JP2002500292A

JP2002500292A - 繊維状ウェブの処理方法

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Publication number: JP2002500292A
Application number: JP2000527708A
Authority: JP
Inventors: ベルンハルト・デットリング; ヘイッキ・アホネン
Original assignee: イディ−ヘッド・オサケユキテュア
Priority date: 1998-01-12
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2002-01-08
Also published as: FI980044A; CA2318244A1; WO1999035334A1; FI980044A0; CN1292841A; KR100673098B1; NO20003568D0; RU2219300C2; NO20003568L; PL196707B1; BR9906892A; KR20010034080A; FI108467B; CN1213202C; AU750328B2; CA2318244C; US6468133B1; EP1044302A1; NZ505652A; ID26719A

Abstract

(57)【要約】本発明は、機械的研削による繊維状ウェブの表面処理方法に関する。本発明により、上記研削は実質的に乾燥状態で、実質的に上記ウェブの密度を増加することなくペーパー表面のより高い部分のみを除去することにより行われる。上記表面の粗さを最大90％まで低減することによって、上記ウェブの強度特性が本質的に変化せずに保持するかまたは改良される。従って、上記表面の粗さが約40〜60％低減されると、引裂強さは未処理ウェブと比較して５％を超えて増大する。本発明の方法により処理されたペーパーおよびボードは、印刷、パッケージングおよびラッピング用に用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、繊維状ウェブ仕上げ(fibrous web finishing)に関する。特に本発明は機械的処理によってペーパーまたはボードウェブの平滑性を向上するための
請求項１の前文の方法に関する。

【０００２】ペーパーは通常、湿潤法により製造される。そのような方法に従って、繊維を
水中に浮遊させて繊維状ファーニッシュ(furnish)を形成し、湿潤ウェブを上記ファーニッシュからワイヤースクリーン上に形成する。上記ウェブを次いで異な
る機械的および加熱システムを用いて段階的に予め選択した乾燥状態にまで乾燥
する。

【０００３】従来の技術においては、上記繊維の配向を避けるためにウェブ形成の前に、上
記繊維状ファーニッシュを不規則な（turbulent）状態に保持する。しかしながら、上記不規則性の結果として、上記ウェブ中に、上記ウェブの周りの部分より
高い繊維密度を有するフロック（flock）が形成される。

【０００４】すべての印刷作業の用途では、上記ペーパーの表面はできる限り平滑であり、
および/または均質であるべきである。鉱物粒子層およびラテックス結合材料で被覆したペーパーに関しても同じことが言える。従って、ほとんどの場合（基材
）ペーパーは被覆前にカレンダー加工され、また鉱物フィラーを含有するペーパ
ーは平滑表面を得るためにカレンダーで処理する。前述のようにフロックを形成
するため、一定のペーパー品質を確保するために特にカレンダー加工が必要であ
る。

【０００５】多くの種類のカレンダーがあるが、それらのすべてが機械的プレス力およびス
ライド力によって上記表面を平らにする。従来のカレンダー加工はいくつかの大
きな不都合によって阻害されている。再湿潤処理後、カレンダー加工によって平
滑化した表面は、全体的または部分的に元の形に戻る。また、ペーパーはカレン
ダー加工の結果として、強度特性の35〜40％以下および元の不透明度の25〜35％
を失うことも知られている。更に、上記ペーパーウェブの元のテナシティー(ten
acity)が著しく減少する。上記カレンダー加工に関する問題を考慮して、上記フ
ロック形成を回避し、かつ表面平滑化の異なる方法を見出すために鋭意努力がな
されてきた。

【０００６】米国特許第2,349,704号には、布研磨ロールを用いてペーパーウェブの表面を研磨する方法が開示されている。上記ロールの表面にはバインダーを用いて上記
表面に結合した粉末研磨剤を含む。この目的は、スーパーカレンダー加工と同程
度にペーパーをプレスおよび研磨することであり、上記特許明細書によれば、処
理したペーパーの密度がスーパーカレンダー加工後と同じであり、ボシュロム(B
aush ＆ Lomb)光沢計を用いて測定した光沢が上記処理前より10ポイントだけ高い。

【０００７】米国特許第5,533,244号には、ペーパーウェブそのものよりペーパーウェブを越える異なる速度でスライドし、摩擦作用を生じる織物ベルトを用いてペーパー
を研磨する前述の方法と多少類似した他の方法が開示されている。

【０００８】ペーパー表面の摩擦装置として作用する軟質カレンダー装置が、米国特許第4,
089,738号に開示されている。上記装置は、上記ペーパー表面を元のスーパーカレンダーと同様にして平滑化する。

【０００９】従来の方法のいずれもが、上記ペーパー表面から高密度フロックを十分には除
去するものではない。更に、公知の方法を適用する間に、ペーパーの強度特性が
低下することは明らかである。

【００１０】従って、本発明の目的は、従来技術の不都合を排除し、実質的に繊維状ウェブ
の機械的特性を保持しながら平滑性を改善するため、繊維状ウェブの表面、特に
ペーパーまたはボードの表面を処理する新規の方法を提供することである。

【００１１】本発明は、研削手段、例えば研削ベルト、振動研削装置または回転研削シリン
ダーを用いて繊維状ウェブの最も突出した部分のみを削り取って安定した(unalt
ered)または均一(even)な改善された機械的強度特性を有する平滑化した表面を提供することによって、多くの繊維状ウェブの表面を平滑化することができると
いう驚くべき発見をベースとする。特に、本発明は、繊維状ウェブの密度の顕著
な増加がほとんど見られないようにその表面を研削面に押し当てながら、繊維状
ウェブの（横断面において）より高い部分のみを乾燥状態で研削すること（「乾
燥研削(dry grinding)」）を含む。

【００１２】更に、本発明は主にクレーム１の特徴部分に記載されたことにより特徴付けら
れる。

【００１３】本発明は多くの優位性を提供する。驚くべきことに、例えば、研削したペーパ
ーは元のペーパーより良好な引張強さおよび破裂強さを有することを見出した。
如何なる特殊な理論に拘束されるつもりはないが、この現象は最も高強度を有す
る部分の強度が低下する時に、より均一に分散されることになる応力を加えたウ
ェブ内部の力をベースとしている。初期には、上記ペーパーウェブの低い均一性
（形成）のために、上記力は上記ペーパーの最も薄い部分ではあまり強くない。
しかしながら、研削することにより、上記ウェブマトリックス内でその接着力が
再分散される。他の可能な説明としては、上記研削工程中に明らかに生じた微粒
子および一端がまだ元の繊維に付着しているフィブリルが、上記表面上で再集成
される。

【００１４】本発明の表面研削工程中には、非常に限定された量の遊離繊維およびダストが
形成される。これはたぶん、本発明の研削の摩擦がその表面からいくらかの水蒸
気を放出し、装置の研削加工部分を離れる上記ペーパー上で凝縮されるためであ
る。この凝縮水が微粒子を元の表面に結合する。

【００１５】次に、本発明を以下の詳細な説明および実施例により更に詳細に考察する。

【００１６】本発明の範囲内で、「セルロースの(cellulosic)」および「リグノセルロース
の(lignocellulosic)」の語を用いて、それぞれセルロースおよびリグノセルロース材料から誘導された材料を表す。特に、「セルロースの」は、木材および他
の植物原料の化学パルプから得られる材料を表す。従って、「セルロースのファ
イバー」を含有するウェブを、例えばクラフト、亜硫酸またはオルガノゾルパル
プから製造する。「リグノセルロースの」は、機械的に繊維を離解することによ
って、例えば、リファイナー機械的パルプ化（refiner mechanical pulping、Ｒ
ＭＰ）、加圧リファイナー機械的パルプ化（ＰＲＭＰ）、熱力学的パルプ化（Ｔ
ＭＰ）、砕木（groundwood、ＧＷ）、加圧砕木（ＰＧＷ）、または化学熱力学的
パルプ化（chemithermomechanical pulping、ＣＴＭＰ）またはウェブに形成したり被覆したりすることのできる繊維状材料を製造する他の方法などの工業的精
製方法によって木材および他の植物原料の化学パルプから得られる材料を表す。

【００１７】「ペーパー(paper)」および「ペーパーボード(paperboard)」の語により、セルロースまたはリグノセルロースの繊維を含有するシート状製品を表す。「ペー
パーボード(paperboard)」は「厚紙(cardboard)」の類義語である。上記ペーパーまたはペーパーボードのグラム数は、約30〜約500ｇ/m²の広い範囲内で変化し
てもよい。処理されるウェブの粗さは、約0.1〜30μm、好ましくは約１〜15μm である。本発明は、如何なる所望のペーパーまたはペーパーボードを処理するの
にも用いることができる。実際には、本明細書中で用いられる「ペーパー」また
は「ペーパーウェブ」の語により、それぞれ「ペーパー」および「ペーパーボー
ド」と、「ペーパーウェブ」および「ペーパーボードウェブ」との両方を表す。

【００１８】「微粉(fines)」、「フィブリル(fibril)」および「ファイバー(fibre)」の語
により、断面直径約10μm未満、通常0.001〜２μmの範囲を有する細かく分割した材料を表し、上記「フィブリル」および「ファイバー」は６を超える長さと断
面直径の比を有する材料である。

【００１９】被覆されるウェブの粗さは、一般に「ミクロン」(μm)単位で表される。1000 ｋＰａでのプリントサーフ(print‐surf)表面の粗さは、例えばＩＳＯ 8791-4：
1992(Ｅ)に従って測定することができる。通常、ペーパーウェブの粗さは８〜20
ミクロンである。後述および実施例に示すように、本発明に従ってペーパーまた
はペーパーボードウェブの表面を研削処理することによって、上記ウェブの機械
的特性を損なうことなく上記ウェブの粗さを少なくとも20％、好ましくは約40〜
60％だけ低減することができる。

【００２０】本発明は、繊維状組成(furnish)からワイヤースクリーン上に湿潤ウェブを形成する工程を含む。上記ウェブは、次いで抄紙機または抄板紙機(board machine
)で予め選択した乾燥状態まで乾燥する。如何なる所望の乾燥点であっても、しかしながら、好ましくは上記ウェブの適当な機械的強度を損なうのに十分な乾燥
度まで上記ウェブを乾燥した後、上記ウェブに以下に更に詳しく説明するような
乾燥研削操作を行う。上記研削は、上記ウェブの巻き取りおよび巻き戻しの間で
行うことができる。研削および可能であれば平滑化(smoothing)の後、処理後ウェブをそれ自体公知の好適な塗料着色剤で被覆してもよい。

【００２１】本発明の研削は、ペーパーウェブの表面に研削手段を接触させることにより行
う。本発明の研削方法の好ましい態様に従って、上記研削は、光沢はないが退色
したまたは艶消し表面を作製する移動可能な研削ベルトまたは振動プレートに固
定した研削グレインによって行われる。勿論、上記ペーパーまたはボードの表面
の品質および表面重量に依存するが、上記研削媒体グレインの好ましいサイズは
約５〜20μmである。上記研削媒体の表面は、本質的に乾燥しており（湿分含量約50％未満、好ましくは20％未満、特に10％未満）、好ましくは研削中に上記ウ
ェブおよび研削媒体間に水を供給しない。

【００２２】本発明により、より高い点、即ち「丘(hill)」を上記ペーパー表面から研削し
て除去することが必要不可欠であり、これを達成するために、上記研削ベルト支
持体および上記ペーパー支持体はペーパー表面からより高い部分のみ除去するよ
うに配設されるべきである。一般に、上記表面のμm単位で測定された粗さは、研削後、10〜90％、好ましくは約40〜60％だけ低減される。研削時に、上記ウェ
ブには、研削エネルギー700〜14,000Ｊ/m²、好ましくは約2,000〜8,000Ｊ/m²がかかる。特に好ましい態様により、上記ウェブには、上記ウェブの粗さ１μm当たり、研削エネルギー2,000〜3,000Ｊ/m²がかかる。前述のように、上記ペーパーまたはボードの機械的特性は、本発明の研削により、変化しないまま保持され
る。それらは、前述のように、研削により改善されることができる。従って、上
記表面の粗さを最大90％だけ低減すると、上記ウェブの強度特性は本質的に変化
せず保持されるか、または改善される。上記表面の粗さを約40から60％だけ低減
すると、引裂強さは未処理ウェブに比較して少なくとも５％（好ましくは10％以
上）増加する。

【００２３】本発明の研削方法により処理したペーパーの外観は、上記表面上の丘および同
様の凸凹の40〜60％を研削する場合に、上記ペーパーの不透明度はほとんど変わ
らないことを示す。同時に、上記ペーパーの機械的強度は優れる。

【００２４】上記ウェブ上にかけた圧力は、上記ペーパーのかなりの圧縮が起こらない限り
、広い範囲内で変化してもよい。そうでなければ、このことにより上記ウェブの
機械的強度が低下する。一般に、研削の表面圧力は約0.01〜20ｋＰａ、好ましく
は約１〜10ｋＰａとするべきである。

【００２５】研削後、すべての遊離ファイバーおよび微紛を上記表面に戻すのに、処理した
表面を再湿潤し、それを非常に平滑化した表面または移動する平滑表面に押し当
てることが有用である。この処理は上記研削表面を更に平滑化する。湿潤化のた
めに、ミストが、例えば超音波処理によって形成され、イオン化法により上記表
面に結合させることができる、結果的に分散された小さな液滴を含む限り、蒸気
または水蒸気を用いることができる

【００２６】タイトル「フリクション・イン・ウッド・グラインディング(Friction in Woo
d Grinding)」の文献（ペーパー・アンド・チムバー(Paper and Timber)、第79 巻（1997年）第４号）には、研削砥石で木材研削することがいくらか詳細に議論
されている。著者は、７m/秒未満の研削速度は総合的には有効ではなく、速度10
〜30m/秒の時のみで上記研削砥石がいくつかの繊維を木材から遊離させることを
クレームしている。より低速度では、所望しないフィブリル化が木材の接触表面
で起こる。

【００２７】本発明は正反対の概念：即ち、ペーパーまたはボードペーパーの表面からすべ
て繊維を遊離しようとはしないが、繊維の一部をフィブリル化および離解だけ行
うという概念をベースとしている。従って、本発明により、上記速度差は１〜10
m/秒であってもよく、満足のいく結果が得られる。しかしながら、本発明の他の
態様により、上記ベルトと研削されるペーパーまたはボードとの間の速度差が大
きいほど、結果は良好となる。そうするための最良の方法は、同方向に移動する
が速度が異なるように上記ベルトおよびウェブを配列することである。これによ
り、ダストの有効な除去を提供する。高研削速度は２つの異なる理由：即ち、第
１番目にダストおよび微粉が上記ベルト上に集まるのを防ぎ、第２番目に高速度
で表面圧力を低く維持することができ、樹脂、リグニン等の溶融が上記表面で起
こらず、上記研削ベルトまたは他の研削媒体表面がブロックされないという理由
により優位性を有する。臨界速度は、それからペーパーまたはボードが作製され
る木材またはパルプの品質および研削媒体表面の研削粒子の品質に依存する。そ
れにもかかわらず、上記研削速度および圧力はいつも、樹脂およびリグニンが軟
化される程度まで局部加熱が起こらないレベルに維持されなければならない。こ
れが起こると、上記研削媒体がすぐに上記ウェブからのファイバー、樹脂、リグ
ニンおよび放出されたダストで詰まる。

【００２８】ポリマー材料から成る乾燥ベルトを含むベルトグラインダーを用いる好ましい
態様により、繊維状ベルトが研削の結果として摩擦帯電する。従って、研削によ
り上記ウェブから放出されるフィブリルおよび微粒子は、上記フィブリルとウェ
ブの間の静電力により上記表面に戻る。上記表面の電気的負荷を増加するために
、研削前に上記表面の電気的目詰まりを施しておいてもよい。

【００２９】繊維状ウェブを従来から顔料または微粉が抄紙機または抄板紙機（board mach
ine）のワイヤーに保留するのを改良するのに用いるカチオン化スターチまたは同様のカチオン性材料で処理することにより、上記カチオン性材料が研削工程中
に放出されたフィブリルを上記表面に有効に結合する。

【００３０】更に好ましい態様により、前述のように研削後にたいてい退色した艶消しにな
っている研削表面を、蒸気でわずかに湿潤化して平滑表面にプレスすることによ
り光沢のあるものとすることができる。

【００３１】本発明に従って処理したペーパーまたはボードは被覆してもよく、または任意
に従来のカレンダーで光沢を出した後、または好ましくは前述のように湿潤化の
後に用いてもよい。被覆用途に対して、上記ペーパーにはポリマー層、バリヤー
層、ラッカーまたは通常の塗料顔料を提供してもよい。これらのペーパーおよび
ボードは、特に印刷、筆記（writing）およびインクジェット印刷に好適である。未処理の任意に光沢のある品質の製品はまた、パッケージング、ラッピングお
よびバッギング用途用に好適である。

【００３２】以下の非限定的な例により本発明を説明する。

【００３３】実施例相対湿度50％で乾燥し続け表面重量114g/m²および厚さ0.16mmを有するペーパー試験片を、粗さ15μmを有し、異なる速度で作動するベルトで研削した。その結果を表１にまとめて示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】同等のペーパー品質を有する他の組の試験片を、平均速度0.36m/秒を有する振
動媒体で研削した。その結果を表２により示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】振動研削はすぐに研削プレートの悪化を示したが、ベルトグラインダーは長時
間、清浄状態を保持した。

【００３８】ペーパー試料の両面を15μm粒子ベルトグラインダーで１回または２回研削することにより、以下の結果を得た。

【００３９】

【表３】

【００４０】引用文献により、未処理ペーパーの引裂強さは5.55ｋＮ/mであり、平滑性9.0 μmであった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維状ウェブの表面処理方法であって、該ウェブが機械的に研削され、該研削が、実質的に乾燥状態で、実質的に該ウェブの密度を増加することなく
ペーパー表面のより高い部分のみを除去することにより行われることを特徴とす
る繊維状ウェブの表面処理方法。
【請求項２】前記表面の粗さが最大90％まで低減されても、前記ウェブの
強度特性が本質的に変化せずに保持されるかまたは改良される請求項１記載の方
法。
【請求項３】前記表面の粗さを約40〜60％低減して、引裂強さを未処理ウ
ェブと比較して少なくとも５％増大する請求項２記載の方法。
【請求項４】前記ウェブの両面が研削処理される請求項１〜３のいずれか
１項記載の方法。
【請求項５】前記ウェブが表面重量30〜500g/m²および粗さ１〜１５μmを
有するペーパーまたはボードを含む請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】前記研削が、前記ウェブ表面を研削ベルト、研削プレートお
よび回転研削シリンダーから成る群から選択される研削装置と接触させることに
よって行われる請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】前記ペーパーウェブが研削エネルギー700〜14,000J/m²、好ましくは約2,000〜8,000J/m²を受ける請求項６記載の方法。
【請求項８】前記ペーパーウェブが低減した粗さ１μm当たり研削エネルギー2,000〜3,000J/m²を受ける請求項６または７記載の方法。
【請求項９】前記ペーパーウェブが、研削の間に表面圧力約0.01〜20kＰa
、好ましくは約１〜10kＰaを受ける請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】前記研削装置が、サイズ２〜５μm、好ましくは約２〜20 μmを有する研削媒体グレインを含む請求項６〜９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】前記ウェブを研削手段と接触させ、該ウェブと該研削手段
との速度差が10m/s未満である請求項１〜10のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】前記ウェブをベルト材料としてポリマーを含む研削ベルト
と接触させて、研削の間にウェブ表面の電荷を増大する請求項１〜11のいずれか
１項記載の方法。
【請求項１３】研削の間に放出された材料を結合するカチオン性材料で前
記ウェブを処理して、前記ウェブ上にカチオン性表面を提供する請求項１〜12の
いずれか１項記載の方法。
【請求項１４】前記研削表面が蒸気によりわずかに湿潤されるか、または
結果的に液滴が分散され、更にファイバーウェブ表面の平滑性を増加するため該
湿潤表面を平滑表面と接触させる請求項１〜13のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】前記湿潤表面を前記平滑表面にプレスするかまたは前記平
滑表面に沿ってスライドさせる請求項14記載の方法。
【請求項１６】前記表面を該表面の研削の間に放出される材料で被覆する
請求項１記載の方法。
【請求項１７】前記材料が微粉および/またはファイバーを含む請求項16 記載の方法。
【請求項１８】前記除去された表面または処理された表面上で溶融する樹
脂、リグニンまたは別の類似する化合物が溶融しない程度に、前記研削装置の速
度が高い請求項１記載の方法。
【請求項１９】前記ペーパーまたはボードが、印刷、パッケージングまた
はラッピング用に用いられる請求項１〜18のいずれか１項記載の方法。