JP2000273790A - 製紙用内部添加剤および紙の製造方法 - Google Patents
製紙用内部添加剤および紙の製造方法Info
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Abstract
ての諸効果に優れる製紙用添加剤および当該製紙用添加
剤を用いた紙の製造方法を提供すること。 【解決手段】 (メタ)アクリルアミド(A)および
(メタ)アクリルアミド−N−グリコール酸類(B)を
共重合して得られる共重合体を含有してなる製紙用内部
添加剤を用いる。
Description
および当該製紙用添加剤を用いた紙の製造方法に関す
る。本発明の製紙用内部添加剤は、パルプスラリーに添
加する抄紙用瀘水剤、紙力増強剤、填料歩留剤、サイズ
定着剤等として利用できる。特に、本発明の製紙用添加
剤は、抄紙用瀘水剤、紙力増強剤として有用である。
紙、板紙の製造に際し重要視されて来ている。この背景
としては、原木供給事情の悪化に伴い良質のパルプの使
用が制限されたこと、さらには省エネルギーや省資源の
目的で古紙の再利用の必要性が一段と強まったことがあ
げられ、その結果として紙、板紙の改質剤としての製紙
用添加剤は一層不可欠なものとなっている。
上、あるいは紙の多様化に応じた品質向上の目的で、パ
ルプスラリーに添加される濾水性向上剤および紙力増強
剤への依存度とその使用範囲はさらに広まっている。か
かる状況下に製紙用内部添加剤としては、ポリアクリル
アミド系が主流となっている。
使用条件はますます厳しくなってきたため、従来公知の
ポリアクリルアミド系製紙用内部添加剤では、添加剤と
しての効果の点で限界にきている。そのため、性能の向
上を図るべく様々な手段が採られているが、いずれもそ
の効果はいまだ十分ではない。
力強度等の製紙用内部添加剤としての諸効果に優れる製
紙用添加剤および当該製紙用添加剤を用いた紙の製造方
法を提供することを目的とする。
を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す一般式
(1)で表される繰り返し単位を有する、特定分子量の
(メタ)アクリルアミド系共重合体を製紙用添加剤とし
て用いることにより、前記目的を達成できることを見出
し、本発明を解決するに至った。
Na、K、NH4を示す)で表される繰り返し単位を含
んでなる、重量平均分子量30万〜400万の(メタ)
アクリルアミド系共重合体を含有してなる製紙用内部添
加剤;前記製紙用内部添加剤を、パルプスラリーに添加
し、抄造することを特徴とする紙の製造方法、に関す
る。
て、前記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する
(メタ)アクリルアミド系共重合体を用いる。(メタ)
アクリルアミド系共重合体中の前記繰り返し単位は、特
に制限されないが、通常、0.5〜20モル%程度であ
る。紙力効果等を効果的に向上させるには、前記繰り返
し単位を、1モル%以上とするのが好ましい。なお、前
記繰り返し単位が20モル%を超えても紙力効果等の向
上効果はあまりなく、かえってコスト高である。これら
を考慮すれば、前記繰り返し単位を、5モル%以下とす
るのがより好ましい。
共重合体は、たとえば、i)(メタ)アクリルアミド
(A)および(メタ)アクリルアミド−N−グリコール
酸類(B)を共重合する方法、ii)(メタ)アクリルア
ミド系(共)重合体にグリオキシル酸類を反応させる方
法により得られる。
の(メタ)アクリルアミド系共重合体を構成する主構成
単位である。(メタ)アクリルアミド系共重合体が、
(メタ)アクリルアミド(A)と他のモノマーとの共重
合体の場合、(メタ)アクリルアミド(A)は、共重合
体成分中の他のモノマーの残部となるが、(メタ)アク
リルアミド系共重合体が製紙用内部添加剤として十分な
紙力効果等を発揮するには、共重合体成分中、(メタ)
アクリルアミド(A)の使用割合を少なくとも60モル
%とするのが好ましい。より好ましくは80モル%以上
である。なお、(メタ)アクリルアミドとはアクリルア
ミドおよび/またはメタクリルアミドのことをいい、こ
れらは単独使用または併用できる。経済性の面からはア
クリルアミドを単独使用するのがよい。以下本発明にお
いて(メタ)とは同様の意味である。
酸類(B)としては、(メタ)アクリルアミド−N−グ
リコール酸またはそれらの塩があげられる。なお、塩と
しては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属
塩、アンモニウム塩等があげられる。
キシル酸またはそれらの塩が好ましい。なお、塩として
は、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、ア
ンモニウム塩等が挙げられる。
アミド系共重合体を製造する場合には、共重合成分中の
(B)成分の割合を0.5〜20モル%とし、ii)の方
法で(メタ)アクリルアミド系共重合体を製造する場合
には、得られる(メタ)アクリルアミド系共重合体中の
前記一般式(1)で表される繰り返し単位の割合が、
0.5〜20モル%となるようにグリオキシル酸類を適
宜に調整して用いる。
共重合体は、共重合成分として、一般式(2):CH2
=C(R3)−CON(R4)(R5)(R3はHまた
はCH3、R4はHまたは炭素数1〜4の直鎖もしくは
分岐鎖のアルキル基、R5はHまたは炭素数1〜4の直
鎖もしくは分岐鎖のアルキル基)で表されるN−置換
(メタ)アクリルアミド類(C)および/または炭素−
炭素二重結合として(メタ)アリル基を1つ有するモノ
マー(D)を使用することができる。前記一般式(2)
中、R4、R5のアルキル基としては、たとえば、メチ
ル基、エチル基、イソプロピル基、t−ブチル基等があ
げられる。
基またはメチレン性基が連鎖移動点として作用し、(メ
タ)アクリルアミド系共重合体にゲル化を伴うことなく
多くの分岐構造を導入する。(C)成分の具体例として
は、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−メ
チル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アク
リルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド
およびN−t−ブチル(メタ)アクリルアミドがあげら
れる。これら(C)成分のなかでも共重合性、連鎖移動
性の点でN,N−ジメチルアクリルアミドが好ましい。
を1つのみ有し、(メタ)アリル基の他には炭素−炭素
二重結合を有しないモノマーをいう。(D)成分の具体
例としては、(メタ)アリルスルホン酸、(メタ)アリ
ルカルボン酸およびこれらの塩ならびに(メタ)アリル
アルコールから選ばれる少なくとも1種を使用できる。
これら(D)成分のなかでも、得られる(メタ)アクリ
ルアミド系共重合体が高分子量化する点で(メタ)アリ
ルスルホン酸またはその塩が好ましく、特にモノマーの
安定性からメタリルスルホン酸またはその塩がより好ま
しい。なお、塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩等
のアルカリ金属塩、アンモニウム塩等があげられる。
は、共重合成分中、いずれも10モル%以下である。好
ましくは5モル%以下である。アクリルアミド系共重合
体中に、分岐構造を効果的に導入するには、前記(C)
成分、(D)成分の使用割合は、共重合成分中、0.0
5モル%以上、好ましくは0.1モル%以上である。な
お、(C)成分、(D)成分は、いずれか一方のみを使
用することもできるが、(C)成分および(D)成分を
併用するのが好ましい。
系共重合体は、共重合成分として、イオン性ビニルモノ
マー、ノニオン性ビニルモノマーおよび架橋性ビニルモ
ノマーから選ばれる少なくとも1種のビニルモノマー
(E)を用いることができる。但し、ビニルモノマー
(E)から、(A)成分、(B)成分、(C)成分およ
び(D)成分は除く。
リルアミド系共重合体にアニオン性を付与する場合には
アニオン性ビニルモノマーを使用すればよく、得られる
共重合体にカチオン性を付与する場合にはカチオン性ビ
ニルモノマーを使用すればよい。得られる共重合体にア
ニオン性とカチオン性を付与して両性にする場合にはア
ニオン性ビニルモノマーとカチオン性ビニルモノマーの
両者を使用すればよい。
えば(メタ)アクリル酸、クロトン酸、(メタ)アリル
カルボン酸等のα,β−不飽和一塩基酸酸;マレイン
酸、フマール酸、イタコン酸、ムコン酸等のα,β−不
飽和二塩基酸酸;ビニルスルホン酸、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、(メタ)アリルスルホン酸などの有機スルホン酸;
またはこれら各種有機酸のナトリウム塩、カリウム塩等
のアルカリ金属塩、アンモニウム塩等があげられる。こ
れらアニオン性ビニルモノマーは1種または2種以上を
特に制限なく使用できる。
えばN,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレー
ト、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレー
ト、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリル
アミド、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アク
リルアミドなどの第三級アミノ基を有するビニルモノマ
ーまたはそれらの塩酸、硫酸、酢酸などの無機酸もしく
は有機酸の塩類、または該第三級アミノ基含有ビニルモ
ノマーとメチルクロライド、ベンジルクロライド、ジメ
チル硫酸、エピクロルヒドリンなどの四級化剤との反応
によって得られる第四級アンモニウム塩を含有するビニ
ルモノマー等があげられる。
れるアクリルアミド系共重合体に主に疎水性を付与する
ために使用され、単独で共重合成分となる他、前記イオ
ン性ビニルモノマーと組み合わせて併用することもでき
る。ノニオン性ビニルモノマーとしては、前記アニオン
性ビニルモノマーのアルキルエステル(アルキル基の炭
素数1〜8)、アクリロニトリル、スチレン類、酢酸ビ
ニル、メチルビニルエーテルなどがあげられる。
アクリルアミド系共重合体の性能を逸脱しない範囲内で
少量使用することもできる。架橋性ビニルモノマーとし
ては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジ
エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチ
レングリコールジ(メタ)アクリレート等のジ(メタ)
アクリレート類、メチレンビス(メタ)アクリルアミ
ド、エチレンビス(メタ)アクリルアミド、ヘキサメチ
レンビス(メタ)アクリルアミド等のビス(メタ)アク
リルアミド類、アジピン酸ジビニル、セバシン酸ジビニ
ル等のジビニルエステル類、アリルメタクリレート、ジ
アリルアミン、ジアリルジメチルアンモニウム、ジアリ
ルフタレート、ジアリルクロレンデート、ジビニルベン
ゼン、N,N−ジアリルアクリルアミド等の2官能性ビ
ニルモノマー、1,3,5−トリアクリロイルヘキサヒ
ドロ−S−トリアジン、トリアリルイソシアヌレート、
トリアリルアミン、トリアリルトリメリテート等の3官
能性ビニルモノマー、テトラメチロールメタンテトラア
クリレート、テトラアリルピロメリテート、N,N,
N′,N′−テトラアリル−1,4−ジアミノブタン、
テトラアリルアミン塩、テトラアリルオキシエタン等の
4官能性ビニルモノマー、その他にN−メチロールアク
リルアミド等があげられる。これら架橋性ビニルモノマ
ーのなかでも1,3,5−トリアクリロイルヘキサヒド
ロ−S−トリアジン、トリアリルイソシアヌレート等が
好ましい。
ー、ノニオン性ビニルモノマーの使用割合は、共重合成
分中、通常35モル%程度以下、好ましくは30モル%
以下である。なお、(E)成分として、共重合体にアニ
オン性を付与する場合には、前記総モル和に対し、通
常、アニオン性ビニルモノマーを1〜20モル%、好ま
しくは2〜15モル%使用する。共重合体にカチオン性
を付与する場合には、総モル和に対し、通常、カチオン
性ビニルモノマーを1〜20モル%、好ましくは2〜1
5モル%使用する。また、共重合体に両性を付与する場
合には総モル和に対し、通常、アニオン性ビニルモノマ
ーを1〜15モル%、好ましくは2〜10モル%、カチ
オン性ビニルモノマーを1〜15モル%、好ましくは2
〜10モル%使用する。また(E)成分のなかの架橋性
ビニルモノマーの使用割合は、共重合成分中、10モル
%以下である。好ましくは5モル%以下である。
体を前記i)の方法で製造する場合、従来公知の各種方
法により行うことができる。例えば、所定の反応容器に
前記各種モノマー((A)成分および(B成分)、必要
に応じて(C)成分、(D)成分、(E)成分)および
水を仕込み、ラジカル重合開始剤を加え、撹拌下、加温
することにより目的とする水溶性の(メタ)アクリルア
ミド系共重合体を得ることができる。反応温度は、通常
50〜100℃程度、反応時間は1〜5時間程度であ
る。反応濃度(モノマー濃度)は、通常10〜40重量
%程度で行うことができ、高濃度においても重合でき
る。また、得られた共重合体の水溶液は、高濃度の場合
にも希釈することなく使用、保存できる。その他、モノ
マーの仕込み方法は同時重合、連続滴下重合等の従来公
知の各種方法により行うことができる。ラジカル重合開
始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等
の過硫酸塩、またはこれらと亜硫酸水素ナトリウムのご
とき還元剤とを組み合わせた形のレドックス系重合開始
剤等の通常のラジカル重合開始剤を使用できる。また、
前記ラジカル重合開始剤には、アゾ系開始剤を併用して
もよい。ラジカル重合開始剤の使用量は、モノマーの総
重量和の0.05〜2.0重量%、好ましくは0.1〜
0.5重量%である。
共重合体を前記ii)の方法で製造する場合、前記重合方
法と同様にして前記各種モノマー((A)成分、必要に
応じて(C)成分、(D)成分、(E)成分)から、
(メタ)アクリルアミド系(共)重合体を製造したの
ち、これをグリオキシル酸類と反応させる。反応は、通
常、40〜100℃程度で、0.5〜10時間程度行
う。グリオキシル酸類の反応は、(メタ)アクリルアミ
ド系(共)重合体の製造と同時に行うこともできる。
系共重合体は、重量平均分子量が通常、30万〜400
万であり、濾水性向上剤、紙力増強剤等の内添薬品とし
て使用できる。なお、濾水性向上剤、紙力増強剤等の内
添薬品として用いる場合には、重量平均分子量が150
万以上であるのが好ましい。また、粘度は、取扱性の点
から、通常、10000cps程度(25℃)以下の性
状で使用するのがよい。なお、本発明の製紙用添加剤
は、固形分濃度10〜40重量%に調整されるが、固形
分濃度を40重量%の場合においても、粘度を1000
0cps程度(25℃)以下に調整できる。
アクリルアミド系共重合体中に、一般式(1)で表され
る繰り返し単位を含有しているため、他のアニオンモノ
マー成分に由来する繰り返し単位と比較して、抄造系に
添加される硫酸バンドと良好な相互作用を示す。そのた
め、パルプへの定着性が高く、またパルプ繊維間での接
点も多く紙力増強効果等の製紙用内部添加剤としての種
々の特徴ある性能を示す。その結果として、近時の厳し
い抄紙条件下でも、濾水性向上剤、紙力増強剤等の内添
薬品として優れた諸効果を奏する。
より具体的に説明する。なお、部および%はいずれも特
記ない限り重量基準による。
えた四つ口フラスコに、アクリルアミド234.6部、
アクリルアミド−N−グリコール酸9.8gおよびイオ
ン交換水960部を仕込み、窒素ガスを通じて反応系内
の酸素を除去した。系内を40℃にし撹拌下に重合開始
剤として過硫酸アンモニウム0.25部および亜硫酸水
素ナトリウム0.15部を投入した。90℃まで昇温し
た後、2時間保温した。重合終了後、イオン交換水70
部を投入し、pH4.5、固形分20.2%、粘度(2
5℃)が9800cpsの共重合体水溶液を得た。
の使用割合のうちいずれか少なくとも1種を表1のよう
に変えたほかは、実施例1と同様の操作を行い各種共重
合体水溶液を得た。得られた各種共重合体水溶液の性状
値を表2に示す。
クリルアミド−N−グリコール酸、Gly:グリオキシ
ル酸、SMAS:メタリルスルホン酸ソーダ、DMA
A:N,N−ジメチルアクリルアミド、AA:アクリル
酸、IA:イタコン酸、DMAPAA:N,N−ジメチ
ルアミノプロピルアクリルアミド、DM:N,N−ジメ
チルアミノエチルメタクリレート、DM−BzQ:N,
N−ジメチルアミノエチルメタクリレート・塩化ベンジ
ル4級化物、DMAEA−BzQ:N,N−ジメチルア
ミノエチルアクリレート・塩化ベンジル4級化物、A
N:アクリロニトリルを示す。また、*はAM100モ
ル%のうち10モル%をGlyで変性したことを意味す
る。
ラ式ビーターにて叩解し、カナディアン・スタンダード
・フリーネス(C.S.F)450mlに調整したパル
プに硫酸バンドを対パルプ2.0%添加してpH4.8
とし、ついで実施例1〜9または比較例1〜5で得られ
た各共重合体水溶液を紙力増強剤として対パルプ0.5
%を添加し、撹拌した後、パルプスラリー濃度を0.1
%になるように希釈し、タッピ・シートマシンにて坪量
150g/m2となるよう抄紙し、4Kg/cm2で2
分プレス脱水した。次いで回転型乾燥機で105℃にお
いて4分間乾燥し、20℃、65%R.H.の条件下に
24時間調湿したのち紙質試験に供した。なお紙質測定
法は次の通りである。破裂強度:JIS P 8112に
準じて測定した。内部結合:JAPAN TAPPI紙
パルプ試験方法 No.54に準じて測定した。結果を
表3に示す。
ガラ式ビーターにて叩解し、カナディアン・スタンダー
ド・フリーネス(C.S.F)420mlに調整したパ
ルプに硫酸バンドを対パルプ1.5%添加してpH6.
2とし、ついで実施例5〜9または比較例1〜5で得ら
れた各共重合体水溶液を紙力増強剤として対パルプ0.
5%を添加し、撹拌した後、パルプスラリー濃度を0.
1%になるように希釈し、タッピ・シートマシンにて坪
量150g/m2となるよう抄紙し、4Kg/cm2で
2分プレス脱水した。次いで回転型乾燥機で105℃に
おいて4分間乾燥し、20℃、65%R.H.の条件下
に24時間調湿したのち紙質試験に供した。なお紙質測
定法は次の通りである。破裂強度:JIS P 8112
に準じて測定した。圧縮強度:JIS P 8126に準
じて測定した。結果を表4に示す。
ラ式ビーターにて叩解し、カナディアン・スタンダード
・フリーネス(C.S.F)450mlに調整したパル
プに炭酸カルシウムを対パルプ10%添加し、硫酸バン
ドを対パルプ0.5%添加してpH7.2とし、ついで
実施例5〜9または比較例1〜4で得られた各共重合体
水溶液を紙力増強剤として対パルプ0.5%を添加し、
撹拌した後、パルプスラリー濃度を0.1%になるよう
に希釈し、タッピ・シートマシンにて坪量150g/m
2となるよう抄紙し、4Kg/cm2で2分プレス脱水
した。次いで回転型乾燥機で105℃において4分間乾
燥し、20℃、65%R.H.の条件下に24時間調湿
したのち紙質試験に供した。なお紙質測定法は次の通り
である。破裂強度:JISP 8112に準じて測定し
た。内部結合:JAPAN TAPPI紙パルプ試験方
法 No.54に準じて測定した。結果を表5に示す。
Claims (7)
- 【請求項1】 一般式(1): 【化1】 (式中R1はHまたはCH3、R2はH、Na、K、N
H4を示す)で表される繰り返し単位を含んでなる、重
量平均分子量30万〜400万の(メタ)アクリルアミ
ド系共重合体を含有してなる製紙用内部添加剤。 - 【請求項2】 (メタ)アクリルアミド系共重合体が、
(メタ)アクリルアミド(A)および(メタ)アクリル
アミド−N−グリコール酸類(B)を共重合して得られ
る共重合体である請求項1記載の製紙用内部添加剤。 - 【請求項3】 (メタ)アクリルアミド系共重合体がポ
リ(メタ)アクリルアミドにグリオキシル酸類を反応さ
せて得られるものである請求項1記載の製紙用内部添加
剤。 - 【請求項4】 (メタ)アクリルアミド系共重合体が、
一般式(1)で示される繰り返し単位を0.5〜20モ
ル%含んでなる請求項1〜3のいずれかに記載の製紙用
内部添加剤。 - 【請求項5】 (メタ)アクリルアミド系共重合体が、
共重合成分として、一般式(2):CH2=C(R3)
−CON(R4)(R5)(R3はHまたはCH3、R
4はHまたは炭素数1〜4の直鎖もしくは分岐鎖のアル
キル基、R5はHまたは炭素数1〜4の直鎖もしくは分
岐鎖のアルキル基を示す)で表されるN−置換(メタ)
アクリルアミド類(C)および/または炭素−炭素二重
結合として(メタ)アリル基を1つ有するモノマー
(D)を有する共重合体である請求項1〜4のいずれか
に記載の製紙用内部添加剤。 - 【請求項6】 (メタ)アクリルアミド系共重合体が、
共重合成分として、イオン性ビニルモノマー、ノニオン
性ビニルモノマーおよび架橋性ビニルモノマーから選ば
れる少なくとも1種のビニルモノマー(E)(但し、
(A)成分、(B)成分、(C)成分および(D)成分
を除く)を有する共重合体である請求項1〜5のいずれ
かに記載の製紙用内部添加剤。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の製紙用
内部添加剤を、パルプスラリーに添加し、抄造すること
を特徴とする紙の製造方法。
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---|---|---|---|
JP07881599A JP4465561B2 (ja) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | 製紙用内部添加剤および紙の製造方法 |
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