JP2618232B2 - 製紙用填料及びその製造法 - Google Patents

製紙用填料及びその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、重質炭酸カルシウムとセルロース原料から
なる複合粒子製紙用填料及びその製造方法に関する。
従来の技術 印刷用紙の製造においては、紙の白色度、不透明度、
印刷適正等を向上させることを主な目的として炭酸カル
シウム、カオリン、クレー、タルク、二酸化チタンのよ
うな填料(顔料)が使用されている。また、填料は上記
目的の他に、湿紙の乾燥速度を向上して乾燥エネルギー
コストを低減させるために、さらには、増量材として原
料コストを低下させるためにセルロース原料を主とする
紙料に添加される。
そして、これらの填料のうちで特に炭酸カルシウム
は、中性抄紙の一般化に伴いそれの填料としての需要が
増大しつつある。
而して、填料として用いられる炭酸カルシウムは、
(a)沈降性炭酸カルシウム、(b)重質炭酸カルシウ
ムに大別されるが、沈降性炭酸カルシウムは石灰乳に炭
酸ガスを吹込んで化学的に製造され、一方重質炭酸カル
シウムは石灰石を機械的に粉砕後分級することにより製
造される。したがつて、沈降性炭酸カルシウムは、一般
に粒子径が小さいのでそれを上記填料として用いた場
合、抄紙に際して抄紙機のプラスチツク製ワイヤーの摩
耗が比較的少ないことから、従来より、インデイアペー
パー、ライスペーパーの填料として広く使用されてい
る。これに対し、重質炭酸カルシウムでは粉砕、分級に
より製造されるため比較的粒子径が大きいものが得ら
れ、かつ粒子は不定形であつてその表面に多くのナイフ
エツジがみられるので、それを填料として用いて抄紙す
る場合、抄紙機のプラスチツク製ワイヤーを著しく摩耗
するという問題があり、その製紙用填料としての使用が
著しく制限される。
しかしながら、沈降性炭酸カルシウムは填料として上
述したごとき利点を有する反面、高価であるうえにその
粒子径が小さいため歩留りが悪く、かつそれを添加した
紙の強度も低下するという問題がある。一方、上述のご
とく粉砕、分級して得られる重質炭酸カルシウムは、比
較的粒子径が大きくて歩留りもよく、安価に入手し得る
という利点がある。
したがつて、重質炭酸カルシウムは、如上のように抄
紙機のワイヤーの摩耗をきたすという欠点があるもの
の、それを填料として有効に利用できればコスト面など
で経済上有利である。
このような見地から、従来、重質炭酸カルシウムの上
記ワイヤー摩耗性を低減する試み、例えば(1)粉砕、
分級後の粒子径の十分小さいものを用いること、(2)
サンドグラインダータイプの湿式粉砕を行つて得られる
ものを用いること、等が提案されているが必ずしも満足
する結果は得られていない。
すなわち、上記(1)の粒子径を小さくすることは炭
酸カルシウムの歩留りを低下するとともに、それを使用
した紙の強度の低下をきたして重質炭酸カルシウム本来
の利点を失うことになり、また、(2)の湿式粉砕で
は、重質炭酸カルシウムのスラリーを1回乃至複数回サ
ンドミル処理を行う必要があつて作業上の手間がかか
り、コスト的に不利である。
発明が解決しようとする課題 本発明は、上述したごとき状況に鑑みなされたもので
あって、抄紙機のプラスチック製ワイヤーの摩耗性が小
さく、しかも抄紙して得られる紙の強度も高く、比散乱
係数の低下を伴なうことがなく、かつ炭酸カルシウムの
歩留りの高い製紙用填料及びその製造方法を提供するこ
とを課題とする。
以下本発明を詳しく説明する。
発明の構成 本発明の特徴は、重質炭酸カルシウム粒子が、セル
ロース原料粒子の表面に付着もしくはセルロース原料粒
子の内部に包含された状態で存在しているかあるいは重
質炭酸カルシウム粒子が、セルロース原料粒子の表面及
び内部に分散又は凝集した状態で存在している形態の重
質炭酸カルシウムとセルロース原料とからなる複合粒子
状製紙用填料、及び重質炭酸カルシウムとセルロース
原料とを混合し、粉砕して重質炭酸カルシウム粒子が、
セルロース原料粒子の表面に付着もしくはセルロース原
料粒子の内部に包含された状態で存在しているかあるい
は重質炭酸カルシウム粒子が、セルロース原料粒子の表
面及び内部に分散又は凝集した状態で存在している形態
の重質炭酸カルシムウとセルロース原料とからなる複合
粒子とすることを特徴とする複合粒子状製紙用填料の製
造法にある。
課題を解決するための手段 本発明による重質炭酸カルシウムとセルロース原料と
から成る複合粒子は、上述のとおり、重質炭酸カルシウ
ムとセルロース原料を混合粉砕することにより形成され
るが、重質炭酸カルシウム粒子がセルロース原料粒子の
表面に付着もしくはその内部に包含されて存在するか、
或は、重質炭酸カルシウム紙がセルロース原料粒子の表
面及び内部に分散又は凝集した状態で存在している状態
のもであればよいので、その形成方法は上記混合粉砕の
みに必ずしも限定されない。
本発明に従つて、重質炭酸カルシウムとセルロース原
料を混合粉砕すると、両者の混合割合又は粉砕程度によ
り、重質炭酸カルシウム粒子がセルロース原料粒子の表
面だけでなく、その内部に分散もしくは凝集した状態で
存在するようになつて、如上の形態の重質炭酸カルシウ
ムとセルロース原料から成る複合粒子が形成される。
このような形態の複合粒子が形成される態様を例示的
に説明すると、上記混合粉砕により粉砕されたセルロー
ス原料粒子が接着剤のような作用をして、粉砕された重
質炭酸カルシウム粒子がセルロース原料粒子の表面に付
着し、かつ該粒子の内部にまで練り込んだ状態で包含さ
れ、さらに混合粉砕の過程で各粒子の合体、離脱などが
繰返し行われて、重質炭酸カルシウム粒子が分散又は凝
集してセルロース原料粒子の表面及び内部に存在した状
態の形態を形成するに至る。
したがつて、形成された複合粒子の平均粒子径は混合
粉砕と同じ条件で重質炭酸カルシウムを単独で粉砕した
ものよりも大きいものが得られる。
本発明において上記複合粒子を形成するのに用いるセ
ルロース原料としては、例えば未漂白あるいは漂白され
た植物性繊維原料、古紙パルプ、結晶性セルロース等を
挙げられるが、特にこれらに限定されない。しかし、紙
の白色度が問題とされる場合は、できるだけ重質炭酸カ
ルシウムに近い白色度を有するセルロース原料を用いる
ことが好ましい。また、重質炭酸カルシウムとの混合粉
砕に際して容易に粉砕される程度に乾燥したセルロース
原料の使用が好ましく、特に、水分が20%以下のものが
好ましい。なお、一般に使用される製紙用セルロース原
料は乾燥したシート状で供給されるので、予め一片が2
〜3cmの大きさに粗砕した後、混合粉砕に供するとよ
い。
上記混合粉砕に際しては、上述のごとく、重質炭酸カ
ルシウムとセルロース原料は、通常、乾燥状態で行われ
るが、若干の水を存在させて湿潤状態で混合粉砕するこ
とも可能である。
本発明では、混合粉砕する場合の重質炭酸カルシウム
とセルロース原料の使用量には特に制限されないが、絶
乾重量で重質炭酸カルシウム100部に対してセルロース
原料150部未満が好ましい。すなわち、形成された複合
粒子中の重質炭酸カルシウム量が40%以上になるように
上記使用量を調整するとよい。
因に、複合粒子中の重質炭酸カルシウム量が40%未満
の場合には、それを填料として用いて得られる紙中にお
ける粉砕されたセルロース原料の含量が多くなり、この
セルロース原料粒子は、常法により調成される紙料中の
セルロース原料に比べて抄造して得られる紙中で強度発
現効果が小さいため、単独で粉砕した重質炭酸カルシウ
ムを填料として添加した場合に比べ、、それと同じ炭酸
カルシウムの含有量になるように複合粒子を填料として
添加した場合には紙の強度が低くなる。
本発明においては、重質炭酸カルシウムとセルロース
原料との混合粉砕により複合粒子が比較的容易に形成さ
れるので、用いる粉砕機については特に制限されない
が、セルロース原料がシート状あるいは繊維状である場
合は、ロツドミルのような重質炭酸カルシウムとセルロ
ース原料を共に粉砕できるものがよく、また、セルロー
ス原料が予め微粉砕された状態のもの、例えば、微粉砕
したセルロース原料、柔細胞粒子、微結晶性セルロース
である場合は、自動乳鉢等のセルロース原料の粉砕効果
の小さいものでよい。
なお、上記混合粉砕に際して、セルロース原料の添加
時期については、重質炭酸カルシウムとセルロース原料
を予め混合してから粉砕してもよく、また、重質炭酸カ
ルシウムだけを粉砕した後セルロース原料を添加して粉
砕を続けて複合粒子を形成してもよい。
本発明において、このような複合粒子状態となったも
のをそのままもしくは分級した後、製紙用填料として利
用する。
発明の効果 本発明による重質炭酸カルシウムとセルロース原料と
の複合粒子は、水中に分散しても容易にこわれないの
で、そのままもしくは扮級した後、製紙用填料として利
用することができる。
また、以上述べたとおり、この複合粒子は、抄紙機の
プラスチツク製ワイヤーの摩耗製が小さく、紙に添加、
含有させた場合、平均粒子径が比較的大きいので歩留り
及び紙の強度を向上させることができ、かつ比散乱係数
を低下させることもないので、製紙用填料として非常に
好適である。
また、本発明によると上記複合粒子は、簡易な混合粉
砕で形成することができ、かつ重質炭酸カルシウムを単
独で粉砕したものに比べて粉砕で生ずる細い粒子分が減
るので平均粒子径の大きいものが得られる。
以下に実施例を示して本発明とその効果を具体的に説
明する。
なお、実施例、比較例において、平均粒子径はコール
ターカウンターZM型によつて測定し、測定に際しては分
散剤としてポリアクリル酸ソーダを固形分比率で炭酸カ
ルシウムに対して0.5%添加して充分に分散した。本発
明でいう平均粒子径とは全粒子量に対し、累積粒子重量
が50%に達する時の粒子径、いわゆる重量平均粒子径を
いう。また、部および%は特記しない限り重量部(絶乾
重量基準)および重量%を表わす。
ワイヤーの摩耗性は、幅50mm、長さ250mmのプラスチ
ツク製ワイヤー(OS−80日本フイルコン製)に1kgの重
りを吊り下げ、ワイヤーをセラミツク製のロール(直径
60mm)に挟み角105度となるようにセツトし、セラミツ
ク製ロールを周速400m/minで回転させながら、炭酸カル
シウム濃度として2%に調製した混合粉砕物(複合粒
子)スラリーあるいは重質炭酸カルシウムスラリーを1l
/minの流量でワイヤー上に循環供給し、1時間後のワイ
ヤー重量減少量(mg)をワイヤー摩耗量として評価し
た。
紙質試験はJISに準じて行つた。
実施例1 平均粒子径15.7μmの市販乾式粉砕分級品の重質炭酸
カルシウム100部に対し、一片が2〜3cmの大きさに粉砕
したLBKP(広葉樹の漂白パルプ)ドライシート(水分8.
6%)を39倍添加し、ロツドミル((株)平製作所、TI
−100)で40分間粉砕した。粉砕後、25μmの篩で25μ
m以上の粒子を除去した。得られた混合粉砕物(複合粒
子)を平均粒子径、3.2μm以下の粒子分の割合および
ワイヤー摩耗試験結果を後記第1表に示す。
別に、上記LBEPドライシートをTAPPI標準離解機で離
解したのち、パルプ濃度10%でフリーネス(カナダ標準
フリーネス)400mlになるまでPFIミルで叩解した。この
叩解パルプに上記混合粉砕物の量を変えて添加し、それ
ぞれについてJIS P−8209に従つて秤量60g/m2の紙を手
抄きした。得られた手抄き紙について紙質試験を行い、
紙中の炭酸カルシウム量が10%の時の紙質を内挿して求
めた。その結果を第1表に示す。また、混合粉砕物(炭
酸カルシウム分として)を対叩解パルプ60%添加して手
抄き紙を調製したときの炭酸カルシウム歩留りを併せて
第1表に示す。
実施例2 実施例1と同じ重質炭酸カルシウムとLBKPドライシー
トを使用し、重質炭酸カルシウム100部に対しLBKPを5
部添加し、ロツドミルで20分間粉砕した他は実施例1と
同様にして混合粉砕物(複合粒子)および手抄き紙を得
た。これらについて実施例1と同様にして調べた結果を
第1表に示す。
実施例3 平均粒子径8.7μmの市販乾式粉砕分級品の重質炭酸
カルシウム100部に対して、柔細胞を主体としたセルロ
ース粒子(山陽国策パルプ製、パルプフロツクW4、400
メツシユパス分90%以上、水分5.3%)を24部添加し、
ロツドミルで20分間粉砕した他は実施例1と同様にして
混合粉砕物(複合粒子)および手抄き紙を得た。これら
について実施例1と同様にして調べた結果を第1表に示
す。
実施例4 実施例1と同じ重質炭酸カルシウムとLBKPドライシー
トを使用し、重質炭酸カルシウムを単独でロツドミルで
20分間粉砕したのち、重質炭酸カルシウム100部に対し
てLBKPドライシートを10部添加し、さらにロツドミルで
20分間粉砕した他は実施例1と同様にして混合粉砕物
(複合粒子)および手抄き紙を得た。これらについて実
施例1と同様にして調べた結果を第1表に示す。
比較例1 実施例1と同じ重質炭酸カルシウムを単独でロツドミ
ルで20分間粉砕した他は実施例1と同様にして単独粉砕
重質炭酸カルシウムおよび手抄き紙を得た。これらにつ
いて実施例1と同様に調べた結果を第2表に示す。
比較例2 実施例3と同じ重質炭酸カルシウムを単独でロツドミ
ルで20分間粉砕した他は実施例1と同様にして単独粉砕
重質炭酸カルシウムおよび手抄き紙を得た。これらにつ
いて実施例1と同様にして調べた結果を第2表に示す。
比較例3 平均粒子径4.0μmの市販乾式粉砕分級品の重質炭酸
カルシウムをそのまま用いた他は実施例1と同様にして
手抄き紙を得た。得られた手抄き紙およびワイヤー摩耗
性について実施例1と同様にして調べた結果を第2表に
示す。
比較例4 平均粒子径2.0μmの市販乾式粉砕分級品の重質炭酸
カルシウムをそのまま用いた他は実施例1と同様にして
手抄き紙を得た。得られた手抄き紙およびワイヤー摩耗
性について実施例1と同様にして調べた結果を第2表に
示す。
上記に示した実施例と比較例にみられるとおり、本発
明に従つて重質炭酸カルシウムとセルロース原料を混合
粉砕して形成される複合粒子は、重質炭酸カルシウムを
単独で粉砕したものに比べて、前述したように粉砕が生
じる細い粒子分が少なく、平均粒子径も大きいことがわ
かる。
また、本発明による上記複合粒子は抄紙機のプラスチ
ツク製ワイヤーの摩耗性が内添用の市販重質炭酸カルシ
ウム(比較例3及び4)に比べて極めて小さく、さらに
填料として製紙に用いた場合、炭酸カルシウムの歩留り
が高く、しかも抄造して得られる紙の強度も高く、比散
乱係数の低下も伴わないことがわかる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−68204(JP,A) 特開 昭63−99396(JP,A) 特開 昭63−309699(JP,A) 特開 昭55−31826(JP,A) 特公 昭29−2196(JP,B1) 特公 昭47−19513(JP,B1)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重質炭酸カルシウム粒子が、セルロース原
    料粒子の表面に付着もしくはセルロース原料粒子の内部
    に包含された状態で存在しているかあるいは重質炭酸カ
    ルシウム粒子が、セルロース原料粒子の表面及び内部に
    分散又は凝集した状態で存在している形態の重質炭酸カ
    ルシウムとセルロース原料とからなる複合粒子状製紙用
    填料。
  2. 【請求項2】複合粒子中の重質炭酸カルシウムの含量が
    40%(絶乾重量)以上である特許請求の範囲第(1)項
    記載の複合粒子状製紙用填料。
  3. 【請求項3】重質炭酸カルシウムとセルロース原料とを
    混合し、粉砕して重質炭酸カルシウム粒子が、セルロー
    ス原料粒子の表面に付着もしくはセルロース原料粒子の
    内部に包含された状態で存在しているかあるいは重質炭
    酸カルシウム粒子がセルロース原料粒子の表面及び内部
    に分散又は凝集した状態で存在している形態の重質炭酸
    カルシムウとセルロース原料とからなる複合粒子とする
    ことを特徴とする複合粒子状製紙用填料の製造法。
  4. 【請求項4】重質炭酸カルシウム100重量部(絶乾重
    量)に対して150重量部(絶乾重量)未満のセルロース
    原料を混合し、粉砕する特許請求の範囲第(3)項記載
    の複合粒子状製紙用填料の製造法。
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