JP2006507420A - 超高バルク軽量コーテッド・ペーパーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)機械パルプ及び化学パルプを含む繊維完成紙料を生成する工程と;
(b)繊維完成紙料から紙ウェブを形成する工程と;
(c)前記ウェブから水を除去する工程と;
(d)本発明のコーティング配合物を施用する工程と;
(e)コーティング済みウェブを2つのエクステンデッド−ニップカレンダーのニップを通すことによってカレンダー掛けし、紙の各面は加熱したロールに対向し、前記カレンダーニップのうちの1つを用いて処理される工程と;を含む方法において、各カレンダー掛けニップは、表面温度少なくとも300°Fを有するカレンダーロール及び幅少なくとも30mmを有するバッキングシューによって形成され、ニップは少なくとも1000ポンド毎直線インチ(linear inch)の負荷を提供し;これによってカレンダー仕上げ紙は75%を超える厚さ維持を有する、方法を提供することにある。
別の目的は、少なくとも40%の機械パルプ、好ましくは60%の機械パルプを含む完成紙料を提供することにあり、ここで、機械パルプ部分は、熱機械パルプ(TMP)と従来の砕木パルプとの等しいブレンドを含み、残りの補充分はクラフトである。
別の目的は、コーティング配合物を提供することにあり、ここで、前記カオリン顔料は、顔料の全量の少なくとも約70重量%、好ましくは80〜100重量%であり、セディグラフ粒度分析計(Sedigraph particle size analyzer)を使用した粒子計数に基づいて前記粒子の少なくとも85%が2ミクロン未満であり、前記粒子の少なくとも50%が0.5ミクロン未満であることを特徴とする微細粒度分布を有し、前記カオリン顔料は、微粒子及び粗粒子の両方が、15を超え、好ましくは20〜27の形状係数を有すると特徴付けられる板状形態を有する。
別の目的は、コーティング配合物を提供することにあり、ここで、前記TiO2は、顔料の全量の少なくとも約2重量%、好ましくは3〜5重量%の量である。
別の目的は、コーティング配合物を提供することにあり、ここで、前記合成増粘剤は、顔料の全量の少なくとも約0.05重量部以上の濃度である。
本発明の別の目的は、前記ウェブの各表面の上に面当り少なくとも2.0ポンド毎3300平方フィート、好ましくは2.0〜60ポンド毎3000平方フィート、最も好ましくは2.5〜5.5ポンド毎300平方フィートの重量を有するコーティングを提供して、カレンダー掛けの前の含水率少なくとも5.5%、好ましくは6.5〜8.0%、最も好ましくは7.0%を有するコーティング済みウェブを形成することにあり、コーティングは、微細板状カオリン顔料、ラテックスバインダー、及び増粘剤を含み、前記コーティング済みウェブは、2.6ミルを超える厚さを有する。
繊維完成紙料
本発明の方法を使用して製造されるLWC紙は、高いパーセントの機械パルプを有し、残りの補充分はクラフトである水性完成紙料から出発すると思われる。機械パルプは一般に少なくとも約40%、通常40%〜80%の範囲内、好ましくは60%〜80%の範囲内である。機械パルプ部分は、熱機械パルプと従来の砕木パルプとの等しいブレンドを含む。残りの組成物はクラフトである。機械パルプは、良く形成されたベースを与える。本明細書において使用する機械パルプという用語は、砕木(SGW)、熱機械パルプ(TMP)、及び化学熱機械パルプ(CTMP)を含んでよい。試料完成紙料配合は:(1)30%TMP/30%SGW/40%針葉樹材クラフト(SWK)及び(2)60%TMP/10%PGW30%SWKである。SWKは機械パルプとみなされない。別の例は、55%〜65%CTMP/35%〜45%SWKであり得る。
コーティング配合物
本発明の方法において、コーティング配合物を仕上げの前に施用する。本発明によるコーティング配合物は、(i)中空プラスチック顔料;(ii)カオリン顔料;(iii)焼成カオリンクレイ;(iv)二酸化チタン(TiO2)顔料;(v)合成ラテックスバインダー;及び(vi)合成増粘剤(またはカルボキシメチルセルロースまたはアクリル酸に基づくかまたは会合に基づく増粘剤を含む共バインダー)を含む。コーティング配合物はまた、沈降炭酸カルシウム(PCC)または重質炭酸カルシウム(GCC)を含んでよい。
91%のコンタ1500(登録商標)、
5%のRPSヴァンテージ(登録商標)、
4%のロパークHP−1055(登録商標)、
14部のスチロナール46810、及び
0.7部のスチロコールFD(登録商標)(STYROCOLL FD(登録商標))(50%のコーティング固形物及び1000cPブルックフィールド粘度で)。
エクステンデッド−ニップカレンダー
次に、2つのエクステンデッド−ニップカレンダーを使用し、好ましくは米国特許第6,332,953号、同第6,465,074号、及び同第6,213,009号(これらの特許の教示を本明細書において参考のために引用する)に示すように加熱したロール及びソフトシューバッキングを含むシューニップカレンダー(SNC)を使用して、コーテッド・ペーパーをカレンダー仕上げすることができる。このタイプのカレンダーにおいては、ニップは円柱形プレス・ロールと弧状圧力シューとの間に形成される。後者は、円柱形プレス・ロールのものに近い曲率半径を有する円柱形凹面を有する。ロール及びシューが互いに物理的に接近する場合、プレス・ロールの間に形成されるものよりも5〜10回長くなり得るニップが形成される。これは長いニップにおけるセルロース系繊維質ウェブのいわゆるドエル時間を増大し、同時に、十分なレベルの圧力毎平方インチの圧縮力を維持する。シューニップカレンダーの使用は、従来のスーパーカレンダーまたはホットソフトカレンダーよりも最初のバルクのかなり多くを維持する。
(1)最高4.0%までのより高い白色度;
(2)最高3.3%までのより高い不透明度;
(3)最高22%までのより高い厚さ;
(4)1%〜7%低い紙光沢、しかし同等かまたは2%〜5%高い印刷光沢;
(5)わずかにより粗い表面、すなわち、10Kgクランピング圧力でPPSによって測定して1.6〜2.6ミクロン。(商業用に許容可能なPPSである1.6〜1.9ミクロンが、下記のコーティングAまたはBを使用して得られた。)
(6)紙のより高いバルクの証拠となる、同じロール直径の場合にロール当りのより少ない重量。
5つの32g/m2原紙の影響を、以下のタイプの原紙を使用して調べた:B1、B1/hi−メカニカル、B4及び2つのホットソフト予備カレンダー仕上げ原紙(B1/予備カレンダー掛け及びB1/hi−メカニカル/予備カレンダー掛け)。B1及びB1/hi−メカニカル原紙の特性を表1に示す。B4原紙はB1原紙と同様であるが、ただしB4はシート中へのウェット・エンドデンプンの添加がより少ない。予備カレンダー掛け原紙は、非予備カレンダー仕上げ原紙よりも平滑な表面を有するが、その厚さは低減する。表1は、TMP含有量を30%から60%に増大させることで総機械パルプ含有量は60%から70%に増大し、同時に依然として良好な抄紙機作動性を維持することを示す。表2は、機械パルプの量を60%から70%に増大させることで厚さは2.85から3.03に増大し、同時に粗さ及び多孔性はわずかに増大することを示す。
コーティング配合物
“対照”コーティングは典型的なNo.5軽量コーティングであり:セディグラフ粒度分析計を使用して80%が2ミクロン未満であり、メジアン粒度0.75ミクロンである79%の標準的なデラミネーテッド・カオリン;7%の93%白色度焼成カオリン、7.5%のTiO2;6.5%の中空プラスチック顔料;8部のデンプン;及び12部のスチレンブタジエン(SB)ラテックス(50.7%のコーティング固形物で)からなる。
コーティングプロセス
ショート・ドウェル・ブレードコーターを使用して、下記の表3に説明するコーティングを、表1及び2に示す原紙表面に施用した。コート量は、紙のワイヤ面で5.7g/m2及び紙のフェルト面で4.9g/m2を目標とした。ワイヤ面を最初にコーティングし、続いてフェルト面をコーティングした。3700fpmでコーティングしたB4原紙を除いて、全ての原紙を2100fpmでコーティングした。最終コーティング済みシートの含水率は5.5〜6.0%で制御された。
メッツォ・ペーパーInc.(Metso Paper Inc.)によって製造されたオプティドウェルシュー−ニップカレンダー(Optidwell shoe-nip calender)を使用して、上記のコーテッド・ペーパーを3000fpmでカレンダー仕上げした。カレンダー掛けプロセスを、面当り1つのニップを使用し、ワイヤ面を最初にカレンダー掛けし、続いてフェルト面をカレンダー掛けした。第1のニップの熱ロール温度は350°Fであり、70mmのニップ幅であり;第2のニップは400°Fで70mmのニップ幅だった。第1及び第2のニップの負荷は2300pliだった。
コーテッド・ペーパー特性
全てのコーティング済みシート特性を図1〜6に示す。印刷性能を、ロチェスター・インスティテュート・オブ・テクノロジー(RIT)、ロチェスター、NY(Rochester Institute of technology (RIT), Rochester, NY)で4色刷りウェブオフセット印刷機を使用して評価した。幾つかの商業用30ポンド製品もまた、比較のためにRITで印刷した。典型的な32ポンド〜40LWC紙特性または工業用平均化特性もまた要約し、比較のために図中に含める。
厚さ(図1)
B1及びB4原紙を用いて製造し、“対照”コーティングでコーティングし、スーパーカレンダーにおいてカレンダー仕上げした試料は、1.80〜1.83ミル厚さを示し、同じ原紙を用いて製造し、“対照”コーティングでコーティングした商業用製品と一致していた。シューニップカレンダーにおいてカレンダー仕上げした同じ試料は、かなりより高い厚さ(2.18〜2.20ミル)を示し、これは約22%の改良である。B1/hi−メカニカル原紙を用いて製造した30ポンドSNCコーティング済み試料は、典型的な40ポンドLWC製品のものに等しいまたはこれよりもわずかに良好な最高の厚さを有する。予備カレンダー仕上げ紙を用いて製造した30ポンドSNCコーティング済み試料は、その未カレンダー仕上げ等価物よりも低い厚さを有するが、依然として典型的な36〜38ポンドLWC製品の範囲内である。B1原紙を用いて製造した30ポンドSNCコーティング済み試料は、典型的な40ポンドLWCシートに近い厚さを有する。B4原紙を用いて製造した30ポンドSNCコーティング済み試料は、B1原紙を用いて製造したものよりもわずかに低い厚さを有するが、典型的な38ポンドLWCシートと同等である。
白色度(図2)
非カレンダー仕上げ原紙のより高い厚さは、予備カレンダー仕上げ原紙よりも高い白色度を生じる。“対照”コーティングでコーティングした試料と比較すると、SNCにおいて仕上げた試料は明らかに、スーパーカレンダー試料よりも高い白色度を有する。これは、比較的に穏和な圧力及びシューニップカレンダーのかなりより少ないニップが理由となっている。コーティングAまたはコーティングBでコーティングした試料は、同様の白色度性能を有し、コーティングCでコーティングした試料よりも良好である。一般に、SNC試料の白色度は72.7〜74.5%の範囲内であり、これは、商業用試料(30ポンド)並びに工業用試料(32〜40ポンド)よりもかなり良好である。
不透明度(図3)
白色度性能と同様、不透明度もまた原紙のタイプに大きく依存する。未カレンダー仕上げ原紙(B1及びB4)、特により高い機械パルプ含有量を有するものは、より高い不透明度を生じる。コーティングAまたはコーティングB(両方とも板状カオリンからなる)でコーティングした試料は同様の不透明度を有し、両方とも、コーティングCでコーティングした試料または“対照”コーティングでコーティングした試料よりも高い不透明度を与える。コーティングCでコーティングし、B4原紙を用いて製造した試料を別にすれば、SNC試料の不透明度は、商業用試料(30ポンド)及び工業用試料(32〜40ポンド)よりもかなり良好である。
75°TAPPIシート光沢(図4)
SNCにおいて仕上げた“対照”コーティングでコーティングした試料は、スーパーカレンダーにおいて仕上げたものよりもかなり低い光沢を有する。実際に、SNC試料は31〜33%光沢を有するのみであり、30ポンド商業用試料よりもかなり低い。さらに、デンプン含有“対照”コーティングの光沢性能は、非デンプン含有コーティングA、B、及びCよりも劣っている。40%光沢に達することができる試料は、コーティングAまたはコーティングCでコーティングしたものだけだった。一般に、B4及び予備カレンダー仕上げ原紙のより平滑な表面及びより低い多孔性は、改良されたシート光沢を与えた。B4原紙を用いて製造し、コーティングCでコーティングした試料は、最高の光沢(50%)を有した。
パーカープリントサーフ(Parker Print Surf)によって測定した表面平滑度(図5)
“対照”コーティングでコーティングし、SNCにおいて仕上げた試料は、スーパーカレンダーにおいて仕上げたものよりも劣ったパーカープリントサーフ(PPS)、またはより粗い表面を有する。PPS性能は、カレンダー掛け方法に依存するのみならず、原紙及びコーティングのタイプにも依存する。例えば、B1原紙のようなより粗い原紙は、B4紙のようなより平滑な原紙よりも劣ったPPSを与える。同じ理由で、原紙の平滑度を改良した予備カレンダー掛けはまた、未カレンダー仕上げ原紙と比較してPPSを改良する。板状カオリンからなるコーティングA及びBは、微細加工カオリンからなるコーティングCよりも良好なPPSを与える。従って、SNC試料は、商業用試料(30ポンド)並びに平均工業用試料(32〜40ポンド)よりも劣ったPPSを与える。
印刷光沢(図6)
RITウェブオフセット印刷機の印刷シグネチャーを使用して、4色刷り黒色領域に関して印刷光沢を測定した。“対照”コーティングでコーティングした試料と比較すると、スーパーカレンダー仕上げ試料は、主としてスーパーカレンダー仕上げ試料のより高いシート光沢が理由となって、SNC試料よりも高い印刷光沢を有することが見い出された。印刷光沢性能は、シート光沢と同様原紙の平滑度及び多孔性に依存し、すなわち、B4及び予備カレンダー仕上げ原紙のより平滑な表面及びより低い多孔性は、改良された印刷光沢を与える。コーティングA、B、及びCは、“対照”コーティングよりも良好な印刷光沢を与える。SNC試料は一般に、30ポンド商業用シートと同等またはより良好な印刷光沢を示す。全てのSNC試料の中で、B4原紙を用いて製造し、コーティングAでコーティングした試料は、最高の印刷光沢を示した。
Claims (22)
- 軽量高バルクコーテッド・ペーパーの製造方法であって:
(a)機械パルプ及び化学パルプを含む繊維完成紙料を生成する工程と;
(b)前記繊維完成紙料から紙ウェブを形成する工程と;
(c)前記ウェブから水を除去する工程と;
(d)前記ウェブの各表面の上に面当り少なくとも2.0ポンド毎3300平方フィートの重量を有するコーティングを施用して、5.5%を超える含水率及び2.6ミルを超える厚さを有するコーティング済みウェブを形成する工程と;
(e)前記コーティング済みウェブを2つのエクステンデッド−ニップカレンダーに通し、紙の各面は加熱したロールに対向し、カレンダーニップのうちの1つを用いて処理される工程と;を含む方法において、各カレンダー掛けニップは、表面温度少なくとも300°Fを有するカレンダーロール及び幅少なくとも30mmを有するバッキングシューによって形成され、前記ニップは少なくとも1000ポンド毎直線インチの負荷を提供し;これによってカレンダー仕上げ紙は75%を超える厚さ維持を有する、方法。 - 前記紙はNo.5オフセット用軽量コーテッド・ペーパーである、請求項1に記載の方法。
- 前記完成紙料は少なくとも40%の機械パルプを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記完成紙料は約60〜80%の機械パルプを含む、請求項3に記載の方法。
- 前記コーティングは、面当り2.0〜6.0ポンド毎3300平方フィートの重量を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング済みウェブは6.5%を超える含水率を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング済みウェブは7.0%を超える含水率を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティングは、中空プラスチック顔料;カオリン顔料;焼成カオリンクレイ;二酸化チタン顔料;合成ラテックスバインダー;及び合成増粘剤、またはカルボキシメチルセルロースまたはアクリル酸に基づくかまたは会合に基づく増粘剤を含む共バインダーを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティングはまた沈降炭酸カルシウムまたは重質炭酸カルシウムを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記中空プラスチック顔料は、顔料の全量の少なくとも約2重量%の量で存在する、請求項8に記載の方法。
- 前記中空プラスチック顔料は、顔料の全量の約3〜5重量%の量で存在する、請求項8に記載の方法。
- 前記カオリン顔料は、セディグラフ粒度分析計を使用した粒子計数法に基づいて粒子の少なくとも85%が2ミクロン未満であり、前記粒子の少なくとも50%が0.5ミクロン未満であることを特徴とする微細粒度分布を有する、請求項8に記載の方法。
- 前記カオリン顔料は、微粒子及び粗粒子の両方が、15を超える形状係数を有すると特徴付けられる板状形態を有する、請求項8に記載の方法。
- 前記カオリン顔料は、微粒子及び粗粒子の両方が、約20〜27の形状係数を有すると特徴付けられる板状形態を有する、請求項8に記載の方法。
- 前記カオリン顔料は、顔料の全量の少なくとも70重量%の量で存在する、請求項8に記載の方法。
- 前記カオリン顔料は、顔料の全量の80〜100重量%の量で存在する、請求項8に記載の方法。
- 前記二酸化チタンは、少なくとも約2%の量で存在する、請求項8に記載の方法。
- 前記二酸化チタンは、約3〜5%の量で存在する、請求項11に記載の方法。
- 前記コーティングは、好ましくはブレード・コーターまたは計量型サイズ・プレスを使用して施用される、請求項1に記載の方法。
- 前記カレンダーはシューニップカレンダーであり、シューニップ幅は約40mm〜約80mmの範囲内であり、カレンダー掛け温度は少なくとも300°Fであり、ニップ負荷は1700〜2400pliである、請求項1に記載の方法。
- 前記カレンダー仕上げ紙は28〜38ポンド毎3300平方フィートの坪量を有し、75度TAPPI光沢35%以上及び少なくとも2.15ミルの厚さを示す、請求項1に記載の方法。
- 超高バルクオフセット用軽量コーテッド・ペーパーの製造方法であって:
(a)少なくとも40%の機械パルプを含む繊維完成紙料を生成する工程と;
(b)前記繊維完成紙料から紙ウェブを形成する工程と;
(c)前記ウェブから水を除去する工程と;
(d)前記ウェブの各表面の上に面当り少なくとも2.0ポンド毎3300平方フィートのコート重量でブレード・コーターを使用してコーティングを施用して、少なくとも5.5%の含水率を有するコーティング済みウェブを形成する工程と;
(e)前記コーティング済みウェブを2つのエクステンデッド−ニップカレンダーに通し、紙の各面は加熱したロールに対向し、カレンダーニップのうちの1つを用いて処理される工程と;を含む方法において、各カレンダー掛けニップは、表面温度少なくとも300°Fを有するカレンダーロール及び幅少なくとも30mmを有するバッキングシューニップによって形成され、前記ニップは少なくとも1000ポンド毎直線インチ(pli)の負荷を提供し;これによってカレンダー仕上げ紙は75%を超える厚さ維持を有し、
前記コーティングは:
(i)顔料の全量の少なくとも2重量%の量の中空プラスチック顔料と;
(ii)顔料の全量の少なくとも約70重量%の量のカオリン顔料であって、該カオリン顔料は、粒子の少なくとも85%が2ミクロン未満であり、前記粒子の少なくとも50%が0.5ミクロン未満であることを特徴とする微細粒度分布、並びに微粒子及び粗粒子の両方が、15を超え、好ましくは20〜27の形状係数を有すると特徴付けられる板状形態を有するカオリン顔料と;
(iii)顔料の全量の少なくとも約2重量%の量の二酸化チタンと;
(iv)顔料の全量の少なくとも5重量%の量の焼成カオリンと;
(v)顔料の全量の少なくとも約12重量部以上の濃度の合成ラテックスと;
(vi)顔料の全量の少なくとも約0.05重量部以上の濃度の合成増粘剤と;
を含み、
完成コーテッド・ペーパーは28〜38ポンド毎33平方フィートの坪量を有し、75°TAPPI光沢35%以上を示し、少なくとも2.15ミルの厚さを有し、スーパーカレンダー仕上げ30ポンド/3300平方フィートLWCと比較して17〜27%高い厚さを与え、最高22%までのバルクの改良を有し、改良された白色度、不透明度及び印刷光沢を有する、方法。
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