(57)【要約】  本発明は、未晒パルプと、デンプンと、ナノ繊維からなるナノセルロースとを含む未晒パルプ製品、及びその製造方法に関する。未晒パルプ製品は、組成物の総量に基づいて、０．１質量％〜８．０質量％のナノセルロース濃度を有し、０．１質量％〜８．０質量％のデンプン濃度を有する。ナノセルロースは、様々なリグノセルロース系バイオマス、例えばアブラヤシの空の果実房等、及びその他の適切なリグノセルロース系バイオマスに由来する。ナノセルロースを、中芯紙パルプに、所定の濃度及び比率でデンプンと共に添加する。次に、この組成物を、様々なパルプ製品、例えば、成形パルプ製品、板紙、コアボード、コンテナボード、中芯紙、ボール紙、ライナーボード、ボードライナー、又は任意の他の構造製品等に変換する。１つの実施態様では、未晒パルプを、最初に様々な未晒パルプ製品に変換し得る。次に、製造された製品の表面を、ナノセルロース及びデンプンの混合物でさらにコーティングする。組成物中のナノセルロースとデンプンとの所定の比率、又はパルプ製品の表面にコーティングされたナノセルロースとデンプンとの所定の比率により、未晒パルプ及び同じ未晒パルプを使用して製造された製品の強度が高められる。
2021519875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
未晒パルプ製品の製造方法であって、
ａ．未晒パルプを提供する工程；
ｂ．ナノセルロースを提供する工程；及び
ｃ．デンプンを提供する工程
を含み、
前記未晒パルプ製品の総質量に基づいて、前記ナノセルロースの濃度が０．１質量％〜４．０質量％であり、前記デンプンの濃度が０．１質量％〜４．０質量％である、方法。
【請求項２】
前記ナノセルロースの濃度が０．５質量％〜２．０質量％である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ナノセルロースの濃度が１．０質量％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記デンプンの濃度が０．５質量％〜２．０質量％である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記デンプンの濃度が１．０質量％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ナノセルロースの濃度が０．５質量％〜２．０質量％であり、前記デンプンの濃度が０．５質量％〜２．０質量％である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ナノセルロースの濃度が１．０質量％未満であり、前記デンプンの濃度が１．０質量％未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ナノセルロースが、セルロースナノ繊維である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記セルロースナノ繊維の長さが、１００ナノメートルから１００，０００ナノメートルの間である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノセルロースが、バイオマス資源から製造されたものである、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記バイオマスが、アブラヤシの空の果実房、農業残渣、針葉樹、広葉樹、又はそれらの組み合わせである、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ナノセルロースが漂白されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ナノセルロースが未漂白である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記デンプンが、トウモロコシ、タピオカ、ワキシートウモロコシ、小麦、及びジャガイモを含む任意の天然源からの天然デンプン、又はカチオン性デンプン及び両性デンプンを含む加工デンプン、又はそれらの組み合わせである、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ナノセルロース及び前記デンプンが、互いに反応による結合をしていない、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記未晒パルプを未晒パルプ製品に変換する工程をさらに含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記未晒パルプ製品の表面が、ナノセルロース及びデンプンでコーティングされている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ナノセルロース及びデンプンと組み合わされた前記未晒パルプを、未晒パルプ製品に変換する工程をさらに含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記未晒パルプ製品が、成形パルプ製品、板紙、コアボード、コンテナボード、段ボール、中芯紙、ボール紙、ライナーボード、ボードライナー、又はそれらの任意の他の構造製品である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
未晒パルプ製品であって、
ａ．未晒パルプ；
ｂ．ナノセルロース；及び
ｃ．デンプン
を含み、
前記未晒パルプ製品の総質量に基づいて、０．１質量％〜４．０質量％のナノセルロース濃度及び０．１質量％〜４．０質量％のデンプン濃度を有する、製品。
【請求項２１】
前記ナノセルロース濃度が０．５質量％〜２．０質量％である、請求項２０に記載の製品。
【請求項２２】
前記ナノセルロース濃度が１．０質量％未満である、請求項２０に記載の製品。
【請求項２３】
前記デンプン濃度が０．５質量％〜２．０質量％である、請求項２０に記載の製品。
【請求項２４】
前記デンプン濃度が１．０質量％未満である、請求項２０に記載の製品。
【請求項２５】
前記ナノセルロース濃度が０．５質量％〜２．０質量％であり、前記デンプン濃度が０．５質量％〜２．０質量％である、請求項２０に記載の製品。
【請求項２６】
前記ナノセルロース濃度が１．０質量％未満であり、前記デンプン濃度が１．０質量％未満である、請求項２０に記載の製品。
【請求項２７】
前記ナノセルロースが、セルロースナノ繊維である、請求項２０〜２６のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２８】
前記セルロースナノ繊維の長さが、１００ナノメートルから１００，０００ナノメートルの間である、請求項２７に記載の製品。
【請求項２９】
前記ナノセルロースが、バイオマス資源から製造されたものである、請求項２０〜２８のいずれか一項に記載の製品。
【請求項３０】
前記バイオマスが、アブラヤシの空の果実房、農業残渣、針葉樹、広葉樹、又はそれらの組み合わせである、請求項２０〜２９のいずれか一項に記載の製品。
【請求項３１】
前記ナノセルロースが漂白されている、請求項２０〜３０のいずれか一項に記載の製品。
【請求項３２】
前記ナノセルロースが未漂白である、請求項２０〜３０のいずれか一項に記載の製品。
【請求項３３】
前記デンプンが、トウモロコシ、タピオカ、ワキシートウモロコシ、小麦、及びジャガイモを含む任意の天然源からの天然デンプン、又はカチオン性デンプン及び両性デンプンを含む加工デンプン、又はそれらの組み合わせである、請求項２０〜３２のいずれか一項に記載の製品。
【請求項３４】
前記ナノセルロース及び前記デンプンが、互いに反応による結合をしていない、請求項２０〜３３のいずれか一項に記載の製品。
【請求項３５】
未晒パルプ製品から変換されたものである、請求項２０〜３４のいずれか一項に記載の製品。
【請求項３６】
前記未晒パルプ製品が、ナノセルロース及びデンプンで更にコーティングされている、請求項３５に記載の製品。
【請求項３７】
ナノセルロース及びデンプンと組み合わされた未晒パルプから変換されたものである、請求項２０〜３４のいずれか一項に記載の製品。
【請求項３８】
成形パルプ製品、板紙、コアボード、コンテナボード、段ボール、中芯紙、ボール紙、ライナーボード、ボードライナー、又はそれらの任意の他の構造製品である、請求項２０〜３７のいずれか一項に記載の製品。
【請求項３９】
デンプン及びナノセルロースを含まない同じ未晒パルプ製品と比較して、高められたリングクラッシュ指数を有する、請求項２０〜３８のいずれか一項に記載の製品。
【請求項４０】
デンプン及びナノセルロースを含まない同じ未晒パルプ製品と比較して、高められたコンコラ中芯強度を有する、請求項２０〜３８のいずれか一項に記載の製品。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス資源から得られたデンプン及びナノセルロースを含有する未晒パルプ製品、並びにそれを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルロース系ナノ材料の多くの用途又は応用の１つは、様々な紙製品の強度及び品質を強化又は改善するためのナノセルロースの使用である。ナノセルロースは、パルプ及びそから製造される製品の特性を改善するために、製造中に従来のパルプ組成物に導入され得る。
【０００３】
ナノセルロースは、ナノサイズ化されたセルロース繊維で構成されており、様々なバイオマス資源又は原料、例えば、農業廃棄物、天然繊維等、及び様々な物に由来し得る。セルロース繊維は、これらのバイオマス資源から、化学的又は機械的方法によってバイオマス繊維のサイズを低下させることによって得られる。製紙製品の強度を高めるためにナノセルロースを使用することに加えて、デンプンは、同じ目的のために製紙業界で一般的に使用されている。
【０００４】
パルプにナノセルロース及びデンプンの両方を製造段階で添加すると、添加剤が低濃度である場合でも、特性、特に強度が向上し、強化される。また、ナノセルロース及びデンプンの混合物は、ナノセルロース及びデンプンを個別に添加した場合により多量が必要とされる従来の組成物と比較して、組成物に必要な量が著しく少ないので有益である。あるいは、デンプンと組み合わせたより高用量のナノセルロースを添加して、デンプンのみで達成できる強度よりも高い強度を得ることができる。
【０００５】
これにより、高品質の製品に必要な材料の量が少なくなるため、紙製品を製造するためのコスト効率がより高い方法がもたらされる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、未晒パルプ、デンプン、及びナノセルロース（例えば、ナノ繊維）を含む未晒パルプ製品、及びそれを製造する方法に関する。未晒パルプ製品は、未晒パルプ製品の総質量に基づいて、０．１質量％〜８．０質量％のナノセルロース濃度及び０．１質量％〜８．０質量％のデンプン濃度を有する。
【０００７】
１つの実施態様では、ナノセルロース及びデンプンを、所定の濃度及び比率で、未晒パルプ（unbleached pulp）（例えば、中芯紙）に添加する。次に、この組み合わせを、様々なパルプ製品、例えば、成形パルプ製品、板紙、コアボード、コンテナボード、中芯紙、ボール紙、ライナーボード、ボードライナー、又はその他の構造製品等に変換する。
【０００８】
１つの実施態様では、未晒パルプを、最初に、様々なパルプ製品、例えば、成形パルプ製品、板紙、コアボード、コンテナボード、中芯紙、ボール紙、ライナーボード、ボードライナー又は任意の他の構造製品等に変換する。製造された製品の表面を、ナノセルロース及びデンプンの混合物でさらにコーティングする。混合物中のナノセルロース及びデンプンの、又はパルプ製品の表面にコーティングされたナノセルロース及びデンプンの所定の比率により、製造される製品の強度が高められる。
【０００９】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品は、未晒パルプ製品の総質量に基づいて、０．１質量％〜４．０質量％のナノセルロース濃度及び０．１質量％〜４．０質量％のデンプン濃度を有する。
【００１０】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品は、未晒パルプ製品の総質量に基づいて、０．５質量％〜２．０質量％のナノセルロース濃度及び０．５質量％〜２．０質量％のデンプン濃度を有する。
【００１１】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品は、未晒パルプ製品の総質量に基づいて、１．０質量％未満のナノセルロース濃度及び１．０質量％未満のデンプン濃度を有する。
【００１２】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品中のナノセルロースは、１００ナノメートル〜１００，０００ナノメートルの間の長さを有するセルロースナノ繊維である。
【００１３】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品中のナノセルロースは、アブラヤシの空の果実房、農業残渣、針葉樹、広葉樹、又はそれらの組み合わせのバイオマス資源から得られる。
【００１４】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品中のデンプンは、トウモロコシ、タピオカ、ワキシートウモロコシ、小麦、及びジャガイモを含む任意の天然源からの天然デンプン、又はカチオン性デンプン及び両性デンプンを含む加工デンプン、又はそれらの組み合わせである。
【００１５】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品は、成形パルプ製品、板紙、コアボード、コンテナボード、中芯紙、ボール紙、ライナーボード、ボードライナー、又はそれらの任意の他の構造製品である。
【００１６】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品は、デンプン及びナノセルロースを含まない同一の未晒パルプ製品と比較して、高められた破裂強度を有する。
【００１７】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品は、デンプン及びナノセルロースを含まない同一の未晒パルプ製品と比較して、高められたプライ結合（ply bond）を有する。
【００１８】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品は、デンプン及びナノセルロースを含まない同一の未晒パルプ製品と比較して、高められた引張強度を有する。
【００１９】
本発明は、未晒パルプを提供する工程、ナノセルロースを提供する工程、及びデンプンを提供する工程を含む未晒パルプ製品を製造する方法であって、未晒パルプ製品の総質量に基づいて、ナノセルロースの濃度が０．１質量％〜８．０質量％であり、デンプンの濃度が０．１質量％〜８．０質量％である方法に関する。
【００２０】
１つの実施態様では、ナノセルロースを、未晒パルプ（例えば、中芯紙パルプ）に、所定の濃度及び比率でデンプンと共に添加する。次に、この組成物を、様々なパルプ製品、例えば、成形パルプ製品、板紙、コアボード、コンテナボード、中芯紙、ボール紙、ライナーボード、ボードライナー、又はそれらの任意の他の構造製品等に変換する。
【００２１】
１つの実施態様では、未晒パルプを、最初に、様々なパルプ製品、例えば、成形パルプ製品、板紙、コアボード、コンテナボード、中芯紙、ボール紙、ライナーボード、ボードライナー、又はその他の任意の構造製品等に変換する。製造された製品の表面を、ナノセルロース及びデンプンの混合物でさらにコーティングする。混合物中のナノセルロース及びデンプンの、又はパルプ製品の表面にコーティングされたナノセルロース及びデンプンの所定の比率によって、パルプ及び同じパルプを使用して製造された製品の強度が高められる。
【００２２】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品を製造するための方法は、未晒パルプ製品の総質量に基づいて、０．１質量％〜４．０質量％のナノセルロース濃度及び０．１質量％〜４．０質量％のデンプン濃度を包含する。
【００２３】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品を製造するための方法は、未晒パルプ製品の総質量に基づいて、０．５質量％〜２．０質量％のナノセルロース濃度及び０．５質量％〜２．０質量％のデンプン濃度を包含する。
【００２４】
１つの実施態様では、未晒パルプ製品を製造するための方法は、未晒パルプ製品の総質量に基づいて、１．０質量％未満のナノセルロース濃度及び１．０質量％未満のデンプン濃度を包含する。
【００２５】
１つの実施態様では、方法で使用するナノセルロースは、１００ナノメートル〜１００，０００ナノメートルの間の長さを有するセルロースナノ繊維である。
【００２６】
１つの実施態様では、方法で使用するナノセルロースは、アブラヤシの空の果実房、農業残渣、針葉樹、広葉樹、又はそれらの組み合わせのバイオマス資源から得られる。
【００２７】
１つの実施態様では、方法で使用するデンプンは、トウモロコシ、タピオカ、ワキシートウモロコシ、小麦、及びジャガイモを含む任意の天然源からの天然デンプン、又はカチオン性デンプン及び両性デンプンを含む加工デンプン、又はそれらの組み合わせである。
【００２８】
１つの実施態様では、デンプン及びナノセルロースは、化学反応によって互いに結合していないが、未晒パルプの繊維に架橋を提供し、未晒パルプ又は未晒パルプ製品の強度及び他の特性の向上をもたらす。
【００２９】
以下に列挙する本明細書に付随する図は、本発明の例示的かつ非限定的な実施態様として、以下の詳細な説明と併せて参照される場合に、本発明及びその利点のより良い理解を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、様々な割合のデンプン及びナノセルロースをパルプに添加したパルプ製品のリングクラッシュを示す。
【図２】図２は、様々な割合のデンプン及びナノセルロースをパルプに添加したパルプ製品の濾水時間を示す。
【図３】図３は、様々な割合のデンプン及びナノセルロースを中芯紙にコーティングしたパルプ製品の強度を示す。
【図４】図４は、ナノセルロース及びデンプンを添加により、コーティングの強度が増し、コーティングの厚さが低下することを示す。
【図５】図５は、ナノセルロース及びデンプンのパルプへの添加により、パルプの内部結合及び得られるパルプ製品の強度が高められることを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、未晒パルプ、デンプン、及びナノセルロース（例えば、ナノ繊維）からなる未晒パルプ製品に関する。本発明はさらに、未晒パルプ製品を製造する方法に関する。
【００３２】
ナノセルロース及びデンプンを所定の比率又はパーセンテージで添加すると、強度特性が向上し、パルプ組成物及びパルプ組成物に由来する紙製品の他の特性が向上する。製紙業界ではナノセルロース及びデンプンの使用が知られているが、本発明における好ましい比率又は割合でのナノセルロース及びデンプンの組み合わせは、ナノセルロース及びデンプンの必要量がデンプン単独よりも大幅に少ないため、従来の方法とは異なる。本発明は、従来の方法で別々に使用される場合のナノセルロース及びデンプンの量のほんの一部しか必要としない。
【００３３】
試験結果は、方法の最後に低濃度で添加された場合に、高結合性のデンプンと、剛性のある硬いナノセルロースとの間に、板紙強度の改善に関する相乗効果が存在することを示唆している。あるいは、デンプンと組み合わせたナノセルロースをより高用量で添加して、デンプンのみで達成できる強度よりも高い強度を得ることができる。
【００３４】
本発明では、デンプン及びナノセルロースは非常に類似しているが、組み合わされたときに化学反応を介して互いに結合しない別個のポリマーである。その代わりに、デンプン及びナノセルロースは、未晒パルプの繊維が架橋を形成するのを助けて、未晒パルプ組成物及びその製品の機械的特性、例えば強度等を強化する。
【００３５】
本発明の実施態様で提供するナノセルロースは、広葉樹、針葉樹、森林残留物、産業廃棄物、消費者廃棄物、又はそれらの任意の他の組み合わせを含むがこれらに限定されない様々なバイオマス資源又は原料に由来するセルロースナノ繊維である。１つの実施態様では、セルロースナノ繊維は、リグノセルロース系バイオマス、例えばアブラヤシの空の果実房等に由来する。ナノセルロースは、好ましくは、１００ナノメートル〜１００，０００ナノメートルの間、好ましくは１００ナノメートル〜１０，０００ナノメートルの間の長さを有するセルロースナノ繊維である。
【００３６】
ナノセルロースは、酸触媒、溶媒、及び水の存在下でリグノセルロース系バイオマスを分画（fractionation）する方法を用いて得ることができる。この方法は、リグノセルロース系バイオマスを準備し、酸、並びにリグニン及び水のための溶媒の存在下で、リグノセルロース系バイオマスを分画して、セルロースに富む固体と、ヘミセルロース及びリグニンを含む液体とを生成させる工程を含む。次に、生成した固体を、機械的精製を用いて、あるいは酵素加水分解などの他の方法によってさらに処理して、セルロースナノ繊維を得る。次に、このセルロースナノ繊維を、さらなる処理のために回収する。
【００３７】
機械的精製工程には、様々な技術、例えば、精製、粉砕、ミリング、超音波処理、又はセルロースに富む固体からセルロースナノ繊維を得ることができる任意の他の手段又は技術等が含まれ得るが、これらに限定されない。サイズを低下させるための任意の酸触媒には、酵素、二酸化硫黄、亜硫酸、硫酸、リグノスルフォン酸、又はそれらの任意の他の組み合わせ若しくは誘導体が含まれ得るが、これらに限定されない。
【００３８】
ナノセルロースはまた、蒸気又は熱水抽出法によって得ることができ、この方法は、リグノセルロース系バイオマス（又は原料）を提供し、蒸気又は／及び熱水の存在下でリグノセルロース系バイオマスを消化（digest）して、ヘミセルロースを液体中に抽出する工程を含む。抽出された固形物を、ｐＨ７以下の水で洗浄して、濾液と洗浄された固形物とを生成させることができる。この方法は、抽出された固体を水で洗浄する前に、抽出された固体から液相の一部を分離する任意の工程をさらに含み得る。
【００３９】
デンプンは、天然デンプン及び加工デンプンの２種類に主に分類される。天然デンプンは、タピオカ、トウモロコシ、米、小麦、ジャガイモを含むデンプンを含有する植物に由来する。加工デンプンは、物理的、化学的、及び酵素的に変性された天然デンプンであり、両性デンプン、カチオン性デンプン、酸化デンプン、及び他の多くのデンプンとして知られている。本発明の実施態様では、天然デンプン及び加工デンプンの両方を使用することができ、使用前に加工する。本発明の実施態様で使用するデンプンには、タピオカデンプン、両性デンプン、及び任意の他の適切なデンプン、又はそれらの組み合わせが含まれ得る。
【００４０】
例えば、天然デンプンを使用する場合、デンプンを、典型的には、２〜３０％の固形分で水と混合し、その混合物スラリーを、デンプンが溶解し、均一なゲル化が生じるまで加熱する。この方法は、業界ではデンプンの「クッキング（cooking）」として知られている。一部の用途では、ゲルの粘度を下げるために、加熱する前に混合物に酵素を添加する。
【００４１】
以上のことから、ナノセルロースをクッキングしたデンプンに添加し、その混合物を未晒パルプに添加して、未晒パルプ組成物を形成させ、その後、様々な未晒パルプ製品に変換する。別の実施態様では、未晒パルプを最初にその製品に変換し、これらの製品の表面を、ナノセルロース及びデンプンの混合物でコーティングする。未晒パルプ製品の例には、成形パルプ製品、コアボード、板紙、コンテナボード、中芯紙、ボール紙、ライナーボード、ボードライナー、又はそれらの他の任意の構造製品が含まれる。未晒パルプは、バージン繊維、古いコルゲートコンテナ（ＯＣＣ）、及び繊維資源の様々な混合物を含む、様々な供給資源に由来し得る。
【００４２】
本発明において、デンプン及びナノセルロースは、それぞれ、中芯紙パルプ組成物又はその製品の０．１質量％〜８．０質量％の範囲の濃度で存在する。別の実施態様では、デンプン及びナノセルロースは、それぞれ、中芯紙パルプ組成物の０．３質量％〜２．０質量％の範囲の濃度で存在する。別の実施態様では、デンプン及びナノセルロースは、それぞれ、中芯紙パルプ組成物の１．０質量％未満の濃度で存在する。
【実施例】
【００４３】
［例示的な実施態様］
本発明の例示的な実施態様では、本方法では、板紙工場の機械チェストからの（オーブン乾燥ベースで）１キログラムのコアボードパルプストックであって、製紙添加剤を加える前に３．５％の粘稠度（consistency）を有しているものを用いる。ナノセルロース成分は、空の果実房から熱水抽出及び機械的精製によって得られる。デンプン成分は、使用又は塗布の前にクッキングする。
【００４４】
カチオン性デンプンを、蒸留水と２．５％濃度で混合して固形物にして、スラリーを形成させる。このデンプン及び蒸留水のスラリーを、固形物が溶解し、透明で均一なゲル化物が形成されるまで、ゆるい蓋を備えた１００℃の温度の水浴中で連続的に攪拌する。ナノセルロース及びデンプンを調製し準備した後、ナノセルロースをクッキングされたデンプンと混合する。このナノセルロース及びデンプンの混合物の濃度は１．０％であり、０．２５％のナノセルロースと０．７５％のカチオン性デンプンとが含まれている。
【００４５】
このナノセルロース及びデンプンの混合物を、最初にコアボードパルプに添加し、激しく攪拌して均質な混合物を得る。次に、この混合物から、紙パルプ産業技術協会（ＴＡＰＰＩ）のハンドシート成形方法Ｔ  ２０５  ｓｐ−０２に準拠して、８０ｇ／ｍ２の坪量で機械的試験のためのハンドシートを作成する。
【００４６】
図１及び２に示すように、０．２５％ナノセルロース及び０．７５％カチオン性デンプンでパルプに適用したデンプン及びナノセルロースの混合物は、従来使用されている４．０％カチオン性デンプンと同じリングクラッシュをもたらし、パルプ濾水が改善されている。このように、板紙工場において、製紙方法のウェットエンドで適用される強度添加剤の大幅なコスト削減が達成され得る。パルプ濾水は、抄紙機のワイヤーを横切ってパルプスラリーが脱水する速度の尺度であり、重要な操作パラメーターである。この結果は、図４に示すように、製紙方法のウェットエンドに低濃度で添加した場合の、高結合性デンプンと、剛性のある硬いナノセルロースとの間の、ボードの強度の向上に関する相乗効果を示唆している。
【００４７】
デンプン及びセルロースの分子は両方とも、水素結合を有するグルコースで構成されている。ナノセルロースと同様に、デンプンは、水素結合部位を提供して板紙繊維を互いにより強く結合することにより、紙の強度を高め得る。デンプンは、板紙繊維に強く結合するが、それ自体は本質的に強度が低いアモルファスポリマーである。ナノセルロースをデンプンで囲み、板紙繊維と混合すると、デンプンの高い結合能力と、ナノセルロースの並外れた剛性とが組み合わされて、板紙の強度が向上する。ナノセルロースとデンプンとを組み合わせると、湿潤強度添加剤の使用を７５％削減することができる。
【００４８】
１つの実施態様では、本方法により、板紙工場で約１１２ｇｓｍの坪量で商業的に製造される中芯紙を用いる。クッキングされた天然タピオカデンプン及びナノセルロースの混合物を調製して、この中芯紙への表面コーティング、すなわち「サイジング」として適用した。ナノセルロース及びデンプンの混合物の濃度は、１．５％であり、０．３７５％のナノセルロースと、１．１２５％の天然タピオカデンプンとを含んでいた。ここでは、ナノセルロースとデンプンとの比率が１：３である。一般に、ナノセルロースとデンプンとの比率は、様々、例えば、１：５〜５：１、好ましくは１：３〜３：１、例えば、１：２、１：１、又は２：１などであり得る。
【００４９】
天然のタピオカデンプンを、パドル攪拌機の混合下で、３０％のデンプン濃度で脱イオン水（ＤＩ）と組み合わせた。アルファアミラーゼ酵素を、０．００２ｍｌ／デンプンｋｇの濃度で加えた。スラリーを水浴中で可能な限り迅速に８５℃にまで加熱し、次にこの温度で磁気撹拌しながら均一で透明なゲルが形成されるまで混合した。次に、このゲルを１２５℃にまで約１０分間加熱して、酵素を不活性化した。次に、そのゲルを６５〜７５℃の温度で約１０％のデンプン濃度に希釈した。得られた粘度は、♯４オリフィス（４ｍｍ）を備えたフォードカップを使用して、１２〜１７Ｐａ・秒であった。
【００５０】
微細ミスト噴霧器を使用して、サイジング配合物を、市販の中芯紙の６インチ×６インチの試料の両面に等量で均一に適用した。次に、このサイジングされた紙を、約２０ｐｓｉで１０秒間プレスし、ラボ用ペーパードライヤー内で６５℃で乾燥させ、ＴＡＰＰｉテスト法Ｔ２０５に準拠してコンディショニングした。サイジングなしの対照の機械製造紙を、微細ミスト噴霧器を使用して再湿潤させ、乾燥し、他のサイジングされた試料と同様にコンディショニングした。
【００５１】
図３に示すように、０．３７５％のナノセルロース及び１．１２５％の天然デンプンで中芯紙に適用したサイジングは、従来使用されている６％の天然タピオカデンプンと同様のリングクラッシュ（Ring Crush）及びコンコラ（Concora）をもたらす。このように、板紙工場において、サイジングに関して大幅なコスト削減が達成され得る。この結果は、図４に示すように、低濃度の表面コーティングとして添加した場合の板紙強度の向上に関する、フィルム形成性の高結合性デンプンと、剛性のある硬いナノセルロースとの間の、新しい、これまで知られていなかった相乗効果を示唆している。
【００５２】
上述した説明は、当業者が本発明を製造及び使用することを可能にし、本発明のいくつかの実施態様、変更、適合、変形、代替、修正、及び使用を説明する。本発明のこれら及び他の実施態様、特徴、及び利点は、付随する図面と併せて本発明の詳細な説明を参照することにより、当業者により明らかになるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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