JP6593455B2 - ポリアクリルアミド系製紙用添加剤及びその製造方法、並びに紙の製造方法 - Google Patents

ポリアクリルアミド系製紙用添加剤及びその製造方法、並びに紙の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、紙力増強効果が優れ、濾水性が良好なアルデヒド官能化ポリアクリルアミドを含むポリアクリルアミド系製紙用添加剤及びその製造方法に関する。また、該ポリアクリルアミド系製紙用添加剤を用いた紙の製造方法に関する。

抄紙機の高速化に伴う紙の生産性の向上、あるいは紙質の品質向上を図る為に、製紙工程では種々のアルデヒド官能化ポリアクリルアミド系製紙用添加剤が用いられている。アルデヒド官能化ポリアクリルアミドは一般的に、ジアルデヒド化合物であるグリオキサールとポリアクリルアミドを反応させる工程により製造される。アルデヒド官能化ポリアクリルアミドは、ポリマー構造中に高い水素結合能を有するアミド基を含有していることに加え、セルロースとの反応性を有するアルデヒド基を含有する。このため、セルロースの水酸基と共有結合を形成することができるので、優れた紙力増強効果および濾水性が期待できる。

アルデヒド官能化ポリアクリルアミド系製紙用添加剤は、例えば、ポリアミンや(ノニオン性、カチオン性、アニオン性、または両性)ポリアミド等のアミノ基又はアミド基に対して、アルデヒド官能基が15モル%以上導入された重量平均分子量100,000g/モル以上のポリマーをパルプスラリーに添加することで、抄紙機の濾水性を高める方法が提案されている(特許文献1参照) 。また、ビニルアミドポリマーに対してセルロース反応性剤を反応させることにより、セルロース反応性官能化ポリビニルアミド付加物を製造するための方法が提案されている(特許文献2参照)。さらに、ジビニルモノマーを使用した両性あるいはアニオン性ポリアクリルアミドをグリオキサールと反応させた、紙力増強効果に優れたジアルデヒド変性ポリアクリルアミドが提案されている(特許文献3参照) 。

しかしながら、これらは、紙力増強効果及び濾水性において十分に満足できるものではなかった。

特表2007−518896号公報 特表2010−502800号公報 WO2000/011046号公報

本発明は、紙力増強効果が優れ、濾水性が良好なアルデヒド官能化ポリアクリルアミドを含むポリアクリルアミド系製紙用添加剤及びその製造方法並びにその製紙用添加剤を用いた紙の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、アルデヒド官能化ポリアクリルアミドを含むポリアクリルアミド系製紙用添加剤のパルプへの定着性を向上させることが、前記課題の解決に繋がると考え、鋭意検討した。具体的には、アルデヒド官能化ポリアクリルアミドの、(1)アルデヒド化合物が付加している割合や、(2)数平均分子量、及び(3)イオン特性に関わる等電点について検討した。その結果、前記(1)〜(3)が一定の範囲内にあるアルデヒド官能化ポリアクリルアミドが、パルプへの定着効率に不利な、硫酸バンド無添加条件や電気伝導度の高い条件においても、従来のアルデヒド官能化ポリアクリルアミドよりも紙力増強効果が優れ、濾水性が良好なことを見出し、本発明を完成した。また、本発明のアルデヒド官能化ポリアクリルアミドを含むポリアクリルアミド系製紙用添加剤を使用することで、パルプシート乾燥前の湿紙水分率が低くなり、搾水性向上効果があることも見出した。

すなわち、前記課題を解決するための手段である本発明は、
<1>(メタ)アクリルアミド、カチオン性ビニルモノマー、アニオン性ビニルモノマー、および(メタ)アリル基を有するモノマーをポリマー構成単位として有する両性ポリアクリルアミド共重合体(a)のジアルデヒド化合物付加物であり、下記(1)〜(3)全てを満足することを特徴とするアルデヒド官能化ポリアクリルアミド(A)を含む、ポリアクリルアミド系製紙用添加剤、
(1)アルデヒド官能化ポリアクリルアミド(A)中の、アミド基及びジアルデヒド化合物が付加しているアミド基に対して、ジアルデヒド化合物が付加しているアミド基の割合であるアミド反応率が3〜20モル%
(2)アルデヒド官能化ポリアクリルアミド(A)の数平均分子量が50万〜400万
(3)アルデヒド官能化ポリアクリルアミド(A)がpH3.5〜8.5の間でイオン化度が0meq/gになる等電点が存在する
<2>アルデヒド官能化ポリアクリルアミド(A)の分子量分布が2.0〜8.0であることを特徴とする、前記<1>に記載のポリアクリルアミド系製紙用添加剤、
<3>ポリマー構成単位の割合が、(メタ)アクリルアミド :74.0〜99.7mol%、カチオン性ビニルモノマー :0.1〜12.0mol%、アニオン性ビニルモノマー :0.1〜10.0mol%、(メタ)アリル基を有するモノマー :0.1〜4.0mol%であることを特徴とする、前記<1>又は<2>に記載のポリアクリルアミド系製紙用添加剤、
<4>ポリマー構成単位のカチオン性ビニルモノマーが、3級アミノ基を有することを特徴とする、前記<1>〜<3>いずれか一項に記載のポリアクリルアミド系製紙用添加剤、
<5>(メタ)アクリルアミド、カチオン性ビニルモノマー、アニオン性ビニルモノマー、及び(メタ)アリル基を有するモノマーを重合することによって得られる両性ポリアクリルアミド共重合体(a)に下記(1)〜(5)の条件となるようにジアルデヒド化合物(b)を反応させることを特徴とする、アルデヒド官能化したポリアクリルアミド(A’)を含むポリアクリルアミド系製紙用添加剤の製造方法、
(1)両性ポリアクリルアミド共重合体(a)のアミド基に対してジアルデヒド化合物(b)がモル比率で10〜60%であること、
(2)pHが7.5〜12.5であること、
(3)温度が1〜60℃であること、
(4)両性ポリアクリルアミド共重合体(a)の反応前の濃度が0.5〜11.0質量%であること、
(5)時間が20秒〜4時間であること
<6>前記<5>に記載のアルデヒド官能化ポリアクリルアミド(A’)が、前記<1>〜<4>のいずれか一項に記載のアルデヒド官能化ポリアクリルアミド(A)であること特徴とする、ポリアクリルアミド系製紙用添加剤の製造方法、
<7>ジアルデヒド化合物(b)が、グリオキサールであることを特徴とする、前記<5>に記載のポリアクリルアミド系製紙用添加剤の製造方法、
<8>パルプスラリーに、前記<1>〜<4>いずれか一項に記載のポリアクリルアミド系製紙用添加剤をパルプ固形分に対して0.01〜3質量%添加することを特徴とする、紙の製造方法。

本発明によれば、紙力増強効果が優れ、濾水性が良好なアルデヒド官能化ポリアクリルアミドを含むポリアクリルアミド系製紙用添加剤とその製造方法、およびその製紙用添加剤を用いた紙の製造方法を提供することができる。

本発明のアルデヒド官能化ポリアクリルアミド(A)を含むポリアクリルアミド系製紙用添加剤は、(メタ)アクリルアミド、カチオン性ビニルモノマー、アニオン性ビニルモノマー、および(メタ)アリル基を有するモノマーをポリマー構成単位として有する両性ポリアクリルアミド共重合体(a)のジアルデヒド化合物付加物である。
本発明のアルデヒド官能化ポリアクリルアミド(A’)を含むポリアクリルアミド系製紙用添加剤の製造方法は、(メタ)アクリルアミド、カチオン性ビニルモノマー、アニオン性ビニルモノマー、及び(メタ)アリル基を有するモノマーを重合することによって得られる両性ポリアクリルアミド共重合体(a)に下記(1)〜(5)の条件となるようにジアルデヒド化合物(b)を反応させることを特徴とするものである。
(1)両性ポリアクリルアミド共重合体(a)のアミド基に対してジアルデヒド化合物(b)がモル比率で10〜60%であること、
(2)pHが7.5〜12.5であること、
(3)温度が1〜60℃であること、
(4)両性ポリアクリルアミド共重合体(a)の反応前の濃度が0.5〜11.0質量%であること、
(5)時間が20秒〜4時間であること

本発明における(メタ)アクリルアミドは、アクリルアミド又はメタクリルアミドである。

本発明におけるカチオン性ビニルモノマーとしては、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、又は4級アンモニウム塩類を有するビニルモノマーを挙げることができる。これらのカチオン性ビニルモノマーは1種単独で用いられていても良いし、2種以上を併用されていても良い。両性ポリアクリルアミド共重合体(a)を構成するカチオン性ビニルモノマーに、3級アミノ基を有するビニルモノマーを用いると、製紙用添加剤としたときにパルプへの定着効果が高まりやすいため好ましい。

3級アミノ基を有するビニルモノマーとしては、例えばジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、及びジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート等のジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート類;ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、及びジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド類;前記3級アミノ基を有するビニルモノマーの塩酸塩、及び硫酸塩等の無機酸塩類、並びに前記3級アミノ基を有するビニルモノマーのギ酸塩、及び酢酸塩等の有機酸塩類が挙げられる。これらの中でも、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート類が好ましい。

また、4級アンモニウム塩類を有するビニルモノマーとしては、前記3級アミノ基を有するビニルモノマーと4級化剤との反応によって得られるビニルモノマー、およびジアリルジメチルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩類を有するビニルモノマーが挙げられる