JP2013185288A - ロジン系エマルジョン型サイズ剤、その製造方法及び紙 - Google Patents

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Abstract

【課題】安定性及びサイズ性のいずれにおいても優れる、強化ロジンを含有しないロジン類を被乳化物質とするロジン系エマルジョン型サイズ剤を提供すること。
【解決手段】少なくとも疎水性モノマー(a1)及びアニオン性官能基を有するモノマー(a2)を含有する重合成分(a)を、(アニオン性官能基を含有するモノマー(a2)の使用モル数)×(アニオン性官能基を有するモノマー(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(疎水性モノマー(a1)の使用モル数)が1.0〜3.5となるように使用して得られる共重合体(A)並びに少なくとも生ロジン(b1)を30〜100重量%含有し、強化ロジンを含有しないロジン類(B)を含有するロジン系エマルジョン型サイズ剤を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明はロジン系エマルジョン型サイズ剤、その製造方法及びこれを用いて得られた紙に関する。
ロジン系エマルジョン型サイズ剤は、各種乳化剤及び水の存在下でロジン系物質を乳化して得られるO/W型のエマルジョンのことをいい、これを用いて得られた紙は、パルプ繊維に定着したエマルジョン粒子に起因して良好なサイズを示すことが知られている。
従来、ロジン系エマルジョン型サイズ剤には、ロジンにマレイン酸等の不飽和カルボン酸を反応させて得られる強化ロジンや強化ロジンを含有する混合物が用いられてきた。強化ロジンは、通常のロジンと比較して分子中にカルボキシル基を多く含む。そのため、このカルボキシル基が安定なアルカリ金属塩や安定なエマルジョンの形成を助け、またロジンの結晶化を防止するという効果をもたらしている(非特許文献1の124〜125頁参照)。
本出願人は、先にロジン物質を特定の分散剤で分散させたロジン系エマルジョン型サイズ剤を提案している(特許文献1)。当該発明により広範囲のpHで有効に使用することができ、高温抄紙においてもサイズ度が低下せず、低発泡性であるロジン系エマルジョン型サイズ剤を得ることができたが、近年さらなるサイズ効果の向上が求められていた。しかしながら、強化ロジンを用いないロジン系エマルジョン型サイズ剤については具体的に検討されていなかった。
特開平6−093595号公報
Hubbe(2006)."Paper‘s Resistance to Wetting,"BioResource2(1),106−145
本発明は、安定性及びサイズ性のいずれにおいても優れる、ロジン系エマルジョン型サイズ剤を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討した結果、特定の共重合体を含有する乳化分散剤を用いることにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、少なくとも疎水性モノマー(a1)及びアニオン性官能基を含有するモノマー(a2)を含有する重合成分(a)を、(アニオン性官能基を含有するモノマー(a2)の使用モル数)×(アニオン性官能基を含有するモノマー(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(疎水性モノマー(a1)の使用モル数)が1.0〜3.5となるように使用して得られる共重合体(A)並びに少なくとも生ロジン(b1)を30〜100重量%含有し、強化ロジンを含有しないロジン類(B)を含有するロジン系エマルジョン型サイズ剤;少なくとも疎水性モノマー(a1)及びアニオン性官能基を含有するモノマー(a2)を含有する重合成分(a)を、(アニオン性官能基を含有するモノマー(a2)の使用モル数)×(アニオン性官能基を含有するモノマー(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(疎水性モノマー(a1)の使用モル数)が1.0〜3.5となるように使用して得られる共重合体(A)を用いて、少なくとも生ロジン(b1)を30〜100重量%含有し、強化ロジンを含有しないロジン類(B)を乳化させることを特徴とするロジン系エマルジョン型サイズ剤の製造方法;当該ロジン系エマルジョン型サイズ剤を用いて得られる紙に関する。
本発明によれば、長期保存しても不溶物が殆ど発生しない、安定性に優れ、優れたサイズ効果を発揮するロジン系エマルジョン型サイズ剤を得ることができる。
本発明のサイズ剤は、少なくとも疎水性モノマー(a1)(以下、成分(a1)という)及びアニオン性官能基を有するモノマー(a2)(以下、成分(a2)という)を含有する重合成分(a)(以下、成分(a)という)を、(成分(a2)の使用モル数)×(成分(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(成分(a1)の使用モル数)が1.0〜3.5となるように使用して得られる共重合体(A)(以下、成分(A)という)並びに少なくとも生ロジン(b1)(以下、成分(b1)という)を30〜100重量%含有し、強化ロジンを含有しないロジン類(B)(以下、成分(B)という)を含有することを特徴とする。分子中にカルボキシル基を多く有する強化ロジンの疎水性は低く、その接触角は55〜65度程度であり、強化ロジンを含有しない成分(B)の接触角は70〜85度程度と、疎水性が従来の強化ロジンより高い。そのため、従来の強化ロジンよりも疎水性の強い成分(B)を安定に水相に分散するためには、乳化分散剤である成分(A)の疎水性も同様に高くする必要がある。成分(A)の疎水性が弱い場合、疎水性の強い成分(B)との親和性が低下し、安定なエマルジョンは形成し難い。(成分(a2)の使用モル数)×(成分(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)は成分(a2)に含まれるアニオン性官能基をイオン化できる官能基の量、つまり親水性の程度を表すものであり、値が小さいほど成分(A)の親水性は弱くなる。(成分(a2)の使用モル数)×(成分(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(成分(a1)の使用モル数)は、疎水性成分の含有量に対する親水性の度合いを示すものであり、この数値が大きくなると、成分(A)の親水性が大きくなることを意味する。この数値が3.5を超えると成分(A)の疎水性は弱くなり、粒子径が大きなエマルジョンが得られサイズ性が低下したり、安定なエマルジョンが得られないなど、目的とするエマルジョンは得られない。また、(成分(a2)の使用モル数)×(成分(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(成分(a1)の使用モル数)が1.0未満であると成分(A)の疎水性が強くなりすぎて安定なエマルジョンが得られない。即ち、(成分(a2)の使用モル数)×(成分(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(成分(a1)の使用モル数)が1.0〜3.5の範囲に規定した成分(A)を用いることで、分散対象である成分(B)との親和性が良好となり、エマルジョンが安定に存在できるようになる。当該範囲を外れると、成分(A)が油水界面にバランス良く存在できなくなり、乳化性やサイズ性が悪くなったり、安定性が著しく悪化するため好ましくない。
なお、水に対する接触角は、任意の溶媒に溶解した各成分をポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムに塗工し乾燥することで各試験試料を作製し、Dynamic Adsorption Tester 1100DAT(Fibro社製)を用いて、試料表面に1μlの水滴を滴下し、滴下0.1秒後の接触角を測定した値である。
成分(a1)としては、アルキル(メタ)アクリレート類、スチレン類、カルボン酸ビニルエステル類、不飽和ジカルボン酸アルキルエステル類等であれば特に限定されないが、水への溶解度(g/100g)が0〜2.5g/100g程度の公知のものを使用することができる。アルキル(メタ)アクリレート類は、特に限定されないが、通常、アルキル基の炭素数は1〜18程度とすることが好ましく、4〜8とすることが特に好ましい。なお、当該アルキル基は直鎖状、分岐状又は脂環状のいずれであってもよい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、ノルマルオクチル基、2−エチルヘキシル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、オクタデセニル基、ドコシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。アルキル(メタ)アクリレート類としては、特に分岐状アルキル(メタ)アクリレート、脂環状アルキル(メタ)アクリレートが好ましい。また、スチレン類としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、t−ブチルスチレン、ジメチルスチレン、アセトキシスチレン、ヒドロキシスチレン、ビニルトルエン、クロロビニルトルエン等が挙げられ、特にスチレン、α−メチルスチレンが好ましい。カルボン酸ビニルエステル類としては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ラウリン酸ビニル等が挙げられる。不飽和ジカルボン酸アルキルエステル類としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和モノカルボン酸類の前記アルキル基を有する(ジ)アルキルエステル類等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても2種以上を混合して用いてもよい。成分(a1)としては、共重合性、乳化性の点でアルキル(メタ)アクリレート及び/又はスチレン類を用いることが好ましい。
成分(a2)としては、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等のアニオン性官能基を少なくとも1つ有するラジカル重合性モノマーであれば特に限定されず公知のものを使用することができる。なお、成分(a2)はリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩といったアルカリ金属塩やアンモニウム塩等の中和塩であってよい。具体的には、カルボキシル基を有するものとしては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸等の不飽和モノカルボン酸類や、(無水)マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、(無水)シトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸類が挙げられる。また、スルホン酸基を有するものとしては、(メタ)アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、(メタ)アクリル酸スルホエチル等が挙げられる。リン酸基を有するものとしては、2−ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェートなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いても2種以上を混合して用いてもよい。カルボキシル基を有するものであれば(メタ)アクリル酸、イタコン酸を用いることが、スルホン酸基を有するものであれば(メタ)アリルスルホン酸及び/又はスチレンスルホン酸を用いることが、(a1)成分との共重合性の点で好ましい。
成分(a)には、必要に応じて成分(a1)、成分(a2)以外の分子内に重合性官能基を1つ有するモノマー(a3)(以下、成分(a3)という)を用いることができる。成分(a3)としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N−置換(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、不飽和モノアルコール類、ポリアルキレングリコール系不飽和単量体類、αオレフィン類、及びニトリル系単量体類等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても2種以上を混合して用いてもよい。
また、必要に応じて分子内に少なくとも2つの重合性官能基を有する架橋性モノマー(a4)(以下、成分(a4)という)を更に用いることができる。成分(a4)としては、例えば、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、ジビニルスルホン、ポリエチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、ヘキサエチレングリコールジアクリレート、N,N´−プロピレンビスアクリルアミド、ジアクリルアミドジメチルエーテル、N,N´−メチレンビスアクリルアミド等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても2種以上を混合して用いてもよい。成分(a4)を用いることで、成分(A)の分子量が増加し、乳化性が向上するため好ましい。
成分(a1)と成分(a2)の使用量については、(成分(a2)の使用モル数)×(成分(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(成分(a1)の使用モル数)が1.0〜3.5となるように使用する必要がある。成分(a)が成分(a1)及び成分(a2)からなる場合、成分(a1)の使用量は成分(a)中、35〜78モル%程度、好ましくは40〜65モル%、成分(a2)の使用量は成分(a)中、22〜65モル%程度、好ましくは35〜60モル%である。成分(a)が成分(a1)と成分(a2)と成分(a3)からなる場合、成分(a1)の使用量は、成分(a)中5〜20モル%程度、好ましくは8〜12モル%、成分(a2)の使用量、成分(a)中3〜35モル%程度、好ましくは5〜20モル%)、成分(a3)の使用量は、成分(a)中45〜90モル%程度、好ましくは60〜86モル%とすることが好ましい。なお、成分(a4)の使用量は特に限定されないが、通常は、成分(a)中、0〜3モル%程度、好ましくは0.1〜2モル%である。
成分(A)は成分(a)を重合することによって得られる。成分(a)の重合方法は特に限定されず、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等の各種公知の方法を採用できる。例えば、前記各成分を反応溶媒中、ラジカル重合開始剤及び必要に応じて連鎖移動剤、界面活性剤の存在下、通常80〜180℃程度において、通常1〜10時間程度ラジカル重合反応させることにより目的とする共重合体が得られる。また、該共重合体は、必要に応じて各種公知の塩基性化合物により中和してもよい。
反応溶媒としては、エチルアルコール及びプロピルアルコール等のアルコール類、アセトン及びメチルエチルケトン等の低級ケトン類、トルエン及びベンゼン等の芳香族炭化水素類、酢酸エチル、クロロホルム、ジメチルホルムアミド等の有機溶媒、水、あるいは有機溶媒と水との混合液が挙げられる。
ラジカル重合開始剤としては、例えば、過酸化水素、過硫酸アンモニウム及び過硫酸カリウム等の無機過酸化物類、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ジクミルパーオキサイド及びラウリルパーオキサイド等の有機過酸化物類、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル及びジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート等アゾ系化合物等が挙げられる。
連鎖移動剤としては、t−ドデシルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタンクメン、ブロムトリクロルメタン、2−メルカプトベンゾチアゾール等の油溶性連鎖移動剤や、エタンチオール、プロパンチオール、チオグリコール酸、チオリンゴ酸、ジメチルジチオカルバミン酸等、イソプロピルアルコール等、次亜リン酸ナトリウム塩等の水溶性連鎖移動剤が挙げられる。
乳化重合を行う際に用いる界面活性剤としては、特に限定はされず、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤などの各種界面活性剤を使用できる。例えば、アニオン性界面活性剤としては、ジアルキルスルホコハク酸塩、アルカンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルスルホコハク酸エステル塩、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテルスルホコハク酸エステル塩、ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩等を挙げられ、ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル及びこれら界面活性剤にビニル基又はアリル基、プロペニル基を導入した反応性界面活性剤等を挙げられる。
中和に用いられる塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等、水酸化カルシウム及び水酸化マグネシウム等のアルカリ金属化合物、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、モノプロピルアミン、ジプロピルアミン及びトリプロピルアミン等の有機アミン類、アンモニア等が挙げられる。
成分(A)の物性は特に限定されないが、重量平均分子量(ゲルパーメーションクロマトグラフィー(GPC)におけるポリスチレン換算値をいう。以下、同様。)は通常4,000〜100,000程度、好ましくは5,000〜50,000であるのがよい。5,000以上とすることで乳化性が向上するため好ましく、50,000以下とすることで粘度を低く抑えることができ、取り扱いが容易になるため好ましい。また、(A)成分は水溶液として得られるが、その不揮発分は通常20〜40重量%程度である。
成分(B)は、成分(b1)を30〜100重量%含有し、強化ロジンを含有しないものである。成分(b1)は、本明細書においてはマツ科のPinus所属種より採取されるロジンを意味し、好ましくは適宜蒸留・精製したものを用いる。具体例としては、ガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジンなどが挙げられる。成分(b1)は、通常は90%以上の樹脂酸と10%程度の残分(中和成分、夾雑物等)を含む。樹脂酸としてはアビエチン酸、レボピマル酸、ネオアビエチン酸、パラストリン酸等が挙げられる。
成分(b1)以外の成分としては、たとえば、水添ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、アルデヒド変性ロジン、ロジンエステル等が挙げられる。アルデヒド変性ロジンとしてはホルムアルデヒド変性ロジン(b2)(以下、成分(b2)という)などが挙げられる。ロジンエステルとは、前記成分(b1)と各種公知のアルコール類とのエステル化反応物であり、各種公知のものを特に制限なく用いることができる。ポリオールとしては、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン及び3−メチルペンタン−1,3,5−トリオール等のトリオールや、ペンタエリスリトール及びジグリセリン等のテトラオール等が挙げられる。生ロジンとアルコール類の使用量は特に限定されないが、生ロジンのカルボキシル基とアルコール類の水酸基のモル比(−OH/−COOH)が通常0.1〜1.5程度、好ましくは0.1〜1.0となる範囲であればよい。また、成分(B)に占めるロジンエステルの重量は、サイズ効果(中性抄紙領域も含む)の点より通常0〜50重量%程度、好ましくは0〜30重量%である。これらの中では、成分(b2)を使用することが好ましい。成分(b1)以外の成分を使用する場合の使用量は特に限定されないが、通常は成分(B)中、1〜70重量%、好ましくは10〜50重量%である。特に成分(b2)を使用する場合には、成分(B)中、1〜70重量%とすることが好ましく、特に15〜50重量%とすることが好ましい。
成分(B)の水に対する接触角(Ang(B))は特に限定されないが、サイズ効果の点より通常65〜85度程度、好ましくは70〜85度である。
本発明に係るエマルジョンは、各種公知の方法で製造することができる。具体的には、例えば高圧乳化法(特公昭53−22090号公報参照)、反転乳化法(特開昭58−4938号公報参照)を採用できる。
前記溶剤高圧乳化法による場合には、あらかじめ水に不溶な有機溶剤に溶解させた成分(B)に対して成分(A)と水、必要に応じて前記塩基性化合物を加え、ホモジナイザー、ピストン型高圧乳化機、超音波乳化機等を使用して乳化し、次いで上記有機溶剤を留去することにより目的のエマルジョンが得られる。
前記反転法による場合には、成分(B)を通常90〜160℃程度に加熱攪拌して溶融し、成分(A)と所定量の熱水とを添加して相反転させることにより目的とするエマルジョンが得られる。
上記溶剤高圧乳化、反転乳化に際しては、成分(A)の固形分含有量が、成分(B)100重量部に対して5〜12重量部程度、好ましくは6〜10重量部の範囲とする。成分(A)を5重量部以上とすることで容易に分散ができるため好ましい。なお、12重量部を超えて使用するとサイズ効果が悪化するため好ましくない。なお、所望により、得られたこれらのエマルジョンは水又はアルカリ水で希釈して、該エマルジョンのpHを調整することができる。
乳化の際には、成分(A)に加えて発泡性、サイズ効果に悪影響を与えない範囲で界面活性剤を併用添加することもできる。該界面活性剤としては、前述の共重合体の乳化重合時に使用した各種のものも使用できる。
こうして得られるエマルジョンの物性は特に限定されないが、保管安定性、サイズ効果及びパルプスラリーへの分散性の点より、通常、平均粒径(レーザー回折・散乱法による平均粒子径の測定値をいう。以下、同様。)が0.1〜1.2μm程度の均一な水性エマルジョンである。また、pHが2〜7.5程度、粘度(不揮発分50%、25℃、B型粘度計(ローターNo.1)の測定値をいう。以下、同様。)が5〜150mPa・s程度である。
該エマルジョンには、各種添加剤、例えば、カルボキシメチルセルロース等のセルロース類、ポリビニルアルコール類、ポリアクリルアミド類、アルギン酸ソーダ等の水溶性高分子等の紙力増強剤や、防滑剤、防腐剤、防錆剤、pH調整剤、消泡剤(シリコン系消泡剤等)、増粘剤、充填剤、酸化防止剤、耐水化剤、造膜助剤、顔料、染料等を添加できる。
本発明の紙は、本発明のサイズ剤を用いて得られたものである。本サイズ剤を内添サイズ剤として使用する場合には、前記エマルジョンをパルプスラリーに硫酸アルミニウム等の定着剤とともに添加し、pH4〜8程度においてサイジングする方法が挙げられる。また、サイジングの際にはタルク、クレー、カオリン、二酸化チタン、炭酸カルシウム等の填料を使用できる。また、該エマルジョンの使用量は、パルプの乾燥重量に対して通常0.05〜3重量%程度である。
また、本サイズ剤を表面サイズ剤として使用する場合には、前記エマルジョンを不揮発分0.01〜2重量%程度に希釈したサイズ液を各種公知の手段により原紙に塗工すればよい。塗工手段は特に限定されず、例えば、サイズプレス法、ゲートロール法、バーコーター法、カレンダー法、スプレー法等の各種手段が挙げられる。本発明の製紙用表面サイズ剤は前記したように機械的安定性に優れるので、2ロールサイズプレス塗工方式、ロッドメタリングサイズプレス塗工方式やゲートロール塗工方式等の各種塗工マシンで使用可能である。なお、塗布量(固形分)は通常、0.001〜2g/m、好ましくは0.005〜0.5g/mである。また、原紙は特に限定されず、例えば、木材セルロース繊維を原料とする未塗工の紙を用いることができる。また、原紙の原料である抄紙用パルプとしては、LBKP、NBKP等の化学パルプや、GP、TMP等の機械パルプ、その他古紙パルプ等が挙げられる。また、当該原紙中には、内添サイズ剤や填料、紙力剤等の薬品が含まれていてもよい。
本発明の紙はフォーム用紙、PPC用紙、感熱記録原紙、感圧記録原紙等の記録用紙や、アート紙、キャストコート紙、上質コート紙等のコート紙、クラフト紙、純白ロール紙等の包装用紙、ノート用紙、書籍用紙、印刷用紙、新聞用紙等の洋紙、マニラボール、白ボール、チップボール、ライナー等の板紙等の用途に供される。
以下、実施例及び比較例をあげて本発明を具体的に説明するが、これらにより本発明の範囲が限定されないことはもとよりである。また、各例中、部及び%は特記しない限りすべて重量基準である。
また、各例中、重量平均分子量はゲルパーメーションクロマトグラフィー法(使
用装置: 東ソー(株)製HLC8120GPC、カラム:東ソー(株)製TSK−G
EL ALPHA−M)によるポリエチレングリコール標準物質の換算値である。粘度の測定にはブルックフィールド回転粘度計VISCOMETER TVK−10((株)東機産業)、pHの測定にはpH METER F−14((株)堀場製作所製)をそれぞれ用い、25℃で測定した。また、エマルジョンの平均粒子径は、レーザー回折・散乱法による粒子径測定装置LASER DIFFRACTION PARTICLE SIZE ANALYZER SALD−2000J((株)島津製作所製)で測定した。
製造例1
攪拌機、温度計、還流冷却器及び窒素ガス導入管を備えた反応容器に、2−エチルヘキシルアクリレート25.2部(2.5モル%)、シクロヘキシルアクリレート69.5部(7.5モル%)、イタコン酸124.4部(17.5モル%)、アクリルアミド281.5部(72.5モル%)、イオン交換水738.6部、イソプロピルアルコール753.7部、連鎖移動剤として、2−メルカプトエタノール2.6部(重合成分の総モルに対し0.6モル%)を仕込み、この混合液を窒素ガスバブリング下に攪拌しながら50℃まで昇温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)12.5部を加え80℃まで昇温し、180分間保持した。次いで、イソプロピルアルコールの留去を行い、所定量のイオン交換水を加えることによって、重量平均分子量13,000の共重合体の水溶液を得た。また、該水溶液は、不揮発分が31.8%、25℃の粘度が3,930mPa・s、pHが4.4であった。
製造例2
製造例1と同様の反応容器に、攪拌機、温度計、還流冷却器及び窒素ガス導入管を備えた反応容器に、2−エチルヘキシルアクリレート21.9部(2モル%)、シクロヘキシルアクリレート80.8部(8モル%)、イタコン酸38.7部(5モル%)、アクリルアミド359.4部(85モル%)、イオン交換水753.1部、イソプロピルアルコール750.4部、連鎖移動剤として、2−メルカプトエタノール4.6部(重合成分の総モルに対し1モル%)を仕込み、この混合液を窒素ガスバブリング下に攪拌しながら50℃まで昇温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)8.1部を加え80℃まで昇温し、120分間保持した後、後重合用触媒として過硫酸アンモニウム(APS)5.4部を更に加え、80℃で60分間保持した。次いで、イソプロピルアルコールの留去を行い、所定量のイオン交換水を加えることによって、重量平均分子量7,000の共重合体の水溶液を得た。また、該水溶液は、不揮発分が33.8%、25℃の粘度が700mPa・s、pHが4.4であった。
製造例3
製造例1と同様の反応容器に、2−エチルヘキシルアクリレート20.2部(2モル%)、シクロヘキシルアクリレート74.2部(8モル%)、イタコン酸71.1部(10モル%)、アクリルアミド295.3部(76モル%)、及びメタリルスルホン酸ソーダ17.3部(2モル%)、スチレンスルホン酸ソーダ25.6部(2モル%)、イオン交換水744.7部、イソプロピルアルコール742.7部を仕込み、この混合液を窒素ガスバブリング下に攪拌しながら50℃まで昇温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)7.5部を加え80℃まで昇温し、120分間保持した後、後重合用触媒として過硫酸アンモニウム(APS)5.0部を更に加え、80℃で60分間保持した。次いで、イソプロピルアルコールの留去を行い、所定量のイオン交換水を加えることによって、重量平均分子量11,200の共重合体の水溶液を得た。また、該水溶液は、不揮発分が35.3%、25℃の粘度が1450mPa・s、pHが4.5であった。
製造例4
製造例1と同様の反応容器に2−エチルヘキシルアクリレート32.3部(3モル%)、シクロヘキシルアクリレート49.5部(5モル%)、イタコン酸60.8部(8モル%)、アクリルアミド346.5部(83.5モル%)、及びヘキサエチレンジアクリレート11.4部(0.5モル%)、イオン交換水746.7部、イソプロピルアルコール743.4部を仕込み、この混合液を窒素ガスバブリング下に攪拌しながら50℃まで昇温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)8.0部を加え80℃まで昇温し、120分間保持した後、後重合用触媒として過硫酸アンモニウム(APS)5.3部を更に加え、80℃で60分間保持した。次いで、イソプロピルアルコールの留去を行い、所定量のイオン交換水を加えることによって、重量平均分子量11,000の共重合体の水溶液を得た。また、該水溶液は、不揮発分が33.3%、25℃の粘度が1590mPa・s、pHが4.5であった。
製造例5
製造例1と同様の反応容器に界面活性剤(ハイテノールLA−10、第一工業製薬(株)製)5.4g(重合成分の総量に対し1重量%)、スチレン144.9g(30モル%)、α−メチルスチレン38.3g(7モル%)、ブチルアクリレート20.8g(3.5モル%)、80%メタクリル酸169.6g(34モル%)、イタコン酸51.3g(8.5モル%)、メタリルスルホン酸ナトリウム36.7g(5モル%)、ヒドロキシブチルアクリレート72.4g(12モル%)、イオン交換水1801.9g、連鎖移動剤として、α−メチルスチレンダイマー20.0g(重合成分の総量に対し4重量%)を仕込み、この混合液を窒素ガスバブリング下に攪拌しながら60℃まで昇温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)20.0gを加え90℃まで昇温し、100分間保持した後、後重合用の触媒として過硫酸アンモニウム(APS)5.0gを更に加え、90℃で60分間保持した。次いで、48%水酸化ナトリウム水溶液197.0gを加えメタクリル酸、イタコン酸の中和を行い、所定量のイオン交換水を加えることによって、重量平均分子量5,100の共重合体の水溶液を得た。また、該水溶液は、不揮発分が25.1%、25℃の粘度が65mPa・s、pHが8.8であった。
比較製造例1
製造例1と同様の反応容器に、2−エチルヘキシルアクリレート34.3部(3.5モル%)、シクロヘキシルアクリレート67.6部(7.5モル%)、イタコン酸138.2部(20モル%)、アクリルアミド260.5部(69モル%)、イオン交換水739.4部、イソプロピルアルコール753.1部、連鎖移動剤として、2−メルカプトエタノール2.5部(重合成分の総モルに対し0.6モル%)を仕込み、この混合液を窒素ガスバブリング下に攪拌しながら50℃まで昇温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)12.1部を加え80℃まで昇温し、180分間保持した。次いで、イソプロピルアルコールの留去を行い、所定量のイオン交換水を加えることによって、重量平均分子量12,900の共重合体の水溶液を得た。また、該水溶液は、不揮発分が32.3%、25℃の粘度が3900mPa・s、pHが4.4であった。
比較製造例2
製造例1と同様の反応容器に、2−エチルヘキシルアクリレート43.2部(4モル%)、シクロヘキシルアクリレート69.6部(7モル%)、イタコン酸38.1部(5モル%)、アクリルアミド349.7部(84モル%)、イオン交換水753.5部、イソプロピルアルコール750.1部、連鎖移動剤として、2−メルカプトエタノール4.6部(重合成分の総モルに対し1モル%)を仕込み、この混合液を窒素ガスバブリング下に攪拌しながら50℃まで昇温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)8.0部を加え80℃まで昇温し、120分間保持した後、後重合用触媒として過硫酸アンモニウム(APS)5.3部を更に加え、80℃で60分間保持した。次いで、イソプロピルアルコールの留去を行い、所定量のイオン交換水を加えることによって、重量平均分子量7,600の共重合体の水溶液を得た。また、該水溶液は、不揮発分が32.8%、25℃の粘度が3900mPa・s、pHが4.4であった。
比較製造例3
製造例1と同様の反応容器に、2−エチルヘキシルアクリレート18.9部(2モル%)、シクロヘキシルアクリレート69.7部(8モル%)、イタコン酸133.6部(20モル%)、アクリルアミド240.9部(66モル%)、及びメタリルスルホン酸ソーダ16.2部(2モル%)、スチレンスルホン酸ソーダ24.1部(2モル%)、イオン交換水746.2部、イソプロピルアルコール742.0部を仕込み、この混合液を窒素ガスバブリング下に攪拌しながら50℃まで昇温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)7.0部を加え80℃まで昇温し、120分間保持した後、後重合用触媒として過硫酸アンモニウム(APS)4.7部を更に加え、80℃で60分間保持した。次いで、イソプロピルアルコールの留去を行い、所定量のイオン交換水を加えることによって、重量平均分子量12,900の共重合体の水溶液を得た。また、該水溶液は、不揮発分が34.5%、25℃の粘度が540mPa・s、pHが4.4であった。
比較製造例4
製造例1と同様の反応容器に、2−エチルヘキシルアクリレート21.8部(2モル%)、シクロヘキシルアクリレート80.4部(8モル%)、イタコン酸23.1部(3モル%)、アクリルアミド363.9部(86.5モル%)、及びヘキサエチレンジアクリレート11.6部(0.5モル%)、イオン交換水746.1部、イソプロピルアルコール743.6部を仕込み、この混合液を窒素ガスバブリング下に攪拌しながら50℃まで昇温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)8.1部を加え80℃まで昇温し、120分間保持した後、後重合用触媒として過硫酸アンモニウム(APS)5.4部を更に加え、80℃で60分間保持した。次いで、イソプロピルアルコールの留去を行い、所定量のイオン交換水を加えることによって、重量平均分子量17,500の共重合体の水溶液を得た。また、該水溶液は、不揮発分が31.3%、25℃の粘度が1300mPa・s、pHが4.5であった。
比較製造例5
製造例1と同様の反応容器に、ブチルアクリレート30.5部(5モル%)、ブチルメタアクリレート33.8部(5モル%)、メチルメタアクリレート142.8部(30モル%)、スチレン59.5部(12モル%)、α−メチルスチレン73.1部(13モル%)メタクリル酸153.5部(30モル%)、及びメタリルスルホン酸ソーダ37.6部(5モル%)、イオン交換水1563.6部、連鎖移動剤として、n−ドデシルメルカプタン8.6部(重合成分の総モルに対し0.9モル%)を仕込み、を仕込み、この混合液を窒素ガスバブリング下に攪拌しながら80℃まで昇温した。重合開始剤として過硫酸アンモニウム(APS)25.2部を加え90℃まで昇温し、100分間保持した後、後重合用触媒として過硫酸アンモニウム(APS)10.1部を更に加え、90℃で60分間保持した。次いで、48%水酸化ナトリウム水溶液118.9部を加えメタクリル酸の中和を行い、所定量のイオン交換水を加えることによって、重量平均分子量5,800の共重合体の水溶液を得た。また、該水溶液は、不揮発分が25.2%、25℃の粘度が23mPa・s、pHが8.7であった。
Figure 2013185288

表中Rは、(アニオン性官能基を含有するモノマー(a2)の使用モル数)×(アニオン性官能基を含有するモノマー(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(疎水性モノマー(a1)の使用モル数)を表す。例えば、製造例3であれば、アニオン性モノマーとして、2価のイタコン酸を10モル%、1価のメタリルスルホン酸ソーダとスチレンスルホン酸ソーダをそれぞれ2モル%使用しており、疎水性モノマーとして、2−エチルヘキシルアクリレートを2モル%、シクロヘキシルアクリレートを8モル%使用しているので、Rは(10×2+2×1+2×1)/(2+8)=2.4となる。
製造例6
攪拌機、温度計、窒素導入管、分水器及び冷却器を備えたフラスコに、約160℃の溶融状態にある酸価170mgKOH/gのガムロジン600.0部と37%ホルムアルデヒド32.4部、触媒としてパラトルエンスルホン酸1.5部を仕込み、窒素気流下に攪拌しながら160℃で2時間反応させ、酸価165mgKOH/gのホルムアルデヒド変性ロジンを得た。
製造例7
約150℃の溶融状態にある酸価170mgKOH/gのガムロジン600.0部にパラジウムカーボン0.15部、活性炭0.25部を加え、300℃まで加熱し、同温度で1時間反応させ、酸価165mgKOH/gの不均化ロジンを得た。
製造例8
製造例6と同様の反応容器に、酸価170mgKOH/gのガムロジン663.2部とグリセリン55.6部(仕込みモル比−OH/−COOH=0.90)、酸化防止剤としてノクラック300(大内新興化学工業(株)製)10部、触媒としてパラトルエンスルホン酸0.1部を仕込み、窒素気流下に攪拌しながら270℃まで加熱し、同温度で15時間反応させ、酸価16mgKOH/gのロジンエステル化物を得た。
参考製造例1
約200℃の溶融状態にある酸価170mgKOH/gのガムロジン600.0部にフマル酸36.0部、無水マレイン酸9.0部を加え、同温度で2時間加熱保温して反応させ、酸価228mgKOH/gの強化ロジンを得た。
実施例1
酸価170mgKOH/gのガムロジン76部と製造例8で得られたロジンエステル化物24部を約160℃に加熱溶融し、攪拌しながら製造例1で得られた共重合体水溶液8部(固形分換算)を徐々に滴下して混合し、W/O形態とし、これに熱水を添加して安定なO/W型エマルジョンとした後、室温まで冷却した。得られたロジン系エマルジョン型サイズ剤の固形分濃度は50.4%、エマルジョン粘度は82mPa・s、平均粒子径は0.58μmであった。
実施例2〜5
実施例1で用いた製造例1で得られた共重合体水溶液を表2に示す共重合水溶液に変更した以外は実施例1と同様にして、ロジン系エマルジョン型サイズ剤を調製した。
実施例6〜10
実施例3で用いた(B)成分を表2に示す組成に変更した以外は実施例3と同様にして、ロジン系エマルジョン型サイズ剤を調製した。
比較例1、比較例2
実施例1で用いた製造例1で得られた共重合体水溶液を表2に示す共重合水溶液に変更した以外は実施例1と同様にして、ロジン系エマルジョン型サイズ剤を調製した。
比較例3〜5
実施例1で用いた製造例1で得られた共重合体水溶液を表2に示す共重合水溶液に変更した以外は実施例1と同様にして、エマルジョンを製造したが、製造直後の時点で既に大量の不溶物が発生していたため、後の試験及び抄紙工程には供しなかった。
比較例6
実施例9で用いた製造例1で得られた共重合体水溶液を表2に示す共重合水溶液に変更した以外は実施例9と同様にして、エマルジョンを製造したが、製造直後の時点で既に大量の不溶物が発生していたため、後の試験及び抄紙工程には供しなかった。
参考例1
実施例2で用いたガムロジンを参考製造例1で得られた強化ロジンに変更した以外は実施例2と同様にして、ロジン系エマルジョン型サイズ剤を調製したが、製造直後の時点で既に大量の不溶物が発生していたため、後の試験及び抄紙工程には供しなかった。
参考例2
実施例3で用いたガムロジンを参考製造例1で得られた強化ロジンに変更した以外は実施例3と同様にして、ロジン系エマルジョン型サイズ剤を調製した。
参考例3
比較例4で用いたガムロジンを参考製造例1で得られた強化ロジンに変更した以外は比較例4と同様にして、ロジン系エマルジョン型サイズ剤を調製した。
実施例及び参考例で得られたロジン系エマルジョン型サイズ剤の性状を表3に示した。
Figure 2013185288
Figure 2013185288
表中、反転不良は、乳化できなかったことを示す。
(貯蔵安定性試験)
実施例1の各エマルジョン100gをマヨネーズ瓶に入れ、室温で2ヶ月静置した後、350メッシュ金網で全量濾過し、全固形分に対する濾過残渣量を測定した(ppm)。また、他の実施例および比較例、参考例の各エマルジョンについても同様に濾過残渣量を測定した。結果を表4に示した。濾過残渣量が小さいほど貯蔵安定性に優れる。
(試験用紙の作製)
L−BKPにパルプ濃度が2.0%になる量の水道水を加え、ビーターを用いて300mlカナディアン・スタンダード・フリーネスまで叩解した。次いで、叩解したパルプスラリーを更に水道水で希釈しパルプ濃度1.0%に調整した。次いで、このパルプスラリーに、対パルプ16.0%(絶乾重量基準。以下、同様。)となる填料(炭酸カルシウムとタルクの混合物)、1.5%となる硫酸バンド、0.3%となる市販カチオン変性澱粉を添加した後、実施例1に係るエマルジョンを0.2%もしくは0.3%となるように加え、抄紙機(Tappi Standard Sheet Machine(丸型))で坪量が80g/mとなるように抄紙した。なお、抄紙系のpHは硫酸もしくは水酸化ナトリウムの水溶液で調節した。次に、得られた手抄湿紙を線圧5.5kg/cm、送り速度2m/minの条件のロールプレス機で脱水し、回転式ドライヤーを用いて80℃で150秒間乾燥させた。次いで、得られた乾燥紙を恒温恒湿(23℃、50%相対湿度)環境下で24時間調湿することによって、試験用紙を得た。他の実施例および比較例、参考例の各エマルジョンについても同様にして試験用紙を得た。
実施例1に係る試験用紙について、JIS−P8122に準じてステキヒトサイズを測定した。他の実施例および比較例、参考例の試験用紙についても同様にした。結果を表4に示した。
Figure 2013185288
(試験用紙の作製)
段ボール古紙(灰分12%含有)をパルプ濃度が2.0%になる量の水道水を加え、ビーターを用いて400mlカナディアン・スタンダード・フリーネスまで叩解した。次いで、叩解したパルプスラリーを更に水道水で希釈しパルプ濃度1.0%に調整した。次いで、このパルプスラリーに、対パルプ1.0%となる硫酸バンドを添加した後、実施例1に係るエマルジョンを加え、抄紙機(Tappi Standard Sheet Machine(丸型))で坪量が80g/mとなるように抄紙した。なお、抄紙系のpHは希硫酸もしくは水酸化ナトリウムの水溶液で調節した。次に、得られた手抄湿紙を線圧5.5kg/cm、送り速度2m/minの条件のロールプレス機で脱水し、回転式ドライヤーを用いて80℃で150秒間乾燥させた。次いで、得られた乾燥紙を恒温恒湿(23℃、50%相対湿度)環境下で24時間調湿することによって、試験用紙を得た。他の実施例および比較例、参考例の各エマルジョンについても同様にして試験用紙を得た。
実施例1に係る試験用紙について、JIS−P8140に準じてCobb吸水度を測定した。他の実施例および比較例、参考例の試験用紙についても同様にした。結果を表5に示した。
Figure 2013185288
本発明により得られるロジン系エマルジョン型サイズ剤は、安定性およびサイズ効果のいずれにおいても優れている。特にサイズ効果の点では、強化ロジンを使用している参考例1および2対比、抄紙系のpHにかかわらず著しい向上が確認できた。

Claims (11)

  1. 少なくとも疎水性モノマー(a1)及びアニオン性官能基を有するモノマー(a2)を含有する重合成分(a)を、(アニオン性官能基を含有するモノマー(a2)の使用モル数)×(アニオン性官能基を有するモノマー(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(疎水性モノマー(a1)の使用モル数)が1.0〜3.5となるように使用して得られる共重合体(A)並びに少なくとも生ロジン(b1)を30〜100重量%含有し、強化ロジンを含有しないロジン類(B)を含有するロジン系エマルジョン型サイズ剤。
  2. ロジン類(B)がホルムアルデヒド変性ロジン(b2)を含有するものである請求項1のロジン系エマルジョンサイズ剤。
  3. ホルムアルデヒド変性ロジン(b2)の含有量が1〜70重量%である請求項2に記載のロジン系エマルジョンサイズ剤。
  4. 疎水性モノマー(a1)が、アルキル(メタ)アクリレート及び/又はスチレン類である、請求項1〜3のいずれかに記載のロジン系エマルジョンサイズ剤。
  5. アニオン性官能基を有するモノマー(a2)が、イタコン酸及び/又は(メタ)アクリル酸を含有する請求項1〜4のいずれかに記載のロジン系エマルジョンサイズ剤。
  6. アニオン性官能基を有するモノマー(a2)が、(メタ)アリルスルホン酸及び/又はスチレンスルホン酸を含有する請求項1〜5のいずれかに記載のロジン系エマルジョンサイズ剤。
  7. 重合成分(a)が、分子内に少なくとも2つの重合性官能基を有する架橋性モノマー(a4)を含有する請求項1〜6のいずれかに記載のロジン系エマルジョンサイズ剤。
  8. ロジン類(B)100重量部に対し(A)成分が5〜12重量部(固形分換算)である請求項1〜7のいずれかに記載のロジン系エマルジョンサイズ剤。
  9. エマルジョン粒子の平均粒径が0.1〜1.2μmである請求項1〜8のいずれかに記載のロジン系エマルジョンサイズ剤。
  10. 少なくとも疎水性モノマー(a1)及びアニオン性官能基を有するモノマー(a2)を含有する重合成分(a)を、(アニオン性官能基を含有するモノマー(a2)の使用モル数)×(アニオン性官能基を有するモノマー(a2)に含まれるアニオン性官能基の価数)/(疎水性モノマー(a1)の使用モル数)が1.0〜3.5となるように使用して得られる共重合体(A)を用いて、少なくとも生ロジン(b1)を30〜100重量%含有し、強化ロジンを含有しないロジン類(B)を乳化させることを特徴とするロジン系エマルジョン型サイズ剤の製造方法。
  11. 請求項1〜9のいずれかに記載のロジン系エマルジョン型サイズ剤を用いて得られる紙。
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