JP2019534397A - 植物繊維及び無機フィラーに基づくバインダー組成物、その調製及び使用 - Google Patents

Abstract

本発明は水、植物繊維及び無機フィラーを含むバインダー組成物であって、−植物繊維及び無機フィラーの間の質量比が９９／１から２／９８の間に含まれ、−植物繊維及び無機フィラーが同時に精製され、精製された繊維が１０から７００μｍの間の平均サイズを有し、精製された繊維が少なくとも部分的に精製された無機フィラーを組み込むバインダー組成物に関する。

Description

本発明は、その成分がリサイクル材料及び／もしくは産業廃棄物の混合物、又は無機フィラー及びセルロース微粒子／繊維が豊富な任意の紙ストリーム(paper stream)に、主に由来する、バインダー組成物に関する。このバインダー組成物は主に、無機フィラー及び植物をベースとする有機材料で構成される。この混合物は、「バインダー組成物」として、以下本明細書内において特定される。

本発明の利用分野は、生体材料、複合材料の生産物の生産及び製紙産業からの生産物に関する。特に紙又はボール紙の生産を含んでもよい。

紙やボール紙のような紙生産物は、リグノセルロースの繊維の水性懸濁液から調製される。これはリサイクル繊維から調製されてもよい。

リグノセルロース繊維以外に、これらの生産物は一般に無機フィラーを含む。これらのフィラーはまたリサイクル経路、特にリサイクル紙パルプ由来であってもよい。

いわゆる「リサイクル」無機フィラー及びいわゆる「天然」（リサイクルされていない）無機フィラーは、紙又はボール紙の特性、特に視覚及び／又は表面特性を変更するために、経路に導入される。フィラーはまた最終生産物のコストを減少させることを可能にもする。

一例として、製紙産業で一般に使用されるいわゆる天然無機フィラーは、炭酸カルシウム、カオリン、二酸化チタン、タルク及びコロイダルシリカを含む。

しかしながら、視覚又は表面特性の観点であるにしても、天然無機フィラーは望ましい特性を提供し、リサイクル無機フィラーはしばしば、変化した、時には望ましくない視覚効果を引き起こす。それにもかかわらず、それらの起源に関係なく、いわゆる天然又はリサイクルフィラーのすべてが、紙又はボール紙のコストを減少させ、紙又はボール紙の機械及び視覚特性に影響を及ぼす。更に、無機フィラー及びリグノセルロース繊維の間の、化学親和力の欠如の観点から、それらの意図的な又は制御されない導入は、それらの導入方法に依存して、カチオン性ポリアクリルアミドのような他の固定剤及び／もしくは定着剤、並びに／又は、例えばシートの強度及びフィラーの保持性の両方を改善するため使用される、でんぷんなどの、結合剤の存在を一般に必要とする。

アクリルアミドをベースとするポリマー及びそれらの誘導体は、紙又はボール紙の、例えば引裂強度、内部凝集力及び破裂強度などの機械特性を維持しながら、フィラー保持性を改善するため開発もされた。

WO 2014/091212 WO 2010/131016 WO 2010/112519 WO 2010/115785

Chamberlain D., Paper Technology Summer 2017 Micro- and Nano-Cellulose Materials − An Overview

これらの解決法は比較的十分であったが、それにも関わらず、低いコストで、紙の物理特性を改善するために、バルク又は表面に使用するため、代替品、特にポリマー及び／又はでんぷんの代替品の需要がまだある。

大まかにいうと、このことが、本発明がバインダー組成物の開発を通じて解決する問題である。このバインダー組成物は乾燥状態での強化剤（でんぷん、両性のポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルロース及びグアーガム）の使用を部分的又は完全に、置き換えることを可能にする。また、紙又はボール紙の、機械特性の損失を最小限にしながら、保持及び無機フィラー濃度を改善することを可能にする。

本発明は水、植物をベースとするの有機材料及び無機フィラーから主に構成される、バインダー組成物に関する。

より具体的には、本発明は水、植物繊維及び無機フィラーを含むバインダー組成物に関する。
−植物繊維及び無機フィラーの間の質量比が、９９／１から２／９８の間、有利には９５／５から１５／８５の間、より有利には８０／２０から２０／８０の間に含まれ、
−植物繊維及び無機フィラーが同時に精製される。

本発明はまた、このバインダー組成物を生産するための方法、及び紙又はボール紙の生産におけるその使用に関する。

すりつぶしによって得られる組成物に対して、本発明によるバインダー組成物の繊維の長さの分布（加重繊維長面積）を示す。 すりつぶしによって得られる組成物に対して、本発明によるバインダー組成物の繊維の平均長さを示す。

バインダー組成物：
バインダー組成物の結合特性はその調製、より詳細には、無機フィラー存在下での、植物をベースとするの有機材料（植物繊維）の精製に起因する。精製は、機械圧縮及びせん断処理に相当する。一般に、精製は、植物をベースとする有機材料の微小繊維化及び／又は切断を可能にする。精製は、さらに植物繊維の比表面積及び結合力の発現を可能にする。

精製中の無機フィラーの存在により、後者を砕くことが可能になるが、精製された植物繊維で、少なくとも部分的にそれらを被覆することも可能である。従って、本発明によるバインダー組成物中では、無機フィラーは精製された植物繊維とネットワークを形成するため、少なくとも部分的にお互いに結合する。

一度被覆されたら、バインダー組成物の無機フィラーは、紙又はボール紙を生産するために、リグノセルロース繊維のネットワーク中に固定され及び／又は含まれる。大きな比表面積を有するこのタイプの繊維ネットワークにおけるそれらの集積は、紙又はボール紙の機械特性及び／又は柔らかさを改善することを可能にするが、標準方法での無機フィラーの添加は、機械特性及び／又は柔らかさを低下させる。バインダー組成物中の「被覆された無機フィラー」というのは、つまり無機フィラーが、繊維中に少なくとも部分的に組み込まれ、好ましくは完全に組み込まれることである。無機フィラーはそれ故、少なくとも部分的に繊維によって、覆われ又は取り囲まれている。

バインダー組成物の特異性のうちの一つは、紙又はボール紙の物理特性を変えることなしに、無機フィラーの濃度を増大させることに関する。確かに、紙又はボール紙中に存在する少なくとも一部の無機フィラーは、バインダー組成物に由来し、無機フィラーは植物繊維によって、少なくとも部分的に被覆されている。植物繊維の比表面積を増大させることは、精製中に存在する無機フィラーの固定を可能にするだけでなく、紙又はボール紙の生産方法において、無機フィラーの保持を改善することを可能にする。それ故、バインダー組成物は、紙又はボール紙の機械特性を損なうことなく無機フィラーを固定する、組成物を表す。

植物繊維は、一般にリグノセルロース繊維である。それらはリグノセルロース材料、特に木材（硬材又は軟材）及び一年生植物に由来する、セルロース繊維から得られてもよい。それらはまた、リサイクルセルロース材料由来でもよい。

バインダー組成物の植物繊維は、有利には、平均１０μｍから７００μｍの間に含まれる平均サイズを有する。繊維のサイズは、より有利には、平均１０μｍから５００μｍの間、更に一層有利には、約１０μｍから４００μｍ、更に一層有利には、約１００μｍから４００μｍである。これは、無機フィラーの存在の下、精製される繊維の平均サイズである。別の態様によると、バインダー組成物の植物繊維は、有利には、１０μｍから６００μｍの間、より有利には、約１００μｍから６００μｍに含まれる平均サイズを有してもよい。一般に、１０μｍから８０μｍのサイズを有する繊維は微粒子（fines）と呼ばれる。

サイズは植物繊維の最大寸法、例えば長さを表す。

典型的には、サイズ（長さ、直径、厚さ）などの特性は従来の方法及び装置、例えばMorFi Fiber Morphology分析装置から得られる。

本発明によるバインダー組成物は、繊維状の組成物である。それは、精製された繊維を含むが、微粒子（すなわち１０μｍから８０μｍのサイズを有する繊維）及び／又は小繊維化された繊維（fibrillated fibers）を含み得る。一般に、バインダー組成物の精製された繊維は
−切断された繊維、これらの繊維は小繊維化されても又はされなくてもよい
−微粒子（１０から８０μｍ）すなわち切断された繊維又は切断されて小繊維化された繊維
を含む。

しかしながら、バインダー組成物の繊維の含有量は、精製された繊維から大部分が構成される。精製された繊維は、切断された繊維及び小繊維化された繊維を含む。バインダー組成物の９９／１から２／９８の質量比は、精製された繊維及び精製されたフィラーに関する；それ故切断された繊維及び小繊維化された繊維に関する。

特定の態様によると、バインダー組成物は、微粒子（１０から８０μｍのサイズを有する繊維）を、好ましくは長さにおける総割合３０％超、より好ましくは５０％超、更に一層好ましくは６０から９０％の間、更に一層好ましくは７０から９０％の間有してもよい。これらの割合は従来方法及び装置、例えばMorFi Fiber Morphology分析装置、から得られ、長さにおける微粒子％である。

繊維は、微小繊維（microfibrils）の層から成る。より具体的には、繊維は、リグニン及び／又はヘミセルロースによって結合された層中に配向された、数十又は数百の微小繊維（一般に５００未満の微小繊維）により、形成される。精製された繊維は、一般に、１０から６０μｍの間、好ましくは１５から４０μｍの間の直径、及び１０から７００μｍの間、より好ましくは１００μｍから６００μｍの間の長さを有する。

小繊維化された繊維は、繊維の主要なコアから出現する小繊維（fibrils）を有する繊維である。

微小繊維は繊維の小繊維化によって生じる。それらは、小繊維の凝集物からなり、一般に６０未満の小繊維である。例えば、WO 2014/091212およびWO 2010/131016は微小繊維の形成に関する。

ナノ小繊維（Nanofibrils）又は一次小繊維（primary fibrils）は、微小繊維の小繊維化によって生じる。それらは、水素結合で結びついた、セルロースの巨大分子を形成している。例えば、WO 2010/112519及びWO 2010/115785はナノ小繊維の形成に関する。

典型的には、ナノ結晶構造のセルロースは、幅約５ｎｍから５０ｎｍ、及び長さ約１００ｎｍから５００ｎｍを有する。ナノ−小繊維化セルロースは幅約２０ｎｍから５０ｎｍ、及び長さ約５００ｎｍから２０００ｎｍを有する。アモルファスナノセルロース（略語）は平均直径約５０ｎｍから３００ｎｍを有する。（Chamberlain D., Paper Technology Summer 2017 Micro- and Nano-Cellulose Materials − An Overview参照）

精製は、繊維を切断することを可能にする。それは繊維の膨潤も可能にする。精製された繊維は、それ故より短くなり、膨潤する。精製の間に繊維の剥離が起きる場合、膨潤も同様に起きているため、結果として得られる繊維のサイズ（直径又は厚さ）は、大幅に減少しない。これらの二つの現象は、実際お互いに相殺する。しかしながら、精製は、８０μｍ未満のサイズを有する繊維の量を増大させる。

要約すると、本発明による精製は、繊維の小繊維化と対比して、繊維の切断を促進する。

本発明によるバインダー組成物は、３３５μｍ以上の平均サイズを有する繊維の割合が、バインダー組成物中の全繊維量の好ましくは１０％以下、より好ましくは１％から１０％の間、更に一層好ましくは１％から５％の間である。

精製終了時には、植物繊維は、有利には５ｍ^２．ｇ^−１から２００ｍ^２．ｇ^−１の間、より有利には１０ｍ^２．ｇ^−１から１００ｍ^２．ｇ^−１の間に含まれる比表面積を有する。

実施される植物繊維は、有利には紙及び／又はボール紙のリサイクル経路由来である。

バインダー組成物が、あらかじめ乾燥され、少なくとも２時間４２５℃の温度に供される場合、バインダー組成物中の、植物繊維（リサイクル又はリサイクルでない）は、燃焼され得る植物由来の有機材料の一部に相当する。それ故燃焼される大部分は植物繊維の大部分に相当する。

植物繊維だけでなく、バインダー組成物は無機フィラーも含む。

一般に、従来の無機フィラーの任意のタイプが本発明で実施され得る。これは天然無機フィラー、すなわち、リサイクル由来でないフィラーを含んでもよい。

しかしながら、無機フィラーは有利には、紙及び／又はボール紙のリサイクル経路由来である。

それらの起源に関わりなく、無機フィラーは特に炭酸カルシウム、カオリン、二酸化チタン、タルク、及びそれらの混合物を含む群から選択され得る。

バインダー組成物中の無機フィラーは、有利には中心値約１μｍから１００μｍ、より有利には約１０μｍから５０μｍの平均サイズを有する。それらはまた、単一のフィラー及び／又はクラスターの形態を仮定してもよい。典型的には、平均サイズは中心値約１μｍから１０μｍであってもよい。

サイズは最も大きい寸法、例えば球状のフィラー又はクラスターの直径を表す。これは植物繊維の存在の下、精製の後のフィラーのサイズである。

バインダー組成物が、あらかじめ乾燥され、少なくとも２時間４２５℃の温度に供される場合、バインダー組成物中の、リサイクル又はリサイクルされていない無機フィラーは、燃焼しない無機材料の一部に相当する。

リサイクル由来のフィラー及び／又は植物繊維の場合、特に紙又はボール紙のリサイクルの場合、少なくとも２時間４２５℃の温度での同じ燃焼試験は、リサイクル材料中に含まれる植物フィラーの量及び無機フィラーの量を決定することに使用され得る。

無機フィラー及び／又は植物繊維がリサイクル経路由来である場合、それらはリサイクル材料及び／又は産業植物廃棄物由来であり得る。それらは、インキ除去かす及び／又は他の産業廃棄物由来であってもよい。一般に、これらの組成物は主に無機フィラー及び／又は有機物から構成される。

それ故、バインダー組成物は：
−水、
−天然（リサイクルされていない）植物繊維及び／又はリサイクル植物繊維、及び
−天然（リサイクルされていない）無機フィラー及び／又はリサイクル無機フィラー、
を含んでもよい。

本発明は、それ故、均一な組成物中で、植物繊維（リサイクル及び／又はリサイクルされていない）及び無機フィラー（リサイクル及び／又はリサイクルされていない）を組み合わせるを可能にする。

前述したように、バインダー組成物は、９９／１から２／９８の間、有利には９５／５から１５／８５の間、有利には８０／２０から２０／８０の間に含まれる、植物繊維／無機フィラーの質量比を有する。有利には、それは水１リットル当たり５対５００ｇ、より有利には１０ｇ対１００ｇ、さらに一層有利には２０ｇ対５０ｇの植物繊維と無機フィラーとの混合物を含む。

特定の一態様により、バインダー組成物は、少なくとも一つの添加剤、例えばレオロジー変性剤、又は機械特性を改善させる剤を含んでもよい。バインダー組成物中の、少なくとも一つの添加剤は、有利には、バインダー組成物の質量に対して、０から５０％の間を表す。存在する場合、この少なくとも一つの添加剤は少なくともゼロではない質量の割合になる。

しかしながら、任意の不純物を除いては、本発明による組成物は、有利には水、植物繊維（リサイクル又はリサイクルされていない）及び無機フィラー（リサイクル又はリサイクルされていない）から構成される。任意の不純物は、特にバインダー組成物の植物繊維の調製に使用される、繊維の懸濁液由来であってもよい。存在する場合、不純物は、好ましくはバインダー組成物の１０質量％未満、好ましくは５質量％未満、より好ましくは１質量％未満になる。不純物の量は、従来の方法により測定され、例えば標準溝幅０．１５ｍｍを有するSomerville screenである。不純物はプラスチックを含んでもよい。

本発明によるバインダー組成物は、その体積中に成分が均一に分布した組成物に相当し、精製は無機フィラーを砕き、少なくとも部分的に、植物繊維中にそれらを被覆することを可能にする。

バインダー組成物は、Brookfield粘度が、好ましくは５００ｃｐｓから２００００ｃｐｓ、より好ましくは８００ｃｐｓから１２０００ｃｐｓの範囲である。

バインダー組成物のBrookfield粘度は、Brookfield粘度計で、２５℃、ＬＶモジュールを用いて測定され得る。当業者は、測定する粘度範囲に適応したモジュール及びスピード（Brookfield粘度計、ＬＶモジュール）を決定することができる。Brookfield粘度は、好ましくは１００ｒｐｍで１００秒後に測定される。

バインダー組成物は、一般にチキソトロピックである。言い換えれば、その粘度は、せん断が終わるときに、せん断を減少させ、元の粘度に復帰する又は時間で増大する。

バインダー組成物を調製する方法：
本発明はまた、バインダー組成物を調製する方法に関する。

前述したように、バインダー組成物の特性は、無機フィラーの存在の下、植物繊維の精製によって生じる。

本方法は、下記工程：
−植物繊維及び無機フィラーの質量比が、９９／１から２／９８の間、有利には９５／５から１５／８５の間、より有利には８０／２０から２０／８０の間に含まれる、植物繊維及び無機フィラーの水懸濁液を調製する工程、
−この懸濁液を精製する工程、
を含む。

精製は、すりつぶす工程又は小繊維化する工程と比較されない。出願人は、セルロースと無機フィラーをすりつぶして得られる、商業的に利用可能な混合物を比較した。出願人によって実施された様々な実験（下記「実施例」参照）は、本発明によるバインダー組成物が改善した強度特性を提供することを示す。

理論に縛られることを望むものでないが、出願人は、これらの改善は、精製工程が、繊維の切断を高めるという事実によると考える。すりつぶし工程とは対照的に、部分的な小繊維化は起こり得るものの、それは繊維の小繊維化を促進しない。加えて、本発明による小繊維化は、均一なサイズの分布を提供し、すりつぶしのような小繊維化工程は、完全に異なるサイズの分布を提供する。最後に、すりつぶしとは対照的に、本発明による精製は、精製された繊維で被覆され、又は精製された繊維中に組み込まれた無機フィラーを提供する。

精製は、切断される繊維を提供する。精製された繊維は、大部分が長さに関して短くされた繊維からなる。精製は、繊維を微小繊維又はナノ小繊維に引き裂くことを目的としてないため、小繊維化を意味しない。しかしながら、前述したように、一部の量の小繊維化が起こっていてもよい。実際、少量の繊維が、部分的又は全体的に小繊維化されていてもよい。更に、精製は膨潤した繊維を提供してもよい（精製工程が水の存在の下で行われる）。

精製は、円盤間、一般に回転円盤及び固定円盤の間の、固定された距離を有する二つの平行な精製機の円盤の間で、一般に行われる。精製はまた、同じ内部円盤距離、又は減少する内部円盤距離を有する、一連の平行なペアの円盤、好ましくは一連のいくつかのペアの円盤（例えば２から６ペアの円盤）で行われてもよい。例えば、これらの円盤は、鋼又はステンレス鋼から構成され得る。典型的には、精製機の円盤は、棒及び溝を含む。当業者は、小繊維化した繊維の切断を促進する、適切な円盤を選択することができる。

すりつぶしは、繊維のせん断／破壊及び破砕を含む。すりつぶし工程中のせん断／破壊は、精製工程中のそれより確かに大きい。より具体的には、すりつぶし工程中に、繊維はすりつぶし媒体又はすりつぶし円盤（突き出たグリット(protruding grit)を有する円盤）に対して動かなくさせて圧縮されるため、摩耗にさらされる。結果として、繊維は、破砕されそれぞれに壊された繊維に分けられる。一方、精製は、繊維を剥離し切断する。

小繊維化又はナノ小繊維化は、小繊維、すなわち、繊維の小繊維への引き裂きを提供する。しかしながら、そのような工程は繊維の長さの減少を伴う必要はない。それ故、それは精製と対照的である。ナノ小繊維は、超微小粉砕機によって調整され得る。典型的には、超微小粉砕機は、粉砕機に入れられた組成物の繊維に依存する距離によって分離される、陶器の円盤を含む。二つの円盤間の距離は、すりつぶし工程の間に変化する。

結果として、小繊維化された繊維は、精製された繊維より大きい長さを一般に有する。

更に、本発明によると、精製は、好ましくは陶器又は金属のような任意の硬質材料の、ビーズ、ボール又はペレットのような任意のすりつぶし媒体の非存在下で行われる。

精製の前に、本方法は分画工程及び／又は酵素処理工程を含んでもよい。本方法はそれ故下記順序：
ａ）植物繊維及び無機フィラーの水懸濁液の調製、
ｂ）任意に、この懸濁液の分画、
ｃ）任意に、この懸濁液の酵素処理、
ｄ）この懸濁液の精製
を含んでもよい。

ａ）植物繊維及び無機フィラーの水懸濁液の調製
本発明による、植物繊維及び無機フィラーの水懸濁液は、リサイクル又はリサイクルされていない植物繊維、及びリサイクル又はリサイクルされていない無機フィラーから調製され得る。それ故、それは少なくとも部分的に、リサイクルされた材料由来であり、例えば紙又はボール紙のリサイクル由来の材料であり得る。

リサイクルされた材料の性質に基づき、リサイクルされていない植物繊維、及び／又はリサイクルされていない無機フィラーは、望ましい植物繊維／無機フィラー質量比に達するように加えられ得る。

前述したように、植物繊維及び／又は無機フィラーは、リサイクル材料及び／又は産業植物廃棄物由来であってもよい。一例として、それらは製紙カス、特にインキ除去かす又は汚水かす、及び／又は他の産業廃棄物、及び／又は紙機械由来の白水からのろ過ケーク由来であってもよい。

一般に、植物繊維の懸濁液は（繊維の懸濁液）、一般に水１リットル当たりバインダー組成物の成分の５００ｇに対して５ｇ、より有利には１００ｇに対して１０ｇ、またさらにより有利には５０ｇに対して２０ｇ含む。

リサイクルされた材料は、リサイクル工程の間に、一般に２０００μｍ未満の平均サイズを有する、リサイクル無機フィラー及びリサイクル植物繊維が豊富な画分を分離することを可能にする前処理に通常供される。

それ故に、水性の懸濁液中に、植物繊維は、有利には５０００μｍ未満、より有利には２０００μｍ未満、より有利には１０００μｍ未満、また更により有利には８００μｍ未満の平均サイズを有する。

無機フィラーの任意の添加は、分画工程の前及び／又は後に行われてもよい。それは、酵素的な工程の前及び／又は後に行われてもよい。それ故、任意工程（分画及び酵素処理）は、無機物フィラーの非存在下で行われ得る。精製工程のみ、植物繊維及び無機フィラーの存在下で必然的に行われる。

ｂ）任意の分画
分画工程は任意に、精製の前、かつ該当する場合、酵素処理の前に行われる。

植物繊維の懸濁液の分画は、有利には２０００μｍ未満、より有利には１０００μｍ未満、また更により有利には８００μｍ未満の平均サイズを有する、短い植物繊維について懸濁液を濃縮することを可能にする。該当する場合、すなわち、繊維の懸濁液が無機フィラーを含む場合、分画はまた無機フィラーについて懸濁液を濃縮し得る。

それ故、分画によって濃縮されていない繊維の懸濁液と比較して、短い植物繊維及び／又は無機フィラーが濃縮された懸濁液は、無機フィラーの被覆、その結果として、少ないエネルギーで、バインダー組成物の生産を促進させることを可能にする。

分画は、従来の技術を使用して、特に溝及び／又は穴及び又は液体遠心分離及び／又は沈降濃縮洗浄機での、分離により行われ得る。

分画の終了時に、無機フィラーは、任意に、植物繊維の懸濁液に加えられてもよい。分画されていない植物繊維が加えられてもよく、これらの植物繊維は、有利には５０００μｍ未満の平均サイズを有する。

ｃ）任意の酵素処理
特定の一態様によると、植物繊維は、精製工程の前に、酵素処理を受けてもよい。

この処理は、有利には、分画工程の後に行われる。

それ故、好ましい一態様によると、バインダー組成物を調製する方法は、下記工程：
−リサイクル又はリサイクルされていない無機フィラーを含む、リサイクル又はリサイクルされていない繊維の懸濁液の分画、
−任意に、リサイクル又はリサイクルされていない無機フィラー、及び／又は産業廃棄物を分画由来の懸濁液への添加、
−この懸濁液の酵素処理、
−任意に、リサイクル又はリサイクルされていない無機フィラー、及び／又は産業廃棄物をこの懸濁液への添加、
−植物繊維及び無機フィラーの懸濁液の精製
を含む。

酵素処理は、無機フィラーの存在又は非存在下で行われ得る。実際、無機フィラーは酵素処理の前、又は酵素処理及び精製の間に導入されてもよい。

酵素処理は、有利には酵素の混合物の存在下で、かつ精製の前に行われる。

これらの酵素は、植物繊維の少なくとも一つの成分、すなわち、リグニン及び／又はセルロース及び／又はヘミセルロースを壊すことができる。一般には、これらの酵素はそれらの成分を変えることにより、植物繊維を壊れやすくしてもよい。

当業者は、後者に基づく適切な酵素及び処理条件の選択方法を知っている。

酵素の活性は、懸濁液を蒸気にさらすことにより停止させてもよい。

酵素処理の終了時に、無機フィラーは、植物繊維の懸濁液に任意に加えられてもよい。酵素処理されなかった植物繊維もまた加えられてもよい。

ｄ）無機フィラーの存在の下での植物繊維の精製
前述したように、植物繊維の生成は無機フィラーの存在下で行われる。それは植物繊維の比表面積を発現させ、少なくとも部分的に、植物繊維で無機フィラーを被覆することを可能にする。

有利には、精製は、植物繊維及び無機フィラーに関する懸濁液の濃度を変えない。バインダー組成物の成分のそれぞれの量は、それ故、有利には精製の処理の直前に決定される。

精製は有利には、分画工程及び／又は酵素処理工程の後に行われる。

精製の前に、無機フィラーは、一般にフィラーの塊の形態を有する。更に、リサイクル由来の無機フィラーの塊は、最も粗くは、４００μｍから１０００μｍの範囲のサイズを一般に有し、否定的な結果なしで紙を生産するために、すぐの使用には不適合である。

一般に、繊維の懸濁液の精製は、植物繊維を圧縮してせん断することを可能にする。この場合において、精製は特に無機フィラーの凝集を壊すことにより、無機フィラーのサイズを減少させることを可能にもする。繊維及びフィラーの同時の精製は、バインダー組成物の生産のための方法の間に、少なくとも部分的に繊維によってフィラーを被覆すること、又は組み込むこと、にも役立つ。

精製は、無機フィラー（又は凝集物）を砕くことを可能にし、精製の終了時にはリサイクルされた無機フィラー（又は塊）が、初期の比表面積に比較して、少なくとも１．５から３０倍、好ましくは少なくとも５倍、場合により約１０倍の増大を、一般に経る。言い換えれば、精製は、リサイクルされた無機フィラーの比表面積を増大させる。

無機フィラーは、精製され、少なくとも部分的に植物繊維に被覆され、そして有利には中心値約１μｍから１００μｍ、より有利には約１０μｍから５０μｍの平均サイズを有する。典型的には、平均サイズは中心値約１μｍから１０μｍであってもよい。それらは均一のフィラーの形態及び／又は均一のフィラーのクラスターと仮定してもよい。

サイズは、精製工程後のフィラー又は塊の最も大きい寸法を表し、例えば球状のフィラー又は塊の直径である。

それ故、この方法は、紙又はボール紙のリサイクル由来の生産物の使用に特に適しているが、これまで無機フィラー及び微粒子のセルロースの要素の潜在的な存在により、望ましくないと考えられ得た。

前述したように、精製の終了時に、精製された繊維は、有利には１０μｍから７００μｍの間、より有利には１０μｍから５００μｍの間、更に一層有利には約１００μｍから４００μｍに含まれる、長さ加重平均長を有する。別の態様によると、バインダー組成物の植物繊維は、有利には１００μｍから６００μｍの間、より有利には約１００μｍから６００μｍの間に含まれる、平均サイズを有してもよい。一般に、１０μｍから８０μｍのサイズを有する繊維は、微粒子と呼ばれる。

当業者によると、長さ加重平均長は下記式から得られ、式中、「ｎ」は個別の繊維及び「ｌ」は個別の繊維の長さである。

更に、精製工程の終了時に、バインダー組成物は、有利には水１リットル当たり５から５００ｇの間、より有利には水１リットル当たり１０から１００ｇ、更に一層有利には水１リットル当たり２０ｇから５０ｇ含まれる、乾燥内容物（植物繊維＋無機フィラー）を有する濃縮物を有する。

前述したように、精製は、円盤間の距離が固定された平行精製機の円盤間で、一般に行われる。本発明の好ましい態様によると、精製された植物繊維及び無機フィラーの水性懸濁液は、これらの円盤間を好ましくは１回又は数回通過する。精製は、精製機の円盤間に１０から８０経過、より好ましくは１０から６０経過、更に一層好ましくは１５から４０経過の後しばしば、停止する。

本発明による方法は、全エネルギー投入量が、植物繊維及び無機フィラー１トン当たり２００から２０００ｋＷ．ｈの間、より好ましくは１トン当たり３００から９００ｋＷ．ｈの間、更に一層好ましくは１トン当たり４００から７００ｋＷ．ｈの間を有する。

本発明によると、精製は、好ましくは精製機の円盤、例えば二つの精製機の円盤の間で、精製される植物繊維及び無機フィラーの水性懸濁液の運転を意味する。精製が基準値に達するように、懸濁液の運転は永久に必要ではなく、繊維の多くは、好ましくは小繊維化されないので、過度の精製は起こらない。

精製工程後に、バインダー組成物は濃縮されてよく、例えば水は部分的に蒸発されてよい。

バインダー組成物の使用
本発明は、紙又はボール紙の生産のための方法と同様に、紙又はボール紙生産のための方法におけるバインダー組成物の使用にも関する。

このバインダー組成物は、例えば紙及び／もしくはボール紙の生産、並びに／又は生体材料及び／又は複合材料の生産のための方法において使用可能である。確かに、それは植物繊維間の結合を改善し、最終生産物中に無機フィラーを固定し、また機械特性の改善に加わることを可能にする。

バインダー組成物が、紙又はボール紙の生産のための従来の工程において、添加剤として使用される場合、それは有利には希釈されたペースト、例えばヘッドボックス、及び／又は階層化したヘッドボックスに導入される。その時導入されるバインダー組成物の量は、有利には繊維の懸濁液の質量に対して０．５から１０質量％を表す。

バインダー組成物はまた、既に形成された紙又はボール紙にも塗布され得る。その結果、それはバインダー組成物が、例えば塗布又はサイズ圧縮においての、有利にはスプレーバー及び／又は表面塗布により塗布される表面処理を含む。

このバインダー組成物は、紙又はボール紙の生成の間に、排水工程を妨げることなく、内部凝集力、張力、破裂、圧縮耐性などの機械特性、及び／又は柔軟性、及び／又は浸透性の減少、及び／又は良好なフィラー保持に寄与することを可能にする。

その特性の観点から、本発明によるバインダー組成物は、紙又はボール紙の任意のタイプを調製することに使用され得る。それはすなわち、ラミネートの特定層（不均一の層のラミネート工程）に導入され得る。

それは印刷用紙及び筆記用紙、並びに／又は衛生用品の若しくは家庭用の紙（ペーパータオル、ティッシュ、トイレットペーパー、ナプキン、など）において、無機フィラーの量の増大させることにも使用され得る。

本発明及びその利点は、下記図及び実施例から当業者により明らかになるだろう。

本発明（ＧＰ）によるバインダー組成物は、無機フィラーの存在の下繊維のすりつぶしから得られる組成物（ＣＥ）と比較された。

１／本発明による組成物の調製
植物繊維が無機フィラーの存在の下、下記のように処理される。
−紙パルプ（ヘリコパルパー、Helico pulper）の調製：６３℃で１５分間１６０ｋｇ植物繊維＋１３００リットルの水、
−生物反応器中の酵素処理
〇５０℃で３０分、
〇ろ過（ブフナー）（％Ｃ保持＝４．９６％）
−繊維及びフィラー１トン当たり６００ｋＷｈの全特定エネルギーでの１８０分間の精製（１６インチ）

表１に、ＧＰ０、ＧＰ２及びＧＰ３の組成物（軟材＋ＣａＣＯ_３同時精製）を調製するために行われた、様々な処理をまとめる。

ＧＰ０、ＧＰ２及びＧＰ３はＧＰ組成物の乾燥重量に関して、それぞれ２．００；１８．６０及び４５．４０質量％の無機フィラーを有する。無機フィラーの量は、４２５℃における組成物の処理後の、灰分含有量に相当する。

２／比較例（ＣＥ）
本発明による組成物は、同時にすりつぶされた繊維と無機フィラーとを含む組成物（ＣＥ）と比較された。

ＣＥ組成物は、軟材とＣａＣＯ_３無機フィラーとを含む。それは４２５℃で５３．６質量％の灰分含有量を有する。

３／ＧＰ組成物対ＣＥの特性
ＧＰ組成物（精製）のサイズ分布が、すりつぶし工程から得られるＣＥ組成物と比較された。これらの解析は、MorFi instrument (Techpap)で行われた。少なくとも８０μｍのサイズを有する、繊維及びフィラーのみ考慮された。図１によると（加重繊維長面積）、ＧＰ０組成物が、中心値約１７４μｍの狭いサイズ分布を有する。ＧＰ０の繊維の１５％未満が、３３５μ以上のサイズを有する。比較例ＣＥによる組成物は、３０％の繊維が３３５μｍ以上を有する。ＧＰ組成物のサイズ分布は、それ故確かにＣＥ組成物より均一であり、また様々な長さの測定によっても示される（図２参照）。

図２は確かにすりつぶしにより得られる組成物に対して、本発明によるバインダー組成物の平均繊維長を示す。数平均繊維長（Ｌ（ｎ））、長さ加重平均繊維長（Ｌ（ｌ）及び面積加重平均長（Ｌ（ｗ））はそれぞれ下記式により計算される：

４／本発明による組成物とＣＥ組成物を含む製紙
紙のシート（９０ｇ／ｍ^２）がダイナミックシート形成体で形成された。ＧＰ又はＣＥ組成物の５質量％（乾燥重量）（表２中の「添加組成物」行参照）が、２５°ＳＲで精製された植物繊維（軟材）（表２中の「初期パルプ」行参照）を含む紙パルプに添加された。さらなる無機フィラーが、総量１５質量％に達するように、表２に示されるように添加された（表２中「添加ＣａＣＯ_３」及び「総ＣａＣＯ_３」行参照）。

ＧＰ組成物から構成される紙のシートは、ＣＥ組成物より大きなフィラー保持を有する（「灰分保持」行参照）。精製されたフィラーを組み込んだ精製された繊維（ＧＰ２及びＧＰ３組成物）も、添加されたフィラーの保持を促進する。

フィラー含有量は、５．１（ＣＥ）から１１．９％（ＧＰ２）の範囲である。例ＣＥ及び例ＧＰ０（同様の灰分含有量）で示されるように、無機フィラーの量は紙のシートの特性を大幅に変化させ得る。確かにＧＰ０は張力指数の８％の改善（６５．３対６０．５）、ＴＥＡの２２％の改善（張力エネルギー吸収；０．２６３対０．２１５）、Ｓｃｏｔｔ ｂｏｎｄの２７％の改善（結合力、４９０．４対３８５．９）を提供する。

上記観点から、本発明による組成物は、無機フィラーの存在の下、植物繊維のすりつぶしから得られる従来技術の組成物と比較して、改善された特性を明らかに提供する。それはフィラー保持も改善する。

Claims (14)

1. 水、植物繊維及び無機フィラーを含むバインダー組成物であって、
   −前記植物繊維及び前記無機フィラーが９９／１から２／９８の間の質量比を有し、
   −前記植物繊維及び前記無機フィラーが同時に精製され、
   精製された前記繊維が１０から７００μｍの間の平均サイズを有し、
   精製された前記繊維が、少なくとも部分的に、精製された前記無機フィラーを組み込む、
   バインダー組成物。
2. ９５／５から１５／８５の間、有利には８０／２０から２０／８０の間で含まれる植物繊維／無機フィラーの質量比を有することを特徴とする、請求項１に記載のバインダー組成物。
3. 水、植物繊維及び無機フィラーで構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバインダー組成物。
4. 前記無機フィラーが炭酸カルシウム、カオリン、二酸化チタン、タルク、及びそれらの混合物を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のバインダー組成物。
5. 前記無機フィラー及び／又は前記植物繊維が紙又はボール紙のリサイクル経路由来であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のバインダー組成物。
6. 前記バインダー組成物中の３３５μｍ以上の平均サイズを有する前記繊維の割合が前記繊維の全量の１０％以下、好ましくは１％から１０％の間、より好ましくは１％から５％の間であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のバインダー組成物。
7. 紙又はボール紙を製造する方法における、請求項１から６のいずれか一項に記載の組成物の使用。
8. −植物繊維及び無機フィラー間の質量比が９９／１から２／９８の間、有利には９５／５から１５／８５の間で含まれる、水中の前記植物繊維及び前記無機フィラーの懸濁液を調製する工程、
   −前記懸濁液を精製する工程
   を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の組成物を調製する方法。
9. 前記植物繊維が前記精製する工程の前に酵素処理されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 無機フィラーが前記酵素処理の前に導入されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 無機フィラーが前記酵素処理及び前記精製の間に導入されることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 植物繊維及び無機フィラーの１トン当たりの全エネルギー投入量が２００から２０００ｋＷ．ｈの間、好ましくは１トン当たり３００から９００ｋＷ．ｈの間、より好ましくは１トン当たり４００から７００ｋＷ．ｈの間であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記精製する前に分画工程を含むことを特徴とする、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 分画工程の次に酵素処理工程、その後の前記精製を含むことを特徴とする、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。