JP2000239017A

JP2000239017A - 軽質炭酸カルシウムの粉砕方法

Info

Publication number: JP2000239017A
Application number: JP3868099A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nishijima; 英治西島; Katsunori Semi; 勝則世見; Yasutoku Nanri; 泰徳南里
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd; Jujo Paper Co Ltd
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd; Jujo Paper Co Ltd
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2000-09-05
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: JP3879306B2

Abstract

(57)【要約】【課題】少ない分散剤添加量で顔料分散液の粘度が低
く、粉砕負荷が低く高効率な軽質炭酸カルシウムの湿式
粉砕方法を提供することにある。【解決手段】軽質炭酸カルシウムの顔料分散液を湿式
粉砕する炭酸カルシウムの製造方法において、粉砕時の
顔料分散液のｐＨが８．０〜１２．０になるように、炭
酸ガスを直接吹き込むことを特徴とする軽質炭酸カルシ
ウムの粉砕方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塗被紙用に顔料と
して使用される軽質炭酸カルシウムの粉砕方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年印刷用紙は、通販用カタログ、チラ
シ、カタログ、パンフレット、ダイレトメール等広告、
宣伝を目的とした商業印刷分野での需要が伸びている。
これら商業印刷物は、それ自体の商品価値は低いが、宣
伝媒体として目的が達成されることが重要であるので、
低コストで印刷仕上がりの良いものが求められており、
印刷物と実物の色が違えばクレームや返品等の問題を生
じるために、色再現性の良好な高白色度の紙が求められ
る。そこで製造コストや総合的な品質バランスと操業性
を考慮し、塗被紙用顔料として炭酸カルシウムが使用さ
れている。

【０００３】炭酸カルシウムを大別すると、天然産の重
質炭酸カルシウムと化学的に合成される軽質炭酸カルシ
ウムに分けられる。重質炭酸カルシウムは、機械的に乾
式粉砕されただけで塗被紙用顔料として使用されるのは
ごく希であり、乾式粉砕した後にさらに顔料分散液とし
て湿式粉砕して使用される。軽質炭酸カルシウムは炭酸
ガス法等によって合成され、反応条件を制御することに
よって粒子の径や形状をコントロールすることが可能で
ある。これらは針状、柱状、紡錘状、立方状および不定
形などの各種形状を有し、針状や紡錘状などの軽質炭酸
カルシウムは、その独特の形状を生かすために粉砕処理
されることなく塗被紙用顔料として使用されるのが一般
的である。但し、これら形状をコントロールされた軽質
炭酸カルシウムは重質炭酸カルシウムと比較して非常に
高価な顔料であるばかりか、顔料塗被液中に高配合しす
ぎると塗被液の物性を大きく変化させ、例えば塗被液の
粘度を大幅に上昇させる、或いは保水性を大幅に低下さ
せる等によって、しばしば高速操業性などに悪影響を及
ぼすことが知られており、これらの使用用途は特殊な場
合に限定されているのが現状である。

【０００４】一方、不定形の軽質炭酸カルシウムは、重
質炭酸カルシウムと同様、湿式粉砕することによって塗
被紙用顔料として使用される。粉砕後の形状は重質炭酸
カルシウムと同様の形状をしているが、重質炭酸カルシ
ウムと比較して白色度が高く、高白色度で色再現性の優
れた塗被紙品質を与える。また、重質炭酸カルシウムよ
りも疎水性が若干高く、塗被紙用顔料として塗被液中に
配合すると塗被液中の自由水量が多くなり、塗被液の高
速流動性が向上し高速操業性を改善するなどの効果を示
す。

【０００５】しかし、軽質炭酸カルシウムを湿式粉砕す
る場合には幾つかの困難な問題がある。一般に、製紙用
顔料を湿式粉砕する場合、粉砕効率や生産性の観点か
ら、顔料分散液の濃度はできる限り高いほうが好まし
い。しかし、軽質炭酸カルシウムは重質炭酸カルシウム
と比較して凝集性、疎水性が極めて高いために顔料分散
液の粘度が非常に高く、粉砕時の粉砕機負荷が大きくな
り過ぎるばかりか、場合によっては粉砕機中に充填され
ているメディアの割れや摩耗が著しくなるなどの問題を
生じてしまう。また、粉砕が進行するに従って顔料分散
液粘度が急上昇するために、軽質炭酸カルシウムを微粉
砕することは非常に困難であった。

【０００６】このため、粉砕中の顔料分散液の分散性を
保ち粘度を低レベルに維持するためには、顔料分散液に
添加する分散剤の大幅な増添は避けられず、高価な分散
剤を大量に使用することによって、生産コストの大幅な
アップを招いているのが現状である。また、分散剤を大
幅に増添しても分散剤による顔料分散液減粘効果には限
界があるために、微粒子化を進めた場合には粉砕負荷を
十分に軽減することは非常に困難であった。

【０００７】炭酸カルシウムを粉砕する既存技術として
は、例えば特開昭６２−７４４４２号公報、特開平６−
４１４６３号公報などが挙げられる。しかし、特開昭６
２−７４４４２号公報は重質炭酸カルシウムの粉砕を目
的としたものであり、タルクを混合することによって顔
料分散液の粘度は高くなるため、問題の解決には至らな
かった。また、特開平６−４１４６３号公報は軽質炭酸
カルシウムの粉砕を目的としているが、軽質炭酸カルシ
ウムと重質炭酸カルシウムの混合比が重量当たり２：９
８〜６０：４０と重質炭酸カルシウム割合が高すぎるの
みならず、粉砕後の平均粒子径も０．７０μｍ以上を対
象とした技術であるため、この技術を用いて軽質炭酸カ
ルシウムが高配合された顔料分散液を微粉砕しても粘度
の低下や分散剤の減配、高効率な粉砕は不可能であり、
平均粒子径も記載されている如く０．７０μｍが限界で
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のような状況に鑑
み、本発明の課題は上記のごとき問題を解決し、少ない
分散剤添量で顔料分散液の粘度が低く、粉砕負荷が低く
高効率な軽質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記の課題
について鋭意研究を重ねた結果、軽質炭酸カルシウムの
顔料分散液を湿式粉砕する炭酸カルシウムの製造方法に
おいて、粉砕時の顔料分散液のｐＨが８．０〜１２．０
になるように、粉砕機中に炭酸ガスを直接吹き込むこと
によって本発明を成すに至った。

【００１０】以下本発明の詳細を示す。

【００１１】本発明においては、粉砕中の軽質炭酸カル
シウム顔料分散液に炭酸ガスを直接吹き込むことによっ
て顔料分散液のｐＨを８．０〜１２．０に調節するが、
これは粉砕処理した軽質炭酸カルシウム顔料分散液の粘
度は分散液ｐＨに依存しており、ｐＨを最適な領域に調
節することで顔料の分散性が良好となってＢ型粘度が低
下し、必要分散剤量が少なくなるものと考えられる。さ
らにＢ型粘度の低下によって分散液を高濃度化、あるい
はメディアを高充填できるために、粉砕効率の改善が可
能となると考えられる。また、炭酸ガスを用いることに
より、中和時に炭酸カルシウム以外の不純物の発生がな
く、適度なガスによる攪拌等の相互的な作用により、顔
料分散液が高濃度化、微粒化しても、顔料が凝集等を起
こさず効率よく粉砕できるものと思われる。

【００１２】粉砕時の顔料分散液のｐＨは、粉砕機中に
炭酸ガスを直接吹き込むことによって８．０〜１２．
０、さらに好ましくは８．５〜１１．５の範囲である。
顔料分散液のｐＨが１２．０を越えると、顔料分散液の
粘度低下が十分でないために粉砕負荷軽減効果や分散剤
減配効果が十分でなく、逆にｐＨが８．０未満では粘度
が再上昇してしまうために、粉砕負荷が高くなるととも
に分散剤を増添しなくてはならない。また、炭酸ガス以
外で中和を行った場合、例えば塩酸を用いた場合には、
塩化カルシウム等の不純物の発生、軽質炭酸カルシウム
の溶解、或いは粉砕機や配管等の腐食などが生じる問題
がある。なお、炭酸ガスによる中和は湿式粉砕した後に
行うことも考えられるが、その場合、少ない分散剤添加
量では粉砕時に顔料スラリーの粘度が急上昇するため、
微粒化軽質炭酸カルシウムの顔料スラリーが得られな
い。

【００１３】また、本発明は硫酸塩法またはソーダ法に
よるパルプ製造工程の苛性化工程で製造された軽質炭酸
カルシウムの粉砕に対して、より一層の効果を示す傾向
にある。これは、苛性化工程で製造された軽質炭酸カル
シウムは顔料粒子中にアルカリ成分を多く含んでいるた
め、粉砕が進行するに従ってアルカリ成分が顔料分散液
中に徐々に溶け出し、顔料分散液の粘度が急上昇する傾
向にあるためである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明で使用される軽質炭酸カル
シウムは主に炭酸ガス法、あるいは苛性化法によって製
造された不定形状の軽質炭酸カルシウムであり、乾燥粉
末やあるいは圧搾、吸引、遠心分離方式などの脱水装置
によって脱水濃縮されたケーキ状・スラッジ状のものが
使用される。なお、ここで言う苛性化法とは、パルプ製
造工程の薬品回収工程において、生石灰を水、弱液、緑
液または白液等によって消和した後に、緑液で苛性化反
応することによって軽質炭酸カルシウムを合成する方法
のことである。また、不定形状の軽質炭酸カルシウム以
外、例えば針状や柱状の軽質炭酸カルシウムに対して
も、粉砕処理を必要とする場合には本発明を適用するこ
とができる。また、本発明においては軽質炭酸カルシウ
ム以外特に規定するものではなく、必要に応じて製紙用
として一般に使用される、重質炭酸カルシウム、タル
ク、サチンホワイト、酸化チタン、シリカ、クレー、カ
オリン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、水酸化アルミ
ニウム、酸化亜鉛、ベントナイト等を併用してもかまわ
ない。但し、その場合、これ等の配合量は本発明の効果
を損なわないよう適宜選択する必要があり、好ましく
は、全軽質炭酸カルシウムに対して、１０重量％未満で
ある。

【００１５】本発明で使用される炭酸ガスは、ごく一般
に使用される圧縮炭酸ガス、あるいはボイラーや焼成キ
ルンから排出された排ガス等の使用も可能である。炭酸
ガス濃度は１０％以上であれば良く、好ましくは７０〜
１００％である。これらの炭酸ガスは、顔料分散液の入
口側から出口側に向けて供給するのが好ましく、供給量
は顔料分散液のｐＨが低下する度合に応じて適宜変更す
る。

【００１６】また顔料分散液中に使用する分散剤として
は、一般に製紙用として使用されているポリアクリル酸
塩、リグニンスルホン酸塩、燐酸塩等が挙げられ、これ
等のうち一種類以上を必要に応じて選択して使用する。

【００１７】また、本発明で使用される粉砕機としては
製紙用顔料の湿式粉砕にごく一般に使用されるアトライ
ター、振動ミル、ボールミル、竪型サンドミル、横型サ
ンドミル、ジェットミル等が挙げられる。また、メディ
アとしてはガラス、セラミック、アルミナ、ジルコニ
ア、瑪瑙等の硬質原料で製造された球状のボールやビー
ズが挙げられ、粒子径は０．１〜１０ｍｍであることが
好ましい。メディアの充填率はできる限り高いほうが好
ましいが、充填率が高すぎる場合は粉砕室内でのメディ
アの動きが制限され、逆に粉砕効率を低下させることも
あり、使用する粉砕機に応じて適宜調節する。

【００１８】本発明の粉砕処理は、粉砕機にメディアを
充填した後に軽質炭酸カルシウムの顔料分散液を加え
て、バッチ方式で粉砕処理を行ったり、あるいは粉砕機
にメディアを充填した後に水を充填した後、顔料分散液
を加えて連続的に粉砕処理等が行われる。

【００１９】また、本発明は軽質炭酸カルシウムを平均
粒子径０．６０μｍ以下にする微粉砕や、顔料分散液の
固形分濃度７０％以上の高濃度粉砕に対してより一層の
効果が現れる。

【００２０】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に示す
が、これらによって本発明は何等制約を受けるものでは
ない。なお、例中の部および％はそれぞれ重量部および
重量％を示す。〈品質評価方法〉（１）粉砕前炭酸カルシウム平均粒子径：炭酸カルシウ
ム粉末をふるい分けし、重量累積分布の５０％点を平均
粒子径として算出した。（２）Ｂ型粘度：粉砕前顔料分散液を２５℃に加温し、
Ｂ型粘度計（東京計器社製）を用いて測定した。（３）粉砕後の顔料分散液平均粒子径：セイシン企業光
透過式粒度分布測定装置SHC5000を用いて、重量累積分
布の５０％点を平均粒子径として算出した。［実施例１］パルプ製造工程の苛性化工程で製造された
平均粒子径が１６μｍの不定形の軽質炭酸カルシウム１
００部に対して、ポリアクリル酸系分散剤０．６部を添
加し、カウレス分散機（アイメックス社製）を用いて濃
度７３％の顔料分散液を調製した。次に、３０Ｌの粉砕
室を有する定格出力２２ｋｗｈの竪型サンドミル（アイ
メックス社製）に、平均粒子径が１．５ｍｍの硬質ガラ
スビーズ（東芝バロディーニ製）を充填率（粉砕室中の
空隙容積に対する、最密充填した時の粉砕メディアの容
積）が９０％になるように投入し、粉砕室の空隙を水で
満たした。粉砕機を起動後、定量ポンプを用いて顔料分
散液をサンドミルに送液し、炭酸ガス中和を行いながら
粉砕時のｐＨを９．６に調節し、平均粒子径が０．４８
μｍになるように粉砕処理を行い、１８０ｋｇ（１００
Ｌ）の微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調製し
た。粉砕時間は３．６時間、消費電力は１６ｋｗｈであ
った。なお、粉砕時間および消費電力は粉砕室中の水が
顔料分散液に完全に置換されたのを確認した後に測定を
開始した。［実施例２］パルプ製造工程の苛性化工程で製造された
平均粒子径が１６μｍである不定形の軽質炭酸カルシウ
ム９５部、カオリン５部に対して、ポリアクリル酸系分
散剤０．６部を添加した以外は、実施例１に従って微粒
化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調製した。［実施例３］炭酸ガス法で製造された平均粒子径が２０
μｍである不定形の軽質炭酸カルシウム１００部を使用
した以外は、実施例１に従って微粒化軽質炭酸カルシウ
ム顔料分散液を調製した。［比較例１］粉砕中に炭酸ガス中和しなかった以外は、
実施例１に従って粉砕処理を行ったが、粉砕の途中で顔
料分散液の粘度が急激に上昇したために粉砕機の消費電
力が定格を大きく超過し、粉砕を中止せざるを得なかっ
た。粉砕時の顔料分散液のｐＨは１３．１で、粉砕終了
後の平均粒子径は０．７８μｍであった。［比較例２］粉砕時に炭酸ガスを吹き込みながら顔料分
散液のｐＨを１２．５に調節して粉砕処理を行った以外
は、実施例１に従って微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分
散液を調製したが、粉砕の途中で顔料分散液の粘度が急
激に上昇したために粉砕機の消費電力が定格を超過し、
粉砕を中止せざるを得なかった。粉砕終了時の平均粒子
径は０．６１μｍであった。［比較例３］顔料分散液調製時に分散剤を０．９部添加
し、粉砕時に炭酸ガスを吹き込みながら顔料分散液のｐ
Ｈを１２．６に調節して粉砕処理を行った以外は、実施
例１に従って微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調
製した。［比較例４］顔料分散液調製時に分散剤を０．８部添加
し、粉砕時に炭酸ガスを吹き込みながら顔料分散液のｐ
Ｈを７．８に調節して粉砕処理を行った以外は、実施例
１に従って微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調製
した。［比較例５］顔料分散液調製時に分散剤を１．３部添加
し、炭酸ガス中和しなかった以外は、実施例１に従って
微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調製した。

【００２１】以上の結果を表１に示した。

【００２２】

【表１】表１から明らかなように、実施例１〜３はガラスビーズ
を高充填して粉砕したにもかかわらず、粉砕負荷が低く
粉砕効率も高い。かつ、分散剤添加量が少なく粉砕後の
微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液の粘度も低い。こ
れに対して、比較例１、２は粉砕負荷が非常に高く、顔
料分散液を目標粒子径まで粉砕することは不可能であっ
た。比較例３、４は粉砕負荷が高く分散剤添加量も多
い。また微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液の粘度も
高い。比較例５は分散剤添加量が非常に多い。

【００２３】

【発明の効果】少ない分散剤添加量で顔料分散液の粘度
が低く、粉砕負荷が低く高効率な軽質炭酸カルシウムの
湿式微粉砕方法を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者南里泰徳山口県岩国市飯田町２丁目８番１号日本製紙株式会社岩国技術研究所内Ｆターム(参考） 4D067 DD02 DD06 EE42 EE47 GA20 GB01 GB04 GB10 4G076 AA16 AC02 AC04 BA46 BC08 BD01 BF10 CA26 DA15 4L055 AG12 AG98 AH02 BC07 BE07 EA31 FA21 FA22 FA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軽質炭酸カルシウムの顔料分散液を湿式
粉砕する炭酸カルシウムの製造方法において、粉砕時の
分散液のｐＨが８．０〜１２．０になるように、炭酸ガ
スを直接吹き込むことを特徴とする軽質炭酸カルシウム
の粉砕方法。
【請求項２】該軽質炭酸カルシウムが、硫酸塩法また
はソーダ法によるパルプ製造工程の苛性化工程で製造さ
れた軽質炭酸カルシウムである請求項１記載の軽質炭酸
カルシウムの粉砕方法。