JPH0753959B2 - 製紙用填料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は製紙用填料に関するもので、より詳細には抄紙
時にパルプ中に配合して、紙の不透明度の向上且つ印刷
時の裏抜け防止（印刷物不透明度）、更には抄紙される
紙への歩留りが優れた製紙用填料に関する。

（従来の技術） 特開昭61−70097号公報には、Ｘ線回折法でモンモリロ
ナイトに特有の層状結晶構造を有するが、長石及び石英
を実質上含有せず、吸油量が50乃至100ml/100g、平均粒
径が10μ以下、及びハンター白色度が70％以上である酸
性白土から成る製紙用填料が記載されており、この填料
は紙の不透明化、印刷インキの裏抜け防止、少ない抄紙
用スクリーンの摩耗傾向を有することが示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した酸性白土から成る製紙用填料は、上述した特性
には優れているものの抄紙されつつある紙への歩留りに
おいて未だ十分満足し得るものではなく、例えば抄紙さ
れたばかりの湿潤紙をプレス脱水した場合、濾水中に填
料が再分散離脱する傾向が認められる。

本発明者等は、この原因について究明を重ねた結果、上
述した酸性白土から成る填料中には、粒径が１μｍより
も小さい微粒分がかなり含まれており、この微粒分が紙
繊維上に捕捉されにくく、しかも捕捉されたものについ
ても容易に離脱しやすい傾向を有するためであることが
判明した。

この酸性白土系の填料は、酸性白土に軽度の粉砕と分級
操作とを組合せることにより製造され、粉体の状態では
上記微粒分を分級により除去することは容易である。し
かしながら、このように微粒分を除去した酸性白土系填
料を水中ら分散させると、前述した微粒分が水性懸濁液
中にかなりの量比で生ずるのである。この理由は、酸性
白土は層状構造を有しており、この酸性白土に剪断力が
作用すると層状の剥離が生じ、これにより微粒分が生ず
るためと認められる。

従って、本発明は水性懸濁液の状態で測定して、１μｍ
以下の粒度のものが低い含有量に抑制され、紙繊維に対
する填料の歩留りが向上し、併せて更に紙の不透明度、
印刷物不透明度が大幅に向上した酸性白土系填料を提供
することを課題とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は酸性白土及び／又はその酸処理物を予めア
ルミニウム塩で反応処理し、更に乾燥するときには、酸
性白土が本来有する高い吸油量及び白色度が維持されな
がら、しかも水性懸濁液としたときの微粒分の発生が抑
制され紙への歩留りが顕著に向上し、更に化学処理を施
していないブランク品と同一灰分で比較して大幅に紙の
不透明度、印刷物不透明度が向上することを見出した。

即ち、本発明によれば、Ｘ線回折法で測定してモンモリ
ロナイトに特有の層状結晶構造を有する酸性白土及び／
又はその酸処理物100重量部当り５重量部以上の水溶性
アルミニウム塩を水性媒体の存在下に直接反応させ且つ
生成物を乾燥乃至焼成することにより得られた粉体から
成り、前記粉体は、水性懸濁液として測定して１μｍ以
下の粒度のものが全体として15重量％となる粒度分布を
有し且つ55乃至85ml/100gの吸油量と70％以上のハンタ
ー白色度とを有することを特徴とする製紙用填料が提供
される。

（作用） 酸性白土は、モンモリロナイト族に属する粘土鉱物であ
って、一般に、２つのSiO₄の四面体層がAlO₆八面体層を
間に挟んでサンドイッチされた三層構造を基本とし、こ
の基本三層構造が更にＣ軸方向に多数積層された多層結
晶構造を有している。天然に産出するこの粘土鉱物は、
上述したアルミナ分の一部が鉄分及びマグネシウム分で
置換された構造となっており、マグネシウム分で置換さ
れた部分では、結合手を補う形で、層間にカリウム分、
ナトリウム分、カルシウム分等が存在している。

この酸性白土を剪断撹拌下に水中に懸濁させると、多層
結晶間で積層剥離を生じ、これが粒径１μｍ以下の微粒
分を多量に生じる原因と認められる。

本発明は、酸性白土及び／又はその酸処理物に硫酸アル
ミニウムのようなアルミニウム塩を反応処理し、更に乾
燥すると水性懸濁液としたときの微粒分の含有量を顕著
に減少させ得ると共に、紙への歩留りを向上、更には紙
の不透明度、印刷物不透明度が大幅に向上させ得るとの
知見に基づくものである。

添付図面第１図は、硫酸アルミニウムの酸性白土への添
加量を横軸にとり水性懸濁液としたときの粒径１μｍ以
下の微粒分の含有量及び抄紙時における紙への歩留りを
夫々縦軸としてプロットした結果を示している。又、添
付図面第２図は横軸に紙灰分、縦軸に紙の不透明度及び
印刷物不透明度を夫々プロットした結果を示している。

この結果から酸性白土及び／又はその酸処理物のアルミ
ニウム塩による処理が微粒分の発生防止及び紙への歩留
り向上、更には不透明度及び印刷物不透明度の向上に著
効を有するという事実が明白となる。

この理由は未だ十分に解明されるに至っていないがアル
ミニウム塩の加水分解によって生ずる水酸化アルミニウ
ムにより微粒分が凝集ブロック化（二次凝集）され、ま
た酸性白土の層間カチオンの酸根中和により、分子間の
凝集力が増大して膨潤傾向が抑制される。

即ち、酸性白土の層間に存在するカチオンは、大部分が
カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属成分で
あり、本発明では、水溶性アルミニウムを直接反応させ
るため、塩基度の高い上記カチオンの酸根中和が初めて
可能となるものである。

本発明において、分子内の凝集力が増大して膨潤傾向が
抑制されるという推定は、酸性白土にアルカリ土類金属
水酸化物を反応させ、ついでアルカリ土類金属分をアル
ミニウムで置換させることにより得られた変性鉱物（特
開昭60−200821号公報）は100ml/100g以上の吸油量を有
するのに対して、本発明による製紙用填料では55乃至85
ml/100gの吸油量の低い吸油量を示すという事実ともよ
く符号するものである。

このため製造過程で微粒分の発生が抑えられ、また抄紙
時に再分散したり、キャレンダーがけで微粒分に粉砕さ
れず、抄紙時の微粒分の発生防止及び繊維への付着性の
向上に寄与しているものと考えられる。

（発明の好適態様の説明） 本発明において、酸性白土及び／又はその酸処理物の処
理に用いるアルミニウム塩としては、硫酸アルミニウ
ム、塩基性硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、アル
ミン酸ソーダ、塩基性塩化アルミニウム、硝酸アルミニ
ウム、塩基性硝酸アルミニウム等を挙げることができ
る。これらの中でも硫酸アルミニウムや塩基性硫酸アル
ミニウムが好適である。

一方、原料酸性白土としては、本邦において産出する任
意の酸性白土が使用し得る。下記Ａ表は酸性白土の化学
組成の一例を示すものである。

Ａ 表 SiO₂ 61.0〜74.0 重量％ Al₂O₃ 12.0〜23.0 重量％ Fe₂O₃ 2.0〜 3.5 重量％ MgO 3.0〜 7.0 重量％ CaO 1.0〜 4.0 重量％ K₂O 0.3〜 2.0 重量％ Na₂O 0.3〜 2.0 重量％ 灼熱減量 5.0〜10.0 重量％ この酸性白土はモンモリロナイト以外に、石英、α−ク
リストバライト、長石等の不純物を含有することが一般
的である。

本発明において、酸性白土及び／又はその酸処理物のア
ルミニウム塩による処理は、この系に水分が共存する限
り、任意の手段で行うことができる。例えば、酸性白土
を水性スラリーとし、これにアルミニウム塩の水溶液を
添加、混合することにより行われる。添加混合は室温で
十分であるが、所望によっては加温してもよい。また、
別法として酸性白土にアルミニウム塩の水溶液を添加
し、このものを混練することによっても、反応処理を行
うことができる。

アルミニウム塩の添加量は、原料酸性白土の種類によっ
ても相違するが、一般に酸性白土の乾燥物100重量部を
基準にして、５重量部以上、特に10乃至60重量部の量で
用いるのがよく、この内でも反応処理物の最終pHが3.5
乃至7.0の範囲内となるように反応処理を行うのがよ
い。

次に反応処理物の乾燥を行うが、乾燥条件としては温度
90℃以上、時間２時間以上行うのがよい。

反応処理物を乾燥し、次いで軽度の粉砕と分級処理とを
行う。この粉砕及び分級により、原料酸性白土中に含有
される長石や石英等の抄紙用スクリーンを摩耗する成分
と同時に酸性白土の内でも吸油量が大きく、粒径が均一
でしかもハンター白色度に優れた酸性白土成分の単離が
可能となる。粉砕処理としては、粘土乾燥品粉末の内、
粒径20μｍ以上のものが20重量％以上残留し、粒径10μ
ｍ以下のものが40重量％以上となるような粉砕処理を行
うのがよい。粉砕処理は、粘土乾燥物を、ボールミル、
ロールミル、アトマイザー、バーチカルグラインドミ
ル、ジェット粉砕機等を用いて、上記粒度構成となるよ
うに粉砕処理することにより行われる。この粉砕に際し
て、石英、長石、吸油量の比較的小さい酸性白土成分或
いはこれらに富んだ成分は、微粉砕を受けることなし
に、粉砕系中に残留し、続いて行う分級操作で除去され
るものと推測される。

分級操作は、風篏操作により容易に行われ、例えば風力
遠心分離機により便利に分級操作が行われる。分級操作
のカット点は、原料粘土鉱物の種類や、要求される填料
の特性によっても相違するが、一般的に言って、填料成
分と廃棄成分との重量比が40:60乃至70:30の範囲内とな
るように定めるのがよい。

本発明に用いる填料は、吸油量が50ml/100g以上、特に5
5乃至85ml/100gの範囲にあるのが好ましい。印刷インキ
の裏抜防止効果は、用いる填料の吸油量に密接に関連し
ており、吸油量が大きい程、その効果も大である。本発
明に用いる填料は天然鉱物としては例外的に大きい吸油
量を示し、この効果に優れている。

この填料が、沈降法で測定して平均粒径が３乃至10μｍ
の範囲内にあり、且つ粒径が１μｍ以下の粒度のものの
全体当りの含有量が15重量％以下、特に10重量％以下に
抑制されていることが顕著な特徴である。

更に、この酸性白土処理物のハンター白色度は70％以上
で、天然の粘土鉱物としては比較的白色度に優れたもの
であり、更に層状結晶構造物であることから、非晶質シ
リカ等に比して不透明性にも優れているという利点があ
る。

本発明による填料は、新聞用紙、印刷用紙、筆記用紙、
包装用紙、厚紙、板紙、クラフト紙に対する填料として
有用であり、例えば紙に0.1乃至30重量％配合すること
で前述した諸作用を達成し得る。

（発明の作用効果） 本発明によれば、酸性白土及び／又はその酸処理物が本
来有する高い吸油量及び白色度を保持しながら、水性懸
濁液としたときの微粒分の発生を抑制し、紙への歩留
り、紙の不透明度及び印刷物不透明度を顕著に向上させ
ることができる。

（実施例） 実施例１ 原料として新潟県新発田市小戸産酸性白土（以後原料Ａ
と記す）を約10mmの大きさに粗砕し、その8kg（乾燥物
約6kg）と水30を径25mmのボールミル100を入れた内
容積約200のボールミルに加えて２時間湿式粉砕した
後、100メッシュ篩で分級して原料スラリーを得た。

このスラリーに水を加えて、ケット水分計（110℃×30
分）による水分が85.0％となるように調整した。

この湿式粉砕スラリー30kg（乾物4.5kg）を50のステ
ンレス容器に秤り取り、常温・撹拌下に第１表に記載し
た硫酸アルミニウム水溶液を各々0.27〜2.16kgの範囲で
各々約20分で注加し、更に１時間撹拌反応した後、110
℃の大型電気乾燥機で15時間乾燥後放冷し、堅型粗粉砕
機（バーチカルグライダー）で径2mm以下に粗粉砕し
た。

次いで、内容積約20のボールミルに予じめ乾燥した径
25mmのボール10と上記の各粗粉砕物約4kgを入れ30分
間粉砕した。

次に、この粉砕品を小型風力遠心分離機により、特開昭
61−70097号公報記載の実施例１に準じて分級し、本発
明による硫酸アルミニウム処理填料を得た。

これらの硫酸アルミニウム処理填料の性状及び抄紙によ
る歩留りを次の試験方法により行いその結果を第２表に
示した。

ハンター白色度 JIS P−8123に準じて測定した。

吸油量 JIS K−5101に準じて測定した。

pH JIS K−5101に準じて測定した。

粒度 試料はイオン交換水を用い家庭用ミキサーで
30秒間処理して調整し、セイシン企業製ミクロンフォト
サイザーSKN−1000にて測定した。

ゼーター電位 ペンケム社製JASER ZEETA Model 50
1にてイオン交換水を用い、試料濃度1000ppmで測定し
た。

摩耗度 フィルコン式摩耗試験機により、プラスチ
ックワイヤーの減量を測定した。

抄紙歩留り LBKP 80部、NBKP 20部の原料パルプ
と硫酸バンドを用い、東洋精機製作作所製シートマシン
抄紙装置にて、JIS P−8209に準じて45g/m²の紙を作成
し、JIS P−8128により歩留りを測定した。

尚、本法によるタルクの歩留りは35％であった。

紙の不透明度 と同様の条件方法で紙を作成し、
JIS P−8113により測定した。

印刷物不透明度 と同様の条件方法で紙を作成
し、その紙のワイヤー面をRI（Rotary Ink）試験機でベ
タ印刷し、JIS P−8111の条件により24時間乾燥し、こ
の紙の印刷をしていない面（ワイヤー面の反対面）の白
色度を測定した。この白色度に対する印刷前のワイヤー
面の反対面白色度の比、即ち（印刷後白色度／印刷前白
色度）×100（％）を印刷不透明度とした。印刷時の条
件を使用インキがWeb−King墨（東洋インキ製）でイン
キ供給量0.5ml、印刷速度30rpmである。更に印刷もJIS
P−8111の環境条件で実施した。

実施例２ 原料Ａ 8kgを横型造粒器にて、約5mm径の造粒物に造粒
した後、同様にそれぞれ硫酸アルミニウム水溶液を0.36
〜2.88kgの範囲でそれぞれ散布し、更に、真空土練成型
機（石川時鉄工所製）にて、混練り成型して5mm径の造
粒物を得た。

その後、実施例１と同様に、乾燥、粉砕、分級して本発
明による硫酸アルミニウム処理填料を得た。

この硫酸アルミニウム処理填料の性状及び抄紙による歩
留り、紙の不透明度、印刷物不透明度の結果を第３表に
示した。

実施例３ 原料Ａ 8kgを横型造粒器にて、約5mm径の造粒物とした
後、第４表に記載の塩基性硫酸アルミニウム水溶液を各
々0.36〜1.44kgの範囲で各々散布し、更に、真空土練成
型機にて混練り成型して5mm径の造粒物を得た。

その後、実施例１と同様に乾燥、粉砕、分級して本発明
による塩基性硫酸アルミニウム処理填料を得た。

この塩基性硫酸アルミニウム処理填料の性状及び抄紙に
よる歩留りの結果を第５表に示した。

実施例４ 原料Ａ 8kgを横型造粒器にて、約5mm径の断粒物とした
後、Al₂O₃含有量を約10％に調整した第６表に記載する
アルミニウム塩水溶液を各々散布し、更に、真空土練成
型機にて混練り成型して5mm径の造粒物を得た。

その後、実施例１と同様に乾燥、粉砕、分級して本発明
による各々のアルミニウム塩処理填料を得た。

この各アルミニウム塩処理填料の性状及び抄紙による歩
留りの結果を第７表に示した。

実施例５ 原料Ａ 8kgを横型造粒器にて作成した約5mm径の造粒物
を５％硫酸水溶液３に浸漬し、加熱反応（90℃×５時
間）させた後、濾過、水洗し110℃の大型電気乾燥機で
乾燥して、ケット水分計（110℃×30分）による水分が2
6.5％の酸性白土酸処理物を得た。

この造粒物6.8kgに硫酸アルミニウム水溶液を各々0.3〜
0.9kgの範囲で各々散布し、十分浸透させた後、真空土
練成型機にて混練り成型して5mm径の造粒物を得た。

その後、実施例１と同様に乾燥、粉砕、分級して本発明
による酸性白土酸処理物の硫酸アルミニウム処理填料を
得た。

この酸性白土酸処理物の硫酸アルミニウム処理填料の性
状及び抄紙による歩留り、紙の不透明度、印刷物不透明
度の結果を第８表に示した。

以上の結果、第2,3,5,7,8表から明らかなように、本発
明による硫酸アルミニウム処理して得られた層状粘土鉱
物は白色度、粒度制御及び吸油量等の粉体特性が改良さ
れ、しかも未処理物（比較例1,2,3,4,5）及びタルクに
比較し、抄紙歩留り、紙の不透明度、印刷不透明度が著
しく向上した製紙用填料であることがよく理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、硫酸アルミニウムの酸性白土への添加量を横
軸にとり、水性懸濁液としたときの粒径１μｍ以下の微
粒分の含有量（プロットＡ）及び抄紙時における紙への
歩留り（プロットＢ）をそれぞれ示す。 第２図は、横軸に紙灰分、縦軸に紙の不透明度及び印刷
物不透明度をそれぞれプロットした結果を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 孝 北海道白糠郡白糠町西庶路西２条南２−２ −13 (72)発明者 奥田 徹 北海道釧路市大楽毛２−５−17 (72)発明者 小川 政英 新潟県新発田市緑町２丁目２番７号 (72)発明者 阿部 潔 新潟県新発田市緑町１丁目11番19号 (72)発明者 鈴木 一彦 新潟県新発田市大字三日市49番地 (72)発明者 本間 利男 山形県鶴岡市大字西目字殿田23番地 (72)発明者 斎藤 美津男 新潟県北蒲原郡中条町東本町18番57号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ線回折法で測定してモンモリロナイトに
   特有の層状結晶構造を有する酸性白土及び／又はその酸
   処理物100重量部当り５重量部以上の水溶性アルミニウ
   ム塩を水性媒体の存在下に直接反応させ且つ生成物を乾
   燥乃至焼成することにより得られた粉体から成り、前記
   粉体は、水性懸濁液として測定して１μｍ以下の粒度の
   ものが全体として15重量％以下となる粒度分布を有し且
   つ55乃至85ml/100gの吸油量と70％以上のハンター白色
   度とを有することを特徴とする製紙用填料。
2. 【請求項２】前記粉体は、３〜10μｍの平均粒径を有す
   る特許請求の範囲第１項記載の製紙用填料。
3. 【請求項３】前記粉体が乾燥温度90℃以上、乾燥時間２
   時間以上の加熱乾燥処理物である特許請求の範囲第１項
   記載の製紙用填料。