JP2005532967A - 表面特性の制御方法 - Google Patents

Abstract

移動する連続材料ウェブ（Ｗ）に接触する回転部材（３）の表面特性を調節する方法において、該移動する連続材料ウェブ（Ｗ）に接触する回転部材（３）は、光触媒活性材料を含み、光が移動する連続材料ウェブ（Ｗ）に接触する回転部材（３）の表面に向けられ、該光は、光触媒活性材料を活性化可能なエネルギを有し、光触媒活性材料の活性化によって、回転部材（３）の表面上にある物質の酸化および／または表面の親水性特性の変化が生じる。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、添付の請求項１に係る表面特性を調節する方法に関する。

連続材料ウェブの移動を制御する回転部材の外周面には種々の物質が蓄積しやすく、これは材料ウェブの組成または加工工程から生じるものであると思われる。

たとえば、抄紙機のロール表面では、紙質および機械の操業性の問題を生じさせる有機物または無機物を原因とする大量の汚損が生じる。一方、抄紙機の中央ロールでは、ロール表面の組成のみならずその表面エネルギ全体が紙ウェブの剥離の観点から重要な役割をもつ。また、操業性およびウェブの剥離も、表面の形状と、表面の均質性と、表面に付着する汚損物質の性質とによって影響を受ける。以前から、化学薬品をロール表面に噴霧することによって、表面特性に影響を与えようという試みがなされている。

本発明の目的は、上述の欠点を排除することである。本発明に従えば、連続材料ウェブ、特に抄紙機のロール表面に接触する部材の表面は、光触媒活性膜によって覆われ、かつその部材の表面は適切な紫外線源で照射される。光触媒は、光の作用の結果として物質の表面に化学反応が起こる現象である。二酸化チタンは、たとえば、建築業および自動車産業においてガラス面を洗浄する際、透明な薄膜として使用されるような光触媒材料である。表面が清潔に保たれるのは、紫外光の効果による二酸化チタンの活性化に基づいており、表面上の有機物質が酸化されて、表面の付着性が低下する。その後、表面を洗浄するためには雨が降れば充分である。この同じ光触媒現象は、その表面の表面エネルギを親水性の方向に強く変化させることもする。光触媒については、たとえば欧州特許出願公開第８６９１５６号明細書および欧州特許出願公開第９８０７０９号明細書で検討されている。

抄紙機のロール表面の光触媒活性には次のような利点がある。
− 強く酸化させるラジカルとイオンとが、正孔−電子対の作用によって表面に生成され、それらが表面に付着する物質の酸化剤として機能する、
− また、表面エネルギを親水性と疎水性との間で調節することが可能であり、たとえば、表面の親水性を高められることが可能であり、引出されている紙ウェブの剥離が容易になる。

以下、添付の図面を参考にして、本発明をより詳細に説明する。
図１は抄紙機または板紙抄紙機のプレス部を示しており、該プレス部において、湿紙または板紙ウェブＷを、第１プレスニップＰを介し、プレスの中央ロール３に導くためにプレスフェルト１が利用される。ウェブＷは回転する中央ロール３の外周上を、ガイドロール２と第２プレスフェルト１と中央ロール３との間に形成される第２プレスニップＰまで移動する。中央ロール３上で、ウェブは、ニップＰを過ぎた後、ロール表面上を一定の距離移動し、その後点Ｋで剥離され、第２ガイドロール４まで接触せずに引出されて移動する。中央ロール３の外周面は、一定の長さの範囲内でウェブＷに接触しており、光触媒活性材料を含む。ロール表面にこの材料を備えることが可能な方法については後述する。ロール３の自由部分の位置に、言い換えれば、外周面がウェブＷに覆われない位置に、適切な波長の電磁放射線をロール３の外周面に作用させる光源５があり、外周面上の被膜の光触媒活性化を達成する。ウェブＷの剥離点Ｋの後方で、ロール３の回転方向かつ光源５の作用が及ぶ範囲の前方に、ロール表面をクリーニングする１個または複数個のドクターブレード６がある。

光源は、ロール表面の親水性を高めるように、ロール表面を活性化させる。これによって、ロール表面上に水の薄膜が生成され、その水膜が、紙ウェブのロール表面からの剥離を容易にする。

図１に示されるように、ロール３からの剥離角度（角度α）とプレスニップＰを過ぎた後にある剥離点の位置とは、光源５の活性効果を調節することで調節可能である。図１に従う形状において、剥離点の位置と剥離角度αとは、互いに依存する変数である。すなわち、剥離点がプレスニップＰに近づくと、ウェブは中央ロール３の接面により平行な方向に向けられ、剥離角度αは小さくなる。実際、その目的は可能な限り小さな剥離角度を得ること、すなわち、ウェブが外周に関してできる限り接線方向でロール３を離れるような状態を達成することである。

引出し差（中央ロール３の周速に対する第２ガイドロール４の周速の比率）が小さいときは、剥離点ＫはニップＰの近くに位置することが可能であり、光源５はウェブをロールから簡単に分離するので、剥離角度αを小さくすることが可能である。被膜は、光源によって、本件においては、紫外線源によって、ウェブが導入される前に活性化されてもよく、使用中、ウェブが移動してロールが回転しているとき、紫外線をロール３の外周面に作用させる。光源５は、適切な速度で、ロールの長手方向、すなわち、図２に示されるようにロールの回転軸に平行に前後に移動されるが、常にロールの回転運動の一定の範囲内に位置している。したがって、ロールが回転する間、ロール表面が光源を過ぎるときにロール表面の光触媒活性化が生じる。光源がロールの長手方向に移動するとき、光源は一度にロールの全長に及ばずともよい。光源の移動速度、光源の強度または波長が調節されると、ロール表面に当たる紫外線の強度またはエネルギレベルに影響を与えることができる。また、紫外線を生成するために適切なレーザ光源を使用すると、ほぼ周方向に延びる狭い「親水性を有するバンド」（図２）をロール表面に生成することも可能であり、パルス状の光源、たとえばレーザが使用されると、「親水性を有するスポット」を生成することも可能である。紫外線を、ロールの自由表面、すなわち、紙ウェブで覆われないような範囲に作用させるが、この場合、線源とロール表面の間に紙ウェブはない。

また、ロール表面を活性化するためには、たとえばウェブ切れ後に、ゆっくりとした速度でロールが回転することも重要である。生産工程において、ロールが高速で回転しているとき、光源を消灯することが可能である。したがって、活性化は、機械に設置されたロールに対して、固定された間隔で行うことが可能であり、生産工程中に活性化を行う必要はない。このように、ロールはウェブに接触しなくてもよく、また、ウェブが（たとえばウェブ切れによって）なくてもよい。したがって、「移動する連続材料ウェブに接触する回転部材」という用語は、材料ウェブからある期間離れる可能性もある部材であって、特に上述の方法で、たとえば、表面特性を調節するように維持することが可能な部材をいう。活性化が終了すると、材料ウェブを該部材の表面に接触させてもよく、このようにして材料ウェブは一定の範囲内で回転部材の表面を介して移動することができる。この代替案が図３に示されており、図中左側では、ロール３が材料ウェブを伴わずに低い速度ｖ１で回転しながら活性化され、右側では、ロール３が材料ウェブに接触して高い速度ｖ２で回転している。

また、光触媒被覆として、特に二酸化チタンと、それに基づく塗工液が用いられてもよい。抄紙機のプレス部の中央ロールに特に使用される被覆によって、稼動中でさえ疎水性と親水性との間でロール表面の表面エネルギを調節することも可能である。したがって、ウェブの移動中に、ウェブの剥離を考慮して最適な条件を調べることが可能である。すなわち、いわゆるアクティブコーティングが参照される。紫外線照射によって、親水性を高めることが可能であり、このようにしてウェブの剥離を容易にする水の連続被膜を表面上に得る。使用される光触媒被覆が十分な耐磨耗性を有し、および／または、表面の形状が光触媒被覆を磨耗から保護することが必要不可欠である。特に中央ロールに使用される溶射被覆は、たとえばドクターブレードなどの機械的なクリーニング手段による磨耗効果に対して、保護のための微多孔性を提供する。このように、光触媒表面は、微細孔の下部でのみ保護されるが、ロール表面に向けられる活性光には晒される。したがって、微多孔の程度を制御することによって、光触媒の有効表面積に対して影響を及ぼし得る。

ロール表面に光触媒活性材料を設けるためには様々な代替案がある。光触媒表面は、溶射されること、または溶射された表面を光触媒被覆で処理することによって作製することができる。光触媒を生成する材料は粒子状でよく、したがって、有機母材、有利には紫外線安定化有機母材、または無機母材であり、または、たとえばゾルゲル法によって作製された連続被膜であってもよい。後者の場合、被膜は、研磨終了後または研磨終了直前のロール表面上に作製される。後者の場合、光触媒被膜は、中央ロールの溶射された、そうでなければ製造されたセラミック表面の微細孔にのみ存在するので、前記微細孔の総量および表面積は、光触媒が作用し得る表面積部分を決定する。

また、前記光触媒表面は、ロール表面の親水性を調節できるだけでなく、その表面を清浄に保つためにも適する。光触媒表面は、紫外光の作用によって活性化され、たとえば、前記表面上を絶えず移動する紙または板紙のウェブによって生じ、その表面に付着する繊維、樹脂、その他ペーストなどの有機不純物を絶えず酸化させる。付着する不純物は、その後、簡単に剥離されるため、有害で分厚い層は形成されない。光触媒活性表面で紫外光によって生じる反応は、以下のものを含む。

・充分なエネルギレベルを有する光の作用による光触媒活性材料中の電子−正孔対の発生。
・表面上にそれぞれ、ドナー分子および受容体分子を伴う正孔および電子によって生じる酸化反応および還元反応。前者の例では、水からのヒドロキシルラジカルおよび水素イオン（ＯＨ＋Ｈ⁺）の形成、後者の例では、酸素分子からのスーパーオキシドイオン（ＯＯ^-）の形成。
・正孔とヒドロキシルラジカルとスーパーオキシドイオンとの作用による異物の酸化。

また、光触媒被覆は単一相でよく、光触媒活性を有する相または粒子を含んでもよい。したがって、母材被覆は、溶射された高分子被覆でも、ゾルゲル法によって製造される高分子被覆でも、または他の高分子被覆でもよい。高分子被覆の場合、周囲の母材は、紫外線保護物質で保護されなければならない。つまり光触媒粒子は、表面の製造後に研磨除去される保護被膜で覆われる。したがって、紫外線活性部分は高分子を酸化させる程には母材に影響を与えない。

本発明は、単に特定の光触媒材料に限定されないが、この方法では、いかなる光触媒材料でも表面構造に利用することが可能であり、適切なエネルギレベルを有し、光触媒材料に作用される光が、表面特性を変化させる。光触媒材料がＴｉＯ₂の場合、その結晶構造は、有利には凸字状であって、これが最も高い光触媒活性を有する。さらに、本発明は、単に紫外光に限定されないが、活性化のために表面に向けられる光が光触媒活性材料において所望の現象を作り出すために充分なエネルギレベルを有すれば足りる。同様に、材料ウェブという用語は、回転部材の外周面上を移動するすべての材料ウェブを指し、光触媒材料ウェブの外周面からの剥離は、たとえば、上述の表面を光触媒によって活性化させることで、影響され得る。

本発明の実施の形態であるプレス部を側面図で示す。 ロール設置位置における図１の配置を正面図で示す。 方法の実施の他の形態を示す。

Claims (9)

1. 移動する連続材料ウェブ（Ｗ）に接触する回転部材（３）の表面特性を調節する方法において、
   材料ウェブ（Ｗ）に接触する回転部材（３）の表面は光触媒活性材料を含み、
   光が、材料ウェブ（Ｗ）に接触する回転部材（３）の表面に向けられ、前記光は、光触媒活性材料を活性化可能なエネルギを有し、
   光触媒活性材料の活性化によって、回転部材（３）の表面上にある物質の酸化および／または表面の親水性特性の変化が生じることを特徴とする回転部材（３）の表面特性を調節する方法。
2. 活性化は、回転部材（３）がウェブに接触して生産速度で回転するときになされることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 活性化は、回転部材（３）がウェブに接触して、または接触せずに、生産速度よりも低速で回転するときになされることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 連続材料ウェブ（Ｗ）の回転部材（３）の表面からの剥離は、光の強度によって制御されることを特徴とする請求項２記載の方法。
5. 移動する連続材料ウェブ（Ｗ）の回転部材（３）の表面からの剥離点（Ｋ）または剥離角度（α）は、監視され、設定値と比較され、その差に基づいて光の強度が調節されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 回転部材（３）は、抄紙機または板紙抄紙機のロールであり、連続材料ウェブは、紙または板紙のウェブであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 回転部材（３）は、抄紙機または板紙抄紙機のプレス部のロールであることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 光は紫外光であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 光を生成する光源（５）は、回転部材の回転軸方向において前後に移動されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
   
   

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