JP2015535877A - 粒状無機材料を粉砕する方法 - Google Patents

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Abstract

粒状無機材料を粉砕する方法であって、(i)粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料と60未満の形状係数を有する粒状フィロケイ酸塩鉱物の混合物を含む水性懸濁液を準備する工程; 及び(ii)水性懸濁液を粉砕して、粉砕した生成物を形成する工程を含む、前記方法。【選択図】図2

Description

本発明は、粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料と粒状フィロケイ酸塩鉱物の混合物を含む粒状無機材料の水性懸濁液を粉砕する（grind）方法、及びそれによって得られる生成物に関する。
粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料、例えば炭酸カルシウムと、板状の鉱物又は顔料、例えば粒状フィロケイ酸塩鉱物カオリンの混合物を含有する水性懸濁液は、多くの用途に広く用いられている。この用途としては、例えば、紙製造又は紙コーティングに用いることができる顔料又は充填剤含有組成物の製造、及び塗料、プラスチック等のための組成物の製造が挙げられる。
工業的使用のための生成物を調製する際に、これらの天然材料の双方は、典型的には、各材料の水性懸濁液を硬い粉砕媒体(例えばセラミック球又は砂)の存在下に粉砕することによって処理される。板状鉱物の天然源は、典型的には、個々の粒子又はプレートのスタックを含み、スタックの個々の粒子(プレート)は相互に弱く結合されている。これらのスタックは、顔料が生成されるときのプロセスの間の化学プロセスによって生成される(例えば、カオリンは、粘土又は長石の熱い湿気状態での風化作用によって作られる)。工業的使用のための生成物を調製する際に、これらの天然材料は、典型的には、材料の水性懸濁液を硬い粉砕媒体(例えばセラミック球又は砂)の存在下に粉砕することによって処理される。
現在の実施は、原料のままのアルカリ土類金属炭酸塩材料及び原料のままの粒状フィロケイ酸塩鉱物を別々に処理するものであり、例えば、原料のままのアルカリ土類金属炭酸塩材料を65%以上の固形分含量で粉砕することにより処理し、粒状フィロケイ酸塩鉱物を約30%の固形分含量で粉砕することにより処理することによる。例えば、カオリンの、この低固形分含量粉砕は、粒子の層間剥離を容易にし、従って、粒子形状係数（shape factor）の増大を引き起こす。
第1の態様において、粒状無機材料の混合物を粉砕する方法であって、
(i)粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料と60未満の形状係数を有する粒状フィロケイ酸塩鉱物の混合物を含む水性懸濁液を準備する工程; 及び
(ii)水性懸濁液を粉砕して、粉砕された生成物を形成する工程
を含む、前記方法を提供する。
第2の態様において、本発明は、また、本発明の第1の態様の方法によって得られた又は得られる粉砕された鉱物に関する。
第3の態様において、本発明は、また、アルカリ土類金属炭酸塩及びカオリンを含む粉砕された粒状材料であって、炭酸カルシウムが0.1から5μmまでの範囲にあるd50を有し、カオリンが0.1から5μmまでの範囲にあるd50及び5から100までの形状係数を有する、前記粉砕された粒状材料に関する。
第4の態様において、本発明は、アルカリ土類金属炭酸塩及びタルクを含む粉砕された粒状材料であって、炭酸カルシウムが0.1から5μmまでの範囲にあるd50を有し、タルクが0.5から10μmまでの範囲にあるd50及び10から150まで、又は10から100までの形状係数を有する、前記粉砕された粒状材料に関する。
図1は、比較例9で得られたシート光沢結果を示す図である。 図2は、実施例10で得られたシート光沢結果を示す図である。
本発明は、前述の態様を提供する。態様の選択できる又は好ましい特徴や実施態様を下記に記載する。特に明記しない限り、任意の選択できる又は好ましい特徴又は実施態様は、本明細書に記載の本発明の他の任意の選択できる又は好ましい特徴又は実施態様と組み合わせてもよい。
本明細書に記載されている粒子径特性は、Micrometrics Instruments Corporation ノークロス、ジョージア州、米国から販売されているSedigraph 5100粒子径アナライザーを用いた水性媒体に完全に分散した状態での粒状材料の沈降によって測定される。Sedigraph 5100は、「等価球径」(esd)として当該技術に記載のサイズを有する粒子を測定するとともに累積質量パーセントのプロットを示す。
本明細書に用いられる「形状係数」は、米国特許第5,576,617号明細書に記載されている電気伝導度方法、装置、及び式を用いて測定される種々のサイズ及び形状の粒子の集団に対する粒子径と粒子厚さとの比の基準であり、その明細書の開示内容は、本明細書に援用されている。形状係数を定量するための技術が'617特許に更に記載されているように、試験中の方向性粒子の水性懸濁液の組成物の電気伝導度は、組成物が容器の中を流れるにつれて測定される。電気伝導度の測定は、容器の一方向に沿って及び第1の方向に直角の容器の他の方向に沿ってなされる。2つの伝導度測定間の差を用いて、試験中の粒状材料の形状係数が定量される。
本明細書に用いられる用語「d50」は、メジアン粒子径を表し、生成物の50質量%がより大きく且つ50質量%がより小さい粒子径である。
本明細書に表される粒子径分布の「勾配係数（steepness）」は、100×d30/d70で算出される(d30は、そのサイズにおいてそのものの30質量%がより大きく且つ70%がより小さいというサイズであり、d70は、そのサイズにおいて70質量%がより大きく且つ30%がより小さいというサイズである)。
驚くべきことに、同時粉砕プロセスの或る実施態様は、得られた鉱物における粒径分布と形状係数が、鉱物を個々に粉砕(すなわち、単一又は単独の粉砕)した場合と比較して異なっている。例えば、単一粉砕カオリンを炭酸カルシウムと同時粉砕したカオリンと比較した場合、粒子径分布に対する効果(例えば、粉末度や勾配係数)がそれだけで粉砕した場合と比較してより大きいことがわかる。この効果は、同時粉砕の間に形状係数がより小さくなる一般的傾向があるように、カオリンプレートの破壊と関連し得る。他の実施態様において、炭酸カルシウムがタルクと同時粉砕される場合、タルクはより微細であり且つタルクが同じプロセスを用いて個別に粉砕されたタルクより形状係数が小さい。
更に、本発明の第1の態様の方法は、粉砕された生成物中のフィロケイ酸塩鉱物の形状係数をもたらし、工程(i)で得られた水性懸濁液中に含有するフィロケイ酸塩鉱物の形状係数と比較して、小さくなることもあり、又は同じままであることもあり、又は増大することもある。
従って、一実施態様によれば、フィロケイ酸塩鉱物はカオリンであり、粉砕された生成物のカオリンの形状係数が小さくなるように粉砕が行われる。この実施態様において、カオリンのd50は、粉砕工程において少なくとも20%、又は少なくとも30%だけ又は少なくとも40%だけ又は少なくとも50%だけ小さくなり得る。
他の実施態様によれば、フィロケイ酸塩鉱物はタルクであり、粉砕された生成物中のタルクの形状係数が増大するように粉砕が行われる。この実施態様において、タルクのd50は、粉砕工程において少なくとも40%、又は少なくとも50%だけ又は少なくとも60%だけ小さくなり得る。
更に他の実施態様によれば、フィロケイ酸塩鉱物はタルクであり、粉砕された生成物中のタルクの形状係数が小さくなるように粉砕が行われる。この実施態様において、タルクのd50を粉砕工程において少なくとも20%、又は少なくとも30%又は少なくとも40%だけ小さくなり得る。
粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料
本発明の或る実施態様に用いられる粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料は、周期表のII族に属する任意の金属の炭酸塩、例えばベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムの炭酸塩より選ばれ得る。或る実施態様において、粒状アルカリ土類金属炭酸塩は、炭酸マグネシウム(例えばドロマイト)及び炭酸カルシウム(例えば大理石のような天然重質炭酸カルシウム又は沈降炭酸カルシウム)である。一実施態様において、粒状アルカリ土類金属炭酸塩は、炭酸カルシウムである。
粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料は、0.5から5μmまでの範囲にある、0.6から3.5μmまでの範囲にある、例えば0.7から3.2μmまでの範囲にあるd50を有し得る。
アルカリ土類金属炭酸塩は、25から50まで、又は30から50まで、又は30から45まで、又は35から45までの勾配係数を有し得る。
粒状フィロケイ酸塩鉱物
或る実施態様において、本発明に用いられる粒状フィロケイ酸塩鉱物は、カオリン、タルク及びマイカより選ばれ得る。一実施態様において、粉砕された材料を生成するために単一の粒状フィロケイ酸塩鉱物が用いられる。例えば、単一の粒状フィロケイ酸塩鉱物はカオリンでもよく、単一の粒状フィロケイ酸塩鉱物はタルクでもよい。他の実施態様において、2つ以上の粒状フィロケイ酸塩鉱物の混合物が一緒に粉砕(すなわち、同時粉砕)されてもよい。例えば、カオリンとタルクの混合物が粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料と一緒に本発明の方法の或る実施態様を用いて同時粉砕されてもよい。
水性懸濁液中の粒状フィロケイ酸塩鉱物の形状係数は、60未満、例えば50未満、又は40未満、又は30未満、又は20未満、又は15未満である。粒状フィロケイ酸塩鉱物の形状係数は、5を超えてもよく、10を超えてもよく、15を超えてもよい。一実施態様において、粒状フィロケイ酸塩鉱物は、15から40まで、又は15から25までの形状係数を有するタルクである。他の実施態様において、粒状フィロケイ酸塩鉱物は、5から60まで、又は10から50まで、又は10から40まで、又は10から30までの形状係数を有するカオリンである。
粒状フィロケイ酸塩鉱物がカオリンである場合には、0.3から10μmまでの範囲にある、例えば0.3から5μmまでの範囲にある、例えば0.4から4.4μmまでの範囲にあるd50を有し得る。粒状フィロケイ酸塩鉱物として用いられるカオリンの勾配係数値は、5から60まで、又は10から50まで、又は10から40まで、又は20から40まで、又は25から35までの範囲にあり得る。
一実施態様において、粒状フィロケイ酸塩鉱物は、5から60までの形状係数及び0.3から10μmまでの範囲にあるd50を有するカオリンである。
他の実施態様において、粒状フィロケイ酸塩鉱物は、10から50までの形状係数及び0.4から4.4μmまでの範囲にあるd50を有するカオリンである。
粒状フィロケイ酸塩鉱物がタルクである場合には、2から20μmまでの範囲にある、例えば2から15μmまでの範囲にある、例えば2から10μmまでの範囲にある、例えば3から9μmまでの範囲にあるd50を有し得る。粒状フィロケイ酸塩鉱物がタルクである場合の勾配係数値は、20から55まで、又は25から50までの範囲にあり得る。
イルミナントD65及び2oの測定形状を用いたMinolta ChromaメータCR300を用いて測定されるように、タルクは少なくとも約50、又は少なくとも約60又は少なくとも約70の白色度を有し得る。
タルクは粒子の50質量%以下が2μmより小さいような粒子径分布を有し得る。実施態様において、タルクは粒子の40質量%以下が2μmより小さいような粒子径分布を有し得る。他の実施態様において、タルクは粒子の35質量%以下が2μmより小さいような粒子径分布を有し得る。他の実施態様において、タルクは粒子の25質量%以下が2μmより小さいような粒子径分布を有し得る。他の実施態様において、タルクは粒子の15質量%以下が2μmより小さいような粒子径分布を有し得る。
一実施態様において、粒状フィロケイ酸塩鉱物は5から50までの形状係数及び2から20μmまでの範囲にあるd50を有するタルクである。
他の実施態様において、粒状フィロケイ酸塩鉱物は5から35までの形状係数及び3から9μmまでの範囲にあるd50を有するタルクである。
本発明の或る実施態様に用いられる粒状フィロケイ酸塩鉱物は、天然原料から1つ以上の前処理工程によって調製され得る。例えば、原料を水性懸濁液中で処理して、例えば磁気分離によって、汚染物質及び不純物を除去することができる。原料を当業者に既知の方法を用いて漂白することもできる。原料を予備的プロセスに供して、凝集した原料の粒子径を小さくすることもできる。例えば、原料を粉砕又は破砕して、粒子径を望ましい供給材料粒子径に小さくすることができる。フィロケイ酸塩鉱物がタルクである或る実施態様において、供給材料を初期乾式粉砕工程に供してもよい。フィロケイ酸塩鉱物がカオリンである他の実施態様において、供給材料を初期湿式粉砕工程に供してもよい。
供給粒状無機材料
供給粒状無機材料は、粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料及び粒状フィロケイ酸塩鉱物を含んでいる。
アルカリ土類金属炭酸塩材料と粒状フィロケイ酸塩鉱物との比は、95:5から5:95まで、例えば90:10から50:50まで、例えば90:10から60:40まで、例えば85:15から55:45まで、又は例えば75:25から65:35までであってもよい。
一実施態様において、粒状フィロケイ酸塩鉱物はタルクであり、アルカリ土類金属炭酸塩材料とタルクとの比は65:35から85:15までであり、例えば比は75:25である。他の実施態様において、アルカリ土類金属炭酸塩は、炭酸カルシウムである。
一実施態様において、粒状フィロケイ酸塩鉱物はカオリンであり、アルカリ土類金属炭酸塩材料とカオリンとの比は95:5から45:55まで、又は95:5から65:35まで、又は95:5から75:25まで、又は90:10から80:20までである。他の実施態様において、アルカリ土類金属炭酸塩は炭酸カルシウムである。
本発明の第1の態様において、供給粒状無機材料は、水性懸濁液中に少なくとも25質量%、又は少なくとも30質量%、又は少なくとも45質量%、又は少なくとも50質量%、又は少なくとも55質量%、又は少なくとも60質量%、又は少なくとも65質量%の量で存在する。或る実施態様において、供給粒状無機材料は、75質量%以下の量で存在する。一実施態様において、粒状無機材料は、水性懸濁液中に60から75質量%までの量で、例えば45%から72%までの量で存在する。
次に、粗い前処理供給粒状無機材料を含む懸濁液を、例えば、チューブプレスの使用によって、脱水することができるが、他の脱水方法、例えば熱乾燥又は噴霧乾燥も企図される。或る実施態様において、脱水された生成物は、粉砕工程のために望ましいものに対応する適切な固形分含量を有し得る。別の実施態様において、脱水された生成物は、適切な分散剤を用いて分散され得る。
適切な分散剤は、充分な量で存在する場合には、正常な処理要求に従って、粒子の凝集又は集塊を望ましい程度まで阻止するか又は効果的に制限するために粒状材料の粒子に対して作用することが可能な化学添加剤である。分散剤は、約1質量%までのレベルで存在してもよく、例えば、高分子電解質、例えばポリアクリレートやポリアクリレート化学種を含有するコポリマー、特にポリアクリレート塩(例えば、必要によりII族金属によってもよいナトリウムやアルミニウムの塩)、ヘキサメタリン酸ナトリウム、非イオン性ポリオール、ポリリン酸、縮合リン酸ナトリウム、非イオン界面活性剤、アルカノールアミン及びこの機能に一般に用いられる他の試薬が挙げられる。分散剤は、例えば、無機粒状材料の処理及び粉砕に一般に用いられる従来の分散剤材料より選ばれ得る。このような分散剤は、当業者に充分に認められるであろう。分散剤は、一般的には、アニオン化学種を供給することができる水溶性塩であり、その効果的な量で無機粒子の表面に吸着し、このことにより粒子の集合を阻害することができる。溶媒和されていない塩としては、適切にはアルカリ金属カチオン、例えばナトリウムが挙げられる。溶媒和は、場合によっては、水性懸濁液をわずかにアルカリにすることによって援助されてもよい。適切な分散剤の例としては、水溶性縮合リン酸塩、例えば、ポリメタリン酸塩[ナトリウム塩の一般形: (NaPO3)x] 例えばメタリン酸四ナトリウム又はいわゆる「ヘキサメタリン酸ナトリウム」(グレアム塩); ポリケイ酸の水溶性塩; 高分子電解質; 適切には約20,000未満の質量平均分子量を有する、アクリル酸又はメタクリル酸のホモポリマー又はコポリマーの塩、又はアクリル酸の他の誘導体のポリマーの塩が挙げられる。ヘキサメタリン酸ナトリウム及びポリアクリル酸ナトリウムが特に好ましく、後者は適切には約1,500〜約10,000の範囲にある質量平均分子量を有する。
水性懸濁液の粉砕
供給粒状無機材料の水性懸濁液が粉砕に供される。粉砕は、望ましくは、粒状粉砕媒体を用いた摩砕によって行われる。或いは、懸濁液は、自生粉砕によって、すなわち粉砕媒体の不在において粉砕されてもよい。
粒状粉砕媒体が存在する場合には、天然物質又は合成物質でもよい。粉砕媒体は、例えば、任意の硬い鉱物、セラミック又は金属材料のボール、ビーズ又はペレットを含んでもよく; このような材料としては、例えば、約1300℃から約1800℃までの範囲にある温度でカオリン質粘土を焼成することによって生成されるアルミナ、ジルコニア、ジルコニウム、シリケート、ケイ酸アルミニウム又はムライトの豊富な材料を挙げることができる。或いは、適切な粒子径の天然砂の粒子が用いられてもよい。
粉砕は、1段階以上で行われ得る。例えば、供給懸濁液を、第1の摩砕グラインダーで部分的に粉砕し、次に部分的に粉砕された無機粒状材料の懸濁液を更に粉砕するための第2の摩砕グラインダーに供給してもよく、それの後、粉砕された材料の懸濁液を1つ以上の次の摩砕グラインダーに供給されてもよい。
分散剤の更なる用量は、流動性懸濁液を維持するのに必要とされるように粉砕の間に添加されてもよい。
粉砕の間に付与される粉砕エネルギーは、少なくとも25kWh/t、例えば少なくとも50kWh/t、少なくとも100kWh/t、少なくとも150kWh/t、少なくとも200kWh/t、少なくとも250kWh/t、少なくとも300kWh/t、又は少なくとも500kWh/tであり得る。
粉砕の完了後、任意の粉砕媒体は除去されてもよく、必要であれば、生成物懸濁液が脱水されてもよい。
粉砕は、適切な粉砕装置において行われ得る。実施態様において、粉砕装置は、懸濁液を再循環させない垂直軸を有する開放型グラインダーであってもよい。一例として、粉砕装置は、回転ミル(例えば、ロッド、ボール及び自生粉砕)、撹拌ミル(例えば、SAM、GKグラインダー又はIsaMill)、又はスクリーングラインダー、例えば撹拌媒体デトライター(SMD)、又はタワーミルであってもよい。
一実施態様において、アルカリ土類金属炭酸塩材料を含有する水性懸濁液を粉砕に供し、粒状フィロケイ酸塩鉱物を後で添加するが、粉砕はすでに生じている。すなわち、粒状フィロケイ酸塩鉱物は粉砕プロセスの間に添加される。プロセスにおける異なる点での粒状フィロケイ酸塩鉱物の添加は、粒状フィロケイ酸塩鉱物の望ましい特性に左右される。
粒状フィロケイ酸塩鉱物がすでに標的粒子径分布に非常に近く且つ以前には粉砕されていない場合には、粒状フィロケイ酸塩鉱物は粉砕プロセスにおいて非常に遅く添加され得る。粒状フィロケイ酸塩鉱物の粒子径分布が著しく変化することを必要とする場合には、粒状フィロケイ酸塩鉱物はアルカリ土類金属炭酸塩材料粉砕プロセスにおいて早めに、或いはアルカリ土類金属炭酸塩粉末と共に添加され得る。
一実施態様において、無機粒子材料(或いは、粒状フィロケイ酸塩鉱物及びアルカリ土類金属炭酸塩材料)は、カスケードのグラインダーで(例えば、1つのグラインダーの排出量が次のグラインダーに供給する2〜4のグラインダーの間で)粉砕される。
粒状フィロケイ酸塩鉱物が粉砕プロセスの後半に添加されるものである場合には、カスケードの最後の又は第2〜最後のグラインダーであり得る。粒状フィロケイ酸塩鉱物が粉砕プロセスの初期に添加されるものである場合には、カスケードの第1のグラインダーであり得る。
粉砕された無機材料生成物
粒状無機材料の水性懸濁液を粉砕することによって得られる粉砕された生成物中の粒状フィロケイ酸塩鉱物は、供給材料と比較して大きい形状係数を有する。形状係数は、少なくとも50%又は少なくとも100%だけ増大し得る。或る実施態様において、大きい形状係数は、100未満、又は90未満又は80未満又は70未満である。
粒状フィロケイ酸塩鉱物がカオリンを含む場合、生成物中のカオリンの形状係数は、供給材料中のカオリンの形状係数より大きく、5〜100の範囲に、例えば5〜80の範囲に、例えば8〜76の範囲に、例えば10〜70の範囲に、例えば20〜60の範囲に、例えば30〜50の範囲にある。
粒状フィロケイ酸塩鉱物がタルクを含む場合、生成物中のタルクの形状係数は供給材料中のタルクの形状係数より大きく、10〜100の範囲に、例えば10〜70の範囲に、例えば15〜60の範囲に、例えば20〜55の範囲に、例えば20〜53の範囲に、例えば25〜50の範囲に、例えば30〜45の範囲にある。
粒状フィロケイ酸塩鉱物がカオリンを含む場合、生成物中のカオリンのd50は、例えば0.1から5μmまでの範囲に、例えば0.1から3μmまでの範囲に、例えば0.2から2.5μmまでの範囲にある。
フィロケイ酸塩鉱物がタルクを含む場合、生成物中のタルクのd50は、例えば0.5から10μmまでの範囲に、例えば1から5μmまでの範囲に、例えば1.0から2.2μmまでの範囲にある。
生成物中のフィロケイ酸塩鉱物の粒子径及び形状係数の特性を定量するために、アルカリ土類金属炭酸塩成分は、酸(例えばHCl)に溶解するとともに残存する生成物を過剰なイオンを除くまで洗浄することによって除去される。粉砕された生成物のアルカリ土類金属炭酸塩成分の粒子径分布は、同時粉砕されたブレンドに対してなされた測定と分離されたフィロケイ酸塩成分に対して行われた測定に基づいて定量され得る。
粉砕後に得られる水性懸濁液の固形分含量は、供給材料の水性懸濁液の固形分含量によって定量される。粉砕の間の水の蒸発のため、追加の水が粉砕の間に添加されて望ましい固形分含量を維持しない限り、粉砕後に得られる水性懸濁液の固形分含量は供給材料より多くなり得る。
本発明の方法の或る実施態様によって得られる粉砕されたフィロケイ酸塩鉱物は、本発明の他の態様である。従って、本発明の或る実施態様は、また、0.1から5μmまでの範囲にあるd50及び5から100までの形状係数を有し、例えばd50が0.2から2.5μmまでの範囲にあり、形状係数が8から76までの範囲にある、必要により水性懸濁液中であってもよい、粒状カオリンを提供する。或る実施態様において、本発明は、また、0.5から10μmまでの範囲にあるd50及び10から100までの形状係数、例えば1.0から2.2μmまでの範囲にあるd50及び20から53までの範囲にある形状係数を有する、必要により水性懸濁液中であってもよい、粒状タルクを提供する。
粒状無機材料の水性懸濁液を粉砕することによって得られる粉砕された生成物中の粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料は、d50を0.1から5μmまでの、例えば0.2から3μmまでの範囲にある、例えば0.3から2.5μmの範囲にあるd50を有し得る。
粉砕された粒子材料の使用
本発明の方法の或る実施態様を用いて得られる粉砕された粒子材料は、当業者に容易に明らかであるように、多種多様な用途に用いることができる。或る実施態様において、無機粒子材料は、コーティング顔料又は充填剤として、又はコーティング又は充填剤組成物の一部として存在する。用途には、例えば、紙(用語にはその範囲内に、紙、カード、板、ボール紙等のすべての形が含まれ、印刷用紙及び筆記用紙を含めるがこれらに限定されない); ポリマー及びゴム、例えばプラスチック(フィルムの形であってもよい); 塗料; シーラント及びマスチック; セラミック; 並びに上記のいずれかを得るために引き続き処理される組成物の調製が挙げられる。
具体的な一実施態様において、本発明に従って得られる同時粉砕された粒子材料を紙コーティング組成物に調製し、原紙上へコーティングして、コーテッド紙製品、例えばLWC紙製品を作る。コーテッド紙は、少なくとも50、又は少なくとも52、又は少なくとも55、又は少なくとも57、又は少なくとも60のシート光沢を有し得る。シート光沢は、TAPPI 75°(T 480om-09)を用いて測定される。コーテッド紙は、0.90から1.05μmまで、又は0.94から0.99μmまでのPPS-1000によって測定される粗さを有し得る。コーテッド紙は、75から85まで、又は80から83までの白色度(+UV)(D65イルミネーション、ISO 2469)を有し得る。コーテッド紙は、80から90まで、又は85から88までのDIN不透明度(-UV)を有し得る。
ここで、本発明の具体的な実施態様を下記の限定されない実施例及び添付の図面に関して記載する。
実施例1
表1に示される特性を有する種々の供給カオリンを、小さなポットラボグラインダー及び240kWh/tのエネルギー入力を用いて、65質量%の固形分を含む完全に分散した水性懸濁液に調製するとともに比較的粗い炭酸カルシウムで摩砕同時粉砕した。10%、20%及び40質量%のカオリン画分を試験した。得られた結果を下記の表1に示す。
表1
実施例2
本実施例は、炭酸カルシウムが一連のグラインダーで粉砕され、1つのグラインダーの出力が次のグラインダーまで進むタイプのカスケード粉砕プロセスの異なる点でのカオリン添加の効果を示すものである。実験は、上記の方法に従って、30%のカオリン3と70%の炭酸カルシウムとを摩砕粉砕するために行った。3つの異なる炭酸カルシウム材料、すなわち、CC1(上記の表1を参照のこと)、CC2及びCC3を用いた。CC1は、カスケード粉砕プロセスにおける第1のグラインダーから得られる炭酸カルシウム生成物を表すために選ばれ、粒子の60質量%が2μmより小さいような粒子径分布を有し、CC2は、CC1より微細な粒子径分布(すなわち粒子の75質量%が2μmより小さい)を有し且つカスケード粉砕プロセスにおける第2のグラインダーから得られる炭酸カルシウム生成物を表すように選ばれる炭酸カルシウム材料であり、CC3は、CC2より微細な粒子径分布(すなわち粒子の90質量%が2μmより小さい)を有し且つカスケード粉砕プロセスにおける第3のグラインダーから得られる炭酸カルシウム生成物を表すように選ばれる炭酸カルシウム材料であった。従って、実験は、カスケードにおける第2のグラインダー(CC1で粉砕される場合)、第3のグラインダー(CC2で粉砕される場合)及び第4のグラインダー(CC3で粉砕される場合)にカオリンを添加する効果を模倣するものである。得られた結果を下記の表2に示す。
表2
結果は、カスケード粉砕プロセスにおける遅い段階でカオリンを添加するとカオリン成分がより粗く且つ炭酸カルシウムがより微細でわずかに急勾配でない同時粉砕ブレンドが得られることを示している。
実施例3
異なる顔料ブレンドに基づくコーティング組成物を使う実験用ヘリコーターを用いて調製された紙の紙特性を評価した。用いられる顔料ブレンド及び得られた紙特性を下記の表3に示す。
表3
CC4は、粒子の95質量%が2μmより小さいような粒子径分布を有する粉砕された炭酸カルシウムである。
粗い炭酸カルシウム(CC1)とのカオリン6 GF(グラインダー供給物)の同時粉砕は、CC4/カオリン6ブレンドと比較して、同様のコーティング性能を得ることができる。この性能を達成するために、CC1〜CC4(35〜50%)だけを粉砕するのと比較してより多くの粉砕エネルギーが必要とされる。
更に、同時粉砕CC1/カオリン6 GFは、CC4/カオリン6ブレンドと比較して高い不透明度を有するが、低い白色度を有する。このことは、カオリン8 GFが磁気を帯びず、浸出されず、分類されなかったからである。
更に、S & K 算出から、CC1とカオリン6 GFの同時粉砕ブレンドを含有するコーティング層がCC4/カオリン6と比較してわずかに高い光散乱を有するが、非常に高い光吸収も有することが示される。
同時粉砕CC1/カオリン6 GFの印刷適性は、非常に遅いインク凝固は別として、CC4/カオリン6と同様である。
実施例4
炭酸カルシウムで摩砕粉砕された及び炭酸カルシウムで摩砕粉砕されないカオリン7として確認され且つ表4に示される特性を有する、更なるカオリンについて実験用コーティングとしての使用を評価した。得られた結果を下記の表4に示す。
表4
異なる入力エネルギーで粉砕されたCC4とカオリン7の70/30のブレンドについて、8g/m2の紙コーティングのシート光沢を評価した。結果を、図1に示す。
異なるエネルギーで粉砕された同時粉砕50/50 CC1/カオリン7生成物について、8g/m2の紙コーティングのシート光沢を評価した。結果を図2に示す。
カオリン7を軽く粉砕するとコーテッド紙特性、特にシート光沢が改善されることがわかる。
CC1/カオリン7のブレンドから始めた場合にCC3/カオリン7のブレンドと比較してわずかにより良好な性能が得られた。カオリンはより微細に粉砕するのにより多くの時間とエネルギーを有することになり、炭酸カルシウムはわずかに急勾配のPSDを有することになる。
25%以上のエネルギーで同時粉砕しても、更なる改善は得られなかった。
実施例5
炭酸カルシウムとカオリン8の同時粉砕ブレンド、表9に示される特性を有するブレンドについて、無光沢塗料におけるその使用を評価した。結果を表5に示す。
表5










粉砕エネルギーの増加と共に、d50が小さくなりPSD勾配係数が増大することがわかる。
カオリン8をより粗いCC1に添加した場合、粒子形状は小さくなるが、CC3に添加した場合は増大する。
実施例6
同時粉砕された炭酸カルシウムとカオリンについて、低いTiO2無光沢塗料配合物における使用を評価した。結果を表6に示す。
表6
実施例7
3種類のタルク生成物及び粒状粉砕炭酸カルシウムを、各々、中位サイズ高密度媒体(8/14)による2つの異なるエネルギーレベルを用いて高固形分の実験用撹拌ミルグラインダーで別々に粉砕した。
タルクAは、21の形状係数、8.36μmのd50及び45%が2μmより小さい質量%を有するタルクである。タルクAを60質量%の固形分で粉砕した。
タルクBは、20の形状係数、7.55μmのd50及び13%が2μmより小さい質量%を有するタルクである。タルクBを57質量%の固体分で粉砕した。
タルクCは、39の形状係数、2.96μmのd50及び35%が2μmより小さい質量%を有するタルクである。タルクAを60質量%の固形分で粉砕した。
C60は、1.37μmのd50及び62%が2μmより小さい質量%を有する粉砕大理石である。C60を72質量%の固形分で粉砕した。
得られた結果を下記の表7に示す。
表7
次に、タルクA、B及びCの各々を、75/25の大理石/タルクブレンド中の炭酸塩C60で粉砕した。65質量%の固形分で及び上で用いたのと同じ中サイズ高密度媒体(8/14)による2つの異なる粉砕エネルギーレベルで粉砕を行った。得られた結果を下記の表8に示す。
表8
酸(例えば塩酸)を用いて同時粉砕ブレンドの炭酸塩成分を溶解し、次に過剰なイオンを除くまで残存する生成物を洗浄することにより同時粉砕ブレンドの炭酸塩成分を除去することによって粉砕ブレンドの個々の成分の粒子径及び形状係数を定量することができる。次に、粉砕ブレンドのフィロケイ酸塩成分の粒子径特性を測定することができる。全体として粉砕ブレンドの粒子径特性に基づき、炭酸塩の粒子径特性を算出することができる。

Claims (33)

  1. 粒状無機材料を粉砕する方法であって、
    (i)粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料と60未満の形状係数を有する粒状フィロケイ酸塩鉱物の混合物を含む水性懸濁液を準備する工程; 及び
    (ii)前記水性懸濁液を粉砕して、粉砕された生成物を形成する工程
    を含む、前記方法。
  2. 前記水性懸濁液の固形分含量が、少なくとも25質量%、又は少なくとも30質量%、又は少なくとも45質量%、又は少なくとも55質量%、又は少なくとも60質量%である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記生成物中の前記フィロケイ酸塩鉱物の形状係数が、125未満又は100未満である、請求項1に記載の方法。
  4. 前記アルカリ土類金属炭酸塩が、炭酸カルシウムである、請求項1に記載の方法。
  5. 前記アルカリ土類金属炭酸塩材料が、0.5から5μmまでの範囲にあるd50を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記フィロケイ酸塩鉱物が、カオリン、タルク及びマイカからなる群より選ばれる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記フィロケイ酸塩鉱物が、カオリンである、請求項6に記載の方法。
  8. 前記水性懸濁液中の前記カオリンの形状係数が、5〜60である、請求項7に記載の方法。
  9. 前記水性懸濁液中の前記カオリンのd50が、0.3から10μmまでの範囲にある、請求項7又は8に記載の方法。
  10. 前記生成物中の前記カオリンの形状係数が、5〜100である、請求項7、8又は9に記載の方法。
  11. 前記生成物中の前記カオリンのd50が、0.1から5μmまでの範囲にある、請求項7〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記フィロケイ酸塩鉱物が、タルクである、請求項6に記載の方法。
  13. 前記水性懸濁液中の前記タルクの形状係数が、15〜40である、請求項12に記載の方法。
  14. 前記水性懸濁液中の前記タルクのd50が、2から20μmまでの範囲にある、請求項12又は13に記載の方法。
  15. 前記生成物中の前記タルクの形状係数が、10〜150、又は10〜125、又は10〜100である、請求項12、13又は14に記載の方法。
  16. 前記生成物中の前記タルクのd50が、0.5から10μmまでの範囲にある、請求項12〜15のいずれか1項に記載の方法。
  17. 前記フィロケイ酸塩鉱物が、カオリン及びタルクを含む、請求項6に記載の方法。
  18. 前記水性懸濁液中の前記アルカリ土類金属炭酸塩材料の質量と前記フィロケイ酸塩鉱物の質量との比が、5:95〜95:5である、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。
  19. 前記水性懸濁液の固形分含量が、70質量%より多い、請求項1〜18のいずれか1項に記載の方法。
  20. 粉砕の間の粉砕エネルギー入力が、少なくとも25kWh/tである、請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。
  21. 粉砕が、回転ミル、撹拌ミル、又は撹拌媒体デトライターにおいて行われる、請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。
  22. 前記水性懸濁液が、炭酸カルシウムとカオリンが5:95〜95:5の質量比である混合物を含み、前記炭酸カルシウムが0.5から5μmまでの範囲にあるd50を有し、前記カオリンが5〜60の形状係数及び0.3〜10μmのd50を有する、請求項1に記載の方法。
  23. 前記生成物中の前記炭酸カルシウムが、0.1から5μmまでの範囲にあるd50を有し、前記生成物中の前記カオリンが0.1から5μmまでの範囲にあるd50及び5〜100の形状係数を有する、請求項22に記載の方法。
  24. 前記水性懸濁液が、炭酸カルシウムとタルクが5:95〜95:5の質量比である混合物を含み、前記炭酸カルシウムが0.5から5μmまでの範囲にあるd50を有し、前記タルクが5〜50の形状係数及び2〜20μmのd50を有する、請求項1に記載の方法。
  25. 前記生成物中の前記炭酸カルシウムが0.1から5μmまでの範囲にあるd50を有し、前記生成物中の前記タルクが0.5から10μmまでの範囲にあるd50及び10〜150の形状係数を有する、請求項24に記載の方法。
  26. 前記生成物中の粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料の勾配係数が増大する、請求項1に記載の方法。
  27. 前記フィロケイ酸塩鉱物がカオリンであり、前記粉砕された生成物中の前記カオリンの形状係数が減少するように粉砕が行われ、例えば前記カオリンのd50が粉砕工程において少なくとも20%、又は少なくとも30%、又は少なくとも40%、又は少なくとも50%減少する、請求項1に記載の方法。
  28. 前記フィロケイ酸塩鉱物がタルクであり、前記粉砕された生成物中の前記タルクの形状係数が増大するように粉砕が行われ、例えばタルクのd50が粉砕工程において少なくとも40%、又は少なくとも50%、又は少なくとも60%減少する、請求項1に記載の方法。
  29. 前記フィロケイ酸塩鉱物がタルクであり、前記粉砕された生成物中の前記タルクの形状係数が減少するように粉砕が行われ、例えばタルクのd50が粉砕工程において少なくとも20%、又は少なくとも30%又は少なくとも40%減少する、請求項1に記載の方法。
  30. 請求項1〜29のいずれか1項に記載の方法によって得られる、アルカリ土類金属炭酸塩及びフィロケイ酸塩材料を含む粉砕された粒子材料。
  31. アルカリ土類金属炭酸塩及びカオリンを含む粉砕された粒子材料であって、炭酸カルシウムが0.1から5μmまでの範囲にあるd50を有し、カオリンが0.1から5μmまでの範囲にあるd50及び5〜100の形状係数を有する、前記粉砕された粒子材料。
  32. アルカリ土類金属炭酸塩及びタルクを含む粉砕された粒子材料であって、炭酸カルシウムが0.1から5μmまでの範囲にあるd50を有し、タルクが0.5から10μmまでの範囲にあるd50及び10〜100の形状係数を有する、前記粉砕された粒子材料。
  33. 粒状アルカリ土類金属炭酸塩材料の勾配係数が、25〜55である、請求項31又は32に記載の粉砕された粒子材料。
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