(57)【要約】  本発明は、製紙用添加剤として有用なポリマーに関する。本発明はさらに、そのような添加剤の製造方法および使用方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙用添加剤として有用なカチオン性ポリマーであって、
（１）式（Ｉ）、式（Ｉａ）、およびそれらの組合せからなる群より選択されるビニルモノマーであって、ここで式（Ｉ）および式（Ｉａ）は以下のものである：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−      （Ｉａ）
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）；および
（３）式（ＩＩＩ）、（ＩＩＩａ）、およびそれらの組合せからなる群より選択されるビニルモノマーであって、ここで式（ＩＩＩ）および（ＩＩＩａ）は以下のものである：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩａ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１〜４（両端を含む）であり、ｍは１または２である）、
を共重合させることにより得られるポリマー。
【請求項２】
前記ポリマーが少なくとも１から９９モル％までのカチオン電荷を有する、請求項１に記載のポリマー。
【請求項３】
前記ポリマーが、１〜３０モルパーセントの範囲でメタクリル酸２−ヒドロキシエチルを含む、請求項１に記載のポリマー。
【請求項４】
前記ポリマーが、平均分子量１０，０００〜３，０００，０００ダルトンの範囲の分子量を有する、請求項１に記載のポリマー。
【請求項５】
前記ポリマーが架橋されているか、あるいは分岐状である、請求項１に記載のポリマー。
【請求項６】
製紙用添加剤として有用な両性ポリマーであって、
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
または
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩａ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１または４であり、ｍは１または２である）；および
（４）次式のアニオン性ビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ７ＣＯＯＲ８      （ＩＶ）
（ここで、Ｒ７は水素原子またはメチル基であり、Ｒ８は水素原子、アルカリ金属、またはアンモニウム基である）、
を共重合させることにより得られるポリマー。
【請求項７】
前記ポリマーが、０〜４０モルパーセントの範囲のアニオン電荷を有する、請求項６に記載のポリマー。
【請求項８】
方法であって、以下の
（ａ）紙原料を備える工程と、
（ｂ）前記紙原料に以下の（ｉ）から（ｉｉｉ）のものを含む組成物を添加する工程と、
（ｃ）前記紙原料からウェブを形成させる工程であって、
ここで前記ウェブが、カチオン性ポリマー無しで製造したウェブに比較して、改良されたサイジング効率を示すような工程と、を含む方法であって、
上記（ｂ）の工程の組成物は、
（ｉ）合成サイジング剤、および
（ｉｉ）以下の（１）から（３）のものを共重合させることによって得られる、紙添加剤として有用なカチオン性ポリマーを含むポリマー：
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−      （Ｉａ）
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ
（ここでＲ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１〜４（両端を含む）であり、ｍは１または２である）
（ｉｉｉ）水またはデンプン溶液、を含む方法。
【請求項９】
前記ポリマーが少なくとも１から９９モル％までのカチオン電荷を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ポリマーが、１〜３０モルパーセントの範囲でメタクリル酸２−ヒドロキシエチルを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記合成サイジング剤：ポリマーが、１：０．０５から、１：１までの範囲の重量比で添加される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記合成サイジング剤が乳化されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記合成サイジング剤が、アルケニルコハク酸無水物、アルキルケテンダイマー、アルケノケテンダイマー、アルキルイソシアネート、アルキル無水物、およびそれらの組合せからなる群より選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記合成サイジング剤が、前記カチオン性ポリマーと組み合わせて添加される、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
温度が２０℃〜４０℃の範囲である、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記合成サイジング剤が、ポリマーを含むエマルションとして、またはポリマーとデンプンとを含むエマルションとして添加される、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
インキ浸透試験またはコッブ試験によって測定して、サイジング効率：水の紙に対する抵抗性が増加する、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
前記合成サイジング剤が、界面活性剤を含むサイジングエマルションとして添加され、前記エマルションが、低剪断条件下で調製される、請求項８に記載の方法。
【請求項１９】
前記合成サイジング剤が、界面活性剤を含むサイジングエマルションとして添加され、前記エマルションが、高剪断条件下で調製される、請求項８に記載の方法。
【請求項２０】
紙がポリマー無しで調製された場合に比較して、前記サイジング効率の改良が１０〜２００パーセント以上の範囲である、請求項８に記載の方法。
【請求項２１】
５０〜１５００秒の範囲のインキ浸透性を有している、請求項８の方法により製造される紙。
【請求項２２】
１５〜２００グラム／ｍ２の範囲のコッブ値を有している、請求項８の方法により製造される紙。
【請求項２３】
前記合成サイジング剤が、０．１ｋｇ／メトリックトン〜１０ｋｇ／メトリックトン、または０．５ｋｇ／メトリックトン〜５ｋｇ／メトリックトン、または１ｋｇ／メトリックトン〜４ｋｇ／メトリックトンの範囲の添加量で適用される、請求項８に記載の方法。
【請求項２４】
方法であって、以下の
（ａ）紙原料を備える工程と、
（ｂ）前記紙原料に以下の（ｉ）から（ｉｉｉ）のものを含む組成物を添加する工程と、
（ｃ）前記紙原料からウェブを形成させる工程であって、
ここで前記ウェブが、両性ポリマー無しで製造したウェブに比較して、改良されたサイジング効率を示すような工程と、を含む方法であって、
前記（ｂ）の工程の組成物は、
（ｉ）合成サイジング剤、および
（ｉｉ）紙用添加剤として有用な両性ポリマーであって、以下の（１）から（４）を共重合させることにより得られるポリマー、および
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ
または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１または４であり、ｍは１または２である）、
（４）次式のアニオン性ビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ７ＣＯＯＲ８      （ＩＶ）
（ここで、Ｒ７は水素原子またはメチル基であり、Ｒ８は水素原子、アルカリ金属、またはアンモニウム基である）、
（ｉｉｉ）水またはデンプン溶液と、を含む方法。
【請求項２５】
紙添加剤として有用なカチオン性ポリマーを製造するための方法であって、
前記方法が、
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２ＸＣｌ−      （Ｉａ）
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩａ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１〜４（両端を含む）であり、ｍは１または２である）、
を共重合させることを含む、方法。
【請求項２６】
紙添加剤として有用な両性ポリマーを製造するための方法であって、
前記方法が、
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（ＣＨ３）２Ｃｌ−      （Ｉａ）
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩａ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１または４であり、ｍは１または２である）、
を共重合させることを含む方法。
【請求項２７】
方法であって、以下の
（ａ）紙原料を備える工程と、
（ｂ）前記紙原料からウェブを形成させる工程と、
（ｃ）前記ウェブに以下の（ｉ）から（ｉｉｉ）のものを含む組成物を添加する工程と、を含む方法であって、
前記（ｃ）の工程の組成物は、
（ｉ）アルケニルコハク酸無水物と、
（ｉｉ）紙添加剤として有用なカチオン性ポリマーであって、以下の（１）から（３）のものを共重合させることにより得られるポリマーと、
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−      （Ｉａ）
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＯＨ（ＣＨ２）ＯＨ      （ＩＩＩａ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１〜４（両端を含む）であり、ｍは２または３である）、
（ｉｉｉ）水またはデンプン溶液と、
を含む方法。
【請求項２８】
方法であって、以下の
（ａ）紙原料を備える工程と、
（ｂ）前記紙原料からウェブを形成させる工程と、
（ｃ）前記ウェブに以下の（ｉ）から（ｉｉｉ）のものを含む組成物を添加する工程と、を含む方法であって、
前記（ｃ）の工程の組成物は、
（ｉ）アルケニルコハク酸無水物と、
（ｉｉ）紙添加剤（１）として有用な両性ポリマーであって、以下の（１）から（４）を共重合させることにより得られるポリマーと、
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−      （Ｉａ）
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩａ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１または４であり、ｍは１または２である）、
（４）次式のアニオン性ビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ７ＣＯＯＲ８      （ＩＶ）
（ここで、Ｒ７は水素原子またはメチル基であり、Ｒ８は水素原子、アルカリ金属、またはアンモニウム基である）、
（ｉｉｉ）水またはデンプン溶液と、
を含む方法。
【請求項２９】
前記紙が、アニオン性ポリマー、ノニオン性ポリマー、およびそれらの組合せからなる群より選択されるポリマーを用いてさらに処理される、請求項２８に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙添加剤において有用なポリマーに関する。
【背景技術】
【０００２】
紙に関して「サイジング」という用語は、繊維質基材の、紙のシートへの液体の浸潤または浸透に対する抵抗能力を表す。アルケニルコハク酸無水物（ＡＳＡ）セルロース反応性サイジング剤の水性分散体は、紙およびボール紙製造工業において、印刷用および筆記用グレードならびに漂白および非漂白のボール紙グレードを含めて広い範囲のグレードにおいて、多年にわたって使用されてきた。セルロース反応性アルケニルコハク酸無水物エマルションは、紙およびボール紙製品に疎水性を付与する。
【０００３】
サイジング性能を得るために使用される化学物質は、内部サイズ剤、表面サイズ剤のいずれかとして公知である。内部サイズ剤は、ロジン系サイズ剤、合成サイズ剤たとえばアルケニルコハク酸無水物、またはその他のサイズ剤のいずれかとすることができる。内部サイズ剤は、紙パルプに、シート形成より前に添加される。表面サイズ剤は、紙シートが形成された後に添加されるサイジング剤であって、最も一般的にはサイズプレスにおいて添加されるが、スプレー塗布を使用してもよい。
【０００４】
合成サイジング剤、たとえばアルケニルコハク酸無水物サイジング剤は通常、カチオン性または両性の親水性物質、たとえばデンプンまたはポリマーの中にそれを分散させることによって塗布される。デンプンまたはポリマー分散アルケニルコハク酸無水物サイジングエマルションは、ペーパーウェブの形成より前に、パルプスラリーに添加されてきた。製紙システムに対する、アルケニルコハク酸無水物サイジングエマルションのこのタイプの添加は一般に、アルケニルコハク酸無水物のウェットエンド（ｗｅｔ−ｅｎｄ）添加または内部添加と呼ばれている。
【０００５】
製紙業者らは、公知のポリマーとは異なり、好ましくは紙製品のサイジング効率を向上させるようなカチオン性または両性ポリマーからのメリットを享受することとなるであろう。残念ながら、公知の方法および組成物では、製紙業者がこの目的を達成することは不可能であった。公知の組成物および方法では、紙製品をサイジングするためには、不当に大量の原料を必要としていた。製紙業者はサイジング効率の改良に迫られていて、そのため、常にサイジング効率を改良するための製品と方法を開発する必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような理由から、紙製品のサイジング効率を改良する紙添加剤を開発する必要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、製紙用添加剤として有用なカチオン性ポリマーに関し、それを得るには以下のものを共重合させる：
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−      （Ｉａ）
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）；および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩａ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１〜４（両端を含む）であり、ｍは１または２である）。
【０００８】
また別な実施態様においては、本発明は、製紙用添加剤として有用な両性ポリマーに関し、それを得るには以下のものを共重合させる：
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）  
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−      （Ｉａ）
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩａ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１または４であり、ｍは１または２である）；および
（４）次式のアニオン性ビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ７ＣＯＯＲ８      （ＩＶ）
（ここで、Ｒ７は水素原子またはメチル基であり、Ｒ８は水素原子、アルカリ金属、アンモニウム基である）。
【０００９】
また別な実施態様においては、本発明は、カチオン性ポリマーを製造するための方法、または両性ポリマーを製造するための方法に関する。
【００１０】
また別な実施態様においては、本発明は、以下の工程を含む方法に関する。すなわち、（ａ）紙原料を備える工程と、（ｂ）前記紙原料に、（ｉ）合成サイジング剤および（ｉｉ）上述のカチオン性ポリマーまたは両性ポリマーを含む組成物を添加する工程と、および（ｃ）前記紙原料からウェブを形成させ、そのウェブが、カチオン性ポリマー無しで製造したウェブに比較して、改良されたサイジング効率を示すようにする工程と、を含む方法である。
【００１１】
本発明のこれらおよびその他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求項を参照することにより、より良く理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、ある種のカチオン性ポリマーまたは両性ポリマーを使用することによって、紙製品のサイジング効率を向上させることが今や可能となった、という驚くべき発見に基づいている。
【００１３】
本明細書および特許請求項において使用される、成分の量、反応条件などについてのすべての数値または表現は、実施例における以外、あるいは特に断らない限り、すべての場合において「約」という用語によって、修正可能であると理解されたい。本特許出願明細書においては、各種の数値範囲が開示されている。それらの範囲は連続であるので、その最小値と最大値の間のすべての数値が含まれる。例外であると明示されていない限り、本出願において特定される各種の数値範囲は、概略である。
【００１４】
本明細書で使用するとき、「紙（ｐａｐｅｒ）」という用語は、繊維質基材を含むことを意味し、それには、その用語が一般的に使用されている紙だけではなく、たとえばボール紙および板紙も含めて、シートまたはウェブの形態となったすべてのタイプのセルロース系の製品が含まれる。サイジング組成物を、場合によっては鉱物質充填剤と組み合わせて、セルロース繊維を含む各種の紙原料に添加してよく、セルロース繊維の含量は通常、乾燥紙原料を基準にして、少なくとも５０重量％である。慣用されるタイプの鉱物質充填剤の例としては、カオリン、チャイナクレー、二酸化チタン、セッコウ、タルク、ならびに天然および合成炭酸カルシウムたとえば、チョーク、摩砕大理石および沈降炭酸カルシウムなどが挙げられる。
【００１５】
本発明のカチオン性ポリマーを得るには、以下のものを共重合させる：
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−      （Ｉａ）
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）；および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩａ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１〜４（両端を含む）であり、ｍは１または２である）。
【００１６】
合成サイジング剤は、所望のサイジング性能を付与することが可能なものであれば、いかなるサイジング剤であってもよい。好適なサイジング剤としては、アルケニルコハク酸無水物（ＡＳＡ）およびアルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）、およびアルケノケテンダイマー、アルキルイソシアネート、およびアルキル無水物などが挙げられる。
【００１７】
ビニルモノマー（Ｉ）は、アルキルハライドまたはアルキルスルフェートを用いて、アクリル酸またはメタクリル酸のジアルキルアミノアルキルエステルを四級化させることにより製造される、四級アンモニウム基含有ビニルモノマーであってよい。ビニルモノマー（Ｉ）の具体例としては、アクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどから得られる四級化した生成物が挙げられる。四級化剤の例としては、塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、臭化エチルなどが挙げられる。
【００１８】
ビニルモノマー（Ｉａ）としては、塩化ジアリルジメチルアンモニウムが挙げられる。
【００１９】
ビニルモノマー（ＩＩ）としては、アクリルアミドおよびメタクリルアミドが挙げられる。これらのモノマーは、重合性が高いので、得られるポリマーの分子量を上昇させるのに効果がある。それらはさらに、得られるポリマーの水溶性を改良するのにも有効である。
【００２０】
ビニルモノマー（ＩＩＩ）としては、（メタ）アクリル酸ヒドロキシメチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシプロリルおよび（メタ）アクリル酸ヒドロキシブチルなどが挙げられる。
【００２１】
ビニルモノマー（ＩＩＩａ）としては、（メタ）アクリル酸２，３−ジヒドロキシプロピルおよび（メタ）アクリル酸３，４−ジヒドロキシブチルを挙げることができる。
【００２２】
カチオン性ポリマーのカチオン電荷は、少なくとも１モル％から９９モル％までの範囲である。
【００２３】
一つの実施態様においては、そのカチオン性ポリマーは、１〜３０モルパーセントの範囲のメタクリル酸２−ヒドロキシエチルを含む。また別な実施態様においては、そのカチオン性ポリマーは、２〜２０モルパーセントの範囲のメタクリル酸２−ヒドロキシエチルを含む。また別な実施態様においては、そのカチオン性ポリマーは、５〜１０モルパーセントの範囲のメタクリル酸２−ヒドロキシエチルを含む。
【００２４】
必須という訳ではないが、そのカチオン性ポリマーは架橋されていたり、分岐状であってもよい。
【００２５】
通常、本発明の両性ポリマーを得るには、以下のものを共重合させる：
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩａ）
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１または４であり、ｍは１または２である）；および
（４）次式のアニオン性ビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ７ＣＯＯＲ８      （ＩＶ）
（ここで、Ｒ７は水素原子またはメチル基であり、Ｒ８は水素原子、アルカリ金属、アンモニウム基である）。
【００２６】
アニオン性ビニルモノマー（ＩＶ）には、アクリル酸またはメタクリル酸が含まれていてもよい。
【００２７】
その両性ポリマーは、０〜４０モルパーセントの範囲のアニオン電荷を有しているのが好ましい。
【００２８】
カチオン性ポリマーまたは両性ポリマーの分子量は、当面の必要性に応じて変化する。一つの実施態様においては、そのカチオン性ポリマーまたは両性ポリマーは、１０，０００〜３，０００，０００ダルトン平均分子量の範囲の分子量を有する。また別な実施態様においては、そのカチオン性ポリマーまたは両性ポリマーは、１００，０００〜２，０００，０００ダルトン平均分子量の範囲の分子量を有する。また別な実施態様においては、そのカチオン性ポリマーまたは両性ポリマーは、１００，０００〜１，０００，０００ダルトン平均分子量の範囲の分子量を有する。本明細書に記載する分子量は重量基準である。
【００２９】
共重合させるビニルモノマーの比率は、得られるポリマーに期待される性質、使用するモノマーの種類、採用される重合モードなどに応じて、変えることができる。しかしながら、ビニルモノマー（Ｉ）、（ＩＩ）、（ＩＩＩ）、（ＩＶ）のモル比は通常、約（１〜９９）：（１〜９９）：（１〜３０）：（０〜４０）、または約（１〜１０）：（１〜８５）：（２〜１０）：（０〜５）である。
【００３０】
それらのビニルモノマーの共重合は、水性媒体中、触媒の存在下で、自体公知の慣用の手順たとえば、溶液重合、乳化重合または沈殿重合により実施することができる。
【００３１】
溶液重合の場合には、反応媒体としては水、低級アルコールまたはそれらの混合物を使用してよいが、それらの中では水を使用するのが特に好ましい。水性媒体中のビニルモノマーの全濃度は、約５重量％から８０重量％までとすることができる。ビニルモノマーの全濃度または組成に依存して、流動性のある液体から流動性のない固体までの範囲の形態で、ポリマーを製造することができる。その生成物が液体である場合には、それをそのまま使用してもよい。その生成物が固体である場合には、必要に応じてそれを粉砕し、次いで粉体物質が得られるまで乾燥させる。
【００３２】
使用する場合、本発明は、価値のある方法を提供する。一つの実施態様においては、本発明は以下の工程を含む方法に関する。すなわち、（ａ）紙原料を備える工程と、（ｂ）以下のものを含む組成物を紙原料に添加する工程：（ｉ）合成サイジング剤、および（ｉｉ）以下のものを共重合させることにより得られる紙添加剤として有用なカチオン性ポリマー：
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ
（ここでＲ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１〜４（両端を含む）であり、ｍは１または２であり、（ｉｉｉ）水またはデンプン溶液、ならびに
（ｃ）前記紙原料からウェブを形成させ、そのウェブが、カチオン性ポリマー無しで製造したウェブに比較して、改良されたサイジング効率を示すようにする工程と、を含む方法である。
【００３３】
本発明の両性ポリマーを使用する場合には、本発明は、以下の工程を含む方法を提供する。すなわち、（ａ）紙原料を備える工程と、（ｂ）以下のものを含む組成物をその紙原料に添加する工程：（ｉ）合成サイジング剤、および（ｉｉ）以下のものを共重合させることにより得られる、紙添加剤として有用な両性ポリマー：
（１）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ１−ＣＯＡ（ＣＨ２）ｎＮ＋Ｒ２Ｒ２Ｒ３Ｘ−      （Ｉ）
または
（ＣＨ２＝ＣＨＣＨ２）２Ｎ＋（Ｒ２）２Ｘ−
（ここで、Ｒ１は水素原子またはメチル基であり、Ａは酸素原子またはＮＨ基であり、ｎは２または３であり、Ｒ２およびＲ３はそれぞれメチル基またはエチル基であり、Ｘは塩素原子、臭素原子であるか、またはＸ−は硫酸メチルイオンである）；および
（２）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ４−ＣＯＮＨ２      （ＩＩ）
（ここで、Ｒ４は水素原子またはメチル基である）、および
（３）次式のビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ５ＣＯＯ（ＣＨ２）ｎＯＨ      （ＩＩＩ）
または
ＣＨ２＝ＣＲ６ＣＯＯ（ＣＨ２）ｍＣＨＯＨＣＨ２ＯＨ      （ＩＩＩａ）      
（ここで、Ｒ５およびＲ６は水素原子またはメチル基であり、ｎは１または４であり、ｍは１または２である）；
（４）次式のアニオン性ビニルモノマー：
ＣＨ２＝ＣＲ７ＣＯＯＲ８      （ＩＶ）
（ここで、Ｒ７は水素原子またはメチル基であり、Ｒ８は水素原子、アルカリ金属、アンモニウム基である）；
（ｉｉｉ）水またはデンプン溶液、ならびに
（ｃ）前記紙原料からウェブを形成させ、そのウェブが、両性ポリマー無しで製造したウェブに比較して、改良されたサイジング効率を示すようにする工程と、を含む方法である。
【００３４】
本発明のポリマーを紙の表面に添加する場合、本発明は、以下の工程を含む方法を提供する。すなわち、（ａ）紙原料を備える工程と、（ｂ）前記紙原料からウェブを形成する工程と、（ｃ）そのウェブにカチオン性ポリマーまたは両性ポリマー組成物を添加する工程と、を含む方法である。そのようなポリマーを繊維質基材の表面に添加するが、それには、たとえばサイズプレス塗布法、スプレー法および／または水ボックス塗布（ｗａｔｅｒ  ｂｏｘ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）法などが挙げられる。
【００３５】
紙の表面を処理する実施態様においては、アニオン性またはノニオン性ポリマーを使用してもよい。この実施態様においては、ノニオン性ポリマーは、式（ＩＩ）および（ＩＩＩ）および／または（ＩＩＩａ）のビニルモノマーを共重合させることにより得られる。アニオン性ポリマーは、式（ＩＩ）、および（ＩＩＩ）、および／または（ＩＩＩａ）、および（ＩＶ）のモノマーを共重合させることにより、得ることができる。
【００３６】
合成サイジング剤は、各種の量で適用することができる。たとえば、合成サイジング剤は一般に、０．１ｋｇ／メトリックトン〜１０ｋｇ／メトリックトン、または０．５〜５ｋｇ／メトリックトン、または１〜４ｋｇ／メトリックトンの範囲の添加量で適用される。一つの実施態様においては、合成サイジング剤：ポリマーを、得られるウェブが、そのカチオン性ポリマー無しで製造されたウェブに比較して、改良されたサイジング効率を示すことができるような重量比で紙原料に添加する。一つの実施態様においては、合成サイジング剤：ポリマーは、１：０．０５から、１：１までの範囲の重量比で添加する。また別な実施態様においては、合成サイジング剤：ポリマーは、１：０．１から、１：０．５までの範囲の重量比で添加する。また別な実施態様においては、合成サイジング剤：ポリマーは、１：０．１から、１：０．２までの範囲の重量比で添加する。
【００３７】
さらに、合成サイジング剤は各種の形態で添加することができる。一つの実施態様においては、ポリマーを用いて合成サイジング剤を乳化させる。また別な実施態様においては、水と界面活性剤とを用いて合成サイジング剤を乳化させる。また別な実施態様においては、デンプンを用いて合成サイジング剤を乳化させる。
【００３８】
一つの実施態様においては、たとえば、界面活性剤を含むサイジングエマルションとして合成サイジング剤を添加するが、そのエマルションは、遠心ポンプ、スタティックインラインミキサー、ペリスタポンプ、ビーカー中でのマグネチックスターラーバー、頭頂攪拌機およびそれらの組合せの群から選択される装置によって作られるような低い剪断条件下で調製される。また別な実施態様においては、界面活性剤を含むサイジングエマルションとして合成サイジング剤を添加するが、そのエマルションは、高剪断条件下で調製される。
【００３９】
好適な界面活性剤の例としては、以下のようなものを挙げることができる（これらに限定される訳ではない）：アルキルおよびアリール一級、二級および三級アミンおよびさらには対応する四級塩、スルホスクシネート、脂肪酸、エトキシル化脂肪酸、脂肪族アルコール、エトキシル化脂肪族アルコール、脂肪酸エステル、エトキシル化脂肪酸エステル、エトキシル化トリグリセリド、スルホン化アミド、スルホン化アミン、エトキシル化ポリマー、プロポキシル化ポリマーまたはエトキシル化／プロポキシル化コポリマー、ポリエチレングリコール、ホスフェートエステル、ホスホネート化脂肪酸エトキシレート、ホスホン化脂肪族アルコールエトキシレート、ならびにアルキルおよびアリールスルホネートおよびスルフェート。好ましい好適な界面活性剤の例としては、以下のようなものを挙げることができる（これらに限定される訳ではない）：アミド；エトキシル化ポリマー、プロポキシル化ポリマーまたはエトキシル化／プロポキシル化コポリマー；脂肪族アルコール、エトキシル化脂肪族アルコール、脂肪酸エステル、カルボキシル化アルコールまたはアルキルフェノールエトキシレート；カルボン酸；脂肪酸；ジフェニルスルホネート誘導体；エトキシル化アルコール；エトキシル化脂肪族アルコール；エトキシル化アルキルフェノール；エトキシル化アミン；エトキシル化アミド；エトキシル化アリールフェノール；エトキシル化脂肪酸；エトキシル化トリグリセリド；エトキシル化脂肪酸エステル；エトキシル化グリコールエステル；ポリエチレングリコール；脂肪酸エステル；グリセロールエステル；グリコールエステル；ある種のラノリン系誘導体；モノグリセリド、ジグリセリドおよび誘導体；オレフィンスルホネート；ホスフェートエステル；リン有機誘導体；ホスホネート化脂肪酸エトキシレート、ホスホン化脂肪族アルコールエトキシレート；ポリエチレングリコール；高分子量多糖類；プロポキシル化およびエトキシル化脂肪酸；アルキルおよびアリールスルフェートおよびスルホネート；エトキシル化アルキルフェノール；スルホスクシナメート；スルホスクシネート。
【００４０】
一つの実施態様においては、界面活性剤成分としては、以下のものからなる群より選択されるアミンを挙げることができる：式（Ｉ）のトリアルキルアミン：
【化１】
2008502771.tif 000002
式（Ｉ）のトリアルキルアミンのジメチル硫酸四級塩、式（Ｉ）のトリアルキルアミンの塩化ベンジル四級塩、および式（Ｉ）のトリアルキルアミンのジエチル硫酸四級塩（ここで、Ｒ１はメチルまたはエチル、Ｒ２はメチルまたはエチル、そしてＲ３は１４〜２４個の炭素原子を有するアルキルである）。また別な実施態様においては、界面活性剤にはこのアミンを含まない。界面活性剤のレベルは、アルケニルコハク酸無水物成分を基準にして、約０．１重量％から最高約２０重量％までとすることができる。
【００４１】
合成サイジング剤を添加する順序は変更可能である。一つの実施態様においては、合成サイジング剤を、カチオン性ポリマーと同時に添加する。
【００４２】
この方法によって得られるサイジング効率の改良は、各種の方法によって求めることができる。たとえば、サイジング効率：水の紙に対する抵抗性の増加の測定は、インキ浸透試験またはコッブ試験（Ｃｏｂｂ  ｔｅｓｔ）によって求めることができる。
【００４３】
サイジング効率の改良は、その紙がポリマー無しで調製された場合に比較して、１０〜２００パーセント以上の範囲とすることができる。
【００４４】
本発明の方法によって製造された紙は、好ましい性質を有する。一つの実施態様においては、紙は、５０〜１５００秒の範囲のインキ浸透性を有している。また別な実施態様においては、紙は、１５〜２００グラム／ｍ２の範囲のコッブ値（ｃｏｂｂ  ｖａｌｕｅ）を有している。
【００４５】
以下の説明のための実施例において本発明をさらに説明するが、以下においては、すべての部およびパーセントは、特に断らない限り、重量基準である。
【実施例】
【００４６】
例１（比較例）．
低分子量の９０／１０モル％のアクリルアミド／塩化［２−（メチル−アクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウムコポリマー（ＡＭＤ／Ｑ６）を、フリーラジカル共重合により調製した。その重合プロセスは、リンゴ酸を用いて緩衝化させた脱イオン水とキレート化剤を含む反応容器に、過硫酸アンモニウムとモノマー溶液を、同時かつ連続的に添加することにより、実施した。そのモノマー溶液は、４５．６２部の５２．９６％アクリルアミド溶液、１０．４５部の７５％Ｑ６溶液、２．４部の２％次亜リン酸ナトリウム溶液、および５３．９３部の脱イオン水を混合することにより調製した。モノマー溶液のｐＨは、リンゴ酸の２０％溶液を用いて、４．１４から３．７８に調節した。そのモノマー溶液は、窒素を用いて１時間スパージ（ｓｐａｒｇｅ）させてから添加した。反応容器の溶液は、２７８．４６部の脱イオン水と、０．２７部の４０％ジエチレンペンタ酢酸ペンタナトリウムを添加することにより調製した。その反応容器の溶液のｐＨは、０．５７部の２０％リンゴ酸溶液を用いて１０．６３から３．７６に調節した。後者の溶液は、窒素を用いて１時間スパージさせた。
【００４７】
重合開始剤溶液は、７．８７部の脱イオン水の中に０．３８部の過硫酸アンモニウムを添加することにより調製した。この溶液は、使用直前に、窒素を用いて半時間スパージさせた。反応容器へのモノマー溶液と過硫酸アンモニウム溶液の添加は、それぞれ２．２５時間および２．５時間かけて実施した。重合反応は６５℃で実施した。反応の間を通して、その反応溶液を窒素パージ下に維持した。
【００４８】
最終生成物のｐＨは３．１に等しく、バルク粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃３スピンドル使用、１２ｒｐｍ、２５℃で測定）は９０ｃＰに等しく、２％ポリマー溶液の粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃２スピンドルを使用、３０ｒｐｍ、２５℃で測定）は１２ｃＰに等しかった。このポリマーの分子量（Ｍｗ）は２２７，０００ダルトンに等しい。
【００４９】
例２．
低分子量の９０／１０／５モル％のアクリルアミド／塩化［２−（メチルアクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウム／メタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＡＭＤ／Ｑ６／ＨＥＭＡ）ターポリマーを、フリーラジカル共重合により調製した。その重合プロセスは、リンゴ酸を用いて緩衝化させた脱イオン水とキレート化剤を含む反応容器に、過硫酸アンモニウムとモノマー溶液を、同時かつ連続的に添加することにより、実施した。そのモノマー溶液は、４１．６４部の５２．９６％アクリルアミド溶液、１０．１１部の７５％Ｑ６溶液、２．４４部の９７％ＨＥＭＡ溶液、２．４部の２％次亜リン酸ナトリウム溶液、および５５．８６部の脱イオン水を混合することにより調製した。この溶液のｐＨは３．８２に等しかった。そのモノマー溶液は、窒素を用いて１時間スパージさせてから添加した。反応容器の溶液は、２７８．２７部の脱イオン水と、０．２７部の４０％ジエチレンペンタ酢酸ペンタナトリウムとを混合することにより調製した。その反応容器の溶液のｐＨは、０．７６部の２０％リンゴ酸溶液を用いて１０．４７から３．６３に調節した。後者の溶液は、使用直前に、窒素を用いて１時間スパージさせた。重合開始剤溶液は、７．８７部の脱イオン水の中に０．３８部の過硫酸アンモニウムを添加することにより調製した。この溶液は、使用前に、窒素を用いて半時間スパージ（ｓｐａｒｇｅ）させた。反応容器へのモノマー溶液と過硫酸アンモニウム溶液の添加は、それぞれ２．２５時間および２．５時間かけて実施した。重合反応は６５℃で実施した。反応の間を通して、その反応溶液を窒素パージ下に維持した。
【００５０】
最終生成物のｐＨは３．１に等しく、バルク粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃３スピンドル使用、１２ｒｐｍ、２５℃で測定）は７０ｃＰに等しく、２％ポリマー溶液の粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃２スピンドルを使用、３０ｒｐｍ、２５℃で測定）は１１ｃＰに等しかった。このポリマーの分子量（Ｍｗ）は２５７，０００ダルトンに等しい。
【００５１】
例３．
例１（比較例）および例２からのポリマーの評価は以下のようにして実施した：それらのポリマーを用いたＡＳＡエマルションの調製、エマルション粒径分布の特性解析（表１）、それらのエマルションの紙スラリーへの添加、紙ハンドシートの作成およびハンドシートのサイジングの測定（表２）。
【００５２】
ポリマーを使用したＡＳＡの乳化：
例１（比較例）および例２からのポリマーを用い、ＡＳＡ／ポリマーの比を１／０．１として、アルケニルコハク酸無水物（ＡＳＡ）エマルションを調製した。乳化の際のＡＳＡ濃度は、３．８５重量％に等しくした。ＡＳＡエマルションは以下の手順により調製した。すなわち、
・それぞれのポリマーの溶液を、ＤＩ水を使用した実際の基準で（ｏｎ  ｒｅａｌ  ｂａｓｉｓ）、０．４重量％になるように調製した。
・９６．１５ｇのポリマー溶液を小型のステンレス鋼製ブレンダージャーに入れ、そのブレンダーを低速で開始させた。
・混合しながら、プラスチックシリンジの手段を用いて、３．８５ｇのＡＳＡをポリマー溶液に添加した。直ちにブレンダーの速度を「低」から「高」へと変えて、タイマーをスタートさせた。
・高速で３分間かけて、乳化を実施した。
・パーティクル・サイズ・アナライザー・ホリバ・ＬＡ７００（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｉｚｅ  Ａｎａｌｙｚｅｒ  Ｈｏｒｉｂａ  ＬＡ  ７００）を用いて、そのエマルションの粒径を測定した。
・希塩酸を用いてｐＨ３に調節した脱イオン水を使用して、ＡＳＡ濃度０．２５重量％の溶液を調製した。
・そのエマルションを氷水の中に入れ、直ちにハンドシート調製に使用した。
【００５３】
ハンドシート調製プロセス：
１５重量％の沈降炭酸カルシウムを加え、ｐＨ７．８に調節して、カナダ標準フリーネス５００に精製した、漂白した硬木および軟木のクラフトパルプの５０／５０混合物の完成紙料を用いて、ハンドシートを調製した。
【００５４】
完成紙料の調製には脱イオン水を使用し、さらに８０ｐｐｍの硫酸ナトリウムおよび５０ｐｐｍの塩化カルシウムを添加した。
【００５５】
撹拌しながら、ＡＳＡエマルションを用いて、１０ｇのセルロース繊維と炭酸カルシウムを含む固形分０．７１％のバッチを処理した。６０秒接触時間をとってから、アニオン性保持助剤（ａｎｉｏｎｉｃ  ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ  ａｉｄ）を添加し、１５秒間撹拌を続けた。５０ポンド／Ｔａｐｐｉリームの坪量を目標として標準（８”×８”）ノーベル・アンド・ウッズ（Ｎｏｂｅｌ  ＆  Ｗｏｏｄｓ）ハンドシートモールドを用い、約１５ｐｓｉ空気圧ロールプレスのニップ中のフェルトの間で圧搾し、ロータリードライヤ上、２４０゜Ｆ（１１５．５５℃）で乾燥させて、３枚の２．８ｇ紙シートを形成させた。ＡＳＡを３ポンド／Ｔ、アニオン性保持助剤を１ポンド／Ｔの量で加えた。
【００５６】
紙サイジングの評価
ハンドシートのサイジングは、バイエル・インキ・ペネトレーション（Ｂａｙｅｒ  Ｉｎｋ  Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）試験（ＢＩＰ）を用いて試験した。
【００５７】
ＢＩＰサイズ試験方法では、紙の下面へのインキの塗布が完全に自動化されていると共に、光学的な終点が自動測定される。この方法は、ＴＡＰＰＩのＴ５３０試験法と同じ原理を用いているが、独自の設計をした機器を用いるものであり、自動化設計であり、光源と検知器の配置を変更している。具体的には、この装置を用いれば、ＢＩＰ試験のすべての工程が自動的に実施できる。スタートボタンを押せば、インキがウェルにポンプ注入されて、電子的に計測されて紙の下側表面に接触するようになり、そのインキが浸透するタイミングは、反射率の測定により求めて、デジタル表示される。すべてのＢＩＰ試験において、緩衝液でｐＨ７．０とした中性のインキを使用したが、その調製では、１２．５ｇのナフトールグリーンＢ染料を５００ｍＬの脱イオン水に溶解させてから、ｐＨ７緩衝液を添加して、全量を２３℃で１０００ｍＬとした。
【００５８】
ハンドシートは、７２゜Ｆ（２２．２２℃）、相対湿度５０％にコンディショニング時間として少なくとも１日置いてから、ＢＩＰ試験により評価した。３枚のハンドシート試験片について、それぞれのフェルト面で２回の繰り返しで、合計６回の試験を実施した。
【００５９】
ＢＩＰ試験を始めるために、それぞれの紙試験片をその測定器に取り付けた。光ファイバー光源ケーブルを用いて、試験片の上側に均一な光を与えた。
【００６０】
検出用光ファイバーケーブルで、その照明領域を観察した。試験片の初期反射率を自動的に測定して、参照として蓄積させた。試験用のインキを、リザーバーからコーン状のインキウェルの底に定量ポンプを用いて自動的に計量フィードし、インキが試験にかける紙試験片の下側に接触するようにし、その時点で電子的にタイマーをスタートさせた。反射率における変化を、自動で一定間隔を開けながら監視して、反射率が予め定めておいたパーセントまで低下したところでタイマーを停止させた。その低下率は約２０％、すなわち試験片が初期反射率の約８０％を保持しているところであった。その試験の経過時間を表示し、秒の単位まで記録した。次いで、ドレンポンプが自動的に始動され、ウェルの中のインキを空にして廃液入れに移すに充分な時間運転された。フェルト面の３枚の試験片についての平均時間を計算した。
【表１】
2008502771.tif 000003
【表２】
2008502771.tif 000004
【００６１】
表１においては、例２からのポリマーを用いて調製したＡＳＡエマルションの方が、中央粒径が小さく、粒径分布が狭いということが判る。表２においては、例２からのポリマーを用いて調製したＡＳＡエマルションの方が、例１（比較例）からのポリマーを用いて調製したＡＳＡエマルションよりも、高いサイジングを与えていることが判る。
【００６２】
例４．
低分子量の９０／１０／５／４モル％のアクリルアミド／塩化［２−（メチルアクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウム／メタクリル酸２−ヒドロキシエチル／アクリル酸（ＡＭＤ／Ｑ６／ＨＥＭＡ／ＡＡ）テトラポリマーを、フリーラジカル共重合により調製した。その重合プロセスは、リンゴ酸を用いて緩衝化させた脱イオン水とキレート化剤を含む反応容器に、過硫酸アンモニウムとモノマー溶液を、同時かつ連続的に添加することにより、実施した。モノマー溶液は、９９．１３部の５２．９６％アクリルアミド溶液、２５．２８部の７５％Ｑ６溶液、６．１１部の９７％ＨＥＭＡ溶液、２．６６部の９９％アクリル酸溶液、５．０部の４％次亜リン酸ナトリウム溶液、および１０．３２部の脱イオン水を混合することにより調製した。この溶液のｐＨは２．１２に等しかった。そのモノマー溶液は、窒素を用いて１時間スパージさせてから添加した。反応容器の溶液は、２４２．７部の脱イオン水と、０．２７部の４０％ジエチレンペンタ酢酸ペンタナトリウムとを混合することにより調製した。その反応容器の溶液のｐＨは、０．２８部の２０％リンゴ酸溶液を用いて１０．６９から４．５３に調節した。後者の溶液は、使用前に、窒素を用いて１時間スパージさせた。重合開始剤溶液は、７．２８部の脱イオン水の中に０．９６部の過硫酸アンモニウムを添加することにより調製した。この溶液は、使用前に、窒素を用いて半時間スパージさせた。反応容器へのモノマー溶液と過硫酸アンモニウム溶液の添加は、それぞれ２．２５時間および２．５時間かけて実施した。重合反応は６５℃で実施した。反応の間を通して、その反応溶液を窒素パージ下に維持した。
【００６３】
最終生成物のｐＨは２．０３に等しく、バルク粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃３スピンドル使用、１２ｒｐｍ、２５℃で測定）は２３１０ｃＰに等しく、２％ポリマー溶液の粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃２スピンドルを使用、３０ｒｐｍ、２５℃で測定）は７．０ｃＰに等しかった。このポリマーの分子量（Ｍｗ）は２１２，０００ダルトンに等しい。
【００６４】
例５．
例１、２および４からのポリマーを用い、ＡＳＡ／ポリマー比１／０．２でＡＳＡエマルションを調製した。乳化の際のＡＳＡ濃度は、３．８５重量％に等しくした。ＡＳＡエマルションは、例３に記載の手順で調製したが、ただし、乳化には０．８％ポリマー溶液を使用した。ハンドシートを作成し、例３における記載に従って試験した。
【表３】
2008502771.tif 000005
【表４】
2008502771.tif 000006
【００６５】
表３においては、例２および４からのポリマーを用いて調製したＡＳＡエマルションは、例１からのポリマーを用いて調製したＡＳＡエマルションよりも、中央粒径が小さく、粒径分布が狭いことが判る。表４では、例２および４からのポリマーを用いて乳化させたＡＳＡが、例１からのポリマーを用いて乳化させたＡＳＡよりも、高いサイジングを与えることが判る。
【００６６】
例６．
例４からのポリマーを用いて、ＡＳＡ／ポリマー比１／０．２および１／１でＡＳＡエマルションを調製した。それらのエマルションを、慣用されるカチオン性デンプンを使用し、ＡＳＡ／デンプン比１／０．２および１／１で調製したＡＳＡエマルションと比較した。
【００６７】
エマルションを例３に記載の手順で調製したが、ただし、０．８重量％のポリマーまたはデンプン溶液を使用して、ＡＳＡ／乳化剤の比１／０．２でエマルションを作成し、そして０．８重量％のポリマーまたはデンプンの溶液を使用して、ＡＳＡ／乳化剤の比が１／１のデンプンを作成した。２時間後に、エマルションの安定性をチェックした。
【００６８】
ハンドシートを作成し、例３における記載に従って試験した。
【表５】
2008502771.tif 000007
【表６】
2008502771.tif 000008
【００６９】
ＡＳＡ／ポリマーの比が１／０．２の場合、例４からのポリマーを用いて調製したＡＳＡエマルションは、小さな粒径と狭い粒径分布を有していて、少なくとも２時間は安定である。このエマルションでは、紙にサイジングすることができる。
【００７０】
ＡＳＡ／デンプンの比が１／０．２の場合には、ＡＳＡエマルションが大きな粒径とバイモーダルな分布を有していて、３０分以内に分離する。このエマルションでは、サイジングが得られない。
【００７１】
ＡＳＡ／ポリマーおよびＡＳＡ／デンプンが１／１の比である場合には、ポリマーを用いたり、デンプンを用いたりして調製したＡＳＡエマルションは、小さな中央粒径と狭い粒径分布を与えるものの、ＡＳＡ／デンプンエマルションが２時間後には使用不能となるが、それに対してＡＳＡ／ポリマーエマルションは、少なくとも２時間では変化しない。
【００７２】
１／１の比の場合には、デンプンを用いて調製したＡＳＡエマルションは、ポリマーを用いて調製したエマルションよりも性能が上である。
【００７３】
例７（比較例）．
高分子量の９０／１０モル％のアクリルアミド／塩化［２−（メチルアクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウムコポリマー（ＡＭＤ／Ｑ６）を、フリーラジカル共重合により調製した。その重合プロセスは、リンゴ酸を用いて緩衝化させた脱イオン水とキレート化剤を含む反応容器に、過硫酸アンモニウムとモノマー溶液を、同時かつ連続的に添加することにより、実施した。そのモノマー溶液は、４５．６２部の５２．９６％アクリルアミド溶液、１０．４５部の７５％Ｑ６溶液、および５６．３０部の脱イオン水を混合することにより調製した。そのモノマー溶液のｐＨは、０．０８部の２０％リンゴ酸溶液を用いて４．１から３．７に調節した。モノマー溶液は、添加前に、窒素を用いて１時間スパージさせた。反応容器の溶液は、２７８．４１部の脱イオン水と、０．２７部の４０％ジエチレンペンタ酢酸ペンタナトリウムとを混合することにより調製した。その反応容器の溶液のｐＨは、０．６２部の２０％リンゴ酸溶液を用いて１０．８から３．８に調節した。後者の溶液は、添加前に、窒素を用いて１時間スパージさせた。
【００７４】
重合開始剤溶液は、８．０３部の脱イオン水の中に０．２２部の過硫酸アンモニウムを添加することにより調製した。この溶液は、使用前に、窒素を用いて半時間スパージさせた。反応容器へのモノマー溶液と過硫酸アンモニウム溶液の添加は、それぞれ２．２５時間および２．５時間かけて実施した。重合反応は６５℃で実施した。反応の間を通して、その反応溶液を窒素パージ下に維持した。
【００７５】
最終生成物のｐＨは３．０５に等しく、バルク粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃３スピンドル使用、１２ｒｐｍ、２５℃で測定）は２３８９ｃＰに等しく、２％ポリマー溶液の粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃２スピンドルを使用、３０ｒｐｍ、２５℃で測定）は６２ｃＰに等しかった。このポリマーの分子量（Ｍｗ）は１，０００，０００ダルトンに等しい。
【００７６】
例８．
高分子量の９０／１０／５モル％のアクリルアミド／塩化［２−（メチルアクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウム／メタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＡＭＤ／Ｑ６／ＨＥＭＡ）ターポリマーを、フリーラジカル共重合により調製した。その重合プロセスは、リンゴ酸を用いて緩衝化させた脱イオン水とキレート化剤を含む反応容器に、過硫酸アンモニウムとモノマー溶液を、同時かつ連続的に添加することにより、実施した。そのモノマー溶液は、４１．６４部の５２．９６％アクリルアミド溶液、１０．１１部の７５％Ｑ６溶液、２．４４部の９７％ＨＥＭＡ溶液、および５８．２６部の脱イオン水を混合することにより調製した。この溶液のｐＨは３．６２に等しかった。そのモノマー溶液は、窒素を用いて１時間スパージさせてから添加した。反応容器の溶液は、２７８．３０部の脱イオン水と、０．２７部の４０％ジエチレンペンタ酢酸ペンタナトリウムとを混合することにより調製した。その反応容器の溶液のｐＨは、０．７３部の２０％リンゴ酸溶液を用いて１０．８７から３．８１に調節した。後者の溶液は、使用前に、窒素を用いて１時間スパージさせた。
【００７７】
重合開始剤溶液は、７．９９部の脱イオン水の中に０．２６部の過硫酸アンモニウムを添加することにより調製した。この溶液は、使用前に、窒素を用いて半時間スパージさせた。反応容器へのモノマー溶液と過硫酸アンモニウム溶液の添加は、それぞれ２．２５時間および２．５時間かけて実施した。重合反応は６５℃で実施した。反応の間を通して、その反応溶液を窒素パージ下に維持した。
【００７８】
最終生成物のｐＨは３．１６に等しく、バルク粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃３スピンドル使用、１２ｒｐｍ、２５℃で測定）は１４００ｃＰに等しく、２％ポリマー溶液の粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃２スピンドルを使用、３０ｒｐｍ、２５℃で測定）は５０ｃＰに等しかった。このポリマーの分子量（Ｍｗ）は１，０５０，０００ダルトンに等しい。
【００７９】
例９．
例７および８からのポリマーを用い、ＡＳＡ／ポリマー比１／０．１でＡＳＡエマルションを調製した。乳化の際のＡＳＡ濃度は、３．８５重量％に等しくした。ＡＳＡエマルションを調製し、ハンドシートを作成し、例３における記載に従って試験した。
【表７】
2008502771.tif 000009
【表８】
2008502771.tif 000010
【００８０】
表７においては、例８からのポリマーを用いて調製したＡＳＡエマルションは、例７からのポリマーを用いて調製したエマルションよりも、小さな中央粒径を有していることが判る。表８に見られるように、例８を用いて乳化されたＡＳＡを用いて得られたサイジングは、例７を用いて乳化されたＡＳＡを用いて得られるサイジングよりも、明らかに高い。
【００８１】
例１０．
高分子量の９０／１０／５モル％のアクリルアミド／塩化［２−（メチルアクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウム／メタクリル酸２，３−ジヒドロキシプロピル（ＡＭＤ／Ｑ６／ＤＨＰＭＡ）ターポリマーを、フリーラジカル共重合により調製した。その重合プロセスは、リンゴ酸を用いて緩衝化させた脱イオン水とキレート化剤を含む反応容器に、過硫酸アンモニウムとモノマー溶液を、同時かつ連続的に添加することにより、実施した。そのモノマー溶液は、４０．９３部の５２．９６％アクリルアミド溶液、９．９３部の７５％Ｑ６溶液、２．８７部の１００％ＤＨＰＭＡ、および５８．６６部の脱イオン水を混合することにより調製した。この溶液のｐＨは、０．６部の２０％リンゴ酸溶液を用いて４．９から４．０５に調節した。そのモノマー溶液は、窒素を用いて１時間スパージさせてから添加した。反応容器の溶液は、２７８．６５部の脱イオン水と、０．２７部の４０％ジエチレンペンタ酢酸ペンタナトリウムとを混合することにより調製した。その反応容器の溶液のｐＨは、０．３８部の２０％リンゴ酸溶液を用いて１０．１５から３．８０に調節した。後者の溶液は、添加前に、窒素を用いて１時間スパージさせた。
【００８２】
重合開始剤溶液は、７．９９部の脱イオン水の中に０．２６部の過硫酸アンモニウムを添加することにより調製した。この溶液は、使用前に、窒素を用いて半時間スパージさせた。反応容器へのモノマー溶液と過硫酸アンモニウム溶液の添加は、それぞれ２．２５時間および２．５時間かけて実施した。重合反応は６５℃で実施した。反応の間を通して、その反応溶液を窒素パージ下に維持した。
【００８３】
最終生成物のｐＨは３．１６に等しく、バルク粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃３スピンドル使用、１２ｒｐｍ、２５℃で測定）は９２０ｃＰに等しく、２％ポリマー溶液の粘度（ブルックフィールド粘度計（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒ）モデルＤＶ−ＩＩＩ、＃２スピンドルを使用、３０ｒｐｍ、２５℃で測定）は３９ｃＰに等しかった。
【００８４】
例１１．
例７、８および１０からのポリマーを用い、ＡＳＡ／ポリマー比１／０．１でＡＳＡエマルションを調製した。乳化の際のＡＳＡ濃度は、７．４重量％に等しくした。例３における記載に従ってＡＳＡエマルションを調製したが、ただし、７．４ｇのＡＳＡを９２．６ｇの０．８重量％ポリマー溶液に添加した。ハンドシートを作成し、例３における記載に従って試験した。
【表９】
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【表１０】
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【００８５】
表９においては、例８および１０からのポリマーを用いて調製したＡＳＡエマルションは、例７からのポリマーを用いて調製したエマルションよりも、小さな中央粒径を有していることが判る。表１０に見られるように、例８および１０からのポリマーを用いて乳化されたＡＳＡを用いて得られたサイジングは、例７からのポリマーを用いて乳化されたＡＳＡを用いて得られるサイジングよりも、明らかに高い。
【００８６】
本発明について、ある種の好ましいタイプを参照しながら、詳しく説明してきたが、それ以外の変更タイプも可能である。したがって、添付した特許請求項の精神と範囲は、本明細書に含まれる記述のタイプに限定されるべきではない。
【国際調査報告】
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