JP4614694B2 - 顔料の表面処理のための組成物および方法 - Google Patents

Description

本発明は、顔料組成物、より詳細には表面処理された顔料組成物、表面処理された顔料ディスパージョンおよび顔料粒子の処理方法に関する。

当該分野において、バインダー樹脂またはポリマー溶液のような液体における顔料粒子の分散特性を改善するために顔料粒子を表面処理することが公知である。高分子量ポリマーを使用して、顔料粒子の表面上にコーティングを形成させることにより、顔料粒子の表面を処理する方法がある。高分子量ポリマー分散剤の例は、特許文献１に開示されている。一般的に、高分子量ポリマーは、吸着によって顔料粒子の表面に付着される。

特許文献２は、マクロモノマー（macromonomer）とエチレン性不飽和モノマーを共重合することによって得られる、５０００〜１００，０００の範囲内の重量平均分子量を有する顔料分散樹脂を開示している。マクロモノマーの作製が、このような高分子量ポリマー分散樹脂を製造するために必要である。この特許文献は、マクロモノマーの作製に使用するための、エポキシ含有重合性不飽和モノマー（例えば、グリシジルメタクリレート）を開示している。

特許文献３は、（ａ）カルボキシル基およびカルボキシレート基を有するポリマー、（ｂ）ヒドロキシル基およびエポキシ基を有するポリマー、（ｃ）顔料−分散剤ならびに（ｄ）顔料を含む、着色されたコーティング組成物を開示している。そこで開示されているポリマー（ｂ）は、エポキシ基含有エチレン性不飽和モノマーとヒドロキシル基含有エチレン性不飽和モノマーおよび他の共重合性エチレン性不飽和モノマーとを共重合することによって作製される、高分子量コポリマーである。

ケイ素を含有する表面処理剤（例えば、シリル化剤またはシランカップリング剤）は、一般的に、化学結合を介して顔料粒子の表面へ結合されている。例えば、特許文献４は、シリル化剤またはシランカップリング剤で有機顔料を処理する方法を開示している。そこで開示されているシリル化剤の例は、エポキシ基を含むグリシドキシプロピルトリメトキシシランである。

特許文献５は、顔料粒子のディスパージョンをハロシラン（halosilane）またはオルガノハロシラン（organohalosilane）と接触させ、温度を上昇させて該粒子の表面上にシロキサンを形成させ、そして表面処理された粒子をプレスケーク（presscake）または乾燥粒子として回収することによる、顔料粒子の処理方法を開示している。

特許文献６は、ビニル基、メタクリロイル基、エポキシ基、およびアミノ基からなる群から選択される少なくとも１つの官能基を有するシランカップリング剤でその表面が修飾されている無機粒状物質；ならびに該シランカップリング剤の官能基と反応性である官能基を有する水分散性樹脂を含む、水性コーティング組成物を開示している。該特許文献の例において、グリシドキシプロピル−トリメトキシシランが、エポキシ基を有するシランカップリング剤として使用されている。

ケイ素含有表面処理剤（例えば、アルコキシシラン）は、該処理された顔料に、改善された物性（例えば、高い耐熱性および耐薬品性、良好な分散能、良好な耐候性など）を提供するが、しかし、このような処理された顔料粒子のディスパージョンから得られるフィルムの物性は、ケイ素の存在に起因するバインダー樹脂に対する該処理された粒子の不十分な適合性のために、不十分である。

慣用的に、フラットディスプレイ用のカラーフィルターは、バインダー中に分散された顔料を含有する組成物から形成される着色層を含む。カラーフィルターに良好な光透過率特性を提供するためには、優れた顔料分散特性、小さな顔料粒度、高い分散安定性、および組成物に含有される成分間での良好な適合性を有する顔料組成物を提供することが望ましい。
特開平５−３２０５３３号公報 米国特許第６，５４８，１７４号 米国特許第５，９６９，０４８号 特開平７−３３１１０２号公報 米国特許第６，１２０，５９６号 米国特許第５，７１９，２０６号

本発明の１つの目的は、顔料粒子をケイ素を含まない化合物で処理し、その結果、成分（特に、カラーレジスト（color resist）に含まれるバインダー樹脂）に対する顔料粒子の適合性（compatibility）が改善され得、そしてフィルム特性（例えば、透明度）が増強され得る、顔料組成物を提供することである。

本発明の別の目的は、顔料粒子を処理するための高分子量ポリマーの代わりに、低分子量ケイ素フリーの化合物を使用することにより顔料粒子を処理して、その顔料表面上に薄層を形成させる方法を提供することであり、それによって、分散剤で小さな粒度に分散して、優れた流動性、特に低い粘度および低いＴｉ（チキソトロピックインデックス（thixotropic index））を示し得る、顔料組成物を製造することが可能となる。更に、本発明では、顔料を分散させるために必要とされる分散剤の量は減少され、その結果、該顔料組成物から得られるフィルムの耐熱性（ΔＥａｂで表現される）が増強され得る。

本発明の１局面によれば、顔料組成物は、顔料粒子、および該顔料粒子を表面処理するためのエポキシ化合物を含み、該エポキシ化合物は、一般式：

［式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁴およびＲ⁵は、それぞれ、独立して、水素、または置換もしくは非置換のアルキルであり、あるいは、Ｒ²およびＲ⁴は一緒になって５〜７員環を形成し得、そして
Ｒ⁶は、水素、−ＯＯＣＲ⁷、−ＯＲ⁸、−ＯＯＣ−ＣＲ⁹＝ＣＲ¹⁰Ｒ¹¹；ジフェニル、フェニル、または置換もしくは非置換のアルキルもしくはシクロアルキルを含有するモノエポキシまたはポリエポキシ基；あるいはポリエーテル基を含有するモノエポキシまたはポリエポキシ基であり、
Ｒ⁷、Ｒ⁸、Ｒ¹⁰およびＲ¹¹は、それぞれ、独立して、水素、置換もしくは非置換のアルキル、置換もしくは非置換のシクロアルキル、置換もしくは非置換のアリール、または置換もしくは非置換のアルケニルであり、
Ｒ⁹は、水素、またはアルキルであり、
但し、該エポキシ化合物はケイ素含有基を有さない］
を有する。

本発明の別の局面によれば、顔料ディスパージョン（pigment dispersion）は、分散剤、および該分散剤中に分散された顔料粒子を含み、ここで該顔料粒子は、一般式（Ｉ）を有するエポキシ化合物で処理されている。

本発明の更なる局面によれば、顔料粒子の表面処理法は、以下を包含する：
溶媒の存在下で該顔料粒子とエポキシ化合物とを混合して、スラリーを形成すること；および
高温(elevated temperature)（２０℃〜溶媒の沸点）で該顔料粒子と該エポキシ化合物とを反応させること
［ここで、該エポキシ化合物は一般式（Ｉ）を有する］。
該方法は、スラリーから溶媒を除去し、それによって、表面処理された顔料粒子を乾燥する工程を更に包含し得る。

好ましい実施形態の詳細な説明
本発明において、低分子量エポキシ化合物が使用されて、顔料粒子の表面と反応する。本発明において使用されるエポキシ化合物は、主に、１０００未満のエポキシ当量重量(epoxy equivalent weight)を有する分子構造を主として有する、市販の有機化合物である。顔料粒子を、高温で、低分子量エポキシ化合物で処理すると、それらは、エポキシ化合物と反応し、そしてコーティング層が、物理的および／または化学的結合を介して、顔料粒子の表面上に形成される。

本発明に従う顔料粒子を処理するために好適な低分子量エポキシ化合物は、単独でまたは組み合わせて、１０００未満のエポキシ当量重量を有する従来のエポキシ化合物を含み得る。好ましい化合物は、モノグリシジルまたはポリグリシジルエーテル類およびモノグリシジルまたはポリグリシジルエステル類である。詳細には、本発明に好適なエポキシ化合物としては以下が挙げられ得る：モノエポキシ化合物、例えば脂肪族グリシジルエステル類、脂環式グリシジルエステル類、芳香族グリシジルエステル類、脂肪族グリシジルエーテル類、脂環式グリシジルエーテル類、芳香族グリシジルエーテル類、脂肪族、脂環式もしくは芳香族グリシジルアクリレート、あるいは他の好適なモノエポキシ化合物；ならびにエポキシ樹脂として通常使用されておりそして置換もしくは非置換のアルキルもしくはシクロアルキル、脂肪族基、モノフェノール性基、ジフェノール性基、またはポリエーテル基を含有する、ジエポキシまたはポリエポキシ化合物、および他の好適なポリエポキシ化合物である。

上述のエポキシ化合物の例は、エーテル類、例えば２−エチルヘキシルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、デシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、クレシルグリシジルエーテル、ｐ−ｔｅｒｔブチルフェニルグリシジルエーテル、１，４−ブタンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ビス−２，３−エポキシシクロペンチルグリシジルエーテル、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサンジグリシジルエーテル、およびモノフェノール性もしくはジフェノール性化合物などのモノグリシジルまたはポリグリシジルエーテル類、グリシジルフェノール性エポキシ樹脂、脂環式エポキシ化合物（例えば、シクロヘキセンオキシド、およびシクロペンテンオキシド）、エステル類、例えば、グリシジルエタノエート、グリシジルプロパノエート、グリシジルブチレート、グリシジルバレレート、グリシジルデカノエート、グリシジルウンデカノエート、グリシジルドデカノエート、３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３’，４’−エポキシ−４−シクロヘキシルカルボキシレート、ジグリシジル１，２−シクロヘキサンジカルボキシレートなど、ならびに他のエポキシ化合物、例えばトリグリシジルイソシアヌレート、グリシジルメタクリレート、３，４−エポキシシクロヘキシル（メタ）アクリレートおよびエポキシ基を含有する他のアクリレートモノマーである。

本発明に従って表面処理され得る顔料は、有機または無機顔料であり得る。本発明は、特に、カラーフィルターの製造に使用される顔料に好適である。顔料の例は、pigment blue (PB15:6)、pigment red PR254（ジケトピロロピロール（diketopyrrolo pyrrole））、pigment yellow PY138（キノフタロン）、pigment yellow PY139（イソインドリノン（isoindolinone））、pigment green PG36（フタロシアニン銅）、シリカ、乾式シリカ（fumed silica）などである。

本発明において、顔料をエポキシ化合物で処理するプロセスにおいて使用される顔料を分散するための溶媒は、顔料粒子を分散させるために通常使用されている任意の公知の溶媒であり得る。このような溶媒の例としては、トルエン、キシレン、シクロヘキサノン、およびプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ）が挙げられる。

以下の実施例は、本発明を例示する目的のために提供され、そしていかなる方法によっても本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定される。

実施例（１）
１２．０重量部のpigment blue (PB15:6)を、８０．８重量部の溶媒（トルエン）とミキサーにおいて混合した。２時間の混合後、７．２重量部の２−エチルヘキシルグリシジルエーテル（２−ＥＨＧＥ）を、それが完全に分散されるまでミキサーに徐々に添加した。次いで、約０．３〜０．４ｍｍの寸法を有するシリカ−ジルコニアビーズをミキサーに添加して、得られる混合物が約９０ｎｍの粒度となるまで粉砕した。得られたスラリーを還流温度まで加熱して、反応させた。４時間後、乾燥のためにRotavaporにおいて真空下で溶媒を除去し、そして乾燥された残渣を粉砕して粉末を形成させた。

実施例（２）
６．０重量部のブチルグリシジルエーテル（ＢＧＥ）、１５．０重量部のpigmentgreen (PG36)、および７９重量部のキシレン（溶媒）を、該顔料が完全に分散するまで、撹 拌器を使用して２時間混合した。次いで、混合物を、約０．３〜０．４ｍｍの直径を有 するシリカ−ジルコニアビーズを使用して、１３０ｎｍの粒度まで粉にした。得られた スラリーを９０℃まで加熱して、８時間反応させ、そして次いで、Rotavaporにおいて 真空下で乾燥させてスラリーを濃縮した。最後に、スラリーを乾燥させ、そして粉砕し て粉末を形成させた。

実施例（３）
１．５重量部のグリシジル脂肪族エステル、１０重量部の顔料ＢＴＣＦ（ＰＲ２５４）および８８．５重量部のトルエンを、該顔料が完全に分散するまで、２時間ミキサーにおいて混合した。次いで、混合物を、約０．３〜０．４ｍｍの直径を有するシリカ−ジルコニアビーズを使用して約１５０ｎｍの粒度まで粉砕した。６時間９０℃の温度で反応後、続いてRotavaporにおける真空下で乾燥させて、溶媒を除去し、乾燥させた残渣を粉末化形態に粉砕した。

実施例（４）
２０重量部の顔料２ＲＣＦ（ＰＹ１３９）、６５．５重量部のトルエン、および１０重量部のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ）を、該顔料が完全に分散するまでミキサーにおいて混合した。次いで、混合物を所望の粒度に粉砕し、そして４．５重量部のデシルグリシジルエーテル（ＤＧＥ）をそこに徐々に添加した。得られた混合物を加熱して約９０℃の温度で６時間反応させた後、その圧力を、Rotavaporによって２０ｍｍＨｇまで減少させた。濃縮および乾燥させた残渣を粉末化形態まで粉砕した。

実施例（５）
１２重量部のpigment yellow (PY138)、６５重量部のトルエン、２０重量部のシクロヘキサノンを、２時間ミキサーにおいて混合し、そしてその後、約０．３〜０．４ｍｍの直径を有するシリカ−ジルコニアビーズを使用して粉にして、約１３０ｎｍの粒度を提供した。混合物へ、３重量部のグリシジルメチルメタクリレート（ＧＭＡ）を添加した。６時間９０℃の温度での反応後、続いて、Rotavaporによって２０ｍｍＨｇまで減圧し、濃縮および乾燥させた残渣を粉末まで粉砕した。

実施例（６）
実施例１〜５の各々において作製した粉末２０重量部を、９．０重量部の分散剤（Ｂｙｋ−Ｃｈｅｍｉｅ製のＤｉｓｐｅｒｂｙｋ１６３）および７１重量部のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ）と混合し、続いて粉砕してディスパージョンを形成させた。実施例１〜５において作製した粉末の得られたディスパージョンの粘度値、平均粒度、およびＴｉ値（チキソトロピックインデックス）を、表１に示す。

比較例１〜５
比較例１〜５を、実施例１〜５において顔料を処理するために使用したエポキシ化合物を比較例において省略すること以外は、実施例１〜６と同一の様式で行った。比較例１〜５のディスパージョンの粘度値、平均粒度およびＴｉ値（チキソトロピックインデックス）を、表２に示す。

表（１）および（２）は、比較例１〜５と比較して、本発明に従う実施例１〜５は、より低い粘度値およびより小さい粒度を示すことを表わす。高温（５０℃）で７日間以上保存後、実施例１〜５の粘度および粒度の変化は、比較例１〜５のそれと比較して小さいことが観察された。このことは、実施例１〜５の保存安定性は、比較例１〜５のそれよりも良好であることを示す。表（１）における実施例１〜５のＴｉ値（チキソトロピックインデックス）は、表（２）に示されるＴｉ値よりも低く、そしてニュートン（Newtonion）レオロジーのそれに近い。このことは、実施例１〜５のディスパージョンが良好な流動特性を有することを示す。

実施例７および８
実施例６の手順に従い、２０％および３０％の分散剤（Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ １６３）を含有する顔料ディスパージョンを、実施例２において表面処理されたpigment greenを使用して作製した。得られた顔料ディスパージョンの粘度、平均粒度、および色度レベルを、表３に示す。

比較例７、８および９
実施例６の手順に従い、２０％、３０％および５０％の分散剤（Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ １６３）を含有する顔料ディスパージョンを、表面処理されていないpigment greenを使用して作製した。得られた顔料ディスパージョンの粘度、平均粒度、および色度レベルを、表３に示す。

表３は、比較例７および８はそれぞれ実施例７および８と同量の分散剤を含有しているが、それらは、実施例７および８と比較してより高い粘度およびより大きな平均粒度を有することを示している。実施例８と比較例９との比較により、処理されていない顔料は、実施例８のそれに近いレベルまで粘度および平均粒度を低下させるためには、より多くの量の分散剤（５０％まで）を必要とすることが理解され得る。このことは、顔料を分散させるために必要とされる分散剤の量は、顔料を本発明に従って表面処理した後、減少されることを示している。

実施例７および８ならびに比較例７、８および９の各々の耐熱性は、色差（color difference）（ΔＥａｂ）で表わされ、これは、色度計（Ｏｔｓｕｋａ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．製のＭＣＰＤ）を使用して加熱前後の各々のディスパージョンの色変化を試験することによって測定した。ΔＥａｂ値が小さくなるほど、耐熱性は高くなる。表（３）は、実施例７または８の耐熱性（ΔＥａｂ＝０．８）は、比較例７、８および９のそれよりも高いことを示している。これはまた、実施例７または８の熱安定性が、比較例７、８および９のそれよりも良好であることを示している。

実施例７および８、ならびに比較例７、８および９の各々の適合性は、Ｙ、ｘ、ｙの値によって示され、これらもまた色度計（ＭＣＰＤ）を使用して測定した。Ｙ値が高いほど、光透過率が高くなる。光透過率が高い場合、ディスパージョン中の成分の適合性は良好である。表（３）は、実施例７および８において使用した表面処理された顔料が、比較例７、８および９において使用した表面処理されていない顔料と比較して、分散剤に対してより良好な適合性を有することを示している。

Claims (10)

1. カラーフィルターの光透過性顔料層の形成に適した、表面処理された有機顔料粒子を含む顔料であって、
   該表面処理された有機顔料粒子の個々の粉末は、顔料分散用溶媒の存在下で加熱して、エポキシ化合物と反応させ、該溶媒を乾燥することにより得られ、
   該エポキシ化合物は、一般式：
   

   

   ［式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４およびＲ^５は、それぞれ、独立して、水素、または非置換のアルキルであり、あるいは、Ｒ^２およびＲ^４は一緒になって５〜７員環を形成し得、そして
   Ｒ^６は、水素、−ＯＯＣＲ^７、−ＯＲ^８、−ＯＯＣ−ＣＲ^９＝ＣＲ^１０Ｒ^１１であり、
   Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^１０およびＲ^１１は、それぞれ、独立して、水素、非置換のアルキル、非置換のアリール、または非置換のアルケニルであり、
   Ｒ^９は、水素、またはアルキルである］
   を有する顔料。
2. 前記エポキシ化合物が１０００未満のエポキシ当量重量(epoxy equivalent weight)を有する、請求項１に記載の顔料。
3. 前記エポキシ化合物が、グリシジルエーテル類、グリシジルエステル類および脂環式エポキシ化合物からなる群から選択される、請求項１または２に記載の顔料。
4. 前記エポキシ化合物が、グリシジルメタクリレートおよびグリシジルアクリレートからなる群から選択される、請求項１〜３のいずれかに記載の顔料。
5. 表面処理された有機顔料粒子を含有する顔料を調製する方法であって、
   溶媒の存在下で該有機顔料粒子とエポキシ化合物とを混合して、スラリーを形成すること；
   該スラリーを加熱して該有機顔料粒子を該エポキシ化合物と反応させること；および
   該スラリーから該溶媒を除去し、それによって、表面処理された有機顔料粒子を乾燥すること、
   を包含し、
   ここで、該エポキシ化合物が、一般式：
   

   

   ［式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４およびＲ^５は、それぞれ、独立して、水素、または非置換のアルキルであり、あるいは、Ｒ^２およびＲ^４は一緒になって５〜７員環を形成し得、そして
   Ｒ^６は、水素、−ＯＯＣＲ^７、−ＯＲ^８、−ＯＯＣ−ＣＲ^９＝ＣＲ^１０Ｒ^１１であり、
   Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^１０およびＲ^１１は、それぞれ、独立して、水素、非置換のアルキル、非置換のアリール、または非置換のアルケニルであり、
   Ｒ^９は、水素、またはアルキルである］
   を有する、方法。
6. 前記エポキシ化合物が１０００未満のエポキシ当量重量を有する、請求項５に記載の方法。
7. 前記エポキシ化合物が、グリシジルエーテル類、グリシジルエステル類および脂環式エポキシ化合物からなる群から選択される、請求項５又は６に記載の方法。
8. 前記エポキシ化合物が、グリシジルメタクリレートおよびグリシジルアクリレートからなる群から選択される、請求項５〜７のいずれかに記載の方法。
9. 前記溶媒を除去して、そして前記エポキシ化合物で処理された前記有機顔料粒子を乾燥する工程を更に包含する、請求項５〜８のいずれかに記載の方法。
10. 請求項５〜９のいずれかに記載の方法により得られる顔料。