JP2003502486A - カチオン性水性分散体の製造法 - Google Patents
カチオン性水性分散体の製造法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、低分子量のイミド化スチレン-無水マレイン酸コポリマーをベースとした高分子量界面活性剤単独で安定化し、平均粒径100 nm未満の粒子形態に分散させた疎水性ポリマーの水性分散体の製法を開示する。また本発明は、当該分散体についての紙処理および紙サイジングのための使用を開示する。
Description
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、紙類のサイジング剤、特に疎水性ポリマーのカチオン性水性分散体
をベースとするサイジング剤に関する。また本発明は、かかる分散体の製法に関
する。
をベースとするサイジング剤に関する。また本発明は、かかる分散体の製法に関
する。
【０００２】
（従来の技術）
サイジング剤は、あらゆる種類の紙類を処理できることが望ましい。紙類とし
て、印刷用紙、筆記用紙、ラベル用紙、古紙、包装用紙などが挙げられる。
て、印刷用紙、筆記用紙、ラベル用紙、古紙、包装用紙などが挙げられる。
【０００３】
一般に、二種類のサイジング剤が存在し、表面サイジング剤と、内部サイジン
グ剤とである。本明細書に用いられる「表面サイジング剤」なる用語は、紙類の表
面に対し、一般にデンプンと共に、サイズプレスを用いて適用されるサイジング
剤を意味する。他方、本明細書に用いられる「内部サイジング剤」なる用語は、紙
類の製造工程において、湿潤紙繊維に対し添加されるサイジング剤を意味する。
グ剤とである。本明細書に用いられる「表面サイジング剤」なる用語は、紙類の表
面に対し、一般にデンプンと共に、サイズプレスを用いて適用されるサイジング
剤を意味する。他方、本明細書に用いられる「内部サイジング剤」なる用語は、紙
類の製造工程において、湿潤紙繊維に対し添加されるサイジング剤を意味する。
【０００４】
製紙業者にとって、良好な表面サイジング剤は、良好な耐水性を示すと共に、
表面サイジング剤よりも多量の薬剤を必要とする内部サイジング処理を、少なく
し、場合により排除しうるようなものである。また表面サイジング剤は、良好な
紙表面特性を達成でき、特に、紙類に対し良好な印刷適性を付与しうる点で、重
要である。
表面サイジング剤よりも多量の薬剤を必要とする内部サイジング処理を、少なく
し、場合により排除しうるようなものである。また表面サイジング剤は、良好な
紙表面特性を達成でき、特に、紙類に対し良好な印刷適性を付与しうる点で、重
要である。
【０００５】
当該分野ではよく知られているように、表面サイジング剤は、溶液形態のポリ
マーよりも、乳化形態または分散形態のポリマーを、デンプンと組み合わせて使
用している。乳化形態または分散形態のポリマーは、高い固形分と共に低い粘度
を有する表面サイジング剤を製造することができる。また、乳化形態または分散
形態のポリマーは、溶液形態のポリマー（例えば、スチレン-アクリル酸または
スチレン-無水マレイン酸コポリマー）よりも、発泡性の問題もより少ない。か
かる分散体は、アニオン性でも、カチオン性でもよいが、後者のカチオン性分散
体は、やや一般的ではなく、その合成がより困難である。
マーよりも、乳化形態または分散形態のポリマーを、デンプンと組み合わせて使
用している。乳化形態または分散形態のポリマーは、高い固形分と共に低い粘度
を有する表面サイジング剤を製造することができる。また、乳化形態または分散
形態のポリマーは、溶液形態のポリマー（例えば、スチレン-アクリル酸または
スチレン-無水マレイン酸コポリマー）よりも、発泡性の問題もより少ない。か
かる分散体は、アニオン性でも、カチオン性でもよいが、後者のカチオン性分散
体は、やや一般的ではなく、その合成がより困難である。
【０００６】
当該分野では、内部サイジング剤は、固着剤や熟成工程を適用することなく、
使用しうるような製品の開発が望まれている。汎用の内部サイジング剤は、アル
キルケテン二量体（AKD）、アルキルコハク酸無水物（ASA）、コロホニーなどで
ある。内部サイジング剤は、全ての製紙条件や、全てのタイプのパルプに適合し
ているわけではなく、場合により、カチオン性促進剤の使用が必要となる。
使用しうるような製品の開発が望まれている。汎用の内部サイジング剤は、アル
キルケテン二量体（AKD）、アルキルコハク酸無水物（ASA）、コロホニーなどで
ある。内部サイジング剤は、全ての製紙条件や、全てのタイプのパルプに適合し
ているわけではなく、場合により、カチオン性促進剤の使用が必要となる。
【０００７】
当該分野では、表面サイジング剤は、アニオン性形態の分散体として存在する
ことが知られている。このアニオン性分散体は、しばしば文献に記載されており
、乳化剤として、低分子量のアニオン性コポリマーを用い、乳化重合によって合
成することができる。また当該分野では、界面活性剤を合成の間に使用しないこ
と並びに非常に微細な粒径は、表面処理の間に満足のゆく効果が得られる点で、
好適であることが知られている。US 08-434-600の開示によれば、補助界面活性
剤を用いずに、スチレン-アクリル酸コポリマーからエマルジョンを合成すると
、粒径65 nmのエマルジョンが得られる。またFR-B 9 606 737の開示によれば、
スチレン-無水マレイン酸（SMA）コポリマーを用いて合成すると、粒径約55 nm
の分散体が得られる。
ことが知られている。このアニオン性分散体は、しばしば文献に記載されており
、乳化剤として、低分子量のアニオン性コポリマーを用い、乳化重合によって合
成することができる。また当該分野では、界面活性剤を合成の間に使用しないこ
と並びに非常に微細な粒径は、表面処理の間に満足のゆく効果が得られる点で、
好適であることが知られている。US 08-434-600の開示によれば、補助界面活性
剤を用いずに、スチレン-アクリル酸コポリマーからエマルジョンを合成すると
、粒径65 nmのエマルジョンが得られる。またFR-B 9 606 737の開示によれば、
スチレン-無水マレイン酸（SMA）コポリマーを用いて合成すると、粒径約55 nm
の分散体が得られる。
【０００８】
他方、かかるアニオン性エマルジョンは、ある種の欠点を有する。特に、アニ
オン性エマルジョンは、わずかにアニオン性に帯電したセルロース繊維に対して
、ほとんど付着することができず、これは、閉鎖回路において、再循環の問題を
引き起こす。また良好なサイジング作用を得るには、多量のサイジング剤が必要
である。なぜなら、かかる分散体は、その一部が紙表面上に残存せずに、紙の厚
み全体に拡散してしまうからである。さらに、かかるアニオン性エマルジョンは
、ある種のデンプン、例えばカチオン性デンプンに対し、適合性を示さない。
オン性エマルジョンは、わずかにアニオン性に帯電したセルロース繊維に対して
、ほとんど付着することができず、これは、閉鎖回路において、再循環の問題を
引き起こす。また良好なサイジング作用を得るには、多量のサイジング剤が必要
である。なぜなら、かかる分散体は、その一部が紙表面上に残存せずに、紙の厚
み全体に拡散してしまうからである。さらに、かかるアニオン性エマルジョンは
、ある種のデンプン、例えばカチオン性デンプンに対し、適合性を示さない。
【０００９】
以上の理由から、カチオン性分散体がサイジング剤として考えられている。数
種の合成法が可能である。本発明にとって最も適切であることが判明した方法は
、低分子量のカチオン性コポリマーを用いる乳化重合法である。DE-C-2,454 397
の開示によれば、主成分としてスチレンと、ジメチルアミノエチルアクリレート
とをベースとするオリゴマーを、有機溶媒中で合成している。DE-C-3,401,573は
、スチレンと、アクリロニトリルと、ジメチルアミノエチルアクリレート／メタ
クリレートとのターポリマーの使用を開示する。以上、２つの製法は、有機溶媒
を使用しているため、乳化重合の前後において有機溶媒を除去しなければならな
いという、欠点がある。このため、２つの既知の方法は、経済的にも、生態学的
にも、不適当である。さらに、得られたエマルジョンは、サイジングバッチでは
一般的である高い温度および高い剪断傾斜において、安定性の問題がある。別の
DE-C-4,200,715は、疎水性に変性したカチオン性ポリアミドアミンを開示する。
この方法では、固形分が非常に低い、粒径約160 nmのエマルジョンしか、得られ
ない。このようなエマルジョンは、本発明のカチオン性分散体と比較して、経済
的でもなく、有効でもない。
種の合成法が可能である。本発明にとって最も適切であることが判明した方法は
、低分子量のカチオン性コポリマーを用いる乳化重合法である。DE-C-2,454 397
の開示によれば、主成分としてスチレンと、ジメチルアミノエチルアクリレート
とをベースとするオリゴマーを、有機溶媒中で合成している。DE-C-3,401,573は
、スチレンと、アクリロニトリルと、ジメチルアミノエチルアクリレート／メタ
クリレートとのターポリマーの使用を開示する。以上、２つの製法は、有機溶媒
を使用しているため、乳化重合の前後において有機溶媒を除去しなければならな
いという、欠点がある。このため、２つの既知の方法は、経済的にも、生態学的
にも、不適当である。さらに、得られたエマルジョンは、サイジングバッチでは
一般的である高い温度および高い剪断傾斜において、安定性の問題がある。別の
DE-C-4,200,715は、疎水性に変性したカチオン性ポリアミドアミンを開示する。
この方法では、固形分が非常に低い、粒径約160 nmのエマルジョンしか、得られ
ない。このようなエマルジョンは、本発明のカチオン性分散体と比較して、経済
的でもなく、有効でもない。
【００１０】
以上、従来技術では、固形分が高くかつ微粒子形態であってしかも有機溶媒ま
たは界面活性剤を使用せずに合成したカチオン性エマルジョンは、サイジング剤
として、使用できないことが、明らかになった。
たは界面活性剤を使用せずに合成したカチオン性エマルジョンは、サイジング剤
として、使用できないことが、明らかになった。
【００１１】
他方、US-A-3,444,151は、マレイン酸無水物ベースコポリマー（I）のイミド
誘導体（II）の合成およびラテックス合成を目的とした乳化重合法を開示する。
しかしながら、この特許は、モノマー全量を基準に、2〜20重量％の割合で、上
記（II）の化合物を使用することを権利要求しているが、これは、既知の界面活
性剤を用いずに実質的に安定なラテックスを得る目的には、不十分である（さら
に、この特許に記載の実施例では、全て、既知の界面活性剤の組み合わせをベー
スにしている）。
誘導体（II）の合成およびラテックス合成を目的とした乳化重合法を開示する。
しかしながら、この特許は、モノマー全量を基準に、2〜20重量％の割合で、上
記（II）の化合物を使用することを権利要求しているが、これは、既知の界面活
性剤を用いずに実質的に安定なラテックスを得る目的には、不十分である（さら
に、この特許に記載の実施例では、全て、既知の界面活性剤の組み合わせをベー
スにしている）。
【００１２】
（発明の開示）
本発明は、対応するアニオン性エマルジョンよりも著しく良好な結果が得られ
る、カチオン性エマルジョンの簡単な合成法、およびこれらエマルジョンの紙へ
の簡単な適用方法を提供する。
る、カチオン性エマルジョンの簡単な合成法、およびこれらエマルジョンの紙へ
の簡単な適用方法を提供する。
【００１３】
本発明は、従来技術とは、サイズ剤として使用される新規タイプのカチオン性
エマルジョンを使用する点で、区別され、このエマルジョンは、無水マレイン酸
をベースとするコポリマーのイミド誘導体（II）の存在下において得られ、この
無水マレイン酸は、既知の界面活性剤への依存を回避するのに充分な比率で使用
される。このようにして合成されるエマルジョンは、疎水性が高く、粒径が微細
であり、固形分が高く、発砲性が低く、機械安定性が良好であり、凍結／融解に
対する安定性が良好で、高温での安定性が良好である。本発明のエマルジョンは
、表面サイズ剤としても、内部サイジング剤としても等しく使用することができ
る。紙表面への適用において、本発明のエマルジョンは、多数のデンプンに相溶
性を示すことができる。紙内部への適用において、本発明のエマルジョンは、固
着剤（retention agent）を使用することなく、即時的なサイジングが可能であ
る。
エマルジョンを使用する点で、区別され、このエマルジョンは、無水マレイン酸
をベースとするコポリマーのイミド誘導体（II）の存在下において得られ、この
無水マレイン酸は、既知の界面活性剤への依存を回避するのに充分な比率で使用
される。このようにして合成されるエマルジョンは、疎水性が高く、粒径が微細
であり、固形分が高く、発砲性が低く、機械安定性が良好であり、凍結／融解に
対する安定性が良好で、高温での安定性が良好である。本発明のエマルジョンは
、表面サイズ剤としても、内部サイジング剤としても等しく使用することができ
る。紙表面への適用において、本発明のエマルジョンは、多数のデンプンに相溶
性を示すことができる。紙内部への適用において、本発明のエマルジョンは、固
着剤（retention agent）を使用することなく、即時的なサイジングが可能であ
る。
【００１４】
したがって、本発明は、低分子量の無水マレイン酸をベースとするコポリマー
のイミド誘導体水溶液の存在下、および従来の界面活性剤の非存在下に、主とし
て疎水性モノマーの混合物を乳化重合することによって得られるカチオン性分散
体についての、紙用サイズ剤としての使用を提供する。これらのコポリマーを使
用する乳化重合法は、高固形分および微粒径を有する強力な疎水性のカチオン性
分散体が得られ、これによって、処理された紙は、極めて良好な疎水性および良
好なインクジェット印刷適性が得られる。
のイミド誘導体水溶液の存在下、および従来の界面活性剤の非存在下に、主とし
て疎水性モノマーの混合物を乳化重合することによって得られるカチオン性分散
体についての、紙用サイズ剤としての使用を提供する。これらのコポリマーを使
用する乳化重合法は、高固形分および微粒径を有する強力な疎水性のカチオン性
分散体が得られ、これによって、処理された紙は、極めて良好な疎水性および良
好なインクジェット印刷適性が得られる。
【００１５】
本発明の１つの態様は、疎水性ポリマーの水性分散体であり、このポリマーは
、単独または紙用サイズ剤等の他の薬剤と組み合わせて使用することができる。
この分散体は、以下に記載の方法により得られ、この方法自体は、本発明の他の
態様である。
、単独または紙用サイズ剤等の他の薬剤と組み合わせて使用することができる。
この分散体は、以下に記載の方法により得られ、この方法自体は、本発明の他の
態様である。
【００１６】
紙用サイズ剤として使用される水性分散体の製造方法は、無水マレイン酸をベ
ースとするコポリマーのイミド誘導体（II）から開始する乳化重合によって行わ
れる。ジアミンと、無水マレイン酸をベースとするポリマー（I）との反応を基
準とする、これらの誘導体の合成は、米国特許第3,444,151号に開示されている
。簡単に説明すると、これらのイミド誘導体は、ポリマー（I）と、一級三級ジ
アミン、例えばジメチルプロピレンジアミン（DMAPA）との反応によって得られ
、好適には塊状重合法によって得られる。一級アミンの官能基は、無水物の官能
基と反応してアミド酸を形成し、次いで、この環を再閉環して、ポリマー（I）
のイミド誘導体（II）を形成する。本発明に使用するアミン誘導体は、好適には
、米国特許第3,444,151号開示のタイプ I のアミン誘導体に相当する、ジアミン
が無水物官能基と1：1のモル比で完全に反応しているアミン誘導体である。また
、アミンの不足した反応から生じる、残留無水物または酸官能基を示すコポリマ
ーの使用も可能である。
ースとするコポリマーのイミド誘導体（II）から開始する乳化重合によって行わ
れる。ジアミンと、無水マレイン酸をベースとするポリマー（I）との反応を基
準とする、これらの誘導体の合成は、米国特許第3,444,151号に開示されている
。簡単に説明すると、これらのイミド誘導体は、ポリマー（I）と、一級三級ジ
アミン、例えばジメチルプロピレンジアミン（DMAPA）との反応によって得られ
、好適には塊状重合法によって得られる。一級アミンの官能基は、無水物の官能
基と反応してアミド酸を形成し、次いで、この環を再閉環して、ポリマー（I）
のイミド誘導体（II）を形成する。本発明に使用するアミン誘導体は、好適には
、米国特許第3,444,151号開示のタイプ I のアミン誘導体に相当する、ジアミン
が無水物官能基と1：1のモル比で完全に反応しているアミン誘導体である。また
、アミンの不足した反応から生じる、残留無水物または酸官能基を示すコポリマ
ーの使用も可能である。
【００１７】
ポリマー（I）は、無水マレイン酸と、α-オレフィン、不飽和エチレン系芳香
族炭化水素、ビニルエーテルおよびアリルエーテルから選択される疎水性モノマ
ーとからなるコポリマーまたはターポリマーとすることができる。本発明の好適
なコポリマーは、スチレン/無水マレイン酸の比率が、1/1〜6/1、好適には2/1〜
4/1に相当する、スチレン-無水マレイン酸コポリマー（SMA）である。乳化剤コ
ポリマーの数平均分子量は、500〜20,000、好適には2,000〜5,000である。最終
乾燥物質中、オリゴマーの重量割合は、10％〜40％、好適には20％〜30％である
。
族炭化水素、ビニルエーテルおよびアリルエーテルから選択される疎水性モノマ
ーとからなるコポリマーまたはターポリマーとすることができる。本発明の好適
なコポリマーは、スチレン/無水マレイン酸の比率が、1/1〜6/1、好適には2/1〜
4/1に相当する、スチレン-無水マレイン酸コポリマー（SMA）である。乳化剤コ
ポリマーの数平均分子量は、500〜20,000、好適には2,000〜5,000である。最終
乾燥物質中、オリゴマーの重量割合は、10％〜40％、好適には20％〜30％である
。
【００１８】
ポリマー（I）は、好適には、酸価の範囲が500〜200mg KOH/gであり、Elf Ato
chemのSMA（登録商標）1000、SMA（登録商標）2000、SMA（登録商標）3000、SMA
（登録商標）EF30およびSMA（登録商標）EF40およびSMA（登録商標）EF60という
商品名で市販されている、スチレン-無水マレイン酸コポリマーから選択される
。
chemのSMA（登録商標）1000、SMA（登録商標）2000、SMA（登録商標）3000、SMA
（登録商標）EF30およびSMA（登録商標）EF40およびSMA（登録商標）EF60という
商品名で市販されている、スチレン-無水マレイン酸コポリマーから選択される
。
【００１９】
イミド化の後、コポリマーを水溶液中に溶解し、酸で中和して、カチオン性乳
化剤オリゴマーを得る。使用される酸は、好適には、揮発性の弱酸、例えば、エ
タン酸またはメタン酸である。
化剤オリゴマーを得る。使用される酸は、好適には、揮発性の弱酸、例えば、エ
タン酸またはメタン酸である。
【００２０】
次いで、カチオン性エマルジョンは、通常の乳化重合法に従い、適量（好適に
は、モノマーを基準に30〜50％）の上記カチオン性乳化剤（II）を含む一方、既
知の高分子量界面活性剤を含んでない水溶液中、既知のラジカル開始剤系の存在
下およびエチレン性不飽和モノマー（例えば、スチレン）と（メタ）アクリル酸
エステルとの混合物の存在下に、合成することができる。
は、モノマーを基準に30〜50％）の上記カチオン性乳化剤（II）を含む一方、既
知の高分子量界面活性剤を含んでない水溶液中、既知のラジカル開始剤系の存在
下およびエチレン性不飽和モノマー（例えば、スチレン）と（メタ）アクリル酸
エステルとの混合物の存在下に、合成することができる。
【００２１】
ラジカル開始剤は、水溶性開始剤、例えば、過硫酸アンモニウム、カリウムま
たはナトリウム、所望により、これらと、メタ重亜硫酸ナトリウム型の還元剤と
組み合わせである。これとは別の態様として、ラジカル開始剤は、アスコルビン
酸またはナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート等の還元剤と組み合わせ
て使用される、過酸化水素またはヒドロペルオキシド、例えばtert-ブチルヒド
ロペルオキシド等とすることができる。またこの開始剤は、有機媒体、例えばア
ゾビスイソブチロニトリル等のアゾ誘導体、または有機ペルオキシド中に溶解す
ることができる。
たはナトリウム、所望により、これらと、メタ重亜硫酸ナトリウム型の還元剤と
組み合わせである。これとは別の態様として、ラジカル開始剤は、アスコルビン
酸またはナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート等の還元剤と組み合わせ
て使用される、過酸化水素またはヒドロペルオキシド、例えばtert-ブチルヒド
ロペルオキシド等とすることができる。またこの開始剤は、有機媒体、例えばア
ゾビスイソブチロニトリル等のアゾ誘導体、または有機ペルオキシド中に溶解す
ることができる。
【００２２】
重合温度は、30℃〜100℃、好適には60℃〜90℃であり、使用される開始剤系
によって調節することができる。
によって調節することができる。
【００２３】
特に、モノマーは、所望のガラス転移温度（Tg）、所望の極性、所望の官能価
または所望の架橋度が得られるよう選択される。このTgは、−70℃〜100℃、好
適には0℃〜50℃である。
または所望の架橋度が得られるよう選択される。このTgは、−70℃〜100℃、好
適には0℃〜50℃である。
【００２４】
モノマーは、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアク
リレート、2-エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、より一般的
には、式： CH2=C(R1)COOR2 〔式中、R1はHまたはCH3であり、R2は1〜22個の炭素を有する基である。〕 で示されるアルキル（メタ）アクリレート、式： CH2=C(R1)COO-(CH2)n-Cn’F2n’+1 〔式中、R1=HまたはCH3、n＝1〜4、n'＝1〜14〕 で示されるペルフルオロアルキル（メタ）アクリレート、 ビニルアセテート、スチレン、ベルサチック（versatic）エステル、アクリル酸
、メタクリル酸、アクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート等から
選択される。
リレート、2-エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、より一般的
には、式： CH2=C(R1)COOR2 〔式中、R1はHまたはCH3であり、R2は1〜22個の炭素を有する基である。〕 で示されるアルキル（メタ）アクリレート、式： CH2=C(R1)COO-(CH2)n-Cn’F2n’+1 〔式中、R1=HまたはCH3、n＝1〜4、n'＝1〜14〕 で示されるペルフルオロアルキル（メタ）アクリレート、 ビニルアセテート、スチレン、ベルサチック（versatic）エステル、アクリル酸
、メタクリル酸、アクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート等から
選択される。
【００２５】
本発明のカチオン性分散体は、固形分が20％〜50％、好適には40％〜50％であ
り、粒径が50 nm〜300 nmであり、平均粒径は、好適には100 nm未満である。本
発明の分散体は、天然デンプン、弱アニオン性デンプンまたはカチオン性デンプ
ンであるかにかかわらず、高温においてさえ、サイズプレス（size press）によ
く使用されるデンプンとの相溶性が極めて良好である。本発明の分散体の粘度は
、固形分41％において、好適には100 mPas未満と低い。本発明の分散体は、経時
的安定性が極めて良好で、機械的安定性が極めて良好で、かつ凍結/融解サイク
ルに対する耐性が極めて良好である。本発明の分散体は、対応するアニオン性エ
マルジョンよりもはるかに低い処理レベルにおいて、処理される紙に対し、極め
て良好な疎水性を付与することができる。特に、本発明の分散体は、紙疎水性が
極めて良好であることが要求される、板紙包装を目的とするテストライナー（te
st liner）タイプの紙の表面処理を可能にする。また本発明の分散体は、特に、
紙の表面処理の間にカチオン性であるデンプンおよび顔料を使用して、極めて良
好なインクジェット印刷適性を得ることができる。なぜなら、印刷インキ中に存
在する粒子は、一般にアニオン性であるため、カチオン性成分が存在すれば紙の
表面に容易に付着するからである。
り、粒径が50 nm〜300 nmであり、平均粒径は、好適には100 nm未満である。本
発明の分散体は、天然デンプン、弱アニオン性デンプンまたはカチオン性デンプ
ンであるかにかかわらず、高温においてさえ、サイズプレス（size press）によ
く使用されるデンプンとの相溶性が極めて良好である。本発明の分散体の粘度は
、固形分41％において、好適には100 mPas未満と低い。本発明の分散体は、経時
的安定性が極めて良好で、機械的安定性が極めて良好で、かつ凍結/融解サイク
ルに対する耐性が極めて良好である。本発明の分散体は、対応するアニオン性エ
マルジョンよりもはるかに低い処理レベルにおいて、処理される紙に対し、極め
て良好な疎水性を付与することができる。特に、本発明の分散体は、紙疎水性が
極めて良好であることが要求される、板紙包装を目的とするテストライナー（te
st liner）タイプの紙の表面処理を可能にする。また本発明の分散体は、特に、
紙の表面処理の間にカチオン性であるデンプンおよび顔料を使用して、極めて良
好なインクジェット印刷適性を得ることができる。なぜなら、印刷インキ中に存
在する粒子は、一般にアニオン性であるため、カチオン性成分が存在すれば紙の
表面に容易に付着するからである。
【００２６】
外部からのサイジングまたは内部サイジングによって紙類を処理する方法は、
以下の実施例において説明する。
以下の実施例において説明する。
【００２７】
（実施例）
下記実施例は、本発明を例示するものであって、本発明を限定するものではな
い。
い。
【００２８】
合成例
実施例1：カチオン性界面活性剤の合成
この実施例では、スチレン-無水マレイン酸コポリマー（SMA）のイミド誘導体
の合成法を説明する。
の合成法を説明する。
【００２９】
まず、ジメチルプロピレンジアミン（DMAPA）および次いでSMAを、2リットル
の電気加熱反応器（これは、粘性媒体に適した攪拌装置を備える）中に、室温で
導入した。次に、反応混合物を150℃に加熱した後に撹拌を開始し、次いで200℃
にした。この後、定常状態を75分間、維持し、次に、イミド化SMAを、反応器底
部弁から液体窒素浴に押し出す。次に、得られたイミド化SMAを粉砕した。
の電気加熱反応器（これは、粘性媒体に適した攪拌装置を備える）中に、室温で
導入した。次に、反応混合物を150℃に加熱した後に撹拌を開始し、次いで200℃
にした。この後、定常状態を75分間、維持し、次に、イミド化SMAを、反応器底
部弁から液体窒素浴に押し出す。次に、得られたイミド化SMAを粉砕した。
【００３０】
実施例S1-1
実施例S1-1については、反応混合物は、170 gのDMAPAと、830 gのSMAコポリマ
ー（数平均分子量3,000、スチレン79.8重量％-無水マレイン酸20.2重量％コポリ
マー、SMA（登録商標）EF40、Elf Atochem S.A.）とを含んでなる。
ー（数平均分子量3,000、スチレン79.8重量％-無水マレイン酸20.2重量％コポリ
マー、SMA（登録商標）EF40、Elf Atochem S.A.）とを含んでなる。
【００３１】
以下の特性を有する粉末コポリマーS1-1を得る。
残留DMAPA＝600 ppm
Tg＝112℃
酸価＝7.5 mg KOH/g
【００３２】
実施例S1-2、S1-3およびS1-4
スチレン／無水マレイン酸の他の比率を有する、他のスチレン-無水マレイン
酸コポリマーを使用して、同様の試験を行った。この試験において、使用した物
質のタイプ、使用した量、および得られた最終生成物の特性を、以下の表に要約
する。
酸コポリマーを使用して、同様の試験を行った。この試験において、使用した物
質のタイプ、使用した量、および得られた最終生成物の特性を、以下の表に要約
する。
【表１】
【００３３】
実施例2：カチオン性界面活性剤（SUR）の溶解
171gのSUR S1-1、644gの水および39gの氷酢酸を、1リットル容の3口ガラス反
応器（これは、中央攪拌機、凝縮器、温度プローブおよび酢酸導入装置を備える
）中に導入した。合した反応体を、60℃に加熱し、オリゴマーが完全に溶解する
まで攪拌を継続した。
応器（これは、中央攪拌機、凝縮器、温度プローブおよび酢酸導入装置を備える
）中に導入した。合した反応体を、60℃に加熱し、オリゴマーが完全に溶解する
まで攪拌を継続した。
【００３４】
得られた水溶液S2-1のS1-1濃度は、約20％である。SURの溶解は、所望により
、実施例S3-1の前段階として重合反応器中で直接行うことができる。
、実施例S3-1の前段階として重合反応器中で直接行うことができる。
【００３５】
実施例3：カチオン性分散体の合成
この実施例では、本発明のカチオン性分散体の合成を説明する。
【００３６】
20％のオリゴマーS1-1を含む642gの水溶液S2-1を、1リットル容のジャケット
付ガラス反応器（これは、中央攪拌機、凝縮器、温度プローブ、および開始剤溶
液／モノマーのプレエマルジョン混合物を連続的に導入する装置を備える）中に
導入し、反応混合物を85℃にした。
付ガラス反応器（これは、中央攪拌機、凝縮器、温度プローブ、および開始剤溶
液／モノマーのプレエマルジョン混合物を連続的に導入する装置を備える）中に
導入し、反応混合物を85℃にした。
【００３７】
さらに、3gの過硫酸アンモニウムを、60 gの脱塩水中に溶解して開始剤溶液を
製造し、138gのスチレンおよび162gのブチルアクリレートを含むモノマー混合物
を製造した。
製造し、138gのスチレンおよび162gのブチルアクリレートを含むモノマー混合物
を製造した。
【００３８】
反応混合物が温度85℃に達したら、開始剤溶液およびモノマー混合物を、攪拌
しながら、温度を85℃に維持しつつ、2時間かけて添加した。
しながら、温度を85℃に維持しつつ、2時間かけて添加した。
【００３９】
次に、反応混合物を85℃でさらに2時間攪拌し続け、次いで、周囲温度に冷却
し、100 μmの布でろ過し、排水して、以下の特性を示すS3-1分散体を得た。 固形分＝41％ 粘度＝35 mPas（標準法に従い、25℃でブルックフィールド粘度計を使用して
測定） pH＝4 平均粒径＝95 nm Tg＝25℃
し、100 μmの布でろ過し、排水して、以下の特性を示すS3-1分散体を得た。 固形分＝41％ 粘度＝35 mPas（標準法に従い、25℃でブルックフィールド粘度計を使用して
測定） pH＝4 平均粒径＝95 nm Tg＝25℃
【００４０】
比較例1
サイズ剤を、FR-B 9606737の実施例1開示の方法で合成して、アニオン性エマ
ルジョンS4（これは、アンモニア中和スチレン-無水マレイン酸コポリマー（ス
チレン74.3重量％-無水マレイン酸25.7重量％コポリマー）で安定化）を得た。
したがって、このエマルジョンは、エマルジョンS3-1のアニオン性相当物である
。
ルジョンS4（これは、アンモニア中和スチレン-無水マレイン酸コポリマー（ス
チレン74.3重量％-無水マレイン酸25.7重量％コポリマー）で安定化）を得た。
したがって、このエマルジョンは、エマルジョンS3-1のアニオン性相当物である
。
【００４１】
このエマルジョンS4は、以下の特性を示す。
固形分＝23.5％
25℃におけるブルックフィールド粘度＝20 mPas
pH＝8.85
平均粒径＝55 nm
Tg＝25℃
【００４２】
応用例
実験室スケールのサイズプレスを使用して、3つの紙を表面処理した。
【００４３】
はじめの2つは、グラメージ（grammage）80 g/m2の印刷用および筆記用の紙で
あり、これらの紙を、アルキルケテン二量体（Hercules、Aquapel（登録商標）3
15、以下、AKD）によって、紙の重量を基準に濃度0.2％または0.6％でサイジン
グした。
あり、これらの紙を、アルキルケテン二量体（Hercules、Aquapel（登録商標）3
15、以下、AKD）によって、紙の重量を基準に濃度0.2％または0.6％でサイジン
グした。
【００４４】
他の紙は、包装用板紙への適用を意図した、グラメージ130 g/m2のテストライ
ナー用の紙であり、この紙は、いずれの内部サイジング処理にも付さなかった。
ナー用の紙であり、この紙は、いずれの内部サイジング処理にも付さなかった。
【００４５】
以下の2つの試験を実施して、処理した紙について、水溶液による疎水性およ
び耐浸透性を測定した。 コッブ（Cobb）試験：この試験は、当業者によく知られており、NF Standard
EN 20535-ISO 535に記載されている。所定の時間経過後に、吸収した含水量をg/
m2で示す。このコッブ試験では、60秒（Cobb60）または30分（Cobb1800）の接触
時間で実施した。 HST試験：この試験は、TAPPI Test Methods T Standard 530 OM-96によって実
施した。被験用の紙は、寸法が6×6cmであって、この紙の片面を、緑色のインキ
（1.25％のナフトールグリーンB染料、ギ酸1％および残部脱イオン水を使用して
製造）の処理に付した。水性インキの浸透時間は、反対面の光源の反射によって
、反射割合が80％に達した際に測定した。
び耐浸透性を測定した。 コッブ（Cobb）試験：この試験は、当業者によく知られており、NF Standard
EN 20535-ISO 535に記載されている。所定の時間経過後に、吸収した含水量をg/
m2で示す。このコッブ試験では、60秒（Cobb60）または30分（Cobb1800）の接触
時間で実施した。 HST試験：この試験は、TAPPI Test Methods T Standard 530 OM-96によって実
施した。被験用の紙は、寸法が6×6cmであって、この紙の片面を、緑色のインキ
（1.25％のナフトールグリーンB染料、ギ酸1％および残部脱イオン水を使用して
製造）の処理に付した。水性インキの浸透時間は、反対面の光源の反射によって
、反射割合が80％に達した際に測定した。
【００４６】
実施例A1
この実施例は、印刷用紙および筆記用紙の表面処理に関し、本発明のサイズ剤
の利点を、耐水性およびインク浸透性ついて説明する。許容される印刷用紙およ
び筆記用紙は、Cobb60が30未満であって、HSTが100よりも高くなければならない
。
の利点を、耐水性およびインク浸透性ついて説明する。許容される印刷用紙およ
び筆記用紙は、Cobb60が30未満であって、HSTが100よりも高くなければならない
。
【００４７】
0.2％のAKDで処理した紙の表面を、以下の物質を含んでなる水溶液でサイジン
グした。 3重量％の弱アニオン性デンプンAmylis（登録商標）100 P（Roquette） 0.25重量％および0.5重量％のエマルジョンS3-1およびS4の活性物質 溶液に、必要な補充脱イオン水を100％まで添加
グした。 3重量％の弱アニオン性デンプンAmylis（登録商標）100 P（Roquette） 0.25重量％および0.5重量％のエマルジョンS3-1およびS4の活性物質 溶液に、必要な補充脱イオン水を100％まで添加
【００４８】
以下の結果は、低処理量での本発明の適用例は、アニオン性サイズ剤を使用し
た従来例と比較して、明らかに優れていること示す。
た従来例と比較して、明らかに優れていること示す。
【表２】
【００４９】
実施例A2
この実施例は、カチオン性デンプンを使用して印刷用紙および筆記用紙を表面
処理する場合の、本発明のサイズ剤の利点を示す。このカチオン性デンプンの使
用によって、印刷適性に関して著しい利点が得られる。
処理する場合の、本発明のサイズ剤の利点を示す。このカチオン性デンプンの使
用によって、印刷適性に関して著しい利点が得られる。
【００５０】
0.2％および0.6％のAKDで処理した紙の表面を、以下の物質を含んでなる溶液
でサイジングした。 3重量％のカチオン性デンプンCatosize（登録商標）240（National Starch） 0.5重量％のエマルジョンS3-1およびS4の活性物質 溶液に、必要な補充脱イオン水を100％まで添加
でサイジングした。 3重量％のカチオン性デンプンCatosize（登録商標）240（National Starch） 0.5重量％のエマルジョンS3-1およびS4の活性物質 溶液に、必要な補充脱イオン水を100％まで添加
【００５１】
以下の結果によれば、本発明の分散体は、実施例A1に比し、いずれの種類のデ
ンプンにも明らかな相溶性を有することが判明した。エマルジョンS3-1の特性は
、カチオン性デンプンの添加によって向上している一方、エマルジョンS4の特性
は、サイズスリップの非適合性のため、低下し、0.6％AKD処理紙についてのデン
プン単独処理の場合の特性よりも劣っている。
ンプンにも明らかな相溶性を有することが判明した。エマルジョンS3-1の特性は
、カチオン性デンプンの添加によって向上している一方、エマルジョンS4の特性
は、サイズスリップの非適合性のため、低下し、0.6％AKD処理紙についてのデン
プン単独処理の場合の特性よりも劣っている。
【表３】：0.2％のAKDで処理した紙
【表４】：0.6％のAKDで処理した紙
【００５２】
実施例A3
この実施例は、包装用板紙の表面処理における本発明のサイズ剤の利点を、耐
水性に関して示す。この板紙については、極めて良好な耐水性が長時間にわたっ
て必要である。すなわち、包装用板紙を意図したテストライナータイプに関し、
許容される紙は、Cobb1800が120と等しいかまたは120未満でなければならない。
水性に関して示す。この板紙については、極めて良好な耐水性が長時間にわたっ
て必要である。すなわち、包装用板紙を意図したテストライナータイプに関し、
許容される紙は、Cobb1800が120と等しいかまたは120未満でなければならない。
【００５３】
上記テストライナータイプの紙の表面を、以下の物質を含んでなる溶液でサイ
ジングした。 8重量％の弱アニオン性デンプンAmylis（登録商標）100 P（Roquette） 0.7重量％および1.2重量％のエマルジョンS3-1およびS4の活性物質 溶液に、必要な補充脱イオン水を100％まで添加
ジングした。 8重量％の弱アニオン性デンプンAmylis（登録商標）100 P（Roquette） 0.7重量％および1.2重量％のエマルジョンS3-1およびS4の活性物質 溶液に、必要な補充脱イオン水を100％まで添加
【００５４】
以下の結果は、いずれの内部サイジング処理にも付していないテストライナー
タイプの紙を、妥当な量の本発明のサイズ剤で処理しうることを示す。
タイプの紙を、妥当な量の本発明のサイズ剤で処理しうることを示す。
【表５】
【００５５】
実施例A4
この実施例は、本発明のカチオン性分散体についての、内部サイジング剤とし
ての使用を説明する。
ての使用を説明する。
【００５６】
本発明の紙は、フランク装置を用い、所定のショッパー・リグラー叩解度の叩
解パルプから出発し、ハンドシート（handsheets、手すき）を製造して、得た（
NF Standard Q 50003、参照）。繊維5 g/Lを水中に懸濁した繊維状懸濁液に、サ
イズ剤を添加した。3分間攪拌し続けた。ハンドシートは、叩解、脱水および乾
燥（95℃×5分間）の後、平均グラメージ65g/m2で製造した。この場合に使用さ
れるパルプは、50％の短繊維および50％の長繊維からなり、そのショッパー・リ
グラー叩解度は、25である。
解パルプから出発し、ハンドシート（handsheets、手すき）を製造して、得た（
NF Standard Q 50003、参照）。繊維5 g/Lを水中に懸濁した繊維状懸濁液に、サ
イズ剤を添加した。3分間攪拌し続けた。ハンドシートは、叩解、脱水および乾
燥（95℃×5分間）の後、平均グラメージ65g/m2で製造した。この場合に使用さ
れるパルプは、50％の短繊維および50％の長繊維からなり、そのショッパー・リ
グラー叩解度は、25である。
【００５７】
乾燥繊維状物質を基準に、1％のサイズ剤を添加した。使用されるサイズ剤は
、エマルジョンS3-1およびS4並びにAKD（HerculesからのAquapel（登録商標）31
5）である。AKDで処理したハンドシートを、炉において、110℃で10分間の促進
熟成の処理に付した。
、エマルジョンS3-1およびS4並びにAKD（HerculesからのAquapel（登録商標）31
5）である。AKDで処理したハンドシートを、炉において、110℃で10分間の促進
熟成の処理に付した。
【表６】
【００５８】
以上の結果から明らかなように、エマルジョンS3-1は、固着剤を使用しなくと
も、充分に満足できるサイジング効果が得られる一方、エマルジョンS3-1の性能
は、AKDを単独で使用した場合と同程度である。さらに、熟成段階も必要としな
い。アニオン性エマルジョンは、繊維に付着しないため、良好な結果は、得られ
ない。
も、充分に満足できるサイジング効果が得られる一方、エマルジョンS3-1の性能
は、AKDを単独で使用した場合と同程度である。さらに、熟成段階も必要としな
い。アニオン性エマルジョンは、繊維に付着しないため、良好な結果は、得られ
ない。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年６月２５日（２００１．６．２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｃ０８Ｆ 20/22 Ｃ０８Ｆ 20/22
20/26 20/26
20/56 20/56
Ｄ２１Ｈ 17/37 Ｄ２１Ｈ 17/37
19/10 19/10 Ｂ
19/20 19/20 Ａ
21/16 21/16
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ
，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，
ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ
Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ
，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，
ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，
ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ
Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ
，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，
ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ
Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ
，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，
ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ
Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ
，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，
ＺＡ，ＺＷ
(72)発明者 ブリューノ・フェレ
フランス、エフ−95210サン−グラティア
ン、リュ・ルジャンドル８番
(72)発明者 ジャン−ジャック・フラ
フランス、エフ−27470セルキニー、パル
ク・モビュイソン５番
Ｆターム(参考） 4J011 AA05 KA03 KB08
4J100 AB02P AG04P AJ02P AL03P
AL04P AL08P AM15P BA03P
BA08P BB18P CA01 DA09
DA25 FA20 JA13
4L055 AG48 AG62 AG63 AG71 AG89
AH11 AH13 AH33 AJ02 BE08
BE10 EA16 FA17 FA30 GA05
GA06 GA15 GA35 GA50
Claims (11)
- 【請求項１】 疎水性ポリマーのカチオン性水性分散体を製造する方法であ
って、 乳化重合法に従い、温度30〜100℃にて、少なくとも１つの乳化重合性のモノ
マーを、モノマーを基準に20〜60重量％の量の、単独の界面活性剤として作用す
るイミド化スチレン-無水マレイン酸コポリマーの存在下に重合すること、およ
び 上記分散体の固形分は、20〜50％である ことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 （スチレン）対（無水マレイン酸）の比率は、1/1〜6/1、好
適には2/1〜4/1である請求項1記載の方法。 - 【請求項３】 イミド化スチレン-無水マレイン酸コポリマーの数平均分子
量は、500〜20,000、好適には2,000〜5,000である請求項1または2記載の方法。 - 【請求項４】 イミド化スチレン-無水マレイン酸コポリマーのイミド化度
は、50〜100％である請求項1〜3のいずれかに記載の方法。 - 【請求項５】 イミド化スチレン-無水マレイン酸コポリマーについてのイ
ミド化は、ジメチルプロピレンジアミンによって行なう請求項1〜4のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項６】 前記モノマーは、 疎水性モノマー、例えばメチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルア
クリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、より一般
的には、式：CH2=C(R1)COOR2〔R1は、HまたはCH3、R2は1〜22個の炭素を有する
基である。〕のアルキル（メタ）アクリレート、式：CH2=C(R1)COO-(CH2)n-Cn’ F2n’+1〔R1は、HまたはCH3、nは、1〜4、n'は、1〜14である。〕のペルフルオ
ロアルキル（メタ）アクリレート、ビニルアセテート、スチレン、ベルサチック
エステル、並びに 比較的疎水性のモノマー、例えばアクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド
、エチレングリコール（メタ）アクリレートからなる群から選ばれる請求項1〜5
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項７】 請求項1〜6のいずれかに記載の方法によって製造される、疎
水性ポリマーのカチオン性分散体であって、 上記ポリマーの粒径は、50〜500 nm、好適には300 nm未満である ことを特徴とする分散体。 - 【請求項８】 疎水性ポリマーのガラス転移温度は、−70〜100℃、好適に
は0〜50℃である請求項7記載の分散体。 - 【請求項９】 請求項7または8記載の分散体についての、 紙類または板紙を処理するための内部サイジング剤としての使用。
- 【請求項１０】 請求項7または8記載の分散体についての、 デンプンなどの他のサイジング剤と組み合わせて、紙類または板紙を処理する
ための表面サイジング剤としての使用。 - 【請求項１１】 紙類または板紙を、外部からサイジングするための組成物
であって、 当該組成物は、請求項7または8記載の分散体およびデンプン（重量割合5〜50
％にとる）を含んでなる ことを特徴とする組成物。
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