JP4244458B2

JP4244458B2 - 紙表面処理剤の選択方法

Info

Publication number: JP4244458B2
Application number: JP22426899A
Authority: JP
Inventors: 裕司小野; 孝則宮西
Original assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Current assignee: Nippon Paper Industries Co Ltd
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: JP2001055687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低塗布量でも印刷用紙の剛度を向上させる効果が顕著で、表面粘着性の問題のない水溶性高分子から成る紙表面処理剤の選択方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
巻取の径が同じでも連量を増加させることが可能となるために、例えば、印刷時の連続作業性、枠替え作業性などの効率化が図れることから印刷用紙は軽量化かつ薄物化の方向に進んでいる。特に新聞印刷においては、建頁数が同じなら1部当たり重量が減少するために新聞配達時の負担を低減できることから、軽量かつ薄物化の要望は顕著である。しかし、ますます高速化するオフセット輪転印刷機への作業適性、品質適性も同時に要求される。特に、軽量薄物化に伴う紙の剛度の低下による印刷時のしわの発生が問題視されている。紙が均質な材料で構成されていると仮定した場合、材料力学的に見て、紙の剛度は紙厚の3乗に比例するので、印刷用紙の軽量化すなわち薄物化に伴い剛度は急激に低下する。従って、紙の軽量化と剛度の向上は相反するものであり、両者を両立させるのは困難である。
【０００３】
オフセット印刷新聞用紙として適切な紙物性をもつように紙層構造の面からの改良を図った例として、特開平3-227500号公報、特開平4-361686号公報がある。しかし、これらはパルプ原料、製造装置などの面で制限を受け、現在使用されている設備やパルプで実行できるものではない。一方、新聞印刷用紙のオフセット印刷適性を紙表面処理剤により向上させることも知られており、紙表面処理剤として一般的には酸化澱粉が用いられている。この酸化澱粉を塗布して、紙の剛度を向上させるために塗布量を増加させると、水で湿潤された状態では表面粘着性を示すために、オフセット印刷時に印刷機のブランケットに新聞用紙が取られる、いわゆるネッパリが発生するので塗布量を増加させることに限界があり、十分な剛度を得ることができない。
【０００４】
新聞用紙以外の紙で紙表面処理剤により紙の剛度を向上させる技術としては、特開昭59-130398号公報に水ガラスと高分子エマルジョンまたはラテックスを特定量配合する方法、特開昭60-155799号公報にポリビニルアルコール系樹脂でサイズされた紙に電子線や放射線を照射する方法、特開昭60-173197号公報にポリビニルアルコール系重合体成分とポリアクリルアミド系重合体成分を混合する方法、特開昭60-252800号公報にポリアクリルアミド系重合体存在下に、アクリルアミド系モノマーを特定重量比で配合して得た重合体による方法、特開平1-156597号公報にアセト酢酸エステル基含有ポリビニルアルコール系樹脂とジルコニウム塩とを含む水溶液による方法、特開平6-65893号公報に(メタ)アクリルアミドと，-不飽和カルボン酸とN,NジアクリルアミドとN-メチロール（メタ）アクリルアミドとN-メチロール(メタクリルアミド)とN-メチロール(メタ)クリルアミドと1モル当たり0.3〜1モルのエチレン尿素を重合成分とした水溶性共重合体による方法、特開平6-65894号公報に(メタ)アクリルアミドと,-不飽和カルボン酸とN，NジアクリルアミドとN-メチロール（メタ）アクリルアミドとN-メチロール(メタクリルアミド)とN-メチロール(メタ)クリルアミドと１モル当たり0.3〜1モルのジシアンジアミドを重合成分とした水溶性共重合体による方法、特開平7-238490号公報にアルキルビニルエーテルと無水マレイン酸共重合体による方法、特開平8-100388号公報にはポリアミドエピクロロヒドリンやグリオキザールまたはメラニンホルマリン樹脂から成る耐水化剤とポリビニルアルコール、澱粉、ポリアクリルアミドやカルボキシメチルセルロース等の水溶性高分子を塗布する方法が開示されている。しかしながら、開示された方法は、特別な装置や化合物を用いるため生産性やコストに問題があったり、ネッパリの問題が考慮されていないため新聞用紙の高速オフセット印刷には適していなかったり、古紙として使用した場合の離解性に問題があるため、軽量薄物化に適した表面処理剤が望まれている。さらに、従来剛度を効率よく向上させる紙表面処理剤を選択する方法は全く知られていなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、低塗布量でも印刷用紙の剛度を向上させる紙表面処理剤、紙表面処理剤の選択方法、及びオフセット印刷時にネッパリの問題が生じ難い印刷用紙を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決するため検討した結果、剛度を向上させる紙表面処理剤は粘度、分子量、イオン性等と直接関係は認められず、これらを指標として選択することはできなかった。そこで、さらに検討を進めた結果、紙表面処理剤は水溶性高分子が適しており、剛度を向上させる性能は水溶性高分子水溶液のほぼ純粋なα−セルロースから成る濾紙に対する濾過性に大きく依存することが明らかとなった。即ち、本発明の第１の発明は、20℃の雰囲気下で、ＪＩＳＰ３８０１の5種Ｂに規定される濾紙に濃度1重量％の水溶性高分子水溶液1ｍｌを滴下し、10分間放置後、各濾紙に含まれる水溶性高分子の量を測定したとき、上から 1 枚目の濾紙中に含まれる水溶性高分子が全滴下量の 40 重量％以上である水溶性高分子から成ることとする紙表面処理剤の選択方法であり、第２の発明は、このように選択された紙表面処理剤を印刷用紙原紙両面に乾燥固形分換算で0.05〜1.2ｇ／ｍ²含有する塗工層を設ける印刷用紙の製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明においては、水溶性高分子が1枚目の濾紙に含まれる比率が高いものほど、表面処理剤としての性能が高いと判断することができる。この水溶性高分子の1枚目の濾紙中に含まれる量は、単純に粘度と相関するものではなく、水溶性高分子の種々の性質に依存するものである。そして上記濾過試験において、上から1枚目の濾紙中に全体の40重量％以上が含まれる水溶性高分子を紙表面処理剤として選択し、印刷用紙原紙両面に乾燥固形分換算で前記紙表面処理剤を0.05〜1.2ｇ／ｍ²含有する塗工層を設けることによって、印刷用紙の剛度が顕著に向上することを見出した。
【０００８】
本発明で使用することができる水溶性高分子の種類は特に限定されず、天然高分子、合成高分子のいずれもが使用できる。好ましいものとしては、前述の表面処理剤の選択方法において1枚目の濾紙に全体の40重量％以上が含まれる、コーン、タピオカ、ワキシーメイズ、ポテト、米などから製造される澱粉、あるいは澱粉を酵素変性、酸化、カチオン化、酸化アセチル化、エーテル化、尿素燐酸エステル化、両性化処理を行った加工澱粉が挙げられる。
【０００９】
本発明の紙表面処理剤は、上質紙、中質紙、新聞用紙、塗工原紙、情報用紙のいずれにも適用可能であり、曲げこわさを向上させることができ、特に坪量43ｇ／ｍ²以下の新聞用紙に好適である。さらに、これらの紙は酸性抄紙、中性抄紙のいずれでもよい。
【００１０】
本発明の印刷用紙に使用できるパルプは、サーモメカニカルパルプ、ケミサーモメカニカルパルプ、グランドパルプ、リファイナーグランドパルプ、ケミグランドパルプなどの機械パルプ、クラフトパルプなどのケミカルパルプ及びこれらのパルプを含む故紙を脱墨して得られる脱墨パルプである。また、添加剤として内添サイズ剤、填料、乾燥紙力増強剤、湿潤紙力増強剤、濾水性向上剤、歩留まり向上剤、スライムコントロール剤、ピッチコントロール剤、消泡剤、染料等を使用しても良い。
【００１１】
また、紙表面処理剤の好ましい塗布量は、両面当たり乾燥固形分換算で0.05〜1.2ｇ／ｍ²程度である。塗布量が0.05ｇ／ｍ²未満であると剛度の向上が不十分であり、1.2ｇ／ｍ²を超えても剛度の向上は頭打ちになる上、表面粘着性が悪化しネッパリの問題が生じる。
【００１２】
塗工方法は、ゲートロールコーター、サイズプレスコーター、メタリングサイズプレスコーター等のロールコーター、エアーナイフコーター、ブレードコーター、ロッドコーター、メタリングバーコーター、グラビアコーター、スプレーコーター等のいずれの塗工装置を使用しても良い。
【００１３】
本発明の紙表面処理剤には、本発明に支障のない範囲で所望により他の成分を含有させることができる。例えば、前述の紙表面処理剤の選択方法において1枚目の濾紙に40重量％未満しか残存しなかった水溶性高分子；スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル系共重合体等の合成樹脂ラテックス；ロジン、アルキルケテンダイマー、アルケニルコハク酸等のサイズ剤；ホワイトカーボン、クレー、シリカ、タルク、酸化チタン、炭酸カルシウム、合成樹脂等の顔料を含有させてもよい。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を実施例に従って詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
＜紙表面処理剤の選択試験＞
水溶性高分子として表１に示す市販の3種の澱粉を選択し、95℃で水に溶解後、希釈して濃度1重量％の澱粉水溶液を調製した。20℃の雰囲気下で、この濃度1重量％の澱粉水溶液1ｍｌを5枚重ねたＪＩＳＰ３８０１の5種Ｂに規定される濾紙上に滴下した。この試料を10分間放置し、澱粉水溶液の浸透が完全に終了した後、各濾紙に含まれる澱粉量をバイオセンサーＢＦＤＰ（王子製紙（株）製）を用いて定量した。なお、粘度は濃度4.4重量％、20℃の条件で、Ｂ型粘度計にて測定した。
【００１６】
［澱粉１］
カチオン化タピオカ澱粉（商品名：ＬＶＣＳ、日本コーンスターチ（株）製）について紙表面処理剤選択試験を行い、結果を表１に示した。
【００１７】
［澱粉２］
疎水エステル化ワキシーコーン澱粉（商品名：ＦＩＬＭＫＯＴＥ５４、日本コーンスターチ（株））について紙表面処理剤選択試験を行い、結果を表１に示した。
【００１８】
［澱粉３］
酸化コーン澱粉（商品名：ＳＫ−２０、日本コーンスターチ（株））について紙表面処理剤選択試験を行い、結果を表１に示した。
【００１９】
【表１】

表１に示すように、1枚目の5Ｂ濾紙に含まれていた量は、澱粉１、澱粉２、澱粉３で各々63％、91％、35％であった。また、表面処理剤の選択方法において、1枚目の5Ｂ濾紙に含まれていた量は、イオン性、粘度などとは特に相関するものではないことが明白である。
【００２０】
次にこの3種の澱粉を紙表面処理剤とする印刷用紙を作成した。塗布量、剥離強度、剛度は以下のように測定した。
塗布量：バイオセンサーＢＦＤＰ（王子製紙（株）製）で測定した。
剥離強度：新聞印刷用紙を４×６ｃｍに2枚切り取り、塗工面を温度20℃の水に5秒間浸せき後、塗工面同士を密着させた。外側両面に新聞印刷用紙原紙を重ね、50ｋｇ／ｍ²の圧力でロールに通し、25℃、60％RHで24時間調湿した。3×6ｃｍの試料片とした後、引っ張り試験機で、引っ張り速度30ｍｍ／分の条件で測定を行った。剥離強度が大きいほど、剥がれにくい（逆の言い方をすると、粘着性が強い）ことを意味し、剥離強度が50ｇ／3ｃｍ以下であれば、“剥離性が良好である、即ち表面粘着性が少ない”とした。
剛度：ＪＩＳＰ８１４３−１９９６に従い、抄紙方向（ＭＤ）のクラークこわさを測定した。
【００２１】
［実施例１］
サーモメカニカルパルプ40重量％、脱墨古紙パルプ40重量％、針葉樹晒クラフトパルプ20重量％から成る混合パルプを使用し、硫酸バンド3重量％、ロジン系サイズ剤1重量％、紙力剤0.2重量％、歩留まり向上剤0.005重量％を添加し、ツインワイヤー抄紙機により抄紙し、坪量40ｇ／ｍ²の酸性新聞用紙原紙を製造した。この酸性新聞用紙に、澱粉１のカチオン化タピオカ澱粉水溶液（濃度10.0％）をゲートロールコーターにて塗工速度300ｍ／分で塗工し、新聞印刷用紙を製造し、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、結果を表２に示した。
【００２２】
［実施例２］
実施例1で製造した酸性新聞用紙原紙に、澱粉１のカチオン化タピオカ澱粉水溶液（濃度15.0％）をゲートロールコーターにて塗工速度300ｍ／分で塗工して、新聞印刷用紙を製造し、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、結果を表２に示した。
【００２３】
［実施例３］
サーモメカニカルパルプ55重量％、脱墨古紙パルプ20重量％、針葉樹晒クラフトパルプ25重量％から成る混合パルプを使用し、軽質炭酸カルシウム3.5重量％、湿潤紙力剤0.027重量％、歩留まり向上剤0.027重量％を添加し、ツインワイヤー抄紙機により抄紙し、坪量40ｇ／ｍ²の中性新聞用紙原紙を製造した。この中性新聞用紙に、澱粉１のカチオン化タピオカ澱粉水溶液（濃度5.7％）をゲートロールコーターにて塗工速度1050ｍ／分で塗工して、新聞印刷用紙を製造し、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、結果を表２に示した。
【００２４】
［実施例４］
実施例３で製造した中性新聞用紙原紙に、澱粉１のカチオン化タピオカ澱粉水溶液（濃度6.7％）をゲートロールコーターにて塗工速度1050ｍ／分で塗工して、新聞印刷用紙を製造し、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、結果を表２に示した。
【００２５】
［実施例５］
実施例１で製造した酸性新聞用紙原紙に、澱粉２の疎水エステル化ワキシーコーン澱粉水溶液（濃度10.0％）をゲートロールコーターにて塗工速度300ｍ／分で塗工して、新聞印刷用紙を製造し、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、結果を表２に示した。
【００２６】
［比較例１］
実施例１で製造した酸性新聞用紙原紙について、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、結果を表２に示した。
【００２７】
［比較例２］
実施例１で製造した酸性新聞用紙原紙に、澱粉３の酸化澱粉水溶液（濃度4.3％）をゲートロールコーターにて塗工速度300ｍ／分で塗工して、新聞印刷用紙を製造し、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、表２に示した。
【００２８】
［比較例３］
実施例１で製造した酸性新聞用紙原紙に、澱粉３の酸化澱粉水溶液（濃度7.7％）をゲートロールコーターにて塗工速度300ｍ／分で塗工して、新聞印刷用紙を製造し、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、結果を表２に示した。
【００２９】
［比較例４］
実施例１で製造した酸性新聞用紙原紙に、澱粉３の酸化澱粉水溶液（濃度11.2％）をゲートロールコーターにて塗工速度300ｍ／分で塗工して、新聞印刷用紙を製造し、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、結果を表２に示した。
【００３０】
［比較例５］
実施例３で製造した中性新聞用紙原紙について、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、結果を表２に示した。
【００３１】
［比較例６］
実施例３で製造した中性新聞用紙原紙に、澱粉３の酸化澱粉水溶液（濃度7.9％）をゲートロールコーターにて塗工速度1050ｍ／分で塗工して、新聞印刷用紙を製造し、塗布量、剥離強度、剛度を測定し、結果を表２に示した。
【００３２】
【表２】

表２に示したように、本発明の紙表面処理剤の選択方法において、1枚目の濾紙に40重量％以上が含まれる水溶性高分子（澱粉１、澱粉２）を紙表面処理剤として塗布した新聞印刷用紙は剛度が向上することが明白である。また、剥離性も良好である。これに対して、1枚目の濾紙に40重量％未満しか含まれていない水溶性高分子（澱粉３）は、低塗布量では剛度の向上が不十分であり、剛度を十分に向上させるために塗布量を増加させると剥離強度が高くなり、ネッパリの問題が懸念される。

Claims

20℃の雰囲気下で、5枚重ねたＪＩＳＰ３８０１の5種Ｂに規定される濾紙上に1重量％濃度の水溶性高分子水溶液1ｍｌを滴下し、10分間放置後に、上から各濾紙中に含まれる水溶性高分子の量を測定し、上から 1 枚目の濾紙中に含まれる水溶性高分子の量が全体の 40 重量％以上である水溶性高分子から成ることとする紙表面処理剤の選択方法。
請求項１記載の選択方法で紙表面処理剤を選択し、印刷用紙原紙に該表面処理剤を両面当たり乾燥固形分換算で 0.05 〜 1.2 ｇ／ｍ ² 含有する塗工層を設けることを特徴とする印刷用紙の製造方法。