(57)【要約】本明細書の実施形態は、高固体含有量紙コーティング、バリア材料、等における使用にとくに適したカルボキシメチルセルロースアルカリ溶液の濃度の増加方法を提供する。一般的には、その方法は、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）およびアルカリ塩を水中に溶解し、ＣＭＣのアルカリ溶液を得るステップを含む。ＣＭＣは望ましくは０．９未満の置換度を有する。ＣＭＣのアルカリ溶液は、ＣＭＣを約９．８重量％より大きい濃度で含み、約７．５〜約１１のｐＨを有し、約５，０００ｍＰａ未満の粘度を有すると特徴づけられる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＭＣおよびアルカリ塩を水中に溶解し、ＣＭＣのアルカリ溶液を得るステップ、ならびに
任意でＣＭＣのアルカリ溶液のｐＨを約７．５〜約１１のｐＨに調節するステップ
を含む、ＣＭＣストック溶液の濃度の増加方法であって、
前記ＣＭＣが約０．９未満の置換度を有し、
前記ＣＭＣのアルカリ溶液がＣＭＣを約９．８重量％より大きい濃度で含み、約７．５〜約１１のｐＨを有し、約５，０００ｍＰａ未満の粘度を有する、方法。
【請求項２】
前記ＣＭＣが約３００ｋＤ未満の分子量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ＣＭＣが約１５０ｋＤ未満の分子量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＣＭＣが前記ＣＭＣの１％溶液について約９未満のｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＣＭＣが前記ＣＭＣの１％溶液について約８未満のｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＣＭＣのアルカリ溶液がＣＭＣを約９．８％より大きく約２５％までの濃度で含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＣＭＣのアルカリ溶液がＣＭＣを約１０％より大きく約２５％までの濃度で含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ＣＭＣのアルカリ溶液がＣＭＣを約１２％より大きく約２５％までの濃度で含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記ＣＭＣのアルカリ溶液がＣＭＣを約１５％より大きく約２５％までの濃度で含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＣＭＣのアルカリ溶液がＣＭＣを約１８％より大きく約２５％までの濃度で含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＣＭＣのアルカリ溶液がＣＭＣを約２０％より大きく約２５％までの濃度で含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記アルカリ塩が炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、水酸化カルシウム、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＣＭＣのアルカリ溶液が前記アルカリ塩を少なくとも０．０５重量％の濃度で含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記アルカリ塩が炭酸ナトリウムを含み、前記ＣＭＣのアルカリ溶液が前記アルカリ塩を約０．１〜約１．０重量％の濃度で含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記アルカリ塩が亜硫酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、またはこれらの組み合わせをさらに含み、前記ＣＭＣのアルカリ溶液が前記アルカリ塩を約０．１〜約２重量％の濃度で含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ＣＭＣのアルカリ溶液中の炭酸ナトリウムおよび亜硫酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、またはこれらの組み合わせの総濃度が約５重量％未満である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＣＭＣのアルカリ溶液が約７．５〜約１０．５のｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記ＣＭＣのアルカリ溶液が前記アルカリ塩を含まないＣＭＣの同様の溶液と比較して実質的に低下した粘度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記アルカリ塩を含む前記ＣＭＣのアルカリ溶液の粘度が前記アルカリ塩を含まないＣＭＣの同様な溶液の粘度の約５０％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記アルカリ塩を含む前記ＣＭＣのアルカリ溶液の粘度が前記アルカリ塩を含まないＣＭＣの同様の溶液の粘度の約２０％〜約５０％である、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
顔料およびＣＭＣのアルカリ溶液を含む高固体含有量紙コーティング組成物であって、前記ＣＭＣのアルカリ溶液がＣＭＣを約９．８重量％より大きい濃度で、アルカリ塩を少なくとも約０．０５重量％の濃度で含み、前記ＣＭＣが約０．９未満の置換度を有する、組成物。
【請求項２２】
前記ＣＭＣが約３００ｋＤ未満の分子量を有する、請求項２１に記載の高固体含有量紙コーティング組成物。
【請求項２３】
水、ＣＭＣを約９．８重量％より大きい濃度で、およびアルカリ塩を約０．０５重量％より大きい濃度で含むＣＭＣのアルカリ溶液を含むＣＭＣストック溶液であって、
前記ＣＭＣが約０．９未満の置換度および約３００ｋＤ未満の分子量を有し、
前記ＣＭＣのアルカリ溶液が約７．５〜約１１のｐＨ、および約５，０００ｍＰａ未満の粘度を有する、溶液。
【請求項２４】
前記アルカリ塩の濃度が約０．１％〜約２．０％であり、前記ＣＭＣの濃度が約９．８％より大きく約２０％までである、請求項２３に記載のＣＭＣストック溶液。
【請求項２５】
前記アルカリ塩の濃度が約０．１％〜約１．５％であり、前記ＣＭＣの濃度が約１２％より大きく約２０％までである、請求項２３に記載のＣＭＣストック溶液。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、本明細書に参照により組み入れる、２０１１年１０月１７日出願の米国特許出願第１３／２７４，４９９号、および２０１２年１０月１２日出願の米国特許出願第１３／６５０，８９２号の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本出願はカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）の濃度を増加させた組成物に関する。また、本出願は低粘度組成物中のＣＭＣの濃度の増加方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＣＭＣはさまざまな産業および消費者用途において用いられるアニオン性水溶性ポリマーである。ＣＭＣは一般的にはセルロースから（例えばコットンリンター、木材パルプ、または他のセルロース供給源から）ヒドロキシル基の少なくとも一部のカルボキシメチルエーテル基での置換により得られ、３．０の高さの置換度および約３０，０００〜１，０００，０００ダルトンの範囲の分子量を有することができる。
【０００４】
レオロジー特性を与え、保水性を向上させ、光学増白剤の効率を向上させるその能力のため、ＣＭＣは紙および板紙産業における、とくにコーティング、サイジング、ベースウェブ製造のための一般的な添加剤である。紙および板紙コーティングプロセスでは、ＣＭＣは、通常、無機顔料、有機結合剤、および添加剤、例えば分散剤、光学増白剤、架橋剤、潤滑剤、および染料を含むコーティングメイクダウン組成物中に、（一般的には６〜１２ｗｔ％ＣＭＣを有する）予め溶解した溶液として添加される。コーティング組成物は、コーティング組成物のタイプおよび用いられるコーティング装置のタイプに応じて、通常６３〜７０ｗｔ％の固体含有量を有する；しかしながら、実際にはより高いおよびより低い固体含有量を有するコーティング組成物の両方も用いられている。
【０００５】
いずれの理論にも縛られることを望まず、例えば、コーティングから蒸発させなければならない水の量を減少させながら（すなわち、これにより乾燥エネルギーを低下させながら）コーティング範囲および光沢を増加させることにより、品質および生産性を向上させるには、高い固体含有量を有するコーティング組成物が好ましいと考えられる。コーティング組成物の標的固体含有量を増加させる場合、コーティング組成物を調製するのに用いられる原料の溶液にもより高い固体含有量が必要である。
【０００６】
低い固体濃度を有する予め溶解したＣＭＣの既存の溶液は、一般的には高い固体含有量のコーティング組成物（例えば７０ｗｔ％）の製剤を可能にせず、一般的には紙コーティングに必要なコーティング組成物に用いることができるＣＭＣの量を限定するだろう。高い固体含有量の顔料スラリーへのＣＭＣの乾燥添加はこれらの問題を解決し得るが、粉砕機は粉末の取扱システム、粉末を手で添加するのに適した人員、または粉末を溶液全体に分散させるのに十分なせん断を与えることができる混合システムを有することが必要だろう。
【０００７】
あるいは、高い固体濃度を有する予め溶解したＣＭＣの既存の溶液は一般的には、従来の装置上で、例えばポンピングまたはスクリーニングプロセスにおいて処理することが難しい高粘度溶液を生成する（例えばＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＲＶ上で１００ｒｐｍおよび５０〜６０℃で測定されるように、５０００ｍＰａｓより大きい）。
【０００８】
ＣＭＣは、バリア材料のように、表面処理材料として、またはこれを生成するのに用いることもできる。ＣＭＣを含有するバリア材料は、耐油性および耐グリース性、耐酸素性、または両方であり得る。バリア材料をフィルムの形状に形成するのに用いられる一般的なフィルムコーティング技術としては、サイズプレス、メータリングサイズプレス、および各種カーテンコーティング技術が挙げられる。これらの技術のそれぞれについて、溶液吸収は、少なくとも部分的に、用いられるポリマー溶液の粘度および／または固体含有量によって決まる、重要なパラメーターである。いずれの理論にも縛られることを望まず、均一なバリア材料、とくにフィルムは、十分に高いコーティング重量、良好なフィルムホールドアウト、または両方から得られると考えられる。これらの特性は、より高濃度のＣＭＣ溶液でバリア材料を生成することにより、より容易に得ることができる。現在、溶液中のＣＭＣのより高い濃度は、各種酵素技術を用いてＣＭＣを分解することにより達成されることが多い。酵素は、しかしながら、一般的には、得られるバリア材料があまり良好なフィルムホールドアウトを有さず、ベースウェブを貫通するほど大幅にＣＭＣの分子量を低下させる。
【０００９】
安定、濃縮、水性ＣＭＣ懸濁液を提供する溶液は以前から提案されている。例えば、Ｂｕｒｄｉｃｋの米国特許第４，８８３，５３７号は、少なくとも３３重量パーセントの炭酸カリウムを含む粘度を低下させた水性ＣＭＣ溶液について記載する。しかしながら、必要な高濃度の炭酸カリウムは、用途におけるこれらの溶液の有用性を限定し、これらの組成物を高ＣＭＣ固体含有量用途には望ましくないものにする。
【００１０】
よって、低粘度、高ＣＭＣ固体含有量組成物の調製方法を提供する必要性が残る。より具体的には、既存のＣＭＣ装置およびメイクダウン手順を用いてより高い固体含有量のコーティングを調製するため、より大きい柔軟性を提供しながら、通常の紙コーティンググレードより高い固体含有量を有し、従来のＣＭＣコーティングの利点を維持する溶液を調製するのに用いることができるＣＭＣ製品を開発する必要性が残る。
【発明の概要】
【００１１】
本明細書の実施形態は、ＣＭＣストック溶液の濃度の増加方法を提供する。１つの態様では、その方法は、ＣＭＣおよびアルカリ塩を水中に溶解し、ＣＭＣのアルカリ溶液を得るステップならびに任意でＣＭＣのアルカリ溶液のｐＨを約７．５〜約１１のｐＨに調節するステップを含む。ＣＭＣは、いくつかの実施形態では、約０．９未満の置換度を有する。ＣＭＣは、特定の実施形態では、約３００ｋＤ未満の分子量を有する。ＣＭＣのアルカリ溶液は、ＣＭＣを約９．８重量％より大きい濃度で含み、約７．５〜約１１のｐＨを有し、約５，０００ｍＰａ未満の粘度を有する。
【００１２】
他の態様では、ＣＭＣストック溶液の濃度の増加方法は、ＣＭＣおよびアルカリ塩をドライブレンドし、ＣＭＣ混合物を得るステップならびにＣＭＣ混合物を水中に溶解し、ＣＭＣのアルカリ溶液を得るステップを含む。ＣＭＣは、いくつかの実施形態では、約０．９未満の置換度を有する。ＣＭＣは、特定の実施形態では、約３００ｋＤ未満の分子量を有する。実施形態では、ＣＭＣのアルカリ溶液は、ＣＭＣを約９．８重量％より大きい濃度で含み、約７．５〜約１１のｐＨを有し、約５，０００ｍＰａ未満の粘度を有することができる。ＣＭＣ混合物は、アルカリ塩をＣＭＣ混合物の約０．５重量％より大きい濃度で含むことができる。
【００１３】
また別の態様では、本明細書の実施形態は、顔料およびＣＭＣのアルカリ溶液を含む高固体含有量紙コーティング組成物を含む。ＣＭＣのアルカリ溶液は、いくつかの実施形態では、ＣＭＣを約９．８重量％より大きい濃度で、アルカリ塩を少なくとも０．０５重量％の濃度で含む。ＣＭＣは、いくつかの実施形態では、約０．９未満の置換度を有する。ＣＭＣは、特定の実施形態では、約３００ｋＤ未満の分子量を有する。
【００１４】
他の態様では、本明細書の実施形態は、水、ＣＭＣを約９．８重量％より大きい濃度で、アルカリ塩を少なくとも約０．０５重量％の濃度で含むＣＭＣのアルカリ溶液を含むＣＭＣストック溶液を含む。ＣＭＣは、いくつかの実施形態では、約０．９未満の置換度を有する。ＣＭＣは、特定の実施形態では、約３００ｋＤ未満の分子量を有する。ＣＭＣのアルカリ溶液は、実施形態では、約７．５〜約１１のｐＨを有し、約５，０００ｍＰａ未満の粘度を有する。
【００１５】
追加の態様は、部分的には以下の説明において記載され、部分的にはその説明から明らかとなる、または以下に記載される態様の実施により習得することができる。以下に記載される利点は、添付の特許請求の範囲においてとくに指摘される要素および組み合わせにより実現および達成されるだろう。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は例示的および説明的のみであり、制限的ではないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１はＣＭＣ濃度の関数としてＣＭＣ溶液の粘度を示すグラフである。標準ＣＭＣ：ＦＦ−５（２７ｍＰａｓの４％粘度。ＤＳ  ０．７）。実験ＣＭＣ：ＦＦ−５（９８ｗｔ％〜２ｗｔ％Ｎａ２ＣＯ３）。粘度測定：Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＲＶ  １００ｒｐｍ、５０℃。粘度を測定する前に、ＣＭＣおよびＣＭＣ＋Ｎａ２ＣＯ３のドライブレンドを、ワイヤミキサーを用いて９０分間水と混合した。
【図２Ａ】図２ＡはＣＭＣ溶液粘度に対する各種塩の効果を比較するグラフである。標準ＣＭＣ：ＦＦ−５（２７ｍＰａｓの４％粘度。ＤＳ  ０．７）。粘度測定：Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＲＶ  １００ｒｐｍ、６０℃。粘度を測定する前に、ＣＭＣおよびＣＭＣ＋塩のドライブレンドを、ワイヤミキサーを用いて９０分間水と混合した。
【図２Ｂ】図２Ｂは０．７のＤＳおよび可変分子量を有するＣＭＣのＣＭＣ溶液粘度に対する炭酸ナトリウムおよび塩化ナトリウムの効果を比較するグラフである。粘度測定：Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＲＶ  １００ｒｐｍ、５０℃。
【図３】図３は２０ｗｔ％ＣＭＣ溶液の粘度に対するｐＨの効果を示すグラフである。標準ＣＭＣ：ＦＦ−５（２７ｍＰａｓの４％粘度。ＤＳ  ０．７）。実験ＣＭＣ：ＦＦ−５（９６〜９８ｗｔ％；２〜４％の各種アルカリ塩）。粘度測定：Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＲＶ  １００ｒｐｍ、６０℃。粘度を測定する前に、ＣＭＣおよびＣＭＣ＋各種アルカリ塩のドライブレンドを、ワイヤミキサーを用いて９０分間水と混合した。
【図４】図４は各種ＣＭＣコーティングカラーの粘度に対する組成物およびせん断速度の効果を示すグラフである。
【図５】図５は各種ＣＭＣコーティングカラーの粘度に対する組成物およびせん断速度の効果を示すグラフである。
【図６】図６は各種コーティングカラーの保水特性を示すグラフである。
【図７】図７はコーティングカラーでコーティングされた各種紙の光学特性を示すグラフである。
【図８】図８はさまざまなコーティング重量にわたるＣＭＣを含有する４つのバリア材料の耐油性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本明細書の実施形態は、ＣＭＣストック溶液の濃度の増加方法を提供することにより、上述の必要性に応える。とくに、高濃度ＣＭＣストック溶液は高固体含有量紙コーティングにおける使用に適している。ＣＭＣストック溶液は、バリア材料のような、表面処理材料として、またはその一部として用いることもできる。
【００１８】
実施形態では、その方法は一般的には、ＣＭＣおよびアルカリ塩をドライブレンドし、ＣＭＣ混合物を得るステップならびにＣＭＣ混合物を水中に溶解し、ＣＭＣを約９．８重量％より大きい濃度で、アルカリ塩を少なくとも約０．０５重量％の濃度で含むＣＭＣのアルカリ溶液を得るステップを含む。他の実施形態では、ＣＭＣのアルカリ溶液を得るのに、アルカリ塩はＣＭＣを水中に溶解する前または後のいずれかに添加してもよい。ＣＭＣは望ましくは約０．９未満の置換度および約３００ｋＤ未満の分子量を有する。驚くべきことに、ＣＭＣおよびアルカリ塩を含有する溶液を調製することにより、高濃度のＣＭＣを有するストック溶液は、溶液の濃度に応じて、さまざまな温度で約５，０００ｍＰａ未満の粘度を有して得ることができる。例えば、高濃度のＣＭＣを有するストック溶液は、約５０〜約６０℃の範囲内で約５，０００ｍＰａ未満の粘度を有して得ることができる。到達することができる濃度はＣＭＣの分子量によって決まり得る。いずれの理論にも縛られることを望まず、より低い分子量を有するＣＭＣが通常、溶液の粘度（すなわち、５，０００ｍＰａより大きい粘度）のため、９．８重量％未満の濃度に限定される特定の状況において、本明細書において提供される実施形態に従うＣＭＣのアルカリ溶液の使用は、アルカリ塩を含まないＣＭＣの溶液と比較して溶液の粘度を顕著に低下させ、これにより、より高濃度のＣＭＣの使用を可能にすると考えられる。
【００１９】
実施形態では、その方法は、ＣＭＣのアルカリ溶液のｐＨを約７．５〜約１１のｐＨに調節するステップをさらに含む。他の実施形態では、ＣＭＣのアルカリ溶液は約７．５〜約１０．５のｐＨを有する。例えば、特定の実施形態では、ＣＭＣのアルカリ溶液は約８．０より大きい、約８．５より大きい、または約９．０より大きいｐＨを有する（例えば、図３参照）。ＣＭＣのアルカリ溶液のｐＨを調節するのに適した方法は当業者に知られている。
【００２０】
特定の実施形態では、ＣＭＣは約０．４〜約０．９の置換度および約３００ｋＤ未満の分子量を有する。実施形態では、ＣＭＣは約０．４〜約０．９、約０．６〜約０．９、または約０．７〜約０．８５の置換度を有する。実施形態では、ＣＭＣは約３００ｋＤ未満、約２００ｋＤ未満、約１５０ｋＤ未満、または約１００ｋＤ未満の分子量を有する。
【００２１】
本明細書の実施形態において用いられるＣＭＣは、その粘度およびｐＨにより特徴づけることもできる。例えば、特定の実施形態では、ＣＭＣは、約２５℃の温度のＣＭＣの２％溶液について約２０００ｍＰａｓ未満の粘度、約２５℃の温度のＣＭＣの２％溶液について約４００ｍＰａｓ未満の粘度、または約２５℃の温度のＣＭＣの２％溶液について約１００ｍＰａｓ未満の粘度を有する。実施形態では、ＣＭＣはＣＭＣの１％溶液について約８未満のｐＨを有するとさらに特徴づけられる。他の実施形態では、ＣＭＣはＣＭＣの１％溶液について約９未満のｐＨを有するとさらに特徴づけられる。
【００２２】
実施形態では、ＣＭＣは望ましくは、アルカリ溶液中、約９．８％より大きく約２５％までの濃度、約１０％より大きく約２５％までの濃度、約１２％より大きく約２５％までの濃度、約１５％より大きく約２５％までの濃度、約１８％より大きく約２５％までの濃度、または約２０％より大きく約２５％までの濃度を提供するのに十分な量で存在する。
【００２３】
本明細書の実施形態において用いられるアルカリ塩は望ましくは塩基塩を含む。塩基塩の非限定的な例としては、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、水酸化カルシウム、およびこれらの組み合わせが挙げられる。実施形態では、アルカリ塩はＣＭＣのアルカリ溶液中に少なくとも約０．０５％の量で存在する。例えば、特定の実施形態では、アルカリ塩はＣＭＣのアルカリ溶液中に約０．０５重量％〜約５．０重量％、約０．０５重量％〜約２．５重量％、約０．０５重量％〜約１．０重量％、約０．１重量％〜約１．５重量％、約０．１重量％〜約１．０重量％、約０．１重量％〜約０．５重量％、約０．２重量％〜約１．０重量％、または約０．２重量％〜約０．７重量％の量で存在する。
【００２４】
特定の実施形態では、本明細書において提供されるＣＭＣストック溶液は、アルカリ塩を約０．１％〜約２．０％の濃度で、ＣＭＣを約９．８％より大きく約２０％までの濃度で含む。他の実施形態では、本明細書において提供されるＣＭＣストック溶液は、アルカリ塩を約０．１％〜約１．５％の濃度で、ＣＭＣを約１２％より大きく〜約２０％の濃度で含む。
【００２５】
特定の実施形態では、アルカリ塩は、アルカリ塩、例えば、炭酸ナトリウムおよび亜硫酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、またはこれらの組み合わせのいずれかの混合物を含む。望ましくは、亜硫酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、またはこれらの組み合わせは、ＣＭＣのアルカリ溶液中に約０．１重量％〜約２重量％の濃度で存在するが、アルカリ塩の総濃度は約５重量％未満である。
【００２６】
本明細書における実施形態では、ＣＭＣのアルカリ溶液、顔料（例えば、炭酸カルシウムのような、無機顔料）、および当業者に知られる他の添加剤（例えば、ラテックスのような、有機結合剤）を含む高固体含有量紙コーティング組成物も提供される。一般的には、ＣＭＣのアルカリ溶液は、約７０重量％より大きい固体含有量を有するコーティング組成物について０．５重量％未満の顔料を含む。ＣＭＣのアルカリ溶液はＣＭＣを約９．８重量％より大きい濃度で、アルカリ塩を少なくとも約０．０５重量％の濃度で含み、ＣＭＣは約０．９未満の置換度および約３００ｋＤ未満の分子量を有する。
【００２７】
本明細書における実施形態では、ＣＭＣから生成される、またはこれを含有する、バリア材料のような、表面処理材料も提供される。ＣＭＣから生成される、またはこれを含有するバリア材料は、紙、板紙、等のようなマトリックス材料との組み合わせで用いることができ、または自立型材料とすることができる。バリア材料は、当技術分野において知られるいずれかの技術を用い、いずれかのサイズまたは形状に生成することができる。実施形態では、ＣＭＣを含有するバリア材料はフィルムである。いくつかの実施形態では、フィルムは一般的にはＣＭＣのアルカリ溶液を用い、溶媒を除去することにより、例えば蒸発または熱補助蒸発により形成される。
【００２８】
ＣＭＣから生成される、またはこれを含有するバリア材料は、さまざまな材料に耐性があり得る。例えば、バリア材料は、一般的にはバリア材料の細孔径、ピンホールのような、欠陥、または両方によって決まる特徴である、耐油性もしくは耐グリース性、耐酸素性、または両方であり得る。バリア材料のバリア特性は、コーティング重量、フィルムホールドアウト（材料がフィルムである場合）、または両方によっても決まり得る。
【００２９】
高いコーティング重量は、いくつかの状況では、比較的高濃度を有するＣＭＣ溶液を用いることにより得ることができ、フィルムホールドアウトは高分子量を有するＣＭＣを用いることにより向上させることができる。いくつかの状況では、より高分子量のＣＭＣが用いられる場合、より低いコーティング重量が許容可能であるので、これらの考慮事項は所望のバリア材料を生成するようにバランスを取ることができる。コーティング重量の増加に加えて、比較的高濃度を有するＣＭＣ溶液からのバリア材料フィルムの生成は、湿潤フィルムは固定化がより速いので、フィルムホールドアウトを向上させることができる。一般的には、本明細書に記載されるＣＭＣのアルカリ溶液を用い、ＣＭＣの分子量およびＣＭＣ溶液の濃度を含む、これらの要素を最適化することができる。
【００３０】
本明細書の実施形態は、粘度を顕著に増加させる、またはそうでなければＣＭＣの機能性に悪影響を及ぼすことなく、より高濃度のＣＭＣおよび固体の使用を可能にする。望ましくは、本明細書において提供されるＣＭＣのアルカリ溶液は、アルカリ塩を含まないＣＭＣの同様の溶液と比較して実質的に低下した粘度を有すると特徴づけられる。例えば、実施形態では、アルカリ塩を含むＣＭＣのアルカリ溶液の粘度はアルカリ塩を含まないＣＭＣの同様の溶液の約５０％未満である。また他の実施形態では、アルカリ塩を含むＣＭＣのアルカリ溶液の粘度は、アルカリ塩を含まないＣＭＣの同様の溶液の約２０％〜約５０％である。
【００３１】
例えば、特定の実施形態では、アルカリ塩の添加はＣＭＣのアルカリ溶液中のＣＭＣの最大濃度を１２〜１５％ＣＭＣの上限から１８〜２０％の上限まで、または約１０％の上限から約１３〜１５％まで、または８％の上限から約９．８〜１２％まで増加させる。
【００３２】
本発明は以下の実施例によりさらに例示されるが、これは多少なりともその範囲に限定を与えるものと解釈されるべきではない。逆に、本明細書における説明を読んだ後、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく当業者に提案され得る、さまざまな他の実施形態、変更形態、および同等物を行うことができることは明らかに理解されるべきである。
【実施例】
【００３３】
（実施例１：さまざまなＣＭＣ濃度の標準および実験溶液の粘度）
ＦＦ−５（２７ｍＰａｓの４％粘度（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＬＶ  ６０ｒｐｍ、２５℃）、ＭＷ  ５０ｋＤ、ＤＳ  ０．７）グレードＣＭＣを４つのＣＭＣ濃度：約５、１３、１７、および２０％ＣＭＣで用い、ＣＭＣ溶液を調製した。２％Ｎａ２ＣＯ３をＣＭＣと予めブレンドし、「実験」溶液を生成した。各溶液の粘度を測定し、その結果は図１に見ることができる。粘度測定：Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＲＶ  １００ｒｐｍ、５０℃。粘度を測定する前に、ＣＭＣおよびＣＭＣ＋塩のドライブレンドを、ワイヤミキサーを用いて９０分間水と混合した。
【００３４】
図１は、同じＣＭＣ濃度を有する標準溶液と比較して、実験溶液の粘度の低下を示す。最高ＣＭＣ濃度、２０％で、標準溶液は９０００ｍＰａｓ近い粘度を有し、Ｎａ２ＣＯ３を含有する実験溶液は３５００ｍＰａｓ近い粘度を有した。これらの結果は、これらの溶液の取扱限度である５０００ｍＰａｓ以下の粘度を有する高度に濃縮されたＣＭＣ溶液を達成する能力を示した。ただし、取扱限度は用いられる装置および温度によって決まる。
【００３５】
（実施例２：ＣＭＣ溶液の粘度に対する各種塩の効果）
各種濃度のアルカリ塩およびＮａＣｌを２０％ＣＭＣ濃度のＣＭＣ溶液に添加し、表１に示されるようなＣＭＣ溶液を生成した。基準ＣＭＣ：ＦＦ−５（２７ｍＰａｓの４％粘度、ＤＳ  ０．７）。粘度測定：Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＲＶ  １００ｒｐｍ、６０℃。粘度を測定する前に、ＣＭＣおよびＣＭＣ＋塩のドライブレンドを、ワイヤミキサーを用いて９０分間水と混合した。粘度測定は溶液上で行い、その結果は表１および図２に示す。
【００３６】
【表１】
2014534302.tif 000002
【００３７】
図２Ａに示されるように、溶液粘度はＮａＣｌ濃度の増加とともに増加した。アルカリ塩の添加は、塩を含まない溶液と比較して、およびＮａＣｌを含む溶液と比較して、溶液粘度の低下をもたらした。例えば、（中性塩およびアルカリ塩の、０．７のＤＳおよび５０ｋＤ、２００ｋＤ、または３５０ｋＤの分子量を有するＣＭＣに対する効果を示す）図２Ｂに示されるように、中性塩（ＮａＣｌ）添加は一般的には、より低分子量（すなわち、５０ｋＤおよび２００ｋＤ）を有するＣＭＣの溶液濃度を増加させた。一方、アルカリ塩（Ｎａ２ＣＯ３）添加はより低分子量のＣＭＣの溶液粘度をより顕著に低下させた。
【００３８】
（実施例３：アルカリ塩の添加後のＣＭＣ溶液の粘度およびｐＨ変化）
アルカリ塩を含む、および含まない両方のＣＭＣ溶液を、以下の表２に記載される各種グレードのＣＭＣを用いて調製した。ｐＨおよび粘度を測定する前に、ＣＭＣおよびＣＭＣ＋アルカリ塩（２％炭酸ナトリウム）のドライブレンドを、ワイヤミキサーを用い、９０分間水中に混合した。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
一般的には、表２は、より低分子量（すなわち、本実施例では２００ｋＤ未満）のＣＭＣを含有する溶液が塩を含有しない同様の溶液と比較して粘度の最大低下を示したことを示す。さらに、より低分子量のＣＭＣグレードでは、アルカリ溶液のｐＨは塩を含有しない溶液のそれより顕著に高い。
【００４１】
ＣＭＣ溶液の粘度に対するｐＨの効果は、アルカリ塩を含む、および含まない両方のＣＭＣ（ＦＦ−５、２０ｗｔ％ＣＭＣ）の溶液の粘度を測定することにより、さらに特徴づけられた。ドライブレンドを水と９０分間混合した後、粘度はＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＲＶを１００ｒｐｍおよび６０℃で用いて測定した。その結果は図３に示され、アルカリ塩の添加によってｐＨが増加するにつれ、ＣＭＣ溶液の粘度が低下したことを示す。６のｐＨおよび８５００の粘度を有する試料を表すデータ点はアルカリ塩を含まなかった：残りの試料はアルカリ塩を含んだ。８のｐＨに近いデータ点は再現性を示す２つの異なる溶液から回収された２つだった。
【００４２】
（実施例４：適用試験）
適用試験を、１００ｐｐｈ（１００分の１部）のＣａＣＯ３、１０ｐｐｈのＳＢ−ラテックス、０．１５ｐｐｈのＣＭＣおよび０．３ｐｐｈの光学増白剤を有する標的コーティングカラー製剤で行った。コーティングカラー製剤の固体含有量は７０ｗｔ％であり、ｐＨを水酸化ナトリウムの添加により８．５に調節した。ＣＭＣを、Ｎａ２ＣＯ３（１または２％Ｎａ２ＣＯ３）を含む、および含まない両方の、予め溶解したＣＭＣ  ＦＦ−５の２０％溶液として添加した。コーティングされた紙のコーティングカラーのレオロジー、保水、および光学特性をこれらの試料について特徴づけ、図４〜７に示す。
【００４３】
コーティングカラー製剤のレオロジーを、１００ｒｐｍのＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ  ＲＶ、Ｈｅｒｃｕｌｅｓ高せん断粘度計ＤＶ−１０（せん断速度１０００００  １／ｓ）、およびＡＣＡＶ  Ａ２−毛細管粘度計（せん断速度１００００００  １／ｓ）を用いて評価した。静的保水性（ÅＡ−ＧＷＲ）を、１０ｍＬの一定体積のコーティングカラー製剤を用いて測定した（５μｍの膜細孔径、３０ｋＰａの圧力、２分）。
【００４４】
紙コーティングを実験室コーター（ＤＴ  Ｐａｐｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ）で７０ｍ／分の速度で行った。コーティングカラー製剤をロールアプリケーターにより紙ウェブに塗布し、余分を硬質ブレードにより除去した。ベースウェブは予めコーティングされた上質紙（坪量１００ｇ／ｍ２）であり、試験のコーティング重量は８〜９ｇ／ｍ２だった。
【００４５】
粘度測定値を異なるせん断速度で取り、その結果は図４および５に示す。炭酸ナトリウムを含む、または含まないコーティングカラー製剤を含有するＣＭＣについて、異なるせん断速度での粘度には顕著な差はなかった。
【００４６】
保水特性は図６に示す。炭酸ナトリウムを含む、または含まないコーティングカラー製剤を含有するＣＭＣについて、保水特性には顕著な差はなかった。加えて、図７に示されるように、炭酸ナトリウムの使用はコーティングされた紙の白色度値を顕著に低下させなかった。
【００４７】
（実施例５：ＣＭＣから生成される、またはこれを含有するバリア材料）
ＣＭＣを含有する４つのバリア材料を生成し、ＫＩＴ試験を用いて評価し、それらの耐油性を決定した。耐油性はより高いＫＩＴ試験スコアを有するそれらのバリア材料についてより良好である。
【００４８】
バリア材料を、異なる濃度を有する、アルカリ塩を含む、および含まない、ＣＭＣの予め溶解した溶液を形成することにより調製した。予め溶解した溶液をハンドロッドにより表面サイズ８０ｇ／ｍ２の紙上に塗布した。材料をエアドライヤーで乾燥させた。ＣＭＣを含有する４つのバリア材料およびそれらの特徴は以下の表に示す：
【００４９】
【表３】
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【００５０】
材料１〜４の性能は、さまざまなコーティング重量にわたる４つの材料のＫＩＴ値を示す、図８に示す。図８のデータは、本明細書において記載される実施形態が、バリア材料を生成するのにより広範囲の濃度を有するＣＭＣ溶液を用いる可能性を提供することを示した。また、比較的高濃度のＣＭＣ溶液で生成された、この実施例のバリア材料Ｎｏ．２は、他の試料より良好なフィルムホールドアウトを有し、より短い乾燥時間を要した。
【００５１】
本発明はその特定の実施形態に関して詳細に記載されたが、当業者であれば、前述の理解に到達した後、これらの実施形態の変更、変形、および同等物に容易に想到することができることが理解されるだろう。従って、本出願の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそのいずれかの同等物のそれとみなされるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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