JPH10509221A - 保持剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 アミロペクチン型のカチオン性デンプンの使用であって、前記アミロペクチン型のカチオン性デンプンが、アミロース型デンプンの形成を抑制するために遺伝子工学により修飾されたジャガイモから得られるものであり、製紙工程において保持性改良剤として、場合に応じてアニオン性成分とともに紙料へ添加される使用が記載される。

Description

【発明の詳細な説明】 保持剤技術分野 本発明は、ジャガイモから得られたアミロペクチン型カチオン性デンプンを製 紙工程において保持性改良剤(retention-improving agent)として使用すること に関する。より詳しくは、本発明は、製紙工程における保持性を高めるために、 デンプンの形成を抑制するように遺伝子工学により修飾されたジャガイモから得 られたアミロペクチン型カチオン性デンプン又はその誘導体の使用に関する。本 発明は、さらに、前記アミロペクチン型のカチオン性デンプンとアニオン性成分 との複合体に関する。背景技術 製紙業において、ますます増加する大部分の繊維が、チョーク(chalk)又は粘 土などの鉱物繊維のようなより安価な成分により置換され続けている。そのよう な充填剤(filler)がより高く含有されることにより、用いられる保持システムへ の要求が高まっている。定義によれば、「保持性(retention)」との用語は、元 の混合物中に存在する成分であって、プロセスのある段階における混合物中又は 最終生成物中に残留する成分の割合に関するものである。 従来、製紙業においてカチオン性デンプンを使用する際、比較的激しく攪拌し ながら９５℃において約２０分間バッチ式に加熱(cooking)することにより、又 はいわゆるジェットダイジェスター(jet digester)内で１１０〜１３０℃におい て連続的に加熱することによりデンプンを溶解しなければならなかった。これら の加熱方法は、デンプンが溶解されるべきである場合に必要である。しかしなが ら、これらの加熱方法の内在的な欠点は、デンプンの分子量を低下させることで あり、その結果、製紙工程における保持性の効果を損なうことである。もし、よ り低温を用いたならば、分散と溶液との中間状態が代わりに得られ、その場合、 溶液には膨潤したデンプン顆粒及び／又はその断片の残渣が含まれる。このよう な性質のデンプン溶液により、供給されたデンプンの各々の量に応じて脱水性が かなり損なわれ、強度の低下が発生する。その結果、製紙業界においては、これ らの問題を排除する強い要望がある。発明の目的 本発明の目的は、高い保持性、満足な脱水性及び高い強度の発生(development )を促進する剤を用いることにより、上述した問題を排除することである。この 目的は、本明細書の導入部分において言及した種類の保持性改良剤であって、後 述の請求の範囲において規定される特徴を示す改良剤の使用により達成される。発明の概要 すなわち、本発明によれば、アミロペクチン型デンプン又はその誘導体が、製 紙工程において保持性改良剤として用いられる。 本出願書類を通して用いられる「アミロペクチン型デンプン」との表現は、デ ンプンのアミロース型のものの形成を抑制するために遺伝子工学により修飾され たジャガイモから得られるデンプンに関するものである。「その誘導体」との表 現は、化学的に、物理的に及び／又は酵素的に誘導されたアミロペクチン型デン プンに関するものである。アミロペクチン型デンプンのアミロペクチン含有量は 、９５％よりも多く、好ましくは９８％よりも多い。アミロペクチン型デンプン 中の残りの成分は、アミロースである。 上記アミロペクチン型デンプン及びその誘導体並びにそれらの製造方法の詳細 な説明は、スエーデン特許明細書９００４０９６−５（アミロジーン(Amylogene )ＨＢ）に記載されている。 本出願を通して用いられる「保持性改良剤」との表現は、製紙工程において、 高められた保持性を作りだすことに追加して、改良された脱水性及び強度発生を 作りだすことにも関する。 本発明によれば、アミロペクチン型デンプンは、それを使用する前に化学的修 飾によりカチオン性基により置換されるべきである。アンモニア化合物がこの目 的のために用いられる。アンモニア化合物は、好ましくは、四級のものであるが 、一級又は三級のものでのでもよい。製紙工程において用いられる紙料システム (stock system)の化学組成により、最適の結果を得るために要求されるアミロペ クチン型デンプンの置換の程度が決定される。すなわち、置換の程度は、０．０ １ないし０．３０（窒素に関して対応する方法で計算すると０．０９ないし２． ５％）であり、好ましくは、０．０２ないし０．２０（窒素に関して対応する方 法で計算すると０．１８ないし１．６％）である。 アミロペクチン型のカチオン性デンプンの調製は重要である。なぜならば、ア ミロペクチン型デンプンの溶解度曲線は、伝統的なジャガイモデンプンのそれか ら激しくずれるからである。アミロペクチン型のカチオン性デンプンの溶解は、 ６０〜１３０℃の温度範囲、好ましくは６５〜９５℃の温度範囲において、バッ チに又は連続的に、剪断を最小にして行なわれるべきである。この溶解方法によ り、その分子量が維持されるところのアミロペクチン型デンプンの溶液が製造さ れる一方で、同時に、溶液は膨潤顆粒又はその残渣を含有しない。その結果、伝 統的なカチオン性デンプンの調製において要求されるエネルギー供給よりも低い エネルギー供給にもかかわらず、高い保持性と迅速な脱水性を生成する十分に消 化(digest)された溶液が得られる。 製紙工程において、アミロペクチン型カチオン性デンプンが紙料に添加される 一方で、紙形成の前にその中で十分に混合されることを確保するために十分に攪 拌される。本発明の１つの態様によれば、アミロペクチン型のカチオン性デンプ ンは、コロイド状ケイ酸(colloidal silicic acid)、アニオン性ポリアクリルア ミド又はベントナイトのようなアニオン性成分と結合され、この場合、アニオン 性成分は、それらが相互作用しかつ紙料の他の成分とともに作用できることを確 保するために、十分に攪拌されながら別々に添加される。 所望する効果を得るために要求される添加剤の量は、紙料の組成に依存する。 アミロペクチン型のカチオン性デンプンの好適な添加量は、１〜５０ｋｇ／トン 紙、好ましくは、１〜２０ｋｇ／トン紙である。 上述したように、本発明により、添加された充填剤(filling agent)について 、さらには繊維材料の微細フラクション(fine fraction)について高く改良され た保持性水準が提供される。さらに、充填剤をより大量に添加するにもかかわら ず、完成紙の強度特性を維持することが可能になる。さらに、最大の保持性を提 供するためにアミロペクチン型デンプンが溶解されているという事実、すなわち その 粘性水準が最大であるにもかかわらず、用いられる製紙機の湿末端における脱水 時間を短時間に維持することができる。本発明により提供される追加の利点は、 本発明が全ての型及び品質の紙製品及び板紙製品に適用し得ることである。 製紙工程において、ロウ状トウモロコシ(waxy maize)型のデンプンのようなア ミロペクチン型のカチオン性デンプンを使用することは従来知られているが、問 題のアミロペクチンの溶解度曲線と組み合わせた調製方法の重要性が検討された 実用的試験において、高い保持性、満足な脱水性及び肯定的な強度発生を同時に 提供するという驚くべき肯定的効果が示された。 以下の実施例により、本発明の使用をより詳細に説明する。すなわち、一方で 、アミロペクチン型デンプンの単独使用（実施例１〜３）を説明し、他方で、こ のデンプンがアニオン性成分とともに使用される態様（実施例４〜６）を説明す る。実施例１ 保持性におけるアミロペクチン型カチオン性デンプンの効果を評価するために 、いわゆるＤＤＡ装置（ダイナミック排水分析機(Dynamic Drainage Analyser) ）内で実験室での試験が行われた。紙料のパルプは、完全に漂白された化学硬木 パルプ(fully bleached chemical hardwood pulp)５０％及び２５°ＳＲに粉砕 され、完全に漂白された化学軟木パルプ(fully bleached chemical softwoodpul p)５０％からなった。充填剤として４０％チョークを紙料に添加した。紙料のｐ Ｈ値を８．２に調整し、伝導率を測定すると６００μＳであった。ＤＤＡ装置内 での試験に先立ち、紙料を２ｇ／リットルの濃度に希釈した。保持性を測定する ために、濃度及び灰含有量の測定をバッチ紙料について、さらにワイヤーを通し て排水された水について行った。０．０５の置換の程度を有するアミロペクチン 型カチオン性デンプンを、同じ置換の程度を有する伝統的なカチオン性ジャガイ モデンプンと比較した。カチオン性アミロペクチンとカチオン性デンプンを６０ 〜１３０℃の範囲の多くの異なる温度水準において溶解し、添加量は、各々２． ５、５．０、１０．０及び１５．０ｋｇ／トンであった。アミロペクチン型のカ チオン性デンプン及びカチオン性ジャガイモデンプンを各々最適に調整し、添加 することにより、アミロペクチン型カチオン性デンプンが用いられた場合、約１ ０％の総保持性の改良と約４０％の充填剤保持性の改良が得られた。実施例２ 排水についてのカチオン性デンプンの効果を評価するために、ＤＤＡ装置にお いて実験室での試験が行われた。紙料中に含有されるパルプには、完全に漂白さ れた化学硬木パルプ５０％及び２５°ＳＲに粉砕され、完全に漂白された化学軟 木パルプ５０％が含有されていた。充填剤として４０％チョークを紙料に添加し た。紙料のｐＨ値を８．２に、伝導率を６００μＳに調整した。ＤＤＡ装置内で の試験に先立ち、紙料を２ｇ／リットルの濃度に希釈した。排水時間は、前記機 器により自動的に測定され、結果をコンピュータに記録した。０．０５の置換の 程度を有するアミロペクチン型のカチオン性デンプンを同じ置換の程度を有する 伝統的なカチオン性ジャガイモデンプンと比較した。カチオン性アミロペクチン とカチオン性デンプンを６０〜１３０℃の範囲のいくつかの温度水準において溶 解し、添加量は、各々２．５、５．０、１０．０及び１５．０ｋｇ／トンであっ た。試験により、最大の保持性を与えるように溶解されたアミロペクチン型のカ チオン性デンプンは、伝統的なカチオン性デンプンとは逆に、迅速な脱水条件を 維持し、伝統的なカチオン性デンプンは、同じ条件下で脱水性を低下させること が示された。実施例３ 紙料に対するアミロペクチン型のカチオン性デンプンの吸着を評価するために 、ＤＤＡ装置において実験室での試験が行われた。紙料中に含有されるパルプは 、完全に漂白された化学硬木パルプ５０％及び２５°ＳＲに粉砕され、完全に漂 白された化学軟木パルプ５０％からなっていた。充填剤として４０％チョークを 紙料に添加した。紙料のｐＨ値を８．２に、伝導率を６００μＳに調整した。Ｄ ＤＡ装置内での試験に先立ち、紙料を２ｇ／リットルの濃度に希釈した。０．０ ５の置換の程度を有するアミロペクチン型のカチオン性デンプンを同じ置換の程 度を有する伝統的なカチオン性ジャガイモデンプンと比較した。アミロペクチン 型のカチオン性デンプンと伝統的なカチオン性デンプンを６０〜１３０℃の範囲 の多くの異なる温度水準において溶解し、添加量は、各々２．５、５．０、１０ ．０及び５．０ｋｇ／トンであった。パルプケーキ中に保持されたアミロペクチ ンとデンプンの量を、前記ポリマーを２つの酵素によりグルコースに分解する方 法 により測定した。次いで、グルコースの存在の検出は、ＨＰＬＣシステム中で行 われる。これらの試験により、高い吸着の程度に対する高粘度（分子量）の有意 性が示された。アミロペクチン型のカチオン性デンプンは、上述したように、高 い保持性と満足な脱水性が得られるように調製し得るのでユニークな特徴を有す るが、同様に、それ自体がかなりの吸着性を有する。実施例４ アミロペクチン型のカチオン性デンプンとアニオン性成分との間の相互作用及 び保持性の影響を評価するために、ＤＤＡ装置において実験室での試験が行われ た。コロイド状ケイ酸をアニオン性成分として用いた。紙料中に含有されるパル プは、完全に漂白された化学硬木パルプ５０％及び２５°ＳＲに粉砕され、完全 に漂白された化学軟木パルプ５０％からなっていた。充填剤として４０％チョー クを紙料に添加した。紙料のｐＨ値を８．２に、伝導率を６００μＳに調整した 。ＤＤＡ装置内での試験に先立ち、紙料を２ｇ／リットルの濃度に希釈した。保 持性を測定するために、供給された紙料の濃度及び灰含有量、さらにはワイヤー を通して排出される水の濃度及び灰含有量を測定した。０．０５の置換の程度を 有するアミロペクチン型のカチオン性デンプンを同じ置換の程度を有する伝統的 なカチオン性ジャガイモデンプンと比較した。アミロペクチン型のカチオン性デ ンプンと伝統的なカチオン性デンプンを６０〜１３０℃の範囲の多くの異なる温 度水準において溶解し、添加量は、各々２．５、５．０、１０．０及び１５．０ ｋｇ／トンであった。コロイド状ケイ酸に対するアミロペクチン型のカチオン性 デンプンと伝統的なカチオン性デンプンの比が各々１．５：１ないし１０：１に なることを確保するために、十分なコロイド状ケイ酸を添加した。アミロペクチ ン型のカチオン性デンプンと伝統的なカチオン性ジャガイモデンプンの各々を最 適に調製及び添加し、並びにコロイド状ケイ酸を添加することにより、アミロペ クチン型のカチオン性デンプンが用いられた場合、２５％の総保持性及び約７０ ％の充填剤保持性の改良が見られた。実施例５ アミロペクチン型のカチオン性デンプンとアニオン性成分との間の相互作用及 び保持性の影響を評価するために、ＤＤＡ装置において実験室での試験が行われ た。コロイド状ケイ酸をアニオン性成分として用いた。紙料中に含有されるパル プは、完全に漂白された化学硬木パルプ５０％及び２５°ＳＲに粉砕され、完全 に漂白された化学軟木パルプ５０％からなっていた。充填剤として４０％チョー クを紙料に添加した。紙料のｐＨ値を８．２に、伝導率を６００μＳに調整した 。ＤＤＡ装置内での試験に先立ち、紙料を２ｇ／リットルの濃度に希釈した。排 水時間は、上記機器により自動的に測定され、結果はコンピュータにより記録さ れた。０．０５の置換の程度を有するアミロペクチン型のカチオン性デンプンを 同じ置換の程度を有する伝統的なカチオン性ジャガイモデンプンと比較した。ア ミロペクチン型のカチオン性デンプンと伝統的なカチオン性デンプンを６０〜１ ３０℃の範囲の多くの異なる温度水準において溶解し、添加量は、各々２．５、 ５．０、１０．０及び１５．０ｋｇ／トンであった。コロイド状ケイ酸の添加は 、コロイド状ケイ酸に対するアミロペクチン型のカチオン性デンプンと伝統的な カチオン性デンプンの比が各々１．５：１ないし１０：１になることを確保する ために十分であった。これらの試験により、最大の保持性を提供するように溶解 され、またコロイド状ケイ酸と組合わされたアミロペクチン型のカチオン性デン プンは、迅速な脱水特性を維持することが示される。実施例６ アニオン性成分により影響された場合の紙料に対するアミロペクチン型のカチ オン性デンプンの吸着を評価するために、ＤＤＡ装置において実験室での試験が 行われた。コロイド状ケイ酸をアニオン性成分として用いた。紙料に対するアミ ロペクチン型のカチオン性デンプンの吸着を評価するために、ＤＤＡ装置におい て実験室での試験が行われた。紙料中に含有されるパルプは、完全に漂白された 化学硬木パルプ５０％及び２５°ＳＲに粉砕され、完全に漂白された化学軟木パ ルプ５０％からなっていた。充填剤として４０％チョークを紙料に添加した。紙 料のｐＨ値を８．２に、伝導率を６００μＳに調整した。ＤＤＡ装置内での試験 に先立ち、紙料を２ｇ／リットルの濃度に希釈した。０．０５の置換の程度を有 するアミロペクチン型のカチオン性デンプンを同じ置換の程度を有する伝統的な カチオン性ジャガイモデンプンと比較した。アミロペクチン型のカチオン性デン プンと伝統的なカチオン性デンプンを６０ないし１３０℃の範囲の多くの異なる 温度水準において溶解し、添加量は、各々２．５、５．０、１０．０及び１５． ０ｋｇ／トンであった。コロイド状ケイ酸の添加は、コロイド状ケイ酸に対する アミロペクチン型のカチオン性デンプンと伝統的なカチオン性デンプンの比が各 々１．５：１ないし１０：１になることを確保するために十分であった。これら の試験により、最大の保持性を提供するように溶解され、またコロイド状ケイ酸 と組合わされたアミロペクチン型のカチオン性デンプンは、迅速な脱水特性を維 持することが示される。紙料ケーキ中に保持された各々アミロペクチンの量とデ ンプンの量を、前記ポリマーを２つの酵素によりグルコースに分解する方法によ り測定した。次いで、グルコースの存在の検出は、ＨＰＬＣシステム中で行われ る。これらの結果により、高い吸着の程度を得るために、高粘度（分子量）の重 要性が示される。アニオン性成分は、アミロペクチン型のカチオン性デンプンの 吸着を、伝統的なカチオン性デンプンとの組合わせの場合よりも高い程度にまで 上昇させることに寄与する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．アミロペクチン型のカチオン性デンプンの使用であって、前記アミロペクチ ン型のカチオン性デンプンが、アミロース型デンプンの形成を抑制するために遺 伝子工学により修飾されたジャガイモから得られるものであり、製紙工程におい て保持性改良剤として、場合に応じてアニオン性成分とともに紙料へ添加される 使用。 ２．前記アミロペクチン型デンプンが９５％よりも多いアミロペクチンを、好ま しくは９８％よりも多いアミロペクチンを含有する請求の範囲第１項の使用。 ３．化学的、物理的及び／又は酵素的誘導化に供されたアミロペクチン型デンプ ンの１又はそれ以上の誘導体が保持性改良剤として用いられる請求の範囲第１項 の使用。 ４．アミロペクチン型デンプン又はその誘導体が、前記紙料中に、製造された紙 １トン当たり１〜５０ｋｇ、好ましくは製造された紙１トン当たり１〜２０ｋｇ 添加される請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項の使用。 ５．前記アニオン性成分が、コロイド状ケイ酸、アニオン性ポリアクリルアミド 及び／又はベントナイトである請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項の 使用。 ６．前記紙料へ前記アミロペクチン型デンプンを添加する前に、前記アミロペク チン型デンプンが、アンモニウム化合物による化学的修飾により、好ましくは４ 級アンモニウム化台物による化学的修飾によりカチオン性基により置換される請 求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項の使用。 ７．前記紙料中のカチオン性アミロペクチンの置換の程度が０．０１〜０．３０ 、好ましくは０．０２〜０．２０である請求の範囲第１項ないし第６項のいずれ か１項の使用。