JP3678455B2 - 塗料の塗工性を評価する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、印刷適性の改良を目的として洋紙などの原紙に塗布される塗料、中でもラテックス含有塗料の塗工適性およびコーティングプロセスの操業性の評価技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙、プラスチックフィルム等に塗料をコーティングする方法として、ブレードコーター方式がある。この方式は、高速で移動する紙に少量の塗料を平滑に塗布するのに適するため、多くの製紙会社で採用されている。
このブレードコーター方式は、塗工速度をより高速にしたり、塗工量をより微量にしたりすると、塗工時にブレードの刃先や裏側へ塗料がしみ出したり、析出したりして、塗工紙面を汚染するブリーディング、ストリークなどの操業欠陥が発生する。
【０００３】
そこで、新しい条件で塗工を行う際には、操業機あるいは操業機並のコーターで紙塗工を行い、塗工適性や操業性を確認している。この塗工適性や操業性は塗料の流動特性に応じて大きく変わり、その流動特性は塗料の配合や固形分濃度によって変わるため、塗料の選定には膨大な人手と時間が費やされる。
このため、実際に紙塗工を行う代わりにバッキングロールに塗工して、ブレードの刃先への塗料のしみ出しなどを確認する簡易評価などを行っているが、再現性のある結果が得られていない。
【０００４】
また、ベンチスケールのブレードコーターを利用した操業性の評価なども試みられており、さらに、少量の塗料を用い、短時間で塗工を終えるラボコーターなどでも、塗料の塗工適性などの評価は行われているが、操業欠陥の発現など操業性の評価には用いられていない。
前述のバッキングロール塗工による操業性の評価方法では、バッキングロール上の塗工厚みが特定できていないために、同じ塗工厚みでの評価になっておらず、再現性に乏しい評価方法となっている。
【０００５】
また、ブリーディング、ストリークなどの操業欠陥の発現にはブレードと支持体とのなす角度が著しく影響することが知られており、一般的なベンチスケールのブレードコーターは本来、塗工紙の品質の測定を目的としているため、塗工時のブレードと支持体とのなす角度を管理できないので、操業機における操業性をうまく再現できない。
また、これらの操業欠陥はその発現に数十分から数時間といった時間を要するため、数秒で塗工が完了するラボコーターなどではこうした操業欠陥の現象の確認すらできない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術の欠点を改良し、塗工厚みおよびブレードと支持体とのなす角度を一定に保持しつつバッキングロールに塗布し、操業欠陥の発現に十分な時間をかけてブレード刃先を観察することで、簡単にブレード塗工における塗料の塗工適性および操業性の評価を行う方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明では、金属ロールあるいはゴム被覆ロールから成るバッキングロール、ロール駆動装置、塗料アプリケーション部に加えて、塗布された塗料の塗工厚みをウェットな状態でオンライン測定する計器、および、ブレードと支持体とのなす角度（以後「ワーキング角」と称する。）をオンラインまたはオフラインで測定する計器の各々を装備した装置を用いて塗工性を評価する。
【０００８】
本発明の評価方法は、前記装置を用いて、紙を用いず、バッキングロールに直接、塗料を塗布し、液厚み、ワーキング角を一定とした条件下でブレード刃先および裏面の状態を数分の間、観察することによって、操業性を評価するものである。
本発明は、通常一般の塗料に適用できるが、ラテックス含有塗料への適用が好ましい。 次に、第１図の装置を用いて本発明を詳細に説明する。
【０００９】
第１図において、１はアプリケーターロールであり、２の液受けパンから塗料３を持ち上げて、バッキングロール４に供給する機構となっている。アプリケーターロールとバッキングロールは接触しておらず、ロール間隙間は変更することができる。また、アプリケーターロールの表面速度や回転方向も変更することができ、バッキングロールに供給する塗料の量を幅広く設定できるようになっている。なお、これらアプリケーションの機構は、必ずしもロールアプリケーション方式とする必要はなく、必要に応じて、ショートドウェル方式（第２図）やファウンテン方式（第３図）を採用することができる。
【００１０】
アプリケーターロール１から過剰に供給された塗料はブレード５によって掻き取られ、バッキングロール上に所定厚さの液膜を形成する。ブレードは剛直で先端に傾斜角を設けたベベルブレードを利用し、ブレードの刃先からクランプ箇所までの自由長ａ（第１図）が幅方向で同じ寸法になるようにブレード支持部６に取り付ける。このブレード支持部は全体が回転する構造になっており、ブレードをバッキングロールに対して任意の角度に設定することができる。また、このブレード支持部はスライドテーブル７に取り付けられており、テーブルをスライドさせることによってブレードとバッキングロール間の隙間あるいは押付力を変更することができる。
【００１１】
ブレード５は、バッキングロール４に接触するまでは真直だが、塗料を掻き取るためにバッキングロールに押し付けると、ブレード先端ではたわみｂが生じ、ワーキング角θも変化する（第４図）。そこで、本発明では、第５図に示すように、ブレード支持部６に光学式変位計８を取り付けて、ブレード先端の変位を測定し、塗工時のブレード先端のたわみｂを求めている。ブレード先端のたわみ角φは、ブレードの変形を真すぐ梁のたわみ変形とみなして、たわみとたわみ角の関係式から求めた。ブレードがバッキングロールに接触する前のワーキング角θ０は角度ゲージ９（第１図）から読み取る。以上、塗工時のたわみ角φと接触前のワーキング角θ０から、塗工時のワーキング角度θが求まる。本装置のブレード支持機構だと、ブレードを押し付けた時に先端がロールに接触する位置が変化するため、厳密にはθ＝（θ０−φ）とならないが、実際の塗工はたわみ角φが非常に小さい領域で行われているため、θ≒（θ０−φ）と考えて差し支えない。なお、このブレード刃先のたわみ角φを求める機構は、必ずしも光学式変位計を利用する必要はなく、接触式変位計や歪みゲージを用いても求めることができる。
【００１２】
バッキングロール３上の塗工厚みは光学式変位計１２で測定する。評価装置に取り付けた光学式変位計で、塗工前のバッキングロール表面位置ｃと、塗工後のバッキングロール上の塗膜表面の位置ｄを測定し、その偏差から塗工厚みｅを決定する（第６図）。
【００１３】
偏差から塗工厚みを決定する方法はバッキングロールが金属ロールのように十分硬い場合は問題ないが、ロールがゴム被覆ロールのように柔らかい場合には、ブレード近傍のロールがブレードの押し付けによって大きく変形し、ブレードを押し付ける前と後でロール表面位置が異なる不具合が生じる。そこで、ロール表面および塗膜表面の測定は、第７図に示すように、ブレードから十分下流で、ロールの変形の影響が及ばない場所で行う（例えば、直径φ３００ｍｍ、被覆ゴム厚み２０ｍｍ、ゴム硬度ＪＩＳ ９０°のバッキングロールを用いて、粘度２０〜１００ｃｐの塗料を塗工速度１００〜５００ｍ／ｍｉｎで塗布する場合、表面変位の測定はブレード先端から３５０ｍｍ下流、角度で１３５°下流の位置で行った）。
なお、バッキングロール上に塗布された塗料はバッキングロールに同伴して、アプリケーターロールによる供給部に到達し、再び液受けパンに戻るため、塗料は繰り返し利用することができる。
【００１４】
本発明による塗工適性および操業性を評価する手順は第８図のフローシートに示されたとおりのものであり、以下の通りである。
１．評価する塗料を準備する。
２．所定の速度に保たれたバッキングロールに直接、塗料を塗布する。
３．液厚み、ワーキング角が一定となるようにブレード支持部、スライドテーブルを調節する。
４．所定の液厚み、ワーキング角になった状態で、ブレードの刃先および裏面の状態を観察する。なお、刃先の観察には第７図に示すようなモニターマイクロスコープ１３を用いると析出状態がわかり易い。
【００１５】
操業機並のパイロットコーターで確認したところ、ブレードの刃先や裏面に塗料が析出して操業欠陥が発現するまでには、少なくとも２〜３分かかるため、ブレードの刃先および裏面の観察は３〜５分間程度、望ましくは５分以上、続ける必要がある。逆に、長時間バッキングロール塗工を続けることで塗料の変性やブレード刃先の摩耗し易さを評価することも可能である。
なお、調整の段階でブレードの刃先および裏面に塗料が析出した場合には、一旦、塗工をやめ、刃先および裏面を清掃した後に観察を行う。
５．塗料の固形分濃度やバッキングロールの速度を変えて、同様の調節を施し、観察を行う。
【００１６】
以上の手順を経て、塗料の固形分濃度、塗工速度毎の塗工適性および操業限界を把握する。観察例を第９図に示す。なお、図中の記号は以下のような塗工状況を意味する。
○：安定して塗工できた
△：わずかに塗料が析出（モニターマイクロスコープで確認；臨界）
×：塗料の析出が認められた（目視で確認）
【００１７】
第９図からは、塗料の固形分濃度が高くなると、低い塗工速度でも操業欠陥が発生することがわかる。
また、塗工速度を固定し、順次、塗工厚みの設定値を変えることで塗工性を評価する場合には、ブレードを操作することにより、第１０図の如きフローシートに示すような評価手順を取れば良い。
【００１８】
【作用】
本発明では、バッキングロールに塗工して観察を行うため、紙を使わず、簡単に評価作業を行うことができる。また、塗料も繰り返し使用できるため、少量の塗料で評価を行うことができる。
本発明では、塗工厚みやワーキング角を厳密に計測しているため、操業機で設定している運転条件を正確に反映した評価を行うことができる。また、従来法では、十分に管理されていなかった塗工厚み、ワーキング角を一定に保った状態で評価するため、再現性のある結果が得られる。
【００１９】
また、これらの塗工厚みやワーキング角の測定はオンラインで行っているため、目標値まで比較的容易に到達することができる。
なお、本発明による評価には、塗工適性や操業性に大きく関与すると言われている原紙の影響が全く含まれないため、原紙の影響を排除した塗料そのものが持つ特性を直接的に評価することができる。
【００２０】
【実施例】
以下に、実施例等と用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
（実施例１）
表１に示す配合で顔料、バインダー、添加剤を混ぜ、水に分散させて、３種類の塗料を作成した。１種類の塗料につき、固形分濃度を３種類に振り分けて、ほぼ同程度の粘度となるような塗料を作成した。各塗料の流動特性（粘度のせん断速度依存性）を第１１図に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
本発明の評価用コーターを用いて、これらの塗料をバッキングロールに塗布し、操業欠陥の発現の有無を観察した。操業欠陥が発現しない場合には、塗工速度を上げて、同様の実験を行った。実験した塗工速度は１００〜５００ｍ／ｍｉｎの範囲である。
【００２３】
塗工時のせん断速度における塗料粘度に対して、操業欠陥の発生し始める限界塗工速度をプロットすると、第１２図のようになり、塗料粘度が高くなるほど、低速の領域から操業欠陥が発生する傾向が認められた。この傾向は操業機でも一般的に認められる現象である。
ただし、同じ塗料粘度でも、配合の異なる塗料間で操業欠陥の発生する速度が異なる結果が得られており、塗料粘度だけでは操業限界を把握できないことを示唆している。
【００２４】
（参照例１）
実施例１と同じ塗料を用いて、操業機並のパイロットコーターで紙に塗工した時にブレード刃先への析出を観察した。
塗料粘度と操業限界の塗工速度の関係は、第１２図のようになり、パイロットコーターによる紙塗工の結果も、本発明の評価用コーターとほぼ同様の結果となった。
【００２５】
実施例１と参照例１から明らかなように、塗料粘度と操業限界の塗工速度の関係は、パイロットコーターによる紙塗工の結果も、本発明の評価用コーターによるバッキングロール塗工の結果もほぼ同様の関係となっている。そして、配合の異なる塗料間の操業性の相対的な優劣は紙塗工も本発明のバッキングロール塗工でも同じである。このことから、本発明の評価用コーターによって、操業機並に、塗料の操業性に関する優劣の判定を行えることがわかる。
【００２６】
（実施例２）
実施例１と同じ方法で、ブレードとロールのなす角度を変更して、ブレード刃先の析出を観察した。
ブレードとロールのなす角度を小さくし、ブレード下面とロールのなす隙間が下流に行くほど広くなる、いわゆるヒール当りの状態になると、塗工速度が遅くても操業欠陥が現れ始めた。逆に、ブレードとロールのなす角度を大きくすると、塗工速度を増していっても操業欠陥はなかなか認められず、操業限界がブレードとロールのなす角度によって著しく影響を受けることが判った。
【００２７】
（実施例３）
実施例１と同じ方法を用いて、塗工厚みを変更して、ブレード刃先の析出を観察した。
塗工厚みが薄い場合には、塗工速度が比較的遅いうちから操業欠陥が現れ始めた（第１３図）。逆に、塗工厚みが厚くなると、塗工速度を増していっても操業欠陥はなかなか現れず、操業限界が塗工厚みによって著しく影響を受けることが判った。
実施例２、３から明らかなように、操業欠陥の発現は塗料粘度や塗工速度だけでなく、ワーキング角度や塗工厚みによって、著しい影響を受けるため、操業性の良否を判定する際には、ワーキング角度や塗工厚みを揃えておく必要があることが判る。
【００２８】
【発明の効果】
本発明では、塗料の塗工適性や操業性の評価方法において、
▲１▼紙を使わず、バッキングロールに塗工して評価を行うため、ワインダーやアンワインダー、乾燥機などの設備が省略でき、評価用の設備負担を大幅に低減できる、
▲２▼紙を使わないために、紙通しや乾燥条件の設定などの繁雑で手間のかかる作業を省くことができ、効率的な評価作業が行える、
▲３▼評価用の原紙や乾燥に必要な熱源などが不必要となり、大量の塗料を準備する必要もなくなるため、評価に必要なコストの大幅な低減が計れる、
▲４▼ロールへの塗工厚み、および、ブレードとロールのなす角度を操業機とほぼ同じ条件に設定し、厳密に監視しているため、評価の信頼性、再現性が高く、高効率で評価作業を進めることができる、
▲５▼評価の際に、紙を用いないため、サイズ度や表面粗さなど原紙固有の特性に左右されることなく、塗料の塗工性能の評価を行うことができる、
という効果を奏する。
以上、本発明の評価方法を用いることで、容易に塗料の塗工適性や操業性が把握でき、安定塗工のために良好な品質の塗料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による評価方法を実施する評価装置の概略図である。
【図２】本発明の評価方法を実施するのアプリケーション機構がショートドウェル方式の評価装置の概略図である。
【図３】本発明の評価方法を実施するアプリケーション機構がファウンテン方式の評価装置であるの概略図である。
【図４】本発明の評価方法において、ブレードと支持体とのなす角度（ワーキング角）の説明図である。
【図５】ブレードのたわみを測定する原理の説明図である。
【図６】本発明による評価方法において、塗料の塗工厚みをウェットな状態でオンライン測定する原理の説明図である。
【図７】塗工厚みを測定する光学式変位計およびブレード刃先を観察するモニターマイクロスコープの配置例の説明図である。
【図８】塗工厚みを固定し、順次、塗工速度の設定値を変える塗工テストを行う際のフローチャートを示したものである。
【図９】本発明による評価方法を実施する評価装置および操業機並コーターにて行った操業性評価の結果から、各固形分濃度、塗工速度における塗工状況を示したものである。
【図１０】塗工速度を固定し、順次、塗工厚みの設定値を変える塗工テストを行う際のフローチャートを示したものである。
【図１１】実施例１、２および参照例１において使用した塗料の流動特性を示したものである。
【図１２】本発明による評価装置および操業機並コーターにて行った操業性評価の結果から、塗料粘度に対して限界塗工速度をプロットしたものである。
【図１３】操業機並コーターにて行った操業性評価の結果から、塗料速度と塗工厚みをプロットし、操業性の良否判定を示したものである。
【符号の説明】
１ アプリケーターロール
２ 液受けパン
３ 塗料
４ バッキングロール
５ ブレード
６ ブレード支持部
７ スライドテーブル
８ 光学式変位計（たわみ測定用）
９ 角度ゲージ
１０ ショートドウェル
１１ ファウンテンノズル
１２ 光学式変位計（塗工厚み測定用）
１３ モニターマイクロスコープ

Claims (3)

1. アプリケーターから支持体へ供給された塗料をブレードで所定の厚みに掻き取るブレード塗工における塗料の塗工性を評価する方法において、支持体として、金属ロールあるいはゴムで被覆したロールを用い、塗工時のブレードとロールのなす角度およびロールに塗布される液厚みを一定とし、塗工時のブレードの刃先における塗料のしみ出し、析出および／または凝集物の有無、または、ロール面の塗工欠陥から、塗料の塗工性を評価する方法。
2. 特許請求の範囲第１項記載の塗料の塗工性を評価する方法において、塗工厚みを固定し、順次、塗工速度の設定値を変えることで、塗料の塗工性を評価する方法。
3. 特許請求の範囲第１項記載の塗料の塗工性を評価する方法において、塗工速度を固定し、順次、塗工厚みの設定値を変えることで、塗料の塗工性を評価する方法。

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