JP6942142B2 - 製紙プロセスのためのボロン酸含有ポリマー - Google Patents

Description

本開示は概して、製紙に関する。より詳細には、本開示は、製紙プロセス中の排水、保持、及び形成を改善し得る化学添加剤に関する。

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１２月１４日に出願された米国特許出願第６２／２６７，２０４号の優先権を主張し、この開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

保持、排水、及び形成（ＲＤＦ）添加剤は、製紙プロセス中の製紙機の湿潤最終操作で起こる現象に影響を及ぼす。この影響は、反対に帯電した化学物質とファニッシュ成分（ｆｕｒｎｉｓｈ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）との間のイオン相互作用に基づく。典型的には、イオン反応は無限に速いと仮定され、したがって、化学反応速度論は、通常、わずかな対象であると仮定され得る。したがって、ＲＤＦ添加物が作用する滞留時間は、通常、物理的混合によって制限される。

製紙ファニッシュの流動懸濁液中へのＲＤＦ添加剤の導入は、大流量のファニッシュに混合される比較的少量のＲＤＦ添加剤により困難である。混合される典型的な比は約１：１０００である。一方で、ポンプ、圧力スクリーン、及びヘッドボックスなどの接近システムパイプ及び関連部品によって引き起こされる不適切な混合、ポリマーの吸着、せん断の影響のため、局所的な過量によるＲＤＦの失活を最小限にするために、できるだけ迅速に混合すべきである。

従来のＲＤＦシステムでは、全ての成分がヘッドボックスの前に投与される。一般的な投与ポイントは、主に浮遊物を破壊して混合プロファイルを改善するために、ヘッドボックスファンポンプまたは圧力スクリーンの前である。ＲＤＦ添加剤は、スクリーン後にも添加され得る。ＲＤＦ添加剤の添加の添加点は、圧力スクリーンとヘッドボックスとの間、または圧力スクリーン内へを含む。製紙機では、ヘッドボックスに添加されるＲＤＦ添加剤の典型的な滞留時間は、約２〜１０秒である。ポンプ／スクリーン内でせん断に曝されると、ＲＤＦ添加剤誘起繊維浮遊物が破壊する。システムが再凝集するので、スクリーン後に投与される他のＲＤＦ成分の架橋機構は、最初の凝集状態と同じ構造を維持すると考えられる。主な影響は、保持及び排水反応がせん断前のものと同じであることである。

投与点から形成部分までのＲＤＦ添加剤の滞留時間が長くなると、ＲＤＦ化学物質の制御がより困難になる。さらに、給紙位置とシート特性が固定されている部分との間の距離が長い場合、特定のシート特性に影響を及ぼす能力が減少する。したがって、多くの場合、ＲＤＦ添加剤をヘッドボックスに接近または直接供給すると、性能、意図する向上した保持、排水、及び浮遊物サイズが増加することが観察される。

ＲＤＦ添加剤をヘッドボックスに導入するためのいくつかの既存の技術、例えば希釈ヘッドボックス流またはヘッドボックスに設置されたハードウェア内の特別な流路の使用がある。陰イオン性希釈流は、陽イオン性ＲＤＦ添加剤の性能を低下させ、陰イオン性ＲＤＦ添加剤のみに適用を限定するので、希釈流概念の使用は好ましくない。加えて、希釈流がヘッドボックスに適用されて、坪量プロファイルの変動を制御するために坪量を局所的に減少させる。ＲＤＦ添加剤が局所的な保持の増加、例えば坪量の増加により希釈流と共に適用される場合、個々の希釈弁からの応答は部分的に妨げられる。ヘッドボックスのハードウェアの変更は、比較的高い投資コストと設置のための長い閉鎖期間のために好まれない。

現在、ＲＤＦ添加剤は一般的に、凝集剤、凝固剤、及び無機粒子から選択され得る。これらの化学物質の１つ以上をセルロース繊維、微粒子、充填剤などを含む水性スラリーに添加すると、シートの形成は、保持及び脱水などのいくつかの特性の観察された改善によって促進されるが、得られる紙シートの他の特性を犠牲にし得る。したがって、紙または板紙の強度などの他の特性を犠牲にすることなく、改善された保持、排水、及び形成特性を提供する新しいＲＤＦ添加剤が必要とされている。

国際公開第２００６／０１０２６８号

本開示は、ＲＤＦ添加剤及びそれを使用する方法に関する。一態様では、本開示は、有効量の添加剤を製紙プロセスに添加することを含む、前記製紙プロセスにおける保持、排水、及び形成特性を増大するための方法であって、前記添加剤は、ボロン酸部分を有するポリマーを含む、方法に関する。

本開示はまた、有効量の添加剤を製紙プロセスに添加することを含む、前記製紙プロセスにおける保持、排水、及び形成特性を増大するための添加剤の使用であって、前記添加剤は、ボロン酸部分を有するアクリルアミド含有ポリマーを含む、使用を提供する。

前述されたことは、後続の発明を実施する形態をより良く理解できるように、本開示の特色及び技術的利点を概括的に概説したものである。本出願の特許請求の範囲の主題を形成する、本開示のさらなる特色及び利点については、以下で説明する。開示される概念及び具体的な実施形態は、本開示と同じ目的を実行するための他の実施形態を修正または設計するための基礎として容易に活用できることが、当業者には理解されるべきである。また、かかる等価の実施形態は、添付の特許請求の範囲に示されるような本開示の趣旨及び範囲から逸脱しないことが、当業者には認識されるべきである。

以下、発明を実施するための形態を、以下の図面を具体的に参照しながら説明する。

本開示の添加剤の一実施形態に関連する濁度低減データを示す。 現在開示されている添加剤の一実施形態に関連する第１のパスアッシュ保持データを示す。

様々な実施形態について、以下に説明する。実施形態の様々な要素の関係性及び機能については、以下の詳細な説明に対する参照によってより良く理解することができる。しかしながら、実施形態は、以下に明示的に記載されるものに限定されるものではない。

本開示によれば、「製紙プロセス」及び「製紙プロセス（複数）」という用語は、水性セルロース製紙ファニッシュを形成し、ファニッシュを排水してシートを形成し、及びシートを乾燥させることを含む、パルプから任意の種類の紙製品（例えば、紙、ティッシュ、ボードなど）を製造する方法を指す。製紙ファニッシュを形成、排水及び乾燥するステップは、当業者に知られている任意の方法で行うことができる。製紙プロセスはまた、木材及び／または木材以外の原材料からパルプを作るなどのパルプ化段階、ならびに明るさ向上のためのパルプの化学処理などの漂白段階を含んでもよい。

「凝固剤」は、細かく分割された懸濁粒子を含む液体に添加された場合に、イオン電荷中和のメカニズムによって固形物を不安定化させ、かつ凝集させる凝集剤よりも高い電荷密度及び低い分子量を有する物質の組成物を意味する。

「脱水補助剤」は、プロセスのどの時点でも、紙ウェブの脱水を改善する化学添加剤を意味する。脱水補助剤は、自由排水、真空排水、プレス応答などを改善し得る。

「凝集剤」は、細かく分割された懸濁粒子を含む液体に添加された場合に、粒子間架橋のメカニズムによって固形物を不安定化させ、かつ凝集させる電荷密度が低く、高分子量（一般に１，０００，０００Ｄａを超える）を有する物質の組成物を意味する。

「ＲＳＶ」は、換算比粘度を意味する。ポリマー溶液のＲＳＶは、ポリマー分子の構造（サイズ及び形状を含む）及びポリマー分子間の相互作用に依存する、所与の濃度での溶液の粘度を高めるためのポリマー分子の能力の尺度である。実質的に線状でよく溶媒和された系列のポリマー同族体の中で、希釈ポリマー溶液のＲＳＶ測定値は、Ｐａｕｌ Ｊ．Ｆｌｏｒｙ，ｉｎ“Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ”，Ｃｏｒｎｅｌｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｔｈａｃａ，ＮＹ．，１９５３，Ｃｈａｐｔｅｒ ＶＩＩ，“Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｗｅｉｇｈｔｓ”，ｐｐ．２６６−３１６によるポリマー鎖長及び平均分子量の指標である。ＲＳＶは、所与のポリマー濃度及び温度で測定され、以下のように計算される。

式中、η＝ポリマー溶液の粘度；η_０＝同じ温度での溶媒の粘度；ｃ＝溶液中のポリマーの濃度。「ｃ」の濃度の単位は、（グラム／１００ｍｌまたはｇ／デシリットル）である。それゆえ、ＲＳＶの単位は、ｄＬ／ｇである。この特許出願では、ＲＳＶを測定するために、使用した溶媒は、１．０モルの硝酸ナトリウム溶液であった。この溶媒中のポリマー濃度は、０．０４５ｇ／ｄＬであった。ＲＳＶは、３０℃で測定された。粘度η及びη_０は、Ｃａｎｎｏｎ Ｕｂｂｅｌｏｈｄｅセミマイクロ希釈粘度計（サイズ７５）を用いて測定される。粘度計は、３０±０．０２℃に調整された恒温槽中で完全に垂直な位置に取り付けられる。ＲＳＶの計算に固有の誤差は、約２ｄＬ／ｇである。系列内の２つのポリマー同族体が類似のＲＳＶを有する場合、それは、それらが類似の分子量を有することを示す。

本明細書に開示されたプロセスは、従来の製紙装置で実施され得る。製紙装置は、操作及び機械的設計が異なるが、異なる装置で紙を製造するプロセスは共通の段階を含む。製紙は、典型的には、パルプ化段階、漂白段階、ストック調製段階、湿潤最終段階、及び乾燥最終段階を含む。

パルプ化段階では、個々のセルロース繊維は、機械的及び／または化学的作用によってセルロース源から遊離される。代表的なセルロース源には、木材及び類似の「木質」植物、大豆、米、綿、わら、亜麻、アバカ、麻、バガス、リグニン含有植物などが含まれるが、これらに限定されない。セルロース源にはまた、原紙及び再生紙、紙ティッシュ、ならびに板紙が含まれる。

パルプには、これに限定されないが、砕木（ＧＷＤ）、漂白した砕木、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、漂白サーモメカニカルパルプ、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）、漂白ケミサーモメカニカルパルプ、脱墨パルプ、クラフトパルプ、漂白クラフトパルプ、亜硫酸塩パルプ、及び漂白亜硫酸塩パルプが挙げられる。再生されたパルプは、再生段階で漂白されてもされなくてもよいが、元々は漂白されていると推定される。以前に漂白されていない上記のパルプのいずれも、本明細書に記載されるように漂白されて、漂白されたパルプ材料を提供し得る。

一実施形態では、漂白パルプ材料は、バージンパルプ、再生パルプ、クラフト、亜硫酸塩パルプ、機械パルプ、このようなパルプ、再生紙、紙ティッシュ、及びこのような列挙されたパルプから作られた任意の紙の任意の組合せ、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される。

パルプは、ストック調製段階で水に懸濁されてストックを形成する。この段階で、光沢剤、染料、顔料、充填剤、抗菌剤、消泡剤、ｐＨ調節剤、及び排水添加剤などの添加剤をストックに加え得る。本開示によれば、「ストック調製」は、ウェブを形成する前に起こり得るストック懸濁液の希釈、スクリーニング、及び洗浄などの操作を含む。

製紙プロセスの湿潤最終段階は、繊維の連続ウェブを形成するための製紙機械のワイヤまたはフェルト上にストック懸濁液またはパルプスラリーを体積させること、ウェブを排水すること、そしてウェブの圧密化（「プレス」）によりシートを形成することを含む。これらのプロセスに使用される典型的な機械には、限定はしないが、シリンダー機械、フードリニア機械、ツインワイヤ成形機械、ティッシュ機械などが含まれる。

製紙プロセスの乾燥最終段階では、ウェブは乾燥され、サイズプレス、カレンダー掛け、表面改質剤を用いたスプレーコーティング、印刷、切断、コルゲート加工などのような付加的な処理を受け得る。乾燥された紙はまた、スプレーブームを用いてコーティングされ得る。

高速製紙機械及び高充填剤含有量の紙ファニッシュは、より高い保持及び排水、ならびに良好な紙シート品質を達成するためにミクロポリマーを必要とする。現在開示されているＲＤＦ添加剤は、これらの目的を達成する。本開示によれば、用語「ＲＤＦ添加剤」及び「添加剤」は、交換可能に使用され得る。添加剤は、本明細書で定義されるような１つ以上のポリマー及び／または１つ以上のマイクロポリマーを含み得る。

現在開示されている添加剤は、製紙プロセスの任意の段階で添加され得る。いくつかの実施形態では、添加剤は、ストック（すなわち、水に懸濁したパルプ）に添加される。ストックは、薄いストックまたは厚いストックであってもよい。特定の実施形態では、添加剤は、製紙プロセスの湿潤最終段階の間の任意の場所で、かついつでも添加される。

添加剤は、様々なポリマー及び／またはマイクロポリマーを含み得る。本明細書で使用される場合、「マイクロポリマー」という用語は、紙ファニッシュ中の微粒子として作用し、製紙プロセスにおける流動化及び排水補助として機能する構造化したネットワーク構造を含有するポリマーを指す。マイクロポリマーはまた、製紙プロセスにおけるポリマー微粒子を指す。マイクロポリマーは、ポリマーであってもよいが、架橋または他の手段によって作られ得るネットワーク構造をさらに有する。

いくつかの実施形態では、マイクロポリマーは、ボロン酸部分を含むアクリルアミド系ポリマーである。特定の実施形態では、マイクロポリマーは、ビニルアミン系ポリマーを含まない。本明細書に開示されるマイクロポリマーの重量平均分子量は、例えば、１，０００，０００Ｄａ超であり得る。いくつかの実施形態では、分子量は、約１，０００，０００Ｄａ〜約５，０００，０００Ｄａ、約５，０００，０００Ｄａ〜約１０，０００，０００Ｄａ、または１０，０００，０００Ｄａ超である。

いくつかの実施形態では、添加剤は、ボロン酸含有ポリマー及び／またはボロン酸含有マイクロポリマーを含む。この添加剤は、改善されたＲＤＦ特性を提供する。例えば、一実施形態では、ストック（パルプの水性懸濁液）が提供され、ボロン酸部分を有するポリアクリルアミドを含む添加剤がストックに添加される。本明細書に開示されるポリアクリルアミド、及び任意のポリマーまたはマイクロポリマーは、例えば、中性、イオン性（例えば、陽イオン性、陰イオン性）、直鎖状、架橋及び／または分枝状であり得る。

いくつかの実施形態では、添加剤のポリマーまたはマイクロポリマーは、ポリアクリルアミドを含む。ポリアクリルアミドは、例えば、アクリルアミドとボロン酸部分を含有する少なくとも１つのビニルモノマーとのラジカル重合によって調製され得る。特定の実施形態では、ビニルモノマーは、３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸、２−（アクリルアミド）フェニルボロン酸、４−（アクリルアミド）フェニルボロン酸、３−（メタクリルアミド）フェニルボロン酸、２−（メタクリルアミド）フェニルボロン酸、４−（メタクリルアミド）フェニルボロン酸、２−ビニルフェニルボロン酸、３−ビニルフェニルボロン酸、及び／または４−ビニルフェニルボロン酸から選択され得る。いくつかの実施形態では、他のモノマーを重合反応に含め得る。このような他のモノマーには、これらに限定されないが、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸の塩、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、ＡＭＰＳの塩、ならびに２−（アクリロイルオキシ）−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルエタンアミニウム（ＤＭＡＥＡ．ＭＣＱ）及びジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＤＡＤＭＡＣ）が挙げられる。いくつかの実施形態では、コモノマーは、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸の塩、２−（アクリロイルオキシ）−Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルエタンアミニウム（ＤＭＡＥＡ．ＭＣＱ）、及びそれらの任意の組合せからなる群から選択される。ポリマーまたはマイクロポリマー中のコモノマー（またはコモノマーの組合せ）に対するアクリルアミドのモル％は、約１〜９９モル％であり、いくつかの実施形態では、ポリマー中の他のモノマーに対するボロン酸含有モノマーのモルパーセントは、約０．００１〜約２０モル％である。

いくつかの実施形態では、添加剤のポリマー及びマイクロポリマーは、陽イオン性、非イオン性、陰イオン性、両性、または会合性であり得る。特定の実施形態では、ポリマー及びマイクロポリマーは、適切な架橋剤を使用して架橋され得る。例示的な架橋剤には、これらに限定されないが、Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド（ＭＢＡ）、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリビニルアルコール、デキストラン、及びグアールが挙げられる。さらに、添加剤のポリマー及びマイクロポリマーは、ラテックス形態であってもよく、水溶液で提供されてもよく、または乾燥粉末形態で提供されてもよい。

本明細書に開示されている添加剤は、例えば、ストックに単独で、製紙プロセスに添加され得、またはいくつかの実施形態では、添加剤は、他の製紙化学物質の前、後、及び／またはそれと共に添加され得る。そのような他の製紙化学物質には、これらに限定されないが、例えば、天然に存在する炭水化物、合成直鎖状、分枝状、及び／または架橋状の凝集剤、有機微粒子、アクリルアミドとジアリルジメチルアンモニウムクロライドとのコポリマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートとアクリルアミドとのコポリマー、（メタ）アクリル酸とアクリルアミドとのコポリマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートとアクリルアミドとのコポリマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート−塩化メチル第四級塩とアクリルアミドのコポリマー、ならびにジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、アクリルアミド、及び（メタ）アクリル酸のターポリマーから選択される陽イオン性ポリマーが挙げられる。

他の製紙化学物質はまた、種々の陰イオン性ポリマー、例えば、アクリル酸のホモ及びコポリマー、ならびにメタクリルアミド２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホネートとアクリルアミドまたはメタクリルアミドとのコポリマーを含む。さらに、他の製紙化学物質は、ポリエチレンオキシド及びポリアクリルアミドなどの非イオン性ポリマーを含み得、それらはまた、様々な凝固剤を含み得る。例えば、凝固剤は、エピクロロヒドリンジメチルアミン及びエチレンイミンから調製されたポリアルキレンポリアミンなどの有機凝固剤を含み得る。ミョウバン、ポリ塩化アルミニウム、及びポリアルミニウムシリケートサルフェイトなどの無機凝固剤も含まれていてもよい。添加剤の前、添加剤と共に、及び／または添加剤の後に添加され得る他の製紙化学物質には、増白剤、染料、顔料、充填剤、抗菌剤、消泡剤、及びｐＨ制御剤が含まれる。

また、ここで開示されている添加剤は、ストック、湿潤最終、もしくは他の場所に単独で添加され得、あるいは、前述の追加の製紙化学物質、前述の製紙化学物質の任意の組み合わせ、または製紙機械のストック、湿潤最終、もしくは他の場所に従来添加される任意の他の化学物質のいずれかの前、後、及び／またはそれと共に添加され得る。

添加される添加剤の量は、微粒子の適用に合うように選択され得る。いくつかの実施形態では、添加される添加剤の有効量は、約０．０５ｌｂ／トンの紙〜約１０ｌｂ／トンの紙である。

ここに開示される添加剤の添加点は、特に限定されない。一実施形態では、添加剤は、ストックに直接添加される。いくつかの実施形態では、添加剤は、製紙機械のヘッドボックススライス開口部と第１の排水要素との間に添加され得る。別の実施形態では、添加剤は、製紙機械のヘッドボックスフリージェット（すなわち、ヘッドボックスから流出する流体）に適用され得る。紙ウェブの形成前に、添加剤はまた、機械の再凝集領域に添加され得る。再凝結領域は、典型的には成形ワイヤの方向にヘッドボックスから０ｃｍ（出口点）〜２０ｃｍの領域である。添加の他の例示的な点としては、ハードウェアに取り付けられたヘッドボックス内の希釈ヘッドボックス流または経路が挙げられるが、これに限定されない。

製紙プロセスへの添加剤の適用は、様々な異なる方法を包含し得る。例えば、添加剤は、非接触法または非接触アプリケータを用いて添加され得、これらは当業界で一般的に知られている。

一実施形態では、添加剤は、化学的注入ポンプを使用して製紙プロセスに適用されてもよく、または例えば、ストックに手動で添加されてもよい。添加剤は、場合によりスプレーバーがヘッドボックス上部スライスカバー上に設置されているスプレーバーを用いて適用され得る。別の実施形態では、添加剤は、カーテンアプリケータにより製紙プロセスに適用される。さらなる実施形態では、添加剤は、スライスブレードを使用して製紙プロセスに適用され得る。

３０％の活性成分、７０／３０モルパーセントのアクリルアミド／アクリル酸（ＡｃＡｍ／ＡＡ）、及び０．５重量％の３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸（ＡＰＢＡ）を含む逆エマルションポリマーである「ポリマー１」は、を以下の方法で合成された：

約４２２．４ｇの４９．５％のアクリルアミド（ＡｃＡｍ）水溶液、約９０．９ｇのアクリル酸（ＡＡ）、及び約６５．６ｇの脱イオン水を、一緒に撹拌することによって水性モノマー相を調製した。氷水浴で温度を３５℃未満に制御しながら、溶液を約９７ｇの５０％水酸化ナトリウムでｐＨ約７に中和した得られた溶液に、約２５ｇの塩化ナトリウム、約１．５ｇの３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸（ＡＰＢＡ）、約０．１３ｇのＥＤＴＡ−Ｎａ_４（エチレンジアミン四酢酸、テトラナトリウム塩）、及び約０．１ｇのギ酸ナトリウムを添加した。成分が溶解するまで撹拌した。

油相は、約２５０ｇのパラフィン油、約１２．０ｇのＳｐａｎ（商標）８０、及び約１５ｇのＴｗｅｅｎ（商標）８１の混合物を熱することにより調製された。油相を２Ｌ反応器に入れ、約４３℃に加熱した。激しく撹拌しながら（９００ｒｐｍ、底にＴｅｆｌｏｎ（商標）パドルを備えた１０ｍｍのロッド及び底から３インチに取り付けた６枚羽根のタービン）、モノマー相を約２分間かけて添加した。得られた混合物を約３０分間撹拌した。

油中水型エマルジョンに、約０．２７ｇのアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）及び約０．０２７ｇの２，２’−アゾビスイソバレロニトリル（ＡＩＶＮ）を添加した。重合は、Ｎ_２雰囲気下で約４３℃で約４時間行った。次に、温度を約７０℃に１時間に設定した。その後、エマルジョンを約３５℃に冷却し、約２０ｇのエトキシル化脂肪アルコールを撹拌しながら添加した。

３０％の活性成分、７０／３０モル％のＡｃＡｍ／ＡＡ、０．１３重量％のポリビニルアルコール、及び０．１重量％のＡＰＢＡを含む逆エマルジョンポリマー「ポリマー２」を以下のように合成した：

約４２２．４ｇの４９．５％のアクリルアミド水溶液、約９０．９ｇのアクリル酸、及び約６５．６ｇの脱イオン水を一緒に撹拌することによって水性モノマー相を調製した。氷水浴で温度を３５℃未満に制御しながら、溶液を約９７ｇの５０％水酸化ナトリウムでｐＨ約９．０に中和した。得られた溶液に、約０．１３ｇのＥＤＴＡ・Ｎａ_４、約２５ｇの塩化ナトリウム、約０．３ｇのＡＰＢＡ、約５．５２ｇの７．２５％ポリビニルアルコール（Ｃｅｌｖｏｌ（商標）０８−１２５）、及び約０．１ｇのギ酸ナトリウムを添加した。成分が溶解するまで撹拌した。

約２５０ｇのパラフィン油、約１２．０ｇのＳｐａｎ（商標）８０及び約１５ｇのＴｗｅｅｎ（商標）８１の混合物を加熱することにより、油相を調製した。油相を２Ｌ反応器に入れ、約４３℃に加熱した。激しく撹拌しながら（９００ｒｐｍ、底にＴｅｆｌｏｎ（商標）パドルを備えた１０ｍｍのロッド及び底から３インチに取り付けた６枚羽根のタービン）、モノマー相を約２分間かけて添加した。得られた混合物を約３０分間撹拌した。

油中水型エマルジョンに、約０．２７ｇのＡＩＢＮ及び約０．０２７ｇのＡＩＶＮを添加した。重合は、Ｎ_２雰囲気下で約４３℃で約４時間行った。次に、温度を約７０℃に１時間に設定した。エマルジョンを約３５℃に冷却し、約２０ｇのエトキシル化脂肪アルコールを撹拌しながら添加した。

現在開示されている添加剤の驚くほど有益なＲＤＦ特性を示すために、様々な実験を行った。１つの実験（実施例１）では、動的排水ジャー（ＤＤＪ）法を用いて添加剤を評価した。添加剤は、アクリルアミド／アクリル酸コポリマー（約１６のＲＳＶを有するポリマー１）を含有するボロン酸を含み、この添加剤は、３０％の活性物質、約３７のＲＳＶを有する７０／３０モルパーセントのアクリルアミド／アクリル酸コポリマーを含む逆エマルジョンポリマーである「Ｎａｌｃｏ比較ポリマー」と、約３０％の活性物質、約１６のＲＳＶを有する５０／５０モルパーセントのアクリルアミド／アクリル酸を含有する市販製品である「市販の比較ポリマー」と、に対して試験された。

ＤＤＪ試験では、標準アルカリ性ファニッシュ（ＳＡＦ）は、約８．１のｐＨを有し、約８０重量％のセルロース繊維と、約０．５重量％の濃度まで希釈された約２０％の沈降炭酸カルシウムとから構成されていた。繊維は、約２／３の漂白広葉樹クラフト及び約１／３の漂白針葉樹クラフトを含んでいた。約５００ｍｌのＳＡＦファニッシュをＢｒｉｔｔジャーに入れ、約１２５０ｒｐｍで混合した。次いで、約５秒後にＳｔａｒｃｈ Ｓｏｌｖｉｔｏｓｅ（登録商標）Ｎを乾燥重量約１０ポンド／トンで添加した。約１０秒後にポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）を添加した。次いで、添加剤（または比較例製品）を約２０秒後に添加した。排水は、約３０秒で開始し、約６０秒で終了した。濁度測定のために排水（ろ液）を回収した。ろ液の濁度は、ファニッシュ保持性能に反比例する。濁度低下％は、保持プログラムの保持性能に比例する。濁度低下％が高いほど、紙ファニッシュの保持は長くなる。

この実験の結果を図１に示す。データは、添加剤が保持のための凝集剤として使用される場合、市販の比較ポリマー及びＮａｌｃｏ比較ポリマーよりも高い濁度低下を呈することを示す。また、濁度低下が高ければ高いほど、紙ファニッシュ保持は良好である。

別の実験（実施例２）では、第１のパスアッシュ保持を調べるためにＤＤＪ法を実施した。研究された添加剤は、約２１のＲＳＶを有する「ポリマー２」であり、これを水溶液として添加した。この添加剤を市販の比較ポリマーに対して試験した。

アルカリ性ファニッシュは、約８．１のｐＨを有し、約７７重量％のセルロース系繊維と、約０．５重量％の濃度まで希釈された約２３％の沈降炭酸カルシウムとを含んでいた。繊維は、約２／３の漂白広葉樹クラフト及び約１／３の漂白針葉樹クラフトを含んでいた。約５００ｍｌのＳＡＦファニッシュをＢｒｉｔｔジャーに入れ、約１２５０ｒｐｍで混合した。次いで、Ｓｔａｒｃｈ Ｓｏｌｖｉｔｏｓｅ（登録商標）Ｎ及びＰＡＣを、約５秒後に１０ｌｂ／トンの乾燥重量及び約３．９ｌｂ／トンの紙で同時に入れた。次いで、Ｎａｌｃｏ比較ポリマー及び添加剤（または比較製品）を、約１５秒後にジャーに同時に入れた。排水は、約２５秒後に開始し、約５５秒で終了した。排水（ろ液）を第１のパスアッシュ保持測定のために集めた。第１のパスアッシュ保持％が高いほど、紙ファニッシュの保持は高くなる。

この実験からのデータを図２に示す。このデータは、保持のためにマイクロポリマー添加剤を使用すると、比較ポリマーよりも高いアッシュ保持を呈することを示す。また、アッシュ保持が高ければ高いほど、紙ファニッシュの保持は良好である。

開示され、本発明において特許請求される組成物及び方法の全ては、本開示の観点から、不適当な実験を伴わずに作製及び実行できる。本発明は多くの異なる形態で具現化され得るが、本明細書において詳細に説明したものが、本発明の具体的な好ましい実施形態である。本開示は、本発明の原理の単なる例示であり、本発明を図示の特定の実施形態に限定することを意図したものではない。加えて、異なるように明示的に述べられない限り、用語「ａ（ある１つの）」は、「少なくとも１つ」または「１つ以上」を含むことを意図する。例えば、「ある１つのポリマー（ａ ｐｏｌｙｍｅｒ）」は、「少なくとも１つのポリマー」または「１つ以上のポリマー」を含むことを意図する。

絶対項または近似項で与えられる任意の範囲はどちらも、両方を包括することを意図するものであり、本明細書において使用されるあらゆる定義は、明確にすることを意図するものであり、限定を意図するものではない。本発明の広範な範囲を示す数値範囲及びパラメータは近似値であるものの、具体的な実施例において示される数値は可能な限り正確に報告されている。しかしながら、あらゆる数値は、それらそれぞれの試験測定値において見出される標準偏差に必然的に起因するある特定の誤差を本質的に含んでいる。また、本明細書に開示される全ての範囲は、その中に包含されるあらゆる全ての部分範囲（全ての小数値及び全体値を含む）を包括するものとして理解されるべきである。

さらに、本発明は、本明細書に記載される様々な実施形態の一部または全ての、あらゆる全ての可能な組み合わせを包括する。また、本明細書に開示される好ましい実施形態に対する様々な変更及び修正が、当業者には明らかであることも理解されるべきである。そのような変更及び修正は、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、かつその意図する利点を縮小することなく行うことができる。したがって、かかる変更及び修正は、添付の特許請求の範囲によって網羅されることが意図される。

Claims (15)

1. 製紙プロセスに有効量の添加剤を添加することを含む、製紙プロセスにおける保持、排水、及び形成特性を増大する方法であって、前記添加剤は、ボロン酸部分を有するアクリルアミド系ポリマーを含み、前記ポリマーは、ボロン酸部分を含む約０．００１〜約２０モル％のモノマーを含み、前記モノマーは、３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸、２−（アクリルアミド）フェニルボロン酸、４−（アクリルアミド）フェニルボロン酸、３−（メタクリルアミド）フェニルボロン酸、２−（メタクリルアミド）フェニルボロン酸、４−（メタクリルアミド）フェニルボロン酸、２−ビニルフェニルボロン酸、３−ビニルフェニルボロン酸、４−ビニルフェニルボロン酸、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、方法。
2. 前記ポリマーは、非イオン性、陽イオン性、陰イオン性、両性、双性イオン性または会合性である、請求項１に記載の方法。
3. 前記ポリマーは、７０モル％のアクリルアミド、３０モル％のアクリル酸、及び０．５重量％のフェニルボロン酸を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ポリマーは、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸の塩、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、ＡＭＰＳの塩、２−（アクリロイルオキシ）Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチルエタンアミニウム（ＤＭＡＥＡ．ＭＣＱ）、塩化ジアリルジメチルアンモニウム（ＤＡＤＭＡＣ）、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるモノマーをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記添加剤は、ラテックス形態で、水溶液として、または乾燥粉末形態で添加される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記添加剤は、天然に存在する炭水化物、凝集剤、有機微粒子、アクリルアミドと塩化ジアリルジメチルアンモニウムとのコポリマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートとアクリルアミドとのコポリマー、（メタ）アクリル酸とアクリルアミドとのコポリマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートとアクリルアミドとのコポリマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート−塩化メチル第四級塩とアクリルアミドとのコポリマー、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートと、アクリルアミドと、（メタ）アクリル酸とのターポリマー、アクリル酸のホモポリマー、アクリル酸のコポリマー、メタクリルアミド２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホネートと（メタ）アクリルアミドとのコポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、凝固剤、ポリアルキレンポリアミン、ミョウバン、ポリ塩化アルミニウム、ポリアルミニウムシリケートサルフェイト、光沢剤、染料、顔料、充填剤、抗菌剤、消泡剤、ｐＨ制御剤、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される添加化学物質の前、後、及び／またはそれと共に添加される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記添加剤は、パルプ化段階、漂白段階、ストック調製段階、湿潤最終段階、乾燥最終段階、またはそれらの任意の組み合わせの間に添加される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記添加剤は、ストックに添加される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記有効量は、約０．０２ｋｇ／トンの紙〜約４．５ｋｇ／トンの紙である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記添加剤は、非接触アプリケータ、化学的注入ポンプ、スプレーバー、カーテンアプリケータ、スライスブレード、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択されるメンバーを用いて添加される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記ポリマーは、３−（アクリルアミド）フェニルボロン酸、２−（アクリルアミド）フェニルボロン酸、４−（アクリルアミド）フェニルボロン酸、３−（メタクリルアミド）フェニルボロン酸、２−（メタクリルアミド）フェニルボロン酸、４−（メタクリルアミド）フェニルボロン酸、２−ビニルフェニルボロン酸、３−ビニルフェニルボロン酸、及び４−ビニルフェニルボロン酸から選択される１つ以上のモノマーを含むポリマー微粒子である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記ポリマーは、アクリル酸をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記添加剤は、ビニルアミンポリマーを含まない、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記ポリマーは、１，０００，０００Ｄａ超の重量平均分子量を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 製紙プロセスに有効量の添加剤を添加することを含む、製紙プロセスにおける保持、排水、及び形成特性を増大するための前記添加剤の使用であって、前記添加剤は、ボロン酸部分を有するアクリルアミド系ポリマーを含む、使用。

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