JPH08208762A - アクリルアミドまたはメタクリルアミド、エチレン性不飽和の脂肪族カルボン酸若しくはその塩、及びポリビニルモノマーから製造された水溶性ポリマー及び紙用の乾燥強度添加剤としてのこれらの使用 - Google Patents
アクリルアミドまたはメタクリルアミド、エチレン性不飽和の脂肪族カルボン酸若しくはその塩、及びポリビニルモノマーから製造された水溶性ポリマー及び紙用の乾燥強度添加剤としてのこれらの使用Info
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Abstract
リルアミドターポリマーを提供する。 【解決手段】(a)アクリルアミド若しくはメタクリル
アミド、(b)エチレン性不飽和の脂肪族カルボン酸若
しくはその塩、及び(c)水溶性ポリビニルモノマーか
ら本質的に成るモノマー類の重合反応の生成物である水
溶性ターポリマーであって、(c)が全モノマー基準で
<0.07モル%であり;ターポリマーの1%溶液が実
質的にポリマー固体の残留なしに200メッシュの篩を
通過でき、そしてターポリマーが約3.0デシリットル
/gまたはそれ未満の減じられた比粘度を有する、前記
の水溶性ターポリマー。このポリマーを製造する方法は
レドックス開始剤の両方の成分を連続的に添加する工程
を含む。このターポリマーは紙用の乾燥強度用添加剤と
して有用である。
Description
加剤(dry strength additives)として有用な水溶性ア
クリルアミドターポリマー、並びにその製造及び使用に
関する。
の紙パルプ(paper pulp)を組み込むことによって増加
できることは本技術分野において周知である。しかし、
このことはまた財政的な経費において製品の重量を増
す。紙製品の強度を増す好ましい手段は、実質的に紙の
重量または経費を増加しない少量の添加剤の添加であ
る。
ビス−アクリルアミドターポリマーの添加が紙の表面強
度を増加できることも本技術分野において既知である
が、このことは内部強度の損失につながり得る。このよ
うなターポリマーは公開された日本特許出願32−79
491号中に記述されており、そこでは少なくとも2つ
の二重結合を有する0.1〜10重量部の架橋剤が使用
されている。例えば米国特許第3,247,171号及
び米国特許第4,525,527号に記述されるよう
に、アクリルアミドとアルカリ金属アクリレートと二官
能価化学架橋剤との水−膨潤可能な、架橋されたターポ
リマーも既知である。これらの生成物は例えば増粘剤及
びスラッジ凝固剤として、及び衛生用品中に使用され
る。
溶性であり、そして容易に水で希釈でき、そして製紙用
繊維(papermaking fiber)と容易に混和できる、紙用
の有効な内部乾燥強度添加剤に対する必要がいまだに存
在する。
乾燥強度を増すために有用な水溶性ターポリマーは本質
的に次の不織物(nonwovens):(a)アクリルアミド
またはメタクリルアミド、(b)エチレン性不飽和、脂
肪族カルボン酸またはその塩、及び(c)水溶性、ポリ
ビニルモノマー、の反応生成物であり、ここで(c)は
全モノマー基準で<0.07モル%を構成し;ターポリ
マーの1%溶液は実質的にポリマー固体の残留なしに2
00メッシュの篩(screen)を通過でき、そしてターポ
リマーが約3.0デシリットル/gまたはそれ未満の減
じられた比粘度を有する。
ー」が群(a)、(b)及び(c)の各々からの1種ま
たはそれより多いモノマーから製造されるポリマーを意
味することが容易に認識できる。
(a)、(b)及び(c)から本質的に成るモノマー混
合物の水溶液を、(c)が全モノマー基準で<0.07
モル%を構成するような量で得ること (2)溶液のpHを約3.5〜約5.0に調節すること (3)Cu+2濃度を、アクリルアミド若しくはメタクリ
ルアミドの全量を基準として約10〜約65ppmに維
持すること (4)窒素でパージング(purging)して酸素を
除去すること (5)レドックス開始剤の両方の成分を、減じられた比
粘度によって定義される望まれるターポリマーの分子量
を得るのに十分な量及び速度で連続的に添加すること、
並びに (6)1%溶液が実質的にポリマー固体の残留なしに2
00メッシュの篩を通過でき、かつ約3.0デシリット
ル/gまたはそれ未満の減じられた比粘度を有するター
ポリマーを回収することを含んで成る方法によって水溶
性のターポリマーが製造できる。
用繊維の水性分散物に添加することによって、紙の乾燥
強度を改善する方法に関する。
り、そして酸性及びアルカリ性の両方の条件下で有効で
ある。
の単位:(a)アクリルアミドまたはメタクリルアミ
ド、(b)エチレン性不飽和脂肪族カルボン酸またはそ
の塩、及び(c)水溶性ポリビニルポリマーから成る。
めに使用されるモノマー(a)はアクリルアミドまたは
メタクリルアミドであり、これらが使用できる。
カルボン酸またはその塩である。好ましくはこの酸は1
〜5の炭素のモノ−またはジカルボン酸である。適切な
酸は例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、及
びイタコン酸を含む。アクリル酸が最も好ましい。
基を含む水溶性のモノマーであり、好ましくはポリアミ
ンのエチレン性不飽和カルボン酸ジアミド、またはエチ
レン性不飽和カルボン酸のグリコールエステルである。
適切な水溶性ビニルモノマーは、例えばN,N’−メチ
レン−ビス−アクリルアミド、N,N’−メチレン−ビ
ス−メタクリルアミド、他の低級アルキリデン−ビス−
アクリルアミド(アルキリデン基は4以下の炭化原子を
有する)、エチレングリコールジアクリレート、エチレ
ングリコールジメタクリレート、及びプロピレングリコ
ールジメタクリレートを含む。N,N’−メチレン−ビ
ス−アクリルアミドが最も好ましい。成分(c)の量は
全モノマー基準で<0.07モル%、好ましくは0.0
1〜0.06モル%、そして最も好ましくは0.02〜
0.04モル%である。
は、このターポリマーが各々のモノマーの1種以上を含
むことができ、そして本明細書中で総計(amounts)が
使用される場合には、これらはそのタイプのモノマーの
全量を示すことを認識するだろう。製造の容易のため
に、各々のタイプのうち1種のみを使用することが好ま
しい。
不飽和カルボン酸に対するモル比は約96/4〜約88
/12の範囲である。より高い量のポリビニルモノマー
はターポリマーの部分的または完全な水不溶性につなが
る。
に禁止するため、そしてポリマーの分子量を制御するた
めに使用される。アクリルアミドまたはメタクリルアミ
ドモノマー100万部あたり約10〜約65、好ましく
は約20〜約45、そして最も好ましくは約30部の第
2銅イオンが存在すべきである。もしアクリルアミドま
たはメタクリルアミドモノマー中に十分なCu+2イオン
が存在しないと、濃度を望まれるレベルに調節するため
により以上のものが添加される。要求されるCu+2イオ
ンの量はモノマー溶液のpHに依存し、例えばより低い
pHではより多い量が必要である。ターポリマーの分子
量を望まれるレベルに維持するために、レドックス開始
剤の添加速度または全モノマー濃度のような他の変数
は、銅+2イオン濃度が変えられたときには調節しなけれ
ばならない。これらの調節はポリマー合成の技術分野に
おける当業者によって容易に達成される。銅+2イオンは
一般に硫酸銅として添加されるが、塩化銅または硝酸銅
も使用できる。
ドまたはメタクリルアミドモノマー中に一般的に存在す
るCu+2イオンの濃度を測定すること、モノマーを水中
に溶解すること、pHを苛性アルカリによって約3.5
〜約5.0に調節すること、Cu+2イオンの濃度をアク
リルアミドまたはメタクリルアミドの全量を基準として
約10〜約65ppmに調節すること、窒素でパージン
グして酸素を除去すること、及び2成分レドックス遊離
基開始剤を加えてモノマーをポリマーに転化することに
よって製造される。水中のモノマー濃度は一般に約15
〜約25重量%の範囲である。
元成分から成り、互いに反応して遊離基を形成する。適
切な酸化成分は例えば臭素酸カリウム、過硫酸カリウム
及び第3ブチルヒドロペルオキシドを含む。適切な還元
成分は、例えばメタ重亜硫酸ナトリウム、過硫酸アンモ
ニウム、及び重亜硫酸ナトリウムを含む。本発明におい
て典型的に使用されるペアは臭素酸カリウム/メタ重亜
硫酸ナトリウムである。他の適切なペアは、過硫酸カリ
ウム/重亜硫酸ナトリム、臭素酸カリウム/重亜硫酸ナ
トリウム、及び第3−ブチルヒドロペルオキシド/重亜
硫酸ナトリウムを含む。
特徴は、レドックス開始剤成分の水溶液を、そのすべて
を一度に加えるのではなく、パージングされたモノマー
溶液に制御された速度で連続的に加えることである。連
続的添加は重合及び熱の発生のより良好な制御を与え
る。開始剤は反応を通して同じ速度で加えることがで
き、またはそれらは一定時間一つの速度で加え次に他の
時間異なった速度で加えることができる。1のRSVに
ついて典型的に、添加される臭素酸カリウムの量は全モ
ノマーの重量基準で約1%であり、加えられるメタ重亜
硫酸ナトリウムの量は約1.5%である。これらは典型
的には約40〜約120分にわたる重合の間に連続的に
添加される。所望により、重合過程の終わりに、追加の
メタ重亜硫酸ナトリウムを全ての残余のモノマーを除去
するために添加できる。この添加を表1中の「ポリッシ
ング(polishing)」と呼ぶ。
フィールド粘度はレドックス開始剤の添加速度及び使用
する開始剤の量に依存する。前のパラグラフにおいて記
述した典型的な条件下で、ポリマー溶液は約20重量%
のポリマー濃度で約2,000〜約20,000cpの
ブルックフィールド粘度を有する。溶液の水での1%ポ
リマーへの希釈は、可視の不溶性ゲルがなくそして20
0メッシュ篩上に1重量%未満のポリマー固体を残留し
て容易にその篩を通過する均一な溶液を生成する。ポリ
マーはさらに、2モルの塩化ナトリウム溶液中の0.0
5%濃度において、約3.0dl/g以下、好ましくは
約0.5〜約3.0dl/gの減じられた比粘度を有す
ることを特徴とする。
の方法は、製紙用繊維の水性分散物を前述のターポリマ
ーと接触させることを含む。酸性及びアルカリ性の両方
の条件下で改善が示される。次に湿潤層が繊維の分散物
から形成され、そして生じた層が好ましくは高温で乾燥
される。カチオン性の添加剤、好ましくはミョウバンま
たはカチオン性澱粉またはカチオンポリアミン湿潤紙力
増強用樹脂(wet strength resin)のような他のカチオ
ン性ポリマーが存在するとき、強度はさらに高められ得
る。
ついた底バルブを有する密閉された2リットルの断熱樹
脂反応がまを使用した。装備品は機械攪拌機(パド
ル)、熱電対、窒素散布(sparge)入口、及び水性メタ
重亜硫酸ナトリウムトラップを通る窒素出口を含む。開
始剤溶液はシリンジポンプを使用して皮下注射用(hypo
dermic)チューブを通って連続的に反応器内へ注入され
る。反応器内に注入されるときに2つの流れが分離され
ることを確実にするために注意をした。
おいて反応生成物の水溶液を蒸留水、次に塩化ナトリウ
ム水溶液で希釈して2m塩化ナトリウム溶液中の0.0
5%ポリマー溶液を得ることによって測定した。RSV
は次の式を使用して計算した(式中、147.1は使用
した特定のUbbelohde粘度計についての運動補
正率(kinetic correction factor)であり、tsは試料
のフロー時間であり、そしてtoは2m塩化ナトリウム
溶液についてのフロー時間である)。
ニルモノマーを使用した、本発明のターポリマーの製造
を記述する。実施例6において、アクリル酸ではなくイ
タコン酸を不飽和カルボン酸として使用し、そして実施
例14ではメチレン−ビス−アクリルアミドの代わりに
エチレングリコールジメタクリレートを使用した。
30g)、99.7%アクリル酸8.23g、メチレン
−ビス−アクリルアミドの1%水溶液4.00g、及び
水性アクリルアミド(50%固体)178.85gをビ
ーカー内で結合した。アクリルアミド/アクリル酸/メ
チレン−ビス−アクリルアミドのモル比は92/8/
0.0183であった。水酸化ナトリウム水溶液(25
%溶液7.44g)を使用してpHを4.5に調節し
た。この溶液を反応器に移し、そして攪拌しながら30
分間、6標準立法フィート/分(SCFM)の窒素を散
布(sparge)した。窒素スパージ速度を2SCFMに減
じ、反応体のガスシール(blanket)を維持した。各々
20ミリリットルの5重量%水性臭素酸カリウム及び5
重量%水性メタ重亜硫酸ナトリウムを反応器に60ml
/時の添加速度で20分間にわたって加えた。初期温度
は22.5℃であり、そして9分後に達した最高温度は
67.9℃であった。反応の終わりに、5%メタ重亜硫
酸ナトリウム5ml部を反応混合物に加えて全ての残余
のモノマーを反応させた。反応混合物を10分間攪拌
し、そして濃厚(thick)反応生成物を反応器から
出して分析した。RSVは1.3dl/g、ブルックフ
ィールド粘度は28,300cpであった。
述した方法で製造した。ポリマーの製造及び特性につい
ての詳細は表1に与えられる。
内部乾燥強度用添加剤としての有効性を試験するために
紙ハンドシート(handsheet)中に使用した。ハンドシ
ートは50%硬木及び50%軟木パルプからpH7.0
において製造し、そしてノミナル(nominal)の連量(b
asis weight)80 lb/リーム(ream)を有した。
全ての紙は、0.1〜0.3%の乾燥強度用添加剤に加
えて、0.4%のKymene(登録商標)557ポリ
アミド湿潤紙力増強用樹脂及び0.225重量%のAq
uapel(登録商標)649アルキルケテンダイマー
サイズ剤を含んでいた。全ての百分率は乾燥パルプの重
量基準に基づいている。Kymene(登録商標)55
7湿潤紙力増強用樹脂及びAquapel(登録商標)
649サイズ剤は米国ウイルミントン州のハーキュリー
ズインコーポレーテッドから入手できる。厚さ方向(th
ickness direction)における引張強さ(Z−方向引張
(ADT))を試験する前に、紙の試料を周囲条件下に
1日間老化させた。この試験は紙の繊維間の内部結合の
良好な指標である。乾燥強度用添加剤+湿潤紙力増強剤
(wet strength agent)及びサイズ剤を含む試料のZD
Tを、湿潤紙力増強剤及びサイズ剤のみを含み乾燥強度
用添加剤を含まない対照と比較した。表2における比較
を百分率改善として計算した。
を表2に示す。
釈すべきではなく、これらは本発明の特定の態様のいく
つかを例示するために提示されたものである。添付の特
許請求の範囲から逸脱することなく、本発明の種々の修
正及び変更がなされ得る。
Claims (23)
- 【請求項1】 (a)アクリルアミドまたはメタクリル
アミド、(b)エチレン性不飽和の脂肪族カルボン酸若
しくはその塩、及び(c)水溶性ポリビニルモノマーか
ら本質的に成るモノマー類の重合反応の生成物である水
溶性ターポリマーであって、(c)が全モノマー基準で
0.07モル%未満であり;ターポリマーの1%溶液が
実質的にポリマー固体の残留なしに200メッシュの篩
を通過でき、そしてターポリマーが約3.0デシリット
ル/gまたはそれ未満の減じられた比粘度を有する、前
記の水溶性ターポリマー。 - 【請求項2】 (1)(a)アクリルアミドまたはメタ
クリルアミド、(b)エチレン性不飽和の脂肪族カルボ
ン酸またはその塩、及び(c)水溶性ポリビニルモノマ
ーから本質的に成るモノマー混合物の水溶液を得るこ
と、ここで(c)が全モノマー基準で0.07モル%未
満を構成し (2)溶液のpHを約3.5〜約5.0に維持すること (3)Cu+2イオン濃度を、アクリルアミドまたはメタ
クリルアミドの量を基準として約10〜約65ppmに
維持すること (4)窒素でパージングして酸素を除去すること (5)レドックス開始剤の両方の成分を、減じられた比
粘度によって定義された望まれるターポリマーの分子量
を得るのに十分な量及び速度で連続的に添加すること、
並びに (6)1%溶液が実質的にポリマー固体の残留なしに2
00メッシュの篩を通過でき、かつ約3.0デシリット
ル/gまたはそれ未満の減じられた比粘度を有するター
ポリマーを回収すること を含んで成る、請求項1に記載のターポリマーを製造す
る方法。 - 【請求項3】 請求項1記載のターポリマーを紙用の乾
燥強度添加剤として使用する方法。 - 【請求項4】 (c)の量が全モノマー基準で0.01
〜0.06モル%である、請求項1〜3のいずれかに記
載のターポリマーまたは方法。 - 【請求項5】 (c)の量が全モノマー基準で0.02
〜0.04モル%である、請求項4に記載のターポリマ
ーまたは方法。 - 【請求項6】 (b)が1〜5の炭素原子のモノ−また
はジカルボン酸である、請求項1〜5のいずれかに記載
のターポリマーまたは方法。 - 【請求項7】 (b)がアクリル酸、メタクリル酸、マ
レイン酸、イタコン酸、及びこれらの塩から成る群から
選択される、請求項6に記載のターポリマーまたは方
法。 - 【請求項8】 (b)がアクリル酸またはその塩であ
る、請求項7に記載のターポリマーまたは方法。 - 【請求項9】 1重量%未満のポリマー固体が前記の篩
上に残留する、請求項1〜8のいずれかに記載のターポ
リマーまたは方法。 - 【請求項10】 (c)がポリアミンのエチレン性不飽
和アルボン酸アミド、またはエチレン性不飽和カルボン
酸のグリコールエステルである、請求項1〜9のいずれ
かに記載のターポリマーまたは方法。 - 【請求項11】 (c)がN,N’−メチレン−ビス−
アクリルアミド、N,N’−メチレン−ビス−メタクリ
ルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、及び
エチレングリコールジアクリレートより成る群から選択
される、請求項10に記載のターポリマーまたは方法。 - 【請求項12】 (c)がN,N’−メチレン−ビス−
アクリルアミドである、請求項11に記載のターポリマ
ーまたは方法。 - 【請求項13】 (a)がアクリルアミドであり、
(b)がアクリル酸またはその塩であり、そして(c)
がN,N’−メチレン−ビス−アクリルアミドである、
請求項1〜12のいずれかに記載のターポリマーまたは
方法。 - 【請求項14】 (a)対(b)のモル比が約96/4
〜約88/12である、請求項1〜13のいずれかに記
載のターポリマーまたは方法。 - 【請求項15】 Cu+2濃度がアクリルアミドまたはメ
タクリルアミドの量を基準として約20〜約45ppm
である、請求項2及び4〜14に記載のターポリマーの
製造方法。 - 【請求項16】 Cu+2濃度がアクリルアミドまたはメ
タクリルアミドの量を基準として約30ppmである、
請求項15に記載のターポリマーの製造方法。 - 【請求項17】 レドックス開始剤の酸化成分が臭素酸
カリウム、過硫酸カリウム、及び第3−ブチルペルオキ
シドより成る群から選択される、請求項2及び4〜16
に記載のターポリマーの製造方法。 - 【請求項18】 レドックス開始剤の還元成分がメタ重
亜硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、及び重亜硫酸
ナトリウムより成る群から選択される、請求項2及び4
〜17に記載のターポリマーの製造方法。 - 【請求項19】 レドックス開始剤が臭素酸カリウム/
メタ重亜硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム/重亜硫酸ナ
トリム、臭素酸カリウム/重亜硫酸ナトリウム、及び第
3−ブチルヒドロペルオキシド/重亜硫酸ナトリウムよ
り成る群から選択される、請求項2及び4〜16に記載
のターポリマーの製造方法。 - 【請求項20】 レドックス開始剤が臭素酸カリウム/
メタ重亜硫酸ナトリウムである、請求項19に記載のタ
ーポリマーの製造方法。 - 【請求項21】 工程(2)がアルカリ金属水酸化物を
使用して溶液のpHを約3.5〜約5.0に調整するこ
とを含んで成る、請求項2及び4〜20に記載のターポ
リマーの製造方法。 - 【請求項22】 アルカリ金属水酸化物が苛性アルカリ
である、請求項21に記載の方法。 - 【請求項23】 工程(3)がCu+2イオンを加えるこ
とによってCu+2イオン濃度をアクリルアミドまたはメ
タクリルアミドの量を基準として約10〜約65ppm
に調整することを含む、請求項2及び4〜22に記載の
ターポリマーの製造方法。
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