JPH087145B2 - コ−ト層表面の接着剤濃度の測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はコート紙等、支持体に塗設されたコート層の
表面に於ける接着剤の濃度を測定する方法に関するもの
である。

（従来の技術） コート紙は平滑性、白さ、インク受理性、光沢、不透
明性等の向上を目的として、各種の顔料を紙の表面に塗
工したものである。こうしたコート紙の製造には、顔料
粒子を互いに接着せしめ、且つコート原紙の表面に定着
させるために接着剤が使用される。接着剤はクレー、炭
酸カルシウムに代表されるような顔料と共に塗工スラリ
として調製された後、コート用原紙表面に塗工される。

ところが、良く知られているように乾燥工程に於て、
これらの接着剤が、コート層表面或はコート原紙方向に
過剰に移動する現象（バインダーマイグレイション）を
起すことがある。特にコート層表面に過剰に移動し、表
面における接着剤濃度が高くなった場合には、インクの
着肉不良など印刷適性に直接悪影響を与えることにな
る。また、コート層表面で接着剤の濃度がむら状に分布
した場合には、オフセット印刷時にインク着肉のむら
（モットリング）を起こすなど許容しがたい影響が生じ
る。これらの悪影響は、接着剤そのものが印刷インクと
親和性を持たないことに起因すると考えられている。

このような事情から、コート紙の製造工程管理及び印
刷適性を評価する上で、コート層表面の接着剤濃度とそ
の濃度分布を知ることは極めて重要なこととなってお
り、これら接着剤濃度や濃度分布を正確に測定、把握を
する技術の開発が望まれている。従来、コート層表面の
接着剤濃度の測定する方法としては、赤外分光法、Ｘ線
マイクロアナライザなどが知られている。

（発明が解決しようとする問題点） 赤外分光法は、簡便ではあるが接着剤の感度が顔料の
それに比較して甚しく低いために誤差が大きく、実用化
するには信頼性が不充分である。一方、Ｘ線マイクロア
ナライザによれば感度も良く、またコート層表面におけ
る分布状態も測定可能であるが、オスミウム、臭素など
による染色とその後の蒸着処理などの測定に先立つ前処
理が必要であり、かつ装置も高価である。

本発明者は、コート紙等のコート層表面の接着剤濃度
と紫外線吸収値との相関関係について検討した結果、ス
チレンブタジエンラテックス（SBラテックス）などが特
定波長の紫外線部分に特異的な吸収値を示し、しかもこ
の吸収値が顔料の吸収値とは数値的に格段の差があるこ
とを見出し、これらの紫外線吸収値を接着剤濃度の測定
に応用すべく検討を進めた。

ところが、コート層表面の接着剤濃度の測定では、試
料面上で散乱した光を対象とする反射測定によらざるを
得ないので、光沢等、専らコート層の表面状態に由来す
る光の散乱がある場合にはこの影響をも受けてしまい、
正しい接着剤濃度を測定し得ないことが判明した。

本発明は、コート層表面の接着剤濃度とその平面分布
状態について、紫外線を使用して測定することを基本と
して、光沢等に影響されない信頼できる測定結果が得ら
れることは勿論として、簡単且つ迅速に測定できる方法
を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者はコート層接着剤の最大ピークの吸収波長を
中心とする３波長を用いることによって、光沢等、専ら
コート層の表面状態に由来する光の散乱による影響を除
去し、コート層表面に於ける正しい接着剤濃度を定量で
きることを確認し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明に係るコート層表面の接着剤濃度の測定
方法は、コート層表面にコート層接着剤の紫外部に於け
る最大ピークの吸収波長の紫外光及びその短波長の紫外
光と長波長側の紫外光を照射し、各反射光を光電変換し
更に比較演算することを特徴とする。

（実施例） 以下、実施例を示す図面に従って本発明を説明する。
第４図はSBラテックスについて、紫外部に於ける波長と
吸光度との関係を示したグラフである。SBラテックスの
紫外部に於ける最大ピークの吸収波長が260nm付近にあ
ることが分る。従って、SBラテックスの濃度を測定する
場合には、３波長の中心として必ずこの260nm付近の紫
外光を使用することになる。他の接着剤の濃度測定を行
なう場合も同様であって、測定に先立って紫外部に於け
る最大ピークの吸収波長を確認しなければならない。

本発明では、この最大ピークの吸収波長の紫外光に加
えて、これより短波長の紫外光と長波長の紫外光を併せ
て用いる。その理由は、以下に第２図に従って説明する
ように、最大ピークの吸収波長の紫外光のみでは正しい
定量結果が得られないからである。第２図は顔料である
炭酸カルシウム100部に対しデンプンを５〜15部配合し
た３種の塗工液及びデンプン５部とSBラテックス５〜20
部を配合した３種塗工液を使用したコート紙について、
光沢度と260nm紫外光の吸光度との関係を示したもので
ある。260nmにおける反射光の吸光度はコート紙面の光
沢度により影響を受け、また本来紫外線に吸収を有しな
いデンプンの影響をも受けてしまう。このように、１波
長のみの測定では正しい定量結果は得られないことが分
る。尚、第２図にみられるようにデンプンの増配が吸光
度を増加させる理由は必ずしも明らかではないが、デン
プンを増配すると何らかの原因でコート層表面に於ける
光の散乱状態に変化を生じ、その結果として吸光度が増
加するものと思われる。

次に本発明の測定に使用する装置の構成例を示す第６
図について説明する。この装置は検出部１と変換増幅部
２と外部出力部３とを主要部分としている。検出部は重
水素ランプ４、フィルター５、絞り６、ハーフミラー
７、対照光電子増倍管８、反射光電子増倍管９および試
料台10からなっている。

コート層接着剤の濃度測定に当っては、重水素ランプ
４から出た紫外光をフィルター５により特定波長の単色
光とする。単色光は絞り６でスポット光とし、ハーフミ
ラー７で分光し、一部を対照光として対照光電子増倍管
８で測光し、他は試料台10に設置された測定試料で反射
される。反射光の一部を反射光電子増倍管９で測光す
る。光電子増倍管で電流に変換し、変換増幅部２のオペ
レーションアンプ11,12で各々の電流を電圧に変換す
る。変換されたE1,E2を減算回路13で減算し、外部出力
部３のアナログディジタル変換回路14でディジタル信号
に変換する。ディジタル化した信号はコンピュータ、記
録計などのデータ処理装置に転送し変換処理をする。

本発明の測定においては、最大ピークの吸収波長を含
む３種類の波長におけるそれぞれの光学密度を比較演算
することにより、定量的にかつ光沢度など他の物性の影
響を受けない測定結果を得ることが可能となる。以下
に、光沢度等の影響の除去について述べる。

第３図は第２図に示したコート紙のうち、炭酸カルシ
ウム100部に対して、デンプン５部、SBラテックス５部
を配合した塗工液を使用したコート紙を用いて、カレン
ダー掛けの程度の違いにより、光沢度10％及び34％に調
製したものについて、紫外部（200〜350nm）に於ける吸
光度を測定したものである。この第３図から、同じ配合
のコート紙であるにも拘らず、光沢度が大きいと全波長
に亘って見掛けの吸光度が大きくなってしまうことが分
る。

ところで、光沢度34％及び光沢度10％の両吸収スペク
トルの曲線を各々ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）とすれば、両曲線
の関係は概ねｆ（ｘ）−ｇ（ｘ）＝ax＋ｂで表わすこと
ができる。従って、SBラテックスの最大ピークの吸収波
長である260nm及びその短波長側の紫外光235nmと長波長
側の紫外光285nmについてみれば、235nmおよび285nmの
測定値からベースラインBCおよびFGが得られる。260nm
におけるこれらのベースライン上の点ＤおよびＨと、26
0nmの測定値ＡおよびＥとの各々の差はADおよびEHとな
る。ここで、両スペクトルの曲線の関係がｆ（ｘ）−ｇ
（ｘ）＝ax＋ｂで表わされる限り、ADとEHとは同一値を
示すことから、このベースラインによれば光沢度による
影響を除去することができる。又、両スペクトルの曲線
の関係がｆ（ｘ）−ｇ（ｘ）＝ax＋ｂに近似している場
合でもAD≒EHであり、やはり光沢度の影響は殆ど除去さ
れる。

以下にベースラインを導入するための式を示す。

補正された260nmに於ける吸光度 ＝S₂₆₀−｛（S₂₈₅−S₂₃₅）/2＋S₂₃₅｝ （式中、S₂₆₀，S₂₃₅，S₂₈₅は各々260nm、235nm、285nm
で測定された見かけ上の吸光度である。） 本発明に於いては、最大ピークの吸収波長に対する短
波長側の紫外光と長波長側の紫外光は任意の波長に設定
してよい。第３図に於いて235nmと285nmを選択した理由
は、計算上の便宜と測定誤差の排除にある。即ち、260n
mを中心に長短25nmずつ増減しているので、FG/FH＝２と
なり、計算に好都合であり、一方最大ピークから遠すぎ
ず且つ明瞭な極小ピークである235nmを使用すれば、測
定上の誤差発生を抑えるのに有効だからである。

上述の如くベースラインを導入するための比較演算処
理を行なって第２図を補正すれば、第１図に示すような
試料の光沢度に影響されず、かつデンプンの影響をも除
去した値に基づくグラフが得られる。デンプンの影響が
除去されたことは、第１図において、デンプン5,10およ
び15部の試料の値が同一線上にブロットされていること
から明らかである。

第５図は、クレー又は炭酸カルシウム顔料100部に対
して、SBラテックスをそれぞれ５、10、15、もしくは20
部配合した60重量パーセントの塗工液を用いて作製した
コート紙のコート層表面を測定したものである。なお、
各試料の塗工量は10g/m²（乾燥重量）であり、片面のみ
塗工した。SBラテックス濃度は補正後の吸光度と完全に
比例関係にある。顔料の種類により直線の勾配が異なる
理由は、顔料の形状、大きさ等の違いが、コート層表面
にこれらの顔料と共に存在するSBラテックスの量に影響
を及ぼすことの表われであると思われる。これらの測定
値は、同じ試料を数枚重ね合わせた場合、試料に紫外線
吸収物質であるガラス板を裏当てした場合、並びにこの
波長に吸収をもたないシリカゲル板を裏当てした場合に
ついて、いずれも全く同じであり、本測定における紫外
線がこの塗工量ではコート紙を透過しないか、また、仮
に透過したとしてもコート層表面のSBラテックス濃度測
定に影響のないことを裏付けている。

次に、コート層表面の接着剤分布状態を測定する場合
について説明する。この測定には、試料と紫外光との相
対的な縦横の移動が可能な装置が必要となり、例えば第
６図に示した装置構成例に於て、試料台10にステッピン
グモータを備えたXYステージを使うことによって、一定
の間隔で試料台10を縦横方向に移動可能に構成すれば実
施できる。

このように構成した装置を使用して、以下の要領で接
着剤の分布状態を測定した。先ず、試料のコート紙とし
て、クレー100部に対してSBラテックス10部を配合した
固形分濃度60％の塗工液を原紙表面に10g/m²（乾燥重
量）塗工した後、室温にて自然乾燥したものと熱風乾燥
したものとを用意した。各試料について、縦横0.4mm×
0.4mmとした波長235nm、260nm及び285nmの３種の微小紫
外光スポットによって、縦方向4mm間隔で長さ60mm、横
方向1mm間隔で長さ63mmに亘り、照射、測定した。

測定結果は、自然乾燥の試料について補正後の吸光度
の平均が0.326、標準偏差0.004であり、熱風乾燥の試料
は、同平均0.432、標準偏差0.006であった。これらの測
定結果は、ゆっくりとした自然乾燥に比較して、急激な
熱風乾燥によってSBラテックスがコート層表面に移動
し、かつ不均一な分布となったことを示している。この
結果は、急激な熱風乾燥を行なった場合にコート紙の印
刷適正が低下するという経験的事実をよく説明してい
る。このように、本発明の方法によりコート層の接着剤
の濃度分布が測定可能となる。

本発明に於ける特定波長の紫外光の照射方法について
補足して説明すれば、微小紫外線スポットの大きさは縦
横各々0.01〜2mmから適宜選択される。コート層表面の
接着剤分布状態を測定する場合には、試料台とスポット
とを相対的な関係に於て、連続的に縦横方向へ移動させ
ることになる。この場合、スポットの大きさは試料の面
積と測定間隔を考慮して決定されるが、例えば、50cm²
の試料に対して縦横方向に夫々2mm間隔で測定する場
合、縦横各々0.5mmのスポットを使用することで、接着
剤の分布状態について満足すべき測定結果が得られる。

（発明の効果） 本発明では測定対象たるコート層接着剤の紫外部に於
ける最大吸収波長並びにその短波長と長波長を併せて照
射光として用いることによって、前処理を全く必要にせ
ず、コート層表面の凹凸等表面状態に由来する光の散乱
に何ら影響されることなく、迅速且つ正確に接着剤濃度
及びその分布状態を測定することができる。又、この測
定方法は所謂コート紙に限られず、合成樹脂、金属、ガ
ラス等支持体のいかんを問わず、あらゆるコート層の表
面分析に応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はコート層について光沢度と本発明によって補正
された吸光度との関係を示したグラフ、 第２図はコート層について光沢度と補正前の吸光度との
関係を示したグラフ、 第３図は光沢度について紫外部に於ける波長と吸光度と
の関係を示したグラフ、 第４図はSBラテックスについて紫外部に於ける波長と吸
光度との関係を示したグラフ、 第５図はコート層について接着剤濃度と補正された吸光
度との関係を示したグラフ、 第６図は本発明の測定に使用する装置の構成例を示す説
明図。 １…検出部、２…変換増幅部、３…外部出力部、４…重
水素ランプ、５…フィルター、６…絞り、７…ハーフミ
ラー、８…対照光電子増倍管、９…反射光電子増倍管、
10…試料台、11,12…オペレーションアンプ、13…減算
回路、14…Ａ−Ｄ変換回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持体に塗設されたコート層の表面に、コ
   ート層接着剤の紫外部に於ける最大ピークの吸収波長の
   紫外光及びその短波長側の紫外光と長波長側の紫外光を
   照射し、各反射光を光電変換し更に比較演算することを
   特徴とするコート層表面の接着剤濃度の測定方法。
2. 【請求項２】コート層接着剤がスチレンブタジエンラテ
   ックスであり、照射する３種の紫外光のうち、最大ピー
   クの波長が260nm、その短波長側の波長が235nmであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のコート層
   表面の接着剤濃度の測定方法。
3. 【請求項３】照射する紫外光のうち、長波長側の波長が
   285nmであることを特徴とする特許請求の範囲第２項に
   記載のコート層表面の接着剤濃度の測定方法。