JP6973383B2 - 撥液剤組成物、その製造方法、及び耐油紙の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を有する単量体に基づく構成単位、(ポリ)オキシアルキレン基を有する単量体に基づく構成単位、及びイタコン酸に基づく構成単位を有する共重合体と、水性媒体とを含み、イタコン酸に基づく構成単位のカルボキシ基の少なくとも一部がアンモニウム塩又は有機アミン塩を形成し、共重合体の質量平均分子量が5000〜100000である耐水耐油剤組成物(特許文献1)。
(2)炭素数1〜6のペルフルオロアルキル基を有する単量体に基づく構成単位、親水性単量体に基づく構成単位、及びアニオン性基を有する単量体に基づく構成単位を有する質量平均分子量が100000以上である共重合体を、水性媒体に分散させた耐水耐油剤組成物(特許文献2)。
・共重合体の質量平均分子量が低いため、耐水耐油剤組成物に含まれる共重合体の水性媒体への分散性が悪く、耐水耐油剤組成物の安定性が悪い。安定性が悪い耐水耐油剤組成物を用いて得られた耐油紙は、耐油性にムラが生じる。
・耐水耐油剤組成物は、アンモニア又は有機アミンによる臭気を有する。
・アンモニア又は有機アミンを含む耐水耐油剤組成物は、食品包装容器、食品包装紙等に適さない。
・アンモニア又は有機アミンによるカルボキシ基の塩化が不充分であると、耐水耐油剤組成物に含まれる共重合体の分散性、耐水耐油剤組成物の安定性がさらに低い傾向にある。
・アニオン性基を有するモノマーであるイタコン酸は他の(メタ)アクリレートモノマーとの重合性が悪く、残存モノマーが不純物になるが、その除去が十分でない耐水耐油剤組成物は、食品包装容器、食品包装紙等に適さない。
<1>下式(I)で表される単量体(a)に基づく構成単位、及びアニオン性基を有する単量体(b)に基づく構成単位を有する共重合体と、アルカリ金属イオンと、水性媒体とを含み;前記共重合体の質量平均分子量が、84000以下であり;前記アニオン性基の対イオンの少なくとも一部が、アルカリ金属イオンであり;前記アニオン性基に対する撥液剤組成物中のアルカリ金属イオンのモル比(アルカリ金属イオン/アニオン性基)が、0.6〜1.29であることを特徴とする撥液剤組成物。
RF−Q−X−C(O)C(R)=CH2 (I)
但し、RFは、炭素数4〜6のペルフルオロアルキル基であり、Qは、フッ素原子を有しない2価の有機基であり、Xは、−O−又はNH−であり、Rは、水素原子、メチル基又は塩素原子である。
<2>前記共重合体が、40〜250nmの平均粒子径を有する粒子である、前記<1>の撥液剤組成物。
<3>前記共重合体(A)の全構成単位100質量%のうち、前記単量体(a)に基づく構成単位の割合が30〜99質量%であり、前記単量体(b)に基づく構成単位の割合が1〜50質量%である、前記<1>又は<2>の撥液剤組成物。
<4>前記式(I)におけるRがメチル基である、前記<1>〜<3>のいずれかの撥液剤組成物。
<5>前記単量体(b)の有するアニオン性基がカルボキシ基である、前記<1>〜<4>のいずれかの撥液組成物。
<6>前記単量体(b)が(メタ)アクリル酸である、前記<5>の撥液組成物。
<7>前記共重合体(A)が、下式(II)で表される単量体(c)に基づく構成単位をさらに有する、前記<1>〜<6>のいずれかの撥液剤組成物。
CH2=C(R1)−G−(R2O)q−R3 (II)
但し、R1は、水素原子又はメチル基であり、R2は、炭素数2〜4のアルキレン基、又は水素原子の一部又は全部が水酸基で置換された炭素数2〜3のアルキレン基であり、qは、1.00〜50.00であり、Gは、−C(O)O(CH2)r−又はC(O)O(CH2)t−NHC(O)O−(但し、rは0〜4の整数であり、tは1〜4の整数である。)であり、R3は、水素原子、メチル基、(メタ)アクリロイル基又はアリル基である
<8>前記共重合体(A)が、前記単量体(a)に基づく構成単位、前記単量体(b)に基づく構成単位、及び前記単量体(c)に基づく構成単位のみからなる、前記<7>の撥液剤組成物。
<9>前記単量体(b)及び単量体(c)の少なくとも一方が、エチレン性不飽和二重結合を有する部位としてアクリロイル基を有する、前記<7>又は<8>の撥液剤組成物。
<10>アンモニア及び有機アミンを含まない、前記<1>〜<9>のいずれかの撥液剤組成物。
<11>前記<1>〜<10>のいずれかの撥液剤組成物の製造方法であって、
下式(I)で表される単量体(a)、並びにアニオン性基及びエチレン性不飽和二重結合を有する単量体(b)を含む単量体を、重合媒体中で重合することによって共重合体(A)の溶液を得て、
前記共重合体(A)の溶液と、アルカリ金属水酸化物及び水とを混合し、前記共重合体(A)中のアニオン性基の少なくとも一部を塩化することによって、前記共重合体(A)の分散液を得て、
前記共重合体(A)の分散液から前記有機溶媒の少なくとも一部を除去することを特徴とする製造方法。
RF−Q−X−C(O)C(R)=CH2 (I)
(但し、RFは、炭素数4〜6のペルフルオロアルキル基であり、Qは、フッ素原子を有しない2価の有機基であり、Xは、−O−又はNH−であり、Rは、水素原子、メチル基又は塩素原子である。)
<12>前記共重合体(A)を得る重合を界面活性剤の不存在下で行う、<11>の製造方法。
<13>前記<1>〜<10>のいずれかの撥液剤組成物を紙基材に塗布又は含浸する、耐油紙の製造方法。
<14>前記<1>〜<10>のいずれかの撥液剤組成物を含有するパルプスラリーを抄紙する、耐油紙の製造方法。
本発明の耐油紙の製造方法によれば、耐油性に優れ、耐油性にムラがなく、かつアンモニア又は有機アミンによる問題がない耐油紙を製造できる。
「構成単位」とは、単量体が重合することによって形成された該単量体に由来する部分を意味する。構成単位は、単量体の重合反応によって直接形成された単位であってもよく、重合体を処理することによって該単位の一部が別の構造に変換された単位であってもよい。
「単量体成分」とは、後述する単量体(a)及び単量体(b)を含む混合物であり、重合に量体(a)及び単量体(b)以外の単量体を使用する場合には、それらの単量体も含む混合物である。
「アニオン性基」とは、対イオン(カチオン)が解離したときに負電荷を有するようになる基を意味し、対イオンがプロトンである酸型と、対イオンがアルカリ金属イオン、アンモニウムイオン等である塩型とがある。
「水性媒体」は、水を主成分とする液状の媒体を意味する。
「ペルフルオロアルキル基」とは、アルキル基のすべての水素原子がフッ素原子に置換された基を意味する。
「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及びメタクリレートの総称である。
「(メタ)アクリロイル基」は、アクリロイル基及びメタクリロイル基の総称である。
「主成分とする」とは、該成分を50質量%以上含むことを意味する。
「共重合体の質量平均分子量」は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィ(GPC)で測定される、ポリメチルメタアクリレート換算の分子量である。
「アニオン性基に対する撥液剤組成物中のアルカリ金属イオンのモル比(アルカリ金属イオン/アニオン性基)」は、撥液剤組成物を製造する際に用いた、共重合体中のアニオン性基を有する単量体(b)に基づく構成単位のモル数と、アルカリ金属水酸化物のモル数とから、下式によって算出したモル比である。
アニオン性基に対する撥液剤組成物中のアルカリ金属イオンのモル比(アルカリ金属イオン/アニオン性基)=(アルカリ金属水酸化物のモル数)/(単量体(b)に基づく構成単位のモル数×単量体(b)中のアニオン性基の数×アニオン性基の価数)
本発明の撥液剤組成物は、後述の特定の共重合体(A)と、アルカリ金属イオンと、水性媒体とを含む。本発明の撥液剤組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、必要に応じて共重合体(A)、アルカリ金属イオン及び水性媒体以外の他の成分を含んでもよい。
共重合体(A)は、後述の単量体(a)に基づく構成単位及び後述の単量体(b)に基づく構成単位を有する。共重合体(A)は、後述の単量体(c)に基づく構成単位をさらに有することが好ましい。
共重合体(A)は、更に、必要に応じて単量体(a)に基づく構成単位、単量体(b)に基づく構成単位及び単量体(c)に基づく構成単位以外の単量体(d)に基づく構成単位を有してもよい。特に、共重合体(A)は、単量体(a)に基づく構成単位、単量体(b)に基づく構成単位及び単量体(c)に基づく構成単位のみからなることが好ましい。
単量体(a)は、下式(I)で表される化合物である。
RF−Q−X−C(O)C(R)=CH2 (I)
共重合体(A)が、かかる(a)に基づく構成単位を有することによって、基材を撥液剤組成物で処理して得られた加工物品に撥液性を付与できる。
上記式(I)において、RFは、炭素数が4〜6のペルフルオロアルキル基である。RFは、加工物品の撥液性がさらに優れる点から、炭素数が6のペルフルオロアルキル基が特に好ましい。RFは、直鎖状でもよく、分岐状でもよく、直鎖状が好ましい。
RFとしては、 F(CF2)4−、F(CF2)5−、F(CF2)6−、(CF3)2CF(CF2)2−等が挙げられる。
−CH2−、−CH2CH2−、−(CH2)3−、−CH2CH2CH(CH3)−、
−CH=CH−CH2−、−S−CH2CH2−、−SO2−CH2CH2−、
−CH2CH2CH2−S−CH2CH2−、−CH2CH2CH2−SO2−CH2CH2−。
Qとしては、アルキレン基が好ましく、−CH2CH2−がより好ましい。
Xは、−O−又はNH−である。Xとしては、単量体(a)の入手のしやすさの点から、−O−が好ましい。
Rは、水素原子、メチル基又は塩素原子である。Rは、水素原子、メチル基が好ましく、撥液性組成物の安定性、加工物品の撥液性に優れる点からメチル基がさらに好ましい。
F(CF2)6CH2CH2OC(O)C(CH3)=CH2、F(CF2)6CH2CH2OC(O)CH=CH2、F(CF2)6CH2CH2OC(O)C(Cl)=CH2、
F(CF2)4CH2CH2OC(O)C(CH3)=CH2、F(CF2)4CH2CH2OC(O)CH=CH2、F(CF2)4CH2CH2OC(O)C(Cl)=CH2。
単量体(a)としては、F(CF2)6CH2CH2OC(O)C(CH3)=CH2が特に好ましい。単量体(a)は、1種でも、2種以上を併用してもよい。
単量体(b)は、アニオン性基及びエチレン性不飽和二重結合を有する単量体である。
本発明においては、アニオン性基の対イオンの少なくとも一部は、アルカリ金属イオンである。共重合体(A)が単量体(b)に基づく構成単位を有することによって、撥液剤組成物に含まれる共重合体(A)の分散性が良好になり、撥液剤組成物の安定性が向上する。
単量体中のエチレン性不飽和二重結合を有する部位としては、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリルアミド基、ビニル基、(メタ)アリル基等に基づく二重結合が挙げられる。なかでも、他の単量体との共重合性に優れる点から、(メタ)アクリロイル基に基づく二重結合が好ましい。
単量体(b)としては、加工物品の撥液性がさらに優れ、他の単量体との共重合性に優れる点から、(メタ)アクリル酸又はその塩が好ましい。単量体(b)は、1種でも、2種以上を併用してもよい。
単量体(c)は、下式(II)で表される化合物である。
CH2=C(R1)−G−(R2O)q−R3 (II)
共重合体(A)が単量体(c)に基づく構成単位を有することによって、撥液剤組成物に含まれる共重合体(A)の分散性がさらに良好になり、撥液剤組成物の安定性がさらに向上する。
上記式(II)において、R1は、水素原子又はメチル基である。
Gは、−C(O)O(CH2)r−又はC(O)O(CH2)t−NHC(O)O−(但し、rは0〜4の整数であり、tは1〜4の整数である。)である。Gとしては、−C(O)O(CH2)r−が好ましい。
R3は、水素原子、メチル基、(メタ)アクリロイル基又はアリル基である。R3としては、水素原子が好ましい。単量体(c)としては、qが1.00〜1.03であり、かつR3が水素原子が好ましい。
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)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類;ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリ(オキシエチレン―オキシプロピレン)モノ(メタ)アクリレート、ポリ(オキシエチレン―オキシブチレン)モノ(メタ)アクリレート、ポリ(オキシエチレン―オキシテトラメチレン)モノ(メタ)アクリレート等のポリオキシアルキレンモノ(メタ)アクリレート類;メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリ(オキシエチレン―オキシプロピレン)モノ(メタ)アクリレート等のアルコキシポリオキシアルキレン(メタ)アクリレート類;エ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(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、ポリ(オキシエチレン−オキシプロピレン)ジ(メタ)アクリレート等のポリアルキレンジ(メタ)アクリレート類。
単量体(d)は、単量体(a)、単量体(b)及び単量体(c)以外の他の単量体である。単量体(d)としては、アルキル(メタ)アクリレート、ビニルエーテル、オレフィン、ハロゲン化オレフィン、アルキル(メタ)アクリレート以外の不飽和カルボン酸エステル、酢酸アリル、アルキルビニルケトン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカルバゾール、マレイミド類、アクリルアミド類、アミノ基含有単量体、イソシアナト基含有単量体、ブロック化イソシアナト基含有単量体、ウレタン結合含有単量体、アルコキシシリル基含有単量体、エポキシ基含有単量体、N−メチロール基含有単量体、N−アルコキシメチル基含有単量体等が挙げられる。
共重合体(A)が単量体(a)に基づく構成単位と単量体(b)に基づく構成単位とを含み、単量体(c)に基づく構成単位を含まない場合、各構成単位の割合は下記の通りである。
単量体(a)に基づく構成単位の割合は、共重合体(A)中の全構成単位100質量%のうち、30〜99質量%が好ましく、50〜99質量%がより好ましい。該割合が前記範囲の下限値以上であれば、加工物品の撥液性がさらに優れる。該割合が前記範囲の上限値以下であれば、撥液剤組成物に含まれる共重合体(A)の分散性がさらに良好になり、撥液剤組成物の安定性がさらによくなる。
単量体(b)に基づく構成単位の割合は、共重合体(A)中の全構成単位100質量%のうち、1〜50質量%が好ましく、1〜40質量%がより好ましい。該割合が前記範囲の下限値以上であれば、撥液剤組成物に含まれる共重合体(A)の分散性がさらに良好になり、撥液剤組成物の安定性がさらによくなる。該割合が前記範囲の上限値以下であれば、加工物品の撥液性がさらに優れる。
単量体(d)に基づく構成単位の割合は、共重合体(A)中の全構成単位100質量%のうち、0〜30質量%が好ましく、0〜10質量%がより好ましい。該割合が前記範囲の上限値以下であれば、本発明の効果を損なうことがない。共重合体(A)は、単量体(d)に基づく構成単位を含まないことが最も好ましい。
単量体(a)に基づく構成単位の割合は、共重合体(A)中の全構成単位100質量%のうち、30〜98質量%が好ましく、50〜98質量%がより好ましく、72〜82質量%が最も好ましい。該割合が前記範囲内であれば、加工物品の撥液性及び撥液剤組成物の安定性に優れる。
単量体(b)に基づく構成単位の割合は、共重合体(A)中の全構成単位100質量%のうち、1〜50質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましい。該割合が前記範囲内であれば、加工物品の撥液性及び撥液剤組成物の安定性に優れる。
単量体(c)に基づく構成単位の割合は、共重合体(A)中の全構成単位100質量%のうち、1〜50質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましい。該割合が前記範囲の下限値以上であれば、撥液剤組成物に含まれる共重合体(A)の分散性がさらに良好になり、撥液剤組成物の安定性がさらによくなる。該割合が前記範囲の上限値以下であれば、加工物品の撥液性がさらに優れる。
単量体(d)に基づく構成単位の割合は、共重合体(A)中の全構成単位100質量%のうち、0〜30質量%が好ましく、0〜10質量%がより好ましい。該割合が前記範囲の上限値以下であれば、本発明の効果を損なうことがない。共重合体(A)は、単量体(d)に基づく構成単位を含まないことが最も好ましい。
単量体に基づく構成単位の割合は、NMR分析及び元素分析から求められる。なお、共重合体(A)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。
共重合体(A)の質量平均分子量は、84000以下であり、10000〜84000が好ましく、20000〜84000がより好ましく、30000〜84000が最も好ましい。該質量平均分子量が前記範囲の下限値以上であれば、撥液剤組成物に含まれる共重合体(A)の分散性がさらに良好になり、撥液剤組成物の安定性がさらによくなる。該質量平均分子量が前記範囲の上限値以下であれば、撥液剤組成物の安定性に優れる。
本発明の撥液剤組成物において、共重合体(A)は水性媒体中に粒子として分散していることが好ましい。
撥液剤組成物中の共重合体(A)の平均粒子径は、40〜250nmが好ましく、50〜200nmがより好ましい。該平均粒子径が前記範囲の下限値以上であれば、加工物品の撥液性がさらに優れる。該平均粒子径が前記範囲の上限値以下であれば、撥液剤組成物に含まれる共重合体(A)の分散性がさらに良好になり、撥液剤組成物の安定性がさらによくなる。
水性媒体は、水を主成分とする液状の媒体である。水性媒体における水の割合は60質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95%以上が最も好ましい。水性媒体は、水が共沸混合物を形成し得る有機溶媒を含んでもよい。
水が共沸混合物を形成し得る有機溶媒としては、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、ダイアセトンアルコール、メタノール、エタノール、プロパノール、アセトン、メチルエチルケトンが好ましい。
(アルカリ金属イオン)
本発明の撥液剤組成物は、アルカリ金属イオンを含む。アルカリ金属イオンは、発液剤組成物中で、共重合体(A)中のアニオン性基と塩を形成して、含フッ素共重合体(A)の分散安定性に寄与する。
アルカリ金属イオンは、アニオン性基に対して、当量以下であっても当量以上であってもよい。アニオン性基に対する撥液剤組成物中のアルカリ金属イオンのモル比(アルカリ金属イオン/アニオン性基)は、0.6〜1.29であり、0.7〜1.2が好ましく、0.7〜1.1がより好ましい。該モル比が前記範囲内であれば、撥液剤組成物に含まれる共重合体(A)が分散不良による沈降やアルカリによるエステル加水分解を起こすことなく、水性媒体中に安定的に存在することができる。
本発明の撥液剤組成物は、他の成分として公知の添加剤を含んでいてもよい。
添加剤としては、糊剤、共重合体(A)以外の樹脂、架橋剤、触媒、有機充填材、無機充填材、支持剤、保剤、凝集剤、緩衝剤、殺菌剤、殺生物剤、防かび剤、防菌剤、金属イオン封鎖剤、疎水化剤、界面活性剤、消泡剤、揮発性有機溶媒等が挙げられる。
本発明の撥液剤組成物は、アンモニア、有機アミン、及びそれらの塩を含まないことが好ましい。
本発明の撥液剤組成物において、共重合体(A)と水性媒体の質量比(共重合体(A)/水性媒体)は、10〜60/90〜40が好ましく、10〜50/90〜50がより好ましい。本発明の撥液剤組成物の固形分濃度は、10〜60質量%が好ましく、10〜50質量%が好ましい。固形分濃度とは、撥液剤組成物中の共重合体(A)、添加剤等の固形分の濃度である。
撥液剤組成物中の他の成分の含有量は、共重合体(A)の100質量部に対して0〜20質量部が好ましく、0〜10質量部がより好ましい。
本発明の撥液剤組成物のpHは、7〜12が好ましく、7〜11がさらに好ましい。撥液剤組成物のpHが前記範囲内であれば、撥液剤組成物に含まれる共重合体(A)が分散不良による沈降やアルカリによるエステル加水分解を起こすことなく、撥液剤組成物の安定性に優れる。
消泡性試験法α:内径65mmのメスシリンダーと、共重合体(A)の濃度が0.1質量%になるように本発明の撥液剤組成物を水で希釈した水分散試験液を一定温度に保つ温調システムと、先端が、前記メスシリンダーの底面からの高さが420mmの位置で下向きとなるように配置された内径9mmのノズルと、前記水分散試験液を前記メスシリンダーの底面近傍から抜き出して前記ノズルから吐出させることにより前記水分散試験液を11.5L/minの流量で循環させる水分散試験液循環システムとを備える連続泡試験機を用いて、以下のステップα1〜α7を順次行い、ステップα7で得られた泡体積(mL)を消泡性パラメータとする方法。
ステップα1:前記水分散試験液の650mLを入れた前記メスシリンダーを、前記温調システムによって前記水分散試験液が18℃になるまで静置するステップ
ステップα2:前記水分散試験液循環システムによる循環を30秒間行うステップ
ステップα3:前記水分散試験液循環システムによる循環を30秒間停止するステップ
ステップα4:前記水分散試験液循環システムによる循環を120秒間行うステップ
ステップα5:前記水分散試験液循環システムによる循環を60秒間停止するステップ
ステップα6:前記水分散試験液循環システムによる循環を300秒間行うステップ
ステップα7:前記水分散試験液循環システムによる循環を停止し、停止60秒後の前記水分散試験液の液面上の泡体積(mL)を測定するステップ。
また、本発明の撥液剤組成物にあっては、アニオン性基の対イオン(プロトンを除く。)がアルカリ金属イオンであるため、アニオン性基の塩化にアンモニア又は有機アミンを用いておらず、アンモニア又は有機アミンによる問題がない。
本発明の撥液剤組成物の製造方法は下記の工程(i)〜(iv)を有する。
工程(i):単量体(a)、単量体(b)、必要に応じて単量体(c)、単量体(d)を含む単量体成分を、有機溶媒を含む重合媒体中で重合することによって共重合体(A)の溶液を得る工程。
工程(ii):共重合体(A)の溶液と、アルカリ金属水酸化物及び水とを混合し、共重合体(A)中のアニオン性基の少なくとも一部を塩化することによって、共重合体(A)の分散液を得る工程。
工程(iii):共重合体(A)の分散液から有機溶媒の少なくとも一部を除去することによって、共重合体(A)が水性媒体に分散した撥液剤組成物を得る工程。
工程(iv):必要に応じて、他の成分を添加したり、水性媒体等で希釈したりする工程。
重合法としては、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等が挙げられ、溶液重合法、懸濁重合法が好ましく、重合安定性の点から、溶液重合法が好ましい。
重合は、重合媒体中にて、必要に応じて重合開始剤、連鎖移動剤の存在下、単量体成分を重合する。重合媒体は、有機溶媒を含むことが好ましく、有機溶媒がより好ましい。重合に際しては、界面活性剤を使用せず、界面活性剤の不存在下で重合を行うことが好ましい。
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(ペルクロロエチレン、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等。有機溶媒は、1種でも、2種以上を併用してもよい。
比較的低沸点の有機溶媒としては、沸点が80℃以下のものが好ましい。具体的には、アセトン、メタノール、エタノール等が挙げられる。水と共沸混合物を形成し得る有機溶媒としては、アセトン、メタノール、エタノール、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)、アゾ化合物等が挙げられる。
重合温度は、室温から有機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(i)で得られた 共重合体(A)の溶液と、アルカリ金属水酸化物及び水とを混合し、共重合体(A)中のアニオン性基の少なくとも一部をアルカリ金属水酸化物に由来するアルカリ金属イオンと塩化することによって、共重合体(A)の分散液を得る。
アルカリ金属水酸化物及び水を共重合体(A)の溶液に加えても、共重合体(A)の溶液をアルカリ金属水酸化物及び水に加えてもよい。アルカリ金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられ、共重合体(A)の安定性の点から、水酸化ナトリウムが好ましい。
共重合体(A)の分散液からの有機溶媒の除去方法としては、例えば、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が挙げられる。また、有機溶媒の除去速度を速めるために、減圧・加熱を組み合わせてもよい。有機溶媒の除去は、共重合体(A)が分散している媒体において、水の割合が50質量%以上となるまで行うが、60質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95%以上が最も好ましい。
必要に応じて、上述の他の成分を添加したり、水性媒体等で希釈したりしてもよい。
希釈用の水性媒体としては、上述の水性媒体が好ましく、水がより好ましい。
以上説明した本発明の撥液剤組成物の製造方法にあっては、単量体(a)及び単量体(b)を含む単量体成分を、有機溶媒を含む重合媒体中で重合することによって得られた共重合体(A)の溶液と、アルカリ金属水酸化物及び水とを、アルカリ金属水酸化物/アニオン性基のモル比が0.6〜1.29となるように混合し、アニオン性基の少なくとも一部を塩化することによって、共重合体(A)の分散液を得ているため、安定性に優れ、かつアミンや有機アミンによる問題が生じない撥液剤組成物を製造できる。
本発明の撥液剤組成物で基材を処理することによって、撥液性が付与された加工物品を得ることができる。
処理方法としては、本発明の撥液剤組成物を基材に塗布又は含浸した後、室温又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、より優れた撥液性を発現できる。
以下、耐油紙の製造方法について説明する。
本発明の耐油紙の製造方法としては、下記の方法(α)又は方法(β)が挙げられる。
方法(α):本発明の撥液剤組成物を紙基材に塗布又は含浸する方法(外添加工)。
方法(β):本発明の撥液剤組成物を添加したパルプスラリーを抄紙する方法(内添加工)。
これらの製造方法において、本発明の撥液剤組成物は水又は水性媒体で希釈して用いてもよい。本発明の製造方法において用いる撥液剤組成物の固形分濃度は、10〜30質量%が好ましく、20〜25質量%がより好ましい。
紙基材としては、水にパルプを分散したパルプスラリーの1種を単独で、又は2種以上を任意の配合率で混合し、叩解や薬剤添加を行った後に、ワイヤを用いて抄きあげたものが挙げられる。形態としては、連続した長尺のウェブ状のもの、これを裁断した枚葉状のもの、パルプモールド成型機で得られた成型体(容器等)等が挙げられる。坪量としては特に限定するものではないが、10g/m2〜500g/m2のものが挙げられる。
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。
撥液剤組成物の塗布は、公知の塗工機を用いた方法によって実施できる。
塗工機としては、サイズプレス機、コータ、印刷機等が挙げられる。
サイズプレス機としては、ツーロールサイズプレス機、フイルムトランスファーサイズプレス機、キャレンダーサイズプレス機等が挙げられる。
コータとしては、ロールコータ、エアナイフコータ、ダイコータ、ブレードコータ、バーコータ、ビルブレードコータ、ショートドエルブレードコータ等が挙げられる。
印刷機としては、グラビア印刷機、フレキソ印刷機、オフセット印刷機等が挙げられる。
乾燥温度は、20〜300℃が好ましく、20〜250℃がより好ましい。
パルプの原料としては、上述のものが挙げられる。
パルプスラリー中のパルプの濃度は、0.1〜10質量%が好ましい。
パルプスラリーに、併用剤を添加してもよい。
内添加工における併用剤としては、例えば、凝結剤、歩留り剤、サイズ剤、紙力増強剤、顔料、染料、pH調整剤等が挙げられる。
抄紙機は、パルプスラリーをワイヤ上で脱水可能な装置であればよい。抄紙機としては、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を用いて脱水し、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。
以上説明した本発明の耐油紙の製造方法にあっては、撥液性に優れる加工物品を得ることができ、安定性に優れ、かつアンモニア又は有機アミンによる問題がない本発明の撥液剤組成物を用いているため、耐油性に優れ、耐油性にムラがなく、かつアンモニア又は有機アミンによる問題がない耐油紙を製造できる。
例1〜3は実施例であり、例4〜7は比較例である。
共重合体の質量平均分子量は、下記条件にて測定した。
装置:東ソー社製、HLC−8320GPC、
カラム:東ソー社製、PL gel MIXED−C×2、
移動相:HCFC−225(旭硝子社製、アサヒクリン(登録商標)AK−225)/テトラヒドロフラン/1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール=50/40/10体積%、
流速:1.0mL/分、
オーブン温度:37℃、
システム温度:37℃、
試料濃度:0.5質量%、
注入量:100μL、
検出器:RI、
分子量標準:ポリメチルメタクリレート(Mp=2136000、1048000、569000、332800、121600、67400、30620、13300、7360、及び1950)。
撥液剤組成物に蒸留水を加えて固形分濃度5質量%に希釈したサンプルについて、動的光散乱光度計(大塚電子社製、ELS−Z2)を用い、温度:25℃、積算回数:70回、溶媒の屈折率1.3313、溶媒の粘度:0.8852cp、散乱強度:19344(ND 24.38%)の条件でサンプルの散乱強度を測定し、得られた自己相関関数からキュムラント法解析によって撥液剤組成物中の共重合体の平均粒子径を算出した。
アニオン性基に対する撥液剤組成物中のアルカリ金属イオンのモル比(アルカリ金属イオン/アニオン性基)は、撥液剤組成物を製造する際に用いた、共重合体中のアニオン性基を有する単量体(b)に基づく構成単位のモル数と、水酸化ナトリウムのモル数とから、下式によって算出した。
アニオン性基に対する撥液剤組成物中のアルカリ金属イオンのモル比(アルカリ金属イオン/アニオン性基)=(アルカリ金属水酸化物のモル数)/(単量体(b)に基づく構成単位のモル数×単量体(b)中のアニオン性基の数×アニオン性基の価数)
固形分濃度20質量%に調製した撥液剤組成物のpHを、ガラス電極を用いて測定した。
撥液剤組成物の安定性は、下記の3つの方法にて評価した。すべての評価が〇(優)であったものを総合評価として○とし、3つの評価のうちひとつでも×(不良)があれば総合評価として×とした。
イオン交換水を加えて固形分濃度20質量%に調製した撥液剤組成物の100mLを、容積:110mLの透明ガラス製サンプル瓶にいれて3日間、室温にて静置し、沈降又は凝集の有無を目視にて確認し、下記基準にて評価した。
〇(優) :沈降及び凝集がない。
×(不良):沈降又は凝集がある。
イオン交換水を加えて固形分濃度20質量%に調製した撥液剤組成物について、遠心分離機(KOKUSAN社製、H−19FMR)を用いて、25℃、3000rpmの条件にて30分間処理した後に、外観を検査し、下記基準にて評価した。
〇(優) :沈降及び凝集がない。
×(不良):沈降又は凝集がある。
撥液剤組成物の製造から30日以上経過した後に、GCを用いて共重合体の加水分解の有無を確認し、下記基準にて評価した。
〇(優) :加水分解は確認されなかった。
×(不良):加水分解が確認された。
撥液剤組成物の泡立ちは、上述した消泡性試験法αに基づいて消泡性パラメータを測定し、下記基準にて評価した。
〇(優) :消泡性パラメータが500mL以下である。
×(不良):消泡性パラメータが500mL超である。
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、トルエン及び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。
C6FA:C6F13C2H4OC(O)CH=CH2、
C6FMA:C6F13C2H4OC(O)C(CH3)=CH2、
HEMA:2−ヒドロキシエチルメタクリレート(但し、ジエチレングリコールメタクリレートを2%含む)、
HEA:2−ヒドロキシエチルアクリレート(但し、ジエチレングリコールアクリレートを2%含む)
PEGA:ポリエチレングリコールアクリレート(但し、エチレンオキシド単位の数の平均値は約4.5)、
AA:アクリル酸、
MA:メタクリル酸、
IA:イタコン酸、
V601:ジメチル2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオネート)(和光純薬工業社製、V−601)、
MEK;メチルエチルケトン。
工程(i):
容積:約120mLのガラス製アンプル容器に、表2に示す割合で単量体及び重合開始剤(合計:20g)、並びに表2に示す固形分濃度となるように有機溶媒としてアセトン又はMEKを仕込み、窒素置換を3回繰り返し、容器をゴム栓で密封した。これを、表2に示す重合温度に加熱した振とう恒温槽に装着し、振とう回数を毎分110回にセットして20時間重合を行い、共重合体のアセトン溶液を得た。
表2に示すアルカリ金属イオン/アニオン性基のモル比となる量の水酸化ナトリウムを水の135gに溶解し、水酸化ナトリウム水溶液を調製した。共重合体のアセトン溶液と水酸化ナトリウム水溶液を混合、攪拌し、共重合体の分散液を得た。但し、例4については、沈降したため、共重合体の分散液は得られなかった。
エバポレータを用いて共重合体の分散液からアセトンと水を留去し、イオン交換水を加えて固形分濃度が20質量%である撥液剤組成物を得た。共重合体の質量平均分子量及び平均粒子径、並びに撥液剤組成物におけるアルカリ金属イオン/アニオン性基のモル比及びpHを求めた。撥液剤組成物の安定性及び泡立ちを評価した。結果を表2に示す。
市販のLBKP(広葉樹漂白クラフトパルプ)とNBKP(針葉樹漂白クラフトパルプ)を6:4の質量比で混合した後、パルプ濃度が1質量%となるように水を加え、ラボ離解機を用いてパルプスラリーを製造した。100メッシュワイヤ(1インチ辺りの孔数が100であるワイヤーメッシュ)を用いてパルプ濃度が10質量%となるまで濃縮し、PFIミル(ラボ用叩解機)を用いて、フリーネス400CSFまで叩解した。再びパルプ濃度が1質量%となるまで水で希釈し、ラボ離解機を用いて1分間離解した。このパルプスラリーを撹拌しながら、パルプスラリーに、製紙用凝結剤(片山ナルコ社製、N7607)をパルプ乾燥質量に対し0.4質量%(薬剤固形分として)となるように添加し、3分間撹拌を継続した後、撥液剤組成物をパルプ乾燥質量に対して0.5質量%(固形分として)となるように添加し、さらに3分間撹拌を継続した。このパルプスラリーをTAPPI標準手漉き機を用いて、坪量が50g/m2となるように抄紙した。抄紙された湿紙は、JIS P 8222に準拠してクーチ(脱水)、プレス(脱水)した後、シリンダードライヤを用いて100℃で60秒間乾燥し、耐油紙を得た。この耐油紙を標準状態で調湿した後、耐油性を評価した。結果を表2に示す。
例4の撥液剤組成物は、アルカリ金属イオン/アニオン性基のモル比が0.6未満であるため、撥液剤組成物の安定性に劣っていた。
例5の撥液剤組成物は、アルカリ金属イオン/アニオン性基のモル比が1.29超であるため、撥液剤組成物の安定性、耐油紙の耐油性に劣っていた。
例6の撥液剤組成物は、共重合体の質量平均分子量が84000超であるため、耐油紙の耐油性に劣っていた。
例7の撥液剤組成物は、共重合体の質量平均分子量が84000超であるため、撥液剤組成物の安定性に劣っていた。
なお、2016年4月27日に出願された日本特許出願2016−089101号の明細書、特許請求の範囲、図面、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)
- 下式(I)で表される単量体(a)に基づく構成単位並びにアニオン性基及びエチレン性不飽和二重結合を有する単量体(b)に基づく構成単位を有する共重合体(A)と、アルカリ金属イオンと、水性媒体とを含み、
前記共重合体(A)の質量平均分子量が、84000以下であり、
前記アニオン性基の対イオンの少なくとも一部が、アルカリ金属イオンであり、
前記アニオン性基に対する撥液剤組成物中のアルカリ金属イオンのモル比(アルカリ金属イオン/アニオン性基)が、0.6〜1.29であり、
前記共重合体(A)が、40〜250nmの平均粒子径を有する粒子であることを特徴とする撥液剤組成物。
RF−Q−X−C(O)C(R)=CH2 (I)
(但し、RFは、炭素数4〜6のペルフルオロアルキル基であり、Qは、フッ素原子を有しない2価の有機基であり、Xは、−O−又はNH−であり、Rは、水素原子、メチル基又は塩素原子である。) - 前記共重合体(A)の全構成単位100質量%のうち、前記単量体(a)に基づく構成単位の割合が30〜99質量%であり、前記単量体(b)に基づく構成単位の割合が1〜50質量%である、請求項1に記載の撥液剤組成物。
- 前記式(I)におけるRがメチル基である、請求項1又は2に記載の撥液剤組成物。
- 前記単量体(b)の有するアニオン性基がカルボキシ基である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の撥液剤組成物。
- 前記単量体(b)が(メタ)アクリル酸である、請求項4に記載の撥液剤組成物。
- 前記共重合体(A)が、下式(II)で表される単量体(c)に基づく構成単位をさらに有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の撥液剤組成物。
CH2=C(R1)−G−(R2O)q−R3 (II)
但し、R1は、水素原子又はメチル基であり、R2は、炭素数2〜4のアルキレン基、又は水素原子の一部又は全部が水酸基で置換された炭素数2〜3のアルキレン基であり、qは、1.00〜50.00であり、Gは、−C(O)O(CH2)r−又はC(O)O(CH2)t−NHC(O)O−(但し、rは0〜4の整数であり、tは1〜4の整数である。)であり、R3は、水素原子、メチル基、(メタ)アクリロイル基又はアリル基である。 - 前記共重合体(A)が、前記単量体(a)に基づく構成単位、前記単量体(b)に基づく構成単位、及び前記単量体(c)に基づく構成単位のみからなる、請求項6に記載の撥液剤組成物。
- 前記単量体(b)及び単量体(c)の少なくとも一方が、エチレン性不飽和二重結合を有する部位としてアクリロイル基を有する、請求項6又は7に記載の撥液剤組成物。
- アンモニア及び有機アミンを含まない、請求項1〜8のいずれか一項に記載の撥液剤組成物。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の撥液剤組成物の製造方法であって、
下式(I)で表される単量体(a)、並びにアニオン性基及びエチレン性不飽和二重結合を有する単量体(b)を含む単量体を、重合媒体中で重合することによって共重合体(A)の溶液を得て、
前記共重合体(A)の溶液と、アルカリ金属水酸化物及び水とを混合し、前記共重合体(A)中のアニオン性基の少なくとも一部を塩化することによって、前記共重合体(A)の分散液を得て、
前記共重合体(A)の分散液から前記重合媒体の少なくとも一部を除去することを特徴とする製造方法。
RF−Q−X−C(O)C(R)=CH2 (I)
(但し、RFは、炭素数4〜6のペルフルオロアルキル基であり、Qは、フッ素原子を有しない2価の有機基であり、Xは、−O−又はNH−であり、Rは、水素原子、メチル基又は塩素原子である。) - 前記共重合体(A)を得る重合を界面活性剤の不存在下で行う、請求項10に記載の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の撥液剤組成物を紙基材に塗布又は含浸する、耐油紙の製造方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の撥液剤組成物を含有するパルプスラリーを抄紙する、耐油紙の製造方法。
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