JP2004529279A - 湿潤紙力増強剤 - Google Patents

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Abstract

(a)エピハロヒドリン−架橋ポリアミドアミン1〜99.9質量%および
(b)少なくとも1種の他のカチオン性ポリマー0.1〜20質量%
の混合物からなる湿潤紙力増強剤。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は湿潤紙力増強剤および湿潤強度を増加した紙の製造方法に関する。
【0002】
米国特許第2926154号にはエピハロヒドリンおよびポリアミドアミンからなる水溶性反応生成物が記載されている。この反応生成物は紙原料に湿潤紙力増強剤として添加することにより紙の製造に使用される。
【0003】
WO−A−98/32798号はポリアミドアミンおよびビニルアミンポリマーのポリマー混合物をエピハロヒドリンで架橋することにより製造されるポリマー組み合わせ物を記載する。これらの反応生成物は紙に乾燥強度および湿潤強度を加えるために製紙工程の間に紙原料に添加される。
【0004】
米国特許第4880497号はビニルアミン単位を有し、N−ビニルホルムアミドおよび他のエチレン不飽和モノマーからなるコポリマーの加水分解により形成されるコポリマーを記載する。ビニルアミン単位を有するコポリマーを紙の乾燥強度および湿潤強度を高めるために製紙工程の間に紙原料に添加する。
【0005】
エピハロヒドリンとアミノ基含有化合物の反応の反応生成物は多くの量の塩素が結合した副生成物を含有するという欠点を有する。
【0006】
本発明の課題は、技術水準に比べて改良された湿潤紙力増強剤を提供することである。
【0007】
前記課題は、本発明により、
(a)エピハロヒドリン−架橋ポリアミドアミン1〜99.9質量%および
(b)少なくとも1種の他のカチオン性ポリマー0.1〜20質量%
の混合物からなる湿潤紙力増強剤により解決される。
【0008】
湿潤紙力増強剤の成分(b)は、例えば
ビニルアミン単位を有するポリマー、
非架橋ポリエチレンイミン、
架橋ポリエチレンイミン、
ポリジアリルジメチルアンモニウムハロゲニド、
水溶性非架橋ポリアミドアミン、
カチオン性ポリアクリルアミドおよび/または
ジシアンジアミド−ホルムアルデヒド縮合物
からなる群からの少なくとも1種のカチオン性ポリマーである。
【0009】
(a)水溶性エピクロロヒドリン架橋ポリアミドアミンおよび
(b)加水分解ポリビニルホルムアミド、ポリエチレンイミンおよび/またはジシアンジアミド−ホルムアルデヒド縮合物1〜100モル%
からなる湿潤紙力増強剤が特に有利である。
【0010】
本発明は更に湿潤紙力増強剤の存在で紙原料を脱水することにより紙を製造する方法に関し、前記方法は、
(a)水溶性エピハロヒドリン−架橋ポリアミドアミン1〜99.9質量%および
(b)少なくとも1種の他のカチオン性ポリマー0.1〜20質量%
の混合物からなる湿潤紙力増強剤を使用することを特徴とする。
【0011】
この製紙工程において、紙原料を(a)エピハロヒドリン−架橋ポリアミドアミンおよび(b)少なくとも1種の他のカチオン性ポリマーと同時にまたは任意の順序で混合し、前記成分(a)および(b)をいずれの場合も1〜99.9:0.1〜20の質量比で使用する。
【0012】
本発明は更にシートを形成する前に乾燥繊維に対して0.1〜4質量%の量で紙原料に添加することによる紙の製造への前記の湿潤紙力増強剤の使用に関する。
【0013】
本発明による湿潤紙力増強剤の成分(a)は水溶性エピハロヒドリン架橋ポリアミドアミンであってもよい。ポリアミドアミンはジカルボン酸とポリアルキレンポリアミンの縮合により製造することができる(米国特許第2926154号およびWO−A=98/32798号参照)。例えばジカルボン酸1モルに対してポリアルキレンポリアミン0.8〜1.4モルを使用する。
【0014】
ポリアミドアミンは有利に2〜10個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸、例えばシュウ酸、マロン酸、琥珀酸、マレイン酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸およびらラウリン酸を使用して製造する。有利なジカルボン酸はアジピン酸およびグルタル酸である。
【0015】
ポリアルキレンポリアミンの例はジエチレントリアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、メチル−ビス−(3−アミノプロピル)アミン、ジアミノプロピルエチレンジアミン、ビスアミノプロピルエチレンジアミンおよびアミノプロピルエチレンジアミンである。
【0016】
ジカルボン酸とポリアルキレンポリアミンの縮合は高温で、例えば110〜220℃で行う。縮合の経過中に形成される水は反応混合物から蒸留分離する。縮合は4〜8個の炭素原子を有するカルボン酸のラクトンまたはラクタムの存在で行うことができる。エピハロヒドリン、有利にエピクロロヒドリンとの反応は水溶液中で、例えば20〜100℃、有利に30〜80℃で行う。ポリアミドアミンとエピハロヒドリンとの反応は得られる反応生成物が水に溶解して残留する時点でのみ実施する。反応溶液の粘度が所望の値に達した場合に、酸、例えば酢酸または蟻酸の添加により反応を終了する。これにより、例えば50〜2000mPas、有利に60〜400mPasの粘度(ブルックフィールド粘度計で、20℃、スピンドル2、20rpm、水性ポリマー溶液の濃度12.5質量%で測定した)を有するエピクロロヒドリン架橋ポリアミドアミンの水溶液を生じる。
【0017】
適当なカチオン性ポリマーは、例えば合成および天然のカチオン性ポリマーから誘導されてもよい。適当な天然ポリマーには、例えばカチオン性ポリサッカリド、カチオン性澱粉、カチオン性アミロースおよびその誘導体、カチオン性アミロペクチンおよびその誘導体、およびカチオン性グアール誘導体が含まれる。
【0018】
合成カチオン性ポリマーには、例えばポリエチレンイミンが含まれる。これはエチレンイミンを水溶液中で、酸分離化合物、酸またはルイス酸の存在で重合することにより製造することができる。ポリエチレンイミンは市販されており、その分子量は、例えば200〜2000000、有利に200〜1000000の範囲である。本発明の方法は特に有利には500〜800000の分子量を有するポリエチレンイミンを利用する。
【0019】
合成カチオン性化合物の他の種類はビニルアミン単位を有するポリマーのカチオン性化合物である。これは、式:
【0020】
【化1】
Figure 2004529279
(式中、RおよびRは同じかまたは異なり、それぞれ水素およびC〜C−アルキルからなる群から選択される)の開鎖N−ビニルカルボキサミドから製造することができる。適当なモノマーには、例えばN−ビニルホルムアミド(式IでR=R=H)、N−ビニル−N−メチルホルムアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニル−N−メチルアセトアミド、N−ビニル−N−エチルアセトアミド、N−ビニル−N−メチルプロピオンアミド、およびN−ビニルプロピオンアミドが含まれる。前記ポリマーは前記モノマーを単独に、互いに混合して、または他のモノエチレン性不飽和モノマーと一緒に重合することにより製造することができる。該当するポリマーは、有利にN−ビニルホルムアミドのホモポリマーまたはコポリマーである。
【0021】
N−ビニルカルボキサミドと共重合するための適当なモノエチレン性不飽和モノマーには、これと共重合できるすべての化合物が含まれる。その例は、蟻酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルおよび酪酸ビニルのような1〜6個の炭素原子を有する飽和カルボン酸のビニルエステルである。適当なコモノマーには更にエチレン性不飽和C〜C−カルボン酸、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸、およびビニル酢酸、およびこれらのアルカリ金属塩およびアルカリ土類金属塩、前記カルボン酸のエステル、アミドおよびニトリル、例えばメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、およびエチルメタクリレートが含まれる。他の適当なカルボン酸エステルは、それぞれ1個のOH基のみがエステル化されているグリコールまたはポリアルキレングリコールから誘導され、例えばヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレート、および500〜10000の分子量を有するポリアルキレングリコールのモノアクリル酸エステルである。適当なコモノマーには更にエチレン性不飽和カルボン酸とアミノアルコールのエステル、例えばジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリレート、ジメチルアミノプロピルメタクリレート、ジエチルアミノプロピルアクリレート、ジメチルアミノブチルアクリレート、ジエチルアミノブチルアクリレートが含まれる。塩基性アクリレートを遊離塩基、塩酸、硫酸または硝酸のような無機酸との塩、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、またはスルホン酸のような有機酸との塩の形でまたは四級化された形で使用することができる。適当な四級化剤には、例えばジメチルスルフェート、ジエチルスルフェート、塩化メチル、塩化エチルまたは塩化ベンジルが含まれる。
【0022】
式Iのモノマーのための適当なコモノマーには、更にアクリルアミド、メタクリルアミドのようなエチレン性不飽和カルボン酸のアミド、およびN−アルキルモノアミド、および1〜6個の炭素原子を有するアルキル基を有するモノエチレン性不飽和カルボン酸のジアミド、例えばN−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、およびN−プロピルアクリルアミド、およびt−ブチルアクリルアミド、および塩基性(メタ)アクリルアミド、例えばジメチルアミノエチルアクリルアミド、ジメチルアミノエチルメタクリルアミド、ジエチルアミノエチルアクリルアミド、ジエチルアミノエチルメタクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、ジエチルアミノプロピルアクリルアミド、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、およびジエチルアミノプロピルメタクリルアミドが含まれる。
【0023】
式Iのモノマーのための適当なコモノマーには更にN−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、N−ビニルイミダゾール、および置換されたN−ビニルイミダゾール、例えばN−ビニル−2−メチルイミダゾール、N−ビニル−4−メチルイミダゾール、N−ビニル−5−メチルイミダゾール、N−ビニル−2−エチルイミダゾール、およびN−ビニルイミダゾリン、例えばN―ビニルイミダゾリン、N−ビニル−2−メチルイミダゾリン、およびN−ビニル−2−エチルイミダゾリンが含まれる。N−ビニルイミダゾールおよびN−ビニルイミダゾリンは遊離塩基の形で使用されるだけでなく、無機酸または有機酸で中和した形でまたは四級化した形で使用され、その際四級化は有利にジメチルスルフェート、ジエチルスルフェート、塩化メチルまたは塩化ベンジルを用いて行われる。ジアリルジアルキルアンモニウムハロゲニド、例えばジアリルジメチルアンモニウムクロリドも有効である。
【0024】
N−ビニルカルボキサミドの適当なコモノマーには更にスルホ基含有モノマー、例えばビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、これらの酸のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、または3−スルホプロピルアクリレートが含まれる。
【0025】
前記コポリマーは、例えば
式IのN−ビニルカルボキサミド99〜1モル%および
これと共重合可能な他のモノエチレン性不飽和モノマー1〜99モル%
を、共重合された形で含有する。
【0026】
ビニルアミン単位を有するポリマーを製造するために、N−ビニルホルムアミドのホモポリマーからまたはN−ビニルホルムアミドと蟻酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、アクリロニトリルまたはN−ビニルピロリドンの共重合により得られるコポリマーから出発し、引き続きホモポリマーまたはコポリマーを加水分解し、共重合したN−ビニルホルムアミド単位からビニルアミン単位を形成することが有利であり、加水分解の程度は、例えば1〜100モル%の範囲である。例えばN−ビニルホルムアミドのホモポリマーの完全な加水分解(加水分解の程度100モル%)によりポリビニルアミンが得られる。
【0027】
前記ポリマーの加水分解は、公知方法により、酸、塩基または酵素の作用により行う。これは前記一般式Iの共重合したモノマーを、基:
【0028】
【化2】
Figure 2004529279
(Rは式Iに記載されたものを表す)を分離して、式:
【0029】
【化3】
Figure 2004529279
(Rは式Iに記載されたものを表す)のビニルアミン単位を有するポリマーに変換する。
【0030】
式IのN−ビニルカルボキサミドのホモポリマーおよびそのコポリマーは1〜100モル%の範囲の程度で、有利に5〜100モル%の範囲の程度で、より有利に10〜100モル%の範囲の程度で加水分解することができる。多くの場合にホモポリマーおよびコポリマーの加水分解の程度は20〜95モル%の範囲である。ホモポリマーの加水分解の程度はポリマーのビニルアミン単位の含量と同じである。ビニルエステルから誘導される単位を含有するコポリマーの場合は、N−ビニルホルムアミドの加水分解のほかにビニルアルコール単位を形成するエステル基の加水分解が生じる。これは特にコポリマーの加水分解を水酸化ナトリウム水溶液の存在で行う場合である。共重合したアクリロニトリルは同様に加水分解で化学的に変性され、例えばアミド基またはカルボキシ基に変換する。ビニルアミン単位を有するホモポリマーおよびコポリマーは場合により、例えば共重合したN−ビニルホルムアミドの隣接するアミド基とアミノ基との分子内反応により形成されるアミジン単位を20モル%まで含有してもよい。
【0031】
ビニルアミン単位を有するポリマーにはポリサッカリド、ポリアルキレングリコール、およびポリ酢酸ビニル上のN−ビニルホルムアミドの加水分解グラフトポリマーが含まれる。ポリマーにグラフトしたN−ビニルホルムアミド単位は、加水分解によりホルミル基を分離してビニルアミン単位を有する相当するポリマーに変換する。ビニルアミン単位を有するグラフトポリマーは、例えば米国特許第5334287号、米国特許第6048945号および米国特許第6060566号に記載されている。
【0032】
本発明の1つの実施態様において、カチオン性ポリマーを塩不含の水溶液または5質量%以下、有利には2質量%以下の無機塩を有する低塩水溶液の形で使用する。これらの塩不含溶液または低塩溶液は遠心分離またはアセトン、メチルエチルケトンまたはアルコールのような有機溶剤での中性塩の沈殿により製造することができる。
【0033】
適当なカチオン性ポリマーには更に、例えばポリエチレンイミンとエチレンジクロリド、エピクロロヒドリンまたは2〜100個のエチレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシドのビス(クロロヒドリン)エーテルのような架橋剤との反応により得られる架橋ポリエチレンイミンが含まれる。
【0034】
適当なカチオン性ポリマーには更に水溶性エチレンイミングラフト架橋ポリアミドアミンが含まれる。この種の縮合生成物は、例えばドイツ特許第2434816号により、ポリアミドアミンをエチレンイミンでグラフトし、こうして得られたエチレンイミングラフトポリアミドアミンを架橋することにより得られる。有利な架橋剤には2〜100個のアルキレンオキシド単位を有するポリアルキレンオキシドのα、ω−ビス(クロロヒドリン)エーテルが含まれる。ポリアルキレンオキシドは有利にエチレンオキシドおよび/またはプロピレンオキシドから誘導される。これらはエチレンオキシドおよびプロピレンオキシドのブロックコポリマーから形成される。この種の生成物は市販されている。有利なカチオン性ポリマーには更にジシアンジアミン−ホルムアルデヒド樹脂、ジメチルアミンとエピクロロヒドリンの縮合生成物、ジメチルアミンとジクロロエタンまたはジクロロプロパンのようなジクロロアルカンの縮合生成物およびジクロロエタンとアンモニアの縮合生成物が含まれる。この種の反応生成物は、例えば欧州特許第0411400号およびドイツ特許第2162567号から知られている。
【0035】
適当なカチオン合成ポリマーには更に、例えばアクリルアミドまたはメタクリルアミドとアクリル酸またはメタクリル酸のエステルのようなカチオン性モノマーおよびアミノアルコールの重合により得られるカチオン性ポリアクリルアミド、例えばジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリレート、およびジメチルアミノプロピルメタクリレートが含まれる。前記塩基性アクリレートは遊離塩基の形で、有機酸または無機酸との塩の形でまたは四級化された形で共重合に使用することができる。このモノマーの群の中でメトクロリドの形でジメチルアミノエチルアクリレートを使用することが有利である。アクリルアミドとメタクリルアミドのための適当な塩基性コモノマーには更に、例えばアクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩およびジアリルジメチルアンモニウムハロゲニドが含まれる。しかし前記塩基性コモノマーはホモポリマーに処理し、カチオン性合成ポリマーとして本発明の方法に使用することができる。
【0036】
有利なカチオン性ポリマーは、
ビニルアミン単位を有するポリマー、
ポリエチレンイミン、
ポリジアリルジメチルアンモニウムハロゲニド、
カチオン性ポリアクリルアミド、
ジシアンジアミド−ホルムアルデヒド縮合物
である。
【0037】
カチオン性ポリマーの分子量Mwは15000以上、有利に50000〜10000000の範囲である。カチオン性ポリマーの分子量Mwは光散乱により決定する。カチオン性ポリマーは少なくとも1.5meq/g、有利に4〜15meq/g(pH7で測定して)の電荷密度を有することができる。
【0038】
パルプを製造するために適当な繊維にはこの目的のために常用されるすべての種類、例えばメカニカルパルプ、漂白したおよび未漂白の化学パルプおよびすべての一年生植物からの紙原料が含まれる。メカニカルパルプには、例えば粉砕木材パルプ、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、砕木パルプ、セミケミカルパルプ、高収率化学パルプおよびリファイナーメカニカルパルプ(RMP)が含まれる。適当な化学パルプには、例えば硫酸パルプ、亜硫酸パルプおよびソーダパルプが含まれる。未漂白クラフトパルプとして知られている未漂白化学パルプを使用することが有利である。紙原料を製造するための適当な一年生植物には、例えばコメ、小麦、サトウキビおよびケナフが含まれる。パルプは古紙だけを使用してまたは古紙を他の繊維と混合して使用して製造する。古紙には塗被古紙が含まれ、これは塗被組成物および印刷インキ組成物のための結合剤成分により白い粘性物質を生じる。粘性は粘着性ラベルおよび封筒からの接着剤、本の糊からの接着剤およびホットメルトによる。前記繊維は単独でまたは互いに混合して使用することができる。
【0039】
本発明の成分(a)および(b)から形成される湿潤紙力増強剤は、例えば0.1〜20質量%、有利に0.2〜5質量%のカチオン性天然ポリマーおよび/または合成ポリマーを含有する。湿潤紙力増強剤は製紙工程中に紙原料に0.1〜5質量%、有利に0.5〜4質量%の量で添加し、それぞれの%は乾燥繊維に関する。しかし成分(a)および(b)を製紙工程中に、前記の比で別々に紙原料に添加することもできる。例えば最初に成分(a)を紙原料に添加し、引き続き成分(b)を、例えば供給装置の前方に添加することが可能である。しかし成分の順序を逆転することもでき、同様に2つの成分を一緒に2種材料ノズルにより紙原料に添加するかまたは2つの別々に配置された供給位置により紙原料に添加供給することができる。
【0040】
紙原料に添加される成分(a)当たりの通常の湿潤紙力増強剤、例えばエピクロロヒドリン架橋ポリアミドアミンの量を増加することにより所定の値をこえて紙の湿潤強度を高めることはできないが、本発明の湿潤紙力増強剤は紙の湿潤強度を更に高める。
【0041】
実施例の%は質量に関する。湿潤破壊強度はDINISO3781号により水中で15分浸漬後に決定した。
【0042】
実施例
使用した原料モデルはSR32°に叩解したpH7.1の100%漂白パインスルフェートの稠度3.3g/lのパルプであった。このパルプの試料をそれぞれ表1に示される湿潤強度増強剤と混合し、得られた混合物をそれぞれRapid Koethenシート形成器で脱水した。紙シートの秤量はそれぞれ55g/mであった。シートを110℃で5分貯蔵した。引き続きシートの湿潤引張り強度を前記方法により測定した。使用した材料および得られた結果を表に示す。
【0043】
湿潤紙力増強剤1:市販の水溶性エピクロロヒドリン架橋ポリアミドアミン(Luresin(登録商標)KNU)、ポリマー濃度13.5質量%、
湿潤紙力増強剤2:市販の水溶性エピクロロヒドリン架橋ポリアミドアミン(Kymene(登録商標)G3)、ポリマー濃度16質量%、
PVAm:分子量Mw400000g/モルを有するポリビニルアミンの水溶液、ポリマー濃度11.8質量%。
【0044】
【表1】
Figure 2004529279

Claims (6)

  1. (a)エピハロヒドリン−架橋ポリアミドアミン1〜99.9質量%および
    (b)少なくとも1種の他のカチオン性ポリマー0.1〜20質量%
    の混合物からなる湿潤紙力増強剤。
  2. 成分(b)が、
    ビニルアミン単位を有するポリマー、
    非架橋ポリエチレンイミン、
    架橋ポリエチレンイミン、
    ポリジアリルジメチルアンモニウムハロゲニド、
    水溶性非架橋ポリアミドアミン、
    カチオン性ポリアクリルアミドおよび/または
    ジシアンジアミド−ホルムアルデヒド縮合物
    からなる群から選択される少なくとも1種のカチオン性ポリマーである請求項1記載の湿潤紙力増強剤。
  3. (a)エピハロヒドリン架橋ポリアミドアミンおよび
    (b)加水分解ポリビニルホルムアミド、ポリエチレンイミンおよび/またはジシアンジアミド−ホルムアルデヒド縮合物1〜100モル%
    からなる請求項1または2記載の湿潤紙力増強剤。
  4. 湿潤紙力増強剤の存在で紙原料を脱水することにより紙を製造する方法において、
    湿潤紙力増強剤として
    (a)エピハロヒドリン−架橋ポリアミドアミン1〜99.9質量%および
    (b)少なくとも1種の他のカチオン性ポリマー0.1〜20質量%
    の混合物を使用することを特徴とする、紙を製造する方法。
  5. 紙原料にまず(a)エピハロヒドリン−架橋ポリアミドアミンおよび引き続き(b)少なくとも1種の他のカチオン性ポリマーを供給し、紙原料への成分の添加の順序を逆転するかまたは成分(a)および(b)を同時に供給し、前記成分(a)および(b)をいずれの場合も1〜99.9:0.1〜20の質量比で使用する請求項4記載の方法。
  6. シートを形成する前に乾燥繊維に対して0.1〜4質量%の量で紙原料に添加することによる紙の製造への請求項1から3までのいずれか1項記載の湿潤紙力増強剤の使用。
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