特表 2024-533059 乾燥ミクロフィブリル化セルロースの再懸濁のための移動可能な分散システムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-12

(54)【発明の名称】乾燥ミクロフィブリル化セルロースの再懸濁のための移動可能な分散システムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   D21H 11/18 20060101AFI20240905BHJP

   D21H 15/02 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

D21H11/18

D21H15/02

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024510728

(86)(22)【出願日】2022-09-07

(85)【翻訳文提出日】2024-03-12

(86)【国際出願番号】 IB2022000594

(87)【国際公開番号】W WO2023037167

(87)【国際公開日】2023-03-16

(31)【優先権主張番号】63/241,700

(32)【優先日】2021-09-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】516341914

【氏名又は名称】ファイバーリーン テクノロジーズ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】タハムタン，ペイマン

(72)【発明者】

【氏名】ウィンドバンク，マーク

(72)【発明者】

【氏名】スクーゼ，デビッド，アール．

【テーマコード（参考）】

4L055

【Ｆターム（参考）】

4L055AA11

4L055AC01

4L055AC05

4L055AF09

4L055AF46

4L055AG04

4L055AG08

4L055AG10

4L055AG11

4L055AG12

4L055AG27

4L055CA16

4L055CB13

4L055EA03

4L055EA32

(57)【要約】

ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物を液体媒体中に再分散させて液体組成物を形成するための可搬型システム（１）、ならびにミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の実質的に均質（均一）に再分散された懸濁液を生成するための関連する方法であって、ミクロフィブリル化セルロースの引張指数は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の同等の未乾燥懸濁液の引張指数に匹敵する。
【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オプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物の再分散のための方法であって、
（ａ）ある量の分散液を第１の入口を通じて混合タンクに供給する工程であって、前記混合タンクは、シアヘッドインペラを備える中程度の剪断混合装置を備え、前記混合タンクは、出口と、前記出口に取り付けられた第１のポンプとをさらに備える、供給する工程と、
（ｂ）ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された、ある量の組成物を、固形物含有量約０．５ｗｔ％～約５ｗｔ％の繊維固形物の液体スラリーを生成するのに十分な量で、前記第１の入口を通じて前記混合タンクに供給する工程と、
（ｃ）前記混合装置を介して中程度の剪断条件下で前記液体スラリーを混合し、流動性スラリーを形成するために前記液体スラリーを部分的に解凝集させる工程と、
（ｄ）前記流動性スラリーを、前記混合タンクの前記第１の出口に取り付けられた前記ポンプを介して、出口、および前記出口に取り付けられたポンプをさらに備える第１段高剪断ロータ－ステータ装置の入口にポンピングする工程であって、前記第１段高剪断ロータ－ステータ装置の前記入口は、前記混合タンクの前記出口と連通しており、前記流動性スラリーに高剪断混合を施して、実質的に均質な懸濁液を形成する、ポンピングする工程と、
（ｅ）前記実質的に均質な懸濁液を、前記第１段高剪断ロータ－ステータ装置の前記出口から、ロータ－ロータ装置、第２段高剪断ロータ－ステータ装置、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機から選択される第２段高剪断装置の入口にポンピングする工程であって、前記ロータ－ロータ装置は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の均一に再分散された懸濁液を生成するために、前記実質的に均質な懸濁液に追加の高剪断処理を施すための逆回転リングを備え、前記ミクロフィブリル化セルロースの引張指数は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の同等の未乾燥懸濁液の前記引張指数に匹敵する、ポンピングする工程と、
（ｈ）ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の前記再分散懸濁液を、さらなる最終用途のために適切な保持容器で回収する工程と
を含む方法。

【請求項2】

前記ロータ－ステータ装置に続くハイドロサイクロンをさらに備え、前記ハイドロサイクロンは、入口、第１のハイドロサイクロン出口、および第２のハイドロサイクロン出口を備え、前記ハイドロサイクロンは、前記実質的に均質な懸濁液を、（ｉ）剪断された微粒子流と、（ｉｉ）剪断不足の粗粒子流とに分離し、前記剪断不足の粗粒子流の再循環、および前記混合タンク内の前記流動性スラリーとの再混合を可能にするために、前記剪断不足の粗粒子流を、前記混合装置の前記第１のハイドロサイクロン出口から第２の入口にポンピングし、前記ハイドロサイクロンの前記第２の出口から、ロータ－ロータ装置、第２の高剪断ロータ－ステータ装置、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機から選択される、前記第２段高剪断装置の入口に前記微粒子流を流し、前記ロータ－ロータ装置は、前記実質的に均質な懸濁液に追加の高剪断処理を施すための逆回転リングを備える、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ミクロフィブリル化セルロースの前記組成物は、１つ以上の無機微粒子材料をさらに含む、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項4】

ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、前記本質的に乾燥または部分的に乾燥された組成物が粉砕される、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項5】

ミクロフィブリル化セルロースおよび１つ以上の無機微粒子材料を含む、前記本質的に乾燥または部分的に乾燥された組成物が粉砕される、請求項３に記載の方法。

【請求項6】

前記方法は、連続プロセス、半連続プロセス、またはバッチプロセスである、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項7】

前記方法は、連続プロセス、半連続プロセス、またはバッチプロセスである、請求項３に記載の方法。

【請求項8】

前記分散液は水である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項9】

前記分散液は水である、請求項３に記載の方法。

【請求項10】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約０．５ｗｔ％～約２．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項11】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約０．５ｗｔ％～約２．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項12】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約０．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項13】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約０．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項14】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約１ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項15】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約１ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項16】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約１．２５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項17】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約１．２５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項18】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約１．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項19】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約１．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項20】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約１．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項21】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約１．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項22】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約２ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項23】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約２ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項24】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約２．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項25】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約２．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項26】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約３ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項27】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約３ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項28】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約４ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項29】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約４ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項30】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項31】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項３に記載の方法。

【請求項32】

前記ミクロフィブリル化セルロースは、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、または損紙パルプ、または製紙工場廃水流、または製紙工場からの廃棄物、またはそれらの組合せから調製され得る、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項33】

前記ミクロフィブリル化セルロースは、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、または損紙パルプ、または製紙工場廃水流、または製紙工場からの廃棄物、またはそれらの組合せから調製され得る、請求項３に記載の方法。

【請求項34】

前記１つ以上の無機微粒子材料は、アルカリ土類金属炭酸塩もしくは硫酸塩、含水カンダイト粘土、無水（焼成）カンダイト粘土、タルク、雲母、パーライトもしくは珪藻土、またはそれらの組合せを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項35】

前記１つ以上の無機微粒子材料は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、ベントナイト、石膏、カオリン、ハロイサイト、ボール粘土、メタカオリン、完全焼成カオリン、またはそれらの組合せを含み得る、請求項３に記載の方法。

【請求項36】

前記１つ以上の無機微粒子材料は炭酸カルシウムを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項37】

前記１つ以上の無機微粒子材料はカオリンを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項38】

前記１つ以上の無機微粒子材料はカオリンおよび炭酸カルシウムを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項39】

前記炭酸カルシウムは、沈降炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、またはそれらの組合せである、請求項３６に記載の方法。

【請求項40】

前記炭酸カルシウムは、方解石、アラゴナイト、またはベテライト構造を含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項41】

前記炭酸カルシウムは偏三角面体または菱面体の結晶形である、請求項３６に記載の方法。

【請求項42】

前記カオリンはハイパープラティカオリンである、請求項３７に記載の方法。

【請求項43】

前記炭酸カルシウムの少なくとも約５０ｗｔ％は、約２μｍ未満の等価球直径を有する、請求項３６に記載の方法。

【請求項44】

前記カオリンの少なくとも約５０ｗｔ％は、約２μｍ未満の等価球直径を有する、請求項３７に記載の方法。

【請求項45】

前記重質炭酸カルシウムは石灰岩または大理石である、請求項３６に記載の方法。

【請求項46】

前記最終用途は、紙の製造または紙のコーティング、塗料、コーティング、建築材料、天井タイル、複合材料、またはバリアコーティングの方法を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項47】

前記第１段高剪断ロータ－ステータ装置は、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項48】

前記第１段高剪断ロータ－ステータ装置は、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項３に記載の方法。

【請求項49】

前記第２段高剪断ロータ－ステータ装置は、ロータ－ロータ装置、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項50】

前記第２段高剪断ロータ－ステータ装置は、ロータ－ロータ装置、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項３に記載の方法。

【請求項51】

ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物を液体媒体中に再分散させて液体組成物を形成するための可搬型システム（１）であって、
シアヘッドインペラ（２２）を備える混合装置（２１）を備える混合タンク（２０）であって、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の液体スラリーを受け入れるための第１の混合タンク入口（２４）、およびポンプ（２７）を備える混合タンク出口（２６）を備える、混合タンク（２０）と、前記混合タンク出口（２６）に接続されたロータ－ステータ入口（３１）およびロータ－ステータ出口（３２）を備える第１段高剪断ロータ－ステータ装置（３０）と、ロータ－ロータ装置、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機から選択される第２段高剪断装置（５０）であって、前記第２段高剪断装置（５０）は、前記第１段高剪断ロータ－ステータ出口に接続された第２段高剪断入口（５２）および出口（５３）を備える、第２段高剪断装置（５０）と、前記ロータ－ロータ出口（５３）に接続された貯蔵タンク入口（６１）を備える貯蔵タンク（６０）とを備える、システム（１）。

【請求項52】

ハイドロサイクロン入口（４１）、第１のハイドロサイクロン出口（４２）、および第２のハイドロサイクロン出口（４３）を備えるハイドロサイクロン（４０）をさらに備え、前記ハイドロサイクロン入口（４１）は、前記ロータ－ステータ装置の前記ロータ－ステータ出口（３２）に接続され、前記ハイドロサイクロンは、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の前記スラリーを、剪断された微粒子流と剪断不足の粗粒子流とに分離し、前記第１のハイドロサイクロン出口（４２）は、前記剪断不足の粗粒子流を前記混合タンク（２０）に戻すために、前記混合タンク（２０）の第２の入口（２５）に接続され、前記微粒子流は、前記第２のハイドロサイクロン出口（４３）を介して、前記第２段高剪断入口（５２）に流される、請求項５１に記載のシステム。

【請求項53】

ミクロフィブリル化セルロースを含む前記本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物は、１つ以上の無機微粒子材料をさらに含む、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項54】

ミクロフィブリル化セルロースを含む前記本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物は、１つ以上の無機微粒子材料をさらに含む、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項55】

ミクロフィブリル化セルロースを含む前記本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物は、１つ以上の無機微粒子材料をさらに含む、請求項５３に記載のシステム。

【請求項56】

前記液体媒体が水である、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項57】

前記液体媒体が水である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項58】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約０．５ｗｔ％～約５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項59】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約０．５ｗｔ％～約５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項60】

前記液体組成物は約０．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５０または請求項５２に記載のシステム。

【請求項61】

前記液体組成物は約０．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項62】

前記液体組成物は約１ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項63】

前記液体組成物は約１ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項64】

前記液体組成物は約１．２５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５１または５２に記載のシステム。

【請求項65】

前記液体組成物は約１．２５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項66】

前記液体組成物は約１．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項67】

前記液体組成物は約１．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項68】

前記液体組成物は約１．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項69】

前記液体組成物は約１．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項70】

前記液体組成物は約２ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項71】

前記液体組成物は約２ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項72】

前記液体組成物は約２．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項73】

前記液体組成物は約２．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項74】

前記液体組成物は約３ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項75】

前記液体組成物は約３ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項76】

前記液体組成物は約４ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項77】

前記液体組成物は約４ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項78】

前記液体組成物は約５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項79】

前記液体組成物は約５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項５３に記載のシステム。

【請求項80】

前記ミクロフィブリル化セルロースは、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、または損紙パルプ、または製紙工場廃水流、または製紙工場からの廃棄物、またはそれらの組合せから調製され得る、請求項５１または請求項５２に記載システム。

【請求項81】

前記ミクロフィブリル化セルロースは、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、または損紙パルプ、または製紙工場廃水流、または製紙工場からの廃棄物、またはそれらの組合せから調製され得る、請求項５３に記載のシステム。

【請求項82】

前記１つ以上の無機微粒子材料は、アルカリ土類金属炭酸塩もしくは硫酸塩、含水カンダイト粘土、無水（焼成）カンダイト粘土、タルク、雲母、パーライトもしくは珪藻土、またはそれらの組合せを含む、請求項５３に記載のシステム。

【請求項83】

前記１つ以上の無機微粒子材料は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、石膏、カオリン、ハロイサイト、ボール粘土、メタカオリン、完全焼成カオリン、またはそれらの組合せを含み得る、請求項５３に記載のシステム。

【請求項84】

前記１つ以上の無機微粒子材料は炭酸カルシウムを含み得る、請求項５３に記載のシステム。

【請求項85】

前記１つ以上の無機微粒子材料はカオリンを含み得る、請求項５３に記載のシステム。

【請求項86】

前記１つ以上の無機微粒子材料はカオリンおよび炭酸カルシウムを含み得る、請求項５３に記載のシステム。

【請求項87】

前記炭酸カルシウムは、沈降炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、またはそれらの組合せである、請求項８４に記載のシステム。

【請求項88】

前記炭酸カルシウムは、方解石、アラゴナイト、またはベテライト構造を含む、請求項８４に記載のシステム。

【請求項89】

前記炭酸カルシウムは偏三角面体または菱面体の結晶形である、請求項８４に記載のシステム。

【請求項90】

前記カオリンはハイパープラティカオリンである、請求項８５に記載のシステム。

【請求項91】

前記炭酸カルシウムの少なくとも約５０ｗｔ％は、約２μｍ未満の等価球直径を有する、請求項８４に記載のシステム。

【請求項92】

前記カオリンの少なくとも約５０ｗｔ％は、約２μｍ未満の等価球直径を有する、請求項８５に記載システム。

【請求項93】

前記重質炭酸カルシウムは石灰岩または大理石である、請求項８７に記載のシステム。

【請求項94】

前記第１段高剪断ロータ－ステータ装置は、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項95】

前記第１段高剪断ロータ－ステータ装置は、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項５３に記載のシステム。

【請求項96】

前記第２段高剪断ロータ－ステータ装置は、ロータ－ロータ装置、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項５１または請求項５２に記載のシステム。

【請求項97】

前記第２段高剪断ロータ－ステータ装置は、ロータ－ロータ装置、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項５３に記載の方法。

【請求項98】

ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機粒子材料を含む、本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物の再分散のための方法であって
（ａ）本質的に乾燥または部分的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースから取得されるミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む液体媒体を、シアヘッドインペラを備える中程度の剪断混合装置に流し、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む液体スラリーを形成する工程と、
（ｂ）第１段高剪断ロータ－ステータ装置に前記液体スラリーを流す工程であって、前記液体スラリーに高剪断混合を施して、実質的に均質な懸濁液を形成する、前記液体スラリーを流す工程と、
（ｃ）前記実質的に均質な懸濁液を、ロータ－ロータ装置、第２段高剪断ロータ－ステータ装置、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機から選択される第２段高剪断装置に流す工程であって、前記ロータ－ロータ装置は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の均一に再分散された懸濁液を生成するために、前記実質的に均質な懸濁液に高剪断処理を施すための逆回転リングを備え、前記ミクロフィブリル化セルロースの前記引張特性は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の同等の未乾燥懸濁液の前記引張特性に匹敵する、実質的に均質な懸濁液を流す工程と、
（ｄ）ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の前記再分散懸濁液を、さらなる最終用途のために適切な保持容器で回収する工程と
を含む方法。

【請求項99】

前記実質的に均質な懸濁液がハイドロサイクロンに流され、前記実質的に均質な懸濁液が剪断不足の粗粒子流と剪断された微粒子流とに分離され、前記剪断不足の粗粒子流が前記中程度の剪断混合装置に再循環され、前記剪断された微粒子流が前記第２の高剪断ロータ－ステータ装置、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機に流される、請求項９８に記載の方法。

【請求項100】

ミクロフィブリル化セルロースの前記組成物は、１つ以上の無機微粒子材料をさらに含む、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項101】

ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、前記本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物が粉砕される、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項102】

ミクロフィブリル化セルロースおよび１つ以上の無機微粒子材料を含む、前記本質的に乾燥または部分的に乾燥された組成物が粉砕される、請求項９９に記載の方法。

【請求項103】

前記方法は、連続プロセス、半連続プロセス、またはバッチプロセスである、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項104】

前記方法は、連続プロセス、半連続プロセス、またはバッチプロセスである、請求項１００に記載の方法。

【請求項105】

前記分散液は水である、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項106】

前記分散液は水である、請求項１００に記載の方法。

【請求項107】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約０．５ｗｔ％～約２．５ｗｔ％の繊維固形物である請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項108】

ミクロフィブリル化セルロースの前記液体組成物は約０．５ｗｔ％～約２．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１００に記載の方法。

【請求項109】

前記液体組成物は約０．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項110】

前記液体組成物は約０．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１００に記載の方法。

【請求項111】

前記液体組成物は約１ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９８または９９に記載の方法。

【請求項112】

前記液体組成物は約１ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１００に記載の方法。

【請求項113】

前記液体組成物は約１．２５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項114】

前記液体組成物は約１．２５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９９に記載の方法。

【請求項115】

前記液体組成物は約１．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項116】

前記液体組成物は約１．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１００に記載の方法。

【請求項117】

前記液体組成物は約１．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項118】

前記液体組成物は約１．７５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１００に記載の方法。

【請求項119】

前記液体組成物は約２ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項120】

前記液体組成物は約２ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１００に記載の方法。

【請求項121】

前記液体組成物は約２ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項122】

前記液体組成物は約２．５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１００に記載の方法。

【請求項123】

前記液体組成物は約３ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項124】

前記液体組成物は約３ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１００に記載の方法。

【請求項125】

前記液体組成物は約４ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項126】

前記液体組成物は約４ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１００に記載の方法。

【請求項127】

前記液体組成物は約５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項128】

前記液体組成物は約５ｗｔ％の繊維固形物である、請求項１００に記載の方法。

【請求項129】

前記ミクロフィブリル化セルロースは、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、または損紙パルプ、または製紙工場廃水流、または製紙工場からの廃棄物、またはそれらの組合せから調製され得る、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項130】

前記ミクロフィブリル化セルロースは、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、または損紙パルプ、または製紙工場廃水流、または製紙工場からの廃棄物、またはそれらの組合せから調製され得る、請求項１００に記載の方法。

【請求項131】

前記１つ以上の無機微粒子材料は、アルカリ土類金属炭酸塩もしくは硫酸塩、含水カンダイト粘土、無水（か焼）カンダイト粘土、タルク、雲母、パーライトもしくは珪藻土、またはそれらの組合せを含む、請求項１００に記載の方法。

【請求項132】

前記１つ以上の無機微粒子材料は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、石膏、カオリン、ハロイサイト、ボール粘土、メタカオリン、完全焼成カオリン、またはそれらの組合せを含み得る、請求項１００に記載の方法。

【請求項133】

前記１つ以上の無機微粒子材料は炭酸カルシウムを含む、請求項９８に記載の方法。

【請求項134】

前記１つ以上の無機微粒子材料はカオリンを含む、請求項１００に記載の方法。

【請求項135】

前記１つ以上の無機微粒子材料はカオリンおよび炭酸カルシウムを含み得る、請求項１００に記載の方法。

【請求項136】

前記炭酸カルシウムは、沈降炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、またはそれらの組合せである、請求項１３３に記載の方法。

【請求項137】

前記炭酸カルシウムは、方解石、アラゴナイト、またはベテライト構造を含む、請求項１３３に記載の方法。

【請求項138】

前記炭酸カルシウムは偏三角面体または菱面体の結晶形である、請求項１３３に記載の方法。

【請求項139】

前記カオリンはハイパープラティカオリンである、請求項１３４に記載の方法。

【請求項140】

前記炭酸カルシウムの少なくとも約５０ｗｔ％は、約２μｍ未満の等価球直径を有する、請求項１３３に記載の方法。

【請求項141】

前記カオリンの少なくとも約５０ｗｔ％は、約２μｍ未満の等価球直径を有する、請求項１３４に記載の方法。

【請求項142】

前記重質炭酸カルシウムは石灰岩または大理石である、請求項１３３に記載の方法。

【請求項143】

前記最終用途は、紙の製造または紙のコーティング、塗料、コーティング、建築材料、天井タイル、複合材料、またはバリアコーティングの方法を含む、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項144】

前記最終用途は、紙の製造または紙のコーティング、塗料、コーティング、建築材料、天井タイル、複合材料、バリアコーティングの方法を含む、請求項１００に記載の方法。

【請求項145】

前記第１段高剪断ロータ－ステータ装置は、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項146】

前記第１段高剪断ロータ－ステータ装置は、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項１００に記載の方法。

【請求項147】

前記第２段高剪断ロータ－ステータ装置は、ロータ－ロータ装置、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項９８または請求項９９に記載の方法。

【請求項148】

前記第２段高剪断ロータ－ステータ装置は、ロータ－ロータ装置、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される、請求項１００に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、あらかじめ本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物を再分散させるための可搬型機器システムおよび関連する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

本明細書に記載されるタイプの可搬型機器システムは、最終用途のための実質的に均質な懸濁液として、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、あらかじめ本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物を再分散させるために低減されたエネルギー入力を必要とする。記載された可搬型機器システムは、ミクロフィブリル化セルロースの再分散に通常伴う凝集および／または角質化を最小限に抑えるか、または回避する。機器システムおよび関連する方法はまた、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料組成物のそのような再分散された組成物が利用される様々な最終用途において、再分散されたミクロフィブリル化セルロースの引張強度および引張指数を含む最適な引張特性を回復させる。記載された機器システムは、遠隔のエンドユーザの場所に設置され得る可搬型モバイル機器システムの必要性にも対応している。

【0003】

本発明はまた、一般に、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、乾燥され、粉砕された組成物の再分散性を改善する方法に関する。記載された方法は、あらかじめ本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む組成物のスラリーの調製を含み、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料のスラリーを１回のパスで再分散させることができ、同時にミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料組成物を再分散させるために低減されたエネルギー入力を必要とする。記載された方法は、再分散時のミクロフィブリル化セルロースの凝集および／または角質化を最小限に抑えるか、または排除する。記載された方法はまた、再分散されたミクロフィブリル化セルロースの引張強度および引張指数特性を含む最適な引張特性を回復させる。

【0004】

ミクロフィブリル化セルロースおよび無機微粒子材料、例えばアルカリ土類金属炭酸塩（例えば炭酸カルシウム）またはカオリン粘土は、多くの用途で広く使用されている。これらは、ミクロフィブリル化セルロースおよび無機微粒子材料含有組成物の生成を含み、これは、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第８，２３１，７６４号、第９，１２７，４０５号、および第１０，１００，４６４号に従って、紙の製造および／または紙コーティングにおいてフィラーとして使用され得る。紙およびコート紙製品では、そのようなフィラーは、典型的には、紙および／またはコート紙製品の他のより高価な成分の一部に取って代わるように添加される。フィラーはまた、紙および／またはコート紙製品の物理的、機械的、および／または光学的要求を変更する目的で、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第１０，２５３，４５７号に記載されている方法で添加され得る。明らかに、含有できるフィラーの量が多ければ多いほど、コスト削減の可能性が高くなる。しかしながら、添加するフィラーの量および関連するコスト削減は、最終的な紙製品またはコート紙製品の物理的、機械的、光学的要件とのバランスをとらなければならない。したがって、紙および／またはコート紙製品の物理的、機械的および／または光学的要求に悪影響を及ぼすことなく、高い投入レベルで使用することができる紙および紙コーティングのための改善されたフィラーの開発が引き続き必要とされる。そのようなフィラーを経済的に調製する方法の開発も必要とされる。

【0005】

近年、ミクロフィブリル化セルロースおよびそれを含む組成物、ならびにミクロフィブリル化セルロースおよび１つ以上の無機微粒子材料を含む組成物が、紙、板紙、高分子成形品、塗料など様々な最終用途製品の機械的、物理的および／または光学的特性の強化を含む、様々な有用な特性を有することが示されている。

【0006】

通常、水性形態で調製されるミクロフィブリル化セルロース組成物は、組成物全体の重量を低減し、関連する輸送コストを削減するために、輸送のために乾燥されることが多い。次いで、エンドユーザは通常、意図した最終用途に使用する前にミクロフィブリル化セルロースを再分散させる。ミクロフィブリル化セルロースおよび１つ以上の無機微粒子材料を含む組成物を脱水および乾燥するための例示的なプロセスは、米国特許第１１，００１，６４４号に記載されており、その全体が本明細書に組み込まれる。しかしながら、乾燥および再分散の後、ミクロフィブリル化セルロースの有利な特性の一部またはすべてが、ミクロフィブリル化セルロースの凝集および／または角質化を含む理由により、低下または失われる可能性がある。したがって、乾燥および再分散後のミクロフィブリル化セルロースの特性を改善する必要性が常にある。

【発明の概要】

【0007】

本発明は、ミクロフィブリル化セルロースを含み、オプションで１つ以上の無機微粒子材料組成物を含む、脱水され、オプションで粉砕され、本質的に乾燥または部分的に乾燥された組成物を、分散液中で、オプションで無機微粒子材料以外の添加剤の存在下で、および／または無機微粒子材料の組合せの存在下で、凝集および／または角質化の周知の問題を回避しながら、再分散させるという問題に対処しようとするものである。添加剤および／または無機微粒子材料の組合せは、例えば、再分散されたミクロフィブリル化セルロースの機械的および／または物理的特性を増強させることができる。本発明はさらに、再分散されたミクロフィブリル化セルロースを含む組成物、および物品、生成物または組成物における再分散されたミクロフィブリル化セルロースの使用に関する。

【0008】

本発明は、紙および／またはコート紙製品の物理的、機械的および／または光学的特性を維持または改善しながら、紙および／またはコート紙製品中に比較的高い投入レベルで組み込むことができる、紙および／またはコート紙製品用の代替および／または改良されたフィラーを提供しようとするものである。

【0009】

本発明はまた、本明細書により完全に記載されるように、様々な最終用途のために同じものを含むそのようなフィラーを調製するために、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む組成物を再分散させるための経済的な方法および対応するポータブル製造システムを提供しようとするものである。そのようなポータブルシステムは、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む本質的に乾燥または部分的に乾燥された組成物を、最終用途の製造現場、例えば製紙現場および／または紙コーティング現場に近接した場所で再分散させるためのシステムの構築を可能にする。

【0010】

この問題の解決策は、本明細書に詳細に記載されるように、ミクロフィブリル化セルロースおよび１つ以上の無機微粒子材料を含む、あらかじめ本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物を再分散させるための可搬型システム、ならびにミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、あらかじめ本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物を再分散させるための関連する方法である。

【0011】

記載されたタイプの可搬型再分散システムは、流動性スラリー（すなわち、液体懸濁液）を形成するために、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を部分的に解凝集させるためのシアヘッドインペラを備える混合装置と、第１段高剪断ロータ－ステータ装置（例えば、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機）であって、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の流動性スラリーにさらなる高剪断混合を施して、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の実質的に均質な懸濁液を形成する、第１段高剪断ロータ－ステータ装置と、オプションで、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の実質的に均質な懸濁液を、剪断された微粒子流と剪断不足の粗粒子流とに分離するためのハイドロサイクロンであって、剪断不足の粗粒子流をさらなる中程度の剪断混合のために混合装置に戻し、微粒子流を、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の均一に再分散された懸濁液を生成するために実質的に均質な懸濁液に追加の高剪断処理を施すための第２段高剪断装置（例えば、ロータ－ロータ装置、第２高剪断ロータ－ステータ装置、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機）に流すための再循環ループを含む、ハイドロサイクロンと、ミクロフィブリル化セルロースの引張特性は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の同等の未乾燥懸濁液の引張特性に匹敵し、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の再分散懸濁液を、さらなる最終用途のために適切な保持容器で回収することとを備える。

【0012】

ロータ－ロータ高剪断装置は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の実質的に均質または均一な再分散懸濁液を生成するために、微粒子流に高剪断処理を施すための逆回転リングを備え、ミクロフィブリル化セルロースの引張特性は、ミクロフィブリル化セルロースおよび１つ以上の無機微粒子材料の同等の未乾燥懸濁液の引張強度に匹敵する。このシステムは、ミクロフィブリル化セルロースおよび１つ以上の無機微粒子材料の再分散懸濁液を、さらなる最終用途のために適切な保持容器で回収するための適切な保持容器を備える。

【0013】

関連する方法は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、あらかじめ本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物の再分散を含む。この方法は、以下の実施形態および工程を含む。

【0014】

ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物の再分散のための方法であって、
（ａ）ある量の分散液を第１の入口を通じて混合タンクに供給する工程であって、混合タンクは、シアヘッドインペラを備える中程度の剪断混合装置を備え、混合タンクは、出口と、出口に取り付けられた第１のポンプとをさらに備える、供給する工程と、
（ｂ）ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された、ある量の組成物を、固形物含有量約０．５ｗｔ％～約５ｗｔ％の繊維固形物の液体スラリーを生成するのに十分な量で、第１の入口を通じて混合タンクに供給する工程と、
（ｃ）混合装置を介して中程度の剪断条件下で液体スラリーを混合し、流動性スラリーを形成するために液体スラリーを部分的に解凝集させる工程と、
（ｄ）流動性スラリーを、混合タンクの第１の出口に取り付けられたポンプを介して、出口、および出口に取り付けられたポンプをさらに備える第１段高剪断ロータ－ステータ装置の入口にポンピングする工程であって、第１段高剪断ロータ－ステータ装置の入口は、混合タンクの出口と連通しており、流動性スラリーに高剪断混合を施して、実質的に均質な懸濁液を形成する、ポンピングする工程と、
（ｅ）実質的に均質な懸濁液を、第１段高剪断ロータ－ステータ装置の出口から、ロータ－ロータ装置、第２段高剪断ロータ－ステータ装置、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機から選択される第２段高剪断装置の入口にポンピングする工程であって、ロータ－ロータ装置は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の均一に再分散された懸濁液を生成するために、実質的に均質な懸濁液に追加の高剪断処理を施すための逆回転リングを備え、ミクロフィブリル化セルロースの引張指数は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の同等の未乾燥懸濁液の引張指数に匹敵する、ポンピングする工程と、
（ｈ）ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の再分散懸濁液を、さらなる最終用途のために適切な保持容器で回収する工程と
を含む。

【0015】

実施形態において、本質的に乾燥または部分的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースは、混合タンク内で分散液と混合する前に粉砕され得る。

【0016】

さらなる実施形態では、ミクロフィブリル化セルロース組成物は、１つ以上の無機微粒子材料を含み得る。本発明の実施形態では、１つ以上の任意のコンポーネントがプロセスの一部を形成し得る。

【0017】

本発明の前述の態様の別の実施形態では、方法は、ロータ－ステータ装置に続くハイドロサイクロンをさらに備え、ハイドロサイクロンは、入口、第１のハイドロサイクロン出口、および第２のハイドロサイクロン出口を備え、ハイドロサイクロンは、実質的に均質な懸濁液を、（ｉ）好ましくはＦＬＴ指数が目標値の２５％を超え、Ｍａｌｖｅｒｎ ｄ_５０が１６０μｍ未満である、剪断された微粒子流と、（ｉｉ）好ましくは剪断された微粒子流のＭａｌｖｅｒｎ ｄ_５０よりも少なくとも２０％大きいＭａｌｖｅｒｎ ｄ_５０を有する剪断不足の粗粒子流とに分離し、剪断不足の粗粒子流の再循環、および混合タンク内の流動性スラリーとの再混合を可能にするために、剪断不足の粗粒子流を、混合装置の第１のハイドロサイクロン出口から第２の入口にポンピングし、第２のハイドロサイクロン出口から、ロータ－ロータ装置、第２の高剪断ロータ－ステータ装置、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機から選択される、第２段高剪断装置の入口に微粒子流を流し、ロータ－ロータ装置は、実質的に均質な懸濁液に追加の高剪断処理を施すための逆回転リングを備える。

【0018】

本発明の前述の態様および実施形態の別の実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースの組成物は、１つ以上の無機微粒子材料をさらに含む。

【0019】

本発明の別の態様では、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物の再分散のための方法が提供され、この方法は、
（ａ）本質的に乾燥または部分的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースから取得されるミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む液体媒体を、シアヘッドインペラを備える中程度の剪断混合装置に流し、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む液体スラリーを形成する工程と、
（ｂ）第１段高剪断ロータ－ステータ装置に液体スラリーを流す工程であって、液体スラリーに高剪断混合を施して、実質的に均質な懸濁液を形成する、液体スラリーを流す工程と、
（ｃ）実質的に均質な懸濁液を、ロータ－ロータ装置、第２段高剪断ロータ－ステータ装置、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機から選択される第２段高剪断装置に流す工程であって、ロータ－ロータ装置は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の均一に再分散された懸濁液を生成するために、実質的に均質な懸濁液に高剪断処理を施すための逆回転リングを備え、ミクロフィブリル化セルロースの引張特性は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の同等の未乾燥懸濁液の引張特性に匹敵する、実質的に均質な懸濁液を流す工程と、
（ｄ）ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の再分散懸濁液を、さらなる最終用途のために適切な保持容器で回収する工程と
を含む。

【0020】

前述の態様の別の実施形態および本発明の実施形態は、以下の工程をさらに含む。本発明の前述の態様の方法であって、実質的に均質な懸濁液がハイドロサイクロンに流され、実質的に均質な懸濁液が剪断不足の粗粒子流と剪断された微粒子流とに分離され、剪断不足の粗粒子流が中程度の剪断混合装置に再循環され、剪断された微粒子流が第２の高剪断ロータ－ステータ装置、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機に流される。

【0021】

前述の態様のさらなる実施形態および本発明の実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースの組成物は、１つ以上の無機微粒子材料をさらに含む。

【0022】

本発明の別の態様では、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物を液体媒体中に再分散させて液体組成物を形成するための可搬型システム（１）が提供され、このシステムは、
シアヘッドインペラ（２２）を備える混合装置（２１）を備える混合タンク（２０）であって、ミクロフィブリル化セルロース、およびオプションで１つ以上の無機微粒子材料の液体スラリーを受け入れるための第１の混合タンク入口（２４）、およびポンプ（２７）を備える混合タンク出口（２６）を備える、混合タンク（２０）と、混合タンク出口（２６）に接続されたロータ－ステータ入口（３１）およびロータ－ステータ出口（３２）を備える第１段高剪断ロータ－ステータ装置（３０）と、ロータ－ロータ装置、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置、または精製機から選択される第２段高剪断装置であって、第２段高剪断装置は、第１段高剪断ロータ－ステータ出口に接続された第２段高剪断入口（５２）および出口（５３）を備える、第２段高剪断装置と、ロータ－ロータ出口（５３）に接続された貯蔵タンク入口（６１）を備える貯蔵タンク（６０）とを備える。

【0023】

本発明の前述の態様の別の実施形態では、システムは、ハイドロサイクロン入口（４１）、第１のハイドロサイクロン出口（４２）、および第２のハイドロサイクロン出口（４３）を備えるハイドロサイクロン（４０）をさらに備え、ハイドロサイクロン入口（４１）は、ロータ－ステータ装置のロータ－ステータ出口（３２）に接続され、ハイドロサイクロンは、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料のスラリーを、剪断された微粒子流と剪断不足の粗粒子流とに分離し、第１のハイドロサイクロン出口（４２）は、剪断不足の粗粒子流を混合タンク（２０）に戻すために、混合タンク（２０）の第２の入口（２５）に接続され、微粒子流は、第２のハイドロサイクロン出口（４３）を介して、第２段高剪断入口（５２）に流される。

【0024】

前述の態様のさらなる実施形態および本発明の実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースを含む本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物は、１つ以上の無機微粒子材料をさらに含む。

【0025】

本発明の前述の方法の態様およびシステムの態様のさらなる実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む、本質的に乾燥または部分的に乾燥された組成物が粉砕される。

【0026】

本発明の前述の方法およびシステムの態様のさらなる実施形態では、方法は、連続プロセス、半連続プロセス、またはバッチプロセスである。

【0027】

本発明の前述の方法およびシステムの態様のさらなる実施形態では、分散液は水である。

【0028】

本発明の前述の方法およびシステムの態様のさらなる実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースの液体組成物は、約０．５ｗｔ％～約５ｗｔ％の繊維固形物、または約０．５ｗｔ％～約２．５ｗｔ％の繊維固形物、または約０．７５ｗｔ％の繊維固形物、約１ｗｔ％の繊維固形物、約１．２５ｗｔ％の繊維固形物、約１．５ｗｔ％の繊維固形物、約１．７５ｗｔ％の繊維固形物、約２ｗｔ％の繊維固形物、約２．５ｗｔ％の繊維固形物、約３ｗｔ％の繊維固形物、約４ｗｔ％の繊維固形物、または約５ｗｔ％の繊維固形物である。前述の実施形態は、ミクロセルロースを含む組成物、ならびにミクロフィブリル化セルロースおよび１つ以上の無機微粒子材料を含む代替組成物に関する。

【0029】

本発明の前述の方法およびシステムの態様のさらなる実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは、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、または損紙パルプ、または製紙工場廃水流、または製紙工場からの廃棄物、またはそれらの組合せから調製され得る。

【0030】

本発明の前述の方法およびシステムの態様のさらなる実施形態では、１つ以上の無機微粒子材料は、アルカリ土類金属炭酸塩または硫酸塩、含水カンダイト粘土、無水（焼成）カンダイト粘土、タルク、雲母、パーライトまたは珪藻土、またはそれらの組合せを含み得、あるいは炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、石膏、カオリン、ハロイサイト、ボール粘土、メタカオリン、完全焼成カオリン、またはそれらの組合せを含み得る。

【0031】

本発明の前述の方法およびシステムの態様の他の実施形態では、１つ以上の無機微粒子材料は、炭酸カルシウムを含む。

【0032】

本発明の前述の方法およびシステムの態様の他の実施形態では、１つ以上の無機微粒子材料は、カオリンを含む。

【0033】

本発明の前述の方法およびシステムの態様のさらに他の実施形態では、１つ以上の無機微粒子材料は、カオリンおよび炭酸カルシウムを含む。
本発明の前述の方法およびシステムの態様のさらに他の実施形態では、炭酸カルシウムは、沈降炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、またはそれらの組合せであり、あるいは炭酸カルシウムは、方解石、アラゴナイト、またはバテライト構造を含み、あるいは偏三角面体または菱面体晶の結晶形態である。

【0034】

本発明の前述の方法およびシステムの態様の他の実施形態にでは、カオリンはハイパープラティカオリンである。

【0035】

本発明の前述の方法およびシステムの態様の他の実施形態では、無機微粒子材料、例えば炭酸カルシウムおよび／またはカオリンは、それぞれ、炭酸カルシウムの少なくとも約５０ｗｔ％が約２μｍ未満の等価球直径を有するか、またはカオリンの少なくとも約５０ｗｔ％が約２μｍ未満の等価球直径を有することを含み得る。

【0036】

本発明の前述の方法およびシステムの態様のさらに他の実施形態では、最終用途は、紙の製造または紙のコーティング、塗料、コーティング、建築材料、天井タイル、複合材料、またはバリアコーティングの方法を含む。

【0037】

本発明の前述の方法およびシステムの態様のさらに他の実施形態では、第１段高剪断ロータ－ステータ装置は、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される。

【0038】

本発明の前述の方法およびシステムの態様のさらなる実施形態では、第２段高剪断ロータ－ステータ装置は、ロータ－ロータ装置、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミル、コロイドミル、超微粉砕装置または精製機から選択される。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料、およびオプションの添加物を再分散させるための可搬型機器装置の概略図およびプロセスフロー図である。図１Ａに示す概略図は、供給ホッパーを含まない。図１Ｂに示す概略図は、供給ホッパーを含む。

【図2】ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料、およびオプションの添加剤を再分散させるための可搬型機器装置の概略図およびプロセスフロー図であり、このプロセスまたはシステムは、ハイドロサイクロン装置をさらに含む。図２Ａに示す概略図は、供給ホッパーを含まない。図２Ｂに示す概略図は、供給ホッパーを含む。

【図3】振動ふるい技術による累積粒子サイズ分布のプロットである。

【図4】実施例４：対照試験１の引張強度（ＦＬＴ）結果のプロットである。運転条件は、全固形物３．５％、パルプの割合５０％（ＰＯＰ）、流量１２ｍ^３／ｈ、ＢＶＧ Ｓｈｅａｒ－Ｍａｓｔｅｒの速度１００％、Ｃｏｗｌｅｓブレードミキサーの速度１００％であった。

【図5】実施例５：１２インチのＳｐｒｏｕｔ Ｒｅｆｉｎｅを使用した対照試験２の引張強度（ＦＬＴ）結果のプロットである。運転条件は、強度０．１Ｊ／ｍ、パスあたりのＭＦＣ ＮＥＴ比エネルギー入力２０ｋＷｈ／ＤＭＴ、１３２０ＲＰＭ、先端長１．１１１ｋｍ／ｒｅｖであった。全固形物は９％、ＰＯＰは５０％であった。

【図6】実施例６：Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ＳＭ１８０を使用した対照試験３の引張強度（ＦＬＴ）結果のプロットである。運転条件は、５４００ＲＰＭ、ギャップ設定０．１ｍｍ、減速ツールはＷ３ Ｆ．Ｓ．ＧＬであった。全固形物は９％、ＰＯＰは５０％であった。

【図7】実施例７：Ａｔｒｅｘ（登録商標）ＣＤ６５０を使用した対照試験４の引張強度（ＦＬＴ）結果のプロットである。運転条件は、５５ｋｇ／ｍｉｎ、２０００ＲＰＭであり、全固形物はグラフ凡例に示すように変動した。Ｍｅｇａｔｒｅｘが開発した標準的な６リングの逆回転設計が使用された。

【図8】Ａｔｒｅｘ（登録商標）ＣＤ６５０ロータ－ロータ高剪断装置の連続運転における引張強度（ＦＬＴ）のプロットである。運転条件は、２０００ＲＰＭ、５５ｋｇ／ｍｉｎ、および全固形物９．７％（平均測定値）であった。スラリーは供給容器からＡｔｒｅｘ（登録商標）を通ってバッファタンクにカスケードされた。第２のパスでは、バッファタンクの内容物が供給容器に移され、このプロセスを繰り返した。

【図9A】６リングの使用を示す図である。

【図9B】Ａｔｒｅｘ（登録商標）逆回転ロータ－ロータリングの８リングの実施形態を示す図である。

【図10】Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ（登録商標）バッチミキサーを使用したプレウェッティングを伴うＡｔｒｅｘ（登録商標）８リング設計（第１のパス）のＦＬＴ結果を使用して得られた引張強度（ＦＬＴ）結果のプロットである。運転条件は、５５ｋｇ／ｍｉｎ、２０００ＲＰＭ、全固形物９．７％（平均測定値）であった。ＰＯＰは５０％であった。

【図11】Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ（登録商標）バッチミキサーを使用したプレウェッティングを伴うＡｔｒｅｘ（登録商標）８リング設計（第１および第２のパス）の引張強度（ＦＬＴ）結果のプロットである。結果は、累積エネルギー投入（総エネルギー投入）に対して示される。

【図12】２つの異なる固形物濃度における本発明システムおよびプロセス（シングルパス）の引張強度（ＦＬＴ）結果のプロットである。

【図13】選択したＶｏｒｔｅｘ－ＦｉｎｄｅｒとＳｐｉｇｏｔの比率が、４バールの圧力で全固形物１．７％における１インチハイドロサイクロンのＤ５０にどのような影響を与えるかを示すグラフである。

【図14】選択したＶｏｒｔｅｘ－ＦｉｎｄｅｒとＳｐｉｇｏｔの比率が、４バールの圧力で全固形物１．７％における１インチハイドロサイクロンの＜３００μｍ画分にどのような影響を与えるかを示すグラフである。

【図15】選択したＶｏｒｔｅｘ－ＦｉｎｄｅｒとＳｐｉｇｏｔの比率が、４バールの圧力で全固形物１．７％における１インチハイドロサイクロンにおいて、Ｖａｌｍｅｔ Ｆｉｂｒｅ－ａｎａｌｙｓｅｒによって測定された、フィブリル化率（一定の微粉子Ｂを用いた）にどのように影響するかを示すグラフである。

【図16】選択したＶｏｒｔｅｘ－ＦｉｎｄｅｒとＳｐｉｇｏｔの比率が、４バールの圧力で全固形物１．７％における１インチハイドロサイクロンの全固形物にどのような影響を与えるかを示すグラフである。

【図17】Ｖｏｒｔｅｘ－ＦｉｎｄｅｒとＳｐｉｇｏｔの比率が、２バールの圧力で全固形物９％における２インチハイドロサイクロンの全固形物パーセンテージにどのような影響を与えるかを示すグラフである。

【図18】Ｖｏｒｔｅｘ－ＦｉｎｄｅｒとＳｐｉｇｏｔの比率が、２バールの圧力で全固形物９％における２インチハイドロサイクロンのＭａｌｖｅｒｎ Ｄ５０にどのような影響を影響かを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0040】

特定の定義

【0041】

本明細書で提供されるタイトル、見出しおよび小見出しは、本開示の様々な態様を限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、以下に定義する用語は、明細書全体を参照することによって、より完全に定義される。本明細書で引用されるすべての参考文献は、参照によりその全体が組み込まれる。

【0042】

別段の定義がない限り、本明細書で使用される科学用語および技術用語は、当業者によって一般に理解される意味を有するものとする。さらに、文脈上別段の定めがない限り、単数形の用語は複数形を含み、複数形の用語は単数形を含むものとする。

【0043】

本出願において、「または」の使用は、特に明記されていない限り、「および／または」を意味する。複数の従属請求項の文脈では、「または」の使用は、代替的にのみ、複数の先行する独立請求項または従属請求項を指し示す。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と組み合わせて使用される「ａ」または「ａｎ」という単語の使用は、「１つ」を意味し得るが、「１つ以上（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」、「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」、「１つまたは複数（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｏｎｅ）」の意味とも一致する。「または」という用語の使用は、本開示では選択肢のみおよび「および／または」を指す定義を支持しているが、選択肢が相互に排他的である場合に選択肢のみを指すことが明示的に示されていない限り、「および／または」を意味するものとして使用される。

【0044】

本出願を通じて、「約」という用語は、値に定量化デバイスの誤差の固有の変動、値を決定するために使用される方法、または研究対象者間に存在する変動が含まれることを示すために使用される。例えば、限定ではないが、「約」という用語が使用されるとき、指定された値は、プラスマイナス１２％、または１１％、または１０％、または９％、または８％、または７％、または６％、または５％、または４％、または３％、または２％、または１％変動する可能性がある。「少なくとも１つ」という用語の使用は、１つだけでなく、１、２、３、４、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、１００などを含むがこれらに限定されない、２つ以上の任意の量も含むと理解される。「少なくとも１つ」または「１つ以上」という用語は、それが付加される用語に応じて、１００または１０００またはそれ以上まで拡張する場合がある。加えて、より低いあるいはより高い限界値でも満足のいく結果が得られる可能性があるため、１００／１０００の量は限定的なものとは見なされない。加えて、「Ｘ、Ｙ、およびＺのうち少なくとも１つ」という用語の使用は、Ｘ単独、Ｙ単独、およびＺ単独、ならびにＸ、Ｙ、およびＺの任意の組合せを含むと理解される。序数用語（すなわち、「第１」、「第２」、「第３」、「第４」など）の使用は、２つ以上の項目を区別することのみを目的としており、特に明記しない限り、項目同士の順序や重要性、または追加の順序を暗示するものではない。

【0045】

本明細書で使用される場合、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（および「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ」などｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇの任意の形式）、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」（および「ｈａｖｅ」、「ｈａｓ」などｈａｖｉｎｇの任意の形式）、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」（および「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」などｉｎｃｌｕｄｉｎｇの任意の形式）、または「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」（および「ｃｏｎｔａｉｎｓ」、「ｃｏｎｔａｉｎ」などｃｏｎｔａｉｎｉｎｇの任意の形態）は、包括的またはオープンエンドであり、追加の、未記載の要素または方法工程を除外するものではない。加えて、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」とともに使用される用語は、用語「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」または「本質的に～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」とともに使用することもできると理解される。

【0046】

「解凝集（ｄｅａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ）」、「解凝集（ｄｅ―ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ）」、「解凝集（ｄｅ―ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ）」などは、凝集物を分解するプロセスを意味する。

【0047】

「本質的に乾燥した」または「乾燥した」とは、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む水性組成物の含水量が、少なくとも約９５重量％の水分だけ減少していることを意味する。

【0048】

「部分的に乾燥した」または「部分的に乾燥した」とは、ミクロフィブリル化セルロースを含む水性組成物の含水量が９５重量％未満の量だけ減少していることを意味する。特定の実施形態では、「部分的に乾燥した」または「部分的に乾燥した」とは、ミクロフィブリル化セルロースを含む水性組成物の含水量が少なくとも５０重量％、例えば少なくとも７５重量％、または少なくとも９０重量％減少していることを意味する。一実施形態では、水性懸濁液は、部分的に乾燥または本質的に乾燥した製品を形成するために、少なくとも一部または実質的にすべての水を除去するように処理される。例えば、水性懸濁液中の水の少なくとも約１０体積％が水性懸濁液から除去されてもよく、例えば、水性懸濁液中の水の少なくとも約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％、または少なくとも約１００体積％が除去されてもよい。水性懸濁液から水を除去するために、例えば、圧搾の有無に関わらず、重力または真空補助排水、蒸発、濾過、またはこれらの技術の組合せなどを含む、任意の適切な技術を使用することができる。部分的に乾燥または本質的に乾燥された組成物は、ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料と、乾燥前に水性懸濁液に添加された可能性のある任意の他のオプションの添加物を含む。部分的に乾燥または本質的に乾燥された製品は、販売のために保管または包装することができる。部分的に乾燥または本質的に乾燥された製品は、本明細書に記載されているように、オプションで再水和され、製紙用組成物および他の紙製品に組み込まれ得る。

【0049】

ミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を含む部分的に乾燥または本質的に乾燥された組成物を調製するための様々な方法が当業者に知られている。例えば、従来技術に開示され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる方法は、米国特許第１０，４３５，４８２号および第１１，００１，６４４号に開示されている。

【0050】

米国特許第１０，４３５，４８２号のプロセスは、再分散された、乾燥または部分的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースの物理的および／または機械的特性を改善する方法として記載されており、この方法は、（ａ）ミクロフィブリル化セルロースの水性組成物を提供すること、（ｂ）ｉ．ベルトプレスによる脱水、ｉｉ．高圧自動ベルトプレス、ｉｉｉ．遠心分離機、ｉｖ．チューブプレス、ｖ．スクリュープレス、およびｖｉ．ロータリープレスのうちの１つ以上によって水性組成物を脱水して、脱水されたミクロフィブリル化セルロース組成物を生成すること、（ｃ）脱水されたミクロフィブリル化セルロース組成物を、ｉ．流動床乾燥機、ｉｉ．マイクロ波および／または高周波乾燥機、ｉｉｉ．熱風掃引ミルまたは乾燥機、セルミルまたはマルチロータセルミル、およびｉｖ．凍結乾燥のうちの１つ以上によって脱水されたミクロフィブリル化セルロース組成物を乾燥させて、乾燥または部分的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロース組成物を生成すること、および（ｄ）乾燥または少なくとも部分的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースを液体媒体中に再分散させることを含み、ミクロフィブリル化セルロースは、同等の濃度で乾燥前のミクロフィブリル化セルロースの水性組成物の引張指数および／または粘度の少なくとも５０％である引張指数および／または粘度、ならびに２０～５０の繊維急峻度を有する。

【0051】

米国特許第１１，００１，６４４号のプロセスは、再分散された、乾燥または部分的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースの物理的および／または機械的特性を改善する方法として記載されており、この方法は、（ａ）ミクロフィブリル化セルロースの水性組成物を提供することであって、ミクロフィブリル化セルロースは、再生パルプ、または損紙、または製紙工場廃水流、または製紙工場からの廃棄物から得られる、提供すること、（ｂ）ベルトプレスによる脱水、高圧自動ベルトプレス、遠心分離機、チューブプレス、スクリュープレス、およびロータリープレスのうちの１つ以上によって水性組成物を脱水して、脱水されたミクロフィブリル化セルロース組成物を生成すること、（ｃ）脱水されたミクロフィブリル化セルロース組成物を、流動床乾燥機、マイクロ波および／または高周波乾燥機、熱風掃引ミルまたは乾燥機、セルミルまたはマルチロータセルミル、および凍結乾燥のうちの１つ以上によって脱水されたミクロフィブリル化セルロース組成物を乾燥させて、乾燥または部分的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロース組成物を生成すること、ならびに（ｄ）乾燥または少なくとも部分的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースを液体媒体中に再分散させることを含み、ミクロフィブリル化セルロースは、同等の濃度で乾燥前のミクロフィブリル化セルロースの水性組成物の引張指数および／または粘度の少なくとも５０％である引張指数および／または粘度、ならびに２０～５０の繊維急峻度を有する。部分的に乾燥または本質的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースを再分散させるための代替プロセスが米国特許公開第２０２００２６３３５８Ａ１号に開示されており、この方法は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0052】

米国特許公開第２０２００２６３３５８号では、脱水され、部分的に乾燥または本質的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースを再分散させる方法が提供されており、この方法は、（ａ）少なくとも第１および第２の入口および出口を有するタンクに、適切な分散液の量を添加する工程であって、タンクは、ミキサーおよび出口に取り付けられたポンプをさらに備える、添加する工程、（ｂ）繊維固形物０．５～５％の所望の固形物濃度でミクロフィブリル化セルロースの液体組成物を生成するのに十分な量の、脱水され、部分的に乾燥または本質的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースを第１の入口を通してタンクに添加する工程、（ｃ）分散液と、脱水された、部分的に乾燥または本質的に乾燥されたミクロフィブリル化セルロースとをタンク内でミキサーを用いて混合し、流動性スラリーを形成するために、ミクロフィブリル化セルロースを部分的に解凝集させて再分散させる工程、（ｄ）流動性スラリーをポンプでフローセルの入口にポンピングする工程であって、フローセルが、再循環ループおよび直列の１つ以上の超音波プローブと、少なくとも第１および第２の出口とを備え、フローセルの第２の出口がタンクの第２の入口に接続され、それにより、所望の時間および／または総エネルギーの間、スラリーへの超音波エネルギーの連続的な適用を提供する連続的な再循環ループを提供し、フローセルが、再循環スラリーの背圧を作り出すために第２の出口に調節可能なバルブを備え、さらに、工程（ｃ）のミクロフィブリル化セルロースを含む液体組成物が、０～４バールの操作圧力および２０℃～５０℃の温度で再循環ループを通して連続的に再循環される、ポンピングする工程、（ｅ）１９～１００ｋＨｚの周波数範囲で、最大６０％、最大１００％、または最大２００％の振幅で、１～１２０分の間使用されるソニケータの物理的制限まで、超音波処理プローブによって２００～１０，０００ｋＷｈ／ｔの超音波エネルギー入力をスラリーに連続的に適用する工程、（ｆ）強化された引張強度および／または粘度特性を有するミクロフィブリル化セルロースを含む再分散懸濁液を、フローセルの第１の出口から適切な保持容器で回収する工程を含む。

【0053】

「再分散（ｒｅ－ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）」、「再分散（ｒｅ－ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ）」、「再分散（ｒｅ－ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ）」という用語は、乾燥が起こる前と同等の引張強度特性を達成するために、乾燥され、オプションで粉砕されたミクロフィブリル化セルロースおよびオプションで１つ以上の無機微粒子材料を水性媒体中に懸濁させることを指す。これは「引張指数」または「ＦＬＴ指数」によって特徴づけられる。

【0054】

本明細書で使用する「ＦＬＴ指数」は、実施例１の手順に従って実行される引張強度測定値である。

【0055】

ＦＬＴ指数は、ミクロフィブリル化セルロースおよび再分散ミクロフィブリル化セルロースの品質を評価するために開発された引張試験である。ミクロフィブリル化セルロース／無機材料複合体の製造に使用された無機微粒子材料（無機微粒子材料を含まないミクロフィブリル化セルロースの場合、６０ｗｔ％＜２μｍのＧＣＣ炭酸カルシウムが使用される）を添加することにより、試験材料のパルプの割合（「ＰＯＰ」）が２０％に調整される。特注のＢｕｃｈｎｅｒ濾過装置を使用してこの材料から２２０ｇｓｍのシートが形成される。得られたシートを調整し、業界標準の引張試験機を使用して、その引張強度を測定する。

【0056】

本明細書で使用される場合、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」およびその文法的変形は、非限定的であることを意図しており、リスト中の項目の言及は、列挙された項目に置換または追加され得る他の同様の項目を排除するものではない。

【0057】

本明細書で使用する場合、本質的に乾燥または部分的に乾燥されたＭＦＣ組成物の「機械的特性」は、引張強度、引張伸び、引張指数、破裂強度、引裂強度、引裂指数、スコットボンド、破断エネルギー、破断伸びのうちの１つ以上を含む。

【0058】

本明細書では、「粉砕（ｐｕｌｖｅｒｉｚｅ）」、「粉砕（ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ）」、「粉砕（ｐｕｌｖｅｒｉｚａｔｉｏｎ）」という用語は、ＭＦＣプレスケーキを機械的に分解して、図３に示す粒子サイズ画分の降順にふるいを積み重ねた振動機を使用して測定した累積サイズ分布を有する粉末にすることを意味する。

【0059】

生データの線形補間により、以下の表１に示すように、次の曲線の特性を使用することができる。

【表1】

【0060】

本明細書で使用する場合、シアヘッドインペラを有するミキサーは、ミクロフィブリル化セルロース、またはミクロフィブリル化セルロースおよび１つ以上の無機微粒子材料組成物を含む本質的に乾燥または部分的に乾燥され、オプションで粉砕された組成物に「適度な剪断」を付与する。本発明で有用な中程度の剪断ミキサーの例は、保持容器内のＣｏｗｌｅｓブレード（ラジアルフローインペラ）であり、例えば、インペラ（Ｄ）対タンク（Ｔ）の直径比が０．５未満、すなわちＤ／Ｔ＜０．５で、先端速度が２０ｍ／ｓ未満となる。他の例示的なミキサーには、様々なプロペラミキサー、二重シャフトおよび三重シャフトミキサー（例えば、Ｒｏｓｓミキサー）、ブレードミキサーを有する分散機、Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ（登録商標）ミキサー、Ｍｙｅｒｓミキサー、ＰＶＣミキサー、および当業者によって知られている他の同様の汎用ミキサーが含まれる。

【0061】

本明細書で使用するロータ－ステータミキサーは、例えば、Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミキサー（Ｓｉｅｆｅｒ－Ｔｒｉｇｏｎａｌマシン）、あるいは、より一般的にはコロイドミルまたは精製機であり、これらは、要求される剪断レベルおよび設計の物理的制限に応じて、中程度の剪断を付与するシアヘッドミキサーと比較して、比較的高い剪断速度を付与する。別の装置としては、ドイツ、シュプロックヘーフェルのＨａｇｅｎ ＆ Ｆｕｎｋｅ ＧｍｂＨ．によって供給されるＣａｖｉｔｒｏｎ（登録商標）ロータ－ステータミキサーがある。

【0062】

本明細書で使用する「ロータ－ロータミキサー」は、従来のミキサーと比較して、高粘度スラリーで高い集中剪断力が得られる。ロータ－ロータミキサーは、高い剪断力を付与することができる２つの逆回転する混合エレメント（ロータ）を有する。ミキサーの形状により、液体スラリーはロータによって形成された高剪断力のゾーンを通過するように強制される。例示的なロータ－ロータミキサーは、フィンランド、レンパーラのＭｅｇａｔｒｅｘ Ｏｙによって供給されるＡｔｒｅｘ（登録商標）ミキサーである。代替装置としては、超微粒子摩擦グラインダー（日本、Ｍａｓｕｋｏ Ｓａｎｇｙｏ Ｃｏ． Ｌｔｄ．から入手可能なＳｕｐｅｒｍａｓｓｃｏｌｌｏｉｄｅｒ（登録商標））がある。Ａｔｒｅｘ（登録商標）ミキサーの一例は、ロータ－ロータディスパージェータ、モデルＧ３０であり、直径５００ｍｍ、６つのロータ周辺部、１５００ｒｐｍ（逆回転ロータ）で適用される回転数である。好ましいギャップ幅は、１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満である。いわゆるロータ－ロータディスパージェータであり、分散液への一連の頻繁に繰り返される衝撃は、反対方向に回転する複数のロータのブレードによって引き起こされる。Ａｔｒｅｘ（登録商標）ディスパージェータは、そのようなディスパージェータの一例である。隣接するロータは１５００ｒｐｍで反対方向に回転した。

【0063】

本明細書で使用する「剪断不足の粗粒子流」は、オーバーフロー／微粒子流ｄ_５０（μｍ）よりも少なくとも２０％大きい粒子サイズを含む。

【0064】

セルロースを含む繊維状基材

【0065】

セルロースを含む繊維状基材（本明細書では、「セルロースを含む繊維状基材」、「セルロース繊維」、「繊維状セルロース原料」、「セルロース原料」、「セルロース含有繊維（または繊維状）」などと様々に呼ばれる）は、バージンパルプまたは再生パルプから得られ得る。

【0066】

本明細書で使用する「実質的に」という用語は、後に記載される事象または状況が完全に発生すること、または後に記載される事象または状況がかなりの範囲または程度で発生することを意味する。例えば、特定の事象または状況に関連するとき、「実質的に」という用語は、後に記載される事象または状況が、少なくとも時間の８０％、あるいは少なくとも時間の８５％、あるいは少なくとも時間の９０％、あるいは少なくとも時間の９５％で発生することを意味する。「実質的に均質な懸濁液」の文脈では、懸濁液は最小限の凝集物を有すると理解される。

【0067】

本明細書で使用する「粘度」は、実施例２の手順に従って測定される。

【0068】

特に明記しない限り、本明細書で言及する無機微粒子材料の粒子サイズ特性は、本書では「Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ｓｅｄｉｇｒａｐｈ ５１００ユニット」と呼ばれるＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｎｏｒｃｒｏｓｓ， Ｇａ．， ＵＳＡ （ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ：[phone]；ｗｅｂ－ｓｉｔｅ：ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ．ｃｏｍ）によって供給されるＳｅｄｉｇｒａｐｈ ５１００マシンを使用して、水性媒体中に完全に分散した状態の微粒子材料を沈降させることによって周知の方法で測定されるものである。そのようなマシンは、当技術分野では「等価球直径（ｅ．ｓ．ｄ）」と呼ばれる、所与のｅ．ｓ．ｄ値未満のサイズを有する粒子の重量累積パーセンテージの測定およびプロットを提供する。平均粒子サイズｄ_５０は、このようにして決定された粒子ｅ．ｓ．ｄの値であり、そのｄ_５０値未満の等価球直径を有する粒子が５０重量％存在する。

【0069】

あるいは、記載されている場合、無機微粒子材料について本明細書で言及される粒子サイズ特性は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄによって（または、本質的に同じ結果を与える他の方法によって）供給されるＭａｌｖｅｒｎ Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ Ｓマシンを使用して、レーザー光散乱の技術分野で採用されている周知の従来の方法によって測定されるものである。レーザー光散乱技術では、Ｍｉｅ理論の応用に基づいて、レーザー光の回折を使用して、粉体、懸濁液、エマルション中の粒子サイズを測定することができる。そのようなマシンは、当技術分野では「等価球直径（ｅ．ｓ．ｄ）」と呼ばれる、所与のｅ．ｓ．ｄ値未満のサイズを有する粒子の体積累積パーセンテージの測定およびプロットを提供する。平均粒子サイズｄ_５０は、このようにして決定された粒子ｅ．ｓ．ｄの値であり、そのｄ_５０値未満の等価球直径を有する粒子が５０体積％存在する。

【0070】

本明細書で使用する「ＸからＹまでの整数」という語句は、端点を含む任意の整数を意味する。例えば、「１から５までの整数」という語句は、１、２、３、４、または５を意味する。

【0071】

ミクロフィブリル化セルロース

【0072】

ミクロフィブリル化セルロース（「ＭＦＣ」）は、当技術分野において周知であり記載されているが、現在開示されている、および／または特許請求される発明概念の目的では、単離されたセルロースミクロフィブリルおよび／またはセルロースのミクロフィブリル束のいずれかの形態のミクロフィブリルからなるセルロースとして定義され、これらはいずれもセルロース原料から得られる。したがって、ミクロフィブリル化セルロースとは、当技術分野で知られている様々なプロセスによって達成され得る、部分的または全体的にフィブリル化されたセルロースまたはリグノセルロース繊維を含むと理解される。

【0073】

本明細書で使用するとき、「ミクロフィブリル化セルロース」は、「ミクロフィブリルセルロース」、「ナノフィブリル化セルロース」、「ナノセルロース」、「ナノフィブリルセルロース」、「セルロースのナノファイバ」、「ナノスケールフィブリル化セルロース」、「セルロースのミクロフィブリル」、および／または単に「ＭＦＣ」と互換的に使用することができる。さらに、本明細書で使用される場合、「ミクロフィブリル化セルロース」と互換性のある上記の用語は、完全にミクロフィブリル化されたセルロース、または実質的にミクロフィブリル化されたが、本明細書に記載および／または特許請求されるミクロフィブリル化セルロースの利点を妨げないレベルの非ミクロフィブリル化セルロースを依然として含むセルロースを指す場合がある。

【0074】

「ミクロフィブリル化」とは、セルロースのミクロフィブリルが、あらかじめミクロフィブリル化されたパルプの繊維と比較して、個々の種として、または小さな凝集体として、遊離または部分的に遊離するプロセスを意味する。製紙用に適した典型的なセルロース繊維（すなわち、あらかじめミクロフィブリル化されたパルプ）には、数百から数千のセルロース繊維のより大きな凝集体が含まれる。

【0075】

ミクロフィブリル化セルロースは、グルコース単位の繰り返しを含む天然由来のポリマーであるセルロースを含む。本明細書で使用する「ミクロフィブリル化セルロース」という用語は、ＭＦＣとも表され、ミクロフィブリル化／ミクロフィブリルセルロースおよびナノフィブリル化／ナノフィブリルセルロース（ＮＦＣ）を含み、これらの材料はナノセルロースとも呼ばれる。

【0076】

ミクロフィブリル化セルロースは、事前の酵素処理または化学処理の有無にかかわらず、機械的剪断によって露出した可能性のあるセルロース繊維の外層を剥離することによって調製される。当該技術分野において知られているミクロフィブリル化セルロースを調製する多数の方法が存在する。

【0077】

非限定的な例では、ミクロフィブリル化セルロースという用語は、多くの場合１００ｎｍ未満の少なくとも１つの寸法を有するナノスケールのセルロース粒子繊維またはフィブリルを含むフィブリル化セルロースを説明するために使用される。セルロース繊維から遊離したとき、フィブリルの直径は通常１００ｎｍ未満である。セルロースフィブリルの実際の直径は、原料および製造方法によって決まる。

【0078】

フィブリル化セルロース繊維に付着した、または遊離したミクロフィブリルとしてのセルロースミクロフィブリルの粒子サイズ分布および／またはアスペクト比（長さ／幅）は、ミクロフィブリル化プロセスで採用される原料および製造方法によって決まる。

【0079】

非限定的な例では、ミクロフィブリルのアスペクト比は典型的には高く、個々のミクロフィブリルの長さは１マイクロメートルを超えることがあり、直径は約５～６０ｎｍの範囲内であってもよく、数平均直径は典型的には２０ｎｍ未満であり得る。ミクロフィブリルの束の直径は１ミクロンよりも大きい場合もあるが、通常は１ミクロン未満である。

【0080】

非限定的な例では、最小フィブリルは従来、エレメンタリーフィブリルと呼ばれ、一般に直径は約２～４ｎｍである。また、エレメンタリーフィブリルが凝集することもよくあり、これはミクロフィブリルと見なされる場合もある。

【0081】

非限定的な例では、ミクロフィブリル化セルロースは、少なくとも部分的にナノセルロースを含み得る。ナノセルロースは、１００ｎｍ未満の直径、ミクロン範囲以下であり得る長さを有する、主にナノサイズのフィブリルを含み得る。最小のミクロフィブリルは、いわゆるエレメンタルフィブリルに似ており、その直径は通常２～４ｎｍである。もちろん、ミクロフィブリルおよびミクロフィブリル束の寸法および構造は、ミクロフィブリル化セルロースの生成方法に加えて、使用する原料にも依存する。それにもかかわらず、当業者であれば、現在開示されているおよび／または特許請求された発明概念の文脈における「ミクロフィブリル化セルロース」の意味を理解することが期待される。

【0082】

セルロース繊維の原料およびセルロース繊維をミクロフィブリル化するために採用される製造プロセスによって、フィブリルの長さは、多くの場合、約１から１０マイクロメートルを超えるまで変化し得る。

【0083】

粗いＭＦＣグレードは、かなりの割合のフィブリル化繊維、すなわち細胞壁（セルロース繊維）から突出したフィブリルを含み、細胞壁（セルロース繊維）から遊離したフィブリルを一定量含む可能性がある。

【0084】

特定の実施形態では、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、約５μｍから約５００μｍの範囲のｄ_５０を有する。特定の実施形態では、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ｄ_５０を有する。

【0085】

特定の実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは、約０．１～５００μｍの範囲のモード繊維粒子サイズを有する。

【0086】

特定の実施形態では、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のモード繊維粒子サイズを有する。

【0087】

一実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは、再生パルプ、損紙、および／または産業廃棄物、あるいは製紙工場からの鉱物フィラーとセルロース系材料を豊富に含む紙流から調製することもできる。

【0088】

ミクロフィブリル化セルロースは、例えば、脱水および／または乾燥の前に処理することができる。例えば、以下に規定する１つ以上の添加剤（例えば、塩、糖、グリコール、尿素、グリコール、カルボキシメチルセルロース、グアーガム、または以下に規定するそれらの組合せ）を、ミクロフィブリル化セルロースに添加することができる。例えば、ミクロフィブリル化セルロースには、１つ以上のオリゴマー（例えば、上記で規定した添加剤の有無にかかわらず）を添加することができる。例えば、分散性を向上させるために、ミクロフィブリル化セルロースに１つ以上の無機微粒子材料を添加してもよい（例えば、タルクまたはステアリン酸表面処理（例えば、ステアリン酸処理炭酸カルシウム）などの疎水性表面処理を有するタルクまたは鉱物）。添加剤は、例えば、低誘電率溶媒に懸濁させることができる。ミクロフィブリル化セルロースは、例えば、脱水および／または乾燥の前に、例えば油／水エマルションなどのエマルション中にあってもよい。ミクロフィブリル化セルロースは、例えば、脱水および／または乾燥の前に、マスターバッチ組成物、例えば、ポリマーマスターバッチ組成物および／または高固形物マスターバッチ組成物中にあり得る。ミクロフィブリル化セルロースは、例えば、脱水および／または乾燥前の高固形物組成物（例えば、固形物含有量が約６０ｗｔ％以上、または約７０ｗｔ％以上、または約８０ｗｔ％以上、または約９０ｗｔ％以上、または約９５ｗｔ％以上、または約９８ｗｔ％以上、または約９９ｗｔ％以上）であってもよい。脱水および乾燥後、再分散前または再分散中のミクロフィブリル化セルロースに、追加的または代替的に、１つ以上の処理の任意の組合せを適用することができる。

【0089】

セルロースを含む繊維質基材は、乾燥状態のセルロースを含む粉砕容器繊維質基材に添加することができる。例えば、乾燥した損紙をグラインダー容器に直接加えることができる。グラインダー容器内の水性環境は、パルプの形成を促進する。

【0090】

ミクロフィブリル化セルロース（「ＭＦＣ」）を生成する様々な方法が当技術分野で知られている。粉砕手順によって生成されたミクロフィブリル化セルロースを含むいくつかの方法および組成物がＷＯ２０１０／１３１０１６に記載されている。Ｈｕｓｂａｎｄ， Ｊ． Ｃ．， Ｓｖｅｎｄｉｎｇ， Ｐ．， Ｓｋｕｓｅ， Ｄ． Ｒ．， Ｍｏｔｓｉ， Ｔ．， Ｌｉｋｉｔａｌｏ， Ｍ．， Ｃｏｌｅｓ， Ａ．， ＦｉｂｅｒＬｅａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｔｄ．， ２０１５， ”Ｐａｐｅｒ ｆｉｌｌｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，” ＰＣＴ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ． ＷＯ２０１０／１３１０１６。そのようなミクロフィブリル化セルロースを含む紙製品は、紙の破裂強度および引張強度などの優れた紙特性を示すことが示されている。ＷＯ２０１０／１３１０１６に記載されている方法は、ミクロフィブリル化セルロースを経済的に生成することも可能である。

【0091】

ＷＯ２００７／０９１９４２Ａ１には、化学パルプをまず精製し、次いで、１つ以上の木材分解酵素で処理し、最後に均質化して最終製品としてＭＦＣを生成するプロセスが記載されている。パルプの一貫性は、好ましくは０．４～１０％であると教示されている。その利点は、高圧フルイダイザーまたはホモジナイザーでの目詰まりを回避できることだと言われている。

【0092】

ＷＯ２０１０／１３１０１６には、無機微粒子材料の有無にかかわらず、ミクロフィブリル化セルロースを生成するための粉砕手順が記載されている。そのような粉砕手順について、以下で説明する。その内容全体が参照により本明細書に組み込まれるＷＯ２０１０／１３１０１６に記載されたプロセスの一実施形態では、このプロセスは、セルロースの前処理を必要とすることなく、費用対効果が高く、大規模にミクロフィブリル化セルロース（「ＭＦＣ」）を製造するために、セルロース繊維の機械的分解を利用する。この方法の一実施形態では、粉砕媒体ビーズを攪拌することによって繊維をＭＦＣに分解する攪拌媒体デトリター粉砕技術を使用する。このプロセスでは、炭酸カルシウムやカオリンなどの鉱物が粉砕助剤として添加され、必要なエネルギーが大幅に削減される。Ｈｕｓｂａｎｄ， Ｊ． Ｃ．， Ｓｖｅｎｄｉｎｇ， Ｐ．， Ｓｋｕｓｅ， Ｄ． Ｒ．， Ｍｏｔｓｉ， Ｔ．， Ｌｉｋｉｔａｌｏ， Ｍ．， Ｃｏｌｅｓ， Ａ．， ＦｉｂｅｒＬｅａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｌｔｄ．， ２０１５， ”Ｐａｐｅｒ ｆｉｌｌｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，” Ｕ．Ｓ． Ｐａｔ． ＵＳ９１２７４０５Ｂ２。

【0093】

ミクロフィブリル化セルロースおよび無機微粒子材料の水性懸濁液の調製

【0094】

特定の実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースを含む組成物は、粉砕媒体の存在下でセルロースを含む繊維質基材をミクロフィブリル化することを含むプロセスによって得ることができる。このプロセスは、有利には水性環境で実施される。

【0095】

粒子状粉砕媒体は、存在する場合、天然素材のものでも合成素材のものでもよい。粉砕媒体は、例えば、任意の硬質鉱物、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み得る。そのような材料としては、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、または約１３００℃～約１８００℃の範囲の温度でカオリナイト系粘土を焼成することによって生成されるムライトリッチ材料が挙げられる。例えば、いくつかの実施形態では、Ｃａｒｂｏｌｉｔｅ（登録商標）粉砕媒体が好ましい。あるいは、適切な粒子サイズの天然砂の粒子を使用することもできる。

【0096】

粉砕は、１段階または複数段階で行うことができる。例えば、粗い無機微粒子材料をグラインダー容器内で所定の粒子サイズ分布まで粉砕し、その後、セルロースを含む繊維状材料を添加し、所望のレベルのミクロフィブリル化が得られるまで粉砕を継続する。本発明の第１の態様に従って使用される粗い無機微粒子材料は、当初、粒子の約２０重量％未満が２μｍ未満の等価球直径（ｅ．ｓ．ｄ．）を有する粒子サイズ分布を有することができ、例えば、粒子の約１５重量％未満、または約１０重量％未満が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄ．を有する。別の実施形態では、本発明の第１の態様に従って使用される粗い無機微粒子材料は、当初、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｉｔｅｃまたは同等の装置を使用して測定される粒子サイズ分布を有し得、粒子の約２０体積％未満が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄ．を有する、例えば、粒子の約１５体積％未満、または粒子の約１０体積％未満が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄ．を有する。別の実施形態では、セルロースを含む繊維状物質は、以下に記載するように、粉砕媒体の存在下、無機微粒子材料の非存在下で粉砕することができる。

【0097】

粗い無機微粒子材料は、粉砕媒体の非存在下または存在下で、湿式または乾式粉砕され得る。湿式粉砕段階の場合、粗い無機微粒子材料は、好ましくは、粉砕媒体の存在下、水性懸濁液中で粉砕される。そのような懸濁液において、粗い無機微粒子材料は、好ましくは懸濁液の約５重量％～約８５重量％の量で存在し、より好ましくは懸濁液の約２０重量％～約８０重量％の量で存在し得る。最も好ましくは、粗い無機微粒子材料は、懸濁液の約３０重量％～約７５重量％の量で存在し得る。上述したように、粗い無機微粒子材料は、粒子の少なくとも約１０重量％が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄを有し、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重量％が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄを有し、その後、セルロースパルプが添加され、２つの成分がセルロースパルプの繊維をミクロフィブリル化するために共粉砕される。別の実施形態では、粗い無機微粒子材料は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｉｔｅｃ装置（または同等品）を使用して測定された粒子サイズ分布に粉砕され、粒子の少なくとも約１０体積％が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄを有し、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を有し、その後、セルロースパルプが添加され、２つの成分がセルロースパルプの繊維をミクロフィブリル化するために共粉砕される。

【0098】

一般に、本発明で使用するために選択される粉砕媒体のタイプおよび粒子サイズは、特性、例えば、粉砕される材料の供給懸濁液の粒子サイズおよび化学組成に依存し得る。好ましくは、粒子状粉砕媒体は、約０．１ｍｍ～約６．０ｍｍ、より好ましくは、約０．２ｍｍ～約４．０ｍｍの範囲の平均直径を有する粒子を含む。粉砕媒体は、装入物の約７０体積％までの量で存在することができる。粉砕媒体は、装入物の少なくとも約１０体積％、例えば、装入物の少なくとも約２０体積％、または装入物の少なくとも約３０体積％、または装入物の少なくとも約４０体積％、または装入物の少なくとも約５０体積％、または装入物の少なくとも約６０体積％の量で存在し得る。

【0099】

特に明記しない限り、ミクロフィブリル化セルロース材料の粒子サイズ特性は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄによって（または、本質的に同じ結果を与える他の方法によって供給されるＭａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｉｔｅｃ装置（または同等品）を使用して、レーザー光散乱の技術分野で採用されている周知の従来の方法によって測定されるものである。

【0100】

セルロースを含む繊維状基材は、パルプ（すなわち、水中のセルロース繊維の懸濁液）の形態であってもよく、これは、任意の適切な化学的もしくは機械的処理、またはそれらの組合せによって調製することができる。

【0101】

無機微粒子材料とミクロフィブリル化セルロースの混合物の粒子サイズ分布を、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｉｔｅｃ装置（または同等）を使用して特徴付けるために使用される手順の詳細が以下に提供される。

【0102】

セルロースを含む繊維状基材は、無機微粒子材料の存在下でミクロフィブリル化され、レーザー光散乱法で測定された、約５μｍ～約５００μｍの範囲のｄ_５０を有するミクロフィブリル化セルロースを得ることができる。セルロースを含む繊維状基材は、無機微粒子材料の存在下でミクロフィブリル化されて、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ｄ_５０を有するミクロフィブリル化セルロースを得ることができる。

【0103】

セルロースを含む繊維状基材は、無機微粒子材料の存在下でミクロフィブリル化されて、約０．１～５００μｍの範囲のモード繊維粒子サイズおよび０．２５～２０μｍの範囲のモード無機微粒子材料粒子サイズを有するミクロフィブリル化セルロースを得ることができる。セルロースを含む繊維状基材は、無機微粒子材料の存在下でミクロフィブリル化されて、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のモード繊維粒子サイズを有するミクロフィブリル化セルロースを得ることができる。

【0104】

セルロースを含む繊維状基材は、無機微粒子材料の存在下でミクロフィブリル化されて、Ｍａｌｖｅｒｎによって測定された繊維急峻度が約１０以上のミクロフィブリル化セルロースを得ることができる。繊維急峻度（すなわち、繊維の粒子サイズ分布の急峻度）は、以下の式によって決定される。

【0105】

急峻度＝１００×（ｄ_３０／ｄ_７０）。

【0106】

ミクロフィブリル化セルロースは、約１００以下の繊維急峻度を有し得る。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以下の繊維急峻度を有し得る。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の繊維急峻度を有し得る。

【0107】

より微細な鉱物ピークは、測定されたデータポイントにフィットさせ、分布から数学的に差し引くことで、繊維のピークを残すことができ、これは累積分布に変換することができる。同様に、繊維のピークを元の分布から数学的に差し引くと、鉱物ピークが残り、これも累積分布に変換することができる。これらの累積曲線はいずれも、平均粒子サイズ（ｄ_５０）および分布の急峻度（ｄ_３０／ｄ_７０×１００）を算出するために使用することができる。次いで、微分曲線を使用して、鉱物と繊維の両方の画分についてモード粒子サイズを求めることができる。

【0108】

無機微粒子材料

【0109】

無機微粒子材料は、存在するとき、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト、石膏などの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粘土などの含水カンダイトデイ、メタカオリンまたは完全焼成カオリンなどの無水（焼成）カンダイト粘土、タルク、マイカ、パーライトまたは珪藻土、または水酸化マグネシウム、または三水和アルミニウム、またはそれらの組合せであり得る。

【0110】

この方法に使用する好ましい無機微粒子材料は、炭酸カルシウムである。以下、本発明は炭酸カルシウムの観点から、炭酸カルシウムが加工および／または処理される態様と関連して論じられる傾向があり得る。本発明は、そのような実施形態に限定して解釈されないものとする。

【0111】

本発明で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ることができる。重質炭酸カルシウム（ＧＣＣ）は、通常、チョーク、大理石、石灰石などの鉱物源を粉石し、粉砕することによって得られ、その後、所望の微粉度を持つ製品を得るために粒子サイズの分類の工程が続き得る。漂白、浮遊、磁気分離など他の技術も、所望の微粉度および／または色を有する製品を得るために使用することができる。粒子状固形材料は、自生的に、すなわち固形材料自体の粒子間の摩耗によって、あるいは、粉砕され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、粉砕することができる。これらのプロセスは、プロセスのどの段階でも添加することができる分散剤および殺生物剤の存在の有無にかかわらず実施することができる。

【0112】

沈降炭酸カルシウム（ＰＣＣ）は、本発明において粒子状炭酸カルシウムの源として使用することができ、当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することができる。ＴＡＰＰＩ Ｍｏｎｏｇｒａｐｈ Ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ ３０，”Ｐａｐｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｐｉｇｍｅｎｔｓ”の３４～３５ページは、製紙業界で使用する製品の調製に適した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について記載しているが、本発明の実施にも使用することができる。３つすべてのプロセスで、石灰石のような炭酸カルシウムの供給材料をまず焼成して生石灰を生成し、次いで生石灰を水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、石灰乳を炭酸ガスで直接炭酸化する。このプロセスには、副生成物が形成されず、炭酸カルシウム製品の特性および純度を比較的容易に制御できるという利点がある。第２のプロセスでは、石灰乳をソーダ灰と接触させ、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。このプロセスが商業的に使用される場合、水酸化ナトリウムは炭酸カルシウムから実質的に完全に分離され得る。第３の主な商業プロセスでは、まず石灰乳を塩化アンモニウムと接触させ、塩化カルシウム溶液とアンモニアガスが得られる。次いで、塩化カルシウム溶液をソーダ灰と接触させ、複分解によって沈降炭酸カルシウムおよび塩化ナトリウム溶液を生成する。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することができる。ＰＣＣ結晶の３つの主な形態は、アラゴナイト、菱面体、偏三角面体であり、これらはすべて、これらの混合物を含め、本発明での使用に適している。

【0113】

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、懸濁液は、オプションで適切な分散剤の存在下で粉砕され得る。炭酸カルシウムの湿式粉砕に関する詳細については、例えばＥＰ６１４９４８（その内容全体が参照により組み込まれる）を参照されたい。

【0114】

状況によっては、他の鉱物の少量の添加が含まれてもよく、例えば、カオリン、焼成カオリン、ウォラストナイト、ボーキサイト、タルク、雲母のうちの１つ以上が存在することもできる。

【0115】

本発明の無機微粒子材料が天然に存在する源から得られるとき、いくつかの鉱物不純物が粉砕材料を汚染する可能性がある。例えば、天然に存在する炭酸カルシウムは、他の鉱物と関連して存在する可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、無機微粒子材料は、不純物の量を含む。しかしながら、一般に、本発明で使用される無機微粒子材料は、約５重量％未満、好ましくは約１重量％未満の他の鉱物不純物を含む。

【0116】

本発明の方法のミクロフィブリル化工程の間に使用される無機微粒子材料は、好ましくは、粒子の少なくとも約１０重量％が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄ．を有する、例えば、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％、または粒子の約１００重量％の粒子が２μｍ未満のｅ．ｓ．ｄ．を有する粒子サイズ分布を有する。

【0117】

特に明記しない限り、本明細書で言及する無機微粒子材料の粒子サイズ特性は、本書では「Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ｓｅｄｉｇｒａｐｈ ５１００ユニット」と呼ばれるＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｎｏｒｃｒｏｓｓ， Ｇａ．， ＵＳＡ （ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ：[phone]； ｗｅｂ－ｓｉｔｅ：ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ．ｃｏｍ）によって供給されるＳｅｄｉｇｒａｐｈ ５１００マシンを使用して、水性媒体中に完全に分散した状態の微粒子材料を沈降させることによって周知の方法で測定されるものである。そのようなマシンは、当技術分野では「等価球直径（ｅ．ｓ．ｄ）」と呼ばれる、所与のｅ．ｓ．ｄ値未満のサイズを有する粒子の重量累積パーセンテージの測定およびプロットを提供する。平均粒子サイズｄ_５０は、このようにして決定された粒子ｅ．ｓ．ｄの値であり、そのｄ_５０値未満の等価球直径を有する粒子が５０重量％存在する。

【0118】

あるいは、記載されている場合、無機微粒子材料について本明細書で言及される粒子サイズ特性は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄによって（または、本質的に同じ結果を与える他の方法によって）供給されるＭａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｉｔｅｃ装置（または同等品）を使用して、レーザー光散乱の技術分野で採用されている周知の従来の方法によって測定されるものである。レーザー光散乱技術では、Ｍｉｅ理論の応用に基づいて、レーザー光の回折を使用して、粉体、懸濁液、エマルション中の粒子サイズを測定することができる。そのようなマシンは、当技術分野では「等価球直径（ｅ．ｓ．ｄ．）」と呼ばれる、所与のｅ．ｓ．ｄ値未満のサイズを有する粒子の体積累積パーセンテージの測定およびプロットを提供する。平均粒子サイズｄ_５０は、このようにして決定された粒子ｅ．ｓ．ｄ．の値であり、そのｄ_５０値未満の等価球直径を有する粒子が５０体積％存在する。

【0119】

特に明記しない限り、ミクロフィブリル化セルロース材料の粒子サイズ特性は、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄによって供給されるＭａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｉｔｅｃ Ｌマシンを使用して（または、本質的に同じ結果を与える他の方法によって）、レーザー光散乱の技術分野で採用されている周知の従来の方法によって測定されるものである。

【0120】

無機微粒子材料とミクロフィブリル化セルロースの混合物の粒子サイズ分布を、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ Ｓマシンを使用して特徴付けるために使用される手順の詳細が以下に提供される。

【0121】

使用するのに好ましい別の無機微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、およびカオリンが加工および／または処理される態様と関連して論じられる傾向がある。本発明は、そのような実施形態に限定して解釈されないものとする。したがって、いくつかの実施形態では、カオリンは未処理の形態で使用される。

【0122】

本発明で使用するカオリン粘土は、天然源、すなわち生の天然カオリン粘土鉱物に由来する加工材料であってもよい。加工されたカオリン粘土は、典型的には少なくとも約５０重量％のカオリナイトを含み得る。例えば、商業的に加工されたカオリン粘土は、約７５重量％を超えるカオリナイトを含み、約９０重量％を超える、場合によっては約９５重量％を超えるカオリナイトを含み得る。

【0123】

本発明で使用されるカオリン粘土は、生の天然カオリン粘土鉱物から、例えば既知の精製または選鉱工程など、当業者に既知の１つ以上の他のプロセスによって調製することができる。

【0124】

例えば、粘土鉱物は、亜硫酸水素ナトリウムのような還元的漂白剤で漂白することができる。亜硫酸水素ナトリウムを使用する場合、亜硫酸水素ナトリウム漂白工程の後、漂白粘土鉱物をオプションで脱水し、オプションで洗浄し、再度オプションで脱水することができる。

【0125】

粘土鉱物は、不純物を除去するために、例えば、当技術分野でよく知られた凝集、浮遊、磁気分離技術によって処理することができる。あるいは、本発明の第１の態様で使用される粘土鉱物は、固体または水性懸濁液の形態で未処理であってもよい。

【0126】

本発明で使用される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つ以上の破砕工程、例えば、粉砕または製粉を含むことができる。粗いカオリンの軽度の破砕は、適切な剥離を与えるために使用される。破砕は、ビーズまたはプラスチック（ナイロンなど）、砂、セラミックの粉砕または製粉助剤のビーズまたは顆粒を使用して行うことができる。粗いカオリンは、周知の手順を使用して不純物を除去し、物理的特性を向上させるために精製することができる。カオリン粘土は、所望のｄ_５０値または粒子サイズ分布を有する粒子を得るために、既知の粒子サイズ分級手順、例えばスクリーニングおよび遠心分離（またはその両方）によって処理され得る。

【0127】

セルロースを含む繊維状基材

【0128】

セルロースを含む繊維質基材は、木材、草（例えば、サトウキビ、竹）、ボロ布（例えば、繊維くず、綿、麻、亜麻）など、任意の適切な源に由来するものであり得る。セルロースを含む繊維状基材は、パルプ（すなわち、水中のセルロース繊維の懸濁液）の形態であってもよく、これは、任意の適切な化学的もしくは機械的処理、またはそれらの組合せによって調製することができる。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、または損紙パルプ、または製紙工場廃水流、または製紙工場からの廃棄物、またはそれらの組合せであり得る。セルロースパルプは、叩解（例えば、バレービーターで）および／または他の方法で精製（例えば、コニカル精製機またはプレート精製機で処理）して、当技術分野においてｃｍ^３単位のカナダ標準濾水度（ＣＳＦ）として報告されている任意の所定の濾水度にすることができる。ＣＳＦは、パルプの懸濁液が排出され得る速度によって測定される、パルプの濾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される前のカナダ標準濾水度が約１０ｃｍ^３以上である場合がある。セルロースパルプは、約７００ｃｍ^３以下、例えば、約６５０ｃｍ^３以下、または約６００ｃｍ^３以下、または約５５０ｃｍ^３以下、または約５００ｃｍ^３以下、または約４５０ｃｍ^３以下、または約４００ｃｍ^３以下である、または約３５０ｃｍ^３以下、または約３００ｃｍ^３以下、または約２５０ｃｍ^３以下、または約２００ｃｍ^３以下、または約１５０ｃｍ^３以下、または約１００ｃｍ^３以下、または約５０ｃｍ^３以下のＣＳＦを有してもよい。次いで、セルロースパルプは、当技術分野で周知の方法によって脱水することができ、例えば、少なくとも約１０％の固形物、例えば少なくとも約１５％の固形物、または少なくとも約２０％の固形物、または少なくとも約３０％の固形物、または少なくとも約４０％の固形物を含むウェットシートを得るために、パルプをスクリーンを通して濾過することができる。パルプは未精製の状態で、つまり叩解や脱水せずに、あるいは精製せずに利用することができる。

【0129】

セルロースパルプは、叩解（例えば、バレービーターで）および／または他の方法で精製（例えば、コニカル精製機またはプレート精製機で処理）して、当技術分野においてｃｍ^３単位のカナダ標準濾水度（ＣＳＦ）として報告されている任意の所定の濾水度にすることができる。ＣＳＦは、パルプの懸濁液が排出され得る速度によって測定される、パルプの濾水度または排水速度の値を意味し、この試験はＴ２２７ｃｍ－０９ＴＡＰＰＩ規格に従って実施される。例えば、セルロースパルプは、ミクロフィブリル化される前のカナダ標準濾水度が約１０ｃｍ^３以上である場合がある。セルロースパルプは、約７００ｃｍ^３以下、例えば、約６５０ｃｍ^３以下、または約６００ｃｍ^３以下、または約５５０ｃｍ^３以下、または約５００ｃｍ^３以下、または約４５０ｃｍ^３以下、または約４００ｃｍ^３以下である、または約３５０ｃｍ^３以下、または約３００ｃｍ^３以下、または約２５０ｃｍ^３以下、または約２００ｃｍ^３以下、または約１５０ｃｍ^３以下、または約１００ｃｍ^３以下、または約５０ｃｍ^３以下のＣＳＦを有してもよい。セルロースパルプは、約２０～約７００のＣＳＦを有し得る。次いで、セルロースパルプは、当技術分野で周知の方法によって脱水することができ、例えば、少なくとも約１０％の固形物、例えば少なくとも約１５％の固形物、または少なくとも約２０％の固形物、または少なくとも約３０％の固形物、または少なくとも約４０％の固形物を含むウェットシートを得るために、パルプをスクリーンを通して濾過することができる。パルプは未精製の状態で、つまり叩解や脱水せずに、あるいは精製せずに利用することができる。

【0130】

ミクロフィブリル化セルロースは、当業者に知られているような多糖類の粒子サイズを低減する任意の方法によって生成され得る。しかしながら、多糖類の高いアスペクト比を維持しながら粒子サイズを低減する方法が好ましい。特に、少なくとも１つのミクロフィブリル化セルロースは、粉砕、超音波処理、均質化、衝突ミキサー、熱、水蒸気爆発、加圧－減圧サイクル、凍結－融解サイクル、衝撃、粉砕（ディスクグラインダーなど）、ポンピング、混合、超音波、マイクロ波爆発、および／または製粉からなる群から選択される方法によって製造することができる。また、製粉とそれに続く均質化など、これらの様々な組合せも可能である。一実施形態では、少なくとも１つのミクロフィブリル化セルロースは、１つ以上のセルロース含有原料中のセルロース繊維の結晶領域の一部がフィブリル化するように、１つ以上のセルロース含有原料を水性懸濁液中で十分な量の剪断にさらすことによって形成される。

【0131】

セルロースを含む繊維状基材のミクロフィブリル化は、セルロースパルプと無機微粒子材料の混合物を加圧し（例えば、約５００バールの圧力まで）、次いで圧力の低いゾーンに通す方法によって、無機微粒子材料の存在下、湿潤条件下で得ることができる。混合物が低圧ゾーンに渡され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には十分に低い。例えば、圧力降下は、非常に大きな出口オリフィスを備えた狭い入口オリフィスを有する環状開口部に混合物を強制的に通すことによって得ることができる。混合物がより大きな容積（すなわち低圧ゾーン）に加速されるにつれて圧力が急激に低下することによりキャビテーションが誘発され、これがミクロフィブリル化を引き起こす。一実施形態において、セルロースを含む繊維状基材のミクロフィブリル化は、無機微粒子材料の存在下、湿潤条件下でホモジナイザー内で得ることができる。ホモジナイザーでは、セルロースパルプと無機微粒子材料の混合物が加圧され（例えば、約５００バールの圧力に）、小さなノズルまたはオリフィスを通して強制的に送られる。混合物は、約１００バールから約１０００バールの圧力まで、例えば３００バール以上、約５００バール以上、約２００バール以上、約７００バール以上の圧力まで加圧され得る。均質化によって繊維は高い剪断力にさらされ、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から出るとき、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過する懸濁液の流動性を向上させるために、水を追加してもよい。得られたミクロフィブリル化セルロースおよび無機微粒子材料を含む水性懸濁液は、ホモジナイザーの入口に再び供給され、ホモジナイザーを複数回通過し得る。好ましい実施形態では、無機微粒子材料は、カオリンなどの天然の板状鉱物である。したがって、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も促進する。

【0132】

ミクロフィブリル化セルロースは、分散液（例えば、ゲルまたはゼラチン状）、希釈分散液、および／または懸濁液の少なくとも１つの形態であり得る。

【0133】

無機微粒子材料を添加せずに調製したミクロフィブリル化セルロース

【0134】

好ましい実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは、粉砕完了後に除去される粉砕媒体の存在下で粉砕することにより、水性環境下で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従って調製され、粉砕は、タワーミルまたはスクリーン式グラインダーで行われ、粉砕は、粉砕可能な無機微粒子材料の非存在下で行われる。

【0135】

攪拌式媒体ミルは、運動エネルギーを小さな粉砕媒体ビーズに伝達する回転インペラからなり、剪断力、圧縮力、衝撃力の組合せによって装入物を粉砕する。本明細書に開示された方法によってＭＦＣを生成するために、例えばタワーミル、スクリーン式粉砕ミル、攪拌式媒体デトリターなど、様々な粉砕装置を使用することができる。

【0136】

粉砕可能な無機微粒子材料とは、粉砕媒体の存在下で粉砕される材料である。

【0137】

粒子状粉砕媒体は、天然素材のものでも合成素材のものでもよい。粉砕媒体は、例えば、任意の硬質鉱物、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み得る。そのような材料としては、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、または約１３００℃～約１８００℃の範囲の温度でカオリナイト系粘土を焼成することによって生成されるムライトリッチ材料が挙げられる。例えば、いくつかの実施形態では、Ｃａｒｂｏｌｉｔｅ（登録商標）粉砕媒体が好ましい。あるいは、適切な粒子サイズの天然砂の粒子を使用することもできる。

【0138】

一般に、本発明で使用するために選択される粉砕媒体のタイプおよび粒子サイズは、特性、例えば、粉砕される材料の供給懸濁液の粒子サイズおよび化学組成に依存し得る。好ましくは、粒子状粉砕媒体は、約０．５ｍｍ～約６ｍｍの範囲の平均直径を有する粒子を含む。一実施形態では、粒子は少なくとも約３ｍｍの平均直径を有する。

【0139】

粉砕媒体は、少なくとも約２．５の比重を有する粒子を含み得る。粉砕媒体は、少なくとも約３、または少なくとも約４、または少なくとも約５、または少なくとも約６の比重を有する粒子を含み得る。

【0140】

粉砕媒体は、装入物の約７０体積％までの量で存在し得る。粉砕媒体は、装入物の少なくとも約１０体積％、例えば、装入物の少なくとも約２０体積％、または装入物の少なくとも約３０体積％、または装入物の少なくとも約４０体積％、または装入物の少なくとも約５０体積％、または装入物の少なくとも約６０体積％の量で存在し得る。

【0141】

セルロースを含む繊維状基材は、ミクロフィブリル化され、レーザー光散乱法で測定された、約５μｍ～約５００μｍの範囲のｄ∞を有するミクロフィブリル化セルロースを得ることができる。セルロースを含む繊維状基材は、ミクロフィブリル化されて、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ｄ_５０を有するミクロフィブリル化セルロースを得ることができる。

【0142】

セルロースを含む繊維状基材をミクロフィブリル化して、約０．１～５００μｍの範囲のモード繊維粒子サイズを有するミクロフィブリル化セルロースを得ることができる。セルロースを含む繊維状基材は、存在下でミクロフィブリル化されて、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のモード繊維粒子サイズを有するミクロフィブリル化セルロースを得ることができる。

【0143】

セルロースを含む繊維状基材は、ミクロフィブリル化されて、Ｍａｌｖｅｒｎによって測定された繊維急峻度が約１０以上のミクロフィブリル化セルロースを得ることができる。繊維急峻度（すなわち、繊維の粒子サイズ分布の急峻度）は、以下の式によって決定される。

【0144】

急峻度＝１００×（ｄ_３０／ｄ_７０）

【0145】

ミクロフィブリル化セルロースは、約１００以下の繊維急峻度を有し得る。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以下の繊維急峻度を有し得る。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の繊維急峻度を有し得る。一実施形態では、好ましい急峻さの範囲は約２０～約５０である。

【0146】

一実施形態では、粉砕容器はタワーミルである。タワーミルは、１つ以上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、タワーミル内部の最上部に向かって位置し、粉砕が行われるのが最小限である、またはまったく行われない領域であり、ミクロフィブリル化セルロースおよび無機微粒子材料を含む。静止ゾーンは、粉砕媒体の粒子がタワーミルの１つ以上の粉砕ゾーンに沈降する領域である。

【0147】

タワーミルは、１つ以上の粉砕ゾーンの上部に分級機を備えていてもよい。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。分級機はハイドロサイクロンでもよい。

【0148】

タワーミルは、１つ以上の粉砕ゾーンの上部にスクリーンを備えていてもよい。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を含む製品水性懸濁液から粉砕媒体を分離し、粉砕媒体の沈降を促進するようなサイズにすることができる。

【0149】

別の実施形態では、ミクロフィブリル化セルロースは攪拌媒体デトリターで調製することができる。攪拌式媒体ミルは、運動エネルギーを小さな粉砕媒体ビーズに伝達する回転インペラからなり、剪断力、圧縮力、衝撃力の組合せによって装入物を粉砕する。本明細書に開示された方法によってＭＦＣを生成するために、例えばタワーミル、スクリーン式粉砕ミル、攪拌式媒体デトリターなど、様々な粉砕装置を使用することができる。

【0150】

一実施形態では、粉砕はプラグフロー条件下で行われる。プラグフロー条件下では、タワーを通る流れは、タワーを通過する粉砕材料の混合が限定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で、ミクロフィブリル化セルロースの微粉度が高くなるにつれて水性環境の粘度が変化することを意味する。したがって、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つ以上の粉砕ゾーンを含むと考えることができる。当業者であれば、粘度に関して隣接する粉砕ゾーンの間に明確な境界がないことを理解するであろう。

【0151】

一実施形態では、１つ以上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するミルの上部で水を添加して、ミル内のこれらのゾーンでミクロフィブリル化セルロースを含む水性懸濁液の粘度を低下させる。ミルにおいてこの時点で製品のミクロフィブリル化セルロースを希釈することにより、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キャリーオーバーの防止が改善されることが判明した。さらに、タワーを通過する混合の制限によって、タワーの下部でより高濃度の固形物を処理することが可能になり、上部では希釈され、希釈水の逆流が制限された状態で１つ以上の粉砕ゾーンに逆流する。ミクロフィブリル化セルロースを含む製品の水性懸濁液の粘度を希釈するのに有効な任意の適切な量の水を添加することができる。水は、粉砕プロセス中に連続的に添加されてもよく、一定の間隔で、または不規則な間隔で添加されてもよい。

【0152】

別の実施形態では、水は、タワーミルの長さに沿って配置された１つ以上の注水ポイントを介して１つ以上の粉砕ゾーンに添加することができ、各注水ポイントは、１つ以上の粉砕ゾーンに対応する位置に配置される。有利なことに、タワーに沿った様々なポイントで水を加えることができ、ミルに沿った任意の位置またはすべての位置で粉砕条件をさらに調整することができる。

【0153】

タワーミルは、全長にわたって一連のインペラロータディスクを備えた垂直インペラシャフトを備え得る。インペラロータディスクの作用により、ミルにわたって一連の個別の粉砕ゾーンが形成される。

【0154】

別の実施形態では、粉砕はスクリーン式グラインダー、好ましくは攪拌式媒体デトリターで行われる。スクリーン式グラインダーは、少なくとも約２５０μｍの公称開口サイズを有する１つ以上のスクリーンを含んでもよく、例えば、１つ以上のスクリーンは、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てもよい。

【0155】

すぐ上のスクリーンサイズは、上述のタワーミルの実施形態に適用可能である。

【0156】

上述のように、粉砕は粉砕媒体の存在下で行われる。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。

【0157】

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。

【0158】

上述したように、粉砕媒体は、装入物の約７０体積％までの量であり得る。粉砕媒体は、装入物の少なくとも約１０体積％、例えば、装入物の少なくとも約２０体積％、または装入物の少なくとも約３０体積％、または装入物の少なくとも約４０体積％、または装入物の少なくとも約５０体積％、または装入物の少なくとも約６０体積％の量で存在し得る。

【0159】

一実施形態では、粉砕媒体は装入物の約５０体積％の量で存在する。

【0160】

「装入物」とは、グラインダー容器に供給される供給物の組成物を意味する。装入物は、水、粉砕媒体、セルロースを含む繊維質基材、および任意の他のオプションの添加物（本明細書に記載されているもの以外）を含む。

【0161】

比較的粗いおよび／または高密度の媒体の使用は、沈降速度の改善（すなわち、より速い）、および静止ゾーンおよび／または分級機および／またはスクリーンを通る媒体のキャリーオーバーの低減という利点を有する。

【0162】

比較的粗いスクリーンを使用することのさらなる利点は、ミクロフィブリル化工程で比較的粗いまたは高密度の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の公称開口を有する）を使用することにより、比較的高固形物の製品を処理し、グラインダーから除去することができ、これにより、比較的高固形物の供給物（セルロースおよび無機微粒子材料を含む繊維質基材を含む）を経済的に実行可能なプロセスで処理することができる。後述するように、エネルギー十分性の観点から、初期固形物含有量が高い供給物が望ましいことが判明した。さらに、（所与のエネルギーで）低固形物で生成された製品は、粒子サイズ分布が粗いことも判明している。

【0163】

一実施形態によれば、セルロースを含む繊維状基質は、少なくとも約１ｗｔ％の初期固形物含有量で水性環境中に存在する。セルロースを含む繊維状基材は、少なくとも約２ｗｔ％、例えば少なくとも約３ｗｔ％、または少なくとも約４ｗｔ％の初期固形物含有量で水性環境中に存在し得る。典型的には、初期固形物含有量は約１０ｗｔ％以下である。

【0164】

別の実施形態では、粉砕は粉砕容器のカスケードで行われ、そのうちの１つ以上は１つ以上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は、２つ以上の粉砕容器のカスケード、例えば、３つ以上の粉砕容器のカスケード、４つ以上の粉砕容器のカスケード、５つ以上の粉砕容器のカスケード、６つ以上の粉砕容器のカスケード、７つ以上の粉砕容器のカスケード、８つ以上の粉砕容器のカスケード、直列の９つ以上の粉砕容器のカスケード、または最大１０個の粉砕容器を含むカスケードで粉砕され得る。粉砕容器のカスケードは、直列または並列、あるいは直列と並列の組合せで動作可能にリンクされ得る。カスケード内の１つ以上の粉砕容器からの出力および／または１つ以上の粉砕容器への入力を、１つ以上のスクリーニング工程および／または１つ以上の分級工程に施し得る。

【0165】

ミクロフィブリル化プロセスで消費される総エネルギーは、カスケード内の各粉砕容器に均等に配分することができる。あるいは、エネルギー入力は、カスケード内の一部またはすべての粉砕容器間で異なっていてもよい。

【0166】

当業者であれば、各容器でミクロフィブリル化される繊維状基質の量、およびオプションで各容器での粉砕速度、各容器での粉砕の持続時間、および各容器での粉砕媒体のタイプに応じて、カスケード内の容器間で容器ごとに消費されるエネルギーが異なり得ることを理解するであろう。粉砕条件は、ミクロフィブリル化セルロースの粒子サイズ分布を制御するために、カスケード内の各容器で変化させることができる。

【0167】

一実施形態では、粉砕は閉回路で行われる。別の実施形態では、粉砕は開回路で行われる。

【0168】

粉砕される材料の懸濁液は比較的粘度が高い場合があるので、粉砕前に適切な分散剤を懸濁液に加えることが好ましい場合がある。分散剤は、例えば、水溶性の縮合リン酸塩、ポリケイ酸またはその塩、あるいは高分子電解質、例えば、数平均分子量が８０，０００以下のポリ（アクリル酸）またはポリ（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、乾燥した無機微粒子材料固体材料の重量に基づいて、０．１～２．０重量％の範囲である。懸濁液は、好適には４℃～１００℃の範囲の温度で粉砕され得る。

【0169】

ミクロフィブリル化工程中に含めることができる他の添加剤には、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、木材分解酵素などがある。

【0170】

粉砕される材料の懸濁液のｐＨは約７または約７より大きくてもよく（すなわち塩基性）、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であってもよい。粉砕される材料の懸濁液のｐＨは約７未満（すなわち酸性）であってもよく、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であってもよい。粉砕される材料の懸濁液のｐＨは、適量の酸または塩基の添加によって調整することができる。適切な塩基には、例えばＮａＯＨのようなアルカリ金属水酸化物が含まれる。他の適切な塩基は、炭酸ナトリウムおよびアンモニアである。適切な酸には、塩酸および硫酸などの無機酸、または有機酸が含まれる。例示的な酸は、オルトリン酸である。

【0171】

所望の水性懸濁液組成物を得るための典型的な粉砕プロセスにおける総エネルギー入力は、典型的には、無機微粒子フィラーの総乾燥重量に基づいて、約１００～１５００ｋＷｈｔ^－１であり得る。総エネルギー入力は、約１０００ｋＷｈｔ^－１未満、例えば、約８００ｋＷｈｔ^－１未満、約６００ｋＷｈｔ^－１未満、約５００ｋＷｈｔ^－１未満、約４００ｋＷｈｔ^－１未満、約３００ｋＷｈｔ^－１未満、または約２００ｋＷｈｔ^－１未満とすることができる。このように、本発明者らは、驚くべきことに、セルロースパルプを無機微粒子材料の存在下で共粉砕すると、比較的低いエネルギー入力でセルロースパルプをミクロフィブリル化できることを見出した。明らかなように、セルロースを含む繊維質基材の乾燥繊維１トン当たりの総エネルギー入力は、約１０，０００ｋＷｈｔ^－１未満、例えば約９０００ｋＷｈｔ^－１未満、または約８０００ｋＷｈｔ^－１未満、または約７０００ｋＷｈｔ^－１未満、または約６０００ｋＷｈｔ^－１未満、または約５０００ｋＷｈｔ^－１未満、例えば約４０００ｋＷｈｔ^－１未満、約３０００ｋＷｈｔ^－１未満、約２０００ｋＷｈｔ^－１未満、約１５００ｋＷｈｔ^－１未満、約１２００ｋＷｈｔ^－１未満、約１０００ｋＷｈｔ^－１未満、または約８００ｋＷｈｔ^－１未満である。総エネルギー入力は、ミクロフィブリル化される繊維質基材中の乾燥繊維の量、およびオプションで粉砕速度および粉砕の持続時間によって変わる。

【0172】

ミクロフィブリル化セルロースの機械的特性

【0173】

再分散されたミクロフィブリル化セルロースは、乾燥前または少なくとも部分的に乾燥前のミクロフィブリル化セルロースに近い機械的および／または物理的特性を有する。

【0174】

機械的特性は、ミクロフィブリル化セルロースに関連付けられた任意の決定可能な機械的特性であり得る。例えば、機械的特性は、例えば引張指数などの強度特性であり得る。引張指数は、引張試験器を使用して測定され得る。乾燥前と再分散後のミクロフィブリル化セルロースの引張指数を比較するように制御されていれば、任意の適切な方法および装置を使用することができる。例えば、比較は、ミクロフィブリル化セルロース、および存在する可能性のある任意の他の添加剤または無機微粒子材料の濃度を等しくして実施すべきである。引張指数は、例えばＮｍ／ｇやｋＮｍ／ｋｇなど任意の適切な単位で表すことができる。

【0175】

物理的特性は、ミクロフィブリル化セルロースに関連付けられた任意の決定可能な物理的特性であり得る。例えば、物理的特性は粘度であり得る。粘度は、粘度計を使用して測定することができる。乾燥前と再分散後のミクロフィブリル化セルロースの粘度を比較するように制御されていれば、任意の適切な方法および装置を使用することができる。例えば、比較は、ミクロフィブリル化セルロース、および存在する可能性のある任意の他の添加剤または無機微粒子材料の濃度を等しくして実施すべきである。いくつかの実施形態では、粘度はブルックフィールド粘度であり、単位はｍＰａｓである。

【0176】

特定の実施形態では、本質的に完全に乾燥または部分的に乾燥したミクロフィブリル化セルロースは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第１０．００１，６４４号の手順に従って調製される。

【0177】

特定の実施形態では、再分散されたミクロフィブリル化セルロースの引張指数および／または粘度は、乾燥前のミクロフィブリル化セルロースの水性組成物の引張指数および／または粘度の少なくとも約２５％であり、例えば、少なくとも約３０％、または少なくとも約３５％、または少なくとも約４０％、または少なくとも約４５％、または少なくとも約５０％、または少なくとも約５５％、または少なくとも約６０％、または少なくとも約６５％、または少なくとも約７０％、または少なくとも約７５％、または乾燥前のミクロフィブリル化セルロースの水性組成物の引張指数および／または粘度の少なくとも約８０％である。

【0178】

特定の実施形態では、再分散されたミクロフィブリル化セルロースの粘度は、乾燥前のミクロフィブリル化セルロースの水性組成物の粘度の少なくとも約２５％であり、例えば、少なくとも約３０％、または少なくとも約３５％、または少なくとも約４０％、または少なくとも約４５％、または少なくとも約５０％、または少なくとも約５５％、または少なくとも約６０％、または少なくとも約６５％、または少なくとも約７０％、または少なくとも約７５％、または乾燥前のミクロフィブリル化セルロースの水性組成物の粘度の少なくとも約８０％である。

【0179】

ラジアルフローインペラ

【0180】

ラジアルフローインペラは、例えば水などの溶媒中での懸濁固形物の中～高の剪断混合を生成することができる。そのようなラジアルフローインペラの例としては、Ｃｏｗｌｅｓブレードが挙げられ、インペラ（Ｄ）対タンク（Ｔ）の直径比が０．５未満、すなわちＤ／Ｔ＜０．５で、先端速度が２０ｍ／ｓ未満のものが利用される。

【0181】

ロータ－ステータミキサー

【0182】

ロータ－ステータは、水などの溶媒中の懸濁固形物の混合において、ラジアルフローインペラよりも高い剪断速度を付与する。ロータ－ステータ装置の例としては、例えばＴｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ミキサーが挙げられる。ロータ－ステータミキサーは通常、先端速度が２０ｍ／ｓを超え、ロータ－ステータのギャップ幅は、要求される剪断レベルおよび設計の物理的限界に応じて、０．１、０．２、０．３ｍｍなど、その場で調整可能である。

【0183】

ハイドロサイクロン

【0184】

ハイドロサイクロンは、流体抵抗に対する求心力の比率に基づいて、液体懸濁液中の粒子を分離または選別するための装置である。一般にハイドロサイクロンは、基端と頂端、および基端と頂端との間に細長い形状を有する分離室を備える。洗浄されるセルロース含有懸濁液を供給するための少なくとも１つの入口が基端に配置され、少なくとも１つのアンダーフロー出口が頂端に配置され、少なくとも１つのオーバーフロー出口が基端に配置される。本装置では、主に分離チャンバーに接線方向に供給される入口流は、アクセプト画分とリジェクト画分に分離される。アクセプト画分は、下流処理のためにシステム内で前方に送られる。ハイドロサイクロンアンダーフロー段階からのリジェクト画分は、さらなる処理のためにロータ－ステータミキサーに戻される。懸濁液は、渦を形成する方法でハイドロサイクロンに注入される。相の相対密度に応じて、遠心加速度によって、分散相は渦の中心核から遠ざかる、または中心核に向かって移動する。ハイドロサイクロンまたはサイクロンデバイスは、求心力を利用することによって液体混合物から粒子を分離することで知られている。混合液を容器に注入し、その中で回転させると、重い粒子や大きな粒子は求心力によって容器の壁に向かって外側に移動し、螺旋状に容器の底に移動する。軽い成分は容器の中心に向かって移動し、出口から排出され得る。この比率は、粗い粒子の分離では高く、細かい粒子の分離では低い。

【0185】

Ｖｏｒｔｅｘ－ＦｉｎｄｅｒとＳｐｉｇｏｔの比率が、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｄ_５０、＞３００μｍの画分、フィブリル化率、および全固形物に与える影響をそれぞれ図１３、図１４、図１５、図１６に示す。微細流と供給流は、粒子サイズ分布の観点で互いに非常によく似ている。アンダーフローの流れは、図６に示すように、より濃縮された流れ（すなわち、オーバーフローの全固形物濃度の１．５倍を超え、より粗い（オーバーフローＤ_５０の１．５倍を超える）。

【0186】

実施例

【0187】

実施例１：ミクロフィブリル化セルロースの再分散：ＦＬＴ指数（引張指数）試験

【0188】

ＳＩＬＶＥＲＳＯＮ（登録商標）と呼ばれる高剪断ミキサーを使用することによって、ミクロフィブリル化セルロースとミクロフィブリル化セルロース、およびミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合プレスケーキ材料のスラリーへの分散を実験室規模で行うことができる。これらの工程は、プレスケーキを均質なスラリーに適切に分散させるために行われ、手漉き評価や品質管理の特性評価に使用することができる。

【0189】

空の清潔なポイズポットを天びんの上に置き、テアリングする。ＦｉｂｅｒＬｅａｎプレスケーキの材料をポイズポットに計量する。ポット内の質量に基づいて、水を使用して２％の繊維固形物に希釈する（５０％ ＭＦＣケーキの場合、約４％の全固形物）。１時間浸す。Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ（登録商標）をフルパワーで１分間混ぜる。全固形物含有量を再測定する。

【0190】

ＩＳＯ９００１の準拠

【0191】

特注の濾過装置で、純度の高いミクロフィブリル化セルロースまたはミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合試料からシートを作成し、その強度を測定するための実験室手順。

【0192】

引張指数試験：パルプの割合（ＰＯＰ）２０％以上のミクロフィブリル化セルロースＦｉｂｅｒＬｅａｎ製品。ミクロフィブリル化セルロースおよびミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合体は、フィラーの添加により２０％ＰＯＰに調整される。約２２０ｇｓｍのシートは、希釈したミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料のスラリーを濾過装置で脱水し、次いでＲａｐｉｄ Ｋｏｔｈｅｎドライヤーで圧縮し、乾燥することで作られる。シートに必要な試験はｇｓｍおよび引張強度である。

【0193】

ミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合体の方法。試料の％ｓｏｌｉｄｓおよび％ＰＯＰを記録する（別の手順を参照）。ＰＯＰ％が２０％を超える場合、ミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合製品と同じタイプの鉱物を追加し、２０％になるようにする（ミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合ハンドシートについては別の手順を参照）。％ＰＯＰが１８％～２０％の場合、結果に補正係数を適用する必要がある。試料を乾燥重量で約４．４ｇ（固形物１０％の試料では４４ｇ）採取し、水で４００ｍＬに希釈して全固形物約１．１％（繊維固形物０．２２％）を取得する。これにより、装置の直径１５．９ｃｍの露出スクリーン上に２２０ｇｓｍのシートが作成される。よくかき混ぜて良好な分散を確保する。希釈した試料に０．２ｗｔ％ポリＤＡＤＭＡＣ溶液１ｍｌを加え、よくかき混ぜる。排水が非常に遅い場合は、最大５ｍｌまで増やすことができる。濾過ユニットから上部セクションを取り外し、スクリーンの上に濾紙を置く。洗浄ボトルを用いて濾紙を濡らし、できた気泡を濾紙の縁に押し出す。ユニット底部の排水弁が閉じていることを確認し、真空をオンにしてフィルターをスクリーンに密着させ、しわが寄らないように平らになるようにする。上部セクションを所定の位置に戻し、クランプで固定し、真空のスイッチを切り、排水弁を開いて真空を解除し、水を排出する。排水弁を閉め、試料をスパチュラなどの先端を介して上部セクションに注ぎ、均等な分布を確保する。試料を直接濾紙に注ぐことは避けるものとする。試料を数秒間落ち着かせて、真空をオンにし、試料を濾過する。これには約２分かかる。１分待ってから真空供給を止め、排水弁を開いて真空を解除し、ユニットから水を除去する。ユニット上部を解除し、取り外す。濾紙と濾過した試料を一緒に注意深く取り除く。試料とフィルターをＲａｐｉｄ Ｋｏｔｈｅｎキャリアボードに置く。Ｒａｐｉｄ Ｋｏｔｈｅｎシートカバーを試料に置く。試料とカバーをＲａｐｉｄ Ｋｏｔｈｅｎ乾燥機に入れ、－０．９バールまたは－２６．５インチＨｇの圧力で７分間乾燥させる。真空圧力が低い場合、乾燥機での時間をより長くする必要がある。乾燥した試料をフィルターとカバーから分離し、２３℃±２℃、５０％ＲＨ±５％で最低２０分間調整する。

【0194】

試験。シートの重量を量り（４ｄ．ｐ．）、ｇｓｍを決定する。カッターを使用して試料を１５ｍｍ幅のストリップに切る。最低５本のストリップが必要である。引張試験器を使用して各ストリップを破断するのに必要な力をニュートンで測定する。提供されたＥｘｃｅｌスプレッドシートを使用して、セクション６と同様に各試料の引張指数を計算する。

【0195】

計算。シートの面積（Ａ）（ｍ^２）＝０．０００１×π×（直径ｃｍ）^２／４（直径１５．９ｃｍのシートでは０．０１９９）。シートｇｓｍ＝シートの質量（グラム）／Ａ。必要なスラリーの質量＝１００×２２０×Ａ／ＴＳ（ＴＳ＝全固形物）。ミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合体引張指数ｋＮ ｍ ｋｇ^－１（Ｔ）＝１０００×Ｆ_ｍ／（Ｗ×ｇｓｍ）であり、式中、Ｆ_ｍ＝最大引張力（Ｎ）である。Ｗ＝ストリップ幅（標準で１５ｍｍ）ｇｓｍ＝試料のｇｓｍ。各ケースにおける５つの測定値の平均引張指数と標準偏差を記録する。ＰＯＰ％が２０％未満の場合、Ｔ_{ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ}＝Ｔ／［１－７．６＊（０．２－％ＰＯＰ）］に従って引張指数を補正する必要がある。

【0196】

機器のチェックと較正。較正および手順は以下の規格に定められたものに従う。紙の試験－Ｔ２２０ ｓｐ－９６。

【0197】

実施例２：粘度の測定。ベーンスピンドルを使用した繊維固形物１．０％のミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合試料のブルックフィールド粘度試験。カオリンおよび炭酸カルシウムをベースとするミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合試料は、以下の方法で測定することができる。

【0198】

粘度計：Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ ＹＲ－１またはＲ．Ｖ．、またはベーンスピンドルを含む同様の器具。

【0199】

ミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合体の方法。容器および内容物を激しく振って、スラリーが均一であることを確実にする。パレットナイフを使用して少なくとも１００ｍｌをすくい、ポリスチレンポットに移す。スパチュラ（またはスピンドル）でよくかき混ぜる。粘度計の速度を必要な速度（１０ｒｐｍ）に設定し、スイッチを入れる。スピンドルを３０秒間回転させる。粘度計の読み取り値、速度、ベーン番号をメモして記録する。

【0200】

繊維固形物含有量１．０％での粘度測定。容器および内容物を激しく振って、スラリーを十分に混合する。ミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合スラリーの代表的な一部（約１００ｇ）をタールが塗られたポリスチレンポットに移す。スラリーの重量を測定し、記録する。繊維固形物含有量１．０％を達成するために必要な水の追加量を計算する。指定された試験固形物を得るために必要な量の脱イオン水の体積を追加する。ミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合体の粘度はミリパスカル秒（ｍＰａ．ｓ）で表され、メーカーの指示に従って提供されたチャートから計算される。粘度５００ｍＰａ．ｓを有するテストスラリーの標準偏差は５である。

【0201】

繊維固形物の計算。

【0202】

ＦＳ＝ＴＳ×ＰＯＰ／１０

【0203】

式中、ＦＳ＝繊維固形物の割合（％）。ＴＳ＝全固形物の割合（％）。ＰＯＰ＝製品におけるパルプの割合（％）。
希釈計算。Ｄ質量％の希釈を行うのに必要な水の体積は、以下のように計算される。

【数1】

式中、Ｖ＝必要な水の体積
Ｉ＝初期繊維固形物ｗｔ％
Ｒ＝必要な繊維固形物ｗｔ％
Ｗ＝ポット内のスラリー内容物の重量

【0204】

希釈計算－全固形物濃度

【0205】

Ｄ質量％の希釈を行うのに必要な鉱物の重量は、以下のように計算される。
Ｍ＝（Ｉ－Ｒ）×Ｗ／Ｒ
式中、Ｍ＝必要な鉱物の重量
Ｉ＝初期全固形物ｗｔ％
Ｒ＝必要な全固形物ｗｔ％
Ｗ＝ポット内のＦｉｂｒｅＬｅａｎスラリー内容物の重量

【0206】

鉱物は、ミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合スラリー内容物に使用される製品である。（炭酸塩またはカオリン）。

【0207】

％全固形物は、ミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合スラリーを８０～１００℃で乾燥した後に得られる。

【0208】

製品におけるパルプの割合（ＰＯＰ）は、「全固形物」試料を４５０℃（カオリンは９５０℃）で燃焼させた後に得られる値である。

【0209】

以下の比較例および実施例では、すべての実験で重質炭酸カルシウム（６０％＜２μｍ）と漂白針葉樹クラフトパルプの乾燥した粉末状の混合物を使用した。総濃度は名目上７５重量％で、乾燥製品中のパルプ濃度は５０重量％であった。

【0210】

重質炭酸カルシウム（６０％＜２μｍ）と漂白針葉樹クラフトパルプの乾燥した粉末状の混合物を、メーカーが指定する最適条件下で、様々な市販の機器を使用して水と混合した。機器の組合せは、実質的に均質な懸濁液を実現するプロセスに発展した。

【0211】

再分散されたミクロフィブリル化セルロース組成物の分析は以下が含まれる。実施例１に記載した引張（ＦＬＴ）強度、実施例２に記載したＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄベーンスピンドル粘度計を使用した見かけ粘度。実施例３に記載した、Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｉｔｅｃ Ｌによる光散乱法で測定した粒子サイズ分布。

【0212】

粒子サイズ分析計：Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｉｔｅｃ Ｌ

【0213】

ミクロフィブリル化セルロースと無機微粒子材料の複合体の方法。

【0214】

容器および内容物を激しく振って、スラリーが均一であることを確実にする。

【0215】

Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｉｔｅｃユニットのスイッチを入れ、循環ビーカー内の水を清潔な室温±５℃の水道水（８００ｍｌ～９００ｍｌ）に入れ替える。再循環ポンプを起動し、ポンプ速度設定が２５００ＲＰＭであることを確認する。

【0216】

コンピュータのデスクトップでＭａｌｖｅｒｎの「ＲＴＳｉｚｅｒ」ソフトウェアプログラムを開き、水道水のバックグラウンド測定を行う。

【0217】

有効なバックグラウンド測定の通知後、［Ｎｅｗ Ｓｉｚｅ Ｈｉｓｔｏｒｙ］アイコンを使用して粒子サイズデータ収集を有効にする。

【0218】

ピペットを使用し、４０％～６０％の透過率に達するまでスラリーを再循環ビーカーに加える。

【0219】

４０～６０％の透過率で、装置にさらに１分間測定を継続させる。

【0220】

「Ｍａｌｖｅｒｎ ＲＴＳｉｚｅｒ」ソフトウェア機能を使用して、１分間の粒子サイズ履歴データを平均化し、平均化したサイズ分布パラメータを記録する。

【0221】

データ収集後、システムは水道水と脱イオン水で洗浄され、ウィンドウセル上の残留物を除去する。

【0222】

実施例４：対照試験１。

【0223】

乾燥した粉末状の混合物を再分散させるために、高剪断ロータ－ステータインラインミキサーと直列の２台のＣｏｗｌｅｓブレード（鋸歯状インペラ）ミキサーからなるシステムが使用された。以下の図２は、制御システムを示している。

【0224】

機器の標準的な運転条件は、全固形物３．５％（ＰＯＰ５０％の場合）、およびＢＶＧシアマスターの速度１００％であった。タンク内の滞留時間を最大にするために、流量は１２ｍ^３／ｈと低めに保たれた。

【0225】

図４に見られるように、スラリーは、２４００ｋＷｈ／ＤＭＴのＭＦＣ比エネルギー入力後、システムを１８回通過した後でも、主要な試験パラメータ（引張強度および見かけ粘度）で不合格となった。

【0226】

実施例５：対照試験２。

【0227】

パイロットスケールの１２インチスプラウト精製機を使用して、乾燥した粉末状の混合物の再分散を評価した。これは、製紙業界ではパルプ精製によく使用される。粉末はデンバーパルパー内で水と混合された後、１２インチのスプラウト精製機と保持タンクの周りで再循環された。使用された最適化条件は以下の通りである。０．１Ｊ／ｍ強度、１パスあたりのＭＦＣネット比エネルギー入力２０ｋＷｈ／ＤＭＴ、１３２０ＲＰＭ速度、および切削エッジ長１．１１１ｋｍ／ｒｅｖを実現するディスク設計。全固形物濃度は９％であった。パルプの割合（ＰＯＰ）は５０％であった。

【0228】

結果を図５に示す。主要な品質パラメータ（引張強度および見かけの粘度）は、１５回のパスと２８４０ｋＷｈ／ＤＭＴのＭＦＣ総比エネルギー入力後に戻る。このため、残念ながらプロセスはバッチ運転に限定され、エネルギー消費量が多いため、経済的に実現不可能である。

【0229】

実施例６：対照試験３。

【0230】

Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ＳＭ１８０を使用して、乾燥した粉末状の混合物の再分散を評価した。これはビチューメン業界では一般的に使用され、添加剤を均一に混合するためだけでなく、パルプのデフレーカーとしても使用されている。スラリーは小型容器内でハンドヘルドミキサーを使って混合され、混合されたスラリーはホールドアップタンクに収容された。ホールドアップタンクはＴｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ＳＭ１８０と再循環で接続された。選択された条件は、一連の試験から最適であると決定された－Ｗ３Ｆ．Ｓ．。ＧＬ削減ツール（逆カット溝パターン）、５４００ＲＰＭ、ギャップ設定０．１ｍｍ、全固形物濃度９％であった。ＰＯＰは５０％であった。

【0231】

結果を図６に示す。主要な品質パラメータ（引張強度および粘度）は、１８回のパスと１８０８ｋＷｈ／ＤＭＴのＭＦＣ総比エネルギー入力後に戻る。これは、残念ながらバッチ運転に制限され、資本コストと運転コストが高くつく。

【0232】

実施例７：対照試験４。

【0233】

Ｍｅｇａｔｒｅｘ Ｏｙ社のＡｔｒｅｘ（登録商標）を使用して、乾燥した粉末状の混合物の再分散を評価した。これは、製紙業界では、損紙（抄紙機からの廃棄物）の再分散や、粗い鉱物の分解に一般的に使用される。回転速度２０００ＲＰＭ、流量５５ｋｇ／ｍｉｎという最適条件が選ばれた。標準的な６リングデザインが使用された。各セグメントが逆回転することで、非常に高い剪断速度が生成される。流体中でこのような剪断速度を生成するために、高いモーター出力が必要となり、処理能力が制限される。

【0234】

結果を図７に示す。９％の全固形物を使用し、１０００ｋＷｈ／ＤＭＴのＭＦＣ総比エネルギー入力後のパス３で、主要な品質パラメータ（引張強度および見かけの粘度）は目標を上回った。パス２の後、全固形物９％を使用して、７００ｋＷｈ／ＤＭＴのＭＦＣ総比エネルギー入力で、目標に近づいていることがわかる。

【0235】

しかしながら、図８に示すように、連続運転では、２回のパスでは、製品を未乾燥スラリーと同じ品質パラメータまで完全に再分散させるには不十分である。このシステムは、エネルギー消費量とそれに対応する品質パラメータを考えると、実行可能とは思えない。Ａｔｒｅｘ（登録商標）は資本コストの高い機器であり、一定の処理量では１パスあたりの消費電力要件が著しく大きい。

【0236】

実施例８：対照試験５。

【0237】

Ｍｅｇａｔｒｅｘのエンジニアリングチームとの協議の結果、Ａｔｒｅｘ（登録商標）の逆回転リングがアップグレードされた。既存の６リング設計（図９Ａの左側に示される）は、スラリー中の繊維／鉱物粒子との接触を最大にするために、より多くのバーを含むように再設計され、リング間の剪断効果を拡張するために、さらに２つのリングが追加された（図９Ｂの右側に示される）。

【0238】

乾燥した粉末状の混合物は、Ｃｏｗｌｅｓブレードミキサーを使用した場合の効果を模倣するため、適度な剪断ヘッドのインペラを備えた混合タンクで事前に湿潤化された。ＦＬＴの結果は、以下の図１０に見られるように大幅に改善されたが、依然として不十分である。図１１に見られるように、２回のパスはプロセスの資本コストと運転コストを大幅に増加させる。

【0239】

実施例９：発明的トライアル例。

【0240】

フローシートに描かれているシステムは、部分的に濡れた浮遊繊維を高剪断の逆回転チャンバーに供給することで、Ａｔｒｅｘ（登録商標）の効率を向上させることを目的としている。Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ＳＭ１８０とＣｏｗｌｅｓブレードミキサーは、低コストの事前湿潤デバイスとして機能し、ハイドロサイクロンは、フローストリームから非湿潤成分を分離することで、事前湿潤段階の効率を向上させる。濡れて分解された繊維－鉱物成分は、図１２に示すようにＡｔｒｅｘ（登録商標）高剪断ゾーンに移動する。

【0241】

例９のシステム：トライアルシートは、機器の組合せを使用して乾燥した粉末状のＭＦＣを再分散するプロセスを示しており、個別に使用するときよりも資本コストおよび運用コストが低くなる。以下の表２に示すように、引張強度および見かけの粘度に関する性能は、同等である。

【表2】

【0242】

例９のシステム：トライアル１は、全体のコストを最小限に抑えながら、粉末状の混合物の再分散効率を最大化するために、低資本設備と比較的高資本設備を組み合わせたものである。Ｔｒｉｇｏｎａｌ（登録商標）ＳＭ１８０による湿潤段の閉回路運転により、Ａｔｒｅｘ（登録商標）の前のスラリーの低エネルギー、高スループットで費用対効果の高い処理を可能にする。非常に高い剪断速度を生成するためのＡｔｒｅｘ（登録商標）の電力消費要件とスループット制限は、シングルパス操作の下で低減される。したがって、これらの機器を統合することで、乾燥した粉末状のＭＦＣを、総合的に費用対効果の高い方法で処理し、未乾燥のスラリーと同じ引張強度特性を持つスラリーを顧客現場で生成することができる。

【0243】

本出願で論じた参考文献は、参照によりその全体が組み込まれる。

【0244】

本明細書で引用されるすべての特許、特許出願および刊行物は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。これらの刊行物の開示は、参照によりその全体が本出願に組み込まれる。本明細書で引用される各特許、特許出願、刊行物、および受託番号の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0245】

本発明をその詳細な説明と併せて説明したが、前述の説明は、例示のためのものであり、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を限定するものではないことを理解されたい。他の態様、利点、および修正は、以下の特許請求の範囲内にある。

【0246】

前述の実施形態および利点は単なる例示であり、本発明を限定するものとして解釈されるものではない。本開示は、他のタイプの方法にも容易に適用できる。また、本発明の実施形態の説明は、例示を意図したものであり、特許請求の範囲を限定するものではない。多くの代替案、修正案、および変形案が当業者には明らかであろう。

【0247】

本明細書に記載された様々な実施形態を組み合わせて、さらなる実施形態を提供することができる。実施形態の態様は、必要に応じて、様々な特許、出願および刊行物の概念を採用するように変更して、さらなる実施形態を提供することができる。

【0248】

本開示は、様々な実施形態を参照して開示されてきたが、本開示の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の実施形態およびこれらの変形が当業者によって考案され得ることは明らかである。添付の特許請求の範囲は、そのようなすべての実施形態および同等の変形を含むように解釈されることを意図している。前述の書面による明細書は、当業者が実施形態を実施するのに十分であると見なされる。

【0249】

前述の説明および実施例は、特定の実施形態を詳述し、本発明者らが企図する最良の態様を説明するものである。しかしながら、前述のテキストがどれほど詳細に見えるかに関わらず、本実施形態は様々な方法で実施される可能性があり、添付の特許請求の範囲およびその均等物に従って解釈されるべきであることが理解されるであろう。

【図1-1】

【図1-2】

【図1-3】

【図1-4】

【図1-5】

【図1-6】

【図2-1】

【図2-2】

【図2-3】

【図2-4】

【図2-5】

【図2-6】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【国際調査報告】