JP2009540137A - Method for making paper using cationic amylopectin starch - Google Patents
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Abstract
本発明は製紙の分野に関する。より詳細には、本発明は、製紙におけるベッセルピッキング現象を減少させる方法に関する。本発明にしたがって、紙パルプ、すなわちウェットエンドにおいてカチオン性アミロペクチンデンプンを使用することにより、驚くべきことにベッセルピッキングの問題が有意に減少され得ることが見出された。The present invention relates to the field of papermaking. More particularly, the present invention relates to a method for reducing vessel picking phenomena in papermaking. In accordance with the present invention, it has been surprisingly found that the use of cationic amylopectin starch in paper pulp, ie, the wet end, can significantly reduce vessel picking problems.
Description
本発明は製紙の分野に関する。より詳細には、本発明は、ユーカリなどの広葉樹パルプからの製紙における改善に関する。 The present invention relates to the field of papermaking. More particularly, the present invention relates to improvements in papermaking from hardwood pulp such as eucalyptus.
過去何年かにわたって、ユーカリパルプは、木の生長の急速な速度の長所、ならびにシートの均一性および印刷適性に対する利点により、製紙において目立つようになってきた。これは、印刷および筆記グレードの紙だけでなく、白い表面の外装用ライナーにも及ぶ。グランディスユーカリ（E. grandis）およびグロブルスユーカリ（E. globulus）などのユーカリは、一般にイベリア半島およびラテンアメリカに関連している。世界の他の地域には、ハンノキ、アカシア、カバノキ、およびオークなどの土着の種を使用するための物流戦略的な確かな理由が存在する。 Over the past few years, eucalyptus pulp has become prominent in papermaking due to the rapid rate advantage of tree growth and the advantages to sheet uniformity and printability. This extends not only to printing and writing grade paper, but also to white surface exterior liners. Eucalyptus, such as Grandis Eucalyptus (E. grandis) and Globus Eucalyptus (E. globulus), are generally associated with the Iberian Peninsula and Latin America. In other parts of the world, there are good logistics strategic reasons for using native species such as alder, acacia, birch and oak.
すべての広葉樹は、木材においていくつかの共通する構造的特性、もっとも著しくは導管（ベッセル）を有し、この導管は幹を通って分岐して送水管として働き、水を根から木の他の部分へ分配する。導管は通常、繊維よりもずっと幅が広く、製紙において導管により引き起こされる問題の多くの原因である。完成紙料における広葉樹導管の封入は、多くの広葉樹パルプ、特にユーカリを用いたものにおいていくつかの重大な印刷品質の問題を引き起こしている。 All hardwoods have some common structural characteristics in wood, most notably the vessel (the vessel), which branches through the trunk and acts as a water pipe, with water flowing from the root to the other of the tree Distribute into parts. The conduit is usually much wider than the fiber and is a source of many of the problems caused by the conduit in papermaking. Encapsulation of hardwood conduits in furnishes has caused some serious print quality problems in many hardwood pulps, especially those using eucalyptus.
これらのパルプが最初に市場に導入された際、完成紙料においてそれらが使用されたコーティングされていない紙は、シートの表面由来のベッセルピッキング（vessel picking）に悩まされた。ピッキングは紙の表面を損傷するだけでなく、印刷機のブランケット上に蓄積し、運転の中間で洗浄のための停止を必要として印刷業者の時間をロスした。紙表面へのコーティングの接着を局所的に弱くすることによって、コーティングされたグレード上で導管が引き起こす引き抜き（pull-out）の危険性もあった。 When these pulps were first introduced to the market, the uncoated papers in which they were used in the furnish suffered vessel picking from the surface of the sheet. Picking not only damaged the surface of the paper, but also accumulated on the blanket of the printing press, requiring a stop for cleaning in the middle of the run, and lost printer time. There was also a risk of pull-out caused by the conduit on the coated grade by locally weakening the adhesion of the coating to the paper surface.
そのうちに製紙業者が、多くの場合は改良された表面サイジングによって、問題を阻止するための種々の試みを行い、ベッセルピッキングについての印刷業者からの要求を時には許容できるレベルに減少させることができた。しかしながら、改良された表面サイジングは広葉樹パルプの価格の利点を部分的に無効にした。 Over time, papermakers have made various attempts to stop the problem, often with improved surface sizing, and have been able to reduce the printer's demand for vessel picking to an acceptable level at times. . However, the improved surface sizing partially negated the hardwood pulp price advantage.
さらに、過去4〜5年間に、5色または6色を印刷する新世代の印刷機と共にオフセット印刷機速度が増加してきたため、問題は再出現し、かつより悪い形にある。ベッセルピッキングは別として、コーティングされていない紙におけるインク拒絶の発生が前面に現れてきた。インク拒絶は、印刷された紙を顕微鏡下で検査した際に導管がまだ明らかに存在する場所で白いスポットとして現れる。ピッキングは導管の他の繊維および微粒子への弱い結合を意味するが、オフセットリト印刷機におけるインク拒絶は、インクの転移を減少させる低い表面エネルギー（不十分な湿潤性）および／または圧縮率における局所的変化を意味する。 Furthermore, as the offset press speed has increased over the past 4-5 years with a new generation of presses that print 5 or 6 colors, the problem has reappeared and is in a worse form. Aside from vessel picking, the occurrence of ink rejection in uncoated paper has emerged in the foreground. Ink rejection appears as a white spot where the conduit is still clearly present when the printed paper is examined under a microscope. Picking means a weak bond of the conduit to other fibers and particulates, but ink rejection in offset lithographic presses is a low surface energy (insufficient wetting) that reduces ink transfer and / or locality at compressibility. Change.
本発明にしたがって、紙パルプ、すなわちウェットエンドにおいて特定のデンプンを使用することにより、驚くべきことにベッセルピッキングの問題が有意に減少され得ることが見出された。結果として、以前に必要であった、より高価かつ入念な表面サイジングの適合は過去のものとなった。ある特定の環境の下では、表面サイジングは完全に省略されてもよく、またはコーティング前の操作によって代替され得る。 In accordance with the present invention, it has been surprisingly found that the use of specific starches in the paper pulp, ie, the wet end, can significantly reduce the vessel picking problem. As a result, the more expensive and elaborate surface sizing adaptations previously required were a thing of the past. Under certain circumstances, surface sizing may be omitted altogether or may be replaced by pre-coating operations.
また、本発明の結果は、ユーカリなどの広葉樹のより多い量がどのような強度またはベッセルピッキングの問題にも遭遇することなくパルプにおいて使用され得ることであり、品質に影響を及ぼすことなく生産された紙の価格を相当低下させ得る。 The result of the present invention is also that a greater amount of hardwood such as eucalyptus can be used in the pulp without encountering any strength or vessel picking problems and is produced without affecting quality. The price of the paper can be considerably reduced.
ウェットエンドにおいて特定のデンプンを使用することによって言及されるように、本発明のこれらおよび他の利点が達成される。本発明により使用される特定のデンプンは、カチオン性アミロペクチンデンプンである。 These and other advantages of the present invention are achieved, as noted by using specific starches in the wet end. The particular starch used according to the invention is a cationic amylopectin starch.
製紙におけるカチオン性デンプンの使用は以前に記載されている。 The use of cationic starch in papermaking has been described previously.
例えば、米国特許第2,935,436号は、非カチオン性デンプンの代わりのカチオン性デンプンの使用と多数の利点が関連していることを開示する。これらの利点の例は、デンプン、充填剤、および色素の増加した保持、増加した紙の強度（破裂強度、破壊強度、折りたたみ強度）、ならびにより低い用量である。 For example, US Pat. No. 2,935,436 discloses that a number of advantages are associated with the use of cationic starch instead of non-cationic starch. Examples of these benefits are increased retention of starch, fillers and pigments, increased paper strength (burst strength, breaking strength, folding strength), and lower doses.
さらに、欧州特許出願第0 703 314号は、カチオン性アミロペクチンジャガイモデンプンが、任意で他の添加物に加えて、セルロース繊維の水性溶液に添加される、紙を製造するための方法であって、その後に従来の様式でこの懸濁液から紙を形成するための方法を開示する。通常のアミロペクチン含量を有するカチオン性ジャガイモデンプンまたはモチトウモロコシ（waxy maize）デンプンの使用と比較した際に、紙の強度への悪影響なくカチオン性アミロペクチンジャガイモデンプンを使用することによって、より多い量の充填剤が紙に組み込まれ得ることが記載されている。 In addition, European Patent Application No. 0 703 314 is a method for making paper in which cationic amylopectin potato starch is added to an aqueous solution of cellulose fibers, optionally in addition to other additives, A method for forming a paper from this suspension in a conventional manner is then disclosed. Higher amount of filler by using cationic amylopectin potato starch without adversely affecting the strength of paper when compared to the use of cationic potato starch or waxy maize starch with normal amylopectin content Can be incorporated into paper.
米国特許第5,635,028号は、カチオン性デンプン、カルボキシメチルセルロース、および結合阻害剤がクレープ促進組成物として使用される、柔らかいクレープティッシュペーパーを作製するための過程を開示する。生産されたクレープ紙は、トイレットティッシュまたは顔用ティッシュペーパーとして使用されるよう意図され、その上に印刷するには不適切である。ベッセルピッキングの問題はそのようなクレープ紙においては役割を果たさない。また、クレープ紙は従来、表面サイジングには供されない。 US Pat. No. 5,635,028 discloses a process for making a soft crepe tissue paper in which cationic starch, carboxymethylcellulose, and a binding inhibitor are used as a crepe promoting composition. The produced crepe paper is intended to be used as toilet tissue or facial tissue and is not suitable for printing on it. The problem of vessel picking does not play a role in such crepe paper. Also, crepe paper is not conventionally subjected to surface sizing.
大部分のデンプンの種類は、2種類のグルコースポリマーが存在する顆粒からなる。これらはアミロース（乾燥物質で15〜35重量％）およびアミロペクチン（乾燥物質で65〜85重量％）である。アミロースは、デンプンの種類に依存して1000〜5000の平均重合度を有する非分岐またはわずかに分岐した分子からなる。アミロペクチンは、1,000,000以上の平均重合度を有する非常に大きな高度に分岐した分子からなる。商業的に最も重要なデンプンの種類（トウモロコシデンプン、ジャガイモデンプン、コムギデンプン、およびタピオカデンプン）は、15〜30重量％のアミロースを含む。 Most starch types consist of granules in which there are two types of glucose polymers. These are amylose (15-35% by weight of dry substance) and amylopectin (65-85% by weight of dry substance). Amylose consists of unbranched or slightly branched molecules with an average degree of polymerization of 1000 to 5000, depending on the type of starch. Amylopectin consists of very large, highly branched molecules with an average degree of polymerization of over 1,000,000. The most commercially important starch types (corn starch, potato starch, wheat starch, and tapioca starch) contain 15-30% by weight amylose.
オオムギ、トウモロコシ、キビ、コムギ、ミロ、コメ、およびソルガムなどのいくつかの穀類の種類の中には、デンプン粒がほぼ完全にアミロペクチンからなる品種が存在する。これらのデンプン粒は、乾燥物質で重量％として計算すると、95％より多い、通常は98％より多いアミロペクチンを含む。したがって、これらの穀類デンプン粒のアミロース含量は、5％未満、通常は2％未満である。上記の穀類の品種はモチ性穀物とも称され、それらから単離されたアミロペクチンデンプン粒はモチ性穀類デンプンとも称される。 Among several cereal types such as barley, corn, millet, wheat, milo, rice, and sorghum, there are varieties whose starch granules are almost entirely composed of amylopectin. These starch granules contain more than 95%, usually more than 98% amylopectin, calculated as% dry matter. The amylose content of these cereal starch grains is therefore less than 5%, usually less than 2%. The above cereal varieties are also referred to as waxy cereals and the amylopectin starch granules isolated therefrom are also referred to as waxy cereal starches.
様々な穀類の状況と対照的に、デンプン粒がほぼ排他的にアミロペクチンからなる根および塊茎の品種は天然において知られていない。例えば、ジャガイモの塊茎から単離されたジャガイモデンプン粒は、通常、約20％のアミロースおよび80％のアミロペクチン（乾燥物質での重量％）を含む。しかしながら、過去15年の間、ジャガイモの塊茎において95重量％より多い（乾燥物質で）アミロペクチンからなるデンプン粒を形成するジャガイモ植物を遺伝子改変により栽培する成功裡の努力がなされてきた。実質的にアミロペクチンのみを含むジャガイモの塊茎を生産することが可能であることさえも見出されている。 In contrast to various cereal situations, root and tuber varieties whose starch granules consist almost exclusively of amylopectin are not known in nature. For example, potato starch granules isolated from potato tubers typically contain about 20% amylose and 80% amylopectin (wt% on dry matter). However, during the past 15 years, there has been a successful effort to genetically modify potato plants that form starch granules consisting of more than 95% by weight (in dry matter) of amylopectin in potato tubers. It has even been found that it is possible to produce potato tubers containing substantially only amylopectin.
デンプン粒の形成において、様々な酵素が触媒的に活性である。これらの酵素の中で、顆粒結合性デンプン合成酵素（GBSS）がアミロースの形成に関与する。GBSS酵素の存在は、該GBSS酵素をコードする遺伝子の活性に依存する。これらの特異的な遺伝子の発現の除去または阻害は、GBSS酵素の産生を予防または制限させる。これらの遺伝子の除去は、ジャガイモ植物材料の遺伝子改変または劣性変異によって実現され得る。それらの例は、GBSS遺伝子における劣性変異によってデンプンが実質的にアミロペクチンのみを含むジャガイモのアミロースフリー変異体(amf)である。本変異技術は、とりわけ、J.H.M. Hovenkamp-Hermelink et al., “Isolation of amylose-free starch mutant of the potato (Solanum tuberosum L.)”, Theor. Appl. Gent., (1987), 75:217-221、およびE. Jacobsen et al., “Introduction of an amylose-free (amf) mutant into breeding of cultivated potato, Solanum tuberosum L., Euphytica, (1991), 53:247-253に記載されている。 Various enzymes are catalytically active in the formation of starch granules. Among these enzymes, granule-bound starch synthase (GBSS) is involved in amylose formation. The presence of GBSS enzyme depends on the activity of the gene encoding the GBSS enzyme. Removal or inhibition of the expression of these specific genes prevents or limits the production of GBSS enzymes. Removal of these genes can be achieved by genetic modification or recessive mutation of potato plant material. Examples of these are potato amylose-free mutants (amf) in which the starch contains substantially only amylopectin due to a recessive mutation in the GBSS gene. This mutation technique is described, inter alia, by JHM Hovenkamp-Hermelink et al., “Isolation of amylose-free starch mutant of the potato (Solanum tuberosum L.)”, Theor. Appl. Gent., (1987), 75: 217-221. And E. Jacobsen et al., “Introduction of an amylose-free (amf) mutant into breeding of cultivated potato, Solanum tuberosum L., Euphytica, (1991), 53: 247-253.
ジャガイモにおけるGBSS遺伝子の発現の除去または阻害はまた、いわゆるアンチセンス阻害を用いることによっても可能である。ジャガイモのこの遺伝子改変は、R.G.F. Visser et al., “Inhibition of the expression of the gene for granule-bound starch synthase in potato by antisense constructs”, Mol. Gen. Genet., (1991), 225:289-296に記載されている。 Removal or inhibition of GBSS gene expression in potato is also possible by using so-called antisense inhibition. This genetic modification of potato is described in RGF Visser et al., “Inhibition of the expression of the gene for granule-bound starch synthase in potato by antisense constructs”, Mol. Gen. Genet., (1991), 225: 289-296. It is described in.
遺伝子改変を用いることによって、デンプン粒がほとんどまたは全くアミロースを含まない根および塊茎、例えば、ジャガイモ、ヤムイモ、またはキャッサバ（南アフリカ特許第97/4383号）を栽培しかつ繁殖させることが可能であることが見出されている。本明細書において言及されるとき、アミロペクチン‐ジャガイモデンプンとは、ジャガイモの塊茎から単離され、かつ乾燥物質に基づいて少なくとも95重量％のアミロペクチン含量を有するジャガイモデンプン粒である。 By using genetic modification, roots and tubers with little or no starch in amylose can be cultivated and propagated, eg, potato, yam, or cassava (South African Patent No. 97/4383) Has been found. As referred to herein, amylopectin-potato starch is a potato starch granule isolated from potato tubers and having an amylopectin content of at least 95% by weight, based on dry matter.
生産可能性および特性の点では、一方のアミロペクチン‐ジャガイモデンプンと他方のモチ性穀類デンプンとの間には有意な差異が存在する。これは、他を引き離して商業的に最も重要なモチ性穀類デンプンであるモチトウモロコシデンプンに特に当てはまる。モチトウモロコシデンプンの生産に適するモチトウモロコシの栽培は、オランダ、ベルギー、イギリス、ドイツ、ポーランド、スウェーデン、およびデンマークなどの冷涼なまたは温和な気候を有する国においては商業的に適していない。しかしながら、これらの国における気候はジャガイモの栽培に適している。キャッサバから取得されるタピオカデンプンは、東南アジアおよび南アメリカの地域に見られるような温暖な気候を有する国において生産され得る。 In terms of productivity and properties, there is a significant difference between one amylopectin-potato starch and the other waxy cereal starch. This is especially true for waxy corn starch, which is the most commercially important waxy cereal starch, apart from others. The cultivation of waxy corn suitable for the production of waxy corn starch is not commercially suitable in countries with cool or mild climates such as the Netherlands, Belgium, United Kingdom, Germany, Poland, Sweden, and Denmark. However, the climate in these countries is suitable for potato cultivation. Tapioca starch obtained from cassava can be produced in countries with warm climates such as those found in Southeast Asia and South America.
アミロペクチン‐ジャガイモデンプンおよびアミロペクチン‐タピオカデンプンなどの根および塊茎デンプンの組成および特性は、モチ性穀類デンプンのものとは異なる。アミロペクチン‐ジャガイモデンプンはモチ性穀類デンプンよりもずっと少ない含量の脂質およびタンパク質を有する。モチ性穀類デンプン産物（天然および改良された）を用いる際に脂質および／またはタンパク質のために起こり得る臭気および発泡に関する問題は、対応するアミロペクチン‐ジャガイモデンプン産物を用いる際には起きないか、または起きても程度がずっと低い。モチ性穀類デンプンと対照的に、アミロペクチン‐ジャガイモデンプンは化学的に結合したリン酸基を含む。結果として、溶解状態におけるアミロペクチン‐ジャガイモデンプン産物は独特な多価電解質特性を有する。 The composition and properties of root and tuber starches such as amylopectin-potato starch and amylopectin-tapioca starch are different from those of waxy cereal starches. Amylopectin-potato starch has a much lower content of lipids and proteins than waxy cereal starches. Odor and foaming problems that may occur due to lipids and / or proteins when using waxy cereal starch products (natural and improved) do not occur when using the corresponding amylopectin-potato starch product, or Even if you get up, it is much less. In contrast to waxy cereal starch, amylopectin-potato starch contains chemically bound phosphate groups. As a result, the amylopectin-potato starch product in the dissolved state has unique polyelectrolyte properties.
本発明は、一方で穀類および果実源、他方で根および塊茎源から取得されたカチオン性デンプンの使用を企図する。穀類デンプンの中で、モチトウモロコシデンプンが非常に適することが判明している。しかしながら、一般に根および塊茎デンプンがより好ましい。上記で示されてきたように、非常に低い含量の脂質および／またはタンパク質を有するデンプンを使用することが有利であることが多い。紙における強化剤としてのカチオン性アミロペクチン‐ジャガイモデンプンおよびアミロペクチン‐タピオカデンプンの使用は、特に強い紙シートをもたらすことが見出されている。 The present invention contemplates the use of cationic starch obtained on the one hand from cereal and fruit sources, on the other hand from root and tuber sources. Among cereal starches, waxy corn starch has been found to be very suitable. However, root and tuber starches are generally more preferred. As has been indicated above, it is often advantageous to use starch with a very low content of lipids and / or proteins. The use of cationic amylopectin-potato starch and amylopectin-tapioca starch as toughening agents in paper has been found to result in particularly strong paper sheets.
本発明にしたがって、アミロペクチンデンプンは、乾燥物質に基づいて95重量％より多い、好ましくは98重量％より多いアミロペクチンを含むデンプン粒から取得された、またはその形態におけるデンプンとして定義され、デンプン粒は、言及されたアミロペクチン含量を有して該デンプン粒が形成されるジャガイモの塊茎またはキャッサバの根などの植物源から単離される。 According to the invention, amylopectin starch is defined as starch obtained from or in starch form comprising more than 95% by weight, preferably more than 98% by weight of amylopectin, based on dry matter, Isolated from plant sources such as potato tubers or cassava roots where the starch granules are formed with the mentioned amylopectin content.
カチオン性デンプンを作製する方法はそれ自体が公知であり、例えば、O.B. Wurzburg (Ed.): Modified Starches: Properties and Uses, CRC Press Inc., Boca Raton, Florida, 1986, pp. 113-130の本の中のD.B. Solarek: Cationic Starchesにより説明されている。この本に記載されている方法はまた、原料として特定の選択された植物源のアミロペクチンデンプンを用いることによるカチオン性アミロペクチンデンプンの調製のために使用され得る。 Methods for making cationic starch are known per se, for example the book of OB Wurzburg (Ed.): Modified Starches: Properties and Uses, CRC Press Inc., Boca Raton, Florida, 1986, pp. 113-130. Explained by DB Solarek: Cationic Starches. The method described in this book can also be used for the preparation of cationic amylopectin starch by using a specific selected plant source amylopectin starch as a raw material.
本発明によると、電気的に正に帯電した4級アンモニウム基を含むカチオン性アミロペクチンデンプンを使用することが好ましい。カチオン化反応の前、後、または間に、アミロペクチンデンプンは追加的に、物理的、化学的、および／または酵素的に改変されてもよい。本発明はまた、これらの追加的に改変されたアミロペクチンデンプンの使用も包含する。本発明により使用されるカチオン性アミロペクチンデンプンの置換度（DS）は、好ましくは0.005〜0.5の間、より好ましくは0.01〜0.2の間である。幅広い種類のアンモニウム化合物、好ましくは4級の化合物が、本発明にしたがう使用のためのカチオン性アミロペクチンデンプンの調製において採用され得るが、アミロペクチンデンプンを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ライドまたは2,3-エポキシプロピル-トリメチルアンモニウムクロライドで処理することによってカチオン性アミロペクチンデンプンを調製することが好ましい。 According to the present invention, it is preferred to use a cationic amylopectin starch containing an electrically positively charged quaternary ammonium group. Before, after or during the cationization reaction, the amylopectin starch may additionally be physically, chemically and / or enzymatically modified. The invention also encompasses the use of these additional modified amylopectin starches. The degree of substitution (DS) of the cationic amylopectin starch used according to the invention is preferably between 0.005 and 0.5, more preferably between 0.01 and 0.2. A wide variety of ammonium compounds, preferably quaternary compounds, may be employed in the preparation of cationic amylopectin starch for use in accordance with the present invention, but amylopectin starch may be 3-chloro-2-hydroxypropyl-trimethylammonium chloride or It is preferred to prepare cationic amylopectin starch by treatment with 2,3-epoxypropyl-trimethylammonium chloride.
使用されるカチオン性デンプンの量は、使用されるパルプの種類、作業条件、および所望の紙の特性に依存すると考えられる。乾燥物質の紙パルプに対して計算して、好ましくは0.05〜10重量％、より好ましくは0.1〜2重量％の乾燥物質のカチオン性アミロペクチンデンプンが使用される。 The amount of cationic starch used will depend on the type of pulp used, the working conditions, and the desired paper properties. Preferably 0.05 to 10%, more preferably 0.1 to 2% by weight of dry matter cationic amylopectin starch is used, calculated on dry matter paper pulp.
カチオン性アミロペクチンデンプンを好ましくは最初に水中でゼラチン化する。結果として生じたデンプン溶液を、任意で更なる希釈後に、パルプの塊に添加する。しかしながら、予めゼラチン化した冷たい可溶性カチオン性アミロペクチンデンプンを、乾燥産物としてまたは水に溶解後いずれかに、パルプの塊と混合することも可能である。 The cationic amylopectin starch is preferably first gelatinized in water. The resulting starch solution is added to the pulp mass, optionally after further dilution. However, it is also possible to mix the pre-gelatinized cold soluble cationic amylopectin starch with the pulp mass, either as a dry product or after dissolving in water.
本発明は特に、ベッセルピッキングが問題である紙の製造を対象とする。これらは従来的に表面サイジングされる紙の種類である。紙の一つの好ましい部類は、シートオフセットまたは輪転オフセット（roto-offset）印刷過程において油を含有するインクを用いて印刷するよう意図される枚葉紙である。そのような油を含有するインクは高い粘着性（粘度）を有し、印刷の間に大きな力が紙の上に及ぼされることを必要とする。対照的に、クレープ紙は高い粘着性を有するインクを用いて印刷するには適さない。クレープ紙は従来、表面サイジングされない。 The present invention is particularly directed to paper manufacture where vessel picking is a problem. These are the types of paper that are conventionally surface-sized. One preferred class of paper is a sheet of paper that is intended to be printed with an oil-containing ink in a sheet offset or roto-offset printing process. Such oil-containing inks have high tack (viscosity) and require that a large force be exerted on the paper during printing. In contrast, crepe paper is not suitable for printing with highly viscous inks. Crepe paper is conventionally not surface sized.
カチオン性アミロペクチンデンプンは、製紙過程における任意の時点で添加され得る。例えば、ヘッドボックス（head box）、ホランダー（Hollander）、ヒドロパルパー（hydropulper）、またはダスティングボックス（dusting box）中に配置される間にパルプに添加され得る。所望の場合、カチオン性アミロペクチンデンプンに加えてアニオン性デンプンもパルプに添加され得る。 Cationic amylopectin starch can be added at any point in the papermaking process. For example, it can be added to the pulp while it is placed in a head box, Hollander, hydropulper, or dusting box. If desired, in addition to the cationic amylopectin starch, anionic starch can also be added to the pulp.
上記で言及したように、本発明は、広葉樹から調製されたパルプの使用に関連した問題を特に扱う。したがって、乾燥物質に基づいて少なくとも5重量％の広葉樹パルプを含むパルプが製紙に使用されることが、本発明によると好ましい。より好ましくは、パルプは、乾燥物質に基づいて少なくとも10重量％、より好ましくは少なくとも15重量％、さらにより好ましくは少なくとも20重量％の広葉樹パルプを含む。高度に好ましい態様において、パルプは、乾燥物質に基づいて30〜70重量％の間の広葉樹パルプを含む。広葉樹の適当な源は、オーク、カエデ、ポプラ、ニレ、ユーカリ、アスペン、ヒロハハコヤナギ（balsam cottonwood）、およびアカシアである。好ましい態様において、広葉樹パルプは、オーク、ユーカリ、またはMTH（すなわち、混合熱帯広葉樹）由来である。より好ましい態様において、広葉樹パルプはユーカリ由来である。パルプが完全には広葉樹由来でない場合、パルプの残りは、トウヒ、マツ、およびカラマツなどの種々の針葉樹源由来であってもよい。 As mentioned above, the present invention specifically addresses the problems associated with the use of pulp prepared from hardwood. Therefore, it is preferred according to the invention that pulp containing at least 5% by weight of hardwood pulp based on dry matter is used for papermaking. More preferably, the pulp comprises at least 10 wt% hardwood pulp based on dry matter, more preferably at least 15 wt%, and even more preferably at least 20 wt%. In a highly preferred embodiment, the pulp comprises between 30-70% by weight hardwood pulp based on dry matter. Suitable sources of hardwood are oak, maple, poplar, elm, eucalyptus, aspen, balsam cottonwood, and acacia. In preferred embodiments, the hardwood pulp is derived from oak, eucalyptus, or MTH (ie, mixed tropical hardwood). In a more preferred embodiment, the hardwood pulp is derived from eucalyptus. If the pulp is not entirely from hardwood, the remainder of the pulp may be from various coniferous sources such as spruce, pine, and larch.
製造された紙の表面処理がより低い程度で実施されてもよいか、または全く省略され得ることが本発明の利点の一つである。表面サイジングまたはコーティングなどの紙シートの表面処理は、製造される紙のベッセルピッキング耐性を増加させるために従来使用されてきた。典型的に、そのような表面処理はデンプンの使用を含む。 It is an advantage of the present invention that the surface treatment of the produced paper may be performed to a lesser extent or may be omitted altogether. Surface treatment of paper sheets, such as surface sizing or coating, has been conventionally used to increase the vessel picking resistance of the paper produced. Typically, such surface treatment involves the use of starch.
表面処理デンプンの通常の用量レベルは、シート重量に基づいて5〜10重量％である。100 g/m2の最終的なシート重量にとって、これは紙シートの各側面上における2.5〜5 gデンプンのデンプンピックアップ（starch pick-up）を意味する。本発明にしたがい製紙のウェットエンドにおいてカチオン性アミロペクチンデンプンを使用すると、紙の改善されたベッセルピッキング耐性のために、表面処理におけるデンプンピックアップが10〜40％減少され得る。したがって、本発明にしたがって紙を製造するための過程中の表面処理におけるデンプンピックアップは、シート重量に基づいて0.5〜6重量％、好ましくはシート重量に基づいて1〜4重量％と低くあり得る。 A typical dose level for surface treated starch is 5-10% by weight based on the sheet weight. For a final sheet weight of 100 g / m 2 this means a starch pick-up of 2.5-5 g starch on each side of the paper sheet. Using cationic amylopectin starch in the wet end of papermaking according to the present invention, starch pick-up in the surface treatment can be reduced by 10-40% due to the improved resistance to paper vessel picking. Thus, the starch pick-up in the surface treatment during the process for producing paper according to the invention can be as low as 0.5-6% by weight based on the sheet weight, preferably 1-4% by weight based on the sheet weight.
デンプンピックアップにおける減少は、最終的なシート重量における減少をもたらすと考えられる。シート重量におけるこの減損は、表面処理形成における色素の添加によって補償され得る。有利には、色素を表面処理デンプンに置換することによって、価格競争における全体的な低減が達成される。 It is believed that the reduction in starch pickup results in a reduction in the final sheet weight. This loss in sheet weight can be compensated by the addition of dye in the surface treatment formation. Advantageously, an overall reduction in price competition is achieved by replacing the pigment with surface-treated starch.
本発明は次に、以下の非限定的な実施例によって説明される。 The invention will now be illustrated by the following non-limiting examples.
実施例1
本実施例においては、4級アンモニウム置換基(置換度0.035)を含む以下の2種類のカチオン性デンプン産物を、紙の製造のためのウェットエンド添加物として使用した。
A．カチオン性ジャガイモデンプン（乾燥物質の重量で約20％のアミロースを含む、Amylofax PW）
B．カチオン性アミロペクチンジャガイモデンプン（本発明にしたがって、乾燥物質の重量で約2％のアミラーゼを含む、PR0602A）
Example 1
In this example, the following two cationic starch products containing quaternary ammonium substituents (substitution degree 0.035) were used as wet end additives for paper manufacture.
A. Cationic potato starch (Amylofax PW containing approximately 20% amylose by weight of dry matter)
B. Cationic amylopectin potato starch (according to the invention, containing about 2% amylase by weight of dry matter, PR0602A)
カチオン性デンプン産物を水中でスラリーにして、重量で10％のデンプンを有するデンプン懸濁液を形成した。本懸濁液を蒸気でゼラチン化した。取得されたデンプン溶液を水で希釈して乾燥物質の重量で1％にした。 The cationic starch product was slurried in water to form a starch suspension with 10% starch by weight. This suspension was gelatinized with steam. The obtained starch solution was diluted with water to 1% by weight of dry matter.
試験パルプは、38％の長繊維、28％の短繊維（ユーカリ）、および34％のCTMPの混合物から構成されていた。紙シートにおいて16％の最終的な灰含量を得るために、炭酸カルシウムを充填剤として添加した。添加したカチオン性デンプンの量は重量で1.0％（乾燥物質）であった。ハンドシートフォーマー（hand sheet former）を用いて試験パルプからハンドシート（シート重量80 g/m2）を作製した。ハンドシートを重量で7％の水分含量まで乾燥させた。 The test pulp consisted of a mixture of 38% long fibers, 28% short fibers (eucalyptus), and 34% CTMP. Calcium carbonate was added as a filler to obtain a final ash content of 16% in the paper sheet. The amount of cationic starch added was 1.0% (dry matter) by weight. A hand sheet (sheet weight 80 g / m 2 ) was prepared from the test pulp using a hand sheet former. The handsheet was dried to a moisture content of 7% by weight.
ベッセルピッキングの傾向は、Tappi Journal, July 1994, page 185に記載されているようなPrufbauドライピック試験を用いてリンティング（linting）を行うことによって測定した。試験インクは高い粘着性のインク（Huber 408004）であった。ベッセルピッキングの傾向は視覚的に評価した。結果を図1に示す。 The tendency for vessel picking was measured by linting using the Prufbau dry pick test as described in Tappi Journal, July 1994, page 185. The test ink was a highly viscous ink (Huber 408004). The tendency of vessel picking was assessed visually. The results are shown in Figure 1.
実施例2
本実施例においては、4級アンモニウム置換基（置換度0.035）を含む、実施例1において説明されたものと同じ2種類のカチオン性デンプン産物を使用した。
Example 2
In this example, the same two types of cationic starch products were used as described in Example 1, including a quaternary ammonium substituent (substitution degree 0.035).
試験パルプは、42％の長繊維、8％の短繊維（ユーカリ）、および50％のCTMPの混合物から構成されていた。紙シートにおいて16％の最終的な灰含量を得るために、炭酸カルシウムを充填剤として添加した。添加したカチオン性デンプンの量は重量で1.0％（乾燥物質）であった。ハンドシートフォーマーを用いて試験パルプからハンドシート（シート重量80 g/m2）を作製した。ハンドシートを重量で7％の水分含量まで乾燥させた。 The test pulp consisted of a mixture of 42% long fibers, 8% short fibers (eucalyptus), and 50% CTMP. Calcium carbonate was added as a filler to obtain a final ash content of 16% in the paper sheet. The amount of cationic starch added was 1.0% (dry matter) by weight. A hand sheet (sheet weight 80 g / m 2 ) was prepared from the test pulp using a hand sheet former. The handsheet was dried to a moisture content of 7% by weight.
ベッセルピッキングの傾向は、Tappi Journal, July 1994, page 185に記載されているようなPrufbauドライピック試験を用いてリンティングを行うことによって測定した。試験インクは高い粘着性のインク（Huber 408004）であった。ベッセルピッキングの傾向は視覚的に評価した。結果を図1に示す。 Vessel picking tendency was measured by linting using the Prufbau dry pick test as described in Tappi Journal, July 1994, page 185. The test ink was a highly viscous ink (Huber 408004). The tendency of vessel picking was assessed visually. The results are shown in Figure 1.
結論
両方のパルプ品質（すなわち、実施例1および2両方）について、通常のカチオン性ジャガイモデンプンと比較してカチオン性アミロペクチンジャガイモデンプンを使用した際に、ベッセルピッキングの傾向において著しい改善が観察される。
Conclusions For both pulp qualities (ie both Examples 1 and 2), a significant improvement in the tendency to vessel picking is observed when using cationic amylopectin potato starch compared to normal cationic potato starch.
実施例3
本実施例においては、4級アンモニウム成分（置換度0.035）を含む、実施例1において説明されたものと同じ2種類のカチオン性デンプン産物を使用した。パルプは、38％の長繊維、28％の短繊維（ユーカリ）、および34％のCTMPの混合物から構成されていた。紙シートにおいて10％の最終的な灰含量を得るために、炭酸カルシウムを充填剤として添加した。添加したカチオン性デンプンの量は重量で1.0％（乾燥物質）であった。
Example 3
In this example, the same two types of cationic starch products as described in Example 1 were used, including a quaternary ammonium component (degree of substitution 0.035). The pulp was composed of a mixture of 38% long fibers, 28% short fibers (eucalyptus), and 34% CTMP. To obtain a final ash content of 10% in the paper sheet, calcium carbonate was added as a filler. The amount of cationic starch added was 1.0% (dry matter) by weight.
通常の抄紙機を用いて400メートル／分の生産速度でパルプから紙シート（シート重量200 g/m2）を作製した。このように取得した紙シートをDixonサイズ印刷機を用いて50メートル／分の操作速度で表面サイジングした。 A paper sheet (sheet weight 200 g / m 2) was produced from pulp at a production rate of 400 meters / minute using a normal paper machine. The paper sheet thus obtained was surface-sized at an operation speed of 50 meters / minute using a Dixon size printing machine.
表面サイジングデンプンとして、Perfectamyl A4692（AVEBE）の水性溶液を4％、8％、および12％の濃度で利用した。様々な紙シートのデンプン含量を、デンプンのグルコースへの酵素的変換の後、Boehringerによるヘキソキナーゼ法を用いたグルコース測定によって測定した。ベッセルピッキングの傾向は、Tappi Journal, July 1994, page 185に記載されているようなPrufbauドライピック試験を用いたリンティング試験を行うことによって測定した。試験インクは高い粘着性のインク（Huber 408004）であった。ベッセルピッキングの傾向は視覚的に評価した。結果を以下の表に示す。
リンティング評価：1は非常に悪いことを意味し、10は優れていることを意味する。 Linting rating: 1 means very bad, 10 means good.
表に示された結果から、カチオン性アミロペクチンジャガイモデンプンについては、非常に良好なリンティング性能を得るために0.7％の表面サイジングデンプンしか必要とされないことが見られ得る。伝統的なカチオン性ジャガイモデンプンについては、同じリンティング性能を得るためにずっと多くの表面サイジングデンプンが必要とされる。 From the results shown in the table it can be seen that for cationic amylopectin potato starch only 0.7% surface sizing starch is required to obtain very good linting performance. For traditional cationic potato starch, much more surface-sized starch is required to obtain the same linting performance.
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