(57)【要約】本発明は、例えば紙製品の製造に用いられる場合、改良された光学特性を有する含水カオリン製品に関する。本発明は、紙に関する改良されたバリヤー塗料、ならびに塗被紙の製造方法を包含する。本発明は、てん料配合塗被紙製品の改良された製造方法も包含する。本発明は、少なくとも約７０：１，例えば少なくとも約８０：１または少なくとも約１００：１の形状係数を有するカオリンを含む組成物を用いる。
2005502758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含む組成物。
【請求項２】
カオリンが少なくとも約８０：１の形状係数を有する請求項１記載の組成物。
【請求項３】
カオリンが少なくとも約９０：１の形状係数を有する請求項１記載の組成物。
【請求項４】
カオリンが少なくとも約１００：１の形状係数を有する請求項１記載の組成物。
【請求項５】
少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリン；
バインダー；および
任意の分散剤を含む塗被組成物。
【請求項６】
さらに追加の顔料を含む請求項５記載の組成物。
【請求項７】
追加の顔料がＴｉＯ２である請求項６記載の組成物。
【請求項８】
カオリンとＴｉＯ２との比が約８５重量部：１５重量部以下である請求項７記載の組成物。
【請求項９】
少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含むてん料。
【請求項１０】
カオリンが少なくとも約８０：１の形状係数を有する請求項９記載のてん料。
【請求項１１】
カオリンが少なくとも約９０：１の形状係数を有する請求項９記載のてん料。
【請求項１２】
カオリンが少なくとも約１００：１の形状係数を有する請求項９記載のてん料。
【請求項１３】
繊維質基材に、少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含有するてん料を含む紙塗被組成物を塗布することを特徴とする塗被紙の製造方法。
【請求項１４】
カオリンが少なくとも約８０：１の形状係数を有する請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
カオリンが少なくとも約９０：１の形状係数を有する請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
カオリンが少なくとも約１００：１の形状係数を有する請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
繊維質基材を用意すること；および該基材に少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを添加することを含むてん料配合紙の製造方法。
【請求項１８】
さらに歩留り向上剤を添加することを含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
カオリンが少なくとも約８０：１の形状係数を有する請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
カオリンが少なくとも約９０：１の形状係数を有する請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
カオリンが少なくとも約１００：１の形状係数を有する請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
繊維質基材；および該基材上の少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含有するコーティングを含む塗被紙。
【請求項２３】
カオリンが少なくとも約８０：１の形状係数を有する請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
カオリンが少なくとも約９０：１の形状係数を有する請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
カオリンが少なくとも約１００：１の形状係数を有する請求項２２記載の方法。
【請求項２６】
紙のバリヤー性を向上させる方法であって、繊維質基材に、少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含む塗被組成物を塗布することを特徴とする方法。
【請求項２７】
コーティングがさらにバインダーを含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
バインダーがラテックスバインダーである請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
バインダーが約４０重量％〜約５０重量％の範囲内の量で存在する請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
カオリンが少なくとも約８０：１の形状係数を有する請求項２６記載の方法。
【請求項３１】
カオリンが少なくとも約９０：１の形状係数を有する請求項２６記載の方法。
【請求項３２】
カオリンが少なくとも約１００：１の形状係数を有する請求項２６記載の方法。
【請求項３３】
カオリンの精砕方法であって、
カオリンのスラリーを用意すること；
該カオリンスラリーを摩滅磨砕すること；
該スラリーから粗粒径画分を遠心分離によって除去すること；および
該粗粒径画分を摩滅磨砕して少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリン製品を得ることを特徴とする方法。
【請求項３４】
カオリンスラリーが、未加工粗カオリン、または遠心機からの未加工粗画分と粗粒径画分との配合物からなる請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
カオリン製品が、約７０：１〜約１４０：１の範囲内の形状係数を有する請求項３３記載の方法。
【請求項３６】
カオリン製品が、約８０：１〜約１００：１の範囲内の形状係数を有する請求項３３記載の方法。
【請求項３７】
カオリンスラリーが、摩滅磨砕に先立ち選鉱される請求項３３記載の方法。
【請求項３８】
カオリンスラリーが、摩滅磨砕に先立ち脱粗粒される請求項３３記載の方法。
【請求項３９】
カオリンスラリーが、混練−脱粗粒化−明度選鉱スラリーからなる請求項３３記載の方法。
【請求項４０】
除去される粗粒径画分が、その８０重量％〜９５重量％の粒子が２μｍ以下
のｅｓｄを有するカオリン粒子からなる請求項３３記載の方法。
【請求項４１】
粗粒径画分を摩滅磨砕して得られるカオリン製品が０．２μｍ〜１．７μｍの範囲内のｅｓｄを有する粒子からなる請求項３３記載の方法。
【請求項４２】
粗粒径画分を摩滅磨砕して得られるカオリン製品が８０：１〜１１０：１の範囲内の形状係数を有する粒子からなる請求項３３記載の方法。
【請求項４３】
カオリン製品が少なくとも約８０：１の形状係数を有する請求項３３記載の方法。
【請求項４４】
カオリン製品が少なくとも約９０：１の形状係数を有する請求項３３記載の方法。
【請求項４５】
カオリン製品が少なくとも約１００：１の形状係数を有する請求項３３記載の方法。
【請求項４６】
未加工粗カオリンまたは遠心機からの未加工粗画分と粗粒径画分との配合物からなるカオリンのスラリーを用意すること；
該カオリンスラリーを摩滅磨砕すること；
該スラリーから粗粒径画分を遠心分離によって除去すること；および
該粗粒径画分を摩滅磨砕して少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリン製品を得ることを特徴とする方法によって調製されたカオリンを含む塗料用増量剤。
【請求項４７】
カオリン製品が０．１μｍ〜２．０μｍの範囲内のｄ５０を有する請求項４６記載の増量剤。
【請求項４８】
カオリン製品が０．５ｍ〜１．５μｍの範囲内のｄ５０を有する請求項４６記載の増量剤。
【請求項４９】
カオリン製品が約８０：１〜約１００：１の範囲内の形状係数を有する請求項４６記載の増量剤。
【請求項５０】
カオリン製品が少なくとも約８０：１の形状係数を有する請求項４６記載の増量剤。
【請求項５１】
カオリン製品が少なくとも約９０：１の形状係数を有する請求項４６記載の増量剤。
【請求項５２】
カオリン製品が少なくとも約１００：１の形状係数を有する請求項４６記載の増量剤。
【請求項５３】
少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含有するスラリーを含み、スラリーの固形分が約４５％〜約７０％であるバリヤーコーティング組成物。
【請求項５４】
カオリンが少なくとも約８０：１の形状係数を有する請求項５３記載のバリヤーコーティング組成物。
【請求項５５】
カオリンが少なくとも約９０：１の形状係数を有する請求項５３記載のバリヤーコーティング組成物。
【請求項５６】
カオリンが少なくとも約１００：１の形状係数を有する請求項５３記載のバリヤーコーティング組成物。
【請求項５７】
７０：１以上の形状係数を有するカオリンと安定剤とを含むスラリー。
【請求項５８】
安定剤がカルボキシメチルセルロースを含む請求項５７記載のスラリー。
【請求項５９】
安定剤がスメクタイトクレーを含む請求項５７記載のスラリー。
【請求項６０】
安定剤がベントナイトを含む請求項５７記載のスラリー。
【請求項６１】
安定剤がヘクトライトを含む請求項５７記載のスラリー。
【請求項６２】
安定剤が、乾燥カオリン１メートルトン当たり約４ポンド〜乾燥カオリン１メートルトン当たり約１０  ｌｂｓの範囲内のでスラリー中に存在する請求項５７記載のスラリー。
【請求項６３】
約４５％以上の固形分を有する請求項５７記載のスラリー。
【請求項６４】
約５０％〜約６０％の範囲内の固形分を有する請求項５７記載のスラリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本非仮出願は、２００１年９月７日出願の「紙塗被およびてん料配合における高度板状クレーの使用、ならびに向上した明度を有する紙製品（THE USE OF HYPERPLATY CLAYS IN PAPER COATINGS AND FILLING, AND PAPER PRODUCTS HAVING IMPROVED BRIGHTNESS）」と題する米国特許非仮出願第６０／３１８，２０７号(この記載内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される)に対して３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９(ｅ)下での優先権の利益を主張する。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、てん料またはコーティングとして用いられる場合に改良された光学特性を提供する含水カオリンに関する。本発明はさらにまた、向上した特性、例えば向上した明度を示す紙塗被および塗被紙製品に関する。さらに本発明は、含水カオリン製品の調製方法に関する。
【０００３】
［発明の背景］
粒状カオリン製品は、例えば塗料、プラスチック、ポリマー、製紙および紙塗被に用いるための顔料、てん料および増量剤を含めた種々の用途を見出す。チャイナクレー（白土）とも呼ばれるカオリンクレーまたは含水カオリンは、主として無機カオリナイト、含水ケイ酸アルミニウムで構成され、少量の種々の不純物を伴う。
【０００４】
粒状カオリンは一般に、３つの形態で存在する：すなわち、含水カオリン、焼成カオリンおよび化学的凝集カオリンである。含水カオリンは主に、天然供給源から採掘され、選鉱された無機カオリナイトである。焼成カオリンは、高温で、例えば５００℃より高い温度で含水カオリンを加工することにより得られる。化学的凝集カオリンは、化学物質で含水カオリンを処理することにより生成される焼成カオリンに似た微細構造を有する粒子凝集体である。焼成および化学的凝集カオリンは、含水カオリンと比較した場合、ある種の適用組成物において利点を示し得る。しかしながら焼成および化学的凝集カオリンに関連した利点は、欠点を伴わないわけではない。焼成および化学的凝集カオリンの製造コストは、含水カオリンの場合より有意に高い。焼成および化学的凝集カオリンは、ある種の紙特性を改良するという作用も有するが、一方、他の特性、例えば強度に悪影響を及ぼす。
【０００５】
カオリンは、塗料、プラスチックおよび紙塗被組成物中の増量剤または顔料として用いられてきた。カオリン顔料は、このような組成物に所望の物理的および光学的特性を付与する。艶消し（フラットニング）（またはマッティング）剤としては、それらは、それらが適用される基材の表面を平滑にするのを助ける。不透明剤としては、それらは明度、白色度、光沢度およびその他の望ましい光学的特性を付与する。増量剤としては、それらは白色度または明度の最小限の損失で、二酸化チタンおよびその他のより高価な顔料の部分的置換を可能にする。
【０００６】
紙塗被は、多数の目的のためにシート材料に適用され、その例としては、材料の光沢度、平滑度、不透明度および／または明度の増大が挙げられるが、これらに限定されない。塗被は、プリント許容性のために表面の不規則性を隠すために、または他の点で表面を改良するためにも適用され得る。紙塗被は一般に、親水性接着剤およびその他の任意の成分とともに顔料材料の流体水性懸濁液を生成することにより調製される。
【０００７】
塗被は、過剰量の塗被組成物がトレーリングブレードにより除去される前に、わずかに高圧下での塗被組成物の保持池が紙を塗被するのに十分な時間、可動ペーパーウエブと接触して保持される装置である短滞留時間塗被ヘッドを含めた塗工機により従来適用されてきた。
【０００８】
本発明のさらなる利点は、一部は下記の説明に記述され、一部はその説明から明らかにされるか、あるいは本発明の実施により学ばれ得る。本発明の目的および利点は、添付の特許請求の範囲に特に示された構成要素および組合せにより実現され、そして獲得される。
【０００９】
上記の一般的説明および以下の詳細な説明は、ともに例示的および説明的なものに過ぎず、特許請求された本発明を制限するものではない、と理解されるべきである。
【００１０】
本明細書中に組入れられ、一部を構成する添付の図面は、本発明のいくつかの実施形態を例証し、説明文とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。
【００１１】
［発明の概要］
一般にコーティングおよびてん料に用いられるカオリンは、狭い粒径分布および高結晶化度を有するよう選択され、これが好ましい一連の物理的および光学的特性、例えば最大光散乱を提供すると考えられる。一般に粗カオリンクレーは、光散乱不良を示すともの認識されてきた。本発明は、かなり粗くてもよいが、それにもかかわらず高光散乱を示すカオリンを含む塗被またはてん料組成物を提供する点で、従来技術と異なる。例えば非漂白クラフト紙中のてん料として、本発明によるカオリンは、焼成クレーに関連した強度に及ぼす有害作用を伴わずに、焼成クレーと同様の光散乱を示した。本発明の組成物はさらに、紙塗被組成物中に存在する高価なＴｉＯ２の量をさらに低減しながら、シート明度を保持することを可能にすることにより、従来組成物の改良を図るものである。
【００１２】
少なくとも約７０：１の形状係数を有する少なくとも１種のカオリン、ＴｉＯ２、バインダーおよび所望により分散剤を含む紙塗被組成物であって、約８５重量部：１５重量部以下のカオリン対ＴｉＯ２比を有する紙塗被組成物が開示される。
【００１３】
塗被紙の製造方法であって、バインダーと、少なくとも約７０：１の形状係数を有する少なくとも１種のカオリンとを含む紙塗被組成物で繊維質基材を塗被することを包含する方法がさらに開示される。
【００１４】
少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを紙に添加することを包含するてん料配合紙の製造方法がさらに開示される。
【００１５】
繊維質基材と少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含む紙塗被組成物とを包含する塗被紙も開示される。
【００１６】
最後に、紙のバリヤー性の改良方法であって、少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含む塗被組成物で繊維質基材を塗被することを包含する方法が開示される。
【００１７】
本発明の一つの観点は、少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含む組成物を提供する。他の実施形態では、カオリンは少なくとも約８０：１、少なくとも約９０：１または少なくとも約１００：１の形状係数を有する。
【００１８】
本発明の別の観点は、少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリン、バインダーおよび所望により分散剤を含む塗被組成物を提供する。
【００１９】
本発明の別の観点は、少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含むてん料を提供する。
【００２０】
本発明の別の観点は、塗被紙の製造方法であって、担体ならびに少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含む紙塗被組成物で繊維質基材を塗被することを包含する方法を提供する。
【００２１】
本発明の別の観点は、てん料配合紙の製造方法であって、繊維質基材を提供すること、および少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを当該基材に添加することを包含する方法を提供する。
【００２２】
本発明の別の観点は、繊維質基材と、少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含む該基材上のコーティングとを包含する塗被紙を提供する。
【００２３】
本発明の別の観点は、紙のバリヤー性の向上方法であって、少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを含む塗被組成物で繊維質基材を塗被することを包含する方法が開示される。
【００２４】
本発明の別の観点は、カオリンの精砕方法であって、カオリンスラリーを用意すること、カオリンスラリーを摩滅磨砕(attrition grinding)すること、遠心分離によりスラリーから粗粒径（または粒度）画分を除去すること、および粗粒径画分を摩滅磨砕して少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリンを提供することを包含する方法を提供する。
【００２５】
本発明の別の観点は、未加工(whole)粗カオリンまたは遠心機からの未加工粗画分と粗粒径画分との配合物を含むカオリンスラリーを提供すること、カオリンスラリーを摩滅磨砕すること、遠心分離によりスラリーから粗粒径画分を除去すること、および粗粒径画分を摩滅磨砕して少なくとも約７０：１の形状係数を有するカオリン製品を提供することを包含する方法により調製されるカオリンを含む塗料のための増量剤を提供する。
【００２６】
本発明の別の観点は、７０：１以上の形状係数を有するカオリンならびに安定剤を含むスラリーを提供する。
【００２７】
［詳細な説明］
本発明の一つの観点は、塗被したまたはてん料入り基材の生成に用いられる組成物を提供する。本発明の別の観点は、本発明により製造される塗被したまたはてん料入り製品を提供する。本発明による組成物および製品は、向上した明度を示す塗被紙またはてん料配合紙を調製するために高い形状係数を有するカオリンを利用する。「形状係数」とは、本明細書中で用いる場合、米国特許第５，１２８，６０６号(この記載内容は、その全体が参照により本明細書中に組み込まれる)に記載された導電率法および装置を用いて測定した場合の種々のサイズおよび形状を有する粒子の一集団に関する平均粒径対粒子厚の比の平均値(重量平均で)の測定値である。米国特許第５，１２８，６０６号に記載された測定方法では、試験中の粒子の完全分散水性懸濁液の導電率は、細長い管を通して流動させる。導電率の測定は、(ａ)管の縦軸に沿って互いに分離される一対の電極と、(ｂ)管の横断幅を隔てて互いに分離される一対の電極との間で測定され、２つの導電率測定値間の差異を用いて、試験中の粒状物質の形状係数が確定される。「高度板状」とは、約４０：１以上の形状係数を有する含水カオリンクレーを指す。本発明の一実施形態では、カオリンクレーは約７０：１以上、例えば約８０：１以上、または約９０：１以上の形状係数を有する。本発明の別の観点によれば、形状係数は約１００：１より大きく、例えば１１０：１およびそれ以上である。別の実施形態では、カオリンクレーは約１２０：１およびそれ以上の、そして約１４０：１およびそれ以上の形状係数を有する。本発明のこれらの実施形態のクレーは、紙塗被およびてん料配合において意外にも高い光散乱を示すことが判明した。
【００２８】
前記の高い形状係数は、採掘カオリナイトクレーを所望の形状係数が達成されるまで磨砕することにより達成され得る。本技術分野で承認されたあらゆる磨砕法、例えば砂またはセメント媒体を用いる湿式磨砕(を含むがこれらに限定されない)が、本発明に用いられ得る。本発明の一実施形態によれば、カオリンは粗カオリンの粉砕、例えば磨砕または練磨により調製され、その適切な離層を生じ得る。粉砕は磨砕あるいは練磨の補助として、ビーズあるいは陶器または例えばナイロンなどのプラスチックの顆粒を用いて実行され得る。適切な磨砕エネルギーは、当業者により容易に明らかになり、容易に算定される。望ましい高い形状係数を得るためには有意の磨砕エネルギーが必要であり得るが、その本来有する板状性のゆえに選択される粗カオリンは、典型的には、より小さい形状係数を有する標準離層（または層剥離）カオリン顔料を製造するために用いられるエネルギー範囲でより高い形状係数を与えるよう磨砕される。
【００２９】
磨砕または練磨により得られる粗カオリンまたは形状係数の高い製品は、一般に選鉱法と呼ばれる既知の手法を用いて、不純物を除去し、さらに物理的特性を改良するために精砕され得る。カオリンは、所望の粒径分布およびｄ５０値(以下で考察する)を有する粒子を得るために、既知の粒径分級手法、スクリーニングおよび／または遠心分離により処理され得る。本発明の一実施形態によれば、採掘クレーは、所望の形状係数を達成するために磨砕に付される前に、適切に先ず脱粗粒(degritted)される。
【００３０】
「平均粒径」とは、粒子の最大面と同一面積を有する円の直径と定義される。平均粒径ｄ５０値、ならびに本出願において言及されるその他の粒径特性は、マイクロメリックスコーポレーション（Micromeritics Corporation）により供給されるようなＳＥＤＩＧＲＡＰＨ５１００機を用いて、水性媒体中で完全分散条件下で、粒状物質の沈降による既知の方法で測定される。このような機械は、所定ｅｓｄ値以下の、当該技術分野で「当量球体直径」(ｅｓｄ)として当該技術分野で言及されるサイズを有する粒子の測定値および累積重量％のプロットを提供する。平均粒径ｄ５０は、そのｄ５０値以下のｅｓｄを有する粒子が５０重量％存在する粒子ｅｓｄのこの方法で確定される値である。
【００３１】
本発明による粒状カオリンに関するｄ５０の値は、例えば約０．２μｍ〜約１０μｍの範囲であり得る。
【００３２】
以前は、粗カオリン粒子は光散乱不良を示す顔料製品を生じると考えられていた。本発明では高度板状クレーを使用することで、これに比肩する、あるいはより良好な光散乱で、かなり粗い生成物を用いることを可能にする。本発明の一実施形態によれば、カオリンの粒径分布は、約２０％またはそれ以上の粒子が２ミクロン以下のｅｓｄを有するようなものであり得る。本発明の適切な製品は、約５０％〜約８５％の粒子が２ミクロン以下のｅｓｄを有する粒径分布を有することができる。
【００３３】
しばしばｐｓｄの狭さとして言及される本発明による粒状カオリンの粒径分布(ｐｓｄ)の急傾斜性は、ｐｓｄ曲線の勾配を示す。したがってある場合には、本発明によるカオリンのｐｓｄは急傾斜性であり得るし、他の場合においては幅広であり得る。ｐｓｄの急傾斜性または幅広性は、予測製品性能の一指標であり、所望の最終特性に基づいて当業者により選択され得る。急傾斜性は、本明細書中で用いる場合、ｄ３０対ｄ７０の比の１００倍として測定され、この場合、ｄ３０は、上記のｐｓｄ測定から得られるような粒子の３０％が存在するより低い粒子ｅｓｄの値であり、ｄ７０は、粒子の７０％が存在するより低い粒子ｅｓｄの値である。
【００３４】
本発明の別の観点は、粗粒径カオリン画分を摩滅磨砕することにより生成される少なくとも約７０の形状係数を有するカオリン製品を提供する。カオリンは主にカオリナイト結晶から成り、これは薄い六角形平板として、または「スタック」と呼ばれる小板の小冊子に造形される。カオリナイトスタックは、磨砕作用を施されて、容易に分離されるか、または１つより多い小板で構成されるスタックまたは冊子をより小さい冊子または個々の小板に離層する。離層の動きは、その「ｃ軸」に垂直である（００１）結晶平面に沿って天然カオリナイト結晶を引き離すかまたは切断する。遠心機からの未加工粗画分および粗粒径画分の混合−脱粗粒化−明度選鉱処理配合物の分散スラリーを摩滅磨砕することにより、多数の標準カオリン製品が製造される。しかしながらこれらの標準離層製品は、多数のカオリナイト小板を含む小冊子を含有し得るので、十分な離層を示し得ない。
【００３５】
したがって本発明のこの観点は、約７０：１以上の形状係数を有するカオリンを得る方法を提供する。本方法は、(ａ)カオリンスラリー(この場合、一実施形態では、スラリーは未加工粗カオリン、または遠心機からの未加工粗カオリンおよび粗粒子カオリンの配合物を含む)を提供すること、(ｂ)カオリンスラリーを摩滅磨砕すること、(ｃ)遠心分離によりスラリーから粗粒径画分を除去すること、および(ｄ)粗粒径画分を摩滅磨砕することを包含する。所望により、摩滅磨砕の効率を増強するために、遠心分離工程を(ｂ)の前に挿入して超微粒子を除去することができる。
【００３６】
一実施形態では、カオリン製品は、粗クレースラリーを摩滅磨砕することにより生成される。原料は、一実施形態では、未加工原料または遠心機からの未加工原料と粗粒径画分との配合物を含み得る。クレースラリーは、分散化−脱粗粒化−明度選鉱処理クレースラリーであることができる。
【００３７】
一実施形態では、カオリンスラリーは、一般的にマイカ、混合層化クレー鉱物、スメクタイトおよびバーミキュライトまたは含水マイカを含有する粘性堆積性カオリンである粗カオリン鉱石から得られる。例示的カオリンクレー原料はさらに、０．１０重量％〜３．０重量％の範囲内の量の酸化カリウム、ならびに０．０３重量％〜０．５重量％の範囲内の量の酸化マグネシウムを含む。このような原料は、１５以上、あるいは２５以上の形状係数を有することができる。粗カオリンは、２μｍ以下の７５重量％粒径分布を有することができる。
【００３８】
カオリンスラリーを生成するために、水を乾燥粗カオリンに添加して、水性懸濁液、例えば乾燥重量を基準にして３０％〜７０％のカオリンを含有する懸濁液を生成し得る。クレー粒子を分散するために、化学物質を添加することができる。次に、プラントへのパイプラインによるさらなる加工処理または輸送の前に、カオリンスラリーは脱粗粒されて砂サイズ粒子を除去し得る。
【００３９】
粗カオリンスラリーが全原料および遠心機からの粗粒径画分の配合物を含む場合、粗粒径画分は、２０以上の形状係数、例えば２５以上の形状係数を有することができる。別の実施形態では、粗粒径画分は、３５以上の形状係数を有することができる。
【００４０】
摩滅磨砕工程は、約３５〜約６０またはそれ以上の範囲の形状係数値をカオリン粒子に付与するのに十分なエネルギーをスラリーまたは懸濁液中に散逸させるのに十分な時間、粒状磨砕媒体を用いて実施され得る。別の実施形態では、粗カオリンスラリーの摩滅磨砕は、少なくとも約６０の形状係数値を有するカオリンを生じる。
【００４１】
カオリンクレーの懸濁液中に散逸されるエネルギーの量は、乾燥重量を基準にして、存在するカオリン１トン当たり約２０ｋＷｈ〜約１００ｋＷｈ、例えば約２５ｋＷｈ〜約７５ｋＷｈのエネルギーの範囲内であることができる。摩滅磨砕ミルは、磨砕中にミル中の懸濁液に渦巻きが生成されるような速度で回転可能な撹拌機を備える。
【００４２】
粒状磨砕媒体は、２以上の比重を有することができる。一実施形態では、磨砕媒体は、ケイ砂または類似の媒体の粒を含む。粒は、２ｍｍ以下の直径を有することができる。別の実施形態では、粒は０．２５ｍｍ以上で、２ｍｍ以下の直径を有する。さらに別の実施形態では、磨砕媒体は微細(２０〜４０＃)カルボライト媒体を含む。
【００４３】
粗カオリンスラリーを摩滅磨砕する前に、スラリーは選鉱および／または脱粗粒工程に付すことができる。一実施形態では、粗カオリンスラリーは分散化−脱粗粒化−明度選鉱クレースラリーを含む。脱粗粒は、ドラッグボックスおよびスクリーンにカオリンクレースラリーを通して、所定サイズの粗(粒状物)粒子を除去するプロセスを含む。例えばスクリーンは、４５μｍ以上の粒子を除去するのに適した＋３２５メッシュ(米国標準)スクリーンであることができる。
【００４４】
粗スラリーを摩滅磨砕後、スラリーは、分級工程のために遠心機、例えば固体ボウル遠心機に通すことができ、この場合、８０重量％〜９５重量％の粒子が２μｍ以下のｅｓｄを有するよう粒径分布にクレーは分級される。一実施形態では、８５重量％〜９５重量％の粒子が２μｍ以下のｅｓｄを有する。さらに別の実施形態では、２０％〜４０％の粒子が０．２５μｍ以下のｅｓｄを有する。さらに別の実施形態では、２５％〜３５％の粒子が０．２５μｍ以下のｅｓｄを有する。さらに別の実施形態では、より微細な画分中の粒子の重量は、遠心機への供給材料の５％〜３０％の範囲内である。
【００４５】
遠心機による摩滅磨耗生成物の粗粒径画分、すなわち「ｂ画分」の除去後、粗画分は水で希釈されて、スラリーを生じ、これがさらなる摩滅磨耗工程に付されて、少なくとも７０の形状係数を有する最終カオリン製品を生成し得る。この製品は、あるいはさらなる選鉱に付されて、従来の加工技術、例えば浮遊選鉱、選択的フロキュレーションおよび漂白により、所望の明度またはレオロジーを得る。以前は、粗画分は、このカオリン画分が時として塗被用途のためには粗すぎると判断された場合廃棄されていた。したがって、この実施形態の利点は、従来は望ましくない製造副産物であった粗画分を使用して有用なカオリン製品を生成することができるという点にある。
【００４６】
一実施形態では、粗粒径画分は、少なくとも約２０、例えば少なくとも約２５または少なくとも約３０、さらに場合によっては約５０〜約６０という高い形状係数を有するカオリンを含む。
【００４７】
最終カオリン粒子は、約０．１μｍ〜約２．０μｍの範囲内の平均粒径（沈降はかりによるｄ５０）、例えば約０．２５μｍ〜約１μｍの範囲内のｄ５０を有することができる。
【００４８】
別の実施形態では、粗粒子画分カオリンスラリーは、摩滅磨砕プロセス前に、選鉱工程および／または脱粗粒工程に付される。別の実施形態では、粗粒子画分カオリンスラリーは、選鉱および脱粗粒プロセスの両方に付される。
【００４９】
一実施形態では、本発明は、スタックとして存在するカオリン結晶の集団を有益に低減し得る。本発明のカオリン製品は、高度板状カオリン中に存在する個々の板状結晶の大型集団が相対的に薄くかつ均一な平板厚を提供するので、軽量および超軽量塗被紙用途において、標準カオリンに比して優れた被覆を有することができる。一実施形態では、本発明は、本明細書中に記載されているように、高度板状カオリンで被覆された紙を提供する。
【００５０】
本発明の別の観点は、塗料用増量剤であって、約０．２５μｍ〜約２．０μｍの範囲内のｄ５０を有する粗粒径カオリンを含む増量剤を提供する。一実施形態では、カオリン増量剤は、約９０以上の形状係数を有する。増量剤は、上記のように、粗粒径カオリン画分を摩滅磨砕することにより調製され得る。
【００５１】
ある種の用途においては、低光沢および高不透明度のバランスの取れた増量剤を使用することが所望され得る。したがって一実施形態では、増量剤は粗粒であり、０．２５μｍ〜２．０μｍの範囲内のｄ５０、例えば０．５μｍ〜１．５μｍの範囲内のｄ５０を有する。例えばｄ５０は、約１．３μｍであることができる。その他の用途においては、光沢の制御は必要でなく、したがってカオリンは、０．２５μｍ〜１．０μｍの範囲内のｄ５０を有するより微細な粒子を含み得る。例えばｄ５０は約０．６μｍであることができる。
【００５２】
別の実施形態は、０．２５μｍ〜２．０μｍの範囲内のｄ５０を有する粗粒径カオリンを含む増量剤を含む塗料を提供する。一実施形態では、カオリン増量剤は、少なくとも７０：１の形状係数を、あるいは本明細書中に記載された任意のその他の値を有する。別の実施形態では、カオリン増量剤は、少なくとも１００：１の形状係数を有する。
【００５３】
本発明の別の観点は、未加工粗カオリンまたは遠心機からの未加工原料と粗粒径画分との配合物を含むカオリンスラリーを提供すること、カオリンスラリーを摩滅磨砕すること、遠心分離によりスラリーから粗粒径画分を除去すること、および粗粒径画分を摩滅磨砕して少なくとも約７０：１の形状係数、または本明細書中に記載された形状係数のいずれかを有するカオリン製品を提供することを包含する方法により調製されるカオリンを含む塗料用増量剤を提供する。
【００５４】
本発明の別の観点は、例えば紙または板紙製品、例えばスーパーカレンダー処理雑誌紙てん料製品にてん料配合するための高度板状クレーの使用に関する。一実施形態では、紙または板紙製品は、少なくとも約７０の形状係数値を有するカオリンでてん料配合される。
【００５５】
本発明の別の観点は、つや消しの紙コーティングの製造方法であって、(ａ)５μｍより８０％微細に脱粗粒された遠心機からの粗画分の配合物を含む粗カオリンスラリーを摩滅磨砕すること、(ｂ)遠心分離によりスラリーから粗粒径画分を除去すること、および(ｃ)粗粒径画分を摩滅磨砕することで少なくとも７０：１の形状係数を有するカオリンを得ることを包含する方法を提供する。
【００５６】
本発明の別の観点は、顔料製品の製造方法であって、
（ａ）未加工あるいは部分加工カオリンクレーを水と混合して水性懸濁液を形成すること；
（ｂ）カオリンクレーの平均形状係数を少なくとも１０、好ましくは２０増大させる方法により、粒状磨砕媒体を用いて工程(ａ)で形成された懸濁液を摩滅磨砕すること；
（ｃ）粒状磨砕媒体から磨砕カオリンクレーの懸濁液を分離すること；および
（ｄ）工程(ｃ)で分離された磨砕カオリンクレーの懸濁液を脱水してカオリン顔料を回収することを包含する方法を提供する。
【００５７】
本発明の第二の観点に従う方法の工程(ａ)では、カオリンクレーは、処理した懸濁液の２０％〜７０％、通常２０％〜４５％を構成し得る。カオリンクレーは、堆積性カオリンクレー、例えば米国ジョージア州で得られる堆積性カオリンクレーを包含し得る。原料カオリンクレーは、約４０重量％以下が１０μｍ以上のｅｓｄを有する粒子、そして５０重量％、例えば約２０重量％〜４０重量％が、２μｍより小さいｅｓｄを有する粒子を含むようなｐｓｄを有する。工程(ａ)で処理されるカオリンクレーの形状係数は、１５以下、例えば約５〜約１０の範囲内であることができる。したがって形状係数は、少なくとも３０、場合によっては少なくとも４０の示差で増大されることができ、例えば１５以下の形状係数値から５５以上の形状係数値であることができる。
【００５８】
工程(ａ)で処理されるカオリンクレーの水性懸濁液を調製する場合、カオリンクレーのための分散剤をカオリンクレーに添加することができる。
【００５９】
工程(ａ)で用いられるカオリンクレーは、例えば遠心機を用いた分級で得られる粗成分であり、標準塊状堆積性カオリンクレー、例えば５〜１０の形状係数を有するカオリンクレーであることができる。かかる粗成分は、２μｍ以下のｅｓｄを有する粒子５０重量％以下、および０．２５μｍ以下のｅｓｄを有する粒子１０重量％以下を含有することができる。
【００６０】
カオリンクレーのｐｓｄは、９９〜５０重量部のカオリンクレーを、例えば少なくとも１５、すなわち例えば１５〜４０の形状係数を有する、１〜５０重量部、すなわち例えば１０〜３０重量部の微細板状カオリン成分と配合することにより調整することができるが、２μｍより小さい粒子および０．２５μｍより小さい粒子の各重量％は、それぞれ少なくとも８５重量％および少なくとも２０重量％である。微細板状カオリン成分は、初成鉱床または堆積性鉱床から得られるカオリンであることができる。微細板状カオリン成分は、磨砕工程(ｂ)の前または後に、カオリンに添加されるか、または粗成分から得られる。添加は、粉末の乾燥形態で、または水性懸濁液の形態で配合されるカオリンを用いて行うことができる。
【００６１】
上記の方法での配合により調製される結果的に生じるカオリン製品は、カオリンの特質、例えば結果的に生じる水性懸濁液のレオロジーおよび脱水特質を改良し得るし、カオリンが塗被組成物中に用いられる場合、より良好な実行可能性および粒子並列度を提供し得る。
【００６２】
カオリンクレーは、１つ以上の既知の精砕工程に付されて、例えば工程(ａ)および工程(ｂ)間の、または工程(ｃ)および(ｄ)間の望ましくない不純物を除去し得る。例えばカオリンクレーの水性懸濁液は、浮選処理操作に付されて、泡中のチタン含有不純物を除去し得る。あるいは、またはさらに、懸濁液は高強度磁気分離機に通して鉄含有不純物を除去することができる。
【００６３】
工程(ｂ)は、カオリンクレーの懸濁液が媒体摩滅磨砕により処理される方法を包含することができるが、この場合、クレー１トン当たり約４０ｋＷｈ〜約２５０ｋＷｈ(乾燥重量を基準で)のエネルギーが懸濁液中で散逸される。
【００６４】
工程(ｂ)の方法は、少なくとも２つの段階、すなわちカオリンクレーの離層（層分離）が起こる第一段階(ｂ１)、ならびにカオリンクレーの小板の微粉砕が起こる第二段階(ｂ２)を含む方法を包含し得る。
【００６５】
原料カオリンクレー中に存在する複合粒子を分解するために、粒状磨砕媒体による磨砕といったような穏やかな微粉砕工程(ｂ１)が実施され得る。このような複合粒子は一般に、特にカオリンクレーが堆積性鉱床である場合、個々の六角形平板状粒子の凝集性スタックまたはブロックを含む。カオリンクレーが、例えば工程(ｂ１)における磨砕により、相対的に穏やかな微粉砕に付される場合、複合粒子の多くは分解されて、個々の薄い、実質的に六角形の平板、すなわち離層を生じ、その結果、カオリンクレーの平均形状係数が増大する。この方法は、カオリンクレーの形状係数を例えば約５〜１０の最初の形状係数から、少なくとも約５０〜５５の増大した形状係数に増大し得る。「相対的に穏やかな磨砕」とは、粒状磨砕媒体を用いた摩滅磨砕ミル中での磨砕を意味し、この場合、摩滅磨砕ミルの内容物は、懸濁液中に渦巻きを起こすには不十分である程度の速度、例えば約１０ｍ．ｓ−１以下の周辺速度で回転するインペラーにより撹拌され、磨砕中に懸濁液中で散逸されるエネルギーの量は、乾燥重量を基準にして、カオリンクレー１トン当たり約７５ｋＷｈ以下、例えば約５５ｋＷｈ以下である。粒状磨砕媒体は、例えば２以上の相対的に高い比重を有することができ、例えばシリカ砂の粒を含むことができるが、粒子は一般に約２ｍｍ以下で約０．２５ｍｍ以上の直径を有する。
【００６６】
工程(ｂ)の２段階形態の第２段階(ｂ２)は、磨砕中にミル内の懸濁液に渦巻きが生成されるような速度で回転可能な撹拌機を装備した摩滅磨砕ミル中での磨砕を包むことができる。粒状磨砕媒体は、例えば２以上の比重を有することができ、また例えばシリカ砂の粒子を含み得るが、この場合、粒は約２ｍｍ以下で約０．２５ｍｍ以上の直径を有する。段階(ｂ２)が段階(ｂ１)における相対的に穏やかな微粉砕により先行される場合、段階(ｂ２)におけるカオリンクレーの懸濁液中に散逸されるエネルギーの量は、乾燥カオリンクレー１トン当たり約４０ｋＷｈ〜約１２０ｋＷｈの範囲内であることができる。相対的に穏やかな微粉砕工程(ｂ１)が省かれる場合、段階(ｂ２)におけるカオリンクレーの懸濁液中に散逸されるエネルギーの量は、乾燥カオリンクレー１トン当たり約１００ｋＷｈ〜約２５０ｋＷｈの範囲内であることができる。
【００６７】
工程(ｃ)では、適切な目開きの篩、例えば約０．１ｍｍ〜約０．２５ｍｍの範囲内の基準目開きを有する篩に懸濁液を通すといった当該技術分野で既知の任意の方法で、磨砕カオリンクレーの懸濁液を粒状磨砕媒体から分離することができる。
【００６８】
工程(ｃ)または工程(ｄ)の後に、カオリンクレーはさらに、その特性の一種以上を改良するために処理することができる。例えば高速ミキサーを用いることによる高エネルギー液作業は、例えば工程(ｄ)前に、あるいは工程(ｄ)およびこれに続く、例えば塗被組成物の縮小(makedown)中の水性媒体中への再分散後に、スラリー形態の生成物に対して適用することができる。
【００６９】
工程(ｄ)では、磨砕カオリンの懸濁液は、本技術分野で既知の方法、例えば濾過、遠心分離、蒸発等のうちの１つで脱水され得る。一実施形態では、脱水は、フィルタープレスにより実施され得る。例えばフィルタープレスは、約１５重量％〜約３５重量％の範囲内の含水量を有するケーキを生成するために使用し得る。このケーキは、カオリンクレーのための分散剤と混合され、そして流体スラリーに転換され、これが輸送され、そしてこの形態で販売され得る。あるいはカオリンクレーは、例えば噴霧乾燥機内にカオリンクレーの流体スラリーを導入することにより熱乾燥され、実質的に乾燥形態で輸送される。
【００７０】
微細板状カオリン成分は、かかる成分が工程(ｄ)前にすでに添加されていない場合、上記の方法で工程(ｄ)の生成物と混合され得る。
【００７１】
一実施形態では、顔料製品は、ＢＥＴ、Ｎ２法により測定した場合、少なくとも１２ｍ２．ｇ−１、好ましくは１５ｍ２．ｇ−１〜２０ｍ２．ｇ−１の比表面積を有することができる。
【００７２】
一実施形態では、本発明のかかる観点で生成される顔料製品は、紙の塗被に用いることができる。塗被組成物は、紙またはその他の基材の上に光沢塗被を生じるために用いられ、この組成物は、粒子顔料の水性懸濁液を親水性接着剤またはバインダーと一緒に含む。
【００７３】
紙塗被組成物の固形分は６０重量％より多く、例えば少なくとも７０％またはできるだけ高い固形分が、塗被に用いられ得る適度流体組成物を生じ得る。組成物は、分散剤、例えば存在する顔料の乾燥重量に基づいて２重量％までの高分子電解質、あるいは本技術分野で既知の任意のその他の分散剤、例えば本明細書中に記載されたものを含み得る。本発明の第一の観点の顔料製品は紙塗被組成物中の単独顔料として用いることができ、あるいはそれは、１つ以上の他の既知の顔料、例えば(市販)カオリン、焼成カオリン、天然または沈降炭酸カルシウム、二酸化チタン、硫酸カルシウム、サチンホワイト、タルクならびにいわゆる「プラスチック顔料」と一緒に用いることができる。一実施形態では、顔料の混合物を用いる場合、本発明のかかる観点の顔料製品は、混合顔料の総乾燥重量の少なくとも８０％の量で混合物中に存在する。
【００７４】
組成物のバインダーは、本明細書中に記載されたような既知の植物供給源から得られる天然デンプン由来の接着剤を含み得るが、バインダー成分としてデンプンを用いることは不可欠ではない。デンプンと共にあるいは伴わずに用い得る他のバインダーも、本明細書中に記載されている。
【００７５】
デンプンをバインダー成分として用いる場合、デンプンは未変性または原料デンプンであることができ、あるいはそれは、本技術分野で既知の１つ以上の化学的処理により変性され得る。デンプンは、例えば酸化されて、その−ＣＨ２ＯＨ基のいくつかを−ＣＯＯＨ基に変換し得る。場合によってはデンプンは小比率のアセチル、−ＣＯＣＨ３基を有することができる。あるいはデンプンは、それをカチオン性または両性(すなわちカチオンおよびアニオン電荷を有する)にさせるために、化学的に処理され得る。デンプンはさらにまた、いくつかの−ＯＨ基を、例えば−ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ基、−ＯＣＨ２ＣＨ３基または−ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＯＨ基で置換することにより、デンプンエーテルまたはヒドロキシアルキル化デンプンに変換され得る。用い得るさらに別の種類の化学的処理デンプンは、デンプンホスフェートとして既知のものである。あるいは原料デンプンは、希酸または酵素により加水分解されて、デキストリン型のゴムを生じ得る。
【００７６】
本発明のかかる観点による組成物中に用いられるデンプンバインダーは、顔料の乾燥重量を基準にして、４重量％〜２５重量％の範囲内の量で存在し得る。デンプンバインダーは、１つ以上の他のバインダー、例えばラテックスまたはポリビニルアセテートまたはポリビニルアルコール型の合成バインダーと一緒に用いることができる。デンプンバインダーを、別のバインダー、例えば合成バインダーと一緒に用いる場合、乾燥顔料の重量を基準にして、デンプンバインダーの量は２重量％〜２０重量％の範囲内の量で存在し、合成バインダーの量は２重量％〜１２重量％の範囲内の量で存在し得る。一実施形態では、バインダー混合物の少なくとも５０重量％は変性または未変性デンプンからなる。
【００７７】
本発明の別の観点は、塗被紙の形成方法であって、紙のシートを塗被するためにカオリン組成物を塗布し、その上に光沢塗被を生成するために紙をカレンダー仕上げすることを包含する方法を提供する。一実施形態では、光沢コーティングは紙の両面に生成される。
【００７８】
本発明の別の観点は、塗被紙の製造方法であって、少なくとも約７０：１の形状係数または本明細書中に記載された形状係数のいずれかを有するカオリンを含むてん料を含む紙塗被組成物で繊維質基材を塗被することを包含する方法を提供する。
【００７９】
本発明の別の観点は、繊維質基材、ならびに少なくとも約７０：１の形状係数または本明細書中に記載された形状係数のいずれかを有するカオリンを含む該基材上のコーティングを包含する塗被紙を提供する。
【００８０】
本発明の別の観点は、てん料配合紙の製造方法であって、繊維質基材を用意すること、少なくとも約７０：１の形状係数または本明細書中に記載された形状係数のいずれかを有するカオリンを該基材に添加することを包含する方法を提供する。
【００８１】
カレンダー仕上げは、カレンダーニップまたはローラー間に塗被紙シートを１回またはそれ以上の回数通すことにより、紙平滑性および光沢を向上させ、かさばりを低減させる既知の方法である。通常、高固体組成物のプレスを生じるために、エラストマー塗被したロールが用いられる。高温を使用し得る。５回以上の回数ニップに通すことが適用され得る。
【００８２】
この観点に係る方法における塗被およびカレンダー仕上げ後の紙は、３０ｇ．ｍ−２〜７０ｇ．ｍ−２、例えば４９ｇ．ｍ−２〜６５ｇ．ｍ−２、またはさらに３５ｇ．ｍ−２〜４８ｇ．ｍ−２の範囲内の総重量／単位面積を有することができる。最終塗被は、３ｇ．ｍ−２〜２０ｇ．ｍ−２、例えば５ｇ．ｍ−２〜１３ｇ．ｍ−２の範囲内の重量／単位面積を有することができる。そのような塗被は紙の両側に適用される。塗被紙は、ＬＷＣまたはＵＬＷＣ紙であることができる。紙光沢は、４５ＴＡＰＰＩ単位より大きく、そして各紙塗被の１ＭＰａの圧力でのパーカープリントサーフ(Parker Print Surf)値は、１μｍ以下であることができる。
【００８３】
塗被紙表面の光沢は、ＴＡＰＰＩ標準Ｎｏ４８０ｔｓ−６５に規定された試験により測定することができる。紙の表面からある角度で反射される光の強度を測定し、既知の光沢値の標準と比較する。入射および反射光のビームはともに紙表面に対して７５°〜垂直である。結果は、ＴＡＰＰＩ光沢単位で表される。一実施形態では、顔料製品の光沢は５０ＴＡＰＰＩ単位より大きく、いくつかの場合には、５５以上である。
【００８４】
パーカープリントサーフ検定は、紙表面の平滑性の測定値を提供するもので、圧縮空気用出口を組み込んだ上平板と、その上表面が試験中の紙の性質によって軟質または硬質対照支持物質のシートで塗被される下平板との間に既知の標準力でクランプによって固定された塗被紙の試料から加圧下で空気が漏れる速度を測定することを包含する。空気の漏出速度から、紙表面と対照物質との間の三乗平均ギャップ(μｍ)を算定する。このギャップの値が小さいほど、試験中の紙の表面の平滑性が高いことを表す。
【００８５】
塗被組成物中に存在するバインダーにデンプンを含ませることで改良を図ることができる。しかしながら、他の既知のデンプン無含有バインダーを用いる(存在するデンプンがあってもなくても)場合にも、改良が得られる。各々の場合、接着剤またはバインダーは、組成物の固形分の４重量％〜３０重量％、例えば８重量％〜２０重量％、例えば８重量％〜１５重量％を構成し得る。用いる量は、組成物、ならびにそれ自体１つ以上の成分を含み得る接着剤の種類によっている。
【００８６】
本発明の粒状カオリンは、他の顔料、てん料および増量剤と混合され、混合物の構成要素により提供される特性を有する配合物を生成し得る。付加される顔料、てん料または増量剤物質は、１種以上の含水カオリン、焼成カオリン、凝集カオリン、炭酸カルシウム(磨砕または沈降)、タルク、石膏またはその他の既知の白色粒状鉱物または顔料物質を含み得る。
【００８７】
本発明による紙塗被剤および紙てん料としては、上記のようなカオリンのほかに、紙塗被剤および紙てん料の製造に一般的に用いられる物質が挙げられる。特に該組成物は、バインダーおよび顔料、特にＴｉＯ２を含む。本発明によるてん料および塗被剤は、所望により、その他の添加剤、例えば分散剤、架橋剤、保水助剤、粘度調整剤または増粘剤、滑性またはカレンダー仕上げ助剤、消泡剤／脱泡剤、グロスインク持続添加剤、乾性または湿性摩擦改良あるいは耐磨耗添加剤、乾性または湿性べとつき改良添加剤、蛍光増白剤または蛍光白化剤、染料、殺生剤、均染または均一助剤、耐グリースまたは油添加剤、耐水添加剤および／または不溶化剤を含むが、これらに限定されない。
【００８８】
本技術分野で許容されるあらゆるバインダーが、本発明に用いられ得る。かかるバインダーの例としては、既知の植物源、例えば小麦、トウモロコシ、ジャガイモまたはタピオカから得られる天然デンプン由来接着剤；合成バインダー、例えばスチレンブタジエン、アクリルラテックス、酢酸ビニルラテックスまたはスチレンアクリル；カゼイン；ポリビニルアルコール；ポリビニルアセテートまたはそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００８９】
紙塗被剤は、塗被紙製品に伴って用いられる印刷の種類によって、非常に異なるバインダーレベルを有する。所望の最終製品に基づいた適切なバインダーレベルは、当業者には容易に明らかになる。バインダーレベルは、崩壊を伴わずに表面にインクを受容させるよう制御される。紙塗被剤のためのラテックスバインダーレベルは一般に、約３％〜約３０％の範囲内である。本発明による一実施形態では、バインダーは、約３％〜約１０％の量で紙塗被剤中に存在する。本発明による別の実施形態では、バインダーは約１０重量％〜約３０重量％の範囲内の量で塗被剤中に存在する。
【００９０】
本発明の別の観点は、本明細書中に記載された特性を有する粗画分カオリンからのバリヤー塗料の製造方法を提供する。バリヤー塗料は、紙に湿度、水蒸気、グリース、油、空気等に対する耐性を付与するために有用である。
【００９１】
バリヤー塗料を製造する場合、処方物中のバインダーの量は、４０％〜５０％と非常に高いことがある。最も平坦であると考えられる平板と併合されたバインダーは、優れたバリヤー性を示すコーティングを生じる。
【００９２】
本発明の別の観点は、少なくとも約７０：１の形状係数または本明細書中に記載された形状係数のいずれかを有するカオリンを含むスラリーを含むバリヤー塗料組成物を提供する。スラリーの固形分は、約４５％〜約７０％の範囲内であることができる。
【００９３】
本発明の別の観点は、紙のバリヤー性の改良方法であって、少なくとも約７０：１の形状係数または本明細書中に記載された形状係数のいずれかを有するカオリンを含む紙塗被組成物で繊維質基材を塗被することを包含する方法を提供する。
【００９４】
本発明の別の観点は、少なくとも約７０：１の形状係数または本明細書中に記載された形状係数のいずれかを有するカオリンを含むてん料を提供する。
【００９５】
本発明の別の観点は、７０：１以上の形状係数を有するカオリンならびに安定剤を含むスラリーを提供する。一実施形態では、カオリンは少なくとも約８０：１の形状係数、ならびに本明細書中に記載された形状係数のいずれかを有することができる。
【００９６】
このようなスラリーに関しては、本技術分野で多数の安定剤が知られている。一実施形態では、安定剤はカルボキシメチルセルロースを含む。別の実施形態では、安定剤はスメクタイトクレーを含み得る。さらに別の実施形態では、安定剤はベントナイトを含み得る。さらに別の実施形態では、安定剤はヘクトライトを含み得る。
【００９７】
一実施形態では、安定剤は、乾燥カオリン１メートルトン当たり約４ポンド〜乾燥カオリン１メートルトン当たり約１０  ｌｂｓの範囲内の量でスラリー中に存在する。
【００９８】
一実施形態では、スラリーは約４５％より多い固形分を有し、固形分は例えば約５０％〜約６０％の範囲内である。
【００９９】
分散剤は、紙塗被組成物またはてん料配合紙組成物中に用いるものとして本技術分野で許容されたあらゆる分散剤から選択され得る。適切な分散剤は、当業者に容易に明らかになる。分散剤は、高分子電解質、例えばポリアクリレート、およびポリアクリレート類、特にポリアクリレート塩（例えば任意にＩＩ族金属塩とのナトリウムおよびアルミニウム）を含有するコポリマー、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、非イオン性界面活性剤、アルカノールアミン、ならびにこの機能のために一般的に用いられるその他の試薬から選択され得る。
【０１００】
本発明によるカオリンは、本発明の紙塗被剤および紙てん料中の単独顔料として用いられ得る。あるいは上記の高度板状カオリンは、別の顔料と組合せられ得る。本発明による組成物中に用いるためのさらなる顔料は、本技術分野で許容されたあらゆる顔料から選択され得る。顔料は、その他のカオリン、焼成カオリン、天然または沈殿炭酸カルシウム、二酸化チタン、硫酸カルシウム、サチンホワイト、タルクまたはその他のプラスチック顔料から選択され得る。本発明の一実施形態によれば、顔料はＴｉＯ２であることができる。本発明の例示的組成物中では、ＴｉＯ２は０〜３０部、例えば５〜２０部または１０〜２０部の範囲内の量で存在する。
【０１０１】
本発明の塗被またはてん料組成物中に架橋剤を用いる場合、架橋剤は一般に５重量％までのレベルで存在する。本技術分野で許容されたあらゆる架橋剤が用いられ得る。適切な架橋剤としては、グリオキサル、メラミンホルムアルデヒド樹脂、炭酸ジルコニウムアンモニウムおよびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０２】
本発明の塗被またはてん料組成物中に保水助剤を用いる場合、保水助剤は一般に、２重量％まで存在する。本技術分野で許容されたあらゆる保水助剤が用いられ得る。適切な保水助剤としては、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ＰＶＡ(ポリビニルアセテート)、デンプン、タンパク質、ポリアクリレート、ゴム、アルギン酸塩、ポリアクリルアミド、ベントナイトおよびこのような用途のために販売されているその他の市販製品が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０３】
本発明の塗被またはてん料組成物中に粘度調整剤または増粘剤を用いる場合、それらは一般に２重量％までのレベルで存在する。本技術分野で許容されたあらゆる増粘剤または粘度調整剤が用いられ得る。適切な粘度調整剤または増粘剤としては、ポリアクリレート、エマルジョンコポリマー、ジシアナミド、トリオール、ポリオキシエチレンエーテル、尿素、硫酸化ヒマシ油、ポリビニルピロリドン、モンモリロナイト、ＣＭＣ(カルボキシメチルセルロース)、アルギン酸ナトリウム、キサンタンガム、ケイ酸ナトリウム、アクリル酸コポリマー、ＨＭＣ(ヒドロキシメチルセルロース)、ＨＥＣ(ヒドロキシエチルセルロース)およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０４】
本発明の塗被またはてん料組成物中に滑性／カレンダー仕上げ助剤を用いる場合、それらは一般に２重量％までのレベルで存在する。任意の本技術分野で許容された滑性またはカレンダー仕上げ助剤が用いられ得る。適切な滑性またはカレンダー仕上げ助剤としては、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アンモニウム、ステアリン酸亜鉛、蝋エマルジョン、蝋、アルキルケテン二量体、グリコールおよびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０５】
消泡剤または脱泡剤を本発明の塗被またはてん料組成物中に用いる場合、それらは一般に１重量％までのレベルで存在する。任意の本技術分野で許容された消泡剤または脱泡剤が用いられ得る。適切な消泡剤および脱泡剤としては、界面活性剤の配合物、リン酸トリブチル、脂肪ポリオキシエチレンエステルプラス脂肪アルコール、脂肪酸石鹸、シリコーンエマルジョンおよびその他のシリコーン含有組成物、鉱油中の蝋および無機粒子、乳化炭化水素の配合物、この機能を発揮するための市販の他の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０６】
乾性または湿性べとつき改良添加剤を本発明の塗被またはてん料組成物中に用いる場合、それらは一般に２重量％までのレベルで存在する。任意の本技術分野で許容された乾性または湿性べとつき改良添加剤が用いられ得る。適切な乾性または湿性べとつき改良添加剤としては、メラミン樹脂、ポリエチレンエマルジョン、尿素ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ポリアミド、ステアリン酸カルシウム、スチレン無水マレイン酸およびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０７】
乾性または湿性摩擦改良または耐磨耗添加剤を本発明の塗被またはてん料組成物中に用いる場合、それらは一般に２重量％までのレベルで存在する。任意の本技術分野で許容された乾性または湿性摩擦改良または耐磨耗添加剤が用いられ得る。適切な乾性または湿性摩擦改良または耐磨耗添加剤としては、グリオキサール系の樹脂、酸化ポリエチレン、メラミン樹脂、尿素、ホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、ポリエチレン蝋、ステアリン酸カルシウムおよびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０８】
グロスインク持続添加剤を本発明の塗被またはてん料組成物中に用いる場合、それは一般に２重量％までのレベルで存在する。任意の本技術分野で許容されたグロスインク持続添加剤が用いられ得る。適切なグロスインク持続添加剤としては、酸化ポリエチレン、ポリエチレンエマルジョン、蝋、カゼイン、グアーガム、ＣＭＣ、ＨＭＣ、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アンモニウム、アルギン酸ナトリウムおよびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０９】
蛍光増白剤(ＯＢＡ)および蛍光白化剤(ＦＷＡ)を本発明の塗被またはてん料組成物中に用いる場合、それらは一般に１重量％までのレベルで存在する。任意の本技術分野で許容された蛍光増白剤(ＯＢＡ)および蛍光白化剤(ＦＷＡ)が用いられ得る。適切な蛍光増白剤(ＯＢＡ)および蛍光白化剤(ＦＷＡ)としては、スチルベン誘導体が挙げられるが、これに限定されない。
【０１１０】
本発明の塗被またはてん料組成物中に染料を用いる場合、それらは一般に０．５重量％までのレベルで存在し、任意の本技術分野で許容された染料が用いられ得る。
【０１１１】
殺生物剤／損傷制御剤を本発明の塗被またはてん料組成物中に用いる場合、それは一般に１重量％までのレベルで存在する。任意の本技術分野で許容された殺生物剤／損傷制御剤が用いられ得る。適切な殺生物剤／損傷（制御）剤としては、メタホウ酸塩、ドデシルベネンスルホン酸ナトリウム、チオシアン酸塩、有機硫黄、安息香酸ナトリウムおよびCalgon Corporationにより販売される殺生物剤ポリマーといった、この機能発揮のための市販の他の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１１２】
本発明の塗被またはてん料組成物中に均染助剤を用いる場合、それは一般に２重量％までのレベルで存在する。任意の本技術分野で許容された均染剤が用いられ得る。適切な均染剤としては、非イオン性ポリオール、ポリエチレンエマルジョン、脂肪酸、エステルおよびアルコール誘導体、ステアリン酸カルシウムならびにこの機能のために市販されているその他の化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１１３】
耐グリースおよび耐油性添加剤を本発明の塗被またはてん料組成物中に用いる場合、それは一般に２重量％までのレベルで存在する。任意の本技術分野で承認された耐グリースおよび耐油性添加剤が用いられ得る。適切な耐グリースおよび耐油性添加剤としては、酸化ポリエチレン、ラテックス、ＳＭＡ(スチレン無水マレイン酸)、ポリアミド、蝋、アルギン酸塩、タンパク質、ＣＭＣ、ＨＭＣおよびそれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１１４】
耐保性水添加剤を本発明の塗被またはてん料組成物中に用いる場合、それは一般に２重量％までのレベルで存在する。任意の本技術分野で許容された耐保水添加剤が用いられ得る。適切な耐水添加剤としては、酸化ポリエチレン、ケトン樹脂アニオン性ラテックス、ポリウレタン、ＳＭＡ、グリオキサル、メラミン樹脂、尿素ホルムアミド、メラミンホルムアルデヒド、ポリアミド、グリオキサル、ステアリン酸塩ならびにこの機能のために商業的に入手可能なその他の物質が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１１５】
不溶化剤を本発明の塗被またはてん料組成物中に用いる場合、それは一般に２重量％のレベルで存在する。任意の本技術分野で許容された不溶化剤が用いられ得る。
【０１１６】
てん料配合または塗被される基材は、本技術分野で許容されたあらゆる繊維質基材から選択され得る。本発明に用いるための基材としては、木材ベース基材および木材無含有基材の双方が挙げられる。本発明における基材の代表例は紙である。
【０１１７】
本発明は、超軽量塗被紙から塗被またはてん料入り板紙まで、全等級の紙の製造に用いられ得る。
【０１１８】
軽量塗被した紙またはＬＷＣ紙は一般に、その両面に約５ｇ．ｍ−２〜約１３ｇ．ｍ−２の重量に塗被され、塗被紙の単位面積あたりの総重量は一般に、約４９ｇ．ｍ−２〜約６５ｇ．ｍ−２の範囲内である。
【０１１９】
ＬＷＣ紙は一般に、雑誌、カタログおよび販売促進用物質を印刷するために用いられる。塗被紙は、表面光沢および平滑性の一定の標準を満たす必要がある。例えばこの紙は一般に、少なくとも約３２の光沢度値、そして約６０までのＴＡＰＰＩ単位、ならびに約０．５〜約１．６μｍの範囲内のパーカープリントサーフ値を有する必要がある。
【０１２０】
超軽量塗被紙またはＵＬＷＣ紙はまた軽軽量塗被紙またはＬＬＷＣ紙としても知られており、カタログ用や、郵送経費を低減するための特定郵便物として送付される広告および販売促進用品として用いられる。塗被重量は一般に、各面が約２ｇ．ｍ−２〜約７ｇ．ｍ−２の範囲内であり、塗被された紙の単位面積あたりの総重量は一般に、約２５ｇ．ｍ−２〜約４８ｇ．ｍ−２の範囲内である。
【０１２１】
紙および他のシート材料の塗被方法は、広範に発表されており、既知である(例えばPulp and Paper International, May 1994, page 18, et. seq.参照)。シートは、シート成型機で塗被され、すなわち「オンマシーン」であるか、あるいはそれらはコーティング機で塗被され、すなわち「オフマシーン」である。本発明による塗被したシートを製造するためには、本技術分野で用いられる任意の塗被法が用いられ得る。一実施形態によれば、塗被はアプリケーターによりシート材料に適用され、適正レベルの塗被組成物が適用されることを計量装置が保証する。過剰量の塗被組成物をアプリケーターにより塗布する場合、計量装置はアプリケーターの下流に位置させる。あるいは精確な量の塗被組成物が計量装置、例えばフィルムプレスによりアプリケーターに適用され得る。シートを塗被する間、シートはバッキングロールにより支持され得るし、あるいは張力のみを施される。
【０１２２】
本発明とともに用いられ得る既知のコータとしては、エアナイフコータ、ブレードコータ、ロッドコータ、バーコータ、多頭コータ、ロールコータ、ロール／ブレードコータ、ケースコータ、液体塗布システム、逆ロールコータ、押出コータおよびフローコータが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１２３】
本発明は、印刷用塗被紙の製造に用いられ得る。任意の本技術分野で知られる印刷方法が、本発明の塗被紙とともに用いられ得る。適切な印刷技法は、当業者に容易に明らかになるであろう。本発明に用いるための印刷技法としては、輪転グラビア印刷(rotogravure)、オフセット印刷またはフレキソ印刷が挙げられるが、これらに限定されない。グラビアは、画像キャリアーとして彫刻または蝕刻シリンダーの使用を包含する。画像領域は、小型沈没セルの形態で非画像領域の下に蝕刻または彫刻される。シリンダーがインクに含浸され、過剰量のインクが刃により擦り取られる。基材が印刷シリンダーに接触すると、インクが移動して、画像を形成する。オフセット印刷は、プレス平板上のインク画像が先ずゴムブランケットに移され、これが次にインクのインプレッションをプレスシートに「オフセット印刷」する関節印刷法である。
【０１２４】
以下の実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、これら実施例は本発明の単なる例示である。
【０１２５】
［実施例１］
本実施例は、ドライカオリン、あるいはさらに水およびカルボキシメチルセルロース(増粘剤)を付加することにより安定化されるカオリンスラリーとしての、形状係数の高いカオリン、すなわち７０またはそれ以上の形状係数を有するカオリンを製造するためのカオリンの精砕方法を説明する。「安定化スラリー」とは、カオリンが時間を経ても溶液から容易に感知できるほど沈殿しないスラリーを指す。さらなる水の付加は、低安定化スラリーを提供したと予測される。ＣＭＣ(カルボキシメチルセルロース)増粘剤を含むことにより、スラリー固体を低減しながら、安定化スラリーを形成する。安定化方法は、以下のように実施する。
【０１２６】
１．生成物を、少量の分散剤、例えばソーダ灰とポリアクリレートの混合物である３５／６５Ｍｉｌｌ  Ｃｈｅｍと再混練する。
【０１２７】
２．約８ポンド／トンのＣＭＣを添加して、増粘、安定化させる。
【０１２８】
３．殺生剤を添加して、ＣＭＣとの細菌相互作用を防止する。
【０１２９】
図１は、形状係数の高いカオリンの提供方法を略記したフローチャートである。ジョージア州産の粗原料カオリンを混練し、脱粗粒化し、そして磁気分離にかける。砂を用いた一次摩滅磨砕工程後、生成物を分級して、微細画分から粗画分を分離する。粗画分を二次摩滅磨砕工程に付して、その後、浸出し、濾過する。ドライカオリンは噴霧乾燥機中での乾燥により調製され得るが、カオリンスラリー、例えばＣＭＣ、殺生剤および分散剤をさらに含むスラリーが調製され得る。
【０１３０】
【表１】
2005502758.tif 000003
【０１３１】
［実施例２］
図２は、形状係数の高いカオリンの製造方法を略記したフローチャートである。ジョージア州産の原料カオリンを混練および脱粗粒工程に付して、その後、磁気分離および二次摩滅磨砕工程に付す。次に生成物を分級するが、この場合、粗画分を二次摩滅磨砕工程に付して、その後もう一度分級して、粒子の７０％が２μｍ以下のｅｓｄを有する生成物を得る。次に、この生成物を滲出し、濾過して、その後、ドライカオリン物質またはスラリーを生成する。
【０１３２】
【表２】
2005502758.tif 000004
【０１３３】
［実施例３］
この実施例は、図３のフローチャートに示されたような、ジョージア州産の原料カオリンを再混練し、脱粗粒する別の方法を提供する。選択的凝集後、カオリンを磁気分離にかける。次に、一次摩滅磨砕工程の前に、サイズ分級遠心機からの粗画分をカオリンに付加する。サイズ分級後、粗画分を二次摩滅磨砕工程に付して、その後滲出および濾過して、形状係数の高い生成物を生成する。
【０１３４】
【表３】
2005502758.tif 000005
【０１３５】
［実施例４］
図４は、実施例１の方法により調製された粗画分カオリンからのバリヤー塗料顔料の製造方法を示すフローチャートであって、この場合、バリヤー塗料は少なくとも約９０：１の形状係数を有するカオリンを含む。本発明の上記の実施形態のうちの１つにしたがって、５ガロンの粗高度板状画分カオリンを得る。スラリーは、３５％の固形分を有するよう調整する。１ポンド／トンのＣ−２１１を添加し、必要な場合にはさらに添加し得る。当該バッチを砂磨砕にかけて、２μｍ未満のサイズを有する粒子のパーセンテージを２４％〜２６％だけ増加させる。３６００ｍＬの砂および１８００ｍＬのクレースリップを用いた。最終スラリーでは、少なくとも５５％の固体が２μｍ未満のサイズを有していた。
【０１３６】
スラリーを３２５メッシュスクリーンでスクリーニングし、硫酸を用いてｐＨ＝３で凝集させた。濾過後、濾過ケーキをＳＡＰＡ(３５％ポリアクリル酸ナトリウムと６５％ソーダ灰の配合物)と再混練しｐＨ＝６．５とした。再混練濾過ケーキのいくらかを噴霧乾燥し、スリップに付加し戻して、５８％〜６０％の固形分を有するスラリーを作製したが、スラリーは任意に５０％固体という低い値で、４５％固体でさえあり得た。以下の表は、最終生成物のサイズ分布および形状係数値を提示する。
【０１３７】
【表４】
2005502758.tif 000006
【０１３８】
カオリン試料Ａ〜Ｃを、グリースおよび油バリヤー性に関して試験した。試料ＡおよびＢは既知のカオリン生成物であるが、試料Ｃは実施例１の方法にしたがって調製されたカオリン生成物である。これらのカオリン製品を用いて、この実施例に記載したように、バリヤー塗料を調製した。
【０１３９】
【表５】
2005502758.tif 000007
【０１４０】
バリヤー塗料を、円筒形実験用コータで６０ｇ／ｍ２木材無含有ベースのシートに塗布した。塗料は、カオリン、炭酸カルシウム、ラテックス、ステアリン酸カルシウムおよび粘度調整剤を含むものであった。カオリンの物理的特性は、上記の表に見出すことができる。バリヤー塗料を同一紙試料に２回塗布した。塗被紙試料を、実験室規模のカレンダーで仕上げた。
【０１４１】
ＴＡＰＰＩ手法Ｔ５５９ｐｍ−９６にしたがって３Ｍキット試験を用いて、かつＴＡＰＰＩ手法Ｔ５０９ｃｍ−８５にしたがって耐油性および耐グリース性(ＯＧＲ)に関して、カレンダー仕上げ紙試料を評価した。これらの試験方法を用いる場合、３Ｍキットを用いた値が高いほど優れているが、耐グリース性および耐油性に関して試験した場合、値が低いほど優れている。
【０１４２】
３Ｍ試験キットを開発して、フルオロケミカル処理紙の有効性を確定した。試験は、ヒマシ油、ヘプタンおよびトルエンを含有する一連の溶液に紙を曝露することを包含する。キット試験には種々のレベルの１２種の溶液が存在する。キットレベルが増大すると、溶媒の割合は大きくなる。
【０１４３】
ＯＧＲ試験は、一定の時間中、適切な油または油含有化合物に塗被紙試料を曝露することを包含する。塗被した試料から染み出て、下にある吸取り紙に吸収される油の量を定量する。ＯＧＲからの試験値は、油により被覆される吸取り紙のそのパーセンテージを表す。したがって値の低い方が好ましい。３以下のＯＧＲ値は、十分に満足すべき製品を意味する。
【０１４４】
【表６】
2005502758.tif 000008
【０１４５】
上記の表から分かるように、本発明の試料は、従来技術のカオリンと比較した場合、より強力なバリヤーを提供する。このような結果は、本発明のカオリンについての高い形状係数および大きい平板直径に起因すると考えられる。
【０１４６】
［実施例５］
実施例５は、紙塗被の一成分としての本発明のカオリン組成物の有用性を示す。紙塗被処方物を、１００部の含量に対して、１４部のＤｏｗ６９２ラテックスバインダー、４部のプロコテ（PROCOTE）タンパク質バインダー、１．１部のジスペックス（DISPEX）ポリアクリレート分散剤を用いて作製し、ＴｉＯ２およびカオリンを以下の表に示したように加えた。
【０１４７】
【表７】
2005502758.tif 000009
【０１４８】
カオリン特性を、以下の表に記述する。
【０１４９】
【表８】
2005502758.tif 000010
【０１５０】
ベースストック上に線巻棒で処方物を引き降ろした。繊維質基材に１５ｇｓｍの塗被重量を塗被した。塗料を風乾し、Ｔａｐｐｉ標準方法を用いて明度および光沢を測定した。結果を以下の表に記述する。
【０１５１】
【表９】
2005502758.tif 000011
【０１５２】
本発明の試料は、受容ＴｉＯ２レベルでの明度の改良ならびにより低いＴｉＯ２レベルでの匹敵する明度を示した。ＴｉＯ２含量の一関数として上記の明度結果をプロットした図５を参照されたい。本発明にしたがって塗被紙は、ＴｉＯ２を用いた場合でさえ高い明度を示し、非塗被シートの明度を有意に上回った。
【０１５３】
したがって本発明のカオリン組成物は、高い不透明度、明度または散乱が必要とされる用途において、例えば褐色板紙塗被用途において有用であり、そこで必要とされるＴｉＯ２の量を低減するのに役立ち得る。さらに、本実施例は紙塗料としての本発明のカオリンの有用性を例証するが、当該組成物を用いて、高い明度または不透明な塗被が必要とされるその他の材料に塗被することもできる。
【０１５４】
［実施例６］
てん料としての本発明のカオリンの有用性を試験するために、精砕を施されたことがない無漂白天然クラフト紙から手漉き紙（handsheets）を調製した。本実施例は紙てん料としての使用に関するが、本発明のカオリンはプラスチックおよび同様の材料のための高不透明度のてん料としても有用であり得る、と理解される。
【０１５５】
手漉き紙を、ｐＨ４．５で、ＴＡＰＰＩシート型を用いて作製した。シートは、無漂白硬材クラフト紙を用いて、長網抄紙機で作製した。条件を以下の表で考察する。
【０１５６】
【表１０】
2005502758.tif 000012
【０１５７】
手漉き紙を風乾し、てん料無配合シート、市販の従来技術の顔料ＡＳＴＲＡＰＬＡＴＥ（アストラプレート）（Imerys, Inc．から入手可能）を用いて製造されるシート、ならびに上記の実施例５において本発明のカオリン２と同定された組成物を用いた２組の試料に関して、一連の特性を測定した。ＡＳＴＲＡＰＬＡＴＥおよび本発明の２つの試料は、当業者が容易に入手可能な種類の２ポンド／トンの市販の歩留向上剤を含む。
【０１５８】
【表１１】
2005502758.tif 000013
【０１５９】
［実施例７］
漂白硬材、４００カナダ標準ろ水度(ＣＳＦ)に叩解した軟材混合物、歩留向上剤および実施例５の本発明のカオリン２を用いて、てん料配合紙を製造した。ｐＨを５．０に保持した。手漉き紙を製造し、風乾させた。一連の特性を測定した。
【０１６０】
【表１２】
2005502758.tif 000014
【０１６１】
上の表から分かるように、本発明による顔料の光散乱(１９００〜２０００ｃｍ２／ｇ)は、２５００で焼成クレーを、１１００で標準てん料クレーを用いて達成され得るものと好ましくは匹敵する。
【０１６２】
［実施例８］
この実施例では、一連の粗画分、すなわち「ｂ画分」クレーを摩滅磨砕に付して、どのクレーが、粒子サイズを保持しながら形状係数の高い増量剤を生じるかを確定した。その結果生じた物質の特性を評価して、どの物質が高ＰＶＣ塗料処方物で高不透明度および低光沢を提供するかを確定した。
【０１６３】
微細(２０〜４０ポンド)カルボライト磨砕媒体を用いたカルボライト磨砕実験を、４つの材料：すなわち、(１)粗い板状の特質を有する本発明のカオリン３(カラム０参照)；（２）より粗い板状の特質を有する、バード遠心機からの本発明のカオリン４(カラム０参照)；（３）ジョージア州産のクレー (ＤＢＫ  １１０Ｃｏｎｔｏｕｒ１００、 Imerys)、Ｄｒｙ  Ｂｒａｎｃｈ供給クレー；ならびに（４）微粒子サイズクレー(Ｋ２０、Imerys)、Ｋａｏｐａｑｕｅ２０製品(微粒子サイズにすでに加工されていた)で実施した。磨砕クレーの物理的特性を、以下の表に示す。
【０１６４】
【表１３】
2005502758.tif 000015
【０１６５】
【表１４】
2005502758.tif 000016
【０１６６】
その他の特性
レオロジー
全ての場合に、カルボライト磨砕は、レオロジーに小さいが有意の作用を及ぼした。磨砕エネルギー入力が増大すると、ブルックフィールドおよびロトシンナー粘度の両方の増大が認められたが、高剪断(円錐および平板)粘度は変化しなかった。
【０１６７】
ごしごし洗い（scrub）およびしみ耐性
予測通り、ごしごし洗いおよびしみ耐性は、不透明度が増大すると悪化した。
【０１６８】
色
磨砕された本発明のカオリン３は、既存の微粒子サイズクレー製品より良好な色を有した。磨砕クレーの漂白により、さらなる改良が可能であり得る。
【０１６９】
結論
本発明のカオリン３の軽カルボライト磨砕は、低光沢と有意の不透明度改良との組合せを示す粗い形状係数の高いクレーを含む製品を提供し得る。これらの結果は、物質の小バッチの性能を反映する。より高度に磨砕された本発明のカオリン３は、光沢増大を犠牲にして、大きい不透明度の改良を示す微細な形状係数の高いクレーを有し得る。このような製品は、高いごしごし洗い耐性が重要であるとみなされない処方物中の焼成クレーに対する代替物を提供し得る。
【０１７０】
不透明度および光沢
図６は、高ＰＶＣ処方物中の磨砕クレーの不透明度および光沢を示す。クレーは、微細カルボライト媒体で磨砕することにより調製した。磨砕エネルギーは、各点のサイズで示す。比較させるために、いくつかの標準クレー（ＳＵＰＲＥＭＥおよびＧＬＯＭＡＸ  ＬＬ）(これらは全てImerysのクレー製品である)をプロットする。
【０１７１】
本発明のカオリン３
５０ｋｗｈ／ｔで磨砕された本発明のカオリン３不良品は、高不透明度および低光沢の顕著な組合せを生じた。
【０１７２】
１００ｋｗｈ／ｔで磨砕された本発明のカオリン３は、高不透明度を生じ、高光沢を伴った。
【０１７３】
その他の供給材料
本発明のカオリン４は、不十分な色を生じたが、それらの不透明性の実質部分は、光の散乱というよりむしろ吸収から生じた。それらは、本発明のカオリン３より微細な粒子サイズに磨砕され、より高い光沢を生じた。
【０１７４】
不透明度の１．５単位の増大は、微粒子サイズクレー供給材料のカルボナイト磨砕により達成可能であった。同様の不透明度は、磨砕ジョージア州産のクレーを用いて得られた。これらの物質に関して、不透明度のいかなる増大も、粒子サイズの低減によりもたらされる光沢の有意の増大を常に伴った。
【０１７５】
米国産のクレーの化学的および鉱物学的分析を以下の表に提示する。
【０１７６】
実施例８に用いたクレーの化学的および鉱物学的分析
【０１７７】
【表１５】
2005502758.tif 000017
【０１７８】
図７は、ｄ５０に対する形状係数のプロットである。４つの供給材料の各々に関して、カルボライト磨砕は、当該クレーの形状係数の増大および平均粒子サイズの低減を生じた。図７から、本発明のカオリン３および本発明のカオリン４が最高の形状係数を生じることがわかる。本発明のカオリン４は色が不十分で、ＩＳＯ明度は７５．７であった。
【０１７９】
［実施例９］
以下の表に例示したように、一般的な高ＰＶＣ塗料処方物を用いた一連の塗料において、実施例８の磨砕生成物を試験した。
【０１８０】
【表１６】
2005502758.tif 000018
【０１８１】
不透明度、光沢、しみ耐性、ＢＳごしごし洗い損失および耐泥割れ性の値を、以下の表に示す。
【０１８２】
増量剤としてのカルボライト磨砕ＵＳクレーの比較
【０１８３】
【表１７】
2005502758.tif 000019
【０１８４】
【表１８】
2005502758.tif 000020
【０１８５】
全ての場合に、カルボライト磨砕は、レオロジーに小さいが有意の作用を及ぼした。磨砕エネルギー入力が増大すると、ブルックフィールドおよびロトシンナー粘度の両方の増大が認められたが、高剪断(円錐および平板)粘度は変化しなかった。
【０１８６】
ごしごし洗いおよびしみ耐性は、不透明度が増大すると悪化した。
【０１８７】
本発明のカオリン３は、既存の微粒子サイズクレー製品の色より良好である点で良好な色を有していた。
【０１８８】
［実施例１０］
図８は、２つの粗画分を併合し、その後、安定剤、例えばカルボキシメチルセルロースまたはスメクタイトクレー（すなわち、ベントナイト、ヘクトライト、モンモリロナイト等）を付加することにより安定化高固体スラリーを生成する方法を略記するフローチャートである。これを例証するために、ｐＨ６．５で６５／３５ＳＡＰＡ（ソーダ灰／ポリアクリル酸ナトリウム）分散剤パッケージと混練することにより、実施例９の本発明の製品の２つの手荷物サイズの試料(約２５０〜３００ガロン)を小さくした。当該製品の２つの試料荷物を各々殺生剤（１ポンド／乾燥重量１トンのプロキセル）で、次に８ポンド／乾燥重量１トンのカルボキシメチルセルロースＰＥ−３０ＥＸで処理した。試料１の最終固形分は５２％、試料２の最終固形分は４９．６％であった。２０ｒｐｍでｎｏ．２スピンドルを用いて、試料１および２の初期ヘラクレス粘度を測定し、それぞれ３０ｃｐｓおよび１８ｃｐｓであることが判明した。試料１の初期ヘラクレス粘度はｐＨ７．２で４４００ｒｐｍで８．５ダインと測定され、試料２の初期ヘラクレス粘度はｐＨ７．０で５．０ダインと測定された。
【０１８９】
次に、スラリーの経時的な安定性を測定した。結果を以下の表に示す。１パイント試料を取っておいて、所望量の時間静置させて、その後、各試料の上部および底部のブルックフィールド粘度を、１／２ｒｐｍで「Ｔ」バーを用いて測定した。スラリーが安定しなかった場合、測定粘度は時間を経て約４００，０００の最大値に上昇すると予測され得る。
【０１９０】
【表１９】
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【０１９１】
２８日間の試験終了時に、各１パイント試料を、逆さに置いて、１分間流出させる流動試験に付した。この時、約９３．４％の試料１および９４．９％の試料２が容器から流出することが観察されたが、これは試料の連続流動度を示す。試料１および２の全荷物(約２５０〜３００ガロン)の各々に関して実施した同様の試験では、それぞれ９９．７％及び９９．２％の流出を生じた。流動試験結果および上記の表からわかるように、ＣＭＣ安定化スラリーは基本的に安定であり、これは、ＣＭＣによる縮小方法がスラリー固体の有効な低減を生じるという事実にかんがみて、意外である。一般に、この方法は、例えば約４５％より大きい範囲の、約４５％〜約６０％の、あるいは約５０〜約６０％の範囲の、固形分を有するスラリーに関して有用であると思われる。
【０１９２】
別記しない限り、本明細書および特許請求の範囲中で用いられる成分の量、反応条件等を表す全数値は、全ての場合、「約」という用語により修飾されると理解されるべきである。したがって、別記しない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記述された数値パラメーターは、本発明により得ようと試みられる所望の特性によって変わり得る概算値である。
【０１９３】
本発明のその他の実施形態は、本明細書の考察により当業者に明らかになる。本発明のその他の実施形態は、本明細書の考察ならびに本明細書に開示された本発明の実施により当業者に明らかになる。本明細書および実施例は、単なる例示とみなされるよう意図され、本発明の真の範囲および精神は添付の特許請求の範囲に示される。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【図１】実施例１による粗画分カオリンの精砕方法を示すフローチャートである。
【図２】実施例２による粗画分カオリンの精砕方法を示すフローチャートである。
【図３】実施例３による粗画分カオリンの精砕方法を示すフローチャートである。
【図４】粗画分カオリンからのバリヤー塗料顔料の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明による２つの紙塗被に関するＴｉＯ２含有量(ｘ軸)の一関数としての明度(ｙ軸)を示すグラフである。
【図６】種々の磨砕された米国産のクレーの光沢(ｙ軸)対不透明度(ｘ軸)を示すグラフである。
【図７】２つの従来技術のカオリンと比較した本発明のカオリン３および本発明のカオリン４に関するｄ５０(ｙ軸)対形状係数(ｘ軸)のプロットを示す。
【図８】実施例１０による粗画分カオリンの精砕方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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