(57)【要約】  澱粉組成物は、澱粉とゲル化を起こさせる種を一緒にし、一緒にする前にまたは後の澱粉を蒸解してゲルを生成することによって作成される。このゲル化を起こさせる種は、（ａ）１種または複数のアニオン性、カチオン性または両性の無機コロイド種、（ｂ）イオン結合または配位結合することができる１種または複数の種、および（ｃ）水素結合することができる１種または複数の種、ならびにそれらの組合せからなる群から選択される。本発明は、完成紙料用の添加物を形成するのに適した乾燥澱粉組成物も提供する。さらに澱粉組成物の作成方法も提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
澱粉を、ゲル化を起こさせる種と一緒にし、一緒にする前にまたは後の澱粉を蒸解してゲルを生成することができる澱粉組成物であって、前記ゲル化を起こさせる種が、
（ａ）１種または複数のアニオン性、カチオン性または両性の無機コロイド種、
（ｂ）イオン結合または配位結合することができる１種または複数の種、
（ｃ）水素結合することができる１種または複数の種、およびそれらの組合せからなる群から選択される、澱粉組成物。
【請求項２】
前記ゲル化を起こさせる種が、モンモリロナイト、ベントナイト、チタニア、シリカ・ゾル、アルミニウム変性シリカ・ゾル、ケイ酸アルミニウム・ゾル、ポリケイ酸、ポリケイ酸ミクロゲル、ポリアルミノケイ酸ミクロゲル、およびそれらの組合せからなる群から選択されるアニオン性、カチオン性または両性の無機コロイド種を含む、請求項１に記載の澱粉組成物。
【請求項３】
さらにポリアクリルアミドも含む、請求項１に記載の澱粉組成物。
【請求項４】
さらにアニオン性または潜在的アニオン性基を有するポリマーも含む、請求項１に記載の澱粉組成物。
【請求項５】
さらにアルミニウム化合物も含む、請求項１に記載の澱粉組成物。
【請求項６】
請求項１に記載の澱粉組成物を含む、完成紙料。
【請求項７】
さらにアルミニウム化合物を含む、請求項６に記載の完成紙料。
【請求項８】
前記ゲル化を起こさせる種が、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、ホウ素、酸素、硫黄、窒素、リン、炭素、ケイ素を含有する化合物またはイオン、ならびにそれらの組合せからなる群から選択される、イオン結合または配位結合することができる種を含む、請求項１に記載の澱粉組成物。
【請求項９】
前記ゲル化を起こさせる種が、ホウ酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩などの無機種、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドなどのオリゴマーおよびポリマー、ならびにポリ酢酸ビニルやポリ（ｎ−ビニル−２−ピロリジノン）など水素結合することができる他のオリゴマーまたは他のポリマーを含む部分を含有する、グリコールやポリオールなどの有機種、およびそれらの組合せからなる群から選択される水素結合することができる種を含む、請求項１に記載の澱粉組成物。
【請求項１０】
完成紙料用の添加物を形成するのに適した乾燥澱粉組成物であって、
澱粉と、
（ａ）１種または複数のアニオン性、カチオン性または両性の無機コロイド種、
（ｂ）イオン結合または配位結合することができる１種または複数の種、
（ｃ）水素結合することができる１種または複数の種、およびそれらの組合せからなる群から選択される、ゲル化を起こさせる種と
を含む、澱粉組成物。
【請求項１１】
前記ゲル化を起こさせる種が、モンモリロナイト、ベントナイト、チタニア、シリカ・ゾル、アルミニウム変性シリカ・ゾル、ケイ酸アルミニウム・ゾル、ポリケイ酸、ポリケイ酸ミクロゲル、ポリアルミノケイ酸ミクロゲル、およびそれらの組合せからなる群から選択されるアニオン性、カチオン性または両性の無機コロイド種を含む、請求項１０に記載の澱粉組成物。
【請求項１２】
さらにポリアクリルアミドも含む、請求項１０に記載の澱粉組成物。
【請求項１３】
さらにアニオン性または潜在的アニオン性基を有するポリマーも含む、請求項１０に記載の澱粉組成物。
【請求項１４】
さらにアルミニウム化合物も含む、請求項１０に記載の澱粉組成物。
【請求項１５】
請求項１０に記載の澱粉組成物を含む、完成紙料。
【請求項１６】
さらにアルミニウム化合物を含む、請求項１５に記載の完成紙料。
【請求項１７】
前記ゲル化を起こさせる種が、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、ホウ素、酸素、硫黄、窒素、リン、炭素およびケイ素を含有する化合物またはイオン、ならびにそれらの組合せからなる群から選択される、イオン結合または配位結合することができる種を含む、請求項１０に記載の澱粉組成物。
【請求項１８】
前記ゲル化を起こさせる種が、ホウ酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩などの無機種、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドなどのオリゴマーおよびポリマー、ならびにポリ酢酸ビニルやポリ（ｎ−ビニル−２−ピロリジノン）など水素結合することができる他のオリゴマーまたは他のポリマーを含む部分を含有する、グリコールやポリオールなどの有機種、およびそれらの組合せからなる群から選択される水素結合することができる種を含む、請求項１０に記載の澱粉組成物。
【請求項１９】
澱粉組成物を製造する方法であって、澱粉を、ゲル化を起こさせる種と一緒にし、一緒にする前にまたは後の澱粉を蒸解してゲルを生成することを含み、前記ゲル化を起こさせる種が、
（ａ）１種または複数のアニオン性、カチオン性または両性の無機コロイド種、
（ｂ）イオン結合または配位結合することができる１種または複数の種、
（ｃ）水素結合することができる１種または複数の種、およびそれらの組合せからなる群から選択される、方法。
【請求項２０】
前記ゲル化を起こさせる種が、モンモリロナイト、ベントナイト、チタニア、シリカ・ゾル、アルミニウム変性シリカ・ゾル、ケイ酸アルミニウム・ゾル、ポリケイ酸、ポリケイ酸ミクロゲル、ポリアルミノケイ酸ミクロゲル、およびそれらの組合せからなる群から選択されるアニオン性、カチオン性または両性の無機コロイド種を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ポリアクリルアミドがさらに、前記澱粉および前記ゲル化を起こさせる種と一緒にされる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
アニオン性または潜在的アニオン性基を有するポリマーがさらに、前記澱粉および前記ゲル化を起こさせる種と一緒にされる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
アルミニウム化合物がさらに、前記澱粉および前記ゲル化を起こさせる種と一緒にされる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記ゲル化を起こさせる種が、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、ホウ素、酸素、硫黄、窒素、リン、炭素およびケイ素を含有する化合物またはイオン、ならびにそれらの組合せからなる群から選択される、イオン結合または配位結合することができる種を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記ゲル化を起こさせる種が、ホウ酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩などの無機種、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドなどのオリゴマーおよびポリマー、ならびにポリ酢酸ビニルやポリ（ｎ−ビニル−２−ピロリジノン）など水素結合することができる他のオリゴマーまたは他のポリマーを含む部分を含有する、グリコールやポリオールなどの有機種、およびそれらの組合せからなる群から選択される水素結合することができる種を含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙の製造における歩留まり向上剤として、または水性分散液から固体および他の懸濁物質を取り除くための清澄剤としての使用に適している種類のゲル化澱粉組成物に関する。本発明はまた、こうしたゲル化澱粉組成物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００３年７月１日出願の米国仮特許出願第６０／４８４，０９５号の特典を主張する。
【０００３】
微粒子および他の製紙材料の歩留まりを改善し、ウエットエンド脱水（ｄｒａｉｎａｇｅ）を改善するために、従来技術において多くの添加物が推奨されてきた。澱粉およびポリアクリルアミドが、この目的に頻繁に使用される。
【０００４】
米国特許第６，４５１，１７０号（アンダーソン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）ら）は、カチオン化された架橋澱粉、および製紙機械のウエットエンドでのばらつきに対応する改変を可能にする澱粉の使用を開示している。
【０００５】
カイザー（Ｋｅｉｓｅｒ）らは、カチオン性凝固剤を添加したまたは添加しない高分子量の合成綿状物（ｆｌｏｃｃｕｌｅｎｔ）および／または澱粉と共にホウケイ酸塩を使用する製紙において、歩留まり（米国特許第６，３６１，６５３号）および脱水（同米国特許）を増大させる方法を明らかにしている。
【０００６】
米国特許第６，２７４，１１２号（モフェット（Ｍｏｆｆｅｔｔ）、シモンズ（Ｓｉｍｍｏｎｓ））は、製紙における脱水剤および歩留まり向上剤として、飲料水の精製プラントにおける凝集剤として、また類似の用途において使用するための、シリカ・ミクロゲルを調製する連続方法を提示している。
【０００７】
米国特許第６，２３８，５２０号（グリーンウッド（Ｇｒｅｅｎｗｏｏｄ））は、溶解していない澱粉粒子と、カチオン性高分子凝集剤と、ベントナイトなどのアニオン性微粒子網状凝集剤（ｍｉｃｒｏｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ  ａｉｄ）と含む凝固スラリーを開示する。
【０００８】
米国特許第６，２３５，８３５号（ニースナー（Ｎｉｅｓｓｎｅｒ）ら）は、少なくとも１種のカチオン性ポリマーで変性した澱粉を提示しており、この変性澱粉は、ａ）アニオン変性した澱粉をカチオン性ポリマーと反応させる、またはｂ）天然の澱粉またはアニオン変性されていない澱粉を、アニオン変性剤の存在下でカチオン性ポリマーと反応させ、このポリマー変性澱粉を使用する方法によって調製される。
【０００９】
バーンフィールド（Ｂｕｒｎｆｉｅｌｄ）（米国特許第６，２１７，７０９号）は、脱水剤および増強剤として適切なカチオン澱粉、カチオン性ガラクトマンナン・ゴムおよび酸を含む組成物を開示している。
【００１０】
米国特許第６，１６８，６８６号（スートマン（Ｓｕｔｍａｎ）ら）は、カチオン性または両性の澱粉およびカチオン性高分子電解質を加え、それに続いて高分子量のアニオン性ポリアクリルアミド・コポリマーを加えることを含む、微粉の脱水速度および歩留まりを改善する新規な方法を提示している。
【００１１】
米国特許第５，８５９，１２８号および同第６，０４８，９２９号（Ｒ．モフェット（Ｍｏｆｆｅｔｔ））は、少なくとも１種の両性澱粉またはカチオン澱粉を、アルカリ条件下で歩留まり向上剤としての少なくとも１種のポリアクリルアミドと共に蒸解することによって調製した変性澱粉を含む完成紙料（ｐａｐｅｒ  ｆｕｒｎｉｓｈ）を開示している。米国特許第５，４８２，６９３号（Ｊ．ラシュマー（Ｒｕｓｈｍｅｒｅ）、Ｒ．モフェット（Ｍｏｆｆｅｔｔ））、同第５，１７６，８９１号（Ｊ．ラシュマー（Ｒｕｓｈｍｅｒｅ））および同第４，９５４，２２０号（Ｊ．ラシュマー（Ｒｕｓｈｍｅｒｅ））は、水溶性のポリ微粒子ポリアルミノケイ酸（ｐｏｌｙｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｐｏｌｙａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ）ミクロゲルを生成する方法を提示している。
【００１２】
米国特許第５，１７８，７３０号（Ｈ．ビクスラー（Ｂｉｘｌｅｒ）、Ｓ．ピーツ（Ｐｅａｔｓ））には、完成紙料に中／高分子量のカチオン性ポリマーを添加すること、または天然のヘクトライトを添加することによって、歩留まりの改善が実現できることが開示されている。
【００１３】
米国特許第４，６４３，８０１号（Ｋ．ジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ））は、歩留まりを改善するために、アニオン性高分子量ポリマーおよび分散シリカと一緒にカチオン澱粉を含むバインダーを明らかにしている。同様に、米国特許第４，３８８，１５０号（Ｏ．サンデン（Ｓｕｎｄｅｎ）ら）は、コロイド状ケイ酸およびカチオン澱粉を使用すると改善が見られることを開示している。
【００１４】
米国特許第４，０６６，４９５号（Ｊ．ボイト（Ｖｏｉｇｈｔ）、Ｈ．ペンダー（Ｐｅｎｄｅｒ））は、製紙工程中でパルプにカチオン澱粉およびアニオン性ポリアクリルアミド・ポリマーを添加して歩留まりを改善する方法を示す。
【００１５】
米国特許第４，９５４，２２０号（ラシュマー（Ｒｕｓｈｍｅｒｅ））は、パルプおよびフィラー微粉を凝集させるためにアニオン性ポリケイ酸ミクロゲルを有機ポリマーと一緒に使用して、水の除去および微粉の歩留まりを高めることを明らかにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、澱粉を蒸解し、蒸解する前または後に、この澱粉をゲル化を起こさせる種と一緒にすることによって得られる組成物に関する。得られた変性澱粉組成物は、紙を製造する際の歩留まり向上剤として、または水性分散液から固体および他の懸濁物質を取り除くための清澄剤として使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、澱粉およびゲル化を起こさせる種を蒸解させることによって製造される澱粉組成物も提供される。
【００１８】
本発明によれば、澱粉、ポリアクリルアミド・ポリマー、およびゲル化を起こさせる種を蒸解させることによって製造される澱粉組成物も提供される。
【００１９】
本発明によれば、澱粉、アニオン性または潜在的アニオン性のポリマー、およびゲル化を起こさせる種を蒸解させることによって製造される澱粉組成物も提供される。
【００２０】
本発明によれば、完成紙料用の添加物を形成するのに適した乾燥澱粉組成物も提供され、この澱粉組成物は、澱粉およびゲル化を起こさせる種を含む。
【００２１】
本発明によれば、完成紙料用の添加物を形成するのに適した乾燥澱粉組成物も提供され、この澱粉組成物は、澱粉、ポリアクリルアミド・ポリマー、およびゲル化を起こさせる種を含む。
【００２２】
本発明によれば、完成紙料用の添加物を形成するのに適した乾燥澱粉組成物も提供され、この澱粉組成物は、澱粉、アニオン性または潜在的アニオン性のポリマー、およびゲル化を起こさせる種を含む。
【００２３】
本発明によれば、完成紙料に添加するのに適した澱粉組成物を製造する方法も提供され、この方法は、澱粉（ポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性のポリマーを含むもしくは含まない）を、１種または複数のアニオン性、カチオン性、または両性の無機コロイド種と一緒にして澱粉組成物を形成すること、およびこの澱粉組成物を蒸解してゲルを生成することを含む。
【００２４】
本発明によれば、完成紙料に添加するのに適した澱粉組成物を製造する方法も提供され、この方法は、澱粉（ポリアクリルアミドを含むまたは含まない）を蒸解し、この蒸解した澱粉を、アニオン性または潜在的アニオン性ポリマーを有するまたは有さない、１種または複数のアニオン性、カチオン性、または両性の無機コロイド種と一緒にしてゲル化澱粉組成物を形成することを含む。
【００２５】
本発明によれば、完成紙料に添加するのに適した澱粉組成物を製造する方法も提供され、この方法は、澱粉（ポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性のポリマーを含むもしくは含まない）を、イオン結合または配位結合することができる１種または複数の種と一緒にして澱粉組成物を形成し、この澱粉組成物を蒸解してゲルを生成することを含む。
【００２６】
本発明によれば、完成紙料に添加するのに適した澱粉組成物を製造する方法も提供され、この方法は、澱粉（ポリアクリルアミドを含むまたは含まない）を蒸解し、この蒸解した澱粉を、イオン結合または配位結合することができる、アニオン性または潜在的アニオン性ポリマーを有するまたは有さない、１種または複数の種と一緒にして、ゲル化澱粉組成物を形成することを含む。
【００２７】
本発明によれば、完成紙料に添加するのに適した澱粉組成物を製造する方法も提供され、この方法は、澱粉（ポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性のポリマーを含むもしくは含まない）を、水素結合することができる１種または複数の種と一緒にして澱粉組成物を形成し、この澱粉組成物を蒸解してゲルを生成することを含む。
【００２８】
本発明によれば、完成紙料に添加するのに適した澱粉組成物を製造する方法も提供され、この方法は、澱粉（ポリアクリルアミドを含むまたは含まない）を蒸解し、この蒸解した澱粉を、水素結合することができる、アニオン性または潜在的アニオン性ポリマーを有するまたは有さない、１種または複数の種と一緒にして、ゲル化澱粉組成物を形成することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、溶液の清澄に関し、具体的には、セルロース種、無機充填剤、ならびにピッチ、脂肪酸、サイズ剤、有機フルオロカーボン、および製紙工程で使用される他の材料などの疎水性懸濁液の歩留まりに関する。従来技術は、通常、カチオン性歩留まり向上剤を製紙用完成紙料に加えることが中心である。
【００３０】
本発明は、カチオン性または両性の澱粉を、１種または複数のアニオン性、カチオン性、または両性の無機コロイド種と蒸解させることによって得られる組成物に関する。澱粉は、好ましくは、約０．０１〜０．３０のカチオン置換度（ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｃａｔｉｏｎｉｃ  ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ）を有し、澱粉を変性するのに有効な時間水溶液中で約６０℃を超える温度で蒸解させるべきである。蒸解工程の結果、歩留まり向上剤として製紙用完成紙料に添加することができる、または水性分散液から固体および他の懸濁物質を取り除くための清澄剤として使用することができるゼラチン状生成物になる。この組成物は、ポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性ポリマーを含有することもできる。あるいは、カチオン性または両性の澱粉を単独で蒸解させ、１種または複数のアニオン性、カチオン性、または両性の無機コロイド種を、蒸解工程後に澱粉溶液と一緒にして、ゲル化を起こさせることもできる。澱粉は、好ましくは、約０．０１〜０．３０のカチオン置換度を有し、澱粉を変性するのに有効な時間水溶液中で約６０℃を超える温度で蒸解させるべきである。この無機コロイド種とこの澱粉溶液を一緒にすると、歩留まり向上剤として製紙用完成紙料に加えることができる、または水性分散液から固体および他の懸濁物質を取り除くための清澄剤として使用することができるゼラチン状生成物がもたらされる。この組成物は、ポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性ポリマーを含有することもできる。
【００３１】
本発明は、カチオン性、アニオン性、非イオン性または両性の澱粉を、イオン結合または配位結合することができる１種または複数の種と蒸解させることによって得られる組成物に関する。この澱粉は、澱粉を変性するのに有効な時間水溶液中で約６０℃を超える温度で蒸解させるべきである。蒸解工程の結果、歩留まり向上剤として製紙用完成紙料に添加することができる、または水性分散液から固体および他の懸濁物質を取り除くための清澄剤として使用することができるゼラチン状生成物になる。この組成物は、ポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性ポリマーを含有することもできる。あるいは、カチオン性、アニオン性、非イオン性または両性の澱粉を単独で蒸解させることができ、イオン結合または配位結合することができる１種または複数の種を、蒸解工程後の澱粉溶液と一緒にして、ゲル化を起こさせることができる。この澱粉は、澱粉を変性するのに有効な時間水溶液中で約６０℃を超える温度で蒸解させるべきである。このイオン結合または配位結合する種とこの澱粉溶液を一緒にすることにより、歩留まり向上剤として製紙用完成紙料に加えることができる、または水性分散液から固体および他の懸濁物質を取り除くための清澄剤に使用することができるゼラチン状生成物がもたらされる。この組成物は、ポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性ポリマーを含有することもできる。
【００３２】
イオン結合または配位結合することができる種は、多価イオンを含有する種、複数の一価のイオンを含有する種、およびリガンド配位子種（ｌｉｇａｎｄｉｎｇ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｅｓ）からなる下位群（ｓｕｂｇｒｏｕｐ）から選択することができる。こうした種（多価、一価およびリガンド配位子）は、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、ホウ素、酸素、硫黄、窒素、リン、炭素などの元素、およびケイ素を含有する化合物またはイオンを単独でまたは組み合わせて含むまたは含有することができるが、それだけに限定されるわけではない。
【００３３】
本発明は、カチオン性、アニオン性、非イオン性または両性の澱粉を、水素結合することができる１種または複数の種と共に蒸解することによって得られる組成物に関する。この澱粉は、澱粉を変性するのに有効な時間水溶液中で約６０℃を超える温度で蒸解させるべきである。蒸解工程の結果、歩留まり向上剤として製紙用完成紙料に添加することができる、または水性分散液から固体および他の懸濁物質を取り除くための清澄剤として使用することができるゼラチン状生成物になる。この組成物は、ポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性ポリマーを含有することもできる。あるいは、カチオン性、アニオン性、非イオン性または両性の澱粉を単独で蒸解させ、水素結合することができる１種または複数の種を、蒸解工程後に澱粉溶液と一緒にして、ゲル化を起こさせることもできる。この澱粉は、澱粉を変性するのに有効な時間水溶液中で約６０℃を超える温度で蒸解させるべきである。この水素結合する種とこの澱粉溶液を一緒にすると、歩留まり向上剤として製紙用完成紙料に加えることができる、または水性分散液から固体および他の懸濁物質を取り除くための清澄剤として使用することができるゼラチン状生成物がもたらされる。この組成物は、ポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性ポリマーを含有することもできる。
【００３４】
こうした水素結合することができる種としては、ホウ酸塩、ケイ酸塩、アルミン酸塩などの無機種、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドなどのオリゴマーおよびポリマー、ならびにポリ酢酸ビニルやポリ（ｎ−ビニル−２−ピロリジノン）など水素結合することができる他のオリゴマーまたは他のポリマーを含む部分を含有する、グリコールやポリオールなどの有機種の単体または組合せを挙げることができるが、それだけには限定されない。
【００３５】
こうしたカチオン性、アニオン性、両性または非イオン性の澱粉は、製紙において以前から使用されているもののどれでも、あるいは他の適切な澱粉でもよい。カチオン澱粉は、コーン・スターチ、バレイショ澱粉、タピオカ澱粉、小麦澱粉などの材料を生成する一般の澱粉のいずれから得られるものでもよい。カチオン化は、塩化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を加えて様々な窒素置換度を有するカチオン澱粉を得るなど、任意の適切な手順によって実現することができる。澱粉上のカチオン置換度（窒素／澱粉の重量％）は、約０．０１から約０．３０の範囲とすることができ、好ましくは０．０２から０．１５である。バレイショ澱粉など自然に存在する両性澱粉または合成による両性澱粉を選択することもできる。
【００３６】
製紙工場において澱粉蒸解器（ｓｔａｒｃｈ  ｃｏｏｋｅｒ）を使用して、蒸解を実施するのが好都合かもしれない。ジェット蒸解器（ｊｅｔ  ｃｏｏｋｅｒ）などのバッチ蒸解器または連続蒸解器を選択することができる。蒸解中の固形分は、約１５％未満が好ましいが、適切な混合を実施できる場合は、より高い固形濃度を使用することもできる。一般に、バッチ蒸解は、約６０℃から約１００℃の範囲内の温度で、好ましくは大気圧で行う。大気圧より高い圧力でバッチ蒸解を実施することも可能であり、したがってより高い蒸解温度の使用が可能となる。通常、連続ジェット蒸解は、約６０℃から約１３０℃の範囲内の温度で、好ましくは１気圧以上の圧力で行う。澱粉の分解が避けられる場合、より高い蒸解温度を使用することができる。
【００３７】
澱粉または混合澱粉およびゲル化誘発種の溶液を蒸解する時間は、澱粉が少なくとも部分的に可溶化できるのに十分なものとすべきである。選択される蒸解時間は、選択した成分、蒸解装置および温度によって変わるが、通常、１秒未満から約１時間の範囲内の時間である。より低い蒸解温度では、一般に、より長い蒸解時間が必要となる。
【００３８】
溶液のｐＨは、硫酸、硝酸、塩酸、炭酸を生成する二酸化炭素、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど、従来の酸、塩基、または酸もしくは塩基の塩で調整することができる。ミョウバン、ポリ塩化アルミニウム、およびアルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウムなどのアルミン酸塩のようなアルミニウム化合物は、ｐＨを変え、歩留まり性能を高めるために使用することができる。
【００３９】
この変性澱粉組成物は、微粉、充填剤および他の懸濁物質の歩留まりを高めるための歩留まり向上剤として任意の適切な完成紙料に加えることができる。この完成紙料は、様々な木材パルプおよび無機充填剤を含むことができ、通常、約３から約１０の範囲内のｐＨを有する。したがって、化学、機械、化学機械および半化学パルプを、粘土、軽質または重質炭酸カルシウム、二酸化チタン、シリカ、滑石および必要に応じて他の無機充填剤と一緒に使用することができる。こうした充填剤は、通常、全紙重量に対する重量％で５％から３０％の充填レベルで使用されるが、いくつかの特殊な用途では３５％以上のレベルに達することもある。
【００４０】
本発明の特定の一実施形態は、完成紙料用の添加物を形成するのに適した乾燥澱粉組成物を含む。この乾燥澱粉組成物は、澱粉、場合によってはポリアクリルアミド、および／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性のポリマーおよびゲル化を起こさせる種を含む。本発明の乾燥澱粉組成物は、乾燥混合物として調製し、輸送し保存することができる。水など任意の適切な液体を乾燥澱粉組成物に加えて、完成紙料への添加物として、蒸解および添加に適した湿潤溶液（ｗｅｔ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を作成することができる。
【００４１】
完成紙料が１種または複数のアニオン性、カチオン性または両性の無機コロイド種をも含む場合、特に有利な結果が得られる。好ましくは、このコロイド種は、アニオン性コロイドである。こうしたコロイド種としては、モンモリロナイト、ベントナイト、チタニア、シリカ・ゾル、アルミニウム変性シリカ・ゾル、ケイ酸アルミニウム・ゾル、ポリケイ酸、ポリケイ酸ミクロゲルおよびポリアルミノケイ酸ミクロゲルの単体または組合せを挙げることができるが、それだけには限定されない。
【００４２】
乾燥澱粉組成物、湿澱粉組成物または完成紙料は、内部サイズ剤、湿潤および乾燥強度増強剤、殺虫剤、アルミニウム化合物（ミョウバン、アルミン酸塩、ポリ塩化アルミニウムなど）、カチオン性ポリマー（歩留まり向上剤および凝集剤）、アニオン性ポリマー、両性ポリマーおよび／または別に追加する澱粉など、他の一般的な添加物を含むこともできる。特にアルミニウム化合物は、本発明の歩留まり性能を高めることが分かった。
【００４３】
前に述べたように、澱粉組成物の製造方法は、澱粉、場合によってはポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性のポリマー、ならびに１種または複数のアニオン性、カチオン性もしくは両性の無機コロイド種を一緒にして澱粉組成物を作成し、この組成物を蒸解することによって実施することができる。また、この方法は、場合によってはポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性のポリマーを含む澱粉溶液を蒸解し、この蒸解した澱粉溶液を１種または複数のアニオン性、カチオン性もしくは両性の無機コロイド種と一緒にして澱粉組成物を作成することによって実施することもできる。また、この方法は、澱粉、場合によってはポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性のポリマー、ならびにイオン結合もしくは配位結合することができる１種または複数の種を一緒にして澱粉組成物を作成し、この組成物を蒸解することによって実施することもできる。また、この方法は、場合によってはポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性のポリマーを含む澱粉溶液を蒸解し、この蒸解した澱粉溶液をイオン結合または配位結合することができる１種または複数の種と一緒にして澱粉組成物を作成することによって実施することもできる。また、この方法は、澱粉、場合によってはポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性のポリマー、ならびに水素結合することができる１種または複数の種を一緒にして澱粉組成物を作成し、この組成物を蒸解することによって実施することもできる。また、この方法は、場合によってはポリアクリルアミドおよび／またはアニオン性もしくは潜在的アニオン性のポリマーを含む澱粉溶液を蒸解し、この蒸解した澱粉溶液を水素結合することができる１種または複数の種と一緒にして澱粉組成物を作成することによって実施することもできる。
実施例
【００４４】
実施例の全ての灰分歩留まり（ａｓｈ  ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）試験は、別段の記載がない限り、５６％漂白広葉樹クラフト、２４％漂白針葉樹クラフト、および２０％炭酸カルシウムからなる模擬的に作られた（ｓｉｍｕｌａｔｅｄ）完成紙料を使用して行われた。このパルプを、カナダ標準ろ水度３５０ｍｌまで精製した。灰分歩留まり試験は、１２５Ｐスクリーンを備えたブリット・ジャー（Ｂｒｉｔｔ  Ｊａｒ）を使用し、１２５０ｒｐｍで作動させて実施した。ＴＡＰＰＩ標準Ｔ−２６１に従って白水サンプルから灰分歩留まりを決定した。
【実施例１】
【００４５】
この実施例は、アニオン性無機コロイド状シリカの存在下で蒸解済み澱粉とアニオン性ポリアクリルアミドを一緒に混ぜ合わせてから完成紙料に添加すると、どのようにして３種の添加剤を別々に添加するよりもよい歩留まり値が得られるのかを実証するものである。カチオン澱粉（Ａ．Ｅ．ステーリー（Ｓｔａｌｅｙ）からのスタロック（Ｓｔａｌｏｋ）１８０）を、澱粉２０ｇ（乾燥）［ｄｒｙ  ｇｒａｍｓ］を蒸留水１９８０ｇと混ぜ合わせることによって調製した。次いで、このブレンドを、センサおよびシミュレーション付き自動バッチ澱粉蒸解器（Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ  ａｕｔｏ−ｂａｔｃｈ  ｓｔａｒｃｈ  ｃｏｏｋｅｒ）において、２０分の予熱サイクルおよび９６℃で３０分の蒸解サイクルで蒸解した。蒸解後、この澱粉を室温まで冷却した。アニオン性ポリアクリルアミド（ＳＮＦ  Ｆｌｏｇｅｒ社からのＡＮ９２３）を、蒸留水９９９ｇ中にポリマー１ｇ（乾燥）を水和させることによって０．１％に調製した。この０．１％ＰＡＭ溶液をマグネティック・スターラーで１時間撹拌した。オンデオ・ナルコ（Ｏｎｄｅｏ  Ｎａｌｃｏ）の製品であるコロイド状シリカ（Ｎ−８６７１）を、水７９９ｇ中に１ｇ（乾燥）当量のシリカを混合することによって調製した（０．１２５％溶液）。
【００４６】
ブレンドを、最初に１％蒸解済み澱粉２７７ｇを硫酸でｐＨ５．０に調整することによって調製した。次に、０．１％ＰＡＭ２３ｇを澱粉に加え、完全に混合した。次いで、この混合物のｐＨをアルミン酸ナトリウムでｐＨ７．８まで高めた。最後に、０．１２５％シリカ１４．７ｇをこの澱粉／ＰＡＭ混合物に加え、完全に混合した。
【００４７】
対照実験として、澱粉およびＰＡＭを別々にただし同時に完成紙料に加えた。澱粉およびＰＡＭを添加して１０秒後に、コロイド状シリカを完成紙料に加えた。澱粉、ＰＡＭおよびシリカの用量は、それぞれ１５ｌｂ／ｔｏｎ［ポンド／トン］、０．１２５ｌｂ／ｔｏｎおよび０．１ｌｂ／ｔｏｎとした。澱粉／ＰＡＭ／シリカ・ブレンドを、１５ｌｂ／ｔｏｎの割合で完成紙料に加えた。灰分歩留まりの結果を、以下の表１に示す。
【００４８】
【表１】
2007530707.tif 000002
【００４９】
この結果は、澱粉、アニオン性ポリマー（ＰＡＭ）およびアニオン性コロイド種（シリカ）を一緒に混合してから完成紙料に加えることにより、これらの添加物を別々に加えるのに比べて、灰分歩留まりが増加することを示している。また、澱粉およびコロイド状シリカをＰＡＭなしで一緒にすることにより、シリカを澱粉に加えてから蒸解する場合、灰分歩留まりの利益が期待できるはずである。
【実施例２】
【００５０】
この実施例は、イオン結合することができる種の存在下でカチオン澱粉およびアニオン性ポリアクリルアミドを一緒にすることの効果を実証するものである。この実施例では、スタロック（Ｓｔａｌｏｋ）１８０カチオン澱粉およびＡＮ９２３アニオン性ポリアクリルアミドを、実施例１と同じ手順を使用して調製した。
【００５１】
この実施例では、３種の澱粉／ＰＡＭゲルを、様々なイオン種の存在下で調製した。調製した各々のゲルのカチオン澱粉のｐＨを硫酸で５．０に調整してから、アニオン性ポリアクリルアミドと混合した。第１のゲルを、１％カチオン澱粉２７７ｇを０．１％アニオン性ポリアクリルアミド２３ｇと完全に混合することによって調製した。次いで、この混合物のｐＨを水酸化ナトリウムで６．５に高めた。塩化カルシウムを除いて第１ブレンドと全く同様に調製した第２の澱粉／ＰＡＭゲルを澱粉に加えてから、ＰＡＭを加えた。この塩化カルシウムを、Ｃａイオン：ＰＡＭが１．６：１の比で加えた。次いで、このブレンドのｐＨを、水酸化ナトリムで６．７まで上げた。第３のブレンドを、カチオン澱粉（ｐＨ５）２７７ｇを０．１％アニオン性ポリアクリルアミド２３ｇと完全に混合し、次いでアルミン酸ナトリウムでｐＨ調整することによって調製した。
【００５２】
対照実験として、澱粉およびＰＡＭを別々にただし同時に完成紙料に加えた。澱粉およびＰＡＭの用量は、それぞれ１５ｌｂ／ｔｏｎおよび０．１２５ｌｂ／ｔｏｎとした。澱粉／ＰＡＭブレンドを、１５ｌｂ／ｔｏｎの割合で完成紙料に加えた。灰分歩留まりの結果を、以下の表２に示す。
【００５３】
【表２】
2007530707.tif 000003
【００５４】
この結果は、イオン結合することができる種（ＣａイオンおよびＡｌイオン）を澱粉およびＰＡＭに添加することによって、灰分歩留まりが増大することを示している。ＰＡＭなしでイオン結合種を澱粉に加えると、澱粉単独に比べて灰分歩留まりが著しく改善されることも予想される。さらに、イオン結合することができる種を澱粉と混合してから蒸解した場合も、同等の改善が予想される。
【実施例３】
【００５５】
実施例３は、蒸解済み澱粉と水素結合することができる種を一緒に混合してから完成紙料に添加すると、どのようにしてこれらの添加物を別々に添加するよりもよい歩留まり値が得られるのかを実証するものである。カチオン澱粉（Ｓ．Ｌ．１８０）を、実施例１と同じ方法で調製した。この場合、使用した水素結合することができるポリマーは、蒸留水９９９ｇ中にポリマー１ｇ（乾燥）を水和させることによって０．１％に調製した、ローム・アンド・ハース（Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ）からのポリ酢酸ビニル（ＰＶＡＣ）（ポリコ（Ｐｏｌｙｃｏ）２１５２）とした。
【００５６】
ブレンドを、１％カチオン澱粉２７７ｇを０．１％ＰＶＡ溶液２３ｇと完全に混合することによって調製した。
【００５７】
対照実験として、澱粉およびポリ酢酸ビニルを別々にただし同時に完成紙料に加えた。澱粉およびポリ酢酸ビニルの用量は、それぞれ１５ｌｂ／ｔｏｎおよび０．１２５ｌｂ／ｔｏｎとした。この澱粉／ＰＶＡＣブレンドを、１５ｌｂ／ｔｏｎの割合で完成紙料に加えた。灰分歩留まりの結果を、以下の表３に示す。
【００５８】
【表３】
2007530707.tif 000004
【００５９】
この結果は、蒸解済み澱粉を水素結合することができる種と混合することにより、完成紙料に２種の材料を別々に添加した場合を上回る灰分歩留まりの増大がもたらされることを示している。
【実施例４】
【００６０】
実施例４は、澱粉と水素結合することができる種とのブレンドを一緒に蒸解してから完成紙料に添加すると、どのようにしてこれらの添加物を別々に添加するよりもよい歩留まり値が得られるのかを実証するものである。カチオン澱粉（Ｓ．Ｌ．１８０）を、実施例１と同じ方法で調製した。この場合、使用した水素結合することができるポリマーは、蒸留水９９９ｇ中にポリマー１ｇ（乾燥）を水和させることによって０．１％に調製した、ローム・アンド・ハース（Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ）からのポリ酢酸ビニル（ＰＶＡＣ）（ポリコ（Ｐｏｌｙｃｏ）２１５２）とした。
【００６１】
カチオン澱粉２０ｇ（乾燥）を蒸留水１８１３．４ｇと完全に混合することによってブレンドを調製した。次に、澱粉スラリーに０．１％ＰＶＡＣ１６６．６ｇを加えた。次いで、このブレンドを、センサおよびシミュレーション付き自動バッチ澱粉蒸解器で、２０分の予熱サイクルおよび９６℃で３０分の蒸解サイクルで蒸解した。蒸解後、この澱粉ブレンドを室温まで冷却した。
【００６２】
対照実験として、澱粉およびポリ酢酸ビニルを別々にただし同時に完成紙料に加えた。澱粉およびポリ酢酸ビニルの用量は、それぞれ１５ｌｂ／ｔｏｎおよび０．１２５ｌｂ／ｔｏｎとした。この澱粉／ＰＶＡＣブレンドを、１５ｌｂ／ｔｏｎの割合で完成紙料に加えた。灰分歩留まりの結果を、以下の表４に示す。
【００６３】
【表４】
2007530707.tif 000005
【００６４】
この結果は、澱粉を水素結合することができる種と共に蒸解することにより、完成紙料に２種の材料を別々に添加した場合を上回る灰分歩留まりの増大がもたらされることを示している。
【００６５】
以下の実施例の灰分歩留まり試験は、８５％ハンマーミル写真複写用紙、７．５％ＳＡＰＰＩサマセットカバー光沢コート紙（Ｓｏｍｅｒｓｅｔ  Ｃｏｖｅｒ  Ｇｌｏｓｓ  ｃｏａｔｅｄ  ｐａｐｅｒ）、７．５％テンベック（Ｔｅｍｂｅｃ）ＢＣＴＭＰ、および１５％追加未使用炭酸カルシウムからなる模擬的に作られた完成紙料を使用して行われた。これらの成分を一緒にブレンドして、アルカリ性の材木を含まないコート紙を生産する商業用製紙工場でしばしば見られる、ゼータ電位、充填剤含量、導電率など典型的な完成紙料特性を得た。
【００６６】
灰分歩留まり性能を試験するために、メーン州立大学で開発された脱水／歩留まり装置を使用した。使用手順は、ＴＡＰＰＩ標準Ｔ−２６１に記載されるものと同様であった。
【実施例５】
【００６７】
実施例５は、カチオン澱粉とポリマーのブレンドをアルミニウム化合物の存在下で一緒に蒸解した場合、灰分歩留まり性能が高められることを実証するものである。この実施例では、アニオン性ポリマーの７Ｍ  ＣＭＣを、前の実施例に記載したように調製した。蒸留水で未蒸解カチオン澱粉のスタロック（Ｓｔａｌｏｋ）１６０の溶液を作成し、次いで全溶液に対して固形分が６．０重量％となるように５０：１（澱粉：ＣＭＣ）の比（乾燥）で水和ＣＭＣとブレンドした。次いでこの溶液のｐＨを、アルミニウム化合物であるアルミン酸ナトリウムを使用して９．０に上げた。次いで、この溶液を、ジェット蒸解器で２５５°Ｆで蒸解した。
【００６８】
対照実験として、澱粉およびＣＭＣを、それぞれ２０ｌｂ／ｔｏｎおよび０．４ｌｂ／ｔｏｎの用量で別々にただし同時に完成紙料に加えた。この澱粉／ＣＭＣブレンドを、２０ｌｂ／ｔｏｎの割合で完成紙料に加えた。灰分歩留まりの結果を、以下の表５に示す。
【００６９】
【表５】
2007530707.tif 000006
【００７０】
この結果は、蒸解する前に、アルミニウム化合物を含む、澱粉とアニオン性ポリマーＣＭＣをブレンドすると、澱粉およびＣＭＣを完成紙料に別々に添加するよりも優れた性能が得られることを示している。