JP2015134980A - 水系ラテックスコーティング用途におけるカチオン性湿潤強度樹脂改質顔料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】紙または板紙のシートの1つまたは複数の表面特性を改善する方法であって、該方法は、(a) 紙または板紙のシートの少なくとも片面を、(1)1種または複数のアニオン性顔料を含有する混合物を(2)1種または複数のポリアミン-エピハロヒドリンカチオン性湿潤強度樹脂と合わせることにより形成された、陽性ゼータ電位を有する分散系で、約0.1g/m2から約20g/m2のコーティング量でコーティングする工程; (b)該コーティングされた紙または板紙のシートを乾燥させる工程;(c) 以下:液体の水、水蒸気、気体透過性、油およびグリース、滑り、ならびに静電気の1つまたは複数に耐性を示す機能性バリアトップコーティング、または改善された不透明度、白色度、もしくは印刷適性を与えるアニオン性ラテックス系顔料コーティングを塗布する工程を含む。本発明は、該分散系ならびに該分散系でコーティングされた紙または板紙も包含する。
【選択図】なし
Description
以下の実施例のそれぞれについて、分散系が、水溶性結合剤、顔料およびカチオン性湿潤強度樹脂からなる場合、以下の命名法が用いられる: XX:YY結合剤:顔料:樹脂、ここで、XXは、アニオン性顔料含有混合物中の、結合剤の乾燥重量%であり、YYは、顔料の乾燥重量%であり、カチオン性湿潤強度樹脂は含まない。前に開示したように、乾燥重量%は、結合剤/顔料混合物の重量であり、カチオン性湿潤強度樹脂は含まない。
カチオン性ポリマー改質顔料の調製
カチオン性ポリマー改質顔料の試料を、様々な量のカチオン性湿潤強度樹脂をアニオン性顔料に加えることによって調製した。それぞれの試料について、Kymene 557(ポリアミノポリアミド-エピハロヒドリン)(1%固形分)(Hercules Incorporated、Wilmington、DEから入手できる)を用いた。実施例1では、用いた顔料は、剥離Hydrogloss 90カオリン粘土(0.5ミクロン中央粒径; 2ミクロン未満96%)(J.M. Huber、Macon、GAから入手できる)であった。実施例2では、用いた顔料は、タルク(1〜2ミクロン)(Rio Tinto-Talc de Luzenac、Toulouse Cedex、Franceから入手できる)であった。実施例3では、用いた顔料は、ベントナイト(200〜300ナノメートル)(Southern Clay Products Inc.、Gonzalez、TXから入手できる)であった。実施例4では、用いた顔料は、ラポナイトRD(25ナノメートル)(Southern Clay Products Inc.、Gonzalez、TXから入手できる合成顔料)であった。顔料のそれぞれは、1%固形分分散系であった。
Kymene 557改質タルク/デンプン分散系の調製
サイズプレス用途において用いるための20%固形分Kymene 557改質タルク分散系の試料を、様々な量のデンプンで調製した。例えば、25:75のデンプン:タルク:Kymene 557分散系を調製するために、9gの量のVantalc 6H II(0.8〜1.3ミクロン)( R.T.Vanderbilt、Norwalk、CTから入手できる)を、36gの蒸留水中にオーバーヘッド撹拌機を用いて分散させた。Penfordgum 280エチル化デンプン(Penford、Cedar Rapids、IAから入手できる)の30%固形分溶液を、Penfordgumを95から100℃の間で約45分間加熱することにより調製した。Kymene 557H(6.25%固形分)(Hercules Incorporated、Wilmington、DEから入手できる)の7.2gアリコートを、10gの加熱処理デンプンに加え、混合した。Kymene 557およびデンプンを十分に混合させたら、45gの量のタルク分散系を加え、分散系を5分間撹拌して、分散系を作製した。Branson Sonifier 450(50%出力、設定4)を用いて、分散系を6分間超音波処理した。最後に、分散系のpHを、NaOHを用いて8.0に調整した。
サイズプレスベースコート付加法
実施例5で調製した試料を、実験室パドルサイズプレスを用いて、ライナーボードに塗布した。種々のKymene 557改質ラポナイト、ベントナイト粘土、カオリン粘土、およびタルク分散系のブルックフィールド粘度は、サイズプレス塗布のためのそれらの最大固形分パーセントを制限した。最適なコーティングを得るために、100rpmおよび55℃で測定した場合、分散系のブルックフィールド粘度は、サイズプレス中で200cps未満であるべきである。選択した試料について、約100cpsのブルックフィールド粘度は、分散系がカオリン粘土またはタルクを含有する場合、約20%固形分に相当し; 分散系がベントナイト粘土を含有する場合、約5%固形分に相当し; 分散系がラポナイトを含有する場合、約3%固形分に相当する。
機能性バリアトップコーティングの板紙への塗布
5.1cm×12.7cmのポリエステルのシートを、実験室ベンチにダクトテープで貼り付けた標準的なオフィスクリップボードにクリップで留めた。次いで、シートの裏面を、両面マスキングテープを用いて固定した。予め秤量した10.2cm×16.5cmのライナーボードのシートを、両面マスキングテープの露出端を用いてポリエステルのシートの隣に固定した。機能性バリアトップコーティングのビーズをライナーボード基材の隣のポリエステルシートに塗布した。機能性バリアトップコーティングを、コーティングのビーズを通しておよびライナーボードシートの上に引いた巻線型ドローダウンロッドを用いて塗布した。コーティングしたシートを1時間空気乾燥させ、次いで、オーブン中85℃で2時間硬化させた。塗布された機能性バリアトップコーティングのコーティング量は、コーティングしていないおよびコーティングした試料の乾燥重量を比較することによって決定した。コート重量は、ロッド数を変更すること、および機能性バリアトップコーティングの固形分%を変化させることによって変化させた。
様々なデンプン:顔料:Kymene 557混合物の評価
Kymene 557改質顔料を含有する分散系とデンプンの組合せを評価した。用いた顔料は、Vantalc 6HIIタルク(R.T. Vanderbiltから入手できる)、Hydraglass 90カオリン粘土(J.M. Huberから入手できる)、ベントナイト粘土、およびラポナイトであった。それぞれの顔料の粒径は、前に開示したものと同じであった。分散系を作製し、ベースコートとして前の実施例(表1、表2参照)に規定したとおりに再生ライナーボードに塗布した。
Kymene 557改質有無による様々な顔料の評価
未改質のタルク、ベントナイト、およびラポナイト顔料で作製したデンプン:顔料ベースコートを、再生ライナーボードベースシート上で試験した。Penfordgum 280エチル化デンプンを評価のために用いた。ベースコート配合に用いた未改質顔料のパーセントは、実施例8で記載した結果に基づいて選択した。結果を表3に開示する。50:50および25:75のデンプン:タルク:Kymene 557分散系を作製し、比較のために評価した。
バリア耐性に対するベースコートコーティング量の効果
25:75のPenfordgum 280エチル化デンプン:タルク:Kymene 557の分散系から作製したベースコートを、3つのサイズプレスコーティング量で評価した。Prequel 500カチオン性デンプン(Hercules Incorporated、Wilmington、DEから入手できる)、およびKymene 557改質タルクの25:75混合物から作製したベースコートを、2つのコーティング量で試験した。
タルク性能に対するKymene 557付加レベルの効果
25:75のPenfordgum 280エチル化デンプン:タルク:Kymene 557の分散系から作製したベースコートを、Kymene 557:タルクを0:1、0.5:1、および0.1:1のKymene 557比で評価した。評価の結果を表5に開示する。分散系は、実施例5で記載した方法を用いて作製した。Kymene 557(タルクなし)のライナーボードの表面への付加の効果も試験した。実施例6で記載した方法を用いて、ベースコートおよびKymene 557サイズプレス処理を再生ライナーボードに適用した。ベースコートおよびKymene 557処理を、ライナーボードの両面に適用した。
Kymene 450、Kymene 736、およびKymene 2064改質タルクベースコートの評価
カチオン性湿潤強度樹脂が、Kymene 450、Kymene 736、およびKymene 2064(すべて、Hercules Incorporated、Wilmington、DEから入手できる)である、25:75のPenfordgum 280エチル化デンプン:タルク:カチオン性湿潤強度樹脂の分散系から作製したベースコートを評価した。カチオン性湿潤強度樹脂は、それぞれの分散系について樹脂:タルクの重量比0.05:1で加えた。分散系は、実施例5で開示した方法を用いて作製した。
結合剤としてポリビニルアルコールを用いたKymene 557改質タルクの評価
ベースコートは、25:75の結合剤:タルク:Kymene 557の分散系を用いて作製した。水溶性結合剤は、Penford 280エチル化デンプン:Elvanol 90-50ポリビニルアルコールの50:50混合物であった。Elvanol 90-50ポリビニルアルコールは、DuPont、Wilmington、DEから入手できる。ベースコートは、実施例5で開示した方法を用いて作製した。
湿潤強度樹脂改質タルクおよび顔料コーティングの漂白板紙への塗布
20%固形分のカチオン性湿潤強度樹脂改質タルク分散系を以下の方法を用いて作製した。最初に、337.5gのVantalc 6H II(R.T.Vanderbilt、Norwalk、CT)を、787.5gの蒸留水中にCowles混合機(1000rpm)を用いて分散させた。Penfordgum 280エチル化デンプンの30%固形分溶液(262.5gの蒸留水中112.5gのデンプン、Penford、Cedar Rapids、LA)を、95〜100℃で45分間加熱処理することによって作製した。次いで、Kymene 557H(2.0%固形分、Hercules、Wilmington、DE)の834gアリコートを375gの加熱処理デンプンに加えた。この混合物を、Cowlesブレード(1000rpm)を用いて5分間撹拌した。Kymene 557およびデンプンを十分に混合したら、1125gのタルク分散系を加え、撹拌を2時間続けた。分散系のpHを、NaOHを用いて8.0に調整した。
100%重質炭酸カルシウム(GCC)(1.4ミクロン平均粒径)
100重量部当たり2.6重量部(pph)デンプン
9.9pphスチレンブタジエンラテックス
0.33pphポリアクリル酸分散剤
0.48pph低粘度CMC
湿潤強度樹脂改質タルクおよび顔料コーティングの軽量コート原紙への塗布
20%固形分のカチオン性湿潤強度樹脂改質タルク分散系を、実施例14で記載した方法を用いて作製した。分散系を水で7.4%固形分に希釈し、次いで、33g/m2の市販の軽量コート(LWC)原紙の試料にDowコーターを用いて塗布した。タルク分散系コート重量は、巻線型ロッドを用いて1.0g/m2で制御した。原紙は、60%砕木パルプおよび40%クラフトパルプからなった。Penford PG-280加熱処理デンプンで予備コーティングした原紙の試料、およびPG-280加熱処理デンプンおよび剥離粘土の1/3ブレンドも作製した。デンプンおよびデンプン/粘土のコート重量は、巻線型ロッドを用いて1.0g/m2に管理した。
Claims (26)
- (a) 紙または板紙のシートの少なくとも片面を、(1)1種または複数のアニオン性顔料を含有する混合物を(2)1種または複数のポリアミン-エピハロヒドリンカチオン性湿潤強度樹脂とともに含む陽性ゼータ電位を有する分散系で、約0.1g/m2から約20g/m2のコーティング量でコーティングする工程;および
(b) コーティングした紙または板紙のシートを乾燥させる工程
を含む、紙または板紙のシートをコーティングする方法。 - 乾燥させた紙または板紙の前記シートを、以下:(1)液体の水、(2)水蒸気、(3)油、(4)グリース、(5)気体透過性、(6)滑り、または(7)静電気の1つまたは複数に耐性を与えるように配合された機能性バリアトップコーティングでコーティングする工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 乾燥させた紙または板紙の前記シートを、水系顔料コーティングでコーティングする工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記顔料が、アニオン性顔料含有混合物の少なくとも約20%乾燥重量であり、タルク; カオリン粘土; ベントナイト粘土; およびラポナイトからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 水溶性結合剤が前記アニオン性顔料含有混合物の最大約80%乾燥重量を構成し、前記結合剤が、中性天然水溶性ポリマー結合剤; カチオン性天然水溶性ポリマー結合剤; 中性合成水溶性ポリマー結合剤; およびカチオン性合成ポリマー結合剤からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記アニオン性顔料含有混合物が、混合物の約25%から約100%乾燥重量のベントナイト粘土またはラポナイトのいずれかを含有する、請求項1に記載の方法。
- 前記アニオン性顔料含有混合物が、混合物の少なくとも約25%乾燥重量のカオリン粘土またはタルクのいずれかを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記アニオン性顔料含有混合物が、混合物の約50%から約100%乾燥重量のカオリン粘土またはタルクのいずれかを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ポリアミン-エピハロヒドリンカチオン性湿潤強度樹脂:前記アニオン性顔料の重量比が、約0.01:1から約2:1である、請求項1に記載の方法。
- 前記ポリアミン-エピハロヒドリンカチオン性湿潤強度樹脂が、ポリアミノポリアミド-エピハロヒドリン樹脂、例えば、ポリアミノアミド-エピハロヒドリン樹脂、ポリアミドポリアミン-エピハロヒドリン樹脂、ポリアミンポリアミド-エピハロヒドリン樹脂、アミノポリアミド-エピハロヒドリン樹脂、およびポリアミド-エピハロヒドリン樹脂; ポリアルキレンポリアミン-エピハロヒドリン樹脂; ポリアミノウリレン-エピハロヒドリン樹脂; コポリアミド-ポリウリレン-エピクロロヒドリン樹脂; ならびにポリアミド-ポリウリレン-エピクロロヒドリン樹脂からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記ポリアミン-エピハロヒドリンカチオン性湿潤強度樹脂:前記アニオン性顔料の重量比が、最大約1.5:1である、請求項1に記載の方法。
- 前記ポリアミン-エピハロヒドリンカチオン性湿潤強度樹脂:前記アニオン性顔料の重量比が、約0.6:1から約0.8:1である、請求項1に記載の方法。
- 前記ポリアミン-エピハロヒドリンカチオン性湿潤強度樹脂:前記アニオン性顔料の重量比が、約0.01:1から約0.2:1である、請求項1に記載の方法。
- 前記水溶性ポリマー結合剤が、デンプン; エチル化デンプン; カチオン性デンプン; 酸化デンプン; 酵素転化デンプン; アルギン酸塩; カゼイン; セルロース誘導体; ポリビニルアルコール; エチレン/ビニルアルコールコポリマー; ポリビニルアミン; ポリアクリルアミド; ポリアクリルアミドコポリマー; グリオキシル化ポリアクリルアミド; ポリジアリルアミン; ポリジアリルアミンコポリマー; ポリジメチルジアリルアミン; およびポリジメチルジアリルアミンコポリマーからなる群の1種または複数である、請求項5に記載の方法。
- 前記セルロース誘導体が、ヒドロキシエチルセルロース; メチルヒドロキシエチルセルロース; メチルセルロース; ヒドロキシプロピルセルロース; およびヒドロキシプロピルグアーからなる群の1種または複数である、請求項14に記載の方法。
- 前記機能性バリアトップコーティングが、水系ポリマーラテックスを含有し、場合によって、以下:(1)天然または合成水溶性ポリマー、(2)顔料、(3)ワックス、(4)架橋剤、および(5)サイジング剤の1種または複数を含有してもよい、請求項2に記載の方法。
- 前記天然または合成水溶性ポリマーの1種または複数が、デンプン; エチル化デンプン; 酸化デンプン; 酵素転化デンプン; 無水コハク酸変性デンプン; ポリビニルアルコール; エチレン/ビニルアルコールコポリマー; またはポリ乳酸からなる群から選択される、請求項16に記載の方法。
- 前記機能性バリアトップコーティングが、約25g/m2以下のコーティング量で塗布される、請求項2に記載の方法。
- 前記水系顔料コーティングが、アニオン性ポリマーラテックス結合剤および少なくとも1種の顔料を含む、請求項3に記載の方法。
- (a) 1種または複数のアニオン性顔料を、混合物の少なくとも約20%乾燥重量の量で含むアニオン性顔料含有混合物、および
(b) 1種または複数のポリアミン-エピハロヒドリンカチオン性湿潤強度樹脂
を含む、機能性バリアトップコーティング用のプライマーとしての紙または板紙のシート上のベースコーティングとして用いるための、陽性ゼータ電位を有する分散系分散系。 - 前記アニオン性顔料が、タルクまたはカオリン粘土であり、顔料:カチオン性湿潤強度樹脂の重量比が、約0.03:1から約0.2:1である、請求項20に記載の分散系。
- 前記アニオン性顔料が、ベントナイト粘土であり、顔料:カチオン性湿潤強度樹脂の重量比が、約0.6:1から約0.8:1である、請求項20に記載の分散系。
- 前記ポリアミン-エピハロヒドリンカチオン性湿潤強度樹脂が、ポリアミノポリアミド-エピハロヒドリン樹脂、例えば、ポリアミノアミド-エピハロヒドリン樹脂、ポリアミドポリアミン-エピハロヒドリン樹脂、ポリアミンポリアミド-エピハロヒドリン樹脂、アミノポリアミド-エピハロヒドリン樹脂、およびポリアミド-エピハロヒドリン樹脂; ポリアルキレンポリアミン-エピハロヒドリン樹脂; ポリアミノウリレン-エピハロヒドリン樹脂; コポリアミド-ポリウリレン-エピクロロヒドリン樹脂; ならびにポリアミド-ポリウリレン-エピクロロヒドリン樹脂からなる群から選択される、請求項20に記載の分散系。
- (a) 1種または複数のアニオン性顔料を混合物の少なくとも約20%乾燥重量の量で含む、陽性ゼータ電位を有する分散系、および
(b) 1種または複数のポリアミン-エピハロヒドリンカチオン性湿潤強度樹脂
の第2の層でコーティングされた、第1の紙層を含む積層体。 - 前記第2の層が、以下:(1)液体の水、(2)水蒸気、(3)油、(4)グリース、(5)気体透過性、(6)滑り、(7)静電気の1つまたは複数に耐性を与えるように配合されたラテックス機能性バリアコーティングを含む第3の層でコーティングされている、請求項24に記載の積層体。
- 前記第2の層の上に第3の層をさらに含み、前記第3の層が、アニオン性ラテックス顔料コーティングを含む、請求項24に記載の積層体。
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