JP4847729B2 - 流動性改質剤及びこれを含む紙塗工液並びに塗工紙 - Google Patents
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Description
従って、紙基材上には薄膜状の塗工液からなる層が形成されるため、その後に乾燥することによって所望とする薄膜の塗工層が紙基材の表面上に形成された塗工紙を得ることができる。
また、紙基材から除去された余剰の塗工液は調整タンクに戻され、新たな紙塗工液と混合されて再使用に供されるのが一般的である。
また、用途によって種々の顔料が使用され、使用される顔料によっては塗工操業性が大きく変化してくる。特に焼成クレイやプラスチックピグメント等、極端に流動性が乏しい顔料を使用する紙塗工液はそのレオロジーの影響で塗工が困難となり、また、ロールコーター等の塗工方式が異なると要求される流動性も変わり、適切なレオロジーが紙塗工液に求められてくる。このような塗工方式では通常のブレードコーター塗工とは反対に低せん断速度下においては粘度が低く、高せん断速度下では適度な粘度を有することが求められることがある。そのような場合にはO/W型の流動性改質剤では目的が達成できない。
同様に焼成クレイやプラスチックピグメント等の流動性の悪い顔料ではやはり塗工性能が落ち、通常のO/W型の流動性改質剤においては塗工性能を向上させることはできない。
具体的には、例えば、顔料、接着剤及びアクリルアミド類−不飽和カルボン酸共重合体からなる組成物を含有する紙塗工液(特許文献1参照)、(a)エチレン性不飽和カルボン酸(塩)、(b)(メタ)アクリロニトリル及び(c)その他の共重合可能な単量体の共重合体からなる紙塗被塗料用バインダー(特許文献2参照)等が提案されている。
また本発明は、この紙塗工液を適用した嵩高で平滑性の高い、良好な品質を有する塗工紙を提供することを目的とする。
[1]少なくとも顔料及びバインダーを含む混合原料に対して、流動性改質剤を添加してなる紙塗工液であって、該流動性改質剤が、下記式(1)で示され重量平均分子量が4.0×10 6 〜5.0×10 7 であるアクリル系共重合体のW/O型エマルジョンからなる流動性改質剤であることを特徴とする、紙塗工液。
また、本発明の紙塗工液は、上記流動性改質剤を含有することにより、B型粘度が低く、ハイシェア粘度が高く、かつ、流動性および保水性に優れたものである。
そして、本発明の紙塗工液を用いることによって、塗工の高速化が達成でき、塗工紙の生産性が向上すると共に、得られた塗工紙は嵩高で平滑性に優れた高品質のものである。
本発明の流動性改質剤は、下記式(1)で示されるアクリル系共重合体のW/O型エマルジョンからなるものである。
また、該アクリル系共重合体の重量平均分子量は、4.0×106〜5.0×107の範囲のものである。これは、重量平均分子量が4.0×106より低いと、ハイシェア粘度が低くなるという問題があり、逆に5.0×107より高いとB型粘度が高くなるという不利がみられる。
該アクリル系共重合体の好ましい重量平均分子量は、8.0×106〜3.0×107である。
このW/O型エマルジョンの製造は、例えば有機溶剤に、活性剤を室温にて添加し均一混合した後、これに水に溶解させたアクリル酸ナトリウムとアクリルアミドとを加えプレエマルジョンを合成し、次にこのプレエマルジョンの一部に重合開始剤の一部を加え温度50〜55℃に維持し、数分間ないし数10分間攪拌する。ついでこのプレエマルジョンを攪拌下、温度60℃未満に維持しつつ残りのプレエマルジョンと残りの重合開始剤を少量ずつ連続的に添加し、その後80℃付近まで加熱し、その状態で約30分間熟成することにより合成することができる。固形分としては20〜60質量%である。
本発明では、W/O型エマルジョンとすることが重要であり、これがO/W型の場合には、前記したような効果を得ることができない。
本発明に係る流動性改質剤を紙塗工液に適用するに際しては、少なくとも顔料及びバインダーを含む混合原料に対して、該流動性改質剤を添加すればよく、また必要に応じてその他の添加剤等の各種成分を含有させてもよい。
これらの成分は、通常、紙塗工液に用いられている中から任意に選択使用でき、特に制限はない。
本発明の流動性改質剤の使用量は、顔料100質量部当り0.005〜1.0質量部とすることが好ましく、より好ましくは0.01〜0.5質量部、さらに好ましくは0.05〜0.3質量部である。
本発明の紙塗工液は、添加剤として、前記したW/O型エマルジョンからなる流動性改質剤を配合しているため、保水性、流動性が向上している。
この保水性は、加圧脱水法によって測定した脱水量(加圧脱水量)の値に基づき評価することができる。
具体的には、リテンションメーターAA−GWA(カルテック・サイエンティフッィク社製)等を使用し、紙塗工液10ml、圧力150kPa、加圧時間15秒、温度20℃の条件でろ紙に対する紙塗工液の脱水量(加圧脱水量(g/m2))を測定し、その測定値が小さいほど保水性が良好であると評価することができる。脱水量は用いる顔料、バインダーによって大きく異なり最適な数値を一義的に決めることはできない。
具体的には、ハイシェア(HS)粘度計を使用し、2200rpmの回転数で、20℃におけるHS粘度(mPa・S)を測定する。一般的にはその測定値が小さいほど流動性が高いと評価することができるが、本発明のものはHS粘度が高くても流動性が良い状態に維持できる。
本発明の紙塗工液においては、HS粘度は25mPa・S以上が好ましい。特に感熱紙や感圧紙用塗工紙を得るために用いられる場合には、HS粘度は高いことが好ましいが、余り高いとストリーク、スクラッチ等の欠陥が生じやすくなるという問題もあり、該HS粘度は40mPa・S以下であることが好ましい。
本発明の紙塗工液においては、B型粘度(60rpm)が、低いことが好ましい。
ここで得られる塗工紙は、保水性と流動性が維持され、高速塗工可能な紙塗工液(本発明の流動性改質剤含有)を用いてなるものであり、ストリーク、スクラッチ等の欠陥が生じることなく、白紙光沢、印刷光沢、ドライ及びウェットピック表面強度、耐ブリスター性、平滑性、インク受理性、網点再現性等にすぐれ、良好な表面特性を有する塗工紙である。
なお、「部」は「質量部」を示す。
TAPPI基準T648 Su−72に従って、6rpm及び60rpmの回転数で、20℃におけるB型粘度(mPa・s)を測定した。
[HS粘度]
ハイシェア粘度計(日本精機(株)製)を使用し、2200rpmの回転で、20℃におけるハイシェア粘度(mPa・s)を測定した。
[加圧脱水量(保水性)]
加圧脱水法に従い、リテンションメーター AA−GWR(カルテック・サイエンティフィック(Kaltec Scientific)社製)を使用し、紙塗工液10ml、圧力150kPa、加圧時間15秒、温度20℃の各条件で濾紙に対する紙塗工液の脱水量(加圧脱水量(g/m2))を測定した。
なお、加圧脱水量の測定値が小さいほど保水性が良好であることを示す。
室温下で、内容積300ccのフラスコに、鉱物油(製品名:アイソパー、エクソン化学(株)製、一般化学名:イソパラフィン系炭化水素)76.13部と活性剤(アミゾールODE3.0部、アデカトールDB−1080、5.46部、ソルゲン40、5.41部)を仕込み、均一に混合し窒素置換した。
この混合物に、水に溶解させたアクリル酸ナトリウムとアクリルアミド(アクリル酸ナトリウム43.44部、アクリルアミド76.65部、水90部)を添加、攪拌しプレエマルジョンを合成した。
このプレエマルジョン生成物の1/5量を窒素雰囲気下、内容積500ccの反応容器に入れ、これに重合開始剤の2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル)バレロニトリル0.01部を添加し、温度50〜55℃、回転数100rpmで10分間攪拌した。
次に、プレエマルジョン生成物の4/5量と重合開始剤の2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル)バレロニトリル0.03部を温度50〜55℃、攪拌下(300rpm)にて少量ずつ連続的に2時間を要して添加した。
系内の温度を60℃未満(58℃)に維持し、30分間攪拌した後、80℃まで昇温し、30分間熟成を行なった。
このようにして得られた反応生成物は、前記した式(1)で示されるアクリル系共重合体(重量平均分子量1.5×107、m=70、n=30)のW/O型エマルジョンであることを極限粘度測定、およびアニオン要求量、およびIRにより確認した。
クレー70部、重質炭酸カルシウム30部、スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス10部(固形分)、リン酸化デンプン1部、分散剤(ソマール(株)製、製品名SDA−40K)0.1部(固形分)を混合し、全体の固形分が約62質量%になるように水を加えたのち、これに上記で合成したアクリル系共重合体のW/O型エマルジョンよりなる流動性改質剤を0.04部(固形分)、または0.08部(固形分)となるように加え均一に混合することにより、塗工液を調製した。
これらの塗工液の物性を表1に示す。
実施例1において、W/O型エマルジョンの代りに、メタクリル酸−アクリル酸エチル共重合体(モル比60:40、重量平均分子量2,500,000)のO/W型エマルジョンを表1に示すような量を用いた以外は、実施例1と同様にして、塗工液を調製した。これらの塗工液の物性を表1に示す。
実施例1において、W/O型エマルジョンの代りに、メタクリル酸−アクリル酸エチル共重合体(モル比50:50、重量平均分子量3,000,000)のO/W型エマルジョンを表1に示すような量を用いた以外は、実施例1と同様にして、塗工液を調製した。これらの塗工液の物性を表1に示す。
実施例1において、W/O型エマルジョンの代りに、水で希釈することにより転相し水溶液に変えた以外は、実施例1と同様にして、塗工液を調製した。これらの塗工液の物性を表1に示す。
このことから、本発明の流動性改質剤は少量においても紙基材に塗工液を塗布する際にはロールコーターでの塗工において本発明の紙塗工液を用いることによって、塗工の高速化が達成でき、塗工紙の生産性が向上すると共に、得られた塗工紙は嵩高で平滑性に優れた高品質のものであることが分かる。
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