JP2015529694A - 酸性pH環境における高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液 - Google Patents

酸性pH環境における高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液 Download PDF

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Abstract

本発明は、酸性pH環境における高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液、当該高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を製造するための方法、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の製紙、ペーパーコーティング、プラスチック、農業および/または塗料用途における使用および紙におけるフィラーとしての使用、ならびに高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を含むコーティングカラー配合物に関する。

Description

本発明は、酸性pH環境における高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液、こうした高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を製造するための方法、製紙、ペーパーコーティング、プラスチック、農業および/または塗料用途における、および紙中のフィラーとしての高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の使用、ならびに高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を含むコーティングカラー配合物に関する。
実際には、水性調製物および特に炭酸カルシウム含有材料のような水不溶性の固形分の懸濁液が、紙、塗料、ゴムおよびプラスチック産業において、製紙用のコーティング、フィラー、増量剤、および顔料として、ならびにラッカーおよび塗料として広範囲に使用される。例えば、炭酸カルシウム、タルクまたはカオリンのスラリーとも呼ばれる懸濁液は、コーティングされた紙の調製においてフィラーおよび/または構成成分として多量に紙産業において使用される。水不溶性固形分の典型的な水性調製物は、懸濁液またはスラリーの形態において、水、水不溶性の分散固体化合物および場合によりさらなる添加剤を含むことを特徴とする。
この点についての問題の1つは、こうした水性懸濁液に好適な機械的特性の調整が、特定条件下で困難なままであるという事実にある。炭酸カルシウムの懸濁液の輸送は経済的に実行可能でなければならないので、懸濁液中の水の量または懸濁液の体積は、可能な限り小さくすべきである。しかし、冬季に通常到達するような低温においては特に、こうした高固形分の水性懸濁液の機械的特性は、懸濁液の凍結により顕著に悪化し、輸送、さらには取扱いが困難になる。
これに加えて、炭酸カルシウム含有材料を含む高固形分の水性懸濁液は、例えば通常こうした水性懸濁液の一部分であることができる酸性添加剤の存在下のような酸性条件下で不安定になる傾向があり、故に結果として経時的に機械的特性が悪化することになる。
この点に関して、炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液の機械的特性を改善するために幾つかの手法が提案されている。例えば、WO96/32448には、バルクを得るために、10,000から500,000の低分子量のカチオン性凝集剤であるポリDIMDAC(ジメチルジアリルアンモニウムホモポリマー)を用いて、低濃度炭酸塩(1から30%の固体物質を有する。)の炭酸カルシウムの分散液(産業界では「スラリー」として既知)を加工処理するための方法が記載されている。この特許では、PCCと「G(N)CC」と称される粉砕天然炭酸カルシウムとの両方、または粉砕炭酸カルシウムまたはこれらの混合物を使用する。この方法は、主に、凝析の1つであり、小粒子のより大きな粒子への凝集および繊維との相互作用の特性は、主に粒子の粗い粒度分布によってのみ得られる。この場合、紙の物理的特性は、この重量が低下するときに望ましくない影響を受ける。
WO96/32449は、同じ情報を広く提供している。この目的は、フィラー全体の電荷とは反対の電荷を示す凝集剤を用いて、微粒子および超微粒子の選択的な凝集を得ることである。
US4,367,207には、アニオン性オルガノポリホスホネート電解質の存在下、CaCOを処理するための方法が記載されているが、この目的は、単に、微粉化炭酸塩の懸濁液を得ることである。
EP0406662には、合成炭酸塩を製造するための方法が記載されており、ここではプレミックスがアラゴナイト形態でのCaCOと石灰とで製造されている;このスラリーに、「リン酸誘導体」、例えばリン酸またはこの塩または種々のホスフェートを添加し、最終的にCOを、従来の炭化を行うために導入する。この特許の目的は、特に、大きい粒径を有し、特定の結晶形態(針状)を有するPCCを得ることであり、この産業上の製造は、これまで可能でなかった。
EP0406662においては、必要とされる結晶形態のための新しい核形成シードを提供する特定されていない「リン酸カルシウム」を介して、特にアラゴナイト形態を製造するためにリン酸が使用されている。得られた炭酸塩生成物は、製紙に有用であり、多量の鉱物物質を紙に組み込むことを可能にし、不燃性のインテリア紙を製造する。紙の不透明性、光沢またはバルクのような特性は記述されていない。さらに、唯一の用途例は、炭酸塩/樹脂化合物に関するものである。
炭酸塩含有材料に特定の特性を与えるための方法も知られている。
本発明者らは、特に、耐酸性の特性を得ることを記述するが、これは、炭酸塩が、伝統的な製紙手順の一部である酸性製紙方法においてフィラーとして使用される場合に有用である。このように、US5,043,017には、カルシウムキレート剤、例えばヘキサメタリン酸カルシウム、および弱酸(リン酸、クエン酸、ホウ酸、酢酸など)のアルカリ金属塩であることができる関連する塩基の作用により、炭酸カルシウム、特にPCCの安定化が記載されている。
US4,219,590は、「完全に乾燥した無水ガス」での処理により乾燥炭酸カルシウムを改善するための方法が記載されている。
ここでは、表面処理の改善は、脂肪酸または酸性樹脂または同様の製品によって行われる。この方法は、リン酸、塩酸、硝酸、カプリン酸またはアクリル酸のボイルオフ蒸気またはアルミニウムの塩化物もしくはフッ化物、またはフマル酸の塩化物またはフッ化物などによって炭酸塩を処理する。この目的は、炭酸塩粒子を微粒子に分割することである。
US5,230,734も知られており、Ca−Mg炭酸塩を製造するためにCOを使用する。WO97/08247には、弱酸方法によって得られた、紙用でもある炭酸塩配合物が記載されている。炭酸塩は、弱酸および弱塩基の混合物で処理され、これらはそれぞれリン酸および有機酸の誘導体である。WO97/14847にはまた、紙用の耐酸性の炭酸塩が記載されており、これは炭酸塩の表面を「不活性化する」ために、2つの弱酸の混合物で処理される。
WO98/20079にはまた、ケイ酸カルシウムおよび弱酸またはアルミニウムを添加することによって、炭酸塩、特にPCCを耐酸性にするための方法が記載されている。US5,164,006では、酸媒体に対する耐性の特性を得るためにCOによる処理が使用されている。しかし、塩化亜鉛のような製品を添加することがこの場合は必要であり、これは環境基準を満たさない。
既に上述したように、水性懸濁液は、通常、水、水不溶性の分散した固体化合物および場合によりさらなる添加剤をこうした調製物中に含む。これに関して、塩化カルシウムと組み合わせたこうした分散した炭酸カルシウムを含む水性懸濁液は、例えばこうした懸濁液の製造、コーティングカラー組成物の製造、この貯蔵および後続の使用中に、深刻な問題を生じ得ることにさらに留意すべきである。こうした炭酸カルシウムを含む水性懸濁液が、塩化カルシウムまたは一価、二価もしくは三価のカチオンの他の塩と接触する場合に、水性懸濁液中にアグロメレートおよび凝析した粒子の形成が生じ、これが組成物中の酸感受性材料の機械的特性の深刻な悪化および/または部分的な溶解といった所望でない作用を導き得る。
この問題は、水性組成物中の炭酸カルシウムおよび/または塩化カルシウムの含有量が増大するにつれてさらに悪化し、特に高固形分含有量を有する炭酸カルシウムを含む水性組成物、即ち組成物の総重量に基づいて50重量%を超える固形分含有量を有する組成物において顕著である。
故に、既存の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液よりも良好な性能を与え、低温においておよび/または酸性環境中で懸濁液の機械的特性を有効に維持する代替の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液が必要とされ続けている。
国際公開第96/32448号 国際公開第96/32449号 米国特許第4,367,207号明細書 欧州特許第0406662号明細書 米国特許第5,043,017号明細書 米国特許第4,219,590号明細書 米国特許第5,230,734号明細書 国際公開第97/08247号 国際公開第97/14847号 国際公開第98/20079号 米国特許第5,164,006号明細書
従って、高固形分含有量を有する水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を提供することが、本発明の目的である。本発明のさらなる目的は、懸濁液中でアグロメレートしたおよび凝析した粒子の形成がpH酸性環境において低減または防止され、故にこうした懸濁液に十分な機械的特性が維持される、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を提供することである。本発明の別の目的は、pH酸性環境中において安定であり、即ち少なくとも24時間の期間にわたって十分な機械的特性を維持する高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を提供することである。なおさらなる目的は、約−5℃およびさらにこれ以下の温度にて十分な機械的特性を有する高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を提供することであり、即ちこの懸濁液は、こうした条件下において凍結しない。なおさらなる目的は、懸濁液の他の物理的特性、例えば光学的特性に許容できないようには影響しない高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を提供することである。別の目的は、少なくとも24時間の期間、好ましくは少なくとも1週間の期間、最も好ましくは少なくとも1ヶ月の期間にわたって、−5℃から+23℃の貯蔵温度にて、炭酸カルシウム粒子の存在下、酸性pHを有する高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を提供することである。
前述および他の目的は、酸性pH環境における高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液によって解決され、これらは:
a)炭酸カルシウム含有粒子を含む少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料、および
b)少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩であって、ここで少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸は、+23℃にて0以下のpK値を有する酸からなる群から選択される塩
を含み、ここでこの高固形分の水性懸濁液は、
i)高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて少なくとも50重量%の固形分含有量、
ii)−5℃の温度にて≦1000mPasの100rpmでのブルックフィールド粘度、
iii)+23℃にて<6のpH、および
iv)−5℃および+23℃にて10から100mS/cmの伝導度を有する。
本発明者らは、驚くべきことに、本発明に従う前述の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液が、pH酸性環境中において懸濁液中でのアグロメレートしたおよび凝析した粒子の形成が低減または防止され、故にこうした懸濁液に十分な機械的特性を維持し、さらに少なくとも24時間の期間にわたって酸性環境における安定性を提供する懸濁液を導くことを見出した。さらに、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、−5℃から+23℃の貯蔵温度において、少なくとも24時間の期間にわたって、炭酸カルシウム粒子の存在下で酸性pHを有することを認めた。さらに、本発明者らは、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液が、約−5℃およびさらにこれ以下の温度にて凍結せず、許容できないようには、光学特性のような懸濁液の他の特性に影響を与えないことがわかった。特に、これは、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて少なくとも50重量%の固形分含有量を有する高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液において、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩との組み合わせの使用によって達成される。故に、本発明の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液により、酸性環境において安定な高固形分の水性懸濁液を提供できる。
本発明の趣旨上、以下の用語が以下の意味を有することを理解すべきである:
本発明の趣旨上、用語「懸濁液」または「スラリー」は、不溶性の固形分および水、ならびに場合によりさらなる添加剤を含み、通常、多量の固形分を含有し、故にこれを形成している液体よりも粘稠であり、一般により高い密度を有する。
本発明の意味において用語「pH酸性環境」は、+23℃にて<6のpHを有する高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を指す。
本発明の意味において用語「炭酸カルシウム含有材料」は、「炭酸カルシウム含有粒子」、少なくとも1つの「櫛状ポリマー」および場合により少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を含む材料を指す。従って、「炭酸カルシウム含有材料」は、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中の固体材料の総乾燥重量に対応する。
用語「炭酸カルシウム含有粒子」は、炭酸カルシウム含有粒子の総乾燥重量に基づいて、少なくとも50重量%の炭酸カルシウムを含む材料を指す。
本発明の意味において、用語「櫛状ポリマー」は、骨格とも称される主鎖(ここに炭酸基および/または他の酸性基が遊離酸またはこれらの塩の形態で、即ちカルボキシレートイオンの形態で結合する。)、ならびに場合により炭化水素鎖で末端キャップされたポリアルキレンオキシドを含む側鎖から形成される櫛状形状ポリマーを指す。ポリアルキレンオキシド側鎖は、エステル結合、アミド結合、またはエーテル結合を介して主鎖に結合できる。炭酸基およびポリアルキレンオキシド側鎖に加えて、さらなる官能基または非官能基、例えば正に帯電した官能基、例えばアミン、アミド、および/または四級アンモニウム基は、主鎖に結合できる。
本発明において用語「酸」は、ブロンステッド−ローリー定義に従って定義される。換言すれば、酸は、プロトンドナーとして作用できる物質として定義される。これは、例えば用語「HSO 」も酸を例示していることを意味する。
本発明の趣旨上、用語「粘度」は、ブルックフィールド粘度を指す。本発明によれば、ブルックフィールド粘度は、+23℃および−5℃の温度ならびに100rpm(毎分回転数)の回転速度においてNo1から5の適切なディスクスピンドルを用いたRVTモデルブルックフィールド(商標)粘度計を用いて測定される。報告される粘度値は、1分の測定後に機器によって検出された値である。ブルックフィールド粘度を測定する前に、懸濁液を、適切な歯付きディスク撹拌器を備えた、8400rpmまで機械的に調節可能な0.25から2.5kWのPendraulik実験室用溶解槽を用いて5分間撹拌した。
本発明に従う「伝導度」は、本明細書において以下の実施例の項に定義される測定方法に従って測定されるような水性炭酸塩を含む材料の電気伝導度を意味する。伝導度は、mS/cm単位で特定され、−5℃および+23℃において測定され得る。
本発明の別の態様によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を製造するための方法が提供され、この方法は、
a)少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液を提供する工程であって、ここでこの炭酸カルシウム含有材料は、pH9にて+2から−2C/gの電荷密度を有する、工程、
b)
i)+23℃にて0以下のpK値を有する酸からなる群から選択される少なくとも1つの強酸、および/または
ii)少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩であって、ここでこの少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸は、+23℃にて0以下のpK値を有する酸からなる群から選択される、塩
を提供する工程、
c)工程b)の少なくとも1つの強酸および/または少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を、工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液に添加する工程、
d)場合により、工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液を、工程c)の前および/または工程c)の間および/または工程c)の後に粉砕する工程、
を含み、ここで工程c)および/またはd)の後の高固形分の水性懸濁液が、
i)高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて少なくとも50重量%の固形分含有量、
ii)−5℃の温度にて≦1000mPasの100rpmでのブルックフィールド粘度、
iii)+23℃で<6のpH、および
iv)−5℃および+23℃において10から100mS/cmの伝導度を有する。
この方法は、+23℃で0から2.5のpK値を有する酸からなる群から選択される少なくとも1つの中程度の強酸(好ましくは少なくとも1つの中程度の強酸が、HSO、HSO 、HPO、シュウ酸およびこれらの混合物から選択される。)、および/または+23℃にて>2.5から6のpK値を有する酸からなる群から選択される少なくとも1つの弱酸(好ましくは少なくとも1つの弱酸は、クエン酸および/または酒石酸から選択される。)を提供する工程e)をさらに含むことが好ましい。この方法はさらに、工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液と、工程e)の少なくとも1つの中程度の強酸および/または少なくとも1つの弱酸とを、工程c)の間および/または工程c)の後に、および/または任意工程d)の間および/または任意工程d)の後に接触させる工程f)を含むことがさらに好ましい。工程c)および/または工程d)および/または工程f)は−5℃から+99℃、好ましくは+20℃から+85℃、最も好ましくは+20℃から+50℃、最も好ましくは+50℃から+85℃の温度にて行われるのがさらに好ましい。この方法はまたさらに、得られた高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を濃縮する工程g)を含むのが好ましい。この方法はまたさらに、得られた高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を乾燥する工程を含むことが好ましい。
本発明のさらなる態様によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を乾燥することによって得ることができる炭酸カルシウム含有材料が提供される。本発明のさらに別の態様によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液ならびに/もしくは炭酸カルシウム含有材料の製紙、ペーパーコーティング、プラスチック、農業および/または塗料用途での使用が提供される。本発明のなおさらなる態様によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液ならびに/もしくは炭酸カルシウム含有材料の、紙におけるフィラーとしての使用が提供される。高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液、ならびに/もしくは炭酸カルシウム含有材料は、デジタル印刷、好ましいインクジェット印刷、またはフレキソ、ロトグラビアおよび/またはオフセット印刷、最も好ましくはインクジェット印刷におけるブラックインク印刷のためのサポートとして使用されるのが好ましい。
本発明のさらなる態様によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液ならびに/もしくは炭酸カルシウム含有材料および天然および/または合成バインダを含むコーティングカラー配合物が提供され、このバインダは、好ましくはスチレン−ブタジエン、スチレン−アクリレート、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、デンプン、またはこれらの混合物からなり、最も好ましくはバインダは、ポリビニルアルコールを含有するまたはポリビニルアルコールからなる。
本発明の有利な実施形態は、対応する下位請求項に定義される。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子は、天然炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウムまたはこれらの混合物から選択される。
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子は、0.1から50μm、好ましくは0.25から50μm、より好ましくは0.3から5μm、最も好ましくは0.4から3μmの重量中位粒径d50を有する。
本発明のさらに別の実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子は、窒素およびBET方法を用いて測定される場合に0.1m/gから200m/g、好ましくは0.1m/gから50m/g、より好ましくは0.1m/gから20m/gの比表面積を有する。
本発明の1つの実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液は、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて、少なくとも50重量%、好ましくは50から82重量%、より好ましくは55から82重量%、さらにより好ましくは60から78重量%、最も好ましくは65から78重量%の量で少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む。
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、少なくとも1つの櫛状ポリマーを含み、好ましくは少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子の表面は、少なくとも1つの櫛状ポリマーでコーティングされる。
本発明のさらに別の実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、5から99ml/gの範囲、好ましくは10から80ml/gの範囲、最も好ましくは10から50ml/gの範囲の固有粘度を有する少なくとも1つの櫛状ポリマーを含む。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩は、二価および/または三価カチオンを含み、好ましくは二価カチオンは、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびこれらの混合物からなる群から選択され、三価カチオンは、アルミニウムが好ましい。
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸は、塩酸、硝酸およびこれらの混合物からなる群から選択される。
本発明のさらに別の実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液は、懸濁液中の炭酸カルシウム含有材料の総乾燥重量に基づいて、0.01から5重量%、好ましくは0.05から4重量%、より好ましくは0.1から3重量%、さらにより好ましくは0.2から2重量%、最も好ましくは0.25から1.5重量%または0.5から1.25重量%の量で少なくとも1つの櫛状ポリマーを含む。
本発明の1つの実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液は、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて、50から82重量%、好ましくは55から82重量%、より好ましくは60から78重量%、最も好ましくは65から78重量%の固形分含有量を有する。
本発明の別の実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液は、−5℃の温度にて25から100mPas、好ましくは−5℃の温度にて25から700mPas、より好ましくは−5℃の温度にて25から500mPas、最も好ましくは−5℃の温度にて50から300mPasの100rpmでのブルックフィールド粘度を有する。
本発明のさらに別の実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液は、+23℃にて4から<6のpH、好ましくは+23℃にて4.5から<6のpH、好ましくは+23℃にて5から<6のpHを有する。
本発明の1つの実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液は、−5℃および+23℃にて測定される20mS/cmから100mS/cm、好ましくは−5℃および+23℃にて測定される30mS/cmから100mS/cmの伝導度を有する。
本発明の別の実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液はさらに、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの中程度の強酸との少なくとも1つの反応生成物、および/または少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの弱酸との少なくとも1つの反応生成物を含む。少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸は、+23℃にて0から2.5のpK値を有する酸からなる群から選択されるのが好ましく、好ましくは少なくとも1つの中程度の強酸は、HSO、HSO 、HPO、シュウ酸およびこれらの混合物から選択される。HSO は、アルカリまたはアルカリ土類塩の形態で添加でき、好ましくはNa、Li、K、Mg、およびCa塩の形態で添加できることに留意する。少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸は、+23℃にて>2.5から6のpK値を有する酸からなる群から選択されるのがさらに好ましく、好ましくは少なくとも1つの弱酸は、クエン酸、酒石酸およびこれらの混合物から選択される。
本発明のさらに別の実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸および/または少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸および少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸の、生じたHイオンによって表される合計のモル量は、CaCOのモル量に対して合計で0.01から1.9である。
本発明の1つの実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液はさらに、水酸化アルミニウムおよび/または水酸化マグネシウムを含む。
本発明の別の実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液は、pH5での正の電荷密度、好ましくはpH5にて少なくとも+0.1C/g、より好ましくはpH5にて少なくとも+0.5C/g、さらにより好ましくはpH5にて少なくとも+1C/g、最も好ましくはpH5にて少なくとも+1.5C/gの正の電荷密度を有する。
以下において、本発明のさらなる詳細、特に高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の前述の構成成分について言及する。
用語「含む」という用語は、本明細書および特許請求の範囲に使用される場合に、主要または軽微な機能上の重要性を有する他の非特定要素を排除しない。本発明の趣旨上、用語「〜からなる」は、用語「〜を含む」の好ましい実施形態であると考えられる。以降、ある群が少なくとも特定の数の実施形態を含むように定義される場合、これはまた、好ましくはこうした実施形態のみからなる群を開示していると理解されるべきである。
用語「含む」または「有する」が使用されるときはいつでも、これらの用語は、上記で定義されるような「含む」と等価であることを意味する。
単数名詞について言及するときに、不定冠詞または定冠詞、例えば「a」、「an」、または「the」が使用される場合、これは、他に具体的に記述されない限り、複数のこの名詞を含む。
本発明の1つの特定の要件は、酸性pH環境において高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液が、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含むことである。特に、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、炭酸カルシウム含有粒子を含む。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の一部である炭酸カルシウム含有粒子は、天然炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウムまたはこれらの混合物から選択される。
本発明の意味において、「粉砕炭酸カルシウム」(GCC)は、石灰岩、大理石、カルサイト、ドロマイトまたはチョークのような天然供給源から得られる炭酸カルシウム、および粉砕、スクリーニング、および/または分留のような湿式および/または乾式処理、例えばサイクロンまたは分類機により加工処理される炭酸カルシウムである。
粉砕炭酸カルシウム(GCC)は、例えば大理石、石灰岩、チョーク、および/またはドロマイトの1つ以上を特徴としてもよい。本発明の1つの実施形態によれば、GCCは、乾式粉砕によって得られる。本発明の別の実施形態によれば、GCCは、湿式粉砕および後続乾燥によって得られる。
一般に、粉砕工程は、例えば精錬が主に二次体との衝突から生じる条件下で、いずれかの従来の粉砕デバイス、即ち1つ以上のボールミル、ロッドミル、振動ミル、ロールクラッシャ、遠心分離衝撃ミル、縦型ビードミル、磨砕ミル、ピンミル、ハンマーミル、粉砕機(pulveriser)、シュレッダ、デクランパ、ナイフカッター、または当業者に既知の他のこうした機器により行われることができる。炭酸カルシウム含有粒子が湿式粉砕炭酸カルシウム含有粒子を含む場合、粉砕工程は、自生粉砕が生じるような条件下で行われてもよく、および/または水平ボールミル加工、および/または当業者に既知の他のこうした方法によって行われてもよい。こうして得られた湿式加工処理された粉砕炭酸カルシウム含有粒子は、周知の方法、例えば凝析、濾過または乾燥前の強制蒸発によって洗浄および脱水されてもよい。後続の乾燥凝析工程は、スプレー乾燥のような単一工程において、または少なくとも2つの行程において行われてもよい。また、こうした炭酸カルシウム含有粒子は、選鉱工程(例えば、浮遊、漂白または磁性分離工程)を行って不純物を除去することが一般的である。
本発明の意味において「沈降炭酸カルシウム」(PCC)は、合成された材料であり、一般に二酸化炭素および石灰を水性環境において反応後の沈澱により、または水中でのカルシウムおよび炭酸塩イオン供給源の沈澱によって得られる。
沈降炭酸カルシウム(PCC)は、例えば1つ以上のアラゴナイト、ヴァテライト、および/またはカルサイトの鉱物学上のモルホロジー形態を特徴としてもよい。アラゴナイトモルホロジーは、通常は針状形態であるが、ヴァテライトモルホロジーは、六方晶系の結晶系に属する。カルサイトモルホロジーは、偏三角面体、斜方晶系、球形および三方晶系の形態を形成できる。PCCは、様々な方法において、例えば二酸化炭素との沈澱、石灰ソーダ方法、またはSolvay方法により製造でき、この方法において、PCCは、アンモニア製造の副生成物である。得られたPCCスラリーは、機械的に脱水され、乾燥できる。
炭酸カルシウム含有粒子は、粉砕炭酸カルシウム(GCC)を含むことが好ましい。例えば、炭酸カルシウム含有粒子は、1つの粉砕炭酸カルシウム(GCC)を含む。または、炭酸カルシウム含有粒子は、様々な粉砕炭酸カルシウム供給源から選択される2つ以上の粉砕炭酸カルシウム(GCC)の混合物を含む。例えば、炭酸カルシウム含有粒子は、ドロマイトから選択される1つの粉砕炭酸カルシウム(GCC)および大理石から選択される1つの粉砕炭酸カルシウム(GCC)を含む。
本発明の1つの好ましい実施形態において、炭酸カルシウム含有粒子は、粉砕炭酸カルシウムおよび沈降炭酸カルシウムの混合物を含む。
炭酸カルシウムに加えて、炭酸カルシウム含有粒子はさらに、金属酸化物、例えば二酸化チタンおよび/または三酸化アルミニウム、金属水酸化物、例えば三水酸化アルミニウムおよび/または水酸化マグネシウム、金属塩、例えば硫酸塩、ケイ酸塩、例えばタルクおよび/またはカオリン粘土および/または雲母、炭酸塩、例えば炭酸マグネシウムおよび/またはジプサム、サチン白およびこれらの混合物を含んでいてもよい。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の一部である炭酸カルシウム含有粒子の炭酸カルシウムの量は、炭酸カルシウム含有粒子の総乾燥重量に基づいて、少なくとも50重量%、例えば少なくとも60重量%、好ましくは50から100重量%、より好ましくは60から99重量%、最も好ましくは70から98重量%である。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料中の炭酸カルシウム含有粒子の量は、炭酸カルシウム含有材料の総乾燥重量に基づいて、少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも75重量%、より好ましくは少なくとも80重量%、最も好ましくは少なくとも88重量%、または少なくとも99.9重量%である。例えば少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料中の炭酸カルシウム含有粒子の量は、炭酸カルシウム含有材料の総乾燥重量に基づいて、85重量%から99.9重量%である。
加えてまたはもしくは、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて、少なくとも50重量%、好ましくは50から82重量%、より好ましくは55から82重量%、さらにより好ましくは60から78重量%、最も好ましくは65から78重量%の量で少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子は、Sedigraph5120によって測定される場合に、0.1から50μm、好ましくは0.25から50μm、より好ましくは0.3から5μm、最も好ましくは0.4から3μmの重量中位粒径d50を有する。
例えば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子は、Sedigraph5120によって測定される場合に、0.4から0.3μmまたは0.4から2.0μmの重量中位粒径d50を有する。
本明細書全体を通して、炭酸カルシウム含有粒子の「粒径」は、この粒径分布によって記載される。値dは、粒子のx重量%がd未満の直径を有することに関する直径を表す。これは、d20値が、全粒子の20重量%がこの粒径よりも小さい粒径であり、d75値は、全粒子の75重量%がこの粒径よりも小さい粒径であることを意味する。故に、d50値は、重量中位粒径であり、即ち全グレインの50重量%がこの粒径より大きいまたは小さい。本発明の趣旨上、粒径は、特に断らない限り、重量中位粒径d50として特定される。0.4から2μmのd50値を有する粒子について重量中位粒径d50値を決定するために、会社Micromeritics,USAからのSedigraph5120が使用できる。Sedigraphによってサイズ分布および重量中位直径d50を測定するために、サンプルは、脱イオン水を用いることによって正しい濃度にプレ希釈されているが、さらなる添加剤、例えば通常添加される分散剤、例えばポリホスフェートまたはポリアクリレートは用いなかった。
加えてまたはもしくは、2μm未満の粒径を有する少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子のフラクションは、Sedigraph5120を用いて測定される場合に、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有粒子の総重量に基づいて、60重量%を超える、好ましくは70重量%を超える、より好ましくは80重量%を超える、さらにより好ましくは85重量%を超える、最も好ましくは約90重量%である。
例えば、0.2μm未満の粒径を有する炭酸カルシウム含有粒子のフラクションは、Sedigraph5120で測定される場合に、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有粒子の総重量に基づいて、5重量%を超える、好ましくは7.5重量%を超える、より好ましくは10重量%を超える、さらにより好ましくは12.5重量%を超える、最も好ましくは約16重量%を超える。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子は、窒素およびBET方法を用いて測定される場合に、0.1m/gから200m/g、好ましくは0.1m/gから50m/g、より好ましくは0.1m/gから20m/gの比表面積を有する。
例えば、炭酸カルシウム含有粒子は、窒素およびBET方法を用いて測定される場合に、0.1m/gから200m/g、好ましくは0.1m/gから50m/g、より好ましくは0.1m/gから20m/gの比表面積、およびSedigraph5120によって測定される場合に、0.1から50μm、0.25から50μm、または0.3から5μm、好ましくは0.4から3μmの重量中位粒径d50を有する大理石である。
本発明のさらなる要件は、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を調製するために使用される炭酸カルシウム含有材料は、pH9にて+2から−2C/gの電荷密度を有する。
本発明の1つの実施形態において、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を調製するために使用される少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、pH9において−0.01から−2C/g、好ましくはpH9において−0.1から−1C/g、より好ましくはpH9において−0.2から−0.8C/g、最も好ましくはpH9において−0.3から−0.7C/gの電荷密度を有する。
少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、少なくとも1つの櫛状ポリマーを含む、即ち少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、少なくとも1つの種類の櫛状ポリマーを含むことが好ましい。
少なくとも1つの櫛状ポリマーは、好ましくは、骨格とも称される主鎖、およびこれに結合した少なくとも1つの側鎖から形成される櫛状形状ポリマーである。
いかなる理論にも束縛されないが、少なくとも1つの櫛状ポリマーは、ポリマー骨格とも呼ばれるこの負に帯電した主鎖により、炭酸カルシウム含有粒子の弱く正に帯電した粒子に吸着されると考えられる。さらに、吸着された少なくとも1つの櫛状ポリマーの側鎖は、粒子間の立体および/または浸透反発力(osmotic repulsion)を生じ、これは高固形分の水性懸濁液中の粒子の少なくとも一部の立体および/または浸透安定化を導き得る。
従って、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の一部である炭酸カルシウム含有粒子の表面は、好ましくは少なくとも1つの櫛状ポリマーで少なくとも部分的にコーティングされる。
櫛状ポリマーの「少なくとも1つ」または「少なくとも1つの種類」という表現は、櫛状ポリマーの1つ以上の種類が、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の一部であり得ることを意味する。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の一部である少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、唯一の種類の櫛状ポリマーを含む。本発明の別の実施形態によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の一部である少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、少なくとも2種類の櫛状ポリマーの混合物を含む。
従って、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液が、唯一の種類の櫛状ポリマーを含むことも理解される。本発明の別の実施形態によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、少なくとも2種類の櫛状ポリマーの混合物を含む。
本発明の少なくとも1つの櫛状ポリマーは、少なくとも1つのアニオン性に帯電した櫛状ポリマーである、即ち本発明の少なくとも1つの櫛状ポリマーは、少なくとも1つの種類のアニオン性に帯電した櫛状ポリマーであることが好ましい。
本発明に使用される場合に、用語「アニオン性に帯電した」は、櫛状ポリマーが負である総電荷または正味の電荷を有する、即ちすべての正および負の電荷の合計が負であることを意味すると理解されるべきである。換言すれば、ポリマーは、過剰のアニオン性に帯電した官能基または残基を保持しなければならない。これは、本発明の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の一部である少なくとも1つのアニオン性に帯電した櫛状ポリマーは、総電荷または正味の電荷が負である限り、即ち櫛状ポリマーがアニオン性である限り、正に帯電したおよび負に帯電した官能基または残基、即ちカチオン性およびアニオン性官能基または残基の両方を含んでいてもよいことを意味する。例えば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の一部である少なくとも1つのアニオン性に帯電した櫛状ポリマーは、少なくとも1つの櫛状ポリマーの総電荷または正味の電荷は負になるように、アニオン性に帯電した官能基または残基のみを含んでいてもよく、またはアニオン性およびカチオン性に帯電した官能基または残基を含んでいてもよい。
本発明の1つの実施形態において、少なくとも1つの櫛状ポリマーは、pH9にて−10から−250C/g、好ましくはpH9にて−10C/gから−200C/g、最も好ましくはpH9にて−10C/gから−150C/gの比電荷を有する少なくとも1つのアニオン性に帯電した櫛状ポリマーである。
例えば、少なくとも1つの櫛状ポリマーは、pH9にて−20から−100C/g、好ましくはpH9にて−30C/gから−100C/g、最も好ましくはpH9にて−30C/gから−70C/gの比電荷を有する少なくとも1つのアニオン性に帯電した櫛状ポリマーである。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、5から99ml/gの範囲、好ましくは10から80ml/gの範囲、最も好ましくは10から50ml/gの範囲の固有粘度を有する少なくとも1つの櫛状ポリマーを含む。
加えてまたはもしくは、少なくとも1つの櫛状ポリマーは、pH9での−10から−250C/gの比電荷、および5から99ml/gの範囲の固有粘度を有することが好ましい。少なくとも1つの櫛状ポリマーが、pH9にて、−10C/gから−200C/gの比電荷、および10から80ml/gの範囲の固有粘度を有することがさらに好ましい。少なくとも1つのアニオン性に帯電した櫛状ポリマーが、pH9にて−10C/gから−150C/gの比電荷、および10から50ml/gの範囲の固有粘度を有するのが一層さらに好ましい。
例えば、少なくとも1つの櫛状ポリマーが、pH9にて−20C/gから−100C/gの比電荷、および10から50ml/gの範囲の固有粘度、またはpH9にて−30C/gから−100C/gの比電荷および10から50ml/gの範囲の固有粘度を有することが好ましい。本発明の1つの実施形態において、少なくとも1つの櫛状ポリマーは、pH9にて−30C/gから−70C/gの比電荷、および10から50ml/gの範囲の固有粘度を有する。
本発明に好適であり得る櫛状ポリマーは、例えばUS2009/0199741A1、US6,387,176B1、EP1136508A1、EP1138697A1、EP1189955A1、US6,946,510B1、US7,514,488B1およびEP0736553A1に記載されている。これらの文書には、櫛状ポリマーを製造するための方法、ならびにセメントのような鉱物系バインダにおける使用が開示されている。好適な櫛状ポリマーはまた、ウェブサイトwww.sika.ch.において利用可能な製品パンフレット「SIKA ViscoCrete(登録商標),selbstverdickender Beton SCC」に記載される。
本発明の高固形分の水性懸濁液の一部である少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料のために使用されてもよい櫛状ポリマーの例は、MELFLUX(登録商標)またはMelPers(登録商標)シリーズのポリマー、例えばBASF(Trostberg,Germany)によるMelPers(登録商標)2450、CoAtex,LLC(Chester,SC)によるETHACRYL(登録商標)M分散剤またはKao Specialties Americas,LLC,(High Point,NC)によるMIGHTY EG(登録商標)分散剤である。
一般に、少なくとも1つの櫛状ポリマーの平均分子量Mは、広範囲で変動してもよく、通常、10000から100000g/mol、好ましくは20000から75000g/mol、最も好ましくは25000から50000g/molの範囲にある。
本発明の1つの好ましい実施形態において、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、懸濁液中の炭酸カルシウム含有材料の総乾燥重量に基づいて0.01から5重量%、好ましくは0.05から4重量%、より好ましくは0.1から3重量%、さらにより好ましくは0.2から2重量%、最も好ましくは0.25から1.5重量%、または0.5から1.25重量%の量で少なくとも1つの櫛状ポリマーを含む。例えば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、懸濁液中の炭酸カルシウム含有材料の総乾燥重量に基づいて、0.6から1.1重量%、または0.7から1重量%の量の少なくとも1つの櫛状ポリマーを含む。
加えてまたはもしくは、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、懸濁液中の炭酸カルシウム含有材料の総乾燥重量に基づいて、0.01から5重量%、好ましくは0.05から4重量%、より好ましくは0.1から3重量%、さらにより好ましくは0.2から2重量%、最も好ましくは0.25から1.5重量%、または0.5から1.25重量%の量で少なくとも1つの櫛状ポリマーを含む。例えば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料は、懸濁液中の炭酸カルシウム含有材料の総乾燥重量に基づいて、0.6から1.1重量%、または0.7から1重量%の量で少なくとも1つの櫛状ポリマーを含む。
本発明の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の1つのさらなる要件は、懸濁液が、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を含むことである。
特に、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸は、23℃にて0以下のpK値を有する酸からなる群から選択されることに留意する。
少なくとも1つの強酸の「少なくとも1つの」塩という表現は、少なくとも1つの強酸の1つ以上の塩が、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中に存在し得ることを意味する。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、少なくとも1つの強酸の唯一の塩が、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中に存在する。本発明の別の実施形態によれば、少なくとも1つの強酸の少なくとも2つの塩の混合物は、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中に存在する。
さらに、「少なくとも1つの」強酸の少なくとも1つの塩という表現は、1つ以上の強酸の塩が、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中に存在し得ることを意味する。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、唯一の強酸の少なくとも1つの塩は、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中に存在する。本発明の別の実施形態によれば、少なくとも2つの強酸の混合物の少なくとも1つの塩は、炭酸カルシウム含有材料を含む高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中に存在する。
少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩のカチオン性部分に関して、いずれかの二価および/または三価カチオンが、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩のカチオン性部分として好適であることに留意すべきである。特に、いずれかの二価および/または三価カチオンは、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩のカチオン性部分として好適であり、これが少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸の水溶性の塩を提供する。
本発明の意味において用語「二価カチオン」は、2の価数を有するカチオン、例えば2の価数を有する金属カチオンを指す。
本発明の意味において用語「三価カチオン」は、3の価数を有するカチオン、例えば3の価数を有する金属カチオンを指す。
例えば、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩は、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムおよびこれらの混合物からなる群から選択される二価カチオンを含む。加えてまたはもしくは、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩は、三価カチオンとしてのアルミニウムを含む。
好ましくは、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩のカチオン性部分は、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料から誘導される。故に、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩は、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩のカチオン性部分として少なくともカルシウムを含むことが理解される。
本発明の1つの好ましい実施形態において、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩は、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩のカチオン性部分としてカルシウムのみを含む。本発明の別の好ましい実施形態において、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩は、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩のカチオン性部分としてカルシウムとマグネシウムおよび/またはアルミニウムとを含む。
さらに、少なくとも1つの強酸が、+23℃にて0以下のpK値を有する酸からなる群から選択される限り、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸に関して特に制限はない。
好ましくは、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成するいずれかの強酸は、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸の、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との水溶性の塩を提供するので好適であり、即ち少なくとも大部分、好ましくは少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩の総量の少なくとも75重量%、より好ましくは少なくとも90重量%、最も好ましくは少なくとも96重量%が、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の水相内に溶解される。
本発明の意味において用語「溶解した」または「水溶性」は、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩の区別可能な固体粒子が溶媒中に観察されない系を指す。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸は、塩酸、硝酸およびこれらの混合物からなる群から選択される。
例えば、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸は、塩酸である。
高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中の少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩の量は、広範囲に変動し得る。しかし、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて、1から20重量%、好ましくは2から15重量%、より好ましくは3から12.5重量%、最も好ましくは4から10重量%の量で、少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を含む。
場合により、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液はさらに、さらなる添加剤を含む。
例えば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液はさらに、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの中程度の強酸との少なくとも1つの反応生成物を含む。
表現「少なくとも1つの」反応生成物は、1つ以上の反応生成物が、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中に存在し得ることを意味する。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの中程度の強酸との唯一の反応生成物が、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中に存在する。本発明の別の実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの中程度の強酸との少なくとも2つの反応生成物の混合物が、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中に存在する。
特に、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸は、+23℃にて0から2.5のpK値を有する酸から選択されることが好ましい。
本発明の1つの実施形態において、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸は、二価および/または三価カチオン塩を形成する中程度の強酸から選択される。少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸は、二価および/または三価カチオンの塩を形成する中程度の強酸から選択されるのが好ましく、これらの塩は水にほぼ不溶性であり、即ち+23℃にて0から2.5のpK値を有する酸の0.01重量%未満の溶解度を有する。
例えば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸は、二価および/または三価カチオン塩、例えばカルシウムおよび/またはマグネシウムおよび/またはアルミニウム塩を形成する中程度の強酸から選択される。
本発明の1つの実施形態において、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸は、HSO、HSO 、HPO、シュウ酸およびこれらの混合物から選択される。例えば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸は、HSO および/またはHPOから選択される。
例えば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液はさらに、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの弱酸との少なくとも1つの反応生成物を含む。
表現「少なくとも1つの」反応生成物という表現は、1つ以上の反応生成物が、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液において存在し得ることを意味する。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの弱酸との唯一の反応生成物が、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液に存在する。本発明の別の実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの弱酸との少なくとも2つの反応生成物の混合物が、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液中に存在する。
特に、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸は、+23℃にて>2.5から6のpK値を有する酸から選択されることが好ましい。
本発明の1つの実施形態において、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸は、一価および/または二価および/または三価カチオン塩を形成する弱酸から選択される。少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸は、二価および/または三価カチオンの塩を形成する弱酸から選択されるのが好ましく、これは水に可溶性であり、即ち+23℃にて0から2.5のpK値を有する酸が0.01重量%を超える溶解度を有する。
例えば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸は、二価および/または三価カチオン塩、例えばカルシウムおよび/またはマグネシウムおよび/またはアルミニウム塩を形成する弱酸から選択される。
本発明の1つの実施形態において、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸は、クエン酸、酒石酸、およびこれらの混合物から選択される。例えば少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料との少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸は、クエン酸または酒石酸から選択される。
本発明の1つの実施形態によれば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸および/または少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸、ならびに少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸のモル量は、生じたHイオンによって表され、CaCOのモル量に対して、合計で0.01から1.9である。
例えば、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸、および/または少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸、ならびに少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸の合計のモル量は、生じたHイオンによって表され、CaCOのモル量に対して、合計で0.05から1、最も好ましくは0.5から1である。
少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの中程度の強酸および/または少なくとも1つの弱酸との少なくとも1つの反応生成物の、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液における量に関して、量は、広範囲に変動し得ることに留意すべきである。しかし、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの中程度の強酸および/または少なくとも1つの弱酸との少なくとも1つの反応生成物を、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて1から20重量%、好ましくは2から15重量%、より好ましくは3から12.5重量%、最も好ましくは4から10重量%の量で含む。
加えてまたはもしくは、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、水酸化アルミニウムおよび/または水酸化マグネシウムをさらに含んでいてもよい。
本発明の1つの実施形態において、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて、0.1から20重量%、好ましくは0.1から15重量%、より好ましくは1から12.5重量%、最も好ましくは1から10重量%の量で水酸化アルミニウムおよび/または水酸化マグネシウムを含む。
本発明に従う酸性pH環境における高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、上記で定義されるような少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料および上記で定義されるような少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を含む。高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の固形分含有量は、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて少なくとも50重量%である。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液は、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて、50から82重量%、好ましくは55から82重量%、より好ましくは60から78重量%、最も好ましくは65から78重量%の固形分含有量を有する。
本発明の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、−5℃またはさらにこれ以下の温度にて凍結しないので、先行技術に記載される懸濁液に比べてこうした低温において有利なブルックフィールド粘度を特徴とする。故に、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の100rpmでのブルックフィールド粘度は−5℃の温度において≦1000mPasであることが理解される。
本発明によれば、ブルックフィールド粘度は、約−5℃および約+23℃の温度および100rpm(毎分の回転)の回転速度において、適切なディスクスピンドルNo1からNo5を用いて、RVTモデルブルックフィールド(商標)粘度計の使用により5分間の撹拌後に測定される。報告された粘度値は、1分の測定後に計器によって検出された値である。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、−5℃の温度にて25から1000mPas、好ましくは−5℃の温度にて25から700mPas、より好ましくは−5℃の温度にて25から500mPas、最も好ましくは−5℃の温度にて50から300mPasの100rpmでのブックフィールド粘度を有する。
本発明の1つの好ましい実施形態において、−5℃および100rpmにて測定された高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液のブルックフィールド粘度は、+23℃および100rpmにて測定された高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液のブルックフィールド粘度に等しい。
本発明の趣旨上、ブルックフィールド粘度は、−5℃および+23℃にて100rpmの同じ時間で測定されるブルックフィールド粘度が、100mPasを超える、好ましくは75mPasを超える、最も好ましくは50mPasを超える差がない場合に等しいと考えられる。
例えば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の100rpmでのブルックフィールド粘度は、−5℃および+23℃にて≦1000mPas、好ましくは−5℃および+23℃にて25から1000mPas、より好ましくは−5℃および+23℃にて25から700mPas、さらにより好ましくは−5℃および+23℃にて25から500mPas、最も好ましくは−5℃および+23℃にて50から300mPasである。
高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、+23℃にて<6のpHを有することが本発明のさらなる要件である。好ましくは、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の調製の24時間後に+23℃で測定される場合に<6のpHを有する。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、高固形分の水性懸濁液は、+23℃で4から<6のpH、好ましくは+23℃で4.5から<6のpH、好ましくは+23℃で5から<6のpHを有する。好ましくは、高固形分の水性懸濁液は、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の調製の24時間後に測定される場合に、+23℃で4から<6のpH、好ましくは+23℃で4.5から<6のpH、好ましくは+23℃で5から<6のpHを有する。
高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、特に、−5℃および+23℃にて低い電気伝導度を特徴とする。高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、−5℃および+23℃にて10から100mS/cmの伝導度を有することが好ましい。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の伝導度は、−5℃および+23℃で測定される場合に20mS/cmから100mS/cm、好ましくは−5℃および+23℃で測定される場合に30mS/cmから100mS/cmである。
本発明の1つの好ましい実施形態において、−5℃での高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の伝導度は、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の+23℃での伝導度に等しい。
本願の趣旨上、伝導度は、−5℃および+23℃において、同じ時間で測定される伝導度が、30mS/cmを超える、好ましくは20mS/cmを超える、最も好ましくは15mS/cmを超える差はない場合に等しいと考えられる。
本発明の1つの実施形態において、高固形分の水性懸濁液は、酸性pH環境、好ましくはpH5において正の電荷密度を有する。例えば、高固形分の水性懸濁液は、pH5にて少なくとも+0.1C/g、好ましくはpH5にて少なくとも+0.5C/g、より好ましくはpH5にて少なくとも+1C/g、最も好ましくはpH5にて少なくとも+1.5C/gの正の電荷密度を有する。
高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、炭酸カルシウム含有材料を得るために乾燥されてもよいことが理解される。高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の乾燥は、当業者に既知のいずれかの従来の手段、例えば熱的に、例えばスプレー乾燥器またはマイクロ波により、またはオーブンにおいて、または機械的に、例えば濾過により、もしくは水含有量の低下によって達成できる。
高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液が乾燥される場合、得られた炭酸カルシウム含有材料の水含有量は、炭酸カルシウム含有材料の総乾燥重量に基づいて、好ましくは5重量%未満、より好ましくは4重量%未満、さらにより好ましくは3重量%未満、最も好ましくは2重量%未満である。例えば、得られた炭酸カルシウム含有材料の水含有量は、炭酸カルシウム含有材料の総乾燥重量に基づいて、1重量%未満、または0.5重量%未満である。
高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の有利な特性、特に−5℃の温度にて≦1000mPasの100rpmでのブルックフィールド粘度によって表される例外的な機械的特性および酸性pH環境での安定性の観点において、本発明の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、種々広範な用途に好適である。
上記で定義されたような高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の機械的および光学的特性に関する非常に良好な結果の観点において、本発明のさらなる態様は、高固形分の水性懸濁液および/またはこの高固形分の水性懸濁液を乾燥することによって得られる炭酸カルシウム含有材料の、製紙、紙コーティング、プラスチック、農業および/または塗料用途における使用である。本発明の1つの実施形態において、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液、ならびに/もしくはこの高固形分の水性懸濁液を乾燥することによって得られる炭酸カルシウム含有材料は、デジタル印刷、好ましいインクジェット印刷、またはフレキソ、ロトグラビアおよび/またはオフセット印刷のため、最も好ましくはインクジェット印刷におけるブラックインク印刷のためのサポートとして使用される。
本発明のさらなる態様によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液ならびに/もしくはこの高固形分の水性懸濁液を乾燥することによって得られる炭酸カルシウム含有材料は、紙のフィラーとして使用できる。
本発明の別の態様によれば、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液ならびに/もしくはこの高固形分の水性懸濁液を乾燥することによって得られる炭酸カルシウム含有材料を含むコーティングカラー配合物が提供される。
コーティングカラー配合物が、上記で定義された高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液ならびに/もしくは上記で定義されたこの高固形分の水性懸濁液を乾燥することによって得られる炭酸カルシウム含有材料ならびに天然および/または合成バインダを含むことが好ましい。
本発明の1つの好ましい実施形態によれば、天然および/または合成バインダは、スチレン−ブタジエン、スチレン−アクリレート、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、デンプンまたはこれらの混合物からなる。好ましくは、天然および/または合成バインダは、ポリビニルアルコールを含有するまたはポリビニルアルコールからなる。
天然および/または合成バインダが、少なくとも2つの天然および/または合成バインダの混合物を含む場合、1つのバインダは、好ましくはポリビニルアルコールまたはポリビニルアセテートであり、さらなるバインダは、デンプンおよび/またはカルボキシメチルセルロースである。
高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液ならびに/もしくはこの高固形分の水性懸濁液を乾燥することによって得られる炭酸カルシウム含有材料を含むコーティングカラー配合物における天然および/または合成バインダの量に関して、十分な結合能を達成する限り、量は広範囲に変動し得ることに留意すべきである。しかし、コーティングカラー配合物は、コーティングカラー配合物の総乾燥重量に基づいて、2.5から20重量%、好ましくは5から17重量%の量で天然および/または合成バインダを含むことが好ましい。
特に、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の上述の有利な特性は、上記で定義された少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料が、塩化カルシウムと接触する場合には得られないことに留意すべきである。従って、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、好ましくは以下に記載される高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を製造する方法によって得ることができる。
本発明の別の態様によれば、水性炭酸カルシウム含有組成物を製造するための方法が提供され、この方法が、
a)少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液を提供する工程であって、ここでこの炭酸カルシウム含有材料は、pH9にて+2から−2C/gの電荷密度を有する、工程、
b)
i)+23℃にて0以下のpK値を有する酸からなる群から選択される少なくとも1つの強酸、および/または
ii)少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩であって、ここでこの少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸は、+23℃にて0以下のpK値を有する酸からなる群から選択される、塩
を提供する工程、
c)工程b)の少なくとも1つの強酸および/または少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を、工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液に添加する工程、
d)場合により、工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液を、工程c)の前および/または工程c)の間および/または工程c)の後に粉砕する工程、
を含み、工程c)および/またはd)の後の高固形分の水性懸濁液が、
i)高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて少なくとも50重量%の固形分含有量、
ii)−5℃の温度にて≦1000mPasの100rpmでのブルックフィールド粘度、
iii)+23℃で<6のpH、および
iv)−5℃および+23℃において10から100mS/cmの伝導度を有する。
本発明の1つの好ましい実施形態において、この方法がさらに、+23℃にて0から2.5のpK値を有する酸からなる群から選択される少なくとも1つの中程度の強酸(好ましくは少なくとも1つの中程度の強酸は、HSO、HSO 、HPO、シュウ酸およびこれらの混合物から選択される。)、および/または+23℃で>2.5から6.0のpK値を有する酸からなる群から選択される少なくとも1つの弱酸(好ましくは少なくとも1つの弱酸は、クエン酸および/または酒石酸から選択される。)を提供する工程e)を含む。
本発明が少なくとも1つの中程度の強酸および/または少なくとも1つの弱酸を提供する工程e)を含む場合、この方法は好ましくはさらに、工程c)の間および/または工程c)の後、および/または任意の行程d)の間および/または工程d)の後に、工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液を少なくとも1つの中程度の強酸および/または少なくとも1つの弱酸と接触させる工程f)を含む。
工程c)の少なくとも1つの強酸および/または少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩の、炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液への添加および工程f)の炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液の任意の接触は、当業者に既知のいずれかの従来の手段によって達成できる。好ましくは添加および/または接触は、混合および/または均質化および/または粒子分割条件下で行われる。当業者は、これらの混合および/または均質化および/または粒子分割条件、例えば混合速度、分割および温度を、当業者の工程設備に従って適応させる。
例えば、混合および均質化は、例えば上記で既に記載されたようなプラウシェアミキサによって行われてもよい。
少なくとも1つの強酸および/または少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩が、炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液に添加されるようにまず、炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液を提供することが本方法の1つの特定要件である。従って、方法工程c)は、少なくとも1つの強酸および/または少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩が、炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液に投与される状態で行われることが理解される。
本発明の1つの実施形態によれば、工程a)の炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液は、任意の方法工程d)において粉砕される。工程a)の水性懸濁液の一部である炭酸カルシウム含有材料が粉砕炭酸カルシウム粒子を含む場合、工程a)の水性懸濁液は、好ましくは任意の方法工程d)において、好ましくは湿式粉砕される。
本発明の1つの実施形態において、工程a)の水性懸濁液は、粉砕、好ましくは湿式粉砕によって得られる粉砕炭酸カルシウム粒子を含む炭酸カルシウム含有材料を含み、方法工程d)および方法工程c)および任意の方法工程f)において炭酸カルシウム含有材料は、方法工程d)における炭酸カルシウム含有材料の粉砕、好ましくは湿式粉砕の前、および/または粉砕の間、および/または粉砕後に独立に行われる。好ましくは方法工程c)および任意の方法工程f)は、方法工程d)における水性懸濁液の炭酸カルシウム含有材料の粉砕、好ましくは湿式粉砕後に行われる。
方法工程c)および/または工程d)および/または工程f)は、−5℃から+99℃、好ましくは+20℃から+85℃、最も好ましくは+20℃から+50℃、最も好ましくは+50℃から+85℃の温度にて行われてもよい。
本発明の1つの実施形態によれば、方法工程c)および/または工程d)および/または工程f)は、少なくとも1秒、好ましくは少なくとも1分、例えば少なくとも15分、30分、1時間、2時間、4時間、6時間、8時間または10時間行われてもよい。
方法工程c)に従って、工程b)の少なくとも1つの強酸および/または少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩の、工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液への添加は、任意の方法工程d)の後に行われるのが好ましい。従って、方法工程c)は、任意の方法工程d)の後に行われる。
任意の方法工程f)が行われる場合、工程a)の炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液と、工程e)の少なくとも1つの中程度の強酸および/または少なくとも1つの弱酸との接触は、方法工程c)に従って、工程b)の少なくとも1つの強酸および/または少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩の、工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液への添加の後に行われるのが好ましい。従って、任意の方法工程f)は、方法工程c)後に行われる。
本発明の1つの実施形態によれば、工程a)の炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液は、当業者に既知のさらなる添加剤と接触させる。例えば、工程a)の炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液は、好ましくは乾燥生成物または懸濁液の形態において、水酸化アルミニウムおよび/または水酸化マグネシウムとさらに接触される。
好ましくは工程a)の炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液と、少なくとも1つのさらなる添加剤との接触は、工程c)の前および/または工程c)の間および/または工程c)の後、ならびに/もしくは任意工程d)の前および/または工程d)の間および/または工程d)の後、ならびに/もしくは任意工程f)の前および/または工程f)の間および/または工程f)の後で行われる。好ましくは工程a)の炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液と、少なくとも1つのさらなる添加剤との接触は、工程c)の後、および/または任意工程d)の後、および/または任意工程f)の後に行われる。
上記で記載された本発明の方法に従って得られる高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、方法工程g)に従う当該技術分野において既知のいずれかの方法で濃縮されてもよく、これは得られた高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の水含有量を低下させるのに好適である。高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、例えば熱的または機械的に水含有量を低下させるために方法工程g)において濃縮されてもよい。例えば、高固形分の水性懸濁液は、得られた水性懸濁液中の固形分含有量が、得られた高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて、少なくとも60重量%、好ましくは65重量%、より好ましくは70重量%、最も好ましくは75重量%となるように、濃縮されてもよい。
上記で記載された本発明の方法に従って得られた高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、炭酸カルシウム含有材料が得られるように、当該技術分野において既知のいずれかの好適な方法で乾燥されてもよい。高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、例えば熱的、例えばスプレー乾燥器またはマイクロ波により、またはオーブン中にて、または機械的に、例えば濾過により乾燥されてもよい。
本発明の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液は、本発明の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液の希釈された水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を得るために水と混合できる。
本発明の範囲および利益は、以下の実施例に基づいて良好に理解されるが、これらの実施例は、本発明の特定の実施形態を例示することを目的とし、限定ではない。
1.測定方法
pH測定
pHは、Mettler Toledo Seven Easy pHメーターおよびMettler Toledo InLab(登録商標) Expert Pro pH電極を用いて+23℃で測定される。計器の3点較正(セグメント方法に従う)がまず、+20℃にて4、7および10のpH値を有する市販の緩衝剤溶液(Aldrich製)を用いて行われる。報告されたpH値は、計器によって検出された終点値である(終点は、測定されたシグナルが、最後の6秒にわたって平均から0.1mV未満で異なるときである。)。
ブルックフィールド粘度
ブルックフィールド粘度は、適切なディスクスピンドルNo1からNo5を用い、+23℃および−5℃の温度および100rpm(毎分の回転数)の回転速度にてRVTモデルブルックフィールド(商標)粘度計を用いることによって測定された。報告された粘度値は、1分の測定後に計器によって検出された値である。ブルックフィールド粘度を測定する前に、懸濁液は、0.25から2.5kWにおいて適切な歯付きディスク撹拌器により機械的に8400rpmまで調整可能なPendraulik実験室用溶解槽を用いて5分間撹拌した。
電気伝導度の測定
懸濁液の伝導度は、Pendraulik歯付きディスク撹拌器を用いて1500rpmにてこの懸濁液を撹拌した直後に、対応するMettler Toledo伝導度拡張ユニットおよびMettler Toledo InLab(登録商標)730伝導度プローブを備えたMettler Toledo Seven Multi計装を用いて−5℃および+23℃にて測定した。
計器はまず、Mettler Toledoから市販の伝導度較正溶液を用いて相対伝導度範囲において較正された。伝導度における温度の影響は、線形補正モードによって自動で補正した。
測定された伝導度は、+23℃の参照温度に関して報告される。報告された伝導度値は、計器によって検出された終点値である(終点は、測定された伝導度が、最後の6秒にわたって平均から0.4%未満で異なるときである。)。
粒子状材料の粒径分布(直径<Xの粒子の質量%)および重量中位グレイン直径(d50
粒子状材料の重量中位グレイン直径およびグレイン直径質量分布は、沈降方法、即ち重力場における沈降挙動の分析を介して決定した。測定はSedigraph(商標)5120を用いて行った。
方法および計器は、当業者に既知であり、フィラーおよび顔料のグレインサイズを決定するために一般に使用される。サンプルは、脱イオン水を用いることによって正しい濃度にプレ希釈されるが、さらなる添加剤、例えば通常添加される分散剤、例えばポリホスフェートまたはポリアクリレートは用いず、高速撹拌器および超音波を用いることによって分散させた。
懸濁液中の材料の固形分重量(重量%)
固形分重量は、固体材料の重量を、水性懸濁液の総重量によって除算することによって決定された。固形分含有量の重量は、Moisture Analyser MJ 33,Mettler Toledoを用いて、+160℃で決定された。
比表面積(BET)測定
鉱物フィラーの比表面積(m/g単位)は、BET方法を用いて決定されたが、これは当業者に周知である(ISO9277:1995)。鉱物フィラーの総表面積(m単位)は、次いで比表面積および鉱物フィラーの質量(g単位)の乗算によって得られた。方法および計器は、当業者に既知であり、フィラーおよび顔料の比表面積を決定するために一般に使用される。
比電荷(C/g)
0の電荷値を達成するために必要とされるカチオン性ポリマーの要求量が、Mettler DL 77チトレーターおよびMutec PCD−02検出器を用いて、カチオン性滴定方法によって測定された。カチオン性試薬は、N/200(0.005N)メチルグリコールキトサン(キトサン)であり、アニオン性試薬は、N/400(0.0025N)K−ポリビニル−サルフェート(KPVS)であり、両方ともWAKO Chemicals GmbHから販売される。
必要に応じて、サンプルは、測定前に、NaOH(0.1M)を用いてpH8.0+/−0.1に調整された。
経験から最初の滴定は正確でないことが示されていたので、10mlの水をまず、検出器によって調製し、続いて0.5mlのKPVSを添加した。この後、キトサンによる滴定が、当量点を少し過ぎた後に戻るまで行われた。続いて、測定を開始した。0.5から2.0mlの0.005モーラー試薬を、再現可能な値が得られるまで滴定中に使い切った。
迅速な沈降を回避するために、サンプルを、風袋測定済(tared)シリンジによって撹拌下で引き込んだ。次いでシリンジの内容物を、蒸留水によってサンプル容器に移した。この後、検出器を下方縁部まで脱イオン水で満たし、ピストンを注意深く挿入した。続いてカチオン性滴定溶液をメモチトレーターに置き、バレットの頂部を検出器に固定し、検出器または液体と接触しないことを確実にする。各滴定の後、滴定の展開は、滴定曲線の補助により評価した。
電気化学電荷の計算:
Figure 2015529694
ここでK=+1000
V:消費キトサン[ml]
c:キトサン濃度[mol/l]
t:キトサン滴定量因子
E:秤りべり量[g]
F:固形分の質量フラクション[g/g]
z:価数(当量数)
μVal/gの得られた電荷値は、次のようにファラデー定数との乗算によってC/gに転換した:
[C/g]=[μVal/g]・0.096485
光学密度
光学密度は、基板の上にカラー層の厚さに関する様相である。光学密度値は、スペクトル測定に基づいて計算され、故に密度計を用いる測定に対するわずかな差異が生じ得る。計算は、DIN Norm 16536−2に従って行われる。
2.実施例
A.炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液
実施例項において使用される炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液に関する詳細を、以下に記載する:
懸濁液1
イタリア産の天然炭酸カルシウム(大理石)は、42から48μmのd50値に対応する微細度に10から300mmの炭酸カルシウム岩をまず乾式自生粉砕し、続いてこの乾式粉砕した生成物を、1.4リットルの縦型磨砕機ミル(Dynomill)において水中で+30から+35℃にて、粒子の90重量%が直径<2μmを有し、16重量%が直径<0.2μmを有し、0.9μmのd50値が得られるまで、pH5.9において測定される−49C/gおよびpH8において測定される−69C/gの比電荷ならびに30.3ml/gの固有粘度を有する櫛状ポリマー(MelPers(登録商標)2450,BASF,Germanyから入手可能)を乾燥CaCOに関して0.82重量%用いて、スラリーの総重量に基づいて約75重量%の重量固形分含有量にて湿式粉砕することによって得られる。懸濁液中の炭酸カルシウム含有材料の電荷密度は、pH9にて−0.3C/gであった。比表面積(BET)は、10.9m/gであることが決定された。
懸濁液2
イタリア産の天然炭酸カルシウム(大理石)は、42から48μmのd50値に対応する微細度に10から300mmの炭酸カルシウム岩をまず乾式自生粉砕し、続いてこの乾式粉砕した生成物を、1.4リットルの縦型磨砕機ミル(Dynomill)において水中で+30から+35℃にて、90重量%の粒子が直径<2μmを有し、12重量%が直径<0.2μmを有し、0.9μmのd50値が得られるまで、pH8において測定される−92C/gの比電荷および12.5ml/gの固有粘度を有する櫛状ポリマー(MelPers(登録商標)4343,BASF,Germanyから入手可能)を乾燥CaCOに関して1.44重量%用いて、スラリーの総重量に基づいて約75.9重量%の重量固形分含有量において湿式粉砕することによって得られる。懸濁液中の炭酸カルシウム含有材料の電荷密度は、pH9にて−0.75C/gであった。比表面積(BET)は10.5m/gであると決定された。
懸濁液3
イタリア産の天然炭酸カルシウム(大理石)は、42から48μmのd50値に対応する微細度に10から300mmの炭酸カルシウム岩をまず乾式自生粉砕し、続いてこの乾式粉砕した生成物を、1.4リットルの縦型磨砕機ミル(Dynomill)において水中で+30から+35℃にて、粒子の92重量%が直径<2μmを有し、18重量%が直径<0.2μmを有し、0.75μmのd50値が得られるまで、pH5.9において測定される−49C/gおよびpH8において測定される−69C/gの比電荷ならびに30.3ml/gの固有粘度を有する櫛状ポリマー(MelPers(登録商標)2450,BASF,Germanyから入手可能)を乾燥CaCOに関して1.1重量%用いて、スラリーの総重量に基づいて約76重量%の重量固形分含有量において湿式粉砕することによって得られる。懸濁液中の炭酸カルシウム含有材料の電荷密度は、pH9にて−0.4C/gであった。懸濁液の伝導度は、510μS/cmであると測定されたが、懸濁液のpHは+23℃で7.9であった。比表面積(BET)は11.9m/gであると決定された。
[実施例1(比較例)]
この実施例は、先行技術を例示し、塩酸のカルシウム塩を含む溶液と組み合わせて炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、炭酸カルシウム含有材料は、塩酸のカルシウム塩を含む溶液に添加される。
30gのCaCl(Fluka)を、70mlの蒸留水に溶解させた。得られた溶液は、+23℃にて8.6のpHを有していた。この溶液に、30gのCaCO(Fluka)を撹拌下で分散させ、CaCl溶液中のCaCOの懸濁液を形成した。得られた懸濁液は、+23℃にて8.6のpHを有していた。この懸濁液に、溶液の総重量に基づいて50重量%の溶液(BASF)の形態の0.4gのMelpers4343(BASF,Germanyから入手可能)(懸濁液中のCaCOに関して0.66重量%に対応する。)を撹拌下で投与した。得られた懸濁液は、1時間後、+23℃で8.6のpHを有していた。
測定されたpHに関する詳細から読み取られるように、+23℃にて6未満へのpH降下は観察されなかった。
[実施例2(比較例)]
この実施例は、先行技術を例示し、塩酸のカルシウム塩を含む溶液と組み合わせて炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、炭酸カルシウム含有材料は、塩酸のカルシウム塩を含む溶液に添加される。
20gのCaCl(Fluka)を、+50℃の温度にて、溶液の総重量に基づいて、50重量%の溶液(BASF)の形態で2.1gのMelpers4343(BASF,Germanyから入手可能)の存在下で60mlの蒸留水中に溶解させた。得られた溶液は、+23℃でpH7.7を有していた。この溶液に、100gのCaCO(Fluka)を、約35℃にて撹拌下で分散させ、CaCl溶液中のCaCOの懸濁液を形成した。得られた懸濁液は、1時間後、+23℃にて7.3のpHを有していた。
測定されたpHに関する詳細から読み取ることができるように、+23℃にて6未満へのpHの降下は観察されなかった。
[実施例3(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、強酸としての塩酸と組み合わせて高乾燥物含有量を有する炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、塩酸を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
598gの75重量%の懸濁液1を、撹拌した1リットルのガラスビーカー(backer)に入れ、撹拌下で+70℃に加熱した。この懸濁液に、塩酸を10重量%溶液として滴下した。目標は、45分で、塩酸溶液164gを添加することであった。得られた水性懸濁液は、懸濁液の総重量に基づいて59.1重量%の固形分含有量を有していた。
測定されたブルックフィールド粘度(−5℃および+23℃ならびに100rpmで決定される。)、+23℃でのpHおよび伝導度に関する詳細は表1からわかる。
Figure 2015529694
表1から、炭酸カルシウム含有材料を含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、実施例1および2の先行技術懸濁液に比べて予想外な6未満へのpH降下を示し、24時間を超える酸性環境下での良好な安定性と共に、−5℃での低粘度を特徴とすることを読み取ることができる。
[実施例4(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、強酸としての塩酸と組み合わせて高乾燥物質含有量を有する炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に塩酸を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
610gの75.9重量%の懸濁液3を、撹拌された1リットルのガラスビーカーに入れ、撹拌下で+75℃に加熱した。
この懸濁液に、塩酸を10重量%溶液の形態で滴下した。目標は、45分で164gの塩酸溶液に添加することであった。得られた水性懸濁液は、懸濁液(懸濁液4)の総重量に基づいて、59.3重量%の固形分含有量を有していた。
測定されたブルックフィールド粘度(−5℃および+23℃ならびに100rpmで決定される。)、+23℃でのpHおよび伝導度に関する詳細は表2からわかる。
Figure 2015529694
表2から、炭酸カルシウム含有材料を含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、実施例1および2の先行技術の懸濁液と比べて予想外なpHの6未満への降下を示し、24時間を超える酸性環境下での良好な安定性と共に、−5℃での低粘度を特徴とすることを読み取ることができる。
[実施例5(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、強酸としての塩酸と組み合わせて高乾燥物含有量を有する炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、塩酸を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
598gの75重量%の懸濁液1を、撹拌された1リットルのガラスビーカーに入れ、撹拌下で+80℃に加熱した。この懸濁液に、塩酸を37重量%溶液として滴下した。目標は、45分で、塩酸溶液12.7gを添加することであった。得られた水性懸濁液は、懸濁液の総重量に基づいて67.4重量%の固形分含有量を有していた。
測定されたブルックフィールド粘度(−5℃および+23℃ならびに100rpmで決定される。)、+23℃でのpH、および伝導度に関する詳細は、表3からわかる。
Figure 2015529694
表3から、炭酸カルシウム含有材料を含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、実施例1および2の先行技術の懸濁液と比べて予想外なpHの6未満への降下を示し、24時間を超える酸性環境下での良好な安定性と共に、−5℃での低粘度を特徴とすることを読み取ることができる。
[実施例6(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、強酸としての硝酸と組み合わせて高乾燥物含有量を有する炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、硝酸を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
598gの75重量%の懸濁液1を、撹拌された1リットルのガラスビーカーに入れ、撹拌下で+60℃に加熱した。この懸濁液に、硝酸を65重量%溶液として滴下した。
目標は、45分で硝酸溶液46.8gを添加することであった。得られた水性懸濁液は、懸濁液の総重量に基づいて74.4重量%の固形分含有量を有していた。
測定されたブルックフィールド粘度(−5℃および+23℃ならびに100rpmで決定される。)、+23℃でのpH、および伝導度に関する詳細は、表4から読み取ることができる。
Figure 2015529694
表4から、炭酸カルシウム含有材料を含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、実施例1および2の先行技術の懸濁液と比べて予想外なpHの6未満への降下を示し、24時間を超える酸性環境下での良好な安定性と共に、−5℃での低粘度を特徴とすることがわかる。
[実施例7(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、強酸としての塩酸と組み合わせて高乾燥物含有量を有する炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、塩酸を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
1064gの75重量%の懸濁液1を、撹拌された1リットルのガラスビーカーに入れ、撹拌した。懸濁液のブルックフィールド粘度は100rpmおよび+23℃で測定される場合に60mPasであった。この懸濁液に、塩酸を32重量%溶液として20℃で滴下した。目標は、45分で、塩酸溶液182.5gを添加することであった。得られた水性懸濁液は、懸濁液の総重量に基づいて68.2重量%の固形分含有量を有していた。
懸濁液のブルックフィールド粘度は、100rpmおよび+23℃にて測定される場合に60mPasであり、+23℃でのpHは、懸濁液の調製1時間後に測定される場合は4.45であった。懸濁液の調製1時間後に、懸濁液は、+80℃で6時間保存し、+23℃に戻るまで冷却した。
測定されたブルックフィールド粘度(−5℃および+23℃ならびに100rpmで決定される。)、+23℃でのpH、および伝導度に関する詳細は、表5から読み取ることができる。
Figure 2015529694
表5から、炭酸カルシウム含有材料を含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、実施例1および2の先行技術の懸濁液と比べて予想外なpHの6未満への降下を示し、24時間を超える酸性環境下での良好な安定性と共に、−5℃での低粘度を特徴とすることを読み取ることができる。
[実施例8(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、強酸としての硝酸および強酸の塩と組み合わせて高乾燥物含有量を有する炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、硝酸を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
598gの75重量%の懸濁液1を、撹拌された1リットルのガラスビーカーに入れ、撹拌下で+70℃に加熱した。この懸濁液に、硝酸を65重量%溶液として滴下した。目標は、45分で、硝酸溶液46.8gを添加することであった。得られた水性懸濁液を+20℃に冷却し、23.4gの塩化リチウムを撹拌下で懸濁液に添加した。得られた水性懸濁液は、懸濁液の総重量に基づいて75.9重量%の固形分含有量を有していた。
測定されたブルックフィールド粘度(−5℃および+23℃ならびに100rpmで決定される。)、+23℃でのpH、および伝導度に関する詳細は、表6からわかる。
Figure 2015529694
表6から、炭酸カルシウム含有材料を含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、実施例1および2の先行技術の懸濁液と比べて予想外なpHの6未満への降下を示し、24時間を超える酸性環境下での良好な安定性と共に、−5℃での低粘度を特徴とすることを読み取ることができる。
[実施例9(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、強酸としての塩酸および中程度の強酸と組み合わせて高乾燥物含有量を有する炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、塩酸を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
717gの59.3重量%の実施例4で得られた懸濁液4を500mlのガラスフラスコに入れた。この懸濁液に、リン酸を、撹拌下で20分の期間にわたって+23℃にて85重量%溶液として徐々に投与した。得られた水性懸濁液は、懸濁液(懸濁液5)の総重量に基づいて、59.0重量%の固形分含有量を有していた。
測定されたブルックフィールド粘度(−5℃および+23℃ならびに100rpmで決定される。)、+23℃でのpH、および伝導度に関する詳細は、表7からわかる。
Figure 2015529694
表7から、炭酸カルシウム含有材料および添加剤としての中程度の強酸を含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、実施例1および2の先行技術の懸濁液と比べて予想外なpHの6未満への降下を示し、24時間を超える酸性環境下での良好な安定性と共に、−5℃での低粘度を特徴とすることを読み取ることができる。
[実施例10(本発明の実施例)]
この実施例は本発明を例示し、インクジェット用途におけるコーティングカラーとしての、実施例9において得られた懸濁液5の用途に関する。
ポリビニルアルコール溶液(1)は、撹拌下で20分で、+90℃にて15gの脱イオン水中に、3gのPVA BP05A(供給元,Chang Chun Petrochemical Co.,Ltd,301 Songkiang Road,7th Fl.,Taipei,Taiwan,10477)を溶解させることによって調製した。
実施例9にて得られた100gの水性懸濁液5は、18gのPVA溶液(1)と共に撹拌下で混合した。得られたコーティングカラーは、コーティングカラーの総重量に基づいて55重量%の固形分含有量を有していた。
得られたコーティングカラーは、実験室用コーターTyp Model 624(Ericksen,58675 Hemer,Germany製)を用いることによって、(異なるロッドを用いて;ロッド0は10.1g/mのコーティング重量を得て、ロッド1は12.1g/mのコーティング重量を得る。)異なるコーティング重量の範囲で80g/mの事務用紙「Centro Pro」hochweiss,holzfrei,matt(Art.No105570,Inapa,Switzerlandから市販)」に適用した。紙は、+80℃にて10分間乾燥させ、印刷の前に+23℃、50%相対空気湿度で24時間調整した。
コーティングは、4×4cm平方においてブラックおよびカラー(HP Ink Cartridge 301「black」CH561Eおよび「tri−color」CH562E)用にHPカラーインクジェットプリンタ(HP Deskjet 1000,製品番号CH340B,モデル番号J110a)およびロッド0からロッド3を用いることによって、+23℃および50%相対空気湿度で試験された。
テストサンプル、即ち本発明のコーティングカラーでコーティングされたサンプルの光学密度を、80g/mの事務用紙「Centro Pro」hochweiss,holzfrei,matt(Art.No105570,Inapa,Switzerlandから市販)である非コーティングブランク紙と比較した。測定された光学密度に関する詳細は表8からわかる。
Figure 2015529694
表8から、本発明の高固形分の水性懸濁液を含むコーティングカラーを用いた原料紙のコーティングは、先行技術の非コーティングされたブランク紙と比較した場合、カラー密度における明確な改善を示すことを読み取ることができる。
[実施例11(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、強酸としての塩酸および水酸化アルミニウムと組み合わせて高乾燥物質含有量を有する炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、塩酸を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
懸濁液Aは、30gの水道水中に撹拌下で70gのAl(OH)を分散することによって形成された。さらに、pH5.9にて測定される場合の−49C/gおよびpH8にて測定される場合の−69C/gの比電荷および30.3ml/gの固有粘度を有する2gの櫛状ポリマー(MelPers(登録商標)2450,BASF,Germanyから入手可能)を添加した。調製の1時間後、+23℃にて懸濁液AのpHは、8.4であったが、調製の1時間後および24時間後のブルックフィールド粘度は、100rpmおよび+23℃にて測定される場合に<1000mPasであった。
懸濁液Bは、14gのAlCl×6HO(Fluka,Switzerland Order No.06232)を懸濁液Aに添加することによって、10分間の撹拌下で形成した。得られた水性懸濁液は、懸濁液Bの総重量に基づいて70.1重量%の固形分含有量を有していた。
測定されたブルックフィールド粘度(+23℃および100rpmで決定される。)、+23℃でのpH、および伝導度に関する詳細は、表9からわかる。
Figure 2015529694
100gの59重量%の実施例9で得られた懸濁液5を200mlのガラスフラスコに入れた。この水性懸濁液に、100gの懸濁液Bを、60分間の期間にわたって、+23℃にて撹拌下で徐々に添加した。得られた水性懸濁液は、懸濁液の総重量に基づいて、62.9重量%の固形分含有量を有していた。
測定されたブルックフィールド粘度(−5℃および+23℃ならびに100rpmで決定される。)、+23℃でのpH、および伝導度に関する詳細は、表10からわかる。
Figure 2015529694
表10から、炭酸カルシウム含有材料および添加剤としての水酸化アルミニウムを含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、実施例1および2の先行技術の懸濁液と比べて予想外なpHの6未満への降下を示し、24時間を超える酸性環境下での良好な安定性と共に、−5℃での低粘度を特徴とすることを読み取ることができる。
[実施例12(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、塩酸のカルシウム塩と組み合わせて高乾燥物質含有量を有する炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、塩酸のカルシウム塩を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
+23℃で7.9のpHを有する315gの76重量%懸濁液3を、+23℃で撹拌された250mlのガラスビーカーに入れた。この懸濁液に、31.7gのCaCl×2HOを撹拌下で5分以内で添加した。目標は、塩酸のカルシウム塩を合計で23.9g添加することであった。得られた水性懸濁液は、懸濁液の総重量に基づいて、75.5重量%の固形分含有量を有していた。
測定されたブルックフィールド粘度(−5℃および+23℃ならびに100rpmで決定される。)、+23℃でのpH、および+23℃での伝導度に関する詳細は、表11からわかる。
Figure 2015529694
表11から、炭酸カルシウム含有材料を含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、実施例1および2の先行技術の懸濁液と比べて予想外なpHの6未満への降下を示し、24時間を超える酸性環境下での良好な安定性と共に、−5℃での低粘度を特徴とすることを読み取ることができる。
比較理由において、31.7gのCaCl×2HOを、撹拌下にて75gの水中に溶解させた。目標は、上記で記載されるようなこの実施例の懸濁液の液相とほぼ同じ濃度の塩酸のカルシウム塩を有することであった。+23℃で測定されたpH、および+23℃での伝導度に関する詳細は、表12からわかる。
Figure 2015529694
表11対表12において示された詳細から、まさに驚くべきことに、炭酸カルシウム含有材料を含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、8.4のpHを有する炭酸カルシウムのアルカリ懸濁液を約9.4のpHを有する塩酸のカルシウム塩のアルカリ性溶液(表12において示されるように)と組み合わせて、+23℃で6より相当低い安定な酸性pHを有することを読み取ることができる。
[実施例13(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、硝酸のカルシウム塩と組み合わせて高乾燥物質含有量を有する炭酸カルシウム含有材料を含む懸濁液の加工処理に関する。特に、硝酸のカルシウム塩を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
500gの76重量%の懸濁液3を、+23℃にて撹拌されている1000mlのガラスビーカーに入れた。この懸濁液に、54gのCa(NO×4HOを、5分で撹拌下に添加した。目標は、硝酸のカルシウム塩の合計37.5gに添加することであった。得られた水性懸濁液は、懸濁液の総重量に基づいて75.3重量%の固形分含有量を有していた。
測定されたブルックフィールド粘度(−5℃および+23℃ならびに100rpmで決定される。)、+23℃でのpH、および+23℃での伝導度に関する詳細は、表13からわかる。
Figure 2015529694
表13から、炭酸カルシウム含有材料を含む本発明の高固形分の水性懸濁液は、実施例1および2の先行技術の懸濁液と比べて予想外なpHの6未満への降下を示し、24時間を超える酸性環境下での良好な安定性と共に、−5℃での低粘度を特徴とすることを読み取ることができる。
[実施例14(本発明の実施例)]
この実施例は、本発明を例示し、塩酸のカルシウム塩を含む溶液と組み合わせて炭酸カルシウムを含む懸濁液の加工処理に関する。特に、塩酸のカルシウム塩を、炭酸カルシウム含有材料に添加する。
70gのCaCO(Fluka)を、CaCOの懸濁液を形成するために70mlの蒸留水中に撹拌下で分散させた。この懸濁液に、1.5gのMelpers4343(BASF,Germanyから入手可能)を、溶液の総重量に基づいて50重量%溶液(BASF)の形態で添加した。得られた懸濁液は、+23℃にて7.5のpHを有していた。この懸濁液に、3gのCaCl(Fluka)を、CaClを含むCaCO懸濁液を形成するために撹拌下で投与した。続いて、さらに4gのCaCl(Fluka)を撹拌下で懸濁液に投与し、CaClを含むCaCO懸濁液を形成した。
+23℃で測定されたpHに関する詳細は、表14からわかる。
Figure 2015529694
測定されたpHに関する詳細から読み取ることができるように、+23℃にて6未満への予想外なpHの降下が観察された。

Claims (30)

  1. 酸性pH環境における、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液であって:
    a)炭酸カルシウム含有粒子を含む少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料、および
    b)少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩であって、ここで少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸は、+23℃にて0以下のpK値を有する酸からなる群から選択される、塩、
    を含み、ここで高固形分の水性懸濁液は、
    i)高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて少なくとも50重量%の固形分含有量、
    ii)−5℃の温度にて≦1000mPasの100rpmでのブルックフィールド粘度、
    iii)+23℃にて<6のpH、および
    iv)−5℃および+23℃にて10から100mS/cmの伝導度
    を有する、高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  2. 少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子が、天然炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウムまたはこれらの混合物から選択される、請求項1に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  3. 少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子が、0.1から50μm、好ましくは0.25から50μm、より好ましくは0.3から5μm、最も好ましくは0.4から3μmの重量中位粒径d50を有する、請求項1または2に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  4. 少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子が、窒素およびBET方法で測定される場合に、0.1m/gから200m/g、好ましくは0.1m/gから50m/g、より好ましくは0.1m/gから20m/gの比表面積を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  5. 高固形分の水性懸濁液が、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて、少なくとも50重量%、好ましくは50から82重量%、より好ましくは55から82重量%、さらにより好ましくは60から78重量%、最も好ましくは65から78重量%の量で少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  6. 少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料が、少なくとも1つの櫛状ポリマーを含み、好ましくは少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の炭酸カルシウム含有粒子の表面が、少なくとも1つの櫛状ポリマーでコーティングされている、請求項1から5のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  7. 少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料が、5から99ml/gの範囲、好ましくは10から80ml/gの範囲、最も好ましくは10から50ml/gの範囲の固有粘度を有する少なくとも1つの櫛状ポリマーを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  8. 少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩が、二価および/または三価カチオンを含み、好ましくは二価カチオンは、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびこれらの混合物からなる群から選択され、および/または三価カチオンは、好ましくはアルミニウムである、請求項1から7のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  9. 少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸が、塩酸、硝酸およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1から8のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  10. 高固形分の水性懸濁液が、懸濁液中の炭酸カルシウム含有材料の総乾燥重量に基づいて、0.01から5重量%、好ましくは0.05から4重量%、より好ましくは0.1から3重量%、さらにより好ましくは0.2から2重量%、最も好ましくは0.25から1.5重量%または0.5から1.25重量%の量で少なくとも1つの櫛状ポリマーを含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  11. 高固形分の水性懸濁液が、高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて、50から82重量%、好ましくは55から82重量%、より好ましくは60から78重量%、最も好ましくは65から78重量%の量の固形分含有量を有する、請求項1から10のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  12. 高固形分の水性懸濁液が、−5℃の温度にて25から1000mPas、好ましくは−5℃の温度にて25から700mPas、より好ましくは−5℃の温度にて25から500mPas、最も好ましくは−5℃の温度にて50から300mPasの100rpmでのブルックフィールド粘度を有する、請求項1から11のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  13. 高固形分の水性懸濁液が、+23℃にて4から<6のpH、好ましくは+23℃にて4.5から<6のpH、好ましくは+23℃にて5から<6のpHを有する、請求項1から12のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  14. 高固形分の水性懸濁液が、−5℃および+23℃で測定した場合に20mS/cmから100mS/cm、好ましくは−5℃および+23℃で測定した場合に30mS/cmから100mS/cmの伝導度を有する、請求項1から13のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  15. 高固形分の水性懸濁液がさらに、少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と、少なくとも1つの中程度の強酸との少なくとも1つの反応生成物、および/または少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料と少なくとも1つの弱酸との少なくとも1つの反応生成物を含む、請求項1から14のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  16. 少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸が、+23℃にて0から2.5のpK値を有する酸からなる群から選択され、好ましくは少なくとも1つの中程度の強酸が、HSO、HSO 、HPO、シュウ酸およびこれらの混合物から選択され、および/または少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸が、+23℃にて>2.5から6のpK値を有する酸からなる群から選択され、好ましくは少なくとも1つの弱酸が、クエン酸、酒石酸およびこれらの混合物から選択される、請求項16に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  17. 少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの中程度の強酸および/または少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料の少なくとも1つの反応生成物を形成する少なくとも1つの弱酸および少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸の合計のモル量が、生じたHイオンによって表される場合、CaCOのモル量に対して合計で0.01から1.9である、請求項1から16のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  18. 高固形分の水性懸濁液がさらに、水酸化アルミニウムおよび/または水酸化マグネシウムを含む、請求項1から17のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  19. 高固形分の水性懸濁液が、pH5での正の電荷密度、好ましくはpH5にて少なくとも+0.1C/g、より好ましくはpH5にて少なくとも+0.5C/g、さらにより好ましくはpH5にて少なくとも+1C/g、最も好ましくはpH5にて少なくとも+1.5C/gの正の電荷密度を有する、請求項1から18のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液。
  20. 請求項1から19のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を製造するための方法であって、
    a)請求項1から7のいずれか一項に記載の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液を提供する工程であって、ここで炭酸カルシウム含有材料は、pH9にて+2から−2C/gの電荷密度を有する、工程、
    b)
    i)請求項1または9のいずれか一項に定義されるような、+23℃にて0以下のpK値を有する酸からなる群から選択される少なくとも1つの強酸、および/または
    ii)少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩であって、ここで少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を形成する少なくとも1つの強酸は、請求項1、8または9のいずれか一項に定義されるような+23℃にて0以下のpK値を有する酸からなる群から選択される、塩
    を提供する工程、
    c)工程b)の少なくとも1つの強酸および/または少なくとも1つの強酸の少なくとも1つの塩を、工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液に添加する工程、
    d)場合により、工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液を、工程c)の前および/または工程c)の間および/または工程c)の後に粉砕する工程、
    を含み、工程c)および/またはd)の後の高固形分の水性懸濁液が、
    i)高固形分の水性懸濁液の総重量に基づいて少なくとも50重量%の固形分含有量、
    ii)−5℃の温度にて≦1000mPasの100rpmでのブルックフィールド粘度、
    iii)+23℃で<6のpH、および
    iv)−5℃および+23℃において10から100mS/cmの伝導度
    を有する、方法。
  21. +23℃で0から2.5のpK値を有する酸からなる群から選択される少なくとも1つの中程度の強酸(好ましくは少なくとも1つの中程度の強酸が、HSO、HSO 、HPO、シュウ酸およびこれらの混合物から選択される。)、および/または+23℃にて>2.5から6.0のpK値を有する酸からなる群から選択される少なくとも1つの弱酸(好ましくは少なくとも1つの弱酸は、クエン酸および/または酒石酸から選択される。)を提供する工程e)をさらに含む、請求項20に記載の方法。
  22. 工程a)の少なくとも1つの炭酸カルシウム含有材料を含む水性懸濁液と、工程e)の少なくとも1つの中程度の強酸および/または少なくとも1つの弱酸とを、工程c)の間および/または工程c)の後に、および/または任意工程d)の間および/または任意工程d)の後に接触させる工程f)をさらに含む、請求項21に記載の方法。
  23. 工程c)および/または工程d)および/または工程f)は+5℃から+99℃、好ましくは+20℃から+85℃、最も好ましくは+20℃から+50℃、最も好ましくは+50℃から+85℃の温度にて行われる、請求項20から22のいずれか一項に記載の方法。
  24. 得られた高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を濃縮する工程g)をさらに含む、請求項20から23のいずれか一項に記載の方法。
  25. 得られた高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を乾燥する工程をさらに含む、請求項20から24のいずれか一項に記載の方法。
  26. 請求項1から19のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液を乾燥することによって得ることができる、炭酸カルシウム含有材料。
  27. 請求項1から19のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液、ならびに/もしくは請求項26に記載の炭酸カルシウム含有材料の、製紙、ペーパーコーティング、プラスチック、農業および/または塗料用途における、使用。
  28. 請求項1から19のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液、ならびに/もしくは請求項26に記載の炭酸カルシウム含有材料の、紙におけるフィラーとしての、使用。
  29. 高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液、ならびに/もしくは炭酸カルシウム含有材料が、デジタル印刷、好ましいインクジェット印刷、またはフレキソ、ロトグラビアおよび/またはオフセット印刷、最も好ましくはインクジェット印刷におけるブラックインク印刷のためのサポートとして使用される、請求項27に記載の使用。
  30. 請求項1から19のいずれか一項に記載の高固形分の水性鉱物および/またはフィラーおよび/または顔料懸濁液、ならびに/もしくは請求項26に記載の炭酸カルシウム含有材料、ならびに天然および/または合成バインダを含むコーティングカラー配合物であって、バインダが、好ましくはスチレン−ブタジエン、スチレン−アクリレート、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、デンプンまたはこれらの混合物からなり、最も好ましくはバインダが、ポリビニルアルコールを含有するまたはポリビニルアルコールからなる、コーティングカラー配合物。
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