JP6089173B2 - 分散安定剤及びこの製造方法 - Google Patents
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両親媒性粒子(a)が、親水性表面と疎水性表面とが一つのシリカ粒子の表面に局在しており、BET比表面積が50〜300m2/gの乾式親水性シリカ微粒子を疎水化剤で表面改質した後破砕して得られ、M値が1〜20である両親媒性粒子であって、
乾式親水性シリカ微粒子が珪素塩化合物の気体を酸素水素炎中で燃焼させて得られるシリカである点を要旨とする。
親水性シリカ微粒子油性成分分散体中に分散された乾式親水性シリカ微粒子を表面改質して疎水化シリカ微粒子油性成分分散体を得た後、
疎水化シリカ微粒子油性成分分散体に含まれる疎水化シリカ微粒子を破砕して得る両親媒性粒子(a)の油性成分(b)分散体であって、
両親媒性粒子(a)が、親水性表面と疎水性表面とが一つのシリカ粒子の表面に局在しており、BET比表面積が50〜300m2/gの乾式親水性シリカ微粒子を疎水化剤で表面改質した後破砕して得られ、M値が1〜20である両親媒性粒子であって、
乾式親水性シリカ微粒子が珪素塩化合物の気体を酸素水素炎中で燃焼させて得られるシリカであり、
油性成分(b)が40℃での動粘度が1〜3500mm2/sの炭化水素油、炭素数8〜28の脂肪酸、炭素数8〜28の脂肪酸の酸アミド、炭素数8〜28の脂肪酸のエステル、炭素数12〜36の脂肪族アルコール、ジメチルポリシロキサン、水酸基変性ポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、環状シリコーン、数平均分子量950〜4000のポリオキシプロピレングリコール、並びに動物又は植物から抽出される物質及びその水素添加物であることを特徴とする点を要旨とする。
なお、分散安定性には乳化安定性を含み、分散安定剤には乳化安定剤を含む(以下同様)。
両親媒性粒子(a)は、親水性表面と疎水性表面とを有するシリカ微粒子であり、シリカ微粒子の表面が親水性表面と疎水性表面とに分割されている。このようなシリカ微粒子としては、乾式親水性シリカ微粒子を疎水化剤で表面改質(疎水化処理)した後、破砕して得られる微粒子が含まれる。乾式親水性シリカ微粒子を表面改質(疎水化処理)した後、破砕した場合、乾式親水性シリカ微粒子のもともとの表面(破砕によって現れた面)は親水性表面であり、表面改質された表面は疎水性表面となる。
<表面が分割されていることの確認方法>
イオン交換水5mLとn−ヘキサン5mLとを試験管に入れ、これにイソプロパノールに1重量%の濃度で測定試料(両親媒性粒子(a)等)を分散した分散液を0.02g加え、60分間静置する(各測定試薬の純度は99重量%以上のものを使用する)。
測定試料の表面が親水性表面と疎水性表面とに分割されている場合、水とn−ヘキサンとの界面に測定試料(両親媒性粒子(a))の均一な集合層を形成し、その上層と下層は測定試料(両親媒性粒子(a)等)を含まない清浄な層をなす。
一方、表面が親水性表面と疎水性表面とに分割されていない場合(親水性表面と疎水性表面とが粒子表面に均一に分散(散在)した粒子等の場合)、測定試料(粒子)は水相若しくはn−ヘキサン層に分散、又は水とn−ヘキサンとの界面に凝集塊を形成し、界面に均一な集合層を形成しない。
測定試料(両親媒性粒子(a)等)0.2gを容量250mLのビーカー中の50mLの水に添加し、続いてメタノールをビュレットから測定試料の全量が懸濁するまで滴下する。この際ビーカー内の溶液をマグネティックスターラーで常時撹拌し、測定試料の全量が溶液中に均一懸濁された時点を終点とし、終点におけるビーカーの液体混合物のメタノールの容量百分率がM値となる。
乾式親水性シリカ微粒子と疎水化剤との混合物を撹拌機で撹拌しながら表面改質し、疎水化シリカ微粒子を得る表面改質方法(乾式法)。
乾式親水性シリカ微粒子の入った撹拌機付き反応容器に、加熱、気化した疎水化剤を含む気体を導入して表面改質し、疎水化シリカ微粒子を得る表面改質方法(気相法)。
乾式親水性シリカ微粒子を油性成分(b)に分散して乾式親水性シリカ微粒子油性成分分散体を得てから、引き続き乾式親水性シリカ微粒子油性成分分散体を撹拌しながら、疎水化剤を加えて疎水化シリカ微粒子油性成分分散体を得る表面改質方法(液中法)。
分散容器に乾式親水性シリカ微粒子と油性成分(b)とを同時に入れて均一分散する方法。
あらかじめ乾式親水性シリカ微粒子の入った分散容器に、油性成分(b)を加えて均一分散を行う方法。
あらかじめ油性成分(b)の入った分散容器に、乾式親水性シリカ微粒子を加えて均一分散する方法。
上記の分散機のうち、<表面改質方法1>及び<表面改質方法2>においては、遊星型混合分散機、垂直単軸型粉体撹拌機、水平単軸型撹拌機、及び垂直単複軸撹拌機が好ましく、さらに好ましくは単軸型粉体撹拌機、水平単軸型撹拌機、及び垂直単複軸撹拌機であり、<表面改質方法3>においては、高速剪断式分散機、遊星型ミキサー、及び3軸遊星型ミキサーが好ましい。
疎水化シリカ微粒子油性成分分散体を希釈する溶剤としては、前記の溶剤(s)と同じものが使用できる。
破砕とは、1個の疎水化シリカ微粒子を、少なくとも2つの微粒子に分割することを意味し、破砕によって、疎水化シリカ微粒子の表面が、親水性表面(破砕によって生じた新たな表面)と疎水性表面(疎水化処理によって疎水化された表面)とに分割されるものである。
(分散体1)疎水化シリカ微粒子を油性成分(b)に分散した疎水化シリカ微粒子分散体。
(分散体2)<表面改質方法3>で得られた疎水化シリカ微粒子油性成分分散体。
また、破砕時間は、5分〜10時間が好ましく、さらに好ましくは10分〜5時間、特に好ましくは15分〜3時間である。
油性成分(b)の除去は、前記の公知の方法と同様に行うことができ、除去した後の乾燥も前記の公知の方法で同様に行うことができる。
なお、体積平均粒子径の測定に用いる両親媒性粒子(a)は、両親媒性粒子(a)を含む分散体50gをn−ヘキサン450gと混合して生じた白色沈殿物を遠心分離にて取り出し、100℃の順風式乾燥機にて12時間乾燥することで単離することができる。
油性成分(b)としては、炭化水素油、脂肪酸、脂肪酸アミド、脂肪酸エステル、高級アルコール、シリコーン、及びポリオキシアルキレン化合物等が使用できる。
IPソルベント1016(0.5)、IPソルベント2028(2)、及びIPソルベント2835(12)(出光興産株式会社);
コスモSC22(21)、コスモSP10(10)、コスモRCスピンドル油(10)、コスモRBスピンドル油(15)、コスモニュートラル150(32)、コスモピュアスピンG(21)、コスモピュアスピンE(5)、コスモホワイトP60(60)、コスモホワイトP120(120)、コスモホワイトP200(200)、及びコスモホワイトP350P(250)(コスモ石油ルブリカンツ株式会社、「コスモ」は、コスモ石油株式会社の登録商標である。);
日石スーパーオイルC(93)、日石スーパーオイルD(141)、日石スーパーオイルB(54)、日石ポリブテンLV−7(12)、日石ポリブテンLV−50(110)、日石ポリブテンLV−100(200)、及び日石ポリブテンLV−150(3500)(JX日鉱日石エネルギー株式会社);
スタノール43N(27)、スタノール52(56)、スタノール69(145)、スタノール35(9)、及びスタノールLP35(11)(エッソ石油株式会社);
フッコールNT100(21)、フッコールNT150(28)、フッコールNT200(39)、フッコールNT60(10)、及びフッコールSTマシン(9)(富士興産株式会社、「フッコール」は新日本石油株式会社の登録商標である。);
パールリーム4(3)、パールリームEX(10)、及びパールリーム6(20)(日油株式会社製、「パールリーム」は日油株式会社の登録商標である。);
エクソールシリーズ及びアイソパーシリーズ(エクソン モービル ケミカル社);
シェルゾールシリーズ(シェル ケミカル社);並びに
ニッサンポリブテン及びNAソルベントシリーズ(日油株式会社製、「ニッサン」は日油株式会社の登録商標である。)等
KF−96−10cs、KF−96−20cs、KF−96−30cs、KF−96−50cs、KF−96−100cs、KF−96−200cs、KF−96−300cs、KF−96−350cs、KF−96−500cs、KF−96−1,000cs、KF−96−3,000cs、KF−96−5,000cs、KF−96H−6,000cs、KF−96H−1万cs、KF−96H−12,500cs、KF−96H−3万cs、KF−96H−5万cs、KF−96H−6万cs、及びKF−96H−10万cs{信越化学工業株式会社;商品名の終り(csの直前)に記載されている数字は動粘度を表し、例えば、「10」は10mm2/sである。};
SH200 C Fluid 10cs、SH200 C Fluid 20cs、SH200 C Fluid 50cs、SH200 C Fluid 100cs、SH200 C Fluid 200cs、SH200 C Fluid 350cs、SH200 C Fluid 500cs、SH200 C Fluid 1,000cs、SH200 C Fluid 3,000cs、SH200 C Fluid 5,000cs、SH200H C Fluid 1万cs、SH200H C Fluid 1.25万cs、SH200H C Fluid 3万cs、SH200H C Fluid 6万cs、及びSH200H C Fluid 10万cs{東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社製;商品名の終り(csの直前)に記載されている数字は動粘度を表し、例えば、「10」は10mm2/sである。};並びに
TSF451−10、TSF451−20、TSF451−30、TSF451−50、TSF451−100、TSF451−200、TSF451−300、TSF451−350、TSF451−500、TSF451−1000、TSF451−1500、TSF451−2000、TSF451−3000、TSF451−5000、TSF451−6000、TSF451H−1M、TSF451H−12500、TSF451H−2M、TSF451H−3M、TSF451H−5M、TSF451H−6M、及びTSF451H−10M{モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製;商品名の終りに記載されている数字は動粘度を表し、例えば、「10」は10mm2/sである。なお、Mは万を表し、たとえば1Mは1万mm2/sである。}等
両親媒性粒子(a)を油性成分(b)に分散する方法。
疎水化シリカ微粒子油性成分分散体を破砕して、両親媒性粒子(a)と油性成分(b)とを含む分散液を得た後、この分散液に油性成分(b)を加えるか、又はこの分散液を濃縮することにより濃度調整する方法。
疎水化シリカ微粒子油性成分分散体を破砕して、両親媒性粒子(a)と油性成分(b)とを含む分散液を得た後、この分散液をそのまま使用する方法。
測定試料(実施例1〜8で得た両親媒性粒子(a)又は比較例1〜2の疎水化シリカ微粒子)0.2gを容量250mLのビーカー中の50mLのイオン交換水に添加して、ビーカー内の液体をマグネティックスターラーで常時撹拌しながら、この中にメタノール(関東化学株式会社、試薬特級、以下同様。)をビュレットからビーカーの壁を伝わせながら徐々に滴下し、測定試料の全量がイオン交換水に懸濁するまで、メタノールの滴下を続けた。測定試料の全量が懸濁された時点でのメタノールの滴下量(g)を記録し、下記式からM値を算出した。
(M値)=100×(メタノールの滴下量:g)/{(メタノールの滴下量:g)+50}
油性成分(b1){40℃での動粘度1mm2/sのイソパラフィン(出光興産株式会社製、商品名 IPソルベント1620)}100部と乾式親水性シリカ微粒子(p1){商品名 Aerosil 130(BET法による比表面積130m2/g)}5部を減圧装置及び加熱装置付き3軸プラネタリミキサ(浅田鉄工株式会社製プラネタリディスパ)に入れ、減圧下(およそ5kPa)で60分間、撹拌・分散(低速撹拌羽根;50rpm、高速撹拌羽根;3000rpm)して、親水性シリカ微粒子油性成分分散体(hd1)を得た。
両親媒性粒子(a1)のM値は13、体積平均粒子径は0.2μmであった。
「油性成分(b1)」を「油性成分(b2){40℃での動粘度10mm2/sの水添ポリブテン(日油株式会社製、商品名 パールリームEX)}」に変更したこと、「乾式親水性シリカ微粒子(p1)5部」を「乾式親水性シリカ微粒子(p2){商品名 Aerosil 50(BET法による比表面積50m2/g)}8部」に変更したこと、「疎水化剤(m1)0.15部」を「疎水化剤(m2){メチルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社製、商品名 KBM−13)}0.4部(乾式親水性シリカ微粒子の重量に対し5重量%)」に変更したこと以外、実施例1と同様にして、本発明の分散安定剤(q2)及び両親媒性粒子(a2)を得た。
両親媒性粒子(a2)のM値は15、体積平均粒子径は0.1μmであった。
「油性成分(b1)」を「油性成分(b3){40℃での動粘度20mm2/sの流動パラフィン(コスモ石油ルブリカンツ株式会社製、商品名 コスモホワイトP120)}」に変更したこと、「乾式親水性シリカ微粒子(p1)5部」を「乾式親水性シリカ微粒子(p3){商品名 Aerosil 300(BET法による比表面積300m2/g)}1部」に変更したこと、「疎水化剤(m1)0.15部」を「疎水化剤(m1)0.01部(乾式親水性シリカ微粒子の重量に対し1重量%)」に変更したこと以外、実施例1と同様にして、本発明の分散安定剤(q3)及び両親媒性粒子(a3)を得た。両親媒性粒子(a3)のM値は5、体積平均粒子径は0.3μmであった。
「油性成分(b1)」を「油性成分(b5){40℃での動粘度9mm2/sの流動パラフィン(コスモ石油ルブリカンツ株式会社製、商品名 コスモホワイトP60)}」に変更したこと、「乾式親水性シリカ微粒子(p1)5部」を「乾式親水性シリカ微粒子(p5){商品名 HDK T125(BET法による比表面積125m2/g)5部」に変更したこと、「疎水化剤(m1)0.15部」を「疎水化剤(m1)0.1部(乾式親水性シリカ微粒子の重量に対し2重量%)」に変更したこと以外、実施例1と同様にして、本発明の分散安定剤(q4)及び両親媒性粒子(a4)を得た。両親媒性粒子(a4)のM値は7、体積平均粒子径は0.2μmであった。
「油性成分(b1)」を「油性成分(b5){25℃での動粘度50mm2/sのジメチルポリシロキサン(信越化学工業株式会社製、商品名 KF−96−50cs)}」に変更したこと、「乾式親水性シリカ微粒子(p1)5部」を「乾式親水性シリカ微粒子(p2)10部」に変更したこと、「疎水化剤(m1)0.15部」を「疎水化剤(m3)0.07部(乾式親水性シリカ微粒子の重量に対し0.7重量%)」に変更したこと以外、実施例1と同様にして、本発明の分散安定剤(q5)及び両親媒性粒子(a5)を得た。両親媒性粒子(a5)のM値は1、体積平均粒子径は0.5μmであった。
油性成分(b6){40℃での動粘度50mm2/sの流動パラフィン(コスモ石油ルブリカンツ株式会社製、商品名 コスモホワイトP260)}100部と乾式親水性シリカ微粒子(p5){商品名 Aerosil 200(BET法による比表面積200m2/g)}0.5部を加熱装置付きステンレス製混合容器に入れ、直径約4cmののこぎり歯状ディスクインペラーを装着した高速回転遠心放射型撹拌機(プライミクス株式会社製、T.K.ホモミクサー)を用いて常圧(およそ101kPa)にて4000rpmで60分間、撹拌・分散して分散工程を行った。続いて撹拌を継続しながら、疎水化剤(m1)0.05部(乾式親水性シリカ微粒子の重量に対して10重量%)を添加し、続いて撹拌を60分間継続した後、撹拌下で100℃まで加熱し、その温度で撹拌を60分間維持して疎水化工程を行い、撹拌を継続したまま室温まで冷却することにより、本発明の分散安定剤(q6)を得た。
「分散安定剤(q1)5g」を「分散安定剤(q6)5g」に変更したこと以外、実施例1と同様にして得た両親媒性粒子(a6)のM値は20、体積平均粒子径は0.1μmであった。
「油性成分(b6)」を「油性成分(b7){25℃での動粘度2mm2/sのジメチルポリシロキサン(信越化学工業株式会社製、商品名 KF−96L−2cs)}」に変更したこと、「乾式親水性シリカ微粒子(p5)0.5部」を「乾式親水性シリカ微粒子(p2)10部」に変更したこと以外、実施例6と同様にして、本発明の分散安定剤(q7)及び両親媒性粒子(p7)を得た。両親媒性粒子(p7)のM値は1、体積平均粒子径は1μmであった
「油性成分(b6)」を「油性成分(b4)」に変更したこと、「乾式親水性シリカ微粒子(p5)0.5部」を「乾式親水性シリカ微粒子(p5)7部」に変更したこと、「疎水化剤(m1)0.05部」を「疎水化剤(m1)0.1部(乾式親水性シリカ微粒子の重量に対して1.4重量%)」に変更したこと以外、実施例6と同様にして、本発明の分散安定剤(q8)及び両親媒性粒子(p8)を得た。両親媒性粒子(p8)のM値は20、体積平均粒子径は0.05μmであった
沈降法親水性シリカ粒子(p6){沈降法シリカNipsil AY−200(BET法による比表面積 300m2/g)}100部をヒーター付きヘンシェルミキサに入れ、低速撹拌(750rpm)しながら、疎水化剤(m4)8部を噴霧した。次いでヘンシェルミキサを20〜25℃の常温にて高速回転(2000rpm)を15分間行い、均一に混合した。次いでヒーターでヘンシェルミキサを加熱し、230℃にて3時間加熱処理を行ない、疎水化シリカ微粒子(hp1)を得た。続いて、疎水化シリカ微粒子(hp1)15部と油性成分(b2)100部を櫂型羽型撹拌機(ヤマト科学株式会社製、スリーワンモータBL1200、以下、同様)にて25±3℃にて15分間撹拌して、比較用の分散安定剤(hq1)を得た。
なお、疎水化シリカ微粒子(hp1)のM値は50、体積平均粒子径は11μmであった。
疎水化シリカ微粒子(hp2){乾式親水性シリカ微粒子を気相法で疎水化した乾式疎水性シリカ微粒子(日本アエロジル株式会社製、商品名 AerosilR976)}10部とエタノール90部を櫂型羽型撹拌機にて25±3℃にて15分間撹拌して、比較用の分散安定剤(hq2)を得た。
なお、疎水化シリカ微粒子(hp2)のM値は40、体積平均粒子径は0.3μmであった。
「エタノール90部」を「油性成分(b5)90部」に変更したこと以外、比較例2と同様にして、比較用の分散安定剤(hq3)を得た。
実施例1〜8で得た本発明の分散安定剤(q1〜q8)と比較例1〜3で得た比較用の分散安定剤(hq1〜hq3)を用いて顔料分散組成物を作成し、顔料の分散安定性の評価を行った。
表1又は表2に記載した各成分を一括で内径40mm、容量170mLのガラス容器に入れ、のこぎり歯状ディスクインペラーを装着したホモジナイザー(ハイフレックスディスパーサーHG−92G タイテック(株)製、以下、同様)にて4000rpmにて25±3℃にて15分間撹拌して、本発明の分散安定剤を用いた顔料分散組成物(cd1〜cd8)及び比較用の分散安定剤を用いた顔料分散組成物(hcd1〜hcd3)を調製した。
上記で得た各顔料分散組成物について、静置1時間後及び静置12時間後での顔料分散状態(顔料微粒子の凝集の程度)を光学顕微鏡(400倍)を用いて目視観察した。静置1時間後における顔料分散状態を初期分散性とし、また、静置12時間後における顔料分散状態を分散安定性とし、それぞれを次の基準で評価し、結果を表1及び2に記載した。
凝集がない ; ◎
凝集がわずかにある ; ○
凝集が非常に多くある ; ×
Claims (4)
- 両親媒性粒子(a)と油性成分(b)とを含む分散安定剤の製造方法であって、
両親媒性粒子(a)が、親水性表面と疎水性表面とが一つのシリカ粒子の表面に局在しており、BET比表面積が50〜300m2/gの乾式親水性シリカ微粒子を疎水化剤で表面改質した後破砕して得られ、M値が1〜20である両親媒性粒子であって、
乾式親水性シリカ微粒子が珪素塩化合物の気体を酸素水素炎中で燃焼させて得られるシリカであることを特徴とする顔料分散用分散安定剤の製造方法。 - 両親媒性粒子(a)の体積平均粒子径が0.05〜1μmである請求項1に記載の分散安定剤の製造方法。
- 乾式親水性シリカ微粒子を油性成分(b)に分散して親水性シリカ微粒子油性成分分散体を得る分散工程;
親水性シリカ微粒子油性成分分散体中に分散された乾式親水性シリカ微粒子を表面改質して疎水化シリカ微粒子油性成分分散体を得る表面改質工程;及び
疎水化シリカ微粒子油性成分分散体に含まれる疎水化シリカ微粒子を破砕して両親媒性粒子(a)を得る破砕工程を含む請求項1又は2に記載の分散安定剤の製造方法。 - 乾式親水性シリカ微粒子を油性成分(b)に分散して親水性シリカ微粒子油性成分分散体を得てから、
親水性シリカ微粒子油性成分分散体中に分散された乾式親水性シリカ微粒子を表面改質して疎水化シリカ微粒子油性成分分散体を得た後、
疎水化シリカ微粒子油性成分分散体に含まれる疎水化シリカ微粒子を破砕して得る両親媒性粒子(a)の油性成分(b)分散体であって、
両親媒性粒子(a)が、親水性表面と疎水性表面とが一つのシリカ粒子の表面に局在しており、BET比表面積が50〜300m2/gの乾式親水性シリカ微粒子を疎水化剤で表面改質した後破砕して得られ、M値が1〜20である両親媒性粒子であって、
乾式親水性シリカ微粒子が珪素塩化合物の気体を酸素水素炎中で燃焼させて得られるシリカであり、
油性成分(b)が40℃での動粘度が1〜3500mm2/sの炭化水素油、炭素数8〜28の脂肪酸、炭素数8〜28の脂肪酸の酸アミド、炭素数8〜28の脂肪酸のエステル、炭素数12〜36の脂肪族アルコール、ジメチルポリシロキサン、水酸基変性ポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、環状シリコーン、数平均分子量950〜4000のポリオキシプロピレングリコール、並びに動物又は植物から抽出される物質及びその水素添加物であることを特徴とする両親媒性粒子の油性成分分散体の製造方法。
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