JP2002029739A - 二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子及びその製造方法、並びに該複合粒子を配合した複合組成物及び複合体 - Google Patents

二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子及びその製造方法、並びに該複合粒子を配合した複合組成物及び複合体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二酸化チタンの有する高不透明性等の特性を
より好適に発現することができるようにした二酸化チタ
ン−炭酸カルシウム複合粒子、その製造方法及びそれを
配合した複合組成物又は複合体の提供。 【解決手段】 炭酸化反応過程、典型的には、水酸化カ
ルシウムスラリーを撹拌しながら二酸化炭素と空気との
混合ガスを導入して炭酸化反応を行う過程において、平
均粒子径0.1〜0.5μmの二酸化チタン粒子を添加
すると共に、引き続き混合ガスを導入してスラリーpH
が7に達する時点まで反応を継続させることにより該複
合粒子を調製する。また、生成した複合粒子を配合し
て、製紙用塗工剤や塗料等の複合組成物もしくは紙、プ
ラスチック成形体、ゴム成形体等の複合体を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、填料や顔料として
使用した際、高度の不透明性と着色性を付与できる、す
なわち二酸化チタンの有する不透明性等の特性をより好
適に発現することができるようにした二酸化チタン−炭
酸カルシウム複合粒子とその製造方法、さらにはその二
酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子を配合した複合組
成物又は複合体に関する。
【0002】より詳しくは、紙、あるいは樹脂等のシー
トや成形体に配合した際、二酸化チタンの同一量におい
て従来に比較し効率良く、不透明性や良好な着色性を付
与でき、特に製紙分野においては配合使用時に低粘度を
発現することができ、その結果高速操業にも対応可能な
二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子とその製造方
法、さらにはその二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒
子を填料や顔料として配合した複合組成物あるいは複合
体、例えば製紙用填料や塗工剤に関する。
【0003】
【従来の技術】炭酸カルシウムには天然の白色石灰石を
物理的に粉砕した重質炭酸カルシウムと化学的な沈殿反
応による合成炭酸カルシウムとがある。前者の重質炭酸
カルシウムは、天然物を粉砕するという製造プロセスか
らして、粒度分布幅が広く物理的粉砕独特の不規則な形
態をしているため、均一な粒子径や形態のそろった粒子
を製造することはできない。
【0004】これに対し、後者の合成炭酸カルシウムは
化学的な沈殿反応により製造されるため粒子径や形態を
ある範囲において制御することが可能であり、このよう
にして製造された紡錘状、立方体状、柱状等の独特の形
態と狭い一定範囲の粒度からなる炭酸カルシウムは、そ
れぞれが有している形態及び粒度等の違いに由来する特
有の機能や特性を有しており、その機能や特性を生かし
て製紙や種々の高分子材料分野で使い分けられている。
【0005】これらの合成炭酸カルシウムの中でも紡錘
状炭酸カルシウムは、長径1〜4μm、短径0.2〜1
μm(電子顕微鏡法による平均径。以下に示される粒子
径も同様)の紡錘形をなしており、比較的高い白色度や
経済性に優れることから、主として製紙用填料として大
量に使用されている。一方、内填されるのではなく表面
に塗工される顔料としては、分散性が良好な平均粒子径
が0.1〜0.3μmの立方体状炭酸カルシウムや、短
径0.1〜0.3μm、長径0.5〜2μmの柱状炭酸カ
ルシウムが使用されることが多い。
【0006】近年、製紙業界においては、発生するゴミ
の減量化あるいは輸送コストの削減を目的として、紙は
軽量化される傾向にある。紙の軽量化は、低坪量化、薄
紙化あるいは填料配合量の低減化等によってなされてい
るが、それに伴い、紙の不透明度が低下し、印刷部が反
対側から透けて見えるといった問題が生じている。その
対策として、紙に様々な填料を配合したり、特殊な塗工
層を設けることによって、不透明度を向上させる試みが
数多くなされている。
【0007】製紙用の填料や塗工層に配合される顔料と
して用いられる物質としては、合成炭酸カルシウムや重
質炭酸カルシウムの他、カオリン、タルク、シリカ、二
酸化チタン、プラスチックピグメント等がある。これら
はそれぞれ異なる特性を有しており、製造される紙に要
求される品質によって、単独あるいは混合されて使用さ
れる。この中でも特に二酸化チタンは、屈折率が最も高
く、紙の不透明度向上には最も効果がある。
【0008】二酸化チタンについては、製紙用の填料や
塗工用顔料としては主に粒子径0.1〜0.5μmの粒
子が用いられているが、それは紙料や塗工剤のpH、添
加される製紙用薬剤の種類や濃度の影響で、容易に凝集
する性質をもっている。二酸化チタンを紙に内填または
塗工する場合に、二酸化チタン粒子が凝集していると、
紙中での二酸化チタン粒子の分布が不均質となり、本来
二酸化チタンが有する不透明度向上効果を十分に発現さ
せることができない。
【0009】その結果、二酸化チタン粒子が凝集状態で
あると、所望する不透明度を達成させようとするために
は、必然的に二酸化チタン配合量を多くしなければなら
ず、その結果、コスト的にも不利になるばかりでなく、
紙の軽量化と逆行することになる。特に二酸化チタンは
他の顔料や填料と比べて、価格が高く、かつ比重も大き
いことから、必要最小限の二酸化チタン使用量で、所望
する不透明度を達成することが重要となってくる。
【0010】一方、二酸化チタン粒子が単分散した状態
であると、填料として用いた場合に、微細な二酸化チタ
ン粒子がパルプ繊維に絡まりにくく、抄紙機の排水側に
抜け落ち易くなるため、歩留まりが低くなってしまう。
また、塗工剤中に含有させた場合にも、二酸化チタン粒
子の微細性によって、塗工剤の粘度が上昇し高速操業性
を低下させる原因となる。
【0011】したがって、二酸化チタンが単分散してい
る状態の場合も、填料としての歩留まりが低いため、使
用した二酸化チタンの全量が紙の不透明度向上に寄与で
きなかったり、塗工剤の粘度上昇が原因で、所望の二酸
化チタン配合量を実現できないという問題がある。この
ような状況のなか、二酸化チタンのもつ不透明度向上効
果を効率よく利用し、紙の不透明度向上を目指した研究
などが多く行われており、以下のような提案もなされて
いる。
【0012】例えば、紙の不透明度向上を好適に行える
顔料としては、特開平2−242998号公報に示され
るようなタルクや炭酸カルシウム、クレー、カオリン等
の無機粉体表面に有機バインダーを用いて二酸化チタン
等の高隠蔽性顔料を固着することによって得られる複合
粉体あるいは特開平9−286609号公報に示される
ようなシリカとチタニアとの複合粒子が提案されてい
る。
【0013】それ以外にも、特開平11−217797
号公報では、微塗工紙の塗工用顔料としてシリカによっ
て表面処理された二酸化チタンが優れているとされてお
り、さらに特許第2942182号公報では、二酸化チ
タン表面をアルミニウムホスフェートおよびアルミナお
よび/または酸化マグネシウムで処理することによっ
て、パルプとの結合性に優れた製紙用二酸化チタン顔料
を得ている。
【0014】また、紙の塗工層に二酸化チタンを配合す
るものとしては、特開平7−331595号公報のよう
に、特定粒径の針状炭酸カルシウムを填料として含有す
る原紙に、特定吸油量、特定粒径のルチル型二酸化チタ
ンを含有する塗布液を塗布することによって、軽量でか
つ不透明度の高い印刷用紙を得る技術、あるいは特開2
000−54288号公報に示されている下塗り塗工層
と上塗り塗工層とを有するオフセット印刷用塗工紙にお
いて、上塗り塗工層の顔料としてルチル型二酸化チタン
及び炭酸カルシウムを特定の配合組成で用いることによ
って、高速操業性に優れかつ高い不透明度が得られると
いう技術等が提案されている。
【0015】そして、二酸化チタンを填料として紙に内
填する例としては、特開平8−246389号公報に示
されているように、紙料調製の際、ウェット紙力増量剤
添加後から硫酸バンド添加前までに、無機電解質によっ
て一旦ゼータ電位を下げることによる不透明度、ウェッ
ト強度、二酸化チタン歩留まりに優れたメラミン化粧
板、タップ化粧板等に用いる化粧板用原紙である二酸化
チタン内填紙を製造する方法や、特開平9−21729
2号公報のように、紡錘状炭酸カルシウムと柱状炭酸カ
ルシウムと二酸化チタンとを所定混合比で内填し、不透
明度や白色度といった光学特性と物理的特性とのバラン
スに優れた内填紙等が提案されている。
【0016】しかしながら、上記したような不透明度向
上を好適に行える製紙用の填料や顔料あるいは紙を製造
する技術は、その製造工程が煩雑であったり、高価な原
料を使用しなければならず、工業的に応用するには問題
があると言わざるを得ない。また、紙に二酸化チタンを
配合する技術にしても、二酸化チタンのもつ不透明度向
上効果をある程度効率よく発揮させることが可能ではあ
るものの、二酸化チタンが有する不透明度向上という機
能を十分に発揮させているとは言い難い。
【0017】さらに、製紙工程の高速化が一層求められ
る中、それに対応できるような二酸化チタンを配合した
塗工剤を得るための技術としては完全なものであるとは
言えない。前述のとおりであるから、二酸化チタンは、
製紙用の顔料、填料として紙の不透明度向上に効果があ
るものの、二酸化チタン粒子の凝集や歩留まりの低さに
よって、その不透明度向上効果を最大限に引き出すには
至っていないほか、製紙工程の高速化を阻害する塗工剤
の粘度上昇につながるという問題もある。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】このような事情に鑑
み、本発明者らは従来の二酸化チタンがもつ問題点を解
決すべく鋭意検討を重ねた結果、二酸化チタンと炭酸カ
ルシウムとを従来のようにバインダーを使用することな
く比較的簡単な工程で直接担持できることを見出し、そ
れによって二酸化チタンと炭酸カルシウムとを複合化す
ることによって、製紙用、プラスチック用、ゴム用、塗
料用等に使用される顔料、填料等として、好適に使用で
きる不透明性及び着色性に優れた複合粒子が得られると
いう知見を得、本発明を完成させるに至った。
【0019】すなわち、本発明の課題は、製紙用、プラ
スチック用、ゴム用、塗料用等に顔料あるいは填料等と
して、好適に使用される高不透明性及び高着色性を有す
る、すなわち必要最少限の二酸化チタン使用量で、効率
良く不透明度及び着色性を発揮させることが可能な二酸
化チタン−炭酸カルシウム複合粒子及びその製造方法を
提供することにある。さらには、その二酸化チタン−炭
酸カルシウム複合粒子を配合した製紙用塗工剤、製紙用
填料もしくは塗料等の複合組成物、又はその複合粒子を
使用した成形体である紙等の複合体を提供することにあ
る。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するための二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子及び
その製造方法、並びにそれを配合した複合組成物又は複
合体を提供するものであり、そのうちの二酸化チタン−
炭酸カルシウム複合粒子は、平均粒子径0.1〜0.5
μmの二酸化チタン粒子が合成炭酸カルシウム粒子表面
に直接担持されていることを特徴とする高不透明性及び
高着色性のものである。
【0021】また、その二酸化チタン−炭酸カルシウム
複合粒子の製造方法は、合成炭酸カルシウムの製造工程
の炭酸化反応過程において、二酸化チタン粒子を添加す
ることにより、炭酸カルシウム表面に二酸化チタンを直
接担持させることを特徴とするものである。さらに、そ
の複合組成物又は複合体は、前記二酸化チタン−炭酸カ
ルシウム複合粒子又は前記製造方法で製造された二酸化
チタン−炭酸カルシウム複合粒子を含有する製紙用の填
料や塗工剤、あるいは塗料等の各種組成物又はそれを使
用してなる紙等の各種形態の成形体である。
【0022】そして、本発明では、炭酸化反応過程にお
いて、二酸化チタン粒子を添加することにより炭酸カル
シウム、特にその表面に二酸化チタン粒子を直接、すな
わち有機バインダー等のバインダーを使用することなく
担持させることができることを見出し、その発見に基づ
いて完成したものである。その結果、これを填料あるい
は顔料として紙、塗料あるいはプラスチック等に使用し
た場合において、加熱あるいは加水等の処理をしても、
有機バインダー等が存在する場合のような変質あるいは
溶解等の悪影響がないという特性を有するものである。
【0023】また、その複合粒子は、平均粒子径0.1
〜0.5μmの二酸化チタン粒子が合成炭酸カルシウム
粒子表面に担持されたものであり、単純な混合物と比較
して、二酸化チタンのもつ不透明度向上効果をより効率
よく発揮させることが可能となる。特に、この複合粒子
を製紙に応用した場合、抄紙工程や塗工工程において、
二酸化チタン粒子同士が凝集することがなく、紙中ある
いは塗工層中に二酸化チタン粒子を均質に分布させるこ
とが可能であることから、添加した二酸化チタンのもつ
不透明度向上効果をより効率良く発揮させることが可能
となる。
【0024】さらに、二酸化チタン粒子がより粗粒の炭
酸カルシウム粒子に担持され、両粒子が複合化している
ため、二酸化チタン粒子の微細性に起因する歩留まりの
低くさや、塗工剤に配合した際に生ずる粘度上昇といっ
た問題を解決できるという効果を有する。なお、本発明
の複合粒子が前記した製紙以外の分野に利用できること
は勿論であり、それにはプラスチック、ゴム、塗料等が
あり、それらに配合することにより不透明度向上あるい
は良好な着色性に有益である。
【0025】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態、具
体的には二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子の製造
方法、製造された複合粒子の性状もしくは特性、その複
合粒子を配合した複合組成物及び複合体の製造方法等に
ついて詳細に説明するが、本発明は、それによって何等
限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によっ
て特定されるものであることはいうまでもない。本発明
の二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子は、平均粒子
径0.1〜0.5μmの二酸化チタン粒子が、合成炭酸
カルシウム粒子表面に固定され直接担持されている、す
なわちバインダーを使用することなく合成炭酸カルシウ
ム粒子表面に固定されていることを特徴とするものであ
る。
【0026】本発明の複合粒子を製造する際に使用する
二酸化チタンについては、その製造方法あるいは性状等
について特に限定されることはなく、各種のものが使用
可能であり、それには工業的に硫酸法や塩素法にて製造
されるルチル型二酸化チタンやアナターゼ型二酸化チタ
ンを用いることができる。その二酸化チタンの担持量に
ついては、合成炭酸カルシウム100重量部に対して、
0.1重量部以上であることが望ましく、0.1重量部
未満であると二酸化チタンのもつ不透明度向上効果がほ
とんど発揮されない。
【0027】また、本発明の複合粒子を製造する際に使
用するもう一方の構成成分である合成炭酸カルシウムに
ついては、特に制限されることなく使用可能であり、一
般的に製紙用に用いられる粒子径0.1〜0.3μmの
立方体状炭酸カルシウム、長径1〜4μm、短径0.2
〜1μmの紡錘状炭酸カルシウム、長径0.5〜2μ
m、短径0.1〜0.3μmの柱状炭酸カルシウム等が
好適に使用できる。
【0028】これらの中でも、紡錘状炭酸カルシウムは
二酸化チタン粒子を最も効率よく担持させることが可能
であるほか、立方体状や柱状と比較して製造が容易で、
かつコスト的にも優れていることから、炭酸カルシウム
の形状としては紡錘状炭酸カルシウムを選択することが
より好ましい。
【0029】本発明の二酸化チタン−炭酸カルシウム複
合粒子は、合成炭酸カルシウムの製造工程である炭酸化
反応過程において、二酸化チタンを添加することによっ
て製造されるものである。すなわち、本発明では、この
ように炭酸化反応過程において、二酸化チタン粒子を添
加することにより、その粒子が合成炭酸カルシウム表面
に担持されるのである。その結果、本発明ではバインダ
ーを使用することなく、二酸化チタン粒子が合成炭酸カ
ルシウムの表面に固定された複合粒子が形成されるので
あり、そのことが本発明の特徴である。
【0030】その合成炭酸カルシウムを製造する方法と
しては、水酸化カルシウムスラリー中に炭酸ガスを吹き
込むことにより炭酸カルシウムを沈殿させる炭酸ガス化
合法、塩化カルシウムと炭酸ナトリウムとの反応による
塩カル法、あるいは炭酸水素カルシウムと水酸化カルシ
ウムとの反応による水処理法等が工業的に採用されてお
り、その際には炭酸化反応温度、炭酸化反応速度、原料
中のカルシウム濃度等の製造条件を調節することによっ
て、粒子形状や粒子径を制御することが可能である。
【0031】本発明で採用できる合成炭酸カルシウムの
製造方法については、特に限定されないが、本邦では豊
富に産出する良質の石灰石を焼成して得られる生石灰を
原料とする炭酸ガス化合法を用いるのが一般的であり、
かつ経済的にも最も有利である。なお、合成炭酸カルシ
ウムの製造工程の中の炭酸化反応過程とは、例えば炭酸
ガス化合法においては水酸化カルシウムスラリー中に炭
酸ガスを吹き込むことにより起こるカルシウムイオンと
炭酸イオンもしくは炭酸ガスとが反応して炭酸カルシウ
ムを形成する反応過程であり、他の炭酸カルシウム製造
方法においてもカルシウムと炭酸ガスあるいは炭酸イオ
ンとを反応させる過程のことを示す。
【0032】炭酸化反応過程で添加される二酸化チタン
の量については特に制限はなく、紙に求められる不透明
度や坪量、塗工量等を考慮することによって調節すれば
よい。より望ましくは生成する炭酸カルシウム100重
量部に対して、0.1重量部以上が好適である。0.1
重量部未満であると二酸化チタンのもつ不透明度向上効
果がほとんど発揮されない。一方、合成炭酸カルシウム
表面に担持できる量には限界があるため、その量を超え
て酸化チタンを加えても、必ずしも良い結果が得られる
とは限らない。
【0033】また、二酸化チタンを添加する時期につい
ては、炭酸化反応が終了する以前であれば、炭酸化反応
を行う前でも、炭酸化反応を行っている途中であっても
良い。つまり、炭酸化反応を行い炭酸カルシウムが生成
する過程において、その反応系内に二酸化チタン粒子を
共存させることによって、炭酸カルシウム表面に二酸化
チタンの粒子を固定し、直接担持させることができるの
であり、それによって本発明の二酸化チタン−炭酸カル
シウム複合粒子が得られる。
【0034】ただし、添加の時期が炭酸化反応の終了間
際になると、炭酸カルシウム粒子への二酸化チタンの固
定の程度が弱くなる傾向にあることが確認されており、
特に担持させる二酸化チタン量が炭酸カルシウム100
重量部に対して50重量部以上となる場合は、炭酸化反
応過程において炭酸化率が95%に至る以前に添加する
ことが望ましい。なお、ここでいう炭酸化率とは以下の
式によって表される。炭酸化率(%)=(炭酸化反応に
よって生成した炭酸カルシウム中のカルシウム重量/反
応系内に存在するカルシウムの総重量 )×100
【0035】二酸化チタン添加後は、炭酸化反応が終了
するまで反応を継続させる。炭酸化反応の終了について
は、pHの測定によって容易に知ることができ、例えば
炭酸ガス化合法の場合、炭酸化率が100%に達する以
前では未反応の水酸化カルシウムが存在するためスラリ
ーpHは11〜13とアルカリ性を示すが、反応が終了
するとpHは中性付近にまで低下する。以上のようにし
て本発明の平均粒子径0.1〜0.5μmの二酸化チタ
ン粒子が合成炭酸カルシウム粒子に担持された二酸化チ
タン−炭酸カルシウム複合粒子は製造される。
【0036】そして、本発明においては、前記した二酸
化チタン−炭酸カルシウム複合粒子は、主に不透明度や
着色度の向上を目的として前述してきた製紙用の他、プ
ラスチック、ゴムあるいは塗料等において利用でき、そ
れらのために二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子を
含む組成物あるいはその組成物から形成された成形体が
本発明の複合組成物あるいは複合体である。
【0037】そこで、それらの複合組成物あるいは複合
体について、最も有用性が期待できる製紙用を例に詳細
に述べる。製紙用に利用した場合については、本発明の
複合粒子は紙に内填される填料及び紙に塗工される顔料
のいずれにも応用が可能であり、その複合粒子を含有し
た填料あるいは塗工剤が本発明の複合組成物である。
【0038】製紙用の填料とは、紙の品質向上や増量の
目的で紙中に内填される物質であり、紙料調製工程にお
いてパルプスラリー中に、サイズ剤や紙力増強剤、歩留
向上剤等の製紙用薬剤類とともに添加される。填料の配
合率(内填率)は、製造される紙の種類や品質によって
異なるが、一般に、印刷用紙では紙の絶乾重量に対して
5〜30重量%、難燃紙等の無機質紙では最高で90重
量%程度配合される場合もある。
【0039】また、製紙用の顔料とは、紙の品質、特に
表面性状を向上させるために、紙の表面に塗工される塗
工剤中に配合される物質である。一般的に塗工剤は顔料
とバインダーを水に分散させたものであり、塗工剤中の
顔料濃度は30〜60重量%程度である。
【0040】本発明の二酸化チタン−炭酸カルシウムを
製紙用填料として使用する際には、内填される填料の少
なくとも一部を該複合粒子とし、その配合量は無機填料
に対して1重量%以上とするのが好適である。また、塗
工用顔料として使用する際には、塗工剤中に配合される
顔料の少なくとも一部を該複合粒子とし、その複合粒子
の配合量は無機顔料に対して1重量%以上とするのが好
適である。
【0041】このようにして該複合粒子を製紙用の填料
として使用することにより、二酸化チタンと炭酸カルシ
ウムの単純な混合物と比較して、二酸化チタン配合量が
同じであっても、より高い不透明度を紙に付与すること
が可能となる。これは、抄紙の工程において、二酸化チ
タン同士が凝集することなく紙中に均質に分布させるこ
とが可能であることが原因と考えられる。
【0042】同様にして、塗工剤の顔料として使用すれ
ば、配合した二酸化チタンの不透明度向上効果を効率よ
く発揮できる塗工層を形成させることができる。これも
塗工の工程において、二酸化チタン同士が凝集すること
なく塗工層に均質に分布させることが可能になることに
よるものと考えられる。なお、このようにして二酸化チ
タン−炭酸カルシウム複合粒子が内填あるいは塗工され
た紙が本発明でいうところの複合体の1つである。
【0043】さらに、填料として使用した場合、微細な
二酸化チタン粒子(粒子径0.1〜0.5μm程度)
が、より大きな合成炭酸カルシウム粒子(例えば紡錘状
炭酸カルシウムの場合、一次粒子の長径が1〜4μm、
凝集粒子径が数〜10数μm)に担持されていることか
ら、歩留まりが向上するという利点がある。また、顔料
として使用した場合、微細な二酸化チタン粒子がより大
きな合成炭酸カルシウム粒子に担持されていることか
ら、二酸化チタンの微細性に起因する塗工剤の粘度上昇
を抑制することも可能となる。
【0044】以上の説明においては、製紙を例にして本
発明の複合組成物及び複合体について言及したが、本発
明の複合粒子は製紙以外の分野でも利用でき、不透明性
や良好な着色性を要求される用途において効果的であ
る。その利用態様は、填料あるいは顔料として、プラス
チック、ゴム、塗料等があり、その際における複合粒子
を含有した未成形の組成物が本発明の複合組成物であ
り、それを使用して形成した成形体であるプラスチック
製ケース、プラスチックフィルム、板状ゴム、塗膜付き
金属あるいは塗膜付き木板等が本発明の複合体である。
なお、この複合粒子を塗料用に利用した場合には、二酸
化チタン粒子の比重が大きいことに起因する二酸化チタ
ンの沈降分離をも防止することができる。
【0045】
【実施例】以下においては、本発明について、複合粒子
を製造する実施例及び比較例、並びにそれを利用する複
合組成物と複合体の実施例及び比較例を挙げてさらに具
体的に説明するが、本発明は、これら実施例によって何
ら限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特
定されるものであることはいうまでもない。
【0046】[実施例1]工業用生石灰135gを70℃
に加温した水道水1L中に投入し、30分間撹拌して生
石灰を消化させた後、100メッシュフルイにて消化残
査を除去してから、水道水を加え、濃度80g/Lの消
石灰スラリー2.0Lを調製した。消石灰スラリーに平
均粒子径0.25μmのルチル型二酸化チタン(石原産
業製CR−50)6.0gを添加した後、スラリー温度
を30℃に調節してから、撹拌しながら炭酸ガスを0.
35L/分の速度で導入し、炭酸化反応を行った。スラ
リーのpHが7になった時点で反応を終了させ、二酸化
チタン−炭酸カルシウム複合粒子を得た。
【0047】得られた生成物について化学分析を行った
ところ、二酸化チタン含有量が2.5重量%であった
(炭酸カルシウム100重量部に対して二酸化チタン
2.6重量部)。また、走査型電子顕微鏡にて観察した
ところ、長径2.0μm、短径0.4μmの紡錘状炭酸
カルシウム表面に、二酸化チタン粒子が担持されている
ことが確認された。
【0048】[実施例2]二酸化チタンの添加量を20.
0gとした以外は実施例1と同様の操作で、二酸化チタ
ン−炭酸カルシウム複合粒子を得た。得られた生成物を
化学分析したところ、二酸化チタン含有量が8.7重量
%であった(炭酸カルシウム100重量部に対して二酸
化チタン9.6重量部)。また、走査型電子顕微鏡にて
観察したところ、長径2.0μm、短径0.4μmの紡
錘状炭酸カルシウム表面に、二酸化チタン粒子が担持さ
れていることが確認された。
【0049】[実施例3]二酸化チタンの添加量を60.
0gとした以外は実施例1と同様の操作で、二酸化チタ
ン−炭酸カルシウム複合粒子を得た。得られた生成物を
化学分析したところ、二酸化チタン含有量が26.5重
量%であった(炭酸カルシウム100重量部に対して二
酸化チタン36.4重量部)。また、走査型電子顕微鏡
にて観察したところ、長径2.0μm、短径0.4μm
の紡錘状炭酸カルシウム表面に、二酸化チタン粒子が担
持されていることが確認された。
【0050】[実施例4]二酸化チタンを平均粒子径0.
15μmのアナターゼ型二酸化チタン(石原産業製A−
100)とし、その添加量を20.0gとした以外は実
施例1と同様の操作で、二酸化チタン−炭酸カルシウム
複合粒子を得た。得られた生成物を化学分析したとこ
ろ、二酸化チタン含有量が8.6重量%であった(炭酸
カルシウム100重量部に対して二酸化チタン9.6重
量部)。また、走査型電子顕微鏡にて観察したところ、
長径2.0μm、短径0.4μmの紡錘状炭酸カルシウ
ム表面に、二酸化チタン粒子が担持されていることが確
認された。
【0051】[実施例5]二酸化チタンの添加量を30.
0gとした以外は実施例4と同様の操作で、二酸化チタ
ン炭酸カルシウム複合粒子を得た。得られた生成物を化
学分析したところ、二酸化チタン含有量が13.0重量
%であった(炭酸カルシウム100重量部に対して1
5.1重量部)。また、走査型電子顕微鏡にて観察した
ところ、長径2.0μm、短径0.4μmの紡錘状炭酸
カルシウム表面に、二酸化チタン粒子が担持されている
ことが確認された。
【0052】[比較例1]実施例1と同様の操作で濃度8
0g/Lの消石灰スラリー2.0Lを調製し、そこに撹
拌しながら炭酸ガスを0.35L/分の速度で導入して
炭酸化反応を行った。スラリーのpHが7に達し炭酸化
反応が終了した時点で、粒径0.25μmのルチル型二
酸化チタン(石原産業製CR−50)10.0gを添加
し、炭酸ガスを導入しながら30分間撹拌を続けた。得
られた生成物を走査型電子顕微鏡にて観察したところ、
長径2.0μm、短径0.4μmの紡錘状炭酸カルシウ
ムと二酸化チタン粒子とが観察されたが、両者は独立し
た状態であり、単純な混合物であった。
【0053】[比較例2]二酸化チタンの添加量を0.1
5gとした以外は実施例1と同様の操作で、二酸化チタ
ン−炭酸カルシウム複合粒子を得た。得られた生成物を
化学分析したところ、二酸化チタン含有量が0.07重
量%であった(炭酸カルシウム100重量部に対して二
酸化チタン0.07重量部)。また、走査型電子顕微鏡
にて観察したところ、長径2.0μm、短径0.4μm
の紡錘状炭酸カルシウム表面に、極微量の二酸化チタン
粒子が担持されていることが確認された。
【0054】[比較例3]二酸化チタンを添加せずに実施
例1と同様の操作で、紡錘状炭酸カルシウムを得た。得
られた生成物を化学分析したところ、二酸化チタン含有
量が0.001重量%以下であった。また、走査型電子
顕微鏡にて観察したところ、長径2.0μm、短径0.
4μmの紡錘状炭酸カルシウムのみが確認された。
【0055】[複合粒子を内填した紙を作製する利用実
施例等について]複合粒子を内填した紙と、それを内填
しない紙とを製造し、不透明度等の特性を比較した。 〈利用実施例1〜3〉実施例1〜3で得られた二酸化チ
タン−炭酸カルシウム複合粒子を填料として、該複合粒
子14.5重量部、LBKP70%とNBKP30%の
混合パルプ(c.s.f.=450ml)85.4重量
部、カチオン性有機系高分子凝集剤の5%溶液0.1重
量部を含む紙料を調製し、角形手抄き試験機にて坪量約
70g/m2、填料内填率約10重量%の複合粒子を内
填した紙を作製した。
【0056】〈利用比較例1〉比較例3で得られた紡錘
状炭酸カルシウムのみを填料とした以外は、利用実施例
1〜3と同様の条件で無機内填紙を作製した。 〈利用比較例2〉比較例2で得られた生成物を填料とし
た以外は、利用実施例1〜3と同様の条件で無機内填紙
を作製した。
【0057】〈利用比較例3〜5〉二酸化チタン(石原
産業製CR−50)と炭酸カルシウム(比較例3で得ら
れたもの)との混合物を填料とした以外は、利用実施例
1〜3と同様の条件で無機内填紙を作製した。なお二酸
化チタンと炭酸カルシウムの混合比率は表1に示すとお
りである。
【0058】
【表1】
【0059】[内填紙の特性評価]利用実施例1〜3及び
利用比較例1〜5で得られた無機物質を内填した紙の物
性測定及び化学分析の結果を使用した填料の組成と共に
表1に、また内填された二酸化チタン量と不透明度との
関係を図1に示す。なお、不透明度の測定については、
JIS P8138の「紙の不透明度試験方法」に準拠
した。
【0060】図1から簡単に理解できるように、本発明
の二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子を填料として
使用して製造した無機物質を内填した紙は、二酸化チタ
ンと炭酸カルシウムとの単純な混合物を用いたものと比
較して、二酸化チタンの単位量当たりの不透明度が高
く、本発明の複合体は二酸化チタンの不透明度向上効果
をより効率よく発揮させることができる。
【0061】[複合粒子を含有した製紙用塗工剤の調製
及びそれを使用して塗工紙を作製する利用実施例等につ
いて]本発明の複合粒子を含有する塗工剤とそれを含有
しない塗工剤の両塗工剤を調製し、その後更に両塗工剤
を使用してそれぞれ塗工紙を製造して、両塗工紙につい
て不透明度等の特性を比較した。
【0062】〈利用実施例4及び5〉実施例4及び5で
得られた複合粒子を顔料に用いて、該複合粒子100重
量部、スチレンブタジエンラテックス10重量部、ポリ
アクリル酸ソーダ系分散剤0.2重量部(いずれも固形
分として)をカウレス分散機にてイオン交換水中に分散
させた後、適量のアンモニア水及びイオン交換水を加え
て、pHが9.5で固形分濃度が45重量%の製紙用塗
工剤を調製した。つづいて、調製した塗工剤を坪量70
g/m2の原紙に、自動塗工装置(テスター産業製)を
用いて片面のみに塗工したのち、ドラムドライヤーにて
乾燥して、約12g/m2の塗工層を有する塗工紙を作
製した。
【0063】〈利用比較例6〉比較例3で得られた紡錘
状炭酸カルシウムを顔料として用いた以外は、利用実施
例4及び5と同様に製紙用塗工剤を調製し、利用実施例
4及び5と同様の条件で塗工紙を作製した。 〈利用比較例7〉比較例2で得られた生成物を顔料とし
て用いた以外は、利用実施例4及び5と同様に製紙用塗
工剤を調製し、利用実施例4及び5と同様の条件で塗工
紙を作製した。
【0064】〈利用比較例8及び9〉顔料として、所定
の割合で混合した二酸化チタン(石原産業製A−10
0)と炭酸カルシウム(比較例3で得られたもの)との
混合物を用いた以外は、利用実施例4及び5と同様に製
紙用塗工剤を調製し、利用実施例4及び5と同様の条件
で塗工紙を作製した。
【0065】[塗工紙の特性評価]利用実施例4、5及び
利用比較例6〜9で得られた塗工紙の物性を使用した塗
工剤の組成及び塗工量と共に表2に、また塗工された二
酸化チタン量と不透明度との関係を図2に示す。なお、
不透明度の測定については、無機物質を内填した紙の場
合と同様にJIS P8138に準拠した。
【0066】
【表2】
【0067】図2から簡単に理解できるように、本発明
の二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子を顔料として
含有する塗工剤を使用して製造した塗工紙は、二酸化チ
タンと炭酸カルシウムとの単純な混合物の塗工剤を用い
た場合と比較して、二酸化チタンの単位量当たりの不透
明度が高く、二酸化チタンの不透明度向上効果をより効
率よく発揮させることができる。
【0068】[複合粒子からなるポリエチレン用填料の
調製及びそれを使用してポリエチレンシートを作製する
利用実施例等について]本発明の複合粒子からなる填料
とそれを含有しない填料を調製し、その後更に両填料を
使用してそれぞれポリエチレンシートを製造して、両ポ
リエチレンシートについて不透明度等の特性を比較し
た。
【0069】〈利用実施例6〉実施例1で得られた二酸
化チタン−炭酸カルシウム複合粒子のスラリー(固形分
濃度13重量%)1kgを60℃に加温した後、混合脂
肪酸ナトリウム塩3.9gをイオン交換水に溶解したも
のを添加し10分間撹拌した。その後、脱水・乾燥し
て、脂肪酸処理二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子
を得た。得られた脂肪酸処理二酸化チタン−炭酸カルシ
ウム複合粒子を填料として、以下に示す条件でポリエチ
レンシートを作製した。
【0070】高密度ポリエチレン100重量部、脂肪酸
処理二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子30重量
部、酸化防止剤(n−オクタデジル−3−(4′−
3′,5′−ジ−t−ブチルフェニル)ブロピオネイ
ト)0.05重量部及び中和剤(カルシウムステアレー
ト)0.05重量部を十分混合し、230℃に設定した
二軸押出機でペレット化した。得られたペレットをTダ
イ法により、厚さ600μmのシートに成形し、130
℃で縦方向に1.2倍、横方向に5倍に延伸して、厚さ
100μmの二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子を
内填したポリエチレンシートを作製した。
【0071】〈利用比較例10〉実施例1と同じ割合の
二酸化チタン(石原産業製CR−50)と炭酸カルシウ
ム(比較例3で得られたもの)の混合物を填料用原料と
した以外は、利用実施例6と同様の操作で、填料調製用
の脂肪酸処理及びポリエチレンシートの作製を行った。 〈利用比較例11〉比較例3で得られた紡錘状炭酸カル
シウムのみを填料とした以外は、利用実施例6と同様の
操作で、填料の脂肪酸処理およびポリエチレンシートの
作製を行った。
【0072】[ポリエチレンシートの特性評価]利用実施
例6及び利用比較例10、11で得られたポリエチレン
シートの不透明度を使用した填料の組成共に表3に示
す。なお、不透明度の測定については無機物質を内填し
た紙の場合等と同様にJIS P8138の方法をその
まま適用した。表3から簡単に理解できるように、本発
明の二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子を填料とし
たポリエチレンシートは、二酸化チタンと炭酸カルシウ
ムとの単純な混合物を填料として用いた場合と比較し
て、二酸化チタンの単位量当たりの不透明度が高く、二
酸化チタンの不透明度向上効果をより効率よく発揮させ
ることができる。
【0073】
【表3】
【0074】
【発明の効果】本発明の二酸化チタン−炭酸カルシウム
複合粒子は、平均粒子径0.1〜0.5μmの二酸化チ
タン粒子が合成炭酸カルシウム粒子に担持されたもので
あり、単純な混合物と比較して、二酸化チタンのもつ不
透明度向上効果をより効率よく発揮させることができ
る。また、二酸化チタン粒子がより粗粒の炭酸カルシウ
ム粒子表面に担持され、両粒子が複合化しているため、
二酸化チタン粒子の微細性に起因する歩留まりの低さ
や、塗工剤に配合した際の粘度上昇といった問題を解決
できるという効果を有する。
【0075】特に、その複合粒子を製紙に使用した場
合、抄紙工程や塗工工程において、二酸化チタン粒子同
士が凝集することがなく、紙中あるいは塗工層中に二酸
化チタン粒子を均質に分布させることが可能であるか
ら、添加した二酸化チタンのもつ不透明度向上効果をよ
り効率良く発揮させることが可能となる。なお、本発明
の複合粒子は前記した製紙以外の他の分野のプラスチッ
ク、ゴム、塗料等の不透明度向上にも効果的であり、そ
の際にも前記した製紙の場合と同様の作用効果を奏する
ことができる。
【0076】さらに、本発明では、炭酸化反応過程にお
いて、二酸化チタン粒子を添加することにより炭酸カル
シウムの表面に二酸化チタン粒子を直接、すなわち有機
バインダー等のバインダーを使用することなく固定させ
たものである。そのため填料あるいは塗布剤等として紙
あるいはプラスチック等に使用した場合において、加熱
あるいは加水等の処理が行われても、有機バインダー等
が存在する場合のような悪影響がないという特性も有す
るものである。また二酸化チタン粒子は炭酸カルシウム
内部ではなく、表面に担持されているため不透明性向上
に極めて効率的貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 紙に内填された二酸化チタン量と不透明度と
の関係を示す。
【図2】 紙に塗工された二酸化チタン量と不透明度と
の関係を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) D21H 25/06 D21H 25/06 // C08K 9/02 C08K 9/02 (72)発明者 吉田 健彦 東京都西多摩郡日の出町平井8番地1 日 鉄鉱業株式会社内 Fターム(参考) 4G076 AA15 AB02 AB06 BA34 BB03 BD02 BF05 CA26 DA15 4J002 AA001 DE236 FB076 FD096 4J037 AA10 CA09 CC02 DD05 DD09 EE03 EE43 4L055 AA02 AA03 AC06 AG12 AG19 AG63 AG76 AG89 AG94 AG98 AH01 AH02 AH37 AJ04 BE07 BE08 EA16 FA12 GA17 GA19

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒子径0.1〜0.5μmの二酸化
    チタン粒子が合成炭酸カルシウム粒子表面に直接担持さ
    れていることを特徴とする二酸化チタン−炭酸カルシウ
    ム複合粒子。
  2. 【請求項2】 合成炭酸カルシウムに担持される二酸化
    チタン重量が、合成炭酸カルシウム100重量部に対し
    て、0.1重量部以上である請求項1に記載の二酸化チ
    タン−炭酸カルシウム複合粒子。
  3. 【請求項3】 合成炭酸カルシウムが紡錘状炭酸カルシ
    ウムである請求項1又は2に記載の二酸化チタン−炭酸
    カルシウム複合粒子。
  4. 【請求項4】 合成炭酸カルシウムの製造工程の炭酸化
    反応過程において、二酸化チタン粒子を添加することに
    より、炭酸カルシウム表面に二酸化チタンを直接担持さ
    せることを特徴とする二酸化チタン−炭酸カルシウム複
    合粒子の製造方法。
  5. 【請求項5】 二酸化チタンの平均粒子径が0.1〜
    0.5μmである請求項4に記載の二酸化チタン−炭酸
    カルシウム複合粒子の製造方法。
  6. 【請求項6】 生成する合成炭酸カルシウム100重量
    部に対して0.1重量部以上になるように二酸化チタン
    を添加する請求項4又は5に記載の二酸化チタン−炭酸
    カルシウム複合粒子の製造方法。
  7. 【請求項7】 合成炭酸カルシウムが紡錘状炭酸カルシ
    ウムである請求項4、5又は6に記載の二酸化チタン−
    炭酸カルシウム複合粒子の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし3のいずれか1項に記載
    の二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子、又は請求項
    4ないし7のいずれか1項に記載の製造方法で製造され
    た二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒子を含有するこ
    とを特徴とする複合組成物又は複合体。
  9. 【請求項9】 形態が製紙用塗工剤、製紙用填料又は紙
    である請求項8に記載の複合組成物又は複合体。
  10. 【請求項10】 二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒
    子が、無機顔料に対し1重量%以上含有された製紙用塗
    工剤である請求項9に記載の複合組成物。
  11. 【請求項11】 二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒
    子が無機填料に対し1重量%以上含有された紙である請
    求項9に記載の複合体。
  12. 【請求項12】 二酸化チタン−炭酸カルシウム複合粒
    子が、塗工された無機顔料に対し1重量%以上含有され
    た塗工紙である請求項9に記載の複合体。
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