JP5400060B2 - コポリマーを塩にすることによって得られるポリマー添加剤 - Google Patents
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Description
本発明はさらに、上記ポリマー添加剤を含む組成物と、その使用、特に製紙分野での使用に関するものである。
(1)疎水性がより高い、
(2)製紙で用いられる顔料および/または充填剤をより良く分散する、
(3)保水性がより良い(これは結合剤および充填剤または顔料と接触したときに水を維持する組成物の能力で定義される)、
(4)製紙で用いられるセルロース繊維との相溶性がより良い、
(5)乾燥後の紙に対する接着性がより良い、
(6)乾燥時間がより短い、
(7)紙上でのフィルムの形成がより容易、および/または
(8)形成されたフィルムの耐久性および/または可撓性がより良い。
(1)印刷適性がより良い、
(2)印刷解像度がより高い、
(3)レンダリングがより良い、
(4)機械的強度がより強い、および/または
(5)手触りがより改善される。
さらに、X、Y、Rはそれぞれ独立して第1級または第2級アミン基を末端に有する剛性鎖または可撓性鎖を表し、この鎖は1〜30個の炭素原子(その少なくともいくつかは置換されていてもよい)と、任意成分としての一つまたは複数のヘテロ原子(特に硫黄、酸素および窒素から選択される)とから成り、この鎖は任意成分として一つまたは複数のエステルまたはアミド架橋を含むのが好ましい。X、Y、Rはそれぞれ別々に直鎖または分岐鎖のC1−C10アルキレン鎖を表すのが好ましく、必要な場合には、一つまたは複数の窒素原子で中断され、第1級または第2級アミン末端官能基を有することができる。
本発明の別の好ましい変形例では、Y鎖およびR鎖が第1級または第2級アミン基を表す。
カルボン酸をベースにしたモノマーの例としては、アクリル酸、メタクリル酸およびイタコン酸が挙げられる。
少なくとも一種の窒素複素環基を含むアミンと、コポリマーの環状無水物またはカルボン酸単位とのモル比は0.01〜10、好ましくは0.05〜2にすることができる。
コポリマーは、アミンと接触させる前に、必要に応じて粉砕できる。続いて、コポリマーを例えば10〜20重量%の比率で水性媒体に導入できる。
この組成物は例えば下記の中から選択できる種々の添加剤を含むことができる:顔料、例えば炭酸カルシウム、タルク、カオリン、ベントナイトおよび二酸化チタン、染料、結合剤、例えばトウモロコシまたは小麦のでんぷん、植物性タンパク質、スチレン/ブタジエンコポリマー、ベルサチン(versatate)ポリマー、スチレン/アクリルコポリマーおよび酢酸ビニルホモポリマーおよびコポリマー、分散剤、例えば脂肪酸せっけんおよびポリ(アクリル酸)誘導体、疎水性改良剤、例えばワックス、防腐剤、粘度調整剤、例えばでんぷん、セルロース誘導体および大豆タンパク質およびこれらの混合物。
この組成物のpHは例えば5〜13にすることができる。
Jean-Claude DanielおよびChristian Pichotによってまとめられた本「Les latex synthetiques. Elaboration-Proprietes-Applications」(合成ラテックス。製造−特性−応用)の第7章、Tec&Doc Lavoisier 2006 ISBN 2-7430-0471-9出版
UDETA(酸基の中和に対してわずかにモル過剰)を用いた水中でのSMAコポリマーの塩化
塩化する前のSMAコポリマーはスチレン:無水マレイン酸単位のモル比が1:1のSartomer SMA 1000 F生成物である。SMA 1000 Fの顆粒をすり鉢またはミルで粉砕して微粉にし、この粉末40gをガラス反応器内で360gの脱イオン水中に撹拌しながら分散する。このガラス反応器は加熱/冷却ジャケット、可変速撹拌器、温度計導入用および必要に応じて窒素のような気体の導入用管と加熱中の水分損失を制限する還流凝縮システムとを備えている。SMAは周囲温度では脱イオン水に溶けないので、最初に水中にSMA粉末の懸濁液が得られる。続いて、反応器の温度を90℃に上げ、純度が80重量%以上の38重量%のUDETAアミンを含む134gの水溶液を20分間かけて添加する。これは51.3gのUDETAアミンの添加に対応する。媒体を5時間、90℃に維持した後、温度を下げ、45℃で反応器を空にする。得られた生成物はpHが9.6で、16.5%の乾燥抽出物を含む、UDETAで塩化したわずかに濁ったSMA溶液である。
本発明の塩化コポリマーの特性の評価
実施例1の塩化コポリマーの希釈水溶液の界面活性剤特性を測定するために、1重量%の塩化コポリマーを含む脱イオン水の水溶液を調製する。この溶液を0.8μmフィルタで濾過する。続いて、濾過した1%溶液を連続希釈して0.1重量%、0.05重量%、0.01重量%、0.001重量%の溶液を調製する。これらの溶液の表面張力を直径が20μmの針を備えたWindrop(登録商標)ソフトウェアで制御されたTracker(登録商標)ドロップ張力装置を用いて測定する。実施した測定の結果は[表1]に示す。
さらに、その界面活性剤特性によって、ラテックスのエマルションまたは懸濁液用の安定剤または共安定剤として使用を考えることができる。
UDETA(酸基の半中和用の化学量論率)を用いた水中でのSMAコポリマーの塩化
塩化前のSMAコポリマーはスチレン:無水マレイン酸単位の比が1:1の製品Sartomer SMA 1000である。SMA 1000の顆粒をすり鉢またはミルで粉砕して微粉にし、この粉末40gをガラス反応器内で360gの脱イオン水中に撹拌しながら分散する。このガラス反応器は加熱/冷却ジャケット、可変速撹拌器、温度計導入用および必要に応じて窒素のような気体の導入管および加熱中の水分損失を制限する還流凝縮システムを備える。SMAは周囲温度では溶けないので、最初に水中にSMA粉末の懸濁液が得られる。続いて反応器の温度を91℃に上げ、純度が80重量%以上の38重量%のUDETAアミンを含む60.4gの水溶液を12分間で添加する。これは23gのUDETAアミンの添加に対応する。媒体を5.5時間、91℃に維持した後、温度を下げ、45℃で反応器を空にする。得られた生成物はpHが5.5で、12.9%の乾燥抽出物を含む、UDETAで塩化したわずかに濁ったSMA溶液である。
さらに、その界面活性剤特性によって、ラテックスのエマルションまたは懸濁液用の安定剤または共安定剤としての使用を考えることができる。
UDETA(酸基の半中和と完全中和の中間レベルを用いた水中でのSMAコポリマーの塩化
塩化前のSMAコポリマーはスチレン:無水マレイン酸単位の比が1:1の製品Sartomer SMA 1000である。SMA 1000の顆粒をすり鉢またはミルで粉砕して微粉にし、この粉末40gをガラス反応器内で360gの脱イオン水中に撹拌しながら分散する。このガラス反応器は加熱/冷却ジャケット、可変速撹拌器、温度計導入用および必要に応じて窒素のような気体の導入用ラインおよび加熱中の水分損失を制限する還流凝縮システムを備える。SMAは周囲温度では溶けないので、最初に水中にSMA粉末の懸濁液が得られる。続いて反応器の温度を91℃に上げ、純度が80重量%以上の40重量%のUDETAアミンを含む83.4gの水溶液を10分間で添加する。これは33.6gのUDETAアミンの添加に対応する。媒体を5.25時間、91℃に維持した後、温度を下げ、45℃で反応器を空にする。得られた生成物はpHが7.7、15%の乾燥抽出物を含む、UDETAで塩化したわずかに濁ったSMA溶液である。
さらに、その界面活性剤特性によって、ラテックスのエマルションまたは懸濁液用の安定剤または共安定剤としての使用を考えることができる。
UDETAを用いた水中でのスチレン、メタクリル酸およびアクリル酸コポリマーの塩化
2kgのラテックス、スチレン(40モル%)/メタクリル酸(50モル%)/アクリル酸(10モル%)コポリマーを含む乳白色の外観を有するポリマーの粒子の安定なコロイド懸濁液を、加熱/冷却ジャケット、可変速撹拌器、温度計導入用および必要に応じて窒素のような気体の導入用ラインおよび加熱中の水分損失を制限する還流凝縮システムを備えるガラス反応器に導入する。酸の全モル数は1.48である。反応器を撹拌しながら90℃に加熱する。90℃の温度で、純度が80重量%に近い25重量%のUDETAアミンを含む1100gの溶液を計量ポンプによって30分かけて添加する。その後、この系を90℃で5時間放置する。冷却後、得られた生成物は25%の乾燥抽出物を含む透明な黄色溶液である。得られた溶液は激しく撹拌すると発泡する。これによって、得られた塩化コポリマーの界面活性剤能力が証明される。
本発明の塩化コポリマーの紙繊維に対する親和性の走査電子顕微鏡による観察
耐湿性を有するように処理した濾紙シートを実施例1に従って調製された塩化SMAコポリマーの水溶液に浸漬して含浸する。用いる紙の特徴は以下の通り:重量58.3g/m2、比体積2.14cm3/g、厚さ125μm、内部凝集力256J/m2。実施例1の塩化SMAコポリマーの溶液を予備希釈して濃度が5重量%の塩化SMAコポリマーを得る。この溶液に紙シートを数分間浸漬し、含浸浴から取り出し、空気乾燥する。乾燥したシートを、続いて、一定の温度および湿度(一般に23℃、湿度50%)で少なくとも半日コンディショニングする。対照として、添加剤を用いずに単純に水に浸漬した濾紙シートを乾燥し、コンディショニングする。
含浸の結果として、対照シート(添加剤なし)の特性および塩化SMAコポリマーを含浸したシートの特性は[表4]に示すように変わる。
カチオン保持剤と本発明の塩化コポリマーの存在下での紙シート(ハンドシート)の調製
この実施例では、本発明のポリマー添加剤を、保持剤として用いるカチオン性ポリマーの存在下で、紙(ハンドシート)の製造中に添加する。この保持剤は繊維の固体「マット」の形成を促進し、この「マット」による添加剤の保持を促進する。このマットが紙シートになる。このような保持剤の使用は当業者に周知である。分子量が100,000ダルトンに近いpolyDADMACまたはポリ(ジアリルジメチル塩化アンモニウム)を用いた。ハンドシートの製造では、製紙パルプとして50%の硬材繊維と、50%の軟材繊維とから成るパルプValley-beaten to 35°SRを用いた。
ハンドシートの形をしたシートの製造方法は以下の通り:(1)10g/lのパルプのサンプルを2リットル取る、(2)このサンプルを1分間撹拌した後、選択された量のpolyDADMACを添加し、この混合物をさらに2分間撹拌する、(3)この混合物を5分間放置する、(4)1分間撹拌した後、選択された量の本発明の塩化コポリマーを添加し、この混合物をさらに2分間撹拌する、(5)この混合物を5分間放置する、(6)調製物を2g/lの固体に希釈する、(7)ハンドシートを製造する。ハンドシートの製造は当業者に周知な操作であり、この操作はパルプの懸濁液を繊維と添加剤との「マット」用支持体の役目をする浴に通し、同時に、パルプからの水の大部分を通すことを含む。この「マット」はハンドシート機械でプレスされ、紙シートになる。ハンドシート(濡れた紙シート)を製造したら、80℃のフランクドライヤーで真空下に4分間乾燥し、最終の紙シートにする。
実施例8および9の結果は、イミダゾリドン型の会合型窒素複素環基を有するアミン(UDETA)によって塩化したコポリマーと紙との良好な親和性を示している。この良好な親和性は、紙の凝集力の大幅な増加によって分かる。これは通常の添加剤、例えば通常のSMAおよびスチレンと不飽和カルボン酸モノマーとのコポリマーでは得ることができない、予期しえないことである。
Claims (20)
- 少なくとも一種の環状無水物またはカルボン酸をベースにしたモノマーと少なくとも一種のスチレンをベースにしたモノマーとから得られるコポリマーを、少なくとも一種の窒素複素環基を含む少なくとも一種のアミンを用いて、水性媒体中で、塩にすることによって得られる塩化したコポリマーにおいて、
上記アミンが下記の式(1)〜(6):
のいずれか一つに対応し、
スチレンをベースにしたモノマーと、環状無水物をベースにしたまたはカルボン酸をベースにしたモノマーとのモル比が0.5:1〜29:1である、
ことを特徴とする塩化したコポリマー。 - Aが酸素原子を表す請求項1に記載のコポリマー。
- 環状無水物をベースにしたモノマーが無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水アクリル酸および無水メタクリル酸の中から選択される請求項1または2に記載のコポリマー。
- 環状無水物をベースにしたコポリマーが無水マレイン酸である請求項3に記載のコポリマー。
- カルボン酸をベースにしたモノマーがアクリル酸、メタクリル酸およびイタコン酸の中から選択される請求項1に記載のコポリマー。
- スチレンをベースにしたモノマーがスチレンまたはα−メチルスチレンである請求項1〜5のいずれか一項に記載のコポリマー。
- スチレンまたはα−メチルスチレン単位および無水マレイン酸単位のみを含む請求項1〜6のいずれか一項に記載のコポリマー。
- スチレンまたはα−メチルスチレン単位および(メタ)アクリル酸単位のみを含む請求項1〜6のいずれか一項に記載のコポリマー。
- スチレンをベースにしたモノマーと、環状無水物をベースにしたまたはカルボン酸をベースにしたモノマーとのモル比が0.6:1〜6:1である請求項1〜8のいずれか一項に記載のコポリマー。
- Y、Rがそれぞれ独立して直鎖または分岐鎖のC1−C10アルキレン鎖を表し、このアルキレン鎖は必要に応じて一つまたは複数の窒素原子で中断されていてもよく、第1級または第2級アミン末端官能基を有していてもよい請求項1〜9のいずれか一項に記載のコポリマー。
- Xが第1級または第2級アミン末端官能基を有する直鎖C1−C6アルキレン鎖を表す請求項10に記載のコポリマー。
- Y鎖およびR鎖が第1級または第2級アミン基を表す請求項1〜9のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 上記アミンが1−(2−アミノエチル)イミダゾリジン−2−オン(UDETA)、1−(2−[(2−アミノエチル)アミノ]エチル)イミダゾリドン(UTETA)、1−[(2−{2−[(2−アミノエチル)アミノ]エチル}アミノ)エチル]イミダゾリドン(UTEPA)、3−アミノ−1H−1,2,4−トリアゾ−ル(3−ATA)および4−アミノ−1H−1,2,4−トリアゾ−ル(4−ATA)の中から選択される請求項1〜9のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 少なくとも一種の窒素複素環基を含むアミンと、コポリマーの環状無水物またはカルボン酸単位とのモル比が0.01〜10である請求項1〜13のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 少なくとも一種の窒素複素環基を含むアミンと、コポリマーの環状無水物またはカルボン酸単位とのモル比が0.05〜2である請求項14に記載のコポリマー。
- 少なくとも一種の環状無水物をベースにしたまたはカルボン酸をベースにしたモノマーと少なくとも一種のスチレンをベースにしたモノマーとのコポリマーを、水性媒体中で、塩にする方法であって、コポリマーを少なくとも一種の窒素複素環基を含む少なくとも一種のアミンと接触させることを含む方法において、
上記アミンが下記の式(1)〜(6):
のいずれか一つに対応し、
スチレンをベースにしたモノマーと、環状無水物をベースにしたまたはカルボン酸をベースにしたモノマーとのモル比が0.5:1〜29:1である、
ことを特徴とする方法。 - Aが酸素原子を表す請求項16に記載の方法。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の少なくとも一種の塩化コポリマーを含む組成物。
- 請求項18に記載の組成物の、紙または厚紙の表面処理での使用。
- 上記表面処理がコーティング、サイジングおよびフィニッシングでの請求項19に記載の組成物の使用。
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