JPH11315496A - 多段階含浸／コーティング紙およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】加工液が長時間にわたって安定であり、含浸処
理後に紙繊維間で効果的なシロキサン結合が形成され、
シロキサン結合形成のための熱処理もわずかである多段
階含浸／コーティング紙およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】シランカップリング剤またはシランカップ
リング剤を含む組成物、もしくはシランカップリング剤
以外の薬剤を、単一もしくは２種以上用いた含浸／コー
ティング剤を、紙に多段階含浸／コーティング加工す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シランカップリン
グ剤またはシランカップリング剤を含む組成物を単一も
しくは他の薬剤と複合使用して含浸／コーティングした
多段階含浸／コーティング紙およびその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】紙は、従来より印刷、記録材料、包装
材、容器などの基材として用いられ、その用途は多岐に
わたる。リサイクル性があり、可燃性でゴミの減量化を
図ることが出来るため、環境保護、省資源化の観点にも
合致し、さらなる利用分野の拡大が期待される材料であ
る。あわせて、それに対応する高機能化、たとえば撥水
性、耐水性、耐油性、耐摩擦性、機械的強度の向上など
が求められ、紙本来の特長や、従来の加工適性を損なわ
ずに高機能化することが課題となっている。

【０００３】紙の高機能化の手段のひとつとして、紙へ
薬剤を含浸／コーティングする方法が多く提案されてい
る。たとえば、表面に均一な膜を作ることにより撥水性
や耐油性を向上させたり、樹脂をセルロース繊維に絡め
て強度を向上させる方法がある。シランカップリング剤
は、紙の高機能化のための含浸／コーティング剤として
も効果的な薬剤の一つとして知られており、たとえば特
公昭６４−６１９８号公報では、紙基材にシロキサン結
合を主鎖結合とするポリマーが含浸されてなる有機・無
機ハイブリッド紙が耐水、耐候、耐汚染、耐熱に有効
で、かつ寸法安定性を有することが述べられており、ま
た、特願平８−２８８４８７号の発明においては、ポリ
シラン含浸紙がきわめて有効に紙の剛度を向上させるこ
とを述べている。

【０００４】シランカップリング剤を原料とする含浸／
コーティング剤は、セルロースとの親和性が高く、加工
量がわずかであっても効率よくその効果を発揮すること
が出来る。セルロース繊維の絡み合いによって出来てい
る紙の空隙を埋めるわけではないため、紙本来の特性を
維持することが出来る。

【０００５】シランカップリング剤が効果的に紙に保持
され、かつ機能を発現するためには、紙の繊維間でシロ
キサン結合を主鎖結合とするポリマーを形成する必要が
ある。しかしながら、紙繊維間でちょうど良くこの結合
を形成させることが難しかった。すなわち、触媒による
反応効率が優れれば、セルロース繊維間で有効なシロキ
サン結合が形成されるため、含浸／コーティング効率は
高いが、加工液安定性はきわめて乏しくなり、含浸作業
中に液の粘度、分子量をはじめとする諸物性が変化し、
安定な加工が出来ない。一方、触媒の反応性を下げれ
ば、加工時の液安定性は向上し作業性は向上するが、本
来求めているセルロース繊維間のシロキサン結合の形成
が不十分であったり、触媒の作用を補うため、含浸紙に
熱を与えるべく、加工時の加熱乾燥ユニットの温度を高
くしたり、加工スピードを下げたりする必要が生じた。
この工程は紙の水分を低下させ、紙の材料を劣化させる
ほか、作業効率の低下を来すものであった。また、シラ
ンカップリング剤と触媒液とを混合したものの安定性
は、季節によっても大きく変わるものである。大気中の
水分量の多い梅雨時と、低湿度の冬場では液安定性が大
きく異なって加工のしやすさが異なり、また、液粘度が
増大して薬剤の紙への浸透深さが変わり、製品物性にも
大きく影響を及ぼすものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の含浸／コーティング剤による紙の高機能化における
課題を解決し、かつ、シランカップリング剤を含浸／コ
ーティングするのみでは得られない高機能紙を、安価
に、効率よく製造するべく発案されたものである。加工
液が長時間にわたってきわめて安定であり、含浸処理後
に紙繊維間で効果的なシロキサン結合が形成され、シロ
キサン結合形成のための熱処理もわずかである多段階含
浸／コーティング紙およびその製造方法を提供するもの
である。また、シランカップリング剤を含浸／コーティ
ングするのみでは得られない高機能紙を、安価に、効率
よく製造する発明である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の第１
の発明は、含浸／コーティング剤がシランカップリング
剤またはシランカップリング剤を含む組成物、もしくは
シランカップリング剤以外の薬剤であり、これらを単一
もしくは２種以上用いて含浸／コーティング加工したこ
とを特徴とする多段階含浸／コーティング紙である。

【０００８】次に、本発明の第２の発明は、含浸／コー
ティングの際に、シランカップリング剤またはシランカ
ップリング剤組成物とシランカップリング剤の縮合に関
わる触媒を、別ユニットで含浸／コーティング加工する
ことを特徴とする多段階含浸／コーティング紙の製造方
法である。

【０００９】そして、本発明の第３の発明は、シランカ
ップリング剤またはシランカップリング剤組成物および
その縮合触媒を含浸／コーティングする工程の前もしく
は後に、必要に応じてシランカップリング剤またはシラ
ンカップリング剤を含む組成物、もしくはシランカップ
リング剤以外の薬剤を含浸／コーティング加工する工程
を設けたことを特徴とする多段階含浸／コーティング紙
の製造方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１１】本発明で、加工基材となる紙は、シランカ
ップリング剤をはじめとする薬剤の浸透がなされるもの
であれば、１００％バージンパルプ使用紙でも、再生紙
でも構わない。

【００１２】含浸／コーティングに用いる装置として
は、多段階で連続して複数の薬剤を紙へコーティング出
来る装置を用いる。多色刷りのグラビア印刷機はもっと
も好適であり、シランカップリング剤またはシランカッ
プリング剤組成物を含浸／コーティングした次のユニッ
トでシロキサン結合を形成する触媒液の含浸／コーティ
ングを行うことが出来る。おのおのの反応液は別個に存
在し、紙の中で反応を起こさせるため、加工液が長時間
安定した状態で維持される。この装置で、シランカップ
リング剤またはシランカップリング剤を含む組成物およ
びその縮合触媒の含浸／コーティング工程ユニットの後
に、別のシランカップリング剤またはシランカップリン
グ剤を含む組成物、もしくはシランカップリング剤以外
の薬剤を含浸／コーティングするユニットを設け、複合
高機能紙の製造も簡便に行うことが出来る。このとき、
各薬剤を溶解する溶剤種類を変えると、紙の中で各薬剤
を層状に存在させることも可能であり、たとえば、中心
部に剛度を、最表面に撥水層を設けることも可能であ
る。

【００１３】含浸／コーティングされるシランカップリ
ング剤またはシランカップリング剤を含む組成物として
は、加水分解とシロキサン結合の形成に寄与するアルコ
キシ基（Ｓｉ−ＯＲ）を有するアルコキシシラン類であ
れば良い。好ましくは含浸／コーティング加工で紙を高
機能化させるのに効果的な官能基を有するシランカップ
リング剤が用いられ、これをモノマーとして重合処理し
たものを用いることも可能である。たとえば耐水性の発
現のためには、アルコキシ基以外に、炭化水素鎖または
炭化水素よりなる官能基を有するものが効果的である。
エポキシ基を有するポリシラン化合物が、紙に剛度を付
与できることは特願平８−２８８４８７の発明で述べら
れている。また、先に述べた、多段階含浸／コーティン
グの工程で、シランカップリング剤にさらに他の薬剤を
保持させるべく、あらかじめ不飽和結合、エポキシ基、
アミノ基、イソシアニド基等を有するシランカップリン
グ剤を選定するのも有効である。

【００１４】シランカップリング剤またはシランカップ
リング剤を含む組成物を効果的に縮合させ、シロキサン
結合を形成させる触媒としては、酸水溶液、アルカリ水
溶液、有機金属化合物溶液などが上げられ、これらを複
合して使用することも可能である。トルエンスルホン酸
などの有機酸もきわめて有効である。また、紙への浸透
を効果的に行うため、低級アルコール類や汎用溶剤、た
とえば酢酸エチル、メチルエチルケトンなどを可溶な範
囲で混合することも可能である。

【００１５】さらに、シランカップリング剤またはシラ
ンカップリング剤組成物、およびその縮合触媒ユニット
の前後で含浸／コーティングに用いる薬剤を列挙する。
製紙用サイズ剤として用いられるトールロジンは、含浸
／コーティングによっても紙へ耐水性を付与できるた
め、シランカップリング剤含浸／コーティングにより剛
度を付与した紙に多段階含浸すれば、剛度と耐水性が同
時に付与される。この場合、紙表面の粗さや、セルロー
ス間の空隙を埋めることはないため、印刷適性、接着適
性などの加工性にも優れた機能紙となる。同じく、撥水
性、耐水性を重視するならば、シランカップリング剤お
よびその触媒を含浸／コーティング加工後に、水性エマ
ルジョンなどの表面皮膜形成能に優れた薬剤を連続コー
ティングするのが有効である。

【００１６】含浸／コーティング量としては、シランカ
ップリング剤またはシランカップリング剤組成物は紙の
坪量の１％程度の固形分量が含浸／コーティングされて
いれば良く、たとえば、坪量３２０g/m²の原紙であれ
ば、３．２g/m²でよい。ただし塗工量と強度、耐水性に
は相関があるので、これらの特性のより強い紙としたけ
れば、紙の特性および後加工適性を損なわない範囲で増
やすことは可能である。シランカップリング剤類の紙へ
の浸透深さは、特に限定するものではない。多段階含浸
／コーティングの工程で用いられる他の薬剤についても
同様である。

【００１７】効果発現のメカニズムは、次のように考察
される。すなわち、セルロース繊維間で形成されたシロ
キサン結合は、セルロース繊維の固定化に寄与し、か
つ、このネットワークが、多段階含浸／コーティングさ
れた薬剤を強固に保持すると考えられる。多段階含浸／
コーティングされた薬剤の保持には、セルロースと薬剤
の親和性のみならず、シランカップリング剤由来の官能
基との薬剤との親和性も寄与するためと考えられる

【００１８】このようにして得られた本発明の多段階含
浸／コーティング紙は、焼却可能であり、リサイクル性
があり、含浸／コーティング加工の際も加工液がきわめ
て安定で、かつ複数の機能を同時に紙に付与させたもの
であり、様々な分野への利用展開が期待されるものであ
る。たとえば、耐水性と剛度を生かし、これまで缶でし
か対応し得なかった容器分野への展開、プラスチック容
器代替え、ダンボールの軽量化などが挙げられる。

【００１９】

【実施例】シランカップリング剤を含む組成物として、
２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメ
トキシシラン（チッソ (株) 製サイラエースＳ５３０）
１２３ｇと、ＳｎＣｌ₂ の０．００３mol/ｇメタノール
溶液０．０８ｇを混合、反応させて得た、平均分子量５
００００のポリシラン化合物を、イソプロピルアルコー
ル（ＩＰＡ）固形分２０％に希釈したものをあらかじめ
用意した。

【００２０】＜実施例１＞多色刷りのユニットを有する
グラビア印刷機の１色目のユニットに、先に用意したポ
リシラン化合物溶液を、２色目のユニットにｐ−トルエ
ンスルホン酸の０．２％ＩＰＡ溶液を用意し、坪量３２
０ｇ/m² 、厚さ約３６０μｍの紙へ連続含浸／コーティ
ング加工した。比較対照として、上記２種の触媒とポリ
シランを混合して１液としたものを含浸液として同様の
加工を行い、多段階含浸／コーティングの場合と、１液
含浸／コーティングの場合とで加工液粘度、粘度と含浸
深さにの関係について検討比較した。このとき、夏場の
もっとも過酷な加工条件を再現するため、インキパン環
境を３０℃８０％の環境下とした。また、多段階含浸／
コーティング、一液含浸の両加工液について、揮発した
溶剤分を補うための溶剤の点滴を同条件にて行った。

【００２１】＜実施例２＞多色刷りのユニットを有する
グラビア印刷機の１色目に、実施例１で用いたポリシラ
ン化合物溶液を、２色目にトルエンスルホン酸の０．２
％ＩＰＡ溶液を、さらに３色目にトールロジン（ハリマ
化成ハートールＲＸ）の１０％ＩＰＡ溶液を用意し、実
施例１と同様の原紙に連続含浸を行った。比較として、
トールロジンの連続含浸を行わなかったサンプルを作
り、物性比較を行った。加工環境は約２５℃６０％とし
た。

【００２２】＜実施例３＞多色刷りのユニットを有する
グラビア印刷機の１色目に、実施例１で使用したポリシ
ラン化合物溶液を、２色目にトルエンスルホン酸の０．
２％ＩＰＡ溶液を、さらに３色目にアクリルポリオール
（三菱レーヨン製ＬＲ２０９）の１２．５％酢酸エチル
溶液を用意し、実施例１と同様の原紙に連続含浸を行っ
た。加工環境は約２５℃６０％とした。

【００２３】＜試験例１＞実施例１で使用した薬剤につ
いて、経過時間と粘度の関係、および粘度と含浸深さの
関係を調べた。粘度はザーンカップのNo.3を使用し、２
０℃６０％の環境下で測定した。粘度はザーンカップの
細孔より液が流出するのに要する秒数で表した。含浸深
さは、加工後の紙の端面を剃刀で切り出し、そこにメチ
ルイエローを塗布してトルエンスルホン酸を検出する方
法で深さを検出する方法を取った。メチルイエローがト
ルエンスルホン酸と反応すると、黄色から赤色に変わ
り、赤い部分の深さを検出することで簡便に含浸深さを
知ることが出来る。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１に示す試験例１の評価結果より、シラ
ンカップリング剤と触媒とを別のユニットで連続含浸を
行った方が、液安定性、含浸深さ均一性が保たれること
がわかる。

【００２６】＜試験例２＞実施例１〜３で作製した含浸
／コーティング紙について、紙の剛度評価を行った。評
価は方法は、ＪＩＳ−Ｐ８１２５「荷重曲げ方法による
板紙のこわさ試験方法」の結果と相関のあることが知ら
れている、吉沢工業（株）製の「曲げこわさ測定器ＢＳ
Ｔ−１５０Ｍ」を使用した。この評価結果で、ｇｆが大
きいほど紙が堅く、靱性を有することを意味し、またク
リープ性があるほどｄｅｇの値は大きくなる。

【００２７】＜試験例３＞実施例１〜３で作製した含浸
／コーティングについて、紙の吸水性評価を行った。評
価はＪＩＳ−Ｐ８１４０「紙および板紙の吸水度試験方
法」に従い、水との接触時間を２分と３０分の２通りに
設定して行った。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２に示す試験例２および３の評価結果よ
り、本発明による含浸／コーティング紙は含浸／コーテ
ィング薬剤の選定、組み合わせにより、紙に強度を付与
し、耐水性が向上した紙をつくる

【００３０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の多層含浸
／コーティング紙は、きわめて簡便、かつ安価に機能紙
を製造できるものであることがわかる。複数の薬剤を効
果的に含浸／コーティングさせることが出来、撥水性と
強度向上、耐水性と対摩擦性など、これまで１種類の薬
剤含浸／コーティングでは達成し得なかった紙への機能
付与を行うことが出来る。一連のライン上で加工が可能
なため、安価に、効率よく加工することが可能である。
基材にかかる加工時の熱量も少なく、基材に与えるダメ
ージも最小限に抑えることが出来る。加工液はシランカ
ップリング剤はもちろんのこと、縮合用触媒液の安定性
も極めて高く、加工条件や、加工上がり品の物性が季節
変動を受けない。加工後に余った液を、改めて別の日に
使用することも全く問題なく、コストメリットが大き
い。

【００３１】また、本発明で得られる多段階含浸／コー
ティング紙は、含浸／コーティングに用いるシランカッ
プリング剤が効率よくその効果を発現し得るため、使用
量もわずかであり、そのため、紙リサイクル時の脱墨工
程でのアルカリ処理で可溶であり、紙単体である場合と
比べてリサイクル性に差はなく、環境保全効果にも優れ
たものである。

【００３２】このようにして得られた本発明の多段階含
浸／コーティング紙は、焼却可能であり、リサイクル性
があり、含浸／コーティング加工の際も含浸／コーティ
ング液がきわめて安定で、かつ複数の機能を同時に紙に
付与させたものであり、様々な分野への利用展開が期待
されるものである。たとえば、耐水性と剛度を生かし、
これまで缶でしか対応し得なかった容器分野への展開、
プラスチック容器代替え、ダンボールの軽量化などが可
能で、きわめて優れた発明といえる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河崎 浩志 東京都台東区台東１丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】含浸／コーティング剤がシランカップリン
   グ剤またはシランカップリング剤を含む組成物、もしく
   はシランカップリング剤以外の薬剤であり、これらを単
   一もしくは２種以上用いて含浸／コーティング加工した
   ことを特徴とする多段階含浸／コーティング紙。
2. 【請求項２】含浸／コーティングの際に、シランカップ
   リング剤またはシランカップリング剤を含む組成物とシ
   ランカップリング剤の縮合に関わる触媒を、別ユニット
   で含浸／コーティング加工することを特徴とする多段階
   含浸／コーティング紙の製造方法。
3. 【請求項３】シランカップリング剤またはシランカップ
   リング剤を含む組成物およびその縮合触媒を含浸／コー
   ティングする工程の前もしくは後に、必要に応じてシラ
   ンカップリング剤またはシランカップリング剤を含む組
   成物、もしくはシランカップリング剤以外の薬剤を含浸
   ／コーティング加工する工程を設けたことを特徴とする
   多段階含浸／コーティング紙の製造方法。