JP3109195B2 - 製紙用添加剤 - Google Patents

製紙用添加剤

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明は、製紙用添加剤に関す
る。詳しくは、高分岐構造の(メタ)アクリルアミド系
共重合体を含有してなる製紙用添加剤に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、製紙用添加剤、特に紙力増強剤が
紙、板紙の製造に際し重要視されて来ている。この背景
としては、原木供給事情の悪化に伴い良質パルプの使用
が制限されたこと、さらに省エネルギーや省資源の目的
で古紙の再利用の必要性が一段と強まったことがあげら
れ、その結果として紙、板紙の改質剤としての製紙用添
加剤は一層不可欠なものとなっている。
【0003】一方、抄紙機の高速化に伴う生産性の向
上、あるいは紙の多様化に応じた品質向上の目的で、濾
水性向上剤および紙力増強剤への依存度とその使用範囲
はさらに広まっている。かかる状況下に製紙用添加剤と
しては、ポリアクリルアミド系が主流となっている。
【0004】ポリアクリルアミド系製紙用添加剤は、イ
オン性によりアニオンタイプ、カチオン(両性も含む)
タイプに分類できる。例えば、該アニオンタイプとして
は、アクリルアミドとアニオン性ビニルモノマーである
α,β−不飽和モノカルボン酸あるいはα,β−不飽和
ジカルボン酸との共重合体、またはアクリルアミド系共
重合体の部分加水分解物などが知られている。他方、カ
チオン(両性)タイプとしては、イオン性官能基の導入
方法の相違に基づいて、変性タイプと共重合タイプのも
のがある。例えば、変性タイプとしては、アクリルアミ
ド系共重合体のホフマン転位物、マンニッヒ変性物など
があり、一方、共重合タイプとしては、カチオン性ビニ
ルモノマーと(メタ)アクリルアミド、必要に応じてア
ニオン性ビニルモノマーあるいはその他の共重合しうる
ノニオン性ビニルモノマーを共重合してなる各種共重合
体が知られている(特開昭60−94697号)。
【0005】しかしながら、近年、製紙用添加剤の使用
条件はますます厳しくなってきたため、従来公知の比較
的低分子量のポリアクリルアミド系製紙用添加剤では、
添加剤としての効果の点で限界にきている。そのため、
性能の向上を図るべく高分子量化の手段が採られるが、
単に高分子量化した場合には得られる共重合体の粘度が
過度に上昇するため、抄紙時の分散性が不良となる。そ
の結果、かかる共重合体を製紙用添加剤として使用した
場合には過度の凝集が生じ、成紙の地合い乱れを引き起
こしやすい。
【0006】この問題点を解消すべく、架橋剤を使用す
ることにより分岐構造を持たせ、得られる共重合体の粘
度上昇を抑えながらその分子量を増加させようとする試
みがなされているが、架橋剤の反応性が不十分であった
り、均一な分岐構造を導入しがたい。また、架橋剤に加
えヒドロキシアルキル基を有するビニルモノマーを併用
してなる共重合体も提案されているが製紙用添加剤とし
ての効果は未だ十分でなかった(特開平2−13949
4号)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高分子量の
(メタ)アクリルアミド系共重合体を含有してなり、し
かも比較的低粘度の製紙用添加剤を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記従来技
術の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、架橋剤を
加えて分岐構造の(メタ)アクリルアミド系共重合体を
製造する方法において、さらに共重合成分としてポリア
ルキレングリコール基を有するビニルモノマーを用いて
製造した場合には、高分子量の(メタ)アクリルアミド
系共重合体を高粘度化させることなく得ることができ、
しかも該共重合体が製紙用添加剤としての諸効果に優れ
ていることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】すなわち、本発明は、(A)アクリルアミ
ドおよび/またはメタクリルアミドと、(B)アニオン
性ビニルモノマーおよび(C)カチオン性ビニルモノマ
ーから選ばれる少なくとも一種、(D)ポリアルキレン
グリコール基を有するビニルモノマー、必要により
(E)前記以外のノニオン性ビニルモノマー、並びに
(F)架橋性ビニルモノマーを共重合させて得られる共
重合体を含有してなる製紙用添加剤に関する。
【0010】本発明において、(A)成分であるアクリ
ルアミドまたはメタクリルアミドは単独使用または併用
できるが、経済性の面からはアクリルアミドを単独使用
するのがよい。
【0011】(B)成分であるアニオン性ビニルモノマ
ーとしては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロト
ン酸等のモノカルボン酸;マレイン酸、フマール酸、イ
タコン酸、ムコン酸等のジカルボン酸;ビニルスルホン
酸、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メ
チルプロパンスルホン酸などの有機スルホン酸;または
これら各種有機酸のナトリウム塩、カリウム塩等があげ
られ、これらの一種を単独でまたは2種以上を使用でき
る。
【0012】(C)成分であるカチオン性ビニルモノマ
ーとしては、代表的なものにはジメチルアミノエチル
(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)
アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリ
ルアミド、ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルア
ミド、アリルアミン、ジアリルアミン、もしくはトリア
リルアミンなどの第三級アミノ基を有するビニルモノマ
−またはそれらの塩酸、硫酸、酢酸などの無機酸もしく
は有機酸の塩類、または該第三級アミノ基含有ビニルモ
ノマ−とメチルクロライド、ベンジルクロライド、ジメ
チル硫酸、エピクロルヒドリンなどの四級化剤との反応
によって得られる第四級アンモニウム塩を含有するビニ
ルモノマ−などがあげられ、これらの一種を単独でまた
は2種以上を使用できる。
【0013】本発明では(D)成分であるポリアルキレ
ングリコール基を有するビニルモノマーを使用すること
を必須とする。ポリアルキレングリコール基としては、
少なくとも2個のオキシアルキレン基の繰り返し単位を
有するものであればよく、通常繰り返し単位10個程度
までのものを使用するのが好ましい。すなわち、該成分
は分子中にオキシアルキレン基に起因する連鎖移動点が
複数存在することを利用して、これにより得られる共重
合体により多くの分岐構造を導入しようとするものであ
る。(D)成分の具体例としては、ジエチレングリコー
ルモノ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコール
モノ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコール
モノ(メタ)アクリレート等のポリエチレングリコール
モノ(メタ)アクリレート、前記同様のポリプロピレン
グリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリエ
チレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリトリ
メチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリテ
トラメチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポ
リエチレングリコールプロピレングリコールモノ(メ
タ)アクリレート等があげられる。
【0014】任意モノマー成分である(E)ノニオン性
ビニルモノマーとしては、前記(B)アニオン性ビニル
モノマーのアルキルエステル(アルキル基の炭素数1〜
8)、アクリロニトリル、スチレン、酢酸ビニル、メチ
ルビニルエーテルなどがあげられる。
【0015】(F)成分である架橋性ビニルモノマーの
代表的なものとしては以下のものがあげられる。たとえ
ば、2官能性ビニルモノマーとしては、エチレングリコ
ールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ
(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メ
タ)アクリレート等のジ(メタ)アクリレート類、メチ
レンビス(メタ)アクリルアミド、エチレンビス(メ
タ)アクリルアミド、ヘキサメチレンビス(メタ)アク
リルアミド等のビス(メタ)アクリルアミド類、アジピ
ン酸ジビニル、セバシン酸ジビニル等のジビニルエステ
ル類、アリルメタクリレート、エポキシアクリレート
類、ウレタンアクリレート類、N−メチロールアクリル
アミド、ジアリルアミン、ジアリルジメチルアンモニウ
ム、ジアリルフタレート、ジアリルクロレンデート、ジ
ビニルベンゼン等があげられる。また、3官能性モノマ
ーとしては、1,3,5−トリアクリロイルヘキサヒド
ロ−S−トリアジン、トリアリルイソシアヌレート、ト
リアリルアミン、トリアリルトリメリテート、N,N−
ジアリルアクリルアミド等を、4官能性ビニルモノマー
としては、テトラメチロールメタンテトラアクリレー
ト、テトラアリルピロメリテート、N,N,N’,N’
−テトラアリル−1,4−ジアミノブタン、テトラアリ
ルアミン塩、テトラアリルオキシエタン等があげられ
る。これらは一種を単独でまたは2種以上を使用でき
る。これらのなかでも、製造時の反応制御が容易なこと
から、官能基がすべて二重結合のものを使用するのが好
ましい。
【0016】本発明において、(A)〜(F)成分の各
使用量は、得られる共重合体の製紙用添加剤としての性
能を十分考慮して決定しなければならない。すなわち、
(A)成分は(A)〜(F)成分の総モル和に対し、通
常60〜98モル%程度、好ましくは70〜96モル%
であり、(B)、(C)成分は同様に通常1〜20モル
%程度、好ましくは2〜15モル%であり少なくともい
ずれかの成分を含んでいなければならない。(E)成分
も同様に通常25モル%程度以下、好ましくは20モル
%以下とされる。前記各成分が、前記範囲外の場合には
いずれの場合にも十分な紙力増強効果は得られない。ま
た、(F)成分も同様に通常0.01〜5モル%程度、
好ましくは0.05〜2.0モル%とされる。0.01
モル%に満たない場合は十分な分岐構造が得られず、ま
た5モル%を越える場合には得られる共重合体が水不溶
性となり好ましくない。
【0017】更に、本発明において使用する(D)成分
の使用量は、得られる共重合体の製紙用添加剤としての
性能に重要な影響を及ぼすため、特に慎重に決定されね
ばならない。通常は、(A)〜(F)成分の総モル和に
対し、通常0.1〜20モル%程度、好ましくは0.5
〜10モル%の範囲とされる。0.1モル%未満の場合
には連鎖移動効果による分岐点の生成が少なく、分岐構
造が不十分あるいは不均一となり製紙用添加剤としての
効果の向上がほとんど認められず、また、20モル%を
越える場合には、連鎖移動効果が大きくなりすぎ低分子
量体が多く生成し、場合によっては重合反応が充分に進
まなくなるため好ましくない。
【0018】本発明に用いられる共重合体の合成は、従
来公知の各種方法により行うことができる。例えば、所
定の反応容器に上記各種モノマ−((A)〜(F)成
分)および水を仕込み、過硫酸カリウム、過硫酸アンモ
ニウム等の過硫酸塩、またはこれらと亜硫酸水素ナトリ
ウムのごとき還元剤とを組み合わせた形のレドックス系
重合開始剤等の通常のラジカル重合開始剤を加え、撹拌
下、加温することにより目的とする水溶性の(メタ)ア
クリルアミド系共重合体を得ることができる。
【0019】かくして得られた共重合体は、(D)成分
を使用したことにより、単に架橋性ビニルモノマーを用
いて得られた従来公知の架橋型のアクリルアミド系共重
合体に比べてより高分岐構造となっている。そのため、
本発明の共重合体は重量平均分子量を通常200万〜1
000万程度となるように高分子量化した場合にも、粘
度は従来公知の架橋型のアクリルアミド系共重合体と変
わらず、固形分濃度15重量%に換算して15000c
ps程度以下の性状で使用できる。
【0020】
【発明の効果】本発明の高分子量かつ高分岐構造の(メ
タ)アクリルアミド系共重合体を含有してなる製紙用添
加剤は、パルプ繊維間での接点が多く紙力増強効果等の
製紙用添加剤としての種々の特徴ある性能を示す。その
結果として、近時の厳しい抄紙条件下でも製紙用添加剤
としての優れた諸効果を奏する。また、高分子量の共重
合体にもかかわらず比較的低粘度であり作業性にも優れ
る。
【0021】
【実施例】以下、実施例および比較例を挙げて本発明を
より具体的に説明する。なお、部および%はいずれも重
量基準による。
【0022】実施例1 撹拌機、温度計、還流冷却管および窒素ガス導入管を備
えた四つ口フラスコに、アクリルアミド81部、80%
アクリル酸水溶液6部、ジメチルアミノエチルメタクリ
レ−ト10部、ジエチレングリコールモノメタクリレー
ト4部、トリアリルイソシアヌレート0.3部およびイ
オン交換水370部を仕込み、窒素ガスを通じて反応系
内の酸素を除去した。次に、系内を40℃にし撹拌下に
重合開始剤として過硫酸アンモニウム0.25部および
亜硫酸水素ナトリウム0.15部を投入した。85℃ま
で昇温した後、2時間保温した。重合終了後、イオン交
換水186部を投入し、pH4.2、固形分15.1
%、粘度(25℃)が9400cpsの共重合体水溶液
を得た。得られた分岐型共重合体水溶液の性状値を表2
に示す。
【0023】実施例2〜5および比較例1〜6 実施例1において、(A)〜(F)成分の種類またはそ
の使用量のうちいずれか少なくとも1種を表1のように
変えたほかは、実施例1と同様の操作を行い共重合体水
溶液を得た。得られた各共重合体水溶液の性状値を表2
に示す。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】(性能評価方法1)段ボ−ル古紙をナイア
ガラ式ビーターにて叩解し、カナディアン・スタンダー
ド・フリーネス(C.S.F)420mlに調整したパ
ルプに硫酸バンドを1.6%添加してpH5.5とし、
ついで上記各実施例および比較例で得られた各共重合体
水溶液を紙力増強剤として対パルプ0.6%を添加し、
撹拌した後、パルプスラリ−濃度を0.1%になるよう
に希釈し、タッピ・シートマシンにて坪量150g/m
2 となるよう抄紙し、5Kg/cm2 で2分プレス脱水
した。次いで回転型乾燥機で105℃において3分間乾
燥し、20℃、65%R.H.の条件下に24時間調湿
したのちJIS P 8112に準じ、比破裂強度を測
定した。結果を表3に示す。
【0027】(性能評価方法2)BKPをナイアガラ式
ビーターにて叩解し、(C.S.F)550mlに調整
したパルプ(pH6.8)に、上記各実施例および比較
例で得られた各共重合体水溶液を上記と同様に添加し、
上記と同様の操作を行い、比破裂強度を測定した。結果
を表3に示す。
【0028】
【表3】
【0029】表2、表3の結果より、本発明で得られる
(メア)アクリルアミド系共重合体は、従来品に比べて
高分子量体でありながら、ほぼ同様の粘度であり、また
優れた紙力増強効果を発現していると認められる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 中島 庸子 (56)参考文献 特開 昭63−50597(JP,A) 特開 昭58−23993(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D21H 17/00 - 27/42

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)アクリルアミドおよび/またはメ
    タクリルアミドと、(B)アニオン性ビニルモノマーお
    よび(C)カチオン性ビニルモノマーから選ばれる少な
    くとも一種、(D)ポリアルキレングリコール基を有す
    るビニルモノマー、必要により(E)前記以外のノニオ
    ン性ビニルモノマー、並びに(F)架橋性ビニルモノマ
    ーを共重合させて得られる共重合体を含有してなる製紙
    用添加剤。
  2. 【請求項2】 前記(D)成分がポリエチレングリコー
    ルモノ(メタ)アクリレートまたはポリプロピレングリ
    コールモノ(メタ)アクリレートである請求項1記載の
    製紙用添加剤。
  3. 【請求項3】 前記(D)成分の使用量が(A)〜
    (F)成分の総モル和の0.5〜20モル%である請求
    項1記載の製紙用添加剤。
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