JPH0657332B2 - 後ブレード紙塗工装置および塗工方法 - Google Patents

後ブレード紙塗工装置および塗工方法

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JPH0657332B2
JPH0657332B2 JP61075389A JP7538986A JPH0657332B2 JP H0657332 B2 JPH0657332 B2 JP H0657332B2 JP 61075389 A JP61075389 A JP 61075389A JP 7538986 A JP7538986 A JP 7538986A JP H0657332 B2 JPH0657332 B2 JP H0657332B2
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アーサー チャールズ ゲイン パトリック
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は水性媒体中に高アスペクト比を有する無機顔料
固体粒子および接着剤を含む塗工組成物をセルロースシ
ート材料、例えば紙またはボードの表面に塗工するため
の装置および方法に関する。本発明はより詳細には、限
定的ではないが超軽量塗工紙として通常知られている
紙、すなわち紙の片面の一平方メートルの面積につき９
ｇ以下の乾燥塗工組成物で塗工された紙を製造すること
に関する。
従来の技術 超軽量被塗紙を製造するための塗工組成物中に含有させ
るのに最も適当であることが判っている無機顔料は、層
格子状のシリケート鉱物質であり、そのうちカオリン粘
土が最も広く使用されているが、塗工組成物は他の層格
子状シリケート鉱物質、例えばタルクを含むことができ
る。これの層格子状のシリケート鉱物質は、一般に平ら
なプレート状に結晶化し、これらプレートはプレート面
に平行な平面に沿って比較的容易にはがれる。セルロー
ス材料のシート面に塗工された塗膜の重量が軽い場合、
乾燥した塗膜の厚さは薄くなる。塗膜が良好な透明度、
光沢および印刷特性を有するようにするには、塗工組成
物中の層格子状シリケート鉱物質の粒子は一般に高アス
ペクト比を有していなければならない。換言すれば、粒
子の厚さに対する粒子面を横断して測定した最大寸法の
比が大きくなっていなければならなく、かつ粒子はプレ
ートの平面がセルロース材料の表面に平行になるように
配列していなければならない。層格子状シリケート鉱物
質は、プレート状結晶の積層体またはクラスターを含む
粒子状態で一般に存在しており、かかる鉱物質の粒子の
アスペクト比は、プレートをひきはがして主に別々のプ
レートから成る粒子材料とすることにより大きくでき
る。
しかしながら高アスペクト比の粒子を大比率で含む紙塗
工組成物はレオロジー特性が一般に悪いという欠点を有
する。すなわちかかる粒子を大重量％で含む紙塗工組成
物は極めて粘性が大きく、レオロジー上のディラタンシ
ーを呈する。すなわち組成物の粘性は組成物に加えられ
るせん断速度と共に増加する。この欠点を克服する方法
の一つは、塗工組成物中の粒状シリケート鉱物質の重量
％を低減することであるが、かかる対策は、別の欠点を
生じさせる。すなわち、 １．塗工する顔料の単位重量あたりの蒸発すべき水の量
が増加するので、塗工された材料を乾燥するコストが増
加する。
２．水性媒体はセルロースシート材料内へと急速に移動
する傾向があるので、プレート平面がセルロース材料の
表面に平行となる最適配向から遠くに離れることがある
配向に固定された皿状粒子が残留する。
３．粒子がセルロースシート材料の繊維の間の比較的大
きな孔または割れ目内にランダムな配向につぶれるの
で、その結果塗膜の上部表面は乾燥時に良好な刷りを受
けるのに充分平滑な状態とはならない。
従って、超軽量塗工紙製造するには、高アスペクト比の
最も高くできる重量％の粒状シリケート鉱物質を含む塗
工組成物を使用することが好ましい。
セルロース材料のウェブを塗工する広く使用されている
方法は、鋼のスプリングプレードを含み、このブレード
は使用時に塗工すべきセルロース材料のウェブを横断す
るよう延び、ウェブに接触するよう押圧され、ウェブは
一般に若干可撓性のわん曲面、例えばエラストマー材料
に対向するロール上に一般に支持される。このブレード
はブレードをわん曲支持表面との接触ラインに沿ってわ
ん曲支持表面に対する接線に対して一般に鋭角をなし、
ウェブの移動方向に対して後方にひきづられた状態とな
る。このような明らかな理由からかかるブレードは「後
ブレード」として知られており、かかるブレードを使用
する装置は一般に「後ブレード紙塗工装置」として知ら
れる。後ブレード紙塗工装置を使ってセルロース材料を
塗工する一つの方法では、トラフ内に水性塗工組成物を
入れる。このトラフのフロアおよび後部はブレードおよ
びその支持部材から形成され、トラフの側面は適当なダ
ムで形成され、トラフの前方はわん曲された支持体上の
セルロース材料のウェブによって閉じられる。別の方法
では、適当な塗布器、例えば移動ウェブに接触する回転
ロールまたばブラシによってまたはスプレイジェットに
よって後ブレードの上流側でウェブに水性塗工組成物が
塗布される。
発明の解決しようとする課題 いずれの方法でも、後ブレードは余分な塗工組成物を除
去すると共に塗膜を平滑してならすよう働く。セルロー
ス材料の移動ウェブ上に支持されかつ主として高アスペ
クト比粒子を大重量％含む塗工組成物が後ブレードの下
方を高速度で強制的に通過させられると、塗膜は極めて
大きなせん断条件を急に受けかつ（高アスペクト比の粒
子のランダム配向によって）塗工組成物の不良レオロジ
ー特性の結果、ブレードの下方およびブレードとウェブ
の間の間隙で組成物の流れ速度が急に変化し、この結果
塗膜が不均一に塗工される。
発明の目的 よって本発明の目的は主に高アスペクト比の粒子を比較
的高重量％で含む組成物を薄い厚さでもセルロースシー
ト材料上に実質的に平滑な平らな塗膜に塗工するための
装置および方法を提供することにある。
発明の構成および作用 本発明のかかる目的は、セルロース材料からなる移動す
るウェブを支持する弾性湾曲表面を形成する手段と、高
アスペクト比を有する顔料固体粒子を含む紙塗工組成物
を塗布する塗布器と、前記セルロース材料からなる移動
するウェブに向けて、接触するように付勢された後ブレ
ードを備えた後ブレード紙塗工装置において、さらに、
前記後ブレードの上流側で、かつ、紙塗工組成物を塗布
する前記塗布器の下流側に設けられ、後ブレード紙塗工
装置の作動中に、塗工すべき前記セルロース材料からな
るウェブに、実質的に接線方向に接触し、前記紙塗工組
成物中の前記高アスペクト比を有する顔料固体粒子を配
向させる可撓性ブレードを備えたことを特徴とする後ブ
レード紙塗工装置によって達成される。
また、本発明の前記目的は、水性溶媒中に、高アスペク
ト比を有する顔料固体粒子および接着剤を含む塗工組成
物を、セルロース材料からなるウェブに塗工する塗工方
法において、前記塗工組成物をセルロース材料からなる
移動するウェブの表面に塗布し、該ウェブと塗布された
前記塗工組成物を、弾性支持手段と、一縁が該弾性支持
手段に向けて付勢された後ブレードとの間を通間させ、
該後ブレードの上流側で、前記セルロース材料からなる
ウェブに実質的に接線方向に接触する可撓性ブレード
を、前記ウェブおよび塗膜に作用させ、前記セルロース
材料からなるウェブおよび前記塗膜が、前記後ブレード
の下を通過する前に、前記塗工紙組成物中の高アスペク
ト比を有する固体粒子を配向させることを特徴とする塗
工方法によって達成される。
本発明の装置および方法で使用される可撓性ブレード
は、セルロース材料のウェブと接触するとき、その自由
エッジが接触点でウェブに実質的に接線方向となるよう
充分に屈曲するよう構成されかつ取付けられる。可撓性
ブレードはプラスチック材料、例えばポリテトラフルオ
ロエチレンまたはポリ塩化ビニールから形成することが
好ましいが、エラストマー材料、例えば天然または合成
ゴムを使用できる。薄い可撓性金属材料を使用すること
も可能である。一実施態様では、可撓性ブレードは適当
な保持手段内の一つのエッジに沿って保持、例えばクラ
ンプされ、その自由端はわん曲表面に支持されたウェブ
に実質的に接線方向に接触するよう配置される。より一
般的には、可撓性ブレードの下方を通過できる湿った紙
塗工組成物の重量を１０重量％以下かつ乾燥した所望の
塗膜重量を与えるのに必要な量以上に制限するよう充分
な圧力を加えるよう可撓性ブレードを取付けなければな
らない。可撓性ブレード自体は、わん曲した成形具、例
えば弾性バーによって保持手段近くに支持することが好
ましく、弾性バーは一定長さの可撓性、プラストマーま
たはエラストマーチューブから有利に構成できる。
可撓性ブレードは、次のように取付けることが好まし
い。すなわち可撓性ブレードとセルロース材料のウェブ
との接触ラインと後ブレードとセルロース材料のウェブ
との接触ラインとの間の距離は、ウェブ上の所定点が通
常のウェブの走行作動速度で２つの接触ライン間を走行
するのに要する時間が１５ミリ秒より長くならないよう
な値となるよう可撓性ブレードを取付けることが好まし
い。例えば、毎分１５００ｍの速度で通常作動する工業
用紙塗工機では、ブレードが２５cm離れているとする
と、２つのブレード間を走行するのに要する時間は１０
msとなる。本発明の一実施態様では、ウェブ上の所定点
が可撓性ブレードと後ブレードの２つの接触ライン間を
走行するのに要する時間を調節できるように後ブレード
および／または可撓性ブレードを相互に移動できる。
本発明に係る後ブレード紙塗工装置の可撓性ブレード
は、ウェブの表面上の塗工組成物に漸増するせん断力を
加えるよう機能し、せん断力は塗工組成物内の粒子、特
に高アスペクト比を有する皿状の粒子が、皿状体の平面
がウェブの表面に平行となるよう配向させると考えられ
る。この結果、後ブレードの下を通過する塗工組成物
は、予め配向された粒子を有し、後ブレードの下を塗工
組成物がより平滑に流れることができる。従って、従来
の後ブレード塗工装置で可能であった量よりも多い重量
％で高アスペクト比の顔料粒子を含む塗工組成物を使用
することができる。更に後ブレードを可撓性支持部材に
押圧する圧力も増加でき、従来の後ブレード紙塗工装置
で使用されていた圧力の２倍までの後ブレードの圧力を
使用できる。この結果、片面で２から３ｇ／ｍ２の範囲
内の塗膜重量を有する極薄塗膜が得られる。更に粒子を
予め配向した結果皿状体が紙の表面に平行となるよう実
質的にすべてが配向している粒子は比較的大きな孔、ま
たはセルロース材料の繊維間の割れ目内で密集したりこ
れらを横断するよう架橋し、塗工組成物の高粘性のため
配向されたままであり、この結果、良好な透明度、光沢
および印刷特性を有する平滑な平らな塗膜が得られる。
本発明を良好に理解し、かつ発明がどのように実施され
るかを明らかに示すため、例により添付図面を参照す
る。
まず第１図を参照すると、本図には鋼鉄ロール２上に支
持された紙１のウェブが示されており、ロール２にはエ
ラストマー材料のフェーシング３が設けられている。こ
のロール２は矢印４の示す方向にウェブを前進するよう
回転される。ポリエチレンテトラフルオロエチレンから
形成された可撓性ブレード５はその一端が支持部材６に
クランプされており、ブレードの自由端７はロール２に
対して実質的に接線方向に移動中のウェブに接触する。
ロールに対向する支持部材６のエッジに沿って所定長さ
のポリエチレンのチューブ８が固定されており、このチ
ューブのわん曲した外側表面の一部は可撓性ブレード５
を支持すると共にブレードの曲率を定める。薄い鋼鉄ス
プリングから形成された後ブレード１１は、図示してい
ない手段によってウェブへ押圧されている。
作動中、水中に懸濁された高アスペクト比の層格子状シ
リケート鉱物質および接着剤から成る塗工組成物９がト
ラフ１０に導入される。このトラフ１０は、ウェブ１、
可撓性ブレード５、支持部材６および２つのダム（図示
せず）によって画定される。後エッジ１１は余分な塗工
組成物を除去し、塗工膜を平滑にしかつならすよう働
く。可撓性ブレード５の接触ラインと後ブレード１１の
接触ラインと間の距離「ｄ」は、６cmであり、この長さ
の場合、ウェブ毎分４００ｍの進行速度であると、２つ
のブレード間を走行するのに要する時間は９ミリ秒であ
る。この長さはブレード間の代表的間隔である。他の多
くの構成でも可能であるが、可撓性ブレードと後ブレー
ドとの間の塗工ウェブの走行時間は１５ミリ秒を越えな
いことが好ましい。
次に第２図および第３図を参照すると、これら図には塗
工ヘッドが示されているが、このヘッドは、英国特許第
1,032,536 号明細書に記載のタイプの実験室規模の後ブ
レード紙塗工装置と組合わせて使用するように設計され
ている。この塗工ヘッドは、２つの側壁１２および１３
から成り、これら側壁１２および１３は剛性チューブ状
スリーブ内のナットおよびボルトアセンブリ１４によっ
て互いに所望の平行状態となるよう保持されている。側
壁の前方を向いたエッジ１６は実験室規模の後ブレード
紙塗工装置のロール２（英国特許第1,032,536号明細書
の第１図に示されているバッキングロール４に対応）の
周辺に順応するようわん曲されており、厚さ1.6mmのポ
リテトラフルオロエチレンのストリップに対面してい
る。実質的に矩形のホルダに取付けられた鋼鉄ジョー２
５の間には薄い鋼鉄スプリングの後ブレード１１がクラ
ンプされ、ホルダ１７は側壁内の孔を貫通するネジ１８
によって所定位置に固定されている。ポリテトラフルオ
ロエチレンから成り、1.6mmの厚さの可撓性ブレード５
は、ドッグレッグ形状のホルダ２０内に16mmの長さだけ
突出するようクランプされており、ホルダ２０はナット
・ボルトアセンブリ２６によって側壁に枢着されてい
る。ホルダ２０の角度は、ローレットが付けられたつま
み２２が設けられたねじ２１によって調節でき、ねじは
ナット・ボルトアセンブリによって所定位置に固定され
たねじ切りされたブロック２３と協働する。側壁、ブレ
ードホルダおよびスリーブ１５は、織物をフェノールフ
ォルムアルデヒド樹脂で含浸して形成した「TUFNOL」
（登録商標）として知られる材料から形成される。
次の実施例によって本発明を更に説明する。
実施例１ 次の組成に従って調製されたグラビア用紙塗工組成物で
塗工したグラビア印刷原紙の例 成 分 重量部 顔 料 １００ ナトリウムポリアクリレート 0.3 分散剤 自己増粘アクリルコポリマー 4.8 ラテックス接着剤 pH９にするための水酸化ナト リウム 適当な流動性にするための水 次の４種類の顔料を使用した。
Ａ．重量％の粒子が１０μｍより大きい等価球径を有
し、４０重量％の粒子が２μｍより小さい等価球径を有
し、２５重量％の粒子が１μｍより小さい等価球径を有
するような粒度分布のカオリン粘土。
Ｂ．４重量％の粒子が１０μｍより大きい等価球径を有
し、８２重量％の粒子が２μｍより小さい等価球径を有
し、６０重量％の粒子が１μｍより小さい等価球径を有
するような粒度分布のカオリン粘土。
Ｃ．９０重量％の顔料Ｂ＋５μｍから５０μｍまでの範
囲内の径を有する粒子からほとんど成る１０重量％の白
雲母。
Ｄ．７０重量％の顔料Ｂ＋顔料Ｃで使用されたものと同
じ３０重量％の白雲母。
次の手段によって４種類の顔料の各々を含む組成物で原
紙サンプルを塗工した。
タイプ１。一つの鋼スプリングブレードから成る従来の
後ブレード塗工ヘッド。
タイプ２。薄い鋼スプリングの後ブレードと厚さ1.6mm
のポリテトラフルオロエチレンの可撓性の予配向ブレー
ドから成る第２図および第３図に示すような本発明に係
る塗工ヘッド。
英国特許第1,032,536 号明細書に記載されているタイプ
の実験室規模の紙塗工装置「ヘリコーター」（HELI-COA
TER）」に塗工ヘッドを取付け、ドラムに取付けられた
紙が毎分４００ｍの速度でブレードの下方を通過するよ
うな速度でドラムを回転した。塗工前に、各紙塗工組成
物の全乾燥固体中の重量％を測定し、スピンドル速度が
１００r.p.m.のブルックフィールド粘度計を用いて粘度
を測定した。ドラムに押圧される塗工ヘッドに加えられ
る圧力を変えることにより約４から約１１ｇｍ-2までの
範囲の乾燥塗膜重量が得られるように原紙に塗工剤を塗
工した。各塗工剤を熱乾燥してＴＡＰＰＰＩ規格第Ｔ４
８０ ｔｓ−６５号に従って乾燥した被膜の光沢を測定
し、1969年４月スワン社発行の「プリンティングテクノ
ロジー」第１３巻第１号第９〜１２ページの論文「各種
印刷法用の現実的紙テスト法」および英国特許第2,058,
734 号明細書に記載方法でグラビア印刷の質をテストし
た。
テスト前に、６５℃の温度で１０回１cmあたり８９kg
（直線インチあたり５００ポンド）のライン圧をかけて
塗工紙のサンプルをカレンダ仕上げした。塗工組成物お
よび塗工ヘッドの組合わせごとに７ｇｍ-2の乾燥塗膜重
量に対応する光沢およびグラビア印刷の質を補間法で評
価した。グラビア印刷の質の場合、最小の数字は最大の
結果を示す。下記の第Ｉ表にその結果得られる結果を示
す。
これらの結果は、本発明に係る塗工ヘッドを使用する
と、固体濃度の高い組成物を使用でき、従って塗工紙の
乾燥中熱的に蒸発しなければならない水の量を低減でき
ることを示す。固体濃度の高い、すなわち粘度の高いこ
との利点は、水が組成物から排出されて原紙に入るまで
の時間が短くなるので、組成物中の粒子は、予配向用可
撓性ブレードの下方を通過するとき与えられる配向状態
をより維持しやすいことである。更に本発明の塗工ヘッ
ドを使用すると、グラビア印刷の質が改善され、多くの
場合光沢がよくなることがこれら結果から判る。高アス
ペクト比の比率すなわち粒度が約５μｍとの間の雲母粒
子の比率を増加すると、これら改善点がより顕著とな
る。
実施例２ 毎分４００ｍの紙速度で実験室規模の後ブレード紙塗工
装置上でウェブオフセット印刷原紙のサンプルに次の組
成に従って調製した組成物を塗工した。
成 分 重量部 顔 料 １００ ナトリウムポリアクリレート 0.3 分散剤 スチレンブタジエンラテックス １２ 接着剤 ナトリウムカルボキシメチル １ セルロース pH９にするための水酸化ナト リウム 適当な流動性にするための水 １重量％の粒子が１０μｍより大きい等価球径を有し、
８０重量％の粒子が２μｍより小さい等価球径を有する
ような粒度分布を有する９０重量％のカオリン粘土およ
び実施例１で使用したものと同じ１０重量％の雲母から
顔料を調製した。
上記実施例１に実施例のタイプ１およびタイプ２の双方
の塗工ヘツドを使用して紙サンプル上に顔料を塗工し
た。
タイプ１の塗工ヘッドの場合、スピンドル速度１００r.
p.m.でブルックフィールド粘度計を用いて粘性が１５０
mPasとなるよう組成物に水を添加したところ、組成物中
の全乾燥固体の重量％は６０％となることが判った。タ
イプ２の塗工ヘッドの場合、２０００mPasの粘度すなわ
ち６３重量％の固体濃度となるよう水を添加した。
約３から９ｇcm-2までの範囲内の乾燥塗膜重量が得られ
るようブレードの圧力を変えて塗工剤を塗工した。塗工
された紙の各サンプルを熱乾燥し、６５℃で１０回８９
kg/cmのライン圧力でカレンダー処理し、ＴＡＰＰＩ規
格第４８０ｔｓ−６５号に従って光沢を測定した。ケー
スごとに補間法５ｇcm-2の乾燥被膜重量に対応する光沢
が検出された。次の表IIに得られた結果を示す。
表 II 塗工ヘッド TAPPI光沢単位 タイプ１（比較例） ３９ タイプ２（本発明） ４７
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る後ブレード紙塗工装置の一実施態
様の一部の略図、第２図および第３図は本発明に係る後
ブレード紙塗工装置の別の実施態様の一部の略図であ
る。 ２……ロール ３……フェーシング ５……可撓性ブレード ６……支持部材 ９……塗工組成物 １１……後ブレード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ２１Ｈ 27/30

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】セルロース材料からなる移動するウェブを
    支持する弾性湾曲表面を形成する手段と、高アスペクト
    比を有する顔料固体粒子を含む紙塗工組成物を塗布する
    塗布器と、前記セルロース材料からなる移動するウェブ
    に向けて、接触するように付勢された後ブレードを備え
    た後ブレード紙塗工装置において、さらに、前記後ブレ
    ードの上流側で、かつ、紙塗工組成物を塗布する前記塗
    布器の下流側に設けられ、後ブレード紙塗工装置の作動
    中に、塗工すべき前記セルロース材料からなるウェブ
    に、実質的に接線方向に接触し、前記紙塗工組成物中の
    前記高アスペクト比を有する顔料固体粒子を配向させる
    可撓性ブレードを備えたことを特徴とする後ブレード紙
    塗工装置。
  2. 【請求項２】前記可撓性ブレードが、プラスチック材
    料、エラストマー材料および薄い可撓性金属材料からな
    る群から選ばれた材料により構成されたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項に記載の後ブレード紙塗工装
    置。
  3. 【請求項３】さらに、前記後ブレードおよび前記可撓性
    ブレードを相対的に移動させる手段を備えたことを特徴
    とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の後ブ
    レード紙塗工装置。
  4. 【請求項４】前記可撓性ブレードが、保持手段により、
    その一縁に沿って保持され、前記保持手段の近傍で、前
    記可撓性ブレードを支持する湾曲した成形具を備えたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
    ずれか１項に記載の後ブレード紙塗工装置。
  5. 【請求項５】水性溶媒中に、高アスペクト比を有する顔
    料固体粒子および接着剤を含む塗工組成物を、セルロー
    ス材料からなるウェブに塗工する塗工方法において、前
    記塗工組成物をセルロース材料からなる移動するウェブ
    の表面に塗布し、該ウェブと塗布された前記塗工組成物
    をを、弾性支持手段と、一縁が該弾性支持手段に向けて
    付勢された後ブレードとの間を通過させ、該後ブレード
    の上流側で、前記セルロース材料からなるウェブに実質
    的に接線方向に接触する可撓性ブレードを、前記ウェブ
    および塗膜に作用させ、前記セルロース材料からなるウ
    ェブおよび前記塗膜が、前記後ブレードの下を通過する
    前に、前記塗工組成物中の高アスペクト比を有する顔料
    固体粒子を配向させることを特徴とする塗工方法。
  6. 【請求項６】前記セルロース材料からなるウェブ上の所
    定の点が、前記可撓性ブレードとの接触ラインと前記後
    ブレードとの接触ラインとの間を移動するのに要する時
    間が１５ミリ秒以下であることを特徴とする特許請求の
    範囲第５項に記載の塗工方法。
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