JP2021004425A - 製紙用表面サイズ剤、製紙用表面サイズ剤の製造方法及び塗工紙 - Google Patents
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Description
ゲルパーメーションクロマトグラフィー(GPC)法により、以下の測定条件で分子量を測定した。
GPC本体:東ソー(株)製
カラム:東ソー(株)製ガードカラムTSKgel guardcolumn α1本およびTSK-GEL α-M2本(温度40℃)
溶離液:0.2mol/L硝酸ナトリウム緩衝液(硝酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製)
流速:1.0mL/分
検出器:
ビスコテック社製TDA MODEL301(濃度検出器および90°光散乱検出器および粘度検出器(温度40℃))RALLS法
標準物質:ポリエチレンオキシド
測定サンプル:(A)成分が固形分濃度で0.5%となるように前記溶離液を加えて測定サンプルを調整し、pH10〜12になるまで水酸化ナトリウム水溶液を添加し、80℃以上の湯浴に1時間浸した後、硫酸でpH6〜8に調整し、溶離液で0.025%に希釈して測定した。
B型粘度計(東機産業(株)製)を用いて、25℃に調整したサンプルの粘度を測定した。
市販の測定機(製品名「pH METER F−14」、(株)堀場製作所製)を用いて、25℃に調整したサンプル(固形分濃度25%)のpHを測定した。
光散乱粒径解析装置(製品名「ELSZ−2」、大塚電子(株)製)を用いて測定した。
撹拌機、冷却管、窒素導入管及び温度計を備えたフラスコにイソプロピルアルコール85部、イオン交換水43部、スチレン125.9部(全モノマー成分中70%)、80%アクリル酸67.5部(全モノマー成分中30%)の混合液を窒素気流下に攪拌しながら、70℃まで昇温し、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(商品名「パーブチルO」日本油脂(株)製)を7.3部仕込んだ。更に80〜90℃まで昇温させ、4時間保温して重合体を得た後、次いで、イオン交換水200部、ハイドロキノン0.045部及び48%水酸化カリウム水溶液51.0部(重合体中のアニオン性基に対して50モル%相当)仕込んで、中和した後、イソプロピルアルコールを留去した。さらに25%アンモニア水を29.7部(共重合体中のアニオン性基に対して50モル%相当)添加して溶解させ、固形分濃度25%の重合体(A−1)を得た。(A−1)成分の重量平均分子量を表1に示す(以下同様)。
撹拌機、冷却管、2つの滴下ロート、窒素導入管及び温度計を備えた反応容器に、ジイソブチレン(2,4,4−トリメチル−1−ペンテン;純度76%)70.3部(全モノマー成分中53.4%)、無水マレイン酸46.6部(全モノマ−成分中46.6%)、トルエン180部の混合液を窒素気流下に撹拌しながら、70℃まで昇温し、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(商品名「パ−ブチルO」、日本油脂(株)製)を7.3部仕込んだ。更に80〜90℃まで昇温させ、4時間保温して重合体を得た後、次いで、イオン交換水200部、ハイドロキノン0.045部及び48%水酸化カリウム水溶液35.0部(重合体中のアニオン性基に対して100モル%相当)仕込んで、中和した後、トルエンを留去し、固形分濃度20%の重合体(A−2)を得た。
撹拌機、冷却管、滴下ロ−ト、窒素導入管及び温度計を備えたフラスコに、スチレン70部、メタクリル酸−N,N−ジメチルアミノエチル30部、イソプロピルアルコール42.9部、及び2,2′−アゾビスイソブチロニトリル2.5部を仕込み、窒素気流下に撹拌しながら80〜85℃で5時間重合反応を行った。ついで、酢酸11.5部と水300部とを加えた後、エピクロルヒドリン17.7部を加えて80℃で2時間保温し、さらに所定量の水を加えて、固形分濃度を20%に調整し、重合体(A−3)を得た。
撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えたフラスコに、コーン澱粉(商品名:「王子エ−スA」、王子コーンスターチ(株)製、固形分濃度88%)100部、APS5部、及び水300部を加えて、90℃に昇温し、1時間撹拌した。その後、固形分濃度15%となるように、水を加えた後、40℃まで冷却し、APS変性澱粉(A−7)を得た。
撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えたフラスコに、コーン澱粉(商品名:「王子エ−スA」、王子コーンスターチ(株)製、固形分濃度88%)100部、クライスタ−ゼL1(天野エンザイム(株)製)0.1部、及び水300部を加えて、75℃に昇温し、40分撹拌後、90℃に昇温して更に10分間撹拌した。その後、固形分濃度15%となるように、水を加えた後、40℃まで冷却し、酵素変性澱粉(A−8)を得た。
撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えたフラスコに、コーン澱粉(商品名:「王子エ−スA」、王子コーンスターチ(株)製、固形分濃度88%)250.0部、20%硫酸水溶液11部(固形分2.2部)、及び水300部を加えて、90℃に昇温し、1時間撹拌した。その後、固形分濃度15%となるように、水を加えた後、40℃まで冷却し、硫酸変性澱粉(A−9)を得た。
撹拌機、冷却管、窒素導入管、温度計及び2本の滴下ロ−トを備えた反応容器に、重合体(A−1)50部(固形分)、イオン交換水200部、アニオン性界面活性剤(商品名:「ハイテノ−ルLA10」、重量平均分子量:300、第一工業製薬(株)製)2部、硫酸鉄(II)七水和物0.08重量部を仕込み、反応容器内の酸素を窒素で充分に置換した後、撹拌しながら系内を80℃まで昇温した。次いで、滴下ロ−ト(I)にスチレン56部及びアクリル酸n−ブチル24部のモノマー混合物にアルキルケテンダイマー(パルミチン酸クロライド/ステアリン酸クロライド=5/95(固形分重量)の混合物を縮合させたもの)20部を溶解させた液を、滴下ロ−ト(II)に固形分濃度35%の過酸化水素水10部(モノマ−成分に対して3.5重量部)を水100部に溶解した水溶液をそれぞれ仕込み、約2時間かけて系内に滴下し、更に2時間保温して反応を完結させ、固形分濃度20.5%の製紙用表面サイズ剤を得た。得られた製紙用表面サイズ剤の粘度、pH、体積平均粒子径を表1に示す(以下同様)。
表1に示す成分及び使用量に変更して、実施例1と同様に合成し、製紙用表面サイズ剤をそれぞれ得た。なお、比較例3は界面活性剤に(A)成分を用いずに、アニオン性界面活性剤(ハイテノ−ルLA10)2部のみを用いた。
製紙用表面サイズ剤50gをマ−ロン式安定度試験器(新星産業(株)製)の容器に秤取し、温度25℃、荷重10kg、回転速度1000rpmで5分間強撹拌した後、生じた凝集物を予め秤量した350メッシュ金網で濾取した。105℃の循風乾燥機で3時間乾燥した後、金網及び凝集物の重量を測定し、凝集物の固形分重量を求めた。式1に従って値を算出し、以下の評価基準で判断した。
(式1)機械的安定性(%)=(凝集物の固形分重量(g)/製紙用表面サイズ剤の固形分重量(g))×100
(評価基準)
◎:上記算出値が0.5%未満
○:上記算出値が0.5%以上1.0%未満
△:上記算出値が1.0%以上5.0%未満
×:上記算出値が5.0%以上
コーン澱粉(商品名:「王子エ−スA」、王子コーンスターチ(株)製)を固形分濃度12%となるように脱イオン水で希釈し、澱粉の固形分重量に対してAPSを1.6%添加して、90℃で20分間保温した。固形分濃度7.5%となるように脱イオン水で希釈し、48%水酸化ナトリウム水溶液でpH5.0に調整し、APS変性澱粉を得た。前記APS変性澱粉50部に、実施例1の製紙用表面サイズ剤を1.47部混合し、塗工液を調製した。なお、塗工液中の製紙用表面サイズ剤の固形分濃度は0.88%である。また、実施例2〜20、比較例1〜4の製紙用表面サイズ剤についても同様に行い、塗工液を調製した。
各塗工液を50℃に加温し、家庭用ミキサ−で2分間処理した後に、処理直後の液面の高さを測定した(初期の液面高さは40mmである)。
バーコーターを用いて、予め液温を50℃に調整した各塗工液を上質中性紙(ステキヒトサイズ度:0.5秒、坪量:70g/m2)の表面に両面塗工した後、105℃の回転ドライヤ−で1分間乾燥させ、塗工紙を作製した。なお、原紙への製紙用表面サイズ剤の付着量は、固形分で約0.08g/m2、澱粉の付着量は、固形分で約2g/m2であった。得られた塗工紙のステキヒトサイズ度をJIS P 8122に準拠して測定した。数値が大きいほどサイズ効果に優れることを意味する。
・A−1:製造例1の重合体
・A−2:製造例2の重合体
・A−3:製造例3の重合体
・A−4:コーン澱粉(商品名:「王子エ−スA」、王子コーンスターチ(株)製)
・A−5:タピオカ澱粉
・A−6:馬鈴薯
・A−7:製造例4のAPS変性澱粉
・A−8:製造例5の酵素変性澱粉
・A−9:製造例6の硫酸変性澱粉
<(B)成分>
・B−1:St/BA=70/30(重量比(固形分換算))
・B−2:St/IBMA=70/30(重量比(固形分換算))
・B−3:St/BA/AA=65/20/15(重量比(固形分換算))
・B−4:St/BA/DM=65/20/15(重量比(固形分換算))
※St−スチレン、BA−アクリル酸n−ブチル、IBMA−メタクリル酸イソブチル、AA−アクリル酸、DM−メタクリル酸−N,N−ジメチルアミノエチル
<(C)成分>
・C−1:パルミチン酸クロライド/ステアリン酸クロライド=5/95(固形分重量)の混合物を縮合させたもの
・C−2:パルミチン酸クロライド/ステアリン酸クロライド=35/65(固形分重量)の混合物を縮合させたもの
・C−3:ベヘニン酸クロライド/ステアリン酸クロライド=90/10(固形分重量)の混合物を縮合させたもの
Claims (10)
- 重量平均分子量1,000〜500,000の界面活性剤(A)を含むシェル部と、スチレン類(b1)を含むモノマー成分の重合体(B)及びアルキルケテンダイマー(C)を含むコア部とを有するエマルジョン粒子を含む製紙用表面サイズ剤。
- (A)成分の使用量が、固形分重量で、(B)成分及び(C)成分の合計100重量部に対して20〜200重量部である、請求項1に記載の製紙用表面サイズ剤。
- (A)成分が、スチレン類(a1)及びα−オレフィン(a2)からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むモノマー成分の重合体、並びに/又は澱粉類を含む、請求項1又は2に記載の製紙用表面サイズ剤。
- (B)成分をなすモノマー成分が、更に(メタ)アクリル酸エステル(b2)を含む、請求項1〜3のいずれかに記載の製紙用表面サイズ剤。
- (B)成分をなすモノマー成分が、更に親水性基を有する不飽和モノマー(b3)を含む請求項1〜4のいずれかに記載の製紙用表面サイズ剤。
- (C)成分が、一般式(1)で表されるものである、請求項1〜5のいずれかに記載の製紙用表面サイズ剤。
- (B)成分及び(C)成分の使用比率が、固形分重量で、(B)/(C)=30/70〜99/1であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の製紙用表面サイズ剤。
- エマルジョン粒子の体積平均粒子径が50〜300nmである請求項1〜7のいずれかに記載の製紙用表面サイズ剤。
- (A)成分中に、(B)成分をなすモノマー成分及び(C)成分を滴下して乳化重合することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の製紙用表面サイズ剤の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の製紙用表面サイズ剤を含む塗工紙。
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