JP2011224477A - Method for dispersing flocculated powder of biopolymer nanoparticles - Google Patents

Method for dispersing flocculated powder of biopolymer nanoparticles Download PDF

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喜威 山田
Koji Okago
幸治 大篭
Steven Bloembergen
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide not only a method for efficiently and perfectly dispersing biopolymer nanoparticle powder being a form of flocculated matter of biopolymer nanoparticles but also printing coated paper suitable as a paper coating biolatex binder and having excellent printability by the coating with a dispersion.SOLUTION: A water dispersion of the biopolymer nanoparticles is prepared by stirring biopolymer nanoparticle flocculated powder in water with a temperature of 60°C or below by a mechanical mixer until the average particle size measured by a dynamic light scattering method of the biopolymer nanoparticle flocculated powder becomes 400-1,000 nm and further continuing stirring for 3 min or above to obtain a dispersion wherein the average particle size measured by the dynamic light scattering method is 50-400 nm. The printing coated paper coated with a coating solution based on pigment compounded with the biopolymer nanoparticle dispersion prepared by this method is provided.

Description

本発明は、バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体を、メカニカルミキサーによって、水に効率良くかつ完全に分散する方法、および、その分散液を配合した顔料を主成分とする塗工液を塗工した印刷用塗工紙に関する。   The present invention is a method for efficiently and completely dispersing agglomerated powder of biopolymer nanoparticles in water using a mechanical mixer, and a coating liquid containing a pigment containing the dispersion as a main component. It relates to coated paper for printing.

環境意識の高まりなどにより、近年、石油系の合成材料でなく、生分解性に優れたバイオ材料が注目を集めている。その中でも澱粉系材料を原料とするポリマーが接着剤として注目されている。   In recent years, not only petroleum-based synthetic materials but biomaterials with excellent biodegradability have attracted attention due to increasing environmental awareness. Among them, polymers made from starch-based materials are attracting attention as adhesives.

特許文献1には、押出プロセスによってバイオポリマーナノ粒子を調製する方法が記載されている。この場合、バイオポリマー、例えば、デンプンまたはデンプン誘導体またはそれらの混合物が、架橋剤の存在下、高剪断力のもとで処理される。特許文献1には、デンプンナノ粒子、前記ナノ粒子の水性分散物が記載され、さらに、水性媒体で膨潤し、浸漬後に低粘度の分散物となる上記プロセスで調製された押出物が記載されている。このようにして得られたデンプン粒子は、粒径分布が狭く、粒子径が400nmナノメートル未満、特に200nmナノメートル未満と記載されており、その粘度によってさらに特定されている。特許文献1では、デンプンナノ粒子について、接着剤用途を始めとする種々の用途が言及されているが、それらの用途は実証されておらず、また、具体的な開示はない。   Patent Document 1 describes a method of preparing biopolymer nanoparticles by an extrusion process. In this case, the biopolymer, such as starch or starch derivative or a mixture thereof, is treated under high shear in the presence of a crosslinking agent. Patent Document 1 describes starch nanoparticles, an aqueous dispersion of the nanoparticles, and an extrudate prepared by the above process that swells in an aqueous medium and becomes a low viscosity dispersion after immersion. Yes. The starch particles thus obtained have a narrow particle size distribution and are described as having a particle size of less than 400 nm nanometers, in particular less than 200 nm nanometers, and are further specified by their viscosity. Patent Document 1 mentions various uses of starch nanoparticles including adhesives, but these uses have not been demonstrated and there is no specific disclosure.

また、特許文献1に記載されたようなバイオポリマーナノ粒子については、以下のような用途が提案されている。すなわち、製紙用スラリーへのウェットエンド添加剤または紙の表面サイズ剤としての用途(特許文献2)、顔料塗工紙におけるバインダーとしての用途(特許文献3)、環境に優しい接着剤としての用途(特許文献4)、段ボール製造用接着剤としての用途(特許文献5)である。   Moreover, the following uses are proposed about the biopolymer nanoparticle as described in patent document 1. FIG. That is, use as a wet end additive or paper surface sizing agent in papermaking slurry (Patent Document 2), use as a binder in pigment coated paper (Patent Document 3), use as an environmentally friendly adhesive (Patent Document 3) Patent Document 4), application as a corrugated board manufacturing adhesive (Patent Document 5).

国際公開WO00/69916International Publication WO00 / 69916 米国特許第7160420号US Pat. No. 7,160,420 米国特許第6825252号US Pat. No. 6,825,252 米国特許第6921430号US Pat. No. 6,921,430 米国特許公開2004/0241382US Patent Publication 2004/0241382

本発明の課題は、バイオポリマーナノ粒子の凝集体の形態であるバイオポリマーナノ粒子粉体を、標準的な混合装置によって、効率良くかつ完全に水中に分散する方法を提供することであり、これは、紙塗工用バイオラテックスバインダーとして好適である。また、本発明の課題は、上記分散液を塗工することにより優れた印刷適性を備えた印刷用塗工紙を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for efficiently and completely dispersing a biopolymer nanoparticle powder in the form of an aggregate of biopolymer nanoparticles in water with a standard mixing device. Is suitable as a biolatex binder for paper coating. Moreover, the subject of this invention is providing the coating paper for printing provided with the outstanding printability by coating the said dispersion liquid.

特許文献1に記載されるようなバイオポリマーナノ粒子の凝集粉体は、それを完全かつ効率的に水中に分散することが難しく、技術の開発が望まれていた。   The agglomerated powder of biopolymer nanoparticles as described in Patent Document 1 is difficult to disperse in water completely and efficiently, and the development of technology has been desired.

本発明者は、上記課題について鋭意検討した結果、バイオナノ粒子の凝集粉体を特定の方法で分散することによって水中に良好に分散できることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明により、バイオポリマーナノ粒子の水分散液の調製方法であって、メカニカルミキサーによって60℃以下の水中でバイオポリマーナノ粒子凝集粉体を、動的光散乱法で測定した平均粒子径が400〜1000nmになるまで攪拌すること、さらに3分以上攪拌を継続して、バイオポリマーナノ粒子の動的光散乱法で測定した平均粒子径が50〜400nmである分散液を得ること、を含む上記方法が提供される。   As a result of intensive studies on the above problems, the present inventor has found that the agglomerated powder of bio-nanoparticles can be well dispersed in water by a specific method, and has completed the present invention. That is, according to the present invention, a method for preparing an aqueous dispersion of biopolymer nanoparticles, the biopolymer nanoparticle aggregated powder in water at 60 ° C. or less with a mechanical mixer, the average particle diameter measured by the dynamic light scattering method Stirring until further reaching 400 to 1000 nm, further stirring for 3 minutes or more to obtain a dispersion having an average particle size measured by the dynamic light scattering method of biopolymer nanoparticles of 50 to 400 nm, Including the above method is provided.

さらに本発明者は、上記方法で調製したバイオポリマーナノ粒子分散液を、顔料塗工液にバインダーとして配合すると、表面強度、曲げこわさ、オフ輪印刷時の耐ブリスター性に優れる顔料塗工紙が得られることを見出した。すなわち、本発明によって、上記方法で調製したバイオポリマーナノ粒子分散液を含む顔料塗工液を塗工した印刷用塗工紙が提供される。   Furthermore, when the present inventors blended the biopolymer nanoparticle dispersion prepared by the above method as a binder in the pigment coating liquid, pigment coated paper having excellent surface strength, bending stiffness, and blister resistance at the time of off-wheel printing can be obtained. It was found that it can be obtained. That is, according to the present invention, there is provided a coated paper for printing coated with a pigment coating liquid containing the biopolymer nanoparticle dispersion prepared by the above method.

すなわち、本発明は、これに制限されるものでないが、以下の発明を包含する。
(1) バイオポリマーナノ粒子の水分散液の調製方法であって、アルカリ性物質を添加した60℃以下の水中で、バイオポリマーナノ粒子凝集体を、メカニカルミキサーによって、動的光散乱法で測定した平均粒子径が400〜1000nmになるまで攪拌すること、さらに3分以上攪拌を継続して、バイオポリマーナノ粒子の動的光散乱法で測定した平均粒子径が50〜400nmである分散液を得ること、を含む、上記方法。
(2) 前記ミキサーが、タービンミキサーである、(1)に記載の方法。
(3) バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体を水へ混合する際に前記アルカリ性物質を添加して、分散液のpHが7.5〜11になるように調整する、(1)に記載の方法。
(4) バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体を水へ混合する際に、バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体の乾燥重量に対して0.1〜5重量%の苛性ソーダまたは0.2〜10重量%の炭酸水素ナトリウムまたは0.1〜5重量%の炭酸ナトリウムまたは0.2〜10重量%の水酸化アンモニウムを前記アルカリ性物質として添加して、分散液のpHが7.5〜11になるように調整する、(3)に記載の方法。
(5) バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体が、架橋剤の存在下でせん断力をかけることによって、澱粉または澱粉誘導体または少なくとも50重量%の澱粉を含有するポリマー混合物を可塑化して製造された生体高分子である、(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6) (1)〜(5)のいずれかの方法で調製されたバイオポリマーナノ粒子分散液を含有する、顔料を主成分とする塗工液を、木材繊維を主成分とする原紙上に塗工した塗工紙。
That is, the present invention includes, but is not limited to, the following inventions.
(1) A method for preparing an aqueous dispersion of biopolymer nanoparticles, in which biopolymer nanoparticle aggregates were measured by a dynamic light scattering method using a mechanical mixer in water at 60 ° C. or less to which an alkaline substance was added. Stirring until the average particle size reaches 400 to 1000 nm, and further continuing stirring for 3 minutes or more to obtain a dispersion having an average particle size of 50 to 400 nm as measured by the dynamic light scattering method of biopolymer nanoparticles. Comprising the above method.
(2) The method according to (1), wherein the mixer is a turbine mixer.
(3) The method according to (1), wherein when the agglomerated powder of biopolymer nanoparticles is mixed with water, the alkaline substance is added to adjust the dispersion to have a pH of 7.5 to 11. .
(4) When the agglomerated powder of biopolymer nanoparticles is mixed with water, 0.1 to 5% by weight of caustic soda or 0.2 to 10% by weight with respect to the dry weight of the agglomerated powder of biopolymer nanoparticles Sodium bicarbonate or 0.1 to 5% by weight sodium carbonate or 0.2 to 10% by weight ammonium hydroxide is added as the alkaline substance so that the pH of the dispersion becomes 7.5 to 11. The method according to (3), wherein the adjustment is performed.
(5) A living body produced by plasticizing a polymer mixture containing starch or a starch derivative or at least 50% by weight starch by applying a shear force in the presence of a crosslinking agent to an aggregated powder of biopolymer nanoparticles The method according to any one of (1) to (4), which is a polymer.
(6) A pigment-based coating liquid containing the biopolymer nanoparticle dispersion prepared by any of the methods (1) to (5) is applied to a base paper mainly composed of wood fibers. Coated paper.

本発明により、バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体を効率良くかつ完全に水中に分散させることができる。また、本発明により、表面強度および曲げこわさ、オフ輪印刷時の耐ブリスター性が優れた塗工紙を得ることができる。   According to the present invention, the agglomerated powder of biopolymer nanoparticles can be efficiently and completely dispersed in water. Further, according to the present invention, a coated paper having excellent surface strength, bending stiffness, and blister resistance during off-wheel printing can be obtained.

本発明者は、驚くべきことに、バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体(例えば、国際公開WO00/69916に記載の澱粉ナノ粒子)を特定の方法で分散することによって、効率よく水性分散液を調製できることを見出し、さらに、このバイオポリマーナノ粒子の分散液が、塗工紙の顔料塗工層に用いる接着剤(バインダー)として極めて好適であることを見出した。   The inventor surprisingly prepared an aqueous dispersion efficiently by dispersing agglomerated powder of biopolymer nanoparticles (for example, starch nanoparticles described in International Publication WO 00/69916) by a specific method. Further, the present inventors have found that this dispersion of biopolymer nanoparticles is extremely suitable as an adhesive (binder) used for a pigment coating layer of coated paper.

一般に塗工紙の製造においては、木材繊維から主に構成される原紙上に、顔料塗工液を塗工して顔料塗工層を設ける。この際、顔料塗工液には、顔料と接着剤が配合される。塗工紙の塗工層に用いる接着剤には、ある程度の強度としなやかさ、さらには塗工液に配合した際に塗工に適した液体特性となることが要求される。そして、このような接着剤として現在では、石油系原料が合成されたラテックスが塗工紙の顔料塗工用接着剤として広く用いられている。   In general, in the manufacture of coated paper, a pigment coating layer is provided by coating a pigment coating solution on a base paper mainly composed of wood fibers. At this time, a pigment and an adhesive are blended in the pigment coating solution. The adhesive used for the coating layer of the coated paper is required to have a certain level of strength and flexibility, and to have liquid characteristics suitable for coating when blended in a coating solution. As such an adhesive, a latex obtained by synthesizing a petroleum-based raw material is widely used as a pigment coating adhesive for coated paper.

バイオポリマーナノ粒子
本発明で用いるバイオポリマーは、デンプンなどの植物性高分子を原料とするものであって、後述するように、架橋剤の存在下で剪断力(シェア)をかけて得られるものである。このようなバイオポリマーは、ナノレベルの粒径を有しており(バイオポリマーナノ粒子)、それらは、その粒径分布、分散特性、薄膜形成特性、および乾燥挙動にもよるが、塗工紙の顔料塗工用接着剤として好適なラテックス特性を有する。
Biopolymer Nanoparticle The biopolymer used in the present invention is made from a vegetable polymer such as starch, and is obtained by applying a shearing force (share) in the presence of a crosslinking agent, as will be described later. It is. Such biopolymers have a nano-level particle size (biopolymer nanoparticles), which depend on their particle size distribution, dispersion properties, thin film formation properties, and drying behavior, but depending on the coated paper It has latex characteristics suitable as a pigment coating adhesive.

様々なバイオポリマーが、様々な理由から注目されている。これらのバイオポリマーは直ちに使用でき、長期的な安定性が高い。また、バイオポリマーは、石油系の原料ではなく、再生可能な資源を原料とするため、環境的にも有利である。さらに、バイオポリマーは、通常のデンプン接着剤と比べて、その粘度が低く、ハンドリングが容易で現場での作業性に優れる。したがって、バイオポリマーナノ粒子を塗工紙用バインダーとして用いると、エネルギー節約にも貢献し得る。そして、バイオポリマーは、多くの接着剤用途に用いられる石油系合成ラテックスの代わりに使用できるバイオ型代用物として考えることができる。   Various biopolymers are attracting attention for various reasons. These biopolymers can be used immediately and have long-term stability. In addition, biopolymers are environmentally advantageous because they use renewable resources as raw materials instead of petroleum-based raw materials. Furthermore, the biopolymer has a low viscosity, is easy to handle and has excellent workability in the field as compared with a normal starch adhesive. Therefore, using biopolymer nanoparticles as a binder for coated paper can also contribute to energy saving. Biopolymers can then be considered as bio-type substitutes that can be used in place of petroleum-based synthetic latex used in many adhesive applications.

このようなバイオポリマーは、ナノサイズの粒子であるが、製品としては、ナノ粒子が凝集した粉体の形態で流通されることがある。バイオポリマーナノ粒子は、典型的にはナノメートルのサイズ範囲にあるが、マイクロメートルのサイズ範囲にあることもまた可能である。バイオポリマーの分散液は粘度が比較的低いため、高い固形物含有量で調製することができ、分散液は安定で、乾燥が早く、そして溶媒を使用することなく、環境に優しい媒体(水)を使用して調製されるので注目されている。   Such a biopolymer is a nano-sized particle, but as a product, it may be distributed in the form of a powder in which nanoparticles are aggregated. Biopolymer nanoparticles are typically in the nanometer size range, but can also be in the micrometer size range. Biopolymer dispersions can be prepared with high solids content due to their relatively low viscosity, dispersions are stable, quick to dry, and use no solvent, an environmentally friendly medium (water) It is attracting attention because it is prepared using

一般に、澱粉などの天然高分子は、貯蔵安定性が非常に悪いために、使用が制限されてきた。水性バイオポリマー分散物の貯蔵安定が短い理由には2つある。(1)澱粉接着剤の溶液およびペーストはゲル化または劣化する傾向が強く、数時間または数日しか安定に存在しないこと;そして、(2)水におけるデンプン接着剤は、菌類および細菌に対して良好な増殖培地となってしまうこと、である。そのため、学校の工作などで用いられるのり(学校用接着剤)としては、乾燥が早く、6ヶ月を越える貯蔵安定性を有する白色のポリ酢酸ビニルラテックスが慣用されている。   In general, natural polymers such as starch have been limited in use because of their very poor storage stability. There are two reasons for the short storage stability of aqueous biopolymer dispersions. (1) starch adhesive solutions and pastes have a strong tendency to gel or degrade and are only stable for hours or days; and (2) starch adhesives in water are resistant to fungi and bacteria It becomes a good growth medium. Therefore, as a paste (school adhesive) used in school work or the like, a white polyvinyl acetate latex that is quickly dried and has a storage stability of more than 6 months is commonly used.

本発明者は、バイオポリマーナノ粒子(例えば、特許文献1および国際公開WO00/40617に記載の方法で調製されるようなバイオポリマーラテックス)が、石油資源を原料とする合成接着剤よりも優れた接着剤特性を有することを発見した。しかし、上記の2つの課題が具体的に解決されていないならば、これらのバイオポリマーの安定性は依然として数日または数週間に制限され、その応用範囲が限定されてしまう。しかし、例えば、特許文献1に示されるように、高アミロペクチン型デンプン(95%を越えるアミロペクチン、5%未満のアミロース)を原料として架橋処理を行ってナノ粒子を形成させると、長期間にわたって安定なバイオポリマーを得ることができる。なお、澱粉の種類はトウモロコシ澱粉(コーンスターチ)が好ましい。また、菌類または細菌の生育を防止するためには、好適な非毒性の殺生物剤配合物を添加することも有効である。   The present inventor found that biopolymer nanoparticles (for example, biopolymer latex as prepared by the method described in Patent Document 1 and International Publication WO00 / 40617) were superior to synthetic adhesives made from petroleum resources. It has been found to have adhesive properties. However, if the above two problems are not specifically solved, the stability of these biopolymers is still limited to a few days or weeks, and its application range is limited. However, for example, as shown in Patent Document 1, when nanoparticles are formed by performing a crosslinking treatment using high amylopectin-type starch (over 95% amylopectin, less than 5% amylose) as a raw material, it is stable over a long period of time. Biopolymers can be obtained. In addition, the type of starch is preferably corn starch (corn starch). It is also effective to add a suitable non-toxic biocide formulation to prevent fungal or bacterial growth.

高アミロペクチン型デンプンと、(ヒトに対して)非毒性の好適な殺生物剤との組合せにより、6ヶ月を越える貯蔵安定性を有する100%生分解性の接着剤を実現することができた。6ヶ月超の貯蔵安定性を有し、安全かつ100%生分解性の接着剤(すなわち、ゲル化または劣化または微生物増殖がない)を提供するために、高アミロペクチンデンプンのナノ粒子と、好適な非毒性殺生物剤とを組み合わせることは、好適である。さらに、デンプンナノ粒子に基づく接着剤の紙結合性は、ポリ酢酸ビニルラテックスと比較して優れていることが見出された。すなわち、本発明のバイオポリマーナノ粒子分散液を顔料塗工の接着剤として用いると、表面強度、曲げこわさ、オフ輪印刷時の耐ブリスター性に優れる顔料塗工紙が得られる。   The combination of high amylopectin-type starch and a suitable biocide that is non-toxic (to humans) was able to achieve a 100% biodegradable adhesive with storage stability over 6 months. In order to provide a safe and 100% biodegradable adhesive (ie without gelation or degradation or microbial growth) with storage stability of more than 6 months, suitable for high amylopectin starch nanoparticles, Combination with non-toxic biocides is preferred. Furthermore, it has been found that the paper binding properties of adhesives based on starch nanoparticles are superior compared to polyvinyl acetate latex. That is, when the biopolymer nanoparticle dispersion of the present invention is used as an adhesive for pigment coating, pigment coated paper having excellent surface strength, bending stiffness, and blister resistance during off-ring printing can be obtained.

本発明のバイオポリマーナノ粒子の凝集粉体は、特許文献1に記載されているように製造することができる。例えば、デンプンおよび他の多糖類(セルロース、ヘミセルロースおよびゴムなど)ならびにタンパク質(例えば、ゼラチン、ホエータンパク質)などのバイオポリマーに対し、架橋剤の存在下で剪断力(シェア)をかけてバイオポリマーを処理することによって、ナノ粒子を得ることができる。このようなバイオポリマーは、例えば、カチオン性基、カルボキシメチル基で、アシル化、リン酸化、ヒドロキシアルキル化、酸化などによって予め修飾してもよい。デンプン、デンプンと他の(バイオ)ポリマーとの混合物(少なくとも50%のデンプンを含有する)が好ましい。特に好ましいものは、高アミロペクチンデンプン(すなわち、低アミロースデンプン)、すなわち、75%以上、特に90%以上のアミロペクチン含量を有するデンプンであり、例えば、ワキシーデンプンなどである。バイオポリマーは、好ましくは、乾燥物質含有量が、処理の開始時に50重量%以上、特に60重量%以上である。   The agglomerated powder of the biopolymer nanoparticles of the present invention can be produced as described in Patent Document 1. For example, biopolymers such as starch and other polysaccharides (such as cellulose, hemicellulose and gum) and proteins (eg, gelatin, whey protein) are subjected to shear forces (shares) in the presence of a crosslinker to By processing, nanoparticles can be obtained. Such biopolymers may be pre-modified by acylation, phosphorylation, hydroxyalkylation, oxidation, etc. with, for example, cationic groups, carboxymethyl groups. Starch, a mixture of starch and other (bio) polymers (containing at least 50% starch) are preferred. Particularly preferred are high amylopectin starches (ie low amylose starches), ie starches having an amylopectin content of 75% or more, especially 90% or more, such as waxy starch. The biopolymer preferably has a dry substance content of 50% by weight or more, in particular 60% by weight or more at the start of the treatment.

剪断力による処理は、本明細書中では、機械的な処理を意味する。具体的には、高剪断条件のもと、高温(40℃以上、特に60℃以上で、ポリマーの分解点よりも低く、例えば、200℃以下、特に140℃以下の温度)で行われる押出処理である。剪断は、バイオポリマー1グラムあたり少なくとも100ジュールの比力学的エネルギー(SME)を加えることによって行うことができる。使用する処理装置に応じて、最少エネルギーがより大きくなることがある。また、予めゼラチン化しなかった材料を使用する場合、最少SMEはより大きくなることがあり、例えば、250J/g以上になり、特に500J/g以上になることがある。機械的処理は高温で行うのが好適である。デンプンが原料となる場合、アルカリ性媒体を使用することによって、または、予めゼラチン化したデンプンを使用することによって、処理温度を低くすることができる。機械的処理の際、バイオポリマーは、水または水/アルコール混合物などの水性溶媒に、高濃度、好ましくは50重量%以上で存在する。例えば、5〜150barの圧力を、高濃度での処理を容易にするために加えることができる。可塑剤を、水または水/アルコール混合物に加えて存在させることができ、例えば、ポリオール(エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリグリコール類、グリセロール、糖アルコール類、尿素、クエン酸エステル類など)などの可塑剤をバイオポリマーの5〜40重量%の量で存在させることができる。しかし、水は可塑剤として既に作用し得る。可塑剤(すなわち、水、およびグリセロールなどの他の可塑剤)の総量は、好ましくは15〜50%である。レシチンまたは他のリン脂質またはモノグリセリドなどの滑剤もまた、例えば、0.5〜2.5重量%の量で存在させることができる。酸、好ましくは、固体もしくは半固体の有機酸(マレイン酸、クエン酸、シュウ酸、乳酸、グルコン酸など)、またはアミラーゼなどの炭水化物分解酵素をバイオポリマーの0.01〜5重量%の量で存在させることができる。これらの酸または酵素は、特定のサイズのナノ粒子を製造するプロセスにおいて好都合であると考えられる軽度の解重合を助ける。   The treatment by shearing force means a mechanical treatment in this specification. Specifically, an extrusion process performed under high shear conditions at a high temperature (40 ° C. or higher, particularly 60 ° C. or higher, lower than the decomposition point of the polymer, for example, 200 ° C. or lower, particularly 140 ° C. or lower). It is. Shearing can be performed by applying at least 100 joules of specific mechanical energy (SME) per gram of biopolymer. Depending on the processing equipment used, the minimum energy may be greater. Further, when using a material that has not been gelatinized in advance, the minimum SME may be larger, for example, 250 J / g or more, particularly 500 J / g or more. The mechanical treatment is preferably performed at a high temperature. When starch is the raw material, the processing temperature can be lowered by using an alkaline medium or by using pregelatinized starch. During mechanical processing, the biopolymer is present in an aqueous solvent such as water or a water / alcohol mixture at a high concentration, preferably greater than 50% by weight. For example, a pressure of 5 to 150 bar can be applied to facilitate processing at high concentrations. Plasticizers can be present in addition to water or water / alcohol mixtures, for example plastics such as polyols (ethylene glycol, propylene glycol, polyglycols, glycerol, sugar alcohols, urea, citrate esters, etc.) The agent can be present in an amount of 5-40% by weight of the biopolymer. However, water can already act as a plasticizer. The total amount of plasticizer (ie water and other plasticizers such as glycerol) is preferably 15-50%. Lubricants such as lecithin or other phospholipids or monoglycerides can also be present, for example, in amounts of 0.5-2.5% by weight. Acids, preferably solid or semi-solid organic acids (maleic acid, citric acid, oxalic acid, lactic acid, gluconic acid, etc.) or carbohydrate degrading enzymes such as amylase in an amount of 0.01-5% by weight of the biopolymer. Can exist. These acids or enzymes aid in mild depolymerization that may be advantageous in the process of producing specific size nanoparticles.

バイオポリマーラテックスを製造するプロセスにおける重要な工程は、機械的処理の際の架橋である。架橋は、好ましくは可逆的である。すなわち、架橋は、機械的な処理の工程の後で一部またはすべてが切断される。好適な可逆的架橋剤として、低い水分濃度で化学結合を形成し、より大きい水分濃度の存在下で解離または加水分解する架橋剤が挙げられる。この種の架橋により、処理の際に一時的に高粘度となるものの、処理後に粘度が低下する。可逆的架橋剤の例としては、ヘミアセタールを可逆的に形成するジアルデヒドおよびポリアルデヒド、そして酸無水物および混合無水物などがある。好適なジアルデヒドおよびポリアルデヒドには、グルタルアルデヒド、グリオキサール、過ヨウ素酸で酸化された炭水化物類などがある。グリオキサールが、ラテックス粒子を製造するための特に好適な架橋剤である。そのような架橋剤は、単独で、または可逆的架橋剤の混合物として、または可逆的架橋剤と非可逆的架橋剤との混合物として使用することができる。従って、エピクロロヒドリンおよび他のエポキシド類、トリホスフェート類、ジビニルスルホンなどの従来の架橋剤を、多糖バイオポリマーに対する非可逆的架橋剤として使用することができ、これに対して、ジアルデヒド類、チオール試薬類などをタンパク質性バイオポリマーに対して使用することができる。架橋反応は酸または塩基で触媒処理され得る。架橋剤の量は、好都合にはバイオポリマーに関して0.1〜10重量%である。架橋剤は、機械的な処理の開始時に既に存在してもよいが、顆粒状デンプンなどの予めゼラチン化しなかったバイオポリマーの場合、架橋剤は、後で、すなわち、機械的処理の際に加えることが好ましい。   An important step in the process of producing biopolymer latex is cross-linking during mechanical processing. Crosslinking is preferably reversible. That is, some or all of the cross-linking is cut after the mechanical processing step. Suitable reversible crosslinkers include crosslinkers that form chemical bonds at low moisture concentrations and dissociate or hydrolyze in the presence of higher moisture concentrations. This type of cross-linking results in a temporary high viscosity during processing, but the viscosity decreases after processing. Examples of reversible crosslinkers include dialdehydes and polyaldehydes, and acid and mixed anhydrides that reversibly form hemiacetals. Suitable dialdehydes and polyaldehydes include glutaraldehyde, glyoxal, periodic acid oxidized carbohydrates and the like. Glyoxal is a particularly preferred cross-linking agent for producing latex particles. Such crosslinkers can be used alone or as a mixture of reversible crosslinkers or as a mixture of reversible and irreversible crosslinkers. Thus, conventional crosslinkers such as epichlorohydrin and other epoxides, triphosphates, divinylsulfone can be used as irreversible crosslinkers for polysaccharide biopolymers, whereas dialdehydes Thiol reagents and the like can be used for proteinaceous biopolymers. The cross-linking reaction can be catalyzed with acid or base. The amount of cross-linking agent is conveniently from 0.1 to 10% by weight with respect to the biopolymer. The cross-linking agent may already be present at the start of mechanical processing, but in the case of biopolymers that have not been pre-gelatinized such as granular starch, the cross-linking agent is added later, i.e. during mechanical processing. It is preferable.

機械的に処理された架橋バイオポリマーは、その後、好適な溶媒において、通常、水および/または別の水性溶媒(アルコールなど)において、4〜50重量%の濃度、特に10〜40重量%の濃度にて分散することによってラテックスにされる。分散前に、極低温の粉砕工程を行うことができるが、穏和な加熱を伴う撹拌を行ってもよい。このような処理によって、自発的にラテックスとなるゲル、または、水の吸着によってラテックスとなるゲルが得られる。このような粘度挙動は、混合物の特性を改善するので、バイオポリマー粒子のさらなる用途に利用することができる。必要に応じて、分散したバイオポリマーを、上記した架橋剤または他の架橋剤によってさらに架橋してもよい。   The mechanically treated crosslinked biopolymer is then subsequently concentrated in a suitable solvent, usually in water and / or another aqueous solvent (such as an alcohol) at a concentration of 4-50% by weight, in particular a concentration of 10-40% by weight. It is made into a latex by dispersing in Prior to dispersion, a cryogenic pulverization step can be performed, but stirring with mild heating may be performed. By such treatment, a gel that spontaneously becomes latex or a gel that becomes latex by adsorption of water is obtained. Such viscosity behavior improves the properties of the mixture and can be exploited for further uses of biopolymer particles. If necessary, the dispersed biopolymer may be further cross-linked by the cross-linking agent described above or other cross-linking agents.

分散法
本発明は、バイオポリマーナノ粒子の水分散液の調製方法に関する。具体的には、本発明では、アルカリ性物質を添加した60℃以下の水中で、バイオポリマーナノ粒子凝集体を、メカニカルミキサーによって、動的光散乱法で測定した平均粒子径が400〜1000nmになるまで攪拌し、さらに3分以上攪拌を継続して、バイオポリマーナノ粒子の動的光散乱法で測定した平均粒子径が50〜400nmである分散液を得る。このようにすることによって、分散しにくいバイオポリマーナノ粒子の凝集粉体を効率的に水中に分散することができる。
Dispersion method The present invention relates to a method for preparing an aqueous dispersion of biopolymer nanoparticles. Specifically, in this invention, the average particle diameter which measured the biopolymer nanoparticle aggregate by the dynamic light-scattering method with the mechanical mixer in the water of 60 degrees C or less which added the alkaline substance becomes 400-1000 nm. The mixture is further stirred for 3 minutes or longer to obtain a dispersion having an average particle diameter of 50 to 400 nm as measured by the dynamic light scattering method of biopolymer nanoparticles. By doing in this way, the aggregation powder of the biopolymer nanoparticle which is hard to disperse | distribute can be efficiently disperse | distributed in water.

本発明においてアルカリ性物質とは、水に溶解させるとアルカリ性を示す物質である。例えば、アルカリ金属の水酸化物(例、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム)、アルカリ土類金属の水酸化物(例、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム)などを挙げることができ、さらに具体的には、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、及びアルミン酸リチウム等のアルカリ金属アルミン酸塩、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、及び重炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウム等のアルカリ水酸化物、ケイ酸リチウム、ケイ酸ナトリウム、及びケイ酸カリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩、並びに、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、及びトリイソプロパノールアミン等のアルカノールアミン類等を挙げることができる。最も好適には、バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体の乾燥重量に対して0.1〜5重量%の苛性ソーダ(水酸化ナトリウム)または0.2〜10重量%の炭酸水素ナトリウムまたは0.1〜5重量%の炭酸ナトリウムまたは0.2〜10重量%の水酸化アンモニウムをアルカリ性物質として使用することができる。   In the present invention, an alkaline substance is a substance that exhibits alkalinity when dissolved in water. Examples include alkali metal hydroxides (eg, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide), alkaline earth metal hydroxides (eg, magnesium hydroxide, calcium hydroxide), etc. More specifically, alkali metal aluminates such as sodium aluminate, potassium aluminate, and lithium aluminate, alkali metal carbonates such as lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium bicarbonate, and potassium bicarbonate, Alkali hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and calcium hydroxide, alkali metal silicates such as lithium silicate, sodium silicate, and potassium silicate, and monoethanolamine, diethanolamine , Triethanolamine, monoisopropanolamine Diisopropanolamine, and it can be exemplified alkanolamines such as triisopropanolamine and the like. Most preferably, 0.1 to 5% by weight of caustic soda (sodium hydroxide) or 0.2 to 10% by weight of sodium bicarbonate or 0.1 to 0.1% by dry weight of the agglomerated powder of biopolymer nanoparticles. 5% by weight sodium carbonate or 0.2-10% by weight ammonium hydroxide can be used as the alkaline substance.

本発明においてアルカリ性物質の添加時期は特に制限されず、例えば、水中またはバイオポリマーに予め添加してもよいが、バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体を水へ混合する際にアルカリ性物質を添加することが好ましい。また、アルカリ性物質の添加量も系に応じて調整すればよいが、分散液のpHがアルカリ域になるように添加するのが好ましく、分散液のpHが7.5〜11、より好ましくはpH8.0〜11になるように添加するのがより好ましい。酸性領域ではバイオポリマーの分散性が著しく劣り、完全分散まで時間がかかるため、アルカリ性領域で分散することが好ましい。   In the present invention, the addition timing of the alkaline substance is not particularly limited. For example, the alkaline substance may be added to water or the biopolymer in advance, but the alkaline substance is added when the agglomerated powder of the biopolymer nanoparticles is mixed with water. Is preferred. The addition amount of the alkaline substance may be adjusted according to the system, but it is preferably added so that the pH of the dispersion is in the alkaline range, and the pH of the dispersion is 7.5 to 11, more preferably pH 8. It is more preferable to add so that it may become 0-11. In the acidic region, the dispersibility of the biopolymer is remarkably inferior, and it takes time until complete dispersion.

また、バイオポリマーナノ粒子を分散させる液体は、60℃以下の温度であることが好ましい。60℃を超えると強度発現レベルが低下する場合があるためである。
本発明においては、メカニカルミキサーを用いてバイオポリマーナノ粒子を水中に分散させる。メカニカルミキサーは、剪断力が高いものが分散を早くできるが、本発明においては、剪断力が低いミキサーでも効率的に分散できる方法を見出した。また、メカニカルミキサーとしては、特に限定されないが、容器内にプロペラ状の攪拌子を装着させ、攪拌子を回転させることで攪拌を行うタイプの他、容器自体を回転させることで攪拌を行うタイプでもよい。本発明においては、容器内にプロペラ状の攪拌子を装着させ、攪拌子を回転させることで攪拌を行うタイプであるタービンミキサーやコーレスミキサーが好ましい。攪拌子を回転させることで攪拌を行うタイプのミキサーの場合、攪拌子の形状、攪拌翼の数は特に限定されない。例えば、上下2段に三枚羽根のついたインペラー式攪拌機などを使用することができる。攪拌機の回転数は、50Hzで1分間に10〜2000回転程度のものを使用することができる。
The liquid in which the biopolymer nanoparticles are dispersed is preferably at a temperature of 60 ° C. or lower. This is because the strength expression level may decrease when the temperature exceeds 60 ° C.
In the present invention, biopolymer nanoparticles are dispersed in water using a mechanical mixer. A mechanical mixer having a high shearing force can disperse quickly, but in the present invention, a method has been found that can efficiently disperse even a mixer having a low shearing force. In addition, the mechanical mixer is not particularly limited. In addition to a type in which a propeller-like stirrer is mounted in a container and stirring is performed by rotating the stirrer, a type in which stirring is performed by rotating the container itself is also possible. Good. In the present invention, a turbine mixer or a coreless mixer that is a type in which a propeller-like stirrer is mounted in a container and stirring is performed by rotating the stirrer is preferable. In the case of a mixer that performs stirring by rotating the stirring bar, the shape of the stirring bar and the number of stirring blades are not particularly limited. For example, an impeller stirrer having three blades in two upper and lower stages can be used. The rotation speed of the stirrer can be about 10 to 2000 rotations per minute at 50 Hz.

さらに、本発明においては、動的光散乱法で測定した平均粒子径が400〜1000nmになるまで攪拌し、さらに3分以上攪拌を継続して、分散液を抜き取り、測定しながらバイオポリマーナノ粒子の動的光散乱法で測定した平均粒子径が50〜400nmとなるように分散液を調製する。本発明においては、攪拌しながら平均粒子径をモニタリングしてもよい。   Furthermore, in this invention, it stirs until the average particle diameter measured by the dynamic light-scattering method becomes 400-1000 nm, and also continues stirring for 3 minutes or more, extracts a dispersion liquid, and measures biopolymer nanoparticle A dispersion is prepared so that the average particle diameter measured by the dynamic light scattering method is 50 to 400 nm. In the present invention, the average particle size may be monitored while stirring.

400〜1000nmになった後の攪拌は、3分間以上であり、平均粒子径が最終的に50〜400nmとなれば特に限定されない。例えば、インペラー式の攪拌機で、回転数200rpmで10分以上がより好ましい。   Stirring after reaching 400 to 1000 nm is not particularly limited as long as it is 3 minutes or longer and the average particle diameter finally becomes 50 to 400 nm. For example, with an impeller type stirrer, a rotation speed of 200 rpm is more preferably 10 minutes or more.

本発明においては、400〜1000nmになった後の攪拌で、平均粒子径を最終的に50〜400nmとするが、平均粒子径が200nm未満であると表面強度、耐ブリスター性、曲げこわさなどの諸性能が向上するため、より好ましい。   In the present invention, the average particle size is finally set to 50 to 400 nm by stirring after 400 to 1000 nm. However, when the average particle size is less than 200 nm, surface strength, blister resistance, bending stiffness, etc. Since various performances improve, it is more preferable.

塗工紙
上記のようにして得られたバイオポリマーナノ粒子の水性分散液は、塗工紙の顔料塗工液に配合する接着剤として極めて好適である。すなわち、上記のバイオポリマーナノ粒子の水性分散液は、比較的高濃度でも低粘度であるため、塗料として扱いやすい。また、上記のバイオポリマーナノ粒子の水性分散液を顔料塗工層に配合することによって、得られる顔料塗工紙の表面強度、曲げこわさ、オフ輪印刷時の耐ブリスター性が向上する。このような効果は、従来技術から当業者が予測できるものではなく、驚くべきものである。
Coated paper The aqueous dispersion of biopolymer nanoparticles obtained as described above is extremely suitable as an adhesive compounded in the pigment coating liquid of coated paper. That is, the above aqueous dispersion of biopolymer nanoparticles is easy to handle as a paint because it has a low viscosity even at a relatively high concentration. Further, by blending the above aqueous dispersion of biopolymer nanoparticles into the pigment coating layer, the surface strength, bending stiffness, and blister resistance during off-wheel printing of the resulting pigment coated paper are improved. Such effects are surprising and not predictable by those skilled in the art from the prior art.

本発明においては、木材繊維を主体とするものであれば原紙は特に制限されず、種々の原紙を用いることができる。また、塗工液について、配合する顔料の種類や量などは特に制限されない。各種添加剤を添加することも自由であり、また、バイオポリマーナノ粒子以外の接着剤を併用することも可能である。その他、塗工方式、塗工量、乾燥方式なども特に制限されず、公知の方法を本発明に適用することができる。   In the present invention, the base paper is not particularly limited as long as it is mainly composed of wood fibers, and various base papers can be used. Further, the type and amount of the pigment to be blended in the coating liquid are not particularly limited. Various additives can be freely added, and an adhesive other than biopolymer nanoparticles can be used in combination. In addition, a coating method, a coating amount, a drying method, and the like are not particularly limited, and a known method can be applied to the present invention.

以下の実施例により本発明を説明するが、実施例は本発明を決して限定するものではない。特に断らない限り、部は100重量あたりの乾燥部を示し、%は重量%を示す。バイオポリマーナノ粒子分散液の平均粒子径および得られた印刷用塗工紙を、以下に示す評価法によって試験した。   The following examples illustrate the invention, but the examples in no way limit the invention. Unless indicated otherwise, parts indicate dry parts per 100 weight, and% indicates% by weight. The average particle diameter of the biopolymer nanoparticle dispersion and the obtained coated paper for printing were tested by the following evaluation method.

〈評価方法〉
(1)バイオポリマーナノ粒子の平均粒子径:動的光散乱法装置(Malvern社製ゼータサイザーナノゼータサイザー3000HSA)を用いて粒子の体積粒径分布を測定した。測定はナノ粒子分散液(0.5固形分%)を用いて行った。粒径は、体積累積分布が50容積%となるときに平均粒子径とした。
(2)耐ブリスター性:東芝社製オフセット輪転印刷機B2T600を使用し、印刷途中にドライヤー乾燥温度をブリスターが発生するまで上昇させ、ブリスターが発生した時の紙面温度をブリスター発生温度とした。また、得られた印刷物の表面状態を以下の基準により外観検査した。◎:極めて良好、○:良好、△:並、×:劣る
(3)ISO曲げこわさ:L&Wベンディングテスター(Lorentzen&Wettre社製)を用いて、ISO2493に基づいて15°の曲げ抵抗値から曲げこわさを算出した。
(4)表面強度:ローランドオフセット平判印刷機(2色)に平判印刷用インキ(東洋インキ製造株式会社製ハイユニティーネオM)を用いて、A3サイズの版で印刷速度8000枚/時間にて印刷用塗工紙に印刷した。以下の基準に基づいて得られた印刷物の表面のピッキング強度を外観から評価した。◎:極めて良好、○:良好、△:やや劣る、×:劣る
実施例1
バイオポリマー(BP)ナノ粒子凝集粉体(ECOSPHERE(登録商標)92202、ECOSYNTHETIX社製)を、0.5重量%(バイオポリマーナノ粒子の重量基準)の水酸化ナトリウムを溶解した50℃の水に、濃度30%となるように投入し、タービンミキサー(3枚羽を上下2段に有するインペラー式撹拌機、攪拌層:3m)を使用し、220rpmで30分間攪拌した。30分間攪拌後、目視でダマ等は確認できず、動的光散乱法で測定した平均粒子径は400nmであった。この状態からさらに220rpmで15分攪拌を続けた。攪拌後に動的光散乱法で測定した平均粒子径は250nmであった。得られたバイオポリマーナノ粒子の分散液のpHは、8.5であった。
<Evaluation methods>
(1) Average particle diameter of biopolymer nanoparticles: The volume particle size distribution of the particles was measured using a dynamic light scattering apparatus (Zeta Sizer Nano Zeta Sizer 3000HSA manufactured by Malvern). The measurement was performed using a nanoparticle dispersion (0.5 solid content%). The particle size was defined as the average particle size when the volume cumulative distribution was 50% by volume.
(2) Blister resistance: Using an offset rotary printing press B2T600 manufactured by Toshiba Corporation, the dryer drying temperature was raised during printing until the blister was generated, and the paper surface temperature when the blister was generated was defined as the blister generation temperature. In addition, the appearance of the surface state of the obtained printed matter was inspected according to the following criteria. ◎: Extremely good, ○: Good, △: Average, ×: Inferior (3) ISO bending stiffness: L / W bending tester (manufactured by Lorentzen & Wettre) was used to calculate the bending stiffness from the bending resistance value of 15 ° based on ISO 2493. did.
(4) Surface strength: A printing speed of 8000 sheets / hour with an A3 size plate using a flatland printing ink (Hi-Unity Neo M manufactured by Toyo Ink Manufacturing Co., Ltd.) on a Roland offset flat-screen printing machine (two colors) Printed on coated paper for printing. The picking strength of the surface of the printed material obtained based on the following criteria was evaluated from the appearance. A: Very good, B: Good, B: Slightly inferior, X: Inferior
Example 1
Biopolymer (BP) nanoparticle agglomerated powder (ECOSPHERE (registered trademark) 92202, manufactured by ECOSYNTHETIX) was dissolved in 50 ° C. water in which 0.5% by weight (based on the weight of biopolymer nanoparticles) of sodium hydroxide was dissolved. The mixture was added to a concentration of 30%, and the mixture was stirred at 220 rpm for 30 minutes using a turbine mixer (an impeller stirrer having 3 blades in two upper and lower stages, stirring layer: 3 m 3 ). After stirring for 30 minutes, no dust or the like could be visually confirmed, and the average particle size measured by the dynamic light scattering method was 400 nm. From this state, stirring was further continued at 220 rpm for 15 minutes. The average particle diameter measured by the dynamic light scattering method after stirring was 250 nm. The pH of the resulting dispersion of biopolymer nanoparticles was 8.5.

このようにして得られたバイオポリマーナノ粒子の分散液を配合した塗工液を調製した。この塗工液は、重質炭酸カルシウム70部(ファイマテック社製FMT−97)、微粒クレー30部(KaMin社製ハイドラグロス)、接着剤として全顔料に対して、バイオポリマーナノ粒子分散液11部、さらにリン酸エステル化デンプン4部(日本食品化工社製MS−4600)を含有し、固形分濃度が64%だった。   A coating solution was prepared by blending the dispersion of biopolymer nanoparticles thus obtained. This coating solution is composed of 70 parts of heavy calcium carbonate (FMT-97 manufactured by Pfematec Co., Ltd.), 30 parts of fine clay (Hydra gloss manufactured by KaMin Co., Ltd.), biopolymer nanoparticle dispersion 11 for all pigments as an adhesive. Part and further 4 parts of phosphoric esterified starch (MS-4600 manufactured by Nippon Shokuhin Kako Co., Ltd.) and the solid content concentration was 64%.

かくして調製された塗工液を坪量45g/mの上質原紙にブレードコータで塗工量片面あたり12g/mになるように塗工速度1200m/分で両面塗工した。さらにスーパーカレンダで処理温度65℃、処理線圧200kN/m、4ニップの条件で表面処理して印刷用塗工紙を得た。 The thus-prepared coating solution was coated on a high-quality base paper having a basis weight of 45 g / m 2 with a blade coater at a coating speed of 1200 m / min so that the coating amount was 12 g / m 2 per side. Further, a surface treatment was performed with a super calender under the conditions of a treatment temperature of 65 ° C., a treatment linear pressure of 200 kN / m, and a 4-nip to obtain a coated paper for printing.

実施例2
バイオポリマーナノ粒子凝集粉体の分散工程において、撹拌機で220rpmで30分間攪拌した後に、さらに3分攪拌した(動的光散乱法で測定した分散液のバイオポリマーナノ粒子の平均粒子径は340nm)以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。
Example 2
In the dispersion step of the biopolymer nanoparticle aggregated powder, the mixture was stirred for 30 minutes at 220 rpm with a stirrer, and further stirred for 3 minutes (the average particle diameter of the biopolymer nanoparticles in the dispersion measured by the dynamic light scattering method was 340 nm). ) Was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a coated paper for printing.

実施例3
バイオポリマーナノ粒子凝集粉体の分散工程において、撹拌機で220rpmで30分間攪拌した後に、さらに1時間攪拌した(動的光散乱法で測定した分散液のバイオポリマーナノ粒子の平均粒子径は200nm)以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。
Example 3
In the dispersion step of the biopolymer nanoparticle aggregated powder, the mixture was stirred with a stirrer at 220 rpm for 30 minutes, and further stirred for 1 hour (the average particle diameter of the biopolymer nanoparticles in the dispersion measured by the dynamic light scattering method was 200 nm). ) Was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a coated paper for printing.

実施例4
バイオポリマーナノ粒子凝集粉体の分散工程において、バイオポリマーナノ粒子に対し0.5重量%の苛性ソーダの代わりに、バイオポリマーナノ粒子に対し1.0重量%の炭酸水素ナトリウムを添加した水を用いた(動的光散乱法で測定した分散液のバイオポリマーナノ粒子の平均粒子径は255nm)以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。得られたバイオポリマーナノ粒子の分散液のpHは、7であった。
Example 4
In the dispersion process of the biopolymer nanoparticle agglomerated powder, water added with 1.0% sodium bicarbonate by weight with respect to the biopolymer nanoparticles was used instead of 0.5% caustic soda with respect to the biopolymer nanoparticles. The coated paper for printing was obtained in the same manner as in Example 1 except that the average particle size of the biopolymer nanoparticles in the dispersion measured by the dynamic light scattering method was 255 nm. The pH of the resulting dispersion of biopolymer nanoparticles was 7.

実施例5
バイオポリマーナノ粒子分散液を11部配合する代わりに、接着剤としてバイオポリマーナノ粒子を5.5部、平均粒子径100nmのスチレン・ブタジエン共重合体ラテックス(JSR社製、NP−100B)を5.5部配合した塗工液を用いた以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。
Example 5
Instead of blending 11 parts of the biopolymer nanoparticle dispersion, 5.5 parts of biopolymer nanoparticles as an adhesive and 5 parts of styrene-butadiene copolymer latex (NPSR, manufactured by JSR Co., Ltd.) having an average particle diameter of 100 nm are used. A coating paper for printing was obtained in the same manner as in Example 1 except that the coating liquid containing 5 parts was used.

実施例6
バイオポリマーナノ粒子凝集粉体の分散工程において、撹拌機で220rpmで30分間攪拌した後に、さらに20分攪拌した(動的光散乱法で測定した分散液のバイオポリマーナノ粒子の平均粒子径は190nm)以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。
Example 6
In the step of dispersing the biopolymer nanoparticle aggregated powder, the mixture was stirred for 30 minutes at 220 rpm with a stirrer, and further stirred for 20 minutes (the average particle diameter of the biopolymer nanoparticles in the dispersion measured by the dynamic light scattering method was 190 nm). ) Was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a coated paper for printing.

実施例7
バイオポリマーナノ粒子凝集粉体の分散工程において、撹拌機で220rpmで30分間攪拌した後に、さらに30分攪拌した(動的光散乱法で測定した分散液のバイオポリマーナノ粒子の平均粒子径は130nm)以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。
Example 7
In the step of dispersing the biopolymer nanoparticle aggregated powder, the mixture was stirred for 30 minutes at 220 rpm with a stirrer, and further stirred for 30 minutes (the average particle diameter of the biopolymer nanoparticles in the dispersion measured by the dynamic light scattering method is 130 nm). ) Was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a coated paper for printing.

実施例8
0.1重量%(バイオポリマーナノ粒子の重量基準)の水酸化ナトリウムを添加した以外は、実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。得られたバイオポリマーナノ粒子の分散液のpHは、7であり、動的光散乱法で測定した分散液のバイオポリマーナノ粒子の平均粒子径は320nmであった。
Example 8
A coated paper for printing was obtained in the same manner as in Example 1 except that 0.1% by weight (based on the weight of biopolymer nanoparticles) of sodium hydroxide was added. The pH of the obtained dispersion of biopolymer nanoparticles was 7, and the average particle diameter of the biopolymer nanoparticles in the dispersion measured by dynamic light scattering was 320 nm.

実施例9
0.1重量%(バイオポリマーナノ粒子の重量基準)の水酸化ナトリウムを添加した以外は、実施例7と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。得られたバイオポリマーナノ粒子の分散液のpHは、7であり、動的光散乱法で測定した分散液のバイオポリマーナノ粒子の平均粒子径は250nmであった。
Example 9
A coated paper for printing was obtained in the same manner as in Example 7 except that 0.1% by weight (based on the weight of biopolymer nanoparticles) of sodium hydroxide was added. The pH of the dispersion of the obtained biopolymer nanoparticles was 7, and the average particle diameter of the biopolymer nanoparticles of the dispersion measured by the dynamic light scattering method was 250 nm.

比較例1
バイオポリマーナノ粒子凝集粉体の分散工程において、撹拌機で1500rpmで30分間攪拌するのみとした(動的光散乱法で測定した分散液のバイオポリマーナノ粒子の平均粒子径は400nm)以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。
Comparative Example 1
In the dispersion process of the agglomerated powder of biopolymer nanoparticles, only stirring was performed at 1500 rpm for 30 minutes with a stirrer (the average particle diameter of the biopolymer nanoparticles in the dispersion measured by the dynamic light scattering method was 400 nm). In the same manner as in Example 1, a coated paper for printing was obtained.

比較例2
バイオポリマーナノ粒子凝集粉体の分散工程において、アルカリ性物質を添加しない水を用いた(動的光散乱法で測定した分散液のバイオポリマーナノ粒子の平均粒子径は500nm)以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。
Comparative Example 2
In the dispersion step of the biopolymer nanoparticle aggregated powder, Example 1 was used except that water without adding an alkaline substance was used (the average particle diameter of the biopolymer nanoparticles in the dispersion measured by the dynamic light scattering method was 500 nm). In the same manner, a coated paper for printing was obtained.

比較例3
バイオポリマーナノ粒子凝集粉体の分散工程において、水の温度を95℃とした(動的光散乱法で測定した分散液のバイオポリマーナノ粒子の平均粒子径は410nm)以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。
Comparative Example 3
In the step of dispersing the biopolymer nanoparticle aggregated powder, the temperature of water was set to 95 ° C. (the average particle size of the biopolymer nanoparticles in the dispersion measured by the dynamic light scattering method was 410 nm). The coated paper for printing was obtained.

比較例4
バイオポリマーナノ粒子分散液の代わりに、接着剤として平均粒子径100nmのスチレン・ブタジエン共重合体ラテックス(JSR社製、NP−100B)を11部配合した塗工液を用いた以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。
Comparative Example 4
Example 1 except that instead of the biopolymer nanoparticle dispersion, a coating liquid containing 11 parts of styrene-butadiene copolymer latex (NPSR, manufactured by JSR Corporation) having an average particle diameter of 100 nm was used as an adhesive. In the same manner as above, a coated paper for printing was obtained.

比較例5
バイオポリマーナノ粒子分散液の代わりに、接着剤としてヒドロキシエチルエーテル化澱粉(HES:Ethylex2005、Tate&Lyle社製)を11部配合した塗工液を用いた以外は実施例1と同様に行い、印刷用塗工紙を得た。
Comparative Example 5
For printing, except that a coating solution containing 11 parts of hydroxyethyl etherified starch (HES: Ethylex2005, manufactured by Tate & Lyle) as an adhesive was used instead of the biopolymer nanoparticle dispersion. Coated paper was obtained.

以上の結果を表1に示した。   The above results are shown in Table 1.

Figure 2011224477
Figure 2011224477

Figure 2011224477
Figure 2011224477

Claims (6)

バイオポリマーナノ粒子の水分散液の調製方法であって、
アルカリ性物質を添加した60℃以下の水中で、バイオポリマーナノ粒子凝集体を、メカニカルミキサーによって、動的光散乱法で測定した平均粒子径が400〜1000nmになるまで攪拌すること、
さらに3分以上攪拌を継続して、バイオポリマーナノ粒子の動的光散乱法で測定した平均粒子径が50〜400nmである分散液を得ること、
を含む、上記方法。
A method for preparing an aqueous dispersion of biopolymer nanoparticles,
Stirring the biopolymer nanoparticle aggregates in water at 60 ° C. or less to which an alkaline substance has been added until the average particle size measured by a dynamic light scattering method becomes 400 to 1000 nm by a mechanical mixer;
Further, stirring is continued for 3 minutes or more to obtain a dispersion having an average particle size of 50 to 400 nm measured by a dynamic light scattering method of biopolymer nanoparticles,
Including the above method.
前記ミキサーが、タービンミキサーである、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, wherein the mixer is a turbine mixer. バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体を水へ混合する際に前記アルカリ性物質を添加して、分散液のpHが7.5〜11になるように調整する、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein when the agglomerated powder of biopolymer nanoparticles is mixed with water, the alkaline substance is added to adjust the pH of the dispersion to 7.5 to 11. バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体を水へ混合する際に、バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体の乾燥重量に対して0.1〜5重量%の苛性ソーダまたは0.2〜10重量%の炭酸水素ナトリウムまたは0.1〜5重量%の炭酸ナトリウムまたは0.2〜10重量%の水酸化アンモニウムを前記アルカリ性物質として添加して、分散液のpHが7.5〜11になるように調整する、請求項3に記載の方法。   When the agglomerated powder of biopolymer nanoparticles is mixed with water, 0.1 to 5% by weight of caustic soda or 0.2 to 10% by weight of hydrogen carbonate based on the dry weight of the agglomerated powder of biopolymer nanoparticles. Sodium or 0.1 to 5 wt% sodium carbonate or 0.2 to 10 wt% ammonium hydroxide is added as the alkaline substance to adjust the pH of the dispersion to 7.5 to 11. The method of claim 3. バイオポリマーナノ粒子の凝集粉体が、架橋剤の存在下でせん断力をかけることによって、澱粉または澱粉誘導体または少なくとも50重量%の澱粉を含有するポリマー混合物を可塑化して製造された生体高分子である、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。   An agglomerated powder of biopolymer nanoparticles is a biopolymer made by plasticizing a starch or starch derivative or a polymer mixture containing at least 50 wt% starch by applying shear in the presence of a cross-linking agent. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein: 請求項1〜5のいずれかの方法で調製されたバイオポリマーナノ粒子分散液を含有する、顔料を主成分とする塗工液を、木材繊維を主成分とする原紙上に塗工した塗工紙。   The coating which coated the coating liquid which has a biopolymer nanoparticle dispersion liquid prepared by the method in any one of Claims 1-5 mainly on a wood fiber as a main component paper.
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