JPS61141767A - 製紙用水和ケイ酸填料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明に紙の填料として用いる水和ケイ酸の製造方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

近年、紙は軽量化される傾向にあるが、紙を軽量化する
と、紙に印刷し比場合紙の不透明度が低下し好ましくな
いので、この紙の印刷後不透明度の低下を防止する為に
紙に填料を添加することが一般に行なわれている。この
目的の為に無機お工び有機系の各種の填料の研究開発が
行なわれているが、現在、なお安価で充分に効果のある
ものは開発されるに至っていない。

ま友、最近は印刷後不透明度の低下を防止するばかりで
なく、印刷面の品質を向上させる要望が強く、特にイン
キ着肉性を向上させることが必要とされて来ている。

上記各種填料の中で、ケイ酸填料は他の種類のものより
価格も安く、また紙の印刷後不透明度付与の効果が大き
いが、未だその効果において、或いは紙への歩留り、紙
のインキ着肉性に対する効果において充分満足すべきも
のがない。

紙の充填剤としての好ましい水和ケイ酸の製造方法める
いは紙の裏抜は防止用水和ケイ酸スラリーの製造方法に
ついては、特公昭４９−５６８７７号公報、特公昭５２
−２８７５４号公報、特公昭５２−２８７５５号公報及
び特開昭５５−１１５６１１号公報に記載されているが
、これらの製造方法に１って作られ念製品全添加して抄
紙する場合、抄紙時に填料が脱落して抄紙機の水分計、
厚み計等の計器に付着し、また抄紙した紙製品を印刷す
ると印刷中に填料が離脱して印刷機の版に付層し、版の
寿命を低下させるという重大な欠点がある。また上記填
料には紙のインキ着肉性を向上させる能力は皆無である
。

〔発明の目的〕

上記の事実に鑑み、本発明は、従来市販の水和ケイ酸填
料に欠けてい友内添紙のインキ着肉性全同上させる効果
を填料としての機能に新たに付加させると共に、印刷後
不透明度の向上金も計ろうとするものである。

〔問題点を解決する友めの手段〕

本発明は、ケイ酸ソーダを硫酸で中和して得られる水和
ケイ酸の微粒子を含む水性スラ１７−を１湿式分級機お
工び／又は湿式粉砕機全使用して分級及び／又は粉砕し
て直径１〜３０μの粒子割合を少くとも８０％以上とし
、且つ７０μ以上の粒子割合’１（Ｌ４−以下好ましく
は、［ＬＯＳチとすることにエリ達成される。

即ち、本発明は特定の製造条件で得られる特定の粒度分
布ｔ−有する水和ケイ酸スラＩＪ　−ｔ−そのま＼紙の
填料として用いるものであり、安価に且つ安定して容易
に製造できる利点の他に、得られ次水和ケイ１１！項科
は優れた紙への歩留りと、紙の印刷時におけるインキ着
肉性の向上、更には印刷後不透明度向上の効果をも有す
るものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明で使用する水和ケイ酸スラリーは、現在公知の方
法で夷遺される水和ケイ酸スラリーをそのま＼原料とし
て使用することができる。

水和ケイ酸スラリーは市販粉末品に水七加えてスラリー
状とし友ものであっても、スラリー状で製造され几水和
ケイ酸であっても、いずれでも良いが前者はコスト的に
高価になるばかりでなく、得られ７２：＃品の品質の面
でも劣るので、水和ケイ酸としてはスラリー状で製造さ
れたものをそのま＼用いるのが最も良く、中でもケイ酸
ソーダ′に硫酸で中和して得几水和ケイ酸スラリーは最
もコスト的に安価に使用し得る。

本発明は水和ケイ酸スラ’Ｊ　−１−湿式分級及び／又
は湿式粉砕して、粒径１〜５０μの粒子割合を少くとも
８０％以上とし、且つ７０μ以上の粒子割合ｔ−０，４
−以下好ましくは（１０５％以下とすることが必須要件
である。公知技術で製造される水和ケイ酸スラリーは、
平均粒径が２０〜１００μであり、７０μ以上の粒子が
３〜２゜チも含まれており、又、該スラリーｔ−ｆ’過
、乾燥し、且つ、粉砕・分級しである市販の水和ケ゛イ
酸にも７０μ以上の粒子がα５−程度含まれている。

この７０μ以上の粗粒子を含有する水和ケイ酸を添加し
抄紙すると、抄紙時に粗粒子が抄網から離脱し、抄紙機
に付属する計器類に付着し、計器類を狂わす原因となり
、或いは抄紙しｔ紙を印刷する際には、紙から離脱した
填料粗粒子が印刷機の版に付層堆積し、版の寿命を低下
させるという重大なトラブルを引き起すので、この粗粒
子を極力低減させる必要がある。この粗粒子の割合は、
友とえ少量であっても、填料の添加率の増大、或いは長
時間運転の際には蓄積され、悪影響が増大するので、分
級まｆＣは粉砕にエリ、填料全体の１４％以下好ましく
は１０５％以下、更に好ましくは実質的にゼロにするこ
とが必要である。

７０μ以上の粗粒子を除去する目的で湿式粉砕を行なう
場合、１μ以下の粒子にまで粉砕されることがある。こ
の１μ以下の微小粒子は紙への歩留りが悪い几め、結果
的に印刷後不透明度お工びインキ着肉性向上の効果が低
いので、１μ以下の粒子を増加させない様に粉砕機お工
び粉砕条件を選ぶ必要がある。

また本発明においては、平均粒径が３〜１０μの範囲に
あるのが好ましい。

本発明者らは篤い几ことに市販の水和ケイ酸粉末お工び
公知の方法で製造し皮水和ケイ酸では、インキ着肉性に
対しては全く効果がないが、本発明の方法で製造した水
和ケイ酸スラリーはインキ着肉性の向上に優れ几効来が
あること全発見し友。平均粒径３μ以下または１０μμ
上ではこの工うｌ効果は奏し難く、３〜１０μの範囲内
でその効果は最大となる。この範囲内でも、勿論使用す
るパルプの攬類シエびフリーネス（ｆ水産）等の違いに
Ｌつて、最適平均粒径が異ること全発見しｔｏ 填料内添によるインキ着肉性向上の機構は、現在まだ不
明の点が多いが、一般的に紙の平滑性お工び紙表面の細
孔径分布に影響されるものと考えられている。即ち、イ
ンキ着肉性は紙の平滑性が高い方が高く、また細孔は直
径１．５μμ下のものの数が多い方が高くなると考えら
れる。水和ケイｒＲｔ−添加した紙は、パルプ繊維のみ
を原料としｔ紙と比較して、表面の繊維のからみ合いに
１って形成される比較的大きな空間全水和ケイ酸粒子が
埋めることにＬつて平滑性上向上させ、ま几粒子が埋ま
ることによって盾次に生ずる粒子と繊維間の空間（細孔
）が１．５μ以下となってインキ着肉性が向上するもの
と考えられる。従って使用するパルプの種類、形状に工
ってパルプ繊維間に形成される空間（細孔Ｊの大きさが
異るので、填料’ｋＰｇ添する場合その空間を埋めて新
たな１．５μ以下の細孔全増加させる為の填料の最適粒
径が異るものと考えられる。

また粉末水和ケイ酸お工び製造工程の途中で一旦乾燥し
几水和ケイ酸ではインキ着肉性上向上させる能力がない
のは、一旦乾燥させ几場合に弐面のシラノール基（−８
１０ＥＩ　）によるセルロースパルプ繊維との結合力（
水素結合）が減少する（シラノール基ハ縮重合してシロ
キサン結合−８１−０−８１−が生成すりためでめろり
。

本発明全実施するに当っては、湿式分級機と湿式粉砕機
を組合せて使用するのが好ましい。

即ち、水和ケイ酸スラリーヲ湿式粉砕機（Ａ）で粉砕し
、粉砕物を湿式分級機（Ｂ）で分級して３０μ以下の粒
子を完成品として４友後、湿式分級機から得られるもう
一方の粗い粒子を多く含むスラＩＪ　−’に再度湿式粉
砕することに工って目的が達成される。こ＼で使用する
湿式粉砕機は先に使用・し次もの（Ａ）と同じものであ
っても、別のものであっても良い。

ま九別の方法として、水和ケイ酸スラリーをまず湿式分
級機（Ｂ）で分級し、７０μ以上の粗粒子全多く含むも
のと、少ないものに分け、前者に前述の方法により湿式
粉砕−湿式分級によって更に処理し、後者はそのま＼完
成品とするか、ま７’（に必要に応じ更に湿式分級機で
処理して完成品としても良い。

こ＼で用いられる湿式分級機としては特に制限がなく、
沈降分級機、液体サイクロン、振動スクリーン又は傾斜
型スクリーンなど一般に使用されているものを用い得る
。またこれらの分級機′Ｙｒ：１種類ま几は複数組み合
せて使用することも可能である。

湿式粉砕機としては特に制限がｌく、連続式ホモミキサ
ー、コロイドミル、ディスクリファイナ−、サンドグラ
インダー、ボールミル、ロッドミル等一般に使用されて
いるものを用い得る。

つぎに、粒度分布及びインキ着肉性の測定方法を説明す
る。

く粒度分布〉 粒径４４μ（５２５メツシユ）以上の粒子はＪＩＳ標準
篩を重ね、振盪機上で振動させながら上部から水ｔ−流
す水篩法でｍ１足した。４４μ以下の粒子は島津遠心沈
降式粒度分布銅１１定装置金用いて測定し友。平均粒径
は中央累積値（メジアン径）で衆示した。

くインキ眉肉性〉 宮腰Ｍ−５印刷機でペタ印刷を行い、その時の版上イン
キの紙へのインキ転移率全測定し、インキ転移率の高い
ものほど、紙のインキ着肉性が良いとし友。

インキ転移″４ｘは次式で定義されるが、版上インキ１
１−一定量（２５９７ｃｍ”　）とし次時の値で比較す
る。

〔実施例並びに比較例等〕

〔参考例〕 市販の固体水ガラスを溶解し次ケイ酸ソーダ水浴液（ｓ
ｌａ、／Ｎａ、Ｏモル比五〇５、Ｓｉｎ、＃度１Ｂ７９
／ｌ）５五５１．芒硝水溶液（濃度五９％）　１７０　
ｔ’ｔ、内容積５００を攪拌機付内部加熱式反応槽に供
給し次。次いで、蒸気加温にエリ４５℃とし友後、攪拌
しながら２０重量％（約２２８９／ｌ）の硫酸ａ７ｔｔ
−約１０分で添加し友。この時の全硫酸添加量に対する
第１段の硫酸添加割合は５８％で６つ几。第１段硫酸添
加終了後、更に攪拌を続けながら蒸気金吹き込み、２０
分間で９５℃に昇温し几。更に浴液を１０分間この反応
温度に保つ次後、攪拌を継続しながら残りの硫酸的１４
４’（ｊ９０分間かけて添加し、ｐＨ５で添７ＦＯｔ−
終了し、製紙用水和ケイ酸スラリーを得た。この水和ケ
イ酸スラリー５０ｓｇｔ”東洋Ｎｏ、　２　ｆ”　ｌｆ
−テｆ’　Ａ、水洗ｆｉ１１０５℃で恒量となるまで約
４時間乾燥し友。スラリー中の水和ケイ酸の濃度はＡ７
％でめった。ま友、この水和ケイ酸の粒度分布は７０μ
以上の粒子割合１９．８％、平均粒径１＆２μであつ几
。

〔比較例１〕 前の参考例で得られ友水和ケイ酸スラリー２７−を新聞
紙用混合パルプ２ｓｔ７ｔのバルプスラ１７−２１に、
絶乾パルプ重量に対し水和ケイ酸２％となる工うに添加
し、２分間攪拌し、Ａｔ鵞（８０４）１−１８ＨｍＯ（
明硫＊＊土）１に対パルプ１ｓｒｍえて更に２分間攪拌
し、全体’１１６ｔになる工うに水ｔ−加えて希釈し、
充分に混合後ＴＡＰＰ１標準角型シートマシンで坪量４
１５１７ｍ”の紙を抄紙し友。この手抄シー）ｔ−２０
０，ＲＨ６５％で調湿し、線圧４０　Ｋ９／ｅｓのマシ
ンカレンダｔ２回通過させ、再度調湿しｔ後の平滑度を
５０〜６０秒に調整し、その後新聞用凸版印刷用インキ
を使用し、宮腰Ｍ−５印刷機で１五９５Ｘ１８ｃｌＲの
ペタ印刷を行なつ几。仁の時の印刷後の版に框、直径１
３〜（ＬＯ５■程度の白色斑点が多数存在しており、２
〜５ケ／ｅｘ”の割合で紙中の填料が脱落し次ことが観
察され几。

その結果は第１表に示す通りであつ几。

表中記載の印刷後不透明度Ｘ％ｕ次の式で足〔比較例２
〕 参考例で得られた水和ケイ酸２ａｔ２パケット型遠心脱
水機の１布に入れて脱水しケーキ状水和ケイ酸約５ゆ會
得た。このケーキ全量を１脱水しない水和ケイ酸スラリ
（＃度ｓｈｏ、　　として五７％）５．２ｔＶＣ７Ｊｒ
Ｊえ、攪拌機で充分に攪拌り、、１００ｔ７を水和ケイ
酸スラリー９．５５７’に得た。これを連続式ホモミキ
サーで軽く処理し友。処理し九スラリーの７０μ以上の
粒子割合ｆｌ　１６．５　Ｔｏｓ平均粒径は１４．６μ
であった。このスラリー１０−を採９、比較例１と同様
に新聞紙用原料パルプスラリに添加、抄紙し、得られ九
紙について印刷試験を行なつ友。

その結果金弟１表に示すが、比較例１と同様に、印刷後
不透明度には効果があるが、インキ転移率には全く効果
はなく、ま次印刷後の版に白色の填料が付着し、版の汚
れが認められ次。

〔比較例５〕 譲考例で得られ友水和ケイ酸５　ｔ　ｋ　ｓパルプ離解
用ディスクリファイナ−（熊谷理機製１２インチｓＷ型
リファイナー、５０ｋＷ、５６００ｒｐｍ　）にクリア
ランスｒ：１０２ｍで３回通して粉砕しｔｏ 粉砕処理し几スラリー中の７０μ以上の粒子割合はα０
２チ、１〜３０μの粒子割合は７７チ、平均粒径は２．
５μであった。このスラ１７−を比較例１と同様に新聞
紙用原料パルプスラリーに、水和ケイ酸填料対パルプ２
％となる工うに添加、抄紙し、得られｔ紙について印刷
試験を行なつ次。その結果上第１表に示すが、この場合
は填料落ちは無かつ九が、填料歩留が低く、印刷後不透
明度、インキ転移率の向上能力が劣る結果となつ友。

なお、比較の友めに填料を使用しなかつ几ブランクテス
ト及び市販のホワイトカーボン（徳山ロ達裂水和ケイ酸
填料）を対パルプ２％添加した試験結果を併せて第１表
に表示した６〔実施例１〕 参考例で得た水和ケイ酸スラリーｔ１比較例５と同様方
法でディスクリファイナ−に、クリアランスα０５ｍで
１回通して粉砕し友。このスラリ′−は１〜５０μの粒
子割合８（１５％、７０μ以上粒子が（ｌＬ５％、平均
粒径４．１μでめった。

結果全第２表に示す。

比較例１と同様方法で、新聞紙用混合パルプスラリーに
、水和ケイ酸填料として２％ｔａ加、抄紙し、得られた
紙について印刷試験を行ｌっ几。その結果を第２表に示
すが、填料落ちがなく、印刷後不透明度の向上並びにイ
ンキ転移率の同上が認められた。

ナオ、比較のために填料を使用しなかつ定ブランクテス
ト及び市販のホワイトカーボンｔ一対パルプ２％添加し
ｔ試験結果全件せて第２表に表示し友。

〔実施例２〕 参考例で得九水和ケイ酸スラｖ−ｋｓ比較例２と同様に
脱水し、ケーキ状の水和ケイ酸１５ゆ金４ｆｃｏこのケ
ーキ１５曙に水を加えて全量ｔ−２５１とし、水和ケイ
酸約９０　ｔ　／　ｔのスラリーとした。このスラリー
を目開き６８μのウェッジワイヤースクリーン（東洋ス
クリーン展、スクリーン幅２８０鱈）に噴射圧１．５障
／ｉ１供給流量３０ｔ／分で噴射し友。スクリーンを通
過しｔ液量は約１２ｔであり、濃度的８０ｆ／ｌ、１〜
５０μの粒子割合８４０−．７０μ以上粒子の含有率（
ＬＯ２＄ｓ平均粒径８μのスラリーを得几。このスラリ
ーＩＺ、５ｄｉ比較例１と同様に絶乾で５Ｏｆ相当の新
聞紙用混合パルプに添加（水和ケイ酸填料として対パル
プ２ｑ”）ｓ抄紙し、得られ九紙について印刷試験を行
なった。結果金箔２表に示す。

この場合も実施例１とほぼ同様の結果を得友。

〔実施例３〕 実施例２で発生したウェッジワイヤースクリーン金通過
せずにスクリーン上ｔ−ｆｉれ几スラリー約１ｓｔ、Ｈ
度約９　？　ｔ　／　１２コロイドミル（特殊機化工業
製　ＴＫマイコロイダーＳ型ンにクリアランス７５μで
約２分間かけて粉砕し友。このスラリー中の１〜５０μ
の粒子割合は８α０チ、７０μ以上の粒子割合はαｏ　
ｓ　１平均粒径五６μで６つ几。このスラ１７−１０＋
ｄを比較例１と同様に、新聞紙用原料パルプスラリーに
、水和ケイ１１！項科の添加率が対パルプ２チとなる工
うに加え、抄紙し、印刷試験全行なつ几。結果を第２表
に示す。

この場合も、実施例１、実施例２とはソ同様の結果を得
九。

〔実施例４〕 参考例で得られた水和ケイ酸スラリー２００−を直径２
０ｃＩｎｓの２００メツシユのＪ工Ｓ規格篩にそそぎ入
れ、手で強く振盪しながら篩い分け、その後約８００ｄ
の水を徐々に加え、篩上の微細粒子を充分に落して下の
容器に７０μ以上の粗粒子を含まない水和ケイ酸スラリ
ー約１ｔを得几。このスラリーを１ｔのメスシリンダー
に入れ室温で約１０時間静置後、沈降し几ケイ酸スラリ
ーの最下層部から約２５−を分取し、これｉ２００ｍに
希釈し友。スラリーの濃度に１．７％、１〜５０μの粒
子割合８８％、平均粒１Ｆｉ９．７μであった。このス
ラリー５ａ８ｍｌ−採り、比較例１と同様に新聞紙用原
料パルプのスラリーに、填料添加軍対パルプ２％となる
工うに添加、抄紙し、印刷試験？行なった。

その結果を第２表に示すが、この場合は填料落ちがなく
、填料歩留も比較的高く、印刷後不透明度並びにインキ
転移率の同上が見られ友。

〔実施例５〕 実施例２と同様操作で、ケーキ状の水和ケイ厳に水を加
えて、濃度１００　ｔ　／　ｔｒｃＷＡ整し友スラリー
七、次の３種類の湿式分級機で夫々処理し、アクセプト
として得られたスラリー七更に２００メツシユ振動スク
リーンで処理し、得られ几スラＶ−ｔ−、比較例１と同
様に新聞紙用原料に添加、抄紙し、印刷試験を行なり九
。その結果を第３表に示す。

（イ）　ウェッジワイヤースクリーン（安藤スクリーン
製、スリット口開き１５０μ、自然流下方式） （口］　振動スクリーン（月島機械製、ボールトン４８
型振動篩、１００メツシユ） （ハ）液体サイクロン（バウアー社製セントリクリーナ
ー、筒径９０簡、排出ノズル径ｉ６■、供給圧５す／ｃ
ＷＩ”　） 〔実施例６〕 実施例２及び実施例５と同様操作でケーキ状の水和ケイ
酸に水１ｙｒｏえて得次濃度１２０　ｆ／ｌのスラリー
を１サンドグラインダー（五十嵐機械製　サンドグライ
ンダー５２Ｇ型］で粉砕し、回転数（５００〜７４０　
ｒｐｍ　）、メジアの種類（ガラスピーズ径１．０〜４
．５　＋ａφ）、メジアの量（５０〜７５曙）及びスラ
リー供給速度（３〜６０ｔ／分ンの各条件を変えてＡ、
Ｂ、Ｏ，Ｄの４種類の製品を得た。これらの製品１２０
０メツシニの振動スクリーンを使用して粗粒子を除去後
、比較例１と同様に新聞紙用原料）（ルプに、填料添７
Ｊｏ″４対パルプ２％となる工うに添加、抄紙し、印刷
試験を行なつｔｏそれらの結果で第５表に示し友。

第５表から判る如く、実施例５及び実施例６の何れの場
合も印刷時の版汚れはなく、印刷後不透明度並びにイン
キ転移率とも夫々同上して以上述べてきた比較例、及び
実施例の中の代表的な幾つかの本発明による製品につい
て、その粒度累積＠度数を示し次のが第１図のグラフで
ある。本発明の請求の範囲に代表される好ましい粒度分
布は破線で示される２つの曲線で囲まれ几範囲でるる。

第２図は本発明の好ましい粒度分布の概念図で本発明の
好ましい平均粒径（３〜１０μ）の上限と下限の粒度分
布ｔも示し友ものである。

実際の分布曲線は必ずしも、この１うな正規分布にはな
らないが、概念的に表わし九図である。

〔発明の効果〕

本発明の方法に１９裂遺した水和ケイ酸填料は、従来市
販の水和ケイ酸填料に欠けてい友内添紙の印刷時におけ
るインキ着肉性向上効果を填料の新しい機能として備え
ていると共に、印刷後不透明度の向上効果も併せ持つも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、比較例及び実施例中の代表例で得られ皮製品
の粒度累積頻度数を示す図表、第２図は好ましい粒度分
布の概念図及び下限と上限の粒度分布を示す概念図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケイ酸ソーダを硫酸で中和して得られる水和ケイ酸
   の微粒子を含むスラリーを、湿式分級機及び／又は湿式
   粉砕機を用いて分級及び／又は粉砕処理し、粒径１〜３
   ０μの粒子割合を少くとも８０％以上とし、且つ７０μ
   以上の粒子割合を０．４％以下好ましくは０．０５％以
   下にすることを特徴とする製紙用水和ケイ酸填料の製造
   方法。 ２、上記方法により得られた製品填料の平均粒子径が３
   〜１０μである特許請求の範囲第１項記載の製紙用水和
   ケイ酸填料の製造方法。