JP2002512321A - 紙コーチング用潤滑剤 - Google Patents

紙コーチング用潤滑剤

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JP2002512321A
JP2002512321A JP2000544871A JP2000544871A JP2002512321A JP 2002512321 A JP2002512321 A JP 2002512321A JP 2000544871 A JP2000544871 A JP 2000544871A JP 2000544871 A JP2000544871 A JP 2000544871A JP 2002512321 A JP2002512321 A JP 2002512321A
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フロイド，ウイリアム
ハーパー，ドーグ
トンプソン，ノーラン
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オムノヴア ソリユーシヨンズ インコーポレーテツド
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    • D21H19/00—Coated paper; Coating material
    • D21H19/36—Coatings with pigments
    • D21H19/44—Coatings with pigments characterised by the other ingredients, e.g. the binder or dispersing agent
    • D21H19/46—Non-macromolecular organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L91/00—Compositions of oils, fats or waxes; Compositions of derivatives thereof

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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 潤滑剤として疎水性で且つ非イオン性である植物油トリグリセリドを含む、水性の紙および板紙用コーチング組成物。 【効果】 素早く移動する紙ウェブにコーチング組成物を適用する場合に見られる高剪断条件下で、塗布機によるコーチングの塗布を容易にする。上記潤滑剤は低いコーチング粘度を示すため、固体含量を増加させて乾燥工程での水分除去をより少なくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ペーパーコーチング（紙塗装）潤滑剤は、ブレード、エアナイフおよびロー
ル型塗布機上で改良されたコーチング塗布レオロジーを与えるように設計される
。潤滑剤はカレンダーから光沢等級の塗装表面を剥離するのに不可欠である。
【０００２】
【従来の技術】
コーチング（フィルム塗布機および短時間滞留塗布機）およびカレンダー仕
上げ（熱光沢および熱ソフトニップカレンダー）における新しい塗布方法は、潤
滑剤の使用のためにコーチング塗布パラメータを変えた。フィルム塗布機および
短時間滞留塗布機は概して、低剪断および高剪断レオロジーの問題のために、固
体が５６−５８％の配合物に限定される。フィルム塗布機の適用において、湿っ
たコーチングフィルムを塗布ロールから剥離するのを改善することは、塗布機高
速度において、“オレンジピール”および“まだら”として知られるピッキング
および剥離パターンを避けるために必要である。
【０００３】 ペーパーコーチング用潤滑剤は４つのカテゴリーに分類される：（１）金属
石鹸（即ちステアリン酸カルシウム）の水性分散体、（２）ワックスエマルジョ
ン（パラフィン、微結晶性で酸化されたポリエチレンワックス）、（３）ステア
リン酸カルシウム、ポリエチレングリコール脂肪エステル、尿素およびおそらく
多糖類のブレンド物、および（４）大豆レシチン／オレイン酸ブレンド物。これ
らの製品のそれぞれはある適用に対して利点があるが、それらの全ては高速また
は高温の状況において欠点がある。さらにこれらの潤滑剤は、ペーパー塗布機が
１分間あたり４５００フィート近くまたはそれを超える速度で運転された場合に
遭遇する極度の高剪断下において、劣るレオロジーを示す。また、多くのペーパ
ーロール機は、配合物中に用いられる化学薬品が、食品接触用の紙コーチングに
使用するのに許可された添加剤のリストにあることを必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ステアリン酸カルシウム、レシチン／オレイン酸およびポリエチレン潤滑剤
は一般に、澱粉、ラテックス、カルシウムイオンおよび他の添加剤との化学的相
互作用を介してコーチングの粘性を増加させる。重要なことに、これらの製品は
熱光沢（ホットグロス）または熱ソフトニップカレンダーに用いられた場合、熱
劣化することが見いだされた。この劣化は熱ロールの近くで機械の“発煙”また
は“曇り”として現れる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
植物油トリグリセリド、特に食品を揚げるのに用いられる精製植物油、例え
ば落花生油、とうもろこし油、ヒマワリ油、オリーブ油、キャノラ（ｃａｎｏｌ
ａ）油および大豆油がペーパーコーチング潤滑剤として有用であることが見いだ
された。これらのトリグリセリドは食品への適用およびペーパーコーチングにお
いてＦＤＡで承認されている。ペーパーコーチングにおいてそれらは、他のいく
つかの潤滑剤のような粘性の増加を示さないことが見いだされた。これらの油は
一般に低くとも３５０゜から４２５゜Ｆの発煙点を有し、様々な他の潤滑剤配合
物の発煙点よりもかなり高い。これにより製造者は、熱カレンダーロール上のコ
ーチングフィルムの剥離および乾燥コーチングの潤滑性を改善するために存在す
る潤滑剤の量を増加させることが可能となる。さらに、植物油トリグリセリドを
潤滑剤として含有するコーチング組成物は、カルシウムイオンに対して、オレイ
ン酸を含有する潤滑剤配合物のように敏感ではない。
【０００６】 植物油トリグリセリドは疎水性かつ非イオン性であり、一般に少なくともト
リグリセリドを９０％、遊離脂肪酸を５％未満含む組成を有し、１２０から１５
０の間のヨウ素価を有する。好ましくは植物油は少なくとも９９．９％の未変性
トリグリセリドおよび０．０５％未満の遊離脂肪酸を含有する。一般にペーパー
コーチング用潤滑剤は少なくとも３５％、好ましくは４５から５５％の固体を含
む。ペーパーコーチング用潤滑剤を乳化する場合、固体部分の約３０から９７％
、好ましくは固体部分の６０から９０％は植物油トリグリセリドである。
【０００７】 植物油トリグリセリドは好ましくは乳化状態でペーパーコーチング用潤滑剤
に利用される。これは、澱粉誘導体または他の非イオン性乳化剤を用いて水中に
トリグリセリドを乳化することにより実施される。澱粉誘導体は好ましくは親油
性多糖類である。一般に３から７０％、好ましくは１０から４０％（固体基準）
の澱粉誘導体が潤滑剤組成物に混入される。このようなエマルジョンを製造する
のに特に有用なものは“親油性澱粉”と記載される澱粉誘導体はであり、該親油
性澱粉は、アルケニル無水琥珀酸（ＡＳＡ）またはアルキルケテンダイマー（Ａ
ＫＤ）から誘導し得る親油性付属物で置換された澱粉、好ましくはワックス性で
あり、例えばＡｍｉｏｇｕｍ ２０（登録商標）であり、これはＣｅｒｅｓｔａ
ｒ（以前はＡｍｅｒｉｃａｎ Ｍａｉｚｅ Ｃｏ．）の親油性ワックス性澱粉製
品であり、またはＮａｔｉｏｎａｌ ９１２であり、これはＮａｔｉｏｎａｌ
Ｓｔａｒｃｈ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．の親油性ワックス性澱粉製品
である。このような澱粉は食品等級添加剤でもある。それらはペーパーコーチン
グ用添加剤とも両立性であり、劣化せずそして澱粉不溶化剤樹脂と反応性であり
、このことはペーパーコーチング物を乾燥したときそれらの水感受性を低下させ
るであろう。親油性澱粉は、従来の界面活性剤に比べて、仕上がった塗装紙若し
くは板紙製品の再湿潤化がより少ないという点、即ち仕上がった紙の水の感受性
が低く、インクおよび／または水の移動がより少ないという点で、利点がある。
【０００８】 本願で使用される乳化トリグリセリドは、水中にまたはサイジングプレス（
ｓｉｚｅ ｐｒｅｓｓ）で用いられる希釈水性コーチング配合物中に希釈可能で
ある。非乳化油は希釈水性配合物中に分散せず結果的に“オイルアウト（ｏｉｌ
ｏｕｔ、油分離）”し；まだら、縞および操業性の問題を引き起こすので、こ
の目的には適さない。
【０００９】 トリグリセリドの澱粉ベースエマルジョンもまた、カルシウムイオンを含有
する水性配合物中に希釈しても安定している。これにより、オレイン酸ベース潤
滑剤または陰イオン界面活性剤含有潤滑剤を硬水系で使用した場合に起こる問題
が解決される。本発明はまた、炭酸カルシウムを紙の充填剤または顔料として使
用するような状況、または再利用紙（損紙）を再パルプ化する場合にカルシウム
イオンがシステム内に浸出するかまたは導入される状況において、印刷能力をも
改善するであろう。
【００１０】 典型的な紙または板紙コーチング用組成物において、配合物は水、顔料（例
えば粘土、二酸化チタン、炭酸カルシウム）、結合剤（例えば澱粉、ラテックス
）、水および潤滑剤を含む。一般にコーチング組成物は少なくとも４５％、好ま
しくは５０から６５％の固体量を有し、潤滑剤は組成物の少なくとも０．３％か
ら２％の量で混入される。水槽（ｗａｔｅｒ ｂｏｘ）、サイジングプレスまた
はスプレー塗装については、固体は０．２５％から５０％の範囲であり得る。
【００１１】 本発明の紙用潤滑剤は高温カレンダーロールでの使用に適し、発煙点の低い
他の潤滑剤に見られる発煙または曇りの問題を軽減する。該潤滑剤は、オレイン
酸のような遊離脂肪酸を含有する潤滑剤のようにカルシウムイオンに敏感ではな
く、ステアリン酸カルシウムを用いた場合におけるように粗粒子（グリット）を
含まない。該潤滑剤はまた中和ｐＨで乳化することができ、ステアリン酸カルシ
ウムを用いた場合におけるような高いｐＨを必要としない。該潤滑剤を含有する
コーチング組成物はまた低い処理（ｍａｋｅ−ｕｐ）粘度および高い剪断レオロ
ジーを有し、ここでコーチングの流動粘度は剪断下で維持されそしてステアリン
酸カルシウム潤滑剤を用いた場合において遭遇するようなダスティングを減少ま
たは除去する。これらの特性は従来技術の潤滑剤に対して独特の利点を与える。
【００１２】 紙および板紙をコーチングする工程において、ペーパーコーチング用組成物
は、コーチング用組成物を一枚の紙または板紙上に均一に拡げるあらゆる塗布機
によっても塗布される。一般的な塗布機はブラシ塗布機、ロール塗布機、エアブ
ラシ塗布機、サイジングプレス（ｓｉｚｅ ｐｒｅｓｓ）、ブレード塗布機およ
びエアナイフ塗布機を含む。有利には、本発明のペーパーコーチング用組成物の
潤滑剤は塗布機によるコーチングの塗布を容易にする。コーチングの後、塗布さ
れた紙および板紙を乾燥する。従来の乾燥方法はループ乾燥、コンベヤー乾燥、
アーチ乾燥およびホイール乾燥を含む。典型的には乾燥中の温度は９０゜Ｆから
３００゜Ｆの間およびそれより上である。
【００１３】 乾燥した紙または板紙はそれからカレンダリングによる最終作業を受け、塗
装された紙または板紙の外見および印刷表面が改善される。カレンダリング工程
において、潤滑剤の添加は、塗装された紙または板紙がスーパーカレンダーによ
る平滑化作用に耐えられるようにし、一方塗装された紙または板紙が熱ロールか
ら剥がすのを助けるのに重要である。スーパーカレンダーにおいて、紙は一般に
１５０゜Ｆから５００゜Ｆの高温および一般に直線インチ当たり１０００から２
０００ポンド（ｐｌｉ）の高圧にさらされる。本発明のコーチング用組成物中の
潤滑剤は高温カレンダーロール、例えば３５０゜Ｆ以上、に特に適しており、そ
の温度は他の潤滑剤の発煙点よりもかなり高い（例えば従来技術の潤滑剤である
オレイン酸メチルは２７５゜Ｆの発煙点を有し、ステアリン酸カルシウムは３０
２゜Ｆの発煙点を有する）。
【００１４】
【実施例】
例１ ２リットルの樹脂ケトルに７５４グラムの水および１０３グラムのＡｍｉｏ
ｇｕｍ２０（登録商標）を注いだ。これを９０℃に３０分間加熱して澱粉を可溶
化した。この澱粉溶液に６４３グラムの大豆油（９９．９＋％のトリグリセリド
を含む）を添加した。この混合物は容易に分離するので、均質化するまで撹拌が
必要であった。ホモジナイザーを第２段階において５００ポンドの圧力に、第１
段階において２０００ポンドの圧力に設定して全圧力を２５００ポンドにした。
均質化により翌日、２６０ｃｐｓの粘度と４７％固体を有する白色エマルジョン
が得られた。４０℃以下に冷却した後、殺生物剤を添加した。
【００１５】 例２ 例１の手順を、大豆油の代わりにとうもろこし油（９９．９＋％トリグリセ
リド）を用いて繰り返し、同様の結果を得た。固体：４９．４％、粘度：５９０
ｃｐｓ。
【００１６】 例３ 例１の手順を、大豆油の代わりに落花生油（９９．９＋％トリグリセリド）
を用いて繰り返し、同様の結果を得た。固体：４７．０％、粘度：３２０ｃｐｓ
。
【００１７】 例４ 例１の手順を、大豆油の代わりにヒマワリ油（９９．９＋％トリグリセリド
）を用いて繰り返し、同様の結果を得た。固体：４８．４％、粘度：５００ｃｐ
ｓ。
【００１８】 例５ 例１の手順を、大豆油の代わりにオリーブ油（９９．９＋％トリグリセリド
）を用いて繰り返し、同様の結果を得た。固体：４４．３％、粘度：３４０ｃｐ
ｓ。
【００１９】 例６ 一連のコーチング配合物を調製して、潤滑剤としての液体植物油の性能を、
いくつかの商業的に使用される製品と比較して評価した。コーチング配合物は以
下のように調製した：
【００２０】
【表１】 上述のデータは、配合物７中の植物油が一般的なペーパーコーチング添加剤
と両立性の成分であり、そしてコーチングに際し従来技術の殆どの他の一般的に
使用されている潤滑剤よりも低い粘度を有するコーチングを与えることを示す。
このような低い粘度は、より高い固体濃度でのコーチングが可能となるという点
で重要であり、それによりシートを乾燥するために除去する水の量を少なくする
であろう。これらのコーチングを、ブレード塗布機を用いて５０ポンドベース素
材シートに塗布して、７．５ポンド／３３００平方フィートの乾燥塗膜重量を得
た。これらのシートを４つのニップ（綿から鉄）、６００ｐｓｉおよび１５０゜
Ｆまでカレンダリングした。次の表はこれらのシートについてのテストデータを
示している。
【００２１】
【表２】 上述の性能データは、配合物＃７中の大豆油が従来技術の潤滑剤と同等また
はそれ以上の性質を有することを示す。テストした性質は潤滑剤のタイプにより
最も影響される性質である。現在の潤滑剤よりも著しく高い発煙点と組み合わさ
れたこの同等またはより良い性能、および食品等級である状態は、ペーパーコー
チング添加剤に予期せぬ利益の組み合わせを与える。
【００２２】 例７ 例１で製造したエマルジョンのサンプルを脱イオン化水中で０．３％の濃度
に希釈し、そして１週間放置した。該サンプルは分散したままであり、“オイル
アウト（油分離）”したり、層を形成したり、また容器の側面に蓄積することは
なかった。同じエマルジョンを硝酸カルシウムの０．５％溶液中で０．２５％に
希釈した。これもまた１週間分散したままであった。
【００２３】 上記と対照的に、レシチン／オレイン酸エマルジョンを脱イオン化水中で０
．２５％に希釈した。これは１日以内に分離しそして表面に層を形成した。同じ
レシチン／オレイン酸エマルジョンを０．５％硝酸カルシウム中で０．３％に希
釈した。これは分離しそして容器の側面に油状残渣を形成した。
【００２４】 例８ 一連のコーチング配合物をテストして、例１の潤滑剤の粘度および高剪断粘
度性能を、ステアリン酸カルシウムおよび潤滑剤を用いないコーチングと比較し
て評価した。
【００２５】
【表３】 ブルックフィールド粘度測定は、例１の潤滑剤の低いコーチング粘度を示す
。より低い粘度により、シートへのコーチングの塗布がより容易になることによ
りコーチングの塗布が改善されるか、または低い粘度は乾燥工程での水分除去を
より少なくするために固体を増加させるのに用いることができる。
【００２６】 ハーキュレス高剪断粘度は、素早く移動する紙ウェブにコーチングを適用す
る場合に見られる高剪断条件下で遭遇するであろうコーチング配合物のレオロジ
ーをテストする。例１の潤滑剤を用いたコーチングの低い高剪断粘度は、高剪断
下でより容易にかつ均一にコーチングが適用されることを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トンプソン，ノーラン アメリカ合衆国 サウスカロライナ州 29732 ロツク ヒル ヒルデール ドラ イブ 2264 Ｆターム(参考） 4L055 AG27 AG43 AG48 AG63 AG76 AG89 AG97 AH38 AJ04 BE02 BE08 BE20 EA20 EA32 FA19 FA30 GA05 GA19

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水、顔料、結合剤および潤滑剤を含み、該潤滑剤が疎水性
    且つ非イオン性である植物油トリグリセリドを含む、水性の紙および板紙用コー
    チング組成物。
  2. 【請求項２】 上記植物油が乳化されている請求項１記載の組成物。
  3. 【請求項３】 上記トリグリセリドが親油性澱粉誘導体を用いて水中に乳
    化されている請求項２記載の組成物。
  4. 【請求項４】 上記植物油トリグリセリドが少なくとも９０％の未変性ト
    リグリセリドおよび５％未満の遊離脂肪酸を含む請求項３記載の組成物。
  5. 【請求項５】 上記植物油トリグリセリドが低くとも３５０゜Ｆの発煙点
    を有する植物油である請求項４記載の組成物。
  6. 【請求項６】 上記潤滑剤が少なくとも３５％の固体含有率を有する請求
    項５記載の組成物。
  7. 【請求項７】 上記潤滑剤がコーチング組成物の０．０３から２％含まれ
    る請求項６記載の組成物。
  8. 【請求項８】 上記澱粉誘導体がワックス性で親油性に変性された多糖類
    である請求項４記載の組成物。
  9. 【請求項９】 乳化された上記潤滑剤の固体部分が３０から９７％の植物
    油トリグリセリドおよび３から７０％の澱粉誘導体を含む請求項４記載の組成物
    。
  10. 【請求項１０】 上記植物油トリグリセリドが少なくとも９９．９％の未
    変性トリグリセリドおよび０．０５％未満の遊離脂肪酸を含む請求項９記載の組
    成物。
  11. 【請求項１１】 上記潤滑剤が４５から５５％の固体含有率を有する請求
    項１０記載の組成物。
  12. 【請求項１２】 上記１枚の紙または板紙に水、顔料、結合剤および疎水
    性且つ非イオン性の植物油トリグリセリドを含有する潤滑剤を含む水性コーチン
    グ組成物を均一に塗布し； コーチングされた紙または板紙を乾燥し；そして 乾燥した紙または板紙をカレンダリングすること、 を特徴とする紙および板紙のコーチング方法。
  13. 【請求項１３】 上記植物油が乳化されている請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】 上記トリグリセリドが親油性澱粉誘導体を用いて水中に
    乳化されている請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 上記植物油トリグリセリドが少なくとも９０％の未変性
    トリグリセリドおよび５％未満の遊離脂肪酸を含む請求項１４記載の方法。
  16. 【請求項１６】 上記植物油トリグリセリドが低くとも３５０゜Ｆの発煙
    点を有する植物油である請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 上記潤滑剤が少なくとも３５％の固体含有率を有する請
    求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 上記潤滑剤がコーチング組成物の０．０３から２％含ま
    れる請求項１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】 上記澱粉誘導体がワックス性であり且つ親油性変性され
    た多糖類である請求項１４記載の方法。
  20. 【請求項２０】 乳化された上記潤滑剤の固体部分が３０から９７％の植
    物油トリグリセリドおよび３から７０％の澱粉誘導体を含む請求項１５記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 上記植物油トリグリセリドが少なくとも９９．９％の未
    変性トリグリセリドおよび０．０５％未満の遊離脂肪酸を含む請求項２０記載の
    方法。
  22. 【請求項２２】 上記潤滑剤が４５から５５％の固体含有率を有する請求
    項２１記載の方法。
  23. 【請求項２３】 低くとも３５０゜Ｆの温度でカレンダリングを実施する
    請求項１６記載の方法。
JP2000544871A 1998-04-23 1999-03-11 紙コーチング用潤滑剤 Pending JP2002512321A (ja)

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