JP2000515179A - 水性増粘剤組成物及びその製造方法 - Google Patents

水性増粘剤組成物及びその製造方法

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JP2000515179A JP10505233A JP50523398A JP2000515179A JP 2000515179 A JP2000515179 A JP 2000515179A JP 10505233 A JP10505233 A JP 10505233A JP 50523398 A JP50523398 A JP 50523398A JP 2000515179 A JP2000515179 A JP 2000515179A
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Abstract

(57)【要約】 (a)約40から約75重量%のC1-C8アクリル酸アルキル;(b)約60から約25重量%のメタクリル酸;及び(c)約0.1から約5重量%の少なくとも3個のビニル基を含むアルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマー;を、すべての重量が組成物の重量に基づくように含んでいる、保水補助剤/増粘剤組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】 水性増粘剤組成物及びその製造方法発明の分野 本発明は、一般的に、紙コーティング組成物に用いられる新規な水性増粘剤及 び保水補助剤に関する。発明の背景 紙コーティング組成物は、明るさ,滑らかさ,光沢及びインキ受容性のような 仕上がりコートされた紙及びボール紙の光学的性質を改良するために紙生地に塗 布される。 コーティング組成物は、一般的に、クレー,炭酸カルシウム,タルク,二酸化 チタン,酸化亜鉛等の色素、ラテックス結合剤、メラミン-フォルムアルデヒド のようなコーティング不溶化剤、グリオキサール-尿素樹脂,カルシウムステア リン酸のような潤滑剤、ポリアクリル酸エステルの様な色素分散剤、消泡剤、及 び増粘剤または流動学的修飾剤として作用する保水補助剤を含む水のサスペンジ ョンの形で塗布される。 保水補助剤は、コーティング工程の間毛細管圧、機械圧及び真空圧によって引 き起こされる水の紙生地への移動を遅延することによりコーティング組成物から の水の損失を制御する。また、保水補助剤は、コーティング組成物の流動学的性 質をかなり変化させ、コーティング重量,色素及びラテックス凝集に関するコー ティング構造及び機械運転性のような流動学関連のコーティング特性を制御する ために用いることができる。 商業的保水補助剤は三つのカテゴリーのタイプ:アルギン,セルロース系化合 物及びポリアクリル酸エステルに分類される。アルギンは、線型の陰イオン性ポ リマーでグルロン酸及びマンヌロン酸単位を含む。これらは典型的には、紙生地 の表面に色素及び結合剤を保持するための紙コーティング組成物に用いられる。 コーティング組成物は、比較的低速度でかつ高固体含量で紙生地に塗布される。 セルロース系化合物としては、カルボキシメチルセルロース,ヒドロキシメチル セルロース,及び疎水的に修飾されたセルロース等が挙げられる。セルロース 系化合物の性能は化学式に依存しているが、一般的に、これらは紙コーティング 組成物において良好な保水性及び結合剤としての機能を示す。セルロース系化合 物には種々のグレードがあり(分子量、カルボキシル化の程度等)、アルギンよ りもカルシウムイオンに対しより許容性がある。これらは広範なpH領域にわた り安定な溶液を形成する傾向がある。ヒドロキシエチルセルロースは、カルボキ シメチルセルロースよりもよりクレーに吸着する事が報告されていて、その結果 、等価の保水性を得る為にはより高容量が必要とされる。 ポリアクリル酸エステルは、典型的には、アクリル酸エチルとメタクリル酸と のコポリマーを含み、アルカリ膨潤性のエマルジョンと見なされる。一般的には 、これらはアクリル酸(メタクリル酸)を種々の他のモノマーと共重合して調製 される。ポリアクリル酸エステルはpH感受性であり、紙コーティング組成物を 増粘するためには8以上のpHで使用される必要がある。これらのアルカリ膨張 性のエマルジョンは、その高い分子量と伸長した鎖配座のために効果的な増粘剤 である。しかし、pH,塩含量及び紙コーティング組成物中の多価イオンの存在 のために、これらを制御するのは難しい。発明の要約 本発明は、水性組成物として用いられる新規な保水補助剤/増粘剤組成物に関 するものである。この新規な組成物は: (a)約40〜75重量%のC1-C8アクリル酸アルキル; (b)約60〜25重量%のメタクリル酸;及び (c)約0.1〜5重量%の少なくとも3個のビニル基を含むアルコキシル化ア クリル酸またはメタクリル酸モノマー; を含む。但し、すべての重量は組成物の重量に基づくものである。 また本発明は、以下のステップを含む保水補助剤/増粘剤組成物を調製する方 法に関する。 (a)C1-C8アクリル酸アルキルモノマーを提供するステップ; (b)メタクリル酸モノマーを提供するステップ; (c)少なくとも3個のビニル基を含むアルコキシル化アクリル酸またはメ タクリル酸橋かけモノマー;及び (d)成分(a)から(c)を水性エマルジョン中重合するステップ; さらに本発明は、水性組成物の全重量に基づき約0.1〜5重量%の保水補助剤/ 増粘剤組成物を水性組成物に添加することを含む、水性組成物の流動学的性質を 修飾するための方法に関し、この保水補助剤/増粘剤組成物は: (a)約40〜75重量%のC1-C8アクリル酸アルキル; (b)約60〜25重量%のメタクリル酸;及び (c)約0.1〜5重量%の少なくとも3個のビニル基を含むアルコキシル化ア クリル酸またはメタクリル酸モノマー; を含む。 さらにまた、本発明は紙組成物の全重量に基づき約0.1〜5重量%の上記の保水 補助剤/増粘剤組成物を含む紙コーティング組成物を提供する。発明の説明 実施形態以外では、あるいは特に指示される場合を除き、ここに使用される内 容物の量または反応条件を示すすべての数字は、すべての例において「約」とい う用語により修飾されているものと理解されたい。 本発明の新規な保水補助剤-増粘剤は、以下のコモノマー、即ち、アクリル酸 エチル,メタクリル酸及びアルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレ ートをエマルジョン重合することにより調製される。 本発明に使用されるC1−C8アクリル酸アルキルコモノマーは、既知の方法で例 えば、エチレンシアノヒドリン,エチルアルコール及び希硫酸の反応により、ま たはアセチレン,一酸化炭素及びエチルアルコールをニッケルまたはコバルト触 媒の存在下オキソ反応させることにより調製されてもよい。本発明の特に好まし い実施形態では、C1−C8アクリル酸アルキルはアクリル酸エチルコモノマーであ る。 同様に、本発明のメタクリル酸コモノマーは既知の方法、例えば、アセトンシ アノヒドリンと希硫酸との反応により、またはイソブチレンの酸化により調製さ れる。本発明においてはポリマー酸コモノマーとしてメタクリル酸を採用するの が好ましいが、また、重量比でそれぞれ少なくとも9:1のメタクリル酸とアクリ ル酸との混合物も、本発明の精神から逸脱しないで使用可能である。 上述のモノマーを含むエマルジョン重合反応に使用される架橋剤は、アルコキ シル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマーである。本発明のアクリル酸また はメタクリル酸モノマーは、少なくとも3個のビニル基を含む化合物として定義 される。アクリル酸またはメタクリル酸モノマーは1〜100モルのエチレンオキシ ド,プロピレンオキシド及びその混合物によりアルコキシル化されている。 特に好ましいアルコキシル化アクリル酸は、トリメチロールプロパンの1モル 当たり約10〜20モルのエチレンオキシドによりアルコキシル化されているトリメ チロールプロパントリアクリレートである。 少なくとも3個のビニル基を含むアクリル酸またはメタクリル酸モノマーにお けるアルコキシレートの存在のために、保水補助剤/増粘剤に界面活性剤の性質 が添えられ、その結果、相乗的な保水補助/増粘的性質が提供されると考えられ ている。このため、アルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマーが、 モノマーを重合した後のポリマーの分子量を増すためにC1−C8アクリル酸アルキ ル及びメタクリル酸を含むモノマー混合物に添加され、これにより、水系でのポ リマーの増粘効果が改良される。さらに、エマルジョン重合の間にポリマー混合 物に架橋されるアクリル酸またはメタクリル酸モノマーのアルコキシド成分は、 ポリマーに界面活性剤の性質を与え、その際、さらに、予期されないふうに水系 でのポリマーの増粘性を相乗的に高める。この様に、アクリル酸またはメタクリ ル酸モノマーがある程度のアルコキシル化を受けていることが本発明の開示内容 に関してより重要である。 本発明の一実施形態では、水系で使用される保水補助剤/増粘剤組成物がこの 様に提供される。ここで、本組成物は、アクリル酸アルキルとメタクリル酸の合 計量に基づいて、約40〜75重量%の、好ましくは約65〜55重量%のC1-C8アクリ ル酸アルキル、好ましくはアクリル酸エチル、約60〜25重量%の、好ましくは約 35〜45重量%のメタクリル酸、及び約0.1〜5重量%の、好ましくは約0.1〜1.0重 量%のアルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマー、好ましくは、1 モルのトリメチロールプロパン当たり約1〜100モルのエチレンオキシド、プロ ピレンオキシドまたはその混合物、好ましくは約10〜20モルのエチレンオキシド を含むトリメチロールプロパントリアクリレートを含む。但し、ここですべての 重量は組成物の重量に基づく。 上述の保水補助剤/増粘剤組成物は、濃厚化を要求する種々のタイプの水系、 特にアルカリ含有水系の粘度を増すために使用できる。その様なアルカリ含有水 系のひとつの例としては紙コーティング組成物が挙げられる。 紙コーティング組成物を含む特異的な成分は本分野でよく知られている。基本 的成分としては、色素,ラテックス結合剤,コーティング不溶化剤,潤滑剤及び 分散剤が挙げられる。使用される各成分の正確な割合は良く知られているので、 ここでは詳細には考察しない。本発明の保水補助剤/増粘剤は、紙コーティング 工程の間コーティング組成物から失われる水の量を制御するために紙コーティン グ組成物に添加される。 この様に、本発明の別の局面によれば、紙コーティング組成物の全重量に基づ いて、約0.1〜5、好ましくは約0.1〜2重量%の本発明の保水補助剤/増粘剤組成 物を含む紙コーティング組成物が提供される。 本発明はまた、水性組成物、特にアルカリ含有紙コーティング組成物の粘度を 増すための方法を提供する。この方法は、紙コーティング組成物の全重量に基づ いて、約0.1〜5、好ましくは約0.1〜2重量%の本発明の保水補助剤/増粘剤組成 物を水性組成物に添加することを含む。 本発明のさらに別の局面によれば、保水補助剤/増粘剤を調製する方法もまた 提供される。本発明のこの局面によれば、C1-C8アクリル酸アルキルモノマー、 好ましくはアクリル酸エチル、メタクリル酸モノマー及びアルコキシル化ポリア クリル酸架橋モノマーが、それぞれ約65:35:0.1〜55:45:5の重量割合で水性 エマルジョンに混合される。上述の成分を含むこの水性エマルジョンに、乳化剤 と重合開始剤もまた添加される。好適な乳化剤の例としては、例えば、n-ドデ シルスルフォン酸及びドデシルベンゼンスルフォン酸のアルカリ金属塩及びアン モニウム塩、及び偶数の炭素原子を持つ長鎖アルコールの硫酸ハーフエステルの 対応する塩が挙げられる。好適な重合開始剤の例としては、例えば、過酸,過硫 酸,ヒドロペルオキシド及びアゾ化合物等のような従来のフリーラジカル形成 化合物が挙げられ、その例としては、過硫酸カリウム,クメンヒドロペルオキシ ド及び過酸化水素等が挙げられる。重合温度は、約75〜100℃の範囲である。本 発明は以下の実施例からさらによく理解されるであろう。その実施例のすべてが 例証することのみを意図するものであり、発明の範囲を過度に限定するためのも のではない。特に指示する場合を除き、%は重量−重量ベースに基づく。実施例1 温度計,凝縮器,攪拌装置,窒素引き入れ口及び他の幾つかの添加口を備えた 0.5リットルの丸底反応フラスコに、水酸化ナトリウム水溶液でpH6.0に中和さ れた106.1gの2.32%のノニルフェノールエトキシレート(9モルEO)リン酸エ ステル(RHODAFAC(商標)RE-610、Rhone−Poulenc)が充填された。 窒素の掃流が開始され、反応フラスコの内容物が85℃に加熱された。小型送り出 しポンプに備えられた60mlのシリンジに、30gの1.25%アンモニウム過硫酸溶液 が充填された(開始剤フィード)。500mlの滴下添加フラスコに、71.9gのアクリ ル酸エチル、48.0gのメタクリル酸及び0.6gのトリメチロールプロパンエトキシ レート(12モルEO)トリアクリル酸(PHOTOMER(商標)1201-C、Henkel Cor p.)を含むモノマー溶液と水酸化ナトリウム水溶液でpH6.0に中和された106.1 gの2.32%ノニルフェノールエトキシレート(9モルEO)燐酸エステル(RHODAFAC (商標)RE-610、Rhone-Poulenc)を混合することにより調製されたモノマー分 散が充填された(モノマーフィード)。温度が85℃に到達した後、9.8gの開始 剤フィードが、さらに続いて13.3gのモノマーフィードが迅速に反応容器に添加 された。15分間85℃で加熱を続けた後、残りのモノマーフィードと9.8gの開始 剤フィードが、85℃(温度1)で60分間にわたり反応容器に送り込まれた。モノ マーフィードと9.8gの開始剤フィードを終了した後、温度を90℃(温度2)に挙 げ、残りの開始剤溶液(10.8g)が添加された。反応容器の内容物が、開始剤フ ィードを終えた後、90℃でさらに60分間維持され、続いて25℃に冷却してエマル ジョンを取り出した。得られたエマルジョンは青みがかった乳白色であり、12cp sのブルックフィールド粘度(25℃、60rpmでスピンドル#2)、30.7%の固体、3 .0のpHを有し、アルカリ性で(pH8.5)2.5% ポリマー溶液の粘度は1,070cps(25℃、60rpmでスピンドル#2)であった。実施例2〜9 統計学的にデザインされた実験が、実施例1に記述された方法を用いて遂行さ れた。表1は8種類の異なる実験でそれぞれ異なるパラメーター(開始剤濃度、架 橋剤濃度、温度)をリストする。得られたエマルジョンは青みがかった乳白色で あり、20cps以下のブルックフィールド粘度(25℃、60rpmでスピンドル#2)と3 .0のpHを示した。pH8.5での2.5%ポリマーの溶液粘度は、25℃でブルックフィー ルド粘度計により測定された。 表1.統計学的にデザインされた実験の変数 比較例1 架橋剤、トリメチロールプロパンエトキシレート(12モルEO)トリアクリレー トを用いないで実施例1が繰り返された。得られたエマルジョンは青みがかった 乳白色であり、20cps以下のブルックフィールド粘度(25℃、60rpmでスピンドル #2)、30.2%の固体、3.0のpHを有し、アルカリ性で(pH8.5)2.5%ポリマー溶 液の粘度は76cps(25℃、60rpmでスピンドル#3)であった。比較例2 実施例1がトリメチロールプロパンエトキシレート(12モルEO)トリアクリレ ートの代わりに0.2gのトリメチロイルプロパントリアクリレートを使用して繰り 返された。得られたエマルジョンは青みがかった乳自色であり、20cps以下のブ ルックフィールド粘度(25℃、60rpmでスピンドル#2)、30.0%の固体、3.0のp Hを有し、アルカリ性で(pH8.5)2.5%ポリマー溶液の粘度は440cps(25℃、60r pmでスピンドル#3)であった。比較例3 実施例1が、トリメチロールプロパンエトキシレート(12モルEO)トリアクリ レート(Photomer 1201-E、Henkel社)の代わりに0.16gのエチレングリコールジ メトキシレートを用いて繰り返された。得られたエマルジョンは青みがかった乳 白色であり、20cps以下のブルックフィールド粘度(25℃、60rpmでスピンドル# 2)、30.0%の固体、3.0のpHを有し、アルカリ性で(pH8.5)2.5%ポリマー溶液 の粘度は110cps(25℃、60rpmでスピンドル#3)であった。 保水データエマルジョン(架橋剤ある無しで)と対照(Rotogravureコーティ ング色12ptsSBR Latex)との比較が表2に示される。対照は増粘剤を含まない水 性コーティング組成物を示す。保水データは、Kaltec化学工業から入手可能なAA -GWR保水メーターを用いて得られた。この装置は、120秒間隔で15psiの圧力下組 成物から脱水される水の量を測定する。粘度のデータは25℃で100rpmのブルック フィールド粘度を表す。 表2.保水データ 上記の表2のデータから分かるように、実施例1の保水補助剤/増粘剤は比較例1 の増粘剤と等量使用すると、予想外に類似の保水性を示し、しかもかなり粘度性 を増大した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C09D 133/08 C09D 133/08 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,HU,IL,IS,JP,KE ,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS, LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,M X,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE ,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT, UA,UG,UZ,VN,ZW

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.(a)約40〜75重量%のC1-C8アクリル酸アルキル; (b)約60〜25重量%のメタクリル酸;及び (c)約0.1〜5重量%の少なくとも3個のビニル基を含むアルコキシ化アク リル酸またはメタクリル酸モノマー; を、すべての重量が組成物の重量に基づくように含む、保水補助剤/増粘剤組成 物。 2.前記C1-C8アクリル酸アルキルがアクリル酸エチルである、請求項1に記載の 組成物。 3.前記アルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマーは、エチレンオ キシド,プロピレンオキシド及びその混合物からなる群より選択される約1〜100 モルのアルコキシドを含む、請求項1に記載の組成物。 4.前記アルコキシル化アルキル酸またはメタクリル酸モノマーは約10〜20モル のエチレンオキシドを含む、請求項3に記載の組成物。 5.前記アルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマーはトリメチロー ルプロパントリアクリレートアルコキシレートである、請求項1に記載の組成物 。 6.前記トリメチロールプロパントリアクリレートアルコキシレートは約10〜20 モルのエチレンオキシドを含む、請求項5に記載の組成物。 7.水性組成物の全重量に基づき約0.1〜5重量%の保水補助剤/増粘剤組成物を 含む水性組成物であって、前記保水補助剤/増粘剤組成物が: (a)約40から約75重量%のC1−C8アクリル酸アルキル; (b)約60から約25重量%のメタクリル酸;及び (c)約0.1から約5重量%の少なくとも3個のビニル基を含むアルコキシル 化アクリル酸またはメタクリル酸モノマー; を、成分(a)〜(c)の重量が保水補助剤/増粘剤組成物の重量に基づくよう に含んでいる、前記水性組成物。 8.C1−C8アクリル酸アルキルがアクリル酸エチルである、請求項7に記載の組 成物。 9.アルコキシル化アクリル酸またはメタクリレートモノマーは、エチレンオキ シド,プロピレンオキシド及びその混合物からなる群より選択された約1〜100モ ルのアルコキシドを含んでいる、請求項7に記載の組成物。 10.アルコキシル化アクリル酸またはメタクリレートモノマーは約10〜20モル のエチレンオキシドを含んでいる、請求項9に記載の組成物。 11.アルコキシル化アクリル酸またはメタクリレートモノマーがトリメチロー ルプロパントリアクリレートアルコキシレートである、請求項7に記載の組成物 。 12.トリメチロールプロパントリアクリレートアルコキシレートが約10〜20モ ルのエチレンオキシドを含んでいる、請求項11に記載の組成物。 13.水性組成物が紙コーティング組成物である、請求項7に記載の組成物。 14.以下のステップを含む、保水補助剤/増粘剤組成物を調製する方法。 (a)C1-C8アクリル酸アルキルモノマーを提供するステップ; (b)メタクリル酸モノマーを提供するステップ; (c)少なくとも3個のビニル基を含むアルコキシル化アクリル酸またはメ タクリル酸架橋モノマーを提供するステップ;及び (d)水性エマルジョンで成分(a)〜(c)を重合するステップ; 15.前記ステップ(d)が約75〜100℃の範囲の温度で実施される、請求項14 に記載の方法。 16.C1−C8アクリル酸アルキルがアクリル酸エチルである、請求項14に記載の 方法。 17.アルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマーが、エチレンオキ シド,プロピレンオキシド及びその混合物からなる群より選択される約1〜100モ ルのアルコキシドを含む、請求項14に記載の方法。 18.アルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマーが約10〜20モルの エチレンオキシドを含む、請求項17に記載の方法。 19.アルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマーがトリメチロール プロパントリアクリレートアルコキシレートである、請求項14に記載の方法。 20.トリメチロールプロパントリアクリレートアルコキシレートが約10〜20モ ルのエチレンオキシドを含んでいる、請求項19に記載の方法。 21.水性組成物の全重量に基づき、約0.1〜5重量%の保水補助剤/増粘剤組成 物を水性アルカリ含有組成物に添加することを含む、水性アルカリ含有組成物の 流動学的性質を修飾する方法であって、 前記保水補助剤/増粘剤組成物が: (a)約40〜75重量%のC1−C8アクリル酸アルキル; (b)約60〜25重量%のメタクリル酸;及び (c)約0.1〜5重量%の少なくとも3個のビニル基を含むアルコキシル化ア クリル酸またはメタクリル酸モノマー; を、成分(a)〜(c)の重量が保水補助剤/増粘剤組成物の重量に基づくよう に含んでいる方法。 22.C1−C8アクリル酸アルキルがアクリル酸エチルである、請求項21に記載の 方法。 23.アルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマーが、エチレンオキ シド,プロピレンオキシド及びその混合物をからなる群より選択される約1〜100 モルのアルコキシドを含む、請求項21に記載の方法。 24.アルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマーが、約10〜20モル のエチレンオキシドを含んでいる請求項23に記載の方法。 25.アルコキシル化アクリル酸またはメタクリル酸モノマーがトリメチロール プロパントリアクリレートアルコキシレートである、請求項21に記載の方法。 26.トリメチロールプロパントリアクリレートアルコキシレートが約10〜20モ ルのエチレンオキシドを含んでいる、請求項25に記載の方法。 27.水性アルカリ含有組成物が紙コーティング組成物である、請求項21に記載 の方法。
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