JP7733604B2 - Modifier for inorganic fillers in papermaking - Google Patents
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Description
本発明は、製紙用無機填料の改質剤に関する。 The present invention relates to a modifier for inorganic fillers used in papermaking.
一般に、セルロース系繊維で構成される紙に無機物質である填料が添加されることがあり、填料は、セルロース系繊維だけでは不足しがちな光学特性、主に白色度、不透明度を向上させるために添加される。近年では、環境意識の高まりや生産コストの低減のために、木材を原料とするセルロース系繊維の使用量を削減し、代わりに填料を増配して紙中填料率を高める取り組みが行われている。 In general, inorganic fillers are sometimes added to paper made from cellulosic fibers. Fillers are added to improve optical properties, primarily whiteness and opacity, which tend to be insufficient with cellulosic fibers alone. In recent years, due to growing environmental awareness and efforts to reduce production costs, there have been efforts to reduce the amount of cellulosic fibers made from wood and instead increase the amount of filler used to increase the filler content in paper.
例えば、特許文献1には、填料として平均粒子径4.0~15.0μmでBET比表面積が5.0~10m2/gの針状および柱状の形状を有した一次粒子および/またはそれらの凝集体から成る軽質炭酸カルシウムを用いることが提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes the use of precipitated calcium carbonate as a filler, which is composed of primary particles and/or aggregates thereof having an acicular or columnar shape and an average particle diameter of 4.0 to 15.0 μm and a BET specific surface area of 5.0 to 10 m 2 /g.
また、特許文献2には、填料を内添した紙が記載されており、填料として、紡錘状炭酸カルシウムの一次粒子をフロック凝集させた、二次粒子径が1~10μmの軽質炭酸カルシウムであって、BET比表面積が8~20m2/g、細孔容積が1.5~3.5cm3/gの範囲である軽質炭酸カルシウムが提案されている。 Furthermore, Patent Document 2 describes paper to which a filler is added, and proposes light calcium carbonate as the filler, which is formed by flocculating primary particles of spindle-shaped calcium carbonate and has a secondary particle size of 1 to 10 μm, a BET specific surface area of 8 to 20 m 2 /g, and a pore volume of 1.5 to 3.5 cm 3 /g.
さらに、特許文献3には、紡錘状炭酸カルシウムの一次粒子をいがぐり状に凝集させたロゼッタ型炭酸カルシウムとタルクを填料として併用することによって、紙製造時の乾燥負荷を軽減することが提案されている。 Furthermore, Patent Document 3 proposes reducing the drying load during paper production by using rosette-type calcium carbonate, which is made by agglomerating spindle-shaped primary particles of calcium carbonate into a burr-like shape, in combination with talc as a filler.
さらに、特許文献4には、重量平均分子量が500~10000であるポリアルキレンイミンの活性水素に炭素数2~4のアルキレンオキサイドを付加させて得られた化合物と、炭素数12~24の高級脂肪酸および/または炭素数12~24の高級脂肪酸のエステル化合物との反応生成物を紙用改質剤として用いることで、著しい紙力の低下を抑制しつつ、光学特性や柔軟性など様々な付加価値を付与することが提案されている。 Furthermore, Patent Document 4 proposes that the use of a reaction product between a compound obtained by adding an alkylene oxide having 2 to 4 carbon atoms to the active hydrogen of a polyalkyleneimine having a weight-average molecular weight of 500 to 10,000 and a higher fatty acid having 12 to 24 carbon atoms and/or an ester compound of a higher fatty acid having 12 to 24 carbon atoms as a paper modifier can impart various added value, such as optical properties and flexibility, while preventing a significant decrease in paper strength.
さらに、特許文献5には、スチレンや(メタ)アクリル酸エステルなどの疎水性のビニルモノマーと、カルボキシ基含有ビニルモノマーとを、その重量比が30/70~90/10で反応させて得られる共重合体を製紙用の填料改質剤として用いることで、紙力を維持したまま、優れた不透明度向上効果、印刷後の裏抜け抑制効果を付与することが提案されている。 Furthermore, Patent Document 5 proposes that a copolymer obtained by reacting a hydrophobic vinyl monomer such as styrene or a (meth)acrylic acid ester with a carboxyl group-containing vinyl monomer in a weight ratio of 30/70 to 90/10 can be used as a filler modifier for papermaking, thereby imparting excellent opacity improvement effects and suppressing print-through while maintaining paper strength.
紙に内添する填料を増配した場合、光学特性は向上する一方で、引張強さや引裂強さなど、紙の強度が低下してしまう。この原因として、無機填料がパルプ繊維との親和性に乏しく、パルプ繊維同士の水素結合を阻害してしまうことが考えられる。 When the amount of filler added to paper is increased, the optical properties improve, but the paper's strength, including tensile strength and tear strength, decreases. This is thought to be because inorganic fillers have poor affinity with pulp fibers and inhibit hydrogen bonding between the pulp fibers.
以上のような状況に鑑み、本発明の課題は、無機填料を内添した紙について、強度低下を抑制する技術を提供することである。 In light of the above situation, the objective of the present invention is to provide a technology that suppresses the decrease in strength of paper containing inorganic fillers.
本発明者らは、鋭意研究の結果、特定のポリカルボン酸系共重合体を添加して無機填料を改質することによって上記課題を解決できることを見出した。
これに限定されるものではないが、本発明は以下の態様を包含する。
[1] ポリカルボン酸共重合体を含有する、製紙用無機填料の改質剤であって、
ポリカルボン酸共重合体が、
(1) 以下の式1で表される単量体に由来する構成単位1:
As a result of extensive research, the present inventors have found that the above problems can be solved by modifying the inorganic filler by adding a specific polycarboxylic acid copolymer.
The present invention includes, but is not limited to, the following aspects.
[1] A modifier for inorganic fillers for papermaking, containing a polycarboxylic acid copolymer,
The polycarboxylic acid copolymer is
(1) Structural unit 1 derived from a monomer represented by the following formula 1:
[式中、R1、R2およびR3は、それぞれ独立して、水素原子または炭素原子数1~3のアルキル基を表し、xは0~2の整数を表し、yは0または1を表し、R4は、水素原子または炭素原子数1~30の炭化水素基を表し、R5Oは、同一または異なって、炭素原子数2~18のオキシアルキレン基を表し、nは、オキシアルキレン基の平均付加モル数であり、1~100の数を表す]
(2) 以下の式2で表される単量体に由来する構成単位2:
[In the formula, R 1 , R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms; x represents an integer of 0 to 2; y represents 0 or 1; R 4 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms; R 5 O are the same or different and represent an oxyalkylene group having 2 to 18 carbon atoms; and n is the average number of moles of oxyalkylene groups added and represents a number of 1 to 100]
(2) Structural unit 2 derived from a monomer represented by the following formula 2:
[式中、R6、R7およびR8は、それぞれ独立して、水素原子、メチル基または-(CH2)rCOOM2を表し、M1およびM2は、同一または異なって、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基または置換アルキルアンモニウム基を表し、rは0~2の整数であり、ここで、-(CH2)rCOOM2は、-COOM1または他の-(CH2)rCOOM2と無水物を形成してもよいが、無水物を形成する場合、それらの基にM1およびM2は存在しない]
を含んでなり、構成単位1と構成単位2の重量割合が65/35~99/1である、上記改質剤。
[2] 前記共重合体の重量平均分子量(Mw)が5000~100000であり、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比であるMw/Mnが1.0~10.0である、[1]に記載の改質剤。
[3] 無機填料100重量部に対し0.1~10重量部の量で使用される、[1]または[2]に記載の改質剤。
[4] パルプと混合する前の無機填料に予め添加されて使用される、[1]または[2]に記載の改質剤。
[5] 紙料に内添して使用される、[1]または[2]に記載の改質剤。
[6] 前記紙料が、パルプ100重量部に対し、5~50重量部の無機填料を含む、[5]に記載の改質剤。
[wherein R 6 , R 7 and R 8 each independently represent a hydrogen atom, a methyl group or —(CH 2 )rCOOM 2 ; M 1 and M 2 are the same or different and represent a hydrogen atom, an alkali metal, an alkaline earth metal, an ammonium group, an alkylammonium group or a substituted alkylammonium group; r is an integer of 0 to 2; and —(CH 2 )rCOOM 2 may form an anhydride with —COOM 1 or another —(CH 2 )rCOOM 2 , but when an anhydride is formed, M 1 and M 2 are not present in those groups.]
wherein the weight ratio of structural unit 1 to structural unit 2 is 65/35 to 99/1.
[2] The weight average molecular weight (Mw) of the copolymer is 5000 to 100000, and the ratio of weight average molecular weight (Mw) to number average molecular weight (Mn) is Mw / Mn, which is 1.0 to 10.0. [1] The modifier according to.
[3] The modifier according to [1] or [2], which is used in an amount of 0.1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the inorganic filler.
[4] The modifier according to [1] or [2], which is added to an inorganic filler before mixing with pulp.
[5] The modifier according to [1] or [2], which is used by being added to paper stock.
[6] The modifier according to [5], wherein the paper material contains 5 to 50 parts by weight of an inorganic filler per 100 parts by weight of pulp.
本発明によれば、軽質炭酸カルシウムなどの無機填料を含有しながらも、強度の低下が抑制された紙を製造することができる。本発明によって優れた効果が得られる理由の詳細は明らかでなく、本発明は、以下の推測に拘束されるものではないが、本発明に係る共重合体が無機填料に吸着するとともにパルプ繊維にも吸着することによって、無機粒子がパルプ繊維に均一に定着して繊維間結合を高めるため、無機填料の内添に伴う紙力低下が抑制するものと考えられる。 According to the present invention, it is possible to produce paper that contains inorganic fillers such as precipitated calcium carbonate but with reduced loss in strength. The details of why the present invention achieves such excellent effects are unclear, and the present invention is not bound by the following speculation, but it is believed that the copolymer of the present invention adsorbs to both the inorganic filler and the pulp fibers, causing the inorganic particles to adhere uniformly to the pulp fibers and strengthening interfiber bonds, thereby reducing the loss in paper strength that accompanies the internal addition of the inorganic filler.
本発明は、製紙用無機填料の改質剤に関する。本発明に係る改質剤を無機填料に添加することによって、無機填料を紙に内添した際の紙の強度低下を抑制することができる。
ポリカルボン酸共重合体
本発明に係る改質剤は、以下に説明する構成単位1と構成単位2を少なくとも含むポリカルボン酸系の共重合体(コポリマー)を含んでなる。本発明に係るポリカルボン酸共重合体は、構成単位1と構成単位2の重量比率が65/35~99/1であるが、70/30~97/3が好ましく、80/20~95/5がより好ましく、85/15~93/7であってもよい。ここで、共重合体に含まれる各構成単位の比率は、基本的には、共重合体を合成する際の各構成単位の仕込み比率に一致する。構成比率が本範囲にあることで、無機填料を細かな微粒子として均一に分散させやすくなると想定される。
The present invention relates to a modifier for inorganic fillers for papermaking. By adding the modifier of the present invention to inorganic fillers, it is possible to suppress a decrease in paper strength when the inorganic filler is internally added to paper.
Polycarboxylic acid copolymer
The modifier according to the present invention comprises a polycarboxylic acid copolymer containing at least structural unit 1 and structural unit 2, which will be described below. The weight ratio of structural unit 1 to structural unit 2 in the polycarboxylic acid copolymer according to the present invention is 65/35 to 99/1, preferably 70/30 to 97/3, more preferably 80/20 to 95/5, and may be 85/15 to 93/7. Here, the ratio of each structural unit contained in the copolymer basically corresponds to the charging ratio of each structural unit when synthesizing the copolymer. It is expected that having the structural ratio within this range makes it easier to uniformly disperse the inorganic filler as fine particles.
共重合体の重量平均分子量Mwは、流動性や作業性の観点から、5000~100000であることが好ましい。重量平均分子量の下限は、10000以上や15000以上としてもよく、重量平均分子量の上限は、90000以下や80000以下としてもよい。 From the viewpoints of fluidity and workability, the weight-average molecular weight Mw of the copolymer is preferably 5,000 to 100,000. The lower limit of the weight-average molecular weight may be 10,000 or more or 15,000 or more, and the upper limit of the weight-average molecular weight may be 90,000 or less or 80,000 or less.
共重合体の分子量分布に関して、Mw/Mnは1.0~10.0であることが好ましく、1.2~8.0や1.5~6.0としてもよい。ここで、重量平均分子量などは、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)にてポリエチレングリコール換算する公知の方法にて測定できる。 Regarding the molecular weight distribution of the copolymer, Mw/Mn is preferably 1.0 to 10.0, but may also be 1.2 to 8.0 or 1.5 to 6.0. Here, the weight-average molecular weight and other parameters can be measured by a known method using gel permeation chromatography (GPC) in terms of polyethylene glycol.
(構成単位1)
本発明に係る共重合体は、式1で表される単量体に由来する構成単位1を含んでなる。
(Structural unit 1)
The copolymer according to the present invention comprises a structural unit 1 derived from a monomer represented by formula 1.
ここで、R1、R2、R3は、それぞれ独立に水素原子または炭素原子数1~3のアルキル基を表し、xは0~2の数を表し、yは0または1を表し、R5Oは、同一若しくは異なって、炭素原子数2~18のオキシアルキレン基を表し、nは、オキシアルキレン基の平均付加モル数であり、1~100の数を表す。R4は、水素原子または炭素原子数1~30の炭化水素基を表す。 Here, R 1 , R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, x represents a number from 0 to 2, y represents 0 or 1, R 5 O are the same or different and represent an oxyalkylene group having 2 to 18 carbon atoms, and n is the average number of moles of oxyalkylene groups added and represents a number from 1 to 100. R 4 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms.
R1、R2、R3は、それぞれ独立に水素原子または炭素原子数1~3のアルキル基を表す。
R5Oは、同一若しくは異なって、炭素原子数2~18のオキシアルキレン基を表す。該オキシアルキレン基としては、例えば、オキシエチレン基(エチレングリコール単位)、オキシプロピレン基(プロピレングリコール単位)、オキシブチレン基(ブチレングリコール単位)が挙げられ、オキシエチレン基(エチレングリコール)、オキシプロピレン基(プロピレングリコール)が好ましい。
R 1 , R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
R 5 O may be the same or different and represent an oxyalkylene group having 2 to 18 carbon atoms. Examples of the oxyalkylene group include an oxyethylene group (ethylene glycol unit), an oxypropylene group (propylene glycol unit), and an oxybutylene group (butylene glycol unit), with an oxyethylene group (ethylene glycol) and an oxypropylene group (propylene glycol) being preferred.
ここで、「同一若しくは異なって」とは、一般式にR5Oが複数含まれる場合(nが2以上の場合)、それぞれのR5Oが同一のオキシアルキレン基であってもよいし、異なる(2種類以上の)オキシアルキレン基であってもよいことを意味する。一般式中にR5Oが複数含まれる場合の態様としては、オキシエチレン基(エチレングリコール単位)、オキシプロピレン基(プロピレングリコール単位)およびオキシブチレン基(ブチレングリコール単位)からなる群から選ばれる2以上のオキシアルキレン基が混在する態様が挙げられ、オキシエチレン基(エチレングリコール単位)とオキシプロピレン基(プロピレングリコール単位)とが混在する態様、または、オキシエチレン基(エチレングリコール単位)とオキシブチレン基(ブチレングリコール単位)とが混在する態様であることが好ましく、オキシエチレン基(エチレングリコール単位)とオキシプロピレン基(プロピレングリコール単位)とが混在する態様であることがより好ましい。異なるオキシアルキレン基が混在する態様において、2種類以上のオキシアルキレン基の付加は、ブロック状の付加であってもよく、ランダム状の付加であってもよい。 Here, "the same or different" means that when the general formula contains a plurality of R 5 O (when n is 2 or more), each R 5 O may be the same oxyalkylene group or different (two or more types) oxyalkylene groups. When the general formula contains a plurality of R 5 O, examples of the embodiment include an embodiment in which two or more oxyalkylene groups selected from the group consisting of oxyethylene groups (ethylene glycol units), oxypropylene groups (propylene glycol units) and oxybutylene groups (butylene glycol units) are mixed, and an embodiment in which oxyethylene groups (ethylene glycol units) and oxypropylene groups (propylene glycol units) are mixed, or an embodiment in which oxyethylene groups (ethylene glycol units) and oxybutylene groups (butylene glycol units) are mixed, is preferred, and an embodiment in which oxyethylene groups (ethylene glycol units) and oxypropylene groups (propylene glycol units) are mixed is more preferred. In an embodiment in which different oxyalkylene groups are mixed, the addition of two or more types of oxyalkylene groups may be block addition or random addition.
nは、オキシアルキレン基の平均付加モル数であり、1~100の数を表す。nは、1~50であることが好ましく、1.5~40であることがより好ましく、2~30であることがさらに好ましい。平均付加モル数とは、単量体1モルに付加しているアルキレングリコール単位のモル数の平均値を意味する。 n is the average number of moles of oxyalkylene groups added and represents a number between 1 and 100. n is preferably between 1 and 50, more preferably between 1.5 and 40, and even more preferably between 2 and 30. The average number of moles added refers to the average number of moles of alkylene glycol units added to 1 mole of monomer.
本発明に係る共重合体は、構成単位2を、1種のみ含んでいてもよいし、2種以上の組み合わせで含んでいてもよい。特にオキシアルキレン基の平均付加モル数が異なる2種の単量体を含んでいることが好ましく、オキシアルキレン基の平均付加モル数nが1である単量体と、オキシアルキレン基の平均付加モル数nが1より大きく100以下である単量体と、を組み合わせて含むことがより好ましい。 The copolymer according to the present invention may contain only one type of structural unit 2, or a combination of two or more types. It is particularly preferable to contain two types of monomers with different average numbers of moles of oxyalkylene groups added, and it is even more preferable to contain a combination of a monomer in which the average number of moles of oxyalkylene groups added, n, is 1, and a monomer in which the average number of moles of oxyalkylene groups added, n, is greater than 1 and less than or equal to 100.
好ましい態様において、nが1である場合、例えば、R4が水素原子である化合物が挙げられ、例えば、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートが挙げられ、特に2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが好ましい。 In a preferred embodiment, when n is 1, examples include compounds in which R4 is a hydrogen atom, such as 2-hydroxyethyl (meth)acrylate, 2-hydroxypropyl (meth)acrylate, and 4-hydroxybutyl (meth)acrylate, with 2-hydroxyethyl (meth)acrylate being particularly preferred.
nが1である単量体とnが1より大きく10以下である単量体を併用する場合、両者の重量比は、1/99~99/1であることが好ましく、3/97~50/50であることがより好ましく、5/95~30/70であることがさらに好ましい。なお、この重量比率は、共重合体を合成する際の単量体の仕込み重量比率に一致する。 When a monomer in which n is 1 is used in combination with a monomer in which n is greater than 1 and 10 or less, the weight ratio of the two is preferably 1/99 to 99/1, more preferably 3/97 to 50/50, and even more preferably 5/95 to 30/70. This weight ratio corresponds to the weight ratio of the monomers charged when synthesizing the copolymer.
R4は、水素原子または炭素原子数1~30の炭化水素基を表す。炭素原子数が大きすぎないことで、本発明の効果が十分発揮される。したがって、R4は水素原子または炭素原子数1~10の炭化水素基であることが好ましく、水素原子または炭素原子数1~5の炭化水素基であることがさらに好ましく、水素原子またはメチル基であることが最も好ましい。 R4 represents a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms. The effects of the present invention are fully achieved when the number of carbon atoms is not too large. Therefore, R4 is preferably a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, and most preferably a hydrogen atom or a methyl group.
上記の単量体としては、例えば、(メタ)アクリレート(以下、「(メタ)アクリレート」は、「アクリレートまたはメタアクリレート」を意味する)などの不飽和モノカルボン酸と、(ポリ)エチレングリコール、(ポリ)エチレン(ポリ)プロピレングリコール、(ポリ)エチレン(ポリ)ブチレングリコール、メトキシ(ポリ)エチレングリコール、メトキシ(ポリ)エチレン(ポリ)プロピレングリコール、メトキシ(ポリ)エチレン(ポリ)ブチレングリコールなどの(ポリ)アルキレングリコールとのエステル化物が挙げられる。 Examples of the above-mentioned monomers include esters of unsaturated monocarboxylic acids such as (meth)acrylate (hereinafter, "(meth)acrylate" means "acrylate or methacrylate") with (poly)alkylene glycols such as (poly)ethylene glycol, (poly)ethylene (poly)propylene glycol, (poly)ethylene (poly)butylene glycol, methoxy(poly)ethylene glycol, methoxy(poly)ethylene (poly)propylene glycol, and methoxy(poly)ethylene (poly)butylene glycol.
具体的には、例えば、(ポリ)エチレングリコール(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレン(ポリ)プロピレングリコール(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレン(ポリ)ブチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシ(ポリ)エチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシ(ポリ)エチレン(ポリ)プロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシ(ポリ)エチレン(ポリ)ブチレングリコール(メタ)アクリレートなどの、(ポリ)アルキレングリコール(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートが挙げられる。式2の単量体としては、これらのうち1種若しくは2種以上を組み合わせて用いてよいが、(ポリ)アルキレングリコール(メタ)アクリレートを用いることが好ましく、(ポリ)エチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシ(ポリ)エチレングリコール(メタ)アクリレートを用いることがより好ましい。単量体が(ポリ)アルキレングリコール(メタ)アクリレートである場合、(ポリ)アルキレングリコールの平均付加モル数は1~50であることが好ましい。単量体のnが1であり、(ポリ)アルキレングリコール(メタ)アクリレートである場合、単量体における(ポリ)アルキレングリコールの平均付加モル数は1であることが好ましい。また、nが1より大きく10以下であり、(ポリ)アルキレングリコール(メタ)アクリレートである場合、単量体における(ポリ)アルキレングリコールの平均付加モル数は、1より大きく100以下であることが好ましく、1.5~50であることがより好ましく、2~20であることがさらに好ましい。 Specific examples include (poly)alkylene glycol (meth)acrylates such as (poly)ethylene glycol (meth)acrylate, (poly)ethylene (poly)propylene glycol (meth)acrylate, (poly)ethylene (poly)butylene glycol (meth)acrylate, methoxy(poly)ethylene glycol (meth)acrylate, methoxy(poly)ethylene (poly)propylene glycol (meth)acrylate, and methoxy(poly)ethylene (poly)butylene glycol (meth)acrylate, as well as 4-hydroxybutyl (meth)acrylate and 2-hydroxyethyl (meth)acrylate. While one or a combination of two or more of these may be used as the monomer of Formula 2, it is preferable to use a (poly)alkylene glycol (meth)acrylate, and it is even more preferable to use a (poly)ethylene glycol (meth)acrylate or a methoxy(poly)ethylene glycol (meth)acrylate. When the monomer is a (poly)alkylene glycol (meth)acrylate, the average number of moles of (poly)alkylene glycol added is preferably 1 to 50. When the monomer n is 1 and is a (poly)alkylene glycol (meth)acrylate, the average number of moles of (poly)alkylene glycol added in the monomer is preferably 1. Furthermore, when n is greater than 1 and less than or equal to 10 and is a (poly)alkylene glycol (meth)acrylate, the average number of moles of (poly)alkylene glycol added in the monomer is preferably greater than 1 and less than or equal to 100, more preferably 1.5 to 50, and even more preferably 2 to 20.
上記の単量体は、特に制限されず公知の方法で製造し得る。その様な方法としては、例えば、(メタ)アクリル酸などの不飽和モノカルボン酸と、(ポリ)エチレングリコール、(ポリ)エチレン(ポリ)プロピレングリコール、(ポリ)エチレン(ポリ)ブチレングリコール、メトキシ(ポリ)エチレングリコール、メトキシ(ポリ)エチレン(ポリ)プロピレングリコール、メトキシ(ポリ)エチレン(ポリ)ブチレングリコールなどの、(ポリ)アルキレングリコールとをエステル化する方法が挙げられる。 The above-mentioned monomers can be produced by known methods without any particular limitations. Examples of such methods include esterifying an unsaturated monocarboxylic acid such as (meth)acrylic acid with a (poly)alkylene glycol such as (poly)ethylene glycol, (poly)ethylene (poly)propylene glycol, (poly)ethylene (poly)butylene glycol, methoxy(poly)ethylene glycol, methoxy(poly)ethylene (poly)propylene glycol, or methoxy(poly)ethylene (poly)butylene glycol.
(構成単位2)
本発明に係る共重合体は、式2で表される単量体に由来する構成単位2を含んでなる。
(Structural unit 2)
The copolymer according to the present invention comprises a structural unit 2 derived from a monomer represented by formula 2.
ここで、R6、R7、R8は、それぞれ独立に、水素原子、メチル基または-(CH2)rCOOM2を表し、-(CH2)rCOOM2は、-COOM1または他の-(CH2)rCOOM2と無水物を形成してもよいが、無水物を形成する場合、それらの基にM1およびM2は存在しない。M1およびM2は、同一若しくは異なって、水素原子、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム基、アルキルアンモニウム基または置換アルキルアンモニウム基を表す。rは0~2の整数を示す。 Here, R 6 , R 7 , and R 8 each independently represent a hydrogen atom, a methyl group, or -(CH 2 )rCOOM 2 , and -(CH 2 )rCOOM 2 may form an anhydride with -COOM 1 or another -(CH 2 )rCOOM 2 , but when an anhydride is formed, M 1 and M 2 are not present in those groups. M 1 and M 2 are the same or different and represent a hydrogen atom, an alkali metal, an alkaline earth metal, an ammonium group, an alkylammonium group, or a substituted alkylammonium group. r represents an integer of 0 to 2.
上記の単量体としては、例えば、不飽和モノカルボン酸系単量体や不飽和ジカルボン酸系単量体が挙げられる。不飽和モノカルボン酸系単量体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸およびクロトン酸、並びにこれらの塩(例えば、一価金属塩、アンモニウム塩、有機アミンとの塩など)が挙げられる。不飽和ジカルボン酸系単量体としては、例えば、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸およびフマル酸、並びにこれらの塩(例えば、一価金属塩、アンモニウム塩、有機アミンとの塩など)、並びにそれらの無水物が挙げられる。 Examples of the above-mentioned monomers include unsaturated monocarboxylic acid monomers and unsaturated dicarboxylic acid monomers. Examples of unsaturated monocarboxylic acid monomers include acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid, as well as their salts (e.g., monovalent metal salts, ammonium salts, and salts with organic amines). Examples of unsaturated dicarboxylic acid monomers include maleic acid, itaconic acid, citraconic acid, and fumaric acid, as well as their salts (e.g., monovalent metal salts, ammonium salts, and salts with organic amines), and their anhydrides.
本発明に係る共重合体は、構成単位2を、1種のみ含んでいてもよく、2種以上含んでいてもよい。
(共重合体の合成)
本発明における共重合体は、それぞれの所定の単量体を、公知の方法によって共重合させて製造することができる。共重合の方法としては、例えば、溶媒中での重合、塊状重合などの重合方法が挙げられる。
The copolymer according to the present invention may contain only one type of structural unit 2, or may contain two or more types.
(Synthesis of copolymer)
The copolymer of the present invention can be produced by copolymerizing each of the predetermined monomers by a known method, such as polymerization in a solvent or bulk polymerization.
溶媒中での重合において使用される溶媒としては、例えば、水;メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコール;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素;シクロヘキサン、n-ヘキサンなどの脂環式または脂肪族炭化水素;酢酸エチルなどのエステル類;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類などが挙げられる。原料単量体や得られる共重合体の溶解性の面から、水や低級アルコールからなる群から選ばれる1種以上を用いることが好ましく、その中でも水を用いることがより好ましい。 Solvents used in solvent polymerization include, for example, water; lower alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, and isopropyl alcohol; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene; alicyclic or aliphatic hydrocarbons such as cyclohexane and n-hexane; esters such as ethyl acetate; and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone. From the perspective of the solubility of the raw material monomers and the resulting copolymer, it is preferable to use one or more solvents selected from the group consisting of water and lower alcohols, with water being more preferred.
溶媒中で共重合を行う場合は、各単量体と重合開始剤とを各々反応容器に連続滴下してもよいし、各単量体の混合物と重合開始剤とを各々反応容器に連続滴下してもよい。また、反応容器に溶媒を仕込み、単量体および溶媒の混合物と、重合開始剤溶液とを各々反応容器に連続滴下してもよいし、単量体の一部または全部を反応容器に仕込み、重合開始剤を連続滴下してもよい。 When copolymerization is carried out in a solvent, each monomer and polymerization initiator may be continuously added dropwise to a reaction vessel, or a mixture of each monomer and polymerization initiator may be continuously added dropwise to a reaction vessel. Alternatively, a solvent may be charged into a reaction vessel, and a mixture of the monomers and solvent and a polymerization initiator solution may be continuously added dropwise to the reaction vessel, or some or all of the monomers may be charged into a reaction vessel, and the polymerization initiator may be continuously added dropwise.
共重合に使用し得る重合開始剤として、特に限定はないが、水溶媒中で共重合を行う際には、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩;t-ブチルハイドロパーオキサイドなどの水溶性有機過酸化物が挙げられる。この際、亜硫酸水素ナトリウム、モール塩などの促進剤を併用してもよい。また、低級アルコール、芳香族炭化水素、脂環式または脂肪族炭化水素、エステル類あるいはケトン類などの溶媒中で共重合を行う際には、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイドなどのパーオキサイド;クメンパーオキサイドなどのハイドロパーオキサイド;アゾビスイソブチロニトリルなどの芳香族アゾ化合物などが重合開始剤として使用できる。この際、アミン化合物などの促進剤を併用してもよい。更に、水-低級アルコール混合溶剤中で共重合を行う場合には、例えば、前述の重合開始剤または重合開始剤と促進剤との組合せの中から適宜選択して使用することができる。重合温度は、用いる溶媒、重合開始剤の種類などの重合条件によって適宜異なるが、通常50~120℃の範囲で行われる。 There are no particular limitations on the polymerization initiator that can be used in the copolymerization. When copolymerization is performed in an aqueous solvent, examples include persulfates such as ammonium persulfate, sodium persulfate, and potassium persulfate; and water-soluble organic peroxides such as t-butyl hydroperoxide. In this case, accelerators such as sodium bisulfite and Mohr's salt may be used in combination. Furthermore, when copolymerization is performed in a solvent such as a lower alcohol, aromatic hydrocarbon, alicyclic or aliphatic hydrocarbon, ester, or ketone, examples of polymerization initiators that can be used include peroxides such as benzoyl peroxide and lauryl peroxide; hydroperoxides such as cumene peroxide; and aromatic azo compounds such as azobisisobutyronitrile. In this case, accelerators such as amine compounds may also be used in combination. Furthermore, when copolymerization is performed in a water-lower alcohol mixed solvent, the aforementioned polymerization initiators or combinations of polymerization initiators and accelerators can be appropriately selected and used. The polymerization temperature varies depending on polymerization conditions such as the solvent and polymerization initiator used, but is typically between 50 and 120°C.
共重合においては、必要に応じて連鎖移動剤を用いて分子量を調整してもよい。使用される連鎖移動剤としては、例えば、メルカプトエタノール、チオグリセロール、チオグリコール酸、2-メルカプトプロピオン酸、3-メルカプトプロピオン酸、チオリンゴ酸、チオグリコール酸オクチル、および、2-メルカプトエタンスルホン酸などの既知のチオール系化合物;亜リン酸、次亜リン酸、およびその塩(次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウムなど)、亜硫酸、亜硫酸水素、亜二チオン酸、メタ重亜硫酸、およびその塩(亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム、亜二チオン酸ナトリウム、亜二チオン酸カリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸カリウムなど)の低級酸化物およびその塩;などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。さらに、共重合体の分子量調整のためには、共重合体を得るための単量体として、上記した単量体以外に、さらに連鎖移動性の高い別の単量体を用いてもよい。連鎖移動性の高い単量体としては、例えば(メタ)アリルスルホン酸(塩)系単量体が挙げられる。このような単量体の配合率は、共重合体において、通常は20重量%以下であり、10重量%以下であることが好ましい。 In copolymerization, a chain transfer agent may be used to adjust the molecular weight, if necessary. Examples of chain transfer agents that can be used include known thiol compounds such as mercaptoethanol, thioglycerol, thioglycolic acid, 2-mercaptopropionic acid, 3-mercaptopropionic acid, thiomalic acid, octyl thioglycolate, and 2-mercaptoethanesulfonic acid; phosphorous acid, hypophosphorous acid, and their salts (e.g., sodium hypophosphite, potassium hypophosphite), sulfurous acid, hydrogen sulfite, dithionous acid, metabisulfite, and their salts (e.g., sodium sulfite, potassium sulfite, sodium hydrogen sulfite, potassium hydrogen sulfite, sodium dithionite, potassium dithionite, sodium metabisulfite, potassium metabisulfite); and lower oxides and salts thereof. These may be used alone or in combination. Furthermore, to adjust the molecular weight of the copolymer, a monomer with even higher chain transfer properties may be used in addition to the monomers listed above as the monomer for obtaining the copolymer. Examples of monomers with high chain transfer properties include (meth)allylsulfonic acid (salt) monomers. The blending ratio of such monomers in the copolymer is typically 20% by weight or less, and preferably 10% by weight or less.
共重合体を得る際に水溶媒中で共重合する場合、重合時のpHは通常不飽和結合を有する単量体の影響で強酸性となるが、これを適当なpHに調整してもよい。重合の際にpHの調整が必要な場合は、リン酸、硫酸、硝酸、アルキルリン酸、アルキル硫酸、アルキルスルホン酸、(アルキル)ベンゼンスルホン酸などの酸性物質を用いてpHの調整を行うことができる。これら酸性物質の中では、pH緩衝作用がある点などから、リン酸を用いることが好ましい。しかし、エステル系の単量体が有するエステル結合の不安定さを解消するためには、pH2~7で重合を行うことが好ましい。また、pHの調整に用い得るアルカリ性物質に特に限定はないが、NaOH、Ca(OH)2などのアルカリ性物質が一般的である。pH調整は、重合前の単量体を含む溶液に対して行ってもよいし、重合後の共重合体を含む溶液に対して行ってもよい。また、これらは重合前に一部のアルカリ性物質を添加して重合を行った後、更に共重合体を含む溶液に対してpH調整を行ってもよい。 When copolymerization is performed in an aqueous solvent to obtain a copolymer, the pH during polymerization typically becomes strongly acidic due to the influence of the monomer having an unsaturated bond, but this may be adjusted to an appropriate pH. If pH adjustment is required during polymerization, the pH can be adjusted using an acidic substance such as phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, alkyl phosphoric acid, alkyl sulfuric acid, alkyl sulfonic acid, or (alkyl)benzenesulfonic acid. Among these acidic substances, phosphoric acid is preferred due to its pH buffering effect. However, to eliminate the instability of the ester bonds in ester-based monomers, polymerization is preferably performed at a pH of 2 to 7. There are no particular limitations on the alkaline substance that can be used to adjust the pH, but alkaline substances such as NaOH and Ca(OH) 2 are commonly used. pH adjustment may be performed on a solution containing the monomers before polymerization, or on a solution containing the copolymer after polymerization. Alternatively, a portion of the alkaline substance may be added before polymerization to perform polymerization, and then the pH of the solution containing the copolymer may be further adjusted.
製紙用無機填料
本発明に係る改質剤は、製紙用の無機填料とともに使用される。製紙用無機填料は特に制限されないが、例えば、重質炭酸カルシウムや軽質炭酸カルシウムなどの炭酸カルシウム、エンジニアードカオリン、焼成カオリン、デラミネートカオリンなどのカオリン、亜硫酸カルシウム、石膏、タルク、ホワイトカーボン、非晶質シリカ、ケイソウ土、炭酸マグネシウム、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、製紙スラッジなどが挙げられる。無機填料の平均粒子径は特に制限されないが、例えば、0.1~10μmが好ましく、0.5~7μmがより好ましく、1~5μmがさらに好ましい。
The modifier according to the present invention is used together with an inorganic filler for papermaking. The inorganic filler for papermaking is not particularly limited, but examples thereof include calcium carbonate such as heavy calcium carbonate and light calcium carbonate, kaolin such as engineered kaolin, calcined kaolin, and delaminated kaolin, calcium sulfite, gypsum, talc, white carbon, amorphous silica, diatomaceous earth, magnesium carbonate, titanium dioxide, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, zinc hydroxide, and papermaking sludge. The average particle size of the inorganic filler is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.5 to 7 μm, and even more preferably 1 to 5 μm.
本発明においては無機填料と共重合体を併用するが、共重合体の使用量は、無機填料100重量部に対して0.1~20重量部が好ましく、0.5~15重量部がより好ましく、1~10重量部がさらに好ましい。 In the present invention, an inorganic filler and a copolymer are used in combination. The amount of copolymer used is preferably 0.1 to 20 parts by weight, more preferably 0.5 to 15 parts by weight, and even more preferably 1 to 10 parts by weight, per 100 parts by weight of the inorganic filler.
本発明において紙の灰分は、紙の光学特性、主に白色度や不透明度を向上させる観点から、3~50重量%が好ましく、5~40重量%がより好ましく、8~30重量%や10~20重量%としてもよい。紙の灰分は、填料の歩留まりなどを踏まえて、紙料への填料の配合量を増減することによって調整できる。 In the present invention, the ash content of paper is preferably 3 to 50% by weight, more preferably 5 to 40% by weight, and may be 8 to 30% by weight or 10 to 20% by weight, from the viewpoint of improving the optical properties of the paper, mainly whiteness and opacity. The ash content of paper can be adjusted by increasing or decreasing the amount of filler blended into the paper stock, taking into account factors such as filler retention.
本発明においては、炭酸カルシウムなどの無機填料の他に、有機填料などを併用して紙を製造することもできる。有機填料としては、例えば、尿素ホルマリン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、尿素/ホルマリン樹脂、メラミン系樹脂、スチレン/ブタジエン系共重合体系樹脂、フェノール樹脂、プラスチック中空粒子などを挙げることができる。無機填料と有機填料の併用比率は特に制限されず、紙の品質に応じて調整することが可能である。 In the present invention, paper can be produced using organic fillers in addition to inorganic fillers such as calcium carbonate. Examples of organic fillers include urea-formalin resin, vinyl chloride resin, polystyrene resin, urea/formalin resin, melamine resin, styrene/butadiene copolymer resin, phenolic resin, and hollow plastic particles. There are no particular restrictions on the ratio of inorganic and organic fillers used, and it can be adjusted depending on the quality of the paper.
無機填料としては、軽質炭酸カルシウムなどの炭酸カルシウムが特に好ましいが、炭酸カルシウムについては、製紙用途に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、針状、柱状、紡錘状、球状、立方体状、ロゼッタ状などの炭酸カルシウムを使用することができる。 As an inorganic filler, calcium carbonate such as precipitated calcium carbonate is particularly preferred, but there are no particular restrictions on the calcium carbonate as long as it is suitable for papermaking applications. For example, calcium carbonate in the shape of needles, columns, spindles, spheres, cubes, rosettes, etc. can be used.
本発明に用いる軽質炭酸カルシウムは、カルサイト系であってもアラゴナイト系であってもよく、どのような製法で製造したものであってもよい。炭酸カルシウムの平均粒子径は特に制限されないが、例えば、0.1~10μmが好ましく、0.5~7μmがより好ましく、1~5μmがさらに好ましい。 The precipitated calcium carbonate used in the present invention may be calcite-based or aragonite-based, and may be produced by any manufacturing method. There are no particular restrictions on the average particle size of the calcium carbonate, but it is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.5 to 7 μm, and even more preferably 1 to 5 μm.
なお、紙料への炭酸カルシウムの配合量としては、不透明度などの点から、パルプ重量に対して2~30重量%が好ましい。また、紙中填料率(紙中灰分)は10重量%以上であることが望ましく、40重量%以下であることが望ましい。 The amount of calcium carbonate added to the paper stock is preferably 2 to 30% by weight of the pulp, taking into account factors such as opacity. Furthermore, the filler content in the paper (ash content in the paper) should preferably be 10% by weight or more, and 40% by weight or less.
本発明において炭酸カルシウムの使用量は特に制限されないが、内添填料として使用する場合、炭酸カルシウムを、使用する内添填料100重量部中に10重量部以上使用することが好ましく、50重量部以上使用することがより好ましく、70重量部以上使用することがさらに好ましい。 In the present invention, there are no particular restrictions on the amount of calcium carbonate used, but when used as an internal filler, it is preferable to use 10 parts by weight or more of calcium carbonate per 100 parts by weight of the internal filler used, more preferably 50 parts by weight or more, and even more preferably 70 parts by weight or more.
本発明によれば、炭酸カルシウムなどの無機填料を含有していながら、紙の強度低下を効果的に抑制することができる。本発明において紙の用途は特に制限されず、紙の種類としては、例えば、各種塗工用原紙、新聞用紙、上質紙や中質紙、電子写真用転写紙、インクジェット用紙、感熱紙、感圧紙、クラフト用紙、圧着記録紙、包装用紙、紙容器、板紙、壁紙、繊維板、写真用原紙、含浸用原紙、難燃紙などが挙げられる。中でも一つの態様において、本発明の紙はオフセット印刷やグラビア印刷などの各種印刷方式に供される印刷用紙として好適である。 According to the present invention, paper containing inorganic fillers such as calcium carbonate can effectively suppress a decrease in strength. The uses of paper in this invention are not particularly limited, and examples of paper include various types of base paper for coating, newsprint, high-quality paper, medium-quality paper, electrophotographic transfer paper, inkjet paper, thermal paper, pressure-sensitive paper, kraft paper, pressure-sensitive recording paper, packaging paper, paper containers, cardboard, wallpaper, fiberboard, photographic base paper, impregnated base paper, and flame-retardant paper. In one embodiment, the paper of the present invention is suitable as printing paper for various printing methods such as offset printing and gravure printing.
本発明に係る紙の坪量については、特に限定は無いが、例えば、30~650g/m2程度の範囲とすることができ、35~200g/m2、40~120g/m2、45~80g/m2の範囲としてもよい。なお、本発明の紙は、上記の範囲を超えた多層抄きの板紙、カードなどの厚紙とすることもできる。 The basis weight of the paper according to the present invention is not particularly limited, but can be, for example, in the range of about 30 to 650 g/m 2 , or may be in the range of 35 to 200 g/m 2 , 40 to 120 g/m 2 , or 45 to 80 g/m 2. The paper according to the present invention can also be made into thick paper such as multi-layer paperboard or card exceeding the above range.
抄紙原料のパルプとしては、例えば、一般に使用されている広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)や針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP)などの漂白化学パルプ、広葉樹未晒クラフトパルプ(LUKP)や針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP)などの未晒パルプ、砕木パルプ(GP)、加圧式砕木パルプ(PGW)、リファイナ砕木パルプ(RGP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)などの機械パルプ、脱墨古紙パルプ(DIP)、損紙などが適宜使用される。また、ケナフなどの非木材繊維原料から得られるパルプ繊維、合成パルプ、無機繊維などの1種または2種以上を原紙に配合することもできる。機械パルプやDIPは、必要に応じて漂白して使用することもでき、漂白の程度も任意に行うことができる。 Pulp used as a papermaking raw material may include, for example, commonly used bleached chemical pulps such as bleached hardwood kraft pulp (LBKP) and bleached softwood kraft pulp (NBKP); unbleached pulps such as unbleached hardwood kraft pulp (LUKP) and unbleached softwood kraft pulp (NUKP); mechanical pulps such as groundwood pulp (GP), pressure groundwood pulp (PGW), refiner groundwood pulp (RGP), and thermomechanical pulp (TMP); deinked recycled paper pulp (DIP), and broke. Furthermore, one or more types of pulp fibers obtained from non-wood fiber sources such as kenaf, synthetic pulp, and inorganic fibers may also be blended into the base paper. Mechanical pulp and DIP can be bleached as needed, and the degree of bleaching can be adjusted as desired.
また、紙料にはパルプや填料の他に、製紙用の内添薬品を必要に応じて使用することができる。製紙用の内添薬品としては、例えば、内添サイズ剤、歩留り向上剤、濾水性向上剤、紙力増強剤、染料、蛍光染料、嵩高剤などが挙げられる。内添サイズ剤の具体例としては、例えば、アルキルケテンダイマー系、アルケニル無水コハク酸系、スチレン-アクリル系、高級脂肪酸系、石油樹脂系サイズ剤、ロジン系サイズ剤などが挙げられる。また、歩留向上剤、濾水性向上剤、紙力増強剤の具体例としては、例えば、アルミニウムなどの多価金属化合物(具体的には、硫酸バンド、塩化アルミニウム、アルミン酸ソーダ、塩基性アルミニウム化合物など)、各種澱粉類、セルロースナノファイバー、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロースなどのセルロース誘導体ポリアクリルアミド、尿素樹脂、ポリアミド・ポリアミン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイドなどが挙げられる。 In addition to pulp and fillers, papermaking chemicals may also be used in the stock as needed. Examples of internal papermaking chemicals include internal sizing agents, retention aids, drainage aids, paper strength agents, dyes, fluorescent dyes, and bulking agents. Specific examples of internal sizing agents include alkyl ketene dimers, alkenyl succinic anhydride sizing agents, styrene-acrylic sizing agents, higher fatty acid sizing agents, petroleum resin sizing agents, and rosin sizing agents. Specific examples of retention aids, drainage aids, and paper strength agents include polyvalent metal compounds such as aluminum (specifically, aluminum sulfate, aluminum chloride, sodium aluminate, basic aluminum compounds, etc.), various starches, cellulose nanofibers, cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and methyl cellulose, polyacrylamides, urea resins, polyamide/polyamine resins, polyethyleneimine, polyamines, polyvinyl alcohol, and polyethylene oxide.
本発明において填料をパルプ原料に添加する際には、パルプ原料を十分に撹拌しながら填料を添加することが好ましく、添加場所としては、例えば、マシンチェスト流入口、ファンポンプ吸込口が挙げられる。 When adding filler to pulp raw materials in the present invention, it is preferable to add the filler while thoroughly stirring the pulp raw materials. Examples of locations where the filler can be added include the machine chest inlet and the fan pump suction port.
抄造条件は特に限定はなく、抄紙機としては、例えば、長網式抄紙機、ツインワイヤー式抄紙機、オントップ式抄紙機、円網式抄紙機、短網式抄紙機などの商業規模の抄紙機が挙げられ、目的に応じて適宜選択して使用できる。抄紙方式としては、酸性抄紙、中性抄紙、弱アルカリ性抄紙などのいずれの方式も使用することができるが、炭酸カルシウムは酸性領域で溶解してしまうため、炭酸カルシウムを内添する場合は、中性~弱アルカリ性の範囲で抄紙することが望ましい。 There are no particular restrictions on papermaking conditions, and commercial-scale papermaking machines such as Fourdrinier papermaking machines, twin-wire papermaking machines, on-top papermaking machines, cylinder papermaking machines, and short-wire papermaking machines can be used, and an appropriate method can be selected depending on the purpose. Any method can be used for papermaking, including acidic, neutral, and weakly alkaline papermaking. However, since calcium carbonate dissolves in the acidic range, if calcium carbonate is added internally, it is desirable to make the paper in a neutral to weakly alkaline range.
表面強度向上や耐水性付与、インキ着肉性改良などを付与するために、紙に表面処理剤を塗布してもよい。表面処理剤の種類は特に限定はないが、生澱粉、酸化澱粉、エステル化澱粉、カチオン化澱粉、アセチル化したタピオカ澱粉を原料として製紙工場内で熱化学変性あるいは酵素変性によって生成される自家変性澱粉などの澱粉、アルデヒド化澱粉、ヒドロキシエチル化澱粉などの変性澱粉を含むのが好ましい。カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、セルロースナノファイバーなどのセルロース誘導体、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、カルボキシル変性ポリビニルアルコール、アセトアセチル化ポリビニルアルコールなどの変性アルコール、スチレン-ブタジエン系共重合体、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル-酢酸ビニル系共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリル酸エステルなどを併用することも可能である。また、サイズ性を高める目的で、スチレン系サイズ剤、オレフィン系サイズ剤、アクリレート系サイズ剤、スチレン-アクリル系サイズ剤、カチオン性サイズ剤などの表面サイズ剤を併用することも可能である。また、本発明においては、必要に応じて分散剤、増粘剤、保水材、消泡剤、耐水化剤、着色剤、導電剤など、通常のクリア塗工に配合される各種助剤を適宜使用される。 Surface treatment agents may be applied to paper to improve surface strength, water resistance, and ink receptivity. While there are no particular limitations on the type of surface treatment agent, preferred are starches such as raw starch, oxidized starch, esterified starch, cationized starch, and self-modified starch produced by thermochemical or enzymatic modification in paper mills using acetylated tapioca starch as a raw material, as well as modified starches such as aldehyde starch and hydroxyethylated starch. It is also possible to use in combination with cellulose derivatives such as carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, methyl cellulose, and cellulose nanofiber; modified alcohols such as polyacrylamide, polyvinyl alcohol, carboxyl-modified polyvinyl alcohol, and acetoacetylated polyvinyl alcohol; styrene-butadiene copolymers, polyvinyl acetate, vinyl chloride-vinyl acetate copolymers, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, and polyacrylic esters. Furthermore, to improve sizing properties, surface sizing agents such as styrene-based sizing agents, olefin-based sizing agents, acrylate-based sizing agents, styrene-acrylic sizing agents, and cationic sizing agents may also be used in combination. In addition, in the present invention, various auxiliary agents typically blended into clear coatings, such as dispersants, thickeners, water retention agents, defoamers, water-resistant agents, colorants, and conductive agents, may be used as needed.
表面処理塗布液を塗布する装置としては、公知のサイズプレス装置、例えば、2ロールタイプ、3ロールタイプ、ゲートロールタイプ、フィルム転写タイプなどを使用することができる。フィルム転写タイプは、アプリケーターロール上に、湿潤状態にある塗布膜を形成し、塗布膜を基紙表面に転写する方式で、例えば、トランスファーロールコーター、ロッドメタリングサイズプレスコーターなどが挙げられる。また、カーテンコーター、スプレーコーター、ブレードコーターなどのコーター(塗工機)を使用して塗布してもよい。 The device used to apply the surface treatment coating liquid can be a known size press device, such as a two-roll type, three-roll type, gate roll type, or film transfer type. Film transfer types involve forming a wet coating film on an applicator roll and then transferring the coating film to the surface of the base paper. Examples include a transfer roll coater and a rod metering size press coater. Coating can also be performed using a coater (applicator) such as a curtain coater, spray coater, or blade coater.
これら塗布装置で表面処理塗布液を紙に片面あたり0.1~5.0g/m2塗布した後に、ドライヤーで乾燥し、仕上げることもできるが、印刷適性向上のため、マシンカレンダ、ソフトカレンダ、シューカレンダなどのカレンダ装置で処理するのが好ましい。また、表面処理液は両面に塗布してもよい。 Although it is possible to apply the surface treatment coating liquid to the paper at 0.1 to 5.0 g/ m2 per side using these coating devices and then dry and finish the paper with a dryer, it is preferable to treat the paper with a calender such as a machine calender, soft calender or shoe calender to improve printability. The surface treatment liquid may also be applied to both sides.
本発明においては、顔料と接着剤を主成分とする塗工層を少なくとも1層有する塗工紙とすることもできる。本発明によれば紙の強度が向上するため、ブリスター適性に優れ、かつ、良好なサイズ性発現性が得られるため、表面平滑性に優れる塗工紙が得られる。 In the present invention, coated paper can also be produced that has at least one coating layer whose main components are a pigment and an adhesive. According to the present invention, the strength of the paper is improved, resulting in excellent blister resistance and good sizing properties, resulting in coated paper with excellent surface smoothness.
一つの態様において、表面処理剤を含む塗布液を塗布したものを、顔料塗工紙を製造するための塗工原紙としてもよい。この表面処理を施すことで、塗工原紙の表面強度を向上させる、あるいは塗工原紙表面の異物をクリーニングする効果があり、ストリークなどの発生を抑制させることができる。しかしながら、塗工原紙を抄紙し、顔料と接着剤を主成分とする塗工層を塗工、乾燥させるオンマシンコーターの場合、乾燥能力の制限や断紙の危険性を回避するため、表面処理が省略されることもある。 In one embodiment, a base paper coated with a coating liquid containing a surface treatment agent can be used to produce pigment-coated paper. This surface treatment improves the surface strength of the base paper or has the effect of cleaning foreign matter from the surface of the base paper, thereby suppressing the occurrence of streaks and other problems. However, in the case of on-machine coaters, which produce base paper, apply a coating layer primarily composed of pigment and adhesive, and then dry it, surface treatment is sometimes omitted to avoid limitations in drying capacity and the risk of paper breakage.
塗工原紙は、マシンカレンダ、ソフトカレンダなどによる平滑化仕上げ処理をすることもできる。
塗工層に使用される顔料としては特に限定するものではなく、通常の塗工紙分野で使用される顔料、例えば、重質炭酸カルシウム、本発明またはそれ以外の軽質炭酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、石膏、タルク、カオリン、エンジニアードカオリン、焼成カオリン、ホワイトカーボン、非晶質シリカ、デラミネートカオリン、ケイソウ土、炭酸マグネシウム、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、製紙スラッジ、脱墨フロスからの再生無機粒子などの無機系填料や尿素ホルマリン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、尿素/ホルマリン樹脂、メラミン系樹脂、スチレン/ブタジエン系共重合体系樹脂、フェノール樹脂、プラスチック中空粒子などの有機系填料などを必要に応じて1種あるいは2種以上を適宜選択して併用することができる。混合比率は紙の品質に応じて調整することが可能であり、特に限定しない。
The coated base paper can also be subjected to a smoothing finish treatment using a machine calender, soft calender, or the like.
The pigment used in the coating layer is not particularly limited, and may be one or more pigments commonly used in the field of coated paper, such as heavy calcium carbonate, light calcium carbonate (whether of the present invention or not), calcium sulfite, gypsum, talc, kaolin, engineered kaolin, calcined kaolin, white carbon, amorphous silica, delaminated kaolin, diatomaceous earth, magnesium carbonate, titanium dioxide, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, zinc hydroxide, inorganic fillers such as recycled inorganic particles from papermaking sludge and deinking froth, and organic fillers such as urea-formalin resin, vinyl chloride resin, polystyrene resin, urea/formalin resin, melamine resin, styrene/butadiene copolymer resin, phenolic resin, and hollow plastic particles. The mixing ratio can be adjusted depending on the paper quality and is not particularly limited.
顔料塗工液には、接着剤として、通常の塗工紙分野で使用される接着剤を使用することができ、非塗工紙で表面処理剤として使用される各種表面処理剤を接着剤として使用してもよい。また、これらの接着剤は1種もしくは2種以上併用することも可能である。接着剤の配合量については、特に限定されるものではないが、顔料100重量部あたり1~50重量部、好ましくは5~30重量部を配合する。 The pigment coating solution can use adhesives typically used in the coated paper field, or various surface treatment agents used in uncoated paper. These adhesives can also be used alone or in combination. There are no particular restrictions on the amount of adhesive used, but it is generally 1 to 50 parts by weight, preferably 5 to 30 parts by weight, per 100 parts by weight of pigment.
また、必要に応じて、有色染料や有色顔料、蛍光増白染料、増粘剤、保水剤、酸化防止剤、老化防止剤、導電誘導剤、消泡剤、紫外線吸収剤、分散剤、pH調整剤、離型剤、耐水化剤、撥水剤などの各種助剤を適宜配合することができる。 In addition, various auxiliary agents such as colored dyes, colored pigments, fluorescent whitening dyes, thickeners, water retention agents, antioxidants, anti-aging agents, conductive inducers, antifoaming agents, UV absorbers, dispersants, pH adjusters, release agents, water-resistant agents, and water-repellent agents can be blended as needed.
顔料塗工液の固形分濃度としては、25~80質量%の範囲で選択できる。塗工量の調整や操業性を考慮すると、50~70質量%の範囲が望ましい。
塗工原紙上に設ける塗工層は、1層または2層以上の多層にするかは特に限定しない。多層の場合、全てが同一である必要はなく、要求される品質レベルに応じて適宜調整することが可能である。また、塗工層の塗工量も、特に限定されるものではなく、塗工紙の白紙品質、印刷品質などに応じて調整することが可能であるが、一般的には、片面あたり0.5~40.0g/m2程度である。
The solids concentration of the pigment coating liquid can be selected from the range of 25 to 80% by mass, and in consideration of adjustment of the coating amount and operability, the range of 50 to 70% by mass is preferable.
There is no particular restriction on the number of coating layers provided on the coated base paper, whether they are one layer or two or more layers. In the case of multiple layers, they do not all need to be identical, and can be adjusted appropriately depending on the required quality level. There is also no particular restriction on the amount of coating applied to the coating layer, and it can be adjusted depending on the white paper quality and printing quality of the coated paper, but it is generally about 0.5 to 40.0 g/ m2 per side.
本発明における塗工層を設ける際の塗工方式については、通常の塗工紙製造分野で使用されている各種の塗工装置、例えばエアーナイフコーター、各種のブレードコーター、ゲートロールコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーターなどを適宜使用することができる。 When applying the coating layer in the present invention, various coating devices commonly used in the field of coated paper manufacturing, such as air knife coaters, various blade coaters, gate roll coaters, roll coaters, die coaters, curtain coaters, and spray coaters, can be used as appropriate.
上記顔料塗工液を原紙に塗工した後は、塗工層を乾燥させ、塗工紙を得る。この乾燥方法としては、例えば、蒸気加熱ヒーター、ガスヒーター、赤外線ヒーター、電気ヒーター、熱風加熱ヒーター、マイクロウェーブ、シリンダードライヤーなどの通常の方法を任意に選択して使用することができる。 After the pigment coating liquid is applied to the base paper, the coating layer is dried to obtain the coated paper. The drying method can be selected from any of the usual methods, such as a steam heater, gas heater, infrared heater, electric heater, hot air heater, microwave, or cylinder dryer.
このようにして得られた塗工紙は、各種公知公用の仕上げ装置、例えばスーパーカレンダ、グロスカレンダ、ソフトカレンダ、マットカレンダなどに通紙して製品仕上げを施してもよい。 The coated paper obtained in this manner may be passed through various known and commonly used finishing devices, such as a super calender, gloss calender, soft calender, or matte calender, to give the product a finishing finish.
以下、具体例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は下記の具体例に限定されるものではない。なお、本明細書において特に断らない限り、濃度などは重量基準であり、数値範囲はその端点を含むものとする。 The present invention will be described in detail below using specific examples, but the present invention is not limited to the specific examples below. Unless otherwise specified in this specification, concentrations and other information are based on weight, and numerical ranges include their endpoints.
実験1:改質剤の調製と評価
1-1.サンプル1
温度計、撹拌装置、還流装置、窒素導入管および滴下装置を備えたガラス反応容器に、水291部とポリエチレングリコールモノアリルエーテル(エチレンオキサイドの平均付加モル数10)7.5部を投入し、撹拌しながら反応容器を窒素置換した。窒素雰囲気下で100℃に昇温した後、温度を100℃に保持した状態で、メタクリル酸3.9部、アクリル酸0.072部、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(エチレンオキサイドの平均付加モル数25個)22部、2-ヒドロキシプロピルアクリレート36部および水33.5部を混合したモノマー水溶液と、過硫酸アンモニウム1.2部および水44部の混合液を各々2時間かけて反応容器に滴下した。滴下終了後、温度を100℃に保持した状態でさらに1時間反応を行うことで、濃度40%の共重合体の水溶液を得た。
Experiment 1: Preparation and evaluation of modifier 1-1. Sample 1
291 parts of water and 7.5 parts of polyethylene glycol monoallyl ether (average number of moles of ethylene oxide added: 10) were charged into a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a reflux device, a nitrogen inlet tube, and a dropping device, and the reaction vessel was purged with nitrogen while stirring. After heating to 100°C under a nitrogen atmosphere, the temperature was maintained at 100°C. An aqueous monomer solution containing 3.9 parts of methacrylic acid, 0.072 parts of acrylic acid, 22 parts of methoxypolyethylene glycol methacrylate (average number of moles of ethylene oxide added: 25), 36 parts of 2-hydroxypropyl acrylate, and 33.5 parts of water was added dropwise to the reaction vessel over 2 hours, and a mixture of 1.2 parts of ammonium persulfate and 44 parts of water was added dropwise to the reaction vessel over 2 hours. After the dropwise addition, the temperature was maintained at 100°C and the reaction was continued for another hour, yielding an aqueous copolymer solution with a concentration of 40%.
得られた共重合体について、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)を用いて分析したところ、重量平均分子量は21000、Mw/Mnは2.42であった。分析条件は以下のとおりである。
・測定装置:東ソー製
・使用カラム:Shodex Column OH-pak SB-806HQ、SB-804HQ、SB-802.5HQ
・溶離液:0.05mM硝酸ナトリウム/アセトニトリル 8/2(v/v)
・標準物質:ポリエチレングリコール(東ソー製)
・検出器:示差屈折計(東ソー製)
1-2.サンプル2
温度計、撹拌装置、還流装置、窒素導入管および滴下装置を備えたガラス製反応容器に水254部を仕込み、撹拌下で反応容器を窒素置換した。窒素雰囲気下で100℃に昇温した後、温度を100℃に保持した状態で、メトキシポリエチレングリコールメタアクリレート(MPEG-MA、エチレンオキサイドの平均付加モル数13.5)215部、3メルカプトピオン酸3.1部、メタクリル酸(MAA)33部および水42部を混合したモノマー水溶液を2時間かけて滴下し、同時に過硫酸アンモニウム2.7部および水38部の混合液を2.5時間かけて反応容器に滴下した。温度を100℃に保持した状態でさらに1時間反応を行った後、70℃まで冷却し、水酸化ナトリウムでpH7に中和すると同時に加水することで、濃度43%の共重合体の水溶液を得た。GPCを用いて分析したところ、共重合体の重量平均分子量は12000、Mw/Mnは1.62であった。
The resulting copolymer was analyzed by gel permeation chromatography (GPC), and found to have a weight average molecular weight of 21,000 and an Mw/Mn ratio of 2.42 under the following analytical conditions:
Measurement equipment: Tosoh Corporation Columns used: Shodex Column OH-pak SB-806HQ, SB-804HQ, SB-802.5HQ
Eluent: 0.05 mM sodium nitrate/acetonitrile 8/2 (v/v)
・Standard substance: polyethylene glycol (manufactured by Tosoh)
・Detector: Differential refractometer (manufactured by Tosoh)
1-2. Sample 2
254 parts of water was charged into a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a reflux device, a nitrogen inlet tube, and a dropping device, and the reaction vessel was purged with nitrogen under stirring. After heating to 100 ° C under a nitrogen atmosphere, the temperature was maintained at 100 ° C., and an aqueous monomer solution containing 215 parts of methoxypolyethylene glycol methacrylate (MPEG-MA, average number of moles of ethylene oxide added: 13.5), 3.1 parts of 3-mercaptopionic acid, 33 parts of methacrylic acid (MAA), and 42 parts of water was added dropwise over 2 hours. At the same time, a mixture of 2.7 parts of ammonium persulfate and 38 parts of water was added dropwise to the reaction vessel over 2.5 hours. After the reaction was continued for another hour while maintaining the temperature at 100 ° C., the mixture was cooled to 70 ° C., and neutralized to pH 7 with sodium hydroxide while adding water, to obtain an aqueous copolymer solution with a concentration of 43%. Analysis by GPC revealed that the copolymer had a weight average molecular weight of 12,000 and Mw/Mn of 1.62.
1-3.サンプル3
温度計、撹拌装置、還流装置、窒素導入管および滴下装置を備えたガラス反応容器に、水218部とポリエチレングリコールモノアリルエーテル(エチレンオキサイドの平均付加モル数10)13.9部を投入し、撹拌しながら反応容器を窒素置換した。窒素雰囲気下で100℃に昇温した後、温度を100℃に保持した状態で、メタクリル酸7.2部、アクリル酸0.07部、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(エチレンオキサイドの平均付加モル数25個)41部、2-ヒドロキシプロピルアクリレート67.2部および水43.5部を混合したモノマー水溶液を2時間かけて滴下しつつ、同時に過硫酸アンモニウム0.01部および水37.7部の混合液を2.5時間かけて反応容器に滴下した。温度を100℃に保持した状態でさらに1時間反応を行うことで、濃度30%の共重合体の水溶液を得た。GPCを用いて分析したところ、共重合体の重量平均分子量は73000、Mw/Mnは6.55であった。
1-3. Sample 3
Into a glass reaction vessel equipped with a thermometer, a stirrer, a reflux device, a nitrogen inlet tube, and a dropping device, 218 parts of water and 13.9 parts of polyethylene glycol monoallyl ether (average number of moles of ethylene oxide added: 10) were charged, and the reaction vessel was purged with nitrogen while stirring. After heating to 100°C under a nitrogen atmosphere, the temperature was maintained at 100°C. A monomer aqueous solution containing 7.2 parts of methacrylic acid, 0.07 parts of acrylic acid, 41 parts of methoxypolyethylene glycol methacrylate (average number of moles of ethylene oxide added: 25), 67.2 parts of 2-hydroxypropyl acrylate, and 43.5 parts of water was added dropwise over 2 hours, while simultaneously adding a mixture of 0.01 parts of ammonium persulfate and 37.7 parts of water dropwise to the reaction vessel over 2.5 hours. The reaction was continued for another hour while maintaining the temperature at 100°C, yielding an aqueous solution of copolymer with a concentration of 30%. Analysis by GPC revealed that the copolymer had a weight average molecular weight of 73,000 and Mw/Mn of 6.55.
1-4.サンプル4(比較例)
温度計、撹拌装置、還流装置、窒素導入管および滴下装置を備えたガラス製反応容器に水315部を仕込み、撹拌下で反応容器を窒素置換した。窒素雰囲気下で100℃に昇温した後、温度を100℃に保持した状態で、2-ヒドロキシプロピルアクリレート325部および水216部を混合したモノマー水溶液と、過硫酸アンモニウム2.85部および水77部の混合液を各々2時間かけて反応容器に滴下した。温度を100℃に保持した状態でさらに1時間反応を行うことで、濃度40%の重合体の水溶液を得た。GPCを用いて分析したところ、重合体の重量平均分子量は11000、Mw/Mnは3.16であった。
1-4. Sample 4 (Comparative Example)
A glass reactor equipped with a thermometer, a stirrer, a reflux device, a nitrogen inlet tube, and a dropping device was charged with 315 parts of water, and the reactor was purged with nitrogen while stirring. After heating to 100°C under a nitrogen atmosphere, a monomer aqueous solution containing 325 parts of 2-hydroxypropyl acrylate and 216 parts of water, and a mixture of 2.85 parts of ammonium persulfate and 77 parts of water were each added dropwise to the reactor over 2 hours while maintaining the temperature at 100°C. The reaction was continued for another hour while maintaining the temperature at 100°C, yielding a 40% aqueous polymer solution. Analysis using GPC revealed that the weight-average molecular weight of the polymer was 11,000 and Mw/Mn was 3.16.
1-5.サンプル5(比較例)
温度計、撹拌装置、還流装置、窒素導入管および滴下装置を備えたガラス反応容器に水198部を仕込み、撹拌下で反応容器を窒素置換し、窒素雰囲気下で100℃に昇温後、温度を100℃に保持した状態で、アクリル酸72部、31%NaOH水溶液70部、水54部を混合したモノマー水溶液と、過硫酸アンモニウム4部および水37部の混合液を各々2時間かけて滴下した。温度を100℃に保持した状態でさらに1時間反応を行うことで、濃度36%の単独重合体(ホモポリマー)の水溶液を得た。GPCを用いて分析したところ、重合体の重量平均分子量は14000、Mw/Mnは1.71であった。
1-5. Sample 5 (Comparative Example)
A glass reactor equipped with a thermometer, a stirrer, a reflux device, a nitrogen inlet tube, and a dropping device was charged with 198 parts of water, and the reactor was purged with nitrogen under stirring. The temperature was raised to 100 ° C. under a nitrogen atmosphere, and then the temperature was maintained at 100 ° C. A monomer aqueous solution containing 72 parts of acrylic acid, 70 parts of a 31% aqueous NaOH solution, and 54 parts of water, and a mixture of 4 parts of ammonium persulfate and 37 parts of water were each added dropwise over 2 hours. The reaction was continued for another hour while maintaining the temperature at 100 ° C., yielding an aqueous solution of a 36% homopolymer. Analysis using GPC revealed that the weight average molecular weight of the polymer was 14,000 and Mw / Mn was 1.71.
実験2:無機填料内添紙の製造と評価
自社で製造した軽質炭酸カルシウム(平均粒子径0.49μm、針状軽質炭酸カルシウム)に実験1で合成した重合体を改質剤として添加して、無機填料を含有する水性スラリーを調製した。無機填料である軽質炭酸カルシウムと改質剤の重量比は100:1とした。
Experiment 2: Production and evaluation of inorganic filler-containing paper The polymer synthesized in Experiment 1 was added as a modifier to light calcium carbonate (average particle size 0.49 μm, acicular light calcium carbonate) produced in-house to prepare an aqueous slurry containing an inorganic filler. The weight ratio of the light calcium carbonate (inorganic filler) to the modifier was 100:1.
広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP、CSF:370ml)と針葉樹漂白クラフトパルプ(NBKP、CSF:510ml)を90:10の重量比で含むパルプスラリーに対して、上記の無機填料スラリーを添加してから、パルプ固形分に対して200ppmのカチオン性ポリアクリルアミド(伯東製、パーコール3045)および0.1%のアニオン性無機顔料(ハイモ製、ハイモナイト-01)をさらに添加して撹拌し、紙料を調成した(紙料固形分:約0.55%)。 The above inorganic filler slurry was added to a pulp slurry containing bleached hardwood kraft pulp (LBKP, CSF: 370 ml) and bleached softwood kraft pulp (NBKP, CSF: 510 ml) in a weight ratio of 90:10. Then, 200 ppm of cationic polyacrylamide (Hakuto, Percol 3045) and 0.1% of anionic inorganic pigment (Heimo, Heimonite-01) based on the pulp solids were added and stirred to prepare a paper stock (paper stock solids: approximately 0.55%).
次いで、この紙料を原料とし、円形手抄き機を用い、JIS P8222に準じて、無機填料を内添した手抄紙を製造した(坪量:約60g/m2)。
製造した手抄紙について、下記に基づいて物性などを測定した。
坪量 :JIS P8124
紙厚 :JIS P8118
密度 :JIS P8118
灰分 :JIS P8251
破裂強度 :JIS P8112
引裂き強度:JIS P8116
耐折回数 :JIS P8115
透気度 :JAPAN TAPPI No.5
平滑度 :JIS P8119
白色度 :JIS P8148
不透明度 :JIS P8149
Next, using this paper stock as a raw material, handsheet paper containing an inorganic filler was produced in accordance with JIS P8222 using a circular handsheet machine (basis weight: about 60 g/m 2 ).
The properties of the produced handsheets were measured based on the following criteria.
Basis weight: JIS P8124
Paper thickness: JIS P8118
Density: JIS P8118
Ash content: JIS P8251
Bursting strength: JIS P8112
Tear strength: JIS P8116
Number of folding times: JIS P8115
Air permeability: JAPAN TAPPI No. 5
Smoothness: JIS P8119
Whiteness: JIS P8148
Opacity: JIS P8149
上記の結果から明らかなように、本発明に係る改質剤を無機填料にあらかじめ添加することによって、無機填料内添紙において、比破裂強度、比引裂強さなどの紙力の低下が抑制された。特に、サンプル1~3の改質剤を無機填料に添加すると、紙の比引裂強さが、無添加の場合(サンプル2-1)や単独重合体を添加した場合(サンプル2-5)と比較して大幅に向上した。上記の結果から理解できるように、本発明に係る改質剤を無機填料に加えることで、紙力低下を抑制するだけでなく、紙力向上も期待できる。 As is clear from the above results, adding the modifier of the present invention to the inorganic filler beforehand suppressed a decrease in paper strength, such as burst strength index and tear strength index, in inorganic filler-added paper. In particular, when the modifiers of Samples 1 to 3 were added to the inorganic filler, the tear strength index of the paper was significantly improved compared to when no modifiers were added (Sample 2-1) or when a homopolymer was added (Sample 2-5). As can be seen from the above results, adding the modifier of the present invention to the inorganic filler not only suppresses a decrease in paper strength, but is also expected to improve paper strength.
実験3:無機填料内添紙の製造と評価
軽質炭酸カルシウム(奥多摩工業製、タマパールTP121-6S、平均粒子径:1.8μm、紡錘状軽質炭酸カルシウム)に対して、実験1で合成した改質剤を添加して、無機填料を含有する水性スラリーを調製した。無機填料である軽質炭酸カルシウムと改質剤の重量比は100:1とした。
Experiment 3: Production and evaluation of inorganic filler-containing paper The modifier synthesized in Experiment 1 was added to light calcium carbonate (Tamapearl TP121-6S, manufactured by Okutama Kogyo Co., Ltd., average particle size: 1.8 μm, spindle-shaped light calcium carbonate) to prepare an aqueous slurry containing an inorganic filler. The weight ratio of the light calcium carbonate (inorganic filler) to the modifier was 100:1.
次いで、広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP、CSF:360ml)100%からなるパルプスラリーに、上記の無機填料スラリーと硫酸アルミニウムを添加して紙料を調成した。ここで、硫酸アルミニウム(硫酸バンド)の添加量は、パルプスラリーの全固形分に対して0.5%とした。 Next, the inorganic filler slurry and aluminum sulfate were added to a pulp slurry consisting of 100% bleached hardwood kraft pulp (LBKP, CSF: 360 ml) to prepare a paper stock. The amount of aluminum sulfate (aluminum sulfate) added was 0.5% of the total solids content of the pulp slurry.
この紙料を原料とし、円形手抄き機を用いて手抄紙を作成した(坪量:約73g/m2)。手抄紙は、JIS P 8222に準じて作成したが、プレス脱水後の湿紙の乾燥は、JIS P 8222に定められた金属プレートと密着させる方法ではなく、ラボスケールのシリンダードライヤーを用いて乾燥させた。 Using this paper stock as a raw material, handsheets were made using a circular handsheet machine (basis weight: approximately 73 g/ m2 ). The handsheets were made in accordance with JIS P 8222, but the wet paper after press dewatering was dried using a laboratory-scale cylinder dryer, rather than by the method of contacting the paper with a metal plate as specified in JIS P 8222.
このように製造した紙について、実験2と同様にして比引裂強さを測定したところ、本発明に係る改質剤を添加した場合は、紙の強度が大きく向上していた。 The tear strength index of the paper produced in this manner was measured in the same manner as in Experiment 2. When the modifier of the present invention was added, the strength of the paper was significantly improved.
実験4:無機填料への改質剤の定着性評価
本発明に係る改質剤について、無機填料への定着性を評価した。具体的には、軽質炭酸カルシウム(三共精粉製、PC-35、平均粒子径50μm)と改質剤(サンプル1または5)を200:1の重量比で混合した水性スラリー(濃度20%)を調製し、撹拌装置(東京理科器械製、ZZ-1200)を用いて、水性スラリーを5分間、400rpmの条件で撹拌した。次いで、撹拌後の水性スラリーを遠心分離機(コクサン製、H-2000B)で遠心分離した(15分間、10000rpm)。
Experiment 4: Evaluation of fixation of modifier to inorganic filler The fixation of the modifier according to the present invention to inorganic filler was evaluated. Specifically, an aqueous slurry (concentration 20%) was prepared by mixing light calcium carbonate (PC-35, average particle size 50 μm, manufactured by Sankyo Seifun) and modifier (Sample 1 or 5) in a weight ratio of 200:1. The aqueous slurry was stirred for 5 minutes at 400 rpm using a stirring device (ZZ-1200, manufactured by Tokyo Rikakikai). The stirred aqueous slurry was then centrifuged (15 minutes at 10,000 rpm) using a centrifuge (H-2000B, manufactured by Kokusan).
分離後の上清溶液に含まれる改質剤を上述の条件でGPCを用いて定量し、沈降した軽質炭酸カルシウムに定着した改質剤の量を算出した。 The modifier contained in the supernatant solution after separation was quantified using GPC under the conditions described above, and the amount of modifier fixed to the precipitated precipitated calcium carbonate was calculated.
無機填料への定着性を評価したところ、本発明に係る改質剤(サンプル1)は、比較例であるサンプル5と比較して、無機粒子への定着性が顕著に優れていることが明らかになった。
When the fixation to inorganic fillers was evaluated, it was revealed that the modifier of the present invention (Sample 1) had significantly better fixation to inorganic particles than Sample 5, which was a comparative example.
Claims (6)
ポリカルボン酸共重合体が、
(1) 以下の式1で表される単量体に由来する構成単位1:
(2) 以下の式2で表される単量体に由来する構成単位2:
を含んでなり、構成単位1と構成単位2の重量割合が65/35~99/1である、上記改質剤。 A modifier for inorganic fillers for papermaking, comprising a polycarboxylic acid copolymer,
The polycarboxylic acid copolymer is
(1) Structural unit 1 derived from a monomer represented by the following formula 1:
(2) Structural unit 2 derived from a monomer represented by the following formula 2:
wherein the weight ratio of structural unit 1 to structural unit 2 is 65/35 to 99/1.
The modifier according to claim 5, wherein the paper stock contains 5 to 50 parts by weight of an inorganic filler per 100 parts by weight of pulp.
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