JP6499316B2 - 表面改質炭酸カルシウム含有粒子(mcc)および沈降炭酸カルシウム(pcc)含有粒子のブレンドおよびその使用 - Google Patents

表面改質炭酸カルシウム含有粒子(mcc)および沈降炭酸カルシウム(pcc)含有粒子のブレンドおよびその使用 Download PDF

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Description

本発明は、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム(PCC)含有粒子のブレンドを含む水性スラリーの製造方法、該ブレンドを含む水性スラリー、ならびに該水性スラリーを乾燥させることによって得られるブレンド、および紙、紙コーティング、ティッシュペーパー、デジタルフォトペーパー、塗料、コーティング、接着剤、プラスチック、廃水処理または廃水処理剤における、それらの使用に関する。
今日、艶消し効果は、それらが塗膜またはコーティングフィルム表面の微小粗さを提供する限り、異なる方法によって達成することができ、入射光は、艶消し表面を生じるように散乱される。この背後にある物理学は知られている。完全な光吸収に頼ることなく完全に艶消しされた効果を得るための条件は、入射光を鏡面反射角から散乱させることである。これは、拡散散乱を引き起こす基材を照射する有向の光を回折することを意味する。
塗料およびコーティング産業では、塗料またはコーティングの乾燥処理の後に、微細な粗面を形成するために、シリカ、ワックス、有機物質、さらに充填剤のような種々のそのような艶消し剤が知られており、塗料およびコーティングに混合される。原則として、塗料またはコーティング中の艶消し剤の添加量が多いほど、艶消し効果が高くなることが認識されている。対照的に、より大きい粒径を有する製品は、艶消し効率がより高くなるが、得られた塗膜またはコーティングフィルムの表面はそれほど滑らかではない。より小さい平均粒度分布を有する艶消し剤は、十分な艶消し効果を提供しないが、より滑らかな塗料またはコーティング表面を提供する。
日本特許出願JP−A−2003 147275は、バインダー成分とリン酸で処理された炭酸カルシウムとを含むコーティング材料組成物を開示する。前記コーティング材料は、処理された炭酸カルシウムが10μm未満の平均粒径、70から100m/gのBET比表面積および130から20ml/100gの吸油量を有することを条件として、艶消し表面を提供する。
WO2006/105189A1は、凝集した粒状鉱物、および凝集した炭酸カルシウムを含む組成物に言及する。前記乾燥し凝集した炭酸カルシウムビーズは、少なくとも5μmの重量中央凝集粒径d50、さらには少なくとも100μmのサイズ有する。前記凝集した炭酸カルシウムビーズは、紙、塗料、コーティングまたはセラミックに加工される。
US5,634,968は、鉱物充填剤、より具体的にはマット剤として使用されるものを言及する。前記鉱物材料は、9.6から20.5μmのd50を有する天然および/または沈降炭酸カルシウムであり、重質天然炭酸カルシウムが好ましい。
US5,531,821およびUS5,584,923は、炭酸カルシウムをアニオン性塩およびカチオン性塩と混合することによって製造された耐酸性炭酸カルシウムを開示および特許請求する。前記耐酸性炭酸カルシウムは中性から弱酸性の製紙方法で使用されている。
US6,666,953は、適度に強いから強力なHイオンの1つ以上の供給体およびガス状COで処理された天然炭酸塩を含有する充填剤の顔料を開示する。
US2008/0022901は、炭酸カルシウム、該炭酸塩と1つ以上の適度に強いから強力なHイオン供与体との反応の生成物、および該炭酸カルシウムとその場で形成されたおよび/または外部供給源から生じるガス状COと1つ以上の式RXの化合物との反応の生成物の間の複数反応によってその場で形成された乾燥生成物を含む鉱物顔料に言及する。
EP2264109A1およびEP2264108A1には、表面反応炭酸カルシウムを調製する方法およびその使用、ならびに弱酸を導入する表面反応炭酸カルシウムを調製する方法、得られた生成物およびその使用が開示されている。
EP2684916A1は、1μmを超える平均粒径を有する球状球面改質球状炭酸カルシウムを含む鉱物粒子およびその使用を開示する。
WO2004/083316A1は、大量充填および/または紙コーティングのような製紙用途に使用される、炭酸カルシウム、該炭酸塩と1つ以上の適度に強いHイオン供与体との反応の生成物、および該炭酸塩とその場で形成されたおよび/または外部供給源から生じるガス状COとの反応生成物の間の二重および/または多重反応によってその場で形成された生成物、および少なくとも1つのケイ酸アルミニウムおよび/もしくは少なくとも1つの合成シリカおよび/もしくは少なくとも1つのケイ酸カルシウムおよび/もしくは少なくとも1つの一価の塩のケイ酸塩、例えば、ケイ酸ナトリウムおよび/もしくはケイ酸カリウムおよび/もしくはケイ酸カリウムおよび/もしくはケイ酸リチウム、好ましくはケイ酸ナトリウム、ならびに/または少なくとも1つの水酸化アルミニウムおよび/もしくは少なくともアルミン酸ナトリウムおよび/もしくはアルミン酸カリウムを含む鉱物顔料に言及する。
しかし、既知の艶消し剤の調製は、典型的には、材料を乾燥させるために生産性が低く、エネルギー消費量が高いため、エネルギー消費が高く、コストがかかる。その結果、そのような艶消し剤は、典型的には、比較的多量の水を含む水性懸濁液の形態で得られる。より正確には、そのような材料を含む水性懸濁液の固形分は、典型的には、水性懸濁液の総重量を基準にして10重量%未満である。
従って、特に、よりエネルギー消費が少なく、かつより費用のかからない方法であるように、より高い生産性および乾燥のためのより少ないエネルギー消費を提供する、高い固形分を有する水性懸濁液の形態の艶消し剤を製造するための代替的な方法が絶えず求められている。さらに、より低コストで、十分な艶消し性能、特に既存の艶消し剤と同等またはさらに優れた性能を提供する艶消し剤を製造することが望ましい。
特開2003−147275号公報 国際公開第2006/105189号 米国特許第5,634,968号明細書 米国特許第5,531,821号明細書 米国特許第5,584,923号明細書 米国特許第6,666,953号明細書 米国特許出願公開第2008/0022901号明細書 欧州特許出願公開第2264109号明細書 欧州特許出願公開第2264108号明細書 欧州特許出願公開第2684916号明細書 国際公開第2004/083316号
従って、水性懸濁液の形態の艶消し剤を製造する方法を提供することが本発明の目的である。本発明のさらなる目的は、高い固形分を有する水性懸濁液の形態の艶消し剤を製造する方法を提供することである。本発明の別の目的は、よりエネルギー消費が少なく、よりコストがかからないように、より高い生産性および乾燥のためのより低いエネルギー消費を提供する、水性懸濁液の形態の艶消し剤の製造方法を提供することである。さらに別の目的は、より低コストで十分な艶消し性能、特に既存の艶消し剤と同等またはさらに優れた性能を提供する艶消し剤を提供することである。
上記および他の目的は、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーの製造方法によって解決される。この方法は、
a) 表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーを提供する工程、
b) 沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーを提供する工程、
c) 表面改質炭酸カルシウム粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーを得るために、工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーを、工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーと接触させる工程、ならびに
d) 表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーを得るために、工程c)で得られた水性スラリーを脱水する工程
を含み、該ブレンドが、99:1から50:50の重量比[MCC/PCC]で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含む。
本発明者らは、驚くべきことに、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーを製造する前述の方法が、高い固形分を有する水性懸濁液の製造を可能にすることを見出した。前記方法は、それがエネルギー消費が少なく、よりコストがかからないものであるように、より高い生産性および乾燥のためのより少ないエネルギー消費を提供することがさらに観察された。さらに、本発明者らは、この方法が、十分な艶消し性能を有する、特に既存の艶消し剤と同等またはさらに優れた性能を提供する艶消し剤を生成することを見出した。
本発明の有利な実施形態は、対応する従属請求項に定義される。
一実施形態によれば、工程a)の水性スラリー中の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)は、実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)である。
別の実施形態によれば、工程a)の水性スラリー中の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)は、a)マルヴァーン・マスターサイザー(Malvern Mastersizer)で決定された、4μmから100μm、好ましくは5μmから75μm、より好ましくは10μmから55μm、さらにより好ましくは15μmから約35μmの中央粒径d50、および/またはb)窒素およびBET法を使用して測定された、≧15m/g、好ましくは20m/gから200m/g、より好ましくは30m/gから150m/g、さらにより好ましくは40m/gから100m/gのBET比表面積、および/またはc)<3、より好ましくは≦2.9、好ましくは1.4から2.9の範囲の粒度分布d98/d50を有する。
さらに別の実施形態によれば、工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーは、水性スラリーの総乾燥重量を基準にして、8重量%までの量、好ましくは0.01重量%から5重量%までの量、より好ましくは0.05重量%から4重量%までの量、さらにより好ましくは0.2重量%から3重量%までの量で少なくとも1つの処理剤を含む。
一実施形態によれば、少なくとも1つの処理剤は、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムおよび/またはそれらの水和形態、ケイ酸塩、水溶性カチオン性ポリマー、水溶性両性ポリマー、水溶性非イオン性ポリマーならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される。
別の実施形態によれば、工程b)の水性スラリー中の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)は、a)沈降法によって決定された、0.1から100μm、好ましくは0.25から50μm、より好ましくは0.3から5μm、最も好ましくは0.4から3μmの中央粒径d50を有する、および/またはb)窒素およびBET法を使用して測定された、1から100m/g、好ましくは2から70m/g、より好ましくは3から50m/g、特に4から30m/gのBET比表面積を有する、および/またはc)≧3、より好ましくは≧3.2、好ましくは3.2から4.5の範囲の粒度分布d98/d50を有する。
さらに別の実施形態によれば、a)工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーおよび/または工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーは、水性スラリーの総重量を基準にして、少なくとも5重量%、好ましくは5から60重量%、より好ましくは10から35重量%、最も好ましくは15から30重量%の固形分を有し、および/またはb)工程c)で得られた水性スラリーは、水性スラリーの総重量を基準にして、少なくとも5重量%、好ましくは5から40重量%、より好ましくは10から35重量%、最も好ましくは15から30重量%の固形分を有し、および/またはc)工程d)で得られた水性スラリーは、水性スラリーの総重量を基準にして、少なくとも15重量%、好ましくは15から50重量%、より好ましくは20から45重量%、最も好ましくは20から40重量%の固形分を有する。
一実施形態によれば、ブレンドは、a)95:5から65:35、好ましくは90:10から70:30の重量比[MCC/PCC]で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含む、および/またはb)沈降法で決定された、5μmから100μm、好ましくは10μmから75μm、より好ましくは15μmから50μm、さらにより好ましくは20μmから35μmの中央粒径d50を有する粒子を含む、および/またはc)窒素およびBET法を使用して測定された、≧5m/g、好ましくは10m/gから200m/g、より好ましくは20m/gから150m/g、さらにより好ましくは30m/gから100m/gのBET比表面積を有する粒子、および/またはd)≧2.0、より好ましくは≧2.5、好ましくは>2.5から3.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する粒子を含む。
本発明のさらなる態様によれば、本明細書で定義される方法に従って得られた水性スラリーが提供される。水性スラリーは、99:1から50:50の重量比[MCC/PCC]で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む。
本発明の別の態様によれば、本明細書で定義される水性スラリーを乾燥させることによって得られたブレンドが提供される。このブレンドは、99:1から50:50の重量比[MCC/PCC]で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含む。
本発明のさらに別の態様によれば、紙、紙コーティング、ティッシュペーパー、デジタルフォトペーパー、塗料、コーティング、接着剤、プラスチック、廃水処理または廃水処理剤における、本明細書で定義される水性スラリーの表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンド、または本明細書で定義されるブレンドの使用が提供される。一実施形態では、本明細書で定義される水性スラリーの表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンド、または本明細書で定義されるブレンドは、好ましくは塗料およびコーティング中の艶消し剤として使用される。別の実施形態では、艶消し剤は、湿った塗料を基準として、1から10重量%、好ましくは2から7重量%、より好ましくは3から5重量%の量で存在する。さらに別の実施形態では、乾燥した塗料またはコーティングの表面は、DIN 67 530に従って測定した場合に、10未満、好ましくは0.5〜9.5、より好ましくは1から8、さらに好ましくは2〜7.5の範囲の、85°における光沢を有する。
本発明のさらなる態様によれば、本明細書で定義される水性スラリーの表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンド、または本明細書で定義されるブレンドを含む、紙、ティッシュペーパー、デジタルフォトペーパー、塗料、コーティング、接着剤、プラスチックまたは廃水処理剤が提供される。
以下では、本発明のさらなる詳細、特に表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーの製造方法の前述の工程について言及する。これらの技術的詳細および実施形態は、本発明の生成物およびそれらの使用にも当てはまることが理解されるべきである。
本発明の意味における「スラリー」または「懸濁液」という用語は、不溶性固体および水、ならびに場合によりさらなる添加剤を含み、通常、大量の固体を含有し、従ってそれが形成される液体よりも粘性が高く、典型的には高い密度を有する。
「水性」スラリーまたは懸濁液という用語は、液相が水を含み、好ましくは水からなる系を指す。しかし、前記用語は、水性懸濁液の液相が、少量のメタノール、エタノール、アセトン、アセトニトリル、テトラヒドロフランおよびそれらの混合物を含む群から選択される少量の少なくとも1つの水混和性有機溶媒を含むことを排除するものではない。水性スラリーが少なくとも1つの水混和性有機溶媒を含む場合、水性スラリーの液相は、水性スラリーの液相の総重量を基準として、0.1から40.0質量%、好ましくは0.1から30.0重量%、より好ましくは0.1から20.0重量%、最も好ましくは0.1から10.0重量%の量で少なくとも1つの水混和性有機溶媒を含む。例えば、水性スラリーの液相は水からなる。
「含む(comprising)」という用語が本明細書および特許請求の範囲で使用される場合、主要な機能的重要性を有するまたは機能的に重要でない他の特定されていない要素を排除するものではない。本発明の目的に関し、「からなる」という用語は、「含む」という用語の好ましい実施形態であると考えられる。以下、ある群が少なくとも特定の数の実施形態を含むと定義される場合、これは、好ましくはこれらの実施形態のみからなる群を開示すると理解されるべきである。
「含む(including)」または「有する(having)」という用語が使用されるときはいつでも、これらの用語は上記で定義した「含む(comprising)」と同等であることを意味する。
単数名詞に言及する際に、不定冠詞または定冠詞、例えば、「a」、「an」または「the」が使用される場合。これは、特に明記されていない限り、その名詞の複数形を含む。
「得られる」または「定義できる」と「得られた」または「定義された」というような用語は、互換的に用いられる。これは、例えば、文脈が明確に別の意味を指示しない限り、「得られた」という用語は、例えば、ある実施形態が「得られた」という用語に続く一連の工程によって取られなければならないことを意味しないが、そのような限定された理解は、好ましい実施形態として「得られた」または「定義された」という用語に常に含まれる。
表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーを製造するための本発明の方法は、いくつかの利点を提供する。第1に、本発明の方法は、高い固形分を有する水性懸濁液を提供する。第2に、本発明の方法は、それがより少なくエネルギーを消費し、よりコストがかからないように、より高い生産性および乾燥のためのより少ないエネルギー消費を提供する。さらに、艶消し剤、即ち、本発明の方法によって得られた表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドは、より低コストで、十分な艶消し性能、特に既存の艶消し剤と同等またはさらに優れた性能を有する。
<方法の工程a)>
本発明の方法の工程a)において、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーが提供される。
表面改質炭酸カルシウム含有粒子のスラリーは、水性スラリーの総重量を基準にして、好ましくは、少なくとも5重量%、好ましくは5から60重量%、より好ましくは10から35重量%、最も好ましくは15から30重量%の固形分を有する。しかし、5重量%未満のようなより低い固形分、または60重量%超のようなより高い固形分も同様に使用することができる。
工程a)の水性スラリーを調製するために使用される水は、水道水、脱イオン水、処理水もしくは雨水、またはそれらの混合物である。好ましくは、工程a)の水性スラリーを調製するために使用される水は水道水である。
工程a)の水性スラリーは、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)を含む。
好ましくは、工程a)の水性スラリーの固形分は、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)を含む。より好ましくは、工程a)の水性スラリーの固形分は、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)からなる。
本発明の意味における「表面改質炭酸カルシウム含有粒子」(MCC)は、天然炭酸カルシウムおよび/または沈降炭酸カルシウムを酸および二酸化炭素と反応させることによって得られた天然炭酸カルシウムおよび/または沈降炭酸カルシウムの粒子を指し、二酸化炭素は 酸処理によってその場で形成され、および/または外部供給源から供給される。酸処理は、25℃で2.5以下のpKを有する酸を用いて行うことができる。25℃におけるpKが0以下である場合、酸は、好ましくは、硫酸、塩酸、またはそれらの混合物から選択される。25℃でのpKが0から2.5である場合、酸は好ましくはHSO、MHSO (Mはナトリウムおよびカリウムを含む群から選択されるアルカリ金属イオンである)、HPO、シュウ酸またはそれらの混合物から選択される。
一実施形態では、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)は、実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)である。
本発明の文脈の中で、「実質的に球状の」形状は、球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子の外観が球形またはボール状であることを意味する。
実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)は、EP2,684,916A1(これは参照により本明細書に組み入れられる)に記載されている方法によって得ることができる。
一実施形態によれば、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)中の炭酸カルシウムの量は、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)の総乾燥重量を基準にして、少なくとも50重量%、例えば、少なくとも60重量%、好ましくは50から100重量%の間、より好ましくは60から99.9重量%の間、最も好ましくは70から99.8重量%の間である。好ましい一実施形態では、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)中の炭酸カルシウムの量は、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)の総乾燥重量を基準にして、80から99.8重量%の間、より好ましくは90から99.8重量%の間、最も好ましくは96から99.8重量%の間である。
本発明の意味における「乾燥」炭酸カルシウム含有粒子という用語は、粒子の総重量を基準として、0.5重量%未満、好ましくは0.2重量%未満、より好ましくは0.1重量%未満の全表面含水率を有する炭酸カルシウム含有粒子を指すと理解される。
表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)は、マルヴァーン・マスターサイザーによって決定された、4μmから100μm、好ましくは5μmから75μm、より好ましくは10μmから55μm、さらにより好ましくは15μmから約35μmの中央粒径d50を有する。
本明細書を通して、炭酸カルシウムおよび他の材料の「粒径」は、その粒度分布によって記載される。値dは、粒子のx重量%がd未満の直径を有する直径を表す。これは、d20値が全ての粒子の20重量%がより小さい粒子サイズである粒径であり、d75値が全粒子の75重量%がより小さい粒子サイズである粒径であることを意味する。従って、d50値は、重量中央粒径であり、即ち、全粒子の50重量%がこの粒径よりも大きく、残りの50重量%の粒子がこの粒径よりも小さい。本発明の目的に対し、粒径は、他に示されない限り、重量中央粒径d50として特定される。重量中央粒径d50値を決定するために、セディグラフ、即ち、沈降法を用いることができる。本発明の目的に対し、表面改質炭酸カルシウムの「粒径」は、体積によって決定された粒度分布として記載される。体積で決定された粒度分布例えば、表面改質炭酸カルシウムの体積中央粒径(d50)または体積によって決定されたトップカット粒径(d98)を決定するために、例えば、マルヴァーン・マスターサイザー2000を使用することができる。
追加的に、または代替的に、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)は、<3、より好ましくは≦2.9、最も好ましくは1.4から2.9の範囲の粒度分布d98/d50を有する。例えば、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)は、1.4から2.8の範囲、好ましくは1.5から2.7の範囲、最も好ましくは1.6から2.6の範囲または1.7から2.5の範囲の粒度分布d98/d50を有する。
追加的に、または代替的に、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)は、窒素およびBET法を用いて測定された、≧15m/g、好ましくは20m/gから200m/g、より好ましくは30m/gから150m/g、さらにより好ましくは40m/gから100m/gのBET比表面積を有する。
本発明の意味における炭酸カルシウムの「比表面積(SSA)」は、その質量で割った炭酸カルシウムの表面積として定義される。本明細書中で使用される場合、比表面積は、BET等温線(ISO 9277:2010)を用いた窒素ガス吸着によって測定され、m/gで特定される。
従って、一実施形態では、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)は、
a) マルヴァーン・マスターサイザーで決定された、4μmから100μm、好ましくは5μmから75μm、より好ましくは10μmから55μm、さらにより好ましくは15μmから約35μmの中央粒径d50、または
b) 窒素およびBET法を使用して測定された、≧15m/g、好ましくは20m/gから200m/g、より好ましくは30m/gから150m/g、さらにより好ましくは40m/gから100m/gのBET比表面積、または
c) <3、より好ましくは≦2.9、最も好ましくは1.4から2.9の範囲の粒度分布d98/d50
を有する。
代替の実施形態では、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)は、
a) マルヴァーン・マスターサイザーで決定された、4μmから100μm、好ましくは5μmから75μm、より好ましくは10μmから55μm、さらにより好ましくは15μmから約35μmの中央粒径d50、および
b) 窒素およびBET法を使用して測定された、≧15m/g、好ましくは20m/gから200m/g、より好ましくは30m/gから150m/g、さらにより好ましくは40m/gから100m/gのBET比表面積、および
c) <3、より好ましくは≦2.9、最も好ましくは1.4から2.9の範囲の粒度分布d98/d50
を有する。
一実施形態では、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)は、30m/gから90m/gのBET比表面積および10μmから55μmの中央粒径d50を有する。
表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)の水性スラリーは、少なくとも1つの処理剤を含むことができる。
本発明の意味における「少なくとも1つの」処理剤という用語は、処理剤が1つ以上の処理剤を含み、好ましくは1つ以上の処理剤からなることを意味する。
本発明の一実施形態では、少なくとも1つの処理剤は、1つの処理剤から構成され、好ましくは1つの処理剤からなる。あるいは、少なくとも1つの処理剤は、2つ以上の処理剤を含み、好ましくはそれらからなる。例えば、少なくとも1つの処理剤は、2つまたは3つの処理剤を含み、好ましくはそれらからなる。
好ましくは、少なくとも1つの処理剤は1つの処理剤を含み、より好ましくは1つの処理剤からなる。
表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)の水性スラリーが少なくとも1つの処理剤を含む場合、水性スラリーは、水性スラリーの総乾燥重量を基準にして、好ましくは8重量%までの量、好ましくは0.01重量%から5重量%までの量、より好ましくは0.05重量%から4重量%までの量、さらにより好ましくは0.2重量%から3重量%までの量で少なくとも1つの処理剤を含む。
少なくとも1つの処理剤は、典型的には、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)の水性スラリーの調製中に添加される。
好ましくは、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーは、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)が実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)である場合に少なくとも1つの処理剤を含む。
実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)の製造中に、少なくとも1つの処理剤は、該方法中に化学物質にさらにさらされると実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム粒子を提供する炭酸カルシウム含有鉱物粒子の集合を促進する凝固剤として機能する。実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)の製造に関しては、EP2684916A1に定義された方法が参照され、これは参照により本明細書中に組み入れられる。
少なくとも1つの処理剤は、好ましくは、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムおよび/またはそれらの水和形態、ケイ酸塩、水溶性カチオン性ポリマー、水溶性両性ポリマー、水溶性非イオン性ポリマーならびにそれらの組み合わせを含む群から選択される。
特定の実施形態では、少なくとも1つの処理剤は硫酸アルミニウムである。さらなる特定の実施形態では、少なくとも1つの処理剤は、その水和形態の硫酸アルミニウムである。好ましい実施形態では、少なくとも1つの処理剤は、硫酸アルミニウム16水和物である。
例えば、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)の水性スラリー中の硫酸アルミニウムの含有率は、水性スラリーの総乾燥重量に基づいて、4重量%まで、好ましくは約0.1重量%から約2重量%、より好ましくは約0.2重量%から約1重量%の範囲である。硫酸アルミニウムの含有量は極めて重要であると考えなければならないので、水和物の添加量は、所望の量を達成するための対応する適合が必要となる。
<方法の工程b)>
本発明の方法の工程b)において、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーが提供される。
水性沈降炭酸カルシウム含有粒子スラリーは、水性スラリーの総重量を基準にして、好ましくは、少なくとも5重量%、好ましくは5から60重量%、より好ましくは10から35重量%、最も好ましくは15から30重量%の固形分を有する。代替の実施形態では、水性沈降炭酸カルシウム含有粒子スラリーは、水性スラリーの総重量を基準にして、好ましくは、5から60重量%、より好ましくは20から60重量%、さらにより好ましくは30から60重量%、最も好ましくは40から60重量%の固形分を有する。しかし、5重量%未満のようなよりも低い固形分、または60重量%超のようなより高い固形分も同様に使用することができる。
好ましい実施形態では、水性沈降炭酸カルシウム含有粒子スラリーは、水性スラリーの総重量を基準にして、40から60重量%、例えば、45から60重量%の固形分を有する。そのような高い固形分は、高い固形分を提供する表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム(PCC)含有粒子のブレンドを含む水性スラリーを得るために有利である。これは、除去が必要な水が少なく、よって、本発明の方法がより少ないエネルギーおよびコスト消費となるように、乾燥のためのより高い生産性とより低いエネルギー消費を提供するので、有利である。
工程b)の水性スラリーを調製するために使用される水は、水道水、脱イオン水、処理水もしくは雨水、またはそれらの混合物である。好ましくは、工程b)の水性スラリーを調製するために使用される水は水道水である。
本発明の意味における「沈降炭酸カルシウム」(PCC)は、水性環境中での二酸化炭素と石灰との反応に続く沈殿、または水中のカルシウムおよび炭酸イオン源の沈殿によって一般に得られた合成材料である。PCCは、アラゴナイト、バテライト、カルサイトまたは偏三角面体の鉱物学的結晶形の1つ以上であることができる。好ましくは、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)は、アラゴナイト、バテライト、カルサイトまたは偏三角面体の鉱物学的結晶形の1つである。より好ましくは、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)は、偏三角面体の鉱物質結晶形(sPCC)である。
アラゴナイトは一般に針状であり、バテライトは六方晶系に属する。カルサイトは、偏三角面体、角柱、球状、菱面体晶形を形成することができる。PCCは、異なる方法、例えば、二酸化炭素による沈殿、石灰ソーダ法、またはPCCがアンモニア生成の副生成物であるソルベイ法によって製造することができる。得られたPCCスラリーは、機械的に脱水し、乾燥し、水に再懸濁することができる。
一実施形態によれば、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)中の炭酸カルシウムの量は、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の総乾燥重量を基準として、少なくとも50重量%、例えば、少なくとも60重量%、好ましくは50から100重量%の間、より好ましくは60から99.9重量%の間、最も好ましくは70から99.8重量%の間である。好ましい一実施形態では、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)中の炭酸カルシウムの量は、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の総乾燥重量を基準として、80から99.8重量%の間、より好ましくは90から99.8重量%の間、最も好ましくは96から99.8重量%の間である。
沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)は、沈降法によって決定された、好ましくは、0.1から100μm、好ましくは0.25から50μm、より好ましくは0.3から5μm、最も好ましくは0.4から3μmの中央粒径d50を有する。
好ましくは、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)は、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)、好ましくは実質的に球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)の対応する値を上回る粒度分布d98/d50値を有する。例えば、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)は、≧3、より好ましくは≧3.2、好ましくは3.2から4.5の範囲の粒度分布d98/d50を有する。一実施形態では、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)は、3.5から4.2、例えば、3.7から4.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する。
追加的に、または代替的に、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)は、窒素およびBET法を用いて測定された、1から100m/g、好ましくは2から70m/g、より好ましくは3から50m/g、特に4から30m/gの範囲のBET比表面積を有する。
従って、一実施形態では、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)は、
a) 沈降法で決定された、0.1から100μm、好ましくは0.25から50μm、より好ましくは0.3から5μm、最も好ましくは0.4から3μmの中央粒径d50、および
b) 窒素およびBET法を使用して測定された、1から100m/g、好ましくは2から70m/g、より好ましくは3から50m/g、特に4から30m/gのBET比表面積、および
c) ≧3、より好ましくは≧3.2、好ましくは3.2から4.5の範囲の粒度分布d98/d50
を有する。
代替の実施形態では、沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)は、
a) 沈降法で決定された、0.1から100μm、好ましくは0.25から50μm、より好ましくは0.3から5μm、最も好ましくは0.4から3μmの中央粒径d50を有する、または
b) 窒素およびBET法を使用して測定された、1から100m/g、好ましくは2から70m/g、より好ましくは3から50m/g、特に4から30m/gのBET比表面積を有する、または
c) ≧3、より好ましくは≧3.2、好ましくは3.2から4.5の範囲の粒度分布d98/d50を有する。
工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーは、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムおよび/またはそれらの水和形態、ケイ酸塩、水溶性カチオン性ポリマー、水溶性両性ポリマー、水溶性非イオン性ポリマーならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される処理剤を含まないことが好ましい。より好ましくは、工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーは処理剤を含まない。
<方法の工程c)>
本発明の方法の工程c)において、工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーを、工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーと接触させる。方法の工程c)において、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーが得られる。
工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーと工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーとの接触は、より高い固形分を有する水性スラリーが得られるという利点を有する。従って、除去が必要な水が少なく、従って本発明の方法がより少ないエネルギーおよびコスト消費となるように、乾燥のためのより高い生産性とより低いエネルギー消費を提供する。
接触工程c)は、当業者に既知の任意の従来の手段によって達成することができる。好ましくは、接触は、混合および/または均質化および/または粒子分割条件下で行われる。当業者は、その方法装置に応じて、これらの混合および/または均質化および/または粒子の分割条件、例えば、混合速度、分割および温度を適合させるであろう。
例えば、混合および均質化は、当業者に周知のプラウシェアミキサーを用いて行うことができる。
方法の工程c)は、工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーを工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーに添加することによって行われることが理解される。あるいは、工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーを、工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーに添加するように、方法の工程c)を実施する。
好ましくは、工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーを、工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーに添加するように、方法の工程c)を実施する。
一実施形態によれば、方法の工程c)は、15℃から80℃、好ましくは20℃から50℃、最も好ましくは20℃から40℃の範囲の温度で実施される。
表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーが、方法の工程c)で得られる。
工程c)で得られた水性スラリーは、水性スラリーの総重量を基準にして、好ましくは、少なくとも5重量%、好ましくは5から40重量%、より好ましくは10から35重量%、最も好ましくは15から30重量%の固形分を有する。一実施形態では、工程c)で得られた水性スラリーは、水性スラリーの総重量を基準にして、好ましくは、20から30重量%、例えば、25から30重量%の固形分を有する。40重量%超等のより高い固形分もまた得ることができた。そのような高い固形分は、除去が必要な水が少なく、従って本発明の方法がより少なくエネルギーおよびコスト消費となるように、乾燥のためのより高い生産性とより低いエネルギー消費を提供するので、有利である。
具体的な利点は、特に、ブレンドが、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を特定の比率で含む場合に得られる。
従って、ブレンドは、99:1から50:50の重量比[MCC/PCC]で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含むことが必要である。好ましくは、ブレンドは、95:5から65:35、より好ましくは90:10から70:30の重量比[MCC/PCC]で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含む。
ブレンドは、特定の全体的な中央粒径d50で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含むことが好ましい。例えば、ブレンドは、沈降法で決定された、5μmから100μm、好ましくは10μmから75μm、より好ましくは15μmから50μm、さらにより好ましくは20μmから35μmの中央粒径d50を有する粒子を含む。
ブレンド中の粒子はまた、特定の粒度分布を有してもよい。特に、ブレンドは、≧2.0、より好ましくは>2.5、好ましくは>2.5から3.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する粒子を含むことができる。
追加的に、または代替的に、ブレンドは、特定の全体的なBET比表面積が得られるように、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含む。例えば、ブレンドは、窒素およびBET法を用いて測定された、≧5m/g、好ましくは10m/gから200m/g、より好ましくは20m/gから150m/g、さらにより好ましくは30m/gから100m/gのBET比表面積を有する粒子を含む。
従って、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含むブレンドは、好ましくは、
a) 沈降法で決定された、5μmから100μm、好ましくは10μmから75μm、より好ましくは15μmから50μm、さらにより好ましくは20μmから35μmの中央粒径d50を有する粒子、および/または
b) 窒素およびBET法を使用して測定された、≧5m/g、好ましくは10m/gから200m/g、より好ましくは20m/gから150m/g、さらにより好ましくは30m/gから100m/gのBET比表面積を有する粒子、および/または
c) ≧2.0、より好ましくは>2.5、好ましくは>2.5から3.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する粒子
を含み、より好ましくは該粒子からなる。
一実施形態では、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含むブレンドは、好ましくは、
a) 沈降法で決定された、5μmから100μm、好ましくは10μmから75μm、より好ましくは15μmから50μm、さらにより好ましくは20μmから35μmの中央粒径d50を有する粒子、または
b) 窒素およびBET法を使用して測定された、≧5m/g、好ましくは10m/gから200m/g、より好ましくは20m/gから150m/g、さらにより好ましくは30m/gから100m/gのBET比表面積を有する粒子、または
c) ≧2.0、より好ましくは>2.5、好ましくは>2.5から3.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する粒子
を含み、より好ましくは該粒子からなる。
代替の実施形態では、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含むブレンドは、好ましくは、
a) 沈降法で決定された、5μmから100μm、好ましくは10μmから75μm、より好ましくは15μmから50μm、さらにより好ましくは20μmから35μmの中央粒径d50を有する粒子、および
b) 窒素およびBET法を使用して測定された、≧5m/g、好ましくは10m/gから200m/g、より好ましくは20m/gから150m/g、さらにより好ましくは30m/gから100m/gのBET比表面積を有する粒子、および
c) ≧2.0、より好ましくは>2.5、好ましくは>2.5から3.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する粒子
を含み、より好ましくは該粒子からなる。
工程a)において提供される表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーが少なくとも1つの処理剤を含む場合、工程c)で得られた水性スラリーは、工程c)で得られた水性スラリーの総乾燥重量を基準として、好ましくは4重量%までの量、好ましくは0.005重量%から2.5重量%までの量、より好ましくは0.025重量%から2重量%までの量、さらにより好ましくは0.1重量%から1.5重量%までの量で少なくとも1つの処理剤を含む。
<方法の工程d)>
本発明の方法の工程d)では、工程c)で得られた水性スラリーが脱水される。
本発明の意味における「脱水」という用語は、熱および/または機械的方法を用いて得られる含水量の減少および固形分の増加を意味する。
脱水工程d)は、炭酸カルシウム含有水性スラリーの含水率を低下させるための当業者に既知の任意の種類の熱的および/または機械的方法によって行うことができる。例えば、脱水工程d)は、好ましくは、機械的または熱的に、例えば、濾過、遠心分離、沈降槽中での沈降、蒸発等によって、好ましくはジェット乾燥または噴霧乾燥によって実施することができる。
好ましくは、工程(c)で得られた表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーは、水性スラリーの総重量を基準として、少なくとも15重量%、好ましくは15から50重量%、より好ましくは20から45重量%、最も好ましくは20から40重量%の固形分まで脱水される。
脱水工程d)は、得られた水性スラリーが接触工程c)で得られた水性スラリーの固形分を超える固形分を有するように行われることが理解される。
工程c)で得られた水性スラリー中のブレンドとして、工程d)で得られたブレンドは、特定の重量比で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含む。
従って、工程d)で得られたブレンドは、99:1から50:50の重量比[MCC/PCC]で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含むことが好ましい。好ましくは、工程d)で得られたブレンドは、95:5から65:35、より好ましくは90:10から70:30の重量比[MCC/PCC]で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含む。
工程d)で得られたブレンドは、特定の全体的な中央粒径d50の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含むことが好ましい。例えば、工程d)で得られたブレンドは、沈降法によって決定された、5μmから100μm、好ましくは10μmから75μm、より好ましくは15μmから50μm、さらにより好ましくは20μmから35μmの中央粒径d50を有する粒子を含む。
工程d)で得られたブレンド中の粒子はまた、特定の粒度分布を有していてもよい。特に、ブレンドは、≧2.0、より好ましくは>2.5、好ましくは>2.5から3.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する粒子を含むことができる。
追加的に、または代替的に、工程d)で得られたブレンドは、粒子が特定の全体的なBET比表面積を有するように、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含む。例えば、工程d)で得られたブレンドは、窒素およびBET法を使用して測定された、≧5m/g、好ましくは10m/gから200m/g、より好ましくは20m/gから150m/g、さらにより好ましくは30m/gから100m/gのBET比表面積を有する粒子を含む。
従って、工程d)で得られた表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含むブレンドは、好ましくは
a) 沈降法で決定された、5μmから100μm、好ましくは10μmから75μm、より好ましくは15μmから50μm、さらにより好ましくは20μmから35μmの中央粒径d50を有する粒子、および/または
b) 窒素およびBET法を使用して測定された、≧5m/g、好ましくは10m/gから200m/g、より好ましくは20m/gから150m/g、さらにより好ましくは30m/gから100m/gのBET比表面積を有する粒子、および/または
c) ≧2.0、より好ましくは>2.5、好ましくは>2.5から3.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する粒子
を含み、より好ましくは該粒子からなる。
一実施形態では、工程d)で得られた表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含むブレンドは、好ましくは
a) 沈降法で決定された、5μmから100μm、好ましくは10μmから75μm、より好ましくは15μmから50μm、さらにより好ましくは20μmから35μmの中央粒径d50を有する粒子、または
b) 窒素およびBET法を使用して測定された、≧5m/g、好ましくは10m/gから200m/g、より好ましくは20m/gから150m/g、さらにより好ましくは30m/gから100m/gのBET比表面積を有する粒子、または
c) ≧2.0、より好ましくは>2.5、好ましくは>2.5から3.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する粒子
を含み、より好ましくは該粒子からなる。
代替の実施形態では、工程d)で得られた表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含むブレンドは、好ましくは
a) 沈降法で決定された、5μmから100μm、好ましくは10μmから75μm、より好ましくは15μmから50μm、さらにより好ましくは20μmから35μmの中央粒径d50を有する粒子、および
b) 窒素およびBET法を使用して測定された、≧5m/g、好ましくは10m/gから200m/g、より好ましくは20m/gから150m/g、さらにより好ましくは30m/gから100m/gのBET比表面積を有する粒子、および
c) ≧2.0、より好ましくは>2.5、好ましくは>2.5から3.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する粒子
を含み、より好ましくは該粒子からなる。
工程a)において提供される表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーが少なくとも1つの処理剤を含む場合、工程d)で得られた水性スラリーは、工程d)で得られた水性スラリーの総乾燥重量を基準として、好ましくは8重量%までの量、好ましくは0.01重量%から5重量%までの量、より好ましくは0.05重量%から4重量%までの量、さらにより好ましくは0.2重量%から3重量%までの量で少なくとも1つの処理剤を含むことが理解される。
方法の工程d)は、分散剤の不存在下で実施されることが好ましい。従って、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドは、好ましくは分散剤を含まない。より好ましくは、方法の工程a)、b)、c)およびd)は、分散剤の不存在下で実施される。
本発明による方法は、任意の乾燥工程e)をさらに含むことができる。乾燥工程において、脱水工程d)で得られた水性スラリーが乾燥されて表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の乾燥ブレンドを得る。
表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の乾燥ブレンドを得るために適用される乾燥方法は、当業者に周知の任意の種類の乾燥方法であることができる。
従って、任意の乾燥工程e)において得られた表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の乾燥ブレンドの固形分は、ブレンドの総重量を基準として、20.0から99.0重量%の範囲、好ましくは24.0から90.0重量%の範囲である。例えば、任意の乾燥工程e)で得られた表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の乾燥ブレンドの固形分は、ブレンドの総重量を基準として、20.0から60.0重量%の範囲、好ましくは24.0から50.0重量%の範囲である。
本方法が乾燥工程e)を含む場合、乾燥工程は、得られたブレンドが脱水工程d)で得られた水性スラリーの固形分を超える固形分を有するように行われることが理解される。
乾燥ブレンドの特性に関しては、方法の工程c)およびd)を論じるときに示された特性が参照される。
<発明の使用>
表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の本発明のブレンド、または表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の前記ブレンドを含む水性スラリーは、紙、ティッシュペーパー、デジタルフォトペーパー、塗料、コーティング、接着剤、プラスチック、または廃水処理もしくは廃水処理剤に使用される。
好ましい実施形態では、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の本発明のブレンドは、艶消し剤として塗料またはコーティングに使用される。艶消し剤によって、出願人は、薬剤が入射光を鏡面反射角から散乱させることができることを理解している。これは、拡散散乱を引き起こす基材を照射する有向の光を回折することを意味する。
特に、艶消し剤は、塗料またはコーティングの総重量を基準にして、1から10重量%の量、好ましくは2から7重量%の量、より好ましくは3から5重量%の量で存在する。
艶消し剤として、上述の量の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の本発明のブレンドを含む塗料またはコーティングは、DIN 67 530に従って測定された、10グロスユニット(GU)未満、好ましくは0.5から9.5、より好ましくは1から8、さらに好ましくは2から7.5の範囲の85°における、塗料またはコーティングの乾燥膜の表面光沢を提供し、これは艶消し剤の含有量が低いために非常に驚くべきことである。
上記のような量で存在する表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の本発明のブレンドのさらなる利点は、塗料またはコーティングの乾燥膜の艶消し効果の他に、 前記乾燥した塗料またはコーティングの表面が滑らかなことである。
従って、本発明の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の本発明のブレンドは、塗料および/またはコーティングに使用される場合、艶消しの外観を提供すると同時に、触覚の滑らかな表面を提供する。
以下の実施例は、本発明の範囲を限定することなく、本発明を説明するためのものである。
<測定方法>
以下の測定方法を使用して、発明の詳細な説明、実施例および請求項に記載のパラメーターを評価する。
<材料のBET比表面積(SSA)>
比表面積は、試料を250℃で30分間加熱して調整した後に、マイクロメリティクス(MICROMERITICS)(商標)社により販売されているジェミニ(Gemini)Vを使用してISO 9277に従うBET法により窒素を用いて測定する。そのような測定の前に、試料をブフナー漏斗内で濾過し、脱イオン水ですすぎ、オーブン中で90℃から100℃で一晩乾燥させる。続いて、乾燥ケーキを乳鉢で十分に粉砕し、得られた粉末を一定重量に達するまで130℃でモイスチャーバランスに入れる。
<水性スラリーの固形分>
スラリーの固形分(「乾燥重量」としても知られる)は、以下の設定、即ち、温度120℃、自動スイッチオフ3、標準乾燥、スラリー5から20gで、メトラー・トレド(Mettler−Toledo)から市販されている湿分分析器HR73を用いて決定する。
<非表面反応炭酸カルシウム含有材料(即ち、炭酸カルシウム出発材料)の粒度分布(直径<xを有する粒子の質量%)および重量中央直径(d50)>
炭酸カルシウムのような粒状材料の重量中央粒径および粒径質量分布は、沈降法、即ち、重量測定分野における沈降挙動の分析によって決定する。測定はセディグラフTM 5120を用いて行う。
この方法および装置は、当業者に知られており、充填剤および顔料の粒径を決定するために一般に使用される。0.1重量%のNaの水溶液中で測定を行う。試料を高速ミキサーおよび超音波を用いて分散させた。
<球状の表面改質炭酸カルシウム含有鉱物の中央粒径d50およびd98
球状の表面改質炭酸カルシウム含有鉱物の中央粒径d50およびd98を、1.57の規定されたRIおよび0.005のiRI、マルヴァーン・アプリケーション・ソフトウェア(Malvern Application Software)5.60を有するマルヴァーン・マスターサイザー2000レーザー回折システムを用いて測定した。測定は水性分散液に対して行った。試料を高速撹拌機を用いて分散させた。この点において、d50およびd98値は、測定された粒子の50体積%または98体積%がそれぞれd50およびd98値よりも小さい直径を有する直径を規定する。
<粘度測定>
A.EN ISO 2884−1によるICI粘度
ICI粘度は、(23±0.2)℃の温度で10000 l/秒のせん断速度で、コーンアンドプレート粘度計(エプレヒト・インストルメンツ・プラス・コントロールズ)(Epprecht Instruments + Controls)、バッサースドルフ、スイス)を用いてEN ISO 2884−1に従って測定した。一定値であるべき15秒後の測定値は、試料の測定粘度を示す。
B. パール・フィジカ(Paar Physica)M301 PP25レオメーターによる粘度
この測定は、オーストリアのアントン・パール(Anton Paar GmbH)社のパール・フィジカM301 PP25レオメーターを用いて以下の体制に従って行った。
温度:23℃
開始せん断速度:0.1L/秒
終了せん断速度:100L/秒、10進毎に10個の測定点の対数勾配であり、各測定点は5秒後に取得。
測定点は10進対数で表示されるため、負の傾きを持つ線形プロットがこの測定から生じる。グラフのx軸は10進対数でのせん断速度を表し、y軸はPa・sでの測定粘度を表す。
<コーティングされた表面の光沢>
光沢値は、コントラストカード上に150μmのコーターギャップで調製した塗膜についてDIN 67 530に従って列挙された角度で測定する。使用されるコントラストカードはレネタ(Leneta)社によって販売され、スイス、シュテファのノバマート(Novamart)によって流通されているレネタコントラストカード、形式3−B−H、サイズ7−5/8×11−3/8(194×289mm)である。光沢はビックガードナ(Byk Gardner)、ゲーレッツリート、ドイツの光沢測定装置で測定する。光沢測定装置でカード上の5つの異なる点を測定することによって光沢を得、平均値を装置によって計算し、装置の表示から導き出すことができる。
<明度(Rx、Ry、Rz)の決定>
明度Rx、Ry、Rzを、レネタコントラストカードの白色および黒色の領域と比較して決定し、フランス、モントルイユのデータカラー(Datacolor)社のスペクトラフラス(spectraflas)SF 450 X分光光度計で測定する。
<コーティングされた表面のコントラスト比(不透明度)>
コントラスト比の値を、ISO 2814に従って10±0.5m/lの塗坪で測定する。
コントラスト比を、以下の式によって記述されるように計算する。
Figure 0006499316
ここで、RyblackおよびRywhiteは、明度の値の測定によって得られる。
<例>
球状のMCCの調製のための本発明の以下の例は、10mのバッチサイズの層流混合システムを備えたジャケット付き鋼製反応器中で調製した。表1に示すように、固形分を固形分20重量%に調整する。
この方法は、以下の工程:
a) 少なくとも1つの水性炭酸カルシウム含有鉱物スラリーを提供する工程;
b) 少なくとも1つの水溶性酸を提供する工程;
c) 場合により、外部経路を介してさらなるガス状COを提供する工程;
d) 工程a)の水性炭酸カルシウム含有鉱物スラリーを工程b)の酸およびその場で生成されたおよび/または工程c)の外部から供給されたCOと撹拌条件下で接触させる工程;
e) 場合により水性スラリーを脱水する工程
を含む。
工程b)の少なくとも1つの水溶性酸の添加、および工程a)の水性炭酸カルシウム含有鉱物スラリーと、工程b)の酸との接触ならびにその場で生成されたおよび/または工程d)の外部から供給されたCOとの接触は、本質的に層流を発生させるような撹拌条件下で撹拌反応器中で行われる。
本発明の方法において使用され、表1にH90として示された大理石は、ノルウェーのモルデの天然の大理石であるHydrocarb(R) 90−ME 78%の商品名で販売され、5μmのトップカットd98および0.7μmの重量中央粒径d50(セディグラフによって決定されたサイズ)を有し、固形分がスラリーの乾燥物を基準として78重量%であり、粘度が400mPasであるスラリーの形態で提供される出願人から市販されている製品である。
混合速度を48rpmに調整し、温度を70℃に調整する。10から12分間にわたって添加される35重量%のリン酸溶液の添加に先立ち、処理剤である硫酸アルミニウム16水和物を炭酸カルシウム含有鉱物スラリーに一度に約0.3重量%の量で添加した。
表1に従って、示された混合速度および時間で反応を混合した。
Figure 0006499316
合成MCCの実施例E1およびE2の粒度分布(PSD)を、マルヴァーン・マスターサイザーを用いて測定し、実施例E1およびE2についての粒度分布およびBET比表面積SSA、ならびにトップカットd98および中央粒径d50を表2に示す。
Figure 0006499316
反応後に得られた実施例E2のスラリーを、市販の沈降炭酸カルシウム(オムヤAG)の54重量%のスラリーと表3に従って混合し、乾燥させた(沈降炭酸カルシウムは、セディグラフ5120により決定された、7μmのトップカットd98、1.8μmの重量中央粒径d50、60重量%が<2μmの粒径、97%の輝度Ry(C/2°、DIN 53163)を有する偏三角面体状の沈降炭酸カルシウム(sPPC)である。これに加えて、スラリーE2をまず乾燥させ、次いで表3に示すように異なる比で上記のように乾燥した偏三角面体PCCとブレンドした。
Figure 0006499316
MCCおよびsPCCの、乾燥ブレンドおよび乾燥した湿式ブレンドの得られた乾燥試料を塗料で試験した。このために、R1、DB1からDB3およびWBd1を配合物中に混合し、珪藻土(R2 Celite 281)のようなこの領域で使用される艶消し剤と比較した。全ての艶消し剤の添加量は7重量%であった。配合物は、一般的な添加剤、例えば消泡剤、分散剤、水酸化ナトリウム、防黴剤、殺菌剤、二酸化チタン(ルチル)、タルク、充填剤、顔料、増粘剤、可塑剤、粘度調整剤、水および当業者に公知の他のものをさらに含む。表4は、試験塗料の組成を示す。
Figure 0006499316
充填剤および顔料は、体積基準で、即ち、同一の顔料体積濃度(PVC)で置換した。乾燥不透明度(ISO 2814)、白色度Ry(DIN 53145)および艶(DIN67530)(85°光沢)について塗料を試験した。基礎試験塗料のための材料の成分および機能は、当業者に公知であり、以下の表5に列挙する市販の製品である。
Figure 0006499316
試験した塗料の性能を表6に要約した。ここで、DB1、DB2、DB3、DB4およびDB5は乾燥ブレンドから得られる比較塗料例を指し、一方R1(100%MCC)およびR2(ImerysのCelite281である、焼成された珪藻土)は、参照塗料の例を示す。WBd1は、本発明の方法によって得られたブレンドを含む塗料の例を指す。
Figure 0006499316
表6の結果からわかるように、本発明の例(WBd1)は、同じMCC/sPCC比のDB3の乾燥ブレンドよりも優れ、従来技術R2の艶消し剤と類似の艶消し効果の性能を示す。
従って、本発明は、表面改質炭酸カルシウムおよび沈降炭酸カルシウムの湿式ブレンドをベースとする代替の艶消し剤を提供し、これは、乾燥されて塗料にされると、一方で、同じ割合の表面改質炭酸カルシウムおよび沈降炭酸カルシウムの乾燥ブレンドが提供するであろうよりも良好な艶消し効果を提供すると同時に、その後に乾燥される湿式ブレンドの生産およびコスト効率を改善することができる。そのような改善された生産およびコスト効率は、6.21部のMCCと1部のsPCCにより20重量%のMCCのスラリーが54重量%のsPCCのスラリーとブレンドされ、固形分が24.7重量%(これは純粋なMCCの20重量%よりも4.7高い)の70/30のMCC/sPCC比を有するスラリーを得る場合に見られる。従って、乾燥出発物質との70/30の比のMCC/PCCの乾燥ブレンドを得るためには、湿式ブレンドし、乾燥する場合よりも多くの水分を除去する必要があり、その結果、除去される必要がある水分がより少ないため、生産効率が向上し、製造コストが低下する。
本発明のMCC/PCCブレンドは、紙および紙コーティング、ティッシュペーパー、デジタルフォトペーパー、塗料、コーティング、接着剤、プラスチック中に、または廃水処理剤として使用することができる。

Claims (14)

  1. 表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーの製造方法であって、以下の工程:
    a) 表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーを提供する工程、
    b) 沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーを提供する工程、
    c) 表面改質炭酸カルシウム粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーを得るために、工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーを、工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーと接触させる工程、ならびに
    d) 表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを含む水性スラリーを得るために、工程c)で得られた水性スラリーを脱水する工程
    を含み、
    該ブレンドが、99:1から50:50の重量比[MCC/PCC]で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含む、
    製造方法。
  2. 工程a)の水性スラリー中の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)が、球状の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(bMCC)である請求項1に記載の方法。
  3. 工程a)の水性スラリー中の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)が、
    a) マルヴァーン・マスターサイザーで決定された、4μmから100μmの中央粒径d50を有する、および/または
    b) 窒素およびBET法を使用して測定された、20m/gから200mgのBET比表面積を有する、および/または
    )1.4から2.9の範囲の粒度分布d98/d50を有する
    請求項1または2に記載の方法。
  4. 工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーが、水性スラリーの総乾燥重量を基準にして、8重量%までの量で少なくとも1つの処理剤を含む請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 少なくとも1つの処理剤が、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第一鉄、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムおよび/またはそれらの水和形態、ケイ酸塩、水溶性カチオン性ポリマー、水溶性両性ポリマー、水溶性非イオン性ポリマーならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される請求項4に記載の方法。
  6. 工程b)の水性スラリー中の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)が、
    a) 沈降法によって決定された、0.1から100μmの中央粒径d50を有する、および/または
    b) 窒素およびBET法を使用して測定された、1から100mgのBET比表面積を有する、および/または
    )3.2から4.5の範囲の粒度分布d98/d50を有する
    請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. a) 工程a)の表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)の水性スラリーおよび/または工程b)の沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)の水性スラリーが、水性スラリーの総重量を基準にして、5から60重量%の固形分を有し、および/または
    b) 工程c)で得られた水性スラリーが、水性スラリーの総重量を基準にして、5から40重量%の固形分を有し、および/または
    c) 工程d)で得られた水性スラリーが、水性スラリーの総重量を基準にして、15から50重量%の固形分を有する
    請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. ブレンドが、
    a)95:5から65:35の重量比[MCC/PCC]で表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)を含む、および/または
    b)沈降法で決定された、5μmから100μmの中央粒径d50を有する粒子を含む、および/または
    c)窒素およびBET法を使用して測定された、10m/gから200mgのBET比表面積を有する粒子、および/または
    )>2.5から3.0の範囲の粒度分布d98/d50を有する粒子を含む
    請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 9:1から50:50の重量比[MCC/PCC]にある、表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンドを製造する方法であって、請求項1から8のいずれか一項に記載の工程a)からd)を含み、もって水性スラリーを得、及び水性スラリーを乾燥する工程e)を含む、方法。
  10. 紙、紙コーティング、ティッシュペーパー、デジタルフォトペーパー、塗料、コーティング、接着剤、プラスチック、廃水処理または廃水処理剤における、請求項9に記載する水性スラリーの表面改質炭酸カルシウム含有粒子(MCC)および沈降炭酸カルシウム含有粒子(PCC)のブレンド、または請求項9に記載するブレンドの使用。
  11. 塗料およびコーティング中の艶消し剤としての、請求項10に記載の使用。
  12. 艶消し剤が、湿式塗料を基準として、1から10重量%の量で存在する請求項11に記載の使用。
  13. 乾燥した塗料またはコーティングの表面は、DIN 67 530に従って測定した場合に、10未満の範囲の、85°における光沢を有する請求項12に記載の使用。
  14. 、ティッシュペーパー、デジタルフォトペーパー、塗料、コーティング、接着剤、プラスチックまたは廃水処理剤の製造方法であって、請求項1から8のいずれか一項に記載の工程a)からd)を含み、もって水性スラリーを得るか、または請求項9に記載の方法に従い、さらに工程e)を含み、もってブレンドを得て、請求項9に記載の水性スラリーまたはブレンドを紙、ティッシュペーパー、デジタルフォトペーパー、塗料、コーティング、接着剤、プラスチックまたは廃水処理剤において使用することを含む、方法
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