JP2002540056A - 炭酸カルシウムの不連続粒子の製造法 - Google Patents
炭酸カルシウムの不連続粒子の製造法Info
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Abstract
Description
ある平均粒径、比表面積および高純度を有する炭酸カルシウムの不連続粒子であ
る。本発明の不連続炭酸カルシウム粒子を製造する方法は、選択された炭酸塩化
開始温度および/または炭水化物の濃度を変えて、炭水化物の存在下で水性水酸
化カルシウムスラリーを炭酸塩化することを必要とする。
して、コーティング紙用顔料として、塗料用顔料として、ポリマーにおける衝撃
変性剤として特に有用であり、そのような高純故に、食品、栄養物、化粧品、お
よび医薬産業において特定の用途を見出すことができる。
ーおよびコーティング顔料としての用途が増大しつつある。この有用性は、製紙
のために使用されるとき、PCCの優れた光学的および物理的特性故に発生する
。
ウム粒子を得ることにより伝統的に製造される。PCCの伝統的製造法は、不連
続性を必要としない粒子には全く十分である。しかし、最終粒子の不連続性が要
求される場合は、PCCの伝統的製造法に問題がある。クラスター形成されたま
たは凝集された形態を本来生じるであろう伝統的方法を使用して不連続PCC粒
子を沈殿させることを試みるとき、炭酸カルシウムの不連続粒子を一貫して製造
できるようにプロセスパラメーターを制御することは非常に困難である。従って
、伝統的方法に従って作られた粒子は、制御に関してあまり予測できない平均粒
径粒子および比表面積を生じる。本発明は、従来技術の問題点を解決するもので
ある。
ある。本発明の別の目的は、予測可能な平均粒径および比表面積を有する不連続
炭酸カルシウム粒子を製造する方法を提供することである。本発明の別の目的は
、不連続炭酸カルシウム粒子の信頼性のある製造法を提供することである。本発
明の更なる目的は、高い炭酸カルシウム純度を有する不連続炭酸カルシウム粒子
を製造することである。本発明のさらに別の目的は、品質の異なる生石灰源から
不連続炭酸カルシウム製品を製造することである。
されるとき、より明らかになるであろう。
ラリーを形成し、斜方晶系の炭酸カルシウムが沈殿するまで消石灰スラリーを二
酸化炭素含有気体で炭酸塩化することを含む、斜方晶系または円筒形のPCCを
製造する方法を開示している。
炭酸カルシウムおよびb)非毒性酸無水物を水と混合することを含む上記濃縮物
の製造法を開示している。
化剤を炭酸カルシウムスラリーに導入することにより炭酸カルシウムを製造する
ための改善された方法を開示している。錯化剤は、ショ糖またはグルコースを包
含する群から選択される。
成る群から選択される第二の活性成分の存在下で水性水酸化カルシウムスラリー
を炭酸塩化することによりPCCを製造する方法を開示している。
カルシウムスラリーを炭酸塩化することによりチョークを製造する方法を開示し
ている。
酸塩化の前に水性水酸化カルシウムスラリーへの添加剤として糖類およびポリビ
ニルアルコールを使用することを開示している。
めに、多糖類、および炭酸カルシウム接種された水性水酸化カルシウムスラリー
を使用する250℃での方法を開示している。
造するための、安価な低級炉ガス(CO2)を使用するための方法を開示してい
る。該方法は、粒径を制御するために生石灰のメッシュサイズに依存し、添加剤
は使用されていない。
水性水酸化カルシウムスラリーの製造、該スラリーの選択された炭酸塩化開始温
度への調整、スラリーへの炭水化物の添加、および不連続炭酸カルシウム粒子を
製造するための水性水酸化カルシウムスラリーの二酸化炭素ガスによる炭酸塩化
を必要とする。
されるクラスター形成された粒子とは対照的に、添加剤や処理加工をあまり必要
としないので製造がより経済的であり、結果として、予測可能で不連続な、98
%純度の炭酸カルシウム粒子を生じる。
選択された炭酸塩化開始温度を変えて、かつ炭水化物濃度レベルを一定に保持し
ながら、または別の局面では炭酸塩化開始温度を一定に保持しながら水酸化カル
シウムスラリー中の炭水化物濃度を変えることにより、炭水化物を含む水性水酸
化カルシウムスラリーに気体状二酸化炭素を導入することを必要とする。さらに
別の局面では、炭酸塩化開始温度および水酸化カルシウムスラリー中の炭水化物
濃度が一緒に変えられる。
量の記載に使用されるときには、%は利用可能な生石灰に等価な炭酸カルシウム
に対する重量%である。
していることを意味する。好ましい粒子は、斜方円錐形であり、かつアルペクト
比(長さ/幅(l/w)を比較する)が平均約2.0以上である。
直径とは対照的に、個々の粒子のまたはクラスターもしくは凝集体の一部として
の相当球直径を意味する。凝集体は、粒子の球状の塊またはクラスターである。
本明細書で使用されるとき、クラスターまたはクラスター形成は、集群(bunch
)または集群の成長もしくは形成を意味する。
カルシウムを有する。好ましくは、スラリー中の水酸化カルシウム濃度は、約1
0重量%〜約20重量%である。
ことである。このような炭水化物は、従来公知の何れかの方法、例えばかき混ぜ
、混合または攪拌によって、スラリーに添加され得る。炭水化物は、炭酸塩化プ
ロセスの間、断続的にまたは連続的に行われるのとは対照的に、水性水酸化カル
シウムスラリーに一度に全て添加される。本発明において好ましく有用である炭
水化物は、これらの特定された炭水化物に限定されないが、単糖類、二糖類およ
び多糖類を包含する。単糖類は、それらに限定されないが、フルクトースおよび
グルコースなどの簡単な糖類を包含する。二糖類は、ショ糖、マルトース、ラク
トースおよびセロビオースを包含し、一方、多糖類は一般に、9以上の単糖類が
グリコシド結合によって互いに結合したものを包含する。非限定的例として、デ
ンプン、セルロースおよびグリコーゲンが挙げられる。
ース、粗糖、糖蜜、ガム、デンプンおよび他の有機化合物などから成る群から選
択される。水性水酸化カルシウムスラリーに存在する炭水化物は一般に、利用可
能な生石灰に等価な炭酸カルシウムに対して、約0.05重量%〜約3.0重量
%の濃度レベルで存在する。好ましい炭水化物はショ糖である。水性水酸化カル
シウムスラリーに存在するショ糖の濃度は好ましくは、約0.1重量%〜約0.
5重量%である。
ある。炭酸塩化開始温度は、炭酸塩化プロセス中の温度を制御するための手段の
必要なしに炭酸塩化を開始するために気体状二酸化炭素を添加する直前の水性水
酸化カルシウムスラリーの温度である。分かったことは、選択された炭酸塩化開
始温度を約20℃〜約85℃の間で変えると共に、水酸化カルシウムスラリー中
の炭水化物濃度を約0.05重量%〜約3.0重量%の間で変えることにより、
約0.1ミクロン〜約3.0ミクロンの平均粒径を有しかつ約2m2/g〜約6
0m2/gの比表面積を有する不連続炭酸カルシウム粒子が製造されるというこ
とである。本明細書全体を通して、炭酸塩化の開始後の温度の制御は、不連続粒
子の形成を実質的に阻害しない限り、行われ得る。
ム、約0.1重量%〜約1.0重量%の炭水化物、および約30℃〜約75℃の
選択された炭酸塩化開始温度を有する水性水酸化カルシウムスラリーにより、約
0.1ミクロン〜約3.0ミクロンの平均粒径および約2m2/g〜約25m2/
gの比表面積を有する不連続炭酸カルシウム粒子が製造される。
では、純粋な二酸化炭素ガスを使用することができ、あるいは、空気または窒素
中の二酸化炭素の標準的混合物を使用することもできる。なお、炭酸塩化プロセ
ス工程の際に、液体二酸化炭素をその気体状態で導入することにより、液体二酸
化炭素を、本発明の生成物および方法に従って同様に使用することもできる。
および生石灰の品質を使用して得られ得るが、そこから製造されるスラリーの水
酸化カルシウム濃度が約5重量%より高い生石灰濃度を使用することが特に好適
であることが分かった。
れた炭酸塩化開始温度を維持しながら、かつ炭水化物のレベルを一定に保持しな
がら、種々の生石灰から不連続炭酸カルシウム粒子が製造されることが分かった
。粒子は、約0.1ミクロン〜約3.0ミクロンの平均粒径および約2m2/g
〜約60m2/gの比表面積を有することを特徴とする。二酸化炭素の導入によ
る水性生石灰スラリーの炭酸塩化は、カルサイトの沈殿が実質的に完了するまで
続けられる。炭酸塩化プロセスは、好ましくは、炭酸塩化されたスラリーのpH
がほぼ中性(7)であり、炭酸カルシウム粒子が約98%炭酸カルシウムの純度
を有するときに完了する。
カルシウムがまだなおいくらか存在するかもしれない。当業者に公知の種々の技
術を使用して残りの水酸化カルシウム(本発明では、約2%以下に過ぎない)の
完全な中和を達成することができる。このような技術は、例えば、未反応水酸化
カルシウムを処理する必要があるとき、追加の二酸化炭素ガスの導入によるスラ
リーpHのモニターを包含する。炭酸塩化スラリーはまた、十分な量の有機また
は無機の多塩基酸、例えばクエン酸、マレイン酸、リンゴ酸、マロン酸、フタル
酸、酒石酸、ホウ酸、リン酸、亜硫酸または硫酸で処理することもできる。
.1ミクロン〜約3.0ミクロンの範囲であり得る。本発明に従って製造される
粒子の平均粒径は、X線を使用して沈降速度対サイズを測定するところのMicrom
eritics Sedigraph 5100を使用して決定された。
を用いてBET理論を使用したMicromeritics FLOWSORB II 2300を使用
して表面積を決定することができる。
種々の形状および大きさの不連続粒子が製造されるが、本発明は、適用範囲にお
いてそのように限定されるべきではないことを記しておく。さらに、以下の実施
例は、本発明の生成物および方法の単なる例示であり、特許請求の範囲によって
より明らかに定義される本発明の範囲を限定するいかなる方法でも解釈されるべ
きでない。
機および二酸化炭素/空気流の導入のための底部翼の中央下で湾曲したステンレ
ス鋼チューブを備えた円筒状のステンレス鋼反応器を水酸化カルシウム(消石灰
)の調製および反応のために使用して本発明を行った。
シウム含量(ASTM手順C−25−72によって測定)を有する顆粒状のBell
efonte生石灰250gを2000mlの水に添加することにより、14.2重量
%(0.154g/cc)の水性水酸化カルシウムスラリーを調製し、1100
RPMで10分間攪拌した。スラリーを、60メッシュのふるいにかけて砂を除
去し、55℃の炭酸塩化開始温度に加熱した。攪拌機を1250RPMに調整し
、0.5%のDomino Sugar(Domino Sugar Corporation製)(以降、ショ糖(利
用可能な生石灰に等価な炭酸カルシウムに対する重量による)と言う)をスラリ
ーに添加した。空気中の10%の二酸化炭素の気体混合物を0.45SLMでス
ラリーに導入することにより、スラリーを炭酸塩化して炭酸カルシウムを沈殿さ
せた。pH値が8.0未満になるまで、炭酸塩化を263分間続けた。スラリー
をUS規格No.325(44ミクロン)のふるいに通して砂を除去した。スラ
リー化した生成物の粒径を評価し、0.88ミクロンの平均粒径を有することが
分かった。生成物は十分分散され、全く不連続であることがSEMによって示さ
れた。一部を減圧濾過し、濾過ケーキを約165℃で少なくとも1時間乾燥させ
て、13.5m2/gの比表面積を有するPCC生成物を得た。この実験は表1
において実施例1として確認される。
るサンプルを合成した。実施例1〜4のデータを表1において比較する。
下の変更を伴った。水酸化カルシウムスラリーの濃度は、14.2重量%の代わ
りに10.7%(0.114g/cc)であった。ショ糖の添加はここでも0.
5%であったが、気体は、10%CO2よりもむしろ18%CO2から成った。C
O2速度は1.75SLMであり、8.0のpHまで63分の反応時間を与えた
。最初の反応温度は60℃であった。生成物を、US規格No.325(44ミ
クロン)のふるいに通して砂を除去した。生成物は、1.30ミクロンの平均粒
径および10.4m2/gの比表面積(SSA)を有していた。この実験は、表
1において実施例5として確認される。
響を有することを示す。変化の大きさは種々の生石灰によって多分異なるが、濃
度が高いほど、より細かい粒径が得られる傾向にある(実施例2および5を比較
)。実施例1〜4は、ショ糖レベルを一定にしたままで、粒径に対する温度の影
響を示す。温度が上昇すると、粒径は増加し、比表面積は低下する。
たが、70℃で0.4%のショ糖ならびに50℃で0.15%および0.1%の
ショ糖を使用した。これらのサンプルを、下記表2において先のサンプルの実施
例4と比較した。
炭酸塩化開始温度で、平均粒径が一般に保持され得ることを示す。
カルシウムを調製した。炭酸塩化は、内径11.5インチ、高さ20インチを有
し、かつ半球状の底部を有する30リットルのジャケット付バッフル付円筒状ス
テンレス鋼反応器において行われた。反応器には、底部から約4インチおよび8
インチの位置に2個の4.5インチ直径の平翼タービンインペラーを有し、5H
P可変速モーターによって駆動される高速攪拌機を備えた。また、二酸化炭素/
空気流の導入のために、翼の底部の中心下で湾曲した0.25インチ内径のステ
ンレス鋼チューブをも備えた。上記した70ガロンのモーター混合機において、
50℃で、3000gのBellefonte生石灰を18.0リットルの水に添加するこ
とにより、15.7重量%(0.1692g/cc)の水性水酸化カルシウムス
ラリーを調製し、10分間攪拌した。スラリーを60メッシュのふるいに通して
砂を除去し、反応器において45℃の炭酸塩化開始温度に加熱した。攪拌機を6
15RPMに調整し、利用可能な生石灰に等価な炭酸カルシウムに対して0.1
5重量%のショ糖をスラリーに添加した。空気中の10体積%の二酸化炭素の気
体混合物を4.4標準リットル/分(SLM)でスラリーに導入することにより
水酸化カルシウムスラリーを炭酸塩化して炭酸カルシウムを沈殿させた。炭酸塩
化は、pHが7.4未満になるまで続けられた。スラリーをUS規格No.32
5(44ミクロン)のふるいに通すことにより砂を除去した。この実験は、表3
において実施例9として確認される。
灰から調製された。反応条件のバッチ時間、温度およびショ糖レベルは一般に同
じであった。この実験は、表3において実施例10として確認される。
灰およびWestern生石灰を使用して実施例1のやり方に従って作った。生成物は
すべて、0.1%のショ糖および45℃の炭酸塩化開始温度で炭酸塩化された。
平均粒径および比表面積の結果を下記表4に示す。
を示す。
を示す。
Claims (15)
- 【請求項1】 水性水酸化カルシウムスラリーを調製し、該水性水酸化カルシウ
ムスラリーに1以上の炭水化物を添加し、該水性水酸化カルシウムスラリーを選
択された炭酸塩化開始温度で炭酸塩化して不連続の炭酸カルシウム粒子を製造す
ることを含む、炭酸カルシウムの不連続粒子の製造法。 - 【請求項2】 水酸化カルシウムスラリー中の水酸化カルシウムの濃度が約5重
量%〜約30重量%、好ましくは約10重量%〜約20重量%である、請求項1
記載の方法。 - 【請求項3】 水酸化カルシウムスラリー中の水酸化カルシウムの濃度が、好ま
しくは約10重量%〜約20重量%である、請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 選択された炭酸塩化開始温度が約30℃〜約85℃である、請求
項1記載の方法。 - 【請求項5】 選択された炭酸塩化開始温度が、好ましくは約40℃〜約75℃
である、請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 炭水化物が、ショ糖、グルコース、フルクトース、粗糖、糖蜜
、ガム、デンプン、マルトース、ラクトース、セロビオース、セルロースおよび
グリコーゲンから成る群から選択される、請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 炭水化物の濃度が、約0.05重量%〜約3.0重量%である
、請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 炭水化物の濃度が、好ましくは約0.01重量%〜約1.0重
量%である、請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 炭水化物がショ糖である、請求項6記載の方法。
- 【請求項10】 炭酸塩化の際の二酸化炭素ガスの濃度が約1%〜約100%で
ある、請求項1記載の方法。 - 【請求項11】 炭酸塩化の際の二酸化炭素ガスの濃度が、好ましくは約10%
〜約30%である、請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 炭酸カルシウムの不連続粒子の平均粒径が、約0.1ミクロン
〜約3.0ミクロンである、請求項1記載の方法。 - 【請求項13】 炭酸カルシウムの不連続粒子の比表面積が、約2m2/g〜約
25m2/gである、請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 不連続炭酸カルシウム粒子が98%炭酸カルシウムである、請
求項1記載の方法。 - 【請求項15】 2m2/g〜約25m2/gの比表面積、約0.1ミクロン〜約
3.0ミクロンの平均粒径および98%炭酸カルシウムの純度を有する不連続炭
酸カルシウム粒子を含む組成物。
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A521 | Request for written amendment filed |
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A02 | Decision of refusal |
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