JPH0627269B2 - カ−ボンブラツクグラフトポリマ−の製造方法 - Google Patents

カ−ボンブラツクグラフトポリマ−の製造方法

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JPH0627269B2
JPH0627269B2 JP62099648A JP9964887A JPH0627269B2 JP H0627269 B2 JPH0627269 B2 JP H0627269B2 JP 62099648 A JP62099648 A JP 62099648A JP 9964887 A JP9964887 A JP 9964887A JP H0627269 B2 JPH0627269 B2 JP H0627269B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はカーボンブラックグラフトポリマーの製造方法
に関する。更に詳しくは、カーボンブラック(以下CB
という。)に特定の反応性基を有する重合体を反応させ
ることを特徴とするインキ、複写機用トナー、塗料、プ
ラスチック成形材料等の着色剤、或いは各種高分子の改
質等として有用なカーボンブラックグラフトポリマーの
新規な製造方法に関する。
(従来の技術) CBは着色性、導電性、耐候性、耐薬品性等に優れる
為、例えばプラスチックやエラストマーの補強剤、充填
剤等種々の目的で巾広く使用されている。しかし、CB
は、その形状が粉状又は粒状の為、単独で使用されるこ
とが少なく、通常、ゴムや樹脂等の固状の基材又は水や
溶剤等の液体に均一に分散されてその特性を発揮する。
しかし、CBは粒子間の凝集力に比べて他の物質、例え
ば有機高分子、水及び有機溶剤等との親和力が弱い為、
通常の混合又は分散条件では、均一に混合又は分散する
ことが極めて困難であった。
この問題を解決する為に、CB表面を各種の界面活性剤
や樹脂で被覆して、固状又は液状の基材との親和性を高
めることにより、CBを均一に混合又は分散する方法が
数多く検討されている。
中でも、重合性単量体をCB共存中で重合させることに
より得られるカーボンブラックグラフトポリマーは、重
合性単量体の種類を適当に選択することにより、親水性
及び/又は親油性を適宜、変えることができる為、近年
注目を浴びている。
このカーボンブラックグラフトポリマーを製造する方法
としては、例えば特公昭42-22047号、特公昭44-3826
号、特公昭45-17284号、特公昭46-26970号により開示さ
れているが、これらの方法で得られるカーボンブラック
グラフトポリマーの収率は数%〜10数%と低く、大半
はビニル系ホモポリマーの形で存在し、CBの表面処理
効率の極めて悪いものであった。この為、他の物質との
親和性は期待した程には改良されず、混合又は分散条件
によって分散状態が異なる場合が多々あった。
(発明が解決しようとする問題) 本発明者等は、このような現状に鑑み各種の物質への分
散性に優れたカーボンブラックグラフトポリマーを容易
にしてかつ収率良く製造する方法について鋭意検討を行
った結果、特定の反応性基を分子内に有する重合体がC
Bの表面官能基と極めて効率良く反応すると共に得られ
たカーボンブラックグラフトポリマーは各種の物質への
分散性が著しく優れている事を見出し本発明を完成する
に至った。
(問題点を解決する為の手段) 本発明はCBと1分子当り1〜2個のエポキシ基および
/またはチオエポキシ基を分子内に有する重合体とを5
0〜250℃の温度条件で撹拌混合して反応することを
特徴とするカーボンブラックグラフトポリマーの製造方
法に係わるものである。
本発明におけるCBは、その表面に官能基としてカルボ
キシル基および/またはヒドロキシル基を有するもので
あれば制限なく用いることができ、通常の市販品をその
まま使用できるが、pH7以下のCB、重合体(A)との反
応をより温和な条件とすることができ、しかも高いグラ
フト効率でカーボンブラックグラフトポリマーが得られ
るので好ましい。
本発明において、CBとの反応に用いる重合体(A)はエ
ポキシ基および/またはチオエポキシ基を分子内に有す
るビニル系重合体、ポリエステル、ポリエーテル等であ
る。
尚、本発明におけるエポキシ基とは で表わされる反応性基を、またチオエポキシ基とは で表わされる反応性基を、それぞれ意味するものであ
る。CBの表面に存在する官能基と反応しうる基として
は必ずしもこれら反応性基のみに限られるものではない
が、これら反応性基以外の基を有する重合体を用いる場
合は重合体自体の経時的安定性に問題があったり、反応
に先立ってCBを予め処理しておく工程を必要とする。
重合体(A)を用いる意義は、該重合体(A)の保存安定性が
良くしかもCBとの反応に際しては使用するCBの状態
に関わらず、簡便な操作により非常に高いグラフト効率
でカーボンブラックグラフトポリマーが得られるところ
にある。
重合体(A)を得る方法としては例えば、 エポキシ基および/またはチオエポキシ基を分子内に
有する重合性単量体(a)(以下、単量体(a)という。)を
必要によりその他の重合性単量体(b)(以下、単量体(b)
という。)と重合する方法、 エポキシ基および/またはチオエポキシ基を分子内に
有する化合物(c)を該化合物(c)(以下、化合物(c)とい
う。)と反応しうる基を有する重合体(d)(以下、重合
体(d)という。)に反応させて前記反応性基を該重合体
(b)に導入する方法。
エポキシ基、チオエポキシ基以外の反応性の基を分子
内に有する重合体(e)(以下、重合体(e)という。)を用
い、これを公知の手法によりエポキシ基および/または
チオエポキシ基を有する重合体(A)に変換させる方法、 等を挙げることができ、これらの方法をその使用目的に
応じて適宜採用することができる。
の方法において使用できる重合性単量体(a)として
は、例えば (但し、これら式中のR1は水素またはメチル基を示し、
nは0または1〜20の整数である。)等の式で表わさ
れるエポキシ基含有重合性単量体; (但し、これら式中のR1およびnはエポキシ基含有重合
性単量体の場合と同様である。) 等で表わされるチオエポキシ基含有重合性単量体を挙げ
ることができこれらの群から選ばれる1種又は2種以上
を使用することができる。
の方法において必要により使用できる単量体(b)とし
ては、単量体(a)と共重合しうるものであれば特に制限
されず、例えばスチレン、o−メチルスチレン、m−メ
チルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレ
ン、p−メトキシスチレン、p−tertブチルスチレン、
p−フェニルスチレン、o−クロルスチレン、m−クロ
ルスチレン、p−クロルスチレン等のスチレン系モノマ
ー;アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、ア
クリル酸ドデシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸
2−エチルヘキシル、メタクリル酸、メタクリル酸メチ
ル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタ
クリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタク
リル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリ
ル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル等の
アクリル酸あるいはメタクリル酸系モノマー;エチレ
ン、プロピレン、ブチレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、
アクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリルアミ
ド、N−ビニルピロリドン等が挙げられ、これらの1種
又は2種以上を用いることができる。
の方法により重合体(A)を得るには、単量体(a)を必要
により用いる単量体(b)と従来公知の重合方法、例えば
塊状重合法、懸濁重合法、乳化重合法、沈澱重合法、溶
液重合法等によって重合すればよい。
の方法において使用できる化合物(c)としては、例え
ば (2-1)エポキシ基またはチオエポキシ基を分子内に2個
以上有する化合物 (2-2)エポキシ基およびチオエポキシ基を分子内に有す
る化合物 (2-3)エポキシ基および/またはチオエポキシ基とこれ
ら以外の官能性の基とを分子内に有する化合物 等を挙げる事ができる。但し、(2-3)項に記載のこれら
以外の官能性の基とはエポキシ基以外のものであって、
かつ後述の重合体(d)に含まれる基と反応しうるもので
あり、例えばイソシアネート基、アジリジン基、オキサ
ゾリン基、N−ヒドロキシアルキルアミド基、アミノ
基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、ビニル基、ハロ
ゲン基等がこれに該当するものである。
の方法における重合体(d)とは、前記(2-1)〜(2-3)項
に例示した化合物(c)と反応しうる基を有するビニル系
重合体、ポリエステル、ポリエーテル等である。化合物
(c)と反応しうる基としては、例えばヒドロキシル基、
イソシアネート基、カルボキシル基、アミノ基、アジリ
ジン基、オキサゾリン基、N−ヒドロキシアルキルアミ
ド基等を挙げることができ、これらの基を有する重合体
(d)はラジカル重合、縮重合等の公知の重合手順で容易
に得ることができる。
の方法により反応性基を有する重合体(A)を得るに
は、化合物(c)と重合体(d)とをエポキシ基および/また
はチオエポキシ基の少なくとも1個が未反応で残存する
条件を選択して反応すればよい。
の方法における重合体(e)は、エポキシ基またはチオ
エポキシ基に変換できる基、例えばビニル基、クロルヒ
ドリン基、グリコール基等を分子内に有する重合体で、
これらは従来から公知の方法により容易にエポキシ基お
よび/またはチオエポキシ基を有する重合体(A)とする
ことができる。
本発明において、重合体(A)はカーボンブラックグラフ
トポリマーに付与すべき性質、例えば親水性、親油性又
はその他の親和性等に応じて適宜選択され、例えば親水
性を付与すべき場合にはアクリル酸を主成分とするビニ
ル系重合体やポリエーテル等が、又親油性を付与すべき
場合にはスチレンを主成分とするビニル系重合体やポリ
エステル等が好適に用いられる。重合体(A)の分子量に
ついては特に制限されないが、CBに対する顕著な処理
効果やCBとの反応時の作業性の面で平均分子量が200
〜1000000の範囲とするのが好ましく、より好ましくは3
00〜100000の範囲である。また、重合体(A)は反応性基
としてエポキシ基および/またはチオエポキシ基を平均
して1分子中に1個以上有していなければならないが、
該反応性の量が多量となる程CBとの反応時に増粘して
作業性が低下したり、得られるカーボンブラックグラフ
トポリマーの他の物質への分散性が悪くなるので、平均
して1分子中に1〜5個とするのが好ましく、より好ま
しくは1〜2個、最も好ましくはエポキシ基またはチオ
エポキシ基のいずれかを1個とするのが好適である。
本発明の製造方法において、カーボンブラックグラフト
ポリマーは、CBと重合体(A)とを50〜250℃の温
度条件下に攪拌混合して反応することにより得られるも
のである。反応時の温度条件が250℃を越える場合は
ポリマー成分が変質するので好ましくない。
また、CBと重合体(A)とを反応するに際して、その比
率は制限されず広い範囲とすることができるが、グラフ
ト化によるCBの表面の顕著な効果と反応によるグラフ
ト効率を考慮して、CB/重合体(A)の比率を100/
1〜100/5000とするのが好ましく、より好まし
くは100/10〜100/1000の範囲である。
CBと重合体(A)との反応は、これら二成分だけを反応
する方法であってもよく、又重合体(A)に該当しないポ
リマー成分、重合性単量体、有機溶剤、水等他の物質の
混在下での反応であってもよい。本発明の実施態様の具
体的に示す一例としては、例えばCB100重量部に対
し、反応性基を有する重合体(A)1重量部〜5000重量
部、好ましくは10重量部〜1000重量部、反応性基を有し
ないポリマー0重量部〜200重量部、重合性単量体0
重量部〜200重量部及び有機溶剤0重量部〜1000重量
部を配合してなる混合物を、常温〜350℃、好ましく
は50℃〜250℃の温度条件下に攪拌混合して本発明
のカーボンブラックグラフトポリマーを得る。
(発明の効果) 本発明の製造方法は、CBの表面に特定の反応性基を有
する重合体(A)を反応する為に、従来のCB存在下に重
合性単量体を重合する方法に比べて、極めて高いグラフ
ト効率でカーボンブラックグラフトポリマーを得ること
ができる。また、特定の反応性基を有するものであれば
重合体(A)の組成、種類等は任意に選択することができ
るために、目的に応じて種々の特性をCBに付与するこ
とが可能である。そして、こうして得られるカーボンブ
ラックグラフトポリマーは、種々の物質との親和性が改
良されており、例えば有機高分子、水、有機溶剤等の物
質への分散性が著しく優れているために、インキ、複写
機用トナー、塗料、プラスチック成形材料等の着色剤や
各種高分子の改質剤等に好適に使用できる。本発明の製
造方法によれば、前記特徴を有するカーボンブラックグ
ラフトポリマーがCBに特定の反応性基を有する重合体
(A)を加熱下に単に攪拌混合するだけという簡便な操作
で製造できる。したがって、本発明のカーボンブラック
グラフトポリマーの製造方法は、産業上極めて有用なも
のである。
(実施例) 以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明
は以下の実施例によって限定されるものではない。尚、
例中の部は重量部を、%は重量%をそれぞれ示す。
実施例1 攪拌機、不活性ガス導入管、還流冷却管及び温度計を備
えたフラスコにポリビニルアルコール0.2部を溶解した
脱イオン水400部を仕込んだ。そこへ予め調整してお
いたスチレン194.9部およびグリシジルメタクリレー
ト5.1部からなる重合性単量体にベンゾイルパーオキサ
イド16部を溶解した混合物を仕込み、高速で攪拌して
均一な懸濁液とした。次いで窒素ガスを吹き込みながら
80℃に加熱し、この温度で5時間攪拌を続けて重合反
応を行った後冷却して重合体懸濁液を得た。この重合体
懸濁液をロ過、洗浄した後乾燥して反応性基としてエポ
キシ基を平均して1分子中に1個有する重合体を得た。
この重合体の分子量はGPC測定によりMn=5,500であっ
た。
反応性基としてエポキシ基を平均して1分子中に1個有
する重合体40部とカーボンブラックMA-100R(三菱化
成工業(株)製)20部とをラボプラストミル(東洋精
機(株)製)を用いて160℃、100rpmの条件下に混練
して反応した後冷却、粉砕してカーボンブラックグラフ
トポリマー(1)を得た。
実施例2 実施例1で用いたのと同じフラスコにポリビニルアルコ
ール0.2部を溶解した脱イオン水400部を仕込んだ。
そこへ予め調整しておいたメチルメタクリレート100
部、ブチルアクリレート94.3部および2,3−エピチオ
プロピルメタクリレート5.7部からなる重合性単量体に
ベンゾイルパーオキサイド16部を溶解した混合物を仕
込み、高速で攪拌して均一な懸濁液とした。次いで窒素
ガスを吹き込みながら80℃に加熱し、この温度で5時
間攪拌を続けて重合反応を行った後冷却して重合体懸濁
液を得た。この重合体懸濁液をロ過、洗浄した後乾燥し
て反応性基としてチオエポキシ基を平均して1分子中に
1個有する重合体を得た。この重合体の分子量はGPC測
定によりMn=5,800であった。
反応性基としてチオエポキシ基を平均して1分子中に1
個有する重合体20部及び反応性基を有しないポリスチ
レンであるスタイロン−666(旭化成工業(株)製,
Mn=40000)20部とカーボンブラックMA-100Rを20部
とを実施例1と同様に反応した後冷却、粉砕してカーボ
ンブラックグラフトポリマー(2)を得た。
実施例3 攪拌機、温度計、エチレンオキサイド供給装置を備えた
オートクレーブ中にメタノール32部、水酸化ナトリウ
ム0.35部を仕込み、温度を110℃まで昇温させ、攪
拌を行いつつ圧力を5〜8kg/cm2に維持しながらエチレ
ンオキサイド88部を滴下し、30分間熟成を行った
後、さらに反応温度を150℃に昇温しエチレンオキサイ
ド352部を5時間にわたって滴下し、その後1時間熟
成して片末端メトキシ化エチレンオキサイド10モル付
加物を得た。この片末端メトキシ化エチレンオキサイド
10モル付加物47.2部と水酸化ナトリウム0.62部を
上記と同様のオートクレーブに仕込み、温度を150℃
まで昇温し、エチレンオキサイド616部を5時間にわ
たって滴下し、その後1時間熟成して重合を完結させて
片末端メトキシ化ポリエチレングリコールを合成した。
実施例1で用いたのと同じフラスコに上記反応により得
た片末端メトキシ化ポリエチレングリコール663部お
よび水酸化ナトリウム4.3部を仕込み、60℃に加熱し
た。内容物を攪拌しながらエピクロルヒドリン10.0部
を速やかに加えた後95℃に昇温し、この温度で2時間
熟成して、片末端に反応性基としてエポキシ基を有する
重合体を得た。この重合体の分子量はGPC測定によりMn
=6600であった。片末端に反応性基としてエポキシ基を
有する重合体をジエチレングリコールに溶解させ、不揮
発分33.3%の溶液に調整した。
この溶液90部とカーボンブラックMA−7(三菱化成
工業(株)製)30部とを実施例1で用いたのと同じフ
ラスコに移し、150℃で5時間反応させ、カーボンブ
ラックグラフトポリマー(3)のジエチレングリコール溶
液を得た。
実施例4 実施例1で用いたのと同じフラスコにポリブタジエン
(NISSO-PB B-300,Mn=3000日本曹達(株)製)100
部をベンゼン300部に溶解し、30〜35℃の温度で
激しく攪拌しながら4%過酢酸100部を滴下した。2
時間反応を行ったのち、水、5%カセイソーダ溶液、更
に水で洗浄し、ベンゼンを減圧留去し、反応性基として
エポキシ基を平均して1分子中に1個有する重合体を得
た。
こうして得た反応性基としてエポキシ基を平均して1分
子中に1個有する重合体45部とカーボンブラックMA
−7の15部とを実施例1と同様の方法で反応した後冷
却、粉砕してカーボンブラックグラフトポリマー(4)を
得た。
実施例5 実施例1で合成した反応性基としてエポキシ基を有する
重合体40部とカーボンブラックMA−600(三菱化
成工業(株)製)20部とを実施例1と同様に反応した
後冷却、粉砕してカーボンブラックグラフトポリマー
(5)を得た。
実施例6 実施例1で用いたのと同じフラスコにポリビニルアルコ
ール0.2部を溶解した脱イオン水400部を仕込んだ。
そこへ予め調整しておいたスチレン189.8部およびグ
リシジルメタクリレート10.2部からなる重合性単量体
にベンゾイルパーオキサイド16部を溶解した混合物を
仕込み、高速で攪拌して均一な懸濁液とした。次いで窒
素ガスを吹き込みながら80℃に加熱し、この温度で5
時間攪拌を続けて重合反応を行った後冷却して重合体懸
濁液を得た。この重合体懸濁液をロ過、洗浄した後乾燥
して反応性基としてエポキシ基を平均して1分子中に2
個有する重合体を得た。この重合体の分子量はGPC測定
によりMn=5500であった。
反応性基としてエポキシ基を平均して1分子中に2個有
する重合体40部とカーボンブラックMA−100Rを20
部とを実施例1と同様に反応した後冷却、粉砕してカー
ボンブラックグラフトポリマー(6)を得た。
比較例1 実施例1で用いたものと同様のフラスコにスチレンを4
8部及びカーボンブラックMA−100Rを12部仕込み窒
素ガスを吹き込みながら、140℃に加熱し、この温度で
5時間攪拌を続けて重合反応を行った後冷却した。反応
後、生成物にトルエン300部を加え、メタノール7000
部に再沈し、比較用カーボンブラックグラフトポリマー
(1)を得た。この比較用カーボンブラックグラフトポリ
マー(1)の組成はCB成分100部に対しポリスチレン
成分が250部の割合であった。
比較例2 実施例2で用いた反応性基を有しないポリスチレン45
部とカーボンブラックMA−100Rを15部とを実施例1と
同様に混練した後冷却、粉砕してCB成分と重合体成分
とが実質的に結合していない比較用カーボンブラックグ
ラフトポリマー(2)を得た。
比較例3 実施例1で用いたものと同様のフラスコにポリビニルア
ルコール0.2部を溶解した脱イオン水400部を仕込ん
だ。そこへ予め調整しておいたスチレン149部および
グリシジルメタクリレート51部からなる重合性単量体
にベンゾイルパーオキサイド16部を溶解した混合物を
仕込み、高速で攪拌して均一な懸濁液とした。次いで窒
素ガスを吹き込みながら80℃に加熱し、この温度で5
時間攪拌を続けて重合反応を行った後冷却して重合体懸
濁液を得た。この重合体懸濁液をロ過、洗浄した後乾燥
して反応性基としてエポキシ基を有する重合体を得た。
この重合体の分子量はGPC測定によりMn=5,000であっ
た。
反応性基としてエポキシ基を平均して1分子中に10個
有する重合体40部とカーボンブラックMA−100R
を20部とをラボプラストミル(東洋精機(株)製)を
用いて160℃、100rpmの条件下に混練して反応し
た後冷却、粉砕して比較用カーボンブラックグラフトポ
リマー(3)を得た。
実施例7 実施例1〜6および比較例1〜3で得たカーボンブラッ
クグラフトポリマー(1)〜(6)および比較用カーボンブラ
ックグラフトポリマー(1)〜(3)を用いて、トルエンおよ
び水に対する分散性を試験した。その結果は第1表に示
した通りであった。
比較例4 実施例1と同様な方法において、反応性基を有しない同
様なポリスチレン45部およびカーボンブラック15部
を混練し、ついで冷却し、さらに粉砕してカーボンブラ
ック成分と重合体成分とが実質的に結合してない比較用
カーボンブラックグラフトポリマー(4)を得た。
比較例5 実施例1で用いたものと同様のフラスコにポリビニルア
ルコール0.2部を溶解した脱イオン水400部を仕込ん
だ。そこへ予め調整しておいたスチレン184.7部およ
びグリシジルメタクリレート15.3部からなる重合性単
量体にベンゾイルパーオキサイド16部を溶解した混合
物を仕込み、高速で攪拌して均一な懇濁液とした。次い
で窒素ガスを吹き込みながら80℃に加熱し、この温度
で5時間攪拌を続けて重合反応を行なった後冷却して重
合体混濁液を得た。この重合体混濁液をロ過、洗浄した
後乾燥して反応性基としてエポキシ基を平均して1分子
中に3個有する重合体を得た。この重合体の分子量はG
PC測定によりMn=5,000であった。
反応性基としてエポキシ基を平均して1分子中に3個有
する重合体40部とカーボンブラックMA−100R
(三菱化成工業(株)製)20部とをラボプラストミル
(東洋精機(株)製)を用いて160℃、100rpm
の条件下に混練して反応した後冷却、粉砕して比較用カ
ーボンブラックグラフトポリマー(5)を得た。
比較例6 グリシジルメタクリレート0.2モル、ブチルメタクリレ
ート0.2モル、スチレン0.41モル、ラウリルメタクリ
レート0.3モルに重合開始剤のアゾビスイソブチロニト
リル0.005モルを添加し、さらにトルエン1モルを添
加して窒素雰囲気中で90℃に9時間反応させ、粘稠な
共重合体を調整した。この共重合体7部にカーボンブラ
ック(Ashai XC−550、旭カーボン株式会社
製)1部およびナフサNO.6(25重量%の芳香族を含
有する脂肪族炭化水素溶媒、フラッシュポイント40
℃、比重0.789)32部を添加し、これらをボールミ
ルにいれて8時間混練し、濃厚現像剤を調整した。
実施例8 実施例1および6で得たカーボンブラックグラフトポリ
マー(1)および(6)および比較例4〜6で得た比較
用カーボンブラックグラフトポリマー(4)〜(6)を
用いて、種々の試験を行なった結果は、第2表に示した
通りであった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 清 大阪府吹田市西御旅町5番8号 日本触媒 化学工業株式会社中央研究所内 (72)発明者 佐野 禎則 大阪府吹田市西御旅町5番8号 日本触媒 化学工業株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特公 昭46−8278(JP,B1)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カーボンブラックと、1分子当り1〜2個
    のエポキシ基および/またはチオエポキシ基を分子内に
    有する重合体とを50〜250℃の温度条件下で撹拌混
    合して反応することを特徴とするカーボンブラックグラ
    フトポリマーの製造方法。
  2. 【請求項2】カーボンブラックとしてpH7以下のカーボ
    ンブラックを用いたものである特許請求の範囲第1項に
    記載のカーボンブラックグラフトポリマーの製造方法。
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