JP5477534B2 - 水溶性製紙用表面サイズ剤 - Google Patents
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Description
こうした製紙用表面サイズ剤は、エマルジョン型(分散液型)と水溶性(水溶液型)に大別できる。一般的に、前者は疎水性モノマーの比率を比較的高く設計することができるためサイズ効果に優れるが、ロッドメタリングサイズプレスやゲートロール方式のような、強い剪断力下で表面サイズ剤の塗工を行う方式においては、糟が多量に発生しやすいという問題があり、今後のさらなる高速塗工の要求に対して不利な面がある。後者は、機械的安定性は優れるが、均一な水溶性を付与し、製品を安定化させるために親水性モノマーをより多く使用する必要があり、サイズ効果や印字濃度やフェザリングなどのインクジェット適性において満足できるものを得ることが困難である。また、塗工液として澱粉などの水溶性高分子と混合されると、これらとの相互作用により増粘しやすく塗工性においても十分なものが得られないという問題がある。
構成モノマーとして少なくともスチレン系モノマー65〜80重量%、アクリル酸35〜20重量%を含む共重合体を含有する水溶性製紙用表面サイズ剤であって、共重合体の重量平均分子量が10,000〜50,000であり、共重合体中のカルボキシル基の全部または一部がアルカリ金属とアンモニアで中和され、その中和塩のモル比率が
アルカリ金属塩:アンモニウム塩=35〜70%:65〜30%である水溶性製紙用表面サイズ剤;共重合体に含まれるアニオン性基の70〜110モル%が中和され塩を形成している前記の水溶性製紙用表面サイズ剤;共重合体の構成モノマーとして、さらに架橋性モノマーを0.001〜3重量%含む前記の水溶性製紙用表面サイズ剤;架橋性モノマーがビス(メタ)アクリルアミド類、ジ(メタ)アクリル酸エステル類およびジビニルベンゼン類からなる群より選ばれる少なくとも1種である前記の製紙用表面サイズ剤;固形分濃度20重量%、25℃におけるブルックフィールド粘度が10〜1000mPa・sである前記の製紙用表面サイズ剤、に関する。
なお、本発明の共重合体を構成するスチレン系モノマーとしては、特に限定されず公知のものを用いることができ、具体的には、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等が挙げられる。これらのうち、分子量を制御しやすくなるためスチレンが好ましい。
分子内に複数のラジカル重合性官能基を有するものとしては、2〜4官能性の架橋性モノマーが挙げられる。
4官能性モノマーとしては、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、テトラアリルピロメリテート、N,N,N’,N’−テトラアリル−1,4ジアミノブタン、テトラアリルアミン塩、テトラアリルオキシエタン等が挙げられる。
また、分子中のメチル基またはメチレン基の水素が引き抜かれることを利用するものとしては、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、イソプロピル(メタ)アクリルアミド、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンカルボン酸およびこれらの炭素数1〜4のアルキルエステル等も架橋性モノマーとして使用することができる。
なお、アンモニウム塩全体に対して10モル%程度を超えない範囲内であれば、アンモニウム塩の一部をモノメチルアミン塩、ジメチルアミン塩、トリメチルアミン塩などの脂肪族アミン、シクロヘキシルアミン等の脂環族アミン、アニリン等の芳香族アミンなどの炭素数として1〜12の揮発性アミンに代えてもよい。
また、中和塩の形成は、得られた共重合体に対して、中和剤を添加して中和処理を行ってもよいが、あらかじめ、重合前のモノマー成分を塩の形で使用する方法で行ってもよい。
攪拌機、冷却管、窒素導入管及び温度計を備えたフラスコにイソプロピルアルコール 85部、イオン交換水 43部、スチレン 116.9部(全モノマー成分中65%)、80%アクリル酸 78.7部(全モノマー成分中35%)の混合液を窒素気流下に攪拌しながら、70℃まで昇温し、t-ブチルパーオキシ-2エチルヘキサノエート(商品名「パーブチルO」日本油脂株式会社製)を7.3部仕込んだ。更に80〜90℃まで昇温させ、4時間保温し、重量平均分子量40,000、酸価276の共重合体を得、ついで、イオン交換水200部、ハイドロキノンを0.045部および48%水酸化カリウム水溶液 51.0部(共重合体中のアニオン性基に対して50モル%相当)仕込み中和し、イソプロピルアルコールを留去する。その後、25%アンモニア水を29.7(共重合体中のアニオン性基に対して50モル%相当)添加し共重合体を溶解し不揮発分濃度が20%となるように調整し、これを水溶性の製紙用表面サイズ剤とした。得られた水溶性の製紙用表面サイズ剤の特性値を表1に示す。
触媒t-ブチルパーオキシ-2エチルヘキサノエートを2、2‘-アゾビス-イソブチロニトリルに変更し、その使用量を9.0部に変更した以外は、実施例1と同様にして製造した。
共重合体のモノマー組成、中和塩のモル比率と中和率(中和剤の種類と使用量)を表1のものに変更した以外は、実施例1と同様にして製造した。
触媒t-ブチルパーオキシ-2エチルヘキサノエートの添加量を3.7部に変更した以外は、実施例3と同様にして製造した。
共重合体のモノマー組成、中和塩のモル比率と中和率(中和剤の種類と使用量)を表1のものに変更した以外は、実施例1と同様にして製造した。得られた水溶性の製紙用表面サイズ剤の特性値を表2に示す。
なお、比較例1、比較例4、比較例6、比較例8および比較例9は共重合体が溶解せず、製紙用表面サイズ剤を調製することができなかた。
(重量平均分子量)
実施例1〜9、比較例1〜10で得られた表面サイズ剤をゲルパーメーションクロマトグラフィー(HLC8120GPC、使用カラムTSKgel SuperHM−Nを2本使用、展開溶媒 THF)にて重量平均分子量をポリスチレン換算値として測定した。
(粘度)
225mlのマヨネーズ瓶に製品を入れ、25℃でB型粘度計を使用して、測定した。
(塗工性評価(澱粉液粘度))
酸化澱粉(王子コーンスターチ社製商品名「王子エースA」)を糊化し、水溶性表面サイズ剤を混合して、それぞれ固形分換算で酸化澱粉15%濃度、水溶性表面サイズ剤1%濃度の塗工液とし、50℃における粘度を測定した。なお、澱粉15%の粘度は62mPa・sである。結果を表3に示す。
サイズ剤、15%濃度で糊化した酸化澱粉(商品名「王子エースA」、王子コーンスターチ株式会社製)、無機塩類として塩化ナトリウムとをそれぞれ0.4:5.0:1.0(重量比)の割合で混合して塗工液を調製した。次に、未塗工の中性上質原紙(坪量65g/m2、ステキヒトサイズ度5秒)を用意し、塗工液をバーコーターで片面に吸液量12g/m2塗工し、105℃の回転式ドラムドライヤーに1分間通して乾燥し、塗工紙を作成して、以下の性能試験に供した。結果を表3に示す。
前記サイズ処理をした塗工紙を、JIS P−8122に準拠して、ステキヒトサイズ度(秒)を測定した。数値が大きいほど良好なサイズ度を表す。結果を表3に示す。
インクジェット適性の評価は前記サイズ処理をした各印刷用紙に、キャノン(株)製インクジェットプリンターPIXUS iP4200を用いてモノクロでベタ印刷した。次いで、反射濃度計(商品名「グレタグD186」、グレタグマクベス株)製)を用いて得られた印刷部位の濃度測定を行った。数値が大きいほど印字濃度が高いことを示す。結果を表3に示す。
フェザリングの評価は、前記サイズ処理をした塗工紙に、キャノン(株)製インクジェットプリンターPIXUS iP4200を用いてモノクロで直交する線幅一定の直線及び文字を印字し、目視にて直線及び文字の外縁のにじみを目視評価することで行った。フェザリングの全くないものを6とし、インクがにじんでしまって文字の判別がつかないものを1とした。結果を表3に示す。
なお、比較例1、比較例4、比較例8および9は共重合体が溶解しなかった。
Claims (5)
- 構成モノマーとして少なくともスチレン系モノマー65〜80重量%、アクリル酸35〜20重量%を含む共重合体を含有する水溶性製紙用表面サイズ剤であって、共重合体の重量平均分子量が10,000〜50,000であり、共重合体中のカルボキシル基の全部または一部がアルカリ金属とアンモニアで中和され、その中和塩のモル比率がアルカリ金属塩:アンモニウム塩=35〜70%:65〜30%である水溶性製紙用表面サイズ剤。
- 共重合体に含まれるアニオン性基の70〜110モル%が中和され塩を形成している請求項1に記載の水溶性製紙用表面サイズ剤。
- 共重合体の構成モノマーとして、さらに架橋性モノマーを0.001〜3重量%含む請求項1または2記載の水溶性製紙用表面サイズ剤。
- 架橋性モノマーがビス(メタ)アクリルアミド類、ジ(メタ)アクリル酸エステル類および芳香族ジビニル化合物類からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1〜3のいずれかに記載の製紙用表面サイズ剤。
- 固形分濃度20重量%、25℃におけるブルックフィールド粘度が10〜1000mPa・sである請求項1〜4のいずれかに記載の製紙用表面サイズ剤。
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