JP7419623B2 - 塗工層を有する紙の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、塗工層を有する紙の製造方法に関する。

ガスバリア層、水蒸気バリア層、耐水層、耐油層、クリア層、顔料塗工層、インク受容層等の様々な塗工層を有する紙が、様々な用途で用いられている（特許文献１、２）。
塗工層を有する紙において、塗工量を増やす、乾燥コストを減らす等のために、塗工液の高濃度化が求められている。しかし、高濃度な塗工液は、高粘度となるため、均一な塗工層が得られにくく、性能のバラツキが生じてしまう場合がある。

特開２０１３－１４４３６３号公報 特開平９－３７９５号公報

本発明は、均一な塗工層を有する紙の製造方法を提供することを課題とする。

本発明の課題を解決するための手段は、以下のとおりである。
１．紙基材上に、第一塗工液を塗工する第一塗工工程、
前記第一塗工液上に、水分量が５０重量％以上である第二塗工液を塗工する第二塗工工程、
を有し、
前記第二塗工工程が、前記第一塗工液の塗工直後の水分（１００重量％）のうち、５重量％以上５０重量％以下揮発した状態で行われることを特徴とする塗工層を有する紙の製造方法。
２．前記第二塗工液の水分量が９０重量％以上であることを特徴とする１．に記載の製造方法。
３．前記第二塗工液が、水であることを特徴とする１．または２．に記載の製造方法。
４．前記第一塗工液が、ガスバリア塗工層用塗工液であることを特徴とする１．～３．のいずれかに記載の製造方法。

本発明の製造方法により、塗工欠陥が少なく、均一な塗工層を有する紙を得ることができる。本発明の製造方法により得られる紙は、性能のバラツキが小さい。本発明の製造方法は、第一塗工液として高粘度の塗工液を塗工しても、均一な塗工層を得ることができるため、塗工量を増やすことができる。

本発明は、紙基材上に、第一塗工液を塗工する第一塗工工程、この第一塗工液上に、水分量が５０重量％以上である第二塗工液を塗工する第二塗工工程、を有し、
第二塗工工程が、第一塗工液の塗工直後の水分（１００重量％）のうち、５重量％以上５０重量％以下揮発した状態で行われることを特徴とする塗工層を有する紙の製造方法に関する。

本発明は、第一塗工液を塗工し、この第一塗工液が乾燥する前に第二塗工液を塗工するものである。第二塗工液を塗工することで、乾燥途中の第一塗工液の表面を均す（レベリング）ことができるため、第一塗工液が形成する塗工層の性能のバラツキを小さくすることができる。

以下、本発明を工程順に沿って説明する。
・第一塗工工程
第一塗工工程では、紙基材上に、第一塗工液を塗工する。
紙基材は、主としてパルプからなるシートであり、填料、各種助剤を含んでもよい。本発明で使用する紙基材は特に制限されず、その用途に応じて適宜選択することができる。紙基材は、１層であってもよく、２層以上の多層で構成されていてもよい。また、紙基材は、サイズ剤等の各種薬剤で表面処理されていてもよい。例えば、紙基材として、上質紙、中質紙、塗工紙、片艶紙、クラフト紙、片艶クラフト紙、晒クラフト紙、グラシン紙、板紙、白板紙、ライナー、カップ原紙等の各種公知のものを使用することができる。
紙基材の坪量は、その用途等に応じて選択することができるが、一般的には、３０ｇ／ｍ^２～６００ｇ／ｍ^２程度のものを用いることができる。

第一塗工液は、ガスバリア層、水蒸気バリア層、耐水層、耐油層、クリア層、顔料塗工層、インク受容層等の様々な塗工層を形成するための塗工液とすることができ、その用途に応じて、任意の組成のものを用いることができる。すなわち、第一塗工液は、顔料、バインダー（接着剤）、ガスバリア性樹脂、水蒸気バリア性樹脂、耐水性樹脂、耐油性樹脂、インク定着剤、セルロースナノファイバー等を含有することができる。また、第一塗工液は、分散剤、増粘剤、保水剤、消泡剤、耐水化剤、着色染料、着色顔料、蛍光増白剤、界面活性剤等の塗工液に配合される各種助剤を含有していてもよい。

第一塗工液の塗工方法は特に制限されず、ブレードコーター、バーコーター、ダイコーター、ロールコーター、エアーナイフコーター、グラビアコーター、フィルムトランスファーコーター、カーテンコーター、スプレーコーター等の公知の塗工方法を用いることができる。特に、塗料を多く塗工するのに適したバーコーターやブレードコーター等の後計量方式である塗工方法が好ましい。

第一塗工液の固形分濃度、粘度は特に制限されず、塗工方法等に応じて調整することができる。ただし、本発明は、第二塗工液により乾燥途中の第一塗工液の表面を均すことができるため、第一塗工液は、第一塗工液の塗工、乾燥のみで得られる塗工層が、ムラ、スジ、ゆず肌等の塗工欠陥が生じやすい高濃度の固形分、高粘度とすることができる。そのため、ＰＶＡやセルロースナノファイバー等を含有する高粘度の塗工液を好適に用いることができる。例えば、バーコーターでＰＶＡを含む第一塗工液を塗工する場合であれば、ＰＶＡ濃度０．５％～２０％、粘度１０ｍＰａ・ｓ～４００ｍＰａ・ｓとすることができる。

・第二塗工工程
第二塗工工程では、第一塗工液の塗工直後の水分（１００重量％）のうち、５重量％以上５０重量％以下揮発した乾燥途中の第一塗工液上に、水分量が５０重量％以上である第二塗工液を塗工する。第一塗工液の乾燥方法は特に限定されず、蒸気加熱ヒーター、ガスヒーター、赤外線ヒーター、電気ヒーター、熱風加熱ヒーター、マイクロウェーブヒーター、シリンダードライヤー等の公知の方法を用いることができる。

第二塗工液が塗工される際の第一塗工液は、塗工直後の第一塗工液の水分（１００重量％）のうち、５重量％以上５０重量％以下揮発した乾燥途中であり、その表面に被膜が生じ始めている。この乾燥途中の第一塗工液上に、第二塗工液全体に対する水分量が５０重量％以上である第二塗工液を塗工することにより、第一塗工液表面に生じ始めた被膜の形成を遅らせることができ、第一塗工液表面を均す（レベリング）ことができる。乾燥が進み第二塗工液が塗工される際の第一塗工液の水分量が少なくなると、形成途中の被膜が強固となり第一塗工液表面が均されにくくなる場合があるため、第二塗工液が塗工される際の乾燥途中である第一塗工液の水分量は、乾燥途中の第一塗工液全体に対して、２０重量％以上であることが好ましく、４０重量％以上であることがより好ましい。

第二塗工液の水分量は、第二塗工液全体に対して、７０重量％以上であることが好ましく、９０重量％以上であることがより好ましい。また、第二塗工液は、水道水、工業用水、井戸水等の固形分を実質的に含まない水であってもよい。

第二塗工液が固形分を含む場合、第二塗工液は、上記第一塗工液と同じく、形成する塗工層の用途に応じて、任意の組成のものを用いることができ、第一塗工液と同一または異なる塗工層を形成するための塗工液とすることができる。ただし、第二塗工液を塗工することで、乾燥途中の第一塗工液と第二塗工液とは少なからず混じり合うため、第二塗工液は、第一塗工液と、固形分組成の共通率が５０重量％以上であることが好ましい。なお、本明細書において固形分組成の共通率とは、各塗工液の固形分組成のうち両者に共通する成分の第一塗工液または第二塗工液の含有割合の少ない方の総和を意味する。例えば、第一塗工液が固形分として成分Ａ２０重量％、成分Ｂ８０重量％、第二塗工液が固形分として成分Ａ１０重量％、成分Ｂ４０重量％、成分Ｃ５０重量％含有する場合、第一塗工液と第二塗工液とは、成分Ａ１０重量％と成分Ｂ４０重量％が共通しており、共通率は５０重量％となる。この共通率は、７０重量％以上であることが好ましく、９０重量％以上であることがさらに好ましい。

第二塗工液の塗工方法は特に制限されず、ブレードコーター、バーコーター、ダイコーター、ロールコーター、エアーナイフコーター、グラビアコーター、フィルムトランスファーコーター、カーテンコーター、スプレーコーター等の公知の塗工方法を用いることができる。特に、エアーナイフコーターや、バーコーター等の低粘度の塗料の塗工に適した塗工方法が好ましい。また、第二塗工液塗工後の乾燥方法は特に限定されず、上記と同様の方法を用いることができる。
第二塗工液を塗工、乾燥した後に、必要に応じて、カレンダー処理、ラミネート処理等の他の工程を施すことができる。

以下に実施例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、もちろんこれらの例に限定されるものではない。なお、特に断らない限り、例中の部および％は、それぞれ重量部、重量％を示す。

以下に示す評価方法に基づいて試験を行った。結果を表１に示す。
（評価方法）
＜Ｂ型粘度＞
第一塗工液の温度２５℃の時の粘度を、ブルックフィールド粘度計（東京計器株式会社製、ＢＩＩ形粘度計）を使用し、Ｎｏ．３のローターを用いて、６０ｒｐｍの回転速度で測定した。
＜透気抵抗度＞
塗工層を有する紙について、ＪＩＳ Ｐ８１１７：２００９に準拠した方法（王研式試験機法）により測定した。

＜酸素透過度＞
塗工層を有する紙に、押出しラミネート法により低密度ポリエチレン（日本ポリエチレン株式会社製、ＬＣ６０２Ａ）を厚み３０μｍ積層し、ラミネート紙を得た。このラミネート紙について、東洋理化社製、Ｋ－３１５－Ｎを使用し、酸素導入圧力１０７ｋＰａ、２３℃－０％ＲＨ条件にて測定した。
＜スジの本数＞
トルエン１００ｍＬに対してメチルバイオレット０．３ｇを溶解させ、染色液を作成した。塗工層を有する紙について、幅方向中心部を中央とする２１０ｍｍ幅の領域について、刷毛を用いて染色液を塗布し、１０秒後ウエスで拭き取ることで染色した。その後、前記２１０ｍｍ幅における塗工スジの本数を目視で計測した。

「実施例１」
坪量２７０ｇ／ｍ^２のカップ原紙（ＮＢＫＰ（ＣＳＦ：４６０ｍｌ）１５ｗｔ％、ＬＢＫＰ（ＣＳＦ：４００ｍｌ）８５ｗｔ％）を紙基材として使用した。
この紙基材上に、第一塗工液として、ＰＶＡ（クラレ株式会社製、Ｐｏｖａｌ ＰＶＡ １１７Ｋ）の１０重量％水溶液（Ｂ型粘度：２９２ｍＰａ・ｓ）を、バーコーターで固形分塗工量１．７ｇ／ｍ^２となるように幅１６００ｍｍで塗工した。第一塗工液の塗工直後の水分のうち、２９．６重量％が揮発した状態で、第二塗工液として、ＰＶＡ（クラレ株式会社製、Ｐｏｖａｌ ＰＶＡ １１７Ｋ）の３重量％水溶液を、エアーナイフコーターで固形分塗工量０．６ｇ／ｍ^２となるように幅１６００ｍｍで塗工、乾燥し、塗工層を有する紙を得た。なお、第二塗工液の塗工時の第一塗工液は、水分９０重量％中２９．６重量％が揮発しているため、ＰＶＡ１０重量部、水６３．３６（＝９０×（１００－２９．６）／１００）重量部含み、水分量は８６．３６重量％（＝６３．３６／（１０＋６３．３６）×１００である。

「実施例２」
第二塗工液を水とした以外は、実施例１と同様に塗工層を有する紙を得た。

「比較例１」
第二塗工液を塗工しなかった以外は、実施例１と同様に塗工層を有する紙を得た。
「比較例２」
第二塗工液を、第一塗工液が完全に乾燥した後に塗工した以外は、実施例２と同様に塗工層を有する紙を得た。

第一塗工液を塗工しただけの比較例１は、塗工欠陥であるスジが多く、透気抵抗度が小さく、酸素透過度が大きかった。これは、均一な塗工層が得られなかったためである。
第一塗工液が完全に乾燥した後に水を塗工した比較例２は、塗工層の表面が多少均されたものの、塗工欠陥であるスジが残り、酸素透過度は２０ｍｌ／ｍ^２・ｄａｙと大きかった。
第一塗工液の水分が２９．６重量％乾燥した状態で第二塗工液を塗工した実施例１、２は、目視では塗工欠陥は確認できなかった。また、透気抵抗度、酸素透過度に優れており、均一な塗工層を有する紙が得られたことが確認できた。

Claims (4)

1. 紙基材上に、第一塗工液を塗工する第一塗工工程、
   前記第一塗工液上に、水分量が５０重量％以上である第二塗工液を塗工する第二塗工工程、
   を有し、
   前記第二塗工工程が、前記第一塗工液の塗工直後の水分（１００重量％）のうち、５重量％以上５０重量％以下揮発した乾燥途中で第一塗工液の表面に被膜が生じ始めている状態で行われ、乾燥途中の第一塗工液と第二塗工液が混じり合い、前記被膜の形成が遅れることにより、前記第一塗工液の表面を均すことを特徴とする塗工層を有する紙の製造方法。
2. 前記第二塗工液の水分量が９０重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第二塗工液が、水であることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
4. 前記第一塗工液が、ガスバリア塗工層用塗工液であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の製造方法。