製紙工程を改善するための合成ケイ酸金属塩を有するデンプンの使用
本発明はセルロース繊維と有効量のＳＭＳとを具えるスラリから生成される紙又は板紙を開示している。更に、製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法が開示されている。本方法は、前記製紙工程への有効量のＳＭＳの添加ステップを含んでいる。本発明は更に製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法を開示し、有効量のデンプン及び有効量のＳＭＳの双方を前記製紙工程のスラリに添加するステップを具え、前記デンプンは、タピオカデンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチ、ワクシーメイズスターチ、米デンプン及び小麦デンプンからなる群から選択される。更に、本発明は製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法を開示し、有効量の調製したデンプン及び有効量のＳＭＳの双方を前記製紙工程のスラリに添加するステップを具えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願に対する相互引用］
本出願は、２００５年９月２１日に出願された米国特許出願第１１／２３１，６６２号の一部分の続きであり、それによる出願の優先権がここに主張され、開示したものは引用によってここに取り込まれている。
【０００２】
本開示は、合成金属ケイ酸塩から生成される紙あるいは板紙と同様に、製紙工程への合成金属ケイ酸塩の添加を通じて、製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法に関する。本開示は更に製紙工程への合成金属ケイ酸塩及びデンプンの添加を通じて、製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
製紙のための保水及び脱水システムは現在、次のリスト：凝集剤、凝析剤、及び無機粒子からの成分あるいは成分の組合せを利用している。これらの化学作用のうちの１又はそれ以上が、セルロース繊維、微粉、充填剤、及びその他の添加物を含み、実質的に製紙機械上へ取り込まれる水溶性スラリに添加される場合、シート形成は保水及び脱水で観察される改善とともに促進される。製紙の近年の歴史を通じて、いくつかの異なる無機粒子が保水及び脱水システムの一部分として用いられてきた。無機粒子はコロイド状シリカあるいはシリカゾル、調製したシリカゾル、及びホウケイ酸塩ゾルから、自然に存在するスメクタイトクレイまでの範囲であり、単一又は互いに組み合わせて用いられる。それでも、紙又は板紙の性状を犠牲にすることなく、もっと良い保水あるいは脱水を提供する新しい合成無機粒子のニーズが存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明もまた、製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法を提供し、有効量のＳＭＳを前記製紙工程に添加するステップを具えている。
【０００５】
本発明はセルロース繊維と有効量のＳＭＳ及びデンプンとを具えるスラリから生成される紙及び板紙を提供する。
【０００６】
本発明は更に前記製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法を提供し、有効量のＳＭＳ及びデンプンを前記製紙工程に添加するステップを具えている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
「ＳＭＳ」は次式：（Ｍｇ３−ｘＬｉｘ）Ｓｉ４Ｎａ０．３３［Ｆｙ（ＯＨ）２−ｙ］２Ｏ１０、の合成金属ケイ酸塩を意味し、ｘ＝０乃至３．０、ｙ＝０．０１乃至２．０である。
【０００８】
本発明のＳＭＳは鉱化剤の存在下で単一元素のケイ素及びリチウムとマグネシウムとフッ化物塩とを組み合わせて、結果として生じる混合物を熱水状態に曝すことによって生成できる。例えば、水溶液中で及び２日間の還流の下で、シリカゾルのゲルを水酸化マグネシウム及びフッ化リチウムと組み合わせて、ＳＭＳを生ずることができる（「Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ（１９９２），３１（７），１６５４」参照。引用によってここに取り込む）。ナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル）から直接取得することも出来る。現在ＳＭＳはナルコ製品第ＤＶＰ４Ｊ００１として利用可能である。
【０００９】
「製紙工程」は、水溶性セルロースの製紙用完成紙料を形成するステップと、前記完成紙料を脱水してシートを形成するステップと、前記シートを乾燥させるステップとを具える、パルプから紙製品を生成する方法を意味する。製紙用完成紙料を形成するステップと、脱水するステップと、乾燥させるステップとは、当該技術分野の当業者に一般的に知られた従来の方法で行うことができる。
【００１０】
「ＣＯＤ」は化学的酸素要求量を意味する。
【００１１】
「ＧＣＣ」は炭酸カルシウム粉末を意味する。
【００１２】
「ＨＷＫ」は硬材漂白クラフトを意味する。
【００１３】
「ＭＣＬ」は平均翼弦長を意味する。
【００１４】
「ＳＷＫ」は軟材漂白クラフトを意味する。
【００１５】
「ＴＭＰ」はサーモメカニカルパルプを意味する。
【００１６】
「ＰＣＣ」は沈降炭酸カルシウムを意味する。
【００１７】
「ＣＴＭＰ」はケミサーモメカニカルパルプを意味する。
【００１８】
「ＧＷＤ」は砕木パルプを意味する。
【００１９】
「ＤＩＰ」は脱墨パルプを意味する。
【００２０】
「ｋｇ」はキログラムを意味する。
【００２１】
「Ｔ」はトンを意味する。
【００２２】
上述のように、本発明は製紙工程中に保水及び脱水を向上させる方法を提供し、有効量のＳＭＳを添加するステップを具えている。ＳＭＳは恐らくは固形体としてあるいは分散として前記製紙工程へ添加される。一実施例においては、ＳＭＳは前記製紙工程に位置するスラリに添加される。前記スラリは水中で分散した１又はそれ以上のセルロース繊維、微粉、及び充填剤を具えることができる。
【００２３】
別の実施例においては、前記スラリに添加される有効量のＳＭＳは前記スラリ中の固形分を基準として０．００１乃至６ｋｇ／Ｔ、あるいは、前記スラリ中の固形分を基準として０．０１乃至３ｋｇ／Ｔである。
【００２４】
別の実施例においては、コロイド状シリカが前記製紙工程のスラリに添加される。更なる実施例においては、コロイド状シリカとＳＭＳの重量比は、０．０１：１乃至１００：１である。
【００２５】
別の実施例においては、コロイド状ホウケイ酸塩は前記製紙工程の前記スラリに添加される。更なる実施例においては、コロイド上ホウケイ酸塩とＳＭＳの重量比は０．０１：１乃至１００：１である。
【００２６】
別の実施例においては、１又はそれ以上のポリマは前記ＳＭＳの追加前後、あるいはそれと組み合わせて前記スラリに添加できる。前記ポリマは以下のポリマ型：陽イオン性、陰イオン性、非イオン性、両性イオン性、及び両性からなる群から選択できる。更なる実施例においては、陽イオン性ポリマは、自然に存在する炭化水素；人工的な直鎖性、分岐性、共有結合性の凝集剤；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共重合体；ジメチルアミノエチル（メタ）アクリル酸塩とアクリルアミドとの共重合体；（メタ）アクリル酸とアクリルアミドとの共重合体；ジメチルアミノエチル（メタ）アクリル酸塩とアクリルアミドとの共重合体；塩化クワットジメチルアミノエチル（メタ）アクリル酸メチルとアクリルアミドとの共重合体；ジメチルアミノエチル（メタ）アクリル酸塩とアクリルアミドと（メタ）アクリル酸とのターポリマ；からなる群から選択される。上述の有機微粒子の例は、ＨｏｎｉｇとＨａｒｒｉｓの米国特許第５，２７４，０５５号に提供され、引用としてここに取り込まれている。更なる実施例においては、自然に存在する炭化水素の型はガーゴム及びデンプンからなる群から選択される。
【００２７】
更なる実施例においては、陰イオン性ポリマは、アクリル酸のホモ及び共重合体、及び、アクリルアミドあるいはメタクリルアミドを有する、メタクリルアミドと２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩との共重合体からなる群から選択される。
【００２８】
更なる実施例においては、非イオン性ポリマは、ポリエチレンオキシドとポリアクリルアミドとからなる群から選択される。
【００２９】
別の実施例においては、１又はそれ以上の有機凝析剤、無機凝析剤、あるいはそれらの組合せが前記スラリに添加される。更なる実施例においては、有機凝析剤はエピクロロヒドリンジメチルアミンとエチレンイミンから調製されるポリアルキレンポリアミドである。更なる実施例においては、無機凝析剤は、ミョウバン、ポリ塩化アルミニウム、ポリケイ酸硫酸アルミニウムからなる群から選択される。
【００３０】
別の実施例においては、本発明は有効量のＳＭＳを添加するステップを具える、製紙工程中の保水と脱水を向上させる方法を具え、前記ＳＭＳは前記製紙工程のスラリに添加され、抄紙機あるいは板紙抄紙機に提供して、乾燥した紙あるいは板紙を形成する。更なる実施例においては、ＳＭＳは脱水前に前記スラリに添加され、前記抄紙機あるいは板紙抄紙機で乾燥した紙あるいは板紙を形成する。
【００３１】
上述したように、本発明は有効量のデンプン及び有効量のＳＭＳの双方を製紙工程のスラリに添加するステップを具える、前記製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法を提供し、前記デンプンが、タピオカデンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチ、ワクシーメイズスターチ、米デンプン及び小麦デンプンからなる群から選択される。更なる実施例においては、１又はそれ以上のポリマが前記スラリに添加される。更なる実施例においては、前記ポリマは、陽イオン性ポリマ、陰イオン性ポリマ、非イオン性ポリマ、両性イオン性ポリマ、及び両性ポリマからなる群から選択される。
【００３２】
別の実施例においては、前記デンプンが、前記ＳＭＳの追加の前後に、あるいはそれと組み合わせて、前記スラリに添加される。
【００３３】
別の実施例においては、前記有効量のデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約０．１乃至約２５ｋｇ／ｔの量で添加される。
【００３４】
別の実施例においては、前記有効量のデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約２．５乃至約１２．５ｋｇ／ｔの量で添加される。
【００３５】
上述のように、有効量の調製したデンプン及び有効量のＳＭＳの双方を製紙工程のスラリに添加するステップを具える、前記製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法を提供する。更なる実施例においては、１又はそれ以上のポリマは前記製紙工程に添加できる。更なる実施例においては、前記ポリマは、陽イオン性ポリマ、陰イオン性ポリマ、非イオン性ポリマ、両性イオン性ポリマ、及び両性ポリマからなる群から選択される。
【００３６】
別の実施例においては、前記調製したデンプンは、前記ＳＭＳの追加の前後に、あるいはそれと組み合わせて、前記スラリに添加される。
【００３７】
別の実施例においては、前記調製したデンプンは、タピオカデンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチ、ワクシーメイズスターチ、米デンプン及び小麦デンプンからなる群から選択される。
【００３８】
別の実施例においては、前記調製したデンプンは陽イオン性か両性かのいずれかである。
【００３９】
別の実施例においては、前記スラリは薄い紙料あるいは濃い紙料である。
【００４０】
別の実施例においては、前記有効量の調製したデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約０．１乃至約２５ｋｇ／ｔの量で添加される。
【００４１】
別の実施例においては、前記有効量の調製したデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約２．５乃至約１２．５ｋｇ／ｔの量で添加される。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明は以下の例に更に述べて、様々な応用方法を示すが、添付した請求項によって規定される本発明を限定することを意図していない。
【実施例１】
【００４３】
０．７重量％のコンシステンシを有する軽量で薄い合成コーティング紙料が準備された。この薄い紙料の固形物は５０乾燥重量％の過酸化水素漂白した混合ＴＭＰと、２５乾燥重量％の漂白した軟材クラフトと、１４．５重量％のカオリンクレイ、１０．５重量％の超微細ＧＣＣからなる。混合ＴＭＰは８０重量％の硬材と２０重量％の軟材の繊維からなる。漂白した軟材クラフトはカナダ・ヒントンのＷｅｌｄｗｏｏｄ社から購入した乾燥したラップパルプである。カオリンクレイはＩｍｅｒｙｓ社（ジョージア州３００７４、ロズウェル、スイート ３００、マンセル コート イースト １００）から購入し、一方、ＧＣＣはＯｍｙａ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ社（ジョージア州 ３００２２、アルファレッタ、スイート ３１０、ノース ポイント センター イースト １００）から取得した。薄い紙料は漂白した混合ＴＭＰ濾液と、２．０ｍＭのカルシウム、０．２３ｍＭのマグネシウム、４．９ｍＭの硫酸塩及び２１．８ｍＭのナトリウムを含む脱イオン水とを用いることによって、対応する濃い紙料から生成した。適正な質の塩類溶液がＴＭＰ濾液で用いられて、９５０ｍｇ／ｌのＣＯＤ、ｐＨ８．２、２５００μＳ／ｃｍの電気伝導度で薄い紙料を生産した。
【００４４】
ここで用いられる陽イオン性デンプンは、Ｓｏｌｖｉｔｏｓｅ Ｎであり、Ａｖｅｂｅ社（Ｐｒｉｎｓ Ｈｅｎｄｒｉｋｐｌｅｉｎ ２０、９６４１ ＧＫ Ｖｅｅｎｄａｍ（オランダ））から入手できる。本実施例で用いられる商業上の製品はＣＰ１１３１であり、非フッ化の合成した含水ナトリウムリチウムの金属ケイ酸塩であり、Ｒｏｃｋｗｏｏｄ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社（Ｗｉｄｎｅｓ、Ｃｈｅｓｈｉｒｅ（イギリス））から取得できる。Ｎａｌｋａｔ（登録商標）２０２０及び６１０６７は商業上の製品であり、ナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル、ウエスト ディール ロード １６０１）から取得できる。
【００４５】
フロキュレーションの活性度は、走査型レーザ顕微鏡又はＳＬＭとして知られている、ＦＢＲＭ（収束ビーム反射率測定：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｂｅａｍ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）によって測定し、Ｌａｓｅｎｔｅｃ（登録商標）Ｍ５００（Ｌａｓｅｎｔｅｃ社、ワシントン州レッドモンド）を用いた。ＦＢＲＭの操作を支持する理論の記載は、Ｐｒｅｉｋｓｃｈａｔ，Ｆ．Ｋ．とＰｒｅｉｋｓｃｈａｔ，Ｅ．「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｓｉｓ」、米国特許商標庁、第４，８７１，２５１号、１９８９に見られ、引用によってここに取り込まれている。以下の文献：「Ｇｅｒｌｉ，Ａ．，Ｋｅｉｓｅｒ，Ｂ．Ａ．，ａｎｄ Ｓｕｒｙａ，Ｐ．Ｉ．，“Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｆｏｃｕｓｅｄ ｂｅａｍ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｎａｎｏｓｉｚｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ，”Ａｐｐｉｔａ Ｊ．，５４（１），３６−４０（２００１）」と「Ｃｌｅｍｅｎｃｏｎ，Ｉ．ａｎｄ Ｇｅｒｌｉ，Ａ．，“Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ／ｍｉｃｒｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｏｎ ｆｌｏｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，”Ｎｏｒｄ．Ｐｕｌｐ Ｐａｐ．Ｒｅｓ．Ｊ．，１４（１），２３−２９（１９９９）」と「Ｇｅｒｌｉ，Ａ．，Ｏｏｓｔｅｒｈｏｆ，Ｆ．，ａｎｄ Ｋｅｉｓｅｒ，Ｂ．Ａ．，“Ａｎ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｎａｎｏｓｉｚｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ − ｐａｒｔ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ／ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，”Ｐａｐ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．（Ｂｕｒｙ，Ｕ．Ｋ．），４０（８），４１−４５（１９９９）」は引用として取り込まれ、本技術をどのように用いて性能を測定するかと、どのようにして抄紙機試験と相関を取るかとを詳細に示している。薄い紙料の数平均翼弦長あるいはＭＣＬの変化は、時間の関数として用いられて、フロキュレーション反応の特性を表わす。粒子の添加によって生ずるＭＣＬの変化は、製紙工程の追加された性能と相関し、ΔＭＣＬ（平均翼弦長の変化）はより良い性能を示している。ＭＣＬの最大変化は、現在のせん断条件下でのフロキュレーションの速度と範囲とを示している。
【００４６】
３００ｍＬの軽量の合成コーティング完成紙料は、５００ｍＬのガラスのビーカに注がれて、それをＦＢＲＭ（収束ビーム反射率測定）台上に置いた。混合は７１０ｒｐｍで開始した。凝析剤、デンプン、凝集剤及び微粒子物は、「添加シーケンス」と題された表に略述されるように添加された。
【００４７】
【表１】
【００４８】
本実施例においては、ＳＭＳの性能は商業上の製品と比較される。平均翼弦の変化はサンプルについて比較される。結果は、以下の表に示されている。
【００４９】
【表２】
【００５０】
本データから見られるように、ＳＭＳは商業上の製品と比較して有意に大きなフロキュレーション反応を提供する。ＳＭＳのより大きなフロキュレーション反応は製紙中のより大きな細粒の保水と相関することを示していた。
【実施例２】
【００５１】
０．５重量％のコンシステンシでの混合合成したアルカリ上質紙の薄い紙料が準備された。薄い紙料の固形分は３２重量％のＳＷＫと４８％のＨＷＫと２０％の超微細ＧＣＣから構成される。ＳＷＫはカナダのアルバータ州にある工場で作られた乾燥したラップから調製され、２乃至４重量％のコンシステンシで脱イオン水中で再パルプ化されて、３６０ｍＬのカナダ標準濾水度（ＣＳＦ）まで叩解された。ＨＷＫは北アメリカの工場で作られた乾燥したラップから別個に調製され、２乃至４重量％のコンシステンシで脱イオン水中で再パルプ化されて、３６０ｍＬのＣＳＦまで叩解された。ＧＣＣはＯｍｙａｆｉｌから取得したＵｌｔｒａｆｉｎｅである。対応する濃い紙料とＧＣＣは、１．５ｍＭのカルシウム、０．７４ｍＭのマグネシウム、２．２ｍＭのナトリウム、２．９９ｍＭの塩化物、０．７５ｍＭの硫酸塩及び２．２ｍＭの重炭酸塩を含む脱イオン水と併用、希釈された。薄い紙料は８．１のｐＨと６００μＳ／ｃｍの電気伝導度で０．５重量％のコンシステンシであった。
【００５２】
本実施例中の比較粒子は英国チェシア州ウィドネスのＲｏｃｋｗｏｏｄ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社で商業上入手できるＬａｐｏｎｉｔｅ（登録商標）ＲＤである。Ｌａｐｏｎｉｔｅ（登録商標）ＲＤはＣＡＳ番号５３３３２０−８６−８によって同定された、合成した含水ナトリウムリチウムマグネシウムケイ酸塩であり、ＳｉＯ２５９．５、ＭｇＯ２７．５、Ｌｉ２Ｏ０．８及びＮａ２Ｏ２．８の重量パーセントに基づいた、一般的な化学組成を有している。
【００５３】
３００ｍＬの合成したアルカリ上質紙のスラリは、５００ｍＬのガラスのビーカに注がれて、それをＦＢＲＭ（収束ビーム反射率測定）台上に置いた。混合は７１０ｒｐｍで開始した。デンプン、凝集剤及び無機微粒子物は、「添加シーケンス」と題された表に略述されるように添加された。
【００５４】
【表３】
【００５５】
ＦＢＲＭアプリケーションは前の例で述べている。本実施例では、ＳＭＳはＬａｐｏｎｉｔｅＲＤと比較される。結果は以下の表に要約される。
【００５６】
【表４】
【００５７】
本データから見られるように、ＳＭＳはＬａｐｏｎｉｔｅＲＤとして知られている、以前から存在し、商業上利用可能な合成した含水ナトリウムリチウムマグネシウムケイ酸塩と比較して、有意に大きなフロキュレーション反応を提供する。ＳＭＳにより生成された、このより大きなフロキュレーション反応は現在利用可能なものと比較して、製紙中のより大きな細粒の保水を示す。
【実施例３】
【００５８】
本実施例においては、ＳＭＳの脱水性能はカナダにある工場から取得された計量のコーティング紙料で、商業上利用可能な物質のそれと比較する。紙料繊維の生成は、以下の表で略述される。本調査で用いられた陽イオン性デンプンはＣａｔｏ３１であり、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ社（カリフォルニア州９４７１０−２６７７、グレイソン ストリート ベーカリー ７４２）から商業上入手可能である。ＰＣＣはその工場で製造され、そこから取得した。Ｎａｌｋａｔ（登録商標）７６５５とＮａｌｃｏ７５２６は、ナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル、ウエスト ディール ロード １６０１）から商業上入手可能な商業上の製品である。本実施例で用いられた商業上の製品はＣＰ１１３１であり、非フッ化の合成した含水ナトリウムリチウムの金属ケイ酸塩であり、英国チェシア州ウィドネスのＲｏｃｋｗｏｏｄ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社から取得できる。
【００５９】
【表５】
【００６０】
混合した繊維及び充填剤の固形物は、白水で０．７重量％のコンシステンシまで希釈された。
【００６１】
生成物の真空脱水分析は、真空排液テスタ（Ｖａｃｕｕｍ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｔｅｓｔｅｒ：ここではＶＤＴとする）を用いて得られた。
【００６２】
ＶＤＴはパッド形式の装置であり、スラリに含まれるセルロース繊維は真空下で、パッドの形態で生じるフィルタの紙あるいはワイヤ上に排出されることを意味している。このように、動作の原理や提供された情報においては、文献に述べられた他の真空脱水装置と似ている（例えば、引用によってここに取り込まれる、「Ｆｏｒｓｂｅｒｇ，Ｓ．ａｎｄ Ｂｅｎｇｔｓｓｏｎ，Ｍ．，“Ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ，（ＤＤＡ），”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｔａｐｐｉ １９９０ Ｐａｐｅｒｍａｋｅｒ’ｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐｐ．２３９−４５，Ａｔｌａｎｔａ，ＧＡ，Ａｐｒｉｌ２３−２５，１９９０」参照）。ＶＤＴ＋と同一の、ナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル、ウエスト ディール ロード １６０１）から入手可能な、ここに用いられるＶＤＴは調製され、化学的な添加物のスラリとの混合は、機器の上方チャンバでなされるようにした。次いで、処理したスラリは上方の混合チャンバから真空脱水チャンバまで重力によって移される。ｍＬ／秒において脱水率が、４００ｍＬの濾液あるいは白水を収集するのに必要な時間を決定することによって算出された。操作条件は以下の表に要約される。
【００６３】
【表６】
【００６４】
脱水の比較結果は以下の表に示される。示されたように、高い脱水率、すなわち１５．７ｍＬ／秒が、商業上の製品と比較した場合に、本発明の無機粒子であるＳＭＳで得られた。
【００６５】
【表７】
【実施例４】
【００６６】
本実施例においては、ＳＭＳの脱水性能による様々に調製されたデンプンの効果が、カナダにある製糸工場からの１００％の過酸化水素漂白されたＴＭＰ紙料で決定される。紙料特性は表Ｉに与えられている。
【００６７】
【表８】
【００６８】
本調査で用いられた陽イオン性コーンスターチはＣａｔｏ３１であり、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ社（カリフォルニア州９４７１０−２６７７、ベーカリー、グレイソン ストリート ７４２）から商業上入手可能である。本調査で用いられた陽イオン性タピオカデンプンは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ社（ノースカロライナ州 ２８２７３−６２１４、シャーロット、クロンプトン ストリート ３８０）から商業上入手可能な、それぞれ中位及び高荷電である、Ｄｙｎａｍｏｎｄ１３２及びＤｙｎａｍｏｎｄ１８０である。本調査で用いられた陽イオン性ジャガイモデンプンは、Ｐｅｎｆｏｒｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社（アイオワ州 ５２４０４−２１７５、シーダー ラピッズ、ピー．オー．ボックス ４２８、ファースト ストリート １００１）から商業上入手可能なＴｏｐｃａｔ７７１である。それらは表ＩＩに述べられている。
【００６９】
【表９】
【００７０】
用いられた凝集剤はナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル、ウエスト ディール ロード １６０１）から入手可能な６Ｄ１６である。重力脱水分析のプログラムは、Ｍｕｔｅｋ社（ドイツ、ヘルシング、ＢＴＧ）で製造されたＤｙｎａｍｉｃ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＦＳ−０３）を用いて行われた。脱水測定中、１Ｌの紙料が攪拌する区画に充填され、表ＩＩＩに述べたように化学添加物の追加中に８００ｒｐｍのせん断を受ける。紙料は６０秒間、２５メッシュのスクリーンを通じて排出され、濾液量は排出時間にわたる重量で決定される。
【００７１】
【表１０】
【００７２】
表ＩＩに前述の様々な調製したデンプンを有するＳＭＳについての脱水比較の結果は、６０秒後に収集された排出質量として表ＩＶに与えられている。用いられた過酸化水素漂白されたＴＭＰ紙料は、表Ｉに述べられている。分かるように、コーンスターチと比較すると、優位に高い脱水性能が、ジャガイモ及びタピオカデンプンの存在下で、６Ｄ１６／ＳＭＳプログラムに対して観察された。
【００７３】
【表１１】
【実施例５】
【００７４】
本例は、カナダの製紙工場からの表Ｖに述べた紙料を用いた、表ＩＩに述べた様々に調製したデンプンのＳＭＳの脱水性能の効果を示している。
【００７５】
【表１２】
【００７６】
本調査で用いられた陽イオン性コーンスターチはＣａｔｏ３１であり、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ社（カリフォルニア州９４７１０−２６７７、ベーカリー、グレイソン ストリート ７４２）から商業上入手可能である。本調査で用いられた陽イオン性タピオカデンプンは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ社（ノースカロライナ州 ２８２７３−６２１４、シャーロット、クロンプトン ストリート ３８０）から商業上入手可能な、それぞれ中位及び高荷電である、Ｄｙｎａｍｏｎｄ１３２及びＤｙｎａｍｏｎｄ１８０である。本調査で用いられた陽イオン性ジャガイモデンプンは、Ｐｅｎｆｏｒｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社（アイオワ州 ５２４０４−２１７５、シーダー ラピッズ、ピー．オー．ボックス ４２８、ファースト ストリート １００１）から商業上入手可能なＴｏｐｃａｔ７７１である。それらは表ＩＩに述べられている。
【００７７】
重力脱水試験は、Ｍｕｔｅｋ社（ドイツ、ヘルシング、ＢＴＧ）で製造されたＤｙｎａｍｉｃ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＦＳ−０３）を用いて行われた。脱水測定中、１Ｌの紙料が攪拌する区画に充填され、表ＩＩＩに述べたように化学添加物の追加中に８００ｒｐｍのせん断を受ける。紙料は６０秒間、２５メッシュのスクリーンを通じて排出され、濾液量は排出時間にわたる重量で決定される。いくつかの試験用に用いられた凝集剤はナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル、ウエスト ディール ロード １６０１）から入手可能な６１０６７である。
【００７８】
陽イオン性コーン、ジャガイモ及びタピオカデンプンを有する、１．０ｋｇ／ｔで投与されたＳＭＳ、及び１．０ｋｇ／ｔで投与された凝集剤についての脱水結果は、６０秒後に収集された排出質量として表ＶＩに示されている。中程度の電荷のコーンスターチと比べて、より高い排出質量が中程度の電荷のタピオカ及びジャガイモデンプンの存在下で観察され、中程度の電荷のコーンスターチを有するプログラムと比べたこれらのプログラムについて、優れた排出性能を示した。同様に、中程度の電荷のコーンスターチと比較して、より高い排出性能は、表ＶＩＩに示されたようなプログラムの一部として、凝析剤なしで行われた試験について、中程度の電荷のタピオカデンプンで観察された。
【００７９】
【表１３】
【００８０】
【表１４】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願に対する相互引用］
本出願は、２００５年９月２１日に出願された米国特許出願第１１／２３１，６６２号の一部分の続きであり、それによる出願の優先権がここに主張され、開示したものは引用によってここに取り込まれている。
【０００２】
本開示は、合成金属ケイ酸塩から生成される紙あるいは板紙と同様に、製紙工程への合成金属ケイ酸塩の添加を通じて、製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法に関する。本開示は更に製紙工程への合成金属ケイ酸塩及びデンプンの添加を通じて、製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
製紙のための保水及び脱水システムは現在、次のリスト：凝集剤、凝析剤、及び無機粒子からの成分あるいは成分の組合せを利用している。これらの化学作用のうちの１又はそれ以上が、セルロース繊維、微粉、充填剤、及びその他の添加物を含み、実質的に製紙機械上へ取り込まれる水溶性スラリに添加される場合、シート形成は保水及び脱水で観察される改善とともに促進される。製紙の近年の歴史を通じて、いくつかの異なる無機粒子が保水及び脱水システムの一部分として用いられてきた。無機粒子はコロイド状シリカあるいはシリカゾル、調製したシリカゾル、及びホウケイ酸塩ゾルから、自然に存在するスメクタイトクレイまでの範囲であり、単一又は互いに組み合わせて用いられる。それでも、紙又は板紙の性状を犠牲にすることなく、もっと良い保水あるいは脱水を提供する新しい合成無機粒子のニーズが存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明もまた、製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法を提供し、有効量のＳＭＳを前記製紙工程に添加するステップを具えている。
【０００５】
本発明はセルロース繊維と有効量のＳＭＳ及びデンプンとを具えるスラリから生成される紙及び板紙を提供する。
【０００６】
本発明は更に前記製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法を提供し、有効量のＳＭＳ及びデンプンを前記製紙工程に添加するステップを具えている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
「ＳＭＳ」は次式：（Ｍｇ３−ｘＬｉｘ）Ｓｉ４Ｎａ０．３３［Ｆｙ（ＯＨ）２−ｙ］２Ｏ１０、の合成金属ケイ酸塩を意味し、ｘ＝０乃至３．０、ｙ＝０．０１乃至２．０である。
【０００８】
本発明のＳＭＳは鉱化剤の存在下で単一元素のケイ素及びリチウムとマグネシウムとフッ化物塩とを組み合わせて、結果として生じる混合物を熱水状態に曝すことによって生成できる。例えば、水溶液中で及び２日間の還流の下で、シリカゾルのゲルを水酸化マグネシウム及びフッ化リチウムと組み合わせて、ＳＭＳを生ずることができる（「Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ（１９９２），３１（７），１６５４」参照。引用によってここに取り込む）。ナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル）から直接取得することも出来る。現在ＳＭＳはナルコ製品第ＤＶＰ４Ｊ００１として利用可能である。
【０００９】
「製紙工程」は、水溶性セルロースの製紙用完成紙料を形成するステップと、前記完成紙料を脱水してシートを形成するステップと、前記シートを乾燥させるステップとを具える、パルプから紙製品を生成する方法を意味する。製紙用完成紙料を形成するステップと、脱水するステップと、乾燥させるステップとは、当該技術分野の当業者に一般的に知られた従来の方法で行うことができる。
【００１０】
「ＣＯＤ」は化学的酸素要求量を意味する。
【００１１】
「ＧＣＣ」は炭酸カルシウム粉末を意味する。
【００１２】
「ＨＷＫ」は硬材漂白クラフトを意味する。
【００１３】
「ＭＣＬ」は平均翼弦長を意味する。
【００１４】
「ＳＷＫ」は軟材漂白クラフトを意味する。
【００１５】
「ＴＭＰ」はサーモメカニカルパルプを意味する。
【００１６】
「ＰＣＣ」は沈降炭酸カルシウムを意味する。
【００１７】
「ＣＴＭＰ」はケミサーモメカニカルパルプを意味する。
【００１８】
「ＧＷＤ」は砕木パルプを意味する。
【００１９】
「ＤＩＰ」は脱墨パルプを意味する。
【００２０】
「ｋｇ」はキログラムを意味する。
【００２１】
「Ｔ」はトンを意味する。
【００２２】
上述のように、本発明は製紙工程中に保水及び脱水を向上させる方法を提供し、有効量のＳＭＳを添加するステップを具えている。ＳＭＳは恐らくは固形体としてあるいは分散として前記製紙工程へ添加される。一実施例においては、ＳＭＳは前記製紙工程に位置するスラリに添加される。前記スラリは水中で分散した１又はそれ以上のセルロース繊維、微粉、及び充填剤を具えることができる。
【００２３】
別の実施例においては、前記スラリに添加される有効量のＳＭＳは前記スラリ中の固形分を基準として０．００１乃至６ｋｇ／Ｔ、あるいは、前記スラリ中の固形分を基準として０．０１乃至３ｋｇ／Ｔである。
【００２４】
別の実施例においては、コロイド状シリカが前記製紙工程のスラリに添加される。更なる実施例においては、コロイド状シリカとＳＭＳの重量比は、０．０１：１乃至１００：１である。
【００２５】
別の実施例においては、コロイド状ホウケイ酸塩は前記製紙工程の前記スラリに添加される。更なる実施例においては、コロイド上ホウケイ酸塩とＳＭＳの重量比は０．０１：１乃至１００：１である。
【００２６】
別の実施例においては、１又はそれ以上のポリマは前記ＳＭＳの追加前後、あるいはそれと組み合わせて前記スラリに添加できる。前記ポリマは以下のポリマ型：陽イオン性、陰イオン性、非イオン性、両性イオン性、及び両性からなる群から選択できる。更なる実施例においては、陽イオン性ポリマは、自然に存在する炭化水素；人工的な直鎖性、分岐性、共有結合性の凝集剤；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共重合体；ジメチルアミノエチル（メタ）アクリル酸塩とアクリルアミドとの共重合体；（メタ）アクリル酸とアクリルアミドとの共重合体；ジメチルアミノエチル（メタ）アクリル酸塩とアクリルアミドとの共重合体；塩化クワットジメチルアミノエチル（メタ）アクリル酸メチルとアクリルアミドとの共重合体；ジメチルアミノエチル（メタ）アクリル酸塩とアクリルアミドと（メタ）アクリル酸とのターポリマ；からなる群から選択される。上述の有機微粒子の例は、ＨｏｎｉｇとＨａｒｒｉｓの米国特許第５，２７４，０５５号に提供され、引用としてここに取り込まれている。更なる実施例においては、自然に存在する炭化水素の型はガーゴム及びデンプンからなる群から選択される。
【００２７】
更なる実施例においては、陰イオン性ポリマは、アクリル酸のホモ及び共重合体、及び、アクリルアミドあるいはメタクリルアミドを有する、メタクリルアミドと２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸塩との共重合体からなる群から選択される。
【００２８】
更なる実施例においては、非イオン性ポリマは、ポリエチレンオキシドとポリアクリルアミドとからなる群から選択される。
【００２９】
別の実施例においては、１又はそれ以上の有機凝析剤、無機凝析剤、あるいはそれらの組合せが前記スラリに添加される。更なる実施例においては、有機凝析剤はエピクロロヒドリンジメチルアミンとエチレンイミンから調製されるポリアルキレンポリアミドである。更なる実施例においては、無機凝析剤は、ミョウバン、ポリ塩化アルミニウム、ポリケイ酸硫酸アルミニウムからなる群から選択される。
【００３０】
別の実施例においては、本発明は有効量のＳＭＳを添加するステップを具える、製紙工程中の保水と脱水を向上させる方法を具え、前記ＳＭＳは前記製紙工程のスラリに添加され、抄紙機あるいは板紙抄紙機に提供して、乾燥した紙あるいは板紙を形成する。更なる実施例においては、ＳＭＳは脱水前に前記スラリに添加され、前記抄紙機あるいは板紙抄紙機で乾燥した紙あるいは板紙を形成する。
【００３１】
上述したように、本発明は有効量のデンプン及び有効量のＳＭＳの双方を製紙工程のスラリに添加するステップを具える、前記製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法を提供し、前記デンプンが、タピオカデンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチ、ワクシーメイズスターチ、米デンプン及び小麦デンプンからなる群から選択される。更なる実施例においては、１又はそれ以上のポリマが前記スラリに添加される。更なる実施例においては、前記ポリマは、陽イオン性ポリマ、陰イオン性ポリマ、非イオン性ポリマ、両性イオン性ポリマ、及び両性ポリマからなる群から選択される。
【００３２】
別の実施例においては、前記デンプンが、前記ＳＭＳの追加の前後に、あるいはそれと組み合わせて、前記スラリに添加される。
【００３３】
別の実施例においては、前記有効量のデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約０．１乃至約２５ｋｇ／ｔの量で添加される。
【００３４】
別の実施例においては、前記有効量のデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約２．５乃至約１２．５ｋｇ／ｔの量で添加される。
【００３５】
上述のように、有効量の調製したデンプン及び有効量のＳＭＳの双方を製紙工程のスラリに添加するステップを具える、前記製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法を提供する。更なる実施例においては、１又はそれ以上のポリマは前記製紙工程に添加できる。更なる実施例においては、前記ポリマは、陽イオン性ポリマ、陰イオン性ポリマ、非イオン性ポリマ、両性イオン性ポリマ、及び両性ポリマからなる群から選択される。
【００３６】
別の実施例においては、前記調製したデンプンは、前記ＳＭＳの追加の前後に、あるいはそれと組み合わせて、前記スラリに添加される。
【００３７】
別の実施例においては、前記調製したデンプンは、タピオカデンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチ、ワクシーメイズスターチ、米デンプン及び小麦デンプンからなる群から選択される。
【００３８】
別の実施例においては、前記調製したデンプンは陽イオン性か両性かのいずれかである。
【００３９】
別の実施例においては、前記スラリは薄い紙料あるいは濃い紙料である。
【００４０】
別の実施例においては、前記有効量の調製したデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約０．１乃至約２５ｋｇ／ｔの量で添加される。
【００４１】
別の実施例においては、前記有効量の調製したデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約２．５乃至約１２．５ｋｇ／ｔの量で添加される。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明は以下の例に更に述べて、様々な応用方法を示すが、添付した請求項によって規定される本発明を限定することを意図していない。
【実施例１】
【００４３】
０．７重量％のコンシステンシを有する軽量で薄い合成コーティング紙料が準備された。この薄い紙料の固形物は５０乾燥重量％の過酸化水素漂白した混合ＴＭＰと、２５乾燥重量％の漂白した軟材クラフトと、１４．５重量％のカオリンクレイ、１０．５重量％の超微細ＧＣＣからなる。混合ＴＭＰは８０重量％の硬材と２０重量％の軟材の繊維からなる。漂白した軟材クラフトはカナダ・ヒントンのＷｅｌｄｗｏｏｄ社から購入した乾燥したラップパルプである。カオリンクレイはＩｍｅｒｙｓ社（ジョージア州３００７４、ロズウェル、スイート ３００、マンセル コート イースト １００）から購入し、一方、ＧＣＣはＯｍｙａ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ社（ジョージア州 ３００２２、アルファレッタ、スイート ３１０、ノース ポイント センター イースト １００）から取得した。薄い紙料は漂白した混合ＴＭＰ濾液と、２．０ｍＭのカルシウム、０．２３ｍＭのマグネシウム、４．９ｍＭの硫酸塩及び２１．８ｍＭのナトリウムを含む脱イオン水とを用いることによって、対応する濃い紙料から生成した。適正な質の塩類溶液がＴＭＰ濾液で用いられて、９５０ｍｇ／ｌのＣＯＤ、ｐＨ８．２、２５００μＳ／ｃｍの電気伝導度で薄い紙料を生産した。
【００４４】
ここで用いられる陽イオン性デンプンは、Ｓｏｌｖｉｔｏｓｅ Ｎであり、Ａｖｅｂｅ社（Ｐｒｉｎｓ Ｈｅｎｄｒｉｋｐｌｅｉｎ ２０、９６４１ ＧＫ Ｖｅｅｎｄａｍ（オランダ））から入手できる。本実施例で用いられる商業上の製品はＣＰ１１３１であり、非フッ化の合成した含水ナトリウムリチウムの金属ケイ酸塩であり、Ｒｏｃｋｗｏｏｄ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社（Ｗｉｄｎｅｓ、Ｃｈｅｓｈｉｒｅ（イギリス））から取得できる。Ｎａｌｋａｔ（登録商標）２０２０及び６１０６７は商業上の製品であり、ナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル、ウエスト ディール ロード １６０１）から取得できる。
【００４５】
フロキュレーションの活性度は、走査型レーザ顕微鏡又はＳＬＭとして知られている、ＦＢＲＭ（収束ビーム反射率測定：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｂｅａｍ Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）によって測定し、Ｌａｓｅｎｔｅｃ（登録商標）Ｍ５００（Ｌａｓｅｎｔｅｃ社、ワシントン州レッドモンド）を用いた。ＦＢＲＭの操作を支持する理論の記載は、Ｐｒｅｉｋｓｃｈａｔ，Ｆ．Ｋ．とＰｒｅｉｋｓｃｈａｔ，Ｅ．「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐａｒｔｉｃｌｅ ａｎａｌｙｓｉｓ」、米国特許商標庁、第４，８７１，２５１号、１９８９に見られ、引用によってここに取り込まれている。以下の文献：「Ｇｅｒｌｉ，Ａ．，Ｋｅｉｓｅｒ，Ｂ．Ａ．，ａｎｄ Ｓｕｒｙａ，Ｐ．Ｉ．，“Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｆｏｃｕｓｅｄ ｂｅａｍ ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｎａｎｏｓｉｚｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ，”Ａｐｐｉｔａ Ｊ．，５４（１），３６−４０（２００１）」と「Ｃｌｅｍｅｎｃｏｎ，Ｉ．ａｎｄ Ｇｅｒｌｉ，Ａ．，“Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ／ｍｉｃｒｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｏｎ ｆｌｏｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，”Ｎｏｒｄ．Ｐｕｌｐ Ｐａｐ．Ｒｅｓ．Ｊ．，１４（１），２３−２９（１９９９）」と「Ｇｅｒｌｉ，Ａ．，Ｏｏｓｔｅｒｈｏｆ，Ｆ．，ａｎｄ Ｋｅｉｓｅｒ，Ｂ．Ａ．，“Ａｎ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｎａｎｏｓｉｚｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ − ｐａｒｔ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ／ｄｅｗａｔｅｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，”Ｐａｐ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．（Ｂｕｒｙ，Ｕ．Ｋ．），４０（８），４１−４５（１９９９）」は引用として取り込まれ、本技術をどのように用いて性能を測定するかと、どのようにして抄紙機試験と相関を取るかとを詳細に示している。薄い紙料の数平均翼弦長あるいはＭＣＬの変化は、時間の関数として用いられて、フロキュレーション反応の特性を表わす。粒子の添加によって生ずるＭＣＬの変化は、製紙工程の追加された性能と相関し、ΔＭＣＬ（平均翼弦長の変化）はより良い性能を示している。ＭＣＬの最大変化は、現在のせん断条件下でのフロキュレーションの速度と範囲とを示している。
【００４６】
３００ｍＬの軽量の合成コーティング完成紙料は、５００ｍＬのガラスのビーカに注がれて、それをＦＢＲＭ（収束ビーム反射率測定）台上に置いた。混合は７１０ｒｐｍで開始した。凝析剤、デンプン、凝集剤及び微粒子物は、「添加シーケンス」と題された表に略述されるように添加された。
【００４７】
【表１】
【００４８】
本実施例においては、ＳＭＳの性能は商業上の製品と比較される。平均翼弦の変化はサンプルについて比較される。結果は、以下の表に示されている。
【００４９】
【表２】
【００５０】
本データから見られるように、ＳＭＳは商業上の製品と比較して有意に大きなフロキュレーション反応を提供する。ＳＭＳのより大きなフロキュレーション反応は製紙中のより大きな細粒の保水と相関することを示していた。
【実施例２】
【００５１】
０．５重量％のコンシステンシでの混合合成したアルカリ上質紙の薄い紙料が準備された。薄い紙料の固形分は３２重量％のＳＷＫと４８％のＨＷＫと２０％の超微細ＧＣＣから構成される。ＳＷＫはカナダのアルバータ州にある工場で作られた乾燥したラップから調製され、２乃至４重量％のコンシステンシで脱イオン水中で再パルプ化されて、３６０ｍＬのカナダ標準濾水度（ＣＳＦ）まで叩解された。ＨＷＫは北アメリカの工場で作られた乾燥したラップから別個に調製され、２乃至４重量％のコンシステンシで脱イオン水中で再パルプ化されて、３６０ｍＬのＣＳＦまで叩解された。ＧＣＣはＯｍｙａｆｉｌから取得したＵｌｔｒａｆｉｎｅである。対応する濃い紙料とＧＣＣは、１．５ｍＭのカルシウム、０．７４ｍＭのマグネシウム、２．２ｍＭのナトリウム、２．９９ｍＭの塩化物、０．７５ｍＭの硫酸塩及び２．２ｍＭの重炭酸塩を含む脱イオン水と併用、希釈された。薄い紙料は８．１のｐＨと６００μＳ／ｃｍの電気伝導度で０．５重量％のコンシステンシであった。
【００５２】
本実施例中の比較粒子は英国チェシア州ウィドネスのＲｏｃｋｗｏｏｄ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社で商業上入手できるＬａｐｏｎｉｔｅ（登録商標）ＲＤである。Ｌａｐｏｎｉｔｅ（登録商標）ＲＤはＣＡＳ番号５３３３２０−８６−８によって同定された、合成した含水ナトリウムリチウムマグネシウムケイ酸塩であり、ＳｉＯ２５９．５、ＭｇＯ２７．５、Ｌｉ２Ｏ０．８及びＮａ２Ｏ２．８の重量パーセントに基づいた、一般的な化学組成を有している。
【００５３】
３００ｍＬの合成したアルカリ上質紙のスラリは、５００ｍＬのガラスのビーカに注がれて、それをＦＢＲＭ（収束ビーム反射率測定）台上に置いた。混合は７１０ｒｐｍで開始した。デンプン、凝集剤及び無機微粒子物は、「添加シーケンス」と題された表に略述されるように添加された。
【００５４】
【表３】
【００５５】
ＦＢＲＭアプリケーションは前の例で述べている。本実施例では、ＳＭＳはＬａｐｏｎｉｔｅＲＤと比較される。結果は以下の表に要約される。
【００５６】
【表４】
【００５７】
本データから見られるように、ＳＭＳはＬａｐｏｎｉｔｅＲＤとして知られている、以前から存在し、商業上利用可能な合成した含水ナトリウムリチウムマグネシウムケイ酸塩と比較して、有意に大きなフロキュレーション反応を提供する。ＳＭＳにより生成された、このより大きなフロキュレーション反応は現在利用可能なものと比較して、製紙中のより大きな細粒の保水を示す。
【実施例３】
【００５８】
本実施例においては、ＳＭＳの脱水性能はカナダにある工場から取得された計量のコーティング紙料で、商業上利用可能な物質のそれと比較する。紙料繊維の生成は、以下の表で略述される。本調査で用いられた陽イオン性デンプンはＣａｔｏ３１であり、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ社（カリフォルニア州９４７１０−２６７７、グレイソン ストリート ベーカリー ７４２）から商業上入手可能である。ＰＣＣはその工場で製造され、そこから取得した。Ｎａｌｋａｔ（登録商標）７６５５とＮａｌｃｏ７５２６は、ナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル、ウエスト ディール ロード １６０１）から商業上入手可能な商業上の製品である。本実施例で用いられた商業上の製品はＣＰ１１３１であり、非フッ化の合成した含水ナトリウムリチウムの金属ケイ酸塩であり、英国チェシア州ウィドネスのＲｏｃｋｗｏｏｄ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ社から取得できる。
【００５９】
【表５】
【００６０】
混合した繊維及び充填剤の固形物は、白水で０．７重量％のコンシステンシまで希釈された。
【００６１】
生成物の真空脱水分析は、真空排液テスタ（Ｖａｃｕｕｍ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｔｅｓｔｅｒ：ここではＶＤＴとする）を用いて得られた。
【００６２】
ＶＤＴはパッド形式の装置であり、スラリに含まれるセルロース繊維は真空下で、パッドの形態で生じるフィルタの紙あるいはワイヤ上に排出されることを意味している。このように、動作の原理や提供された情報においては、文献に述べられた他の真空脱水装置と似ている（例えば、引用によってここに取り込まれる、「Ｆｏｒｓｂｅｒｇ，Ｓ．ａｎｄ Ｂｅｎｇｔｓｓｏｎ，Ｍ．，“Ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ，（ＤＤＡ），”Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｔａｐｐｉ １９９０ Ｐａｐｅｒｍａｋｅｒ’ｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐｐ．２３９−４５，Ａｔｌａｎｔａ，ＧＡ，Ａｐｒｉｌ２３−２５，１９９０」参照）。ＶＤＴ＋と同一の、ナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル、ウエスト ディール ロード １６０１）から入手可能な、ここに用いられるＶＤＴは調製され、化学的な添加物のスラリとの混合は、機器の上方チャンバでなされるようにした。次いで、処理したスラリは上方の混合チャンバから真空脱水チャンバまで重力によって移される。ｍＬ／秒において脱水率が、４００ｍＬの濾液あるいは白水を収集するのに必要な時間を決定することによって算出された。操作条件は以下の表に要約される。
【００６３】
【表６】
【００６４】
脱水の比較結果は以下の表に示される。示されたように、高い脱水率、すなわち１５．７ｍＬ／秒が、商業上の製品と比較した場合に、本発明の無機粒子であるＳＭＳで得られた。
【００６５】
【表７】
【実施例４】
【００６６】
本実施例においては、ＳＭＳの脱水性能による様々に調製されたデンプンの効果が、カナダにある製糸工場からの１００％の過酸化水素漂白されたＴＭＰ紙料で決定される。紙料特性は表Ｉに与えられている。
【００６７】
【表８】
【００６８】
本調査で用いられた陽イオン性コーンスターチはＣａｔｏ３１であり、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ社（カリフォルニア州９４７１０−２６７７、ベーカリー、グレイソン ストリート ７４２）から商業上入手可能である。本調査で用いられた陽イオン性タピオカデンプンは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ社（ノースカロライナ州 ２８２７３−６２１４、シャーロット、クロンプトン ストリート ３８０）から商業上入手可能な、それぞれ中位及び高荷電である、Ｄｙｎａｍｏｎｄ１３２及びＤｙｎａｍｏｎｄ１８０である。本調査で用いられた陽イオン性ジャガイモデンプンは、Ｐｅｎｆｏｒｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社（アイオワ州 ５２４０４−２１７５、シーダー ラピッズ、ピー．オー．ボックス ４２８、ファースト ストリート １００１）から商業上入手可能なＴｏｐｃａｔ７７１である。それらは表ＩＩに述べられている。
【００６９】
【表９】
【００７０】
用いられた凝集剤はナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル、ウエスト ディール ロード １６０１）から入手可能な６Ｄ１６である。重力脱水分析のプログラムは、Ｍｕｔｅｋ社（ドイツ、ヘルシング、ＢＴＧ）で製造されたＤｙｎａｍｉｃ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＦＳ−０３）を用いて行われた。脱水測定中、１Ｌの紙料が攪拌する区画に充填され、表ＩＩＩに述べたように化学添加物の追加中に８００ｒｐｍのせん断を受ける。紙料は６０秒間、２５メッシュのスクリーンを通じて排出され、濾液量は排出時間にわたる重量で決定される。
【００７１】
【表１０】
【００７２】
表ＩＩに前述の様々な調製したデンプンを有するＳＭＳについての脱水比較の結果は、６０秒後に収集された排出質量として表ＩＶに与えられている。用いられた過酸化水素漂白されたＴＭＰ紙料は、表Ｉに述べられている。分かるように、コーンスターチと比較すると、優位に高い脱水性能が、ジャガイモ及びタピオカデンプンの存在下で、６Ｄ１６／ＳＭＳプログラムに対して観察された。
【００７３】
【表１１】
【実施例５】
【００７４】
本例は、カナダの製紙工場からの表Ｖに述べた紙料を用いた、表ＩＩに述べた様々に調製したデンプンのＳＭＳの脱水性能の効果を示している。
【００７５】
【表１２】
【００７６】
本調査で用いられた陽イオン性コーンスターチはＣａｔｏ３１であり、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｒｃｈ社（カリフォルニア州９４７１０−２６７７、ベーカリー、グレイソン ストリート ７４２）から商業上入手可能である。本調査で用いられた陽イオン性タピオカデンプンは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｃｏｎｃｅｐｔｓ社（ノースカロライナ州 ２８２７３−６２１４、シャーロット、クロンプトン ストリート ３８０）から商業上入手可能な、それぞれ中位及び高荷電である、Ｄｙｎａｍｏｎｄ１３２及びＤｙｎａｍｏｎｄ１８０である。本調査で用いられた陽イオン性ジャガイモデンプンは、Ｐｅｎｆｏｒｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社（アイオワ州 ５２４０４−２１７５、シーダー ラピッズ、ピー．オー．ボックス ４２８、ファースト ストリート １００１）から商業上入手可能なＴｏｐｃａｔ７７１である。それらは表ＩＩに述べられている。
【００７７】
重力脱水試験は、Ｍｕｔｅｋ社（ドイツ、ヘルシング、ＢＴＧ）で製造されたＤｙｎａｍｉｃ Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＦＳ−０３）を用いて行われた。脱水測定中、１Ｌの紙料が攪拌する区画に充填され、表ＩＩＩに述べたように化学添加物の追加中に８００ｒｐｍのせん断を受ける。紙料は６０秒間、２５メッシュのスクリーンを通じて排出され、濾液量は排出時間にわたる重量で決定される。いくつかの試験用に用いられた凝集剤はナルコカンパニー社（イリノイ州 ６０５６３、ネーパービル、ウエスト ディール ロード １６０１）から入手可能な６１０６７である。
【００７８】
陽イオン性コーン、ジャガイモ及びタピオカデンプンを有する、１．０ｋｇ／ｔで投与されたＳＭＳ、及び１．０ｋｇ／ｔで投与された凝集剤についての脱水結果は、６０秒後に収集された排出質量として表ＶＩに示されている。中程度の電荷のコーンスターチと比べて、より高い排出質量が中程度の電荷のタピオカ及びジャガイモデンプンの存在下で観察され、中程度の電荷のコーンスターチを有するプログラムと比べたこれらのプログラムについて、優れた排出性能を示した。同様に、中程度の電荷のコーンスターチと比較して、より高い排出性能は、表ＶＩＩに示されたようなプログラムの一部として、凝析剤なしで行われた試験について、中程度の電荷のタピオカデンプンで観察された。
【００７９】
【表１３】
【００８０】
【表１４】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法であって、有効量のデンプン及び有効量のＳＭＳの双方を前記製紙工程のスラリに添加するステップを具え、前記デンプンが、タピオカデンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチ、ワクシーメイズスターチ、米デンプン及び小麦デンプンからなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記デンプンが、前記ＳＭＳの追加の前後に、あるいはそれと組み合わせて、前記スラリに添加されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記有効量のデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約０．１乃至約２５ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記有効量のデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約２．５乃至約１２．５ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記有効量のＳＭＳが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに、約０．００１乃至約６ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記有効量のＳＭＳが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに、約０．０１乃至約３ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項７】
製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法であって、有効量の調製したデンプン及び有効量のＳＭＳの双方を前記製紙工程のスラリに添加するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記調製したデンプンが、前記ＳＭＳの追加の前後に、あるいはそれと組み合わせて、前記スラリに添加されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、前記調製したデンプンが、タピオカデンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチ、ワクシーメイズスターチ、米デンプン及び小麦デンプンからなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、前記調製したデンプンが、陽イオン性か両性かのいずれかであることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法において、前記スラリが、水中で分散された１又はそれ以上のセルロース繊維、微粉、及び充填剤を具えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記スラリが、水中で分散された１又はそれ以上のセルロース繊維、微粉、及び充填剤を具えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項７に記載の方法において、前記スラリが薄い紙料あるいは濃い紙料であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、前記スラリが薄い紙料あるいは濃い紙料であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項７に記載の方法が更に、１又はそれ以上のポリマの添加ステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法が更に、１又はそれ以上のポリマの添加ステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項７に記載の方法において、前記有効量の調製したデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約０．１乃至約２５ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項７に記載の方法において、前記有効量の調製したデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約２．５乃至約１２．５ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項７に記載の方法において、前記有効量のＳＭＳが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに、約０．００１乃至約６ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項７に記載の方法において、前記有効量のＳＭＳが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに、約０．０１乃至約３ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項１】
製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法であって、有効量のデンプン及び有効量のＳＭＳの双方を前記製紙工程のスラリに添加するステップを具え、前記デンプンが、タピオカデンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチ、ワクシーメイズスターチ、米デンプン及び小麦デンプンからなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記デンプンが、前記ＳＭＳの追加の前後に、あるいはそれと組み合わせて、前記スラリに添加されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記有効量のデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約０．１乃至約２５ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記有効量のデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約２．５乃至約１２．５ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記有効量のＳＭＳが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに、約０．００１乃至約６ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記有効量のＳＭＳが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに、約０．０１乃至約３ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項７】
製紙工程中の保水及び脱水を向上させる方法であって、有効量の調製したデンプン及び有効量のＳＭＳの双方を前記製紙工程のスラリに添加するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記調製したデンプンが、前記ＳＭＳの追加の前後に、あるいはそれと組み合わせて、前記スラリに添加されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、前記調製したデンプンが、タピオカデンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチ、ワクシーメイズスターチ、米デンプン及び小麦デンプンからなる群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、前記調製したデンプンが、陽イオン性か両性かのいずれかであることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法において、前記スラリが、水中で分散された１又はそれ以上のセルロース繊維、微粉、及び充填剤を具えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記スラリが、水中で分散された１又はそれ以上のセルロース繊維、微粉、及び充填剤を具えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項７に記載の方法において、前記スラリが薄い紙料あるいは濃い紙料であることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、前記スラリが薄い紙料あるいは濃い紙料であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項７に記載の方法が更に、１又はそれ以上のポリマの添加ステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法が更に、１又はそれ以上のポリマの添加ステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項７に記載の方法において、前記有効量の調製したデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約０．１乃至約２５ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項７に記載の方法において、前記有効量の調製したデンプンが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに約２．５乃至約１２．５ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項７に記載の方法において、前記有効量のＳＭＳが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに、約０．００１乃至約６ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項７に記載の方法において、前記有効量のＳＭＳが前記スラリ中の固形分を基準として、前記製紙工程の前記スラリに、約０．０１乃至約３ｋｇ／ｔの量で添加されることを特徴とする方法。
【公表番号】特表２００９−５３９０００（Ｐ２００９−５３９０００Ａ）
【公表日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１３４５７（Ｐ２００９−５１３４５７）
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７０１０３
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４３５０４
【国際公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（５０７２４８８３７）ナルコ カンパニー (91)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７０１０３
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４３５０４
【国際公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（５０７２４８８３７）ナルコ カンパニー (91)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]