JP2730660B2 - 紡錘状炭酸カルシウムの製造方法 - Google Patents
紡錘状炭酸カルシウムの製造方法Info
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Description
るいはプラスチックやゴムの充填剤や顔料として好適な
紡錘状炭酸カルシウムの製造方法に関し、さらに詳しく
は水酸化カルシウム水性懸濁液と二酸化炭素含有ガスと
の反応において、所定の原料や添加物を用いることによ
り、所定粒径の均一で分散性良好な紡錘状炭酸カルシウ
ムを製造する方法に関するものである。
て、現在、工業的には石灰乳に二酸化炭素を吹きこんで
反応させる二酸化炭素法が多く行われており、粒子径と
して0.1μm以下の膠質粒子から数μmないし数十μ
mの粗大粒子までの種々の大きさのものが、また粒子形
態としても紡錘状、角状、柱状、針状などの種々の形態
のものが生産されている。
いての粒子径の制御方法は相当困難であるが、紡錘状の
炭酸カルシウムについては水酸化カルシウム懸濁液を、
予め湿式連続微細分散機により2〜10分間湿式摩砕
し、水酸化カルシウムを微粒活性化処理し、温度、濃度
を調整して炭酸化反応を行う方法(特公昭54−283
99号公報)、平均一次粒子径0.1〜0.01μmの
ほぼ単一粒子に分散させる二次凝集の少ない極微細炭酸
カルシウムに、一次炭酸化石灰乳を供給し、反応系のp
H10.0以上で撹拌混合を行いながら、二酸化炭素含
有ガスを導通し炭酸化反応を行い、反応物をもとの極微
細炭酸カルシウムを結晶核として結晶成長させ、供給量
に応じ0.1〜1μmの所望粒子径の炭酸カルシウムを
得る方法(特公昭58−43331号公報)が提案され
ている。
水酸化カルシウム水懸濁液をサンドグラインダーで処理
しているため操作が煩雑であり、またガラスビーズによ
り汚染され反応物の白色度が低下するおそれがあるし、
また、後者は工程数が多く操作が煩雑であり、また炭酸
化スラリーの分散処理工程において所定の粘度にするの
に8時間以上の撹拌を要し時間がかかって非能率的であ
るという欠点を有する。
ウムに未炭酸化石灰乳を加えた混合懸濁液に二酸化炭素
を吹き込み、もとの極微細炭酸カルシウムを核として結
晶成長させ、0.1〜1μmの粒子径の炭酸カルシウム
を得るという公知の方法もあるが、この方法では二次核
が大量に発生してしまい、粒子が不均一になるのを免れ
ない。
酸化された膠質粒子状水酸化カルシウム水性懸濁液を5
重量%以下で添加して、長径1〜5μm、短径0.3〜
1.5μmの紡錘状炭酸カルシウムの製造方法(特開平
3−183618号公報)について提案した。しかし、
この時点では、さらに粒子を小さくするべく、一部炭酸
化された膠質粒子状水酸化カルシウム水性懸濁液を5重
量%以上の高い添加量で添加し炭酸化反応を行っても、
粒子径はある程度小さくなるものの紡錘形状を維持でき
ず、膠質粒子が成長した粒子の凝集体が生成してしま
い、長径1μm、短径0.3μm以下の高分散性紡錘状
炭酸カルシウムを製造できなかった。
従来の紡錘状炭酸カルシウムの製造法のもつ欠点を克服
し、分散性良好で均一な所定粒径の紡錘状炭酸カルシウ
ムを簡単に効率よく工業的に製造する方法を提供するこ
とを目的としてなされたものである。
案した方法においては、膠質粒子が成長した一次粒子の
粒径が小さくならないし、また形状が紡錘状にならずに
一次粒子が強く凝集し二次粒子を形成するという問題が
あるが、これらの原因を考察すると、一次粒子径が小さ
くならないのは膠質粒子の粒径制御効果が弱いためであ
り、形状が紡錘状にならないのは二次核が発生している
か、反応条件より強い何らかの因子が影響しているため
であり、二次粒子化するのは膠質粒子の分散性以上に強
い凝集を起こす因子が存在するためであると推測され
る。これより、目的とする粒子を得るための好ましい条
件は、膠質粒子の分散性及び粒径制御効果を向上させる
こと、2つの外乱因子を低減させることである。この因
子としては篩別除去できないシリカなどの水酸化カルシ
ウム以外の成分及び水酸化カルシウム原料中の粗大粒子
が考えられる。
段を種々検討した結果、液体サイクロン処理が有効であ
ることが分った。湿式消化した石灰乳にこの処理を施し
たものを原料とし、その一部を使用して一部炭酸化され
た膠質粒子状水酸化カルシウムを製造し、これを上記原
料に対し所定量、所定炭酸化率になるまでに添加し、反
応を進めたところ、目的とする高分散性の紡錘状粒子が
得られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完
成するに至った。
液体サイクロンにより残査を除去した水酸化カルシウム
水性懸濁液と二酸化炭素含有ガスとの反応により紡錘状
炭酸カルシウムを製造するに当り、該水酸化カルシウム
水性懸濁液に対しそれを用いて得た一部炭酸化された膠
質粒子状水酸化カルシウム水性懸濁液を水酸化カルシウ
ム換算重量比率で5〜30%の割合で炭酸化率50%に
なるまでに添加することを特徴とする、均一で分散性良
好な平均長径0.3μm以上1μm未満、平均短径0.
1μm以上0.3μm未満の紡錘状炭酸カルシウムの製
造方法を提供するものである。
明反応という)の原料として用いられる水酸化カルシウ
ム水性懸濁液すなわち石灰乳(以下、原料石灰乳とい
う)は、常法で、例えば20〜70℃の水1L当り50
〜150gの生石灰を用いて湿式消化し、必要に応じ得
られたスラリーを適当な篩目例えば325メッシュの篩
で粗粒の残査を除去し、次いで液体サイクロンで残査を
除去することによって調製される。この残査には、シリ
カや酸化鉄などの不純物、未消化の生石灰、生焼けの石
灰石、消石灰の粗大粒子などが含まれる。
液分離型、3液分離型のいずれでもよく、公称のカット
ポイントが20μm以下のものが好ましい。カットポイ
ントが高くなると後述の一次炭酸化反応や本発明反応に
おいて粒子の凝集性が強くなり、分散性のよい目的の粒
子が得られない傾向が生じる。
膠質粒子状水酸化カルシウム水性懸濁液(以下、一次炭
酸化スラリーという)が、原料石灰乳と二酸化炭素含有
ガスとの反応に際し、原料石灰乳に対する水酸化カルシ
ウム換算重量比率で5〜30%の割合で、炭酸化率が5
0%になるまでに、すなわち炭酸化率50%以下の反応
段階で、好ましくは反応初期に、より好ましくは二酸化
炭素含有ガスを反応系に導入する直前に、添加される。
満では目的とする粒子が得られず粗大になってしまう
し、30重量%を超えてもそれに見合う効果が得られ
ず、逆に粒子が紡錘形にならず単に膠質粒子が結晶成長
したものの凝集体が得られてしまうので望ましくない。
また、一次炭酸化スラリーの添加を炭酸化率が50%を
超えても続行すると膠質粒子の成長した粒子が併存し、
また粒子が粗大になってしまい目的とする粒子が得られ
ず好ましくない。
好ましくは濃度2〜5重量%の原料石灰乳を5〜20℃
の範囲の温度に調整し、出発時の水酸化カルシウム1k
g当り100%二酸化炭素(1気圧、20℃のガス状
態)換算で3〜12L/分(以下、記号Lはリットルを
示す)、好ましくは4〜8L/分の二酸化炭素含有ガス
を吹き込み、炭酸化率10〜50%、好ましくは15〜
25%になったところでガスの吹き込みを停止すること
によって行われる。
粒子は生成するものの凝集体になりやすく、本発明反応
において粒径を制御することが困難になる傾向が生じる
し、また20℃を超えると紡錘状粒子が混入して2成分
系になる傾向が生じる。また、一次炭酸化スラリーの炭
酸化率が10%未満では本発明反応において粒径の制御
が困難となるし、また50%を超えると凝集二次粒子が
生成しやすいので、凝集粒子の少ない高分散性の膠質粒
子を得るためには、炭酸化率10〜50%、好ましくは
15〜25%にするのが望ましい。
ラリーを上記のように添加し、好ましくは、水酸化カル
シウム濃度3〜15重量%好ましくは5〜10重量%、
温度20〜80℃好ましくは40〜60℃の範囲に調整
し、出発時の水酸化カルシウム1kg当り100%二酸
化炭素(1気圧、20℃のガス状態)換算で3〜12L
/分、好ましくは4〜8L/分の二酸化炭素含有ガスを
吹き込み、炭酸化率が100%になるまで一定量のガス
を吹き込むことによって行われる。
を超えると、アラゴナイトが生成し反応物が針状粒子と
紡錘状粒子の二成分になる傾向を生じるし、また20℃
未満では紡錘形が大きいものと小さいものとに二分化し
てしまい均一なものが得られにくくなる。また、原料石
灰乳の濃度が3重量%未満では濃度が低いため生産性が
低下するし、また15重量%を超えると凝集性が強くな
り分散性が良好でなくなって望ましくない。
上1μm未満、平均短径0.1μm以上0.3μm未満
の均一で分散性良好な紡錘状炭酸カルシウムが容易に得
られる。この紡錘状炭酸カルシウムは分散性が高いた
め、高濃度スラリー化して紙の内填あるいは塗工に用い
られ、高い不透明性や隠蔽性や光沢を与えるし、また適
当な表面改質剤を用いて表面処理を施すことにより、ゴ
ムや樹脂の充填材として使用した場合優れた機械特性を
与えるなど種々の利点を有する。
明する。なお、記号Lはリットルを示す。
化したのち、325メッシュの篩で残査を除去した。こ
の石灰乳を3液分離型の液体サイクロン(TR−10、
大石機械社製)にかけ、底部(ボトム)より吐出された
石灰乳を残査とし、頂部(トップ)及び中間部(ミド
ル)からの吐出石灰乳を同一容器にとり、180Lの原
料石灰乳を得た。この石灰乳の濃度は106g/Lであ
った。
し、温度15℃に調製したのち、反応器に移し、二酸化
炭素濃度30%の二酸化炭素含有ガスを1気圧、20℃
の状態のガスに換算して1.4m3/hr(出発時の水
酸化カルシウム1kg当り100%二酸化炭素(1気
圧、20℃のガス状態)換算で4L/min)で反応を
開始し、炭酸化率20%のところで反応を停止し、一次
炭酸化スラリーを得た。
と水を加えて30Lとして反応器に移し、さらに温度を
50℃に調節し、二酸化炭素濃度30%の二酸化炭素含
有ガスを1気圧、20℃の状態のガスに換算して2.7
m3/hr(出発時の混合石灰乳の水酸化カルシウム1
kg当り100%二酸化炭素(1気圧、20℃のガス状
態)換算で6L/min)で一定量吹き込み炭酸化率が
100%になるまで反応させた。反応生成物を電子顕微
鏡により写真観察し、さらにデジマチックノギスで粒径
を測定したところ、平均長径0.92μm、平均短径
0.29μmの均一な紡錘状粒子であった。
一次炭酸化スラリー6.7Lと水を加え30Lとして反
応器に移し、さらに温度を50℃に調節し、二酸化炭素
濃度30%の二酸化炭素含有ガスを1気圧、20℃の状
態のガスに換算して2.7m3/hr(出発時の混合石
灰乳の水酸化カルシウム1kg当り100%二酸化炭素
(1気圧、20℃のガス状態)換算で6L/min)で
一定量吹き込み炭酸化率が100%になるまで反応させ
た。反応生成物を電子顕微鏡により写真観察し、さらに
デジマチックノギスで粒径を測定したところ、平均長径
0.68μm、平均短径0.21μmの均一な紡錘状粒
子であった。
一次炭酸化スラリー15Lとの混合物を反応器に移し、
さらに温度を50℃に調節し、二酸化炭素濃度30%の
二酸化炭素含有ガスを1気圧、20℃の状態のガスに換
算して2.4m3/hr(出発時の混合石灰乳の水酸化
カルシウム1kg当り100%二酸化炭素(1気圧、2
0℃のガス状態)換算で6L/min)で一定量吹き込
み炭酸化率が100%になるまで反応させた。反応生成
物を電子顕微鏡により写真観察し、さらにデジマチック
ノギスで粒径を測定したところ、平均長径0.35μ
m、平均短径0.12μmの均一な紡錘状粒子であっ
た。実施例1〜3のものにつき、一次炭酸化スラリーの
添加率及び測定した粒径を表1に示す。
を用いて脱水し、乾燥、粉砕、分級を行った。得られた
パウダーに、ポリアクリル酸Na系分散剤(東亜合成社
製アロン)を、炭酸カルシウムに対し1.0重量%添加
し、固形分濃度60%のスラリーを得た。このスラリー
の粘度を第1表に示す。
デンプン(日食#4600)とSBR(JSR 069
2)を重量比1:4で混合して成るバインダー10重量
部と潤滑剤(ステアリン酸カルシウム)1.5重量部と
を添加し、水を加えて固形分濃度45重量%としたスラ
リーを塗布液として用い、コート原紙に20g/m2の
割合で手塗りで塗工したのち、線圧100kg/cm、
温度55〜60℃の条件下でスーパーカレンダー掛け
し、紙質物性試験を行った。この結果を表2に示す。
にして測定した。 (1) 平均長径、短径:電子顕微鏡写真より長径及び
短径につきデジマチックノギスで計測し平均値を求め
た。 (2) 粘度:B型粘度計を用いローター回転数60r
pm、スラリー温度25℃の条件下で計測した。 (3) 白色度:JIS P 8123により測定。 (4) 白紙光沢:JIS P 8142により測定。 (5) 印刷光沢:インクとしてTKUG一口0.4m
lを用いJIS P 8142により測定。 (6) K&Nインク受理性: K&Nの二分値をハン
ター式白色度計により測定。 (7) Ink Set:印刷後のインクの転写をハン
ター式白色度計により測定。
を用いて脱水し、乾燥、粉砕、分級を行った。次に、パ
ルプ(LBKP100%)にこの炭酸カルシウムを20
重量%の割合で配合し、さらに中性サイズ剤を炭酸カル
シウムに対し0.2重量%の量で添加したのち、叩解度
(cc c、f、s)300cc、メートル坪量40g
/m2で手抄きし、炭酸カルシウムを内填した紙を得
た。このようにして得られた紙の紙質試験を行った。こ
の結果を表3に示す。
定した。 (1) 歩留り:JIS P 8129に従って算出。 (2) 白色度:JIS P 8123により測定。 (3) 不透明度:JIS P 8136により測定。 (4) 引張強度:JIS P 8113により測定。
Claims (3)
- 【請求項1】 湿式消化したのち、液体サイクロンによ
り残査を除去した水酸化カルシウム水性懸濁液と二酸化
炭素含有ガスとの反応により紡錘状炭酸カルシウムを製
造するに当り、該水酸化カルシウム水性懸濁液に対しそ
れを用いて得た一部炭酸化された膠質粒子状水酸化カル
シウム水性懸濁液を水酸化カルシウム換算重量比率で5
〜30%の割合で炭酸化率50%になるまでに添加する
ことを特徴とする、均一で分散性良好な平均長径0.3
μm以上1μm未満、平均短径0.1μm以上0.3μ
m未満の紡錘状炭酸カルシウムの製造方法。 - 【請求項2】 一部炭酸化された膠質粒子状水酸化カル
シウム水性懸濁液の炭酸化率が10〜50%である請求
項1記載の製造方法。 - 【請求項3】 一部炭酸化された膠質粒子状水酸化カル
シウム水性懸濁液の添加を反応初期に行う請求項1又は
2記載の製造方法。
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-
1992
- 1992-08-04 JP JP4226527A patent/JP2730660B2/ja not_active Expired - Lifetime
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