JP2021095653A - 炭酸カルシウムを含有する紙 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な紙力と加工性を有し、加工時のミシン摩耗、パンチ抜け不良が少ない紙の提供。【解決手段】パルプ及び無機填料を含有する紙であって、該無機填料は炭酸カルシウムを含有し、該炭酸カルシウムに含まれる石英の含有量が２．０重量％以下である紙。【選択図】なし

Description

この発明は、無機填料として炭酸カルシウムを含有する紙に関し、具体的には、本発明は、紙中に含まれる炭酸カルシウムに対する石英の含有量が一定量以下である紙に関する。

印刷や筆記用に使用される紙には、通常、白色度、不透明度、平滑性、筆記性、手触り、印刷適性等の改良を目的として填料が内添される。従来の酸性抄紙では填料にタルク、クレー、酸化チタン、炭酸カルシウム等が使用されている（特許文献１等）。
特に、炭酸カルシウムを填料として使用することによりコストが低減され、紙力や白色度、加工性等が向上し、更に、白水のクローズド化がより進められる等、コスト、環境対策等の面でもメリットが多く、炭酸カルシウムを主な填料として使用する中性抄紙への移行が進んできている。
また近年、ビジネスフォームの普及により、ＰＰＣ、ノーカーボン用紙、感熱紙、インクジェット用紙といった情報用紙が、伝票や帳簿など、様々な形状に加工されて使用されるケースが一般的となっている。フォーム加工には、ミシン目、パンチ穴、ジグザグ折り等、様々なものがある。このミシン目、パンチ穴、ダイカットによる型抜きにおいて、いずれも金属刃によって紙がカッティングされ、加工されるが、その際に刃が摩耗していると、ミシン目が不揃いとなったり、パンチ穴が上手く抜けない、型抜き不良によってカス上げ時に断紙が発生する、等のトラブルが頻繁に発生するため、ミシン刃やパンチ用のピンを適切な頻度で交換する必要がある。

無機填料としてタルクを含有する紙に関して、タルクに含有される石英が製紙機械部品の摩耗に関連していることが知られており（非特許文献１等）、タルクを含有する紙の印刷時の版の摩耗を防止するために、タルク中の石英の含有量を一定以下にすることが知られている（特許文献２等）。

特開２００７−１００２８７ 特開２０１５−２２７５１４

「塗工用顔料と製紙用填料」ユニ出版株式会社、１９８９年

本発明者らは、紙の紙力や加工性等を向上させるために、紙に炭酸カルシウムを一定量以上含有させると、炭酸カルシウム中に不可避に含有されることがある石英により、加工時に刃が摩耗したり、ミシン目、パンチ穴などの加工行程において製紙機械部品の摩耗に問題が生じることがあった。
そこで本発明は、良好な紙力と加工性を有し、加工時の刃の摩耗を引き起こさず、ミシン目、パンチ穴行程で、良好な加工性を有する紙を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を鋭意検討した結果、紙に使用される炭酸カルシウム中に含有される石英の含有量を一定値以下とすることにより、紙力を一定以上に保ったうえで、加工時の刃の摩耗を引き起こさず、ミシン目、パンチ穴工程で良好な加工性を有する紙が得られることを見出した。
即ち、本発明は、パルプ及び無機填料を含有する紙であって、該無機填料は炭酸カルシウムを含有し、該炭酸カルシウムに含まれる石英の含有量が２．０重量％以下である紙である。

本発明によれば、良好な紙力と加工性を有し、加工時の刃の摩耗を引き起こさず、ミシン目、パンチ穴工程で良好な加工性を有する紙を得ることができる。すなわち、本発明の紙は耐刃摩耗性と良好な加工性を兼ね備えたものである。

以下において、本発明について詳細に説明する。以下の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。

＜炭酸カルシウム含有紙＞
本発明の紙は、パルプと無機填料を含有する。
本発明の紙中の無機填料の含有量は、パルプに対して２〜４０重量％であり、３〜２５重量％であることが好ましく、４〜１５重量％であることがより好ましい。
本発明の紙の灰分は、４０重量％以下であることが好ましく、２５重量％以下であることがより好ましく、１５重量％以下であることがさらに好ましい。ここでは、灰分の含有量は、ＪＩＳ Ｐ ８２５１：２００３に記載の灰分試験方法（５２５℃燃焼法）によって測定される。
本発明の紙の坪量は、特に限定されないが、３０〜１５０ｇ／ｍ^２であることが好ましい。

＜無機填料＞
本発明で用いる無機填料は炭酸カルシウムを含有する。
炭酸カルシウムには、天然石灰石を乾式あるいは湿式で機械粉砕して得られる重質炭酸カルシウムと、生石灰もしくは消石灰にＣＯ_２を吹き込み、中和反応により製造される軽質炭酸カルシウム(沈降性炭酸カルシウム)がある。更には最近、クラフトパルプ工程の苛性化工程を利用して自製する軽質炭酸カルシウム(即ち、苛性化軽質炭酸カルシウム)も使用されている。
本発明で使用される炭酸カルシウムの種類は特に制限されるものでは無いが、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウムがいずれも使用可能であるが、石英の含有がより顕著な重質炭酸カルシウムの使用に本発明の特徴がより顕著に表れる。また炭酸カルシウムとして、軽質炭酸カルシウムと重質炭酸カルシウムを併用してもよい。
本発明で用いる炭酸カルシウムの粒径は特に制限されるものではないが、具体的には平均粒径が５０μｍ以下のものを用いることができる。炭酸カルシウム中の石英の平均粒径は、３０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。炭酸カルシウムの平均粒径を上記範囲内とすることにより、刃の摩耗をより抑制することができる。ここで、炭酸カルシウムの平均粒径とは、レーザー回折法による炭酸カルシウム粒子の粒度分布曲線の５０体積％（Ｄ50）の粒子径である。

なお、無機填料には、炭酸カルシウム以外の填料が含まれていてもよい。炭酸カルシウム以外の無機填料としては、例えば、亜硫酸カルシウム、タルク、石膏、カオリン、デラミネーテッドカオリン、水和ケイ酸塩、珪藻土、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、若しくは水酸化亜鉛等の無機顔料や尿素・ホルマリン樹脂微粒子、若しくは微小中空粒子等の有機顔料を挙げることができる。また、古紙や損紙等をパルプ原料として用いた場合には、これらに含まれる填料も含有することができる。なお、無機填料は２種以上を混合して用いてもよい。
無機填料中の炭酸カルシウムの含有量は１０〜１００重量％であり、３０〜９０重量％であることが好ましく、４０〜８５重量％であることがより好ましく、６０〜８５重量％であることがさらに好ましい。

本発明で用いる炭酸カルシウム（特に、重質炭酸カルシウム）は石英を含有するが。炭酸カルシウム中の石英の含有量は、２．０重量％以下であり、１．０重量％以下であることが好ましく、０．８重量％以下であることがより好ましく、０．５重量％以下であることがさらに好ましい。
本発明では、紙中の炭酸カルシウムに対する石英の含有量を一定値以下とすることにより、加工時の刃の摩耗を引き起こさず、ミシン目、パンチ穴工程で良好な加工性を有する紙を得ることができる。
紙中の炭酸カルシウムに含まれる石英の含有量は、作業環境測定基準（昭和５１年労働省告示第４６号）に規定するＸ線回折法に基づき、Ｘ線回折装置を用いた基底標準吸収補正法によって測定することができる。

＜パルプ＞
本発明で用いられるパルプとして、例えば、広葉樹由来のパルプ、針葉樹由来のパルプ、非木材由来のパルプを用いることができる。広葉樹クラフトパルプとしては、例えば、広葉樹未晒クラフトパルプ（ＬＵＫＰ）、広葉樹晒クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）、広葉樹半晒クラフトパルプ（ＬＳＢＫＰ）、広葉樹亜硫酸パルプ等を挙げることができる。また、針葉樹クラフトパルプとしては、例えば、針葉樹未晒クラフトパルプ（ＮＵＫＰ）、針葉樹晒クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）、針葉樹半晒クラフトパルプ（ＮＳＢＫＰ）、針葉樹亜硫酸パルプ等を挙げることができる。

本発明ではパルプとして、針葉樹クラフトパルプと広葉樹クラフトパルプに加えて、ストーングランドパルプ（ＳＧＰ）、加圧ストーングランドパルプ（ＰＧＷ）、リファイナーグランドパルプ（ＲＧＰ）、サーモグランドパルプ（ＴＧＰ）、ケミグランドパルプ（ＣＧＰ）、砕木パルプ（ＧＰ）、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）等の機械パルプ、茶古紙、クラフト封筒古紙、雑誌古紙、新聞古紙、チラシ古紙、オフィス古紙、段ボール古紙、上白古紙、ケント古紙、模造古紙、地券古紙等から製造される離解古紙パルプ、離解・脱墨古紙パルプ、又は離解・脱墨・漂白古紙パルプ、あるいはケナフ、麻、葦等の非木材繊維から化学的に又は機械的に製造されたパルプ等の公知の種々のパルプを用いることができる。

＜その他の薬品＞
本発明の紙に、上述した無機填料以外の内添薬品を加えてもよい。内添薬品としては、例えば、硫酸バンド等の薬品定着剤、ロジン等のサイズ剤、ポリアクリルアマイド、澱粉、カチオン化澱粉等の紙力増強剤、ポリアマイド等の濾水度歩留り向上剤、ポリアミド、ポリアミン、エピクロルヒドリン等の耐水化剤、消泡剤、塩基性染料、酸性染料、アニオン性直接染料、カチオン性直接染料等の公知の種々のものを挙げることができる。
本発明の紙は、好ましくはパルプ及び無機填料のみから成るが、本発明の紙が、パルプと無機填料以外の成分（該その他の薬品を含む）を含む場合、本発明の紙中のパルプと無機填料以外の成分の含有量は、多くとも１０重量％、好ましくは５重量％以下、より好ましくは１重量％以下である。

＜抄紙方法＞
抄紙方法としては、酸性抄紙法あるいは中性ないしアルカリ性抄紙法が任意に採用できる。抄紙機としては、ツインワイヤー式抄紙機、ギャップフォーマー式抄紙機、長網抄紙機、円網抄紙機、オントップ型抄紙機、又はヤンキー抄紙機等を用いることができる。本発明の紙の製造工程では、表面強度を向上させたり、接着剤との接着性を高めるため、紙の表面に平滑化処理を施してもよい。この平滑化処理は、例えば加圧可能なリール間で紙を加圧処理することにより実施することが好ましい。

＜塗工方法＞
本発明では、紙の表面に種々の塗工層を設けてもよい。用途や記録方法に応じてインクジェット記録層、感圧記録層、感熱記録層、熱転写用インク受容層又は電子写真記録層、剥離層等の各種塗工層を少なくとも１層設けてもよい。塗工する手段は特に限定されるものではなく、周知慣用技術に従って塗工することができる。例えばエアーナイフコーター、ロッドブレードコーター、ベントブレードコーター、ベベルブレードコーター、ロールコーター、カーテンコーターなど各種コーターを備えたオフマシン塗工機やオンマシン塗工機が適宜選択され使用される。また、塗工後に、品質向上を目的として、平滑化処理を施してもよい。このような例として、感圧複写紙、感熱記録紙、インクジェット記録紙、剥離紙などが挙げられるが、本発明の紙の用途はこれらに限定されない。
以下、このうち、特に感圧複写紙と感熱記録紙への応用例について説明する。

＜感圧複写紙＞
感圧複写紙は、無色又は淡色のロイコ染料等の電子供与性発色剤を溶解又は分散状態で含有する疎水性液体（カプセルオイル）を内包したカプセルが基紙の片面へ塗工された上用紙、電子受容性化合物を含有する顕色剤層を基紙の片面に塗工した下用紙、及び必要に応じて片面にカプセル層を塗工しもう片方の面に顕色剤層を塗工した中用紙からなる。上用紙のカプセル層と下用紙の顕色剤層とが接するように組み合わせて、上用紙の非塗工面から筆圧、プリンターなどで圧力を加えると、カプセルが破壊し、発色剤を含有したカプセルオイルが下用紙に移行する。その結果、電子供与性発色剤と電子受容性化合物とが反応するため、発色する。

＜感熱記録紙＞
感熱記録体は通常無色ないし淡色のロイコ染料と顕色剤とを含有する塗工液を、紙、合成紙、フィルム、プラスチック等の支持体に塗工したものであり、サーマルヘッド、ホットスタンプ、熱ペン、レーザー光等の加熱による瞬時の化学反応により発色し、記録画像が得られる。基紙上に感熱記録層を設け、更に任意に感熱記録層上に保護層、基紙と感熱記録層との間に下塗り層（アンダー層）、感熱記録層と保護層との間に中間層などを設けてもよい。

以下、実施例にて本発明を例証するが本発明を限定することを意図するものではない。なお、実施例の部及び％は、特にことわらない限り重量部及び重量％を表す。

［実施例１］
＜抄紙＞
広葉樹晒クラフトパルプからなるパルプスラリー１００部に、サイズ剤（星光ＰＭＣ社製、ＡＬ１２００）０．０４部（対パルプ）、硫酸アルミニウム０．５部（対パルプ、固形分換算）、カチオン化澱粉１．１部（対パルプ、固形分換算）、無機填料８部（対パルプの全質量、固形分換算）を添加して紙料を調整した。無機填料は、炭酸カルシウムＡ（重質炭酸カルシウム、石英含有量：２．０重量％、平均粒径：９μｍ）６部（対パルプの全質量、固形分換算）と、炭酸カルシウムＢ（軽質炭酸カルシウム、石英含有量：０重量％、平均粒径：２μｍ）２部（対パルプの全質量、固形分換算）を併用したものを用いた。この紙料を抄紙機で紙層を形成し、ロールプレスで搾水後、ドライヤーで乾燥し、２ロールサイズプレス装置で表面サイズ処理を行った。表面サイズ処理では、サイズ剤（星光ＰＭＣ社製、ＳＳ２５５２）よりなるサイズプレス液を固形分で０．５ｇ／ｍ^２となるように塗布し、カレンダー処理して、水分５．０％、坪量５０ｇ／ｍ^２の紙を得た。

［実施例２］
カプセルスラリーを以下のように調製した。
アニオン性水溶性高分子（濃度２０％）３５部を水８０部で稀釈溶解した。別にフェニルキシリルエタンを主成分とする高沸点溶媒（新日本石油化学製，ハイゾールＳＡＳ−２９６）１００部に、染料としてクリスタルバイオレット４部を加えて、１０５℃に加熱攪拌しながら溶解して、芯物質を得た。室温まで冷却し、先に調整したアニオン性水溶性高分子を含む水溶液と混合し、次いでホモミキサーＭ型（特殊機化製）を用いて、１００００ｒｐｍ，３分間攪拌し、平均粒径５．６μｍの安定した乳化物を得た。次に、メラミン２０部と３７％ホルムアルデヒド２３．５部とを水７０部に添加した後、７０℃、２０分間攪拌して、上記の乳化物に添加した。この乳化物を加熱してから、７５℃で２時間カプセル膜形成反応を続け反応を終了させた。

次に、カプセル層塗工液を以下の固形比率になるよう調整した：
−得られたカプセルスラリー １００部
−完全ケン化型ポリビニルアルコール水溶液（クラレ社製、商品名：
ＰＶＡ１１７、固形分１０％） １０部
−ステー剤（澱粉粒子：平均粒子径２０μ） ５０部
−ポリアクリル酸ナトリウム（分子量１，０００，０００） ０．５部
得られたカプセル層塗工液を、実施例１で得た紙の片面に、固形分で２ｇ／ｍ^２となるよう、エアナイフコーターヘッドを用いて塗工、乾燥して感圧複写紙を得た。

［実施例３］
炭酸カルシウムＡを炭酸カルシウムＣ（重質炭酸カルシウム、石英含有量：１．０％、平均粒径：９μｍ）に変更した以外は実施例２と同様にして紙を抄造し、カプセル層を塗工、乾燥して感圧複写紙の上用紙を得た。
［実施例４］
炭酸カルシウムＡを炭酸カルシウムＤ（軽質炭酸カルシウム、石英含有量：０％、平均粒径：５μｍ）に変更した以外は実施例２と同様にして紙を抄造し、カプセル層を塗工、乾燥して感圧複写紙の上用紙を得た。

［実施例５］
感熱記録層用の各分散液と塗工液を以下のように調製した。
下記配合の顕色剤分散液（Ａ液）、ロイコ染料分散液（Ｂ液）、増感剤分散液（Ｃ液）を、それぞれ別々にサンドグラインダーで平均粒子径０．５μｍになるまで湿式磨砕を行い、調製した。
顕色剤分散液（Ａ液）
４−ヒドロキシ−４'−イソプロポキシジフェニルスルホン
（日本曹達社製、商品名：Ｄ８） ６．０部
完全ケン化型ポリビニルアルコール水溶液（ＰＶＡ１１７） ５．０部
水 １．５部
ロイコ染料分散液（Ｂ液）
３−ジブチルアミノ−６−メチル−７−アニリノフルオラン
（山本化成株式会社製、商品名：ＯＤＢ−２） ６．０部
完全ケン化型ポリビニルアルコール水溶液（ＰＶＡ１１７） ５．０部
水 １．５部
増感剤分散液（Ｃ液）
１，２−ジ（３−メチルフェノキシ）エタン
（三光社製、商品名：ＫＳ２３２） ６．０部
完全ケン化型ポリビニルアルコール水溶液（ＰＶＡ１１７） ５．０部
水 １．５部

次いで、下記の割合で各分散液を混合して感熱記録層用塗工液を調製した。
＜感熱記録層用塗工液＞
顕色剤分散液（Ａ液） １０．０部
ロイコ染料分散液（Ｂ液） ５．０部
増感剤分散液（Ｃ液） ３．０部
完全ケン化型ポリビニルアルコール水溶液（ＰＶＡ１１７） ２５．０部
次いで、実施例１で得た紙の片面に、この感熱記録層用塗工液を、固形分で塗工量６．０ｇ／ｍ^２となるようにロッドブレード法で塗工した後、乾燥を行い、スーパーカレンダーで平滑度が２００〜５００秒になるように処理して感熱記録紙を得た。

［比較例１］
炭酸カルシウムＡを炭酸カルシウムＥ（重質炭酸カルシウム、石英含有量：３．０％、平均粒径：５μｍ）に変更した以外は実施例２と同様に紙を抄造し、カプセル層を塗工、乾燥して感圧複写紙の上用紙を得た。

［比較例２］
炭酸カルシウムＡ４部を炭酸カルシウムＥ８部に変更し、炭酸カルシウムＢを配合しない以外は実施例２と同様に紙を抄造し、カプセル層を塗工、乾燥して感圧複写紙の上用紙を得た。

＜刃摩耗評価＞
ミヤコシ社製フォーム印刷加工機ＭＶＦ１８Ｂを使用し、速度１５０ｍ/ｍｉｎにて、ミシン目加工とパンチ穴加工を実施し、２００００ｍ加工後に、下記の評価を行った。
＜ミシン目＞
優： ミシン目がきれいに切れている
良： ミシン目が若干歪んでいるが、実用上問題ない
不可： ミシン目の周囲がぎざぎざになっている
＜パンチ穴＞
フォーム印刷加工機のパンチ穴観察画面で、１分間あたりのヒゲ状物発生回数をカウントした。ヒゲ状物が少ないほど、パンチ穴の品質が良好であることを意味する。

実施例１〜５では、刃の摩耗が抑制されていることがわかる。一方、比較例１〜２では、刃の摩耗が多く見られ、実用上問題のあるレベルであった。

本発明によれば、加工時の刃の摩耗を引き起こしにくい紙を得ることができる。すなわち、本発明の紙は良好な耐刃摩耗性を備えたものであり、産業上の利用可能性が高い。

Claims (6)

1. パルプ及び無機填料を含有する紙であって、
   該無機填料は炭酸カルシウムを含有し、
   該炭酸カルシウムに含まれる石英の含有量が２．０重量％以下である紙。
2. 前記炭酸カルシウムに含まれる石英の含有量が１．０重量％以下である、請求項１に記載の紙。
3. 前記紙中の前記パルプに対する該無機填料の比率が２〜４０重量％であり、前記無機填料中の該炭酸カルシウムの含有量が１０〜１００重量％である、請求項１又は２に記載の紙。
4. 前記炭酸カルシウムの平均粒径が３０μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の紙。
5. 前記炭酸カルシウムが重質炭酸カルシウムである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の紙。
6. 前記紙が、感圧記録紙、感熱記録紙、インクジェット記録紙、又は剥離紙である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の紙。