JP2004505817A - 板紙及び板紙製品の製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

多層板紙製品の製造方法、この方法の実施に好適な装置、及びこの方法に従って作られた板紙を開示する。この板紙は、接着剤で互いに接着された少なくとも２層、有利には３層（４，５，６）からなる。中間層（５）の材料を乾燥状態（８）で機械的加工に供して、接着の前に材料（５）の表面から突出した所望の模様をプレスすることにより材料を変形させる。層（４，５，６）を単一の工程（７）で互いに接着する。この方法により、厚さと強度の等しい従来の板紙と比較して繊維の使用量が少なく頑丈な板紙が得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、請求項１の前文に記載した多層板紙の製造方法に関する。また、この発明は、前記の方法を実施するのに適した装置、及びこの発明により製造された板紙製品にも関する。
【０００２】
板紙は印刷物に用いられており、またその最大の用途は種々の包装容器である。包装容器における板紙等級から要求される重要な材料品質は、高い強度と剛度であり、また包装容器に文字や写真が印刷される場合には、印刷基材が十分に高品質であることが要求される。また、例えば液体用、又はコーヒーや他の食材等の揮発性成分を含有する製品用に用いられる場合には、板紙にバリア層を施す場合が多い。印刷基材の表面品質は、製品包装容器の印刷品質に対する要求により決まる。この際、高級品は、出荷に用いられる材料及びバルク製品の消費者包装とは異なる材料に包装しなければならないことは明らかである。
【０００３】
板紙を十分な剛度にするためには、板紙をむしろ厚く作らねばならず、この際、板紙の製造には多量の原材料繊維原料が必要とされる。一方、印刷基材の性能に対する要求が高まるにつれて、他の品質の品質も良好になるが、中でも明度を十分に良好とするために、より高価な原材料を使用しなければならない。板紙の剛度は主としてその厚さにより決まるので、具体的な材料の消費量及び原材料のコストは、製品の厚さ及び坪量のほぼ一次関数として増加する。したがって、中間層は低密度であるが、高密度で印刷特性の良好な強い材料から板紙の表面をつくることが有利である。従来、板紙ウエブの密度は、断面全体にわたって本質的に一定である。なぜなら、通常の製造方法では、厚さ方向の密度が実質的に異なるウエブを作ることは不可能だからである。折り板紙は中間層の密度と比べると表面層の密度が異なるが、こうした等級においてさえも密度の変動は非常に小さいので、厚板紙の材料消費量を、ひだ付中間層を有する段ボールにより得られる材料消費量と同様まで低減するような効果的な方法はない。したがって、より強固な包装材料に対する要求が高まっているので、依然として段ボールは包装容器の製造に好適である。
【０００４】
段ボールは、ライナーと呼ばれる２層の外層と、これらの間に配置されたひだとして知られる波状中間層とを含む層状製品である。多層段ボールにおいては、ひだ付中間層の数は２層以上であり、これらの中間層は、ライナー層を形成するのと同様の平面板紙層により互いに分離されている。ひだの形状、間隔、及び高さは様々であるが、ひだは、常に原材料ウエブの流れ方向に対して垂直な方向に作られる。中間層に用いられるウエブ全体が、ウエブ側面の円滑な表面連続性を変形することなくひだ付けされているので、ひだの山部が接着面上で直線的かつ連続的な接着パターンを形成する。この結果、中間層の剛度は、横方向と長手方向とで異なるようになる。板紙ウエブでは、ウエブ製造中に繊維が主として流れ方向、すなわちウエブの長手方向に配向する。この結果、ウエブの強度特性は、幅方向と流れ方向とで異なるようになる。段ボールでは、中間層がひだの方向により強いので、この差が等しくなる。ここで「ひだの方向」とは、ひだの山部及び谷部の長手方向を意味する。
【０００５】
段ボールは有利な包装材料であるが、幾つかの欠点がある。段ボールの圧縮強度は、圧縮力が山部に加わるか谷部に加わるかにより大きく異なり、また、ライナー層は全ての点において平面である必要はなく、例えば接着後の軽微な収縮等の要因による変形をしていてもよい。もちろん、段ボールの表面層特性はライナーの厚さと品質により依存するが、それでも段ボールは、接触式印刷法で印刷するのに選択される材料とは一般に考えられていない。このため、高品質包装容器への段ボールの使用が制限されている。また、一般に段ボールの等級は比較的厚くなっているが、最近では坪量が低く、より薄い段ボールが市販されている。この材料が厚すぎると、外部寸法により制限される印刷製品と小型の小売包装容器の双方へのこの段ボールの使用が限定される。したがって、少なくとも高品質包装容器において、通常段ボールは板紙の代替品としての役目を果たさない。
【０００６】
段ボールのもう一つの欠点は、製造工程が比較的複雑であるという点にある。３層段ボールは、まず中間層のウエブにひだ付けを行い、次いでひだの山部に接着剤を塗布し、その後、ひだ付けした中間層を第１平面ライナーに押し付けて接着することにより製造される。こうして形成された２層台紙に第２平面ライナーを別工程で接着する。ロール等の硬質表面アプリケーターを用いることのみにより接着剤の塗布を行って、ひだの山部だけに接着剤を塗布する。この塗布方法では均一な接着を確保することはできない。２段階製造法はコストがかさみ、段ボール製造ラインは長く不恰好となり、したがって大きな占有面積を必要とし、大きな投資コストを伴う。多層段ボールの製造においては、製品の層の数に比例して製造工程の数が増加する。
【０００７】
この発明の目的は、良好な剛度を具え、従来の板紙等級と比べて紙剛度に対する材料消費量の比が小さい板紙の製造に適した方法を提供することにある。
【０００８】
この発明の目的は、接着剤により互いに接着され、接着工程の前に乾燥状態で中間層のウエブ材料を加工して、中間層材料の表面から所望の自由に可変な方法で突出した模様の永久変形を得た少なくとも２層、有利には３層から板紙を作ることにより達成される。
【０００９】
この発明の他の目的は、板紙層を単一工程内で互いに接着するのに適した方法を提供する。
【００１０】
より詳細には、この発明に従う方法は、請求項１の特徴部の記載により特徴づけられる。
【００１１】
さらにまた、この発明に従う装置は、請求項１０の特徴部の記載により特徴づけられ、この発明に従う板紙製品は、請求項１２の特徴部の記載により特徴づけられる。
【００１２】
この発明は顕著な利益をもたらす。この発明は、原材料、特に繊維原材料の比消費量に対する剛度の比が、従来の板紙等級におけるよりも実質的に有利であり、高品質な、印刷可能包装容器等級の板紙の製造を可能にする。板紙の特性は容易に変えることができ、また極軽量等級に製造することもできる。製品の容積は高く、坪量に対する強度及び曲げ耐性も高い。実際、製品の剛度は段ボールの剛度を超えることすら可能である。逆に、剛度及び強度の等しい製品を比較すると、この発明にしたがって製造された板紙はより少量の繊維原料しか使わずに作ることができる。したがって、新規な板紙は、製造コストがより低廉であり、全層が固体層である従来の板紙と比べて環境負荷が低くなる。製品の全層をセルロース系繊維材料から作れば、この製品は完全かつ容易にリサイクル可能である。製品が水分又は気体バリアを必要とする場合には、従来のホイル／フィルム材料を用いてこれらのバリアを施すことができる。ここで、製品のリサイクル性は、使用するホイル／フィルムの種類により決まる。この際、リサイクル性のためには、繊維原料とともにリサイクル可能なホイル／フィルムを選択することが有利である。
【００１３】
板紙の特性を種々の方法で変えることができる。ライナー品質を変えて板紙の所望の印刷特性を得ることができる一方で、中間層に形成されたパターンの形状及び寸法を変えることによって、最終製品の厚さのみならず、種々の方向の強度も制御することができる。板紙ライナーは、例えばコート等級及びカレンダー等級とすることができ、したがって製品に良好な印刷特性を付与することができる。板紙の厚さ方向断面を均一な厚さに校正しており、表面に垂直な方向における板紙の圧縮耐性は均一であるので、例えばオフセット、フレキソ、及びデジタル印刷等の従来の接触式印刷法を用いて、新規な板紙に高品質で印刷することができる。
【００１４】
板紙を単一のニップで製造することが可能であり、接着剤の塗布は噴霧を含む複数の異なる方法を用いて実施することができるので、ウエブ層の相互接着及びこれらの層への接着剤の塗布は単純な操作である。最も好ましくは、製品が直ちに使用できる状態であり、これは、乾燥又は貯蔵工程が必要なく、直接さらなる加工を行うことができるということを意味する。加熱せずに圧縮することにより中間層のウエブを機械的に加工する限りは、中間層形成手段は非常に単純にすることができる。この発明を種々の材料とともに用いるのに適合させているので、所定の時間で入手可能な最も費用効果の高い原材料から板紙を作ることができる。例えば、製品が高い明度を必要としない場合には、この特徴を活かし、あまり漂白のされていない繊維、又は完全には漂白されないリサイクル繊維を用いることにより、材料コストを有利に削減することができる。また、製品の強度特性は、使用する接着剤の種類によっても変わる。例えば、製品の空洞を満たし、実質的に製品の剛度を向上させる発泡接着剤を用いて接着を行うことができる。製品の１層以上をポリマー材料又は金属ホイルとし、さらに１層を所望の種類のフィルム又はバリアを形成する材料で被覆することができる。例えば、液体用包装容器、又は水分及び気体に対して不浸透性又は僅かに浸透性の包装容器、又は熱シール可能な製品に対して、このような等級の板紙が必要である。もちろん、複数の異なるホイル／フィルムを単一の製品に積層させてもよい。
【００１５】
次に、この発明の実施態様を概略的に図示した添付の図面を参照しつつ、この発明をより詳細に説明する。
【００１６】
図に示した例示的実施態様は、３層製品の製造に適している。このような３層製品を製造するために、材料ロール１，２，３として製造工程に運ばれる３つのウエブ４，５，６が必要である。工程の必要に応じて、ロール１，２，３からウエブが払い出され、２本の対向するロール間に形成された接着／校正ニップ７内に入る。このニップ７内で、ウエブは互いに接着される。まず、中間層ウエブ５は、凸模様をプレスし、乾燥状態でウエブ５をエンボス加工して、ウエブ表面を永久変形させることによりウエブを加工するエンボスロール８のニップに入る。ここで、乾燥ウエブは、倉庫又は機械ロール２から払い出されたウエブが通常有する含水率、すなわちウエブロールの納入含水率、典型的には１０％未満、一般には３〜１２％の含水率を有するということを理解しなければならない。さらにまた、ウエブを加熱又は蒸気処理に供することなく、エンボス加工を行う。最も有利には、ハニカム等の３次元模様をウエブ表面にエンボス加工をする。これにより、繊維の配向方向及び幅方向の両方にエンボス加工した後のウエブの強度は一様に良好となるが、これは例えば段ボールの２次元ひだ付中間層には当てはまらない。ライナーウエブ２及び６を接着ロール９〜１２に通す。これらのロールの機能は、ライナーウエブ４，６の外面側上をそれぞれ動くロール９，１０が裏当てロールの役割を果たし、塗布ロール１１，１２のそれぞれの円周上にあるライナーウエブ４，６の内面に接着剤が塗布されるというものである。次に、接着剤を塗ったライナーウエブ４，６は、エンボス加工した中間層ウエブ５とともに接着ニップを通り、ここでウエブが互いに接着すると同時に、ロールの間でウエブを押し付けることにより板紙の厚さが校正される。このようにして、製品の製造及びそのウエブの相互接着を、板紙の厚さの校正とともに単一の工程中で実施することができる。また、接着ニップ７はウエブの引き出しニップとしても機能する。接着後、使用した接着剤の効果の必要性に応じて、乾燥器１３により製品を乾燥させることができる。もちろん、ウエブに塗布した接着剤に指示された他の種類の反応を用いて接着剤を硬化させることができる。
【００１７】
上記の方法は、種々の代替製造ライン及びその工程を参照しながら以下で説明する複数の異なる工程を含む。
【００１８】
この発明は、必要とする資源の少ない消費者包装用板紙の製造を対象とするものであり、この発明の目標は、包装容器に用いられる原材料の比消費量を低減することにある。この目標のため、この発明の板紙は、典型的には坪量が１００〜５００ｇ／ｍ^２の多層包装板紙として特定される。製品の厚さは、典型的には０．５〜１．５ｍｍであり、このため製品は広範な異なる印刷法に適合する。この製造は、乾燥した繊維ウエブを互いに接着して２層又は多層の積層材料を得るという方法で行われる。この発明は、中間層上に永久凸状変形を形成する、乾燥状態での中間層ウエブの機械加工に基づく。変形工程は、中間層ウエブの一方又は両方の面を上面ライナー、底面ライナー、又は中間層ウエブに接着する直前に実施するのが有利である。接着剤を均一な層として未変形ウエブの表面に塗布し、これにより同時に上面ライナーの表面サイジングを行い、したがって製品の強度をさらに向上させる。ウエブを互いに接着するのは、製品の最終厚さも制御及び校正する単一ニップ内で行われる。
【００１９】
製造に用いられるウエブは坪量３０〜２００ｇ／ｍ^２の範囲の未仕上げウエブ又は加工ウエブとすることができる。このようなウエブは、種々の方法でコート加工及び／又はカレンダ加工により仕上げられた等級、及び多層ウエブ表面処理又はホイル／フィルム積層した等級とすることができる。中間層ウエブは、所望の強度品質に適合できるという条件で、ティッシュペーバー等級の紙とすることさえできる。製品の１つ以上の繊維ウエブを、高分子材料又は金属ホイル層に置換してもよい。
【００２０】
接着に先立ち、ライナー４，６を同一の加工ラインで、例えば型付けにより処理することができる。上記の実施態様において、ライナーウエブ４を、ニップ１４で行われる粒子法により機械的に加工する。さらに、１つ又は複数のウエブを例えばバリア材料でコートすることができる。例示的実施態様において、この処理はライナーウエブの１つに対してニップ１５内で行われる。この処理は、機能性バリア層処理剤若しくはラッカーを用いるか、又は所望の特性を有するホイル／フィルムをウエブ表面に接着することによって行われる。ここで、バリアコート加工とは、製品を液体又は気体に対して不浸透性にすることを意味する。このような処理剤をウエブに塗布又は固定することは当業では周知であり、課題を実現するために幾つかの方法を用いることができる。
【００２１】
この発明の本質的な特徴は、製品を容易に補強帯及び情報技術素子で補うことができるという点にある。この情報技術素子とは、この発明の板紙から作られた包装容器を識別することが可能であり、かつかかる包装容器の製造／使用を制御することのできるということに基づいた、磁気帯、プリント基板ホイル、及び共振識別チップ／回路又は他のデータ処理技術の受動／能動素子等を有するディスク等である。補強帯又は磁気帯をコイル１６から接着ニップ７に払い出すことが可能であり、他の種類の付属素子を、適当な供給手段１７から接着ニップに導入するか、又はウエブの接着剤コート面に貼り付ける。
【００２２】
対向するライナーウエブに印刷された模様を互いに整列する必要が一般にある場合には、板紙のライナーウエブに予め印刷をしておく。これは、例えばライナーウエブに印刷した整列マークを用いることにより達成することができる。マークの整列はカメラ又はフォトセルにより制御することができる。整列にはウエブ相互の速度を単純に制御するのみでよいので、単一のニップ７内でウエブが互いに接着される限りは、この発明によりかかるウエブの整列が容易になる。また、整列マークを用い、前記のデータ処理素子をウエブの所望の位置に供給して、素子をカットシートの適正な部位に性格に整列させ、したがって読み書き動作のために包装容器内で正確に配置させることもできる。
【００２３】
ライナーウエブ又は中間層ウエブである未加工ウエブの全表面に接着剤を塗布する。接着剤の硬化も製品を補強する場合には、この方法で、加工した中間層ウエブの全点の、未加工ウエブに対する積極的な接着を確保することができる。塗布した接着剤の量は、接着剤固形分として約１〜３ｇ／ｍ^２であり、これは、例えばフィルム搬送適用技術を用いて接着剤を塗布することができるということを意味する。実際には、当業で公知の任意の方法により接着剤を塗布することが可能であり、これらの方法の例としては、噴霧塗布、流下膜塗布、グラビアロール塗布、ノズルジェット塗布がある。接着剤を、液体として、又は液状基礎液中の固体の分散又は泡として塗布することができる。また、特に、発泡接着剤又は噴霧塗布を用いる場合には、図中の矢印１８で示すように、接着剤を接着ニップ７内に直接塗布してもよい。しかし、丈夫な製品を作り、中間層の完全な接着を確保するために、接着剤の均一な層を未加工ウエブの表面に塗布しなければならないことに留意されたい。有利には、接着剤の固形分を高くして、製品の強制的な乾燥に対する必要を回避するべきである。また、適正に接着剤を選択することにより、製品品質に影響を与えることができ、よって接着工程により、例えば制御ＥＳＤ（静電放電）保護等の特性を製品に付与することができる。発泡した製剤として接着剤を塗布する場合には、接着剤が製品の空洞を満たし、よって特に圧縮耐性が向上する。デンプン系接着剤を好適とする一つの側面は、こうした製剤で接着した製品は容易にリサイクル可能という点にある。
【００２４】
中間層５のエンボス加工は、ウエブを圧縮に供して永久変形させることにより、乾燥ウエブ上で行われる。有利には、最大強度を維持するために、ウエブ表面が引裂かれていないべきである。湿潤状態でウエブをエンボス加工するには、エネルギーを消費する乾燥を必要とし、したがって効率的な乾燥装置を必要とする高コスト稼動を必要とし、さらには湿った繊維ウエブが乾燥中に劇的に変形するため、ウエブの乾燥はエンボス模様及びウエブ自体の寸法に影響を与えるので、ウエブは乾燥状態でエンボス加工される。
【００２５】
前記の説明に加えて、この発明には代替的実施態様がある。
【００２６】
板紙層の数を変更してもよく、ウエブ材料を繊維ウエブ以外とすることができる。しかし、少なくとも１つのウエブは、概ねセルロース系繊維からなるべきである。中間層に最も好ましいウエブは、それ自体機械加工に適しているので、セルロース系繊維から作られたウエブである。一方、最もコスト効率の高い方法を求めるのであれば、ウエブ材料を砕木パルプから作ることができる。例えば、不浸透性包装容器等級板紙は、高分子材料、薄金属フィルム、又は処理した半透過性高分子フィルムからなる１つ以上のウエブを有することができる。この発明に従う方法及び装置において、ウエブは、有利には単一ニップ内で互いに接着されるが、多層製品を、例えばまず３層板紙を作り、これに必要数の中間層及びライナーを後工程で接着することによっても作ることができる。
【００２７】
この発明に従う装置において、ロールニップを、例えばベルトプレス等に置換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施態様の概略図である。
【符号の説明】
１，２，３　　材料ロール
４，５，６　　ウエブ
７，１４，１５　　ニップ
８　　エンボスロール
９，１０，１１，１２　　接着ロール
１３　　乾燥器
１６　　コイル
１７　　供給手段

Claims (16)

1. 少なくとも２層からなり、これらの層を形成する板紙原料ウエブ（４，５，６）が接着剤により互いに接着されている板紙製品の製造方法において、少なくとも１つのウエブが、その上に凸模様をプレスすることによりウエブ表面を永久変形させるよう機械的に加工されていることを特徴とする方法。
2. 機械的に加工すべきウエブ（５）の上に３次元変形が形成されていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 機械的に加工すべきウエブ（５）が乾燥状態で加工されており、ウエブの含水率が有利には１２％以下であることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
4. 加工されたウエブ（５）に対向するよう意図されたウエブ（４，５）の未加工側の全面に接着剤を塗布することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項記載の方法。
5. 接着ニップ（７）に接着剤を塗布した後、ウエブ（４，５，６）を互いに接着し、得られた板紙製品の原材料ウエブ（４，５，６）を再度互いに押圧して、接着したウエブの厚さを校正することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項記載の方法。
6. 接着ニップ（７）が少なくとも３つのウエブ（４，５，６）を互いに同時に接着することを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. 少なくとも１つのウエブ（６）を処理して、該ウエブが液体及び／又は気体に対して不浸透性となるようにすることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項記載の方法。
8. 板紙製品又は板紙製品から作られた包装材料の識別を補助することができる識別素子を接着ニップ（７）に導入することを特徴とする、請求項５記載の方法。
9. 整列マークを前記ウエブに付け、プレス工程中に前記マークを用いてウエブを互いに整列することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項記載の方法。
10. 少なくとも２層からなる板紙製品の製造装置であって、
    −少なくとも２つのウエブ（４，５，６）を装置に送る手段（１，２，３）、及び
    −少なくとも１つのウエブ（５）の一方の面を他のウエブ（５）に接着するための接着剤で前記面を処理する手段
    を含む製造装置において、
    −少なくとも１つのウエブ（５）を機械的に加工し、前記ウエブの表面に永久的な変形を形成する手段、及び
    −接着剤を塗布した後、前記ウエブ（４，５）を互いにプレスすると共に、得られる製品の厚さを校正するためのニップ
    を具えることを特徴とする装置。
11. 前記ウエブ（４，５，６）のニップ送り手段（１，２，３）の数が少なくとも３であり、前記ウエブが同時に前記接着ニップ（７）に入るのに適合していることを特徴とする、請求項１０記載の装置。
12. 互いに接着された少なくとも２つの層（４，５）を含み、１層（４）が平面ウエブである板紙製品において、少なくとも１層（５）を機械的に加工して、前記層の表面上に永久変形の３次元模様を形成することを特徴とする板紙製品。
13. 少なくとも前記平面ウエブの層（４）の、機械的に加工されたウエブに対向するよう意図された側の全面に接着剤を塗布することを特徴とする、請求項１２記載の板紙製品。
14. 前記製品が３層を含み、前記加工した層が前記平面層の間に接着されていることを特徴とする、請求項１３記載の板紙製品。
15. 前記製品の少なくとも１層が液体又は気体に対して不浸透性であることを特徴とする、請求項１２記載の板紙製品。
16. 前記製品が、板紙製品又は板紙製品から作られた包装材料の識別を補助することができる識別素子を含むことを特徴とする、請求項１２記載の板紙製品。