JP2685693B2 - 紙内填剤及び内填紙 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紙に内填すると、不透
明度、白色度等の光学特性、及び腰の強さなどの物理特
性を向上させるため、アート紙、コート紙などの塗工原
紙や、ＰＰＣ用紙、感熱紙、感圧紙、熱転写紙、インク
ジェット用紙、静電記録紙、磁気記録紙などの情報用紙
や、上級、中級印刷紙などの非塗工紙や、あるいはライ
スペーパーなどの工業用雑種紙等に好適に用いられ、広
い範囲にわたり使用可能な紙内填剤及びそれを含有する
内填紙に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、主に光学特性を向上させるために
無内填紙よりも内填紙の使用されるケースが多くなって
いる。内填紙の填料としては、タルクを主として、その
他軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、カオリン
クレー、焼成クレー、含水ケイ酸カルシウム、二酸化チ
タンなどが使用されている。

【０００３】また、紙の長期保存という観点から紙の中
性化が進んでいるが、それに伴い填料がタルクからクレ
ー、炭酸カルシウムに置き換わってきている。軽質炭酸
カルシウムは、タルクやクレー、重質炭酸カルシウムに
比べ白色度や不透明度などの光学特性に優れた填料であ
るが、それでも今以上の白色度や不透明度が要望されて
いる。紙の分野においても軽量化指向が強まっている
が、軽量化するために填料割合を低くすると填料の特徴
である白色度、不透明度が低下する。また、記録用紙や
薄用紙においてはあまり曲がったり折れたりしない紙と
しての腰の強さが要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情の下、紙に内填すると、白色度、不透明度を向上さ
せ、また薄い用紙でもある程度の白色度、不透明度が維
持され、紙としての腰の強さを高めうる、紙内填剤及び
それを含有してなる内填紙を提供することを目的として
なされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の好
ましい特徴を有する紙内填剤を開発するために鋭意研究
を重ねた結果、特定の長さ及び径をもつアラゴナイト系
柱状炭酸カルシウムと特定の粒子径をもつ板状塩基性炭
酸マグネシウムよりなり、かつ特定の比表面積を有する
均一分散状炭酸塩類又はそれと他の内填料との混合物が
その目的に適合することを見出し、この知見に基いて本
発明をなすに至った。

【０００６】すなわち、本発明は、長さ０．５〜３μ
ｍ、径０．１〜０．３μｍのアラゴナイト系柱状炭酸カ
ルシウムと粒子径が２〜７μｍの板状塩基性炭酸マグネ
シウムよりなり、かつ比表面積が１５〜３０ｍ^２／ｇで
ある均一分散状炭酸塩類又はそれと他の内填料との混合
物からなる紙内填剤を提供するものである。

【０００７】本発明の紙内填剤に用いられる均一分散状
炭酸塩類は、アラゴナイト系柱状炭酸カルシウムと板状
塩基性炭酸マグネシウムよりなり、かつ該炭酸カルシウ
ムは０．５〜３μｍの長さ及び０．１〜０．３μｍの径
を有し、該炭酸マグネシウムは２〜７μｍの粒子径を有
する上に、１５〜３０ｍ^２／ｇの比表面積を有するとと
もに、該炭酸カルシウム及び該塩基性炭酸マグネシウム
が互いに均一に分散していることが必要である。さらに
該炭酸カルシウムはアスペクト比５〜１５の範囲のもの
が好ましい。

【０００８】粒径が小さすぎると粒子の凝集が強く、分
散性が低下し、製紙用に内填した場合、白色度や不透明
度が低下するし、また粒径が大きすぎると分散性は上が
るものの白色度が低下するので好ましくない。

【０００９】また、前記比表面積が小さすぎると結晶度
が低下して白色度や不透明度の改善が図られないし、ま
た大きすぎてもそれ以上の物性向上が見られないばかり
か、さらにかさ高なためスラリー時の粘度が高くて固形
分濃度が上がらず、また乾燥にも時間と多くの熱量を要
するため、取り扱いが煩雑になり工業的に不利となるの
で好ましくない。

【００１０】また、上記炭酸塩類においては、炭酸カル
シウムと塩基性炭酸マグネシウムの比率を水酸化カルシ
ウムと水酸化マグネシウムの重量比率に換算して９５：
５〜５０：５０の範囲とするのが好ましい。この比率が
小さすぎると本発明の効果が十分発揮されず、大きすぎ
てもそれに見合う効果が得られない傾向を生じ、むしろ
経済的に不利となる。

【００１１】本発明の紙内填剤においては、上記炭酸塩
類単独でもよいが、タルクやクレーなどの他の内填料と
組み合わせてもよい。この他の内填料の配合割合は、そ
れと炭酸塩類の合計量に対し多くとも９０重量％とする
のが好ましく、さらに有利には炭酸塩類と他の内填料の
重量比を９０／１０〜３０／７０とするのがよい。この
他の内填料としては、例えばタルク、カオリンクレー、
焼成クレー、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウ
ム、含水ケイ酸カルシウム、二酸化チタンなどが用いら
れる。これらの内填料は１種用いてもよいし、また２種
以上を組合せて用いてもよい。

【００１２】他の内填料の配合割合が多すぎると上記炭
酸塩類の配合効果が十分には発揮されず、白色度、不透
明度、腰の強さなどが低下するので好ましくない。

【００１３】上記炭酸塩類は種々の方法で製造される。
その方法の一つは、２５℃、濃度４００ｇ／ｌにおける
粘度が１５００ｃｐ以上の水酸化カルシウム水性懸濁液
及び水酸化マグネシウムと水あるいは水酸化マグネシウ
ム水性懸濁液を水酸化カルシウムと水酸化マグネシウム
の重量比９５：５〜５０：５０で混合し、濃度を水酸化
カルシウム換算で１００〜２５０ｇ／ｌ、温度を３０℃
以上に調整し、これに二酸化炭素濃度１５〜１００容量
％の二酸化炭素含有ガスを水酸化カルシウム１ｋｇ当り
１００％二酸化炭素換算で１〜３ｌ／ｍｉｎでｐＨが１
１以下になるまで供給し、次いで該ガス供給量を水酸化
マグネシウム１ｋｇ当り１００％二酸化炭素換算で５ｌ
／ｍｉｎ以上とし、ｐＨが８以下でかつ導電率が一定に
なるまで該ガスを供給するものである。

【００１４】この水酸化カルシウム水性懸濁液は、所定
濃度に調整したものをコーレスミキサーのような高速イ
ンペラー分散機等の撹拌機などで十分撹拌、分散させる
ことによって調製される。この水性懸濁液の粘度は、ブ
ルックスフィールド粘度計（Ｂ型粘度計）を用いて、ロ
ーター回転数６０ｒｐｍの条件下で測定されたものであ
り、１５００ｃｐ以上、好ましくは２０００ｃｐ以上で
ある。

【００１５】他の方法は、水酸化カルシウムと水酸化マ
グネシウムの重量比９５：５〜５０：５０の水酸化カル
シウムと水酸化マグネシウムの水性懸濁液を、水酸化カ
ルシウム換算で１００〜２５０ｇ／ｌの濃度、５〜３０
℃の範囲の温度に調整し、これに二酸化炭素濃度１５〜
１００容量％の二酸化炭素含有ガスを水酸化カルシウム
１ｋｇ当り１００％二酸化炭素換算で７〜１５ｌ／ｍｉ
ｎで水酸化カルシウムの炭酸化率が１０％前後に達する
まで供給したのち、該ガス供給量を水酸化カルシウム１
ｋｇ当り１００％二酸化炭素換算で０．５〜２ｌ／ｍｉ
ｎで水酸化カルシウムの炭酸化率が４０〜６０％に達す
るまで供給し、さらに該ガス供給量を水酸化カルシウム
１ｋｇ当り１００％二酸化炭素換算で２ｌ／ｍｉｎを超
える量でｐＨが１１以下になるまで供給し、次いで該ガ
ス供給量を水酸化マグネシウム１ｋｇ当り１００％二酸
化炭素換算で５ｌ／ｍｉｎ以上とし、ｐＨが８以下でか
つ導電率が一定になるまで該ガスを供給するものであ
る。この方法の水性懸濁液を調製するのに用いられる出
発原料としてはそれぞれ別個の水酸化マグネシウム及び
水酸化カルシウムを用いてもよいし、また焼成ドロマイ
ト水和物を用いてもよい。

【００１６】さらに別の方法は、２５℃、濃度４００ｇ
／ｌにおける粘度が１５００ｃｐ以上の焼成ドロマイト
水和物の水性懸濁液を、水酸化カルシウム換算で１００
〜２５０ｇ／ｌの濃度、３０℃以上の温度に調整し、こ
れに二酸化炭素濃度１５〜１００容量％の二酸化炭素含
有ガスを水酸化カルシウム１ｋｇ当り１００％二酸化炭
素換算で１〜３ｌ／ｍｉｎでｐＨが１１以下になるまで
供給し、次いで該ガス供給量を水酸化マグネシウム１ｋ
ｇ当り１００％二酸化炭素換算で５ｌ／ｍｉｎ以上と
し、ｐＨが８以下でかつ導電率が一定になるまで該ガス
を供給するものである。

【００１７】この水性懸濁液は、所定濃度に調整したも
のをコーレスミキサーのような高速インペラー分散機等
の撹拌機などで十分撹拌、分散させることによって調製
される。この水性懸濁液の粘度は、ブルックスフィール
ド粘度計（Ｂ型粘度計）を用いて、ローター回転数６０
ｒｐｍの条件下で測定されたものであり、１５００ｃｐ
以上、好ましくは２０００ｃｐ以上である。

【００１８】これらの方法において用いられる二酸化炭
素含有ガスは二酸化炭素濃度が１５〜１００容量％、好
ましくは３０〜１００容量％の範囲のものであり、必ず
しも純粋な二酸化炭素を用いる必要はなく、二酸化炭素
を窒素等で希釈したものでもよい。

【００１９】また、吹き込み、分散等で供給された二酸
化炭素は先ず水酸化カルシウムと反応し、水酸化カルシ
ウムがほぼ反応し尽くしたのち、水酸化マグネシウムと
反応する。

【００２０】この水酸化カルシウムとの反応の終点はｐ
Ｈ値の低下となって現れ、ｐＨ値が１１以下となる時点
でそれをとらえるのが実際的である。

【００２１】また、水酸化マグネシウムとの反応の終点
はさらにｐＨ値が低下して８以下となり、しかも導電率
が変化を示さず一定となるところでとらえるのが実際的
である。

【００２２】本発明の紙内填剤には、前記の必須成分以
外に、本発明の目的をそこなわない範囲で、従来紙内填
剤に通常用いられている種々の添加成分を配合すること
ができる。この添加成分としては、例えばサイズ剤、歩
留り向上剤、紙力増強剤などが用いられる

【００２３】前記サイズ剤としては例えばＡＫＤ（アル
キルケテンダイマー）やＡＳＡ（アルケニル無水コハク
酸）などの中性サイズ剤、ロジンや石油系などの酸性サ
イズ剤などが、歩留り向上剤としては例えばポリアクリ
ルアミドなどが、紙力増強剤としては例えばとうもろこ
し澱粉などがそれぞれ用いられる。

【００２４】次に、本発明は、前記紙内填剤を含有して
なる内填紙をも包含する。本発明の内填紙は、通常種々
のパルプに、前記紙内填剤に加え、上記のサイズ剤、歩
留り向上剤、紙力増強剤などを添加して抄造することに
より製造される。

【００２５】紙内填剤の添加量は、通常灰分基準で表わ
される。灰分は内填紙を電気炉などで焼却したときの残
分を重量割合で示したものである。この量は各種用紙に
より異なり、新聞用紙で５％前後、中質紙、コート原
紙、オフセット用紙で１０％前後、上質紙、封筒用紙で
１０〜２０％、さらに書籍用紙、辞典用紙、インデイア
ペーパー、ライスペーパーで３０〜４０％である。

【００２６】

【発明の効果】本発明の紙内填剤は、紙に内填すると、
不透明度、白色度などの光学特性、及び紙の腰強さなど
の物理特性を向上させるため、アート紙、コート紙など
の塗工原紙や、ＰＰＣ用紙、感熱紙、感圧紙、熱転写
紙、インクジェット用紙、静電記録紙、磁気記録紙等の
情報用紙や、上級、中級印刷紙などの非塗工紙や、ある
いはライスペーパーなどの工業用雑種紙など広い範囲に
わたり使用可能である。

【００２７】また、本発明の内填紙は、上記光学特性や
物理特性に優れているので、上記した塗工原紙、情報用
紙、非塗工紙あるいは工業用雑種紙などとして有用であ
る。

【００２８】

【実施例】次に実施例によって本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定され
るものではない。

【００２９】製造例１ 水酸化カルシウムを水に懸濁して４００ｇ／ｌの濃度に
調整し、コーレスミキサーで処理して２５℃における粘
度を測定したところ（Ｂ型粘度計６０ｒｐｍ）２２００
ｃｐであった。

【００３０】得られた石灰乳６．０ｌに水酸化マグネシ
ウム６００ｇと水を加え１５ｌの混合懸濁液を得た。こ
の混合液を４０℃に調整し、二酸化炭素濃度３０容量％
の二酸化炭素含有ガスを０．９６Ｎｍ^３／ｈｒ（水酸化
カルシウム１ｋｇ当り２ｌ／ｍｉｎ）でｐＨが１１にな
るまで吹き込み、次いで該ガス吹き込み量を１．２Ｎｍ
^３／ｈｒ（水酸化マグネシウム１ｋｇ当り１０ｌ／ｍｉ
ｎ）にして該ガスを吹き込み、ｐＨが７．２で導電率が
一定になったところで反応を停止した。

【００３１】このようにして得られた生成物は、ＳＥＭ
及びＸＲＤにより平均長さが２．３μｍ、平均径０．２
μｍのアラゴナイト系柱状炭酸カルシウムと平均粒子径
５．３μｍの板状塩基性炭酸マグネシウムからなり、比
表面積が１７．５ｍ²／ｇの均一分散状炭酸塩類である
ことが判明した。

【００３２】製造例２ 製造例１と同様の石灰乳５．３ｌに水酸化マグネシウム
９００ｇと水を加え１５ｌの混合懸濁液を得た。この混
合液を４０℃に調整し、二酸化炭素濃度３０容量％の二
酸化炭素含有ガスを０．８５Ｎｍ^３／ｈｒ（水酸化カル
シウム１ｋｇ当り２ｌ／ｍｉｎ）でｐＨが１１になるま
で吹き込み、次いで該ガス吹き込み量を１．８Ｎｍ^３／
ｈｒ（水酸化マグネシウム１ｋｇ当り１０ｌ／ｍｉｎ）
にして吹き込み、ｐＨが７．２で導電率が一定になった
ところで反応を停止した。

【００３３】このようにして得られた生成物はＳＥＭ及
びＸＲＤにより平均長さが２．１μｍ、平均径０．２μ
ｍのアラゴナイト系柱状炭酸カルシウムと平均粒子径
６．３μｍの板状塩基性炭酸マグネシウムからなり、比
表面積が２１．２ｍ²／ｇの均一分散状炭酸塩類である
ことが判明した。

【００３４】製造例３ 製造例１と同様の石灰乳３．８ｌに水酸化マグネシウム
１５００ｇと水を加え１５ｌの混合懸濁液を得た。この
混合液を４０℃に調整し、二酸化炭素濃度３０容量％の
二酸化炭素含有ガスを０．６１Ｎｍ^３／ｈｒ（水酸化カ
ルシウム１ｋｇ当り２ｌ／ｍｉｎ）でｐＨが１１になる
まで吹き込み、次いで該ガス吹き込み量を３．０Ｎｍ^３
／ｈｒ（水酸化マグネシウム１ｋｇ当り１０ｌ／ｍｉ
ｎ）にして吹き込み、ｐＨが７．３で導電率が一定にな
ったところで反応を停止した。

【００３５】このようにして得られた生成物はＳＥＭ及
びＸＲＤにより平均長さが２．２μｍ、平均径０．２μ
ｍのアラゴナイト系柱状炭酸カルシウムと平均粒子径
６．７μｍの板状塩基性炭酸マグネシウムからなり、比
表面積が２７．２ｍ²／ｇの均一分散状炭酸塩類である
ことが判明した。

【００３６】実施例１〜３ ３５０ｃｓｆのＬＢＫＰと４５０ｃｓｆのＮＢＫＰを
７：３で混合したパルプに、パルプ重量に対する割合が
灰分量で１５％になるように製造例１〜３で得た炭酸塩
類を内填料として添加し、さらにサイズ剤、歩留り向上
剤などを添加し、手抄きにより抄造することにより、内
填紙を得た。

【００３７】比較例１ 実施例１の炭酸塩類に代えて市販の長さ２．２μｍ、径
０．２μｍの針状アラゴナイト系炭酸カルシウム（ＴＰ
‐１２３ＣＳ）を填料として用いたこと以外は実施例１
と同様にして内填紙を得た。

【００３８】比較例２ 実施例１の炭酸塩類に代えて市販のタルク（ＮＤ：日本
タルク社製）を填料として用いたこと以外は実施例１と
同様にして内填紙を得た。

【００３９】比較例３ 実施例１の炭酸塩類に代えて市販の重質炭酸カルシウム
（ＧＬ＃１００：三共製粉社製）を填料として用いたこ
と以外は実施例１と同様にして内填紙を得た。

【００４０】実施例４ 実施例３の炭酸塩類に代えてそれと比較例２のタルクを
３：７で配合したものを填料として用いたこと以外は実
施例３と同様にして内填紙を得た。

【００４１】実施例５ 実施例４の炭酸塩類とタルクとの配合比を５：５に変え
たこと以外は実施例４と同様にして内填紙を得た。

【００４２】実施例６ 実施例４の炭酸塩類とタルクとの配合比を７：３に変え
たこと以外は実施例４と同様にして内填紙を得た。

【００４３】これら実施例１〜６及び比較例１〜３で得
た内填紙について種々の物性を求めた。その結果を表１
に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】実施例７ 製造例３の炭酸塩類を填料とした実施例３において該填
料の添加割合を灰分量で５％になるようにしたこと以外
は実施例３と同様にして内填紙を得た。

【００４６】実施例８ 実施例７の填料の添加割合を灰分量で１０％になるよう
にしたこと以外は実施例７と同様にして内填紙を得た。

【００４７】実施例９ 実施例７の填料の添加割合を灰分量で２０％になるよう
にしたこと以外は実施例７と同様にして内填紙を得た。

【００４８】実施例１０ 実施例７の填料の添加割合を灰分量で３０％になるよう
にしたこと以外は実施例７と同様にして内填紙を得た。

【００４９】これら実施例７〜１０で得た内填紙につい
て種々の物性を求めた。その結果を表２に示す。

【００５０】

【表２】

【００５１】なお、表１及び表２の各物性は次のように
して測定した。なお、紙の腰の強さを示す指標としてク
ラーク剛度を採用した。 （１） 白色度：ＪＩＳ Ｐ ８１２３により測定。 （２） 不透明度：ＪＩＳ Ｐ ８１３８により測定。 （３） クラーク剛度：ＴＡＰＰＩ標準法 Ｔ４５１に
より測定。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さ０．５〜３μｍ、径０．１〜０．３
   μｍのアラゴナイト系柱状炭酸カルシウムと粒子径が２
   〜７μｍの板状塩基性炭酸マグネシウムよりなり、かつ
   比表面積が１５〜３０ｍ^２／ｇである均一分散状炭酸塩
   類からなる紙内填剤。
2. 【請求項２】 請求項１記載の均一分散状炭酸塩類と他
   の内填料との混合物からなる紙内填剤。
3. 【請求項３】 他の内填料の割合がそれと均一分散状炭
   酸塩類の合計量に対し多くとも９０重量％である請求項
   ２記載の紙内填剤。
4. 【請求項４】 他の内填料がタルク、炭酸カルシウム、
   カオリンクレー、焼成クレー、含水ケイ酸カルシウム及
   び二酸化チタンの中から選ばれた少なくとも１種である
   請求項２又は３記載の紙内填剤。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の紙
   内填剤を含有してなる内填紙。