JP5790505B2 - 耐水耐油剤組成物、これで処理された物品、およびこれらの製造方法 - Google Patents

耐水耐油剤組成物、これで処理された物品、およびこれらの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、耐水耐油剤組成物、これで処理された物品、およびこれらの製造方法に関する。
ペルフルオロアルキル基(以下、R基と記す。)を有する含フッ素共重合体を含む耐水耐油剤組成物で紙を処理して得られた耐水耐油紙(以下、フッ素系耐水耐油紙と記す。)は、水、油等の液体に対するバリア性を有することから、食品包装容器、食品包装紙等として用いられている。また、フッ素系耐水耐油紙は、フッ素系以外の耐水耐油紙と異なり、通気性を有したまま良好な耐水性、耐油性を有することから、湿度が内部にこもることを嫌うフライ類の包装紙、機能上通気性が必要な鮮度保持剤包装紙、脱酸素剤包装紙としても用いられている。
耐水耐油剤組成物で紙を処理する方法としては、下記の2種類の方法がある。
(1)抄紙前のパルプスラリーに耐水耐油剤組成物を添加する、「内添」と呼ばれる方法。
(2)抄紙、ウェットプレス、および前段ドライヤを経た後のサイズプレスにおいて耐水耐油剤組成物を紙に塗布する、もしくは、原紙抄造後に各種コーターまたは各種印刷機を用いて耐水耐油剤組成物を紙に塗布する、「外添」と呼ばれる方法。
含フッ素共重合体を含む耐水耐油剤組成物としては、たとえば、下記のものが知られている。
ポリフルオロアルキル基(以下、R基と記す。)を有する(メタ)アクリレートと、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートと、酢酸ビニル等のビニル系モノマーとを共重合して得られた含フッ素共重合体のアミノ基を酸で塩化して、含フッ素共重合体を水性媒体に分散または溶解させた耐水耐油剤組成物(特許文献1参照)。
該耐水耐油剤組成物においては、アミノ基の塩化に用いる酸としては、安全性および価格の点から、酢酸が用いられる。
しかし、アミノ基の塩化に酢酸を用いて得られた耐水耐油剤組成物には、下記の問題がある。
(i)アミノ基が塩化された含フッ素共重合体はカチオン性であるため、紙を処理する際に、併用剤としてアニオン性のものを用いた場合、耐水耐油性が充分に発現しないばかりか、凝固物を生じて操業に支障をきたす場合がある。
(ii)外添加工において、希釈水としてpHの高い水(たとえば、pHが8以上の水)を用いる場合があり、また、内添加工において、pHの高いパルプを用いる場合があり、該場合においても、耐水耐油性が充分に発現しないばかりか、凝固物を生じて操業に支障をきたす場合がある。
(iii)酢酸特有の臭気がある。
ところで、近年、ペルフルオロオクタン酸およびその前駆体、類縁体等の炭素数8以上のR基を有する含フッ素化合物による環境負荷が懸念されており、米国環境保護局等によって環境への蓄積削減の試みがなされようとしている。そのため、炭素数6以下のR基またはペルフルオロポリエーテルを有する含フッ素共重合体を含む、代替の耐水耐油剤組成物が求められている(特許文献2参照)。
しかし、炭素数6以下のR基またはペルフルオロポリエーテルを有する含フッ素共重合体のアミノ基を酢酸で塩化して得られた代替の耐水耐油剤組成物は、炭素数8以上のR基を有する含フッ素共重合体のアミノ基を酢酸で塩化して得られた従来の耐水耐油剤組成物に比べ、耐水耐油性が不充分である。
特表2001−504546号公報 国際公開第2005/090423号パンフレット
本発明は、炭素数6以下のR基またはペルフルオロポリエーテルを有する含フッ素共重合体を用いているにも関わらず充分な耐水耐油性を基材に付与でき、かつ該耐水耐油性が耐水耐油剤で紙を処理する際に用いた併用剤や希釈水のpHによって大きく影響されず、さらには臭気が少ない耐水耐油剤組成物;環境負荷が低く、充分な耐水耐油性を有する物品;およびそれらの製造方法を提供する。
本発明の耐水耐油剤組成物は、下記単量体(a)に基づく構成単位の50〜98質量%および下記単量体(b)に基づく構成単位の2〜50質量%を有する含フッ素共重合体における−N(R)(R)の一部または全部が、pKaが2.0〜4.0である有機酸を含む有機酸によって塩化された含フッ素共重合体を媒体に分散または溶解させた耐水耐油剤組成物であることを特徴とする。
単量体(a):下式(1)で表される化合物。
(Z−Y)X ・・・(1)。
ただし、Zは、炭素数1〜6のR基または下式(2)で表される基であり、
Yは、フッ素原子を有さない、下式(8)で表される2価有機基または単結合であり、
nは、1または2であり、
Xは、nが1の場合は、下式(3−1)〜(3−5)で表される基のいずれかであり、nが2の場合は、下式(4−1)〜(4−4)で表される基のいずれかである。
2m+1O(CFCF(CF)O)CF(CF)− ・・・(2)。
ただし、mは、1〜6の整数であり、dは、1〜4の整数である。
−R −T−R − ・・・(8)。
ただし、R 、R は、それぞれ独立に、単結合、または炭素数1〜22の炭化水素基(エーテル性の酸素原子を含んでいてもよい。)であり、Tは、単結合、−OC(O)NH−、−C(O)NH−、−OC(O)O−、−C(O)O−、−SO NH−、−SO N(R’)−、または−NHCONH−であり、R’は、炭素数1〜6のアルキル基である。
−C(R)=CH ・・・(3−1)、
−C(O)OC(R)=CH ・・・(3−2)、
−OC(O)C(R)=CH ・・・(3−3)、
−OCH−φ−C(R)=CH ・・・(3−4)、
−OCH=CH ・・・(3−5)。
ただし、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、φは、フェニレン基である。
−CH[−(CHC(R)=CH]− ・・・(4−1)、
−CH[−(CHC(O)OC(R)=CH]− ・・・(4−2)、
−CH[−(CHOC(O)C(R)=CH]− ・・・(4−3)、
−OC(O)CH=CHC(O)O− ・・・(4−4)。
ただし、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、pは、0〜4の整数である。
単量体(b):下式(5)で表される化合物。
CH=C(R)C(O)O−Q−N(R)(R) ・・・(5)。
ただし、Rは、水素原子またはメチル基であり、
Qは、炭素数2〜3のアルキレン基における水素原子の一部または全部が水酸基で置換された基、または炭素数2〜4のアルキレン基であり、
、Rは、それぞれ独立に、ベンジル基、または炭素数1〜8のアルキル基である、もしくは、RとRとが結合して窒素原子とともにモルホリノ基、ピペリジノ基、またはピロリジニル基を形成している。
前記pKaが2.0〜4.0である有機酸は、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、およびイタコン酸からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
本発明の耐水耐油剤組成物は、併用剤をさらに含むことが好ましい。
前記併用剤として、アニオン性紙力増強剤、アニオン性消泡剤、アニオン性サイズ剤、およびアニオン性キレート剤からなる群から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。
前記含フッ素共重合体は、前記単量体(a)に基づく構成単位の60〜90質量%、前記単量体(b)に基づく構成単位の5〜30質量%および下記単量体(c)に基づく構成単位の1〜25質量%を有することが好ましい。
単量体(c):下式(6)で表される化合物。
CH=C(R)−G−(RO)−R ・・・(6)。
ただし、Rは、水素原子またはメチル基であり、
Gは、下式(7−1)または(7−2)で表される基であり、
は、炭素数2〜4のアルキレン基であり、1分子中に炭素数の異なる2種以上のアルキレン基が含まれていてもよく、
qは、1〜50の整数であり、
は、水素原子またはメチル基である。
−C(O)O−(CH− ・・・(7−1)、
−C(O)O−(CH−NHC(O)O− ・・・(7−2)。
ただし、rは、0〜4の整数である。
本発明の耐水耐油紙の製造方法は、本発明の耐水耐油剤組成物基材塗布した後、または本発明の耐水耐油剤組成物に基材を含浸した後、乾燥することを特徴とする。
本発明の耐水耐油紙の製造方法は、本発明の耐水耐油剤組成物を抄紙前のパルプスラリーに添加した後、抄紙を行うことを特徴とする。
本発明の耐水耐油剤組成物の製造方法は、前記単量体(a)の50〜98質量%および前記単量体(b)の2〜50質量%を含む単量体混合物を重合して含フッ素共重合体を得る工程と、該含フッ素共重合体の−N(R)(R)の一部または全部を、pKaが2.0〜4.0である有機酸を含む有機酸によって塩化し、含フッ素共重合体を媒体に分散または溶解させる工程とを有することを特徴とする。
前記含フッ素共重合体100質量部に対して、前記有機酸は5〜80質量部であることが好ましい。
前記pKaが2.0〜4.0である有機酸は、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、およびイタコン酸からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
本発明の耐水耐油剤組成物の製造方法は、併用剤を添加する工程をさらに有することが好ましい。
前記併用剤として、アニオン性紙力増強剤、アニオン性消泡剤、アニオン性サイズ剤、およびアニオン性キレート剤からなる群から選ばれる少なくとも1種を含んでいてもよい。
前記単量体混合物は、前記単量体(a)の60〜90質量%、前記単量体(b)の5〜30質量%および前記単量体(c)の1〜25質量%を含むことが好ましい。
本発明の耐水耐油剤組成物は、炭素数6以下のR基またはペルフルオロポリエーテルを有する含フッ素共重合体を用いているにも関わらず充分な耐水耐油性を基材に付与でき、かつ該耐水耐油性が耐水耐油剤で紙を処理する際に用いた併用剤や希釈水のpHによって大きく影響されず、さらには臭気が少ない。
本発明の耐水耐油剤組成物の製造方法によれば、炭素数が6以下のR基またはペルフルオロポリエーテルを有する含フッ素共重合体を用いているにも関わらず充分な耐水耐油性を基材に付与でき、かつ該耐水耐油性が耐水耐油剤で紙を処理する際に用いた併用剤や希釈水のpHによって大きく影響されず、さらには臭気が少ない耐水耐油剤組成物を製造できる。
本発明の物品は、環境負荷が低く、充分な耐水耐油性を有する。
本発明の物品の製造方法によれば、環境負荷が低く、充分な耐水耐油性を有する物品を製造できる。
本明細書においては、式(1)で表される化合物を化合物(1)と記す。他の式で表される化合物も同様に記す。また、本明細書においては、式(2)で表される基を基(2)と記す。他の式で表される基も同様に記す。また、本明細書における(メタ)アクリレートは、アクリレートまたはメタクリレートを意味する。また、本明細書における単量体は、重合性不飽和基を有する化合物を意味する。また、本明細書におけるR基は、アルキル基の水素原子の一部またはすべてがフッ素原子に置換された基であり、R基は、アルキル基の水素原子のすべてがフッ素原子に置換された基である。
<耐水耐油剤組成物>
本発明の耐水耐油剤組成物は、単量体(a)に基づく構成単位、単量体(b)に基づく構成単位、必要に応じて、単量体(c)に基づく構成単位、単量体(d)に基づく構成単位、単量体(e)に基づく構成単位を有する含フッ素共重合体における−N(R)(R)の一部または全部を特定の有機酸によって塩化し、含フッ素共重合体を媒体に分散または溶解させ、必要に応じて併用剤を添加したり、水で希釈したりしたものである。
(単量体(a))
単量体(a)は、化合物(1)である。
(Z−Y)X ・・・(1)。
Zは、炭素数1〜6のR基または基(2)である。
2m+1O(CFCF(CF)O)CF(CF)− ・・・(2)。
ただし、mは、1〜6の整数であり、dは、1〜4の整数である。
Z及びC2m+1は、直鎖状でも分岐状でもよいが、直鎖状が好ましい。Zとしては、炭素数1〜6のR基が好ましく、炭素数3〜6のR基がより好ましく、F(CF−、F(CF−、F(CF−がさらに好ましい。
Yは、2価の有機基または単結合である。
Yとしては、フッ素原子を有さない2価の有機基が好ましく、基(8)がより好ましい。
−R−T−R− ・・・(8)。
ただし、R、Rは、それぞれ独立に、単結合、または炭素数1〜22の炭化水素基(エーテル性の酸素原子を含んでいてもよい。)であり、Tは、単結合、−OC(O)NH−、−C(O)NH−、−OC(O)O−、−C(O)O−、−SONH−、−SON(R’)−、または−NHCONH−であり、R’は、炭素数1〜6のアルキル基である。
基(8)としては、炭素数1〜10のアルキレン基、−CH=CHCH−、−(CHCH(R”)O)CHCH−(ただし、jは1〜10の整数であり、R”は水素原子またはメチル基である。)、−COC(O)NHC−、−COC(O)OC−、または−C(O)OC−が好ましく、炭素数1〜10のアルキレン基がより好ましく、−CH−、−CHCH−、−(CH11−、または−CHCHCH(CH)−がさらに好ましい。
nは1または2である。
nが2の場合、1分子内に存在する2つの(Z−Y)は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
Xは、nが1の場合は、基(3−1)〜(3−5)のいずれかであり、nが2の場合は、基(4−1)〜(4−4)のいずれかである。
−C(R)=CH ・・・(3−1)、
−C(O)OC(R)=CH ・・・(3−2)、
−OC(O)C(R)=CH ・・・(3−3)、
−OCH−φ−C(R)=CH ・・・(3−4)、
−OCH=CH ・・・(3−5)。
ただし、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、φは、フェニレン基である。
−CH[−(CHC(R)=CH]− ・・・(4−1)、
−CH[−(CHC(O)OC(R)=CH]− ・・・(4−2)、
−CH[−(CHOC(O)C(R)=CH]− ・・・(4−3)、
−OC(O)CH=CHC(O)O− ・・・(4−4)。
ただし、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、pは、0〜4の整数である。
Xとしては、基(3−3)または基(4−4)が好ましく、溶媒に対する溶解性に優れ、溶液重合が容易に行える点で、基(3−3)がより好ましい。
Rとしては、重合性に優れることから、水素原子、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子等)または炭素数1〜3のアルキル基が好ましい。該アルキル基としてはメチル基がより好ましい。
単量体(a)としては、Zが炭素数1〜6(好ましくは3〜6)のR基であり、Yがフッ素原子を有さない2価の有機基であり、Xが基(3−3)(nが1の場合)または基(4−4)(nが2の場合)であり、Rが水素原子、メチル基またはハロゲン原子である化合物が好ましく、化合物(1−1)が特に好ましい。
F(CFOC(O)C(R)=CH ・・・(1−1)。
ただし、sは、1〜6(好ましくは3〜6)の整数であり、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、Yは、炭素数1〜10のアルキレン基である。
化合物(1−1)としては、下記の化合物が好ましい。
F(CFCHCHOC(O)C(CH)=CH
F(CFCHCHOC(O)CH=CH
F(CFCHCHOC(O)C(CH)=CH
単量体(a)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(単量体(b))
単量体(b)は、化合物(5)である。
CH=C(R)C(O)O−Q−N(R)(R) ・・・(5)。
は、水素原子またはメチル基である。
Qは、炭素数2〜3のアルキレン基における水素原子の一部または全部が水酸基で置換された基、または炭素数2〜4のアルキレン基である。
Qとしては、炭素数2〜4のアルキレン基が好ましい。
、Rは、それぞれ独立に、ベンジル基、または炭素数1〜8のアルキル基である、もしくは、RとRとが結合して窒素原子とともにモルホリノ基、ピペリジノ基、またはピロリジニル基を形成している。
、Rとしては、炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、メチル基またはエチル基が特に好ましい。
単量体(b)としては、下記のアミノアルコールのアクリレートおよびメタクリレートが挙げられる。
ジメチルアミノ−2−エタノール、ジエチルアミノ−2−エタノール、ジプロピルアミノ−2−エタノール、ジ−イソブチルアミノ−2−エタノール、N−tert−ブチルアミノ−2−エタノール、N−tert−ブチル−N−メチルアミノ−2−エタノール、モルホリノ−2−エタノール、N−エチル−N−(エチル−2−ヘキシル)アミノ−2−エタノール、ピエリジノ−2−エタノール、(ピロリジニル−1)−2−エタノール、ジエチルアミノ−3−プロパノール−1、ジエチルアミノ−2−プロパノール−1、ジメチルアミノ−1−プロパノール−2、ジエチルアミノ−4−ブタノール−1、ジ−イソブチルアミノ−4−ブタノール−1、ジメチルアミノ−1−ブタノール−2、ジエチエルアミノ−4−ブタノール−2。
これらのエステルは、たとえば米国特許第2138763号明細書に記載の方法に従って合成できる。単量体(b)としては、ジメチルアミノエチルメタクリレートまたはジエチルアミノエチルメタクリレートが特に好ましい。
単量体(b)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(単量体(c))
単量体(c)は、化合物(6)である。
CH=C(R)−G−(RO)−R ・・・(6)。
は、水素原子またはメチル基である。
Gは、基(7−1)または基(7−2)である。
−C(O)O−(CH− ・・・(7−1)、
−C(O)O−(CH−NHC(O)O− ・・・(7−2)。
ただし、rは、0〜4の整数である。
Gとしては、基(7−1)が好ましい。
は、炭素数2〜4のアルキレン基である。1分子中に炭素数の異なる2種以上のアルキレン基が含まれていてもよい。該場合、炭素数の異なる2種以上のオキシアルキレン基の配列は、ブロック状であってもよく、ランダム状であってもよい。
qは、1〜50の整数であり、1〜9が好ましく、1〜4がより好ましい。
は、水素原子またはメチル基である。
としては、水素原子がより好ましい。
単量体(c)としては、下記の化合物が好ましい。
2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリオキシエチレングリコール(メタ)アクリレート。
単量体(c)としては、2−ヒドロキシエチルメタクリレートが特に好ましい。単量体(c)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(単量体(d))
単量体(d)は、ブロックされたイソシアネート基、アルコキシシリル基、グリシジル基、またはオキシアルキレン基と、重合性不飽和基とを有し、ポリオキシアルキレン基を有する場合には両末端に重合性不飽和基を有し、R基を有さない化合物(ただし、単量体(a)〜(c)を除く)である。
ブロックされたイソシアネート基と重合性不飽和基とを有する化合物としては、下記の化合物が挙げられる。
2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、2−イソシアネートエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、3−イソシアネートプロピル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートの2−ブタノンオキシム付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートのピラゾール付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートの3,5−ジメチルピラゾール付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートの3−メチルピラゾール付加体、4−イソシアネートブチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクタム付加体。
アルコキシシリル基と重合性不飽和基とを有する化合物としては、化合物(9)が挙げられる。
CH=C(R)−D−E−Si(R)(R)(R) ・・・(9)。
ただし、Dは、−C(O)O−または単結合であり、Eは、炭素数1〜4のアルキレン基であり、R、R、Rは、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基または炭素数1〜6のアルコキシ基であり、Rは、水素原子またはメチル基である。
化合物(9)としては、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルジエトキシエチルシラン、アリルトリメトキシシラン等が挙げられる。
グリシジル基と重合性不飽和基とを有する化合物としては、下記の化合物が挙げられる。
グリシジル(メタ)アクリレート、ポリオキシアルキレングリコールモノグリシジルエーテル(メタ)アクリレート。
オキシアルキレン基を有し、両末端に重合性不飽和基を有する化合物としては、化合物(10)が挙げられる。
CH=CR’−D−L−D−CR’=CH ・・・(10)。
ただし、Lは、iが1〜200の整数である−(CO)−、−(CO)−、−(CO)−、炭素数1〜15の直鎖または分岐のアルキレン基、または−NHCO−を含む基であり、
Dは、それぞれ独立に−OC(O)−、−C(O)O−、または単結合であり、
R’は、それぞれ独立に水素原子またはメチル基である。
化合物(10)としては、エチレングリコールジ(メタ)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、プロピレングリコールジ(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、ポリテトラメチレングリコールジ(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、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール−プロピレングリコール)ジ(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール−テトラメチレングリコール)ジ(メタ)アクリレート、ポリ(プロピレングリコール−テトラメチレングリコール)ジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジグリシジルジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジグリシジルジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジグリシジルジ(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、グリセリンジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−アクリロイルオキシプロピルメタクリレート、アリロキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、アリロキシポリ(エチレングリコール−プロピレングリコール)モノ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、オキシアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレートモノイソシアナトエチル(メタ)アクリレート、オキシアルキレングリコールジイソシアナトエチル(メタ)アクリレートが挙げられる。化合物(10)としては、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートが好ましい。
単量体(d)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(単量体(e))
単量体(e)は、単量体(a)〜(d)以外の単量体である。
単量体(e)としては、エチレン、塩化ビニリデン、塩化ビニル、(メタ)アクリル酸、フッ化ビニリデン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、イソブタン酸ビニル、イソデカン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、セチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、2−クロロエチルビニルエーテル、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、メチロール化ジアセトン(メタ)アクリルアミド、ビニルアルキルケトン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン、ベンジル(メタ)アクリレート、ポリシロキサンを有する(メタ)アクリレート、酢酸アリル、N−ビニルカルバゾール、マレイミド、N−メチルマレイミド等が挙げられる。
(含フッ素共重合体)
単量体(a)に基づく構成単位の割合は、耐水耐油性の点から、全ての単量体に基づく構成単位(100質量%)のうち、50〜98質量%であり、60〜90質量%が好ましく、60〜80質量%がより好ましい。
単量体(b)に基づく構成単位の割合は、媒体への分散性または溶解性の点から、全ての単量体に基づく構成単位(100質量%)のうち、2〜50質量%であり、5〜30質量%が好ましく、5〜25質量%がより好ましい。
単量体(c)に基づく構成単位の割合は、全ての単量体に基づく構成単位(100質量%)のうち、0〜30質量%が好ましく、パルプとの親和性向上の観点から、1〜25質量%がより好ましく、5〜20質量%が特に好ましい。
単量体(d)に基づく構成単位の割合は、全ての単量体に基づく構成単位(100質量%)のうち、0〜5質量%が好ましく、耐久性の点から、0〜4質量%がより好ましく、0〜2質量%が特に好ましい。
単量体(e)に基づく構成単位の割合は、全ての単量体に基づく構成単位(100質量%)のうち、0〜30質量%が好ましく、造膜性、バリア性の点から、0〜10質量%がより好ましく、0〜1質量%が特に好ましい。
単量体に基づく構成単位の割合は、NMR(核磁気共鳴)分析および元素分析から求める。なお、NMR分析および元素分析から求められない場合は、含フッ素共重合体の製造時の単量体の仕込み量に基づいて算出してもよい。
含フッ素共重合体の質量平均分子量は、5000〜100000が好ましく、20000〜90000がより好ましい。質量平均分子量が5000以上であれば、耐水耐油性が良好となる。質量平均分子量が100000以下であれば、造膜性、液安定性が良好となる。
含フッ素共重合体の質量平均分子量は、標準ポリメチルメタクリレート試料を用いて作成した検量線を用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定することによって得られるポリメチルメタクリレート換算分子量である。
(有機酸)
本発明における有機酸は、含フッ素共重合体における−N(R)(R)の一部または全部が有機酸に塩化することができる有機酸であり、全部が有機酸と塩化していることが好ましい。有機酸の量は、含フッ素共重合体における−N(R)(R)の全部を塩化することのできる量が好ましい。
有機酸としては、pKa(なお、分子内に複数のカルボキシル基を有する場合、pKa1を示す。)が2.0〜4.0である有機酸を用いる。
pKaが2.0〜4.0である有機酸としては、乳酸(pKa:3.66)、クエン酸(pKa1:2.87)、リンゴ酸(pKa1:3.24)、イタコン酸(pKa:3.85)、酒石酸(pKa1:2.82)、フマル酸(pKa1:2.85)、コハク酸(pKa1:4.00)、ギ酸(pKa:3.55)等が挙げられ、安全性、水分散性、塩化ポリマーの安全性の点から、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、およびイタコン酸からなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。特に、乳酸、リンゴ酸が好ましい。
有機酸として、本発明の効果を損なわない範囲において、pKaが2.0未満またはpKaが4.0を超える他の有機酸を併用しいてもよい。他の有機酸としては、酢酸(pKa:4.56)、アジピン酸(pKa:4.26、5.03)、プロピオン酸(pKa:4.67)、シュウ酸(pKa:1.04、3.82)、マレイン酸(pKa:1.75)等が挙げられる。他の有機酸の含有量は、有機酸全体に対して40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、0〜10質量%であることが特に好ましい。
pKaは、「化学便覧基礎編II」(改訂3版、日本化学会編、丸善)に記載の文献値とする。
(媒体)
含フッ素共重合体中の−N(R)(R)の有機酸による塩化は、媒体を用いて行うことができる。
塩化の際に用いる媒体としては、取扱性および安全衛生の点から、水性媒体が好ましい。
水性媒体としては、水または水を含む共沸混合物が挙げられ、水が好ましい。
水を含む共沸混合物としては、水と、下記の化合物との混合物が好ましい。
化合物としては、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、およびダイアセトンアルコールからなる群から選ばれる少なくとも1種以上である。
水性媒体としては、揮発性有機溶媒の含有量が1質量%以下であるものが好ましい。
揮発性有機溶媒とは、常温で保存したときに揮発する有機溶媒を意味しており、具体的には沸点が100℃以下である有機溶媒である。なお、水と共沸混合物を作る溶媒は該揮発性有機溶媒には含まれないものとする。
媒体の量は、含フッ素共重合体100質量部に対して、150〜100000質量部、好ましくは150〜1000質量部を適宜用いることができる。
(併用剤)
内添加工においては、一般的な製紙原料の調製工程に用いられる公知の内添薬剤を併用することが可能である。また、用いる内添薬剤のイオン性、内添薬剤の添加順序、内添薬剤の数についても限定されない。公知の内添薬剤としては、たとえば、凝結剤、歩留り剤、サイズ剤、紙力増強剤、顔料、染料、pH調整剤などが挙げられる。
凝結剤、歩留り剤の具体例としては、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アンモニウム、ポリ硝酸・硫酸アンモニウム、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ポリエチレンイミン、ポリアミン、ジアリルアミン−アクリルアミド共重合体、ポリアミドアミンエピクロロヒドリン、カチオン化澱粉、両性ポリアクリルアミド、アニオン性ポリアクリルアミド、カチオン性ポリアクリルアミド、ポリアミドエポキシ樹脂、ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、コロイダルシリカ、ポリフェノール樹脂、ポリビニルアミン、フェノール・ホルムアルデヒド樹脂、ポリエチレンオキシド、カルボキシメチルセルロース、ベントナイトなどが挙げられる。
外添加工における併用剤としては、紙力増強剤(各種澱粉、樹脂等)、サイズ剤、浸透剤、消泡剤、キレート剤、染料、顔料、染料、バインダ、酸、アルカリ、アルギネート、硫酸バンド等が挙げられる。
併用剤である樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリアミドアミン樹脂、ポリアミドアミンエピクロロヒドリン変性体樹脂、尿素またはメラミンホルムアルデヒドの縮合物または予備縮合物、メチロール−ジヒドロキシエチレン−尿素およびその誘導体、ウロン、メチロール−エチレン−尿素、メチロール−プロピレン−尿素、メチロール−トリアゾン、ジシアンジアミド−ホルムアルデヒドの縮合物等が挙げられる。
併用剤である浸透剤としては、デンドリマー型アルコール系浸透剤、アセチレングリコール系浸透剤等が挙げられる。
併用剤である消泡剤としては、シリコーン系消泡剤、デンドリマー型アルコール系消泡剤、アセチレングリコール系消泡剤等が挙げられる。
本発明においては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性いずれの併用剤も用いることができる。
アニオン性併用剤としては、アニオン性紙力増強剤、アニオン性消泡剤、アニオン性サイズ剤、およびアニオン性キレート剤からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
アニオン性紙力増強剤としては、リン酸エステル化澱粉、酸化澱粉、両性澱粉、酵素変性澱粉、カルボキシメチル化グァーガム、酸化グァーガム、カルボキシメチルセルロースNa、アニオン性ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂、アニオン性ポリアクリルアミド、両性ポリアクリルアミド、アクリルアミド−アクリル酸共重合体、スチレン−ブタジエン系共重合体、メチルメタクリレート−ブタジエン系共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体、アクリレート系共重合体、アクリロニトリル−スチレン系共重合体、コロイダルシリカ複合体粒子エマルション、オレフィン系樹脂エマルションが挙げられる。また、上記各種澱粉の原料としては、コーン、ポテト、小麦、タピオカ、サゴヤシ、米等が挙げられる。
アニオン性消泡剤としては、脂肪酸系消泡剤、ワックス系消泡剤、脂肪族アルコール誘導体等が挙げられる。
アニオン性サイズ剤としては、ロジンソープサイズ剤、ロジンエマルションサイズ剤、特殊変性ロジンサイズ剤、アルケニルコハク酸、アルケニル無水コハク酸、アニオン性アルキルケテンダイマー、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、スチレン−マレイン酸−アクリル系樹脂、ワックス系サイズ剤等が挙げられる。
アニオン性キレート剤としては、エチレンジアミン四酢酸またはその塩、ジエチレントリアミン五酢酸またはその塩等が挙げられる。
他のアニオン性併用剤としては、アニオン性染料、アニオン型水分散顔料、顔料(カオリンクレー、タルク、炭酸カルシウム、酸化チタン、シリカ等)、スケール防止剤、防腐剤、離型剤(脂肪酸カルシウム、ポリエチレンワックス等)、塗工バインダ(スチレン−ブタジエン系共重合体、アクリル酸エステル、ポリ乳酸等)等が挙げられる。
カチオン性併用剤としては、ワックス、AKD、ASA、スチレン系樹脂等のカチオン性サイズ剤、カチオン化澱粉、カチオン変性ポリビニルアルコール、カチオン性ポリアクリルアミド、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂、ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂、メラミン樹脂、ポリアミドエポキシ系樹脂等のカチオン性紙力増強剤等が挙げられる。
ノニオン性併用剤としては、ポリビニルアルコールなどのノニオン性紙力増強剤、ノニオン性消泡剤等が挙げられる。
上記併用剤の量は、媒体100質量部に対して、0.001〜100質量部が好ましく、0.01〜10質量部がより好ましい。
<耐水耐油剤組成物の製造方法>
本発明の耐水耐油剤組成物の製造方法は、下記の工程(I)〜(IV)を有する方法である。
(I)単量体(a)、単量体(b)、必要に応じて、単量体(c)、単量体(d)、単量体(e)を含む単量体混合物を重合して含フッ素共重合体を得る工程。
(II)含フッ素共重合体の−N(R)(R)の一部または全部を、特定の有機酸によって塩化して、含フッ素共重合体を媒体に分散または溶解させる工程。
(III)必要に応じて、工程(I)で用いた溶媒を除去する工程。
(IV)必要に応じて、併用剤を添加したり、媒体で希釈したりする工程。
(工程(I))
重合法としては、溶液重合法、乳化重合法等が挙げられ、重合安定性の点から、溶液重合法が好ましい。
溶液重合法は、必要に応じて重合開始剤、連鎖移動剤の存在下、溶媒中にて単量体混合物を重合する方法である。
溶媒としては、下記の化合物が挙げられる。
ケトン(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等)、アルコール(イソプロピルアルコール等)、ダイアセトンアルコール、エステル(酢酸エチル、酢酸ブチル等)、エーテル(ジイソプロピルエーテル等)、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素(パークロロエチレン、トリクロロ−1,1,1−エタン、トリクロロトリフルオロエタン、ジクロロペンタフルオロプロパン等)、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−ピロリドン−2、ブチロアセトン、ジメチルスルホキシド、グリコールエーテル、水、その誘導体等。
上記溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
溶媒としては、工程(III)における作業性の点から、比較的低沸点の有機溶媒、または水と共沸混合物を形成する有機溶媒が好ましい。
比較的低沸点の有機溶媒としては、1×10Paにおける沸点(以下、単に沸点と記す。)が80℃以下のものが好ましく、具体的には、アセトン、メタノールが挙げられる。水と共沸混合物を形成する有機溶媒としては、2−プロピルアルコール、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、これらの混合溶媒等が挙げられる。
重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化物(ベンジルペルオキシド、ラウリルペルオキシド、スクシニルペルオキシド、tert−ブチルペルオキシピバレート等)、アゾ化合物等が好ましい。
アゾ化合物としては、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、4,4’−アゾビス(4−シアノヴァレリックアシッド)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2、4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(2−シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド)等が挙げられる。
重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4’−アゾビス(4−シアノヴァレリックアシッド)がより好ましい。
連鎖移動剤としては、アルキルメルカプタン(tert−ドデシルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、ステアリルメルカプタン等)、アミノエタンチオール、メルカプトエタノール、チオグリコール酸、2−メルカプトプロピオン酸、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン等が挙げられる。
単量体(a)の割合は、耐水耐油性の点から、単量体混合物(100質量%)のうち、50〜98質量%であり、60〜90質量%が好ましく、60〜80質量%がより好ましい。
単量体(b)の割合は、媒体への分散性または溶解性の点から、単量体混合物(100質量%)のうち、2〜50質量%であり、5〜30質量%が好ましく、5〜25質量%がより好ましい。
単量体(c)の割合は、単量体混合物(100質量%)のうち、0〜30質量%が好ましく、パルプとの親和性向上の観点から、1〜25質量%がより好ましく、5〜20質量%が特に好ましい。
単量体(d)の割合は、単量体混合物(100質量%)のうち、0〜5質量%が好ましく、耐久性の点から、0〜4質量%がより好ましく、0〜2質量%が特に好ましい。
単量体(e)の割合は、単量体混合物(100質量%)のうち、0〜30質量%が好ましく、造膜性、バリア性の点から、0〜5質量%がより好ましく、0〜1質量%が特に好ましい。
単量体混合物の濃度は、全原料(溶媒を含む。)の100質量%のうち、5〜60質量%が好ましく、10〜40質量%がより好ましい。
重合開始剤の量は、単量体混合物100質量部に対して、0.1〜1.5質量部が好ましい。
連鎖移動剤の量は、単量体混合物100質量部に対して、0〜1質量部が好ましい。
重合温度は、室温から溶液の沸点までの範囲が好ましく、重合開始剤を効率よく使う点から、重合開始剤の半減期温度以上が好ましく、30〜90℃がより好ましい。
(工程(II))
工程(I)で得られた含フッ素共重合体に、特定の有機酸および媒体を加え、含フッ素共重合体の−N(R)(R)の一部または全部を塩化して、含フッ素共重合体を媒体に分散または溶解させる。
有機酸および媒体は、有機酸、媒体の順に加えてもよく、有機酸および媒体を同時に加えてもよい。
特定の有機酸として、上述した、pKaが2.0〜4.0である有機酸を含む有機酸を用いる。有機酸(他の有機酸を含む。)の量は、媒体への含フッ素共重合体の分散性または溶解性の点から、含フッ素共重合体100質量部に対して、5〜80質量部が好ましく、10〜50質量部がより好ましく、20〜40質量部が特に好ましい。
媒体として、上記の水性媒体を同様に用いることができる。塩化の際に用いる媒体(後述の希釈用の媒体を除く。)の量は、媒体への含フッ素共重合体の分散性または溶解性の点から、含フッ素共重合体100質量部に対して、200〜600質量部が好ましく、200〜500質量部がより好ましく、250〜450質量部が特に好ましい。
(工程(III))
溶媒の除去は、たとえば、溶媒または溶媒と水との混合物から沸点の低い有機溶媒をストリッピング(揮散)処理、蒸留、バブリング等の公知の方法において系外に除去して行う。
(工程(IV))
必要に応じて、上述の併用剤を添加したり、媒体で希釈したりしてもよい。併用剤の量は、媒体100質量部に対して0.001〜100質量部が好ましく、0.01〜10質量部がより好ましい。
希釈用の媒体としては、上述の水性媒体が好ましく、水がより好ましい。希釈する媒体の量は、単量体混合物100質量部に対して、150〜100000質量部が加工に合わせ適宜用いることができる。
(作用効果)
以上説明した本発明の耐水耐油剤組成物およびその製造方法にあっては、含フッ素共重合体の−N(R)(R)の一部または全部を、pKaが2.0〜4.0である有機酸を含む有機酸によって塩化して、含フッ素共重合体を媒体に分散または溶解させている。このため、従来の酢酸のみによって塩化して含フッ素共重合体を媒体に分散または溶解させた場合に比べ、炭素数6以下のR基またはペルフルオロポリエーテルを有する含フッ素共重合体を用いているにも関わらず充分な耐水耐油性を基材に付与できる。
また、含フッ素共重合体の−N(R)(R)の一部または全部を、pKaが比較的低い有機酸によって塩化して、含フッ素共重合体を媒体に分散または溶解させているため、カチオン性の含フッ素共重合体が、処理の際に用いたアニオン性併用剤や高pHの希釈水によって凝固しにくい。よって、耐水耐油性が処理の際に用いた併用剤や希釈水のpHによって大きく影響されない。
また、酢酸を用いていないため、臭気が少ない。
<物品>
本発明の物品は、本発明の耐水耐油剤組成物で基材を処理してなるものである。
本発明の物品としては、本発明の耐水耐油剤組成物が紙の処理に適している点から、本発明の耐水耐油剤組成物で紙を処理してなる耐水耐油紙が好ましい。
基材としては、基本的に、紙、ボール紙、パルプ、およびその関連物を挙げることができる。
他の基材としては、たとえば、セルロースまたは再生セルロースをベースとする織布または不織布、天然または人造繊維(木綿、酢酸セルロース、羊毛、絹等)をベースとする織布または不織布、人工繊維または合成繊維(ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリウレタン繊維、ポリアクリロニトリル繊維等)をベースとする織布または不織布、皮、プラスチック材料、硝子、木材、金属、磁器、煉瓦、塗装面等が挙げられる。
<物品の製造方法>
本発明の物品の製造方法は、本発明の耐水耐油剤組成物で基材を処理する方法である。
耐水耐油剤組成物で基材を処理する方法は、塗布手段によって耐水耐油組成物を基材に塗布する、または耐水耐油組成物に基材を含浸した後、室温またはそれ以上の温度で乾燥し、必要に応じて熱処理を施す方法等が挙げられる。乾燥、熱処理等を行うことで、より優れた耐水耐油性を発現できる。
本発明の物品の製造方法は、本発明の耐水耐油剤組成物が紙の処理加工に適している点から、本発明の耐水耐油剤組成物で紙を処理する、耐水耐油紙の製造方法に適している。
以下、耐水耐油紙の製造方法について説明する。
耐水耐油剤組成物で紙を処理する方法としては、下記の2種類の方法がある。
(1)抄紙前のパルプスラリーに耐水耐油剤組成物を添加する、「内添」と呼ばれる方法。
(2)抄紙、ウェットプレス、および前段ドライヤを経た後のサイズプレスにおいて耐水耐油剤組成物を紙に塗布する、もしくは、原紙抄造後に各種コーターまたは各種印刷機を用いて耐水耐油剤組成物を紙に塗布する、「外添」と呼ばれる方法。
内添は、パルプスラリー(抄紙原料)を抄紙機のワイヤ上に添加する前であれば、どの段階で行ってもよく、具体的には、パルプ製造工程、紙料調製工程等で行うことができ、紙料調製工程で行うことが好ましい。
また、抄紙機としては、パルプスラリーをワイヤ上で脱水可能な装置であれば何でもよく、長網抄紙機のような連続式の抄紙機のほかに、パルプスラリーをワイヤで形成された成型枠上に添加した後に、ワイヤ下部から脱水し、成型体を製造する、バッチ式のパルプモールド成型機等もその範疇に含める。
パルプ原料としては、木材のほかに、草、竹、稲わら、葦、バガス、ヤシ等、植物セルロース含むものであれば何でもかまわない。
また、パルプ化法についても、機械パルプ化法、サーモメカニカルパルプ化法、ケミサーモメカニカルパルプ化法、クラフトパルプ化法、サルファイトパルプ化法、脱墨パルプ化法、リサイクルパルプ化法等の公知のパルプ化法を採用でき、限定されない。
外添加工においては、サイズプレス、コーター、印刷機のいずれを用いてもかまわない。
サイズプレスにおいては、類似のゲートロールコーター、ツーロールゲートロール、メタリングサイズプレス、フィルムサイズプレス等を利用できる。
コーターは、オンマシン、オフマシンのいずれでもよく、また単段、多段、片面、両面いずれでもよい。コーターとしては、ブレードコーター、ロッドブレードコーター、バーコーター、キャストコーター、エアナイフコーター、ロールコーター(ゲートロール、メタリングサイズプレス)、カーテンコーター、グラビアコーター、スプレーコーター等が挙げられる。
またほかの外添加工手段として、グラビア、フレキソ、オフセット等の各種方式の印刷機、コーター、ニス引き用装置等、スプレー、ブラッシング、パディング、ローラ、ローターダンプニング、フォーム等が挙げられる。
本発明においては、サイズプレス、コーティングの後に、室温またはそれ以上の温度で乾燥し、必要に応じては熱処理を施すことが好ましい。乾燥、熱処理等を行うことで、より優れた耐水耐油性を発現できる。
以下、実施例および比較例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
(耐油性試験)
TAPPI T559cm−02法に準じた下記の方法でキット試験を行った。試験には、ひまし油、トルエンおよびn−ヘプタンを表1に示す体積比で混合した試験溶液を用いた。試験の結果はキット番号で表し、数字が大きい方が耐油性に優れる。キット試験は、試験紙の耐油性を短時間(約20秒)で知ることができ、紙の耐油性の評価に広く用いられている。評価結果は、紙の表面の表面張力に対する指標としての意味を持つ。動物性や植物性の油脂は、通常、6〜7のキット番号に相当する25ダイン/cm以上の表面張力を有している。
試験紙を、汚れのない平らな黒色の表面に置き、キット番号16の試験溶液の1滴を13mmの高さから試験紙上に滴下した。滴下した15秒後(接触時間:15秒間)、清潔な吸取り紙で滴下した試験溶液を除去し、試験溶液が接触した試験紙の表面を目視で観察した。表面の色が濃くなっていたら、キット番号15の試験溶液で同様の操作を行い、表面の色が濃くならないキット番号まで、キット番号を順次小さくしながら同様の操作を繰り返した。表面の色が濃くならない最初の(最も大きい)キット番号で評価する。
Figure 0005790505
(単量体(a))
C6FMA:F(CFCHCHOC(O)C(CH)=CH
(単量体(b))
DEAEMA:ジエチルアミノエチルメタクリレート。
(単量体(c))
HEMA:ヒドロキシエチルメタクリレート、
(単量体(d))
3ED:トリエチレングリコールジメタクリレート。
(重合開始剤)
DAIB:ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート。
(含フッ素共重合体溶液B)
1Lのガラス製容器に、C6FMA(純度99.6%)の132.8g、HEMAの15.8g、DEAEMAの26.3g、3EDの0.2g、アセトンの524.9g、およびDAIBの1.4gを仕込み、窒素置換を3回繰り返した。撹拌回転数350rpmにて65℃で20時間重合を行い、固形分濃度25.2質量%の淡黄色の含フッ素共重合体溶液Bを得た。
(含フッ素共重合体溶液A、D、E)
表2に示す仕込みに変更した以外は、含フッ素共重合体溶液Bと同様にして、含フッ素共重合体溶液A、D、Eを得た。含フッ素共重合体溶液Aにおける含フッ素共重合体の質量平均分子量(Mw)は、62000であった。
Figure 0005790505
(耐水耐油剤組成物1)
含フッ素共重合体溶液Bの50gに、水の45g、およびDL−リンゴ酸の2.1gを添加し、15分混合した。減圧条件下において、65℃でアセトンを除去し、透明な淡橙色の水性分散液を得た。イオン交換水にて固形分濃度が20質量%となるように調整し、耐水耐油剤組成物1を得た。
(耐水耐油剤組成物2〜13、W〜Z)
表3、表4、表5に示す仕込み量に変更した以外は、耐水耐油剤組成物1と同様にして、耐水耐油剤組成物2〜13、W〜Zを得た。
なお、表3、表4、表5において、空欄は仕込み量が「0」であることを意味する。
Figure 0005790505
Figure 0005790505
Figure 0005790505
以下に示す例において、例5〜17、19、21、23、24、26、27、29、30、32、33、35、36、38、39及び41は実施例であり、例1〜4、18、20、22、25、28、31、34、37及び40は比較例である。
(例1)
500mLのガラス製容器に、酸化澱粉の30g、および水の270gを仕込んだ。撹拌回転数100rpmにて溶液を撹拌し、20分かけて室温から95℃まで昇温し、その後30分保持し、半透明の水性分散液を得た。次いで、イオン交換水にて酸化澱粉の濃度が10質量%となるように調整し、酸化澱粉分散液を得た。
100mLの密栓可能なガラス製容器に、耐水耐油剤組成物Wの1.5g、上記で得られた酸化澱粉分散液の30g、ノニオン性浸透剤(アセチレングリコール系)の0.3g、および60℃のイオン交換水の68.2gを加え、よく混合した後、60℃ウォーターバス内にて保温したものを試験液とした。
15cm×25cmの大きさの紙A、B、Cを、サイズプレス法によって試験液で処理した。次いで、試験液で処理した紙A、B、Cを105℃にて1分間加熱乾燥して試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表6に示す。
(例5〜15)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物1〜11に変更した以外は、例1と同様にして試験液を調製し、試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表6に示す。
(例2〜4、16、17)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物X〜Z、12、13に変更する以外は、例1と同様にして試験液を調製し、試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表6に示す。
Figure 0005790505
(例18)
イオン交換水に0.1質量%のエチレンジアミン四酢酸四ナトリウム塩(以下、EDTA−4Naと記す。)を加え、pH10.4に調整し、EDTA添加水(EDTA−4Naを溶解したイオン交換水)を得た。
500mLのガラス製容器に、酸化澱粉の30g、および上記で得られたEDTA添加水の270gを仕込んだ。撹拌回転数100rpmにて溶液を撹拌し、20分かけて室温から95℃まで昇温し、その後30分保持し、半透明の水性分散液を得た。次いで、イオン交換水にて酸化澱粉の濃度が10質量%となるように調整し、酸化澱粉分散液を得た。
100mLの密栓可能なガラス製容器に、耐水耐油剤組成物Wの1.5g、上記で得られた酸化澱粉分散液の30g、ノニオン性浸透剤(アセチレングリコール系)の0.3g、および上記で得られた60℃のEDTA添加水の68.2gを加え、よく混合した後、60℃ウォーターバス内にて保温したものを試験液とした。
15cm×25cmの大きさの紙Cを、サイズプレス法によって試験液で処理した。次いで、試験液で処理した紙Cを105℃にて1分間加熱乾燥して試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表7に示す。
(例19)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物2に変更した以外は、例18と同様にして試験液を調製し、試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表7に示す。
(例20)
イオン交換水に、0.1質量%のEDTA−4Naを加え、pH10.4に調整し、EDTA添加水を得た。
100mLの密栓可能なガラス製容器に、耐水耐油剤組成物Wの1.5g、ノニオン性浸透剤(アセチレングリコール系)の0.3g、および上記で得られた60℃のEDTA添加水の98.2gを加え、よく混合した後、60℃ウォーターバス内にて保温したものを試験液とした。
15cm×25cmの大きさの紙Cを、サイズプレス法によって試験液で処理した。次いで、試験液で処理した紙Cを105℃にて1分間加熱乾燥して試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表7に示す。
(例21)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物2に変更した以外は、例20と同様にして試験液を調製し、試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表7に示す。
Figure 0005790505
(例22)
100mLの密栓可能なガラス製容器に、耐水耐油剤組成物Wの1.5g、および60℃のイオン交換水の98.5gを加え、よく混合した後、60℃ウォーターバス内にて保温したものを試験液とした。
15cm×25cmの大きさの紙Dを、サイズプレス法によって試験液で処理した。次いで、試験液で処理した紙Dを105℃にて1分間加熱乾燥して試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表8に示す。
(例23、24)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物2、5に変更した以外は、例22と同様にして試験液を調製し、試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表8に示す。
(例25)
500mLのガラス製容器に、ヒドロキシエチルエーテル化澱粉(以下、HESと記す。)の30g、および水の270gを仕込んだ。撹拌回転数100rpmにて溶液を撹拌し、20分かけて室温から95℃まで昇温し、その後30分保持し、半透明の水性分散液を得た。次いで、イオン交換水にてHESの濃度が10質量%となるように調整し、HES分散液を得た。
100mLの密栓可能なガラス製容器に、耐水耐油剤組成物Wの1.5g、上記で得られたHES分散液の30g、および60℃のイオン交換水の68.5gを加えた後、60℃ウォーターバス内にて保温したものを試験液とした。
15cm×25cmの大きさの紙Dを、サイズプレス法によって試験液で処理した。次いで、試験液で処理した紙Dを105℃にて1分間加熱乾燥して試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表8に示す。
(例26、27)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物2、5に変更した以外は、例25と同様にして試験液を調製し、試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表8に示す。
(例28)
500mLのガラス製容器に、完全鹸化ポリビニルアルコール(以下、PVAと記す。)の30g、および水の270gを仕込んだ。撹拌回転数100rpmにて溶液を撹拌し、20分かけて室温から95℃まで昇温し、その後30分保持し、半透明の水性分散液を得た。次いで、イオン交換水にてPVAの濃度が10質量%となるように調整し、PVA分散液を得た。
100mLの密栓可能なガラス製容器に、耐水耐油剤組成物Wの1.5g、上記で得られたPVA分散液の30g、および60℃のイオン交換水の68.5gを加え、よく混合した後、60℃ウォーターバス内にて保温したものを試験液とした。
15cm×25cmの大きさの紙Dを、サイズプレス法によって試験液で処理した。次いで、試験液で処理した紙Dを105℃にて1分間加熱乾燥して試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表8に示す。
(例29、30)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物2、5に変更した以外は、例28と同様にして試験液を調製し、試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表8に示す。
Figure 0005790505
(例31)
100mLの密栓可能なガラス製容器に、耐水耐油剤組成物Wの5.0g、エタノール(以下、EtOHと記す。)の70g、およびイオン交換水の25gを加え、よく混合しし、試験液を得た。
試験液を、15cm×25cmの大きさの白板紙A、Bに、No4のメイヤーバーを用いて塗布した。次いで、試験液で処理した白板紙A、Bを105℃にて1分間加熱乾燥して試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表9に示す。
(例32、33)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物2、5に変更した以外は、例31と同様にして試験液を調製し、試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表9に示す。
(例34)
500mLのガラス製容器に、PVAの30g、および水の270gを仕込んだ。撹拌回転数100rpmにて溶液を撹拌し、20分かけて室温から95℃まで昇温し、その後30分保持し、半透明の水性分散液を得た。次いで、イオン交換水にてPVAの濃度が10質量%となるように調整し、PVA分散液を得た。
100mLの密栓可能なガラス製容器に、耐水耐油剤組成物Wの5.0g、EtOHの40g、上記で得られたPVA分散液の10g、およびイオン交換水の45gを加え、よく混合し、試験液を得た。
試験液を、15cm×25cmの大きさの白板紙A、Bに、No4のメイヤーバーを用いて塗布した。次いで、試験液で処理した白板紙A、Bを105℃にて1分間加熱乾燥して試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表9に示す。
(例35、36)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物2、5に変更した以外は、例34と同様にして試験液を調製し、試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表9に示す。
(例37)
100mLの密栓可能なガラス製容器に、耐水耐油剤組成物Wの5.0g、ノニオン性浸透剤(アセチレングリコール系)の5g、およびイオン交換水の90gを加えてよく混合し、試験液を得た。
試験液を、15cm×25cmの大きさの白板紙A、Bに、No4のメイヤーバーを用いて塗布した。次いで、試験液で処理した白板紙A、Bを105℃にて1分間加熱乾燥して試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表9に示す。
(例38、39)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物2、5に変更した以外は、例37と同様にして試験液を調製し、試験紙を得た。試験紙の耐油性試験の結果を表9に示す。
Figure 0005790505
(例40)
ディスインテグレータを用いて、漂白バガスパルプを、パルプ濃度3質量%、10分の条件で離解し、パルプスラリーを得た。該パルプスラリーを1.2質量%まで水で希釈した後、撹拌しながら、パルプ固形分に対して、凝結剤(ポリアミンエピクロロヒドリン樹脂)の0.03質量%、および耐水耐油剤組成物Wの0.5質量%(いずれも固形分として)となるように、3分間隔で添加した。
次いで、JIS P8222にしたがって手すき紙を作製した。ただし、シート坪量は300g/mとし、またシート乾燥は170℃、80秒の条件で実施した。手すき紙の耐油性試験の結果を表10に示す。
(例41)
耐水耐油剤組成物Wを、耐水耐油剤組成物2に変更した以外は、例40と同様にして手すき紙を作製した。手すき紙の耐油性試験の結果を表10に示す。
Figure 0005790505
本発明の耐水耐油剤組成物で紙を処理して得られた耐水耐油紙は、耐水耐油性に優れ、臭気も少なく、食品包装容器、食品包装紙、鮮度保持剤包装紙、脱酸素剤包装紙等として有用である。

なお、2009年11月13日に出願された日本特許出願2009−260164号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (13)

  1. 下記単量体(a)に基づく構成単位の50〜98質量%および下記単量体(b)に基づく構成単位の2〜50質量%を有する含フッ素共重合体における−N(R)(R)の一部または全部が、pKaが2.0〜4.0である有機酸を含む有機酸によって塩化された含フッ素共重合体を媒体に分散または溶解させた耐水耐油剤組成物。
    単量体(a):下式(1)で表される化合物。
    (Z−Y)X ・・・(1)。
    ただし、Zは、炭素数1〜6のポリフルオロアルキル基または下式(2)で表される基であり、
    Yは、フッ素原子を有さない、下式(8)で表される2価有機基または単結合であり、
    nは、1または2であり、
    Xは、nが1の場合は、下式(3−1)〜(3−5)で表される基のいずれかであり、nが2の場合は、下式(4−1)〜(4−4)で表される基のいずれかである。
    2m+1O(CFCF(CF)O)CF(CF)− ・・・(2)。
    ただし、mは、1〜6の整数であり、dは、1〜4の整数である。
    −R −T−R − ・・・(8)。
    ただし、R 、R は、それぞれ独立に、単結合、または炭素数1〜22の炭化水素基(エーテル性の酸素原子を含んでいてもよい。)であり、Tは、単結合、−OC(O)NH−、−C(O)NH−、−OC(O)O−、−C(O)O−、−SO NH−、−SO N(R’)−、または−NHCONH−であり、R’は、炭素数1〜6のアルキル基である。
    −C(R)=CH ・・・(3−1)、
    −C(O)OC(R)=CH ・・・(3−2)、
    −OC(O)C(R)=CH ・・・(3−3)、
    −OCH−φ−C(R)=CH ・・・(3−4)、
    −OCH=CH ・・・(3−5)。
    ただし、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、φは、フェニレン基である。
    −CH[−(CHC(R)=CH]− ・・・(4−1)、
    −CH[−(CHC(O)OC(R)=CH]− ・・・(4−2)、
    −CH[−(CHOC(O)C(R)=CH]− ・・・(4−3)、
    −OC(O)CH=CHC(O)O− ・・・(4−4)。
    ただし、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、pは、0〜4の整数である。
    単量体(b):下式(5)で表される化合物。
    CH=C(R)C(O)O−Q−N(R)(R) ・・・(5)。
    ただし、Rは、水素原子またはメチル基であり、
    Qは、炭素数2〜3のアルキレン基における水素原子の一部または全部が水酸基で置換された基、または炭素数2〜4のアルキレン基であり、
    、Rは、それぞれ独立に、ベンジル基、または炭素数1〜8のアルキル基である、もしくは、RとRとが結合して窒素原子とともにモルホリノ基、ピペリジノ基、またはピロリジニル基を形成している。
  2. 前記pKaが2.0〜4.0である有機酸が、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、およびイタコン酸からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の耐水耐油剤組成物。
  3. 併用剤をさらに含む、請求項1または2に記載の耐水耐油剤組成物。
  4. 前記併用剤として、アニオン性紙力増強剤、アニオン性消泡剤、アニオン性サイズ剤、およびアニオン性キレート剤からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項3に記載の耐水耐油剤組成物。
  5. 前記含フッ素共重合体が、前記単量体(a)に基づく構成単位の60〜90質量%、前記単量体(b)に基づく構成単位の5〜30質量%および下記単量体(c)に基づく構成単位の1〜25質量%を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の耐水耐油剤組成物。
    単量体(c):下式(6)で表される化合物。
    CH=C(R)−G−(RO)−R ・・・(6)。
    ただし、Rは、水素原子またはメチル基であり、
    Gは、下式(7−1)または(7−2)で表される基であり、
    は、炭素数2〜4のアルキレン基であり、1分子中に炭素数の異なる2種以上のアルキレン基が含まれていてもよく、
    qは、1〜50の整数であり、
    は、水素原子またはメチル基である。
    −C(O)O−(CH− ・・・(7−1)、
    −C(O)O−(CH−NHC(O)O− ・・・(7−2)。
    ただし、rは、0〜4の整数である。
  6. 請求項1〜のいずれかに記載の耐水耐油剤組成物基材に塗布した後、または請求項1〜5のいずれかに記載の耐水耐油剤組成物に基材を含浸した後、乾燥する、耐水耐油紙の製造方法
  7. 請求項1〜5のいずれかに記載の耐水耐油剤組成物を抄紙前のパルプスラリーに添加した後、抄紙を行う、耐水耐油紙の製造方法。
  8. 下記単量体(a)の50〜98質量%および下記単量体(b)の2〜50質量%を含む単量体混合物を重合して含フッ素共重合体を得る工程と、
    該含フッ素共重合体の−N(R)(R)の一部または全部をpKaが2.0〜4.0である有機酸を含む有機酸によって塩化し、含フッ素共重合体を媒体に分散または溶解させる工程とを有する、耐水耐油剤組成物の製造方法。
    単量体(a):下式(1)で表される化合物。
    (Z−Y)X ・・・(1)。
    ただし、Zは、炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基または下式(2)で表される基であり、
    Yは、フッ素原子を有さない、下式(8)で表される2価有機基または単結合であり、
    nは、1または2であり、
    Xは、nが1の場合は、下式(3−1)〜(3−5)で表される基のいずれかであり、nが2の場合は、下式(4−1)〜(4−4)で表される基のいずれかである。
    2m+1O(CFCF(CF)O)CF(CF)− ・・・(2)。
    ただし、mは、1〜6の整数であり、dは、1〜4の整数である。
    −R −T−R − ・・・(8)。
    ただし、R 、R は、それぞれ独立に、単結合、または炭素数1〜22の炭化水素基(エーテル性の酸素原子を含んでいてもよい。)であり、Tは、単結合、−OC(O)NH−、−C(O)NH−、−OC(O)O−、−C(O)O−、−SO NH−、−SO N(R’)−、または−NHCONH−であり、R’は、炭素数1〜6のアルキル基である。
    −C(R)=CH ・・・(3−1)、
    −C(O)OC(R)=CH ・・・(3−2)、
    −OC(O)C(R)=CH ・・・(3−3)、
    −OCH−φ−C(R)=CH ・・・(3−4)、
    −OCH=CH ・・・(3−5)。
    ただし、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、φは、フェニレン基である。
    −CH[−(CHC(R)=CH]− ・・・(4−1)、
    −CH[−(CHC(O)OC(R)=CH]− ・・・(4−2)、
    −CH[−(CHOC(O)C(R)=CH]− ・・・(4−3)、
    −OC(O)CH=CHC(O)O− ・・・(4−4)。
    ただし、Rは、水素原子、メチル基またはハロゲン原子であり、pは、0〜4の整数である。
    単量体(b):下式(5)で表される化合物。
    CH=C(R)C(O)O−Q−N(R)(R) ・・・(5)。
    ただし、Rは、水素原子またはメチル基であり、
    Qは、炭素数2〜3のアルキレン基における水素原子の一部または全部が水酸基で置換された基、または炭素数2〜4のアルキレン基であり、
    、Rは、それぞれ独立に、ベンジル基、または炭素数1〜8のアルキル基である、もしくは、RとRとが結合して窒素原子とともにモルホリノ基、ピペリジノ基、またはピロリジニル基を形成している。
  9. 前記含フッ素共重合体100質量部に対して、前記有機酸が5〜80質量部である、請求項8に記載の耐水耐油剤組成物の製造方法。
  10. 前記pKaが2.0〜4.0である有機酸が、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、およびイタコン酸からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項8または9に記載の耐水耐油剤組成物の製造方法。
  11. 併用剤を添加する工程をさらに有する、請求項8〜10のいずれかに記載の耐水耐油剤組成物の製造方法。
  12. 前記併用剤として、アニオン性紙力増強剤、アニオン性消泡剤、アニオン性サイズ剤、およびアニオン性キレート剤からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項11に記載の耐水耐油剤組成物の製造方法。
  13. 前記単量体混合物が、前記単量体(a)の60〜90質量%、前記単量体(b)の5〜30質量%および下記単量体(c)の1〜25質量%を含む、請求項8〜12のいずれかに記載の耐水耐油剤組成物の製造方法。
    単量体(c):下式(6)で表される化合物。
    CH=C(R)−G−(RO)−R ・・・(6)。
    ただし、Rは、水素原子またはメチル基であり、
    Gは、下式(7−1)または(7−2)で表される基であり、
    は、炭素数2〜4のアルキレン基であり、1分子中に炭素数の異なる2種以上のアルキレン基が含まれていてもよく、
    qは、1〜50の整数であり、
    は、水素原子またはメチル基である。
    −C(O)O−(CH− ・・・(7−1)、
    −C(O)O−(CH−NHC(O)O− ・・・(7−2)。
    ただし、rは、0〜4の整数である。
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