JP2000502377A - インクジェット印刷に用いられる微粉砕シリケートおよびシリカ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高い固体含量を有する水性スラリー中で良好な高い剪断レオロジーを有する沈降シリケートおよびシリカを製造する方法。ドライ微粉砕によるケイ酸アルミニウムおよびシリカのデストラクチャリングによりＤＢＰ吸油量の減少が生じる。このデストラクチャされた物質はインクジェット・コーチング用配合物にとって有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 インクジェット印刷に用いられる 微粉砕シリケートおよびシリカ 序論および背景 本発明は、低ストラクチャ(structure)の沈降シリケートおよびシリカならび にこの種の低ストラクチャ沈降シリケートおよびシリカを製造するための方法に 関する。別の特徴において、本発明は更に沈降シリケートおよびシリカのレオロ ジーを改良するための方法に関する。 本発明の更に別の特徴は、本明細書において説明するデストラクチャされた(d estructured)沈降シリケートおよびシリカを含有するインクジェット・コーチン グ組成物に関する。 合成非晶質沈降シリカおよびシリケートは充填材として、またコーチング用顔 料として製紙工業において使用されて来た。それらの特性の注意深い制御により 、それらは製紙業者の必要性に合わせるように具体的に設計されることができる 。このことにより、非晶質沈降シリカおよびシリケートと採掘されかつ次いで処 理される無機顔料、たとえばカオリンおよび粉砕ＣａＣＯ₃とは区別される。 沈降シリカの製造は以下の化学反応式に従って、ア ルカリ性ケイ酸ナトリウム溶液と鉱酸、代表的にはＨ₂ＳＯ₄との反応によって開 始される： Ｎａ₂Ｏ：ｘＳｉＯ₂＋Ｈ₂ＳＯ₄→ｘＳｉＯ₂＋Ｎａ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ 合成シリケートの場合には、ケイ酸ナトリウム溶液を酸性とするために塩が使 用される。ケイ酸アルミニウムナトリウムを製造するための明礬とケイ酸ナトリ ウムとの反応は次の通りである： ４［Ｎａ₂Ｏ：ｘＳｉＯ₂］＋Ａｌ₂（ＳＯ₄）₃→ＮａＡｌ₂Ｏ₃・４［ｘＳｉＯ₂ ］・４−６Ｈ₂Ｏ＋３Ｎａ₂ＳＯ₄ 沈降シリカおよびシリケート両者の製造において、２つの反応体は、攪拌し ながら同時に水に添加される。沈降工程の間に顔料の性質に顕著に影響を及ぼす 処理パラメータには、反応体の温度、固体含量、濃度および添加の順序が含まれ る。沈降工程の間に、１０〜４０ナノメートル（１０^-9メートル）の寸法範囲内 の小さな一次粒子は強力な水素結合により凝集し、三次元凝集体(aggregates)が 形成される。沈降の間に形成される最大の凝集体寸法は１ミクロン未満である。 脆砕性ではない前記凝集体は乾燥の間に展開される高い毛管圧力に耐えることが できる。最終的に、この凝集体は結合し、寸法範囲０．４〜５ミクロンの凝集塊 (agglomerates)を形成する。凝集体とは異なり、凝集塊は、増加する寸法と共に 増大する脆砕性を伴って 脆砕なものである。 沈降に引き続き、完全に形成された凝集塊を含有する懸濁液は、比較的に低い 固体含量でフィルタケークを生じる特別なフィルタプレスにポンプ輸送される。 沈降処理の間に副生物として生成される塩類、主にＮａ₂ＳＯ₄は、この時点で洗 浄除去される。濾過に引き続き、フィルタケークは、乾燥され、可能な限り大量 の水を除去せねばならない。製紙に適用するためには、乾燥に続いて、乾燥状態 の間に形成された凝集塊の寸法を減少させる微粉砕が行なわれる。 凝集体を形成させ、次いで強力な水素結合により結合して凝集塊を形成させる 一次粒子の融合により、内部空隙室または多孔度を有する沈降シリカまたはシリ ケート凝集塊が生じる。この多孔度の結果として、ＢＥＴ Ｎ₂吸着測定法によ る表面積の測定は、内部表面積と同時に凝集塊の外部表面積の測定に貢献してい る。内部多孔度または空隙率は、典型的に吸油法（たとえば、ジブチルフタレー ト（ＤＢＰ））によって測定される。吸油の測定（ｃｃ／１００ｇ）はストラク チャの度合いについて直接的表示をもたらす：非常に高い（＞２００）、高い（ １７５−２００）、中程度（１２５−１７５）、低い（７５−１２５）、そして 非常に低い（＜７５）。 合成非晶質沈降シリカおよびシリケートは、低い耐摩耗性の顔料である。これ は製紙メーカーにとって重 要な利点である。それというのも、紙における高い耐摩耗性ファブリック(fabri cs)の形成およびスリッタナイフに対して加速された摩滅をまねく可能性がある からである。カオリンクレー、合成非晶質ケイ質顔料は、耐摩耗性の点で含水ク レーより低く、かつ耐摩耗性の点で焼成クレー、ペーパーグレードタルクおよび ＴｉＯ₂よりも大幅に低い。他の利点は、ケイ質顔料が紙に白色度および不透明 度の双方を付与することができることにある。新聞用紙中の充填材としての沈降 非晶質シリケート顔料は、ＴｉＯ₂の場合と同様のTappi白色度ならびに低白色度 の焼成クレーの場合を大幅に上回る白色度を付与するものである。 ケイ酸アルミニウム、たとえばDegussa社のP820（Pasilex（登録商標）；''De gussa Technical BulletinPigments No.2， Degussa-Pigments for the Pape r Industry''参照）は、製紙工業において（たとえば、新聞用紙におけるしみ 通し(strike through)および透き通し(show through)を減少させるためのコーチ ング）ならびにエマルジョンおよび化粧ペイントにおいて、白色度および隠蔽力 を増加させるために（Degussa Technical Bulletin Pigments No．34，Alumi num Silicate P82O for Emulsion and Decorative Paints参照）数多く使用さ れている。 ケイ酸アルミニウムP820は、現在、乾燥粉末の形で供給されているが、これは 或る用途、特に製紙工業に おいてはその利用を妨げるものであり、製紙工業ではＴｉＯ₂および無機質（た とえば、カオリンおよび粉砕ＣａＣＯ₃）をスラリー状で受け入れることが習慣 となっている。Pasilex（登録商標）スラリーで達成可能な低い固体含量（２０ 〜４５％）により、その費用は可成り付加されることになる。しかしながら、Pa silex（登録商標）の固体含量を増加させると、一層粘度の高いスラリーがもた らされ、その流体は従来の装置ではポンプ輸送できないものとなる。最も慣用的 なポンプの通常のポンプ輸送粘度は３０００〜５０００ｃｐｓであり、この範囲 を上廻る粘度の場合には、特別な排除ポンプが必要とされる。 米国特許第5,261,956号明細書には、焼成クレー・スラリーのレオロジー上の 挙動は、微粉砕により熱的にストラクチャされた無機質をデストラクチャするこ とによって改良し得ることが示されている。たとえば、典型的に固体含量４９％ で輸送される焼成クレー・スラリーは、スラリー化に先立ちボールミル粉砕する ことによって固体含量を５６％に増加させることができる。コーチングとして紙 に適用されたとき、得られた顔料はデストラクチャリング(destructuring)に起 因してシートの乳白度において僅かに減少を示すのみである。しかしながら、焼 成カオリンクレーは沈降シリケートおよびシリカと比較した場合には非常に異な った物質である。 発明の概要 本発明の目的は、デストラクチャされた沈降シリケートおよびシリカを提供す ること、および沈降シリケートおよびシリカの水性スラリーにおける固体含量を 増加可能とすること、あるいは固体含量を不変のまま保持しながら水性スラリー の粘度を減少させることである。 本発明の一実施態様において、高い固体含量を有する水性スラリーにおいて良 好な、一層高い剪断レオロジーを有する低ストラクチャの沈降シリケートまたは シリカを製造する方法が開示されている。この方法は、メデイア・ミル(media m ill)中で沈降シリケートまたはシリカを、ストラクチャの約３０〜６０％の減少 を達成するのに十分な時間に亘りドライ微粉砕することを包含する。更に、この 方法によって製造された低ストラクチャの沈降シリケートまたはシリカが開示さ れている。 本発明の他の実施態様において、改良された流動性を有する低ストラクチャの 沈降シリケートまたはシリカの高い固体含量を有する水性スラリーを調製する方 法が開示されている。この方法は、メディア・ミル中で沈降シリケートまたはシ リカを、ストラクチャの約３０〜６０％の減少を達成するのに十分な時間に亘り ドライ微粉砕し、かつ固体含量を有する水性スラリーを生成する方法を包含する 。更に、この方法によって 製造された低ストラクチャの沈降シリケートまたはシリカの高い固体含量を有す る水性スラリーが開示されている。 本発明の更に他の実施態様は、上記のデストラクチャされた沈降シリカおよび シリケートに基づくインクジェット・コーチング配合物に関し、それにより標準 のインクジェット・コーチングと比較して一層高い固体含量を得ることができ、 あるいは固体含量を変更することなく、一層低い粘度を得ることができる。 図面の簡単な説明 図面を参照することによって、本発明は更に理解されよう。ここにおいて、 図１は本発明による実施例１におけるＤＢＰ吸収に対する微粉砕時間の影響を 示すグラフであり、 図２は本発明による実施例１中の具体的な微粉砕時間間隔に及ぶＤＢＰまたは （ΔＤＢＰ）における変化を示すグラフであり、 図３は実施例１において、固体含量を３６．５７％で一定に保持したときのス ラリーの粘度における変化を示すグラフであり、 図４は本発明による実施例２におけるＤＢＰ吸収に対する微粉砕時間の影響を 示すグラフであり、 図５はP82Oのブルックフイールド粘度と微粉砕時間０、１０、２０および３０ 分間のスラリーの固体含量のレベルとの関係を示すグラフであり、 図６は本発明による実施例３中の具体的な微粉砕時間間隔に亘るＤＢＰおよび 表面積における変化を示すグラフであり、 図７は本発明による実施例３中の具体的な微粉砕時間間隔に亘るＤＢＰおよび 固体含量における変化を示すグラフであり、 図８は本発明による実施例３中の具体的な微粉砕時間間隔に亘る粘度および固 体含量における変化を示すグラフであり、 図９は本発明による実施例３におけるオリジナルのFK 500LSおよびFK-500LSの 様々なアトリッションミル粉砕による変法に関する粒度分布曲線を示すグラフで あり、 図１０はｐＨを関数としたケイ質顔料のζ電位をプロットした線図であり、 図１１は様々な充填材に関する白色度についてのグラフであり、そして 図１２は様々なフィルタに関する乳白度についてのグラフである。 発明の詳細な説明 本発明によって、沈降シリケートおよびシリカの水性スラリー中の固体含量を 増加させるために、デストラクチャした沈降シリケートおよびシリカを製造する ための方法が提供される。沈降シリケートおよびシリカはメディア・ミル中でド ライ微粉砕されて、増大し た粒度を有するデストラクチャされた沈降シリケートおよびシリカを生成する。 微粉砕プロセスに対して水は全く添加しない。 沈降シリケートまたはシリカの微粉砕は、ＤＢＰ数の減少によって立証される ように、内部多孔度を減少させる。これがスラリーのレオロジー特性の改質をも たらし、粘度を増加させることなく、固体含量を増加させるものとなる。 ドライ微粉砕工程は、メディア・ミル（media mill）、たとえばボールミル、 アトリッションミルおよび当該技術分野で知られたその他のものにおいて遂行さ れる。ミル内で利用可能であるメディアは、１／２インチＭｇＯ安定化ジルコニ ア円筒体および当該技術分野で知られたその他のものを包含する。ケイ酸アルミ ニウム、たとえばDegussaのP820(Pasilex（登録商標））の他に、他のシリカ製 品、たとえばSipernat（登録商標)50およびKF 500LSを用いることもまた可能で あり、後者はインクジェット・コーチングに使用するのに特に適している。 本発明の好ましい特徴に従って、Degussaにより製造され、FK500LSとして知ら れる沈降シリカは、アトリッターミル粉砕によってデストラクチャされた。微粉 砕した生成物は、「そのまま」の非デストラクチャ物質に関連して、一層低いＤ ＢＰ数を示す。物質のデストラクチャリングにより、水溶液中のシリカの固体 含量は、粘度の増加を全く伴うことなく、顕著に増加されることができる。FK 5 00LSのアトリッターミル粉砕はコーチングしたインクジェット・ペーパーの市場 に特に適した沈降シリカをもたらす。 インクジェット・テクノロジーにおける加速された成長は、特に４色カラー印 刷の領域における媒体に対して著しく制限されてきた。シリカ・コーチングした 紙は、典型的には中程度および高度の最終カラー用途に使用されている。加工業 者および製紙業者にとって適切な配合物として、バインダー、たとえばＰＶＡ（ ポリビニルアルコール）に関連して沈降シリカとヒュームドシリカとの８０：２ ０の配合物が用いられる。選択された沈降シリカおよびヒュームドシリカは、そ れぞれDegussa社によって製造されたFK 310およびMOX170である。 インクジェット用媒体のために適用可能であるFK 310の特性は、６５０ｍ²／ ｇの例外的に高いＢＥＴ表面積および２１０の中程度のＤＢＴ吸油量にある。FK 500LSは、インクジェット用媒体にとって有力な候補者となり得るものである が、４５０ｍ²／グラムのＢＥＴ表面積およびFK 500LSの３３０の高いＤＢＰ吸 油量は、ペーパー・コーチング用途にとって不利である。高い吸油量は、高粘度 のコーチング配合物および受容不可能な高度なバインダー要求をもたらすもので ある。 以下の実施例は本発明を例示するために役立つものである。 実施例１および２ ２種類の別個の試験を行ったが、これらは試験容器内に充填されるシリケート の量および微粉砕の継続時間を変化させることを含んでいた。異なった時間にボ ールミルから取り出された試料の物理的特徴付けを、デストラクチャリングによ って惹き起こされる形態学的変化をより良く理解する目的で行った。粘度試験を 下記の方法で行った：第一に、実施例１においては、微粉砕されずにデストラク チャされたP820スラリーの固体含量のレベルを一定に保持し、そしてブルックフ ィールド粘度計を用いてブルックフィールド粘度を記録した。第二に、実施例２ においては、粘度レベルを一定に保持し、かつ粘度を適合させるために固体含量 を変動させた。 試料の調製 試験を行うために使用されたミルは、アトリッションミル、型式１−Ｓであっ た。用いた試験タンクはセラミックでライニングされており、そして使用したメ ディアは１/4''ステアタイト・セラミックボールであった。 先ず、シリケート１４０ｇ（実施例２では２５０ｇ）を試験タンク内に注いだ 。シリカの装填量はバッチ量当たり１５０ｇであり、また回転速度は３００ｒｐ ｍに設定された。これらの値は、最適またはほぼ最適を示した過去の経験、この ミルのデストラクチャリング能力に基づいて選定された。 表１は、実施例１のボールミル粉砕に起因するP820の物理的特性における変化 の要約である。シリケートの装填レベルは、過去の経験を用いて選択された。こ のシリケートの量は、デストラクチャリングについての最適レベルに近いが、レ オロジー試験に大量に必要とされるシリケートを十分に供給するものではなかっ た。より多くのシリケートを用い、延長した微粉砕時間を伴う第二の試験作業を 実施し、粘度試験を行った。 粒度は、生成するデストラクチャリングの量と実際には直接的な相関関係は全 くない。レーザーの回折によって測定された場合の測定粒度は、デストラクチャ リングの間に平らにされたシリケートに起因して実際に増大する。シリケートの デストラクチャリングは内部多孔度を減少させ、それにより吸収可能である液体 の量を減少させてより高いスラリ一濃度を許容する。 ＤＢＰ吸収量はBrabender Plasti-Corderを用いて測定され、そして表面積は 既成のマルチポイントＢＥＴ法を利用するMicromeritics Gemini表面積計測器を 用いて測定された。ΔＤＢＰと共にＤＢＰ数は、微粉砕時間の増加につれてシリ ケートの吸着力が絶えず減少することを裏付けている。直接の相関関係は、「内 部」表面積とシリケートの吸収力の減少との間に形成されうる。微粉砕を継続す ると、シリケートのスポンジ様の性質は、デストラクチャリングによって減少さ れ、それによって吸収力を減少させる。 図１は、実施例１によって微粉砕が進行した場合に、異なった時間間隔で採取 された試料の吸収力が減少することを示している。ＤＢＰと微粉砕時間との対比 をプロットすることにより、ケイ酸アルミニウムに関するデストラクチャリング の速度が明瞭に示されている。最初、この速度は速く、次いでその曲線は漸近線 に向かい、それによってデストラクチャリング効率は減少する。 図２は、ＤＢＰと微粉砕時間との対比の変化をプロットしたものである。この プロットにより、特殊な時間間隔に亘ってのＤＢＰ（ΔＤＢＰ）における変化が 明瞭に示される。この変化は当初迅速であるが、時間が経つにつれて速度は減少 する。 表２は、実施例１からのケイ酸アルミニウムのレオロジー特性の要約である。 これら一連の試験に関して、固体含量は３６．６％に設定され、またスラリーの ブルックフィールド粘度は微粉砕時間の関数として測定された。結果は、微粉砕 がスラリーの粘度を顕著に低下させることを示している。たとえば、粘度のデー タは、３０分のボールミル粉砕の後で、P820の３６．６％スラリーの粘度が５２ ８０から６６ｃｐｓに減少 されることを示している。更に、微粉砕３０分後のスラリー粘度は、６０分後の 場合と本質的に等しく、これはスラリー粘度を顕著に減少させることに必要とさ れるデストラクチャリングの程度がボールミル粉砕の３０分以内に達成されるこ とを示している。 図３は、固体含量を３６．５７％で一定に保持する場合のＤＢＰと粘度との対 比をプロットしたものである。高いＤＢＰは増大したスラリー粘度と相関関係を 有している。 表３は、実施例２における微粉砕に起因するケイ酸アルミニウムの物理的特性 における変化の要約である。実施例２において、シリケートの装填量は、レオロ ジー試験に関する一層多くの生成物を提供するために２５０ｇに増加させた。微 粉砕の長さは、使用した余分のシリケートを補償するために増加させた。観察さ れた傾向は実施例２において観察されたものに密接に対応している。たとえば、 粒度は微粉砕時間が増大するにつれて増加し、他方、ＤＢＰおよび内部表面積は 微粉砕時間が増大するにつれて減少する。これは実施例１において観察された傾 向と完全に一致する。しかしながら、実施例２中のＤＢＰにおける変化の規模は 実施例１におけるよりも小さい。これは、実施例２中で用いたシリケートのより 多い量に、恐らく最も起因しているのであろう。図２（図１に類似）は実施例２ 中の特殊な時間におけるデストラクチャリングの量が 実施例１の場合よりも少ないことを明瞭に示している。 図５は、P820のブルックフィールド粘度と微粉砕時間０、１０、２０および３ ０分間のスラリー固体含量レベルとの対比をプロットしたものである。微粉砕さ れていないP820は、３３％の固体含量で５０００ｃｐｓの範囲に到達したのに対 し、１０分間ボールミルで微粉砕した物質は、５０００ｃｐｓの範囲に粘度を維 持しながら固体含量レベルを４４％に増加させる。２０分間の微粉砕の後、５０ ００ｃｐｓの範囲に粘度を維持しながら固体含量レベルを４７％に増加させるこ とができる。継続された微粉砕にる付加的な利点は殆ど見られない。 沈降シリカおよびシリケート生成物の独特な物性、特に内部空隙率および内部 表而積は、デストラクチャリングをボールミル粉砕によって有効に達成させるこ とができる。ケイ酸アルミニウムのデストラクチャリングにより、従来のポンプ （すなわち、５０００ｃｐｓ）にとって適切な粘度を維持しながら水性スラリー 固体含量は、著しく増大させることができる。上記の実施例において、２０分間 ボールミル粉砕したケイ酸アルミニウムは、ブルックフィールド粘度の顕著な増 加を伴うことなしに、スラリーの固体含量分を４７％の最終固体含量に増加させ た。上記のデータは、大幅な輸送費の節約を、スラリー化に先立ってケイ酸アル ミニウムをボールミル粉砕することによって実現し得ることを示唆している。こ れは、無機質顔料をスラリー状で取り扱うことが慣習となっている製紙工業にと って理想的なものとなる。特に、シリケート（Pasilex（登録商標））に対しボ ールミル粉砕を行い、また中央施設においてスラリー化を施し、そしてストラク チャ・シリカおよびシリケート顔料の効果が良好に確立された新聞用紙プラント に対し輸送を行うことができるであろう。勿論、シリケート、たとえばPasilex （登録商標)を用いるための理由、すなわちしみ通し／透き通し、インク受理性 および乳白度の減少は、物質をデストラクチャリングすることにより大幅に妥協 せねばならぬものではない。 シリカおよびシリケート材料をデストラクチャリングする別の用途は紙加工領 域にあることができる。屡々、合成シリカおよびシリケートのレオロジーにより 、典型的にナイフ塗布機およびロッド塗布機を用いる従来のコーチングシステム システムの使用に制限される。最終的結果は、比較的低い固体含量のレベルで前 記顔料によってのみコーチングを行い得るということである。上記に示したよう に、デストラクチャリングによる水性スラリー中のより高い固体含量のレベルの 達成は、コーチング配合物における増加させた固体含量を許容し、それによって 特殊紙の塗布用途（すなわち、インクジェット用紙）におけるシリカ顔料の使用 を簡易化するものである。 実施例３ 沈降シリカ(FK 500LS)をアトリッターミル粉砕によってデストラクチャした。 この微粉砕生成物は、そのオリジナル物質に対してより低いＤＢＰ数およびＢＥ Ｔ表面積を示す。この物質のデストラクチャリングは水溶液中のシリカの固体含 量を、粘度の増加を伴うことなく、顕著に増加させる。 インクジェット媒体に適用可能である、本明細書中に記載したシリカ、たとえ ばFK 310の特性は、約４００〜７００ｍ²／ｇの範囲に及ぶ例外的に高いＢＥＴ 表面積にある。 ドライ／微粉砕は、シリカの減少したＤＢＰ吸油量および減少した内部表面積 をもたらす。これはブルックフィールド粘度が最小限増加するに伴い水性スラリ ー固体含量の顕著な増加を許容する。 沈降シリカ(FK 500LS)をアトリッションミル粉砕によりデストラクチャし、イ ンクジェット・ペーパー用紙のコーチングに受容可能なものとした。微粉砕をア トリッション・ミル、型式１−Ｓを使用して行った。用いたタンクは、セラミッ ク・ライニング（Ａｌ₂Ｏ３)されており、用いたメディアは１/4''ステアタイト ・セラミックボールであり、そしてシャフトスリーブは炭化タングステンであっ た。シャフトの回転速度は３００ｒｐｍであった。シリカ装填量はバッチ量当た り１５０ｇであった。これらの最終的パラメータは経験を利用し、またここには 記載しなかった先の試験における調整から選定された。 レオロジー試験−粘度を評価するために用いた計測器具は、１０ｒｐｍで回転 するNo.３スピンドルを用いるブルックフィールド粘度計、型式ＲＶＴであった 。様々な微粉砕生成物は、全て試験のために蒸留水中に分散させた。３００ｍｌ のビーカーを試験容器として用いた。先ず、１９０ｇの水をビーカーに加え、そ してこれをカウルズ(cowles)ブレードを備えた分散装置の下に配置した。次に、 ブレードによって水を撹拌しながらシリカをゆっくりと加え、そして所望の稠度 が得られる（≒５０００ｃｐｓ）まで粘度を周期的にチェックした。用いたシリ カの重量を記録し、そして固体含量を計算した。 表５は、行った試験の適切な結果の大部分を示している。ＤＢＰの値、粒度、 表面積、固体含量および粘度が記載されている。そこには、デストラクチャされ たシリカによって示される数多くの興味深い傾向が存在する。たとえば、微粉砕 時間が増加すると、ＢＥＴ表面積およびＤＢＰ吸油量は減少するのに対し、所望 の粘度に到達するために必要とされる固体含量は増加する。粘度を除く、異なっ たカテゴリーについて得られる値は正比例あるいは反比例している。 図６は、表面積およびＤＢＰの両者を示すグラフに よる表示である。先に述べたように、表面積およびＤＢＰ吸油量は共に微粉砕時 間の増加につれて減少する。表面積は微粉砕時間に関して直線的に減少するのに 対して、ＤＢＰ吸油量における減少速度は、最初の間は迅速で、５分後には漸近 線が出現する。この傾向は微粉砕パラメータに対して様々な変更を行うことによ ってシフトさせることができるが、結局、ＤＢＰの減少はデストラクチャリング が進行する際、あまり有効ではないだろう。 図７は微粉砕時間の関数としてＤＢＰおよび水性スラリーの固体含量（４３０ ０〜５５００ＣＰＳ範囲）を示している。そこには、これら２者間に示される正 反対の関係が存在する。ＤＢＰ吸油量が減少すると、４３００〜５５００ｃｐｓ 粘度範囲に到達するのに必要なシリカの量は増加する。たとえば、７分間に及ぶ シリカの微粉砕はシリカ固体含量を１３．８〜２４．１％、微粉砕されていない 物質の固体含量のレベルのほぼ２倍に増加させる。 図８は、粘度および固体含量と微粉砕時間との対比をプロットしたものである 。粘度レベルを示す曲線は意図的に４８００〜５５００ｃｐｓ範囲内に保持され た。このグラフは、アトリッターミル粉砕により達成し得る固体含量レベルの顕 著な増加をグラフによりに示すために役立つ。 図９は、元来のFK-500LSおよびFK-500LSの様々なア トリッションミル粉砕の変法についての粒度分布曲線を示す。元来のFK-500LS曲 線を検討することにより、このエアジェットミル粉砕生成物のガウスまたは対称 性状が明らかになる。エアジェットミル粉砕の間、粒度は減少するが、しかし、 シリカの凝集体はそれらの総体的な元来の球形状を保持する。このタイプの微粉 砕により、レーザー粒度分析によって得られる対称的な粒度分布および均一な粒 度分布を得ることができる。これとは異なり、アトリッションミル粉砕シリカは 非対称的粒度分布および凝集塊寸法の増加を示している。これらの現象はアトリ ッターミルが作動するモードによって惹き起こされる。アトリッターミル粉砕に おいて、シリカは物質とメディアとの衝突によって微粉砕される。シリカは僅か に展性で、かつ多孔質なので、シリカ凝集塊に対するメデイアの衝突はシリカ凝 集塊を平らにし、それにより首尾一貫して外部表面積を減少させながら周期的に 内部表面を減少させる（表６〜８）。平らにされたシリカ凝集塊の粒子は、レー ザー拡散粒度分析によって分析すると、増加した寸法を有するように見える。そ れというのもレーザーにより前記粒子は二次元空間で目視されるからである。 図１０は、ｐＨを関数としてケイ質顔料のζ電位を示している。合成シリカお よびシリケートは、ｐＨ約２で生ずる電荷の零点(zero point of charge)を伴っ て３．０〜１０．５のｐＨ範囲内で陰イオン性である 。これは、ｐＨ５．０で等電点を有するＴｉＯ₂の場合よりも可成り低い。 このより低い等電点を有するケイ質顔料は酸性製紙システムにおける充填材と してＴｉＯ₂に関連して使用すると、興味深い結果を示す。ＴｉＯ₂のｐＨを９． ５から約５．５に低下させると、凝集が起こり始める。これらの軟質のフロック は繊維中に容易に分散可能である。ｐＨが等電点以下になると、引き続いて起こ る分散および隠蔽力の損失を伴って一層稠密な凝集が発生する。ケイ質顔料の使 用は稠密ＴｉＯ₂凝集塊の生成を阻止する。改良された分散性により、ＴｉＯ₂と ケイ質顔料との２：１混合物がもたらされ、純粋なＴｉＯ₂の場合と類似した乳 白度が展開される。これにより、製紙メーカーに対しより低い原料価格が提供さ れる。 図１１は、新聞用紙中の充填材として沈降非晶質シリケート顔料を使用するこ とにより、ＴｉＯ₂の場合と同様のTappi白色度および低白色度の焼成クレーの場 合よりも大幅に高い白色度が付与されることを示している。 上述したように、ケイ質顔料は１．４５という比較的低い屈折率を有している が、このケイ質顔料のストラクチャは固体／空気の界面を提供し、これにより光 が散乱される。一層稠密な顔料に対して低い嵩密度を有するケイ質充填材は、等 しい装填重量の光散乱に関 して一層大きな数の粒子および一層大きな表面をもたらす。図１２は、合成非晶 質シリケートが等しい装填重量で新聞用紙に対してＴｉＯ₂または焼成クレーよ りも高い白色度を与えることを示している。 三つの重要な判断基準は、インクジェット用紙のコーチングにおいて沈降シリ カについて満たされねばならない。 １．シリカのＢＥＴ表面積は、コーチングのインク受理性を最大とするために 、できる限り大きくすべきである。 ２．ＤＢＰ吸油量は中程度であるべきである。それというのも、高い吸油量が コーチングの増加した粘度および増大したバインダー要求を生ずるからである。 理想的な沈降シリカに関するＤＢＰ数は、シリカ１００グラム当たり油２２０グ ラム未満であるべきである。 ３．シリカの粒度は小さくあるべきであり、好ましくは４μｍの平均凝集塊寸 法範囲にあるものとする。 FK 310は、全ての上記判断基準に合致するので、そのことをヨーロッパおよび 北米双方における数多くの一連のプラントで、それ自体により立証して来た。高 いＢＥＴ表面積の製品であるアトリッターミル粉砕されたFK 500LSは、インクジ ェット・コーチング用に国内的に生産された沈降シリカとしての価値を有してい る。それというのも、デストラクチャリングによるＤ ＢＰ吸油量における減少により、上記沈降シリカは上記の判断基準に合致される からである。更に、コーチングの固体含量の顕著な増加により、現在それらに対 して委ねられているシリカのその使用に対するレオロジー上の制限を最小とする ことによってペーパー塗布機に対して利点を提供するものである。 最終的に、シリカ凝集塊がアトリッターミル粉砕プロセスによって実際に平ら になっている場合には、ペーパーコーチングにおいて平滑さの増加をもたらすこ とができる。それはシリカがカオリンクレーの平らな小板状ストラクチャに恐ら く一層類似することになるからであろう。 表６は、標準のシリカおよびデストラクチャしたシリカを用いてインクジェッ ト・コーチングを調製した結果を示している。 インクジェット・コーチングの調製に関して、ポリ酢酸ビニルを等量の水に約 ９５℃で溶解する。その後、本明細書中に記載したようにデストラクチャされた 沈降シリカを約１０００ｒｐｍで撹拌しながら導入し、そして引き続きその中に ３０００ｒｐｍで分散させる。 シリカの添加後、ならびに１時間の熟成の後、粘度（ブルックフィールド）を 測定する。固体含量濃度を調節した実験、すなわち非デストラクチャされたシリ カの実験に関しては、それを蒸留水で希釈し、そして ５００±５０ｍＰａｓに攪拌することによって１００ｒｐｍで粘度を調節する。 １．５時間の熟成後、次いで粘度を再び１００ｒｐｍで調節する。更に安定性お よび貯蔵寿命をチェックするために、インクジェット・コーチング配合物の粘度 を４日間熟成後に試験する。 処理のデストラクチャされていないシリカ（FK-500LSおよびSupernat 50 S)を 用いた場合には、固体含量１８重量％の配合物を調製することは不可能であった 。顔料の半分量のみを添加した場合、標準のFK-500LSを用いて調製されたインク は分散させることができなかった。この調製はスパチュラを用いて行わねばなら ず、そしてドライペーストであった。ストラクチャしたSupernat 50 Sによって 調製が試みられた生成物はゲル状であり、そして分散不能であった。更に水を添 加することによってのみ、生成すべき調製物を分散可能とすることができ、得ら れた一層低い固体含量は、たとえば１２．７％および９．６％であった。 出願人によって為された実験は、シリカ、たとえばSupernat 50 SおよびFK-50 0LSに関し本発明により生成されたデストラクチャした沈降シリカを用いること によって固体含量少なくとも１８重量％を有するインクジェット配合物を生成す ることが可能であることを示している。更に、本発明のデストラクチャしたシリ カはより少ない粉塵問題を呈し、そしてより早くイン クジェット・コーチング用配合物中に均質混合することができる。更に、常用の インクジェット配合物中に分散させる場合、それらは本質的に全く発泡問題を示 さない。 インクジェット配合物を調製するに際して、当業者にとっては明白であろうよ うに、通常の顔料、たとえばカオリン、炭酸カルシウムおよびビヒクル、たとえ ばＰＶＡ、澱粉等を使用することができる。 更に、微粉砕した熱分解生成物シリカ、たとえばAerosil MOX 170(Degussa)と インクジェット配合物において使用するためのデストラクチャしたシリカとを混 合するのが有利であることも判明している。 先に述べたことの、更なる変更および変形は当業者には明らかであろうし、ま たこの種の変更および変形は、ここに係属されている請求の範囲に包含されるこ とが意図されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 沈降シリケートまたはシリカ粒体をメディア・ミル中でＤＢＰ数の減少に よって測定された際の、ストラクチャの３０〜６０％の減少を達成するのに十分 な時間に亘りドライ微粉砕し、減少したＤＢＰ数を有するドライ微粉砕生成物を 形成させ、前記生成物を水中に分散して水性スラリーを生じさせ、前記スラリー を所望のインクジェット・コーチングを製造するためのバインダーと混合するこ とを特徴とするインクジェット・コーチング用配合物の製造方法。 ２． 前記微粉砕をボールミル中で実施する、請求項１記載の方法。 ３． 前記微粉砕をアトリッションミル中で実施する、求項１記載の方法。 ４． 前記ミルがメディアとしてＭｇＯ安定化ジルコニア円筒体を有する請求項 １記載の方法。 ５． 前記ミルが球形ステアタイト・セラミック・アトリッションメディアを有 する請求項３記載の方法。 ６． アトリッションミルを約３００ｒｐｍのシャフト回転速度で運転する、請 求項３記載の方法。 ７． さらに、メディアが前記粒状体に衝突して、非対称的粒度分布を示し、凝 集し、かつ減少したＢＥＴ表面積を有する微粉砕粒体を生成させる程度に前記 シリケートまたはシリカ粒体を微粉砕する、請求項１記載の方法。 ８． ａ）配合物用のバインダー・ビヒクルと、 ｂ）デストラクチャされていないシリケートまたはシリカのＤＢＰ数より も３０〜６０％小さいＤＢＰ数を有するデストラクチャされたシリケートまたは シリカとを有することを特徴とするインクジェット・コーチング用配合物。 ９． 固体含量として、少なくとも１８重量％を有する請求項８記載のインクジ ェット・コーチング用配合物。 10．前記バインダー・ビヒクルが水性分散液中のポリビニルアルコールである請 求項８記載のインクジエット・コーチング用配合物。 11．請求項１記載の方法によって製造されたインクジェット・コーチング用配合 物。 12．請求項８記載のインクジェット・コーチング用配合物によって塗布された紙 。