JP2573283B2 - 難溶性微粒物質の水性懸濁液 - Google Patents

難溶性微粒物質の水性懸濁液

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JP2573283B2
JP2573283B2 JP63032569A JP3256988A JP2573283B2 JP 2573283 B2 JP2573283 B2 JP 2573283B2 JP 63032569 A JP63032569 A JP 63032569A JP 3256988 A JP3256988 A JP 3256988A JP 2573283 B2 JP2573283 B2 JP 2573283B2
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H19/00Coated paper; Coating material
    • D21H19/36Coatings with pigments

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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)
  • Paper (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は難水溶性微粒無機物質例えば硫酸カルシウム
またはセッコウの安定な水性懸濁液、そのような懸濁液
の製造方法、およびそのような組成物のペーパーコーテ
ィング組成物における使用に関する。
難水溶性という語によりここに20℃で0.1〜10グラム
毎リットルの範囲内の溶解度を意味する。
微粒物質の安定な懸濁液、すなわち流動性を保ち、ゲ
ルを形成せず、それから粒子、殊に存在する最も粗い粒
子が時間とともに明らかに沈降しない懸濁液を製造する
ために一般に微粒物質に対する分散剤を懸濁液中に混合
することが必要である。分散剤は一般に物質の各粒子の
表面の実質的にすべてに同一電荷を適用することにより
粒子が互いに反発するように機能する。普通に使用され
る分散剤にはポリリン酸またはポリケイ酸、あるいは多
価電解質のアルカリ金属またはアンモニウム塩例えばポ
リ(アクリル酸またはその誘導体のアルカリ金属または
アンモニウム塩が含まれる。
微粒物質が水に難溶性であり、二価または多価陽イオ
ンが溶液中へ移る場合に、普通の分散剤を用いて一定の
固形分に対して十分に低い粘度を有する安定な懸濁液を
製造することが困難であることが認められた。多くの工
業的方法中に存在する難溶性物質のそのような例の1つ
は硫酸カルシウムまたはセッコウである。硫酸カルシウ
ム二水和物は20℃で2グラム毎リットルの溶解度を有す
る。高重量%の硫酸カルシウムを含み、許容されるレオ
ロジー性を有する水性懸濁液を形成するために、非常に
多量の分散剤を用いることが必要である。分散剤は一般
に高価であるのでこの方法は商業的に興味がない。分散
剤が多価電解質型であれば、高重量%の硫酸カルシウム
を含む懸濁液が長期貯蔵でゲルを形成する傾向があるこ
ともまた認められた。
本発明の第1の観点によれば、少くとも40重量%の難
水溶性微粒無機物質、少くとも0.5重量%の親水性高分
子物質、少くとも0.1重量%の天然または合成ゼオライ
ト、および少くとも0.1重量%の分散剤(親水性高分
子、ゼオライトおよび分散剤の重量%は乾燥難水溶性微
粒物質の重量を基にする)を含む安定な水性懸濁液が提
供される。
本発明は殊に鉱物例えば天然硫酸カルシウムまたは合
成硫酸カルシウムに適する。
水溶性微粒物質が硫酸カルシウムであるとき、親水性
高分子が硫酸カルシウムの粒子の表面上の封膜になる量
を形成し、従ってカルシウムイオンの水性媒質への移動
を非常に低下すると思われる。次いでゼオライトが既に
水性媒質中に存在するカルシウムイオンを捕捉し、従っ
て分散剤をカルシウム錯体の形成から保護する。
親水性高分子物質は好ましくは乾燥難溶性微粒物質の
重量を基にして5.0重量%より多くない量で使用され、
好ましくは炭水化物高分子例えばデンプン、デンプン誘
導体またはセルロース誘導体である。殊にナトリウムカ
ルボキシメチルセルロースおよびリン酸デンプン類が好
ましい。
ゼオライトは、好ましくは乾燥難溶性微粒物質の重量
を基にして1.0重量%より多くない量で使用され、好ま
しくは少くとも200ミリ当量毎100g、より好ましくは少
くとも500ミリ当量毎100gの陽イオン交換容量を有す
る。ゼオライトの交換性陽イオンは望ましくはアルカリ
金属またはアンモニウムイオンであるべきである。適当
なゼオライトの例は合成ホージャサイト(ゼオライトX
およびY)並びに天然ゼオライト類、斜プチロライト
(clinoptilolite)、灰十字石(phillipsite)および
モルデン沸石(mordenite)である。天然ゼオライト、
菱沸石(chabazite)もまた、それがアルカリ金属また
はアンモニウムイオン交換形にあれば適する。一般に約
500〜550meq/100gの範囲内に陽イオン交換容量を有する
ゼオライト4Aが殊に好ましい。
分散剤は、好ましくは乾燥難溶性微粒物質の重量を基
にして1.0重量%より多くない量で使用される。殊に適
する分散剤の例はピロリン酸四ナトリウム(TSPP)およ
び500〜10,000の範囲内の数平均分子量を有するポリ
(アクリル酸)またはポリ(メタクリル酸)のナトリウ
ム塩およびアンモニウム塩である。2つの好ましい型の
分散剤中、ポリリン酸塩型、例えばTSPPは溶液中のカル
シウムイオンの存在に対する感受性が低いがしかし高い
温度およびせん断力に対し非常に鋭敏である。従って、
懸濁液が湿式粉砕フィードとして使用されれば適当でな
い。ポリアクリル酸ナトリウム分散剤は熱およびせん断
に対し非常に耐性であり、従って湿式粉砕に対して理想
的であるが、しかしカルシウムイオンに対して非常に鋭
敏でありそれらと錯体を形成し、その結果それらの分散
能力を喪失する。本発明は高い固体濃度の硫酸カルシウ
ムの湿式粉砕におけるナトリウムポリアクリレート分散
剤の使用を可能にする。
本発明の第1の観点の安定な水性懸濁液はペーパーコ
ーティング組成物の成分として、微粒物質の粉末度を増
大させる湿式粉砕工程に対するフィード懸濁液として、
あるいは時間とともに粘度の明らかな上昇または固体の
沈降なくポンプ輸送、貯蔵または容器中の輸送できる微
粒物質の濃水性懸濁液である商業物品として使用でき
る。
上記のように本発明の第1観点の水性懸濁液はペーパ
ーコーティング組成物の成分として使用できる。今日製
造される多様のコーティッドペーパーの大部分は主に、
ときには塗料として知られ、実質的に接着剤(また結合
剤として知られている)および顔料を含む組成物で塗被
される。ペーパーコーティング組成物の成分、およびそ
のような組成物を紙に適用する方法の論議はケイシ(Ja
mes P Casey)による「パルプおよび紙:化学および技
術(Pulp and Paper:Chemistry and Technology)」と
題する本の2版、XIX章、III巻中に与えられている。使
用される接着剤は例えばデンプン、カゼインまたは合成
樹脂ラテックスであることができ、使用される特定の接
着剤は、例えば使用される印刷法に依存し、例えばオフ
セット印刷は接着剤が水不溶性であることを要求する。
本発明の第2の観点によれば、微粒物質が組成物の少
くとも45重量%を構成し、組成物がさらに少くとも0.5
重量%の親水性高分子、少くとも0.1重量%の天然また
は合成ゼオライトおよび少くとも0.1重量%の分散剤
(親水性高分子、ゼオライトおよび分散剤の重量%は乾
燥難溶性微粒物質の重量を基にする)を含む、接着剤含
有水性媒質中の難水溶性微粒無機物質の安定な懸濁液を
含むペーパーコーティング組成物が提供される。難水溶
性微粒物質はその他の普通のペーパーコーティング顔料
例えば粘土と組合せてペーパーコーティング組成物中に
用いることができる。好ましくは微粒物質は組成物の少
くとも50重量%を構成すべきである。
本発明の第3の観点によれば、難水溶性微粒無機物質
の安定な水性懸濁液を製造する方法が提供され、その方
法は難水溶性物質と、少くとも0.5重量%の親水性高分
子物質、少くとも0.1重量%の天然または合成ゼオライ
トおよび少くとも0.1重量%の分散剤(親水性高分子、
ゼオライトおよび分散剤の重量%は乾燥難溶性微粒物質
の重量を基にし、微粒物質は水性懸濁液の少くとも40重
量%を与えるような量で使用される)を混合することを
含む。
最も有利な結果は難溶性微粒物質を初めに親水性高分
子物質と、次いでゼオライトと混合すれば得られること
が認められた。しかし、分散剤はゼロライトと同時にま
たはゼオライトの後に添加することができる。
本発明の第3の観点の好ましい態様において、親水性
高分子物質、ゼオライトおよび分散剤が微粒物質の水性
懸濁液に添加される。
難溶性微粒物質は水と混合すると使用される分散剤と
錯体を形成する多価陽イオンを溶液中へ遊離し、従って
微粒物質の表面に付着しそれにより実質的にすべての表
面が同一電荷をもつことを保証する分散剤の有効性を低
下すると思われる。ゼオライトの添加は、分散剤に対し
て有害な効果を有しないゼオライト中の交換性陽イオン
例えばアルカリ金属またはアンモニウムイオンに対して
溶液中に遊離された多価陽イオンの交換を行なうと思わ
れる。
本発明は次の実施例により例示される。
実施例1 乾燥硫酸カルシウム二水和物の試料を、乾燥物質59重
量%を含む懸濁液の形成に十分な水と、および乾燥物質
の重量を基にして2.5重量%のナトリウムカルボキシメ
チルセルロースと混合した。次いで生じた混合物の粘度
をブルックフィールド粘度計により100rpmのスピンドル
速度で測定した。次いで混合物を2部分に分け、1部分
に、約550meq/100gの領域に陽イオン交換容量を有する
ナトリウムゼオライト4Aを乾燥硫酸カルシウム二水和物
の重量を基にして1重量%添加した。次いで懸濁液の粘
度を再び測定した。次いで少量のピロリン酸四ナトリウ
ム(TSPP)分散剤を懸濁液のそれぞれの部分に連続的に
添加し、各添加後に懸濁液の粘度を測定した。
得られた結果は表Iに示される: これらの結果は、硫酸カルシウムおよびナトリウムカ
ルボキシメチルセルロースの懸濁液に対する乾燥硫酸カ
ルシウム二水和物の重量を基にして1重量%のゼオライ
トの添加が粘度をゼオライトのない値の約1/2に低下さ
せたことを示す。さらに、ゼオライトが懸濁液中に存在
したときに最低粘度の達成に一層少量のTSPPの添加を必
要とした。
実施例2 実施例1に記載した試験を繰返したがしかしTSPP分散
剤の代りに数平均分子量1680のナトリウムポリアクリレ
ート分散剤を用いた。
得られた結果は表IIに示される: これらの結果から、硫酸カルシウムおよびナトリウム
カルボキシメチルセルロースの、ゼオライトの存在しな
い懸濁液に対する少量のナトリウムポリアクリレートの
添加が粘度の上昇を実際に生ずることを知見できる。ゼ
オライトの存在下において粘度がナトリウムポリアクリ
レートの添加前でも低下するだけでなく、少量のナトリ
ウムポリアクリレートの増粘効果が認められない。また
ゼオライトの存在下に、ゼオライトの存在しないときに
必要であったよりも少量のナトリウムポリアクリレート
の添加が、TSPPを用いて得られた最低値へ粘度を低下す
るために必要である。
本発明の水性懸濁液から親水性高分子を省略する効果
は非常に大きい割合のゼオライトが許容できる粘度の達
成に必要であることであろう。事実、要したゼオライト
の量は非常に多く、それが難溶性物質の包装に影響を及
ぼし、従って懸濁液の粘度に対し有害な効果を有するで
あろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−50365(JP,A) 米国特許4606503(US,A)

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少くとも40重量%の難水溶性微粒無機物
    質、少くとも0.5重量%の親水性高分子物質、少くとも
    0.1重量%の天然または合成ゼオライト、および少くと
    も0.1重量%の分散剤(親水性高分子、ゼオライトおよ
    び分散剤の重量%は乾燥難水溶性微粒無機物質の重量を
    基にする)を含み、前記難水溶性微粒無機物質が硫酸カ
    ルシウムである、安定な水性懸濁液。
  2. 【請求項2】乾燥難水溶性微粒無機物質の重量を基にし
    て5.0重量%より多くない親水性高分子物質を含む、請
    求項(1)記載の水性懸濁液。
  3. 【請求項3】親水性高分子物質が炭水化物高分子であ
    る、請求項(1)または(2)記載の水性懸濁液。
  4. 【請求項4】炭水化物高分子がデンプン、デンプン誘導
    体、またはセルロース誘導体である、請求項(3)記載
    の水性懸濁液。
  5. 【請求項5】炭水化物高分子がナトリウムカルボキシメ
    チルセルロースである、請求項(3)または(4)記載
    の水性懸濁液。
  6. 【請求項6】炭水化物高分子がリン酸デンプンである、
    請求項(3)または(4)記載の水性懸濁液。
  7. 【請求項7】ゼオライトが乾燥難水溶性微粒無機物質の
    重量を基にして2.0重量%より多くない量で存在する、
    請求項(1)〜(6)のいずれか一項に記載の水性懸濁
    液。
  8. 【請求項8】ゼオライトが少くとも200ミリ当量/100gの
    陽イオン交換容量を有する、請求項(1)〜(7)のい
    ずれか一項に記載の水性懸濁液。
  9. 【請求項9】ゼオライトが少くとも500ミリ当量/100gの
    陽イオン交換容量を有する、請求項(1)〜(8)のい
    ずれか一項に記載の水性懸濁液。
  10. 【請求項10】ゼオライトの交換性陽イオンがアルカリ
    金属またはアンモニウムイオンである、請求項(1)〜
    (9)のいずれか一項に記載の水性懸濁液。
  11. 【請求項11】ゼオライトがゼオライト4Aである、請求
    項(1)〜(10)のいずれか一項に記載の水性懸濁液。
  12. 【請求項12】分散剤が乾燥難水溶性微粒無機物質の重
    量を基にして1.0重量%より多くない量で存在する、請
    求項(1)〜(11)のいずれか一項に記載の水性懸濁
    液。
  13. 【請求項13】分散剤がポリリン酸またはポリ(アクリ
    ル酸)のアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、それら
    の誘導体、あるいはそのような塩の混合物である、請求
    項(1)〜(12)のいずれか一項に記載の水性懸濁液。
  14. 【請求項14】分散剤がピロリン酸四ナトリウムであ
    る、請求項(13)記載の水性懸濁液。
  15. 【請求項15】分散剤が500〜10,000の範囲内の数平均
    分子量を有するポリ(アクリル酸)またはポリ(メタク
    リル酸)のナトリウム塩またはアンモニウム塩である、
    請求項(13)記載の水性懸濁液。
  16. 【請求項16】難水溶性微粒無機物質の安定な水性懸濁
    液を製造する方法であって、難水溶性微粒無機物質と、
    少くとも0.5重量%の親水性高分子物質、少くとも0.1重
    量%の天然または合成ゼオライト、および少くとも0.1
    重量%の分散剤(親水性高分子、ゼオライトおよび分散
    剤の重量%は乾燥難水溶性微粒無機物質の重量を基に
    し、難水溶性微粒無機物質は水性懸濁液の少くとも40重
    量%を与えるような量で使用される)を混合することを
    含み、前記難水溶性微粒無機物質が硫酸カルシウムであ
    る方法。
  17. 【請求項17】難水溶性微粒無機物質が初めに親水性高
    分子と、次にゼオライトと混合される、請求項(16)記
    載の方法。
  18. 【請求項18】分散剤がゼオライトと同時またはその後
    に添加される、請求項(16)または(17)記載の方法。
  19. 【請求項19】難水溶性微粒無機物質が水性懸濁液の形
    態にあり、その中へ親水性高分子物質、ゼオライト、お
    よび分散剤が混合される、請求項(16)または(18)項
    記載の方法。
  20. 【請求項20】接着剤含有水性媒質中の難水溶性微粒無
    機物質の安定な懸濁液を含むペーパーコーティング組成
    物であって、難水溶性微粒無機物質が組成物の少くとも
    45重量%を構成し、組成物がさらに少くとも0.5重量%
    の親水性高分子、少くとも0.1重量%の天然または合成
    ゼオライトおよび少くとも0.1重量%の分散剤(親水性
    高分子、ゼオライトおよび分散剤の重量%は乾燥難水溶
    性微粒無機物質の重量を基にする)を含み、前記難水溶
    性微粒無機物質が硫酸カルシウムである組成物。
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