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JPH0618930B2 - チタン系カツプリング剤 - Google Patents
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JPH0618930B2 - チタン系カツプリング剤 - Google Patents

チタン系カツプリング剤

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JPH0618930B2
JPH0618930B2 JP59181531A JP18153184A JPH0618930B2 JP H0618930 B2 JPH0618930 B2 JP H0618930B2 JP 59181531 A JP59181531 A JP 59181531A JP 18153184 A JP18153184 A JP 18153184A JP H0618930 B2 JPH0618930 B2 JP H0618930B2
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carboxylic acid
rosin
based coupling
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道夫 宮本
淳生 東塚
省吾 久代
忠弘 大久保
浩章 吉本
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    • G03G9/08Developers with toner particles
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  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、塗料、プラスチック、接着剤、磁気テープ、
トナー等の、各種複合材料系において、無機の粉体や繊
維等のフィラーの表面を改質し、そのフィラーを使用し
た複合材料の機能や、安定性、分散性、作業性等を改善
するためのカップリング剤に関するものであって、特
に、オルトチタン酸エステルとカルボン酸とを反応させ
てなる、チタン系カップリング剤の改良に関するもので
ある。
従来の技術 従来カップリング剤としては、シラン系のものが最も汎
用されている。しかしながらシラン系カップリング剤
は、改質する対象がガラス、シリカ等の含ケイ素系のも
のに限定され、適用範囲が狭いという欠点を有してい
る。
またシラン系カップリング剤以外に、チタン系カップリ
ング剤も知られている。一般にチタン系カップリング剤
は、シラン系カップリング剤に比べて、より多くの種類
のフィラーに対して有効であり、近年特に注目されてい
る。
チタン系カップリング剤は、一般構造式 (R1O−)aTi(−R2)b で示されるものであって、該式において、R1はアルキ
ル基、R2はアシル基、フェノキシ基、アルコキシ基又
は亜燐酸エステル基を示す。またaは1〜3の数を示
し、bは1〜5の数を示している。このチタン系カップ
リング剤は、オルトチタン酸エステルとカルボン酸とを
反応させて得られ、その具体的な一例として、構造式 (CH3)2CHO−Ti(−OCOC17H35)9 で示されるイソプロピルトリイソステアロイルチタネー
トが挙げられる。
チタン系カップリング剤の用途としては、例えば、プラ
スチックや塗料用のフィラーの改質剤、トナー、磁気テ
ープ、導電性コーティング剤、プラスチック磁石等にお
ける、磁性材料や導電性材料の改質剤としての用途があ
り、さらにフィラーを多量に配合した配合物の、加工性
や耐衝撃性の改良、フィラーとビヒクルとの親和性の改
良、粉体のブロッキング防止や分散性の向上などの作用
がある。
発明が解決しようとする問題点 しかしながらこれらチタン系カップリング剤は、シラン
系カップリング剤に比べればより多くの物質に対しての
改質効果を有するが、カーボンブラックや炭素繊維等、
汎用性の高い炭素系のフィラーに対する改質効果はほと
んど有していない。また磁性体粉末や金属粉に対しての
改質効果も、充分なものとは言えなかった。
本発明はかかる事情に鑑がみなされたものであって、チ
タン系カップリング剤であって、特に炭素系フィラーに
対する改質効果に優れ、磁性体粉末や金属粉に対しても
充分な改質効果を有するチタン系カップリング剤を提供
することを目的とするものである。
問題点を解決する手段 而して本発明は、カルボン酸とオルトチタン酸エステル
とを反応させて得られるチタン系カップリング剤におい
て、前記カルボン酸が、全カルボン酸量の10重量%以
上のロジンを含むことを特徴とするものである。
本発明のカップリング剤は、オルトチタン酸エステルと
カルボン酸とを反応させて得られ、次の反応式に従って
合成される。
Ti(OR1)4+nR2COOH→ Ti(OR1)4−n(OCOR2)n+nR1OH 本発明において使用されるオルトチタン酸エステルとし
ては、テトラプロポキシチタン、テトラn−ブトキシチ
タン、テトラオクトキシチタン、テトラステアロキシチ
タン、イソプロポキシ(2−エチルヘキサンジオラト)
チタン、イソプロポキシ(エタンジオラト)チタンや、
これらの混合物が挙げられる。
而して本発明においては、上記反応式中においてR2
OOHで示されるカルボン酸として、その一部又は全部
にロジンが使用される。
本発明において使用されるロジンとしては、ガムロジ
ン、トール油ロジン、ウッドロジン、又はこれらのロジ
ンの不均化ロジン、水添ロジンなどが挙げられ、また、
これらのロジンから単離された、アビエチン酸、デヒド
ロアビエチン酸などを含み、さらにこれらを混合して使
用することも可能である。
前記カルボン酸として、これらのロジンのみを使用して
も良いが、他のカルボン酸と併用することもできる。
ロジンと併用されるカルボン酸としては、前記オルトチ
タン酸エステルに対して、反応性を有するものであるこ
とが必要であり、その例としてイソステアリン酸、オレ
イン酸、ラウリン酸、オクチル酸、アクリル酸、メタア
クリル酸、オキシ酢酸、安息香酸、大豆油脂肪酸、トー
ル油脂肪酸、ヒマシ油脂肪酸などのカルボン酸や、これ
らの混合物が挙げられる。
カルボン酸として、ロジンと他のカルボン酸とを併用す
る場合のこれらの割合については特に限定されるもので
はないが、ロジンを使用することによる効果を奏するた
めには、全カルボン酸中のロジンの割合が10重量%以
上であることが好ましい。
本発明のチタン系カップリング剤の性状は、併用するロ
ジン以外のカルボン酸の種類や、オルトチタン酸エステ
ルの種類によっても異なるが、全カルボン酸中のロジン
の割合が小さいものは液状であり、その割合がおおむね
50重量%を越えると、室温において半固形乃至固形と
なる。従って、本発明のチタン系カップリング剤を使用
してフィラーの改質をする際に、溶剤などの稀釈剤を使
用しないで直接カップリング剤とフィラーとを接触させ
る処理方法を行うのであれば、作業性を考慮して、チタ
ン系カップリング剤の原料のカルボン酸中のロジンの割
合は、50重量%以下で使用するのがよい。
本発明において、カルボン酸のオルトチタン酸エステル
に対するモル比率(前記反応式におけるnの値)は、
0.2〜3.7程度が適当である。この比率が小さ過ぎ
ると、複合材料中におけるマトリックス成分との親和性
が不充分となり、逆にこの比率が大き過ぎると、フィラ
ーとの反応性に乏しくなる。
本発明のチタン系カップリング剤を製造する場合には、
前述のように、オルトチタン酸エステルと、ロジン又は
ロジンと他のカルボン酸との混合物とを反応させる。反
応は発熱反応であるので、オルトチタン酸エステルの中
に、ロジンを含むカルボン酸又は該カルボン酸の稀釈溶
液を滴下して混合し、反応させるのが良い。また必要に
応じて、反応により副生するアルコールを除去しながら
反応させる。
反応の温度は、60〜170℃程度が適当である。これ
が過度に低温であると反応速度が遅くなり、また逆に高
温に過ぎると、チタン酸エステルや生成したカップリン
グ剤の、分解や重合反応を生じ、また副生したアルコー
ルとカルボン酸とのエステル化反応などの副反応を伴う
ので、好ましくない。
作用 一般にチタン系カップリング剤は、反応性の高い官能基
としてのアルコキシ基(−OR)と、反応性の低い官能
基としてのアシル基(−OCOR)とを有している。フ
ィラーをこのカップリング剤で処理すると、反応性の高
いアルコキシ基がフィラー表面の官能基と反応して、フ
ィラー表面に固着し、他方、反応性の低いアシル基は、
フィラーの外側をとり囲む形で残存する。
そしてそのアシル基は親油性を有しているので、このカ
ップリング剤で処理したフィラーを使用して複合材料を
形成すると、前記アシル基とフィラーを取囲んでいるマ
トリックス成分との親和性が改善されるのである。
而して本発明においては、前記アシル基としてロジンが
含まれており、塗料やトナーなどの複合材料のマトリッ
クス成分との親和性に特に優れているのである。
本発明のカップリング剤を使用してフィラーを改質する
方法は、従来公知の方法から適宜選択して行えばよい。
例えば、チタン系カップリング剤とフィラーとを、直接
混合する方法、溶剤に稀釈したチタン系カップリング剤
とフィラーとを混合し、必要があれば後で溶剤を溜去す
る方法、チタン系カップリング剤とフィラーとを、複合
材料のマトリックス成分に混合する方法、フィラーとマ
トリックス成分とを予め混合しておき、後でチタン系カ
ップリング剤を添加し、混合する方法などがある。
フィラーを改質する際に使用されるチタン系カップリン
グ剤の量は、フィラーや複合材料のマトリックス成分の
種類や、改善しようとする機能の種類によっても異なる
が、通常は、フィラーに対して0.1〜10重量%が適
当である。
発明の効果 本発明によるチタン酸カップリング剤は、ロジンを含ま
ないカルボン酸とオルトチタン酸エステルより合成され
る従来公知のチタン系カップリング剤に比べ、塗料、ト
ナーなどの複合材料の安定性や分散性などを改良する機
能において優れており、複合材料系の諸機能を改善する
ためのカップリング剤として好適である。
実施例 実施例1 テトライソプロポキシチタン1モル部と、ガムロジン3
モル部との反応による、チタン系カップリング剤 攪拌機、温度計、滴下濾斗及び脱溶剤装置を設けた四つ
口フラスコに、テトライソプロポキシチタン100重量
部を仕込み、攪拌下、おだやかに加熱しながら、ガムロ
ジン(X級、酸価167)の、50重量%イソプロパノ
ール溶液710重量部を、1時間30分かけて滴下し
た。フラスコ内の温度がおよそ85℃となったときよ
り、イソプロパノールが溜出を始めたので、これを逐次
溜去した。
ロジン溶液の滴下を終了した後のフラスコ内の温度は、
110℃であった。滴下終了後、この温度でさらに30
分間反応を続けた後に、反応系を減圧して、フラスコ内
のイソプロパノールを溜去した。
イソプロパノールの溜去を終了した時の最終減圧度は、
60mmHgであり、最終温度は、150℃であった。溜去
したイソプロパノールの量は、410部であり、理論値
の418部によく一致している。
生成物は、軟化点89℃の固体であった。生成物の赤外
吸収スペクトルを調べたところ、原料ガムロジンに見ら
れた1696cm-1のカルボン酸の吸収が大きく減少し、
これに代わって、ロジンのカルボン酸とチタンとの結合
による1538cm-1の吸収が現われており、本発明のチ
タン系カップリング剤の生成が認められる。
実施例2 テトライソプロポキシチタン1モル部と、ロジン1モル
部及びトール油脂肪酸2モル部との反応による、チタン
系カップリング剤 実施例1と同じ反応装置に、テトライソプロポキシチタ
ン100重量部を仕込み、おだやかに加熱しながら、ガ
ムロジン(実施例1で使用したもの)118重量部とト
ール油脂肪酸(酸価194、ロジン含有量1.1%)2
03重量部との混合物を、1時間30分かけて滴下し
た。以下実施例1と同じ手順で反応し、副生したイソプ
ロパノールを除去し、液状の反応生成物を得た。溜出し
たイソプロパノールの量は60重量部であり、理論値の
63重量部によく一致した。
生成物の赤外吸収スペクトルを調べたところ、1712
cm-1のカルボン酸の吸収が大幅に減少し、代わってカル
ボン酸とチタンとの結合に基く1540cm-1の吸収が現
われており、ロジンとトール油脂肪酸とを併用したチタ
ン系カップリング剤の生成が認められる。但し、173
6cm-1にカルボン酸エステルの吸収が認められ、トール
油脂肪酸とイソプロパノールとのエステルが僅かながら
副生していることが認められた。
比較例1 テトライソプロポキシチタン1モル部と、トール油脂肪
酸3モル部の反応による、チタン系カップリング剤 実施例1と同じ反応装置に、テトライソプロポキシチタ
ン100重量部を仕込み、おだやかに加熱しながら、ト
ール油脂肪酸(実施例2で使用したもの)305重量部
を1時間30分かけて滴下した。以後実施例1と同じ手
順で反応させ、副生したイソプロパノールを溜去し、液
状の反応生成物を得た。溜出したイソプロパノールの量
は、57重量部であり、理論値の63重量部に近い値で
あった。
原料のトール油脂肪酸及び生成物の赤外吸収スペクトル
を調べたところ、トール油脂肪酸に見られるカルボン酸
の吸収(1710cm-1)が、生成物では大幅に減少し、
代わってカルボン酸とチタンとの結合の吸収(1556
cm-1)が現われ、チタン系カップリング剤の生成が認め
られた。また実施例2の場合と同様に、1736cm-1
カルボン酸のエステルの吸収が認められ、トール油脂肪
酸とイソプロパノールとのエステルが副生していること
が認められた。
比較例2 テトライソプロポキシチタン1モル部と、イソステアリ
ン酸3モル部との反応による、チタン系カップリング剤 実施例1と同じ反応装置に、テトライソプロポキシチタ
ン100重量部を仕込み、おだやかに加熱しながら、イ
ソステアリン酸(酸価190)312重量部を、1時間
30分かけて滴下した。以下、実施例1に示したと同じ
手順で反応させ、副生したイソプロパノールを溜去し、
液状の反応生成物を得た。溜出したイソプロパノールの
量は58重量部であり、理論値の63重量部に近い値で
あった。
原料のイソステアリン酸及び生成物の赤外吸収スペクト
ルを調べたところ、イソステアリン酸に見られるカルボ
ン酸の吸収(1712cm-1)が、生成物では大幅に減少
し、代わってカルボン酸とチタンとの結合の吸収(15
58cm-1)が現われ、チタン系カップリング剤の生成が
認められた。また実施例2の場合と同様に、1736cm
-1にカルボン酸のエステルの吸収が認められ、イソステ
アリン酸とイソプロパノールとのエステルが副生してい
ることが認められた。
性能試験 本発明によるチタン系カップリング剤を使用した場合
の、複合材料の機能向上の効果を確認するため、トナー
用磁性粉に使用した例を参考例1に、塗料用カーボンブ
ラックに使用した例を参考例2に示す。
参考例1 トナーの調整 四三酸化鉄100部に、前記実施例1〜2及び比較例1
〜2で得られた各チタン系カップリング剤の10重量%
トルエン溶液並びにトルエンを、それぞれ20部加え、
充分混合した後、真空乾燥して溶剤を除去した。ボール
ミルで10時間混合した後、スチレン・アクリル樹脂
(三洋化成株式会社製ハイマーSBM−73)100
部、カーボンブラック4部を加え、さらに10時間混合
した。次いでヒートロールで混練し、冷却固化した後、
ジェットミルで粉砕し、平均粒径18μの磁性トナーを
得た。
性能試験 前記操作により調整された各磁性トナーを、50℃の恒
温器中で20日間放置し、トナー粒子の凝集の状態を観
察した。
その結果、実施例1及び実施例2に示す。本発明のチタ
ン系カップリング剤を使用した磁性トナーにあっては、
全く凝集は認められず、良好な流動性を有していた。こ
れに対し比較例1及び比較例2のチタン系カップリング
剤を使用した磁性トナーにあっては、幾分凝集が認めら
れた。また、チタン系カップリング剤を使用しないでト
ルエンのみにより調整した磁性トナーにあっては、顕著
な凝集が認められた。
参考例2 塗料の調整 大豆油変性アルキド樹脂(播磨化成工業株式会社製ハリ
フタールSL−1055、油長62%)を、カーボンブ
ラック(三菱化成株式会社製MA−150)を用いて、
ボールミルで塗料を調整した。
PWCは5重量%とし、樹脂とカーボンブラックとを混
練時に、実施例1〜2及び比較例1〜2で得られたチタ
ン系カップリング剤を、カーボンブラックに対して2.
5重量%添加し、混合して塗料化した。またブランクと
して、チタン系カップリング剤を添加しないものについ
ても、同様の操作で塗料化した。
得られた塗料に、アルキド樹脂固形分に対して、コバル
ト0.05%、鉛0.40%、カルシウム0.10%の
割合で、ドライヤーを添加した後、粘度がフォードカッ
プで25秒となるようにミネラルスピリットで稀釈し、
以下に述べる性能試験をした。
性能試験 粘を調整した塗料を、NO.36バーコーターで、冷間圧
延鋼板(ブライト板)に20〜25μ厚に塗布し、20
℃で7日間乾燥した後、塗膜の物性試験を行った。ま
た、粘度調整後の塗料をガラスピンに密閉し、50℃恒
温器中で14日間放置した後、顔料の分離状態より、塗
料の安定性を評価した。
試験の結果は、次の表の通りであった。
表から、実施例1、2のチタン系カップリング剤で処理
した塗料は、比較例1、2及びブランクに比べ、安定性
及び光沢において優れた結果を示している。
フロントページの続き (72)発明者 吉本 浩章 兵庫県加古川市野口町二屋263番地の5 (56)参考文献 特公 昭57−10891(JP,B2)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カルボン酸とオルトチタン酸エステルとを
    反応させて得られるチタン系カップリング剤において、
    前記カルボン酸が、全カルボン酸量の10重量%以上の
    ロジンを含むことを特徴とする、チタン系カップリング
JP59181531A 1984-08-30 1984-08-30 チタン系カツプリング剤 Expired - Lifetime JPH0618930B2 (ja)

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