JPH07189177A - 両性紙力増強剤とその製造方法 - Google Patents

両性紙力増強剤とその製造方法

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JPH07189177A
JPH07189177A JP34603793A JP34603793A JPH07189177A JP H07189177 A JPH07189177 A JP H07189177A JP 34603793 A JP34603793 A JP 34603793A JP 34603793 A JP34603793 A JP 34603793A JP H07189177 A JPH07189177 A JP H07189177A
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paper
polymerization
amphoteric
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meq
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JP34603793A
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Takafumi Aizono
啓文 相園
Takashi Nakamura
隆 中村
Takeshi Jinnai
武司 神内
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Mitsubishi Oil Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アクリルアミドおよび/またはメタアクリル
アミドを主体としたビニル系モノマ−を特定の条件下で
重合し分子量分布をコントロ−ルすることで、原料コス
トの低減、取扱いの容易さなどの利点を持ち、しかも紙
力効果に優れた両性紙力増強剤を製造する方法に関する
ものである。 【構成】 (a)水溶性カチオンモノマーおよび/また
はそれらの塩類、(b)α、β−不飽和カルボン酸およ
び/またはそれらの塩類、(c)アクリルアミドおよび
/またはメタアクリルアミドを必須の構成モノマ−成分
として重合し、重合物のカチオン当量値が0.5meq/g
〜2.0meq/g、アニオン当量値が0.5meq/g〜2.
0meq/g、重量平均分子量が100万〜600万、多分
散度(d=Mw/Mn)が10以下であるように重合開
始剤にアゾ化合物、好ましくは2,2´−アゾビスイソ
ブチロニトリルを150〜3000ppm用い、重合温
度60〜90℃で重合することを特徴とする両性紙力増
強剤とその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、両性紙力増強剤とその
製造法に関する。詳しくはアクリルアミドおよび/また
はメタアクリルアミドを主体としたビニル系モノマ−を
特定の条件下に重合し分子量分布をコントロ−ルするこ
とによって、原料コストの低減、取扱いの容易さなどの
利点を有し、しかも紙力効果に優れた両性紙力増強剤と
それを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の技術として、たとえばジメチルア
ミノエチルメタクリレ−トの如きカチオンモノマーと、
マレイン酸の如き不飽和カルボン酸、アクリルアミドか
らなる両性紙力増強剤を過硫酸アンモニウムの如き過酸
化物系開始剤等を用いて通常水溶液重合によって合成さ
れる方法が知られている(特公平1−49839,特公
平5−41752)。また上記のモノマ−成分にメチレ
ンビスアクリルアミドの如き多官能性ビニルモノマ−を
適量配合しポリマ−高分子化を計り、紙力効果を向上さ
せる方法が知られている(特開平2−61197、特開
昭63−50597)。
【0003】しかしながら、この種のモノマ−の重合に
おいては紙力効果を増加させるため高分子量の両性紙力
増強剤を得ようとすると分子量分布の広いものになり、
いたずらに粘度の上昇を招き取扱いが困難になるという
欠点があった。また高添加量では優れた紙力効果を示す
ものの一般的に使用される通常添加量では十分な紙力効
果を満たさない欠点がある。さらに多官能性ビニルモノ
マ−の配合は経済性の面で欠点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な両性紙力増強剤の欠点を克服し、広いpH領域におい
ても、また硫酸バンドの添加料の有無に関わらず、さら
にこの両性紙力増強剤の多少の添加料の変動でも優れた
紙力効果を示す両性紙力増強剤とその製造方法に関する
ものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、両性紙力
増強剤に関する上記の問題点を解決すべく鋭意研究を重
ねた結果、(a)水溶性カチオンモノマーおよび/また
はそれらの塩類、(b)α、β−不飽和カルボン酸およ
び/またはそれらの塩類、(c)アクリルアミドおよび
/またはメタアクリルアミドを必須の構成モノマ−成分
として重合し、その重合物のカチオン当量値が0.5me
q/g〜2.0meq/g、アニオン当量値が0.5meq/g〜
2.0meq/gであり、重量平均分子量が100万〜60
0万、分子量分布の幅を表す多分散度(d=Mw/M
n)が10以下であるように重合開始剤としてアゾ化合
物、ただしそのなかでも特に2,2´−アゾビスイソブ
チロニトリルを150〜3000ppm用い、重合温度
60〜90℃で重合することで得られる両性紙力増強剤
とその製造方法が、この目的に適合しうることを見出し
本発明をなすに至った。
【0006】(a)成分のカチオンモノマーとしては、
1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、または4
級アンモニウム基を有するものとその塩が使用できる。
好ましくは、3級アミノ基を有するモノマーで、そのな
かでもジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド
等のアミド類を使用することが望ましく、ジメチルアミ
ノエチル(メタ)アクリレートの如くエステル類では本
発明の優れた両性紙力増強剤を製造することはできな
い。
【0007】(b)成分のα、β−不飽和カルボン酸と
しては、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、シトラコ
ン酸、(メタ)アクリル酸、クロトン酸が使用できるが
本発明においては、α、β−不飽和モノカルボン酸であ
る(メタ)アクリル酸、クロトン酸を使用することが望
ましい。。
【0008】一般的に使用される開始剤には過硫酸アン
モニウム等の過酸化物などがあるが、本発明において
は、アゾ化合物を使用することが特徴であり、過酸化物
系の開始剤では本発明の優れた両性紙力増強剤を製造す
ることは出来ない。その理由として以下に示すようなこ
とが考えられる。
【0009】開始剤の分解によって生じた遊離基のう
ち、モノマ−と反応して重合連鎖の開始に寄与する遊離
基の割合を示す開始剤効率が、過酸化物系等に比べてア
ゾ系化合物のほうが小さい。そのためゆるやかなラジカ
ル共重合が反応系内で起こり出来上がった重合物は分子
量分布の幅が狭いすなわち多分散度(d=Mw/Mn)
の値が小さい両性紙力増強剤として好適なものが出来る
と考えられる。アゾ系化合物は、例えば2,2´−アゾ
ビス−(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリ
ル)、アゾビスイソブチルアミジン塩酸塩、アゾビスイ
ソ酪酸メチル、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニト
リル、アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、2,2
´−アゾビス−2−アミジノプロパン、4,4´−アゾ
ビス−4−シアノバレイックアシッド、2,2´−アゾ
ビスイソブチロニトリル等種々のものが使用出来るが、
水に良く溶解するものよりも水に難溶なアゾ系開始剤の
ほうが望ましく、この理由も同様に水に難溶なアゾ系開
始剤のほうが反応系内でゆるやかなラジカル共重合が起
こるためと推定される。これらアゾ系開始剤の中では特
に2,2´−アゾビスイソブチロニトリルを使用するこ
とが望ましい。その使用量は150〜3000ppmが
好ましい。開始剤量が少なすぎると重合が不完全となり
目的とする両性紙力増強剤は得られない。また多すぎる
とポリマ−中に開始剤が残存し外観性状が劣り両性紙力
増強剤として好ましくない。
【0010】各モノマーの配合割合は、重合終了後コロ
イド滴定法により、ポリマーのイオン基を定量してカチ
オン当量値が0.5meq/g〜2.0meq/g、アニオン当
量値が0.5meq/g〜2.0meq/gとなるように重合す
る。そのためには(a)水溶性カチオンモノマーおよび
/またはそれらの塩類0.1〜20モル%、(b)α、
β−不飽和カルボン酸および/またはそれらの塩類0.
1〜20モル%、(c)アクリルアミドおよび/または
メタアクリルアミド99.8〜65モル%のモノマ−組
成でアゾ系重合開始剤で重合を行う。カチオンモノマー
は高価であり、2.0meq/gより多くても不経済であ
る。α、β−不飽和カルボン酸は、2.0meq/gより多
くなるとポリマーの重合を阻害する。なお本発明におい
ては、本発明の効果が損なわれない限り、非本質的な量
の上記以外のモノマ−成分を共存させてもよい。
【0011】重合挙動および得られた重合体の性質と紙
力効果等について種々検討していく過程において重量平
均分子量や分子量分布には紙力効果に好適な範囲がある
ことを見出だした。すなわち重量平均分子量が100万
〜600万で、かつ多分散度(d=Mw/Mn)の値が
10以下の範囲に収まるような両性紙力増強剤が紙力効
果の優れることを見出した。
【0012】反応温度は原料の種類、開始剤の種類その
他の条件により必ずしも一定しないが通常は60〜90
℃の間を選択する。この範囲よりも反応温度が低くても
高くても重合が不完全となり目的とする両性紙力増強剤
は得られない。重合中は6090℃の範囲ならば、同一
温度に保つ必要はなく、重合の進行に伴い適宜変えてよ
く一般に重合の進行に伴い発生する重合熱により昇温す
る。その時の重合器内の雰囲気は特に限定はないが、重
合を速やかに行わせるには窒素ガスのような不活性ガス
で置換したほうが良い。重合時間は特に限定ないが概ね
1〜20時間である。
【0013】重量平均分子量や多分散度を測定する方法
として、ゲルパ−ミエイション法(以下GPC法と略
す)、粘度法、光散乱法種々の方法があるが、本発明で
はGPC法を採用する。GPCのカラムとしては、各種
の水性カラムを使用でき、該カラムの検量線より分子量
を算出できる。また、重量平均分子量とあるのは、GP
C法において、0.5N NaNO3 水溶液下における
ポリエチレングリコ−ル換算値のことである。
【0014】重合物の粘度は、カチオン当量値が0.5
meq/g〜2.0meq/g、アニオン当量値が0.5meq/g
〜2.0meq/gで、重量平均分子量が100万〜600
万、分子量分布の幅を表す多分散度(d=Mw/Mn)
が10以下となるように重合開始剤としてアゾ化合物を
用いる。ただしそのなかでも特に2,2´−アゾビスイ
ソブチロニトリルを150〜3000ppm用い、重合
温度60〜90℃で重合すると25℃における15.0
%水溶液のブルックフィ−ルド粘度(ロ−タNO.4、
回転速度6rpm)が2000〜100000cpsで
得られる。粘度は取扱い上から低い方が望ましいが、低
すぎると重合が不完全となり、かつ、紙の填量の歩留ま
りが低下し、目的とする両性紙力増強剤は得られない。
逆に100000cpsより大きい場合は取扱いが困難
なばかりか、凝集力が強くなり過ぎて紙の地合が悪くな
りかえって紙力は低下する。また必要に応じて、イソプ
ロピルアルコ−ル、アリルアルコ−ル、メルカプトエタ
ノ−ル等の連鎖移動剤を適宜使用し、攪拌下加熱するこ
とにより目的とする両性紙力増強剤を得られる。
【0015】なお填量とは製紙業界によく知られている
通り、紙の表面の粗雑さ、印刷適性の悪さ、白色度の悪
さ、などを改善するために紙料原料に配合される白色不
透明で、水に実質的に溶解せず化学的にほぼ中性の充填
用粉末であって、白土、カオリン、アガライト、タル
ク、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸石灰、硫
酸バリウム、硫化亜鉛および酸化チタンに代表される白
色固体粉末である。
【0016】本発明方法による両性紙力増強剤の使用方
法としては従来の紙力増強剤と全く同様に使用でき、湿
潤シ−トが形成される以前であればどこでもよく、通常
は紙中に均一に分散できる場所で添加する方が良い。
【0017】以下、実施例および比較例により、本発明
をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限
定されるわけではない。
【実施例】
実施例1 攪拌機、温度計、コンデンサーおよびN2 導入菅を備え
た1リットルの4つ口セパラブルフラスコに、ジメチル
アミノプロピルアクリルアミド15.6g(7.8モル
%相当)、アクリル酸7.2g(7.8モル%相当)、
アクリルアミド77.2g、および蒸留水601gを秤
量し、これに燐酸6.1gを加えてpHを4.0に調整
した。これに2−メルカプトエタノール0.04gを加
えてN2置換し、攪拌下で60℃まで昇温した。重合開
始剤としてアゾビスイソブチロニトリル2000ppm
を加えて重合反応を開始し、同温度でさらに2時間保持
した。得られたポリマーの25℃における粘度は700
0cpsで、固形分は17.0%であった。
【0018】実施例2 実施例1において、重合開始剤としてアゾビスイソブチ
ロニトリルの量を250ppm使用した以外は他の操作
は実施例1と同様に行った。得られたポリマーの25℃
における粘度は70000cpsで、固形分は16.6
%であった。
【0019】実施例3 実施例1において、重合開始剤としてアゾビスイソブチ
ロニトリルの量を150ppm使用した以外は他の操作
は実施例1と同様に行った。得られたポリマーの25℃
における粘度は22000cpsで、固形分は16.8
%であった。
【0020】比較例1 実施例1において、重合開始剤としてアゾビスイソブチ
ロニトリルの量を50ppm使用した以外は他の操作は
実施例1と同様に行った。得られたポリマーの25℃に
おける粘度は9600cpsで、固形分は14.2%で
あった。
【0021】比較例2 実施例1において、重合開始剤としてアゾビスイソブチ
ロニトリルの量を5000ppm使用した以外は他の操
作は実施例1と同様に行った。得られたポリマーの25
℃における粘度は7500cpsで、固形分は17.0
%であった。
【0022】比較例3 実施例1において、各モノマ−の量をジメチルアミノプ
ロピルアクリルアミド4.7g(2.2モル%相当)、
アクリル酸7.2g(7.3モル%相当)、アクリルア
ミド88.1g使用した以外は他の操作は実施例1と同
様に行った。得られたポリマーの25℃における粘度は
22000cpsで、固形分は15.6%であった。
【0023】比較例4 実施例1において、重合開始剤としてアゾビスイソブチ
ロニトリルの代わりに過硫酸アンモニウムを250pp
mを用いた以外は他の操作は実施例1と同様に行った。
得られたポリマーの25℃における粘度は60000c
psで、固形分は16.5%であった。
【0024】<中性抄紙における紙力効果測定試験>晒
クラフトパルプ(LBKP)を市水により2.5%のパ
ルプ濃度に希釈し、ビーターを用いてカナディアンフリ
ーネス460ミリリットルまで叩解した。次いで得られ
たパルプスラリーを30℃の市水で1.0重量%スラリ
ーとし、攪拌下、カチオン化デンプン(商品名:Cat
o−F,王子ナショナル(株)製)(対パルプ0.5重
量%)と硫酸バンド(対パルプ0.5重量%)を添加し
た。続いて実施例1〜3および比較例1〜4の両性紙力
増強剤(対パルプ0.20重量%)を添加し、炭酸カル
シウム(商品名:タマパールTP−121,奥多摩工業
(株)製)を対パルプ20重量%添加した。その後、歩
留剤(商品名:パ−コ−ル47,アライドコロイド製)
を対パルプ0.015重量%添加して、TAPPIスタ
ンダードマシンを用いて成紙坪量が60g/m2 になる
ように抄紙した。薬品添加後のスラリーのpHは8.3
であり、抄造水としては、水道水(pH7.6)を用い
た。ここで得られた湿紙を常法どおりプレスし、回転ド
ライヤーで1分、105℃で乾燥した。得られた成紙は
温度20℃、湿度65%RHの恒温恒湿室内で一日調湿
後、TAPPI UM403に準拠して熊谷理機工業製
インタ−ナルボンドテスタ−を用いて「Z軸方向強度」
を測定し、結果を表1に示した。
【0025】
【表1】
【0026】<両性紙力増強剤添加料変化における紙力
効果測定試験>中性抄紙における紙力効果測定試験にお
いて、実施例1および比較例1の両性紙力増強剤を対パ
ルプ0.05,0.10および0.20重量%添加した
以外は同様に紙力効果測定試験を行い、添加料変化にお
ける比較を表2および図1に示した。
【0027】
【表2】
【0028】同表から明らかなように、本発明の両性紙
力増強剤は優れた紙力効果を有するもので、その製造方
法に関してもその優れた紙力増強に効果的な分子量とそ
の分布をもつ両性紙力増強剤を、極めて容易に重合可能
としたものである。
【0029】
【発明の効果】本発明の化合物は、広いpH領域におい
ても、また硫酸バンドの添加料の有無に関わらず、さら
にこの紙力増強剤の添加料の多少の変動でも優れた紙力
効果を示すので、両性紙力増強剤として好適である。ま
たその製造方法に関してもその優れた紙力増強に効果的
な分子量とその分布をもつ両性紙力増強剤を、極めて容
易に重合可能としたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1のグラフは、実施例2および比較例1の両
性紙力増強剤を対パルプ0.05,0.10および0.
20重量%添加した場合の添加料変化における紙力効果
測定試験の結果である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)水溶性カチオンモノマーおよび/
    またはそれらの塩類、(b)α、β−不飽和カルボン酸
    および/またはそれらの塩類、(c)アクリルアミドお
    よび/またはメタアクリルアミドを必須の構成モノマ−
    成分として重合し、その重合物のカチオン当量値が0.
    5meq/g〜2.0meq/g、アニオン当量値が0.5meq/
    g〜2.0meq/gであり、重量平均分子量が100万〜
    600万、分子量分布の幅を表す多分散度(d=Mw/
    Mn)が10以下であることを特徴とする両性紙力増強
  2. 【請求項2】 重合開始剤としてアゾ化合物を150〜
    3000ppm用い、重合温度60〜90℃で重合する
    ことを特徴とする請求項1記載の両性紙力増強剤の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 重合開始剤としてのアゾ化合物が2,2
    ´−アゾビスイソブチロニトリルである請求項2記載の
    両性紙力増強剤の製造方法。
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Cited By (4)

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