JP2008285791A - 紙用添加剤およびそれを使用した製紙方法 - Google Patents

紙用添加剤およびそれを使用した製紙方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、紙の水解性への悪影響が少なく、かつ紙の柔軟性を損なわずに、優れた紙力増強効果を有する紙用添加剤、それを使用した製紙方法を提供すること
【解決手段】特定のポリアミドポリアミン樹脂(A)、ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)、ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)、及びポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)より成る群から選択される少なくとも一種のカチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類とを含有することを特徴とする紙用添加剤及びそれを使用した製紙方法。
【選択図】なし

Description

この発明は、紙用添加剤、及び製紙方法に関し、更に詳しくは、パルプスラリーに添加した際に、紙の水解性への悪影響が少なく、かつ紙の柔軟性を損なわずに、優れた紙力増強効果を有する紙用添加剤および、それを使用した製紙方法に関する。
従来より製紙工程において、抄紙機の高速化に伴う、生産性の向上、あるいは紙の品質向上の為に種々の製紙用添加剤が用いられ、これらの2種以上を組み合せて使用することも行なわれている。とりわけ、紙力増強剤は紙力向上並びに生産性向上を図る上で重要な薬品であり、様々なタイプの紙力増強剤が上市されている。また、書籍用紙やコート紙などの印刷用紙や、ティシュペーパー及びトイレットぺーパーに代表される家庭用薄葉紙などでは、その重要な物性のひとつに柔軟性があり、特に近年の高品質化の要求により、紙力と、柔軟性の両方が求められるようになりつつある。
紙の紙力の向上を目的に、アクリルアミド系ポリマー、カチオン化澱粉、ポリアミド−エピクロルヒドリン樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、尿素−ホルムアルデヒド樹脂等が使用されている。しかしながら、いずれの紙力増強剤も、紙の柔軟性を損なうとの欠点を有しており、紙力と柔軟性の両立ができないとの問題があった。
また、カルボキシメチルセルロース(以下CMCと略すことがある)に代表されるアニオン性多糖類にも紙の強度を向上する効果があることは知られているが、得られる強度の向上度合いが低く、また、硫酸バンドやポリアミド−エピクロルヒドリン樹脂といったカチオン性を示す薬品を併用しなければ紙に留まらず、効果を発現しない等の問題点があった。このアニオン性多糖類の乾燥強度向上を目的として様々な検討がなされている。例えば、特定のアニオン基を有する水溶性多糖類とアクリルアミド系ポリマーの混合物を用いることでアクリルアミド系ポリマーの歩留りを高め、紙質を向上させていること(例えば、特許文献1参照)、また、CMCを添加した後、鉱酸を添加し、CMCを酸型へ変換することでCMCの溶解性を落として繊維に定着させることで、乾燥紙力剤等の効果を高めていること(例えば、特許文献2 参照)、紙力増強を目的としてカチオン化澱粉とカルボキシメチルセルロースを各々別々にパルプスラリーに添加すること(例えば、特許文献3参照)、あるいは、カチオン基を有する澱粉とアニオン基を有する多糖類の混合物を用いることで乾燥紙力剤等の効果を高める方法等が開示されている(例えば、特許文献4参照)。
柔軟性と紙力の両立を目的に、ティシュ等のクレープ紙の製造において、特定の柔軟剤成分と、ポリアミド−エピクロルヒドリン樹脂に代表される湿潤紙力増強剤、カチオン化澱粉やカルボキシメチルセルロースに代表される乾燥紙力増強剤を併用する方法が提案されている(特許文献5〜9)。しかしながら、これらの方法では柔軟性と紙力の両立は満足されるレベルではなく、また湿潤紙力増強剤を使用しているため、水解性、離解性の観点からも、その使用は制限されるとの問題があった。
また、イオン性ポリマーと、そのポリマーとは反対のイオン性を有するポリマーを含む水性組成物が開示されているが、これは紙の表面処理の際の有用なレオロジー特性を付与することが目的である。(特許文献10)
特開2002−201587号公報 特開平09−291490号公報 特開平11−107188号公報 特開2005−68587号公報 特表平9−504580号公報 特表平9−504581号公報 特表平10−510886号公報 特表2003−502519号公報 特開2005−124884号公報 特表2002−514674号公報
本発明は、紙の水解性への悪影響が少なく、かつ紙の柔軟性を損なわずに、優れた紙力増強効果を有する紙用添加剤、それを使用した製紙方法を提供することを課題とするものである。
本発明者らは、特定のカチオン性樹脂に特定のアニオン性基を有する多糖類を予め混合して成る混合物が、紙の水解性への悪影響が少なく、かつ紙の柔軟性を損なわずに、優れた紙力増強効果を発現することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、
(1)下記(A)〜(D)の樹脂より選ばれる少なくとも一種のカチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類とを含有することを特徴とする紙用添加剤
(A)二塩基性カルボン酸化合物とポリアルキレンポリアミン化合物とを加熱縮合させて成るポリアミドポリアミン樹脂
(B)二塩基性カルボン酸化合物とポリアルキレンポリアミン化合物とを加熱縮合させて成るポリアミドポリアミン樹脂と、ポリアミドポリアミン樹脂中のアミノ基1モルに対して0.5モル以下のエピハロヒドリンとを反応させることにより得られるポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂
(C)二塩基性カルボン酸化合物とポリアルキレンポリアミン化合物と尿素化合物とを加熱縮合させて成るポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂
(D)二塩基性カルボン酸化合物とポリアルキレンポリアミン化合物と尿素化合物とを加熱縮合させて成るポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂と、ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂中のアミノ基1モルに対して0.5モル以下のエピハロヒドリンとを反応させることにより得られるポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂、
(2)(A)〜(D)の樹脂より選ばれる少なくとも一種のカチオン性樹脂のpH3におけるカチオン化度が少なくとも1.5meq/g・solidsであり、かつ、pH10におけるカチオン化度が多くとも0.5meq/g・solidである前記(1)の紙用添加剤、
(3)前記(1)又は(2)の(A)〜(D)の樹脂より選ばれる少なくとも一種のカチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類との固形分での混合比率が90/10〜10/90である紙用添加剤、
(4)前記(1)又は(3)のアニオン基を有する水溶性多糖類が、カルボキシメチル化澱粉、カルボキシメチル化セルロースである紙用添加剤、
(5)前記(1)〜(4)の紙用添加剤をパルプスラリーに添加して抄紙する製紙方法、
(6)前記(1)〜(4)の紙用添加剤と紙用柔軟剤をパルプスラリーに添加して抄紙することを特徴とする製紙方法
である。
本発明によると、特定のカチオン性樹脂に特定のアニオン基を有する水溶性多糖類を予め混合して成る混合物を添加して調製されるパルプスラリーを用いて抄紙すると、得られた紙の柔軟性、水解性が損なわれずに、優れた乾燥紙力向上効果を示すという優れた効果を有する紙用添加剤を提供することができ、これらを使用することで紙の柔軟性、水解性が損なわれずに、乾燥紙力を向上させることのできる製紙方法を提供することができる。この発明に係る特定の紙用添加剤は、パルプスラリーを調製する以前に、特定のカチオン性樹脂と、特定のアニオン基を有する水溶性多糖類とを予め混合することにより、前記技術的効果が奏されるのであって、特定のカチオン性樹脂、特定のアニオン基を有する水溶性多糖類及びその他のパルプスラリー形成成分を順次混合することにより調製されるパルプスラリーでは前記技術的効果が達成されることができないという点において特異的である。
本発明に係る紙用添加剤に用いられるアニオン基を有する水溶性多糖類は、少なくともカルボキシメチル化、スルホエチル化、尿素リン酸エステル化、スルフォコハク酸エステル化等の化学的に変成された澱粉、セルロース類の誘導体が挙げられる。更に、これらを2種類以上併用しても良い。これらの中で、好ましいのはカルボキシメチル化澱粉、カルボキシメチル化セルロースである。
アニオン基を有する水溶性多糖類(A)の使用に際しては、熱的及び/または機械的に処理してもよいし、酸化的加水分解的または酵素的に分解して使用してもよい。
アニオン基を有する水溶性多糖類の25℃における固形分1%水溶液の粘度は、カチオン性樹脂との混合のしやすさから、2000mPa・s以下であることが好ましく、さらに好ましくは1.0〜1000mPa・sであることが好ましい。
本発明において、前記アニオン基を有する水溶性多糖類のうちでもカルボキシメチル化澱粉、カルボキシメチル化セルロース及びそれらの金属塩、アンモニウム塩が好ましく、紙の柔軟性への影響、紙力向上効果から、カルボキシメチル化セルロース 又はそれらの金属塩、アンモニウム塩が更に好ましい。一般にセルロース又は澱粉を濃水酸化ナトリウム液に浸漬し、これにモノクロロ酢酸を反応させて得ることができる。
また、カルボキシメチル化セルロースには各種のエーテル化度、粘度を有する製品が市販されているが、十分な水溶性を有する限りにおいて本発明に好適に使用することができる。エーテル化度は高すぎると静電反発が強くなりパルプへの定着が困難となり、また低すぎると水溶解性が落ちる為、使用し難いとの問題がある。
本発明に係る紙用添加剤に用いられるポリアミドポリアミン樹脂(A)、ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)、ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)及びポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)を製造するにあたり、二塩基性カルボン酸化合物(a)、ポリアルキレンポリアミン化合物(b)、エピハロヒドリン(c)、及び尿素化合物(d)は、前記ポリアミドポリアミン樹脂(A)、ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)、ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)及びポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)の種類に拘わらずに共通の原料である。
二塩基性カルボン酸化合物(a)としては、二塩基性カルボン酸及びその誘導体を挙げることができる。二塩基性カルボン酸は、分子中に2個のカルボン酸を有する。二塩基性カルボン酸としては、例えば、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸、ドデカン二酸などが挙げられ、工業的には炭素数5〜10の二塩基性カルボン酸が好ましい。二塩基性カルボン酸の誘導体としては、例えば、それら二塩基性カルボン酸のモノ又はジエステル、或いは酸無水物を挙げることができる。又、二塩基性カルボン酸のモノ又はジエステルとしては、好ましくは炭素数1〜5、特に好ましくは炭素数1〜3の低級アルコールのエステル、例えばメチルアルコール、エチルアルコール、及びプロピルアルコールのエステルを挙げることができる。前記酸無水物としては、遊離酸の分子内脱水縮合物のほか、低級カルボン酸、好ましくは炭素数1〜5の低級カルボン酸との縮合物などが挙げられる。二塩基性カルボン酸化合物で工業的に特に好ましいものとしては、アジピン酸、グルタル酸ジメチルエステル、アジピン酸ジメチルエステルが挙げられる。上記各種の二塩基性カルボン酸化合物はその一種を選択して使用し、又は選択された二種以上を併用することができる。また、二塩基性カルボン酸化合物と共に、クエン酸など、分子中に3個以上のカルボン酸及び/又はそのカルボン酸エステル、或いはその酸無水物を有する誘導体を使用することもできる。
ポリアルキレンポリアミン化合物(b)としては2個以上のアミノ基を有していればよく、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イミノビスプロピルアミンなどを挙げることができ、工業的には、ジエチレントリアミンが好ましい。本発明においては、これら一種又は二種以上を使用することができる。また、ポリアルキレンポリアミン化合物と共に、エチレンジアミン、プロピレンジアミン及びヘキサメチレンジアミン等のアルキレンジアミンの一種又は二種以上を使用することもできる。
エピハロヒドリン(c)としては、エピクロロヒドリン、エピブロムヒドリンなどが挙げられ、その中でもエピクロロヒドリンが好ましい。
尿素化合物(d)としては、尿素、チオ尿素、グアニル尿素、フェニル尿素、メチル尿素、ジメチル尿素などを挙げることができる。この中でも尿素が特に工業的に好ましい。これら尿素化合物(d)と共に、アミノ基とアミド交換反応し得るN−無置換アミド基を1個以上有する化合物、例えば、アセトアミド、プロピオンアミドなどの脂肪族アミド化合物、或いはベンズアミド、フェニル酢酸アミドなどの芳香族アミド化合物なども使用することもできる。
この発明におけるポリアミドポリアミン樹脂(A)は、前記二塩基性カルボン酸化合物(a)と前記ポリアルキレンポリアミン化合物(b)とを任意の順序または同時に反応させることにより得られる。
上記ポリアミドポリアミン樹脂(A)を得る際のポリアルキレンポリアミン化合物(b)、及び二塩基性カルボン酸化合物(a)の反応比として、ポリアルキレンポリアミン化合物(b)と二塩基性カルボン酸化合物(a)とのモル比を0.8〜1.4:1、特に0.8〜1.2:1の範囲とすることで、紙の柔軟性の低下が少なく、有用な紙力向上効果を示す紙用添加剤が得られやすい。上記のモル比が0.8より小さい場合には紙力向上効果が奏されるものの、十分な保存安定性が得られない場合がある。上記のモル比が1.4より大きい場合は、紙力向上効果が奏されるもののモル比を大きくするに見合った効果を期待することができない場合がある。
本発明におけるポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)は、前記ポリアミドポリアミン樹脂(A)とエピハロヒドリン(c)とを反応させることにより得られる。
ポリアミドポリアミン樹脂(A)に対するエピハロヒドリン(c)の反応比は、ポリアミドポリアミン樹脂(A)のアミノ基1モルに対して、0.5モル以下、好ましくは0.01〜0.5、更に好ましくは0.01〜0.35である。0.5モルより多いと、紙力向上効果が奏されるものの、湿潤強度が発現するため、紙の水解性、離解性が悪化する場合があり、さらにはアニオン性多糖類と混合した際に、経時で増粘することがある。なお、ポリアミドポリアミン樹脂(A)におけるアミノ基は1級アミノ基、2級アミノ基及び3級アミノ基のいずれであってもよい。
本発明におけるポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)は、前記ポリアルキレンポリアミン化合物(b)と二塩基性カルボン酸化合物(a)と尿素化合物(d)とを任意の順序で又は同時に反応させることにより得ることができる。例えば、ポリアルキレンポリアミン化合物(b)と二塩基性カルボン酸化合物(a)とを反応させた後に尿素化合物(d)を反応させる方法、ポリアルキレンポリアミン化合物(b)と尿素化合物(d)とを反応させた後に二塩基性カルボン酸化合物(a)と反応させる方法、ポリアルキレンポリアミン化合物(b)と二塩基性カルボン酸化合物(a)と尿素化合物(d)を同時に反応させる方法のいずれでもよい。
この発明におけるポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)は、前記ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)とエピハロヒドリン(c)とを反応させることにより得られる。
ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)を合成するに際し、ポリアルキレンポリアミン化合物(b)0.8〜1.4モルに対して二塩基性カルボン酸化合物(a)1.0モルとなる反応比、及びポリアルキレンポリアミン化合物(b)のアミノ基1モルに対して尿素化合物(d)0.05〜1.0モルとなる反応比が好ましい。
ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)に対するエピハロヒドリン(c)の反応比は、ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)のアミノ基1モルに対して、0.5モル以下、好ましくは0.01〜0.5、更に好ましくは0.01〜0.35である。0.5モルより多いと、紙力向上効果が奏されるものの、湿潤強度が発現するため、紙の水解性、離解性が悪化する場合があり、さらにはアニオン基を有する水溶性多糖類と混合した際に、経時で増粘することがある。なお、ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)のアミノ基は、1級アミノ基、2級アミノ基及び3級アミノ基のいずれであってもよい。
ポリアルキレンポリアミン化合物(b)のアミノ基と、二塩基性カルボン酸化合物(a)が有するカルボン酸基(−COOH)及び/その誘導基(例えばエステル基、酸無水物基等)とを反応させるときは、原料仕込み時に発生する反応熱を利用するか、外部より加熱して脱水及び/又は脱アルコール反応を行い、その反応温度は110℃〜250℃、特に120℃〜180℃に調整されることが好ましい。反応温度条件は出発原料の二塩基性カルボン酸化合物(a)がカルボン酸であるのか、その誘導体であるのかによって適宜変更する。この際、重合反応の触媒として、硫酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸などのスルホン酸化合物を使用することもできる。その使用量は、ポリアルキレンポリアミン化合物(b)1モルに対して0.005〜0.1モル、特に0.01〜0.05モルが好ましい。
例えば、ポリアミドポリアミン樹脂(A)が有するアミノ基と尿素化合物(d)とを反応させる場合、発生するアンモニアを系外に除去しながらアミド交換反応を行う。このときの反応温度は80〜180℃、特に90℃〜160℃とすることが、急激な粘度の上昇が伴いにくく、適度に反応が進行しやすくなるので好ましい。また、反応時間は反応温度に依存するものの、通常30分〜10時間である。
この発明におけるポリアミドポリアミン樹脂(A)及びポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)中に存在するアミノ基の量は、下記の式によって試料1g中に含まれるアミンを中和するのに必要な塩酸量を測定することによって求めることができる。
アミノ基の量(ミリモル/g)=V×F×0.5/S
V:1/2規定の塩酸液の滴定量
F:1/2規定の塩酸液の力価
S:採取した試料の固形分量(g)
ポリアミドポリアミン樹脂(A)又はポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)とエピハロヒドリン(c)との反応は反応液の濃度が10〜80質量%、反応温度は反応濃度に依存するものの5〜90℃で行うことが好ましい。
特に、ポリアミドポリアミン樹脂(A)又はポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)とエピハロヒドリン(c)との反応は、ポリアミドポリアミン樹脂(A)又はポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)にエピハロヒドリン(c)を付加させる工程(1次工程と称することがある)と、さらに架橋反応により粘度を増加させる工程(2次工程と称することがある)を経ることが好ましい。
前記1次工程におけるポリアミドポリアミン樹脂(A)又はポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)とエピハロヒドリン(c)との反応は、ポリアミドポリアミン樹脂(A)又はポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)の濃度が30〜80質量%、特に40〜70質量%の水溶液で行われることが、前記水溶液の急激な粘度上昇を伴わずに適度に反応が進行しやすいので好ましい。この1次工程における反応温度は急激な粘度の上昇を伴わないように、またエピハロヒドリン(c)の付加の効率が低下しないようにすることが好ましく、反応温度が5〜50℃、特に10〜45℃、さらに好ましくは15〜35℃の範囲で反応を進めることが好ましい。また、反応時間は1〜10時間とすることが好ましい。
前記2次工程として、前記1次工程で得られた反応液を希釈して、又は希釈することなく、反応温度を30〜90℃、特に50〜75℃に加熱し、反応を続けることが好ましい。通常、2次工程における前記反応温度が前記温度範囲を越えて高くなると反応混合物の粘度が急激に上昇して反応の制御が困難になることがあるので、2次工程においては、反応混合液における、前記第1次工程で生成したポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)又はポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)の濃度を10〜70%に、特に10〜50%に調整しておくのが好ましい。
前記2次工程の反応は、架橋反応による生成物の固形分が15質量%の濃度となる水溶液の25℃における粘度が10〜100mPa・s、好ましくは15〜80mPa・sに達するまで前記架橋反応を続けることにより、保存安定性に優れたポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)及びポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)が得られやすいので、好ましい。
前記2次工程において架橋反応が進行している反応生成液に水を加えて架橋反応を停止させ、その反応生成液を冷却すると同時に固形分を10〜50%に調節することが好ましい。固形分の濃度は、水の添加量により調整することができる。更に、塩酸、硫酸、硝酸、及びリン酸などの無機酸、特にハロゲンを含まない無機酸、及びギ酸、及び酢酸などの有機酸から選択される少なくとも一種の酸を架橋反応の停止した反応生成液に加えて、好ましくはpHを1〜6、特にpH2〜5に調整することにより、得られるポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)及びポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)の保存安定性を向上させることが好ましい。
ポリアミドポリアミン樹脂(A)及びポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)とエピハロヒドリン(c)との反応物であるポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)及びポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)のカチオン化度は、pH3におけるカチオン化度が少なくとも1.5meq/g・solidsであることが好ましく、さらに少なくとも2.5meq/g・solidsあることが好ましい。pH3におけるカチオン化度が1.5meq/g・solidsより小さい場合、充分なカチオン性が得られないので、紙力向上効果が十分に得られない場合がある。さらに、pH10におけるカチオン化度が多くとも0.5meq/g・solidであることが好ましい。pH10におけるカチオン化度が0.5meq/g・solidよりも多い場合、アニオン性多糖類と混合した際に、経時で増粘することがある。
カチオン化度は、コロイド滴定法(ポリビニル硫酸カリウム(PVSK)による滴定)により測定することができる。
前記(A)〜(D)の樹脂より選ばれる少なくとも一種のカチオン性樹脂のうち、アニオン基を有する水溶性多糖類と混合した際の粘度の経時安定性よりポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)が好ましい。
本発明に係る紙用添加剤は、前記ポリアミドポリアミン樹脂(A)、ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)、ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)及びポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)から選択される少なくとも一種である特定の化合物とアニオン基を有する水溶性多糖類との混合物そのものであってもよく、またこの発明の目的を阻害しない限り、前記特定の化合物と他の添加剤あるいは溶剤とを含有しても良い。
前記他の添加剤としては分散剤、消泡剤、防腐剤などを挙げることができる。
前記溶媒としては例えば水、及びイソプロピルアルコール等のアルコール等を挙げることができる。
本発明に係るカチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類との混合は、パルプスラリー内で行わずに、パルプスラリーを調製する以前に行う必要がある。本発明に係るカチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類とその他のパルプスラリー形成成分とを混合してパルプスラリーを調製しても、十分な効果が得られないからである。
カチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類との混合は、公知の任意の方法により行うことができ、湿潤あるいは乾燥のいずれかの雰囲気下においてカチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類とを混合することにより、行うことができる。混合に際しては、適宜の溶媒例えば水を使用するのが好ましい。
本発明におけるカチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類との混合比は、通常、90/10〜10/90であり、好ましくは、70/30〜30/70である。アニオン基を有する水溶性多糖類の割合が10%未満であると紙の柔軟性と強度の両立が困難な場合があり、90%を超えては、紙の強度の向上度合いが低い場合がある。なお、上記混合比は固形分基準である。
本発明の製紙方法は、前記のようにして得られるこの発明の紙用添加剤とパルプスラリーを形成する他の成分とを混合して得られるパルプスラリーを抄紙する方法である。 本発明の紙用添加剤は前記の割合でカチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類とを予め混合することにより得ることができる。この紙用添加剤は、紙料(パルプスラリー)に添加して使用してもよく、原紙の表面に塗工して(即ち、表面塗工して)使用しても良い。更に、本発明の紙用添加剤を紙料に添加し、次いで抄紙し、乾燥して得られた原紙の表面に本発明の紙用添加剤を塗工するようにして、本発明の紙用添加剤を使用しても良い。
本発明の紙用添加剤を紙料に添加して使用する場合、その使用方法は特に制限はなく、工業水などにより希釈して添加することもでき、そのまま添加することもできる。いずれの場合も、本発明の紙用添加剤を用いること以外は、一般的な紙の製造方法と同様の方法を採用できる。
本発明の紙用添加剤を表面塗工に適用する好ましい方法としては、スプレー法による塗工、フレキソ法又はグラビア法による印刷機による塗工、サイズプレス、ゲートロールコーター、ビルブレードコーター又はカレンダーなどでの塗工などが挙げられるが、いずれの場合も、本発明の紙用添加剤を用いること以外は、一般的な紙または板紙の製造方法と同様の方法を採用できる。
本発明で用いる紙用添加剤は、通常、紙料固形分に対し固形分で0.01〜3重量%、好ましくは0.03〜1.0重量%の使用割合で添加すればよく、表面塗工に適用する場合には、紙の単位重量当たり0.05〜3重量%、好ましくは0.05〜1.5重量%の使用割合で塗布すれば良い。
本発明の紙を製造するにあたって、紙用柔軟剤を併用することができる。紙用柔軟剤と本発明の紙用添加剤とを併用することで、紙用柔軟剤単独よりも高い柔軟性、高い紙力を得ることができる。
前記紙用柔軟剤としては、脂肪酸と多価アルコールとのエステル化合物、脂肪酸、高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物に代表されるアルキル基及び/又はアルケニル基を有する非イオン性界面活性剤、脂肪酸アミド、脂肪酸とポリアルキレンポリアミンとのアミドのエピクロロヒドリン付加物、長鎖アルキル基を有するイミダゾリン系化合物、アルキル基及び/又はアルケニル基を有するカチオン性界面活性剤等が挙げられる。これらの中で、特に、アルキル基及び/又はアルケニル基を有する非イオン性界面活性剤(ア成分)、あるいはアルキル基及び/又はアルケニル基を有するカチオン性界面活性剤(イ成分)を含有する紙用柔軟剤と本発明の紙用添加剤を併用した場合に、より高い柔軟性、紙力を得られる点で好ましい。
紙用柔軟剤に使用される非イオン性界面活性剤(ア成分)はアルキル基及び/又はアルケニル基を有し、炭素数6〜24のアルキル基及び/又は炭素数6〜24のアルケニル基を疎水部として有することが好ましい。
このような非イオン性界面活性剤としては、高級アルコール又は高級脂肪酸にオキシアルキレン基が付加した非イオン性界面活性剤、多価アルコールと脂肪酸とのエステル、および下記一般式(1)および(2)で表される化合物(以下化合物Iとする)を挙げることができる。これらは単独で用いても良いし、二種以上を併用しても良い。
高級アルコール又は高級脂肪酸にオキシアルキレン基が付加した非イオン性界面活性剤としては、下記一般式(3)で表される化合物を挙げることができる。
−A−(EO)(PO)−CO−R ・・・(1)
−O−(EO)(PO)−R ・・・(2)
−A−(EO) (PO) H ・・・(3)
(但し、式中、−A−は−O−又は−COO−を示し、RとRとは炭素数6〜24、好ましくは10〜22のアルキル基又は炭素数6〜24、好ましくは10〜22のアルケニル基を示し、かつRとRとは同一又は相異していてもよく、Eはエチレン基を示し、Pはプロピレン基を示し、mとnとの合計は1〜60、好ましくは2〜40である。なお、m及びnは平均付加モル数である。)
一般式(1)〜(3)で示される非イオン性界面活性剤の内、一般式(1)及び(2)で示される非イオン性界面活性剤が好ましく、更に好ましくは一般式(1)で示される非イオン性界面活性剤である。
上記一般式(1)で表される化合物は、例えば炭素数が6〜24、好ましくは10〜22のアルコール又は炭素数が7〜25、好ましくは11〜23の脂肪酸1モルにエチレンオキサイド、及び/又はプロピレンオキサイドを付加した後に、炭素数が7〜25、好ましくは11〜23の脂肪酸1モルでエステル化して得ることができる。エチレンオキサイド、及び/又はプロピレンオキサイドの付加形態はランダムでもブロックでも良く、炭素数が6〜24、好ましくは10〜22のアルコール又は炭素数7〜25、好ましくは11〜23の脂肪酸1モルに対して1〜60モル、好ましくは2〜40モルの割合で付加される。60モルを超えると、柔軟効果が低くなることがある。
上記一般式(2)で表される化合物は、例えば炭素数が6〜24、好ましくは10〜22のアルコール1モルにエチレンオキサイド、及び/又はプロピレンオキサイドを付加したのちに、炭素数が6〜24、好ましくは10〜22のアルコールまたは炭素数が6〜24、好ましくは10〜22のハロゲン化アルキル1モルでエーテル化して得ること.ができる。エチレンオキサイド、及び/又はプロピレンオキサイドの付加形態はランダムでもブロックでも良く、炭素数が6〜24、好ましくは10〜22のアルコール1モルに対して1〜60モル、好ましくは2〜40モルの割合で付加される。60モルを超えると、柔軟効果が低くなることがある。
上記一般式(3)で表される化合物は、例えば炭素数が6〜24、好ましくは10〜22のアルコール又は炭素数が7〜25、好ましくは11〜23の脂肪酸1モルにエチレンオキサイド、及び/又はプロピレンオキサイドを付加して得ることができる。エチレンオキサイド、及び/又はプロピレンオキサイドの付加形態はランダムでもブロックでも良く、炭素数が6〜24、好ましくは10〜22のアルコール又は炭素数7〜25、好ましくは11〜23の脂肪酸1モルに対して1〜60モル、好ましくは2〜40の割合で付加される。60モルを超えると、柔軟効果が低くなることがある。
炭素数が6〜24のアルコールとしては、直鎖アルコール、分岐鎖を有するアルコール、飽和アルコール、及び不飽和アルコールの何れでも良い。これら各種のアルコールの中でも炭素数が10〜22のアルコールが好ましく、特に、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール、及びオレイルアルコールが好ましい。これらはその一種を単独で用いても良いし、二種以上を併用しても良い。
炭素数7〜25の脂肪酸としては、直鎖脂肪酸、分岐鎖を有する脂肪酸、飽和脂肪酸、及び不飽和脂肪酸の何れでも良い。これら各種の脂肪酸の中でも、炭素数が10〜22の脂肪酸が好ましく、特に、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、及びオレイン酸が好ましい。これらはその一種を単独で用いても良いし、二種以上を併用しても良い。
本発明に使用されるカチオン性界面活性剤(イ成分)としては、第1級アミン類、第2級アミン類、第3級アミン類、及び第4級アンモニウム塩などが挙げられる。これらはその一種を単独で用いても良いし、二種以上を併用しても良い。特に、第4級アンモニウム塩が好ましい。
第1級アミン類としては下記一般式で表される化合物
−NH ・・・(6)
(但し、式中、Rは、炭素数6〜24のアルキル基、炭素数6〜24のアルケニル基から選ばれる1種を示す。)
具体例としてはオレイルアミン、ラウリルアミン、ステアリルアミンが挙げられる。
第2級アミン類としては下記一般式で表される化合物
10−NH ・・・(7)
(但し、式中、Rは、炭素数6〜24のアルキル基、炭素数6〜24のアルケニル基から選ばれる1種を示し、R10は(EO)(PO)H、炭素数1〜24のアルキル基、炭素数1〜24のアルケニル基から選ばれる1種を示し、前記Eはエチレン基を示し、前記Pはプロピレン基を示し、mとnとの合計は1〜60である。なお、m及びnは平均付加モル数である。)
具体例としてはジオレイルアミン、モノオレイルモノメチルアミンが挙げられる。
第3級アミン類としては下記一般式で表される化合物
111213N ・・・(8)
(但し、式中、R11は、炭素数6〜24のアルキル基、炭素数6〜24のアルケニル基から選ばれる1種を示し、R12とR13とは(EO)(PO)H、炭素数1〜24のアルキル基、及び炭素数1〜24のアルケニル基から選ばれる1種を示し、かつR12とR13とは同一であっても相違していてもよく、前記Eはエチレン基を示し、前記Pはプロピレン基を示し、mとnとの合計は1〜60である。なお、m及びnは平均付加モル数である。)
この第3級アミン類の具体例としてはポリオキシアルキレンジオレイルアミン、ポリオキシアルキレンエチレングリコールラウリルアミン、ジメチルモノオレイルアミン、モノメチルジオレイルアミンが挙げられる。
第4級アンモニウム塩としては、下記一般式で表される化合物、及びイミダゾリン環を有する4級塩などが挙げられる。これらはその一種を単独で用いても良いし、二種以上を併用しても良い。
141516(CH)N ・・・(9)
(但し、式中、R14は炭素数6〜24のアルキル基又は炭素数6〜24のアルケニル基を、R15とR16とは(EO)(PO)H、炭素数1〜24のアルキル基、及び炭素数1〜24のアルケニル基から選ばれる1種を示し、かつR15とR16とは同一又は相異していてもよく、Xは陰イオンであり、前記Eはエチレン基を示し、前記Pはプロピレン基を示し、mとnとの合計は1〜60である。エチレンオキサイド、及び/又はプロピレンオキサイドの付加形態はランダムでもブロックでも良い。なお、m及びnは平均付加モル数である。)
上記一般式(9)で表される第4級アンモニウム塩としては、具体的にはトリメチルモノラウリルアンモニウムクロライド、トリメチルモノセチルアンモニウムクロライド、トリメチルモノパルミチルアンモニウムクロライド、トリメチルモノステアリルアンモニウムクロライド、トリメチルモノオレイルアンモニウムクロライド、トリメチルモノベヘニルアンモニウムクロライド、ジメチルジラウリルアンモニウムクロライド、ジメチルジセチルアンモニウムクロライド、ジメチルジパルミチルアンモニウムクロライド、ジメチルジステアリルアンモニウムクロライド、ジメチルジオレイルアンモニウムクロライド、ジメチルジベヘニルアンモニウムクロライド、ポリアルキレンオキシモノメチルジオレイルアンモニウムクロライド、ビス(ポリアルキレンオキシ)モノメチルモノオレイルアンモニウムクロライドが挙げられる。
このなかでもトリメチルモノステアリルアンモニウムクロライド、トリメチルモノオレイルアンモニウムクロライド、ジメチルジラウリルアンモニウムクロライド、ジメチルジオレイルアンモニウムクロライド、ポリアルキレンオキシモノメチルジオレイルアンモニウムクロライド、ビス(ポリアルキレンオキシ)モノメチルモノオレイルアンモニウムクロライドが好ましい。
イミダゾリン環を有する4級アンモニウム塩としては、下記一般式(10)で表される化合物を挙げることができる。これらを単独で用いても良いし、二種以上を併用しても良い。
Figure 2008285791
(但し、式中、R17は炭素数6〜24のアルキル基又は炭素数6〜24のアルケニル基を、R18は炭素数1〜24のアルキル基又は炭素数1〜24のアルケニル基を示し、Xは陰イオンである。)
上記一般式(5)で表されるイミダゾリン環を有する4級アンモニウム塩としては、具体的な化合物としては1−ヒドロキシエチル−1−エチル−2−オレイルイミダゾリンエチル硫酸塩、1−ヒドロキシエチル−1−メチル−2−オレイルイミダゾリンクロライド、1−ヒドロキシエチル−1−エチル−2−ラウリルイミダゾリンエチル硫酸塩などが挙げられる。
上記以外のイ成分としては、モノメチルエステル4級塩、ジメチルジエステル4級塩、トリメチルジエステル4級塩、エステルアミド型3級塩などが上げられる。モノメチルエステル4級塩としては、トリエタノールアミンを炭素数7〜25、好ましくは11〜23の脂肪酸、例えばステアリン酸でジエステル化し、ジメチル硫酸塩で4級化したものが挙げられ、ジメチルジエステル4級塩としては、N−メチルジエタノールアミンを炭素数7〜25、好ましくは11〜23の脂肪酸、例えばオレイン酸でジエステル化し、メチルクロライドで4級化したものが挙げられ、トリメチルジエステル4級塩としては、3−ジメチルアミノ−1,2−プロパンジオールを炭素数7〜25、好ましくは11〜23の脂肪酸、例えばオレイン酸でジエステル化し、メチルクロライドで4級化したものが挙げられ、エステルアミド型3級塩としては、N−(2−ヒドロキシエチル)−N−メチル−1,3−プロパンジアミンを炭素数7〜25、好ましくは11〜23の脂肪酸、例えばオレイン酸でエステル化、アミド化し、塩酸で中和して3級アンモニウム塩としたものなどが挙げられる。
紙用柔軟剤は前記ア成分とイ成分との混合物であっても構わない。ア成分とイ成分とを混合することにより、ア成分のパルプへの定着を飛躍的に向上させることができる。ア成分とイ成分との混合比は、通常、ア成分/イ成分=100/0.5〜100/20であり、好ましくは、ア成分/イ成分=100/2〜100/10である。
かくして、得られた本発明の紙用添加剤は、紙料に添加することにより、紙の柔軟性、水解性を損なわずに、優れた乾燥紙力向上効果を示す事ができる。
填料、硫酸バン土、サイズ剤、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤、紙厚向上剤、保湿剤、歩留り向上剤、及び濾水性向上剤などの添加物も、各々の紙種に要求される物性を発現するために、必要に応じて使用しても良い。これらは単独で用いても良く、二種以上を併用しても良い。また、これらを本発明の紙用添加剤と予め混合して紙料に添加して使用することもできる。
本発明の製紙方法に使用されるパルプスラリーは、パルプを含有し、前記パルプが水溶媒で分散されることによりスラリー状になった形態を有する。本発明におけるパルプスラリーは、硫酸アルミニウムを用いる酸性系、または、硫酸アルミニウムを全く用いないかあるいは少量用いる中性系のいずれのパルプスラリーであっても良い。
前記パルプとしては、クラフトパルプ、及びサルファイトパルプの晒並びに未晒化学パルプ、砕木パルプ、機械パルプ、及びサーモメカニカルパルプ等の晒並びに未晒高収率パルプ、新聞古紙、雑誌古紙、段ボール古紙及び脱墨古紙等の古紙パルプを挙げることができ、これらの一種又は二種以上を使用することができる。また、パルプスラリーにはパルプ以外の種々の添加剤も必要に応じて用いることができる。
本発明の製紙方法にあたって、填料、硫酸バン土、サイズ剤、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤、紙厚向上剤、保湿剤、歩留り向上剤、及び濾水性向上剤などの添加物も、各々の紙種に要求される物性を発現するために、必要に応じて使用しても良い。これらは単独で用いても良く、二種以上を併用しても良い。また、これらを本発明の紙用添加剤と予め混合して紙料に添加して使用することもできる。
前記填料としては、クレー、タルク、及び炭酸カルシウム等が挙げられ、これらは単独で用いても良く、二種以上を併用しても良い。サイズ剤としては、ステアリン酸ナトリウムのような脂肪酸石鹸のサイズ剤、ロジン、強化ロジン、及びロジンエステル系サイズ剤、アルケニル無水コハク酸の水性エマルション、2−オキセタノンの水性エマルション、パラフィンワックスの水性エマルション、カルボン酸と多価アミンとの反応により得られるカチオン性サイズ剤及び脂肪族オキシ酸と脂肪族アミン又は脂肪族アルコールとの反応物の水性エマルション、カチオン性スチレン系サイズ剤等が挙げられる。これらは単独で用いても良く、二種以上を併用しても良い。
乾燥紙力向上剤としては、アニオン性ポリアクリルアミド、カチオン性ポリアクリルアミド、両性ポリアクリルアミド、カチオン化澱粉、及び両性澱粉等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、二種以上を併用しても良い。湿潤紙力向上剤としては、ポリアミド・エピクロルヒドリン樹脂、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、及び尿素・ホルムアルデヒド樹脂等が挙げられ、これらは単独で用いてもよく、アニオン性ポリアクリルアミドを併用しても良い。紙厚向上剤としては、脂肪酸と多価アルコールとのエステル化合物、脂肪酸、高級アルコールのアルキレンオキサイド付加物、脂肪酸アミド、脂肪酸とポリアルキレンポリアミンとのアミドのエピクロロヒドリン付加物、長鎖アルキル基を有するイミダゾリン系化合物、カチオン系界面活性剤等が挙げられ、これらは単独で用いても良く、二種以上を併用しても良い。歩留り向上剤としては、アニオン性、カチオン性、又は両性の高分子量ポリアクリルアミド、シリカゾルとカチオン化澱粉の併用、及びベントナイトとカチオン性高分子量ポリアクリルアミドの併用等が挙げられる。これらは単独で用いても良く、二種以上を併用しても良い。濾水性向上剤としては、ポリエチレンイミン、カチオン性又は両性又はアニオン性ポリアクリルアミド等が挙げられる。これらは単独で用いても良く、二種以上を併用しても良い。また、サイズプレス、ゲートロールコーター、ビルブレードコーター、カレンダーなどで、澱粉、ポリビニルアルコール及びアクリルアミド系ポリマー等の表面紙力向上剤、染料、コーティングカラー、表面サイズ剤、並びに防滑剤などを必要に応じて塗布しても良い。これらは単独で用いても良く、二種以上を併用しても良い。
本発明の製紙方法によって得られる紙としては、特に制限されないが、各種の紙、及び板紙が挙げられる。紙の種類としては、PPC用紙、インクジェット印刷用紙、レーザープリンター用紙、フォーム用紙、熱転写紙、感熱記録原紙、感圧記録原紙等の記録用紙、印画紙及びその原紙、アート紙、キャストコート紙、上質コート紙等のコート原紙、クラフト紙、純白ロール紙等の包装用紙、ティシュペーパー、トイレットペーパー、タオルペーパー、キッチンペーパーなどの家庭用薄葉紙、その他壁紙原紙、ノート用紙、書籍用紙、各種印刷用紙、新聞用紙等の各種紙(洋紙)、マニラボール、白ボール、チップボール等の紙器用板紙、ライナー、石膏ボード原紙等の板紙が挙げられる。
以下、この発明の実施例及び比較例を挙げて具体的に説明するが、この発明はこれらの例に限定されるものではない。なお、各例中、%は特記しない限りすべて質量%である。
(実施例1)(ポリアミドポリアミン樹脂(A)とカルボキシメチル化セルロースを含有する紙用添加剤の製造例)
温度計、冷却器、撹拌機及び窒素導入管を備えた500mL四つ口丸底フラスコにジエチレントリアミン105.3g(1.02モル)を仕込み、攪拌しながらアジピン酸146.1g(1モル)を加え、生成する水を系外に除去しながら昇温し、170℃で3時間反応を行った。次いで、水を徐々に加えて固形分50%のポリアミドポリアミン樹脂水溶液1を得た。コロイド滴定法によるカチオン化度は、pH3で4.9meq/g・solids、pH10で0.01meq/g・solidsであった。このポリアミドポリアミン樹脂水溶液1 30gに、水154.8gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は10mPa・s、エーテル化度0.5)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、ポリアミドポリアミン樹脂(A)とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分15%の水溶液を得た。これを紙用添加剤1とした。
(実施例2)(ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)とカルボキシメチル化セルロースを含有する紙用添加剤の製造例)
温度計、還流冷却器、撹拌機及び窒素導入管を備えた500ml四つ口フラスコに、実施例1で得られたポリアミドポリアミン樹脂水溶液を200g(アミノ基として0.49モルを)を仕込み、20℃でエピクロロヒドリン17g(アミノ基に対して0.37モル)を加えた後、30℃に加熱して1時間同温度で保持した。次いで、水233gを加えて50℃まで加熱し、粘度が200mPa・s(25℃)に到達するまで同温度で保持した後、30%硫酸と水とを加えてpHを6、固形分を30%に調整したポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂水溶液2を得た。コロイド滴定法によるカチオン化度は、pH3で4.2meq/g・solids、pH10で0.34meq/g・solidsであった。このポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂水溶液2 50.1gに、水135gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は2mPa・s、エーテル化度0.75)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分15%の水溶液を得た。これを紙用添加剤2とした。
(実施例3)(ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)とカルボキシメチル化セルロースを含有する紙用添加剤の製造例)
温度計、冷却器、撹拌機及び窒素導入管を備えた500mL四つ口丸底フラスコにジエチレントリアミン105.3g(1.02モル)を仕込み、攪拌しながらアジピン酸146.1g(1モル)を加え、生成する水を系外に除去しながら昇温し、170℃で3時間反応を行った。次いで、反応液を130℃まで冷却し、尿素12g(0.2モル)を加えて同温度で2時間脱アンモニア反応を行った後、水を徐々に加えて固形分50%のポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂水溶液3を得た。コロイド滴定法によるカチオン化度は、pH3で3.8meq/g・solids、pH10で0.01meq/g・solidsであった。このポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂水溶液3 30gに、水154.8gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は2mPa・s、エーテル化度0.75)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂(C)とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分15%の水溶液を得た。これを紙用添加剤3とした。
(実施例4)(ポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)とカルボキシメチル化セルロースを含有する紙用添加剤の製造例)
温度計、還流冷却器、撹拌機及び滴下ロートを備えた別の500ml四つ口フラスコに、実施例1で得られたポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂水溶液を200g(アミノ基として0.38モル)を仕込み、20℃でエピクロロヒドリン5.5g(アミノ基に対して0.2モル)を加えた後、30℃に加熱して10分間同温度で保持した。次いで、水122gを加えて、50℃まで加熱して粘度が200mPa・s(25℃)に到達するまで同温度で保持した後、30%硫酸と水を加えてpHを6、固形分を30%に調整したポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂水溶液4を得た。コロイド滴定法によるカチオン化度は、pH3で3.6meq/g・solids、pH10で0.15meq/g・solidsであった。このポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂水溶液4 50.1gに、水84.9gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は2mPa・s、エーテル化度0.75)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、ポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分20%の水溶液を得た。これを紙用添加剤4とした。
(実施例5)(ポリアミドポリアミン樹脂(A)とカルボキシメチル化セルロースを含有する紙用添加剤の製造例)
前記実施例1におけるジエチレントリアミンとアジピン酸との比を1:0.5と変えたこと以外は実施例1と同様にしてポリアミドポリアミン樹脂水溶液5を得た。コロイド滴定法によるカチオン化度は、pH3で12.6meq/g・solids、pH10で0.01meq/g・solidsであった。このポリアミドポリアミン樹脂水溶液5 30gに、水154.8gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は10mPa・s、エーテル化度0.5)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、ポリアミドポリアミン樹脂(A)とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分15%の水溶液を得た。これを紙用添加剤5とした。
(実施例6)(ポリアミドポリアミン樹脂(A)とカルボキシメチル化セルロースを含有する紙用添加剤の製造例)
前記実施例1におけるジエチレントリアミンとアジピン酸の比を0.69:1と変えたこと以外は実施例1と同様にしてポリアミドポリアミン樹脂水溶液6を得た。コロイド滴定法によるカチオン化度は、pH3で0.40meq/g・solids、pH10で0.01meq/g・solidsであった。このポリアミドポリアミン樹脂水溶液6 30gに、水154.8gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は10mPa・s、エーテル化度0.5)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、ポリアミドポリアミン樹脂(A)とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分15%の水溶液を得た。これを紙用添加剤6とした。
(実施例7)(ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)とカルボキシメチル化セルロースを含有する紙用添加剤の製造例)
前記実施例2におけるポリアミドポリアミン樹脂水溶液を実施例5のポリアミドポリアミン樹脂水溶液に変えたこと以外は実施例2と同様にしてポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂水溶液7を得た。コロイド滴定法によるカチオン化度は、pH3で10.8meq/g・solids、pH10で0.38meq/g・solidsであった。このポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂水溶液7 50.1gに、水135gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は2mPa・s、エーテル化度0.75)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分15%の水溶液を得た。これを紙用添加剤7とした。
(実施例8)ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)とカルボキシメチル化セルロースを含有する紙用添加剤の製造例)
前記実施例2におけるポリアミドポリアミン樹脂水溶液を実施例6のポリアミドポリアミン樹脂水溶液に変えたこと以外は実施例2と同様にしてポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂水溶液8を得た。コロイド滴定法によるカチオン化度は、pH3で0.34meq/g・solids、pH10で0.05meq/g・solidsであった。このポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂水溶液8 50.1gに、水135gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は2mPa・s、エーテル化度0.75)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分15%の水溶液を得た。これを紙用添加剤8とした。
(実施例9〜12)(ポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)とカルボキシメチル化セルロースを含有する紙用添加剤の製造例)
前記実施例4におけるポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂水溶液4とカルボキシメチル化セルロースの固形分としての混合比率を表1の比率に変えた以外は、実施例4と同様にして固形分20%の水溶液を得た。これらを紙用添加剤9〜12とした。
Figure 2008285791
(実施例13)(ポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)と尿素リン酸エステル化澱粉を含有する紙用添加剤の製造例)
前記実施例4におけるカルボキシメチル化セルロースを尿素リン酸エステル化澱粉(松谷化学工業(株)ニールガムA55)に変えた以外は、実施例4と同様にしてポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)と尿素リン酸エステル化澱粉の比率が50:50の固形分10%の水溶液を得た。これらを紙用添加剤13とした。
(実施例14)(ポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)とカルボキシメチル化澱粉を含有する紙用添加剤の製造例)
攪拌機、温度計、及び還流冷却管を備えたフラスコに、水45g、カルボキシメチル澱粉(松谷化学工業(株) FC50)2.5gをとり、90℃で20分攪拌混合した。次いで、5%過硫酸アンモニウム水溶液1.5gを添加し、更に90℃で20分攪拌混合した。冷却後、25%水酸化ナトリウムでpH7.0に調整してカルボキシメチル化澱粉の5%水溶液を得た。これに、水 41.7g、実施例4のポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂水溶液4 8.3gを加えた後、更に室温下、2時間攪拌混合し、ポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)とカルボキシメチル化澱粉の比率が50:50の固形分5%の水溶液を得た。これを紙用添加剤14とした。
(比較例1)(比較例用紙用添加剤の製造)
前記実施例2におけるエピクロロヒドリンの量を、アミノ基に対して1モルに変えたこと以外は実施例1と同様にしてポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂水溶液9を得た。コロイド滴定法によるカチオン化度は、pH3で3.4meq/g・solids、pH10で1.8meq/g・solidsであった。このポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂水溶液9 50.1gに、水135gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は2mPa・s、エーテル化度0.75)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、ポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂(B)とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分15%の水溶液を得た。これを紙用添加剤15とした。なお、この紙用添加剤の粘度は、数日で上昇し、ゲル化した。
(比較例2)(比較例用紙用添加剤の製造)
濃度15%のアクリルアミド重合体240gに対し、有効塩素濃度12%の次亜塩素酸ソーダ30gと48%の苛性カリ7gを含むアルカリ性次亜塩素酸ソーダ水溶液を、冷却、攪拌しながら滴下し、滴下終了後さらに60分間25℃に保持して反応を遂行させた。反応終了後、希塩酸で反応液をpH4.5に調整し、ポリマー濃度10%のホフマン分解反応によるカチオン変性アクリルアミド重合体を得た。このカチオン変性アクリルアミド重合体150gに、水135gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は2mPa・s、エーテル化度0.75)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、カチオン変性アクリルアミド重合体とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分10%の水溶液を得た。これを紙用添加剤16とした。なお、この紙用添加剤の粘度は、数日で上昇し、ゲル化した。
(比較例3)(比較例用紙用添加剤の製造)
水401.22g、50%アクリルアミド水溶液136.61g(39.79モル%)、76%アクリロイルオキシエチルジメチルベンジルアンモニウムクロライド水溶液40.58g(4.50モル%)、1%N,N’ メチレンビスアクリルアミド水溶液4.84g(0.013モル%)、5%メタリルスルホン酸ナトリウム水溶液19.10g(0.250モル%)の混合物を、20%硫酸水溶液でpH4.0に調整し、次いで窒素ガス導入下において65℃に昇温した後、5%過硫酸アンモニウム水溶液6.64gを加えて反応を開始させた。続いて、85℃になった時点で別途に仕込んでおいた水135.39g、50%アクリルアミド水溶液181.43g(52.847モル%)、イタコン酸7.85g(2.50モル%)、5%メタリルスルホン酸ナトリウム水溶液7.64g(0.10モル%)からなるモノマー水溶液を滴下ロートにより30分間かけて滴下した。滴下終了後、反応温度90℃で2時間反応させ、固形分20%の両性アクリルアミド系重合体を得た。この両性アクリルアミド重合体100gに、水180gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計測定粘度2mPa・s、エーテル化度0.75)20gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、両性アクリルアミド重合体とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分10%の水溶液を得た。これを紙用添加剤17とした。なお、この紙用添加剤の粘度は、数日で上昇し、ゲル化した。
(比較例4)(比較例用紙用添加剤の製造)
前記実施例1におけるポリアミドポリアミン樹脂水溶液の変わりに、ポリビニルアミン(BASF社製:カチオファストVFH)を使用したこと以外は実施例1と同様にして、ポリビニルアミンとカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分15%の水溶液を得た。これを紙用添加剤18とした。なお、この紙用添加剤の粘度は、数日で上昇し、ゲル化した。
(比較例5)(比較例用紙用添加剤の製造)
攪拌機、温度計、及び還流冷却管を備えたフラスコに、水693.28g、タピオカ原料のカチオン化澱粉166.96g、及び5%過硫酸アンモニウム水溶液58.92gを仕込み、90℃で30分攪拌混合した後、水80.0gを加えて冷却した。次いで、25%水酸化ナトリウム水溶液を添加しpH6.5に調整して、カチオン変性澱粉の15%水溶液を得た。このカチオン変性澱粉100gに、水85gを加えた後、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計測定粘度2mPa・s、エーテル化度0.75)15gを10分かけて少しずつ添加し、更に室温下、2時間攪拌混合し、カチオン変性澱粉とカルボキシメチル化セルロースの比率が50:50の固形分15%の水溶液を得た。これを紙用添加剤19とした。
(比較例6)(比較例用紙用添加剤の製造)
攪拌機、温度計、及び還流冷却管を備えたフラスコに水287.7g、50%アクリルアミド水溶液169.6g、80%アクリル酸水溶液19.0g、メタリルスルホン酸ナトリウム0.9gを仕込み、窒素ガス導入下60℃に昇温した。次いで、5%過硫酸アンモニウム水溶液3.2gを加え反応を開始させ、約30分後、反応系内の温度が80℃まで上昇し、更に80℃の温度で2時間反応させた。その後、水24.8gを加え、20%水酸化ナトリウム水溶液によりpHを7に調整し、固形分濃度20.2%、粘度4,000cpsのアニオン性アクリルアミド重合体を得た。 このアニオン性アクリルアミド 180gと、実施例4のポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂4 120g、水 60gとを室温下、20分混合攪拌して、ポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)とアニオン性アクリルアミド重合体の比率が50:50の固形分20%の水溶液を得た。これを紙用添加剤20とした。なお、この紙用添加剤の粘度は、数日で上昇し、ゲル化した。
(比較例7)(比較例用紙用添加剤の製造)
前記実施例14におけるカルボキシメチル化澱粉の変わりに、ヒドロキシエチル化セルロース(ダイセル化学工業製:HECダイセルSP 400)を使用したこと以外は実施例1と同様にして、ポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂(D)とヒドロキシエチル化セルロースの比率が50:50の固形分5%の水溶液を得た。
これを紙用添加剤21とした。
(実施例15)
広葉樹晒亜硫酸塩パルプ(以下において、LBKPと略す。)を、CSF(カナディアン・スタンダード・フリーネス)405に調整した濃度2.4%の紙料に、実施例1記載の紙用添加剤1を紙料に対して0.2%になるように添加した。攪拌した後、角型シートマシンにて抄紙して、坪量40g/mおよび60g/mの手抄き紙を得た。得られた手抄き紙を23℃、湿度50%の条件下に24時間調湿した後、裂断長、クラーク剛度、水解性の測定を下記方法により測定した。なお、前記紙用添加剤1の添加率はパルプ絶乾重量に対する固形分重量比である。測定結果を表2に示す。
裂断長:JIS P8113 引張り特性の試験方法、坪量40g/mの紙で測定した。
クラーク剛度:JIS P8143 クラークこわさ試験、坪量60g/mの紙で測定した。
水解性:JIS P4501 ほぐれやすさ試験、坪量40g/mの紙で測定した。
(実施例16〜28)
実施例15で用いた紙用添加剤1を実施例2〜14の紙用添加剤に代えた以外は実施例15と同様にして、坪量40g/mおよび60g/mの手抄き紙を得た。得られた手抄き紙を23℃、湿度50%の条件下に24時間調湿した後、裂断長、クラーク剛度、水解性を上記実施例15と同様の方法により測定した。測定結果を表2に示す。
(比較例8〜14)
実施例15で用いた紙用添加剤1を比較例1〜7の紙用添加剤に代えた以外は実施例15と同様にして、坪量40g/mおよび60g/mの手抄き紙を得た。得られた手抄き紙を23℃、湿度50%の条件下に24時間調湿した後、裂断長、クラーク剛度、水解性を上記実施例15と同様の方法により測定した。測定結果を表2に示す。
(比較例15)
実施例15で用いた紙用添加剤1の代わりに、実施例1のポリアミドポリアミン樹脂水溶液1を紙料に対して0.1%となるように添加し、次いで、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は10mPa・s、エーテル化度0.5)を紙料に対して0.1%となるように添加した以外は実施例15と同様にして、坪量40g/mおよび60g/mの手抄き紙を得た。得られた手抄き紙を23℃、湿度50%の条件下に24時間調湿した後、裂断長、クラーク剛度、水解性を上記実施例15と同様の方法により測定した。測定結果を表2に示す。
(比較例16〜18)
比較例15で用いたポリアミドポリアミン樹脂水溶液1を表2に記載のものに変え、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計による測定粘度は10mPa・s、エーテル化度0.5)を、カルボキシメチル化セルロース(1%水溶液のB型粘度計測定粘度2mPa・s、エーテル化度0.75)に変えた以外は比較例15と同様にして、坪量40g/mおよび60g/mの手抄き紙を得た。得られた手抄き紙を23℃、湿度50%の条件下に24時間調湿した後、裂断長、クラーク剛度、水解性を上記実施例15と同様の方法により測定した。測定結果を表2に示す。
Figure 2008285791
表2中の略号
(注1)紙料に対して混合後に添加するのではなく、別々に添加した。
(実施例29)
広葉樹晒亜硫酸塩パルプ(以下において、LBKPと略す。)を、CSF(カナディアン・スタンダード・フリーネス)390に調整した濃度2.4%の紙料に、実施例1記載の紙用添加剤1を紙料に対して0.1%になるように添加した後、表3に記載の紙用柔軟剤を0.2%添加した。攪拌した後、角型シートマシンにて抄紙して、坪量40g/mおよび60g/mの手抄き紙を得た。得られた手抄き紙を23℃、湿度50%の条件下に24時間調湿した後、裂断長、クラーク剛度、水解性を上記実施例15と同様の方法により測定した。測定結果を表3に示す。
(実施例30〜38、比較例15〜18)
実施例29で用いた紙用添加剤および紙用柔軟剤を表3に記載のものに変えた以外は実施例29と同様にして、坪量40g/mおよび60g/mの手抄き紙を得た。得られた手抄き紙を23℃、湿度50%の条件下に24時間調湿した後、裂断長、クラーク剛度、水解性を上記実施例15と同様の方法により測定した。測定結果を表3に示す。
(比較例19〜24)
実施例29で用いた紙用添加剤を使用せず、紙用柔軟剤を表3に記載のものに変えた以外は実施例29と同様にして、坪量40g/mおよび60g/mの手抄き紙を得た。得られた手抄き紙を23℃、湿度50%の条件下に24時間調湿した後、裂断長、クラーク剛度、水解性を上記実施例15と同様の方法により測定した。測定結果を表3に示す。
Figure 2008285791
表3の略号の説明
(注1)EOはエチレンオキサイドを、POはプロピレンオキサイドを、()内の数字は平均付加量(モル)を示している。
(注2)アルキル基は炭素数12〜18の混合物で、主成分はラウリル基。
(注3)オレイン酸−EO(4)PO(12)−オレイルアルコールとジオレイルジメチルアンモニウムクロライドの混合物 (固形分比90:10)
表2に示される結果から明らかなように、この発明における紙用添加剤は、紙の水解性への悪影響が少なく、かつ紙の柔軟性を損なわずに、優れた紙力増強効果を奏することができる。 また、表3に示される結果から明らかなように、この発明における紙用添加剤は、紙用柔軟剤との併用においても、紙の水解性への悪影響が少なく、かつ紙の柔軟性を損なわずに、優れた紙力増強効果を奏することができる。

Claims (6)

  1. 下記(A)〜(D)の樹脂より選ばれる少なくとも一種のカチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類とを含有することを特徴とする紙用添加剤。
    (A)二塩基性カルボン酸化合物とポリアルキレンポリアミン化合物とを加熱縮合させて成るポリアミドポリアミン樹脂
    (B)二塩基性カルボン酸化合物とポリアルキレンポリアミン化合物とを加熱縮合させて成るポリアミドポリアミン樹脂と、ポリアミドポリアミン樹脂中のアミノ基1モルに対して0.5モル以下のエピハロヒドリンとを反応させることにより得られるポリアミドポリアミン−エピハロヒドリン樹脂
    (C)二塩基性カルボン酸化合物とポリアルキレンポリアミン化合物と尿素化合物とを加熱縮合させて成るポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂
    (D)二塩基性カルボン酸化合物とポリアルキレンポリアミン化合物と尿素化合物とを加熱縮合させて成るポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂と、ポリアミドポリアミンポリ尿素樹脂中のアミノ基1モルに対して0.5モル以下のエピハロヒドリンとを反応させることにより得られるポリアミドポリアミンポリ尿素−エピハロヒドリン樹脂
  2. (A)〜(D)の樹脂より選ばれる少なくとも一種のカチオン性樹脂のpH3におけるカチオン化度が少なくとも1.5meq/g・solidsであり、かつ、pH10におけるカチオン化度が多くとも0.5meq/g・solidであることを特徴とする請求項1記載の紙用添加剤。
  3. 請求項1又は2記載の(A)〜(D)の樹脂より選ばれる少なくとも一種のカチオン性樹脂とアニオン基を有する水溶性多糖類との固形分での混合比率が90/10〜10/90であることを特徴とする紙用添加剤。
  4. 請求項1又は3に記載のアニオン基を有する水溶性多糖類が、カルボキシメチル化澱粉、カルボキシメチル化セルロースであることを特徴とする紙用添加剤。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の紙用添加剤をパルプスラリーに添加して抄紙することを特徴とする製紙方法。
  6. 請求項1〜4のいずれかに記載の紙用添加剤と紙用柔軟剤をパルプスラリーに添加して抄紙することを特徴とする製紙方法。
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