説明

デンプン組成物およびデンプン組成物の製造方法

デンプンを蒸解し、前記蒸解デンプンをポリマーと化合させることによってデンプン組成物を製造する。ここで、前記ポリマーはアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を有している。デンプンをポリマーと化合させ、前記デンプンとポリマーとが化合した組成物を蒸解することによって別のデンプン組成物を製造する。ここで、前記ポリマーはアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を有している。完成紙料用添加剤を形成するのに好適な乾燥デンプン組成物は、デンプンと、アニオン性基または潜在的にアニオン性の基を有するポリマーとを含んでいる。前記デンプン組成物を製造する方法も開示されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、2003年2月27日提出の、米国特許仮出願番号第60/450277号の利益を主張するものである。
【0002】
本発明は、一般に、水性分散液から固形物およびその他の懸濁質を除去する清澄化剤として使用するのに好適な種類の修飾デンプン組成物に関し、特に、製紙において歩留まり向上剤として使用するのに好適な種類の修飾デンプン組成物に関する。本発明はまた、このような修飾デンプン組成物の製造方法にも関する。
【背景技術】
【0003】
製紙は、セルロース系繊維、填料粒子、場合によってはその他の物質などの水性分散液すなわち「完成紙料」を調製することと、次いでその完成紙料を金網で水切りしシートを調製することとを伴う。填料粒子およびセルロース系短繊維のシート上における保持向上のために、従来、完成紙料には種々の物質が添加されている。例えば、修飾デンプンなどがこの目的でよく使用されている。
【0004】
米国特許第5,859,128号および同第6,048,929号(Moffett,R.)には、完成紙料中の歩留まり向上剤として使用するための修飾デンプンが開示されている。この修飾デンプンは、少なくとも1種類の両性またはカチオン性デンプンを少なくとも1種類のポリアクリルアミドと共にアルカリ条件下で蒸解することによって調製される。米国特許第5,482,693号(Rushmere,J.、Moffett,R.)、同第5,176,891号(Rushmere,J.)および同第4,954,220号(Rushmere,J.)には、水溶性ポリアルミノケイ酸塩多粒子ミクロゲルの製造方法が記載されている。
【0005】
米国特許第5,178,730号(Bixler,H.、 Peats,S.)には、保持向上は、完成紙料に中/高分子量カチオン性ポリマーを添加するまたは天然のヘクトライトを添加することによって達成できることが開示されている。
【0006】
米国特許第4,643,801号(Johnson,K.)には、アニオン性高分子量ポリマーと結合しているカチオン性デンプンと分散シリカとを含み、それによって保持を向上させるバインダーが開示されている。同様に、米国特許第4,388,150号(Sunden,O.他)には、コロイドケイ酸とカチオン性デンプンとを使用すると向上が見いだせることが開示されている。
【0007】
米国特許第4,066,495号(Voight,J.、Pender H.)には、製紙ステップにおいてパルプにカチオン性デンプンとアニオン性ポリアクリルアミドポリマーとを添加し保持を向上させる方法が記載されている。
【0008】
米国特許第5,294,301号(Kumar他)には、水性パルプ完成紙料から紙を製造する方法であって、その保持向上が、前記水性パルプ完成紙料にデンプンのグラフトコポリマーを少なくとも1種類、前記パルプの重量に対して少なくとも約0.1%添加することを含んでおり、前記グラフトコポリマーが含浸量のポリメタクリル酸またはポリアクリル酸を有しているような方法が開示されている。
【0009】
本発明は、デンプンを蒸解し、蒸解前または蒸解後のデンプンを、酸性基または酸性基の塩などのアニオン性基を含有するポリマーと化合させることによって得られる組成物に関する。得られた修飾デンプン組成物は、水性分散液から固形物およびその他の懸濁質を除去するための清澄化剤として使用することができ、特に製紙において歩留まり向上剤として使用することができる。
【0010】
本発明によれば、デンプンを蒸解し、前記蒸解したデンプンをポリマーと化合させることによって製造されるデンプン組成物も提供される。ここで、前記ポリマーはアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を有している。
【0011】
本発明によれば、デンプンをポリマーと化合させ、前記デンプンとポリマーとが化合した組成物を蒸解することによって製造されるデンプン組成物も提供される。ここで前記ポリマーはアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を有している。
【0012】
本発明によれば、完成紙料用添加剤を調製するのに好適な乾燥デンプン組成物も提供される。ここで、前記デンプン組成物は、デンプンと、アニオン性基または潜在的にアニオン性の基を含有するポリマーとを含んでいる。
【0013】
本発明によれば、ポリマーを含有するデンプン組成物を製造する方法も提供される。ここで、前記方法は、デンプンとポリマーとを化合させてデンプン組成物を形成するステップと、そのデンプン組成物を前記ポリマーのpKaより低いpHで蒸解して蒸解デンプン組成物を調製するステップと、次いで前記蒸解デンプン組成物のpHを前記ポリマーのpKaより高くするステップとを含む。
【0014】
本発明によれば、完成紙料に添加するのに好適な組成物を製造する方法が提供される。ここで、前記方法は、デンプンを蒸解するステップと、前記蒸解デンプンとポリマーとを化合させて前記ポリマーのpKaより低いpHを有する化合物を形成するステップと、次いで前記デンプンとポリマーとが化合した組成物のpHを前記ポリマーのpKaを上回るレベルまで高くするステップとを含む。
【0015】
本発明によれば、完成紙料に添加するのに好適な組成物を製造する方法が提供される。ここで、前記方法は、デンプンとポリマーとを化合させるステップと、前記化合させたデンプンとポリマーを前記ポリマーのpKaより高いpHで蒸解するステップを含む。
【0016】
本発明によれば、完成紙料に添加するのに好適な組成物を製造する方法が提供される。ここで、前記方法は、デンプンを蒸解するステップと、前記蒸解デンプンとポリマーとを化合させるステップとを含み、前記蒸解デンプンとポリマーとが化合した組成物は前記ポリマーのpKaより高いpHを有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
本発明は、溶液の清澄化に関し、特に製紙ステップで使用されるセルロース種、無機填料、ならびにピッチ、脂肪酸、サイズ剤、有機フルオロカーボンおよびその他の物質などの疎水性懸濁質の保持に関する。従来技術は概して、製紙完成紙料にカチオン性歩留まり向上剤を添加することが中心になっている。
【0018】
本発明の一実施形態によれば、デンプン、好ましくは置換度が約0.01〜0.30の範囲のデンプンを、水溶液中約60℃を上回る温度で、前記デンプンを修飾するのに有効な時間蒸解する。好ましくは、前記デンプンは両性またはカチオン性であり、最も好ましくは、前記デンプンはカチオン性である。前記デンプンのpHレベルが、デンプンが加水分解によって分解し始めるpHレベルよりも高い状態にとどまるように注意しなければならない。蒸解後、前記デンプンを、酸性基または酸性基の塩、あるいは酸性基と酸性基の塩の組み合わせなどのアニオン性基を含有するポリマーと化合させる。あるいはまた、前記ポリマーは、潜在的にアニオン性の基すなわちアニオン性基に変換し得る基を有していてもよい。潜在的にアニオン性の基としては、例えば、アミド、エステル、ニトリル、ハロゲン化アシル、ハロゲン化アリール、ハロゲン化アルキル、酸ハライド、アルデヒド、アルコール、アルキルベンゼン、ケトンおよび無水物などの基が挙げられるが、これに限定されるものではない。潜在的にアニオン性の基をアニオン性基に変換する方法としては、溶解する、組成物のpHを高める、組成物を加熱する、組成物の塩濃度を変化させる、および組成物に放射線を照射するなどが挙げられるがこれに限定されるものではない。添加されるポリマーのpKaより高いpHを選択することによって、ポリマー添加後ただちにゲル化を誘発することもできる。あるいはまた、ポリマーをそのpKaより低いpHで添加し、添加したポリマーのpKaを上回る値にpHを高める前に混合を促進して、ゲル化を誘発することもできる。ポリマーのpKaは、ポリマー溶液のpHで言うと、そのpHおよびそれより低いpHでポリマーの酸性基の大部分がプロトン化され、したがってポリマーが本質的に中和されるようなpHとみなすことができる。酸のpKaは、式pKa=−log10Kaに従って、酸の解離定数Kaの底が10の対数にマイナスを付けたものとして表すことができる。
【0019】
ポリマーは、酸性基または酸性基の塩を含有していることが好ましいが、カチオン基を含有することもでき、したがって両性であり得る。好ましいカチオン基であり得る基の例としては、第四級アンモニウムおよび第三級アミンが挙げられる。その他のカチオン基もまた好適である。ポリマーが含有し得る酸性官能基の例としては、カルボキシル、硫酸、スルホン酸、リン酸、phosphuric、ホスホン酸および硝酸などの酸性基ならびにそれら基の塩が含まれるが、これに限定されるものではない。本発明と共に使用するのに好適なポリマーの代表例としては、ポリアクリル酸およびポリメタクリル酸などのポリアクリ酸塩、ポリスチレンスルホン酸などのポリスルホン酸塩、ポリリン酸塩、合成ポリマー、ならびにカルボキシメチルセルロース、グアーガムおよびキサンタンガムなどの天然ポリマーまたは修飾天然ポリマー、ならびにポリアクリル酸とポリアクリルアミドのコポリマーが挙げられるが、これに限定されるものではない。前記ポリマーはホモポリマーであってもコポリマーであってもよい。
【0020】
別法として、前記デンプンを、酸性基、または酸性基の塩、または酸性基と酸性基の塩との組合せを含有するポリマーの存在下で蒸解することもできる。前記ポリマーはカチオン基を有していてもよく、したがって両性であり得る。添加されるポリマーのpKaより高いpHを選択することによって、蒸解中にゲル化を誘発することもできる。あるいはまた、蒸解のpHをポリマーのpKaより低くして混合を促進し、次いで前記ポリマーのpKaを上回るようそのpHを高めて、ゲル化を誘発することもできる。
【0021】
アニオン性、両性、非イオン性またはカチオン性デンプンは、製紙において先に使用されているデンプンのいずれであってもよく、またはその他の好適なデンプンであってもよい。カチオン性デンプンは、トウモロコシデンプン、ジャガイモデンプン、タピオカデンプンおよびコムギデンプンなどの一般的なデンプン産出物から得ることができる。カチオン化は、3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドを添加するなどの好適な方法によって達成することができ、窒素置換度がそれぞれ異なるカチオン性デンプンを得ることができる。デンプンのカチオン置換度(wt%窒素/デンプン)は、約0.01〜約0.30の範囲、好ましくは0.02〜0.15の範囲とすることができる。ジャガイモデンプンなどの天然の両性デンプン、または合成の両性デンプンを選択することもできる。
【0022】
蒸解は、製紙工場にあるデンプン蒸解釜を用いて行うと便利である。噴射式蒸解釜などの回分式蒸解釜または連続式蒸解釜を選択することができる。蒸解の間の固形分は約15%未満であることが好ましいが、妥当な混合が行われさえすれば、比較的高固形分濃度でも使用することができる。回分式蒸解は一般に、約60℃〜約100℃の範囲内の温度で行われ、好ましくは大気圧下で行われる。大気圧を上回る圧力下での回分式蒸解も行うことができ、したがってより高い蒸解温度が可能となる。連続式噴射蒸解は一般に、約60℃〜約130℃の範囲内の温度で行われ、好ましくは1気圧以上の圧力下で行われる。デンプンの分解を防御しさえすれば、より高い蒸解温度を採用できる。
【0023】
蒸解時間は、デンプンのゲル化を可能とするに十分な時間とすべきである。選択される蒸解時間は、選択される成分、蒸解装置および温度によって変わるが、通常1秒未満〜1時間の範囲内である。一般に、蒸解温度が低くなればなるほど長い蒸解時間が必要となる。蒸解pHは、硫酸、硝酸、塩酸、二酸化炭素生成性炭酸、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムなどの従来の酸、塩基、または酸もしくは塩基の塩などを用いて調整することができる。みょうばん、ポリ塩化アルミニウム、ならびにアルミン酸ナトリウムおよびアルミン酸カリウムなどのアルミン酸塩などのアルミニウム化合物を使用して、pHを変化させ保持能を高めることもできる。驚くべきことに、そうすることによって酸性完成紙料中でさえも保持能を向上させることができる。さらに、蒸解溶液中にアルカリ性アルミニウム化合物を含めることによって、酸性完成紙料中での非アルミ化微粒子歩留まり向上剤の使用を可能にするような修飾デンプンが得られ、それによって保持能がさらに向上すること、一方、これらの非アルミ化歩留まり向上剤は通常酸性完成紙料中では十分機能しないことが判明している。
【0024】
前記修飾デンプン組成物を、任意の好適な完成紙料に歩留まり向上剤として添加し、微粉、填料およびその他の懸濁質の保持を向上させることができる。前記完成紙料は、種々の木材パルプおよび無機填料を含有していてよく、通常そのpHは約3〜約10の範囲内にある。したがって、化学パルプ、機械パルプ、化学機械パルプおよび半化学パルプを、所望であればクレー、沈降または重質炭酸カルシウム、二酸化チタン、シリカ、タルクおよびその他の無機填料と共に使用することができる。このような填料は通常、総紙重量に対して重量パーセントで5%〜30%の充填レベルで使用されるが、一部の特殊用途では35%あるいはそれ以上の高充填レベルで使用されることもある。
【0025】
本発明の一実施形態は、完成紙料用添加剤の調製に好適な乾燥デンプン組成物を含む。前記乾燥デンプン組成物は、デンプンと、酸性基または酸性基の塩などのアニオン性基を含有するポリマーとを含んでいる。前記乾燥デンプン組成物は、先に開示した酸性基または酸性基の塩の1つまたは複数などのアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を含有するポリマーを含むことができ、前記ポリマーは先に開示した種々のポリマーの任意の1つまたは複数のポリマーであってよい。本発明の乾燥デンプン組成物は、乾燥混合物として調製、輸送および貯蔵することができる。前記乾燥デンプン組成物に、水などの任意の好適な液体を添加して、蒸解に好適、かつ添加剤として完成紙料へ添加するのに好適な湿潤溶液を作成することができる。
【0026】
特に有利な結果は、前記乾燥デンプン組成物、湿潤デンプン組成物または完成紙料がアニオン性無機コロイドをも含んでいる場合に得られる。したがって、前記組成物は、例えばモンモリオナイト、ベントナイト、シリカゾル、アルミニウム修飾シリカゾル、ケイ酸アルミニウムゾル、ポリケイ酸、ポリケイ酸塩ミクロゲルおよびポリアルミノケイ酸塩ミクロゲルなどを、それぞれ独立にまたは組み合わせて含んでいてよい。
【0027】
前記乾燥デンプン組成物、湿潤デンプン組成物または完成紙料は、内添サイズ剤、湿潤および乾燥紙力増強剤、殺生剤、アルミニウム化合物(みょうばん、アルミン酸塩、ポリ塩化アルミニウムなど)、カチオン性ポリマー(歩留まり向上剤および凝集剤)、アニオン性ポリマー、ならびに/または別のデンプンの添加剤などの、その他の典型的な添加剤を含有していてもよい。特に、アルミニウム化合物が本発明の歩留まり性能を向上させることが分かっている。
【0028】
前述したように、デンプン組成物を製造する方法は、デンプンとポリマーを化合させてデンプン組成物を生成し、前記デンプン組成物を前記ポリマーのpKaを下回るpHで蒸解して蒸解デンプン組成物を形成し、次いで前記蒸解デンプン組成物のpHを前記ポリマーのpKaを上回る値にまで高めることによって実施することができる。また、デンプン組成物を作成する方法は、デンプンを蒸解し、前記蒸解デンプンとポリマーを化合させて前記ポリマーのpKaを下回るpHを有する化合物を形成し、次いで前記デンプンとポリマーとが化合した組成物のpHを前記ポリマーのpKaを上回る値にまで高めることによっても実施することができる。さらに、デンプン組成物を作成する方法は、デンプンとポリマーを化合させ、前記化合させたデンプンとポリマーを前記ポリマーのpKaを上回るpHで蒸解することによっても実施できる。また、デンプン組成物を作成する方法は、デンプンを蒸解し、次いで前記蒸解デンプンとポリマーを化合させることによっても達成することができる。但し、ここで蒸解デンプンとポリマーの組成物のpHは、前記ポリマーのpKaを上回る値となる。
【0029】
実施例
全実施例に対する灰分保持試験は、特にことわりがないかぎり、Hammermill社製フォトコピー用紙85%、SAPPI社製Somerset Cover Gloss塗被紙7.5%、Tembec社製BCTMP7.5%および添加バージン炭酸カルシウム15%を含む模造完成紙料を用いて行った。これらの成分をすべて配合し、アルカリ性上質塗被紙を製造する商業製紙工場においてしばしば見出されるような、ゼータポテンシャル、填料含量、導電率などの典型的な完成紙料特性を得た。化学薬品用量は、ポンド/1トン繊維(kg化学薬品/908kg繊維)で示す。
【0030】
灰分保持能を試験するために、メーン大学が開発した排水/保持装置を使用した。使用手順は、TAPPI標準T−261に記載されている手順と同様の手順であった。
【実施例1】
【0031】
本実施例は、カチオン性デンプンと、アニオン性ポリマー、カルボキシメチルセルロース(CMC)、とを中性pH条件下で共に蒸解することによって、前記2種の化学薬品を別々に、但し同時に完成紙料に添加した場合より良い保持値が得られる次第を明らかにするものである。A.E.Staley社製のStalok 160カチオン性デンプンと、Aqualon社製の7MのCMC3%溶液を異なる量で含む4種の配合物を調製した。表1に、前記4種のデンプン/CMC配合物について各成分のグラム数を記載してある。次いで、各配合物を、ベンチトップ実験室用噴射蒸解釜で、ほぼ124℃、滞留時間1分間で蒸解した。
【0032】
【表1】

【0033】
比較のため、Stalok 160を6.0重量%溶液として調製し、前記と同様の手順で蒸解した。CMC18グラムと水582グラムとを20分間攪拌して配合し、7MのCMC3%溶液を調製し、次いでその調整溶液を1時間静置した。
【0034】
対照実験として、前記デンプンとCMCを別々に、但し同時に完成紙料に添加した。デンプンの用量は20ポンド/トン(9.08kg/908kg)であった。0.2、0.26、0.4および0.8ポンド/トン(0.09、0.12、0.18および0.36kg/908kg)の4種のレベルのCMCについてテストした。蒸解デンプン/CMC配合物を、20ポンド/トン(9.08kg/908kg)の割合で完成紙料に添加した。灰分保持の結果を下記表2に示す。
【0035】
【表2】

【0036】
上記結果から、所定のCMC用量に対する灰分保持は、デンプンとCMCとを別々に同時に添加するのに比べ、カチオン性デンプンとアニオン性CMCを共に蒸解することによって向上可能であることが分かる。
【実施例2】
【0037】
本実施例は、カチオン性デンプンとアニオン性ポリマー(CMC)とを前記ポリマーのpKaを下回るかまたは上回るpHで蒸解することによって、前記2種の化学薬品を別々に、但し同時に完成紙料に添加した場合より良い保持値が得られる次第を明らかにするものである。蒸留水900グラムに対して、A.E.Staley社製のStalok 160カチオン性デンプンを乾燥状態で60グラムとAqualon社製の7MのCMC3%溶液を40グラムとを混合して、2つのデンプン配合物を調製した。前記2つのバッチをそれぞれ完全に混合し、一方のバッチを水酸化ナトリウムでpH7.43に調整し、第2のバッチを塩酸でpH3.91に調整した。次いで、各配合物を、ベンチトップ実験室用噴射蒸解釜で、ほぼ124℃、滞留時間1分間で蒸解した。酸性の蒸解配合物のpHを、前記CMCとアルミン酸ナトリウムの混合物のpKaを上回るレベルにまで高め、pH7.65とした。
比較のため、Stalok 160を6.0重量%溶液として調製し、前記と同様の手順で蒸解した。CMC18グラムと水582グラムとを20分間攪拌して配合し、7MのCMC3%溶液を調製し、次いでその調整溶液を1時間静置した。
【0038】
対照実験として、前記デンプンとCMCを別々に、但し同時に完成紙料に添加した。デンプンとCMCの用量は、それぞれ20ポンド/トン(9.08kg/908kg)および0.4ポンド/トン(0.18kg/908kg)とした。前記デンプン/CMC配合物を、20ポンド/トン(9.08kg/908kg)の割合で完成紙料に添加した。灰分保持の結果を下記表3に示す。
【0039】
【表3】

【0040】
結果から、所定のCMC用量に対する灰分保持は、pH条件に関係なく、カチオン性デンプンとアニオン性CMCを共に蒸解することによって向上可能であること分かる。
【実施例3】
【0041】
本実施例は、蒸解デンプンとポリマーとを配合すると、蒸解デンプンとポリマーを別々に、但し同時に添加した場合より、灰分保持能が高まることを明らかにするものである。ここで、蒸解デンプンとポリマーの組成物のpHは前記ポリマーのpKaを上回っている。
本実施例の場合、A.E.Staley社製Stalok 160の6%スラリーをベンチトップ実験室用噴射蒸解釜で、ほぼ124℃、滞留時間1分間で蒸解した。CMC18グラムと水582グラムとを20分間攪拌して配合し、7MのCMC3%溶液を調製し、次いでその調整溶液を1時間静置した。CMCのレベルを変えて4種のデンプンとCMCとの配合物を調整した。表4に、前記4種のデンプン/CMC配合物について各成分のグラム数を記載してある。
【0042】
【表4】

【0043】
対照実験として、前記デンプンとCMCを別々に、但し同時に完成紙料に添加した。デンプンの用量は20ポンド/トン(9.08kg/907kg)であった。0.2、0.26、0.4および0.8ポンド/トン(0.09、0.12、0.18および0.36kg/908kg)の4種のレベルのCMCについてテストした。前記デンプン/CMC配合物を、20ポンド/トン(9.08kg/908kg)の割合で完成紙料に添加した。灰分保持の結果を下記表5に示す。
【0044】
【表5】

【0045】
表5のデータから、完成紙料に添加する前にカチオン性デンプンとアニオン性ポリマーを単に混合することで、所定のアニオン性ポリマーレベルで別々に、但し同時にそれぞれの成分を添加する場合より、灰分保持能が高まることが分かる。
【実施例4】
【0046】
本実施例は、先の実施例のように、完成紙料に添加する前に蒸解デンプンとポリマーを共に配合しておくことによる相乗効果を示す別の実施例である。但し、本実施例で使用したポリマーはスルホン酸アニオン性基を有する両性ポリアクリルアミドである。カチオン性デンプン(A.E.Staley社製Stalok 180)を先の実施例と同様に調製した。得られた蒸解デンプン固形分は4.55%であった。前記ポリマー1グラム(乾燥基準)を蒸留水999グラム中で水和することによって、前記両性ポリアクリルアミドを0.1%に調製した。前記0.1%PAM溶液を電磁攪拌機で1時間攪拌した。蒸解デンプンと水和PAMの配合物の1つを、前記蒸解デンプン219.78グラムと前記0.1%PAM125グラムとを完全に混合することによって製造した。
【0047】
対照実験として、前記デンプンとPAMを別々に、但し同時に完成紙料に添加した。デンプンとPAMの用量は、それぞれ15ポンド/トン(6.8kg/908kg)および0.1875ポンド/トン(0.085kg/908kg)であった。前記デンプン/PAM配合物を、15ポンド/トン(6.8kg/908kg)の割合で完成紙料に添加した。灰分保持の結果を下記表6に示す。
【0048】
【表6】

【0049】
これら結果から、本発明を使用すると、添加剤を別々に添加するよりも配分保持が高まることが分かる。
【実施例5】
【0050】
実施例5は、蒸解デンプンとポリマーを化合させてpHが前記ポリマーのpKaより低い組成物を生成し、次いで前記デンプンとポリマーとが化合した組成物のpHを前記ポリマーのpKaを上回るレベルにまで高めると、完成紙料に各成分を別々に添加するよりも、灰分保持能が高まる次第を明らかにするものである。本実施例の場合、カチオン性デンプン、Stalok 160、およびアニオン性ポリマー、7MのCMC、を先の実施例に記載のように調製した。蒸解デンプンと水和CMCのサンプルを対照実験に使用し、残りの蒸解デンプンとCMCのpHは、塩酸を用いてそれぞれ2.67および3.90に調整した。CMCレベルが異なる4種のデンプンとCMCの配合物を調製した。完全に混合した後ただちに、各混合物のpHを、アルミン酸ナトリウムを用いて前記ポリマーのpKaを上回る値まで高めた。表7に、4種のデンプン/CMC配合物について各成分のグラム数およびpHを記載してある。
【0051】
【表7】

【0052】
対照実験として、前記デンプンとCMCを別々に、但し同時に完成紙料に添加した。デンプンの用量は20ポンド/トン(9.08kg/908kg)であった。0.2、0.26、0.4および0.8ポンド/トン(0.09、0.12、0.18および0.36kg/908kg)の4種のレベルのCMCについてテストした。前記デンプン/CMC配合物を、20ポンド/トン(9.08kg/908kg)の割合で完成紙料に添加した。灰分保持の結果を下記表8に示す。
【0053】
【表8】

【0054】
表8のデータから、完成紙料に添加する前にカチオン性デンプンとアニオン性ポリマーを混合することで、所定のアニオン性ポリマーレベルで別々に、但し同時にそれぞれの成分を添加する場合より、灰分保持能が高まることが分かる。
【実施例6】
【0055】
実施例6は、無機コロイド、シリカ、を蒸解カチオン性デンプン/アニオン性CMC配合物と共に使用した場合、その用量の変化が灰分保持に及ぼす影響を明らかにするものである。本実施例の場合、カチオン性デンプン、Stalok 160、およびアニオン性ポリマー、7MのCMC、を先の実施例に記載のように調製した。蒸解デンプンと水和CMCのサンプルを対照実験に使用し、残りの蒸解デンプンとCMCのpHは、塩酸を用いてそれぞれ3.45および4.3に調整した。デンプン/CMC配合物の1つを、4.1%蒸解デンプン150グラムと1%CMC12.3グラムを混合して調製した。十分混合した後ただちに、混合物のpHを、アルミン酸ナトリウムを用いて前記ポリマーのpKaを上回る値まで高めた。混合物の最終pHは6.77であった。
【0056】
実験に使用するコロイドシリカ、Kemira社製Fennosil K515、をシリカ(15%固形分)1.67グラムと水998.33グラムを混合して調製し0.025%溶液とした。シリカの用量は0、0.5および1ポンド/トン(0、0.227および0.454kg/908kg)とした。
【0057】
対照実験として、前記デンプンとCMCを別々に但し同時に、それぞれ20ポンド/トン(9.08kg/908kg)と0.4ポンド/トン(0.18kg/908kg)の用量で完成紙料に添加した。前記デンプン/CMC配合物を、20ポンド/トン(9.08kg/908kg)の割合で完成紙料に添加した。灰分保持の結果を下記表9に示す。
【0058】
【表9】

【0059】
上記結果から、完成紙料にシリカを添加することによって灰分保持能が向上し、前記デンプン/CMC配合物と共に使用した場合にその保持能が最大になることが分かる。表9から、前記デンプンとCMCを共に配合すると、デンプンとCMCを別々にしかし同時に添加する場合に比べて、高い灰分保持が達成されることも分かる。
【実施例7】
【0060】
実施例7は、本発明の灰分保持能が、デンプンとCMCの配合物を、アルミニウム化合物を含有する酸性完成紙料に添加した場合に見られることを明示するものである。本実施例で使用した完成紙料は、砕木33%、漂白軟材クラフト25%、漂白亜硫酸パルプ42%および添加填料クレー25%を含んでいた。pHを、硫酸アルミニウムを用いて4.44に調整した。本実施例の場合、カチオン性デンプン、Stalok 160、およびアニオン性ポリマー、7MのCMC、を先の実施例に記載のように調製した。蒸解デンプンと水和CMCのサンプルを対照実験に使用した。デンプン/CMC配合物の1つを、4.95%蒸解デンプン347.95グラムと3%CMC6.66グラムを十分混合して調製した。
【0061】
対照実験として、前記デンプンとCMCを別々に但し同時に、それぞれ20ポンド/トン(9.08kg/908kg)と0.25ポンド/トン(0.11kg/908kg)の用量で完成紙料に添加した。前記デンプン/CMC配合物を、20ポンド/トン(9.08kg/908kg)の割合で完成紙料に添加した。灰分保持の結果を下記表10に示す。
【0062】
【表10】

【0063】
表から、アルミニウム化合物を含有する酸性完成紙料において、前記デンプン/CMC配合物が、デンプンとCMCを別々に添加した場合よりもすぐれた保持能を有することが分かる。
【実施例8】
【0064】
実施例8は、カチオン性デンプンとポリマーの配合物をアルミニウム化合物の存在下で蒸解すると、灰分保持能が高まることを明らかにするものである。本実施例の場合、アニオン性ポリマー、7MのCMC、を先の実施例に記載のように調製した。未蒸解のカチオン性デンプン、Stalok 160、の溶液を蒸留水で作成し、次いで、溶液の総固形分が6.0重量%となるように水和CMCと50:1(デンプン:CMC)の乾燥状態の割合で混合した。この溶液のpHをアルミニウム化合物、アルミン酸ナトリウムを用いて高くした。次いでこの溶液を255°F(約124℃)の噴射蒸解釜で蒸解した。
【0065】
対照実験として、前記デンプンとCMCを別々に但し同時に、それぞれ20ポンド/トン(9.08kg/908kg)と0.4ポンド/トン(0.18kg/908kg)の用量で完成紙料に添加した。前記デンプン/CMC配合物を、20ポンド/トン(9.08kg/908kg)の割合で完成紙料に添加した。灰分保持の結果を下記表11に示す。
【0066】
【表11】

【0067】
表から、完成紙料において、蒸解前にアルミニウム化合物を含有するデンプン/CMC配合物が、デンプンとCMCを別々に添加した場合よりもすぐれた保持能を有することが分かる。
【実施例9】
【0068】
実施例9は、乾燥品混合物の調製、および結果として生じるゲルを製紙完成紙料に添加することから予想される結果について例示しようとするものである。例えば、実施例1に先に記載したように、Stalok 160などのカチオン性デンプンは、7MのCMCなどのアニオン性ポリマーと混合することができる。乾燥みょうばんおよび/またはアルミン酸ナトリウムまたはその他のpH調製剤を前記乾燥混合物に組み込んで、所望の初期pH、すなわち前記ポリマーのpKaを上回るかまたは下回るpHを付与することができる。乾燥粉末製品は容易に輸送および貯蔵できるため、乾燥状態のデンプン/ポリマー混合物を調製することは有利である。所望のゲルを抄紙機のウエットエンドに適用しようとする際には、乾燥粉末混合物を水で分散し、実施例1で説明したようなデンプン蒸解釜で蒸解する。前記混合物をポリマーのpKaを下回るpHで蒸解すると、蒸解された乾燥混合物のpHは前記ポリマーのpKaを上回って高くなり、ゲルが形成される。pH調整は、水酸化ナトリウム、アルミン酸ナトリウムまたはその他の好適な塩基のいずれかを添加することによってなされる。あるいはまた、デンプン/ポリマー混合物を前記酸のpKaを上回るpHで蒸解し、直接ゲルを形成することもできる。デンプン/ポリマーゲルの適用によって、各成分を別々に添加する場合と比べて表2および表5に例示したデータと類似の填料保持値が得られることが期待される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
デンプンを蒸解し、前記蒸解デンプンをポリマーと化合させることによって製造されるデンプン組成物であって、前記ポリマーがアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を含有しているデンプン組成物。
【請求項2】
前記アニオン性基または潜在的にアニオン性の基が、酸性基または酸性基の塩、あるいは酸性基と酸性基の塩の組み合わせである、請求項1に記載のデンプン組成物。
【請求項3】
前記酸性基が、カルボン酸、スルホン酸、リン酸、カルボン酸の塩、スルホン酸の塩およびリン酸の塩からなる群のうち1つまたは複数である、請求項2に記載のデンプン組成物。
【請求項4】
前記ポリマーが、天然ポリマー、修飾天然ポリマー、合成ポリマー、ポリアクリル酸塩のホモポリマー、ポリスルホン酸塩のホモポリマー、ポリリン酸塩のホモポリマー、ポリアクリル酸塩のコポリマー、ポリスルホン酸塩のコポリマーおよびポリリン酸塩のコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項1に記載のデンプン組成物。
【請求項5】
前記ポリマーが、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、カルボキシメチルセルロース、グアーガムおよびキサンタンガム、アニオン性および両性デンプン、ならびにアクリル酸とアクリルアミドのコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項1に記載のデンプン組成物。
【請求項6】
デンプンの蒸解前にアルミニウム化合物を含有している、請求項1に記載のデンプン組成物。
【請求項7】
請求項1に記載のデンプン組成物を含む完成紙料。
【請求項8】
請求項1に記載のデンプン組成物と無機コロイドとを含む完成紙料。
【請求項9】
請求項1に記載のデンプン組成物とアルミニウム化合物とを含む完成紙料。
【請求項10】
デンプンをポリマーと化合させ、次いで前記デンプンとポリマーとが化合した組成物を蒸解することによって製造されるデンプン組成物であって、前記ポリマーがアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を含有しているデンプン組成物。
【請求項11】
前記アニオン性基または潜在的にアニオン性の基が、酸性基または酸性基の塩、あるいは酸性基と酸性基の塩の組み合わせである、請求項10に記載のデンプン組成物。
【請求項12】
前記酸性基が、カルボン酸、スルホン酸、リン酸、カルボン酸の塩、スルホン酸の塩およびリン酸の塩からなる群のうち1つまたは複数である、請求項11に記載のデンプン組成物。
【請求項13】
前記ポリマーが、天然ポリマー、修飾天然ポリマー、合成ポリマー、ポリアクリル酸塩のホモポリマー、ポリスルホン酸塩のホモポリマー、ポリリン酸塩のホモポリマー、ポリアクリル酸塩のコポリマー、ポリスルホン酸塩のコポリマーおよびポリリン酸塩のコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項10に記載のデンプン組成物。
【請求項14】
前記ポリマーが、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、カルボキシメチルセルロース、グアーガムおよびキサンタンガム、アニオン性および両性デンプン、ならびにアクリル酸とアクリルアミドのコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項10に記載のデンプン組成物。
【請求項15】
デンプンの蒸解前にアルミニウム化合物を含有している、請求項10に記載のデンプン組成物。
【請求項16】
請求項10に記載のデンプン組成物を含む完成紙料。
【請求項17】
請求項10に記載のデンプン組成物と無機コロイドとを含む完成紙料。
【請求項18】
請求項10に記載のデンプン組成物とアルミニウム化合物とを含む完成紙料。
【請求項19】
完成紙料用添加剤を調製するのに好適な乾燥デンプン組成物であって、デンプンと、アニオン性基または潜在的にアニオン性の基を含有するポリマーとを含む乾燥デンプン組成物。
【請求項20】
前記アニオン性基または潜在的にアニオン性の基が、酸性基または酸性基の塩、あるいは酸性基と酸性基の塩の組み合わせである、請求項19に記載のデンプン組成物。
【請求項21】
前記酸性基が、カルボン酸、スルホン酸、リン酸、カルボン酸の塩、スルホン酸の塩およびリン酸の塩からなる群のうち1つまたは複数である、請求項20に記載のデンプン組成物。
【請求項22】
前記ポリマーが、天然ポリマー、修飾天然ポリマー、合成ポリマー、ポリアクリル酸塩のホモポリマー、ポリスルホン酸塩のホモポリマー、ポリリン酸塩のホモポリマー、ポリアクリル酸塩のコポリマー、ポリスルホン酸塩のコポリマーおよびポリリン酸塩のコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項19に記載のデンプン組成物。
【請求項23】
前記ポリマーが、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、カルボキシメチルセルロース、グアーガムおよびキサンタンガム、アニオン性および両性デンプン、ならびにアクリル酸とアクリルアミドのコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項19に記載のデンプン組成物。
【請求項24】
デンプンの蒸解前にアルミニウム化合物を含有している、請求項19に記載のデンプン組成物。
【請求項25】
請求項19に記載のデンプン組成物を含む完成紙料。
【請求項26】
請求項19に記載のデンプン組成物と無機コロイドとを含む完成紙料。
【請求項27】
請求項19に記載のデンプン組成物とアルミニウム化合物とを含む完成紙料。
【請求項28】
ポリマーを含有するデンプン組成物の製造方法であって、デンプンとポリマーとを化合させてデンプン組成物を形成するステップと、前記デンプン組成物を前記ポリマーのpKaを下回るpHで蒸解して蒸解デンプン組成物を形成するステップと、前記蒸解デンプン組成物のpHを前記ポリマーのpKaを上回る値にまで高めるステップとを含む方法。
【請求項29】
前記ポリマーがアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を有している、請求項28に記載の方法。
【請求項30】
前記アニオン性基または潜在的にアニオン性の基が、酸性基または酸性基の塩、あるいは酸性基と酸性基の塩の組み合わせである、請求項29に記載の方法。
【請求項31】
前記酸性基が、カルボン酸、スルホン酸、リン酸、カルボン酸の塩、スルホン酸の塩およびリン酸の塩からなる群のうち1つまたは複数である、請求項30に記載の方法。
【請求項32】
前記ポリマーが、天然ポリマー、修飾天然ポリマー、合成ポリマー、ポリアクリル酸塩のホモポリマー、ポリスルホン酸塩のホモポリマー、ポリリン酸塩のホモポリマー、ポリアクリル酸塩のコポリマー、ポリスルホン酸塩のコポリマーおよびポリリン酸塩のコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項29に記載の方法。
【請求項33】
前記ポリマーが、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、カルボキシメチルセルロース、グアーガムおよびキサンタンガム、アニオン性および両性デンプン、ならびにアクリル酸とアクリルアミドのコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項29に記載の方法。
【請求項34】
デンプンの蒸解前にアルミニウム化合物を含有している、請求項29に記載の方法。
【請求項35】
請求項29に記載の方法に従って製造されるデンプン組成物を含む完成紙料。
【請求項36】
請求項29に記載の方法に従って製造されるデンプン組成物を含み、さらに無機コロイドを含む完成紙料。
【請求項37】
請求項29に記載の方法に従って製造されるデンプン組成物を含み、さらにアルミニウム化合物を含む完成紙料。
【請求項38】
完成紙料に添加するのに好適な組成物を製造する方法であって、デンプンを蒸解するステップと、前記蒸解デンプンとポリマーを化合させて前記ポリマーのpKaを下回るpHを有する化合物を調製するステップと、前記デンプンとポリマーとが化合した組成物のpHを前記ポリマーのpKaを上回るレベルにまで高めるステップとを含む方法。
【請求項39】
前記ポリマーがアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を有している、請求項38に記載の方法。
【請求項40】
前記アニオン性基または潜在的にアニオン性の基が、酸性基または酸性基の塩、あるいは酸性基と酸性基の塩の組み合わせである、請求項39に記載の方法。
【請求項41】
前記酸性基が、カルボン酸、スルホン酸、リン酸、カルボン酸の塩、スルホン酸の塩およびリン酸の塩からなる群のうち1つまたは複数である、請求項40に記載の方法。
【請求項42】
前記ポリマーが、天然ポリマー、修飾天然ポリマー、合成ポリマー、ポリアクリル酸塩のホモポリマー、ポリスルホン酸塩のホモポリマー、ポリリン酸塩のホモポリマー、ポリアクリル酸塩のコポリマー、ポリスルホン酸塩のコポリマーおよびポリリン酸塩のコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項39に記載の方法。
【請求項43】
前記ポリマーが、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、カルボキシメチルセルロース、グアーガムおよびキサンタンガム、アニオン性および両性デンプン、ならびにアクリル酸とアクリルアミドのコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項39に記載の方法。
【請求項44】
デンプンの蒸解前にアルミニウム化合物を含有している、請求項39に記載の方法。
【請求項45】
請求項39に記載の方法に従って製造されるデンプン組成物を含む完成紙料。
【請求項46】
請求項39に記載の方法に従って製造されるデンプン組成物を含み、さらに無機コロイドを含む完成紙料。
【請求項47】
請求項39に記載の方法に従って製造されるデンプン組成物を含み、さらにアルミニウム化合物を含む完成紙料。
【請求項48】
完成紙料に添加するのに好適な組成物を製造する方法であって、デンプンとポリマーとを化合させるステップと、前記デンプンとポリマーとの化合物を前記ポリマーのpKaを上回るpHで蒸解するステップとを含む方法。
【請求項49】
前記ポリマーがアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を有している、請求項48に記載の方法。
【請求項50】
前記アニオン性基または潜在的にアニオン性の基が、酸性基または酸性基の塩、あるいは酸性基と酸性基の塩の組み合わせである、請求項49に記載の方法。
【請求項51】
前記酸性基が、カルボン酸、スルホン酸、リン酸、カルボン酸の塩、スルホン酸の塩およびリン酸の塩からなる群のうち1つまたは複数である、請求項50に記載の方法。
【請求項52】
前記ポリマーが、天然ポリマー、修飾天然ポリマー、合成ポリマー、ポリアクリル酸塩のホモポリマー、ポリスルホン酸塩のホモポリマー、ポリリン酸塩のホモポリマー、ポリアクリル酸塩のコポリマー、ポリスルホン酸塩のコポリマーおよびポリリン酸塩のコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項49に記載の方法。
【請求項53】
前記ポリマーが、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、カルボキシメチルセルロース、グアーガムおよびキサンタンガム、アニオン性および両性デンプン、ならびにアクリル酸とアクリルアミドのコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項49に記載の方法。
【請求項54】
デンプンの蒸解前にアルミニウム化合物を含有している、請求項49に記載の方法。
【請求項55】
請求項49に記載の方法に従って製造されるデンプン組成物を含む完成紙料。
【請求項56】
請求項49に記載の方法に従って製造されるデンプン組成物を含み、さらに無機コロイドを含む完成紙料。
【請求項57】
請求項49に記載の方法に従って製造されるデンプン組成物を含み、さらにアルミニウム化合物を含む完成紙料。
【請求項58】
完成紙料に添加するのに好適な組成物を製造する方法であって、デンプンを蒸解するステップと、次いで前記蒸解デンプンとポリマーを化合させるステップとを含み、前記蒸解デンプンとポリマーとが化合した組成物のpHが前記ポリマーのpKaを上回っている方法。
【請求項59】
前記ポリマーがアニオン性基または潜在的にアニオン性の基を有している、請求項58に記載の方法。
【請求項60】
前記アニオン性基または潜在的にアニオン性の基が、酸性基または酸性基の塩、あるいは酸性基と酸性基の塩の組み合わせである、請求項59に記載の方法。
【請求項61】
前記酸性基が、カルボン酸、スルホン酸、リン酸、カルボン酸の塩、スルホン酸の塩およびリン酸の塩からなる群のうち1つまたは複数である、請求項60に記載の方法。
【請求項62】
前記ポリマーが、天然ポリマー、修飾天然ポリマー、合成ポリマー、ポリアクリル酸塩のホモポリマー、ポリスルホン酸塩のホモポリマー、ポリリン酸塩のホモポリマー、ポリアクリル酸塩のコポリマー、ポリスルホン酸塩のコポリマーおよびポリリン酸塩のコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項59に記載の方法。
【請求項63】
前記ポリマーが、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、カルボキシメチルセルロース、グアーガムおよびキサンタンガム、アニオン性および両性デンプン、ならびにアクリル酸とアクリルアミドのコポリマーからなる群の1つまたは複数である、請求項59に記載の方法。
【請求項64】
デンプンの蒸解前にアルミニウム化合物を含有している、請求項59に記載の方法。
【請求項65】
請求項59に記載の方法に従って製造されるデンプン組成物を含む完成紙料。
【請求項66】
請求項59に記載の方法に従って作成されるデンプン組成物を含み、さらに無機コロイドを含む完成紙料。
【請求項67】
請求項59に記載の方法に従って作成されるデンプン組成物を含み、さらにアルミニウム化合物を含む完成紙料。

【公表番号】特表2007−521407(P2007−521407A)
【公表日】平成19年8月2日(2007.8.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−503907(P2006−503907)
【出願日】平成16年2月27日(2004.2.27)
【国際出願番号】PCT/US2004/005969
【国際公開番号】WO2004/076551
【国際公開日】平成16年9月10日(2004.9.10)
【出願人】(505323817)ズィ、ユーニヴァーサティ、アヴ、メイン、ボード、アヴ、トラスティーズ (3)
【Fターム(参考)】