(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記ナフタレンと、アルキルアルコール及びアルケニルアルコールのうちの少なくとも1種の前記アルコールと、前記硫酸とを反応させた後、当該反応により生成された化合物を、原料としたナフタレン1モルに対して塩基性化合物を1.12〜1.38モルの割合で用いて中和する工程を含む、請求項9に記載の無機粉体用水系分散剤組成物の製造方法。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明は、無機粉体用水系分散剤組成物が、下記化合物A〜Eを含む分散剤を含み、分散剤が化合物Aを所定の割合で含むことで、無機粉体の分散性が向上する、という知見に基づく。
(化合物A) ナフタレンジスルホン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種の化合物(以下「ナフタレンジスルホン酸塩」と略称する場合もある。)
(化合物B) ナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種の化合物(以下「ナフタレンスルホン酸塩」と略称する場合もある。)
(化合物C) ナフタレン環の水素のうちの1個がアルキル基及びアルケニル基のうちのいずれか一方の置換基で置換されたナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種の化合物
(化合物D) ナフタレン環の水素のうちの2個がアルキル基及びアルケニル基のうちの少なくとも1種の置換基で置換されたナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種の化合物
(化合物E) ナフタレン環の水素のうちの3個がアルキル基及びアルケニル基のうちの少なくとも1種の置換基で置換されたナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種の化合物
【0012】
本発明の水系分散剤組成物により、無機粉体の分散性が向上できる理由は、以下のように推定している。水径媒体中の無機粉体は正電荷を帯びており、一方ナフタレンジスルホン酸塩は一分子内にスルホン基由来の負イオンを2個の有することから、ナフタレンジスルホン酸塩は無機粉体に強固に吸着する。ナフタレンジスルホン酸塩の吸着によって、無機粉体は負の電荷を持つようになり、当該静電反発により無機粉体の分散安定性が向上する。系内のナフタレンジスルホン酸塩の濃度が低すぎると、無機粉体に十分な負電荷を与えることができず十分な静電反発力が発生しない。また、一分子中にスルホン基の数が1個のナフタレンスルホン酸塩が系内に含まれていても、無機粉体に十分な負電荷を与えることができず十分な静電反発力が発生しない。一方、系内のナフタレンジスルホン酸塩の濃度が高すぎると、無機粒子に対するナフタレンジスルホン酸塩の吸着量は多くなるが、ナフタレン基が無機粉体の周りに多く存在することとなる。そのため、無機粉体の疎水性が高くなって無機粉体同士に凝集力(「疎水性凝集力」とも呼ぶ。)が働き、水中での無機粒子の分散性が低下する。本発明では、分散剤に含まれるナフタレンジスルホン酸塩(成分A)のモル比率が18.0モル%以上34.0モル%以下である場合に、ナフタレンジスルホン酸塩の無機粉体への吸着量が適当となり静電反発力が疎水性凝集力より強く働くため、無機粉体の分散安定性が良好となっているものと考えられる。また、本発明の水系分散剤組成物中のナフタレンスルホン酸塩(成分B)は、無機粒子の静電反発力と疎水性凝集力のバランスを補完するものとして機能しており、ナフタレン環の水素のうちのいくつかがアルキル基又はアルケニル基に置換されたナフタレンスルホン塩(成分C〜成分E)は、疎水性凝集力を緩和し、分散性の向上に寄与しているものと考えられる。但し、これらの推測は本発明を限定するものではない。
【0013】
[分散剤]
本発明の無機粉体用水系分散剤組成物は、分散剤として上記5種の化合物A〜Eを含む。無機粉体用水系分散剤組成物中に含まれる全分散剤の量を100モル%とした場合の、下記化合物Aの割合は、無機粉体の分散性の向上の観点から、18.0モル%以上34.0モル%以下である。
【0014】
上記化合物A〜Eはいずれも下記一般式(I)に包含される化合物である。
【化1】
ただし、前記一般式(I)中、Rはアルキル基及びアルケニル基のうちの少なくとも1
種を示し、Xはアルカリ金属、アンモニア、及び有機アミンから選ばれる少なくとも1種を示し、m及びnは置換基数であり、mは0〜3の整数、nは1又は2の整数である。尚、前記一般式(I)で表される化合物において、ナフタレン環のスルホン酸塩基及びRの
置換位置は、限定されない。
【0015】
前記化合物Cは、ナフタレン環の水素のうちの1個がアルキル基で置換されたナフタレンスルホン酸の塩と、ナフタレン環の水素のうちの1個がアルケニル基で置換されたナフタレンスルホン酸の塩との混合物であってもよい。
【0016】
前記化合物C〜Eの少なくとも1種の化合物がアルキル基を含む場合、当該アルキル基の炭素数は、化合物毎に異なっていてよいし、同じでもよいが、分散性向上の観点から同じであると好ましい。また、前記化合物C〜Eは、各々、炭素数が異なるアルキル基を含む化合物を含んでいてもよい。
【0017】
前記化合物C〜Eの少なくとも1種の化合物がアルキル基を含む場合、当該アルキル基の炭素数は、分散性の向上の観点から、2以上が好ましく、3以上がより好ましい。また、前記アルキル基の炭素数は、分散性の向上の観点から、22以下が好ましく、18以下がより好ましく、12以下が更に好ましく、8以下が更により好ましく、5以下が更により好ましい。
【0018】
前記化合物C〜Eの少なくとも1種の化合物がアルケニル基を含む場合、当該アルケニル基の炭素数は、化合物毎に異なっていてよいし、同じでもよいが、分散性向上の観点から同じであると好ましい。また、前記化合物C〜Eは、各々、炭素数が異なるアルケニル基を含む化合物を含んでいてもよい。
【0019】
前記化合物C〜Eの少なくとも1種の化合物がアルケニル基を含む場合、当該アルケニル基の炭素数は、分散性の向上の観点から、3以上が好ましく、4以上がより好ましい。また、前記アルケニル基の炭素数は、分散性の向上の観点から、22以下が好ましく、18以下がより好ましく、12以下が更に好ましく、8以下が更により好ましく、6以下が更により好ましい。
【0020】
化合物A〜Eの塩の種類は、分散性向上の観点から、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種である。前記アルカリ金属塩としては、ナトリウム塩、又はカリウム塩等が挙げられ、アンモニウム塩としては、第1〜4級アンモニウム塩のいずれでもよく、アンモニウム塩、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド塩、コリン塩等が挙げられ、有機アミン塩としては、アルカノールアミン塩、ジメチルアミン塩、トリメチルアミン塩挙げられるが、これらの中でも、分散性向上の観点から、ナトリウム塩、カリウム塩が好ましく、ナトリウム塩がより好ましい。
【0021】
化合物A〜Eの塩の種類は相互に異なっていてもよいが、分散性向上の観点から、同じであると好ましく、いずれもアルカリ金属塩であると好ましい。また、前記化合物A〜Eは、各々、塩の種類が異なる混合物であってもよい。
【0022】
本発明の水系分散剤組成物中の分散剤の総量を100モル%とすると、前記分散剤中のナフタレンジスルホン酸塩(化合物A)の割合は、分散性の向上の観点から、18.0モル%以上であるが、20.0モル%以上が好ましく、22.0モル%以上がより好ましく、25.0モル%以上が更に好ましい。また、前記分散剤中の前記化合物Aの割合は、分散性の向上の観点から、34.0モル%以下であり、30.0モル%以下が好ましく、28.0モル%以下がより好ましい。
【0023】
化合物Aがナフタレンジスルホン酸のアルカリ金属塩である場合、本発明の水系分散剤組成物中の分散剤の総量を100モル%とすると、前記分散剤中のナフタレンジスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、分散性の向上の観点から、18.0モル%以上であるが、20.0モル%以上が好ましく、22.0モル%以上がより好ましく、25.0モル%以上が更に好ましい。また、前記分散剤中のナフタレンジスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、分散性の向上の観点から、34.0モル%以下であり、30.0モル%以下が好ましく、28.0モル%以下がより好ましい。
【0024】
本発明の水系分散剤組成物中の分散剤の総量を100モル%とすると、前記分散剤中のナフタレンスルホン酸塩(化合物B)の割合は、分散性の向上の観点から、5.0モル%以上が好ましく、5.5モル%以上がより好ましく、6.0モル%以上が更に好ましく、6.5モル%以上が更により好ましい。また、前記分散剤中の化合物Bの割合は、分散性の向上の観点から、10.0モル%以下が好ましく、9.5モル%以下がより好ましく、9.0モル%以下が更に好ましく、7.5モル%以下が更により好ましい。
【0025】
化合物Bがナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩である場合、本発明の水系分散剤組成物中の分散剤の総量を100モル%とすると、前記分散剤中のナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、分散性の向上の観点から、5.0モル%以上が好ましく、5.5モル%以上がより好ましく、6.0モル%以上が更に好ましく、6.5モル%以上が更により好ましい。また、前記分散剤中のナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、分散性の向上の観点から、10.0モル%以下が好ましく、9.5モル%以下がより好ましく、9.0モル%以下が更に好ましく、7.5モル%以下が更により好ましい。
【0026】
本発明の水系分散剤組成物中の分散剤の総量を100モル%とすると、前記分散剤中のナフタレン環の水素のうちの1個がアルキル基及びアルケニル基のうちのいずれか一方の置換基で置換されたナフタレンスルホン酸塩(化合物C)の割合は、分散性の向上の観点から、23.0モル%以上が好ましく、24.0モル%以上がより好ましく、25.0モル%以上が更に好ましく、27.0モル%以上が更に好ましい。また、前記分散剤中の化合物Cの割合は、分散性の向上の観点から、30.0モル%以下が好ましく、29.0モル%以下がより好ましく、28.5モル%以下が更に好ましい。
【0027】
化合物Cがブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩である場合、本発明の水系分散剤組成物中の分散剤の総量を100モル%とすると、前記分散剤中のブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、分散性の向上の観点から、23.0モル%以上が好ましく、24.0モル%以上がより好ましく、25.0モル%以上が更に好ましく、27.0モル%以上が更に好ましい。また、前記分散剤中のブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、分散性の向上の観点から、30.0モル%以下が好ましく、29.0モル%以下がより好ましく、28.5モル%以下が更に好ましい。
【0028】
本発明の水系分散剤組成物中の分散剤の総量を100モル%とすると、前記分散剤中のナフタレン環の水素のうちの2個がアルキル基及びアルケニル基のうちの少なくとも1種の置換基で置換されたナフタレンスルホン酸塩(化合物D)の割合は、分散性の向上の観点から、19.0モル%以上が好ましく、20.0モル%以上がより好ましく、22.0モル%以上が更に好ましく、23.0モル%以上が更により好ましい。また、前記分散剤中の化合物Dの割合は、分散性の向上の観点から、27.0モル%以下が好ましく、26.0モル%以下がより好ましく、25.0モル%以下が更に好ましく、24.0モル%以下が更に好ましい。
【0029】
化合物Dがジブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩である場合、本発明の水系分散剤組成物中の分散剤の総量を100モル%とすると、前記分散剤中のジブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、分散性の向上の観点から、19.0モル%以上が好ましく、20.0モル%以上がより好ましく、22.0モル%以上が更に好ましく、23.0モル%以上が更により好ましい。また、前記分散剤中のジブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、分散性の向上の観点から、27.0モル%以下が好ましく、26.0モル%以下がより好ましく、25.0モル%以下が更に好ましく、24.0モル%以下が更に好ましい。
【0030】
本発明の水系分散剤組成物中の分散剤の総量を100モル%とすると、前記分散剤中のナフタレン環の水素のうちの3個がアルキル基及びアルケニル基のうちの少なくとも1種の置換基で置換されたナフタレンスルホン酸塩(化合物E)の割合は、分散性の向上の観点から、10.0モル%以上が好ましく、12.0モル%以上がより好ましく、13.0モル%以上が更に好ましく、14.0モル%以上が更により好ましい。また、前記分散剤中の化合物Eの割合は、分散性の向上の観点から、21.0モル%以下が好ましく、20.0モル%以下がより好ましく、18.0モル%以下が更に好ましく、17.0モル%以下が更により好ましい。
【0031】
化合物Eがトリブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩である場合、本発明の水系分散剤組成物中の分散剤の総量を100モル%とすると、前記分散剤中のトリブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、分散性の向上の観点から、10.0モル%以上が好ましく、12.0モル%以上がより好ましく、13.0モル%以上が更に好ましく、14.0モル%以上が更により好ましい。また、前記分散剤中のトリブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、分散性の向上の観点から、21.0モル%以下が好ましく、20.0モル%以下がより好ましく、18.0モル%以下が更に好ましく、17.0モル%以下が更により好ましい。
【0032】
本発明の無機粉体用水系分散剤組成物中の分散剤の含有量(固形分の含有量)は、分散性の向上の観点から、15.0質量%以上が好ましく、16.0質量%以上がより好ましく、17.0質量%が更に好ましい。また、前記分散剤の含有量は、分散性の向上の観点から、25.0質量%以下が好ましく、24.0質量%以下がより好ましく、23.0質量%以下が更にこのましい。
【0033】
[水系媒体]
本発明の無機粉体用水系分散剤組成物は、水系媒体を含む。水系媒体としては、イオン交換水や超純水等の水、又は水と溶媒との混合媒体等が挙げられ、上記溶媒としては、水と混合可能な溶媒(例えば、エタノール等のアルコール)が好ましい。水系媒体としては、なかでも、イオン交換水又は超純水がより好ましく、超純水が更に好ましい。水系媒体が、水と溶媒との混合媒体である場合、当該混合媒体全体に対する水の割合は、特に限定されるわけではないが、経済性の観点から、95質量%以上が好ましく、98質量%以上がより好ましく、実質的に100質量%が更に好ましい。
【0034】
本発明の水系分散剤組成物中の水系媒体の含有量について特に制限はなく、水系分散剤組成物に含まれる前記分散剤を除いた残余である。
【0035】
本発明の水系分散剤組成物中の分散剤(固形分)の含有量が20重量%である場合、本発明の水系分散剤組成物の20℃におけるpHは、分散性向上の観点から、5.0以上が好ましく、5.5以上がより好ましく、6.0以上が更に好ましい。また、本発明の水系分散剤組成物中の分散剤(固形分)の含有量が20重量%である場合、本発明の水系分散剤組成物の20℃におけるpHは、分散性向上の観点から、9.0以下が好ましく、8.5以下がより好ましく、8.0以下が更に好ましい。ここで、20℃におけるpHは、pHメータ(東亜電波工業株式会社、HM−30G)を用いて測定でき、電極の研磨液組成物への浸漬後1分後の数値である。
【0036】
[水系分散剤組成物の製造]
本発明の水系分散剤組成物の製造は、既知の方法で化合物A、化合物B、化合物C、化合物D及び化合物Eの純品を合成し、これらを混合して行っても良いし、化合物A、化合物B、化合物C、化合物D及び化合物Eからなる群から選ばれる2種以上の化合物を含む複数種の混合物同士を、化合物A〜Eの各々が所定の濃度になるように混合して行っても良いが、本発明の水系分散剤組成物は、生産性、経済性の観点から、ナフタレンのアルキル化及びスルホン酸化反応によって得られる生成物(組成物)であると好ましい。本発明の水系分散剤組成物の製造は、例えば、以下の方法で行うことができる。
【0037】
本発明の水系分散剤組成物の製造方法は、ナフタレンと、アルキルアルコール及びアルケニルアルコールのうちの少なくとも1種のアルコールとの混合物を窒素気流下で加熱する工程、次いで、加熱された混合物の温度を維持しながら当該混合物に硫酸を添加してこられを反応させる工程、反応終了後に、当該反応により生成された化合物を、塩基性水溶液で中和する工程を有する。塩基性水溶液は、塩基性化合物の水溶液であり、アルカリ金属の水酸化物の水溶液、アンモニア水、又は有機アミンの水溶液であり、これらは、1種単独で又は2種以上用いてもよい。この方法により、ナフタレン環の水素のうちの一部がスルホン酸のアルカリ金属塩基、アンモニウム塩基、及び有機アミン塩基から選ばれる少なくとも1種の置換基によって置換され、且つ、前記ナフタレン環の水素のうちの0〜
3個がアルキル基及びアルケニル基のうちの少なくとも1種の置換基で置換された、複数種の化合物を含む水溶液(水系分散剤組成物)が得られる。当該水溶液には、必要に応じて、水系媒体が添加されてもよい。前記アルコールとして、炭素数の異なる2種以上のアルコールを用いてもよいし、炭素数が異なる前記アルコールを用いて製造された2種の水系分散剤組成物を混合してもよい。
【0038】
本発明の水系分散剤組成物中の複数種の化合物の組成比は、ナフタレン、アルキルアルコール及びアルケニルアルコールのうちの少なくとも1種のアルコール、硫酸、及び塩基性水溶液の添加量等を調整することにより調製できる。
【0039】
本発明の水系分散剤組成物は、その製造に用いる原料の添加量を、ナフタレン1モルに対して、アルキルアルコール及びアルケニルアルコールのうちの少なくとも1種のアルコールを好ましくは1.00〜1.40モル、より好ましくは1.10〜1.30モル、硫酸を好ましくは1.17〜1.37モル、より好ましくは1.22〜1.30モルとすることで得ることができる。また、本発明の水系分散剤組成物は、設定する中和度にもよるが、ナフタレンとアルキルアルコール及びアルケニルアルコールと硫酸との反応により生成された化合物の中和に用いる塩基性化合物を、ナフタレン1モルに対して、好ましくは1.12〜1.38モル、より好ましくは1.23〜1.30モルとすることで得ることができる。
【0040】
例えば、本発明の水系分散剤組成物の一例の製造では、ナフタレン、アルキルアルコール及びアルケニルアルコールのうちの少なくとも1種のアルコールとしてn−ブタノール、硫酸、塩基性化合物として水酸化ナトリウムを原料とする。この場合、本発明の水系分散剤組成物の一例は、その製造に用いる原料の添加量を、ナフタレン1モルに対して、n−ブタノールを好ましくは1.00〜1.40モル、より好ましくは1.10〜1.30モル、硫酸を好ましくは1.17〜1.37モル、より好ましくは1.22〜1.30モル、水酸化ナトリウムを好ましくは1.12〜1.38モル、より好ましくは1.23〜1.30モルとすることで得ることができ、より具体的には、ナフタレン100質量部に対して、n−ブタノールを好ましくは58.6〜82.0質量部、より好ましくは64.0〜75.8質量部、硫酸を好ましくは89.8〜105.5質量部、より好ましくは93.8〜100質量部、水酸化ナトリウムを好ましくは35.2〜43.0質量部、より好ましくは38.3〜40.6質量部とすることで得ることができる。
【0041】
ナフタレンと前記アルコールの混合物を窒素気流下で加熱する温度は、反応性向上の観点から、70℃以上が好ましく、75℃以上がより好ましく、反応性向上の観点から、90℃以下が好ましく、85℃以下がより好ましい。
【0042】
加熱された混合物への硫酸の添加は、反応性向上の観点から、滴下により行われるのが好ましく、滴下に要する時間は、反応性向上の観点から、3時間以上が好ましく、3.5時間以上がより好ましく、反応性向上の観点から、5時間以下が好ましく、4.5時間以下がより好ましい。硫酸の滴下終了後、硫酸が添加された混合物の温度を、ナフタレンとアルコールの混合物を窒素気流下で加熱した際の温度に、所定時間保持すると、反応性向上の観点から好ましく、温度の保持時間は、3時間以上が好ましく、3.5時間以上がより好ましく、反応性向上の観点から、5時間以下が好ましく、4.5時間以下がより好ましい。
【0043】
反応により生成された化合物に対する塩基性水溶液の添加は、反応性向上の観点から、滴下により行われるのが好ましく、滴下に要する時間は、反応性向上の観点から、0.5時間以上が好ましく、0.8時間以上がより好ましく、反応性向上の観点から、1.5時間以下が好ましく、1.2時間以下がより好ましい。
【0044】
上記方法により得られた水系分散剤組成物に対して濾過処理を行っても良い。濾過方法としては、セラミックフィルター、又はリキッドフィルター等のフィルターを用いた濾過、又はフィルタープレス等が挙げられる。また、濾過処理時には、フィルターに、珪藻土系の濾過助剤(昭和化学工業製、ラヂオライト(登録商標))等を併用してもよい。
【0045】
[無機粉体分散スラリー]
本発明の無機粉体分散スラリーは、無機粉体と、本発明の水系分散剤組成物とを含む。
【0046】
[無機粉体]
無機粉体としては、炭酸カルシウム粉体、アルミナ粉体、シリカ粉体、マグネシア粉体、ジルコニア粉体、セリア粉体、チタン酸バリウム粉体、炭化ケイ素粉体、窒化アルミニウム粉体等が挙げられるが、無機粉体の分散の容易性、また汎用性の観点から、炭酸カルシウム粉体、アルミナ粉体、シリカ粉体が好ましい。
【0047】
無機粉体の平均一次粒径は、無機粉体分散スラリーの使用用途に応じて異なるが、多様な用途への汎用性が高いという理由から、50nm以上が好ましく、70nm以上がより好ましく、90nm以上が更に好ましく、同様の観点から、550nm以下が好ましく、500nm以下がより好ましく、450nm以下が更に好ましい。
【0048】
無機粉体のBET比表面積は、無機粉体分散スラリーの使用用途に応じて異なるが、多様な用途への汎用性が高いという理由から、4m
2/g以上が好ましく、5m
2/g以上がより好ましく、6m
2/g以上が更に好ましく、同様の観点から、400m
2/g以下が好ましく、350m
2/g以下より好ましく、300m
2/g以下が更に好ましい。尚、BET比表面積はJIS Z8830及び下記の文献の方法により測定できる。
S.BRUNAUER, P.H.EMMETT, E.TELLER, J.Am.Chem.Soc.1938, 60, pp.309-319
【0049】
無機粉体分散スラリーにおいて、水系分散剤組成物の含有量は、分散性向上の観点から、無機粉体100重量部に対し、固形分換算で、5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、20質量部以上が更に好ましい。また、水系分散剤組成物の含有量は、分散性向上の観点から、無機粉体100重量部に対し、固形分換算で、60質量部以下が好ましく、50質量部以下がより好ましく、40質量部以下が更に好ましい。
【0050】
本発明の無機粉体分散スラリー中の無機材料の含有量は、分散性向上の観点から、0.1質量%以上が好ましく、0.4質量%以上がより好ましく、0.7質量%以上が更に好ましく、分散性向上の観点から、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下が更に好ましい。
【0051】
無機粉体分散スラリーにおいて、水系分散剤組成物の固形分と無機材料の質量比(水系分散剤組成物の固形分の総質量/無機材料の質量)は、分散性向上の観点から、0.15以上が好ましく、0.2以上がより好ましく、また、0.5以下が好ましく、0.4以下がより好ましい。
【0052】
本発明の無機粉体分散スラリーの粘度は、分散性向上の観点から、回転粘度計(25℃)で測定して、0.1mPa・s以上が好ましく、0.5mPa・s以上がより好ましく、1.0mPa・s以上が更に好ましく、分散性向上の観点から、50mPa・s以下が好ましく、10mPa・s以下がより好ましく、5mPa・s以下が更に好ましい。
【0053】
[任意成分]
本発明の無機粉体分散スラリーは、無機粉体、及び水系分散剤組成物以外に、必要に応じて、水系媒体、粘性調整剤、その他の添加剤等の任意成分を含んでいてもよい。
【0054】
本発明の無機粉体分散スラリーは、公知の分散方法により製造できる。無機粉体の分散に用いる分散機としては、ロールミル、ニーダー、エクストルーダ等の混練機、ディスパー、ホモミキサー、ジェットミル、サンドミル、ビーズミル、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、超音波洗浄器等が挙げられる。
【0055】
無機粉体分散スラリーの調整において、各成分の混合順序は特に制限がなく、例えば、水系分散剤組成物に、無機粉体と、必要に応じて前記任意成分を添加した後、必要に応じて水系媒体を添加すればよい。無機粉体分散スラリーへの無機粉体の添加は、一括して行ってもよいが分割して行ってもよい。
【0056】
このようにして調製された無機粉体分散スラリーは、必要に応じて、粗大粒子の除去のために、濾過処理されてもよい。
【0057】
本発明の無機粉体分散スラリーは、例えば、ポリエステルフィルム上に塗工した後乾燥されることにより、ポリエステルフィルムに無機粉体含有層を形成する。この無機粉体含有層付きポリエステルフィルムは、コンデンサや、フラットパネルディスプレイの材料として使用できる。また、本発明の無機粉体分散スラリーは、電子部材を平坦化させるための研磨スラリーとしても使用できる。
【0058】
本発明は、更に以下<1>〜<18>を開示する。
【0059】
<1> 分散剤と水系媒体とを含み、前記分散剤が、
ナフタレンジスルホン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種の化合物Aと、
ナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種の化合物Bと、
ナフタレン環の水素のうちの1個がアルキル基及びアルケニル基のうちのいずれか一方の置換基で置換されたナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種の化合物Cと、
ナフタレン環の水素のうちの2個がアルキル基及びアルケニル基のうちの少なくとも1種の置換基で置換されたナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種の化合物Dと、
ナフタレン環の水素のうちの3個がアルキル基及びアルケニル基のうちの少なくとも1種の置換基で置換されたナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、及び有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種の化合物Eと、からなり、
前記分散剤中の前記成分Aの割合が、18.0モル%以上34.0モル%以下である、無機粉体用水系分散剤組成物。
<2> 前記化合物C、前記化合物D及び前記化合物Eの前記アルキル基の炭素数が、2以上が好ましく、3以上がより好ましく、22以下が好ましく、18以下がより好ましく、12以下が更に好ましく、8以下が更に更により好ましく、5以下が更により好ましく、
前記化合物C、前記化合物D及び前記化合物Eの前記アルケニル基の炭素数が、3以上が好ましく、4以上がより好ましく、22以下が好ましく、18以下がより好ましく、12以下が更に好ましく、8以下が更により好ましく、6以下が更により好ましい、前記<1>に記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<3> 前記分散剤中の前記化合物Aの割合は、18.0モル%以上であり、20.0モル%以上が好ましく、22.0モル%以上がより好ましく、25.0モル%以上が更に好ましく、34.0モル%以下であり、30.0モル%以下が好ましく、28.0モル%以下がより好ましい、前記<2>に記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<4> 前記分散剤中の前記化合物Bの割合は、5.0モル%以上が好ましく、5.5モル%以上がより好ましく、6.0モル%以上が更に好ましく、6.5モル%以上が更により好ましく、10.0モル%以下が好ましく、9.5モル%以下がより好ましく、9.0モル%以下が更に好ましく、7.5モル%以下が更により好ましい、前記<1>〜<3>のいずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<5> 前記分散剤中の前記化合物Cの割合は、23.0モル%以上が好ましく、24.0モル%以上がより好ましく、25.0モル%以上が更に好ましく、27.0モル%以上が更に好ましく、30.0モル%以下が好ましく、29.0モル%以下がより好ましく、28.5モル%以下が更に好ましい、前記<1>〜<4>のいずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<6> 前記分散剤中の前記成分Dの割合は、19.0モル%以上が好ましく、20.0モル%以上がより好ましく、22.0モル%以上が更に好ましく、23.0モル%以上が更により好ましく、27.0モル%以下が好ましく、26.0モル%以下がより好ましく、25.0モル%以下が更に好ましく、24.0モル%以下が更に好ましい、前記<1>〜<5>のいずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<7> 前記分散剤中の前記化合物Eの割合は、10.0モル%以上が好ましく、12.0モル%以上がより好ましく、13.0モル%以上が更に好ましいく、14.0モル%以上が更により好ましく、21.0モル%以下が好ましく、20.0モル%以下がより好ましく、18.0モル%以下が更に好ましく、17.0モル%以下が更により好ましい、前記<1>〜<6>のいずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<8> 前記化合物Aがナフタレンジスルホン酸のアルカリ金属塩であり、
前記化合物Bがナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩であり、
前記化合物Cがブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩であり、
前記化合物Dがジブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩であり、
前記化合物Eがトリブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩である、前記<1>〜<7>のいずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<9>前記分散剤中のナフタレンジスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、18.0モル%以上であり、20.0モル%以上が好ましく、22.0モル%以上がより好ましく、25.0モル%以上が更に好ましく、34.0モル%以下であり、30.0モル%以下が好ましく、28.0モル%以下がより好ましい、前記<8>に記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<10> 前記分散剤中の前記ナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、5.0モル%以上が好ましく、5.5モル%以上がより好ましく、6.0モル%以上が更に好ましく、6.5モル%以上が更により好ましく、10.0モル%以下が好ましく、9.5モル%以下がより好ましく、9.0モル%以下が更に好ましく、7.5モル%以下が更により好ましい、前記<8>又は<9>に記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<11> 前記分散剤中の前記ブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、23.0モル%以上が好ましく、24.0モル%以上がより好ましく、25.0モル%以上が更に好ましく、27.0モル%以上が更に好ましく、30.0モル%以下が好ましく、29.0モル%以下がより好ましく、28.5モル%以下が更に好ましい、前記<8>〜<10>のいずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<12> 前記分散剤中の前記ジブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、19.0モル%以上が好ましく、20.0モル%以上がより好ましく、22.0モル%以上が更に好ましく、23.0モル%以上が更により好ましく、27.0モル%以下が好ましく、26.0モル%以下がより好ましく、25.0モル%以下が更に好ましく、24.0モル%以下が更に好ましい、前記<8>〜<11>のいずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<13> 前記分散剤中の前記トリブチルナフタレンスルホン酸のアルカリ金属塩の割合は、10.0モル%以上が好ましく、12.0モル%以上がより好ましく、13.0モル%以上が更に好ましいく、14.0モル%以上が更により好ましく、21.0モル%以下が好ましく、20.0モル%以下がより好ましく、18.0モル%以下が更に好ましく、17.0モル%以下が更により好ましい、前記<8>〜<12>のいずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<14>前記無機粉体用水系分散剤組成物中の分散剤の含有量(固形分の含有量)は、15.0質量%以上が好ましく、16.0質量%以上がより好ましく、17.0質量%が更に好ましく、25.0質量%以下が好ましく、24.0質量%以下がより好ましく、23.0質量%以下が更にこのましい、前記<1>〜<13>のいずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物。
<15>前記<1>〜<14>いずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物を含有する無機粉体分散スラリー。
<16>前記無機粉体分散スラリーにおいて、前記無機粉体用水系分散剤組成物の含有量は、無機粉体100重量部に対し、固形分換算で、5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、20質量部以上が更に好ましく、60質量部以下が好ましく、50質量部以下がより好ましく、40質量部以下が更に好ましい、前記<15>に記載の無機粉体分散スラリー。
<17> 前記<1>〜<14>のいずれかに記載の無機粉体用水系分散剤組成物の製造方法であって、
ナフタレン1モルに対して、アルキルアルコール及びアルケニルアルコールのうちの少なくとも1種のアルコールを1.00〜1.40モル、硫酸を1.17〜1.37モルの割合でこれらを反応させる工程を含む、無機粉体用水系分散剤組成物の製造方法。
<18> 前記ナフタレンと、アルキルアルコール及びアルケニルアルコールのうちの少なくとも1種の前記アルコールと、前記硫酸とを反応させた後、当該反応により生成された化合物を、原料としたナフタレン1モルに対して塩基性化合物を1.12〜1.38モルの割合で用いて中和する工程を含む、前記<17>に記載の無機粉体用水系分散剤組成物の製造方法。
【実施例】
【0060】
以下、本発明を、その実施例及び比較例により、さらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。
【0061】
[無機粉体用水系分散剤組成物中の固形分の測定]
実施例及び比較例における、各固形分の測定は以下の方法で行った。質量W3(g)のシャーレに試料1gを採り、前記試料を含んだシャーレ全体の質量を測定し、W1(g)とした。シャーレ全体を、熱風循環型乾燥機(いすゞ製作所製 Hot Air Rapid Drying Oven Soyokaze)で170℃2時間の条件で乾燥させ、さらにデシケータで30分放冷した後、前記試料の不揮発分を含んだシャーレ全体の質量を測定し、W2(g)とした。次式より得られた値を固形分とした。
固形分(質量%)=100−(W1−W2)/(W1−W3)×100
【0062】
(実施例1A)
攪拌機、温度計、還流冷却管、窒素導入管、滴下ロートを備えた反応容器に、n−ブタノール(三菱化学社製)88.8g及びナフタレン(JFEケミカル社製)128.0gを仕込み、窒素気流下でこれらを80℃に加熱した後、この温度を維持しながら、n−ブタノールとナフタレンの混合物に、98質量%硫酸(エア・ウォーター社製)126.5gを滴下ロートから4時間かけて滴下し、反応を行った。滴下終了後、80℃で4時間、熟成を行い、反応を完結させた。反応終了後、当該反応により生成された化合物を45℃に冷却し、これに、32質量%水酸化ナトリウム水溶液(南海化学社製)158.1gを1時間かけて滴下し、中和を行った。その後、イオン交換水を加えて、固形分濃度が20質量%の無機粉体用水系分散剤組成物を得た。無機粉体用水系分散剤組成物の20℃におけるpHは、7.1であった。
【0063】
(実施例2A〜5A、比較例1A〜4A)
n−ブタノール、ナフタレン、98質量%硫酸、及び32質量%水酸化ナトリウム水溶液の使用量を代えたこと以外は、実施例1と同じ条件で、実施例2A〜5A、比較例1A〜4Aの無機粉体用水系分散剤組成物を製造した。n−ブタノール、ナフタレン、98質量%硫酸、及び32質量%水酸化ナトリウム水溶液の使用量は、
表1に示した通りとした。実施例1Aと同様、イオン交換水を加えることによって、それぞれの固形分濃度が20質量%の無機粉体用水系分散剤組成物を得た。無機粉体用水系分散剤組成物の20℃におけるpHは、実施例2Aについては6.9、実施例3Aについては7.0、実施例4Aについては7.3、実施例5Aについては7.2、比較例1Aについては7.0、比較例2Aについては7.1、比較例3Aについては6.9、比較例4Aについては7.2であった。
【0064】
【表1】
【0065】
(比較例5A〜8A)
分散剤として、シグマアルドリッチ社製のモノイソプロピルナフタレンスルホン酸ナトリウム、2−アミノ−1−ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ジノニルナフタレンジスルホン酸ナトリウム、2,3−ジヒドロキシナフタレン−6−スルホン酸ナトリウムを、各々、イオン交換水とを混合して、固形分濃度(分散剤の濃度)が20質量%の無機粉体用水系分散剤組成物を得た。無機粉体用水系分散剤組成物の20℃におけるpHは、比較例5Aについては7.0、比較例6Aについては7.1、比較例7Aについては7.0、比較例8Aについては6.9であった。
【0066】
実施例1A〜5A、比較例1A〜4Aの無機粉体用水系分散剤組成物に含まれるナフタレン環を有する化合物の組成(モル%)を下記方法測定した結果を、表2に示した。
【0067】
[ナフタレン環を有する化合物の組成]
実施例1A〜5A、比較例1A〜4Aの無機粉体用水系分散剤組成物に含まれるナフタレン環を有する化合物の組成(モル%)は、HPLC(ハイ・パフォーマンス・リキッドクロマトグラフィー)により、下記条件で測定した。
カラム:TSK ODS−80TM(東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃
検出器:PDA
測定波長:210〜800nm
溶離液:アセトニトリル/水=70/30体積%、ギ酸 1.18wt%含有
流速:0.3mL/min
注入量:25μL
【0068】
【表2】
【0069】
(実施例1B〜5B,比較例1B〜8B)
50mLのスクリュー管内で、炭酸カルシウム粉体(タマパール−12、平均一次粒子径400nm、BET比表面積7m
2/g、奥多摩工業社製)0.3gを、実施例1A〜5A、比較例1A〜8Aの無機粉体用水系分散剤組成物0.45gに添加した後、さらにイオン交換水を無機粉体用水系分散剤組成物に加えた。得られた混合液に対して、ヤマト科学(株)製の超音波洗浄器yamato1510を用いて、30分間、分散処理を行って、炭酸カルシウム粉体を1質量%含む、実施例1B〜5B,比較例1B〜8Bの無機粉体分散スラリーを得た。実施例1A〜5A、比較例1A〜8Aの無機粉体用水系分散剤組成物の使用量は、炭酸カルシウム粉体100質量部に対して、水系分散剤組成物が固形分換算で30質量部となるように調製した。実施例1B〜5B,比較例1B〜8Bの無機粉体分散スラリー(25℃)の回転粘度計で測定した粘度は、いずれも、1.3〜4.7mPa・sの範囲内の値であった。
【0070】
(比較例9B)
水系分散剤組成物を添加しなかったこと以外は、実施例1Bと同条件で、比較例9Bの無機粉体分散スラリーを作製した。比較例9Bの無機粉体分散スラリー(25℃)の回転粘度計で測定した粘度は、1.5〜4.6mPa・sの範囲内の値であった。
【0071】
(実施例6B)
50mLのスクリュー管内で、アルミナ粉体(AES−12、平均一次粒子径400nm、BET比表面積10m
2/g、住友化学社製)0.3gを、実施例1Aの無機粉体用水系分散剤組成物0.45gに添加した後、さらにイオン交換水を無機粉体用水系分散剤組成物に加えた。得られた混合液に対して、ヤマト科学(株)製の超音波洗浄器yamato1510を用いて、30分間、分散処理を行って、アルミナ粉体を1質量%含む、実施例6Bの無機粉体分散スラリーを得た。実施例1Aの水系分散剤組成物の使用量は、アルミナ粉体100質量部に対して、水系分散剤組成物が固形分換算で30質量部となるように調製した。実施例6Bの無機粉体分散スラリー(25℃)の回転粘度計で測定した粘度は、1.4〜4.5mPa・sの範囲内の値であった。
【0072】
(比較例10B)
水系分散剤組成物を添加しなかったこと以外は、実施例6Bと同条件で、比較例10Bの無機粉体分散スラリーを作製した。比較例10Bの無機粉体分散スラリー(25℃)の回転粘度計で測定した粘度は、1.3〜4.7mPa・sの範囲内の値であった。
【0073】
(実施例7B)
50mLのスクリュー管内で、シリカ粉体(カープレックス80、平均一次粒子径100nm、BET比表面積250m
2/g、エボニック社製)0.3gを、実施例1Aの無機粉体用水系分散剤組成物0.45gに添加した後、さらにイオン交換水を無機粉体用水系分散剤組成物に加えた。得られた混合液に対して、ヤマト科学(株)製の超音波洗浄器yamato1510を用いて、30分間、分散処理を行って、シリカ粉体を1質量%含む、実施例7Bの無機粉体分散スラリーを得た。実施例1Aの使用量は、シリカ粉体100質量部に対して、水系分散剤組成物が固形分換算で30質量部となるように調製した。実施例7Bの無機粉体分散スラリー(25℃)の回転粘度計で測定した粘度は、1.4〜4.6mPa・sの範囲内の値であった。
【0074】
(比較例11B)
水系分散剤組成物を添加しなかったこと以外は、実施例7Bと同条件で、比較例11Bの無機粉体分散スラリーを作製した。比較例11の無機粉体分散スラリー(25℃)の回転粘度計で測定した粘度は、1.3〜4.6mPa・sの範囲内の値であった。
【0075】
[分散性沈降試験]
3分間攪拌した実施例1B〜7B、比較例1B〜11Bの無機粉体分散スラリー28mLを30mLのメモリ付沈降試験管に移して25℃で静置し、経時で、粉体の沈降度合を高さ/mmで測定し、結果を表3に示した。高さが小さい程分散性は良好である。
【0076】
表3に示されるように、実施例1B〜7B無機粉体分散スラリーでは、比較例1B〜11B無機粉体分散スラリーよりも分散性が良好である。
【0077】
【表3】