JP4245279B2 - 共重合体ラテックス組成物および該組成物を使用した紙塗工用組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジエン系共重合体ラテックス組成物、およびそれを用いる紙塗工用組成物に関し、さらに詳しくは、オフセット印刷、グラビア印刷に供される塗工紙あるいは塗工板紙、その他に使用する紙塗工用のバインダーとして高品質で、かつ非常に優れる塗工操業性を有するジエン系共重合体ラテックス組成物、および該組成物を使用した紙塗工用組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、合成共重合体ラテックスは、例えば紙塗工用バインダー、カーペットバックサイジング用バインダー、不織布や人工皮革などの繊維結合用バインダー、あるいは各種材料の粘接着剤などとして広く用いられてる。そして、共重合体ラテックスがこのような用途に用いられる場合、共重合体ラテックスは、接着強度が強く、耐水性、乾燥加熱による耐ブリスター性などに優れていることが要求される。
【0003】
塗工紙とは、紙の印刷適性の向上および光沢などの光学的特性の向上を目的して、抄造された原紙表面に、カオリンクレー、炭酸カルシウム、サチンホワイト、タルく、酸化チタンなどの顔料、それらのバインダーとしての共重合体ラテックスおよび保水剤あるいは補助バインダーとしてスターチ、カゼイン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースなどの水溶性高分子を主構成成分とする紙塗工用組成物が塗工されたものである。
【0004】
共重合体ラテックスとしては、スチレンとブタジエンを主要単量体成分とし、これらを乳化重合して得られたスチレン−ブタジエン系共重合体ラテックス、いわゆるSB系ラテックスが汎用的に用いられている。
近年、カラー印刷された雑誌類やパンフレット、広告類の需要の拡大に伴って印刷速度の高速化が進められており、塗工紙および顔料バインダーに対する要求水準はますます高度化している。その中でも、特にインクピック抵抗性、いわゆるドライピック強度と、湿し水が塗付された後のインクピック抵抗性、いわゆるウェットピック強度の向上が強く求められている。これらのピック強度性能自体負の相関関係にあるだけでなく、他の印刷物性、すなわち耐ブリスター性、網点再現性などとも負の相関関係にあるため、これらの諸物性を高水準にバランス化させる改良が一段と要求されている。塗工紙のこれらの性質は、顔料バインダーとして用いられているSB系ラテックスの性能に強く依存することから、これまでSB系ラテックスについても種々の検討がなされてきた。
【0005】
例えば、これらの諸物性の高バランス化を目指し、2段もしくは多段重合法において特定のモノマー組成で重合する方法を用いたラテックスの改良が提案されている(第1427990号,特開昭62−117897号,特開平6−240559号,特開平7−258308号,特開平7−324112号,特開平7−324113号,特開平9−25308号、特開平9−31141号,特開平9−31895号、特開2000−351803号)。上記改良は、共重合体ラテックス粒子内に、低いガラス転移温度を有する(共)重合体部分と高いガラス転移温度を有する共重合体部分とが存在することにより、高いドライピック強度とウェットピック強度とを同時に発現させることができる。一方、塗工操業性について、特にバッキングロール汚れを防止するために、バッキングロールを汚さないこと(全く汚さないことは不可能)(湿潤ベタツキ性に対応)と、バッキングロールが汚れてもフロークリン水によりその汚れが取れること(再分散性に対応)の両方が必須であるが、上記改良では、耐バッキングロール汚れ適性の指標となる湿潤ベタツキ性と再分散性を共に向上させる方法として十分とは言い難かった。
【0006】
一方、塗工紙の生産能力を向上するために近年高速塗工化が進んでおり、塗工液においては塗工の高速化に伴う乾燥能力の低下への対応および生産効率を高める目的で塗工液の高固形分化が進められている。塗工液を高固形分化するには、重質炭酸カルシウムの配合率を高める等の顔料面からの流動性の改良とスターチ等の増粘性の大きい水溶性バインダーを減らし、ラテックスを増量することによるバインダー面からの改良が採られている。しかし、炭酸カルシウム比率を高める顔料面からの流動性の改良では、白紙光沢が低下し、好ましくない。
【0007】
また、ラテックス量を増量するバインダー面からの流動性の改良では、塗工紙表面のベタツキ性を増大させるため、バッキングロール汚れやスーパーカレンダー汚れなどの問題を発生させ好ましくない。これらの問題を解決するために共重合体ラテックスを重合するにあたり、2段重合で第2段目にシアン化ビニル単量体、アミド基含有エチレン性不飽和単量体を重合することが提案されている(特開平4−240297号,特開平5−239113号)が、これらの方法では塗工紙の印刷適性と共重合体ラテックスの湿潤ベタツキ性は改善されるものの十分でなく、かつ再分酸性は改善されず、高速塗工のための高固形分条件下での塗工液の流動性は満足し得るものではなかった。
【0008】
さらに、共重合ラテックスを重合するにあたり、2段重合を行い第2段目にメタクリロニトリルをある添加速度で連続的に添加重合することにより、塗工紙の印刷適性と高速塗工のための高固形分の塗工液の流動性に優れることが提案されている(特開平10−182709号)が、この方法でも塗工紙の印刷適性と紙塗工における耐バッキングロール汚れ特性の指標となる湿潤ベタツキ性、再分散性を共に満足し得るものではなかった。
このように、従来の技術では印刷と塗工紙の製造のいっそうの高速化に対応することができず、高塗工生産性、高品質の塗工紙の製造を可能にするバインダーとしての共重合体ラテックスの出現が強く求められているのが現状である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ドライピック強度とウェットピック強度等の塗工紙物性に優れ、かつ耐バッキングロール汚れ特性の指標となる湿潤ベタツキ性と再分散性が共に優れるジエン系共重合ラテックス組成物および該組成物を使用した紙塗工用組成物を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、各段階での単量体組成と共重合体部分のガラス転移温度とが特定範囲にある多段重合により製造されたジエン系共重合体ラテックスへ、特定量の分散剤を40℃以上で添加したジエン系共重合体ラテックス組成物が課題を達成することを見出し、本発明をなすに至った。
【0011】
すなわち本発明の第1は、(a)共役ジエン系単量体20〜80重量部、(b)エチレン系不飽和カルボン酸単量体0.5〜10重量部、(c)これらと共重合可能なその他単量体10〜79.5重量部((a)+(b)+(c)=100重量部)から得られるジエン系共重合体であって、かつ(a−1)共役ジエン系単量体25〜100重量%、(b−1)エチレン系不飽和カルボン酸単量体0〜10重量%、(c−1)これらと共重合可能なその他単量体0〜75重量%(ただし、(a−1)+(b−1)+(c−1)=100重量%)からなる単量体(混合物)(A)から得られ、かつガラス転移温度が−100〜10℃にある(共)重合体部分(PA)と、(a−2)共役ジエン系単量体10〜60重量%、(b−2)エチレン系不飽和カルボン酸単量体0.5〜30重量%、(c−2)これらと共重合可能なその他単量体10〜89.5重量%(ただし、(a−2)+(b−2)+(c−2)=100重量%)からなる単量体混合物(B)から得られ、かつガラス転移温度が−5〜70℃にある共重合体部分(PB)とからなるジエン系共重合体へ、分散剤0.1〜5重量部を40℃以上で添加することを特徴とするジエン系共重合体ラテックス組成物である。
【0012】
本発明の第2は、分酸剤が、ピロリン酸およびその塩、ポリアクリル酸およびその塩、ヘキサメタリン酸およびその塩から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記1に記載のジエン系共重合体ラテックス組成物である。
本発明の第3は、上記1または2に記載の該組成物を使用した紙塗工用組成物である。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明について、以下に具体的に説明する。
本発明に用いられる共役ジエン系単量体((a)、(a−1)、(a−2))としては、例えば1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、クロロプレン、2−クロル−1,3−ブタジエン、シクロペンタジエン等を挙げることができるが、好ましくは1,3−ブタジエンである。これらの共役ジエン系単量体は、1種あるいは2種以上を組み合わせて使用される。
【0014】
(a)共役ジエン系単量体の使用量は、全単量体100重量部に対し、好ましくは20〜80重量部、さらに好ましくは凝集力の点から30〜70重量部の範囲で選ばれる。この使用量が20重量部未満では、得られる重合体が脆すぎ、また80重量部を越えると、重合体が柔らかすぎ、いずれの場合も高い凝集力が得られないため、十分に高いドライピック強度を発現させることができず、本発明の目的を十分に達することができない。
【0015】
単量体(混合物)(A)における(a−1)共役ジエン系単量体の使用量は、単量体(混合物)(A)に対し、好ましくは25〜100重量部%、さらに好ましくは35〜90重量%である。この使用量が25重量%未満では、得られる重合体が脆くなりすぎ、十分に高いドライピック強度を得ることが難しく、本発明の目的を十分に達成することができない。
【0016】
単量体混合物(B)における(a−2)共役ジエン系単量体の使用量は、単量体混合物(B)に対し、好ましくは10〜60重量%、さらに好ましくは20〜50重量%である。この使用量が10重量%未満では得られる重合体が脆くなり、十分に高いドライピック強度を発現させることができない。また、60重量%を超えると、湿潤ベタツキ性が劣り、かつ十分に高いウェットピック強度が発現させることができず、本発明の目的を十分に達することができない。
【0017】
本発明に用いられるエチレン性不飽和カルボン酸単量体((b)、(b−1)、(b−2))としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、クロトン酸などが挙げられる。これらのエチレン性不飽和カルボン酸単量体は1種あるいは2種以上組み合わせても良い。
(b)エチレン性不飽和カルボン酸単量体の使用量は、全単量体100重量部に対し、好ましくは0.5〜10重量部、より好ましくは0.8〜8重量部、さらに好ましくは1〜5重量部の範囲から選ばれる。この量が0.5重量部未満では、重合安定性、ストリッピング安定性が十分でなく、塗工液調整や塗工時において種々の問題が生じ、かつドライピック強度、ウェットピック強度、再分散性も劣り、また10重量部を超えると、ラテックスや塗工液の粘度が高くなり過ぎ、かつウェットピック強度が低下する傾向が見られ、本発明の目的を十分に達することができない。
【0018】
単量体(混合物)(A)における(b−1)エチレン性不飽和カルボン酸単量体の使用量は、単量体(混合物)(A)に対し、好ましくは0〜10重量部%、より好ましくは0〜3重量%、さらに好ましくは0〜1重量%である。この使用量が10重量%を越えると、ラテックス粘度が非常に高くなり、作業性が悪化し好ましくない。
単量体混合物(B)における(b−2)エチレン性不飽和カルボン酸単量体のの使用量は、単量体混合物(B)に対し、好ましくは0.5〜30重量%、より好ましくは0.8〜20重量%、さらに好ましくは1〜10重量%である。この使用量が0.5重量%未満では重合安定性が悪化するため残さが多量に発生し、またドライピック強度、ウェットピック強度、再分散性が低下するため好ましくなく、30重量%を越えると、ラテックス粘度が非常に高くなり、作業性が悪化し好ましくない。
【0019】
共役ジエン系単量体、エチレン性不飽和カルボン酸単量体と共重合可能なその他の単量体((c)、(c−1)、(c−2))としては、シアン化ビニル系単量体、芳香族ビニル系単量体、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体、(メタ)アクリルアミド系単量体、酢酸ビニルなどのカルボン酸ビニルエステル類、塩化ビニルなどのハロゲン化ビニル類、アミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレートなどのアミノ基含有エチレン性単量体類、スチレンスルホン酸ナトリウムなどを挙げることができる。これらの共重合可能な単量体は1種あるいは2種以上を組み合わせて使用される。
【0020】
(c)共重合可能なその他単量体の使用量は、(a)共役ジエン系単量体+(b)エチレン性不飽和カルボン酸単量体+(c)共重合可能なその他単量体=100重量部になるように選択され、10〜79.5重量部になる。
単量体(混合物)(A)における(c−1)共重合可能なその他単量体の使用量は、(a−1)共役ジエン系単量体+(b−1)エチレン性不飽和カルボン酸単量体+(c−1)共重合可能なその他単量体=100重量部%になるように選択され、0〜75重量部%になる。
【0021】
単量体混合物(B)における(c−2)共重合可能なその他単量体の使用量は、(a−2)共役ジエン系単量体+(b−2)エチレン性不飽和カルボン酸単量体+(c−2)共重合可能なその他単量体=100重量部%になるように選択され、10〜89.5重量部%になる。
シアン化ビニル系単量体としては、例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロルアクリルニトリルなどを挙げることができるが、特にアクリロニトリルが好ましい。これらのシアン化ビニル系単量体は1種あるいは2種以上組み合わせてもよい。
【0022】
シアン化ビニル系単量体の使用量は、全単量体100重量部に対し、好ましくは3〜50重量部である。その使用量が3重量部未満では、紙塗工における耐バッキングロール汚れ特性の指標となる湿潤ベタツキ性が劣り、かつウェットピック強度が十分に発現されず、また50重量部を越えるとラテックスの重合安定性が悪化し、多量に残さが発生するため好ましくない。
芳香族ビニル系単量体としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、エチルスチレン、ビニルキシレン、ブロモスチレン、ビニルベンジルクロリド、p−t−ブチルスチレン、クロロスチレン、アルキルスチレン、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼンなどが挙げられるが、特にスチレンが好ましい。
【0023】
(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としては、例えばメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、n−アミル(メタ)アクリレート、イソアミルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2−エチル−ヘキシル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(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、ジエチレングリコールエトキシアクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、テトラメチロールメタンテトラ(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、ビス(4−アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、2,2−ビス[4−((メタ)アクリロキシエトキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−((メタ)アクリロキシ・ジエトキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−((メタ)アクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル]プロパン、イソボルニル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
【0024】
(メタ)アクリルアミド系単量体としては、例えば(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミドなどのN−モノアルキル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミドなどのN、N−ジアルキル(メタ)アクリルアミド、グリシジルメタアクリルアミド、N−アルコキシ(メタ)アクリルアミド、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸などが挙げられ、その好ましい使用量は全単量体100重量部に対し、10重量部以下、さらに好ましくは7重量部以下である。10重量部を超えて使用すると、ラテックスおよび紙塗工組成物の低せん断粘度を上げてしまい、作業性を悪化させてしまうので好ましくない。
【0025】
本発明の共重合体のガラス転移温度について、低いガラス転移温度を発現する単量体(混合物)(A)から得られる(共)重合体部分(PA)のガラス転移温度は、−100〜10℃の範囲にあることが好ましく、また高いガラス転移温度を発現する単量体混合物(B)から得られる共重合体部分(PB)のガラス転移温度は、−5〜70℃での範囲にあることが好ましい。(共)重合体部分(PA)のガラス転移温度が、−100℃より低いと柔らかすぎて、また10℃より高いと脆すぎて、共に高い凝集力を得ることができず、十分なドライピック強度を発現することができない。共重合体部分(PB)のガラス転移温度が、−5℃より低いと、湿潤ベタツキ性で代表される耐バッキングロール汚れ特性とウェットピック強度が劣り、70℃より高いと、ドライピック強度が劣り、本発明の目的を十分に達成することができない。また、最も低いガラス転移温度と最も高いガラス転移温度との差は、5℃以上有ることが好ましく、より好ましくは10℃以上、さらに好ましくは15℃以上である。この差が5℃未満だと、湿潤ベタツキ性が劣り、本発明の目的を十分に達成することができない。
【0026】
本発明の単量体(混合物)(A)から得られる(共)重合体部分(PA)と単量体混合物(B)から得られる共重合体部分(PB)の重量比(PA)/(PB)は、20/80〜80/20であることが好ましい。(PA)/(PB)が20/80未満だと、ドライピック強度が十分でなく、また(PA)/(PB)が80/20を越えると、湿潤ベタツキ性が十分でなく、本発明の目的を十分に達成することができない。
【0027】
本発明は、単量体組成と共重合体部分のガラス転移温度とが特定範囲にある多段重合で製造されたジエン系共重合体ラテックスへ、特定量の分散剤を特定温度以上で添加することが必須であり、これにより、高いドライピック強度とウェットピック強度が発現できる優れた塗工紙品質を有し、かつ湿潤ベタツキ性と再分酸性が共に良い非常に優れた塗工操業性を有することができる。
本発明の効果が発現する理由は必ずしも明らかでないが、分散剤の共重合体ラテックス粒子表面への吸着状態が特定温度以上で急激に変化し、また本発明のように、共重合体ラテックス粒子表面のカルボン酸残基の比率が高くなるように多段重合した場合、その吸着状態に関わる効果が顕著に発現されるため、良好な湿潤ベタツキ性と再分散性が共に発現されることが予想される。
【0028】
分散剤を加える相手の共重合体ラテックスが、均一組成単量体を一段で添加した重合方法により製造した場合、十分に高いドライピック強度を維持すると、ウェットピック強度と湿潤ベタツキ性が劣り、好ましくない。
本発明で添加される分散剤は、単独で用いても良く、2種類以上の化合物を同様に用いても良い。本発明で用いる分散剤としては、アルキルアミンリン酸塩、アルキルピリジニウムクロライド、アルキルポリエーテルサルフェート、アルキルアリルスルホネート,アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルフェノールポリエチレンエーテル、アリルスルホン酸縮合物、高級アルコールスルホン酸ナトリウム、ジアルキルスルホサクシネート、ジアルキルサクシネート、脂肪酸アミド誘導体硫酸エステル、親油性ポリエステル、繊維素グリコールソルビタンモノステアレート、セチルアルコール硫酸エステルナトリウム、ソルビタンアルキレート、ソルビタンエステル、第4級アンモニウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロライド、ナフタレンホルマリン縮合物ジナフチルメタスルホネート、ひまし油硫酸化油、ビスナフタレンスルホネート、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アリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリエチレングリコールオレイルエーテル、ポリエチレングリコールエクテル、ポリエチレングリコールアルキルアリルエーテルスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル、β−ナフタレンスルホン酸ナトリウム縮合物、ラウリルアルコール硫酸エステルナトリウム等が挙げられ、再分性が良好である点で、ピロリン酸およびその塩であるピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸アンモニウム、ピロリン酸カリウム、ポリアクリル酸およびその塩であるポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸カリウム、ヘキサメタリン酸およびその塩であるヘキサメタリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸アンモニウム、ヘキサメタリン酸カリウムが好ましく、より好ましくは全分散剤に対するピロリン酸およびその塩、ポリアクリル酸およびその塩、ヘキサメタリン酸およびその塩の割合が80重量%以上の分散剤である。
【0029】
本発明で添加される分散剤の使用量は、0.1〜5重量部が好ましい。0.1重量部より少ないと共重合体ラテックス粒子表面に吸着する分散剤量が絶対的に少ないため再分散性が悪く、また5重量部より多いとドライピック強度とウェットピック強度、湿潤ベタツキ性が低下し、本発明の目的を十分に達成することができない。
本発明で分散剤を添加する時期は、重合安定性の点から、重合後に添加するのが好ましい。添加する温度として40℃以上であることが必須である。40℃未満だと、耐バッキングロール汚れ特性の指標となる再分散性が劣るため、本発明の目的を十分に達成することができない。
【0030】
本発明で使用される単量体を乳化重合するに際しては、特に制限はなく、従来公知の方法で、水性媒体中で前記の単量体、連鎖移動剤と界面活性剤、ラジカル重合開始剤と必要に応じて用いられる他の添加剤成分を基本構成成分とする分散系において単量体を重合させて、共重合体粒子の水性分散液、すなわちジエン系共重合体ラテックスを製造する方法などが用いられる。
単量体組成物の添加方法としては、各重合工程とも、単量体組成物の一括添加法、単量体組成物の一部を添加した後に重合の進行に従って断続的もしくは連続的に添加する方法、また、単量体組成物を連続的に添加する方法等のいずれでもよい。また、単量体組成物を連続的に添加する場合の添加速度にも、特に制限はない。
【0031】
本発明のジエン系共重合体ラテックスの製造方法には、一般の乳化重合に使用されている公知の連鎖移動剤を使用することができる。例えば、α−メチルスチレンダイマーなどの核置換α−メチルスチレンの二量体類、n−ブチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ラウリルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタンなどのメルカプタン類、テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィドなどのジスルフィド類、四塩化炭素、四臭化炭素などのハロゲン化誘導体、2−エチルヘキシルチオグリコレート、ターピノーレンなどを挙げられ、これらの1種または2種以上が使用される。連鎖移動剤としては、特にα−メチルスチレンダイマ−、t−ドデシルメルカプタン、ターピノーレンが好ましい。連鎖移動剤は単量体100重量部対し0.1〜10重量部の範囲内で使用することが好ましい。この範囲を外れるとドライピック強度、ウェットピック強度が低下し、好ましくない。α−メチルスチレンダイマーには、異性体として2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン、2,4−ジフェニル−4−メチル−2−ペンテンおよび1,1,3−トリメチル−3−フェニルインダンがあるが、本発明で使用されるα−メチルスチレンダイマーとしては、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンの比率が60重量%以上であることが好ましく、特に好ましくは、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンの比率が80重量%以上であることである。
【0032】
界面活性剤としては、一般の乳化重合に使用されている公知の界面活性剤を使用することができる。例えば、脂肪族セッケン、ロジン酸セッケン、アルキルスルホン酸塩、ジアルキルアリールスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸塩などのアニオン性界面活性剤、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アリールエーテル、ポリオキシエチレンオキシプロピレンブロックコポリマーなどのノニオン性界面活性剤、スチレンスルホン酸ナトリウムの様な不飽和結合を有する反応性界面活性剤、さらに必要に応じてベタイン型などの両性界面活性剤などが挙げられ、これらの1種または2種以上が使用される。この界面活性剤は通常、アニオン性界面活性剤単独、反応性界面活性剤単独、アニオン性/反応性、またはアニオン性/ノニオン性の混合系で用いられ、その使用量は全単量体100重量部に対し、通常0.05〜2重量部の範囲で選ばれる。
【0033】
前記ラジカル重合開始剤は、熱または還元性物質の存在下ラジカル分解して単量体の付加重合を開始させるものであり、無機系開始剤および有機系開始剤のいずれも使用できる。このようなものとしては、例えば水溶性又は油溶性の過硫酸塩、過酸化物、アゾビス化合物等、具体的には過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、t−ブチルヒドロペルオキシド、過酸化ベンゾイル、2,2−アゾビスブチロニトリル、クメンハイドロパーオキサイドなどがあり、また他に、POLYMER HANDBOOK(3rd edition)、J.BrandrupおよびE.H.Immergut著、JohnWilly & Sons刊(1989)に記載されている化合物が挙げられる。また、亜硫酸水素ナトリウム、アスコルビン酸やその塩、エリソルビン酸やその塩、ロンガリットなどの還元剤を重合開始剤に組み合わせて用いる、いわゆるレドックス重合法を採用することもできる。単量体(混合物)(A)の重合には特に無機系のラジカル重合開始剤を使用することが好ましく、さらには重合の全工程において無機系のラジカル重合開始剤を使用することが好ましい。これらの中で特に過硫酸塩が重合開始剤として好適である。この重合開始剤の使用量は、全単量体100重量部に対し、通常0.1〜5.0重量部の範囲から、好ましくは0.2〜3.0重量部の範囲から選ばれる。
【0034】
重合方法は、シードを用いて重合を実施する方法と、シードを用いずに重合を実施する方法があり、どちらの方法を使用してもかまわないが、シード用いて重合を実施した方が再分散性がやや好ましい。
シードを用いる場合、シードのガラス転移温度は30℃以下であることが、粒径コントロール性と重合安定性の点から好ましい。またシードの重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレン換算で、2万<Mw<100万の範囲にあることが、粒径コントロール性と重合安定性の点から好ましい。またシードの平均粒子径は、5〜70nmであることが好ましく、5〜50nmであることがより好ましく、5〜30nmであることがさらに好ましい。70nmを越えると、そのシードを使用して生成するジエン系共重合体ラテックス中のシードの比率が増大するため、ドライピック強度が低下し、5nm未満のシードは、シードを構成する単量体重合率が高い領域(70重量%以上)で、作成することができず、また重合を途中で止め、重合率が低いところで5nm未満のシードを作成した場合、分子量が低くなるため、シードに添加される単量体の膨潤が不充分になり、粒径コントロール性と重合安定性が低下し、好ましくない。
【0035】
シードラテックスの重合は、本発明のラテックスの重合に先だって同一反応容器で行っても、異なる反応容器で重合したシードラテックスを用いても良い。
シードに使用する共重合性単量体は、水酸基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体0.5〜10重量%、およびエチレン系不飽和カルボン酸単量体0.5〜10重量%、およびその他の共重合可能な単量体80〜99重量%の範囲にあることが好ましい。さらに、これらの単量体は、不飽和結合を1つのみ有し、シード粒子は直鎖構造を主体とする高分子であることが好ましい。不飽和結合を2個以上有する単量体を使用し、乳化重合して得られる高度に架橋構造を有するシードを本発明の重合に使用した場合、シードに添加される単量体の膨潤が不充分になり、粒径コントロール性と重合安定性が低下するため、好ましくない。
【0036】
シードを構成する単量体の内、水酸基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体としては、例えばアクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピルエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸1−ヒドロキシプロピルエチル、メタクリル酸1−ヒドロキシプロピル、ヒドロキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
【0037】
シードを構成するエチレン性不飽和カルボン酸単量体としては、ジエン系共重合体に用いられるエチレン系譜飽和カルボン酸単量体と同様なものが使用できる。
シードを構成するその他共重合可能な単量体の内、比較低いTgを与えるモノマーとしては、例えば2−エチルヘキシルアクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、メチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、酢酸ビニル、ジアセトンアクリルアミド等が挙げられる。
【0038】
このジエン系共重合体ラテックス中の共重合体の平均粒子径は、本発明の目的を十分に達成するために、0.04〜0.4μmの範囲にあることが望ましく、0.05〜0.2μmの範囲にあることがより好ましく、0.07〜0.11μmの範囲にあることがさらに好ましい。
本発明のジエン系共重合体ラテックスの平均粒子径は、シードを用いて重合を実施する場合、主に使用するシードの使用量やシードの平均粒子径等によって調整することができ、一般にその使用割合を高くするほど生成するジエン系共重合体ラテックスの平均粒子径は小さくなる傾向がある。ただし適切なシードを適切量使用しない場合、重合系が不安定になり、逆に粒径肥大し、重合安定性を低下させる場合もある。またシードを用いずに重合を実施する場合、開始剤の使用量、還元剤の使用量、乳化剤の使用量、重合温度等によって、ジエン系共重合体ラテックスの平均粒子径を調整することができる。
【0039】
本発明のジエン系共重合体ラテックスを製造する時の重合温度について、単量体(混合物)(A)を重合する場合、好ましくは5〜80℃、より好ましくは5〜50℃であり、単量体混合物(B)を重合する場合、好ましくは20〜100℃、より好ましくは50〜80℃である。単量体(混合物)(A)を重合する温度が5℃より低い場合、重合時間が高重合率に達するまで非常に長い時間がかかり、生産性の点で工業的に好ましくなく、80℃を越えた場合(共)重合体(PA)の分子量が高くならず、十分高いドライピック強度を発現させることができず、好ましくない。また単量体混合物(B)を重合する温度が20℃より低い場合、特にカルボン酸の重合速度が遅いため、生産性、重合安定性、ドライピック強度、ウェットピック強度の点で好ましくない。
【0040】
本発明においては、必要に応じ各種重合調整剤を添加することができる。例えば、pH調整剤として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムなどのpH調整剤を添加することができ、この中でも水酸化カリウムがドライピック強度とウェットピック強度のバランスを高める点で特に好ましく、重合後のpH調整剤としては好適である。また、エチレンジアミン四酢酸ナトリウムなどの各種キレート剤、無機電解質、有機電解質、粘度重合調整剤として添加することもできる。また、必要に応じ本発明の共重合体ラテックス組成物にアルカリ感応ラテックスを添加してもさしつかえない。
【0041】
本発明の製造方法で得られるジエン系共重合体ラテックス組成物を紙塗工用塗料のバインダーとして用いる場合には、通常行われている実施態様で行うことができる。すなわち、分散剤を溶解させた水中に、カオリンクレー、炭酸カルシウム、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、サチンホワイト、タルク等の無機顔料、プラスチックピグメントやバインダーピグメントとして知られる有機顔料、澱粉、カゼイン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース等の水溶性高分子、増粘剤、染料、消泡剤、防腐剤、耐水化剤、滑剤、印刷適性向上剤、保水剤等の各種添加剤とともにジエン系共重合体ラテックスを添加して混合し、均一な分散液とする態様である。顔料と本発明のジエン系共重合体ラテックス組成物の使用割合は組成物の使用目的によって適宜決定することが出来るが、好ましくは顔料100重量部に対してラテックス3〜30重量部である。そして、この紙塗工液は、各種ブレードコーター、ロールコーター、エアーナイフコーター、バーコーターなどを用いる通常の方法によって原紙に塗工することができる。
【0042】
塗工形態も原紙に対し、片面、又は表裏の両面に塗工されうるものであり、また片面当たりの塗工回数についても1回であるシングル塗工の他、2回の塗工工程を行ういわゆるダブル塗工に供する事もできる。この場合、本発明の共重合体ラテックス組成物はその下塗り用顔料組成物、及び上塗り用顔料組成物のいずれにも用いる事ができる。
本発明の共重合体ラテックス組成物を使用した紙塗工用組成物は、オフセット枚葉式印刷用紙、オフセット輪転式印刷用紙、グラビア式印刷用紙、凸版式印刷用紙等の各種印刷用紙及び板紙、ダンボール用紙、包装紙等に好適に用いられる。
【0043】
更に本発明の共重合体ラテックス組成物は、紙のコーティング剤、カーペットバッキング剤、その他接着剤、各種塗料にも用いる事ができる。
以下に実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって制約を受けるものではない。なお、各特性は次のように求めた。
【0044】
(a)平均粒子径
光散乱法粒度分析計(シーエヌウッド社製モデル6000)により、平均直径を求めた。
(b)ガラス転移温度:Tg
ラテックスを130℃の乾燥機中30分乾燥後、セイコー電子社製示差熱量計(DSC−220C)を用いて、昇温速度15℃/分の条件で測定をした。
(c)重合率の測定方法
重合中にサンプリングしたラテックスを2g秤量後、130℃で30分乾燥後、固形分を測定し、リアクター内に添加される単量体量から重合率を求めた。
【0045】
(d)ドライピック強度
RI印刷試験機(明製作所)を用いて、中央部に塗工紙(1.5cm×20cm)をならべて貼った台紙(30cm×25.5cm)に、印刷インク(東華色素社製、商品名:SDスーパーデラックス50紅B(タック18のもの)0.5ccを25cm×21cmの印刷面積で台紙ごと印刷し、塗工紙に重ね刷りした。ゴムロールに現れたピッキング状態を別の台紙に裏取りし、その状態を観察した。評価は5点評価法で行い、ピッキング現象の少ないものほど高得点とした。
【0046】
(e)ウェットピック強度
RI印刷試験機(明製作所)を用いて、中央部に塗工紙(1.5cm×20cm)ならべて貼った台紙(30cm×25.5cm)にモルトンロールで塗工紙表面に給水を行い、その直後に印刷インク(東華色素社製、商品名:SDスーパーデラックス50紅B(タック15のもの)0.5ccを25cm×21cmの印刷面積で1回刷りを行い、ゴムロールに現れたピッキング状態を別の台紙に裏取りし、その状態を観察した。評価は5点評価法で行い、ピッキング現象の少ないものほど高得点とした。
【0047】
(f)湿潤ベタツキ性
ラテックスをポリエチレンテレフタレートフィルム上にNo14のバーにより塗布し、130℃で30秒間乾燥し、皮膜を形成させる。片面表面を水に浸漬した黒ラシャ紙をこの皮膜と合わせて、カレンダーを用い、温度80℃の条件下で圧着させる。両者を引きはがして、黒ラシャ紙のラテックスへの転写の程度を目視で5点評価法で行い、転写の少ないものほど高得点とした。
【0048】
(g)再分散性
ラテックスをポリエチレンテレフタレートフィルム上にNo14のバーにより塗布し、90℃で30秒間乾燥し、皮膜を形成させる。ラテックス皮膜を50℃温水に30秒浸たした後、温水から取り出し、ラテックス皮膜に対し、指でこすり、ラテックス皮膜の溶解、再分散のし易さを目視判定した。
完全に溶解、再分散する:◎、約6割溶解、再分散する:○、約3割溶解、再分散する:△、全く溶解、再分散しない:×。
【0049】
(シードの合成方法)
撹拌機を備えた温度調節可能な反応器の内部を予め窒素で置換した後イオン交換水850重量部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム20重量部、水酸化ナトリウム0.1重量部、亜硫酸水素ナトリウム0.5重量部、硫酸第二鉄0.0005重量部、スチレン30重量部、メチルメタクリレート15重量部、2−エチルヘキシルアクリレート51重量部、2−ヒドロキシエチルアクリレート2重量部、イタコン酸2重量部を加えた後、90℃に温度調節し、過硫酸ナトリウム1重量部をイオン交換水50重量部に溶解させた開始剤水溶液を一括添加した。その後2時間90℃を保持してから、重合系内温度を下げ、シードラテックスを得た。合成したシードラテックスの固形分は10%、平均粒子径は16nm、ガラス転移温度(Tg)は2℃、重量平均分子量(Mw)はポリスチレン換算で7万であった(溶離液としてテトラヒドロフランを用い、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法により測定)。
【0050】
【実施例1】
シード0.3重量部(固形分換算)、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5重量部、イオン交換水200重量部を撹拌装置と温度調節用ジャケットを取り付けた耐圧反応容器に入れた後、液温45℃で表1中の単量体(混合物)(A)、連鎖移動剤と過硫酸ナトリウム1部を添加し、反応を進行させた。開始剤添加開始6時間後、表1中の単量体混合物(B)、連鎖移動剤を60℃で7時間に渡って追添した。単量体混合物(B)添加終了後、液温を65℃にして6時間反応させた。最終重合率は98%であった。次に、水酸化カリウムを添加し、pH8に調整後、未反応単量体を除去し、さらに濃縮後、液温40℃でポリアクリル酸ナトリウム0.2重量部を添加し、さらに水酸化カリウムを加え、このジエン系共重合体ラテックスを最終的に固形分濃度50%、pH8に調整した。
【0051】
得られた共重合体ラテックスを用いて、下記の配合で紙塗工用組成物を調整した。
(配合処方)
カオリンクレー 70 重量部
炭酸カルシウム 30 重量部
ポリアクリル酸ナトリウム 0.2重量部
水酸化ナトリウム 0.1重量部
リン酸エステル化デンプン 2.5重量部
共重合体ラテックス 12 重量部
水(全固形分が64%になるように添加)
【0052】
なお、カオリンクレーはウルトラホワイト90(ENGELHARD社製)を、炭酸カルシウムはカービタル90(ECC社製)を、ポリアクリル酸ナトリウムはアロンT−40(東亞合成社製)を、リン酸エステル化デンプンはMS−4600(日本食品加工社製)をそれぞれ使用した。得られた紙塗工用組成物を坪量75g/m2の塗工原紙に塗工量が片面14g/m2になるようにブレード塗工後、恒温恒湿室(23℃、湿度50%)に一晩放置した。これをカレンダーロールで、ロール温度50℃、線圧147000N/mの条件で1塗工面につき2回通紙する事により塗工紙を得た。この塗工紙を用いておこなった評価結果を表1に示した。
【0053】
【実施例2】
シードを使用しない代わりに、還元剤として亜硫酸水素ナトリウム0.5重量部を使用した以外、実施例1と同様に重合し、調整、評価した。最終重合率は96%であった。 結果を表1に示した。
【0054】
【実施例3〜7】
実施例1と同じ重合をし、実施例3はポリアクリル酸ナトリウム1重量部を70℃で添加した以外、実施例4はポリアクリル酸ナトリウム0.7重量部を95℃で添加した以外、実施例5はポリアクリル酸ナトリウムを4重量部を添加した以外、実施例6はピロリン酸ナトリウム0.5重量部を50℃で添加した以外、実施例7はヘキサメタリン酸ナトリウム1重量部を50℃で添加した以外、実施例1と同様に調整し、評価した。 結果を表1に示した。
【0055】
【実施例8〜13】
実施例1と同様に重合し、ポリアクリル酸ナトリウム0.5重量部を50℃で添加した以外、実施例1と同様に調整し、評価した。最終重合率は95〜99%の範囲にあった。結果を表1に示した。
【0056】
【表1】
【0057】
【比較例1〜3】
実施例1と同じ重合をし、比較例1はポリアクリル酸ナトリウムを全く添加しない以外、比較例2はポリアクリル酸ナトリウムを6重量部添加した以外、比較例3はポリアクリル酸ナトリウム0.5重量部を液温25℃で添加した以外、実施例1と同様に調整し、評価した。結果を表2に示した。比較例1、2は添加する分散剤量が、本発明の請求項の範囲外であり、比較例1は、再分散性が劣り、比較例2は、ドライピック強度、ウェットピック強度、湿潤ベタツキ性が劣った。比較例3は、分散剤を添加する液温が本発明の請求項の範囲外であり、再分散性が劣った。
【0058】
【比較例4】
重合温度55℃で1段で単量体を13時間かけて添加後、液温を65℃にして6時間反応させた。実施例1と同様に未反応単量体を除去後、ポリアクリル酸ナトリウム0.5部を50℃で添加した以外、実施例1と同様に調整し、評価した。
結果を表2に示した。比較例4は多段重合でないため、本発明の請求項の範囲外であり、ウェットピック強度と湿潤ベタツキ性が劣った。
【0059】
【比較例5】
実施例1と同様に重合、調整し、評価した。結果を表2に示した。比較例5は、単量体混合物(A)中のエチレン性不飽和カルボン酸単量体の使用量が本発明の請求項の範囲外であり、ラテックス粘度が非常に高く、またドライピック強度、ウェットピック、湿潤ベタツキ性が劣った。
【0060】
【比較例6〜10】
実施例1と同様に重合し、ポリアクリル酸ナトリウム0.5部を液温50℃で添加した以外、実施例1と同様に調整し、評価した。結果を表2に示した。比較例6は、(共)重合体部分(PA)のガラス転移温度が本発明の請求項の範囲に存在しないため、ウェットピック強度と湿潤ベタツキ性が劣った。比較例7は、全単量体に対する共役ジエン系単量体の使用量、単量体(混合物)(A)中の共役ジエン系単量体の使用量、(共)重合体部分(PA)のガラス転移温度が本発明の請求項の範囲外であり、ドライピック強度、ウェットピック強度が劣った。比較例8は、全単量体に対する共役ジエン系単量体の使用量、共重合体部分(PB)のガラス転移温度が本発明の請求項の範囲外であり、ドライピック強度、ウェットピック強度、湿潤ベタツキ性、再分散性が劣った。比較例9は、単量体混合物(B)中の共役ジエン系単量体の使用量と共重合体部分(PB)のガラス転移温度が、本発明の請求項の範囲外であり、ドライピック強度が劣った。比較例10は、単量体混合物(B)中のエチレン性不飽和カルボン酸単量体の使用量が、本発明の請求項の範囲外であり、ドライピック強度、ウェットピック強度、再分散性が劣った。
【0061】
【表2】
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、塗工紙におけるドライピック強度、ウェットピック強度等の塗工紙バランスを向上させることができる。また、紙塗工におけるバッキングロール汚れ特性の指標となる湿潤ベタツキ性と再分散性を共に向上させることができる。
Claims (3)
- (a)共役ジエン系単量体20〜80重量部、(b)エチレン系不飽和カルボン酸単量体0.5〜10重量部、(c)これらと共重合可能なその他単量体10〜79.5重量部((a)+(b)+(c)=100重量部)から得られるジエン系共重合体であって、かつ(a−1)共役ジエン系単量体25〜100重量%、(b−1)エチレン系不飽和カルボン酸単量体0〜10重量%、(c−1)これらと共重合可能なその他単量体0〜75重量%(ただし、(a−1)+(b−1)+(c−1)=100重量%)からなる単量体(混合物)(A)から得られ、かつガラス転移温度が−100〜10℃にある(共)重合体部分(PA)を粒子中心部に配し、(a−2)共役ジエン系単量体10〜60重量%、(b−2)エチレン系不飽和カルボン酸単量体0.5〜30重量%、(c−2)これらと共重合可能なその他単量体10〜89.5重量%(ただし、(a−2)+(b−2)+(c−2)=100重量%)からなる単量体混合物(B)から得られ、かつガラス転移温度が−5〜70℃にある共重合体部分(PB)を粒子表層部に配するジエン系共重合体へ、共重合体の重合後に、ピロリン酸およびその塩、ポリアクリル酸およびその塩、ヘキサメタリン酸およびその塩から選ばれる少なくとも1種の分散剤0.1〜5重量部を40℃以上で添加することを特徴とするジエン系共重合体ラテックス組成物。
- 前記ジエン系共重合体は、(共)重合体部分(PA)をまず重合し、その後に共重合体部分(PB)を重合する工程を経て得られることを特徴とする、請求項1記載のジエン系共重合体ラテックス組成物。
- 請求項1又は2に記載の該組成物を使用した印刷用紙用の紙塗工用組成物。
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