JPH04228699A - ハイソリッドの紙用水性コーティング組成物に外部加熱なしに可溶性のポリビニルアルコール樹脂 - Google Patents

ハイソリッドの紙用水性コーティング組成物に外部加熱なしに可溶性のポリビニルアルコール樹脂

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JPH04228699A
JPH04228699A JP3139859A JP13985991A JPH04228699A JP H04228699 A JPH04228699 A JP H04228699A JP 3139859 A JP3139859 A JP 3139859A JP 13985991 A JP13985991 A JP 13985991A JP H04228699 A JPH04228699 A JP H04228699A
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polyvinyl alcohol
hydrolyzed
coating composition
aqueous
mol
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Gerald D Miller
ジエラルド・ドナルド・ミラー
Michael M Baas
ミハエル・マーリア・バース
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Air Products and Chemicals Inc
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    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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    • D21H19/44—Coatings with pigments characterised by the other ingredients, e.g. the binder or dispersing agent
    • D21H19/56—Macromolecular organic compounds or oligomers thereof obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H19/60—Polyalkenylalcohols; Polyalkenylethers; Polyalkenylesters

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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】紙用のコーティング組成物またはコーティ
ングカラー（ｃｏａｔｉｎｇ　ｃｏｌｏｒｓ）は（製紙
工業において）仕上がった紙に所望の強度および表面的
な特性を付与するために使用される。コーティング組成
物は主としてクレー、炭酸カルシウムまたは二酸化チタ
ンのような無機顔料および天然タンパク質例えばカゼイ
ンまたは大豆タンパク質、デンプンまたは合成ポリマー
エマルションの顔料結合剤からなる水性分散液である。 スチレン−ブタジエンおよびポリビニルアセテートはこ
のような合成エマルション結合剤の例である。コーティ
ング組成物はまた低濃度の添加剤例えば増粘剤、湿潤剤
および潤滑剤を含んでもよい。
【０００２】コーティング組成物は通常、高速塗布機例
えばナイフコーター、エアナイフコーター、ロッドコー
ターおよびロールコーターによって材料の連続したウェ
ブに塗布される。製紙工業においては生産性を高めるた
めに高速コーターを使用したり、乾燥費用を軽減しかつ
紙の品質を向上させる結合剤の分布を改良するためにハ
イソリッドのコーティング組成物を使用する傾向にある
。
【０００３】ポリビニルアルコールは一般に加熱するこ
とにより水に溶解してハイソリッドの水性顔料分散液に
加えられ、次いでこの分散液は典型的な色コーティング
組成物と混合される。ポリビニルアルコール部分は一般
に色コーティング組成物中、蛍光増白剤（光学的増白剤
）を担持する（ｃａｒｒｙ）ために使用され、それによ
り最高の品質の印刷用紙が得られる。このような色コー
ティング組成物に部分的にまたは完全に加水分解された
低分子量のポリビニルアルコールを水溶液として加える
ことは当該技術分野において公知である。
【０００４】低分子量の完全に加水分解されたポリビニ
ルアルコールは現在、世界的に少量成分（顔料１００部
あたり約０．５〜２部）として使用されているが、紙用
コーティング組成物においては蛍光増白剤を担持するた
めの重要な成分である。典型的には、これらの組成物は
固形分が最大となるよう企画されている。現在使用され
ているものは９８＋％強が加水分解されており、そして
１００〜６００の重合度を有するものである。これらの
完全に加水分解された低分子量のポリビニルアルコール
は顔料分散液と混合する前に水中で煮出し（ｃｏｏｋｅ
ｄ　ｏｕｔ）、すなわち加熱することによって水に溶解
される。 乾燥成分の総重量に基づいて低濃度の溶液として加えら
れるが、よりハイソリッドのコーティング組成物が目的
であるため取り込まれた追加の水は望ましくないものと
考えられる。
【０００５】本発明によれば、共結合剤（ｃｏ−ｂｉｎ
ｄｅｒ）としてポリビニルアルコールを含有するハイソ
リッドの紙用水性コーティング組成物を製造するための
方法が提供される。部分的に加水分解された低分子量の
ポリビニルアルコールが乾燥した固体粒子としてハイソ
リッドの紙用水性コーティング組成物中に外部加熱なし
に好ましくは高剪断速度で混入される。この乾燥固体粒
子は水性顔料分散液中に混合することができ、次いでこ
の分散液は結合剤および他の成分と配合して紙用のコー
ティング組成物に処方される。
【０００６】部分的に加水分解された低分子量のポリビ
ニルアルコールを乾燥樹脂粒子として加えることの利点
はそれがハイソリッドの紙用水性コーティング組成物ま
たは顔料分散液に外部加熱なしに完全に溶解しうるとい
うこと、すなわち煮出し工程を要しないため時間、蒸気
エネルギー費および労務費を節約できるということであ
る。
【０００７】その上、ポリビニルアルコールが乾燥生成
物として加えられ、その結果より速い乾燥およびより速
い機械速度となり、紙用コーティング組成物中の固形分
を最大にする工業上の必要性を満たす手助けをするため
、余分な水が最終的な紙用コーティング組成物中に取り
込まれない。
【０００８】水性顔料分散液は典型的にはクレーまたは
炭酸カルシウムまたはこれらの混合物からなり、その固
形分のレベルは約７０〜７６％である。一般に顔料の少
なくとも１部は炭酸カルシウムを含有し、そしてクレー
部分については紙用コーティング組成物において慣用的
に使用されている何れのクレーを使用してもよく、例え
ばカオリン類のクレーの含水ケイ酸アルミニウム、水和
シリカクレーなどがある。これらの炭酸カルシウムおよ
びクレーに加えて例えば二酸化チタン、永久白、リトポ
ン、硫化亜鉛または他のコーティング用顔料例えばポリ
スチレンのようなプラスチックを含めた別の紙用顔料を
、種々の割合で例えば炭酸カルシウムおよびクレーに基
づいて５０重量％まで、好ましくは３５重量％まで加え
てもよい。さらに、これは他の添加剤例えば酸化亜鉛お
よび／または少量の分散助剤または安定剤例えばピロリ
ン酸四ナトリウムを含んでもよい。
【０００９】従来、水性顔料分散液に添加するため低分
子量の完全に加水分解されたポリビニルアルコールが水
溶液中に煮出されていたのに対し、乾燥固体粒子状で低
分子量の部分的に加水分解されたポリビニルアルコール
は水性顔料分散液に容易に加えられ、そして好ましくは
室温で激しく混合されるだけである。
【００１０】部分的に加水分解されたポリビニルアルコ
ールは過去において誤って「冷水可溶性」生成物と標識
付けされていたが、それらは高い割合で冷水可溶性フラ
クションを含むことが知られている。典型的には、これ
らの生成物は完全に可溶化するには熱が必要である小分
布量のより高い加水分解フラクションを含む。例えば、
ＡＩＲＶＯＬＲ　８０３ポリビニルアルコール（８７〜
８９モル％加水分解されたもの；重合度約２３５）は６
０°Ｆの水に４５分間、撹拌しながらスラリーにした場
合９３％可溶化する。もしこの水性「溶液」が顔料分散
液に加えられ、紙用塗料中に取り込まれ、そして高速コ
ーターで紙に塗布された場合、７％の不溶物が縞の原因
となる。
【００１１】しかしながら、実施例２で示したように乾
燥樹脂粒子のＡＩＲＶＯＬＲ　８０３ポリビニルアルコ
ールを固形分が７６％の水性炭酸カルシウム顔料分散液
に炭酸カルシウム１００部あたり２部（乾燥時／乾燥時
）加え、そして高速インペラーを１，５００ｒｐｍで用
いて室温において５分間混合した場合、２７０メッシュ
のスクリーンで僅か０．００２％の粒状物質が集められ
るにすぎなかった。これは現在ヨーロッパで冷水可溶性
乾燥樹脂添加剤として販売されている工業用冷水可溶性
デンプン（ＭＹＬＢＯＮＤ　ＥＳ−Ｅ）を用いて見出さ
れる量の１／４であった。炭酸カルシウム顔料分散液そ
れ自体は２７０メッシュのスクリーン上に認めうるよう
な粒子をもたらさなかった。
【００１２】本発明において使用される好適な低分子量
の部分的に加水分解されたポリビニルアルコールは７０
〜９０、好ましくは８５〜９０、最も好ましくは８７〜
８９モル％加水分解されており、そして５０〜６００、
好ましくは１８５〜２５５の重合度（ＤＰｎ）を有する
ものである。ポリビニルアルコールのＤＰｎを評価する
ための別の手段はその４重量％水溶液の２０℃における
粘度である。好適なポリビニルアルコールは約２〜７の
粘度を有する。このようなポリビニルアルコールはポリ
ビニルアルコール製造の当業者によく知られた合成法お
よびケン化法を用いて製造することができる。約２３５
のＤＰｎを有し、かつ８７〜８９モル％加水分解された
好ましいポリビニルアルコールはＡｉｒ　Ｐｒｏｄｕｃ
ｔｓ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社からＡＩＲＶＯＬ
Ｒ　８０３という商品名で販売されている。ポリビニル
アルコールはそれを乾燥樹脂として、有利には激しく混
合しながら加えることによってハイソリッドの水性顔料
分散液中に煮出しの必要なしに、すなわち外部加熱なし
に取り込まれる。
【００１３】共結合剤としてポリビニルアルコールを含
有するハイソリッドの水性顔料分散液は次いで１００重
量部のクレーおよび／または炭酸カルシウムを含有する
顔料および０〜３５重量部の第２顔料；０．０１〜０．
５重量部の分散助剤または安定剤；１〜３０重量部のポ
リマー結合剤エマルション（固形分基準）；０．１〜１
０重量部、好ましくは０．５〜２重量部のポリビニルア
ルコール共結合剤；０．１〜２０重量部の他の共結合剤
；０〜０．２重量部の脱泡剤および所望レベルの固形分
、通常は約４５〜７０重量％、好ましくは６０〜７０重
量％のハイソリッドの紙用コーティング組成物とするの
に十分な水からなる紙用コーティング組成物を製造する
ために使用することができる。
【００１４】別法として、粒子状ポリビニルアルコール
を直接、紙用コーティング組成物すなわち結合剤および
他の添加剤を含有する顔料分散液中に煮出しすることな
しに、すなわち外部加熱なしに混入することができる。
【００１５】激しく混合すること（高剪断速度）が好ま
しいが、不可欠なものではない。ポリビニルアルコール
の固形分を溶解するのに必要な時間は混合の強さに反比
例する。さらに、粒径が微細であればある程、より速く
粒子が水性媒体中に溶解する。
【００１６】製造されたコーティング組成物は何れかの
慣用の塗布機例えばトレーリングナイフコーター（ｔｒ
ａｉｌｉｎｇ　ｂｌａｄｅ　ｃｏａｔｅｒ）、エアナイ
フコーター、ロールコーターなどを用いて繊維紙ウェブ
に塗布することができる。
【００１７】
【実施例】〔実施例１〕本実施例は５ｇのポリビニルア
ルコール（ＰＶＯＨ）を１００ｍｌの水中で６０°Ｆ（
１６℃）において４５分間撹拌し、そして混合物を３２
５メッシュのふるいを通してスクリーニングした後の各
種のＡｉｒｖｏｌ　ＰＶＯＨの溶解度を示すものである
。
【００１８】
【表１】
【００１９】〔実施例２〕各種の結合剤について炭酸カ
ルシウム１００部あたり結合剤２部からなる７６％炭酸
カルシウムスリップ中における溶解度を試験した。乾燥
粒子状の結合剤を炭酸カルシウムスリップにゆっくりと
加え、Ｃｏｗｌｅｓ溶解機中、２５℃において１５００
ｒｐｍで５分間混合し、次いで２７０メッシュのふるい
を通してスクリーニングした。ふるい上に保持された不
溶物の割合（％）を記録した。試験の結果を表２に示す
。
【００２０】
【表２】 Ａ−２０５ｓ　ＰＶＯＨ　はより微細な粒径を有すると
いう点を除けばＡ−２０５　ＰＶＯＨと同じである。表
中のデータは顔料に乾燥粒子として加えられ、そして外
部加熱なしに混合されたＡ−２０５ｓおよびＡ−８０３
　ＰＶＯＨは実施例１の溶解度データから予想されるも
のと比べて驚くほど溶液中に殆ど完全に溶解したことを
示している。
【００２１】〔実施例３〕本実施例はクレーそれ自体を
炭酸カルシウムと組み合わせて顔料として７０〜７２％
固形分の分散液中で使用することを示すものである。表
３に使用した顔料および乾燥粒子状のＰＶＯＨ（顔料１
００部あたりＰＶＯＨ　２部）、そして所定の時間混合
した後の顔料分散液中に未溶解のＰＶＯＨ粒子について
のデータを示す。高剪断Ｃｏｗｌｅｓ混合機によって発
生した熱の量は各成分の粘度およびレオロジー、そして
混合に費やした時間に依存する。これらの幾分粘性な反
応系において、温度は典型的には１５分後に１５０°Ｆ
（６６℃）に到達した。
【００２２】
【表３】
【００２３】〔実施例４〕本実施例は顔料１００部あた
りＰＶＯＨ　２部の割合で乾燥粒子として加えた各種の
ＰＶＯＨの性能を示すものである。顔料分散液は固形分
が７１％で２５℃の炭酸カルシウム／クレー（７０／３
０）である。表４にそのデータを示す。本実施例におい
ては低剪断速度（２００ｒｐｍ）で熱を加えなかった。 にも関わらず、Ａ−８０３　ＰＶＯＨを用いた場合３２
５メッシュふるい上の不溶物は僅か０．０２１％であっ
た。
【００２４】
【表４】
【００２５】〔実施例５〕本実施例はＮｏ．１クレー顔
料分散液中へのＡｉｒｖｏｌ　８０３　ＰＶＯＨの混合
および溶解における剪断速度の効果を示すものである。 表５中のデータは高速剪断工程が好ましいことを示して
いる。
【００２６】
【表５】
【００２７】本発明によれば水性顔料分散液またはハイ
ソリッドの紙用水性コーティングに加えられ、そして外
部加熱なしに可溶化する乾燥結合剤が提供される。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　ポリビニルアルコール共結合剤の水溶
    液を水性顔料分散液と混合することからなる紙用コーテ
    ィング組成物に使用するためのハイソリッドの水性顔料
    分散液を製造する方法において、水性顔料分散液に部分
    的に加水分解された低分子量のポリビニルアルコールの
    乾燥した粒子状固体を加え、そして外部加熱なしに混合
    することを特徴とする該方法。
  2. 【請求項２】　　ポリビニルアルコールは７０〜９０モ
    ル％加水分解されており、そして５０〜６００の重合度
    を有するものである請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】　　ポリビニルアルコールは８５〜９０モ
    ル％加水分解されており、そして１８５〜２３５の重合
    度を有するものである請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】　　ポリビニルアルコールは８７〜８９モ
    ル％加水分解されたものである請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】　　混合は高剪断速度で行われる請求項１
    記載の方法。
  6. 【請求項６】　　ポリビニルアルコール共結合剤の水溶
    液を顔料、ポリマー結合剤および分散剤を含む水性分散
    液と混合することによって顔料、ポリマー結合剤、ポリ
    ビニルアルコール共結合剤および分散剤を含有するハイ
    ソリッドの紙用水性コーティング組成物を製造する方法
    において、水性分散液に部分的に加水分解された低分子
    量のポリビニルアルコールの乾燥した粒子状固体を加え
    、そして外部加熱なしに混合することを特徴とする該方
    法。
  7. 【請求項７】　　ポリビニルアルコールは７０〜９０モ
    ル％加水分解されており、そして５０〜６００の重合度
    を有するものである請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】　　ポリビニルアルコールは８５〜９０モ
    ル％加水分解されており、そして１８５〜２３５の重合
    度を有するものである請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】　　ポリビニルアルコールは８７〜８９モ
    ル％加水分解されたものである請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】　　混合は高剪断速度で行われる請求項
    ６記載の方法。
  11. 【請求項１１】　　部分的に加水分解された低分子量の
    ポリビニルアルコールの乾燥した粒子状固体をハイソリ
    ッドの水性顔料分散液に加え、外部加熱なしに溶解する
    まで混合し、そして結合剤および他の紙用のコーティン
    グ組成物の添加剤を加えることからなるハイソリッドの
    紙用の水性のコーティング組成物を製造する方法。
  12. 【請求項１２】　　ポリビニルアルコールは７０〜９０
    モル％加水分解されており、そして５０〜６００の重合
    度を有するものである請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】　　ポリビニルアルコールは８５〜９０
    モル％加水分解されており、そして１８５〜２３５の重
    合度を有するものである請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】　　ポリビニルアルコールは８７〜８９
    モル％加水分解されたものである請求項１３記載の方法
    。
  15. 【請求項１５】　　混合は高剪断速度で行われる請求項
    １１記載の方法。
JP3139859A 1990-06-13 1991-06-12 ハイソリッドの紙用水性コーティング組成物に外部加熱なしに可溶性のポリビニルアルコール樹脂 Pending JPH04228699A (ja)

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EP (1) EP0461635A1 (ja)
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KR (1) KR920001037A (ja)
AU (1) AU621259B2 (ja)
BR (1) BR9102434A (ja)
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