JPH108397A - 塗工顔料 - Google Patents

塗工顔料

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JPH108397A
JPH108397A JP9059101A JP5910197A JPH108397A JP H108397 A JPH108397 A JP H108397A JP 9059101 A JP9059101 A JP 9059101A JP 5910197 A JP5910197 A JP 5910197A JP H108397 A JPH108397 A JP H108397A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 塗被紙等の光沢および印刷光沢を高めること
ができる塗工顔料とその製造方法を提供することを目的
とする。 【解決手段】 水２８〜５１重量％、特定の粒度分布，
粒径0.18〜0.28μｍ，比表面積１９〜２６ｍ2 ／ｇをも
つ炭酸塩含有顔料４３〜６４重量％と、通常の結合剤お
よび添加剤６〜８重量％とから成る塗工顔料を塗被紙に
対して有利に使用することができる。この塗工顔料は、
炭酸塩含有顔料を分散剤または湿潤剤を加えず固体濃度
３０〜２０％で攪拌ボールミル中で湿式粉砕し、次いで
濃縮、再−分散、および結合剤、水および添加剤を加え
て製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水、炭酸塩含有顔
料、とくにＣａＣＯ3 含有顔料と通常の結合剤および添
加剤とから成る塗工顔料に関する。
【０００２】顔料は無機または有機の彩色もしくは無彩
色の着色材料であり、使用される媒体に実質的に不溶の
ものである。また多くの無機顔料は充填材またはその逆
として作用する。顔料はとくにラッカーまたはペイント
の着色、プラスチック、紙、織物、セメント、コンクリ
ート、セラミックス、ガラス、エナメル、化粧品、食品
の着色、さらに印刷工業におけるインキの着色や芸術家
の着色材料に使用される。
【０００３】とくに製紙工業においては、高光沢を有す
る製品が要求される。ドイツ特許第２，７３３，７２２
号は、紙の塗工を目的とするカルシウムスルホアルミネ
ート顔料の連続製造方法に関するもので、粒径０．１〜
２．０μｍで水酸化カルシウムを硫酸アルミニウムと反
応させて製造する。この方法を印刷などを目的として紙
に適用すると、穏やかなカレンダー掛け条件でもサティ
ーンホワイト（ｓａｔｅｅｎ ｗｈｉｔｅ）の水和度が
高いために高光沢となり、厚い塗被層が形成され、不透
明度の高い紙が得られる。
【０００４】ドイツ特許第１，９３８，１６２号は紙類
の塗工方法に関するもので、重合体組成の塗料を液体媒
体中で巻取り紙（ｗｅｂ）に適用する。この方法を用い
ると、平滑処理を要せずに平滑度と不透明度が高く、ラ
イトコーティングされた製品を直接製造することが可能
になる。
【０００５】しかしながらドイツ特許第３，６１７，１
６９号には、顔料として炭酸塩含有顔料とくにＣａＣＯ
3 含有顔料のみを使用すると、技術的に種々の利点が得
られると開示されている。従って、本発明は顔料として
もっぱら炭酸塩含有顔料を含む塗工顔料に関するもので
ある。
【０００６】さらに、比表面積の大きな炭酸塩含有顔料
は高光沢紙の顔料として有利に用いられることが知られ
ている。かくして、ドイツ特許第４，４００，５６６号
には、天然および／または合成炭酸塩、とくに炭酸カル
シウムの製造が開示されている。これはＢＥＴ／Ｎ2 法
により測定した２０ｍ2 ／ｇ以上の、好ましくは２０〜
５０ｍ2 ／ｇの比表面積を有している。このような炭酸
塩含有顔料は再循環をしながら湿式粉砕法により製造さ
れる。換言すれば、摩砕機を出た製品を何度もフィード
バックして所望の比表面積をもつ最終製品が得られるよ
うにする。
【０００７】紙の光沢はそれに含まれる顔料の粒度分布
に依存することが知られている。顔料は一般に種々の異
なる応用分野に適合するようにするために粉砕される。
これについては紙の塗工組成に関する以下の実施例にお
いて詳細に説明する。塗被紙は本質的に接着剤または結
合剤と鉱物性充填材の形態の顔料を含有する組成物で塗
工される。紙の顔料成分およびその応用についての記載
は、ＪａｍｅｓＰ．Ｃａｓｅｙ著の「パルプと紙の化学
および技術」第１９章、第３巻（１９６１）を参照され
たい。使用する結合剤には、例えばデンプン、カゼイン
または合成ラテックスがある。採用される特定の結合剤
は例えばその印刷工程に依る。オフセット石版印刷では
水に溶けない結合剤が要求される。
【０００８】天然産の材料から成る炭酸カルシウム顔料
は、石灰石、大理石、チョーク（白亜）を含む。通常商
業的に得られる天然産のチョーク顔料は低光沢度のペー
パー顔料を形成する傾向がある。これは２ミクロン以下
の粒子を３５重量％より多く含むものがないという事実
に依るものである。これを出発点としてドイツ特許出願
第１，６９６，１９０Ｂ号では、光沢塗被紙用の顔料組
成を提案しており、これは天然産のチョークを砂と共に
摩砕するかジェットミルにかけて、粒子径をベースとし
て分級し、球相当直径（equivalentspherical diamete
r)２ミクロン未満の粒子を少なくとも６０重量％含み、
球相当直径１０ミクロンより大きな粒子を５重量％以上
含まず、かつ５３ミクロンより大きな粒子を０．０５重
量％以上含まないことを特徴としている。
【０００９】一般的に言うと、充填材を含む製品の性
質、例えば塗被紙の光沢については粒子のサイズが実質
的な影響を及ぼす。ドイツ特許第２，８０８，４２５号
では９件の文献を挙げており、それによれば光沢は顔料
中の微粒子の割合が多くなる程大になる。これはその当
時光沢に関しては顔料中の微粒子の量について最適のレ
ベルというものがなく、顔料の粒子が細い程光沢が高く
なると考えられていたことを意味する。
【００１０】ドイツ特許第２，８０８，４２５号の教え
るところによれば、この従来の認識は置き換えられると
いうものであり、上記ドイツ特許第２，８０８，４２５
号に従うと、超微粒子即ち０．２μｍより小さい粒子を
完全にもしくは実質的に除くとさらに光沢が高くなると
いうものである。このことは光沢に関しては事実上最適
条件、即ち０．２μｍより小さい粒子の値について最適
値があることを意味する。結局従来技術に関連しては、
塗被紙の光沢は塗工顔料の固体含有の増加と共に増加す
るということがわかる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、紙に
適用した場合に従来の製品より高い光沢が得られる、最
初に述べた種類の塗工顔料を作り出すことである。
【００１２】この目的を達成するため、本発明において
塗工顔料は、請求項１に記載のように、水２８〜５１重
量％、炭酸塩含有顔料４３〜６４重量％（ただし、粒度
分布が １００ ％ ＜２ μｍ ９４〜１００％ ＜１ μｍ ７５〜 ９４％ ＜０．５μｍ ３１〜 ５９％ ＜０．２μｍ で、平均統計粒子径（Ｄ50）が０．１８〜０．２８μ
ｍ、比表面積１９〜２６ｍ 2 ／ｇである）、および通常
の結合剤と添加剤６〜８重量から成る。
【００１３】以下に述べる比較例から明らかなように、
驚くべきことであるが本発明の塗工顔料は、その固体含
量は４３〜６４重量％に過ぎないが、即ち比較的低いも
のであるが、すばらしい光沢特性が得られる。上記で説
明したように、固体含量が低いと、実質的に光沢性は乏
しい筈である。
【００１４】更に、上記従来技術によると、炭酸塩含有
顔料は球相当直径が０．２μｍより小さい粒子が３１〜
５９重量％以上から成ることが必要であることに注目さ
れたい。上記ドイツ特許第２，８０８，４２５号の教え
から離れて、本発明においては、最適の光沢は０．２μ
ｍより小さい粒子を完全にもしくは実質的に除外するこ
とによっては達成されず、意外にも０．２μｍより小さ
い粒子の含量が３１〜５９％のときにすばらしい光沢が
得られることが見出された。本発明に関連する特徴の組
合せについて言うと、比表面積もまた重要な役割をも
ち、これは１９〜２６ｍ2 ／ｇである。
【００１５】
【発明の実施の形態】塗工顔料は、好ましくは、水２９
〜４９重量％、炭酸塩含有顔料４５〜６３重量％および
通常の結合剤と添加剤６〜８重量％から成り、とくに好
ましいのは水３１〜４８重量％、炭酸塩含有顔料４５〜
６２重量％、および通常の結合剤と添加剤７重量％であ
る。
【００１６】炭酸塩含有顔料の好ましい粒度分布は、 １００ ％ ＜２ μｍ ９５〜 ９９％ ＜１ μｍ ８０〜 ９１％ ＜０．５μｍ ３５〜 ５１％ ＜０．２μｍ、およびとくに ３８〜 ５１％ ＜０．２μｍ である。更に好ましい炭酸塩含有顔料の粒度分布は次の
通りである。 １００ ％ ＜２ μｍ ９６〜 ９８％ ＜１ μｍ ７７〜 ８９％ ＜０．５μｍ ４０〜 ４７％ ＜０．２μｍ
【００１７】炭酸塩含有顔料の好ましい平均統計粒径
（Ｄ50）は０．２０〜０．２８μｍ、とくに好ましいの
は０．２２〜０．２７μｍである。炭酸塩含有顔料の好
ましい比表面積は２０〜２５ｍ2 ／ｇ、とくに２１〜２
４ｍ2 ／ｇである。
【００１８】本特許出願において、本発明に従って製造
した製品についての細かさの性質はすべて重力の場で沈
降分析を行い測定した。測定には、the Micrometrics I
nstrument Company, Norcross, Georgia（米国）の５１
００ ＳＥＤＩＧＲＡＰＨ装置を用いた。この装置は当
業者には既知のものであり、充填材および顔料の細かさ
の測定に世界中で使用されている。
【００１９】比表面積はドイツ工業規格（ＤＩＮ）で定
めたＢＥＴ法により測定した。試料は、予め１０５℃で
一定の重量になるまで乾燥したものを自動調温装置を用
い、窒素気流中２５０℃で１時間加熱した。測定は測定
ガスとして液体窒素冷却を用い窒素（Ｎ2 ）で行った。
【００２０】こゝで、“固体濃度”とは、完全乾燥され
た炭酸塩含有顔料の含量、とくに重量％で表示した水性
懸濁液中の炭酸カルシウム含有顔料の含量を意味する。
【００２１】本発明で用いられる通常の結合剤と添加剤
は当業者によく知られたもので、適当な結合剤と添加剤
を選択するのに独創的な努力を要しない。例をあげる
と、次の結合剤と添加剤がとくに用いられる。 結合剤（アクリル酸エステル、アクリロニトリル、スチ
レン、共重合体） シックナー（尿素−ホルムアルデヒド縮合生成物） 天然ＣＯ−結合剤（カルボキシルメチルセルロース）
【００２２】本発明の塗工顔料の製造：本発明による塗
工顔料は、炭酸塩含有顔料を分散剤や湿潤剤を加えるこ
となく固定濃度３０〜２０、好ましくは２６〜２１重量
％で撹拌ボールミル中で再循環しながら湿式粉砕するこ
とにより製造される。この湿式摩砕は最終粉末度が、２
μｍより小さい粒子１００％、１μｍより小さい粒子９
４〜１００％、０．５μｍより小さい粒子７５〜９４％
および０．２μｍより小さい粒子３１〜５９％、平均統
計粒径（Ｄ50）０．１８〜０．２８μｍおよび比表面積
１９〜２６ｍ2 ／ｇになるまで行われる。この方法で製
造された炭酸塩含有顔料は次に固体濃度６３〜６５重量
％に濃縮し、通常の市販の分散剤を用いて既知の方法に
より再分散する。最後に、塗工顔料に通常の市販の結合
剤、水および通常の市販の添加剤を加えて請求項第１項
で特定したパラメーターが満たされるまで混合する。
【００２３】天然産の炭酸カルシウムを通常の方法で乾
燥しながら予備−粉砕する。撹拌ボールミル中で分散剤
および湿潤剤を加えずに固体濃度２６〜２１重量で微粉
砕を行う。粉砕は再循環をしながら沈降分析により所望
の最終粉末度が確認される迄続ける。 分散剤なしの湿式粉砕のパラメーター： 撹拌ボールミル： Ｄｒａｉｓ製 容量１２リットル 撹拌円板の回転速度： １０ｍ／ｓ 固体含量： ２６〜２１％、水を添加して２６％から２１％に減 らす 供給原料： ＣａＣＯ3 −大理石、９kg 絶乾（abs.dry) 操作方法： 再循環（撹拌容器−ポンプ−ミル−撹拌容器） 比表面積の測定は前記ＢＥＴ法により行った。
【００２４】本発明によるＥＰ４（試験製品４）＝Ｃａ
ＣＯ3 の製品は、撹拌ボールミル中で分散剤または湿潤
剤を添加せずに再循環しながら固体含量２１重量％で湿
式粉砕により製造した。フィルタープレスを使い、次に
マイクロ波乾燥して製品を固体含量約６５％まで濃縮し
た。得られたろ過ケークを溶解槽を用いて絶乾１％のア
ニオン分散剤（アクリル酸と無水マレイン酸の共重合
体）中に６２％で再分散した。このようにして製造した
本発明製品の最終の粉末度は粒子が＜２μｍ １００
％、＜１μｍ ９６％、＜０．５μｍ ８３％、＜０．
２μｍ ４１％であり、比表面積２２．７ｍ2 ／ｇ、平
均統計粒（Ｄ50）０．２４μｍであった。
【００２５】コントロール製品の製造：紙の塗工顔料を
巻取り紙（web-feed) を用いてオフセット石版印刷によ
り試験するため、比表面積を最大限同じくしてコントロ
ールおよび商業用の製品を製造し、一緒に試験した。
【００２６】ＥＰ１は従来技術で得られた天然産の炭酸
カルシウムであり、主要製品の粉末度は＜１μｍが９１
％、＜０．５μｍが６４％で、比表面積は２１．８ｍ2
／ｇである。この製品は撹拌ボールミルを使用し、アニ
オン分散剤（アクリル酸と無水マレイン酸の共重合体）
を加え、カスケード操作方法により湿式粉砕して製造さ
れ、固体含量は７５重量％と高い。
【００２７】ＥＰ２は市販のカオリンであって、主要製
品は９８％ ＜１μｍ、９０％ ＜０．５μｍで、比表
面積は２１ｍ2 ／ｇである。これをスプレー乾燥した製
品は直接塗工顔料の形成のために添加することができ
る。
【００２８】ＥＰ３は湿式分級により得られたＣａＣＯ
3 の試験製品であり、その細かさは９８％ ＜１μｍ、
８５％ ＜０．５μｍで、比表面積は２２．５ｍ2 ／ｇ
である。この製品の細かさはＥＰ４と殆ど同じパラメー
ターを有している。この試験製品はＣａＣＯ3 （９０％
＜２μｍ）の標準スラリーをアニオン分散剤と混合
し、湿式分級により一番細かい画分を分離して製造す
る。次いで、この微粒子画分をフィルタープレスで濃縮
して固体含量６３重量％として使用した。再分散させる
ため、上記製品に同じアニオン分散剤（アクリル酸と無
水マレイン酸の共重合体）０．８重量％を添加した。
【００２９】
【実施例】
（実施例１） 巻取り紙を用いるオフセット石版印刷用塗工顔料の調製： 結合剤（アクリレート、スチレン、アクリロニトリル） ６．８％ （絶乾） シックナー（尿素−ホルムアルデヒド縮合生成物） ０．２４％ （絶乾） 天然ＣＯ結合剤（カルボキシルメチルセルロース） ０．５％ （絶乾） 塗工顔料、例ＣａＣＯ3 ４８．５％ （絶乾） 固体含量 ５６％
【００３０】 塗工条件： 実験室用塗工機、注文製作 原紙 ３６〜３７ｍ2 ／ｇ、木質なし 施工速度 トップ側 ７．７ｇ／ｍ2 、 スクリーン側 ８ｇ／ｍ2 、 塗工ユニット ブレードコータ、塗工速度３０ｍ／分 乾燥 赤外線加熱 つや出し Kleinewefers実験室用ツインロール・カレンダー ロール温度９０℃、ライン圧９０ｄａＮ／ｃｍ
【００３１】 試験条件： 光沢（実験室） Ｔ４８０，Ｔａｐｐｉ法、入口と出口のシェット 角７５° 印刷光沢 光沢の測定は実験室で試し刷りした全表面に対し て入口と出口の角度を７５°に特定してＴａｐｐ ｉに従って行った 不透明度 ドイツ工業規格（ＤＩＮ）５３，１４６に従った
【００３２】 製品の物理的性質； 試験製品 ＥＰ１ ＥＰ２ ＥＰ３ ＥＰ４ 粒度特性： フラクション＜２μｍ ９９ １００ １００ １００％ 〃 ＜１μｍ ９１ ９８ ９８ ９７％ 〃 ＜０．５μｍ ６４ ９０ ８５ ８３％ 〃 ＜０．２μｍ ３４ ４７ ４３ ４１％ 平均粒径（Ｄ50）μｍ ０．４０ ０．２１ ０．２５ ０．２４ 比表面積、ＢＥＴ、ｍ2 ／ｇ ２１．８ ２１．０ ２２．５ ２２．７ 試験結果： 紙の光沢 ３９ ５５ ５１ ６５ 印刷光沢 ５５ ５８ ５７ ６１ 紙の白さ、Ｒ−４５７ ７３．７ ７２．９ ７４．５ ７４．４ 不透明度（５６ｇ／ｍ2 ） ８５．１ ８８．１ ８６．４ ８６．８
【００３３】実施例１で使用した炭酸カルシウム（ＥＰ
４）はその光沢と印刷光沢に関して試験したコントロー
ル製品と比較してはるかに優れた結果が得られた。当業
者はミセル構造を有する市販のカオリンを用いたＥＰ２
が最良の光沢性を示すと予想したであろうが、実際には
ＥＰ４の際立った光沢性には及ばなかった。試験の中で
実際的にＥＰ４と同じ粒度分布を有し、かつ比表面積が
２２．５ｍ2 ／ｇのＥＰ３は驚くほど光沢性が低い。こ
れは、実際上同等の製品パラメーターを有する点を考慮
すると、ＥＰ３の製造には分散剤と湿潤剤を使用したと
いう事実があり、この結果粒子が（紙の）表面に存在し
て光沢が乏しくなったと考えられる。しかし、これでも
コントロールのＥＰ１よりは依然としてすぐれている。
【００３４】試験した各製品に光沢の点で大きな差異が
あることは当業者にとって完全に予想外のことであり、
これらの試験製品は実際的には同じ比表面積、即ち２
１．０ｍ2 ／ｇ〜２２．７ｍ2 ／ｇである。
【００３５】
【発明の効果】本発明による製品は従来品に比べて驚く
ほど高い光沢を有する。本発明の製品は固体含量が低い
にも拘らず従来品よりも実質的に良好な光沢値と良好な
印刷光沢を有する。本発明の塗工顔料は塗被紙、とくに
高品位光沢紙および板紙塗工に有利に使用される。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水、炭酸塩含有顔料とくにＣａＣＯ3 含
    有顔料と通常の結合剤および添加剤とから成る塗工顔料
    であって、 水 ２８〜５１重量％、 炭酸塩含有顔料 ４３〜６４重量％、 （ただし、粒度分布 １００ ％ ＜２ μｍ ９４〜１００％ ＜１ μｍ ７５〜 ９４％ ＜０．５μｍ ３１〜 ５９％ ＜０．２μｍ 平均統計粒径（Ｄ50） ０．１８〜０．２８μｍ 比表面積（ＢＥＴ法、Ｎ2 ，ＤＩＮ６６，１３１）１９
    〜２６ｍ2 ／ｇ）および 市販の結合剤と添加剤 ６〜８重量％ とから成ることを特徴とする塗工顔料。
  2. 【請求項２】 水２９〜４９重量％、炭酸塩含有顔料４
    ５〜６３重量％、および通常の結合剤と添加剤６〜８重
    量％、とくに水３１〜４８重量％、炭酸塩含有顔料４５
    〜６２重量％、および通常の結合剤と添加剤７重量％か
    ら成る請求項第１項記載の塗工顔料。
  3. 【請求項３】 前記炭酸塩含有顔料の粒度分布が、 １００ ％ ＜２ μｍ ９５〜 ９９％ ＜１ μｍ ８０〜 ９１％ ＜０．５μｍ ３５〜 ５１％ ＜０．２μｍ 好ましくは ３８〜 ５１％ ＜０．２μｍ である請求項第１項または第２項記載の塗工顔料。
  4. 【請求項４】 前記炭酸塩含有顔料の粒度分布が、 １００ ％ ＜２ μｍ ９６〜 ９８％ ＜１ μｍ ７７〜 ８９％ ＜０．５μｍ ４０〜 ４７％ ＜０．２μｍ である請求項第１項ないし第３項のいずれか記載の塗工
    顔料。
  5. 【請求項５】 前記炭酸塩含有顔料の平均統計粒径（Ｄ
    50）が０．２０〜０．２８μｍ、とくに０．２２〜０．
    ２７μｍである請求項第１項ないし第４項のいずれか記
    載の塗工顔料。
  6. 【請求項６】 前記炭酸塩含有顔料の比表面積が２０〜
    ２５ｍ2 ／ｇ、とくに２１〜２４ｍ2 ／ｇである請求項
    第１項ないし第５項のいずれか記載の塗工顔料。
  7. 【請求項７】 次の工程から成ることを特徴とする請求
    項第１項ないし第６項のいずれか記載の塗工顔料の製造
    方法。 ａ）分散剤または湿潤剤を添加しないで、炭酸塩含有顔
    料を固体濃度３０〜２０重量％、とくに２６〜２１重量
    ％で撹拌ボールミル中で循環しながらウェットミルにか
    けて、最終の粒度分布が １００ ％ 粒径＜２ μｍ ９４〜１００％ 粒径＜１ μｍ ７５〜 ９４％ 粒径＜０．５μｍ ３１〜 ５９％ 粒径＜０．２μｍ で、平均統計粒径（Ｄ50）が０．１８〜０．２８μｍ、
    比表面積１９〜２６ｍ2／ｇとし、 ｂ）この方法で得られた炭酸塩含有顔料の懸濁液を固体
    濃度６３〜６５重量％まで濃縮し、次いで市販の分散剤
    を用い既知の方法で再一分散させ、そして、 ｃ）最終的に、この塗工顔料に通常の市販の結合剤、水
    および通常の市販の添加剤を加えて当業者ならば誰でも
    知っている方法で、請求項第１項で特定したパラメータ
    が満たされるように混合する。
  8. 【請求項８】 前記塗工顔料を、塗被紙、とくに高品位
    光沢紙および板紙に使用する請求項第１項ないし第６項
    のいずれか記載の塗工顔料の使用方法。
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