JP2007532441A - 伸長可能な紙材を製造する方法、該方法を実行するプラント、該方法により得られる生産物及び該生産物から得られる紙材。 - Google Patents

Abstract

略平滑な伸長可能な紙材を製造する方法であって、該方法は、製造ライン上のペーパウェブに少なくとも一対のローラ間を通過させる段階を備え、該一対のローラのうち一方が、他方のローラより低速で駆動される軟質材料からなり、前記他方のローラが前記一方のローラより高速で駆動される硬質材料からなり、前記硬質材料からなるロールの算術平均粗さＲＡは５以下であり、その外面全体に彫込部を備え、該彫込部の寸法は、隣接する彫込部間の距離Ａが、０．１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲であり、各彫込部の幅Ｂが、０．０２ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲であり、各彫込部の深さＣが、０．１ｍｍを下回り、距離と幅の比率Ａ／Ｂが、０．１２以上８００以下であり、幅と深さの比率Ｂ／Ｃが、１以上８以下であることを特徴とする方法である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、伸長可能な紙材を製造する方法、該方法を実行するプラント、該方法により得られる生産物及び該生産物から得られる紙材に関する。

伸張性を有する紙材は、既知のものである。製造過程において特殊な処理を施されることにより、長手方向（即ち、生産ラインに沿って進行する方向）及び横方向（即ち、進行方向に対して直角の方向）に相当な伸張性を示す。
この処理は、必然的にペーパウェブ（紙材帯）（未だ未形成且つ約３５％／４５％の水分含有量を示す状態である）を異なる速度で回転する２つのロール間に通過させるものである。これらのローラのうち１つは、一般的に下側ローラであり、ゴム材料からなる。このローラは、低速で回転する。一方で上側ローラは、鋼鉄製であり、その円筒状表面に連続的な螺旋形状の溝を備える。２つのロールの異なる材料の性質並びに異なる速度は、結果として、ある種の紙材形成材料の長手方向の蓄積をもたらす結果となり、これが長手方向の伸張性獲得のために用意される。長手方向の蓄積量は、１５乃至２０％に達する。同時に、螺旋状溝部は２つの機能を発揮する。その機能のうち１つは、螺旋状溝部が、紙材を形成する材料の横方向のある種の蓄積をもたらし、これにより横方向への伸張性の獲得の準備がなされることである。他のもう１つは、螺旋状溝部が、機械に沿って進行するペーパウェブの長手方向の進行を維持することに寄与することである。

２つのローラ間の通過に起因する長手方向及び横方向の紙の蓄積及びこれを達成するための特殊な方法は、結果として、機械を離れるペーパウェブ中において、複数の襞部、収縮或いは堆積をもたらすこととなり、これらは、鋼鉄製ローラに応じたパターンを以って、様々な長さで延設する。そして、これらは、ウェブの表面全体を覆うこととなる。結果として、これらの襞部は紙材中において、多少際立った微細な粗さを作り出し、この粗さは使用用途に実質的な限界を与えるような深刻な問題を引き起こすものである。

これらの問題のうち１つは、パッケージング分野におけるこの種の紙材の幅広い使用用途に関連する。パッケージングの分野において、この種の紙材は、プラスチックフィルム又は他の不浸透性層と結合する必要がある。上述の際立った粗さは、不浸透性層が正確に且つ均一に伸張性ペーパウェブに貼着されることを困難にし、結果として、これらの積層紙が３次元梱包をなすときの変形を受けると、２つの層間で脱着する可能性を生ずることとなる。

他のもう１つの問題は、生産されたウェブの特定の波状の表面形状に起因し、上記の際立った粗さが、剛性を実質的に低減させる結果となることである。例えば、折り曲げに抗する性質は、梱包材料にとって非常に重要である。

他のもう１つの問題は、上記の際立った粗さが、伸張性紙材を生産するために従来用いられた皺から際立った粗さが取り除かれるが、インクの塗布においてはまだ障害となる。必然的に最大限平滑な表面を必要とする正確な印刷に対する障害となる。

本発明は、これらの問題を取り除くことを目的とする。例えば、かなりの伸長特性を発揮するとともに表面の粗さを有さない紙材を提供することである。この表面粗さは、ベンドセンスケールによる大きさにより計測可能である。
結果として、剛性を有し、容易に不浸透性層に結合し、特定の問題を引き起こすことなく印刷が可能な紙材が提供される。本発明によれば、従来の印刷機を用いたとしても満足できる結果を得ることができる。
上記の目的及び更なる目的は、以下の説明から明らかになるが、これらは、請求項１に示される略平滑な伸張性紙材を製造する方法により達成される。

請求項１記載の発明は、略平滑な伸長可能な紙材を製造する方法であって、該方法は、製造ライン上のペーパウェブに少なくとも一対のローラ間を通過させる段階を備え、該一対のローラのうち一方が、他方のローラより低速で駆動される軟質材料からなり、前記他方のローラが前記一方のローラより高速で駆動される硬質材料からなり、前記硬質材料からなるロールの算術平均粗さＲＡは５以下であり、その外面全体に彫込部を備え、該彫込部の寸法は、隣接する彫込部間の距離Ａが、０．１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲であり、各彫込部の幅Ｂが、０．０２ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲であり、各彫込部の深さＣが、０．１ｍｍを下回り、距離と幅の比率Ａ／Ｂが、０．１２以上８００以下であり、幅と深さの比率Ｂ／Ｃが、１以上８以下であることを特徴とする方法である。

本発明の好適な実施形態について、以下に図面を参照しつつ詳細に説明する。
図示の如く、伸張性紙材製造プラントは、必然的に、高密度ニーダ（２）を備える。高密度ニーダ（２）は、略円筒形状のタンクからなり、タンクは逆円錐台状のベース部を備える。タンクは、その内部に円錐形状の羽根車を備え、羽根車はその周面に螺旋状の突出部を備える。

ニーダは、貯蔵用樽部（６）と接続する。貯蔵用樽部は、撹拌機を備える。また貯蔵用樽部（６）は、精製工程部（１０）と接続する。精製工程部（１０）は、貯蔵用樽部（６）と行き来する複数の精製ユニットからなる。最下流の精製ユニットからの出口は、他の精製ユニット（１２）に接続する。この精製ユニット（１２）は、穿孔されたリングタイプの形状をなす。精製ユニット（１２）は、貯蔵用樽部（１４）に接続する。貯蔵用樽部（１４）は、ペーパウェブ形成工程部（紙材帯形成工程）への供給を行う流体貯蔵部（１６）と連通する。
ペーパウェブ形成工程部は、２つのリターンローラの間に延設する布材（２０）を備え、水分と繊維状の原材料の混合物を支持し、真空作用により徐々に脱水することが可能となる。

ペーパウェブ形成工程部の下流端は、圧縮工程部に接続する。圧縮工程部の下流には、第１の含浸工程部が配される。

含浸工程部の下流には、熱ローラ式乾燥工程部（２８）が配される。熱ローラ式乾燥工程部（２８）は、ペーパウェブ中の一定の含水量を確保する。この含水量は、１５％以上６５％以下、好ましくは４０％である。熱ローラ式乾燥工程部（２８）の下流には、成形圧縮工程部（３０）が配される。成形圧縮工程部（３０）は、回転ローラ（３２，３４）の対を備える。
下側のローラ（３２）は、ゴム材料からなり、一定速度で回転する。その一方で、上側ローラ（３４）は、下側ローラ（３２）よりも高速で回転する。上側ローラ（３４）は、鋼鉄製である。上側ローラの算術平均粗さは１より小さく、複数の彫込部（彫込溝）を備え、この彫込部は上側ローラ（３４）周方向に延設する。下記の表は、ミリの単位で表される彫込部の寸法値であり、上限値・下限値で表される範囲幅、最適な寸法値が示されている。

（表１）

成形圧縮工程部（３０）の出口は、第２の乾燥工程部（３６）に接続する。乾燥工程部（３６）は、含浸又は塗布工程部（３８）に接続する。含浸又は塗布工程部（３８）の下流に、紙材巻取工程部（４４）が配される。
２つの乾燥工程部は、ペーパウェブ中の水分含有量を４％以上１５％以下の範囲とすることを保証する。好ましくは、この水分含有量は１０％である。

本発明のプラントは、自動制御部一式を備え、自動制御部一式は操作サイクルの正確な実行を保証する。このことは、以下の操作の説明の過程で明瞭に説明されることとなる。
本発明のプラントの操作について、ペーパウェブ形成工程からその後の工程部にかけての通過を参照しつつ説明される。

繊維状の原材料の圧縮塊が高密度でニーダ（２）に供給される。これとともに、所定量の水が供給され、これらが混合される。ここで、混合液が混練され、水と特定の添加剤が混合される。この目的は、繊維の最終引張強度を増大させること、水と繊維の混合液を均質化すること及び得られる紙材に特定の特性を付与することである。

繊維状の原材料は、野菜繊維からなる。野菜繊維は、長いセルロース繊維、短いセルロース繊維或いは木材繊維（綿糸、麻、亜麻、アフリカハネガヤ（エスパルト）、ケナフ）や人工繊維（ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ライクラ（登録商標））以外の野菜から得られる他の繊維である。

羽根車（４）の回転により、繊維状の原材料は徐々に混練され、繊維のもともとの長さを維持した状態で、繊維が水並びにニーダに供給された添加剤と十分に練り合わせられる。
添加剤は、デンプン成分を含有することができる。デンプン成分は、繊維に結合するとともに、繊維の最終的な引張強さを増加させる。添加剤は、カルボキシメチルセルロース（CMC: carboxymethylcellulose）を含有することができる。カルボキシメチルセルロースは、繊維を分散させ、これにより、繊維の凝固を防止することができる。添加剤は、合成樹脂及び／又は乳液を含むことができる。これにより、一種の弾性接着が形成され、混合液中の繊維が互いに結合される。

約１５％の乾燥量を備える繊維、水及び添加剤の混合物がニーダ（２）を離れ、この混合液がその後、希釈化される。希釈化された混合液は、下流に配される精製工程部（１０）に供給される。精製工程部（１０）に供給された混合液は、精製ユニットからの作用を受けることとなる。精製ユニットは、ラーヴァディスク（lava disc）を備え、ラーヴァディスクは、繊維を略切断することなく作用し、繊維を水和させ、混合液に特定の特性を与える。この処理により、繊維は、ダミングを形成するように変更され、均質な連続的構造を形成するようになる。この均質な連続的構造は、最終製品が備えるべき特性に対して必要不可欠なものである。

混合液の精製の程度は、ショッパーリーグラ法の°ＳＲで測定される目的パラメータに基づき判定される。本発明にしたがって、精製処理が行われた後の混合液は、得られる紙密度によるが、３０°ＳＲから６０°ＳＲの範囲である。
異なる原材料が、同一の生産ラインで精製されてもよく、或いは、好ましくは異なる生産ラインで精製されてもよい。

最後の精製工程部を離れると、混合液は、３０°ＳＲ以上６０°ＳＲ以下の範囲となる。この混合液が、穿孔されたリング型精製ユニットに供給される。そして２０％の濃度で操作される。このリング型精製ユニットは、繊維を水和させ、膨張させ、縮らす役割を担う。混合液は貯蔵用樽部（１４）へ供給され、貯蔵用樽部（１４）から流体貯蔵部（１６）に至る。流体貯蔵部（１６）から、約０．５乃至１％の乾燥量で、下方に横たわるペーパウェブ形成工程部（１８）の布材に混合液が注がれる。

この布材の最初の部分に沿って、混合液は、その水分を徐々に除去される。この水分除去は、まず重力により行われ、その後、吸引により行われる。そして、布材出口端において、約１８％の乾燥量となる。
このペーパウェブ形成工程部から出るペーパウェブは、圧縮工程部（２４）に送られ、圧縮ローラ及びフェルト間で圧縮され、水分が除去されるとともに、乾燥量が約４５％となる。

ペーパウェブはその後、第１の含浸工程部（２６）へ送られる。ここで、様々な添加剤の溶液で処理が行われる。添加剤の溶液は、紙材の伸張性特性及び／又は生産性技術を改善する役割を担う。ここでの含浸は、好ましくは、スプレー装置を用いて行われる。しかしながら、他のシステムを用いて含浸が行われてもよい。例えば、含浸溶液を含有するタンク中に形成されたペーパウェブを通過させることにより含浸が実行されてもよい。どのような方法においても、含浸量は制御可能であり、使用される物質のコスト及び当該物質の正確な決定の両面から相当の有利な点を備える。

このようにして含浸されたペーパウェブは、第１の乾燥工程部にて乾燥処理が施され、約５０乃至７０％の乾燥量となる。この乾燥は、２つの熱ローラを通過させること又はホットエア・トンネル内をペーパウェブが通過することで行われる。この乾燥工程は、成型圧縮処理が施される前に実行される。

圧縮工程部（２４）から成形工程部（３０）へ移動するとき、ローラの速度が調整され、紙材が引張作用を受ける。この引張作用により、破断抵抗に対応する長手方向の最大の伸長をもたらし、紙材の横方向の収縮を得る。これにより、横方向の伸張性が確保されることとなる。

成型は、長手方向及び横方向両方で行われ、一対のローラ（３２，３４）の間をペーパウェブが通過することにより実行される。このような方法において、２つのローラの間をペーパウェブが通過する間の形成されたペーパウェブへの制動効果は、２つのローラと材料間の圧力を伴って、成形の結果生ずるペーパウェブの収縮をもたらすとともに、ペーパウェブの密度を増大させる。また、長手方向における一連の成形圧縮は、様々な長さで横方向への伸長をもたらすとともに、鋼鉄製の上側ロールの彫込部のパターンに起因するパターン形成をもたらす。
これらの彫込部は、彫込部の長さを規則化するとともに統一化する役割を担い、これにより、ローラ出口において、ウェブの高さ全体にわたって規則化されたウェブが得られることとなる。即ち、長手方向及び横方向ともに均一な成形圧縮分布が存することとなる。

非常に平滑な表面を備えるローラが用いられているが（これは、好適なつや出しを得るために必要である）、このことは、結果として横方向に伸張性を失わしめることとなる。しかしながら、彫込部は、彫込部に対応する横方向における材料の集積をもたらすことになり、結果として横方向の伸張性が回復されることとなる。

既知の技術において、鋼鉄製のローラの粗さが低減すると、短時間の後、鋼鉄製ロールは実質的に滑らかとなり、横方向の伸張性を著しく低減させることとなる。また、製品の最終的な特性も一定でなくなる。
対照的に、彫込部が存在する場合には、彫込部はローラが磨耗したとしても永久的に存在する。したがって、彫込部は、経時的に一定の横方向の伸張性をもたらすこととなる。

成形圧縮段階が終了すると、紙材は、更に、乾燥工程部（３０）で乾燥処理を施される。この乾燥処理により、約８５％以上９８％以下の乾燥量が達せられる。好ましくは、９５％である。この乾燥量は、コーティング段階で必要とされるためである。

成形圧縮工程部（３０）から乾燥工程部（３６）の出口までのローラの速度は、略一定に保たれる。これにより、ウェブの引張りに起因する応力の発生を防止する。このような応力は、成形圧縮された紙材の長手方向の伸張性の一部を損なわしめるものとなる。

乾燥工程部（３６）の出口において、コーティング処理が施される。その後、対応する工程部で、乾燥、つや出し、カレンダリング（圧縮）、最終ロール（４４）への巻取が施される。

特に、精製、含浸及び成形圧縮処理により、上述の如くして得られるペーパウェブは、高い水準の機械的強度、少なくとも１２％の長手方向の伸張性及び少なくとも９％の横方向の伸張性を備える。

上述の如く、本発明の方法により、通常の紙材と比較して高い剛性を備える紙材を得ることが可能である。同時に、従来のベンドセンスケールに基づいた値３０００以下の平滑性を備える。この平滑性の程度は、良好な印刷性、良好な張り合わせ時の接着性及びより均一化された粗さをもたらす。この平滑性及び剛性の程度は、表面処理（例えば、コーティング及び／又は他の表面処理）を紙材に施すことを可能とする。

このような平滑性の程度は、後に行われるつや出し処理を高圧下で実行することを可能とし、結果として、印刷性及び剛性が最適化される。
このような方法で得られるつや出し処理された紙材は、不浸透剤とともに用いられ或いは不浸透性材料からなるシート材に接続して用いられ、合紙を得ることもできる。

本発明のプロセスを実行するプラントの概略図である。 成形圧縮段階を実行するローラの長手方向断面の拡大図である。

Claims (11)

1. 略平滑な伸長可能な紙材を製造する方法であって、該方法は、
   製造ライン上のペーパウェブに少なくとも一対のローラ間を通過させる段階を備え、
   該一対のローラのうち一方が、他方のローラより低速で駆動される軟質材料からなり、
   前記他方のローラが前記一方のローラより高速で駆動される硬質材料からなり、
   前記硬質材料からなるロールの算術平均粗さＲＡは５以下であり、その外面全体に彫込部を備え、該彫込部の寸法は、
   隣接する彫込部間の距離Ａが、０．１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲であり、
   各彫込部の幅Ｂが、０．０２ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲であり、
   各彫込部の深さＣが、０．１ｍｍを下回り、
   距離と幅の比率Ａ／Ｂが、０．１２以上８００以下であり、
   幅と深さの比率Ｂ／Ｃが、１以上８以下であることを特徴とする方法。
2. 前記彫込部が周方向に延設することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 隣接する彫込部間の距離が、０．８ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 各彫込部の幅が、０．０５ｍｍ以上４ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 各彫込部の深さが、約０．０５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 繊維を主要成分とする混合液用のニーダと
   精製ユニットと、
   流体貯蔵部と、
   ペーパウェブ形成工程部と、
   圧縮工程部と、
   第１の乾燥工程部と、
   成形圧縮工程部と、
   第２の乾燥工程部と、
   つや出し工程部を備える請求項１乃至５いずれかに記載の方法を実行するプラントであって、
   前記成形工程部が少なくとも一対のローラを備え、
   該一対のローラのうち一方が他方のロールよりも低速で駆動され、
   該他方のロールは硬質材料からなるとともに、算術平均粗さＲＡの値が５を下回り、
   前記他方のロールは、その外面全体に彫込部を備えることを特徴とするプラント。
7. 前記低速で回転するローラ（３２）が、ゴム材料から形成されることを特徴とする請求項６記載のプラント。
8. 前記高速で回転するローラ（３４）が、金属製であることを特徴とする請求項６記載のプラント。
9. 前記彫込部が、周方向に延設することを特徴とする請求項６記載のプラント。
10. 請求項１乃至５いずれかに記載の方法により得られた平滑な紙を主体とする生産物。
11. 不浸透性フィルムに接続するシートからなることに特徴付けられる紙材。

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