颜料分散剂、颜料分散剂的制造方法以及颜料分散液的制作方法_3

文档序号:8908751阅读:来源:国知局
二醇单烷基(C1~C18)醚链,可列举出:前述的聚亚烷基(C2~C4)二醇链的单末端甲基 醚、乙基醚、月桂基醚、硬脂基醚且单末端为氨基、羧基等二醇链。作为将氨基作为末端的二 酉享链,有HuntsmanInternationalLLC?制的Jeffamine、Surfonamine(均为商品名)。它 们可以使用1种以上,没有特别的限定。
[0067] 另外,对于上述的聚合物(E)所涉及的分子量分布,由于不是如前所述的接枝结 构,所以尽管能够测定出作为活性自由基聚合的特征的分子量狭窄,但没有特别的限定。但 是,优选分子量分布为1. 〇~1. 6,更优选为1. 0~1. 3。作为本发明的颜料分散剂的主要 成分的接枝共聚物,可以通过以上说明的I法或II法制成具有该特有结构的物质。
[0068] <颜料分散剂的聚合方法>
[0069] 如前所述,本发明的颜料分散剂包含具有分子量小且分子量整齐的主链的接枝共 聚物,作为得到该主链的方法,采用活性自由基聚合方法。优选该活性自由基聚合包括:在 聚合引发化合物和催化剂的存在下,将含有前述甲基丙烯酸酯系单体类的单体成分进行活 性自由基聚合的工序;前述聚合引发化合物为碘或碘化合物的至少任一者,催化剂为选自 由卤化磷、亚磷酸酯系化合物、亚膦酸酯化合物、酰亚胺系化合物、酚系化合物、二苯甲烷系 化合物和环戊二烯系化合物组成的组的至少一种化合物。
[0070] 对于活性自由基聚合,发明出了各种各样的方法,可列举出:利用氧化胺自由基的 解离和结合的氮氧化物调介聚合法(Nitroxidemediatedpolymerization:NMP法);使用 铜、钌、镍、铁等重金属以及与这些重金属形成络合物的配体且使用卤化合物作为引发化合 物进行聚合的原子转移自由基聚合(Atomtransferradicalpolymerization:ATRP法); 使用二硫代羧酸酯、黄原酸酯化合物等作为引发化合物并且使用加成聚合性单体和自由 基引发剂进行聚合的可逆加成碎裂链转移聚合(Reversibleaddition-fragmentation chaintransfer:RAFT法)和MADIX法(MacromolecularDesignviaInterchangeof Xanthate,通过黄原酸醋之间的交换的高分子设计);使用有机蹄、有机祕、有机铺、卤化 铺、有机锗、卤化锗等重金属的方法(Degenerativetransfer:DT法,衰减链转移自由基) 等。这些方法也使用聚合引发化合物,能够适用于本发明。
[0071] 然而,为了得到本发明的特征的接枝共聚物,上述的方法中还存在问题。例如,NMP 法中,使用四甲基哌啶氧化物自由基等的氧化胺,需要在100°c以上的高温条件下进行聚 合,且使用甲基丙烯酸酯系单体时还存在聚合不能进行的问题。
[0072] ATRP法中,需要使用重金属且由于是伴随着氧化还原的聚合方法,所以需要去除 氧;且将胺化合物作为配体形成络合物的聚合方法中,聚合体系中存在酸性物质时络合物 的形成被阻碍,所以难以使具有酸基的加成聚合性单体直接聚合。将用保护基保护酸基的 单体聚合,需要在聚合后使保护基脱离,但是很复杂且将酸基导入至聚合物嵌段并非是容 易的。
[0073] 在RAFT法和MADIX法中,首先,需要二硫代羧酸酯、黄原酸酯化合物等特殊的化合 物;由于它们是硫系的化合物,所以还存在得到的聚合物容易残留硫系的不愉快的臭气、被 着色的情况。因此,需要从得到的聚合物中去除臭气、着色。也存在甲基丙烯酸酯系单体的 聚合不能顺利进行的情况。
[0074] 进而,DT法中,与ATRP法同样地,需要使用重金属。因此,存在如下问题:不仅需 要从得到的聚合物中去除重金属,并且不得不对包含产生的重金属的排水进行净化。
[0075] 在这样的状况下,本发明所使用的聚合方法不必需使用重金属化合物、不必需要 聚合物的纯化,不需要合成特殊的化合物,只需使用市场中比较廉价的材料就能够容易地 制造。另外,聚合条件温和,是能够在与现有的自由基聚合方法同样的条件下进行聚合的方 法;值得一提的是,可以将具有羧基、磷酸基等的单体直接进行活性自由基聚合。
[0076] 具体而言,本发明的特征的接枝共聚物的制造方法包括:在聚合引发化合物和催 化剂的存在下,对至少含有2种特有的甲基丙烯酸酯系单体的单体成分进行活性自由基聚 合的工序(聚合工序)。并且,聚合引发化合物为碘和碘化合物的至少任一者。该活性自由 基聚合中,可以使用各种各样的官能团。
[0077] 聚合工序中,使用碘和碘化合物的至少任一者作为聚合引发化合物,对于含有甲 基丙烯酸酯系单体的单体成分通过活性自由基聚合进行聚合。对于作为聚合引发化合物而 使用的碘、碘化合物赋予热、光时,碘自由基解离。接着,在碘自由基解离的状态下插入单体 之后,碘自由基直接与聚合物末端自由基再度结合而稳定化,边防止终止反应边进行聚合 反应。
[0078] 作为碘化合物的具体例,可列举出:2_碘代-1-苯基乙烷、1-碘代-1-苯基乙烷等 烷基碘化物;2-氰基-2-碘代丙烷、2-氰基-2-碘代丁烧、1-氰基-1-碘代环己烧、2-氰 基-2碘代-2, 4-二甲基戊烷、2-氰基-2-碘代-4-甲氧基-2, 4-二甲基戊烷等含氰基的碘 化物等。
[0079] 这些碘化合物,可以直接使用市售品,也可以使用用现有已知的方法调制的物质。 例如,使偶氮二异丁腈等偶氮化合物与碘反应,从而能够得到碘化合物。另外,可以使上述 碘化合物的碘被溴或氯等齒原子取代的有机卤化物与季铵碘化物、碘化钠等碘化物盐反 应,进行卤交换,从而得到碘化合物。
[0080] 聚合工序中,与聚合引发化合物一起,使用能够吸引聚合引发化合物的碘的催化 剂。作为催化剂,优选使用卤化磷、亚磷酸酯系化合物、亚膦酸酯化合物等磷系化合物;酰亚 胺系化合物等氮系化合物;酚系化合物等氧系化合物;二苯甲烷系化合物、环戊二烯系化 合物等烃系化合物。需要说明的是,这些催化剂可以单独使用一种或组合使用两种以上。
[0081] 作为磷系化合物的具体例,可列举出:三碘化磷、二乙基亚磷酸酯、三丁基亚磷酸 酯、乙氧基苯基亚膦酸酯、苯基苯氧基亚膦酸酯等。作为氮系化合物的具体例,可列举出:琥 珀酰亚胺、2, 2-二甲基琥珀酰亚胺、马来酰亚胺、邻苯二甲酰亚胺、N-碘代琥珀酰亚胺、乙 内酰脲等。作为氧系化合物的具体例,可列举出:苯酚、氢醌、甲氧基氢醌、叔丁基苯酚、儿茶 酚、二叔丁基羟基甲苯等。作为烃系化合物的具体例,可列举出:环己二烯、二苯甲烷等。 [0082] 上述催化剂的使用量(摩尔数)优选小于聚合引发化合物的使用量(摩尔数)。 如果催化剂的使用量(摩尔数)过多,则有聚合被过度控制、聚合难以进行的情况。另外, 活性自由基聚合时的温度(聚合温度)优选为30~100°C。聚合温度过高时,则有聚合末 端的碘分解,末端不稳定而不能进行活性聚合的情况。另外,该聚合方法中优选末端结合有 碘,使该碘作为自由基而解离,自由基产生,从而该末端稳定。此时,为丙烯酸酯、乙烯系等 情况下,末端为2价碘化物(secondaryiodine),存在比较稳定且不会以碘自由基的形式 游离,聚合不进行、或者分布变广的可能性。可以提高温度而进行解离,但在上述温度范围 温和地聚合,从环境、能量的观点出发而优选。因此,优选自由基容易产生、比较稳定的3价 碘化物(tertiaryiodides),在本发明中使用的活性自由基聚合中,适用甲基丙稀酸醋系 的单体。
[0083] 另外,聚合工序中,通常添加能够产生自由基的聚合引发剂。作为聚合引发剂,可 以使用现有已知的偶氮系引发剂、过氧化物系引发剂。需要说明的是,优选使用在上述的 聚合温度的范围充分产生自由基的聚合引发剂。具体而言,优选使用2,2' -偶氮双(4-甲 氧基-2, 4-二甲基戊腈)等偶氮系引发剂。该聚合引发剂的使用量优选相对于单体设为 0. 001~0. 1摩尔倍,进而优选设为0. 002~0. 05摩尔倍。如果聚合引发剂的使用量过少, 则有聚合反应不能充分地进行的情况。另一方面,聚合引发剂的使用量过多时,存在不是活 性自由基聚合反应的通常的自由基聚合反应作为副反应而进行的情况。
[0084] 活性自由基聚合可以为不使用有机溶剂的本体聚合,但优选为使用有机溶剂的溶 液聚合。作为有机溶剂,优选为能够溶解聚合引发化合物、催化剂、单体成分和聚合引发剂 等成分的物质。
[0085] 作为有机溶剂的具体例,可列举出:己烷、辛烷、癸烷、异癸烷、环己烷、甲基环己 烷、甲苯、二甲苯、乙基苯等烃系溶剂;甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、己醇、苄醇、 环己醇等醇系溶剂;乙二醇、二乙二醇、丙二醇、一缩二丙二醇、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、 丁基溶纤剂、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、丙二醇丙基醚、二甘醇二甲醚、三甘醇二甲 醚、四甘醇二甲醚、一缩二丙二醇二甲基醚、丁基卡必醇、丁基三乙二醇、甲基二丙二醇、甲 基溶纤剂乙酸酯、丙二醇单甲基醚乙酸酯、二丙二醇丁基醚乙酸酯、二乙二醇单丁基醚乙酸 酯等二醇系溶剂;二乙基醚、二丙基醚、甲基环丙基醚、四氢呋喃、二氧六环、苯甲醚等醚系 溶剂;甲基乙基酮、二乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮、异佛尔酮、乙酰苯等酮系溶剂;乙酸 甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、己内酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、琥 珀酸二甲酯、己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯等酯系溶剂;氯仿、二氯乙烷等卤化溶剂;二甲 基甲酰胺、二甲基乙酰胺、吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、己内酰胺等酰胺系溶剂;除此之外, 可列举出:二甲基亚砜、环丁砜、四甲基脲、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯等。需要说 明的是,这些有机溶剂可以单独使用一种或组合使用两种以上。但是,如之前说明的本发明 的II法中的聚合反应的情况,作为使用的溶剂,需要是不具有能够与异氰酸酯、环氧基反 应的官能团的物质。
[0086]另外,它们聚合所使用的有机溶剂可以直接作为颜料分散液的构成成分,也可以 根据需要,由溶液中提取聚合物而制成固体。对于其方法,没有特别的限定,例如,也可以使 之从不良溶剂析出进行过滤、干燥,将溶液干燥而仅取出聚合物,作为聚合物的固体物而得 到。得到的固体聚合物可以直接作为本发明的颜料分散液而使用,或者以固体取出时,可以 使之溶解于本发明的颜料分散液所使用的液体介质而使用。
[0087] 在溶液聚合的情况下,聚合液的固体成分浓度(单体浓度)优选为5~80质量%, 更优选为20~60质量%。聚合液的固体成分浓度小于5质量%时,有单体浓度过低而聚 合不能结束的情况。另一方面,聚合液的固体成分浓度超过80质量%或进行本体聚合时, 有聚合液的粘度过高,搅拌变得困难而聚合收率降低的倾向。活性自由基聚合优选进行至 单体消失为止。具体而言,聚合时间优选设为〇. 5~48小时,实质上进一步优选设为1~ 24小时。另外,对于聚合环境没有特别的限定,可以为通常范围内氧存在的环境,也可以为 氮气气流环境。另外,聚合中使用的材料(单体等)可以使用通过蒸馏、活性炭处理或氧化 铝处理等去除了杂质的物质,也可以直接使用市售品。进而,可以在遮光下进行聚合,也可 以在玻璃等透明容器中进行聚合。
[0088] 如前所述,本发明的特征的接枝共聚物可以通过以摩尔比调节活性自由基聚合时 的甲基丙烯酸酯系单体类与聚合引发化合物的使用平衡,从而控制主链的分子量。具体而 言,通过相对于聚合引发化合物的摩尔数,适当地设定单体的摩尔数,能够得到其主链为任 意分子量的聚合物。例如,使用聚合引发化合物1摩尔且使用分子量100的单体500摩尔 的情况下,能够得到具有"1X100X500 = 50000"的理论分子量的聚合物。即,可以通过下 述式(1)算出主链的聚合物的理论分子量。需要说明的是,上述的"分子量"是包括数均分 子量(Mn)和重均分子量(Mw)的任一者的概念。
[0089] "主链的聚合物的理论分子量"="聚合引发化合物1摩尔"X"单体分子量"X"单 体的摩尔数/聚合引发化合物的摩尔数"???(1)
[0090] 聚合引发化合物的量如前所述。
[0091] 需要说明的是,聚合工序中有伴随2分子终止、歧化的副反应的情况,所以会有得 不到具有上述理论分子量的主链的聚合物的情况,本发明中,优选为不引起这些副反应而 得到的聚合物。另外,聚合率也可以不是100%。进而,也可以在一旦停止聚合之后,添加聚 合引发化合物、催化剂而消耗残留的单体,从而使聚合结束。即,通过如前所述的制造方法 生成具有特定主链的前述结构的接枝共聚物,本发明的颜料分散剂也可以包含该接枝共聚 物作为主要成分。优选的是,只要制造的共聚物的80%以上为具有特定主链的结构的接枝 共聚物,就可以说充分地得到了其效果,得到的接枝共聚物是主要成分。
[0092] 通过之前说明的I法或II法得到的本发明的特征的接枝共聚物,可以为结合有来 自于聚合引发化合物的碘原子的状态,但优选使碘原子脱离。作为使碘原子由聚合物脱离 的方法,只要是现有已知的方法,则没有特别的限定。具体而言,对聚合物进行加热或用酸、 碱进行处理即可。另外,也可以用硫代硫酸钠等对聚合物进行处理。脱离的碘可以用活性 炭、氧化铝等碘吸附剂进行处理而去除。可以通过以上的聚合方法,得到作为本发明的颜料 分散剂的主要成分的接枝共聚物。本发明的颜料分散剂可以用于涂料、墨、文具、涂覆剂等, 特别适合于要求细颗粒化和稳定性、喷射性、防止沉淀或沉淀恢复性的喷墨墨、紫外线固化 型墨、滤色器用着色剂用的颜料分散液。
[0093] <颜料分散液、颜料分散液组合物>
[0094] 对于使用了具有上述特征的本发明的颜料分散剂的颜料分散液、以该颜料分散液 作为构成成分的颜料分散液组合物进行说明。颜料分散液的特征在于,将颜料分散剂和颜 料分散于选自水、有机溶剂和聚合性化合物的任一种以上的液体介质而成。作为此时使用 的颜料,可以使用有机颜料、无机颜料、金属粉末或细颗粒等金属系颜料、无机填料等,没有 特别的限定。作为有机颜料和无机颜料的具体例,可列举出:选自由喹吖酮系颜料、蒽醌系 颜料、吡咯并吡咯二酮颜料、茈系颜料、酞菁蓝系颜料、酞菁绿系颜料、异吲哚满酮系颜料、 靛蓝?硫代靛蓝颜料、二恶嗪系颜料、奎酞酮颜料、镍偶氮颜料、不溶性偶氮系颜料、溶性偶 氮系颜料、高分子量偶氮系颜料、碳黑颜料、复合氧化物系黑色颜料、氧化铁黑颜料、氧化钛 系黑色颜料、甲亚胺偶氮系黑色颜料、以及氧化钛系颜料组成的组的、红色、绿色、蓝色、黄 色、橙色、紫色、黑色和白色的颜料。作为金属系颜料的具体例,可列举出:铜粉末、铝片等。 另外,作为无机填料的具体例,可列举出:云母系颜料、天然矿物、二氧化硅等,没有特别的 限定。
[0095] 本发明的这些颜料中,优选为具有与本发明的颜料分散剂的主链所结合的酸性基 团(羧基等)、碱性基团(氨基等)形成离子键、氢键这样的基团的颜料的分子结构或被表 面改性的颜料。具体而言,如酸性碳或碱性碳、溶性偶氮、吡咯并吡咯二酮、喹吖酮的氢键强 的颜料等。
[0096] 具体而言,作为喷墨墨所使用的颜料,有染料索引号(C.I.)颜料蓝_15:3、15:4、 (:.1.颜料红-122、269、(:.1.颜料紫-19、(:.1.颜料黄-74、155、180、183、(:.1.颜料绿-7、 36、58、C.I.颜料橙-43、C.I.颜料黑-7、C.I.颜料白-6。其平均一次粒径小于350nm。 更优选对于C.I.颜料蓝-15:3、15:4、C.I.颜料红_122、269、C.I.颜料紫-19、C.I.颜料 黄-74、155、180、183、(:.1.颜料绿-7、36、58、(:.1.颜料橙-43、(:.1.颜料黑-7,平均粒径小 于150nm;对于C.I.颜料白-6,优选小于300nm。对于头的堵塞、图像的清晰度,优选粒径 小。也可以为用树脂、或者偶联剂、活性剂等表面处理剂进行了表面处理、密封化等而成的 处理颜料。
[0097] 另外,作为滤色器用的颜料,优选使用有机颜料、黑基质用无机颜料。作为红色颜 料,可列举出C.I.颜料红(PR)56、58、122、166、168、176、177、178、224、242、254、255。作为 绿色颜料,可列举出C.I.颜料绿(PG)7、36、58、聚(14~16)溴化铜酞菁、聚(12~15)溴 化-聚(4~1)氯化铜酞菁。作为蓝色颜料,可列举出:C.I.颜料蓝15:1、15:3、15:6、60、 80等。
[0098] 另外,作为上述滤色器用颜料的互补色颜料或多色型的像素用颜料,可列举出以 下的物质。可列举出:作为黄色颜料的C.I.颜料黄(PY)12、13、14、17、24、55、60、74、83、90、 93、126、128、138、139、150、154、155、180、185、216、219;和(:.1.颜料紫(?¥)19、23。另外, 作为黑基质用的黑色颜料,可列举出:C.I.颜料黑(PBK)6、7、11、26、铜?锰?铁系复合氧化 物。
[0099] 对于颜料分散后的数平均粒径,没有特别的限定,对于碳黑、有机颜料而言,为 10~200nm,优选为20~150nm。对于氧化钛等无机颜料而言,为50~300nm,更优选为 100~250nm。需要说明的是,颜料的平均粒径可以通过透射型电子显微镜(TEM)进行观察 而求出。将这样被细颗粒化的颜料用本发明的颜料分散剂分散而得到的本发明的颜料分散 液是赋予尚显色性、尚像质、尚光泽、尚打印性等的着色剂。
[0100] 本发明的颜料分散液是本发明的颜料分散剂与上述颜料分散于液体介质而成的。 作为该液体介质,可以使用水、有机溶剂、聚合性化合物的任一种以上的液体介质;可以根 据其用途即施用了颜料分散液的颜料分散液组合物(产品)的目的而适宜选择。作为液体 介质,以水作为主要成分的颜料分散液成为水性的颜料分散液组合物;有机溶剂的情况下 成为油性颜料分散液组合物;聚合性化合物的情况下,成为紫外线固化性或电子射线固化 性的颜料分散液组合物。作为颜料分散液组合物(产品),可列举出涂料、墨、涂覆剂等。作 为能够使用的具体的液体介质为水、前述的有机溶剂、聚合性化合物的情况下可以使用如 下述列举的作为自由基聚合性化合物、阳离子性聚合化合物的单体、低聚物。
[0101] 作为上述能够使用的自由基聚合性化合物,具体而言,优选丙烯酸系单体和低聚 物。作为单体的具体例,可列举出:丙烯酸丁酯、2-甲基丙烷丙烯酸酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯 酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异 癸酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、丙烯酸 异硬脂酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸叔丁基环己酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸三甲基环己酯、丙 烯酸环癸酯、丙烯酸环癸基甲酯、丙烯酸三环癸酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸苯氧基乙酯、丙烯酸 苯酯、丙烯酸萘酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、(聚)乙二醇单 甲基醚丙烯酸酯、(聚)乙二醇单月桂基醚丙烯酸酯、(聚)丙二醇单甲基醚丙烯酸酯、八氟 辛基丙烯酸酯、四氟乙基丙烯酸酯、壬基苯酚的环氧乙烷加成物的丙烯酸酯、丙烯酰氧基乙 基磷酸酯、丙烯酰氧基邻苯二甲酸等。另外,也可以使用前述的甲基丙烯酸酯系单体。
[0102]另外,自由基聚合性的低聚物为1分子中具有2个以上聚合性基团的化合物;作 为其具体例,可列举出:乙二醇、丁二醇、己二醇、壬二醇、环己烷二甲醇、丁烯二醇、丁炔二 醇、新戊二醇等烷基二醇、烯基二醇、环烷基二醇的二丙烯酸酯化物;聚乙二醇、聚丙二醇、 聚1,4-丁二醇、双酚A
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