JP3695948B2

JP3695948B2 - 紙面のコーティング方法およびコーティング装置

Info

Publication number: JP3695948B2
Application number: JP18335598A
Authority: JP
Inventors: 宣勝浅野
Original assignee: 有限会社協和ラミコート
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2018-06-15
Also published as: JPH11350398A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロールに巻かれた長尺な紙材に紫外線硬化樹脂等の特定光線硬化樹脂からなるコーティング層を形成するコーティング方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙などの基材の光沢加工として、表面にポリエチレン等の樹脂膜をコーティングする処理が行われている。
従来のコーティング手法としては、多くの場合、押出法によって行われているが、この押出法では押し出しによるフィルム化のため再生紙の過程でトラブルが生じて故紙にできない。また、最近の加工技術として樹脂液コーティングでは、コンマコータ、ナイフコーター、リーバースコーターなどのいずれの手法によっても樹脂膜をかなり厚く（ウエット換算で約４０ｇ／ｍ2〜約５０ｇ／ｍ2）コーティングしなければならなかった。そして、塗布した樹脂膜にフィルムを重ね合わせてフィルム表面の平滑面を転写したり、或はフィルムの表面に形成したエンボスなどの凹凸を樹脂膜に転写する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在、環境問題などの観点から故紙の再生が社会的に大きな要請となっている。
ここで、樹脂コーティングを施した紙材については、故紙再生時に紙材表面の樹脂膜を撹拌したり粉砕してアルカリ溶剤等で取り除く必要がある。
しかしながら、従来にあっては上記のような事情から樹脂膜は紙面上に比較的厚く形成されるため、樹脂膜を十分に取り除くことが困難で、上記紙材は事実上再生されていない。
また、従来のコーティング方法により樹脂膜を薄くコーティングすると、塗布膜は酸素疎外により未硬化となり紙材との接合力や強度が不足しがちであった。
さらに、フィルムの平滑面を転写したり、或はフィルムの表面に形成した凹凸を転写する場合、加熱と加圧をしながらフィルムを繰り返し使用するため、フィルムの伸びや凹凸の潰れ、歪みがあるので、フィルムの耐久性に問題を生じることが少なくなかった。特に、ホログラムに代表される超微細な凹凸を樹脂膜に転写して形成する場合に、凹凸が潰れると、樹脂膜に転写した凹凸に誤差が生じて光の反射が狂ってしまうので、鮮明な模様や図柄を形成することができなかった。また、フィルムが伸びた場合も、同様な不都合を生じ易い。
【０００４】
本発明は上記した従来の事情に鑑みなされたもので、紙面上に比較的薄くて十分な接合力を有する樹脂膜のコーティングを施すことができるコーティング方法及びその装置を提供することを目的とする。また、要求される強度を満足させつつも、故紙再生時には樹脂膜をできるかぎり薄膜にして、撹拌やアルカリ溶液で取り除き易くすることを目的とする。さらにまた、加熱や加圧を最小限にしてフィルムの凹凸の潰れや歪みや伸びを抑制することによりフィルムの耐久性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載のコーティング方法は、ロールから巻き戻された紙材に、光線を照射すると硬化する光線硬化樹脂塗料を塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記紙材と前記光線を透過するフィルムとを重ね合わせる直前に第１の光線照射装置により前記光線を照射して前記塗布膜の硬化を開始させ、塗布膜が硬化を開始した後に塗布膜とフィルムの表面とを圧着させ、その後で当該フィルムを通して第２の光線照射装置により前記光線を照射して当該塗布膜を硬化させる工程と、
外力を加えて前記紙材に形成された硬化塗布膜から前記フィルムを剥離させる工程と、
を含むことを特徴とする。
ここで、光線硬化樹脂とは、可視光線に限らず特定波長の光線（ビーム）を照射することにより硬化する樹脂であり、例えば紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂などがある。
【０００６】
請求項２に記載のコーティング方法は、前記光線硬化樹脂塗料は、ウエット換算で３〜１５ｇ／ｍ ² が塗布されることを特徴とする請求項１に記載の紙面のコーティング方法である。
【０００７】
請求項３に記載のコーティング方法は、前記フィルムが、光線硬化樹脂塗料と重なり合う表面に凹凸を形成した版であり、この版の凹凸を光線硬化樹脂塗料の塗布膜に転写することを特徴とする請求項１または２に記載の紙面のコーティング方法である。
【０００８】
請求項４に記載のコーティング装置は、ロールから巻き戻された紙材に、光線を照射すると硬化する光線硬化樹脂塗料を塗布して塗布膜を形成する樹脂塗布装置と、
前記紙材と前記光線を透過するフィルムを挟圧して前記塗布膜を当該フィルムの表面に圧着させる一対の加圧ローラ、及び、当該加圧ローラで前記紙材と前記光線を透過するフィルムとを重ね合わせる直前に前記光線を照射して前記塗布膜の硬化を開始させる第１の光線照射装置と、その下流側に配置されて、フィルムを通して前記光線を照射して当該塗布膜を硬化させる第２の光線照射装置を有する硬化装置と、
外力を加えて前記紙材に形成された硬化塗布膜から前記フィルムを剥離させる剥離装置と、
前記紙材を樹脂塗布装置、硬化装置、剥離装置へと順次搬送する紙材搬送装置と、
前記フィルムを硬化装置、剥離装置へと順次搬送するフィルム搬送装置と、
を備えたことを特徴とする紙面のコーティング装置である。
【０００９】
請求項５に記載のものは、前記フィルムが、印刷等により凹凸を形成した原版上に溶融樹脂を塗布して硬化させてから剥離して上記凹凸を転写した反転転写版であることを特徴とする請求項４に記載の紙面のコーティング装置である。
【００１０】
請求項６に記載のものは、前記フィルムが、印刷によってフィルム表面にインクの凹凸を形成したものであることを特徴とする請求項４に記載の紙面のコーティング装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るコーティング装置１の構成の概略を示す図である。
この第１の実施の形態は、ロール状に巻かれた紙材２の表面を、代表的な光線硬化樹脂である紫外線硬化樹脂の膜でコーティングするものである。紙材２はロール３として紙材巻出し装置４に保持されており、巻き戻された紙材２はガイドローラ５で案内されて紙材巻取り装置６にロールとして巻き取られる。これら紙材巻出し装置４、ガイドローラ、紙材巻取り装置６は全体として紙材搬送装置を構成しており、紙材２のガイドローラ５による搬送途中には後述する樹脂塗布装置、硬化装置及び剥離装置が順次設けられている。
【００１２】
一方、前記した特定の光線を透過する特性を有する、すなわち本実施形態では紫外線透過性の長尺なフィルム１０がロール１１としてフィルム巻出し装置１２に保持されており、巻戻されたフィルム１０はガイドローラ１３で案内されてフィルム巻取り装置１４にロールとして巻取られる。これらフィルム巻出し装置１２、ガイドローラ１３、フィルム巻取り装置１４は全体としてフィルム搬送装置を構成しており、フィルム１０のガイドローラ１３による搬送途中には硬化装置及び剥離装置が順次設けられている。
【００１３】
上記した樹脂塗布装置は、紫外線硬化樹脂の溶液を貯留する貯留槽１５と、貯留槽１５内の紫外線硬化樹脂溶液を塗布ローラ１６の表面に均一に塗布するローラ１７と、紙材２の搬送方向に対応して回転駆動される塗布ローラ１６とを備えており、硬化装置の上流側近傍に設けられている。
【００１４】
また、上記した硬化装置は、フィルム１０に接して当該フィルム１０の搬送方向に対応して回転駆動される光線透過性（紫外線透過性）の加圧ローラ２０と、回転自在に設けられて加圧ローラ２０との間で搬送されてきたフィルム１０と紙材２を重ね合わせて挟圧する受け側の加圧ローラ２１と、加圧ローラ２０に内蔵された第１の光線照射装置としての紫外線照射ランプ２２と、搬送方向の下流側であって加圧ローラ２０，２１の近傍に設けられた第２の光線照射装置としての紫外線照射ランプ２３とを備えている。
【００１５】
また、上記した剥離装置は、フィルム１０を紙材２上に形成された硬化した塗布膜から離隔する方向へ案内するセパレートローラ２４と、剥離されるフィルム１０に対抗して紙材２を挟持案内する一対の保持ローラ２５，２５とを備えている。
【００１６】
ここで、上記フィルム１０は平滑な表面を有して樹脂が浸透及び密着しない素材、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレン複合材等といった紫外線透過性材料からなるフィルムが用いられる。なお、このフィルム１０はコロナ処理などの処理を施さない未処理フィルムであることが望ましい。
【００１７】
また、フィルム１０は、表面が平滑なものに限定されるものではなく、樹脂膜の表面をどのように処理するかにより適宜に選択することができる。例えば、樹脂膜を光沢のある艶出し表面とする場合には、表面が平滑なフィルム１０を選択して使用し、樹脂膜を艶消しにしたい場合には表面がマット状に処理されたフィルム１０を選択し、細かな凹凸からなる模様や図柄を樹脂膜に形成したい場合には表面に小さな凹凸、例えばエンボスからなる模様や図柄を形成したフィルムを版として使用し、樹脂膜に超微細な凹凸からなるホログラムを形成する場合には、形成するホログラムとは逆の超微細凹凸を表面に形成したフィルムを反転転写版として使用する。この様に、表面に凹凸を形成した反転転写版（フィルム）を作成する場合には、印刷等の手段により凹凸を形成した原版上に剥離剤を塗布してから熱溶融樹脂、例えば溶融ポリエチレンを塗布する。そして、この溶融樹脂が硬化した後に剥離し、この剥離した硬化塗布膜を、原版の凹凸を転写した反転転写版（フィルム１０）として使用する。この様にして反転転写版を作成すると、印刷用の版は一般に安価で容易にできるので、これを反転転写してもコーティング用の版を容易に且つ安価に作成することができ、ホログラムの様に超微細な凹凸からなる版であっても十分な精密度を維持しつつ容易に且つ安価に作成できる。なお、原版を印刷で作成する場合には、グラビア、フレキソ、オフセット、スクリーンなど公知の印刷により作成でき、印刷したインクの部分が凸になる。
また、フィルムの表面に図柄などを直接印刷して、この印刷により、インクの凹凸を形成し、この凹凸を樹脂塗布膜に転写するように構成してもよい。この場合、印刷したフィルムの表面に剥離剤を塗布することが望ましい。
【００１８】
また、上記紫外線硬化樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、アクリル／スチレン等といったアルカリ可溶性の樹脂が用いられる。なお、アルカリ溶剤を用いる故紙再生技術を考慮すれば、紫外線硬化樹脂はアルカリ可溶性の樹脂が用いられるが、故紙再生の方法に応じて生分解性の樹脂塗料等であってもよい。
また、上記加圧ローラ２０は、例えば透明なガラスチューブで構成されるが、加圧に耐える強度及び必要な紫外線透過性を有すれば特にその材質に限定はない。
【００１９】
次に、上記構成のコーティング装置１の作用を説明して本発明に係るコーティング方法を具体的に説明する。
まず、紙材２は紙材搬送装置により紙材巻出し装置４から紙材巻取り装置６へとガイドローラ５で案内されながら搬送される。そして、硬化装置の上流側近傍に設けられている塗布ローラ１６はリバース回転駆動され、その外周面にローラ１７を介して貯留槽１５内の樹脂溶液を付着させてこれを搬送される紙材２の一方の表面に塗布する。
【００２０】
このように硬化装置の上流側近傍で紙材２に樹脂を塗布してから硬化装置に供給するので、紙材２に樹脂をある程度含浸させることができる。このため硬化した塗布膜は、頑強に紙材２にコーティングされて、紙材２を補強するとともに、コーティング膜（硬化塗布膜）の剥がれを防止する。
【００２１】
この樹脂溶液の塗布に際してはローラ１７により塗布ローラ１６の塗布量が決定され、紙材２の表面上には比較的薄く（ウエット換算で約３ｇ／ｍ²〜約１５ｇ／ｍ²）かつ均一の厚さの塗布膜が形成される。
【００２２】
上記のようにして樹脂溶液の塗布膜が形成された紙材２は、その塗布膜が形成されていない側の表面を加圧ローラ２１に接して、回転駆動されている一対の加圧ローラ２０，２１間に巻き込まれる。
【００２３】
一方、フィルム１０はフィルム搬送装置によりフィルム巻出し装置１２からフィルム巻取り装置１４へとガイドローラ１３で案内されて搬送される。この搬送経路において、フィルム１０は上記紙材２と共に加圧ローラ２０，２１間に巻き込まれ、紙材２と塗布膜を介して重ね合わされる。そして、第１の紫外線照射ランプ２２からの紫外線が加圧ローラ２０及びフィルム１０を通して紙材２の表面に圧着された状態にある塗布膜に照射される。このように紙材２とフィルム１０が加圧ローラ２０，２１間で挟圧されて塗布膜がフィルム１０に圧着されたと同時に、塗布膜をある程度硬化させる。
【００２４】
また、紙材２上に塗布された塗布膜は、加圧ローラ２０，２１によりフィルム１０と圧着される直前から塗布膜表面に第１の紫外線照射ランプ２２からの紫外線が照射されている。このため、塗布膜表面が硬化を開始した後に加圧ローラ２０，２１によるフィルム１０との圧着が行われ、この圧着により塗布膜が平滑に形成される。そして、硬化した塗布膜とフィルム１０との接合力は、塗布膜表面が硬化を開始する前からフィルム１０に圧着していた場合と比較すると弱く、したがって、後述するフィルム剥離工程におけるフィルム１０の剥離を容易にすることができる。
【００２５】
なお、本発明とは逆に、フィルム側に紫外線硬化樹脂塗料を塗布し塗布膜を形成し、このフィルムと紙材とを加圧ローラにより圧着させるとともに、紫外線を照射して塗布膜を硬化させ、硬化した後に外力を加えて紙材からフィルムを剥離させて紙材の表面に塗布膜を転写する方法も考えられる。しかしながら、この場合、フィルム表面の塗布膜は、加圧ローラにより紙材２に対して圧着される直前から第１の紫外線照射ランプによって紫外線が照射されるので、フィルム表面に塗布膜が付着した状態で塗布膜が硬化を開始してしまう。このため、塗布膜のフィルム表面に対する接合力が強く、しかしその反面塗布膜の紙材に対する接合力が弱められてしまい、フィルム剥離工程において硬化塗布膜からフィルムを剥離する際に強い力を必要とする。フィルム剥離に要する力は、フィルムを伸ばす力（フィルムに対する張力）としても作用するので、フィルムの伸びの原因となり、ひいてはフィルムの表面の平滑性を損なうものである。そこで、前記した様に、塗布膜が硬化を開始した後にフィルム１０に圧着するようにすると、塗布膜のフィルム１０に対する接合力を弱めた状態で平滑化する機能を発揮させて、フィルム１０に強い引っ張り力を作用させることなく剥離ができる。したがって、繰り返し使用するフィルム１０の耐久性を高めることができる。
【００２６】
また、小さな凹凸を表面に形成したフィルムの場合も同様の効果を期待することができる。特に、ホログラムを塗布膜に形成する時に版として使用するフィルム１０の場合、前記剥離の際の引っ張り力により伸びると、超微細な凹凸の位置が微妙に狂ってしまうので、設計通りのホログラムを形成することが困難であるが、フィルムに作用する引っ張り力を小さくすることができると、伸びを抑制することができる。したがって、前記した様に、剥離に要する力を少なくすることができると、ホログラムを形成するフィルム１０の場合には耐久性の向上に大きく寄与する。
【００２７】
上述の半硬化された塗布膜によって重ね合わされたフィルム１０と紙材２はその後、加圧ローラ２０，２１から第２の紫外線照射ランプ２３へと搬送され、ここで再び第２紫外線照射ランプ２３からの紫外線がフィルム１０を通して塗布膜に照射されて、塗布膜が完全に硬化される。なお、紙材２上に形成された塗布膜は薄いものであり、且つ、搬送途中で外気に晒されることから化学反応における酸素疎外を生じないため、塗布膜の硬化は迅速に完結され、硬化の戻りが生ずることはない。
【００２８】
塗布膜が完全に硬化されると紙材２とフィルム１０は剥離装置へと搬送され、セパレートローラ２４でフィルム１０を紙材２から離隔する方向へ案内して引き剥すと共に、引き剥されるフィルム１０に抗して紙材２を一対の保持ローラ２５，２５で挟持する。上述したように紙材２に樹脂をある程度含浸させているので、硬化した塗布膜は紙材２の表面に強固に接合して残存するとともに、塗布膜を硬化開始後にフィルム１０と圧着したため、フィルム１０は塗布膜から容易に剥離される。また、フィルム１０の表面が平滑である場合には、このようにして紙材２上に形成された硬化塗布膜はその表面が平滑となる。一方、表面に凹凸を形成したフィルムを版として使用すると、このフィルムの凹凸とは反転した凹凸が塗布膜に転写される。
【００２９】
上記のようにして硬化された塗布膜で表面をコーティングされた紙材２は紙材巻取り装置６でロールに巻き取られ、一方、フィルム１０はフィルム巻取り装置１４でロールに巻取られる。上記一連の工程によって形成される硬化塗布膜（樹脂膜）は、比較的薄くかつ均一な膜厚で紙材２の表面をコーティングし、且つ、紙材２にある程度含浸されているので十分な接合力がある。
【００３０】
また、フィルム１０は、加圧ローラ２０，２１等による圧着・硬化工程から剥離工程間のみ塗布膜と接しているので、樹脂溶液（塗布膜）と接する時間を短くできるとともに、半硬状態の塗布膜と接するので、塗布膜と接するフィルム１０表面の劣化（圧着・剥離による平滑性の低下）を抑制できる。したがって、塗布膜を平滑化する機能を維持した状態でフィルム１０を繰り返し使用できる。
【００３１】
なお、上述した第１の実施の形態におけるコーティング装置１は、紙材２上に形成された塗布膜を平滑するためのフィルム１０を繰り返し使用しても、フィルム１０の平滑機能や凹凸転写機能を維持できるのでエンドレス式のフィルム１０を使用したものにも適している。
【００３２】
なお、上記した実施の形態では、塗布ローラ１６を備えた樹脂塗布装置を示したが、この樹脂塗布装置は紙材２の表面に紫外線硬化樹脂を塗布することができればよく、例えば、紫外線硬化樹脂塗料をスプレーで吹き付けて塗布する形式、グラビア、フレキソ、バーコーターなどでもよい。
【００３３】
また、上記した実施形態では、光線硬化樹脂として代表的な紫外線硬化樹脂をコーティングする例を挙げて説明したが、本発明における光線硬化樹脂はこれに限定されるものではない。例えば、電子線（電離線：エレクトリックビーム）の照射により硬化する電子線硬化樹脂でもよい。そして、この場合のフィルムはこの電子線を透過させる特性を有し、また、照射ランプ（光線照射装置）も電子線を照射できるものとする。
紫外線は、紫外線透過フィルムを使用して、転写する基材がアルミニウム系の紙の場合に好適である。また電子線は、フィルムが紫外線を通さない場合に使用する。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、要求される強度等を満足させ、樹脂膜の膜厚が薄くても紙材表面をコーティングすることができる。
そして、形成された樹脂膜（硬化塗布膜）は膜厚が薄くても支障がなく、故紙再生に際して、適宜の溶液で紙材から容易に除去することができ、良質な紙材を再生することができる。
また、紙材を樹脂膜で表面コーティングしているため、この紙材を袋等に加工する際に、加熱加圧して樹脂膜を接着剤に利用したヒートシールを行うことができる。さらに、紙材に樹脂がある程度含浸しているので、加熱加圧した後も紙材と樹脂膜とが剥がれることがない。
また、フィルムを塗布膜の平滑化や凹凸の転写に使用しているだけであって、加熱する必要がないので、フィルム表面の劣化を抑制でき、フィルムの耐久性を向上させることができる。
さらに、紙材と光線透過性のフィルムとを重ね合わせる直前に光線を照射して塗布膜の硬化を開始させ、塗布膜が硬化を開始した後に塗布膜とフィルムの表面とを圧着させると共に、当該フィルムを通して光線を照射して当該塗布膜を硬化させると、フィルムを剥離する際にフィルムに作用する張力を弱くすることができるので、フィルムを繰り返し使用しても伸びを抑制することができる。したがって、フィルムの耐久性を向上させることができ、特に、ホログラム等の超微細凹凸を転写するフィルムにおいては顕著である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るコーティング装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１コーティング装置
２紙材
３ロール
４紙材巻出し装置
５ガイドローラ
６紙材巻取り装置
１０フィルム
１１ロール
１２フィルム巻出し装置
１３ガイドローラ
１４フィルム巻取り装置
１５樹脂溶液の貯留槽
１６塗布ローラ
１７ローラ
２０，２１加圧ローラ
２２，２３紫外線照射ランプ
２４セパレートローラ
２５保持ローラ
３０枚葉紙
３１紙材フィード装置
３２紙材ストック装置
３３駆動ローラ

Claims

ロールから巻き戻された紙材に、光線を照射すると硬化する光線硬化樹脂塗料を塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記紙材と前記光線を透過するフィルムとを重ね合わせる直前に第１の光線照射装置により前記光線を照射して前記塗布膜の硬化を開始させ、塗布膜が硬化を開始した後に塗布膜とフィルムの表面とを圧着させ、その後で当該フィルムを通して第２の光線照射装置により前記光線を照射して当該塗布膜を硬化させる工程と、
外力を加えて前記紙材に形成された硬化塗布膜から前記フィルムを剥離させる工程と、
を含むことを特徴とする紙面のコーティング方法。
前記光線硬化樹脂塗料は、ウエット換算で３〜１５ｇ／ｍ ² が塗布されることを特徴とする請求項１に記載の紙面のコーティング方法。
前記フィルムは、光線硬化樹脂塗料と重なり合う表面に凹凸を形成した版であり、この版の凹凸を光線硬化樹脂塗料の塗布膜に転写することを特徴とする請求項１または２に記載の紙面のコーティング方法。
ロールから巻き戻された紙材に、光線を照射すると硬化する光線硬化樹脂塗料を塗布して塗布膜を形成する樹脂塗布装置と、
前記紙材と前記光線を透過するフィルムを挟圧して前記塗布膜を当該フィルムの表面に圧着させる一対の加圧ローラ、及び、当該加圧ローラで前記紙材と前記光線を透過するフィルムとを重ね合わせる直前に前記光線を照射して前記塗布膜の硬化を開始させる第１の光線照射装置と、その下流側に配置されて、フィルムを通して前記光線を照射して当該塗布膜を硬化させる第２の光線照射装置を有する硬化装置と、
外力を加えて前記紙材に形成された硬化塗布膜から前記フィルムを剥離させる剥離装置と、
前記紙材を樹脂塗布装置、硬化装置、剥離装置へと順次搬送する紙材搬送装置と、
前記フィルムを硬化装置、剥離装置へと順次搬送するフィルム搬送装置と、
を備えたことを特徴とする紙面のコーティング装置。
前記フィルムは、印刷等により凹凸を形成した原版上に溶融樹脂を塗布して硬化させてから剥離して上記凹凸を転写した反転転写版であることを特徴とする請求項４に記載の紙面のコーティング装置。
前記フィルムは、印刷によって表面に凹凸を形成したものであることを特徴とする請求項４に記載の紙面のコーティング装置。