JP4528478B2 - 酵素とポリマーを組み合わせて使用する製紙プロセス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は製紙プロセスならびにこれらのプロセスから得られた製品に関する。より詳細には、本発明はセルロース分解酵素と１種以上のポリマーで製紙パルプを処理することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
製紙パルプを酵素処理しようする特殊な製紙プロセスは、例えば、Fuentes らの米国特許第4,923,565号明細書、Fuentesらの米国特許第5,110,412号明細書、Sarkarらの米国特許第5,169,497号明細書、およびFuentesらの米国特許第5,308,449号明細書に記載されている。これらプロセスのそれぞれは、本明細書中に参考としてその全体を挿入する。これらのプロセスによると、製紙パルプはパルプを従来の製紙機にかける前に、相当な時間、酵素組成物に接触させる。これらのプロセスでは、パルプはパルプを従来の合成ポリマー組成物で処理する前に、少なくとも２０分間、酵素組成物と接触させたままにしておかなければならない。この接触時間が合成ポリマーを添加する前に、酵素に十分な反応時間を与える。したがって、このプロセスは酵素がパルプにまず接触した後に、合成ポリマーを別に添加することを必要とするが、これは時間がかかり複雑である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
長い接触時間を単純化し、および／または避ける製紙プロセスが必要である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は少なくとも１種のセルロース分解酵素組成物と少なくとも１種のカチオン系ポリマー組成物を製紙パルプへほぼ同時に導入して、処理パルプを生成することを含む紙または板紙を製造する方法を提供する。酵素組成物およびポリマー組成物は別々に該パルプへ添加するか、あるいはこれらを前もって混合してから添加することができる。該パルプはさらに少なくとも１種のカチオン系デンプンで処理してもよい。次いで、得られたパルプは、好ましくは、従来の処理に比べて、改良された排水性(drainage)および／または保持性(retention)を有するパルプシートに成形する。排水および乾燥した後、得られた紙または板紙は、好ましくは優れた不透明性および他の物理的性質を示す。
【０００５】
本発明はさらに、ブレンドチェスト内でカチオン系ポリマー組成物を使用してパルプを処理し、次いで酵素組成物を処置パルプへ添加するマシンチェスト内に処理パルプを通過させることを含む紙または板紙を製造する方法に関する。次いで、酵素処理パルプを精製し、スタッフボックスを通過させる。次いで、スタッフボックスからパルプを、第２カチオン系ポリマーをパルプへ添加する白濁水サイロ内を通過させ、次いでパルプを紙または板紙に成形する。
【０００６】
本発明は上記した方法を実施する製紙システム、および該方法によって製造された紙または板紙も提供する。
前記一般的な説明および下記詳細な説明の双方は、単に例示および説明であって、特許請求する本発明のさらなる説明を提供することを意図する。添付する図面（これらは本願に挿入され、本願の一部を構成する）は、その詳細な説明とともに本発明のいくつかの実施態様を説明し、本発明の原理を説明しようとするものである。
【０００７】
【発明の実施の態様】
本発明は紙または板紙を製造する方法を提供する。１つの方法では、少なくとも１種のセルロース分解酵素組成物および少なくとも１種のカチオン系ポリマー組成物をほぼ同時に製紙パルプへ導入する。酵素組成物およびポリマー組成物を別々に該パルプへ添加するか、あるいはこれらを前以て混合してから添加することができる。次いで、得られたパルプは紙または板紙に成形する。本発明では、カチオン系ポリマー組成物および酵素組成物を添加すると同時に、あるいはその後に、カチオン系デンプンもまたパルプまたは処理パルプへ添加することができる。カチオン系デンプンは先に添加したカチオン系ポリマーと同じかまたは異なっていてもよい。本方法で製造された紙または板紙は、好ましくは優れた不透明性および／または他の物理的性質を示す。紙および板紙製品が製造されるパルプシートは、好ましくはパルプ繊維(fine)の優れた排水性および／または優れた保持性を示す。
【０００８】
本発明の方法は、本発明に基づいて容易になされ得る変法を使用して、従来の製紙機で実施することができる。該方法は多くの異なったタイプの製紙パルプまたはこれらの組み合わせを使用することができる。例えば、パルプは未処理亜硫酸パルプ、ブロークパルプ、硬木クラフトパルプ、軟木クラフトパルプ、これらのパルプの混合物などの未処理および／または再生パルプを含む。
【０００９】
上記したように、酵素組成物およびカチオン系ポリマー組成物は、ほぼ同時に添加する。好ましくは、これらの２種の成分をほぼ同時に添加することは、２種の成分をそれぞれ１０分間以内に添加する、より好ましくはそれぞれ５分間以内に添加する、さらにより好ましくはそれぞれ２分間以内または１分間以内に添加する、および最も好ましくはパルプへ本質的に同時に添加することを意味する。
さらに、酵素組成物およびポリマー組成物は一般的に製紙プロセスのいかなる位置で添加することもできるが、好ましくは製紙プロセスの白濁水サイロの前で添加する、より好ましくはマシンチェストの前で添加する、さらにより好ましくはブレンドチェストの前で添加する。もっとも好ましくは酵素組成物およびカチオン系ポリマー組成物は、製紙プロセスの第１精製装置の前で添加する。これは一般的にブレンドチェストの前に位置する。
【００１０】
パルプ処理に使用する酵素組成物は、セルロース分解活性を有する従来のいかなる製紙パルプ処理酵素をも含む。他の成分は、これらの他の成分が酵素組成物のセルロース分解活性に消極的にも影響を与えないかぎり、存在していてもよい。好ましくは、酵素組成物はへミセルロース分解活性も示す。好適な酵素および酵素含有組成物としては、Jaquessの米国特許第5,356,800号明細書、1998年2月27日付出願の米国特許出願第09/031,830号および国際特許出願WO99/43780号に記載されているものが挙げられる。これらは本明細書中に参考としてその全体を導入する。他の製紙パルプ処理酵素の例としては、Buckman Laboratories International, Inc., Memphis, Tennesseeから入手可能であるBUZYME^TM2523およびBUZYME^TM2524が挙げられる。セルロース分解酵素組成物は、好ましくは約５重量％〜約２０重量％の酵素を含む。好ましい酵素組成物は、さらにポリエチレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリビニルピロリドン、テトラヒドロフリルアルコール、グリセリン、水および例えば、米国特許第5,356,800号明細書に記載される他の従来の酵素組成物添加剤を含むことができる。酵素はパルプ乾燥重量に対して、約０．００１〜約０．１００重量％の酵素量にて、例えば約０．００５〜約０．０５重量％にてパルプへ添加してもよい。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様では、酵素組成物は少なくとも１種のポリアミドオリゴマーおよび少なくとも１種の酵素を含む。ポリアミドは酵素を安定化するに効果的な量にて存在する。ポリアミドオリゴマーと酵素を含む酵素組成物の例としては、国際特許出願WO99/43780に記載される。これは参考として本明細書中に挿入する。
本発明では、酵素組成物は２種以上の異なった酵素の組み合わせを含むことができる。酵素組成物は例えば、リパーゼとセルラーゼの組み合わせを挙げることができ、かつ、所望により安定化剤を含むことができる。安定化剤は、ここに記載するポリアミドオリゴマーであってもよい。
【００１２】
酵素組成物とほぼ同時にパルプへ添加されるカチオン系ポリマー組成物は、カチオン系ポリマーの存在しないパルプに比べて、好ましくは、パルプの排水性または保持性を改良するに有効な量を添加する。一般には、カチオン系ポリマーは、乾燥固体パルプに基づいて、紙ストック１トン当たりカチオン系ポリマーを少なくとも約０．５ポンドの量にて、好ましくは、紙ストック１トン当たり少なくとも約１ポンドの量にて添加する。好ましくは、カチオン系ポリマーは、乾燥固体に基づいて、紙ストック１トン当たり少なくとも約２ポンドから紙ストック１トン当たり約６ポンドの量にて添加する。カチオン系ポリマーは好ましくは、パルプの乾燥固体重量に対して、約０．０００１重量％〜約０．０１００重量％の量にて添加する。
【００１３】
いかなるカチオン系ポリマーまたはその混合物を使用してもよく、好ましくは、通常製紙に関連する従来のカチオン系ポリマーをカチオン系ポリマー組成物として使用することができる。カチオン系ポリマーの例としては、カチオン系デンプン、カチオン系ポリアクリルアミドポリマー、例えば、アクリルアミドとカチオン系モノマーとのコポリマー（ここでカチオン系モノマーは中和または四級化された形態である）が挙げられるが、これらに限定されない。窒素含有カチオン系ポリマーが好ましい。本発明で好ましいカチオン系ポリマーを生成するためにアクリルアミドを共重合してもよいカチオン系モノマーの例としては、アクリル酸またはメタクリル酸のアミノアルキルエステル、およびジアリルアミンの中和または四級化された形態のいずれかが挙げられる。カチオン系モノマーおよびカチオン系ポリアクリルアミドポリマーの例は、Baron Jr.らの米国特許第4,894,119号明細書中に記載されている。これは本明細書中に参考として挿入する。
【００１４】
カチオン系ポリマーは、例えば、１−トリメチルアンモニウム−２−ヒドロキシプロピルメタクリレートメトスルフェートを含むコモノマーから生成したポリアクリルアミドであってもよい。カチオン系ポリマーの他の例としては、ジアリルアミンモノマーのホモポリマー、アクリル酸のアミノアルキルエステルのホモポリマー、および米国特許第4,894,119号明細書に記載されるポリアミンが挙げられるが、これらに限定されない。コポリマー、ターポリマーまたは高次ポリマーを使用してもよい。さらに、本発明の目的では、２種以上のカチオン系ポリマーの混合物を使用してもよい。
【００１５】
カチオン系ポリマーとして、カチオン系ポリアクリルアミドを使用する場合、非イオン性アクリルアミド単位が、好ましくはコポリマー中に存在し、好ましくは少なくとも約３０モル％、および一般的には９５モル％以下の量にて存在する。少なくとも約５モル％、および一般的には約７０モル％以下のポリマーは、好ましくはカチオン系コモノマーから生成される。
カチオン系ポリマーの重量平均分子量は、好ましくは1,000以上、例えば、約10,000〜約15,000,000または約100,000〜約10,000,000である。
本発明の好ましい実施態様では、存在するカチオン系ポリマーは少なくとも約10,000の重量平均分子量を有し、カチオン系ポリマー組成物と酵素組成物を互いにパルプへ添加する前に、酵素組成物と前以て混合する。
【００１６】
酵素組成物およびカチオン系ポリマー組成物でほぼ同時に製紙パルプを処理した後、次いで、得られた処理パルプを従来の製紙機および技術でもって加工してもよい。処理パルプはさらに、アニオン系および非イオン系ポリマーなどの他のポリマー、クレー、他の充填剤、染料、顔料、脱泡剤、殺生物剤、ミョウバンなどのｐＨ調整剤、および他の従来の製紙または加工添加剤を含む１種以上の成分で処理してもよい。本発明の方法において使用する１つの特に好ましい添加剤は、カチオン系デンプンである。
【００１７】
カチオン系デンプンは本発明のパルプまたは処理パルプへ添加して、デンプン処理パルプを生成する。デンプンは本発明の製紙容器またはシステムから、製紙パルプの流れに沿って、１つ以上の地点で添加すればよい。例えば、カチオン系デンプンは酵素およびカチオン系ポリマーをパルプへ添加するとほぼ同時にパルプへ添加することができる。カチオン系デンプンはまたは、あるいはさらに、パルプを酵素およびカチオン系ポリマーでまず処理した後に、処理パルプへ添加することができる。好ましいカチオン系デンプンとしては、ジャガイモデンプン、トウモロコシデンプン、および他のウエットエンドデンプン、またはこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
従来量のデンプンをパルプへ添加することができる。本発明で使用することができるデンプンの模範的量は、パルプの乾燥固体重量に基づいて、１トン当たり約５〜約２５ポンドである。
【００１８】
デンプンに加えて、または置き換えて、微粒子添加物をプロセスのいずれのときにおいてもパルプへ添加してもよい。微粒子添加剤はパルプの電荷またはパルプ成分の電荷を変更することができる。微粒子添加剤は、例えば充電剤または変性剤、充填剤、凝固剤および／または保持助剤である。微粒子添加物は天然または合成ヘクトライト(hectorite)、ベントナイト、ゼオライト、アルミナゾル、または当業者に公知である従来の粒子状添加剤のいずれかである。
【００１９】
殺生物剤は、製紙プロセス中に殺生物剤の従来の使用に従って、パルプまたは処理パルプへ添加してもよい。例えば、殺生物剤は、パルプを酵素およびカチオン系ポリマーで処理した後に、ブレンドチェスト中の処理パルプへ添加してもよい。本発明の製紙パルプに有用である殺生物剤としては、当業者に周知である殺生物剤、例えば、Buckman Laboratories International, Inc., Memphis, Tennesseeから入手可能であるBUSAN^TM1130が挙げられる。
【００２０】
本発明の方法を実施する製紙システムのフローチャートは、図１に開示されている。示されたシステムは、本発明の例示であって、本発明の範囲を制限することを全く意図していないことを理解すべきである。図１のシステムでは、酵素組成物の供給およびカチオン系ポリマー組成物の供給は、それぞれ所望濃度にて同時に一緒にして、溢れて流れる製紙パルプとし、処理パルプを形成する。示されたパルプの供給は、例えばパルプ保有タンクまたはサイロから供給されたパルプの流れを示す。図１に示されたパルプの供給部は、導管、保有タンクまたは混合タンク、または他の容器、通路、またはパルプ流のための混合ゾーンである。酵素組成物の供給部は、例えば、処理パルプタンクの入口に連通する出口を有する保有タンクである。カチオン系ポリマー組成物の供給部は、例えば、処理パルプタンクの入口に連通する出口を有する保有タンクである。
【００２１】
酵素組成物およびカチオン系ポリマー組成物で処理したパルプは、殺生物剤を含む所望の添加剤を処理パルプと一緒にする場合、処理パルプタンクから精製装置内を通過させ、次いでブレンドチェスト内を通過させる。精製装置は処理パルプタンクの出口と連通する入口、およびブレンドチェストの入口に連通する出口を有する。
【００２２】
図１の実施態様では、ブレンドチェスト内で処理されたパルプを、ブレンドチェストの出口からマシンチェストの入口への連通手段を通過させる。ブレンドチェストおよびマシンチェストは、当業者に公知である従来のタイプのものがある。マシンチェストはシステムの下流部分を通過する、特にヘッドボックスの処理パルプまたはストック上でレベルヘッド、すなわち一定圧力を確実にする。
図１のシステムでは、ヘッドボックスで製紙して得られた排水パルプを白濁水サイロへ再循環させる。
【００２３】
図２に示される実施態様では、カチオン系デンプンはブレンドチェストで精製処理パルプへ添加し、このシステムは従来のスタッフボックスを含んでいる。図２には示されていないけれども、スタッフボックスでさらにカチオン系デンプンを添加してもよい。図２のシステムはマシンチェストとスタッフボックスとの間に第２精製装置を有している。ミョウバンなどのｐH調整剤を含む他の添加剤もまたスタッフボックスで添加してもよい。ｐＨ調整剤は容器内のパルプまたは処理パルプの流れに沿って他の位置で添加することもできる。
【００２４】
本発明の装置はパルプの流れに好適な濃度、例えばパルプの乾燥固体重量に基づいて約０．００１〜約０．１００重量％の酵素をもたらすための測定装置も含むことができる。この装置はパルプの流れに好適な量、例えばパルプの乾燥固体重量に基づいて、約０．０００１〜約１．０００重量％のカチオン系ポリマーをもたらすための測定装置を含むことができる。他の測定装置または投与装置を、好ましくは該方法中に使用してもよい他の添加剤および成分のために設ける。
【００２５】
本発明の他の実施態様は図３に示される。パルプはブレンドチェスト内で窒素含有カチオン系ポリマーやカチオン系デンプンなどのカチオン系ポリマー組成物で処理する。処理パルプはブレンドチェストからマシンチェストへ通過させ、ここで酵素組成物を処理パルプへ添加して酵素処理パルプを生成する。次いで、酵素処理パルプは精製して、任意のカチオン系ポリマー組成物を所望によりパルプへ添加するスタッフボックスを通過させる。もしも使用するならば、任意のカチオン系ポリマー組成物はブレンドチェストでパルプへ添加された第１カチオン系ポリマー組成物と同じでもまたは異なっていてもよい。または、さらにカチオン系ポリマーをスタッフボックスでパルプへ添加しなくてもよい。スタッフボックスから、次いでパルプは窒素含有カチオン系ポリマー組成物をパルプへ添加する白濁水サイロを通過させる。次いでパルプをファンポンプからスクリーン、続いてヘッドボックスを通過させる。ヘッドボックスで製紙して得られた排水ストックは、白濁水サイロへ再循環される。
【００２６】
図３で示される本発明の実施態様では、窒素含有カチオン系ポリマー組成物は、例えばアクリルアミド単位およびカチオン系モノマー単位を含むカチオン系ポリマーである。添加される第１カチオン系ポリマー組成物は、他方、窒素含有ポリマー、カチオン系デンプン、または他のカチオン系ポリマーであってもよい。任意のカチオン系ポリマー組成物もまた窒素含有ポリマー、カチオン系デンプンまたは他のカチオン系ポリマーである。第１カチオン系ポリマー組成物、窒素含有カチオン系ポリマー組成物、および任意のカチオン系ポリマー組成物は同じでもまたは異なっていてもよい。図３に示される本発明の好ましい実施態様では、カチオン系ポリマー組成物および任意のカチオン系ポリマー組成物の少なくとも１つはデンプンを含む。さらに、好ましくは窒素含有カチオン系ポリマー組成物はアクリルアミド単位およびカチオン系モノマー単位を含む。
【００２７】
クリーナー、例えば遠心分離力による洗浄装置は、上記図１〜３の実施態様のいずれかでは、例えばファンポンプとスクリーンの間に配置することができる。
本発明の方法および装置は、パルプ、酵素およびカチオン系ポリマー間の相互作用時間を延長させる。本発明のシステムのヘッドボックスへ届いた処理パルプは、紙または板紙前駆物質シートに形成することができる。好ましくは、このシートは優れた排水性および／または繊維保持性を示す。本発明方法により作られた紙および板紙は優れた不透明性および他の物理的性質を示す。
【００２８】
本発明の真髄または範囲から逸脱することなく、本発明の実施態様に種々の修正および変化を行うことは、当業者には自明であろう。すなわち、本発明は添付する特許請求の範囲およびその均等内にもたらされる本発明の他の修正および変化をも包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様の製紙プロセスを示すフローチャートである。
【図２】本発明の他の実施態様である製紙プロセスを示すフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施態様である製紙プロセスを示すフローチャートである。

Claims (8)

1. ａ）製紙パルプへ少なくとも１種のセルロース分解酵素組成物および少なくとも１種のカチオン系ポリマー組成物を添加して、処理パルプを生成し、かつ、
   ｂ）該処理パルプを紙または板紙に成形することを含む、紙または板紙を製造する方法であって、ここで、該カチオン系ポリマー組成物は少なくとも１０，０００の重量平均分子量を有し、並びに、該カチオン系ポリマー組成物を、該ポリマーと酵素をともにパルプへ添加する前に、該酵素組成物と前もって混合する、ことを特徴とする方法。
2. さらに、少なくとも１種の第１カチオン系デンプンを前記処理パルプへ添加することを含む、請求項１記載の方法。
3. 第１カチオン系デンプンと同じかあるいは異なっている第２カチオン系デンプンを、前記第１カチオン系デンプンの添加後、工程ｂ）の前に処理パルプへ添加する、請求項２記載の方法。
4. 前記少なくとも１種のカチオン系ポリマー組成物は、以下から選ばれる請求項１記載の方法；
   （１）合成カチオン系ポリマーを含む、
   （２）ポリアクリルアミドポリマーを含む、
   （３）アクリルアミド単位およびカチオン系モノマー単位を含む合成水溶性カチオン系ポリマーである。
5. 前記少なくとも１種のカチオン系デンプンを、パルプの乾燥固体重量に基づいて、１トンあたり５〜２５ポンドの量にて前記処理パルプへ添加する、請求項２記載の方法。
6. 少なくとも１種のセルロース分解酵素組成物および少なくとも１種のカチオン系ポリマー組成物を、製紙プロセスのブレンドチェストの前で添加する、またはブレンドチェストの前に位置する第１精製装置の前で添加する、請求項１記載の方法。
7. 以下から選ばれる請求項６記載の方法；
   （１）さらに、少なくとも１種の第１カチオン系デンプンをブレンドチェストで、または前記ブレンドチェストの前で処理パルプへ添加することを含む、
   （２）少なくとも１種のカチオン系ポリマー組成物は、少なくとも１種の窒素含有ポリマーを有する合成ポリマーを含む、
   （３）さらに、少なくとも第２カチオン系デンプンを処理パルプへ添加することを含み、該第１および第２カチオン系デンプンは同じかまたは異なっている。
8. 前記パルプは未処理硫酸パルプである、請求項１記載の方法。

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