KR100416573B1 - 식물성 단백질 물질을 함유하는 식물성 단백질 접착 결합제, 식물성 단백질 접착 결합제를 포함하는 종이 코팅 조성물, 및 식물성 단백질 접착 결합제의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물성 단백질 물질 및 폴리아크릴레이트의 알칼리성 분산물을 형성하는 단계, 폴리아크릴레이트 및 식물성 단백질 물질을 엉킴 처리하는데 충분한 온도 및 시간 동안 폴리아크릴레이트 및 식물성 단백질 물질을 혼합하는 단계 및 식물성 단백질의 등전점에서 식물성 단백질 물질 및 폴리아크릴레이트를 공침시키는 단계에 의해 제조되는, 식물성 단백질 접착 결합제를 고함량으로 함유하는 종래의 종이 코팅 조성물과 대등한 종이 코팅 조성물의 유동적 특성 및 기타의 특성을 부여하면서 종래의 식물성 단백질 접착 결합제보다 훨씬 소량으로 종이 코팅 조성물에 사용될 수 있는 개선된 식물성 단백질 접착 결합제에 관한 것이다. 폴리아크릴레이트와 엉킴 처리된 식물성 단백질 물질은, 안료, 중합체 라텍스 및 식물성 단백질 결합제를 포함하는 종이 코팅 조성물 중에서 식물성 단백질 접착 결합제로서 사용되는 것이 이로울 수 있다.

Description

식물성 단백질 물질을 함유하는 식물성 단백질 접착 결합제, 식물성 단백질 접착 결합제를 포함하는 종이 코팅 조성물, 및 식물성 단백질 접착 결합제의 제조 방법{AN ADHESIVE BINDER COMPRISING A VEGETABLE PROTEIN MATERIAL, A PAPER COATING COMPOSITION COMPRISING A VEGETABLE PROTEIN ADHESIVE BINDER, AND A METHOD OF PREPARING A VEGETABLE PROTEIN ADHESIVE BINDER}

본 발명은 단백질을 함유하는 종이 코팅 조성물, 특히 접착 결합제로서 개질된 식물성 단백질을 함유하는 종이 코팅 조성물에 관한 것이다.

식물성 단백질 물질은 안료를 함유하는 종이 코팅 조성물을 위한 접착 결합제로서 널리 알려져 있다. 종이 코팅 조성물은 종이에 소정의 마무리, 광택, 평활성 및 미소다공성 표면을 제공한다. 이러한 코팅 조성물에서의 안료는 표면이 고르지 못한 종이를 평편하게 하고, 인쇄를 위해 고르고 균일한 흡수면을 제공하는 기능을 한다. 이러한 접착제는 안료 입자를 기재 종이의 표면에 결합시킬 뿐 아니라, 입자를 서로 접착시키는 기능도 한다.

종이 코팅 조성물에서 접착 결합제로서 사용하기에 특히 바람직한 식물성 단백질 물질로는 개질 대두 단백질이 있다. 이러한 접착 결합제는 통상적으로 종이 코팅 조성물 중의 결합제로서 사용하기에 적절한 단백질 접착 물질을 제조하기 위해 가수분해 및 기타의 화학적 처리에 의해 개질된 대두 단백질 분리물로부터 제조된다.

이러한 조성물이 종이 코팅업계에 폭넓게 사용되고는 있으나, 통상의 종이 코팅 조성물과 동등한 기능적 특성을 나타내면서도 종이 코팅 조성물에 소량으로 사용되어도 코팅 조성물에서의 적절한 유동학적 특성을 달성할 수 있는 개선된 식물성 단백질 결합제를 제공하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 다량의 식물성 단백질 접착 결합제를 함유하는 통상의 종이 코팅 조성물과 동등한 유동학적 특성 및 기타의 특성을 종이 코팅 조성물에 부여하면서도 종래의 식물성 단백질 결합제에 비해서 훨씬 소량으로 종이 코팅 조성물에 사용될 수 있는 개선된 식물성 단백질 접착 결합제를 제공하고자 하는 것이다. 보다 상세하게 말하자면, 본 발명의 식물성 단백질 접착 결합제는 소정의 유동학적 특성을 나타내는 종이 코팅 조성물을 제공하는데 소량의 식물성 단백질 접착 결합제를 사용하도록 하는 개선된 틱크닝(thickening) 기능을 수행한다. 특히, 본 발명의 식물성 단백질 접착 결합제는 본 발명에 의한 소량의 식물성 단백질 접착 결합제를 종이 코팅 조성물에 사용하여도 통상의 식물성 단백질 접착 결합제를 다량 함유하는 종래의 종이 코팅 조성물과 동등한 점도를 얻을 수 있는 정도의 개선된 틱크닝 효과를 갖는다.

본 발명의 한 특징에 의하면, 개선된 유동학적 특성을 나타내는 식물성 단백질 접착 결합제는 폴리아크릴레이트로 엉킴 처리된 식물성 단백질을 포함한다.

본 발명의 또다른 특징에 의하면, 개선된 유동학적 특성을 갖는 식물성 단백질 접착 결합제는 종이 코팅 조성물을 형성하는 기타의 소량의 코팅 첨가제, 중합체 라텍스 및, 안료(들)와 혼합된 폴리아크릴레이트와 엉킴 처리된 식물성 단백질을 포함한다.

개선된 유동학적 특성을 갖는 식물성 단백질 접착 결합제는 식물성 단백질과 폴리아크릴레이트를 엉킴 처리시키는데 충분한 온도와 시간에서 식물성 단백질 물질과 폴리아크릴레이트의 알칼리성 분산물을 동시 처리한 후, 단백질 및 엉킴 처리된 폴리아크릴레이트 모두를 동시에 침전시켜 제조한다. 생성물은 엉킴 처리된 폴리아크릴레이트를 함유하지 않는 종래의 단백질 접착제, 심지어는 본 발명에서 제공된 바와 같은 단백질 접착제와 폴리아크릴레이트가 엉킴 처리되지 않은채 폴리아크릴레이트가 첨가된 종이 코팅 시스템과 비교하여도 종이 코팅 용도에 있어서 우수한 특성을 갖는다.

종이 코팅 조성물에서 접착 결합제로서 적절한 다양한 식물성 단백질 물질이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 그러나, 가장 흔하게 제조되는 단백질 분리물 및 단백질 농축물은 대두로부터 얻게 된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시태양은 대두 단백질 물질과 관련하여 기재하였는데, 이는 본 발명을 개발하게 된 주요 관심 분야이기 때문이다. 그러나, 기타의 단백질 물질 및 식물성 단백질 물질도 필요할 경우 유사한 방식으로 사용할 수 있는 것이 자명하다.

이해를 돕기 위해, 본 발명의 공정 및 생성물은 탈지 대두 박편 또는 가루로부터 제조된 대두 단백질 물질과 관련하여 기재할 것이다. 탈지 대두 박편 또는 가루는 완전 대두를 세정, 분쇄, 박편화, 탈지(기계적으로 또는 화학적 방법을 사용하여)하는 통상의 공정에 의해 제조될 수 있으며, 가루의 경우에는 이를 잘게 분쇄한다. 탈지 대두 박편 및 가루는 시판되고 있으며, 이는 본 발명의 공정을 위한 출발 물질로서 입수할 수 있다.

탈지 대두 박편 또는 가루를 사용하여 대두 단백질의 분산물을 제조한다. 탈지 대두 박편 또는 가루는 알칼리 수용액으로 추출하여 단백질을 추출하고, 이를 용액으로 가용화시킨다. 이어서, 단백질을 함유하는 추출물을 통상의 여과 또는 원심분리법에 의해 알칼리 불용성 고형물로부터 분리한다. 대두 박편으로부터의 단백질 추출물 또는 분산물은 통상적으로 pH가 약 8∼12이다. 별법으로, 시판되는 대두 단백질 분리물은 바람직하게는 pH가 약 8∼약 12인 건조 단백질 물질의 알칼리성 분산물을 형성하므로써 본 발명의 공정을 위한 출발 물질로서 사용될 수 있으며, 여기서 대두 단백질 분리물의 알칼리성 분산물은 알칼리성 수용액중에 단백질 분리물을 혼합함으로써 형성할 수 있다. 대두 박편 또는 대두 단백질 분리물로부터 얻은 단백질 물질을 분산시키는데 사용되는 알칼리성 수용액의 특정 유형은 본 발명의 실시에는 그리 중요한 사항이 아니며, 일반적으로 임의의 유형의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 수산화물 수용액, 바람직하게는 수산화나트륨 또는 수산화칼슘 수용액, 또는 기타의 물질, 예컨대 수산화암모늄은 단백질 분산물을 제조하는데 용이하게 사용할 수 있다.

단백질 분산물에 폴리아크릴레이트를 첨가하고, 첨가된 폴리아크릴레이트 함유 분산물은 단백질 중의 폴리아크릴레이트의 적어도 일부분을 엉킴 처리시키기에 충분한 온도 및 시간 동안 처리한다. 폴리아크릴레이트는 일반적으로 1 종 이상의 비닐 카르복실산 에스테르, 예컨대 알킬 에스테르 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트의 임의의 중합체 또는 공중합체가 될 수 있다. 기타의 소량의 공중합성 단량체를 함유하는 비닐 카르복실산 에스테르의 공중합체를 사용할 수 있다. 본 발명에 사용하기에 적절한 시판되는 폴리아크릴레이트의 예로는 롬 앤 하스 캄파니에서 시판하는 등록상표 ACRYSOL TT-615, 앨코 케미칼 인더스트리즈, 인코포레이티드에서 시판하는 등록상표 ALCOGUM L-289 등이 있다. 폴리아크릴레이트는 소량 또는 다량을 사용할 수는 있으나, 단백질 물질 중량의 약 1.5 중량%∼약 10 중량%의 함량으로 첨가하는 것이 바람직하다. 사용된 폴리아크릴레이트의 함량이 단백질 물질의 중량을 기준으로 하여 약 3∼약 6 중량%일 경우, 개선된 특성과 비용면에서의 최적의 균형을 이루는 것으로 생각된다.

또다른 실시태양에서는, 폴리아크릴레이트를 수용액에 분산시킬 수 있으며, 상기 단백질을 상기 용액에 첨가하여 단백질을 상기 용액 중에 분산시킬 수 있다. 용액 중에 단백질을 완전 분산시키기 위해 단백질의 첨가 전후에 상기 용액을 알칼리성으로 만들 수 있으며, 적절한 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 수산화물 또는 기타의 염기 예컨대 수산화암모늄을 사용하여 pH를 약 8∼약 12로 증가시키는 것이 바람직하다. 이러한 접근 방법은 단백질이, 알칼리 불용성 물질이 제거된 단백질 분리물인 경우 특이 유효한데, 이는 단백질을 용액에 첨가하기 이전에 수용액중에 폴리아크릴레이트를 미리 희석시킬 수 있기 때문이다.

단백질 물질과 폴리아크릴레이트의 사이에 물리적 엉킴 처리를 일으키기에 충분한 시간 및 온도 조건하에서 폴리아크릴레이트 및 단백질 물질을 혼합한다. 온도는 단백질을 거의 가수분해시키지 않으면서 단백질을 폴딩 해체시키거나 또는 변성시키기에 충분하여야 하며, 여기서 본 발명에서 사용한 "가수분해"라는 것은 단백질체로부터 아미노산 및/또는 펩티드를 분리시키는 것을 의미한다. 단백질의 폴딩 해체는 폴리아크릴레이트와 단백질을 물리적으로 엉킴 처리시키기 위해 필요하다. 단백질을 가수분해시키지 않으면서 단백질을 폴딩 해체시켜 폴리아크릴레이트를 엉킴 처리시키는데 충분한 온도는 약 40℃∼약 65℃이다. 단백질 및 폴리아크릴레이트를 함유하는 분산물을 약 50℃∼약 65℃의 온도에서 처리하여 단백질 및 폴리아크릴레이트를 엉킴 처리시키는 것이 바람직하다.

단백질 및 폴리아크릴레이트 분산물은 단백질 및 폴리아크릴레이트가 효과적으로 엉킴 처리되도록 하기에 충분한 시간 동안 전술한 온도에서 처리하여 효과적으로 엉킴 처리시킨다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "효과적으로 엉킴 처리되었다"라는 것은 종래의 단백질 접착제에 비하여 종이 코팅 조성물에 혼입될 경우 엉킴 처리된 단백질 및 폴리아크릴레이트가 공침시에 상당한 틱크닝 효과를 제공하기에 효과적인 정도로 엉킴 처리되었다는 것을 의미한다. 단백질 물질 및 폴리아크릴레이트를 효과적으로 엉킴 처리시키는데 충분한 시간은 단백질 및 폴리아크릴레이트가 엉킴 처리되는 온도에 따라 결정되며, 여기서 온도가 낮을 수록 더 장시간이 소요된다. 단백질 및 폴리아크릴레이트를 엉킴 처리시키는데 효과적인 온도에서 분산물을 유지시키는 시간은 단백질을 상당량 폴딩 해체시키기에 충분히 길어야 하며, 바람직하게는 10 분 이상이어야 한다. 장시간 동안 엉킴 처리를 일으키기에 효과적인 온도에서 분산물을 유지하는 것은 단백질을 실질적으로 폴딩 해체시킬 수 있으며 단백질과 폴리아크릴레이트의 엉킴 처리를 촉진시키게 된다. 그러므로, 30 분 이상, 더욱 바람직하게는 1 시간 이상동안 엉킴 처리를 촉진시키기에 효과적인 시간에서 단백질 및 폴리아크릴레이트의 분산물을 유지하는 것이 바람직하다. 단백질 물질 중 폴리아크릴레이트 75 중량% 이상을 엉킴 처리시키는데 충분한 시간 및 온도에서 단백질 및 폴리아크릴레이트의 분산물을 처리하는 것이 가장 바람직하다.

단백질 및 폴리아크릴레이트를 엉킴 처리시키기에 충분한 시간 및 온도에서 단백질 및 폴리아크릴레이트 분산물을 처리한 후, 분산물을 대략 단백질의 등전점에서 pH를 조절하여 엉킴 처리된 단백질 및 폴리아크릴레이트를 공침시킨다. 대두 단백질 분리물/폴리아크릴레이트 공침물의 경우, 분산물의 pH를 약 3.7∼약 4.6으로 조절하여 엉킴 처리된 단백질 및 폴리아크릴레이트를 공침시킬 수 있다. 임의의 적절한 시판되는 무기산 또는 저분자량 유기산, 예컨대 염산, 황산 및 아세트산을 사용하여 분산물의 pH를 조절할 수 있다. 공침된 식물성 단백질 물질/폴리아크릴레이트를 통상의 단백질 처리 방법에 따라 세척, 여과, 압착, 탈수 및 건조시켜 저장 안정성이 적절하고 종이 코팅 조성물에 유용한 생성물을 제공할 수 있다.한편, 상기 식물성 단백질 물질 및 폴리아크릴레이트의 알칼리성 분산물 중의 식물성 단백질 물질의 농도는 분산물 중량의 약 1 ∼ 약 10 중량% 인 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 의해 형성된 식물성 단백질 접착 결합제는 엉킴 처리된 충분량의 폴리아크릴레이트를 함유하여 종래의 식물성 단백질 접착제 단독 또는 엉킴 처리되지 않은 종래의 단백질 접착제와 폴리아크릴레이트의 혼합물을 사용할 때보다도 종이 코팅 조성물에서의 점성이 상당히 큰 식물성 단백질 접착제를 얻게 된다. 본 발명의 식물성 단백질 접착 결합제는 식물성 단백질 물질 중에 엉킴 처리된 폴리아크릴레이트 약 1.125 중량% 이상을 함유한다. 식물성 단백질 접착 결합제는 식물성 단백질 물질 중에 엉킴 처리된 폴리아크릴레이트 약 1.5 중량%∼약 7.5 중량%를 함유하는 것이 더욱 바람직하고, 식물성 단백질 물질 중에 엉킴 처리된 폴리아크릴레이트 약 2.25 중량%∼약 4.5 중량%를 함유하는 것이 가장 바람직하다.

바람직한 실시태양에 있어서, 식물성 단백질과 폴리아크릴레이트의 사이의 소정의 엉킴 처리를 얻기 위해서는 식물성 단백질 분산물에 폴리아크릴레이트를 첨가 이전에 또는 첨가와 동시에 단백질 분산물에 환원제를 첨가한다. 본 발명을 특정의 이론으로 국한시키고자 하는 의도는 아니지만, 환원제와의 단백질 물질의 반응은 단백질 물질 중의 이황화 결합을 분해하는 것으로 생각된다. 이황화 결합을 분해하므로써 단백질이 적어도 부분적으로 폴딩 해체되고, 구상 형태로부터 보다 불규칙한 형태로 재유기화되어 단백질의 선형 분절이 폴리아크릴레이트와의 엉킴 처리에 더욱 접근이 가능하게 된다.

환원제는 적어도 화학량론적 양을 기준으로 하여 가용화된 단백질 분산물 중의 이황화 결합 또는 황 함유 아미노산의 농도로 알칼리성 분산물에 첨가하는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용될 수 있는 환원제의 특정 유형은 그리 중요하지 않다. 화합물의 바람직한 예로는 유리(free) 또는 사용 가능한 설프히드릴기를 포함하는 것, 예컨대 티오글리콜산 또는 티오글리콜산의 염이 있다. 환원제로서는 티오글리콜산암모늄을 사용할 수 있는 것이 가장 바람직하다. 기타의 환원제의 적절한 예로는 이산화황, 아황산나트륨, 중아황산나트륨, 황화나트륨, 티오황산나트륨, 머캅토에탄올 및 기타의 유리 설프히드릴기 함유 화합물이 있다. 티오글리콜산 또는 티오글리콜산암모늄과 같은 환원제의 농도는 분산된 단백질 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 약 0.2∼2 중량%, 가장 바람직하게는 0.5∼1.5 중량%이다. 단백질 물질과 환원제와의 반응 동안 분산물의 pH를 약 8∼약 11로 유지하는 것이 바람직하다. 환원제와 단백질 물질 간의 반응은 바람직하게는 약 40℃∼약 65℃, 더욱 바람직하게는 약 50℃∼약 65℃에서 수행한다.

추가의 바람직한 실시태양에 있어서, 식물성 단백질 분산물을 또한 카르복실산 무수물과 반응시켜 단백질 물질을 카르복실화시키고, 생성된 식물성 단백질 접착 결합제에 개선된 종이 코팅 조성물의 유동학적 특성을 부여할 수 있다. 일반적으로 임의의 카르복실산 무수물 또는 이의 혼합물은 본 발명에 유용한 것으로 간주한다. 카르복실산 무수물의 바람직한 예로는 프탈산 무수물, 숙신산 무수물, 아세트산 무수물 및 말레산 무수물이 있다. 카르복실산 무수물을 미분 또는 분쇄 형태로 또는, 단백질 분산물의 임의의 성분과 반응하지 않는 용매와의 용액의 형태로 알칼리성 단백질 분산물에 첨가할 수 있다. 첨가될 수 있는 카르복실산 무수물의 양은 안료 함유 종이 코팅 조성물에 사용할 경우 단백질 물질을 개질시키고 식물성 단백질 접착 결합제에 개선된 유동학적 특성을 부여하기에 충분량이어야 한다. 카르복실산 무수물의 양은 알칼리성 단백질 분산물 중의 단백질의 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 약 2∼약 10 중량%, 더욱 바람직하게는 약 4∼약 6 중량%이다. 단백질과 카르복실산 무수물 사이의 반응은 약 40℃∼약 65℃의 온도에서, 약 8∼약 11의 pH에서 수행하는 것이 적절하다. 온도 및 pH는 과도한 가수분해를 일으키지 않으면서 카르복실산 무수물과의 반응에 의해 개질된 단백질 분자상의 아민기의 반응성을 유지하는 범위가 바람직하다.

가장 바람직한 실시태양에 의하면, 폴리아크릴레이트 및 환원제를 대략 동시에 단백질 분산물에 첨가하고, 분산물을 식물성 단백질 물질 및 폴리아크릴레이트를 엉킴 처리시키기에 충분한 온도 및 시간 동안 처리한 후, 분산물 중의 엉킴 처리된 단백질/폴리아크릴레이트 물질을 카르복실산 무수물과 처리하는데, 이는 생성된 단백질 접착제가 개선된 성능 특성을 나타내는 것으로 밝혀졌기 때문이다. 또다른 실시태양에 있어서, 단백질 물질을 환원제로 처리하고, 카르복실산 무수물과 반응시킨 후, 단백질 분산물에 폴리아크릴레이트를 첨가하는 방법이 있다. 그러나, 단백질을 환원제와 반응시키지 않고도, 단백질 물질을 카르복실산 무수물과 반응시키지 않고도 또는 단백질 물질을 환원제 및 카르복실산 무수물과 반응시키지 않고도 여러 특성이 실현될 수 있다.

또다른 실시태양에 있어서, 카르복실산 무수물과의 반응에 의해 또는 환원에 의해 개질되느냐의 여부와는 상관없이, 엉킴 처리된 단백질/폴리아크릴레이트의 분산물을 안정화 표백제(stabilizing and bleaching agents), 예컨대 과산화수소로 처리하여 종이 코팅 조성물에 사용하기 위하여 생성된 단백질 접착제의 생안정도 및 기타의 특성을 추가로 개선시킬 수 있다. 이러한 처리는 통상적으로 단백질의 중량을 기준으로 하여 과산화수소 또는 과산화나트륨 약 3∼25 중량%를 사용하여 수행된다. 기타의 안정화 물질, 예컨대 암모니아, 규산나트륨 및 기타의 물질을 단백질 물질의 처리에 사용할 수 있다. 안정화 표백제는 식물성 단백질 접착 결합제를 함유하는 코팅 조성물에 증가된 안정도 및 실온 저장 수명을 부여하기에 효과적인 함량으로 사용되는 산화 물질이다. 산화 처리는 약 30℃∼약 70℃의 온도에서 약 30 분∼6 시간 동안 수행할 수 있다. 산화 처리는 생안정도 및 저장 수명을 개선시키는 것 이외에도 코팅된 종이의 총 광학적 특성면에서 개선된 특성을 부여한다. 특히, 산화 처리는 종이 코팅 조성물에 사용시 코팅의 백색도, 뛰어난 광택도 및 휘도를 증가시키는 식물성 단백질 접착 결합제를 제공한다.

본 발명의 식물성 단백질 접착 결합제를 형성 및 건조시킨 후, 건조된 결합제는 생성물의 특성을 개선시키기 위한 제제로 추가로 처리할 수 있다. 건조된 결합제는 습윤제, 예를 들면 프로필렌 글리콜 약 2∼7%로 처리할 수 있다. 기타의 안티-케이킹(anti-caking) 물질 및 유동 개선 물질, 예컨대 건조 중량을 기준의 식물성 단백질 접착 결합제 중량의 약 0.1∼약 0.6 중량%의 발연 실리카를 첨가할 수도 있다.

또다른 실시태양에 있어서, 본 발명에 의한 식물성 접착 결합제는 시판되는 단백질 접착 결합제 및 폴리아크릴레이트를 엉킴 처리시키므로써 시판되는 단백질 접착 결합제를 개질시키므로써 형성될 수 있다. 시판되는 단백질 접착 결합제는 전술한 바와 같이 고유하게 개질될 수도 있으며, 카르복실화, 환원 또는, 안정화 표백제를 사용하여 처리할 수 있거나 또는 이의 제조 동안 기타의 개질 반응을 수행할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 의한 처리를 위해 시판되는 단백질 접착 결합제의 특성은 최종 생성물에서 목적하는 특성에 따라 선택되어야만 한다.

시판되는 단백질 접착 결합제는 대두 단백질 분리물과 관련하여 전술한 바와 같이 수용액 중에 분산된다. 상기 용액은 폴리아크릴레이트를 함유할 수 있거나, 또는 단백질 접착 결합제를 용액에 분산한 후 폴리아크릴레이트 물질을 상기 용액에 첨가될 수도 있다. 적절한 염기를 사용하여 용액의 pH를 약 8∼12로 조절하여 용액중에 단백질을 분산시킨다. 필요할 경우, 분산물을 전술한 바와 같이 환원시키거나 및/또는 카르복실화할 수도 있다. 그후, 분산물은 전술한 바와 같은 단백질 및 폴리아크릴레이트를 상당히 엉킴 처리시키기에 충분한 온도 및 시간 동안 처리한다. 엉킴 처리된 단백질 및 폴리아크릴레이트를 전술한 바와 같이 안정화 표백제로 처리하는 것이 바람직하며, 엉킴 처리된 단백질 및 폴리아크릴레이트는 분산물의 pH를 대략 단백질의 등전점으로 조절하여 공침시킬 수 있다. 이어서 본 발명에 의한 개질된 단백질 접착 결합제는 분산물로부터의 공침물을 분리하므로써 회수할 수도 있다.

종래의 종이 코팅 조성물에 비해서 감소된 함량의 식물성 단백질 접착 결합제를 포함하나, 종래의 조성물과 동등한 유동학적 특성 및 기타의 특성을 갖는 종이 코팅 조성물은 본 발명에 의해 생성된 식물성 단백질 접착 결합제를 통상의 종이 코팅 안료 및 중합체 라텍스와 수용액 중에서 혼합하여 형성될 수 있다. 본 발명에 의해 형성된 종이 코팅 조성물은 안료, 중합체 라텍스 및 식물성 단백질 접착 결합제의 총 중량을 기준으로 하여 약 3 중량% 이하의 개선된 식물성 단백질 접착 결합제를 함유하는 것이 바람직하며, 안료, 중합체 라텍스 및 단백질 접착 결합제의 총 중량을 기준으로 하여 약 0.5∼약 1.5 중량%의 식물성 단백질 접착 결합제를 함유하는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 종이 코팅 조성물에 유용한 안료의 예로는 식물성 단백질 접착 결합제를 함유하는 종이 코팅 조성물에 유용한 모든 안료를 포함하며, 구체적으로는 이산화티탄, 새틴 화이트, 탄산칼슘 및 다양한 시판되는 클레이 안료가 있다. 본 발명의 종이 코팅 조성물에 유용한 중합체 라텍스는 식물성 단백질 접착 결합제를 함유하는 종이 코팅 조성물에 유용한 임의의 통상의 중합체 라텍스일 수 있으며, 구체적으로는 스티렌-부타디엔 중합체 라텍스, 스티렌 아크릴 부타디엔 라텍스, 이소프렌 중합체 라텍스 및 클로로프렌 중합체 라텍스가 있다.

본 발명은 이하의 실시예에 의해 보다 상세하게 예시된다. 실시예는 예시를 위해 제시하는 것이지, 본 발명의 범위를 제한하거나 또는 이를 한정하는 것으로 이해하여서는 아니된다.

실시예 1

단백질 농도가 약 3∼약 5 중량%인 알칼리성 대두 단백질 추출물에 단백질 물질의 건조 중량을 기준으로 하여 1.25 중량%의 티오글리콜산암모늄(환원제) 및 단백질 물질의 건조 중량을 기준으로 하여 4.5 중량%의 프탈산 무수물을 첨가하였다. 단백질 물질과 티오글리콜산암모늄 및 프탈산 무수물과의 반응 동안, 알칼리성 분산물의 pH는 9.5로 유지하였다. 그후, 단백질의 중량을 기준으로 하여 약 3∼5 중량%의 함량으로 등록상표 ACRYSOL TT615를 첨가하였다. 등록상표 ACRYSOL TT615(폴리아크릴레이트)를 개질된 단백질(환원제 및 프탈산 무수물로 처리함)과 약 1 시간 동안 약 60℃의 온도에서 혼합하여 단백질과 폴리아크릴레이트를 엉킴 처리시켰다. 그후, 황산을 사용하여 pH를 4.1로 조절하였다. 단백질의 중량을 기준으로 과산화수소(35% 활성)를 약 22.5 중량%의 함량으로 첨가하고, 30 분 동안 혼합하여 생성된 접착 결합제의 생안정화도를 개선시키는 산화 처리를 제공한다. 그후, 고형 물질을 원심분리로 분리하고, 건조 및 분쇄시켜 미분을 생성하였다. 생성된 대두 단백질 접착 결합제는 폴리아크릴레이트 약 5 중량% 및 단백질 약 95 중량%를 포함한다.

실시예 2

비교용으로, 단백질과 폴리아크릴레이트를 엉킴 처리시키기에 효과적인 조건으로 처리하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1에 사용된 단백질 추출물과 거의 동일한 단백질 추출물을 등록상표 ACRYSOL TT615와 습식 혼합하여 단백질 및 폴리아크릴레이트의 총 중량의 95%가 단백질로 구성된 분산물을 제조하였다.

실시예 3

No. 2의 클레이 안료 100 중량부와 Dow 620 중합체 라텍스 12 중량부 및 하기 표 1에 기재된 다양한 함량의 상이한 식물성 단백질 접착 결합제를 혼합하여 종이 코팅 조성물을 생성하였다. 제1의 코팅 조성물("시료 1")은 등록상표 PRO-COTE 400(프로테인 테크날러지즈 인터내셔날에서 시판하는 종이 코팅에 사용되는 통상의 단백질 분리물) 3 중량부를 사용하여 제조하였다. 제2의 코팅 조성물("시료 2")은 실시예 1의 접착 결합제 3 중량부를 사용하여 제조하였다. 제3의 코팅 조성물("시료 3")은 실시예 1의 접착 결합제 1.5 중량부를 사용하여 제조하였으며, 제4의 종이 코팅 조성물("시료 4")은 실시예 1의 접착 결합제 1 중량부를 사용하여 제조하였다. 제5의 접착 조성물("시료 5")은 접착 결합제의 함량이 단백질과 폴리아크릴레이트 중량의 1.5 중량부인 실시예 2의 습식 혼합된 접착 결합제를 사용하여 제조한다. 각각의 코팅 조성물의 고형분 함량은 하기 표 1에 기재된 바와 같이 다양한 함량으로 조절한다. 하기 표 1에 기재된 바와 같이 고형분의 함량이 다양하고, 다양한 결합제를 함유하는 다양한 코팅 조성물의 유동학적 특성을 평가하였다. 구체적으로, 브룩필드 점도는 10, 20, 50 및 100 rpm에서 측정하였으며, 허큘리스 점도는 4400 rpm(E Bob)에서 측정하였다. 다양한 코팅 조성물의 수분 보유도 및 pH도 하기 표 1에 기재하였다.

상기의 결과에 의하면, 실시예 1의 접착 결합제는 동량의 종래의 대두 단백질 접착 결합제보다 코팅 조성물에 더 높은 점도를 부여하는 것으로 나타났다(결합제 번호 1 및 2를 비교함). 또한, 실시예 1의 접착 결합제는 단백질과 폴리아크릴레이트의 습식 혼합된 조합물 동량보다도 종이 코팅 조성물에 더 높은 점도를 부여한다.(결합제 번호 3 및 5를 비교함). 또한, 상기의 결과에 의하면, 실시예 1의 접착 결합제 약 1∼약 1.5 중량부(실질적으로 약 1.25 중량부)를 포함하는 종이 코팅 조성물은 종래의 단백질 접착 결합제 3 중량부를 함유하는 조성물과 거의 동등한 유동학적 특성을 제공한다는 것을 알 수 있다. 또한, 상기의 결과에 의하면, 실시예 1의 접착 결합제를 함유하는 종이 코팅 조성물은 수분 보유도가 개선된 것으로 나타났다.

실시예 4

실시예 3의 조성물과 유사한 방식으로 다양한 종이 코팅 조성물을 제조하여 (i) 다양한 대두 단백질 접착 결합제를 함유하는 코팅 조성물의 유동학적 특성 및 수분 보유 특성을 비교하고, (ii) 카르복실산 무수물 처리의 효과를 측정하며, (iii) 분무 건조 대 오븐 건조의 효과를 비교한다. 하기 표 2에 기재된 코팅 조성물은 번호 2의 클레이 100 중량부와 다양한 함량의 대두 단백질 접착 결합제 및 다양한 함량의 Dow 620(스티렌-부타디엔 라텍스)를 혼합하여 제조하였다. 대두 단백질 접착 결합제 및 중합체 라텍스의 총 중량부는 각각의 경우에 있어서 13 중량부이었다.

하기 표 2에서 "통상의 프탈레이트화"로 표기한 시료 1은 프탈산 무수물을 사용한 프탈레이트화에 의해 환원 및 개질된 종래의 단백질 분리물인 등록상표 PRO-COTE 400 3 중량부와 중합체 라텍스 10 중량부를 사용하여 제조하였다. 시료 1은 하기 표 2에 기재된 바와 같은 다양한 고형분 함량으로 제조하였다. 하기 표 2에서 "비-프탈레이트화 분무 건조"라고 표기한 시료 2는 단백질 분리물을 티오글리콜산암모늄(환원제) 및 등록상표 ACRYSOL TT615(폴리아크릴레이트)로 60℃에서 1 시간 동안 본 발명에 의해 처리하여 제조하였다. 시료 2에 사용된 대두 단백질 접착 결합제는 과산화수소로 처리하여 전술한 바와 같은 개선된 저장 수명 및 기타의 개선된 특성을 제공한다. 생성된 대두 단백질 접착 결합제를 분무 건조시키고, 이는 단백질 95% 및 폴리아크릴레이트 약 5%를 포함한다. 시료 2는 하기 표 2에 기재된 바와 같은 다양한 고형분으로 제조된 종이 코팅 조성물 중의 중합체 라텍스 1∼12 중량부의 함량으로 사용하였다. 시료 3은 결합제를 분무 건조시키지 않고 오븐 건조시키고, 결합제 1.5 중량부 및 중합체 라텍스 11.5 중량부를 사용하여 종이 코팅 조성물을 제조한 것을 제외하고, 시료 2와 거의 동일한 방식으로 제조하였다. 시료 3은 하기 표 2에서 기재한 바와 같이 "비-프탈레이트화 오븐 건조"로 표기하였으며, 이를 사용하여 하기 표 2에 기재된 바와 같은 다양한 고형분 함량으로 종이 코팅 조성물을 제조하였다. 시료 4는 결합제를 제조하는데 사용되는 단백질 분리물을 프탈산 무수물을 사용한 프탈레이트화에 의해 개질된 것을 제외하고, 시료 3과 거의 동일한 방식으로 제조하였다. 시료 4를 오븐 건조시켰으며, 이를 사용하여 중합체 라텍스 1.5∼11.5 중량부 함량의 종이 코팅 조성물을 제조하였다. 시료 4는 하기 표 2에서 "프탈레이트화 오븐 건조"로 표기하였으며, 이를 사용하여 하기 표 2에 기재된 바와 같은 다양한 고형분 함량으로 종이 코팅 조성물을 제조하였다.

시료 4의 코팅 유동학적 특성은 다양한 고형분 함량에서, 10 rpm, 20 rpm, 50 rpm 및 100 rpm, 25℃에서 브룩필드 점도(cps 단위)를 측정하고, 4400 rpm, 25℃에서의 허큘리스 점도를 측정하였다. 또한, 각각의 고형분 함량에서의 각각의 시료에 대한 수분 보유도를 측정하였다.

상기의 결과에 의하면, 본 발명에 의한 단백질 접착 결합제를 소량 사용하여, 통상의 함량으로 사용된 종래의 단백질 결합제와 동등한 점도를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 상기의 결과에 의하면, 본 발명의 단백질 접착 결합제를 함유하는 코팅 조성물은 수분 보유도가 개선된 것으로 나타났다. 또한, 카르복실산 무수물 처리(프탈레이트화)를 수행한 단백질 결합제를 사용하거나 또는, 카르복실산 무수물 처리(비-프탈레이트화)를 수행하지 않은 단백질 결합제를 사용하여 개선된 특성을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 이러한 결과는 적절한 접착 결합제를 분무 건조 또는 오븐 건조에 의해 제조할 수 있다는 것도 나타낸다.

첨부된 청구의 범위에 기재된 바와 같이 본 발명의 정신 및 넓은 범위의 특징으로부터 벗어나지 않는 한, 본 발명의 바람직한 실시태양은 그 다양한 변형예 및 수정예가 가능하며, 하기의 청구의 범위는 균등론을 비롯한 특허법의 원칙에 따라서 해석하여야만 한다.

Claims (29)

1. 식물성 단백질 물질 및 폴리아크릴레이트를 포함하고 상기 폴리아크릴레이트가 상기 식물성 단백질 물질 중에 물리적으로 엉킴 처리되어 있는 것인, 종이 코팅 조성물에 사용하기 위한 식물성 단백질 접착 결합제.
2. 제1항에 있어서, 상기 식물성 단백질 물질은 대두 단백질 물질인 것인 식물성 단백질 접착 결합제.
3. 제1항에 있어서, 상기 폴리아크릴레이트는 상기 결합제 중의 단백질 물질 중량의 1.125∼7.5 중량% 로 결합제 중에 존재하는 것인 식물성 단백질 접착 결합제.
4. 제3항에 있어서, 상기 폴리아크릴레이트는 결합제 중의 단백질 물질 중량의 1.5∼7.5 중량%로 결합제 중에 존재하는 것인 식물성 단백질 접착 결합제.
5. 제1항에 있어서, 상기 결합제 중의 상기 단백질 물질이 카르복실화 처리된 것인 식물성 단백질 접착 결합제.
6. 제1항에 있어서, 상기 결합제 중의 상기 단백질 물질이 환원 처리된 것인 식물성 단백질 접착 결합제.
7. 제1항에 있어서, 상기 결합제가 산화 처리된 것인 식물성 단백질 접착 결합제.
8. 안료;

   중합체 라텍스; 및

   식물성 단백질 물질 및 폴리아크릴레이트를 포함하고 상기 폴리아크릴레이트가 상기 식물성 단백질 물질 중에 물리적으로 엉킴 처리되어 있는 식물성 단백질 접착 결합제를 포함하는 종이 코팅 조성물.
9. 제8항에 있어서, 상기 식물성 단백질 물질이 대두 단백질 물질인 것인 종이 코팅 조성물.
10. 제8항에 있어서, 상기 식물성 단백질 접착 결합제는 안료, 중합체 라텍스 및 식물성 단백질 접착 결합제의 총 중량을 기준으로 하여 3 중량% 이하의 함량으로 존재하는 것인 종이 코팅 조성물.
11. 제10항에 있어서, 상기 식물성 단백질 접착 결합제는 안료, 중합체 라텍스 및 단백질 접착 결합제의 총 중량을 기준으로 하여 0.5∼1.5 중량%의 함량으로 존재하는 것인 종이 코팅 조성물.
12. 제8항에 있어서, 상기 폴리아크릴레이트는 상기 식물성 단백질 접착 결합제 중의 단백질 물질 중량의 1.125∼7.5 중량% 로 상기 결합제 중에 존재하는 것인 종이 코팅 조성물.
13. 제12항에 있어서, 상기 폴리아크릴레이트는 상기 식물성 단백질 접착 결합제 중의 단백질 물질 중량의 1.5∼7.5 중량%의 함량으로 상기 결합제 중에 존재하는 것인 종이 코팅 조성물.
14. 제8항에 있어서, 상기 식물성 단백질 접착 결합제 중의 상기 단백질 물질이 카르복실화 처리된 것인 종이 코팅 조성물.
15. 제8항에 있어서, 상기 식물성 단백질 접착 결합제 중의 상기 단백질 물질이 환원 처리된 것인 종이 코팅 조성물.
16. 제1항에 있어서, 상기 식물성 단백질 접착 결합제가 산화 처리된 것인 종이 코팅 조성물.
17. 식물성 단백질 물질 및 폴리아크릴레이트의 알칼리성 분산물을 형성하는 단계,

    40℃∼65℃의 온도 및 10분∼1시간의 시간 동안 상기 분산물을 처리하여 상기 폴리아크릴레이트 및 상기 식물성 단백질 물질을 엉킴 처리하는 단계, 및

    상기 분산물로부터 상기 폴리아크릴레이트 및 상기 식물성 단백질 물질을 공침시키는 단계를 포함하는 식물성 단백질 접착 결합제의 제조 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 식물성 단백질 물질이 대두 단백질 물질인 것인 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 식물성 단백질 물질 및 상기 폴리아크릴레이트의 알칼리성 분산물의 pH가 8.0∼12.0인 것인 방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 식물성 단백질 물질 및 상기 폴리아크릴레이트의 알칼리성 분산물은 식물성 단백질 물질 중량의 1.5∼10 중량%의 함량으로 폴리아크릴레이트를 함유하는 것인 방법.
21. 삭제
22. 삭제
23. 제17항에 있어서, 상기 분산물의 pH를 3.7∼4.6으로 조절하여 상기 단백질 물질 및 상기 폴리아크릴레이트를 공침시키는 것인 방법.
24. 제17항에 있어서, 공침된 폴리아크릴레이트 및 식물성 단백질 물질을 분리하고 건조시키는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 분리는 여과 또는 원심분리에 의해 수행하고, 상기 건조는 분무 건조 또는 오븐 건조에 의해 수행하는 것인 방법.
26. 제17항에 있어서, 상기 식물성 단백질 물질 중의 이황화 결합을 분해하기에 충분한 함량의 환원제로 상기 분산물을 처리하는 것인 방법.
27. 제17항에 있어서, 상기 식물성 단백질 물질을 개질시키기에 충분한 함량의 카르복실산 무수물로 상기 분산물을 처리하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
28. 제17항에 있어서, 상기 식물성 단백질 물질 및 상기 폴리아크릴레이트의 상기 알칼리성 분산물을 산화제로 처리하는 것인 방법.
29. 제17항에 있어서, 상기 알칼리성 분산물 중의 식물성 단백질 물질의 농도는 분산물 중량의 1∼10 중량%인 것인 방법.