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脱凝集の湿潤分散剤

低分子量ポリマー

湿潤分散剤はこれまで長い間使用されており、その多くは脂肪酸をベースとし、1分子中に吸着基を持つ(アニオン性、カチオン性、非イオン性)低分子量ポリマーに分類さ れます。これらは凝集を防ぐ効果があり、無機顔料の安定化に成功し、現在も使用されています。例えば、長い歴史を持つANTI‑TERRA‑Uはこのグループの添加剤で、現在も広く使用されています。新しく開発された製品としては、芳香族系溶剤を含まない、あるいは溶剤を全く含まないなど、現代的な要件を満たすDISPERBYK‑107DISPERBYK‑108などがあります。DISPERBYK‑111DISPERBYK‑180のような製品は、自動車分野や工業用塗料において酸化チタンや無機顔料の安定化に使用されて

しかし、有機顔料(または微粒子カーボンブラック顔料)を凝集に抗して安定化させる必要がある場合、前述の添加剤にはかなりの弱点が見られます。添加剤が効果を発揮するためには、顔料表面への強固で永続的な吸着が最も重要です。無機顔料はイオン的な構造を持ち、比較的高い表面極性を示すため、添加剤の吸着は比較的容易です。一方、有機顔料は全く異なる構造を持ちます。顔料の結晶は個々の分子で構成され、その分子は主に非極性で、分子間力によって結合しています。その結果、有機顔料の表面は極めて非極性であるため、従来の添加剤では適切な吸着はかなり困難となります。吸着基と顔料表面との間の相互作用力が無視できるほど小さく、分散剤はここから非常に容易に脱落することとなり、顔料粒子の周囲には安定した保護層が存在しません。実際には、多くの場合、有機顔料に低分子量の湿潤分散剤を使用しても十分に脱凝集・安定化されないことを意味します。さらに、粒子の細かい有機顔料は粒子の粗い無機顔料よりも凝集しやすいという事実も、この問題を複雑にしています。顔料表面全体を添加剤分子で覆わなければならず、粒子径が小さいために有機顔料の比表面積が大きくなり、かなり高い添加量が必要となります。添加剤の量が多くなると、塗膜特性(硬度、耐水性など)に悪影響を及ぼすことがあります。

低分子量の湿潤分散剤

低分子量の湿潤分散剤

高分子量ポリマー

高分子湿潤分散剤:多数の吸着基により、極性の低い顔料表面でも良好な吸着が得られます(例:有機顔料の場合)。顔料表面から伸長している高度に溶媒和されたポリマーセグメントは、顔料の立体安定化をもたらします。

様々な理由から、これまでより多くの有機顔料が使用されるようになり(例えば、重金属を含まず、より鮮やかな色合いを実現するため)、この傾向が新しい添加剤グループである高分子湿潤分散剤の開発につながりました。これらの添加剤は、主に2つの構造的特徴によって、従来の低分子量製品とは一線を画しています。一つはより分子量が大きいこと、二つ目はそのことがバインダーと似た特性を持つことです。とはいえ、それは副次的な効果に過ぎず、より重要なのは、これらの添加剤が非常に多くの吸着基を有していることです。たくさんの吸着基を分子中に配置するためには、分子を大きくしなければなりません。たとえ顔料表面へのひとつひとつの吸着基の吸着程度が弱くても、添加剤と顔料の接触点が多いため、有機顔料であっても安定した耐久性のある吸着が達成されます。これらの添加剤は、従来の製品と同じように、バインダー溶液中に伸長したポリマーセグメントによる立体障害によって安定化効果をもたらします。

最適な安定化は、このようなポリマー鎖が適切に広がり、したがって周囲のポリマー溶液と完全に相溶している場合にのみ可能です。この相溶性が制限されると、ポリマー鎖は丸まります。その結果、立体障害と安定化の機会はすべて失われてしまいます。高分子添加剤と各種コーティングバインダーとの相溶性は、低分子添加剤の時よりもかなり限定的です。それゆえに、あらゆる化学的に関連した添加剤ファミリー(分子量、極性、相溶性が異なる)が品ぞろえされています。

吸着基がある部分と、ポリマーの環状や 鎖状の樹脂相溶性を示す部分は、様々な方法で互いに組み合わせることができます。統計的に分布するブロックコポリマーや楔型コポリマーはすでに成功しています。顔料を脱凝集させるのに有効な立体安定化には、多くの要因が重要です。分子量と分子量分布は、ポリマー構造と並んで重要な役割を果たします。

高分子湿潤分散剤では、吸着基と樹脂相溶性鎖を持つさまざまなセグメントの組み合わせが可能です。

高分子湿潤分散剤では、吸着基と樹脂相溶性鎖を持つさまざまなセグメントの組み合わせが可能です。

高分子量の湿潤分散加剤は、まさに有機顔料用に特別に開発されたものですが、実際には無機顔料にも同様に適しており、特に顔料混合の際の安定化にも適しています。

このグループの主な添加剤は、自動車塗料などの高品質な工業用塗料向けのDISPERBYK‑161と、幅広い工業用途向けのDISPERBYK‑2163またはDISPERBYK‑2164(芳香族物質を含まない)です。これらの添加剤にはカチオン性吸着基が組み込まれており、単独ではコーティング液中の酸性成分(コイルコーティングの酸触媒など)と相互作用する可能性があります。このような場合には、DISPERBYK-170またはDISPERBYK-174シリーズの添加剤をお勧めします。DISPERBYK‑170DISPERBYK‑174は、別の吸着基を有し化学的性質が異なるため、このような問題を回避することができます。さらに、立体障害効果のあるカチオン性吸着基を持つ最新の分岐構造(DISPERBYK‑2155)や、顔料親和性ブロックがカプセル化された複雑なコアシェル構造ポリマー(DISPERBYK‑2152)もあります。これにより、無機顔料や有機顔料、カーボンブラックの分散安定化効果を発揮しながら、塗料系と添加剤の反応性を最小限に抑えることができます。

水系塗料

エマルジョン樹脂をベースとする水系、主に建築塗料分野で使用されるエマルジョン塗料やプラスターでは、顔料は主に静電反発によって安定化されます。ポリカルボン酸のアンモニウム塩(BYK‑154など)がよく使用さ れます。

一般に、水溶性樹脂溶液をベースとする水系、またはそのようなバインダー溶液とエマルションの組み合わせ(ハイブリッド系)も、顔料安定化のために静電反発を使用することができます。しかしながら、実際には、特に高品質の工業用塗料においては、高分子湿潤分散剤による立体安定化が好まれることが多くなっています。このメカニズムは、溶剤を媒体とするコーティング系の場合と同様に機能し、唯一の要件は、高分子添加剤が水性環境との相溶性を確保するのに十分な極性を有していなければならないということです。極性が高すぎると塗膜の耐久性(耐水性など)に悪影響を及ぼす可能性があるため、このような添加剤は必ずしも水溶性であることが望ましいわけではありません。この添加剤グループの代表的な製品は、DISPERBYK‑184DISPERBYK‑190およびDISPERBYK‑194 Nです。