JP2019507823A - 紙およびコーティング用の少なくとも92のge輝度を有する熱処理カオリン顔料 - Google Patents
紙およびコーティング用の少なくとも92のge輝度を有する熱処理カオリン顔料 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2016年3月8日に出願された米国特許出願第62/305,252号明細書(U.S. Patent Application No. 62/305,252)および2017年1月23日に出願された米国特許出願第62/449,298号明細書(U.S. Patent Application No. 62/449,298)の利益および優先権を主張し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に明確に組み込まれる。
本出願は、紙のコーティング用の顔料、特に熱処理カオリン顔料に関する。
以下の背景の議論では、特定の構造および/または方法について述べている。しかしながら、以下の参考文献において、これらの構造および/または方法が先行技術を構成するものとして解釈されるべきではない。出願人には、明らかに、このような構造および/または方法が先行技術としての資格がないことを証明する権利がある。
以下の概要は、詳細な概説ではない。これは、様々な実施形態の必須のまたは重要な要素を特定することも、その範囲を示すことも意図していない。
当該技術分野では、所望の特性にとって適切な形態を保有しながら、より細かくてより急峻な粒度分布を有するカオリン製品(例えば、部分的にまたは完全に焼成されたカオリン)が求められる。本明細書では、現在の焼成カオリン製品と比較して、より細かくてより狭い粒度分布を有する熱処理カオリン製品が提供される。一実施形態では、カオリン製品は完全に焼成される。本開示の熱処理カオリンは、現在市販されている焼成カオリン製品と同等であるかまたはそれよりも良好な望ましい性能をもたらすための適切な形態を有する。例えば、熱処理カオリンには、光散乱係数の損失および/または不透明度の低下がなく、さらにより細かくてより急峻な粒度分布が得られる。本開示のカオリンは、現在市販されている焼成カオリン製品と比較して、増加した光散乱係数、増加した吸油量および/または増加した表面積を有し得る。開示されたカオリンの製造方法が提供される。この方法には、アルカリ金属およびアルカリ土類金属、特にナトリウム不含の分散剤の使用が含まれる。本開示のカオリンを含有する製品およびカオリンの使用方法も提供される。
本明細書で使用されるように、以下の各用語は、この節に関連する意味を有する。
改善されたカオリン、改善されたカオリンの製造方法、ならびに改善された焼成カオリンを含む製品および組成物が本明細書で提供される。
製品、組成物、ならびに製造および使用方法を、以下の実験例を参照してさらに詳細に説明する。これらの例は、説明のためにのみ示されたものであり、特に明記しない限り、限定するものではない。したがって、本開示の製品、組成物および方法は、決して以下の実施例に限定されるものと解釈されるべきではなく、むしろ、あらゆるおよび全ての変形を包含するものと解釈されるべきであり、これらの変形は本明細書で示される教示の結果として明らかになる。
この実施例は、本開示に従って製造された焼成カオリンおよび比較の市販の焼成カオリンのデータを示す。市販の焼成カオリン(本明細書では「対照カオリン」とも呼ぶ)は、化学的に分散されて水と混ぜ合わされた/デグリットされた含水カオリン粗供給原料を、分級工程および選鉱工程に付し、供給流を生成して焼成することにより製造される。対照のカオリン供給流は、SEDIGRAPH 5100粒度分析器(Micromeritics Corporation、USA)で測定して88〜89%が1ミクロン未満の粒径を有する。この実験における比較の焼成カオリン(比較試料1)を、対照のカオリン供給流の試料を採取し、これを実験室で噴霧乾燥することによって調製した。次に、乾燥した材料を、0.020”のスクリーンを備えたマイクロ粉砕機を用いて微粉砕し、実験室用マッフル炉にて1,079℃(すなわち、1,975°F)で60分の均熱時間(soak time)にわたり焼成した。得られた焼成カオリン製品を、次いで0.020”のスクリーンを備えたマイクロ粉砕機を用いて微粉砕した。
この実施例では、本開示に従って調製した別の焼成カオリンを調製し、比較試料1(通常のANSILEX(登録商標)93)と比較した。本発明の焼成カオリンの実施形態である、試料2は、試料1を調製するために用いられる追加の遠心分離工程を行わずに調製した。試料2は、通常のANSILEX(登録商標)93供給物から得られるカオリンを、約25%の固形分に希釈し、続いて8lbs/トンのミョウバンおよび硫酸を用いてpH=3.5で凝集させることによって調製した。次に、得られた凝集クレイを、実験室用の真空濾過システムを用いて濾過して脱水し、可溶性塩類を除去した。得られた濾過ケーキは、約55%の固形分を含有していた。次に、濾過ケーキを、pH約10.0の水酸化アンモニウムで再分散させた。その後、分散した濾過スリップを、実施例2に記載されているように、噴霧乾燥し、微粉砕し、実験室用マッフル炉にて1,079℃(すなわち、1,975°F)で60分の均熱時間にわたり焼成した。そして、得られた焼成カオリンを、実験室用マイクロ粉砕機で粉砕し、試料2の物理特性および光学特性を測定した。データを第8表に示す。
本発明の焼成カオリンの実施形態である、試料3は、この実施例では、BASFのカオリン製造作業から得られた超微細含水カオリン供給流から製造した。この供給流中のカオリンは、約50%の灰色の粗原料を含有し、残りは、他の種類の粗原料、例えば、白色、クリーム色、茶色、赤色、ピンク色の着色粗原料である。超微細含水カオリン供給流は、化学的に分散された含水カオリン粗供給原料から製造され、この含水カオリン粗供給原料は、BASFの製造作業において粗いサイズの分級工程、浮選工程、オゾン処理工程、および超微細サイズの分級工程に付される。ディスクノズル遠心分離機(アルファ・ラバル社(Alpha Laval))を使用して、粒子の少なくとも70質量%が0.3ミクロン未満である超微細サイズを得る。
比較試料1および試料1〜3(本発明の焼成カオリン)の光散乱データを第10表に示す。光散乱は、0.25ミルのBird Barを使用して、顔料と水との混合物(固形分30(質量)%)から構成される顔料のフィルムを、光学的に滑らかな黒いガラス上に適用することによって測定した。空気乾燥後の顔料フィルムの反射率を、エルレフォ・リフレクトメーターのような一体化した球形状を有する反射率計を用いて457nmおよび577nmの波長で測定する。反射率の値を、クベルカ−ムンクの方程式を使って光散乱係数(m2/g)に変換する。光散乱と同様に、光沢を、0.25ミルのBird Barを使用して、顔料と水との混合物(固形分30(質量)%)から構成される顔料のフィルムを、光学的に滑らかな黒いガラス上に適用することによって測定する。光沢を、Technidyne T480光沢計(テクニダイン社、ニューアルバニー、インディアナ州)を用いて75度(PL法50C)で測定する。
比較試料1および本発明の焼成カオリン試料1〜3の化学組成は、パナリティカルX線蛍光分析法(XRF)を用いてバルク元素組成を測定することによって得た。XRF装置によるこの分析測定手順では、試料をXRFカルーセルに入れる前に、まず各試料をオーブンで乾燥させて表面の水分を確実に除去し、続いて試料をマッフル炉にて1000℃で60分間焼成し、強熱減量(LOI)値を測定する。この工程の後、試料をデシケーターで冷却し、結合剤としてセルロースを用いてプレス加工し、ペレットにする(セルロースは、カオリン試料で行ったXRF分析の際に不活性であることに留意されたい)。
Claims (58)
- 少なくとも約92のGE輝度および以下の粒度分布:
10ミクロン未満の等価球径(e.s.d.)を有する99質量%以上の粒子;
5ミクロン未満のe.s.d.を有する93質量%以上の粒子;
2ミクロン未満のe.s.d.を有する85質量%以上の粒子;
1ミクロン未満のe.s.d.を有する77質量%以上の粒子;および
0.5ミクロン未満のe.s.d.を有する25質量%以上の粒子
を有し、
300ppm以下の+325メッシュ残渣含有量を有する、熱処理カオリン。 - 少なくとも約92のGE輝度および以下の粒度分布:
10ミクロン未満の等価球径(e.s.d.)を有する99質量%以上の粒子;
5ミクロン未満のe.s.d.を有する93質量%以上の粒子;
2ミクロン未満のe.s.d.を有する85質量%以上の粒子;
1ミクロン未満のe.s.d.を有する77質量%以上の粒子;および
0.5ミクロン未満のe.s.d.を有する25質量%以上の粒子
を有し、
熱処理カオリンの0.25質量%以下の酸化ナトリウム含有量を有する、熱処理カオリン。 - 300ppm以下の+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項2記載の熱処理カオリン。
- 10ミクロン未満のe.s.d.を有する99質量%〜100質量%の粒子;
5ミクロン未満のe.s.d.を有する93質量%〜100質量%の粒子;
2ミクロン未満のe.s.d.を有する85質量%〜98質量%の粒子;
1ミクロン未満のe.s.d.を有する77質量%〜92質量%の粒子;および
0.5ミクロン未満のe.s.d.を有する25質量%〜46質量%の粒子
の粒度分布を有する、請求項1から3までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。 - 5ppm〜300ppmの+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項1から4までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 90ppm以下の+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項1から5までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 70ppm以下の+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項1から6までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 50ppm以下の+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項1から7までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 熱処理カオリンの0.1質量%以下の酸化ナトリウム含有量を有する、請求項1から8までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 熱処理カオリンの1.5質量%以下のチタニア含有量を有する、請求項1から9までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 少なくとも約92〜約96のGE輝度を有する、請求項1から10までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 0.60ミクロン以下のメジアン粒径(d50)を有する、請求項1から11までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 0.50〜0.59ミクロンのメジアン粒径(d50)を有する、請求項1から12までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 100ポンドの熱処理カオリンあたり100ポンドを上回る油の吸油量(油のlbs/熱処理カオリン100lbs)を有する、請求項1から13までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 100lbsより高く140lbsまでの油/熱処理カオリン100lbsの吸油量を有する、請求項1から14までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 105lbs〜120lbsの油/熱処理カオリン100lbsの吸油量を有する、請求項1から15までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 457ナノメートルで0.300m2/g以上の散乱係数を有する、請求項1から16までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 457ナノメートルで約0.305m2/g〜約0.335m2/gの散乱係数を有する、請求項1から17までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 577ナノメートルで0.220m2/g以上の散乱係数を有する、請求項1から18までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 577ナノメートルで約0.223m2/g〜約0.230m2/gの散乱係数を有する、請求項1から19までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 17.0m2/g以上の表面積を有する、請求項1から20までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 約17.0m2/g〜約25.0m2/gの表面積を有する、請求項1から21までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 約17.0m2/g〜約21.0m2/gの表面積を有する、請求項1から22までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 20.0m2/gを上回る表面積を有する、請求項1から23までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 18mg/105回転以下のアインレーナー摩耗量を有する、請求項1から24までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 9〜18mg/105回転のアインレーナー摩耗量を有する、請求項1から25までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 30%以上の光沢を有する、請求項1から26までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 約30%〜約45%の光沢を有する、請求項1から27までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 完全に焼成された、請求項1から28までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- メタカオリンである、請求項1から29までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 請求項1から30までのいずれか1項記載のカオリンを含む製造品であって、紙製品、板紙製品、紙コーティング組成物、セラミック組成物、塗料組成物、ポリマー組成物、ゴム組成物、工業用プラスチック組成物、およびインク組成物からなる群から選択される、前記製造品。
- 紙製品である、請求項31記載の製造品。
- 紙が感熱紙である、請求項32記載の製造品。
- 感熱紙が、カオリンを含むベースを有する、請求項33記載の製造品。
- 塗料組成物である、請求項34記載の製造品。
- 熱処理カオリン製品の製造方法であって、
1μm以下のサイズの粒子を少なくとも約88〜89質量%含有する第1のカオリン供給流を供給する工程;
第1のカオリン供給流を遠心分離によって分級し、1μm以下のサイズを有する粒子が少なくとも約97〜98質量%である微粒子サイズの分布をもたらす工程;
第1のカオリン供給流を濾過して濾過ケーキを生成する工程;
濾液を、ナトリウム不含の分散剤中に分散させて第2のカオリン供給流を供給する工程;および
第2のカオリン供給流を乾燥および熱処理する工程
を含み、還元漂白工程を含まない、前記方法。 - 濾過工程の前に第1の供給流を凝集させる工程をさらに含む、請求項36記載の方法。
- ナトリウム不含の分散剤が、アンモニア系分散剤である、請求項36または37記載の方法。
- 第2のカオリン供給流が、約10のpHを有する、請求項36から38までのいずれか1項記載の方法。
- 熱処理が、完全に焼成されたカオリンを製造するために約900℃〜約1200℃の温度で焼成する工程を含む、請求項36から39までのいずれか1項記載の方法。
- 供給工程が、水と混ぜ合わされた/デグリットされた含水カオリン粗供給原料を、分級工程および選鉱工程によって処理して、1μm以下のサイズの粒子を少なくとも約88〜89質量%含有する第1のカオリン供給流を生成することを含む、請求項36から40までのいずれか1項記載の方法。
- 処理工程の選鉱工程が、磁気分離を含む、請求項41記載の方法。
- 処理工程が、浮選工程を含み、かつ第1のカオリン供給流が、0.3μm以下のサイズの粒子を少なくとも約70質量%含有する、請求項41または42記載の方法。
- 処理工程が、浮選工程の後にオゾン処理工程をさらに含む、請求項43記載の方法。
- 処理工程が、選択的凝集工程を含み、かつ第1のカオリン供給流が、0.5μm以下のサイズの粒子を少なくとも約86質量%含有する、請求項41から44までのいずれか1項記載の方法。
- 剥離プロセスを排除する、請求項36から45までのいずれか1項記載の方法。
- 剥離プロセスには、ボールミル、撹拌媒体粉砕、および/または高エネルギーの媒体粉砕が含まれる、請求項46記載の方法。
- 分級工程、濾過工程、分散工程、および乾燥・焼成工程において、ナトリウム系分散剤が除外される、請求項36から47までのいずれか1項記載の方法。
- 供給工程、分級工程、濾過工程、分散工程、および乾燥・焼成工程において、ナトリウム系分散剤が除外される、請求項36から48までのいずれか1項記載の方法。
- 少なくとも約92のGE輝度および以下の粒度分布:
10ミクロン未満の等価球径(e.s.d.)を有する99質量%以上の粒子;
5ミクロン未満のe.s.d.を有する93質量%以上の粒子;
2ミクロン未満のe.s.d.を有する85質量%以上の粒子;
1ミクロン未満のe.s.d.を有する77質量%以上の粒子;および
0.5ミクロン未満のe.s.d.を有する25質量%以上の粒子
を有し、
300ppm以下の+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項36から49までのいずれか1項記載の方法に従って製造された熱処理カオリン。 - 少なくとも約92のGE輝度および以下の粒度分布:
10ミクロン未満の等価球径(e.s.d.)を有する99質量%以上の粒子;
5ミクロン未満のe.s.d.を有する93質量%以上の粒子;
2ミクロン未満のe.s.d.を有する85質量%以上の粒子;
1ミクロン未満のe.s.d.を有する77質量%以上の粒子;および
0.5ミクロン未満のe.s.d.を有する25質量%以上の粒子
を有し、
熱処理カオリンの0.25質量%以下の酸化ナトリウム含有量を有する、請求項36から49までのいずれか1項記載の方法に従って製造された熱処理カオリン。 - 300ppm以下の+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項51記載の熱処理カオリン。
- 5ppm〜300ppmの+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項50から52までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 90ppm以下の+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項50から53までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 70ppm以下の+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項50から54までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 50ppm以下の+325メッシュ残渣含有量を有する、請求項50から55までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 熱処理カオリンの0.1質量%以下の酸化ナトリウム含有量を有する、請求項50から56までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
- 熱処理カオリンの1.5質量%以下のチタニア含有量を有する、請求項50から57までのいずれか1項記載の熱処理カオリン。
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