JP2014040698A - コーテッド紙または板紙を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(a)少なくとも1層を含む自由流動性カーテンを形成すること、ここでこの自由流動性カーテンの少なくとも1層を形成する組成物は、25℃の温度および500,000s-1の剪断速度において、少なくとも50mPa・sの高剪断粘度を有する、そして(b)前記カーテンを原紙または板紙の連続的ウェブ支持体と接触させること、の工程を含む、印画紙を除く、コーテッド紙または板紙を製造する方法。
【選択図】図1
Description
(i)着色塗料の単一層を原紙支持体に適用して、紙上に単一層の着色塗層を生成するために使用されるカーテン塗布法。
(ii)ナイフ型塗布プロセスにより適用される着色トップコートの単一層を適用する前に、原紙支持体に着色塗料の単一の下塗層を適用するために使用されるカーテン塗布法。こうして、紙の多層の着色塗布は着色塗料の順次の適用により達成された。
(iii)ナイフまたは計量ロール型塗布プロセスにより適用された単一層の着色下塗で前もって下塗された原紙支持体に着色塗料の単一のトップコートを適用するために使用されるカーテン塗布法。こうして、多層着色紙の塗布は着色塗料の順次の適用により達成された。
(iv)単一層が連続的プロセスにおいて適用されるように、原紙支持体に2つの単一層の特殊化着色塗料を適用するために使用されるカーテン塗布法。こうして、紙の多層着色塗布は着色塗料の順次の適用により達成された。
適当には、連続的ウェブ支持体は20〜350g/m2のグラメージまたは秤量を有する。
下記の材料を塗布液体において使用した。
・炭酸塩(A):水中の90%<2μmの粒度を有する炭酸カルシウムの分散液(HYDROCARB 90 ME、Pluess−Staufferから入手可能である)、77%の固形分。
・炭酸塩(B):水中の60%<2μmの粒度を有する炭酸カルシウムの分散液(HYDROCARB 60 ME、Pluess−Staufferから入手可能である)、77%の固形分。
・炭酸塩(C):狭い粒度分布および75%<2μmの粒度を有する工学的に作り出された炭酸カルシウムの水中分散液(COVERCARB 75、Pluess−Staufferから入手可能である)、77%の固形分。
・炭酸塩(D):36%<2μmの粒度を有する炭酸カルシウム(MILLCARB OG、Pluess−Staufferから入手可能である)、粉末として入手可能。
・クレー(A):焼成クレーの水中分散液(ANSILEX 93、微細な粒状焼成カオリン、2ミクロン以下の86〜90%の粒度分布、平均粒度=0.8ミクロン、50%の固形分、Engelhard Corporation、ニュージャージー州アイセリン、から入手可能である)。
・クレー(B):高いアスペクト比のクレーの水中分散液(KSZ 81、AKW−Kick、ドイツ国ヒルシャウ、から入手可能である)、59.8%の固形分、アスペクト比55〜60:1。
・クレー(C):水中の98%<2μmの粒度を有する最も高い白色度のカオリンクレー分散液(HYDRAGLOS 90、J. M. Huber Corp.、米国メリーランド州ハブ・デ・グレイス、から入手可能である)、71%の固形分。
・ラテックス:カルボキシル化スチレン−ブタジエンラテックス(DL 966、The Dow Chemical Companyから入手可能である)、水中の50%の固形分。
・PVOH:15%の低分子量の合成ポリビニルアルコール溶液(MOWIOL 6/98、Clariant AG、スイス国バーゼル、から入手可能である)。
・増粘剤(A):アクリルアミド−アクリル酸コポリマーのアニオン油中水型エマルジョン(STEROCOL BL、BASF、ドイツ国ルズウィグシャフェン、から入手可能である)、37%の固形分。
・増粘剤(B):分子量900,000の非イオン高分子量水溶性ポリ(エチレンオキシド)ポリマー(POLYOX WSR−1105、The Dow Chemical Companyから入手可能である)、4%の固形分の溶液として調製された。
・界面活性剤:ジ−アルキルスルホコハク酸ナトリウムの水溶液(AEROSOL OT、Cyanamid、米国ニュージャージー州ワイン、から入手可能である)、75%の固形分。
・白色体質顔料:ジアミノスチルベンジコハク酸から誘導された蛍光白化剤(TINOPAL ABP/Z、Ciba Specialty Chemicals Inc.、スイス国バーゼル、から入手可能である)。
下記の手順に従い、下に詳述する配合物を紙上に塗布した。多層ダイ型カーテンコーター(製造会社:Troller Schweizer Engineering、TSE、スイス国マーゲンタル)を使用した。少量の水で潤滑したへりガイドと、真空吸引装置とをカーテン塗布装置に装備した。真空吸引装置は、コーテッド紙のへりの真上に位置するへりガイド下部におけるへり潤滑水を除去する。さらに、カーテン衝突ゾーンから上流において紙支持体から界面表面空気を除去する真空吸引装置をカーテンコーターに設置した。カーテンの高さは300mmであった。塗料配合物を使用前に脱気して、気泡を除去した。カーテン塗布ヘッドに塗料を送出すポンプの既知の体積流速、連続的紙ウェブがカーテン塗布ヘッドの下を動く速度、カーテンの密度および固形分%、およびカーテンの幅から、各塗布装置において達成される塗布量を計算した。
ブルックフィールド粘度
ブルックフィールドRVT粘度計(Brookfield Engineering Laboratories, Inc.、米国マサチューセッツ州スタフトン、から入手可能である)を使用して、粘度を測定する。粘度を測定するために、600mlの試料を1000mlのビーカーの中に入れ、25℃、スピンドル速度100rpmにおいて粘度を測定する。
Physica UD 200粘度計(Paar Physicaから入手可能である)を使用して、粘度を測定する。25℃において直径50mmの平行板の配置を使用して0.03mmの測定ギャップで、試料を試験した。10ステップ/桁の剪断速度で剪断速度の対数ステップを使用して、剪断速度を10s-1から100,000s-1に2分かけて増加させる。3000s-1および30,000s-1における粘度を測定値の内挿により決定する。30,000s-1における粘度値を3000s-1における粘度値で割ることによって、剪断増粘指数を計算する。1より大きい剪断増粘指数値は剪断増粘挙動を示す。粘度vs剪断速度流れ曲線が粘度の急速な鋭い増加(剪断速度の10倍より小さい増加における粘度の100%より大きい増加)を示す場合、塗料は剪断ブロッキング挙動を有すると見なす。
ACAV II毛管粘度計(ACA Systems、フィンランド国、から入手可能である)を使用して、高剪断粘度を測定する。ほぼ1000ccの試料をメスシリンダーの中に入れ、そして測定温度は25℃である。直径0.5mmおよび長さ50mmのガラス毛管を測定に使用する。100の長さ/直径比を有する毛管を使用すると、測定に対する最終の衝撃を最小にする。剪断速度の12対数ステップを使用して、100,000s-1〜1,500,000s-1において試料の粘度を測定する。1,500,000s-1の剪断速度の前に最大試験圧力(300バール)に到達する場合、試験を停止する。測定した圧力vs流速曲線から、粘度を計算する。ACAV IIソフトウェアは運動エネルギーについてデータを補正する。次いで、実験データの内挿により、500,000s-1における粘度を決定する。
AA−GWR重力測定水保持メーター(OY Gradek Ab、フィンランド国カウイニアネン)を使用して、塗料着色剤の水保持を測定する。前もって秤量した吸取紙(Whatman Chromatographic紙17 CHR、VMR International AG、スイス国ディエティケン、から入手可能である)の上部に配置された、孔大きさが0.8ミクロンである非ハイドロスコープのポリカーボネートフィルター(Sterico AG、スイス国ディエティケン、から入手可能である)の上部に、試験セルを配置する。このアセンブリーをバッキングテーブル上に配置し、締結する。次いで、10mlの塗料着色剤を試験セルの中に入れ、これを直ちに栓で閉じる。タイマーを始動させる。15秒後、セルを1バールに加圧する。90秒になったとき、圧力を解放し、栓セルを除去する。さらに15秒後、吸取紙をフィルター膜から分離する。精度0.0001gの天秤で吸取紙を秤量することによって、吸収された液体の量を決定する。3回の測定の平均を使用して、吸収された液体の量/平方メートルを計算する。
コースフェルド最小フィルム形成温度装置(Coesfeld Minimum Film Forming Temperature device)(Coesfeld、ドイツ国ドルトムンド、から入手可能である)を使用する。金属板上に置いた長さ50cmのガラス板上で、1端を50℃に加熱し、他端を10℃に保持することによって、温度勾配を発生させる。引落しバーを使用して、幅14cmおよび湿潤厚さの塗料着色剤層を板上に置く。板に適用する前に塗料着色剤の固形分を測定し、そして本発明の目的に対して塗料適用固形分として定義する。乾燥前面は熱い端から冷たい端に向かって進行する。約15分後、塗料着色剤の試料を乾燥前面においてスパチュラで採取する。試料の固形分を測定する。6回の測定の平均を固定化固形分として取る。
カーテン塗布ヘッドに塗料を送出すポンプの既知の体積流速、連続的紙ウェブがカーテン塗布ヘッドの下を動く速度、カーテンの密度および固形分%、およびカーテンの幅から、各紙塗布実験において達成された塗布量を計算する。
クレーター形成の程度を燃焼した試料の観察により決定する。10%のNH4Clを含有する(50/50)水/イソプロピルアルコール溶液を使用する。1つの側のみを塗布した紙をこの溶液の中に30秒間浸漬させ、両側を塗布した紙を60秒間浸漬させる。吸取紙で過剰の溶液を除去した後、試料を一夜空気乾燥する。炉中で225℃において3.5分間、燃焼を実施する。拡大鏡(倍率×10)の助けを借りて燃焼した試料の3×3cmの区画内において、クレーターを計数する。完全な円形を有する、非常に小さい未塗布スポットはクレーターとして採用しない。それらは空気連行から塗層中の微小気泡により与えられたピットであると考える。また、脱気により除去されない塗料配合物中に存在する、より大きい気泡により与えられた、機械方向(紙が動く方向)の長軸で配向された楕円形領域をを考慮しない。
比重壜中の塗料の100mlの試料を秤量することによって、カーテン層の密度を決定する。
パーカー・プリンチサーフ(Parker PrintSurf)粗さテスターで、コーテッド紙表面の粗さを測定する。コーテッド紙の試料シートを、コルク−メリネックス(melinex)定盤と測定ヘッドとの間に、1,000kPaの締付圧力でクランプする。圧縮空気を計器に400kPaにおいて供給し、測定ヘッドとコーテッド紙表面との間の空気漏出を測定する。より高い数は、コーテッド紙表面のより高い程度の粗さを示す。
白色度をツァイス・エルレフォ(Zeiss Elrepho)2000で測定する。ISO標準規格2469に従いシートの積み重ね上で白色度を測定する。結果をR457として記載する。
乳白度をツァイス・エルレフォ(Zeiss Elrepho)2000で測定する。黒色標準により支持された単一シート上(R0)およびシートの積み重ね上(R∞)において、乳白度を測定する。結果をR0/R∞として記載する。
X線セディグラフ(sedigraph)器具(SediGraph 5100 Particle Size Analysis System、Micromeritics、米国ジョージア州ノークロス、から入手可能である)を使用して、メジアンストークス等価球形粒度および粒度分布を測定する。原料製造会社は粒度を供給し、そして原料についての粒度分布数を実施例において使用する。
下記の文献に記載されている電子顕微鏡像の解析法を使用して、アスペクト比を測定する:“Aspect Ratio of Pigment Particles Determined by Different”、Nordic Pulp and Paper Research Journal、Vol. 15、No. 3/2000、pp. 221−230。
上記成分を表1に記載されている量で混合して、高いアスペクト比のクレーの使用を証明した。
上記成分を表3に記載されている量で混合して、焼成クレーの使用を証明した。
上層(スロット2)においてポリビニルアルコール(PVOH)の一部分の代わりに増粘剤を使用して、実施例1の方法を反復した。比較実験において使用した増粘剤は、高速ナイフ塗布ならびに高い塗布速度において無クレーターカーテン塗布を提供するその能力に対する適合性を有するように選択した。さらに、下層(スロット1)中のPVOHの量を2部に増加し、そして白色体質顔料を上層(スロット2)から除去した。塗料成分を表5に記載する量で混合した。
ジェット適用装置のナイフコーターを使用して、高いアスペクト比の顔料を含む塗料(実施例3のスロット2)を実施例3の同一原紙上に適用する試みをした。ジェット適用装置を使用して、1250m/分における塗布の適切な適用は、塗料が紙ウェブ突き当たるとき、塗料がウェブから偏向するので、不可能であった。
表6に示す塗料混合物を使用する以外、比較実験Aの方法を反復した。この塗料は実施例3において使用する2つの塗料(スロット1および2)のための顔料組成物のブレンドを表す。PVOH、界面活性剤、および増粘剤のレベルは、実施例3における上層(スロット2)についてと同一であった。
上層(スロット2)においてポリビニルアルコール(PVOH)の一部分の代わりに増粘剤を使用して、実施例1の方法を反復した。増粘剤は、比較実験における高速ナイフ塗布ならびに高い塗布速度において無クレーターカーテン塗布を提供するその能力に対する適合性を有するように選択した。さらに、下層(スロット1)中のPVOHの量を2部に増加し、そして白色体質顔料を上層(スロット2)から除去した。塗料成分を表7に記載する量で混合した。
厚さ0.4mmの角度45度のナイフ操作を装備したジェット適用装置のナイフコーターを使用して、実施例4と同一の原紙上に、焼成クレー顔料を含む塗料(実施例4のスロット2)を適用した。1500m/分において、8g/m2(乾燥)の全塗布量に到達するために必要なナイフ圧力(ヘッド角度)は21.4度であり、そしてナイフは清浄に走行した。これが証明するように、この焼成クレー顔料は比較的高いナイフ負荷を必要とする。
表8に示す塗料混合物を使用した以外、比較実験Cの方法を反復した。この塗料は、実施例4において使用した2つの塗料(スロット1および2)についての顔料組成物のブレンドを表す。PVOH、界面活性剤、および増粘剤のレベルは、実施例4における上層と同一に保持した。1500m/分において、8g/m2(乾燥)の全塗布量に到達するために必要なナイフ圧力(ヘッド角度)は22.4度であり、そしてナイフは清浄に走行した。
表9の配合物を使用した以外、実施例1の手順を反復した。この実施例は、普通の粉砕した炭酸カルシウムに比較して、狭い粒度分布を有する工学的に作り出された炭酸カルシウム顔料の使用を証明する。低い水保持および低い固定化固形分を有する塗料を与える、低い増粘剤含量を有する高い固形分において、塗料配合物を調製した。
スロット1の塗料の代わりに、58.3%の固形分に希釈したスロット2において使用した同一塗料を使用した以外、実施例5の方法を反復した。これにより、2層間で固形分のみが異なる、同一の全体の組成を有する多層カーテンが得られる。適用された塗層はクレーターまたは他の運転能力の欠陥を示さなかった。
ジェット適用装置のナイフコーターを使用して実施例5と同一の原紙上に、工学的に作り出された炭酸塩顔料を含む塗料(実施例5のスロット2)を適用する試みを行った。24度の最大ナイフ圧力(ヘッド角度)において、塗布量は11g/m2(乾燥)であった。塗料を65.5%の固形分に希釈し、そしてこの塗料は890mPa・sのブルックフィールド粘度、107mPa・sの500,000s-1における粘度、および137の水保持値を有した。最大ナイフ圧力(ヘッド角度=24度)における塗布量は9.3g/m2(乾燥)であった。塗料をさらに64.3%の固形分に希釈し、そしてこの塗料は730mPa・sのブルックフィールド粘度、88mPa・sの500,000s-1における粘度、および146の水保持値を有した。この塗料について塗布量は8.3g/m2(乾燥)に到達することができたが、ナイフ圧力について安定な値は存在しなかった。この塗布量を維持し、この時塗布が8g/m2(乾燥)の目標とする塗布量を超えることを試みるために、ナイフ圧力 (ヘッド角度)を最大値に連続的に増加させなくてはならなかった。さらに、乾燥塗料の付着物がナイフ先端上に蓄積した(3.75分の運転時間後、3.3g)。これらの乾燥「ビーズ」を非常に大きく、究極的にコーテッド紙表面上にたてすじを生ずるであろう。この塗料の劣った運転能力は急速な脱水、およびナイフ下の塗料の固定化に帰する。
上記成分を表10に記載する量で混合して、炭酸塩D、すなわち、粗い炭酸塩顔料の使用を証明する。この炭酸塩顔料は12μmより大きい直径の粒子を2wt%の比率で含有した。このような顔料は、粒子が大きく、直径が湿潤塗層厚さのそれに到達するので、たてすじ形成を激烈にしないでナイフコーターで塗布することができない。
2 スライドノズル集成装置
4 自由流動性カーテン
5 ウェブ
6 ローラー
Claims (31)
- (a)少なくとも1層を含む自由流動性カーテンを形成すること、ここでこの自由流動性カーテンの少なくとも1層を形成する組成物は、25℃の温度および500,000s-1の剪断速度において、少なくとも50mPa・sの高剪断粘度を有する、そして
(b)前記カーテンを原紙または板紙の連続的ウェブ支持体と接触させること、
の工程を含む、印画紙を除く、コーテッド紙または板紙を製造する方法。 - 工程(a)の自由流動性カーテンの少なくとも1層が少なくとも75mPa・s、好ましくは少なくとも100mPa・s、最も好ましくは少なくとも125mPa・sの高剪断粘度を有する、請求項1に記載の方法。
- (a)少なくとも1層を含む自由流動性カーテンを形成すること、ここでこの自由流動性カーテンの少なくとも1層を形成する組成物は少なくとも1種の顔料を含み、その形態および構造は500,000s-1より低い剪断速度において破壊され、そして
(b)前記カーテンを原紙または板紙の連続的ウェブ支持体と接触させること、
の工程を含む、印画紙を除く、コーテッド紙または板紙を製造する方法。 - (a)少なくとも1層を含む自由流動性カーテンを形成すること、ここでこの自由流動性カーテンの少なくとも1層を形成する組成物は、25℃の温度において30,000s-1における粘度/3,000s-1における粘度の比として定義した、剪断増粘指数が少なくとも1.2であり、そして
(b)前記カーテンを原紙または板紙の連続的ウェブ支持体と接触させること、
を含む、印画紙を除く、コーテッド紙または板紙を製造する方法。 - 工程(a)の自由流動性カーテンが多層自由流動性カーテンであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンが印刷性を保証する上層を含むことを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンが少なくとも3層を含むことを特徴とする、請求項5または6に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンの少なくとも1層が少なくとも1種の顔料を含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記顔料が白土、カオリン、焼成クレー、共構造化顔料、タルク、炭酸カルシウム、二酸化チタン、サテンホワイト、合成ポリマー顔料、酸化亜鉛、硫酸バリウム、石膏、シリカ、アルミナ三水和物、雲母、合成マガディーアイト、およびケイ藻土から成る群から選択されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンの少なくとも1層が少なくとも1.5:1のアスペクト比を有する少なくとも1種の顔料を含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンの少なくとも1層が結合剤を含むことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記結合剤がスチレン−ブタジエンラテックス、スチレン−アクルレートラテックス、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリルラテックス、スチレン−アクルレート−アクリロニトリルラテックス、スチレン−ブタジエン−アクルレート−アクリロニトリルラテックス、スチレン−無水マレイン酸ラテックス、スチレン−アクルレート−無水マレイン酸ラテックス、多糖類、タンパク質、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、セルロース誘導体、およびそれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンの少なくとも1層が少なくとも30wt%、好ましくは少なくとも40wt%、最も好ましくは少なくとも50wt%の固形分を有することを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンが少なくとも40wt%、好ましくは少なくとも45wt%、最も好ましくは少なくとも50wt%の固形分を有することを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンの少なくとも1層が少なくとも1種の蛍光増白剤を含むことを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンの少なくとも1層が少なくとも1種の界面活性剤を含むことを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンが少なくとも4層、好ましくは少なくとも5層、より好ましくは少なくとも6層を含むことを特徴とする、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(a)の自由流動性カーテンの少なくとも1層が、乾燥したとき、10g/m2より小さい、好ましくは8g/m2より小さい、最も好ましくは6g/m2より小さい塗布量を有することを特徴とする、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(b)の連続的ウェブ支持体が下塗または予備カレンダー仕上されていないことを特徴とする、請求項1〜18のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(b)の連続的ウェブ支持体が少なくとも300m/分、好ましくは少なくとも400m/分、最も好ましくは少なくとも500m/分のウェブ速度を有することを特徴とする、請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。
- 工程(b)の連続的ウェブ支持体が20〜350g/m2のグラメージを有することを特徴とする、請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜21のいずれか1項に記載の方法により得ることができるコーテッド紙または板紙。
- (a)少なくとも1層を含む自由流動性カーテンを形成すること、ここでこの自由流動性カーテンの少なくとも1層を形成する組成物は剪断ブロッキング挙動を有し、そして
(b)前記カーテンを原紙または板紙の連続的ウェブ支持体と接触させること、
を含む、印画紙を除く、コーテッド紙または板紙を製造する方法。 - (a)少なくとも1層を含む自由流動性カーテンを形成すること、ここでこの自由流動性カーテンの少なくとも1層を形成する組成物は17より小さい固定化固形分と塗布適用固形分との間の差を有し、そして
(b)前記カーテンを原紙または板紙の連続的ウェブ支持体と接触させること、
を含む、印画紙を除く、コーテッド紙または板紙を製造する方法。 - (a)少なくとも1層を含む自由流動性カーテンを形成すること、ここでこの自由流動性カーテンの少なくとも1層を形成する組成物の顔料は少なくとも2ミクロンの粒度を有し、そして
(b)前記カーテンを原紙または板紙の連続的ウェブ支持体と接触させること、
を含む、印画紙を除く、コーテッド紙または板紙を製造する方法。 - 塗料中の顔料が10ミクロンより大きい直径の粒子を少なくとも0.5wt%の比率で含有する、請求項25に記載の方法。
- 連続的ウェブ支持体が少なくとも800m/分、好ましくは少なくとも1000m/分の速度を有する、請求項1〜26のいずれか1項に記載の方法。
- カーテンがスロットダイにより形成される、請求項1〜27のいずれか1項に記載の方法。
- カーテンがスライドダイにより形成される、請求項1〜27のいずれか1項に記載の方法。
- カーテンの少なくとも1層がポリエチレンオキシドを含む、請求項1〜29のいずれか1項に記載の方法。
- カーテンが界面層中にポリエチレンオキシドを含む、請求項1〜30のいずれか1項に記載の方法。
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