JP2004525281A

JP2004525281A - Coated fiber web and method for producing the same

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Publication number: JP2004525281A
Application number: JP2002590163A
Authority: JP
Inventors: シレニウスペトリ; メウロネンヤリ; レスケレマルック
Original assignee: アムーレアルオサケユキチュアユルキネン
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2004-08-19
Also published as: CA2444085C; ATE550485T1; FI117870B; WO2002092909A1; AU2002247793B2; CA2444085A1; EP1392920B1; FI20010846A; CN100519936C; FI20010846A0; EP1392920A1; NZ529161A; US20040173329A1; CN1520484A

Abstract

The present invention relates to a coated fibrous web and a method for producing it. According to the present invention, a coated fibrous web comprises a filler-containing base web that has a pigment-containing coating layer on at least one surface. The filler of the base web consists at least partially of cellulose or lignocellulose fibrils, on the surface of which light scattering material particles have been deposited. The filler comprises cellulose or lignocellulose fibrils having an average thickness less than 5 mum produced from plant fibres by refining and screening. Considerable advantages are achieved with the present invention. With the help of the composite filler, the formation of the fibrous web can be improved significantly without impairing the retention, which makes is possible to achieve an extremely smooth substrate for the coating. The smoothness of the surface can also be improved. Furthermore, the fines-based carrier fraction of the filler compresses the surface of the base paper so that the coating does not penetrate too much into the fibre network. Due to these reasons even a small amount of coating produces good coverage and quality improving cost-efficiency.

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に従ったコーテッド繊維ウェブに関するものである。
【０００２】
この種の繊維ウェブは、一般にフィラーを有するベースウェブを含み、該ベースウェブは少なくともその一方の面に顔料を含有したコーティング層を有する。
【０００３】
また、本発明は、コーテッド繊維ウェブを製造するための、請求項１２の前提部分に従った方法に関するものである。
【背景技術】
【０００４】
紙及び板紙の印刷適性、即ち、印刷面及び印刷工程の特性は、該紙を種々の鉱物塗料でコーティングすることで改善される。該コーティングの目的は、繊維並びに紙及び板紙の繊維群を被覆し、それによって、表面の粗さ及び表面の孔径を減少させることにある。前記塗料は、通常、顔料及びバインダー、並びに種々の添加剤からなる。
【０００５】
紙のコーティング性、言い換えれば、コーティングで覆われた原紙の能力は、軽量紙グレードの要望が強まるにつれ、より一層重要になってきている。被覆率はコーティング混合物の特性とコーティング方法とに影響され得るが、原紙の品質も重要である。特に、少量の塗料で良好な品質が切望される場合、良好な地合及び平滑度、並びに望ましい気密度及び気孔率は、コーティング性に影響を及ぼす最も重要な因子である原紙の特性である。コーティングが施された繊維ウェブは、通常、フィラーを含む。該フィラーは、繊維間の空間を埋めることによって、紙ウェブの地合を改善する。また、該フィラーの助けによって、前記ウェブの不透明度を改善することができる。
【０００６】
フィンランド国特許明細書第１００７２９号には、微細繊維の表面上に炭酸カルシウムの粒子を沈殿させることによって形成した多孔性凝集体を含む製紙用フィラーが開示されている。この新種のフィラーは、該特許明細書によると、セルロース繊維及び／又は機械パルプ繊維をリファイニングすることによって製造された微細なフィブリル上に炭酸カルシウムを沈殿させることに特徴がある。この微細繊維分級物の粒度分布は、主にワイヤー性スクリーンのフラクションＰ１００に相当する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許明細書に従って、紙中の炭酸カルシウム含有率を増加させることができ、これによって、紙の”他の重要な”特性を変化させずに、紙の坪量を低減することができる。該公報の結果は、ＳＣＡＮ−Ｃ２６：７６及びＳＣＡＮ−Ｍ５：７６の夫々の基準により、実験用シートについて測定されたデータに基づいている。しかしながら、該公報には、紙のコーティング性についての言及がない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、非常に驚くべきことに、紙又は板紙のウェブ或いはそれに対応する繊維ウェブに上記フィラーを充填することによって、紙のその他の重要な特性を維持しつつ、繊維ウェブのコーティング性が著しく改善されることが、ここに明らかになった。
【０００９】
更に、本発明の範疇において、少なくとも部分的にセルロース又はリグノセルロースのフィブリルからなり、該フィブリルの一面に光散乱物質の粒子が沈殿している他のフィラーも、フィラーとして使用できることが分かった。これらの粒子は、通常は、水相中で沈殿した炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム及びシュウ酸カルシウム等の無機塩である。
【００１０】
より具体的には、本発明に従った方法は、請求項１の特徴部分に記載された事項によって主に特徴付けられる。
【００１１】
本発明に従った方法は、請求項１２の特徴部分に記載された事項によって特徴付けられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、大きな利点をもたらす。例えば、フィブリルと鉱物顔料とからなる複合フィラーが、コーティング性に関して、現在商業的に利用可能なフィラーで達成され得るよりも良好な特性を、原紙に付与できることが分かった。驚くべきことに、本発明で使用する複合フィラーは、保持特性を悪化させることなく、繊維ウェブの地合を著しく改善できるので、本発明によれば非常に平滑なコーティング基板が得られる。表面の平滑性を改善することもできる。更に、微細繊維系の担体画分が原紙の表面をより緻密にするので、コーティングが繊維の網目の中に大きく浸透し過ぎることがない。これらの理由により、少量の塗料でも、良好な被覆率で高品質なコーティングを付与でき、費用効率を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、詳細な説明及び幾つかの実施例の助けを借りて、本発明をより詳細に検証する。
【００１４】
以下の例において、本発明で使用するフィラーは、化学パルプから得られるフィブリルを基にしている。本文中においては、化学パルプとは、セルロース繊維を脱リグニンするための蒸解用化学薬品で処理されたパルプを指す。好適実施態様によると、硫酸塩プロセス又は他のアルカリ法パルプ化工程によって製造されたパルプをリファイニングすることで、フィブリルが得られる。本発明は、化学パルプに加え、化学機械パルプ及び機械パルプから得られたフィブリルの改良にも適用することができる。
【００１５】
典型的には、セルロース又はリグノセルロースのフィブリルの平均厚さは、5μmよりも小さく、通常1μmよりも小さい。該フィブリルは、以下の基準の少なくとも一つで特徴付けられる：
ａ．フィブリルが、50メッシュ（好ましくは100メッシュ）のスクリーンを通過する画分に相当する；及び
ｂ．フィブリルの平均厚さが0.01〜10μm（好ましくは最大5μm、特に最大1μm）で且つ平均長さが10〜1500μmである。
【００１６】
前記フィブリルの原料物質、即ち、セルロース又は他の繊維に基づく微細繊維は、原料物質をパルプリファイナー中で叩くことによってフィブリル化される。必要ならば、スクリーンを用いて望ましい画分を分離してもよいが、微細繊維を篩にかけることは必ずしも必要ではない。望ましいフィブリルの画分は、ワイヤー製スクリーンのフラクションＰ５０−Ｐ４００を含む。好ましくは、溝付きの刃を有するリファイナーを用いる。
【００１７】
フィラー中の光散乱物質の粒子は、それらの原料物質から水性溶媒中での沈殿反応によって形成できる無機又は有機の塩である。かかる化合物としては、炭酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム及びそれらの混合物等が挙げられる。前記物質の粒子は、フィブリル上に析出している。フィブリルの量に対する無機塩化合物の量は、フィラーの量から計算して、約0.0001〜95重量％で、好ましくは約0.1〜90重量％で、最も望ましくは約60〜80重量％であり、また、紙の約0.1〜80重量％で、好ましくは紙の約0.5〜50重量％である。
【００１８】
以下に、フィンランド国特許明細書第１００７２９号による製品に特に関連して本発明を検証するが、光散乱顔料の原料物質を適切に変更することによって、上述の他の製品にも本発明を適用することができることは明らかである。
【００１９】
セルロース繊維及び／又は機械パルプ繊維から調製した微細なフィブリルの表面上に鉱物顔料を沈殿させることによってフィラーを製造する。例えば、フィブリルの水性スラッシュ中に、固体の水酸化カルシウムを含む可能性のある水酸化カルシウム水溶液及び炭酸イオンを含み少なくとも部分的に水に溶解する化合物（例えば、炭酸ナトリウム又は炭酸アンモニウム）を加えることで、炭酸カルシウムを沈殿させることができる。また、水酸化カルシウムの存在下で炭酸カルシウムを生成する二酸化炭素ガスを、水相に導入することもできる。真珠の糸様の炭酸カルシウム結晶の凝集体が形成され、該凝集体はフィブリル、即ち微細なストランドで結合されており、凝集体の中では、炭酸カルシウムの粒子が微細なフィブリル上に析出してそれらに付着している。炭酸カルシウムと一緒になった微細なフィブリルは、真珠の糸様のストランドを形成し、堆積中で炭酸カルシウム凝集体が主として真珠の糸に似ている。水（スラッシュ）中では、パルプに対する凝集体の有効体積の比は、フィラーとして用いる通常の炭酸カルシウムの対応する比よりも非常に高い。ここで、”有効体積”とは、顔料に必要な体積を意味する。
【００２０】
前記凝集体中の炭酸カルシウム粒子の直径は、約0.1〜5μmで、通常は約0.2〜3μmである。特に、フィブリルは、ワイヤー製スクリーンのフラクションＰ５０（又はＰ１００）〜Ｐ４００に相当する。フィラー中では、少なくとも80％、好ましくは最大90％までの光散乱顔料がフィブリルに付着している。
【００２１】
紙パルプは、それ自体公知の方法でスラッシュされ（通常、固体含有量は約0.1〜1％である）、ワイヤー上に広げられる。上述のフィラーは、最も望ましくは紙又は板紙機のヘッドボックス中で、通常、パルプの繊維の約1〜100重量％の量で繊維スラッシュに加えられる。換言すれば、フィラーの量は、実際のパルプの量に等しい量まで、又はそれより多くすることができる。原理的には、ベースウェブを製造することもでき、該ベースウェブの繊維物質は完全に前記フィラーのフィブリルからなり、該ベースウェブはベースェブの繊維物質の1〜100重量％を形成し得る本発明のフィラーを含む。
【００２２】
前記パルプは、紙又は板紙機中でウェブ化され、紙又は板紙のウェブを形成する。繊維ウェブを乾燥し、コーティングを施し、そして更に加工、例えばカレンダー加工してもよい。
【００２３】
コーティングをシングルコーティング又はダブルコーティングとして実施することができ、その上、シングルコート混合物として、また所謂プレコーティング及び表面コートの混合物としてコーティングカラーを用いることができる。また、トリプルコーティングも可能である。一般には、本発明に従うコーティングカラーは、少なくとも一種の顔料又は複数の顔料の混合物を10〜100重量部、少なくとも一種のバインダーを0.1〜30重量部及びそれ自体公知の他の添加剤を1〜10重量部含む。
【００２４】
プレコーティング混合物の典型的な組成を以下に示す：
コーティング顔料
（例えば、粗炭酸カルシウム） 100重量部
バインダー顔料の1〜20重量％
添加剤及び助剤顔料の0.1〜10重量％
水残部
プレコーティング混合物に水を加えることで、固形分含有率が通常40〜70％になる。
【００２５】
本発明に従う表面コート混合物又はシングルコート混合物の組成を以下に示す：
コーティング顔料Ｉ
（例えば、高純度炭酸塩） 10〜90重量部
コーティング顔料ＩＩ
（例えば、高純度カオリン） 10〜90重量部
顔料の合計 100重量部
バインダー 1〜20重量部
添加剤及び助剤 0.1〜10重量部
水残部
この種のコーティングカラーに水を加えることで、乾燥固形分含有率が通常50〜75％になる。
【００２６】
本発明に従って上記で提供されるコーティングカラーにおいては、急勾配の粒子サイズ分布を有する顔料を使用することができ、従って、その場合、最大35％の顔料粒子が0.5μmよりも小さく、好ましくは最大15％が0.2μmよりも小さくなる。
【００２７】
本発明は如何なる顔料にも適用できる。顔料の例としては、沈殿させた炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、カオリン（含水ケイ酸カルシウム）、水酸化アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、タルク（含水ケイ酸マグネシウム）、二酸化チタン及び硫酸バリウム、並びにそれらの混合物を挙げることができる。合成顔料を使用することもできる。上述の顔料の中でも、主要な顔料は、カオリン、炭酸カルシウム、沈殿させた炭酸カルシウム及び石膏であり、通常、それら顔料はコーティング混合物中の乾燥固形分の50％以上を構成する。か焼カオリン、二酸化チタン、サテンホワイト、水酸化アルミニウム、ケイ素アルミン酸ナトリウム及びプラスチックの顔料は、追加の顔料であり、それらの量は、通常混合物の乾燥固形分の25％未満である。特別な顔料として、特別品質のカオリン類及び炭酸カルシウム類、並びに硫酸バリウム及び酸化亜鉛を挙げることができる。
【００２８】
本発明は、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム及び水酸化アルミニウム、ケイ酸マグネシウム、二酸化チタン及び／又は硫酸バリウム、並びにそれらの混合物に特に好ましく適用でき、この場合、特に好ましくは、プレコート混合物中の主たる顔料は炭酸カルシウム又は石膏であり、表面コート混合物及びシングルコート混合物中の主たる顔料は、炭酸カルシウム又は石膏及びカオリンの混合物からなる。
【００２９】
コーティングカラー中のバインダーとしては、紙の生産で一般に使用される公知の如何なるバインダーをも使用することができる。単一のバインダーに加え、複数のバインダーの混合物を使用することもできる。代表的なバインダーの例としては、例えば、アクリル酸、イタコン酸若しくはマレイン酸等のカルボキシル基を含有するコモノマーを有してもよいブタジエン-スチレンタイプのコポリマー、及びカルボキシル基を含有するコモノマーを有するポリビニルアセテート等のエチレン性不飽和化合物のポリマー又はコポリマーからなる合成ラテックスを挙げることができる。バインダーとしては、上記で挙げた物質と共に、例えば、水溶性ポリマー、デンプン、ＣＭＣ、ヒドロキシエチルセルロース及びポリビニルアルコールを使用することもできる。
【００３０】
更に、コーティング組成物においては、分散剤（例えば、ポリアクリル酸のナトリウム塩）、混合物の粘度及び保水性に作用する薬品（例えば、ＣＭＣ、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリレート類、アルギン酸塩類、安息香酸塩）、いわゆる潤滑剤、耐水性の改善のために用いる硬化剤、光学助剤、消泡剤、ｐＨ調整剤及び防腐剤等の従来の添加剤及び助剤を用いることができる。潤滑剤の例としては、スルホン化油類、エステル類、アミン類、カルシウム又はアンモニウムのステアリン酸塩を挙げることができ；耐水性改良剤の例としては、グリオキサールを挙げることができ；光学助剤の例としては、ジアミノスチルベンジスルホン酸誘導体類を挙げることができ；消泡剤の例としては、リン酸エステル類、シリコーン類、アルコール類、エーテル類、植物油類を挙げることができ；ｐＨ調整剤の例としては、水酸化ナトリウム、アンモニア等を挙げることができ；最後の防腐剤の例としては、ホルムアルデヒド、フェノール、４級アンモニウム塩類を挙げることができる。
【００３１】
前記コーティング混合物は、それ自体公知の方法で、素材のウェブに塗布することができる。紙及び／又は板紙をコーティングするための本発明に従った方法は、従来のコーティング装置、即ち、ブレードコーティングによって、又はフィルムコーティング若しくはＪＥＴ塗布によって実施することができる。
【００３２】
コーティング中に、5〜30g/m²の坪量のコーティング層を少なくとも一方の表面に形成し、好ましくは両面に形成する。コーティングされていない側は、例えばウェブのサイズ剤で処理することができる。
【００３３】
本発明によって、優れた印刷特性、良好な平滑性並びに高い不透明度及び白色度を有し、コーティングを施され任意にカレンダー加工されたセルロースを含有する素材ウェブを製造することができる。ここで、我々は、紙又は板紙、或いはリグノセルロースを含有する原材料に由来する対応のセルロース系材料、特に木に又は一年生若しくは多年生植物に由来するものを”セルロースを含有する材料”と称する。該材料は、木を含んでも、木を含まなくてもよく、機械パルプ、半機械パルプ（化学機械パルプ）又は化学パルプから製造することができる。化学パルプ又は機械パルプは、漂白されていても、漂白されていなくてもよい。前記材料は、リサイクルされた繊維、特にリサイクルされた紙又はリサイクルされた板紙を含んでもよい。前記材料は、リサイクルされた繊維、特にリサイクルされた紙又はリサイクルされた板紙を含んでもよい。素材ウェブの坪量は、典型的には35〜500g/m²の範囲であり、通常約50〜450の範囲である。
【００３４】
一般に、前記原紙の坪量は、20〜250g/m²、好ましくは30〜80g/m²である。このタイプの原紙にコーティングを施すことによって、その坪量は約50〜70g/m²になり、10〜20gのコーティング/m²/サイドを有し、該紙をカレンダー加工することによって、70〜110g/m²の坪量で、少なくとも90％の白色度、少なくとも90％の不透明度を有する製品が得られる。特に好適な製品は、高い光沢と高い不透明度及び嵩を兼ね備えたコーテッドオフセット印刷用紙である。本発明は、コーテッドファインペーパーの生産にも適切であり、機械パルプを含むものにも適切であろう。
【実施例】
【００３５】
以下の非限定的な実施例で、本発明を詳細に説明する。実施例中の紙特性を示す測定結果は、以下の標準的な方法で測定した：
表面粗さ：ＳＣＡＮ−Ｐ７６：９５
気孔率：ＳＣＡＮ−Ｐ６０
空気透過抵抗性：ＳＣＡＮ−Ｍ８，Ｐ１９
【００３６】
実施例１
フィラーの製造
化学パルプのリファイニング
樺材のクラフトパルプをバルメット(Valmet)ＪＣ−０１リファイナーで精製し、フィラーの製造に好適なパルプを製造した。リファイニングのコンシステンシーは約4％で、総エネルギー消費量は343kWh/tで、比エッジロードは0,5J/mであった。
【００３７】
生産物の特性を表１に示す。
【表１】

【００３８】
パルプのカーボネイティング
フィンランド国特許明細書第１００７２９号に従って、水道水中で炭酸化を行った。水スラリーを得たところ、その乾燥物含量は2.22％で、総量は248m³であった。最終生産物は、ＣａＣＯ₃含有量が69.7％で、比表面積が10.6m²/kgであった。
【００３９】
実施例２
原紙の製造
実施例１で製造された生産物をコーテッドファイン紙におけるフィラーとして用いた。ファイン紙をストックホルムのＳＴＦＩの実験装置（ＦＥＸ）で製造した場合の試験で得られた結果を、以下の表に示す：
【表２】

【００４０】
表の結果から明らかなように、本発明に記載の微細繊維系フィラーは、市販のＰＣＣフィラーに比べて、紙のコーティング性への影響が驚くほど良好な程度に、原紙の地合及び平滑性を改善することができる。その効果は、フィラーの量に正比例して大きくなる。更に、不透過性又は表面の密度が、当該フィラー（スーパーフィル）でより大きく、混合物のコーティング性がより良好なので、特に軽量紙との関連で、特性をうまく生かすことができる。
【００４１】
実施例３
ミル試験
Ａ１．フィラー含有紙の製造
坪量56g/m²の原紙を、コーティング用の工場の条件で製造した。スラッシュは、樺材パルプ（74％）と松材パルプ（24％）の混合物からなっていた。リファイニングの後、松材のＳＲ値は32〜34°で、樺材のＳＲ値は22〜25°であった。ヘッドボックス中でのパルプのＳＲ値は、35〜40°であった。
【００４２】
抄紙機のワイヤーコンパートメントは、バルメット（シム-フォーマー）のハイブリッド(hybride)ワイヤーを有し、湿式コンパートメントは、トリプルコンプレッサーと従来の乾燥部とを具えるバルメットのシム-プレスIIからなる。
【００４３】
原紙において、種々のフィラー、即ち、製品フィンタルク(Finntalc)Ｆ１５ＳＬ（モンドミネラルズのタルク）、アルバコア(Albacor)ＨＯ（スペシャルティミネラルズのＰＣＣ）及び実施例１に記載の複合フィラー［以降、”スーパーフィル(SuperFill)”と称する］を用いた。フィラーとして用いたタルクの量は10％及び15％で、スーパーフィルの量は10％、15％及び20％である。
【００４４】
ナノ粒子及びカチオン性スターチ（コンポジル(Compozil)プラス：ＥＫＡＮＰ７８０ナノ粒子及びＥＫＡＰＬ１５１０Ｃ-ＰＡＭ, 供給者：ＥＫＡケミカルズ）を保持薬品として用いた。タルク及びＰＣＣの場合の投薬量を以下に示す：ナノ粒子280g/t, ポリマー70g/t、また、スーパーフィルを加えた場合：ナノ粒子280g/t, ポリマー50g/t。使用したカチオン性スターチと樹脂接着剤の量は、8kg/tと5.2g/tであった。ミョウバンをタルクに対し13kg/tで投与し、ＰＣＣ及びスーパーフィルを加えた場合、19kg/tで投与した。
【００４５】
Ａ２．結果
コウルターオイル(coulter-oil)気孔率を原紙サンプルから測定した。低フィラー含量では、孔径分布に有意の違いは見られなかった。全気孔の75％が1.2〜1.8μmの範囲にあった（最大点の周り）。フィラー含量が20％に上昇した場合、有意の違いが観測された。ＰＣＣの場合、孔径のメジアンは、フィラー量が増加するにつれ上昇した。スーパーフィルフィラーでは、メジアンが低下し、分布が狭くなり、その上、値の75％が約0.8μmになった。同じ効果がタルクの場合にも見られたが、より小さな規模であった。フィラーとしてスーパーフィルを用いフィラー含量が20％の場合、孔径のメジアンはＰＣＣの対応する値のたった60％であり、孔径分布（値の75％）の幅はＰＣＣで得られた値のたった34％であった。
【００４６】
従って、スーパーフィルが紙に与えたデータから、該紙の表面は、ＰＣＣを充填した紙の表面よりも密であり、被覆率がより良好であるため、コーティングを円滑にし、紙の特性を改善すると結論付けることができる。換言すれば、コーティング顔料が原紙中を容易に浸透できない程に、より良好でより光沢がありより平滑な表面が得られる。
【００４７】
Ｂ１オンライン-コーティング
上記原紙の一方の面にコーティングを施し、他方の面を表面サイズ処理した。コーティングには、ＢＴＧのＡＢＣシングル-ブレードコーターを用いた。表面サイズ処理は、コーターのバッキングロール上でフィルム移転することにより、同じユニットで実施した。機械速度は750m/minでウェブのリーラー(reeler)の長さは252cmであった。４番目の乾燥グループの後、オンライン-コーティング実施し、該コーティングを乾燥シリンダーで乾燥した（５番目の乾燥グループ）。
【００４８】
タルク又はスーパーフィルを15％含有するフィラーを有する原紙に、それぞれオンライン-コーティングを施した。抄紙時にワイヤーに接する面にだけコーティングを施し（13g/m²）、表面側を表面サイズ処理した（0.5g/m²）。
【００４９】
スーパーフィルの場合、オンライン-コーターの作業性が良好であった。コーティング条件は一定とし、それらの条件を表３に示す。コーティング混合物の組成又は固形分含有率は、試験中変化させなかった。
【００５０】
【表３】

【００５１】
コーティングが施され、カレンダー加工された紙の特性を測定した。
スーパーフィルを含み、コーティングが施され、カレンダー加工された紙は、タルクが充填された対応の紙よりも、約5％単位良好な光沢及び0.1pps単位良好な平滑性を有している。スーパーフィル紙のコーター量が幾分少ないことを考慮すると、これは非常によい結果である。また、スーパーフィル紙の光散乱ファクターと白色度は、タルクを充填した対応の紙よりもかなり良好であった。
【００５２】
これらの結果に基づき、複合顔料によって、原紙へのコーティングカラーの浸透を効果的に減ずることができ、被覆率と光沢とがより良好なコーティングを得ることができると結論付けることができる。このことは、紙の孔が小さく、孔径分布が狭く、原紙の平滑性が極めて良好であるという事実に起因するであろう。【Technical field】
[0001]
The invention relates to a coated fiber web according to the preamble of claim 1.
[0002]
Such fibrous webs generally comprise a base web having a filler, the base web having a coating layer containing pigment on at least one side thereof.
[0003]
The invention also relates to a method according to the preamble of claim 12 for producing a coated fibrous web.
[Background Art]
[0004]
The printability of paper and paperboard, i.e. the properties of the printing surface and printing process, are improved by coating the paper with various mineral paints. The purpose of the coating is to coat the fibers and the fibers of the paper and paperboard, thereby reducing surface roughness and surface pore size. The paint usually comprises a pigment and a binder, and various additives.
[0005]
The coating properties of paper, in other words, the ability of the base paper to be coated, has become even more important as the demand for lightweight paper grades has increased. The coverage can be influenced by the properties of the coating mixture and the coating method, but the quality of the base paper is also important. Particularly when good quality is desired with small amounts of paint, good formation and smoothness, and desired air density and porosity are properties of the base paper that are the most important factors affecting coating properties. The coated fibrous web usually contains a filler. The filler improves the formation of the paper web by filling the spaces between the fibers. Also, with the help of the filler, the opacity of the web can be improved.
[0006]
Finnish Patent Specification 100729 discloses a papermaking filler comprising porous aggregates formed by precipitating particles of calcium carbonate on the surface of fine fibers. According to the patent, this new class of fillers is characterized by the precipitation of calcium carbonate on fine fibrils produced by refining cellulose fibers and / or mechanical pulp fibers. The particle size distribution of this fine fiber classification mainly corresponds to the fraction P100 of the wire screen.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0007]
According to said patent specification, the calcium carbonate content in the paper can be increased, thereby reducing the basis weight of the paper without changing the "other important" properties of the paper. The results of the publication are based on data measured on experimental sheets according to the respective standards of SCAN-C26: 76 and SCAN-M5: 76. However, the publication does not mention the coating properties of paper.
[Means for Solving the Problems]
[0008]
According to the present invention, very surprisingly, by filling the above-mentioned fillers in a paper or paperboard web or a corresponding fibrous web, the coating properties of the fibrous web are maintained while maintaining other important properties of the paper. It has now become evident that is significantly improved.
[0009]
Furthermore, it has been found that, within the scope of the present invention, other fillers which consist at least in part of fibrils of cellulose or lignocellulose and in which particles of the light-scattering substance are precipitated on one surface of the fibrils can also be used as fillers. These particles are usually inorganic salts such as calcium carbonate, calcium sulfate, barium sulfate and calcium oxalate precipitated in the aqueous phase.
[0010]
More specifically, the method according to the invention is mainly characterized by what is stated in the characterizing part of claim 1.
[0011]
The method according to the invention is characterized by what is stated in the characterizing part of claim 12.
【The invention's effect】
[0012]
The invention offers significant advantages. For example, it has been found that composite fillers consisting of fibrils and mineral pigments can impart better properties to base paper in terms of coatability than can be achieved with currently commercially available fillers. Surprisingly, the composite filler used in the present invention can significantly improve the formation of the fibrous web without deteriorating the holding properties, so that a very smooth coated substrate is obtained according to the present invention. Surface smoothness can also be improved. In addition, the fine fiber-based carrier fraction makes the surface of the base paper more dense, so that the coating does not penetrate too much into the network of fibers. For these reasons, even small amounts of paint can provide high quality coatings with good coverage and improve cost efficiency.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0013]
In the following, the invention will be examined in more detail with the help of a detailed description and some examples.
[0014]
In the following examples, the filler used in the present invention is based on fibrils obtained from chemical pulp. As used herein, chemical pulp refers to pulp that has been treated with cooking chemicals to delignify cellulose fibers. According to a preferred embodiment, fibrils are obtained by refining pulp produced by a sulfate process or other alkaline pulping step. The present invention can be applied to the improvement of chemical mechanical pulp and fibrils obtained from mechanical pulp in addition to chemical pulp.
[0015]
Typically, the average thickness of the cellulose or lignocellulose fibrils is less than 5 μm, usually less than 1 μm. The fibrils are characterized by at least one of the following criteria:
a. Fibrils correspond to the fraction passing through a 50 mesh (preferably 100 mesh) screen; and b. The average thickness of the fibrils is from 0.01 to 10 μm (preferably at most 5 μm, especially at most 1 μm) and the average length is from 10 to 1500 μm.
[0016]
The fibril raw material, ie, fine fibers based on cellulose or other fibers, is fibrillated by tapping the raw material in a pulp refiner. If desired, a screen may be used to separate the desired fractions, but it is not necessary to screen the fines. Desirable fibril fractions include wire screen fractions P50-P400. Preferably, a refiner having a grooved blade is used.
[0017]
The particles of the light scattering material in the filler are inorganic or organic salts that can be formed from the raw materials by a precipitation reaction in an aqueous solvent. Examples of such compounds include calcium carbonate, calcium oxalate, calcium sulfate, barium sulfate, and mixtures thereof. Particles of the substance are deposited on the fibrils. The amount of inorganic salt compound relative to the amount of fibrils, calculated from the amount of filler, is about 0.0001-95% by weight, preferably about 0.1-90% by weight, most desirably about 60-80% by weight, and About 0.1-80% by weight of the paper, preferably about 0.5-50% by weight of the paper.
[0018]
In the following, the invention will be examined with particular reference to the product according to Finnish Patent Specification No. 100729, but the invention can also be applied to the other products mentioned above by appropriately changing the source material of the light-scattering pigment. It is clear that you can.
[0019]
Fillers are made by precipitating mineral pigments on the surface of fine fibrils prepared from cellulosic fibers and / or mechanical pulp fibers. For example, adding an aqueous solution of calcium hydroxide that may contain solid calcium hydroxide and a compound that contains carbonate ions and that is at least partially soluble in water (eg, sodium carbonate or ammonium carbonate) in the aqueous slush of fibrils. Thus, calcium carbonate can be precipitated. Further, carbon dioxide gas that generates calcium carbonate in the presence of calcium hydroxide can be introduced into the aqueous phase. Aggregates of pearl thread-like calcium carbonate crystals are formed, which are bound by fibrils, i.e., fine strands, in which calcium carbonate particles precipitate on fine fibrils. Adhere to them. Fine fibrils combined with calcium carbonate form pearl thread-like strands, with calcium carbonate aggregates predominantly resembling pearl threads in the sediment. In water (slush), the ratio of effective volume of aggregate to pulp is much higher than the corresponding ratio of normal calcium carbonate used as filler. Here, "effective volume" means the volume required for the pigment.
[0020]
The diameter of the calcium carbonate particles in the agglomerates is about 0.1-5 μm, usually about 0.2-3 μm. In particular, fibrils correspond to fractions P50 (or P100) to P400 of a wire screen. In the filler, at least 80%, preferably up to 90%, of the light-scattering pigment is attached to the fibrils.
[0021]
The paper pulp is slushed in a manner known per se (typically having a solids content of about 0.1-1%) and spread on wire. The fillers described above are most preferably added to the fiber slush in the headbox of a paper or paperboard machine, usually in an amount of about 1 to 100% by weight of the fibers of the pulp. In other words, the amount of filler can be up to or greater than the amount of actual pulp. In principle, it is also possible to produce a base web, in which the fibrous material of the base web consists entirely of the fibrils of the filler, and the base web can form 1 to 100% by weight of the fibrous material of the base web. Contains filler.
[0022]
The pulp is webbed in a paper or paperboard machine to form a paper or paperboard web. The fibrous web may be dried, coated, and further processed, for example, calendered.
[0023]
The coating can be carried out as a single coating or a double coating, and furthermore the coating color can be used as a single-coat mixture or as a so-called pre-coat and surface-coat mixture. Also, triple coating is possible. In general, the coating colors according to the invention comprise from 10 to 100 parts by weight of at least one pigment or a mixture of pigments, from 0.1 to 30 parts by weight of at least one binder and from 1 to 10 parts of other additives known per se. Includes parts by weight.
[0024]
A typical composition of the precoating mixture is shown below:
Coating pigment (for example, crude calcium carbonate) 100 parts by weight Binder 1-20% by weight of pigment
Additives and auxiliaries 0.1-10% by weight of pigment
Water Addition of water to the remaining precoating mixture typically results in a solids content of 40-70%.
[0025]
The composition of a surface coat mixture or a single coat mixture according to the invention is shown below:
Coating pigment I
(For example, high purity carbonate) 10 to 90 parts by weight coating pigment II
(For example, high-purity kaolin) 10 to 90 parts by weight Total of pigments 100 parts by weight Binder 1 to 20 parts by weight Additives and auxiliaries 0.1 to 10 parts by weight Water Remainder By adding water to this kind of coating color, dry solid The fraction content is usually 50-75%.
[0026]
In the coating colors provided above according to the invention, pigments having a steep particle size distribution can be used, so that up to 35% of the pigment particles are smaller than 0.5 μm, preferably max. 15% is smaller than 0.2 μm.
[0027]
The present invention can be applied to any pigment. Examples of pigments include precipitated calcium carbonate, heavy calcium carbonate, calcium sulfate, calcium oxalate, aluminum silicate, kaolin (hydrated calcium silicate), aluminum hydroxide, magnesium silicate, and talc (hydrated magnesium silicate). ), Titanium dioxide and barium sulfate, and mixtures thereof. Synthetic pigments can also be used. Among the above-mentioned pigments, the main pigments are kaolin, calcium carbonate, precipitated calcium carbonate and gypsum, usually comprising more than 50% of the dry solids in the coating mixture. Calcined kaolin, titanium dioxide, satin white, aluminum hydroxide, sodium silicon aluminate and plastic pigments are additional pigments, the amounts of which are usually less than 25% of the dry solids of the mixture. Special pigments may include kaolins and calcium carbonates of special quality, and barium sulfate and zinc oxide.
[0028]
The invention is particularly preferably applicable to calcium carbonate, calcium sulphate, aluminum silicate and aluminum hydroxide, magnesium silicate, titanium dioxide and / or barium sulphate, and mixtures thereof, in which case, particularly preferably, in the precoat mixture. Is calcium carbonate or gypsum, and the main pigment in the surface coat mixture and the single coat mixture consists of a mixture of calcium carbonate or gypsum and kaolin.
[0029]
As the binder in the coating color, any known binder commonly used in paper production can be used. In addition to a single binder, a mixture of multiple binders can be used. Examples of typical binders include, for example, a butadiene-styrene type copolymer that may have a comonomer containing a carboxyl group such as acrylic acid, itaconic acid or maleic acid, and a polyvinyl having a comonomer containing a carboxyl group. A synthetic latex comprising a polymer or copolymer of an ethylenically unsaturated compound such as acetate can be used. As binders, for example, water-soluble polymers, starch, CMC, hydroxyethylcellulose and polyvinyl alcohol can be used together with the substances mentioned above.
[0030]
Furthermore, in coating compositions, dispersants (eg, sodium salt of polyacrylic acid), chemicals that affect the viscosity and water retention of the mixture (eg, CMC, hydroxyethylcellulose, polyacrylates, alginates, benzoates) Conventional additives and auxiliaries such as so-called lubricants, curing agents used for improving water resistance, optical auxiliaries, defoamers, pH adjusters and preservatives can be used. Examples of lubricants include sulfonated oils, esters, amines, calcium or ammonium stearate; examples of water resistance improvers include glyoxal; optical auxiliaries Examples of the above include diaminostilbene disulfonic acid derivatives; examples of the antifoaming agent include phosphate esters, silicones, alcohols, ethers, and vegetable oils; pH adjusters Examples include sodium hydroxide, ammonia and the like; last preservatives include formaldehyde, phenol and quaternary ammonium salts.
[0031]
The coating mixture can be applied to the web of material in a manner known per se. The method according to the invention for coating paper and / or paperboard can be carried out by means of conventional coating equipment, ie blade coating, or by film coating or JET application.
[0032]
During coating, a coating layer having a basis weight of 5 to 30 g / m ² is formed on at least one surface, preferably on both surfaces. The uncoated side can be treated, for example, with a web sizing.
[0033]
The invention makes it possible to produce coated and optionally calendered cellulose-containing material webs having excellent printing properties, good smoothness and high opacity and whiteness. Here we refer to the corresponding cellulosic materials derived from paper or paperboard or raw materials containing lignocellulose, especially those derived from wood or annual or perennial plants, as "materials containing cellulose". The material may or may not contain wood and may be made from mechanical pulp, semi-mechanical pulp (chemical mechanical pulp) or chemical pulp. Chemical or mechanical pulp may be bleached or unbleached. Said material may comprise recycled fibers, especially recycled paper or recycled paperboard. Said material may comprise recycled fibers, especially recycled paper or recycled paperboard. The basis weight of the material web is typically in the range of 35~500g / m ^2, usually in the range of about 50 to 450.
[0034]
In general, the basis weight of the raw paper, 20 to 250 g / m ^2, preferably 30 to 80 g / m ^2. By applying a coating to this type of base paper, by the basis weight is about 50 to 70 g / m ^2, having a coating / m ² / side 10 to 20 g, calendering the paper, 70 At a basis weight of 110 g / m ² , a product is obtained which has at least 90% whiteness and at least 90% opacity. Particularly preferred products are coated offset printing papers that combine high gloss, high opacity and bulk. The present invention is also suitable for the production of coated fine paper and may be suitable for those containing mechanical pulp.
【Example】
[0035]
The following non-limiting examples illustrate the invention. The measurement results indicating the paper properties in the examples were measured by the following standard methods:
Surface roughness: SCAN-P76: 95
Porosity: SCAN-P60
Air permeation resistance: SCAN-M8, P19
[0036]
Example 1
Manufacture of filler
Refining of chemical pulp Birch kraft pulp was purified with a Valmet JC-01 refiner to produce pulp suitable for filler production. The refining consistency was about 4%, the total energy consumption was 343 kWh / t, and the specific edge load was 0.5 J / m.
[0037]
The properties of the product are shown in Table 1.
[Table 1]

[0038]
Carbonation of pulp Carbonation was carried out in tap water according to Finnish patent specification 100729. When a water slurry was obtained, its dry matter content was 2.22% and the total amount was 248 m ³ . The final product had a CaCO ₃ content of 69.7% and a specific surface area of 10.6 m ² / kg.
[0039]
Example 2
Production of base paper The product produced in Example 1 was used as a filler in coated fine paper. The following table shows the results obtained in tests where the fine paper was manufactured on the STFI experimental unit (FEX) in Stockholm:
[Table 2]

[0040]
As is evident from the results in the table, the fine fiber-based filler according to the present invention has a surprisingly good effect on the coating properties of the paper compared to the commercially available PCC filler, and the formation and smoothness of the base paper have been improved. Can be improved. The effect increases in direct proportion to the amount of filler. In addition, the properties can be better exploited, especially in the context of lightweight paper, because the impermeability or surface density is higher with the filler (superfill) and the coating properties of the mixture are better.
[0041]
Example 3
Mill test A1. Production of filler-containing paper Base paper having a basis weight of 56 g / m ² was produced under the conditions of a factory for coating. The slash consisted of a mixture of birch pulp (74%) and pine pulp (24%). After refining, the pine had an SR of 32-34 ° and the birch had an SR of 22-25 °. The pulp SR value in the headbox was 35-40 °.
[0042]
The paper machine wire compartment has a Valmet (Shim-former) hybrid wire and the wet compartment consists of a Valmet Shim-Press II with a triple compressor and a conventional drying section.
[0043]
In the base paper, various fillers are available, namely the products Finntalc F15SL (talc from Monde Minerals), Albacor HO (PCC from Specialty Minerals) and the composite filler described in Example 1 [hereinafter "Superfilt". (SuperFill) "]. The amount of talc used as filler is 10% and 15%, and the amount of superfill is 10%, 15% and 20%.
[0044]
Nanoparticles and cationic starch (Compozil Plus: EKA NP780 nanoparticles and EKA PL1510C-PAM, supplier: EKA Chemicals) were used as retentive drugs. The dosages for talc and PCC are as follows: 280 g / t nanoparticles, 70 g / t polymer, and with superfill: 280 g / t nanoparticles, 50 g / t polymer. The amounts of cationic starch and resin adhesive used were 8 kg / t and 5.2 g / t. Alum was administered to talc at 13 kg / t, and when PCC and Superfil were added, it was administered at 19 kg / t.
[0045]
A2. Results Coulter-oil porosity was measured from base paper samples. At low filler content, no significant differences were seen in the pore size distribution. 75% of all pores were in the range of 1.2-1.8 μm (around the maximum). When the filler content was increased to 20%, a significant difference was observed. In the case of PCC, the median pore size increased as the filler amount increased. For the superfill filler, the median was reduced, the distribution narrowed, and 75% of the values were about 0.8 μm. The same effect was seen with talc, but on a smaller scale. With Superfill as filler and a filler content of 20%, the median pore size is only 60% of the corresponding value of PCC and the width of the pore size distribution (75% of value) is only 34% of the value obtained with PCC. %Met.
[0046]
Thus, from the data provided by Superfill on paper, the paper surface is denser and has better coverage than the PCC-filled paper surface, thus facilitating coating and improving paper properties. Then we can conclude. In other words, a better, glossier and smoother surface is obtained such that the coating pigment cannot easily penetrate into the base paper.
[0047]
B1 Online-Coating One side of the base paper was coated and the other side was surface sized. For the coating, a BTG ABC single-blade coater was used. Surface sizing was performed in the same unit by transferring the film on the backing roll of the coater. The machine speed was 750m / min and the length of web reeler was 252cm. After the fourth drying group, an on-line coating was performed and the coating was dried in a drying cylinder (fifth drying group).
[0048]
Base papers with fillers containing 15% talc or superfill, respectively, were subjected to on-line coating. At the time of paper making, coating was applied only to the surface in contact with the wire (13 g / m ² ), and the surface side was surface-sized (0.5 g / m ² ).
[0049]
In the case of Super Fill, the workability of the online-coater was good. The coating conditions were fixed and those conditions are shown in Table 3. The composition or solids content of the coating mixture was not changed during the test.
[0050]
[Table 3]

[0051]
The properties of the coated and calendered paper were measured.
The coated, calendered paper, including the superfill, has about 5% better gloss and 0.1 pps better smoothness than the corresponding talc-filled paper. This is a very good result considering that the coater amount of the superfill paper is somewhat lower. Also, the light scattering factor and whiteness of the superfill paper were significantly better than the corresponding paper filled with talc.
[0052]
Based on these results, it can be concluded that the composite pigments can effectively reduce the penetration of the coating color into the base paper and obtain a coating with better coverage and gloss. This may be due to the fact that the pores of the paper are small, the pore size distribution is narrow, and the smoothness of the base paper is very good.

Claims

A coated fiber web having a coating layer containing a pigment on at least one surface and including a base web containing a filler,
A coated fibrous web, characterized in that the filler of the base web consists at least in part of fibrils of cellulose or lignocelluloses, on which the particles of the light-scattering substance are precipitated.

The fibrous web according to claim 1, wherein the filler has an average thickness of less than 5 µm and includes fibrils of cellulose or lignocellulose produced by refining and screening of vegetable fibers.

The particles of the light scattering material are precipitated on the fibrils, the fibrils corresponding to the fraction passing through a 50 mesh screen and / or having an average thickness of 0.01-5 μm and an average length of 10- The fibrous web according to claim 2, wherein the fiber web has a thickness of 1500 µm.

The fiber web according to any one of claims 1 to 3, wherein the particles of the light scattering substance are inorganic salts that can be formed from the raw material by precipitating the particles in an aqueous solvent.

The fiber web according to claim 4, wherein the particles of the light scattering substance are calcium carbonate, calcium oxalate, calcium sulfate, barium sulfate, or a mixture thereof.

The fibrous web according to any one of claims 1 to 5, wherein particles of the substance are precipitated on the fibrils.

The amount of the particles of the light-scattering material is 0.0001 to 95% by weight, preferably about 0.1 to 90% by weight, most preferably about 60 to 80% by weight, based on the amount of the filler, based on the amount of fibrils. A fibrous web according to claim 6, characterized in that it is about 0.1-60% by weight of the paper, preferably 0.5-50% by weight of the paper.

Claims: Coated with calcium carbonate, gypsum, aluminum silicate, kaolin, aluminum hydroxide, magnesium silicate, talc, titanium oxide, barium sulfate, zinc oxide, synthetic pigments or mixtures thereof. The fiber web according to any one of claims 1 to 7.

The filler includes fibrils of cellulose or lignocellulose, and particles of the light scattering substance are precipitated on one surface of the fibrils, forming 10 to 100% by weight of the filler of the base web. The fiber web according to any one of claims 1 to 8, wherein

The filler comprises fibrils of cellulose or lignocellulose, on which the particles of the light-scattering substance are precipitated, forming 10 to 100% by weight of the fibrous substance of the base web. The fiber web according to any one of claims 1 to 9, wherein

The fibrous web according to any one of claims 1 to 10, wherein the fibrous web comprises coated paper, medium quality paper or high quality paper.

In a method for producing a fibrous web according to a method of applying a coating layer containing a pigment on at least one surface of a base web containing a fibrous substance,
The base web is formed from the slush of the fibrous material, a product containing cellulose or lignocellulose fibrils is added as a filler to the base web, and light scattering material particles are precipitated on the fibrils. A method for producing a fiber web.

13. The method according to claim 12, wherein a filler having an average thickness of less than 5 m and comprising cellulose or lignocellulose fibrils produced by refining and screening of vegetable fibers is used.

Using a filler, the light scattering material particles of the filler are deposited on the fibrils, the fibrils pass through a 50 mesh screen and / or have an average thickness of 0.1 to 10 μm and an average length of 10 to 1500 μm 13. The method according to claim 12, wherein the fraction corresponds to:

15. The method of any of claims 12 to 14, wherein at least 80% of the light scattering pigment particles use a filler attached to the fibrils.

13. The method of claim 12, wherein the base web is coated in a paper machine with a coating mixture containing a pigment.