JPH04226539A - 尿素/ホルムアルデヒドポリマーの水性分散液およびその用途 - Google Patents

尿素/ホルムアルデヒドポリマーの水性分散液およびその用途

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JPH04226539A
JPH04226539A JP3190998A JP19099891A JPH04226539A JP H04226539 A JPH04226539 A JP H04226539A JP 3190998 A JP3190998 A JP 3190998A JP 19099891 A JP19099891 A JP 19099891A JP H04226539 A JPH04226539 A JP H04226539A
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urea
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アルフレッド レナー
Klaus Dr Kramer
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は15〜35重量%の特殊
な尿素/ホルムアルデヒドポリマーを含有する水性分散
液、それらの製造方法、及びそれらの用途、特に紙製造
における白色顔料としての用途に関する。
【0002】
【従来の技術】尿素/ホルムアルデヒドポリマー(UF
ポリマー)は長い間公知であり、種々の分野で使用され
る。特殊なUFポリマーの公知の使用は、紙製造におけ
る白色顔料としてである。
【0003】米国特許第3909348号においては、
ホルムアルデヒド:尿素(F:U)の割合が1.3ない
し1.8:1であり、比表面積、吸収容量および平均凝
集寸法をもつ無孔性粒子UFポリマーを乾燥パルプスラ
リーに基づいて0.5〜80重量%含む紙製品が開示さ
れている。この明細書中、UFポリマーの好ましい一つ
のF:Uの割合が1.5:1であるものが例示されてい
る。この特許明細書の教示に従って、合成されたUFポ
リマーは反応混合物から分離され、乾燥され、そして望
ましい平均凝集寸法に乾燥形態で粉砕される。そのよう
に得られた粒子UFポリマーを、乾燥形態で、或いは水
性スラリーとしてパルプに添加する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この先行技術の方法は
欠点を持つ。一方では、粉砕前のポリマーの乾燥はかな
り高エネルギーの消費を要する。他方では、白色顔料と
しての使用に適当な乾燥生成物は、約60g/lのみの
かさ密度をもつかなり微細な粉末である。
【0005】特殊な包装技術が約150g/lの最大か
さ密度を可能にしたにもかかわらず、ポリマー製造者か
ら紙製造者への白色顔料の輸送コストはまだ、かなり高
い。コスト計算は通常、容量に基づき、重量には基づか
ない。他の欠点は、製造および使用の間、微細な粒子ポ
リマーが粉塵の傾向にあることである。
【0006】さらに、UFポリマーのF:Uの割合が1
.5:1またはより高いこれらの製品は、遊離ホルムア
ルデヒドをかなり高含量含み、そのため、できるかぎり
低い遊離ホルムアルデヒド含量を持つ製品に対する増加
する厳しい要求にすべての点で、見合わない。
【0007】驚いたことに、全てのこれらの欠点は、(
1.25〜1.40):1のより低いF:Uの割合を持
つUFポリマーを製造し、その後、該生成物を乾燥させ
ることなく、湿式粉砕することにより克服されうる。 この方法で、高固体含量(約35重量%までの)を持つ
安定な水性分散液を直接、及び高エネルギーを消費する
ことなく製造できる。高固体含量のため、製品はより安
価に輸送され、紙製造者によってこの形態で直接使用さ
れうる。上記に定義されたUFポリマーの相対的に低い
F:Uの割合においては、遊離ホルムアルデヒドの含量
がかなり低いので、生成物はすべての要求を満足する。 紙の白色顔料としてUFポリマーの公知の優れた特性は
変わらない。
【0008】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は15〜
35重量%の尿素/ホルムアルデヒドポリマー(UFポ
リマー)を含む水性分散液で、ホルムアルデヒド:尿素
(F:U)の割合が(1.25〜1.40):1遊離ホ
ルムアルデヒドの含量が0.1重量%以下5〜30m2
 /gの比表面積 2〜4cm3 /gの細孔容積 0.05〜1μmの平均粒度、及び 3〜10μmの平均凝集物寸法 を持つ該分散液に関する。
【0009】本発明の分散液は、 (i)水溶液中、pH6〜9及び温度40〜100℃で
(1.25−1.40):1の(F:U)の割合でホル
ムアルデヒド及び尿素を縮合し、 (ii)20〜100℃で希薄水性酸の添加により縮合
物をゲル化し、 (iii)ゲルを粉砕し、水中に粒子を懸濁化し、そし
て約pH7〜9の希薄塩基を添加することにより、懸濁
液を中和し、 (iv)平均凝集物寸法に到達するまで、中和された懸
濁液を湿式粉砕し、そして (v)粉砕した生成物をろ過し、そして洗浄し、適当な
らば、フィルターケーキに生成物を圧縮し、その後(v
i)機械的剪断力の作用によって生成物を分散すること
により都合よく製造されうる。
【0010】他の適当な方法は、工程(iii)から得
られた中和生成物(iv)をろ過し、そして洗浄し、適
当ならば、該生成物をフィルターケーキに圧縮し、指示
された平均凝集寸法に到達するまで、該フィルターケー
キを(v)湿式粉砕することからなる。
【0011】ゲル化による粒子状UF縮合ポリマーの製
造は一般に公知であり、そして例えば、前記の米国特許
第3909348号、またはA.Renner著、Ma
kromolekulareChemie,149,1
(1971)に記載されている。本発明の工程(i)な
いし(iii)のための特に適当な工程条件は米国特許
第4018741号および第4101521号に記載さ
れている。最初に記載されたように先行技術において、
工程(iii)の生成物はろ過され、乾燥され、その後
粉末に製粉される。
【0012】縮合工程(i)は好ましくは、pH6〜8
及び温度50〜90℃、好ましくは約70℃で行われる
。反応剤の濃度は好ましくはゲル化の前に、UFポリマ
ーの約20〜30%溶液が形成されるように選択される
【0013】工程(ii)に於いて、不溶性(inso
luble)、不融解性(infusible) 、完
全に架橋されたUFポリマーを得るため適当に使用され
うるゲル化剤は、慣用の酸触媒、例えば、硫酸、スルフ
ァミン酸、リン酸、塩酸、硝酸、4以下のpKa価を持
つ媒体強度の有機酸、代表的にギ酸、シュウ酸、マレイ
ン酸、コハク酸、クロロ酢酸および類似の物である。酸
触媒として硫酸を使用するのが好ましく、スルファミン
酸はより好ましい。
【0014】ゲル化剤として使用される酸は、尿素1モ
ルあたり10〜100、好ましくは20〜40ミリモル
の酸量で適当に使用される。
【0015】本発明の好ましい具体例は、保護コロイド
の存在下のUFポリマーの製造からなる。そのような保
護コロイドの代表例は天然デンプン、例えば、スターチ
、ゼラチン、粘性糊、トラガントゴム、アラビアゴム、
変成された天然物、例えば、カルボキシメチルセルロー
ス、カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩、特
にカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、メチル
セルロース、エチルセルロース、β−ヒドロキシプロピ
ルセルロール、アルカリ金属アルギレートおよび類似物
、合成ポリマー、例えば、ポリビニルアルコール、ポリ
ビニルピロリドン、アクリル酸およびメタクリル酸及び
それらのアルカリ金属塩の水溶性ポリマーおよびコポリ
マー、マレイン酸のコポリマー、スチレンおよび無水マ
レイン酸および類似の物のコポリマーの塩である。
【0016】保護コロイドの量はそれらのタイプ、化学
構造および分子量に依存されるだろう。通常、尿素およ
びホルムアルデヒド反応物の全量に基づいて、約0.1
ないし10重量%の範囲で添加されるだろう。約0.5
ないし約5重量%の範囲で保護コロイドが添加されるの
が好ましい。本発明の特に好ましい具体例において、ス
ルファミン酸は保護コロイドと共に硬化触媒として使用
される。
【0017】特に好ましい保護コロイドはカルボキシメ
チルセルロース  ナトリウムである。保護コロイドは
本発明の工程(i)または(ii)で適当に添加されう
る。その後、酸の水溶液を、攪拌しながら反応混合物に
、室温から約100℃の温度範囲で、架橋されたゲルが
形成されるまで添加される。次いで、ゲルは代表的には
押出機またはカッター造粒機、粉砕機またはロールミル
で粉砕される。
【0018】UFポリマーの湿式粉砕は、好ましくはビ
ーズミル中、ガラスビーズと共に高速で、望ましい平均
凝集寸法に粉砕ストックを粉砕することにより行われる
。5〜8μmの平均凝集寸法が好ましい。生成物の細粉
度は、ガラスビーズの流速および大きさを適当に調節す
ることによって、都合よく制御されうる。
【0019】上記のように、湿式粉砕は、工程(iii
)の終りでの中和後、または代わりにろ過後の工程(v
)に於いて行われる。前者の場合、粉砕された生成物は
ろ過され、適当ならば、15〜40重量%固体含量を好
ましくはもつ、そして同様に本発明の範囲内にあるフィ
ルターケーキに圧縮される。高固体含量のそのようなフ
ィルターケーキは末端使用者への輸送にかなり適当であ
り、使用する前にその場で、機械的剪断力の作用によっ
て都合良く分散されうる。フィルターケーキは相対的に
高い水含量を持つにもかかわらず、外観上は固定であり
、そのように扱われる。
【0020】本発明の分散液は特許請求の範囲の濃縮範
囲で安定性がほとんど制限されず、困難なく、かなりの
時間(6カ月まで)貯蔵されうる。UFポリマーの特許
請求の範囲の濃縮が限度を越えるか、または維持されな
いとき、ポリマーの沈澱が生じうる。
【0021】本発明の分散液製造のため、分散剤を使用
するのも都合が良い。適当な分散剤は代表的に公知であ
るホスフェートまたはポリアクリレート分散剤である。 そのような剤は市販品として入手可能であり、例えば、
商品名Calgon(ex Benkiser,Kna
ppsack),Polysalz CAL(ex B
ASF,Ludwigshafen),A 4775(
ex Stockhausen,Krefeld) ま
たは実験用生成物分散剤7030(ex BASF,L
udwigshafen)である。
【0022】分散剤の使用は、分散液の粘度をより低く
し、必要ならば、またはその粘度が同じとき、より高い
固体含量の分散液を製造することが可能である。分散剤
は好ましくは、製造工程の最後の段階で添加される。
【0023】本発明の好ましい分散液は、約25重量%
のUFポリマーを含むものである。分散液中に存在する
UFポリマーの最も好ましいホルムアルデヒド:尿素(
F:U)の割合が1.26:1である。
【0024】F:Uの割合が特許請求の範囲記載の範囲
(すなわち<1.25)より低いとき、微細孔粒子はよ
り小さい孔容量(約0.5cm3 /g)を持ち、紙用
白色顔料としての使用に適当でないものを生じる。一方
、UFポリマーのF:Uの割合が1.40より高いとき
、得られたポリマーはあまりに高い遊離ホルムアルデヒ
ド含量を持ち、このため望ましくない。狭く限定された
モル比1.26:1.40においてのみ、得られたUF
ポリマーはすべての基準を満足する。これらのポリマー
は、ある程度凝集された球状のサブミクロン粒子を持ち
、それゆえ、凝集された球状のサブミクロン粒子の間に
孔に実質上特質があり、そして水銀多孔度計によって都
合良く決定されうる特許請求の範囲に記載の孔容量を作
り出す。そのようなUFポリマーは米国特許第4367
171号(実施例1)に開示されている。
【0025】本発明の分散液は好ましくは、0.05重
量%以下の遊離ホルムアルデヒドをもつUFポリマーを
含む。また、7〜25m2 /gの比表面積を持ち、そ
して3〜3.5cm3 /gの孔容量、並びに0.01
〜1μmの平均粒度を持つUFポリマーが好ましく、そ
のような生成物は紙用白色顔料としての使用に特に適当
である。
【0026】本発明の分散液の他の可能な実用例は、紙
用の水性エマルジョン塗料または水性コーティング剤の
製造である。UFポリマーのそのような実用は、米国第
4307005号および第3367171号に開示され
ている。
【0027】本発明の分散液の好ましい用途は、しかし
ながら、紙製造用白色顔料である。
【0028】製紙用の通常タイプの紙パルプならが、い
かなるものでも使用できる。かくしてパルプは化学的に
取り扱われたパルプ、代表的にはスルフェートパルプ、
スルフィドパルプ、ソーダパルプまたはソーダクラフト
パルプ、または半化学的パルプ、機械的に粉砕されたパ
ルプ、またはそれらの混合物である。植物やくずから得
られた他のパルプはまた、適当である。新しいパルプを
使用する必要がない場合に、それ自身紙くず、または新
しいパルプとの組み合わされたものが加工されうる。切
った紙くずは乾燥形態においてか、または水性スラリー
として新しいパルプに添加されうる。
【0029】無機白色顔料なしで、及びポリマー性結合
剤なしで紙に、本発明の分散液を使用するのが好ましい
【0030】UF白色顔料を含む紙は公知の方法で製造
されうる。この最後に、本発明の分散液を、シートの形
成の前のパルプに適量添加する。紙は好ましくは乾燥し
た紙ストックに基づいて0.5〜10重量%、望ましく
は1〜5重量%のUFポリマーを含む。高い充填剤保持
力および良好な白色効果および高い不透明度が本発明の
ポリマーで得られる。
【0031】
【実施例】本発明を以下の実施例でさらに説明し、パー
セントは重量による。 実施例1: a)縮合ポリマーの製造 (CH2 O:尿素=1.26;ゲル化剤としてスルフ
ァミン酸)ホルムアルデヒド30%水溶液1260gを
脱イオン水950gで希釈し、70℃に加熱する。次い
で、600gの尿素を添加し、10%水溶液の炭酸ナト
リウムでpHを7.0に調節し、縮合をpH7.0、7
0℃で2時間行う。その後、反応混合物を50℃に冷却
する。
【0032】同時に、1300gのH2 Oに溶解した
スルファミン酸(H3 N+ .SO− 3 )33.
2gの溶液を調整し、次いで50℃に加熱する。この溶
液を激しく攪拌しながら、すべてを同時に前縮合物に添
加する。攪拌は8秒後に中止され、反応混合物は不透明
になり、11秒後にゲル化し、温度を69℃に上げる。 このゲルは70℃で2時間、そのままにされ、粉砕され
、そして4リットルの水中に、高速攪拌機で懸濁される
。懸濁液を10%水溶液の炭酸ナトリウムでpHを7.
0に調節し、そして”Dynomill”(Bacho
fen,Baselから提供される)中で平均凝集寸法
5.5μmに微粉化する。処理された顔料はろ過によっ
て分離され、20.8%の固体含量をもつ雪状の白色フ
ィルターケーキ3035gを得る。顔料の比表面積は7
.4±0.2m2 /gである。 生成物は0.4μmの一次粒度および2.33ml/g
の孔容量を持つ。0.03%の遊離ホルムアルデヒドを
含む。
【0033】b)水性分散液(スラリー)の製造、およ
びそれらの紙製造のための使用 b1)粘度試験 この試験においては、a)で製造された生成物は乾燥さ
れ、分散液に要するスラリーを、乾燥させた生成物から
ちょうど30重量%の固体含量で得る。通常どおり、こ
の水性分散液は直接、紙製造に使用されることはたやす
く理解されるだろう。
【0034】以下の粘度は30重量%の固体含量で測定
される。粘度は分散剤の無いときとあるときで決定され
る。固体含量30重量%での分散剤なしの粘度* :6
50mPas.
【表1】
【0035】b2)紙シート形成UFポリマーは上質紙
の製造に直接、20.8%のスラリーとして使用される
。 (i)ストック製造 シート形成に使用されるストックは以下の組成物を持つ
: 80%カバのクラフトパルプ(birch kraft
 pulp)20%マツのクラフトパルプ(pine 
kraft pulp)ストックは4%のSC(sto
ck consistency)でパルプ製造機中、パ
ルプ化される。パルプ化時間は10分である。その後、
パルプは1分20秒間、研究用叩解機(refiner
)中、1450rpm(5.9KW)で、23。 SR
のコウ解度(freeness)に叩解される。パルプ
は2分間、遠心分離によって脱水され(ふるいのメッシ
ュサイズ250μm,SC約16.5%)、+5℃で貯
蔵される。
【0036】(ii)シート形成(DIN54358に
従う)シート形成は分配機(distributor)
で”Rapid−Kothen” シート形成システム
で行われる。特に、冷却されたストックの45gアトロ
(atro)(完全乾燥)を分配機に入れ、6lに膨ら
ませ、そして10分間攪拌する。 (SC=0.75%)
【0037】白色顔料充填スラリー(20.8重量%)
はChemacolスターラーで1分間、12000r
pmで分散される。白色顔料懸濁液を分配機中のストッ
クに添加し、容量を9lにするため、水を添加する。(
SC=0.5%)計算されたパルプの量を取り出し、R
apid−Kothenシート形成機に入れる。ストッ
ク懸濁液をシート形成機中、0.015〜0.043%
に希釈する。シートはRapid−Kothenシート
形成機上で、95℃および800mbarの減圧下、1
0分間、乾燥される。得られたシートは約50g/m2
 の秤量を持つ。白色顔料を含まない紙、及び乾燥パル
プに基づき1.2,2.4および3.6重量%の白色顔
料を含む紙が製造される。
【0038】(iii)試験 白色顔料保持力は、Kjeldahl法にしたがって窒
素分析によって測定される。シートは異なる特性を試験
される。
【表2】 UF白色顔料の添加が白色化および不透明度を著しく増
加させることは、表からかなり明らかである。
【0039】実施例2:a)縮合ポリマーの製造(CH
2 O:尿素=1.26;ゲル化剤としてスルファミン
酸;保護コロイドを使用)10.78gの高分子量のカ
ルボキシメチルセルロースナトリウム(Blause7
HFD,ex Aqualon)を脱イオン水930g
および30%水溶液のホルムアルデヒド1260gに溶
解する。実施例1に記載の他の手順を行い、pH7.5
に中和後、固体含量18.0%を持つフィルターケーキ
3507gを得る。顔料は23.5±0.5m2 /g
の比表面積、0.15μmの一次粒度、3.35ml/
gの孔容量および0.04%の遊離ホルムアルデヒドを
含む。
【0040】実施例3:a)縮合ポリマーの製造(CH
2 O:尿素=1.26;ゲル化剤としてH2 SO4
 ;保護コロイドを使用)
【0041】実施例4:a)縮合ポリマーの製造(CH
2 O:尿素=1.33;ゲル化剤としてスルファミン
酸)
【0042】b)スラリーの製造 フィルターケーキをボールミル(例えば、Retsch
から入手)中で直接粉砕する。得られた流動性懸濁液は
、粘度測定の間、非ニュートン挙動を持つ。懸濁液の粘
度は、BASF社製の実験用分散剤7030の助けで実
質上、減少されうる。
【0043】分散剤の濃度およびBrookfield
粘度計の回転速度の函数としての20%のスラリーの粘
【表3】
【0044】スラリー濃度はまた、BASF社製の試験
用分散剤7030の助けで、許容できる粘度に増加され
うる。1.5重量%のBASF社製の分散剤7030を
含むスラリー:固体含量の函数としての粘度(mPa.
s)
【表4】
【0045】c)紙製造 紙シートは、20%スラリーとして表に列挙された白色
顔料の量を含む研究用ペーパーマシン(laborat
ory paper machine)で製造される。
【表5】
【0046】実施例5:a)縮合ポリマーの製造(CH
2 O:尿素=1.40;ゲル化剤としてスルファミン
酸)   上記抽出物を先の実施例に記載されたように反応さ
せる。生成物は以下の特性を持つ。 フィルターケーキ(30%)  1250kg比表面積
                    19m2 
/g遊離ホルムアルデヒド        0.1%一
次粒度                    0.
2μm
【0047】実施例6:UFポリマーの湿式粉砕
(Wet milling)実施例1aに従って製造さ
れたUFポリマーの15重量%の懸濁液は中和後、ビー
ズミル中、以下のように粉砕される。粉砕されたストッ
クは、高速で攪拌されるガラスビーズと共にビーズ中で
粉砕される。ガラスビーズの流速および大きさを調節す
ることによって、生成物の細粉度を制御することができ
る。実験は小さい1.5リットル研究用ビーズミルで行
われる。以下の結果は2.0mmのガラスビーズを使用
して得られる。
【表6】

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  15〜35重量%の尿素/ホルムアル
    デヒドポリマー(以下UFポリマーと記す)からなる水
    性分散液で、該分散液はホルムアルデヒド:尿素(F:
    U)の割合が(1.25〜1.40):1遊離ホルムア
    ルデヒドの含量が0.1重量%以下 5〜30m2 /gの比表面積 2〜4cm3 /gの孔容量 0.05〜1μmの平均粒度、及び 3〜10μmの平均凝集物寸法 を持つものであることを特徴とする水性分散液。
  2. 【請求項2】  20〜30重量%、好ましくは約25
    重量%のUFポリマーからなる請求項1記載の分散液。
  3. 【請求項3】  UFポリマーがF:U)の割合1.2
    6:1をもつ請求項1記載の分散液。
  4. 【請求項4】  UFポリマーが0.05重量%の遊離
    ホルムアルデヒドを含む請求項1記載の分散液。
  5. 【請求項5】  UFポリマーが7〜25m2 /gの
    比表面積をもつ請求項1記載の分散液。
  6. 【請求項6】  UFポリマーが3〜3.5cm3 /
    gの孔容量をもつ請求項1記載の分散液。
  7. 【請求項7】  UFポリマーが0.1〜1μmの平均
    粒度をもつ請求項1記載の分散液。
  8. 【請求項8】  UFポリマーが5〜8μmの平均凝集
    物寸法をもつ請求項1記載の分散液。
  9. 【請求項9】  (i)水溶液中、pH6〜9及び温度
    40〜100℃、(1.25−1.40):1の(F:
    U)の割合でホルムアルデヒド及び尿素を縮合し、(i
    i)20〜100℃で希薄水性酸の添加により縮合物を
    ゲル化し、 (iii)ゲルを粉砕し、水中に粒子を懸濁化し、そし
    て約pH7〜9の希薄塩基を添加することにより、懸濁
    液を中和し、 (iv)平均凝集物寸法に到達するまで、中和された懸
    濁液を湿式粉砕し、そして (v)粉砕した生成物をろ過し、そして洗浄し、適当な
    らば、フィルターケーキに生成物を圧縮し、その後(v
    i)機械的剪断力の作用によって生成物を分散すること
    からなる請求項1記 載の分散液の製造方法。
  10. 【請求項10】  (i)水溶液中、pH6〜9及び温
    度40〜100℃、(1.25−1.40):1の(F
    :U)の割合でホルムアルデヒド及び尿素を縮合し、(
    ii)20〜100℃で希薄水性酸の添加により縮合物
    をゲル化し、 (iii)ゲルを粉砕し、水中に粒子を懸濁化し、そし
    て約pH7〜9の希薄塩基を添加することにより、懸濁
    液を中和し、 (iv)粉砕した生成物をろ過し、そして洗浄し、適当
    ならば、フィルターケーキに生成物を圧縮し、その後(
    v)平均凝集物寸法に到達するまで、中和された懸濁液
    を湿式粉砕することからなる請求項1記載の分散液の製
    造方法。
  11. 【請求項11】  保護コロイドの存在下で行われる請
    求項9または請求項10のいずれかに記載の製造方法。
  12. 【請求項12】  工程(ii)で使用される酸が硫酸
    またはスルファミン酸である請求項9または請求項10
    のいずれかに記載の製造方法。
  13. 【請求項13】  分散剤が引続き、分散液に添加され
    る請求項9または請求項10のいずれかに記載の製造方
    法。
  14. 【請求項14】  好ましくは15〜40重量%の固体
    含量をもつ請求項9または請求項10のいずれかに記載
    の方法によって得られるフィルターケーキ。
  15. 【請求項15】  紙製造における白色顔料としての請
    求項1記載の分散液の使用方法。
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