JP2013100626A - Coated paper using calcium aluminate compound - Google Patents

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Yasuo Tanaka
康夫 田中
Kohei Adachi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out decreased blending of clay and increased blending of calcium carbonate while maintaining quality without introducing a complicated device and altering a design of a binder to provide a general-purpose technology for contributing cost reduction in a general coated paper coated with clay and calcium carbonate as principal constituents of a pigment.SOLUTION: The present invention utilizes an effect that blending 1-50 parts of calcium aluminate monocarbonate represented by the chemical formula of 3CaO AlOCaCO11HO in a coated layer containing calcium carbonate develops the interaction of calcium carbonate and calcium aluminate monocarbonate to considerably improve white paper brightness. The present invention allows use of heavy calcium carbonate as calcium carbonate, which is advantageous in cost for solving the above problem.

Description

本発明は塗工紙の塗料配合に関する技術であり、カルシウムアルミネート化合物のひとつであるカルシウムアルミネートモノカーボネート(以下、モノカーボネートと略す)(化1)を紙の塗工用顔料として用いることで、複雑な設備の導入やバインダーの設計変更をすることなく、品質を維持したままクレーの減配と炭酸カルシウムの増配を実現させ塗工紙のコストダウンに貢献するものである。  The present invention relates to a coating formulation for coated paper, and uses calcium aluminate monocarbonate (hereinafter abbreviated as monocarbonate) (Chemical Formula 1), which is one of calcium aluminate compounds, as a pigment for paper coating. Without introducing complicated equipment or changing the design of the binder, it is possible to reduce the clay and increase the calcium carbonate while maintaining the quality, thereby contributing to the cost reduction of the coated paper.

Figure 2013100626
Figure 2013100626

塗工紙は製造装置のバリエーションが多いことと塗工する顔料・薬品の種類が多いことから品質向上と生産性向上のための改良が絶えず行なわれている。品質追及の成果は高白色・高光沢の塗工紙に反映され、主に写真印刷の多い高級出版物、例えばファッション雑誌や自動車雑誌に使われてきたがこれらの購買層への急速なインターネットの浸透により需要が大きく減少してきた。またインターネットの普及は広告媒体の勢力図をも変化させ、ネット広告が大幅な伸びを示しているのに対し、新聞・チラシ・カタログなど紙媒体広告は減少している。  Because coated paper has many variations in production equipment and many types of pigments and chemicals to be coated, improvements are constantly being made to improve quality and productivity. The results of the pursuit of quality are reflected in high-white, high-gloss coated paper, which has been used mainly in high-quality publications, such as fashion magazines and automobile magazines, which are frequently used for photo printing. Demand has decreased significantly due to penetration. In addition, the spread of the Internet has changed the competitive landscape of advertising media, and Internet advertising has shown a significant increase, while paper media advertising such as newspapers, flyers and catalogs has decreased.

このような需要構造の変化に伴い製紙メーカーでは高級グレード・特殊グレードの品種統合が行われるほか、塗工紙全般において品質を維持したコストダウンの研究が盛んに行われている。  With this change in demand structure, paper manufacturers are integrating high-grade grades and special grades, and research on cost reduction that maintains the quality of all coated papers is actively conducted.

これまで製紙メーカーがコストダウンに取り組む場合、大型マシンの新設による人件費の削減やスピードアップによる増産が専ら行われてきたが、これらの手法は製品の供給過剰や小ロットへの対応の難しさなどの問題を抱え、時代の変化にそぐわなくなってきている。  In the past, when papermakers worked to reduce costs, labor costs were reduced by installing large machines and production was increased by speeding up. However, these methods are difficult to handle oversupply of products and small lots. It has become difficult to adapt to changes in the times.

増産を伴わず技術的にコストを削減するには基本的に安価な原材料を使うしかない。しかしながら往々にして安価な方向への設計変更は品質の低下が付きものである。一般的塗工紙は重量比3割が塗料、7割が原紙で構成され、塗工原紙の原料パルプには通常、NBKP(針葉樹晒しクラフトパルプ)・LBKP(広葉樹晒しクラフトパルプ)・GP(機械パルプ)が目的に応じてブレンドされる。これらはどれもバージンパルプであるが故にコスト高なことから、それらに替えて安価なDIP(古紙脱墨パルプ)を配合することでコストダウンが試みられるが、単純にDIPの配合比率を増やすだけでは引っ張り強度・引き裂き強度・曲げ剛性などの紙力の低下を招くほか、白色度の低下、不透明度の低下、微小異物の混入なども懸念される。  The only way to reduce costs technically without increasing production is to use inexpensive raw materials. Often, however, design changes in a cheaper direction are accompanied by quality degradation. Common coated paper is composed of 30% by weight of paint and 70% of base paper, and the raw material pulp of coated base paper is usually NBKP (coniferous bleached kraft pulp), LBKP (hardwood bleached kraft pulp), GP (machinery) Pulp) is blended according to purpose. Since all of these are virgin pulp, the cost is high, so it is tried to reduce the cost by blending cheap DIP (waste paper deinked pulp) instead, but simply increasing the blending ratio of DIP In this case, the paper strength such as the tensile strength, tear strength, and bending rigidity is reduced, and there is a concern that the whiteness, opacity, and minute foreign matters are mixed.

一般的塗工紙において重量の3割を占める塗料は、その9割が顔料、1割がバインダー(接着剤)で構成される。使用される顔料は殆どが重質炭酸カルシウムとクレーであると言ってよい。どちらとも天然に豊富に存在する鉱物を原料に大量生産されるためその価格はパルプよりも圧倒的に安価である。従ってパルプを削減し塗料を増やすことは確実にコストダウンに結びつくが、この場合当然ながら紙力全般が低下する他、紙厚の低下など劇的な紙質の変化を伴うため、品質を維持することは困難である。このように塗工紙の基材である原紙の設計変更は品質に与える影響が広範囲に及ぶため、コストダウンの欲求は自ずと顔料に向けられる。  90% of the paint that occupies 30% of the weight of general coated paper is composed of pigment and 10% of binder (adhesive). It can be said that most of the pigments used are heavy calcium carbonate and clay. Both are mass-produced from natural abundant minerals, so the price is much cheaper than pulp. Therefore, reducing pulp and increasing paint will surely lead to cost reductions, but in this case, the paper strength will naturally decrease, and it will be accompanied by dramatic changes in paper quality such as a decrease in paper thickness. It is difficult. As described above, since the design change of the base paper, which is the base material of the coated paper, has a wide influence on the quality, the desire for cost reduction is naturally directed to the pigment.

クレーはカオリンとも呼ばれ、粘土の風化によって生成した含水珪酸アルミニウムからなる鉱物である。その最大の特徴は極微細な六角板状粒子に由来する高い光沢発現性にあり、一般的塗工紙では顔料中30〜50%配合される。塗工紙に適する微細で白色度の高いクレーはアメリカ国ジョージア州、ブラジル国、英国でしか産出しないため日本国では全て輸入に頼らなければならない。  Clay, also called kaolin, is a mineral composed of hydrous aluminum silicate produced by the weathering of clay. The greatest feature is high glossiness derived from extremely fine hexagonal plate-like particles. In general coated paper, 30-50% of the pigment is blended. Fine, highly white clay suitable for coated paper is produced only in the US state of Georgia, Brazil, and the United Kingdom, so all Japan must rely on imports.

一方、紙塗工用重質炭酸カルシウムは日本国内でも産出する白色の石灰石を目的の粒度に機械的に粉砕しただけのものであり、クレーよりも安価に調達できる。重質炭酸カルシウムの形状は不定形なためクレーに比べると光沢性能は劣るが、白色度が高くスラリーの流動性に優れることから増量材として好んで用いられ、一般的塗工紙では顔料中50〜60%配合されている。  On the other hand, heavy calcium carbonate for paper coating is obtained by mechanically pulverizing white limestone produced in Japan to the desired particle size, and can be procured at a lower cost than clay. The shape of heavy calcium carbonate is indefinite, so the gloss performance is inferior to clay, but it is preferred as an extender because of its high whiteness and excellent slurry fluidity. -60% is blended.

重質炭酸カルシウムには粉砕方法の違いにより乾式粉砕重質炭酸カルシウムと湿式粉砕重質炭酸カルシウムがある。乾式粉砕重質炭酸カルシウムは価格的には湿式粉砕品よりも安価であるが、乾式粉砕法は原理的に粉砕限界粒度が大きいため塗工用顔料としては光沢性能が全く期待できない。また、形状がごつごつ角張っているためコーティングアプリケーターの摩耗が激しく塗工品質が安定しないため最近は殆ど使用されなくなった。  Heavy calcium carbonate is classified into dry pulverized heavy calcium carbonate and wet pulverized heavy calcium carbonate depending on the pulverization method. Dry pulverized heavy calcium carbonate is less expensive than wet pulverized products, but the dry pulverization method has a large pulverization limit particle size in principle, so that no gloss performance can be expected as a coating pigment. Moreover, since the shape is extremely angular, the coating applicator is worn heavily and the coating quality is not stable.

このような課題を克服し近年成長著しいのが湿式粉砕重質炭酸カルシウムである。粉砕装置の目覚しい進歩により2μm以下100%含有の超微粒グレードが開発され、高い光沢発現性をアピールするようになってきた。その結果、現在では重質炭酸カルシウムの塗工紙への配合率はクレーを凌ぐものとなったが、クレーの光沢性能までには至っておらず、重質炭酸カルシウムの配合量を更に増やすことは確実に塗工紙の光沢を低下させてしまう。  In recent years, the wet calcium ground heavy calcium carbonate has been remarkably grown by overcoming such problems. With the remarkable progress of the pulverizer, an ultrafine grade containing 100% or less of 2 μm or less has been developed and has come to appeal for high glossiness. As a result, the mixing ratio of heavy calcium carbonate to coated paper has surpassed that of clay, but the glossiness of clay has not been reached, and further increasing the amount of heavy calcium carbonate to be added It will definitely reduce the gloss of the coated paper.

ところで、炭酸カルシウムには化学的方法で製造される軽質炭酸カルシウムがあり、重質炭酸カルシウムの高機能化が図られるまでは微細な炭酸カルシウムの需要に応えてきた。化学的合成法はコスト高なことから使用量は減ってきているが、多孔性の塗工層を形成しインキ受理性を高めるため、現在も目的に応じて少量配合される。  By the way, calcium carbonate includes light calcium carbonate produced by a chemical method, and has responded to the demand for fine calcium carbonate until high functionality of heavy calcium carbonate is achieved. The chemical synthesis method has been used in a small amount due to its high cost, but in order to improve the ink acceptability by forming a porous coating layer, it is still blended in a small amount according to the purpose.

これらの問題に対し製紙設備で技術革新により解決した方法としてダブルコーティングが挙げられる。ダブルコーティングとは二層塗りのことで、一層目は下地の平滑化を目的とし、二層目は高価な顔料により高品位な塗工を完成させる。多層塗工は品質の高い塗工紙の製造を得意とするが、一層目に安価な塗料を用いても品質の維持が可能となるため、現在では専らコストダウンを目的にダブルコーティングが導入されている。  Double coating is one of the solutions to these problems by technical innovation in papermaking facilities. Double coating is a two-layer coating. The first layer is for the purpose of smoothing the base, and the second layer is a high-quality coating with expensive pigments. Multi-layer coating is good at producing high-quality coated paper, but it is possible to maintain quality even with the use of less expensive paint, and double coating has been introduced exclusively for the purpose of reducing costs. ing.

ダブルコーティングの代表的設備はオフマシンコーターによるブレードダブルコーティングである。この装置では塗工量制御に高度な技術が必要なことやペーパーランが複雑化するなど設備費がかかってしまうが、品質面とコスト面を高度にバランスさせることが可能である。また、設備費を抑えるため原紙を造る抄紙機を改造し、ゲートロールコーターで一層目の顔料を塗工した後通常のオフマシンシングルコーターで二層目を塗工するケースも現われている(非特許文献1)。  Typical equipment for double coating is blade double coating by an off-machine coater. Although this apparatus requires high technology for controlling the coating amount and the paper run becomes complicated, the equipment cost is high, but it is possible to balance the quality and cost highly. In addition, there are cases in which the paper machine that produces the base paper is remodeled to reduce equipment costs, the first layer of pigment is applied with a gate roll coater, and then the second layer is applied with a normal off-machine single coater. Patent Document 1).

ダブルコーティングにおける塗工紙の代表的な設計とその品質について非特許文献2により詳細に報告されている。一層目には通常のシングルコートに使われるものよりも粗い2μm以下60%含有の重質炭酸カルシウムが単独で塗工され、二層目にシングルコートと同じ塗料が処方されている。このようにダブルコーティングされた紙はシングルコーティングされた紙よりも製造コストを抑えながら、白紙光沢、印刷光沢、不透明度が高く、PPS粗さが小さく良好な品質を与えることが可能である。  Non-patent document 2 reports in detail the typical design and quality of coated paper in double coating. The first layer is coated with heavy calcium carbonate containing 60% or less of 2 μm or less, which is coarser than that used for a normal single coat, and the second layer is formulated with the same paint as the single coat. Such double-coated paper can provide good quality with low white paper gloss, printing gloss and opacity, low PPS roughness, and lower production costs than single-coated paper.

設備によらない方法として非特許文献3では保水性と流動性を薬品により工夫した重質炭酸カルシウム単独処方が検討されている。保水剤としてCMCを用い、ラテックスの設計を変化させ、更に塗料固形分のアップなど光沢発現性にとってプラス要素を総動員して一定の効果を上げている。しかしながら当該文献の考察では触れていないが、実際は比較検討処方における酸化澱粉の無添加化が白紙光沢にかなり効いでいるものと考えられる。いずれにしてもこのようにバインダーの大幅な設計変更による白紙光沢発現の試みはバインダーの本来の働きである接着強度に影響を与える恐れがあり更に慎重な検討が必要である。  As a method that does not depend on equipment, Non-Patent Document 3 discusses a heavy calcium carbonate single formulation in which water retention and fluidity are devised by chemicals. CMC is used as a water retention agent, the design of the latex is changed, and positive factors such as an increase in paint solids are mobilized to achieve a certain effect. However, although not mentioned in the discussion of this document, in fact, it is considered that the addition of oxidized starch in the comparative study formulation has a significant effect on the gloss of white paper. In any case, an attempt to develop a glossy white paper by thus drastically changing the binder design may affect the adhesive strength, which is the original function of the binder, and further careful consideration is required.

これら非特許文献からも分かるように、厳しいコストダウンに晒されている塗工紙製造現場では重質炭酸カルシウムの増配マインド(クレーの配合シフト)が高く、特に近年の原油相場の高騰を受けてその傾向は益々強くなっている。  As can be seen from these non-patent literatures, the coated paper manufacturing site exposed to severe cost reductions has a high increase in the distribution of heavy calcium carbonate (clay blending shift), especially in response to the recent rise in crude oil prices. The trend is getting stronger.

本発明の中で重要な役割を果たすモノカーボネートとは層状構造をもつ結晶性の無機物質で、クレーと同様の微細な六角板状の結晶である。モノカーボネートは天然には存在せず、水酸化カルシウムと水酸化アルミニウムを原料とし化学反応によって合成されるため、不純物を含まず最高の白色度で得ることが可能である。  Monocarbonate, which plays an important role in the present invention, is a crystalline inorganic substance having a layered structure and is a fine hexagonal plate-like crystal similar to clay. Monocarbonate does not exist in nature and is synthesized by a chemical reaction using calcium hydroxide and aluminum hydroxide as raw materials, so it can be obtained with the highest whiteness without containing impurities.

モノカーボネートの合成方法としては例えばアルミン酸ナトリウム水溶液1モルに対して1〜3モルの水酸化カルシウムを混合し、50℃以上に加熱しながら炭酸ガスの吹き込みにより必要量炭酸化することでモノカーボネートの合成が可能なことが開示されている。この方法は比較的簡易な方法であるが炭酸化時に副生する炭酸ナトリウムを除去・洗浄する必要があるため大変コスト高な手法である。また、過度な炭酸化はモノカーボネートを分解し炭酸カルシウムとゲル状水酸化アルミニウムを生成するため、炭酸化の終点の見極めに注意が必要である。このようにして得られたモノカーボネートは粒子径が2〜10μmと一般的なクレーの10倍近い大きさであるため、白紙光沢発現性・流動性にとって明らかに不利であり、とても紙塗工用に適するとは思われない(特許文献1)。  As a method for synthesizing monocarbonate, for example, 1 to 3 mol of calcium hydroxide is mixed with 1 mol of an aqueous sodium aluminate solution, and the required amount is carbonated by blowing carbon dioxide gas while heating to 50 ° C. or higher. It is disclosed that the synthesis of This method is a relatively simple method, but is a very expensive method because it is necessary to remove and wash sodium carbonate produced as a by-product during carbonation. Moreover, since excessive carbonation decomposes monocarbonate to produce calcium carbonate and gelled aluminum hydroxide, care must be taken in determining the end point of carbonation. The monocarbonate thus obtained has a particle diameter of 2 to 10 μm, which is almost 10 times the size of general clay, so it is clearly disadvantageous for white paper glossiness and fluidity, and is very suitable for paper coating. (Patent Document 1).

別のモノカーボネートの合成方法としては、アルミン酸アルカリ塩とアルカリ炭酸塩と水酸化カルシウムの組み合わせ、もしくは水酸化アルミニウム又は酸化アルミニウムと水酸化アルカリとアルカリ炭酸塩と水酸化カルシウムの組み合わせにおいて、それぞれ目的物の理論量混合し60℃以上に加熱・撹拌する方法が開示されている。この方法は反応性の低い水酸化アルミニウムを強アルカリで溶解し反応の促進を図ったものであり本質的には前記の合成方法と同じである。炭酸ガスの替わりにアルカリ炭酸塩を使用するため過度な炭酸化に至る心配はないが、よりコスト高な方法と言える。この方法は陰イオン吸着剤を目的としており、モノカーボネートの粒度に関する記述はどこにもない(特許文献2)。  As another monocarbonate synthesis method, a combination of alkali aluminate, alkali carbonate and calcium hydroxide, or aluminum hydroxide or aluminum oxide, alkali hydroxide, alkali carbonate and calcium hydroxide, respectively A method of mixing the theoretical amount of a product and heating and stirring to 60 ° C. or higher is disclosed. This method is intended to promote the reaction by dissolving low-reactivity aluminum hydroxide with a strong alkali, and is essentially the same as the synthesis method described above. Since alkali carbonate is used instead of carbon dioxide, there is no concern about excessive carbonation, but it can be said to be a more expensive method. This method is intended for an anion adsorbent, and there is no description regarding the particle size of monocarbonate (Patent Document 2).

紙塗工用顔料として白紙光沢性・流動性に優れた微細なモノカーボネートを合成する方法としては、本発明者らが開発したメカノケミカルを利用した方法が適している。この方法は水酸化アルミニウムにメカノケミカル処理(摩砕処理)を施すことで水酸化アルミニウムの結晶構造に歪を与え、水酸化カルシウムとの反応に至らしめるものである。炭酸イオン源には炭酸カルシウムが用いられ、ナトリウム等の不要元素を含まないため無駄がなく低コストな手法である。従って反応式は至ってシンプルなものとなる(式1)。この方法は反応制御性に優れるため幅1μm以下の微細なモノカーボネートを安定して合成することが可能である(特許文献3)。  As a method for synthesizing fine monocarbonate excellent in white paper glossiness and fluidity as a paper coating pigment, a method utilizing a mechanochemical developed by the present inventors is suitable. In this method, a mechanochemical treatment (grinding treatment) is applied to aluminum hydroxide to distort the crystal structure of aluminum hydroxide, leading to a reaction with calcium hydroxide. Calcium carbonate is used as the carbonate ion source, and it does not contain unnecessary elements such as sodium. Therefore, the reaction formula is extremely simple (Formula 1). Since this method is excellent in reaction controllability, it is possible to stably synthesize fine monocarbonate having a width of 1 μm or less (Patent Document 3).

式1Formula 1

3Ca(OH)+2Al(OH)+CaCO+5HO→3CaO・Al・CaCO・11H3Ca (OH) 2 + 2Al (OH) 3 + CaCO 3 + 5H 2 O → 3CaO · Al 2 O 3 · CaCO 3 · 11H 2 O

紙パ技協誌2006年12月号 P12〜23Paper PA Technical Journal December 2006 P12-23 紙パ技協誌2009年8月号 P44〜48Papa Gikyo Magazine August 2009 P44-48 紙パ技協誌2008年8月号 P30〜34Papa Gikyo Magazine August 2008 P30-34 特開平5−147930JP-A-5-147930 特開平9−241019JP 9-241919 特開2008−37664JP 2008-37664 A

本発明に用いるモノカーボネートは全く新規な顔料であるが、紙塗工用顔料として昔よく使われたサチンホワイトと似た化学式で示される(化2)。サチンホワイトは硫酸アルミニウムと水酸化カルシウムの中和反応により合成され、長さ1〜5μmの針状結晶が比較的簡単に合成できる。サチンホワイトは硫酸イオンに由来すると思われる塗料の不動化促進作用により高い光沢が得られやすいため、ブレードコーティングにおいてアート紙の製造に欠かせない顔料であったが、その反面、塗料保存性(安定性)の悪さ、取り扱いの難しさから現在では殆ど使用されなくなった。  The monocarbonate used in the present invention is a completely new pigment, but is represented by a chemical formula similar to that of satin white, which was often used in the past as a pigment for paper coating (Chemical Formula 2). Satin white is synthesized by a neutralization reaction between aluminum sulfate and calcium hydroxide, and needle crystals having a length of 1 to 5 μm can be synthesized relatively easily. Satin white is a pigment that is indispensable for the production of art paper in blade coating because it is easy to obtain high gloss due to the immobilization promoting effect of the paint that seems to be derived from sulfate ions, but on the other hand, paint storage stability (stable It is almost no longer used due to the poor quality and handling.

その点モノカーボネートは炭酸イオン型なのでサチンホワイトのような取り扱いの難しさは無く、板状粒子ならではの高光沢性に加え、軽量性をも備えている。幅1μm以下に粒径制御されたモノカーボネートは市販の高光沢クレーなど比較にならない程のすばらしい光沢を発現する。軽量性については、ピクノメータ法によるモノカーボネートの真比重は2.1g/ccと、クレーの2.6g/cc、炭酸カルシウムの2.7g/ccに比べてかなり小さい。  In that respect, monocarbonate is a carbonate ion type, so there is no difficulty in handling such as satin white, and it has lightness in addition to the high glossiness unique to plate-like particles. Monocarbonates whose particle size is controlled to a width of 1 μm or less exhibit an unparalleled gloss, such as a commercially available high gloss clay. Regarding lightness, the true specific gravity of monocarbonate by the pycnometer method is 2.1 g / cc, which is considerably smaller than 2.6 g / cc of clay and 2.7 g / cc of calcium carbonate.

Figure 2013100626
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本発明の課題はクレーと炭酸カルシウムを顔料の主成分とする一般的塗工紙において、複雑な設備の導入やバインダーの設計変更をすることなく、品質を維持したままクレーの減配と炭酸カルシウムの増配を実現させ、コストダウンに貢献する汎用的な技術を提供することにある。  The object of the present invention is to reduce the amount of clay and reduce the amount of calcium carbonate while maintaining the quality without introducing complicated equipment or changing the design of the binder in general coated paper mainly composed of clay and calcium carbonate. The purpose is to provide general-purpose technology that can increase dividends and contribute to cost reduction.

本発明は炭酸カルシウム含有塗工層中に1〜50部のモノカーボネートを配合することで炭酸カルシウムとモノカーボネートの相互作用が発現し、塗工層の白紙光沢が大幅に向上する効果を利用したものであり、上記課題の解決のために炭酸カルシウムにはコスト面で有利な重質炭酸カルシウムを選択可能としたものである。  In the present invention, by incorporating 1 to 50 parts of monocarbonate into the calcium carbonate-containing coating layer, the interaction between calcium carbonate and monocarbonate is expressed, and the effect of greatly improving the white paper gloss of the coating layer is utilized. In order to solve the above problems, heavy calcium carbonate that is advantageous in terms of cost can be selected as calcium carbonate.

本発明は白色度、白紙光沢度、軽量性に優れたモノカーボネートの使用による高品質な塗工紙の提供はもちろんであるが、単にモノカーボネートの品質優位性に留まらず、モノカーボネートと炭酸カルシウムを併用することで従来の概念に無い白紙光沢発現の相乗効果を利用することを最大の特徴とする。むしろ炭酸カルシウムを増配するほどその効果は顕著となるため、クレーを減配しても白紙光沢度の維持が可能となり同時にコストダウンが達成される。また、クレーと炭酸カルシウムが置き換わることで確実に白色度が向上することも大きな効果と言える。  The present invention not only provides high-quality coated paper by using monocarbonate excellent in whiteness, white paper glossiness, and light weight, but is not limited to monocarbonate quality superiority, monocarbonate and calcium carbonate It is the greatest feature to use a synergistic effect of white paper gloss expression that is not in the conventional concept by using together. Rather, since the effect becomes more remarkable as the calcium carbonate is increased, the glossiness of the white paper can be maintained even if the clay is reduced, and at the same time, the cost is reduced. It can also be said that the whiteness is surely improved by replacing clay and calcium carbonate.

このように本発明は品質を維持したまま塗工紙のコストダウンを可能とし、しかも複雑な設備の導入やバインダーの設計変更を必要としないため現存のあらゆる塗工設備で導入可能な汎用性の高い技術である。  As described above, the present invention enables cost reduction of the coated paper while maintaining the quality, and does not require the introduction of complicated equipment or the design change of the binder, so that it can be introduced in any existing coating equipment. High technology.

本発明に用いるモノカーボネートは本発明の目的を達成するものならばどのような方法で造られたものでも構わないが、前記で紹介したメカノケミカル処理を施した水酸化アルミニウムを用いることを特徴とする方法により製造された微細なモノカーボネートを用いることが、コスト面・品質面で望ましい。前記手法により得られるモノカーボネートの粒径は、通常1μm以下で凝集は殆ど生じない。本発明の実施にはモノカーボネートの粒径は小さいほうが望ましいのは言うまでもないが、1μm以下であれば十分な効果が期待できる。  The monocarbonate used in the present invention may be produced by any method as long as it achieves the object of the present invention, and is characterized by using the mechanochemically treated aluminum hydroxide introduced above. It is desirable in terms of cost and quality to use fine monocarbonate produced by the method described above. The particle size of the monocarbonate obtained by the above method is usually 1 μm or less, and almost no aggregation occurs. In practice of the present invention, it is needless to say that the particle size of monocarbonate is preferably small, but if it is 1 μm or less, a sufficient effect can be expected.

モノカーボネートの使用形態としては一般的な塗工用軽質炭酸カルシウムと同様の技術で一旦脱水濃縮後、ポリアクリル系分散剤の添加と共に強力な剪断撹拌装置を用いて再液化し、固形分50%以上の高濃度スラリーとして仕上げるのが望ましい。  Monocarbonate is used in the same manner as light calcium carbonate for general coating, once dehydrated and concentrated, then re-liquefied using a powerful shearing stirrer with the addition of polyacrylic dispersant, and a solid content of 50%. It is desirable to finish as the above high concentration slurry.

本発明ではモノカーボネートと炭酸カルシウムの相互作用により光沢発現効果を高めるため、それらは同一塗工層中に配合されなければならない。例えばダブルコーティングなど複数回塗工する場合、別々に塗工したのでは全く効果が発揮されない。  In the present invention, in order to enhance the gloss development effect by the interaction of monocarbonate and calcium carbonate, they must be blended in the same coating layer. For example, in the case of applying a plurality of times such as double coating, if the coating is performed separately, no effect is exhibited.

モノカーボネートと炭酸カルシウムの好ましい配合部数は、モノカーボネートは1〜50部、より好ましくは3〜20部である。1部以下では相乗効果が小さく、50部以上ではコスト高となり好ましくない。炭酸カルシウムについては20部以上が好ましく、50部以上が更に好ましい。20部以下では折角の相乗効果が殆ど享受できない。  The preferable blending number of monocarbonate and calcium carbonate is 1 to 50 parts, more preferably 3 to 20 parts, for monocarbonate. If it is 1 part or less, the synergistic effect is small, and if it is 50 parts or more, the cost is high, which is not preferable. About 20 parts or more is preferable about calcium carbonate, and 50 parts or more are still more preferable. If it is 20 parts or less, the synergistic effect of the corner can hardly be enjoyed.

炭酸カルシウムについては重質炭酸カルシウムでも軽質炭酸カルシウムでも同様の効果を発揮するが、課題解決の主旨から安価な重質炭酸カルシウムの方が好ましく、湿式粉砕重質炭酸カルシウムが最も好ましい。  With regard to calcium carbonate, the same effect is exhibited by both heavy calcium carbonate and light calcium carbonate. However, cheap heavy calcium carbonate is preferable from the gist of solving the problem, and wet ground heavy calcium carbonate is most preferable.

本発明の特徴であるモノカーボネートと炭酸カルシウムの光沢発現に至る相互作用、相乗効果についてそのメカニズムは明確ではないが、カルシウムアルミネートイオンが炭酸カルシウム粒子表面に作用し、炭酸カルシウム粒子のレオロジーを光沢発現に好ましい状態に変化させるものと推測している。  Although the mechanism of the interaction and synergistic effect of monocarbonate and calcium carbonate, which is a feature of the present invention, is not clear, the calcium aluminate ion acts on the surface of the calcium carbonate particles, and the rheology of the calcium carbonate particles is glossy. It is presumed to change to a state favorable for expression.

本発明ではモノカーボネートと炭酸カルシウムの併用を必須とするが、それらと共に市販の塗工用顔料も全く支障なく使用可能である。市販の塗工用顔料としては例えば、クレー、タルク、プラスチックピグメント、酸化チタン、水酸化アルミニウム、サチンホワイト等であり、その1種類または2種類以上を併用してもよい。  In the present invention, the combined use of monocarbonate and calcium carbonate is essential, but commercially available coating pigments can be used without any problem. Examples of commercially available coating pigments include clay, talc, plastic pigment, titanium oxide, aluminum hydroxide, and satin white, and one or more of them may be used in combination.

本発明の塗工層で使用するバインダーとしては、一般的な塗工紙の製造に用いられるスチレン・ブタジエン系共重合体ラテックス、及び化工澱粉が好適である。それらはどちらか一方でもよいが通常併用する方がよい。化工澱粉にはバインダーとしてだけでなく、塗料への保水性付与、マイグレーション抑制(流動化抑止)、塗工層の剛性付与などの役割があり、塗工用としてはリン酸エステル化澱粉が好適に用いられるが、酸化澱粉、エーテル化澱粉、酵素変性澱粉などを用いることも可能である。これらのバインダーは顔料100重量部に対して、ラテックスで5〜15重量部、化工澱粉で1〜10重量部使用するのが好ましい。  As the binder used in the coating layer of the present invention, styrene / butadiene copolymer latex and modified starch used for the production of general coated paper are suitable. Either of them may be used, but it is usually better to use them together. Chemically modified starch not only serves as a binder, but also has the role of imparting water retention to coatings, suppressing migration (inhibiting fluidization), and imparting rigidity to the coating layer. Phosphate esterified starch is suitable for coating. Although used, oxidized starch, etherified starch, enzyme-modified starch and the like can also be used. These binders are preferably used in an amount of 5 to 15 parts by weight for latex and 1 to 10 parts by weight for modified starch with respect to 100 parts by weight of pigment.

本発明の塗料には通常の塗工紙用塗料と同様に、分散剤、消泡剤、耐水化剤、保水剤、増粘剤等の各種助剤が適宣使用される。  In the coating material of the present invention, various auxiliary agents such as a dispersant, an antifoaming agent, a water-resistant agent, a water retention agent, a thickening agent and the like are suitably used as in the case of a normal coating paper coating.

このようにして調整された塗料は、ブレードコーター、エアーナイフコーター、ロールコーター、ロッドコーター、カーテンコーター等、各種塗工方式によって全く通常の塗工紙と同様に塗工することが可能である。  The coating material thus adjusted can be applied in the same manner as ordinary coated paper by various coating methods such as a blade coater, an air knife coater, a roll coater, a rod coater, and a curtain coater.

このほかの条件、例えば原紙条件、塗料濃度、顔料分散条件、塗工速度、乾燥条件、スーパーカレンダーもしくはソフトカレンダー条件なども通常の塗工紙製造条件の範囲で適宣調整すればよく、すなわち本発明ではモノカーボネートと炭酸カルシウムを併用する以外は全く特別な配慮を必要とせず、通常の条件で使用するだけで優れた効果を発揮するものである。  Other conditions such as base paper conditions, paint concentration, pigment dispersion conditions, coating speed, drying conditions, supercalender or soft calender conditions may be appropriately adjusted within the range of normal coated paper manufacturing conditions. In the invention, no special consideration is required except for the combined use of monocarbonate and calcium carbonate, and an excellent effect is exhibited only by use under normal conditions.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。特に断らない限り、例中の部及び%は、それぞれ重量部、重量%を示し、固形分換算の値である。なお、塗工液及び得られた塗工紙について以下に示すような試験法に基づいて評価を行った。  EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to the following Example. Unless otherwise specified, “parts” and “%” in the examples represent “parts by weight” and “% by weight”, respectively, and are values in terms of solid content. In addition, it evaluated based on the test method as shown below about a coating liquid and the obtained coated paper.

(試験方法)
(1)白紙光沢度:JIS P8142に基づいて測定した。測定装置:日本電色工業株 式会社 VG7000
(2)ISO白色度:JIS P8148に基づいて測定した。測定装置:コニカミノル タセンシング株式会社 CM−3500d
(3)色差値(a値・b値):コニカミノルタセンシング株式会社 CM−3500d a値は大きいほど赤味が強く、b値は大きいほど黄色味が強い。
(4)粒度測定:日本レーザー(株)SIMPATEC HELOS SYSTEMレー ザー回折式粒度測定機 湿式分散法による。
(Test method)
(1) Blank paper glossiness: measured based on JIS P8142. Measuring device: Nippon Denshoku Industries Co., Ltd. VG7000
(2) ISO whiteness: measured based on JIS P8148. Measuring device: Konica Minolta Sensing Co., Ltd. CM-3500d
(3) Color difference value (a value / b value): Konica Minolta Sensing Co., Ltd. CM-3500d The larger the a value, the stronger the reddishness, and the larger the b value, the stronger the yellowishness.
(4) Particle size measurement: Nippon Laser Co., Ltd. SIMPATE HELOS SYSTEM Laser Laser Diffraction Particle Size Analyzer By a wet dispersion method.

実施例1
モノカーボネート(古手川産業製:モノカーボネートV60:平均粒子径0.7μm)を10部、重質炭酸カルシウム(古手川産業製:湿式粉砕品:2μm以下97%)を90部と、バインダーとして顔料100部当たりラテックス(JSR製:品番0695:SBラテックス)11部、澱粉(王子コーンスターチ製:HSS#100:リン酸エステル化澱粉)3部を混合し固形分59%の水性塗料を作成した。これを井元製作所製自動塗工機IMC−70F0に20μmのクリアランスを持つプレーンバーを組み合わせて64g/mの上質紙の片面に塗工量10±0.3g/mとなるよう塗工した。塗工量の微妙な調節は塗工速度の調節により行なった。塗工直後の湿紙は台紙に固定した上で120℃に設定した棚式乾燥機に90秒間入れ乾燥させた。原紙及び塗工紙の質量は恒温恒湿機を用い、25℃・湿度50%でエージングした後に測定した。このようにして作成した塗工紙を熊谷理機工業(株)製テストスーパーカレンダー25FC−200Eにて、ロール温度40℃、線圧50kgf/cm、通紙速度10m/分、2回通しにて艶出し加工を行い目的の塗工紙を完成させた。
Example 1
10 parts of monocarbonate (manufactured by Kotegawa Sangyo: Monocarbonate V60: average particle size 0.7 μm), 90 parts of heavy calcium carbonate (manufactured by Kotegawa Sangyo: wet pulverized product: 97% below 2 μm), and 100 parts of pigment as a binder An aqueous coating material having a solid content of 59% was prepared by mixing 11 parts of latex (manufactured by JSR: product number 0695: SB latex) and 3 parts of starch (manufactured by Oji Cornstarch: HSS # 100: phosphate esterified starch). By combining a plain bar with Imoto Seisakusho automatic coating machine IMC-70F0 to 20μm clearance it was applied to a coating weight 10 ± 0.3g / m 2 on one surface of woodfree paper of 64 g / m 2 . Subtle adjustment of the coating amount was performed by adjusting the coating speed. The wet paper immediately after coating was fixed on a backing paper and dried in a shelf dryer set at 120 ° C. for 90 seconds. The masses of the base paper and the coated paper were measured after aging at 25 ° C. and 50% humidity using a constant temperature and humidity machine. The coated paper prepared in this way was tested at a test super calendar 25FC-200E manufactured by Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd., with a roll temperature of 40 ° C., a linear pressure of 50 kgf / cm, a paper feeding speed of 10 m / min, and two passes. The target coated paper was completed by polishing.

実施例2
顔料の配合をモノカーボネート50部、重質炭酸カルシウム50部に変更した以外は実施例1と同様の方法で塗工紙を作成した。
Example 2
A coated paper was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pigment composition was changed to 50 parts monocarbonate and 50 parts heavy calcium carbonate.

実施例3
顔料の配合をモノカーボネート10部、重質炭酸カルシウム60部、軽質炭酸カルシウム(奥多摩工業製:TP−123:アラゴナイト針状)30部に変更した以外は実施例1と同様の方法で塗工紙を作成した。
Example 3
Coated paper in the same manner as in Example 1 except that the composition of the pigment was changed to 10 parts monocarbonate, 60 parts heavy calcium carbonate, and 30 parts light calcium carbonate (Okutama Kogyo Co., Ltd .: TP-123: Aragonite needle shape). It was created.

実施例4
顔料の配合をモノカーボネート10部、重質炭酸カルシウム80部、クレー(エンゲルハード製:UW−90:一級粒度分布)10部に変更した以外は実施例1と同様の方法で塗工紙を作成した。
Example 4
A coated paper is prepared in the same manner as in Example 1 except that the pigment composition is changed to 10 parts monocarbonate, 80 parts heavy calcium carbonate and 10 parts clay (manufactured by Engelhard: UW-90: primary particle size distribution). did.

実施例5
顔料の配合をモノカーボネート10部、重質炭酸カルシウム20部、クレー70部に変更した以外は実施例1と同様の方法で塗工紙を作成した。
Example 5
A coated paper was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pigment composition was changed to 10 parts monocarbonate, 20 parts heavy calcium carbonate, and 70 parts clay.

比較例1
顔料の配合をモノカーボネート10部、重質炭酸カルシウム5部、クレー85部に変更した以外は実施例1と同様の方法で塗工紙を作成した。
Comparative Example 1
A coated paper was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pigment composition was changed to 10 parts monocarbonate, 5 parts heavy calcium carbonate, and 85 parts clay.

比較例2
顔料の配合をモノカーボネート10部、クレー90部に変更した以外は実施例1と同様の方法で塗工紙を作成した。
Comparative Example 2
A coated paper was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pigment composition was changed to 10 parts monocarbonate and 90 parts clay.

比較例3
顔料の配合をモノカーボネート50部、クレー50部に変更した以外は実施例1と同様の方法で塗工紙を作成した。
Comparative Example 3
A coated paper was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pigment composition was changed to 50 parts monocarbonate and 50 parts clay.

比較例4
顔料の配合を重質炭酸カルシウム50部、クレー50部に変更した以外は実施例1と同様の方法で塗工紙を作成した。
Comparative Example 4
A coated paper was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pigment composition was changed to 50 parts of heavy calcium carbonate and 50 parts of clay.

比較例5
顔料の配合を重質炭酸カルシウム30部、クレー70部に変更した以外は実施例1と同様の方法で塗工紙を作成した。
Comparative Example 5
A coated paper was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pigment composition was changed to 30 parts of heavy calcium carbonate and 70 parts of clay.

参考例
モノカーボネート・重質炭酸カルシウム・軽質炭酸カルシウム・クレーをそれぞれ単独で実施例1と同様に塗工紙を作成した。その結果を(表1)に示す。
Reference Example A coated paper was prepared in the same manner as in Example 1 using monocarbonate, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate and clay alone. The results are shown in (Table 1).

Figure 2013100626
Figure 2013100626

実施例1〜5、及び比較例1〜5の試験結果を(表2)に示す。白紙光沢実測値は実際に光沢度計で測定した値である。白紙光沢計算値は顔料それぞれの白紙光沢に配合比率を掛け、それらを合計した値である。相乗効果は白紙光沢実測値から白紙光沢計算値を引いた値である。  The test results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 are shown in (Table 2). The actual measured value of white paper gloss is a value actually measured with a gloss meter. The blank paper gloss calculation value is a value obtained by multiplying the white paper gloss of each pigment by the blending ratio and summing them. The synergistic effect is a value obtained by subtracting the calculated value of the blank paper gloss from the measured value of the blank paper gloss.

Figure 2013100626
Figure 2013100626

モノカーボネートと炭酸カルシウムを併用していない比較例2〜5では、白紙光沢の実測値と計算値はほぼ同等なのに対し、実施例1〜5では計算値よりも実測値の方が高く、モノカーボネートと炭酸カルシウムを併用した相乗効果が認められる。また、その効果は重質炭酸カルシウムでも軽質炭酸カルシウムでも殆ど変わらなかった。  In Comparative Examples 2 to 5 in which monocarbonate and calcium carbonate are not used in combination, the actual measured value and the calculated value of white paper gloss are substantially the same, whereas in Examples 1 to 5, the actual measured value is higher than the calculated value. A synergistic effect of combining calcium carbonate with calcium carbonate is observed. The effect was almost the same for both heavy calcium carbonate and light calcium carbonate.

実施例4・5及び比較例1より、炭酸カルシウムの配合部数が多いほど相乗効果は大きくなり、それは炭酸カルシウムが20部以上で顕著となることが分かる。  From Examples 4 and 5 and Comparative Example 1, it can be seen that the greater the amount of calcium carbonate blended, the greater the synergistic effect, which becomes more pronounced with 20 parts or more of calcium carbonate.

実施例1〜5より、相乗効果が大きいほど白色度も高くなる傾向であることが分かる。  From Examples 1-5, it turns out that it is the tendency for whiteness to become high, so that a synergistic effect is large.

産業上の利用の可能性Industrial applicability

このように紙塗工産業においてモノカーボネートと炭酸カルシウムを併用する技術は、従来の無機顔料の概念に無い光沢発現性を発揮するため、品質を維持しながら相当量のクレーを重質炭酸カルシウムに振り替えることを可能とし、コストダウンの要求に応えることが期待される。  In this way, the technology that uses monocarbonate and calcium carbonate together in the paper coating industry exhibits glossiness not seen in the conventional inorganic pigment concept, so a considerable amount of clay is converted into heavy calcium carbonate while maintaining the quality. It can be transferred and is expected to meet the demand for cost reduction.

Claims (2)

原紙上に顔料と接着剤を主成分とする塗料を塗工する塗工紙において、顔料100重量部に対して、3CaO・Al・CaCO・11HOの化学式で表されるカルシウムアルミネートモノカーボネートを1〜50重量部配合すると同時に、炭酸カルシウムを20部以上配合することを特徴とする塗工紙。Calcium represented by the chemical formula of 3CaO · Al 2 O 3 · CaCO 3 · 11H 2 O with respect to 100 parts by weight of pigment in coated paper in which a paint mainly composed of a pigment and an adhesive is applied on the base paper. A coated paper comprising 1 to 50 parts by weight of aluminate monocarbonate and 20 parts or more of calcium carbonate at the same time. 前記炭酸カルシウムが、特に重質炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項1に記載の塗工紙。  The coated paper according to claim 1, wherein the calcium carbonate is particularly heavy calcium carbonate.
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