JP3237268B2 - 紙のサイジング方法 - Google Patents

紙のサイジング方法

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JP3237268B2
JP3237268B2 JP03077493A JP3077493A JP3237268B2 JP 3237268 B2 JP3237268 B2 JP 3237268B2 JP 03077493 A JP03077493 A JP 03077493A JP 3077493 A JP3077493 A JP 3077493A JP 3237268 B2 JP3237268 B2 JP 3237268B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規なるアミジン構造を
有する重合体を用いる紙のサイジング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、パルプの水性スラリーに酸性サイ
ズ剤及びサイズ定着剤を添加してサイジングを行うにあ
たり、ポリアクリルアミドのホフマン分解物を使用する
方法(特開昭53−1407)やN−ビニルホルムアミ
ドを加水分解して得られるポリビニルアミンを使用する
方法(特開平4−11094)が提案されている。
【0003】また、中性サイズ剤およびサイズ定着剤を
添加してサイジングを行うにあたり、N−ビニルアミド
を加水分解して得られるポリビニルアミンを使用する方
法(特開昭63−145500)が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ポリビニルアミンはパ
ルプに対する吸着性が良いという特徴があり、酸性の条
件では優れたサイズ定着作用を示す。しかし、弱酸性、
中性から弱塩基性における解離性が低く、pH変動によ
りサイズ定着性能が低下するという欠点があり、より一
層の性能向上が望まれていた。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、アミジン
構造を有する特定のカチオン性高分子をサイズ定着剤と
して用いる紙のサイジング方法により達成される。すな
わち、本発明は、パルプの水性スラリーにサイズ剤及び
サイズ定着剤を添加してサイジングを行うにあたり、サ
イズ定着剤として下記一般式(1)及び/又は(2)で
表される構造単位を35〜90モル%含有する重合体を
使用して抄造することを特徴とする紙のサイジング方法
により達せられる。
【0006】
【化3】
【0007】(式中R1 ,R2 は水素原子又はメチル基
を、X- は陰イオンを表す。)以下本発明につき詳細に
説明する。本発明のアミジン構造を有する重合体として
は前記(1)及び/又は(2)で表わされるくり返し単
位を35〜90モル%含有し、1規定の食塩水中0.1
g/dlの溶液として25℃で測定した還元粘度の値が
通常0.1〜10g/dlである。
【0008】上記(1)と(2)で表わされるアミジン
単位は、5員環からなるアミジン構造を有しており、核
磁気共鳴分光法(NMR)や赤外分光法(IR)等の分
析において通常、等価で観測されるものであり、(1)
と(2)の総量として定量される。しかしながら、下記
概念図に示す様に、後述する重合体のアミジン化反応に
おける生成高分子のくり返し単位が考慮されなければな
らない。尚、下記概念図において(3)と(4)はアミ
ジン化反応に関与しないニトリル単位およびアミノ単位
を示している。また、ここでは、(1)と(2)のアミ
ジン単位は遊離アミノ基として示した。
【0009】
【化4】
【0010】すなわち、アミジン構造を有する高分子を
製造するためには、まず、アクリロニトリルまたはメタ
クリロニトリルと、重合後の化学変性によりビニルアミ
ン単位を生成し得るビニルモノマーからなる共重合体を
合成し、ついで化学変性によりビニルアミン単位を生成
せしめ、1級アミノ基とニトリル基の閉環反応を行うこ
とが必要である。
【0011】くり返し単位(1)及び/又は(2)のア
ミジン単位を35〜90モル%有する高分子を合成する
ためには該共重合体中に通常35〜65モル%、好まし
くは40〜60モル%のアクリロニトリル又はメタクリ
ロニトリル単位が存在する必要がある。重合後の化学変
性によりビニルアミン単位を生成し得るビニルモノマー
としてはN−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトア
ミド、N−ビニルフタルイミド、N−ビニルスクシイミ
ド、N−ビニルウレタン等のN−ビニルアミド類、アク
リルアミド、メタクリルアミドが挙げられる。
【0012】重合体からビニルアミン単位を生成する方
法としては、ポリN−ビニルアミド類の場合、酸塩基に
よる加水分解、アルコーリシス、アンモノリシス等の加
溶媒反応が用いられる。また、ポリアクリルアミド、ポ
リメタアクリルアミドの場合、塩基性で次亜ハロゲン化
合物を使用するホフマン反応が用いられる。アミジン構
造を効率良く生成させるためにはビニルアミン単位のア
ミノ基の隣接位置にニトリル基が存在する必要があるの
で、アクリロニトリル又はメタクリロニトリルと交互性
の高い共重合体を生成するモノマーを使用することが好
ましい。この目的のためにはN−ビニルホルムアミドの
共重合体を使用することが特に好ましい。
【0013】ニトリル基とアミノ基のアミジン化反応
は、その生成方法は特に限定されるものではないが、通
常、酸性条件下、80〜150℃、好ましくは、90〜
120℃に加熱することにより行われる。以上のような
方法で製造されるアミジン構造を有するくり返し単位
は、前記(1)及び/又は(2)で表される。
【0014】本発明で用いるサイズ定着剤は、アミジン
単位を35〜90モル%、好ましくは45〜80モル%
を含有するカチオン性高分子が用いられる。該範囲より
アミジン単位が少ない場合には、サイズ定着剤として効
果が十分に発揮されないので好ましくない。また、アミ
ジン単位の比率が大きいほど、サイズ定着剤としての性
能は一般的に向上傾向にあるが、上述の共重合体を塩酸
水溶液中で加熱する方法等ではアミジン単位90モル%
以上のものを製造することは困難である。従って、この
ようなアミジン構造を有する高分子では任意成分とし
て、通常、以下の式(3)、(4)のくり返し単位が残
存する。
【0015】
【化5】
【0016】(式中R1 ,R2 は水素原子またはメチル
基を、X- は陰イオンを表す。)(3)と(4)はアミ
ジン化反応に関与しなかったニトリル単位とアミン単位
であり、各々、通常0〜50モル%、特に5〜45モル
%程度存在する。この場合、アミン単位(4)もカチオ
ン性基としてサイズ定着効果に関与しているものと推定
されるが、本発明においては前述のようにアミジン単位
が一定の比率範囲に含まれていることの方がサイズ定着
効果においてより重要である。
【0017】本発明のサイズ定着剤である重合体の分子
量は特に制限されないが、通常は、1規定の食塩水中
0.1g/dlの溶液として25℃で測定した還元粘度
の値が0.1〜10g/dl、好ましくは0.1〜8g
/dlである。0.1g/dl未満の場合にはサイズ定
着性が低下する傾向にあり、また10g/dlを越える
場合には、高粘度のため取扱作業が低下する傾向があ
る。
【0018】上記の方法で得られた重合体は、以下の方
法によりサイズ定着剤として使用され、成紙に優れたサ
イズ性を付与することができる。本発明で使用するサイ
ズ剤としては、特に制限はされず、各種公知のいずれを
も使用でき、pH4.5〜10の広い範囲で使用するこ
とができる。本発明方法は抄紙廃水処理の負荷を低減す
る目的や炭酸カルシウムを含有する古紙を抄紙するため
に酸性サイズ剤を用いてpH5.5〜7.5の条件で、
必要により硫酸バンドを用いて抄紙する方法において特
に有効である。
【0019】本発明で使用する酸性サイズ剤としては、
特にロジン系サイズ剤および合成系サイズ剤を例示でき
る。ロジン系サイズ剤としては、何らかの手段によりロ
ジン物質が水中に溶解または分散していればよく、アル
カリで中和した水溶液型ロジン系サイズ剤、または各種
界面活性剤もしくは水溶性高分子で乳化してなるこエマ
ルジョン型ロジン系サイズ剤を包含する。ここで、ロジ
ン物質としては、ガムロジン、ウッドロジン、トール油
ロジン、水素化ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、ア
ルデヒド変性ロジン、ロジンエステル等のロジン類、更
には該ロジン類とアクリル酸、無水マレイン酸、フマー
ル酸、イタコン酸等のα、β−不飽和カルボン酸との反
応物を例示できる。エマルジョン型ロジン系サイズ剤に
使用する界面活性剤または水溶性高分子としては、前記
ロジン物質のアルカリ中和物、アルキルベンゼンスルホ
ン酸塩、モノアルキル硫酸エステル塩、ポリエチレング
リコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリ
オキシエチレンアルキルフェニルエーテル、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
エチレンアルキルエーテルスルホン酸エステル塩、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アルキルエーテルスルホコハ
ク酸エステル塩、ポリビニルアルコール、ポリアクリル
アミド、スチレン類や(メタ)アクリル酸低級アルキル
エステル等の疎水性単量体と(メタ)アクリル酸などの
アニオン性単量体との共重合体、シェラック、カゼイン
等が挙げれる。
【0020】また、合成系サイズ剤としては、オクテ
ン、ドデセン、テトラデセン等の炭素数8〜20のオレ
フィン類、アクリル酸、メタアクリル酸、無水マレイン
酸、フマル酸、イタコン酸等のα,β−不飽和カルボン
酸との反応物が例示される。該反応物としては置換コハ
ク酸の水溶性塩、特にオクテニル無水コハク酸、ドデセ
ニル無水コハク酸等のアルケニル無水コハク酸の水溶性
塩が代表的である。より具体的には、特公昭50−56
5号公報に詳述されている。
【0021】本発明の紙のサイジング方法を実施するに
あたっては、抄紙pHに留意するほかは、公知の各種方
法を採用すれば足りる。例えば、パルプの水性スラリー
に前記酸性サイズ剤を0.05〜2重量%、硫酸バンド
を0.1〜5重量%および本発明に係るサイズ定着剤で
ある前記重合体0.005〜0.5重量%(いずれも対
パルプ固形分)添加し、常法により抄紙すればよい。各
薬品の添加順序は特に制限されないが、通常はサイズ剤
および必要により硫酸バンドを添加した後、本発明のサ
イズ定着剤が添加される。パルプの種類は特に制限され
ず、各種公知のものを任意に選択使用できる。例えば、
グランドパルプ、セミグランドパルプ、サルファイトパ
ルプ、セミケミカルパルプ、グラフトパルプ等はもちろ
んのこと、古紙を離解してなる再生パルプも使用でき、
これらは単独でまたは組み合わせて使用される。
【0022】本発明の紙のサイジング方法は、中性付近
で実施する際に特に効果があり、抄造系のpH調整をす
る場合は、硫酸バンドの使用量や、アルカリ物質である
炭酸カルシウム系填料の使用量を適宜調節して行われる
のが一般的である。また、前記のごとく、原料パルプと
して、炭酸カルシウムを含有する古紙を併用することが
可能であり、斯かる場合には成紙の製造価格および省資
源の見地から優位性がある。なお、上記の炭酸カルシウ
ムとしては特に制限されず、重質炭酸カルシウム、沈降
性炭酸カルシウム等の各種公知のものを使用でき、原料
パルプ中に、通常30重量%以下(パルプ固形分に対し
て)含まれていてもよい。
【0023】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に具体的に説
明するが、本発明は、その要旨を越えない限り以下の実
施例に限定されるものではない。 〔アミジン構造を有するポリマーの製造法〕攪拌機、窒
素導入管、冷却管を備えた50mlの4つ口フラスコに
表−1に示すモル分率のN−ビニルホルムアミドとアク
リロニトリルの混合物6.0gおよび34gの脱塩水を
入れた。
【0024】窒素ガス気流中、撹拌しつつ、45℃に昇
温し、10重量%の2,2′−アゾビス−2−アミジノ
プロパン・2塩酸塩の水溶液を0.12g添加した。撹
拌下、45℃で4時間、ついで60℃で3時間保持し、
水中に重合体が析出した懸濁物を得た。懸濁物をろ別後
40℃で真空乾燥して含水率15%の固形物を得た。こ
れを回転する50mlのナス型フラスコに入れ、重合体
中のホルミル基に対して、1.1当量の濃塩酸を添加
し、70〜100℃で5〜10時間保持し、重合体をア
ミジン化した。生成物をアセトン中で析出せしめ、これ
を真空乾燥し、固体状の重合体A〜Eを得た。
【0025】各重合体A〜Eにつき13C−NMRにより
組成を求めた。更に、生成物を1規定食塩水中、0.1
g/dlの溶液として25℃でオストワルドの粘度計に
より還元粘度を測定し結果を表−1に示した。
【0026】実施例1〜4、比較例1〜3 パルプ(炭酸カルシウム含有率が2重量%の雑誌古紙、
カナディアン・スタンダード・フリーネス430ml)
の1重量%スラリーにサイズ剤(エマルジョン型ロジン
系サイズ剤、商品名サイズパインN705荒川化学工業
(株)製)を0.2重量%添加し5分間撹拌した後、硫
酸バンドを2.0重量%添加し5分間撹拌した。
【0027】次に、表−1に記載のサイズ定着剤として
の重合体をそれぞれ0.02重量%添加し、5分間撹拌
した。このパルプスラリーを用い、タッピ・スタンダー
ド・シート・マシンによりpH6.5で抄紙した。得ら
れた湿紙を圧力3.5kg/cm2 で脱水した後、10
0℃で1分間乾燥した。これら成紙を20℃、65%R
Hの条件で24時間以上調湿した後、ステキヒトサイズ
度(JIS P8122)を測定した。結果を表−1に
示した。
【0028】
【表1】
【0029】
【発明の効果】本発明において用いるサイズ定着剤であ
るアミジン構造を有することを特徴とするカチオン性の
重合体は、広範なpH範囲に渡って解離性が良く、パル
プに対する吸着性に優れている。従って、本発明によれ
ば、広いpH範囲に渡る抄紙条件下で優れた成紙を得る
ことができ、製紙分野において寄与するところが大であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D21H 21/17 - 27/42 C08F 8/48

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルプの水性スラリーにサイズ剤及びサ
    イズ定着剤を添加してサイジングを行うにあたり、サイ
    ズ定着剤として下記一般式(1)及び/又は(2)で表
    される構造単位を35〜90モル%含有する重合体を使
    用して抄造することを特徴とする紙のサイジング方法。 【化1】 (式中R1 ,R2 は水素原子又はメチル基を、X- は陰
    イオンを表す。)
  2. 【請求項2】 サイズ定着剤が1規定の食塩水中0.1
    g/dlの溶液として25℃で測定した還元粘度の値で
    0.1〜10g/dlである請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 パルプの水性スラリーがpH5.5〜
    7.5であり、炭酸カルシウム系填料を含有した古紙を
    含有してなるものである請求項1または2記載の方法。
  4. 【請求項4】 サイズ剤がロジン系サイズ剤及び/又は
    酸性抄紙用合成サイズ剤である請求項1〜3のいずれか
    に記載の方法。
  5. 【請求項5】 下記(1)及び/又は(2)で表される
    くり返し単位を35〜90モル%含有するカチオン性高
    分子から成る紙のサイズ定着剤。 【化2】 (式中R1 ,R2 は水素原子又はメチル基を、X- は陰
    イオンを表す。)
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