JP5692755B2

JP5692755B2 - 印刷インキの乾燥が早く環境にやさしい二軸延伸ポリプロピレン合成紙の製造方法

Info

Publication number: JP5692755B2
Application number: JP2012205479A
Authority: JP
Inventors: エフ．シー．リンアレン; チェンホン−クオ
Original assignee: ナンヤプラスティクスコーポレーション
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: JP2014058139A

Description

本発明は、印刷インキの乾燥が早く環境にやさしい、二軸延伸からなるポリプロピレン樹脂を主材とした合成紙の製造方法に関するものである。

ポリオレフィン系樹脂フィルムを紙状化してなる合成紙は、従来の植物性繊維を主材とした天然紙にかわり、書き物、印刷用紙あるいは包装用材として使用されている。

二軸延伸プラスチックフィルムを中間基材層とし，その両面(裏表)に無機微細粉末を充てん剤として配合した一軸延伸プラスチックフィルムをラミネートした合成紙が，王子油化合成紙(株)の特公昭46-40794、特開昭56-141339，及び特開昭56-118437の公報にて公開され実用化されている。

合成紙のオフセット印刷性を高めるため，特開昭50-161478はその紙面上に0.005〜0.1g/m²のアクリルコポリマーあるいはポリエチレンイミン水溶液を塗装した合成紙を開示している。特開平3-87255はアイソタクチック(均一)度98％以上の高結晶性ポリプロピレン35〜95重量％とタルク粉末および/又はマイカ粉末65〜5重量％を含有する樹脂の二軸延伸フィルムを基材層とし，この基材層の少くとも片面にアイソタクチック(均一)度98％以上の高結晶性ポリプロピレン20〜90重量％と無機微細粉末(タルク、マイカを除く)を80〜10重量％含有する樹脂の一軸延伸樹脂フィルムよりなる紙状層よりなる、不透明度が90％以上の複層樹脂フィルムよりなる合成紙を開示している。

上記公開された特許公報の合成紙は防水、引き離れ、剛性、機械強度と印字へッドによる密着性等の優点がある。しかし，印刷の過程において印刷インキの乾燥速度が遅いため書き写し、印刷用の文化用紙として広く使用されていない。その原因は合成紙の微細なマイクロボイド(microvoid)が天然繊維の紙に比べ理想でないことにあり、その結果、印刷後のインキ乾燥時間が相当に長く(4色印刷では約8時間)，必要によっては再び紙を晒してインキを乾燥することになり，又印刷後のインキは紙の積重ねる量に制限され、紙の印刷裏面に滲み逆印刷する故，印刷、製造過程による費用のコストは天然紙よりも高価であるためと考えられる。

日清紡織(株)の合成紙紙状層の表面処理剤はポリプロピレン、ポリビニールクロダイド、ポリスチレン又はポリエステルを一軸延伸した、あるいはしていないフィルムからなるものである。その印刷適合性、乾燥性は前記無機微細粉末を含有したポリプロピレン樹脂一軸延伸フィルムからなる紙状層の合成紙より良い。そのため，天然紙に代り得るものであるが，事実上日清紡織(株)で製造される合成紙各項の成本費用は相当に高く，市場の売れゆきも無機微細粉末を含有してあるポリプロピレン樹脂一軸延伸フィルムからなる紙状層の合成紙に比べ良くない。原因として紙状層処理剤はジメチルホルムアミド(Dimethyl formamide, DMF)有機溶剤を使用しているため紙状層の厚さが相当に厚く，10μm以下の塗装が出来ず，又生産の過程(乾燥)において多量の有毒ガスを放出し，合成紙は微量の残留溶剤を有して環境を汚染することが考えられる。

天然繊維からなる紙にかわって広く使われる合成紙は，その製造コストが低く広く使用されるものでなければならない。特開2000-21108の合成紙は二つの異なる含量のポリプロピレン樹脂と無機微細粉末を充填剤として配合したことからなるポリプロピレン樹脂混合物を、一台のツインスクリュー主押出し機と二台のツインスクリュー副押出し機にて，一つのTダイヘッドから押出して合成紙の中間フィルム基材層を成形し，冷却後120〜150℃に加熱して縦方向に3〜6倍の二軸延伸し、アニーリング処理を行い，さらに140〜195℃に加熱して横方向に5〜12倍の延伸後、アニーリング処理を行い，最後にコロナ処理された三層構造(紙状層又は樹脂/中間フィルム基材層/樹脂層又は紙状層)の合成紙を開示している。

上記これらの合成紙はラベル用紙、プリペイドカード用紙，熱転写記録用画像受容シート等の素材として，印刷性、筆記性に優れた有用な複層樹脂フィルム合成紙ではある。しかし，その紙状層の処理剤は印刷インキの乾燥性、耐水性、無機微細粉末の密着性、相容性をより良好とするため，ジメチルホルムアミド，あるいは塩素化ポリプロピレン、ベンゼン等毒性のある有機溶剤を使用している。このため，製造過程において有毒なガスを放出して環境を汚染し、製造してできた合成紙においては微量な有毒物ベンゼン、塩素等を残留するので食物、ケーキ等の包装用紙として使えない現状である。

本発明者らは上記合成紙が天然繊維よりなる紙と同じくいずれの用途にも使用出来ることについて詳細に試験を重ね検討をおこなった結果，合成紙の表面紙状層の処理剤を水溶性アクリル樹脂と無機微細粉末、炭酸カルシウム、白土、二酸化チタン、静電防止剤及び有機溶剤ではない水からなる混合溶液に改良して、既知の合成紙中間フィルム基材層に塗装あるいはラミネートしたとき、合成紙の有毒性問題だけでなく印刷適合性、筆記性等をも一挙に解決することを見出し本発明を完成した。

本発明は印刷、カード、装飾、タイプ、製図、複写、包装用紙、板紙等その他従来紙として用いられていた、任意の用途にも用いることが出来る、印刷インキの乾燥が早い環境にやさしい合成紙を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成する為，本発明は、
(1)アイソタクチック(均一)度の高い結晶性ポリプロピレン樹脂90〜40重量％と、無機微細粉末炭酸カルシウム10〜40重量％、二酸化チタン0.1〜15重量％、静電防止剤0.1〜5重量％、及び紫外線吸収剤5〜0.1重量％からなるポリプロピレン樹脂混合物と、
ポリプロピレン50〜99重量％及び粘着防止剤5〜0.1重量％からなる樹脂混合物とを，
それぞれ温度を200〜280℃に設定してある一台のツインスクリュー主押出し機と二台のツインスクリュー副押出し機にて合流し，
混合物をTダイヘッドから押出して合成紙の中間フィルム基材層を形成し；
(2)15〜80℃の冷却ローラーで冷却して定型した後、
この中間フィルム基材層を100〜160℃で先に縦方向に4〜6倍に延伸し、アニーリング処理を施こした後、
150〜190℃に加熱して5〜10倍の横方向に延伸した後、アニーリング処理をし；
(3)20〜150KW高周波のコロナ処理を施して厚さ250μm以下の合成紙中間フィルム基材層を得る；
更に
(4)この中間フィルム基材層上に水溶性アクリル樹脂8〜20重量％、無機微細粉末、炭酸カルシウム20〜60重量％、白土0.1〜5重量％、二酸化チタン0.1〜2重量％、水30〜90重量％と静電防止剤0.1〜2重量％からなる紙状層処理剤を、
100〜400メッシュ(mesh)、深さ10μm〜60μmのグラビヤ凹板で塗装あるいはラミネート処理して合成紙とすることからなる。

本発明の二軸延伸ポリプロピレン合成紙の断面図である。本発明に使用される二軸延伸ポリプロピレン合成紙の製造機械の一例である。本発明に使用される紙状層処理剤の塗装装置の一例である。

本発明にて使用されるポリプロピレン樹脂は，溶融指数(MFI)が0.5〜8、230℃/216kg、ASTM1238の高結晶アイソタクチック(均一)な重合物で、プロピレンを主材としエチレン（ethylene）、ブテン（butene）、ヘキセン（hexene）、ヘプテン（heptene）、4ーメチルペンテン（4-methyl pentene）等からなるオレフィンコポリマーである。溶融指数の結晶化度(X線法)は20％以上，40〜75％がより良く，熔点（融解点）は140〜190℃である。

本発明の合成紙中間フィルム基材層用の無機微細粉末充填剤としては、炭酸カルシウム、けいそう土、白土、二酸化チタン，硫酸バリウム等粒径が0.1〜10ミクロンの１種又は２種を使用する。

上記充填剤の分散性を考慮したときは、無機充填剤とポリプロピレン樹脂を先に練り合わせて複合物となしてやれば良い。これら無機微細粉末の主材は炭酸カルシウムであり，けい藻土、白土、酸化カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタンなどからの一種又は二種類を選んで使用し，使用量は製品の需要により決定する。
(1)炭酸カルシウム；
主な作用は，中間フィルム基材層が二軸延伸中において炭酸カルシウムの不規則構造を利用して微細なマイクロボイドを作り，中間フィルム基材層の比重を(発泡剤末添加)大幅に0.55〜0.83迄に下げることのほか，同時に中間フィルム基材層により不透明性をもたせることである。
(2)二酸化チタン；
二酸化チタンの主な用途は合成紙の遮蔽性即白色度、不透明度、抗紫外線性を調整するものである。
(3)静電防止剤；
本発明の静電防止剤は通常の二軸延伸ポリプロピレンで使用されている静電防止剤を使用することが出来る。主に使用されている防止剤は一〜三級アミン類であり、電荷移行性を有するため加工中摩擦で発生した静電を除去する。
(4)粘着防止剤；
本発明合成紙の中間フィルム基材層を巻き取るとき互いに粘着するため，粘着防止剤、例えば通常の二軸延伸ポリプロピレンで使用されているシリカ、白土、ポリメチルアクリル酸メチルエステル(PMMA)、ガラスビーズなどから選んだものを添加すればよい。
(5)紫外線吸収剤；
本発明の合成紙が屋外で使用される期間を延長し，紫外線による老化、分解を避けるためには微量な紫外線吸収剤を加えてもよい、添加量は総量の1〜2重量％が好ましい。

本発明の合成紙の紙状層は、水溶性アクリル樹脂と無機微細粉末からなる無毒のものである。
アクリル樹脂は紙状層と中間フィルム基材層との接着性を高め，紙面の剛性と傷付けに耐られる能力を改善するものである。
炭酸カルシウムと白土は印刷インキの乾燥能力を促し、粒径0.5〜5μmがよりよく，そのほかけいそう土、シリカ、粘土等を使用してもよい。二酸化チタンは主に合成紙の紙面をよりよい白度と紫外線遮けの視覚感をもたらす。

本発明の合成紙比重は0.75以下で，特開平3-87255号合成紙の0.79に比べ24％低く、同じ重さのものより広い面積の合成紙を製造することができる。このため，製作コストが低く、操作効率の高い経済性のある印刷インクの乾燥が早く環境にやさしい合成紙である。

以下本発明の製造工程に使用されている装置を詳細に説明する。

1．押出し機(図2の1)；
ツインスクリュー主押出し機一台とツインスクリュー副押出し機二台からなる。温度設定は樹脂混合物の組成，MFI、結晶度、粘度、生産ラインの速度、製品合成紙の厚みによって異なるが、通常は200〜280℃の範囲内に設定する。200℃以下では樹脂の可塑化が進まず，Tダイヘッドで押出することができない。280℃以上では樹脂が過度に可塑し亀裂してしまう。

2．冷却成形ローラ装置(図2の2)；
水冷式又はガス冷却式の冷却装置であり，200〜280℃での押出し機から押出された溶融共押出物を冷却して定形する。冷却温度の設定は技術ステップの順行を大きく左右するので通常は15〜80℃の範囲内に設定し，合成紙の厚さと生産ラインの速度により調整する。

3．縦方向延伸装置(図2の3)；
冷却して定形した中間フィルム基材層を縦方向延伸装置にて加工する前，先に中間フィルム基材層の厚さと生産ラインの速度で100〜160℃の予熱温度を選んで中間フィルム基材層を加熱して軟化させ，低速又は高速の二段階延伸を行なって合成紙に縦方向の強度を与える装置であり，縦方向の延伸倍率は通常4〜6倍である。

4．横方向延伸装置(図2の4)；
縦方向延伸処理で薄くなった中間フィルム基材層を150〜190℃に加熱して軟化させ，横方向に延伸倍率5〜10倍の横方向延伸を施し，アニーリング処理して合成紙の収縮又は増加によるサイズの安定性を高める装置である。

5．コロナ処理装置(図2の5)；
コロナ処理は本発明の合成紙中間フィルム基材層の表面特性を改善し，中間フィルム基材層表面と紙状層処理剤との結合度を高めるため，処理効率が20〜150KWの高周波放電装置で処理を行ない、印刷、塗装、コーテイングなどの加工を容易にする装置である。この装置の処理により紙表面の湿潤張力(wetting tension)を38〜48ダイン/cm²に達成することができる。なお、図２の６は巻取装置であり、コロナ処理された紙を巻き取ることができる。

6．紙状層処理剤塗装装置(図3)；
合成紙中間フィルム基材層の紙状層処理剤を塗装又はラミネート処理をする、100〜400メッシュ，深度が10〜60μmのグラビヤ凹版と、長さ10〜25M、温度が80〜120℃の乾燥オーブンからなる装置である。
さらに具体的には、この紙状層処理剤塗装装置は、中間フィルム基材層発送機（１）から合成紙中間フィルム基材層が発送されると、紙状層処理剤が凹板塗装ローラ（２）を介して片面に塗装され、凹板間の乾燥設備（３）により当該面が乾燥され、凹板塗装ローラ（４）によって再度片面に紙状層処理剤が塗装され、長さ10〜25M、温度が80〜120℃の乾燥オーブン（５）により乾燥される。両面に塗装される場合には、上記と同様の手順で凹板塗装ローラ（６）、凹板間の乾燥設備（７）、凹板塗装ローラ（８）、乾燥オーブン（９）を介して処理され、合成紙巻取機（１０）で巻き取られる。

以下実施例にて本発明を説明する。本発明における特許請求の範囲はこの実施例に限定されるものではない。

実施例１
アイソタクチック度(均一)97％以上の高結晶性ポリプロピレン樹脂(MFI:2.7〜3.3)70重量％と、炭酸カルシウム21重量％、二酸化チタン5重量％、静電防止剤3重量％、及び紫外線吸収剤1重量％を混合してなるポリプロピレン樹脂混合物を，
別にポリプロピレン99重量％と粘着防止剤1重量％を混合してなる樹脂混合物とを，
それぞれ温度を200〜280℃に設定してある一台のツインスクリュー主押出し機と二台のツインスクリュー副押出し機にて合流し，
Tダイヘッドから樹脂混合物を押出して合成紙の中間フィルム基材層を形成，15〜80℃の冷却ローラで冷却定型した後、
100〜160℃の予熱で中間フィルム基材層を先に縦方向4〜6倍率で延伸、アニーリング処理をし，
更に150〜190℃で横方向5〜10倍率で延伸，アニーリング処理を行い，
20〜150KW効率の高周波コロナ機にて処理し厚さ250ミクロン以下の中間フィルム基材層を得る。

厚さ50μmの中間フィルム基材層を取り，
この基材層両面の上に水溶性アクリル樹脂20重量％、炭酸カルシウム60重量％、白土5重量％、二酸化チタン2重量％、静電防止剤2重量％及び水30〜90重量％からなる紙状層処理剤を、
100〜400メッシュ、深度2〜5，10〜60ミクロンのグラビヤ凹版にて紙状面を厚さ10ミクロン以下にラミネート又は塗装処理し、
更に温度が80〜120℃、10〜25メートルの乾燥オーブンで乾燥させると，
約1分間で紙状層が乾燥し、10分間で合成紙全体が完全に乾燥し、書き物用紙、印刷用紙、包装用紙等いずれの用途にも使用できる厚さ60μmの印刷インキの乾燥が早い環境にやさしい合成紙を得た。
本発明合成紙の特性は表1に示す。

実施例２〜４
実施例1と同じであるが，厚さ60μmの中間フィルム基材層は，それぞれ80μm、100μm及び250μmのものに取り替えて実施した。
各実施例の合成紙特性を表1に示す。

注：TAPPI- Technical Association of Pulp and Paper Industry

表1から明らかなように、本発明の紙状層処理剤は水溶性のアクリル樹脂と炭酸カルシウムを主材とした無機微細粉末等とを無毒性溶液の水と混合して合成紙中間フィルム基材層の表面に塗装して合成紙となるものである。このため、中間フィルム基材層と同じ延伸率なので収縮が均一となり、加熱された面が波状に変形しにくく、定着性の良い，且又印刷の過程においても無機粉末が脱落することがない，食物の防水防濕包装用紙として広く使かわれる環境にやさしい合成紙である。

A 中間フィルム基材層
B 紙状層との接着層
C 印刷インキ吸着用の紙面層
1 押出し機装置
2 冷却成形ローラ装置
3 縦方向延伸装置
4 横方向延伸装置
5 コロナ処理装置
6 巻取装置
(1) 中間フィルム基材層発送機
(2) 凹板塗装ローラ
(3) 凹板間の乾燥設備
(4) 凹板塗装ローラ
(5) 乾燥オーブン
(6) 凹板塗装ローラ
(7) 凹板間の乾燥設備
(8) 凹板塗装ローラ
(9) 乾燥オーブン
(10) 合成紙巻取機

Claims

厚さ25〜250ミクロンの二軸延伸ポリプロピレン合成紙の製造方法であって、
（１）アイソタクチック度97％以上の高結晶性ポリプロピレン樹脂90〜40重量％と、無機微細粉末炭酸カルシウム10〜40重量％、二酸化チタン0.1〜15重量％、静電防止剤0.1〜5重量％及び紫外線吸収剤0.1〜2重量％からなるポリプロピレン樹脂混合物と、
ポリプロピレン50〜99重量％及び粘着防止剤5〜0.1重量％からなる樹脂混合物とを，
それぞれ温度を200〜280℃に設定してある一台のトウインスクリュー主押出し機と二台のトウインスクリュー副押出し機にて合流し，Tダイヘッドから押出して合成紙の中間フィルム基材層を形成し，
（２）15〜80℃の冷却ローラ(roller)で冷却定型した後、
100〜160℃の予熱でフィルム基材層を先に縦方向に4〜6倍率の延伸、アニーリング処理を施し，
更に150〜190℃で横方向に5〜10倍率の延伸、アニーリング処理を行い，
（３）20〜150KW効率の高周波コロナ処理をして厚さ250ミクロン以下のフィルム基材層としたうえ、
（４）当該フィルム基材層の上に水溶性アクリル樹脂8〜20重量％、無機微細粉末炭酸カルシウム20〜60重量％、白土0.1〜5重量％、二酸化チタン0.1〜2重量％、水30〜90重量％と静電防止剤0.1〜2重量％のみからなる紙状層処理剤を、
グラビヤ凹版にて紙状面を厚さ10ミクロン以下で塗装又はラミネートして合成紙とすることを特徴とする合成紙の製造方法。
前記（４）のグラビヤ凹版にて紙状面を厚さ10ミクロン以下で塗装又はラミネートする工程が、
100〜400メッシュ、深度10〜60ミクロンのグラビヤ凹版にて紙状面を厚さ10ミクロン以下で両面に塗装又はラミネートし、
更に温度80〜120℃、10〜25メートルの乾燥設備で乾燥して合成紙とする工程からなることを特徴とする請求項１記載の合成紙の製造方法。