JP2019513194A - 紙コーティング組成物及びそれを作製するプロセス - Google Patents
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Abstract
Description
結合剤の水性分散液は、好ましくは、純粋なアクリルコポリマー、スチレンアクリルコポリマー、スチレンブタジエンコポリマー、またはビニルアクリルコポリマーポリ酢酸ビニル、これらの結合剤の酢酸ビニルエマルジョン混合物から選択される。上記のコポリマーの形成に使用するのに適切な不飽和モノマーは、一般に、ビニル芳香族化合物(例えば、スチレン、α−メチルスチレン、o−クロロスチレン、及びビニルトルエン)を含むエチレン性不飽和モノマー;1,2−ブタジエン;共役ジエン(例えば、1,3−ブタジエン及びイソプレン);α,β−モノエチレン性不飽和モノ−及びジカルボン酸またはその無水物(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ジメタクリル酸、エチルアクリル酸、アリル酢酸、ビニル酢酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、メサコン酸、メチレンマロン酸、シトラコン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、及び無水メチルマロン酸);1〜12個の炭素原子を有するアルカノールと3〜6個の炭素原子を有するα,β−モノエチレン性不飽和モノ−及びジカルボン酸のエステル(例えば、エチル、n−ブチル、イソブチル、及び2−エチルヘキシルアクリレート及びメタクリレート、マレイン酸ジメチル、及びマレイン酸n−ブチルなどの、C1−C12、C1−C8またはC1−C4アルカノールと、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、またはイタコン酸のエステル);アクリルアミド及びアルキル置換アクリルアミド(例えば、(メタ)アクリルアミド、N−tert−ブチルアクリルアミド、及びN−メチル(メタ)アクリルアミド);(メタ)アクリロニトリル;ハロゲン化ビニル及びビニリデン(例えば、塩化ビニル及び塩化ビニリデン);C1−C18モノまたはジカルボン酸(例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、n−酪酸ビニル、ラウリン酸ビニル及びステアリン酸ビニル)のビニルエステル;2〜50モルのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、またはこれらの混合物でアルコキシル化された、C3−C6モノ−またはジカルボン酸、特にアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、またはそれらの誘導体のC1−C4ヒドロキシアルキルエステル、あるいは2〜50モルのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、またはこれらの混合物でアルコキシル化されたC1−C18アルコールとこれらの酸とのエステル(例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、及びメチルポリグリコールアクリレート);ならびにグリシジル基を含有するモノマー(例えば、グリシジルメタクリレート)である。本明細書で使用される場合、「(メタ)アクリレート」という用語は、アクリレート、メタクリレート、及びこれらの混合物を意味し、本明細書で使用される「(メタ)アクリル」という用語は、アクリル酸、メタクリル酸、及びこれらの混合物を意味する。
本発明のコーティング組成物はさらに、顔料を含む。ある特定の実施形態では、顔料は、細かい粒子系から粗い粒子径までを有する粘土;焼成粘土;沈降及び重質炭酸カルシウムを含む炭酸カルシウム;アナターゼ及びルチルを含む二酸化チタン;タルク;シリカ;ケイ酸アルミニウム;水和アルミナ;ならびにアルミニウム三水和物を単独で、または2種類以上の組み合わせとしてのいずれかで、スラリーの形態の水性媒体中に分散させたものなどの無機材料である。
本発明のある特定の実施形態では、コーティング組成物は、以下のモノマーの構造単位を含む疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョン(HASE)ポリマーを含む:a)ポリマーの乾燥重量に基づき、好ましくは35重量%〜55重量%、より好ましくは40重量%〜50重量%、最も好ましくは45重量%〜49重量%のα,β−エチレン性不飽和カルボン酸モノマー、b)HASEポリマーの乾燥重量に基づき、40重量%〜55重量%、好ましくは42重量%〜53重量%、より好ましくは45重量%〜50重量%のα,β−エチレン性不飽和非イオン性モノマー、;及びc)HASEポリマーの乾燥重量に基づき、0.5重量%〜20重量%、好ましくは1.0重量%〜15重量%、より好ましくは2.5重量%〜10重量%のポリエトキシル化アラルキルフェノール(メタ)アクリレート。
H2C=C(R)CO2(CH2CH2O)n(CH(R1)CH2O)mR2
を有し、式中、Rは、HまたはCH3であり、R1は、C1−C2アルキルであり、R2は、アラルキルフェニルであり、nは、6〜100の整数であり、mは、0〜50の整数であり、ただし、n≧mであり、かつm+nが6〜100であることを条件とする。好ましくは、m=0であり、nは、10〜60の整数であり、より好ましくは、m=0であり、nは、20〜40の整数である。
本発明のある特定の実施形態では、コーティング組成物は、デンプンをさらに含む。本明細書で使用される場合、「デンプン」は、トウモロコシ、小麦、エンドウマメ、ジャガイモ、米、タピオカ、及び業界で既知の他のものなど、様々な供給源のうちの1つ以上に由来し得るデンプンまたは小麦粉として既知の物質を包含する。デンプンは、置換または非置換であってもよい。2種類以上のデンプンの組み合わせが使用され得る。
本発明のコーティング組成物は、紙コーティング分野において周知の技術によって調製され得る。一実施形態では、本発明のコーティング組成物を調製するプロセスは、結合剤の水性分散液、顔料スラリー、デンプン溶液、HASEポリマー、及び水を混合することを含んでもよい。pHを制御するために、中和剤が分散液に添加される。上記のように他の任意の構成成分もまた添加され得る。コーティング組成物中の構成成分は、本発明のコーティング組成物を提供するために任意の順序で混合され得る。また、上記の任意の構成成分のいずれも、コーティング組成物を形成するために、混合中または混合前に組成物に添加され得る。ある特定の実施形態では、コーティング組成物中の固形分の量は、コーティング組成物の総重量に基づき、30重量%〜75重量%である。ある特定の実施形態では、本発明のコーティング組成物は、分散剤、OBA、染料、殺生物剤、共溶媒、及び界面活性剤を含んでもよい。
以下の表1は、本発明及び比較のコーティング組成物を作製するために使用される結合剤分散液を列挙する。同様に、以下の表2は、本発明及び比較のコーティング組成物中のHASEポリマーを作製するために使用される代表的な原材料を列挙する。以下の表3は、本発明及び比較のコーティング組成物を作製するために、結合剤分散液及びHASEポリマーに添加され得る追加の材料を示す。表1〜3は、これらの化学物質の頭字語、各材料の機能、及びこれらの材料が得られ得る商業的供給元を示す。
本発明及び比較のコーティング組成物試料の粘度を分析した。具体的に、コーティング組成物の低剪断粘度を表すブルックフィールド(BF)粘度(cpsで測定)は、スピンドル5を用いて50rpmの低剪断速度で、Brookfield Engineering Laboratories,Inc.から入手可能なBrookfield粘度計DV−II + Pro EXTRAデバイスによって測定される。一般に、より高いブルックフィールド粘度読み取り値は、より良好な増粘効率を示す。
1.比較及び本発明のコーティング組成物のためのデンプン溶液
100グラムのデンプン粉末を、5分間200〜1500rpmで撹拌することによって186グラムの脱イオン水中に分散させ、次いで500〜2000rpmで連続的に撹拌しながら20分間、90〜95℃に加熱した。粉末を溶解した後、デンプン水溶液を得た。
機械的撹拌機、窒素スイープ、熱電対、及びコンデンサーを備えた5リットルの四つ口フラスコに、500.00グラムの脱イオン水及び16.10グラムのDISPONIL FES 32乳化剤を充填する。フラスコを86℃に加熱する。1.12グラムの過硫酸アンモニウム(APS)を16グラムの脱イオン水に溶解し、フラスコに添加して重合プロセスを開始する。2分間待ち、次いで291.90グラムのEA、287.80グラムのMAA、51.75グラムのSIPOMER SEM−25、600.00グラムの脱イオン水中で混合した16.10グラムのDISPONIL FES 32乳化剤を含むモノマー混合物をフラスコに添加し、かつ58.0グラムの脱イオン水に溶解した0.34グラムのAPSからなる開始剤混合物の追加充填を、フラスコの温度を86℃で維持しながら、80分間にわたってモノマー混合物と共にフラスコに同時供給する。
いくつかの比較のコーティング組成物を、本発明の利点を実証するために調製した。とりわけ、これらの比較のコーティング組成物で使用されるHASEポリマーを作製するための手順は、本発明のコーティング組成物に関して上記したものと同様である。
デンプン溶液、顔料スラリー、及びHASEポリマーを調製した後、本発明及び比較のコーティング組成物を作製した。本発明のコーティング組成物1を作製するために、400グラムの顔料スラリー(炭酸カルシウムスラリー)を、室温で、55.7グラムのデンプン溶液ならびに36グラムのスチレン−ブタジエン結合剤と、300rpmで常に撹拌しながら1Lのバレル中で混合した。次いで、1.6グラムの水酸化ナトリウム(10%活性)を混合物にゆっくり添加して、コーティング組成物のpHを9超に上昇させた。同時に、0.8グラムのHASEを、同量の脱イオン水で希釈し、次いでコーティング組成物に添加して、コーティング組成物の固形分率を68%に低下させた。最後に、コーティング組成物を800rpmで8分間撹拌した後、ブルックフィールド粘度を試験した。
以下の表4は、Brookfield粘度計上の粘度読み取り値の観点から,測定された本発明のコーティング組成物及び比較のコーティング組成物の増粘効率を比較する。
Claims (10)
- 以下の式を有する、1)結合剤の水性分散液と、2)顔料と、3)デンプンと、4)カルボン酸モノマー、アクリレートモノマー、及びポリエトキシル化アラルキルフェノール(メタ)アクリレートの構造単位を含む疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンと、を含む、紙コーティング組成物であって、
H2C=C(R)CO2(CH2CH2O)n(CH(R1)CH2O)mR2
式中、Rは、HまたはCH3であり、R1は、メチルまたはエチルであり、R2は、アラルキルフェニルであり、nは、6〜100の整数であり、mは、0〜50の整数であり、ただし、n≧mであり、かつm+nが6〜100であることを条件とする、紙コーティング組成物。 - R2は、トリスチリルフェニルであり、nは、20〜30の整数であり、mは、0である、請求項1に記載の紙コーティング組成物。
- 前記疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンは、前記紙コーティング組成物中の全顔料量の乾燥重量に基づき、0.01重量%〜1重量%の量で存在する、請求項1に記載の紙コーティング組成物。
- 前記顔料は、粘土、二酸化チタン、または炭酸カルシウム、もしくはタルク、もしくはシリカ、もしくはケイ酸アルミニウム、もしくは水和アルミナ、もしくはアルミニウム三水和物、またはこれらの混合物である、請求項1に記載の紙コーティング組成物。
- 前記疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンは、前記疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンの乾燥重量に基づき、35重量%〜55重量%のメタクリル酸の構造単位、40重量%〜55重量%のエチルアクリレートの構造単位、及び0.5重量%〜20重量%のポリエトキシル化アラルキルフェノールメタクリレートを含む、請求項1に記載の紙コーティング組成物。
- 前記結合剤の前記水性分散液は、a)アクリルコポリマー、b)スチレンアクリルコポリマー、c)スチレンブタジエンコポリマー、またはd)ビニルアクリルコポリマー、及びこれらの混合物の水性分散液である、請求項1に記載の紙コーティング組成物。
- 前記結合剤の前記水性分散液は、前記紙コーティング組成物中の前記顔料量の乾燥重量に基づき、3重量%〜20重量%を構成する、請求項1に記載の紙コーティング組成物。
- 前記デンプンは、前記紙コーティング組成物中の顔料の乾燥重量に基づき、0.1重量%〜10重量%、好ましくは1.0重量%〜9.0重量%、より好ましくは3.0重量%〜7.0重量%を構成する、請求項1に記載の紙コーティング組成物。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載のコーティング組成物を含む、コーティングされた紙基材。
- (a)紙基材を形成することと、(b)結合剤の水性分散液、顔料、疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョン、及びデンプンを攪拌しながら混合することを含む、コーティング組成物を形成することとであって、前記疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンは、カルボン酸モノマー、アクリレートモノマー、及びポリエトキシル化アラルキルフェノールメタクリレートの構造単位を含む、形成することと、(c)前記紙基材の1つ以上の表面上に前記コーティング組成物を塗布することと、を含む、コーティングされた紙基材を形成する方法。
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