CN103061201B - 纸的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可以减轻对抄纸装置的污染、提高操作性、具有高施胶性和施胶效果速显性的纸的制造方法。该纸的制造方法为使用烷基和/或烯基烯酮二聚体的纸的制造方法,其特征在于,具有在纸浆中添加包含通式(1)所示的二烯丙基胺系单体a1的单体共聚物A进行抄纸后的纸上涂布烷基和/或烯基烯酮二聚体B的工序,或者在纸浆中添加烷基和/或烯基烯酮二聚体B进行抄纸后的纸上涂布所述共聚物A的工序,固体成分重量比A/B为0.5/9.5~8.5/1.5,(式中,R1和R2表示氢或甲基,R3表示氢或碳数1~4的烷基)。
Description
技术领域
本发明涉及纸的制造方法。
背景技术
目前,在制造纸、木质纤维等的纤维产品时,为了赋予产品耐水性、耐油墨性、耐洇性等,使用施胶剂。作为该施胶剂,通常可以列举以具有羧基的松香或强化松香(马来化松香)为代表的松香系施胶剂,但松香系施胶剂自身难以附着在纤维素纤维中,因此可以组合使用硫酸铝,在pH4.5~6.5的酸性区域进行抄造。因此,存在成纸质量随时间严重变差、废水处理复杂、抄造机器被腐蚀等问题,且在使用廉价填料碳酸钙的情况下,存在由于分解产生二氧化碳的问题。
为了解决这些问题,近年来,在pH6.5~8.0的中性区域下进行施胶的方法引起关注,作为填料,使用廉价的碳酸钙、包含碳酸钙的废旧纸或者造纸或印刷过程中产生的不能再使用的纸(損紙),可以实现施胶系统的封闭化。作为中性施胶剂,可以使用烯酮二聚体系施胶剂、取代环状二元羧酸酐系施胶剂、阳离子不饱和单体与疏水性不饱和单体的共聚物等,由于烯酮二聚体系施胶剂使用方便且通过少量添加就实现高施胶效果,因而被广泛使用。
烯酮二聚体系施胶剂具有可以在宽范围的抄纸pH区域中使用且通过少量添加就能显示出高施胶效果的优点,但作为使用烯酮二聚体系施胶剂赋予纸施胶效果的方法,通常包括在纸浆内部添加施胶剂的制造方法以及将纸浆制片后在纸的表面涂布施胶剂的方法。
但迄今为止,在烯酮二聚体系施胶剂中,烷基烯酮二聚体(AKD)由于具有显示出高施胶效果的特征,因此广泛用作施胶剂。然而,在将AKD用作施胶剂时,向纸浆内部添加AKD的方法中,会产生由水解的AKD对抄纸机器产生污染的问题。此外,该方法在纸浆中生产不完全,不能高效地呈现施胶效果。另一方面,在纸表面涂布AKD的方法完全在纸上生产,能有效地赋予施胶效果。然而,在纸表面上涂布AKD的方法容易降低纸的摩擦系数,在板纸中,输送瓦楞纸板时会引起损坏;在印刷用纸中,用轮转印刷机印刷时,引起纸漂移,使纸产生皱褶,因此存在纸的用途受到限制的问题。
此外,在使用AKD的情况下,内部添加法、表面涂布法在呈现施胶效果上均需要时间,在所谓的“施胶效果速显性”方面存在问题。施胶效果速显性变差,在通过施胶挤压等进行涂布时,吸液量无法控制,吸液量增加,因此引起纸破碎,产生使涂布纸干燥需要热量等的问题。相反,如果为了解决施胶效果速显性,相应地增加AKD的添加量,则由于AKD为蜡成分,纸的摩擦系数降低,引起纸易滑动的问题。
此外,包含AKD的施胶剂多用作在含有淀粉等水溶性高分子的水性连续相中分散的分散液,AKD与水或水溶性高分子中特定的氧或氮原子的反应性较高,难以获得稳定的水性分散液。因此,水溶性高分子的种类选择非常重要,在选择与AKD反应性高的水溶性高分子的情况下,AKD的水解较快,AKD的水分散液的稳定性变差、施胶性降低,伴随产生抄纸机器的污染。作为改善施胶效果速显性的方法,提出了使用以包含AKD的施胶剂和二(甲基)烯丙胺盐、由于水溶性可聚合的非离子化合物为必需成分的共聚物的水分散液的纸的制备方法(参见专利文献1)。然而,根据该方法,能提高速显性,但存在AKD的水解较快、施胶性降低的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特开平6-299494号公报
发明内容
本发明的目的是提供一种能减轻对抄纸装置的污染、提高操作性、具有高施胶性和优异的施胶效果速显性的纸的制造方法。
为解决上述课题,本发明人进行了精心研究,结果发现,通过以特定的比例在纸中分别添加包含特定二烯丙基胺系单体的共聚物以及烷基和/或烯基烯酮二聚体,从而能解决上述课题,完成了本发明。
即,本发明1是一种使用烷基和/或烯基烯酮二聚体的纸的制造方法,其特征在于,具有在纸浆中添加包含通式(1)所示的二烯丙基胺系单体a1的单体共聚物A进行抄纸后的纸上涂布烷基和/或烯基烯酮二聚体B的工序,或者在纸浆中添加烷基和/或烯基烯酮二聚体B进行抄纸后的纸上涂布所述共聚物A的工序,固体成分重量比A/B为0.5/9.5~8.5/1.5,
(式中,R1和R2表示氢或甲基,R3表示氢或碳数1~4的烷基)。
本发明2是一种纸的制造方法,在本发明1的纸的制造方法中,上述共聚物A是将含有1~50mol%通式(1)表示的二烯丙基胺系单体a1和50~99mol%(甲基)丙烯酰胺a2的至少两种单体进行聚合得到。
本发明3是一种纸的制造方法,在本发明1的纸的制造方法中,上述共聚物A将含有1~50mol%二烯丙基胺系单体a1、50~98.09mol%(甲基)丙烯酰胺a2以及0.01~5mol%能与a1和a2共聚的不饱和单体a3的至少三种单体进行聚合得到。
本发明4是一种纸的制造方法,在本发明3的纸的制造方法中,上上述不饱和单体a3是选自阴离子单体、阳离子单体和非离子单体组成的组中的1种以上的单体。
本发明5是一种纸的制造方法,在本发明4的纸的制造方法中,上述阴离子单体选自α,β-不饱和羧酸、α,β-不饱和二元羧酸和它们的盐组成的组中的1种以上。
本发明6是一种纸的制造方法,在本发明1~5任一项所述的纸的制造方法中,上述纸是具有废旧纸浆的纸。
本发明纸的制造方法由于能提供一种满足高施胶性和施胶效果速显的纸,因此尤其是从纸制造后到装运的时间较短,可以用作衬纸或新闻纸等。此外,由此可减轻对抄纸装置的污染,提高操作性。
具体实施方式
本发明的使用烷基和/或烯基烯酮二聚体的纸的制造方法,具有在纸浆中添加包含通式(1)所示的二烯丙基胺系单体a1(以下称为a1)的单体共聚物A(以下称为A成分)进行抄纸后的纸上涂布烷基和/或烯基烯酮二聚体B(以下称为B成分)的工序,或在纸浆中添加烷基和/或烯基烯酮二聚体B进行抄纸后的纸上涂布A成分的工序,固体成分重量比A/B为0.5/9.5~8.5/1.5。
(式中,R1和R2表示氢或甲基,R3表示氢或碳数1~4的烷基)。
上述A成分至少包含通式(1)所示的a1成分。作为a1成分,只要是上述通式(1)表示的成分,就没有特别的限定,可以使用公知的物质。具体地说,可以列举例如二烯丙基胺、二烯丙基甲胺、二烯丙基乙胺、二烯丙基丁胺、二甲代烯丙基胺(dimethallylamine)等。另外,二烯丙基胺可以是盐。作为二烯丙基胺的盐,可以列举上述二烯丙基胺的盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐等无机酸盐;或甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐等有机酸盐。另外,这些物质可以单独使用1种,或将2种以上混合使用。
从施胶效果速显良好的观点来看,优选上述A成分是将含有1~50mol%a1成分和50~99mol%(甲基)丙烯酰胺a2(以下称为a2成分)的至少两种单体进行聚合得到;进一步地,从施胶效果速显更为良好的观点来看,优选是将含有2~30mol%a1成分和70~98mol%a2成分的至少两种单体进行聚合得到。
作为上述a2成分,可以使用丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺。
上述A成分通过进一步含有a1成分、a2成分以外的不饱和单体a3(以下称为a3成分),从而能控制A成分的聚合物结构,因此,从显示施胶效果更为良好的观点看,是优选的。在A成分含有1~50mol%a1成分、50~98.09mol%a2成分的情况下,从不妨害施胶效果的速显并显示良好施胶效果的观点看,优选含有0.01~5mol%a3成分。也就是说,上述A成分优选将含有1~50mol%二烯丙基胺系单体a1、50~98.09mol%(甲基)丙烯酰胺a2以及0.01~5mol%能与a1和a2共聚的不饱和单体a3的至少三种单体进行聚合得到。
上述a3成分是能与构成A成分的单体成分共聚的不饱和单体。作为a3成分,可以列举阴离子单体、阳离子单体、非离子单体等。此外,在不损害本发明目的的范围内,还可以组合使用公知的交联性单体。
作为上述阴离子单体,只要具有阴离子官能团、具有1个自由基聚合性官能团的单体,就没有特别的限定,可以使用公知的物质。作为阴离子官能团,可以列举羧基、磺酸基(-SO3H)、磷酸基(-H2PO4)等。具体地说,作为含有羧基的单体,可以列举(甲基)丙烯酸、巴豆酸等α,β-不饱和一元羧酸;马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、粘康酸、柠康酸等α,β-不饱和二元羧酸等。作为含有磺酸基(-SO3H)的单体,可以列举乙烯基磺酸、苯乙烯磺酸、烯丙基磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸等。作为含有磷酸基(-H2PO4)的单体,可以列举磷酸氢2-(甲基)丙烯酰氧乙基酯(2-(メタ)アクリロイロキシエチルアシッドホスフエート)、磷酸氢3-(甲基)丙烯酰氧丙基酯等。另外,这些阴离子官能团还可以是钠盐、钾盐等碱金属盐类或由氨、胺类形成的铵盐这样的盐。这些单体可以单独使用1种,或将2种以上混合使用。其中,从大幅提高施胶效果的观点看,优选α,β-不饱和一元羧酸、α,β-不饱和二元羧酸和它们的盐。
作为上述阳离子单体,是具有阳离子性官能团、具有1个自由基聚合性官能团的单体,只要是a1成分以外的物质,就没有特别的限定,可以使用公知的物质。作为阳离子官能团,可以列举伯胺基、仲胺基、叔胺基等。作为阳离子官能团,可以列举(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二甲氨基丙酯、(甲基)丙烯酸二乙氨基丙酯、二甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、二乙氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、烯丙基胺等。另外,这些阳离子官能团可以是盐酸、硫酸、甲酸、乙酸等无机酸或有机酸的盐类。此外,可以使用季铵化剂将叔胺基部分地或全部地转化为季铵离子。作为季铵化剂,可以列举例如氯甲烷、溴甲烷等烷基卤化物;氯化苄、溴化苄等芳烷基卤化物;硫酸二甲酯、硫酸二乙酯;环氧氯丙烷;3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化铵;缩水甘油基三烷基氯化铵;氧化苯乙烯;环氧丙烷等。这些单体可以单独使用1种,或将2种以上混合使用。
作为上述非离子单体,只要是具有1个自由基聚合性官能团的单体,就没有特别的限定,可以使用公知的物质。具体地说,可以列举例如碳数1~8的醇等醇类以及丙烯酸或甲基丙烯酸的酯、(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、(甲基)丙烯腈、苯乙烯、苯乙烯衍生物、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、甲基乙烯基醚等。这些单体可以单独使用1种,或将2种以上混合使用。
上述交联性单体只要至少具有2个自由基聚合性官能团,就没有特别的限定,可以使用公知的物质。具体地说,可以列举例如乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯等二(甲基)丙烯酸酯类;甘油二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷·环氧乙烷加成物三丙烯酸酯、亚甲基二(甲基)丙烯酰胺、亚乙基二(甲基)丙烯酰胺、亚己基二(甲基)丙烯酰胺、N,N′-二丙烯酰胺乙酸、N,N′-二丙烯酰胺乙酸甲酯、N,N-苯亚甲基二丙烯酰胺等二(甲基)丙烯酰胺类;己二酸二乙烯酯、癸二酸二乙烯酯等二乙烯酯类;环氧丙烯酸酯类、聚氨酯丙烯酸酯类、(甲基)丙烯酸烯丙酯、邻苯二甲酸二烯丙酯、马来酸二烯丙酯、琥珀酸二烯丙酯、二烯丙基丙烯酰胺、二乙烯基苯、二异丙基苯、N,N-二烯丙基甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、二烯丙基二甲基铵、氯菌酸二烯丙酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯等双官能单体;1,3,5-三丙烯酰氧基六氢-S-三嗪、三烯丙基异氰脲酸酯、N,N-二烯丙基丙烯酰胺、三烯丙基胺、偏苯三酸三烯丙酯等三官能单体;四丙烯酸四羟甲基甲烷酯、均苯四酸四烯丙酯(tetraallylpyromellitate)、N,N,N′,N′-四烯丙基-1,4-二氨基丁烷、四烯丙基胺盐、四烯丙基氧基乙烷等四官能单体等。
上述B成分可以使用烷基和/或烯基烯酮二聚体。具体地说,可以使用例如通式(2)表示的化合物。
(式中,R4和R5是碳数6~30的饱和烃基或碳数6~30的不饱和烃基,R4和R5可以相同,也可以不同)。
在上述通式(2)中,R4或R5的烃基可以列举例如己基、庚基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、二十烷基等烷基;辛烯基、癸烯基、十二烯基、十四烯基、十六烯基、十八烯基、二十烯基等烯基;辛基苯基、壬基苯基、十二烷基苯基等取代苯基;壬基环己基等取代环烷基;苯乙基等芳烷基等。R4、R5并不限于直链烃,还可以是支链烃或环烃。上述B成分列举十八烷基烯酮二聚体、十六烷基烯酮二聚体、十四烷基烯酮二聚体、十二烷基烯酮二聚体等。另外,烯酮二聚体还可以是将不同脂肪酸的混合物二聚后得到的物质。
上述B成分可以是通过公知的方法乳化得到的乳化物来使用。在乳化中,可以使用阳离子化淀粉、木质素磺酸钠、萘磺酸甲醛缩合物等作为乳化分散剂。乳化分散剂的使用量没有特别的限定,通常,相对于100重量份的作为乳化对象物的B成分,以固体成分计,可以使用5~100重量%左右的乳化分散剂。对乳化方法没有特别的限定,只要通过公知的方法进行即可,例如,可以在各种公知的表面活性剂的存在下,使B成分分散获得。作为分散用的方法,可以列举强制乳化、反转乳化、溶剂乳化等方法,优选使用高压均质器的强制乳化法。
本发明中上述A成分和B成分的使用量是A成分与B成分的固体成分重量比A/B为0.5/9.5~8.5/1.5左右,这对于具有高施胶性和施胶效果速显性是必要的。
本发明的纸的制造方法具有在纸浆中添加A成分进行抄纸后的纸上涂布B成分的工序,或在纸浆中添加B成分进行抄纸后的纸上涂布A成分的工序。从可避免A成分和B成分的接触、避免B成分(烷基和/或烯基烯酮二聚体(以下也称为AKD))快速水解以及抑制施胶效果降低的观点出发,上述工序是优选的。更优选在纸浆中添加A成分进行抄纸后的纸上涂布B成分的工序。
上述涂布方法可以使用施胶挤压涂布器、门辊涂布器、比尔刮刀涂布器、压延涂布器(キャレンダー)等。
作为在本发明的纸的制造中使用的纸浆原料的原料浆,可以没有特别限制地使用。具体地说,可以列举L-BKP(阔叶树漂白牛皮纸浆)、N-BPK(针叶树漂白牛皮纸浆)等化学浆;GP(碎木浆)、TMP(热机械浆)等机械浆;废旧纸浆等。尤其是含有废旧纸浆的纸,如果使用含有上述B的施胶剂,目前还很难发挥施胶效果,但根据本发明的纸的制造方法,则即使在具有废旧纸浆的纸中,也能体现良好的施胶效果,因此本发明是有效的。
另外,除了A成分、B成分以外,根据需要,还可以在纸浆或涂布液中添加作为通常使用的制纸用试剂的填料、施胶剂、纸力增强剂、产率提高剂、染料、荧光染料、腐浆控制剂、消泡剂等在纸和板纸的制造中使用的添加剂。
实施例
以下,通过实施例对本发明进行更具体地说明,但本发明并不受这些实施例的限定。此外,在实施例中,没有特别限制的话,“%”和“份”是指“重量%”、“重量份”。
二烯丙基胺系单体与丙烯酰胺的共聚物的制造
合成例1
在具有搅拌机、温度计、回流冷却管、氮气导入管和滴液漏斗的反应装置中,加入1330.0份离子交换水、7.8份二烯丙基胺(0.08mol),然后,用35%稀硫酸将pH调至7。通入氮气,除去反应体系内的氧,之后加热至70℃,添加溶解于20份离子交换水中的3.5份过硫酸铵。接着,在70℃下,在2小时内添加549.4份50%的丙烯酰胺水溶液(3.92mol),在70℃下保温2小时。聚合结束后,加入离子交换水,获得不挥发成分15.5%、pH3.7、粘度(25℃)3600mPa·s的二烯丙基胺系单体与丙烯酰胺的共聚物A。
合成例2~13
在合成例1中,除了a1、a2、其他不饱和单体的种类和使用比例改变为表1所示数据以外,通过与合成例1同样的方法获得共聚物A。另外,作为其他不饱和单体,在组合使用丙烯酸、衣康酸的情况下,在添加到50%丙烯酰胺水溶液中后,添加10%氢氧化钠水溶液,调整pH至7,另外,在组合使用甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯的情况下,在向50%丙烯酰胺水溶液中添加中和所必需的35%稀硫酸后,添加甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯,在pH7下进行合成。结果在表1中示出。
含有烷基和/或烯基烯酮二聚体的施胶剂的制备
AKD-1合成例
将80份烷基烯酮二聚体(以50%硬脂酸与50%棕榈酸的混合物为原料)、185份预先在90℃下糊化1小时的10%阳离子化淀粉糊液(氮含量0.50~0.60%,氧化淀粉通过缩水甘油基三甲基氯化铵进行阳离子改性)、3.75份阴离子性分散剂(萘磺酸甲醛缩合物,花王(株)制造)的40%水溶液和131.25份水,加热至70~80℃,用均质混匀机(特殊機化工業(株)制造)预分散,然后在相同温度下,在250kg/cm2的条件下,通过高压均质器(APV.GAULIN社制造)进行2次分散。马上冷却至25℃,再加入用于调整浓度的水,获得包含不挥发成分20.5%、粘度12.5mPa·s(25℃)、pH3.5(25℃)、平均粒径0.7μm的烷基烯酮二聚体的施胶剂B(AKD-1)。
AKD-2合成例
在AKD-1合成例中,除了将烯酮二聚体的种类改变为如表2所示,通过与AKD-1合成例相同的方法获得包含烷基烯酮二聚体和烯基烯酮二聚体的施胶剂B(AKD-2)。结果在表2中示出。
表2
实施例
向阔叶树漂白牛皮纸浆(L-BKP)加入使浆液浓度为2.0%量的自来水,用加热器叩解至450ml加拿大标准游离度。再用自来水将叩解的纸浆调整至浆液浓度为1.0%。向该纸浆中,依次添加相对于纸浆固体成分10%的碳酸钙、0.5%的硫酸铝、0.7%的阳离子化淀粉(王子工一スK100N)、按照表2记载添加量的合成例1~13所得共聚物A或AKD合成例1~2所得AKD(B),加热至30℃后保持1小时。然后在抄纸机(TappiStandardSheetMachine(矩形))中,以纸张定量50g/m2进行抄纸。手抄的湿纸在线压力5.5kg/cm、传输速度2m/min条件的辊挤压机中进行脱水。湿纸的干燥使用旋转式干燥机,在80℃下进行150秒。然后,使用实验室双辊施胶挤压涂布机,在手抄的纸张上涂布稀释至表2记载添加量的合成例1~13所得共聚物A或AKD合成例1~2所得的AKD(B)。另外,涂布液使用加热至50℃保持1小时的涂布液。然后,使用转鼓式干燥机,在80℃下干燥60秒,获得试验纸。测定所得试验纸干燥后的Cobb施胶度。此外,在恒温恒湿(23℃,50%相对湿度)环境下调湿24小时后,测定1μl液滴施胶度。各试剂的添加量和涂布量以及结果在表3中示出。比较例11在添加共聚物A后立即添加AKD(B)。此外,比较例12同时涂布共聚物A和AKD(B)。
1μl液滴度
基于根据JapanTAPPINo.33的方法,在试验用纸表面滴下1μl水,测定水滴被纸面吸收的时间,测定液滴施胶度(秒)。数字越大,意味着该施胶效果越好。
平均粒径
基于根据激光衍射散射法的粒径测定装置激光衍射粒径分析仪SALD-2000J((株)島津製作所制造)测定平均粒径(μm)。
pH
使用玻璃电极pH计((株)堀場製作所制造),将涂布液的温度调整至40℃,测定pH。
粘度
使试样的温度为25℃,使用Brookfield粘度计,测定粘度(mPa·s)。
Claims (6)
1.一种使用烷基和/或烯基烯酮二聚体的纸的制造方法,其特征在于,具有在纸浆中添加包含通式(1)所示的二烯丙基胺系单体a1的单体共聚物A进行抄纸后的纸上涂布烷基和/或烯基烯酮二聚体B的工序,或者在纸浆中添加烷基和/或烯基烯酮二聚体B进行抄纸后的纸上涂布所述共聚物A的工序,固体成分重量比A/B为0.5/9.5~8.5/1.5,
式中,R1和R2表示氢或甲基,R3表示氢或碳数1~4的烷基。
2.如权利要求1所述的纸的制造方法,其特征在于,上述共聚物A是将含有1~50mol%二烯丙基胺系单体a1、50~99mol%(甲基)丙烯酰胺a2的至少两种单体进行聚合得到。
3.如权利要求1所述的纸的制造方法,其特征在于,上述共聚物A将含有1~50mol%二烯丙基胺系单体a1、50~98.09mol%(甲基)丙烯酰胺a2以及0.01~5mol%能与a1和a2共聚的不饱和单体a3的至少三种单体进行聚合得到。
4.如权利要求3所述的纸的制造方法,其中,上述不饱和单体a3是选自阴离子单体、阳离子单体和非离子单体组成的组中的1种以上的单体。
5.如权利要求4所述的纸的制造方法,其中,上述阴离子单体选自α,β-不饱和羧酸、α,β-不饱和二元羧酸和它们的盐组成的组中的1种以上。
6.如权利要求1~5任一项所述的纸的制造方法,其中,上述纸是具有废旧纸浆的纸。
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