JP2008531864A - ウェットエンド塗布のための低せん断セルロース反応性サイズ剤 - Google Patents
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Abstract
本発明は、(a)紙素材系を供給するステップと、(b)高せん断力をかけずにアルケニルコハク酸無水物成分を含む水性サイズエマルションを形成させるステップと、(c)ステップbで形成されたエマルションを、改良されたサイズ効果を有する後希釈エマルションを生成させる、高せん断力をかけない条件下で、カチオン性成分の存在下に後希釈ステップに供するステップと、(d)後希釈エマルションを紙素材に添加するステップと、(e)紙ウェブを形成させるステップとを含む紙製品をサイジングする方法に関する。
Description
紙に塗布されるサイジングの性質が、紙への液体の耐濡れ性または耐浸透性に関する繊維基材の能力に関係することは周知である。アルケニルコハク酸無水物セルロース反応性サイズ剤の水性分散液は、製紙および板紙製造産業において、印刷および筆記グレード(writing grade)ならびに漂白および非漂白板紙グレードを含む広範囲のグレードをサイジングするために、長年にわたり広く使用されてきた。セルロース反応性アルケニルコハク酸無水物は、紙および板紙製品に疎水性を付与する。
サイジング特性を獲得するために使用される化学薬品は、内部サイズ剤または表面サイズ剤のどちらかとして知られている。内部サイズ剤はロジン系もしくはアルケニルコハク酸無水物などの合成サイズ剤または他の材料であってよい。内部サイズ剤はシート形成に先立って紙パルプに添加される。表面サイズ剤は、紙シートが形成された後に、最も一般的にはサイズプレスで添加されるサイズ剤であるが、噴霧塗布も使用することができる。
アルケニルコハク酸無水物サイズ剤は、通常、デンプンまたはポリマーなどのカチオン性または両性の親水性物質中に分散させることにより適用される。デンプンまたはポリマーに分散したアルケニルコハク酸無水物サイズエマルションは、紙ウェブ形成前にパルプスラリーに添加される。製紙系にアルケニルコハク酸無水物サイズエマルションを添加するこのタイプは、一般に、アルケニルコハク酸無水物のウェットエンド添加または内部添加と称せられる。
伝統的な乳化方法を使用するアルケニルコハク酸無水物などのウェットエンド適用セルロース反応性サイズ剤の塗布は、次の不利な点を有する。カチオン性デンプン中におけるASA乳化は、乳化のために高いデンプン/サイズ比が必要になる。また、上記の問題に加えて、デンプンは、安定な高品質のASAエマルションを生成させるのに適した高品質のデンプンである必要がある。カチオン性ポリマーまたはデンプンをグラフトしたポリマー中におけるASA乳化も、デンプンよりは低いポリマー/サイズ剤比を使用するが、安定な高品質のASAエマルションを生成させるポリマーが、乳化のために必要になる。デンプンまたはポリマー溶液中におけるASAの伝統的な乳化は、高せん断条件も必要とする。
ASA乳化のために、より簡単で費用もより少ない、低せん断の装置を使用する、ウェットエンドで紙をサイジングする改良法を開発することは望ましいであろう。
本発明は、(a)紙素材系を提供するステップと、(b)高せん断力をかけずにアルケニルコハク酸無水物成分を含む水性サイズエマルションを形成させるステップと、(c)ステップbで形成されたエマルションを、改良されたサイズ効果を有する後希釈エマルションを生成させる、高せん断力をかけない条件下で、カチオン性成分の存在下に後希釈(post-dilution)ステップにかけるステップと、(d)後希釈エマルションを紙素材に添加するステップと、(e)紙ウェブを形成させるステップとを含む、紙製品をサイジングする方法に関する。
一つの実施形態において、本発明は上記の工程により作製される紙に関する。
一つの実施形態において、本発明は、
(a)紙素材系を供給するステップと、
(b)エマルションが、改良されたサイズ効果を有するエマルションを生成させる、高せん断力をかけない条件下で、カチオン性成分の存在下に作製される、高せん断力をかけずにアルケニルコハク酸無水物成分を含む水性サイズエマルションを形成させるステップと、
(d)エマルションを紙素材に添加するステップと、
(e)紙ウェブを形成させるステップと、を含む紙製品をサイジングする方法に関する。
(a)紙素材系を供給するステップと、
(b)エマルションが、改良されたサイズ効果を有するエマルションを生成させる、高せん断力をかけない条件下で、カチオン性成分の存在下に作製される、高せん断力をかけずにアルケニルコハク酸無水物成分を含む水性サイズエマルションを形成させるステップと、
(d)エマルションを紙素材に添加するステップと、
(e)紙ウェブを形成させるステップと、を含む紙製品をサイジングする方法に関する。
本発明のこれらの、および他の特徴、態様および利点は、次の説明および付記した特許請求の範囲を参照してよりよく理解されるであろう。
実施例以外では、または特に断らない場合には、本明細書および特許請求の範囲で使用される成分の量、反応条件等に関する全ての数または表現は、全ての場合に「約」という用語により修飾されていると解釈されるものとする。本特許出願においては、種々の数の範囲が開示されている。これらの範囲は連続的であるから、それらは最小と最大の間の全ての値を含む。他の表現が示されていない限り、本明細書中で特定される種々の数の範囲は近似値である。
後希釈ステップに先立って調製されたエマルションは、アルケニルコハク酸無水物含有エマルションを含み、それは後希釈ステップにかけられたときに、後希釈ステップにかけられなかったエマルションに比較して、サイズ効果を改善する。例えば、エマルションは、非イオン性デンプン、アニオン性デンプン、カチオン性デンプンおよびそれらの混合物からなる群から選択された乳化作用を有するデンプンを含むデンプン成分中に懸濁されたアルケニルコハク酸無水物粒子を含むアルケニルコハク酸無水物成分を含むことができる。乳化のために使用されるデンプンは、トウモロコシ、ジャガイモ、コムギ、タピオカまたはソルガムによるものであってよく、それらは酵素、高温または化学的/熱的変換技法の使用により変形することができる。
あるいは、エマルションは、カチオン性ポリマー、非イオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、ビニル付加ポリマー、縮合ポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択された水溶性ポリマー溶液中に懸濁されたアルケニルコハク酸無水物粒子を含むアルケニルコハク酸無水物成分を含むことができる。本発明の1つの変形において、本発明は、水に懸濁された(i)アルケニルコハク酸無水物粒子と(ii)界面活性剤成分とを含むアルケニルコハク酸無水物成分を含む。
ステップ(b)のエマルションは、任意の適当な方法により作製することができる。通常、エマルションは、乳化剤例えば界面活性剤を用いて作製される。カチオン性ポリマーまたはカチオン性デンプンは存在してもよいが、それらは必要とはされない。アルケニルコハク酸無水物のポリマーまたはデンプン固体に対する重量比は、通常1対0.02から1対1、または1対0.05から1対0.5または1対0.1から1対0.2の範囲にある。例えば、1つの実施形態において、ステップ(b)のエマルションは、(i)アルケニルコハク酸無水物と(ii)界面活性剤成分とを含むアルケニルコハク酸無水物成分を水で乳化させ、それにより、水中に懸濁された(i)アルケニルコハク酸無水物粒子と(ii)界面活性剤成分とを含むアルケニルコハク酸無水物成分を有するエマルションを形成させることにより、作製することができる。あるいは、ステップ(b)のエマルションは、界面活性剤を場合により含むアルケニルコハク酸無水物成分を水溶性ポリマー溶液で乳化させ、それによりエマルションを形成させることにより作製することができる。サイズエマルションは、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルを使用して、またはスルホサクシネート類、アルキルおよびアリールアミド類および第一級、第二級および第三級アミン類およびそれらの対応する第四級塩類、脂肪酸類、エトキシル化脂肪酸類、脂肪族アルコール類、エトキシル化脂肪族アルコール類、脂肪族エステル類、エトキシル化脂肪族エステル類、エトキシル化トリグリセリド類、ある種のエトキシル化ラノリン、スルホン化アミン類、スルホン化アミド類、エトキシル化ポリマー類、プロポキシル化ポリマー類、エトキシル化/プロポキシル化コポリマー類、ポリエチレングリコール類、リン酸エステル類、ホスホン化脂肪酸エトキシレート類、ホスホン化脂肪族アルコールエトキシレート類、アルキルスルホネート類、アリールスルホネート類、硫酸アルキル類、硫酸アリール類、およびそれらの組合せからなる群から選択された1つの界面活性剤を使用して形成させることができる。
アルケニルコハク酸無水物を乳化するために使用されるポリマーは、本発明に従って使用されるときに、本発明に基づくエマルションを生成させることができる任意のポリマーであってよい。このサイズ組成物のエマルションにおいて使用される適当なポリマーの例には、0から約90%、より好ましくは0から約10%で変化する荷電置換範囲を有するアニオン性、カチオン性、非イオン性および両性電荷特性を有するビニル付加および縮合ポリマーを含む高分子安定剤が挙げられる。さらに、上記の合成高分子安定剤の分子量は、通常、約10,000から約1千万ドルトン、または約100,000から約2百万、または約200,00から約百万ドルトンの範囲にある値の中に収まる。本明細書で挙げる全ての分子量は重量平均である。
一般的に、本発明の適当な水溶性ポリマーは、カチオン性ビニル付加ポリマー、アニオン性ビニル付加ポリマー、中性ポリマー、両性ポリマーおよび縮合ポリマーである。
適当なポリマーの例には、10,000ドルトンから3,000,000ドルトンの範囲の分子量を有する水溶性ポリマーが挙げられる。本発明で使用される実質的に水溶性のポリマーは、次のモノマーからなるホモポリマーおよびコポリマーならびにターポリマーおよびテトラポリマーに至るそれらの組合せを含むが、これらに限定はされない:アクリルアミド、塩化ジアリルジメチルアンモニウム、アクリル酸ジメチルアミノエチル、四級化アクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエルアミノエチル、四級化アクリル酸ジエルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、四級化メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルおよびその四級化物、塩化メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウム、アクリル酸。適当なポリマーには、「マンニッヒ」反応させたアクリルアミドのポリマーおよびコポリマーも含まれる。1つの実施形態では、対応するマンニッヒ四級化物も可能性ある水溶性ポリマーである。他の水溶性ポリマーの例には、実質的に水溶性および水分散性のスチレン−アクリル酸アルキル、スチレン−アルキルアクリル系(alkylacrylics)、スチレン−マレイン酸、スチレン−マレイン酸アミド、スチレン−マレイン酸エステル、スチレン−マレイン酸アミドエステル、およびそれらの対応する塩からなるコポリマーが挙げられる。他の実施形態において、適当なポリマーには、上記モノマーの反応生成物、ポリウレタン分散液とポリビニルアルコール、ポリ(ビニルアルコール−ビニルアミン)、それらの対応するアセテートもしくはホルマメートまたは部分加水分解ポリマー、またはポリビニルアミンとの組合せを含む水性分散液が含まれる。
例として、(メタ)アクリル酸N,N−ジアルキルアミノアルキルおよび/またはアミドおよび/または(メタ)アクリル酸アルキル、スチレン、イソブチレン、ジイソブチレン、酢酸ビニルおよび/またはアクリロニトリルのコポリマーが挙げられる。例として、トリメチレンジアミンと1,2−ジクロロエタンもしくは1,3−ジクロロプロパン;アジピン酸とジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミンもしくは類似のポリアルキレンの縮合ポリマー;ポリアミド;エピクロルヒドリンとの後続反応生成物;ジメチルアミン−エピクロロヒドリン;エチレンジアミンポリアクリルアミドが含まれる。例として、ポリビニルピリジン、ポリ−N−メチルピリジニウムクロリド、トリアルキルアミンで四級化されたポリ−p−クロロスチレンが含まれる。そのような適当なポリマーの例は、その全体を本願に引用して援用する米国特許第4,657,946号、第4,784,727号、第3,445,330号, 第6,346,554号に記載されている。
本発明の実施形態に含まれる天然ポリマー、ガム、およびそれらの抽出物は、次のリストから取得される:グアー、アラビアゴム、寒天、アルギン、カラギーナン、セルロースおよびその誘導体、キチン、キトサン、ダマール、デキストラン、デキストリン、エチルセルロース、ゼラチン、ジェランガム、ヤラッパ、カラヤゴム、コブ、ローカストビーンガム、メチルセルロース、オリバナム、ペクチン、ラムザンガム、サンダラック、トラガカント、ウェランおよびキサンテン。これには、天然ポリマーの塩および誘導体が含まれる。ポリマーはそれらの天然の状態であっても、誘導体化されてその後塩もしくは他の誘導体(例えばヒドロキシエチル化)を形成してもよい。生成物は、アニオン性、カチオン性、両性または中性であってよい。
エマルションは高せん断力をかけずに(低せん断条件で)作製することができて、例えば、これらのせん断条件は、遠心ポンプ、インライン静的ミキサー、蠕動ポンプ、およびそれらの組合せの群から選択された装置により作り出される。
アルケニルコハク酸無水物成分は、通常、コハク酸無水物ペンダント基(側鎖基)を含むモノ不飽和炭化水素鎖で構成されたアルケニルコハク酸無水物化合物を含む。アルケニルコハク酸無水物化合物は、通常、液体であって、マレイン酸無水物および適当なオレフィンから誘導することができる。アルケニルコハク酸無水物化合物は固体であってもよい。
一般的にいえば、アルケニルコハク酸無水物化合物は、異性化したC14〜C20モノオレフィン、好ましくは過剰の内部オレフィンと無水マレイン酸とを、アルケニルコハク酸無水物化合物を形成するのに十分な温度でおよび時間をかけて反応させることにより作製することができる。
アルケニルコハク酸無水物化合物の調製に使用すべきオレフィンが、例えばα−オレフィンである場合のように、内部オレフィンでないならば、そのオレフィンを先ず異性化して内部オレフィンを提供することが好ましいといえる。アルケニルコハク酸無水物化合物の調製に使用することができるオレフィンは、線状でも分岐していてもよい。好ましくは、オレフィンは少なくとも約14個の炭素原子を含むことができる。アルケニルコハク酸無水物化合物の代表的な構造は、例えば、その全体を本願に引用して援用する米国特許第4,040,900号に開示されている。アルケニルコハク酸無水物化合物およびその調製方法は、例えば、C.E.ファーレイおよびR.B.ワッサー、「The Sizing of Paper、第2版」、W.F.レイノルズ編,TAPPI Press,1989年、51〜62頁に記載されており、その開示を全体としてここで本願に引用して援用する。
アルケニルコハク酸無水物成分は、幾らかの加水分解されたアルケニルコハク酸無水物を含んでいてよい。加水分解されたアルケニルコハク酸無水物の量は、アルケニルコハク酸無水物成分の全重量を基準にして約1wt%から約30wt%の範囲であってよい。
アルケニルコハク酸無水物成分は、
a.80部から97部の式
(式中、Rはジメチレンまたはトリメチレン基を表し、R’は、アルキル、アルケニル、アラルキルまたはアラルケニル基からなるクラスから選択することができる5個を超える炭素原子を含む疎水基である)
(式中、Rxは少なくとも5個の炭素原子を含むアルキル基であり、Ryは少なくとも5個の炭素原子を含むアルキル基であり、かつRxとRyとは互換性である)
(式中、Rxは少なくとも5個の炭素原子を含むアルキル基であり、Ryは少なくとも5個の炭素原子を含むアルキル基であり、かつRxとRyとは互換性である)
に対応する置換された環状ジカルボン酸無水物、および
b.3部から20部の
(式中、xおよびnは8から20の範囲内の整数であり、Rはアリール基であり、mは5から20の範囲内の整数であり、かつiは0、1または2である)
からなる群から選択されたポリオキシアルキレンアルキルもしくはポリオキシアルキレンアルキル−アリールエーテルまたは対応するモノもしくはジエステル
を含むことができる。
a.80部から97部の式
に対応する置換された環状ジカルボン酸無水物、および
b.3部から20部の
からなる群から選択されたポリオキシアルキレンアルキルもしくはポリオキシアルキレンアルキル−アリールエーテルまたは対応するモノもしくはジエステル
を含むことができる。
アルケニルコハク酸無水物成分は、通常、エマルションの全重量を基準にして少なくとも約0.01wt%、または約0.1wt%から約20wt%、または約0.3wt%から約15wt%になる量でエマルション中に存在する。エマルションは、通常、0.5ミクロンから3ミクロン未満の範囲のアルケニルコハク酸無水物粒子を含む。
エマルションを作製するために界面活性剤が使用されるとき、界面活性剤成分は、本発明によるエマルションを作製するために使用されたときに、凝集を最小化して、エマルションが繊維状基質に接触した後で繊維状基質に有用なサイジング特性を付与するエマルションを生成させる界面活性剤を含む。界面活性剤成分は、エマルションが作製されるときに、乳化剤として機能する。界面活性剤成分は、エマルションが作製されるときにアルケニルコハク酸無水物と水成分とによる乳化を容易にする。通常、界面活性剤はアニオン性もしくは非イオン性であるか、またはカチオン性であってもよく、かつ広範囲のHLB値を有することができる。
適当な界面活性剤の例としては、アルキルおよびアリールの第一級、第二級および第三級アミンおよびそれらの対応する第四級塩、スルホコハク酸塩類、脂肪酸類、エトキシル化脂肪酸類、脂肪族アルコール類、エトキシル化脂肪族アルコール類、脂肪族エステル類、エトキシル化脂肪族エステル類、エトキシル化トリグリセリド類、スルホン化アミド類、スルホン化アミン類、エトキシル化ポリマー、プロポキシル化ポリマーまたはエトキシル化/プロポキシル化コポリマー、ポリエチレングリコール、リン酸エステル類、ホスホン化脂肪酸エトキシレート類、ホスホン化脂肪族アルコールエトキシレート類、ならびにアルキルおよびアリールスルホン酸塩および硫酸塩が含まれるが、これらに限定はされない。好ましい適当な界面活性剤の例としては、アミド類、エトキシル化ポリマー、プロポキシル化ポリマーもしくはエトキシル化/プロポキシル化コポリマー、脂肪族アルコール類、エトキシル化脂肪族アルコール類、脂肪族エステル類、カルボキシル化アルコール類もしくはアルキルフェノールエトキシレート類、カルボン酸類、脂肪酸類、ジフェニルスルホン酸誘導体、エトキシル化アルコール類、エトキシル化脂肪族アルコール類、エトキシル化アルキルフェノール類、エトキシル化アミン類、エトキシル化アミド類、エトキシル化アリールフェノール類、エトキシル化脂肪酸類、エトキシル化トリグリセリド類、エトキシル化脂肪族エステル類、エトキシル化グリコールエステル類、ポリエチレングリコール類、脂肪酸エステル類、グリセロールエステル類、グリコールエステル類、ある種のラノリン系誘導体、モノグリセリド類、ジグリセリド類および誘導体、オレフィンスルホネート類、リン酸エステル類、有機リン誘導体、ホスホン化脂肪酸エトキシレート類、ホスホン化脂肪族アルコールエトキシレート類、ポリエチレングリコール類、高分子多糖、プロポキシル化およびエトキシル化脂肪酸、アルキルおよびアリール硫酸塩およびスルホン酸塩、エトキシル化アルキルフェノール類、スルホスクシナメート類、スルホコハク酸塩が挙げられるが、これらに限定はされない。
1つの実施形態において、界面活性剤成分は、式(I)のトリアルキルアミン、
式(I)のトリアルキルアミンの硫酸ジメチル第四級塩、式(I)のトリアルキルアミンの塩化ベンジル第四級塩、および式(I)のトリアルキルアミンの硫酸ジエチル第四級塩(式中、R1はメチルまたはエチルであり、R2はメチルまたはエチルであり、およびR3は14から24個の炭素原子を有するアルキルである)からなる群から選択されたアミンを含む。他の実施形態において、界面活性剤はこのアミンを除外する。
界面活性剤レベルは、アルケニルコハク酸無水物成分を基準にして約0.1重量%から約20重量%までの範囲にすることができる。
次の例は、ある条件では適当な結果を提供しない(役に立たないサイジング特性を有する紙製品を生ずる)ことが見出された:ソルビタンモノラウレート(Arlacel 20)、エトキシル化ソルビタントリオレエイト(Tween 85)、プロポキシル化ラノリン(Solulan PB−5)、エトキシル化ラノリン(Laneto 100)、ソルビタントリオレエイト(Span 85)、イソステアリン酸アルカノールアミド(Monoamid 150−IS)、ヒドロキシル化ミルクグリセリド(Cremophor HMG)、スルホコハク酸ナトリウムのビス(トリデシル)エステル(AEROSOL(登録商標)、TR−70)。
後希釈ステップは、通常、エマルションをカチオン性成分と自然条件で混合することを含む。カチオン性成分は、カチオン性デンプン、カチオン性ポリマー、カチオン性デンプングラフトポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択することができる。また、カチオン性成分は、カチオン性ビニル付加ポリマー、カチオン性縮合ポリマー、およびそれらの組合せからなる群から選択することもできる。後希釈ステップのために使用されるデンプンは、トウモロコシ、ジャガイモ、コムギ、タピオカまたはソルガムによるものであってよく、それらは酵素、高温または化学的/熱的変換技法の使用により変形することができる。後希釈ステップのために使用されるデンプンは、カチオン性でなければならない。
後希釈ステップにおけるカチオン性成分固体のアルケニルコハク酸無水物に対する比は0.1:1から4:1の範囲にあるべきであるが、幾つかの場合には50:1のように高くすることもできる。この比は個々の製紙用途に対する要求に依存するであろう。
本発明の工程を実施することができる温度は、通常50℃未満である。本発明の工程が実施されるpHは、用途によって変化する。例えば、pHは4から8または6から8にすることができる。後希釈ステップは、通常、低せん断条件下で実施され、例えば、これらのせん断条件は、遠心ポンプ、インライン静的ミキサー、蠕動ポンプ、ビーカー中の磁気撹拌子、立型撹拌機、およびそれらの組合せの群から選択されるような装置により作製される。後希釈(post-dilution)ステップは通常実施されるが、1つの実施形態においては、アルケニルコハク酸無水物が第2のカチオン性成分で後希釈されるのではなくカチオン性成分中で乳化されるかどうかは任意選択である。
ステップ(c)における混合の時間は、通常1分未満である。例えば、ステップ(c)における混合は1秒から20秒で起こり得る。
後希釈された組成物の安定性はさまざまである。例えば、後希釈された組成物は1時間から6時間安定であり得る。
本発明の方法は価値ある利点を提供する。例えば、本発明に従ってサイジングされた紙は、通常、後希釈ステップにかけなかった組成物で作製された紙に比較して、20%を超えるサイズ効果を示す。本発明の方法でサイジングすることができる紙は、板紙、ファインペーパー、新聞印刷用紙、およびそれらの組合せからなる群から選択することができる。このように本発明は本出願人の発明で処理される紙にも向けることができる。
本発明を次の例示的実施例でさらに説明するが、特に断らない限り、全ての部および百分率は重量による。
手漉き試験−実施例1〜12:
低せん断アルケニルコハク酸無水物(ASA)性能の評価を、水、ポリマーまたはデンプンを使用してASAエマルションを調製し、エマルション粒子サイズ分布の特性を決定し、これらのエマルションを供給紙料に添加し、手漉き紙シートを形成させ、手漉き紙のサイジングを測定することにより実施した。低せん断エマルションの性能を従来の高せん断ASAエマルションと比較した。
低せん断アルケニルコハク酸無水物(ASA)性能の評価を、水、ポリマーまたはデンプンを使用してASAエマルションを調製し、エマルション粒子サイズ分布の特性を決定し、これらのエマルションを供給紙料に添加し、手漉き紙シートを形成させ、手漉き紙のサイジングを測定することにより実施した。低せん断エマルションの性能を従来の高せん断ASAエマルションと比較した。
遠心ポンプを使用する水中における低せん断ASAの乳化−方法1:
単一インペラー開放供給式1馬力遠心ポンプを1700rpmの速度で使用して、5%Brij(登録商標)98界面活性剤を含むアルケニルコハク酸無水物(ASA)を、水中で乳化させた。低せん断遠心ポンプを水道水供給口に接続し、水道水給水圧を使用してポンプを作動させた。乳化に先立っての、水道水のpHまたは温度調節は行わなかった。ASAはギアポンプにより検量塔(calibration column)から遠心ポンプに供給した。ASAは遠心ポンプのすぐ手前の水導入口へ入れた。水の流量は約1L/分であり、ASA流量は約240mL/分であった。遠心ポンプは再循環なしの1回通過乳化工程であった。その結果生成したASAエマルションは19重量パーセントのASAを含んでいた。
単一インペラー開放供給式1馬力遠心ポンプを1700rpmの速度で使用して、5%Brij(登録商標)98界面活性剤を含むアルケニルコハク酸無水物(ASA)を、水中で乳化させた。低せん断遠心ポンプを水道水供給口に接続し、水道水給水圧を使用してポンプを作動させた。乳化に先立っての、水道水のpHまたは温度調節は行わなかった。ASAはギアポンプにより検量塔(calibration column)から遠心ポンプに供給した。ASAは遠心ポンプのすぐ手前の水導入口へ入れた。水の流量は約1L/分であり、ASA流量は約240mL/分であった。遠心ポンプは再循環なしの1回通過乳化工程であった。その結果生成したASAエマルションは19重量パーセントのASAを含んでいた。
遠心ポンプを使用するポリマーまたはデンプン溶液中における低せん断ASAの乳化−方法2:
ポリマーまたはデンプンを、変速ギアポンプを使用して水ラインに加え、それをASAの流れと合わせる前にインライン静的ミキサーを使用して混合した以外は、水中の乳化と同様にしてポリマーまたはデンプン溶液中で5%Brij(登録商標)98界面活性剤を含むASAの乳化を行った。遠心ポンプは1700rpmと3600rpmの間の速度で作動させた。エマルション中のASA濃度は、個々の試験によって約3wt%から約10wt%で変化させた。水、ASAおよびポリマーもしくはデンプンを合わせた流量は約1L/分であった。
ポリマーまたはデンプンを、変速ギアポンプを使用して水ラインに加え、それをASAの流れと合わせる前にインライン静的ミキサーを使用して混合した以外は、水中の乳化と同様にしてポリマーまたはデンプン溶液中で5%Brij(登録商標)98界面活性剤を含むASAの乳化を行った。遠心ポンプは1700rpmと3600rpmの間の速度で作動させた。エマルション中のASA濃度は、個々の試験によって約3wt%から約10wt%で変化させた。水、ASAおよびポリマーもしくはデンプンを合わせた流量は約1L/分であった。
高せん断でのASA乳化:
家庭用ミキサーを高速で90〜180秒間使用して、ポリマーまたはデンプン溶液で、高せん断ASA、BAYSIZE(登録商標)I−18サイズ(LANXESS社)エマルションを調製した。実施例で詳細を参照されたい。
家庭用ミキサーを高速で90〜180秒間使用して、ポリマーまたはデンプン溶液で、高せん断ASA、BAYSIZE(登録商標)I−18サイズ(LANXESS社)エマルションを調製した。実施例で詳細を参照されたい。
エマルション粒子サイズ分析:
エマルションの粒子サイズを測定するために、市販の光分散粒子分析装置Horiba LA−300を使用した。結果はミクロンでの平均粒子サイズとして示す。
エマルションの粒子サイズを測定するために、市販の光分散粒子分析装置Horiba LA−300を使用した。結果はミクロンでの平均粒子サイズとして示す。
実施例1〜10において使用した手漉き調製工程:
10重量%の沈殿炭酸カルシウムを添加して、pHを7.8に調節し、500mLのカナダ標準ろ水度(CSF)に精錬した漂白硬木(bleached hardwood)および軟木(softwood)クラフトパルプの50/50混合物の供給紙料を使用して、手漉きシートを調製した。
10重量%の沈殿炭酸カルシウムを添加して、pHを7.8に調節し、500mLのカナダ標準ろ水度(CSF)に精錬した漂白硬木(bleached hardwood)および軟木(softwood)クラフトパルプの50/50混合物の供給紙料を使用して、手漉きシートを調製した。
供給紙料調製のためには脱イオン水を使用し、追加の80ppmの硫酸ナトリウムおよび50ppmの塩化カルシウムを添加した。
混合しながら、1バッチのパルプを、17gのセルロース繊維および炭酸カルシウムを含む0.71%の固体で、水道水で0.25wt%に希釈したASAエマルションにより処理した。ミョウバンもそのバッチに添加し、乾燥繊維1トン当り5重量ポンド(lb)の供給量で適用した。ミョウバンはASAエマルション添加の30秒前に適用した。60秒の接触時間の後、乾燥繊維1トン当り1重量ポンド(lb)のアニオン性歩留向上剤を添加し、15秒間混合を継続した。
標準の(8”×8”)Nobel & Woods手漉き型枠を使用し、121g/m2の坪量を目標にして、3枚の5.0g紙シートを形成させた。各シートを、空気圧式ロールプレスのニップ(ロール間隙)中フェルトの間で、約15psigで加圧して、回転乾燥機上240°F(115.55℃)で乾燥した。
紙サイジング評価手順:
紙サイジングを評価するために、2分Cobb試験またはインク浸透保持試験(Ink Penetration Holdout test)を使用した。
紙サイジングを評価するために、2分Cobb試験またはインク浸透保持試験(Ink Penetration Holdout test)を使用した。
2分COBB試験:
手漉きシートのサイジングを、2分Cobb試験を使用して試験した。試験は、TAPPI試験方法T441om−90に従って実施した。この試験では、100−cm2リングを使用した。
手漉きシートのサイジングを、2分Cobb試験を使用して試験した。試験は、TAPPI試験方法T441om−90に従って実施した。この試験では、100−cm2リングを使用した。
インク浸透保持:
インク浸透保持は、米国特許第5,483,078号に記載された装置を使用したことを除き、TAPPI方法T530pm−89に記載されたものと同様な方法を使用して測定した。この試験は、インクに接触する側の反対側で紙の反射が初期値の80%に減少する時間(秒)を測定する。インクはpH7に緩衝させた1.25%ナフトールグリーンB染料からなる。試験値は、その値が坪量の3乗として変化すると仮定して、紙の坪量に対して正規化した。結果は秒の単位で表した。
インク浸透保持は、米国特許第5,483,078号に記載された装置を使用したことを除き、TAPPI方法T530pm−89に記載されたものと同様な方法を使用して測定した。この試験は、インクに接触する側の反対側で紙の反射が初期値の80%に減少する時間(秒)を測定する。インクはpH7に緩衝させた1.25%ナフトールグリーンB染料からなる。試験値は、その値が坪量の3乗として変化すると仮定して、紙の坪量に対して正規化した。結果は秒の単位で表した。
実施例1:
5%のBrij98界面活性剤を含むASAを、高分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE(登録商標)ELSポリマー(LANXESS社)水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.1にして乳化した。
5%のBrij98界面活性剤を含むASAを、高分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE(登録商標)ELSポリマー(LANXESS社)水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.1にして乳化した。
乳化は、遠心ポンプを3000rpmの速度で使用して、方法2により実施した。乳化工程の間、ASAの流れは53mL/分であり、10.8%(w/w)ポリマー溶液の流れは47mL/分であり、水流は1030mL/分であった。エマルション中のサイズ剤濃度は4.88%(w/w)であった。エマルション粒子サイズは1.18ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製し、この手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
実施例2(比較例):
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を、高分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E LSポリマー(LANXESS社)水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.1にして乳化させた。乳化工程の間に、20.2gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を100gの2.02%(w/w)ポリマー溶液に添加し、家庭用ミキサーで高速で3分間混合した。エマルション粒子サイズは0.72ミクロンであった。手漉きシートはこのエマルションで調製し、これらの手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を、高分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E LSポリマー(LANXESS社)水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.1にして乳化させた。乳化工程の間に、20.2gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を100gの2.02%(w/w)ポリマー溶液に添加し、家庭用ミキサーで高速で3分間混合した。エマルション粒子サイズは0.72ミクロンであった。手漉きシートはこのエマルションで調製し、これらの手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
低せん断ASAのエマルション(実施例1)は、低いサイズ剤用量では、高せん断ASAエマルション(実施例2)よりも劣る紙サイジングをもたらしたが、用量を増加させたとき、または5重量ポンド/トン(lb/t)のミョウバンを添加したときには、両方のサイズ剤のサイジング性能が同等であった。
実施例3:
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを、低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE(登録商標)E HEポリマー(LANXESS社)の水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.15にして乳化させた。
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを、低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE(登録商標)E HEポリマー(LANXESS社)の水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.15にして乳化させた。
遠心ポンプを1700rpmの速度で使用して、方法2により乳化を実施した。乳化工程の間、ASAの流れは50mL/分であり、26wt%ポリマー溶液の流れは26mL/分であり、水流は1909mL/分であった。エマルション中のサイズ剤濃度は4.8wt%であった。エマルション粒子サイズは2.3ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製し、この手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
実施例4(比較例):
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を、低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E HEポリマー(LANXESS社)の水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.15にして乳化させた。乳化工程の間に、20.2gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を101gの3%(w/w)ポリマー溶液に加え、家庭用ミキサーで3分間高速で混合させた。エマルション粒子サイズは1.1ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製し、この手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を、低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E HEポリマー(LANXESS社)の水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.15にして乳化させた。乳化工程の間に、20.2gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を101gの3%(w/w)ポリマー溶液に加え、家庭用ミキサーで3分間高速で混合させた。エマルション粒子サイズは1.1ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製し、この手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
低分子量カチオン性ポリマーで乳化させた低せん断ASA(実施例3)のサイジング性能は、高用量のサイズ剤を使用したときに、同じ低分子量カチオン性ポリマーで乳化させた高せん断ASA(実施例4)の性能に匹敵した。低用量のサイズ剤をミョウバンと併用したときも、サイジング性能は対等であった。
実施例5:
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを、Hi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の溶液中で、サイズ剤のデンプン固体に対する比を1/1にして乳化させた。遠心ポンプを2400rpmの速度で使用して、方法2により乳化を実施した。乳化工程の間、ASAの流れは44.5mL/分であり、4.19%(w/w)デンプン溶液の流れは955.5L/分であり、水流はなかった。エマルション中のサイズ剤濃度は4.21%(w/w)であった。エマルション粒子サイズは3.6ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製し、この手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを、Hi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の溶液中で、サイズ剤のデンプン固体に対する比を1/1にして乳化させた。遠心ポンプを2400rpmの速度で使用して、方法2により乳化を実施した。乳化工程の間、ASAの流れは44.5mL/分であり、4.19%(w/w)デンプン溶液の流れは955.5L/分であり、水流はなかった。エマルション中のサイズ剤濃度は4.21%(w/w)であった。エマルション粒子サイズは3.6ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製し、この手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
実施例6:
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを水道水中で乳化させた。
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを水道水中で乳化させた。
遠心ポンプを1700rpmの速度で使用して、方法1により乳化を実施した。乳化工程の間、ASAの流れは44.5mL/分であり、水流は955.5mL/分であった。エマルション中のサイズ剤濃度は4.2%(w/w)であった。エマルション粒子サイズは1.5ミクロンであった。エマルションは、Hi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の4.19%(w/w)溶液で後希釈した。後希釈されたエマルション中のサイズ剤のデンプン固体に対する比は1/1であった。このエマルションで手漉きシートを調製し、この手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
実施例7(比較例):
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)をHi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の水溶液中で、サイズ剤のデンプン固体に対する比を1/1にして乳化させた。
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)をHi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の水溶液中で、サイズ剤のデンプン固体に対する比を1/1にして乳化させた。
乳化工程の間に、8.08gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を191.92gの4.19%(w/w)デンプン溶液に加え、家庭用ミキサーで90秒間高速で混合させた。エマルション粒子サイズは0.62ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製し、この手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
カチオン性デンプン溶液中で、乳化された低せん断ASA(実施例5)は、同じデンプン溶液中で乳化された高せん断ASA(実施例7)と同様な性能を与えた。低せん断ASAを水中で乳化させてデンプン溶液で後希釈してサイズ剤のデンプン固体に対する比を1/1にしたとき、性能は悪くなった。
実施例8:
5wt%のBrij98界面活性剤を含むASAの6.0gの量を、家庭用ミキサーを低速で30秒間使用して、114gの0.53%(w/w)BAYSIZE(登録商標)E HEポリマー(LANXESS社)水溶液で乳化させた。エマルション粒子サイズは1.3ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製した。手漉きシート作製工程の間に、各セットを5重量ポンド/トン(lb/t)のミョウバンで処理した。これらの手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
5wt%のBrij98界面活性剤を含むASAの6.0gの量を、家庭用ミキサーを低速で30秒間使用して、114gの0.53%(w/w)BAYSIZE(登録商標)E HEポリマー(LANXESS社)水溶液で乳化させた。エマルション粒子サイズは1.3ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製した。手漉きシート作製工程の間に、各セットを5重量ポンド/トン(lb/t)のミョウバンで処理した。これらの手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
実施例9:
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASA6.0gを、114.0gの水道水中で、家庭用ミキサーを低速で30秒間使用して乳化させた。エマルション粒子サイズは0.95ミクロンであった。10gのエマルションを低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E HEポリマー(LANXESS社)の0.026wt%水溶液の190gで後希釈した。このエマルションで手漉きシートを調製した。手漉きシート作製工程の間に、各セットを5重量ポンド/トン(lb/t)のミョウバンで処理した。これらの手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASA6.0gを、114.0gの水道水中で、家庭用ミキサーを低速で30秒間使用して乳化させた。エマルション粒子サイズは0.95ミクロンであった。10gのエマルションを低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E HEポリマー(LANXESS社)の0.026wt%水溶液の190gで後希釈した。このエマルションで手漉きシートを調製した。手漉きシート作製工程の間に、各セットを5重量ポンド/トン(lb/t)のミョウバンで処理した。これらの手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
実施例10(比較例):
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E HEポリマー(LANXESS社)の水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.1にして乳化させた。乳化工程の間に、20gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を100gの2%(w/w)ポリマー溶液に加え、家庭用ミキサーで3分間高速で混合した。エマルション粒子サイズは1.0ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製した。手漉きシート作製工程の間に、各セットを5重量ポンド/トン(lb/t)のミョウバンで処理した。これらの手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E HEポリマー(LANXESS社)の水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.1にして乳化させた。乳化工程の間に、20gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を100gの2%(w/w)ポリマー溶液に加え、家庭用ミキサーで3分間高速で混合した。エマルション粒子サイズは1.0ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製した。手漉きシート作製工程の間に、各セットを5重量ポンド/トン(lb/t)のミョウバンで処理した。これらの手漉きシートのサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
表4に示したように、低せん断ASAの性能は、手漉きシート作製工程におけるミョウバンの適用により改良された。低分子量カチオン性ポリマー中で乳化された低せん断ASA(実施例8)の性能は、広い用量範囲にわたって、高せん断ASA(実施例10)と同様な性能を呈した。水中で乳化され、ポリマー溶液で後希釈された低せん断ASA(実施例9)は、ポリマーで乳化されたASAよりも劣るサイジングを生じさせたが、性能における相違はどちらかといえば小さかった。
実施例11:
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASA6.0gを、114.0gの水道水中で、家庭用ミキサーを低速で30秒間使用して乳化させた。エマルション粒子サイズは1.03ミクロンであった。エマルションを水道水で0.25%(w/w)に後希釈してから、1%(w/w)カチオン性デンプン溶液と混合した。このエマルションで坪量82g/m2の手漉きシートを作製した。手漉きシートはボードミルから得た回収供給紙料で作製した。手漉きシート作製工程の間に、各セットを、先ず12重量ポンド/トン(lb/t)乾燥繊維の用量でポリ塩化アルミニウムにより処理した。30秒後に、ASAエマルションとデンプンの混合物を供給紙料に加えた。ASAエマルションの混合物は乾燥繊維1トン当り20重量ポンド(lb)の乾燥デンプンを供給した。60秒の接触時間の後、アニオン性歩留向上剤を1重量ポンド/トン(lb/t)乾燥繊維の用量で添加して、混合を15秒間継続した。紙サイジングを評価するためにインク浸透保持を使用した。
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASA6.0gを、114.0gの水道水中で、家庭用ミキサーを低速で30秒間使用して乳化させた。エマルション粒子サイズは1.03ミクロンであった。エマルションを水道水で0.25%(w/w)に後希釈してから、1%(w/w)カチオン性デンプン溶液と混合した。このエマルションで坪量82g/m2の手漉きシートを作製した。手漉きシートはボードミルから得た回収供給紙料で作製した。手漉きシート作製工程の間に、各セットを、先ず12重量ポンド/トン(lb/t)乾燥繊維の用量でポリ塩化アルミニウムにより処理した。30秒後に、ASAエマルションとデンプンの混合物を供給紙料に加えた。ASAエマルションの混合物は乾燥繊維1トン当り20重量ポンド(lb)の乾燥デンプンを供給した。60秒の接触時間の後、アニオン性歩留向上剤を1重量ポンド/トン(lb/t)乾燥繊維の用量で添加して、混合を15秒間継続した。紙サイジングを評価するためにインク浸透保持を使用した。
実施例12(比較例):
この実施例は、ASAエマルションおよびデンプン溶液を別々に供給紙料に加えたことを除き、実施例11と同様であった。5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASA6.0gを、114.0gの水道水中で、家庭用ミキサーを低速で30秒間使用して乳化させた。エマルション粒子サイズは1.03ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを作製した。手漉きシートは回収供給紙料で作製した。手漉きシート作製工程の間に、各セットを、最初に12重量ポンド/トン(lb/t)乾燥繊維の用量でポリ塩化アルミニウムにより処理した。30秒後に、ASAエマルションを加えて、供給紙料と共に5秒間混合した後、乾燥繊維1トン当り20重量ポンド(lb)のカチオン性デンプンを加えた。55秒後に乾燥繊維1トン当り1重量ポンド(lb)のアニオン性歩留向上剤を加え、混合を15秒間継続した。紙サイジングを評価するためにインク浸透保持を使用した。
この実施例は、ASAエマルションおよびデンプン溶液を別々に供給紙料に加えたことを除き、実施例11と同様であった。5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASA6.0gを、114.0gの水道水中で、家庭用ミキサーを低速で30秒間使用して乳化させた。エマルション粒子サイズは1.03ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを作製した。手漉きシートは回収供給紙料で作製した。手漉きシート作製工程の間に、各セットを、最初に12重量ポンド/トン(lb/t)乾燥繊維の用量でポリ塩化アルミニウムにより処理した。30秒後に、ASAエマルションを加えて、供給紙料と共に5秒間混合した後、乾燥繊維1トン当り20重量ポンド(lb)のカチオン性デンプンを加えた。55秒後に乾燥繊維1トン当り1重量ポンド(lb)のアニオン性歩留向上剤を加え、混合を15秒間継続した。紙サイジングを評価するためにインク浸透保持を使用した。
ASAエマルションの供給紙料への添加に先立つ低せん断ASAエマルションのカチオン性デンプン溶液による後希釈(実施例11)は、ASAエマルションおよびデンプンの供給紙料への別々の添加(実施例12)よりも有意に高い紙サイジングをもたらした。
実施例13〜17:
低せん断アルケニルコハク酸無水物(ASA)の性能評価を、水中もしくはポリマー溶液中でのASAエマルションの調製または水中で乳化されたASAエマルションのデンプンもしくはポリマー溶液による後希釈、およびパイロット装置による製紙工程におけるこれらのエマルションの紙供給紙料への添加により実施した。低せん断エマルションのサイジング性能を、2分Cobb試験を使用して、従来の高せん断ASAエマルションと比較した。
低せん断アルケニルコハク酸無水物(ASA)の性能評価を、水中もしくはポリマー溶液中でのASAエマルションの調製または水中で乳化されたASAエマルションのデンプンもしくはポリマー溶液による後希釈、およびパイロット装置による製紙工程におけるこれらのエマルションの紙供給紙料への添加により実施した。低せん断エマルションのサイジング性能を、2分Cobb試験を使用して、従来の高せん断ASAエマルションと比較した。
供給紙料:
420mLのCSFに精錬した漂白北方軟木(bleached northern softwood)クラフトパルプと350mLのCSFに精錬した漂白北方硬木(bleached northern hardwood)クラフトパルプとの30/70ブレンドをパイロット装置の製紙工程に適用した。沈殿炭酸カルシウムを乾燥繊維に対して10%の量でマシンチェストに加えた。パイロット装置で製造された紙の坪量は120g/m2であった。
420mLのCSFに精錬した漂白北方軟木(bleached northern softwood)クラフトパルプと350mLのCSFに精錬した漂白北方硬木(bleached northern hardwood)クラフトパルプとの30/70ブレンドをパイロット装置の製紙工程に適用した。沈殿炭酸カルシウムを乾燥繊維に対して10%の量でマシンチェストに加えた。パイロット装置で製造された紙の坪量は120g/m2であった。
パイロット製紙装置操業条件:
パイロット装置の速度は毎分85フィートであり、約1.16重量ポンド/分(lb/min)の生産速度を与える。供給紙料のpHは7.9と8.4の間に保った。ASAエマルションを水道水で0.5%(w/w)の濃度に希釈した後、供給紙料に加えた。アニオン性歩留り向上剤を乾燥紙1トン当り0.5重量ポンド(lb)の量で適用した。紙の水分含量はリールで4%(w/w)であった。
パイロット装置の速度は毎分85フィートであり、約1.16重量ポンド/分(lb/min)の生産速度を与える。供給紙料のpHは7.9と8.4の間に保った。ASAエマルションを水道水で0.5%(w/w)の濃度に希釈した後、供給紙料に加えた。アニオン性歩留り向上剤を乾燥紙1トン当り0.5重量ポンド(lb)の量で適用した。紙の水分含量はリールで4%(w/w)であった。
実施例13:
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを、低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E HEポリマー(LANXESS社)の水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.12にして乳化させた。
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを、低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E HEポリマー(LANXESS社)の水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.12にして乳化させた。
乳化は、遠心ポンプを3300rpmの速度で使用して、方法2により実施した。乳化工程の間、ASAの流れは50mL/分であり、13.27%(w/w)ポリマー溶液の流れは40mL/分であり、水流は810mL/分であった。エマルション中のサイズ剤濃度は5.26%(w/w)であった。エマルション粒子サイズは1.17ミクロンであった。このエマルションをパイロット製紙装置上で紙を製造するための内部サイズ剤として適用した。この紙の表および裏側のサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
実施例14:
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを、水道水中で乳化させた。
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを、水道水中で乳化させた。
乳化は、遠心ポンプを1700rpmの速度で使用して、方法1により実施した。乳化工程の間、ASAの流れは50.0mL/分であり、水流は850mL/分であった。エマルション中のサイズ剤濃度は5.26%(w/w)であった。エマルション粒子サイズは1.44ミクロンであった。エマルションは0.05%(w/w)のBAYSIZE E HEポリマー (LANXESS社)で後希釈した。後希釈されたエマルション中のサイズ剤のポリマー固体に対する比は1/0.1であり、ASA濃度は0.5wt%であった。このエマルションをパイロット製紙装置上で紙を製造するための内部サイズ剤として適用した。この紙の表および裏側のサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
実施例15(比較例):
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を、低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E HEポリマー(LANXESS社)水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.1にして乳化させた。乳化工程の間に、240gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を180.86gの13.25%(w/w)ポリマー溶液および1019.71gの水道水に加え、混合物を工業用ブレンダー中で1.5分間低速で撹拌した。エマルション粒子サイズは1.15ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製した。このエマルションを、パイロット製紙装置上で紙を製造するための内部サイズ剤として適用した。この紙の表および裏側のサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を、低分子量カチオン性アクリルアミドポリマーであるBAYSIZE E HEポリマー(LANXESS社)水溶液中で、サイズ剤のポリマー固体に対する比を1/0.1にして乳化させた。乳化工程の間に、240gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を180.86gの13.25%(w/w)ポリマー溶液および1019.71gの水道水に加え、混合物を工業用ブレンダー中で1.5分間低速で撹拌した。エマルション粒子サイズは1.15ミクロンであった。このエマルションで手漉きシートを調製した。このエマルションを、パイロット製紙装置上で紙を製造するための内部サイズ剤として適用した。この紙の表および裏側のサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
低せん断ASA(実施例13)は高せん断ASA(実施例15)よりも、両方のサイズ剤がパイロット装置での製紙工程のウェットエンドで適用されたときに、広い用量範囲で僅かに良いサイジングを与える。水中で乳化され、カチオン性ポリマー溶液で後希釈された低せん断ASA(実施例14)は、良好なサイジング応答を示したが、サイジングは、ポリマー溶液中で乳化された低せん断ASA(実施例13)で得られたサイジングよりも低かった。
実施例16:
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを、実施例14に記載したようにして水道水中で乳化させた。そのエマルションをHi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の2.2%(w/w)溶液で後希釈した。後希釈されたエマルション中におけるサイズ剤のデンプン固体に対する比は1/4であり、ASA濃度は0.5%(w/w)であった。このエマルションをパイロット製紙装置上で紙を製造するための内部サイズ剤として適用した。この紙の表および裏側のサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
5%(w/w)のBrij98界面活性剤を含むASAを、実施例14に記載したようにして水道水中で乳化させた。そのエマルションをHi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の2.2%(w/w)溶液で後希釈した。後希釈されたエマルション中におけるサイズ剤のデンプン固体に対する比は1/4であり、ASA濃度は0.5%(w/w)であった。このエマルションをパイロット製紙装置上で紙を製造するための内部サイズ剤として適用した。この紙の表および裏側のサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
実施例17(比較例):
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)をHi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の水溶液中で、サイズ剤のデンプン固体に対する比を1/1にして乳化させた。乳化工程の間に、80gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を1920gの4.17%(w/w)デンプン溶液に加え、工業用ブレンダーで30秒間低速で混合させた。エマルション粒子サイズは1.37ミクロンであった。エマルションは、Hi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の1.7%(w/w)溶液で後希釈した。後希釈されたエマルション中におけるサイズ剤のデンプン固体に対する比は1/4であり、ASA濃度は0.5%(w/w)であった。このエマルションで手漉きシートを調製した。このエマルションをパイロット製紙装置上で紙を製造するための内部サイズ剤として適用した。この紙の表および裏側のサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
BAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)をHi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の水溶液中で、サイズ剤のデンプン固体に対する比を1/1にして乳化させた。乳化工程の間に、80gのBAYSIZE I 18サイズ剤(LANXESS社)を1920gの4.17%(w/w)デンプン溶液に加え、工業用ブレンダーで30秒間低速で混合させた。エマルション粒子サイズは1.37ミクロンであった。エマルションは、Hi−Cat CWSアルファ化デンプン(Roquette社)の1.7%(w/w)溶液で後希釈した。後希釈されたエマルション中におけるサイズ剤のデンプン固体に対する比は1/4であり、ASA濃度は0.5%(w/w)であった。このエマルションで手漉きシートを調製した。このエマルションをパイロット製紙装置上で紙を製造するための内部サイズ剤として適用した。この紙の表および裏側のサイジングを2分Cobb試験を使用して測定した。
表7の結果は、カチオン性デンプンで後希釈された低せん断ASAが、紙サイジングに関して、カチオン性デンプン中で乳化された高せん断ASAのようには効果的でないことを示す。しかしながら、低せん断ASAの乳化工程は簡単であり、かつサイジング応答が許容できるものなので、製紙業者にはこのシステムを使用することにおける操業上および製造原価上の利益が与えられる。
本発明をそのある好ましい様式を参照して詳細に説明したが、他の変形が可能である。それ故、付記された特許請求の範囲の趣旨および範囲は本明細書に含まれる様式の記載に限定されるべきではない。
Claims (26)
- 紙製品をサイジングする方法であって、
(a)紙素材系を供給するステップと、
(b)高せん断力をかけずに、アルケニルコハク酸無水物成分を含む水性サイズエマルションを形成させるステップと、
(c)ステップbで形成されたエマルションを、改良されたサイズ効果を有する後希釈エマルションを生成させる、高せん断力をかけない条件下で、カチオン性成分の存在下に後希釈ステップにかけるステップと、
(d)後希釈エマルションを紙素材に添加するステップと、
(e)紙ウェブを形成させるステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、ステップ(b)のエマルションが界面活性剤成分をさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ステップ(b)のエマルションが、非イオン性デンプン、アニオン性デンプン、カチオン性デンプンおよびそれらの混合物からなる群から選択された乳化作用を有するデンプンを含むデンプン成分中に懸濁されたアルケニルコハク酸無水物粒子を含むアルケニルコハク酸無水物成分を含むことを特徴とする方法。
- 請求項3に記載の方法であって、ステップ(b)のエマルションが界面活性剤成分をさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ステップ(b)のエマルションが、カチオン性ポリマー、非イオン性ポリマー、アニオン性ポリマー、ビニル付加ポリマー、縮合ポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択された水溶性ポリマー溶液中に懸濁されたアルケニルコハク酸無水物粒子を含むアルケニルコハク酸無水物成分を含むエマルションを含むことを特徴とする方法。
- 請求項5に記載の方法であって、ステップ(b)のエマルションが界面活性剤成分をさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ステップ(b)のエマルションが、水中に懸濁された(i)アルケニルコハク酸無水物粒子と(ii)界面活性剤成分とを含むアルケニルコハク酸無水物成分を含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ステップ(b)のアルケニルコハク酸無水物成分が、
a.80部から97部の、式
に対応する置換された環状ジカルボン酸無水物、および
b.3部から20部の
からなる群から選択されたポリオキシアルキレンアルキルもしくはポリオキシアルキレンアルキル−アリールエーテルまたは対応するモノもしくはジエステル
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、ステップ(c)のカチオン性成分が、カチオン性デンプン、カチオン性ポリマー、カチオン性デンプングラフトポリマー、およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ステップ(c)のカチオン性成分が、カチオン性ビニル付加ポリマー、カチオン性縮合ポリマー、およびそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、エマルションが0.5ミクロンから3ミクロン未満の範囲のアルケニルコハク酸無水物粒子を含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、サイズエマルションが、スルホサクシネート、アルキルおよびアリールアミドおよび第一級、第二級および第三級アミンおよびそれらの対応する第四級塩、脂肪酸、エトキシル化脂肪酸、脂肪族アルコール、エトキシル化脂肪族アルコール、脂肪族エステル、エトキシル化脂肪族エステル、エトキシル化トリグリセリド、ある種のエトキシル化ラノリン、スルホン化アミン、スルホン化アミド、エトキシル化ポリマー、プロポキシル化ポリマー、エトキシル化/プロポキシル化コポリマー、ポリエチレングリコール、リン酸エステル、ホスホン化脂肪酸エトキシレート、ホスホン化脂肪族アルコールエトキシレート、アルキルスルホネート、アリールスルホネート、硫酸アルキル、硫酸アリール、およびそれらの組合せからなる群から選択された界面活性剤成分を用いて形成されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、後希釈ステップが、エマルションとカチオン性デンプン、カチオン性ポリマー、カチオン性デンプングラフトポリマー、およびそれらの混合物とを自然の条件で混合することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、温度が50℃未満であることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、混合ステップ(c)が1分未満で起こることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、混合ステップ(c)が1秒から20秒で起こることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、紙が、後希釈ステップにかけていない組成物で作製された紙と比較して、20%を超えて高いサイズ効果を示すことを特徴とする方法。
- 請求項17に記載の方法であって、紙が、板紙、ファインペーパー、新聞印刷用紙、およびそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、後希釈された組成物が1時間から6時間安定であることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ステップ(b)のエマルションが、非イオン性デンプン、イオン性デンプン、およびそれらの組合せからなる群から選択されたデンプンを含む第1のデンプン成分でアルケニルコハク酸無水物を乳化させ、それによりエマルションを形成させることにより作製されることを特徴とする方法。
- 請求項20に記載の方法であって、エマルションが界面活性剤成分を含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ステップ(b)のエマルションが、(i)アルケニルコハク酸無水物と(ii)界面活性剤成分とを含むアルケニルコハク酸無水物成分を水で乳化させ、それにより(i)アルケニルコハク酸無水物粒子と(ii)界面活性剤成分とを含むアルケニルコハク酸無水物成分を有するエマルションを形成させることにより作製され、水に懸濁されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法であって、ステップ(b)のエマルションが、界面活性剤成分を場合により含むアルケニルコハク酸無水物成分を水溶性ポリマー溶液で乳化させ、それによりエマルションを形成させることにより作製されることを特徴とする方法。
- 請求項1の工程により作製されることを特徴とする紙。
- 請求項24に記載の紙であって、板紙、ファインペーパー、新聞印刷用紙、およびそれらの組合せからなる群から選択されることを特徴とする紙。
- 紙製品をサイジングする方法であって、
(a)紙素材系を供給するステップと、
(b)改良されたサイズ効果を有するエマルションを生成させる、高せん断力をかけない条件下で、カチオン性成分の存在下にエマルションが作製される、高せん断力をかけずにアルケニルコハク酸無水物成分を含む水性サイズエマルションを形成させるステップと、
(d)エマルションを紙素材に添加するステップと、
(e)紙ウェブを形成させるステップと
を含むことを特徴とする方法。
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