JP2007070164A - Silica-calcium carbonate composite particle, its producing method and pigment, filler or paper containing it - Google Patents

Silica-calcium carbonate composite particle, its producing method and pigment, filler or paper containing it Download PDF

Info

Publication number
JP2007070164A
JP2007070164A JP2005259342A JP2005259342A JP2007070164A JP 2007070164 A JP2007070164 A JP 2007070164A JP 2005259342 A JP2005259342 A JP 2005259342A JP 2005259342 A JP2005259342 A JP 2005259342A JP 2007070164 A JP2007070164 A JP 2007070164A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
calcium carbonate
silica
composite particles
surface area
specific surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005259342A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Tanabe
克幸 田辺
Atsushi Ukago
敦 鵜籠
Kohei Mitsuhashi
幸平 三觜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nittetsu Mining Co Ltd
Original Assignee
Nittetsu Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nittetsu Mining Co Ltd filed Critical Nittetsu Mining Co Ltd
Priority to JP2005259342A priority Critical patent/JP2007070164A/en
Publication of JP2007070164A publication Critical patent/JP2007070164A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a silica-calcium carbonate composite particle where the property of silica is added to that of calcium carbonate and which is suitable for an ink jet recording paper. <P>SOLUTION: In a carbonation reaction step to form calcium carbonate having a high specific surface area, typically a step to perform the carbonation reaction by introducing the mixed gas of carbon dioxide and air while stirring a calcium hydroxide slurry, an alkali silicate is added under the coexistence of an alkali metal ion between the initiation and the termination of the carbonation reaction. The mixed gas is continuously introduced and the carbonation reaction is continued and finished when the pH of the slurry reaches 7 and then the composite particle is produced. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、インクジェット記録用紙などの紙の顔料や填料として好適に使用できるシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法、該複合粒子、又はそれを含有する顔料、填料もしくは紙に関する。
より詳しくは、ケイ酸アルカリをシリカ源とし、高比表面積の炭酸カルシウムの表面にシリカを沈澱させ固着させることにより、炭酸カルシウムに高比表面積、高吸液性、鮮やかな発色性等のシリカの優れた機能を付与することを特徴とするシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法、該複合粒子、又はそれを含有する顔料、填料、インクジェット記録用紙等の印刷用紙に関する。
The present invention relates to a method for producing silica-calcium carbonate composite particles that can be suitably used as a pigment or filler for paper such as inkjet recording paper, the composite particles, or a pigment, filler, or paper containing the composite particles.
More specifically, by using an alkali silicate as a silica source and precipitating and fixing silica on the surface of calcium carbonate having a high specific surface area, the silica has a high specific surface area, high liquid absorption, vivid color development, etc. The present invention relates to a method for producing silica-calcium carbonate composite particles characterized by imparting an excellent function, or printing paper such as the composite particles, or a pigment, filler, or ink jet recording paper containing the composite particles.

本発明の複合粒子の主要構成物の一つである炭酸カルシウムには結晶構造の違いにより、カルサイト型、アラゴナイト型、バテライト型の3種が知られており、工業的に用いられているものとしては、製法の違いにより重質炭酸カルシウムと合成(軽質)炭酸カルシウムとの2種がある。
前者の重質炭酸カルシウムは、天然に産出する白色度の高い結晶質石灰石(カルサイト型)の微粉砕品であり、粉砕、分級という比較的簡易なプロセスで製造できる。
その粒子は、物理的粉砕物に特有な不定形をなし粒度分布が広いものではあるが、高白色度や経済性を生かして、プラスチック、ゴム、樹脂、製紙用の填料や顔料として広く一般に用いられている。
Calcium carbonate, one of the main constituents of the composite particles of the present invention, is known in three types of calcite type, aragonite type and vaterite type due to the difference in crystal structure, and is used industrially There are two types of heavy calcium carbonate and synthetic (light) calcium carbonate depending on the production method.
The former heavy calcium carbonate is a finely pulverized product of crystalline white limestone (calcite type) that is naturally produced and can be produced by a relatively simple process of pulverization and classification.
The particles have an indefinite shape unique to physical pulverized products and have a wide particle size distribution, but they are widely used as fillers and pigments for plastics, rubber, resin, papermaking, taking advantage of high whiteness and economy. It has been.

後者の合成炭酸カルシウムは、その名のとおり化学的に合成した炭酸カルシウムであり、軽質あるいは沈降性炭酸カルシウムとも呼ばれており、カルサイト型とアラゴナイト型のものがある。
その製造方法には、水酸化カルシウムスラリーに二酸化炭素を導入し化学的に沈澱させる炭酸ガス化合法、塩化カルシウムと炭酸ソーダとの反応により沈澱させる塩化カルシウムソーダ法、水酸化カルシウムと炭酸ソーダとの反応により沈澱させる石灰ソーダ法、水酸化カルシウムと炭酸水素カルシウムとの反応により沈澱させる水処理法等が知られている。
As the name implies, the latter synthetic calcium carbonate is chemically synthesized calcium carbonate, which is also called light or precipitated calcium carbonate, and includes calcite type and aragonite type.
The production method includes a carbon dioxide gas compound method in which carbon dioxide is introduced into a calcium hydroxide slurry and chemically precipitated, a calcium chloride soda method in which precipitation is caused by a reaction between calcium chloride and sodium carbonate, and a combination of calcium hydroxide and sodium carbonate. A lime soda method for precipitation by reaction, a water treatment method for precipitation by reaction of calcium hydroxide and calcium hydrogen carbonate, and the like are known.

合成炭酸カルシウムの製造方法には前記したとおりの既知の方法があるが、国内では良質の石灰石原料が豊富に産出することから、そのほとんどは炭酸ガス化合法によって製造されている。
その合成炭酸カルシウムの製造においては、原料とする消石灰スラリー中のカルシウムの濃度、炭酸化反応を行う温度や炭酸化の速度、共存イオン等の製造条件を調節することによって、粒子形状、粒子径、比表面積等の物性をある範囲においてコントロールすることが可能である。
Although there are known methods for producing synthetic calcium carbonate as described above, most of them are produced by the carbon dioxide gas compound method since high quality limestone raw materials are produced in Japan.
In the production of the synthetic calcium carbonate, by adjusting the concentration of calcium in the raw slaked lime slurry, the temperature at which the carbonation reaction is performed, the rate of carbonation, the production conditions such as coexisting ions, the particle shape, the particle diameter, It is possible to control physical properties such as specific surface area within a certain range.

その形態としては、具体的には、カルサイト型のコロイド状、連鎖状、立方体状、紡錘状、そしてアラブナイト型の柱状の炭酸カルシウムがよく知られており、それぞれで主たる用途も異なる。
すなわち、コロイド状炭酸カルシウムは、粒子径が0.02〜0.08μmのコロイド状粒子で、プラスチック、ゴム、塗料等の填料として用いられている。
連鎖状炭酸カルシウムは、一次粒子径が0.02〜0.08μmの結晶粒子が細長く連鎖状につながっているもので、ゴム、インキ、プラスチックの填料となる。
立方体状炭酸カルシウムは、粒子径が0.1〜0.2μmの立方体状粒子で、特に製紙や塗料用の顔料として優れている。
Specifically, calcite-type colloidal, chain-like, cubic, spindle-shaped, and arbanite-type columnar calcium carbonate are well known, and their main uses are different.
That is, colloidal calcium carbonate is a colloidal particle having a particle diameter of 0.02 to 0.08 μm, and is used as a filler for plastics, rubber, paints and the like.
Chain-like calcium carbonate is formed by connecting crystal grains having a primary particle size of 0.02 to 0.08 μm in a long and thin chain, and serves as a filler for rubber, ink, and plastic.
Cubic calcium carbonate is a cubic particle having a particle size of 0.1 to 0.2 μm, and is particularly excellent as a pigment for papermaking or coating.

また、紡錘状炭酸カルシウムは、長径0.5〜5.0μm、短径0.1〜2.0μmの紡錘状粒子で、通常は数μmの凝集体を形成していることから製紙用填料等として広く利用されている。
柱状炭酸カルシウムは、長径1.0〜20μm、短径0.1〜1.0μmの柱状粒子で分散性に優れており、その代表的な用途としては製紙用の顔料、填料が挙げられる。
これらの合成炭酸カルシウムは、上記したとおり他の素材に比較し製造工程が簡易であり、経済性、物性的な安定性、粒子形状の多様性、高白色度等の優れた特徴を有していることから、様々な工業的用途で使われている。
Spindle-like calcium carbonate is spindle-shaped particles having a major axis of 0.5 to 5.0 μm and a minor axis of 0.1 to 2.0 μm, and usually forms aggregates of several μm. As widely used.
Columnar calcium carbonate is a columnar particle having a major axis of 1.0 to 20 μm and a minor axis of 0.1 to 1.0 μm, and has excellent dispersibility. Typical examples of the columnar calcium carbonate include papermaking pigments and fillers.
As described above, these synthetic calcium carbonates have a simple manufacturing process compared to other materials, and have excellent characteristics such as economy, physical stability, variety of particle shapes, and high whiteness. Therefore, it is used in various industrial applications.

他方、本発明の複合粒子のもう一方の主要構成物はシリカであるが、それについては、一般にSiO2という化学組成を有する二酸化ケイ素もしくは無水ケイ酸と呼ばれるものを指すことが多いものの、水和(含水)二酸化ケイ素SiO2・nH2Oを含めてシリカと呼称することもある。
工業用合成シリカ系素材としては、無水シリカ、含水シリカ、コロイダルシリカ、シリカゲル等があり、高比表面積、ガス吸着能の高さ、微細性、細かい空隙への浸透力や吸着力、付着力の高さ、高吸油性、粒子の均一性、高分散性等の優れた特性を活かして、幅広い分野で利用されている。
On the other hand, the other major component of the composite particles of the present invention is silica, which is generally referred to as silicon dioxide or silicic anhydride having a chemical composition of SiO 2 , although it is often hydrated. (Hydrogen-containing) Silicon dioxide SiO 2 · nH 2 O may be referred to as silica.
Industrial synthetic silica-based materials include anhydrous silica, hydrous silica, colloidal silica, silica gel, etc., with high specific surface area, high gas adsorbing ability, fineness, penetrating power, adsorbing power, and adhesiveness in fine voids. Utilizing excellent properties such as height, high oil absorbency, particle uniformity, and high dispersibility, it is used in a wide range of fields.

そのうちの無水シリカは、四塩化ケイ素の熱分解やアーク炉中での珪砂の加熱還元・酸化によって得られるもので、ゴム、塗料、インキ、樹脂等の補強剤やチクソトロピー付与剤等に利用されている。
含水シリカは、ケイ酸ナトリウムの硫酸による分解により製造され、ゴムの補強充填剤をはじめ塗料のつや消し剤、製紙、樹脂フィルム等で使用されている。
Among them, anhydrous silica is obtained by thermal decomposition of silicon tetrachloride and thermal reduction / oxidation of silica sand in an arc furnace, and it is used for reinforcing agents such as rubber, paint, ink, resin, and thixotropy imparting agents. Yes.
Hydrous silica is produced by decomposition of sodium silicate with sulfuric acid, and is used in rubber reinforcing fillers, paint matting agents, papermaking, resin films and the like.

また、コロイダルシリカは、ケイ酸化合物から不純物を除去して無水ケイ酸のゾルとし、pH及び濃度を調節し、ゾルを安定化させた球状、連鎖状、不定形等の形状を有する非晶質シリカであり、樹脂の加工性改良剤、ワックス、サイジング剤、ラテックスの品質改良剤、バインダー、印刷用紙の印刷適性向上剤あるいは金属表面処理剤等として用いられている。
シリカゲルは、ケイ酸ソーダを無機酸で分解することによって得られる含水ケイ酸であり、食品、医薬、繊維、ガスもしくは空気等の脱湿乾燥剤、触媒やその担体、ゴム充填剤、又は塗料やインキの増粘もしくは沈降防止剤等の用途で使用されている。
Colloidal silica is a silicic acid sol obtained by removing impurities from silicic acid compounds, and adjusting the pH and concentration to stabilize the sol. Silica is used as a resin processability improver, wax, sizing agent, latex quality improver, binder, printing paper printability improver, metal surface treatment agent, and the like.
Silica gel is a hydrous silicic acid obtained by decomposing sodium silicate with an inorganic acid, and is a dehumidifying desiccant such as food, medicine, fiber, gas or air, catalyst and carrier, rubber filler, paint, It is used in applications such as thickening ink or anti-settling agents.

このように合成シリカは、高比表面積、ガス吸着能の高さ、微細性、細かい空隙への浸透力や吸着力、付着力の高さ、高吸油性、粒子の均一性、高分散性等の優れた特性を活かして、ゴム、製紙、塗料、石油精製触媒等の幅広い分野で利用されている。
上記したように工業用無機系素材の中でも、炭酸カルシウム及びシリカ系素材は、最も広く用いられている素材であるが、それぞれ優れた特性を有している反面、短所も持ち併せている。
例えば、炭酸カルシウムは、ゴム用填料として用いた場合、表面が不活性でゴム分子に対して化学的にも物理的にも親和性が乏しいため、ゴム製品の補強効果に欠ける。
In this way, synthetic silica has a high specific surface area, high gas adsorption capacity, fineness, penetrating and adsorbing power into fine voids, high adhesion, high oil absorption, particle uniformity, high dispersibility, etc. Taking advantage of its excellent properties, it is used in a wide range of fields such as rubber, papermaking, paints and petroleum refining catalysts.
As described above, among the industrial inorganic materials, calcium carbonate and silica materials are the most widely used materials, but each has excellent characteristics but also has disadvantages.
For example, when calcium carbonate is used as a filler for rubber, its surface is inactive and has a poor chemical and physical affinity for rubber molecules, and therefore lacks the reinforcing effect of rubber products.

そして、製紙用、特に印刷用紙の顔料や填料として用いた場合、インキの吸収性が合成シリカよりも低いため、インキセット性、インキの裏抜け、印刷部の不透明性の点で支障をきたすことがある。
しかも、酸に対する抵抗性に乏しいことから、硫酸バンドを用いる酸性抄紙等、酸性物質との併用が困難である。
一方、シリカ系素材は、製紙用顔料として用いた場合、塗工剤の粘度上昇の原因となることから塗工剤中への高配合が容易でない。
なお、ゴム用填料としてもゴム組成物の粘度が著しく高くなることが指摘されている。
And when used as a pigment or filler for paper, especially for printing paper, the ink absorbency is lower than that of synthetic silica, causing problems in terms of ink setting, ink back-through, and opacity of the printed area. There is.
Moreover, since it is poor in resistance to acids, it is difficult to use in combination with acidic substances such as acidic papermaking using sulfuric acid bands.
On the other hand, when the silica-based material is used as a papermaking pigment, it causes a rise in the viscosity of the coating agent, so that it is not easy to add it to the coating agent.
It has been pointed out that the viscosity of the rubber composition is remarkably increased as a rubber filler.

また、コロイダルシリカは、溶液の温度、pH、電解質濃度等の変動や、長期保存、有機溶剤等に対する安定性の面で問題を生じることがある。
さらに、炭酸カルシウム等と比較して高価であることも、製品中への高配合や大量使用の妨げとなっている。
このように炭酸カルシウムと合成シリカは、それぞれが固有の特長(長所)と短所を有していることから、炭酸カルシウムとシリカを複合化することにより、これらの短所を解消すべく様々な技術やその用途に関する研究が古くから行われ、提案がなされている。
Colloidal silica may cause problems in terms of fluctuations in solution temperature, pH, electrolyte concentration, etc., long-term storage, and stability against organic solvents.
Furthermore, it is expensive compared with calcium carbonate or the like, which hinders high blending in products and mass use.
Thus, since calcium carbonate and synthetic silica each have unique features (advantages) and disadvantages, by combining calcium carbonate and silica, various technologies and solutions are available. Research on its use has been conducted for a long time and proposals have been made.

[先行技術文献1]
特公平2−56376号公報 特公平4−63007号公報 特開平11−107189号公報 米国特許第3373134号公報 特公昭43−3487号公報 特公昭44−5330号公報
[Prior Art Document 1]
Japanese Examined Patent Publication No. 2-56376 Japanese Examined Patent Publication No. 4-63007 JP-A-11-107189 U.S. Pat. No. 3,373,134 Japanese Patent Publication No.43-3487 Japanese Patent Publication No. 44-5330

[先行技術文献2]
特公昭44−14699号公報 特開昭60−222402号公報 特開昭61−118287号公報 特公平8−1038号公報 特開平11−29319号公報 特許第3392099号公報
[Prior Art Document 2]
Japanese Patent Publication No. 44-14699 JP 60-222402 A JP 61-118287 A Japanese Patent Publication No.8-1038 JP-A-11-29319 Japanese Patent No. 3392099

例えば、特許文献1には、炭酸カルシウム粒子表面を無機酸によって活性化し、その表面にケイ酸あるいはケイ酸塩を反応させることによって生成されるCaSiO3を介してケイ酸あるいはケイ酸塩の被覆層が形成された複合改質顔料が提案されている。
特許文献2には、炭酸カルシウム等の粉体と水和ケイ酸との混合物を粉砕するという物理的手法によって、インクの裏抜け防止性能を備えた紙の填料に好適な、炭酸カルシウム等の粉体と水和ケイ酸との特異な複合粉体の製造方法、特許文献3には、炭酸カルシウム等の微小粒子をケイ酸アルカリ溶液中に分散させ、そこに特定の条件の下に鉱酸を添加することによって、水和ケイ酸粒子中に炭酸カルシウム等の微粒子が均一に複合化された複合粒子の製造方法が提案されている。
For example, in Patent Document 1, the surface of calcium carbonate particles is activated with an inorganic acid, and a coating layer of silicic acid or silicate is formed via CaSiO 3 produced by reacting the surface with silicic acid or silicate. A composite modified pigment in which is formed has been proposed.
Patent Document 2 discloses a powder such as calcium carbonate that is suitable for a paper filler having an anti-through-through performance of ink by a physical method of pulverizing a mixture of powder such as calcium carbonate and hydrated silicic acid. Patent Document 3 discloses a method for producing a unique composite powder of a body and hydrated silicic acid, in which fine particles such as calcium carbonate are dispersed in an alkali silicate solution, and mineral acid is added thereto under specific conditions. A method for producing composite particles in which fine particles such as calcium carbonate are uniformly combined in hydrated silicate particles by adding them has been proposed.

上記の技術以外にも、炭酸化反応時にコロイド状ケイ酸や活性ケイ酸を使用して製造した特異な形状や特性を有する合成炭酸カルシウムが知られている。
例えば、特許文献4には、水酸化アンモニウムの添加によりpHが8以上のアルカリを維持した塩化カルシウム水溶液中で、所定量のコロイド状ケイ酸の存在下、二酸化炭素ガスあるいは炭酸アンモニウムを反応させることにより非晶質ケイ酸が生成され、それは炭酸カルシウムの粒の内部に分散した複合体となっていることが開示されている。
特許文献5では、活性けい酸の存在下で水酸化カルシウムの水性懸濁液にCO2含有ガスを反応させることによって、不規則な方解石構造及び密でない2次構造を持つ、分散性のよい炭酸カルシウムを製造する方法が開示されている。
In addition to the above-described techniques, synthetic calcium carbonate having a specific shape and characteristics produced by using colloidal silicic acid or activated silicic acid during the carbonation reaction is known.
For example, in Patent Document 4, carbon dioxide gas or ammonium carbonate is reacted in the presence of a predetermined amount of colloidal silicic acid in an aqueous calcium chloride solution in which an alkali having a pH of 8 or more is maintained by adding ammonium hydroxide. Produces amorphous silicic acid, which is a complex dispersed within the calcium carbonate grains.
In Patent Document 5, a highly dispersible carbonic acid having an irregular calcite structure and a non-dense secondary structure by reacting a CO 2 -containing gas with an aqueous suspension of calcium hydroxide in the presence of active silicic acid. A method for producing calcium is disclosed.

特許文献6には、塩化カルシウムと炭酸ガス又は/及び炭酸アンモニウムをコロイドけい酸又は水溶性けい酸の存在下において液温35℃未満でかつ水酸化アンモニウムでpH8以上とした水溶液中で反応させることにより非晶質けい酸が生成され、それが炭酸カルシウムの核となったバテライト系炭酸カルシウムを主成分とする紙コーティング用顔料として開示されている。
特許文献7では、水酸化カルシウム水性懸濁液の二酸化炭素含有ガスによる炭酸化反応を、活性けい酸の存在下で開始し、微分散性炭酸カルシウムを製造する方法が開示されている。
In Patent Document 6, calcium chloride and carbon dioxide or / and ammonium carbonate are reacted in an aqueous solution having a liquid temperature of less than 35 ° C. and a pH of 8 or more with ammonium hydroxide in the presence of colloidal silicic acid or water-soluble silicic acid. Amorphous silicic acid is produced by the above, and it is disclosed as a paper coating pigment mainly composed of vaterite calcium carbonate which is the core of calcium carbonate.
Patent Document 7 discloses a method for producing finely dispersed calcium carbonate by starting a carbonation reaction of a calcium hydroxide aqueous suspension with a carbon dioxide-containing gas in the presence of active silicic acid.

さらに、シリカと炭酸カルシウムの複合体等の用途に着目して開示された技術もあり、例えば農薬用担体(特許文献8)、感熱記録材料配合剤(特許文献9)、インクジェット記録紙用顔料(特許文献10)、ゴム等の補強用充填剤(特許文献11)等が挙げられる。
それらには、前記した複合体と異なる製法あるいは構造のものが例示されている。
例えば、特許文献8に記載の炭酸カルシウム−珪酸複合体は、Zn、Mg、Al等の金属を炭酸化反応時に共存させ、炭酸化率が80%に達するまで炭酸ガスを単独で吹き込み、その後珪酸アルカリ又は珪酸ゾルを添加し更に炭酸ガスを吹き込んで炭酸化を完了し製造されるものである。
こうして得られた炭酸カルシウム−珪酸複合体は、径0.01×長さ0.05〜1.00μmの連鎖状粒子であり、表面に珪酸が被覆されたものではない。
Furthermore, there is a technique disclosed by paying attention to the use of a composite of silica and calcium carbonate, for example, a carrier for agricultural chemicals (Patent Document 8), a thermal recording material compounding agent (Patent Document 9), a pigment for ink jet recording paper ( Patent Document 10), reinforcing fillers such as rubber (Patent Document 11), and the like.
They are exemplified by production methods or structures different from those of the composites described above.
For example, in the calcium carbonate-silicic acid complex described in Patent Document 8, a metal such as Zn, Mg, Al is allowed to coexist during the carbonation reaction, and carbon dioxide gas is blown alone until the carbonation rate reaches 80%, and then silicic acid. It is manufactured by adding an alkali or silicic acid sol and blowing carbon dioxide gas to complete carbonation.
The calcium carbonate-silicic acid composite thus obtained is a chain-like particle having a diameter of 0.01 × length of 0.05 to 1.00 μm, and the surface is not coated with silicic acid.

また、特許文献9は、ケイ酸ソーダと塩化カルシウム又は水酸化カルシウムの水溶液に炭酸ガスを吹き込んで共沈させたものであり、酸化ケイ素と炭酸カルシウムが分子状態かあるいはそれに近い状態で結合したものと考えられている。
特許文献10では、珪酸ソーダに塩化カルシウムを反応させて得られた珪酸カルシウムに炭酸ガスを吹き込むことにより得られる炭酸カルシウム複合シリカを使用している。
上述したこれらの技術は、炭酸カルシウムの短所を補いシリカの有する特性を生かすという点で、ある程度の効果を見ることができるが、下記のとおり、本発明とは異なる物理的手法であったり、本発明とは異なるものの製造方法で、かつ実用化されていないことからもわかるように十分なものとはいえず、それぞれが課題(問題)を残すものとなっている。
Further, Patent Document 9 is a solution in which carbon dioxide gas is blown into an aqueous solution of sodium silicate and calcium chloride or calcium hydroxide to cause coprecipitation, and silicon oxide and calcium carbonate are combined in a molecular state or a state close thereto. It is believed that.
In Patent Document 10, calcium carbonate composite silica obtained by blowing carbon dioxide into calcium silicate obtained by reacting calcium chloride with sodium silicate is used.
These technologies described above can be used to compensate for the shortcomings of calcium carbonate and take advantage of the characteristics of silica. However, as described below, this technique is a physical technique different from the present invention. Although it is a manufacturing method that is different from the invention, it is not sufficient as can be understood from the fact that it is not put into practical use, and each of them has a problem (problem).

例えば、特許文献2あるいは特許文献11で開示された複合体の製造方法は、物理的手法によるものである。
また、特許文献3の方法では、微小粒子としては酸化チタンが好適であり、炭酸カルシウムを使用しても、炭酸カルシウムの粒子表面を均一に覆った複合粒子を得ることができない。
特許文献8に記載の炭酸カルシウム−珪酸複合体は単純な連鎖状粒子であり、特許文献9の酸化ケイ素−炭酸カルシウム複合物は酸化ケイ素と炭酸カルシウムが分子状態かあるいはそれに近い状態で結合したものと考えられている。
For example, the method for producing a composite disclosed in Patent Document 2 or Patent Document 11 is based on a physical technique.
In the method of Patent Document 3, titanium oxide is suitable as the fine particles, and even if calcium carbonate is used, composite particles that uniformly cover the surface of the calcium carbonate particles cannot be obtained.
The calcium carbonate-silicic acid complex described in Patent Document 8 is a simple chain-like particle, and the silicon oxide-calcium carbonate complex disclosed in Patent Document 9 is obtained by binding silicon oxide and calcium carbonate in a molecular state or a state close thereto. It is believed that.

また、炭酸化反応時にコロイド状けい酸や活性けい酸を使用して製造した合成炭酸カルシウムにしても、特許文献4では非晶質ケイ酸が炭酸カルシウムの粒子の内部に分散した複合体であり、特許文献5では不規則な方解石構造及び密でない2次構造を持つ炭酸カルシウムである。
特許文献6では非晶質けい酸が炭酸カルシウムの核となったバテライト系炭酸カルシウムであり、特許文献7では微分散性炭酸カルシウムであり複合体ではない。
すなわち、これらの技術において得られた粒子は、特定形状の炭酸カルシウム、いわゆる紡錘状、コロイド状、立方体状、柱状、連鎖状等の炭酸カルシウムの表面をシリカで被覆したシリカ−炭酸カルシウム複合粒子ではない。
Further, even if it is a synthetic calcium carbonate produced using colloidal silicic acid or active silicic acid during the carbonation reaction, Patent Document 4 is a composite in which amorphous silicic acid is dispersed inside calcium carbonate particles. In Patent Document 5, calcium carbonate has an irregular calcite structure and a non-dense secondary structure.
In Patent Document 6, amorphous silicic acid is vaterite-based calcium carbonate in which calcium carbonate is the nucleus, and in Patent Document 7, it is finely dispersed calcium carbonate and not a composite.
That is, the particles obtained by these techniques are silica-calcium carbonate composite particles in which the surface of calcium carbonate having a specific shape, so-called spindle shape, colloidal shape, cubic shape, columnar shape, chain shape, etc., is coated with silica. Absent.

これらの技術と一線を画し、前記した問題を解決した技術として特許文献12に開示の方法があり、それには炭酸カルシウムの形成工程である炭酸化反応過程において、炭酸カルシウムの結晶核生成後にコロイダルシリカ又は無水シリカを添加し、その後炭酸化反応を完了させて、炭酸カルシウムの表面にシリカ微粒子を付着し固定したシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法が開示されている。   There is a method disclosed in Patent Document 12 as a technique that has been distinguished from these techniques and solved the above-mentioned problems. In the carbonation reaction process, which is a calcium carbonate formation process, colloidal after the formation of calcium carbonate crystal nuclei. A method for producing silica-calcium carbonate composite particles in which silica or anhydrous silica is added and then the carbonation reaction is completed and silica fine particles are adhered and fixed on the surface of calcium carbonate is disclosed.

この方法は系外よりシリカ微粒子を添加し炭酸カルシウム表面にシリカ微粒子を付着、固定するという製造工程の簡便さという点では画期的なものである。
しかしながら、この製造方法は、炭酸カルシウムに対し比較的高価な粒子状のコロイダルシリカや無水シリカを原料として使用するため、製造したシリカ−炭酸カルシウム複合体も一般の合成炭酸カルシウムに比較するとやや高価になり、製紙、塗料、樹脂用途への汎用粉体としての利用については経済性の点で難を残している。
This method is epoch-making in terms of the simplicity of the production process in which silica fine particles are added from outside the system, and the silica fine particles are adhered and fixed to the calcium carbonate surface.
However, since this production method uses particulate colloidal silica or anhydrous silica, which is relatively expensive for calcium carbonate, as a raw material, the produced silica-calcium carbonate composite is slightly more expensive than general synthetic calcium carbonate. Thus, the use as a general-purpose powder for papermaking, paints, and resin applications remains difficult in terms of economy.

一方、近年のインクジェットプリンターの普及にともない、その印刷に適した印刷用紙、すなわちインクジェット記録用紙の市場ニーズが高まり、その要求を達成すべく数多くの特許が出願されている。
インクジェット記録用紙には、明確な塗工層を有していないノンコート紙と塗工層を有するコート紙がある。
コート紙は更にマット紙と光沢紙に分けられ、その基材にはいわゆる紙の他、合成紙、フィルム、布、不織布が使用され、コート紙における塗工層の役割は、インクの吸収性、にじみ防止、耐水性、耐候性、発色性、色再現性等の印刷適性の向上にある。
On the other hand, with the recent popularization of ink jet printers, market needs for printing paper suitable for printing, that is, ink jet recording paper, have increased, and many patents have been filed in order to meet the demand.
Inkjet recording paper includes non-coated paper that does not have a clear coating layer and coated paper that has a coating layer.
Coated paper is further divided into matte paper and glossy paper, and the base material is so-called paper, as well as synthetic paper, film, cloth, and non-woven fabric. The role of the coating layer in the coated paper is to absorb ink, It is to improve printability such as blur prevention, water resistance, weather resistance, color development, and color reproducibility.

すなわち、塗工タイプのインクジェット記録用紙は、紙などの基材に多孔質顔料とPVA等の樹脂成分を塗工して印刷適性を付与したインクジェット専用紙であり、カラー写真印刷に多用されることから、極めて高いレベルの発色性や色再現性、耐水性や耐候性、インクの吸収性が要求されている。
ここで使用される多孔質顔料としては、含水シリカやコロイダルシリカ等のシリカ類が主であり、炭酸カルシウム類はほとんど使用されていない。
その理由は一般の炭酸カルシウムはインクの吸収能力がシリカに較べて低いばかりでなく、発色性や色再現性においてもシリカを越えることができないことによるものと考えられる。
In other words, coating-type inkjet recording paper is an inkjet-dedicated paper in which a porous pigment and a resin component such as PVA are applied to a base material such as paper, and is often used for color photographic printing. Therefore, extremely high levels of color developability and color reproducibility, water resistance and weather resistance, and ink absorbability are required.
As the porous pigment used here, silicas such as hydrous silica and colloidal silica are mainly used, and calcium carbonates are hardly used.
The reason is considered that general calcium carbonate not only has a lower ink absorption capacity than silica but also cannot exceed silica in terms of color development and color reproducibility.

このような事情に鑑み、本発明者らは、製紙、特にインクジェット記録紙用の多孔質顔料として炭酸カルシウムを利用することについて鋭意検討を重ね、その結果インクの吸収能力に優れ、かつ発色性や色再現性においても優れた炭酸カルシウムを主体とする材料の開発に成功した。
すなわち、本発明者らは、高比表面積の炭酸カルシウムを基材に使用し、比較的安価なケイ酸アルカリを使用して、その表面にシリカを担持ないし被覆することにより、含水シリカやコロイダルシリカに匹敵する印刷適性をインクジェット記録用紙に付与でき、かつ経済性においても満足できるシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法の開発に成功した。
In view of such circumstances, the present inventors have made extensive studies on the use of calcium carbonate as a porous pigment for papermaking, in particular, ink jet recording paper, and as a result, have excellent ink absorption capability, color development, We have succeeded in developing a material mainly composed of calcium carbonate that is excellent in color reproducibility.
That is, the present inventors use high-specific surface area calcium carbonate as a base material, use a relatively inexpensive alkali silicate, and carry or coat silica on the surface thereof, thereby containing hydrous silica or colloidal silica. Has succeeded in developing a method for producing silica-calcium carbonate composite particles that can impart printing suitability comparable to that of inkjet recording paper and that is also economically satisfactory.

したがって、本発明は、従来の高比表面積を有する合成炭酸カルシウムの表面を比較的安価なケイ酸アルカリを使用してシリカ微粒子を担持ないし被覆することにより、含水シリカやコロイダルシリカに匹敵する印刷適性をインクジェット記録用紙に付与でき、かつ経済性においても満足できるシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法を提供することを解決すべき課題とするものである。
さらに、本発明は該複合粒子、又はそれを含有する顔料、填料もしくは紙を提供することも解決すべき課題とするものである。
Therefore, the present invention has a printability comparable to that of hydrous silica or colloidal silica by carrying or coating silica fine particles on the surface of a conventional synthetic calcium carbonate having a high specific surface area using a relatively inexpensive alkali silicate. It is a problem to be solved to provide a method for producing silica-calcium carbonate composite particles that can be imparted to inkjet recording paper and that is economically satisfactory.
Furthermore, another object of the present invention is to provide the composite particles or a pigment, filler or paper containing the composite particles.

本発明は、前記した課題を解決した新規なシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法を提供するものである。
その複合粒子の製造方法は、高比表面積を有する炭酸カルシウムの形成工程である炭酸化反応過程において、アルカリ金属イオンの共存下で、炭酸カルシウムの結晶核生成後にケイ酸アルカリを添加して、炭酸カルシウムの表面にシリカを固着させた、BET法による比表面積が60〜200m2/gであり吸液量が80〜250ml/100gであることを特徴とするものである。
また、本発明は該複合粒子、又はそれを含有する顔料、填料もしくは紙を提供するものである。
なお、ここでいう吸液量とは、吸油量、吸水量を指し、少なくともそのいずれかが上記範囲に含まれることが必要である。
The present invention provides a novel method for producing silica-calcium carbonate composite particles that solves the above-described problems.
In the carbonation reaction process, which is a process of forming calcium carbonate having a high specific surface area, an alkali silicate is added after the formation of crystal nuclei of calcium carbonate in the coexistence of alkali metal ions. The specific surface area by the BET method in which silica is fixed to the surface of calcium is 60 to 200 m 2 / g, and the liquid absorption is 80 to 250 ml / 100 g.
The present invention also provides the composite particle, or a pigment, filler or paper containing the composite particle.
In addition, the liquid absorption amount here refers to the oil absorption amount and the water absorption amount, and at least one of them needs to be included in the above range.

本発明のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法により得られたシリカ−炭酸カルシウム複合粒子は、高比表面積の炭酸カルシウム表面に平均粒子径10〜100nmの化学的な沈澱反応により生成したシリカが分散して均一に付着し固定されているものであり、BET法による比表面積が60〜200m2/gと高いばかりでなく、吸油性及び吸水性に関しては、シリカを被覆しない基材の炭酸カルシウムと対比して同等以上の特性を発現する。
また、本発明の複合粒子は、インクジェット記録用紙に要求されるようなインクの吸収性や鮮やかな発色性、色再現性を有した経済性に優れた多孔質顔料となる。
In the silica-calcium carbonate composite particles obtained by the method for producing silica-calcium carbonate composite particles of the present invention, silica produced by a chemical precipitation reaction having an average particle size of 10 to 100 nm is dispersed on the surface of calcium carbonate having a high specific surface area. The specific surface area by the BET method is as high as 60 to 200 m 2 / g as well as the oil absorption and water absorption. In contrast, it exhibits the same or better characteristics.
In addition, the composite particles of the present invention are porous pigments having excellent ink economy, vivid color development, and color reproducibility that are required for inkjet recording paper.

このようして得られたシリカ−炭酸カルシウム複合粒子は、高比表面積のみならず、ガス吸着能の高さ、微細性、細かい空隙への浸透力や吸着力、付着力の高さ等において優れた性能を有するものであり、インクジェット記録用紙のみならず、その他の印刷用紙等の紙をはじめ、インキ、塗料、樹脂、ゴム等の顔料や填料として独特の効果を発揮する可能性があるばかりでなく、高機能複合材料としての利用も有望視されるものである。
The silica-calcium carbonate composite particles obtained in this way are excellent not only in high specific surface area but also in high gas adsorbing ability, fineness, penetrating power and adsorbing power into fine voids, and high adhesive force. In addition to inkjet recording paper, other printing papers, as well as inks, paints, resins, pigments and fillers such as resin, rubber, etc. The use as a high-functional composite material is also promising.

以下において、本発明に関し発明を実施するための最良の形態を含む実施の形態について説明するが、本発明は、それによって何ら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。
本発明のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子は、前記したとおり高比表面積の炭酸カルシウムの形成工程である炭酸化反応過程において、炭酸化反応が終了するまでの間に、アルカリ金属イオンの共存下でケイ酸アルカリを添加して、炭酸化反応を完了させることにより製造されるものである。
In the following, embodiments including the best mode for carrying out the present invention will be described. However, the present invention is not limited thereto, and is specified by the description of the scope of claims. Needless to say.
As described above, the silica-calcium carbonate composite particles of the present invention are produced in the carbonation reaction process, which is a process for forming calcium carbonate having a high specific surface area, in the presence of alkali metal ions until the carbonation reaction is completed. It is produced by adding an acid alkali to complete the carbonation reaction.

本発明における炭酸化反応については、高比表面積を有する炭酸カルシウムが形成できる限り特に限定されることはなく、炭酸ガス化合法、塩化カルシウムソーダ法、石灰ソーダ法あるいは水処理法等の各種方法が採用できるが、炭酸ガス化合法が本邦においては適しており経済的でもあり好ましい。
本発明の複合粒子を構成する成分の1つである炭酸カルシウムについては、シリカを被覆しない状態での比表面積が50m2/g以上である高比表面積を有する炭酸カルシウムであれば、その製造方法は特に限定されず、それには下記特許文献に提案されているような方法がある。
The carbonation reaction in the present invention is not particularly limited as long as calcium carbonate having a high specific surface area can be formed, and various methods such as a carbon dioxide compounding method, a calcium chloride soda method, a lime soda method or a water treatment method can be used. Although it can be adopted, the carbon dioxide compound method is suitable and economical in Japan.
Regarding calcium carbonate, which is one of the components constituting the composite particles of the present invention, if the calcium carbonate has a high specific surface area with a specific surface area of 50 m 2 / g or more when not coated with silica, the production method thereof Is not particularly limited, and there is a method proposed in the following patent document.

[先行技術文献3]
特開昭48−103100号公報 特開昭56−17925号公報 特公平5−55449号公報 特開2001−72413号公報 特開2003−246617号公報 石膏と石灰、No.194,pp.3−12,1981
[Prior Art Document 3]
JP-A-48-103100 JP 56-17925 A Japanese Patent Publication No. 5-55449 JP 2001-72413 A JP 2003-246617 A Gypsum and lime, no. 194, pp. 3-12, 1981

例えば、特許文献13には、水酸化カルシウムに対し5〜30重量%の亜硫酸カルシウムが添加された水酸化カルシウムを20重量%以下含有する石灰乳に、0〜40℃の温度で炭酸ガスを吹込むことを特徴とするBET比表面積が90〜100m2/gの極微細化炭酸カルシウムの製造方法が開示されている。
特許文献14には、水酸化カルシウムの水懸濁液に、水酸化カルシウム100部当り硫酸を0.5〜8部混合した後、炭酸化を行ない短径が0.02〜0.03μmでアスペクト比が10の微粒子で連鎖状の炭酸カルシウムの製造方法が開示されている。
For example, Patent Document 13 discloses that lime milk containing 20% by weight or less of calcium hydroxide to which 5 to 30% by weight of calcium sulfite is added to calcium hydroxide is blown with carbon dioxide at a temperature of 0 to 40 ° C. A method for producing ultrafine calcium carbonate having a BET specific surface area of 90 to 100 m 2 / g is disclosed.
Patent Document 14 discloses that an aqueous suspension of calcium hydroxide is mixed with 0.5 to 8 parts of sulfuric acid per 100 parts of calcium hydroxide, and then carbonized to have a minor axis of 0.02 to 0.03 μm and an aspect ratio. A method for producing fine particles of chain calcium carbonate with a ratio of 10 is disclosed.

特許文献15には、アニオン有機ポリホスホネート電解質を含有する水酸化カルシウム水性スラリー中にCO2を吹込み比表面積が60m2/g以上の微細沈降炭酸カルシウムを製造する方法が開示されている。
特許文献16には、「さらに好ましくは」の場合にはBET比表面積が50m2/gの炭酸カルシウムが製造できること、及びその製造方法においては可溶性金属塩、多価アルコール、硫酸アルミニウム、硫酸マグネシウム、硫酸、硫酸亜鉛、ヘキサメタリン酸ソーダ、ビスホスホン酸等の各種添加剤を用いることが記載されている。
そして、それら添加剤を用いた実施例においては、いずれもBET比表面積が71〜130m2/gのものが製造できることが記載されている。
Patent Document 15 discloses a method for producing fine precipitated calcium carbonate having a specific surface area of 60 m 2 / g or more by blowing CO 2 into an aqueous calcium hydroxide slurry containing an anionic organic polyphosphonate electrolyte.
In Patent Document 16, in the case of “more preferably”, calcium carbonate having a BET specific surface area of 50 m 2 / g can be produced, and in the production method thereof, soluble metal salt, polyhydric alcohol, aluminum sulfate, magnesium sulfate, The use of various additives such as sulfuric acid, zinc sulfate, sodium hexametaphosphate and bisphosphonic acid is described.
And in the Example using these additives, it is described that a thing with a BET specific surface area of 71-130 m < 2 > / g can be manufactured.

特許文献17には、消石灰懸濁液にクエン酸、リンゴ酸等のヒドロキシカルボン酸、エチレンジアミン四酢酸などのキレート剤等の金属イオン封鎖剤を添加し、二酸化炭素含有ガスを吹き込んで炭酸化率20〜25%まで炭酸化を行った後、さらに金属イオン封鎖剤を多段添加しながら、二酸化炭素含有ガスを吹き込み、反応を終結させることにより、BET比表面積が100〜200m2/gで、吸油量が150〜200ml/100gのメソ孔担持炭酸カルシウムの製造方法が開示されている。 In Patent Document 17, a metal ion sequestering agent such as a hydroxycarboxylic acid such as citric acid or malic acid or a chelating agent such as ethylenediaminetetraacetic acid is added to the slaked lime suspension, and a carbon dioxide-containing gas is blown into the carbonic acid conversion rate of 20. After carbonation to ˜25%, further adding a sequestering agent in multiple stages and blowing a carbon dioxide-containing gas to terminate the reaction, the BET specific surface area is 100 to 200 m 2 / g, the oil absorption amount Discloses a method for producing mesopore-carrying calcium carbonate of 150 to 200 ml / 100 g.

本発明において高比表面積の炭酸カルシウムはこのような公知の方法により製造することができる。
これらの炭酸カルシウムは全てカルサイト型であるが、アラゴナイト型やバテライト型、あるいは非晶質の炭酸カルシウムであってもよい。
すなわち本発明において、高比表面積を有する炭酸カルシウムを形成するには、前記既知の添加剤をはじめ、各種の高比表面積形成用助剤を用いることが簡便である。
In the present invention, calcium carbonate having a high specific surface area can be produced by such a known method.
These calcium carbonates are all calcite type, but may be aragonite type, vaterite type, or amorphous calcium carbonate.
That is, in the present invention, in order to form calcium carbonate having a high specific surface area, it is convenient to use various additives for forming a high specific surface area, including the known additives.

その高比表面積形成用助剤としては、硫酸をはじめ、硫酸亜鉛、硫酸アルミニウム、硫酸バンド、硫酸マグネシウム等の硫酸塩や塩化亜鉛に代表される可溶性金属塩、亜硫酸カルシウム、ケイ酸ソーダ、燐酸および燐酸塩、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、グルコン酸等のヒドロキシカルボン酸、エチレンジアミン四酢酸等のキレート剤、アニオン有機ポリホスホネート電解質、多価アルコール等があげられる。
これらは1種または2種以上を混合して用いることができる。
本発明者らも、合成時に高比表面積形成用助剤として、硫酸または硫酸塩、あるいはそれらを併用する方法やクエン酸等のヒドロキシカルボン酸を添加することにより製造できることを確認している。
As the auxiliary agent for forming the high specific surface area, sulfuric acid, zinc sulfate, aluminum sulfate, sulfate band, soluble metal salts represented by zinc chloride such as zinc sulfate, calcium sulfite, sodium silicate, phosphoric acid and Examples thereof include hydroxycarboxylic acids such as phosphate, citric acid, malic acid, tartaric acid, and gluconic acid, chelating agents such as ethylenediaminetetraacetic acid, anionic organic polyphosphonate electrolytes, and polyhydric alcohols.
These can be used alone or in combination of two or more.
The present inventors have also confirmed that it can be produced by adding sulfuric acid or sulfate, a method using them together, or a hydroxycarboxylic acid such as citric acid as an auxiliary for forming a high specific surface area during synthesis.

例えば、炭酸ガス化合法において、石灰乳を調製後、炭酸ガスの導入開始に相前後して
高比表面積形成用助剤として例えば硫酸又は硫酸塩、またはそれらの併用、あるいはヒドロキシカルボン酸を添加することにより、比表面積が50〜170m2/gで一次粒子径が20〜40nmの微細な炭酸カルシウムの連鎖状ないし繊維状粒子が製造できる。
炭酸ガス化合法においては、炭酸化反応の終了はpHの測定により簡便に行うことができ、炭酸化過程が進行するに従いスラリー中のpHが低下し、炭酸化反応が終了した時点ではpH7となるので、このpHの変化を継続して計測することにより炭酸化反応の終点を知ることができる。
For example, in a carbon dioxide compounding method, after preparing lime milk, for example, sulfuric acid or sulfate, or a combination thereof, or a hydroxycarboxylic acid is added as an auxiliary agent for forming a high specific surface area before or after the introduction of carbon dioxide gas. As a result, fine calcium carbonate chain or fiber particles having a specific surface area of 50 to 170 m 2 / g and a primary particle diameter of 20 to 40 nm can be produced.
In the carbon dioxide compounding method, the end of the carbonation reaction can be easily performed by measuring the pH, and the pH in the slurry decreases as the carbonation process proceeds, and reaches pH 7 when the carbonation reaction ends. Therefore, the end point of the carbonation reaction can be known by continuously measuring the change in pH.

本発明の複合粒子を構成するもう1つの成分であるシリカの原料としては、ケイ酸アルカリであれば特に限定されず、例えばケイ酸ナトリウム(ソーダ)やケイ酸カリウムがあげられる。
本発明においては、シリカとは炭酸カルシウムの形成工程である炭酸化反応過程においてケイ酸アルカリを添加して、炭酸カルシウムの表面に固着するものを指すのであるから、この炭酸化過程において、ケイ酸アルカリが反応して炭酸カルシウムの表面に固体として析出するものであればよく、それは二酸化ケイ素あるいはその含水物のいずれであってもよい。
The raw material of silica, which is another component constituting the composite particles of the present invention, is not particularly limited as long as it is an alkali silicate, and examples thereof include sodium silicate (soda) and potassium silicate.
In the present invention, silica refers to a substance that is fixed to the surface of calcium carbonate by adding alkali silicate in the carbonation reaction process, which is a calcium carbonate formation process. Any alkali may be used as long as it reacts and precipitates as a solid on the surface of calcium carbonate, and it may be either silicon dioxide or its hydrate.

本発明により炭酸カルシウム表面に沈澱させ固着させたシリカの平均粒子径は、走査型電子顕微鏡で観察すると10nm〜100nmの範囲にある。
このシリカの粒子径とは、炭酸カルシウム表面に固着した粒子状の形態をなすシリカ粒子の直径(形態が球でない場合は長径と短径の平均値とする)のことであり、走査型電子顕微鏡による表面形状の観察や、透過型電子顕微鏡における透過電子像の観察により測定したものである。
なお、このシリカは、現状においては粉末X線回折により非晶質と推定されるが、その構造あるいは組成の詳細は確認できていない。
The average particle diameter of silica precipitated and fixed on the surface of calcium carbonate according to the present invention is in the range of 10 nm to 100 nm when observed with a scanning electron microscope.
The silica particle diameter is the diameter of silica particles in the form of particles fixed on the surface of calcium carbonate (if the form is not a sphere, the average value of the major axis and the minor axis), and a scanning electron microscope It was measured by observation of the surface shape by, and observation of a transmission electron image in a transmission electron microscope.
Although this silica is presumed to be amorphous by powder X-ray diffraction at present, details of its structure or composition have not been confirmed.

本発明で使用するシリカ原料のケイ酸アルカリについては、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等が使用でき、ケイ酸ナトリウムは、Na2O・nSiO2・nH2Oという一般式で示され、水ガラスとも呼ばれている液状品や粉末の無水物であるケイ酸ナトリウムガラス、フレーク状のオルソケイ酸ナトリウムが使用できる。
さらに、ケイ酸カリウムはK2O・nSiO2という組成を有し、通常は水溶液となっており、一般工業用のケイ酸カリウムの他、ブラウン管用蛍光物質結合剤として使用されている高純度ケイ酸カリウムが使用できる。
Regarding the alkali silicate of the silica raw material used in the present invention, sodium silicate, potassium silicate, etc. can be used. Sodium silicate is represented by the general formula Na 2 O.nSiO 2 .nH 2 O. Sodium silicate glass or flaky sodium orthosilicate, which is also called liquid product or powdered anhydride, can be used.
Further, potassium silicate has a composition of K 2 O · nSiO 2 and is usually an aqueous solution. In addition to potassium silicate for general industrial use, high-purity silica used as a fluorescent substance binder for cathode ray tubes. Potassium acid can be used.

本発明では、ケイ酸アルカリからのシリカの生成反応は、アルカリ金属イオンの共存下で行うことが必要であり、このことが本発明の最大の特徴であるが、そのアルカリ金属イオンの種類や添加する方法は特に限定されない。
アルカリ金属イオンの添加については、その塩化物、水酸化物、硫酸塩、硝酸塩等が使用でき、この中でも入手が容易な塩化ナトリウムや塩化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、硫酸ナトリウム等から1種以上をそのまま、あるいは水溶液として添加する方法が最も簡便であり工業的には望ましい。
In the present invention, the formation reaction of silica from alkali silicate must be performed in the presence of alkali metal ions, which is the greatest feature of the present invention. The method to do is not specifically limited.
For the addition of alkali metal ions, chlorides, hydroxides, sulfates, nitrates, and the like can be used. Among them, sodium chloride, potassium chloride, sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium sulfate, etc., which are easily available, can be used. The method of adding seeds or more as they are or as an aqueous solution is the simplest and desirable industrially.

次いで、本発明のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法について詳述する。
本発明のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子は、高比表面積の炭酸カルシウムの形成工程において、炭酸カルシウムの結晶核生成後から炭酸化反応終了までの間に、アルカリ金属イオン共存下でケイ酸アルカリを添加することによって製造でき、ケイ酸アルカリを添加する前にアルカリ金属イオンを何らかの方法で反応系内に存在させておくことを特徴とする。
Next, a method for producing the silica-calcium carbonate composite particles of the present invention will be described in detail.
The silica-calcium carbonate composite particles of the present invention are prepared by adding alkali silicate in the presence of alkali metal ions between the formation of calcium carbonate crystal nuclei and the end of the carbonation reaction in the formation process of calcium carbonate having a high specific surface area. The alkali metal ions are allowed to exist in the reaction system by some method before adding the alkali silicate.

カルシウム源としては、石灰石を焼成して製造した生石灰(酸化カルシウム)を水和させた消石灰(水酸化カルシウム)が好適であるが、塩化カルシウム、硝酸カルシウム等を使用しても良い。
また、これらの炭酸化には上記の生石灰製造時の排ガス等の二酸化炭素含有ガスや二酸化炭素の純ガスの他、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カルシウム等の可溶性炭酸塩が利用できる。
As the calcium source, slaked lime (calcium hydroxide) obtained by hydrating quick lime (calcium oxide) produced by firing limestone is suitable, but calcium chloride, calcium nitrate, or the like may be used.
In addition to the carbon dioxide-containing gas such as exhaust gas during the production of quicklime and carbon dioxide pure gas, soluble carbonates such as sodium carbonate, sodium bicarbonate, and calcium bicarbonate can be used for the carbonation.

アルカリ金属イオンの添加時期については、炭酸化反応開始前、あるいは炭酸化反応開始時以降であれば、ケイ酸アルカリの添加の前であることが必要である。
その添加量はケイ酸アルカリに含有される無水ケイ酸(SiO2)量100重量部に対し、アルカリ金属イオンとして0.1〜100重量部が望ましい。
少ないと炭酸カルシウムの表面に均一に被覆できず、シリカの単独粒子や凝集粒子が増加する。
他方、多すぎると多量のアルカリ金属化合物を使用することになり経済性が低下するばかりでなく、製品に残存するアルカリ金属や塩素イオン等の陰イオンが増加して、顔料や填料として使用する際に不具合が生じるおそれがある。
About the addition time of an alkali metal ion, before the carbonation reaction start, or after the carbonation reaction start time, it is necessary to be before the addition of alkali silicate.
The addition amount is preferably 0.1 to 100 parts by weight as alkali metal ions with respect to 100 parts by weight of anhydrous silicic acid (SiO 2 ) contained in the alkali silicate.
If the amount is too small, the surface of calcium carbonate cannot be uniformly coated, and silica single particles and aggregated particles increase.
On the other hand, if too much, a large amount of alkali metal compound is used, which not only decreases the economic efficiency, but also increases the anions such as alkali metal and chlorine ions remaining in the product, so that it can be used as a pigment or filler. May cause problems.

ケイ酸アルカリを添加する時期については、炭酸カルシウムの結晶核生成開始時以降であり、望ましくは炭酸化率が50%以上となった炭酸化反応過程であり、より望ましくは合成炭酸カルシウムの結晶が生成し十分成長した炭酸化率が75%に達した以降で、さらに望ましくは炭酸化率が90%付近で添加するのが良い。
このようにしてシリカが高比表面積の炭酸カルシウム表面に強固にかつ効率よく付着、固定したシリカ−炭酸カルシウム複合粒子が得られる。
ここにおける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÷反応系内に存在し炭酸化反応により炭酸カルシウムになりうるカルシウムの総重量)×100
The timing of adding the alkali silicate is after the start of nucleation of calcium carbonate, preferably the carbonation reaction process in which the carbonation rate is 50% or more, and more preferably the crystals of synthetic calcium carbonate are formed. After the carbonation rate that has been generated and sufficiently grown reaches 75%, the carbonation rate is more preferably added in the vicinity of 90%.
Thus, silica-calcium carbonate composite particles in which silica is firmly and efficiently adhered and fixed to the surface of calcium carbonate having a high specific surface area can be obtained.
The carbonation rate here is represented by the following equation.
Carbonation rate = (calcium weight in calcium carbonate produced by carbonation reaction ÷ total weight of calcium present in reaction system and capable of becoming calcium carbonate by carbonation reaction) × 100

また、ここにおける炭酸カルシウムの結晶核生成の開始は、炭酸ガス化合法においては水酸化カルシウムスラリーの導電率を連続的に計測することで容易に知ることができる場合がある(非特許文献1参照)が、結晶核の生成が確認できないことも多く、その時には常法により懸濁液をサンプリングし粉末X線回折法や電子顕微鏡を用いれば確認することができる。
なお、炭酸ガス化合法以外の方法で製造する場合、例えば炭酸化反応に炭酸ナトリウム等の可溶性炭酸塩を使用する場合は、添加開始時から核の形成が始まるため、結晶核生成は炭酸化開始時に一致する。
In addition, the start of crystal nucleation of calcium carbonate here can be easily known by continuously measuring the conductivity of the calcium hydroxide slurry in the carbon dioxide compounding method (see Non-Patent Document 1). However, the formation of crystal nuclei is often not confirmed, and at that time, it can be confirmed by sampling the suspension by a conventional method and using a powder X-ray diffraction method or an electron microscope.
In addition, when producing by a method other than the carbon dioxide compounding method, for example, when using a soluble carbonate such as sodium carbonate for the carbonation reaction, the formation of nuclei starts from the start of the addition, so the crystal nucleation starts to start carbonation. Sometimes coincides.

ケイ酸アルカリの添加量に関しては、特に制限はなくシリカ−炭酸カルシウム複合粒子に求められる合成シリカに由来する特性の度合いによって決定できるが、炭酸化反応終了時の炭酸カルシウム100重量部に対して無水ケイ酸(SiO2)として0.1〜100重量部、望ましくは1〜30重量部、より望ましくは5〜30重量部であることがよい。
なお、ここでいうケイ酸アルカリの添加量とは、添加したケイ酸アルカリ量そのものではなく、添加するケイ酸アルカリに含有される無水ケイ酸量をいう。
The amount of alkali silicate added is not particularly limited and can be determined according to the degree of characteristics derived from synthetic silica required for silica-calcium carbonate composite particles, but is anhydrous with respect to 100 parts by weight of calcium carbonate at the end of the carbonation reaction. Silica (SiO 2 ) is 0.1 to 100 parts by weight, desirably 1 to 30 parts by weight, and more desirably 5 to 30 parts by weight.
The added amount of alkali silicate here refers to the amount of anhydrous silicic acid contained in the added alkali silicate, not the amount of added alkali silicate itself.

その添加量については、0.1重量部未満であると、シリカの特性がほとんど発揮されず、生成物はカルシウム自体の性質とほとんど変わらないため、本発明の課題を達成できないことがある。
逆に多すぎると、経済的に不利になるばかりでなく、比表面積の低下や吸油量や吸水量の吸液量の低下を招き、本発明の課題を達成できないことがある。
When the amount added is less than 0.1 part by weight, the characteristics of silica are hardly exhibited, and the product is hardly different from the properties of calcium itself, so that the object of the present invention may not be achieved.
On the other hand, if the amount is too large, not only will it be economically disadvantageous, but it will also lead to a decrease in specific surface area and a decrease in the amount of oil absorbed and the amount of water absorbed, and the subject of the present invention may not be achieved.

また、炭酸化反応を終了させた高比表面積の合成炭酸カルシウムを利用しても本発明のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子は製造できる。
その場合には、比表面積が50m2/g以上の高比表面積の合成炭酸カルシウムスラリーに水酸化カルシウム、塩化カルシウム等のカルシウム源を適量添加した後、アルカリ金属イオンとケイ酸アルカリを加え、さらに炭酸ガス等の炭酸源で再度炭酸化を行えば良い。
その場合におけるアルカリ金属イオンとケイ酸アルカリの添加時期は、再炭酸化反応開始前であればいずれを先に添加しても良い。
しかし、再炭酸化反応開始後に添加する際には、ケイ酸アルカリの添加の前にアルカリ金属イオンを添加しておくことが必要である。
Moreover, the silica-calcium carbonate composite particles of the present invention can also be produced by using synthetic calcium carbonate having a high specific surface area after completion of the carbonation reaction.
In that case, after adding an appropriate amount of a calcium source such as calcium hydroxide or calcium chloride to a synthetic calcium carbonate slurry having a specific surface area of 50 m 2 / g or more, an alkali metal ion and an alkali silicate are added. Carbonation may be performed again with a carbon dioxide source such as carbon dioxide.
In this case, any alkali metal ions and alkali silicate may be added first as long as they are before the start of the recarbonation reaction.
However, when adding after the start of the recarbonation reaction, it is necessary to add an alkali metal ion before adding the alkali silicate.

以上の反応操作によって、高比表面積炭酸カルシウム粒子表面に、走査型電子顕微鏡での表面形状の観察や透過型電子顕微鏡における透過電子像の観察による、シリカの平均粒子径、すなわち炭酸カルシウム表面に固着した粒子状の形態をなすシリカの平均粒子径が10〜100nmの合成シリカが高比表面積炭酸カルシウムの表面に付着し固定された、本発明のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子は製造できる。
こうして得られたシリカ−炭酸カルシウム複合粒子は、炭酸カルシウム単独よりも比表面積は通常10m2/g以上高くなり、吸液量すなわち吸油量や吸水量においても10ml/100g以上上昇する。
By the above-described reaction operation, the average particle diameter of silica, that is, the surface of calcium carbonate is fixed on the surface of calcium carbonate particles having a high specific surface area by observing the surface shape with a scanning electron microscope or the transmission electron image with a transmission electron microscope. The silica-calcium carbonate composite particles of the present invention in which synthetic silica having an average particle diameter of 10 to 100 nm of silica in the form of particles adhered to and fixed to the surface of high specific surface area calcium carbonate can be produced.
The silica-calcium carbonate composite particles thus obtained have a specific surface area that is usually 10 m 2 / g or more higher than that of calcium carbonate alone, and the liquid absorption amount, that is, the oil absorption amount or the water absorption amount is also increased by 10 ml / 100 g or more.

本発明のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法は、高比表面積の炭酸カルシウムの形成工程においてケイ酸アルカリを添加するという新規でかつ簡便な手法で容易に実施することができ、経済性においても優れている。
このようにして得られたシリカ−炭酸カルシウム複合粒子は、高比表面積の炭酸カルシウム表面に平均粒子径10〜100nmの化学的な沈澱反応により生成したシリカが分散して均一に付着し固定されているものである。
The method for producing silica-calcium carbonate composite particles of the present invention can be easily carried out by a new and simple method of adding alkali silicate in the step of forming calcium carbonate having a high specific surface area. Are better.
The silica-calcium carbonate composite particles obtained in this manner are dispersed and uniformly adhered to the surface of calcium carbonate having a high specific surface area by dispersing silica produced by a chemical precipitation reaction having an average particle diameter of 10 to 100 nm. It is what.

そのシリカ−炭酸カルシウム複合粒子は、高比表面積であるばかりでなく、吸油性及び吸水性といった吸液性に関しては、シリカを被覆しない基材の炭酸カルシウムと対比して、同等かそれ以上の特性を発現する。
また、本発明の複合粒子は、炭酸カルシウムの表面をシリカ粒子が被覆しているため、シリカ系の多孔質粒子と同等以上のインクジェット記録用紙に要求されるようなインクの吸収性や鮮やかな発色性、色再現性を有した経済性に優れた多孔質顔料となる。
The silica-calcium carbonate composite particles not only have a high specific surface area, but also have the same or better properties in terms of liquid absorbency such as oil absorbency and water absorbency compared with calcium carbonate of a base material not coated with silica. Is expressed.
In addition, since the composite particles of the present invention are coated with silica particles on the surface of calcium carbonate, the ink absorbency and vivid color development required for ink jet recording paper equivalent to or better than silica-based porous particles It becomes a porous pigment excellent in economy and color reproducibility.

[実施例及び比較例]
以下において、本発明の複数の実施例及び比較例を挙げて更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等によってなんら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。
また、以下に記載するBET法による比表面積は、Mountech社 Macsorb HM−1201を使用して、吸油量はJIS K5101によって測定したものであり、吸水量は該JISに準じて測定したものであり、その際には吸油量測定の際に使用するアマニ油に代えて水を使用した。
[Examples and Comparative Examples]
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to a plurality of examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples and the like, and is specified by the description of the scope of claims. Needless to say, it is something.
In addition, the specific surface area by the BET method described below is measured by TECH K5101 using Mountech's Macsorb HM-1201, the water absorption is measured according to the JIS, In that case, water was used in place of the linseed oil used in the oil absorption measurement.

[高比表面積形成用助剤として硫酸亜鉛+硫酸の使用]
工業用生石灰3kgを15リットルの水で水和し、濃度9.1重量%の石灰乳(水酸化カルシウムスラリー)を調製し、この水酸化カルシウムスラリー2.0kgを450rpmで撹拌しながら、塩化ナトリウム15.0gを水に溶解した10重量%溶液全量を添加した。
温度を28℃に調整した後、炭酸ガス量3.8リットル/分、空気量8.8リットル/分の混合ガスを導入しながら、硫酸亜鉛7水和物24.2gの水溶液と硫酸16.7gを添加した。
[Use of zinc sulfate + sulfuric acid as an auxiliary for forming a high specific surface area]
3 kg of quick lime for industrial use is hydrated with 15 liters of water to prepare 9.1% by weight lime milk (calcium hydroxide slurry), and 2.0 kg of this calcium hydroxide slurry is stirred at 450 rpm while adding sodium chloride. A total of 10% by weight solution of 15.0 g dissolved in water was added.
After the temperature was adjusted to 28 ° C., an aqueous solution of 24.2 g of zinc sulfate heptahydrate and sulfuric acid 16.2 were introduced while introducing a mixed gas of carbon dioxide gas amount 3.8 liters / minute and air amount 8.8 liters / minute. 7 g was added.

炭酸化率が90%に達した時点で、3号ケイ酸ナトリウムの28重量%溶液をSiO2重量に換算して、生成する炭酸カルシウム100gに対し10gとなるように徐々に添加し、スラリーのpHが7に達した時点で炭酸化反応を終了させた。
得られた生成物は、走査型電子顕微鏡(SEM)での観察によると、繊維長0.5μm程度の繊維状の炭酸カルシウムの表面に10〜50nm前後のシリカ微粒子が付着し固定されているシリカ−炭酸カルシウム複合粒子であった。
また、BET法による比表面積は69.1m2/g、アマニ油による吸油量は108ml/100g、吸水量は130ml/100gであった。
When the carbonation rate reached 90%, a 28 wt% solution of No. 3 sodium silicate in terms of SiO 2 by weight, was added slowly such that the 10g to calcium carbonate 100g for generating, the slurry When the pH reached 7, the carbonation reaction was terminated.
According to observation with a scanning electron microscope (SEM), the obtained product is a silica in which silica fine particles of about 10 to 50 nm are adhered and fixed on the surface of fibrous calcium carbonate having a fiber length of about 0.5 μm. -Calcium carbonate composite particles.
The specific surface area by the BET method was 69.1 m 2 / g, the oil absorption by linseed oil was 108 ml / 100 g, and the water absorption was 130 ml / 100 g.

実施例1で調製した水酸化カルシウムスラリー2.0kgを450rpmで撹拌しながら、温度を28℃に調整した後、炭酸ガス量3.8リットル/分、空気量8.8リットル/分の混合ガスを導入しながら、硫酸亜鉛7水和物22.7gの水溶液と硫酸8.3gを添加した。
炭酸化率が90%に達した時点で、塩化ナトリウム30gを溶解した10重量%水溶液全量を添加し、更に3号ケイ酸ナトリウムの28重量%溶液をSiO2重量に換算して、生成する炭酸カルシウム100gに対し20gとなるように徐々に添加し、スラリーのpHが7に達した時点で炭酸化反応を終了させた。
While the temperature was adjusted to 28 ° C. while stirring 2.0 kg of the calcium hydroxide slurry prepared in Example 1 at 450 rpm, the mixed gas was 3.8 liters / minute of carbon dioxide and 8.8 liters / minute of air. Then, an aqueous solution of 22.7 g of zinc sulfate heptahydrate and 8.3 g of sulfuric acid were added.
When the carbonation rate reaches 90%, a total amount of 10% by weight aqueous solution in which 30 g of sodium chloride is dissolved is added, and a 28% by weight solution of No. 3 sodium silicate is converted into SiO 2 weight to produce carbonic acid. Gradual addition was performed so that the amount became 20 g with respect to 100 g of calcium, and the carbonation reaction was terminated when the pH of the slurry reached 7.

得られた生成物は、走査型電子顕微鏡(SEM)での観察によると、繊維長0.3μm程度の繊維状炭酸カルシウムの表面に10〜50nm前後のシリカ微粒子が付着し固定されているシリカ−炭酸カルシウム複合粒子であった。
また、BET法による比表面積は76.2m2/g、アマニ油による吸油量は105ml/100g、吸水量は140ml/100gであった。
According to observation with a scanning electron microscope (SEM), the obtained product is a silica in which silica fine particles of about 10 to 50 nm are adhered and fixed on the surface of fibrous calcium carbonate having a fiber length of about 0.3 μm. It was a calcium carbonate composite particle.
The specific surface area by the BET method was 76.2 m 2 / g, the oil absorption by linseed oil was 105 ml / 100 g, and the water absorption was 140 ml / 100 g.

[高比表面積形成用助剤として硫酸亜鉛のみ使用]
濃度7.3重量%の水酸化カルシウムスラリー2.0kgを450rpmで撹拌しながら、温度を15℃に調整した後、炭酸ガス量1.5リットル/分、空気量2.1リットル/分の混合ガスを導入しながら、水に溶解した硫酸亜鉛7水和物5.7gを添加した。
炭酸化率が60%に達した時点で、塩化ナトリウム5.0gを水に溶解した10重量%溶液全量を添加し、更に3号ケイ酸ナトリウムの28重量%溶液をSiO2重量に換算して、生成する炭酸カルシウム100gに対し10gとなるように徐々に添加し、スラリーのpHが7に達した時点で炭酸化反応を終了させた。
[Only zinc sulfate is used as an auxiliary for forming a high specific surface area]
While stirring 2.0 kg of calcium hydroxide slurry with a concentration of 7.3% by weight at 450 rpm, adjusting the temperature to 15 ° C., mixing carbon dioxide amount 1.5 liters / minute and air amount 2.1 liters / minute While introducing the gas, 5.7 g of zinc sulfate heptahydrate dissolved in water was added.
When the carbonation rate reached 60%, a total amount of 10 wt% solution in which 5.0 g of sodium chloride was dissolved in water was added, and a 28 wt% solution of No. 3 sodium silicate was converted to SiO 2 weight. Then, it was gradually added so as to be 10 g per 100 g of produced calcium carbonate, and when the pH of the slurry reached 7, the carbonation reaction was terminated.

得られた生成物は、走査型電子顕微鏡(SEM)での観察によると、粒径が20nmのコロイド状粒子が連鎖状に連なった炭酸カルシウムの表面に10〜50nm前後のシリカ微粒子が付着し固定されているシリカ−炭酸カルシウム複合粒子であった。
また、BET法による比表面積は63.5m2/g、アマニ油による吸油量は89ml/100g、吸水量は105ml/100gであった。
When the obtained product is observed with a scanning electron microscope (SEM), silica fine particles of about 10 to 50 nm adhere to the surface of calcium carbonate in which colloidal particles having a particle size of 20 nm are linked in a fixed manner. Silica-calcium carbonate composite particles.
The specific surface area by the BET method was 63.5 m 2 / g, the oil absorption by linseed oil was 89 ml / 100 g, and the water absorption was 105 ml / 100 g.

[高比表面積形成用助剤としてクエン酸使用]
水道水1.8kgを撹拌しながら、工業用消石灰200gを加え濃度10重量%の水酸化カルシウムスラリーを調製した。
この中にクエン酸3gを水道水に溶解させた水溶液を添加し、スラリー温度を10℃に調整した後、炭酸ガスを1.2リットル/分の速度で導入した。
[Use of citric acid as an auxiliary for forming a high specific surface area]
While stirring 1.8 kg of tap water, 200 g of industrial slaked lime was added to prepare a calcium hydroxide slurry having a concentration of 10% by weight.
An aqueous solution in which 3 g of citric acid was dissolved in tap water was added thereto, the slurry temperature was adjusted to 10 ° C., and carbon dioxide gas was introduced at a rate of 1.2 liters / minute.

炭酸化開始10分後に再度クエン酸3gを水道水に溶解させた水溶液を添加し、同様にして18分後、25分後にも添加した。
炭酸化開始50分後(炭酸化率80%)に塩化ナトリウム30gを水に溶解した10重量%溶液全量を添加し、更に3号ケイ酸ナトリウムの28重量%溶液をSiO2重量に換算して、生成する炭酸カルシウム100gに対し20gとなるように徐々に添加した。
炭酸化開始後65分でpHが7になったため炭酸化を終了した。
10 minutes after the start of carbonation, an aqueous solution in which 3 g of citric acid was dissolved in tap water was added again, and in the same manner, it was added after 18 and 25 minutes.
50 minutes after the start of carbonation (carbonation rate 80%), a total amount of 10% by weight solution of 30 g of sodium chloride in water was added, and a 28% by weight solution of No. 3 sodium silicate was converted to SiO 2 weight. Then, it was gradually added so as to be 20 g with respect to 100 g of produced calcium carbonate.
Carbonation was completed because the pH reached 7 65 minutes after the start of carbonation.

得られた生成物は、走査型電子顕微鏡(SEM)での観察によると、繊維長0.3μm程度の繊維状の炭酸カルシウムが3〜7μmの凝集体を形成しており、その表面には10〜70nm前後のシリカ微粒子が多孔質状に付着し固定しているシリカ−炭酸カルシウム複合粒子であった。
また、BET法による比表面積は154.4m2/g、アマニ油による吸油量は169ml/100g、吸水量は183ml/100gであった。
According to observation with a scanning electron microscope (SEM), the obtained product formed an aggregate of 3 to 7 μm of fibrous calcium carbonate having a fiber length of about 0.3 μm. It was silica-calcium carbonate composite particles having silica fine particles of about ˜70 nm adhered and fixed in a porous state.
The specific surface area by the BET method was 154.4 m 2 / g, the oil absorption by linseed oil was 169 ml / 100 g, and the water absorption was 183 ml / 100 g.

[シリカ複合体形成用添加剤として塩化カリウム使用]
塩化ナトリウムを塩化カルシウムに変更した以外は、実施例1と同様にしてシリカ−炭酸カルシウム複合粒子を製造した。
得られた生成物は、走査型電子顕微鏡(SEM)での観察によると、繊維長0.5μm程度の繊維状の炭酸カルシウムの表面に10〜70nm前後のシリカ微粒子が付着し固定されているシリカ−炭酸カルシウム複合粒子であった。またBET法による比表面積は65.7m2/g、アマニ油による吸油量は103ml/100g、吸水量は118ml/100gであった。
[Use of potassium chloride as an additive for forming silica composites]
Silica-calcium carbonate composite particles were produced in the same manner as in Example 1 except that sodium chloride was changed to calcium chloride.
According to observation with a scanning electron microscope (SEM), the obtained product is a silica in which silica fine particles of about 10 to 70 nm are adhered and fixed on the surface of fibrous calcium carbonate having a fiber length of about 0.5 μm. -Calcium carbonate composite particles. The specific surface area by the BET method was 65.7 m 2 / g, the oil absorption by linseed oil was 103 ml / 100 g, and the water absorption was 118 ml / 100 g.

[比較例1(シリカ複合体形成用添加剤としての塩化ナトリウム不使用)]
実施例1と同様の条件で、塩化ナトリウムを添加せずに炭酸化反応を終了させた。
得られた生成物を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察すると、繊維長0.5μm程度の繊維状の炭酸カルシウムが形成されており、その表面には10〜50nm前後のシリカ微粒子がわずかに認められるものの、ほとんどのシリカ粒子は凝集体をなして混在しており、炭酸カルシウムの表面を被覆した本発明のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子とはことなるものであった。
なお、本試料のBET法による比表面積は63.6m2/g、アマニ油による吸油量は102ml/100g、吸水量は117ml/100gであった。
[Comparative Example 1 (no use of sodium chloride as an additive for forming a silica composite)]
Under the same conditions as in Example 1, the carbonation reaction was terminated without adding sodium chloride.
When the obtained product is observed with a scanning electron microscope (SEM), fibrous calcium carbonate having a fiber length of about 0.5 μm is formed, and silica fine particles of about 10 to 50 nm are slightly observed on the surface. However, most of the silica particles are present in the form of aggregates, which is different from the silica-calcium carbonate composite particles of the present invention in which the surface of calcium carbonate is coated.
The specific surface area of this sample by the BET method was 63.6 m 2 / g, the oil absorption by linseed oil was 102 ml / 100 g, and the water absorption was 117 ml / 100 g.

[比較例2(高比表面積形成用助剤不使用(紡錘状炭酸カルシウム形成))]
温度26℃に調節した濃度6.2重量%の水酸化カルシウムスラリー2.0kgを撹拌しながら、塩化ナトリウム33.5gを水に溶解した10重量%溶液全量を添加した。
その後、濃度25容量%の二酸化炭素と空気との混合ガスを、水酸化カルシウム100g当たり0.35リットル毎分の速度で導入し炭酸化反応を開始した。
その炭酸化反応の炭酸化率が90%に達した時点で、3号ケイ酸ナトリウムの28重量%溶液33.5g(SiO2重量に換算して、生成する炭酸カルシウム100g当たり20g)を添加すると共に、引き続き混合ガスを導入して炭酸化反応を継続させ、スラリーのpHが7に達した時点で炭酸化反応を終了させた。
[Comparative Example 2 (No auxiliary agent for forming a high specific surface area (formation of spindle-shaped calcium carbonate))]
While stirring 2.0 kg of a calcium hydroxide slurry having a concentration of 6.2 wt% adjusted to a temperature of 26 ° C., a total amount of 10 wt% solution of 33.5 g of sodium chloride dissolved in water was added.
Thereafter, a mixed gas of carbon dioxide and air having a concentration of 25% by volume was introduced at a rate of 0.35 liter per minute per 100 g of calcium hydroxide to start the carbonation reaction.
When the carbonation rate of the carbonation reaction reaches 90%, 33.5 g of a 28 wt% solution of sodium silicate No. 3 (20 g per 100 g of calcium carbonate formed in terms of SiO 2 weight) is added. At the same time, the mixed gas was continuously introduced to continue the carbonation reaction, and when the pH of the slurry reached 7, the carbonation reaction was terminated.

得られた生成物は、走査型電子顕微鏡(SEM)での観察によると、長径1.0〜2.0μm、短径0.3〜0.5μmの紡錘状炭酸カルシウム粒子表面に10〜50nm前後のシリカ微粒子が付着し固定されているシリカ−炭酸カルシウム複合粒子であった。
この複合粒子のBET法による比表面積は12.9m2/g、アマニ油による吸油量は81ml/100g、吸水量は88ml/100gであった。
比表面積が小さいことは細孔が少ないことを示しており、インクジェット記録用紙用の多孔質顔料としては不十分なものであった。
According to the observation with a scanning electron microscope (SEM), the obtained product is around 10 to 50 nm on the surface of spindle-shaped calcium carbonate particles having a major axis of 1.0 to 2.0 μm and a minor axis of 0.3 to 0.5 μm. It was a silica-calcium carbonate composite particle to which the silica fine particles adhered and fixed.
The composite particles had a specific surface area by BET method of 12.9 m 2 / g, an oil absorption by linseed oil of 81 ml / 100 g, and a water absorption of 88 ml / 100 g.
A small specific surface area indicates that there are few pores, which is insufficient as a porous pigment for ink jet recording paper.

[比較例3(高比表面積形成用助剤不使用(柱状炭酸カルシウム形成))]
温度40℃に調節した濃度12.1重量%の水酸化カルシウムスラリー2.0kgを撹拌しながら、塩化ナトリウム1.63gを水に溶解した10重量%溶液全量を添加した。
その後、濃度25容量%の二酸化炭素と空気との混合ガスを、水酸化カルシウム100g当たり0.17リットル毎分の速度で導入し炭酸化反応を開始した。
その炭酸化反応の炭酸化率が90%に達した時点で、3号ケイ酸ナトリウムの28重量%溶液130.8g(SiO2重量に換算して、生成する炭酸カルシウム100g当たり40g)を添加すると共に、引き続き混合ガスを導入して炭酸化反応を継続させ、スラリーのpHが7に達した時点で炭酸化反応を終了させた。
[Comparative Example 3 (No use of auxiliary agent for forming high specific surface area (formation of columnar calcium carbonate))]
While stirring 2.0 kg of calcium hydroxide slurry having a concentration of 12.1 wt% adjusted to a temperature of 40 ° C., a total amount of 10 wt% solution obtained by dissolving 1.63 g of sodium chloride in water was added.
Thereafter, a mixed gas of carbon dioxide and air having a concentration of 25% by volume was introduced at a rate of 0.17 liter per minute per 100 g of calcium hydroxide to start the carbonation reaction.
When the carbonation rate of the carbonation reaction reaches 90%, 130.8 g of a 28 wt% solution of No. 3 sodium silicate (40 g per 100 g of calcium carbonate produced in terms of SiO 2 weight) is added. At the same time, the mixed gas was continuously introduced to continue the carbonation reaction, and when the pH of the slurry reached 7, the carbonation reaction was terminated.

得られた生成物は、SEMでの観察によると、長径1.0〜3.0μm、短径0.1〜0.3μmの柱状炭酸カルシウム粒子表面に20〜80nm前後のシリカ微粒子が付着し固定されているシリカ−炭酸カルシウム複合粒子であった。
また、柱状炭酸カルシウム表面の約9割がシリカ微粒子によって覆われていたが、その周囲にはシリカの単独粒子も微量ながら観察された。
この複合粒子のBET法による比表面積は12.9m2/g、アマニ油による吸油量は70ml/100g、吸水量は102ml/100gであった。
比表面積が小さいことは細孔が少ないことを示しており、インクジェット記録用紙用の多孔質顔料としては不十分なものであった。
When the obtained product is observed with an SEM, silica fine particles of about 20 to 80 nm adhere to the surface of the columnar calcium carbonate particles having a major axis of 1.0 to 3.0 μm and a minor axis of 0.1 to 0.3 μm. Silica-calcium carbonate composite particles.
Further, about 90% of the surface of the columnar calcium carbonate was covered with silica fine particles, but a small amount of silica single particles were observed around the surface.
The composite particles had a specific surface area of 12.9 m 2 / g by BET method, an oil absorption by linseed oil of 70 ml / 100 g, and a water absorption of 102 ml / 100 g.
A small specific surface area indicates that there are few pores, which is insufficient as a porous pigment for ink jet recording paper.

Claims (9)

高比表面積を有する炭酸カルシウムの形成工程である炭酸化反応過程において、炭酸カルシウムの結晶核生成後に、アルカリ金属イオンの共存下でケイ酸アルカリを添加して、炭酸カルシウムの表面にシリカを固着させた、BET法による比表面積が60〜200m2/gであり吸液量が80〜250ml/100gであることを特徴とするシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法。 In the carbonation reaction process, which is the formation process of calcium carbonate having a high specific surface area, after the formation of calcium carbonate crystal nuclei, alkali silicate is added in the presence of alkali metal ions to fix silica to the surface of calcium carbonate. A method for producing silica-calcium carbonate composite particles, wherein the BET method has a specific surface area of 60 to 200 m 2 / g and a liquid absorption of 80 to 250 ml / 100 g. 炭酸カルシウム表面に固着させたシリカの平均粒子径が10nm〜100nmの範囲にある請求項1に記載のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法。 The method for producing silica-calcium carbonate composite particles according to claim 1, wherein the average particle size of silica fixed to the surface of calcium carbonate is in the range of 10 nm to 100 nm. ケイ酸アルカリがケイ酸ナトリウムである請求項1又は2に記載のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法。 The method for producing silica-calcium carbonate composite particles according to claim 1 or 2, wherein the alkali silicate is sodium silicate. アルカリ金属イオンがナトリウム又はカリウムである請求項1ないし3のいずれか1項に記載のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法。 The method for producing silica-calcium carbonate composite particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the alkali metal ion is sodium or potassium. ケイ酸アルカリの添加量が、炭酸カルシウム100重量部に対し無水ケイ酸に換算し0.1〜100重量部である請求項1ないし4のいずれか1項に記載のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法。 5. The silica-calcium carbonate composite particle according to claim 1, wherein the addition amount of the alkali silicate is 0.1 to 100 parts by weight in terms of anhydrous silicic acid with respect to 100 parts by weight of calcium carbonate. Production method. アルカリ金属イオンの添加量が、添加するケイ酸アルカリに含有される無水ケイ酸量100重量部に対し0.1〜100重量部である請求項1ないし5のいずれか1項に記載のシリカ−炭酸カルシウム複合粒子の製造方法。 The silica according to any one of claims 1 to 5, wherein the addition amount of alkali metal ions is 0.1 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of anhydrous silicic acid contained in the alkali silicate to be added. A method for producing calcium carbonate composite particles. 高比表面積を有する炭酸カルシウムの形成工程において、硫酸、可溶性金属塩、ヒドロキシカルボン酸、キレート剤、多価アルコールから選択される高比表面積形成用助剤を1種または2種以上添加する請求項1ないし6のいずれか1項に記載のシリカー炭酸カルシウム複合粒子の製造方法。 A process for forming calcium carbonate having a high specific surface area, wherein one or more auxiliary agents for forming a high specific surface area selected from sulfuric acid, soluble metal salts, hydroxycarboxylic acids, chelating agents and polyhydric alcohols are added. The method for producing silica-calcium carbonate composite particles according to any one of 1 to 6. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方法で製造されたシリカ−炭酸カルシウム複合粒子。 Silica-calcium carbonate composite particles produced by the method according to any one of claims 1 to 7. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方法で製造されたシリカ−炭酸カルシウム複合粒子を含有する顔料、填料又は紙。
A pigment, filler or paper containing silica-calcium carbonate composite particles produced by the method according to any one of claims 1 to 7.
JP2005259342A 2005-09-07 2005-09-07 Silica-calcium carbonate composite particle, its producing method and pigment, filler or paper containing it Withdrawn JP2007070164A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005259342A JP2007070164A (en) 2005-09-07 2005-09-07 Silica-calcium carbonate composite particle, its producing method and pigment, filler or paper containing it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005259342A JP2007070164A (en) 2005-09-07 2005-09-07 Silica-calcium carbonate composite particle, its producing method and pigment, filler or paper containing it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007070164A true JP2007070164A (en) 2007-03-22

Family

ID=37931942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005259342A Withdrawn JP2007070164A (en) 2005-09-07 2005-09-07 Silica-calcium carbonate composite particle, its producing method and pigment, filler or paper containing it

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007070164A (en)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009040612A (en) * 2007-08-06 2009-02-26 Tokuyama Corp Calcium carbonate-silica composite material and its production method
JP2011507986A (en) * 2007-12-12 2011-03-10 オムヤ ディベロプメント アーゲー Surface-reacted precipitated calcium carbonate, its preparation method, and its use
JP2011207662A (en) * 2010-03-30 2011-10-20 Daio Paper Corp Method for producing silica composite particle, and silica composite particle
JP2011213504A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Daio Paper Corp Process for producing silica composited mixed inorganic particle and silica composited mixed inorganic particle
JP2012530180A (en) * 2009-06-15 2012-11-29 オムヤ・デイベロツプメント・アー・ゲー Method for preparing surface-reacted calcium carbonate and use thereof
CN111874933A (en) * 2020-08-14 2020-11-03 王权广 Quick preparation process of rice-grain light calcium carbonate
JP2021507863A (en) * 2017-12-12 2021-02-25 イメルテック ソシエテ パル アクシオン サンプリフィエ Preparation of silica-coated calcium carbonate with increased surface area and mesoporous properties
JP6970469B1 (en) * 2020-12-28 2021-11-24 白石工業株式会社 Calcium carbonate manufacturing method
CN113860347A (en) * 2021-10-27 2021-12-31 广西合山市华纳新材料科技有限公司 Preparation method of stable and controllable vegetable pepper-shaped calcium carbonate particles with ultra-large particle size
CN114479578A (en) * 2022-02-23 2022-05-13 东莞市航达电子有限公司 Protective coating of lithium battery heating film
JP7089310B1 (en) 2021-11-05 2022-06-22 白石工業株式会社 Calcium carbonate manufacturing method
JP7089311B1 (en) 2021-11-05 2022-06-22 白石工業株式会社 Calcium carbonate manufacturing method
WO2022145380A1 (en) * 2020-12-28 2022-07-07 白石工業株式会社 Method for producing calcium carbonate, and calcium carbonate
CN115321572A (en) * 2022-08-19 2022-11-11 中国科学院兰州化学物理研究所 Efficient preparation method of environment-friendly spherical-like nano calcium carbonate

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009040612A (en) * 2007-08-06 2009-02-26 Tokuyama Corp Calcium carbonate-silica composite material and its production method
JP2011507986A (en) * 2007-12-12 2011-03-10 オムヤ ディベロプメント アーゲー Surface-reacted precipitated calcium carbonate, its preparation method, and its use
US9410039B2 (en) 2009-06-15 2016-08-09 Omya International Ag Process for preparing surface-reacted calcium carbonate and its use
JP2012530180A (en) * 2009-06-15 2012-11-29 オムヤ・デイベロツプメント・アー・ゲー Method for preparing surface-reacted calcium carbonate and use thereof
US8785687B2 (en) 2009-06-15 2014-07-22 Omya International Ag For preparing surface-reacted calcium carbonate and its use
US8809582B2 (en) 2009-06-15 2014-08-19 Omya International Ag Process for preparing surface-reacted calcium carbonate and its use
US9403988B2 (en) 2009-06-15 2016-08-02 Omya International Ag Process for preparing surface-reacted calcium carbonate and its use
JP2011207662A (en) * 2010-03-30 2011-10-20 Daio Paper Corp Method for producing silica composite particle, and silica composite particle
JP2011213504A (en) * 2010-03-31 2011-10-27 Daio Paper Corp Process for producing silica composited mixed inorganic particle and silica composited mixed inorganic particle
JP2021507863A (en) * 2017-12-12 2021-02-25 イメルテック ソシエテ パル アクシオン サンプリフィエ Preparation of silica-coated calcium carbonate with increased surface area and mesoporous properties
US20210093518A1 (en) * 2017-12-12 2021-04-01 Imertech Sas Preparation of silica-coated calcium carbonates with increased surface area and mesoporosity
JP7223005B2 (en) 2017-12-12 2023-02-15 イメルテック ソシエテ パル アクシオン サンプリフィエ Preparation of silica-coated calcium carbonate with increased surface area and mesoporosity
US11872294B2 (en) * 2017-12-12 2024-01-16 Imertech Sas Preparation of silica-coated calcium carbonates with increased surface area and mesoporosity
CN111874933A (en) * 2020-08-14 2020-11-03 王权广 Quick preparation process of rice-grain light calcium carbonate
JP6970469B1 (en) * 2020-12-28 2021-11-24 白石工業株式会社 Calcium carbonate manufacturing method
WO2022145380A1 (en) * 2020-12-28 2022-07-07 白石工業株式会社 Method for producing calcium carbonate, and calcium carbonate
JP2022103580A (en) * 2020-12-28 2022-07-08 白石工業株式会社 Production method of calcium carbonate
CN113860347B (en) * 2021-10-27 2023-09-08 广西合山市华纳新材料科技有限公司 Preparation method of super-large-particle-size stable and controllable cayenne pepper-shaped calcium carbonate particles
CN113860347A (en) * 2021-10-27 2021-12-31 广西合山市华纳新材料科技有限公司 Preparation method of stable and controllable vegetable pepper-shaped calcium carbonate particles with ultra-large particle size
JP7089310B1 (en) 2021-11-05 2022-06-22 白石工業株式会社 Calcium carbonate manufacturing method
JP7089311B1 (en) 2021-11-05 2022-06-22 白石工業株式会社 Calcium carbonate manufacturing method
JP2023069220A (en) * 2021-11-05 2023-05-18 白石工業株式会社 Manufacturing method of calcium carbonate
JP2023069225A (en) * 2021-11-05 2023-05-18 白石工業株式会社 Manufacturing method of calcium carbonate
CN114479578A (en) * 2022-02-23 2022-05-13 东莞市航达电子有限公司 Protective coating of lithium battery heating film
CN115321572A (en) * 2022-08-19 2022-11-11 中国科学院兰州化学物理研究所 Efficient preparation method of environment-friendly spherical-like nano calcium carbonate
CN115321572B (en) * 2022-08-19 2024-02-06 中国科学院兰州化学物理研究所 Efficient preparation method of environment-friendly spherical nano calcium carbonate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007070164A (en) Silica-calcium carbonate composite particle, its producing method and pigment, filler or paper containing it
JP3392099B2 (en) Method for producing silica-calcium carbonate composite particles, and composition or structure containing the particles
EP1297074B1 (en) Composite precipitated calcium carbonate/silicon compound pigment
US9708770B2 (en) Paper, paperboard, or label stock coated with fibrous structured amorphous silica including precipitated calcium carbonate
JP4571583B2 (en) LIGHT CALCIUM CARBONATE, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND PAPER MATERIAL INFLATING
JP3910495B2 (en) Basic magnesium carbonate and method for producing the same, and composition or structure containing the basic magnesium carbonate
JP3910503B2 (en) Method for producing basic magnesium carbonate
JP4074447B2 (en) Silica-calcium carbonate composite particles, production method thereof, and composite composition and composite containing the composite particles
JP4421343B2 (en) Method for producing silica-calcium carbonate composite particles
JP2007204293A (en) Porous particle and method for producing the same
CN108439449B (en) Method for efficiently preparing micron-sized spindle-shaped calcium carbonate
EP1255791A1 (en) Composite pigments comprising in-situ precipitated metal carbonate crystals
JP5081438B2 (en) Method for producing magnesium oxide
JP4217035B2 (en) Method for producing inorganic or metal fine particle-calcium carbonate composite particle, method for producing composite composition containing the composite particle, and method for producing composite
JPH07196317A (en) Production of precipitated calcium carbonate light
JP4512689B2 (en) Hydroxyapatite-coated silica porous material and method for producing the same
JP4074445B2 (en) Method for producing composite particles
JP4046526B2 (en) Method for producing calcium carbonate having a plate-like structure
JP2556699B2 (en) Method for producing aragonite crystalline calcium carbonate
JP2003112921A (en) Titanium oxide - calcium carbonate blended particle, and production method therefor
JPH05238730A (en) Production of spindle-shaped or globular calcium carbonate having 0.0001 to 0.001mm grain diameter
CN115142116A (en) Preparation method of nano xonotlite fiber
JP2009173794A (en) Resin-calcium carbonate composite particles, emulsion liquid containing resin emulsion-calcium carbonate composite particles and method for producing the emulsion liquid
JP2005103345A (en) Method for taking out inorganic particle synthesized in aqueous system as single-particle powder

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080317

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090805