JPH10316419A - 高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高濃度で流動性に優れる軽質炭酸カルシウムス
ラリーであって、特に塗工用の軽質炭酸カルシウムとし
て、白色度、不透明度、透気度、さらには吸油度等に優
れる、極めて高濃度の軽質炭酸カルシウムスラリーを容
易に製造する方法を提供する。 【解決手段】炭酸化反応を利用して得られる、紡錘状軽
質炭酸カルシウムスラリーをフィルタープレスにより脱
水濃縮し、固形分濃度が７０重量％以上のケーキとした
後、該ケーキに少なくとも分散剤を添加し攪拌機により
分散して高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーを調製した
後、湿式解砕処理して平均粒子径が２μｍ以下、かつ固
形分濃度が６８重量％以上の軽質炭酸カルシウムスラリ
ーを得る高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高濃度軽質炭酸カル
シウムスラリーの製造方法に関し、さらに詳しくは、白
色度、不透明度、透気度、および吸油度等に優れる塗工
用の高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、印刷用塗工紙や情報用紙を製造す
るメーカーにおいては、優れた品質を有する製品をその
用途、目的に応じて操業性や経済性を考慮しながら、効
率良く生産することが不可欠となっている。さらには省
力化対策等とも相まって、より一層の生産性の向上、即
ち抄紙機や塗工機の大型化と生産速度のアップが求めら
れている。ところで、一般に印刷用塗工紙は顔料と接着
剤を主成分とする塗工液を原紙に塗工することによって
製造されるが、抄紙機の高速化に対して所要の塗工量を
維持し、かつ塗工紙の乾燥負荷を少なくして効率良く生
産するためには、高濃度塗工液を塗工することが必要で
あり、かつ有効な手段となり得るものである。そのため
には塗工液の構成成分となる各原材料のスラリー調製、
なかでも塗工液の主要部分となる顔料スラリーの濃度を
できる限り高めることが重要である。

【０００３】一般に、顔料としてはカオリン、クレー、
酸化チタン、タルク、水酸化アルミニウム、重質炭酸カ
ルシウム、軽質炭酸カルシウム等の無機顔料が用いられ
る。これらの塗工紙用に使用される無機顔料のうち、軽
質炭酸カルシウムは白色度、不透明度、透気度、吸油度
等に優れるので、巾広く利用される顔料の１つとなって
いる。

【０００４】軽質炭酸カルシウムは、基本的には水酸化
カルシウムスラリー（ＣａＯと水を反応させた液）に炭
酸ガス（ＣＯ₂ ）を吹き込み、反応させて製造される。
高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの製造方法に関して
は、これまでに種々の提案がなされている。例えば、特
開昭６０−２１０５２１号公報には、軽質炭酸カルシウ
ムスラリーをフィルタープレス等で最大６０重量％程度
まで脱水してスラリー化し、さらに、高濃度化するため
に乾燥した軽質炭酸カルシウムを添加する方法が提案さ
れている。

【０００５】このように、通常の方法によると、６０重
量％程度までは、炭酸化反応により得られた低濃度の軽
質炭酸カルシウムスラリーをフィルタープレス等で脱水
濃縮して、ウェットの状態のまま高濃度化することは容
易である。しかしながら、それ以上の高濃度、例えば固
形分濃度が６８重量％以上といった極めて高濃度の軽質
炭酸カルシウムスラリーを得ようとする場合には、６０
重量％程度の軽質炭酸カルシウムスラリーに、予め乾燥
した軽質炭酸カルシウムを後添加して高濃度化すること
が必要となる。その場合、後添加に使用される乾燥軽質
炭酸カルシウムは、熱乾燥処理して乾燥されることが多
く、乾燥工程にコストがかかり、かつ手間を要するとい
う難点がある。さらには、乾燥により凝集している軽質
炭酸カルシウム（乾燥品）を攪拌機等で完全に水分散す
るには、長時間の攪拌が必要であり、その分動力負荷も
大きくなるといった難点が付随する。

【０００６】さらに、特開昭６２−７８２９９号公報に
は、２段階に分けて高濃度の内添用軽質炭酸カルシウム
の製造方法が提案されている。即ち、この提案では、炭
酸化反応で得られた低濃度の軽質炭酸カルシウムスラリ
ーを、先ず、第１段階で３５〜４５重量％になる迄脱水
処理した後、第２段階としてベルトプレスや造粒ローラ
による脱水と同時に造粒形成して高濃度化を図ることを
特徴とするものである。しかしながら、この方法の場合
にも工程が複雑となり、結果的に大きな動力負荷を必要
とする難点がある。

【０００７】また、一般に塗工用顔料として使用される
炭酸カルシウムやカオリン等は微粉砕処理することによ
って、それらのもつ品質特性が発揮できるものである。
因みに、特開昭６０−２１０５２１号公報には、固形分
濃度６０重量％に調整した軽質炭酸カルシウムのケーキ
に、例えばポリカルボン酸系などの分散剤を炭酸カルシ
ウム１００重量部あたり、２．０重量部以下添加し、ホ
モディスパー等の分散機で固形分濃度６０重量％のスラ
リーにした後、更にパウダーの軽質炭酸カルシウムを添
加して固形分濃度７０重量％以上のスラリーにした後に
５ｍｍφのアルミナビーズを使用して軽質炭酸カルシウ
ムスラリーの湿式解砕処理を行うことによって、塗工用
軽質炭酸カルシウムスラリーを得るための微細化方法が
提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は高濃度軽質炭
酸カルシウムスラリーを製造するにあたって、炭酸化反
応で得られた、低濃度の軽質炭酸カルシウムスラリー、
特に好ましいのは特定の粒度分布を有する軽質炭酸カル
シウムスラリーを一回のフィルタープレス操作で脱水濃
縮し、高濃度の軽質炭酸カルシウムのケーキを調製した
後、該ケーキに少なくとも分散剤を加えてコーレスミキ
サー等の分散機で分散してスラリー化した後、湿式解砕
処理して、炭酸化反応から最終製品に至るまで乾燥工程
を経ることなく、ウェットの状態のままで塗工用に好適
な高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーを得る方法を提供
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、炭酸化反応を
利用して得られる、紡錘状軽質炭酸カルシウムスラリー
をフィルタープレスにより脱水濃縮し、固形分濃度が７
０重量％以上のケーキとした後、該ケーキに少なくとも
分散剤を添加し攪拌機により分散して高濃度軽質炭酸カ
ルシウムスラリーを調製した後、湿式解砕処理して平均
粒子径が２μｍ以下、かつ固形分濃度が６８重量％以上
の軽質炭酸カルシウムスラリーを得ることを特徴とする
高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの製造方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、高濃度軽質炭酸
カルシウムスラリーの製造方法に関するものであって、
特に、平均粒子径が２μｍ以下、かつそのスラリー濃度
が６８重量％以上といった極めて高濃度の塗工用軽質炭
酸カルシウムスラリーを得ることにある。即ち、本発明
に係る方法は、炭酸化反応で得られるスラリー濃度が７
〜２５重量％といった比較的低濃度で、かつ粒子形状が
紡錘状である軽質炭酸カルシウムスラリーをフィルター
プレスで脱水濃縮して、固形分濃度が７０重量％以上の
軽質炭酸カルシウムのケーキを調製した後、該ケーキに
少なくとも分散剤を添加して攪拌機で分散し、固形分濃
度が６８重量％以上の軽質炭酸カルシウムスラリーを調
製した後、さらにサンドミル等の微細ボールをメディア
とする湿式解砕機で分散して、塗工用の顔料として、白
色度、不透明度、透気度、吸油度等に優れる高品質の高
濃度軽質炭酸カルシウムスラリーを得るものである。

【００１１】本発明の方法を実施するに当たり、特に炭
酸化反応を終えた低濃度の軽質炭酸カルシウムスラリー
として、その平均粒子径が４〜９μｍ、かつロジンラム
ラー式における均等数ｎが２．５以上の粒度分布を示す
紡錘状の軽質炭酸カルシウムスラリーを使用すること
で、本発明が所望とする優れた品質を有する高濃度の塗
工用軽質炭酸カルシウムスラリーが好適に得られるもの
である。

【００１２】前記した如く、本発明は炭酸化反応、即ち
水酸化カルシウムスラリーと炭酸ガスとの反応によって
得られる軽質炭酸カルシウムスラリーを使用する。この
炭酸カルシウムは、例えば特開平５−１６０１８号公報
に記載されているような方法、即ち、反応槽内下部に多
数の開孔を有する気体溜を装着した反応槽に固形分濃度
５〜１５重量％の水酸化カルシウムスラリーを装填し、
該気体溜よりパルプ製造プラントにおけるアルカリ蒸解
工程で使用する蒸解液（ＮａＯＨ＋Ｎａ₂ Ｓ）の回収工
程に装備されている石灰キルンの排ガスに含まれる炭酸
ガスの微細気泡を供給して炭酸化反応を行わせることに
よって得ることができ、通常その粒子形は紡錘状または
針状である。そして、本発明ではその形状が紡錘状であ
るものを好ましく使用するものである。因みに、その理
由については定かではないが、針状のものは、高濃度ス
ラリーが得られない虞れがある。

【００１３】本発明では、上記の方法によって得られる
軽質炭酸カルシウムスラリーを利用するものである。そ
のスラリーの中でも、特に、軽質炭酸カルシウムの平均
粒子径が４〜９μｍ、かつロジンラムラー式の均等数ｎ
が２．５以上であるような粒度分布を示す軽質炭酸カル
シウムスラリーを使用することが望ましい。なお、上記
の如き特定の粒度分布を示す軽質炭酸カルシウムスラリ
ーを得るには、炭酸化反応において、水酸化カルシウム
スラリーの固形分濃度、炭酸ガスの吹き込み流量、炭酸
化反応温度等の反応条件を適宜調整することによって、
所望とする平均粒子径および粒度分布を有する軽質炭酸
カルシウム粒子からなるスラリーを得ることができる。

【００１４】因みに、フィルタープレスで処理する前の
軽質炭酸カルシウムの平均粒子径が４μｍ未満ではフィ
ルタープレスでの脱水濃縮にあたり、７０重量％以上と
いった高濃度の軽質炭酸カルシウムのケーキが得られな
い虞れがあり、他方９μｍを越えるような粗い平均粒子
径の場合には、高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの湿
式解砕処理にあたり、満足な微粉砕処理ができなくなる
虞れがある。

【００１５】また、フィルタープレスによる脱水処理前
の軽質炭酸カルシウムの粒度分布として、ロジンラムラ
ー式による均等数ｎが２．５以上のものを使用すると、
脱水処理によって得られるケーキの固形分濃度が高くな
る傾向があり好ましい。因みに、均等数ｎが２．５未満
の場合には、固形分濃度７０重量％以上のケーキが得ら
れ難くなる虞れがある。なお、上限については特に限定
するものではないが、本発明者らの実験によると、５．
５程度が均等数ｎの上限であった。

【００１６】ここに、ロジンラムラー式はＲ_(DP)＝１０
０・ｅｘｐ（−ｂＤｐⁿ ）で表され、顔料等の粒度分布
表示に利用される。上記の式において、Ｒ_(DP)は積算ふ
るい上質量％、Ｄｐは平均粒子径、ｂは定数、およびｎ
は均等数を示す。そして、ｎの値が大きいほど粒度分布
範囲が狭いことを示すものである。

【００１７】次いで、上記のようにしてフィルタープレ
スにより脱水して得られた固形分濃度が７０重量％以上
のケーキに、分散剤として、例えばポリカルボン酸型の
合成高分子からなる分散剤を軽質炭酸カルシウムに対
し、固形分対比で概略１重量％程度添加し、機械攪拌に
より分散して濃度６８重量％以上の軽質炭酸カルシウム
スラリーを得る。さらに、このようにして得られた高濃
度軽質炭酸カルシウムスラリーをサンドミル等の湿式解
砕処理機を使用して、その平均粒子径が２μｍ以下とな
るように微細化するものである。この場合、得られる平
均粒子径が２μｍを越えると、塗工用の顔料として高品
質の製品を得ることができない。また、下限について
は、特に限定するものではないが、例えば平均粒子径が
０．５μｍ未満といったように小さくなると、多量の接
着剤を必要とし、塗工適性への影響や、さらには塗工紙
品質に対しても、不透明度、透気度、あるいは吸油度等
の低下をもたらす虞れがある。上記より、一般には０．
５〜２μｍの範囲で適宜調節される。因みに、サンドミ
ルを使用して解砕処理する場合についてみると、解砕の
メディアとなるボールとしては、その直径が０．５〜
３．０ｍｍ、好ましくは０．８〜１．５ｍｍのものが利
用される。０．５ｍｍ未満の場合には、汎用のボールが
少なく、他方３．０ｍｍを越えるようなものは、塗工紙
に仕上げた場合に不透明度が低下する虞れがある。

【００１８】なお、前記したように、本発明の目的は湿
式解砕処理して最終的に得られる塗工用軽質炭酸カルシ
ウムとして、その平均粒子径が２μｍ以下、かつできる
だけ高濃度の軽質炭酸カルシウムスラリーを調製するこ
とにある。そのために、フィルタープレスでの脱水濃縮
により得られる軽質炭酸カルシウムのケーキ濃度をでき
るだけ高くすることが望ましく、上限を設けるものでは
ないが、本発明者らの実験に基づくとケーキ濃度の上限
は概略７６重量％程度と推察される。因みに、それ以上
になると安定したスラリーを得ることが難しくなると思
われる。

【００１９】従来の技術では、一般に乾燥した軽質炭酸
カルシウムを使用しない塗工用スラリーの上限濃度とし
ては精々６７重量％程度が限度であった。１回のフィル
タープレス操作で脱水濃縮し炭酸化反応から最終製品に
至るまで乾燥工程を経ることなくウェットの状態のまま
で塗工用として好適な高濃度（７０重量％以上）軽質炭
酸カルシウムスラリーの調製は、本発明の方法によって
初めて達成されたものである。

【００２０】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、勿論本発明はそれらに限定されるものではな
い。なお、例中の「部」および「％」は特に断らない限
り、それぞれ「重量部」および「重量％」を示す。

【００２１】水酸化カルシウムと炭酸ガスとの炭酸化反
応を利用し、その反応条件において、水酸化カルシウム
スラリーの固形分濃度、炭酸ガスの吹き込み流量、反応
温度等を操作することで３種類（ａ〜ｃ）、さらに得ら
れた軽質炭酸カルシウムスラリーに分散処理を付加する
ことで２種類（ｄ〜ｅ）の平均粒子径および粒度分布の
異なる軽質炭酸カルシウムスラリーを得た。このように
して得られたスラリーをフィルタープレス機（ＩＳＤリ
ーフテスト機／石垣機工社）を用い、下記の条件のもと
に脱水濃縮を行い、軽質炭酸カルシウムのケーキを得
た。このときの軽質炭酸カルシウムの結晶（一次）粒子
径（長径）、平均粒子径、ロジンラムラーの式に係る均
等数ｎ、および固形分濃度を表１に示した。なお、上記
５種類の軽質炭酸カルシウムスラリーの中から、平均粒
子径が６μｍである軽質炭酸カルシウムスラリー（ｂ）
を実施例に使用した。

【００２２】〔フィルタープレス機での処理条件〕 圧入：５ｋｇ／ｃｍ² ，圧搾：７ｋｇ／ｃｍ² ，エアー
ブロー：５ｋｇ／ｃｍ²の条件でフィルタープレス運転
を行った。

【００２３】なお、各測定は下記により実施した。 〔平均粒子径、ロジンラムラーの式の均等数ｎ〕…マイ
クロトラック粒度分析計（日機装社）を使用した。 〔結晶（一次）粒子径（長径）〕…走査顕微鏡写真を使
用して代表径を測定した。 〔スラリー粘度〕…Ｂ型粘度計を用いて６０ｒｐｍでの
１分値を測定した。 〔白色度〕…ＪＩＳ Ｐ８１２３に準じて測定した。 〔不透明度〕…ＪＩＳ Ｐ８１３８に準じて測定した。 〔光沢度〕…ＪＩＳ Ｐ８１４２に準じて測定した。 〔平滑度、透気度〕…王研式透気度、平滑度試験機（旭
精工社）を使用した。 〔吸油度〕…紙片上にアマニ油を滴下し、背面側に浸透
するまでの秒数を測定した。

【００２４】実施例１ （高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの調製）固形分濃
度１４．７％の軽質炭酸カルシウムスラリー〔結晶粒子
径（長径）；１．３ μｍ、平均粒子径；６．０μｍ、
ロジンラムラーの式の均等数ｎ；４．９〕を製造し、フ
ィルタープレス機で脱水操作を行い、固形分濃度７３．
５％の軽質炭酸カルシウムケーキを得た。次いで、解砕
機で数ｍｍ程度に解砕し、コーレスミキサーを用いて軽
質炭酸カルシウムに対して１．０％の分散剤（アロンＡ
−９／東亜合成社）と水を加えて、固形分濃度７１．０
％の高濃度軽質炭酸カルシウムスラリー（平均粒子径
２．８μｍ）を調製した。

【００２５】（塗工用高濃度軽質炭酸カルシウムスラリ
ーの粒子径の調整）上記で得られた高濃度軽質炭酸カル
シウムスラリーを、解砕メディアとして直径１ｍｍのジ
ルコニアビーズを用いてボールミルで湿式解砕処理を行
い、平均粒子径１．３μｍの軽質炭酸カルシウムのスラ
リーを得た。このスラリーの粘度を表１に示した。

【００２６】（塗被組成物の調製）次に、上記の高濃度
軽質炭酸カルシウムスラリー（固形分濃度７１．０％、
平均粒子径１．３μｍ）１００部に対して、変性澱粉
（王子コーンスターチ社より入手したコーンスターチを
自家変性）６部、スチレン−ブタジエン共重合体ラテッ
クス（ＳＮ−１２３Ｇ／住化エイビーエス・ラテックス
社）９部（それぞれ、固形分として）を添加し、コーレ
スミキサーを用いて分散し、さらに水を加えて固形分濃
度が６０．０％の塗被組成物を調製した。

【００２７】（塗被紙の調製）上記の塗被組成物を米坪
９０ｇ／ｍ² の原紙に、片面当たり乾燥重量で１５ｇ／
ｍ² になるように手塗り用ロッドを使用して両面塗被を
行い、乾燥後、スーパーキャレンダーに２回通して塗被
紙を得た。かくして得られた塗被紙の品質測定結果を表
２に示した。

【００２８】実施例２ 実施例１の塗工用高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの
粒子径の調製において、平均粒子径が１．８μｍとなる
ように操作した以外は、実施例１と同様にして塗被紙を
得た。得られた塗被紙の品質測定結果を表２に示した。

【００２９】実施例３ 実施例１の塗工用高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの
粒子径の調製において、平均粒子径が０．８μｍとなる
ように操作した以外は、実施例１と同様にして塗被紙を
得た。得られた塗被紙の品質測定結果を表２に示した。

【００３０】比較例１ 実施例１の塗工用高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの
粒子径の調製において、平均粒子径が２．３μｍとなる
ように操作した以外は、実施例１と同様にして塗被紙を
得た。得られた塗被紙の品質測定結果を表２に示した。

【００３１】比較例２ 実施例１において、湿式解砕処理を施さなかった以外
は、実施例１と同様にして塗被紙を得た。得られた塗被
紙の品質測定結果を表２に示した（軽質炭酸カルシウム
粒子の平均粒子径は２．８μｍ）。

【００３２】比較例３ 実施例１において、塗被組成物の調製に際し、高濃度軽
質炭酸カルシウムスラリーを重質炭酸カルシウムスラリ
ー（市販品：ＦＭＴ−９０／ファイマテック社…固形分
濃度７５％、平均粒子径 １．１μｍ）に変更した以外
は、実施例１と同様にして塗被紙を得た。得られた塗被
紙の品質測定結果を表２に示した。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【発明の効果】本発明の方法によれば、乾燥した軽質炭
酸カルシウムを併用することなく、流動性に優れる高濃
度の軽質炭酸カルシウムスラリーを容易に得ることがで
きる。さらに、本発明の方法によって得られた軽質炭酸
カルシウムを使用して塗工紙に仕上げると、表２の結果
から明らかなように、白色度、不透明度、光沢度、平滑
性等に優れる塗工紙を得ることができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭酸化反応を利用して得られる、紡錘状軽
   質炭酸カルシウムスラリーをフィルタープレスにより脱
   水濃縮し、固形分濃度が７０重量％以上のケーキとした
   後、該ケーキに少なくとも分散剤を添加し攪拌機により
   分散して高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーを調製した
   後、湿式解砕処理して平均粒子径が２μｍ以下、かつ固
   形分濃度が６８重量％以上の軽質炭酸カルシウムスラリ
   ーを得ることを特徴とする高濃度軽質炭酸カルシウムス
   ラリーの製造方法。
2. 【請求項２】フィルタープレス処理する前の軽質炭酸カ
   ルシウムスラリー中の紡錘状軽質炭酸カルシウム粒子の
   平均粒子径が４〜９μｍ、かつロジンラムラー式での均
   等数ｎが２．５以上である請求項１に記載の高濃度軽質
   炭酸カルシウムスラリーの製造方法。
3. 【請求項３】湿式解砕処理後の高濃度軽質炭酸カルシウ
   ムスラリーの濃度が７０重量％以上である請求項１また
   は２に記載の高濃度軽質炭酸カルシウムスラリーの製造
   方法。