JP3295713B2 - ロジン系サイズ剤の定着方法 - Google Patents
ロジン系サイズ剤の定着方法Info
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Description
法に関するものであり、詳しくはロジン系サイズ剤を含
有し、中性〜アルカリ性の製紙原料スラリー中に特別な
水溶性重合体を添加して抄紙することにより、サイズ効
果を向上させるためのサイズの定着方法に関する。
く使用されているものは、アルケニル無水コハク酸(以
下ASAと略記する)であり、次いでアルキルケテンダ
イマー(以下AKDと略記する)である。
問題点がある。ASAは石油製品の誘導体として簡単に
合成可能であり、原料的にも多量に入手可能であるが、
水に接触すると分解し易いため、抄紙時、乳化剤および
定着剤であるカチオン性重合体とともに乳化し、原料ス
ラリー中に添加される。製品原料に吸着されなかった乳
化粒子は分解し、白水中に流出する。回収された白水中
の乳化粒子はワイヤー上で再び吸着してもサイズ効果に
は寄与しないし、徐々に分解しピッチトラブルの原因に
なる。
ので、原料的にも限られること、製紙原料に吸着しても
乾燥後すぐにはサイズ効果を発現せず、オンマシン的に
塗工原紙とすることができないこと、紙の摩擦係数が減
少するため紙同士が滑り易くなる。
サイズ剤(以下中性ロジンと略記する)が開発され徐々
にではあるが普及しつつある。しかし中性ロジンにも問
題がある。それは表面電荷がアニオン性であるため、後
に添加される歩留向上剤の凝集能を低下させることであ
る。
ンを多量に添加し、中性ロジンの表面電荷を中和する方
法が一般的に行なわれている。ところがこの処理により
抄紙系のゼータ電位が0ミリボルト付近かプラスにな
り、やはり歩留剤の凝集能は改善されず、ワイヤー上の
総歩留率が向上せず、その結果サイズ効果が十分に発現
しない。
チオン性重合体であるため、凝集機態としては表面電荷
の中和作用は少なく、主に架橋吸着による凝集が主なも
のである。つまり初めにカチオン変性デンプンを添加し
ているので、後から加える歩留剤の吸着サイトが非常に
少なくなってしまうことに起因するものと考えられる。
ンプンの一部を合成系低分子カチオン性重合体で置き換
える処方が考えられ、AKDには応用されているが(特
開昭55−12868号公報)、中性ロジンにはまだ応
用されていない。
アルカリ性pH領域でゾル状水酸化アルミニウムを添加
する方法(特開平1−239198号公報)、または塩
基性ポリ硫酸アルミニウムを添加する方法(特開平6−
17398号公報)、あるいは中性ロジン使用時、填料
としてカチオン性水溶性高分子で表面処理した炭酸カル
シウムを添加する方法(特開平6−92007号公報)
などが提案されているが、いずれも製紙原料のフロック
形成能が弱過ぎ、ワイヤー上の総歩留が十分でなく、結
果としてサイズ効果も向上しない。
般にアニオン性であるが、酸性抄紙においては硫酸バン
ドが多量に添加されるため抄紙系が酸性になることにも
より歩留向上剤の機能を阻害する因子が比較的少ない。
しかし、中性、アルカリ性抄紙においてはロジン系サイ
ズ剤の表面電荷の中和が大きな問題となる。
面電荷は中和されるが、抄紙系ゼータ電位が0あるいは
プラスに転じ歩留向上剤の機能が弱まり、製紙原料のワ
イヤー上での歩留率が低下し、その結果サイズの歩留率
は低下し、サイズ度が向上しない。
0.4〜0.7%は酸性抄紙の添加量0.15〜0.2
%に比べ非常に多い。この原因は中性ロジンの性能その
ものにも起因するが、もう一つの原因は歩留率である。
歩留率を向上すれば添加量を減少させ、コストの低減に
もつながるだけでなく、抄紙系のビッチトラブルの減少
にもつながり、重要な意味をもつ。
率を向上させることによりサイズ効果を向上させるロジ
ン系サイズ剤の定着方法を提供することである。
して、本発明者等は鋭意研究を行なった結果、中性ロジ
ンを含有するpH7〜10の製紙原料スラリー中にアク
リロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム塩を必須
成分とする複数種の水溶性単量体から成る水溶性重合体
を添加して抄紙することにより、サイズ効果が向上する
ことを発見し、本発明に到達したものである。
使用する水溶性重合体を構成する単量体はアクリロイル
オキシエチルトリメチルアンモニウム塩(以下DMQと
略記する)を必須成分とする。具体的な単量体の例とし
ては、塩化物が最も一般的である。DMQを使用する理
由は重合度が十分高く、架橋反応が起こらず、水への溶
解性が優れ、適度なカチオン密度を持つ重合体が得られ
ること等による。
単量体であるメタクリロイルオキシエチルトリメチルア
ンモニウム塩やジメチルジアリルアンモニウム塩等によ
り性能の良い水溶性重合体を製造することが可能であ
る。単量体中に占めるDMQの割合は5〜90モル%で
あり、好ましくは通常10モル%〜80モル%で行なう
が、20モル%〜60モル%である方がより好ましい。
5モル%以下であると水溶性重合体の電荷密度が十分で
はなくサイズ定着剤の効果が悪い。また90モル%以上
であると水溶性重合体の電荷密度が高くなりすぎ、抄紙
系に悪影響を与え好ましくない。
ミドが最も一般的であり、単量体中に占めるアクリルア
ミドは通常0〜95モル%であり、好ましくは10モ%
〜90モル%、より好ましくは30モル%〜80モル%
である。その他共重合可能な単量体としてアニオン性単
量体があり、単量体中に占めるアニオン性単量体は通常
0〜10モル%である。アニオン性単量体の具体例とし
てアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、2−アクリ
ルアミド2−メチルプロパンスルホン酸等である。
は、前記カチオン性単量体、アニオン性単量体、ノニオ
ン性単量体を共重合して得ることができる。
であり、pH3〜4.5付近に単量体水溶液を調整した
後、そのまま水溶液重合を行なうのであれば単量体濃度
として、10〜40%で重合する。また逆相乳化重合を
行なうのであれば、適切なパラフィン系あるいは芳香属
系炭化水素中にHLBの低い乳化剤を用い、W/Oの状
態に逆相乳化させ、単量体濃度20〜50%で、水溶性
あるいは油性の重合開始剤を用い重合させる。
共重合体を製造する場合は、逆相乳化重合は好適な重合
法といえる。また単量体濃度として、40%の水溶液で
重合させる場合は、重合後はゴム状のゲルが生成する
が、ミートチョッパー等で造粒後、乾燥し、適度に粉砕
すれば粉末状の共重合体が得られる。この他重合法は種
々考えられ、特に限定されない。
る。本発明で使用する共重合体の粘度は、一般的に使用
されている定着剤あるいは歩留剤の粘度と比較した場
合、より高粘度の重合体を使用する。この理由は以下の
ように推察される。まず高分子量のカチオン性重合体の
機能は水中に分散した微粒子の表面電荷を一部中和す
る。また高分子鎖によって粒子同士を連結し、いわゆる
架橋吸着によってマクロなフロックを形成する。このフ
ロック形成によって、製紙原料中のパルプ繊維、填料等
とともにロジン粒子が同時に凝集しフロック内に取り込
まれる。
に中和されていなければ、パルプや填料のフロック中に
ロジン粒子が取り込まれにくい。したがって併用される
カチオン変性デンプン等によって後から添加する歩留剤
に影響しない程度に表面電荷を中和しておく必要があ
る。
代わりに、低分子量のカチオン性重合体をカチオン変性
デンプンと併用した場合は、低分子量であるため、表面
電荷の中和が主に起こり、またフロックの形成は起こり
にくい。さらにロジン粒子だけでなく填料粒子、パルプ
等もゼータ電位が0に近づき後に添加される歩留向上剤
の効果が低下する。
場合、カチオン変性デンプンによりロジン系サイズ剤表
面電荷の一部を中和しておき、水溶性共重合体で表面電
荷の中和および架橋吸着によってマクロなフロックを形
成させ、サイズ粒子もこのマクロなフロックに取り込ま
せる。この時、ワイヤー上で十分な総歩留率が達成で
き、かつ成紙の地合も問題ないような添加量まで添加で
きるのであれば、歩留剤の併用は必要ない。歩留剤の併
用は製紙工程上の添加場所、歩留率、地合、コスト等総
合的に判断される。また製紙工程中の添加場所を複数箇
所検討することによって、いわゆるジュアル処方も可能
である。
共重合体の粘度は4%食塩水中で測定した時の極限粘度
〔η〕が8以上である。ロジン系サイズ剤は一般的にア
ニオン性であるので、歩留剤の凝集機能を阻害し易い。
したがって、8未満であると十分な凝集機能が得られ
ず、ロジン系サイズ剤の歩留が向上しない。
リー中に添加する場合の重合体濃度と製紙工程中におけ
る添加場所、および他の薬品との併用について述べる。
先ず、重合体濃度は製品粘度により一定ではないが、
0.05〜0.2%に希釈すれば十分良好な分散性が得
られる。次に添加場所であるが、本発明は高粘度品の定
着剤によってマクロなフロックを形成させ、スラリーが
受けるシェアによって適度な大きさのフロックに壊す。
と、パルプ、填料、サイズ剤のワイヤー上の歩留率は低
下する。したがって、いわゆるミキシングボックスと呼
ばれている原料パルプに填料、硫酸バンド、サイズ剤、
カチオン変性デンプン、紙力増強剤等が添加される場所
ではワイヤー上で抄紙されるまでの工程が長すぎ、フロ
ックは破壊されすぎてしまう。
ァンポンプと呼ばれる白水を混合して抄紙濃度である
0.5%前後に希釈されるポイントの前、あるいは異物
を取り除くラモスクリーン前後等が考えられる。
ントナイトやコロイド状ケイ酸塩を併用する場合、本発
明の水溶性共重合体はファンポンプの手前、歩留向上剤
はラモスクリーン手前、ベントナイトやコロイド状ケイ
酸塩は出口、定着剤と歩留向上剤との二液添加では、本
発明の水溶性共重合体をファンポンプ手前、あるいはラ
モスクリーン手前に添加し、歩留向上剤はラモスクリー
ンの前あるいは後、定着剤単独使用の場合は、ラモスク
リーン手前か、出口に添加する。
うのであれば、定着剤の添加場所はファンポンプの手
前、ベントナイトまたはコロイド状ケイ酸塩はラモスク
リーン前後となる。
サイズ剤について述べる。ロジン系サイズ剤は酸性抄紙
用サイズ剤として、サイズ処理する場合はほぼ全ての酸
性抄紙系で使用されてきたが、前述のようにASAやA
KDを補うものとし、中性抄紙ロジンサイズ剤が開発さ
れた。
ンと略記する)は中性あるいは弱アルカリ性でも硫酸バ
ンドの併用なしで一定程度のサイズ度は発現する。しか
し填料として炭酸カルシウムを使用した場合pHも8前
後とやや高くなることも関係して、サイズ効果はほとん
ど発現しない。つまり、炭酸カルシウムの影響を受け易
い。
ロジンで炭酸カルシウム存在下で、pH7.0〜10.
0付近でも十分サイズ効果を発現する。ただしサイズ効
果が十分ではなく、前述のように添加量が多いという欠
点がある。またASAやAKDが乳化助剤を適当に選べ
ば、カチオン性に帯電することができるが、中性ロジン
ではまだそうした安定な分散液を製造する技術が確立し
ていない。
を適当量添加できる酸性抄紙では問題ないが、炭酸カル
シウムを添加するアルカリ抄紙では、硫酸バンドの添加
量が限られること、また硫酸バンドは弱カチオンにしか
帯電していない重合性水酸化物となるため、ロジン粒子
の表面電荷の中和には役立たず、後から添加する歩留剤
の対する凝集阻害因子となる。このため本発明の定着剤
が重要な役割をすることになる。
しない中性から弱アルカリ性では一般の酸性ロジンの定
着剤として、硫酸バンドと併用しても効果を発現する
が、その特徴がよく発揮されるのは、中性ロジンを使用
して抄紙する場合である。
加順序の問題であるが、これは抄紙現場の状況に合わせ
て適切に検討すべきである。一応の基本的な添加順序と
しては、原料パルプスラリー中に填料、染料、カチオン
変性デンプン、紙力増強剤、硫酸バンド、ロジン系サイ
ズ剤等を添加、混合する。この時、定着剤単独使用の場
合は、この後に定着剤を添加する。
剤、歩留剤の順である。ジュアル処方であれば、定着
剤、歩留剤の後にベントナイトあるいはコロイド状ケイ
酸塩の順に添加する。しかしこれは固定的なものではな
く、抄紙系の状況に合わせて最も総歩留率、サイズ度、
また地合等が良くなる処方を検討する。
たり0.002%〜0.1%が目安であるが、これも一
義的に決まるものではない。たとえば定着剤単独使用で
は、0.02%〜0.08%、歩留剤と併用では0.0
05%〜0.03%、ジュアル処方では0.005%〜
0.03%の範囲となろう。
製紙工程で使用されている公知の各種填料がいずれも使
用可能であるが、アルカリ抄紙ならば重質炭酸カルシウ
ム、軽質炭酸カルシウムを使用することができるが、p
H7前後で抄紙するのであれば、カオリン、二酸化チタ
ン白土、クレー、合成シリカ等も使用できる。
ズ処理する場合は、硫酸バンドを併用するのが普通であ
り、その結果、酸性抄紙ではpH4〜6の酸性になる。
抄紙pHが7.0〜7.5の中性付近で、かつ炭酸カル
シウム以外の填料を使用するのであれば、酸性ロジンを
用い硫酸バンドなしでもサイズ処理は可能であるが、炭
酸カルシウム使用時は中性ロジンを用い、硫酸バンドを
添加する。炭酸カルシウムを使用するため硫酸バンドの
添加量は可能な限り少量に抑えなければならないが、ロ
ジン系サイズ剤には硫酸バンドは必須である。アルミナ
換算純分が8%である硫酸バンドを有姿で対製紙原料
0.5%添加すると、pHは約8.2、1%添加では約
8.1、2%添加すると約8.0になる。抄紙現場の状
況により一義的にはいえないが、中性ロジンの場合、硫
酸バンドは1〜2%の範囲で必要になる。本発明の定着
剤を使用する場合も同様の硫酸バンド添加量になる。
容をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの内容
に何ら限定されるものではない。
オン性単量体、アニオン性単量体、ノニオン性単量体を
それぞれ一定のモル分率で、合計重量が15%になるよ
うにイオン交換水に溶解し、溶液のpHを3.5とす
る。単量体水溶液を40℃に保ち、30分間窒素ガスを
流し、溶液中の酸素を除く。その後、対単量体当たり、
2,2′−アゾビスアミノジプロパン二塩酸塩を100
ppm 添加し、窒素ガスを流しながら、40℃で20時間
重合する。その後、各溶液をアセトン中に投入し重合体
を析出させ、真空乾燥して対応する重合体(試作No.
1〜19)を得た。これらを4%食塩中に、0.1、
0.05、0.01、0.005g/dlの各濃度に溶解
し、25℃においてオストワルト粘度計を用いて還元粘
度を測定した後、濃度0に外挿することにより極限粘度
〔η〕を推定した。各単量体溶液のモル分率、極限粘度
の測定結果を表1に示す。
(LBKP)をCSF−400mlに叩解し、濃度0.8
75%に調整する。この分散液1000mlを採取しブリ
ット式歩留試験機の攪拌機に投入した後、軽質炭酸カル
シウム、カチオン変性デンプン、液体硫酸バンド、市販
の中性抄紙用ロジン、本発明の定着剤(試作No.2〜
6)を各々表2に示した一定添加量、500rpm の攪拌
強度により10秒の間隔で添加し、定着剤添加後15秒
攪拌した後、歩留向上剤を一定量添加し、10秒攪拌
し、20メッシュのワイヤーで濾過することにより、ワ
イヤー上に残った紙料を採取して坪料60g/m2 の紙
を角型抄紙機により抄紙した。各成紙は3枚の濾紙をは
さみ、5kg/cm2 、5分の条件で2回プレスした。その
後、回転式ドラムドライヤーにより100℃、1.5分
乾燥し、65RH、20℃の恒温、恒湿室で18時間調
整した後、ステキヒト法によるサイズ度を測定した。同
時に初期濾水150mlを採取し、炭酸カルシウムおよび
総歩留率を測定した。以上の結果をまとめて表2に示
す。
試作No.1とNo.7につき試験した。また同時に市
販凝集剤エイジフロック40VHV(ポリジメチルジア
リルアンモニウムクロライド、CPS社製)(比較品
1)、ハイモロックQ−101(アミンエピタロロヒド
リン樹脂、ハイモ社製)(比較品2)、パーコール47
(アライドコロイド社製)(比較品3)も試験した。以
上の結果をまとめて表2に示す。
様にして、試作No.11,No.12(アニオン化度
の変化)、試作No.14,No.15,No.16
(アニオン性単量体の変化)についてそれぞれ試験し
た。結果をまとめて表3に示す。
て、試作No.8,No.9,No.10(カチオン性
単量体の変化)についても試験した。同時に市販の歩留
向上剤、パーコール47(アライドコロイド社製)(比
較品3)につき試験した。結果をまとめて表3に示す。
調べるため、実施例1〜10と同様に試作No.4,N
o.18,No.19につき試験した。結果をまとめて
表4に示す。
て、試作No.17につき試験した。同時にパーコール
47(アライドコロイド社製)(比較品3)も試験し
た。結果をまとめて表4に示す。
効果を調べるため、最後の歩留剤を添加しなかった以外
は実施例21〜26と同様に試作No.2,No.3,
No.4,No.5,No.6,No.11,No.1
2につき試験した。結果をまとめて表5に示す。
て、試作No.1,No.7,No.17につき試験し
た。同時に、比較品1および比較品3も試験した。結果
をまとめて表5に示す。
の効果を調べるため、実施例27〜40と同様に試作N
o.2,No.3,No.4,No.5,No.6につ
き試験した。各薬品の添加順序は炭酸カルシウム、カチ
オン変性デンプン、液体硫酸バンド、中性ロジン、本発
明定着剤、ベントナイト、歩留剤であり、歩留剤以外は
15秒間攪拌し、歩留剤添加後10分間攪拌し試験し
た。結果をまとめて表6に示す。
No.1およびNo.7につき試験した。同時に比較品
1および比較品2も試験した。結果をまとめて表6に示
す。
併用時の効果を調べるため、実施例41〜50と同様に
試作No.2,No.3,No.4,No.5につき試
験した。結果をまとめて表7に示す。
No.1およびNo.7につき試験した。同時に比較品
1および比較品2も試験した。結果をまとめて表7に示
す。
用すると、サイズ剤の添加量が同じであればサイズ効果
が向上する。したがってサイズ剤の添加量が減少できる
ため、製紙コストの低減、ピッチトラブルの減少等が達
成でき、製紙工業における貢献は多大なものがある。
Claims (6)
- 【請求項1】 中性抄紙用ロジン系サイズ剤を含有する
pH7〜10の製紙原料スラリー中に、アクリロイルオ
キシエチルトリメチルアンモニウム塩を必須成分として
5〜90モル%含む複数種の水溶性単量体の重合体であ
って、極限粘度〔η〕(25℃の4%食塩水中における
極限粘度)が8以上である重合体から成るロジン系サイ
ズ定着剤を加えて抄紙することを特徴とするロジン系サ
イズ剤の定着方法。 - 【請求項2】 アクリロイルオキシエチルトリメチルア
ンモニウム塩とアクリルアミドを必須成分とする水溶性
単量体の重合体から成るロジン系サイズ定着剤を用いる
ことを特徴とする請求項1に記載のロジン系サイズ剤の
定着方法。 - 【請求項3】 単量体中に占めるアクリロイルオキシエ
チルトリメチルアンモニウム塩の割合が20〜60モル
%である単量体混合物の共重合体から成るロジン系サイ
ズ定着剤を用いることを特徴とする請求項1あるいは請
求項2に記載のロジン系サイズ剤の定着方法。 - 【請求項4】 中性抄紙用ロジン系サイズ剤を含有する
製紙原料スラリー中にアルミニウム塩を添加、混合した
のち、ロジン系サイズ定着剤を添加することを特徴とす
る請求項1ないし請求項3に記載のロジン系サイズ剤の
定着方法。 - 【請求項5】 中性抄紙用ロジン系サイズ剤を含有する
製紙原料とロジン系サイズ定着剤との混合が、白水によ
る希釈工程以降で行なれることを特徴とする請求項1な
いし請求項4に記載のロジン系サイズ剤の定着方法。 - 【請求項6】 填料が炭酸カルシウムを含有することを
特徴とする請求項1ないし請求項5に記載のロジン系サ
イズ剤の定着方法。
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JP30845994A JP3295713B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | ロジン系サイズ剤の定着方法 |
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JP30845994A JP3295713B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | ロジン系サイズ剤の定着方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH08144189A JPH08144189A (ja) | 1996-06-04 |
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JP30845994A Expired - Fee Related JP3295713B2 (ja) | 1994-11-18 | 1994-11-18 | ロジン系サイズ剤の定着方法 |
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JP4891601B2 (ja) * | 2005-12-02 | 2012-03-07 | ハリマ化成株式会社 | 板紙の製造方法 |
JP5534304B2 (ja) * | 2009-08-28 | 2014-06-25 | ハイモ株式会社 | サイズ剤の定着方法 |
-
1994
- 1994-11-18 JP JP30845994A patent/JP3295713B2/ja not_active Expired - Fee Related
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