JP2010253705A

JP2010253705A - 塗布装置およびそれを用いた紙の製造方法

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Publication number: JP2010253705A
Application number: JP2009103554A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kato; 由憲加藤; Isao Yokote; 勲横手; Kunishige Nomura; 邦茂野村
Original assignee: Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-04-22
Also published as: JP5381274B2

Abstract

【課題】サイズプレスにおいて、液はね、塗布ムラ、粕付着、装置の汚れのない装置およびそれを用いた紙の製造方法を提供することにある。
【解決手段】２つのロールニップ間に塗液を吐出し、ロール塗布する形式の塗布装置にて原紙表面に接着剤を主成分とする塗液を塗布する塗被装置において、塗液の吐出口を紙幅より外側、更に塗液の吐出口はロール幅内にし、２つのロールの中心軸からロール半径の１．２倍に重なり合う空間範囲内に有する塗布装置。
【選択図】図1

Description

本発明は、紙シートに塗液を塗布する際に、液跳ね、塗布ムラ、粕付着、塗布装置汚れのない塗布装置およびそれを用いた紙の製造方法に関する。

紙の表面又は両面に塗料の層を形成するための装置として、紙に直接に又はサイズプレス（ロールによる表面コーティング装置）のようなロールにまず塗料を施して塗布する装置がある。
中でもサイズプレスは二本の同一面長のゴム製のサイズプレスロールの間に塗液を溜めて、それらのサイズプレスロール間を通過する紙シートの表面に塗液を塗布する装置である。
塗液は２本のサイズプレスロールの間に形成されるポンドに溜められており、塗液はポンド液流れ方向に数箇所で垂直に上から供給されている。

添加する塗液を数箇所から供給することによってポンド液面の安定を調整しているが、高速塗布おいては液面の安定も悪く、なにより、供給口付近へのポンドから塗料のはねが発生し、時間と共に堆積してくるため、供給口の清掃が必要となる。また。堆積物は状況により、落下して塗料に混じり、塗布ムラや粕付着などの品質に影響を及ぼしたりするため、清掃の回数はかなりのものであった。

具体的な装置として特許文献１にアプリケータ装置として開示されているが塗液の吐出口と紙シートの距離が短いため紙面の振動により塗布装置に接触することで断紙が発生する可能性が極めて高くなると考えられる。
また、特許文献２にはサイドプレートにより、ポンド液面の調節と塗液漏れを防止する技術が開示されているがこれだけでは供給口（吐出口）の粕付着による問題は解決されない。

特開２００３−３３７０１号公報特開平１１−３１９６６７号公報

本発明は、サイズプレスにおいて、液はね、塗布ムラ、粕付着、装置の汚れのない装置およびそれを用いた紙の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、鋭意検討した結果、塗液の供給口（吐出口）の位置について検討し、本発明を完成した。
本発明は以下の発明を包含する。
（１）、２つのロールニップ間に塗液を吐出し、ロール塗布する形式の塗布装置にて原紙表面に接着剤を主成分とする塗液を塗布する塗被装置において、塗液の吐出口を紙幅より外側に有する塗布装置。
（２）前記、塗液の吐出口はロール幅内に有する（１）記載の塗布装置。
（３）前記、塗液の吐出口は、２つのロールの中心軸からロール半径の１．２倍に重なり合う空間範囲内に有する（１）又は（２）のいずれかに記載の塗布装置。
（４）塗液を吐出する方向が、塗液を吐出する２つのロール間ニップが形成する線と成す角度（図３θ）が０°以上１５°以内である（１）〜（３）のいずれか１項に記載の塗布装置。
（５）２ロールの内、中心軸がより高い高さにあるロールの円周とポンドの液面が成す角度がα６０°以上１２０°以下である（１）〜（４）のいずれか１項に記載の塗布装置。
（６）（１）〜（５）に記載された塗布装置を用い、塗液の動的表面張力が、気泡周波数１Ｈｚ、温度２０℃において６０．０ｍＰａ／ｍ以上７５ｍＰａ／ｍ以下に調整して塗布する紙の製造方法。

本装置を用いることにより、塗液の飛び跳ねや跳ね返りにより装置の汚れ、吐出口に堆積した粕による粕付着がなくなり、液面安定により塗布ムラのない紙を安定して製造することが可能となる。

２ロール型サイズプレスにおける、紙幅、ロール幅、塗液吐出口の位置を説明した図である。サイズプレスにおける、塗液の吐出口の位置を断面図から説明した図である。２ロール型サイズプレスにおける、塗液の吐出角度（θ）を説明した図である。塗液の液面におけるロール表面の円周接線と水平面の成す角度（α）を説明した図である。実施例１と実施例8の説明図実施例２の説明図実施例３の説明図実施例４の説明図実施例５の説明図実施例６の説明図実施例７の説明図比較例１の説明図比較例２の説明図比較例３の説明図比較例４の説明図比較例５の説明図比較例６の説明図

図１に示すように、二つのロールニップ間に塗液を塗液の吐出口を紙幅より外側に有する。更に好ましくはロール幅を超えない位置にすることが重要である。
塗液の吐出口が紙幅の中に存在する場合、塗液が直接吐出口から紙中に浸透し、その部分だけ塗布量が多く色ムラとなる可能性が高い。塗液の吐出口がロール幅の外側に存在する場合、塗液の一部がロール断面に付着し塗布装置が汚れ、その蓄積物が粕として紙面に付着する恐れがある。塗液の循環効率も低下する。

図２に示すように、さらに塗液の吐出口は２つのロールの中芯軸からロール半径（Ｒ１、Ｒ２）の１．２倍（Ｒ３，Ｒ４）に重なりあう空間範囲内であることが好ましい。
２ロールサイズプレスの塗液ポンドはふたつのロールニップ間に形成される。塗液の吐出口がこの空間範囲の外にある場合、塗液の吐出口はロール間に形成する塗液液面との高低差が大きくなり、塗液が液面に落下する際に液跳ねが生じ、紙面に塗布ムラが発生する恐れがある。

図３に示すように本発明では塗液を吐出する方向が、塗液を吐出する２つのロール間ニップが形成する線と成す角度（θ）が０°以上１５°以内である。
この角度が１５°を越える場合、塗液がロール間に形成するポンドの液面に落下する際に液跳ねが生じ、紙面に塗布ムラが発生する恐れがある。

本発明の装置は図４に示すように２ロールの内、中心軸がより高い高さにあるロールの円周とポンドの液面が成す角度（α）が６０°以上１２０°以下である塗布面に対し、特に効果が高い。２ロールのサイズプレス装置の場合には水平型とインクライント（傾斜型）があり、水平型のものに比べてインクライント型のものはロール面が垂直になり、塗液の液はねの頻度が高くなり、紙面塗布ムラによる発生率が高くなる。特にサイズプレス着色を行う品種では、本発明の適用が有効である。
一方、水平型の２ロールサイズプレスのようにたとえば角度βが６０°未満であった場合、液跳ねは前記の角度（α）が６０°以上１２０°以下の場合に比べて発生しにくいため、角度βが６０未満の場合には更に従来の方法で、添加する塗液を数箇所から供給することも可能である。

本発明では前述の塗布装置を用いて、さらに塗液の動的物性を制御することにより、作業性と紙質の向上を図りながら紙を製造する。塗液の表面張力は液体の分離に関係する物性であり、サイズプレスニップのポンド内では液体が常に循環、振動しているため、動的物性を評価することが適当である。本発明では塗液の動的表面張力が、気泡周波数１Ｈｚ、温度２０℃において６０．０ｍＰａ／ｍ以上７５ｍＰａ／ｍ以下にすることが望ましい。温度２０℃において動的表面張力が６０．０ｍＰａ／ｍ未満の場合、液滴が発生しやすく、塗液の液跳ねが生じやすく、紙面に塗布ムラが発生する恐れがある。動的表面張力が７５ｍＰａ／ｍを超える塗液では、ロール表面に塗液が塗れることができないので、塗液としては不適当であると考えられる。

以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明する。勿論、本発明はそれらに限定されるものではない。
（紙の製造）
パルプ原料：自製ＬＢＫＰ１００
填料：タルク１０％
米坪：５０ｇ／ｍ^２
抄紙機：オントップフォーマ
サイズプレス：インクラインド型２ロールサイズプレス
抄紙幅３０００ｍｍ、ロール幅３５００ｍｍ、ロール径２０００ｍｍ
片面あたり固形分澱粉０．４ｇ／ｍ^２、染料０．０６ｇ／ｍ^２を塗布した。
乾燥：シリンダドライヤ
Ｃａｌ：平滑度３０秒となるように、カレンダー線圧を調整して仕上げた。

（塗料組成）
塗料Ａ：
ＧＲＳＴ−１１０４．０％（王子コーンスターチ社製）＋カヤフェクトレッド０．３％（日本化薬社製）動的表面張力６１．３ｍＰａ／ｍ
塗料Ｂ：
エースＡ４．０％（王子コーンスターチ社製）＋レバセルブラックＰＮ０．３％（バイエル社製）
動的表面張力５８．９ｍＰａ／ｍ

（実施例１）
２ロールサイズプレスにて、塗液の吐出口を操作側ロール端から距離１００ｍｍと３４００ｍｍの位置に設け、塗被紙を製造した。塗液には塗料１を用い、液塗液の吐出方向はロール軸と平行であり、装置断面図における塗液吐出口の位置は角度αをなすロールの中心軸から１０５０ｍｍ、角度βをなすロールの中心軸から１１５０ｍｍであった。ここでの角度αは７０°、角度βは５８°であった。塗液を吐出する方向が、塗液を吐出する２つのロール間ニップが形成する線と成す角度θは５°であった。（図５参照）

（実施例２）
実施例１において、塗液の吐出口を操作側ロール端から１００ｍｍの１箇所のみとし、その点以外は実施例１と同様にして塗被紙を製造した。（図６参照）

（実施例３）
実施例２において、装置断面図におけるふたつの塗液吐出口の位置を両ロールの中心軸から１１５０ｍｍとし、その点以外は実施例１と同様にして塗被紙を製造した。装置断面図では塗液吐出口と塗被前の原紙が重なっているが、塗液が直接塗被原紙にかかることのないよう、塗液の供給速度を調節した。（図７参照）

（実施例４）
実施例２において、装置断面図におけるふたつの塗液吐出口の位置を両ロールの中心軸から１０３０ｍｍとし、その点以外は実施例１と同様にして塗被紙を製造した。塗液は吐出口から直接ポンドへ供給された。（図８参照）

（実施例５）
実施例１において、角度βを成す面への塗液吐出口を追加し、その位置を操作側ロール端から３５０ｍｍと１０５０ｍｍ、１７５０ｍｍ、２４５０ｍｍ、３１５０ｍｍの５箇所として、吐出口からポンドへ塗液を落下させて塗液を供給した。これらの吐出口が２つのロール間ニップが形成する線と成す角度θは９０°であった。その点以外は実施例１と同様にして塗被紙を製造した。（図９参照）

（実施例６）
実施例１において、２箇所の塗液の吐出口を両ロール端からロール外側へ１００ｍｍとして、その点以外は実施例１と同様にして塗被紙を製造した。（図１０参照）
その結果、塗液の落下により塗布装置の汚れが発生し、紙面に粕が付着するなど、操業が困難であった。

（実施例７）
実施例２において、塗液の吐出方向がロール中心軸と成す角度が１５°となるように塗液を供給し、その点以外は実施例２と同様にして塗被紙を製造した。（図１１参照）
その結果、塗液の液跳ね、塗布ムラ、塗布装置の汚れが発生し、塗被紙として満足な品質を得ることができなかった。

（実施例８）
実施例１において、塗液として塗料２を用いた点以外は実施例１と同様にして塗被紙を製造した。（図５参照）
その結果、塗液の液跳ね、塗布ムラは発生するものの、塗被紙として目立つものではなかった。塗布装置の汚れは発生し、製造途中での清掃が必要であった。

（比較例１）
実施例５において、角度βを成す面に加え、角度αを成す面への塗液吐出口も、その位置を操作側ロール端から３５０ｍｍと１０５０ｍｍ、１７５０ｍｍ、２４５０ｍｍ、３１５０ｍｍの５箇所として、吐出口からポンドへ塗液を落下させて塗液を供給し、塗被紙を製造した。これらの吐出口が２つのロール間ニップが形成する線と成す角度θは９０°であった。（図１２参照）
その結果、塗液の液跳ね、塗布ムラ、塗布装置の汚れが発生し、塗被紙として満足な品質を得ることができなかった。

（比較例２）
比較例１において、角度βを成す面への塗液吐出口のみ、実施例１と同様に塗液の吐出口を操作側ロール端から距離１００ｍｍと３４００ｍｍの位置に設け、塗被紙を製造した。角度αを成す面へは、操作側ロール端から３５０ｍｍと１０５０ｍｍ、１７５０ｍｍ、２４５０ｍｍ、３１５０ｍｍの５箇所の塗液吐出口からポンドへ塗液を落下させて供給した。（図１３参照）
その結果、角度αを成す面に塗液の液跳ね、塗布ムラ、塗布装置の汚れが発生した。

（比較例３）
実施例２において、塗液の吐出口を操作側ロール端から１１００ｍｍの１箇所のみとし、その点以外は実施例２と同様にして塗被紙を製造した。塗液の吐出方向はロール中心軸と平行であった。（図１４参照）
その結果、塗液紙の塗布ムラが発生した。

（比較例４）
実施例２において、装置断面図における塗液吐出口の位置を両ロールの中心軸から１５００ｍｍとし、その点以外は実施例２と同様にして塗被紙を製造した。（図１５参照）
その結果、塗液の液跳ね、塗布ムラが発生し、塗被紙として満足な品質を得ることができなかった。

（比較例５）
実施例２において、塗液のポンドへの吐出方向を鉛直方向として、ロール中心軸との角度は９０°の関係となった。その点以外は実施例２と同様にして塗被紙を製造した。（図１６参照）
その結果、塗液の液跳ね、塗布ムラが発生し、塗被紙として満足な品質を得ることができなかった。

（比較例６）
比較例１と同様の方法において塗被紙を製造したが、塗被装置と塗液ポンド液面の成す角度αは１３０°、角度βは５５°であった。
（図１７参照）
その結果、塗液の液跳ね、塗布ムラの問題は発生せず、塗被紙として満足する品質を得ることができた。ただし、塗布装置の汚れは発生し、１２時間連続操業するためには、２時間毎の清掃が必要であった。

（評価方法）
本実施例、比較例に用いた測定方法は、以下の通りであり、評価結果を表１に示す。
塗液液跳ね：同一条件で１２時間操業経った時点で、サイズプレスニップ部での塗液飛散を目視評価した。
〇：良好である
×：飛散が多い。
塗布ムラ：同一条件で１２時間操業後の紙を１％濃度のヨウ素溶液へどぶ漬けし、澱粉の青発色ムラを目視評価した。
〇：ムラが少ない
×：ムラが著しい。
紙面粕付着：同一条件で１２時間の操業後、紙面への０．０５ｍｍ^２以上の黒点発生面積率を王子計測機器社製ダートアナライザＤＡ５０００にて評価した。
塗布装置汚れ：同一条件で１２時間の操業後、サイズプレス装置の汚れを目視にて評価した。
〇：汚れが少ない
×：汚れが多く、製造途中での清掃が必要。

Ｒ１：一方のサイズプレスロールの半径である。
Ｒ２：もうひとつのサイズプレスロールの半径である。
Ｒ３：ひとつ目のサイズプレスロールの中心軸からサイズプレスロール半径の１．２倍の範囲を示す。
Ｒ４：もうひとつのサイズプレスロールの中心軸からサイズプレスロール半径の１．２倍の範囲を示す。
角度α：サイズプレス液とサイズプレスロールの接線と水平線の成す角度を示す。
角度β：サイズプレス液ともうひとつのサイズプレスロールの接線と水平線の成す角度を示す。
Ｄ１：一方のサイズプレスロールの中心軸からもっとも近い吐出口までの距離を示す。
Ｄ２：もうひとつのサイズプレスロール中心軸から近い吐出口までの距離である。
Ｄ３：ひとつ目のサイズプレスロールの中心軸からＤ２を指す吐出口までの距離を示す。
Ｄ４：ふたつ目のサイズプレスロール中心軸からＤ１を指す吐出口までの距離である。

Claims

２つのロールニップ間に塗液を吐出し、ロール塗布する形式の塗布装置にて原紙表面に接着剤を主成分とする塗液を塗布する塗被装置において、塗液の吐出口を紙幅より外側に有することを特徴とする塗布装置。
前記塗液の吐出口はロール幅内に有することを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
前記塗液の吐出口は、２つのロールの中心軸からロール半径の１．２倍に重なり合う空間範囲内に有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の塗布装置。
塗液を吐出する方向が、塗液を吐出する２つのロール間ニップが形成する線と成す角度が０°以上１５°以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の塗布装置。
２ロールの内、中心軸がより高い高さにあるロールの円周とポンドの液面が成す角度αが６０°以上１２０°以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の塗布装置。
請求項１〜５に記載された塗布装置を用い、塗液の動的表面張力が、気泡周波数１Ｈｚ、温度２０℃において６０．０ｍＰａ／ｍ以上７５ｍＰａ／ｍ以下に調整して塗布することを特徴とする紙の製造方法。