紙製品を加工するための方法
紙製品を処理するための方法であって、該方法は、実質的にすべてのリグニンが可溶化されるような濃度とｐＨにて水溶液中にリグニンを含む混合物を提供することと、紙製品をカチオンポリマーで処理し、次いでリグニン混合物で紙製品を処理することを含む方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙製品を処理して材料に耐水性及び／又は耐油性のバリアを提供する方法及びその方法で処理された紙製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、紙包装製品を特に参照して記載する。しかしながら、本発明の方法を使用して耐水性及び／又は耐油性のバリアを提供できるように望ましい紙製品を処理してもよいことが十分に理解される。
【０００３】
本明細書では、用語「紙製品」は、セルロースパルプから形成される又はさもなければそれに由来するいかなる材料も含む。そのような材料には、紙、ボール紙、厚紙、段ボール、再利用紙製品などが挙げられる。
【０００４】
紙製品を被覆又は積層して水分耐性及び／又は油とグリースに耐性のバリアを提供することは周知である。蝋は一般に使用される紙の被膜である。蝋紙は再利用することができず、使用済みの蝋紙は、埋め立てゴミ又は焼却ゴミのいずれかである。これらの選択肢は環境的に受け入れ難い。
【０００５】
紙製品はまた、ポリエチレンやポリプロピレンのようなプラスチック膜で積層される。これらの材料の再利用には、紙からプラスチックの積層物を分離することが求められる。分離されたプラスチックの廃棄又は再利用という更なる負担とともに、これが再利用のコストに加わる。さらに紙再利用の事業がすべてこの種の施設を有しているわけではないので、かなりの比率ラミネート紙製品は再利用されない。
【０００６】
被膜を再利用することができる、蝋を塗った被膜及び／又はプラスチックの積層物の代替物を提供できることが明らかに望ましい。
リグニンは、セルロース及び多糖類と共に木質植物の細胞壁の主成分である。
【０００７】
エーテル結合及び炭素−炭素結合で互いに連結されたフェニルプロパン（すなわち、Ｃ９）繰り返し単位は、リグニンの組成の大半を構成するということは認められている見解である。
【０００８】
【化１】
【０００９】
フェニルプロパン（Ｃ９単位）
木質植物は、酵素的脱水素化で開始する遊離ラジカルの架橋プロセスによってトランス
−ｐ−クマリルアルコールと、トランス−コニフェリルアルコールと、トランス−シナピルアルコールからリグニンを合成する。芳香族環及び芳香族置換基を含有するフェニルプロパンの一部はそれぞれ、ｐ−ヒドロキシフェニル（Ｈ）、グアイアシル（Ｇ）、及びシリングイル（Ｓ）と呼ばれる。
【００１０】
【化２】
【００１１】
リグニン前駆体（すなわち、オリゴノール）
各部類の植物、草本、軟木及び硬木は、１種のフェニルプロパン繰り返し単位が豊富なリグニンを作り出す。甘蔗バガスのリグニン（本発明で使用される好ましいタイプのリグニン）は、草本のリグニンであり、軟木及び硬木よりも高い比率のｐ−ヒドロキシフェニルリグニン基及び低いメトキシ含量（すなわち、芳香族基の空のオルソ位及びパラ位）を有する。
【００１２】
溶液中のセルロース繊維へのリグニンの吸収が検討されている。改善された耐水性を有する紙製品は、製品を形成するのに先立ってカチオンデンプンとコロイド状のリグニンを順次パルプに加えることによって得ることができることが認められた。カチオンデンプンの使用は、普通の状況下でリグニンがそれに結合するのを妨げる繊維表面上の負の電荷を打ち消す。
【００１３】
その耐水性を改善するために、形成された紙製品を処理できることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明は、その耐水性及び／又は耐油性の特性を改善できるように紙材料を処理するためのリグニンの使用に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の幅広い形態によれば、紙製品を処理する方法が提供され、該方法は、少なくとも約８のｐＨを有し、少なくとも一部可溶性のリグニンを含む水性リグニン混合物を提供することと、該混合物を紙製品に塗布することを含む。
【００１６】
浸漬、浸すこと、噴霧、回転、塗装などを含むいかなる好適な方法で紙製品を処理してもよい。
本発明のさらなる幅広い形態によれば、紙製品を処理する方法が提供され、該方法は、実質的にすべてのリグニンが可溶化されるような濃度とｐＨにて水溶液中にリグニンを含む混合物を提供することと、紙製品をカチオンポリマーで処理し、次いでリグニン混合物で紙製品を処理することを含む。
【００１７】
カチオンデンプンとリグニンについての２つの処理工程は同一であってもよく、又は異なっていてもよい。
本発明者らは、形成された紙製品をカチオンデンプン、次いでコロイド状リグニンで処理すると、接触角が対照より実際に小さくなる、又は言い換えれば、濡れ性が実際に高まることを認めた。これは、上記で議論した初期の仕事の期待に反している。理論に束縛されることを望まないで、本発明者らは、コロイド状のリグニン粒子がセルロース繊維の表面に結合し、結合していないセルロース表面が荷電した親水性の表面を提示するので、正味の効果は親水性であると考えている。驚くべきことに、且つ予期に反して、本発明者らは、ほとんどのリグニンを確実に可溶型にすることによって紙製品の表面の濡れ性耐性及び又は耐油性が改善される可能性があることを発見した。理論に束縛されることを望まないで、可溶性のリグニンはセルロース繊維の細孔に吸収されることが可能であると考えられる。
【００１８】
リグニンは水に不溶であるが、高いｐＨで可溶である。リグニンは高いｐＨで負の電荷を持つ。水性のリグニン混合物は、可溶型及び／又はコロイド形態でのリグニンを含有してもよく、可溶型はさらに高いｐＨで優勢である。リグニンが完全に可溶性になるｐＨは、多数の因子、たとえば、リグニンのタイプ（その供給源及び抽出手段）、濃度及び温度に依存する。リグニンが可溶型であるか、コロイド形態であるかどうかを評価する方法は、当業者に既知である。そのような方法には、走査電子顕微鏡を用いて相境界の存在を決定することが挙げられる。相境界の非存在は、可溶性のリグニンのみの存在を示す。別の方法では単に溶液を濾過し、残留物が残っていれば、量を突き止める。
【００１９】
用語「実質的にリグニンのすべてを可溶化する」は、リグニンの少なくとも８０重量％、好ましくは少なくとも９０重量％のリグニン、最も好ましくは１００重量％に近いリグニンが可溶型であることを意味する。
【００２０】
リグニン溶液の典型的なｐＨは約９より上である。好ましい範囲は、約９．５〜約１１の間である。典型的なリグニンの濃度は、約０．０２ｇ／Ｌ−１〜約２０ｇ／Ｌ−１の間、好ましくは約０．０２ｇ／Ｌ−１〜約２ｇ／Ｌ−１の間である。
【００２１】
リグニンは好ましくはアンモニウム溶液に溶解される。アンモニウム溶液を使用する利点は、乾燥中及び／又は硬化中にアンモニアが揮発することである。
カチオンポリマーは、塩化トリメチルアミノエチルアクリレート（ＴＭＡＳＥＡＣ）及び塩化ジアリルジメチルアンモニウム（ＤＡＤＭＡＣ）のホモポリマー、ＴＭＡＳＥＡ−アクリルアミドのコポリマーを含む好適なポリマーであってもよい。好ましいポリマーは通常１０％〜３０％の加水分解度を有するカチオンデンプンである。通常、カチオンのポリ電解質は、約１００ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍの間、好ましくは約２００ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの間の範囲で存在する。
【００２２】
リグニンの処理工程は、約６５℃までの温度で実施してもよい。
処理の後、紙製品は約８０℃〜約１００℃の間の温度に加熱されることが好ましい。これによってアンモニアを追っ払い、被膜を硬化する。加熱はいかなる好適な方法で達成されてもよく、通常オーブンで生じる。
【００２３】
本発明者らはまた、架橋剤の存在下にて紙製品をリグニンで処理することによって有効なバリアが得られる可能性があることも発見した。
本発明のさらなる好ましい形態によれば、紙製品を処理する方法が提供され、該方法は、リグニンが可溶型及びコロイド形態の双方で存在するようなリグニンの濃度及びｐＨを有する水性リグニン混合物を提供することと、リグニン混合物に架橋剤を添加することと
、混合物で紙製品を処理することと、混合物を硬化させることを含む。
【００２４】
架橋剤は、少なくとも２つの官能基を有し、そのうち少なくとも１つがヒドロキシ基と結合を形成することが可能である剤を言う。
通常、ｐＨは約８〜約１０である。混合物中のリグニンの濃度は通常約１０重量％〜約３０重量％、最も好ましくは約２０重量％である。これらの濃度は本発明の第１の幅広い形態で使用されるものよりも通常高い。特定量のコロイド状のリグニンが存在してもよいという事実に照らしてさらに高い濃度が認容されてもよいことが十分に理解されるであろう。ｐＨ約１０にて、コロイド状リグニンの量は約１０重量％であると推定される。
【００２５】
コロイド状材料の好ましい粒度は約２０ｎｍ〜約５０ｎｍの間、好ましくは約３０ｎｍである。本発明者らは、このサイズ範囲でのリグニン粒子を含有する分散物は、表面を浸透する能力を有し、特にセルロース繊維を含有するものは、膜及び安定な混合物を形成する能力を有し、適切なレオロジー特性及び粘弾性特性を有することを認めた。
【００２６】
さらに高い濃度にて、混合物に可塑剤を添加して溶融流動特性を改善し、機能する被膜混合物を提供することが望ましいかもしれない。好適な可塑剤はポリオールである。好ましいポリオールは、食物と共に使用するために評価されたものである。典型的なポリオールには、エトキシ化ソルビタンエステル類、たとえば、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノ−オレエート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート及びポリオキシエチレンソルビタントリステアレートが挙げられる。別の好ましいポリオールは、約４０００〜約１００００の間、好ましくは約６０００の分子量を有するポリエチレングリコールである。
【００２７】
好ましい架橋剤は、ヒドロキシル基と反応する第１の官能基及び二重結合を有する第２の官能基を有する二官能性化合物である。理論に束縛されることを望まないで、本発明者らは、ヒドロキシル基と反応する基は、セルロースとのエステル結合を形成し、二重結合はリグニンとの結合を形成すると考えている。
【００２８】
好適な化合物の例は以下の化合物（１）〜（４）である。
【００２９】
【化３】
【００３０】
式中、Ｒ１は、少なくとも１つの二重結合を有するＣ３〜Ｃ２４の分枝鎖又は非分枝鎖であり、Ｒ２は、Ｈ又は１〜６の炭素原子を有する低級アルキルである。特に好ましい化合物は、それぞれ、無水コハク酸アルケニル及びアルキルケテンダイマーとして知られる式１及び２のものである。特に好ましいのは、無水コハク酸アルケニル、たとえば、無水コハク酸ドデシニル、無水コハク酸ヘキサデシニル、無水コハク酸オクタデシニル又はその２以上の混合物である。
【００３１】
通常、架橋剤は、約０．１重量％〜約４重量％の間、好ましくは約０．１重量％〜約１重量％の間のレベルで混合物に存在する。
本発明のさらなる幅広い形態によれば、紙製品を処理するための組成物が提供され、該組成物は、リグニンが可溶型及びコロイド形態の双方で存在するような濃度及びｐＨで水溶液に混合されたリグニンと、架橋剤を含む。
【００３２】
好ましくは、本発明の第１の幅広い形態に関して上述された方法でのリグニン混合物による処理に先立って、紙製品はカチオンポリマーによって予備処理される。
処理の後、混合物を硬化させる。これは通常、高い温度で、通常約８０℃〜１００℃の
間で実施される。
【００３３】
本発明者らはまた予期に反して、紙製品の処理の前に、リグニン溶液に温度依存性に自己会合することが可能である両親媒性ポリマーを添加することも許容可能な被膜を提供することを発見した。
【００３４】
本発明のさらなる幅広い形態によれば、紙製品を処理する方法が提供され、該方法は、少なくとも一部のリグニンが可溶型で存在するような濃度及びｐＨを有するリグニンの水性混合物を提供することと、両親媒性ポリマーをリグニン混合物に添加することと、混合物で紙製品を処理することと、混合物を硬化させることを含み、該両親媒性ポリマーは、温度の上昇と共にさらに疎水性になるように温度依存性に自己会合が可能である。
【００３５】
両親媒性物質は、親水性の部分と疎水性の部分を有する。水溶液中では、両親媒性物質は、親水性部分が水分子と接触するように自己会合する。温度は、溶液中又は表面分子上の両親媒性分子の配向に影響を及ぼすことができる。
【００３６】
好ましい両親媒性ポリマーはシリコーンポリオールである。シリコーンポリオールの構造は、規定された疎水性部分と親水性部分を含む。疎水性部分は、１以上のジヒドロカルビルシロキサン単位を含む。ポリオールの親水性部分は、イオン基、たとえば、サルフェート、スルホネート、ホスホネート、ホスフェートエステル、カルボキシレート、カーボネート、スルホスクシネート、タウレート、ホスフィンオキシド（遊離の酸、塩、又はエステルとして）、ベタイン、ベタインコポリオール、又は四級アンモニウム塩を含む１以上の極性部分を含んでもよい。イオン性親水性部分は、ポリ電解質を含むイオン性に官能化されたシロキサングラフトも含んでもよい。そのような基を含有するシロキサン界面活性剤には、たとえば、ポリジメチルシロキサン−グラフト−（メタ）アクリル酸塩、ポリジメチルシロキサン−グラフト−ポリアクリル酸塩及びポリジメチルシロキサン−グラフト−四級アミンが挙げられる。
【００３７】
親水性部分の極性部分は、ポリエーテルによって形成される非イオン性の基、たとえば、酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）、及び混合された酸化ポリエチレン／酸化ポリプロピレンポリエーテル（ＰＥＯ／ＰＰＯ）；単糖類及び二糖類；並びにピロリジノンのような水溶性複素環を含んでもよい。酸化エチレンと酸化プロピレン（ＥＯ／ＰＯ）の比は、混合された酸化ポリエチレン／酸化ポリプロピレンポリエーテル中で、約１０重量％のＥＯから１００重量％のＥＯまで変化してもよい。
【００３８】
親水性部分は、イオン性部分と非イオン性部分の組み合わせも含んでもよい。そのような部分には、たとえば、イオン性に末端官能化された又は無作為に官能化されたポリエーテル又はポリオールが挙げられる。
【００３９】
疎水性部分と親水性部分の配置は、「Ｂ」が分子のシロキサン部分を表すジブロックポリマー（ＡＢ）、トリブロックポリマー（ＡＢＡ）の形態、又は多ブロックポリマーの形態を取ってもよい。シリコーンポリオールは、或いはグラフトポリマーを含んでもよい。用語「グラフトポリマー」は、側鎖として主ポリマーの主鎖に連結するポリマー官能性の１以上の種を持つ分子を含むポリマーを言い、その際、側鎖又はグラフトは、主ポリマーの主鎖の特性とは異なる構造的な又は機能的な特性を有する。主ポリマーの主鎖に対するポリマー官能性の各グラフトは「ペンダント」基である。グラフトの構造は、直鎖、分枝鎖又は環状であってもよい。
【００４０】
本発明の実践で有用なグラフトポリマーは、それに１以上の親水性グラフトが結合するジヒドロカルビルシロキサン単位の疎水性の主ポリマーの主鎖を含んでもよい。主ポリマ
ーの主鎖上に複数のグラフトを含む構造の１つは、「くま手」型構造（「コーム」とも呼ばれる）である。くま手型構造を以下でＡＢＡ構造と比較する。
【００４１】
【化４】
【００４２】
特に好ましい「くま手」シリコーンポリオールは、親水性物質が式Ｃ３Ｈ６Ｏ−（ＥＯ）ｍ−（ＰＯ）ｎ−Ｒを有し；
式中、ＥＯは、酸化エチレン−［ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ］ｍ−であり、ＰＯは、酸化プロピレン−［ＣＨ２−ＣＨ（ＣＨ３）−Ｏ］ｎであり、ｍ及びｎの双方ではない、いずれかが０であってもよく、Ｒは、メチル、エチル、ブチル又はプロピルである。Ｘ、ｙ、ｍ及びｎは、ポリオールの分子量が約２０００〜約１００００の間、通常約４０００〜約６０００の間であるように選択される。特に好ましいのは、Ｇｅｎｅｓｅｅから入手可能な「くま手」シリコーンポリオールである。
【００４３】
トリシロキサンは「くま手」型構造に関連した追加の構造型である。代表的なトリシロキサン構造を以下に描く。
【００４４】
【化５】
【００４５】
分子のシロキサン部分は、ジヒドロカルビルシロキサン単位に関してポリマーであっても、オリゴマーであってもよい。界面活性剤分子のシロキサン部分は、直鎖、分枝鎖又は環
状の構造を含んでもよい。
【００４６】
別の好適な両親媒性のポリマーは、Ｎ−ビニルカプロラクタムコポリマーである。好適なコモノマーは酢酸ビニルである。
通常、両親媒性物質は、０．５〜約４％の間、好ましくは約１〜約２％の間の量で混合物に存在する。
【００４７】
混合物はコロイド形態でリグニンを含んでもよい。コロイド状リグニンの好ましい粒度及び可溶性リグニンに対する相対量は、上述のものと同様である。
処理の後、混合物を硬化させる。これは通常、高い温度で、通常約８０℃〜１００℃の間で実施される。
【００４８】
本発明のさらなる好ましい形態によれば、紙製品を処理するための組成物が提供され、該組成物は、リグニンが可溶型及びコロイド形態の双方で存在するような濃度及びｐＨで水溶液に混合されたリグニンと、温度依存性にリグニン混合物に対して自己会合することが可能であり、それによって温度の上昇と共にポリマーがさらに疎水性になる両親媒性のポリマーを含む。
【００４９】
本発明の各実施態様で使用するのに好ましいリグニンは非木質供給源に由来する。特に好ましいリグニンは、甘蔗バガスに由来する。ソーダパルプ化法又はオルガノソルブ法によってバガスのセルロース成分からリグニンが分離されることも好ましい。オルガノソルブ法は、リグニンを分離するのに水性エタノールのような有機溶媒を使用する。ソーダ法は加圧下で苛性ソーダを使用する。これらの方法で得られたリグニンは、従来のクラフト法で分画されたリグニンよりも相対的に小さな分子量及び狭い分子量分布を有するので、本発明の方法及び組成物で使用するのに特に好適であると考えられる。これらのリグニンはまたさらに疎水性傾向を示す。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の好ましい方法及び組成物によって被覆紙製品の写真である。
【図２】本発明の好ましい方法及び組成物によって処理された紙製品のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
リグニンの精製
パー反応器にて１９０℃でエタノール水溶液によって甘蔗バガスをパルプ化して、黒色の液体とパルプを生じた。次いで、この液体を希釈し、加熱してリグニンを回収した。濾過によってリグニンを得、風乾し、さらに６０℃の真空オーブンで一晩乾燥した。次いで粗精製のリグニンを０．１Ｍの苛性ソーダ溶液に溶解し、得られた溶液を撹拌しながら４０℃で３０分間加熱した。次いで硫酸でｐＨ５．５〜６に酸性化することによってリグニンを再析出させた。この方法でリグニンを精製することによって、タンパク質、多糖類、脂質及び灰分の不純物の量が減った。
基材の調製
ＣＳ溶液を含有するビーカーに約２３℃、４５℃又は６０℃で約１時間完全に沈めることによって基材を予備処理した。この後、それを取り出し、過剰の溶液を滴らせ、平らに置いて風乾した。これに約４０分かかった。次いで予備処理した基材をリグニン溶液のビーカーに５分間完全に沈めるか、又はスポンジのローラーを用いてリグニン溶液の塗料を機械的に塗布した。デンプン溶液と同様に、室温から６５℃まで種々の温度でリグニンを塗布した。次いでヘアドライヤーを用いて被覆された基材を乾燥し、その後１００℃のオーブンで一晩乾燥させた。被覆した基材を２枚のガラス枠に挟み、オーブンで乾燥する間に生じた顕著な反り返り（カール）を反転させるよう試みて締め具で締めた。これによっ
て接触角の測定のために平坦な表面が提供された。
接触角の測定
試料の接触角は、液滴の液体／蒸気界面が固体の表面に接触する角度を表す。この値は、ビデオ接触角装置を用いて測定し、ヤング−ラプラスの方程式を用いて値を算出し、液滴の目視分析のために接触角度計に組み入れる。
【００５２】
接触角は所与のシステムに特異的であり、３つの界面（液体、蒸気及び固体）を横切る相互作用によって決定される。極度に親水性の表面では、水滴は完全に広がり、その結果、０°の有効接触角を生じる。しかしながら、疎水性表面では、大きな接触角が観察され、７０°〜９０°の範囲に入ることが多い。いったん１５０°の接触角が得られると、表面は超疎水性と判断され、ひどく表面を濡らすことなく、表面上に効果的にとどまる。
【００５３】
本発明では、接触角測定を用いて処理された表面の性能を定量した。図１は、リグニン被覆した表面上の水滴の写真である。
少なくとも２（及び５まで）の異なった位置で調製された各基材の接触角を取り、平均値を確保した。接触角は時間経過とともに変化しないことが観察されたので、基材の大半については得られた値は静止値を示す。しかしながら、接触角が時間とともに低下した（あまり上手く行かなかった）基材については、括弧の中に第２の値を示す。この値は、いったん広がりが止まったと思われた際に得られた角度を記載し、普通は、最初の衝撃後１〜１．５分に取られた。
水吸収の測定
「５分間浸漬試験」を用いて、基材の相対的な水吸収の性質の定量測定を行った。超純水の溶液に基材を５分間沈めた。この後、試料を溶液から取り出し、２枚のペーパータオルの間で軽く叩いて乾かし、表面の過剰な水分を取り除き、その後、質量を再記録した。次いで基材の乾燥質量と濡らした質量の差異を用いて、水吸収のために記録された質量における比率の増加を算出した。
被膜の厚さ
リグニン／カチオンデンプン被膜のおよその厚さを測定する試みで、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて幾つかの被覆された試料と対照試料を分析した。
【００５４】
新鮮で明瞭に切断された断面を観察することができるように剃刀の刃を用いて試料の一部を切断した。これによって基材と被膜との間に明らかに目に見える相境界が生じ、被膜の厚さの測定が可能であると考えられた。
カチオンデンプンによる予備的結果
溶液の調製
この試験に使用されたカチオンデンプン（ＣＳ）は、スイフト社製のＷＩＳＰＲＯＦＬＯＣ Ｐであった。ＣＳ溶液の３種の濃度は、８０ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ及び１，０００ｐｐｍに調製された。使用前、これらの溶液を所望の温度に加熱した。
【００５５】
０．１Ｍのアンモニア溶液中のリグニン溶液の３種の濃度は、０．２ｇ／Ｌ−１、２．０ｇ／Ｌ−１及び２００ｇ／Ｌ−１に調製された。一晩撹拌した。アンモニアの喪失を防ぐように、リグニン溶液を含有するビーカーを密閉した。０．２ｇ／Ｌ−１及び２．０ｇ／Ｌ−１を含有するリグニン溶液のｐＨは１０．２〜１０．８だった。しかしながら、２００ｇ／Ｌ−１のリグニン溶液については、塗布直前にアンモニア溶液を用いてｐＨを７．４から８に上げた。
結果
接触角及び水吸収の結果
２つのリグニン試料は、一方を暗／微細、他方を明／粗と命名し、双方とも水性エタノール抽出によって得た（表５．１を参照のこと）。試料は、パルプ化時間と同様に、元々のバガスからの抽出において使用されたエタノール濃度においてのみ異なる。
表１．リグニン溶液の組成
【００５６】
【表１】
【００５７】
表５．２で使用された基材コードは、各基材を調製するのに関与した手順の変数を特定する。たとえば、基材２５０−Ｒ−６０は、２５０ｐｐｍのＣＳを用いて、室温にて（Ｒ）調製し、その後６０℃にてリグニン溶液で処理した。
【００５８】
表２は、調製された試験検体すべてと共に無処理の試料（９１°）及び１００℃（１０１°）のオーブンで一晩加熱した無処理の試料について観察された接触角を含む。処理された試料の接触角は９０°〜１１８°の範囲であった。リグニン濃度２００ｇ／Ｌ−１で調製された基材の接触角は、水滴の最初の衝撃の際は全く許容可能であったが、数分の経過の間に有意に低下した。この効果は、ほかのリグニン濃度の１０．２〜１０．８の間の値に比べて約８．２であったこの溶液のｐＨに関係する可能性がある。そのｐＨ及び濃度では、リグニンのかなりの部分がコロイド形態であった。
表２．処理された及び無処理の双方の基材の接触角
【００５９】
【表２】
【００６０】
表３は、無処理の基材及びＣＳ処理した基材についての水吸収の結果を与える。ＣＳ処理した基材の質量における増加は、無処理の基材、すなわち対照よりもやや低い５３〜６９％の範囲だった。
表３．無処理の及びＣＳ処理した基材についての水吸収の結果
【００６１】
【表３】
【００６２】
表４は、リグニン被覆した基材についての水吸収の結果を与える。質量における増加は、
無処理の基材よりもやや低い５２〜６４％の範囲だった。
表４．リグニン処理した基材についての水吸収の結果
【００６３】
【表４】
【００６４】
ＳＥＭ分析
明瞭な相境界が見られなかったので、被膜の厚さを決定するためのＳＥＭの使用は失敗であることが判った。これはおそらく、少なくとも希釈したリグニン溶液（０．２ｇ／Ｌ−１及び２．０ｇ／Ｌ−１）については、リグニンの高分子が基材の繊維間の穴及び空間のみに占拠したからであった。ＳＥＭの顕微鏡写真を図２に示す。
さらなる実施例
さらなるそれぞれの実施例では、被膜を基材上に塗布し、処方を硬化させるのに十分な時間、８０℃〜１００℃の温度で硬化した。
実施例１
ｐＨが１０になるようにリグニンとアンモニア溶液を混合することによってリグニン溶液を作製した。次いでこの溶液を表１に示す成分から成る処方にした。溶液の温度は２５〜６０℃の間であった。
リグニン／シリコーンポリオール被膜の処方
【００６５】
【表５】
【００６６】
水滴の広がり及びそれ自体の水の浸透を説明するために１〜２分後に取った被覆基材の接触角。被覆紙の接触角は１３２°だった。
実施例２
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／シリコーンポリオール被膜の処方
【００６７】
【表６】
【００６８】
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１３４°だった。
実施例３
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／シリコーンポリオール被膜の処方
【００６９】
【表７】
【００７０】
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１１５°だった。
実施例４
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／ポリオール被膜の処方
【００７１】
【表８】
【００７２】
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１２５°だった。水吸収３７％；対照５１％、キット試験４、水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）４６８ｇｍ２／２４時間。
実施例５
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／ポリオール／ＯＤＳＡ被膜の処方
【００７３】
【表９】
【００７４】
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１１５°だった。水吸収３１％；対照５１％、キット試験４、水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）４６０ｇｍ２／２４時間。
実施例６
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／カチオンデンプン被膜の処方
【００７５】
【表１０】
【００７６】
紙基材を約０．０２５ｇ／Ｌ−１のカチオンデンプン（ＷＩＳＰＲＯＦＬＯＣ Ｐ）に接触させた。
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１０８°だった。
実施例７
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／カチオンデンプン被膜の処方
【００７７】
【表１１】
【００７８】
紙基材を約０．１ｇ／Ｌ−１のカチオンデンプン（ＷＩＳＰＲＯＦＬＯＣ Ｐ）に接触させた。
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１１２°だった。
【００７９】
本発明の方法及び組成物が厚紙製品の表面の接触角を大きくすることができることが分
かるだろう。処理された紙製品が許容可能なキット値を有したことが上記実施例からも分かるだろう。キット値は、グリースや油をはじく表面の能力を表す。
【００８０】
本発明によって処理された紙製品は再利用することができ、また生分解性でもある。混合物及び溶液は水性なので、本発明の使用は、紙被覆産業で現在採用されている有機溶媒の使用を回避する。従って、本発明は、揮発性有機化合物の量及び環境に導入される有害な大気汚染を低減できる可能性がある。
【００８１】
明細書及びクレームでは、用語「含むこと」は、用語「含むこと」と同様に広い意味を有すると理解すべきであり、整数又は工程の述べられた整数又は工程又は群の包含を含蓄するが、整数又は工程のそのほかの整数又は工程又は群の排除を含蓄しないことが理解されるであろう。この定義は、用語「含むこと」の変異、たとえば、「含む」や「含む」にも適用される。
【００８２】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本明細書に「記載され、請求された本発明に対して種々の変更及び修正を行ってもよいことが十分に理解されるであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙製品を処理して材料に耐水性及び／又は耐油性のバリアを提供する方法及びその方法で処理された紙製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、紙包装製品を特に参照して記載する。しかしながら、本発明の方法を使用して耐水性及び／又は耐油性のバリアを提供できるように望ましい紙製品を処理してもよいことが十分に理解される。
【０００３】
本明細書では、用語「紙製品」は、セルロースパルプから形成される又はさもなければそれに由来するいかなる材料も含む。そのような材料には、紙、ボール紙、厚紙、段ボール、再利用紙製品などが挙げられる。
【０００４】
紙製品を被覆又は積層して水分耐性及び／又は油とグリースに耐性のバリアを提供することは周知である。蝋は一般に使用される紙の被膜である。蝋紙は再利用することができず、使用済みの蝋紙は、埋め立てゴミ又は焼却ゴミのいずれかである。これらの選択肢は環境的に受け入れ難い。
【０００５】
紙製品はまた、ポリエチレンやポリプロピレンのようなプラスチック膜で積層される。これらの材料の再利用には、紙からプラスチックの積層物を分離することが求められる。分離されたプラスチックの廃棄又は再利用という更なる負担とともに、これが再利用のコストに加わる。さらに紙再利用の事業がすべてこの種の施設を有しているわけではないので、かなりの比率ラミネート紙製品は再利用されない。
【０００６】
被膜を再利用することができる、蝋を塗った被膜及び／又はプラスチックの積層物の代替物を提供できることが明らかに望ましい。
リグニンは、セルロース及び多糖類と共に木質植物の細胞壁の主成分である。
【０００７】
エーテル結合及び炭素−炭素結合で互いに連結されたフェニルプロパン（すなわち、Ｃ９）繰り返し単位は、リグニンの組成の大半を構成するということは認められている見解である。
【０００８】
【化１】
【０００９】
フェニルプロパン（Ｃ９単位）
木質植物は、酵素的脱水素化で開始する遊離ラジカルの架橋プロセスによってトランス
−ｐ−クマリルアルコールと、トランス−コニフェリルアルコールと、トランス−シナピルアルコールからリグニンを合成する。芳香族環及び芳香族置換基を含有するフェニルプロパンの一部はそれぞれ、ｐ−ヒドロキシフェニル（Ｈ）、グアイアシル（Ｇ）、及びシリングイル（Ｓ）と呼ばれる。
【００１０】
【化２】
【００１１】
リグニン前駆体（すなわち、オリゴノール）
各部類の植物、草本、軟木及び硬木は、１種のフェニルプロパン繰り返し単位が豊富なリグニンを作り出す。甘蔗バガスのリグニン（本発明で使用される好ましいタイプのリグニン）は、草本のリグニンであり、軟木及び硬木よりも高い比率のｐ−ヒドロキシフェニルリグニン基及び低いメトキシ含量（すなわち、芳香族基の空のオルソ位及びパラ位）を有する。
【００１２】
溶液中のセルロース繊維へのリグニンの吸収が検討されている。改善された耐水性を有する紙製品は、製品を形成するのに先立ってカチオンデンプンとコロイド状のリグニンを順次パルプに加えることによって得ることができることが認められた。カチオンデンプンの使用は、普通の状況下でリグニンがそれに結合するのを妨げる繊維表面上の負の電荷を打ち消す。
【００１３】
その耐水性を改善するために、形成された紙製品を処理できることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明は、その耐水性及び／又は耐油性の特性を改善できるように紙材料を処理するためのリグニンの使用に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の幅広い形態によれば、紙製品を処理する方法が提供され、該方法は、少なくとも約８のｐＨを有し、少なくとも一部可溶性のリグニンを含む水性リグニン混合物を提供することと、該混合物を紙製品に塗布することを含む。
【００１６】
浸漬、浸すこと、噴霧、回転、塗装などを含むいかなる好適な方法で紙製品を処理してもよい。
本発明のさらなる幅広い形態によれば、紙製品を処理する方法が提供され、該方法は、実質的にすべてのリグニンが可溶化されるような濃度とｐＨにて水溶液中にリグニンを含む混合物を提供することと、紙製品をカチオンポリマーで処理し、次いでリグニン混合物で紙製品を処理することを含む。
【００１７】
カチオンデンプンとリグニンについての２つの処理工程は同一であってもよく、又は異なっていてもよい。
本発明者らは、形成された紙製品をカチオンデンプン、次いでコロイド状リグニンで処理すると、接触角が対照より実際に小さくなる、又は言い換えれば、濡れ性が実際に高まることを認めた。これは、上記で議論した初期の仕事の期待に反している。理論に束縛されることを望まないで、本発明者らは、コロイド状のリグニン粒子がセルロース繊維の表面に結合し、結合していないセルロース表面が荷電した親水性の表面を提示するので、正味の効果は親水性であると考えている。驚くべきことに、且つ予期に反して、本発明者らは、ほとんどのリグニンを確実に可溶型にすることによって紙製品の表面の濡れ性耐性及び又は耐油性が改善される可能性があることを発見した。理論に束縛されることを望まないで、可溶性のリグニンはセルロース繊維の細孔に吸収されることが可能であると考えられる。
【００１８】
リグニンは水に不溶であるが、高いｐＨで可溶である。リグニンは高いｐＨで負の電荷を持つ。水性のリグニン混合物は、可溶型及び／又はコロイド形態でのリグニンを含有してもよく、可溶型はさらに高いｐＨで優勢である。リグニンが完全に可溶性になるｐＨは、多数の因子、たとえば、リグニンのタイプ（その供給源及び抽出手段）、濃度及び温度に依存する。リグニンが可溶型であるか、コロイド形態であるかどうかを評価する方法は、当業者に既知である。そのような方法には、走査電子顕微鏡を用いて相境界の存在を決定することが挙げられる。相境界の非存在は、可溶性のリグニンのみの存在を示す。別の方法では単に溶液を濾過し、残留物が残っていれば、量を突き止める。
【００１９】
用語「実質的にリグニンのすべてを可溶化する」は、リグニンの少なくとも８０重量％、好ましくは少なくとも９０重量％のリグニン、最も好ましくは１００重量％に近いリグニンが可溶型であることを意味する。
【００２０】
リグニン溶液の典型的なｐＨは約９より上である。好ましい範囲は、約９．５〜約１１の間である。典型的なリグニンの濃度は、約０．０２ｇ／Ｌ−１〜約２０ｇ／Ｌ−１の間、好ましくは約０．０２ｇ／Ｌ−１〜約２ｇ／Ｌ−１の間である。
【００２１】
リグニンは好ましくはアンモニウム溶液に溶解される。アンモニウム溶液を使用する利点は、乾燥中及び／又は硬化中にアンモニアが揮発することである。
カチオンポリマーは、塩化トリメチルアミノエチルアクリレート（ＴＭＡＳＥＡＣ）及び塩化ジアリルジメチルアンモニウム（ＤＡＤＭＡＣ）のホモポリマー、ＴＭＡＳＥＡ−アクリルアミドのコポリマーを含む好適なポリマーであってもよい。好ましいポリマーは通常１０％〜３０％の加水分解度を有するカチオンデンプンである。通常、カチオンのポリ電解質は、約１００ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍの間、好ましくは約２００ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの間の範囲で存在する。
【００２２】
リグニンの処理工程は、約６５℃までの温度で実施してもよい。
処理の後、紙製品は約８０℃〜約１００℃の間の温度に加熱されることが好ましい。これによってアンモニアを追っ払い、被膜を硬化する。加熱はいかなる好適な方法で達成されてもよく、通常オーブンで生じる。
【００２３】
本発明者らはまた、架橋剤の存在下にて紙製品をリグニンで処理することによって有効なバリアが得られる可能性があることも発見した。
本発明のさらなる好ましい形態によれば、紙製品を処理する方法が提供され、該方法は、リグニンが可溶型及びコロイド形態の双方で存在するようなリグニンの濃度及びｐＨを有する水性リグニン混合物を提供することと、リグニン混合物に架橋剤を添加することと
、混合物で紙製品を処理することと、混合物を硬化させることを含む。
【００２４】
架橋剤は、少なくとも２つの官能基を有し、そのうち少なくとも１つがヒドロキシ基と結合を形成することが可能である剤を言う。
通常、ｐＨは約８〜約１０である。混合物中のリグニンの濃度は通常約１０重量％〜約３０重量％、最も好ましくは約２０重量％である。これらの濃度は本発明の第１の幅広い形態で使用されるものよりも通常高い。特定量のコロイド状のリグニンが存在してもよいという事実に照らしてさらに高い濃度が認容されてもよいことが十分に理解されるであろう。ｐＨ約１０にて、コロイド状リグニンの量は約１０重量％であると推定される。
【００２５】
コロイド状材料の好ましい粒度は約２０ｎｍ〜約５０ｎｍの間、好ましくは約３０ｎｍである。本発明者らは、このサイズ範囲でのリグニン粒子を含有する分散物は、表面を浸透する能力を有し、特にセルロース繊維を含有するものは、膜及び安定な混合物を形成する能力を有し、適切なレオロジー特性及び粘弾性特性を有することを認めた。
【００２６】
さらに高い濃度にて、混合物に可塑剤を添加して溶融流動特性を改善し、機能する被膜混合物を提供することが望ましいかもしれない。好適な可塑剤はポリオールである。好ましいポリオールは、食物と共に使用するために評価されたものである。典型的なポリオールには、エトキシ化ソルビタンエステル類、たとえば、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノ−オレエート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート及びポリオキシエチレンソルビタントリステアレートが挙げられる。別の好ましいポリオールは、約４０００〜約１００００の間、好ましくは約６０００の分子量を有するポリエチレングリコールである。
【００２７】
好ましい架橋剤は、ヒドロキシル基と反応する第１の官能基及び二重結合を有する第２の官能基を有する二官能性化合物である。理論に束縛されることを望まないで、本発明者らは、ヒドロキシル基と反応する基は、セルロースとのエステル結合を形成し、二重結合はリグニンとの結合を形成すると考えている。
【００２８】
好適な化合物の例は以下の化合物（１）〜（４）である。
【００２９】
【化３】
【００３０】
式中、Ｒ１は、少なくとも１つの二重結合を有するＣ３〜Ｃ２４の分枝鎖又は非分枝鎖であり、Ｒ２は、Ｈ又は１〜６の炭素原子を有する低級アルキルである。特に好ましい化合物は、それぞれ、無水コハク酸アルケニル及びアルキルケテンダイマーとして知られる式１及び２のものである。特に好ましいのは、無水コハク酸アルケニル、たとえば、無水コハク酸ドデシニル、無水コハク酸ヘキサデシニル、無水コハク酸オクタデシニル又はその２以上の混合物である。
【００３１】
通常、架橋剤は、約０．１重量％〜約４重量％の間、好ましくは約０．１重量％〜約１重量％の間のレベルで混合物に存在する。
本発明のさらなる幅広い形態によれば、紙製品を処理するための組成物が提供され、該組成物は、リグニンが可溶型及びコロイド形態の双方で存在するような濃度及びｐＨで水溶液に混合されたリグニンと、架橋剤を含む。
【００３２】
好ましくは、本発明の第１の幅広い形態に関して上述された方法でのリグニン混合物による処理に先立って、紙製品はカチオンポリマーによって予備処理される。
処理の後、混合物を硬化させる。これは通常、高い温度で、通常約８０℃〜１００℃の
間で実施される。
【００３３】
本発明者らはまた予期に反して、紙製品の処理の前に、リグニン溶液に温度依存性に自己会合することが可能である両親媒性ポリマーを添加することも許容可能な被膜を提供することを発見した。
【００３４】
本発明のさらなる幅広い形態によれば、紙製品を処理する方法が提供され、該方法は、少なくとも一部のリグニンが可溶型で存在するような濃度及びｐＨを有するリグニンの水性混合物を提供することと、両親媒性ポリマーをリグニン混合物に添加することと、混合物で紙製品を処理することと、混合物を硬化させることを含み、該両親媒性ポリマーは、温度の上昇と共にさらに疎水性になるように温度依存性に自己会合が可能である。
【００３５】
両親媒性物質は、親水性の部分と疎水性の部分を有する。水溶液中では、両親媒性物質は、親水性部分が水分子と接触するように自己会合する。温度は、溶液中又は表面分子上の両親媒性分子の配向に影響を及ぼすことができる。
【００３６】
好ましい両親媒性ポリマーはシリコーンポリオールである。シリコーンポリオールの構造は、規定された疎水性部分と親水性部分を含む。疎水性部分は、１以上のジヒドロカルビルシロキサン単位を含む。ポリオールの親水性部分は、イオン基、たとえば、サルフェート、スルホネート、ホスホネート、ホスフェートエステル、カルボキシレート、カーボネート、スルホスクシネート、タウレート、ホスフィンオキシド（遊離の酸、塩、又はエステルとして）、ベタイン、ベタインコポリオール、又は四級アンモニウム塩を含む１以上の極性部分を含んでもよい。イオン性親水性部分は、ポリ電解質を含むイオン性に官能化されたシロキサングラフトも含んでもよい。そのような基を含有するシロキサン界面活性剤には、たとえば、ポリジメチルシロキサン−グラフト−（メタ）アクリル酸塩、ポリジメチルシロキサン−グラフト−ポリアクリル酸塩及びポリジメチルシロキサン−グラフト−四級アミンが挙げられる。
【００３７】
親水性部分の極性部分は、ポリエーテルによって形成される非イオン性の基、たとえば、酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）、及び混合された酸化ポリエチレン／酸化ポリプロピレンポリエーテル（ＰＥＯ／ＰＰＯ）；単糖類及び二糖類；並びにピロリジノンのような水溶性複素環を含んでもよい。酸化エチレンと酸化プロピレン（ＥＯ／ＰＯ）の比は、混合された酸化ポリエチレン／酸化ポリプロピレンポリエーテル中で、約１０重量％のＥＯから１００重量％のＥＯまで変化してもよい。
【００３８】
親水性部分は、イオン性部分と非イオン性部分の組み合わせも含んでもよい。そのような部分には、たとえば、イオン性に末端官能化された又は無作為に官能化されたポリエーテル又はポリオールが挙げられる。
【００３９】
疎水性部分と親水性部分の配置は、「Ｂ」が分子のシロキサン部分を表すジブロックポリマー（ＡＢ）、トリブロックポリマー（ＡＢＡ）の形態、又は多ブロックポリマーの形態を取ってもよい。シリコーンポリオールは、或いはグラフトポリマーを含んでもよい。用語「グラフトポリマー」は、側鎖として主ポリマーの主鎖に連結するポリマー官能性の１以上の種を持つ分子を含むポリマーを言い、その際、側鎖又はグラフトは、主ポリマーの主鎖の特性とは異なる構造的な又は機能的な特性を有する。主ポリマーの主鎖に対するポリマー官能性の各グラフトは「ペンダント」基である。グラフトの構造は、直鎖、分枝鎖又は環状であってもよい。
【００４０】
本発明の実践で有用なグラフトポリマーは、それに１以上の親水性グラフトが結合するジヒドロカルビルシロキサン単位の疎水性の主ポリマーの主鎖を含んでもよい。主ポリマ
ーの主鎖上に複数のグラフトを含む構造の１つは、「くま手」型構造（「コーム」とも呼ばれる）である。くま手型構造を以下でＡＢＡ構造と比較する。
【００４１】
【化４】
【００４２】
特に好ましい「くま手」シリコーンポリオールは、親水性物質が式Ｃ３Ｈ６Ｏ−（ＥＯ）ｍ−（ＰＯ）ｎ−Ｒを有し；
式中、ＥＯは、酸化エチレン−［ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ］ｍ−であり、ＰＯは、酸化プロピレン−［ＣＨ２−ＣＨ（ＣＨ３）−Ｏ］ｎであり、ｍ及びｎの双方ではない、いずれかが０であってもよく、Ｒは、メチル、エチル、ブチル又はプロピルである。Ｘ、ｙ、ｍ及びｎは、ポリオールの分子量が約２０００〜約１００００の間、通常約４０００〜約６０００の間であるように選択される。特に好ましいのは、Ｇｅｎｅｓｅｅから入手可能な「くま手」シリコーンポリオールである。
【００４３】
トリシロキサンは「くま手」型構造に関連した追加の構造型である。代表的なトリシロキサン構造を以下に描く。
【００４４】
【化５】
【００４５】
分子のシロキサン部分は、ジヒドロカルビルシロキサン単位に関してポリマーであっても、オリゴマーであってもよい。界面活性剤分子のシロキサン部分は、直鎖、分枝鎖又は環
状の構造を含んでもよい。
【００４６】
別の好適な両親媒性のポリマーは、Ｎ−ビニルカプロラクタムコポリマーである。好適なコモノマーは酢酸ビニルである。
通常、両親媒性物質は、０．５〜約４％の間、好ましくは約１〜約２％の間の量で混合物に存在する。
【００４７】
混合物はコロイド形態でリグニンを含んでもよい。コロイド状リグニンの好ましい粒度及び可溶性リグニンに対する相対量は、上述のものと同様である。
処理の後、混合物を硬化させる。これは通常、高い温度で、通常約８０℃〜１００℃の間で実施される。
【００４８】
本発明のさらなる好ましい形態によれば、紙製品を処理するための組成物が提供され、該組成物は、リグニンが可溶型及びコロイド形態の双方で存在するような濃度及びｐＨで水溶液に混合されたリグニンと、温度依存性にリグニン混合物に対して自己会合することが可能であり、それによって温度の上昇と共にポリマーがさらに疎水性になる両親媒性のポリマーを含む。
【００４９】
本発明の各実施態様で使用するのに好ましいリグニンは非木質供給源に由来する。特に好ましいリグニンは、甘蔗バガスに由来する。ソーダパルプ化法又はオルガノソルブ法によってバガスのセルロース成分からリグニンが分離されることも好ましい。オルガノソルブ法は、リグニンを分離するのに水性エタノールのような有機溶媒を使用する。ソーダ法は加圧下で苛性ソーダを使用する。これらの方法で得られたリグニンは、従来のクラフト法で分画されたリグニンよりも相対的に小さな分子量及び狭い分子量分布を有するので、本発明の方法及び組成物で使用するのに特に好適であると考えられる。これらのリグニンはまたさらに疎水性傾向を示す。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の好ましい方法及び組成物によって被覆紙製品の写真である。
【図２】本発明の好ましい方法及び組成物によって処理された紙製品のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
リグニンの精製
パー反応器にて１９０℃でエタノール水溶液によって甘蔗バガスをパルプ化して、黒色の液体とパルプを生じた。次いで、この液体を希釈し、加熱してリグニンを回収した。濾過によってリグニンを得、風乾し、さらに６０℃の真空オーブンで一晩乾燥した。次いで粗精製のリグニンを０．１Ｍの苛性ソーダ溶液に溶解し、得られた溶液を撹拌しながら４０℃で３０分間加熱した。次いで硫酸でｐＨ５．５〜６に酸性化することによってリグニンを再析出させた。この方法でリグニンを精製することによって、タンパク質、多糖類、脂質及び灰分の不純物の量が減った。
基材の調製
ＣＳ溶液を含有するビーカーに約２３℃、４５℃又は６０℃で約１時間完全に沈めることによって基材を予備処理した。この後、それを取り出し、過剰の溶液を滴らせ、平らに置いて風乾した。これに約４０分かかった。次いで予備処理した基材をリグニン溶液のビーカーに５分間完全に沈めるか、又はスポンジのローラーを用いてリグニン溶液の塗料を機械的に塗布した。デンプン溶液と同様に、室温から６５℃まで種々の温度でリグニンを塗布した。次いでヘアドライヤーを用いて被覆された基材を乾燥し、その後１００℃のオーブンで一晩乾燥させた。被覆した基材を２枚のガラス枠に挟み、オーブンで乾燥する間に生じた顕著な反り返り（カール）を反転させるよう試みて締め具で締めた。これによっ
て接触角の測定のために平坦な表面が提供された。
接触角の測定
試料の接触角は、液滴の液体／蒸気界面が固体の表面に接触する角度を表す。この値は、ビデオ接触角装置を用いて測定し、ヤング−ラプラスの方程式を用いて値を算出し、液滴の目視分析のために接触角度計に組み入れる。
【００５２】
接触角は所与のシステムに特異的であり、３つの界面（液体、蒸気及び固体）を横切る相互作用によって決定される。極度に親水性の表面では、水滴は完全に広がり、その結果、０°の有効接触角を生じる。しかしながら、疎水性表面では、大きな接触角が観察され、７０°〜９０°の範囲に入ることが多い。いったん１５０°の接触角が得られると、表面は超疎水性と判断され、ひどく表面を濡らすことなく、表面上に効果的にとどまる。
【００５３】
本発明では、接触角測定を用いて処理された表面の性能を定量した。図１は、リグニン被覆した表面上の水滴の写真である。
少なくとも２（及び５まで）の異なった位置で調製された各基材の接触角を取り、平均値を確保した。接触角は時間経過とともに変化しないことが観察されたので、基材の大半については得られた値は静止値を示す。しかしながら、接触角が時間とともに低下した（あまり上手く行かなかった）基材については、括弧の中に第２の値を示す。この値は、いったん広がりが止まったと思われた際に得られた角度を記載し、普通は、最初の衝撃後１〜１．５分に取られた。
水吸収の測定
「５分間浸漬試験」を用いて、基材の相対的な水吸収の性質の定量測定を行った。超純水の溶液に基材を５分間沈めた。この後、試料を溶液から取り出し、２枚のペーパータオルの間で軽く叩いて乾かし、表面の過剰な水分を取り除き、その後、質量を再記録した。次いで基材の乾燥質量と濡らした質量の差異を用いて、水吸収のために記録された質量における比率の増加を算出した。
被膜の厚さ
リグニン／カチオンデンプン被膜のおよその厚さを測定する試みで、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて幾つかの被覆された試料と対照試料を分析した。
【００５４】
新鮮で明瞭に切断された断面を観察することができるように剃刀の刃を用いて試料の一部を切断した。これによって基材と被膜との間に明らかに目に見える相境界が生じ、被膜の厚さの測定が可能であると考えられた。
カチオンデンプンによる予備的結果
溶液の調製
この試験に使用されたカチオンデンプン（ＣＳ）は、スイフト社製のＷＩＳＰＲＯＦＬＯＣ Ｐであった。ＣＳ溶液の３種の濃度は、８０ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ及び１，０００ｐｐｍに調製された。使用前、これらの溶液を所望の温度に加熱した。
【００５５】
０．１Ｍのアンモニア溶液中のリグニン溶液の３種の濃度は、０．２ｇ／Ｌ−１、２．０ｇ／Ｌ−１及び２００ｇ／Ｌ−１に調製された。一晩撹拌した。アンモニアの喪失を防ぐように、リグニン溶液を含有するビーカーを密閉した。０．２ｇ／Ｌ−１及び２．０ｇ／Ｌ−１を含有するリグニン溶液のｐＨは１０．２〜１０．８だった。しかしながら、２００ｇ／Ｌ−１のリグニン溶液については、塗布直前にアンモニア溶液を用いてｐＨを７．４から８に上げた。
結果
接触角及び水吸収の結果
２つのリグニン試料は、一方を暗／微細、他方を明／粗と命名し、双方とも水性エタノール抽出によって得た（表５．１を参照のこと）。試料は、パルプ化時間と同様に、元々のバガスからの抽出において使用されたエタノール濃度においてのみ異なる。
表１．リグニン溶液の組成
【００５６】
【表１】
【００５７】
表５．２で使用された基材コードは、各基材を調製するのに関与した手順の変数を特定する。たとえば、基材２５０−Ｒ−６０は、２５０ｐｐｍのＣＳを用いて、室温にて（Ｒ）調製し、その後６０℃にてリグニン溶液で処理した。
【００５８】
表２は、調製された試験検体すべてと共に無処理の試料（９１°）及び１００℃（１０１°）のオーブンで一晩加熱した無処理の試料について観察された接触角を含む。処理された試料の接触角は９０°〜１１８°の範囲であった。リグニン濃度２００ｇ／Ｌ−１で調製された基材の接触角は、水滴の最初の衝撃の際は全く許容可能であったが、数分の経過の間に有意に低下した。この効果は、ほかのリグニン濃度の１０．２〜１０．８の間の値に比べて約８．２であったこの溶液のｐＨに関係する可能性がある。そのｐＨ及び濃度では、リグニンのかなりの部分がコロイド形態であった。
表２．処理された及び無処理の双方の基材の接触角
【００５９】
【表２】
【００６０】
表３は、無処理の基材及びＣＳ処理した基材についての水吸収の結果を与える。ＣＳ処理した基材の質量における増加は、無処理の基材、すなわち対照よりもやや低い５３〜６９％の範囲だった。
表３．無処理の及びＣＳ処理した基材についての水吸収の結果
【００６１】
【表３】
【００６２】
表４は、リグニン被覆した基材についての水吸収の結果を与える。質量における増加は、
無処理の基材よりもやや低い５２〜６４％の範囲だった。
表４．リグニン処理した基材についての水吸収の結果
【００６３】
【表４】
【００６４】
ＳＥＭ分析
明瞭な相境界が見られなかったので、被膜の厚さを決定するためのＳＥＭの使用は失敗であることが判った。これはおそらく、少なくとも希釈したリグニン溶液（０．２ｇ／Ｌ−１及び２．０ｇ／Ｌ−１）については、リグニンの高分子が基材の繊維間の穴及び空間のみに占拠したからであった。ＳＥＭの顕微鏡写真を図２に示す。
さらなる実施例
さらなるそれぞれの実施例では、被膜を基材上に塗布し、処方を硬化させるのに十分な時間、８０℃〜１００℃の温度で硬化した。
実施例１
ｐＨが１０になるようにリグニンとアンモニア溶液を混合することによってリグニン溶液を作製した。次いでこの溶液を表１に示す成分から成る処方にした。溶液の温度は２５〜６０℃の間であった。
リグニン／シリコーンポリオール被膜の処方
【００６５】
【表５】
【００６６】
水滴の広がり及びそれ自体の水の浸透を説明するために１〜２分後に取った被覆基材の接触角。被覆紙の接触角は１３２°だった。
実施例２
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／シリコーンポリオール被膜の処方
【００６７】
【表６】
【００６８】
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１３４°だった。
実施例３
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／シリコーンポリオール被膜の処方
【００６９】
【表７】
【００７０】
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１１５°だった。
実施例４
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／ポリオール被膜の処方
【００７１】
【表８】
【００７２】
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１２５°だった。水吸収３７％；対照５１％、キット試験４、水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）４６８ｇｍ２／２４時間。
実施例５
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／ポリオール／ＯＤＳＡ被膜の処方
【００７３】
【表９】
【００７４】
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１１５°だった。水吸収３１％；対照５１％、キット試験４、水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）４６０ｇｍ２／２４時間。
実施例６
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／カチオンデンプン被膜の処方
【００７５】
【表１０】
【００７６】
紙基材を約０．０２５ｇ／Ｌ−１のカチオンデンプン（ＷＩＳＰＲＯＦＬＯＣ Ｐ）に接触させた。
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１０８°だった。
実施例７
実施例１のリグニン溶液を以下に示す処方に組み入れた。
リグニン／カチオンデンプン被膜の処方
【００７７】
【表１１】
【００７８】
紙基材を約０．１ｇ／Ｌ−１のカチオンデンプン（ＷＩＳＰＲＯＦＬＯＣ Ｐ）に接触させた。
１〜２分後に取った被覆紙の接触角測定は１１２°だった。
【００７９】
本発明の方法及び組成物が厚紙製品の表面の接触角を大きくすることができることが分
かるだろう。処理された紙製品が許容可能なキット値を有したことが上記実施例からも分かるだろう。キット値は、グリースや油をはじく表面の能力を表す。
【００８０】
本発明によって処理された紙製品は再利用することができ、また生分解性でもある。混合物及び溶液は水性なので、本発明の使用は、紙被覆産業で現在採用されている有機溶媒の使用を回避する。従って、本発明は、揮発性有機化合物の量及び環境に導入される有害な大気汚染を低減できる可能性がある。
【００８１】
明細書及びクレームでは、用語「含むこと」は、用語「含むこと」と同様に広い意味を有すると理解すべきであり、整数又は工程の述べられた整数又は工程又は群の包含を含蓄するが、整数又は工程のそのほかの整数又は工程又は群の排除を含蓄しないことが理解されるであろう。この定義は、用語「含むこと」の変異、たとえば、「含む」や「含む」にも適用される。
【００８２】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本明細書に「記載され、請求された本発明に対して種々の変更及び修正を行ってもよいことが十分に理解されるであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙製品を加工するための方法において、
少なくとも約８０重量％のリグニンが可溶化されるような濃度とｐＨにて水溶液にリグニンを含む混合物を調製する工程と、
紙製品をカチオンポリマーで処理し、次いで前記紙製品を前記リグニン混合物で処理する工程とを備える方法。
【請求項２】
紙製品を加工するための方法において、
約０．０２ｇ／Ｌ−１〜約２０ｇ／Ｌ−１の間の濃度と約９．５〜約１１の間のｐＨにて水溶液にリグニンを含み、少なくとも約８０重量％の前記リグニンが可溶化される混合物を調製する工程と、
前記紙製品をカチオンポリマーで処理し、次いで前記紙製品を前記リグニン混合物で処理する工程とを備える方法。
【請求項３】
溶液が約９．５〜約１１の間のｐＨを有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも約９０重量％の前記リグニンが可溶化される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記リグニン濃度が約０．０２ｇ／Ｌ−１〜約２０ｇ／Ｌ−１の間にある請求項１、３又は４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記リグニン濃度が約０．０２ｇ／Ｌ−１〜約２０ｇ／Ｌ−１の間にある請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記カチオンポリマーがカチオンデンプンである請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記カチオンデンプンが１０％〜３０％の加水分解度を有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記カチオンポリマーが約１００ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍの間、好ましくは約２００ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの間の範囲で存在する請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記水溶液がアンモニアを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記リグニン混合物による処理の後、約８０℃〜約１００℃の間の温度に紙製品を加熱する請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記リグニンが甘蔗バガスから得られる請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記オルガノソルブ法又はソーダ法によってリグニンが前記バガスから分画されている請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３に記載のいずれか１項に記載の方法によって処理される紙製品。
【請求項１５】
紙製品を加工するための方法において、
リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するようなリグニンの濃度とｐＨを有する水性リグニン混合物を調製する工程と、
前記リグニン混合物に架橋剤を添加する工程と、
前記紙製品を前記混合物で処理する工程と、
前記混合物を硬化させる工程とを備える方法。
【請求項１６】
紙製品を加工するための方法において、
リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するように約１０重量％〜約３０重量％の間のリグニン濃度と約８〜約１０の間のｐＨを有する水性リグニン混合物を調製する工程と、
前記リグニン混合物に架橋剤を添加する工程と、
前記紙製品を混合物で処理する工程と、
前記混合物を硬化させる工程とを備え、
前記架橋剤が、ヒドロキシル基と反応する第１の官能基と、二重結合を有する第２の官能基を有する少なくとも１つの二官能性の化合物を含有する、方法。
【請求項１７】
前記混合物が約８〜約１０の間のｐＨを有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記混合物における前記リグニン濃度が約１０重量％〜約３０重量％の間である請求項１３又は請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記架橋剤が、ヒドロキシル基と反応する第１の官能基と、二重結合を有する第２の官能基を有する少なくとも１つの二官能性の化合物を含有する、請求項１５、１７又は１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記コロイド状のリグニンが約２０〜約５０ｎｍの間、好ましくは約３０ｎｍの粒度を有する請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記架橋剤が、約０．１〜約４％の間、好ましくは約０．１重量％〜約１重量％の間のレベルで前記混合物に存在する、請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの前記架橋剤が以下の化合物から選択され、
【化１】
式中、Ｒ１は、少なくとも１つの二重結合を有するＣ３〜Ｃ２４の分枝鎖又は非分枝鎖であり、Ｒ２は、Ｈ又は１〜６の炭素原子を有する低級アルキルである請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの架橋剤が、無水コハク酸アルケニル又はアルキルケテンダイマーである請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記無水コハク酸アルケニルが、無水コハク酸ドデシニル、無水コハク酸ヘキサデシニル、無水コハク酸オクタデシニル又はその２以上の混合物から成る群から選択される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記水溶液がアンモニアを含む請求項１５〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
硬化が約８０℃〜約１００℃の間の温度で生じる請求項１５〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記リグニン混合物がさらに可塑剤を含む請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記可塑剤がポリオールである請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記リグニンが甘蔗バガスから得られる請求項１５〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
オルガノソルブ法又はソーダ法によって前記リグニンが前記バガスから分画されている請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
請求項１５〜３０のいずれか１項に記載の方法によって加工される紙製品。
【請求項３２】
紙製品を加工するための組成物であって、リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するような濃度とｐＨにて水溶液に混合されたリグニンと、架橋剤とを含有する組成物。
【請求項３３】
紙製品を加工するための組成物であって、リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するように約１０重量％〜約３０重量％の間の濃度と約８〜約１０の間のｐＨにて水溶液に混合されたリグニンと、架橋剤とを含有し、前記架橋剤が、ヒドロキシル基と反応する第１の官能基と、二重結合を有する第２の官能基を有する少なくとも１つの二官能性の化合物を含有する、組成物。
【請求項３４】
紙製品の前記加工における請求項３２又は請求項３３の組成物の使用方法。
【請求項３５】
紙製品を加工するための方法において、
リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するようなリグニンの濃度とｐＨを有するリグニンの水性混合物を調製する工程と、
両親媒性ポリマーを前記リグニン混合物に添加する工程と、
前記紙製品を前記混合物で加工する工程と、
前記混合物を硬化させる工程とを備え、
前記両親媒性ポリマーが、温度の上昇と共にさらに疎水性になるように温度依存性に自己会合することが可能である方法。
【請求項３６】
紙製品を加工するための方法において、
リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するように約１０重量％〜約３０重量％の間のリグニン濃度と約８〜約１０の間のｐＨを有するリグニンの水性混合物と、シリコーンポリオールを調製する工程と、
前記紙製品を前記混合物で処理する工程と、
前記混合物を硬化させる工程とを備える方法。
【請求項３７】
前記両親媒性ポリマーがシリコーンポリオールである請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記シリコーンポリオールが式
【化２】
を有し、式中、親水性物質が式Ｃ３Ｈ６Ｏ−（ＥＯ）ｍ−（ＰＯ）ｎ−Ｒを有し；
式中、ＥＯは、酸化エチレン−［ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ］ｍ−であり、ＰＯは、酸化プロピレン−［ＣＨ２−ＣＨ（ＣＨ３）−Ｏ］ｎであり、ｍ及びｎの双方ではない、いずれかが０であってもよく、Ｒが、メチル、エチル、ブチル又はプロピルであり、Ｘ、ｙ、ｍ及び／又はｎは、前記ポリオールの分子量が約２０００〜約１００００の間、通常約４０００〜約６０００の間であるように選択される請求項３６又は請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記コロイド状のリグニンが約２０〜約５０ｎｍの間、好ましくは約３０ｎｍの粒度を有する請求項３５〜３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記水溶液がアンモニアを含有する、請求項３５〜３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記両親媒性ポリマーが、０．５重量％〜約４重量％の間、好ましくは約１重量％〜約２重量％の間の量で前記混合物に存在する請求項３５〜４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
硬化が約８０℃〜約１００℃の間の温度で生じる請求項３５〜４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記リグニンが甘蔗バガスから得られる請求項３５〜４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
オルガノソルブ法又はソーダ法によって前記リグニンが前記バガスから分画されている請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
請求項３５〜４４のいずれか１項に記載の前記方法によって処理された紙製品。
【請求項４６】
紙製品を加工するための組成物であって、リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するような濃度とｐＨにて水溶液に混合されたリグニンと、温度依存性に前記リグニン混合物に対して自己会合することが可能であり、それによってポリマーが乾燥の際さらに疎水性になる両親媒性ポリマーを含有する、組成物。
【請求項４７】
紙製品を加工するための組成物であって、リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するように約１０重量％〜約３０重量％の間の濃度と約８〜約１０の間のｐＨを有する水溶液に混合されたリグニンと、シリコーンポリオールとを含有する組成物。
【請求項４８】
紙製品の前記加工における請求項４６又は請求項４７の前記組成物の使用方法。
【請求項４９】
紙製品を加工するための方法において、少なくとも約８のｐＨを有し、少なくとも一部可溶性のリグニンを含む水性リグニン混合物を調製する工程と、前記混合物を前記紙製品に塗布する工程とを備える方法。
【請求項１】
紙製品を加工するための方法において、
少なくとも約８０重量％のリグニンが可溶化されるような濃度とｐＨにて水溶液にリグニンを含む混合物を調製する工程と、
紙製品をカチオンポリマーで処理し、次いで前記紙製品を前記リグニン混合物で処理する工程とを備える方法。
【請求項２】
紙製品を加工するための方法において、
約０．０２ｇ／Ｌ−１〜約２０ｇ／Ｌ−１の間の濃度と約９．５〜約１１の間のｐＨにて水溶液にリグニンを含み、少なくとも約８０重量％の前記リグニンが可溶化される混合物を調製する工程と、
前記紙製品をカチオンポリマーで処理し、次いで前記紙製品を前記リグニン混合物で処理する工程とを備える方法。
【請求項３】
溶液が約９．５〜約１１の間のｐＨを有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも約９０重量％の前記リグニンが可溶化される請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記リグニン濃度が約０．０２ｇ／Ｌ−１〜約２０ｇ／Ｌ−１の間にある請求項１、３又は４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記リグニン濃度が約０．０２ｇ／Ｌ−１〜約２０ｇ／Ｌ−１の間にある請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記カチオンポリマーがカチオンデンプンである請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記カチオンデンプンが１０％〜３０％の加水分解度を有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記カチオンポリマーが約１００ｐｐｍ〜約２００ｐｐｍの間、好ましくは約２００ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの間の範囲で存在する請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記水溶液がアンモニアを含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記リグニン混合物による処理の後、約８０℃〜約１００℃の間の温度に紙製品を加熱する請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記リグニンが甘蔗バガスから得られる請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記オルガノソルブ法又はソーダ法によってリグニンが前記バガスから分画されている請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３に記載のいずれか１項に記載の方法によって処理される紙製品。
【請求項１５】
紙製品を加工するための方法において、
リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するようなリグニンの濃度とｐＨを有する水性リグニン混合物を調製する工程と、
前記リグニン混合物に架橋剤を添加する工程と、
前記紙製品を前記混合物で処理する工程と、
前記混合物を硬化させる工程とを備える方法。
【請求項１６】
紙製品を加工するための方法において、
リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するように約１０重量％〜約３０重量％の間のリグニン濃度と約８〜約１０の間のｐＨを有する水性リグニン混合物を調製する工程と、
前記リグニン混合物に架橋剤を添加する工程と、
前記紙製品を混合物で処理する工程と、
前記混合物を硬化させる工程とを備え、
前記架橋剤が、ヒドロキシル基と反応する第１の官能基と、二重結合を有する第２の官能基を有する少なくとも１つの二官能性の化合物を含有する、方法。
【請求項１７】
前記混合物が約８〜約１０の間のｐＨを有する請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記混合物における前記リグニン濃度が約１０重量％〜約３０重量％の間である請求項１３又は請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記架橋剤が、ヒドロキシル基と反応する第１の官能基と、二重結合を有する第２の官能基を有する少なくとも１つの二官能性の化合物を含有する、請求項１５、１７又は１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記コロイド状のリグニンが約２０〜約５０ｎｍの間、好ましくは約３０ｎｍの粒度を有する請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記架橋剤が、約０．１〜約４％の間、好ましくは約０．１重量％〜約１重量％の間のレベルで前記混合物に存在する、請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの前記架橋剤が以下の化合物から選択され、
【化１】
式中、Ｒ１は、少なくとも１つの二重結合を有するＣ３〜Ｃ２４の分枝鎖又は非分枝鎖であり、Ｒ２は、Ｈ又は１〜６の炭素原子を有する低級アルキルである請求項１５〜２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの架橋剤が、無水コハク酸アルケニル又はアルキルケテンダイマーである請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記無水コハク酸アルケニルが、無水コハク酸ドデシニル、無水コハク酸ヘキサデシニル、無水コハク酸オクタデシニル又はその２以上の混合物から成る群から選択される請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記水溶液がアンモニアを含む請求項１５〜２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
硬化が約８０℃〜約１００℃の間の温度で生じる請求項１５〜２５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記リグニン混合物がさらに可塑剤を含む請求項１５〜２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記可塑剤がポリオールである請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記リグニンが甘蔗バガスから得られる請求項１５〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
オルガノソルブ法又はソーダ法によって前記リグニンが前記バガスから分画されている請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
請求項１５〜３０のいずれか１項に記載の方法によって加工される紙製品。
【請求項３２】
紙製品を加工するための組成物であって、リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するような濃度とｐＨにて水溶液に混合されたリグニンと、架橋剤とを含有する組成物。
【請求項３３】
紙製品を加工するための組成物であって、リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するように約１０重量％〜約３０重量％の間の濃度と約８〜約１０の間のｐＨにて水溶液に混合されたリグニンと、架橋剤とを含有し、前記架橋剤が、ヒドロキシル基と反応する第１の官能基と、二重結合を有する第２の官能基を有する少なくとも１つの二官能性の化合物を含有する、組成物。
【請求項３４】
紙製品の前記加工における請求項３２又は請求項３３の組成物の使用方法。
【請求項３５】
紙製品を加工するための方法において、
リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するようなリグニンの濃度とｐＨを有するリグニンの水性混合物を調製する工程と、
両親媒性ポリマーを前記リグニン混合物に添加する工程と、
前記紙製品を前記混合物で加工する工程と、
前記混合物を硬化させる工程とを備え、
前記両親媒性ポリマーが、温度の上昇と共にさらに疎水性になるように温度依存性に自己会合することが可能である方法。
【請求項３６】
紙製品を加工するための方法において、
リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するように約１０重量％〜約３０重量％の間のリグニン濃度と約８〜約１０の間のｐＨを有するリグニンの水性混合物と、シリコーンポリオールを調製する工程と、
前記紙製品を前記混合物で処理する工程と、
前記混合物を硬化させる工程とを備える方法。
【請求項３７】
前記両親媒性ポリマーがシリコーンポリオールである請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記シリコーンポリオールが式
【化２】
を有し、式中、親水性物質が式Ｃ３Ｈ６Ｏ−（ＥＯ）ｍ−（ＰＯ）ｎ−Ｒを有し；
式中、ＥＯは、酸化エチレン−［ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ］ｍ−であり、ＰＯは、酸化プロピレン−［ＣＨ２−ＣＨ（ＣＨ３）−Ｏ］ｎであり、ｍ及びｎの双方ではない、いずれかが０であってもよく、Ｒが、メチル、エチル、ブチル又はプロピルであり、Ｘ、ｙ、ｍ及び／又はｎは、前記ポリオールの分子量が約２０００〜約１００００の間、通常約４０００〜約６０００の間であるように選択される請求項３６又は請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記コロイド状のリグニンが約２０〜約５０ｎｍの間、好ましくは約３０ｎｍの粒度を有する請求項３５〜３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記水溶液がアンモニアを含有する、請求項３５〜３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記両親媒性ポリマーが、０．５重量％〜約４重量％の間、好ましくは約１重量％〜約２重量％の間の量で前記混合物に存在する請求項３５〜４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４２】
硬化が約８０℃〜約１００℃の間の温度で生じる請求項３５〜４１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記リグニンが甘蔗バガスから得られる請求項３５〜４２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４４】
オルガノソルブ法又はソーダ法によって前記リグニンが前記バガスから分画されている請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
請求項３５〜４４のいずれか１項に記載の前記方法によって処理された紙製品。
【請求項４６】
紙製品を加工するための組成物であって、リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するような濃度とｐＨにて水溶液に混合されたリグニンと、温度依存性に前記リグニン混合物に対して自己会合することが可能であり、それによってポリマーが乾燥の際さらに疎水性になる両親媒性ポリマーを含有する、組成物。
【請求項４７】
紙製品を加工するための組成物であって、リグニンが可溶型及びコロイド状態の双方で存在するように約１０重量％〜約３０重量％の間の濃度と約８〜約１０の間のｐＨを有する水溶液に混合されたリグニンと、シリコーンポリオールとを含有する組成物。
【請求項４８】
紙製品の前記加工における請求項４６又は請求項４７の前記組成物の使用方法。
【請求項４９】
紙製品を加工するための方法において、少なくとも約８のｐＨを有し、少なくとも一部可溶性のリグニンを含む水性リグニン混合物を調製する工程と、前記混合物を前記紙製品に塗布する工程とを備える方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公表番号】特表２０１０−５３３２４９（Ｐ２０１０−５３３２４９Ａ）
【公表日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１６３２６（Ｐ２０１０−５１６３２６）
【出願日】平成２０年７月１１日（２００８．７．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＵ２００８／００１０２０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００９８２１
【国際公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（５１００１２６１４）シュガー インダストリー イノベーション プロプライエタリー リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】ＳＵＧＡＲ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮ ＰＴＹ ＬＴＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１１日（２００８．７．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＡＵ２００８／００１０２０
【国際公開番号】ＷＯ２００９／００９８２１
【国際公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（５１００１２６１４）シュガー インダストリー イノベーション プロプライエタリー リミテッド (1)
【氏名又は名称原語表記】ＳＵＧＡＲ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮ ＰＴＹ ＬＴＤ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]