JP2000507651A

JP2000507651A - サイズ剤組成物、その製造方法及び用途

Info

Publication number: JP2000507651A
Application number: JP9535185A
Authority: JP
Inventors: ホーカーンソーン、フィーリップ
Original assignee: ストゥーラーコーパーバリィスバリィスラーグスアクチエボラーグ（ペーユーベーエル）
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-20
Publication date: 2000-06-20
Also published as: CN1219988A; US6248164B1; SE9601225D0; EP0889996A1; SE9601225L; CN1078650C; SE508593C2; BR9708755A; WO1997037079A1; AU2524497A; CA2250230A1

Abstract

(57)【要約】アルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）と、アルケニル無水こはく酸（ＡＳＡ）と、及び澱粉及び／又は合成ポリマーとを含む、少なくとも２つのセルローズ反応性疎水性サイズ剤の物理的混合物として存在するセルローズ反応性疎水性粒子を含む水性のエマルジョン又は分散液の形のサイズ剤組成物。

Description

【発明の詳細な説明】サイズ剤組成物、その製造方法及び用途技術分野本発明は、紙、厚紙、板紙及び類似の製品の製造に関連していわゆるサイズ剤組成物として有用な新規な組成物に関する。本発明はまた、上記組成物の調製のための方法及びこのものの利用方法、すなわちサイズされた紙、サイズされた厚紙又はサイズされた板紙の製造のための方法と関連する利用方法にも関する。最後に、本発明は、サイズされた紙、サイズされた厚紙又はサイズされた板紙に関し、その際この紙、厚紙又は板紙は上記方法に従って作られている。より正確には、本発明は少なくともいずれかのセルローズ反応性の疎水性サイズ剤と、少なくとも１つの天然及び／又は合成のポリマーとを含む水性（水基材の）エマルジョン又は分散液の形の組成物に関する。発明の背景殆どの紙、厚紙及び板紙の級に関するかぎり、紙製造過程の間に疎水性物質を添加することによってその紙、厚紙又は板紙の構造の中に液体が侵入する速度を低下させる必要が存在する。複写用紙、筆記用紙及び印刷用紙、いわゆるインクジェット印刷機用の紙及びジュース、牛乳又は他の種々の液体のためのパッケージ用の板紙は、例えばそのような紙、厚紙及び板紙の級のものである。これらの等級のものはその好適な使用のために若干の撥液特性を有することが必要である。このような効果を得るために種々の方法を用いることができる。それらの１つは、その紙製造過程の間に疎水性物質のエマルジョン又は分散液を添加することを含む。従来、セルローズ反応性の疎水性の型の種々の水性のエマルジョン及び分散液が公知である。しかしながらこれらのエマルジョンや分散液は、単一のセルローズ反応性疎水性サイズ剤のみから作られている。多くの異なった疎水性物質を使用することができる。いわゆるセルローズ反応性の疎水性サイズ剤は非常に効率的なものに属する。この型の薬剤を使用した場合に、その疎水性効果はその疎水性物質とセルローズのヒドロキシル基との間の反応によって達成されると信じられる。紙又は板紙の製造過程の間の中性又は弱アルカリ性の条件と関連して最も一般的に用いられるセルローズ反応性の疎水性物質は、アルキルケテンダイマー（以下においてＡＫＤと呼ぶ）又はアルケニル無水こはく酸（以下においてＡＳＡと呼ぶ）である。継続的又は永久的な疎水性化に対する要求が大きいときに、まず第一に用いられるアルキルケテンダイマーは、その紙又は板紙が乾燥されるときにセルローズと反応することができ、その際β−ケトエステル類が形成される。ＡＫＤとセルローズとの反応、及び加水分解反応を下記の図に示す：この反応は低いｐＨ値においては遅く、そして実際にＡＫＤは中性又は弱アルカリ性の領域以外では使用することができない。紙又は板紙製造の間における繊維との反応の代わりに、ＡＫＤはまた、不安定なβ−ケト酸が得られるように加水分解されることもでき、このものは脱炭酸して対応するケトンになることができる。この紙製造過程の間に形成される加水分解生成物、すなわち得られるケトン生成物は、或る種の型の写真複写機に対して非常に有害であり、その際これらのケトン類は沈着物を形成することがある。しかしながらＡＫＤについての加水分解反応の度合いはＡＳＡに比して実質的に小さい。このことは、ＡＫＤが通常は０．２μｍと２μｍとの間の粒度を有する分散液又はエマルジョンの形で紙又は厚紙製紙機械へ供給されることを意味する。この分散液又はエマルジョンは通常はカチオン活性ポリマーによって安定化される。それら粒子に電荷をも与えるこれらのポリマーは通常はカチオン活性澱粉よりなるが、但しアニオン活性の、或いは両性の澱粉又は合成ポリマー類の使用も行なわれる。ＡＫＤは、その脂肪末端鎖の長さに依存して１５℃と６０℃との間の融点を有する。従来最も通常的にしばしば用いられてきた市販の生成物は、４０−６０℃ の融点を有するＣ₁₄、Ｃ₁₆及びＣ₁₈の炭化水素類の混合物を含む。ＡＫＤは脂肪酸型の抽出剤の存在において特に敏感であり、と言うのはそのような薬剤はアルカリ性のｐＨ値において鹸化されるからであり、そしてまたそれらはセルローズ表面の上での分布とも競合するからである。ＡＫＤの分布が良好でないことは繊維との化学反応が良好でないことをもたらす。それゆえ、砕木パルプ、熱機械パルプ及び化学−機械パルプはＡＫＤによっては疎水性化することは困難である。しかしながらＡＫＤを用いる最も顕著な欠点は、その疎水性の度合いの発現が遅いことである。サイジング作用の完全な発現はその紙又は厚紙製造機械の中での製造の数日後まで達成されない。もう一つの欠点は、ＡＫＤの過大な添加がその紙又は厚紙／板紙との関連において摩擦の問題を引き起こすことである。ＡＫＤはまた写真複写過程との関連においてトナーの添加を阻害し、またプラスチック積層材の製造との関連においてそのプラスチック層の接着性を阻害する。アルケニル無水こはく酸（ＡＳＡ）はいわゆるセルロズ反応性の疎水性化剤のもう一つの例である。この酸無水物はセルローズのヒドロキシル基と反応することができ、その際エステル交換反応が起こる。ＡＫＤと比較してＡＳＡはセルローズと大いに高い反応性を有し、従って水とも高い反応性を有し、その際その生成物の加水分解はＡＫＤについてよりもＡＳＡについてより大きな問題である。ＡＳＡは製紙機械に油の形で、ときには乳化剤の添加とともに加えられる。乳化は紙又は厚紙製造機械との関連において特別な乳化装置の中で（いわゆる現場調製において）行なわれ、そしてカチオン性、アニオン性又は両性の澱粉或いは他のポリマーが安定化剤及び電荷供給体として用いられる。このエマルジョンの粒度は通常は１ないし５μｍである。大きな粒子はよりゆっくりと加水分解されるけれども、より小さな粒子はセルローズ繊維の上での良好な分布を与え、従ってある最適の粒度が存在する。ＡＳＡはこのように迅速に加水分解され、そしてその加水分解生成物及びこのもののＣａ²⁺との塩は粘着性であって、しばしばその紙又は板紙製造過程において沈着物をもたらす。この加水分解、並びにその反応速度はｐＨの上昇と共に上昇するけれども、この反応は全てのｐＨ領域にわたって迅速である。疎水性は迅速に発現され、そして通常はその紙又は板紙製造過程の仕上げの部分において完全に発現される。下にＡＳＡとセルローズとの反応を図示する：この式においてＲ又はＲ’はアルケニル基である。沈降炭酸カルシウム、いわゆるＰＣＣの紙又は板紙製造の間における充填材としての通常的な使用がますます多くなっていることと関連して、例えば白亜が充填材として用いられるような対応する過程において達成されると同じサイジング度に達するために疎水性サイズ剤の必要が高まっている。その上に、時間の経過の後で疎水性化の効果が低下すると言う事実と関連する問題がしばしば起こる。要約するならば、これら２つの疎水性化剤は、紙又は板紙製造の過程において用いた場合、並びにそのできあがった紙又は板紙の製品において特別な種々の利点と欠点とを有すると言うことができる。発明の開示本発明の目的は、上述した諸問題が除かれるか、又は限定されるようなサイズ剤組成物を提供することである。これは、そのエマルジョン又は分散液のセルローズ反応性疎水性粒子が少なくとも２つのセルローズ反応性疎水性サイズ剤の物理的混合物として存在していることによって達成することができる。より特別には、選ばれた具体例によれば、本発明は上記少なくとも２つのセルローズ反応性の疎水性サイズ剤が少なくともアルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）と、アルケニル無水こはく酸（ＡＳＡ）とを含むことを特徴とする。この組成物によれば、公知技術と関連する多くの欠点を実質的に減少させ、又は除去するような種々の効果が達成される。これら公知の諸問題の中では、例えば疎水性化の作用の発現が遅いこと、写真複写との関連においてトナーの接着性が不良であること、及び加水分解生成物が沈着すること、加水分解生成物の形成との関連において種々の段階における紙及び板紙の製造過程の間における効率が低いことをあげることができる。このサイズ剤組成物はいわゆる現場調製法、すなわちその組成物の使用との密接な関連において、すなわち実地においてその機械又は紙、厚紙又は板紙の製造に用いられるそれぞれの機械と関連する方法で作ることができる。このことはまた、本発明に従う水性のエマルジヨン又は分散液の形のサイズ剤組成物が、この組成物を紙、板紙又は厚紙の製造過程において使用するのに先立ち４時間を超えず、好ましくは１時間を超えず、好適には３０分間を超えない間に調製されると言うようにも表現することができる。従来公知の技術に関連する全ての公知の欠点は、驚くべきことに、それら２つのセルローズ反応性の疎水性サイズ剤のそれぞれを特徴付ける好ましい種々の特性を損なうことなく本発明によって実質的に減少させ、又は除くことができる。驚くべきことに、この新規なサイズ剤組成物は、低い疎水性化作用や沈降炭酸カルシウム、いわゆるＰＣＣを紙又は板紙製造過程において充填材として用いた場合に起こるような、時間による疎水性化作用の低下と言うようなサイジングにおける諸問題を実質的に低下させることも見出された。従って本発明の主な目的の１つは、紙、厚紙、板紙及び類似の種々の製品をサイジングするのに用いることのできる新規で改善された組成物を提供することである。本発明のもう一つの目的は、従来公知の組成物よりもより効率的であって、従来公知の組成物と類似の、又はそれに相当する疎水性の度合いを達成するために必要なサイズ剤の量が少ない新規なサイズ剤組成物を提供することである。本発明の更にもう一つの目的は、従来公知の組成物よりも迅速に発現されるサイジング効果又はサイジング能を有する新規なサイズ剤組成物を提供することである。本発明のもう一つの目的は、沈降炭酸カルシウムを用いることと関連する、疎水性化の効果に対する望ましくない作用を著しく低下させ、又は除くような新規なサイズ剤組成物を提供することである。更にもう一つの目的は、公知のサイズ剤組成物を用いた場合に紙又は厚紙の製造過程において得られる望ましくない加水分解生成物の量が著しく減少するか、又は除かれるような新規なサイズ剤組成物を提供することである。更に、本発明の目的の１つは、上に記述したサイズ剤組成物を製造するための改善された方法を提供することである。更に、目的の１つは、本発明の新規な組成物を使用することを含む、サイジンぐされた紙又は厚紙或いは板紙を製造するための改善された方法を提供することである。本発明の別な目的の１つは、製造に際してこの新規な組成物と、改善された方法とを用いることによって改善された種々の特性を有するサイジングされた紙、サイジングされた厚紙又はサイジングされた板紙を提供することである。本発明によれば、これら及び他の諸目的は、そのエマルジョン又は分散液のセルローズ反応性の疎水性の粒子が少なくとも２つのセルローズ反応性疎水性のサイズ剤の物理的混合物として存在しており、その際そのエマルジョンは澱粉又は他の天然ポリマー及び／又は少なくともいずれかの合成ポリマー、例えばポリアクリルアミドをも含むような水性（水基材の）分散液又はエマルジョンの形のサイズ剤組成物を提供することによって達成される。好ましくは上記少なくとも２つのセルローズ反応性疎水性のサイズ剤はアルキルケテンダイマーとアルケニル無水こはく酸との各粒子よりなり、その際その分散され、又は乳化されたサイズ剤組成物は紙又は板紙製造過程との関連において、すなわちその組成物が使用される短時間前に、好ましくは使用に先立って４時間を超えず、好適には１時間を超えず、そして最も好ましくは３０分間を超えない間に調製される。本発明の新規なサイズ剤組成物に関するかぎり、所望の場合、又は好適と考えられる場合に、この組成物は他の種々の成分をも含有することができ、その際そのような他の成分は公知の原理に従い選ばれると言うことを理解すべきである。このような他の成分はここでは本発明の実施を可能にするために特別には記述しないけれども、通常的な添加物の中では、例えば礬土（硫酸アルミニウム）及びポリ塩化アルミニウムのような分散剤やアルミニウム化合物をあげることができる。この分散剤又はエマルジョンの中に存在する澱粉又は合成ポリマーは、カチオン活性的又はアニオン活性的或いは両性的特性を有することができる。実施例上に記述したサイズ剤組成物は次のような態様で調製することができる。２５部のアルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）よりなるワックスを融解させる。このワックスは通常、その原料物質の脂肪鎖の長さに依存して３０−６０℃の融点を有する。１５℃までの低い融点を有するワックスも使用することができる。この溶融物にアルケニル無水こはく酸（ＡＳＡ）よりなる油２５部を添加する。この混合物を、均一な物理的混合物が得られるように撹拌する。このＡＫＤとＡＳＡとの混合物を撹拌しながらカチオン活性澱粉１００部、アニオン活性分散剤２部及び水２，５００部の溶液に分散／乳化装置の中で加え、その際これを分散液か、又はさもなければエマルジョウンが形成されるような高い剪断力にさらす。この澱粉溶液の温度はそのＡＫＤ／ＡＳＡ混合物の融点よりも数度℃高くなければならない。その後で、その分散液又はエマルジョンを迅速に冷却する。２０℃よりも低い温度が好ましい。前に述べたように、ＡＫＤ／ＡＳＡの比は、まず第一の望まれる種々の特性値に依存して非常に大きく変化することができる。低いＡＫＤ／ＡＳＡの比においてはこのＡＫＤとＡＳＡとの混合物は室温において液体であり、これはエマルジョンの調製に好都合である。所望の場合にはこのＡＫＤ／ＡＳＡ混合物はこれら原料物質の供給業者により作られてもよい。この場合にはこの混合物は、例えば容器の中で引渡され、その際この混合物は、例えば浸漬ヒータによって或る高いＡＫＤ／ＡＳＡ比において液体状態に加熱される。この混合物はまたバラ積みで引渡されてもよく、その際その温度はその輸送及び貯蔵の間におけるその混合物の融点よりも僅かに高い。これら両方の場合ともに、このＡＫＤ／ＡＳＡ混合物は、澱粉又は他の天然ポリマーと、及び／又は合成ポリマーと混合し、そして使用の僅か前に水性媒体の中で乳化させ、又は分散させることによりユーザ側で調製されるように濃厚化された形で使用者へ引渡されてもよい。上に記述した例においては、既に述べたように、或る場合に、アニオン活性澱粉又は両性澱粉或いは合成ポリマーをカチオン活性澱粉の代わりに使用するのがより好ましいことがある。例えばポリ塩化アルミニウム又は礬土（硫酸アルミニウム）のような他の添加物も有利であることがある。そのようにして得られたサイズ剤分散液又はサイズ剤エマルジョンは低い粘度を有する牛乳状の液体であり、このものは稀釈した後でその紙、厚紙又は板紙の製造過程の間に原料に添加される。好適には、このサイズ剤組成物は混合槽とへッドボックスとの間のいかなる添加点において添加してもよい。この添加の量は用いたパルプや充填材、その系内の温度及び阻害物質の存在のような種々の方法パラメータに依存して変化することができる。通常、この添加量は紙、厚紙又は板紙の１トン当り０．４から１．４ｋｇまでの全固型分含有量で変化することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９８年４月１５日（１９９８．４．１５）【補正内容】請求の範囲１．少なくともいずれかのセルローズ反応性の疎水性サイズ剤と、及び少なくとも１つの天然及び／又は合成のポリマーとを含む水性のエマルジョン又は分散液の形のサイズ剤組成物において、このエマルジョン又は分散液のセルローズ反応性疎水性の粒子が少なくとも２つのセルローズ反応性疎水性のサイズ剤の物理的混合物として存在しており、その一方がアルケニル無水こはく酸ＡＳＡであることを特徴とする、上記サイズ剤組成物。２．上記少なくとも２つのセルローズ反応性疎水性のサイズ剤が少なくともアルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）とアルケニル無水こはく酸ＡＳＡとを含むことを特徴とする、請求の範囲１に従うサイズ剤組成物。３．アルキルケテンダイマーとアルケニル無水こはく酸との比ＡＫＤ／ＡＳＡが少なくとも１／１００であって、１００／１よりも大きくないことを特徴とする、請求の範囲２に従うサイズ剤組成物。４．アルキルケテンダイマーとアルケニル無水こはく酸との比ＡＫＤ／ＡＳＡが少なくとも５／１００であって、１００／５よりも大きくないことを特徴とする、請求の範囲３に従うサイズ剤組成物。５．いわゆる実地製造法に従い分散装置又は乳化装置の中で製造することを特徴とする、請求の範囲１ないし４のいずれかに従うサイズ剤組成物。６．サイズされた紙、サイズされた厚紙又はサイズされた板紙の原料に、上記サイズされた紙、サイズされた厚紙又はサイズされた板紙の製造の間に、好適にはその脱水に先立って、サイズ剤を添加してこれを製造する方法において、上記サイズ剤として請求の範囲１ないし５のいずれかに従うサイズ剤組成物を使用することを特徴とする、上記方法。７．紙、厚紙又は板紙の１トン当り、少なくとも０．２５ｋｇ、そして最大で４ｋｇの全固型物含量の量でサイズ剤組成物を添加することを特徴とする、請求の範囲６に従う方法。８．紙、厚紙又は板紙の１トン当り、少なくとも０．４ｋｇ、そして最大で１．４ｋｇの全固型物含量の量でサイズ剤組成物を添加することを特徴とする、請求の範囲７に従う方法。９．サイズ剤組成物を上記サイズされた紙、サイズされた厚紙又はサイズされた板紙の原料にその製造の間に、好適にはその脱水以前に、添加するよりも４時間前以降においてこのサイズ剤組成物を調製することを特徴とする、請求の範囲６ないし８のいずれかに従う方法。１０．サイズ剤組成物を上記サイズされた紙、サイズされた厚紙又はサイズされた板紙の原料にその製造の間に、好適にはその脱水以前に、添加するよりも１時間前以降において、好ましくは３０分間前以降において、このサイズ剤組成物を調製することを特徴とする、請求の範囲９に従う方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims

【特許請求の範囲】１．少なくともいずれかのセルローズ反応性の疎水性サイズ剤と、及び少なくとも１つの天然及び／又は合成のポリマーとを含む水性のエマルジョン又は分散液の形のサイズ剤組成物において、このエマルジョン又は分散液のセルローズ反応性疎水性の粒子が少なくとも２つのセルローズ反応性疎水性のサイズ剤の物理的混合物として存在していることを特徴とする、上記サイズ剤組成物。２．上記少なくとも２つのセルローズ反応性疎水性のサイズ剤が少なくともアルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）とアルケニル無水こはく酸ＡＳＡとを含むことを特徴とする、請求の範囲１に従うサイズ剤組成物。３．アルキルケテンダイマーとアルケニル無水こはく酸との比ＡＫＤ／ＡＳＡが少なくとも１／１００であって、１００／１よりも大きくないことを特徴とする、請求の範囲２に従うサイズ剤組成物。４．アルキルケテンダイマーとアルケニル無水こはく酸との比ＡＫＤ／ＡＳＡが少なくとも５／１００であって、１００／５よりも大きくないことを特徴とする、請求の範囲３に従うサイズ剤組成物。５．いわゆる実地製造法に従い分散装置又は乳化装置の中で製造することを特徴とする、請求の範囲１ないし４のいずれかに従うサイズ剤組成物。６．サイズされた紙、サイズされた厚紙又はサイズされた板紙の原料に、上記サイズされた紙、サイズされた厚紙又はサイズされた板紙の製造の間に、好適にはその脱水に先立って、サイズ剤を添加してこれを製造する方法において、上記サイズ剤として請求の範囲１ないし５のいずれかに従うサイズ剤組成物を使用することを特徴とする、上記方法。７．紙、厚紙又は板紙の１トン当り、少なくとも０．２５ｋｇ、そして最大で４ｋｇの全固型物含量の量でサイズ剤組成物を添加することを特徴とする、請求の範囲６に従う方法。８．紙、厚紙又は板紙の１トン当り、少なくとも０．４ｋｇ、そして最大で１．４ｋｇの全固型物含量の量でサイズ剤組成物を添加することを特徴とする、請求の範囲７に従う方法。９．サイズ剤組成物を上記サイズされた紙、サイズされた厚紙又はサイズされた板紙の原料にその製造の間に、好適にはその脱水以前に、添加するよりも４時間前以降においてこのサイズ剤組成物を調製することを特徴とする、請求の範囲６ないし８のいずれかに従う方法。１０．サイズ剤組成物を上記サイズされた紙、サイズされた厚紙又はサイズされた板紙の原料にその製造の間に、好適にはその脱水以前に、添加するよりも１時間前以降において、好ましくは３０分間前以降において、このサイズ剤組成物を調製することを特徴とする、請求の範囲９に従う方法。