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JP2013108095A - 顔料分散剤 - Google Patents

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JP2013108095A JP2013045157A JP2013045157A JP2013108095A JP 2013108095 A JP2013108095 A JP 2013108095A JP 2013045157 A JP2013045157 A JP 2013045157A JP 2013045157 A JP2013045157 A JP 2013045157A JP 2013108095 A JP2013108095 A JP 2013108095A
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Abstract

【課題】新規顔料分散剤を提供すること
【解決手段】ナフトエ酸と反応したグリシジル(メタ)アクリレートを含む第1ブロック、(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む第2ブロックおよび(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む第3ブロックを有し、前記第3ブロックは前記第2ブロックと異なるトリブロック共重合体を含む顔料分散剤が開示される。分散剤は100nm未満の平均一次粒子サイズを有する顔料粒子を含むナノ粒子分散物中に用いるのに適している。本発明によれば、(a)顔料、(b)水、少なくとも1つの有機溶媒、およびそれらの組み合わせから選ばれてよいキャリア、および(c)少なくとも1つのラジカル重合性エチレン系不飽和第1モノマーの、少なくとも1つのラジカル移動性基を有する重合開始剤存在下における制御ラジカル重合によって調製される顔料分散剤を含む顔料分散物が提供される。
【選択図】なし

Description

(関連出願への相互参照)
本出願は、2008年1月31日に出願された米国特許出願第12/023,423号(発明の名称「Coating System Exhibiting Cool Dark Color」)の一部継続出願であり、この米国特許出願第12/023,423号は、2007年2月5日に出願された米国仮特許出願第60/899,608号(発明の名称「Coating System Exhibiting Cool Dark Color」)の利益を主張し、これらの両方がその全体を本明細書により参考として援用される。本出願はまた、2008年2月5日に出願された米国仮特許出願第61/026,267号および2008年2月19日に出願された同第61/029,641号の利益を主張し、これらはその全体を本明細書において参考として援用される。
(発明の分野)
本発明は、顔料と、(i)少なくとも1つのラジカル重合性エチレン系不飽和第1モノマーの、(ii)少なくとも1つのラジカル移動性基を有する高分子開始剤の存在下における、制御ラジカル重合によって調製される顔料分散剤と、を含む顔料分散物に関する。高分子開始剤は、顔料分散剤の高分子主鎖セグメントを形成し、第1モノマーは、分散剤の主鎖に対して側鎖となる高分子セグメントを形成する。
(発明の背景)
例えば、自動車市場、航空宇宙市場、産業向け市場および装置市場における腐食抵抗性プライマーおよび装飾トップコートを含む非常に多様な用途において、顔料入り被覆用組成物が用いられている。一般に、顔料入り被覆用組成物の調製は、バインダー樹脂(単数または複数)、架橋剤(単数または複数)、添加剤、例えば流動性添加剤、および溶媒を、適合性の顔料分散物と混合することを含む。通常、顔料分散物は、キャリア媒質、例えば有機キャリア媒質または水の存在下で乾燥顔料を顔料分散剤と混合することによって調製される。通常、塗料組成物は、樹脂バインダー中に分散された着色剤粒子を含む。塗料組成物は、アルミニウムフレークもしくは雲母などの反射顔料、または他の色効果顔料組成物、または二酸化チタンもしくは酸化亜鉛もしくは酸化鉛などの基材を隠す材料をさらに含んでよい。通常、従来の塗料中に用いられている顔料粒子は、サイズが1ミクロンのオーダーである。このサイズの粒子は、一定の波長の光を吸収し、他の波長の光を散乱する。観測者から見ると、この部分吸収および部分散乱は着色効果の低下を生じさせる。
凝集顔料粒子の形態の乾燥顔料が市販されている。顔料凝集物は、顔料分散物および/または顔料入り被覆用組成物から沈殿する可能性がより高く、従って望ましくない。一般に、顔料凝集物をより小さな凝集物および/または個別の粒子に細分化するには、エネルギー集約的な混合手段(普通は粉砕と呼ばれる)、例えばサンドミルおよびボールミルを用いる必要がある。粉砕プロセスの間、顔料凝集物は、より小さな凝集物および/または個別の粒子に細分化され、それらの表面は、顔料分散剤によって濡らされる。顔料分散剤は、顔料粒子をキャリア媒質の中に懸濁または分散させ、貯蔵時の再凝集を防ぐ。顔料分散物は、例えば、顔料入り被覆用組成物の調製におけるその使用の前に、最小限の顔料沈降および時間による粘度変化しか示さず、実質的に安定なままであることが望ましい。
一般に、有機顔料および無機顔料は、疎水性である。従って、望ましくは、顔料分散物中に用いられる顔料分散剤は、キャリア媒質(親水性であってよい)と顔料粒子の疎水性表面との両方と適合性である。明確な疎水性高分子セグメントと親水性高分子セグメント
とを有する、すなわち良好に定義された高分子鎖構造様式を有する顔料分散剤によって、上記のような異なる特性の組み合わせを実現することができる。メタクリレートモノマーおよびアクリレートモノマーなどの非常に多様なラジカル重合性モノマーが市販され、例えば親水性および疎水性の特性を含む広い範囲の特性を提供することができる。
顔料分散剤を合成する従来の、すなわち非リビングラジカル重合またはフリーラジカル重合である、ラジカル重合方法を用いると、分子量、分子量分布、および特に高分子鎖構造に対する制御はほとんど得られない。安定であり、水系の顔料入り被覆用組成物の調製に適している顔料分散物の継続した開発が望ましい。特に、有機と無機との両方の顔料粒子の効率的な分散のための明確な高分子セグメントが存在する良好に定義された高分子鎖構造様式を有する顔料分散剤を含む顔料分散物を開発することが望ましいであろう。
リビングラジカル重合であると記載される、原子移動ラジカル重合(ATRP)と呼ばれるラジカル重合の1つのプロセスは、予測可能な分子量および分子量分布を有する(共)重合体を形成させる結果となる。ATRPプロセスは、制御された構造(すなわち制御可能なトポロジー、組成等)を有する高度に均一な生成物を提供すると記載されている。特許文献1および特許文献2は、ATRPによって調製される(共)重合体を記載している。(共)重合体は、例えば、顔料分散剤を含む非常に多様な用途において有用である。
米国特許第6,365,666号明細書 米国特許第6,642,301号明細書
(発明の要旨)
本発明は、1ミクロン未満の平均一次粒子サイズを有する顔料粒子と、(i)カルボン酸と反応したオキシラン官能モノマーを含む第1ブロック、(ii)(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む第2ブロック、および(iii)(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む第3ブロックを有し、前記第3ブロックは前記第2のブロックと異なる、トリブロック共重合体を含む分散剤と、を含むナノ粒子分散物を含む。本発明には、ナフトエ酸(napthoic acid)と反応したグリシジル(メタ)アクリレートを含む第1ブロック、(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む第2ブロック、および(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む第3ブロックを有し、前記第3ブロックは、前記第2ブロックと異なる、トリブロック共重合体を含む顔料分散剤も含まれる。
実際の実施例の場合または特に明記される場合以外は、本明細書および請求項において用いられる成分の量、反応条件等を参照するすべての数または表現は、すべての場合に用語「約」によって修飾されていると理解すべきである。
本発明の顔料分散剤は、以下の一般式I、
Ф−(G)−(W)−(Y)T I
式中、Gは、少なくとも1つのラジカル重合性エチレン系不飽和モノマーの残基であり、WおよびYは、少なくとも1つのラジカル重合性エチレン系不飽和モノマーの残基であり、WとYとは互いに異なり、Фは、開始剤の疎水性残基または開始剤から誘導される疎水性残基であり、ラジカル移動性基を含まず、Tは、開始剤のラジカル移動性基であるかまたは開始剤のラジカル移動性基から誘導され、p、qおよびsは、残基のブロック中に存在する残基の平均数を表し、p、qおよびsは、それぞれ個別に、顔料分散剤が少なくと
も250の数平均分子量を有するように選ばれる、
によって表される高分子鎖構造を有する。
本発明によれば、(a)顔料、(b)水、少なくとも1つの有機溶媒、およびそれらの組み合わせから選ばれてよいキャリア、および(c)少なくとも1つのラジカル重合性エチレン系不飽和第1モノマーの、少なくとも1つのラジカル移動性基を有する重合開始剤存在下における、制御ラジカル重合によって調製される顔料分散剤、を含む顔料分散物が提供される。重合開始剤は、高分子主鎖セグメントを形成し、第1モノマーは、高分子主鎖セグメントに対して側鎖となる反応性セグメントを形成し、少なくとも1つの他のモノマーが側鎖セグメントを形成し、この側鎖セグメントは、疎水性であっても親水性であってもよい。
本発明による顔料分散物は、顔料と、1つ以上の顔料分散剤とを含む。顔料分散剤は、一般に、頭と尾との構造を有する、すなわち高分子頭部と高分子尾部とを有するとして記載されてよい。高分子尾部は、特にその末端に親水性部分と疎水性部分とを有してよい。いかなる理論にも縛られないが、顔料分散剤の高分子頭部は顔料と会合し、一方、高分子尾部は顔料分散物のキャリアと会合していると考えられる。本明細書および請求項において用いられる用語「疎水性」および「親水性」は互いに相対的である。
ATRPプロセス
本発明の実施態様において、顔料分散剤は、原子移動ラジカル重合法(ATRP)によって調製される。ATRPプロセスは、一般に、1つ以上のラジカル重合性モノマーを開始剤系存在下に重合させるステップ、高分子を形成させるステップ、および形成された高分子を単離するステップを含むとして記載することができる。本発明において、開始系は、単一のラジカル移動性原子または基を有するモノマー開始剤、遷移金属化合物、すなわち、開始剤との可逆酸化還元サイクルに関与する触媒、および遷移金属化合物と配位する配位子を含む。ATRPプロセスは、国際公開第98/40415号および米国特許第5,807,937号、同第5,763,548号および同第5,789,487号にさらに詳細に記載されている。
顔料分散剤のATRP調製において用いてよい触媒は、開始剤および成長中の重合体鎖との酸化還元サイクルに関与することができる任意の遷移金属化合物を含む。遷移金属化合物は、重合体鎖と直接炭素−金属結合を形成しないことが好ましい。本発明において有用な遷移金属触媒は、以下の一般式II、
n+ II
式中、Mは、遷移金属であり、nは、0から7の値を有する遷移金属上の形式電荷であり、Xは、対イオンまたは共有結合した成分である、によって表されてよい。遷移金属Mの例は、Cu、Fe、Au、Ag、Hg、Pd、Pt、Co、Mn、Ru、Mo、Nb、およびZnを含むがそれらに限定されない。Xの例は、ハロゲン化物、ヒドロキシ、酸素、C〜C−アルコキシ、シアノ、シアナト、チオシアナト、およびアジドを含むがそれらに限定されない。好ましい遷移金属は、Cu(I)であり、Xは、好ましくはハロゲン化物、例えば塩化物である。従って、好ましい種類の遷移金属触媒は、銅ハロゲン化物、例えばCu(I)Clである。さらに、遷移金属触媒は、少量、例えば1モルパーセントの酸化還元コンジュゲート、例えばCu(I)Clが用いられるときはCu(II)Clを含むと好ましい。米国特許第5,807,937号のカラム18の第29行から第56行に、顔料分散剤を調製する際に有用な追加の触媒が記載されている。米国特許第5,807,937号のカラム11の第1行からカラム13の第38行に、酸化還元コンジュゲートがさらに詳細に記載されている。
顔料分散剤のATRP調製において用いてよい配位子は、例えばシグマ結合および/ま
たはパイ結合によって遷移金属触媒化合物に配位することができる1つ以上の窒素原子、酸素原子、リン原子および/または硫黄原子を有する化合物を含むがそれらに限定されない。有用な配位子の種類は、非置換および置換のピリジンおよびビピリジン、ポルフィリン、クリプタンド、クラウンエーテル(例えば18−クラウン−6)、ポリアミン(例えばエチレンジアミン)、グリコール(例えばエチレングリコールなどのアルキレングリコール)、一酸化炭素、ならびに配位性モノマー(例えばスチレン、アクリロニトリル、およびヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート)を含むがそれらに限定されない。本明細書および請求項において用いられる用語「(メタ)アクリレート」および類似の用語は、アクリレート、メタクリレート、およびアクリレートとメタクリレートとの混合物を指す。好ましい種類の配位子は、置換ビピリジン、例えば4,4’−ジアルキル−ビピリジルである。米国特許第5,807,937号のカラム18の第57行からカラム21の第43行に、顔料分散剤を調製する際に用いてよい追加の配位子が記載されている。
顔料分散剤のATRP調製において用いてよい種類のモノマー開始剤は、それぞれがラジカル移動性基、好ましくは単一のラジカル移動性基を有する、脂肪族化合物、脂環式化合物、芳香族化合物、多環式芳香族化合物、複素環化合物、スルホニル化合物、スルフェニル化合物、カルボン酸のエステル、ニトリル、ケトン、ホスホネート、およびそれらの混合物を含むがそれらに限定されない。モノマー開始剤のラジカル移動性基は、例えばシアノ、シアナト、チオシアナト、アジド、およびハロゲン化物基から選ばれてよい。好ましくは、モノマー開始剤のラジカル移動性基は、ハロゲン化物である。モノマー開始剤は、官能基、例えばグリシジル基などのオキシラニル基で置換されてもよい。米国特許第5,807,937のカラム17の第4行からカラム18の第28行に、追加の有用な開始剤が記載されている。
本発明の実施態様において、モノマー開始剤は、1−ハロ−2,3−エポキシプロパン、p−トルエンスルホニルハライド、p−トルエンスルフェニルハライド、アルファ−ハロ−C〜C−カルボン酸のC〜C20−アルキルエステル、ハロメチルベンゼン、(1−ハロエチル)ベンゼン、ハロメチルナフタレン、ハロメチルアントラセン、およびそれらの混合物から選ばれる。アルファ−ハロ−C〜C−カルボン酸のC〜C−アルキルエステルの例は、ヘキシルアルファ−ブロモプロピオネート、2−エチルヘキシルアルファ−ブロモプロピオネート、2−エチルヘキシルアルファ−ブロモヘキシオネート(bromohexionate)、およびイコサニルアルファ−ブロモプロピオネートを含む。本明細書において用いられる用語「モノマー開始剤」は、ラジカル移動性基を有するポリエーテル、ポリウレタン、ポリエステル、およびアクリルポリマーなどの高分子開始剤から識別可能であることを意味する。
顔料分散剤のATRP調製において、モノマー開始剤、遷移金属化合物、および配位子の量および相対比は、ATRPが最も効果的に実行されるものである。用いられる開始剤の量は、広く変化させることができ、通常、10−4モル/リットル(M)から3M、例えば、10−3Mから10−1Mの濃度で反応媒質中に存在する。顔料分散剤の分子量は、開始剤およびモノマー(単数または複数)の相対濃度と直接関連づけることができるので、モノマーに対する開始剤のモル比は高分子調製における重要な因子である。通常、モノマーに対する開始剤のモル比は、10−4:1から0.5:1、例えば10−3:1から5×10−2:1の範囲内にある。
ATRP法によって顔料分散剤を調製する際に、開始剤に対する遷移金属化合物のモル比は、通常、10−4:1から10:1、例えば0.1:1から5:1の範囲内にある。遷移金属化合物に対する配位子のモル比は、通常、0.1:1から100:1、例えば0.2:1から10:1の範囲内にある。
顔料分散剤は、溶媒非存在下で、すなわちバルク重合プロセスによって調製してよい。一般に、顔料分散剤は、溶媒、通常は水および/または有機溶媒の存在下で調製される。有用な有機溶媒の種類は、カルボン酸のエステル、エーテル、環状エーテル、C〜C10アルカン、C〜Cシクロアルカン、芳香族炭化水素溶媒、ハロゲン化炭化水素溶媒、アミド、亜硝酸エステル(nitrite)、スルホキシド、スルホン、およびそれらの混合物を含むがそれらに限定されない。超臨界溶剤、例えばCO、C〜Cアルカン、およびフルオロカーボンも使用してよい。好ましい種類の溶媒は、芳香族炭化水素溶媒であり、特に好ましい例は、キシレン、トルエン、および混合芳香族溶媒、例えばExxon Chemical AmericaからSOLVESSOの商標で市販されているものである。米国特許第5,807,937号のカラム21の第44行からカラム22の第54行に、追加の溶媒がさらに詳細に記載されている。
通常、顔料分散剤のATRP調製は、25℃から140℃の範囲内、例えば50℃から100℃の反応温度、および1から100気圧の範囲内、通常は大気圧において行う。
通常、ATRP遷移金属触媒およびその会合配位子は、本発明の顔料分散剤において用いる前に、顔料分散剤から分離または除去される。ATRP触媒の除去は、例えば、顔料分散剤、溶媒および触媒の混合物に触媒結合剤を加え、続いてろ過することを含む既知の方法を用いて実現してよい。適当な触媒結合剤の例は、例えばアルミナ、シリカ、粘土、またはそれらの組み合わせを含む。顔料分散剤、溶媒、およびATRP触媒の混合物は、触媒結合剤の充填層を通過させてよい。あるいは、ATRP触媒は、インサイチュで酸化され、触媒の酸化残渣は、顔料分散剤中に保持されてよい。
モノマー
一般式Iを参照すると、Gは、カルボン酸と反応した、オキシラン官能モノマーから選ばれるモノマーの疎水性残基である。カルボン酸は、例えば、フェニル(メタ)アクリレート、p−ニトロフェニル(メタ)アクリレート、およびベンジル(メタ)アクリレート、多環式芳香族(メタ)アクリレート、例えば2−ナフチル(メタ)アクリレート、N−(アリール)マレイミド、ならびにそれらの混合物を含む芳香族カルボン酸または多環式芳香族カルボン酸であってよい。
カルボン酸と反応するオキシラン官能モノマーまたはその残基は、例えばグリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル(メタ)アクリレート、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、およびそれらの混合物から選んでよい。オキシラン官能モノマーまたはその残基と反応させてよいカルボン酸の例は、ナフトエ酸、ヒドロキシナフトエ酸、パラ−ニトロ安息香酸、およびそれらの混合物を含むがそれらに限定されない。
WおよびYは、それぞれ、以下に限定されないが(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリレート、およびヒドロキシ官能(メタ)アクリレートを含む群から独立に選ばれるモノマーの残基であってよい。WおよびYがそれぞれ独立に残基であってよいC〜C20−アルキル(メタ)アクリレート(直鎖または分岐のアルキルおよびシクロアルキルを含む)の例は、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソ−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、およびイソカン(isocane)(メタ)アクリレートを含むがそれらに限定されない。
WおよびYがそれぞれ独立に残基であってよい、アルキル基中に2から4の炭素原子を有するヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートは、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、およびブチル(メタ)アクリレートを含むがそれらに限定されない。一般式Iにおいて、WおよびYは、それぞれ独立に、2つ以上の(メタ)アクリロイル基を有するモノマーの残基、例えば(メタ)アクリル酸無水物、ジエチレングリコールビス(メタ)アクリレート、4,4’−イソプロピリデンジフェノールビス(メタ)アクリレート(ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート)、アルコキシル化4,4’−イソプロピリデンジフェノールビス(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリス(メタ)アクリレート、およびアルコキシル化トリメチロールプロパントリス(メタ)アクリレートであってよい。
数字p、qおよびsは、それぞれ、G残基のブロックまたはセグメント(G−ブロックまたはG−セグメント)、W残基のブロックまたはセグメント(W−ブロックまたはW−セグメント)、およびY残基のブロックまたはセグメント(Y−ブロックGまたはY−セグメント)あたり存在するG、WおよびY残基の平均総数をそれぞれ表す。2つ以上の種類または化学種のモノマー残基を含むとき、W−ブロックおよびY−ブロックは、それぞれ、交互構造様式および勾配構造様式の少なくとも1つのランダムブロック(例えばジブロックおよびトリブロック)を有してよい。勾配構造様式は、高分子主鎖に沿って系統的かつ予測可能に徐々に変化する異なるモノマー残基の配列を指す。例示を目的として、qが12であり、6残基のブチルメタクリレート(BMA)と6残基のヒドロキシプロピルメタクリレート(HPMA)とを含むW−ブロックは、米国特許第6,642,301号のカラム10の第5行〜第25行に記載されている交互構造様式および勾配構造様式のジブロック、テトラブロックを有してよい。1つの非限定的な実施態様において、G−ブロックは、芳香族カルボン酸(例えば3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸)と反応した約5〜15残基のグリシジル(メタ)アクリレート)を含んでよく、W−ブロックは、約20〜30のBMAおよびHPMA残基のランダムブロックであってよく、Y−ブロックは、約5〜15のブチルアクリレート(BA)残基の均一ブロックであってよい。
通常、顔料分散剤の高分子主鎖に沿ってモノマー残基が存在する順序は、制御ラジカル重合が行われる容器に、対応するモノマーが供給される順序によって定められる。例えば、一般に、顔料分散剤のG−ブロック中の残基として組み込まれるモノマーは、W−ブロック中の残基として組み込まれるモノマーより前に反応器に供給され、続いてY−ブロックの残基が供給される。
W−ブロックおよびY−ブロックの形成時に、2つ以上のモノマーが一度に反応器に供給されると、通常、モノマーの相対反応性は、モノマーがリビングポリマー鎖に組み込まれる順序を定める。制御ラジカル重合によって、特に、ATRP法によって、(a)重合の進行中に反応媒質に供給されるモノマーの比を変化させるか、(b)異なる重合速度を有するモノマーを含むモノマー供給物を用いるか、または(c)(a)と(b)との組み合わせによって、W−ブロックおよびY−ブロック内のモノマー残基の勾配配列を調製することができる。米国特許第5,807,937号のカラム29の第29行からカラム31の第35行に、勾配構造様式を含む共重合体がさらに詳細に記載されている。
下つき添字p、qおよびsは、Gブロック、Wブロック、およびYブロックにそれぞれ存在する残基の平均数を表す。通常、下つき添字qおよびsは、一般式Iの場合に、それぞれ、少なくとも1、好ましくは少なくとも5の値を有する。通常、下つき添字sは、一般式Iの場合に、300未満、好ましくは100未満、より好ましくは50未満(例えば20以下)の値も有する。下つき添字qおよびsの値は、上に挙げた値を含めてこれらの値の任意の組み合わせの間の範囲にあってよく、例えば、sは、1から100の数であっ
てよい。下つき添字pは、少なくとも1、好ましくは少なくとも5の値を有してよい。通常、下つき添字pも、300未満、好ましくは100未満、より好ましくは50未満(例えば20以下)の値を有する。下つき添字pの値は、上に挙げた値を含めてこれらの値の任意の組み合わせの間の範囲にあってよく、例えばpは、50までの数であってよい。ポリスチレン標準を用いるゲル浸透クロマトグラフィーによって測定すると、通常、顔料分散剤は、250から40,000、例えば、1000から30,000、または2000から20,000の数平均分子量(Mn)を有する。
一般式Iの記号Фは、制御ラジカル重合による顔料分散剤の調製において用いられる開始剤の残基であるかまたは制御ラジカル重合による顔料分散剤の調製において用いられる開始剤の残基から誘導され、開始剤のラジカル移動性基を含まない。例えば、顔料分散剤がトルエンスルホニルクロリドの存在下で重合開始されるとき、記号Фは、より詳しくはФ−は、残基、
Figure 2013108095
である。記号Фは、開始剤の残基の誘導体も表してよい。
一般式Iにおいて、Tは、ATRP開始剤のラジカル移動性基であるかまたはATRP開始剤のラジカル移動性基から誘導される。ラジカル移動性基の残基は、(a)顔料分散剤に残ってもよく、(b)除去されてもよく、または(c)別の部分に化学変換されてもよい。ラジカル移動性基は、求核化合物、例えばアルカリ金属アルコキシレートによる置換によって除去されてよい。ラジカル移動性基の残基が、例えば、シアノ基(−CN)であるとき、それは、当分野において知られている方法によってアミド基またはカルボン酸基に変換することができる。
通常、顔料分散剤は、顔料分散物の全重量を基準として本発明の顔料分散物中に少なくとも0.1重量パーセント、好ましくは少なくとも0.5重量パーセント、より好ましくは少なくとも1重量パーセントの量で存在する。通常、顔料分散剤は、顔料分散物の全重量を基準として顔料分散物中に65重量パーセント未満、または40重量パーセント未満の量でも存在する。本発明の顔料分散物中に存在する顔料分散剤の量は、上に挙げた値を含めてこれらの値の任意の組み合わせの間の範囲にあってよい。
本発明の顔料分散物の顔料は、カーボンブラック顔料、例えば、ファーネスブラック、導電性カーボンブラック顔料、体質顔料、および腐食抑制顔料などの無機顔料、有機顔料、ならびにそれらの混合物から選んでよい。顔料分散物中に存在してよい有機顔料の例は、ペリレン、フタログリーン、フタロブルー、ニトロソ顔料、マノアゾ顔料、ジアゾ顔料、ジアゾ縮合顔料、塩基性色素顔料、アルカリブルー顔料、ブルーレーキ顔料、フロキシン顔料、キナクリドン顔料、アシッドイエロー1および3のレーキ顔料、カルバゾールジオキサジンバイオレット顔料、アリザリンレーキ顔料、バット顔料、フタロキシアミン顔料、カルミンレーキ顔料、テトラクロロイソインドリノン顔料、およびそれらの混合物を含むがそれらに限定されない。顔料分散物中に存在してよい無機顔料は、例えば、二酸化
チタン、導電性二酸化チタン、および鉄酸化物、例えば赤色酸化鉄、黄色酸化鉄、黒色酸化鉄、および透明鉄酸化物を含む。顔料分散物中に存在してよい体質顔料は、シリカ、粘土、およびアルカリ土類金属硫酸塩、例えば硫酸カルシウムおよび硫酸バリウムを含むがそれらに限定されない。顔料分散物は、腐食抑制顔料、例えばリン酸アルミニウムおよびカルシウム改質シリカを含んでよい。
通常、顔料は、顔料分散物の全重量を基準として本発明の顔料分散物中に少なくとも0.5重量パーセント、または少なくとも5重量パーセント、および/または少なくとも10重量パーセントの量で存在する。通常、顔料は、顔料分散物の全重量を基準として顔料分散物中に90重量パーセント未満、50重量パーセント未満、または20重量パーセント未満の量でも存在する。顔料分散物中に存在する顔料の量は、上に挙げた値を含むこれらの値の任意の組み合わせの間の範囲にあってよい。
通常、顔料および顔料分散剤は、一緒にすると顔料分散物中に合計で20重量パーセントから80重量パーセント、例えば30重量パーセントから70重量パーセント、または40重量パーセントから60重量パーセントの量で存在する。パーセント重量は、顔料と顔料分散剤との合計全重量を基準とする。通常、顔料分散剤に対する顔料の重量比は、0.1:1から100:1、例えば0.2:1から5:1、または0.5:1から2:1である。
本発明の顔料分散物は、少なくとも1つの有機溶媒も含む。存在してよい種類の有機溶媒は、キシレン、トルエン、アルコール(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、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソ−ブチルアルコール、フルフリルアルコール、およびテトラヒドロフルフリルアルコール)、ケトンまたはケトアルコール(例えばアセトン、メチルエチルケトンおよびジアセトンアルコール)、エーテル(例えばジメチルエーテルおよびメチルエチルエーテル)、環状エーテル(例えばテトラヒドロフランおよびジオキサン)、エステル(例えば酢酸エチル、乳酸エチル、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレン)、多価アルコール(例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、および1,2,6−ヘキサントリオール)、アルキレングリコールのヒドロキシ官能エーテル(例えばブチル2−ヒドロキシエチルエーテル、ヘキシル2−ヒドロキシエチルエーテル、メチル2−ヒドロキシプロピルエーテル、およびフェニル2−ヒドロキシプロピルエーテル)、窒素含有環状化合物(例えばピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、および1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン)ならびに硫黄含有化合物(例えばチオグリコール、ジメチルスルホキシド、およびテトラメチレンスルホン)を含むがそれらに限定されない。
顔料分散物は、当業者に知られている方法によって調製してよい。通常、そのような知られている方法は、既に本明細書中に記載されているように、エネルギー集約的な混合手段または粉砕手段、例えばボールミルまたは媒質ミル(例えばサンドミル)の使用を含む。
本発明の顔料分散物は、例えば被覆用組成物およびインクの調製において有用である。顔料入り被覆用組成物を形成するために、通常、顔料分散物は、樹脂、架橋剤、添加剤、例えば流れ調整剤、および追加溶媒とともに混合される。本発明の顔料分散物が組み込まれてよい被覆用組成物は、例えば液体スプレー塗布、浸漬塗布、およびカーテン塗布したプライマー、ベースコート(すなわちカラープラスクリアベースコート/クリアコート系におけるベースコート)組成物およびトップコート組成物ならびに電着性被覆用組成物を含む。
以下の実施例において、本発明は、より詳しく記載される。実施例における多数の変更および変化は当業者に自明なので、以下の実施例は、例示を目的とするにすぎないものとする。特に断らない限り、すべての部及び百分率は、重量基準である。
合成実施例A
この実施例には、アクリル分散剤の調製を記載する。アクリル分散剤は、続いて以下の顔料分散物を形成するために用いられる。アクリル分散剤は、表Aに示されている比で以下の成分の混合物から調製した。
Figure 2013108095
空気圧モーター撹拌装置、熱電対、窒素用アダプター、およびコンデンサーを取り付けた12リットルの丸底フラスコの中で仕込みIを混合した。次に、混合物に窒素を15分間吹き込んだ。吹き込み後、窒素ブランケット下で反応溶液を70℃に加熱し、1.5時間保持した。滴下ロートの中で仕込みIIを混合し、添加の前に窒素を15分間吹き込んだ。15分間かけて仕込みIIを添加し、窒素雰囲気下にある間に温度も80℃に上げ、1.5時間保持した。次に、仕込みIIIを滴下ロートに加え、添加の前に窒素を15分間吹き込んだ。次に、80℃の温度を維持しながら、窒素下で20分間かけて仕込みIIIを反応物に加えた。次に、固体合計が47%に達するまで反応物を80℃に保持した。
次に、定性ろ紙を通して反応混合物をろ過してバルク銅を取り除いた。次に、80℃で仕込みIVを加え、空気に曝露して1.5時間撹拌を続けた。次に、定性ろ紙を用いてイオン交換樹脂をろ別した。次に、仕込みVを加え、反応溶液を真空下に置き、60℃に加熱した。減圧蒸留によって反応溶液のおよそ6.5%を除去した。次に、反応を常圧に戻し、酸価が1meqKOH/g未満となるまで110℃で進行させた。得られた物質は、57.3%固体であり、数平均分子量は3627g/mol、重量平均分子量は14,979g/mol、M/Mは2.8であることを見いだした。
顔料分散物実施例1〜7
実施例1
QM−1 QMAX Supermill(Premier Mill、SPX Process Equipment)上で0.3mm YTZ磨砕用媒質を用いてピグメントイエロー138(PY138)を磨砕し、表2に示される最終%ヘイズ値となるように表1に示される磨砕基材調合物中に分散させた。
実施例2
QM−1 QMAX Supermill(Premier Mill、SPX Process Equipment)上で0.3mm YTZ磨砕用媒質を用いてピグメントイエロー139(PY139)を磨砕し、表2に示される最終%ヘイズ値となるように表1に示される磨砕基材調合物中に分散させた。
実施例3
QM−1 QMAX Supermill(Premier Mill、SPX Process Equipment)上で0.3mm YTZ磨砕用媒質を用いてピグメントレッド179(PR179)を磨砕し、表2に示される最終%ヘイズ値となるように表1に示される磨砕基材調合物中に分散させた。
実施例4
QM−1 QMAX Supermill(Premier Mill、SPX Process Equipment)上で0.3mm YTZ磨砕用媒質を用いてピグメントバイオレット29(PV29)を磨砕し、表2に示される最終%ヘイズ値となるように表1に示される磨砕基材(mill base)調合物中に分散させた。
実施例5
QM−1 QMAX Supermill(Premier Mill、SPX Process Equipment)上で0.3mm YTZ磨砕用媒質を用いてピグメントブルー15:3(PB15:3)を磨砕し、表2に示される最終%ヘイズ値となるように表1に示される磨砕基材調合物中に分散させた。
実施例6
QM−1 QMAX Supermill(Premier Mill、SPX Process Equipment)上で0.3mm YTZ磨砕用媒質を用いてルモジェンブラックFK4280を磨砕し、表2に示される最終%ヘイズ値となるように表1に示される磨砕基材調合物中に分散させた。
比較例7
Dispermat+TML1(Basketmill)アタッチメントを有するDispermat CN F2モデル分散装置を用いて、1.2〜1.7mm Zirconox磨砕用媒質を用いてルモジェンブラックFK4280の従来の顔料分散物を磨砕し、6のHegman値となるように表1に示される磨砕基材調合物中に分散させた。最終
%ヘイズ値は、表2に示されている。
Figure 2013108095
Figure 2013108095
被覆用組成物実施例8〜12
実施例8
7.15gのPPG Industries,Inc.の自動車用透明被覆材(ダイヤモンドコート、DCT5002HC/DCT5001B)と、10.14重量%の実施例1からの色材(tint)、6.17重量%の実施例2からの色材、12.21重量%の実施例3からの色材、33.40重量%の実施例4からの色材、および38.08重量%の実施例5からの色材からなる2.96gの色材の混合物を用いて塗料を調合した。塗料中の顔料の量は、塗料中の全不揮発分の6重量%であり、全顔料含量に対する各個別顔料の重量百分率は、ピグメントイエロー138が10%、ピグメントイエロー139が6%、ピグメントレッド179が12%、ピグメントバイオレット29が34%、ピグメントブルー15:3が38%であった。#40ワイヤー巻きドローダウンバー(PA−4140、Byk−Gardner)を用いて、この塗料をTRUアルミニウム04×12×038の処理済み非研磨コイル被覆ホワイトパネル(APR33700、ACT Test
Panels)上へ引き伸ばした(draw)。パネルの硬化塗料膜のジェットネス(jetness)値、パーセント全太陽光反射率、および熱蓄積(heatbuildup)を測定し、表3に報告している。
比較例9
塗られたパネルを製造するために、従来の色材の混合物から色材混合物を製造した以外は実施例8を繰り返した。最終塗料中の顔料の重量百分率は、実施例8と同じ、すなわち、全不揮発分に対する顔料は6重量%であり、そのうちピグメントイエロー138が10%、ピグメントイエロー139が6%、ピグメントレッド179が12%、ピグメントバイオレット29が34%、ピグメントブルー15:3が38%であった。表3に報告されるように、ジェットネス、%TSRおよび熱蓄積についてパネルを試験した。実施例8は、比較例9と比較して顕著に向上したジェットネスを示した。
実施例10
7.15gのPPG Industries,Inc.の自動車用透明被覆材(ダイヤモンドコート、DCT5002HC/DCT5001B)と、2.89gの実施例6からの色材とを用いて塗料を調合した。塗料中の顔料の量は、塗料中の全不揮発分の6重量%であった。この塗料を実施例8と同じようにパネル上に引き伸ばし、表3に報告されているジェットネス、%TSRおよび熱蓄積について試験した。
比較例11
実施例6の色材の代わりに2.78gの比較例7からの色材を用いた以外は実施例10を繰り返した。塗料中の顔料の量は、塗料中の全不揮発分の6重量%であった。この塗料を実施例10と同じようにパネル上に引き伸ばし、表3に報告されているジェットネス、
%TSRおよび熱蓄積について試験した。実施例10は、実施例11と比較して顕著に向上したジェットネスを示した。
比較例12
実施例8〜11に対する比較例として、PPG Industries,Inc.の自動車用透明被覆材(ダイヤモンドコート、DCT5002HC/DCT5001B)と従来の黒色色材とを用いてカーボンブラック含有塗料を調合した。塗料中のカーボンブラック顔料の量は、塗料中の全不揮発分の6重量%であった。この塗料を実施例8〜11と同じようにパネル上に引き伸ばし、表3に報告されているジェットネス、%TSRおよび熱蓄積について試験した。実施例8、9、10および11は、すべて実施例12より顕著に向上した%TSRと、実施例12より顕著に少ない周囲温度からの温度上昇を示した。
Figure 2013108095
顔料分散物実施例13〜14
実施例13
Lab Dispersator(Model 2000,Premier Mill)を用いて1.25クォートの水冷式ステンレス鋼フラスコ中で40〜80ミクロンのホウケイ酸ガラス球体Duraspheres(MoSci CorporationからのGL−0179)を用いてルモジェンブラックFK4280を磨砕し、表5に示されている最終%ヘイズ値を有するナノサイズの粒子となるように表4に示されている磨砕基材調合物中に分散させた。
比較例14
Red Devil振盪機上で0.7〜1.2mm Zirconox磨砕用媒質を用いて8オンス容器の中でルモジェンブラックFK4280を30分間磨砕し、8のHegmanとなるように表4に示されている磨砕基材調合物中に分散させ、表5に示されている最終%ヘイズ値に達した。
Figure 2013108095
Figure 2013108095
被覆用組成物実施例15〜16
実施例15
5.72gのPPG Industries,Inc.の自動車用透明被覆材(ダイヤモンドコート、DCT5002HC/DCT5001B)と、4.32gの実施例13からの色材とを用いて塗料を調合した。塗料中の顔料の量は、塗料中の全不揮発分の6重量%であった。#60ワイヤー巻きドローダウンバー(PA−4140、Byk−Gardner)を用いて、この塗料をTRUアルミニウム04×12×038の処理済み非研磨コイル被覆ホワイトパネル(APR33700、ACT Test Panels)上へ引き伸ばした。表6にパネルのジェットネス値、%TSR、および熱蓄積が示されている。
比較例16
実施例15に対する比較例として、5.72gのPPG Industries,Inc.の自動車用透明被覆材(ダイヤモンドコート、DCT5002HC/DCT5001B)と、2.55gの比較例14からの色材とを用いて塗料を調合した。塗料中の顔料の量は、塗料中の全不揮発分の6重量%であった。#60ワイヤー巻きドローダウンバー(PA−4140、Byk−Gardner)を用いて、この塗料をTRUアルミニウム04×12×038の処理済み非研磨コイル被覆ホワイトパネル(APR33700、ACT Test Panels)上へ引き伸ばした。表6にパネルのジェットネス、%TSRおよび熱蓄積が示されている。実施例15は、比較例16と比較して顕著に向上したジェットネスを示した。
Figure 2013108095
比較例17:ホワイトパネル
実施例8〜12、15および16の被覆パネルに対する比較例として、それらの実施例において用いられた被覆ホワイトパネル、すなわち、TRU Aluminum 04×12×038の処理非研磨コイル被覆ホワイトパネル(APR33700,ACT Test Panels)上でジェットネス、%全太陽光反射率(%TSR)、熱蓄積(ΔTlu)を測定した。ジェットネス値は11、%TSRは73.3、ΔTluは95°Fであった。
上述の記載において開示されている概念から逸脱することなく本発明に変更を施し得ることは当業者に自明である。そのような変更は、文言によって請求項に特に明示しない限り、添付の請求項の範囲内に含まれるとみなすべきである。従って、本明細書に詳細に記載されている特定の実施態様は、例を示すだけであり、添付の請求項ならびに請求項のありとあらゆる均等物の範囲全体を含むものとされる本発明の範囲を限定しない。
本発明の好ましい実施形態によれば、以下が提供される。
(項1)
a)1ミクロン未満の平均一次粒子サイズを有する顔料粒子と、
b)
i)カルボン酸と反応したオキシラン官能モノマーを含む第1ブロック、
ii)(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む第2ブロック、および
iii)(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む第3ブロック
を有し、該第3ブロックは、該第2ブロックと異なる、トリブロック共重合体
を含む分散剤と、
を含むナノ粒子分散物。
(項2)
前記顔料粒子は、有機顔料を含む、上記項1に記載の分散物。
(項3)
前記カルボン酸は、芳香族カルボン酸または多環式芳香族カルボン酸を含む、上記項1に記載の分散物。
(項4)
前記カルボン酸は、ナフトエ酸を含む、上記項1に記載の分散物。
(項5)
前記分散物は、1%の最大ヘイズを有する、上記項1に記載の分散物。
(項6)
前記オキシラン官能モノマーは、グリシジル(メタ)アクリレートを含む、上記項1に記載の分散物。
(項7)
前記第2のブロックは、ヒドロキシ官能(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む、上記項1に記載の分散物。
(項8)
前記顔料粒子は、最大100nmの平均一次粒子サイズを有する、上記項1に記載の分散物。
(項9)
ナフトエ酸と反応したグリシジル(メタ)アクリレートを含む第1ブロック、(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む第2ブロック、および(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む第3ブロック、を有するトリブロック共重合体を含み、該第3ブロックは、該第2ブロックと異なる、顔料分散剤。
(項10)
前記ナフトエ酸は、ヒドロキシナフトエ酸を含む、上記項9に記載の分散剤。
(項11)
前記第2ブロックは、ヒドロキシ官能(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む、上記項9に記載の分散剤。
(項12)
(a)1ミクロン未満の平均一次粒子サイズを有する顔料粒子、および(b)上記項9に記載の分散剤を含む顔料分散物。
(項13)
前記顔料粒子は、有機顔料を含む、上記項12に記載の分散物。
(項14)
前記分散物は、1%の最大ヘイズを有する、上記項12に記載の分散物。
(項15)
前記分散剤の前記第2ブロックは、ヒドロキシ官能(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含む、上記項12に記載の分散物。
(項16)
前記顔料粒子は、最大100nmの平均一次粒子サイズを有する、上記項12に記載の分散物。
(項17)
(a)樹脂バインダーと、(b)上記項1に記載の顔料分散物とを含む被覆用組成物。
(項18)
前記顔料粒子は、有機顔料を含む、上記項17に記載の被覆用組成物。
(項19)
前記顔料分散物は、1%の最大ヘイズを有する、上記項17に記載の被覆用組成物。
(項20)
上記項17に記載の被覆用組成物で被覆した物品を含む被覆物品。

Claims (1)

  1. 本明細書に記載の発明
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