JP3676196B2 - 製紙用ロール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製紙用ロールに係り、特に撥水性と耐摩耗性に優れ、小さい摩擦係数が求められるサイズアプリケーターロールや、紙粉等の異物がロール表面に付着しやすいスムーザーロール、ブレーカースタックロール等に好適な製紙用ロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、印刷用塗工紙、特に両面転写型ロールコーターで塗工され、平坦性、平滑性の点で優れた印刷用塗工紙の需要が増大している。これらの塗工紙は、例えば、サイズアプリケーターロールのニップに基紙を通し、予め塗工量を計量してサイズアプリケーターロール上に供給した塗液を基紙に転写することにより塗工している。
【０００３】
サイズアプリケーターロールのような転写型ロールコーターでは、塗液を基紙に転写する際に塗液がアプリケーターロールと基紙の間で開裂するため、塗工面が乱れ、平滑性が損なわれやすい。これは「オレンジピールパターン」と呼ばれ、転写型ロールコーターの最大の問題点の一つである。また、塗液の転写が安定して行われないと、塗液が開裂した際の飛沫が紙面に飛び、塗工面の品質を損なうことになる。
【０００４】
さらに、複数のアプリケーターロールの間を通して基紙両面に塗工する場合には、基紙は両方のアプリケーターロールに引っ張られるために、両方の張力のバランスが崩れると塗工紙にバタツキが起こり、アプリケーターロールからの剥離位置が不安定となって塗工ムラの原因となり、塗工紙の外観ばかりでなく印刷適性を損なうことになる。
【０００５】
また、スムーザーロールやブレーカースタックロールのように紙粉等の異物がロール表面に付着しやすいロールにあっては、紙粉等の異物がロール表面に堆積し、紙の品質を損なうことがある。
【０００６】
従って、サイズアプリケーターロールは塗液がロールに残ることなく安定して基紙に転写できるものでなければならず、スムーザーロールやブレーカースタックロールは紙粉等の異物が付着し難いものでなければならない。このようなサイズアプリケーターロール、スムーザーロールやブレーカースタックロール等の製紙用ロールには、従来、主にウレタンゴムで被覆したロールが使用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらのウレタンゴムで被覆されたロールは、耐摩耗性、耐薬品性に優れているものの、上述のとおり塗液の転写が不安定になり塗工ムラが発生したり、紙粉等の異物がロール表面に堆積する等の問題がある。このため、ウレタンエラストマー中にシリコーンオイルを混合することにより、撥水性を改善することによって、塗工ムラや紙粉の堆積を抑える試みがなされたが、シリコーンオイルが抽出されて短期間で効果がなくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、塗液を安定して転写できると共に、撥水性、耐摩耗性に優れ、摩擦係数が小さいサイズアプリケーターロール、また紙粉等の異物がロール表面に付着しにくいスムーザーロールやブレーカースタックロール等の製紙用ロールを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者らは鋭意研究した結果、本発明の製紙用ロールを発明するに至った。
【００１０】
即ち、本発明の製紙用ロールは、ロールコア上に、少なくとも１層以上のゴム状弾性体からなる被覆層を設けた製紙用ロールにおいて、少なくとも最上層の該ゴム状弾性体が、ＮＣＯ基を有するポリウレタンプレポリマー１００重量部に対して、ＯＨ基及びＣＯＯＨ基の活性基を有する超高分子量ポリエチレンパウダー３〜１０重量部を、ＮＨ2基又はＯＨ基を有する架橋剤とともに混合して化学結合させたポリウレタンエラストマーであることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の製紙用ロールは、上記発明の製紙用ロールにおいて、最上層のＮＢＳ摩耗抵抗率が１０００％以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明の製紙用ロールは、最上層の表面における面粗度（Ｒｍａｘ）が、１０〜５０であることを特徴とする製紙用ロールである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る製紙用ロールは、少なくとも一層以上のゴム状弾性体の被覆層をロールコア上に被覆してなるものであり、該被覆層の内の少なくとも最上層は、ＯＨ基及びＣＯＯＨ基の活性基を有する超高分子量ポリエチレンパウダーを、ＮＨ2基又はＯＨ基を有する架橋剤とともにＮＣＯ基を有するポリウレタンプレポリマーに混合して化学結合させたポリウレタンエラストマーからなるゴム状弾性体により被覆されるものである。
【００１４】
本発明において、ＮＣＯ基を有するポリウレタンプレポリマーにＯＨ基及びＣＯＯＨ基の活性基を有する超高分子量ポリエチレンパウダーを混合すると、両者が化学結合して物性が低下することがないと共に、撥水性が増し、塗液がロールから基紙に転移する際の転移率が増す。また、塗液の転移率が増すと同時に、塗液の開裂による塗工面の平滑性が低下するのが抑えられる。さらに、紙粉等の異物が付着し難くなり、紙粉等の異物がロール表面に堆積して紙表面の平滑性を損なうことも抑えられる。
【００１５】
塗工用ロールの場合には、ロール被覆材の水に対する接触角を９０度以上１４０度以下、好ましくは１２０度以上１４０度以下とすることにより、塗被紙表面の品質が良好になることが経験的に分かっている。前記ポリウレタンエラストマーの表面が、面粗度Ｒｍａｘ１０よりも小さいと水に対する接触角が９０度より小さくなり、ロール表面からの塗液の転写が悪化し、塗工ムラが発生する。一方、面粗度Ｒｍａｘ５０を超えると水に対する接触角が１４０度より大きくなり、ロール表面の濡れ性が悪く、塗液がロール表面に付着せず塗工ムラが発生する。
【００１６】
【実施例】
次に、この発明の実施例を比較例と共に説明する。
【００１７】
実施例１及び比較例１〜２
製紙用ロールの被覆層を構成するポリウレタンエラストマーは、比較例１、比較例２、実施例１ともにユニロイヤル社製のポリウレタンプレポリマー「アジプレンＬ１００」(商品名)を用いた。比較例１は、架橋剤のみを使用した従来品のポリウレタンエラストマーである。比較例２では、三井石油化学（株）製の表面不活性の超高分子量ポリエチレンパウダー「ミペロン２２１Ｕ」(商品名)を「アジプレンＬ１００」(商品名)１００重量部に対して３重量部混合した。また、実施例１では、特殊な物理的処理を施して表面を改質してＯＨ基及びＣＯＯＨ基を有するコンポジットパーテクルズインコーポレーション社製の超高分子量ポリエチレンパウダー「ＶＩＳＴＡＭＥＲ ＵＨ−１７００」(商品名)を「アジプレンＬ１００」(商品名)１００重量部に対して３重量部混合した。架橋剤には、比較例１、比較例２及び実施例１とも、芳香族ジアミン系架橋剤であるイハラケミカル（株）製の商品名「キュアミンＭＴ」を用いた。
【００１８】
上記構成により得られた比較例１、比較例２及び実施例１のポリウレタンエラストマーについて、各種の比較試験を行った。試験の結果は表１に示すとおりであるが、硬さ（ＪＩＳ Ａ）、引張強さ（ｋｇ／ｃｍ２）、伸び（％）、引き裂き強さ（ｋｇ／ｃｍ）、反発弾性率（％）、圧縮永久歪み（％）、ＮＢＳ摩耗抵抗率（％）の試験については、ＪＩＳ Ｋ６３０１に基づいて行った。摩擦係数は表面性試験機を用いて行った。
【００１９】
摩擦係数の試験は、静摩擦係数と動摩擦係数について行った。試験方法は、図１に示す表面性試験機を用いた。移動テーブル１の上に接触物としてコピー紙２を固定し、前記コピー紙２上に試験用ロール３を載置する。試験用ロール３は、外径寸法３０ｍｍ、長さ寸法１２０ｍｍのものを用いた。試験用ロール３には、垂直方向に加重（Ｗ）４として１０００ｇをかけるとともに、支点５を有するアーム６を取り付ける。アーム６の支点５の反対側には試験用ロール３のコピー紙２上への自重を除くためのバランサー７を取り付けるとともに、アーム６の先端は測定器８を備えたロードセル９に取り付けてなる。
【００２０】
上記構成において、バランサー７により試験用ロール３の自重を除きながら、移動テーブル１を１分当たり５メートルの速さで移動させ、ロードセル９により摩擦力（Ｆグラム）を測定した。測定の解析は、測定された摩擦力をグラフ化して図２に示すように、テーブル移動開始時の摩擦力（Ａグラム）と、移動後平行に達した時点の摩擦力（Ｂグラム）から次の数式１及び数式２により摩擦係数を求めた。
【００２１】
【数１】

【００２２】
【数２】

【００２３】
【表１】

【００２４】
表１より、本発明に係る製紙用ロールのロール用被覆材のＮＢＳ摩耗抵抗率が、従来品に比べ飛躍的に向上し、ロール寿命やロール被覆材による紙製品の汚染など、摩耗による不都合が解消されることが判る。
【００２５】
実施例２〜６
次に、ＯＨ基及びＣＯＯＨ基を有する超高分子量ポリエチレンパウダーとして「ＶＩＳＴＡＭＥＲ ＵＨ−１７００」（商品名）の配合量を変量した場合をそれぞれ実施例２〜実施例６とし、「ＶＩＳＴＡＭＥＲ ＵＨ−１７００」（商品名）を配合しなかった場合を比較例１として、物性比較試験を行った。試験は、ＪＩＳ Ｋ６３０１に基づいて行った。試験の結果は表２に示すとおりである。
【００２６】
【表２】

【００２７】
上記結果から明らかなように、ＯＨ基及びＣＯＯＨ基を有する超高分子量ポリエチレンパウダーの配合量を増量すると、特に圧縮永久歪みが大きくなる。
圧縮永久歪みが大きくなると製紙用ロールの運転中にロール表面に凹凸が発生したり、発熱が大きくなる等の不具合現象が生じることから、ＯＨ基及びＣＯＯＨ基を有する超高分子量ポリエチレンパウダーの配合量は１０重量部が製紙用ロールとしての限界である。従って、ＯＨ基及びＣＯＯＨ基を有する超高分子量ポリエチレンパウダーの配合量はウレタンプレポリマー１００重量部に対して３〜１０重量部の範囲とする。
【００２８】
実施例７〜１１及び比較例３〜１１
次に、塗液の転写が安定して行われるための撥水性、即ち、水に対する接触角について調べた。サンプルは次のようにして作成した。比較例３及び比較例５〜１０は「アジプレンＬ１００」(商品名)で試料を作成し、比較例４、比較例１１及び実施例７〜１１は「アジプレンＬ１００」(商品名)１００重量部にＯＨ基及びＣＯＯＨ基を有する超高分子量ポリエチレンパウダー「ＶＩＳＴＡＭＥＲ ＵＨ−１７００」（商品名）を３重量部混合してサンプルを作成した。
【００２９】
前記サンプルの表面を研磨により、それぞれ面粗度をＲｍａｘ５（比較例３及び比較例４）、Ｒｍａｘ１０（比較例５及び実施例７）、Ｒｍａｘ１５（比較例６及び実施例８）、Ｒｍａｘ３０（比較例７及び実施例９）、Ｒｍａｘ４０（比較例８及び実施例１０）、Ｒｍａｘ５０（比較例９及び実施例１１）及びＲｍａｘ５５（比較例１０及び比較例１１）とした。測定は、協和科学（株）製の接触角計「ＣＡ−Ｐ型」を用いてスクリーン投影法によって、図３に示すように各実施例と比較例の水に対する接触角について行い、結果は表３に示すとおりである。
【００３０】
【表３】

【００３１】
上記測定結果から明らかなように、実施例７から実施例１１は塗液の転写が安定して行えることが経験的に分かっている水に対する接触角９０度から１４０度の範囲内であるが、比較例３乃至比較例１０はいずれも９０度より低いことが分かる。又、比較例１１では面粗度Ｒｍａｘを５５としたが、この場合には水に対する接触角が１４０度を超えている。従って、ポリウレタンエラストマーの表面は、面粗度Ｒｍａｘ１０〜５０とすることが好ましい。ポリウレタンエラストマーの表面が面粗度Ｒｍａｘ１０より小さいと撥水性が低下し、ロール表面からの塗液の転写が悪化し、塗工ムラが発生する。一方、ポリウレタンエラストマーの表面が面粗度Ｒｍａｘ５０を超えると撥水性が増大し、ロール表面の濡れ性が悪く塗液がロール表面に付着せず、塗工ムラが発生する。
【００３２】
このテスト結果を工業規模で確認するために実施したテストの結果を表３の下欄に示した。塗工面の品質は各材質のロールを転写型ロールコーターのアプリケーションロールに適用して得られた塗工紙の塗工面を目視観察した結果を３段階評価したものである。又、紙粉の付着状況は各材質のロールをスムーザーロールに適用し一昼夜連続運転した後の紙粉の付着状況を目視観察した結果を３段階評価したものである。
【００３３】
その結果、面粗度Ｒｍａｘが１０〜５０の範囲にある実施例７〜１１のロールを用いた転写型ロールコーターでは塗液の転写が安定しており、塗被紙表面の品質も損なわれることなく極めて良好な状態であった。又、スムーザーロールに適用した場合の紙粉の付着状況についても、面粗度Ｒｍａｘが１０〜５０の範囲にある実施例７〜１１が好結果をもたらした。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係る製紙用ロールは、ロールコアと少なくとも一層以上のゴム状弾性体の被覆層からなり、前記ゴム状弾性体をＮＣＯ基を有するポリウレタンプレポリマー１００重量部に対して、ＯＨ基及びＣＯＯＨ基の活性基を有する超高分子量ポリエチレンパウダー３〜１０重量部を、ＮＨ2基又はＯＨ基を有する架橋剤とともに混合して化学結合させることによって、物性が殆ど低下することがない。また、本発明に係る製紙用ロールは、適度な撥水性が得られ、塗液がロールから基紙に転移する際の転移率が増すと同時に、塗液の開裂による塗工面の平滑性が低下するのが抑えられる。さらに、紙粉等の異物が付着し難くなり、紙粉等の異物がロール表面に堆積して紙表面の平滑性を損なうことも抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面性試験機の説明図である。
【図２】摩擦力測定における摩擦力を示すグラフである。
【図３】接触角の測定法の説明図である。
【符号の説明】
１：移動テーブル
２：コピー紙（接触物）
３：試験用ロール
４：加重（Ｗ）
５：支点
６：アーム
７：バランサー
８：測定器
９：ロードセル

Claims (3)

1. ロールコア上に、少なくとも１層以上のゴム状弾性体からなる被覆層を設けた製紙用ロールにおいて、少なくとも最上層の該ゴム状弾性体が、ＮＣＯ基を有するポリウレタンプレポリマー１００重量部に対して、ＯＨ基及びＣＯＯＨ基の活性基を有する超高分子量ポリエチレンパウダー３〜１０重量部を、ＮＨ2基又はＯＨ基を有する架橋剤とともに混合して化学結合させたポリウレタンエラストマーであることを特徴とする製紙用ロール。
2. 前記請求項１記載の製紙用ロールにおいて、最上層のＮＢＳ摩耗抵抗率が１０００％以上であることを特徴とする製紙用ロール。
3. 前記請求項１記載の製紙用ロールにおいて、最上層の表面における面粗度（Ｒｍａｘ）が１０〜５０であることを特徴とする製紙用ロール。

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