JP3037421B2

JP3037421B2 - 紙用塗料

Info

Publication number: JP3037421B2
Application number: JP04500471A
Authority: JP
Inventors: パトリックアーサーチャールズゲイン
Original assignee: イーシーシーインターナショナルリミテッド
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1991-11-28
Publication date: 2000-04-24
Anticipated expiration: 2015-04-24

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、グラビア印刷、これに限定されるものでは
ないが、より具体的には、グラビア印刷用コーテッド紙
の製造用紙用塗料に関する。また、該塗料に使用して製
造するコーテッド紙及びコーテッド紙を使用するグラビ
ア印刷方法に関する。

紙の表面に印刷インキを施すのに、グラビア、オフセ
ット及び凸版印刷と呼ばれる３つの主な方法が存在す
る。理論においては、３つの方法のいずれも、どの様な
グレードの紙に印刷するのにも使用できるが、慣習上、
得られる印刷の質は、それが施される紙の表面の性質に
あきらかに依存する。そして、許容可能な印刷の質を得
るために、紙は、使用すべき印刷方法により、異なる一
定の性質を一般的に持たなければならない。グラビア印
刷は凸版印刷、即ち印刷すべき目的物質が腐蝕されるか
彫刻される表面に、型（former）を構成する版又はシリ
ンダーを使用する印刷の形態である。流動性の印刷イン
キの厚めのフィルムを、全印刷表面に供給し、その後、
表面を、例えばドクターブレードで、くぼみ又はセルに
のみインキを残して、表面のギザギザのない部分からイ
ンキをすべて除去するために拭う。その後、連続ウェブ
又は分かれたシート状の紙を、目的物質を刷るためにイ
ンキ表面と接触させてプレスする。

ロートグラビア法として公知である、グラビア印刷の
うちで最も広く使用される種類の方法において、文字又
は絵であってもよい目的物質を、目的物質の暗い部分に
相当するセルが目的物質の明るい部分に相当するセルよ
りもインキの容量が多くなるように、深さ及び／又は表
面積が変わるセルの母型の形において印刷表面に腐食す
る。目的物質の像を、感光剤（light sensitive reagen
t）を含むゼラチンに浸漬したカーボンチッシュのシー
ト上に写真法（photographic process）により形成す
る。１センチメートル当たり約50〜約160の直線グリッ
ドがカーボンチッシュのシート上に最初に形成される。
そのグリッドは、微細な透明の線により分離される小さ
な不透明な正方形からなるスクリーンを、浸漬したカー
ボンチッシュと接触するように置くこと、及び線のすぐ
下のチッシュにおけるゼラチンを不溶性にするようにス
クリーンにライトを当てることにより形成される。

その後、印刷されるべき色の目的物質のポジティブ写
真透明陽画をカーボンチッシュと接触させて置くこと、
及びライトを透明陽画にあてることにより、印刷される
べき目的物質の像をスクリーンの像にスーパーインポー
ズする。再び、透明陽画の澄明なエリアのすぐ下に置い
たカーボンチッシュのエリアにおけるゼラチンを不溶性
にし、他のエリアにおいては、ゼラチンの溶解性は透明
陽画により伝えられたライトの量に反比例する。その
後、カーボンチッシュを、特別に製造されたカラーロー
ラーの表面に置く；依然として溶解性のゼラチン部分を
洗い除き、ローラーの表面を塩化第二鉄のような好適な
試薬で腐食する。その結果、シリンダーの表面は、直線
グリッドにより限定された非常に多くのセルから構成さ
れるパターンに腐食される。ここで、特定のエリアにお
けるセルの深さは、そのエリアにオーバーレイしている
カーボンチッシュにおけるゼラチンの溶解性に依存して
おり、従って、そのエリアにおける透明陽画を通って伝
わるライトの量にもよる。

グラビア印刷に好適な紙の選択は経験によるところが
大きく、新聞用紙から最も薄い無光沢印画紙までの広範
囲の多様性の、異なるタイプの紙について印刷を得るこ
とができるが、最もよい印刷を得るには、紙は不適当な
圧力を加えることなしにインキが付くのに十分なほど一
般的に吸収性であるべきである。しかし、紙が吸収性で
あることは必須ではないが、紙の表面がインキ溶剤によ
り少なくとも浸潤できるべきである。セルからインキを
“取り出す”ために型の各腐蝕セルと緊密に接触するよ
うに、インキが施される表面は、滑らかでなければなら
ない。型と接触し損じ、それ故に腐蝕セルからインキを
除去し損じる領域により、“ミッシングドット”又は
“小斑点”の問題が生じる。その程度は、グラビア印刷
のパラメーターを制御する主な性質の一つである。コー
テッド紙には、最もよい印刷が一般的に要求される。

グラビア印刷法は、グラビアシリンダーの窪んだセル
が、凸版印刷法のレリーフ型よりも磨耗で擦り減ること
がより少ないので、多くのコピーが必要とされる印刷を
行うのに特に好適である。

従って、グラビア印刷法は、雑誌の印刷、通信販売カ
タログ及び発行部数が多い他の定期刊行物に使用され
る。郵便費用を最小にするために、この型の刊行物を軽
量のコーテッド紙に印刷することが増加する傾向にあ
る。あいにく、目的物質を軽量のコーテッド紙にグラビ
アにより印刷した時に現れる非常に一般的な欠点は。中
間調に最も顕著な小斑点がつくという影響である。この
影響は、上述したように、紙の表面とシリンダーの表面
との接触の悪さにより生じ、その結果として、インキは
幾つかのセルから引き出されず、印刷された像が作られ
る微細な点の幾つかは欠損することになる。

紙用塗料は、例えばカオリン、炭酸カルシウム、タル
ク、二酸化チタニウム及びサテンホワイト等から選んで
もよい顔料又は顔料混合物の水性媒体の懸濁液、及び結
合剤又は接着剤を一般的に含む。

ヨーロッパ製紙工業においてロートグラビア紙の製造
用に一般的な従来の塗料は、100重量部の顔料、0.05〜
0.5重量部の顔料用分散助剤、４〜６重量部の自己増粘
アルリル酸コポリマーラテックス接着剤、pHを8.5〜9.5
の範囲内に上昇するための水酸化ナトリウム、及び100r
pmのスピンドルスピードでブルックフィールド粘度計に
よって測定した時に22℃において粘度が約1500mPa.sで
ある懸濁液を与える水を含む。米国の製紙工業におい
て、アクリル酸コポリマーラテックス接着剤は、３〜４
重量部のスチレンブタジエンラテックス及び７〜10重量
部の酸化デンプンにより一般的に置き換えられるが、こ
のタイプの塗料は一般的なヨーロッパにおける配合で得
られるものに比べて、グラビアの印刷結果を悪くする傾
向がある。また、両方のタイプの塗料において、比較的
粗い顔料、即ち平均粒径が約２μｍのものは、比較的微
細な顔料、即ち重量平均等価球直径が約0.5μｍのもの
に比べてロートグラビア印刷の質が優れているという結
果を与える。英国特許出願第2058734号には、ロートグ
ラビア印刷紙用に特別に開発された紙用塗料は、顔料が
比較的粗く、従来の顔料のものに比べて狭い粒度分布を
有することが記載されている。換言すれば、該特定の顔
料は、最も粗い粒子及び最も微細な粒子のどちらも比較
的含んでいない。その顔料は、従来の顔料が提供するよ
り、より圧縮可能なコーティングを提供するので、その
ような顔料は、顔料を含む塗料でコーティングした紙の
ロートグラビア印刷の質を改善し、その結果、ロートグ
ラビア印刷版銅のセルからインキをうまく取り出すこと
になると信じられている。この圧縮性は、顔料の充填性
が比較的不十分な結果であり、またその粒度分布が狭い
結果である。

オフセット印刷に関して、コーテッド紙は、ロートグ
ラビア印刷紙に必要とされるものとは違った特性を持っ
ていなければならず、異なる塗料が使用される。例え
ば、一般的な塗料は、100重量部の顔料、５〜25重量
部、好ましくは10〜20重量部の接着剤、顔料用の分散助
剤、助剤及び全固形分濃度が約60重量％となる量の水を
含む。接着剤は、タンパク誘導体、デンプン誘導体、セ
ルロース誘導体又はラテックスのうちの１つ以上から一
般的に選び、具体的な接着剤系の例としては、10重量部
の酸化デンプン及び７重量部のスチレン−ブタジエンラ
テックスがあげられる。よい光沢及び白色度のコーティ
ングを提供するために、顔料は、その粒子の少なくとも
80重量％、好ましくは少なくとも90重量％の等価球直径
が２μｍより小さい粒度分布を有する。オフセット塗料
に好適な一般的な顔料の重量平均等価球直径は、約0.3
〜約0.8μｍである。オフセット印刷用コーテッド紙の
製造に使用しようとする塗料は、塗料の初期粘度を増加
するため、従ってペーパーウェブに塗料の水相が浸透す
るのを抑制するために、親水性ポリマー材料、例えばデ
ンプン誘導体又はセルロース誘導体を一般的に含む。粘
性の親水性ポリマー材料がない場合、塗料がペーパーウ
ェブと接触するとすぐに、水相は紙の本体に吸収される
傾向がある。その結果として、塗料中の固形分の局部的
な濃度が増加し、また、塗料が非常に粘稠になるので、
紙塗被装置において加えられる剪断力により、アプリケ
ーターと移動ウェブの間にある狭い隙間の通過がほとん
ど不可能になる。親水性ポリマー材料が存在するとき、
ペーパーウェブの表面は有効にシールされ、従って水相
が更に紙に浸透することを阻止する。親水性ポリマー材
料は、粘稠剤及び接着剤の両方として作用することがで
きる。

本発明の第一の態様において、グラビア印刷用コーテ
ッド紙の製造用紙用塗料を提供する。本発明の塗料は、
粒子の少なくとも75重量％の等価球直径が２μｍより小
さい粒度分布をもつ顔料又は顔料混合物を乾量を基準と
して100重量部、及び水にほとんど膨潤せず、平均粒度
が0.2μｍより小さい粒子のラッテックスとの水性媒体
懸濁液を含む。ここで、ラテックスは３〜15重量部のラ
テックス固形分を提供するような量で使用し、塗料はど
の様な粘稠性、フィルム形成親水性ポリマー材料を実質
的に含まない。

上述したように、本発明の紙用塗料は、いかなる粘稠
性皮膜形成親水性ポリマー材料も実質的に含まない。そ
のようなポリマーは、オフセット法により印刷するため
のコーテッド紙製造用の紙用塗料に一般的に使用される
が、それらが皮膜を形成し、それゆえにコーテッド紙の
表面を柔軟性がないようにするという理由のために、像
の印刷がグラビア印刷によりなされる時、そのようなポ
リマーは有害である。このことは、グラビア印刷紙の表
面のコーティングの重要な要求の一つに相反する。その
要求とは、像の完全な転写が印刷の間に生じるように、
全表面が印刷ロールと緊密に接触できるように、その印
刷紙が、圧縮可能であり、柔軟性であるべきということ
である。

“いかなる粘稠性皮膜形成親水性ポリマー材料も実質
的に含まない”ということは、塗料がそのようなポリマ
ー材料を含まないか、粘稠効果がほとんどない極微量、
即ち塗料の0.1重量％より少ないということを意味す
る。この量以上では、グラビア印刷の質に許容され難い
悪化が観察されている。本発明の情況においては、皮膜
形成ポリマーとは、もし本発明以外の紙用塗料に使用さ
れるならば、実質的に柔軟性をなくしかつ圧縮不可能
で、それ故にグラビア印刷法による印刷に適さないコー
ティングを紙に与えるであろうポリマーを意味する。

本発明の第二の態様においては、本発明の第一の態様
による紙用塗料で原紙をコーティングすることにより製
造され、グラビア印刷法での使用に好適なコーテッド紙
を提供する。

本発明の第三の態様においては、本発明の第二の態様
によるコーテッド紙の表面をグラビア印刷する工程を含
むグラビア印刷法を提供する。

従って、本発明はロートグラビア印刷用コーテッド紙
を製造する新規塗料を提供する。本発明の塗料は、オフ
セット印刷紙の製造に使用する時、よい光沢及び不透明
性を与えるタイプの微細な顔料を含むが、ロートグラビ
ア印刷法では良くない結果を与えることがこれまでに見
出されてきた。

本発明のコーテッド紙は、特にロートグラビア印刷に
適している。

本発明の第四の態様においては、本発明の第一の態様
による紙用塗料でペーパーウェブをコーティングする工
程を含む紙塗被法を提供する。

顔料又は顔料混合物は、非常に多くの粗粒を含むべき
でなく、等価球直径が５μｍより大さい粒子を一般的に
せいぜい10重量％含むのが好ましい。

ラテックスの固形粒子は、非膨潤性スチレン−ブタジ
エンコポリマー又は非膨潤性アクリル酸コポリマーを含
むのが好ましい。好ましくは、ラテックスの平均粒度は
少なくとも0.05μｍである。動的な光の散乱（dynamic
light scattering）又は光子の相関分光分析法（photon
correlation）の技術は、ラテックスの平均粒度を測定
するのに使用される。

塗料は、４〜８重量部のラテックス固形分を含むのが
好ましい。

顔料は、カオリン、メタカオリン、炭酸カルシウム、
硫酸カルシウム、タルク、二酸化チタン、硫酸バリウム
又はサテンホワイト等の１つ以上を含んでもよい。都合
のよいことには、顔料の平均直径は0.3〜0.8μｍであ
る。

本発明の紙塗被法において、結果として塗料の粘度が
増加することを伴う、塗料から紙への水の通過を最小に
するために、塗料（塗布ヘッドにおいて）が40ミリ秒を
超えない時間、移動ウェブと接触するような装置を用い
て、塗料を移動ペーパーウェブに施すのが好ましい。こ
の条件を満足させる好適な紙塗被装置は英国特許第2173
131号及び2224673号の明細書に記載されている。

好ましくは、顔料の平均粒子アスペクト比は少なくと
も25である。“粒子アスペクト比”という表現は、“粒
子の最も大きい面の面積に相当する面積の円の直径対そ
の粒子の平均厚さの比”を意味する。“板状”即ち高い
アスペクト比を持つ粒子を元来持つもの又は持つように
加工された顔料を含む紙用塗料が、圧力下でペーパーウ
ェブと接触した時に、平均粒子アスペクト比がより低い
顔料を含む塗料よりも、より有効に水を保持することが
見出された。これは、圧力下において顔料の間から水が
絞り出されにくいからと考えられる。そのように圧力下
で保水されるために、高アスペクト比を持つというのと
同様に、顔料は、等価球直径が0.25μｍより小さい粒子
を少量だが、有意な重量比でもつのも好ましい。ウェブ
と接触する間、“ショートドウェル（short dwell）”
塗布ヘッドの圧力領域に、塗料が圧力にあてられる時、
塗料の顔料成分の保水は重要である。

本発明を、以下の実施例により具体的に説明する。

実施例１重量40gm^-2のロートグラビア原紙を、以下の表Ｉに示
した組成及び性質をもつ３つの異なる塗料Ａ、Ｂ及びＣ
のサンプルを用いて、英国特許第2224673号の明細書に
記載された型の実験室用紙塗被装置によってコーティン
グした。

それぞれの場合において、カオリンは、粒子の80％の
等価球直径が２μｍより小さく、平均粒径が0.75μｍで
あり、平均粒子アスペクト比が30:1であるような粒度分
布の英国紙用塗料カオリンである。スチレンブタジエン
ラテックス（非膨潤性）は、Dow Chemical Companyから
販売されているDow Latex 675が知られている；比較例
としての（即ち、本発明ではない）、自己増粘アクリル
酸コポリマーラテックスは、商品名S548VとしてBASF AG
により製造販売されているものである。

二つのラテックスの場合、上の表に示した重量部は実
際のコポリマー固形分の重量部を示している。そのラテ
ックスは、水に50重量％のコポリマー固形分をそれぞれ
含んでいた。pH7で測定したアクリル酸コポリマーラテ
ックスの平均粒度は0.255μｍであり、pH7で測定したス
チレンブタジエンラテックスの平均粒度は0.185μｍで
あった。

塗料が、ブレードと接した部分で原紙を維持するドラ
ムの表面に45゜にセットされたコーティングブレードを
備えた実験室用塗被装置のブレードの下を容易に流れる
ように、各塗料における固形分の重量％を、実験により
決定した。

ブルックフィールド粘度を、剪断速度30s^-1に相当す
るスピンドルスピード100rpmでブルックフィールド粘度
計を用いて測定し、フェランチ−シャーレイ粘度を剪断
速度12840s^-1でフェランチ−シャーレイ粘度計によって
測定した。

原紙を、３つの塗料それぞれを用い約６〜約12gm^-2の
異なる塗布量でコーティングし、被膜を乾燥し、紙が直
線１インチ当たり375ポンド（1cm当たり67kg）の圧力
下、カレンダーロールのニップを10回通るような条件下
でカレンダー仕上げした。

その後、コーテッド紙のサンプルを、グラビア印刷の
質について、“Printig Technology"、vol.13、no.1、1
969年４月、９〜22ページに発表されたA.Swan著の文献
“Realistic paper tests for various printing proce
sses"に記載された技術により試験した。試験印刷を番
号１〜７のスタンダードと比較した。最も小さな番号
は、単位面積当たりのミッシングドット（missing do
t）が最も少ないものの番号を表しており、従って最も
印刷の質がよいものである。

コーテッド紙のサンプルを不透明度について、No.10
（Commission Internationale d'Eclairage “Y"）フィ
ルターを装着したElrepho明度メーター（brightness me
ter）を使用して試験した。このフィルターは可視スペ
クトラムにおいて波長の広いバンドを包含するが、一般
的に緑色である。積重ねにより光を透過しないことを保
証するのに十分なコーテッド紙の積重ねたシートを、器
械にまず置き、目盛りの読みを100に調節した。積重ね
たシートを、その後、黒い背景上で一枚のシートと取り
替えた。目盛りの読みはシートの不透明度の百分率を示
した。最終的な結果は、同じサンプルから取った異なる
シートを使用して、この方法で行った10の測定値の平均
であった。

コーテッド紙のサンプルの光沢も、紙に対して入射角
75゜でHunterlab D16光沢計を用いてTAPPI Standard N
o.T480 ts−85に記載された方法によって測定した。

それぞれの場合において、グラビア印刷の質、不透明
度及び光沢の結果を塗布量に対してプロットし、9gm^-2
の塗布量に関する結果を内挿により見出した。

得られた結果を以下の表IIに示す。

グラビア印刷の質、不透明度及び光沢に関する最もよ
い結果は、乾燥カオリン顔料の重量を基準として4.5重
量％の非膨潤性スチレンブタジエンラテックス固形分を
接着剤として含む組成Ｂを用いた時に全て得られたこと
を、これらの結果は示している。そのラテックスの平均
粒度は、pH7で測定した時、0.185μｍであった。

実施例２ロートグラビア印刷紙を製造するのに適した型の紙用
塗料を、以下の配合により製造した。

重量部カオリン 100 スチレンブタジエンラテックス 11 カオリンは、実施例１に使用したものと同じであった
が、粒度及び硬度を変えた９つの異なる非膨潤性スチレ
ンブタジエンラテックスを使用した。スチレンブタジエ
ンラテックスの“硬度”は、スチレンモノマー対ブタジ
エンモノマーの比により決定される。ブタジエンモノマ
ーに対するスチレンモノマーの比が高いものは、硬質ラ
テックスである。

それぞれの場合において、全固形含有量が66重量％に
なるように、カオリン及びラテックスが懸濁している水
の量を調製した。各紙用塗料の高い剪断粘度を剪断速度
12800s^-1でフェランチ−シャーレイ粘度計によって測定
し、その結果を以下の表IIIに示す。

結果を、図１にプロットした。

これらの結果から、ラテックスの平均粒度が、約0.2
μｍより大きくなると紙用塗料の高い剪断粘度に急な増
加を生じ、引き続いて、塗料を用いて製造したコーテッ
ド紙のグラビア印刷の質の低化を引き起こすであろうこ
とがわかった。これらの実施例のそれぞれにおいて、ラ
テックスの平均粒度を、動的な光の散乱又は光子の相関
分光分析法として公知の技術により測定した。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭52−107306（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−204662（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−30992（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D21H 19/38

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】グラビア印刷用のコーテッド紙製造用の紙
用塗料であって、該塗料は、粒子の少なくとも75重量％
の等価球直径が２μｍより小さい粒度分布及び少なくと
も25の平均粒子アスペクト比をもつ顔料又は顔料混合物
を乾量を基準として100重量部、及び水にほとんど膨潤
せず、平均粒度が0.2μｍより小さい粒子のラテックス
との水性媒体懸濁液を含み、該ラテックスが３〜15重量
部のラテックス固形分を提供するような量で使用され、
該塗料がいかなる粘稠性、皮膜形成親水性ポリマー材料
も実質的に含まないことを特徴とする上記塗料。
【請求項２】ラテックスの固形粒子が、非膨潤性スチレ
ン−ブタジエンコポリマー又は非膨潤性アクリル酸コポ
リマーを含む、請求項１記載の紙用塗料。
【請求項３】ラテックス粒子の平均粒度が少なくとも0.
05μｍである、請求項１又は２記載の紙用塗料。
【請求項４】ラテックスを４〜８重量部のラテックス固
形分を提供するのに十分な量で使用する、請求項１〜３
のいずれか１項記載の紙用塗料。
【請求項５】顔料が、カオリン、メタカオリン、炭酸カ
ルシウム、硫酸カルシウム、タルク、二酸化チタン、硫
酸バリウム又はサテンホワイトの一つ以上を含む、請求
項１〜４のいずれか１項記載の紙用塗料。
【請求項６】顔料の粒子の平均直径が0.3〜0.8μｍであ
る、請求項１〜５のいずれか１項記載の紙用塗料。
【請求項７】顔料又は顔料混合物が、等価球直径が５μ
ｍより大きい粒子をせいぜい10重量％含む、請求項１〜
６のいずれか１項記載の紙用塗料。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項記載の紙用塗
料で原紙をコーティングすることにより製造する、グラ
ビア印刷法における使用に好適なコーテッド紙。
【請求項９】請求項８に記載のコーテッド紙の表面にグ
ラビア印刷する工程を含むことを特徴とするグラビア印
刷法。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載の紙
用塗料でペーパーウェブをコーティングする工程を含む
ことを特徴とする紙塗被法。
【請求項１１】40ミリ秒を超えない時間、塗料を移動ウ
ェブと接触させるような装置を使用して、移動ペーパー
ウェブに塗料を施す、請求項10に記載の紙塗被法。