JP2013221088A - Dispersant for carbon black - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カーボンブラック用分散剤に関する。より詳細には、高い分散性を有するカーボンブラック用分散剤に関する。 The present invention relates to a dispersant for carbon black. More specifically, the present invention relates to a dispersant for carbon black having high dispersibility.
カーボンブラックは、着色顔料や遮光材料として印刷インキ、塗料、プラスチック形成材料などの分野で広く使用されている。これらの製品において着色性、光吸収性能を向上させるためにはカーボンブラックを溶剤や樹脂中に均一に分散させなければならず、通常、各種分散剤を添加する方法が行われている(例えば、特許文献1)。 Carbon black is widely used in fields such as printing inks, paints, and plastic forming materials as color pigments and light shielding materials. In order to improve colorability and light absorption performance in these products, carbon black must be uniformly dispersed in a solvent or resin, and usually a method of adding various dispersants (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の方法を用いても、十分満足する分散性能が得らず、また、分散媒の選択性の観点から汎用性が乏しいといった欠点があった。
本発明は、カーボンブラックを溶媒、樹脂又はゴムなどの様々な媒体に分散できるカーボンブラック用分散剤を提供することを目的とする。
However, even if the method of Patent Document 1 is used, there is a drawback that a sufficiently satisfactory dispersion performance cannot be obtained, and versatility is poor from the viewpoint of the selectivity of the dispersion medium.
An object of this invention is to provide the dispersing agent for carbon black which can disperse | distribute carbon black to various media, such as a solvent, resin, or rubber | gum.
本発明者は上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、本発明に至った。すなわち、本発明は、一般式(1)で表されるポリオキシアルキレンアミン化合物(A)を含有するカーボンブラック用分散剤;該分散剤、カーボンブラック並びに溶媒、樹脂及びゴムからなる群から選ばれる1種の分散媒体を含有するカーボンブラック分散体;および該分散剤の製造方法である。
本発明のカーボンブラック用分散剤は、カーボンブラックを溶媒、樹脂やゴムなどの様々な媒体に分散させることができ、得られた分散体は、高い分散性および経時での分散安定性に優れた効果を奏する。 The dispersant for carbon black of the present invention can disperse carbon black in various media such as solvents, resins and rubbers, and the obtained dispersion has high dispersibility and excellent dispersion stability over time. There is an effect.
本発明の分散剤は、一般式(1)で表されるポリオキシアルキレンアミン化合物(A)を含有するカーボンブラック用分散剤である。 The dispersant of the present invention is a dispersant for carbon black containing the polyoxyalkyleneamine compound (A) represented by the general formula (1).
一般式(1)におけるZはアミン化合物(a)からp個の1級アミノ基の他、更にn個の活性水素を除いた残基を表し、nは1〜5の整数、pは1〜3の整数である。
アミン化合物(a)はp個の1級アミノ基の他、更にn個の活性水素を有しており、1〜3個の1級アミノ基および1級アミノ基の有する活性水素以外に1〜5個の活性水素を有することが好ましい。
アミン化合物(a)の具体例としては、モノエタノールアミン、モノプロパノールアミン等のモノアルコールアミン;アミノエチルエタノールアミン、アミノエチルプロパノールアミン、アミノエチルブタノールアミン、アミノプロピルエタノールアミン、アミノプロピルプロパノールアミン、アミノプロピルブタノールアミン等のアミノアルキルアルカノールアミン;ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロピレントリアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラプロピレンペンタミン等のポリアルキレンポリアミン;アミノエチルピペラジン、アミノプロピルピペラジン、アミノブチルピペラジン、N−アミノエチル−N´−ヒドロキシエチルピペラジン、N−アミノプロピル−N´−ヒドロキシエチルピペラジン、N−アミノブチル−N´−ヒドロキシエチルピペラジン、N−アミノエチル−N´−ヒドロキシプロピルピペラジン、N−アミノプロピル−N´−ヒドロキシプロピルピペラジン、N−アミノブチル−N´−ヒドロキシプロピルピペラジン等のピペラジン誘導体等が挙げられる。なお、(a)としては、これらのうちの2種以上を併用してもよい。
アミン化合物(a)のうち好ましいのは、分散性の観点から、アミノアルキルアルカノールアミン、ポリアルキレンポリアミン及びピペラジン誘導体であり、特に好ましくはポリアルキレンポリアミンである。
Z in the general formula (1) represents a residue obtained by removing n active hydrogens in addition to p primary amino groups from the amine compound (a), n is an integer of 1 to 5, p is 1 to It is an integer of 3.
The amine compound (a) has n active hydrogens in addition to p primary amino groups, and 1 to 3 primary amino groups and 1 to 1 in addition to the active hydrogens of the primary amino group. It is preferred to have 5 active hydrogens.
Specific examples of the amine compound (a) include monoalcoholamines such as monoethanolamine and monopropanolamine; aminoethylethanolamine, aminoethylpropanolamine, aminoethylbutanolamine, aminopropylethanolamine, aminopropylpropanolamine, amino Aminoalkylalkanolamines such as propylbutanolamine; polyalkylenepolyamines such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, dipropylenetriamine, tripropylenetetramine, tetrapropylenepentamine; aminoethylpiperazine, aminopropylpiperazine, aminobutylpiperazine N-aminoethyl-N′-hydroxyethylpiperazine, N-aminopropyl-N′-hydro Xylethylpiperazine, N-aminobutyl-N'-hydroxyethylpiperazine, N-aminoethyl-N'-hydroxypropylpiperazine, N-aminopropyl-N'-hydroxypropylpiperazine, N-aminobutyl-N'-hydroxypropyl And piperazine derivatives such as piperazine. In addition, as (a), you may use 2 or more types of these together.
Of the amine compounds (a), aminoalkylalkanolamines, polyalkylenepolyamines and piperazine derivatives are preferred from the viewpoint of dispersibility, and polyalkylenepolyamines are particularly preferred.
一般式(1)におけるAOは、炭素数2〜4のアルキレンオキシ基であり、炭素数2〜4のアルキレンオキシ基としては、エチレンオキシ基、1,2−プロピレンオキシ基及び1,2−、1,3−、2,3−又は1,4−ブチレンオキシ基があげられる。
一般式(1)におけるmはアルキレンオキシ基の平均付加モル数であって1〜100の数であり、好ましいのは10〜100であり、さらに好ましいのは15〜60である。mが100を超えた場合、カーボンブラックの分散性の観点から好ましくない。
一般式(1)における(AO)mは、炭素数2〜4のアルキレンオキシ基が2種以上を併用したものでもよく、2種以上の付加形式はブロック状でもランダム状でもよい。
AO in the general formula (1) is an alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms. Examples of the alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms include an ethyleneoxy group, a 1,2-propyleneoxy group, and 1,2-, A 1,3-, 2,3- or 1,4-butyleneoxy group may be mentioned.
M in the general formula (1) is an average added mole number of an alkyleneoxy group and is a number of 1 to 100, preferably 10 to 100, and more preferably 15 to 60. When m exceeds 100, it is not preferable from the viewpoint of dispersibility of carbon black.
(AO) m in the general formula (1) may be a combination of two or more alkyleneoxy groups having 2 to 4 carbon atoms, and the two or more addition forms may be block or random.
ポリオキシアルキレンアミン化合物(A)としては、アミン化合物(a)のエチレンオキサイド(以下、EOと略記する。)付加物、1,2−プロピレンオキサイド(以下、POと略記する。)付加物、1,2−、1,3−、2,3−又は1,4−ブチレンオキサイド(以下、BOと略記する。)付加物、EOとPOのランダム付加物、EO/POブロック付加物、PO/EOブロック付加物、EOとBOのランダム付加物、EO/BOブロック付加物及びBO/EOブロック付加物が挙げられる。分散性の観点から、これらのうち好ましいのはEOとPO付加物及びPO付加物、EOとBO付加物、POとBO付加物、BO付加物であり、更に好ましいのはPO付加物及びEO/POブロック付加物である。 As the polyoxyalkyleneamine compound (A), an amine oxide (a) ethylene oxide (hereinafter abbreviated as EO) adduct, 1,2-propylene oxide (hereinafter abbreviated as PO) adduct, 1 , 2-, 1,3-, 2,3- or 1,4-butylene oxide (hereinafter abbreviated as BO) adduct, EO and PO random adduct, EO / PO block adduct, PO / EO Block adducts, random adducts of EO and BO, EO / BO block adducts, and BO / EO block adducts. Of these, from the viewpoint of dispersibility, EO and PO adducts and PO adducts, EO and BO adducts, PO and BO adducts, and BO adducts are preferred, and PO adducts and EO / PO block adduct.
前記(A)は公知の方法等で製造できるが、下記一般式(2)で表されるポリオキシアルキレンケチミン化合物(B)を加水分解して製造されることが好ましい。
式中、Zはアミン化合物(a)からp個のケチミン基の他、更にn個の活性水素を除いた残基、AOは炭素数2〜4のアルキレンオキシ基、mはアルキレンオキシ基の平均付加モル数であって1〜100の数、nは1〜5の整数、pは1〜3の整数、R1およびR2はそれぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基である。 In the formula, Z is a residue obtained by removing n active hydrogens in addition to p ketimine groups from the amine compound (a), AO is an alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms, and m is an average of alkyleneoxy groups. The number of moles added is 1 to 100, n is an integer of 1 to 5, p is an integer of 1 to 3, and R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
一般式(2)におけるR1およびR2はそれぞれ独立に炭素数1〜6のアルキル基であり、直鎖又は分岐アルキル基でもよく、飽和又は不飽和アルキル基でもよい。炭素数1〜6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ビニル基、n−プロピル基、イソプロピル基、プロペニル基、アリル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基及びブテニル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、n−ヘキシル基及びイソヘキシル基等が挙げられる。 R 1 and R 2 in the general formula (2) are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and may be a linear or branched alkyl group or a saturated or unsaturated alkyl group. Examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include methyl group, ethyl group, vinyl group, n-propyl group, isopropyl group, propenyl group, allyl group, n-butyl group, isobutyl group, t-butyl group and butenyl group, Examples include n-pentyl group, isopentyl group, n-hexyl group, and isohexyl group.
前記(B)はアミン化合物(a)とケトン(b)を反応させて得られたケチミン化合物(C)にアルキレンオキサイドを付加することによって得られる。
ケトン(b)としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルペンチルケトン、メチルヘキシルケトン、ジエチルケトン、エチルプロピルケトン、エチルブチルケトン、エチルペンチルケトン、エチルヘキシルケトン、ジプロピルケトン、プロピルブチルケトン、プロピルペンチルケトン及びプロピルヘキシルケトン等が挙げられる。加水分解後の除去性の観点から、メチルエチルケトン、メチルブチルケトンが好ましい。
Said (B) is obtained by adding an alkylene oxide to the ketimine compound (C) obtained by making amine compound (a) and ketone (b) react.
As ketone (b), acetone, methyl ethyl ketone, methyl butyl ketone, methyl pentyl ketone, methyl hexyl ketone, diethyl ketone, ethyl propyl ketone, ethyl butyl ketone, ethyl pentyl ketone, ethyl hexyl ketone, dipropyl ketone, propyl butyl ketone, propyl Examples include pentyl ketone and propyl hexyl ketone. From the viewpoint of removability after hydrolysis, methyl ethyl ketone and methyl butyl ketone are preferred.
ケチミン化合物(C)としては、アミン化合物(a)とアセトンのケチミン化合物、アミン化合物(a)とメチルエチルケトンのケチミン化合物、アミン化合物(a)とメチルブチルケトンのケチミン化合物、アミン化合物(a)とメチルイソブチルケトンのケチミン化合物、アミン化合物(a)とメチルヘキシルケトンのケチミン化合物、アミン化合物 (a)とジエチルケトンのケチミン化合物、アミン化合物(a)とエチルプロピルケトンのケチミン化合物、アミン化合物(a)とエチルブチルケトンのケチミン化合物等が挙げられる。加水分解後の除去性の観点から、アミン化合物(a)とメチルエチルケトンのケチミン化合物、アミン化合物(a)とメチルイソブチルケトンのケチミン化合物が好ましい。 The ketimine compound (C) includes an amine compound (a) and an acetone ketimine compound, an amine compound (a) and a methyl ethyl ketone ketimine compound, an amine compound (a) and a methyl butyl ketone ketimine compound, an amine compound (a) and methyl Ketimine compound of isobutyl ketone, ketimine compound of amine compound (a) and methylhexyl ketone, ketimine compound of amine compound (a) and diethyl ketone, ketimine compound of amine compound (a) and ethyl propyl ketone, amine compound (a) Examples thereof include ketimine compounds of ethyl butyl ketone. From the viewpoint of removability after hydrolysis, an amine compound (a) and a ketimine compound of methyl ethyl ketone, and an amine compound (a) and a ketimine compound of methyl isobutyl ketone are preferred.
ケチミン化合物(C)にアルキレンオキサイドを付加することによって得られるポリオキシアルキレンケチミン化合物(B)としては、アミン化合物(a)とケトン(b)のケチミン化合物のEO付加物、PO付加物、BO付加物、EOとPOのランダム付加物、EO/POブロック付加物、PO/EOブロック付加物、EOとBOのランダム付加物、EO/BOブロック付加物及びBO/EOブロック付加物が挙げられる。分散性の観点から、これらのうち好ましいのはEOとPO付加物及びPO付加物、EOとBO付加物、POとBO付加物、BO付加物であり、更に好ましいのはPO付加物及びEO/POブロック付加物である。 As polyoxyalkylene ketimine compound (B) obtained by adding alkylene oxide to ketimine compound (C), EO adduct, PO adduct, BO addition of ketimine compound of amine compound (a) and ketone (b) EO and PO random adduct, EO / PO block adduct, PO / EO block adduct, EO and BO random adduct, EO / BO block adduct and BO / EO block adduct. Of these, from the viewpoint of dispersibility, EO and PO adducts and PO adducts, EO and BO adducts, PO and BO adducts, and BO adducts are preferred, and PO adducts and EO / PO block adduct.
本発明におけるポリオキシアルキレンアミン化合物(A)は、以下の方法で製造される。
アミン化合物(a)並びにケトン(b)を反応容器に投入し、加熱、攪拌を行う。反応温度は50〜150℃であり、好ましくは60〜90℃である。反応時間は2〜5時間であり、反応圧力は−0.1MPaG〜0MPaGである。反応後、80〜150℃の減圧下、生成した水及び過剰のケトンを除去することによってケチミン化合物(C)を得ることができる。
得られたケチミン化合物(C)を加圧反応容器に仕込み、無触媒又は触媒の存在下に炭素数2〜4のアルキレンオキサイドを吹き込み、常圧又は加圧下で反応を行なう。触媒としては、アルカリ触媒[例えばアルカリ金属(リチウム、ナトリウム、カリウム及びセシウム等)の水酸化物並びにアルコキシド(メトキシド、エトキシド、プロポキシド及びブトキシド等]が挙げられる。反応温度は通常50〜200℃であり、反応時間は通常2〜20時間で、ポリオキシアルキレンケチミン化合物(B)を得ることができる。
次に、水を加えて加熱、攪拌しながら、加水分解し生成するケトンと過剰の水を除去することによって、ポリオキシアルキレンアミン化合物(A)を得ることができる。加水分解温度は通常50〜150℃であり、−0.1MPaG〜0MPaGの反応圧力下、加水分解に使用する水の量はポリオキシアルキレンケチミン化合物に対して通常2〜100当量が好ましい。必要であれば、アルキレンオキサイドの付加反応終了後、または、ケチミン化合物の加水分解後に、触媒を中和し、吸着剤で処理して触媒を除去・精製することができる。
本発明における分散剤は分散性等を更に向上させるため、既知の界面活性剤を併用しても良い。具体的には本発明のポリオキシアルキレンアミン化合物(A)を含まないアルキレンオキサイド付加型非イオン界面活性剤;脂肪酸アルカノールアミド等の多価アルコール型非イオン性界面活性剤;スルホン酸(塩)基、硫酸エステル(塩)基、リン酸エステル(塩)基、ホスホン酸(塩)基、カルボン酸(塩)基を有する高分子型および低分子型アニオン性界面活性剤等が挙げられる。
The polyoxyalkyleneamine compound (A) in the present invention is produced by the following method.
An amine compound (a) and a ketone (b) are put into a reaction vessel, and heated and stirred. The reaction temperature is 50 to 150 ° C, preferably 60 to 90 ° C. The reaction time is 2 to 5 hours, and the reaction pressure is -0.1 MPaG to 0 MPaG. After the reaction, the ketimine compound (C) can be obtained by removing the produced water and excess ketone under reduced pressure of 80 to 150 ° C.
The obtained ketimine compound (C) is charged into a pressurized reaction vessel, and an alkylene oxide having 2 to 4 carbon atoms is blown in the absence of a catalyst or in the presence of a catalyst, and the reaction is carried out at normal pressure or under pressure. Examples of the catalyst include alkali catalysts [eg, hydroxides of alkali metals (lithium, sodium, potassium, cesium, etc.) and alkoxides (methoxide, ethoxide, propoxide, butoxide, etc.) The reaction temperature is usually 50 to 200 ° C. Yes, the reaction time is usually 2 to 20 hours, and the polyoxyalkylene ketimine compound (B) can be obtained.
Next, the polyoxyalkyleneamine compound (A) can be obtained by adding water, removing the ketone produced by hydrolysis and excess water while heating and stirring. The hydrolysis temperature is usually 50 to 150 ° C., and the amount of water used for the hydrolysis under a reaction pressure of −0.1 MPaG to 0 MPaG is usually preferably 2 to 100 equivalents relative to the polyoxyalkylene ketimine compound. If necessary, after completion of the addition reaction of alkylene oxide or after hydrolysis of the ketimine compound, the catalyst can be neutralized and treated with an adsorbent to remove and purify the catalyst.
The dispersant in the present invention may be used in combination with a known surfactant in order to further improve dispersibility and the like. Specifically, an alkylene oxide addition-type nonionic surfactant containing no polyoxyalkyleneamine compound (A) of the present invention; a polyhydric alcohol type nonionic surfactant such as a fatty acid alkanolamide; a sulfonic acid (salt) group And high molecular type and low molecular type anionic surfactants having a sulfate ester (salt) group, a phosphate ester (salt) group, a phosphonic acid (salt) group, and a carboxylic acid (salt) group.
本願発明の分散剤を用いることで、溶媒、樹脂又はゴムなどの分散媒体にカーボンブラックが分散した分散体を得ることができる。 By using the dispersant of the present invention, a dispersion in which carbon black is dispersed in a dispersion medium such as a solvent, a resin, or rubber can be obtained.
本発明で使用する溶媒としては水、有機溶剤およびそれらの混合物を指し、分散剤を溶解するものであれば特に制限はない。具体的には、水、キシレン、酢酸エチル、トルエン、テトラハイドロフラン、メチルエチルケトン、アセトン、ブチルセロソルブ、ジメチルホルムアミド、n−プロパノール、エタノール、ジメチルスルホキシド、n−ブタノール及びメタノールなどが挙げられる。 The solvent used in the present invention refers to water, an organic solvent and a mixture thereof, and is not particularly limited as long as it dissolves the dispersant. Specific examples include water, xylene, ethyl acetate, toluene, tetrahydrofuran, methyl ethyl ketone, acetone, butyl cellosolve, dimethylformamide, n-propanol, ethanol, dimethyl sulfoxide, n-butanol and methanol.
本発明で使用する樹脂は特に制限無く使用できる。具体的には、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂及びポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられ、単独または2種以上を混合して適宜使用することができる。これらのうち、好ましいのはウレタン樹脂又はシリコーン樹脂である。
ゴムとしては、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等のジエン系ゴムや、クロロプレンゴム等のハロゲン系ゴムの他、アクリルゴムやシリコーンゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。これらのうち、好ましいのは、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム又はブタジエンゴムである。
The resin used in the present invention can be used without any particular limitation. Specific examples include acrylic resins, polyester resins, alkyd resins, urethane resins, silicone resins, fluororesins, polycarbonate resins, and polyvinyl chloride resins, which can be used alone or in admixture of two or more. . Among these, a urethane resin or a silicone resin is preferable.
Examples of rubber include natural rubber, styrene butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, butyl rubber, isoprene rubber, butadiene rubber and other diene rubbers, halogen rubber such as chloroprene rubber, acrylic rubber, silicone rubber, and fluorine rubber. It is done. Among these, natural rubber, styrene butadiene rubber, isoprene rubber or butadiene rubber is preferable.
本発明のカーボンブラックとしては、特に種類や製造履歴に制約されることはなく、市販のオイルファーネスブラック、ガスファーネスブラック、サーマルファーネスブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラックなど各種のものを用いることができる。また、通常行われているオゾン処理、プラズマ処理、液相酸化処理されたカーボンブラックを用いてもよい。 The carbon black of the present invention is not particularly limited by the type and production history, and various types such as commercially available oil furnace black, gas furnace black, thermal furnace black, acetylene black, and channel black can be used. Ordinarily performed ozone treatment, plasma treatment, or liquid phase oxidation treatment carbon black may be used.
本発明の分散体における分散剤、カーボンブラック及び分散媒体の含有率は以下の通りである。
分散剤は、分散体の重量に基づいて、分散性の観点から1〜40重量%であることが好ましく、更に好ましくは2〜30重量%である。
カーボンブラックは、分散体の重量に基づいて、分散性の観点から3〜50重量%であることが好ましく、更に好ましくは、5〜30重量%である。
分散媒体は、分散体の重量に基づいて、安定性の観点から10〜95重量%であることが好ましく、更に好ましくは、20〜90重量%である。
The contents of the dispersant, carbon black and dispersion medium in the dispersion of the present invention are as follows.
The dispersant is preferably 1 to 40% by weight, more preferably 2 to 30% by weight, from the viewpoint of dispersibility, based on the weight of the dispersion.
Carbon black is preferably 3 to 50% by weight, more preferably 5 to 30% by weight, from the viewpoint of dispersibility, based on the weight of the dispersion.
The dispersion medium is preferably 10 to 95% by weight, more preferably 20 to 90% by weight, from the viewpoint of stability, based on the weight of the dispersion.
分散体における分散剤の重量は、カーボンブラックの重量に基づいて、1〜40重量%であることが好ましく、更に好ましくは5〜30重量%である。1重量%未満では十分な分散性が得られず、40重量%を超えると、分散剤の比率が高くなりすぎて分散体自身の性能が低下する為好ましくない。 The weight of the dispersant in the dispersion is preferably 1 to 40% by weight, more preferably 5 to 30% by weight, based on the weight of carbon black. If it is less than 1% by weight, sufficient dispersibility cannot be obtained, and if it exceeds 40% by weight, the ratio of the dispersant becomes too high and the performance of the dispersion itself is undesirably lowered.
本発明のカーボンブラック分散体の製造方法のうち、溶媒に分散させる方法としては、カーボンブラックと分散剤および溶剤などの媒体とを混合攪拌することによって得られる。混合攪拌の方法に特に制限はないが、粉砕機または分散機としては、せん断応力によりカーボンブラック粒子を微分散させる3本ロールミルや2本ロールミル、ガラスビーズやジルコニアビーズなどのメディアの衝撃力によりカーボンブラックを分散させるボールミル、アトライター、サンドミル、コボールミル、バスケットミル、振動ミル、ペイントコンディショナーなどや、せん断応力、キャビテーション、衝突力、ポテンシャルコアなどを発生させるような回転羽根によって微分散させるディスパー、ホモジナイザーなどや、カーボンブラック粒子同士またはカーボンブラック粒子とビヒクルや分散機壁面の衝突力やせん断力によって微分散させるニーダー、エクストルーダー、ジェットミルなどや、超音波により微分散させる超音波分散機などを挙げることができる。さらに、分散工程前後に加熱処理を行っても良い。 Among the methods for producing a carbon black dispersion of the present invention, the method for dispersing in a solvent is obtained by mixing and stirring carbon black and a medium such as a dispersant and a solvent. There are no particular restrictions on the mixing and stirring method, but the pulverizer or disperser may be a three-roll mill or two-roll mill that finely disperses carbon black particles by shear stress, or carbon by the impact force of media such as glass beads or zirconia beads. Ball mills, attritors, sand mills, coball mills, basket mills, vibration mills, paint conditioners, etc. that disperse black, dispersers, homogenizers, etc. that finely disperse by rotating blades that generate shear stress, cavitation, collision force, potential core, etc. Also, kneaders, extruders, jet mills, etc. that finely disperse by carbon black particles or between carbon black particles and vehicle or disperser wall surface or shear force, ultrasonic waves that are finely dispersed by ultrasonic waves Such as dispersion machine can be mentioned. Furthermore, you may heat-process before and behind a dispersion | distribution process.
樹脂やゴムに分散させる方法としては、分散剤により予めカーボンブラックの表面を処理してから樹脂やゴムの中へ添加する方法、カーボンブラックやその他の配合剤と一括して樹脂やゴム中に投入する方法などがあるが、いずれも対応できる。混合攪拌の方法に特に制限はないが、ニーダー、加圧ニーダー、バンバリーミキサー、2本ロール、インテンシブミキサーなどの公知の各種装置を用いることができる。 As a method of dispersing in resin or rubber, the surface of carbon black is pretreated with a dispersant and then added to the resin or rubber. The carbon black or other compounding agent is added to the resin or rubber together. There are methods to do this, but any of them can be handled. Although there is no restriction | limiting in particular in the method of mixing and stirring, Well-known various apparatuses, such as a kneader, a pressure kneader, a Banbury mixer, a 2 roll, an intensive mixer, can be used.
分散体の利用分野としては、特に限定はないが、遮光性、導電性、耐久性、漆黒性等が要求される分野、例えば、グラビアインキ、オフセットインキ、磁気記録媒体用バックコート、静電トナー、インクジェット、自動車用塗料、タイヤ、繊維・プラスチック形成材料等において、安定かつ均一な分散体を提供し得るものである。 The field of use of the dispersion is not particularly limited, but is a field that requires light-shielding properties, conductivity, durability, jetness, etc., such as gravure ink, offset ink, back coat for magnetic recording media, electrostatic toner In addition, it is possible to provide a stable and uniform dispersion in ink jet, automobile paints, tires, fiber / plastic forming materials, and the like.
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, this invention is not limited to these. Hereinafter, unless otherwise specified, “%” represents “% by weight” and “parts” represents “parts by weight”.
<実施例1>[ジエチレントリアミンPO40モル付加物(A−1)の合成]
撹拌機、加熱冷却装置及び滴下ボンベを備えた耐圧反応容器に、ジエチレントリアミン103部(1モル部)及びメチルイソブチルケトン400部(4モル部)を投入し、窒素気流下90℃で2時間攪拌した後に、−0.1MPaGで未反応のメチルイソブチルケトン及び生成した水を除去することにより、ケチミン化反応を完結させた。ついで、140℃まで昇温した後、攪拌下PO58部(1モル部)を圧力が0.5MPaG以下になるように調整しながら1時間かけて滴下し、同温で3時間熟成した。熟成後、90℃まで冷却し、水酸化カリウム5部を投入し、90℃で1時間減圧脱水を行った。140℃まで昇温した後、攪拌下PO2262部(39モル部)を圧力が0.5MPaG以下になるように調整しながら8時間かけて滴下し、同温で6時間熟成した。90℃に冷却後、酢酸4.5部及び水150部投入し、90℃で2時間攪拌した後に、−0.1MPaGで生成したメチルイソブチルケトン及び過剰の水を除去し、ジエチレントリアミンPO40モル付加物(A−1)を得た{(A−1)は、一般式(1)におけるZはジエチレントリアミンから2個の1級アミンと1個の活性水素を除いた残基、AOはプロピレンオキシ基、mは40、nは1、pは2である化合物}。
<Example 1> [Synthesis of diethylenetriamine PO 40 mol adduct (A-1)]
Diethylenetriamine 103 parts (1 mol part) and methyl isobutyl ketone 400 parts (4 mol part) were put into a pressure-resistant reaction vessel equipped with a stirrer, a heating / cooling device and a dropping cylinder, and stirred at 90 ° C. for 2 hours under a nitrogen stream. Later, by removing unreacted methyl isobutyl ketone and produced water at −0.1 MPaG, the ketimination reaction was completed. Next, after raising the temperature to 140 ° C., 58 parts (1 mole part) of PO was added dropwise with stirring so that the pressure was adjusted to 0.5 MPaG or less, followed by aging at the same temperature for 3 hours. After aging, the mixture was cooled to 90 ° C., 5 parts of potassium hydroxide was added, and dehydration was performed at 90 ° C. for 1 hour. After the temperature was raised to 140 ° C., PO2622 parts (39 mol parts) were added dropwise over 8 hours while adjusting the pressure to be 0.5 MPaG or less with stirring, and the mixture was aged at the same temperature for 6 hours. After cooling to 90 ° C., 4.5 parts of acetic acid and 150 parts of water were added, and after stirring at 90 ° C. for 2 hours, methyl isobutyl ketone and excess water produced at −0.1 MPaG were removed, and diethylenetriamine PO 40 mol adduct was obtained. (A-1) was obtained. {(A-1) is a residue obtained by removing two primary amines and one active hydrogen from diethylenetriamine in general formula (1), AO is a propyleneoxy group, Compound in which m is 40, n is 1, and p is 2.}
<実施例2>[トリエチレンテトラミンPO80モル付加物(A−2)の合成]
ジエチレントリアミン103部をトリエチレンテトラミン146部(1モル部)、PO58部をPO116部(2モル部)、PO2262部をPO4524部(78モル部)に変更した以外は実施例1と同様にして、トリエチレンテトラミンPO80モル付加物(A−2){(A−2)は、一般式(1)におけるZはトリエチレンテトラミンから2個の1級アミンと2個の活性水素を除いた残基、AOはプロピレンオキシ基、mは40、nは2、pは2である化合物}。
<Example 2> [Synthesis of triethylenetetramine PO 80 mol adduct (A-2)]
The same procedure as in Example 1 was repeated except that 103 parts of diethylenetriamine was changed to 146 parts (1 mole part) of triethylenetetramine, 116 parts (2 mole parts) of PO58, and PO2622 part (78 mole parts) of PO2262 part. Ethylenetetramine PO 80 mol adduct (A-2) {(A-2) is a residue obtained by removing two primary amines and two active hydrogens from triethylenetetramine in the general formula (1), AO Is a propyleneoxy group, m is 40, n is 2, and p is 2.}
<実施例3>[ジエチレントリアミンBO40モル付加物(A−3)の合成]
PO58部をBO140部(2モル部)、PO2262部をBO2730部(39モル部)に変更した以外は実施例1と同様にして、ジエチレントリアミンBO40モル付加物(A−3){(A−3)は、一般式(1)におけるZはジエチレントリアミンから2個の1級アミンと1個の活性水素を除いた残基、AOはブチレンオキシ基、mは40、nは1、pは2である化合物}。
<Example 3> [Synthesis of diethylenetriamine BO 40 mol adduct (A-3)]
Diethylenetriamine BO40 mol adduct (A-3) {(A-3) in the same manner as in Example 1 except that 58 parts of PO were changed to 140 parts (2 parts by mole) of BO and 2626 parts of PO (39 parts by mole) were changed to BO2730 parts. In general formula (1), Z is a residue obtained by removing two primary amines and one active hydrogen from diethylenetriamine, AO is a butyleneoxy group, m is 40, n is 1, and p is 2. }.
<実施例4>[ジエチレントリアミンEO20/PO20モルランダム付加物(A−4)の合成]
PO2262部をPO1102部(19モル部)及びEO880部(20モル部)の混合物に変更した以外は実施例1と同様にして、ジエチレントリアミンEO20/PO20モルランダム付加物(A−4){(A−4)は、一般式(1)におけるZはジエチレントリアミンから2個の1級アミンと1個の活性水素を除いた残基、AOはプロピレンオキシ基及びエチレンオキシ基、mは40、nは1、pは2である化合物}。
<Example 4> [Synthesis of diethylenetriamine EO20 / PO20 molar random adduct (A-4)]
Diethylenetriamine EO20 / PO20 molar random adduct (A-4) {(A−) in the same manner as in Example 1 except that PO2262 part was changed to a mixture of PO1102 part (19 molar part) and EO880 part (20 molar part). 4) is a residue obtained by removing two primary amines and one active hydrogen from diethylenetriamine, AO is a propyleneoxy group and an ethyleneoxy group, m is 40, n is 1, Compound in which p is 2}.
<比較例1>[ジエチレントリアミンPO40モル付加物(A’−1)の合成]
撹拌機、加熱冷却装置及び滴下ボンベを備えた耐圧反応容器に、ジエチレントリアミン103部(1モル部)を投入し、減圧窒素置換後、140℃まで昇温し、攪拌下PO290部(5モル部)を圧力が0.5MPaG以下になるように調整しながら4時間かけて滴下し、同温で5時間熟成した。熟成後、90℃まで冷却し、水酸化カリウム5部を投入し、90℃で1時間減圧脱水を行った。140℃まで昇温した後、攪拌下PO2030部(35モル部)を圧力が0.5MPaG以下になるように調整しながら8時間かけて滴下し、同温で6時間熟成した。50℃に冷却後、酢酸4.5部で中和し、ジエチレントリアミンPO40モル付加物(A’−1)を得た。
<Comparative Example 1> [Synthesis of diethylenetriamine PO 40 mol adduct (A′-1)]
Into a pressure-resistant reaction vessel equipped with a stirrer, a heating / cooling device and a dropping cylinder, 103 parts (1 mole part) of diethylenetriamine was charged, and after replacing with reduced-pressure nitrogen, the temperature was raised to 140 ° C., and PO290 part (5 mole part) with stirring. Was added dropwise over 4 hours while adjusting the pressure to 0.5 MPaG or less, and aged at the same temperature for 5 hours. After aging, the mixture was cooled to 90 ° C., 5 parts of potassium hydroxide was added, and dehydration was performed at 90 ° C. for 1 hour. After the temperature was raised to 140 ° C., 2030 parts (35 mole parts) of PO was added dropwise with stirring so that the pressure was adjusted to 0.5 MPaG or less, and the mixture was aged at the same temperature for 6 hours. After cooling to 50 ° C., the mixture was neutralized with 4.5 parts of acetic acid to obtain diethylenetriamine PO 40 mol adduct (A′-1).
実施例1〜4及び比較例1〜2の分散剤について、カーボンブラック分散性を以下の方法で評価した。結果を表1に示す。カーボンブラック分散性の評価方法は以下の通りである。 About the dispersing agent of Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2, carbon black dispersibility was evaluated with the following method. The results are shown in Table 1. The carbon black dispersibility evaluation method is as follows.
表1中の略号は以下の意味を示す。
DETA:ジエチレントリアミン
The abbreviations in Table 1 have the following meanings.
DETA: Diethylenetriamine
<トルエン中でのカーボンブラック分散性および経時安定性>
実施例1〜4、比較例1〜2の分散剤1g、カーボンブラック4g(「三菱カーボンブラックMA100」[三菱化学(株)])、トルエン25g、ガラスビーズ50g(2.5〜3.5mm)を100mlフタ付ポリ容器に投入し、ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)により120分間混合分散し、カーボンブラック分散体を得た。得られたカーボンブラック分散体をPETフィルムにアプリケーターを用いて乾燥後膜厚が125μmとなるように塗布、乾燥させた後、鏡面光沢度計(日本電色工業社製)を用いて塗膜の60度光沢値を測定した。この60度光沢値が高いものほど、カーボンブラック分散性が高いことを意味する。得られた分散体を25℃、1ヶ月静置し、同様に60度光沢値を測定し、経時安定性を評価した。
[カーボンブラック分散性の評価基準]
◎:分散性にかなり優れる(60度光沢値=75以上−100以下)
○:分散性に優れる(60度光沢値=50以上−75未満)
△:分散性がやや劣る(60度光沢値=30以上−50未満)
×:分散性が悪い(60度光沢値=30未満または塗膜形成できないほど粘度が上昇する)
<Dispersibility of carbon black in toluene and stability over time>
Examples 1 to 4, 1 g of dispersants of Comparative Examples 1 and 2, 4 g of carbon black (“Mitsubishi Carbon Black MA100” [Mitsubishi Chemical Corporation]), 25 g of toluene, 50 g of glass beads (2.5 to 3.5 mm) Was put into a 100 ml plastic container with a lid and mixed and dispersed for 120 minutes with a paint conditioner (manufactured by Red Devil) to obtain a carbon black dispersion. The obtained carbon black dispersion was applied to a PET film using an applicator and dried so that the film thickness was 125 μm, and then dried. Then, a specular gloss meter (manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.) was used. The 60 degree gloss value was measured. A higher 60 degree gloss value means higher carbon black dispersibility. The obtained dispersion was allowed to stand at 25 ° C. for 1 month, and the 60 ° gloss value was measured in the same manner to evaluate the temporal stability.
[Evaluation criteria for carbon black dispersibility]
A: Excellent dispersibility (60 degree gloss value = 75 to −100)
○: Excellent dispersibility (60 degree gloss value = 50 or more and less than −75)
Δ: Dispersibility is slightly inferior (60 ° gloss value = 30 or more and less than −50)
X: Dispersibility is poor (60 degree gloss value = less than 30 or viscosity increases so that a coating film cannot be formed)
<ゴム中でのカーボンブラック分散性および加工性>
バンバリーミキサーにスチレンブタジエンゴム140g(「ニポール1712」[日本ゼオン(株)])を入れ、1分間混練した後、カーボンブラック80g(「シーストKH」[東海カーボン(株)])、亜鉛華3g、ステアリン酸2g、実施例1〜4、比較例1〜2の分散剤3gを一括投入し、さらに混練を続けゴム温度150℃で取り出した。その後ゴムを放冷し、8インチロールにて、硫黄1.5g、N−オキシジエチルー2−ベンゾチオゾールスルフェンアミド1g、ジベンゾチアヂルジスルフィド1gを添加し70〜80℃で10分間混練を行い、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物のムーニー粘度をJIS K−6300に従って測定し、カーボンブラック分散性および加工性を評価した。ムーニー粘度が低いほど加工性が良好で、カーボンブラックの分散性に優れていることを意味する。
[カーボンブラック分散性および加工性の評価基準]
○:分散性および加工性に優れる(ムーニー粘度=80以下)
△:分散性および加工性がやや劣る(ムーニー粘度=80以上−85未満)
×:分散性および加工性が悪い(ムーニー粘度=85以上)
<Dispersibility and processability of carbon black in rubber>
140 g of styrene butadiene rubber (“Nipol 1712” [Nippon Zeon Co., Ltd.]) was placed in a Banbury mixer and kneaded for 1 minute, and then 80 g of carbon black (“Seast KH” [Tokai Carbon Co., Ltd.]), 3 g of zinc oxide, 2 g of stearic acid and 3 g of the dispersants of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were added all at once, and further kneading was continued and the rubber temperature was taken out at 150 ° C. Then, the rubber was allowed to cool, and 1.5 g of sulfur, 1 g of N-oxydiethyl-2-benzothiozolsulfenamide and 1 g of dibenzothiazyl disulfide were added and kneaded at 70 to 80 ° C. for 10 minutes using an 8-inch roll. An unvulcanized rubber composition was obtained. The Mooney viscosity of the obtained unvulcanized rubber composition was measured according to JIS K-6300, and the carbon black dispersibility and processability were evaluated. A lower Mooney viscosity means better processability and better carbon black dispersibility.
[Evaluation criteria for carbon black dispersibility and processability]
○: Excellent dispersibility and processability (Mooney viscosity = 80 or less)
Δ: Dispersibility and processability are slightly inferior (Mooney viscosity = 80 or more and less than −85)
X: Dispersibility and processability are poor (Mooney viscosity = 85 or more)
表1からわかるように、本発明の分散剤を用いることにより、カーボンブラックの分散性を大幅に改良することができる。なお、比較例1は、ペイントコンディショナーによる混合分散後の分散体の粘度が高く、塗膜化できなかった。 As can be seen from Table 1, the dispersibility of carbon black can be greatly improved by using the dispersant of the present invention. In Comparative Example 1, the viscosity of the dispersion after mixing and dispersing by the paint conditioner was high, and a coating could not be formed.
本発明のカーボンブラック用分散剤は溶媒、樹脂、ゴム中にカーボンブラックを安定に高分散させることができるため、黒色顔料、強化剤、充填剤、導電剤としてカーボンブラックを配合する際に使用する分散剤として好適である。 Since the carbon black dispersant of the present invention can stably and highly disperse carbon black in a solvent, resin, or rubber, it is used when blending carbon black as a black pigment, reinforcing agent, filler, or conductive agent. Suitable as a dispersant.
Claims (6)
[式中、AOは炭素数2〜4のアルキレンオキシ基、mはアルキレンオキシ基の平均付加モル数であって1〜100の数、nは1〜5の整数である。] The dispersant according to claim 1 or 2, wherein the polyoxyalkyleneamine compound (A) is represented by the following general formula (2).
[Wherein, AO is an alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms, m is an average added mole number of the alkyleneoxy group, and is a number of 1 to 100, and n is an integer of 1 to 5. ]
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