JP2004533524A - 顔料組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は分散剤として両親媒性ポリマーを含む顔料粒子のスラリー又は分散液及びその調製に関する。更に、本発明は被覆着色組成物、その調製方法、塗工紙又は板紙の調製方法、及びその方法により得られる紙又は板紙に関する。
【背景技術】
【0002】
紙は或る種の所望の性質を紙に付与するために頻繁に被覆される。例えば、印刷に適し、又は改良された光沢特性を有するのに適した表面がしばしば望ましい。
【0003】
紙表面は美観上好ましいために、また印刷の観点から或る程度の光沢を示すべきであることがしばしば所望される。光沢は紙のカレンダー掛けにより機械的に付与し得る。しかしながら、カレンダー掛け中に、紙の嵩が減少され、これが一層たわみかつ可撓性である硬質ではない紙構造をもたらす。しかしながら、光沢を得るための広範なカレンダー掛けのこの二次効果は常に所望されるとは限らない。
【0004】
紙用の通常の被覆着色組成物は通常種々の添加剤と一緒に顔料粒子のスラリー又は分散液を含む。被覆着色組成物は通常最初に一種以上の分散剤と一緒に顔料粒子の分散液又はスラリーを得、次いでこの分散液又はスラリーを添加剤、例えば、バインダー(例えば、ラテックス又は澱粉)及びレオロジー改良剤、例えば、補助バインダー又は増粘剤(例えば、CMC)と混合することにより調製される。更に、蛍光増白剤、及びその他の通常使用される添加剤、例えば、pH調節剤、消泡剤、滑剤、防腐剤、不溶化剤等が含まれてもよい。
【0005】
高固形分物質含量被覆着色の使用は通常少ないエネルギーが塗工紙の乾燥に必要とされることそしておそらく水及びバインダーが紙ウェブに移行する傾向が少ないことをもたらす。全被覆操作がそれにより一層速いであろう。
【0006】
顔料粒子は一般に小さい、弱く荷電された粒子であり、例えば、約0.2μmから約1μmまでの平均直径を有する。水中で懸濁される場合、粒子は吸引力(これらが反発力よりも強い場合)のために凝集する傾向を有するであろう。こうして、固体物質レベルが顔料スラリー中で増大する場合、凝集又は顔料を分散するその他の問題がおそらく生じる。それ故、一種以上の分散剤の添加が必要である。普通使用される分散剤は主として陰イオンの荷電されたポリマー、例えば、ポリアクリル酸(PAA)及びポリリン酸塩である。典型的には、分散剤の添加は粘度を或る点まで低下し、その後に分散剤の更なる添加は、分散剤の固有の粘度のために、かなり増大された粘度をもたらすであろう。こうして、一般に、所定の固体物質レベルについて顔料スラリーの最小粘度に応じて、分散剤の最適濃度があるであろう。所定の分散剤について、この濃度は使用される顔料の型に殆ど依存するであろう。
【0007】
更に、例えば、高度に荷電された分散剤(例えば、PAA)が多量に使用される場合、得られる被覆損紙はその結果高レベルの重度に荷電された種を含み、これらは、抄紙機の湿潤端部で再導入された場合に、凝集剤、及びその中に使用されたその他の薬剤の機能を妨げるであろう。
【0008】
溶液中の多くのポリマー、特に電気的に荷電されていないものは、溶液の粘度が或る温度より上でかなり増大するような方法で温度依存性粘度を示し、そのポリマーは最後にポリマー鎖の会合のためにゲル化又は沈殿を開始する。かなり増大された粘度はポリマーのまわりの水シェルの次第の分解により生じるポリマー鎖間の疎水性相互作用により説明される。温度が更に上昇されるにつれて、水素結合が連続的に排除され、それにより水分子が放出される。会合したポリマー鎖の一層大きい凝集物がまた形成され、水に暴露されるポリマー鎖の全面積を最小にする。荷電されていないポリマーの場合、かなりの増粘が開始する温度は、表面活性剤の添加により上昇でき、こうして、荷電されていないポリマー分子がそれに吸引される表面活性剤イオンのために荷電された分子のように挙動し、かなりの増粘が、例えば、100℃以下で生じないであろう。
【0009】
紙被覆組成物中に増粘剤として、粘度が加熱時に増大するポリマーを使用することが米国特許第6117491号及び同第6123996号に開示されていた。同様の組成物がまたEP−A−359349に開示されている。
【特許文献1】
米国特許第6117491号
【特許文献2】
米国特許第6123996号
【特許文献3】
EP−A−359349
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の目的は低粘度を有するが、高固形分を有する顔料粒子の分散液又はスラリーを提供することである。
【0011】
本発明の別の目的は、紙又は板紙表面で迅速に固定する、このような分散液又はスラリーをベースとする被覆着色組成物を提供することである。
【0012】
本発明の更に別の目的は、例えば、広範なカレンダー掛けを用いないで、印刷又は高光沢特性に適した表面を有する塗工紙又は板紙の調製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一側面は分散剤として顔料粒子に少なくとも部分的に吸着された両親媒性ポリマーを含む顔料粒子の水性スラリー又は分散液であって、そのスラリー又は分散液はその温度が約20℃から約100℃まで、好ましくは約30℃から約80℃まで、最も好ましくは約40℃から約70℃まで上昇される場合にその粘度が少なくとも約2倍、好ましくは少なくとも約5倍、最も好ましくは少なくとも約10倍に増大するような方法で温度依存性粘度を示すことを特徴とする顔料粒子の水性スラリー又は分散液に関する。一層高温への連続加熱は最終的にその系の不安定化及び強い凝集をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
スラリー又は分散液の固形分は好適には約60重量%以上、好ましくは約70重量%以上である。その上限は粘度のみにより定められ、これは約20℃以下、好ましくは約30℃以下でスラリー又は分散液がポンプ輸送するのに可能であるために充分に低くあるべきである。約20℃以下で、ブルックフィールド粘度は好ましくは約50mPasから約1000mPasまで、最も好ましくは約50mPasから約200mPasまでである。実際に、約80重量%を越える固形分を有する有益なスラリー又は分散液を提供することは困難であるかもしれない。
【0015】
顔料粒子は好適には弱く荷電され、好ましくは無機、例えば、クレー(例えば、カオリン)、TiO2、炭酸カルシウム、又はこれらの混合物である。クレーの使用により、光沢が一般に紙に容易に付与し得る。一方、炭酸カルシウムはそれ程高価ではなく、固有に一層明るい色をしばしば示す。炭酸カルシウムは、例えば、沈降炭酸カルシウム(PCC)又は粉砕炭酸カルシウム(GCC)、例えば、粉砕石灰石、大理石もしくはチョークの形態で使用し得る。本発明はPCCが顔料粒子(これらの粒子は一般にそれらの狭い粒子サイズ分布のために分散し難い)として使用される場合に特に有利であることがわかった。
【0016】
顔料粒子の平均粒子直径は好適には約0.1μmから約2μmまで、好ましくは約0.2μmから約1μmまでである。
【0017】
本明細書に使用される分散剤という用語は顔料粒子の脱凝集プロセスに関与する薬品を表す。こうして、分散剤は顔料を個々の粒子に分離するのに必要なエネルギーを低下し、貯蔵後に凝集を防止する安定性を与え、高固形分で粘度を低下する。表面活性剤として通常分類される薬品とは対照的に、分散剤は表面張力にほんのわずかな効果、ほんのわずかの湿潤作用、低発泡を有するが、高い脱凝集力を有することが好ましい。通常水に完全に溶解される増粘剤とは対照的に、本発明の分散剤は顔料粒子に少なくとも部分的に吸着される。
【0018】
分散剤として使用される両親媒性ポリマーは好ましくは約2000から約200000まで、更に好ましくは約3000から約100000まで、最も好ましくは約5000から約20000までの平均分子量を有する。
【0019】
本発明に使用される分散剤はPAAとは異なる構造を有し、親水性PAAとは反対に、両親媒性ポリマーであり、即ち、親水性基と疎水性基の両方を含む。親水性基は荷電された陰イオン部分、PEO/PPO(ポリエチレンオキサイド/ポリプロピレンオキサイド)、又はこれらの混合物から選ばれることが好ましい。ポリマーの好ましいクラスにおいて、親水性基の少なくとも一部が荷電され、これらの基は無機又は有機の酸性残基、例えば、スルホネート、ホスホネート、カルボキシレート、又はこれらの混合物から選ばれることが最も好ましい。好ましいポリマーは、親水性残基及び疎水性残基を含むコポリマーであり、これらの残基は主鎖に沿って交互であることが好ましく、一方、親水性の、好ましくは荷電された、アンカー基は主鎖に沿って位置される。疎水性残基は好ましくはC4−C20、最も好ましくはC4−C18炭素鎖である。親水性残基は好適にはポリマー主鎖に沿ってPEO/PPO鎖又はセグメントを含む。親水性残基は好ましくは約5〜約50EO/PO単位、最も好ましくは約20〜約50EO/PO単位を含む。
【0020】
それ自体で約20℃〜約100℃でかなりの増粘を示さない本発明のこれらの両親媒性ポリマーは、顔料粒子に部分的に吸着された場合にそうすることがわかった。ポリマーが荷電される場合、電荷の一部が顔料粒子の表面に吸着することにより中和され、一方、ポリマーは残留電荷のためにその分散作用を保持すると考えられる。こうして、部分電気中和、及びペンダント鎖上の残存電荷による表面への吸着が本発明の好ましいポリマーの特徴である。しかしながら、それ自体で約20℃〜約100℃でかなりの増粘を示す両親媒性ポリマーはまた、それらが分散剤として有効であり、かつ顔料粒子に少なくとも部分的に吸着された場合にこのような温度依存性粘度特性を示すことを条件として本発明に使用し得る。
【0021】
約20℃以下の温度では、ポリマーの親水性テール及び疎水性テールが顔料粒子の表面から伸び、それにより電気立体安定化又は立体安定化を生じる。安定化の後者の形態のために、本発明のポリマーは電荷による安定化の作用にのみ頼るポリマーよりも塩の存在に対してそれ程感受性ではないと考えられる。
【0022】
好ましい実施態様によれば、分散剤はペンダント疎水性鎖、親水性鎖を有し、陰イオンとしてホスホン酸又はカルボン酸を示すアクリルエステルコポリマーである。ペンダント疎水性鎖は好ましくはC4−C20、最も好ましくはC4−C18炭素鎖である。前記親水性鎖はアルキレンオキサイド基、好ましくはEO(エチレンオキサイド)及び/又はPO(プロピレンオキサイド)基、更に好ましくは2−50、最も好ましくは10−30のEO及び/又はPO基を含むことが好ましい。アルキレンオキサイド基はEO基のみ、又は実質的にEO基のみであることが好ましい。ポリマー中のホスホネート基は炭酸カルシウム粒子への強い吸着を生じるであろう。
【0023】
別の好ましい実施態様によれば、分散剤が疎水性に変性されたカルボキシメチルセルロース(HM−CMC)から選ばれる。特に好ましいHM−CMCポリマーはアルカリ金属セルロースを少なくとも3種のアルキル化試薬A、B、及びCと反応させることを含む方法により得られるものである。
−一種以上の試薬Aはハロ酢酸、アルカリ金属ハロ酢酸塩、アルカリ金属ビニルスルホン酸塩、及びビニルスルホン酸からなる群から選ばれ、
−一種以上の試薬Bは式R1−(OCH2CH(R2))n−P(式中、R1はC2−C7基を表し、R2は水素又はメチル基であり、nは0−2であり、かつPはグリシジルエーテル基、3−ハロ−2−ヒドロキシプロピルエーテル基、1,2−エポキシ基、又はハライドを表す)を有し、かつ
−一種以上の試薬Cは式R3−(OCH2−CH(R2))m−P(式中、R3はC8−C30基を表し、mは0−10であり、かつR2及びPは上記の意味を有する)を有する。このようなHM−CMCポリマーがWO98/56825に更に詳しく記載されている。
【0024】
また、ポリウレタン化学に基づくコポリマー、例えば、米国特許第4096127号又は同第4777224号に記載されたもの、即ち、陰イオン部分として少なくとも一つのカルボン酸残基を示すコポリマーが分散剤として使用し得る。更に代わりに、α−オレフィン/無水マレイン酸化学に基づくコポリマー、例えば、米国特許第4931197号、特にその中の実施例1に記載されたもの、即ち、陰イオン部分として少なくとも一つのカルボン酸残基を示すα−オレフィン/マレイン酸コポリマーが分散剤として使用し得る。
【0025】
分散剤として使用されるポリマーはまた同様の疎水性部分及び親水性部分を示すコポリマー(その陰イオンアンカー基はあらゆる好適な酸性官能基を含んでもよい)、例えば、前記疎水性に変性されたカルボキシメチルセルロースにより例示されるような、荷電された基を主鎖に沿って導入することにより変性され、又は疎水性テール及び親水性テールでグラフトされた炭水化物のような天然ポリマーを生じることができるあらゆる化学に基づくことができる。
【0026】
スラリー又は分散液は、必要により一種以上のその他の分散剤と組み合わせて、一種以上の上記両親媒性ポリマーを含んでもよいことが理解されるべきである。
【0027】
スラリー又は分散液は好適には約40重量%から約80重量%まで、好ましくは約60重量%から約75重量%までの固形分を有し、その主な部分、好ましくは実質的に全てが顔料粒子から構成される。それは分散剤として、乾燥顔料を基準として約0.1重量%から約4重量%まで、好ましくは乾燥顔料を基準として約0.1重量%から約2重量%までの一種以上の上記両親媒性ポリマーを含むことが好適である。含水量は乾燥顔料を基準として約20重量%から約60重量%まで、好ましくは乾燥顔料を基準として約25重量%から約40重量%までであることが好適である。その他の成分の含量は好ましくは乾燥顔料を基準として約0.5重量%未満、最も好ましくは約0.1重量%未満である。
【0028】
更に、本発明は顔料粒子、水及び顔料粒子に少なくとも部分的に吸着されるようになる両親媒性ポリマーを混合して前記のように温度依存性粘度を示すスラリー又は分散液を得る工程を含む上記スラリー又は分散液の調製方法に関する。
【0029】
また、本発明は上記スラリー又は分散液並びにバインダー、補助バインダー、レオロジー改良剤、消泡剤、蛍光増白剤、pH調節剤、滑剤、防腐剤及び不溶化剤からなる群から選ばれた少なくとも一種の添加剤を含む被覆着色組成物であって、被覆着色組成物がスラリー又は分散液の先の記載に特定されたような温度依存性粘度を示すことを特徴とする、被覆着色組成物に関する。こうして、温度が約20℃から約100℃まで、好ましくは約30℃から約80℃まで、最も好ましくは約40℃から約70℃までに上昇される場合にその粘度が少なくとも約2倍、好ましくは少なくとも約5倍、最も好ましくは約10倍に増大する。
【0030】
上記スラリー又は分散液それ自体について、約20℃〜約100℃でかなりの増粘を示す性質は顔料粒子に少なくとも部分的に吸着される分散剤としての両親媒性ポリマーの存在に依存する。
【0031】
被覆着色組成物の固形分は約50重量%以上、好ましくは約60重量%以上であることが好適である。上限は粘度のみにより定められ、これは約20℃以下、好ましくは約30℃以下で組成物が紙又は板紙の表面に適用されるために充分に低くあるべきである。約20℃以下では、ブルックフィールド粘度が好ましくは約50〜約5000、最も好ましくは約50〜約3000mPasである。実際に、約80重量%を越える固形分を有する有益なスラリー又は分散液を得ることは困難であるかもしれない。
【0032】
分散剤として使用される両親媒性ポリマーは100pph(百部当りの部数)の顔料粒子を基準として、約0.05〜約10pph、好ましくは約0.1〜約5pph、最も好ましくは約0.1〜約2pphの量で被覆着色組成物中に存在することが好ましい。固形分が低く、例えば、約60重量%以下である場合、分散剤の量はまた或る場合には上記数値よりも低くてもよく、一方、更に多量が高固形分の組成物について時々必要とされるかもしれない。含まれる分散剤の好適な量は夫々の場合に当業者により単にルーチン実験により確立し得る。
【0033】
組成物は約5〜約25pphの一種以上のバインダーを含むことが好ましい。あらゆる通常のバインダー、例えば、澱粉、ラテックス、タンパク質、ポリビニルアルコール、及びこれらの混合物が使用し得る。
【0034】
組成物は約0.1〜約5pphの一種以上の補助バインダー又はレオロジー改良剤を含むことが好ましい。あらゆる通常の補助バインダー、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)、その他のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、アルカリ膨潤ポリアクリレート、及びこれらの混合物が使用し得る。
【0035】
組成物は約0.1〜約5pphのその他の添加剤を含むことが好ましい。あらゆる通常の添加剤、例えば、消泡剤、分散剤(顔料粒子に少なくとも部分的に吸着される両親媒性ポリマーに加えて)、蛍光増白剤(OBA)、滑剤、pH調節剤、不溶化剤等が使用し得る。全てのこれらの添加剤が通常であり、当業者により容易に選択し得る。
【0036】
本発明の特に好ましい組成物は、100部の顔料を基準とし、かつ重量基準で乾燥固形分で計算して、顔料、100pph;分散剤としての両親媒性ポリマー、約0.1〜約4wt pph、最も好ましくは約0.1〜約2pph;バインダー、約5〜約25pph、最も好ましくは約10〜約15pph;補助バインダー又はレオロジー改良剤、約0.1〜約4pph、最も好ましくは約0.5〜約2pph;その他の添加剤、約0.1〜約5pph、最も好ましくは約0.1〜約2pphを含む。
【0037】
更に、本発明は前記顔料粒子のスラリー又は分散液をバインダー、補助バインダー、レオロジー改良剤、消泡剤、蛍光増白剤、pH調節剤、滑剤、防腐剤及び不溶化剤からなる群から選ばれた少なくとも一種の添加剤と混合する工程を含むことを特徴とする本発明の被覆着色組成物の調製方法に関する。
【0038】
更に、本発明は上記被覆着色組成物を紙又は板紙ウェブに適用する工程、続いて前記被覆着色組成物をその粘度を少なくとも約2倍、好ましくは少なくとも約5倍、最も好ましくは少なくとも約10倍に増大するのに充分な温度(その温度は好適には約20℃以上、好ましくは約30℃以上、最も好ましくは約40℃以上である)にする工程を含むことを特徴とする塗工紙又は板紙の調製方法に関する。それにより、被覆物が紙又は板紙に迅速に固定され、被覆成分の流れを抑制するであろう。
【0039】
適用される量は重要ではなく、あらゆる通常使用される量、例えば、紙又は板紙の面当りの乾燥固形分として計算して、約1〜約50g/m2、好ましくは約3〜約25g/m2であってもよい。
【0040】
被覆はオンマシーン又はオフマシーンで行ない得る。いずれの場合にも、異なる型の被覆方法が使用でき、その幾つかがオフマシーン塗工の場合に一層好適であり、その他がオンマシーン塗工の場合に一層好適である。例えば、ブレード被覆が両方の場合に都合良く使用され、一方、エアーナイフコーティング、ロールコーティング、サイズプレスコーティング及びキャストコーティングが通常オンマシーン塗工にのみ使用される。しかしながら、主として使用される方法はブレード被覆である。
【0041】
被覆中に、着色が通常、例えば、ロール上の紙ウェブを、例えば、ロールアプリケーターにより被覆着色剤を含むトレイに通すことによりかなり過剰の量で紙表面に最初に適用される。また、ジェットアプリケーターが使用し得る。ブレード被覆の場合、過剰量の被覆着色がロール又はシリンダーの表面に対し連続に押し付けて通常金属の、ブレードの掻き取り又はぬぐい作用により紙から除去される。幾つかの異なるブレード被覆ユニットが開発されていたが、そのブレード被覆の基礎となる原理は実質的に同じままである。本発明の被覆着色はオンマシーン及びオフマシーンの両方の、全ての通常の被覆方法に使用でき、そのうちのブレード被覆及びサイズプレス被覆、特にブレード被覆が好ましい。
【0042】
被覆後に、紙が乾燥され、これはオンマシーン塗工の場合には通常機械の乾燥部分で行なわれる。乾燥部分での乾燥の通常使用される手段、例えば、赤外線、熱空気、加熱シリンダー又はこれらのあらゆる組み合わせが、使用し得る。乾燥の手段は本発明に重要ではない。粘度がかなり増大して、被覆着色の固定をもたらすための温度は、紙が、例えば、赤外線により、その乾燥のための熱に暴露される場合に到達されることが好ましい。
【0043】
顔料粒子への分散剤として本発明の特定ポリマーを使用することにより、光沢が著しく改良し得ることが予期せずにわかった。その他の品質がまた予期せずに改良される。例えば、塗工紙の表面中の着色剤のバインダーの一層均一な分布が得られ、減少されたモットリング現象をもたらす。紙が印刷される場合に得られる色密度はまた増大される。適用され、乾燥された被覆物中の改良された凝集がまた観察された。こうして、本発明の紙が折り畳まれ、又はしわ形成される場合に、被覆物の減少された亀裂が観察された。
【0044】
顔料粒子に吸着された場合(このような粒子の不在下の溶液中の場合とは反対に)の本発明の多くのポリマーは加熱の場合又は更に低い振動せん断でレオメーターで測定した場合に約100倍もしくは1000倍又は更には10000倍以上の貯蔵モジュラス(G’)の増大を示し得る。その点で、水相が被覆着色から基本的に追い出されてゲルのような構造を生じる。
【0045】
更に、本発明の分散剤としてポリマーを使用することにより、被覆物が加熱された場合に紙表面に実質的に即時に固定するようにし得る。それ故、本発明の被覆系は所望の温度で固定するように設計でき、それにより夫々の個々の抄紙機に受注生産し得る。
【0046】
更に、モットリングの現象(これは部分的には被覆後のベース紙への被覆物からのバインダー及び顔料の移行、また塗工紙の乾燥中の反対方向の付加的な移行のためである)が本発明の被覆着色の使用により実質的に減少し得る。
【0047】
或る場合には、高固形分物質レベルを有する被覆着色組成物を調製し、こうしてその被覆後に紙を乾燥させるのに時間の一層短い期間を必要とし、これが順に製造方法を加速し、低下されたエネルギー消費をもたらすことがまた可能であるかもしれない。しかしながら、このような高固形分物質レベルでは、高速の抄紙機と組み合わせて、高せん断力が経験される場合に、着色剤のせん断増粘が回避されることが確実にされる必要がある。
【0048】
上記のように、従来技術の方法よりも良好な性質を有する紙又は板紙を調製することが可能である。こうして、本発明はまた上記方法により得られる紙又は板紙に関する。
【0049】
今、本発明が下記の実施例により更に記載されるであろう。通常の陰イオンの、ナトリウムポリアクリレートを含む、ディスペックスTMが、本明細書中に基準分散剤として使用される。重量基準で計算して、同じ低粘度に達するために一層多量が本発明の分散剤について必要とされる。電荷基準で計算して、本発明の分散剤は一層有効である。実施例において、被覆をパイロット規模の塗工機だけでなく、実験コーターの両方中で行なった。特にことわらない場合、全ての%及び部数は重量%及び重量部を表す。
【実施例】
【0050】
例1(比較例)
ナトリウムポリアクリレート分散剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズにより製造されたディスペックスTMN40)の40%水溶液3.38g(0.9%)、脱イオン水86.32g、消泡剤(ウィトコにより製造されたコートシルTM1378)0.1g、フーバー・エンジニアード・マテリアルズにより製造された偏三角面体晶系沈降炭酸カルシウム150g、SBラテックス(エカ・ポリマー・ラテックスにより製造されたバイスタルP7105)の50%分散液33.33g(11%)及びCMC(ノビアントにより製造されたフィンフィックスTM10)の10%水溶液8.40g(0.6%)を一様にブレンドすることにより、60重量%の全固形分の被覆着色剤を調製した。
【0051】
例2(比較例)
ナトリウムポリアクリレート分散剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズにより製造されたディスペックスTMN40)の10%水溶液1.08g(0.15%)、脱イオン水48.98g、消泡剤(ウィトコにより製造されたコートシルTM1378)0.1g、フーバー・エンジニアード・マテリアルズにより製造された斜方面体晶系沈降炭酸カルシウム72g、SBラテックス(エカ・ポリマー・ラテックスにより製造されたバイスタルP7105)の50%分散液16.06g(11%)及びCMC(ノビアントにより製造されたフィンフィックスTM10)の10%水溶液4.02g(0.6%)を一様にブレンドすることにより、60重量%の全固形分の被覆着色剤を調製した。
【0052】
実施例3
分散剤としての5000〜30000g/モルの分子量分布を有するPEO/PPOコーム及びアンカー基としてのホスホン酸の両方を含むスチレンアクリルブチルエステルコームコポリマーの10%水溶液30.0g(2%)、脱イオン水62.68g、消泡剤(ウィトコにより製造されたコートシルTM1378)0.1g、フーバー・エンジニアード・マテリアルズにより製造された偏三角面体晶系沈降炭酸カルシウム150g、SBラテックス(エカ・ポリマー・ラテックスにより製造されたバイスタルP7105)の50%分散液33.33g(11%)及びCMC(ノビアントにより製造されたフィンフィックスTM10)の10%水溶液8.48g(0.6%)を一様にブレンドすることにより、60重量%の全固形分の被覆着色剤を調製した。
【0053】
実施例4
分散剤としてのPEOセグメント、C16アルキル基及びアンカー基としてのカルボン酸の両方を含むポリウレタンをベースとするコポリマー(米国特許第4777224号に記載されたような)の17%水溶液9.90g(1.1%)、脱イオン水87.30g、消泡剤(ウィトコにより製造されたコートシルTM1378)0.1g、フーバー・エンジニアード・マテリアルズにより製造された斜方面体晶系沈降炭酸カルシウム150g及びSBラテックス(エカ・ポリマー・ラテックスにより製造されたバイスタルTMP7105)の50%分散液33.33g(11%)を一様にブレンドすることにより、60重量%の全固形分の被覆着色剤を調製した。
【0054】
実施例5
ポリウレタンコポリマー(エカ・ケミカルズにより製造されたジェットサイズTMAP15)の20%コロイド分散液2.74g(0.75%)、脱イオン水48.03g、消泡剤(ウィトコにより製造されたコートシルTM1378)0.1g、フーバー・エンジニアード・マテリアルズにより製造された斜方面体晶系沈降炭酸カルシウム72g、SBラテックス(エカ・ポリマー・ラテックスにより製造されたバイスタルP7105)の50%分散液16.06g(11%)及びCMC(ノビアントにより製造されたフィンフィックスTM10)の10%水溶液4.04g(0.6%)を一様にブレンドすることにより、60重量%の全固形分の被覆着色剤を調製した。
【0055】
例6(比較例)
ナトリウムポリアクリレート分散剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズにより製造されたディスペックスTMN40)の10%水溶液0.96g(0.15%)、ポリウレタンコポリマー(エカ・ケミカルズにより製造されたジェットサイズTMAP15)の20%コロイド分散液2.43g(0.75%)、脱イオン水50.78g、消泡剤(ウィトコにより製造されたコートシルTM1378)0.1g、フーバー・エンジニアード・マテリアルズにより製造された斜方面体晶系沈降炭酸カルシウム64g、SBラテックス(エカ・ポリマー・ラテックスにより製造されたバイスタルTMP7105)の50%分散液14.28g(11%)及びCMC(ノビアントにより製造されたフィンフィックスTM10)の10%水溶液3.60g(0.6%)を一様にブレンドすることにより、60重量%の全固形分の被覆着色剤を調製した。
【0056】
例7(比較例)
ナトリウムポリアクリレート分散剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズにより製造されたディスペックスTMN40)の40%水溶液0.56g(0.3%)、脱イオン水43.46g、消泡剤(ウィトコにより製造されたコートシルTM1378)0.1g、カオリンクレー(イメリスにより製造されたスペスホワイトTM)75g、SBラテックス(エカ・ポリマー・ラテックスにより製造されたバイスタルTMP7105)の50%分散液16.67g(11%)及びCMC(ノビアントにより製造されたフィンフィックスTM10)の10%水溶液4.18g(0.6%)を一様にブレンドすることにより、60重量%の全固形分の被覆着色剤を調製した。
【0057】
実施例8
この実施例において、実施例3からのPCC着色剤及び通常のPCC着色剤(比較例1)の温度依存性挙動を、PAARフィジカからのレオメーターモデルUDS200を使用して調べた。温度試験を線形粘弾性領域内で25〜85℃で行なった。
【0058】
【表1】
【0059】
一方、実施例3で分散剤として使用したポリマーの1重量%の水溶液は20−95℃の温度上昇中に目視できる沈殿を示さず、即ち、曇りが観察されなかった。
【0060】
実施例9
この実施例において、実施例3からの本発明のポリマーを含むPCC着色剤及び通常のPCC着色剤(比較例1)を夫々表2に示された条件に従って紙のシートに適用し、塗工紙シートの物理的性質を乾燥後に測定した。
【0061】
【表2】
【0062】
表面粗さ(PPS−10)をSCAN−P21に従って測定した。BYK−ガードナーからの小型光沢75°メーターを使用して光沢を測定した。色密度はグレタグマクベスからのグレタグD19Cデンシトメーターを使用してインクジェットプリントで測定されたイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの平均値である。フィブロからのDAT1100を使用して接触角を10秒後に測定した。日本のシマズからのクロマトスキャナーを使用して表面のラテックスの変化を分析した。高い値は不均等のラテックス分布を表す。また、モットリング、オフセットプリントにおける不均等インク吸収を測定した。高い値は不均等のインク吸収を表す。試験の結果を表3に示す。
【0063】
【表3】
【0064】
実施例10
この実施例において、PAARフィジカからのレオメーターモデルUDS200を使用して実施例4のPCC着色剤及び通常のPCC着色剤(比較例1)の温度依存性挙動を調べた。温度試験を線形粘弾性領域内で25〜85℃で行なった。
【0065】
【表4】
【0066】
実施例11
この実施例において、実施例5のPCC着色剤、本発明のポリマー及び通常の分散剤の組み合わせを含む、比較例6のPCC着色剤、並びに比較例2からの通常のPCC着色剤を比較した。ドローダウン被覆アプリケーターを使用して着色剤を夫々紙のシートに適用し、塗工紙シートの光沢値を乾燥及びソフトカレンダー掛け後に測定した。試験の結果を表5に示す。
【0067】
BYK−ガードナーからの小型光沢75°メーターを使用して光沢を測定した。フィブロからのDAT1100を使用して接触角を10秒後に測定した。色密度はグレタグマクベスからのグレタグD19Cデンシトメーターを使用してインクジェットプリントで測定されたイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの平均値である。
【0068】
【表5】
【0069】
表5からわかるように、本発明のポリマーが比較例6(ポリウレタンコポリマー(エカ・ケミカルズにより製造されたジェットサイズTMAP15)のコロイド分散液)に使用されたが、所望の性質を有する被覆物が得られなかった。これは本発明に使用されたポリマーの所望の作用がこのような作用の達成の基礎となるメカニズムに干渉する種の存在により妨げられるためであると推定される。上記のように、前記作用は顔料粒子との本発明のポリマーの会合に基づくと現在考えられ、こうして、所望の結果がおそらく着色剤中の通常のポリアクリレート分散剤の存在により得られることから妨げられる。それ故、本発明の被覆着色剤中に分散剤として本発明のポリマーのみを使用することが好ましい。
【0070】
実施例12
この実施例において、本発明のPCC着色剤(実施例3)及び通常のPCC着色剤(比較例1)を夫々プラスチックフィルムに適用した。被覆層をフィルムから分離することができ、ロレントン&ウェットルからのアルウェトロンTH1を使用して機械的性質を測定した。伸び及び引張エネルギー吸収を測定した。
【0071】
【表6】
【0072】
実施例13
この実施例において、本発明の実施例3のPCC着色剤及び比較例1の通常のPCC着色剤を実施例9のように紙のシートに夫々適用した。乾燥及びカレンダー掛け後に、塗工紙シートを折り畳み、折り畳みを調べた。本発明の被覆物は通常の被覆物に較べて著しく減少された数の亀裂を示した。
【0073】
実施例14
この実施例において、ドローダウン被覆アプリケーターを使用して紙に被覆し、本発明の実施例3の被覆着色剤で得られた光沢を、分散剤としてディスペックスを使用する、通常のカオリンクレー着色剤(比較例7)(その着色剤では、光沢を改良するためにPCCがクレーで置換されていた)の光沢と比較した。軽度のカレンダー掛け後に、PCCを含む着色剤を使用する塗工紙はクレーを含む着色剤を使用する塗工紙と較べて高い光沢を示した。
【0074】
【表7】
【0075】
実施例15
0.95付近のカルボキシメチル基の置換度、0.1付近のC4アルキル基の置換度、0.006付近のC14アルキル基の置換度、20000〜70000g/モルの分子量分布、及び86.3%の固形分を有する、WO98/56825に記載された疎水性に変性されたカルボキシメチルセルロース(HM−CMC)0.42g(0.30%)、脱イオン水46.96g、フーバー・エンジニアード・マテリアルズにより製造された80.5%の固形分を有する斜方面体晶系沈降炭酸カルシウム150g、SBラテックス(エカ・ポリマー・ラテックスにより製造されたバイスタルTMP7105)の50%分散液26.83g(11%)及び89.4%の固形分を有するCMC(ノビアントにより製造されたフィンフィックスTM10)1.13g(0.75%)を一様にブレンドすることにより、60重量%の全固形分の被覆着色剤を調製した。
【0076】
HM−CMCを含むPCC着色剤の温度依存性挙動を、PAARフィジカからのレオメーターモデルUDS200を使用して調べた。温度試験を線形粘弾性領域内で25〜85℃で行なった。
【0077】
【表8】
【0078】
また、HM−CMCを含むPCC着色剤及び比較例2からの通常のPCC着色剤を比較した。ドローダウン被覆アプリケーターを使用して着色剤を紙のシートに夫々適用し、塗工紙シートの光沢値を乾燥及びソフトカレンダー掛け後に測定した。
【0079】
【表9】
【0080】
高光沢が例2の通常の被覆着色剤と較べて分散剤としてHM−CMCを使用して得られることが明らかである。
Claims (22)
- 分散剤として顔料粒子に少なくとも部分的に吸着された両親媒性ポリマーを含む顔料粒子の水性スラリー又は分散液であって、そのスラリー又は分散液はその温度が約20℃から約100℃まで上昇される場合にその粘度が少なくとも約2倍に増大するような方法で温度依存性粘度を示すことを特徴とする顔料粒子の水性スラリー又は分散液。
- 温度が約30℃から約80℃まで上昇される場合に、粘度が少なくとも約5倍増大する、請求項1記載のスラリー又は分散液。
- スラリー又は分散液の固形分が約60重量%より上である、請求項1から2のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 20℃未満のブルックフィールド粘度が約50mPasから約5000mPasまでである、請求項1から3のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 顔料粒子が無機であり、かつ弱く荷電されている、請求項1から4のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 顔料粒子がクレー、TiO2、炭酸カルシウム、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる、請求項5記載のスラリー又は分散液。
- 両親媒性ポリマーの平均分子量が約2000から約200000までである、請求項1から6のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 両親媒性ポリマーが荷電された陰イオン部分、PEO/PPO、及びこれらの混合物からなる群から選ばれた親水性基を含む、請求項1から7のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 両親媒性ポリマーがその少なくとも一部が荷電されている親水性基を含む、請求項8記載のスラリー又は分散液。
- 荷電された親水性基がスルホネート、ホスホネート、カルボキシレート、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる、請求項9記載のスラリー又は分散液。
- 両親媒性ポリマーが主鎖に沿って交互の疎水性残基及び親水性残基を含むコポリマーからなる群から選ばれる、請求項1から9のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 親水性アンカー基が主鎖に沿って位置される、請求項11記載のスラリー又は分散液。
- 疎水性残基がC1−C20炭素鎖である、請求項11から12のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 両親媒性ポリマーがペンダント疎水性鎖、親水性鎖を有し、かつ陰イオンとしてホスホン酸又はカルボン酸を示すアクリルエステルコポリマーからなる群から選ばれる、請求項1から13のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 両親媒性ポリマーが疎水性に変性されたカルボキシメチルセルロースからなる群から選ばれる、請求項1から13のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 両親媒性ポリマーが陰イオン部分として少なくとも一つのカルボン酸残基を示すポリウレタンコポリマーからなる群から選ばれる、請求項1から13のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 両親媒性ポリマーが陰イオン部分として少なくとも一つのカルボン酸残基を示すαオレフィン/マレイン酸コポリマーからなる群から選ばれる、請求項1から13のいずれか1項記載のスラリー又は分散液。
- 顔料粒子、水及び顔料粒子に少なくとも部分的に吸着されるようになる両親媒性ポリマーを混合して温度が約20℃から約100℃まで上昇される場合にその粘度が少なくとも約2倍に増大するような方法で温度依存性粘度を示すスラリー又は分散液を得る工程を含むことを特徴とする、請求項1から17のいずれか1項記載のスラリー又は分散液の調製方法。
- 請求項1から17のいずれか1項記載のスラリー又は分散液並びにバインダー、補助バインダー、レオロジー改良剤、消泡剤、蛍光増白剤、pH調節剤、滑剤、防腐剤及び不溶化剤からなる群から選ばれた少なくとも一種の添加剤を含む被覆着色組成物であって、被覆着色組成物が温度が約20℃から約100℃まで上昇される場合にその粘度が少なくとも約2倍に増大するような方法で温度依存性粘度を示すことを特徴とする、被覆着色組成物。
- 請求項1から17のいずれか1項記載の顔料粒子のスラリー又は分散液をバインダー、補助バインダー、レオロジー改良剤、消泡剤、蛍光増白剤、pH調節剤、滑剤、防腐剤及び不溶化剤からなる群から選ばれた少なくとも一種の添加剤と混合する工程を含むことを特徴とする、本発明の被覆着色組成物の調製方法。
- 請求項19記載の被覆着色組成物を紙又は板紙ウェブに適用する工程、続いて前記被覆着色組成物を少なくとも約2倍に粘度を増大するのに充分な温度にする工程を含むことを特徴とする、塗工紙又は板紙の調製方法。
- 請求項21記載の方法により得られる紙又は板紙。
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