JP2011063899A - 塗工紙 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基紙上に、顔料および接着剤を含む塗工層を設けた塗工紙であって、坪量が111〜121g/m2、紙厚が90〜110μm、JIS P 8142:2005「紙及び板紙−75度鏡面光沢度の測定方法」における白紙光沢度が70%以上であり、前記塗工紙をJIS P 8220:1998「パルプ−離解方法」で離解して得られたパルプ繊維を、繊維長0.05mmごとに分類して得られる繊維長分布において、繊維長0.10mm以上0.65mm未満の範囲に最大値を有する、ことを特徴とする。
【選択図】なし
Description
不透明性が高い塗工紙を得るためには、填料含有量を増加させることが一般的であるが、填料はパルプ繊維の絡み合いを阻害するため含有量が多くなると、基紙の内部強度が低下して印刷時にブリスター(火ぶくれ)欠陥が発生したり、塗工紙表面の強度が弱くなるため印刷物に印刷抜け(ピッキング)が発生するなどの問題がある。
本発明では、塗工紙をJIS P 8220:1998「パルプ−離解方法」で離解して得られたパルプ繊維について、FiberLab.(Kajaani社)を用いて測定した中心線繊維長を、繊維長とした。
本発明に用いるパルプは、塗工紙をJIS P 8220:1998「パルプ−離解方法」で離解して得られたパルプ繊維について、重さ加重の繊維長分布を求め、繊維長0.05mmごとに集計し、繊維長0.10mm以上0.65mm未満の範囲に最大値を有することが必須である。好ましくは0.15mm以上0.60mm未満の範囲に、より好ましくは0.20mm以上0.55mm未満の範囲に最大値を有することが好ましい。パルプ繊維の繊維長分布における最大値をこの範囲内とすることで、紙の白紙光沢度および紙厚、さらには印刷適性、剛度、白色度、不透明度を維持しながら、坪量を6g/m2以上、さらには10g/m2以上、特に16g/m2以上低減することができる。
上記原料パルプに、内添の填料としてシリカとシリカ以外の無機粒子とからなる複合粒子を含有することが好ましい。シリカとシリカ以外の無機粒子とからなる複合粒子は、従来一般に使用される炭酸カルシウムやタルク、クレーとは、その構成成分や形状が異なり不透明性に優れるため、塗工紙の不透明性を維持したまま基紙中の填料使用量を低減することができる。填料の含有量を低減することにより、基紙中のパルプ繊維同士の絡み合いが良好となるため、得られる塗工紙の剛度および紙厚を向上させることができる。
シリカおよびシリカ以外の無機粒子とからなる複合粒子以外にも、本発明の効果を阻害しない範囲で、従来製紙用途で用られている填料を添加することができる。填料としては、例えば軽質炭酸カルシウム、タルク、二酸化チタン、クレー、焼成クレー、合成ゼオライト、シリカ等の無機填料や、ポリスチレンラテックス、尿素ホルマリン樹脂等が挙げられる。
本発明では填料として、不透明度に優れたシリカとシリカ以外の無機粒子とからなる複合粒子を用いることが好ましく、シリカ以外の無機粒子としては再生粒子または再生粒子凝集体を使用すると、より填料使用量を低減でき、特に紙厚、不透明度および剛度に優れた塗工紙が得られるため好ましい。
再生粒子は、古紙パルプを製造する古紙処理設備の脱墨工程においてパルプ繊維から分離された脱墨フロスや、製紙工場の排水から分離された製紙スラッジを主原料として、前記主原料を脱水、乾燥、燃焼及び粉砕工程を経て得られる。製造方法は、例えば特許第3869455号公報の記載の製法を用いることができる。内添填料として用いる場合は、公知の粉砕方法により粒子径を0.5〜十数μmにまで粉砕して粒子径を調整することが好ましい。粒子径が0.5μmよりも小さいと歩留りが悪く抄紙機系内において異物化しやすいため好ましくなく、十数μmよりも大きいと地合が悪化したり、強度(引張強度や引裂強度)が低下する可能性があるため好ましくない。
ここで再生粒子の粒子径は、レーザー解析式粒度分布測定装置「SALD−2200型」島津製作所社製により測定した体積平均粒子径である。
製造設備において、より品質の安定化を求めるには、再生粒子や再生粒子凝集体の粒度を、各工程で均一に揃えるための分級を行うことが好ましく、粗大や微小粒子を前工程にフィードバックすることでより品質の安定化を図ることができる。
本発明においては、一般に製紙用途で使用する填料、すなわち、炭酸カルシウム(重質および軽質)、クレー、タルクなどをシリカで複合したシリカ複合無機粒子を用いることが好ましい。好ましくは、上述の再生粒子または再生粒子凝集体の表面をシリカで複合したシリカ複合再生粒子またはシリカ複合再生粒子凝集体を用いると、より嵩高で不透明度が高い粒子となるため、填料含有量を低減させることができ、高い紙厚および不透明性を有する塗工紙を得やすい。本発明において紙の剛度の低下を防止するためには、パルプ繊維同士の繊維間結合を阻害する填料を少なくすることが好ましいが、填料が減少すると不透明度が低下し易くなるため、不透明性と剛度とを両立させにくかった。しかしながら本発明において好ましくは、填料としてシリカおよびシリカ以外の無機粒子からなる複合粒子、特に不透明性に優れたシリカ複合再生粒子またはシリカ複合再生粒子凝集体を用いることで填料配合量を低減できるため、紙厚および白紙光沢度のみならず、不透明度、剛度、印刷適性にも優れた塗工紙が得られやすくなる。
次に本発明のシリカ複合粒子について、シリカ複合再生粒子を例に取り、製造方法も示しながらさらに詳説する。
上述のようにして製紙スラッジや脱墨フロスを主原料とする再生粒子を珪酸アルカリ水溶液に添加・分散しスラリーとするとともに、撹拌しながら50℃〜100℃の温度範囲で、鉱酸を添加する。より望ましくは少なくとも2段階に分けて添加し、シリカ複合の反応を行う。
本発明のシリカ複合再生粒子は、元来ポーラスな再生粒子の表面をシリカで複合したものであることから比表面積が大きく、これを内添用の填料として使用すると、紙厚、白色度および不透明度が高い塗工紙をえることができる。
このようにシリカを複合した粒子は、粒子表面がシリカで複合されているためワイヤー磨耗度が低くでき、填料として好適に使用することができる。紙に内添する無機粒子においては、粒子が硬いと抄紙機のワイヤー(網部)を傷つけやすくなり、ワイヤー寿命を縮めるため好ましくない。しかしながら本発明のごとく、ワイヤーを傷つけにくい柔らかい無機粒子である、シリカで複合した無機粒子、好ましくはシリカ複合再生粒子やシリカ複合再生粒子凝集体を用いることで、ワイヤー寿命を延長させることができる。
ワイヤーパートとしては、長網フォーマや、長網フォーマにオントップフォーマを組み合わせたもの、あるいはツインワイヤーフォーマなどを使用することが出来るが、ヘッドボックスから噴出された紙料ジェットを2枚のワイヤーで直ちに挟み込むギャップタイプのギャップフォーマが、両面から脱水するため表裏差が少なく、コスレ汚れに表裏差が発生し難いため好ましい。
ワイヤーパートでの紙層は、プレスパートに移行され、さらに脱水が行われる。プレス機としては、ストレートスルー型、インバー型、リバース型のいずれであってもよく、またこれらの組み合わせも使用することができるが、オープンドローを無くしたストレートスルー型が、紙を保持しやすく、断紙などの操業トラブルが少ないため、好ましい。脱水方式としては、通常行われているサクションロール方式やグルーブドプレス方式等の方法を使用することができるが、脱水性と平滑性とを向上できるシュープレスが、より好ましい。
プレスパートを通った湿紙は、シングルデッキ方式のプレドライヤーパートに移行し、乾燥が図られる。プレドライヤーパートは、断紙が少なく、嵩を落とすことなく高効率に乾燥を行える、ノーオープンドロー形式のシングルデッキドライヤーが好ましい。ダブルデッキ方式にて乾燥する方式も可能だが、キャンバスマーク、断紙、シワ、通紙等の操業性の面、また、幅方向、流れ方向のいずれでも均一な乾燥が得られる点で、シングルデッキ方式に劣る。
以上のようにして製造された基紙に、表面の平滑性および白色度を向上させる目的で、顔料および接着剤を含む顔料塗工液を下塗り塗工することができる。下塗り塗工層は、単層でも良く、複数層であっても良い。
下塗り塗工後の基紙は、上塗り塗工を行う前に、プレカレンダーによる平坦化処理を行うことが好ましい。平坦化処理を行うことで、下塗り塗工後の平滑性のムラを低減でき、上塗り塗工後の平滑性をも向上できる。特に本形態においては、離解パルプの繊維長が0.10mm以上0.65mm未満のパルプ繊維を多く含むため、下塗り塗工後にプレカレンダー処理を行うことで、上塗り塗工後の塗工紙における毛羽立ちやラフニングを抑制しやすいため好ましい。さらにルンケル比が0.4〜2.0のパルプ繊維を多く含む場合は、さらに印刷適性を向上できるため好ましい。
次に、基紙の一方又は双方の面に、顔料及び接着剤を含む塗工液を上塗り塗工して上塗り塗工層を設ける。なお、この上塗り塗工層を1層設ける場合は、下塗り塗工層を設けるか否かにかかわらず、この上塗り塗工層が最表層であり、この上塗り塗工層を2層以上設ける場合は、その中の最も外側に形成される層が最表層である。以下では、上塗り塗工層が1層の場合を例に説明する。
また、これらの範囲に最大値を有する小粒子径顔料および大粒子径顔料を質量割合で4:6〜2:8の割合で併用することで、本発明の課題を解決できる塗工紙を好適に得ることができる。質量割合で4:6〜2:8を外れると、本発明の効果、すなわち充分な紙厚や白紙光沢度、印刷適性が得られにくい可能性があるため好ましくない。
加えて、上述の範囲とすることで、塗工層表面を電子顕微鏡で撮影した際に、粒子径0.1μm以上1.0μm未満の範囲に全顔料の85%以上、好ましくは90%以上、1.0μm以上10.0μm未満の範囲に全顔料の15%以下、好ましくは10%以下含有する塗工紙が得られ易いため好ましい。
このような効果は、填料としてシリカとシリカ以外の無機粒子とからなる複合粒子を、基紙100質量%に対して2〜10質量%含ませることで、さらに紙厚、不透明度および剛度を向上させやすいため好ましい。
本形態では、塗工層に光沢性や平坦性、印刷適性を付与する目的で、熱ロールを用いて平坦化処理を施すことが好ましい。一般に平坦化処理は、弾性ロールと金属ロールとの間に塗工紙を通し、塗工紙にニップ圧をかけて摩擦力により塗工紙表面を磨き、光沢性を付与するものである。紙厚に優れた塗工紙においては、光沢度を向上するためにニップ圧を高くすると、紙厚が低下しやすくなる可能性があるが、本発明においては、繊維長0.10mm以上0.65mm未満の範囲に、最大値を有する繊維長分布を有することに加え、好ましくは離解パルプのルンケル比が0.4〜2.0、更には0.6〜1.0であると、高ニップ圧(200〜500kN/m)で平坦化処理を行っても、紙厚が90〜110μmと高く、かつ白紙光沢度、印刷光沢度、印刷適性、剛度に優れた塗工紙が得られやすい。
[再生粒子の製造]
被処理物(原料)として、製紙スラッジまたは脱墨フロスを予め分別して用い、脱水工程を経て、図1および図2の製造設備により、表1に示す条件にて、有機成分の熱処理工程、第1燃焼工程および第2燃焼工程を適宜用い順次経て、湿式粉砕処理を施し、再生粒子をえた。製造例2、3および製造例6、7の有機成分の熱処理工程において用いた内熱キルンは、本体が横置きで中心軸周りに回転する内熱キルン炉であり、この内熱キルン炉一端の原料供給口から、製紙スラッジを供給するとともに熱風を吹き込む並流方式を採用した。
表2に示す条件で、珪酸アルカリ水溶液として珪酸ナトリウム溶液(3号水ガラス)38%濃度、再生粒子スラリー20%濃度を混合し、希釈水を加え表2に示すとおり珪酸アルカリと再生粒子からなるスラリーを所定の反応開始濃度、反応開始pHに調整したのち、鉱酸として所定規定度の硫酸を添加、撹拌しシリカ複合再生粒子を製造した。スラリーの撹拌は公知のミキサーを使用し。スラリーのpHは、堀場製作所製のpH計にて、反応温度は公知の温度計にて測定した。1次反応工程では、珪酸アルカリ水溶液と鉱酸の中和率が表2に示す割合になるように鉱酸を添加した。
再生粒子およびシリカ複合再生粒子の成分分析結果を表1および表3に示す。各工程の無機構成成分は堀場製作所製のX線マイクロアナライザーを用い、加速電圧(15KV)にて元素分析を行い、構成成分より酸化物換算した。
吸油量=[アマニ油量(ml)×100]/試料(g)
・炭酸カルシウム(軽質炭酸カルシウム、品番:TP121―6S)、奥多摩工業社製。
・ホワイトカーボン(2次粒子径:15.5μm、吸油量:203ml/100g)、エリエールペーパーケミカル社製。
・炭カル
重質炭酸カルシウム、品番:ハイドロカーブ90、備北粉化工業(株)製、平均粒子径1.3μm
・微粒クレー
品番:アマゾンプラス、CADAM社製、平均粒子径0.3μm
・大粒子径顔料
品番:センチュリーHC、パラピグメントス社製、平均粒子径2.8μm
再生粒子、炭酸カルシウム、カオリンクレー等、複数種類の顔料を併用した場合には、どの粒子がいずれの顔料であるかを、粒子形状で判断することができる。再生粒子は脱墨フロス由来のカルシウム、ケイ素及びアルミニウムからなる、凝集塊状の粒子であり、重質炭酸カルシウムは不定形の球状粒子、軽質炭酸カルシウムは紡錘状粒子であり、カオリンクレーは板状の粒子である。上記形状は、倍率12000倍程度で充分判別可能である。
(ルンケル比)=(繊維壁厚の2倍)/(繊維内腔径)
(繊維内腔径)= 繊維幅−(繊維壁厚の2倍)
JISP8124:1998「紙及び板紙−坪量測定方法」に記載の方法に準拠して測定した。
JISP8118:1998「紙及び板紙−厚さ及び密度の試験方法」に記載の方法に準拠して測定した。
JIS P 8148:2001「紙、板紙及びパルプ‐ISO白色度(拡散青色光反射率)の測定方法」に記載の方法に準拠して測定した。なお、本発明においては、白色度が88%以上であれば見栄えに優れ、85%以上であれば見栄えが良好であり、85%未満であれば見栄えに劣る塗工紙となる。
JIS P 8142:2005「紙及び板紙‐75度鏡面光沢度の測定方法」に記載の方法に準拠して測定した。なお、本発明においては、白紙光沢度が75%以上であれば見栄えに優れ、73%以上であれば見栄えが良く、70%以上であれば僅かに見栄えが良く実使用可能であり、70%未満であれば見栄えに劣る塗工紙となる。白紙光沢度が70%以上であれば、坪量111〜121g/m2の塗工紙としては実用に耐える。
JIS P 8143:1996「紙−こわさ試験方法−クラークこわさ試験機法」に記載の方法に準拠して、縦方向について測定した。なお、本発明においては、剛度が95以上であれば剛度に優れ、93以上であれば剛度が良好であり、90以上であれば剛度が僅かに良く、90未満であれば剛度に劣る。
JIS P 8149:2000「紙及び板紙−不透明度試験方法(紙の裏当て)−拡散照明法」に記載の方法に準拠して測定した。なお、本発明においては、不透明度が96%以上であれば不透明度に優れ、95%以上であれば不透明度が良好であり、93%以上であれば不透明度が僅かに良く、93%未満であれば不透明度に劣る。
オフセット印刷機(型番:リソピアL‐BT3‐1100、三菱重工業(株)製)を使用し、カラーインク(品番:ADVAN、大日本インキ化学工業(株)製)にてカラー4色オフセット印刷を5000部行った。この印刷面について、目視及びルーペ(10倍)にて毛羽立ち、ラフニングおよびピッキングの程度を観察し、以下の評価基準に基づいて評価した。
(評価基準)
◎:毛羽立ち、ラフニングおよびピッキングが確認できず、印刷適性に優れる。
○:毛羽立ち、ラフニングおよびピッキングが若干確認でき、印刷適性が若干劣る。
△:毛羽立ち、ラフニングおよびピッキングが多少確認でき、印刷適性が多少劣る。
×:毛羽立ち、ラフニングおよびピッキングがはっきり確認でき、印刷適性に劣る。
なお、前記評価基準のうち、◎、○、△を実使用可能と判断する。
Claims (5)
- 基紙上に、顔料および接着剤を含む塗工層を設けた塗工紙であって、坪量が111〜121g/m2、紙厚が90〜110μm、JIS P 8142:2005「紙及び板紙−75度鏡面光沢度の測定方法」における白紙光沢度が70%以上であり、前記塗工紙をJIS P 8220:1998「パルプ−離解方法」で離解して得られたパルプ繊維について、重さ加重の繊維長分布を求め、繊維長0.05mmごとに集計し、繊維長0.10mm以上0.65mm未満の範囲に最大値を有することを特徴とする、塗工紙。
- 前記基紙に対する前記塗工層の質量割合が、0.23〜0.34であることを特徴とする、請求項1に記載の塗工紙。
- 前記顔料として、少なくともクレーおよび炭酸カルシウムを含有し、前記クレーおよび炭酸カルシウムが粒子径分布において、0.1μm以上1.0μm未満の範囲に全顔料の85%以上、1.0μm以上10.0μm未満の範囲に全顔料の15%以下含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の塗工紙。
- 前記基紙が填料を含み、前記填料の配合量が、前記基紙に含まれる全パルプ100質量%に対して2〜10質量%であり、前記填料が、シリカとシリカ以外の無機粒子とからなる複合粒子であることを特徴とする、請求項1〜3いずれか1項に記載の塗工紙。
- 前記塗工層が少なくとも2層であり、前記基紙に接する下塗り塗工層の塗工量に対する、前記基紙から最も遠い最表層塗工層の質量割合が、1.5〜1.9であることを特徴とする、請求項1〜4いずれか1項に記載の塗工紙。
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