JP2006512487A - 紙コーティング顔料 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、紙コーティング顔料に関する。例えば、本発明は、粒子状炭酸カルシウムを含む紙コーティング組成物、該組成物を製造する方法、紙コーティングにおける該組成物の使用、及び該組成物を用いて製造されるコーティングされた紙に関する。用語“紙”は、板、カード、板紙などを含む全ての形態の紙を意味すると理解すべきである。
コーティングされた紙は、包装、台紙、冊子、雑誌、カタログ及びちらしを含む幅広い製品に使用される。そのようなコーティングされた紙は、光度、不透明性及びシート光沢及び印刷性能を含む特性範囲を提供することが必要とされる。
紙コーティング組成物は、一般には、バインダー及び他の任意成分と一緒に粒子状顔料材料の流体水性サスペンションを形成することにより製造される。コーティングは、好都合には、短ドェル時間コーティングヘッドを含むコーティング機械により施すことができ、それは、その中において、捕獲ポンド(captive pond)のコーティング組成物が、わずかに上昇された圧力下で、移動紙ウェブ(moving paper web)と、0.0004〜0.01秒間接触するデバイスである。しかしながら、他のタイプのコーティング装置もまた、コーティングされた紙を製造するために使用することができる。コーティングされた紙は、表面光沢及び滑らかさのいくつかの基準を満たすことが必要とされる。例えば、紙は、一般には、少なくとも約32で約70までの光沢値、いくつかのケースにおいては、約90TAPPI単位、及び約0.5〜約1.6μmの範囲のパーカープリントサーフ値(Parker Print Surf value)を有することが必要とされる。
粒子状炭酸カルシウムは、天然源から得ることができ又は合成的に製造することができる。製造される炭酸カルシウムは、一般には、水溶液の沈殿により得られる。沈殿炭酸カルシウム(PCC)は、3つの異なる主な結晶形態で得られる:熱力学的に不安定であるバテライト(vaterite)形態、最も安定であり及び最も豊富な天然結晶形態である方解石形態、及び通常の周囲条件の温度及び圧力下で準安定であるが、高温で方解石に転化する霰石形態。
霰石形態は、典型的には、約10:1の典型的な長さ:直径の比を有する、長い、細い針状物(針状形)として結晶化するが、方解石形態は、いくつかの異なる形で存在し、そのうちの最も共通してみられるものは:その中において、結晶が凝集していてもしていなくてもよい菱面体晶形;及びその中において、結晶が、約4:1の典型的な長さ:直径の比を有する2重の2ポイント化ピラミッドのようであり、それは、一般に凝集している偏三角面体(scalenodedral)形。これらの全ての形態の炭酸カルシウムは、工程条件の適切な変更により水性石灰含有媒体の炭酸化により製造することができる。
炭酸カルシウムは、粉砕して、粒子状の粉砕炭酸カルシウム(GCC)を得ることができ、これは、当該技術分野においてよく知られる方法による。
紙コーティングにおいて使用するためのPCC及びGCCの、及び異なるGCCのブレンドが、当該技術分野において知られている。
同様に、PCT特許出願第WO-A-01/53893には、バインダー及び非板状顔料を含むイメージ感受性コーティングを有する印刷紙が記載されており、その開示内容は参考文献として本願明細書に組み込まれる。(100部から出て)15部のGCC、75〜79部のPCC及び6〜10部の中空球形プラスチック顔料を含む非板状顔料の例(実施例A〜D)が記載されている。この特許出願には、光沢のあるコーティングされた印刷シートのために、好ましくは約90〜95%の炭酸カルシウム粒子が、2μm未満の同等球径(esd)を有すること、及び光沢のないコーティングされた印刷シートのために、好ましくは65%の粒子が2μm未満のesdを有することが記載されている。その特許出願は、また、比較的狭い粒子サイズ分布を示す炭酸カルシウム顔料を記載しているが、これが何に関連しているのかを記載していない。更に、粒子サイズ分布の詳細は記載されていない。
本発明は、改良された特性が、紙を、選択された粒子状PCC及び選択された粒子状GCCのブレンド又は選択された粒子状GCC群のブレンドを含む顔料を含む紙コーティング組成物でコーティングした際に得られるとの知見に基づく。選択された粒子状PCC及びGCCのブレンドを用いることにより、コーティング中の顔料がブレンドの個々の成分のいずれか1つである紙と比較した際に、紙の不透明性、光度及び印刷光沢に対する相乗的な改善が得られる。
本発明により、これらの及び他の利点が、本発明の第1態様において、コーティングを紙及び他の支持体に施す際に使用するためのコーティング組成物を提供することにより達成される。この態様によるコーティング組成物は、バインダーと共に粒子状顔料の水性サスペンションを含み、その中において、粒子状顔料は、約30〜約45のpsd急勾配因子(steepness factor)を有する粒子状GCCを含む又はそれからなる第1顔料成分;及び約55〜約75のpsd急勾配因子を有する粒子状PCCを含む又はそれからなる第2顔料成分の混合物を含む。あるいはまた、顔料は、約40〜約55のpsd急勾配因子を有する粒子状GCCを含む。
急勾配因子は、d30同等球径(equivalent spherical diameter)(その時点で30質量%の粒子がファイナー(finer)である)のd70同等球径(その時点で70質量%の粒子がファイナーである)に対する比が100倍されたものとして定義される。
本願明細書において使用するパラメータesdは、よく知られる手段において、Micromeritics Instruments Corporation, Norcross, Georgia, USAにより供給されるようなSedigraph 5100マシン(本願明細書において“Micromeritics Sedigraph 5100 unit”と称する)を用いて水性媒体中において十分に分散される状態で粒子状材料の沈殿により測定される。そのようなマシンにより、所定のesd値未満のesdを有する粒子の質量の累積率のプロット及び測定が得られる。
本発明において使用される第1(GCC)成分のpsd急勾配は、一般には、中位の周囲又は商業的に入手可能なGCCの急勾配の範囲の下端に向かう。本発明において使用される第2(PCC又はGCC)成分のpsd急勾配は、一般には、商業的に入手可能なPCC及びGCCの急勾配の範囲の上端に向かう。本発明により、従って、低−中(low-to-medium)及び高い急勾配因子の粒子状炭酸カルシウムのブレンドが提供される。
第1及び第2成分は、適切には、粒子状顔料中において、約5:95〜約95:5のPCC:GCC、例えば、約10:90〜約90:10、より好ましくは約20:80〜約80:20の第1:第2、例えば約30:70〜約70:30の第1:第2の範囲の質量比で存在する。
驚くべきことに、本発明のカーボネートを用いるコーティング組成物の光学的特性は、一般に、単に急勾配なGCC(約45より高い急勾配因子)又は急勾配PCC(約55より高い急勾配因子)を用いるコーティング組成物のものに匹敵する。コーティング組成物は、場合により、更なる成分を、以下により詳細に記載するように含んでいてもよい。任意の追加の粒子状顔料成分は、適切な粒子状カオリンクレーを含んでいてもよい。
本発明は、また、本発明のコーティング組成物を製造する方法;コーティング組成物を製造する際に使用するための顔料ブレンド;コーティング組成物でコーティングされた紙を製造する方法;及びコーティング組成物でコーティングされた紙に関する。
粒子状顔料−第1(GCC)成分
GCCは、天然又は沈殿炭酸カルシウムから、当該技術分野においてよく知られる粉砕方法により製造される。
本発明のブレンドにおいて第1成分として使用されるGCCのpsdは、少なくとも約80質量%の炭酸カルシウム粒子が2μm未満の同等球径を有し、少なくとも50質量%の粒子が1μm未満の同等球径を有し、少なくとも約25質量%の粒子が0.5μm未満の同等球径を有し、及び約25質量%未満の粒子が0.25μm未満の同等球径を有する適切なものである。例えば、少なくとも90質量%の粒子が、適切に、2μm未満の同等球径を有していてもよく、少なくとも約70質量%の粒子が、1μm未満の同等球径を有していてもよく、少なくとも30質量%の粒子が、0.5μmの同等球径を有していてもよく、及び約25質量%未満(例えば15〜22質量%)の粒子が0.25μm未満の同等球径を有していてもよい。粉砕後の粒子状炭酸カルシウムの平均同等粒径(d50値)は、適切には、約0.4〜約1.2μmの範囲、例えば約0.4〜約1.0μmの範囲内にあってもよい。
本発明のブレンドにおいて第1成分として使用されるGCCのpsd急勾配因子は、好ましくは、約35〜約45の範囲内、例えば約37〜約45の範囲内である。
商業的に入手可能であり又は容易に製造される材料の例としては以下のものが挙げられる:
GCC“A”。典型的なpsdは、以下のものである:91質量%が2μm未満;65質量%が1μm未満;38質量%が0.5μm未満;及び20質量%が0.25μm未満。GCCは、96.0のGE光度、及び0.70μmのd50、及び35の急勾配因子を示す。そのような材料は、lmerysから入手可能なCarbital 90(商品名)である。
GCC“B”。典型的なpsdは、以下のものである:96質量%が2μm未満;75質量%が1μm未満;39質量%が0.5μm未満;及び17質量%が0.25μm未満。GCCは、94.4のGE光度、0.62μmのd50、及び44の急勾配因子を示す。
GCC“C”。典型的なpsdは、以下のものである:94質量%が2μm未満;69質量%が1μm未満;35質量%が0.5μm未満;及び16質量%が0.25μm未満。GCCは、96.7のGE光度、0.69μmのd50、43の急勾配因子を示す。
GCC“H”。典型的なpsdは、以下のものである:98質量%が2μm未満;87質量%が1μm未満;54質量%が0.5μm未満;及び23質量%が0.25μm未満。GCCは、95.4のISO光度、0.44μmのd50、43の急勾配因子を示す。
GCC“I”。典型的なpsdは、以下のものである:97質量%が2μm未満;76質量%が1μm未満;47質量%が0.5μm未満;及び28質量%が0.25μm未満。GCCは、93.5のISO光度、0.50μmのd50、36の急勾配因子を示す。そのような材料は、lmerysから入手可能なCarbital 95である。
PCC成分
本発明のブレンドの第2成分において使用されるPCCは、容易に商業的に入手可能な“steep”PCCの1つであってもよく、又は当該技術分野においてよく知られる方法により製造することができる。
PCCを製造する方法は、一般には、(i)石灰及び二酸化炭素、(ii)石灰及びソーダ又は(iii)ソルベー法を用いる沈殿を含む。霰石の又は菱面体PCCを製造する好ましい方法は、第1の方法を用い、及び水性石灰含有媒体を炭酸化して、PCCの水性サスペンションを製造する工程を含む。好ましい結晶形態を達成するために必要とされる沈殿工程条件は、当該技術分野における当業者によく知られている。
例えば、主には、霰石結晶形態の沈殿は、水性石灰含有媒体を生石灰と水とを60℃を越えない温度で混合して製造する際に生じる。混合工程は、一般には、サスペンションの温度上昇が80℃以下であるような条件下でサスペンション1リットルあたり0.5〜3.0モルの水酸化カルシウムを含む水性サスペンションが得られるように行う。得られる消石灰のサスペンションは、次いで、30〜50℃の範囲の温度まで冷却される。炭酸化工程を、次いで、サスペンションについて行う。例えば、その後の炭酸化は、二酸化炭素含有ガスを冷却されたサスペンション中に0.02モル以下の二酸化炭素が、1分間あたり、水酸化カルシウム1モルあたりに供給されて、サスペンション中に炭酸カルシウムが沈殿する速度で通すことを包含していてもよい。炭酸化工程の間、サスペンションの温度は、pHが7.0〜7.5の範囲内の値に降下するまで30〜50℃の範囲に維持する。
最初に形成される沈殿生成物を含有する水性サスペンションは、例えば従来の分離方法を用いて、沈殿生成固形物から水性ホスト媒体(aqueous host medium)を部分的に又は完全に分離するように処理することができる。その方法は、ろ過、沈殿、遠心分離及び蒸発を含む。例えば、フィルタープレスを用いるろ過を使用してもよい。分離された水性媒体(例えば水)は、場合により、それ自体知られているかもしれない1以上の化学的、生化学的又は機械的方法による更なる精製又は浄化を伴って、再使用のためにリサイクルすることができる。例えばリサイクルされる水は、紙製造ストックを希釈するために又はペーパーミルにおける機械装置を洗浄するためのシャワーとして使用するために利用することができる。分離される固形物は、サンプルについての測定による品質制御のために評価することができ、及び次いで、貯蔵タンクに運搬することができ、及び次いで、例えば本発明において、使用者の用途の必要性に応じて供給される。固形物含有サスペンションは、ユーザープラントでの使用のために再希釈することができる。
PCCは、典型的には、d50が、約1μm未満、例えば、約0.8μm未満、及び適切には少なくとも約0.2μm、例えば約0.25〜約0.7μmである。好ましくは、PCCは、0.5μm以下のd50を有し、及び好ましくは、PCCは、0.3〜0.5μmのd50を有する。より好ましくは、PCCのd50は、0.5μm未満、例えば0.45μm未満、又は0.40μm未満又は0.35μm未満である。最も好ましくは、PCCは、約0.4μmのd50を有する。
本発明の顔料製品のPCC成分は、好ましくは、粒子の少なくとも約90質量%(例えば少なくとも約95質量%)が2μm未満のesdを有するような粒子サイズ分布を有する。
本発明において使用されるPCCは、主に霰石である場合には、十分に分散された状態で、粒子のP質量%がXμm未満のサイズを有するような粒子サイズ分布を有していてもよく、式中、Xは、それぞれ、2μm、1μm、0.5μm及び0.25μmである:
あるいはまた、本発明において使用されるPCCは、主に菱面体晶である場合には、十分に分散された状態で、粒子のP質量%がXμm未満のサイズを有するような粒子サイズ分布を有していてもよく、式中、Xは、それぞれ、2μm、1μm、0.5μm及び0.25μmである:
そのような菱面体晶PCCの平均同等粒径は、約0.4〜約0.7μmであってもよい。
本発明の組成物中において使用されるPCCは、少なくとも90、例えば少なくとも92のGEパウダー光度(GE powder brightness)を有していてもよい。
実際に達成される結晶PCC形態は、選択形態の100%である見込みがない。1つの結晶形態について、主要なものであるときでさえ、他の形態と混合されることが極めて通常である。典型的には、50質量%を越える、例えば60質量%を越える粒子が選択形態を有することが期待され、ある実施態様では、少なくとも約80質量%である。そのような混合形態は、一般には、適切な製品特性を提供するであろう。表現“主に”は、粒子形又は結晶形態に関して使用される際、例えば、“主に霰石の”と記載されるPCCが、また、50質量%までの1以上の他の粒子形又は結晶形態、例えば菱面体晶を含み得るように理解されるべきである。
商業的に入手可能な材料の例としては以下のものが挙げられる:
PCC“D”。これは、主に菱面体晶結晶形を含む。典型的な粒子サイズ分布は以下のとおりである:99質量%が2μm未満;94質量%が1μm未満;38質量%が0.5μm未満;及び3質量%が0.25μm未満。このPCC材料は、98.7のGE光度、0.55μmのd50、及び70の急勾配因子を示す。そのような材料は、lmerysから入手可能なOptiCalPrint(商品名)である。
PCC“E”。これは、主に霰石結晶形を含む。典型的な粒子サイズ分布は以下のとおりである:99質量%が2μm未満;98質量%が1μm未満;76質量%が0.5μm未満;及び27質量%が0.25μm未満。このPCC材料は、96.1のGE光度、0.36μmのd50、及び57の急勾配因子を示す。そのような材料は、lmerysから入手可能なOptiCalGloss(商品名)である。
PCC“J”。これは、主に菱面体晶結晶形を含む。典型的な粒子サイズ分布は以下のとおりである:99質量%が2μm未満;97質量%が1μm未満;68質量%が0.5μm未満;及び17質量%が0.25μm未満。このPCC材料は、97.1のISO光度、0.4μmのd50、及び60の急勾配因子を示す。そのような材料は、lmerysから入手可能なOpti-Print400(商品名)である。
平均同等粒子サイズd50は、上記Sedigraph装置を用いて測定される、粒子esdの値であり、そこでは、d50値未満の同等球径を有する粒子50質量%が存在する。
本発明のブレンドの第2成分において使用されるGCCは、容易に商業的に入手可能な“steep”GCCの1つであってもよく、又は当該技術分野においてよく知られる方法により製造することができる。
商業的に入手可能な又は容易に製造できる材料の例としては以下のものが挙げられる:
GCC“F”。典型的なpsdは以下のものである:96質量%が2μm未満;74質量%が1μm未満;34質量%が0.5μm未満;及び12質量%が0.25μm未満。このGCC材料は、97.0のGE光度、0.67μmのd50、及び50の急勾配因子。そのような材料は、lmerysから入手可能なCarbopaque(商品名)である。
GCC“G”典型的なpsdは以下のものである:95質量%が2μm未満;74質量%が1μm未満;35質量%が0.5μm未満;及び12質量%が0.25μm未満。GE光度が96.3であり、d50が0.65μmであり及び急勾配因子が49である。
本発明において使用される粒子状顔料の加工カオリンクレー成分は、一般には、容易に商業的に入手可能な紙コーティング組成物における使用に適する粒子状クレーである。そのようなクレーは、当該技術分野においてよく知られる方法により容易に製造される。
本発明の組成物中において使用されるカオリンクレー成分は、適切には、高い光度、例えば、少なくとも85、例えば少なくとも90のGEパウダー光度を有するカオリンであってもよい。
高い形状係数の特定のカオリンクレーは、低い形状係数のカオリン製品より一層“プレーティ(platey)”であると考えられる。本願明細書において使用される“形状係数”は、GB-A-2240398/US-A-5128606/EP-A-0529078に記載される装置及び導電率法を用いて及びこれらの特許明細書において誘導される方程式を用いて測定されるような、変動サイズ及び形状の粒子の集団について粒子厚さに対する平均粒径の比の平均値(平均質量ベース)の測定である。“平均粒径”は、粒子の最大面と同一の面積の円の直径として定義される。EP-A-0528078に記載される測定方法において、試験下の粒子の十分に分散された水性サスペンションの導電率が、細長いチューブを通して流れるようにされる。導電率の測定は、(a)チューブの縦軸に沿ったもう一方から分離された電極のペア及び(b)チューブの横軸幅を横切るもう一方から分離された電極のペアの間において、及び試験下の粒子状材料の形状因子が測定される2つの導電率測定間の差を用いて行われる。
本発明において使用される粒子状カオリンクレーについてのd50の値は、0.5μm未満であっても、それに等しくても又はそれより大きくてもよい。粒子状カオリンクレーについてのd50が約0.5μmより大きいか又はそれに等しい場合、それは、適切には、約0.5〜約1.5μmの範囲内にあってもよい。粒子状カオリンについてのd50が、約0.5μm未満か又はそれに等しい場合、それは、適切には、約0.1〜約0.5μmの範囲内にあってもよい。
使用されるカオリンクレーが約25未満の形状因子を有する場合、クレーは、有利には、約0.5μm未満、例えば約0.1〜約0.3μmの範囲内のd50を有する。
本発明において使用される粒子状カオリンクレーの急勾配は、約20未満か、それに等しいか又はそれより大きくてもよい。粒子状カオリンクレーの急勾配が約20より高い場合、それは、適切には、約25〜約45の間、例えば約35〜約45の間、典型的には約40未満であってもよい。
存在する場合、カオリンクレーは、炭酸カルシウム顔料と共に、少なくとも約10:90、一般に約50:50より高く及び約90:10未満、例えば約70:30の炭酸カルシウム:カオリンの質量比において存在していてもよい。
本発明において使用される加工カオリンクレーは、未加工の天然カオリンクレー材料から、当該技術分野における当業者によく知られる1以上の他の加工により、例えば既知の精製又は選鉱工程により製造することができる。
本発明による組成物のバインダーは、当該技術分野においてよく知られるバインダーから選択することができる。バインダーは、組成物の固形分の4〜30質量%、例えば8〜20質量%、特には8〜15質量%であってもよい。使用される量は、組成物及びバインダーのタイプに依存し、それは、それ自体1以上の成分を導入し得る。
適切なバインダーの例としては以下のものが挙げられる:
デンプン。レベルは、典型的には、約4〜約20質量%の範囲にある。デンプンは、適切には、天然デンプン、例えば既知の植物源、例えば小麦、トウモロコシ、ポテト又はタピオカから得られる天然デンプンから誘導することができる。デンプンがバインダー成分として使用される場合、デンプンは、未処理及び/又は処理形態で使用することができる。適切な未処理デンプンの例は、真珠デンプンである。デンプンが処理形態のバインダー成分として使用される場合、デンプンは、適切には、当該技術分野において知られる1以上の化学処理により処理されていてもよい。デンプンは、例えば、その−CH2OH基のいくらかを−COOH基に転化するように酸化されてもよい。いくつかのケースにおいては、デンプンは、小割合のアセチル、−COCH3基を有していてもよい。あるいはまた、デンプンは、化学的に処理されて、カチオン性又は両性、即ち、カチオン及びアニオン電荷の双方を有するようにされてもよい。デンプンは、また、いくつかの−OH基を、例えば−CH2CH2OH基、−OCH2CH3基又は−OCH2CH2CH2OH基で置換することにより、デンプンエーテル、又はヒドロキシアルキル化デンプンに転化されてもよい。使用することができる他のクラスの化学的に処理されたデンプンは、デンプンホスフェートとして知られるものである。あるいはまた、生のデンプンを、希酸又は酵素手段により加水分解して、デキストリンタイプのガムを生成してもよい。本発明による組成物中に使用されるデンプンバインダーの量は、顔料の乾燥質量をベースとして約4〜約25質量%であってもよい。デンプンバインダーは、1種又は2種以上の他のバインダー、例えばラテックス又はポリビニルアセテート又はポリビニルアルコールタイプの合成バインダーと共に使用してもよい。デンプンバインダーが、他のバインダー、例えば合成バインダーと共に使用される場合、デンプンバインダーの量は、好ましくは、約2〜約20質量%であり、及び合成バインダーの量は、約2〜約12質量%であり、双方とも、乾燥顔料の質量をベースとする。ある実施態様においては、少なくとも50質量%のバインダー混合物が処理又は未処理デンプンを含む。
ラテックス。レベルは、典型的には、約4〜約20質量%の範囲内である。ラテックスは、例えば、スチレンブタジエンゴムラテックス、アクリル酸ポリマーラテックス、ポリビニルアセテートラテックス、又はスチレンアクリル酸コポリマーラテックスを含んでいてもよい。
他のバインダー。レベルは、典型的には、再び、約4〜約20質量%の範囲内である。他のバインダーの例としては、タンパク質性接着剤、例えばカゼイン又は大豆タンパク;ポリビニルアルコールが挙げられる。
上記バインダー又はバインダータイプのいずれかを、単独で又は互いに及び/又は他のバインダーと必要であれば組み合せて使用することができる。
本発明のコーティング組成物は、1以上の任意付加的成分を、必要であれば含んでいてもよい。そのような付加的成分は、存在する場合、適切には、紙コーティング組成物についての既知添加剤から選択される。既知のクラスの任意添加剤の例としては以下のものがある:
1以上の架橋剤。そのような架橋剤は、約5質量%までの量で使用することができ;及び、例えば、グリオキサール、メラミンホルムアルデヒド樹脂、アンモニウムジルコニウムカーボネートを含んでいてもよい。
1以上の水保持助剤。そのような水保持助剤は、約2質量%までの量で使用することができ、及び例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシエチルセルロース、PVOH(ポリビニルアルコール)、デンプン、タンパク質、ポリアクリレート、ガム、アルギネート、ポリアクリルアミドベントナイト及びそのような用途のために販売されている商業的に入手可能な製品を含む。
1以上の粘度改良剤及び/又は増粘剤。そのような粘度改良剤及び/又は増粘剤は、約2質量%までの量で使用することができ、及び例えば、アクリル酸関連増粘剤、ポリアクリレート、エマルションコポリマー、ジシアナミド、トリオール、ポリオキシエチレンエーテル、尿素、硫酸塩化ヒマシ油、ポリビニルピロリドン、CMC(カルボキシメチルセルロース、例えばカルボキシメチルセルロースナトリウム)、アルギン酸ナトリウム、キサンタンガム、ケイ酸ナトリウム、アクリル酸コポリマー、HMC(ヒドロキシメチルセルロース)、HEC(ヒドロキシセルロース)及び他のものを含む。
1以上の分散剤。そのような分散剤は、約2質量%までの量で使用することができ、及び例えば、多価電解質、例えばポリアクリレート及びポリアクリレート種、特にはポリアクリレート塩(例えば場合により第II族金属塩を有するナトリウム及びアルミニウム)を含むコポリマー、ヘキサメタリン酸ナトリウム、非イオン性ポリオール、ポリリン酸、濃縮リン酸ナトリウム、非イオン性界面活性剤、アルカノールアミン及びこの機能のために通常使用される他の試薬を含む。
1以上の泡止め剤/消泡剤。そのような泡止め剤/消泡剤は、約1質量%までの量で使用することができ、及び例えば界面活性剤のブレンド、トリブチルホスフェート、脂肪ポリオキシエチレンエステル+脂肪アルコール、脂肪酸石鹸、シリコンエマルジョン及び他のシリコン含有組成物、ワックス及び鉱油中の無機粒状物、乳化された炭化水素のブレンド及びこの機能を発揮させるために商業的に販売されている他の化合物を含む。
1以上の乾燥又は湿潤摩擦改良及び/又は摩耗抵抗添加剤。そのような添加剤は、2質量%までの量で使用することができ、及び例えば、グリオキサールベースの樹脂、酸化ポリエチレン、メラミン樹脂、尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ポリエチレンワックス、ステアリン酸カルシウム及び他のものを含む。
1以上の光沢インク提供添加剤。そのような添加剤は、約2質量%までの量で使用することができ、及び例えば、酸化ポリエチレン、ポリエチレンエマルジョン、ワックス、カゼイン、グアーガム、CMC、HMC、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アンモニウム、アルギン酸ナトリウム及び他のものを含む。
1以上の蛍光増白剤(OBA)及び/又は蛍光性白色化剤(FWA)。そのような薬剤は、約1質量%までの量で使用することができ、及び例えばスチルベン誘導体を含む。
1以上の染料で、それは、約0.5質量%までの量で使用することができる。
1以上の殺生剤/損傷制御剤。そのような薬剤は、約1質量%までの量で使用することができ、及び例えば、メタボレート、ドデシルベネンスルホン酸ナトリウム、チオシアネート、有機硫黄、ナトリウムベンゾネート及びこの機能のために商業的に販売されている他の化合物、例えばNalcoにより販売されている殺生剤ポリマー。
1以上の耐グリース及び耐オイル添加剤。そのような添加剤は、約2質量%までの量で使用することができ、及び例えば、酸化ポリエチレン、ラテックス、SMA(スチレンマレイン酸無水物)、ポリアミド、ワックス、アルギネート、タンパク質、CMC、HMCを含む。
1以上の耐水添加剤。そのような添加剤は、約2質量%までの量で使用することができ、及び例えば、酸化ポリエチレン、ケトン樹脂、アニオン性ラテックス、ポリウレタン、SMA、グリオキサール、メラミン樹脂、尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ポリアミド、グリオキサール、ステアレート及びこの機能のために商業的に入手可能な他の材料を含む。
1以上の追加の顔料。本発明において使用される顔料、即ち、炭酸カルシウム及びカオリンクレー系は、紙コーティング組成物中において単独の顔料として使用することができ、又はそれは、1以上の他の既知の顔料、例えば焼成カオリン、二酸化チタン、リン酸カルシウム、サテンホワイト、タルク、及びいわゆる“プラスチック顔料”と共に使用することができる。顔料の混合物を使用する場合、炭酸カルシウム及びカオリンクレー系は、一般に、組成物中において、混合物顔料の全乾燥質量の少なくとも約80質量%の量で存在する。
上記添加剤及び添加剤タイプのいずれかは、単独で又は互いに及び/又は他の添加剤との組み合わせで、必要であれば使用することができる。
上記添加剤の全てについて、記載の質量割合は、組成物中に存在する顔料の乾燥質量(100%)をベースとする。添加剤が少量で存在する場合には、少量は、顔料の乾燥質量をベースとして約0.01質量%であってもよい。
本発明のコーティング組成物は、上述したように、バインダー、及び場合により1以上の更なる添加剤成分と共に、粒子状顔料の水性サスペンションを含む。
本発明によるコーティング組成物は、有利には、粒子状顔料、バインダー及び場合いより上記添加剤タイプのリストから選択される1以上の更なる添加剤、及び約10質量%未満の他の成分の水性サスペンションを含み、及び好ましくは本質的にそれらからなる。
本発明による紙コーティング組成物の固形分含量は、約50質量%より高く、及びある実施態様では少なくとも約60質量%であり、及び可能な限り高いがコーティング中に使用され得る適切な流体組成物を提供するものである。
組成物の製造
本発明の他の態様においては、本発明のコーティング組成物を製造する方法が提供され、その方法は、粒子状顔料及びバインダーを水性液体媒体中において混合して、それらの中に固形成分のサスペンションを製造することを含む。コーティング組成物は、適切には、従来の混合技術により、当該技術分野における当業者によく知られているであろうように製造することができる。
顔料混合物が最初に製造されるが、これは、所望顔料の各々の水性サスペンションを混合して、顔料の混合物を導入する水性サスペンションを形成することによる。そのような水性サスペンションは、分散される水性サスペンションであってもよく、その混合物を形成するために使用される顔料の個々の水性サスペンションは、各々、分散剤を導入していてもよい。個々の水性サスペンション中に顔料を分散させるために使用される分散剤は、一緒に混合され、及びそのようなサスペンションの濃度は同一であっても異なっていてもよい。
紙コーティング組成物は、顔料成分を含有する水性分散サスペンションをバインダー及び他の任意の付加的成分と共に、当該技術分野における当業者によくしられる方法において一緒に混合することにより製造することができる。
本発明の第3の態様によれば、本発明のコーティング組成物を製造する際に使用するための顔料組成物が提供され、顔料組成物は、約30〜約45のpsd急勾配因子を有する粒子状GCCを含む第1顔料成分;及び約55〜約75の範囲のpsd急勾配因子を有する粒子状PCC又は約40〜約55の範囲のpsd急勾配因子を有する粒子状GCCを含む第2顔料成分の混合物を含む。
顔料組成物は、上記成分からなる又はそれらを含む乾燥粒子状混合物として、又は液体、適切には水性媒体中における粒子のサスペンションとして提供することができる。
紙コーティング処理
本発明の別の態様によれば、コーティング組成物の使用方法が提供され、その方法は、組成物を施して、製品、例えば、紙のシートをコーティングすること、及び紙をカレンダー加工して、コーティング、例えば光沢コーティングをその上に形成することを含む。コーティングは、紙の両面に形成することができる。
カレンダー加工は、よく知られる処理であり、その中において、紙の滑らかさ及び光沢が改善され、バルクが、コーティングされた紙シートをカレンダーニップ又はローラーの間に1回又は2回以上通すことにより低減される。通常、エラストマーコーティングされたロールを使用して、高固体組成物の圧縮を提供する。上昇温度を施してもよい。1回又は2回以上(例えば約12回まで、又はときにはそれより多く)のニップスを介する通過を施してもよい。
本発明によるコーティング方法は、好ましくは、(i)コーティング組成物をコーティングされる材料に施すためのアプリケーション;及び(ii)正確なレベルのコーティング組成物を施すことを確実なものとするための計量装置を含む装置を用いて行われる。過剰なコーティング組成物がアプリケータに施される際、計量装置は、その下流にある。あるいはまた、コーティング組成物の正確な量を、計量装置により、例えばフィルムプレスとしてアプリケータに施すことができる。コーティングの適用及び計量のポイントで、紙ウェブ支持体は、バッキングロールから、例えば1又は2のアプリケーターを介して、不在(nothing)、(即ち全く緊張(just tension))に及ぶ。過剰量が最終的に除去される前にコーティングが紙と接触するときはドウェル時間であり、これは、短く、長く又は変動可能である。
使用することができる既知のコーターの例としては、エアナイフコーター、ブレードコーター、ロッドコーター、バーコーター、マルチヘッドコーター、ロールコーター、ロール/ブレードコーター、キャストコーター、ラボラトリコーター、グラビアコーター、キスコーター、リキッドアプリケーションシステム、リバースロールコーター、カーテンコーター、スプレーコーター及びエクストルージョンコーターが挙げられるが、これらに制限される訳ではない。
本願明細書において記載されるコーティング組成物の全ての例において、水を固体に添加して、組成物を所望の対象コーティング質量までシートにコーティングする際に組成物が1〜1.5バールの圧力(例えばブレード圧力)でコーティングされることを可能にするのに適するレオロジーを有するように好ましい固体濃度を提供する。
本発明の更なる態様によれば、本発明の紙コーティング組成物の乾燥残留物であるコーティングでコーティングされた紙(板を含む)が提供される。
コーティング及びカレンダー加工後の紙は、典型的には、単位面積あたりの全質量(つぼ量)が、30〜250g.m-2、特には49〜65g.m-2又は35〜48g.m-2又は65〜105g.m-2又は100〜250g.m-2であってもよい。最終コーティングは、適切には、単位面積あたりの質量(コーティング質量)が、2〜25g.m-2、特には5〜15g.m-2である。そのようなコーティングは、紙の両側に施されてもよい。従って、コーティングされた紙は、WC、LWC、ULWC、コーティングされたウッドフリー又は板であってもよい。一般に、本発明のコーティング組成物の利点は、従来のコーティング質量の全てにみられる。しかしながら、いくつかのケースにおいては、利点の異なる組み合わせが異なるコーティング質量でみられ得る。
試験方法
シート光沢(75°)
コーティングされた紙表面のシート光沢は、TAPPI Standard No 480 ts-65の試験手段により測定することができる。紙の表面からある角度で反射する光の強度が測定され、既知の光沢値の基準と比較される。入射ビーム及び反射光は、双方とも、紙表面のノーマル(normal)に対して75°の角度である。結果は、TAPPI光沢単位で表される。本発明のコーティングされた紙の光沢は、50TAPPI単位より高く、及び更には60TAPPI単位より高くてもよい。
本願明細書において使用される不透明度は、コーティングされた支持体の入射光の反射率の測定値である。標準TAPPI試験法T425が使用される。
光度
コーティングされた紙のISO光度は、No. 8フィルターをフィットするElrepho Datacolour 2000(商品名) brightness meter(457nm波長)の手段により測定した。本願明細書に記載されるようなGE光度は、TAPPI規格T452において定義されており及び当該技術分野における当業者によく知られる方法に従って457nmの波長の光に対する反射率を意味する。コーティングされた紙のISO光度(+UV)は、ISO 2469/2470規格に従ってD65イルミネーションを有するElrepho Datacolour 3000(商品名)brightness meterの手段により測定した。
プリント光沢(75°)
コーティングされた紙表面のプリント光沢を、以下の規格TAPPI試験により測定する。紙表面からの角度で反射する光の強度を測定し及び標準的な既知のプリント光沢値と比較する。入射ビーム及び反射光は、双方とも、紙表面のノーマル(normal)に対して75°の角度である。結果は、TAPPI光沢単位で表される。
デルタプリント光沢
デルタプリント光沢(又は“スナップ”)は、プリント光沢からシート光沢を減じたものとして定義され、及びプリントが紙より突出する程度の測定値である。
多孔性
当該技術分野においてよく知られる手段に従って、Gurley試験法を使用した。Gurley多孔性試験は、紙が空気透過性である程度を、シートを100cm3の空気が通過するのに必要な時間を測定することにより測定する。Gurley試験値が高ければ高いほど、シートの多孔性は低くなる。
紙の粗さ
紙の粗さは、Tappi T555標準に従って、Parker Print Surf (PPS) Instrumentを用いて測定した。
本発明の実施態様を、以下の説明的な実施例を参照して記載するが、これらに制限される訳ではない。
実施例1
この実施例においては、本発明のコーティング組成物及び炭酸カルシウム顔料ブレンドの特性を、ブレンド及び組成物を制御する比較において測定した。
使用したカーボネートは以下のものとした:
1.100%GCC“A”(純粋な低急勾配比較);
2.100%GCC“B”(純粋な中急勾配比較);
3.100%GCC“C”(純粋な中急勾配比較);
4.100%PCC“D”(純粋な高急勾配比較);
5.100%PCC“E”(純粋な高急勾配比較);
6.100%GCC“F”(純粋な高急勾配比較);
7.100%GCC“G”(純粋な高急勾配比較);
8.20:80PCC“D”:GCC“B”;
9.40:60PCC“D”:GCC“B”;
10.60:40PCC“D”:GCC“B”;
11.25:75PCC“D”:GCC“A”;
12.50:50PCC“D”:GCC“A”;
13.75:25PCC“D”:GCC“A”;
14.25:75GCC“F”:GCC“B”;
15.25:75GCC“F”:GCC“B”;及び
16.75:25GCC“F”:GCC“B”。
100部の全顔料(70部の炭酸カルシウム:30部の商業的に入手可能な従来のカオリンコーティング顔料ファインNo.1)、
14pphのバインダー、
1pphの増粘剤。
組成物の固形分レベル及びブルックフィールド粘度を測定し(10、20、50及び100rpmでのブルックフィールド粘度)及び以下の表2に示す。
表2
装置:Beloit Supercalender(クロムプレートされたスチールロール/コットンロール)
カレンダー圧力:1.7MPa(250psi)
Nips:3nips
温度:60℃。
9〜15gm-2のコーティング質量を得て及び特性をこの範囲内の通常コーティング質量に挿入した。
この実施例においては、本発明のコーティング組成物及び炭酸カルシウム顔料ブレンドの特性を、ブレンド及び組成物を制御する比較において測定した。
使用したカーボネートは以下のとおりである:
17.100%GCC“H”(純粋な中急勾配比較);
18.100%PCC“J”(純粋な高急勾配比較);
19.30:70PCC“J”:GCC“I”;
20.50:50PCC“J”:GCC“I”;
21.70:30PCC“J”:GCC“I”。
炭酸カルシウムブレンド19〜21は最初にISO光度、psd、急勾配及びd50について試験した。結果を以下の表3に示す。
表3
100部の全顔料(70部の炭酸カルシウム:30部の商業的に入手可能な従来のカオリンコーティング顔料ファインNo.1)、
11.5pphのラテックスバインダー、
0.8pphの増粘剤、
1.0pphのポリビニルアルコール、
1.0pphの蛍光増白剤、
1.0pphの潤滑剤。
組成物の固形分レベル及びブルックフィールド粘度を測定し(100rpmでのブルックフィールド粘度)及び以下の表4に示す。
表4
装置:Perkins Supercalender、
カレンダー圧力:4.0MPa(580psi)、
Nips:6nips、
温度:35℃。
6〜12gm-2のコーティング質量を得て及び特性をこの範囲内の通常コーティング質量に挿入した。
9gm-2のコーティングについて得られた紙及びプリント結果を表5に示す。
表5
紙コーティングの不透明度、シート光度及びデルタプリント光沢特性を測定し及び結果を添付図面に示し、その中において、
図1は、順にランクされたコーティングされたシート1〜16の不透明度を示し、
図2は、順にランクされたコーティングされたシート1〜16の光度を示し、
図3は、順にランクされたコーティングされたシート1〜16のデルタ光沢を示す。
図面の詳細な記載
図面に示されるように、非急勾配又は中急勾配GCCのいずれかに比較的少量の急勾配GCC又はPCCを添加することにより、十分に急勾配の成分のみを使用した場合に達成されるものより同等に近い(near-equivalent)、同等の又はより良い性能を有するカーボネートブレンドが得られる。
Claims (39)
- 約30〜約45の範囲の粒径分布(psd)急勾配因子を有する粒子状粉砕炭酸カルシウム(GCC)を含む第1顔料成分;及び
約55〜約75の範囲のpsd急勾配因子及び0.5μm以下のd50を有する粒子状沈殿炭酸カルシウム(PCC)か又は約40〜約55のpsd急勾配因子を有する粒子状GCCを含む第2顔料成分
を含む組成物。 - 第1及び第2成分粒子が、粒子状顔料中において、約5:95〜約95:5の範囲の第1:第2成分の質量比で存在する請求項1に記載の組成物。
- 第1及び第2成分粒子が、粒子状顔料中において、約10:90〜約90:10の範囲の第1:第2成分の質量比で存在する請求項1に記載の組成物。
- 第1及び第2成分粒子が、粒子状顔料中において、約30:70〜約70:30の範囲の第1:第2成分の質量比で存在する請求項1に記載の組成物。
- 更に、カオリン粘土を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記カオリン粘土が、第1及び第2炭酸カルシウム顔料と共に、少なくとも約10:90の炭酸カルシウム:カオリン粘土の質量比で存在する請求項5に記載の組成物。
- 前記カオリン粘土が、第1及び第2炭酸カルシウム顔料と共に、少なくとも約70:30の炭酸カルシウム:カオリン粘土の質量比で存在する請求項5に記載の組成物。
- 前記組成物が、乾燥粒子状混合物として存在する顔料である請求項1〜7のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記組成物が、前記粒子の液体媒体中のサスペンションとして存在する顔料である請求項1〜7のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記組成物が、紙及び他の支持体上において使用される顔料である請求項1〜9のいずれか1項に記載の組成物。
- 第2顔料成分が、0.5μm未満のd50を有するPCCを含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
- 第2顔料成分が、0.45μm未満のd50を有するPCCを含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
- 第2顔料成分が、0.40μm未満のd50を有するPCCを含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
- 第2顔料成分が、0.35μm未満のd50を有するPCCを含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
- 第2顔料成分が、0.2〜0.5μmのd50を有するPCCを含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
- 第2顔料成分が、0.3〜0.5μmのd50を有するPCCを含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
- 第2顔料成分が、約0.4μmのd50を有するPCCを含む請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
- 組成物が、本質的に、第1顔料成分及び第2顔料成分からなり;第1顔料成分が、本質的に、GCCからなり、及び第2顔料成分が、本質的に、PCC又はGCCからなる請求項1〜17のいずれか1項に記載の組成物。
- 粒子状顔料及びバインダーの水性サスペンションを含むコーティング組成物であって、粒子状顔料が:
約30〜約45の範囲のpsd急勾配因子を有する粒子状GCCを含む第1顔料成分;及び
約55〜約75の範囲のpsd急勾配因子及び0.5μm以下のd50を有する粒子状PCCか又は約40〜約55のpsd急勾配因子を有する粒子状GCCを含む第2顔料成分
を含むコーティング組成物。 - 顔料が、請求項10に記載の顔料である請求項19に記載のコーティング組成物。
- バインダーが、乾燥質量ベースで、組成物の固形分の約4〜約30%を構成する請求項19又は20に記載のコーティング組成物。
- バインダーが、加工デンプンを含む請求項19〜21のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- バインダーが、未加工デンプンを含む請求項19〜21のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- バインダーが、デンプン以外の成分を含む請求項22又は23に記載のコーティング組成物。
- 更に、1以上の架橋剤;1以上の水保持助剤;1以上の粘度改良剤及び/又は増粘剤;1以上の潤滑剤/カレンダ加工助剤;1以上の分散剤;1以上の泡止め剤/消泡剤;1以上の乾燥又は湿潤ピック改良添加剤;1以上の乾燥又は湿潤摩擦改良及び/又は耐摩耗性添加剤;1以上の光沢−インク提供添加剤;1以上の蛍光増白剤(OBA)及び/又は蛍光性白色化剤(FWA);1以上の染料;1以上の殺生剤/損傷制御剤;1以上のレベリング及びイブニング助剤;1以上の耐グリース及び耐オイル添加剤;1以上の耐水添加剤;1以上の追加の顔料;又はそれらの任意の組み合わせを含む請求項19〜24のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 更に、10質量%未満の他の成分を含む請求項19〜25のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 第2顔料成分が、0.5μm未満のd50を有するPCCを含む請求項19〜26のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 第2顔料成分が、0.45μm未満のd50を有するPCCを含む請求項19〜26のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 第2顔料成分が、0.40μm未満のd50を有するPCCを含む請求項19〜26のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 第2顔料成分が、0.35μm未満のd50を有するPCCを含む請求項19〜26のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 第2顔料成分が、0.2〜0.5μmのd50を有するPCCを含む請求項19〜26のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 第2顔料成分が、0.3〜0.5μmのd50を有するPCCを含む請求項19〜26のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 第2顔料成分が、約0.4μmのd50を有するPCCを含む請求項19〜26のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- コーティング組成物が、本質的に、粒子状顔料及びバインダーの水性サスペンションからなり、粒子状顔料が、本質的に、第1顔料成分及び第2顔料成分の混合物からなり、第1顔料成分が、本質的に、粒子状GCCからなり、及び第2顔料成分が、本質的に、粒子状PCC又は粒子状GCCからなる請求項19〜33のいずれか1項に記載のコーティング組成物。
- 請求項19〜34のいずれか1項に記載のコーティング組成物を製造する方法であって、少なくとも前記粒子状顔料、及び前記バインダーを、固形成分のサスペンションの製造のための水性液体媒体中に混合することを含む方法。
- コーティングされた製品を製造する方法であって、該製品に対して、請求項19〜34のいずれか1項に記載の組成物を施して、該製品をコーティングし、及び該製品をカレンダ加工して、それらの上にコーティングを形成することを含む方法。
- 前記製品が、紙、板、カード又は板紙の形態にある請求項36に記載の方法。
- 請求項19〜34のいずれか1項に記載の組成物の乾燥残留物を含むコーティングでコーティングされた製品。
- 前記製品が、紙、板、カード又は板紙の形態にある請求項38に記載の製品。
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