(57)【要約】  天井タイル、床材製品、または他の建築製品に添加するための組成物は、ミクロフィブリル化セルロースおよび任意に無機粒子材料を含み得る。天井タイル、床材製品、または他の建築製品は、パーライト、ミネラルウール、木材パルプ、デンプンおよび他の添加剤をさらに含み得、木材パルプおよび他の無機粒子材料はミクロフィブリル化セルロースに結合する。化合物を製造する方法も開示される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミクロフィブリル化セルロースおよび１つまたは複数の無機粒子材料の組成物を含む、建築製品。
【請求項２】
前記建築製品が天井タイルである、請求項１に記載の建築製品。
【請求項３】
前記天井タイルはミネラルウール、またはパーライト、またはミネラルウールおよびパーライトの両方をさらに含む、請求項２に記載の天井タイル。
【請求項４】
前記天井タイルは、木材パルプまたは紙パルプ、ならびに、任意に、デンプンおよび／またはラテックス結合剤をさらに含む、請求項２または３に記載の天井タイル。
【請求項５】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約５０重量％以下のミクロフィブリル化セルロースを含む、請求項２〜４のいずれかに記載の天井タイル。
【請求項６】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約２５重量％以下のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む、請求項２〜５のいずれかに記載の天井タイル。
【請求項７】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約１０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む、請求項２〜６のいずれかに記載の天井タイル。
【請求項８】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約８０重量％以下のパーライト、またはミネラルウール、またはパーライトおよびミネラルウールの両方を含む、請求項２〜７のいずれか一項に記載の天井タイル。
【請求項９】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約２５重量％以下の木材パルプまたは紙パルプを含む、請求項４〜７のいずれか一項に記載の天井タイル。
【請求項１０】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約１０重量％以下の木材パルプまたは紙パルプを含む、請求項９に記載の天井タイル。
【請求項１１】
前記天井タイルは、ミクロフィブリル化セルロースを含まない天井タイルと比較して改善された曲げ強度を有する、請求項２〜１０のいずれかに記載の天井タイル。
【請求項１２】
前記天井タイルは少なくとも約４００ｋＰａの曲げ強度を有する、請求項１１に記載の天井タイル。
【請求項１３】
前記天井タイルは（ｉｉ）前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約２０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース、例えば、約１０重量％〜約２０重量％、または約１重量％〜約１０重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物、および／または（ｉ）前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、２０重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、例えば、約５重量％〜約２０重量％の木材パルプ、例えば、約５重量％〜約１５重量％の木材パルプ、または約８重量％〜約１２重量％のパルプをさらに含む、請求項８に記載の天井タイル。
【請求項１４】
前記ミクロフィブリル化セルロース組成物はミクロフィブリル化セルロースおよび無機粒子材料を約５：１〜約１：１６６の重量比で含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の建築製品または天井タイル。
【請求項１５】
前記無機粒子は、存在する場合、炭酸カルシウムもしくはカオリンであるか、または炭酸カルシウムもしくはカオリンを含む、請求項２〜１４のいずれかに記載の天井タイル。
【請求項１６】
前記ミクロフィブリル化セルロースは約２０〜約５０の繊維勾配（ｆｉｂｒｅ  ｓｔｅｅｐｎｅｓｓ）を有する、請求項１〜１５のいずれかに記載の建築製品または天井タイル。
【請求項１７】
建築製品、例えば天井タイルにおけるミクロフィブリル化セルロース組成物の使用。
【請求項１８】
前記天井タイルの曲げ強度を改善するための、請求項１７に記載の使用。
【請求項１９】
前記ミクロフィブリル化組成物を前記建築製品の他の成分（単数または複数）と組み合わせることと、そこから前記建築製品を形成することとを含む、請求項１〜１８のいずれかに記載の建築製品を作製するための方法。
【請求項２０】
前記ミクロフィブリル化セルロース組成物を天井製品の他の成分（単数または複数）と組み合わせることと、そこから天井タイルを形成することとを含む、請求項２〜１９のいずれかに記載の天井タイルを作製するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ミクロフィブリル化セルロースを含む組成物、ならびに天井タイル、床材製品、および建築製品の強度を上昇させるための改善された方法、ならびにミクロフィブリル化セルロースを含有する改善された天井タイル、床材製品および建築製品の製造の容易さの改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の天井タイルは、典型的には、粘土フィラー、紙パルプおよびデンプン、およびしばしば歩留向上剤（凝集剤）（例えば、ポリアクリルアミド）と組み合わせたミネラルウールおよび／またはパーライトから構成される。これらの成分を水中でスラリー状にし、次に濾過し、押圧し、乾燥してタイルを作製する。従来の天井タイルの製造では、デンプンは、デンプンが完成したタイル中でバインダとして作用するのに十分な量で、デンプンをタイル中に保持することができるように、典型的には粒状の、ゼラチン化されていない（「非加熱（ｕｎｃｏｏｋｅｄ）」）形態で、添加される。この状態では、濡れたタイルに強度を与えないので、タイルを押圧して連続ウェブに形成するのに十分な強度を与えるために、木材または紙パルプを添加する。デンプンのゼラチン化は乾燥プロセス中に起こり、タイルはこの段階中に完全な強度を持つようになる。
【０００３】
ミネラルウール含有およびミネラルウールを含まない天井タイルを作製するための製造プロセスは当該技術分野において、および米国特許第１，７６９，５１９号および第５，３９５，４３８号において既知である。前者では、ミネラルウール繊維、フィラー、着色剤およびバインダの組成物、特にデンプンバインダが、タイルの本体を成形または鋳造するために調製される。前述の組成物を、好適なトレイ上に置き、これを紙または金属箔で覆い、次にスクリードバーまたはローラで組成物を所望の厚さに均す。装飾面を、スクリードバーまたはローラによって施してもよい。ミネラルウール組成物で充填されたトレイを、次にオーブンに１２時間以上入れ、組成物を乾燥または硬化させる。乾燥したシートをトレイから除去して、平滑な表面を提供し、所望の厚さを得、反りを防止するために一方または両方の面を処理し得る。次に、シートを所望のサイズのタイルに切断する。後者の特許では、膨張パーライトを使用するが、デンプンゲルの結合特性を発現させるために加熱された（ｃｏｏｋｅｄ）デンプン、木材繊維および水を含むデンプンゲルバインダを維持して、ミネラルウールを含まない天井タイルが調製された。
【０００４】
米国特許第３，２４６，０６３号および第３，３０７，６５１号は、デンプンゲルをバインダとして利用するミネラルウール吸音タイルを開示している。デンプンゲルは、典型的には、水に添加され、数分間１８０°Ｆ〜１９５°Ｆで加熱されて（ｃｏｏｋｅｄ）デンプンゲルを形成する、焼石膏（硫酸カルシウム０．５水和物）と組み合わされた濃沸騰デンプン組成物を含む。その後、顆粒化ミネラルウールをデンプンゲル中に混合して、トレイの充填に使用する水性組成物を形成する。これらの特許に記載された方法で製造された天井タイルは、一様な密度の達成に問題があり、それは構造的な一体性および強度、ならびに熱的および音響的考察に関して重要な考慮事項である。
【０００５】
ミネラルウール吸音タイルは、米国特許第３，４９８，４０４号に記載されているように、良好な吸音性を提供するのに必要な高多孔質である。低密度の発泡ミネラルウール吸音タイルを製造する方法は米国特許第５，０１３，４０５号に記載され、起泡材によって形成された泡を崩壊させ、鉱物繊維塊から水を除去するために高真空脱水装置を必要とするという欠点を有する。
【０００６】
米国特許第５，０４７，１２０号および第５，５５８，７１０号は、吸音特性を改善し、軽量性を提供するために、膨張パーライトなどの鉱物フィラーが組成物に組み込まれ得ることを開示している。膨張パーライトで製造された吸音タイルは、典型的には、水性スラリーを形成するために高レベルの水を必要とし、膨張パーライトは、その構造内に比較的高レベルの水を保持する。
【０００７】
米国特許第５，１９４，２０６号は、パルプを形成するために細断されたガラス繊維が添加される、加熱されてゲルを形成する水、デンプン、ホウ酸および耐火粘土の混合物を用いる組成物およびプロセスにおいて、ミネラルウールの代わりにスクラップガラス繊維を使用するための組成物および方法を提供する。パルプはその後スラブに形成され、スラブは乾燥されて天井タイルを形成する。
【０００８】
米国特許第５，９６４，９３４号は、脱水および乾燥の工程を含む水フェルト化プロセスでの吸音タイルの連続作製プロセスを教示しており、スラリー組成物は、水、膨張パーライト、セルロース系繊維、および任意に補助的なバインダ（デンプンであり得る）、および任意にミネラルウールを含み、パーライトはシリコーン化合物で処理されてその水分保持を減少させている。これらの成分が組み合わされ、混合され、マットが形成され、真空工程を経て、続いて３５０℃で乾燥される。ここで、デンプンは、ベースマットを乾燥させるプロセス中にゲルを形成するので、デンプンを予備加熱（ｐｒｅ−ｃｏｏｋｉｎｇ）することなくバインダとして使用されてもよい。
【０００９】
従来の天井タイルの成分は、以下の機能を有する。ミネラルウール／パーライトは耐火性を提供する。粘土フィラーは密度を制御し、追加の耐火性を提供する。紙または木材パルプは、スラリーが濡れている間に他の成分をともに結合する。デンプンは乾燥したタイルの主要バインダである。デンプンは、粒状（非加熱（ｕｎｃｏｏｋｅｄ））形態でスラリーに添加され、従って、デンプンは、乾燥プロセス中に「加熱される（ｃｏｏｋｅｄ）」まで、いかなる結合特性も有さない。
【００１０】
天井タイル製造業者は、典型的には、軽量骨材として機能させるために、膨張パーライトを天井タイル配合物に加える。膨張パーライトの添加は天井タイルに気孔性を与え、タイルの騒音低減係数（ＮＲＣ）音響特性の向上、ならびにタイルの軽量化をもたらす。
配合に応じて、膨張パーライト重量含有量は、天井タイル配合物の１０重量％〜７０重量％の範囲、またはそれ以上であってもよい。場合によっては、膨張パーライトの重量割合の増加は、天井タイルの機械的強度（例えば、破壊係数）を低下させ得る。機械的強度のこの低下は、所望の天井タイルの目標とされる機械的強度特性に基づいて、いくつかの組成物において使用され得る膨張パーライトの割合に対する制限を設定する。
【００１１】
本開示は、最終的な天井タイル、床材製品または建築製品の特性を維持または改善しながら、天井タイル、床材製品、および他の建築製品に添加するための代替のおよび改善された複合体を提供する。改善は、ミクロフィブリル化セルロース、および任意に１つまたは複数の有機粒子材料の添加によって達成される。
【００１２】
本開示は、そのような複合体を製造する経済的な方法も記載する。改善された複合体は、ミクロフィブリル化セルロース、および任意に、１つまたは複数の無機粒子材料を含む。改善された複合体は、従来の天井タイル組成物からのパルプおよび／またはデンプンの除去を可能にし、それによって、改善された天井タイル、床材製品および建築製品の製造プロセスの改善を可能にする。あるいは、ミクロフィブリル化セルロースとデンプンとの組み合わせは、天井タイル組成物の構成成分の結合の相乗的改善をもたらし得る。そのような改善された製品は、高強度、高密度および中密度の天井タイルおよび壁板を含み得る。いくつかの実施形態では、プロセスにおける改善は、デンプンのゼラチン化が通常起こるであろう、「加熱（ｃｏｏｋｉｎｇ）」または乾燥工程の排除によるものである。
【発明の概要】
【００１３】
ミクロフィブリル化セルロースの組成物、および任意に、少なくともの１つの無機粒子材料を含む天井タイル、床材製品、または建築製品が開示される。天井タイル、床材製品、または建築製品は１つまたは複数の無機粒子材料、例えばミネラルウールおよび／またはパーライト、粘土および／または他の鉱物、ならびに任意に、木材パルプ、デンプンおよび／または歩留向上剤をさらに含んでもよい。改善された天井タイル、床材製品、または建築製品は、いくつかの実施形態では、デンプンおよび／または有機粒子材料、例えばミネラルウールまたはパーライトの使用を、組成物およびそのような製品のための製造プロセスから排除してもよい。ミクロフィブリル化セルロースを天井タイル組成物に組み込むことによって改善は達成される。ミクロフィブリル化セルロースは、存在する場合は木材パルプ、ならびに／またはミネラルウールおよび／もしくはパーライト、ならびに存在する場合は他の有機粒子材料と結合してもよい。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
天井タイル、床材製品、または他の建築製品に添加するための組成物は、ミクロフィブリル化セルロースを含む。ある実施形態では、天井タイル、床材製品または他の建築製品に添加するための組成物は、ミクロフィブリル化セルロースおよび少なくとも１つの無機粒子材料を含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように無機粒子材料の存在下でセルロース含有パルプをミクロフィブリル化することにより調製されたミクロフィブリル化セルロースの組成物は、天井タイル、床材製品、または建築製品を製造するための組成物の成分として使用されてよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、天井タイル、床材製品または建築製品を形成するための組成物は、セルロース含有パルプをミクロフィブリル化して組成物のミクロフィブリル化セルロース成分を形成するプロセスで使用される有機粒子材料と同じか、または異なる有機粒子材料を含有してよい。
【００１７】
天井タイル、床材製品または建築製品組成物に、木材パルプまたは紙パルプの代わりに、ミクロフィブリル化セルロース組成物を添加することにより、例えば、０．５％〜２５％のミクロフィブリル化セルロース組成物、または０．５％〜１０％のミクロフィブリル化セルロース組成物を添加することにより、天井タイルの破壊係数を改善することが可能である。いかなる特定の理論または仮説に縛られることなく、この改善は、ミクロフィブリル化セルロースが、存在する場合は天井タイル中の木材もしくは紙パルプと結合することに起因して、または少なくとも部分的に起因して、または、製品の他の無機粒子材料成分と結合することに起因して、または少なくとも部分的に起因して、もたらされる。いくつかの実施形態では、天井タイル、床材製品または建築製品組成物全体への木材もしくは紙パルプの組み込みを完全に排除することさえ可能である。
【００１８】
天井タイル、床材製品または建築製品組成物に、パルプの代わりに、ミクロフィブリル化セルロース組成物を添加することにより、例えば、０．５％〜２５％のミクロフィブリル化セルロース組成物、または０．５％〜１０％のミクロフィブリル化セルロース組成物を添加することにより、天井タイル、床材製品または建築製品の曲げ強度を改善することが可能である。木材パルプもしくは紙パルプが存在する場合、曲げ強度の改善は、ミクロフィブリル化セルロースが製品中の木材パルプもしくは紙パルプと結合することに起因し得、または少なくとも部分的に起因し得る。木材パルプもしくは紙パルプが排除される場合でも、ミクロフィブリル化セルロースは、天井タイル、床材製品、または建築製品の引張強度を改善する、
【００１９】
ミクロフィブリル化セルロースは、従来の天井タイル、床材製品または建築製品中に通常存在する木材パルプおよびデンプンの両方を置き換えるのに適していることが見出された。
【００２０】
ミクロフィブリル化セルロースはまた、従来の天井タイル、床材製品または建築製品中に存在する無機粒子材料成分を置き換えるのに適していることが見出された。
【００２１】
ミクロフィブリル化セルロースはまた、デンプンとともに、天井タイル、床材製品および建築製品の製造のための組成物中の無機成分とセルロース系構成成分との結合を改善するのに適していることが見出された。
【００２２】
ミクロフィブリル化セルロースは、形成中、湿潤強度を提供し、乾燥タイル中で強力なバインダとして作用する。前の段落で述べたように、パルプなしで頑丈な天井タイル、床材製品または建築製品が作製され得るという事実は、ミクロフィブリル化セルロースが、天井タイル、床材製品または建築製品の無機粒子材料成分に同じようによく結合することを示唆する。
【００２３】
あるいは、天井タイル、床材製品または建築製品へのミクロフィブリル化セルロースの組み込みは、天井タイル、床材製品または建築製品のミネラルウール（繊維）および／またはパーライト含有量を増加させるのに適していることが見出された。
【００２４】
天井タイルベース組成物中へのミクロフィブリル化セルロース含有組成物の組み込みに起因する有利な特性を利用して、天井タイル、床材製品または建築製品のパーライト含有量を増加させる、例えば、パルプの代わりに、少なくとも１％、または少なくとも５％、または少なくとも１０％、または少なくとも１５％、または少なくとも２０％増加させることが可能である。パーライト含有量の増加は、天井タイル、床材製品または建築製品の重量および密度を減少させ得、例えば、少なくとも１％、または少なくとも２％、または少なくとも５％、または少なくとも１０％減少させ得る。これは、同様に、天井タイル、床材製品または建築製品の空隙率を上昇させ得、特に天井タイルに関して、改善された空隙率は、従って天井タイルの音響特性（例えば吸音性）を改善し得る。加えて、ミクロフィブリル化セルロース組成物の添加とともに天井タイル、床材製品または建築製品組成物中のパーライト含有量の増加により、排水性が改善され得、最終製品の乾燥時間が短縮され得、それにより最終製品の生産速度が向上し得る。
【００２５】
ミクロフィブリル化セルロース組成物の添加による天井タイルの重量の減少は、倉庫の保管容量も改善し得る。
【００２６】
天井タイル、および床材製品に加えて、ミクロフィブリル化セルロース組成物は、例えば、セメント板；石膏ボード（ｇｙｐｓｕｍ  ｂｏａｒｄ）／プラスターボード（ｐｌａｓｔｅｒｂｏａｒｄ）；構造用断熱パネルおよびファイバーボードの断熱コア；あらゆる種類のファイバーボード（配向性パーティクルボードを含む）；セメントおよびコンクリート；防音材；テクスチャおよびメーソンリー塗料；塗料（レオロジー調整剤として）；抗菌防火壁板；封止剤および接着剤およびコーキング剤；断熱材；部分的または完全なアスベスト代替物；ならびにフォームを含む、他の建築製品中の成分として使用されてもよい。
【００２７】
天井タイル
パーライトベースの天井タイル
ある実施形態では、天井タイルベース組成物はパーライトを含む。そのような実施形態では、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、少なくとも約３０重量％のパーライト、少なくとも約３５重量％のパーライト、少なくとも約４０重量％のパーライト、少なくとも約４５重量％のパーライト、少なくとも約５０重量％のパーライト、少なくとも約５５重量％、少なくとも約６０重量％のパーライト、少なくとも約６５重量％のパーライト、少なくとも約７０重量％のパーライト、少なくとも約７５重量％のパーライト、少なくとも約８０重量％のパーライト、少なくとも約８５重量％のパーライト、または少なくとも約９０重量％のパーライトを含んでよい。そのような実施形態では、天井タイルは、天井タイルの全重量に基づいて、約３０重量％〜約９０重量％のパーライト、例えば、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約３５重量％〜約８５重量％、約５５重量％〜約８５重量％、または約６０重量％〜約８０重量％、または約６５重量％〜約８０重量％、または約７０重量％〜約８０重量％、または約７９重量％以下、または約７８重量％以下、または約７７重量％以下、または約７６重量％以下、または約７５重量％以下のパーライトを含んでよい。
【００２８】
ある実施形態では、例えば、天井タイルがパーライトおよびミクロフィブリル化セルロースを含む上記の実施形態を含み、天井タイルは木材パルプまたは紙パルプをさらに含む。誤解を避けるために、木材パルプまたは紙パルプはミクロフィブリル化セルロース組成物と区別される。
【００２９】
有利には、ミクロフィブリル化セルロース組成物を含むことにより、曲げ強度および／または破壊係数のような、天井タイルの１つまたは複数の機械的特性を維持または改善しながら、天井タイル中の木材パルプまたは紙パルプの量は低減または排除されてよい。
【００３０】
ある実施形態では、木材パルプまたは紙パルプが存在する場合、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約０．１重量％〜約３０重量％の木材パルプまたは紙パルプを含む。ある実施形態では、天井タイルは、約１重量％〜約３０重量％の木材パルプもしくは紙パルプ、例えば、約５重量％〜約２５重量％の木材パルプもしくは紙パルプ、または約５重量％〜約２０重量％の木材パルプもしくは紙パルプ、または約５重量％〜約１５重量％の木材パルプもしくは紙パルプ、または約５重量％〜約１０重量％の木材パルプもしくは紙パルプを含む。
【００３１】
ある追加の実施形態では、天井タイルは約４０重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、例えば、約３５重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、または約３０重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、または約２５重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、または約２２．５重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、または約２０重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、または約１７．５重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、または約１５重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、または約１２．５重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、または約１０重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプを含む。ある実施形態では、木材パルプまたは紙パルプは天井タイルから完全に排除される。
【００３２】
ある実施形態では、例えば、天井タイルがパーライト、ミクロフィブリル化セルロースおよび木材パルプまたは紙パルプを含む上記の実施形態を含み、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約５０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む。ミクロフィブリル化セルロースは、無機粒子材料を含んでもよく、または含まなくてもよい。ミクロフィブリル化セルロース組成物が無機粒子材料を含む天井タイル組成物に添加される場合、無機粒子材料は、天井タイル組成物中に存在する他の無機粒子材料と同じであってもよく、または異なっていてもよい。
【００３３】
他の実施形態では、パーライト、ミクロフィブリル化セルロース組成物および木材パルプまたは紙パルプを含む前述の実施形態を含み、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、０．１重量％〜約４０重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物、例えば、約０．５重量％〜約３０重量％、または約１重量％〜約２５重量％、または約２重量％〜約２０重量％、または約３重量％〜約２０重量％、または約４重量％〜約２０重量％、または約５重量％〜約２０重量％、または約７．５重量％〜約２０重量％、または約１０重量％〜約２０重量％、または約１２．５重量％〜約１７．５重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む。
【００３４】
ある他の実施形態では、例えば、天井タイルがパーライト、ミクロフィブリル化セルロースおよび木材パルプまたは紙パルプを含む上記の実施形態を含み、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約０．１重量％〜約５重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物、例えば、約０．５重量％〜約５重量％、または約１重量％〜約４重量％、または約１．５重量％〜約４重量％、または約２重量％〜約４重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む。そのような比較的少量のミクロフィブリル化セルロース組成物の添加でさえ、天井タイルの１つまたは複数の機械的特性（例えば、曲げ強度）を高め得る。そのような実施形態では、天井タイルは、約１０重量％〜約３０重量％の木材パルプもしくは紙パルプおよび約８５重量％以下のパーライト、例えば、約１５重量％〜約２５重量％の木材パルプもしくは紙パルプおよび約８０重量％以下のパーライト、または約２０重量％〜約２５重量％の木材パルプもしくは紙パルプおよび約７５重量％以下のパーライトを含んでよい。
【００３５】
本明細書に記載されるように、ミクロフィブリル化セルロース組成物は無機粒子材料を含んでよく、それはミクロフィブリル化セルロース組成物の製造中に添加されてもよく、または添加されなくてもよい。ミクロフィブリル化セルロース組成物の全乾燥重量に基づいて、組成物は、約１重量％〜約９９重量％のミクロフィブリル化セルロースおよび９９重量％〜約１重量％の無機粒子材料（例えば、炭酸カルシウムまたはカオリン）を含んでよい。多くの場合、天井タイル組成物は、何らかの粘土（例えば、カオリン）、炭酸カルシウムまたは他の何らかの有機粒子材料を含んでよい。そのような状況では、ミクロフィブリル化セルロース組成物は、天井タイルベース組成物中に存在するものと同じ無機粒子材料を使用して生成されてよい。従って、ミクロフィブリル化セルロース組成物は、ベースの天井タイル組成物を変更することなく使用され得る。
【００３６】
あるいは、ベースの天井タイル組成物中に他の有機粒子材料が存在しないか、またはほとんど存在しないかのいずれかであるいくつかの他の例では、無機粒子材料がほとんどもしくは全く存在しない高い割合のパルプミクロフィブリル化セルロース組成物、または有機粒子材料さえ含まないミクロフィブリル化セルロース組成物が、ベースの天井タイル組成物中への組み込みに適している。
【００３７】
いくつかの実施形態では、そのような組成物中に存在する無機粒子材料が低減されているか、または本質的に無機粒子材料が存在しない前述のミクロフィブリル化セルロース組成物を含み、１：１のミクロフィブリル化セルロース対無機粒子材料、または３：１のミクロフィブリル化セルロース対無機粒子材料、または１６６：１のミクロフィブリル化セルロース対無機粒子材料の比（重量で）でさえ、ベースの天井タイル組成物中への組み込みに適している場合がある。
【００３８】
ある実施形態では、例えば、天井タイルがパーライトおよびミクロフィブリル化セルロースを含み、木材パルプまたは紙パルプを含まない上記の実施形態を含み、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約５０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む。ミクロフィブリル化セルロースは、無機粒子材料を含んでもよく、または含まなくてもよい。ミクロフィブリル化セルロース組成物が無機粒子材料を含む天井タイル組成物に添加される場合、無機粒子材料は、天井タイル組成物中の他の無機粒子材料と同じであってもよく、または異なっていてもよい。
【００３９】
ある実施形態では、パーライトおよびミクロフィブリル化セルロースを含有するが、木材パルプまたは紙パルプを含有しない上記の実施形態を含み、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、０．１重量％〜約４０重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物、例えば、約０．５重量％〜約３０重量％、または約１重量％〜約２５重量％、または約２重量％〜約２０重量％、または約３重量％〜約２０重量％、または約４重量％〜約２０重量％、または約５重量％〜約２０重量％、または約７．５重量％〜約２０重量％、または約１０重量％〜約２０重量％、または約１２．５重量％〜約１７．５重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む。
【００４０】
ある他の実施形態では、例えば、天井タイルがパーライトを含み、木材パルプまたは紙パルプを含まない上記の実施形態を含み、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約０．１重量％〜約５重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物、例えば、約０．５重量％〜約５重量％、または約１重量％〜約４重量％、または約１．５重量％〜約４重量％、または約２重量％〜約４重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む。そのような比較的少量のミクロフィブリル化セルロースの添加でさえ、天井タイルの１つまたは複数の機械的特性（例えば、曲げ強度）を高め得る。
【００４１】
本明細書に記載されるように、ミクロフィブリル化セルロース組成物は無機粒子材料を含んでよく、それはミクロフィブリル化セルロース組成物の製造中に添加されてもよく、または添加されなくてもよい。ミクロフィブリル化セルロース組成物の全乾燥重量に基づいて、組成物は、約１重量％〜約９９重量％のミクロフィブリル化セルロースおよび９９重量％〜約１重量％の無機粒子材料（例えば、炭酸カルシウムまたはカオリン）を含んでよい。多くの場合、天井タイル組成物は、何らかの粘土（例えば、カオリン）、炭酸カルシウムまたは他の何らかの有機粒子材料を含んでよい。そのような状況では、ミクロフィブリル化セルロース組成物は、天井タイルベース組成物中に存在するものと同じ無機粒子材料を使用して生成されてよい。従って、ミクロフィブリル化セルロース組成物は、ベースの天井タイル組成物を変更することなく使用され得る。
【００４２】
あるいは、ベースの天井タイル組成物中に他の有機粒子材料が存在しないか、またはほとんど存在しないかのいずれかであるいくつかの他の例では、無機粒子材料がほとんどもしくは全く存在しない高い割合のパルプミクロフィブリル化セルロース組成物、または有機粒子材料さえ含まないミクロフィブリル化セルロース組成物が、ベースの天井タイル組成物中への組み込みに有利であり得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、そのような組成物中に存在する無機粒子材料が低減されているか、または本質的に無機粒子材料が存在しない前述のミクロフィブリル化セルロース組成物を含み、１：１のミクロフィブリル化セルロース対無機粒子材料、または３：１のミクロフィブリル化セルロース対無機粒子材料、または１６６：１のミクロフィブリル化セルロース対無機粒子材料の比（重量で）でさえ、ベースの天井タイル組成物中への組み込みに適している場合がある。
【００４４】
ミネラルウール（または鉱物繊維）
ある実施形態では、例えば、天井タイルがパーライトおよびミクロフィブリル化セルロースを含み、木材パルプまたは紙パルプを含まない上記の実施形態を含み、天井タイルはミネラルウールをさらに含んでもよい。ミネラルウールおよび鉱物繊維なる用語は、本明細書では区別しないで使用される。
【００４５】
ミネラルウールは、しばしばロックウールまたはストーンウールとも呼ばれ、もつれたウールに似た物質であり、無機鉱物材料から作製される。それは断熱材および包装材に日常的に使用されている。ミネラルウールは、グラスウール、ストーンウールまたはセラミック繊維ウールとして調製され得る。従って、ミネラルウールは、溶融した鉱物を紡糸または延伸することによって形成され得る繊維状材料の総称である。ミネラルウールは、鉱物繊維、鉱滓綿、およびガラス質繊維としても知られている。ミネラルウールは優れた耐火性を有し、材料はさまざまな用途に使用されている。
【００４６】
ロックウールは玄武岩およびチョークから作製される。これらの鉱物は、非常に高い温度（例えば、１６００℃）でともに溶融して溶岩となり、紡糸室に吹き込まれ、「綿菓子」に似た繊維に引かれる。
【００４７】
ある実施形態では、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、ミネラルウールおよびパーライト、および約５０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース組成物を含んでよい。ミクロフィブリル化セルロース組成物は、無機粒子材料を含んでもよく、または含まなくてもよい。ミクロフィブリル化セルロース組成物が無機粒子材料を含む天井タイル組成物に添加される場合、無機粒子材料は、天井タイル組成物中の他の無機粒子材料と同じであってもよく、または異なっていてもよい。
【００４８】
ある実施形態では、パーライト、ミネラルウールおよびミクロフィブリル化セルロース組成物を含む前述の実施形態を含み、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、０．１重量％〜約４０重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物、例えば、約０．５重量％〜約３０重量％、または約１重量％〜約２５重量％、または約２重量％〜約２０重量％、または約３重量％〜約２０重量％、または約４重量％〜約２０重量％、または約５重量％〜約２０重量％、または約７．５重量％〜約２０重量％、または約１０重量％〜約２０重量％、または約１２．５重量％〜約１７．５重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む。
【００４９】
ある他の実施形態では、例えば、天井タイルがパーライトおよびミネラルウール、およびミクロフィブリル化セルロース組成物を含む上記の実施形態を含み、天井タイル製品は、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約０．１重量％〜約１０重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物、例えば、約０．５重量％〜約８重量％、または約１重量％〜約６重量％、または約１．５重量％〜約４重量％、または約２重量％〜約４重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む。
【００５０】
ある実施形態では、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて約９５重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約９０重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約８５重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約８０重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約７５重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約７０重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約６５重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約６０重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約５５重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約５０重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約５５重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約５０重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約４５重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約４０重量％以下、または天井タイルの全乾燥重量に基づいて約３５重量％以下、または例えば、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約１０重量％〜約７５重量％、または約１５重量％〜約６５重量％、または約２０重量％〜約５５重量％、または約２５重量％〜約４５重量％の量でミネラルウールをさらに含む。
【００５１】
そのような実施形態は、ミネラルウール、パーライトおよびミクロフィブリル化セルロース組成物を含む天井タイルに対する上記の実施形態を含み、天井タイルの全乾燥重量に基づいて約６５重量％以下、例えば、３０重量％〜６０重量％、または３５重量％〜５５重量％、または３５重量％〜４５重量％の量でパーライトを含んでよい。天井タイルへの比較的少量のミクロフィブリル化セルロース組成物の添加でさえ、そのような製品の１つまたは複数の機械的特性（例えば、曲げ強度）を高め得る。
【００５２】
ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロース組成物を含む天井タイルは、少なくとも約４００ｋＰａの曲げ強度、例えば、少なくとも約４５０ｋＰａ、または少なくとも約５００ｋＰａ、または少なくとも約５５０ｋＰａ、または少なくとも約６００ｋＰａ、または少なくとも約６５０ｋＰａ、または少なくとも約７００ｋＰａ、または少なくとも約７５０ｋＰａ、または少なくとも約８００ｋＰａ、または少なくとも約８５０ｋＰａ、または少なくとも約９００ｋＰａの曲げ強度を有する。
【００５３】
ある実施形態では、ミネラルウール、パーライト、およびミクロフィブリル化セルロース組成物を含む上記の実施形態を含み、天井タイルの全乾燥重量に基づいて約５０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース組成物が存在してよい。そのような実施形態では、ミクロフィブリル化セルロース組成物は無機粒子材料を含んでよく、それはミクロフィブリル化セルロース組成物の製造中に添加されてもよく、または添加されなくてもよい。ミクロフィブリル化セルロース組成物の全乾燥重量に基づいて、組成物は、約１重量％〜約９９重量％のミクロフィブリル化セルロースおよび９９重量％〜約１重量％の無機粒子材料（例えば、炭酸カルシウム）を含んでよい。
【００５４】
ある実施形態では、天井タイルはミネラルウールを含んでもよく、または製品はミネラルウールを排除してもよい。ミネラルウールは、天井タイルのための組成物の成分であってよく、ミクロフィブリル化セルロース組成物と組み合わせて、例えば、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約０．５重量％〜約４０重量％、または約１重量％〜約３５重量％、または約２重量％〜約３０重量％、または約３重量％〜約２５重量％、または約４重量％〜約２０重量％、または約５重量％〜約１５重量％、または約６重量％〜約２０重量％、または約８重量％〜約３０重量％、または約１２．５重量％〜約１７．５重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物と組み合わせて、天井タイルの全乾燥重量に基づいて約０重量％〜約７５重量％の広範囲のミネラルウールであってよい。
【００５５】
前述の実施形態では、天井タイルは、木材または紙パルプを、デンプンを添加してまたは添加せずに含んでよい。存在する場合、約５５重量％以下の量で存在するミネラルウール、および約１０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース組成物とともに、木材パルプまたは紙パルプは３５重量％以下の量で存在してよい。デンプンがバインダとして存在する、または追加の有機粒子材料が天井タイルベース組成物中に存在する場合、残りの成分の割合は好適に調節されてよい。
【００５６】
さらなる実施形態では、天井タイルは、パーライト、ミネラルウールおよびミクロフィブリル化セルロース組成物を、デンプンを添加してまたは添加せずに含んでよい。存在する場合、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約３５重量％以下の量で存在するミネラルウール、および約２０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース組成物とともに、パーライトは４５重量％以下の量で存在してよい。デンプンがバインダとして存在する場合、残りの成分の割合は好適に調節される。同様に、無機粒子材料が存在する場合、残りの成分は好適に調節され、またはいくつかの例では、組成物から排除されてもよい。
【００５７】
ある他の実施形態では、例えば、天井タイルがパーライト、ミネラルウールおよびミクロフィブリル化セルロースを含む上記の実施形態を含み、天井タイルは、天井タイルの全乾燥重量に基づいて、約０．１重量％〜約８重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物、例えば、約０．５重量％〜約５重量％、または約１重量％〜約４重量％、または約１．５重量％〜約４重量％、または約２重量％〜約４重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む。そのような比較的少量のミクロフィブリル化セルロースの添加でさえ、天井タイルの１つまたは複数の機械的特性（例えば、曲げ強度）を高め得る。
【００５８】
ミクロフィブリル化セルロース組成物は、セルロース含有パルプを有機粒子材料とともにフィブリル化することを含む、本明細書に概説された手順に従って調製され得る。そのようなミクロフィブリル化セルロース組成物の全乾燥重量に基づいて、無機粒子は、全乾燥重量の約９９％以下、例えば、全乾燥重量の約９０％以下、または約８０重量％以下、または約７０重量％以下、または約６０重量％以下、または約５０重量％以下、または約４０％以下、または約３０％以下、または約２０％以下、または約１０％以下、または約５％以下、または、ミクロフィブリル化セルロース組成物の全乾燥重量の約１％以下または０．５％以下を構成してよい。
【００５９】
あるいは、ミクロフィブリル化セルロース組成物は本質的に有機粒子材料を含まなくてもよく、約０．６重量％以下の無機粒子材料を含んでもよい。
【００６０】
ミクロフィブリル化セルロース組成物の全乾燥重量に基づいて、ミクロフィブリル化セルロースは全乾燥重量の約９９．４％以下、例えば、ミクロフィブリル化セルロース組成物の全乾燥重量の約９９％以下、または約９０％以下、または約８０重量％以下、または約７０重量％以下、または約６０重量％以下、または約５０重量％以下、または約４０％以下、または約３０％以下、または約２０％以下、または約１０％以下、または約５％以下を構成してよい。
【００６１】
ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロース組成物中の無機粒子材料対ミクロフィブリル化セルロースの重量比は、約１０：１〜約１：２、例えば、約８：１〜約１：２、または約６：１〜約２：３、または約５：１〜約２：３、または約５：１〜約１：１、または約４：１〜約１：１、または約３：１〜約１．１、または約２：１〜約１．１、または約１：１である。
【００６２】
ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロース組成物は無機粒子材料を実質的に含まない。無機粒子材料を実質的に含まないとは、ミクロフィブリル化セルロース組成物の全乾燥重量に基づいて、約０．６重量％未満、０．５重量％未満、０．４重量％未満、０．３重量％未満、０．２重量％未満、０．１重量％未満の無機粒子材料を意味する。
【００６３】
床材製品および他の建築製品
ある実施形態では、床材製品または建築製品は、床材製品または建築製品の全乾燥重量に基づいて、約１０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース（すなわち、無機粒子材料を含んでもよく、または含まなくてもよいミクロフィブリル化セルロース組成物に由来する）、例えば、約９重量％以下、または約８重量％以下、または約７重量％以下、または約６重量％以下、または約５重量％以下、または約４重量％以下、または約３重量％以下、または約２重量％以下、または約１重量％以下のミクロフィブリル化セルロースを含む。ある実施形態では、床材製品または建築製品は、少なくとも約０．１重量％のミクロフィブリル化セルロース、例えば、少なくとも約０．２５重量％、または少なくとも約０．５重量％のミクロフィブリル化セルロースを含む。ミクロフィブリル化セルロースは無機粒子材料を含んでもよく、または含まなくてもよい。ミクロフィブリル化セルロース組成物が無機粒子材料を含む床材製品または建築製品組成物に添加される場合、無機粒子材料は、床材製品または建築製品組成物中の他の無機粒子材料と同じであってもよく、または異なっていてもよい。
【００６４】
床材および建築材料を調製する組成物および方法は、天井タイルに対して本明細書に記載された組成物および方法に従って配合および調製され得る。例示的なファイバーボード組成物が例５に提示される。ファイバーボードは、例１に記載されている天井タイルの製造に使用された手順に従って作製される。
【００６５】
ミクロフィブリル化セルロース
ミクロフィブリル化セルロースは本明細書に記載の任意の好適な原料由来であってよい。
【００６６】
ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは、レーザー光散乱によって測定された場合に約５μｍ〜約５００μｍの範囲のｄ５０を有する。ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは、約４００μｍ以下、例えば、約３００μｍ以下、または約２００μｍ以下、または約１５０μｍ以下、または約１２５μｍ以下、または約１００μｍ以下、または約９０μｍ以下、または約８０μｍ以下、または約７０μｍ以下、または約６０μｍ以下、または約５０μｍ以下、または約４０μｍ以下、または約３０μｍ以下、または約２０μｍ以下、または約１０μｍ以下のｄ５０を有する。
【００６７】
ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは、約０．１〜約５００μｍの範囲のモード繊維粒子径を有する。ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは、少なくとも約０．５μｍ、例えば、少なくとも約１０μｍ、または少なくとも約５０μｍ、または少なくとも約１００μｍ、または少なくとも約１５０μｍ、または少なくとも約２００μｍ、または少なくとも約３００μｍ、または少なくとも約４００μｍのモード繊維粒子径を有する。
【００６８】
特に記載がない限り、ミクロフィブリル化セルロース材料の粒子径特性は、レーザー光散乱の分野で用いられる周知の従来の方法によって測定されるものであり、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｌｔｄによって供給されるＭａｌｖｅｒｎ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  Ｓマシンを使用する（または本質的に同じ結果を与える他の方法によって測定される）。
【００６９】
Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  Ｓマシンを使用する無機粒子材料とミクロフィブリル化セルロースとの混合物の粒子径分布の特徴づけに使用された手順の詳細が以下に提供される。
【００７０】
粒子径分布はミー理論から計算され、体積差基準分布として出力される。２つの異なるピークの存在は、鉱物（より微細なピーク）および繊維（より粗いピーク）に起因すると解釈される。
【００７１】
より微細な鉱物ピークを測定されたデータ点にフィットさせ、分布から数学的に減じて繊維ピークを残し、これを累積分布に変換する。同様に、繊維ピークを元の分布から数学的に減じて鉱物ピークを残し、これも累積分布に変換する。次に、これらの両方の累積曲線は、平均粒子球相当径（ｅ．ｓ．ｄ）（ｄ５０）（これは以下のＳｅｄｉｇｒａｐｈの場合と同じ方法で決定されてもよい）、および分布の勾配（ｄ３０／ｄ７０×１００）の計算に使用されてよい。鉱物および繊維分の両方についてのモード粒子径を求めるために示差曲線が使用されてよい。
【００７２】
加えて、または代替で、ミクロフィブリル化セルロースはＭａｌｖｅｒｎで測定した場合に約１０以上の繊維勾配（ｆｉｂｒｅ  ｓｔｅｅｐｎｅｓｓ）を有してよい。繊維勾配（すなわち、繊維の粒子径分布の勾配）は、以下の式：
勾配＝１００×（ｄ３０／ｄ７０）
によって決定される。
【００７３】
ミクロフィブリル化セルロースは約１００以下の繊維勾配を有してよい。ミクロフィブリル化セルロースは約７５以下、または約５０以下、または約４０以下、または約３０以下の繊維勾配を有してよい。ミクロフィブリル化セルロースは約２０〜約５０、または約２５〜約４０、または約２５〜約３５、または約３０〜約４０の繊維勾配を有してよい。
【００７４】
ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは約２０〜約５０の繊維勾配を有する。
【００７５】
無機粒子材料
無機粒子材料は、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、石膏のようなアルカリ土類金属炭酸塩または硫酸塩、カオリン、ハロイサイトまたはボールクレーのような含水カンダイト粘土、メタカオリンまたは完全か焼カオリンのような無水（か焼）カンダイト粘土、タルク、マイカ、ハンタイト、ミネラルウール、ハイドロマグネサイト、粉末ガラス、パーライトまたは珪藻土、またはウォラストナイト、または二酸化チタン、または水酸化マグネシウム、またはアルミニウム三水和物、石灰、グラファイト、またはそれらの組み合わせであってもよい。
【００７６】
ある実施形態では、無機粒子材料は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、石膏、無水カンダイト粘土、パーライト、珪藻土、ミネラルウール、ウォラストナイト、水酸化マグネシウム、またはアルミニウム三水和物、二酸化チタン、またはそれらの組み合わせを含むか、またはそれらである。
【００７７】
ある実施形態では、無機粒子材料は表面処理無機粒子材料であってもよい。例えば、無機粒子材料は、脂肪酸またはその塩のような疎水化剤で処理されてもよい。例えば、無機粒子材料は、ステアリン酸処理炭酸カルシウムであってもよい。
【００７８】
本開示の組成物に使用するための例示的な無機粒子材料は炭酸カルシウムである。以下、組成物は、炭酸カルシウムの観点から、ならびに炭酸カルシウムが加工および／または処理される態様に関して論議される傾向があり得る。本開示は、そのような実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。
【００７９】
粒子状炭酸カルシウムは、天然原料を粉砕することによって得られ得る。重質炭酸カルシウム（ＧＣＣ）は、典型的には、チョーク、大理石、石灰石のような鉱物原料を圧砕し、次に粉砕することによって得られ、続いて、所望の微粉度を有する生成物を得るために、粒子径分類工程を行ってもよい。所望の微粉度および／または色を有する生成物を得るために、漂白、浮遊選鉱、磁力選鉱のような他の技法が使用されてもよい。粒子状固形材料は自発的に、すなわち固形材料の粒子それ自体の摩耗によって、あるいは粉砕対象である炭酸カルシウムとは異なる材料の粒子を含む粒子状粉砕媒体の存在下で粉砕され得る。これらのプロセスは、分散剤および殺生物剤の存在下または不在下で行われてもよく、分散剤および殺生物剤はプロセスのいずれの段階で添加されてもよい。
【００８０】
軽質炭酸カルシウム（ＰＣＣ）は、粒子状炭酸カルシウムの原料として使用され得、当該技術分野で利用可能な既知の方法のいずれかによって生成され得る。ＴＡＰＰＩ  Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｎｏ．３０「Ｐａｐｅｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｐｉｇｍｅｎｔｓ」の３４〜３５頁には、製紙産業で使用する生成物の調製における使用に適した軽質炭酸カルシウムを調製するための３つの主要な商業的プロセスが記載されているが、これは本開示の実践にも使用され得る。３つのプロセスの全てでは、石灰石等の炭酸カルシウムの供給材料をまずか焼して生石灰を生成し、生石灰を水中で消和して水酸化カルシウムまたは石灰乳を得る。第１のプロセスでは、石灰乳を二酸化炭素ガスで直接炭酸塩化する。このプロセスは副生成物が形成されないという利点を有し、炭酸カルシウム生成物の性質および純度の制御が比較的容易である。第２のプロセスでは、石灰乳をソーダ灰と接触させて、複分解によって炭酸カルシウムの沈殿物および水酸化ナトリウムの溶液を生成する。このプロセスを商業的に使用すると、水酸化ナトリウムを、実質的に完全に炭酸カルシウムから分離し得る。第３の主要な商業的プロセスでは、石灰乳をまず塩化アンモニウムと接触させて塩化カルシウム溶液およびアンモニアガスを得る。次に、塩化カルシウム溶液をソーダ灰と接触させて、複分解によって軽質炭酸カルシウムおよび塩化ナトリウムの溶液を生成する。使用する特定の反応プロセスに応じて、結晶を様々な異なる形状およびサイズで生成することができる。ＰＣＣ結晶の３つの主要な形態はアラゴナイト、菱面体晶およびスカルノヘドラル（例えば方解石）であり、これらは全て、その混合物を含めて、開示された組成物での使用に適している。
【００８１】
ある実施形態では、ＰＣＣはミクロフィブリル化セルロースの生成プロセス中に形成されてもよい。
【００８２】
炭酸カルシウムの湿式粉砕は炭酸カルシウムの水性懸濁液の形成を伴い、次に任意に好適な分散剤の存在下で粉砕されてよい。炭酸カルシウムの湿式粉砕に関するさらなる情報については、例えば、ＥＰ−Ａ−６１４９４８（その内容は、参照により全て本明細書に組み込まれる）が参照され得る。
【００８３】
無機粒子材料を天然原料から得る場合、若干の鉱物不純物が粉砕された材料を汚染する場合がある。例えば、天然の炭酸カルシウムは、他の鉱物を伴って存在し得る。従って、いくつかの実施形態では、無機粒子材料はある量の不純物を含む。しかしながら、一般に、無機粒子材料は約５％重量％未満、または約１重量％未満の他の鉱物不純物を含有するであろう。
【００８４】
別に記載がない限り、無機粒子材料に関して本明細書で言及される粒子径特性は、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｎｏｒｃｒｏｓｓ、ジョージア州、米国（電話番号：＋１  ７７０  ６６２  ３６２０；ウェブサイト：ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ．ｃｏｍ）が供給するＳｅｄｉｇｒａｐｈ  ５１００マシン（本明細書においては「Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ  Ｓｅｄｉｇｒａｐｈ  ５１００ユニット」と称される）を使用して、水性媒体中に完全に分散された状態の粒子状材料の沈降による周知の方法によって測定されるものである。そのようなマシンが測定、および当該技術分野において「球相当径（ｅ．ｓ．ｄ）」と称される、所定のｅ．ｓ．ｄ値より小さいサイズを有する粒子の累積重量％のプロットを提供する。平均粒子径ｄ５０は、粒子ｅ．ｓ．ｄの、このように決定される値であり、ｄ５０値より小さい球相当径を有する粒子が５０重量％存在する。
【００８５】
あるいは、記載がある場合、無機粒子材料に関して本明細書で言及される粒子径特性は、レーザー光散乱の分野で用いられる周知の従来の方法によって測定されるものであり、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｌｔｄによって供給されるＭａｌｖｅｒｎ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  Ｓマシンを使用する（または本質的に同じ結果を与える他の方法によって測定される）。レーザー光散乱法では、粉末、懸濁液およびエマルジョン状の粒子のサイズが、ミー理論の応用に基づいたレーザービームの回折を使用して測定され得る。そのようなマシンが測定、および当該技術分野において「球相当径（ｅ．ｓ．ｄ）」と称される、所定のｅ．ｓ．ｄ値より小さいサイズを有する粒子の累積体積％のプロットを提供する。平均粒子径ｄ５０は、粒子ｅ．ｓ．ｄの、このように決定される値であり、ｄ５０値より小さい球相当径を有する粒子が５０体積％存在する。
【００８６】
無機粒子材料は、粒子の少なくとも約１０重量％が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄを有する粒子径分布、例えば、粒子の少なくとも約２０重量％、または少なくとも約３０重量％、または少なくとも約４０重量％、または少なくとも約５０重量％、または少なくとも約６０重量％、または少なくとも約７０重量％、または少なくとも約８０重量％、または少なくとも約９０重量％、または少なくとも約９５重量％、または約１００％が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄを有する粒子径分布を有してよい。
【００８７】
別の実施形態では、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  Ｓマシンを使用して測定した場合、無機粒子材料は、粒子の少なくとも約１０体積％が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄを有する粒子径分布、例えば、粒子の少なくとも約２０体積％、または少なくとも約３０体積％、または少なくとも約４０体積％、または少なくとも約５０体積％、または少なくとも約６０体積％、または少なくとも約７０体積％、または少なくとも約８０体積％、または少なくとも約９０体積％、または少なくとも約９５体積％、または約１００体積％が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄを有する粒子径分布を有する。
【００８８】
別に記載がない限り、ミクロフィブリル化セルロース材料の粒子径特性は、レーザー光散乱の分野で用いられる周知の従来の方法によって測定されるものであり、Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｌｔｄによって供給されるＭａｌｖｅｒｎ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  Ｓマシンを使用する（または本質的に同じ結果を与える他の方法によって測定される）。
【００８９】
Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  Ｓマシンを使用する無機粒子材料とミクロフィブリル化セルロースとの混合物の粒子径分布の特徴づけに使用された手順の詳細が以下に提供される。
【００９０】
ある実施形態では、無機粒子材料はカオリン粘土である。以下、本明細書のこのセクションは、カオリンの観点から、ならびにカオリンが加工および／または処理される態様に関して論議される傾向があり得る。本開示は、そのような実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。従って、いくつかの実施形態では、カオリンは未加工の形態で使用される。
【００９１】
開示された組成物に使用されるカオリン粘土は、天然原料、すなわち原料天然カオリン粘土鉱物由来の加工材料であり得る。加工カオリン粘土は、典型的には、少なくとも約５０重量％のカオリナイトを含有し得る。例えば、最も商業的な加工カオリン粘土は、約７５重量％超のカオリナイトを含有し、約９０重量％超、場合によっては約９５重量％超のカオリナイトを含有し得る。
【００９２】
カオリン粘土は、当業者に周知の１つまたは複数の他のプロセス、例えば既知の精錬または選鉱工程によって原料天然カオリン粘土鉱物から調製され得る。
【００９３】
例えば、粘土鉱物は、ハイドロサルファイトナトリウム等の還元漂白剤で漂白され得る。ハイドロサルファイトナトリウムを使用する場合、ハイドロサルファイトナトリウム漂白工程後、漂白した粘土鉱物を任意に脱水し、任意に洗浄し、任意に再度脱水してもよい。
【００９４】
粘土鉱物を、例えば、当該技術分野で周知の凝集、浮遊選鉱または磁力選鉱法で処理して不純物を除去してもよい。あるいは、粘土鉱物は、未処理の、固体または水性懸濁液の形態であってもよい。
【００９５】
粒子状カオリン粘土を調製するためのプロセスはまた、１つまたは複数の細分化工程、例えば、粉砕またはミル粉砕を含んでもよい。粗カオリンの軽い細分化が、その好適な剥離を与えるために使用される。細分化は、プラスチック（例えば、ナイロン）のビーズもしくは顆粒、砂もしくはセラミック粉砕またはミル粉砕助剤を使用して行われ得る。周知の手順を使用して粗カオリンを精錬して不純物を除去し、物性を改善し得る。カオリン粘土を、既知の粒子径分類手順、例えば、篩過および遠心分離（またはその両方）で処理して、所望のｄ５０値または粒子径分布を有する粒子が得られ得る。
【００９６】
ミクロフィブリル化セルロースおよび無機粒子材料の製造方法
ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは無機粒子材料の存在下または不在下で調製され得る。
【００９７】
ミクロフィブリル化セルロースはセルロースを含む繊維状基材由来であってよい。セルロースを含む繊維状基材は、木材、草類（例えば、サトウキビ、タケ）または布くず（例えば、繊維廃棄物、綿、麻もしくは亜麻）などの、任意の好適な原料由来であってよい。セルロースを含む繊維状基材はパルプの形態（すなわち、セルロース繊維の水中懸濁液）であってもよく、任意の好適な化学的もしくは機械的処理、またはそれらの組み合わせによって調製され得る。例えば、パルプは化学パルプ、またはケミサーモメカニカルパルプ、または機械パルプ、または再生パルプ、または製紙ブローク、または製紙廃棄物ストリーム、または製紙工場由来廃棄物、または溶解パルプ、ケナフパルプ、市販パルプ、部分カルボキシメチル化パルプ、アバカパルプ、ヘムロックパルプ、バーチパルプ、草パルプ、竹パルプ、パームパルプ、ピーナッツ殻、またはそれらの組み合わせであり得る。セルロースパルプは、当該技術分野においてカナダ標準ろ水度（ＣＳＦ）としてｃｍ３で報告される既定のろ水度まで、叩解（ｂｅａｔｅｎ）され得（例えば、バレービーター（Ｖａｌｌｅｙ  ｂｅａｔｅｒ）内で）、および／または別の形で叩解（ｒｅｆｉｎｅｄ）され得る（例えば、コニカルまたはプレートリファイナーでの加工）。ＣＳＦは、パルプ懸濁液が排水され得る速度によって測定されるパルプのろ水度または排水速度の値を意味する。例えば、セルロースパルプは、ミクロフィブリル化前に約１０ｃｍ３以上のカナダ標準ろ水度を有し得る。セルロースパルプは、約７００ｃｍ３以下、例えば、約６５０ｃｍ３以下、または約６００ｃｍ３以下、または約５５０ｃｍ３以下、または約５００ｃｍ３以下、または約４５０ｃｍ３以下、または約４００ｃｍ３以下、または約３５０ｃｍ３以下、または約３００ｃｍ３以下、または約２５０ｃｍ３以下、または約２００ｃｍ３以下、または約１５０ｃｍ３以下、または約１００ｃｍ３以下、または約５０ｃｍ３以下のＣＳＦを有し得る。次に、セルロースパルプは当該技術分野で周知の方法によって脱水され得、例えば、パルプは、少なくとも約１０％の固形分、例えば、少なくとも約１５％の固形分、または少なくとも約２０％の固形分、または少なくとも約３０％の固形分、または少なくとも約４０％の固形分を含む濡れたシートを得るために、スクリーンを通して濾過され得る。パルプは、叩解されていない状態で、すなわち叩解（ｂｅａｔｅｎ）または脱水、または別の形で叩解（ｒｅｆｉｎｅｄ）されることなく利用されてもよい。
【００９８】
ある実施形態では、パルプは無機粒子材料、例えば炭酸カルシウムまたはカオリンの存在下で叩解され得る。
【００９９】
ミクロフィブリル化セルロースの調製では、セルロースを含む繊維状基材を、乾燥状態で粉砕槽またはホモジナイザーに添加してもよい。例えば、乾燥した紙ブロークを粉砕槽に直接加えてもよい。次に、粉砕槽内の水性環境がパルプの形成を促進するであろう。
【０１００】
ミクロフィブリル化工程は任意の好適な装置で行われてよく、リファイナーを含むがこれに限定されない。一実施形態では、ミクロフィブリル化工程は、粉砕槽内で湿式粉砕条件下で行われる。別の実施形態では、ミクロフィブリル化工程は、ホモジナイザー内で行われる。
これらの実施形態のそれぞれを、以下でより詳細に説明する。
【０１０１】
湿式粉砕
粉砕は、従来の方法で好適に実施される。粉砕は、粒子状粉砕媒体の存在下での摩耗粉砕プロセスであってもよく、または自己粉砕プロセス、すなわち、粉砕媒体の不在下でのプロセスであってもよい。粉砕媒体とは、ある実施形態ではセルロースを含む繊維状基材と共粉砕され得る無機粒子材料以外の媒体を意味する。
【０１０２】
粒子状粉砕媒体は、存在する場合、天然または合成材料のものであってよい。粉砕媒体は、例えば、いずれの硬質鉱物、セラミックまたは金属材料のボール、ビーズまたはペレットを含んでよい。そのような材料は、例えば、アルミナ、ジルコニア、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸アルミニウム、またはカオリン質粘土を約１３００℃〜約１８００℃の範囲の温度でか焼することによって生成されるムライト高含有材料を含んでよい。例えば、いくつかの実施形態では、Ｃａｒｂｏｌｉｔｅ（登録商標）粉砕媒体が使用される。
あるいは、好適な粒径の天然の砂の粒子が使用されてよい。
【０１０３】
一実施形態では、硬材粉砕媒体（例えば、木粉）が使用され得る。一般に、選択される粉砕媒体のタイプおよび粒子径は、粉砕される材料の供給懸濁液の特性、例えば、粒子径および化学組成等に依存し得る。いくつかの実施形態では、粒子状粉砕媒体は、約０．１ｍｍ〜約６．０ｍｍの範囲、および約０．２ｍｍ〜約４．０ｍｍの範囲の平均直径を有する粒子を含む。粉砕媒体（単数または複数）は、投入物の約７０体積％以下の量で存在し得る。粉砕媒体は、投入物の少なくとも約１０体積％、例えば、投入物の少なくとも約２０体積％、または投入物の少なくとも約３０体積％、または投入物の少なくとも約４０体積％、または投入物の少なくとも約５０体積％、または投入物の少なくとも約６０体積％の量で存在し得る。
【０１０４】
粉砕は、１つまたは複数の段階において行われ得る。例えば、粗無機粒子材料は粉砕槽で既定の粒子径分布まで粉砕され得、その後、セルロースを含む繊維状材料が添加され、粉砕は所望のレベルのミクロフィブリル化が得られるまで継続される。
【０１０５】
無機粒子材料は、粉砕媒体の不在下または存在下で、湿式または乾式粉砕され得る。湿式粉砕の場合、粗無機粒子材料は粉砕媒体の存在下で水性懸濁液中で粉砕される。
【０１０６】
一実施形態では、無機粒子材料の平均粒子径（ｄ５０）は、共粉砕プロセス中に減少する。例えば、無機粒子材料のｄ５０は、（Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  Ｓマシンで測定した場合に）、少なくとも約１０％減少し得、例えば、無機粒子材料のｄ５０は、少なくとも約２０％減少し得、または少なくとも約３０％減少し得、または少なくとも約５０％減少し得、または少なくとも約５０％減少し得、または少なくとも約６０％減少し得、または少なくとも約７０％減少し得、または少なくとも約８０％減少し得、または少なくとも約９０％減少し得る。例えば、共粉砕前に２．５μｍのｄ５０を有し、共粉砕後に１．５μｍのｄ５０を有する無機粒子材料は、４０％の粒子径の減少を経ているであろう。ある実施形態では、無機粒子材料の平均粒子径は、共粉砕プロセス中に大幅に減少しない。「大幅に減少しない」とは、無機粒子材料のｄ５０の減少が約１０％未満であることを意味し、例えば、無機粒子材料のｄ５０の減少は約５％未満である。
【０１０７】
セルロースを含む繊維状基材は、レーザー光散乱によって測定した場合に、約５μｍ〜約５００μｍの範囲のｄ５０を有するミクロフィブリル化セルロースが得られるように、任意に無機粒子材料の存在下で、ミクロフィブリル化され得る。セルロースを含む繊維状基材は、約４００μｍ以下、例えば、約３００μｍ以下、または約２００μｍ以下、または約１５０μｍ以下、または約１２５μｍ以下、または約１００μｍ以下、または約９０μｍ以下、または約８０μｍ以下、または約７０μｍ以下、または約６０μｍ以下、または約５０μｍ以下、または約４０μｍ以下、または約３０μｍ以下、または約２０μｍ以下、または約１０μｍ以下のｄ５０を有するミクロフィブリル化セルロースが得られるように、任意に無機粒子材料の存在下で、ミクロフィブリル化され得る。
【０１０８】
セルロースを含む繊維状基材は、約０．１〜５００μｍの範囲のモード繊維粒子径を有するミクロフィブリル化セルロース、および０．２５〜２０μｍの範囲のモード無機粒子材料粒子径が得られるように、任意に無機粒子材料の存在下で、ミクロフィブリル化され得る。セルロースを含む繊維状基材は、少なくとも約０．５μｍのモード繊維粒子径、例えば、少なくとも約１０μｍ、または少なくとも約５０μｍ、または少なくとも約１００μｍ、または少なくとも約１５０μｍ、または少なくとも約２００μｍ、または少なくとも約３００μｍ、または少なくとも約４００μｍのモード繊維粒子径を有するミクロフィブリル化セルロースが得られるように、任意に無機粒子材料の存在下で、ミクロフィブリル化され得る。
【０１０９】
セルロースを含む繊維状基材は、上記のような繊維勾配を有するミクロフィブリル化セルロースが得られるように、任意に無機粒子材料の存在下で、ミクロフィブリル化され得る。
【０１１０】
粉砕は、例えば、回転ミル（例えば、ロッド、ボールおよび自生粉砕）、撹拌ミル（例えば、ＳＡＭまたはＩｓａＭｉｌｌ）、タワーミル、撹拌媒体デトライター（ＳＭＤ）、またはプレートの間に粉砕される供給原料が供給される、回転する平行粉砕プレートを含む粉砕槽等の、粉砕槽で実施され得る。
【０１１１】
一実施形態では、粉砕槽はタワーミルである。タワーミルは、１つまたは複数の粉砕ゾーンの上に静止ゾーンを含み得る。静止ゾーンは、タワーミルの内部の最上部に向かって位置する領域であり、ここでは粉砕は最小限で起こるか、または全く起こらず、ミクロフィブリル化セルロースおよび任意の無機粒子材料を含む。静止ゾーンは、粉砕媒体の粒子がタワーミルの１つまたは複数の粉砕ゾーン内へ沈降する領域である。
【０１１２】
タワーミルは、１つまたは複数の粉砕ゾーンの上に分級機を含み得る。一実施形態では、分級機は最上部に取り付けられ、静止ゾーンに隣接して配置される。分級機は液体サイクロンであってよい。
【０１１３】
タワーミルは、１つまたは複数の粉砕ゾーンの上にスクリーンを含み得る。一実施形態では、スクリーンは静止ゾーンおよび／または分級機に隣接して配置される。スクリーンは、ミクロフィブリル化セルロースおよび任意の無機粒子材料を含む生成物水性懸濁液から粉砕媒体を分離し、粉砕媒体の沈降を強化するように寸法設計され得る。
【０１１４】
一実施形態では、粉砕はプラグ流条件下で実施される。プラグ流条件下でタワーを通る流れは、タワーを通して粉砕材料の混合が制限されるようなものである。これはタワーミルの長さに沿った異なる地点において、ミクロフィブリル化セルロースの微粉度が上昇するにつれて水性環境の粘度が変化することを意味する。従って、事実上、タワーミル内の粉砕領域は、特徴的な粘度を有する１つまたは複数の粉砕ゾーンを含むとみなすことができる。当業者は、隣接する粉砕ゾーン間で粘度に関してはっきりした境界はないことを理解するであろう。
【０１１５】
一実施形態では、１つまたは複数の粉砕ゾーンの上の静止ゾーンまたは分級機またはスクリーンに近接したミルの最上部で水を加えて、ミル内のこれらのゾーンでのミクロフィブリル化セルロースおよび任意の無機粒子材料を含む水性懸濁液の粘度を低下させる。ミル内のこの地点で生成物ミクロフィブリル化セルロースおよび任意の無機粒子材料を希釈することによって、静止ゾーンおよび／または分級機および／またはスクリーンへの粉砕媒体のキャリーオーバーの防止が改善されることが見出された。さらに、タワーを通して混合が制限されることにより、タワー下での高固形分での加工が可能になり、希釈水がタワーを下って１つまたは複数の粉砕ゾーン内に逆流するのを制限した、最上部での希釈が可能になる。ミクロフィブリル化セルロースおよび任意の無機粒子材料を含む生成物水性懸濁液の粘度を低下させるのに効果的な任意の好適な量の水が添加され得る。水は、粉砕プロセス中に連続的に、または一定の間隔で、または不規則な間隔で添加され得る。
【０１１６】
別の実施形態では、水は１つもしくは複数の粉砕ゾーンに、タワーミルの長さに沿って位置決めされた１つもしくは複数の注水点を経由して添加され得、または各注水点は１つもしくは複数の粉砕ゾーンに対応した地点に配置されている。有利には、タワーに沿った様々な地点での注水能によって、ミルに沿ったいずれかのまたは全ての位置での粉砕条件のさらなる調節が可能になる。
【０１１７】
タワーミルは、一連のインペラローターディスクをその長さに全体にわたって備えた垂直インペラシャフトを含み得る。インペラローターディスクの作動は、ミル全体にわたって一連の個別の粉砕ゾーンを形成する。
【０１１８】
別の実施形態では、粉砕はスクリーン粉砕機、例えば撹拌媒体デトライターで実施される。スクリーン粉砕機は、少なくとも約２５０μｍの公称開口サイズを有する１つまたは複数のスクリーンを含み得、例えば、１つまたは複数のスクリーンは、少なくとも約３００μｍ、または少なくとも約３５０μｍ、または少なくとも約４００μｍ、または少なくとも約４５０μｍ、または少なくとも約５００μｍ、または少なくとも約５５０μｍ、または少なくとも約６００μｍ、または少なくとも約６５０μｍ、または少なくとも約７００μｍ、または少なくとも約７５０μｍ、または少なくとも約８００μｍ、または少なくとも約８５０μｍ、または少なくとも約９００μｍ、または少なくとも約１０００μｍの公称開口サイズを有し得る。直前に記載したスクリーンサイズは、上記のタワーミルの実施形態に適用可能である。
【０１１９】
上述したように、粉砕は、粉砕媒体の存在下で実施され得る。一実施形態では、粉砕媒体は、約１ｍｍ〜約６ｍｍ、例えば、約２ｍｍ、または約３ｍｍ、または約４ｍｍ、または約５ｍｍの範囲の平均直径を有する粒子を含む粗い媒体である。
【０１２０】
別の実施形態では、粉砕媒体は、少なくとも約２．５、例えば、少なくとも約３、または少なくとも約３．５、または少なくとも約４．０、または少なくとも約４．５、または少なくとも約５．０、または少なくとも約５．５、または少なくとも約６．０の比重を有する。
【０１２１】
別の実施形態では、粉砕媒体は、約１ｍｍ〜約６ｍｍの範囲の平均直径を有する粒子を含み、かつ少なくとも約２．５の比重を有する。
【０１２２】
別の実施形態では、粉砕媒体は、約３ｍｍの平均直径および約２．７の比重を有する粒子を含む。
【０１２３】
上記のように、粉砕媒体（単数または複数）は、投入物の約７０体積％以下の量で存在し得る。粉砕媒体は、投入物の少なくとも約１０体積％、例えば、投入物の少なくとも約２０体積％、または投入物の少なくとも約３０体積％、または投入物の少なくとも約４０体積％、または投入物の少なくとも約５０体積％、または投入物の少なくとも約６０体積％の量で存在し得る。
【０１２４】
一実施形態では、粉砕媒体は、投入物の約５０体積％の量で存在する。
【０１２５】
「投入物」とは、粉砕槽に供給される供給原料である組成物を意味する。投入物は、水、粉砕媒体、セルロースを含む繊維状基材、および任意の無機粒子材料、および本明細書に記載されるようなその他の任意の添加剤を含む。
【０１２６】
比較的粗いおよび／または高密度な媒体の使用は、改善された（すなわちより速い）沈降速度、ならびに静止ゾーンおよび／または分級機および／またはスクリーン（単数もしくは複数）を通しての媒体のキャリーオーバーの低減という利点を有する。
【０１２７】
比較的粗い粉砕媒体の使用におけるさらなる利点は、粉砕プロセス中に無機粒子材料の平均粒子径（ｄ５０）が大幅に減少しないことから、粉砕システムに付与されるエネルギーが主としてセルロースを含む繊維状基材のミクロフィブリル化に費やされることである。
【０１２８】
比較的粗いスクリーンを使用するさらなる利点は、ミクロフィブリル化工程で比較的粗いまたは高密度な粉砕媒体を使用できることである。加えて、比較的粗いスクリーン（すなわち、少なくとも約２５０μｍの公称開口サイズを有する）の使用によって、比較的高固形分の生成物を加工および粉砕機から除去することが可能になり、これによって比較的高固形分の供給原料（セルロースを含む繊維状基材および無機粒子材料を含む）を採算の合うプロセスで加工することが可能になる。後述するように、初期固形分含有量が高い供給原料がエネルギー効率の観点から望ましいことが見出された。さらに、低固形分で（所定のエネルギーで）生成された生成物はより粗い粒子径分布を有することも見出された。
【０１２９】
粉砕は粉砕槽のカスケードで実施され、その１つまたは複数の粉砕槽は１つまたは複数の粉砕ゾーンを含み得る。例えば、セルロースを含む繊維状基材および無機粒子材料は、２つ以上の粉砕槽のカスケード、例えば、３つ以上の粉砕槽のカスケード、または４つ以上の粉砕槽のカスケード、または５つ以上の粉砕槽のカスケード、または６つ以上の粉砕槽のカスケード、または７つ以上の粉砕槽のカスケード、または８つ以上の粉砕槽のカスケード、または直列の９つ以上の粉砕槽のカスケード、または１０以下の粉砕槽を含むカスケードで粉砕され得る。粉砕槽のカスケードは、直列、または並列、または直列と並列との組み合わせで動作可能に連結され得る。カスケードを構成する粉砕槽の１つもしくは複数からの産出物および／または粉砕槽の１つもしくは複数への投入物は、１つもしくは複数の篩過工程および／または１つもしくは複数の分級工程を受け得る。
【０１３０】
回路は、１つまたは複数の粉砕層およびホモジナイザーの組み合わせを含み得る。
【０１３１】
一実施形態では、粉砕は閉回路で実施される。別の実施形態では、粉砕は開回路で実施される。粉砕は、バッチモードで実施され得る。粉砕は、再循環バッチモードで実施され得る。
【０１３２】
上記のように、粉砕回路は、粗無機粒子が粉砕槽で既定の粒子径分布まで粉砕される予備粉砕工程を含み得、その後、セルロースを含む繊維状材料が予備粉砕された無機粒子材料と組み合わされ、粉砕は、所望のレベルのミクロフィブリル化が得られるまで、同じか、または異なる粉砕槽で継続される。
【０１３３】
粉砕される材料の懸濁液は比較的高粘度となり得るため、好適な分散剤が粉砕前に懸濁液に添加され得る。分散剤は、例えば、水溶性縮合リン酸塩、ポリケイ酸もしくはその塩、または高分子電解質、例えば８０，０００以下の数平均分子量を有するポリ（アクリル酸）もしくはポリ（メタクリル酸）の水溶性塩であり得る。使用される分散剤の量は、一般に、乾燥無機粒子固形材料の重量に基づいて０．１〜２．０重量％の範囲となるであろう。懸濁液は、４℃〜１００℃の範囲の温度で好適に粉砕され得る。
【０１３４】
ミクロフィブリル化工程中に含まれ得る他の添加剤は、カルボキシメチルセルロース、両性カルボキシメチルセルロース、酸化剤、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシル（ＴＥＭＰＯ）、ＴＥＭＰＯ誘導体、および木材分解酵素を含む。
【０１３５】
粉砕される材料の懸濁液のｐＨは約７、または約７以上（すなわち、塩基性）であってよく、例えば、懸濁液のｐＨは約８、または約９、または約１０、または約１１であってよい。粉砕される材料の懸濁液のｐＨは約７未満（すなわち、酸性）であってよく、例えば、懸濁液のｐＨは約６、または約５、または約４、または約３であってよい。粉砕される材料の懸濁液のｐＨは、適切な量の酸または塩基の添加によって調節されてよい。好適な塩基は、アルカリ金属水酸化物、例えばＮａＯＨ等を含む。他の好適な塩基は炭酸ナトリウムおよびアンモニアである。好適な酸は、塩酸および硫酸等の無機酸、または有機酸を含む。例示的な酸はオルトリン酸である。
【０１３６】
共粉砕される混合物中の、存在する場合、無機粒子材料の量、およびセルロースパルプの量は、天井タイル、床材製品、または他の建築製品での使用に適した組成物、例えば、スラリーを生成するために変えられてもよく、または例えばさらなる無機粒子材料の添加でさらに調整されてもよい。
【０１３７】
均質化
セルロースを含む繊維状基材のミクロフィブリル化は、湿潤条件下、任意に無機粒子材料の存在下で、セルロースパルプと任意の無機粒子材料との混合物を加圧し（例えば、約５００バールの圧力まで）、次により低圧のゾーンに送る方法によって達成され得る。混合物を低圧ゾーンに送る速度は十分に高く、低圧ゾーンの圧力は、セルロース繊維のミクロフィブリル化を引き起こすのに十分な程に低い。例えば、狭い入口オリフィスとはるかに広い出口オリフィスとを有する環状開口部に混合物を押し通すことによって圧力低下が起こり得る。混合物が加速してより大きな容積内（すなわち、低圧ゾーン）に入る際の急激な圧力低下は、ミクロフィブリル化を引き起こすキャビテーションを誘発する。一実施形態では、セルロースを含む繊維状基材のミクロフィブリル化は、ホモジナイザーで、湿潤条件下、任意に無機粒子材料の存在下で達成され得る。ホモジナイザーでは、セルロースパルプおよび任意の無機粒子材料は加圧され（例えば、約５００バールの圧力まで）、小さいノズルまたはオリフィスに押し通される。混合物は、約１００バール〜約１０００バールの圧力、例えば３００バール以上、または約５００バール以上、または約２００バール以上、または約７００バール以上の圧力に加圧され得る。均質化は繊維を高せん断力にさらし、加圧されたセルロースパルプがノズルまたはオリフィスを出る際に、キャビテーションがパルプ中のセルロース繊維のミクロフィブリル化を引き起こす。ホモジナイザーを通る懸濁液の流動性を改善するために、追加の水を添加してもよい。結果として得られるミクロフィブリル化セルロースおよび任意の無機粒子材料を含む水性懸濁液は、ホモジナイザーを複数回通過させるためにホモジナイザーの入口に戻されてもよい。無機粒子材料が存在する場合、および無機粒子材料がカオリンのような天然の板状鉱物である場合、均質化はセルロースパルプのミクロフィブリル化を促進するだけでなく、板状粒子材料の剥離を促進してもよい。
【０１３８】
例示的なホモジナイザーはＭａｎｔｏｎ  Ｇａｕｌｉｎ（ＡＰＶ）ホモジナイザーである。
【０１３９】
ミクロフィブリル化工程を行った後、ミクロフィブリル化セルロースおよび任意の無機粒子材料を含む水性懸濁液を篩過して、特定のサイズより大きい繊維および任意の粉砕媒体を除去し得る。例えば、篩を通過しない繊維を除去するために、懸濁液は、選択された公称開口サイズを有する篩を使用した篩過を受けることができる。公称開口サイズとは、方形開口部の対辺間の公称中心距離、または円形の開口部の公称直径を意味する。篩は、公称開口サイズ１５０μｍ、例えば、公称開口サイズ１２５μｍ、または１０６μｍ、または９０μｍ、または７４μｍ、または６３μｍ、または５３μｍ、４５μｍ、または３８μｍを有するＢＳＳ篩（ＢＳ  １７９６に準拠）であり得る。一実施形態では、水性懸濁液は、公称開口サイズ１２５μｍを有するＢＳＳ篩を使用して篩過される。
次に、水性懸濁液は任意に脱水され得る。
【０１４０】
その結果、粉砕または均質化された懸濁液を処理して選択されたサイズより大きい繊維を除去すると、粉砕または均質化後の水性懸濁液中のミクロフィブリル化セルロースの量（すなわち、重量％）は、パルプ中の乾燥繊維の量より少なくなることが理解されるであろう。従って、粉砕機またはホモジナイザーに供給されるパルプおよび任意の無機粒子材料の相対量を、選択されたサイズより大きい繊維を除去した後の水性懸濁液に必要とされるミクロフィブリル化セルロース量に応じて調節することができる。
【０１４１】
ある実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは、水性環境で粉砕媒体（本明細書に記載）の存在下で粉砕することによりセルロースを含む繊維状基材をミクロフィブリル化する工程を含む方法によって調製され得、粉砕は、無機粒子材料の不在下で行われる。ある実施形態では、無機粒子材料は粉砕後に添加され得る。
【０１４２】
ある実施形態では、粉砕媒体は粉砕後に除去される。
【０１４３】
他の実施形態では、粉砕媒体は粉砕後に保持され、無機粒子材料または少なくともその一部として機能する。ある実施形態では、追加の無機粒子材料が粉砕後に添加され得る。
【０１４４】
以下の手順が、無機粒子材料（例えばＧＣＣまたはカオリン）とミクロフィブリル化セルロースパルプ繊維との混合物の粒子径分布を特徴付けるために使用され得る。
【０１４５】
炭酸カルシウム
３ｇの乾燥材料を得るのに十分な共粉砕スラリーの試料をビーカーに計量し、脱イオン水で６０ｇに希釈し、有効成分が１．５ｗ／ｖ％のポリアクリル酸ナトリウムの溶液５ｃｍ３と混合する。さらに、８０ｇの最終スラリー重量になるまで脱イオン水を撹拌しながら添加する。
【０１４６】
カオリン
５ｇの乾燥材料を得るのに十分な共粉砕スラリーの試料をビーカーに計量し、脱イオン水で６０ｇに希釈し、１．０重量％の炭酸ナトリウムおよび０．５重量％のヘキサメタリン酸ナトリウムの溶液５ｃｍ３と混合する。さらに、８０ｇの最終スラリー重量になるまで脱イオン水を撹拌しながら添加する。
【０１４７】
次にスラリーを、最適レベルのオブスキュレーション（通常、１０〜１５％）を示すまでＭａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ  Ｓに取り付けられた試料調製ユニット内の水に１ｃｍ３ずつ添加する。次に、光散乱分析手順を行う。選択された計器範囲は３００ＲＦ：０．０５〜９００であり、ビーム長は２．４ｍｍに設定された。
【０１４８】
炭酸カルシウムおよび繊維を含有する共粉砕試料には、炭酸カルシウムの屈折率（１．５９６）を使用する。カオリンおよび繊維の共粉砕試料には、カオリンの屈折率（１．５２９５）を使用する。
【０１４９】
粒子径分布はミー理論から計算され、体積差基準分布として出力される。２つの異なるピークの存在は、鉱物（より微細なピーク）および繊維（より粗いピーク）に起因すると解釈される。
【０１５０】
より微細な鉱物ピークを測定されたデータ点にフィットさせ、分布から数学的に減じて繊維ピークを残し、これを累積分布に変換する。同様に、繊維ピークを元の分布から数学的に減じて鉱物ピークを残し、これも累積分布に変換する。次に、これらの両方の累積曲線は、平均粒子径（ｄ５０）および分布の勾配（ｄ３０／ｄ７０×１００）の計算に使用されてよい。鉱物および繊維分の両方についてのモード粒子径を求めるために示差曲線が使用されてよい。
【０１５１】
実施例
例１
３つの比較例（Ｉ〜ＩＩＩ）を以下の方法によって調製した。比較例はパルプおよびデンプンを含み、従来の天井タイル組成物の代表である。
【０１５２】
タイルスラリーの組成物は、ミネラルウール、パーライト、セルロース系材料、バインダ、デンプンおよび鉱物フィラー（例えば粘土、炭酸カルシウム）を含んでいた。得られたスラリーを凝集剤（高分子量ポリアクリルアミド、例えば、Ｓｏｌｅｎｉｓ  ＰＣ１３５０）と攪拌しながら混合し、次に手動シートフォーマーのタイル形成ワイヤ上に注いだ。凝集したスラリーをまず重力下で排水し、続いて押圧して過剰の水を除去した。濡れたタイルを最初にアルミニウム箔に包んで１７０℃で１時間デンプンを加熱（ｃｏｏｋ）（ゼラチン化）し、濡れたタイルを１３０℃の対流式オーブンで一晩乾燥した。
【０１５３】
３つの実験タイル（ＩＶ〜ＶＩ）を、タイルを包んで１７０℃でデンプンをゼラチン化する必要がないことを除いて、比較例と類似の方法によって調製した。
【０１５４】
比較例および実験タイルの組成を表Ｉに示す。
【表１】
2019516032.tif 000002
【０１５５】
比較例および実験タイルの特性を表ＩＩに示す。これらのデータは、パルプを排除してパーライトで置き換えること、およびデンプンを排除してミクロフィブリル化セルロースで置き換えることを同時に行うことによって、同等の密度および強度の天井タイルを作製し得ることを示す。これらは、はるかに低い吸湿性、および改善された靭性を有する。
【表２】
2019516032.tif 000003
【０１５６】
例２
濡れたタイルを、比較例ＩＩＩおよび実験タイルＶＩのタイル作製プロセスで上記のように作製した。両方のタイルをアルミニウム箔に包み、１７０℃で１時間オーブンに入れてデンプンをゼラチン化した（ＶＩは対照と同じプロセスを経た）。得られたタイルの包みを解き、次に１３０℃で乾燥し、質量変化を１０分間隔で記録する。各タイルについて、質量はおよそ指数関数的に減少し、そこから乾燥速度定数を導出する。
【０１５７】
表ＩＩＩは、上記の乾燥速度実験に関するデータを報告する。これらの例は、デンプンおよび紙パルプをミクロフィブリル化セルロースおよびパーライトで置き換えることによって、乾燥時間を実質的に短縮し得ることを示す。
【表３】
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【０１５８】
例３
強熱減量（ＬＯＩ）を調べるために、乾燥タイルをｚ方向に３つに切断した。ストリップの有機分を炉内で４５０℃で２時間焼き切る。実験タイルＶＩは、ミクロフィブリル化セルロースと無機粒子材料との複合体を使用した際にパルプをパーライトに置き換え、それによって可燃性材料が減少しているので、比較例ＩＩＩよりも低いＬＯＩを有していた。加えて、実験タイルＶＩは、より低い標準偏差（ＳＴＤ）値によって示唆されるように、比較例ＩＩＩよりも均一な成分分布を有していた。表ＩＶは、例３のＬＯＩデータを示す。
【表４】
2019516032.tif 000005
【０１５９】
例４
この実験では、濾紙上に濾過プロセスによって形成し、続いて５バールで５分間圧力を加えた薄いタイルシート（厚さ約７００μｍ）の湿潤強度を測定した。押圧された濡れたシートを引張測定のためにストリップに切断した。比較例ＶＩＩおよびＶＩＩＩの組成を表５に示す。比較例ＶＩＩはパルプを含有しないがデンプンを含有した。比較例ＶＩＩは、パルプおよびデンプンの両方を含有した。比較実験タイルＶＩＩは、表５に示すように、弱すぎて湿潤強度を測定できなかった。実験タイルＩＸは、ミクロフィブリル化セルロースとタイルの全乾燥重量に基づいて８重量％の無機粒子材料との複合体を利用して作製された場合、比較例ＶＩＩおよびＶＩＩＩと比較して改善された引張強度を示す。記載されたように、実験タイルＩＸは、組成物からパルプおよびデンプンの両方を除き、製造プロセスにおいて「加熱（ｃｏｏｋｉｎｇ）」（デンプンゼラチン化プロセス）の使用を回避した。実験タイルＩＸでは、７０％超の引張強度の改善が記録された。
【表５】
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凡例：ＩＭＡＸ５７は製紙用フィラーグレードのカオリンであり、ＭＦＣはミクロフィブリル化セルロースである。
【０１６０】
例５
スラリーの成分を除いて、例１の天井タイルを調製するプロセスに従って、ファイバーボードを調製した。表ＶＩは、スラリーの定量的および定性的組成を示す。使用された木材粒子は、典型的にはチップボードに使用されるトウヒを含んでいた。
【表６】
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【０１６１】
表ＶＩＩは、３つのファイバーボード組成物に関するデータを示す。これらの例は、デンプンをミクロフィブリル化セルロースで置き換えることによって、ボードが水中に浸されたときにはるかに強く、より寸法的に安定であることを示す。加えて、デンプンと共に微晶質セルロースを同時に使用すると、強度（ＭＯＲおよびＩＢ）において相乗効果が認められた。
【表７】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月4日(2018.5.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミネラルウール、またはパーライト、またはミネラルウールおよびパーライトの両方、ならびに天井タイルの全乾燥重量に基づいて５０重量％以下のミクロフィブリル化セルロースを含み、前記ミクロフィブリル化セルロースは２０〜５０の繊維勾配（ｆｉｂｒｅ  ｓｔｅｅｐｎｅｓｓ）を有する、天井タイル。
【請求項２】
前記天井タイルは、木材パルプまたは紙パルプ、ならびに、任意に、デンプンおよび／またはラテックス結合剤をさらに含む、請求項１に記載の天井タイル。
【請求項３】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、２５重量％以下のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む、請求項１または２のいずれかに記載の天井タイル。
【請求項４】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、１０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース組成物を含む、請求項３に記載の天井タイル。
【請求項５】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、８０重量％以下のパーライトおよびミネラルウール含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の天井タイル。
【請求項６】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、２５重量％以下の木材パルプまたは紙パルプを含む、請求項２〜５のいずれか一項に記載の天井タイル。
【請求項７】
前記天井タイルは、前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、１０重量％以下の木材パルプまたは紙パルプを含む、請求項６に記載の天井タイル。
【請求項８】
前記天井タイルは少なくとも４００ｋＰａの曲げ強度を有する、請求項１に記載の天井タイル。
【請求項９】
前記天井タイルは（ｉｉ）前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、２０重量％以下のミクロフィブリル化セルロース、例えば、１０重量％〜２０重量％、または１重量％〜１０重量％のミクロフィブリル化セルロース組成物、および／または（ｉ）前記天井タイルの全乾燥重量に基づいて、２０重量％以下の木材パルプもしくは紙パルプ、例えば、５重量％〜２０重量％の木材パルプ、例えば、５重量％〜１５重量％の木材パルプ、または８重量％〜１２重量％のパルプを含む、請求項５に記載の天井タイル。
【請求項１０】
前記ミクロフィブリル化セルロース組成物はミクロフィブリル化セルロースおよび１つまたは複数の無機粒子材料を含む、請求項１〜９のいずれかに記載の天井タイル。
【請求項１１】
前記無機粒子は、炭酸カルシウムもしくはカオリンであるか、または炭酸カルシウムもしくはカオリンを含む、請求項１０に記載の天井タイル。
【請求項１２】
前記ミクロフィブリル化セルロース組成物を前記天井製品の他の成分（単数または複数）と組み合わせることと、そこから天井タイルを形成することとを含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の天井タイルを作製するための方法。
【国際調査報告】
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