JP2023038349A - ピッチ制御および／または粘質物制御のための被覆炭酸カルシウム - Google Patents
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Abstract
【課題】製紙プロセス中のピッチおよび／または粘質物を制御するための改善された方法および／または代替的な方法ならびに薬剤を提供すること。【解決手段】１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体の被膜を有する粒子状鉱物の、セルロースパルプを含む組成物におけるピッチ制御剤および／または粘質物制御剤としての使用、前記被覆粒子状鉱物を使用してセルロースパルプ中の溶存および／またはコロイド状ピッチおよび／または粘質物を低減する方法、前記被覆粒子状鉱物、前記被覆粒子状鉱物を製造する方法、セルロースパルプと前記被覆粒子状鉱物とを含む組成物、および前記被覆粒子状鉱物を含む紙。【選択図】なし
Description
本発明は一般に、セルロースパルプを含む組成物における、ピッチおよび／または製紙粘質物制御剤としての被覆粒子状鉱物の使用に関する。被覆粒子状鉱物は、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体で被覆されている。本発明は更に、被覆粒子状鉱物、および被覆粒子状鉱物を製造する方法に関する。
製紙は一般に、木材、繊維作物または古紙などの繊維源を化学的処理および／または機械的処理および／または熱処理によって構成繊維に分解してセルロースパルプを製造することを伴う。このパルプ化段階（および製紙プロセスにおけるさらなる工程）で、繊維源中に存在する「ピッチ」として知られる樹脂状化合物が放出される。樹脂状化合物は親油性のため、水に懸濁すると、コロイド状液滴を形成する。あるいは、または加えて、製紙「粘質物」として知られる合成（人工）物質も、水に懸濁すると、コロイド状液滴を形成することがある。ピッチおよび粘質物は、機械上で凝集して付着物を形成することがある。これは、紙ウェブに裂け目を生じさせ、マシンの動作を停止させる原因となることがある。ピッチおよび粘質物はまた、紙を傷つけ、完成品の品質を低下させることもある。
製紙時のピッチおよび／または粘質物の制御のために、例えば、タルクおよび／もしくはベントナイトなどの鉱物剤、または酵素および菌類などの生物剤の添加などの数多くの方法を採用することができる。製紙プロセス中のピッチおよび／または粘質物を制御するための改善された方法および／または代替的な方法ならびに薬剤を提供することが望ましい。
製紙時のピッチおよび／または粘質物の制御のために、例えば、タルクおよび／もしくはベントナイトなどの鉱物剤、または酵素および菌類などの生物剤の添加などの数多くの方法を採用することができる。製紙プロセス中のピッチおよび／または粘質物を制御するための改善された方法および／または代替的な方法ならびに薬剤を提供することが望ましい。
本発明の第１の態様によると、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体で被覆された粒子状鉱物の、セルロースパルプを含む組成物におけるピッチ制御剤および／または粘質物制御剤としての使用が提供される。
本発明の第２の態様によると、セルロースパルプ中の溶存および／またはコロイド状ピッチおよび／または粘質物を低減する方法であって、セルロースパルプを、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体で被覆された粒子状鉱物と接触させることを含む方法が提供される。方法は、例えば、製紙用パルプを製造する方法の一部であってもよい。方法は、例えば、紙を製造する方法の一部であってもよい。
本発明の第３の態様によると、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体の被膜を有する粒子状鉱物が提供される。被覆粒子状鉱物は、例えば、本発明の何れかの態様または実施形態に記載されているものであってもよい。
本発明の第２の態様によると、セルロースパルプ中の溶存および／またはコロイド状ピッチおよび／または粘質物を低減する方法であって、セルロースパルプを、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体で被覆された粒子状鉱物と接触させることを含む方法が提供される。方法は、例えば、製紙用パルプを製造する方法の一部であってもよい。方法は、例えば、紙を製造する方法の一部であってもよい。
本発明の第３の態様によると、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体の被膜を有する粒子状鉱物が提供される。被覆粒子状鉱物は、例えば、本発明の何れかの態様または実施形態に記載されているものであってもよい。
本発明の第４の態様によると、セルロースパルプと、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体の被膜を有する粒子状鉱物とを含む組成物が提供される。被覆粒子状鉱物は、例えば、本発明の何れかの態様または実施形態に記載されているものであってもよい。
本発明の第５の態様によると、本発明における何れかの態様または実施形態による被覆粒子状鉱物を製造する方法が提供される。
本発明の第６の態様によると、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体の被膜を有する粒子状鉱物を含む紙製品が提供される。
本発明の第７の態様によると、本発明の何れかの態様または実施形態による組成物または方法から得ることができるおよび／または得られる紙製品が提供される。
本発明のいずれかの態様の特定の実施形態は、下記の利点の１つまたは複数を提供し得る：
・製紙機械上でのピッチおよび／または粘質物付着物の形成を低減または防止する；
・ピッチおよび／または粘質物の付着による紙の品質欠陥を低減または防止する；
・セルロースパルプ組成物中の溶存および／またはコロイド状ピッチおよび／または粘質物の量（例えばＵＶ吸光度により測定）の低下；
・グスタフソン（Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ）試験に従い測定したピッチおよび／または粘質物の付着低減；
・セルロースパルプ組成物の表面張力上昇。
本発明の第５の態様によると、本発明における何れかの態様または実施形態による被覆粒子状鉱物を製造する方法が提供される。
本発明の第６の態様によると、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体の被膜を有する粒子状鉱物を含む紙製品が提供される。
本発明の第７の態様によると、本発明の何れかの態様または実施形態による組成物または方法から得ることができるおよび／または得られる紙製品が提供される。
本発明のいずれかの態様の特定の実施形態は、下記の利点の１つまたは複数を提供し得る：
・製紙機械上でのピッチおよび／または粘質物付着物の形成を低減または防止する；
・ピッチおよび／または粘質物の付着による紙の品質欠陥を低減または防止する；
・セルロースパルプ組成物中の溶存および／またはコロイド状ピッチおよび／または粘質物の量（例えばＵＶ吸光度により測定）の低下；
・グスタフソン（Ｇｕｓｔａｆｓｓｏｎ）試験に従い測定したピッチおよび／または粘質物の付着低減；
・セルロースパルプ組成物の表面張力上昇。
本発明の記述した態様の任意の特定の１つまたは複数に関して提供される詳細、例および好ましい態様は、本明細書において更に説明され、本発明の全ての態様に等しく適用される。本明細書に記載の実施形態、例および好ましい態様の任意の組合せは、その可能な変形全てにおいて、別段の指示がない限り、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、本発明に包含される。
本明細書において、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体で被覆された粒子状鉱物の、セルロースパルプを含む組成物におけるピッチ制御剤および／または粘質物制御剤としての使用が提供される。セルロースパルプを含む組成物中の溶存および／またはコロイド状ピッチおよび／または粘質物を低減する方法であって、セルロースパルプを含む組成物を、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体で被覆された粒子状鉱物と接触させることを含む方法が更に提供される。この使用または方法は、例えば、製紙用パルプを製造する方法の一部であってもよい。この使用または方法は、例えば、紙（板紙を含む）を製造する方法の一部であってもよい。
「ピッチ」という用語は、セルロースパルプの製造に使用される繊維源から放出される樹脂状化合物を指す。ピッチは、例えば、アルカン、脂肪アルコール、脂肪酸、ロジン酸、ステロール、テルペノイド、共役ステロールおよびトリグリセリドなどの多様な親油性化合物を含む。これらの化合物は親油性であるため、水に懸濁すると、コロイド状液滴を形成する。最も疎水性の高い化合物（例えば一部の実施形態におけるトリグリセリド）は、コロイド状液滴の中心にあり、最も疎水性の低い化合物は、コロイド状液滴の外側にあって、最も疎水性の高い化合物（例えば一部の実施形態における脂肪酸およびロジン酸）の周囲にシェルを形成している。
「粘質物」という用語は、製紙粘質物を指し、これは、再生紙から調製された紙パルプ中に存在する合成（人工）粘着性物質である。粘質物は、例えば、印刷用インク、被覆バインダー（例えば合成ラテックス）、ワックス、ホットメルト接着剤および感圧接着剤、プラスチック、湿潤強度樹脂ならびに製紙添加剤のうちの１種または複数を含み得る。特定の実施形態において、粘質物は主として、例えば、１種または複数のポリアセテートであり得る感圧接着剤を含む。粘質物はまた一般に、水に懸濁したコロイド状液滴を形成する。
「粘質物」という用語は、製紙粘質物を指し、これは、再生紙から調製された紙パルプ中に存在する合成（人工）粘着性物質である。粘質物は、例えば、印刷用インク、被覆バインダー（例えば合成ラテックス）、ワックス、ホットメルト接着剤および感圧接着剤、プラスチック、湿潤強度樹脂ならびに製紙添加剤のうちの１種または複数を含み得る。特定の実施形態において、粘質物は主として、例えば、１種または複数のポリアセテートであり得る感圧接着剤を含む。粘質物はまた一般に、水に懸濁したコロイド状液滴を形成する。
ピッチを構成する化合物の正確な組合せは、例えば使用する繊維源のタイプに応じて変化し得る。セルロースパルプを形成するために分離できるセルロース繊維を含む材料はいずれも、繊維源として使用できる。繊維源は、例えば、木材（例えば樹木および他の木本植物（例えば樹木、低木、つる植物）の幹および／または根由来）、繊維作物（例えばジュート、大麻、亜麻（麻）、綿、竹、コムギ、わら）、ならびに再パルプ化および／または脱インキ古紙であってもよい。粘質物を構成する化合物の正確な組合せは、例えば、製紙用パルプの製造のために再生された紙のタイプならびにその紙に使用された添加剤および被膜（例えばワックスおよび接着剤）の性質に応じて変化し得る。
紙という用語は、本明細書において使用した場合、例えば、白板紙およびライナーボード、ボール紙、厚紙、塗工板紙などの板紙を含むあらゆる形態の紙を意味するものと理解すべきである。紙は、被覆されていてもいなくてもよく、必要に応じてカレンダ処理またはスーパーカレンダ処理されていてもよい。
紙という用語は、本明細書において使用した場合、例えば、白板紙およびライナーボード、ボール紙、厚紙、塗工板紙などの板紙を含むあらゆる形態の紙を意味するものと理解すべきである。紙は、被覆されていてもいなくてもよく、必要に応じてカレンダ処理またはスーパーカレンダ処理されていてもよい。
セルロースパルプという用語は、木材、繊維作物および古紙などの繊維源から分離されたセルロース繊維を含む材料を指す。セルロースパルプは、同様に繊維源から分離されたヘミセルロース繊維（例えばキシラン、グルクロノキシラン、アラビノキシラン、グルコマンナン、キシログルカン）および／またはリグニン繊維を更に含んでもよい。セルロースパルプは、例えば、ドライパルプ（例えば約５質量％以下の液体、例えば約４質量％以下の液体、例えば約３質量％以下の液体、例えば約２質量％以下の液体、例えば約１質量％以下の液体、例えば約０．５質量％以下の液体を含む）であってもよい。セルロースパルプは、例えば、約５質量％以下の水、例えば約４質量％以下の水、例えば約３質量％以下の水、例えば約２質量％以下の水、例えば約１質量％以下の水、例えば約０．５質量％以下の水を含むドライパルプであってもよい。あるいは、セルロースパルプは、水などの液体溶媒と組合せてもよい。セルロースパルプは、例えば、水性組成物中にあってもよい。
「ピッチ制御剤および／または粘質物制御剤」という用語は、パルプおよび／または製紙プロセス中にピッチおよび／または粘質物がそれぞれ機械上に付着するのを低減または防止できる任意の薬剤を指す。ピッチ制御剤および／または粘質物制御剤は、例えば、ピッチおよび／または粘質物がそれぞれ水に溶解することおよび／または水に懸濁したときにコロイド状液滴を形成することを低減または防止してもよい。例えば、ピッチ制御剤および／または粘質物制御剤は、水に懸濁したときにピッチおよび／または粘質物から形成されるコロイド状液滴の数を減らすおよび／またはサイズを小さくしてもよい。
理論によって拘束されることを望むものではないが、本明細書に記載の被覆粒子状鉱物の表面にピッチおよび／または粘質物が吸着され、それぞれ水に溶解したおよび／または処理後に水に懸濁したまま残るコロイド状液滴を形成するピッチおよび／または粘質物の量が低減されるようになると考えられる。これにより、製紙機械および／または紙表面へのピッチおよび／または粘質物の付着が減少する。従って、本明細書に記載のピッチおよび／または粘質物を除去する方法において、ピッチおよび／または粘質物を構成する化合物は、セルロースパルプまたはセルロースパルプを含む組成物から物理的に分離できない。ただし、セルロースパルプを含む組成物中に溶存するまたはコロイド状液滴の形態で存在するピッチおよび／または粘質物の量は、減少する。
セルロースパルプと被覆粒子状鉱物は、任意適切な時点で接触させてもよい。例えば、セルロースパルプと被覆粒子状鉱物は、製紙用パルプを製造する方法および／または紙を製造する方法における任意適切な時点で接触させてもよい。
被覆粒子状鉱物は、例えば、タルクなどの公知の無機ピッチ制御剤および／または粘質物制御剤と同じ方法で使用してもよい。被覆粒子状鉱物は、例えば、ある段階で他の鉱物フィラー粒子と共にセルロースパルプに添加してもよい。例えば、鉱物フィラー粒子は、水と混合して水性懸濁液を形成してもよく、鉱物フィラー粒子の懸濁液をパルプまたは製紙原料懸濁液と混合するタンクで混合してもよい。
セルロースパルプと被覆粒子状鉱物は、任意適切な時点で接触させてもよい。例えば、セルロースパルプと被覆粒子状鉱物は、製紙用パルプを製造する方法および／または紙を製造する方法における任意適切な時点で接触させてもよい。
被覆粒子状鉱物は、例えば、タルクなどの公知の無機ピッチ制御剤および／または粘質物制御剤と同じ方法で使用してもよい。被覆粒子状鉱物は、例えば、ある段階で他の鉱物フィラー粒子と共にセルロースパルプに添加してもよい。例えば、鉱物フィラー粒子は、水と混合して水性懸濁液を形成してもよく、鉱物フィラー粒子の懸濁液をパルプまたは製紙原料懸濁液と混合するタンクで混合してもよい。
製紙用パルプを製造する方法は一般に、繊維源（例えば木材チップ）の小片を形成することを含む。方法は、例えば、サイズが均一な繊維源の断片を、例えばスクリーニングによって形成することを含んでもよい。方法は、繊維源の断片を、水および／または化学的パルプ化剤などの繊維源をパルプ化するのに用いられる任意の物質と組み合わせる工程を含んでもよい。パルプ化は、例えば、機械パルプ化（例えば粉砕）、化学パルプ化、熱パルプ化（例えば熱機械パルプ化、化学熱機械パルプ化）および／または生物学パルプ化（例えば酵素および／または菌類を使用）などを含む任意適切な方法で行われてもよい。パルプ化後、セルロースパルプを乾燥（例えば熱および／または圧力を使用）させてもよい。セルロースパルプは、例えば、ドライパルプとして輸送してもよい。乾燥セルロースパルプは、例えば、製紙プロセスの前または最中に再水和させてもよい。被覆粒子状鉱物は、例えば、これらの工程のいずれか１つの最中に導入してもよい。例えば、被覆粒子状鉱物は、パルプ製造プロセスの前および／または最中（例えばパルプ化段階の最中）に繊維源および／またはセルロースパルプと接触させてもよい。例えば、繊維源および／またはセルロースパルプと被覆粒子状鉱物とを、粉砕前および／または最中に接触させてもよい。例えば、繊維源および／またはセルロースパルプと被覆粒子状鉱物とを、任意の漂白段階の前および／または最中に接触させてもよい。例えば、セルロースパルプを製造するプロセスが完了してから被覆粒子状鉱物をセルロースパルプと接触させてもよい。例えば、セルロースパルプが水性組成物中にあるうちで、任意選択の乾燥工程前に、被覆粒子状鉱物をセルロースパルプと接触させてもよい。例えば、パルプを容易に圧送できる濃度（例えば約０．５質量％～約１０質量％、例えば約０．５質量％～約５質量％の範囲の固形分）に希釈した後に、被覆粒子状鉱物をセルロースパルプと接触させてもよい。例えば、パルプを紙にする前に被覆粒子状鉱物をセルロースパルプと接触させてもよい。被覆粒子状鉱物を繊維源および／またはセルロースパルプと接触させることは、例えば、混合を伴ってもよい。
紙を製造する方法は一般に、パルプを形成すること（例えば、上記のように）を含み、特定の添加剤を添加することによる紙の特定の特性（例えば色、機械的、化学的、生物学的特性）を調節することを含んでもよい。パルプは、例えば、希釈してもよい。次いで、パルプは、テンプレートまたはフレームの上に置かれる（多くの場合、スクリーニングと呼ばれる）。次いで、パルプを圧縮して材料の密度を高めてもよい。過剰な水は、例えば圧力および／または熱を使用して除去する。被覆粒子状鉱物は、例えば、これらの工程のいずれか１つの最中に導入してもよい。例えば、被覆粒子状鉱物を、パルプ化の最中および／または直後に繊維源および／またはセルロースパルプと接触させてもよい。
被覆粒子状鉱物は、例えば、最終紙製品が被覆粒子状鉱物を含むように、製紙組成物中に残存してもよい。
被覆粒子状鉱物は、例えば、最終紙製品が被覆粒子状鉱物を含むように、製紙組成物中に残存してもよい。
被覆粒子状鉱物は、例えば、セルロースパルプの総乾燥質量を基準として約０．２５質量％～約５質量％の範囲の量で使用してもよい。例えば、被覆粒子状鉱物は、セルロースパルプの総乾燥質量を基準として約０．２５質量％～約４質量％または約０．２５質量％～約３質量％または約０．２５質量％～約２．５質量％または約０．２５質量％～約２質量％または約０．２５質量％～約１．５質量％または約０．２５質量％～約１質量％の範囲の量で使用してもよい。例えば、被覆粒子状鉱物は、セルロースパルプの総乾燥質量を基準として約０．５質量％～約５質量％または約０．５質量％～約４質量％または約０．５質量％～約３質量％または約０．５質量％～約２．５質量％または約０．５質量％～約２質量％または約０．５質量％～約１．５質量％または約０．５質量％～約１質量％の範囲の量で使用してもよい。
組成物は、例えば、セルロース組成物の総質量を基準として約０．５質量％～約１００質量％のセルロース繊維を含んでもよい。組成物が乾燥組成物（例えば紙製品）である場合、組成物は、組成物の総質量を基準として約６０質量％～１００質量％のセルロース繊維、例えば約６５質量％～約９９．７５質量％または約６５質量％～約９９．５質量％または約６５質量％～約９８質量％または約７０質量％～約９５質量％または約７５質量％～約９０質量％のセルロース繊維を含んでもよい。組成物が水性組成物である場合、組成物は、セルロース組成物の総質量を基準として約０．５質量％～約３０質量％、例えば約１質量％～約２５質量％または約２質量％～約２０質量％または約３質量％～約１５質量％または約４質量％～約１０質量％または約５質量％～約１０質量％のセルロース繊維を含んでもよい。
被覆粒子状鉱物によって吸着されるピッチおよび／または粘質物の総量は、例えば、被覆粒子状鉱物の質量を基準として少なくとも約５０質量％であってもよい。例えば、被覆粒子状鉱物によって吸着されるピッチおよび／または粘質物の総量は、被覆粒子状鉱物の質量を基準として少なくとも約５５質量％または少なくとも約６０質量％または少なくとも約６５質量％または少なくとも約７０質量％または少なくとも約７５質量％または少なくとも約８０質量％または少なくとも約８５質量％または少なくとも約９０質量％または少なくとも約９５質量％または少なくとも約１００質量％であってもよい。例えば、被覆粒子状鉱物によって吸着されるピッチおよび／または粘質物の総量は、被覆粒子状鉱物の質量を基準として最大約４００質量％または最大約３５０質量％または最大約３００質量％または最大約２５０質量％または最大約２００質量％であってもよい。
被覆粒子状鉱物によって吸着されるピッチおよび／または粘質物の量は、例えば、回収したピッチおよび／または粘質物の質量を使用し、使用した被覆鉱物ピッチ制御剤および／または粘質物制御剤の質量と比較する本明細書に記載のグスタフソン試験を用いて計算してもよい。
被覆粒子状鉱物によって吸着されるピッチおよび／または粘質物の量は、例えば、回収したピッチおよび／または粘質物の質量を使用し、使用した被覆鉱物ピッチ制御剤および／または粘質物制御剤の質量と比較する本明細書に記載のグスタフソン試験を用いて計算してもよい。
グスタフソン試験は、付着ピッチおよび／または粘質物を、パルプに投入されたピッチおよび／または粘質物と比較した付着ピッチおよび／または粘質物のパーセントとして測定する。グスタフソン装置（ステンレス鋼製シャフト、銅製プロペラ（混合物を流動させるように設計された下部プロペラ、および平坦で円形であり、ピッチおよび／または粘質物を引きつけるように設計された中間部の小型プロペラと上部のそれより大きなプロペラを含む）、速度制御器、およびステンレス鋼製バケットを含む）が使用される。およそ１．５Ｌの製紙用パルプを５５℃に加温し、グスタフソン装置のポットに注ぐ。ＣａＣｌ2（１０ｃｍ3、２ｇｃｍ-3）をトリス塩基緩衝液（２ｍＬ）と共に添加し、３７５ｒｐｍで３０秒間撹拌する。５００ｃｍ3のアセトンに溶解させたＬａｗｔｅｒ（商標）のロジン樹脂混合物Ａ（８０℃の環球式軟化点と１５０ｍｇＫＯＨ／ｇの酸価を有するロジン樹脂）３０ｇなどの人工ピッチおよび／または粘質物溶液（２５ｃｍ3、０．０６ｇｃｍ-3）を添加し、次いで、３７５ｒｐｍで１０秒間撹拌する。次いで、ピッチ制御剤および／または粘質物制御剤（０．３ｇ）を添加し（対照サンプルについては、この工程で何も添加しない）、再度混合物を３７５ｒｐｍで１０秒間撹拌し、次いで、１１２．５ｒｐｍで３０分間撹拌する。次いで、パルプを流し捨てる。水（１．５Ｌ）を添加し、マシンを１分間１１２．５ｒｐｍで再始動させる。次いで、水を流し捨てると、パルプのないポットが残る。次いで、プロペラおよびプロペラを搭載した鋼製シャフト上の付着物を酢酸エチル（１０ｃｍ3）で抽出し、溶媒をステンレス鋼製ポットに滴下させる。付着物が除去されたら、分解したプロペラを酢酸エチルと共にポットに入れる。抽出物を１５０μｍの篩を通して（残存するパルプ繊維を全て除去するために）容器に注ぐ。ポットの上でプロペラを酢酸エチル（２×１０ｃｍ3）で再度洗浄し、次いで、ポット自体（１０ｃｍ3）を洗浄し、抽出物の各試料は篩を通してプラスチック容器に注ぐ。次いで容器中の抽出物を事前に計量（乾燥）した乾燥用容器に注ぎ、プラスチック容器を酢酸エチル（１０ｃｍ3）で抽出し、これも乾燥用容器に添加する。次いで、抽出物を一定の質量に達するまで（５５℃）乾燥させ、次いで、一定の質量に達するまで炉（１００℃）に入れ、次のように付着ピッチ（および／または粘質物）を得る。
被覆粒子状鉱物は、例えば、グスタフソン試験に従い測定して、正規化されたピッチおよび／または粘質物の付着を対照の６０％以下とし得る。例えば、被覆粒子状鉱物は、グスタフソン試験に従い測定して、正規化されたピッチおよび／または粘質物の付着を対照の約５５％以下または約５０％以下または約４５％以下とし得る。例えば、被覆粒子状鉱物は、グスタフソン試験に従い測定して、正規化されたピッチおよび／または粘質物の付着を対照の約１０％以上または約１５％以上または約２０％以上または約２５％以上または約３０％以上とし得る。
本発明では、任意適切な粒子状鉱物を使用することができる。粒子状鉱物は、例えば、下記の１種または複数から選択してもよい：アルカリ土類金属炭酸塩（例えばドロマイト、即ちＣａＭｇ（ＣＯ3）2）、金属硫酸塩（例えば石こう）、金属ケイ酸塩、金属酸化物（例えばチタニア、酸化鉄、クロミア、三酸化アンチモンまたはシリカ）、金属水酸化物（例えばアルミナ三水和物）、珪灰石、ボーキサイト、タルク（例えばフレンチチョーク）、雲母、酸化亜鉛（例えば亜鉛白または亜鉛華）、二酸化チタン（例えば、アナターゼまたはルチル）、硫化亜鉛、炭酸カルシウム（例えば沈降炭酸カルシウム（ＰＣＣ）、例えば石灰岩、大理石および／もしくは胡粉から得られる重質炭酸カルシウム（ground calcium carbonate、ＧＣＣ）、または表面改質炭酸カルシウム）、硫酸バリウム（例えば、重晶石、沈降硫酸バリウムまたはプロセスホワイト）、アルミナ水和物（例えば、アルミナ三水和物、軽質アルミナ水和物、レーキホワイト（ｌａｋｅ ｗｈｉｔｅ）またはトランスペアレントホワイト（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｗｈｉｔｅ））、クレイ（例えばカオリン、焼成カオリン、陶土またはベントナイト）、シリカもしくはケイ酸塩ベースの鉱物（例えばケイ藻土）、ならびにゼオライト。粒子状鉱物は、例えば、列挙した材料のいずれか１種であってもよい。粒子状鉱物は、例えば、列挙した材料の任意の組合せのブレンドを含んでもよい。
粒子状鉱物は、例えば、アルカリ土類金属炭酸塩（例えば炭酸カルシウム）、クレイ（例えばカオリン）またはそれらの組合せであってもよい。粒子状鉱物は、例えば、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩であってもよい。粒子状鉱物は、例えば、沈降炭酸カルシウム（ＰＣＣ）または重質炭酸カルシウム（ＧＣＣ）であってもよい。以下、本発明は、炭酸カルシウムに関して検討する傾向にあるかもしれない。しかし、本発明は、そのように限定されると解釈すべきではない。
本発明において使用される粒子状炭酸カルシウムは、粉砕によって天然源から得ても、沈殿（ＰＣＣ）によって合成的に調製してもよく、この２種の組合せ、即ち、天然由来の粉砕材料と合成沈降材料の混合物であってもよい。ＰＣＣも粉砕してもよい。
本発明において使用される粒子状炭酸カルシウムは、粉砕によって天然源から得ても、沈殿（ＰＣＣ）によって合成的に調製してもよく、この２種の組合せ、即ち、天然由来の粉砕材料と合成沈降材料の混合物であってもよい。ＰＣＣも粉砕してもよい。
重質炭酸カルシウム（ＧＣＣ）、即ち、粉砕した天然の炭酸カルシウムは、典型的には胡粉、大理石または石灰岩などの鉱物源を粉砕することによって得られ、その後に所望の粉末度を有する生成物を得るために粒径分級工程を行ってもよい。粒子状固体材料は、自生的に、即ち、固体材料の粒子自体同士の摩滅によって、あるいは、粉砕すべき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してもよい。
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、次いでこれを粉砕してもよく、粉砕は、適切な分散剤の存在下で行ってもよい。炭酸カルシウムの湿式粉砕に関する更なる情報については、例えば、ＥＰ－Ａ－６１４９４８（その内容全体が参照により組み込まれる）を参照することができる。
粒子状鉱物を天然に存在する供給源から得る場合、幾分かの鉱物不純物が粉砕した材料を汚染することが避けられない可能性がある。例えば、天然に存在する炭酸カルシウムは、他の鉱物と共存して発生する。また、状況次第では、他の鉱物が追加で微量に含まれていることがあり、例えば、カオリン、焼成カオリン、珪灰石、ボーキサイト、タルクまたは雲母のうちの１種または複数も存在する可能性がある。ただし、一般に、本発明において使用する粒子状鉱物は、５質量％未満、例えば２質量％未満、例えば１％質量％未満の他の鉱物不純物を含有する。
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、次いでこれを粉砕してもよく、粉砕は、適切な分散剤の存在下で行ってもよい。炭酸カルシウムの湿式粉砕に関する更なる情報については、例えば、ＥＰ－Ａ－６１４９４８（その内容全体が参照により組み込まれる）を参照することができる。
粒子状鉱物を天然に存在する供給源から得る場合、幾分かの鉱物不純物が粉砕した材料を汚染することが避けられない可能性がある。例えば、天然に存在する炭酸カルシウムは、他の鉱物と共存して発生する。また、状況次第では、他の鉱物が追加で微量に含まれていることがあり、例えば、カオリン、焼成カオリン、珪灰石、ボーキサイト、タルクまたは雲母のうちの１種または複数も存在する可能性がある。ただし、一般に、本発明において使用する粒子状鉱物は、５質量％未満、例えば２質量％未満、例えば１％質量％未満の他の鉱物不純物を含有する。
ＰＣＣは、本発明における粒子状炭酸カルシウムの供給源として使用してもよく、当技術分野で利用可能な公知の方法の何れかによって製造してもよい。TAPPI Monograph Series No 30、「Paper Coating Pigments」、pages 34-35は、紙産業で使用するための生成物を調製する際の使用に適するが、本発明の実施に際しても使用できる沈降炭酸カルシウムを調製するための３つの主な商業的プロセスを記載している。これら３つのプロセス全てにおいて、石灰岩をまず焼成して生石灰を生成し、次いで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のプロセスにおいては、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、副産物が形成されないという利点があり、炭酸カルシウム生成物の特性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、複分解により炭酸カルシウムの沈殿物と水酸化ナトリウム溶液を生成する。このプロセスを商業的に魅力のあるものとするには、水酸化ナトリウムを炭酸カルシウムから実質的に完全に分離しなければならない。第３の主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とアンモニアガスを得る。次いで、塩化カルシウム溶液をソーダ灰と接触させて、複分解により沈降炭酸カルシウムと塩化ナトリウム溶液を生成する。
ＰＣＣを製造するプロセスは、非常に純粋な炭酸カルシウム結晶と水をもたらす。結晶は、使用される特定の反応プロセスに応じて様々な異なる形状およびサイズで生成される可能性がある。ＰＣＣ結晶の３つの主な形態は、アラゴナイト、菱面体および偏三角面体であり、これらは、その混合物も含め、何れも本発明での使用に適している。
ＰＣＣを製造するプロセスは、非常に純粋な炭酸カルシウム結晶と水をもたらす。結晶は、使用される特定の反応プロセスに応じて様々な異なる形状およびサイズで生成される可能性がある。ＰＣＣ結晶の３つの主な形態は、アラゴナイト、菱面体および偏三角面体であり、これらは、その混合物も含め、何れも本発明での使用に適している。
粒子状鉱物は、例えば、約０．３μｍ～約５μｍの範囲のｄ50を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約０．４μｍ～約５μｍまたは約０．５μｍ～約５μｍまたは約１μｍ～約４．５μｍまたは約１μｍ～約４μｍまたは約１μｍ～約２μｍまたは約１．５μｍ～約４μｍまたは約２μｍ～約３．５μｍまたは約２．５μｍ～約３μｍの範囲のｄ50を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約１μｍ～約２μｍ、例えば約１μｍ～約１．７５μｍ、例えば約１μｍ～約１．５μｍの範囲のｄ50を有してもよい。
粒子状鉱物は、例えば、約１μｍ～約１０μｍの範囲のｄ90を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約１μｍ～約９μｍまたは約１μｍ～約８μｍまたは約１μｍ～約７μｍまたは約１μｍ～約６μｍの範囲のｄ90を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約２μｍ～約１０μｍまたは約２μｍ～約９μｍまたは約２μｍ～約８μｍまたは約２μｍ～約７μｍまたは約２μｍ～約６μｍの範囲のｄ90を有してもよい。
粒子状鉱物は、例えば、約１μｍ～約１０μｍの範囲のｄ90を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約１μｍ～約９μｍまたは約１μｍ～約８μｍまたは約１μｍ～約７μｍまたは約１μｍ～約６μｍの範囲のｄ90を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約２μｍ～約１０μｍまたは約２μｍ～約９μｍまたは約２μｍ～約８μｍまたは約２μｍ～約７μｍまたは約２μｍ～約６μｍの範囲のｄ90を有してもよい。
粒子状鉱物は、例えば、約３μｍ～約１５μｍの範囲のｄ98を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約３μｍ～約１４μｍまたは約３μｍ～約１３μｍまたは約３μｍ～約１２μｍまたは約３μｍ～約１１μｍまたは約３μｍ～約１０μｍまたは約３μｍ～約９μｍの範囲のｄ98を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約４μｍ～約１２μｍまたは約４μｍ～約１１μｍまたは約４μｍ～約１０μｍまたは約４μｍ～約９μｍの範囲のｄ98を有してもよい。
粒子状鉱物は、例えば、約０．０１μｍ～約２μｍの範囲のｄ10を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約０．０１μｍ～約１．５μｍまたは約０．０１μｍ～約１μｍまたは約０．０１μｍ～約０．５μｍまたは約０．１μｍ～約２μｍまたは約０．１μｍ～約１．５μｍまたは約０．１μｍ～約１μｍまたは約０．１μｍ～約０．５μｍの範囲のｄ10を有してもよい。
粒子状鉱物は、例えば、約２０～約７０の範囲の勾配係数を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約２０～約６５または約２０～約６０または約２５～約５５または約３０～約５０または約３５～約４５または約３０～約４０の範囲の勾配係数を有してもよい。
粒子状鉱物は、例えば、約２０～約７０の範囲の勾配係数を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約２０～約６５または約２０～約６０または約２５～約５５または約３０～約５０または約３５～約４５または約３０～約４０の範囲の勾配係数を有してもよい。
特定の実施形態において、粒子状鉱物（例えばＧＣＣなどの炭酸カルシウム）は、約０．５μｍ～約２μｍの範囲のｄ50、約４μｍ～約１０μｍの範囲のｄ98、および約０．１μｍ～約０．６μｍの範囲のｄ10を有する。粒子状鉱物はまた、例えば、約２μｍ～約６μｍの範囲のｄ90を有してもよい。粒子状鉱物はまた、例えば、約２０～約５０の範囲の勾配係数を有してもよい。
特定の実施形態において、粒子状鉱物（例えばＧＣＣなどの炭酸カルシウム）は、約０．５μｍ～約１．５μｍの範囲のｄ50、約４μｍ～約５μｍの範囲のｄ98、および約０．１μｍ～約０．４μｍの範囲のｄ10を有する。粒子状鉱物はまた、例えば、約２μｍ～約３μｍの範囲のｄ90を有してもよい。粒子状鉱物はまた、例えば、約４０～約５０の範囲の勾配係数を有してもよい。
特定の実施形態において、粒子状鉱物（例えばＧＣＣなどの炭酸カルシウム）は、約０．５μｍ～約１．５μｍの範囲のｄ50、約４μｍ～約５μｍの範囲のｄ98、および約０．１μｍ～約０．４μｍの範囲のｄ10を有する。粒子状鉱物はまた、例えば、約２μｍ～約３μｍの範囲のｄ90を有してもよい。粒子状鉱物はまた、例えば、約４０～約５０の範囲の勾配係数を有してもよい。
特定の実施形態において、粒子状鉱物（例えばＰＣＣなどの炭酸カルシウム）は、約１μｍ～約２μｍの範囲のｄ50、約７．５μｍ～約９μｍの範囲のｄ98、および約０．３μｍ～約０．４μｍの範囲のｄ10を有する。粒子状鉱物はまた、例えば、約４．５μｍ～約５．５μｍの範囲のｄ90を有してもよい。粒子状鉱物はまた、例えば、約２０～約３０の範囲の勾配係数を有してもよい。
特定の実施形態において、粒子状鉱物（例えばＧＣＣなどの炭酸カルシウム）は、約１μｍ～約２μｍの範囲のｄ50、約５μｍ～約７μｍの範囲のｄ98、および約０．４μｍ～約０．６μｍの範囲のｄ10を有する。粒子状鉱物はまた、例えば、約２．５μｍ～約４μｍの範囲のｄ90を有してもよい。粒子状鉱物はまた、例えば、約４５～約５５の範囲の勾配係数を有してもよい。
特定の実施形態において、粒子状鉱物（例えばＧＣＣなどの炭酸カルシウム）は、約１μｍ～約２μｍの範囲のｄ50、約５μｍ～約７μｍの範囲のｄ98、および約０．４μｍ～約０．６μｍの範囲のｄ10を有する。粒子状鉱物はまた、例えば、約２．５μｍ～約４μｍの範囲のｄ90を有してもよい。粒子状鉱物はまた、例えば、約４５～約５５の範囲の勾配係数を有してもよい。
特に明記しない限り、本明細書において粒子状フィラーまたは材料について言及される粒径特性は、周知の方法で、本明細書においては「Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ｓｅｄｉｇｒａｐｈ５１００ユニット」と称する米国ジョージア州ＮｏｒｃｒｏｓｓのＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（電話：＋１７７０６６２３６２０；ウェブサイト：ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ．ｃｏｍ）が供給するＳｅｄｉｇｒａｐｈ５１００装置を使用し、水性媒体中に完全に分散させた状態の粒子状フィラーまたは材料の沈降により測定されるものである。このような装置は、当技術分野において「球相当径」（ｅ．ｓ．ｄ）と呼ばれるサイズであって、所定のｅ．ｓ．ｄ値未満のサイズを有する粒子の累積質量パーセンテージの測定値とプロットを提供する。平均粒径ｄ50は、粒子のｅ．ｓ．ｄについてこの方法で判定される値であり、５０質量％の粒子がそのｄ50値未満の球相当径を有する。ｄ98、ｄ90およびｄ10は、粒子のｅ．ｓ．ｄについてこの方法で判定される値であり、それぞれ９８質量％、９０質量％および１０質量％の粒子がそのｄ98、ｄ90またはｄ10値未満の球相当径を有する。勾配係数は、（ｄ30／ｄ70×１００）と定義される。本明細書において言及する粒径特性は、被膜を含まない粒子状鉱物の粒径特性に関するものである。
粒子状鉱物は、例えば、約１ｍ2／ｇ～約５０ｍ2／ｇの範囲の表面積を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約２ｍ2／ｇ～約４５ｍ2／ｇまたは約３ｍ2／ｇ～約４０ｍ2／ｇまたは約４ｍ2／ｇ～約３５ｍ2／ｇまたは約５ｍ2／ｇ～約３０ｍ2／ｇの範囲の表面積を有してもよい。例えば、粒子状鉱物は、約１ｍ2／ｇ～約１５ｍ2／ｇまたは約１．５ｍ2／ｇ～約１４．５ｍ2／ｇまたは約２ｍ2／ｇ～約１４ｍ2／ｇまたは約３ｍ2／ｇ～約１３ｍ2／ｇまたは約４ｍ2／ｇ～約１２ｍ2／ｇまたは約５ｍ2／ｇ～約１１ｍ2／ｇまたは約６ｍ2／ｇ～約１０ｍ2／ｇまたは約７ｍ2／ｇ～約９ｍ2／ｇの範囲の表面積を有してもよい。
粒子状鉱物の表面積は、ＢＥＴ法に従い、前記粒子の表面に前記表面を完全に覆う単分子層を形成するように吸着される窒素の量により判定することができる（ＢＥＴ法ＡＦＮＯＲ基準Ｘ１１－６２１および６２２またはＩＳＯ９２７７に従う測定）。特定の実施形態において、比表面積はＩＳＯ９２７７、またはそれに相当する任意の方法に従い判定する。本明細書において言及する表面積特性は、被膜を含まない粒子状鉱物の表面に関するものである。
粒子状鉱物は、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体で被覆される。ロジン酸という用語は、植物（例えば樹木）樹脂から得られる２種以上のカルボン酸の混合物を指す。カルボン酸は、例えば、３つの縮合環を含み、実験式Ｃ19Ｈ29ＣＯＯＨを有してもよい。
各ロジン酸の正確な成分は、例えば、元になる供給源に応じて変化し得る。各ロジン酸は、例えば、１種もしくは複数のアビエチン型酸および／または１種もしくは複数のピマル（ｐｒｉｍａｒｉｃ）型酸を含んでもよい。
各アビエチン型酸は、例えば、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、パルストリン酸およびレボピマル酸から独立して選択されてもよい。各ピマル型酸は、例えば、ピマル酸およびイソピマル酸から独立して選択されてもよい。
粒子状鉱物の表面積は、ＢＥＴ法に従い、前記粒子の表面に前記表面を完全に覆う単分子層を形成するように吸着される窒素の量により判定することができる（ＢＥＴ法ＡＦＮＯＲ基準Ｘ１１－６２１および６２２またはＩＳＯ９２７７に従う測定）。特定の実施形態において、比表面積はＩＳＯ９２７７、またはそれに相当する任意の方法に従い判定する。本明細書において言及する表面積特性は、被膜を含まない粒子状鉱物の表面に関するものである。
粒子状鉱物は、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体で被覆される。ロジン酸という用語は、植物（例えば樹木）樹脂から得られる２種以上のカルボン酸の混合物を指す。カルボン酸は、例えば、３つの縮合環を含み、実験式Ｃ19Ｈ29ＣＯＯＨを有してもよい。
各ロジン酸の正確な成分は、例えば、元になる供給源に応じて変化し得る。各ロジン酸は、例えば、１種もしくは複数のアビエチン型酸および／または１種もしくは複数のピマル（ｐｒｉｍａｒｉｃ）型酸を含んでもよい。
各アビエチン型酸は、例えば、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、パルストリン酸およびレボピマル酸から独立して選択されてもよい。各ピマル型酸は、例えば、ピマル酸およびイソピマル酸から独立して選択されてもよい。
ロジン酸は、例えば、粗トール油（液体ロジンまたはタロールとしても知られている）であっても、粗トール油から精製されたものであってもよい。トール油は、主に針葉樹をパルプ化する際に木材パルプ製造のクラフトプロセスから得られる粘性のある黄黒色の臭気のある液体である。ロジン酸は、例えば、約１６０～約１６５の範囲の酸価を有するトール油に由来する（例えば松に由来する）ものであってもよい。ロジン酸は、例えば、約１２５～約１３５の範囲の酸価を有するトール油に由来する（例えば軟材と硬材の混合物に由来する）ものであってもよい。酸価は、１グラムの化学物質の中和に必要な水酸化カリウムのミリグラム単位の質量である。
各ロジン酸誘導体は、例えば、ロジンエステル、ロジンアミン、ロジンアミド、ロジンアシルクロリド、ロジン無水物、ロジンカルボキシレート、ロジンチオエステルおよびロジンアシルホスフェートから独立して選択されてもよい。ロジン酸の誘導体は、例えば、ロジン酸のカルボン酸基間の反応（例えば、求核アシル置換反応）で形成される任意の化合物を指してもよい。例えば、ロジン酸誘導体は、ロジンエステルであってもよい。従って、特定の実施形態において、粒子状鉱物は、１種もしくは複数のロジン酸またはそのエステルで被覆されている。
粒子状鉱物上の被覆のレベルは、例えば、被覆粒子状鉱物の総質量を基準として約０．１～約５質量％であってもよい。例えば、粒子状鉱物上の被覆のレベルは、被覆粒子状鉱物の総質量を基準として約０．１質量％～約４質量％または約０．１質量％～約３質量％または約０．１質量％～約２質量％または約０．２質量％～約５質量％または約０．２質量％～約４質量％または約０．２質量％～約３質量％または約０．２質量％～約２質量％または約０．５質量％～約５質量％または約０．５質量％～約４質量％または約０．５質量％～約３質量％または約０．５質量％～約２質量％であってもよい。
本明細書において使用する「被膜」という用語は、広く理解すべきであり、例えば、均一な被膜または粒子の表面積全体をカバーする被膜に限定されない。表面の不連続領域が被膜で改質された粒子は、本発明の特定の実施形態の条件の範囲内で被覆されているものと理解される。
本明細書において、例えば本明細書に記載の任意の態様または実施形態による、本明細書に記載の被覆粒子状鉱物を製造する方法が更に提供される。
本明細書において使用する「被膜」という用語は、広く理解すべきであり、例えば、均一な被膜または粒子の表面積全体をカバーする被膜に限定されない。表面の不連続領域が被膜で改質された粒子は、本発明の特定の実施形態の条件の範囲内で被覆されているものと理解される。
本明細書において、例えば本明細書に記載の任意の態様または実施形態による、本明細書に記載の被覆粒子状鉱物を製造する方法が更に提供される。
粒子状鉱物は、当業者に公知の任意の方法に従い被覆されてもよい。特定の実施形態において、粒子状鉱物と被覆材料（１種もしくは複数のロジン酸またはその誘導体）は、１種もしくは複数のロジン酸またはその誘導体が粒子状鉱物上に被膜を形成するように、例えば加熱しながら混合される。特定の実施形態において、乾燥粒子状鉱物（約５質量％未満の水を含む）と被覆材料が、１種もしくは複数のロジン酸またはその誘導体が粒子状鉱物上に被膜を形成するように、例えば加熱しながら混合される。特定の実施形態において、粒子状鉱物と被覆材料を含む組成物のｐＨは、約７～約９、例えば約７．５～約８．５の範囲である。特定の実施形態において、混合の温度は、約９０℃～約１３０℃、例えば約９５℃～約１２５℃または約１００℃～約１２０℃または約１０５℃～約１１５℃の範囲、例えば約１１０℃である。特定の実施形態において、混合は、約１０００ｒｐｍ～約２５，０００ｒｐｍ、例えば約２０００ｒｐｍ～約２０，０００ｒｐｍの範囲のｒｐｍで行われる。特定の実施形態において、混合は、約２０００ｒｐｍ～約４０００ｒｐｍのｒｐｍで、約５分～約１５分の範囲の時間行われる。特定の実施形態において、混合は、約１５，０００ｒｐｍ～約２５，０００ｒｐｍのｒｐｍで、約１分～約５分の範囲の時間行われる。
被覆粒子状鉱物は、例えば、脱水して固形分を増加させてから繊維源および／またはセルロースパルプと接触させてもよい。例えば、被覆粒子状鉱物は、約５０質量％～約８０質量％、例えば約５０質量％～約７０質量％、例えば約５０質量％～約６０質量％の範囲の固形分となるまで脱水してもよい。
脱水した被覆粒子状鉱物は、例えば、例えば重力供給バスケット押出機、即ち、スクリュー押出機、例えば共回転２軸押出機などを使用して押し出してもよい。
被覆粒子状鉱物は、例えば、例えば約５質量％以下の水、例えば約４質量％以下の水、例えば約３質量％以下の水、例えば約２質量％以下の水、例えば約１質量％以下の水を含有するように、脱水および／または乾燥させてから繊維源および／またはセルロースパルプと接触させてもよい。
脱水した被覆粒子状鉱物は、例えば、例えば重力供給バスケット押出機、即ち、スクリュー押出機、例えば共回転２軸押出機などを使用して押し出してもよい。
被覆粒子状鉱物は、例えば、例えば約５質量％以下の水、例えば約４質量％以下の水、例えば約３質量％以下の水、例えば約２質量％以下の水、例えば約１質量％以下の水を含有するように、脱水および／または乾燥させてから繊維源および／またはセルロースパルプと接触させてもよい。
脱水は、当業者に周知の多数の方法の１つ、例えば回転真空フィルタを使用した例えば、ろ過または遠心分離で達成してもよい。脱水または乾燥した被覆粒子状鉱物は、例えば、再水和してから繊維源および／またはセルロースパルプと接触させてもよい。あるいは、脱水または乾燥した被覆粒子状鉱物を繊維源および／またはセルロースパルプと接触させてもよい。
乾燥は、例えば、約３０℃～約１５０℃の範囲の温度で、例えば、ガス流（例えば、空気または窒素などの不活性ガス）を使用して行ってもよい。例えば、乾燥は、エプロンドライヤで行ってもよい。
乾燥は、例えば、約３０℃～約１５０℃の範囲の温度で、例えば、ガス流（例えば、空気または窒素などの不活性ガス）を使用して行ってもよい。例えば、乾燥は、エプロンドライヤで行ってもよい。
被覆粒子状鉱物を含む組成物は、例えば、こうした組成物の調製に通常採用される１種または複数の添加剤を含んでもよい。例えば、組成物は、ポリアクリル酸ナトリウムなどの分散剤を含んでもよい。１種または複数の添加剤はそれぞれ、例えば、被覆粒子状鉱物の乾燥質量を基準として最大約２質量％の量で含まれてもよい。
本明細書において、１種もしくは複数のロジン酸および／または１種もしくは複数のロジン酸誘導体で被覆された粒子状鉱物が更に提供される。粒子状鉱物とロジン酸および／またはその誘導体は、例えば、例えば本明細書に記載の任意の態様または実施形態による、本明細書に記載されているものであってもよい。
本明細書において、セルロースパルプと１種もしくは複数のロジン酸および／または１種もしくは複数のロジン酸誘導体で被覆された粒子状鉱物とを含む組成物が更に提供される。粒子状鉱物とロジン酸および／またはその誘導体は、例えば、例えば本明細書に記載の任意の態様または実施形態による、本明細書に記載されているのものであってもよい。組成物は、例えば、水性懸濁液であってもよい。組成物は、例えば、乾燥状態であってもよい。
本明細書において、１種もしくは複数のロジン酸および／または１種もしくは複数のロジン酸誘導体で被覆された粒子状鉱物が更に提供される。粒子状鉱物とロジン酸および／またはその誘導体は、例えば、例えば本明細書に記載の任意の態様または実施形態による、本明細書に記載されているものであってもよい。
本明細書において、セルロースパルプと１種もしくは複数のロジン酸および／または１種もしくは複数のロジン酸誘導体で被覆された粒子状鉱物とを含む組成物が更に提供される。粒子状鉱物とロジン酸および／またはその誘導体は、例えば、例えば本明細書に記載の任意の態様または実施形態による、本明細書に記載されているのものであってもよい。組成物は、例えば、水性懸濁液であってもよい。組成物は、例えば、乾燥状態であってもよい。
セルロースパルプと被覆粒子状鉱物とを含む組成物は、例えば、例えば繊維の特性を高めるため、および／または粒子の特性を紙に導入するため、および／または製紙プロセスを改善するため、１種もしくは複数の添加剤を含んでもよい。例えば、組成物は、１種もしくは複数の乾燥強度添加剤、１種もしくは複数の湿潤強度添加剤、１種もしくは複数の内添サイズ剤、１種もしくは複数の歩留向上剤、１種もしくは複数の分散剤、１種もしくは複数の消泡剤、１種もしくは複数の沈殿剤、１種もしくは複数のスライム防止剤、１種もしくは複数の錯化剤、１種もしくは複数の界面活性剤、１種もしくは複数のフィラー（例えば本明細書に記載の被覆粒子状鉱物以外の鉱物フィラー）、１種もしくは複数の染料、１種もしくは複数の光学的光沢剤、１種もしくは複数の乳白剤、１種もしくは複数のｐＨ制御剤、１種もしくは複数の腐食防止剤、１種もしくは複数の防炎剤、および／または１種もしくは複数の変色防止剤を更に含んでもよい。
セルロースパルプを含む組成物における被覆粒子状鉱物の使用は、例えば、組成物の表面張力を変化させて水に近づけるようなものであってもよい。被覆粒子状鉱物は、例えば、組成物の表面張力を、被覆粒子状鉱物を組み込む前の組成物と比較して上昇させてもよい。
セルロースパルプを含む組成物における被覆粒子状鉱物の使用は、例えば、組成物の表面張力を変化させて水に近づけるようなものであってもよい。被覆粒子状鉱物は、例えば、組成物の表面張力を、被覆粒子状鉱物を組み込む前の組成物と比較して上昇させてもよい。
セルロースパルプと被覆粒子状鉱物とを含む組成物は、例えば、約６０ｍＮｍ-1以上の表面張力を有してもよい。例えば、セルロースパルプを含む組成物は、約６１ｍＮｍ-1以上または約６２ｍＮｍ-1以上または約６３ｍＮｍ-1以上または約６４ｍＮｍ-1以上または約６５ｍＮｍ-1以上の表面張力を有してもよい。例えば、セルロースパルプと被覆粒子状鉱物とを含む組成物は、約８０ｍＮｍ-1以下、例えば約７８ｍＮｍ-1以下、例えば約７６ｍＮｍ-1以下、例えば約７５ｍＮｍ-1以下、例えば約７４ｍＮｍ-1以下、例えば約７２ｍＮｍ-1以下の表面張力を有してもよい。
表面張力は、Ｆｉｂｒｏ Ｓｙｓｔｅｍ ＡＢの動的吸収テスタ（Ｄａｔ１１００）をＤａｔ３ソフトウェアと併用して測定する。
表面張力は、Ｆｉｂｒｏ Ｓｙｓｔｅｍ ＡＢの動的吸収テスタ（Ｄａｔ１１００）をＤａｔ３ソフトウェアと併用して測定する。
本明細書において、本明細書に記載のセルロースパルプ組成物から得られるおよび／または得ることができる紙が更に提供される。したがって、本明細書において、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその１種もしくは複数の誘導体の被膜を有する粒子状鉱物を含む紙製品が提供される。紙という用語は、本明細書において使用した場合、例えば、白板紙およびライナーボード、ボール紙、厚紙、塗工板紙などの板紙を含むあらゆる形態の紙を意味するものと理解すべきである。紙は、被覆されていてもいなくてもよく、必要に応じてカレンダ処理またはスーパーカレンダ処理されていてもよい。紙は、例えば、本明細書に記載のプロセスによって製造されてもよい。
グスタフソン試験
上記のグスタフソン試験を使用して、表１に記載の鉱物のピッチ制御能力の試験を行った。
使用した人工ピッチは、ロジン樹脂混合物Ａ（８０℃の環球式軟化点と１５０ｍｇＫＯＨ／ｇの酸価を有するロジン樹脂）、ロジン樹脂混合物Ｂ（６５℃の環球式軟化点と１５０ｍｇＫＯＨ／ｇの酸価を有するロジン樹脂）またはロジン樹脂混合物Ｃ（７０℃で１０００ｍＰａ．ｓの粘度と１５０ｍｇＫＯＨ／ｇの酸価を有するロジン樹脂）（Ｌａｗｔｅｒ（商標）提供）（３０ｇ）をアセトン（５００ｃｍ3）に溶解させて人工ピッチ溶液（０．０６ｇｃｍ-3）としたものである。これは、保存中日光から保護した。
上記のグスタフソン試験を使用して、表１に記載の鉱物のピッチ制御能力の試験を行った。
使用した人工ピッチは、ロジン樹脂混合物Ａ（８０℃の環球式軟化点と１５０ｍｇＫＯＨ／ｇの酸価を有するロジン樹脂）、ロジン樹脂混合物Ｂ（６５℃の環球式軟化点と１５０ｍｇＫＯＨ／ｇの酸価を有するロジン樹脂）またはロジン樹脂混合物Ｃ（７０℃で１０００ｍＰａ．ｓの粘度と１５０ｍｇＫＯＨ／ｇの酸価を有するロジン樹脂）（Ｌａｗｔｅｒ（商標）提供）（３０ｇ）をアセトン（５００ｃｍ3）に溶解させて人工ピッチ溶液（０．０６ｇｃｍ-3）としたものである。これは、保存中日光から保護した。
パルプは、ろ過水（１０Ｌ）に一晩浸したＢｏｔｎｉａパルプ（４４０ｇ）とした。これをろ過水（１２Ｌ）と共にＷｅｖｅｒｋ型バレービーターに添加した。ビーターを１５分間作動させ、次いで重りを加え（５．５６８Ｋｇ）てベッドプレートを係合させ、ビーターを５５分間作動させてカナダ標準ろ水度（ＣＳＦ）を２１０～３５０にした。パルプは常に７日以内に使用した。
被覆粒子状鉱物は、ＪＫミルで被覆した。粒子状鉱物を乾燥させ（１１０℃）、適量（例えば１％被覆粒子状鉱物１００ｇの場合は９９ｇ）に計量し、炉に戻して温度（１１０℃）を維持した。被覆物も容器に計り入れた（例えば１％被覆粒子状鉱物１００ｇの場合は１ｇ）。次いで、加熱した粒子状鉱物は、被覆物を上に載せてＪＫミルに入れ、ミルを１０秒ごとに振とうしながら２分間作動させた。
被覆粒子状鉱物は、ＪＫミルで被覆した。粒子状鉱物を乾燥させ（１１０℃）、適量（例えば１％被覆粒子状鉱物１００ｇの場合は９９ｇ）に計量し、炉に戻して温度（１１０℃）を維持した。被覆物も容器に計り入れた（例えば１％被覆粒子状鉱物１００ｇの場合は１ｇ）。次いで、加熱した粒子状鉱物は、被覆物を上に載せてＪＫミルに入れ、ミルを１０秒ごとに振とうしながら２分間作動させた。
トリス塩基緩衝液２－アミノ－２－（ヒドロキシメチル）－１，３－プロパンジオール（トリス）（２０ｃｍ3、４０％ｗ／ｗ）に溶液がｐＨ８になるまでＨＣｌ（１０％ｗ／ｗ）を添加した。次いで、これに１０ｍＬの水を添加し、最終の緩衝液を得て、冷蔵庫に保存した。
グスタフソン試験の結果を付着ピッチとして示しており、これは、投入したピッチの量の割合としてのグスタフソン装置の表面に付着したピッチの量である。
次いで、これを対照で除すと、正規化された付着ピッチが得られる。
結果を表２および３に示す。
驚くべきことに、１質量％のロジン樹脂混合物Ｂで被覆したＧＣＣ Ａが、カチオン性タルクＡとほぼ同じレベルまでピッチの付着を減少させることが見いだされた。被覆していないＧＣＣ Ｃおよび被覆していないカオリンＡは、対照と比較してピッチの付着をわずかに減少させただけであった。
上記のグスタフソン試験方法は、３７５ｒｐｍでの初期混合なしで行われた。人工ピッチ、ロジン樹脂混合物、および粒子状物質を同時に添加してから１１２．５ｒｐｍで撹拌を開始した。この実験では、様々なロジン酸被膜の効果を調べた。結果を表４に示す。
表面張力およびＵＶ吸光度テスト
グスタフソン試験を行う際に取り出したパルプを保持し、表面張力とＵＶ吸光度テストを遂行した。
表面張力およびＵＶ吸光度テスト
グスタフソン試験を行う際に取り出したパルプを保持し、表面張力とＵＶ吸光度テストを遂行した。
表面張力は、Ｆｉｂｒｏ Ｓｙｓｔｅｍ ＡＢの動的吸収テスタ（Ｄａｔ１１００）をＤａｔ３ソフトウェアと併用して測定した。表面張力が水に近いほど、存在する溶存物質は少ない（多くのピッチが除去されている）。遠心分離後の表面張力に影響を与えないことを実証するため、ピッチと粒子状物質を添加しないテストも実施した。
パルプサンプルのＵＶ吸光度は、石英キュベットを使用して２００ｎｍと６００ｎｍの間で測定した。サンプルを１６．６％溶液（０．５ｍＬのサンプルと２．５ｍＬのろ過水）とした。ろ過水（パルプの製造に使用したものと同じ）のバックグラウンドサンプルも実行した。分光計は、Ｕｎｉｃａｍ ＵＶ４－１００ＵＶ／ＶＩＳ分光光度計（スキャン速度：インテリスキャン、３２５ｎｍでランプ交換、スムージング：中程度）とした。
次いで、ピーク上の２６２ｎｍに存在する各グラフの最大値を、対照サンプルの最大値で除した：
次いで、これを１００から引いてピッチ濃度の低下の割合を求めた。
表面張力の結果を表５に示す。ＵＶ吸光度の結果を表６に示す。
以上は、本発明の特定の実施形態を制限なく広く記載している。当業者に明らかな変更および修正は、添付の特許請求の範囲において添付の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲内にあることが意図される。
Claims (30)
- １種もしくは複数のロジン酸および／またはその誘導体で被覆された粒子状鉱物の、セルロースパルプを含む組成物におけるピッチ制御剤および／または粘質物制御剤としての使用。
- セルロースパルプ中の溶存ピッチおよび／または粘質物、および／または、セルロースパルプ中のコロイド状ピッチおよび／または粘質物を低減する方法であって、セルロースパルプを、１種もしくは複数のロジン酸および／またはその誘導体の被膜を有する粒子状鉱物と接触させることを含む、前記方法。
- 粒子状鉱物が、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩である、請求項１または２に記載の使用または方法。
- 粒子状鉱物が、沈降炭酸カルシウム（ＰＣＣ）または重質炭酸カルシウム（ＧＣＣ）などの炭酸カルシウムである、請求項１から３までのいずれか１項に記載の使用または方法。
- 各ロジン酸誘導体が、ロジンエステル、ロジンアミン、ロジンアミド、ロジンアシルクロリド、ロジン無水物、ロジンカルボキシレート、ロジンチオエステルおよびロジンアシルホスフェートからなる群から選択される、請求項１から４までのいずれか１項に記載の使用または方法。
- 各ロジン酸が、１種もしくは複数のアビエチン型酸および／または１種もしくは複数のピマル型酸を含む、請求項１から５までのいずれか１項に記載の使用または方法。
- 各アビエチン型酸が、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、パルストリン酸およびレボピマル酸から選択される、請求項６に記載の使用または方法。
- 各ピマル型酸が、ピマル酸およびイソピマル酸から選択される、請求項６に記載の使用または方法。
- 粒子状鉱物が、粒子状鉱物の質量を基準として０．１質量％～５質量％のロジン酸および／またはその誘導体で被覆されており、例えば、粒子状鉱物が、０．５質量％～２質量％のロジン酸および／またはその誘導体で被覆されている、請求項１から８までのいずれか１項に記載の使用または方法。
- 粒子状鉱物が、約０．５μｍ～約５μｍの範囲のｄ50を有する、請求項１から９までのいずれか１項に記載の使用または方法。
- 粒子状鉱物が、約１～約１５ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有する、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の使用または方法。
- 被覆粒子状鉱物が、グスタフソン試験により測定して、対照の約６０％以下のピッチ付着をもたらす、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の使用または方法。
- 被覆粒子状鉱物が、乾燥セルロースパルプの総質量を基準として０．２５質量％～２．５０質量％の量で使用される、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の使用または方法。
- セルロースパルプと被覆粒子状鉱物とを含む組成物が、約６０ｍＭｍ-1以上の表面張力を有する、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の使用または方法。
- 製紙用パルプを製造する方法の一部である、請求項２から１４までのいずれか１項に記載の方法。
- 紙を製造する方法の一部である、請求項２から１５までのいずれか１項に記載の方法。
- １種もしくは複数のロジン酸および／またはその誘導体で被覆された粒子状鉱物。
- 粒子状鉱物が、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩である、請求項１７に記載の被覆粒子状鉱物。
- 粒子状鉱物が、沈降炭酸カルシウム（ＰＣＣ）または重質炭酸カルシウム（ＧＣＣ）などの炭酸カルシウムである、請求項１７または１８に記載の被覆粒子状鉱物。
- 各ロジン酸誘導体が、ロジンエステル、ロジンアミン、ロジンアミド、ロジンアシルクロリド、ロジン無水物、ロジンカルボキシレート、ロジンチオエステルおよびロジンアシルホスフェートからなる群から選択される、請求項１７から１９までのいずれか１項に記載の被覆粒子状鉱物。
- 各ロジン酸が、１種もしくは複数のアビエチン型酸および／または１種もしくは複数のピマル型酸を含む、請求項１７から２０までのいずれか１項に記載の被覆粒子状鉱物。
- 各アビエチン型酸が、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸、パルストリン酸およびレボピマル酸から選択される、請求項２１に記載の被覆粒子状鉱物。
- 各ピマル型酸が、ピマル酸およびイソピマル酸から選択される、請求項２１に記載の被覆粒子状鉱物。
- 粒子状鉱物が、粒子状鉱物の質量を基準として０．１質量％～５質量％のロジン酸および／またはその誘導体で被覆されており、例えば、粒子状鉱物が０．５質量％～２質量％のロジン酸および／またはその誘導体で被覆されている、請求項１７から２４までのいずれか１項に記載の被覆粒子状鉱物。
- 粒子状鉱物が、約０．５μｍ～約５μｍの範囲のｄ50を有する、請求項１７から２４までのいずれか１項に記載の被覆粒子状鉱物。
- 粒子状鉱物が、約１～約１５ｍ2／ｇの範囲のＢＥＴ表面積を有する、請求項１７から２５までのいずれか１項に記載の被覆粒子状鉱物。
- 被覆された粒子状物質が、グスタフソン試験により測定して、対照の約６０％以下のピッチ付着をもたらす、請求項１７から２６までのいずれか１項に記載の被覆粒子状鉱物。
- セルロースパルプと請求項１７から２７までのいずれか１項に記載の被覆粒子状鉱物とを含む組成物。
- 組成物中の被覆粒子状鉱物の量が、乾燥セルロースパルプの質量を基準として０．２５質量％～２．５０質量％である、請求項２８に記載の組成物。
- 請求項１７から２７までのいずれか１項に記載の被覆粒子状鉱物を製造する方法であって、粒子状鉱物を１種もしくは複数のロジン酸および／またはその誘導体で被覆することを含む、前記方法。
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