JP2005535749A - アルミニウム三水和物含有スラリー - Google Patents
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Abstract
本発明は、アルミニウム三水和物粒子と、アクリル分散剤と、クエン酸と、合成ヘクトライトクレーと、任意選択的にpHを調節するための化合物と、殺生剤と、水とを含むアルミニウム三水和物スラリーに関する。これらのスラリーに二酸化チタンスラリーを混合して紙および板紙の用途において有用な安定したスラリーブレンドを製造することができる。
Description
この発明は、紙、コーティングおよびプラスチックの用途に使用するための、特に間接食品接触紙に使用するための、アルミニウム三水和物を含む高固形水性スラリー、および二酸化チタンスラリーを含むかかるスラリーのブレンドに関する。
アルミニウム三水和物(ATH)を充填剤として用いて紙および板紙のコーティングを製造することができる。二酸化チタン(TiO2)のコストが比較的高いので、製紙工場はしばしば、二酸化チタンを、ATH、炭酸カルシウム、カオリン粘土など、より安価な顔料代替物で取り替えるかまたは増量する。増量剤が、より高価な白色二酸化チタン顔料の必要性を低減、または除く。
典型的には、顔料および充填剤を水性スラリーの形で製紙プロセスに導入する。ATHの商用スラリーが入手可能であるが、それらは典型的に、間接的に食品と接触する紙に使用するための米国食品医薬品局(FDA)規則21C.F.R.176.170および21C.F.R.176.180に準拠していない有機化学物質を含有する。紙製品を食品と共に間接使用することを意図しなくても、製紙メーカーは典型的に、食品用と非食品用とにそれらを線引きしない。
スラリーが紙および板紙の用途に有用であるために、製紙メーカーが、スラリーを貯蔵から完成紙料に、またはコーティング構成面積(coating make−up area)にパンプすることができなければならない。高固形分パーセントの顔料スラリーが、乾燥エネルギーを低減し、紙コーター乾燥機による生産速度を増大させるのに望ましい。低粘度と組み合わせた高固形分スラリーはまた、最終コーテッド紙の表面へのコーティングの引掻きおよび縞を避けるためにコーターを通る流れを改良する。ATHスラリーが増量顔料充填剤としてかまたはTiO2スラリーとブレンドするために有用であると考えられるために、ATH顔料の固形分が50重量%より多いのがよく、好ましくは67.5重量%以上である。このような高固形分において、入手可能なATHスラリーはしばしば、間接使用かまたはTiO2スラリーとブレンドされるスラリーとしての使用について許容できないほど高い粘度を有する。
米国特許公報(特許文献1)には、ATHおよびカオリン粘土を含む水性二酸化チタンスラリーが開示されている。TiO2の、アルミナに対する比は、1000:1〜2000:1である。有用なATHは、9〜10%の水性スラリーであるかまたは50〜55%の乾燥ゲルのどちらであってもよい。好ましくは乾燥ゲルが、吸蔵炭酸塩を含有する。
米国特許公報(特許文献2)には、製紙において保持剤(retention agent)として使用するためのアニオン有機ポリマーを混在された、ラポナイト(Laponite)(登録商標)ブランド合成ヘクトライトクレーなどの粘土である、分散性コロイドシリカ材料が開示されている。
米国特許公報(特許文献3)には、70〜98容積%の二酸化チタンと2〜30容積%のATHとを含む二酸化チタン顔料/ATH増量剤/スペーサー顔料組成物が開示されており、そこにおいて、ATHが、二酸化チタンと同じメジアン粒径を有する。典型的に二酸化チタンのメジアン粒径が、0.2〜0.3ミクロンである。ATHが、二酸化チタンの粒径に比較して±20%以内のメジアン粒径を有する。顔料を含むコーティング組成物の実施例が二酸化チタンおよびATHで調製され、セルロース増粘剤、会合型増粘剤、プロピレングリコール、非イオン性界面活性剤、中和剤脱泡剤、融合助剤および殺生剤を水中3.23%の固形分で含有した。
米国特許公報(特許文献4)には、製紙において改良された白色度を有するATHを用いてTiO2だけの使用に対してコストを低減することが開示されている。この特許は、スラリー中ATHを固形分15〜30%において使用することを考察する。
米国特許公報(特許文献5)には、ヘクトライトクレーと、アクリルポリマーと、TiO2などの充填剤および顔料を含めて、紙または板紙の製造に一般に用いられる他の添加剤とを含む組成物が開示されている。ATHと、TiO2またはATHの水性スラリーの粘度を低減するヘクトライトクレーとの使用は開示されていない。
米国特許公報(特許文献6)には、粗い(>0.5ミクロン)および微細な粒子(<0.2ミクロン)の分布を有する鉱物粒子を固形分1〜30重量%とアニオンアクリル分散剤とカチオン凝集剤とを含む、紙および板紙製品のための充填剤を提供するものとして使用する水性スラリーが開示されている。しかしながら、鉱物スラリーは、固形分70〜76%までである場合があり、例えば、製紙工場において使用するために希釈されねばならない。実施例はカオリン粘土に限定される。
米国特許公報(特許文献7)には、約6.0〜9.0のpHを有するポリアクリレート、アルコールアミン、クエン酸等を含有することができる分散剤とともに少なくとも78%の二酸化チタン粒子および少なくとも3%のアルミナ粒子を含む光耐久性二酸化チタンスラリーが開示されている。
米国特許公報(特許文献8)には、二酸化チタン顔料とATHおよびか焼粘土などの増量剤顔料と、アクリレートなどの分散剤との水性スラリーを含む紙および板紙用のコーティング調合物が開示されている。粘度およびレオロジーを改良するために合成ヘクトライトクレーを配合することは言及されていない。
このため、紙および板紙の用途において不明瞭なコストを下げる必要が今もまだある。改良された粘度およびレオロジー性質を有するATHスラリーを提供する必要がある。FDA準拠および非FDA準拠組成物を含めて紙の用途に使用するために適した粘度である適したATHスラリー組成物を見出す必要がある。又、適した粘度で安定しており間接食品接触についてFDAに準拠している、二酸化チタンスラリーと相溶性であるATHスラリー組成物が必要とされている。本発明がこれらの必要に応える。
本発明は、(a)少なくとも0.5ミクロンの平均粒径を有する分散させられるアルミニウム三水和物粒子のスラリーを少なくとも50重量%と、(b)アクリル分散樹脂、および任意選択的にクエン酸を含む分散剤と、(c)合成ヘクトライトクレーからなるレオロジー改質剤と、(d)任意選択的に、pHを調節するための化合物と、(e)殺生剤と、(f)水とを含むアルミニウム三水和物スラリーを提供する。
本発明は、(a)少なくとも0.5ミクロンの平均粒径を有する分散させられるアルミニウム三水和物粒子のスラリーを少なくとも50重量%と、(b)アクリル分散樹脂、および任意選択的にクエン酸を含む分散剤と、(c)合成ヘクトライトクレーからなるレオロジー改質剤と、(d)任意選択的に、pHを調節するための化合物と、(e)殺生剤と、(f)水とを含む、アルミニウム三水和物/ルチル型二酸化チタンスラリーブレンドをさらに提供する。好ましくは前記スラリーブレンドが、25〜50重量%のATHに対して75〜50重量%のTiO2を含む。
さらに本発明は、パルプと、(a)少なくとも0.5ミクロンの平均粒径を有する分散させられるアルミニウム三水和物粒子のスラリーを少なくとも50重量%と、(b)アクリル分散樹脂、および任意選択的にクエン酸を含む分散剤と、(c)合成ヘクトライトクレーからなるレオロジー改質剤と、(d)任意選択的に、pHを調節するための化合物と、(e)殺生剤と、(f)水とを含むATH/ルチル型TiO2スラリーブレンドとを混合する工程を含む紙の製造方法を提供する。
本発明は、コーティング、紙および板紙の用途において特に有用であるアルミニウム三水和物スラリーを提供する。かかるスラリーは典型的に、固形分67%より多いATH顔料を有し、紙およびコーティングの用途に使用するために増量剤顔料としてTiO2スラリーとブレンドするために有用である。
驚くべきことに、合成ヘクトライトクレーを混入することにより、(1)分散剤の有効性を増強し、ATHスラリーの粘度を低減し、(2)ウェットイン(wet−in)を改良、すなわち、ATHの固体顔料粒子を水性スラリー中に混入するのに必要とされる時間を低減し、(3)1ミクロン以上のATH粒子の低剪断沈降(low shear settling)を抑制することによって、粘度およびレオロジー性質ならびに改良された貯蔵安定性の点からすぐれたATHスラリーを提供する。
(ATHスラリー−成分)
本発明に有用なATHは顔料銘柄として周知であり、400〜1100m2/g、好ましくは約700m2/gの表面積を特徴とする。好ましくはそれは少なくとも0.5ミクロンの平均粒径を有し、10ミクロンもの上限を有してもよい。好ましくは平均粒径が約0.50〜2.0ミクロンである。
本発明に有用なATHは顔料銘柄として周知であり、400〜1100m2/g、好ましくは約700m2/gの表面積を特徴とする。好ましくはそれは少なくとも0.5ミクロンの平均粒径を有し、10ミクロンもの上限を有してもよい。好ましくは平均粒径が約0.50〜2.0ミクロンである。
どんな所与の粒状ATHについても、粒子はいろいろな寸法の範囲であることが理解されるべきであり、ATHが平均粒径および粒径分布を特徴としてもよい。適したATHを調合する時に粒径の選択が全スラリー性質に影響を及ぼす。例えば、0.25ミクロンより小さい粒子は粘度の問題を引き起こすが、2.0ミクロンより大きい粒子は、沈降の問題につながる場合がある。顔料銘柄(顔料)ATHは市販されており、例えばアルコラ社(Alcoa,Inc.)のブランド製品ヒドラル(Hydral)(登録商標)710およびアルカン社(Alcan,Inc)ブランドのゲンブライト(GenBrite)(登録商標)700製品および他のATH製品があり、固体として販売され、典型的に約1ミクロンの粒径を有する。
本発明のATHスラリーは、少なくとも50重量%、約70重量%まで、好ましくは約67〜68重量%のATH固形分を有する。
本発明のATHスラリーの粘度を市販製品の粘度についてと同様、ブルックフィールド計測器かまたは本技術分野に周知の、以下により詳細に記載したタッピ(Tappi)方法のどちらかを用いて測定した。
この発明のATHスラリーの調製に用いられる水は脱イオン化されるのが好ましい。すなわち、水をイオン交換カラムに通し、スラリーの安定性および他の性質に影響を及ぼす場合がある望ましくないイオンを除去した。好ましくは金属イオン含有量が、ASTM方法D1125を用いて測定した時に0.05マイクロオーム−cmより小さい電気抵抗率の電気抵抗となるのがよい。
本発明のATHスラリーは、アクリル分散用樹脂とクエン酸とを含むアクリルポリマー分散剤で安定化される。適したアクリル分散用樹脂の例には、アクリル酸のポリマー、特にアクリル酸ポリマー塩、特に、ポリアクリル酸ナトリウム樹脂などがあり、市販されている。FDA準拠要求条件を満たすために、この分散剤の分子量は、21C.F.R.176.170に示されたFDA基準に合致するのがよい。又、スラリー中に存在している分散剤の量は、FDA基準を満たすために必要とされる特定の値または値の範囲に限定される場合がある。FDA準拠の使用以外の使用については、アクリル分散剤のレベルを制限する必要はなく、分散剤が、最適な安定化を達成するために必要などんなレベルで用いられてもよい。FDA準拠基準は、21C.F.R.176.170および21C.F.R.176.180(その内容を参照によって本願明細書に組み入れるものとする)に提供されている。
本発明の組成物の前に、FDAに準拠していると共に紙の用途に使用するために適した粘度およびレオロジー性質を有するATHスラリーを製造することはできなかった。アクリル分散用樹脂の選択に加えて、FDA準拠スラリーについては、アクリル分散用樹脂とクエン酸との組合せ、例えば、ポリアクリル酸ナトリウムおよびクエン酸を用いることが好ましい。驚くべきことにクエン酸の存在により、顔料を配合する間、スラリー中へのATHのウェットインを改良し、およびATHを共に分散してスラリーの粘度の低下をもたらすと思われる。クエン酸を添加するとき、好ましくは、ATHの乾燥重量に基づいて0.1重量%より少ない量で添加する。本発明に有用なクエン酸の範囲は、約0.05%〜約0.5%である。クエン酸が約0.5重量%より多いと、スラリーの急速な沈降をもたらし、貯蔵容器内に堅く締まった硬質なヒールを形成する。少なくとも0.05重量%が、分散プロセスの間に乾燥ATHのウェットイン速度を高めるために必要とされるが、約0.1重量%が好ましい量である。
本発明のATHスラリー組成物は合成ヘクトライトを含有する。合成ヘクトライトは、式:
[MgwLixSi8O20H4−yFy]2−
を有し、式中、w=3〜6、x=0〜3、y=0〜4、z=122wxであり、負の格子電荷が対イオンによって相殺され、対イオンが、Na+、K+、NH4 +、Li+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、N(CH3)4 +、およびそれらの混合物からなる群から選択される。
[MgwLixSi8O20H4−yFy]2−
を有し、式中、w=3〜6、x=0〜3、y=0〜4、z=122wxであり、負の格子電荷が対イオンによって相殺され、対イオンが、Na+、K+、NH4 +、Li+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、N(CH3)4 +、およびそれらの混合物からなる群から選択される。
合成ヘクトライトは、天然粘土鉱物ヘクトライトに似ており、層状含水ケイ酸マグネシウムであり、天然粘土不純物を含まない。合成ヘクトライトは例えば、サザン・クレー・プロダクツ社(Southern Clay Products,Inc.)から市販されており、合成ヘクトライトのブランド、ラポナイト(登録商標)、ルセナイト(Lucenite)SWN(登録商標)、ラポナイトS(登録商標)、ラポナイトXL(登録商標)、ラポナイトRD(登録商標)およびラポナイトRDS(登録商標)などがある。ATHを含む製紙用スラリー中に一般に存在している他の粘土と異なり、合成ヘクトライトが、剪断する間、粘度を低減しながらATHスラリーのレオロジーを増強する2つの利点があることを本発明者は発見した。
この発明のATHスラリーにおいて、合成ヘクトライトが全スラリー調合物の0.1〜約1%まで、好ましくは約0.3重量%の量で存在する。驚くべきことに、合成ヘクトライトクレーが水性ATHスラリー中に存在するとき、スラリーの粘度が劇的に低減されることが発見された。合成ヘクトライトが増粘液体またはゲルを生じさせることが知られており、水性スラリーおよびペイントの粘度を増大させるために一般に用いられるので、これは驚くべきことである。合成ヘクトライトとは対照的に、天然粘土は、粘度の低減およびATHスラリーのレオロジーの利点を提供するのに有効ではない。それどころか、かかる粘土は、存在する量の関数として粘度を増大させる。
しばしば、望ましいpH範囲にpHを調節することが必要である場合がある。アミンが概してこの目的のために使用される。本発明において使用するのに適した代表的なアミンには、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール(「AMP」)およびモノイソプロパノールアミン(「MIPA」)などのアミン、特にアルコールアミンがある。他の適したアミンには、1−アミノ−2−エタノール、2−アミノ−1−エタノール、1−アミノ−2−プロパノール、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、および2−メチルアミノ−1−エタノールなどがある。
無機塩基など、他のアルカリ添加剤を用いてもよいが、分散剤の選択に対する金属イオンの干渉などの可能な干渉を避けるために注意しなくてはならない。使用時に、選択されたアミンまたは無機塩基が典型的に、8.5〜11、好ましくは9〜9.5の範囲に製品スラリーのpHを維持する量においてスラリー中に存在する。
FDA準拠のためにMIPAを使用する時に、許容される濃度範囲は、全スラリー調合物レベルに基づいて0.01〜0.25%までであり、代表的なレベルが0.14%である。
どんな市販の殺生剤をこの発明のスラリーにおいて使用してもよい。好ましくは使用される殺生剤はFDA準拠として同定されるかまたは間接食品接触についてFDA準拠以下である濃度でスラリー中に存在する。かかる殺生剤の例には、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン、アヴェシア社(Avecia,Inc.)から入手可能なプロキセル(Proxel)GXLi、2−ブロモ−2−ニトロ−1,3−プロパンジオール、グルタルアルデヒド、および3,5−ジメチル−1,3,5−,2H−テトラヒドロチアジアジン−2−チオンなどがあるがそれらに限定されない。本発明のATHスラリー中の殺生剤の量は典型的に、スラリーの固形分の重量に基づいて50〜500ppmの範囲である。好ましくは、殺生剤の量はATHスラリー中約400ppmである。典型的に本発明のブレンドされたATH/TiO2スラリー中の殺生剤の量は、スラリーの固形分の重量に基づいて25〜250ppmである。好ましくは殺生剤の量は、ブレンドされたATH/TiO2スラリー中約100ppmである。
有利には、ルチル型二酸化チタンに本発明のATHスラリーを配合して混合ATH/TiO2スラリーブレンドを提供し、商用のアナターゼスラリーと同等であるが低減されたTiO2濃度のスラリーを提供する。かかる混合スラリーは、アナターゼTiO2スラリーよりも競争力のあるコストで紙および板紙の用途において少なくとも同等の不透明度を提供するのに有用である。ATHスラリーがルチル型二酸化チタンスラリーとブレンドされるとき、最良の結果のために、各スラリーが高固形分のスラリーであるのがよい。例えば、好ましくはATHスラリーが、少なくとも67.5重量%の固形分レベルを有する。二酸化チタンスラリーが、50重量%〜92重量%もの固形分を有してもよい。特に有用なルチル型二酸化チタンスラリーは、71重量%の固形分を有する。高固形分ATHスラリーとブレンドする時に使用するのに適したルチル型二酸化チタンスラリーには、相溶性分散剤および他の成分を有するどんな安定した高固形分ルチルスラリーをも含める。この発明のATHスラリーと使用するのに特に適したルチル型二酸化チタンスラリーの例は、ダイラタント粉砕を用いて調製された、特に、米国特許公報(特許文献9)(その教示内容を参照によって本願明細書に引用したものとする)の方法によって製造された二酸化チタンスラリーである。
ルチル型二酸化チタンスラリーにこの発明のATHを配合するとき、好ましいスラリーブレンドは、顔料の重量に基づいて約75%の二酸化チタンおよび約25%のATHスラリーを含む。二酸化チタンの含有量がより大きく、逆にATHの量がより小さくてもよい。スラリーの二酸化チタン含有量が増大するとき、所与のスラリー濃度において達成される不透明度が増大するが、スラリーのコストの相応の増加がある。約75重量%のTiO2および25重量%のATHを有するATH/ルチル型TiO2ブレンドされたスラリー組成物が、紙および板紙の製造において用いられる従来の(100%)アナターゼTiO2スラリーに等しい不透明度および輝度を提供する。ATHスラリーとTiO2スラリーとの同様なブレンドもまた、建築用および紙コーティングなどのコーティング、およびプラスチックなどの他の用途に有用である。
(本発明のATHスラリーの特性/性質)
本発明のATHスラリーは、少なくとも50重量%のATH、70重量%までのATH、好ましくは67〜68%のATHを含む高固形分スラリーである。前記ATHスラリーは十分な安定性を有する。前記ATHスラリーが、低グリット含有量、すなわち、0.01%未満の未ブラシ掛けグリット(unbrushed grit)を有する。この発明の高固形分ATHスラリーは低粘度を有する。ブルックフィールド粘度計を用いて粘度を測定する。高固形分ATHスラリーの粘度は、室温および68%の固形分において測定したとき、#3スピンドルを用いて、20rpmにおいて1500Cps未満、好ましくは1000Cps未満、より好ましくは200〜800Cpsの範囲である。この発明のATHスラリーはパンパブル(pumpable)である。「パンパブル(Pumpable)」は、「A」ボブ、50,000ダイン/cmのスプリング設定および500rpmの剪断速度を有するハーキュリーズ高剪断粘度計(Hercules High Shear Viscometer)を用いて測定したとき、125cps未満、好ましくは100未満のハーキュリーズ粘度を有することとして本明細書中では定義される。
本発明のATHスラリーは、少なくとも50重量%のATH、70重量%までのATH、好ましくは67〜68%のATHを含む高固形分スラリーである。前記ATHスラリーは十分な安定性を有する。前記ATHスラリーが、低グリット含有量、すなわち、0.01%未満の未ブラシ掛けグリット(unbrushed grit)を有する。この発明の高固形分ATHスラリーは低粘度を有する。ブルックフィールド粘度計を用いて粘度を測定する。高固形分ATHスラリーの粘度は、室温および68%の固形分において測定したとき、#3スピンドルを用いて、20rpmにおいて1500Cps未満、好ましくは1000Cps未満、より好ましくは200〜800Cpsの範囲である。この発明のATHスラリーはパンパブル(pumpable)である。「パンパブル(Pumpable)」は、「A」ボブ、50,000ダイン/cmのスプリング設定および500rpmの剪断速度を有するハーキュリーズ高剪断粘度計(Hercules High Shear Viscometer)を用いて測定したとき、125cps未満、好ましくは100未満のハーキュリーズ粘度を有することとして本明細書中では定義される。
この発明のATH/TiO2スラリーブレンドは、紙および板紙の用途において有用である。本発明は、パルプとATHおよびルチル型TiO2顔料粒子を含むスラリーとを混合して原料を形成する工程と、前記原料を脱水および乾燥させてシートを形成する工程とを含む紙の製造方法を提供し、そこにおいて、前記スラリーが、(a)少なくとも0.5ミクロンの平均粒径を有する分散ATH顔料粒子を少なくとも50重量%と、(b)アクリル分散樹脂、および任意選択的にクエン酸を含む分散剤と、(c)合成ヘクトライトクレーと、(d)任意選択的に、pHを調節するための化合物と、(e)殺生剤と、(f)水とを含む。好ましくは前記スラリーが、75〜約50重量%のルチル型TiO2および25〜約50%のATHを含む。
(試験方法)
様々な試験方法を使用してこの発明のATHスラリーおよびATH/TiO2ブレンドされたスラリーを特性決定をした。スラリーのpHをベックマン(Beckman)モデル200pH計およびコーニング(Corning)平面組合せwRJ電極を用いて測定した。ブルックフィールド粘度を、ブルックフィールド・エンジニアリング・カンパニー(Brookfield Engineering Company)から入手可能な標準ブルックフィールドデジタル粘度計、モデルRTVTD−IIを用いて測定した。
様々な試験方法を使用してこの発明のATHスラリーおよびATH/TiO2ブレンドされたスラリーを特性決定をした。スラリーのpHをベックマン(Beckman)モデル200pH計およびコーニング(Corning)平面組合せwRJ電極を用いて測定した。ブルックフィールド粘度を、ブルックフィールド・エンジニアリング・カンパニー(Brookfield Engineering Company)から入手可能な標準ブルックフィールドデジタル粘度計、モデルRTVTD−IIを用いて測定した。
タッピ(Tappi)標準試験方法T646をスラリー顔料の低剪断粘度および高剪断粘度の測定手順として使用した。顔料レオロジー試験条件は、0〜4400rpmの剪断範囲にわたって「A」または「E」ボブを使用し、低粘度スラリーについて50,000ダイン/cmのスプリング設定および高粘度スラリーについて100,000ダイン/cmのスプリング設定を使用した。ハーキュリーズHi剪断粘度計は、カルテック・サイエンティフィック・インストルメント社(Kaltec Scientific Instrument,Inc)から入手可能である。
(一般的方法)
60mmのカウルズ(Cowles)ブレードを備えた、研究室規模ディスパーマット(Dispermat)モデルAE5C高速度分散機、HSDを用いてこの発明のスラリーを調製した。全てのスラリーの調製を直径4インチおよび高さ6インチの大きさの円筒状ステンレス鋼容器内で実施した。高速度分散機に脱イオン水、ラポナイトRD(登録商標)ブランド合成ヘクトライトを、実施例に相当する表に記載した量で低速度(約200〜400rpm)で撹拌しながら30分間添加し、十分な水和を行った。pH調節のための試薬(モノイソプロパノールアミンなど)ならびに分散剤および殺生剤をゆっくりと添加し、均一になるまで低速度で10分間、混合した。次いでATHをゆっくりと添加し、高速度(約1800〜2000rpm)で15分間、混合した。付加的な脱イオン水を添加した後、低速度で10分間混合し、十分な均一性を達成した。
60mmのカウルズ(Cowles)ブレードを備えた、研究室規模ディスパーマット(Dispermat)モデルAE5C高速度分散機、HSDを用いてこの発明のスラリーを調製した。全てのスラリーの調製を直径4インチおよび高さ6インチの大きさの円筒状ステンレス鋼容器内で実施した。高速度分散機に脱イオン水、ラポナイトRD(登録商標)ブランド合成ヘクトライトを、実施例に相当する表に記載した量で低速度(約200〜400rpm)で撹拌しながら30分間添加し、十分な水和を行った。pH調節のための試薬(モノイソプロパノールアミンなど)ならびに分散剤および殺生剤をゆっくりと添加し、均一になるまで低速度で10分間、混合した。次いでATHをゆっくりと添加し、高速度(約1800〜2000rpm)で15分間、混合した。付加的な脱イオン水を添加した後、低速度で10分間混合し、十分な均一性を達成した。
(実施例1および比較例A−D)
表1に記載された組成物で一般的手順を行った。合成ヘクトライトクレーおよび天然粘土である比較用粘土を先ず、30分間、空気ミキサを用いて脱イオン水中で水和した。アクリル分散用樹脂は、カリフォルニア州、バークリーのナショナル・スターチ・アンド・ケミカル・カンパニー(National Starch and Chemical Company,Berkely,CA)から入手可能な602Nアルコスパース(Alcosperse)(登録商標)ブランドのポリアクリル酸ナトリウムであった。実施例1は、ATHをスラリー中に混入するのに5分かかったが、他の試料はより長く時間がかかった(9〜10分)。製造されたスラリーの性質を表2に記載した。
表1に記載された組成物で一般的手順を行った。合成ヘクトライトクレーおよび天然粘土である比較用粘土を先ず、30分間、空気ミキサを用いて脱イオン水中で水和した。アクリル分散用樹脂は、カリフォルニア州、バークリーのナショナル・スターチ・アンド・ケミカル・カンパニー(National Starch and Chemical Company,Berkely,CA)から入手可能な602Nアルコスパース(Alcosperse)(登録商標)ブランドのポリアクリル酸ナトリウムであった。実施例1は、ATHをスラリー中に混入するのに5分かかったが、他の試料はより長く時間がかかった(9〜10分)。製造されたスラリーの性質を表2に記載した。
表2から見ることができるように、合成ヘクトライトクレーだけが、ATHを含有する安定した水性スラリーを形成した。比較用の粘土は全て、非常に粘性の非パンパブル(non−pumpable)混合物を形成した。比較用の粘土を含有するスラリーの粘度は、ATHだけを含有するスラリーの粘度より高かった。
(実施例2および比較例E−G)
比較用の粘土をより多量に使用して、実施例1の方法を繰り返し、組成物を表3に記載した。全ての粘土を先ず、脱イオン水中で30分間、水和した。実施例2はATHを溶液中に溶解するのに10分かかったが、比較例は12〜15分かかり、比較例Gは付加的な水を必要とした。スラリーの性質を表4に記載する。
比較用の粘土をより多量に使用して、実施例1の方法を繰り返し、組成物を表3に記載した。全ての粘土を先ず、脱イオン水中で30分間、水和した。実施例2はATHを溶液中に溶解するのに10分かかったが、比較例は12〜15分かかり、比較例Gは付加的な水を必要とした。スラリーの性質を表4に記載する。
表4から見ることができるように、比較用の粘土をより多量に用いても、合成ヘクトライトクレーで観察された粘度に対して粘度の改良はなかった。さらに、比較用の粘土の量が多くなると、表2の粘度よりも高い粘度をもたらした。
(実施例3−4および比較例H−I)
一般的方法を表5に記載した組成物で実施した。実施例3および4の両方が合成ヘクトライトを有したのに対し、比較例H−Iは有さなかった。さらに、実施例4は、実施例12よりもアクリル分散用樹脂を少なく使用し、クエン酸が存在した。全ての出発試薬が添加された時に得られた組合せが9.81のpHをもたらし、従って、pH改良剤を使用しなかったことに留意のこと。製造されたスラリーの性質を表6に記載する。
一般的方法を表5に記載した組成物で実施した。実施例3および4の両方が合成ヘクトライトを有したのに対し、比較例H−Iは有さなかった。さらに、実施例4は、実施例12よりもアクリル分散用樹脂を少なく使用し、クエン酸が存在した。全ての出発試薬が添加された時に得られた組合せが9.81のpHをもたらし、従って、pH改良剤を使用しなかったことに留意のこと。製造されたスラリーの性質を表6に記載する。
表6から見ることができるように、実施例3および4をそれぞれ比較例HおよびIと比較して、ATH、ゲンブライト(登録商標)700ブランドATHのスラリー中に合成ヘクトライトが存在することにより、スラリーの粘度をかなり低減した。さらに、(FDA基準に準拠するために)より少ないアクリル分散用樹脂を使用するがクエン酸と組合わせて使用するとき、スラリーがより多くのアクリル分散剤を含有するがクエン酸を全く含有しない実施例3と比較して、粘度およびレオロジーの低下がある。
(実施例5および6および比較例JおよびK)
異なった市販のATH試料を用いて、実施例3および4および比較例HおよびIの方法を繰り返し、組成物を表7に記載する。製造されたスラリーの性質を表8に記載する。
異なった市販のATH試料を用いて、実施例3および4および比較例HおよびIの方法を繰り返し、組成物を表7に記載する。製造されたスラリーの性質を表8に記載する。
表7から見ることができるように、実施例5および6と比較例JおよびKとを比較して、ATH、フラッシュ乾燥されたヒドラル(Hydral)(登録商標)710の水性スラリー中に合成ヘクトライト、ラポナイトRD(登録商標)が存在することにより、スラリーの粘度をかなり低減した。実施例5と比較例Jを比較し、実施例6と比較例Kを比較して、合成ヘクトライトが添加される時にスラリーの粘度が減少した。クエン酸を含有するスラリーの粘度は、クエン酸を含有しないが全体的にもっとより高濃度の分散剤を含有するスラリーと同等である。すなわち、実施例6のスラリーは本質的により少ない分散剤を含有したが、実施例6のスラリーの粘度は、実施例5のスラリーの粘度にほぼ等しかった。
(実施例7)
250ガロンの高速度分散機でゲンブライト(登録商標)700ブランドATHを用いて実施例4に従ってATHスラリーを調製した。乾燥顔料の重量に基づいて25部のATHに対して75部のTiO2の比において、分散剤としてMIPAを用いて、ATHスラリーに米国特許公報(特許文献10)に従って調製されたルチル型二酸化チタンスラリーをブレンドした。表9は、スラリーおよびスラリーブレンドの性質を記載する。
250ガロンの高速度分散機でゲンブライト(登録商標)700ブランドATHを用いて実施例4に従ってATHスラリーを調製した。乾燥顔料の重量に基づいて25部のATHに対して75部のTiO2の比において、分散剤としてMIPAを用いて、ATHスラリーに米国特許公報(特許文献10)に従って調製されたルチル型二酸化チタンスラリーをブレンドした。表9は、スラリーおよびスラリーブレンドの性質を記載する。
(実施例8)
米国特許公報(特許文献11)に記載されたような相対光学濃度(OD)試験を用いて実施例7に記載された顔料スラリーの光散乱効率を比較した。相対光学濃度数が高くなると、光散乱効率がより良くなる。
米国特許公報(特許文献11)に記載されたような相対光学濃度(OD)試験を用いて実施例7に記載された顔料スラリーの光散乱効率を比較した。相対光学濃度数が高くなると、光散乱効率がより良くなる。
一連の顔料スラリーの各々の全透過性を、積分球を備えたハンターウルトラスキャン(Hunter Ultrascan)TMスペクトロフォトメータ(バージニア州、レストンのハンターラブ(HunterLab,Reston,Va.)から入手可能)で1cmのパスレングスのセルを用いて測定し、全透過率の分析を行った。測定値を700nmの波長において記録した。
表10は、米国特許公報(特許文献10)に従って調製されたルチル型TiO2スラリーを用い、分散剤としてAMPを用いる特定の顔料スラリーの相対光学濃度を基準として提供する。実施例7において調製されたルチル型TiO2スラリー、実施例7において調製されたATHスラリー、実施例7において調製されたブレンドされたATH/TiO2スラリー、およびミレニアム・ケミカル社(Millenium Chemicals,Inc)から入手可能な2つの市販のアナターゼ二酸化チタンスラリー、T−4000およびA−2000によって比較を行った。
表10から見ることができるように、この発明のATH/TiO2スラリーブレンドは、比較用の市販のアナターゼスラリーに等しいかそれ以上の光学濃度数を有する。
(実施例9−11)
実施例7のATH/TiO2スラリーブレンドを使用して、ATH/TiO2顔料ブレンドの添加の範囲にわたりコーテッドリサイクル板紙の用途のコーティングを製造し、本発明のスラリーブレンドを紙コーティングの二酸化チタン含有成分として用いてもよいことを示した。表11に記載された原材料および調合物を用いてコーティングを製造した。表11に記載された原材料の添加の順序に従って、カウルズ(Cowles)ミキサを最初に高剪断で用いて顔料を粉砕し、次いで低剪断で用いてコーティングを低減した。次いで、10または12ポイントのどちらかのロッドを用いて、プレコートされたリサイクル板上にコーティングを伸ばして3.5lb/1000ft2の目標コート重量を達成し、空気乾燥させた。次に、コーテッド板の実施例をカレンダー加工して50の目標75°光沢、および目標コート重量において8.5±0.3のpHを達成した。コーティング調合物、メイクダウン(make−down)、およびコーティングの用途は、コーテッドリサイクル板マーケットに代表的であった。実施例の性質を表12に記載する。
実施例7のATH/TiO2スラリーブレンドを使用して、ATH/TiO2顔料ブレンドの添加の範囲にわたりコーテッドリサイクル板紙の用途のコーティングを製造し、本発明のスラリーブレンドを紙コーティングの二酸化チタン含有成分として用いてもよいことを示した。表11に記載された原材料および調合物を用いてコーティングを製造した。表11に記載された原材料の添加の順序に従って、カウルズ(Cowles)ミキサを最初に高剪断で用いて顔料を粉砕し、次いで低剪断で用いてコーティングを低減した。次いで、10または12ポイントのどちらかのロッドを用いて、プレコートされたリサイクル板上にコーティングを伸ばして3.5lb/1000ft2の目標コート重量を達成し、空気乾燥させた。次に、コーテッド板の実施例をカレンダー加工して50の目標75°光沢、および目標コート重量において8.5±0.3のpHを達成した。コーティング調合物、メイクダウン(make−down)、およびコーティングの用途は、コーテッドリサイクル板マーケットに代表的であった。実施例の性質を表12に記載する。
表12の実施例7で製造された上記のコーティングの性質は、コーテッドリサイクル板工場について十分に代表的な範囲内である。表13に記載された性質を有するプレコートされたベースシート上にコーティングを伸ばした。比較例Lは、プレコートされたベースシートである。
表13から見ることができるように、80の目標TAPPI輝度および50より大きい目標75°光沢が、トップコートに実施例7のブレンドされたATH/TiO2スラリーを用いることによって達成された。色(L*、a*、およびb*)およびIGT表面強さもまた、コーテッドリサイクル板の用途の代表的な性能の十分に範囲内である。記録されるデータを標準タッピ(Tappi)方法を用いて測定した。
Claims (7)
- 顔料アルミニウム三水和物を含む水性スラリーであって、アルミニウム三水和物スラリーが、
(a)少なくとも0.5ミクロンの平均粒径を有する分散させられるアルミニウム三水和物粒子のスラリーを少なくとも50重量%と、
(b)アクリル分散樹脂、および任意選択的にクエン酸を含む分散剤と、
(c)合成ヘクトライトクレーと、
(d)任意選択的に、pHを調節するための化合物と、
(e)殺生剤と、
(f)水と
を含むことを特徴とするスラリー。 - 前記スラリーが、間接食品接触についてFDAに準拠していることを特徴とする請求項1に記載のスラリー。
- 分散させられるアルミニウム三水和物顔料粒子を67〜68重量%含むことを特徴とする請求項1に記載のスラリー。
- 顔料ルチル型二酸化チタン粒子の水性スラリー、並びに、
(a)少なくとも0.5ミクロンの平均粒径を有する分散させられるアルミニウム三水和物顔料粒子を少なくとも50重量%と、
(b)アクリル分散樹脂、および任意選択的にクエン酸を含む分散剤と、
(c)合成ヘクトライトクレーと、
(d)任意選択的に、pHを調節するための化合物と、
(e)殺生剤と、
(f)水と
を含む顔料アルミニウム三水和物水性スラリーを含むことを特徴とするブレンドされたスラリー。 - 前記ルチル型二酸化チタンスラリーの重量パーセントが約75〜約50%であり、前記アルミニウム三水和物スラリーの重量パーセントが約25〜約50%であることを特徴とする請求項4に記載のスラリー。
- パルプおよび請求項5に記載のスラリーを混合して原料を形成する工程と、前記原料を脱水および乾燥させてシートを形成する工程とを含むことを特徴とする紙の製造方法。
- 二酸化チタン含有成分として顔料ルチル型二酸化チタン粒子の水性スラリー、並びに、
(a)少なくとも0.5ミクロンの平均粒径を有する分散させられるアルミニウム三水和物顔料粒子を少なくとも50重量%と、
(b)アクリル分散樹脂、および任意選択的にクエン酸を含む分散剤と、
(c)合成ヘクトライトクレーと、
(d)任意選択的に、pHを調節するための化合物と、
(e)殺生剤と、
(f)水と
を含む顔料アルミニウム三水和物水性スラリーを有することを特徴とする紙コーティング。
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