0005584847
表1から、実施例22〜42の顔料分散体(1)〜(21)は、比較例2の顔料分散体(22)よりも平均粒径及び保存後の平均粒径が小さく、顔料分散性が良好であり更に、保存安定性にも優れていることが解る。よって、本発明の化合物は、顔料分散体における分散剤として有用な化合物であることが示された。

Claims (13)

  1. 一般式(I)で表される、4級アンモニウム塩化合物。
    Figure 0005584847
    〔式中、R1、R2、R3及びR4は、同一又は異なっていてもよく、水素原子の一部が水酸基で置換されていてもよい炭素数1以上10以下の炭化水素基を示し、R5は炭素数1以上18以下のアルカンジイル基(ただしR1と隣接しているR5は単結合を示す)を示し、R6は炭素数1以上4以下のアルカンジイル基を示し、R7は炭素数2以上4以下のアルカンジイル基を示し、R8は炭素数1以上18以下の脂肪族炭化水素基を示し、aは平均付加モル数を示し、1以上100以下であり、(M1-及び(M2-はそれぞれ独立にアニオンを示し、n、m、kは構造単位のモル数を示し、(n+m+k)は2以上22以下の整数であり、nは1以上22以下の整数であり、mは0以上21以下の整数であり、kは0以上21以下の整数である。なお、R7Oは、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよく、各構造単位はいかなる配列順序であってもよい。〕
  2. (n+m+k)が2又は3であり、nが1以上3以下であり、mが0又は1であり、kが0又は1である、請求項1に記載の化合物。
  3. 一般式(I−1)で表される、請求項1又は2に記載の化合物。
    Figure 0005584847
    〔式中、R1、R2、及びR4は、同一又は異なっていてもよく、水素原子の一部が水酸基で置換されていてもよい炭素数1以上10以下の炭化水素基を示し、R5は炭素数1以上18以下のアルカンジイル基を示し、R6は炭素数1以上4以下のアルカンジイル基を示し、R7は炭素数2以上4以下のアルカンジイル基を示し、R8は炭素数1以上18以下の脂肪族炭化水素基を示し、aは平均付加モル数を示し、1以上100以下であり、(M1-はアニオンを示し、nは2以上22以下の整数である。なお、R7Oは、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよい。〕
  4. nが、2又は3である、請求項3に記載の化合物。
  5. (R7O)が、プロピレンオキシド由来の構成単位を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の化合物。
  6. aが、15以上100以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の化合物。
  7. 5のアルカンジイル基の炭素数が、3以上18以下である、請求項1〜6のいずれかに記載の化合物。
  8. 1、R2、及びR4が、メチル基である、請求項1〜7のいずれかに記載の化合物。
  9. (R7O)aが、一般式(I−a)で示される構造単位である、請求項1〜8のいずれかに記載の化合物。
    Figure 0005584847
    〔式(I−a)中、POはプロピレンオキシド単位を示し、EOはエチレンオキシド単位を示し、b,cは平均付加モル数を示し、bは0以上100以下であり、cは0以上100以下であり、b+cは1以上100以下である。*は結合部位を表す。〕
  10. 請求項1〜9のいずれかに記載の化合物を含有する分散剤。
  11. 請求項1〜9のいずれかに記載の化合物を含有する非水溶媒系分散剤。
  12. 顔料を分散するための、請求項1〜9のいずれかに記載の化合物の使用。
  13. 一般式(II)で表されるハロゲン化アルキルエステル化合物と、一般式(III)で表されるポリアミン化合物とを反応させる、一般式(I)で表される、4級アンモニウム塩化合物の製造方法。
    Figure 0005584847
    〔式中、R1、R2、R3及びR4は、同一又は異なっていてもよく、水素原子の一部が水酸基で置換されていてもよい炭素数1以上10以下の炭化水素基を示し、R5は炭素数1以上18以下のアルカンジイル基(ただしR1と隣接しているR5は単結合を示す)を示し、R6は炭素数1以上4以下のアルカンジイル基を示し、R7は炭素数2以上4以下のアルカンジイル基を示し、R8は炭素数1以上18以下の脂肪族炭化水素基を示し、aは平均付加モル数を示し、1以上100以下であり、(M1-及び(M2-はそれぞれ独立にアニオンを示し、n、m、kは構造単位のモル数を示し、(n+m+k)は2以上22以下の整数であり、nは1以上22以下の整数であり、mは0以上21以下の整数であり、kは0以上21以下の整数である。なお、R7Oは、複数存在する場合、同一でも異なっていてもよく、各構造単位はいかなる配列順序であってもよい。〕
    Figure 0005584847
    〔式(II)中、R6、R7、R8及びaは前述のものと同様であり、Xはハロゲン原子を示す。〕
    Figure 0005584847
    〔式(III)中、R1、R2、R4、R5及び(n+m+k)は前述のものと同様である。〕
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