JP2907190B2 - デンプンとスメクタイト型粘土を含む紙及び板紙用塗料 - Google Patents
デンプンとスメクタイト型粘土を含む紙及び板紙用塗料Info
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- D21H23/02—Processes or apparatus for adding material to the pulp or to the paper characterised by the manner in which substances are added
- D21H23/22—Addition to the formed paper
- D21H23/32—Addition to the formed paper by contacting paper with an excess of material, e.g. from a reservoir or in a manner necessitating removal of applied excess material from the paper
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、紙用の塗料、即
ち、被覆 (コーティング) 組成物に関する。より詳しく
は、本発明は、紙と板紙 (ボード紙) の性能を改善す
る、スメクタイト型粘土とデンプンとを含有する紙およ
び板紙用の塗料に関する。
ち、被覆 (コーティング) 組成物に関する。より詳しく
は、本発明は、紙と板紙 (ボード紙) の性能を改善す
る、スメクタイト型粘土とデンプンとを含有する紙およ
び板紙用の塗料に関する。
【０００２】
【従来の技術】紙および板紙には、その性能を改善する
ために化学薬品、添加物およびポリマー等が添加される
ことが多い。高品質の紙を得るには、紙の表面が平滑で
均一な気孔率 (透気度) を持つことが必要である。平滑
で均一な紙は、紙の良好な画像印刷および紙への良好な
インキ転写を行うのに必要な前提条件である。
ために化学薬品、添加物およびポリマー等が添加される
ことが多い。高品質の紙を得るには、紙の表面が平滑で
均一な気孔率 (透気度) を持つことが必要である。平滑
で均一な紙は、紙の良好な画像印刷および紙への良好な
インキ転写を行うのに必要な前提条件である。
【０００３】平滑な紙は、未処理の紙の表面を顔料含有
組成物で被覆 (コーティング) してコーテッドペーパー
(塗被紙) にすることにより従来から得ている。紙に平
滑面を生ずる塗料 (被覆組成物) は一般に、カオリン粘
土、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機系充填材
(填料) もしくは顔料と、天然タンパク質 (例、カゼイ
ンもしくは大豆タンパク質) 、デンプン、または合成ポ
リマーエマルジョン等の顔料結合剤とを主成分とする水
系分散液であった。紙の被覆は、ブレード・コーター、
エアー・ナイフ・コーター、ロッド・コーター、および
ロール・コーター等の高速塗布機を用いて紙の連続ウェ
ブに連続的に塗料を塗布することにより行うのが普通で
ある。
組成物で被覆 (コーティング) してコーテッドペーパー
(塗被紙) にすることにより従来から得ている。紙に平
滑面を生ずる塗料 (被覆組成物) は一般に、カオリン粘
土、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機系充填材
(填料) もしくは顔料と、天然タンパク質 (例、カゼイ
ンもしくは大豆タンパク質) 、デンプン、または合成ポ
リマーエマルジョン等の顔料結合剤とを主成分とする水
系分散液であった。紙の被覆は、ブレード・コーター、
エアー・ナイフ・コーター、ロッド・コーター、および
ロール・コーター等の高速塗布機を用いて紙の連続ウェ
ブに連続的に塗料を塗布することにより行うのが普通で
ある。
【０００４】紙および板紙用の塗料の流動性または流れ
易さは非常に重要である。この流動性はしばしば増粘剤
または助結合剤(co-binder) により調整される。
易さは非常に重要である。この流動性はしばしば増粘剤
または助結合剤(co-binder) により調整される。
【０００５】紙の被覆用に最も普通に用いられるポリマ
ーはデンプンであり、好ましくはヒドロキシエチル化デ
ンプン等の変性デンプンである。このような変性デンプ
ンは、補強助剤または疎水化剤などの他の添加剤により
増強することができる。デンプン以外のバルク補強助剤
の１例はポリビニルアルコールである。疎水化剤または
撥水性架橋剤の例は、スチレン・アクリル系ポリマーお
よびメラミンホルムアルデヒド樹脂である。
ーはデンプンであり、好ましくはヒドロキシエチル化デ
ンプン等の変性デンプンである。このような変性デンプ
ンは、補強助剤または疎水化剤などの他の添加剤により
増強することができる。デンプン以外のバルク補強助剤
の１例はポリビニルアルコールである。疎水化剤または
撥水性架橋剤の例は、スチレン・アクリル系ポリマーお
よびメラミンホルムアルデヒド樹脂である。
【０００６】顔料に慣用されてきた粘土は、好ましくは
カオリナイトまたは類似の粘土で、これらは一般に約10
〜25 m2/g という比較的低い比表面積と、固形分10％で
測定して100 cps 未満という比較的低い粘度と、50：１
未満という比較的小さいアスペクト比 (アスペクト比
は、この業界では粒子の厚みに対する直径の比であると
一般に認められている) とを有する。顔料または充填材
として慣用されているこれらの粘土は、一般に純粋な形
態で使用され、水に容易に分散しうる。最良の結果を得
るには、これらの粘土を、少なくとも約40％という高い
粘土濃度 (従って、固形分濃度) のスラリー形態で、ス
ラリーの最低粘度が好ましくは100 cps 未満の妥当な値
となるようにして使用する。
カオリナイトまたは類似の粘土で、これらは一般に約10
〜25 m2/g という比較的低い比表面積と、固形分10％で
測定して100 cps 未満という比較的低い粘度と、50：１
未満という比較的小さいアスペクト比 (アスペクト比
は、この業界では粒子の厚みに対する直径の比であると
一般に認められている) とを有する。顔料または充填材
として慣用されているこれらの粘土は、一般に純粋な形
態で使用され、水に容易に分散しうる。最良の結果を得
るには、これらの粘土を、少なくとも約40％という高い
粘土濃度 (従って、固形分濃度) のスラリー形態で、ス
ラリーの最低粘度が好ましくは100 cps 未満の妥当な値
となるようにして使用する。
【０００７】デンプンもこのような顔料系塗料に使用さ
れてきた。この種の顔料系塗料では、粘土を顔料として
使用し、デンプンは粘土顔料を紙に付着させるための接
着材料 (結合剤) を構成するので、その使用量は一般に
少ない。例えば、米国特許第3,607,331 号は、粘土30〜
50％、水溶性デンプン５〜７％、水35〜55％、およびデ
ンプン不溶化剤を含有する紙被覆用塗料を開示してい
る。
れてきた。この種の顔料系塗料では、粘土を顔料として
使用し、デンプンは粘土顔料を紙に付着させるための接
着材料 (結合剤) を構成するので、その使用量は一般に
少ない。例えば、米国特許第3,607,331 号は、粘土30〜
50％、水溶性デンプン５〜７％、水35〜55％、およびデ
ンプン不溶化剤を含有する紙被覆用塗料を開示してい
る。
【０００８】欧州特許出願公開第283 300 号は、粘土顔
料を用いた、グラビア印刷に適した塗被紙の製造方法を
開示している。ここで用いる印刷法は、高い表面強度を
持つ紙を必要としない。顔料は主に水膨潤性のスメクタ
イト型 (スメクタイト群) 粘土からなる。顔料を紙に付
着させるために塗布するための懸濁液は、20重量％まで
の顔料を含有する。この出願の一部の実施例では、スメ
クタイト型粘土を単に水でスラリー化した後、紙の表面
に顔料として塗布しただけである。実施例３および４で
は、紙表面へのスメクタイト型粘土の結合を助けるため
に、粘土に紙被覆用接着剤を添加している。実施例３で
は接着剤はアクリル系コポリマーのラテックスであり、
実施例４ではデンプン系の紙被覆用接着剤を使用し、粘
土を紙に固着させるため、重量でベントナイト粘土の最
大３倍までの量のデンプンを使用している。
料を用いた、グラビア印刷に適した塗被紙の製造方法を
開示している。ここで用いる印刷法は、高い表面強度を
持つ紙を必要としない。顔料は主に水膨潤性のスメクタ
イト型 (スメクタイト群) 粘土からなる。顔料を紙に付
着させるために塗布するための懸濁液は、20重量％まで
の顔料を含有する。この出願の一部の実施例では、スメ
クタイト型粘土を単に水でスラリー化した後、紙の表面
に顔料として塗布しただけである。実施例３および４で
は、紙表面へのスメクタイト型粘土の結合を助けるため
に、粘土に紙被覆用接着剤を添加している。実施例３で
は接着剤はアクリル系コポリマーのラテックスであり、
実施例４ではデンプン系の紙被覆用接着剤を使用し、粘
土を紙に固着させるため、重量でベントナイト粘土の最
大３倍までの量のデンプンを使用している。
【０００９】米国特許第3,869,296 号は、カオリン粘土
のような顔料を紙に付着させるためにデンプンを利用し
た紙用顔料組成物を開示している。この被覆組成物に
は、デンプンの潜在的水不溶化剤も添加される。好まし
い被覆組成物中では粘土100 部にデンプン20部を組合わ
せる。
のような顔料を紙に付着させるためにデンプンを利用し
た紙用顔料組成物を開示している。この被覆組成物に
は、デンプンの潜在的水不溶化剤も添加される。好まし
い被覆組成物中では粘土100 部にデンプン20部を組合わ
せる。
【００１０】米国特許第5,283,129 号および第5,494,50
9 号は、紙の品質を高めるために粘土／デンプン含有組
成物に各種材料を添加した顔料系被覆組成物を開示して
いる。上記の各特許において、デンプンは粘土の結合剤
として利用され、粘土は被覆用の顔料を構成する。米国
特許第5,283,129 号では、粘土：デンプン結合剤の比率
は、粘土顔料約75〜90部に対してデンプン結合剤約15〜
30部である。米国特許第5,494,509 号では、粘土顔料成
分は顔料スラリーの約60％を占める。
9 号は、紙の品質を高めるために粘土／デンプン含有組
成物に各種材料を添加した顔料系被覆組成物を開示して
いる。上記の各特許において、デンプンは粘土の結合剤
として利用され、粘土は被覆用の顔料を構成する。米国
特許第5,283,129 号では、粘土：デンプン結合剤の比率
は、粘土顔料約75〜90部に対してデンプン結合剤約15〜
30部である。米国特許第5,494,509 号では、粘土顔料成
分は顔料スラリーの約60％を占める。
【００１１】米国特許第4,388,150 号、第4,385,961 号
および第5,071,512 号のように、コロイド状ケイ酸また
はカチオン性デンプンのような錯体結合剤(binder comp
lex)も、充填材 (カオリン、ベントナイト、酸化チタ
ン、白亜またはタルクからなるものでよい) を紙に結合
するのに一般に使用されている。米国特許第２，７９
５，５４５号および第４，２１０，４９０ 号も参照。
および第5,071,512 号のように、コロイド状ケイ酸また
はカチオン性デンプンのような錯体結合剤(binder comp
lex)も、充填材 (カオリン、ベントナイト、酸化チタ
ン、白亜またはタルクからなるものでよい) を紙に結合
するのに一般に使用されている。米国特許第２，７９
５，５４５号および第４，２１０，４９０ 号も参照。
【００１２】ベントナイト粘土のような粘土とデンプン
はまた、紙やパルプシートの製造にセルロース繊維と一
緒に利用されてきた。例えば、米国特許第4,210,490 号
は、カチオン性デンプンと充填材のカオリン粘土との混
合物をセルロース繊維の水溶液と混合して紙製品を製造
することを開示している。高度にカチオン化したデンプ
ンを製紙に用いることを開示している米国特許第5,277,
764 号も参照。米国特許第5,126,014 号も参照。
はまた、紙やパルプシートの製造にセルロース繊維と一
緒に利用されてきた。例えば、米国特許第4,210,490 号
は、カチオン性デンプンと充填材のカオリン粘土との混
合物をセルロース繊維の水溶液と混合して紙製品を製造
することを開示している。高度にカチオン化したデンプ
ンを製紙に用いることを開示している米国特許第5,277,
764 号も参照。米国特許第5,126,014 号も参照。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】デンプンを、顔料を紙
に結合させるための結合剤としてではなく、紙の被覆材
料として用いる場合、その主要な役割は、(1) バルク強
度 (紙本体の強度) を付与するために紙 (シート) の内
部に浸透する、および(2) 表面強度を改善し、気孔率お
よび吸収性を制御するために紙の表面にとどまる、の２
点である。これらの２つの役割は相反する。なぜなら、
表面強度、気孔率および吸収性の改善にはデンプンが紙
の表面上にとどまることが必要であり、一方、バルク強
度の向上は、デンプンが紙のシート内部まで浸透しなけ
れば達成されないからである。従って、両方の特性のバ
ランスをとり、紙製品にとって最適の性能を達成するに
は、紙のシート内部へのデンプンの浸透をコントロール
する必要がある。
に結合させるための結合剤としてではなく、紙の被覆材
料として用いる場合、その主要な役割は、(1) バルク強
度 (紙本体の強度) を付与するために紙 (シート) の内
部に浸透する、および(2) 表面強度を改善し、気孔率お
よび吸収性を制御するために紙の表面にとどまる、の２
点である。これらの２つの役割は相反する。なぜなら、
表面強度、気孔率および吸収性の改善にはデンプンが紙
の表面上にとどまることが必要であり、一方、バルク強
度の向上は、デンプンが紙のシート内部まで浸透しなけ
れば達成されないからである。従って、両方の特性のバ
ランスをとり、紙製品にとって最適の性能を達成するに
は、紙のシート内部へのデンプンの浸透をコントロール
する必要がある。
【００１４】紙のシート内部へのデンプンの浸透度を制
御することに加えて、デンプン製品の戻り (劣化、老
化、retrogradation) を制御することにより紙製品の向
上した品質を達成することができる。デンプン連鎖の会
合であるデンプンの戻りは、デンプン溶液を冷却した時
にその粘度の増大を生ずる。戻りの問題は、パール・デ
ンプンのような未変性のデンプンで特に起こり易く、ヒ
ドロキシエチル化デンプン、特にカチオン性デンプンの
ような変性デンプンでは問題が少ない。従って、紙のシ
ート内部へのデンプンの浸透度を制御することができ、
同時にデンプンの粘度 (戻り) を安定化することができ
ると、紙の製造にとって明らかに有利であろう。
御することに加えて、デンプン製品の戻り (劣化、老
化、retrogradation) を制御することにより紙製品の向
上した品質を達成することができる。デンプン連鎖の会
合であるデンプンの戻りは、デンプン溶液を冷却した時
にその粘度の増大を生ずる。戻りの問題は、パール・デ
ンプンのような未変性のデンプンで特に起こり易く、ヒ
ドロキシエチル化デンプン、特にカチオン性デンプンの
ような変性デンプンでは問題が少ない。従って、紙のシ
ート内部へのデンプンの浸透度を制御することができ、
同時にデンプンの粘度 (戻り) を安定化することができ
ると、紙の製造にとって明らかに有利であろう。
【００１５】よって、本発明の目的は、デンプンの紙の
シート内部への浸透の制御と、その戻り速度の低減の両
方が達成された、スメクタイト型粘土とデンプンとから
なる紙の表面改質剤を提供することである。本発明の別
の目的は、シートの気孔率を低減させる紙の被覆 (コー
ティング)を提供することである。
シート内部への浸透の制御と、その戻り速度の低減の両
方が達成された、スメクタイト型粘土とデンプンとから
なる紙の表面改質剤を提供することである。本発明の別
の目的は、シートの気孔率を低減させる紙の被覆 (コー
ティング)を提供することである。
【００１６】本発明のさらに別の目的は、改善された印
刷特性を持つ紙の被覆を提供することである。本発明の
さらに別の目的は、最終被覆がシート中にマイグレーシ
ョンするのを防ぐ紙および板紙用の予備被覆 (プレコー
ト) を提供することである。
刷特性を持つ紙の被覆を提供することである。本発明の
さらに別の目的は、最終被覆がシート中にマイグレーシ
ョンするのを防ぐ紙および板紙用の予備被覆 (プレコー
ト) を提供することである。
【００１７】本発明のさらに別の目的は、カチオン性デ
ンプンを必要としない、スメクタイト型粘土とデンプン
とからなる紙の被覆を提供することである。本発明のさ
らに別の目的は、低固形分で高粘度を付与し、アスペク
ト比が非常に大きい粘土を用いた紙用の被覆を提供する
ことである。
ンプンを必要としない、スメクタイト型粘土とデンプン
とからなる紙の被覆を提供することである。本発明のさ
らに別の目的は、低固形分で高粘度を付与し、アスペク
ト比が非常に大きい粘土を用いた紙用の被覆を提供する
ことである。
【００１８】上記およびその他の本発明の目的は、以下
の説明から当業者には明らかとなろう。以下に本発明を
いくつかの好適態様について具体的に説明するが、これ
らの説明は本発明の例示であり、本発明はそれにより制
限されるものではない。
の説明から当業者には明らかとなろう。以下に本発明を
いくつかの好適態様について具体的に説明するが、これ
らの説明は本発明の例示であり、本発明はそれにより制
限されるものではない。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、固形分
含有量が約５〜25重量％であり、この固形分が、(a) デ
ンプン約75〜95重量％と、(b) スメクタイト型粘土約５
〜25重量％、とを含有することを特徴とする、紙用の改
良された水系塗料 (被覆組成物) が提供される。この塗
料には、スメクタイト型粘土の湿潤性を高めるため湿潤
剤または分散剤を添加してもよい。
含有量が約５〜25重量％であり、この固形分が、(a) デ
ンプン約75〜95重量％と、(b) スメクタイト型粘土約５
〜25重量％、とを含有することを特徴とする、紙用の改
良された水系塗料 (被覆組成物) が提供される。この塗
料には、スメクタイト型粘土の湿潤性を高めるため湿潤
剤または分散剤を添加してもよい。
【００２０】好ましくは、スメクタイト型粘土は、比表
面積が約 200〜800 m2/gと高く、約90％が２μｍ未満と
いう微細な粒子寸法の粘土粒子からなり、固形分10％で
約50〜5,000 cps 、特に 100〜3,000 cps という高粘度
を示し、かつアスペクト比が約 200〜1,000 と大きい。
面積が約 200〜800 m2/gと高く、約90％が２μｍ未満と
いう微細な粒子寸法の粘土粒子からなり、固形分10％で
約50〜5,000 cps 、特に 100〜3,000 cps という高粘度
を示し、かつアスペクト比が約 200〜1,000 と大きい。
【００２１】本発明によれば、下記工程からなる、印刷
特性が向上した紙製品の製造方法も提供される：普通の
未被覆の紙製品 (紙、板紙等) を用意し、デンプンとス
メクタイト型粘土とを含む水溶液からなり、この水溶液
の固形分含有量が約５〜25重量％であって、固形分がス
メクタイト型粘土約５〜25重量％とデンプン約75〜95重
量％とからなる、水系塗料を調製し、この塗料を前記の
未被覆の紙製品に塗布して、塗被紙製品を作製し、必要
であれば、得られた塗被紙製品を処理して、紙の最終製
品を製造する。
特性が向上した紙製品の製造方法も提供される：普通の
未被覆の紙製品 (紙、板紙等) を用意し、デンプンとス
メクタイト型粘土とを含む水溶液からなり、この水溶液
の固形分含有量が約５〜25重量％であって、固形分がス
メクタイト型粘土約５〜25重量％とデンプン約75〜95重
量％とからなる、水系塗料を調製し、この塗料を前記の
未被覆の紙製品に塗布して、塗被紙製品を作製し、必要
であれば、得られた塗被紙製品を処理して、紙の最終製
品を製造する。
【００２２】上記方法において、処理したデンプン
(例、変性または加熱したデンプン) にスメクタイト型
粘土を混合するか、またはスメクタイト型粘土と混合し
た後でデンプンを変性もしくは加熱により処理すると、
好結果が得られる。スメクタイト型粘土についても、デ
ンプンとの混合前に非スメクタイト型の不純物を実質的
に全て除去するようにスメクタイト型粘土を十分に清浄
化すると、最終の紙製品の性能を向上させることができ
る。
(例、変性または加熱したデンプン) にスメクタイト型
粘土を混合するか、またはスメクタイト型粘土と混合し
た後でデンプンを変性もしくは加熱により処理すると、
好結果が得られる。スメクタイト型粘土についても、デ
ンプンとの混合前に非スメクタイト型の不純物を実質的
に全て除去するようにスメクタイト型粘土を十分に清浄
化すると、最終の紙製品の性能を向上させることができ
る。
【００２３】本発明は広範な用途に適用できるが、一般
的には、デンプンとスメクタイト型粘土とを含有する紙
または板紙を被覆するための塗料からなる。この塗料は
紙の気孔率を減少させ、その印刷特性を改善する。本発
明はまた、デンプンとスメクタイト型粘土とを含有する
塗料を用いて改善された紙製品を製造する方法にも関す
る。
的には、デンプンとスメクタイト型粘土とを含有する紙
または板紙を被覆するための塗料からなる。この塗料は
紙の気孔率を減少させ、その印刷特性を改善する。本発
明はまた、デンプンとスメクタイト型粘土とを含有する
塗料を用いて改善された紙製品を製造する方法にも関す
る。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明において有用な粘土は、好
ましくは、ベントナイト、モンモリロナイト、ヘクトラ
イト、サポナイト (サポー石) 、ノントロナイト (ノン
トロン石) などのスメクタイト群粘土鉱物 (即ち、スメ
クタイト型粘土)(モンモリロナイト群粘土鉱物ともい
う) から選ばれ、中でもベントナイトが好ましい。合成
スメクタイトも本発明において使用できる。ナトリウム
ベントナイトとカルシウムベントナイトの両方が本発明
で使用できる。
ましくは、ベントナイト、モンモリロナイト、ヘクトラ
イト、サポナイト (サポー石) 、ノントロナイト (ノン
トロン石) などのスメクタイト群粘土鉱物 (即ち、スメ
クタイト型粘土)(モンモリロナイト群粘土鉱物ともい
う) から選ばれ、中でもベントナイトが好ましい。合成
スメクタイトも本発明において使用できる。ナトリウム
ベントナイトとカルシウムベントナイトの両方が本発明
で使用できる。
【００２５】まず、スメクタイト型粘土、好ましくはベ
ントナイト粘土を常法により水中に分散させ、スラリー
を形成する。好ましくは、このスラリーの固形分含有量
は約３〜50％であり、より好ましくは約５〜25％であ
る。
ントナイト粘土を常法により水中に分散させ、スラリー
を形成する。好ましくは、このスラリーの固形分含有量
は約３〜50％であり、より好ましくは約５〜25％であ
る。
【００２６】次に、得られたスメクタイト型粘土スラリ
ーを、砂、長石、石英、方解石およびその他の硬質不純
物（「グリット」と称することもある）などの異物を除
去するように処理する。この粘土スラリーの予備清浄
化、すなわちグリット除去は、粉砕、分別、サイクロン
セパレーター、その他の慣用のグリット除去方法を含
む、当業界で従来より利用されている各種の手段により
行うことができる。スラリーのグリット除去は、好まし
くはハイドロサイクロンの使用といった慣用の遠心分離
手段により行う。加速度 (Ｇ力) を高くした遠心分離を
さらに行うことも、さらに石英、長石その他のグリット
不純物をベントナイト粘土から除去し、粘土の粒度を調
節するのに有用であろう。このようにさらにグリット除
去すると、スメクタイト型粘土の最終製品の品質が高ま
る。
ーを、砂、長石、石英、方解石およびその他の硬質不純
物（「グリット」と称することもある）などの異物を除
去するように処理する。この粘土スラリーの予備清浄
化、すなわちグリット除去は、粉砕、分別、サイクロン
セパレーター、その他の慣用のグリット除去方法を含
む、当業界で従来より利用されている各種の手段により
行うことができる。スラリーのグリット除去は、好まし
くはハイドロサイクロンの使用といった慣用の遠心分離
手段により行う。加速度 (Ｇ力) を高くした遠心分離を
さらに行うことも、さらに石英、長石その他のグリット
不純物をベントナイト粘土から除去し、粘土の粒度を調
節するのに有用であろう。このようにさらにグリット除
去すると、スメクタイト型粘土の最終製品の品質が高ま
る。
【００２７】粘土スラリーをグリット除去のために処理
した後、このスラリーに対して可溶性塩を除去する処理
を行う。この処理は、透析チューブを用いて粘土スラリ
ーを脱イオン水で洗浄するか、或いは混合床イオン交換
カラムに粘土スラリーを通して、セッコウ、エプソム塩
(硫酸マグネシウム) 、硫酸ナトリウムなどの可溶性の
塩を除去することにより行うのが好ましい。この処理に
より、スメクタイトの粘度が実質的に低下する。この
際、抵抗率計で測定した粘土スラリーの抵抗率が約3,00
0 Ω以上となるように、十分な量の可溶性塩を除去する
のがよい。天然ベントナイトの抵抗率は約 200〜600 Ω
である。このように可溶性塩を除去することにより、そ
の粘度および降伏点が、可溶性塩を除去しないか又は十
分には除去しないスメクタイト型粘土スラリーに比べて
低くなり、粘土の最終製品の品質が著しく向上する。
した後、このスラリーに対して可溶性塩を除去する処理
を行う。この処理は、透析チューブを用いて粘土スラリ
ーを脱イオン水で洗浄するか、或いは混合床イオン交換
カラムに粘土スラリーを通して、セッコウ、エプソム塩
(硫酸マグネシウム) 、硫酸ナトリウムなどの可溶性の
塩を除去することにより行うのが好ましい。この処理に
より、スメクタイトの粘度が実質的に低下する。この
際、抵抗率計で測定した粘土スラリーの抵抗率が約3,00
0 Ω以上となるように、十分な量の可溶性塩を除去する
のがよい。天然ベントナイトの抵抗率は約 200〜600 Ω
である。このように可溶性塩を除去することにより、そ
の粘度および降伏点が、可溶性塩を除去しないか又は十
分には除去しないスメクタイト型粘土スラリーに比べて
低くなり、粘土の最終製品の品質が著しく向上する。
【００２８】可溶性塩の除去後、粘土スラリーを分別し
て粘土粒子の粒度範囲を狭くする。この分別は好ましく
は遠心処理により行う。例えば、バード(Bird)社製やシ
ャープルズ(Sharples)社製などのデカンター型遠心機、
あるいはアルファ・ラバ（Alfa Lava)社製などのディス
ク−スタック型遠心機を用いて、粘土スラリーをその粒
子を効果的に分別するのに十分高いＧ力で遠心処理すれ
ばよい。好ましい分別法の１例は、インターナショナル
遠心機を用いて、少なくとも約500 rpm の回転数で少な
くとも15分間遠心処理する方法である。この遠心処理中
に分離された粘土粒子は、ナトリウムスメクタイト粘土
粒子の場合で、粒度＜0.5 μｍの粒子が約85〜99％、好
ましくは約90〜95％の範囲内とするのがよく、カルシウ
ムスメクタイト粘土粒子の場合では、粒度＜0.5 μｍの
粒子が約60〜90％、好ましくは約75〜80％の範囲内とす
るのがよい。全体としては、スメクタイト型粘土の粒度
は少なくとも90％が2.0 μｍ未満であるのがよい。粒度
測定は慣用の手段で行うことができる。
て粘土粒子の粒度範囲を狭くする。この分別は好ましく
は遠心処理により行う。例えば、バード(Bird)社製やシ
ャープルズ(Sharples)社製などのデカンター型遠心機、
あるいはアルファ・ラバ（Alfa Lava)社製などのディス
ク−スタック型遠心機を用いて、粘土スラリーをその粒
子を効果的に分別するのに十分高いＧ力で遠心処理すれ
ばよい。好ましい分別法の１例は、インターナショナル
遠心機を用いて、少なくとも約500 rpm の回転数で少な
くとも15分間遠心処理する方法である。この遠心処理中
に分離された粘土粒子は、ナトリウムスメクタイト粘土
粒子の場合で、粒度＜0.5 μｍの粒子が約85〜99％、好
ましくは約90〜95％の範囲内とするのがよく、カルシウ
ムスメクタイト粘土粒子の場合では、粒度＜0.5 μｍの
粒子が約60〜90％、好ましくは約75〜80％の範囲内とす
るのがよい。全体としては、スメクタイト型粘土の粒度
は少なくとも90％が2.0 μｍ未満であるのがよい。粒度
測定は慣用の手段で行うことができる。
【００２９】分別に続いて、ナトリウム粘土スラリーと
カルシウム粘土スラリーとを混合して、混合粘土スラリ
ーを形成してもよい。ナトリウムスメクタイトとカルシ
ウムスメクタイトとの混合物は、実質的に純粋なカルシ
ウムスメクタイトまたは実質的に純粋なナトリウムスメ
クタイトのいずれかを用いた場合には得られない、改良
された特性の粘土の最終製品に与える。例えば、ナトリ
ウムスメクタイトは、カルシウムスメクタイトに比べ
て、アスペクト比が高く、比表面積が大きいので、基材
の紙シートの被覆性が良好である。しかし、ナトリウム
スメクタイトは一般に、より高粘度で、降伏点が高いた
め、標準的な紙の塗工法では流れ易さに問題がある。カ
ルシウムスメクタイト粘土はより低粘度で、実質的に降
伏点を持たないので、慣用の紙塗工装置に極めて有用で
ある。ナトリウムおよびカルシウムの各ベントナイト粘
土スラリーは、混合するまでは別々に保存するのが好ま
しいが、別の態様では、好ましいナトリウム／カルシウ
ム間のスメクタイト型粘土の混合比が維持されていれ
ば、ナトリウムとカルシウムの２種類のベントナイト粘
土スラリーの混合物を上記の処理に利用することもでき
る。この方法についてさらに詳細な説明は米国特許第5,
529,622 号を参照。
カルシウム粘土スラリーとを混合して、混合粘土スラリ
ーを形成してもよい。ナトリウムスメクタイトとカルシ
ウムスメクタイトとの混合物は、実質的に純粋なカルシ
ウムスメクタイトまたは実質的に純粋なナトリウムスメ
クタイトのいずれかを用いた場合には得られない、改良
された特性の粘土の最終製品に与える。例えば、ナトリ
ウムスメクタイトは、カルシウムスメクタイトに比べ
て、アスペクト比が高く、比表面積が大きいので、基材
の紙シートの被覆性が良好である。しかし、ナトリウム
スメクタイトは一般に、より高粘度で、降伏点が高いた
め、標準的な紙の塗工法では流れ易さに問題がある。カ
ルシウムスメクタイト粘土はより低粘度で、実質的に降
伏点を持たないので、慣用の紙塗工装置に極めて有用で
ある。ナトリウムおよびカルシウムの各ベントナイト粘
土スラリーは、混合するまでは別々に保存するのが好ま
しいが、別の態様では、好ましいナトリウム／カルシウ
ム間のスメクタイト型粘土の混合比が維持されていれ
ば、ナトリウムとカルシウムの２種類のベントナイト粘
土スラリーの混合物を上記の処理に利用することもでき
る。この方法についてさらに詳細な説明は米国特許第5,
529,622 号を参照。
【００３０】上述したように、スメクタイト型粘土はこ
れまでも製紙用途に使用されてきたが、それは主にピッ
チ付着を抑制するための充填材として、または顔料とし
てであった。このような使用形態は、本発明におけるス
メクタイト型粘土の使用形態とは、以下の点で異なるも
のである。即ち、ピッチ抑制のために用いるスメクタイ
ト型粘土は製紙工程において繊維パルプに添加する、即
ち、本発明におけるスメクタイト型粘土の使用時期 (製
紙後の塗工) よりずっと早い時点で使用する。粘土、好
ましくはカオリン粘土を顔料として使用する形態もま
た、顔料に利用する粘土の種類が本発明のものとは異な
っている上、デンプンと粘土との配合比も著しく異なっ
ている点で、本発明のスメクタイト型粘土の使用形態と
は異なるものである。
れまでも製紙用途に使用されてきたが、それは主にピッ
チ付着を抑制するための充填材として、または顔料とし
てであった。このような使用形態は、本発明におけるス
メクタイト型粘土の使用形態とは、以下の点で異なるも
のである。即ち、ピッチ抑制のために用いるスメクタイ
ト型粘土は製紙工程において繊維パルプに添加する、即
ち、本発明におけるスメクタイト型粘土の使用時期 (製
紙後の塗工) よりずっと早い時点で使用する。粘土、好
ましくはカオリン粘土を顔料として使用する形態もま
た、顔料に利用する粘土の種類が本発明のものとは異な
っている上、デンプンと粘土との配合比も著しく異なっ
ている点で、本発明のスメクタイト型粘土の使用形態と
は異なるものである。
【００３１】本発明で用いるスメクタイト型粘土は、製
紙工程において顔料または充填剤として通常用いられて
いるカオリン粘土とは著しく異なる性質を有する。例え
ば米国特許第5,494,509 号の第３欄第68行を参照。カオ
リン粘土は、一般に比表面積が10〜25 m2/g の範囲内と
小さいのに対し、本発明で用いるスメクタイト型粘土
は、 200〜800 m2/gの範囲内の著しく大きな比表面積を
有する。さらに、本発明で用いるスメクタイト型粘土
は、固形分10％で50〜5,000 cps 、好ましくは 100〜3,
000 cps という範囲のずっと高い粘度を示す。さらにア
スペクト比も 200〜1,000 の範囲内とずっと高い。その
ため、本発明の塗料の形成に使用するスメクタイト型粘
土は、紙用の顔料または充填材として慣用されるカオリ
ン型粘土とは著しく異なる種類の粘土である。
紙工程において顔料または充填剤として通常用いられて
いるカオリン粘土とは著しく異なる性質を有する。例え
ば米国特許第5,494,509 号の第３欄第68行を参照。カオ
リン粘土は、一般に比表面積が10〜25 m2/g の範囲内と
小さいのに対し、本発明で用いるスメクタイト型粘土
は、 200〜800 m2/gの範囲内の著しく大きな比表面積を
有する。さらに、本発明で用いるスメクタイト型粘土
は、固形分10％で50〜5,000 cps 、好ましくは 100〜3,
000 cps という範囲のずっと高い粘度を示す。さらにア
スペクト比も 200〜1,000 の範囲内とずっと高い。その
ため、本発明の塗料の形成に使用するスメクタイト型粘
土は、紙用の顔料または充填材として慣用されるカオリ
ン型粘土とは著しく異なる種類の粘土である。
【００３２】本発明で用いるデンプンとしては、未変性
デンプン、酸化デンプン、酵素転化デンプン、ならびに
ヒドロキシル、カルボニル、アミドおよびアミノ基等の
官能基を含有する変性デンプンが挙げられる。即ち、本
明細書で用いた「デンプン」なる用語は、デンプン類の
いずれの種類も、また２種以上のデンプンの混合物も含
む意味である。
デンプン、酸化デンプン、酵素転化デンプン、ならびに
ヒドロキシル、カルボニル、アミドおよびアミノ基等の
官能基を含有する変性デンプンが挙げられる。即ち、本
明細書で用いた「デンプン」なる用語は、デンプン類の
いずれの種類も、また２種以上のデンプンの混合物も含
む意味である。
【００３３】パール・スターチ(pearl starch)などの普
通のデンプンは、未変性デンプンでは特に問題となる高
粘度と戻りのため、製紙の操業にはそのままの状態では
普通には使用されない。戻りに関する問題は、ヒドロキ
シエチル化デンプンなどの変性デンプンでは実質的に軽
減される。従って、ほとんどの場合、製紙工程の前に未
変性デンプンを酸化、酵素転化もしくはヒドロキシエチ
ル化デンプンなどの変性デンプンに変える。或いは、カ
チオン性デンプンの形態の、さらに変性したデンプンも
使用できる。しかし、このようなカチオン性デンプンの
価格は、未変性もしくはヒドロキシエチル化デンプンに
比べて著しく高い。本発明で用いるスメクタイト型粘土
は、従来のものに比べて実質的に改善された塗料 (被
覆) を生ずるので、これまで好ましいとされてきた高価
なカチオン性デンプンの代わりに、より安価なヒドロキ
シエチル化デンプンを用いても、高品質の紙製品を製造
できることが多い。
通のデンプンは、未変性デンプンでは特に問題となる高
粘度と戻りのため、製紙の操業にはそのままの状態では
普通には使用されない。戻りに関する問題は、ヒドロキ
シエチル化デンプンなどの変性デンプンでは実質的に軽
減される。従って、ほとんどの場合、製紙工程の前に未
変性デンプンを酸化、酵素転化もしくはヒドロキシエチ
ル化デンプンなどの変性デンプンに変える。或いは、カ
チオン性デンプンの形態の、さらに変性したデンプンも
使用できる。しかし、このようなカチオン性デンプンの
価格は、未変性もしくはヒドロキシエチル化デンプンに
比べて著しく高い。本発明で用いるスメクタイト型粘土
は、従来のものに比べて実質的に改善された塗料 (被
覆) を生ずるので、これまで好ましいとされてきた高価
なカチオン性デンプンの代わりに、より安価なヒドロキ
シエチル化デンプンを用いても、高品質の紙製品を製造
できることが多い。
【００３４】本発明のデンプン／スメクタイト型粘土を
含有する紙 (板紙も含む) 用の水系塗料の製造方法にお
いては、未被覆 (未塗被) の紙製品をまず形成する。こ
の紙は、製紙分野で周知の慣用操作により製造される。
この紙に、固形分含有量が約５〜25重量％であり、この
固形分がデンプン約75〜95重量部、好ましくは約90〜95
重量部と、予め清浄化されたスメクタイト型粘土約５〜
25重量部、好ましくは約５〜10重量部とからなる、本発
明の水系塗料を塗布する。
含有する紙 (板紙も含む) 用の水系塗料の製造方法にお
いては、未被覆 (未塗被) の紙製品をまず形成する。こ
の紙は、製紙分野で周知の慣用操作により製造される。
この紙に、固形分含有量が約５〜25重量％であり、この
固形分がデンプン約75〜95重量部、好ましくは約90〜95
重量部と、予め清浄化されたスメクタイト型粘土約５〜
25重量部、好ましくは約５〜10重量部とからなる、本発
明の水系塗料を塗布する。
【００３５】この塗料の形成においては、スメクタイト
型粘土を、デンプンの変性および／または加熱処理の前
にデンプンと混合してもよく、また変性および／または
加熱処理の後にデンプンに加えてもよい。好ましい方法
では、スメクタイト型粘土を加熱処理の前にデンプンに
加える。スメクタイト型粘土は直接添加しても、或いは
スラリーの一部として添加してもよい。デンプンは、デ
ンプン供給業者または製紙業者のいずれかにより、慣用
の任意のデンプン変性方法により変性できる。デンプン
の加熱処理は、約70〜90℃で約20〜50分間程度の加熱に
より、デンプンが完全に水和し、その接着性が発現す
る。ベントナイト粘土をデンプンに加える場合、デンプ
ン加熱処理中の任意の時点で添加できるが、好ましくは
デンプンの加熱の前に添加する。意外にも、デンプンと
スメクタイト型粘土とを含有する塗料 (被覆組成物) の
場合には、スメクタイト型粘土をデンプンの変性および
／または加熱処理の前に加えた組成物の方が、この粘土
をデンプンの変性および／または加熱処理の後に加えた
組成物より、粘度が低くなることが判明した。
型粘土を、デンプンの変性および／または加熱処理の前
にデンプンと混合してもよく、また変性および／または
加熱処理の後にデンプンに加えてもよい。好ましい方法
では、スメクタイト型粘土を加熱処理の前にデンプンに
加える。スメクタイト型粘土は直接添加しても、或いは
スラリーの一部として添加してもよい。デンプンは、デ
ンプン供給業者または製紙業者のいずれかにより、慣用
の任意のデンプン変性方法により変性できる。デンプン
の加熱処理は、約70〜90℃で約20〜50分間程度の加熱に
より、デンプンが完全に水和し、その接着性が発現す
る。ベントナイト粘土をデンプンに加える場合、デンプ
ン加熱処理中の任意の時点で添加できるが、好ましくは
デンプンの加熱の前に添加する。意外にも、デンプンと
スメクタイト型粘土とを含有する塗料 (被覆組成物) の
場合には、スメクタイト型粘土をデンプンの変性および
／または加熱処理の前に加えた組成物の方が、この粘土
をデンプンの変性および／または加熱処理の後に加えた
組成物より、粘度が低くなることが判明した。
【００３６】前述したように、スメクタイト型粘土とデ
ンプンとの混合前では、スメクタイト型粘土を清浄化し
て実質的にすべての非粘土不純物を除去しておくことが
重要である。この非粘土粒子の除去と膨潤性粘土の清浄
化の方法は前述した通りであり、例えば乾式粉砕、風力
分級、分別、遠心およびスメクタイト型粘土の清浄化の
ためのその他の周知の手段がある。
ンプンとの混合前では、スメクタイト型粘土を清浄化し
て実質的にすべての非粘土不純物を除去しておくことが
重要である。この非粘土粒子の除去と膨潤性粘土の清浄
化の方法は前述した通りであり、例えば乾式粉砕、風力
分級、分別、遠心およびスメクタイト型粘土の清浄化の
ためのその他の周知の手段がある。
【００３７】デンプンの変性または加熱処理の前または
後に、スメクタイト型粘土をデンプンと混合した後、得
られた溶液にさらに水を加えて、最終的な紙用塗料を形
成してもよい。この溶液にはスメクタイトの湿潤性を高
めるために湿潤剤もしくは分散剤を添加してもよい。ス
メクタイト型粘土とデンプンの混合物を含有する塗料を
調製したら、これを常法により紙もしくは板紙に塗工し
て塗被紙製品を製造する。
後に、スメクタイト型粘土をデンプンと混合した後、得
られた溶液にさらに水を加えて、最終的な紙用塗料を形
成してもよい。この溶液にはスメクタイトの湿潤性を高
めるために湿潤剤もしくは分散剤を添加してもよい。ス
メクタイト型粘土とデンプンの混合物を含有する塗料を
調製したら、これを常法により紙もしくは板紙に塗工し
て塗被紙製品を製造する。
【００３８】
Ａ. 操作 スメクタイト型粘土／デンプン含有塗料の効果を調べる
ため、各種の塗料例を調製し、呼称 45 lb／3,000 ft2
(73 g/m2) の紙基材シートに塗布した。塗布量は１〜３
lb／3,000 ft2 (1.6〜4.9 g/m2) の範囲である。紙基材
は僅かにロジンサイズ処理されているが、表面サイズま
たは被覆は施されていなかった。
ため、各種の塗料例を調製し、呼称 45 lb／3,000 ft2
(73 g/m2) の紙基材シートに塗布した。塗布量は１〜３
lb／3,000 ft2 (1.6〜4.9 g/m2) の範囲である。紙基材
は僅かにロジンサイズ処理されているが、表面サイズま
たは被覆は施されていなかった。
【００３９】使用したスメクタイト型粘土は、Na2CO3で
処理されたカルシウムベントナイト[サドケミー(Sud-Ch
emie)社製のプリントシル(Printosil)]か、通常の飽和
ナトリウムベントナイトであった。プリントシル製品
は、そのイオン交換部位にナトリウムおよびカルシウム
を有し、比表面積は500 m2/gであった。ナトリウム飽和
スメクタイトの比表面積は620 m2/gであった。
処理されたカルシウムベントナイト[サドケミー(Sud-Ch
emie)社製のプリントシル(Printosil)]か、通常の飽和
ナトリウムベントナイトであった。プリントシル製品
は、そのイオン交換部位にナトリウムおよびカルシウム
を有し、比表面積は500 m2/gであった。ナトリウム飽和
スメクタイトの比表面積は620 m2/gであった。
【００４０】デンプンとしては、ヒドロキシエチル化デ
ンプン [ペンフォード(Penford) 社製のペンフォード27
0]やカチオン性デンプン（やはりペンフォード社製のペ
ンフォード・アポロ4270）を含むいくつかのデンプン製
品を用いた。
ンプン [ペンフォード(Penford) 社製のペンフォード27
0]やカチオン性デンプン（やはりペンフォード社製のペ
ンフォード・アポロ4270）を含むいくつかのデンプン製
品を用いた。
【００４１】デンプンとスメクタイト型粘土とを含む塗
料の調製するため、スメクタイト型粘土2.63 lb(1.19 k
g)を水30ガロン(114 L) に加え、高剪断ミキサーを用い
て混合した。次いで、乾燥デンプン23.7 lb(10.8 kg)を
加え、混合した後、蒸気を噴射して加熱処理した。この
混合物を 195°F (91 ℃) で25分間で加熱処理した。得
られた塗料の固形分含有量は10％であり、この固形分の
組成はスメクタイト型粘土10％およびデンプン90％であ
った。
料の調製するため、スメクタイト型粘土2.63 lb(1.19 k
g)を水30ガロン(114 L) に加え、高剪断ミキサーを用い
て混合した。次いで、乾燥デンプン23.7 lb(10.8 kg)を
加え、混合した後、蒸気を噴射して加熱処理した。この
混合物を 195°F (91 ℃) で25分間で加熱処理した。得
られた塗料の固形分含有量は10％であり、この固形分の
組成はスメクタイト型粘土10％およびデンプン90％であ
った。
【００４２】シートが水平方向に走行するフラッディド
・ニップ・サイズ・プレス(floodednip size press)を
塗工装置として用いて、上記塗料で紙を塗工した。紙を
塗工した後、一部の紙サンプルはカレンダ加工し、残り
はカレンダ加工せずにおいた。使用した紙は 45 lb／3,
000 ft2 と称するものであったが、塗工前 (被覆前)の
紙の重量 (3,000 ft2 当たり) は48ポンドまたは55ポン
ド前後のいずれかであった。塗工時の紙の走行速度は15
0 ft／分 (46 m／分) であった。紙のカレンダ加工は、
１ニップ150 pli で運転された塗工装置内のカレンダー
で行った。この加工には硬鋼ロールを用いた。使用した
ニッププレスは、幅30 in (76 cm) のパイロット規模の
機械であった。コーティングの乾燥には蒸気缶ドライヤ
ーを使用した。
・ニップ・サイズ・プレス(floodednip size press)を
塗工装置として用いて、上記塗料で紙を塗工した。紙を
塗工した後、一部の紙サンプルはカレンダ加工し、残り
はカレンダ加工せずにおいた。使用した紙は 45 lb／3,
000 ft2 と称するものであったが、塗工前 (被覆前)の
紙の重量 (3,000 ft2 当たり) は48ポンドまたは55ポン
ド前後のいずれかであった。塗工時の紙の走行速度は15
0 ft／分 (46 m／分) であった。紙のカレンダ加工は、
１ニップ150 pli で運転された塗工装置内のカレンダー
で行った。この加工には硬鋼ロールを用いた。使用した
ニッププレスは、幅30 in (76 cm) のパイロット規模の
機械であった。コーティングの乾燥には蒸気缶ドライヤ
ーを使用した。
【００４３】Ｂ．紙用塗料の組成と試験方法 試験には、表１に示す塗料組成、全固形分含有量、未被
覆 (塗工前) の紙重量、被覆後の紙重量、ピックアップ
(pickup)、および厚さ(caliper) を有する塗被紙サンプ
ル番号 (以下、実施例ともいう) のものを用いた。各サ
ンプルについて表２に示す試験を行った。なお、表２に
おけるTAPPI 法は、米国紙パルプ工業技術協会 (Techni
cal Association of the Pulps and Paper Industry, N
ew York)により規定された方法を意味する。
覆 (塗工前) の紙重量、被覆後の紙重量、ピックアップ
(pickup)、および厚さ(caliper) を有する塗被紙サンプ
ル番号 (以下、実施例ともいう) のものを用いた。各サ
ンプルについて表２に示す試験を行った。なお、表２に
おけるTAPPI 法は、米国紙パルプ工業技術協会 (Techni
cal Association of the Pulps and Paper Industry, N
ew York)により規定された方法を意味する。
【００４４】
【表１】
【００４５】
【表２】
【００４６】Ｃ. 試験結果 １．気孔率および平滑性 気孔率のデータは、気孔率をシェフィールド(Sheffiel
d) 単位で表し、紙重量55ポンド (即ち、サンプルNo. 0
0, 2, 3, 4, 9) の群については図1Aにまとめて示す。
これから明らかなように、湿式処理プリントシル粘土と
カチオン性デンプンとで処理した紙（実施例９）の気孔
率は、カチオン性デンプンだけで処理した紙（実施例
２）よりも低い。また、湿式または乾式処理プリントシ
ル粘土とヒドロキシエチル化デンプンとで処理した紙
（実施例３および４）の気孔率は、カチオン性デンプン
だけで処理した紙 (実施例９) の気孔率より著しく低
い。プリントシル粘土 (カルシウムベントナイト) の乾
式処理は風力分級(air flotation)により、湿式処理は
ハイドロサイクロンを用いて実施した。
d) 単位で表し、紙重量55ポンド (即ち、サンプルNo. 0
0, 2, 3, 4, 9) の群については図1Aにまとめて示す。
これから明らかなように、湿式処理プリントシル粘土と
カチオン性デンプンとで処理した紙（実施例９）の気孔
率は、カチオン性デンプンだけで処理した紙（実施例
２）よりも低い。また、湿式または乾式処理プリントシ
ル粘土とヒドロキシエチル化デンプンとで処理した紙
（実施例３および４）の気孔率は、カチオン性デンプン
だけで処理した紙 (実施例９) の気孔率より著しく低
い。プリントシル粘土 (カルシウムベントナイト) の乾
式処理は風力分級(air flotation)により、湿式処理は
ハイドロサイクロンを用いて実施した。
【００４７】図1Bは、48ポンドの群の紙についての気孔
率のデータを示す。スメクタイト型粘土とデンプンとの
混合物で処理した紙（実施例７、５、５Ａおよび８）で
は、ヒドロキシエチル化デンプンだけで処理した紙（実
施例１）に比べて気孔率が減少していることを示し、従
って、ヒドロキシエチル化デンプンと膨潤性粘土とで被
覆した紙での顕著な改善は明らかである。
率のデータを示す。スメクタイト型粘土とデンプンとの
混合物で処理した紙（実施例７、５、５Ａおよび８）で
は、ヒドロキシエチル化デンプンだけで処理した紙（実
施例１）に比べて気孔率が減少していることを示し、従
って、ヒドロキシエチル化デンプンと膨潤性粘土とで被
覆した紙での顕著な改善は明らかである。
【００４８】図2Aおよび2Bは、塗被紙の平滑度を示す。
この図に示すように、各サンプル間に平滑度の差異はほ
とんど見られなかった。即ち、スメクタイト型粘土とデ
ンプンとの混合物を被覆した紙は、粘土を用いずに被覆
した紙と同様の平滑度を示した。従って、紙の平滑性は
デンプンに粘土を添加することで悪影響を受けなかっ
た。
この図に示すように、各サンプル間に平滑度の差異はほ
とんど見られなかった。即ち、スメクタイト型粘土とデ
ンプンとの混合物を被覆した紙は、粘土を用いずに被覆
した紙と同様の平滑度を示した。従って、紙の平滑性は
デンプンに粘土を添加することで悪影響を受けなかっ
た。
【００４９】他の全ての変動因子が等しいと仮定する
と、ヒドロキシエチル化デンプンで処理した紙は、普通
であればカチオン性デンプンで処理した紙より気孔率が
高くなる。しかし、本発明によれば、ヒドロキシエチル
化デンプンに少量の膨潤性粘土を添加して紙を塗工処理
することで、カチオン性デンプン単独で処理した紙より
気孔率をずっと低くすることができ、カチオン性デンプ
ンの高価格を考慮するとかなりのコスト節減の可能性が
ある。
と、ヒドロキシエチル化デンプンで処理した紙は、普通
であればカチオン性デンプンで処理した紙より気孔率が
高くなる。しかし、本発明によれば、ヒドロキシエチル
化デンプンに少量の膨潤性粘土を添加して紙を塗工処理
することで、カチオン性デンプン単独で処理した紙より
気孔率をずっと低くすることができ、カチオン性デンプ
ンの高価格を考慮するとかなりのコスト節減の可能性が
ある。
【００５０】２．白色度(brightness)および不透明度 デンプンへのスメクタイト型粘土の添加は、紙の白色度
（図３）および不透明度（図4Aおよび4B）にも悪影響を
生じなかった。
（図３）および不透明度（図4Aおよび4B）にも悪影響を
生じなかった。
【００５１】３．紙の強度 図5A、5B、6Aおよび6Bに示すように、デンプンにスメク
タイト型粘土を添加しても、紙の強度にもやはり減少は
見られなかった。即ち、その使用により、ヒドロキシエ
チル化デンプンとスメクタイト型粘土とで被覆した紙の
破裂強さが減少することはなかった (表5Aおよび5B) 。
さらに、Ｚ方向引張強さもまた膨潤性ベントナイトの添
加により悪影響を受けることはなかった (図6Aおよび6
B) 。
タイト型粘土を添加しても、紙の強度にもやはり減少は
見られなかった。即ち、その使用により、ヒドロキシエ
チル化デンプンとスメクタイト型粘土とで被覆した紙の
破裂強さが減少することはなかった (表5Aおよび5B) 。
さらに、Ｚ方向引張強さもまた膨潤性ベントナイトの添
加により悪影響を受けることはなかった (図6Aおよび6
B) 。
【００５２】４．ワックスピック表面強さ(Wax Pick St
rength) 図７に示すように、ヒドロキシエチル化デンプンだけを
被覆した紙に比べて、スメクタイト型粘土をさらに添加
して被覆した紙のワックスピック表面強さ (紙むけ強
さ) の著しい差異は見られなかった。
rength) 図７に示すように、ヒドロキシエチル化デンプンだけを
被覆した紙に比べて、スメクタイト型粘土をさらに添加
して被覆した紙のワックスピック表面強さ (紙むけ強
さ) の著しい差異は見られなかった。
【００５３】５．耐折強さ ＭＩＴ二重折り強さは、雑誌のように紙にかなりの折り
曲げ応力がかかる用途に紙が適しているかどうかの指標
となる。図8Aおよび8Bに見られるように、被覆組成物に
スメクタイト型粘土を添加しても、このような用途に対
する紙の適切さには悪影響を与えなかった。
曲げ応力がかかる用途に紙が適しているかどうかの指標
となる。図8Aおよび8Bに見られるように、被覆組成物に
スメクタイト型粘土を添加しても、このような用途に対
する紙の適切さには悪影響を与えなかった。
【００５４】６．戻り 紙用の水系塗料においてデンプンに少量のスメクタイト
型粘土を併用する利点は、戻りの減少によっても示され
る。スターチ・クール(starch cool) を含有する従来の
紙用塗料では、粘度が増加する傾向がある。デンプンに
スメクタイト型粘土を混合することにより、スメクタイ
ト型粘土を用いずにデンプンのみを用いた塗料に比べ、
粘度の増加程度は低くなる。この効果は、デンプン（ペ
ンフォード270)単独、またはデンプンと粘土との混合物
を含有する三つの実施例の塗料を示す図９から明らかで
ある。図中、５％プリントシルおよび10％プリントシル
とは、塗料の固形分中に含まれるスメクタイト型粘土の
％を意味する。スメクタイト型粘土の添加により、高温
ではデンプン単独より粘度は高くなるが、低温になると
デンプン単独より低粘度になる。
型粘土を併用する利点は、戻りの減少によっても示され
る。スターチ・クール(starch cool) を含有する従来の
紙用塗料では、粘度が増加する傾向がある。デンプンに
スメクタイト型粘土を混合することにより、スメクタイ
ト型粘土を用いずにデンプンのみを用いた塗料に比べ、
粘度の増加程度は低くなる。この効果は、デンプン（ペ
ンフォード270)単独、またはデンプンと粘土との混合物
を含有する三つの実施例の塗料を示す図９から明らかで
ある。図中、５％プリントシルおよび10％プリントシル
とは、塗料の固形分中に含まれるスメクタイト型粘土の
％を意味する。スメクタイト型粘土の添加により、高温
ではデンプン単独より粘度は高くなるが、低温になると
デンプン単独より低粘度になる。
【００５５】７．デンプンとスメクタイト型粘土との混
合時期 デンプンの変性または加熱処理の前にスメクタイト型粘
土 (プリントシル) をデンプンと混合する利点は図10お
よび11に示される。２本の線は、この２種類の成分を一
緒に加熱する場合と、別々に加熱する場合、との効果の
比較を示す。図10は10 rpmでの、図11は100 rpm でのブ
ルックフィールド粘度に対する効果を示す。これらの図
から明らかなように、塗料中に含まれる粘土の割合が高
くなると塗料の粘度も高くなるが、加熱処理後のデンプ
ンにプリントシルを混合した塗料に比べて、デンプンと
プリントシルを一緒に加熱処理した塗料の粘度増加率は
低く、塗料中の粘度の割合が高くなるほど、両者の間の
粘度の差が大きくなる。
合時期 デンプンの変性または加熱処理の前にスメクタイト型粘
土 (プリントシル) をデンプンと混合する利点は図10お
よび11に示される。２本の線は、この２種類の成分を一
緒に加熱する場合と、別々に加熱する場合、との効果の
比較を示す。図10は10 rpmでの、図11は100 rpm でのブ
ルックフィールド粘度に対する効果を示す。これらの図
から明らかなように、塗料中に含まれる粘土の割合が高
くなると塗料の粘度も高くなるが、加熱処理後のデンプ
ンにプリントシルを混合した塗料に比べて、デンプンと
プリントシルを一緒に加熱処理した塗料の粘度増加率は
低く、塗料中の粘度の割合が高くなるほど、両者の間の
粘度の差が大きくなる。
【００５６】Ｄ．結論 以上の試験結果からみて、紙を被覆するためのデンプン
系塗料において、少量のスメクタイト型粘土をデンプン
に添加して使用すると、デンプン被覆した紙の光学的性
質や強度に悪影響を及ぼさずに、紙の気孔率が著しく低
下することは明らかである。
系塗料において、少量のスメクタイト型粘土をデンプン
に添加して使用すると、デンプン被覆した紙の光学的性
質や強度に悪影響を及ぼさずに、紙の気孔率が著しく低
下することは明らかである。
【図１】未被覆紙および被覆紙の気孔率（シェフィール
ド単位）を示す図である。
ド単位）を示す図である。
【図２】未被覆紙および被覆紙の平滑度（シェフィール
ド単位）を示す図である。
ド単位）を示す図である。
【図３】未被覆紙および被覆紙の白色度を示す図であ
る。
る。
【図４】未被覆紙および被覆紙の不透明度を示す図であ
る。
る。
【図５】未被覆紙および被覆紙の破裂強度を示す図であ
る。
る。
【図６】未被覆紙および被覆紙のＺ方向引張強度を示す
図である。
図である。
【図７】未被覆紙および被覆紙のワックスピック表面強
さを示す図である。
さを示す図である。
【図８】未被覆紙および被覆紙のＭＩＴ二重折り曲げ試
験における耐折強さを示す図である。
験における耐折強さを示す図である。
【図９】被覆組成物 (塗料) の温度に対するブルックフ
ィールド粘度の変化を示す図である。
ィールド粘度の変化を示す図である。
【図１０】デンプンとスメクタイト型粘土 (固形分10
％) との混合をデンプンの加熱前に行う場合と加熱後に
行う場合との比較を、粘土含有量と10 rpmでのブルック
フィールド粘度との関係として示す図である。
％) との混合をデンプンの加熱前に行う場合と加熱後に
行う場合との比較を、粘土含有量と10 rpmでのブルック
フィールド粘度との関係として示す図である。
【図１１】デンプンとスメクタイト型粘土 (固形分10
％) との混合をデンプンの加熱前に行う場合と加熱後に
行う場合との比較を、粘土含有量と100 rpm でのブルッ
クフィールド粘度との関係として示す図である。
％) との混合をデンプンの加熱前に行う場合と加熱後に
行う場合との比較を、粘土含有量と100 rpm でのブルッ
クフィールド粘度との関係として示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−6194（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−106690（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−226264（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−503933（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) D21H 19/40,19/54
Claims (15)
- 【請求項１】 固形分含有量が約５〜25重量％であり、
この固形分がデンプン約75〜95重量％とスメクタイト型
粘土約５〜25重量％とを含有することを特徴とする、紙
または板紙被覆用の水系塗料。 - 【請求項２】 固形分がデンプン約90〜95重量％とスメ
クタイト型粘土約５〜10重量％とを含有する、請求項１
記載の水系塗料。 - 【請求項３】 スメクタイト型粘土が非スメクタイト型
粒子を実質的に全て除去するように予め清浄化されてい
る、請求項１または２記載の水系塗料。 - 【請求項４】 スメクタイト型粘土の比表面積が約 200
〜800 m2/gである、請求項１ないし３のいずれか１項に
記載の水系塗料。 - 【請求項５】 スメクタイト型粘土が、10重量％濃度の
水溶液にした時に約50〜5,000 cps の粘度を示すもので
ある、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水系塗
料。 - 【請求項６】 スメクタイト型粘土のアスペクト比が約
200〜1,000 である、請求項１ないし５のいずれか１項
に記載の水系塗料。 - 【請求項７】 スメクタイト型粘土が、少なくとも約90
％の粒子がサイズ２μｍ未満という微粒子からなる、請
求項１ないし６のいずれか１項に記載の水系塗料。 - 【請求項８】 デンプンがヒドロキシエチル化デンプン
またはカチオン性デンプンである、請求項１ないし７の
いずれか１項に記載の水系塗料。 - 【請求項９】 スメクタイト型粘土がベントナイト、ヘ
クトライト、ラピナイト(lapinite)、ノントロナイト、
モンモリロナイト、およびサポナイトよりなる群から選
ばれる、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の水系
塗料。 - 【請求項１０】 スメクタイト型粘土が主にベントナイ
ト粘土である請求項９記載の水系塗料。 - 【請求項１１】 予め実質的に清浄化したスメクタイト
型粘土を、デンプン水溶液と混合することからなる、請
求項１ないし10のいずれか１項に記載の紙または板紙被
覆用の水系塗料の製造方法。 - 【請求項１２】 デンプン水溶液が少なくとも約70℃の
温度で少なくとも約20分間加熱処理することにより調製
されたものである、請求項11記載の方法。 - 【請求項１３】 スメクタイト型粘土をデンプン水溶液
の加熱処理の前にデンプン溶液と混合する、請求項12記
載の方法。 - 【請求項１４】 請求項11ないし13のいずれか１項に記
載の方法で製造された水系塗料を未被覆の紙または板紙
に塗布して塗被紙製品を得ることからなる、紙または板
紙を水系塗料で被覆する方法。 - 【請求項１５】 請求項１ないし10のいずれか１項に記
載の水系塗料から形成された被覆を有する紙または板紙
からなる塗被紙製品。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/664,324 | 1996-06-07 | ||
| US08/664,324 US5858076A (en) | 1996-06-07 | 1996-06-07 | Coating composition for paper and paper boards containing starch and smectite clay |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1060799A JPH1060799A (ja) | 1998-03-03 |
| JP2907190B2 true JP2907190B2 (ja) | 1999-06-21 |
Family
ID=24665526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9148056A Expired - Lifetime JP2907190B2 (ja) | 1996-06-07 | 1997-06-05 | デンプンとスメクタイト型粘土を含む紙及び板紙用塗料 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5858076A (ja) |
| EP (1) | EP0811719A1 (ja) |
| JP (1) | JP2907190B2 (ja) |
| CA (1) | CA2185768C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6413370B1 (en) * | 1996-01-16 | 2002-07-02 | Haindl Papier Gmbh | Roll printing paper suitable for cold set printing and process for its production |
| FI115649B (fi) * | 1998-06-10 | 2005-06-15 | Metso Paper Inc | Menetelmä paperin valmistamiseksi ja paperikone |
| US6248404B1 (en) | 1999-08-24 | 2001-06-19 | Mary Virginia Greene-Mathis | Process for paper reclamation |
| EP1134258A1 (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-19 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | Biodegradable thermoplastic material |
| US20040173306A1 (en) * | 2002-10-24 | 2004-09-09 | University Of Southern Mississippi | Particleboard and method for forming a particleboard |
| US7270876B2 (en) * | 2002-11-27 | 2007-09-18 | International Paper Company | Enhanced adhesion of polyethylene terephthalate to paperboard |
| US20080053634A1 (en) * | 2004-07-12 | 2008-03-06 | Voith Patent Gmbh | Method for the Application of an Application Medium and Method and Machine for Production of a Fiber Web |
| US20060048908A1 (en) * | 2004-09-08 | 2006-03-09 | Enzymatic Deinking Technologies, Llc | System for control of stickies in recovered and virgin paper processing |
| BRPI0706878B1 (pt) * | 2006-01-17 | 2019-01-15 | Int Paper Co | substrato de papel e método para preparar um substrato de papel |
| GB0616343D0 (en) * | 2006-08-17 | 2006-09-27 | Johnson Matthey Plc | Mercury removal |
| JP2009114572A (ja) * | 2007-11-05 | 2009-05-28 | Daio Paper Corp | 段ボール用の中芯原紙 |
| CN101983267B (zh) * | 2008-03-31 | 2014-02-19 | 国际纸业公司 | 在低添加剂水平下具有改善的印刷质量的记录片材 |
| JP5823105B2 (ja) * | 2009-07-31 | 2015-11-25 | 株式会社マルモ印刷 | 市販の大きさの封筒の内容積を規制するファイル化可能な封筒 |
| CA2791621A1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-06 | Akzo Nobel Chemicals International B.V. | Process of producing a cellulosic fibre web |
| WO2016151511A1 (en) | 2015-03-23 | 2016-09-29 | Stora Enso Oyj | Inkjet ink receptive coating comprising esterified or etherified starch and an inorganic mineral |
| BR112017025588B1 (pt) * | 2015-05-29 | 2022-05-03 | Cooperatie Avebe U.A. | Composição adesiva aquosa, método para aderir um primeiro substrato a um segundo substrato e produto colado |
Family Cites Families (17)
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| US2795545A (en) * | 1953-04-14 | 1957-06-11 | Monsanto Chemicals | Organic materials |
| US3508952A (en) * | 1967-06-28 | 1970-04-28 | Grace W R & Co | Coated paper article and process therefor |
| US3607331A (en) * | 1968-06-03 | 1971-09-21 | Dow Chemical Co | Clay-starch paper coating compositions |
| US3869296A (en) * | 1972-03-29 | 1975-03-04 | Union Carbide Corp | Aqueous starch-pigment paper coating compositions containing glyoxal-urea insolubilizer |
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| SE7708115L (sv) * | 1976-07-14 | 1978-01-15 | English Clays Lovering Pochin | Forfarande for framstellning av papper eller papp |
| SE432951B (sv) * | 1980-05-28 | 1984-04-30 | Eka Ab | Pappersprodukt innehallande cellulosafibrer och ett bindemedelssystem som omfattar kolloidal kiselsyra och katjonisk sterkelse samt forfarande for framstellning av pappersprodukten |
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| DE3506278A1 (de) * | 1985-02-22 | 1986-08-28 | Inst Zellstoff & Papier | Verfahren zur verbesserung des holdouts von druckfarben, lacken und beschichtungsmassen auf flaechengebilden aus fasern sowie masse zur durchfuehrung des verfahrens und damit erzeugte flaechengebilde |
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| US5071512A (en) * | 1988-06-24 | 1991-12-10 | Delta Chemicals, Inc. | Paper making using hectorite and cationic starch |
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-
1996
- 1996-06-07 US US08/664,324 patent/US5858076A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-09-17 CA CA002185768A patent/CA2185768C/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-05-06 EP EP97107437A patent/EP0811719A1/en not_active Withdrawn
- 1997-06-05 JP JP9148056A patent/JP2907190B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2185768C (en) | 2001-12-18 |
| JPH1060799A (ja) | 1998-03-03 |
| EP0811719A1 (en) | 1997-12-10 |
| CA2185768A1 (en) | 1997-12-08 |
| US5858076A (en) | 1999-01-12 |
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