JP2000511601A - 増粘剤としてのセルロースエーテルの組成物、使用および被覆セルロースに基づく２次元的製品の製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、コーティング、たとえばセルロースに基づく２次元的製品のサイズ処理またはコーティングスリップの層の塗布のための、水性組成物に関する。組成物は上昇した温度および高いせん断速度において向上した特性を有する。これらの特性は増粘剤としてセルロースエーテルを用いることによって得られ、このセルロースエーテルは、ヒドロキシエチルおよびヒドロキシプロピルのようなヒドロキシアルキル基および１〜３の炭素原子を有するアルキル基で置換されており、３５℃から８０℃の範囲の曇点を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 増粘剤としてのセルロースエーテルの組成物、使用および 被覆セルロースに基づく２次元的製品の製造 本発明は、セルロースに基づく２次元的（平面的）製品のコーティングたとえ ば表面サイズ処理またはコーティングスリップの層の塗布のための水性組成物に 関する。この組成物は高い温度および速いせん断速度での特性が向上している。 これらの特性は、たとえばヒドロキシエチルおよびヒドロキシプロピルのような ヒドロキシアルキル基、ならびに１〜３の炭素原子を有するアルキル基で置換さ れたセルロースエーテルを増粘剤として用いることによって達成される。 ある組成物を用いてコーティングを行なう時、たとえば紙や厚紙のようなセル ロースに基づく２次元的製品のコーティングスリップの層を塗布する時あるいは 表面サイズ処理を行なう時、その主要な目的は紙製品の特性を変えること、たと えば強度、外観、印刷性能、不浸透性または接着性を向上させることである。た とえば一般的なのは、特に濡れ強度を向上させるために紙や厚紙を水性結合剤含 有組成物で表面サイズ処理すること、あるいは印刷性能および表面の外観を良く するために、顔料ペーストを含む組成物で紙や厚紙をコーティングすることであ る。コーティングスリップ組成物はまた、結合剤や顔料の他に、２次結合剤（副 結合剤）、保護コロイド、増粘剤および分散剤を含み得る。増粘剤、保護コロイ ド、または２次結合剤として一般的なのは、ポリビニルアルコール、改質セルロ ース、澱粉、カゼイン、アルギン酸塩または高分子カルボキシル基含有重合体を ベースとして水溶性または水膨潤性のポリマーを加えたものである。 コーティングスリップにおけるセルロースエーテルの使用はたとえばＥＰ １ ５ ５１７に開示されており、そこではカルボキシメチルセルロースが２次結合 剤として添加されている。ＥＰ ３０７ ７９５から、保護コロイドとして、と りわけメチルセルロースを用いることが知られている。 ＥＰ ４２５ ９９７は、疎水性に改質されたアルキルセルロース、アルキル ヒドロキシアルキルセルロースまたはヒドロキシアルキルセルロースが水性の紙 コーティング組成物において増粘剤として用いられ得ることを開示している。疎 水性基は好ましくはＣ_12-16−アルキル基またはアルキルアリール基である。コ ーティングスリップ組成物で用いられる場合、これらのセルロースエーテルは、 カルボキシメチルセルロースエーテルと比べて、高いせん断速度で向上した粘度 をもたらす。ＥＰ ４２５ ９９７に係る紙コーティングスリップ組成物がいく つかの点でカルボキシメチルセルロースのものより優れた特性を有する紙コーテ ィングスリップ組成物をもたらすとしても、同時にいくつかの制約がある。たと えば、組成物を乾燥させる際に普通用いる高められた温度において比較的低い粘 度となる。 さらにＥＰ ４９６ ２６９から、低分子多糖を含み、水相中に溶解されかつ カルボキシメチルセルロースまたはヒドロキシエチルセルロースであり得る、紙 のコーティング用マルチポリサッカライド含有懸濁物の製造も知られている。さ らに、このコーティング組成物は、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセル ロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、および疎水性に改質されたヒド ロキシエチルセルロースのような、１つまたはそれ以上の分散された、すなわち 溶解されない、セルロースポリマーを含む。 本発明により、１〜３の炭素原子を有するアルキル基および２〜３の炭素原子 を含むヒドロキシアルキル基を含む一方、少なくとも４個の炭素原子を有する炭 化水素基が疎水的に改質されていない、水溶性で非イオン性のアルキルヒドロキ シアルキルセルロースで、３５〜８０℃の範囲、好ましくは４５〜７０℃の範囲 の曇点を有するセルロースエーテルを増粘剤として用いれば、紙および厚紙のよ うなセルロースに基づく製品のコーティング、たとえばコーティングスリップの 層の塗布や表面サイズ処理、のための組成物において、上昇した温度および高い せん断速度で粘度について向上した特性が得られることが見出された。このよう なアルキルヒドロキシアルキルセルロースは組成物に溶解され、その粘度は広い 範囲、たとえば５ｍＰａ・ｓから１５０，０００ｍＰａ・ｓにわたり得るが、普 通２０℃の２％水溶液では１０〜１０，０００ｍＰａ・ｓである。 上記セルロースエーテルを増粘剤として用いて製造された組成物は、高いせん 断速度で低い粘度を有し、はねる傾向が小さいので、紙や厚紙のような２次元的 セルロース製品に塗布するのに適する。乾燥の段階の間、被覆セルロース製品が 加熱される時、組成物に生じる粘度の増加により、塗布された層は安定化および 固定化され、後の処理が促進される。粘度が増加しているのにもかかわらず、本 発明の組成物は、他の種類のセルロースエーテルを含みかつ上昇した温度で同じ ようには粘度が増加しない他の組成物と同じぐらいまたはそれ以上に速く乾燥す る。 本発明に係る組成物に用いるための典型的なセルロースエーテルは、エチルヒ ドロキシエチルセルロース、メチルエチルヒドロキシエチルセルロース、メチル エチルヒドロキシエチルヒドロキシプロピルセルロースおよびメチルヒドロキシ プロピルセルロースである。一般に、ヒドロキシエチル基はヒドロキシアルキル 基の合計数の少なくとも３０％を構成し、エチル置換基の数は通常アルキル置換 基の合計数の少なくとも１０％を構成する。このようなセルロースエーテルの例 として、ＤＳ_エチル＝０．８〜１．３かつＭＳ_{ヒト゛ロキシエチル}＝１．９〜２．９のエチル ヒドロキシエチルセルロース、ならびにＤＳ_エチル＝１．０〜２．５；ＤＳ_エチル＝０ ．１〜０．６およびＭＳ_{ヒト゛ロキシエチル}＝０．１〜０．８のメチルエチルヒドロキシ エチルセルロースがある。アルキルヒドロキシアルキルセルロースの量は一般に 組成物の０．０５〜３、好ましくは０．２〜１．５重量％である。本セルロース エーテル類は、マーセル化されたセルロースをエチレンオキシドおよび／または プロピレンオキシドおよび塩化メチル、塩化エチルおよび／または塩化プロピル と反応させることにより、通常の態様で製造できる。 本発明に係る水系組成物は、２〜７０、好ましくは５〜３０重量％の量の結合 剤を適当には含む。結合剤は、水溶性の結合剤と、水分散物またはラテックスの 形の結合剤との両方からなってもよい。適当な結合剤の例として、エチレン不飽 和カルボン酸の共重合体、澱粉、プロテイン、カゼインおよびカルボキシメチル セルロースがある。適当な共重合体の例は、アクリル酸およびメタクリル酸のエ ステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メタクリ ルアミド、Ｃ₃〜Ｃ₅エチレン不飽和のモノカルボン酸類、エチレン不飽和のジカ ルボン酸類およびその半エステル類、塩化ビニル、エチレン不飽和の炭化水素類 、ビニルエステル、ビニルスルホン酸、ならびに多価アルコールから誘導された 不飽和カルボン酸のエステル類からなる群からのモノマーから構成されるもので ある。セルロースに基づく２次元的製品の表面サイズ処理のために組成物を用い る場合、当該組成物はまた、組成物の乾燥固体含量に対し、５〜６５重量％の サイズ剤を含む。適当なサイズ剤の例は、異なる種類のコロホニウム、硫酸塩樹 脂、蛋白質複合体、ポリエチレンロウ分散物、パラフィン共重合体、メラミン− ホルムアルデヒド樹脂などである。 組成物はまた、天然由来の無機顔料および合成顔料からなり得る、顔料を含ん でもよい。顔料の例として、カオリン、炭酸カルシウム、タルク、二酸化チタン 、サチンホワイト、水化アルミニウム、ケイアルミン酸ナトリウムおよびプラス チック顔料ならびに硫酸バリウムや酸化亜鉛のような多数の特殊顔料がある。顔 料コーティングスリップ組成物において、顔料の含量は一般に５〜６５重量％で あり、結合剤の４〜２０倍をなす。 本発明に係る典型的なコーティングスリップ組成物は、その乾燥固体含量に対 し、以下のように構成される。 ０．０７〜５、好ましくは０．３〜２重量％の、規定のアルキルヒドロキシア ルキルセルロース ５〜１５、好ましくは７〜１３重量％のラテックス、 ６０〜９４、好ましくは７０〜９０重量％の顔料、 ０〜１０、好ましくは０〜７重量％の２次結合剤、 ０〜３、好ましくは０．１〜２重量％の分散剤、 ０〜５、好ましくは０〜２重量％の保護コロイド、 ０〜４、好ましくは０〜２重量％の、蛍光漂白剤、殺菌剤、消泡剤および滑剤 のような他の添加物、 その乾燥固体含量は２０〜７０重量％である。コーティングスリップ組成物の ブルックフィールド粘度は通常１００ｒｐｍおよび２０℃において１００〜２， ５００ｍＰａ・ｓである。５５〜７０重量％の乾燥固体含量を有するコーティン グスリップ組成物の粘度は６００〜２，５００ｍＰａ・ｓである。本発明に係る 水性コーティングスリップ組成物は、必要に応じて分散剤を補助のため用いて、 顔料を水中に分散させることにより製造することができる。得られるスリップに は、次いで、組成物に含まれる水性結合剤、アルキルヒドロキシアルキルセルロ ースおよび他の添加物、そして必要に応じてラテックスのようなの結合剤分散物 を配合することができる。 本発明に係る組成物でコーティングされたセルロースに基づく製品は、 ａ） アルキルヒドロキシアルキルセルロースの曇点より低い温度で、本発明 に係る組成物をセルロースに基づく製品に塗布し、 ｂ） 組成物で被覆された２次元的セルロース製品を加熱して乾燥させ、さら に ｃ） 必要に応じて、前記セルロース製品をカレンダー加工する ことにより製造できる。 組成物の塗布はそれ自体既知の態様で、たとえばエアナイフコーティング、ロ ールコーティングまたはブレードコーティングにより行なわれる。一般に、この 乾燥の少なくとも９０％は、少なくとも６０％好ましくはすべてがアルキルヒド ロキシアルキルセルロースの曇点より低い温度範囲で行なわれる。季節および地 理的条件に応じて、塗布する組成物の温度は一般に５〜３０、好ましくは１０〜 ２５℃の範囲にある。 本発明は以下の例によりさらに説明される。 例１ 以下の配合表に基づき、６０重量％の乾燥固体含量を有する、紙をコーティン グするための、いくつかの水性コーティングスリップ組成物が製造された。 １００重量部 カオリン １０重量部 スチレン−ブタジエンラテックス ０．１１重量部 アクリル酸ナトリウム ０．６〜１．１重量部 セルロースエーテル（組成物のブルックフィールド １００による粘度が約１，１００ｍＰａ・ｓとなる ように調整された量） 残部 乾燥固体含量に対して６０重量％の水 次のセルロースエーテルが用いられた。粘度はすべて２０℃の２％水溶液にお ける粘度の値に関する。 種々の組成物は加熱され、その粘度が測定された。以下の結果が得られた。 結果から明らかなように、本発明に係るコーティングスリップ組成物の粘度は 、塗布の後、温度が上昇するにつれ増加したのに対して、先行技術に従って製造 さ れたコーティングスリップ組成物ではほんのわずかな粘度の増加が見られるかあ るいはかなりの粘度低下までもが見られた。 例２ 次の配合表に基づき、６５重量％の乾燥固体含量を有し、紙のコーティングを 目的とする、いくつかのコーティングスリップ組成物が製造された。 １００重量部 炭酸カルシウム １０重量部 スチレン−ブタジエンラテックス ０．６−１．１重量部 セルロースエーテル（ブルックフィールド１００に よる粘度が約１，１００ｍＰａ・ｓとなるよう調整 された量） 残部 水 セルロースエーテルの種類は次の表に示される。種々の組成物が加熱され、そ の粘度が測定された。次の結果が得られた。 上記の結果から明らかなように、本発明に係る組成物は温度を上昇させた場合 、比較組成物と比べてよりよい粘度増加を示した。 例３ ６５重量％の乾燥固体含量を有し、粘度（ブルックフィールド１００）が約１ ，５００ｍＰａ・ｓの、３つの異なるコーティングスリップ組成物が製造された 。その構成は以下のとおりである。 ２４ｇの量の組成物が薄手のアルミニウム皿で測られ、水分の蒸発が起こる表 面が同じ大きさとなるよう平らにされた。各サンプルは１０５℃の加熱キャビネ ットで乾燥させられ、その重さの変化が１５分ごとに測定された。時間０での水 分の蒸発は、組成物を２５℃から最終温度の１０５℃に加熱する最初の１５分の 際の平均水分蒸発量として定められた。次の結果が得られた。 上記の結果から明らかなように、本発明に係る組成物は、より高い温度におい て比較組成物より高い粘度を有するにもかかわらず、水分蒸発について比較組成 物と同等かまたはより優れていた。 例４ 次の組成を有し、６５重量％の乾燥固体含量を有する２つのコーティングスリ ップ組成物が製造された。 コーティングスリップ組成物の粘度は、Bohlin CS 25 s^-1に従い、５０℃、５ ３℃、５６℃、５９℃および６２℃で測定された。次の結果が得られた。 上記の結果から明らかなように、昇温での粘度増加は、比較組成物に比べて、 本発明に係るコーティングスリップ組成物の方が本質的に高かった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エークルンド，ダン フィンランド、アェフ・イー・アェン― 02700 グランクーッラ、マリアベーゲン、 ９ (72)発明者 ダールビック，ペーテル スウェーデン、エス―112 33 ストック ホルム、クルーヌベリガータン、30、４・ テー・エル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１〜３の炭素原子を有するアルキル基および２〜３の炭素原子を有するヒド ロキシアルキル基を含む一方、少なくとも４個の炭素原子を有する炭化水素基は 疎水性に改質されていない、水溶性で非イオン性のアルキルヒドロキシアルキル セルロースで３５〜８０℃の範囲の曇点を有するセルロースエーテルの、セルロ ースに基づく２次元的製品をコーティングするための水性組成物における増粘剤 としての使用。 ２．前記セルロースエーテルはエチルヒドロキシエチルセルロースからなる、請 求項１に記載の使用。 ３．前記セルロースエーテルはメチルエチルヒドロキシエチルセルロースからな る、請求項１に記載の使用。 ４．前記セルロースエーテルは、４５℃〜７０℃の範囲において曇点を有し、２ ０℃で２％の水溶液において１０〜１０，０００ｍＰａ・ｓの粘度を有する、請 求項１、２または３に記載の使用。 ５．結合剤を含むセルロースに基づく２次元的製品をコーティングするための水 性組成物において、１〜３の炭素元素を有するアルキル基および２〜３の炭素原 子を有するヒドロキシアルキル基を含む一方、少なくとも４個の炭素原子を有す る炭化水素基は疎水性に改質されていない、３５〜８０℃の範囲において曇点を 有する、水溶性で非イオン性のアルキルヒドロキシアルキルセルロースを含有す ることを特徴とする、組成物。 ６．コーティングスリップの層を塗布するための、請求項５に記載の組成物にお いて、 ０．０５〜３重量％の水溶性で非イオン性のアルキルヒドロキシアルキルセル ロース、５〜３０重量％の結合剤、および５〜６５重量％の顔料を含み、かつ１ ００〜２，５００ｍＰａ・ｓのブルックフィールド粘度および２０〜７０重量％ の乾燥固体含量を有することを特徴とする、組成物。 ７．前記乾燥固体含量に対し、０．０５〜５重量％の水溶性で非イオン性のアル キルヒドロキシアルキルセルロース、７〜１３重量％のラテックス、０〜７重量 ％の２次結合剤、０．１〜２重量％の分散剤、０〜２重量％の保護コロイド、 および７０〜９０重量％の顔料を成分として含有することを特徴とする、請求項 ６に記載の組成物。 ８．５５〜７０重量％の乾燥固体含量を有し、前記ラテックスは少なくとも部分 的にスチレンブタジエンラテックスまたはアクリル酸塩ラテックスからなり、か つ前記顔料は少なくとも部分的に炭酸カルシウムまたはカオリンからなることを 特徴とする、請求項７に記載の組成物。 ９．前記アルキルヒドロキシアルキルセルロースは、４５〜７０℃の範囲の曇点 を有し、２０℃の温度において２％の溶液で測定される粘度が１０〜１０，００ ０ｍＰａ・ｓである、メチルエチルヒドロキシエチルセルロースまたはエチルヒ ドロキシエチルセルロースであることを特徴とする、請求項５〜８のいずれかに 記載の組成物。 １０．セルロースに基づく被覆された２次元的製品を製造するための方法におい て、 ａ） 請求項５〜９のいずれか１項に記載の水性組成物を、アルキルヒドロキ シアルキルセルロースの曇点より低い温度において、前記セルロースに基づく２ 次元的製品に塗布し、 ｂ） 前記組成物で被覆された前記セルロースに基づく製品を加熱の際に乾燥 させ、かつ ｃ） 必要に応じて、カレンダー加工することを特徴とする、方法。