【発明の詳細な説明】
コーティング発明の分野
本発明は、コーティングされた基板に関するものであり、基板の表面は、コー
ティングされていない合板を折り返したものである。発明の背景
様々な異なる目的のため、しかし主として印刷特性や印刷されたシートの外観
を高めるために、紙やライナーボードのような板紙などの基板にコーティングを
施すことはよく知られている。板、つまり斑点の白い表面(a mottle white face
)を持つ合板の中間又は中心を構成する繊維とは異なる（色などが）繊維から一
般的に作られる表面板を施すことにより、ライナーボードなどの板の外観を高め
ることは、一般的に行われている。
合板の表面に施すことにより、最終製品の美的効果が高められ、多くの場合に
は、印刷を向上させて、製造者のメッセージを伝えるような、より満足のいく、
より視覚的に美しい最終製品が提供される。
コーティング調合物に材料を組み入れて、コーティング中に不連続の空所(dis
crete voids)を形成することにより、コーティングされた製品の視覚的特性を向
上させることも知られている。そのような作業には、様々なバ
ブルコーティング技術が含まれる。初期の概念の一つは、例えば、Paper Trade
Journal 154（43）October 26，1970における、Booth等による「バブルコーティ
ング--眠れる巨人？コーティングに大変革をもたらすことができるか？」という
記事に記載されており、そこでは、そのようなコーティングを板紙へ塗布するこ
とについての記載がある。Lee等により、１９８６年５月にＴＡＰＰＩコーティ
ング会議で発表された「低光沢紙(low glossing paper)をコーティングするラテ
ックスの発達：理論及び概念」という文献は、コーティング調合物におけるカル
ボキシル化されたラテックスの使用を記載している。このラテックスは、湿った
コーティング混合物中で広がり、次にコーティングが基板上で乾燥されると萎み
、コーティング中に空所を形成する。
これらの応用の全てにおいて、コーティングされた基板の視覚的特性を向上さ
せるために、形成される空所の大きさは制御されているため、空所のサイズとコ
ーティングされた基板の粗さの程度は、顕微鏡でしか見えない範囲になっており
、一般的には１ミクロンサイズ未満であり、一般的には約０．２から０．７ミク
ロンの間である。
超吸収粒子（例えば、ポリアクリル酸ナトリウムなどの交差結合(cross linke
d)された水溶性ポリアクリル酸の粒子）をコーティング組成物に用いることによ
り、コ
ーティングがウェブに施される際に、そのレオロジーを修正することが知られて
いる。これらの技術では、超吸収粒子の一般的には超微小の範囲内の非常に小さ
な粒子は、乾燥したコーティング固体の最大約１％でコーティング中に含まれて
いる。これらの超吸収微粒子が、例えばブレードコーター(blade coater)又はメ
ータリングバー(metering bar)などを横切るとき、若しくは強い剪断応力を受け
るとき、コーティングのレオロジーを変え、コーティングがより均一に塗布され
るようにする。これらの作業の主な目的は、比較的滑らかで、望ましい視覚的特
性を持つコーティングされた表面を作ることであり、このため、これらの粒子が
膨張状態にあるときの大きさは１ミクロンを越えない。
芯繊維(core fibers)、例えばマットの白い表面層などとは異なる視覚的外観
を持つ繊維で作られた表面層を具えた合板を製造するためのコストは、繊維のコ
ストにより決まり、それは著しく増加してきた。本発明より以前には、ライナー
ボードに当てられる別個の板により形成される白い表面の代替物を見つける試み
は、成功しなかった。発明の要旨
本発明の目的は、基板に改良コーティングを塗布して、例えば斑点の白い合板
にほぼ匹敵するような、美観があり、印刷できるコーティングされた紙を形成す
ることで
ある。
広義では、本発明は、コーティングされた繊維質基板に関するものであり、そ
の少なくとも１つの表面はコーティングされており、コーティングは、その中に
形成された空所と、コーティングの表面を貫く、いくつかの空所開口部により形
成される粗い表面を有しており、大部分の空所のサイズは、５ミクロン以上、１
００ミクロン未満である。
表面の粗さは、Sheffield 滑らかさの２９０ｍｌ／ｍｉｎに対応し、Parker P
rintで測定して６．５ＰＰＳ以上であることが望ましく、Sheffield 滑らかさの
３３０ｍｌ／ｍｉｎに対応し、７ＰＰＳ以上であることがより望ましい。
コーティングされた繊維質基板のGurley多孔度は、３，５００ｓｅｃ／１００
ｍｌ未満であることが望ましく、３，０００ｓｅｃ／１００ｍｌ未満であること
がより望ましく、２，５００ｓｅｃ／１００ｍｌ未満であることが最も望ましい
。
コーティングされた基板のプリント長さは、MB Print Indicatorで測定して、
１２ｃｍ未満であることが望ましく、１０．５ｃｍ未満であることがより望まし
い。
塗布前のコーティングのBrookfield 粘度（Ｎｏ．４スピンドル３０ｒｐｍ）
は、５００ｃｐ以上であることが望ましい。
基板はライナーボードとなり、表面コーティングはコーティング表面を基板上
に作り、その基板は、適当な繊維層を、異なる美的価値を持つ繊維の中心層へ当
てることにより通常作られる多重の斑点の白板を模倣している。
本発明はまた、繊維質基板上にコーティングされた表面を作る方法に関するも
のであり、その構成は以下の通りである。キャリアー及び該キャリアーのための
超吸収特性を持つ粒子を含むコーティングを形成し、超吸収粒子をコーティング
中に分散させて、超吸収粒子を持つコーティング組成物を生成する。コーティン
グ組成物は、キャリアーで飽和されると膨張して膨張粒子となる。大部分の粒子
の最小寸法は５ミクロン以上である。少なくとも部分的にコーティングをセッテ
ィングし、次に超吸収粒子からキャリアーを追い出すことにより、超吸収粒子を
収縮させて、コーティング中にマクロサイズの空所を形成し、マクロサイズの粗
さ要素(macro sized roughness elements)を形成する。
キャリアーは水であることが望ましい。
膨張粒子の最小粒子寸法は、５乃至１００ミクロンの範囲である。
コーティング中の超吸収剤の量は、コーティング中のコーティング固体が乾燥
しているときの重量に基づいて、０．５％〜５％の間である。
コーティングの塗布量は、表面積の１０〜５０ｇｍ／
ｍ2の間であるのが望ましい。図面の簡単な説明
本発明の更なる特長、目的及び利点は、望ましい実施例の詳細な記載と共に添
付の図面を参照することにより、明らかとなるであろう。
図１は、本発明のプロセスの概略図である。
図２は、多数の異なるコーティング調合物のBrookfield 粘度(cP)を比較する
グラフであり、本発明に有効であると認められたものとそうでないものとの粘度
の違いを示している。
図３は、本発明を組み入れたコーティングでコーティングされた板の拡大断面
図の特定の例である。
図４は、本発明に従ってコーティングされた板の平面図である。
図５は、コーティングされた板の種々サンプルの表面をParker 印刷表面でＰ
ＰＳ単位で測定した粗さと、対応するSheffield 滑らかさでｍｌ／ｍｉｎで測定
した粗さとの関係を示す図である。
図６は、MB Print Indicatorで測定したプリント長さ(cm)のグラフであり、コ
ーティングされた板の種々サンプルのプリント長さの違いを示している。好適な実施例の説明
図１に示す如く、従来の、望ましくはウォーターベースのコーティングは、(1
0)で示すように、コーティング
組成物の従来の成分（キャリアーを含む）を供給し、ミキサー(14)内で、(12)で
示される超吸収剤をこれらの成分に加えることにより形成される。ミキサー内で
は、キャリアーを含むコーティング成分は超吸収剤と混合され、超吸収剤は分散
され、その粒子サイズが決められる。
コーティング成分が混合され、超吸収剤がコーティング中で十分に分散された
後で、超吸収要素の粒子サイズを維持しながら、膨張した超吸収粒子を生成する
。大部分の粒子の最小寸法は５ミクロン以上である。コーティング中の超吸収剤
の粒子サイズが約５ミクロン未満であれば、コーティングを乾燥させた結果作ら
れる仕上げ表面は、コーティングされていない合板に応用される従来の印刷技術
を用いて板に印刷を行うのに必要な特性を得るのに効果的なものではない。
超吸収材料の粒子サイズは、コーティングがセッティングされた後にコーティ
ング中に残される不連続の空所が５ミクロン以上、望ましくは１００ミクロン未
満の範囲になるようなのものでなければならない。
形成された空洞中に層を形成するため、一般的には、キャリアーを吸収するこ
とにより、大きく膨張し、キャリアーが追い出されると大きく収縮するような任
意の適当な超吸収材料を用いることができるが、ポリアクリル酸の超吸収剤が、
特に適当であると認められた。特に、乾燥した白い粉末状又はラテックス乳剤状
の１００％ポ
リアクリル酸ナトリウムで形成される超吸収剤は、コーティング組成物中で水を
キャリアーとして用いて浸透させた時に、必要な粒子サイズ及び膨張を有するこ
とが認められた。
試験の結果、効果的であったコーティングの粘度は、図２に示す如く、効果的
でなかったものとは大いに異なることが分かった。図２には、同じ基本コーティ
ング調合物であって異なる吸収剤を含むものの粘度が示されている。超吸収剤Ａ
（乾燥粉末タイプ）及びＢ（ラテックスタイプ）が、唯一満足のいくものであっ
た。ラテックスタイプは、乾燥粉末タイプよりも、サイズが均一で、小さい粒子
を多数持っている。これらの測定結果が示すのは、コーティングを含む超吸収剤
は、＃４のスピンドルを３０ｒｐｍで作動させた時に、約５００ｃｐ以上のBroo
kfield粘度を持つということである。図２で報告されるテストでは、コーティン
グ中のキャリアーは水であり、コーティングは４０％の固体を含み、１．５パー
トの超吸収剤があった（１００パートの顔料に基づく）。空白の試料は、超吸収
剤が全く加えられていない基礎調合物(base formulation)である。
膨張粒子サイズつまりコーティング中に作られる空所サイズの最小寸法は５ミ
クロン以上であることが重要であり、１０〜６０ミクロンの間であることが望ま
しい。この最小寸法は、１００ミクロンを越えないことが望ま
しい。膨張粒子サイズが大きすぎると、コーティング調合物のレオロジーに悪い
影響が与えられ、コーティングの均一性が影響を受ける。膨張粒子は大体球状で
あるため、膨張粒子の最小寸法及び最大寸法はほぼ同じになる。
一般的に、超吸収剤は、コーティング中の乾燥した固体に基づき、約０．５〜
１０％ｗ／ｗの範囲の量でコーティング調合物中に存在している。超吸収剤は、
０．５〜３％の範囲で存在することがより望ましい。
いずれにしても、(14)で示すように、コーティングが一旦正しく混合され、超
吸収剤が分散されると、(16)で示すように、コーティングが基板に塗布されて、
基板を覆うのである。
基板に塗布されるコーティングの量は、板のコーティング用に通常用いるのに
妥当な任意の量でよいが、コーティングは１０〜１００ｇｍ／ｍ2の量で塗布さ
れるのが望ましく、約１５〜２５ｇｍ／ｍ2の量で塗布されるのがより望ましい
。
超吸収ポリマーにより保持されるキャリアーが追い出された後に、(22)で示す
如く、材料若しくはコーティングされた板又は基板は印刷される。
コーティング装置のタイプは、エアーナイフコーターやロッドタイプコーター
等の適当な任意のシステムでよい。
コーティングは、(18)で示す如く、部分的にセッティ
ングされ、超吸収材料に吸収されるキャリアーは、(20)で示す如く、コーティン
グが十分にセッティングされた後で追い出される。そして、超吸収材料により得
られるキャリアーを追い出すことにより形成される空所エリアは、結果として、
コーティング中に空所を形成することになる。
超吸収材料はキャリアーを保持又は維持する傾向にあるため、コーティングの
要素に結合されるキャリアーは、超吸収材料により開放される前に、これらの他
のエレメントから追い出されるか、又は自由になる傾向にあることは明らかであ
る。最終的な影響としては、超吸収材料により吸収される大量のキャリアー（水
）が開放される前に、コーティングの十分なゲル化(gelling)又はセッティング
が起こる。この結合キャリアー(bound carrier)の開放が遅れると、コーティン
グ中に空所が形成され、従来のコーティングを塗布したときに通常得られるもの
と比較して、コーティング上に著しく粗い表面が作られ、より多孔質のコーティ
ングされた板が作られる。コーティングされた表面は、(22)で示すように印刷す
るか、又は(24)で示すように変形した後に、(22)で示すように印刷することがで
きる。
一般的に、コーティングの表面が、多重のマット(matte)の白板、つまり、表
面に漂白されたパルプの層を持つライナーボードなどを模するために用いられる
とき、コ
ーティング表面のSheffield滑らかさ(SS)がParker印刷表面(PPS)に対する比、つ
まり、図４に示される滑らかさは、ＳＳが２９０ｍｌ／ｍｉｎのとき、表面のＰ
ＰＳは６．５ＰＰＳ単位以上であり、ＳＳが３３０ｍｌ／ｍｉｎのとき、表面の
ＰＰＳは７ＰＰＳ単位以上である（図５を参照）。
図３の顕微鏡写真に示される、結果的に得られた生成物は、基板(24)及びコー
ティング(26)により構成される。図３の顕微鏡写真には、線(25)が追加され、コ
ーティング(26)と基板(24)との間の境界を示している。コーティングには、(28)
で概略的に示される複数の空洞が形成されており、その多くは表面(30)に隣接し
、表面上で露出しているため、露出された表面(30)に対して開口する空洞(32)を
形成している。これらの空所(28)（及び空洞(30)）は、表面(30)の粗さを決める
ものであり、コーティング(26)の多孔度を決定するための重要な要因である。
図４は、表面(30)の一部分の平面図を示す顕微鏡写真であり、該表面(30)上に
は黒点で表される空洞(32)がある。
コーティングされた板の多孔度は、コーティングされた板に効果的に印刷する
ための重要な特性と考えられている。一般的に、コーティングされた板のGurley
多孔度は、３，５００ｓｅｃ／１００ｍｌ未満であるべきであり、３，０００ｓ
ｅｃ／１００ｍｌ未満であるのがより
望ましく、２，５００ｓｅｃ／１００ｍｌ未満であるのが最も望ましい。
後述の例により示されるプリント長さは、MB Print Indicatorで測定して、１
２ｃｍ未満であるのが望ましく、１０．５ｃｍ未満であるのがより望ましい。
インクキャリアーの基板への吸収率、つまり基板の表面に対して垂直な吸収率
を印刷することは、印刷作業及び印刷品質にとって重要であり、これは、基板の
表面に沿った、つまり表面に対して平行な、インクキャリアーの横向きの放散が
重要であるのと同様である。一般的には、前者は迅速でなければならず、後者は
印刷品質を最高にするために最小限にしなければならない。コーティング中のポ
ケット又は空所内に再乾燥超吸収剤が存在すると、インクキャリアーが、基板の
表面にほぼ垂直方向で、基板に直接吸収される比率を増加させ、これにより、表
面に対して垂直方向のキャリアーの吸収を増加させる。これは、表面に沿ったキ
ャリアーの横向きの放散を減少させる。基板の表面に垂直な吸収率の増加はまた
、コーティングを乾燥させるのに必要な従来の乾燥の量を減少させることができ
る。実施例
下記の例１〜７では、紙の基板（４２＃の漂白されていないライナーボード）
は、１０００ｆｐｍのスピードで、片面だけ（最上面）をコーティングされた。
このよ
うにコーティングされた紙は、インフラレッド（ＩＲ）と加熱された空気ドライ
ヤーを組み合わせて用いることにより乾燥された。製造された乾燥コーティング
紙の重さは、６〜４５ｇ／ｍ2の間である。
乾燥コーティング紙の試料は、TAPPI Standard T-402に従って、最低１２時間
条件づけられた。サンプルの表面特性は、TAPPI Standards（該当する場合）に
従って測定された。テストには、明るさ（Ｔ−４５２）、Sheffieldの滑らかさ
（Ｔ−５３８）及びParker 印刷表面（ハードバッキング(hard backing)、２０
ｐｓｉの空気圧）が含まれた。
[例１（従来技術）]
以下の成分を重量で混合することにより調製された水溶性のコーティング組成
物を用いて、一連のベントブレードコーティング試験(bent blade coating tria
ls)が行われた。調合物Ａ
１．ＣａＣＯ3−７０パート
２．Ｎｏ．１クレー−３０パート
３．ＳＢラテックス−１２パート
４．澱粉−６パートの澱粉
５．ステアリン酸カルシウム−０．８パート
６．クロスリンカー(Cross Linker)−０．４パート
７．ＣＭＣ−０．０８パート
８．分散剤−０．２パート
９．固体の総量の６４％の水
顕微鏡で試料を調べた時、空所の構造は観察されなかった。
[例２（従来技術）]
以下の変更以外は、例１と同じである。
水溶性のコーティング混合物である調合物Ａは、以下の要領で修正された。
調合物Ｂ（以下の変更以外は、調合物Ａと同じ）
１．ＣａＣＯ3−７０パート
２．ＳＢラテックス−１３パート
３．ＰＶＡＣ−５パート
４．澱粉の追加はなし
５．ＣＭＣ−０．３パート。固体の総量の６６％まで追加された水
ベントブレードの代わりに、溝付きロッド計量装置が用いられた。
顕微鏡で試料を調べた時、空所の構造は観察されなかった。
[例３（従来技術）]
市販の機器を使用し、Michaelman製の市販の水溶性コーティング調合物を用い
た、溝付きロッドのコーティング試験。
顕微鏡で試料を調べた時、空所の構造は観察されなか
った。
このように作られたコーティングされたライナーボードは、両面板に変形され
、そこでは、コーティングされたライナーボードは、外側のライナーボードとし
て、二重の支持物(double backer)に組み入れられていた。次に、斑点の白いラ
イナーボードを外側のライナーボード位置へ組み入れた紙が、変形され、印刷さ
れるのと同時に、紙は、印刷され、フレキソフォルダー接着機(flexo-folder-gl
uer)で箱に変えられた。
コーティングされたライナーボードを組み入れた試料の印刷の品質は、インク
のトラッキングやしみ（不十分なインクの割り込み(strike-in)）及びバーコー
ドのスキャン失敗が高率（５０％を越える）なことから、低いものであった。
[例４（従来技術）]
ロッドコーティング試験は、市販の機器を用いて行われ、市販の機器の所有者
が薦めるコーティング調合物が用いられた。２つの異なる溝付きロッドを用いて
、同じコーティング調合物が加えられた。
顕微鏡で試料を調べた時、空所の構造は観察されなかった。
コーティングされたライナーボードは、両面板に変形され、コーティングされ
たライナーボードは、外側のライナーボードとして、二重の支持物と一体化して
いた。
次に紙は印刷され、三色プレス上の箱に変形され、平らなベッドのダイカッター
が続いた。斑点の白いライナーボードは、同様に変形され、印刷された。コーテ
ィングされたライナーボードを組み入れる試料の印刷品質は、バーコードのスキ
ャン失敗が高率（＞５０％）なためと、固体の印刷エリア中の許容できない印刷
斑点のため、低いものであった。印刷斑点は、固体の印刷されたエリアの印刷濃
度中の標準偏差として測定された。図Ｉを参照のこと。
[例５（従来技術）]
特別注文のコーティング設備により、ベントブレード（プレコート）を用いて
行った市販のコーティング試験であり、エアーナイフ及び市販のコーティング調
合物が続く。顕微鏡で試料を調べた時、空所の構造は観察されなかった。
コーティングされたライナーボードは、両面板に変形され、そこでは、コーテ
ィングされたライナーボードは、外側のライナーボードとして、二重の支持物に
組み入れられていた。次に紙は印刷され、フレキソフォルダー接着機で箱に変形
された。コーティングされたライナーボードを組み入れる試料の印刷品質は、イ
ンクのトラッキングやしみ（不十分なインクの割り込み）及び黒色による黄色の
トラッピングが不十分なことから、低いものであった。
[例６（本発明）]
乾燥粉末状のポリアクリル酸ナトリウムの超吸収ポリマーを超吸収剤として用
いる以外は、例４と同じ条件の装置及びプロセスを用いた。コーティング調合物
は、以下の成分を重量で混合することにより調製された。
１．ＣａＣＯ3−５０パート
２．Ｎｏ．３の標準デラムクレー(Delam Clay)−２５パート
３．か焼クレー−２５パート
４．ＰＶＡラテックス−１８パート
５．ポリアクリル酸ナトリウム（乾燥粉末）−１．５パート
６．固体の総量の５０％までの水
コーティングされたライナーボードは、試料５と同様に変形され、印刷された
。満足のいく印刷品質が得られた。僅かなインクのトラッキングやしみがあった
。黄色いインクは、黒いインクによりトラッピングされた。印刷されたイメージ
もまた、例５と比べてずっとはっきりしていた。
[例７（本発明）]
ベントブレードプレコートを用いなかったこと以外は、例５と同様の装置を用
いた市販のエアーナイフコーティングである。コーティング調合物は、例６のも
のと同様である。
例６と同様のSheffieldとＰＰＳとの関係が得られた(図５を参照)。コーティ
ング中の空所構造は、試料を顕微鏡で調べたときに観察された。
コーティングされたライナーボードは、例４と同様に変形され、印刷された。
斑点の白いライナーボードと同等の印刷品質が得られた。印刷斑点は、同等のも
のであった。
[例１〜例７の検討]
図５に示されるように、Parker Print対Sheffield 滑らかさの調合物６及び７
についての測定結果は、コーティングされていないライナーボードと同様であり
、これは、例１〜５とは著しく異なるものである。これらのコーティング中の空
所構造は、試料を顕微鏡で調べたときに観察された。
図６は、例１〜７で作られた製品のInk DrawdownをMB Print Indicatorで測定
した結果並びに、比較のため、
コーティングされていないベースストック及び典型的な斑点の白い板の同様のテ
スト結果を示している。２つの成功例のプリント長さは９ｃｍ未満であり、取り
替えを予定されている製品のプリント長さは１０．４ｃｍであり、不成功例のプ
リント長さは１２ｃｍよりもずっと長かった。このことが示すのは、プリント長
さが約１２ｃｍ未満であれば、依然として必要な結果を生むことができ、プリン
ト長さが約１０．５ｃｍ未満であることがより望ましいということである。
[例８]
２つの異なる板についてテストが行われ、第１の板の基本重量(basis weight)
は３８ｇｍ／ｍ2であり、第２の板の基本重量は６９ｇｍ／ｍ2であった。第１及
び第２の板のコーティング前の多孔度は、それぞれ６６ｓｅｃ／１００ｍｌ未満
及び２８ｓｅｃ／１００ｍｌ未満であり、本発明に従って調合されたコーティン
グを用いたコーティング後の多孔度は、それぞれ２０００ｓｅｃ／１００ｍｌ未
満及び１０００ｓｅｃ／１００ｍｌ未満であった。第１の板を従来のコーティン
グでコーティングした時の多孔度は、４８００ｓｅｃ／１００ｍｌより大きかっ
た。
より軽量な製品のため、又は塗布されるコーティングの重量を軽減させるため
に、いくつかの薄い層に裂かれたクレー(delaminated clay)の代わりにチタンを
用いることができることが分かった。
以上本発明を記載してきたが、当該分野の専門家が、添付の請求の範囲に記載
の発明の範囲から逸脱することなく、修正を行うことができることは明らかであ
る。
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フロントページの続き
(72)発明者 ジョナキン，ジェームズ リンウッド
アメリカ合衆国 36726 アラバマ，カム
デン，ウィルムーア ドライブ 28