In 前回の記事では、分散剤の出現、そのメカニズムと機能について紹介しました。本稿では、分散剤の発展の歴史とともに、様々な時代における分散剤の種類について考察します。

従来の低分子量湿潤分散剤
最も古い分散剤は脂肪酸トリエタノールアミン塩で、約100年前に市場に投入されました。この分散剤は、一般的な工業用塗料用途において非常に効率的かつ経済的です。使用不可能というわけではなく、中油アルキド系における初期性能も悪くありません。

1940年代から1970年代にかけて、塗料業界で使用されていた顔料は、無機顔料と、分散しやすい一部の有機顔料でした。この時期の分散剤は、界面活性剤に似た物質で、片方の端に顔料アンカー基、もう片方の端に樹脂と親和性のあるセグメントを有していました。ほとんどの分子は、顔料アンカー基を1つしか持っていませんでした。

構造的な観点から見ると、次の 3 つのカテゴリに分類できます。

(1)脂肪酸誘導体、脂肪酸アミド、脂肪酸アミド塩、脂肪酸ポリエーテルなど。例えば、BYKが1920~1930年に開発したブロック状の変性脂肪酸は、長鎖アミンと塩を形成してAnti-Terra Uを得ました。また、DA付加反応に基づく高官能末端基を持つBYKのP104 / 104Sもあります。 ShierliのBESM®9116は、解膠分散剤であり、パテ業界の標準的な分散剤です。濡れ性、沈降防止性、貯蔵安定性に優れています。また、防錆性を向上させることができ、防錆プライマーに広く使用されています。 BESM®9104 / 9104Sも、複数のアンカー基を持つ典型的な制御凝集分散剤です。分散時にネットワーク構造を形成できるため、顔料の沈降や色浮きを抑えるのに非常に役立ちます。脂肪酸誘導体分散剤の原料は石油化学原料に依存しないため、再生可能です。

(2) 有機リン酸エステルポリマー。このタイプの分散剤は、無機顔料に対して汎用的なアンカー効果を有します。例えば、Shierli社のBYK 110/180/111およびBESM® 9110/9108/9101は、二酸化チタンおよび無機顔料の分散に優れた分散剤であり、優れた粘度低減効果、発色性、および保存性を備えています。さらに、Shierli社のBYK 103およびBESM® 9103は、マットスラリーの分散において優れた粘度低減効果と保存安定性を示します。

(3)非イオン性脂肪族ポリエーテルおよびアルキルフェノールポリオキシエチレンエーテル。このタイプの分散剤の分子量は一般に2000g/mol未満で、無機顔料および充填剤の分散に重点を置いています。粉砕時に顔料の濡れを助け、無機顔料の表面に効果的に吸着して顔料の層状化や沈殿を防ぎ、凝集を抑制して色浮きを防ぐことができます。しかし、分子量が小さいため、効果的な立体障害を与えることができず、塗膜の光沢や鮮明性を向上させることもできません。また、イオン性アンカー基は有機顔料の表面に吸着できません。

高分子量分散剤
1970年代には、有機顔料が大量に使用されるようになりました。ICI社のフタロシアニン顔料、デュポン社のキナクリドン顔料、CIBA社のアゾ縮合顔料、クラリアントのベンゾイミダゾロン顔料などが1970年代に工業化され、市場に投入されました。従来の低分子量の湿潤分散剤ではこれらの顔料を安定化できなくなり、新たな高分子量分散剤の開発が始まりました。

このタイプの分散剤は、分子量が5000~25000g/molで、分子上に多数の顔料アンカー基を有しています。ポリマー主鎖は幅広い相溶性を提供し、溶媒和側鎖は立体障害を提供するため、顔料粒子は完全に解膠された安定した状態になります。高分子分散剤は、様々な顔料を安定化させ、特に粒子径が小さく凝集しやすい有機顔料やカーボンブラックなどにおいて、色浮きや浮遊などの問題を完全に解決することができます。高分子分散剤はすべて、分子鎖上に複数の顔料アンカー基を有する解膠性分散剤であり、カラーペーストの粘度を大幅に低下させ、顔料の着色力、塗料の光沢と鮮やかさを向上させ、透明顔料の透明性を向上させることができます。水系システムにおいて、高分子分散剤は優れた耐水性と耐鹸化性を備えています。もちろん、高分子分散剤にもいくつかの副作用があり、これは主に分散剤のアミン価に起因します。アミン価が高いと、保管中のエポキシ系の粘度が増加し、2 成分ポリウレタン (芳香族イソシアネートを使用) の活性化期間が短縮され、酸硬化系の反応性が低下し、空気乾燥アルキドにおけるコバルト触媒の触媒効果が弱まります。

化学構造の観点から、このタイプの分散剤は主に 3 つのカテゴリに分類されます。

(1)高分子量ポリウレタン分散剤は、代表的なポリウレタン分散剤です。例えば、BYK 160/161/163/164、BESM®9160/9161/9163/9164、EFKA 4060/4061/4063、最新世代のポリウレタン分散剤BYK 2155とBESM®9248などです。このタイプの分散剤は比較的早く登場し、幅広い聴衆を持っています。有機顔料とカーボンブラックの粘度低下と発色特性が良好で、かつては有機顔料の標準的な分散剤になりました。最新世代のポリウレタン分散剤は、粘度低下と発色特性の両方が大幅に改善されています。BYK 170とBESM®9107は、酸触媒システムに適しています。分散剤はアミン価がないため、塗料貯蔵中の凝集のリスクが低減し、塗料の乾燥にも影響しません。

(2)ポリアクリレート分散剤。BYK 190やBESM® 9003などのこれらの分散剤は、水性塗料用の標準分散剤となっています。

(3)ハイパーブランチポリマー分散剤。最も広く使用されているハイパーブランチ分散剤は、長鎖ポリエステルをベースにしたアミド+イミドであるLubrizol 24000とBESM®9240です。これら2つの製品は、主にポリエステル骨格を利用して顔料を安定化させる特許製品です。カーボンブラックの取り扱い能力は依然として優れています。しかし、ポリエステルは低温で結晶化し、完成した塗料にも沈殿します。この問題は、24000がインクにしか使用できないことを意味します。結局のところ、インク業界でカーボンブラックを分散させるために使用されると、非常に優れた発色と安定性を示すことができます。結晶化性能を向上させるために、Lubrizol 32500とBESM®9245が次々と登場しました。最初の2つのカテゴリと比較して、ハイパーブランチポリマー分散剤は球状の分子構造と高濃度の顔料親和性基を持ち、通常、優れた発色とより強力な粘度低下性能を備えています。ポリウレタン分散剤の相溶性は広範囲に調整可能で、主に長油から短油まで全てのアルキド樹脂、全ての飽和ポリエステル樹脂、ヒドロキシアクリル樹脂をカバーし、様々な構造のほとんどのカーボンブラックや有機顔料を安定化できます。分子量6000~15000の間では依然として多くのグレードが存在するため、お客様は相溶性と添加量について選定する必要があります。

制御可能なフリーラジカル重合分散剤
1990 年以降、顔料分散に対する市場の需要がさらに高まり、ポリマー合成技術に飛躍的な進歩があり、最新世代の制御されたフリーラジカル重合分散剤が開発されました。

制御可能なフリーラジカル重合(CFRP)は、ポリマーの一端にアンカー基、他端に溶媒和セグメントを有する精密に設計された構造を有しています。CFRPは従来の重合と同じモノマーを使用しますが、モノマーが分子セグメント上に規則的に配列し、分子量分布がより均一であるため、合成されたポリマー分散剤の性能は飛躍的に向上します。この効率的なアンカー基は、分散剤の抗凝集性と顔料の発色性を大幅に向上させます。精密な溶媒和セグメントは、分散剤に低いカラーペーストの粉砕粘度と高い顔料添加量を与え、分散剤は様々な樹脂基材との幅広い相溶性を備えています。

 

現代のコーティング用分散剤の開発の歴史は100年にも満たない。市場には、様々な顔料やシステムに対応する多種多様な分散剤が存在している。分散剤原料の主な供給源は依然として石油化学原料である。分散剤における再生可能原料の割合を高めることは、非常に有望な開発方向である。分散剤の開発過程において、分散剤はますます効率化が進んでおり、粘度低減能力や発色性など、他の能力も同時に向上しており、このプロセスは今後も継続されるだろう。

南京リボーンニューマテリアルは塗料およびコーティング用の湿潤分散剤(Disperbyk に一致するものも含む)

 


投稿日時: 2025年4月25日