JP4470477B2 - 耐油紙用重合体ラテックス及び耐油紙 - Google Patents
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Description
紙に耐油性を付与する方法としては、耐油性の合成樹脂フィルムを紙表面にラミネートする方法がある。しかしながら、このような耐油紙は、耐油紙使用後にリサイクルしようとする場合に、離解性がなく、再生原料として回収が困難であるという欠点を有する。
そこで、古紙として回収し、離解して再利用可能な耐油紙が求められている。
しかしながら、前記した従来の耐油紙では、臭気の点で問題が発生する場合があった。
また、本発明によれば、前記重合体ラテックスの固形分100重量部に対して、50〜150重量部の水蒸気を該重合体ラテックスに吹き込み、水蒸気蒸留する耐油紙用重合体ラテックスの製造方法が提供される。
さらに、本発明によれば、前記耐油紙用重合体ラテックスを主成分として含む耐油紙用塗工組成物が提供される。
さらにまた、本発明によれば、原紙上に、前記の耐油紙用塗工組成物を塗工してなる耐油紙が提供される。
本発明の耐油紙用重合体ラテックスは、水性媒体中、アルコール性水酸基を含有する水溶性高分子化合物の存在下、単量体を重合して得られるガラス転移温度が−20〜50℃の重合体を含む耐油紙用重合体ラテックスであり、固形分濃度が30重量%の該重合体ラテックスについて、JIS K 0101に従い測定した臭気強度が200,000以下であることを特徴とする。
上記の単量体のうち、共役ジエン単量体、芳香族ビニル単量体、エチレン性不飽和ニトリル単量体、エチレン性不飽和カルボン酸単量体およびエチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体が好ましく使用できる。
得られた重合体ラテックスの機械的安定性および配合安定性に優れる点で、エチレン性不飽和カルボン酸単量体を必須で使用することが好ましく、その使用量は、重合で使用する単量体全量に対して0.5〜10重量%の範囲であることがより好ましい。
水性媒体の使用量は、重合に使用する単量体100重量部に対して、好ましくは90〜900重量部、より好ましくは100〜500重量部である。
この使用量が少なすぎると、重合時の安定性が低下して凝集物が多量に発生したり、得られた重合体ラテックスの機械的安定性及び化学的安定性が低下したりする傾向があり、逆に多すぎると、重合系の粘度上昇による反応熱除去が困難になったり、得られた重合体ラテックスの粘度が高くなりすぎて取り扱いが困難となったりする傾向がある。
ここで使用できるアルコールは、格別限定されることはなく、1価及び多価のいずれでもよいが、水溶性のものが好ましい。このようなアルコールの具体例としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセロールなどを挙げることができる。
アルコールの使用量は、重合に使用する単量体100重量部に対して、好ましくは1〜50重量部、より好ましくは2〜20重量部である。
過酸化物ラジカルを発生する重合開始剤の具体例としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素などの水溶性過酸化物;t−ブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイドなどの油溶性過酸化物;過酸化物と重亜硫酸水素ナトリウムなどの各種還元剤との組み合わせによるレドックス系開始剤などを挙げることができる。なかでも水溶性過酸化物が好適であり、過硫酸塩が特に好適である。
重合開始剤の使用量は、単量体100重量部に対して、通常、0.05〜5重量部、好ましくは0.1〜4重量部である。
重合開始剤の添加方法には特に制限はなく、例えば、重合開始前の反応容器に全量を投入する方法や、重合開始前の反応容器に一部を投入して重合を開始した後、残部をある特定の時期に追加添加する方法、重合開始前に反応容器に一部を投入して重合を開始した後、残部を連続的又は断続的に重合系に添加する方法などを採り得る。
なお、このガラス転移温度は、常法に従い、前記の単量体の中から適宜その種類と使用量を選択することにより調節できる。
重合に使用した単量体に由来する重合体に結合したアルコール性水酸基含有水溶性高分子化合物の量(以下、「グラフト率」という場合がある。)は、重合に使用した単量体に由来する重合体全量に対して、好ましくは0.5〜50重量%、より好ましくは0.5〜20重量%、特に好ましくは1〜15重量%である。
このグラフト率が少なすぎると耐油性の確保が困難になり、逆に多すぎると、ラテックス粘度が上昇して取り扱い難くなる傾向がある。
水蒸気蒸留する際の系内の圧力は、減圧状態から加圧状態まで、いずれの状態でも構わないが、−80kPa〜0kPa(ゲージ圧)の範囲とすることが好ましく、−60kPa〜−10kPa(ゲージ圧)の範囲とすることがより好ましい。
また、系内のラテックス温度が80〜100℃、より好ましくは85〜100℃を維持するように水蒸気蒸留することが好ましい。
耐油紙用塗工組成物中の耐油紙用重合体ラテックスの含有量(固形分換算)は、好ましくは50重量%以上、より好ましくは70重量%以上である。勿論、前記の耐油紙用重合体ラテックスのみを耐油紙用塗工組成物として用いることができる。
顔料としては、例えば、クレー、カオリン、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、シリカ、硫酸バリウム、雲母、酸化チタン、サチンホワイト等の無機顔料;プラスチックピグメント等の有機顔料が挙げられる。顔料の配合量は、耐油紙用重合体ラテックスの固形分100重量部に対して、好ましくは100重量部以下、より好ましくは50重量部以下、特に好ましくは10重量部以下である。
乾燥温度は通常50℃以上である。
重合体ラテックスの評価方法
(重合体ラテックスのガラス転移温度)
得られた重合体ラテックスをガラスモールドに流延し、厚さ0.3mmの乾燥フィルムを作成した。このフィルムについて、示差走査熱量計を用いて、昇温速度10℃/分で、−100〜150℃の測定温度範囲で測定した。
(重合体ラテックスの体積平均粒子径)
光散乱粒子径測定器(コールターLS230:コールター社製)を用いて測定した。
得られた重合体ラテックスの固形分濃度を10%に調整して、その60gを試料とする。試料を、5℃で、13,000rpm、60分間の条件で遠心分離し、上澄み液を40g回収する。沈降層(20g)に蒸留水40gを添加して均一にした後、同一条件で再度遠心分離して、上澄み液40gを回収し、沈降層について再度同一操作を繰り返す。3回の遠心分離で得られた上澄み液合計120gの固形分を測定し、上澄み液中の固形分量を計算する。これが、重合で生成した重合体に結合しなかったポリビニルアルコールの量(A)である。試料中における仕込みから計算される全ポリビニルアルコールの重量(B)より(A)を減じて、重合で生成した重合体に結合したポリビニルアルコールの量(C)とする。これらの値から、下記式によりグラフト率(重合に使用した単量体に由来する重合体100部に対して、該重合体に結合したアルコール性水酸基含有水溶性高分子化合物の量(%))を計算する。
グラフト率=〔C/(6−B)〕×100(%)
固形分濃度を30%に調整した重合体ラテックスを試料として、JIS K
0101に従い、臭気強度(倍)を測定した。この値が小さいほど、重合体ラテックス中の臭気成分の量が少ない。
(耐油性)
TAPPI(Technical Association of Pulp and Paper Industry) UM−557の規定に従い、ひまし油、トルエンおよびn−ヘプタンから成り、それぞれの混合比が異なる試験液を耐油紙の塗工面に1滴滴下し、15秒後にティシューペーパーで滴下した試験液をふき取る。塗工面の試験液の浸透による汚れ、すなわち油分がしみこんで汚れた部分が生じなくてもはっきりとした黒い点が認められたら不合格とし、合格した最大の液番号を、耐油度として示す。この値が大きいほど、耐油性に優れる。
第1表に試験液の混合比と耐油度を示す。
耐油紙の塗工面と市販の上質紙を対面させ、それを線圧100kg/cmの条件で、上質紙が加熱ロールに接するように、150℃の加熱ロールと弾性ロールとの間を一度通過させた。処理後の試験片の温度が室温まで戻った後、耐水耐油紙と上質紙を手で剥がし、以下の基準で評価した。一つのサンプルについて、10回試験を行い、単純平均化した点数で示す。
5点:きれいに剥がれる。
4点:10%未満の部分に、上質紙が融着している。
3点:10〜30%の部分に、上質紙が融着している。
2点:30%を超え、50%以下の部分に、上質紙が融着している。
1点:塗工液の50%を超える部分に、上質紙が融着している。
耐油紙を裁断して、3cm×3cmの大きさの試験片を製作する。この試験片を合計10gとなる枚数を(ただし、これらの試験片の重量が10gに満たない場合は、さらに耐油紙を裁断した小片を1枚追加し、合計量を10gとする。)、30℃の水道水500gに投入する。これをミキサーに入れて、10分間攪拌し、離解処理を行なった。得られたスラリーを取り出し20cm×25cmの大きさに手抄きし、120℃のオーブンで20分間乾燥した。得られたシート中の未離解物(塗膜片、紙片など)を目で観察して評価した。
未離解物の最大のものが、2mm四方未満の場合○、2mm四方〜5mm四方未満の場合△、5mm四方を越える場合は×で示し、夫々以下のように判断した。
○:離解性に優れる。
△:離解性がやや劣る。
×:離解性が劣る。
20cm四方に切断した塗工紙を、内容積100mlのガラス容器に入れ、蓋
で密封した後、40℃の恒温槽に4時間放置した。その後、取り出したガラス容器の蓋を外し、臭い成分測定装置(KALMOR−Σ:株式会社カルモア製)を用いて、ガラス容器内部のカルモアΣ値の最大値を測定した。
このカルモアΣ値の最大値から、別途測定した測定室内のカルモアΣ値を減じて、カルモアΣ上昇値を求めた。この数値が小さいほど臭気成分が少なく、概ね200以下であれば、不快な臭気として感知されない。
(重合体ラテックスの製造)
耐圧容器に、脱イオン水130部、スチレン56部、メタクリル酸4部、1,3−ブタジエン40部及びポリビニルアルコール(粘度平均重合度500、ケン化度88モル%;PVA−205、クラレ社製)15部を仕込み、混合・撹拌して単量体乳化物を得た。
耐圧反応器に、脱イオン水47部、エタノール4部を仕込み、80℃に昇温した。80℃を維持しながら、過硫酸カリウム2.0部を脱イオン水35部に溶解した水溶液を添加した後、前記の単量体乳化物を、4時間30分間に亘り、反応器に連続的に添加した。単量体混合物の添加を完了した後、更に3時間反応を継続し、次いで、重合系を冷却して重合反応を停止した。この時の重合転化率は96%であった。
秤量310g/m2のコート白ボール原紙の片面に、重合体ラテックスAを、乾燥固形分量で6g/m2になるように塗工し、100℃の熱風乾燥機で30秒間乾燥した。その後、温度23℃、相対湿度65%の恒温恒湿室に、1昼夜放置して耐油紙を得た。この耐油紙の耐油性、耐ブロッキング性、離解性および臭気の評価を行いその結果を第2表に示す。
第2表に示す単量体組成、ポリビニルアルコール量、吹き込み水蒸気量および水蒸気吹き込み速度に変更する以外は、実施例1と同様にして、重合体ラテックスB〜Dを得た。これらの重合体ラテックスの物性を第2表に示す。
重合体ラテックスAに代えて、重合体ラテックスB〜Dを用いる以外は、実施例1と同様にして、耐油紙を得た。耐油紙の物性を測定し、それらの結果を第2表に示す。
第2表に示す単量体組成、吹き込み水蒸気量および水蒸気吹き込み速度に変更する以外は、実施例1と同様にして、重合体ラテックスEおよびFを得た。これらの重合体ラテックスの物性を第2表に示す。
重合体ラテックスAに代えて、重合体ラテックスEおよびFを用いる以外は、実施例1と同様にして、耐油紙を得た。耐油紙の物性を測定し、それらの結果を第2表に示す。
耐圧容器に、脱イオン水50部、ラウリル硫酸ナトリウム0.2部、メタクリル酸メチル26部、アクリル酸ブチル50部、アクリロニトリル20部及びメタクリル酸4部を添加し、混合・撹拌して単量体乳化物を得た。
耐圧反応器に、脱イオン水60部、ラウリル硫酸ナトリウム0.6部を添加し、80℃に昇温した。80℃を維持しながら、過硫酸カリウム0.5部を脱イオン水10部に溶解した水溶液を添加した後、前記の単量体乳化物を、4時間に亘り、反応器に連続的に添加した。単量体乳化物の添加を完了した後、さらに2時間反応を継続し、次いで、重合系を冷却して重合反応を停止した。この時の重合転化率は98%であった。
ガラス転移温度が本発明で規定する下限より低い重合体ラテックスEを用いると、得られた耐油紙の耐ブロッキング性および離解性に劣る(比較例1)。
少量の水蒸気を吹き込んで水蒸気蒸留して得られた、臭気強度が大きい重合体ラテックスFを用いて得られる耐油紙は、臭気成分が多く、食品包装用には適していない(比較例2)。
乳化重合において通常使用されるアニオン性界面活性剤の存在下に単量体を重合して得られた重合体ラテックスGを用いると、得られた耐油紙の耐油性に劣る(比較例3)。
これらの比較例に比べ、本発明の耐油紙用重合体ラテックスを用いると、臭気が極めて少なく、耐油性、耐ブロッキング性および離解性に優れる耐油紙が得られている(実施例1〜4)。これらの耐油紙は、食品包装用にも好適に使用できる。
Claims (4)
- 水性媒体中、ビニルアルコール系重合体の存在下、界面活性剤を使用せずに、共役ジエン単量体、芳香族ビニル単量体、エチレン性不飽和ニトリル単量体およびエチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体から選ばれる1種以上と、単量体全量中0.5〜10重量%のエチレン性不飽和カルボン酸単量体とからなる単量体混合物を重合して得られる、ビニルアルコール系重合体が前記単量体混合物に由来する重合体にその全量に対して1〜15重量%結合した、ガラス転移温度が−10〜45℃の重合体を含む耐油紙用重合体ラテックスであり、固形分濃度が30重量%の該重合体ラテックスについて、JIS K 0101に従い測定した臭気強度が100,000以下であることを特徴とする耐油紙用重合体ラテックス。
- 水性媒体中、ビニルアルコール系重合体の存在下、界面活性剤を使用せずに、共役ジエン単量体、芳香族ビニル単量体、エチレン性不飽和ニトリル単量体およびエチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル単量体から選ばれる1種以上と、単量体全量中0.5〜10重量%のエチレン性不飽和カルボン酸単量体とからなる単量体混合物を重合して、ビニルアルコール系重合体が前記単量体混合物に由来する重合体にその全量に対して1〜15重量%結合した、ガラス転移温度が−10〜45℃の重合体を含む重合体ラテックスを得た後、該重合体ラテックスの固形分100重量部に対して、50〜150重量部の水蒸気を該重合体ラテックスに吹き込み、水蒸気蒸留することを特徴とする耐油紙用重合体ラテックスの製造方法。
- 請求項1に記載の耐油紙用重合体ラテックスを主成分として含む耐油紙用塗工組成物。
- 原紙上に、請求項3に記載の耐油紙用塗工組成物を塗工してなる耐油紙。
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