JP5977548B2 - 塗工白板紙およびその製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、カーテン塗工方式は、塗工を行う前提として安定なカーテン膜を形成させる必要があり、安定なカーテン膜を形成するためには、カーテン膜の幅を1mとした場合、おおよそ4〜5リットル/分の塗料を吐出する必要がある。ところが、塗工白板紙は一般に、原紙が多層抄きであり、500g/m2以上の非常に高い坪量で製造される場合もあること、抄紙と塗工をオンマシンで連続して行うことなどから、塗工白板紙の塗工速度は、一般的な印刷用塗工紙の塗工速度に比べ非常に遅く、100m/分程度の低速で製造される場合もある。このような条件では、塗工量を一般的な塗工白板紙の塗工量である15〜30g/m2の範囲に抑えることが困難であり、塗工液に工夫を施す必要がある。
塗工液の流量を多く保ちつつ、塗工量を一定にする方法としては、塗工液の固形分濃度を下げる方法があるが、固形分濃度を下げすぎると、エアナイフ塗工方式と同様に、塗工液の水分が原紙に過剰に染みこむことにより原紙の膨潤が発生し、表面平滑性が悪化し、乾燥に必要なエネルギーが大きくなる問題が発生する。
(1) 2種類以上の塗工液から1つのカーテン膜を形成させ、該カーテン膜に原紙を通して原紙上に2層以上の塗工層を形成することを含む、塗工白板紙の製造方法であって、原紙に最も近い塗工層を形成する塗工液の固形分濃度が、それより外側の塗工層を形成する塗工液の固形分濃度より25%以上低い、上記方法。
(2) 原紙に最も近い塗工層を形成する前記塗工液の固形分濃度が3〜20重量%であり、それより外側の塗工層を形成する前記塗工液の固形分濃度が50〜70重量%である、(1)に記載の方法。
(3) 原紙に最も近い塗工層を形成する前記塗工液がポリビニルアルコールを含有する、(1)または(2)に記載の方法。
(4) カーテン塗工の塗工速度が50〜300m/分である、(1)〜(3)のいずれかに記載の方法。
(5) 前記塗工白板紙の塗工量が片面あたり10〜30g/m2である、(1)〜(4)のいずれかに記載の方法。
(6) 原紙に最も近い塗工層を形成する前記塗工液のB型粘度が100〜2000mPa・sである、(1)〜(5)のいずれかに記載の方法。
(7) スロット型カーテン塗工装置を用いてカーテン塗工を行う、(1)〜(6)のいずれかに記載の方法。
(8) (1)〜(7)のいずれかに記載の方法によって得られた塗工白板紙。
本発明で使用される原紙は、古紙パルプが少なくとも配合されていれば、それ以外のパルプ配合は特に制限されず、例えば、晒化学パルプ、未晒化学パルプなどを使用できる。古紙パルプとしては、脱墨してもしなくてもよく、脱墨パルプとしては、上質紙、中質紙、下級紙、新聞紙、チラシ、雑誌などの選別古紙やこれらが混合している無選別古紙を原料とする脱墨パルプなどを使用することができる。
本発明では、水と必要な成分とを混合して塗工液を調整する。塗工液の調製においては、ミキサー等の通常の混合手段を用いてよい。各成分等については以下に説明する。本発明においては、2種類以上の塗工液から1つのカーテン膜が形成される。
下塗り塗工液は、少なくとも水および界面活性剤を含有するが、好ましくは、水溶液とした際、低濃度でも高粘度の高分子化合物を含有しても良い。前記高分子化合物としては、例えば、B型粘度計にて、30℃、60rpmの条件で測定したときの、5重量%水溶液のときの粘度が、100mPa・s以上が好ましく、具体的な例としては、ポリビニルアルコール、酸化澱粉、陽性澱粉、尿素燐酸エステル化澱粉、ヒドロキシエチルエーテル化澱粉等のエーテル化澱粉、デキストリン等の澱粉類;カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース等のセルロース誘導体等が挙げられる。本発明においては、ポリビニルアルコールか澱粉類が好適である。表面強度を向上させるのであればポリビニルアルコールが好適であり、塗工液の保水性向上のためには澱粉類が好ましい。
下塗り塗工液には、界面活性剤を用いて、塗工液の動的表面張力を調整できる。界面活性剤には、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤およびノニオン性界面活性剤が存在するが、本発明においてはアニオン性界面活性剤が好ましい。カチオン性界面活性剤は塗工液中の顔料を凝集させやすくなる。また、ノニオン性界面活性剤は塗工液に十分な濡れ性を与えにくい。アニオン性界面活性剤の例には、スルホン酸系界面活性剤、硫酸エステル系界面活性剤およびカルボン酸系界面活性剤が含まれる。これらの中でも、塗工液の濡れ性をより良好とできるため、スルホン酸系界面活性剤が好ましく、特にアルキルスルホコハク酸が好ましい。好ましい態様において、これらの界面活性剤は顔料100重量部当たり0.1〜2重量部、より好ましくは0.2〜1重量部程度の範囲で使用される。
下塗り塗工液のB型粘度は、均一で安定したカーテン膜を形成するために、また塗工液を配送するのに適切となるよう、100〜2000mPa・sの範囲が好ましく、100〜1000mPa・sがより好ましく、200〜500mPa・sがさらに好ましい。100mPa・s以下であると、塗料中の水分が原紙に過剰に染みこみ、原紙が膨潤するため、塗工後の表面平滑性が低下する。また乾燥に必要なエネルギーも上昇する。また、2000mPa・sより大きいと、塗料の流動性が劣り、安定なカーテン膜を形成しにくくなる。
本発明に用いる上塗り塗工液は、顔料を含む。顔料は制限されず、塗工紙用に従来から用いられている顔料を使用できる。例えば、カオリン、クレー、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、二酸化チタン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、酸化亜鉛、ケイ酸、ケイ酸塩、コロイダルシリカ、サチンホワイト等の無機顔料、プラスチックピグメント等の有機顔料、有機・無機複合顔料等を使用することができる。中でも重質炭酸カルシウムまたは軽質炭酸カルシウムが好ましい。これらの顔料は単独で使用できるが、必要に応じて二種以上を混合して使用してもよい。
上塗り塗工液の固形分濃度は、好ましくは40〜75重量%であり、より好ましくは50〜70重量%であり、さらに好ましくは60〜70重量%である。上塗り塗工液の固形分濃度が、40重量%未満であると、塗工乾燥時における塗工層の体積変化が大きくなり、結果として塗工後の表面平滑性が劣る。また75重量%より多いと、塗工液の流動性が悪化し、均一なカーテン膜を形成することが難しくなる。
本発明では、上記した複数の塗工液から1つのカーテン膜を形成し、当該カーテン膜に原紙を通紙して原紙上に2層以上の塗工層を形成する。
カーテン塗工においては、単位時間当たりの単位幅における体積流量が塗工量と相関しており、以下の式のような関係になっている。
例えば、固形分濃度60〜70%の上塗り塗工液を、塗工量10〜30g/m2、塗工速度50〜300m/minの条件でカーテン塗工する場合、上の式によれば、塗工速度50m/min、塗工量10g/m2、固形分濃度70%であるときに流量が最小になる(0.45L/分/m)。なお、上塗り塗工液の比重は、固形分濃度60〜70%の場合には1.6程度であるから、1.6として計算した。
上述の通り、カーテン塗工においては、全ての塗工液の合計の体積流量が、4L/分/m以上であることが好ましいので、特に塗工速度が低速の場合、上塗り塗工液の流量(0.45L/分/m)だけでは、安定してカーテン膜を形成しにくい。しかし、本発明の同時多層塗工では、上塗り塗工液だけでは不足する分の流量を下塗り塗工液によって補うことができる。すなわち、同時多層塗工を採用する本発明によれば、カーテン塗工の速度が低速であっても、製品品質に応じて上塗り塗工液の特性を調整しやすく、高品質な製品を効率良く製造することができる。
平滑化処理装置は、オンマシンやオフマシンで適宜用いられ、加圧装置の形態、加圧ニップの数、加温等も適宜調整される。
(1)膜安定性:カーテン膜が落下して原紙に接触するまでの間に、膜が不安定になって膜切れが発生する頻度を評価した。評価基準は以下の通りである。
◎:膜切れが全く発生ない、○:まれに膜切れが発生する(1時間に1回程度)、△:しばしば膜切れが発生する(1分間に1回程度)、×:膜を形成できない
(2)表面平滑性:得られた塗工白板紙のPPSラフネスを測定することにより評価した。PPSラフネスはJIS P 8151「紙及び板紙−表面粗さ及び平滑度試験方法(エア・リーク法)−プリント・サーフ試験機法」に準じて測定した。
[原紙]
LBKP80%、NBKP20%の割合で配合したパルプを使用して白色度80%、米坪40g/m2の表層、脱墨古紙100%の割合で配合したパルプを使用して白色度55%、米坪40g/m2の表下層、脱墨しない雑誌古紙のパルプを使用して白色度50%、米坪190g/m2の中層、中層と同様のパルプを使用して白色度45%、米坪40g/m2の裏層をそれぞれ抄造して抄き合わせ、プレス、乾燥処理を行い米坪310g/m2の塗工白板紙原紙を得た。原紙の密度は0.80g/cm3、表面の白色度は73%であった。
ポリビニルアルコール(商品名:JC−33、日本酢ビポバール株式会社製)を用いて固形分濃度6%のポリビニルアルコール水溶液を調製した後、界面活性剤(商品名:Newco291PG、日本乳化剤社製)を水溶液の重量に対し0.5%添加した。30℃におけるB型粘度は500mPa・sであった。
軽質炭酸カルシウム(商品名:TP−221GS、奥多摩工業社製)50部、カオリン(Contour 1500、イメリス社製)50部からなる顔料スラリーを調製した後、顔料100部に対して、スチレン・ブタジエン共重合ラテックス(商品名:PA7082、日本エイアンドエル社製)12部、滑剤(商品名:DEF−791TF、日新化学社製)0.5部、界面活性剤(商品名:Newco291PG、日本乳化剤社製)0.5部を添加した。水を添加して、B型粘度が1000mPa・sになるよう調整したところ、固形分濃度は65%となった。
上記塗工液を、スライド型カーテン塗工装置にて同時2層塗工を行った。塗工速度は150m/分とした。塗工液の流量は、下塗り塗工液で2.5L/分/m、上塗り塗工液で2.5L/分/mとした。塗工量は、乾燥後の重量で下塗り塗工液が1g/m2、上塗り塗工液が20g/m2であった。
得られた塗工紙をスーパーカレンダー処理することにより、塗工白板紙を得た。
実施例1において、下塗り塗工液の固形分濃度を6%から9%に変更した以外は、実施例1と同様に塗工白板紙を得た。下塗り塗工液のB型粘度は1000mPa・s、下塗り塗工液の塗工量は1.5g/m2であった。
実施例1において、下塗り塗工液の固形分濃度を6%から3%に変更した以外は、実施例1と同様に塗工白板紙を得た。下塗り塗工液のB型粘度は200mPa・s、下塗り塗工液の塗工量は0.5g/m2であった。
実施例1において、上塗り塗工液の固形分濃度を65%から70%に変更した以外は、実施例1と同様に塗工白板紙を得た。上塗り塗工液のB型粘度は2000mPa・s、上塗り塗工液の塗工量は21.5g/m2であった。
実施例1において、上塗り塗工液の固形分濃度を65%から60%に変更した以外は、実施例1と同様に塗工白板紙を得た。上塗り塗工液のB型粘度は200mPa・s、上塗り塗工液の塗工量は18.5g/m2であった。
実施例6
実施例1において、下塗り塗工液の流量を2.5L/分/mから2.0L/分/mとした以外は、実施例と同様に塗工白板紙を得た。下塗り塗工液の塗工量は0.8g/m2であった。
実施例1において、下塗り塗工液を使用せず、上塗り塗工液のみを用いて、2.5L/分/mの流量でスライド型カーテン塗工装置にて単層塗工を行った以外は、実施例1と同様に塗工白板紙を得た。
実施例1において、上塗り塗工液の固形分濃度を30%に変更した以外は行った以外は、実施例1と同様に塗工白板紙を得た。上塗り塗工液のB型粘度は20mPa・s、上塗り塗工液の塗工量は9.2g/m2であった。
Claims (10)
- 2種類以上の塗工液から1つのカーテン膜を形成させ、50〜300m/分の速度で該カーテン膜に原紙を通して原紙上に2層以上の塗工層を形成することを含む、塗工白板紙の製造方法であって、
前記原紙が、古紙パルプを含む多層抄き原紙であり、原紙に最も近い塗工層を形成する塗工液の固形分濃度が、それより外側の塗工層を形成する塗工液の固形分濃度より25重量%以上低く、原紙に最も近い塗工層を形成する前記塗工液の固形分濃度が3〜20重量%、原紙に最も近い塗工層を形成する前記塗工液のB型粘度が100〜2000mPa・sである、上記方法。 - 前記多層抄き原紙が、表層、表下層、中層、裏層を含んでなる、請求項1に記載の方法。
- 原紙に最も近い塗工層を形成する前記塗工液の固形分濃度が3〜10重量%であり、外側の塗工層を形成する前記塗工液の固形分濃度が40〜75重量%である、請求項1または2に記載の方法。
- 原紙に最も近い塗工層を形成する前記塗工液がポリビニルアルコールを含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- カーテン塗工における塗工液の合計体積流量が、4L/分/m以上である、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記塗工白板紙の塗工量が片面あたり10〜30g/m2である、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 原紙に最も近い塗工層を形成する前記塗工液のB型粘度が100〜1000mPa・sである、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 原紙に最も近い塗工層を形成する前記塗工液の固形分濃度が3〜8重量%である、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- スロット型カーテン塗工装置を用いてカーテン塗工を行う、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 塗工層表面を平滑化することをさらに含む、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
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