JP2005515306A - 再パルプ化可能なワックス - Google Patents

Abstract

セルロース材料を耐水性とするために、ヤシおよび大豆のような植物の硬化油から調製されたワックスを用いる。石油由来のワックスまたは合成ワックスを用いて得られるワックスにより耐水性を付与されたセルロース材料とは異なり、本組成物を用いて調製された耐水性セルロース材料は、従来の古紙再生方法を用いてリサイクル可能である。本組成物は、温水溶液中に分散しうる。かような耐水性材料は、防湿特性が向上している点に特徴を有する。本組成物のヨウ素価は低く（２〜５の間）、融点は、約１２０〜１６５°Ｆ（メトラー滴点）の間である。このワックスは、脂肪酸が主にステアリン酸（Ｃ_１８）のトリグリセリドを含む。本組成物は、ワックスコートボックスの製造における添加剤、並びにボール紙包装用および製造作業用の接着剤として用いられる。

Description

発明の背景
１．発明の分野
本発明は、トリグリセリドを含む植物ワックスである。詳細には、本発明は、ボール紙のコーティングや接着剤をアルカリ性の温水に対して分散可能とする目的で、単独でまたは組成物の一部として、前記コーティングまたは前記接着剤の添加剤として用いられる。

２．関連技術の説明
パラフィンワックスおよびマイクロクリスタリンワックスのような石油ワックス、並びにフィッシャー−トロプシュ（「ＦＴ」）およびポリエチレンのような合成ワックスが、紙に耐湿性を付与し、防湿性を向上させる目的で、紙の被覆に広く用いられている。この目的で用いられるワックスは粘度が低く（２８４°Ｆにて１，０００ｃｐｓ未満）、融点も比較的低い（３０２°Ｆ未満）傾向がある。

シェル石油（Ｓｈｅｌｌ Ｏｉｌ）社およびエクソンモービル（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ）社のような巨大な石油企業や、その他の石油精製業者は、これらの用途に用いられる石油ワックスを供給している。かようなワックスのほとんどは潤滑油を精製する工程から得られ、この際ワックスは、潤滑油ストックから分離されて、パラフィンやマイクロクリスタリンワックスのような種々のワックス画分に精製される。アスターワックス（Ａｓｔｏｒ Ｗａｘ）社、アイジーアイ（ＩＧＩ）社およびムーアアンドマンガー（Ｍｏｏｒｅ ＆ Ｍｕｎｇｅｒ）社のような配合業者もまた、前記石油業者から転売し、および／または、消費者の特定の要求を満足させるために配合して再包装することで、これらの用途のためのワックスを供給している。ＦＴワックスの二大供給業者は、南アフリカのサゾール（Ｓａｓｏｌ）社およびマレーシアのシェル石油（Ｓｈｅｌｌ Ｏｉｌ）社である。ワックスは時として、特定の用途のためにその特性を修飾する目的で、他の成分と配合される。かような修飾剤としては、強度および靭性を改善し、または可撓性もしくは光沢を改善するための樹脂が挙げられる。

これらのワックスはまた、接着剤に広く用いられており、その配合は、通常、樹脂（例えば、エチレン酢酸ビニル「ＥＶＡ」、またはポリエチレン）および粘着剤（例えば、ロジンエステル、またはトール油脂肪酸誘導体）を含むことにより、紙製品を接着またはシールしうる被膜を提供する。ワックスは接着被膜に用いられることにより、前記接着被膜に対して、固化速度および熱安定性のような付加的な機能を付与する。

紙のコーティングおよび接着剤への配合に用いられるワックスは、共通の特性として、被膜または接着剤が流れてセルロース繊維に浸透しうるように、比較的低い粘度を有している。これらの用途で用いられるワックスの一般的な粘度の範囲は、２１０Ｆにて約１０ＳＵＳ（シーボルト法）〜３００Ｆにて約３００ＳＵＳである。一般的に、粘度が低下すれば、セルロース基材への浸透性は向上する。一般に良好な接着のためには、浸透性が高いほど好ましい。

紙のコーティングおよび接着剤への配合に用いられるワックスは単独で用いられてもよいが、より一般的には、ワックスの特性を修飾して向上させる目的で、他の材料と配合される。添加剤として用いられる材料には、ワックスコーティング用修飾剤としてより一般的に用いられる、抗酸化剤（例えば、ブチル化ヒドロキシトルエン「ＢＨＴ」、および他のフリーラジカルスカベンジャ材料）、カップリング剤（マレイン酸修飾ポリマー）、光沢増強剤、および被膜をより可撓性とするための添加剤（エチレンまたはエチレン酢酸ビニル共重合体）が含まれうる。

多くの異なるタイプのセルロース材料が、耐湿性および接着特性を付与する目的で、石油ワックスおよび合成ワックスにより被覆されている。ワックスコーティング技術は、本技術分野の当業者には周知である。ワックスコーティングには、溶融したワックスの浴中にセルロース材料を浸す場合も含まれる。また、ワックスコーティングには、溶融ワックスの薄膜がセルロース材料上を流れる、カスケードコーティングやカーテンコーティングも含まれる。例えば、サンドヴィック（Ｓａｎｄｖｉｃｋ）ら（参照によりここに組み込まれる、米国特許第５，４９１，１９０号）を参照。セルロース材料上へのワックスの所望の配置に応じて、他の技術もまた用いられる。

石油ワックスおよび／または合成ワックスを含有する被膜および接着剤の配合物は、再利用のために繊維成分を再生する目的でこれらの化合物を含有する紙製品をリサイクルする際に特有の問題を生じる。紙をリサイクルする際には、リサイクルする紙を、通常はアルカリ領域（＞ｐＨ７）のｐＨを有する温水と混合することが必要である。リサイクルされる紙中にワックスが存在すると、このワックスは溶解せず、この業界では「スティッキーズ」として知られているものを形成する。「スティッキーズ」は、紙を加工および成形するための装置を汚し、ガム様の堆積物を生じる原因となる物質であり、この堆積物によって、紙の製造業者によるメンテナンスなどの問題が生じる。さらに、この「スティッキーズ」は、リサイクル紙の上に堆積し、見苦しい染みを形成することにより、リサイクル紙の商業的価値を低下させ、場合によっては、全く使用不可能としてしまう（例えば、ワタナベら、米国特許第６，１１７，５６３号を参照）。

紙をリサイクルする工程で、石油ワックスおよび合成ワックスを除去するという問題を解決するための試みにおいて、種々の技術が用いられている。ワックスへの種々の添加剤が試みられている（米国特許第６，２７３，９９３号、米国特許第６，２５５，３７５号、米国特許第６，１１３，７３８号、米国特許第５，７００，５１６号、米国特許第５，６３５，２７９号、米国特許第５，５３９，０３５号、米国特許第５，５４１，２４６号、米国特許第６，００７，９１０号、米国特許第５，５８７，２０２号、米国特許第５，７４４，５３８号、米国特許第５，６２６，９４５号、米国特許第５，４９１，１９０号、米国特許第５，５９９，５９６号）。これらの特許は、参照によりここに組み込まれる。

例えば、マイケルマン（Ｍｉｃｈｅｌｍａｎ）（米国特許第６，２５５，３７５Ｂ１号）は、それ自身が潜在的に被膜の分散剤として機能しうるか、または化学的に修飾されて分散剤として機能し、それにより被覆された製品からホットメルト被膜をより容易に分散させる、少なくとも一つの化合物の配合を開示している。

チウ（Ｃｈｉｕ）（米国特許第６，１１３，７２９号）は、明るい色を有する積層された木製品を製造するための、種々のワックスとの過酸化水素の使用を開示している。

マー（Ｍａ）ら（米国特許第５，６３５，２７９号）は、紙製品を処理するための、パラフィンまたはポリエチレンのワックスエマルジョンと組み合わせた、ポリスチレン−ブタジエンポリマーの添加を開示している。

ミラー（Ｍｉｌｌｅｒ）ら（米国特許第５，７４４，５３８号）は、接着剤中に用いるための、低分子量の分枝コポリエステルを開示している。

サンドヴィック（Ｓａｎｄｖｉｃｋ）ら（米国特許第５，４９１，１９０号、米国特許第５，５９９，６９６号、および米国特許第５，７００，５１６号）は、紙製品を耐水性および再パルプ化可能とするための、脂肪酸またはパラフィンのワックスと組み合わせた、エチレン性不飽和モノカルボン酸を含む組成物を開示している。

セヴァートセン（Ｓｅｖｅｒｔｓｅｎ）ら（米国特許第６，１１３，７３８号）は、ワックスの分解および分散を促進させるための、リサイクル混合物への可塑剤、分散剤、または湿潤化剤の添加を開示している。

ヴェムラ（Ｖｅｍｕｌａ）（米国特許第５，８９１，３０３号）は、古紙からワックスを除去するために、加熱溶媒、ｎ−ヘキサンを用いた工程を開示しており、さらに、リサイクル工程から、ワックスおよび紙の双方が再生可能であることを示している。

さらに、スラリー化された紙の混合物からワックスを浮かせるような工程によりワックスを含有する紙製品をリサイクルするための試みにおいて、機械的技術が用いられている。ハイゼ（Ｈｅｉｓｅ）ら（米国特許第６，２２８，２１２Ｂ１号）は、浮上分離と濾過との組み合わせを用いて、リサイクル中に紙からワックスを除去する方法を開示している。彼らは、製紙工業において用いられるワックスの大部分が石油系ワックスであることを指摘している。これらの技術のうち商業的に発展しうるものはないため、多くの場合において、ワックスで被覆された紙製品をリサイクルする代わりに、それを分離して埋立地または焼却炉に送るのがいまだに一般的である（ハイゼら、米国特許第６，２２８，２１２Ｂ１号）。

このように、従来技術は、セルロース物品を耐水性とするための、またはセルロース物品の接着用の接着剤中に添加するための、石油由来ワックス、合成ワックス、およびある種の植物ワックスの利用を例示している。しかしながら、これらの組成物を含有する物品のリサイクルの問題はまだ残っている。従って、石油由来ワックスまたは合成ワックスのバリア特性および物理的特性を有しながらも、被膜および／または接着剤としてこれらのワックスが配合された繊維状のセルロース材料の経済的なリサイクルを可能とする組成物を利用することが求められている。これらの用途においては膨大な量のワックスが消費されることから、かような組成物は用意に入手しうることが好ましい。供給および天然資源の双方の観点から、かような組成物は、好ましくは植物の抽出物のような再生可能な源から得られることが好ましい。

また、ワックス様の特性を有する合成低分子量エチレン系ポリマーを用いた経験則によれば、エステル基および／またはカルボキシル基を導入することにより、ワックス様ポリマーに対してより多くの官能価が付与されると、アルカリ水へのポリマーワックスの溶解性が向上することが知られている。共重合により、および／またはポリマーへのアクリル酸のようなコモノマーのグラフトにより、低分子量合成ポリマーの官能価は増大しうる。１グラムのポリマーを中和するのに必要なＫＯＨの量により測定される、ポリマーのケン化価は、ポリマーのカルボキシル官能価およびエステル官能価の双方の優れた測定方法である。前記ケン化価が約１３０ｍｇＫＯＨ／ｇｍを超え始めると、ポリマーはアルカリ性の温水中に溶解し始めるであろうことが知られている。純粋なアクリルポリマーはとても有用であり、水への溶解性にも優れている。ワックス様の特性および官能基を有するこれらの合成ポリマーは、高い製造コストや、比較的粘度が高く、さらに比較的柔らかいといった特有の望ましくない特性のために、ワックスコーティングや接着剤においては広く用いられてはいない。

本発明は、紙のコーティングおよび紙用接着剤に用いられる天然ワックスである。その製品は、大豆、ヤシ、および油が得られる他の作物のような天然油を含有する産物の加工により得られる、商業的に入手可能な高トリグリセリドワックスである。材料は加工され、「硬化大豆油」の一般名で、製品番号８６−１９７−０により示される、アーチャー ダニエルズ ミッドランド（Ａｒｃｈｅｒ Ｄａｎｉｅｌｓ Ｍｉｄｌａｎｄ）（ディケーター（Ｄｅｃａｔｕｒ） ＩＩＩ．）、製品番号８００ｍｒｃｓ００００ｕにより示される、カーギル インコーポレイテッド（Ｃａｒｇｉｌｌ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）（ワイザタ、ミネソタ州（Ｗａｙｚａｔａ，Ｍｎ））および他の供給業者により供給される。ヤシ油は、カスタム ショートニングス アンド オイルズ（Ｃｕｓｔｏｍ Ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇｓ ＆ Ｏｉｌｓ）（リッチモンド、ヴァージニア州（Ｒｉｃｈｍｏｎｄ，Ｖａ））により供給され、彼らの製品であるマスター シェフ ステイブル フレーク−ピー（Ｍａｓｔｅｒ Ｃｈｅｆ Ｓｔａｂｌｅ Ｆｌａｋｅ−Ｐ）として示された。

発明の簡単な要約
本発明の目的は、紙や板紙のような繊維状のセルロース物体に塗布され、処理されたかようなセルロース物体を、従来のリサイクル手段によりリサイクル可能としうる組成物を提供することである。

本発明の目的は、従来のコーティング手段を用いて、紙や板紙のような繊維状のセルロース材料上にコーティングされうる材料を提供することである。

本発明の他の目的は、繊維状のセルロース物体に塗布された場合に、前記セルロース物体および／またはその内容物を湿気から保護するために要求されるバリア特性を付与しうる組成物を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、繊維状のセルロース物体に塗布され、これらのセルロース物体を耐水性とした場合、次いで、繊維状のセルロース物体をリサイクルする従来の方法を用いて、従来の石油ワックスおよび／または合成ワックスに関連した有害な影響を伴うことなく、処理されたセルロース材料から除去されうる組成物を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、再生不可能な石油系組成物に代えて、再生可能な資源から得られる組成物を提供することである。

本発明の他の目的は、配合物の接着特性を損なうことなく接着剤を再パルプ化可能としうる組成物を含む接着剤配合物の、石油ワックス成分および／または合成ワックス成分を置換しうる組成物を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、経済的に製造されうる、耐湿性ワックスの再生可能な源を提供することである。

本発明の他の目的は、食品医薬品局（Ｆｏｏｄ ａｎｄ Ｄｒｕｇ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）により安全であると一般的に認められる、紙のコーティングおよび／または接着剤に用いられる組成物を提供することである。

本発明者らは、予期せぬことに、ヤシおよび大豆のような高度に硬化した油は、商業的に入手可能な手段によるセルロース材料のリサイクルを可能とする、従来の石油ワックスおよび合成ワックスの代わりとしてこれらのセルロース材料のコーティングに有効に用いられうるワックスに転化されうることを見出した。

本発明は、ワックス様の特性を有し、従来の手段により紙や板紙のようなセルロース材料上に被覆され、次いで商業的に実施されているリサイクル技術により除去されうる、高度に硬化した植物油（ヤシ、大豆、トウモロコシ）のコーティング組成物に関する。用いられうる硬化油は、トリグリセリドが９０％を超え、Ｃ１８の炭素数範囲が最も主要な成分（＞５０％）である。

本発明は、セルロース材料を耐水性とするために用いられる、ヤシや大豆のような硬化植物油から調製されるワックスを含む。石油由来のワックスまたは合成ワックスを用いて得られたワックスにより耐水性を付与されたセルロース材料とは異なり、本組成物を用いて調製された耐水性セルロース材料は、従来の紙のリサイクル方法を用いてリサイクル可能であり、本組成物は温水溶液中に分散しうる。かような耐水性材料は、防湿性が向上している点に特徴を有する。本組成物はヨウ素価が低く（２〜５）、約１２０〜１６５°Ｆ（メトラー滴点）の融点を有する。ワックスは、脂肪酸が主にステアリン酸（Ｃ_１８）であるトリグリセリドを含む。本組成物は、ワックスコートボックスの製造における添加剤、並びにボール紙包装用および製造作業用の接着剤として用いられる。

図面の簡単な説明
図１は、硬化油を製造するための工程を示すフローチャートである。

好ましい実施形態の詳細な説明
本発明はワックス組成物であり、前記組成物は、植物起源の化合物から得られ、紙、段ボール箱、板紙、段ボール原紙などの繊維状のセルロース材料を被覆して、前記材料を耐水性とするために用いられ、さらに前記組成物は、アルカリ性の温水中に分散することによって、処理された材料から除去され、前記処理された材料の、従来の紙のリサイクル方法を用いたリサイクルを可能とする。

本発明の組成物はまた、セルロース材料に塗布される接着剤に配合されて用いられ、前記接着剤は、前記接着剤を含有する材料が従来のリサイクル方法を用いてリサイクルされる際に分散しうる。

本技術分野において周知のように、トリグリセリドはグリセロールの脂肪酸エステルである。ここで用いられるように、「遊離脂肪酸」の語は、エステル結合を介してグリセロールに共有結合していない脂肪酸を意味する。さらに、ここで用いられるように、「脂肪酸成分」の語は、エステル結合を介してグリセロールに共有結合した脂肪酸を示すために用いられる。「再パルプ化」および「リサイクル」、あるいは「再パルプ化能」および「リサイクル能」の語は、同様の意味で用いられ、それぞれ、繊維状の材料をリサイクルする工程、および、かような材料がリサイクルされる能力を意味する。

天然に存在するカルボン酸（「脂肪酸」）およびその誘導体、最も一般的にはグリセロール分子の３つの全てのヒドロキシ基がカルボン酸でエステル化されたグリセリル誘導体が、商業的に用いられている。カルボン酸は、飽和または不飽和のいずれであってもよい。三置換グリセロール（トリグリセリド、トリアシルグリセロールとも称される）は、ほとんどの動物脂肪および植物脂肪、油、並びにワックスの主要成分である。グリセロール分子の３つの全てのヒドロキシ基が同一の脂肪酸でエステル化されている場合は、一酸トリグリセリド（ｍｏｎｏａｃｉｄ ｔｒｉｇｌｙｃｅｒｉｄｅ）と称される。トリグリセリドが「ワックス」、「脂肪」または「油」のいずれで称されるかは、エステル化された酸の鎖長およびその飽和度または不飽和度、並びにキャラクタリゼーションがなされる際の周囲の温度に依存する。一般に、飽和度が大きくなり、エステル化された酸の鎖長が長くなるにつれて、トリグリセリドの融点はより高くなるであろう。

天然に存在するワックスおよび合成ワックスは、食品調製工業、医薬品工業、化粧品工業、および個人衛生工業のような、工業の広範な側面において広く用いられている。ワックスの語は、種々の化学構造にわたり広い範囲の融点を示す広範な種類の有機エステルおよびワックス様化合物を意味するために用いられる。多くの場合、同一の化合物が、周囲の温度に応じて「ワックス」、「脂肪」または「油」のいずれかとして称されうる。どの名前により称されたとしても、特定の用途のためのワックスの選択は、たいてい、前記ワックスが用いられる製品の温度において前記ワックスが液体または固体のいずれであるかにより決定される。多くの場合、所定の目的に対して有用とするためには、ワックスを高度に精製し、化学的に修飾することが必要である。ワックスを修飾するというかような努力にもかかわらず、ワックスの多くの物理的特性によってワックスがいまだにうまく利用されておらず、あるいは商業的に使用可能とするためには、高度の、そして頻繁で高価なさらなる処理を行うことが必要とされている。

商業的に利用されるトリグリセリドおよび遊離脂肪酸の多くは、好ましくは大豆、綿実、トウモロコシ、ヒマワリ、カノーラ、およびヤシ油のような植物資源から得られる。トリグリセリドは、本技術分野において周知の方法による通常の精製加工後に用いられる。例えば植物トリグリセリドは、脂肪族溶媒を用いた植物バイオマスの溶媒抽出により得られてもよい。続くさらなる精製としては、蒸留、分別結晶、デガミング（ｄｅｇｕｍｍｉｎｇ）、漂白、および水蒸気蒸留が挙げられる。得られたトリグリセリドは、部分的にまたは完全に硬化している。さらに、脂肪酸は、天然のトリグリセリドの加水分解（例えば、蒸留および水蒸気蒸留のような周知の精製方法の前に行われる、アルカリ加水分解）により、または石油化学脂肪族アルコールからの合成により、得られてもよい。遊離脂肪酸およびトリグリセリドはさらに、カーギル、アーチャー ダニエルズ ミッドランド、およびセントラルソヤ（ＣｅｎｔｒａｌＳｏｙａ）のような商業的供給源から得られてもよい。

本発明において、遊離脂肪酸およびトリグリセリドの脂肪酸成分は、飽和していることが好ましく、そして種々の鎖長を有している。被膜が用いられる温度においてコーティング組成物が固体となるのであれば、遊離脂肪酸およびトリグリセリドの脂肪酸成分は、不飽和であってもよい。融点のような、遊離脂肪酸／トリグリセリド混合物の特性は、遊離脂肪酸およびトリグリセリドの脂肪酸成分の鎖長や飽和度の関数として変動する。例えば、飽和度が低下すると、融点は低下する。同様に、脂肪酸の鎖長が短くなると、融点は低下する。好ましい遊離脂肪酸は、パルミチン酸、並びに、アラキドン酸およびベヘン酸のようなより長い炭素鎖長を有する他の飽和脂肪酸のような飽和脂肪酸である。ステアリン酸がさらに好ましい。

ヨウ素価（ｉｏｄｉｎｅ ｎｕｍｂｅｒ）とも称されるヨウ素価（ｉｏｄｉｎｅ ｖａｌｕｅ）（「Ｉ．Ｖ．」）は、化合物の飽和度または不飽和度の尺度である。このヨウ素価は、化合物または混合物により所定時間内に吸収されるヨウ素の量を測定する。植物油のような不飽和の材料に対して用いられる場合、ＩＶは、その化合物または混合物の不飽和度、すなわち二重結合の数の尺度である。

当業者に周知の方法を用いて、植物油または動物脂肪を合成的に硬化させて、ヨウ素価を低く、またはとても低くすることができる。天然では主に飽和トリグリセリドからなる脂肪（例えば、ヤシ油または分別脂肪（ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｅｄ ｆａｔｓ））は、単独でまたは接着剤／積層体（ｌａｍｉｎａｎｔ）との混合製剤として用いられ、複合材料の耐水性の向上を達成しうる（米国特許第６，２７７，３１０号）。植物油の主要成分は、トリアシルグリセロールである。

低ヨウ素価（約０〜７０、好ましくは０〜３０の範囲のヨウ素価）を有する飽和トリグリセリドは、大豆、ソイ ステアリン（ｓｏｙ ｓｔｅａｒｉｎｅ）、ステアリン、トウモロコシ、綿実、菜種、カノーラ、ヒマワリ、ヤシ、パーム核、ココナッツ、クランベリー、アマニ、ピーナッツ、魚の油およびトール油のような市販の油、または、ラードや獣脂およびこれらの混合物といった動物脂肪のような脂肪の硬化により製造されうる。これらの油はまた、脂肪酸の百分率が高くＩＶの低い油を得るための遺伝的に操作された植物から製造されてもよい。

脂肪は一般的に、「ウィンタリゼーション（ｗｉｎｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ）」として知られている工程により分別され、この際混合物は、脂肪の硬質の画分が結晶化するだけの時間にわたり冷却される。この冷却後に濾過が行われ、硬質の画分は濾過ケーク中に保持される。これら硬質の画分はヨウ素価がより低く、そしてそのために、融点は分離される前の脂肪の融点よりも高い。従って、ウィンタリゼーションは、ＩＶのより低い脂肪の供給源として用いられうる。

ウィンタリゼーション工程は、一般に動物脂肪を分画するために用いられ、そのため、異なるヨウ素価を有し、その結果異なる化学的特性を有する種々の動物脂肪画分を製造できる。これらの画分は、上述した植物または植物抽出物のような他の資源から得られた脂肪酸および遊離脂肪酸と混合されてもよく、これらの混合物もまた本発明において用いられうる。

本発明は、ヨウ素価が０に近く、それによりトリグリセリドがより熱的に安定となる硬化トリグリセリドを用いる場合に、最も良く機能する。トリグリセリドは、０〜３０のヨウ素価を有するものから選択されうるが、２〜５のヨウ素価を有するトリグリセリドが好ましい。

これらのワックスの副生成物の種類は一の蒸留工程と次の蒸留工程とで変化するため、これらのワックスの正確な化学組成は知られていないが、これらのワックスは種々のタイプの炭化水素からなる。例えば中鎖パラフィンワックスは、主に約２０〜約４０の範囲の炭素鎖長を有する直鎖炭化水素からなり、残りは一般的にイソアルカンおよびシクロアルカンを含む。中鎖パラフィンワックスの融点は約５０℃〜約６５℃である。マイクロクリスタリンパラフィンワックスは、約３０〜約１００の炭素鎖長を有する分枝炭化水素および環状炭化水素からなり、このワックスの融点は約７５℃〜約８５℃である。本発明において用いられうる石油ワックスのさらなる記述は、カーク−オスマー、工業化学百科事典、第３版、第２４巻、４７３−７６頁（Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ，Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３ｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌｕｍｅ ２４，ｐａｇｅｓ ４７３−７６）に見られ、その内容は参照によりここに組み込まれる。

接着剤は一般的に、ワックス、粘着剤、およびロジンを含む。例えば、単独の紙または他のセルロース系製品のような基材や、互いに接合された基材に接着剤が塗布されると、この接着剤は前記基材を互いに結合させるべく作用する。ホットメルト接着剤は、段ボールのカートンや箱などの製造に一般的に用いられている。ホットメルト接着剤はまた、製本や紙袋の端部のシーリングにも用いられている。ホットメルト接着剤は一般に、取扱い時の圧力や衝撃、高湿、および環境温度の変化のような厳しい条件下でも強力な結合を維持しうることから選択される。接着剤のワックス成分は、その接着剤の固化速度および熱安定性のような特性に影響を及ぼす。

充填剤および可塑剤のような材料は、接着剤の特定の用途に応じて接着剤中に添加される。溶融した接着剤を改良するために安定化剤を添加してもよい。かような安定化剤の例は、２，４，６−トリアルキル化モノヒドロキシフェノール、またはブチル化ヒドロキシアニソール（「ＢＨＡ」）もしくはブチル化ヒドロキシトルエン（「ＢＨＴ」）のような抗酸化剤である。

これらの組成物には分散剤が添加されてもよい。分散剤は、それ自身で、例えば水性条件下において、組成物が塗布された表面からその組成物を分散させうる化学物質であってもよい。分散剤はまた、化学的に修飾された場合に、組成物が塗布された表面からその組成物を分散させる物質であってもよい。当業者には周知のように、これらの分散剤の例としては、界面活性剤、乳化剤、および種々のカチオン性、アニオン性または非イオン性の分散剤が挙げられる。カチオン性の分散剤の例は、アミン、アミドおよびこれらの誘導体のような化合物である。周知のアニオン性の分散剤としては、セッケン、酸、エステルおよびアルコールが挙げられる。

ロジンは、ロジンエステル、硬化ロジン、高酸価ロジン、マレイン酸修飾ロジン、または、エチレンもしくはエチレン酢酸ビニル（「ＥＶＡ」）といったポリマー樹脂のような一以上のロジンから選択されうる。

本発明は、紙のコーティングおよび紙用接着剤に用いられる天然ワックスである。その製品は、大豆、ヤシ、および油が得られる他の作物のような天然油を含有する産物の加工により得られる、商業的に入手可能な高トリグリセリドワックスである。原料は加工され、「硬化大豆油」の一般名で、製品番号８６−１９７−０により示される、アーチャー ダニエルズ ミッドランド（Ａｒｃｈｅｒ Ｄａｎｉｅｌｓ Ｍｉｄｌａｎｄ）（ディケーター（Ｄｅｃａｔｕｒ） ＩＩＩ．）、製品番号８００ｍｒｃｓ００００ｕにより示される、カーギル インコーポレイテッド（Ｃａｒｇｉｌｌ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）（ワイザタ、ミネソタ州（Ｗａｙｚａｔａ，Ｍｎ））および他の供給業者により供給される。ヤシ油は、カスタム ショートニングス アンド オイルズ（Ｃｕｓｔｏｍ Ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇｓ ＆ Ｏｉｌｓ）（リッチモンド、ヴァージニア州（Ｒｉｃｈｍｏｎｄ，Ｖａ））により供給され、彼らの製品であるマスター シェフ ステイブル フレーク−ピー（Ｍａｓｔｅｒ Ｃｈｅｆ Ｓｔａｂｌｅ Ｆｌａｋｅ−Ｐ）として示された。

本発明に用いられる具体的なワックスは、硬化油から調製される、ヤシ油ワックスおよび大豆ワックスである。後者は、マーカス オイル アンド ケミカル コーポレイション（Ｍａｒｃｕｓ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ）、ヒューストン テキサス州（Ｈｏｕｓｔｏｎ ＴＸ）、により製造される、マーカス ナット（Ｍａｒｃｕｓ Ｎａｔ） １５５として示される。これらのワックスはまた、食品添加物としても用いられうる。

これらの２つのワックスの特性を表１および２に要約し、これによれば、これらのワックスはそれぞれ５および２というＩＶを有することがわかる。

大豆油ワックスは、１５５〜１６０°Ｆの、メトラー滴点として測定される融点を有するのに対し、ヤシ油ワックスの融点は、１３６〜１４２°Ｆである。

これらのワックスは、２１０°Ｆの温度において、１０〜２００ｃｐｓの粘度を有することをさらに特徴とする。２１０°Ｆの温度における、１０〜２００ｃｐｓの粘度。

これらのワックスはそれぞれ、９８質量％のトリグリセリドおよび微量の脂肪酸を含む。トリグリセリドは、ＫＯＨを用いて中和してケン化（ＳＡＰ）価を算出することにより測定されうるワックスの酸およびエステルの官能価を与える。約１３０ｍｇＫＯＨ／ｇを超えて約１５０ｍｇ／ｇＫＯＨまでのケン化価を有する合成エチレン−アクリル酸共重合体のような低分子量ポリマーが、自身をアルカリ性の温水中に溶解させるのに充分な官能価および極性を有し始めるということは、当業者には周知である。ヤシワックスおよび大豆ワックスは、９８％のトリグリセリドに加えて、モノグリセロール（約２％まで）、並びに、これらに制限されないが、ステロール、金属、および他の副成分といった微量の他の成分を含有しうる。

周知の方法であるガス液体クロマトグラフィ（「ＧＬＣ」）を用いてワックスの脂肪酸含量を分析したところ、大豆油ワックスは、８２〜９４％のステアリン酸（Ｃ_１８：０）および３〜１４％のパルミチン酸（Ｃ_１６：０）を含むことが判明した。比較して、ヤシ油ワックスは、約５５％のステアリン酸（Ｃ_１８：０）、３９．５％のパルミチン酸（Ｃ_１６：０）、１．１％のミリスチン酸（Ｃ_１４：０）および約１．０％のオレイン酸（Ｃ_１８：１）を含む。

紙、段ボール箱、段ボール原紙、段ボール紙のようなセルロース製品および関連する製品の再パルプ化（リサイクル）に用いられる一般的な条件では、これらの製品をアルカリ性の温水（ｐＨ＞７）に浸す。水をアルカリ性とするために種々の物質が水に添加されてもよく、これらの物質には無機材料および有機材料の双方が含まれ、その例としては、これらに制限されないが、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、リン酸二ナトリウム、アンモニアおよび種々の有機アミノ化合物が挙げられる。本発明を評価するためには、セルロース材料をリサイクル混合物中に浸す前に、炭酸ナトリウムを添加することにより水溶液をアルカリ性とした。

実施例の作成
実施例１．段ボール箱の耐水性に対するワックスの効果、および処理されたボール紙のリサイクル能
本発明を説明する目的で、１インチ×３インチのワックスコーティングされていない茶色の段ボール箱の断片を準備した。一方はヤシ油を含み、他方は大豆油を含む２つのビーカーを準備した。このワックスの温度を１２５℃に維持し、溶融ワックスに上記のボール紙断片を約２秒間浸した。サンプルを調製し、同一のワックスに再度浸して、さらにワックスを付けた。冷却してボール紙上のワックスを固化させた後、これらのサンプルについてその耐水性およびリサイクル能を調べた。耐水性を試験するためには、処理されたサンプルを室温の水中に一晩置き、このサンプルにより吸収された水の量を視覚的に決定した。リサイクル能を試験するためには、処理されたサンプルを、従来の紙のリサイクル方法を模した条件下でアルカリ性の水溶液中に数時間浸し、結果を視覚的に観察した。

この結果から、大豆ワックスまたはヤシワックスのいずれのコーティングによっても、段ボール箱への水の浸透が抑制されうること、および、これらのワックスがボール紙から除去されうることが示された。後者の結果については、実施例２の再パルプ化試験においてより詳細に説明する。

このデータは段ボール箱に塗布されているが、箱に限らず、これらに制限されないが、紙、ボール紙、段ボール原紙、板紙、パーティクルボード、飲料容器などのような他のセルロース材料から製造された材料であっても、本発明を組み込むことにより同様の有利な特性を示すことは当然に考えられる。

実施例２．段ボール原紙に対するワックスの効果：耐水性およびリサイクル能
ヤシ油ワックスおよび大豆油ワックスの双方をさらに評価するために、これらのワックスを、シトゴ石油、レイク チャールズ、ルイジアナ州（Ｃｉｔｇｏ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｌａｋｅ Ｃｈａｒｌｅｓ，Ｌａ．）により供給される商業的に入手可能なコーティングワックス（シトゴ ブレンド−コート（Ｃｉｔｇｏ Ｂｌｅｎｄ−Ｋｏｔｅ） ４６７）と比較した。

コーティング手法
コーティングは、粘度に応じて１．５〜５ミルギャップ（ｍｉｌ ｇａｐ）を有するウェットフィルムアプリケータ（ｗｅｔ ｆｉｌｍ ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）（バードタイプ（Ｂｉｒｄ ｔｙｐｅ））を用いて行った。コーティングは、４インチの幅のアプリケータおよび１／２インチの厚さの２枚の板ガラスを、２００〜２５０°Ｆのオーブン中に１０〜１５分間置いた。このガラスをオーブンから出し、段ボール原紙の断片（当業者に周知の無漂白クラフトペーパ）をこのガラス上に置いた。所定のコーティングの適量を段ボール原紙の一端に配置して、アプリケータによりこの段ボール原紙に塗布し、熱い溶融コーティングを手動で塗って段ボール原紙を被覆し、その後室温で固化させた。各サンプルの試験は、５．６〜６．２ｌｂｌ／１０００平方フィートの範囲の被覆量を確保して行った。

水蒸気透過度（Ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｖａｐｏｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｒａｔｅ）（「ＭＶＴＲ」）
水蒸気の透過は、ワックス系コーティングの重要な特性である。ＭＶＴＲは、どの程度速く水蒸気がワックスコーティングに浸透し、基材の特性を悪化させるかを示す。過剰な水蒸気は果実や野菜を損傷させることから、農産物が入った箱のＭＶＴＲは低いことが好ましい。鶏肉は多くの場合フリーザボックスに入れて出荷されるが、このフリーザボックスは、鶏肉（または他の食材）が梱包され、次いで、たいていの場合は氷／水浴中に浸すことにより急速に冷却された、ワックスでコートされた段ボール箱であるのが一般的である。紙が仮に水から保護されていなかったとすれば、箱の強度は低下し、かような種類の箱の用途は実用的ではなくなってしまうであろう。

本実験において、ＭＶＴＲの試験は、改良されたＡＳＴＭ Ｄ３８３３の方法により行った。この改良では、アルミニウムカップへの段ボール原紙の接着を確保するためにクランプを用いるのが必要であった。

結果を表３に要約し、これによれば、コーティング重量は同程度であるが、大豆油ワックス組成物は、コントロール製剤と同程度のＭＶＴＲレベルとなることがわかる。

再パルプ化試験
ワックスコートサンプルの再パルプ化の実現可能性を試験するために、約１２０°Ｆの温かい水道水１．５リットル（１．５ｌ）を、オステライザー ブレンダー（Ｏｓｔｅｒｉｚｅｒ Ｂｌｅｎｄｅｒ）（モデル ６６４１）のチャンバー中に仕込んだ。この水の中に、３．９８ｇの炭酸ナトリウムを添加した。前記ブレンダーを低速にセットし、１分間運転して、炭酸ナトリウムを溶解させた。この水溶液のｐＨは約１０であった。次いで、この水の中に、５ｇの（上記で調製された）ワックスコート段ボール原紙サンプルを添加した。ブレンダーを１０分間運転した後、一時的に停止させて、蓋の側面に付着したサンプル片がないかを調べた。かようなサンプル片を蓋から除去し、ブレンダー中の水に添加し直した。次いで、さらに１０分間ブレンダーをひっくり返し、混合サイクルを完了させた。完了後速やかに５００ｍｌを取り出し、さらに５００ｍｌの温水で希釈した。希釈溶液を、クオートジャー（ｑｕａｒｔ ｊａｒ）中に注いだ。その後、このサンプルを、シトゴワックス（Ｃｉｔｇｏ Ｗａｘ）（コントロール）サンプルと主観的に比較した。

この評価の結果を表３および４に示す。マーカス オイル ヤシワックスの場合には、このワックスで処理された段ボール原紙は目に見える小片をほとんど生じず、被膜はほとんど再パルプ化溶液中へ消失した。この製剤のＭＶＴＲは、コントロールよりは高いけれども、低く、ほとんどの食品の梱包の用途には許容できる範囲であると考えられる。

大豆油ワックスサンプルは、再パルプ化実験において、コントロールワックスよりも小片を生じなかったが、ヤシワックスよりは多くの小片を生じた。予想通り、シトゴコントロールワックスは、多数の目に見える小片を生じた。

図１は、硬化油を製造するための工程を示すフローチャートである。

Claims (17)

1. 繊維状のセルロース材料に塗布するための組成物であって、
   前記組成物は、１２０°Ｆを超える融点を有し、０〜３０のヨウ素価により特徴付けられるトリグリセリドから実質的になり、
   前記トリグリセリドは、大豆、トウモロコシ、綿実、菜種、カノーラ、ヒマワリ、ヤシ、パーム核、ココナッツ、クランベリー、アマニおよびピーナッツからなる群から選択される油を含み、
   前記組成物は、前記セルロース材料を耐水性とするのに充分な量で塗布され、
   前記組成物は、温水溶液中に分散しうる、組成物。
2. 前記融点は、好ましくは約１３６〜１６０°Ｆである、請求項１に記載の組成物。
3. 前記組成物は、１４０°Ｆの温度において、１０〜２００ｃｐｓの粘度を有することをさらに特徴とする、請求項２に記載の組成物。
4. 前記トリグリセリドは、好ましくは約２〜５のヨウ素価を有することを特徴とする、請求項３に記載の組成物。
5. パラフィン、マイクロクリスタリンワックス、分散剤、界面活性剤、ステアリン酸、およびオレイン酸からなる群から選択される一以上の化合物をさらに含み、前記トリグリセリドは組成物の少なくとも５０％含まれる、請求項３に記載の組成物。
6. 高分子樹脂および粘着剤をさらに含み、これにより繊維状のセルロース材料に塗布するための接着剤を形成する、請求項１に記載の組成物。
7. 前記粘着剤は、ロジンエステル、硬化ロジン、およびマレイン酸修飾ロジンからなる群から選択されるロジン誘導体である、請求項６に記載の組成物。
8. 前記繊維状のセルロース物品は、紙、クラフトペーパー、段ボール紙、および段ボール原紙からなる群から選択される、請求項６に記載の組成物。
9. 前記トリグリセリドは、組成物の約８０〜１００質量％含まれる、請求項１に記載の組成物。
10. 処理されたセルロース物品を耐水性とするためのセルロース物品の処理方法であって、
    以下の段階：
    １２０°Ｆを超える融点を有し、０〜３０のヨウ素価により特徴付けられ、大豆、トウモロコシ、綿実、菜種、カノーラ、ヒマワリ、ヤシ、パーム核、ココナッツ、クランベリー、アマニおよびピーナッツからなる群から選択される油を含むトリグリセリドから実質的になる組成物を、前記組成物が溶融するのに充分な温度で加熱すること；
    溶融した前記組成物を、前記セルロース物品を耐水性とするのに充分な量で、前記セルロース物品に塗布すること；および
    塗布された前記組成物を固化させて、処理された前記セルロース物品がアルカリ性の温水溶液にさらされた場合には処理された前記セルロース物品から分散しうる被膜を形成させること；
    を有する、セルロース物品の処理方法。
11. 前記組成物の融点は、最も好ましくは約１３６〜１６０°Ｆである、請求項１０に記載の方法。
12. 前記組成物は、１４０°Ｆの温度において、１０〜２００ｃｐｓの粘度を有することをさらに特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記トリグリセリドは、最も好ましくは約２〜５のヨウ素価を有することを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記トリグリセリドは脂肪酸を含み、前記脂肪酸は、約８〜２２個の炭素原子を有する、請求項１０に記載の方法。
15. 前記脂肪酸は、好ましくはステアリン酸である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記組成物は、パラフィン、マイクロクリスタリンワックス、分散剤、界面活性剤、ステアリン酸、およびオレイン酸からなる群から選択される一以上の化合物をさらに含み、前記トリグリセリドは前記組成物の少なくとも５０％含まれる、請求項１５に記載の方法。
17. 繊維状のセルロース材料に塗布するための組成物であって、
    前記組成物は、１３６〜１６０°Ｆの融点を有するトリグリセリドから実質的になり、
    前記トリグリセリドは、２〜５のヨウ素価を有することを特徴とし、
    前記組成物は、１４０°Ｆの温度において、１０〜２００ｃｐｓの粘度を有することを特徴とし、
    前記トリグリセリドは、脂肪酸を含み、
    前記脂肪酸は、ステアリン酸であり、
    前記トリグリセリドは、ヤシ油および大豆油からなる群から選択される油を含み、
    前記組成物は、前記セルロース材料を耐水性とする量で塗布され、
    前記組成物は、温水溶液中に分散しうる、組成物。

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