JP7797117B2 - Method for producing a slurry composition - Google Patents
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Description
本発明は、スラリー組成物の製造方法、スラリー組成物及び分散剤に関する。 The present invention relates to a method for producing a slurry composition, a slurry composition, and a dispersant.
積層セラミックコンデンサなどの電子部品の製造には、スラリー化した電子材料用粉体が用いられる。例えば、誘電体セラミック粉末のスラリー組成物は、積層セラミックコンデンサの誘電体セラミック層の形成材料として利用される。携帯電話等をはじめとする電子機器及びそれらの電子部品の高性能化及び小型化に伴い、より取り扱い性が向上したスラリー組成物が求められている。例えば、積層セラミックコンデンサの小型化には誘電体セラミック層の薄層化が必要であり、分散性及び作業性が向上した誘電体セラミック粉末のスラリー組成物が求められている。
また、自動車排ガス浄化装置の製造には、自動車排ガス処理用触媒を分散媒に分散させたスラリー組成物が用いられる。自動車排ガスの規制強化に伴い、より分散性の向上したスラリー組成物が求められている。
Slurried powders for electronic materials are used in the production of electronic components such as multilayer ceramic capacitors. For example, a slurry composition of dielectric ceramic powder is used as a material for forming the dielectric ceramic layers of multilayer ceramic capacitors. As electronic devices, such as mobile phones, and their electronic components become more compact and perform better, there is a demand for slurry compositions with improved handleability. For example, the miniaturization of multilayer ceramic capacitors requires thinner dielectric ceramic layers, and there is a demand for slurry compositions of dielectric ceramic powder with improved dispersibility and workability.
In addition, a slurry composition in which a catalyst for treating automobile exhaust gas is dispersed in a dispersion medium is used in the manufacture of an automobile exhaust gas purification device. As regulations on automobile exhaust gases become stricter, there is a demand for a slurry composition with improved dispersibility.
粉体の分散剤の1つとして、ポリカルボン酸系(共)重合体が知られている。
特許文献1には、(メタ)アクリル酸(A)単位と、(メタ)アクリル酸アルコキシポリオキシアルキレンエステル(B)単位から構成される共重合体を含有してなり、(A)単位の含有量が50~70モル%、(B)単位の含有量が50~30モル% である、排ガス浄化触媒用スラリーの減粘剤が開示されている。
特許文献2には、(メタ)アクリル酸(A)単位と、(メタ)アクリル酸アルコキシポリオキシアルキレンエステル(B)単位から構成される共重合体を含有してなり、(A)単位の含有量が80~97モル%、(B)単位の含有量が3~20モル% である、排ガス浄化触媒用スラリーの減粘剤が開示されている。
特許文献3には、不飽和ポリアルキレングリコール系単量体(a)由来の構造単位(I)と、不飽和カルボン酸系単量体(b)由来の構造単位(II)とを有するカルボン酸系共重合体と、アルカノールアミン化合物と、を含み、構造単位(I)と構造単位(II)の含有割合が60モル%以下である、セメント用添加剤が開示されている。
特許文献4には、ポリオキシアルキレンモノアルキルエーテルと、(メタ)アクリル酸と、を重合反応させてポリカルボン酸系重合体を得る工程を有する、ポリカルボン酸系重合体の製造方法が開示されている。
特許文献5には、所定の不飽和酸系化合物と、所定のポリエーテル化合物と、を反応させて、セメント混和剤用親水性重合体を得る反応工程を含む、セメント混和剤用親水性共重合体の製造方法が開示されている。
特許文献6には、ポリオキシアルキレン基を有するエチレン系不飽和カルボン酸誘導体等の単量体(A1)と、(メタ)アクリル酸等の単量体(A2)とを共重合させて得られる共重合体混合物を、石炭スラリー用の分散剤として用いることが開示されている。
Polycarboxylic acid (co)polymers are known as one of the dispersants for powders.
Patent Document 1 discloses a viscosity reducer for a slurry of an exhaust gas purification catalyst, which contains a copolymer composed of (meth)acrylic acid (A) units and (meth)acrylic acid alkoxypolyoxyalkylene ester (B) units, and the content of (A) units is 50 to 70 mol % and the content of (B) units is 50 to 30 mol %.
Patent Document 2 discloses a viscosity reducer for a slurry of an exhaust gas purification catalyst, which contains a copolymer composed of (meth)acrylic acid (A) units and (meth)acrylic acid alkoxypolyoxyalkylene ester (B) units, and the content of (A) units is 80 to 97 mol % and the content of (B) units is 3 to 20 mol %.
Patent Document 3 discloses a cement additive that contains a carboxylic acid copolymer having a structural unit (I) derived from an unsaturated polyalkylene glycol monomer (a) and a structural unit (II) derived from an unsaturated carboxylic acid monomer (b), and an alkanolamine compound, in which the content of the structural unit (I) and the structural unit (II) is 60 mol % or less.
Patent Document 4 discloses a method for producing a polycarboxylic acid polymer, which comprises a step of polymerizing a polyoxyalkylene monoalkyl ether with (meth)acrylic acid to obtain a polycarboxylic acid polymer.
Patent Document 5 discloses a method for producing a hydrophilic copolymer for a cement admixture, which includes a reaction step of reacting a predetermined unsaturated acid compound with a predetermined polyether compound to obtain a hydrophilic polymer for a cement admixture.
Patent Document 6 discloses that a copolymer mixture obtained by copolymerizing a monomer (A1) such as an ethylenically unsaturated carboxylic acid derivative having a polyoxyalkylene group with a monomer (A2) such as (meth)acrylic acid is used as a dispersant for coal slurry.
例えば、電子部品の分野に適用されるファインセラミックなどの分野では、ナノスケールの微細構造を制御することで、電子部品などの小型化、高速化、低消費電力、高効率化、高容量化を実現する試みがなされている。また、自動車排ガス処理用触媒などの触媒の分野でも、ナノスケールの微細構造を制御することで、触媒活性の向上を実現する試みがなされている。これらの分野では、水などの分散媒における粉体のナノ分散技術への要求も高く、分散剤の性能のさらなる改善が求められている。
そこで、本発明は、広範囲のpH領域において優れた分散効果を発現し、その効果が経時的に維持され、また粉体の微細構造が制御可能となるスラリー組成物を提供する。
For example, in fields such as fine ceramics applied to electronic components, attempts are being made to achieve miniaturization, higher speed, lower power consumption, higher efficiency, and higher capacity of electronic components by controlling their nanoscale microstructure. Also, in the field of catalysts, such as catalysts for treating automobile exhaust gases, attempts are being made to improve catalytic activity by controlling their nanoscale microstructure. In these fields, there is a high demand for nano-dispersion technology of powders in dispersion media such as water, and further improvements in the performance of dispersants are being sought.
Therefore, the present invention provides a slurry composition that exhibits excellent dispersion effects over a wide pH range, maintains these effects over time, and enables control of the fine structure of the powder.
本発明は、分散剤、粉体及び分散媒を混合してスラリー組成物を製造するスラリー組成物の製造方法であって、
分散剤は、(アルコキシ)ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位〔以下、構成単位(I)という〕と、(メタ)アクリル酸由来の構成単位〔以下、構成単位(II)という〕とを含む共重合体を含み、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(II)の割合が、10質量%を超え50質量%未満であり、前記共重合体中、金属イオン含有量が100ppm以下である、スラリー組成物の製造方法に関する。
The present invention provides a method for producing a slurry composition by mixing a dispersant, a powder, and a dispersion medium,
The dispersant relates to a method for producing a slurry composition, wherein the dispersant comprises a copolymer containing a structural unit derived from an (alkoxy)polyalkylene glycol (meth)acrylate [hereinafter referred to as structural unit (I)] and a structural unit derived from (meth)acrylic acid [hereinafter referred to as structural unit (II)], wherein the proportion of structural unit (II) is more than 10 mass% and less than 50 mass%, where the total of structural units (I) and (II) is 100 mass%, and the metal ion content in the copolymer is 100 ppm or less.
本発明は、分散剤、粉体及び分散媒を配合してなるスラリー組成物であって、
分散剤は、(アルコキシ)ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位〔以下、構成単位(I)という〕と、(メタ)アクリル酸由来の構成単位〔以下、構成単位(II)という〕とを含む共重合体を含み、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(II)の割合が、10質量%を超え50質量%未満であり、前記共重合体中、金属イオン含有量が100ppm以下であり、
粉体に対する分散剤の配合量が、分散剤に含まれる共重合体換算で0.05質量%以上3.0質量%以下である、スラリー組成物に関する。
The present invention provides a slurry composition comprising a dispersant, a powder, and a dispersion medium,
The dispersant comprises a copolymer containing a structural unit derived from an (alkoxy)polyalkylene glycol (meth)acrylate [hereinafter referred to as structural unit (I)] and a structural unit derived from (meth)acrylic acid [hereinafter referred to as structural unit (II)], wherein the proportion of structural unit (II) is more than 10% by mass and less than 50% by mass, where the total of structural units (I) and (II) is 100% by mass, and the metal ion content in the copolymer is 100 ppm or less,
The slurry composition relates to a slurry composition in which the blending amount of the dispersant relative to the powder is 0.05% by mass or more and 3.0% by mass or less, calculated as the copolymer contained in the dispersant.
本発明は、(アルコキシ)ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位〔以下、構成単位(I)という〕と、(メタ)アクリル酸由来の構成単位〔以下、構成単位(II)という〕とを含む共重合体を含み、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(II)の割合が、10質量%を超え50質量%未満であり、前記共重合体中、金属イオン含有量が100ppm以下である、分散剤に関する。 The present invention relates to a dispersant that includes a copolymer containing a structural unit derived from an (alkoxy)polyalkylene glycol (meth)acrylate [hereinafter referred to as structural unit (I)] and a structural unit derived from (meth)acrylic acid [hereinafter referred to as structural unit (II)], wherein the proportion of structural unit (II) is more than 10% by mass and less than 50% by mass, where the total of structural units (I) and (II) is 100% by mass, and the metal ion content in the copolymer is 100 ppm or less.
本発明によれば、広範囲のpH領域において優れた分散効果を発現し、その効果が経時的に維持され、また粉体の微細構造が制御可能となるスラリー組成物が提供される。 The present invention provides a slurry composition that exhibits excellent dispersion effects over a wide pH range, maintains these effects over time, and enables control of the powder microstructure.
本発明の分散剤が、水などの分散媒に粉体を良好に分散できる理由は定かではないが、その理由は以下のように考えられる。
本発明の分散剤に含まれる共重合体は、(メタ)アクリル酸塩部位で静電反発力を発現し、更に(アルコキシ)ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート部位で立体的反発力を発現すると考えられる。本発明では、共重合体中の(メタ)アクリル酸部位と(アルコキシ)ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート部位の質量比率を最適質量比率の範囲とすることで、例えば、pH4~10の酸側から塩基側までの広範囲の領域で効率良く分散安定化が図れているものと考えられる。この最適質量比率の範囲内においては、粉体への分散安定化が図れる結果、スラリー粘度の経時変化が極めて少なくなっているものと考えられる。
一方で、この最適質量比率の範囲内である共重合体であっても、共重合体中に100ppmよりも多い金属イオンを含有する分散剤を用いてスラリー組成物とした場合、スラリー組成物の生成直後では共重合体を含む分散剤はアルミナ粉体などの粉体表面に吸着し、分散性を維持するものの、時間が経つにつれ系中に有る金属イオンが分散剤のアニオン部位(メタクリル酸)に接近して水和することから、分散剤が粉体から外れてスラリー組成物は増粘すると考えられる。但し、これらは推定であって、本発明は、これらメカニズムに限定されない。
The reason why the dispersant of the present invention can disperse powders well in a dispersion medium such as water is not clear, but the reason is thought to be as follows.
The copolymer contained in the dispersant of the present invention is thought to exhibit electrostatic repulsion at the (meth)acrylate moiety and further exhibit steric repulsion at the (alkoxy)polyalkylene glycol (meth)acrylate moiety. In the present invention, by setting the mass ratio of the (meth)acrylic acid moiety to the (alkoxy)polyalkylene glycol (meth)acrylate moiety in the copolymer within the optimal mass ratio range, it is thought that efficient dispersion stabilization can be achieved over a wide range, for example, from the acid side of pH 4 to 10 to the basic side. Within this optimal mass ratio range, dispersion stabilization of the powder can be achieved, and as a result, change in slurry viscosity over time is thought to be extremely small.
On the other hand, even if the copolymer is within this optimum mass ratio range, when the dispersant containing more than 100 ppm of metal ions in the copolymer is used to make a slurry composition, the dispersant containing the copolymer is adsorbed on the powder surface such as alumina powder immediately after the production of the slurry composition, and maintains dispersibility, but as time passes, the metal ions in the system approach the anion part (methacrylic acid) of the dispersant and become hydrated, so that the dispersant is removed from the powder, and the slurry composition is thought to thicken.However, these are only speculations, and the present invention is not limited to these mechanisms.
本発明は、分散剤、粉体及び分散媒を混合してスラリー組成物(以下、本発明のスラリー組成物という)を製造するスラリー組成物の製造方法であって、
分散剤は、(アルコキシ)ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位〔以下、構成単位(I)という〕と、(メタ)アクリル酸由来の構成単位〔以下、構成単位(II)という〕とを含む共重合体を含み、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(II)の割合が、10質量%を超え50質量%未満であり、前記共重合体中、金属イオン含有量が100ppm以下である、スラリー組成物の製造方法に関する。
なお、(メタ)アクリル酸は、アクリル酸又はメタクリル酸の意味であり、(アルコキシ)は、アルコキシ基を含む構造である又は含まない構造であることを意味し、(メタ)アクリレートは、アクリレート又はメタクリレートの意味である(以下、同様である)。
The present invention provides a method for producing a slurry composition (hereinafter referred to as the slurry composition of the present invention) by mixing a dispersant, a powder, and a dispersion medium,
The dispersant relates to a method for producing a slurry composition, wherein the dispersant comprises a copolymer containing a structural unit derived from an (alkoxy)polyalkylene glycol (meth)acrylate [hereinafter referred to as structural unit (I)] and a structural unit derived from (meth)acrylic acid [hereinafter referred to as structural unit (II)], wherein the proportion of structural unit (II) is more than 10 mass% and less than 50 mass%, where the total of structural units (I) and (II) is 100 mass%, and the metal ion content in the copolymer is 100 ppm or less.
In addition, (meth)acrylic acid means acrylic acid or methacrylic acid, (alkoxy) means a structure that includes or does not include an alkoxy group, and (meth)acrylate means acrylate or methacrylate (the same applies hereinafter).
まず、本発明のスラリー組成物に混合される分散剤、粉体及び分散媒について、詳細に説明する。 First, we will provide a detailed description of the dispersant, powder, and dispersion medium that are mixed into the slurry composition of the present invention.
<分散剤>
本発明の分散剤は、構成単位(I)と構成単位(II)とを含む共重合体(以下、本発明の共重合体ともいう)を含み、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(II)の割合が、10質量%を超え50質量%未満であり、本発明の共重合体中、金属イオン含有量が100ppm以下である。
<Dispersant>
The dispersant of the present invention contains a copolymer containing structural units (I) and (II) (hereinafter also referred to as the copolymer of the present invention), in which the proportion of structural unit (II) is more than 10% by mass and less than 50% by mass, where the total of structural units (I) and (II) is 100% by mass, and the metal ion content in the copolymer of the present invention is 100 ppm or less.
構成単位(I)は、(アルコキシ)ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート(以下、モノマー(I)という場合もある)由来の構成単位である。 The structural unit (I) is a structural unit derived from (alkoxy)polyalkylene glycol (meth)acrylate (hereinafter sometimes referred to as monomer (I)).
モノマー(I)のアルコキシ基は、炭素数が、例えば、1以上であり、そして、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。なお、アルコキシ基は、不飽和であるものを含む。モノマー(I)のポリアルキレングリコールにおける、アルキレンオキシドの炭素数は、好ましくは2以上4以下であり、より好ましくはエチレンオキシドである。ポリアルキレングリコールにおける、アルキレンオキシドの平均付加モル数は、好ましくは4以上、より好ましくは6以上、更に好ましくは8以上、更に好ましくは12以上、更に好ましくは13以上、そして、好ましくは90以下、より好ましくは70以下、更に好ましくは50以下、更に好ましくは45以下、更に好ましくは35以下、更に好ましくは25以下である。 The alkoxy group of monomer (I) has, for example, one or more carbon atoms and preferably eight or fewer, more preferably six or fewer. Incidentally, alkoxy groups include unsaturated groups. The alkylene oxide in the polyalkylene glycol of monomer (I) preferably has two or more and four or fewer carbon atoms, and is more preferably ethylene oxide. The average number of added moles of alkylene oxide in the polyalkylene glycol is preferably four or more, more preferably six or more, even more preferably eight or more, even more preferably 12 or more, even more preferably 13 or more, and preferably 90 or fewer, more preferably 70 or fewer, even more preferably 50 or fewer, even more preferably 45 or fewer, even more preferably 35 or fewer, and even more preferably 25 or fewer.
モノマー(I)としては、例えば、(アルコキシ)ポリエチレングリコール(メタ)アクリレートが挙げられる。(アルコキシ)ポリエチレングリコール(メタ)アクリレートは、スラリー組成物の粘度低減の観点から、ポリエチレングリコールのエチレンオキサイド平均付加モル数が、好ましくは4以上、より好ましくは6以上、更に好ましくは8以上、更に好ましくは12以上、更に好ましくは13以上、そして、好ましくは90以下、より好ましくは70以下、更に好ましくは50以下、更に好ましくは45以下、更に好ましくは35以下、更に好ましくは25以下である。 Examples of monomer (I) include (alkoxy)polyethylene glycol (meth)acrylate. From the viewpoint of reducing the viscosity of the slurry composition, the average number of moles of ethylene oxide added to the polyethylene glycol in the (alkoxy)polyethylene glycol (meth)acrylate is preferably 4 or more, more preferably 6 or more, even more preferably 8 or more, even more preferably 12 or more, even more preferably 13 or more, and preferably 90 or less, more preferably 70 or less, even more preferably 50 or less, even more preferably 45 or less, even more preferably 35 or less, even more preferably 25 or less.
モノマー(I)としては、例えば、下記一般式(I)で表されるモノマーが挙げられる。
R11-O-(AO)n-CO-C(R12)=CH2 (I)
〔式中、R11は水素原子又は炭素数1以上8以下の炭化水素基、好ましくはアルキル基若しくはアルケニル基、より好ましくはアルキル基、R12はメチル基又は水素原子、AOは炭素数2以上4以下、好ましくは2又は3のアルキレンオキシ基、nは、AOの平均付加モル数であり、4以上90以下である。〕
Examples of the monomer (I) include a monomer represented by the following general formula (I).
R 11 -O-(AO) n -CO-C(R 12 )=CH 2 (I)
[In the formula, R 11 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having from 1 to 8 carbon atoms, preferably an alkyl group or an alkenyl group, more preferably an alkyl group; R 12 is a methyl group or a hydrogen atom; AO is an alkyleneoxy group having from 2 to 4 carbon atoms, preferably 2 or 3 carbon atoms; and n is the average number of moles of AO added, which is from 4 to 90.]
一般式(I)において、AOの平均付加モル数nは、4以上、好ましくは6以上、より好ましくは8以上、更に好ましくは12以上、更に好ましくは13以上、そして、90以下、好ましくは70以下、より好ましくは50以下、更に好ましくは45以下、更に好ましくは35以下、更に好ましくは25以下である。 In general formula (I), the average number of moles of AO added, n, is 4 or more, preferably 6 or more, more preferably 8 or more, even more preferably 12 or more, even more preferably 13 or more, and is 90 or less, preferably 70 or less, more preferably 50 or less, even more preferably 45 or less, even more preferably 35 or less, even more preferably 25 or less.
構成単位(II)は、共重合体中、(メタ)アクリル酸(以下、モノマー(II)という場合もある)由来の構成単位である。 The structural unit (II) in the copolymer is a structural unit derived from (meth)acrylic acid (hereinafter sometimes referred to as monomer (II)).
モノマー(II)である(メタ)アクリル酸は、下記一般式(II)で示される化合物が挙げられる。モノマー(II)のカルボキシ基は、酸であってもよく、一部が塩であってよい。モノマー(II)が塩の場合、塩は、アンモニウム塩、アルカノールアンモニウム塩などが挙げられる。アルカノールアンモニウム塩は、例えば、カルボキシ基が酸であるモノマー(II)を、アルカノールアミンで中和することで形成される。
CH2=C(R21)-COOM (II)
〔式中、R21はメチル基又は水素原子を示す。Mは、水素原子又は対イオンである。〕
The (meth)acrylic acid monomer (II) may be a compound represented by the following general formula (II). The carboxy group of the monomer (II) may be an acid, or a portion of the carboxy group may be a salt. When the monomer (II) is a salt, examples of the salt include an ammonium salt and an alkanolammonium salt. The alkanolammonium salt is formed, for example, by neutralizing the monomer (II) whose carboxy group is an acid with an alkanolamine.
CH 2 =C(R 21 )-COOM (II)
[In the formula, R21 represents a methyl group or a hydrogen atom, and M represents a hydrogen atom or a counter ion.]
一般式(II)において、Mが対イオンの場合、Mは、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アンモニウムイオンなどの無機イオン、及び有機アミンイオンから選択される1種以上が挙げられ、好ましくはアンモニウムイオン及びアルカノールアンモニウムイオンから選択される1種以上である。モノマー(II)は、無機塩基との塩、有機塩基との塩であってよい。ただし、モノマー(II)が無機塩基との塩の場合、共重合体中の金属イオン含有量は、100ppm以下、好ましくは50ppm以下、より好ましくは10ppm以下である。 In general formula (II), when M is a counter ion, M may be one or more selected from inorganic ions such as alkali metal ions, alkaline earth metal ions, and ammonium ions, and organic amine ions, and is preferably one or more selected from ammonium ions and alkanolammonium ions. Monomer (II) may be a salt with an inorganic base or a salt with an organic base. However, when monomer (II) is a salt with an inorganic base, the metal ion content in the copolymer is 100 ppm or less, preferably 50 ppm or less, and more preferably 10 ppm or less.
本発明の共重合体は、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(I)の割合が、スラリー組成物の粘度低減の観点から、好ましくは50質量%を超え、より好ましくは53質量%以上、更に好ましくは60質量%以上、そして、好ましくは90質量%未満、より好ましくは88質量%以下、更に好ましくは85質量%以下である。 In the copolymer of the present invention, the proportion of structural unit (I) is preferably more than 50% by mass, more preferably 53% by mass or more, even more preferably 60% by mass or more, and preferably less than 90% by mass, more preferably 88% by mass or less, even more preferably 85% by mass or less, based on the total of structural units (I) and (II) being 100% by mass.
本発明の共重合体は、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(II)の割合が、スラリー組成物の粘度低減の観点から、10質量%を超え、好ましくは12質量%以上、より好ましくは15質量%以上、そして、50質量%未満、好ましくは47質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。 In the copolymer of the present invention, the proportion of structural unit (II) is greater than 10% by mass, preferably 12% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and less than 50% by mass, preferably 47% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, based on the total of structural units (I) and (II) being 100% by mass.
本発明の共重合体は、モノマー(I)及び(II)以外のモノマー(以下、モノマー(III)という)由来の構成単位を含んでもよい。モノマー(III)として、例えば、α-オレフィン、スチレンスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、アリルアルコール、無水マレイン酸、マレイン酸、イタコン酸、スチレン、ベンジルメタクリレート及びビニルベンジルアルコールが挙げられる。
本発明の共重合体が、モノマー(III)由来の構成単位を含む場合、モノマー(III)は、全構成単位中、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは15質量%以下、更に好ましくは1質量%以下、そして、0質量%超である。
また、本発明の共重合体が、芳香族を含む構成単位を含む場合、本発明の共重合体は、共重合体中、芳香族を含む構成単位の含有率が、3質量%以下であることが好ましく、芳香環を含む構成単位の含有率が3質量%以下であり、重量平均分子量が10,000以上80,000以下の共重合体がより好ましい。
The copolymer of the present invention may contain a structural unit derived from a monomer other than the monomers (I) and (II) (hereinafter referred to as "monomer (III)"). Examples of the monomer (III) include α-olefins, styrenesulfonic acid, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, allyl alcohol, maleic anhydride, maleic acid, itaconic acid, styrene, benzyl methacrylate, and vinylbenzyl alcohol.
When the copolymer of the present invention contains a structural unit derived from monomer (III), the amount of monomer (III) is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, even more preferably 15% by mass or less, still more preferably 1% by mass or less, and more preferably more than 0% by mass, of all structural units.
Furthermore, when the copolymer of the present invention contains a structural unit containing an aromatic group, the content of the structural unit containing an aromatic group in the copolymer of the present invention is preferably 3% by mass or less, and more preferably a copolymer in which the content of the structural unit containing an aromatic ring is 3% by mass or less and the weight average molecular weight is 10,000 or more and 80,000 or less.
本発明の共重合体は、全構成単位中、構成単位(I)及び(II)の合計の割合が、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは85質量%以上、そして、好ましくは100質量%以下であり、100質量%であってもよい。 In the copolymer of the present invention, the total proportion of structural units (I) and (II) among all structural units is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, even more preferably 85% by mass or more, and preferably 100% by mass or less, and may even be 100% by mass.
本発明の共重合体の重量平均分子量(Mw)は、スラリー組成物の粘度低減及び仕込み時に使用される粉体細粒の分散性向上の観点から、好ましくは10,000以上、より好ましくは14,000以上、更に好ましくは18,000以上、そして、好ましくは80,000以下、より好ましくは70,000以下、更に好ましくは60,000以下である。共重合体の重量平均分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定した値である。具体的には、共重合体の重量平均分子量は、以下の条件より測定できる。 From the viewpoint of reducing the viscosity of the slurry composition and improving the dispersibility of the powder particles used during charging, the weight-average molecular weight (Mw) of the copolymer of the present invention is preferably 10,000 or more, more preferably 14,000 or more, even more preferably 18,000 or more, and preferably 80,000 or less, more preferably 70,000 or less, even more preferably 60,000 or less. The weight-average molecular weight of the copolymer is a value measured by GPC (gel permeation chromatography). Specifically, the weight-average molecular weight of the copolymer can be measured under the following conditions.
〔共重合体の重量平均分子量の測定方法〕
カラム:TSK (α-M)+(α-M) (いずれも東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃
検出器:RI又はUV(210nm)
溶離液:60mmol/L リン酸緩衝液/ジメチルホルムアミド(1/9)
流速:1.0mL/min
注入量:0.1mL
標準:ポリスチレン(分子量:2,000~1,000万)
[Method for measuring weight average molecular weight of copolymer]
Column: TSK (α-M) + (α-M) (both manufactured by Tosoh Corporation)
Column temperature: 40°C
Detector: RI or UV (210 nm)
Eluent: 60 mmol/L phosphate buffer/dimethylformamide (1/9)
Flow rate: 1.0mL/min
Injection volume: 0.1mL
Standard: Polystyrene (molecular weight: 2,000 to 10,000,000)
本発明の共重合体中、金属イオンの含有量は、経時的に分散性を維持する観点から、100ppm以下(質量比である、以下同じ)、好ましくは50ppm以下、より好ましくは10ppm以下である。
金属イオンは、例えば、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、アルミニウムイオンなどの軽金属イオンが挙げられ、より具体的にはナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオンなどが挙げられる。
In order to maintain dispersibility over time, the content of metal ions in the copolymer of the present invention is 100 ppm or less (mass ratio, the same applies hereinafter), preferably 50 ppm or less, more preferably 10 ppm or less.
Examples of metal ions include alkali metal ions, alkaline earth metal ions, and light metal ions such as aluminum ions, and more specifically, sodium ions, potassium ions, calcium ions, magnesium ions, and aluminum ions.
本発明の共重合体は、酸または塩の形態である。本発明の共重合体が塩の形態の場合、少なくとも構成単位(II)は塩の形態となっている。本発明の共重合体は、アンモニウム塩などの無機塩基塩及び有機アミン塩などの有機塩基塩から選択される1以上の塩であってもよい。ただし、共重合体が無機塩基塩の場合、共重合体中の金属イオン含有量が、上記範囲を満たしている。
本発明の共重合体の中和度は、分散性向上の観点から、好ましくは40モル%以上、より好ましくは50モル%以上、更に好ましくは60モル%以上である。ここで、中和度は、[共重合体の中和されている酸基のモル当量/共重合体の中和され得る全酸基のモル当量]×100(モル%)で表される。
上記中和度の条件を満足していれば、その際、本発明の共重合体の塩を複数使用したときの中和度又はアルカリ過剰度は、特に規定されないが、粉体成分の耐化学分解性及び耐臭気性の観点から、好ましくは45モル%以上、より好ましくは55モル%以上、更に好ましくは65モル%以上、そして、好ましくは120モル%以下、より好ましくは110モル%以下、更に好ましくは105モル%以下である。ここで、アルカリ過剰度は、[共重合体の中和されている酸基のモル当量/共重合体の中和され得る全酸基のモル当量]が1よりも大きいことを示すものである。そして、前記モル%が100モル%よりも大きい範囲はアルカリ過剰度として示される。
The copolymer of the present invention is in the form of an acid or a salt. When the copolymer of the present invention is in the form of a salt, at least the structural unit (II) is in the form of a salt. The copolymer of the present invention may be one or more salts selected from inorganic base salts such as ammonium salts and organic base salts such as organic amine salts. However, when the copolymer is in the form of an inorganic base salt, the metal ion content in the copolymer satisfies the above range.
From the viewpoint of improving dispersibility, the degree of neutralization of the copolymer of the present invention is preferably 40 mol % or more, more preferably 50 mol % or more, and even more preferably 60 mol % or more, where the degree of neutralization is expressed as [molar equivalent of neutralized acid groups in the copolymer/molar equivalent of all acid groups that can be neutralized in the copolymer]×100 (mol %).
As long as the above-mentioned condition for the degree of neutralization is satisfied, the degree of neutralization or excess alkalinity when multiple salts of the copolymer of the present invention are used is not particularly limited, but from the viewpoint of chemical decomposition resistance and odor resistance of the powder component, it is preferably 45 mol% or more, more preferably 55 mol% or more, even more preferably 65 mol% or more, and preferably 120 mol% or less, more preferably 110 mol% or less, and even more preferably 105 mol% or less. Here, the excess alkalinity indicates that [the molar equivalents of neutralized acid groups in the copolymer/the molar equivalents of all acid groups that can be neutralized in the copolymer] is greater than 1. A range in which the mol% is greater than 100 mol% is indicated as excess alkalinity.
本発明の分散剤は、液体状、更に水に本発明の共重合体を含有させた液体状であってよい。分散剤は、本発明の共重合体及び水を含有する液体の分散剤が挙げられる。 The dispersant of the present invention may be in liquid form, or may be in liquid form containing the copolymer of the present invention in water. Examples of dispersants include liquid dispersants containing the copolymer of the present invention and water.
本発明の分散剤が液体の分散剤、例えば、水を含有する液体の分散剤である場合、本発明の分散剤の20℃におけるpHは、粉体成分の耐化学分解性及び耐臭気性の観点から、好ましくは1.5以上、より好ましくは1.7以上、更に好ましくは2.0以上、そして、好ましくは11.0以下、より好ましくは10.0以下、更に好ましくは9.0以下である。 When the dispersant of the present invention is a liquid dispersant, for example, a liquid dispersant containing water, the pH of the dispersant of the present invention at 20°C is preferably 1.5 or higher, more preferably 1.7 or higher, even more preferably 2.0 or higher, and preferably 11.0 or lower, more preferably 10.0 or lower, even more preferably 9.0 or lower, from the viewpoint of chemical decomposition resistance and odor resistance of the powder component.
本発明の分散剤は、スラリー組成物の粘度低減の観点から、本発明の共重合体を、好ましくは20質量%以上、より好ましくは25質量%以上、更に好ましくは30質量%以上、そして、好ましくは55質量%以下、より好ましくは50質量%以下、更に好ましくは45質量%以下含有する。分散剤は、本発明の共重合体からなる分散剤であってもよい。 From the viewpoint of reducing the viscosity of the slurry composition, the dispersant of the present invention preferably contains 20% by mass or more, more preferably 25% by mass or more, even more preferably 30% by mass or more, and preferably 55% by mass or less, more preferably 50% by mass or less, even more preferably 45% by mass or less, of the copolymer of the present invention. The dispersant may be a dispersant consisting of the copolymer of the present invention.
本発明の分散剤は、分散剤に含まれる固形分中、本発明の共重合体の割合が、好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上、更に好ましくは40質量%以上、そして、好ましくは100質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下であってよい。本発明の分散剤は、固形分中、本発明の共重合体の割合が100質量%であってよい。ここで、分散剤についての固形分とは、水以外の成分であってよい。 The dispersant of the present invention may contain the copolymer of the present invention in a proportion of 30% by mass or more, more preferably 35% by mass or more, even more preferably 40% by mass or more, and preferably 100% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, even more preferably 70% by mass or less, of the solid content of the dispersant. The dispersant of the present invention may contain 100% by mass of the copolymer of the present invention in a proportion of the solid content of the dispersant. Here, the solid content of the dispersant may include components other than water.
本発明の分散剤は、本発明の共重合体以外に、任意成分として、ノニオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、無機塩、有機塩などを含有することができる。ただし、分散剤がこれら任意成分を含む場合、共重合体中の金属イオン含有量が100ppm以下、好ましくは50ppm以下、より好ましくは10ppm以下の範囲で用いられる。同様に、本発明のスラリー組成物は、これらの任意成分を含有することができる。ただし、スラリー組成物がこれら任意成分を含有する場合、スラリー組成物中の金属イオン含有量が、好ましくは1ppm以下、より好ましくは0.7ppm以下、更に好ましくは0.5ppm以下の範囲で用いられる。 In addition to the copolymer of the present invention, the dispersant of the present invention can contain optional components such as nonionic surfactants, anionic surfactants, inorganic salts, and organic salts. However, when the dispersant contains these optional components, the metal ion content in the copolymer is used in a range of 100 ppm or less, preferably 50 ppm or less, and more preferably 10 ppm or less. Similarly, the slurry composition of the present invention can contain these optional components. However, when the slurry composition contains these optional components, the metal ion content in the slurry composition is used in a range of preferably 1 ppm or less, more preferably 0.7 ppm or less, and even more preferably 0.5 ppm or less.
<粉体>
粉体は、水不溶性の粉体が挙げられる。粉体について、水不溶性とは、20℃の水100gに対する溶解量が0.1g以下であってよい。粉体としては、炭酸塩、リン酸塩、チタン酸塩、珪酸塩、マンガン酸塩等の水不溶性の塩、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化チタン、アルミナ(酸化アルミニウム)、シリカ(酸化ケイ素)、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウムなどの金属酸化物、水酸化ニッケルなどの金属水酸化物、カーボンブラック、炭化珪素、窒化アルミニウム及び窒化ホウ素などが挙げられる。
粉体は、スラリー組成物の用途にもよるが、例えば、電子材料用粉体、触媒粉体、研磨材用粉体、一次電池又は二次電池製造用粉体が挙げられる。
電子材料粉体は、例えば、ICパッケージ、配線基板、絶縁体、センサー、電極、磁性体、半導体、コンデンサー又は光ファイバー等の電子部品の製造に用いられる粉体が挙げられる。また、触媒粉体は、例えば、ガソリン車、ディーゼル車、ハイブリッド車の排ガスを処理する自動車排ガス処理用触媒粉体(例えば、白金、パラジウム又はロジウムなどの貴金属を、酸化セリウム又はアルミナなどの担体表面に付着させたもの)などが挙げられる。また、研磨材用粉体は、例えば、シリカ又は酸化セリウムなどの粉体が挙げられ、一次電池又は二次電池製造用粉体は、例えば、マンガン酸塩、コバルト酸塩、水酸化ニッケルなどの粉体が挙げられる。
<Powder>
The powder may be a water-insoluble powder. The term "water-insoluble" refers to a powder that dissolves in 100 g of water at 20° C. in an amount of 0.1 g or less. Examples of the powder include water-insoluble salts such as carbonates, phosphates, titanates, silicates, and manganates; metal oxides such as zinc oxide, iron oxide, titanium oxide, alumina (aluminum oxide), silica (silicon oxide), magnesium oxide, zirconium oxide, and cerium oxide; metal hydroxides such as nickel hydroxide; carbon black, silicon carbide, aluminum nitride, and boron nitride.
The powder may vary depending on the application of the slurry composition, but examples thereof include powders for electronic materials, catalyst powders, abrasive powders, and powders for manufacturing primary or secondary batteries.
Examples of electronic material powders include powders used in the production of electronic components such as IC packages, wiring boards, insulators, sensors, electrodes, magnetic materials, semiconductors, capacitors, and optical fibers. Examples of catalyst powders include catalyst powders for treating automobile exhaust gases that treat exhaust gases from gasoline-powered vehicles, diesel-powered vehicles, and hybrid vehicles (for example, catalyst powders in which a noble metal such as platinum, palladium, or rhodium is attached to the surface of a carrier such as cerium oxide or alumina). Examples of abrasive powders include powders of silica or cerium oxide, and examples of powders for producing primary or secondary batteries include powders of manganate, cobaltate, and nickel hydroxide.
粉体の平均粒子径は、分散性向上の観点から、好ましくは60nm以上、より好ましくは80nm以上、更に好ましくは100nm以上、そして、分散性向上の観点から、好ましくは700nm以下、より好ましくは600nm以下、更に好ましくは500nm以下である。粉体の平均粒子径は、レーザー散乱型粒径測定装置(株式会社堀場製作所製 LA-920)により測定できる。 From the viewpoint of improving dispersibility, the average particle size of the powder is preferably 60 nm or more, more preferably 80 nm or more, and even more preferably 100 nm or more. From the viewpoint of improving dispersibility, it is preferably 700 nm or less, more preferably 600 nm or less, and even more preferably 500 nm or less. The average particle size of the powder can be measured using a laser scattering particle size analyzer (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.).
<分散媒>
分散媒は、水が好ましい。分散媒は、水を含有する分散媒が好ましい。分散媒としては、水又は水と水溶性有機化合物との混合溶液が挙げられる。水溶性有機化合物は、20℃の水100gに対する溶解量が100g以上の有機化合物であってよい。
分散媒中、水の含有量は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、そして、100質量%であり、100質量%以下、98質量%以下、95質量%以下であってもよい。水としては、例えば、蒸留水、イオン交換水、超純水などが挙げられる。水溶性有機化合物としては、例えば、エチルアルコール、エチレングリコールなどが挙げられる。
<Dispersion medium>
The dispersion medium is preferably water. The dispersion medium is preferably a dispersion medium containing water. Examples of the dispersion medium include water and a mixed solution of water and a water-soluble organic compound. The water-soluble organic compound may be an organic compound that dissolves in an amount of 100 g or more in 100 g of water at 20°C.
The content of water in the dispersion medium is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 90% by mass or more, and may be 100% by mass or less, 98% by mass or less, or 95% by mass or less. Examples of water include distilled water, ion-exchanged water, and ultrapure water. Examples of water-soluble organic compounds include ethyl alcohol and ethylene glycol.
<スラリー組成物>
本発明のスラリー組成物は、上記の分散剤、粉体及び分散媒を配合してなるスラリー組成物であって、分散剤は、構成単位(I)と、構成単位(II)とを含む共重合体を含み、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(II)の割合が、10質量%を超え50質量%未満であり、前記共重合体中、金属イオン含有量が100ppm以下であり、粉体に対する分散剤の配合量が、分散剤に含まれる共重合体換算で、0.05質量%以上3.0質量%以下である。本発明のスラリー組成物は、上記の分散剤、粉体及び分散媒を含有するスラリー組成物であってよい。スラリー組成物の好ましい配合量は、スラリー組成物の好ましい含有量とみなすことができる。
<Slurry Composition>
The slurry composition of the present invention is a slurry composition comprising the above-mentioned dispersant, powder, and dispersion medium, wherein the dispersant comprises a copolymer containing structural units (I) and (II), and the proportion of structural unit (II) is greater than 10% by mass and less than 50% by mass, where the total of structural units (I) and (II) is 100% by mass. The metal ion content in the copolymer is 100 ppm or less, and the amount of dispersant relative to the powder is 0.05% by mass or more and 3.0% by mass or less, calculated as the copolymer contained in the dispersant. The slurry composition of the present invention may be a slurry composition containing the above-mentioned dispersant, powder, and dispersion medium. The preferred amount of the slurry composition can be considered as the preferred content of the slurry composition.
本発明のスラリー組成物は、スラリー組成物の粘度低減の観点から、粉体に対する分散剤の配合量が、分散剤に含まれる共重合体換算で、0.05質量%以上、好ましくは0.07質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、そして、3.0質量%以下、好ましくは1.0質量%以下、より好ましくは0.4質量%以下である。 From the viewpoint of reducing the viscosity of the slurry composition, the amount of dispersant blended relative to the powder, calculated as the copolymer contained in the dispersant, is 0.05% by mass or more, preferably 0.07% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and 3.0% by mass or less, preferably 1.0% by mass or less, more preferably 0.4% by mass or less.
本発明のスラリー組成物において、スラリー組成物に配合される全成分中、粉体の配合量は、特に限定されないが、乾燥効率及び生産性の向上の観点から、好ましくは68質量%以上、より好ましくは72質量%以上、更に好ましくは76質量%以上であり、そして、好ましくは85質量%以下である。粉体は、スラリー組成物に配合される原料粉体であってよい。 In the slurry composition of the present invention, the amount of powder blended into all components in the slurry composition is not particularly limited, but from the viewpoint of improving drying efficiency and productivity, it is preferably 68% by mass or more, more preferably 72% by mass or more, even more preferably 76% by mass or more, and preferably 85% by mass or less. The powder may be a raw material powder blended into the slurry composition.
本発明のスラリー組成物中、分散粒子の含有量は、乾燥効率及び生産性の向上の観点から、好ましくは68質量%以上、より好ましくは72質量%以上、更に好ましくは76質量%以上であり、そして、好ましくは85質量%以下である。分散粒子の含有量は、原料粉体の含有量であってよい。また、通常、スラリー組成物において、分散粒子の残部は、分散媒の含有量とみなすことができる。 In the slurry composition of the present invention, the content of dispersed particles is preferably 68% by mass or more, more preferably 72% by mass or more, even more preferably 76% by mass or more, and preferably 85% by mass or less, from the viewpoint of improving drying efficiency and productivity. The content of dispersed particles may be the content of the raw material powder. Furthermore, in a slurry composition, the remainder of the dispersed particles can usually be considered to be the content of the dispersion medium.
本発明のスラリー組成物中、金属イオン含有量は、経時的に分散性を維持する観点から、好ましくは1ppm以下、より好ましくは0.7ppm以下、更に好ましくは0.5ppm以下、更に好ましくは0.15ppm以下である。 In order to maintain dispersibility over time, the metal ion content in the slurry composition of the present invention is preferably 1 ppm or less, more preferably 0.7 ppm or less, even more preferably 0.5 ppm or less, and even more preferably 0.15 ppm or less.
本発明のスラリー組成物は、25℃での粘度が、例えば、60mPa・s以上、更に70mPa・s以上、更に100mPa・s以上、そして、890mPa・s以下、更に600mPa・s以下、更に400mPa・s以下であってよい。この粘度は、東機産業株式会社製のB型粘度測定装置TVB-10を用いてローターの回転速度3~60rpmで測定できる。スラリー組成物の粘度が、上記範囲であれば、電子部品や自動車排ガス処理用触媒などの製造に用いるスラリー組成物として好ましく用いることができ、高品質の電子部品や、自動車排ガス処理用触媒などの製造が可能となる。 The viscosity of the slurry composition of the present invention at 25°C may be, for example, 60 mPa·s or more, further 70 mPa·s or more, further 100 mPa·s or more, and 890 mPa·s or less, further 600 mPa·s or less, and further 400 mPa·s or less. This viscosity can be measured using a B-type viscosity measuring device TVB-10 manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. at a rotor rotation speed of 3 to 60 rpm. If the viscosity of the slurry composition is within the above range, it can be preferably used as a slurry composition for producing electronic components, catalysts for treating automobile exhaust gases, etc., enabling the production of high-quality electronic components, catalysts for treating automobile exhaust gases, etc.
<分散剤の製造方法>
本発明の分散剤及び該分散剤に含まれる共重合体の製造方法について、詳細に説明する。なお、本発明の分散剤及び共重合体の製造方法は、記載された態様に限定されるものではない。本発明の分散剤や共重合体の製造方法における、分散剤や共重合体の好ましい態様は、上記本発明の分散剤や共重合体の好ましい態様と同じである。本発明の分散剤における共重合体等の好ましい含有量は、分散媒の製造における好ましい配合量と置き換えて適用できる。また、本発明の共重合体を構成する構成単位の好ましい比率は、本発明の共重合体の製造における好ましいモノマーの配合量と置き換えて適用できる。
<Method of producing dispersant>
The dispersant of the present invention and the method for producing the copolymer contained in the dispersant will be described in detail. Note that the method for producing the dispersant and copolymer of the present invention are not limited to the described embodiments. Preferred embodiments of the dispersant and copolymer in the method for producing the dispersant and copolymer of the present invention are the same as the preferred embodiments of the dispersant and copolymer of the present invention described above. The preferred content of the copolymer, etc. in the dispersant of the present invention can be applied by replacing it with the preferred blending amount in the production of the dispersion medium. Furthermore, the preferred ratio of the structural units constituting the copolymer of the present invention can be applied by replacing it with the preferred blending amount of the monomer in the production of the copolymer of the present invention.
ここでは、本発明の共重合体の製造方法について、詳細に説明する。本発明の共重合体は、水を反応媒体として含む反応系で製造することができる。そして、反応後、得られた本発明の共重合体を含む混合物は、そのまま本発明の分散剤として用いることができる。 Here, we will explain in detail the method for producing the copolymer of the present invention. The copolymer of the present invention can be produced in a reaction system containing water as a reaction medium. After the reaction, the resulting mixture containing the copolymer of the present invention can be used as is as the dispersant of the present invention.
まず、攪拌機、温度計、還流冷却管、窒素導入管、及び滴下ロート等を備えた反応容器に、溶媒としてイオン交換水を仕込み、窒素気流下で加熱後、温度を維持する。次に、予め混合溶解した各モノマー、過硫酸塩水溶液及び連鎖移動剤をそれぞれ別の滴下ロートから所定時間をかけて滴下し重合反応を行う。滴下終了後、所定時間熟成し(熟成開始から所定時間経過後、例えば15分後に過硫酸塩水溶液を添加する)重合反応を完結させる。その後、温度を保持しながらpHが6~7となるように中和剤を滴下して中和し、本発明の共重合体を得る。なお、共重合体を酸の形態で用いる場合は中和剤を滴下しないで、酸の形態の共重合体を本発明の分散剤とすることもできる。このとき、分散剤のpHは、例えば、2程度である。 First, ion-exchanged water is charged as a solvent into a reaction vessel equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, nitrogen inlet tube, and dropping funnel. The mixture is heated under a nitrogen stream and then maintained at the temperature. Next, the monomers, persulfate aqueous solution, and chain transfer agent, which have been mixed and dissolved in advance, are added dropwise from separate dropping funnels over a predetermined time period to carry out the polymerization reaction. After the addition is complete, the mixture is aged for a predetermined time (the persulfate aqueous solution is added after a predetermined time has elapsed since the start of aging, for example, 15 minutes), and the polymerization reaction is completed. Subsequently, while maintaining the temperature, a neutralizing agent is added dropwise to neutralize the mixture to a pH of 6-7, thereby obtaining the copolymer of the present invention. When the copolymer is used in the form of an acid, the acid copolymer can be used as the dispersant of the present invention without adding the neutralizing agent dropwise. In this case, the pH of the dispersant is, for example, about 2.
重合反応には重合を容易に開始・促進させるための重合開始剤を使用することが好ましい。重合開始剤としては、例えば、過酸化水素、過硫酸アンモニウムなどが挙げられる。
重合反応には更に連鎖移動剤を添加してもよい。連鎖移動剤としては、例えば、イソプロピルアルコール、2-メルカプトエタノール、メルカプトリンゴ酸、メルカプトグリセロール、3-メルカプトプロピオン酸、ブチルメルカプタン、次亜リン酸アンモニウムなどが挙げられる。
The polymerization reaction is preferably carried out using a polymerization initiator to easily initiate and accelerate the polymerization, such as hydrogen peroxide or ammonium persulfate.
A chain transfer agent may be further added to the polymerization reaction, such as isopropyl alcohol, 2-mercaptoethanol, mercaptomalic acid, mercaptoglycerol, 3-mercaptopropionic acid, butyl mercaptan, and ammonium hypophosphite.
共重合体の分子量の制御のしやすさの観点から、重合方法としては、各滴下ロートにそれぞれの薬剤を仕込み、所定の時間にて滴下する重合方法が好ましい。重合時及びその後の熟成時の温度としては、反応を容易に進行させる観点から、好ましくは75℃以上、より好ましくは78℃以上、更に好ましくは81℃以上、そして、好ましくは110℃以下、より好ましくは105℃以下、更に好ましくは100℃以下である。 From the viewpoint of ease of control of the molecular weight of the copolymer, a polymerization method in which each agent is charged into a dropping funnel and added dropwise at a predetermined time is preferred. To facilitate the reaction, the temperature during polymerization and subsequent aging is preferably 75°C or higher, more preferably 78°C or higher, even more preferably 81°C or higher, and preferably 110°C or lower, more preferably 105°C or lower, and even more preferably 100°C or lower.
共重合体を中和して塩とするために添加する中和剤としては、例えば、アミン、アンモニウム化合物などが挙げられる。アミン及びアンモニウム化合物としては、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化トリエチルメチルアンモニウム、アンモニア水溶液などが挙げられる。 Neutralizing agents added to neutralize the copolymer to form a salt include, for example, amines and ammonium compounds. Examples of amine and ammonium compounds include monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylamine, tributylamine, tetramethylammonium hydroxide, triethylmethylammonium hydroxide, and aqueous ammonia solution.
本発明の分散剤は、粉体と分散媒を含むスラリー組成物の粘度低減及び微細な分散粒子を含むスラリー組成物の長期安定性に優れる。本発明の分散剤は、例えば、電子材料用粉体、研磨材用粉体、自動車排ガス処理用触媒粉体並びに一次電池又は二次電池用粉体を分散媒に分散させる用途に適用できる。本発明の分散剤は、とりわけ、電子材料用粉体として使用される粉体の分散に好適である。 The dispersant of the present invention reduces the viscosity of a slurry composition containing a powder and a dispersion medium, and provides excellent long-term stability for a slurry composition containing fine dispersed particles. The dispersant of the present invention can be used to disperse, for example, powders for electronic materials, powders for abrasives, catalyst powders for automobile exhaust gas treatment, and powders for primary or secondary batteries in a dispersion medium. The dispersant of the present invention is particularly suitable for dispersing powders used as powders for electronic materials.
<スラリー組成物の製造方法>
本発明のスラリー組成物の製造方法について、詳細に説明する。スラリー組成物の製造には、上記分散剤、粉体、及び分散媒を好ましく用いることができる。また、上記スラリー組成物の好ましい配合量は、スラリー組成物の製造方法における好ましい配合量であり、上記スラリー組成物の好ましい含有量は、スラリー組成物の製造方法における配合量と置き換えて適用することができる。
<Method for producing slurry composition>
The method for producing a slurry composition of the present invention will be described in detail. The above-mentioned dispersant, powder, and dispersion medium can be preferably used for producing the slurry composition. The preferred blending amount of the slurry composition is the preferred blending amount in the method for producing the slurry composition, and the preferred content of the slurry composition can be applied by replacing the blending amount in the method for producing the slurry composition.
本発明は、本発明の分散剤、粉体、及び分散媒を混合して、分散媒に粉体を分散させる工程を有する、スラリー組成物の製造方法を提供する。また、本発明は、本発明の共重合体、粉体、及び本発明の分散媒を混合して、分散媒に粉体を分散させる工程を有する、スラリー組成物の製造方法を提供する。 The present invention provides a method for producing a slurry composition, which includes the steps of mixing the dispersant of the present invention, a powder, and a dispersion medium, and dispersing the powder in the dispersion medium. The present invention also provides a method for producing a slurry composition, which includes the steps of mixing the copolymer of the present invention, a powder, and the dispersion medium of the present invention, and dispersing the powder in the dispersion medium.
本発明のスラリー組成物の製造方法は、例えば、本発明の分散剤を溶解した水溶液に粉体を添加し、攪拌、混合する方法、あるいは、粉体に分散媒と本発明の分散剤を加えて攪拌、混合する方法などが挙げられる。本発明のスラリー組成物の攪拌、混合には、一般的な攪拌装置が使用できる。攪拌装置は、例えば、ホモディスパー、ホモミキサー、ボールミル、ビーズミル又はペイントシェーカーなどが挙げられる。スラリー組成物の攪拌温度は、本発明の分散剤と粉体とを容易に混合させる観点から、好ましくは20℃以上、より好ましくは23℃以上、更に好ましくは25℃以上、そして、好ましくは60℃以下、より好ましくは50℃以下、更に好ましくは40℃以下である。 The slurry composition of the present invention can be produced, for example, by adding a powder to an aqueous solution containing the dispersant of the present invention, followed by stirring and mixing, or by adding a dispersion medium and the dispersant of the present invention to the powder, followed by stirring and mixing. A common stirring device can be used to stir and mix the slurry composition of the present invention. Examples of stirring devices include a homodisper, homomixer, ball mill, bead mill, or paint shaker. The stirring temperature of the slurry composition is preferably 20°C or higher, more preferably 23°C or higher, even more preferably 25°C or higher, and preferably 60°C or lower, more preferably 50°C or lower, and even more preferably 40°C or lower, from the viewpoint of easily mixing the dispersant of the present invention and the powder.
本発明のスラリー組成物の製造方法は、個数平均粒径が10μm以上の粉体粗粒子を、粉砕と同時にスラリー化してスラリー組成物を製造する方法であってもよい。具体的には、粉体粗粒子に分散媒と本発明の分散剤とを添加して、粉砕と同時にスラリー化する方法などが挙げられる。粉体粗粒子の粉砕と同時に粉体をスラリー化する方法では、一般的な攪拌装置が使用できる。攪拌装置は、例えば、ビーズミル又はペイントシェーカーなどが挙げられる。スラリー組成物の攪拌温度は、本発明の水系分散剤と粉体とを容易に混合させる観点から、好ましくは20℃以上、より好ましくは23℃以上、更に好ましくは25℃以上、そして、好ましくは60℃以下、より好ましくは50℃以下、更に好ましくは40℃以下である。 The method for producing the slurry composition of the present invention may be a method for producing a slurry composition by simultaneously grinding and slurrying coarse powder particles having a number-average particle size of 10 μm or more. Specifically, one example is a method in which a dispersion medium and the dispersant of the present invention are added to the coarse powder particles, and the particles are simultaneously ground and slurried. A typical stirring device can be used in the method for simultaneously grinding and slurrying the coarse powder particles. Examples of stirring devices include a bead mill or a paint shaker. The stirring temperature for the slurry composition is preferably 20°C or higher, more preferably 23°C or higher, even more preferably 25°C or higher, and preferably 60°C or lower, more preferably 50°C or lower, and even more preferably 40°C or lower, from the viewpoint of easily mixing the aqueous dispersant of the present invention with the powder.
本発明のスラリー組成物中、粉体の平均粒子径は、分散性向上の観点から、好ましくは70nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは200nm以上であり、そして、分散性向上の観点から、好ましくは1000nm以下、より好ましくは800nm以下、更に好ましくは700nm以下である。スラリー組成物中の粉体の平均粒子径は、レーザー散乱型粒径測定装置(株式会社堀場製作所製 LA-920)で測定できる。スラリー組成物中の粉体の平均粒子径は、スラリー組成物中の分散粒子の平均粒子径であってよい。 In the slurry composition of the present invention, the average particle size of the powder is preferably 70 nm or more, more preferably 100 nm or more, and even more preferably 200 nm or more, from the viewpoint of improving dispersibility. Also, from the viewpoint of improving dispersibility, it is preferably 1000 nm or less, more preferably 800 nm or less, and even more preferably 700 nm or less. The average particle size of the powder in the slurry composition can be measured using a laser scattering particle size analyzer (LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.). The average particle size of the powder in the slurry composition may be the average particle size of dispersed particles in the slurry composition.
<粉体の分散方法>
本発明は、構成単位(I)と、構成単位(II)とを含む共重合体を含み、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(II)の割合が、10質量%を超え50質量%未満であり、前記共重合体中、金属イオン含有量が100ppm以下である分散剤を用いて、粉体を分散媒に分散させる工程を含む、粉体の分散方法を提供する。
<Method for dispersing powder>
The present invention provides a method for dispersing a powder, the method comprising the step of dispersing the powder in a dispersion medium using a dispersant that includes a copolymer containing structural units (I) and (II), wherein the proportion of structural unit (II) is more than 10 mass% and less than 50 mass%, where the total of structural units (I) and (II) is 100 mass%, and the metal ion content in the copolymer is 100 ppm or less.
本発明の粉体の分散方法における、分散剤、粉体、分散媒などの好ましい態様は、上記本発明の分散剤、粉体、分散媒、スラリー組成物及びスラリー組成物の製造方法などで述べた好ましい態様と同じである。 Preferred embodiments of the dispersant, powder, dispersion medium, etc. in the powder dispersion method of the present invention are the same as those described above for the dispersant, powder, dispersion medium, slurry composition, and method for producing a slurry composition of the present invention.
以上のように、本発明の分散剤によれば、例えば、スラリー組成物における粉体の分散性が向上する、また、スラリー組成物の粘度を低減させて、スラリー組成物を用いた作業の作業性を向上できる。これにより、例えば、各製造プロセスにおける生産性の向上、触媒活性の向上、並びに電子部品の小型化、高速化、低消費電力、高効率化及び高容量化などに寄与できる。 As described above, the dispersant of the present invention can, for example, improve the dispersibility of powders in a slurry composition and reduce the viscosity of the slurry composition, thereby improving the workability of operations using the slurry composition. This can contribute, for example, to improved productivity in each manufacturing process, improved catalytic activity, and the miniaturization, speedup, reduced power consumption, increased efficiency, and increased capacity of electronic components.
本発明のスラリー組成物、分散剤、スラリー組成物の製造方法、分散剤の製造方法及び粉体の分散方法は、半導体製造プロセス、電子材料製造プロセス、ファインセラミックス製造プロセス、自動車排ガス処理装置の製造プロセス、触媒製造プロセス、一次電池又は二次電池製造プロセス、水溶性印刷インキ製造プロセスなどの用途に用いることができる。 The slurry composition, dispersant, method for producing a slurry composition, method for producing a dispersant, and method for dispersing powder of the present invention can be used in applications such as semiconductor manufacturing processes, electronic material manufacturing processes, fine ceramic manufacturing processes, automobile exhaust gas treatment device manufacturing processes, catalyst manufacturing processes, primary or secondary battery manufacturing processes, and water-soluble printing ink manufacturing processes.
本発明のスラリー組成物は、化学機械研磨(CMP)用スラリー、電子材料用スラリー、自動車排ガス処理装置製造用スラリー、触媒製造用スラリー、一次電池又は二次電池製造用スラリー、水溶性印刷インキ製造スラリーであってよい。
化学機械研磨用スラリーは、例えば、シリカ粉末又は酸化セリウム粉末などのスラリーが挙げられる。電子材料用スラリーとしては、例えば、誘電体セラミック粉末のスラリーが挙げられる。自動車排ガス処理用スラリーは、例えば、アルミナなどの担体に貴金属触媒を付着させた粉体(自動車排ガス処理用触媒粉体)のスラリーが挙げられる。一次電池又は二次電池製造用スラリーは、例えば、カーボンナノチューブ(CNT)や正極又は負極活物質などのスラリーが挙げられる。本発明の分散剤は、これらスラリーの分散剤として使用できる。
The slurry composition of the present invention may be a slurry for chemical mechanical polishing (CMP), a slurry for electronic materials, a slurry for manufacturing automobile exhaust gas treatment devices, a slurry for manufacturing catalysts, a slurry for manufacturing primary or secondary batteries, or a slurry for manufacturing water-soluble printing inks.
Examples of slurries for chemical mechanical polishing include slurries containing silica powder or cerium oxide powder. Examples of slurries for electronic materials include slurries containing dielectric ceramic powder. Examples of slurries for automobile exhaust gas treatment include slurries containing powders in which a noble metal catalyst is attached to a support such as alumina (catalyst powders for automobile exhaust gas treatment). Examples of slurries for manufacturing primary or secondary batteries include slurries containing carbon nanotubes (CNTs) or positive or negative electrode active materials. The dispersant of the present invention can be used as a dispersant for these slurries.
以下、本発明を、その実施例及び比較例により、更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。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
〔共重合体の重量平均分子量の測定方法〕
実施例及び比較例において、共重合体の重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定した。具体的には、HLC-8120GPC(東ソー株式会社製)測定装置を用い、上記の条件で、共重合体の重量平均分子量を測定した。
[Method for measuring weight average molecular weight of copolymer]
In the examples and comparative examples, the weight-average molecular weight of the copolymer was measured by GPC (gel permeation chromatography). Specifically, the weight-average molecular weight of the copolymer was measured using a measuring device HLC-8120GPC (manufactured by Tosoh Corporation) under the above-mentioned conditions.
〔共重合体中の金属イオン含有量の測定方法〕
共重合体中のナトリウムイオン量を測定し、共重合体中の金属イオン含有量を算出した。ナトリウムイオン量はフレームレス式原子吸光により測定した。具体的な条件は以下のとおりである。なお、共重合体中のナトリウムイオン含有量は、共重合体中の金属イオン含有量とみなすことができる。また、表中の共重合体中の金属イオン含有量は、共重合体の質量に対する金属イオンの含有量である。
フレームレス原子吸光装置(アジレント・テクノロジー株式会社製)
ランプ電流:5.0mA
測定波長:589.0nm
ガス圧力:アルゴン供給圧力0.2MPa
試料注入量:20μL
[Method for measuring metal ion content in copolymer]
The amount of sodium ions in the copolymer was measured, and the metal ion content in the copolymer was calculated. The amount of sodium ions was measured by flameless atomic absorption spectrometry. The specific conditions are as follows. The sodium ion content in the copolymer can be considered as the metal ion content in the copolymer. The metal ion content in the copolymer in the table is the content of metal ions relative to the mass of the copolymer.
Frameless atomic absorption spectrometer (Agilent Technologies)
Lamp current: 5.0mA
Measurement wavelength: 589.0nm
Gas pressure: argon supply pressure 0.2 MPa
Sample injection volume: 20 μL
〔分散剤の調製(実施例1~15、比較例1~8)〕
表1に示す分散剤(実施例1~15、比較例1~8)を、以下の方法で調製した。
[Preparation of Dispersants (Examples 1 to 15, Comparative Examples 1 to 8)]
The dispersants shown in Table 1 (Examples 1 to 15, Comparative Examples 1 to 8) were prepared by the following method.
(実施例1)
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、イオン交換水72.8gを仕込んだ。次に、窒素気流下で100℃まで加熱した後、この温度を維持しながら、予め溶解混合したメトキシポリエチレングリコール(EO23モル)メタクリレート(新中村化学工業株式社製)85.0g及びメタクリル酸(三菱ケミカル株式会社製)15.0gと、2.9質量%2-メルカプトエタノール水溶液(東京化成工業株式会社製)60.0gと、2質量%過硫酸アンモニウム水溶液(三菱ガス化学株式会社製)17.0gの3つの溶液をそれぞれ別の滴下ロートから2時間かけて滴下し重合反応を行った。滴下終了後、100℃で3時間熟成し(熟成開始15分後に2質量%過硫酸アンモニウム水溶液1.5gを添加)重合反応を完結させた。次に、分散剤の着色防止のため、35質量%過酸化水素水(三菱ガス化学株式会社製)3.3gを滴下し、更に1時間熟成した。40℃まで冷却後、イオン交換水で濃度調整を行い、共重合体を含む分散剤を得た。そして、共重合体の重量平均分子量(Mw)をGPCで測定した。共重合体のMwは、19,600であった。また、共重合体中のナトリウムイオン濃度は、51ppmであった。
Example 1
A reaction vessel equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, nitrogen inlet tube, and dropping funnel was charged with 72.8 g of ion-exchanged water. Next, after heating to 100 ° C. under a nitrogen stream, while maintaining this temperature, 85.0 g of methoxypolyethylene glycol (EO 23 mol) methacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) and 15.0 g of methacrylic acid (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), 60.0 g of a 2.9 mass% 2-mercaptoethanol aqueous solution (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and 17.0 g of a 2 mass% ammonium persulfate aqueous solution (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.) were each added dropwise from separate dropping funnels over 2 hours to carry out a polymerization reaction. After completion of the dropwise addition, the mixture was aged at 100 ° C. for 3 hours (1.5 g of a 2 mass% ammonium persulfate aqueous solution was added 15 minutes after the start of aging) to complete the polymerization reaction. Next, to prevent discoloration of the dispersant, 3.3 g of 35% by mass hydrogen peroxide solution (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.) was added dropwise, and the mixture was further aged for 1 hour. After cooling to 40°C, the concentration was adjusted with ion-exchanged water to obtain a dispersant containing a copolymer. The weight average molecular weight (Mw) of the copolymer was then measured by GPC. The Mw of the copolymer was 19,600. The sodium ion concentration in the copolymer was 51 ppm.
(比較例1)
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、イオン交換水72.8gを仕込んだ。次に、窒素気流下で100℃まで加熱した後、この温度を維持しながら、予め溶解混合したメトキシポリエチレングリコール(EO23モル)メタクリレート(新中村化学工業株式会社製)85.0g及びメタクリル酸(三菱ケミカル株式会社製)15.0gと、2.9質量%2-メルカプトエタノール水溶液(東京化成工業株式会社製)60.0gと、2質量%過硫酸ナトリウム水溶液(三菱ガス化学株式会社製)17.0gの3つの溶液をそれぞれ別の滴下ロートから2時間かけて滴下し重合反応を行った。滴下終了後、100℃で3時間熟成し(熟成開始15分後に2質量%過硫酸ナトリウム水溶液1.5gを添加)重合反応を完結させた。次に、分散剤の着色防止のため、35質量%過酸化水素水(三菱ガス化学株式会社製)3.3gを滴下し、更に1時間熟成した。40℃まで冷却後、イオン交換水で濃度調整を行い、共重合体を含む分散剤を得た。この共重合体の重量平均分子量(Mw)をGPCで測定した。共重合体のMwは19,700であった。また、共重合体中のナトリウムイオン濃度は、730ppmであった。
(Comparative Example 1)
A reaction vessel equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, nitrogen inlet tube, and dropping funnel was charged with 72.8 g of ion-exchanged water. Next, after heating to 100 ° C. under a nitrogen stream, while maintaining this temperature, 85.0 g of methoxypolyethylene glycol (EO 23 mol) methacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) and 15.0 g of methacrylic acid (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) were dissolved and mixed in advance. 60.0 g of a 2.9 mass% 2-mercaptoethanol aqueous solution (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and 17.0 g of a 2 mass% sodium persulfate aqueous solution (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.) were each added dropwise from separate dropping funnels over 2 hours to carry out a polymerization reaction. After completion of the dropwise addition, the mixture was aged for 3 hours at 100 ° C. (1.5 g of a 2 mass% sodium persulfate aqueous solution was added 15 minutes after the start of aging) to complete the polymerization reaction. Next, to prevent discoloration of the dispersant, 3.3 g of 35% by mass hydrogen peroxide solution (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.) was added dropwise, and the mixture was further aged for 1 hour. After cooling to 40°C, the concentration was adjusted with ion-exchanged water to obtain a dispersant containing a copolymer. The weight average molecular weight (Mw) of this copolymer was measured by GPC. The Mw of the copolymer was 19,700. The sodium ion concentration in the copolymer was 730 ppm.
(比較例2)
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、イオン交換水72.8gを仕込んだ。次に窒素気流下で100℃まで加熱した後、この温度を維持しながら、予め溶解混合したメトキシポリエチレングリコール(EO23モル)メタクリレート(新中村化学工業株式会社製)85.0g及びメタクリル酸(三菱ケミカル株式会社製)15.0gと、2.9質量%2-メルカプトエタノール水溶液(東京化成工業株式会社製)60.0gと、2質量%過硫酸ナトリウム水溶液3.5gと2質量%過硫酸アンモニウム水溶液13.6gとの混合液(何れも三菱ガス化学株式会社製)の3つの溶液をそれぞれ別の滴下ロートから2時間かけて滴下し重合反応を行った。滴下終了後、100℃で3時間熟成し(熟成開始15分後に2質量%過硫酸ナトリウム水溶液0.3gと2質量%過硫酸アンモニウム水溶液1.2gとの混合液を添加)重合反応を完結させた。次に分散剤の着色防止のため、35質量%過酸化水素水(三菱ガス化学株式会社製)3.3gを滴下し、更に1時間熟成した。40℃まで冷却後、イオン交換水で濃度調整を行い、共重合体を含む分散剤を得た。そして、共重合体の重量平均分子量(Mw)をGPCで測定した。共重合体のMwは19,700であった。また、共重合体中のナトリウムイオン濃度は、150ppmであった。
(Comparative Example 2)
A reaction vessel equipped with a stirrer, thermometer, reflux condenser, nitrogen inlet tube, and dropping funnel was charged with 72.8 g of ion-exchanged water. Next, after heating to 100 ° C. under a nitrogen stream, while maintaining this temperature, 85.0 g of methoxypolyethylene glycol (EO 23 mol) methacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) and 15.0 g of methacrylic acid (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) dissolved and mixed in advance, 60.0 g of 2.9 mass% 2-mercaptoethanol aqueous solution (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and a mixture of 3.5 g of 2 mass% sodium persulfate aqueous solution and 13.6 g of 2 mass% ammonium persulfate aqueous solution (all manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.) were added dropwise from separate dropping funnels over 2 hours to carry out a polymerization reaction. After completion of the dropwise addition, the mixture was aged for 3 hours at 100 ° C. (a mixture of 0.3 g of 2 mass% sodium persulfate aqueous solution and 1.2 g of 2 mass% ammonium persulfate aqueous solution was added 15 minutes after the start of aging) to complete the polymerization reaction. Next, to prevent discoloration of the dispersant, 3.3 g of 35% by mass hydrogen peroxide solution (manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.) was added dropwise, and the mixture was further aged for 1 hour. After cooling to 40°C, the concentration was adjusted with ion-exchanged water to obtain a dispersant containing a copolymer. The weight average molecular weight (Mw) of the copolymer was then measured by GPC. The Mw of the copolymer was 19,700. The sodium ion concentration in the copolymer was 150 ppm.
(実施例2~15、比較例3~8)
実施例1と同様の方法で、表1に示すモノマー組成比、重量平均分子量(Mw)、中和塩からなる分散剤を調製した。なお、比較例8はポリアクリル酸アンモニウム塩である。
(Examples 2 to 15, Comparative Examples 3 to 8)
Dispersants containing the monomer composition ratio, weight average molecular weight (Mw), and neutralized salt shown in Table 1 were prepared in the same manner as in Example 1. Comparative Example 8 is a polyacrylic acid ammonium salt.
表1中、モノマー組成比(質量比)のメタクリル酸及びアクリル酸は、それぞれ酸型にして記載している。また、表1中の記号は以下の意味であり、下記記号中の括弧内のn及び表1の記号中の括弧内の数字は、エチレンオキサイド(EO)の平均付加モル数である。 In Table 1, the methacrylic acid and acrylic acid in the monomer composition ratios (mass ratios) are listed in their acid forms. The symbols in Table 1 have the following meanings, and the n in parentheses in the symbols below and the number in parentheses in Table 1 represent the average number of moles of ethylene oxide (EO) added.
MePEG(n)MA:メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(新中村化学工業株式会社製)
MePEG(n)AA:メトキシポリエチレングリコールアクリレート(新中村化学工業株式会社製)
PEG(n)MA:ポリエチレングリコールメタクリレート(新中村化学工業株式会社製)
MAA:メタクリル酸(三菱ケミカル株式会社製)
AA:アクリル酸(株式会社日本触媒製)
NH3:アンモニウム塩(中和剤:28質量%アンモニア水溶液(シグマアルドリッチ社製、試薬特級))
MEA:モノエタノールアミン塩(中和剤:モノエタノールアミン(株式会社日本触媒製))
MePEG(n)MA: methoxypolyethylene glycol methacrylate (Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.)
MePEG(n)AA: methoxypolyethylene glycol acrylate (Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.)
PEG(n)MA: Polyethylene glycol methacrylate (Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.)
MAA: Methacrylic acid (Mitsubishi Chemical Corporation)
AA: Acrylic acid (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.)
NH3 : ammonium salt (neutralizer: 28% by mass aqueous ammonia solution (Sigma-Aldrich, special grade reagent))
MEA: Monoethanolamine salt (neutralizer: monoethanolamine (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.))
〔分散性試験〕
分散性については、自動車排ガス処理用触媒の製造に用いられるスラリー組成物に適した粘度範囲となるか否かに基づいて、分散剤の評価を行った。
実施例1~15、比較例1~8の分散剤を使用し、表1に示すスラリー組成物を調製し、得られたスラリー組成物の粘度を測定した。スラリー組成物の粘度が保持されることにより、スラリー組成物中での濃度差の発生が低減されるので、スラリー組成物の粘度が保持されていると、該組成物は、経時的な分散性に優れているといえる。なお、スラリー組成物の粘度が実施例の粘度であれば、自動車排ガス処理用触媒の製造だけでなく、電子部品などの製造に用いられるスラリー組成物としても好ましい。
[Dispersibility test]
Regarding dispersibility, the dispersants were evaluated based on whether they could achieve a viscosity range suitable for a slurry composition used in the production of a catalyst for treating automobile exhaust gases.
Slurry compositions shown in Table 1 were prepared using the dispersants of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 8, and the viscosities of the resulting slurry compositions were measured. Maintaining the viscosity of a slurry composition reduces concentration differences within the slurry composition, and so if the viscosity of a slurry composition is maintained, the composition can be said to have excellent dispersibility over time. Note that if the viscosity of a slurry composition is as shown in the Examples, it is preferable not only for producing catalysts for treating automobile exhaust gases, but also for use as a slurry composition in the production of electronic components and the like.
まず、ディスポビーカー500mLに平均粒径が400nmのアルミナ粉体(住友化学株式会社製、AES-12)を117g、表1に示す各共重合体を含む分散剤、及びイオン交換水を加え、プライミクス社製のホモディスパーで攪拌(2,500rpm×2分間)し、78質量%の粉体スラリー(スラリー組成物)を調製した。分散剤は、アルミナ粉体に対する配合量が、分散剤に含まれる共重合体換算で0.2質量%となるように添加した。 First, 117 g of alumina powder (AES-12, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) with an average particle size of 400 nm, a dispersant containing each copolymer shown in Table 1, and ion-exchanged water were added to a 500 mL disposable beaker, and the mixture was stirred (2,500 rpm x 2 minutes) using a Primix Homodisper to prepare a 78% by mass powder slurry (slurry composition). The dispersant was added so that the blend amount relative to the alumina powder was 0.2% by mass, calculated as the copolymer contained in the dispersant.
スラリー組成物は、各実施例の共重合体を含む分散剤を用いて、pH4、pH7、pH10に調整した組成物をそれぞれ調製した。スラリー組成物のpH調整は、スラリー組成物をホモディスパーで攪拌する前に、スラリー組成物のpHをpHメーター(株式会社堀場製作所製、F-21)で測定しながら、スラリー組成物に酢酸又はアンモニア水溶液を滴下して行った。例えば、pH4のスラリーを調製する場合、スラリー組成物に99.5質量%酢酸(株式会社ダイセル製)を滴下して、スラリー組成物のpHを調整した。また、pH10のスラリーを調製する場合、スラリー組成物に28質量%アンモニア水溶液を滴下して、スラリー組成物のpHを調整した。スラリー組成物のpHの調整は、25℃のスラリー組成物で行った。 Slurry compositions were prepared using dispersants containing the copolymers of each example, with pH adjusted to pH 4, pH 7, and pH 10. The pH of the slurry compositions was adjusted by adding acetic acid or aqueous ammonia solution dropwise to the slurry composition while measuring the pH of the slurry composition with a pH meter (F-21, manufactured by Horiba, Ltd.) before stirring the slurry composition with a homodisper. For example, when preparing a slurry with a pH of 4, the pH of the slurry composition was adjusted by adding 99.5% by mass of acetic acid (manufactured by Daicel Corporation) dropwise to the slurry composition. Furthermore, when preparing a slurry with a pH of 10, the pH of the slurry composition was adjusted by adding 28% by mass of aqueous ammonia dropwise to the slurry composition. The pH of the slurry composition was adjusted with the slurry composition at 25°C.
pH調整された各スラリー組成物で、スラリー組成物を調製した直後の粘度と、スラリー組成物を調製した後25℃で30日保存した後の粘度を測定した。スラリー組成物の粘度の測定は、東機産業株式会社製のB型粘度測定装置TVB-10を用いて、ローターの回転速度3~60rpm、25℃の条件で測定した。結果を表1に示す。実施例のスラリー組成物は、すべてスラリー組成物中の金属イオン含有量が、0.15ppm未満であった。
なお、スラリー組成物の粘度の大小によってローターの回転速度を変化させて粘度の測定を行った。比較例中、100000超は100000を超える値であり、すなわち粘度計における測定上限値を超えるものである。
The viscosity of each pH-adjusted slurry composition was measured immediately after preparation and after storage at 25°C for 30 days after preparation. The viscosity of the slurry composition was measured using a B-type viscometer TVB-10 manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., at a rotor rotation speed of 3 to 60 rpm and 25°C. The results are shown in Table 1. The metal ion content in all of the slurry compositions of the examples was less than 0.15 ppm.
The viscosity was measured by changing the rotor rotation speed depending on the viscosity of the slurry composition. In the comparative examples, "more than 100,000" means a value exceeding 100,000, that is, exceeding the upper limit of measurement by the viscometer.
実施例1~15の分散剤を用いたスラリー組成物は、粉体含有量が同じであるスラリー組成物に比較例1~8の分散剤を用いたものに比べ、pH4~10の領域において、調製直後のスラリー組成物の低粘度化が確認され、その効果が30日経過後も維持されていることから、粉体の分散性に優れていた。
また、アルミナ粉体は、例えば、自動車排ガス処理用触媒の担体として用いられる粉体であり、その表面に貴金属などの触媒が付着している場合も同様の性質(粘性、分散性など)を有するスラリー組成物が得られると考えられる。
The slurry compositions using the dispersants of Examples 1 to 15 were found to have lower viscosity immediately after preparation in the pH range of 4 to 10 compared to slurry compositions with the same powder content but using the dispersants of Comparative Examples 1 to 8, and this effect was maintained even after 30 days, demonstrating excellent powder dispersibility.
Furthermore, alumina powder is a powder used, for example, as a support for catalysts for treating automobile exhaust gases, and it is believed that a slurry composition having similar properties (viscosity, dispersibility, etc.) can be obtained even when a catalyst such as a precious metal is attached to the surface of the powder.
このように、実施例1~15の分散剤は、少量の添加量で、広範囲のpH領域において優れた分散効果(低粘度、微細な分散粒子を含むスラリーの長期安定性)が得られた。
Thus, the dispersants of Examples 1 to 15 provided excellent dispersing effects (low viscosity, long-term stability of slurries containing fine dispersed particles) over a wide range of pH ranges with a small amount of addition.
Claims (11)
分散剤は、(アルコキシ)ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位〔以下、構成単位(I)という〕と、下記一般式(II)で示される化合物由来の構成単位〔以下、構成単位(II)という〕とを含む共重合体を含み、前記共重合体は、全構成単位中、構成単位(I)及び構成単位(II)以外の構成単位の含有量が1質量%以下であり、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(II)の割合が、10質量%を超え40質量%以下であり、前記共重合体中、金属イオン含有量が10ppm以上63ppm以下である、
スラリー組成物の製造方法。
〔式中、R 21 はメチル基又は水素原子を示す。Mは、水素原子又は対イオンである。〕 A method for producing a slurry composition by mixing a dispersant, a powder, and a dispersion medium, comprising:
The dispersant comprises a copolymer containing a structural unit derived from an (alkoxy)polyalkylene glycol (meth)acrylate [hereinafter referred to as structural unit (I)] and a structural unit derived from a compound represented by the following general formula (II) [hereinafter referred to as structural unit (II)], wherein the content of structural units other than structural units (I) and structural units (II) among all structural units in the copolymer is 1 mass% or less , the proportion of structural units (II) is more than 10 mass% and 40 mass% or less, where the total of structural units (I) and (II) is 100 mass%, and the metal ion content in the copolymer is 10 ppm or more and 63 ppm or less.
Method for producing a slurry composition.
[In the formula, R21 represents a methyl group or a hydrogen atom, and M represents a hydrogen atom or a counter ion.]
分散剤は、(アルコキシ)ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート由来の構成単位〔以下、構成単位(I)という〕と、下記一般式(II)で示される化合物由来の構成単位〔以下、構成単位(II)という〕とを含む共重合体を含み、前記共重合体は、全構成単位中、構成単位(I)及び構成単位(II)以外の構成単位の含有量が1質量%以下であり、構成単位(I)及び(II)の合計を100質量%として、構成単位(II)の割合が、10質量%を超え40質量%以下であり、前記共重合体中、金属イオン含有量が10ppm以上63ppm以下であり、
粉体に対する分散剤の配合量が、分散剤に含まれる共重合体換算で、0.05質量%以上3.0質量%以下である、
スラリー組成物。
〔式中、R 21 はメチル基又は水素原子を示す。Mは、水素原子又は対イオンである。〕 A slurry composition comprising a dispersant, a powder, and a dispersion medium,
The dispersant comprises a copolymer containing a structural unit derived from an (alkoxy)polyalkylene glycol (meth)acrylate [hereinafter referred to as structural unit (I)] and a structural unit derived from a compound represented by the following general formula (II) [hereinafter referred to as structural unit (II)], wherein the content of structural units other than structural units (I) and structural units (II) among all structural units in the copolymer is 1 mass% or less , and the proportion of structural unit (II) is more than 10 mass% and 40 mass% or less, where the total of structural units (I) and (II) is 100 mass%, and the metal ion content in the copolymer is 10 ppm or more and 63 ppm or less,
The blending amount of the dispersant relative to the powder is 0.05% by mass or more and 3.0% by mass or less, calculated as the copolymer contained in the dispersant.
Slurry composition.
(In the formula, R21 represents a methyl group or a hydrogen atom, and M represents a hydrogen atom or a counter ion.)
〔式中、R 21 はメチル基又は水素原子を示す。Mは、水素原子又は対イオンである。〕 A dispersant comprising a copolymer containing a structural unit derived from an (alkoxy)polyalkylene glycol (meth)acrylate [hereinafter referred to as structural unit (I)] and a structural unit derived from a compound represented by the following general formula (II) [hereinafter referred to as structural unit (II)], wherein the content of structural units other than structural units (I) and structural units (II) among all structural units in the copolymer is 1 mass% or less , and the proportion of structural unit (II) is more than 10 mass% and 40 mass% or less, where the total of structural units (I) and (II) is 100 mass%, and the metal ion content in the copolymer is 10 ppm or more and 63 ppm or less.
[In the formula, R21 represents a methyl group or a hydrogen atom, and M represents a hydrogen atom or a counter ion.]
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