JP3879306B2

JP3879306B2 - 軽質炭酸カルシウムの粉砕方法

Info

Publication number: JP3879306B2
Application number: JP03868099A
Authority: JP
Inventors: 英治西島; 勝則世見; 泰徳南里
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: JP2000239017A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗被紙用に顔料として使用される軽質炭酸カルシウムの粉砕方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年印刷用紙は、通販用カタログ、チラシ、カタログ、パンフレット、ダイレトメール等広告、宣伝を目的とした商業印刷分野での需要が伸びている。これら商業印刷物は、それ自体の商品価値は低いが、宣伝媒体として目的が達成されることが重要であるので、低コストで印刷仕上がりの良いものが求められており、印刷物と実物の色が違えばクレームや返品等の問題を生じるために、色再現性の良好な高白色度の紙が求められる。そこで製造コストや総合的な品質バランスと操業性を考慮し、塗被紙用顔料として炭酸カルシウムが使用されている。
【０００３】
炭酸カルシウムを大別すると、天然産の重質炭酸カルシウムと化学的に合成される軽質炭酸カルシウムに分けられる。重質炭酸カルシウムは、機械的に乾式粉砕されただけで塗被紙用顔料として使用されるのはごく希であり、乾式粉砕した後にさらに顔料分散液として湿式粉砕して使用される。軽質炭酸カルシウムは炭酸ガス法等によって合成され、反応条件を制御することによって粒子の径や形状をコントロールすることが可能である。これらは針状、柱状、紡錘状、立方状および不定形などの各種形状を有し、針状や紡錘状などの軽質炭酸カルシウムは、その独特の形状を生かすために粉砕処理されることなく塗被紙用顔料として使用されるのが一般的である。但し、これら形状をコントロールされた軽質炭酸カルシウムは重質炭酸カルシウムと比較して非常に高価な顔料であるばかりか、顔料塗被液中に高配合しすぎると塗被液の物性を大きく変化させ、例えば塗被液の粘度を大幅に上昇させる、或いは保水性を大幅に低下させる等によって、しばしば高速操業性などに悪影響を及ぼすことが知られており、これらの使用用途は特殊な場合に限定されているのが現状である。
【０００４】
一方、不定形の軽質炭酸カルシウムは、重質炭酸カルシウムと同様、湿式粉砕することによって塗被紙用顔料として使用される。粉砕後の形状は重質炭酸カルシウムと同様の形状をしているが、重質炭酸カルシウムと比較して白色度が高く、高白色度で色再現性の優れた塗被紙品質を与える。また、重質炭酸カルシウムよりも疎水性が若干高く、塗被紙用顔料として塗被液中に配合すると塗被液中の自由水量が多くなり、塗被液の高速流動性が向上し高速操業性を改善するなどの効果を示す。
【０００５】
しかし、軽質炭酸カルシウムを湿式粉砕する場合には幾つかの困難な問題がある。一般に、製紙用顔料を湿式粉砕する場合、粉砕効率や生産性の観点から、顔料分散液の濃度はできる限り高いほうが好ましい。しかし、軽質炭酸カルシウムは重質炭酸カルシウムと比較して凝集性、疎水性が極めて高いために顔料分散液の粘度が非常に高く、粉砕時の粉砕機負荷が大きくなり過ぎるばかりか、場合によっては粉砕機中に充填されているメディアの割れや摩耗が著しくなるなどの問題を生じてしまう。また、粉砕が進行するに従って顔料分散液粘度が急上昇するために、軽質炭酸カルシウムを微粉砕することは非常に困難であった。
【０００６】
このため、粉砕中の顔料分散液の分散性を保ち粘度を低レベルに維持するためには、顔料分散液に添加する分散剤の大幅な増添は避けられず、高価な分散剤を大量に使用することによって、生産コストの大幅なアップを招いているのが現状である。また、分散剤を大幅に増添しても分散剤による顔料分散液減粘効果には限界があるために、微粒子化を進めた場合には粉砕負荷を十分に軽減することは非常に困難であった。
【０００７】
炭酸カルシウムを粉砕する既存技術としては、例えば特開昭６２−７４４４２号公報、特開平６−４１４６３号公報などが挙げられる。しかし、特開昭６２−７４４４２号公報は重質炭酸カルシウムの粉砕を目的としたものであり、タルクを混合することによって顔料分散液の粘度は高くなるため、問題の解決には至らなかった。また、特開平６−４１４６３号公報は軽質炭酸カルシウムの粉砕を目的としているが、軽質炭酸カルシウムと重質炭酸カルシウムの混合比が重量当たり２：９８〜６０：４０と重質炭酸カルシウム割合が高すぎるのみならず、粉砕後の平均粒子径も０．７０μｍ以上を対象とした技術であるため、この技術を用いて軽質炭酸カルシウムが高配合された顔料分散液を微粉砕しても粘度の低下や分散剤の減配、高効率な粉砕は不可能であり、平均粒子径も記載されている如く０．７０μｍが限界であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような状況に鑑み、本発明の課題は上記のごとき問題を解決し、少ない分散剤添量で顔料分散液の粘度が低く、粉砕負荷が低く高効率な軽質炭酸カルシウムの湿式粉砕方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記の課題について鋭意研究を重ねた結果、軽質炭酸カルシウムの顔料分散液を湿式粉砕する炭酸カルシウムの製造方法において、該軽質炭酸カルシウムが、硫酸塩法またはソーダ法によるパルプ製造工程の苛性化工程で製造された軽質炭酸カルシウムであり、固形分濃度が７０重量％以上の顔料分散液の粉砕時のｐＨが８．０〜１２．０になるように、粉砕機中に炭酸ガスを直接吹き込むことによって本発明を成すに至った。
【００１０】
以下本発明の詳細を示す。
【００１１】
本発明においては、粉砕中の硫酸塩法またはソーダ法によるパルプ製造工程の苛性化工程で製造された軽質炭酸カルシウム顔料分散液に炭酸ガスを直接吹き込むことによって顔料分散液のｐＨを８．０〜１２．０に調節するが、これは粉砕処理した軽質炭酸カルシウム顔料分散液の粘度は分散液ｐＨに依存しており、ｐＨを最適な領域に調節することで顔料の分散性が良好となってＢ型粘度が低下し、必要分散剤量が少なくなるものと考えられる。さらにＢ型粘度の低下によって分散液を高濃度化、あるいはメディアを高充填できるために、粉砕効率の改善が可能となると考えられる。また、炭酸ガスを用いることにより、中和時に炭酸カルシウム以外の不純物の発生がなく、適度なガスによる撹拌等の相互的な作用により、顔料分散液が高濃度化、微粒化しても、顔料が凝集等を起こさず効率よく粉砕できるものと思われる。
【００１２】
粉砕時の顔料分散液のｐＨは、粉砕機中に炭酸ガスを直接吹き込むことによって８．０〜１２．０、さらに好ましくは８．５〜１１．５の範囲である。顔料分散液のｐＨが１２．０を越えると、顔料分散液の粘度低下が十分でないために粉砕負荷軽減効果や分散剤減配効果が十分でなく、逆にｐＨが８．０未満では粘度が再上昇してしまうために、粉砕負荷が高くなるとともに分散剤を増添しなくてはならない。また、炭酸ガス以外で中和を行った場合、例えば塩酸を用いた場合には、塩化カルシウム等の不純物の発生、軽質炭酸カルシウムの溶解、或いは粉砕機や配管等の腐食などが生じる問題がある。なお、炭酸ガスによる中和は湿式粉砕した後に行うことも考えられるが、その場合、少ない分散剤添加量では粉砕時に顔料スラリーの粘度が急上昇するため、微粒化軽質炭酸カルシウムの顔料スラリーが得られない。
【００１３】
また、本発明は硫酸塩法またはソーダ法によるパルプ製造工程の苛性化工程で製造された軽質炭酸カルシウムの粉砕に対して、より一層の効果を示す傾向にある。これは、苛性化工程で製造された軽質炭酸カルシウムは顔料粒子中にアルカリ成分を多く含んでいるため、粉砕が進行するに従ってアルカリ成分が顔料分散液中に徐々に溶け出し、顔料分散液の粘度が急上昇する傾向にあるためである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明で使用される軽質炭酸カルシウムは主に苛性化法によって製造された不定形状の軽質炭酸カルシウムであり、乾燥粉末やあるいは圧搾、吸引、遠心分離方式などの脱水装置によって脱水濃縮されたケーキ状・スラッジ状のものが使用される。なお、ここで言う苛性化法とは、パルプ製造工程の薬品回収工程において、生石灰を水、弱液、緑液または白液等によって消和した後に、緑液で苛性化反応することによって軽質炭酸カルシウムを合成する方法のことである。また、不定形状の軽質炭酸カルシウム以外、例えば針状や柱状の軽質炭酸カルシウムに対しても、粉砕処理を必要とする場合には本発明を適用することができる。また、本発明においては軽質炭酸カルシウム以外特に規定するものではなく、必要に応じて製紙用として一般に使用される、重質炭酸カルシウム、タルク、サチンホワイト、酸化チタン、シリカ、クレー、カオリン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、ベントナイト等を併用してもかまわない。但し、その場合、これ等の配合量は本発明の効果を損なわないよう適宜選択する必要があり、好ましくは、全軽質炭酸カルシウムに対して、１０重量％未満である。
【００１５】
本発明で使用される炭酸ガスは、ごく一般に使用される圧縮炭酸ガス、あるいはボイラーや焼成キルンから排出された排ガス等の使用も可能である。炭酸ガス濃度は１０％以上であれば良く、好ましくは７０〜１００％である。これらの炭酸ガスは、顔料分散液の入口側から出口側に向けて供給するのが好ましく、供給量は顔料分散液のｐＨが低下する度合に応じて適宜変更する。
【００１６】
また顔料分散液中に使用する分散剤としては、一般に製紙用として使用されているポリアクリル酸塩、リグニンスルホン酸塩、燐酸塩等が挙げられ、これ等のうち一種類以上を必要に応じて選択して使用する。
【００１７】
また、本発明で使用される粉砕機としては製紙用顔料の湿式粉砕にごく一般に使用されるアトライター、振動ミル、ボールミル、竪型サンドミル、横型サンドミル、ジェットミル等が挙げられる。また、メディアとしてはガラス、セラミック、アルミナ、ジルコニア、瑪瑙等の硬質原料で製造された球状のボールやビーズが挙げられ、粒子径は０．１〜１０ｍｍであることが好ましい。メディアの充填率はできる限り高いほうが好ましいが、充填率が高すぎる場合は粉砕室内でのメディアの動きが制限され、逆に粉砕効率を低下させることもあり、使用する粉砕機に応じて適宜調節する。
【００１８】
本発明の粉砕処理は、粉砕機にメディアを充填した後に軽質炭酸カルシウムの顔料分散液を加えて、バッチ方式で粉砕処理を行ったり、あるいは粉砕機にメディアを充填した後に水を充填した後、顔料分散液を加えて連続的に粉砕処理等が行われる。
【００１９】
また、本発明は軽質炭酸カルシウムを平均粒子径０．６０μｍ以下にする微粉砕や、顔料分散液の固形分濃度７０％以上の高濃度粉砕に対してより一層の効果が現れる。
【００２０】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に示すが、これらによって本発明は何等制約を受けるものではない。なお、例中の部および％はそれぞれ重量部および重量％を示す。
〈品質評価方法〉
（１）粉砕前炭酸カルシウム平均粒子径：炭酸カルシウム粉末をふるい分けし、重量累積分布の５０％点を平均粒子径として算出した。
（２）Ｂ型粘度：粉砕前顔料分散液を２５℃に加温し、Ｂ型粘度計（東京計器社製）を用いて測定した。
（３）粉砕後の顔料分散液平均粒子径：セイシン企業光透過式粒度分布測定装置SHC5000を用いて、重量累積分布の５０％点を平均粒子径として算出した。
［実施例１］パルプ製造工程の苛性化工程で製造された平均粒子径が１６μｍの不定形の軽質炭酸カルシウム１００部に対して、ポリアクリル酸系分散剤０．６部を添加し、カウレス分散機（アイメックス社製）を用いて濃度７３％の顔料分散液を調製した。次に、３０Ｌの粉砕室を有する定格出力２２ｋｗｈの竪型サンドミル（アイメックス社製）に、平均粒子径が１．５ｍｍの硬質ガラスビーズ（東芝バロディーニ製）を充填率（粉砕室中の空隙容積に対する、最密充填した時の粉砕メディアの容積）が９０％になるように投入し、粉砕室の空隙を水で満たした。粉砕機を起動後、定量ポンプを用いて顔料分散液をサンドミルに送液し、炭酸ガス中和を行いながら粉砕時のｐＨを９．６に調節し、平均粒子径が０．４８μｍになるように粉砕処理を行い、１８０ｋｇ（１００Ｌ）の微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調製した。粉砕時間は３．６時間、消費電力は１６ｋｗｈであった。なお、粉砕時間および消費電力は粉砕室中の水が顔料分散液に完全に置換されたのを確認した後に測定を開始した。
［実施例２］パルプ製造工程の苛性化工程で製造された平均粒子径が１６μｍである不定形の軽質炭酸カルシウム９５部、カオリン５部に対して、ポリアクリル酸系分散剤０．６部を添加した以外は、実施例１に従って微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調製した。
［比較例１］粉砕中に炭酸ガス中和しなかった以外は、実施例１に従って粉砕処理を行ったが、粉砕の途中で顔料分散液の粘度が急激に上昇したために粉砕機の消費電力が定格を大きく超過し、粉砕を中止せざるを得なかった。粉砕時の顔料分散液のｐＨは１３．１で、粉砕終了後の平均粒子径は０．７８μｍであった。
［比較例２］粉砕時に炭酸ガスを吹き込みながら顔料分散液のｐＨを１２．５に調節して粉砕処理を行った以外は、実施例１に従って微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調製したが、粉砕の途中で顔料分散液の粘度が急激に上昇したために粉砕機の消費電力が定格を超過し、粉砕を中止せざるを得なかった。粉砕終了時の平均粒子径は０．６１μｍであった。
［比較例３］顔料分散液調製時に分散剤を０．９部添加し、粉砕時に炭酸ガスを吹き込みながら顔料分散液のｐＨを１２．６に調節して粉砕処理を行った以外は、実施例１に従って微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調製した。
［比較例４］顔料分散液調製時に分散剤を０．８部添加し、粉砕時に炭酸ガスを吹き込みながら顔料分散液のｐＨを７．８に調節して粉砕処理を行った以外は、実施例１に従って微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調製した。
［比較例５］顔料分散液調製時に分散剤を１．３部添加し、炭酸ガス中和しなかった以外は、実施例１に従って微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液を調製した。
【００２１】
以上の結果を表１に示した。
【００２２】
【表１】
表１から明らかなように、実施例１、２はガラスビーズを高充填して粉砕したにもかかわらず、粉砕負荷が低く粉砕効率も高い。かつ、分散剤添加量が少なく粉砕後の微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液の粘度も低い。これに対して、比較例１、２は粉砕負荷が非常に高く、顔料分散液を目標粒子径まで粉砕することは不可能であった。比較例３、４は粉砕負荷が高く分散剤添加量も多い。また微粒化軽質炭酸カルシウム顔料分散液の粘度も高い。比較例５は分散剤添加量が非常に多い。
【００２３】
【発明の効果】
少ない分散剤添加量で顔料分散液の粘度が低く、粉砕負荷が低く高効率な軽質炭酸カルシウムの湿式微粉砕方法を提供することができる。

Claims

軽質炭酸カルシウムの顔料分散液を湿式粉砕する炭酸カルシウムの製造方法において、該軽質炭酸カルシウムが、硫酸塩法またはソーダ法によるパルプ製造工程の苛性化工程で製造された軽質炭酸カルシウムであり、固形分濃度が７０重量％以上の顔料分散液の粉砕時のｐＨが８．０〜１２．０になるように、炭酸ガスを直接吹き込むことを特徴とする軽質炭酸カルシウムの粉砕方法。
前記粉砕後の軽質炭酸カルシウムの平均粒子径が０．６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の軽質炭酸カルシウムの粉砕方法。