(57)【要約】  本発明は、結合剤の水性分散液と、顔料と、デンプンと、カルボン酸モノマー、アクリレートモノマー、及びポリエトキシル化アラルキルフェノールメタクリレートの構造単位を含む疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンと、を含む、新規のコーティング組成物を提供する。この新規のコーティング組成物は、改善された増粘効率を提供する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の式を有する、１）結合剤の水性分散液と、２）顔料と、３）デンプンと、４）カルボン酸モノマー、アクリレートモノマー、及びポリエトキシル化アラルキルフェノール（メタ）アクリレートの構造単位を含む疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンと、を含む、紙コーティング組成物であって、
Ｈ２Ｃ＝Ｃ（Ｒ）ＣＯ２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ（ＣＨ（Ｒ１）ＣＨ２Ｏ）ｍＲ２
式中、Ｒは、ＨまたはＣＨ３であり、Ｒ１は、メチルまたはエチルであり、Ｒ２は、アラルキルフェニルであり、ｎは、６〜１００の整数であり、ｍは、０〜５０の整数であり、ただし、ｎ≧ｍであり、かつｍ＋ｎが６〜１００であることを条件とする、紙コーティング組成物。
【請求項２】
Ｒ２は、トリスチリルフェニルであり、ｎは、２０〜３０の整数であり、ｍは、０である、請求項１に記載の紙コーティング組成物。
【請求項３】
前記疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンは、前記紙コーティング組成物中の全顔料量の乾燥重量に基づき、０．０１重量％〜１重量％の量で存在する、請求項１に記載の紙コーティング組成物。
【請求項４】
前記顔料は、粘土、二酸化チタン、または炭酸カルシウム、もしくはタルク、もしくはシリカ、もしくはケイ酸アルミニウム、もしくは水和アルミナ、もしくはアルミニウム三水和物、またはこれらの混合物である、請求項１に記載の紙コーティング組成物。
【請求項５】
前記疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンは、前記疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンの乾燥重量に基づき、３５重量％〜５５重量％のメタクリル酸の構造単位、４０重量％〜５５重量％のエチルアクリレートの構造単位、及び０．５重量％〜２０重量％のポリエトキシル化アラルキルフェノールメタクリレートを含む、請求項１に記載の紙コーティング組成物。
【請求項６】
前記結合剤の前記水性分散液は、ａ）アクリルコポリマー、ｂ）スチレンアクリルコポリマー、ｃ）スチレンブタジエンコポリマー、またはｄ）ビニルアクリルコポリマー、及びこれらの混合物の水性分散液である、請求項１に記載の紙コーティング組成物。
【請求項７】
前記結合剤の前記水性分散液は、前記紙コーティング組成物中の前記顔料量の乾燥重量に基づき、３重量％〜２０重量％を構成する、請求項１に記載の紙コーティング組成物。
【請求項８】
前記デンプンは、前記紙コーティング組成物中の顔料の乾燥重量に基づき、０．１重量％〜１０重量％、好ましくは１．０重量％〜９．０重量％、より好ましくは３．０重量％〜７．０重量％を構成する、請求項１に記載の紙コーティング組成物。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のコーティング組成物を含む、コーティングされた紙基材。
【請求項１０】
（ａ）紙基材を形成することと、（ｂ）結合剤の水性分散液、顔料、疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョン、及びデンプンを攪拌しながら混合することを含む、コーティング組成物を形成することとであって、前記疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンは、カルボン酸モノマー、アクリレートモノマー、及びポリエトキシル化アラルキルフェノールメタクリレートの構造単位を含む、形成することと、（ｃ）前記紙基材の１つ以上の表面上に前記コーティング組成物を塗布することと、を含む、コーティングされた紙基材を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙コーティング組成物、及びこの紙コーティング組成物を作製するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
製紙プロセスにおいて、一般に、画像が紙に印刷される前に、紙表面が平滑であり、基紙繊維によって生じる「山及び谷」がないことを確実にするために、コーティング組成物が基紙表面に塗布される。製紙業者は従来、コーティング材料の物理的安定性を向上させ、コーティング重量を制御するための添加剤として、レオロジー変性剤（すなわち、増粘剤）を紙コーティング材料に添加してきた。
【０００３】
この目的で、疎水変性アルカリ可溶性エマルジョン（「ＨＡＳＥ」）ポリマーが、好ましいレオロジー変性剤として典型的に使用される。従来のＨＡＳＥ組成物は、典型的には、非会合性物質として作用する末端基として、直鎖状脂肪族アルキル鎖を有する会合性モノマーを使用する。そのような会合性モノマーの例は、ポリオキシエチレンドデシル−ステアリルメタクリレート、ポリオキシエチレンラウリル−ミリスチルメタクリレートである。
【０００４】
しかしながら、そのような従来のＨＡＳＥポリマーを含有するコーティング組成物が、プレコーティング用途において水溶性添加剤、例えば、デンプンなどと混合される場合、コーティング組成物は、低い低剪断粘度を示す傾向がある。この現象は、所望の粘度レベルに達するためにより多くのＨＡＳＥポリマーを添加する必要があり、したがってさらなる製造コストが発生する。したがって、より高い増粘効率を有するレオロジー変性剤を含有するコーティング組成物を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
驚くべきことに、本発明者らは、新規のコーティング組成物を発見した。他にも用途はあるが、この新規のコーティング組成物は、製紙プロセスのプレコーティング段階中に紙表面に塗布され得る。より具体的には、本発明者らは、一連の実験を通して、疎水性フェニルラジカル末端基を有するある特定の会合性モノマーから作製されたＨＡＳＥポリマーを含有するコーティング組成物が、より良好な低剪断粘度及びより高い増粘効率を有することを発見した。
【０００６】
特に、本発明は、結合剤の水性分散液と、顔料と、デンプンと、カルボン酸モノマー、アクリレートモノマー、及びポリエトキシル化アラルキルフェノール（メタ）アクリレートの構造単位を含む疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョンと、を含む、紙コーティング組成物である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の一実施形態では、本発明のコーティング組成物は、結合剤の水性分散液と、デンプンと、顔料と、ポリエトキシル化アラルキルフェノールで疎水変性されたアルカリ膨潤性エマルジョンと、を含む、紙コーティング組成物である。
【０００８】
結合剤の水性分散液
結合剤の水性分散液は、好ましくは、純粋なアクリルコポリマー、スチレンアクリルコポリマー、スチレンブタジエンコポリマー、またはビニルアクリルコポリマーポリ酢酸ビニル、これらの結合剤の酢酸ビニルエマルジョン混合物から選択される。上記のコポリマーの形成に使用するのに適切な不飽和モノマーは、一般に、ビニル芳香族化合物（例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ｏ−クロロスチレン、及びビニルトルエン）を含むエチレン性不飽和モノマー；１，２−ブタジエン；共役ジエン（例えば、１，３−ブタジエン及びイソプレン）；α，β−モノエチレン性不飽和モノ−及びジカルボン酸またはその無水物（例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ジメタクリル酸、エチルアクリル酸、アリル酢酸、ビニル酢酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、メサコン酸、メチレンマロン酸、シトラコン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、及び無水メチルマロン酸）；１〜１２個の炭素原子を有するアルカノールと３〜６個の炭素原子を有するα，β−モノエチレン性不飽和モノ−及びジカルボン酸のエステル（例えば、エチル、ｎ−ブチル、イソブチル、及び２−エチルヘキシルアクリレート及びメタクリレート、マレイン酸ジメチル、及びマレイン酸ｎ−ブチルなどの、Ｃ１−Ｃ１２、Ｃ１−Ｃ８またはＣ１−Ｃ４アルカノールと、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、またはイタコン酸のエステル）；アクリルアミド及びアルキル置換アクリルアミド（例えば、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチルアクリルアミド、及びＮ−メチル（メタ）アクリルアミド）；（メタ）アクリロニトリル；ハロゲン化ビニル及びビニリデン（例えば、塩化ビニル及び塩化ビニリデン）；Ｃ１−Ｃ１８モノまたはジカルボン酸（例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ｎ−酪酸ビニル、ラウリン酸ビニル及びステアリン酸ビニル）のビニルエステル；２〜５０モルのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、またはこれらの混合物でアルコキシル化された、Ｃ３−Ｃ６モノ−またはジカルボン酸、特にアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、またはそれらの誘導体のＣ１−Ｃ４ヒドロキシアルキルエステル、あるいは２〜５０モルのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、またはこれらの混合物でアルコキシル化されたＣ１−Ｃ１８アルコールとこれらの酸とのエステル（例えば、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、及びメチルポリグリコールアクリレート）；ならびにグリシジル基を含有するモノマー（例えば、グリシジルメタクリレート）である。本明細書で使用される場合、「（メタ）アクリレート」という用語は、アクリレート、メタクリレート、及びこれらの混合物を意味し、本明細書で使用される「（メタ）アクリル」という用語は、アクリル酸、メタクリル酸、及びこれらの混合物を意味する。
【０００９】
モノマーはまた、３〜１０個の炭素原子を有するα，β−モノエチレン性不飽和カルボン酸のＮ−アルキロールアミド、及び１〜４個の炭素原子を有するアルコールとのそのエステル（例えば、Ｎ−メチロールアクリルアミド及びＮ−メチロールメタクリルアミド）；グリオキサールベースの架橋剤；２個のビニルラジカルを含有するモノマー；２個のビニリデンラジカルを含有するモノマー；ならびに２個のアルケニルラジカルを含有するモノマーなどの１つ以上の架橋剤を含むことができる。例示的な架橋性モノマーは、α，β−モノエチレン性不飽和モノカルボン酸を含む二価アルコールのジエステルを含み、次に、そのうちのアクリル酸及びメタクリル酸が用いられ得る。２つの非共役エチレン性不飽和二重結合を含有するそのようなモノマーの例は、アルキレングリコールジアクリレート及びジメタクリレート、例えば、エチレングリコールジアクリレート、１，３−ブチレングリコールジアクリレート、１，４−ブチレングリコールジアクリレート及びプロピレングリコールジアクリレート、ジビニルベンゼン、ビニルメタクリレート、ビニルアクリレート、アリルメタクリレート、アリルアクリレート、ジアリルマレエート、ジアリルフマレート、及びメチレンビスアクリルアミドである。いくつかの実施形態では、架橋性モノマーとしては、アルキレングリコールジアクリレート及びジメタクリレート、および／またはジビニルベンゼンが挙げられる。コポリマーに使用される場合、架橋性モノマーは、全モノマーの重量に基づき０．２重量％〜５重量％の量で存在することができ、コポリマーに使用されるモノマーの総量の一部とみなされる。
【００１０】
架橋性モノマーに加えて、ｔｅｒｔ−ドデシルメルカプタンなどの少量の分子量調節剤（例えば、全乾燥モノマー重量に基づき０．０１重量％〜４重量％）が添加され得る。そのような物質は、好ましくは、重合されるモノマーとの混合物中で重合ゾーンに添加され、コポリマーに使用される不飽和モノマーの総量の一部とみなされる。
【００１１】
ある特定の実施形態では、本発明の紙コーティング組成物中の結合剤分散液の量は、紙コーティング組成物中の全顔料量の乾燥重量に基づき、３重量％〜２０重量％、好ましくは４重量％〜１５重量％、より好ましくは５重量％の〜１０重量％の量で存在してもよい。
【００１２】
顔料
本発明のコーティング組成物はさらに、顔料を含む。ある特定の実施形態では、顔料は、細かい粒子系から粗い粒子径までを有する粘土；焼成粘土；沈降及び重質炭酸カルシウムを含む炭酸カルシウム；アナターゼ及びルチルを含む二酸化チタン；タルク；シリカ；ケイ酸アルミニウム；水和アルミナ；ならびにアルミニウム三水和物を単独で、または２種類以上の組み合わせとしてのいずれかで、スラリーの形態の水性媒体中に分散させたものなどの無機材料である。
【００１３】
通常、乾燥顔料は、顔料スラリーを形成するために、水または溶媒中に最初に分散される。顔料スラリーの調製は、当該技術分野において周知であり、顔料粒子の分散及び安定化を補助するために、ポリアクリル酸または界面活性剤などの分散剤を含んでもよい。
【００１４】
疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョン（ＨＡＳＥ）
本発明のある特定の実施形態では、コーティング組成物は、以下のモノマーの構造単位を含む疎水変性アルカリ膨潤性エマルジョン（ＨＡＳＥ）ポリマーを含む：ａ）ポリマーの乾燥重量に基づき、好ましくは３５重量％〜５５重量％、より好ましくは４０重量％〜５０重量％、最も好ましくは４５重量％〜４９重量％のα，β−エチレン性不飽和カルボン酸モノマー、ｂ）ＨＡＳＥポリマーの乾燥重量に基づき、４０重量％〜５５重量％、好ましくは４２重量％〜５３重量％、より好ましくは４５重量％〜５０重量％のα，β−エチレン性不飽和非イオン性モノマー、；及びｃ）ＨＡＳＥポリマーの乾燥重量に基づき、０．５重量％〜２０重量％、好ましくは１．０重量％〜１５重量％、より好ましくは２．５重量％〜１０重量％のポリエトキシル化アラルキルフェノール（メタ）アクリレート。
【００１５】
α，β−エチレン性不飽和カルボン酸モノマーの好適な例としては、一塩基酸、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、アシルオキシプロピオン酸など、ならびに二塩基酸モノマー、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などが挙げられる。いくつかの実施形態では、二塩基酸モノマーは、一塩基酸の一部分の代わりとして、例えば、最大約１０重量％まで使用される。二塩基酸モノマーのモノエステル、例えば、マレイン酸のモノブチルエステルもまた使用され得る。好ましくは、α，β−エチレン性不飽和カルボン酸モノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、及びこれらの組み合わせである。
【００１６】
好適なα，β−エチレン性不飽和非イオン性モノマーの例としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、及びヒドロキシプロピルメタクリレート；メタクリロニトリル；エタクリロニトリル；メタクリルアミド；メタクリルアミド；アミノ官能性及びウレイド官能性モノマー；アセトアセテート官能基を有するモノマー；スチレン及び置換スチレン；ブタジエン；エチレン、プロピレン、α−オレフィン、例えば、１−デセン；酢酸ビニル、酪酸ビニル、バーサチック酸ビニル、及び他のビニルエステル；ならびにビニルモノマー、例えば、塩化ビニル及び塩化ビニリデンが挙げられる。好ましい例は、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、２−ヒドロキシブチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、酢酸ビニル、アクリロニトリル、及びこれらの混合物である。特に好ましい非イオン性モノマーは、エチルアクリレートである。
【００１７】
ポリエトキシル化アラルキルフェノール（メタ）アクリレートは、一般式：
Ｈ２Ｃ＝Ｃ（Ｒ）ＣＯ２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ（ＣＨ（Ｒ１）ＣＨ２Ｏ）ｍＲ２
を有し、式中、Ｒは、ＨまたはＣＨ３であり、Ｒ１は、Ｃ１−Ｃ２アルキルであり、Ｒ２は、アラルキルフェニルであり、ｎは、６〜１００の整数であり、ｍは、０〜５０の整数であり、ただし、ｎ≧ｍであり、かつｍ＋ｎが６〜１００であることを条件とする。好ましくは、ｍ＝０であり、ｎは、１０〜６０の整数であり、より好ましくは、ｍ＝０であり、ｎは、２０〜４０の整数である。
【００１８】
ポリエトキシル化アラルキルフェノール（メタ）アクリレートの例としては、Ｓｏｌｖａｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．からのポリエトキシル化トリスチリルフェノールメタクリレート（ＳＩＰＯＭＥＲ  ＳＥＭ−２５（６０％活性）ならびにＳＩＰＯＭＥＲ  ＨＰＭ−４００（５０％活性）として市販されている）が挙げられる。
【００１９】
具体的には、本発明の一実施形態では、ＨＡＳＥは、以下の化学構造によって表される、２５個のオキシエチレン（ＥＯ）単位を有するポリエトキシル化トリスチリルフェノールの構造単位を含む。
【００２０】
【化１】
2019513194.tif 000002
【００２１】
ＨＡＳＥポリマーは、当該技術分野において周知のエマルジョン重合によって調製される。本発明のある特定の実施形態では、エマルジョン重合プロセスの一部として、熱またはレドックス開始プロセスのいずれかが使用され得る。好適なフリーラジカル開始剤の例としては、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化カリウム、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、アンモニウム及び／またはアルカリ金属過硫酸塩、過ホウ酸ナトリウム、過リン酸、及びそれらの塩；過マンガン酸カリウム、及びペルオキシ二硫酸のアンモニウムまたはアルカリ金属塩が挙げられる。フリーラジカル開始剤は、典型的には、モノマーの乾燥重量に基づき、０．０１〜３．０重量％のレベルで使用され得る。
【００２２】
好適な還元剤と結合した上記の開始剤を含むレドックス系もまた、エマルジョン重合プロセスで使用され得る。好適な還元剤の例としては、ホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウム、アスコルビン酸、イソアスコルビン酸、硫黄含有酸のアルカリ金属塩及びアンモニウム塩、例えば、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸塩、チオ硫酸塩、ヒドロ亜硫酸塩、硫化物、水硫化物または亜ジチオン酸塩、ホルマジンスルフィン酸、ヒドロキシメタンスルホン酸、重亜硫酸アセトン、グリコール酸、グリオキシル酸水和物、乳酸、グリセリン酸、リンゴ酸、酒石酸、ならびに上記の酸の塩が挙げられる。鉄、銅、マンガン、銀、白金、バナジウム、ニッケル、クロム、パラジウム、またはコバルトの金属塩を触媒するレドックス反応が使用され得る。例えば、フリーラジカル開始剤、酸化剤、還元剤、中和剤、及び分散剤などの他の添加剤が、重合反応の前、最中、または後に添加されてもよい。
【００２３】
ある特定の実施形態では、中和剤は、ｐＨを制御するために、反応期間中または反応期間後の水性エマルジョンポリマーに添加され得る。中和剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、リン酸塩、有機アミン、例えば、アルキルヒドロキシルアミン、及びアンモニアなどの無機塩基から選択され得る。
【００２４】
好ましくは、本発明の水性組成物中の高固形分を確実にするために、連鎖移動剤、例えば、ｎ−ドデシルメルカプタンが、モノマー混合物の乾燥重量に基づき、０．０１重量％〜０．３重量％、またはより好ましくは、０．０１重量％〜０．２重量％、より好ましくは０．０１重量％〜０．１重量％の量で使用されるべきである。そのような少量の連鎖移動剤をエマルジョンコポリマー中で使用することによって、起こり得る水膨潤の増大または伸長能力の低下を回避する。
【００２５】
他の好適な界面活性剤としては、スチレン化フェノール硫酸塩、例えば、Ｈｉｔｅｎｏｌ（商標）ＢＣ−１０２５（Ｍｏｎｔｅｌｌｏ  ｉｎｃ．，Ｔｕｌｓａ，ＯＫから）、Ａｅｒｏｓｏｌ（商標）ＮＰＥＳ−９３０（ポリオキシエチレン）ノニルフェノール（ＮＰ）硫酸アンモニウム（Ｃｙｔｅｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｗｏｏｄｌａｎｄ  Ｐａｒｋ，ＮＪから）、エトキシル化スチレン化フェノール硫酸塩、例えば、Ｅ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＲＳ−１５９６及びＥ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＲＳ−１６１８（Ｅｔｈｏｘ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ，ＳＣから）、ならびにドデシルアリルスルホコハク酸ナトリウム、例えば、ＴＲＥＭ（商標）ＬＦ−４０（Ｃｏｇｎｉｓ，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，ＯＨから）などが挙げられ得る。
【００２６】
ある特定の実施形態では、本発明の紙コーティング組成物中のＨＡＳＥの量は、紙コーティング組成物中の全顔料量の乾燥重量に基づき、０．０１重量％〜１重量％、好ましくは０．０３重量％〜０．６重量％、より好ましくは０．０５重量％〜０．４重量％の量で存在してもよい。
【００２７】
デンプン
本発明のある特定の実施形態では、コーティング組成物は、デンプンをさらに含む。本明細書で使用される場合、「デンプン」は、トウモロコシ、小麦、エンドウマメ、ジャガイモ、米、タピオカ、及び業界で既知の他のものなど、様々な供給源のうちの１つ以上に由来し得るデンプンまたは小麦粉として既知の物質を包含する。デンプンは、置換または非置換であってもよい。２種類以上のデンプンの組み合わせが使用され得る。
【００２８】
一実施形態では、デンプンは、薄化デンプンである。「薄化デンプン」は、例えば、酸または化学的加水分解、酵素的加水分解、機械的力、または他の手段によって、分子量が低下したデンプンを意味する。本発明のいくつかの実施形態で使用するのに好適なデンプン製品の例は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｒｃｈ  ＆  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ製である。
【００２９】
一実施形態では、本発明の紙コーティング組成物中のデンプンは、紙コーティング組成物中の顔料量の乾燥重量に基づき、０．１重量％〜１０重量％、好ましくは１重量％〜９重量％、より好ましくは３重量％〜７重量％の量で存在してもよい。
【００３０】
コーティング組成物
本発明のコーティング組成物は、紙コーティング分野において周知の技術によって調製され得る。一実施形態では、本発明のコーティング組成物を調製するプロセスは、結合剤の水性分散液、顔料スラリー、デンプン溶液、ＨＡＳＥポリマー、及び水を混合することを含んでもよい。ｐＨを制御するために、中和剤が分散液に添加される。上記のように他の任意の構成成分もまた添加され得る。コーティング組成物中の構成成分は、本発明のコーティング組成物を提供するために任意の順序で混合され得る。また、上記の任意の構成成分のいずれも、コーティング組成物を形成するために、混合中または混合前に組成物に添加され得る。ある特定の実施形態では、コーティング組成物中の固形分の量は、コーティング組成物の総重量に基づき、３０重量％〜７５重量％である。ある特定の実施形態では、本発明のコーティング組成物は、分散剤、ＯＢＡ、染料、殺生物剤、共溶媒、及び界面活性剤を含んでもよい。
【００３１】
紙コーティング組成物は、当該技術分野において周知の技術によって紙基材に塗布されてもよい。例えば、紙基材を形成した後、紙コーティング組成物は、メタリングサイズプレスなどの回転アプリケータ、短滞留時間アプリケータなどのブレードコータ、エアーナイフコータ、ジェットアプリケーターなどのスロットダイコータ、またはブラシを用いて塗布されてもよい。高速塗布のための好ましいコーティング方法としては、ブレードコータ及びメタリングサイズプレスが挙げられる。
【００３２】
上述のように、本発明のコーティング組成物は、製紙プロセス中のプレコーティング材料としての使用に特に好適である。加えて、本発明の水性コーティング組成物は、単独で、または他のコーティングと組み合わせて、紙表面上に多層コーティングを形成するために使用され得る。
【実施例】
【００３３】
以下の実施例は、本発明の利点を例示する。特に明記しない限り、全ての条件が標準圧力及び室温である。
【００３４】
使用される原材料
以下の表１は、本発明及び比較のコーティング組成物を作製するために使用される結合剤分散液を列挙する。同様に、以下の表２は、本発明及び比較のコーティング組成物中のＨＡＳＥポリマーを作製するために使用される代表的な原材料を列挙する。以下の表３は、本発明及び比較のコーティング組成物を作製するために、結合剤分散液及びＨＡＳＥポリマーに添加され得る追加の材料を示す。表１〜３は、これらの化学物質の頭字語、各材料の機能、及びこれらの材料が得られ得る商業的供給元を示す。
【００３５】
【表１】
2019513194.tif 000003
【００３６】
【表２】
2019513194.tif 000004
【００３７】
【表３】
2019513194.tif 000005
【００３８】
分析法
本発明及び比較のコーティング組成物試料の粘度を分析した。具体的に、コーティング組成物の低剪断粘度を表すブルックフィールド（ＢＦ）粘度（ｃｐｓで測定）は、スピンドル５を用いて５０ｒｐｍの低剪断速度で、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計ＤＶ−ＩＩ  ＋  Ｐｒｏ  ＥＸＴＲＡデバイスによって測定される。一般に、より高いブルックフィールド粘度読み取り値は、より良好な増粘効率を示す。
【００３９】
試料調製
１．比較及び本発明のコーティング組成物のためのデンプン溶液
１００グラムのデンプン粉末を、５分間２００〜１５００ｒｐｍで撹拌することによって１８６グラムの脱イオン水中に分散させ、次いで５００〜２０００ｒｐｍで連続的に撹拌しながら２０分間、９０〜９５℃に加熱した。粉末を溶解した後、デンプン水溶液を得た。
【００４０】
２．本発明のコーティング組成物用のＨＡＳＥの調製
機械的撹拌機、窒素スイープ、熱電対、及びコンデンサーを備えた５リットルの四つ口フラスコに、５００．００グラムの脱イオン水及び１６．１０グラムのＤＩＳＰＯＮＩＬ  ＦＥＳ  ３２乳化剤を充填する。フラスコを８６℃に加熱する。１．１２グラムの過硫酸アンモニウム（ＡＰＳ）を１６グラムの脱イオン水に溶解し、フラスコに添加して重合プロセスを開始する。２分間待ち、次いで２９１．９０グラムのＥＡ、２８７．８０グラムのＭＡＡ、５１．７５グラムのＳＩＰＯＭＥＲ  ＳＥＭ−２５、６００．００グラムの脱イオン水中で混合した１６．１０グラムのＤＩＳＰＯＮＩＬ  ＦＥＳ  ３２乳化剤を含むモノマー混合物をフラスコに添加し、かつ５８．０グラムの脱イオン水に溶解した０．３４グラムのＡＰＳからなる開始剤混合物の追加充填を、フラスコの温度を８６℃で維持しながら、８０分間にわたってモノマー混合物と共にフラスコに同時供給する。
【００４１】
その後、フラスコの温度を１０分間８６℃で保持し、次いで６０℃に冷却した。次いで、２０．０グラムのＦｅＳＯ４溶液（０．１５％）、１０．００グラムの脱イオン水中で混合した０．４２グラムのｔ−ＢＨＰ、及び１４．００グラムの脱イオン水中で混合した０．２１グラムのＩＡＡからなるチェイサー混合物を、フラスコに添加した。１５分間６０℃で保持した後、同量のチェイサー混合物を再びフラスコに充填した。次いで、フラスコを４０℃に冷却し、１３０．００グラムの脱イオン水中で混合した１．１グラムの酢酸ナトリウムの緩衝溶液を１０分間にわたってフラスコに添加した。その後、１２グラムの脱イオン水中に混合した３．７１グラムのＫＡＴＨＯＮ  ＬＸ殺生物剤（１．５％活性）からなる殺生物剤溶液を１０分間にわたってフラスコに添加した。重合プロセスの完了後、得られたＨＡＳＥエマルジョンを周囲温度に冷却し、３２５メッシュサイズのスクリーンを通して濾過した。
【００４２】
上記の手順は、本発明のコーティング組成物１で使用されるＨＡＳＥポリマーを作製するための方法を例示し、それは、その組成物中に５％のＳＩＰＯＭＥＲ  ＳＥＭ−２５を含有するＨＡＳＥポリマーをもたらす。
【００４３】
本発明のコーティング組成物２で使用されるＨＡＳＥポリマーを作製するための手順は、その組成物中７％のＳＥＭ−２５を除いて、実質的に同様である。
【００４４】
３．比較のコーティング組成物用のＨＡＳＥの調製
いくつかの比較のコーティング組成物を、本発明の利点を実証するために調製した。とりわけ、これらの比較のコーティング組成物で使用されるＨＡＳＥポリマーを作製するための手順は、本発明のコーティング組成物に関して上記したものと同様である。
【００４５】
１つの著しい違いは、ＨＡＳＥを作製するための会合性モノマーとしてＳＩＰＯＭＥＲ  ＳＥＭ−２５を使用する代わりに、ポリオキシエチレンセチル−ステアリルメタクリレートが、比較のコーティング組成物１用のＨＡＳＥを作製するためにＥＡ及びＭＡＡと共に使用されることである。複数の疎水性アルキルフェニル基を含有するＳＩＰＯＭＥＲ  ＳＥＭ−２５とは異なり、ポリオキシエチレンセチル−ステアリル（Ｃ１６−１８）メタクリレートは、直鎖アルキル鎖である。比較のコーティング組成物１に関して、それは、その組成物中に５％のポリオキシエチレンセチル−ステアリルメタクリレートを含有する。
【００４６】
同様に、比較のコーティング組成物２である、ポリオキシエチレンベヘニル−トリコシルメタクリレート（ＳＩＰＯＭＥＲ  ＢＥＭとして商業的に入手可能）が、そのコーティング組成物用のＨＡＳＥポリマーを作製するためにＥＡ及びＭＡＡと共に使用される。比較のコーティング組成物１で使用されるポリオキシエチレンセチル−ステアリルメタクリレートと同様に、ポリオキシエチレンベヘニル−トリコシル（Ｃ２２−２３）メタクリレートもまた、より長い炭素鎖を有することを除いて直鎖アルキルラジカルである。比較のコーティング組成物２に関して、それは、その組成物中に３％のポリオキシエチレンベヘニル−トリコシルメタクリレートを含有する。
【００４７】
４．コーティング組成物の調製
デンプン溶液、顔料スラリー、及びＨＡＳＥポリマーを調製した後、本発明及び比較のコーティング組成物を作製した。本発明のコーティング組成物１を作製するために、４００グラムの顔料スラリー（炭酸カルシウムスラリー）を、室温で、５５．７グラムのデンプン溶液ならびに３６グラムのスチレン−ブタジエン結合剤と、３００ｒｐｍで常に撹拌しながら１Ｌのバレル中で混合した。次いで、１．６グラムの水酸化ナトリウム（１０％活性）を混合物にゆっくり添加して、コーティング組成物のｐＨを９超に上昇させた。同時に、０．８グラムのＨＡＳＥを、同量の脱イオン水で希釈し、次いでコーティング組成物に添加して、コーティング組成物の固形分率を６８％に低下させた。最後に、コーティング組成物を８００ｒｐｍで８分間撹拌した後、ブルックフィールド粘度を試験した。
【００４８】
本発明のコーティング組成物２、比較のコーティング組成物１、及び比較のコーティング組成物２を作製するために、上記と同じ手順を使用した。
【００４９】
分析結果
以下の表４は、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計上の粘度読み取り値の観点から,測定された本発明のコーティング組成物及び比較のコーティング組成物の増粘効率を比較する。
【００５０】
【表４】
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【００５１】
上記の表４に示されるように、コーティング組成物に導入されるＨＡＳＥポリマーは同じ割合で、本発明のコーティング組成物１及び２は、比較のコーティング組成物１及び２よりもはるかに高い増粘効率を示す。これらの結果は、ＨＡＳＥポリマー中の会合性モノマーの炭素鎖長の変動が、比較のコーティング組成物１及び２の両方におけるより低い増粘効率によって実証されるように、増粘効率にいかなる好影響も及ぼさないことを示す。
【００５２】
むしろ、ＨＡＳＥポリマーが、末端基としてポリエトキシル化トリスチリルフェノールを有する会合性モノマーから作製される場合（本発明のコーティング組成物１及び２の場合のように）、コーティング組成物は、増粘効率の大幅な改善を示す。そのような増粘効率の改善は、コスト削減をもたらす。
【国際調査報告】
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