JP6218737B2 - 分散剤組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、分散剤組成物、さらに具体的には、微粒子状固体、有機媒体、およびポリアクリルコポリマーを含有する組成物のための分散剤に関する。本発明はさらに、新規な化合物、および分散剤としてのポリアクリルコポリマーの使用に関する。
鉱物充填剤、例えば、炭酸カルシウムを、一般にプラスチック材料(例えば、不飽和ポリエステル樹脂)に加え、強化を実現し、硬度を増加させ、全体的な配合コストを低下させる。他の鉱物充填剤、例えば、加熱によって吸熱的に分解して水を発散させる酸化アルミニウム三水和物は、プラスチック材料、例えば、不飽和ポリエステル複合材において難燃性効果を有することが公知である。しかし、かなりの量の充填剤を加えると、系の全体的な粘度は一般に増加する。分散化剤を一般に使用し、混合の間に乾燥充填剤を湿潤させ、粘度を低減させ、配合物をより加工可能なものとする。リン酸エステルは高度に有効な分散化剤であるが、硬化機序の支障によって、これらはハンドレイアップおよびスプレーレイアップ用途において使用することができない。
プラスチック材料、充填剤および分散剤を含む上で言及したようなこのような強化プラスチック材料は、ヨットの内装、艇殻、風力タービン、汽車の内装などのための材料として当業界で使用されている。必要とされるプラスチック/充填剤/分散剤組成物を一般に、型中に入れ、固化する。プラスチック材料に関して、組成物へのさらなる充填剤の添加は、コストを安くする。しかし、多すぎる充填剤がミックスに加えられる場合、組成物は粘りけがありすぎ、加工することがより難しくなる。
充填剤は加えられた力のためにプラスチックを強化するだけでなく、他の利点をまた提供することができる。例えば、公知の充填剤であるアルミニウム三水和物は、難燃性充填剤として一般に使用される。難燃性充填剤を含有するプラスチックの加熱によって、アルミニウム三水和物は分解して、水を放出し、したがって材料が着火することを防止する。
いくつかの参照文献は、媒体、例えば、プラスチックのための分散剤を開示しており、これらを下記に要約する。
米国特許第5,300,255号は、五酸化リンまたは硫酸と反応させた8個以下の炭素原子を有するヒドロキシカルボン酸に由来するポリエステルを含有する分散剤を開示している。分散剤は、非極性媒体、例えば、芳香族溶媒およびプラスチックにおいて有用である。
米国特許第5,130,463号は、ポリリン酸と反応させたε−カプロラクトンに由来するポリエーテル/ポリエステルを含有する分散剤を開示している。
米国特許第6,051,627号は、ポリリン酸と反応させた酸化エチレンおよび酸化プロピレンに由来するポリエーテルを含めた分散剤を開示している。
米国特許第4,281,071号は、充填剤入り不飽和ポリエステル樹脂組成物の粘度の低減のための有機ホスフィットの使用を開示している。
非ホスフェート分散剤が、米国特許第3,332,793号に開示されている。米国特許第3,332,793号は、続いてポリアミンと反応させるカルボン酸末端ポリエーテル/ポリエステル鎖をベースとする懸濁化剤を開示している。
いくつかの文献は、ポリアクリル酸のメトキシポリエチレングリコールエステルおよび分散剤としてのこれらの使用を開示している。
欧州特許出願公開第2065403号は、水性系中の石膏、セメント、および顔料のための分散剤として、ポリアクリル酸のメトキシポリエチレングリコールエステル、およびこれらの塩を作製するプロセスを開示している。
欧州特許出願公開第1061089号は、セメント高可塑剤として、有機アミンで修飾されたポリアクリル酸のメトキシポリエチレングリコールエステルを開示している。
米国特許第5,840,114号は、直接のエステル化/アミド化によって調製された、ポリカルボン酸のメトキシポリエチレングリコールエステルおよびメトキシポリエチレングリコールアミドを開示している。
米国特許第5,476,885号は、メトキシポリエチレングリコールと(メタ)アクリル酸との反応から調製されるポリ(メタ)アクリル酸のメトキシポリエチレングリコールエステルを開示している。
独国特許出願公開第3325738号は、C16〜18アルコールエトキシレートによるポリアクリル酸の直接のエステル化によって作製された生成物を開示している。
プラスチック材料を重合するための2つの一般に公知のプロセスが存在する。第1の方法は、熱硬化の方法である。熱硬化は、重合を開始させるための反応混合物の加熱に関与する。熱硬化プロセスにおいて、ホスフェートがプラスチック材料/充填剤ミックスの粘度を低下させるのに高度に効率的であるため、ホスフェートを分散剤として加える。
第2の方法は、周囲温度における硬化の方法である。周囲温度で、反応は、金属開始剤、一般にコバルト錯体活性化剤によって開始する。
分散剤は一般に、加工可能な粘度を維持する一方で、高レベルの鉱物充填剤を効果的に組み込むために、不飽和ポリエステル複合材中に使用される。
周囲温度硬化系において、ペルオキシドラジカル源を使用する架橋反応は、コバルト錯体活性化剤を使用することによって開始する。架橋反応は、重合によって鎖状ポリマーを形成する不飽和ポリエステルの連結が関与する。充填剤および分散剤が混合物に加えられるのはプロセスのこのステージの前である。
鉱物触媒としてのコバルトの使用は一般に使用されるが、しかし、コバルト非含有系が必要とされるとき、他の促進剤(例えば、銅、マンガン、亜鉛、ジルコニウムおよび鉄)もまた使用される。このような促進剤は、重合プロセスの硬化時間を短縮する効果を有するジメチルアニリンと併せて使用することができる。
しかし、周囲温度硬化プロセスにおいて、ホスフェートは、分散剤として使用することができない。
強酸性分散剤、例えば、リン酸エステルは、このようなコバルト開始剤に結合し、架橋反応が起こることを遅延または防止する。
結果的に、架橋反応において支障をもたらさない、このような系における有効な分散剤を提供する代替の化学への関心が存在する。
英国特許出願公開第887241号は、周囲温度硬化複合材において使用するために設計された一連の分散化剤を開示している。ポリアミンを有する塩としてポリエーテル−ポリエステル鎖をベースとするこれらの生成物は、湿潤性充填剤に対して良好な効果を有し、硬化の抑制に対する最少の影響のみを伴う。しかし、開示されている分散剤は、これらが鎖中に単一のアンカー基を含むため非効率的であり、したがって充填剤/プラスチック材料ミックスの粘度を低減させるのに大量の分散剤が必要である。
鉱物充填剤、例えば、炭酸カルシウムを一般に不飽和ポリエステル樹脂に加え、強化を実現し、硬度を増加させ、全体的な配合コストを低下させる。他の鉱物充填剤、例えば、加熱によって吸熱的に分解して水を発散させる酸化アルミニウム三水和物は、不飽和ポリエステル複合材中の充填剤として使用するときに、難燃性効果を有する。かなりの量の充填剤を加えることの有害な影響は、系の全体的な粘度が増加することである。分散化剤を一般に使用し、混合の間に乾燥充填剤を湿潤させ、この粘度を低減させ、配合物をより加工可能なものとする。リン酸エステルは、熱硬化プロセスにおいて高度に有効な分散化剤であるが、硬化機序の支障によって、これらはハンドレイアップおよびスプレーレイアップ用途において使用することができない。
硬化プロセスの間、スチレンまたは他の反応性モノマー中の溶液として供給される不飽和ポリエステルは、有機過酸化物、例えば、メチルエチルケトンペルオキシドによって開始されるラジカル機序によって硬化する。このように生じたラジカルは、ポリエステル樹脂中の二重結合とスチレン希釈剤中の二重結合とを架橋させ、強固な三次元ネットワークを形成する。反応の開始点は、有機過酸化物の分解であり、これは加熱型を使用(熱硬化)して、または樹脂に溶解した有機コバルト化合物を使用(周囲温度もしくは低温硬化)することによって開始することができる。
これらの系において使用するための多くの分散化剤は、リン酸エステルをベースとする。ホスフェート基は塩基性充填剤の表面に密接に結合し、このように有効な湿潤性および粘度の低減を実現する。しかし、これらはまた、コバルト化合物に密接に結合し、このようにペルオキシドの崩壊を阻害し、複合材の硬化を抑制する。結果的に、リン酸化分散剤は、金属活性化された周囲温度硬化系において使用することができない。
本明細書に開示されている公知の分散剤はどれも硬化の速度を制御することができず、さらに周囲温度硬化系中で使用することができ、かつプラスチック/充填剤ミックスの粘度を低下させることに関して高い分散剤活性を有し、したがって、プラスチック材料に加えられる充填剤の増加を可能とし、したがって製造コストを低下させる分散剤に対する需要がある。
米国特許第5,300,255号明細書 米国特許第5,130,463号明細書 米国特許第6,051,627号明細書 米国特許第4,281,071号明細書 米国特許第3,332,793号明細書 欧州特許出願公開第2065403号明細書 欧州特許出願公開第1061089号明細書 米国特許第5,840,114号明細書 米国特許第5,476,885号明細書 独国特許出願公開第3325738号明細書 英国特許出願公開第887241号明細書
本明細書において開示されている組成物は、微粒子状固体添加量(load)を増加させ、硬化性能の増強を実現し、改善された分散物および低減された粘度を形成することの少なくとも1つを可能とすることを本発明の発明者らは発見した。
下記で開示するような分散剤は高い分散剤活性を有し、したがって、ミックスの粘度の効率的な低減によって、プラスチックミックスに加えることができる充填剤の増加を可能とする。さらに、下記の分散剤はプラスチック/充填剤ミックスの均一性を増加させ、より高いグレードの最終プラスチック生成物を実現する。分散剤の能力の増強は、プラスチック/充填剤ミックスの加工性が改善するためさらに有利であり、したがってプラスチックをより製造しやすくする。
下記で概説するような分散剤は、熱硬化および周囲温度硬化系の両方において使用することができるが、鉱物活性化剤(すなわち、コバルト活性化剤)に支障をもたらさず、したがって周囲温度硬化プロセスを阻害しないため、周囲温度硬化系のために特に適している。
下記の式(1)によって表される繰り返し単位のモルパーセントは、当業者には周知のいくつかの技術によって決定し得る。これらの技術は、NMR、または滴定による酸価の測定によるものを含む。
一実施形態において、本発明は、ポリエステルグラフトポリアクリルコポリマーを提供する(コポリマーは、ランダム、ブロックであり得、またはランダムブロックを有し得る)。ポリエステルグラフトポリアクリルコポリマー(分散剤)の一般式は、下記
−[CH−C(A)(R)]−[CH(A)−C(R)(A)]
(式1)
の通りである。
上記の式は、繰り返し単位jおよびkを示す。
式中、
は、Hまたは−CHであり、
Aは、独立に、B、D、EまたはFであり、
Bは、−COH(酸側鎖)であり、
Dは、−CO−Q(エステル側鎖)であり、
Eは、−CO−X−Tであり、
Fは、−COO(中和された塩側鎖)であり、
Qは、−[(CHRCO−(CH−CHO)−Rであり、
少なくとも1個の繰り返し単位(A=B)が存在しなくてはならない。少なくとも1個の繰り返し単位(A=D)が存在しなくてはならない。少なくとも1個の繰り返し単位(A=F)が存在しなくてはならない。
は、C〜C25、好ましくはC〜C18、具体的にC〜Cの分枝状または非分枝状アルキルである。
lは、好ましくは1〜10、好ましくは4〜5である。
mは、1〜10、好ましくは1〜5であり得る。
nは、0〜10、好ましくは3〜7であり得る。
は、独立に、Hまたは−CHまたは−C(CHまたはこれらの混合物であり得、
Xは、O−またはNH−であり、
Tは、−(CHR−CHO)−Rであり、
は、独立に、H、−CHまたは−CHCHまたはこれらの混合物であり(Rは好ましくは、Hまたは−CHまたはこれらの混合物であり、より好ましくは、Rは、Hであり)、
pは、3〜45、とりわけ3〜30であり、
は、C〜C25、とりわけC〜C18、よりとりわけC〜Cアルキルであり、
Yは、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはアンモニアもしくはアミンもしくはアルカノールアミンに由来するアンモニウム塩またはこれらの混合物である。
jおよびkは、グラフトコポリマー中の繰り返し単位の平均数である。
jは、2超、望ましくは3以上でなければならない。
kは、0または1または1超であり得る。
jおよびkの合計は、ポリマーが、1000〜100,000の分子量を有するようなものである。
一実施形態において、jとkの比は、1:1である。
BとDとEとFの比は、下記の通りである。
Bは、55〜85%であり得、
Dは、10〜20%であり得、
Eは、0〜10%であり得、
Fは、5〜25%であり得る。
本明細書において使用する場合、B、D、EおよびFについて示される百分率の範囲または比は、モルパーセント基準である。
DおよびEの合計は、20%以下でなくてはならない。DおよびEの合計が20%超である場合、ポリアクリルコポリマー分散剤は、粘度の低減においてより有効でない。
jおよびkが1:1の比であるとき、Fは15%超でなくてはならない。
は、独立に、金属カチオン(典型的には、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン)、またはアンモニウムカチオン(典型的には、アンモニアもしくはアミン、例えば、アルカノールアミンに由来する)であり得る。
は、−Hおよび−CHの混合物であり得、典型的には、75mol%の−H:25mol%の−CH以上の−Hと−CHの比を有する。一実施形態において、Rは、−Hおよび−CHの混合物であり得、−Hと−CHの比は、85mol%の−H:15mol%の−CHである。
一実施形態において、本発明は、微粒子状固体(典型的には、顔料または充填剤)、有機媒体(典型的には、有機媒体は、プラスチック材料または有機液体であり得る)、ならびに繰り返し単位jまたはjおよびkを含むポリアクリルコポリマーを含む組成物を提供し、コポリマーは、jを含み、上記のような少なくとも1個の繰り返し単位(A=B)、少なくとも1個の繰り返し単位(A=D)および少なくとも1個の繰り返し単位(A=F)および任意選択で少なくとも1個の繰り返し単位(A=E)を有さなければならない。
一実施形態において、本発明は、微粒子状固体、有機媒体、および繰り返し単位jまたはjおよびkを含むポリアクリルコポリマーを含む組成物を提供し、コポリマーは、jを含み、上記のような少なくとも1個の繰り返し単位(A=B)、少なくとも1個の繰り返し単位(A=D)および少なくとも1個の繰り返し単位(A=F)および任意選択で少なくとも1個の繰り返し単位(A=E)を有さなければならない。
一実施形態において、本発明は、分散剤、典型的には、プラスチック材料中の微粒子状分散剤としての、繰り返し単位jまたはjおよびkを含むポリアクリルコポリマーの使用を提供し、コポリマーは、jを含み、上記のような少なくとも1個の繰り返し単位(A=B)、少なくとも1個の繰り返し単位(A=D)および少なくとも1個の繰り返し単位(A=F)および任意選択で少なくとも1個の繰り返し単位(A=E)を有さなければならない。
一実施形態において、本発明は、本明細書において開示されている組成物中の分散剤としての、繰り返し単位jまたはjおよびkを含むポリアクリルコポリマーの使用を提供し、コポリマーは、jを含み、上記のような少なくとも1個の繰り返し単位(A=B)、少なくとも1個の繰り返し単位(A=D)および少なくとも1個の繰り返し単位(A=F)および任意選択で少なくとも1個の繰り返し単位(A=E)を有さなければならない。
場合によって、互いに隣り合っている2個の繰り返し単位が両方ともA=Bを有するとき、少量の副反応が起こり得る。この場合、2個の酸基は、合わさって、このように無水物を形成することができる。
Figure 0006218737
式中、Aは、上で定義される。
一実施形態において、0%〜10%のBは、この様式で無水物基を形成することができる。
一実施形態において、0%〜1%のBは、この様式で無水物基を形成することができる。
一実施形態において、XがN−Hであるとき、1個のB基は1個のE基と反応して、このようにイミドを形成することができる。
Figure 0006218737
式中、AおよびTは、上のように定義される。
一実施形態において、E基の0%〜100%は、この様式でB基と合わさったときに、イミド基を形成することができる。
これらの副反応は、分散剤の効率性に対して、または硬化プロセスに対して影響を与えない。
例えば、本発明は、以下の項目を提供する。
(項目1)
微粒子状固体(典型的には、顔料または充填剤)、有機媒体(典型的には、前記有機媒体は、プラスチック材料または有機液体であり得る)、および一般式
−[CH −C(A)(R )] −[CH(A)−C(R )(A)]
[式中、
は、Hまたは−CH であり、
Aは、独立に、B、D、EまたはFであり、
Bは、−CO Hであり、
Dは、−CO −Qであり、
Eは、−CO−X−Tであり、
Fは、−COO であり、
Qは、−[(CHR CO −[CH CH O] −R であり、
は、C 〜C 25 であり、
lは、1〜10であり、
mは、1〜10であり、
nは、0〜10であり得、
は、H、−CH または−C(CH またはこれらの混合物であり、
Xは、O−またはNH−であり、
Tは、−(CHR −CH O) −R であり、
は、独立に、H、−CH または−CH CH またはこれらの混合物であり、
pは、3〜45であり、
は、C 〜C 25 であり、
Yは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはアンモニア、アミンもしくはアルカノールアミンに由来するアンモニウム塩またはこれらの混合物である]
を含むポリアクリルコポリマー
を含む組成物。
(項目2)
jが、3または3超でなくてはならない、項目1に記載の組成物。
(項目3)
kが、0、1または1超である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目4)
j:kの比が、1:1である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目5)
lが、4〜5である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目6)
mが、1〜5である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目7)
nが、3〜7である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目8)
pが、3〜30である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目9)
が、C 〜C 18 である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目10)
B:D:Fの比が、下記
B=55〜85%;
D=10〜20%;および
F=5〜25%
の通りである、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目11)
B:D:E:Fの比が、下記
B=55〜85%;
D=10〜20%;
E=0〜10%;および
F=5〜25%
の通りである、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目12)
DおよびEの合計が、20%以下でなければならない、項目11に記載の組成物。
(項目13)
Fの比が、15%超である、項目4に記載の組成物。
(項目14)
前記ポリアクリルコポリマーが、1000〜100,000、または1000〜50,000の範囲の数平均分子量を有する、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目15)
前記ポリアクリルコポリマーが、組成物の0.25重量%〜35重量%、および0.5重量%〜30重量%から選択される範囲で存在する、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目16)
前記有機媒体が、有機液体またはプラスチック材料である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目17)
前記有機液体が、総有機液体に基づいて少なくとも0.1重量%の極性有機液体を含む、項目16に記載の組成物。
(項目18)
前記プラスチック材料が、熱硬化性樹脂である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目19)
前記ポリアクリルコポリマーが、前記プラスチック材料中の顔料分散剤である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目20)
Qが、[(CHR CO −(CH −CH O) −R である、先行する項目のいずれか一項に記載の組成物。
(項目21)
が、C 〜C 25 である、項目20に記載の組成物。
(項目22)
が、C 〜C 18 である、項目21に記載の組成物。
(項目23)
が、C 〜C である、項目22に記載の組成物。
(項目24)
jまたはkまたはjおよびkの10%までが、スチレン、ビニルトルエン、(メタ)アクリル酸アルキル、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、およびこれらの混合物のいずれかによって置き換えられている、先行する項目のいずれかに記載の組成物。
本発明は、本明細書の上記に開示されている組成物を提供する。
本明細書において使用する場合、「(メタ)アクリル」という用語は、アクリルまたはメタクリル単位を意味する。上で言及したような側鎖Aについて、繰り返し単位の量は、不飽和モノマーの言及された基からの1種または複数種の不飽和モノマーを重合する鎖に由来する繰り返し単位である(すなわち、繰り返し単位は、ポリマー中にモノマーを組み込むとき消費された炭素−炭素二重結合を有さない言及されたモノマーである)。
本発明のポリエステルグラフトポリアクリルコポリマー(分散剤)は、スチレン、ビニルトルエン、(メタ)アクリル酸アルキル、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、およびこれらの混合物からなる群から選択される繰り返し単位で置き換えられた、10%までの繰り返し単位jおよびkのいずれかを有し得る。
(メタ)アクリル酸アルキルは、メチル(メタ)アクリレート、メタクリル酸ブチル、2−メチルペンチル(メタ)アクリレート、2−プロピルヘプチル(メタ)アクリレート、2−ブチルオクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、2−tert−ブチルヘプチル(メタ)アクリレート、3−イソプロピルヘプチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ウンデシル(メタ)アクリレート、5−メチルウンデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、2−メチルドデシル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)−アクリレート、5−メチルトリデシル(メタ)アクリレート、テトラデシル(メタ)アクリレート、ペンタデシル(メタ)アクリレート、ヘキサデシル(メタ)アクリレート、2−メチルヘキサデシル(メタ)アクリレート、ヘプタデシル(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレート、ノナデシル(メタ)アクリレート、エイコシル(メタ)アクリレート、またはこれらの混合物であり得る。
本発明のポリエステルグラフトポリアクリルコポリマー(分散剤)は、1000〜100,000、または1000〜50,000の範囲の数平均分子量を有し得る。
一実施形態において、各Rは、独立に、水素であり得、Xは、独立に、−O−であり得、Tは、独立に、−(CHR−CHO)であり得、Rは、独立に、−Hまたは−CHであり得、Rは、独立に、典型的には1〜8個の炭素原子を含有するヒドロカルビル基であり得、Yは、独立に、アンモニウムカチオンであり得る。
一実施形態において、各Rは、独立に、水素であり得、Xは、独立に、NHであり得、Tは、独立に、−(CHR−CHO)であり得、Rは、独立に、−Hまたは−CHであり得、Rは、独立に、典型的には1〜8個の炭素原子を含有するヒドロカルビル基であり得、Yは、独立に、アンモニウムカチオンであり得る。
一実施形態において、各Rは、独立に、水素であり得、Xは、独立に、−O−であり得、Tは、独立に、−(CHR−CHO)であり得、Rは、−Hであり得、Rは、独立に、1〜8個の炭素原子を含有するヒドロカルビル基であり得、Yは、独立に、アンモニウムカチオンであり得る。
一実施形態において、各Rは、独立に、水素であり得、Xは、独立に、NHであり得、Tは、独立に、−(CHR−CHO)であり得、Rは、−Hであり得、Rは、独立に、1〜8個の炭素原子を含有するヒドロカルビル基であり得、Yは、独立に、アンモニウムカチオンであり得る。
およびRは、アルキルであり得る。アルキル基は、直鎖状、分枝状または環状であり得る。
およびRは、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソ−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、2−エチルヘキシル(ethyhexyl)、ノニル、デシル、ドデシル、2−メチルドデシル、トリデシル、5−メチルトリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、2−メチルヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシル、またはこれらの混合物であり得る。
Xが−O−であるとき、X−T基は、ポリアルキレングリコール一置換アルキルエーテル、またはこれらの混合物に由来し得る。ポリアルキレングリコール一置換アルキルエーテルは、典型的には、エチレングリコールを含有する、ホモポリマーまたはランダムもしくはブロックコポリマーであり得る。典型的には、X−Tがプロピレングリコール置換基を含有する場合、ポリアルキレングリコール一置換アルキルエーテルは、エチレングリコールを有するランダムまたはブロックコポリマーとして存在する。
例えば、X−T基は、メトキシポリエチレングリコール、エトキシポリエチレングリコール、プロポキシポリエチレングリコール、ブトキシポリエチレングリコール、メトキシポリプロピレングリコール、エトキシポリプロピレングリコール、プロポキシポリプロピレングリコール、またはブトキシポリプロピレングリコールに由来し得る。
Xが、−NH−であるとき、X−T基は、ポリアルキレンオキシドモノアルキルエーテルモノアミンに由来し得る。このタイプのモノアミン化合物は、Huntsman CorporationからのSurfonamine(登録商標)アミンとして市販されている。Surfonamine(登録商標)アミンの具体例は、B−60(酸化プロピレンと酸化エチレンのモル比、9:1)、L−100(酸化プロピレンと酸化エチレンのモル比、3:19)、B−200(酸化プロピレンと酸化エチレンのモル比、29:6)およびL−207(酸化プロピレンと酸化エチレンのモル比、10:32)、L200(酸化プロピレンと酸化エチレンのモル比、3:41)、L−300(酸化プロピレンと酸化エチレンのモル比、8:58)である。
一実施形態において、nが、0であり、Qが、−[(CHRCO−Rであるとき、Qは、式1におけるポリエステル側鎖である。アルコールQ−Hは、ヒドロキシルカルボン酸またはラクトンまたはこれらの混合物を一価アルコールR−OH(Rは、上記の通りである)と重合することによって得られる/得ることが可能である。適切なヒドロキシカルボン酸の例は、5−ヒドロキシデカン酸、4−ヒドロキシデカン酸、グリコール酸、乳酸、6−ヒドロキシヘキサン酸および5−ヒドロキシ吉草酸である。ラクトンの例は、β−プロピオラクトン、任意選択で置換されているδ−バレロラクトン、および任意選択で置換されているε−カプロラクトンである。
一実施形態において、nが、1〜10であり、Qが、−[(CHRCO−(CH−CHO)−Rであるとき、Qは、式1におけるポリエーテル/ポリエステルコポリマー側鎖である。アルコールQ−Hは、ヒドロキシルカルボン酸またはラクトンまたはこれらの混合物を一価アルコールR−O(CHCHO)−H(Rは、上記の通りである)と重合することによって得られる/得ることが可能である。
アルコールQ−Hは、ヒドロキシカルボン酸またはラクトンまたはこれらの混合物の存在下で、好ましくは不活性雰囲気中(この雰囲気は、窒素またはアルゴンであり得る)で、任意選択で不活性溶媒の存在下で(典型的には、溶媒は必要でなくてもよい)、80℃〜180℃の温度で、およびエステル化触媒の存在下で、一価アルコールR−OHまたはR−O(CHCHO)−Hまたはこれらの混合物を直接反応させることによって調製してもよい。エステル化触媒は、当技術分野で任意の既に公知のものであり得、チタン酸テトラ−アルキル、例えば、チタン酸テトラブチル、有機酸の亜鉛塩、例えば、酢酸亜鉛、脂肪族アルコールのジルコニウム塩、例えば、ジルコニウムイソプロポキシド、トルエンスルホン酸または強有機酸、例えば、トリフルオロ酢酸またはリン酸を含む。
は、独立に、金属カチオン(典型的には、アルカリ金属カチオン、アルカリ土類金属カチオン)、またはアンモニウムカチオン(典型的には、アンモニアもしくはアミンもしくはアルカノールアミンに由来する)であり得る。
金属カチオンは、リチウム、ナトリウムもしくはカリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウムまたはこれらの混合物であり得る。
一実施形態において、Yは、独立に、アンモニウムカチオンであり得る。アンモニウムカチオンは、アンモニア、直鎖状もしくは分枝状の脂肪族アミン、環状アミン、芳香族アミン、またはアミノアルコールに由来し得る。一実施形態において、アミノアルコールは、直鎖状であり得る。
が、アミンからのアンモニウムであるとき、アミンは、上記のようなポリアルキレンオキシドモノアルキルエーテルモノアミンであり得る。
アンモニウムカチオンを生じさせるのに使用し得るアミンの例には、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、アミノアルキル置換複素環化合物(例えば、1−(3−アミノプロピル)イミダゾール、4−(3−アミノプロピル)モルホリン、1−(2−アミノエチル)ピペリジン、3,3−ジアミノ−N−メチルジプロピルアミン、3,3’−アミノビス(N,N−ジメチルプロピルアミン)、N,N−ジメチル−アミノプロピルアミン、N,N−ジエチル−アミノプロピルアミン、N,N−ジメチル−アミノエチルアミン、モルホリン、またはこれらの混合物が含まれる。
が、アミノアルコールからであるとき、Y+は、アミノアルコール、例えば、エタノールアミン、イソプロパノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジブチルエタノールアミン、3−アミノ−1,2−プロパンジオール;セリノール;2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオール;トリス(ヒドロキシメチル)−アミノメタン;1−アミノ−1−デオキシ−D−ソルビトール;ジイソプロパノールアミン;N−メチル−N,N−ジエタノールアミン;N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、2−ジメチルアミノ−メチル−1−プロパンジオール、2−アミノ−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2−アミノ−1−ブタノール、またはこれらの混合物、の残基であり得る。
ポリアクリルコポリマーは、当業者には公知のプロセスによって調製し得る。例えば、ポリアクリルコポリマーは、バルク、溶液、懸濁またはエマルジョンプロセスを使用した任意の公知の重合技術または重合技術の組合せによる、ポリ(メタ)アクリル酸もしくはポリ(メタ)アクリル酸/マレイン酸コポリマーのエステル化もしくはアミド化、または(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリル酸エステルおよび/もしくはアミドとの重合、または(メタ)アクリル酸とマレイン酸(もしくは無水マレイン酸)、(メタ)アクリル酸エステルおよび/もしくはアミドならびにマレイン酸エステルおよび/もしくはアミドとの重合によって調製し得る。重合は、ラジカル、アニオン、カチオン、原子移動もしくは基移動重合プロセスまたはこれらの組合せを含み得る。
一実施形態において、本発明は、微粒子状固体(典型的には、顔料または充填剤)、有機媒体(典型的には、有機媒体は、プラスチック材料または有機液体であり得る)、ならびに繰り返し単位jまたはjおよびkを含むポリアクリルコポリマーを含む組成物をさらに提供し、コポリマーは、jを含み、上記のような少なくとも1個の繰り返し単位(A=B)、少なくとも1個の繰り返し単位(A=D)および少なくとも1個の繰り返し単位(A=F)および任意選択で少なくとも1個の繰り返し単位(A=E)を有さなければならない。
異なる実施形態において、本発明は、0mol%〜2mol%、または0mol%〜1mol%、または0mol%の無水物基をさらに有するポリアクリルコポリマーを提供する。
一実施形態において、本発明は、触媒、典型的には、酸触媒の存在下で、摂氏120〜200度の温度にて、不活性雰囲気下で、2時間〜72時間の期間、反応中に存在するか、または反応の間に生じる水が除去されることを確実にしながら、5重量部〜95重量部対95重量部〜5重量部の比で、ポリ(メタ)アクリル酸(典型的には、300〜90,000、または300〜45,000の分子量を有する)(水溶液または固体のいずれかとして)と、本明細書に定義されているようなQ−Hおよび/またはT−X−Hとを反応させることによって得られる/得ることが可能である化合物を提供する。これによって中間体が生じ、これは続いて摂氏50〜100度の温度で、0.5〜24時間の期間、不活性雰囲気下にて水の非存在下で、1重量部の中間体と1重量部のY−Hの比から、1重量部の中間体と0.00001重量部のY−Hの比で、Y−H(Yは、本明細書において定義する)と反応させる。
一実施形態において、本発明は、下記を含むプロセスによって得られる/得ることが可能であるポリマーを提供する。
(i)A=B、DおよびFであり、n=1〜10であるとき、反応から水を同時に除去する(例えば、蒸留、または当業者には公知の他の技術)間に、ポリ(メタ)アクリル酸(水溶液または固体(典型的には、300〜90000、または300〜45000の分子量を有する)のいずれかとして)と、本明細書に定義されているようなアルコールQ−Hとを反応させるステップ。典型的には、ポリ(メタ)アクリル酸とアルコールの比は、5重量部および95重量部対65重量部および35重量部であり得る。
A=B、D、EおよびFであり、n=0〜10であるとき、反応から水を同時に除去する(例えば、蒸留、または当業者には公知の他の技術によって)間に、ポリ(メタ)アクリル酸(水溶液または固体(典型的には、300〜90000、または300〜45000の分子量を有する)のいずれかとして)と、最初に本明細書に定義されているようなアルコールまたはアミンH−X−Tとを反応させ、次いで、反応から水を同時に除去する(例えば、蒸留、または当業者には公知の他の技術によって)間に、それに続いて本明細書に定義されているようなアルコールQ−Hとを反応させるステップ。典型的には、ポリ(メタ)アクリル酸とアルコール/アミンH−X−TおよびアルコールQ−Hの比は、5:95重量部対65重量部および35重量部であり得る。
A=B、D、EおよびFであり、n=0〜10であるとき、反応から水を同時に除去する(例えば、蒸留または当業者には公知の他の技術によって)間に、ポリ(メタ)アクリル酸(水溶液または固体(典型的には、300〜90000、または300〜45000の分子量を有する)いずれかとして)と、本明細書に定義されているようなアルコールまたはアミンH−X−Tとを、および本明細書に定義されているようなアルコールQ−Hとを反応させるステップ。典型的には、ポリ(メタ)アクリル酸とアルコール/アミンH−X−TおよびアルコールQ−Hの比は、5:95重量部対65重量部および35重量部であり得る。
(ii)ステップ(i)の生成物と、金属カチオンまたはアンモニウム塩(上記のMについて記載した通り)を送達することができる化合物とを反応させるステップ。ステップ(i)の生成物と、金属カチオンまたはアンモニウム塩を送達することができる化合物のモル比は、1部のステップ(i)の生成物対0.00001部の金属カチオンまたはアンモニウム塩を送達することができる化合物、あるいは2部のステップ(i)の生成物対0.5部の金属カチオンまたはアンモニウム塩を送達することができる化合物、の範囲であり得る。Aの分子量(A=D)が非常に高い場合、総ポリマーの単位重量毎に利用可能な少数の遊離酸基が存在することを当業者は認識する。低分子量を有する中和種を使用する場合、酸基を完全に中和するために大量(重量による)を必要としない。この結果として、ステップ(i)の生成物と、金属カチオンまたはアンモニウム塩を送達することができる化合物のモル比は、1部のステップ(i)の生成物対0.00001部の金属カチオンまたはアンモニウム塩を送達することができる化合物ほど低くてもよい。
上記のステップ(i)は、触媒の存在下または非存在下で(典型的には、酸触媒の存在下で)実行し得る。ステップ(i)の反応温度はまた、120℃〜200℃の範囲であり得る。ステップ(i)において記載した反応は、不活性雰囲気下であり得る。ステップ(i)は、2時間〜72時間の期間実行し得る。
ステップ(ii)は、50℃〜100℃の範囲の高温で行い得る。ステップ(ii)は、0.5〜24時間の範囲の期間実行し得る。ステップ(ii)は、不活性または空気雰囲気中で実行し得る。一実施形態において、ステップ(ii)は、不活性雰囲気、および実質的に水非含有から水非含有(典型的には、水非含有)下で行い得る。
本明細書において使用する場合、実質的に水非含有という表現は、反応が、上記のプロセスのステップ(i)において除去されない最少量の水、例えば、汚染物質または微量を含有することを示す。
ステップ(ii)の生成物は、1000〜100,000、または1000〜50,000の重量平均分子量を有し得る。
一実施形態において、上記のプロセスは、ポリ(メタ)アクリル酸の代わりにポリ(メタ)アクリル酸−co−マレイン酸を使用して、当業者が行うことができる。
一実施形態において、本発明は、微粒子状固体(典型的には、顔料または充填剤)、有機媒体(典型的には、有機媒体は、プラスチック材料または有機液体であり得る)、および上記のプロセスによる生成物によって記載されるポリアクリルコポリマーを含む組成物をさらに提供する。ポリアクリルコポリマーは、本明細書に記載されている組成物中で分散剤として有用であり得る。
微粒子状固体(典型的には、顔料または充填剤)は、光散乱測定によって測定して、直径が10ナノメートルから10ミクロン、または10ナノメートルから1、2、3もしくは5ミクロン、または20ナノメートルから1、2、3もしくは5ミクロンの平均粒子サイズを有し得る。
工業的用途
一実施形態において、本明細書において開示されているポリアクリルコポリマーは、典型的には、微粒子状固体材料を分散するために使用される分散剤である。
本明細書において開示されているポリアクリルコポリマーは、異なる実施形態において、本発明の組成物中に0.1〜50重量%、または0.25〜35重量%、および0.5〜30重量%から選択される範囲で存在する。
組成物中に存在する微粒子状固体は、関与する温度にて有機媒体中で実質的に不溶性であり、かつその中に微粉化した形態で安定化することが所望である、任意の無機または有機固体材料であり得る。微粒子状固体は、顆粒状材料、繊維、小板、または粉末、しばしば吹き込まれた粉末の形態であり得る。一実施形態において、微粒子状固体は、充填剤である。
適切な固体の例は、プラスチック材料のための顔料、増量剤、充填剤、発泡剤および難燃剤;染料、とりわけ分散染料;金属;セラミック、圧電セラミック印刷、研磨剤、コンデンサー、または燃料電池、強磁性流体のための微粒子状セラミック材料および磁性材料;有機および無機のナノ分散固体;複合材料のための繊維、例えば、木、紙、ガラス、鋼、または炭素およびホウ素である。
無機顔料の例には、金属酸化物、例えば、二酸化チタン、ルチル形二酸化チタンおよび表面コーティングされた二酸化チタン、異なる色、例えば、黄色および黒色の酸化チタン、異なる色、例えば、黄色、赤色、茶色および黒色の酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、オキシ金属化合物、例えば、バナジン酸ビスマス、アルミン酸コバルト、スズ酸コバルト、亜鉛酸コバルト、クロム酸亜鉛;マンガン、ニッケル、チタン、クロム、アンチモン、マグネシウム、コバルト、鉄またはアルミニウムの2つ以上の混合金属酸化物;プルシアンブルー、ヴァーミリオン、ウルトラマリン、リン酸亜鉛、硫化亜鉛、カルシウムおよび亜鉛のモリブデン酸塩およびクロム酸塩、金属効果顔料、例えば、アルミニウムフレーク、銅、および銅/亜鉛合金、真珠光沢フレーク、例えば、炭酸鉛およびオキシ塩化ビスマスが含まれる。
無機固体には、増量剤および充填剤、例えば、すりつぶされおよび沈降した、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、酸化カルシウム、シュウ酸カルシウム、リン酸カルシウム、ホスホン酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、天然水酸化マグネシウムまたはブルーサイト、沈降水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、アルミニウムトリヒドロキシド、アルミニウムヒドロペルオキシドまたはベーマイト、ケイ酸カルシウムおよびケイ酸マグネシウム、アルミノシリケート(ナノクレイ、カオリンを含めた)、モンモリロナイト(ベントナイト、ヘクトライトおよびサポナイトを含めた)、雲母、タルク(白雲母、金雲母、鱗雲母および緑泥石を含めた)、白亜、合成および沈降シリカ、ヒュームドシリカ、金属繊維および粉末、亜鉛、アルミニウム、ガラス繊維、耐火性繊維、カーボンブラック(単層および多層のカーボンナノチューブ、強化および非強化カーボンブラックを含めた)、黒鉛、バックミンスターフラーレン、アスファルテン、グラフェン、ダイアモンド、アルミナ、石英、シリカゲル、木粉、木のフレーク(軟木および硬木、おがくずを含めた)、粉末状紙/繊維、セルロース系繊維、例えば、ケナフ、ヘンプ、サイザル、亜麻、綿、コットンリンター、ジュート、カラムシ、コメの穀皮またはもみ殻、ラフィア、ガマアシ(typha reed)、ココナツ繊維、コイア、油やし繊維、カポック、バナナの葉、カロ(caro)、クラワ、ヘネッケンの葉、ハラケケの葉、アバカ、サトウキビのバガス、麦わら、タケのストリップ、コムギ粉、MDFなど、バーミキュライト、ゼオライト、ヒドロタルサイト、発電設備からのフライアッシュ、下水スラッジ焼却灰、ポゾラン(pozzolanes)、高炉スラグ、石綿、クリソタイル、アンソフィライト(anthophylite)、クロシドライト、ウォラストナイト、アタパルジャイトなど、微粒子状セラミック材料、例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、混合ケイ素−アルミニウム窒化物およびチタン酸金属;微粒子状磁性材料、例えば、遷移金属、しばしば鉄およびクロムの磁性酸化物、例えば、γ−Fe、Fe、およびコバルトをドープした酸化鉄、フェライト、例えば、バリウムフェライト;および金属粒子、例えば、金属のアルミニウム、鉄、ニッケル、コバルト、銅、銀、金、パラジウム、および白金、ならびにその合金が含まれる。
他の有用な固体材料には、難燃剤、例えば、ペンタブロモジフェニルエーテル、オクタブロモジフェニルエーテル、デカブロモジフェニルエーテル、ヘキサブロモシクロドデカン、ポリリン酸アンモニウム、メラミン、シアヌル酸メラミン、酸化アンチモンおよびボレートが含まれる。
一実施形態において、本発明の組成物中に存在する有機媒体は、プラスチック材料であり、別の実施形態において、有機液体である。有機液体は、非極性または極性有機液体であり得るが、極性有機液体が典型的には使用される。有機液体と関連して「極性」という用語は、「A Three Dimensional Approach to Solubility」、Crowleyら、Journal of Paint Technology、第38巻、1966年、269頁と表題を付けた論文において記載されているような、有機液体が中程度から強力な結合を形成することができることを意味する。このような有機液体は一般に、上述の論文において定義したような5以上の水素結合数を有する。
適切な極性有機液体の例は、アミン、エーテル、とりわけ、低級アルキルエーテル、有機酸、エステル、ケトン、グリコール、アルコールおよびアミドである。このような中程度から強度の水素結合液体の多数の具体例は、「Compatibility and Solubility」、Ibert Mellan(1968年にNoyes Development Corporationにより発表)と表題を付けた書籍の39〜40頁の表2.14において示され、これらの液体は全て、本明細書において使用する場合、極性有機液体という用語の範囲内に入る。
一実施形態において、極性有機液体は、ジアルキルケトン、アルカンカルボン酸およびアルカノールのアルキルエステルを含み、とりわけこのような液体は、全部で6個または8個まで(6個または8個を含む)の炭素原子を含有する。極性有機液体の一例には、ジアルキルケトンおよびシクロアルキルケトン、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ジ−イソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−イソブチルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルn−アミルケトンおよびシクロヘキサノン;アルキルエステル、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、ギ酸エチル、プロピオン酸メチル、酢酸メトキシプロピルおよび酪酸エチル;グリコールおよびグリコールエステルおよびエーテル、例えば、エチレングリコール、2−エトキシエタノール、3−メトキシプロピルプロパノール、3−エトキシプロピルプロパノール、2−ブトキシエチルアセテート、3−メトキシプロピルアセテート、3−エトキシプロピルアセテートおよび2−エトキシエチルアセテート;アルカノール、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノールおよびイソブタノールならびにジアルキルエーテルおよび環状エーテル、例えば、ジエチルエーテルおよびテトラヒドロフランが含まれる。一実施形態において、溶媒は、アルカノール、アルカンカルボン酸およびアルカンカルボン酸のエステルである。
極性有機液体として使用し得る有機液体の例は、膜形成樹脂である。このような樹脂の例には、ポリアミド、例えば、Versamid(商標)およびWolfamid(商標)、ならびにセルロースエーテル、例えば、エチルセルロースおよびエチルヒドロキシエチルセルロース、ニトロセルロースおよび酢酸酪酸セルロース樹脂(これらの混合物を含めた)が含まれる。樹脂の例には、短油性アルキド/メラミン−ホルムアルデヒド、ポリエステル/メラミン−ホルムアルデヒド、熱硬化性アクリル/メラミン−ホルムアルデヒド、長油性アルキド、ポリエーテルポリオール、ならびに複数媒体樹脂、例えば、アクリルおよび尿素/アルデヒドが含まれる。
有機液体は、ポリオール、すなわち、2個以上のヒドロキシ基を有する有機液体であり得る。一実施形態において、ポリオールは、α−ωジオールまたはα−ωジオールエトキシレートを含む。
一実施形態において、非極性有機液体は、脂肪族基、芳香族基またはこれらの混合物を含有する化合物である。非極性有機液体は、非ハロゲン化芳香族炭化水素(例えば、トルエンおよびキシレン)、ハロゲン化芳香族炭化水素(例えば、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエン)、非ハロゲン化脂肪族炭化水素(例えば、完全飽和および部分飽和の両方である、6個以上の炭素原子を含有する直鎖状および分枝状の脂肪族炭化水素)、ハロゲン化脂肪族炭化水素(例えば、ジクロロメタン、四塩化炭素、クロロホルム、トリクロロエタン)、ならびに天然の非極性有機物(例えば、植物性油、ヒマワリ油、亜麻仁油、テルペンおよびグリセリド)を含む。
一実施形態において、有機液体は、総有機液体に基づいて、少なくとも0.1重量%、または1重量%以上の極性有機液体を含む。
一実施形態において、有機液体は、水非含有である。
プラスチック材料は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂であり得る。本発明において有用な熱硬化性樹脂は、加熱され、触媒作用を受け、または紫外線、レーザー光、赤外線、カチオン、電子ビーム、もしくはマイクロ波放射線に供されたときに化学反応を起こし、相対的に不溶解性となる樹脂を含む。熱硬化性樹脂における典型的な反応には、不飽和二重結合の酸化、エポキシ/アミン、エポキシ/カルボニル、エポキシ/ヒドロキシルが関与する反応、エポキシとルイス酸またはルイス塩基、ポリイソシアネート/ヒドロキシ、アミノ樹脂/ヒドロキシ部分との反応、ポリアクリレートのフリーラジカル反応、エポキシ樹脂とビニルエーテルとのカチオン重合、およびシラノールの縮合が含まれる。不飽和樹脂の例には、1種または複数種の二酸または無水物と1種または複数種のジオールとの反応によって作製されるポリエステル樹脂が含まれる。このような樹脂は一般に、反応性モノマー、例えば、スチレンまたはビニルトルエンとの混合物として供給され、オルトフタル酸系樹脂およびイソフタル酸系樹脂と称されることが多い。さらなる例には、ポリエステル鎖中に共反応物としてジシクロペンタジエン(DCPD)を使用した樹脂が含まれる。さらなる例にはまた、ビスフェノールAジグリシジルエーテルと不飽和カルボン酸、例えば、メタクリル酸との反応生成物が含まれ、これは続いてスチレン中の溶液として供給され、一般にビニルエステル樹脂と称される。
ヒドロキシ官能基を有するポリマー(高い頻度でポリオール)は、熱硬化性の系において広範に使用され、アミノ樹脂またはポリイソシアネートと架橋する。ポリオールには、アクリルポリオール、アルキドポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールおよびポリウレタンポリオールが含まれる。典型的なアミノ樹脂には、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミンホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂およびグリコールウリルホルムアルデヒド樹脂が含まれる。ポリイソシアネートは、モノマーの脂肪族ジイソシアネート、モノマーの芳香族ジイソシアネートの両方、およびこれらのポリマーを含めた、2個以上のイソシアネート基を有する樹脂である。典型的な脂肪族ジイソシアネートには、ジイソシアン酸ヘキサメチレン、ジイソシアン酸イソホロンおよび水素化ジイソシアン酸ジフェニルメタンが含まれる。典型的な芳香族イソシアネートには、ジイソシアン酸トルエンおよびジイソシアン酸ジフェニルメタンが含まれる。
プラスチック材料、例えば、熱硬化性樹脂は、艇殻、浴槽、シャワートレー;列車、トラム、船、飛行機のためのシート、コンジットおよび隔壁;自動車両のためのボディーパネルおよびトラックの荷台におけるパーツのために有用であり得る。
所望の場合、プラスチック材料を含有する組成物は、他の成分、例えば、本発明の化合物以外の分散剤、防曇剤、造核剤、発泡剤、難燃剤、加工助剤、界面活性剤、可塑剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、香料、離型助剤、帯電防止剤、抗菌剤、殺生物剤、カップリング剤、潤滑剤(外部および内部)、衝撃改質剤、スリップ剤、脱泡剤、ならびに粘度降下剤を含有し得る。
組成物は典型的には、1〜95重量%の微粒子状固体を含有し、正確な量は、固体の性質によって決まり、この量は、固体の性質、ならびに固体および極性有機液体の相対密度によって決まる。例えば、組成物(固体は、有機材料、例えば、有機顔料である)は、一実施形態において、15〜60重量%の固体を含有し、一方、組成物(固体は、無機材料、例えば、無機顔料、充填剤または増量剤である)は、一実施形態において、組成物の総重量に基づいて40〜90重量%の固体を含有する。
組成物は、分散物を調製するために公知の通常の方法のいずれかによって調製し得る。したがって、固体、有機媒体および分散剤は、任意の順序で混合してもよく、次いで、混合物を機械的処理に供し、分散物が形成されるまで、例えば、ボールミリング、ビーズミリング、グラベルミリング、高剪断混合またはプラスチックミリングによって固体の粒子を適当なサイズに低減させる。代わりに、固体を処理して、独立に、または有機媒体もしくは分散剤のいずれかとの混和物中でその粒子サイズを低減させてもよく、次いで、他の成分(複数可)を加え、混合物をかき混ぜ、組成物を提供する。
一実施形態において、本発明の組成物は、液体分散物に向いている。一実施形態において、このような分散組成物は、(a)0.5〜40部の微粒子状固体、(b)0.5〜30部の本明細書において開示されているポリアクリルコポリマー、および(c)30〜99部の有機媒体を含み、全ての部は、重量により、量(a)+(b)+(c)=100である。
一実施形態において、構成要素a)は、0.5〜40部の顔料を含み、このような分散物は、ミルベースとして有用である。
微粒子状固体および乾燥形態の本明細書において開示されているポリアクリルコポリマーを含む組成物が必要とされる場合、有機液体は典型的には、単純な分離手段、例えば、蒸発によって微粒子状固体から容易に除去し得るように揮発性である。一実施形態において、組成物は、有機液体を含む。
乾燥組成物が、本明細書において開示されているポリアクリルコポリマー、および微粒子状固体から本質的になる場合、乾燥組成物は典型的には、微粒子状固体の重量に基づいて、少なくとも0.2%、少なくとも0.5%または少なくとも1.0%の本明細書において開示されているポリアクリルコポリマーを含有する。一実施形態において、乾燥組成物は、微粒子状固体の重量に基づいて、100重量%以下、50重量%以下、20重量%以下、または10重量%以下の本明細書において開示されているポリアクリルコポリマーを含有する。一実施形態において、本明細書において開示されているポリアクリルコポリマーは、0.6重量%〜8重量%で存在する。
本明細書の上で開示されているように、本発明の組成物は、ミルベースを調製するのに適しており、微粒子状固体は、本明細書において開示されているポリアクリルコポリマーまたはその塩の存在下にて有機液体中で粉砕される。
したがって、本発明のまたさらなる実施形態によると、微粒子状固体、有機液体および本明細書において開示されているポリアクリルコポリマー、またはその塩を含むミルベースを提供する。
典型的には、ミルベースは、ミルベースの総重量に基づいて、20〜70重量%の微粒子状固体を含有する。一実施形態において、微粒子状固体は、ミルベースの10重量%以上または20重量%以上である。このようなミルベースは、ミリングの前または後のいずれかに加えられる結合剤を任意選択で含有し得る。結合剤は、有機液体の揮発の際に組成物を結合することができるポリマー材料である。
結合剤は、天然および合成の材料を含むポリマー材料である。一実施形態において、結合剤には、ポリ(メタ)アクリレート、ポリスチレン(polystyrenics)、ポリエステル、ポリウレタン、アルキド、多糖類、例えば、セルロース、および天然のタンパク質、例えば、カゼインが含まれる。一実施形態において、結合剤は、微粒子状固体の量に基づいて、組成物中に100%超、200%超、300%超または400%超で存在する。
ミルベース中の任意選択の結合剤の量は、広範な限度に亘り変化することができるが、典型的には、ミルベースの連続相/液相の10重量%以上、およびしばしば20重量%以上である。一実施形態において、結合剤の量は、ミルベースの連続相/液相の50重量%以下または40重量%以下である。
ミルベース中の分散剤の量は、微粒子状固体の量によって決まるが、典型的には、ミルベースの0.5〜5重量%である。
本発明の組成物から作製される分散物およびミルベースは、エネルギー硬化系(紫外線、レーザー光、赤外線、カチオン、電子ビーム、マイクロ波)が配合物中に存在するモノマー、オリゴマーなど、または組合せと共に用いられる、非水性および溶媒非含有配合物中の使用のために特に適している。これらは、プラスチック;ポリオールおよびプラスチゾル分散物;非水性セラミックプロセス、とりわけテープキャスティング、ゲルキャスティング、ドクターブレード、押出および射出モールディングタイプのプロセス(さらなる例は、静圧プレス成形のための乾燥セラミック粉末の調製においてである);複合材、例えば、シートモールディングおよびバルクモールディング化合物、樹脂移動モールディング、プルトルージョン、ハンドレイアップおよびスプレーレイアッププロセス、マッチドダイモールディング;建設材料、例えば、キャスティング用樹脂、およびプラスチック材料における使用のために特に適している。これらは、上記の用途において使用される乾燥粉末の分散性を改善させるための顔料および充填剤の表面改質において有用である。コーティング材料のさらなる例は、Bodo Muller、Ulrich Poth、LackformulierungおよびLackrezeptur、Lehrbuch fr Ausbildung und Praxis、Vincentz Verlag、Hanover(2003年)およびP.G.Garrat、Strahlenhartung、Vincentz Verlag、Hanover(1996年)に示されている。印刷インク配合物の例は、E.W.Flick、Printing Ink and Overprint Varnish Formulations − Recent Developments、Noyes Publications、Park Ridge NJ(1990年)およびその後の版に示されている。
一実施形態において、本発明の組成物は、1種または複数種のさらなる公知の分散剤をさらに含む。
下記の実施例は、本発明の例示を提供する。これらの実施例は網羅的ではなく、本発明の範囲を制限することを意図するものではない。全ての化学物質は、記述する以外はAldrichから購入した。
比較例A(COMA)は、GB887241の実施例1に記載されているプロセスによって作製された化合物である。
中間体1:ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル(MW350、Acros Organicsから、57.92部)およびε−カプロラクトン(Perstorpから、56.67部)およびオルトリン酸(Sigma Aldrichから、0.34部)を反応フラスコに装入し、冷却器を取付けた窒素ブランケット下で150℃に加熱し、9時間撹拌を維持し、白色のスラリーを得る。
中間体2:ポリ(エチレングリコール)メチルエーテル(MW350、Acros Organicsから、111.16部)およびε−カプロラクトン(Perstorpから、36.25部)およびオルトリン酸(Sigma Aldrichから、0.44部)を反応フラスコに装入し、冷却器を取付けた窒素ブランケット下で150℃に加熱し、9時間撹拌を維持し、透明な液体を得る。
中間体3:トリエチレングリコールモノブチルエーテル(Sigma Aldrichから、21.65部)およびε−カプロラクトン(Perstorpから、59.90部)およびオルトリン酸(Sigma Aldrichから、0.24部)を反応フラスコに装入し、冷却器を取付けた窒素ブランケット下で150℃に加熱し、9時間撹拌を維持し、白色の固体を得る。
中間体4:2−エチル−1−ヘキサノール(Sigma Aldrichから、23.03部)およびε−カプロラクトン(Perstorpから、101.96部)およびδ−バレロラクトン(Flukaから、17.71部)およびオルトリン酸(Sigma Aldrichから、0.43部)を反応フラスコに装入し、冷却器を取付けた窒素ブランケット下で150℃に加熱し、9時間撹拌を維持し、白色のペーストを得る。
中間体5:Carbosperse(商標)K752(MW2000、Lubrizolから、水中で63%活性、119.53部)および中間体1(70℃に事前加温、72.42部)およびオルトリン酸(Sigma Aldrichから、0.44部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で150℃に加熱し、24時間撹拌を維持し、黄色の固体を得る。
中間体6:Carbosperse K752(MW2000、Lubrizolから、水中で63%活性、76.88部)および中間体1(70℃に事前加温、93.16部)およびオルトリン酸(Sigma Aldrichから、0.42部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で150℃に加熱し、24時間撹拌を維持し、黄色のゲルを得る。
中間体7:ポリ(アクリル酸−co−マレイン酸)(1:1のモル比、MW3000、Sigma Aldrichから、水中で50%活性、33.40部)および中間体1(70℃に事前加温、36.90部)およびオルトリン酸(Sigma Aldrichから、0.16部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で150℃に加熱し、21時間撹拌を維持し、粘性の透明な黄色の液体を得る。
中間体8:Carbosperse K752(MW2000、Lubrizolから、水中で63%活性、50.92部)および中間体2(41.36部)およびオルトリン酸(Sigma Aldrichから、0.22部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で150℃に加熱し、22時間撹拌を維持し、粘性の透明な黄色の液体を得る。
中間体9:Carbosperse K752(MW2000、Lubrizolから、水中で63%活性、52.56部)および中間体3(70℃に事前加温、71.47部)およびオルトリン酸(Sigma Aldrichから、0.31部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で150℃に加熱し、22時間撹拌を維持し、薄茶色のゲルを得る。
中間体10:Carbosperse K752(MW2000、Lubrizolから、水中で63%活性、73.64部)およびポリエチレングリコールモノメチルエーテル(MW500、Ineosから、32.22部)およびオルトリン酸(Sigma Aldrichから、0.37部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で150℃に加熱し、4時間撹拌を維持し、中間体4(44.26部)を次いで加え、このように得られた反応混合物を150℃でさらに19時間撹拌し、薄茶色の固体を得る。
調製例1(EX1):中間体5(20.96部)をDowanol MPA(Sigma Aldrichから、22.53部)に溶解し、トリエタノールアミン(Sigma Aldrichから、1.57部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で70℃に加熱する。2時間撹拌しておき、透明な黄色の液体を得る。これは、分散剤1である。
調製例2(EX2):中間体6(26.45部)をDowanol MPA(Sigma Aldrichから、27.79部)に溶解し、トリエタノールアミン(Sigma Aldrichから、1.34部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で70℃に加熱する。1時間撹拌しておき、透明な黄色の液体を得る。これは、分散剤2である。
調製例3(EX3):中間体7(8.65部)をDowanol MPA(Sigma Aldrichから、9.76部)に溶解し、トリエタノールアミン(Sigma Aldrichから、1.11部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で70℃に加熱する。2時間撹拌しておき、透明なオレンジ色の液体を得る。これは、分散剤3である。
調製例4(EX4):中間体8(20.50部)をDowanol MPA(Sigma Aldrichから、21.83部)に溶解し、トリエタノールアミン(Sigma Aldrichから、1.33部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で70℃に加熱する。2時間撹拌しておき、濁った黄色の液体を得る。これは、分散剤4である。
調製例5(EX5):中間体9(15.05部)をDowanol MPA(Sigma Aldrichから、15.75部)に溶解し、トリエタノールアミン(Sigma Aldrichから、0.70部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で70℃に加熱する。2時間撹拌しておき、濁った黄色の液体を得る。これは、分散剤5である。
調製例6(EX6):中間体10(20.18部)をDowanol MPA(Sigma Aldrichから、21.31部)に溶解し、トリエタノールアミン(Sigma Aldrichから、1.13部)を反応フラスコに装入し、窒素ブランケット下で70℃に加熱する。2時間撹拌しておき、透明な黄色の液体を得る。これは、分散剤6である。
分散評価:既に50%活性ではない例の全ては、Dowanol PMおよびDowanol PMAの1:1混合物を加えることによって50%に希釈する。
Crystic471(不飽和ポリエステル樹脂、Scott Bader Coから、50部)および各例の分散剤(1部の活性分散剤)を、ステンレス鋼ミルポットに装入し、2分間活発に撹拌する。Carbital110(炭酸カルシウム、Imerys Performance Mineralsから、100部)充填剤を、充填剤の実質的に全てが装入されるまで徐々に加える。次いで、混合物を3000rpmで15分間撹拌し、ペーストを形成させる。ペーストを、粘度について評価する。
各ペースト試料を、1mmのギャップを有する40mmのステンレス鋼クロスハッチプレートを使用して、TA Instruments AR2000 Controlled Stressレオメーターで流量測定モードにて測定する。実験は、25℃でのステップフロー測定である。試料を、0.2s−1〜100s−1の速度で剪断する。得られた粘度データ(Pas)は、下記の通りである。
Figure 0006218737
脚注:
対照は粘度が大幅に変化することがあることに留意されたい。これは、樹脂からのスチレンの喪失、または時間の経過と共に起こる遅い架橋による樹脂の自然の濃化によるものであり得る。
対照は、分散剤を含有しない。
これらは樹脂の2つの異なるバッチにおいて試験したため、対照結果は異なって現れる。
典型的には、比較例を超えた優れた性能を有する添加物は、データポイントの大部分について、比較例についての同等のデータポイントより低い粘度を示す。
硬化データ:
既に50%活性ではない例の全ては、Dowanol PMおよびDowanol PMAの1:1混合物を加えることによって50%に希釈する。
Crystic(登録商標)471PALV不飽和ポリエステル樹脂(Scott Bader Coから)および例(0.175部の活性分散剤)を、ガラス製バイアル中で十分に混合する。熱電対プローブを使用して、混合物の温度を測定する。安定的な温度が得られると、メチルエチルケトンペルオキシド(Aldrichから)を加え(0.4部)、バイアルの内容物をよく混合する。混合物の温度を60分の期間に亘り毎分1回試料採取し、硬化の開始のスピードおよびピーク温度発熱の尺度を提供する。大まかに言えば、ピーク発熱がより高くよりすぐに起こると、硬化はより効率的である。有意に低下または遅延したピーク発熱は、使用される分散剤からの硬化機序の支障を示している。これらの結果において、ピーク発熱が摂氏50度超であり、かつピーク発熱が40分の期間が経過する前に起こる場合、候補配合物は、合格と判断される。候補配合物が摂氏50度未満のピーク発熱を有し、かつ/または発熱が40分の期間が経過した後に起こる場合、候補は、失敗として判断される。
例についての結果は、下記の通りである。
Figure 0006218737
試験から得られるデータは、本発明の組成物が、許容される硬化性能を有し、比較例の分散剤を含有する組成物を超えた改善された分散物を形成することを示す。
試験から得られるデータは、本発明の組成物が、許容される硬化性能を有し、比較例の分散剤を含有する組成物を超えた改善された分散物を形成することを示す。
上で言及した文献のそれぞれは、参照により本明細書中に組み込まれている。実施例を除いて、または別段に明示的に示される場合を除いて、材料の量、反応条件、分子量、炭素原子の数などを特定するこの記載における全ての数量は、「約」という語によって修飾されることが理解される。別段に示さない限り、本明細書において言及した各化学物質または組成物は、異性体、副生成物、誘導体、および商業グレード中に存在すると通常理解される他のこのような材料を含有し得る商業グレードの材料であると解釈すべきである。しかし、各化学構成要素の量は、別段に示さない限り、商業材料中に通例存在し得る任意の溶媒または希釈油を除いて存在する。本明細書において記載する量、範囲、および比の上限および下限は、独立に組み合わせ得ることを理解すべきである。同様に、本発明の各要素についての範囲および量は、他の要素のいずれかについての範囲または量と一緒に使用し得る。
本発明をその好ましい実施形態と関連して説明してきた一方、明細書を読めばその様々な改変は当業者には明らかであることを理解すべきである。したがって、本明細書において開示されている本発明は、このような改変を、添付の特許請求の範囲内に入るものとして包含することを意図することを理解すべきである。

Claims (22)

  1. 微粒子状固体(典型的には、顔料または充填剤)、有機媒体(典型的には、前記有機媒体は、プラスチック材料または有機液体であり得る)、および一般式
    −[CH−C(A)(R)]−[CH(A)−C(R)(A)]
    [式中、
    は、Hまたは−CHであり、
    Aは、独立に、B、D、EまたはFであり、
    Bは、−COHであり、
    Dは、−CO−Qであり、
    Eは、−CO−X−Tであり、
    Fは、−COOであり、
    Qは、−[(CHRCO−[CHCHO]−Rであり、
    は、C〜C25 アルキルであり、
    lは、1〜10であり、
    mは、1〜10であり、
    nは、0〜10であ
    は、H、−CHまたは−C(CHまたはこれらの混合物であり、
    Xは、O−またはNH−であり、
    Tは、−(CHR−CHO)−Rであり、
    は、独立に、H、−CHまたは−CHCHまたはこれらの混合物であり、
    pは、3〜45であり、
    は、C〜C25 アルキルであり、
    Yは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはアンモニア、アミンもしくはアルカノールアミンに由来するアンモニウム塩またはこれらの混合物であり、
    jは、3または3超でなくてはならず、
    kが、0、1または1超であり、
    前記コポリマーは、少なくとも1個の繰り返し単位(A=B)、少なくとも1個の繰り返し単位(A=D)および少なくとも1個の繰り返し単位(A=F)を有さなければならない
    を含むポリアクリルコポリマー
    を含む組成物。
  2. j:kの比が、1:1である、請求項1に記載の組成物。
  3. lが、4〜5である、請求項1および2のいずれか一項に記載の組成物。
  4. mが、1〜5である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
  5. nが、3〜7である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の組成物。
  6. pが、3〜30である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の組成物。
  7. が、C〜C18 アルキルである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の組成物。
  8. B:D:Fの比が、下記
    B=55〜85%;
    D=10〜20%;および
    F=5〜25%
    の通りである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
  9. B:D:E:Fの比が、下記
    B=55〜85%;
    D=10〜20%;
    E=0〜10%;および
    F=5〜25%
    の通りである、請求項1〜8のいずれか一項に記載の組成物。
  10. DおよびEの合計が、20%以下でなければならない、請求項に記載の組成物。
  11. Fの比が、15%超である、請求項に記載の組成物。
  12. 前記ポリアクリルコポリマーが、1000〜100,000、または1000〜50,000の範囲の数平均分子量を有する、請求項1〜11のいずれか一項に記載の組成物。
  13. 前記ポリアクリルコポリマーが、組成物の0.25重量%〜35重量%、および0.5重量%〜30重量%から選択される範囲で存在する、請求項1〜12のいずれか一項に記載の組成物。
  14. 前記有機媒体が、有機液体またはプラスチック材料である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の組成物。
  15. 前記有機液体が、総有機液体に基づいて少なくとも0.1重量%の極性有機液体を含む、請求項14に記載の組成物。
  16. 前記プラスチック材料が、熱硬化性樹脂である、請求項1〜15のいずれか一項に記載の組成物。
  17. 前記ポリアクリルコポリマーが、前記プラスチック材料中の顔料分散剤である、請求項1〜16のいずれか一項に記載の組成物。
  18. Qが、[(CHRCO−(CH−CHO)−Rである、請求項1〜17のいずれか一項に記載の組成物。
  19. が、C〜C25 アルキルである、請求項18に記載の組成物。
  20. が、C〜C18 アルキルである、請求項19に記載の組成物。
  21. が、C〜C アルキルである、請求項20に記載の組成物。
  22. jまたはkまたはjおよびkの10%までが、スチレン、ビニルトルエン、(メタ)アクリル酸アルキル、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、およびこれらの混合物のいずれかによって置き換えられている、請求項1〜21のいずれかに記載の組成物。
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