JP2015521222A - 紙において増加したフィラー保持量のための炭酸カルシウム含有材料の処理 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)少なくとも1種類の炭酸カルシウム含有材料を含む水系懸濁物を提供する工程と、
(b)少なくとも1種類の酸または酸塩を提供し、酸または酸塩のアニオンが、水不溶性カルシウム塩を生成することができる工程と、
(c)少なくとも1種類の改質された多糖を含むアニオン性ポリマーバインダーを提供する工程と、
(d)少なくとも1種類のカチオン性ポリマーを提供する工程と、
(e)工程(a)の水系懸濁物と工程(b)の少なくとも1種類の酸または酸塩を混合する工程と、
(f)工程(e)の懸濁物を、工程(c)のアニオン性ポリマーバインダーおよび工程(d)の少なくとも1種類のカチオン性ポリマーと混合する工程とを含む。
本発明の方法の工程(a)において、少なくとも1種類の炭酸カルシウム含有材料を含む水系懸濁物が提供される。本発明の一実施形態によれば、水系懸濁物は、炭酸カルシウム含有材料の粒子と水とを混合することによって得られる。
本発明の方法の工程(b)において、少なくとも1種類の酸または酸塩が提供され、酸または酸塩のアニオンは、水不溶性のカルシウム塩を生成することができる。
本発明の方法の工程(c)において、少なくとも1種類の改質された多糖を含むアニオン性ポリマーバインダーが提供される。
本発明の方法の工程(d)において、少なくとも1種類のカチオン性ポリマーが提供される。
本発明の方法の工程(e)において、工程(a)の水系懸濁物を、工程(b)の少なくとも1種類の酸または酸塩と混合する。
本発明の方法の工程(f)において、工程(e)によって得られた水系懸濁物を、工程(c)のアニオン性ポリマーバインダーおよび工程(d)の少なくとも1種類のカチオン性ポリマーと混合する。
本発明の任意選択の実施形態によれば、この方法は、本発明の方法によって得られる自己結合性顔料粒子の懸濁物を濃縮する工程をさらに含む。
さらなる態様によれば、本発明は、本発明の方法によって得ることができる自己結合性顔料粒子懸濁物を提供する。
以下に、実施例で実行する材料および測定方法を記載する。
比表面積を、ISO 9277:2010に従って、窒素を用い、サンプルを250℃の温度で30分加熱する条件に従って、BET(Brunauer,St.,Emmett,P.H.,Teller,E.(1938):Adsorption of Gases in Multimolecular Layers、J.Am.Chem.Soc.,60,309.)法によって測定した。このような測定の前に、サンプルをBuchner漏斗で濾過し、脱イオン水ですすぎ、炉中、90から100℃で一晩乾燥させた。その後、乾燥したケーキを乳鉢で十分に粉砕し、一定重量が得られるまで、得られた粉末を水分を調整した130℃の場所に置いた。
Micromeritics(USA)社製のSedigraph 5120を用い、炭酸カルシウム含有粒子材料の粒度分布を測定した。この方法および装置は、当業者に既知であり、フィラーおよび顔料の粒径を決定するために一般的に用いられる。この測定は、0.1重量%のNa4P2O7を含む水溶液中で行った。高速撹拌機および超音波機を用い、サンプルを分散した。
Mettler−Toledo(スイス)製のMoisture Analyser HR73を用い、以下の設定で、懸濁物の固体含有量(「乾燥重量」としても知られる。)を決定した。温度120℃、自動スイッチオフ3、標準的な乾燥、懸濁物5から20g。
Schott AVS 370システムによって固有粘度を決定した。サンプルを0.2M NaCl溶液に溶解し、その後、このpHをNaOHで10に調節した。測定を25℃、0a型キャピラリーで行い、Hagenbach補正を用いて補正した。
カルボキシル化度を、Katz et al.「The determination of strong and weak acidic groups in sulfite pulps」(Svensk Paperstidn.,1984,6,pp.48−53)に従った伝導度滴定によって決定した。
d50値2.5μm、d95値5μm、d30値2μmに対応する微粉度を有し、比表面積が3.4m2g−1である、沈殿した偏三角面体の炭酸カルシウム(S−PCC)(固体含有量が13重量%のスラリーとしてOmya、スイスから市販)を炭酸カルシウム含有材料として使用した。
d50値2.5μm、d95値5μm、d30値2μmに対応する微粉度を有し、比表面積が3.4m2g−1である、沈殿した偏三角面体の炭酸カルシウム(S−PCC)(固体含有量が13重量%のスラリーとしてOmya、スイスから市販)を炭酸カルシウム含有材料として使用した。クエン酸三ナトリウム(Sigma Aldrichから市販)を酸として使用し、分子量が60000g/mol(Niklacell T10G)および200000g/mol(Niklacell CH90F)の2種類の異なるカルボキシメチルセルロース(CMC)(Mare Austria GmbHから市販)をアニオン性ポリマーバインダーとして使用した。CMCの固有粘度は、168ml/g(Niklacell T10G)および298ml/g(Niklacell CH90F)であり、置換度は、両方とも0.8であった。
比較例2で得た懸濁物に、乾燥PCCの合計量を基準として2重量%のカチオン性デンプン(C*Bond HR 35845、Cargill Deutschland GmbH、ドイツから市販)をカチオン性ポリマーとして粉末の形態で加え、その後、この懸濁物を100℃まで加熱し、60分攪拌した。この処理中、固体含有量は、懸濁物の合計重量を基準として50重量%に保たれていた。懸濁物を室温まで冷却した。
乾燥PCCの合計量を基準として、繊維状懸濁物の2重量%のカチオン性デンプン(C*Bond HR 35845、Cargill Deutschland GmbH、ドイツから市販)を、ユーカリパルプ(Jarilyptus)の繊維懸濁物に加え、その後、比較例2で得られた懸濁物を加えた。デンプンを、懸濁物の合計重量を基準として1.5重量%の濃度で100℃の水中で煮ることによって調製した。シートを作製し、以下のように試験した。
30°SRになるまで精製したユーカリパルプ(Jarilyptus)をパルプとして使用した。実施例3および4の表面改質した沈殿した炭酸カルシウム粒子をフィラーとして使用した。これに加え、d50値2.5μm、d95値5μm、d30値2μmに対応する微粉度を有し、比表面積が3.4m2g−1である、偏三角面体の沈殿した炭酸カルシウム(S−PCC)(固体含有量が13重量%のスラリーとしてOmya、スイスから市販)を使用し、比較例1および2を使用した。フィラーを、濃度が懸濁物の合計重量を基準として10重量%になるまで水で希釈し、高速撹拌機(Kinematica、スイス)で凝集解砕した。
Claims (25)
- 自己結合性顔料粒子を調製するための方法であって、
(a)少なくとも1種類の炭酸カルシウム含有材料を含む水系懸濁物を提供する工程と、
(b)少なくとも1種類の酸または酸塩を提供し、酸または酸塩のアニオンが、水不溶性カルシウム塩を生成することができる工程と、
(c)少なくとも1種類の改質された多糖を含むアニオン性ポリマーバインダーを提供する工程と、
(d)少なくとも1種類のカチオン性ポリマーを提供する工程と、
(e)工程(a)の水系懸濁物と工程(b)の少なくとも1種類の酸または酸塩を混合する工程と、
(f)工程(e)の懸濁物を、工程(c)のアニオン性ポリマーバインダーおよび工程(d)の少なくとも1種類のカチオン性ポリマーと混合する工程とを含む、方法。 - 工程(f)において、工程(e)によって得られた懸濁物を第1の工程で工程(c)のアニオン性ポリマーバインダーと混合し、次いで、第2の工程で、工程(d)の少なくとも1種類のカチオン性ポリマーと混合する、請求項1に記載の方法。
- 工程(f)において、工程(e)によって得られた懸濁物を一工程で工程(c)のアニオン性ポリマーバインダーおよび工程(d)の少なくとも1種類のカチオン性ポリマーと混合する、請求項1に記載の方法。
- 工程(f)において、工程(e)によって得られた懸濁物を第1の工程で工程(d)の少なくとも1種類のカチオン性ポリマーと混合し、次いで、第2の工程において、工程(c)のアニオン性ポリマーバインダーと混合する、請求項1に記載の方法。
- 工程(e)によって得られた懸濁物を工程(f)の前に濃縮する、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1種類の炭酸カルシウム含有材料は、炭酸カルシウム、炭酸カルシウムを含有する鉱物、混合した炭酸カルシウム系フィラーまたはこれらの混合物から選択され、好ましくは、炭酸カルシウム含有材料は、炭酸カルシウムであり、さらに好ましくは、沈殿した炭酸カルシウム(PCC)であり、最も好ましくは、偏三角面体PCC(S−PCC)、菱面体PCC(R−PCC)、角柱状のPCC(P−PCC)、立方体のPCC(C−PCC)、またはこれらの混合物である、請求項1から5のいずれかに記載の方法。
- 工程(a)の少なくとも1種類の炭酸カルシウム含有材料は、重量平均粒径d50値が0.1から100μm、好ましくは、0.2から50μm、さらに好ましくは、0.5から25μm、最も好ましくは、1.0から10μmの粒子の形態で与えられる、請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- 工程(a)の少なくとも1種類の炭酸カルシウム含有材料は、比表面積が0.1から200m2/g、好ましくは、0.5から100m2/g、さらに好ましくは、1.0から50m2/g、最も好ましくは、2.0から10m2/gの粒子の形態で与えられる、請求項1から7のいずれかに記載の方法。
- 工程(a)の水系懸濁物は、固体含有量が、懸濁物の合計重量を基準として1から99重量%、好ましくは、15から70重量%、さらに好ましくは、10から50重量%、最も好ましくは、12から40重量%である、請求項1から8のいずれかに記載の方法。
- 工程(a)の懸濁物は、鉱物、例えば、タルク、カオリン、TiO2、ベントナイトおよびこれらの混合物をさらに含む、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 工程(b)の少なくとも1種類の酸または酸塩を、乾燥した炭酸カルシウム含有材料の合計重量を基準として0.001から40重量%、好ましくは、0.005から20重量%、さらに好ましくは、0.01から10重量%、最も好ましくは、0.05から5重量%の量で加える、請求項1から10のいずれかに記載の方法。
- 工程(b)の少なくとも1種類の酸または酸塩は、クエン酸、シュウ酸、リン酸、硫酸、ヒ酸およびヨウ素酸、またはこれらの塩、およびこれらの混合物を含む群から選択される、請求項1から11のいずれかに記載の方法。
- 工程(e)によって得られる懸濁物は、固体含有量が、懸濁物の合計重量を基準として2から99重量%、好ましくは、10から60重量%、さらに好ましくは、15から45重量%、最も好ましくは、20から30重量%である、請求項1から12のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1種類の改質された多糖は、多糖のカルボキシメチル誘導体および/またはカルボキシメチルヒドロキシプロピル誘導体および/またはカルボキシメチルヒドロキシエチル誘導体、好ましくは、カルボキシメチルセルロース、アニオン性グアー、アニオン性デンプンまたはキサンタンガムである、請求項1から13のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1種類の改質された多糖は、ヒドロキシル基の置換度が0.4から2.0、好ましくは、0.5から1.8、さらに好ましくは、0.6から1.6、最も好ましくは、0.7から1.5の範囲である、請求項1から14のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1種類の改質された多糖の固有粘度は、5から500ml/g、好ましくは、10から450ml/g、さらに好ましくは、50から350ml/g、最も好ましくは100から200ml/gである、請求項1から15のいずれかに記載の方法。
- 工程(c)のアニオン性ポリマーバインダーは、水溶液または乾燥材料の形態であり、好ましくは、アニオン性ポリマーバインダー濃度が、溶液の合計重量を基準として1から70重量%、好ましくは、2から55重量%、さらに好ましくは、5から50重量%、最も好ましくは、30から50重量%の溶液の形態である、請求項1から16のいずれかに記載の方法。
- 工程(c)のアニオン性ポリマーバインダーを、乾燥した炭酸カルシウム含有材料の合計重量を基準として0.001から20重量%、好ましくは、0.005から15重量%、さらに好ましくは、0.01から10重量%、最も好ましくは、0.05から5重量%の量で加える、請求項1から17のいずれかに記載の方法。
- 工程(d)の少なくとも1種類のカチオン性ポリマーが、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド、カチオン性エピクロロヒドリン樹脂、カチオン性デンプン、カチオン性グアーおよびこれらの混合物を含む群から選択される、請求項1から18のいずれかに記載の方法。
- 工程(d)の少なくとも1種類のカチオン性ポリマーが、溶液または乾燥材料の形態であり、好ましくは、濃度が、溶液の合計重量を基準として0.5から70重量%、好ましくは、1から25重量%、さらに好ましくは、1.5から20重量%、最も好ましくは、2から10重量%の水溶液の形態である、請求項1から19のいずれかに記載の方法。
- 工程(d)の少なくとも1種類のカチオン性ポリマーを、乾燥した炭酸カルシウム含有材料の合計重量を基準として0.001から20重量%、好ましくは、0.005から15重量%、さらに好ましくは、0.01から10重量%、最も好ましくは、0.05から5重量%の量で加える、請求項1から20のいずれかに記載の方法。
- 請求項1から21のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる、自己結合性顔料粒子懸濁物。
- 好ましくは、自己結合性顔料粒子懸濁物を、抄紙機のウェットエンド法で使用し、タバコ紙、厚紙および/またはコーティング用途で使用するか、またはロトグラビア印刷および/またはオフセット印刷および/またはインクジェット印刷および/または連続インクジェット印刷および/またはフレキソグラフィーおよび/または電子写真および/または化粧加工表面のための支持材として使用するか、または自己結合性顔料粒子懸濁物を使用し、植物の葉の日光およびUVの曝露を減らす、紙、プラスチック、塗料、コーティング、コンクリートおよび/または農業用途での請求項23に記載の自己結合性顔料粒子懸濁物の使用。
- 顔料粒子が炭酸カルシウム含有材料粒子を含み、この粒子が、酸または酸塩から作られる水不溶性カルシウム塩、少なくとも1種類の改質された多糖を含むアニオン性ポリマーバインダーおよび少なくとも1種類のカチオン性ポリマーで少なくとも部分的にコーティングされている、紙製品。
- 紙製品が、本発明の自己結合性顔料粒子を同量の炭酸カルシウム含有材料粒子と置き換えた紙製品と比較して、高い引張強度を有し、好ましくは、引張強度は、本発明の自己結合性顔料粒子を同量の炭酸カルシウム含有材料粒子と置き換えた紙製品の引張強度と比較して、少なくとも5%高く、さらに好ましくは、少なくとも7%高く、最も好ましくは、少なくとも10%高い、請求項24に記載の紙製品。
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