| 【発明の名称】 |
ポリプロピレングリコール系化合物及びこの化合物を用いた分散剤 |
| 【発明者】 |
【氏名】白石 真也
【氏名】林 年治
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| 【要約】 |
【課題】分散媒の種類によりそれぞれ分散剤の選定を行うことなく分散効果に優れ、耐熱性を有し、凝集の生じない化合物及び分散剤を提供する。
【解決手段】プロピレンオキシドを主骨格とし、アミノ基及び水酸基の加わった式（１）に示されるポリプロピレングリコール系化合物である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 プロピレンオキシドを主骨格とした化合物であって、前記プロピレンオキシドにアミノ基及び水酸基の加わった次の式（１）に示されるポリプロピレングリコール系化合物。
【化１】
但し、Ｘは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン又はフェノキシド基、Ｙは水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、Ｗ及びＵは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン、フェノキシド基、水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、ｐは０〜１０の整数、ｑは５〜４００の整数、ｒは２〜１００の整数、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜１０の整数である。
【請求項２】 プロピレンオキシドを主骨格とした化合物であって、前記プロピレンオキシドにアミノ基及び水酸基の加わった次の式（２）に示されるポリプロピレングリコール系化合物。
【化２】
但し、Ｘは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン又はフェノキシド基、Ｙは水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、Ｗ及びＵは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン、フェノキシド基、水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、ｐは０〜１０の整数、ｑは５〜４００の整数、ｒは２〜１００の整数、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜１０の整数であり、Ｚは次の式（３）及び式（４）で表される官能基である。なお、Ｚ1〜Ｚ4は水素又は炭素数１〜２０のアルキル基であり、ｉは１〜１０の整数、ｊは１〜１０の整数である。
【化３】
【化４】
【請求項３】 プロピレンオキシドを主骨格とした化合物であって、前記プロピレンオキシドにアミノ基及び水酸基の加わった次の式（５）に示されるポリプロピレングリコール系化合物。
【化５】
但し、Ｘは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン又はフェノキシド基、Ｙは水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、Ｗ及びＵは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン、フェノキシド基、水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、ｐは０〜１０の整数、ｑは５〜４００の整数、ｒは２〜１００の整数、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜１０の整数である。
【請求項４】 分子量が９００〜２００００である請求項１ないし３いずれか記載のポリプロピレングリコール系化合物。
【請求項５】 請求項１ないし４いずれか記載のポリプロピレングリコール系化合物を用いた分散剤。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子材料分野等に使用される塗料、インキ、ペーストの原料として用いられるポリプロピレングリコール系化合物及びこの化合物を用いた分散剤に関する。更に詳しくは、樹脂ブラックマトリックス用黒色分散液、帯電防止ローラー用黒色分散液、ブラウン管用帯電防止塗料、電磁波遮蔽塗料、スクリーン印刷用ペースト、インクジェット用塗料等の原料として用いられるポリプロピレングリコール系化合物及びこの化合物を用いた分散剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子材料分野では塗料、インキ、ペーストは主に、樹脂ブラックマトリックス用黒色分散液、帯電防止ローラー用黒色分散液、ブラウン管用帯電防止塗料、磁気波遮蔽塗料、スクリーン印刷用ペースト、インクジェット用塗料等として使用されている。例えば、樹脂ブラックマトリックス用黒色分散液は液晶表示素子において駆動電極間からの光の漏れを防ぐために用いられ、フォトリソグラフィー法、印刷法、電着法等を用いてストライプ状や格子状のパターンのブラックマトリックスが形成される。液晶表示素子となるカラーフィルターはガラス又はプラスチックシート等の透明基板上に、規定のパターンにブラックマトリックスを形成し、そのブラックマトリックスの上に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の画素を所定の位置に形成した後、透明電極を形成し、その上には配向膜を形成し、その配向膜をラビングすることにより得られる。
【０００３】樹脂ブラックマトリックス用黒色分散液は着色成分として例えば、低次酸化チタン（チタンブラック）やカーボンブラック等の粉末が分散媒に添加混合され、この粉末を分散媒中に分散させて調製されたものが用いられている。通常、このような分散液には、分散剤が粉末とともに添加されている。分散剤を分散液中に添加する理由としては粉末の分散能を更に向上させるためであり、各粉末間の反発力を大きくとることにより粉末の凝集を防ぐ効果を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の分散剤では、分散媒の種類によって分散剤を選定をする必要があった。具体的には、例えば分散剤が極性の高いアルコール類を主溶媒とした分散媒に溶解する場合、この分散媒中に粉末を均一に混合することは可能であるが、主溶媒がケトン類の場合であると、粉末が凝集してしまい分散媒中に均一に分散することができない不具合があった。特に、分散剤がエタノール、メタノール等の低級アルコールを主溶媒とした分散媒に溶解する場合は、この分散媒中に粉末を均一に分散することができても、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（以下、ＰＧＭＥＡという。）等のエステル類や、メチルエチルケトン（以下、ＭＥＫという。）等のケトン類を主溶媒とした場合には粉末を均一に分散できなかった。逆にＰＧＭＥＡを主溶媒とした分散媒に溶解する分散剤は、この分散媒中に粉末を均一に混合分散できても、エタノールを主溶媒とした分散媒には分散できない等、分散媒の種類によってその都度分散剤を選択しなければならない問題があった。
【０００５】本発明の目的は、分散媒の種類によりそれぞれ分散剤の選定を行うことなく、かつ分散効果に優れるポリプロピレングリコール系化合物及びこの化合物を用いた分散剤を提供することにある。本発明の別の目的は、耐熱性を有し、凝集の生じないポリプロピレングリコール系化合物及びこの化合物を用いた分散剤を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、プロピレンオキシドを主骨格とした化合物であって、プロピレンオキシドにアミノ基及び水酸基の加わった次の式（１）に示されるポリプロピレングリコール系化合物である。
【０００７】
【化６】
【０００８】但し、Ｘは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン又はフェノキシド基、Ｙは水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、Ｗ及びＵは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン、フェノキシド基、水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、ｐは０〜１０の整数、ｑは５〜４００の整数、ｒは２〜１００の整数、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜１０の整数である。
【０００９】請求項２に係る発明は、プロピレンオキシドを主骨格とした化合物であって、プロピレンオキシドにアミノ基及び水酸基の加わった次の式（２）に示されるポリプロピレングリコール系化合物である。
【００１０】
【化７】
【００１１】但し、Ｘは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン又はフェノキシド基、Ｙは水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、Ｗ及びＵは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン、フェノキシド基、水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、ｐは０〜１０の整数、ｑは５〜４００の整数、ｒは２〜１００の整数、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜１０の整数であり、Ｚは次の式（３）及び式（４）で表される官能基である。なお、Ｚ1〜Ｚ4は水素又は炭素数１〜２０のアルキル基であり、ｉは１〜１０の整数、ｊは１〜１０の整数である。
【００１２】
【化８】
【００１３】
【化９】
【００１４】請求項３に係る発明は、プロピレンオキシドを主骨格とした化合物であって、プロピレンオキシドにアミノ基及び水酸基の加わった次の式（５）に示されるポリプロピレングリコール系化合物である。
【００１５】
【化１０】
【００１６】但し、Ｘは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン又はフェノキシド基、Ｙは水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、Ｗ及びＵは炭素数１〜１０のアルコキシド基、ハロゲン、フェノキシド基、水素、炭素数１〜２０のアルキル基又はフェニル基、ｐは０〜１０の整数、ｑは５〜４００の整数、ｒは２〜１００の整数、ｓは１〜３の整数、ｔは０〜１０の整数である。
【００１７】請求項１ないし３いずれかに係る発明では、上記化合物は構造中にポリプロピレングリコール系化合物を有するため１００℃前後までの耐熱性を有し、８０℃で２時間加熱しても溶液中で凝集が生じない。
【００１８】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれかに係る発明であって、分子量が９００〜２００００であるポリプロピレングリコール系化合物である。請求項４に係る発明では、分子量は９００〜２００００である。好ましくは１０００〜１００００である。分子量が９００未満では十分な分散性や耐熱性が得られず、分子量が２００００を越えると、溶媒への溶解が困難となる。
【００１９】請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれか記載のポリプロピレングリコール系化合物を用いた分散剤である。請求項５に係る発明では、請求項１ないし４いずれか記載のポリプロピレングリコール系化合物を分散剤として用いるとアルコール類、ケトン類、エステル類など分散媒の種類によりそれぞれ分散剤の選定を行うことなく分散させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明のポリプロピレングリコール系化合物は分子量が９００〜２００００の常温で液状の化合物であり、前述した一般式（１）、式（２）及び式（５）に示される構造を有する。ポリプロピレングリコール系化合物を主骨格とするため、極性の高い溶媒から極性の低い溶媒まで溶解することが可能である。そのため分散剤としても各種溶媒に添加しても凝集を生じない。
【００２１】本発明のポリプロピレングリコール系化合物を製造する方法としては、プロピレンオキシドを主骨格とした化合物に対してアミンを付加し、続いてケイ素化合物との反応を行う。これにより本発明の化合物を製造することができる。プロピレンオキシドを主骨格とした化合物としてはポリプロピレングリコールが挙げられる。アミン化合物としてはエタノールアミン、トリメチルアミン、アリルアミン等が挙げられる。ケイ素化合物としてはシリコーンオイル、シラン等が挙げられる。
【００２２】このようにして製造されたポリプロピレングリコール系化合物は耐熱性に優れ、またこの化合物は、アルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル類など様々な溶媒に溶解できるため、分散剤として用いることが好ましい。分散液の配合割合としては粉末１００重量％に対して分散剤を０．１〜８０重量％の割合で添加する。特に分散剤を１０〜３０重量％の割合で添加するのが好ましい。分散剤の添加量が０．１重量％未満では分散剤を添加した効果が発揮されず、分散剤の添加量が８０重量％を越えると高粘度になる等の不具合を生じる。更に分散液中に含まれる粉末の濃度が５〜８５重量％となるように分散媒を添加することにより混合液が得られる。ここでの粉末の濃度の下限値は特に限定されない。但し、上限値を越えると高粘度となり、分散液の回収率が悪化する等の不具合を生じるため、粉末の濃度は８５重量％以下が望ましい。より好ましい条件としては７０重量％以下である。この混合液を容器中に回転するインペラを備えたボールミルの一種であるアトライタ（Attritor）装置の容器に小球体とともに装入し、一定時間、例えば約２時間インペラを回転させて、小球体を放散及び回転させることにより粉末が均一に分散した分散液を調製することができる。
【００２３】分散媒にはアルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル等が挙げられる。アルコール類としてはエタノール、メタノール、ジアセトンアルコール（以下、ＤＡＡという。）等が例示される。ケトン類としてはＭＥＫ、２−ペンタノン、４−ヘプタノン、シクロヘキサノン等が例示される。エステル類としてはＰＧＭＥＡ、酢酸エステル、酢酸ブチル等が例示される。エーテル類としては２−エトキシエタノール（以下、Ｅ／Ｃという。）、２−メトキシエタノール等が例示される。粉末には酸化物粉末、金属粉末等が挙げられ、酸化物粉末としてはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタニア（ＴｉＯ2）、錫インジウム複合酸化物（ＩＴＯ）、アンチモン錫複合酸化物（ＡＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又は酸化ルテニウム（ＲｕＯ）等が、金属粉末としてはＡｇ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ａｕ等がそれぞれ例示される。また低次酸化チタン（チタンブラック、以下、ＴＢという。）、カーボンブラック（以下、ＣＢという。）等がそれぞれ例示される。
【００２４】本発明のポリプロピレングリコール系化合物を分散剤として用いることにより、アルコール類、ケトン類、エステル類など分散媒の種類を問わず、粉末を均一に分散させた分散液を調製することができる。また、この分散液を加熱しても、分散液は凝集を生じない。
【００２５】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。
＜実施例１＞分散剤に図１（Ａ）に示す化合物（以下、化合物Ａという。）を、粉末にＴＢを、分散媒にＭＥＫをそれぞれ用意した。先ず粉末に粉末１００重量％に対して分散剤を２０重量％の割合で添加し、更に分散液中に含まれる粉末の濃度が４０重量％となるように分散媒を添加して混合液を得た。次にこの混合液を小球体とともに湿式アトライタ装置の容器に装入し、約２時間インペラを回転させて、小球体を放散及び回転させ、粉末が均一に分散した分散液を調製した。
【００２６】＜実施例２＞分散剤に図１（Ｂ）に示す化合物（以下、化合物Ｂという。）を用いた以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例３＞分散剤に図１（Ｃ）に示す化合物（以下、化合物Ｃという。）を用いた以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例４＞分散剤に図１（Ｄ）に示す化合物（以下、化合物Ｄという。）を用いた以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例５＞分散剤に図１（Ｅ）に示す化合物（以下、化合物Ｅという。）を用いた以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例６＞分散剤に図１（Ｆ）に示す化合物（以下、化合物Ｆという。）を用いた以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例７＞分散剤に図１（Ｇ）に示す化合物（以下、化合物Ｇという。）を用いた以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
【００２７】＜実施例８＞粉末１００重量％に対して分散剤を１重量％の割合で添加した以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例９＞粉末１００重量％に対して分散剤を７０重量％の割合で添加した以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例１０＞分散媒にエタノールを用いた以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例１１＞分散媒にＰＧＭＥＡを用いた以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例１２＞分散媒にＤＡＡを用いた以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例１３＞分散媒にＥ／Ｃを用いた以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
【００２８】＜実施例１４〜１９＞分散剤に化合物Ｂを用いた以外は実施例８〜１３と同様に分散液をそれぞれ調製した。
＜実施例２０〜２５＞分散剤に化合物Ｃを用いた以外は実施例８〜１３と同様に分散液をそれぞれ調製した。
＜実施例２６〜３１＞分散剤に化合物Ｄを用いた以外は実施例８〜１３と同様に分散液をそれぞれ調製した。
＜実施例３２〜３７＞分散剤に化合物Ｅを用いた以外は実施例８〜１３と同様に分散液をそれぞれ調製した。
＜実施例３８〜４３＞分散剤に化合物Ｆを用いた以外は実施例８〜１３と同様に分散液をそれぞれ調製した。
＜実施例４４〜４９＞分散剤に化合物Ｇを用いた以外は実施例８〜１３と同様に分散液をそれぞれ調製した。
【００２９】＜実施例５０＞分散剤に化合物Ａと化合物Ｂとを重量比で１：１の割合で混合したものを用いた以外は実施例１１と同様に分散液を調製した。
＜実施例５１＞分散剤に化合物Ａと化合物Ｃとを重量比で１：１の割合で混合したものを用いた以外は実施例１１と同様に分散液を調製した。
＜実施例５２＞分散剤に化合物Ａと化合物Ｄとを重量比で１：１の割合で混合したものを用いた以外は実施例１１と同様に分散液を調製した。
＜実施例５３＞分散剤に化合物Ａと化合物Ｅとを重量比で１：１の割合で混合したものを用いた以外は実施例１１と同様に分散液を調製した。
【００３０】＜実施例５４＞分散剤に化合物Ｂと化合物Ｃとを重量比で１：１の割合で混合したものを用いた以外は実施例１１と同様に分散液を調製した。
＜実施例５５＞粉末１００重量％に対して分散剤を３０重量％の割合で添加し、分散剤液中に含まれる粉末の濃度を３５重量％にした以外は実施例１８と同様に分散液を調製した。
＜実施例５６＞粉末１００重量％に対して分散剤を３０重量％の割合で添加し、分散剤液中に含まれる粉末の濃度を３５重量％にした以外は実施例２４と同様に分散液を調製した。
【００３１】＜実施例５７＞粉末にＴＢとＣＢとを重量比で６：４の割合で混合したもの用い、分散剤に化合物Ａと化合物Ｂとを重量比で１：１の割合で混合したもの用い、更に粉末１００重量％に対して分散剤を２５重量％の割合で添加した以外は実施例１と同様に分散液を調製した。
＜実施例５８＞粉末にＡｌ2Ｏ3を用いた以外は実施例２２と同様に分散液を調製した。
＜実施例５９＞粉末にＴｉＯ2を用い、分散剤に化合物Ａと化合物Ｂとを重量比で１：１の割合で混合したものを用いた以外は実施例１０と同様に分散液を調製した。
＜実施例６０＞粉末にＡＴＯを用い、分散剤液中に含まれる粉末の濃度を５０重量％にした以外は実施例５９と同様に分散液を調製した。
＜実施例６１＞粉末にＩＴＯを用いた以外は実施例５９と同様に分散液を調製した。
【００３２】＜比較例１＞分散剤に図２（Ｈ）に示す化合物（ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステル、以下、化合物Ｈという。）を用いた以外は実施例１０と同様に分散液を調製した。
＜比較例２＞分散剤に化合物Ｈを用いた以外は実施例１１と同様に分散液を調製した。
＜比較例３＞分散剤に図２（Ｉ）に示す化合物（脂肪酸ジエタノールアミド、以下、化合物Ｉという。）を用いた以外は実施例１０と同様に分散液を調製した。
＜比較例４＞分散剤に化合物Ｉを用いた以外は実施例１１と同様に分散液を調製した。
【００３３】＜比較評価＞実施例１〜６１及び比較例１〜４で調製した分散液の分散粒子径を、サブミクロン粒度分布測定装置（COULTER社製、COULTER N4 Plus）を用いて測定した。また分散液をそれぞれ２つに分け、一方を温度２０℃で１週間静置し、他方を温度８０℃で２時間加熱した。これら分散液中の分散粒子径も同様に上記サブミクロン粒度分布測定装置を用いて測定した。実施例１〜２５を表１に、実施例２６〜５０を表２に、実施例５１〜６１及び比較例１〜４を表３にそれぞれ示す。なお、表１〜３中の経時変化は温度２０℃で１週間静置した液、加熱後の変化は温度８０℃で２時間加熱した液の分散粒子径をそれぞれ示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表３】
【００３７】表３より明らかなように、比較例１及び２で調製した分散液はエステル類からなる分散媒には添加した粉末を均一に分散できるが、アルコール類からなる分散媒には分散できず、逆に比較例３及び４で調製した分散液はアルコール類からなる分散媒には添加した粉末を均一に分散できるが、エステル類からなる分散媒には分散できなかった。また、分散媒に粉末を分散できた比較例２及び３の分散液では温度２０℃で１週間静置した後の分散粒子径は分散直後の粒径より大きくなっていた。これに対して、表１〜表３より明らかなように、実施例１〜６１ではどの種類の分散媒を用いても添加した粉末を分散できていた。また温度２０℃で１週間静置した分散液、温度８０℃で２時間加熱した分散液はそれぞれ分散直後の分散液中の粒子径とほぼ同じ粒子径を示しており、本発明のポリプロピレングリコール系化合物を分散剤として用いることにより経時変化、耐熱性に優れた分散液を調製できることが判る。
【００３８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のポリプロピレングリコール系化合物はプロピレンオキシドを主骨格とした化合物であって、プロピレンオキシドにアミノ基及び水酸基の加わった上記式（１）、式（２）及び式（５）に示される化合物である。この化合物は耐熱性を有し、凝集を生じない。またこの化合物を分散剤として用いると、分散媒の種類によりそれぞれ分散剤の選定を行うことなく、かつ分散効果に優れた分散液を調製できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２６４
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年２月１３日（２００１．２．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８５３７２
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 正義
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| 【公開番号】 |
特開２００２−２３４９４０（Ｐ２００２−２３４９４０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年８月２３日（２００２．８．２３） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−３５０１８（Ｐ２００１−３５０１８） |
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