JP5570417B2 - 紙表面処理組成物 - Google Patents

Description

この出願は、２００７年７月２４日に出願された米国仮出願番号６０／９６１，８３３、および２００７年５月３０日に出願された米国仮出願番号６０／９３２，３８６の利益を要求する。これらは参照され本明細書に組込まれる。
本発明の技術分野

本発明の１つ以上の実施態様はセルロース基体用の表面処理組成物に関する。
本発明の背景

紙コーティング組成物は、一般に可溶性澱粉、変性可溶性澱粉、スチレン−ブタジエンコポリマーエマルション、スチレン−アクリルコポリマーエマルションおよび／または可溶性の変性蛋白質のような、顔料を紙に接着するためのバインダーとともに、水性媒体中の、二酸化チタンを含むかまたは含まない、クレーおよび炭酸カルシウムのような顔料の流体懸濁物である。他の機能的な添加剤または加工用添加剤は増粘、潤滑性、疎水性、発泡の制御、および／または抗微生物性などの特性を付与するために少量加えることができる。紙サイジングのためには、主成分は澱粉溶液であり、無機顔料は含んでも含まなくても良く、しばしば、特には印刷の間に紙に強度を与え、撥水性を付与するためにエマルションバインダーを含む。

バインダー、特に澱粉溶液の親水性は、バインダーを架橋して疎水性にする不溶化剤の存在を必要とする。コーティングされサイジングされた紙における疎水性は高速オフセット印刷プレスで処理することを可能にするために重要であり、コーティングされた紙の表面の印刷特性を改良する。一般的な架橋剤は、グリオキサール樹脂および、たとえばメラミン−ホルムアルデヒド樹脂、尿素−メラミン−ホルムアルデヒドおよび部分的にまたは完全にメチル化されたそれらの誘導体のような、ホルムアルデヒドドナー物質である。

もっとも一般的な商業的な印刷プロセスである、水性の湿し水溶液が使用されるオフセット輪転印刷において、特に重要である耐水性を、ブロック化グリオキサール不溶化剤は提供する。澱粉のような天然のバインダーがコーティング配合物内で不溶化されない場合、ピリングおよび貧弱なドット解像性が印刷機上で生じる。印刷速度の増加、およびインキの化学種および湿し水溶液の必然的な変化は、コーティングされた紙および厚紙の表面の性質の再評価を引き起こした。過去のコーティングは、高度の湿潤摩擦抵抗を達成することを目指した。しかし、これはもはや真実ではない。高速印刷工程は、高品質印刷を得るために水性流体および油性流体の迅速な受容を要求する。

不溶化剤は、澱粉の水酸基（ＯＨ）あるいは蛋白質のアミノ基と反応すると考えられる。アミノ基または水酸基はアルデヒドドナーのような有機化合物と反応する。アルデヒドと、澱粉のようなポリマーの水酸基の間のこの基本的な反応は、不溶化の原因である。

アルデヒド基は多くのドナーによって供給されることができる。化学種の選択は操作条件、製造および経済的要因に依存する。コーティングが不溶化される速度および必要とされる程度は、最終用途に依存して広範囲で変化する。最も一般的な紙コーティングおよびサイジング不溶化剤は反応されたグリオキサールタイプの化合物である。一旦コーティング構造内で反応されたら、不溶化剤はヘミアセタール基を形成し、これがバインダーを架橋し、また耐水性を増加させる。ポリオール−カルボニル付加物の反応は、制御された粘度の非常に反応的な分子を配合者に提供する。

グリオキサールは速く硬化する非常に反応的なモノマーであり、特に澱粉に対して優れた不溶化特性を示す。しかしながら、グリオキサールとバインダーの間の高速反応は、コーティング組成物の粘性を増加させ、それによりコーティングの処理を困難にしている。頻繁に、グリオキサールで不溶化されたコーティングは、完全に、特には高固形分配合物中でゲル化する。それらが速やかに使用されない場合、ゲル化は中程度ないし低固形分配合物中で生じる場合がある。したがって、粘度が長時間安定したままであることが必要とされるか、または高固形分紙コーティングが高速コーティング技術によって適用される場合には、純粋なグリオキサールシステムは不適当な場合がある。

ブロック化されたか、または反応されたグリオキサール樹脂は、グリオキサールに伴う欠点のうちのいくつかを克服するために使用された。例えば、米国特許４，５３７，６３４はブロッカーとしての尿素、環状アミド縮合物またはポリオールカルボニル付加物を開示する。

米国特許４，６９５，６０６は、大きな程度にまでは反応させずに、ブロック化されたグリオキサールを、澱粉のようなバインダーと混合するとの使用を開示する。しかしながら、これらのブロック化されたグリオキサールの反応性は制御され、乾燥時にバインダーと架橋するようにできる。

グリオキサールに基づいた不溶化剤はわずかにアルカリ性のコーティング（７−８のｐＨ）中で不溶化するとの利点を提供するが、コーティングｐＨがｐＨ ９以上に増加するとともに、急速に性能は低下する。高いｐＨ（＞９．０）は有害にグリオキサールに影響すると考えられている。ｐＨを低下させると、不溶化用のためにグリオキサールのブロックをはずして解離させる反応を生じない。グリコレートイオンを形成する遊離のヒドロキシドとグリオキサールの反応は、カニッツアロ（Ｃａｎｎｉｚａｒｏ）反応として知られており、貧弱なコーティングの不溶性に帰着する。サイズプレスまたはコーティング配合物のｐＨがおよそ８．５を超えた場合、グリコレートイオンは急速に生産され、グリオキサールに基づいた不溶化剤の効率は本質的に低減される。
発明の要約

本発明の１つ以上の実施態様は、表面処理されたセルロース基体を調製する方法を提供し、この方法はセルロースの基体へ表面処理組成物を適用することを含み、該組成物はホウ素源、ジ−アルデヒド架橋剤およびブロッキング薬を導入して架橋剤組成物を提供する工程；澱粉および任意の顔料および／または任意のポリマー粒子に、該架橋溶液を導入し組成物を形成することにより調製される。

本発明の１つ以上の実施態様はさらに、セルロース基体用の表面処理のための表面処理組成物で使用するための架橋剤組成物を提供し、該組成物はホウ素源、ジ−アルデヒド架橋剤およびブロッキング薬を導入することにより調製される。

本発明の１つ以上の実施態様はさらに、澱粉、ホウ素源、ジアルデヒドおよびブロッキング薬の混合物、複合物または反応生成物を含む表面処理組成物を提供する。

本発明の１つ以上の実施態様はさらに、澱粉、ホウ素源、ジアルデヒドおよびブロッキング薬の混合物、複合物または反応生成物である表面処理組成物を、セルロースの基体に適用することにより調製された、処理されたセルロース基体を提供する。
例示される実施態様の詳細な説明

澱粉とある種の架橋剤組成物を導入することにより調製された、紙表面サイジング剤および着色されたコーティングをはじめとする表面処理組成物が、技術的に有利な加工性を有するサイジングおよびコーティング組成物を提供し、技術的に有利である最終製品を提供することが予想外にも見いだされた。架橋剤組成物は、（ｉ）ホウ素源、（ｉｉ）アルデヒド架橋剤および（ｉｉｉ）ブロッキング薬の導入により調製することができる。サイジング剤および着色されたコーティング組成物はさらに顔料、ポリマー粒子状物質および／または紙および厚紙の表面処理組成物に従来含まれている他の添加剤を含むことができる。表面処理組成物の使用および表面処理組成物の一般的な態様および使用は、米国特許４，５３７，６３４、５，０３２，６８３および４，６９５，６０６に示される。これらは参照され本明細書に組込まれる。

１つ以上の実施態様では、ホウ素源として、溶液中にボラートイオンを供給する材料を含む。例えば、アルカリ金属およびアルカリ土類金属ボラートおよびホウ酸が使用されることができる。具体的実施例としては硼酸ナトリウム十水化物、ジナトリウム四硼酸塩十水化物、ジナトリウム四硼酸塩五水化物およびジナトリウム四硼酸塩七水化物があげられる。

１つ以上の実施態様では、アルデヒド架橋剤としては、約２から４の炭素原子を有するジアルデヒド、約３から４の炭素原子を有するケトアルデヒド、約２から４の炭素原子を有するヒドロキシアルデヒド、オルト置換された芳香族ジアルデヒドおよびオルト置換された芳香族ヒドロキシアルデヒドがあげられる。実施例としてはグリオキサール、プロパンジアルデヒド、２−ケトプロパノール、１，４−ブタンジアール（ｂｕｔａｎｅｄｉａｌ）、２−ケトブタナール、２，３−ジケトジブタナール、フタアルデヒド（ｐｈｔｈａｌｄｅｈｙｄｅ）、サリクアルデヒド（ｓａｌｉｃａｌｄｅｈｙｄｅ）およびそれの混合物があげられる。

１つ以上の実施態様では、ブロッキング薬としては、ボラートイオンに化学的に結合された化合物があげられる。これらあるいは他の実施態様では、ブロッキング薬としては、アルデヒド架橋剤に化学的に結合し、脱水の閾値以上において、アルデヒド架橋剤が反応し澱粉を架橋することを許容する化合物があげられる。適切なブロッキング薬としては、例えばペンタエリトリトール、グリセリン、ラノリン、多数の水酸基を有する単糖類およびオリゴ糖、およびそれらの混合物のような多価アルコールがあげられる。特定の実施態様では、ブロッキング薬は還元糖であるソルビトールである。
なお、「脱水」とはコーティング層から水分が除去されることをいう。

１つ以上の実施態様では、有用な澱粉としてアミロースおよびアミロペクチンを含む澱粉が含まれる。澱粉は、任意の公知の源から得ることができ、たとえばじゃがいも、トウモロコシ、ワクシィコーン、レッドミロ、ホワイトミロ、小麦およびタピオカから得られることができ、デキストリン、マルトデキストリン、シクロデキストリン、およびそれらの酸化物、ヒドロキシアルキル化物、酸変性物、カチオン化物質、酵素変換物、あるいはそれらの様々な組み合わせであることができる。１つ以上の実施態様では、澱粉のセットバックまたは劣化の傾向を低減するために化学的に改質された、シン−ボイリング（ｔｈｉｎ−ｂｏｉｌｉｎｇ）澱粉が使用できる。先行技術は、低減されたセットバックを示す種々様々の澱粉誘導体を作る方法について記述する。セットバックを低減するための低コストおよび有効性のために、シン−ボイリング澱粉誘導体、たとえば酸化物、ヒドロキシエチル澱粉、澱粉リン酸塩、ヒドロキシエチル澱粉リン酸塩、澱粉アセテート、澱粉プロピオンアミドおよび澱粉マレイン酸エステルを使用することが望ましい。これらの誘導体は、単独であるいはシン−ボイリング澱粉、マルトデキストリンまたはデキストリンと組み合わせて使用し、より低コストにするかあるいは希望の粘性特性を得ることができる。マルトデキストリンおよびデキストリンはその製造中に予備的にゲル化することができるので、マルトデキストリンまたはデキストリンは本発明において単独で澱粉成分として使用することができる。ある実施態様では、ヒドロキシエチル化澱粉と酸−および／または酵素変換された澱粉もしくはデキストリンの混合物が利用できる。例えば、デキストリンおよび／またはマルトデキストリンは、酸変性されたあるいは酸化されたヒドロキシエチル化澱粉、たとえばヒドロキシエチル化されたジャガイモ澱粉とともに使用できる。カチオン化ジャガイモ澱粉、酸化したコーンスターチ、酸変性されたコーンスターチおよび酵素変性されたコーンスターチも使用されることができる。アミラーゼを含んでいないワクシィスターチも使用することができる。

１つ以上の実施態様では、天然の澱粉が使用されてもよい。他の実施態様では、変性澱粉が使用されてもよい。変性澱粉としては、エトキシル化、またはヒドロキシル化澱粉、過酸化物あるいは酸で処理された澱粉、あるいはカチオン化された澱粉があげられる。

１つ以上の実施態様では、顔料はクレー、二酸化チタン、セッコウ、タルクおよび／または炭酸カルシウム、および同種のもの、およびそれらの混合物であることができる。ある実施態様では、顔料は完全にあるいは本質的に、炭酸カルシウムで構成される。クレーはカオリンまたはイングリッシュクレーを包含する。炭酸カルシウムは粉砕および沈降炭酸カルシウムを包含する。これらまたは他の実施態様では、ポリスチレン顔料のようなプラスチック顔料も使用できる。

１つ以上の実施態様では、ポリマーの粒子状物質（すなわちラテックスをはじめとする、水性媒体中に懸濁されたポリマー）は弾性粒子、たとえばスチレンおよびブタジエンモノマーおよび任意のコモノマー、たとえばアクリルモノマー、メタアクリルモノマー、アセテートモノマー、および酸モノマーから合成されるものを含むことができる。他のポリマーの粒子状物質としてはポリ酢酸ビニル粒子状物質を含むことができる。これらのポリマーの粒子状物質は、公知にはポリマーラテックスの形態である。

上に議論された成分に加えて、本発明の組成物は、公知の量でたとえば分散剤（例えばナトリウム ヘキサメタホスフェート、ポリアクリル酸ナトリウム）、潤滑剤（例えばステアリン酸カルシウム）、消泡剤（例えば油ベースのエマルションまたはエチルアルコール）、保存料、着色顔料、粘度調整剤（例えばカルボキシメチルセルロース、アクリレート増粘剤、ポリビニルアルコール）などを含めることにより調製されることができる。

１つ以上の実施態様では、架橋剤組成物は、（ｉ）ホウ素源、（ｉｉ）アルデヒド架橋剤および（ｉｉｉ）ブロッキング薬の導入により調製されることができる。
特定の実施態様では、ホウ素源（例えばホウ酸塩）は、アルデヒド架橋剤（例えばグリオキサール）の水性溶液に加えられる。次に、中和剤（例えば水酸化ナトリウム）が４以上の溶液のｐＨを維持するように溶液に加えられる。それは、溶液の中へのホウ素源（例えばホウ酸塩）の溶解を促進する。その後、ブロッキング薬（例えばソルビトール）は架橋剤組成物を形成するために加えることができる。他の実施態様では、成分の追加順序は変更することができる。さらなる他の実施態様では、様々な成分の追加は分割することができる。例えば、アルデヒド架橋剤の一部はボラートと一緒に加え、ブロッキング薬が導入された後、アルデヒド架橋剤の残りを加えることができる。

１つ以上の実施態様では、架橋剤組成物のｐＨは公知の技術により少なくとも４のｐＨにされ、他の実施態様では少なくとも４．５のｐＨにされ、他の実施態様では少なくとも５．０のｐＨにされ、他の実施態様では少なくとも５．５のｐＨにされ、他の実施態様では少なくとも６．０のｐＨにされ、他の実施態様では少なくとも６．５のｐＨにされる。これらまたは他の実施態様では、架橋剤組成物のｐＨは１０未満のｐＨにされ、他の実施態様では架橋剤組成物のｐＨは９．５未満のｐＨにされ、他の実施態様では架橋剤組成物のｐＨは９．０未満のｐＨにされ、他の実施態様では架橋剤組成物のｐＨは８．５未満のｐＨにされ、他の実施態様では架橋剤組成物のｐＨは８．０未満のｐＨにされ、他の実施態様では架橋剤組成物のｐＨは７．５未満のｐＨにされる。

１つ以上の実施態様では、架橋剤組成物は水性組成物である。１つ以上の実施態様では、ホウ素源、アルデヒド架橋剤およびブロッキング薬は、水性組成物に溶解される。特定の実施態様では、ホウ素源、アルデヒド架橋剤およびブロッキング薬は、溶液内に固体が（白色光、肉眼によって）目視できない程度まで溶解される。

１つ以上の実施態様では、架橋剤組成物の固形分は、例えば水の追加によって、または水の除去によって、組成物全体の合計重量に基づいて少なくとも５重量％にされ、他の実施態様では少なくとも１０重量％にされ、他の実施態様では少なくとも２０重量％にされ、他の実施態様では少なくとも３０重量％にされ、他の実施態様では少なくとも３５重量％にされる。これらまたは他の実施態様では、架橋剤組成物の固形分は、組成物全体の合計重量に基づいて８５重量％未満にされ、他の実施態様では７５重量％未満にされ、他の実施態様では６５重量％未満にされ、他の実施態様では５５重量％未満にされ、他の実施態様では５０重量％未満にされる。

１つ以上の実施態様では、架橋剤組成物は組成物の合計固形分に基づいて少なくとも２％、他の実施態様では少なくとも４％、他の実施態様では少なくとも６％、他の実施態様では少なくとも７％のホウ素源、たとえば三酸化ホウ素を含む。これらまたは他の実施態様では、架橋剤組成物は組成物の合計固形分に基づいて１４％未満、他の実施態様では１２％未満、他の実施態様では１０％未満、他の実施態様では９％未満のホウ素源、たとえば三酸化ホウ素を含む。

１つ以上の実施態様では、架橋剤組成物は組成物の合計固形分に基づいて少なくとも４０％、他の実施態様では少なくとも５０％、他の実施態様では少なくとも５５％、他の実施態様では少なくとも６０％のジアルデヒド、たとえばグリオキサールを含む。これらまたは他の実施態様では、架橋剤組成物は組成物の合計固形分に基づいて８５％未満、他の実施態様では８０％未満、他の実施態様では７５％未満、他の実施態様では７０％未満のジアルデヒド、たとえばグリオキサールを含む。

１つ以上の実施態様では、架橋剤組成物は組成物の合計固形分に基づいて少なくとも１０％、他の実施態様では少なくとも１４％、他の実施態様では少なくとも１６％、他の実施態様では少なくとも１８％のブロッキング薬、たとえばソルビトールを含む。これらまたは他の実施態様では、架橋剤組成物は組成物の合計固形分に基づいて３５％未満、他の実施態様では３０％未満、他の実施態様では２６％未満、他の実施態様では２３％未満のブロッキング薬、たとえばソルビトールを含む。

１つ以上の実施態様では、有益には、ブロッキング薬のモル等量未満が、有効に組成物をブロックする（つまり、溶液の中で有用な粘度を維持するためにジアルデヒド（例えばグリオキサール）上の反応部位をブロックする）ために必要である。この利点は、ホウ素源（例えばボラート）の存在に由来すると信じられている。１つ以上の実施態様では、組成物中で使用されるブロッキング薬のモル数はジアルデヒド（例えばグリオキサール）の１モル当たり、１．０モル等量未満であり、他の実施態様では０．９未満であり、他の実施態様では０．８未満であり、他の実施態様では０．７未満であり、他の実施態様では０．６未満である。例えば、ある実施態様では、グリオキサールの１モル当たりブロッキング薬０．５モルが、技術的に有用な組成物を調製するために使用されることができる。

本発明の表面処理組成物は、本明細書に記載された架橋剤組成物と水性澱粉組成物の導入により調製されることができる。有利には、本発明の実施の際、表面処理組成物を形成する際にジアルデヒド（例えばグリオキサール）の後追加が許容されることが予想外にも発見された。言いかえれば、架橋剤組成物および澱粉は組み合わせることができ、次に追加のグリオキサールを組成物に加えることができる。

１つ以上の実施態様では、澱粉に導入された架橋剤組成物の量は、架橋剤溶液の固形分への澱粉の固形分（すなわち乾燥重量と乾燥重量）に関して定量化することができる。１つ以上の実施態様では少なくとも１重量部、他の実施態様では少なくとも２重量部、他の実施態様では少なくとも３重量部、また他の実施態様では少なくとも４重量部の架橋剤組成物（固体）が、１００重量部の澱粉に（すなわち１００重量部の固体当たりの固体重量部で）導入される。これらまたは他の実施態様では１２重量部未満、他の実施態様では１０重量部未満、他の実施態様では７重量部未満、他の実施態様では５重量部未満の架橋剤組成物（固体）が、１００重量部の澱粉に（すなわち１００重量部の固体当たりの固体重量部で）導入される。

１つ以上の実施態様では、表面処理組成物はサイジング組成物を含む。１つ以上の実施態様では、サイジング組成物は組成物の合計重量に基づいて少なくとも３重量％、他の実施態様では少なくとも５重量％、他の実施態様では少なくとも８重量％、他の実施態様では少なくとも１０重量％の固形分で含まれる。これらまたは他の実施態様では、サイジング組成物は組成物の合計重量に基づいて３０重量％未満、他の実施態様では２０重量％未満、他の実施態様では１５重量％未満、他の実施態様では１２重量％未満の固形分で含まれる。

１つ以上の実施態様では、サイジング組成物はサイジング組成物の固形分に基づいて少なくとも７０重量％、他の実施態様では少なくとも７５重量％、他の実施態様では少なくとも８０重量％、他の実施態様では少なくとも８５重量％、他の実施態様では少なくとも９０重量％、他の実施態様では少なくとも９５重量％の澱粉を含む。これらまたは他の実施態様では、サイジング組成物はサイジング組成物の合計重量に基づいて１００重量％未満、他の実施態様では９９重量％未満、他の実施態様では９７重量％未満、他の実施態様では９５重量％未満の澱粉を含む。

１つ以上の実施態様では、サイジング組成物はサイジング組成物の固形分に基づいて少なくとも１重量％、少なくとも２重量％、他の実施態様では少なくとも３重量％、他の実施態様では少なくとも４重量％、他の実施態様では少なくとも５重量％、他の実施態様では少なくとも７重量％の顔料を含む。これらまたは他の実施態様では、サイジング組成物は組成物の合計重量に基づいて２５重量％未満、他の実施態様では２０重量％未満、他の実施態様では１５重量％未満、他の実施態様では１２重量％未満の顔料を含む。１つ以上の実施態様では、サイジング組成物内に使用される顔料は、顔料の合計重量に基づいて少なくとも６０重量％、他の実施態様では少なくとも７０重量％、他の実施態様では少なくとも８０重量％、他の実施態様では少なくとも９０重量％の炭酸カルシウムを含む。これらまたは他の実施態様では、サイジング組成物内の顔料は、本質的に炭酸カルシウムで構成される。

１つ以上の実施態様では、表面処理組成物は高度に着色されたコーティング組成物を含む。１つ以上の実施態様では、高度に着色されたコーティング組成物は、組成物の合計重量に基づいて少なくとも３５重量％、他の実施態様では少なくとも４０重量％、他の実施態様では少なくとも４５重量％、他の実施態様では少なくとも５０重量％の固形分を含む。これらまたは他の実施態様では、着色されたコーティング組成物は、組成物の合計重量に基づいて８０重量％未満、他の実施態様では７５重量％未満、他の実施態様では７０重量％未満、他の実施態様では６５重量％未満の固形分を含む。

１つ以上の実施態様では、高度に着色されたコーティング組成物は組成物の固形分に基づいて少なくとも１０重量％、他の実施態様では少なくとも７５重量％、他の実施態様では少なくとも８０重量％、他の実施態様では少なくとも８５重量％、他の実施態様では少なくとも９０重量％、他の実施態様では少なくとも９５重量％の顔料を含む。これらまたは他の実施態様では、着色されたコーティングする組成物は組成物の合計重量に基づいて１００重量％未満、他の実施態様では９９重量％未満、他の実施態様では９７重量％未満、他の実施態様では９５重量％未満の顔料を含む。１つ以上の実施態様では、高度に着色されたコーティング内に使用された顔料は顔料の合計重量に基づいて少なくとも６０重量％、他の実施態様では少なくとも７０重量％、他の実施態様では少なくとも８０重量％、他の実施態様では少なくとも９０重量％の炭酸カルシウムを含む。これらまたは他の実施態様では、高度に着色されたコーティング内の顔料は、本質的に炭酸カルシウムで構成される。

１つ以上の実施態様では、高度に着色されたコーティング組成物は組成物の固形分に基づいて少なくとも１重量％、他の実施態様では少なくとも２重量％、他の実施態様では少なくとも３重量％、他の実施態様では少なくとも４重量％、他の実施態様では少なくとも５重量％、他の実施態様では少なくとも７重量％の澱粉を含む。これらまたは他の実施態様では、着色されたコーティングする組成物は組成物の合計重量に基づいて２５重量％未満、他の実施態様では２０重量％未満、他の実施態様では２０重量％未満、他の実施態様では１５重量％未満、他の実施態様では１２重量％未満の澱粉を含む。

１つ以上の実施態様では、高度に着色されたコーティング組成物は組成物の固形分に基づいて少なくとも２重量％、他の実施態様では少なくとも５重量％、他の実施態様では少なくとも８重量％、他の実施態様では少なくとも１０重量％、他の実施態様では少なくとも１２重量％のポリマーを含む。これらまたは他の実施態様では、着色されたコーティングする組成物は組成物の合計重量に基づいて２５重量％未満、他の実施態様では２０重量％未満、他の実施態様では１５重量％未満、他の実施態様では１２重量％未満のポリマーを含む。

１つ以上の実施態様では、紙コーティング組成物内のバインダー（つまり澱粉およびポリマー）の量は顔料の量に基づき、その比率は所望の結合の程度および使用された具体的なバインダーの接着特性に応じて変化する。１つ以上の実施態様では、バインダーの量は顔料の重量に基づいて約５から２５％、他の実施態様では約１２から１８％である。添加剤の量は、バインダーの量および特性、および所望の不溶化の程度に応じて変化する。１つ以上の実施態様では、添加剤はバインダーの重量（固形物または乾燥重量基準）に基づいて約１から１０％であり、他の実施態様では約３から７％である。１つ以上の実施態様では、紙コーティング組成物の全固形分含量は、適用の方法および製品の要求に依存して、一般に、約４０から７０％の範囲内である。

１つ以上の実施態様では、特に本発明の組成物がサイジング組成物として有用な場合、表面処理組成物は５００ｃｐｓ未満の粘度によって特徴付けられ、他の実施態様では４００ｃｐｓ未満、他の実施態様では３００ｃｐｓ未満の粘度によって特徴付けられる。

１つ以上の実施態様では、特に本発明の組成物が着色されたコーティング組成物として有用な場合には、表面処理組成物は、２５００ｃｐｓ未満の粘度によって特徴付けられ、他の実施態様では２０００ｃｐｓ未満、他の実施態様では１５００ｃｐｓ未満の粘度によって特徴付けられる。

１つ以上の実施態様では、表面処理組成物は少なくとも５のｐＨによって特徴付けられ、他の実施態様では少なくとも６．０、他の実施態様では少なくとも６．５、他の実施態様では少なくとも７．０のｐＨによって特徴付けられる。これらまたは他の実施態様では、表面処理組成物は８．５未満のｐＨによって、他の実施態様では８．０未満、他の実施態様では７．５未満のｐＨによって特徴付けられる。他の実施態様では、特に炭酸カルシウムのような顔料が使用され、組成物にある程度のアルカリ性度を提供する場合、表面処理組成物は少なくとも７．５のｐＨによって特徴付けられ、他の実施態様では少なくとも７．８、他の実施態様では少なくとも８．５、他の実施態様では少なくとも８．７、他の実施態様では少なくとも９．０、他の実施態様では少なくとも９．２のｐＨによって特徴付けられる。組成物にアルカリ性度を提供する顔料が使用される実施態様では、表面処理組成物のｐＨは１０未満、他の実施態様では９．７未満、他の実施態様では９．５未満である。

１つ以上の実施態様では、本発明の表面処理組成物はセルロースの基体を処理するために使用されることができる。これらのセルロースの基体としては紙および板紙が包含される。例としては、上質紙、たとえば約５０から約１００ｇｓｍの坪量を有するもの、坪量約３０から約１００ｇｓｍのオフセット輪転印刷用紙、坪量約２４から約６０ｇｓｍの軽量紙、坪量約９０から約１８０ｇｓｍの板紙があげられる。

これらのセルロース性基体は、紙および板紙の処理のための従来技術を使用することにより処理されることができる。

特にアダムス湿潤耐摩耗試験（Ａｄａｍｓ Ｗｅｔ Ｒｕｂ Ｔｅｓｔ）によって示されるように、本発明の表面処理組成物の使用が、優れた表面特性を有するセルロース基体（例えばサイジングされまたはコーティングされた紙）を与えることが予想外にも見出され、さらに本発明の表面処理組成物は技術的に有用な粘度を有しており、それは紙コーティングプロセスにとって特に重要である。他の利点としては、基体の増加した難燃性があげられる。

本発明の実施を例証するために、次の実施例が調製され試験された。しかしながら、この実施例は本発明の範囲を制限するものとして見られるべきでない。
特許請求の範囲が本発明を定義する。
実施例

様々な架橋剤組成物が調製され、紙コーティング配合物に加えられた。紙コーティング配合物は加工性について分析された。また、紙はコーティングされ、性能特性に関してテストされた。

架橋剤組成物は水性相中で、表Ｉに示された成分を組み合わせることにより調製された。成分はモル重量％で記載される。試料２の場合には、グリオキサールとソルビトールが、ホウ酸ナトリウムの存在下で反応させられた；試料３の場合には、グリオキサールの一部が反応の後に加えられた；また、試料４の場合は試料３と同じだが、ボラートがなかった。試料１を製造するために使用されるポリオールはビシナルポリオール（コーンシロップ）であり、多くの他のポリオールが含まれていると考えられる。

架橋剤組成物の調製に引き続き、高度に着色された紙コーティング配合物が、水性相中で、表ＩＩ中で示された成分を使用して調製された。これは軽量紙のための典型的なコーティングである。表ＩＩの中に示された量は、乾燥合計重量に基づく。それぞれの紙コーティング配合物は約５９％の固形分に調節された。また、配合物はそれぞれ２つの試料へ分割された。第一のサンプルの組は７．８のｐＨに調節された。また、第二のサンプルの組は水酸化ナトリウムを加えて９．０のｐＨに調節された。ただ一つの例外はホウ酸ナトリウムを備えた配合物であり、試料２および試料３と等価なモル含量を達成するために、ホウ酸ナトリウムが０．０４％、０．０７％および０．１１％で加えられた。

各紙コーティング配合物の粘度は表ＩＩＩまたは表ＩＶ中に報告される。表ＩＩＩはｐＨ７．８に調節された紙コーティング配合物に関し、表ＩＶはｐＨ９．０に調節された紙コーティング配合物に関する。コーティング配合物の粘度は、（ａ）１００ｒｐｍおよび２０ｒｐｍで回転するスピンドルを備えたブルックフィールド（ＢＦＶ）粘度計の使用、および（ｂ）０〜４４００ｒｐｍで回転させるボブ−アンド−カップのジオメトリのハーキュレスのＨｉ−シェア（ＨＨＳ）粘度計により分析された。

コーティング粘度の液状塗料評価は、ＢＦＶの１００ｒｐｍで試料２および試料３がほぼ２０−３０％の増加をしたことを示した。試料２はほぼ１０−１５％の増加を示した。ＨＨＳ粘度測定値は、架橋剤組成物の選択によって著しく影響されなかった。

紙コーティング配合物はそれぞれ、雑誌に使用される紙と同等の８１ ｌｂｓ／３３００平方フィート上質紙に、ワイヤーロッドドローダウンを使用して７ ｌｂｓ／３３００平方フィートのコーティング量で塗布され、熱赤外線銃および強制空気で紙を乾燥させた。乾燥の後すべての紙を実験室スーパーカレンダー装置でカレンダーに掛け、７５°光沢ができるだけ６０％に近づくようにした（ＴＡＰＰＩ標準方法Ｔ ４８０ ｏｍ−９２）。これらは、紙コーティングの評価のための一般的なコーティング、実験室施工および試験技術である。結果は表Ｖで報告される。

アダムス湿潤耐摩耗試験（ＡＷＲＴ）を使用する、コーティング不溶解剤の効果を決定する評価方法：
試験の原理は、制御された条件下で、予め決定された時間、連続的に濡れた紙サンプルに摩擦挙動を加え、こすれ落ちた物質を評価することに基づく。２つの検出方法が使用された；１つは、２０秒で除去されたコーティングを測定し、定量可能な吸光度値を得る測定である。比色分析のより小さい吸光度値は、コーティングされた紙からのより少ない除去量に対応し、したがってよりよい架橋に相当する。別の方法は同じテスト手順を使用するが、結果は摩擦された物質の透過％値によって決定される。より高い透過％はより効率的な架橋に相当する。

本発明にともなう有利で予期しない発見の１つは、より高いｐＨでのコーティング組成物の有用性である。表ＶＩはこの安定性を示す。特に、表ＶＩは、７．８から９．０にｐＨが上がる際の表Ｖで報告された特性の変化を示す。当業者には理解されるように、アリカリ度が上がる際の変化が小さいほど有用である。データから理解されるように、本発明の組成物はより優れた結果を示す。

この発明の範囲および精神を離れずに、様々な改良および置換ができることは当業者には明らかである。本発明は、本明細書に記載された実施態様には制限されない。

Claims (8)

1. セルロース基体に以下の工程を含む方法によって調製される表面処理組成物を適用することを含む、表面処理されたセルロース基体を調製する方法：
   （ａ） （ｉ）ボラートイオンを提供する物質、（ｉｉ）ジ−アルデヒド架橋剤および（ｉｉｉ）ブロッキング薬を導入し、架橋剤組成物を形成すること；
   （ｂ） 澱粉および顔料を架橋剤溶液に導入し、組成物を形成し、組成物のｐＨを少なく とも８．５とすること。
2. 該表面処理組成物が２５００ｃｐｓ未満の粘度を有することにより特徴付けられ、該表面処理組成物が３０から８０％の固形分を有することによって特徴づけられ、該澱粉が変性澱粉および天然澱粉からなる群から選択されるかまたは該澱粉が、ヒドロキシルエチル化 澱粉、過酸化物により酸処理された澱粉、カチオン化された澱粉からなる群から選択され、ジアルデヒドはグリオキサールを含む、請求項１記載の方法。
3. 前記の適用工程が、セルロース基体の少なくとも１つの表面にコーティングを形成し、コーティングの湿潤厚さは１から３０ミクロンである、請求項１または２記載の方法。
4. ボラートイオンを提供する物質はボラートを含む、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. 表面処理組成物が炭酸カルシウム顔料を含むことによって特徴づけられ、および前記のホウ素源およびジアルデヒドを導入する工程が水性のボラート溶液および水性のグリオキサール溶液を導入することを含み、前記ブロッキング薬がジ−アルデヒドに化学的に結合する化合物を含み、および脱水の閾値を超えるとジ−アルデヒドが反応して澱粉を架橋することを許容するか、または
   該ブロッキング薬がペンタエリトリトール、グリセリン、ラノリン、多数の水酸基を有する単糖類またはオリゴ糖またはそれらの混合物を含み、または該ブロッキング薬はソルビトールを含み、または該ブロッキング薬はペンタエリトリトールを含む、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. （ｃ） 澱粉および顔料を架橋剤溶液に導入した後に、追加のジ−アルデヒドを導入し、 組成物を形成する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
7. 澱粉、ボラートイオンを提供する物質、ジ−アルデヒドおよびブロッキング薬の混合物を含み、ｐＨが少なくとも８．５である表面処理組成物。
8. セルロース基体に表面処理組成物を適用することにより調製された処理されたセルロース基体であって、該表面処理組成物は澱粉、ボラートイオンを提供する物質、ジ−アルデヒドとブロッキング薬との混合物、および澱粉の混合物であり、少なくとも８．５のｐＨを有する、セルロース基体。