JP2713494B2 - ゲランガムを用いた紙のサイジング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 製紙に関係するような表面サイジングとは、引き続い
て行われるコーティングまたは印刷のために、紙の手滑
度や引張り強さを改善し、紙の耐脂性を向上する目的
で、ペーパーウェブの表面に非顔料化コーティングを行
うことである。

デンプン（トウモロコシ、ろう質トウモロコシ、タピ
オカ、小麦、ジャガイモおよび米から製造される）は、
紙の表面サイジング用として工業的に最も多量に使用さ
れている。単独もしくはデンプンとともに使用されるヒ
ドロコロイドとしては、ポリビニルアルコール、カルボ
キシメチルセルロース、ワックスエマルジョンおよびア
ルギン酸塩が挙げられる。デンプンは紙表面を極めて不
規則に被覆するため、高濃度のデンプンを使用しない限
り、連続皮膜が容易に形成できないことは公知である。
希望する紙質に依存するが、代表的な濃度は６ないし12
％である。デンプンを水と混合し、デンプン粒子を加
熱、膨潤させて、アミロース分子を可溶化し、分散液を
冷却してゲルまたはペーストを形成させる。天然または
非変性デンプンは、通常の煮沸工程により劣化もしくは
粘度上昇の傾向があるため、化学変性または低粘度化デ
ンプンが紙サイズ剤に通常使用されている。これらのデ
ンプンとしては、酸化カチオン性ヒドロキシエチルエー
テル誘導体および酵素転換デンプンが挙げられる。

サイズ剤としては良好な皮膜形成性を有するものが有
利であり、適切にサイジングすることにより最適のサイ
ズ量の紙が得られ、サイズ剤により紙の浸透性を制御で
きるような均一で非多孔質のコーティングが得られる。

ゲランガムとデンプンの組合せは当該技術分野におい
て開示されている。例えばベアード（Baird）等の「バ
イオ技術（Bio/Technology）」1983年12月、781頁に
は、任意に製品テクスチャーや安定性を得るためにはゲ
ランガムと変性デンプンとを併用することが望ましいと
教示している。カン（Kang）等の「最近開発された新規
な細菌性多糖類（Some Novel Bacterial Polysaccharid
es of Recent Development）240頁には、ゲランガムが
デンプンの代用として、または一部の代用として構造剤
（structuring agent）として使用できることを教示し
ている。サンダーソン（Sanderson）等の「食品技術（F
ood Technology）」1983年４月、66頁、表４には、デン
プン6.56％とゲランガム0.2％を含むデンプンゼリー処
方を、68頁、図８には、デンプン4.8％／ゲランガム0.2
％混合物のアミログラフ（amylograph）を、68頁には、
パイの詰めものとプディングにデンプンとゲランガムを
併用する利点を教示している。米国特許第4,517,216号
明細書、表１−１にはゲランガム0.25％とコーンスター
チ0.25％の混合物を開示している。

ゲランガムと、化学変性または低粘度化デンプン、カ
ルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリビニルアル
コールおよびメチルセルロースのような皮膜形成ヒドロ
コロイドの混合物は、紙や紙基材製品の有孔度を制御す
るのに有用であることを今や見出した。すなわち、この
混合物は紙サイジングに有用であり、かつ顔料化紙コー
ティング用バインダーとしても有用である。

本発明の混合物は、ゲランガムを0.25ないし10重量％
と、皮膜形成重合体を90ないし99.75重量％含むもので
ある。ゲランガムを１ないし８重量％含むものが好まし
い。皮膜形成サイズ剤は、ゲランガムを0.03ないし0.6
重量％、皮膜形成重合体を６ないし12重量％、ゲル化塩
を0.02ないし0.2重量％および100重量％にする水と、必
要に応じ各種添加剤を含むものである。

高脆性から低脆性までの範囲の性質を有する皮膜を、
デンプンビニルアルコール等と混合されるゲランガムの
型に応じて調製することができる。これら皮膜は、可撓
性や高密度を必要とする他の用途、例えば食品、接着剤
および織物に有用である。

ゲランガム（gellan gum）とは、生物体P.エロデア
（elodea）から生成されたヘテロ多糖を云い、米国特許
第4,326,052号、第4,326,053号、第4,377,636号、第4,3
85,123号および第4,503,084号明細書に記載されてい
る。

本発明において有用なゲランガムのもう一つの有用な
型は、ゲランガムの溶液を室温で少なくとも６時間アル
カリ（例えばKOH）で処理して調製された、非脆性、低
アシル型である。処理されたガムはつぎに酸（例えばH₂
SO₄）で中和（pH6.5〜7.5）し、ついで約90.5℃に４分
間加熱する。加熱したガムはつぎに濾取し、イソプロパ
ノール沈殿、乾燥および微粉砕処理する。米国特許第4,
503,084号〔ベアード（Baird）等〕に記載されているよ
うに、天然ガムの発酵ブロース型であってもよい。しか
し本アルカリ処理は、室温で、ガムを十分に脱アセチル
化するのに要する量の数倍過剰のKOHを、ガム1gに対し
て0.15〜0.45g使用する。この方法により、低アシル量
（0.1〜2.0％）で非脆性、すなわち脆性値約40〜70％の
範囲のゲランガムが生成する。ごのゲランガムは下記の
ように本試験に対して最高値である。

一般にゲル組織の輪郭は、４要素、すなわちモジュラ
ス、硬さ、脆性および弾性によって評価される。これら
は、例えばインストロン型4201万能材料試験機（Instro
n 4201 Universal Testing Machine）により、試料をも
との高さの約1/4に圧縮する操作を連続して２回行なっ
て測定される標準ゲル性質である。構造破壊量を測定す
るため、試料は２回圧縮される。

脆性は、最初の圧縮操作中の力−変形曲線において最
初に現われる有意な低下として定義される。これが試料
の最初の破断点または割れである。圧縮操作で極めて早
期に破断するゲルは、遅れて破断するものより脆性が大
であると考えられる。脆性は、ゲルを破壊するに要する
％応力として測定される。脆性値が小さいものは、低応
力レベルでより脆性のゲルであることを示している。

サイズ剤を調製するため、ガム混合物を脱イオン水中
で100℃に加熱し、約30分間保持して水和する。加熱す
る前に、適当なゲル化塩を添加する。このような塩は、
ゲランと重合体混合体とのゲルマトリックスを形成する
ために使用される。ゲル化塩は、前記のゲランガムにつ
いて引用した特許に開示されており、参照することによ
って、その内容をここに組み入れることとする。

本発明のサイズ剤に使用する、デンプン、ポリビニル
アルコールまたはセルロース誘導体は、サイズ剤に有用
な種類として通常知られている市販品を使用することが
できる。このような製品は多数市販されており、文献に
広範囲に記載されている。例えば、カーター（Carter）
編「バルブおよび紙製造（Making Pulp and paper）」
〔クラウンゼラーバッハ（Crown Zellerbach）、196
8〕、特にIV−25ページ以下参照、およびホーレイ（Haw
ley）編、「縮刷化学辞典（The Condensed Chemical Di
ctionary）」８版、1971）など参照のこと。これら材料
の混合物も使用できる。

さらにサイズ剤に対しては、ゲランガム／重合体組合
せの皮膜形成機能に悪影響を与えない限り、通常のサイ
ジング添加剤を使用することができる。このような添加
剤としては、色素、分散剤、界面活性剤などが挙げられ
る。好ましい添加剤の一つは、ゲランガムが組成物中の
水に存在しているカルシウムによって望ましくないゲル
化を起すのを防ぐための、金属イオン封鎖剤であるヘキ
サメタリン酸ナトリウム〔カルゴン社（Calgon Corpora
tion）によってカルゴン（CALGON ）の商標で市販され
ている〕を添加することである。ヘキサメタリン酸ナト
リウムの添加量は、ゲランガムの約50ないし200％であ
る。その他の金属イオン封鎖剤としては、エチレンジア
ミン四酢酸の塩およびクエン酸ナトリウムが挙げられ
る。

本発明組成物を、紙およびその他の基材に塗布するに
は、通常の装置および方法により行われる。

サイズ剤は約25℃でゲルを形成するが、製紙工場にお
ける通常の操業温度である40〜60℃では、これらサイズ
剤の粘度は低く、例えばブルックフールドLVT粘度計を
用い、スピンドル2.60rpmで測定して20センチポアズ（c
P）である。

本発明のサイズ剤は下記の試験法により分析した。

試験法 本発明のガム混合物のサイジング性を評価するため、
標準の原紙、例えばオフセット用紙を使用した。試験紙
は、23℃、50％相対湿度（RH）で調湿した。紙試料を約
23×28cm（９″×11″）に切断し、試験溶液をRKメカニ
カルコーター（Mechanical Coater）〔ニューヨーク、
アミティビル（Amityville）、テスティングマシン社
（Testing Machine Inc.）製〕により塗布した。コーテ
ィング付着重量を測定し、サイジングした紙は、写真印
画乾燥器を用いて乾燥した。つぎに試験に先立ち、この
試料を23℃、50％RHで24時間再調湿した。試験紙の有孔
度を、タッピ（T.A.P.P.I.）標準規格T460 OM−83およ
びT 536 CM−85に従って、テスティングマシン社製のガ
ーレイ（Gurly）デンソメータNo.4110（油充填）および
No.4120（水銀充填）の両者を用いて測定した。これら
の測定機は、所定の空気量、例えば10ccまたは100cc
が、紙試験片の試験面〔約6.5cm²（1in²）〕を通過する
時間（秒）を測定するものである。

本発明を、下記の実施例によりさらに詳細に説明する
が、これは説明のためのものであって、本発明を何等限
定するものではない。

実施例１ デンプンおよび低アシルゲランガムの評価 成 分 重量％ ヒドロオキシエチルスターチエーテル 8.000 低アシルゲランガム 0.050〜0.1 硫酸カルシウム２水和物 0.104 脱イオン水で100％に 100.000 ％ 手順 デンプン、ゲランガムおよびCaSO₄・2H₂Oを混合し
て、攪拌機、冷却器、加熱用マントルおよび温度計を備
えた500cc反応フラスコ中に入れた脱イオン水に添加し
た。この混合物を攪拌しながら100℃に加熱し、30分間
保った。ついでガム溶液を攪拌しながら60℃に冷却し
て、試験紙の塗布に用いた。

第１表の結果が得られた。

実施例２ 水道水でのデンプンとゲランガムの評価 成 分 重量％ ヒドロキシエチルスターチエーテル 8.00 高アシルゲランガム 0.10 カルゴン（CALGON ） （ヘキサメタリン酸ナトリウム） 0.05〜0.20 ゲル化塩 0.04〜0.23 水道水で100％に 100.00％ 手順 水道水には、ゲランガムの完全水和を阻害する２価イ
オンが含有されているため、金属イオン封鎖剤を使用し
た。従って、デンプン、ゲランガム、カルゴン（CALGO
N）およびゲル化剤をドライブレンドして、水道水に攪
拌しながら添加した。これ以降の手順は実施例１に記載
した手順と同様に行った。

第２表の結果が得られた。付着量は全て1.4g/m²であ
った。

実施例３ 低pHにおけるデンプンと高アシルゲランガムの評価 成 分 重量％ ヒドロキシエチルスターチエーテル 8.0 高アシルゲランガム 0.10 カルゴン（CALGON ） 0.05〜0.20 ゲル化塩 0.02〜0.04 水道水で100％に 100.00％ 手順 デンプン、ゲランガム、カルゴン（CALGON）およびゲ
ル化塩をドライブレンドし、クエン酸で予めpH6.0〜6.5
に調節した水道水に添加し、それ以降の手順は実施例１
に記載した手順と同様に行った。

第３表の結果が得られた。付着量は全て1.4g/m²であ
った。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス クレア アメリカ合衆国，92083 カリフオルニ ア，ヴイスタ，マーゲイル レーン 29761 (72)発明者 チエレーザ エム．オルテガ アメリカ合衆国，92129 カリフオルニ ア，サン デイエゴ，トルーマン スト リート 9143 (56)参考文献 特開 平２−54162（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−259152（ＪＰ，Ａ) 欧州公開291228（ＥＰ，Ａ１)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ゲランガムを0.03ないし0.6重量％、皮膜
   形成重合体を６ないし12重量％、ゲル化塩を0.02ないし
   0.2重量％および水を含む組成物を紙に塗布することを
   特徴とする紙のサイジング方法。
2. 【請求項２】ゲランガムの量と皮膜形成重合体の量の比
   が1:99と8:92の間である請求項１記載の方法。