JP2011501785A - 紙及び製紙方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、繊維系原料から形成され且つ印刷用紙として適用可能な紙に関する。本発明においては、紙の表面が、紙全体について測定した場合に紙の少なくとも１つの表面層の密度が７０００秒／１００ｍｌを越えるガーレー・ヒル値を得るのに十分な高さとなるように、表面に十分な密度を施すことにより表面処理される。更に、本発明は、製紙方法に関する。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルにおいて定義した紙及び請求項１６のプリアンブルにおいて定義した製紙方法に関し、印刷用紙として適用可能な紙は、繊維系原料から形成される。

先行技術として、印刷に使用するための様々な印刷用紙及び様々な製紙方法が知られている。
印刷分野においては、紙を対象とした様々な印刷方法、例えばオフセット印刷技術又はグラビア印刷技術が知られている。既知の方法、具体的にはＨＳＷＯ印刷においては印刷インキを高温（典型的には１２０℃〜１５０℃）で乾燥させるが、印刷インキの乾燥中に、印刷した領域と印刷していない領域との間で大きな水分傾斜が生じてしまう。このようにして生じた大きな水分傾斜が、ＨＳＷＯ印刷物の質の低下、すなわち波打ち（ｗａｖｉｎｇ）の重要な要因となる。この波打ちの軽減を目的とした多くの方法が知られている。
参考文献としての国際公開第２００４／００３２９３号パンフレット（ＷＯ２００４／００３２９３）は、親油性の表面を備えた高密度の紙を開示している。表面のガーレー・ヒル透気度値（Ｇｕｒｌｅｙ−Ｈｉｌｌ ｐｅｒｍｅａｎｃｅ ｖａｌｕｅ）は、５０００秒／１００ｍｌより高い。親油性の表面を備えた高密度の紙の形成には費用がかかり、工業的な生産はまだ実現されていない。

本発明の目的は、印刷において印刷用紙として適用可能な新しいタイプの紙を開示することである。本発明の具体的な目的は、印刷した表面と印刷していない表面との間の水分傾斜を最小限に抑制し、例えばＨＳＷＯ印刷において波打ちを回避することができる紙を開示することである。本発明の更なる目的は、新しい製紙方法を開示することである。

本発明の紙及び製紙方法は、請求項において提示の内容によって特徴付けられる。
本発明は、繊維系原料から形成され且つ印刷用紙として適用可能な紙に基づく。本発明においては、紙の表面が、紙全体についてガーレー・ヒル法により測定した場合に、紙の少なくとも１つの表面層の密度が７０００秒／１００ｍｌを越えるガーレー・ヒル値を得るのに十分な高さとなるように、紙の表面、少なくとも一面に十分な密度を施す（ａｒｒａｎｇｅ）ことにより表面処理される。
この際、紙の表面層とは、それ自体が既知であるいずれの表面処理法によっても形成し得る、紙の表面上の表面層、例えばコーティング層のことである。紙の表面上には少なくとも２つの表面層がある。この場合、表面層とは、最上位表面層又は最上位層の下のその他いずれかの表面層となる。

本発明は、具体的には、その少なくとも１つの表面層が高密度となるように取り計らわれ且つ制御された表面密度を備える紙に基づく。更に、本発明の紙は、制御された表面エネルギー特性を備えることが望ましい。本発明の紙の表面は、いずれの親油特性も有していないことが望ましい。
本発明の紙では印刷した表面と印刷していない表面との間の水分傾斜、すなわち乾燥勾配（ｄｒｙｉｎｇ ｇｒａｄｉｅｎｔ）を最小限に抑えることができ、また波打ちを、例えばＨＳＷＯ印刷において軽減することができる。特殊な方法で紙に密度を付与することにより、水分傾斜を最小限に抑えることが可能になる。紙の表面を高密度にすると、印刷した表面に対して印刷していない表面の乾燥を減速させることが可能なため、水分傾斜を、例えばＨＳＷＯ乾燥において軽減することができる。水分傾斜を抑えることにより、紙の波打ちを軽減することが可能である。
この際、紙とは全ての繊維系の紙のことである。紙は、化学パルプ、機械パルプ、ケミメカニカルパルプ、再利用パルプ、これらの混合物などから形成し得る。紙は、湿潤ウェブ、乾燥ウェブ若しくはシート、又は目的に適したその他の形態であってよい。紙は、適切な填料及び添加剤を含み得る。

ガーレー・ヒル法（ＩＳＯ ５６３６−５：２００３）は、特定の透気度、例えば、１００ｍｌ、を有する紙の印刷にかかる時間を、例えば秒単位で測定することを含む。差圧は１．２１ｋＰａである。

本発明の一実施態様においては、１つより多い表面層を紙の表面上に形成する多層処理により紙を表面処理する。紙をダブルコートしても、複数回コートしてもよい。複数回コートされた紙及びダブルコートされた紙の場合、表面層の少なくとも１つを、本発明により定義された方法で高密度化するだけで十分である。或いは、表面層の２つ以上を、本発明により定義された方法で高密度化する。
本発明の一実施態様においては、少なくとも２つの表面層、すなわちコーティング層が紙の表面上に形成されるように、紙をコーティング及び／又は表面サイジングにより表面処理する。好ましい一実施態様においては、紙の表面に接触する層、すなわち最下位表面層を、コーティングにより形成する。

本発明の一実施態様においては、紙を、その表面のプレコーティングにより表面処理する。一実施態様においては、一表面層に十分な密度を付与するために、紙をプレコートする（すなわち、プレコーティング層）。好ましい実施態様においては、本発明の方法で高密度化した又は高密度化していない少なくとも１つの別のコーティング層が、プレコーティング層上に配置される。
高密度化層はいずれの層であってもよい。一実施態様において、高密度化層はプレコーティング層である。一実施態様において、高密度化層は最上位表面層である。一実施態様において、高密度化層は、中間層の１つである。好ましい一実施態様において、最上位表面層は高密度化層ではなく、この場合、例えば、印刷適性という観点からのいずれかの望ましい特性を最上位表面層に付与してもよい。
一実施態様において、一表面層、好ましくは高密度化層のコート質量は１〜１４ｇ／ｍ²／面、より好ましくは６〜１４ｇ／ｍ²／面である。一実施態様において、全コート質量は７〜４０ｇ／ｍ²／面である。

本発明の一実施態様においては、少なくとも１種の顔料及び／又は少なくとも１種の接着剤を含む混合物を紙の表面上に配置する（ａｒｒａｎｇｅ）ことにより、少なくとも１つの表面層を形成する。一実施態様において、混合物は、少なくとも１種の顔料及び少なくとも１種の接着剤を含む。
本発明の一実施態様において、顔料は、カオリン、タルク、炭酸カルシウム、石膏、これらの混合物及び同様の顔料の群から選択される。好ましい一実施態様において、顔料は主にカオリンを含む。一実施態様においては、板状顔料を、少なくとも部分的又は全面的に顔料として使用する。一実施態様においては実質的に板状の顔料が使用され、好ましい実施態様において板状顔料は顔料の量の７０質量％を越える量にて存在し、より好ましい実施態様においては顔料の量の９０質量％を越える量にて存在する。一実施態様において、顔料は球状の顔料を含む。

本発明の一実施態様において、接着剤は、デンプン、タンパク質、ラテックス、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール及びこれらの混合物等の群から選択される。好ましい一実施態様において、接着剤は主にラテックス又はその誘導体、例えばＳＢラテックスを含む。
一実施態様において、接着剤は、−３０〜３５℃、より好ましくは０〜２５℃の範囲のガラス転移温度を有するラテックスを含む。ガラス転移温度は、例えば示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）により定義される。
紙の表面上に配置される混合物は、いずれの表面処理組成物、例えば、コーティング剤（塗料（ｃｏａｔｉｎｇ ｃｏｌｏｕｒ））又は表面サイズ組成物であってもよい。

本発明の一実施態様においては、紙の表面の密度を、接着剤と顔料との組み合わせにより表面処理混合組成物を最適化することで制御する。一実施態様において、接着剤に対する顔料の比は既定されている。顔料に対する接着剤の比は、１：１００〜１００：１の範囲で変化し得る。本発明の一実施態様において、紙の表面上に配置される混合物、例えばコーティング混合物は、顔料を、混合物の全乾燥質量の７５〜９５質量％、一実施態様においては、混合物の全乾燥質量の８２〜９２質量％含む。顔料は固形又は分散液形態であってよく、顔料が３０〜１００質量％を占める組成物として存在してもよい。本発明の一実施態様において、混合物は、接着剤を混合物の全乾燥質量の５〜２５質量％、一実施態様においては、混合物の全乾燥質量の８〜１７質量％含む。接着剤は固形又は溶液形態であってよく、接着剤を３〜１００質量％含む組成物として存在してもよい。一実施態様において、表面処理組成物は、顔料を乾燥質量で１００部、接着剤を乾燥質量で１０〜１５部含む。
いずれの適切な接着剤及び顔料も紙の表面処理に使用することができる。更に、当該分野においてそれ自体が既知の適切な添加剤を、表面処理混合物に添加することができる。混合物は、添加剤を０〜１０質量％含み得る。

本発明の一実施態様において、紙の少なくとも１つの表面層の密度は、紙全体についてガーレー・ヒル法により測定した場合に１００００秒／１００ｍｌを越えるガーレー・ヒル値を得るのに十分な高さである。一実施態様において、紙の密度は、ガーレー・ヒル法により測定した場合、１２０００秒／１００ｍｌを超える。
本発明の一実施態様において、紙はカレンダリングされ、好ましくは表面処理後にされる。
本発明の一実施態様においては、紙を、オフセット印刷、具体的にはＨＳＷＯ印刷における印刷用紙として使用することができる。
本発明の紙の製造において、使用するいわゆる原紙は、ＬＷＣ（軽量コート紙）、ＭＷＣ（中量コート紙）、ＭＦＣ（機械仕上げコート紙）、ＷＦＣ紙（上質紙）又は同様の紙等の印刷用紙に適用可能な紙へと本発明に従って形成可能な適切な繊維系原紙であってよい。

一実施態様において、填料、顔料、接着剤及び／又はその他の化学薬品は、紙の製造中に繊維系原料に添加される。当該分野で既知のいずれの薬剤及び化学薬品も、填料、顔料、接着剤及び化学薬品として使用し得る。
更に、本発明は製紙方法に基づいており、印刷用紙として適用可能な紙は、繊維系原料から形成される。本発明においては、紙の表面及びその少なくとも一面が、紙全体について測定した場合に紙の少なくとも１つの表面層の密度が７０００秒／１００ｍｌを越えるガーレー・ヒル値を得るのに十分な高さとなるように、表面層に十分な密度を施すために表面処理される。
紙の製造、コーティング、表面サイジング、カレンダリング及び／又は印刷等は、当該分野でそれ自体が既知の方法で行われ得る。
紙のコーティングにおいては、いずれのコーティング方法、例えばフィルム転写コーティング、ノズルアプリケータを用いたブレードコーティング、ロールアプリケータを用いたブレードコーティング、ＳＤＴＡ（ｓｈｏｒｔ ｄｗｅｌｌ ｔｉｍｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）型のブレードコーティング、スプレーコーティング、カーテンコーティング、これらのいずれの組み合わせ又は同様のコーティング方法が適用可能である。

本発明の紙及び方法により、先行技術よりもずっと多くの利点が得られる。
本発明の紙のおかげで高品質の印刷物が得られ、また印刷した紙における波打ちが軽減される。水分傾斜を最小限に抑えることにより乾燥に必要なエネルギー量が減るが、これは印刷した紙の表面に乾燥が集中するからである。更に、紙からの水分の過剰な蒸発は、紙の印刷品質を低下させる恐れがある。
本発明は、印刷用紙として適用可能な高品質の紙を製造するための単純で費用効率の高い方法を提供する。更に、本発明は、工業的な適用が可能な、簡単、単純で手頃な製紙方法を提供する。

以下では、本発明を詳細な実施態様例を用いて説明する。
実施例１
本実施例においては、印刷用紙として適用可能であり且つ約８０ｇ／ｍ²の坪量を有する、本発明によるダブルコートされたＭＷＣタイプの紙を形成した。原紙は木材を含有していた。紙をフィルム転写コーティングによりプレコートし、ノズルアプリケータを用いたブレードコーティングにより表面をコートした。プレコートの質量は８ｇ／ｍ²／面であった。表面コート質量は８ｇ／²／面であった。コーティング後、紙をスーパーカレンダリングした。カレンダリング条件は、７０％の光沢レベルが得られるように選択された。
本発明の印刷用紙に使用するプレコーティング混合物は、１００部の板状カオリン顔料、接着剤としての１０部のＳＢラテックス、４部のデンプン及び１．８部の添加剤（例えば、レオロジー調整剤、染料）を含む混合物であった。表１に、Ｓｅｄｉｇｒａｐｈ ５１００装置で測定した顔料の粒径分布を示した。

表１

本発明の印刷用紙で使用の表面コーティング層は、カオリンとカーボネートとの典型的な混合物であった。
本発明の印刷用紙の密度は、１１６００秒／１００ｍｌと測定された。

実施例２
本実施例においては、印刷用紙として適用可能であり且つ約８０ｇ／ｍ²の坪量を有する、本発明によるダブルコートされたＭＷＣタイプの紙を形成した。原紙は木材を含有していた。紙をフィルム転写コーティングによりプレコートし、ノズルアプリケータを用いたブレードコーティングにより表面をコートした。プレコートの質量は７ｇ／ｍ²／面であった。表面コートの質量は８ｇ／ｍ²／面であった。コーティング後、紙をスーパーカレンダリングした。カレンダリング条件は、７０％の光沢レベルが得られるように選択された。
本発明の印刷用紙に使用するプレコーティング混合物は、１００部の板状カオリン顔料、接着剤としての１６部のＳＢラテックス及び３．３部の添加剤（例えば、レオロジー調整剤、染料）を含む混合物であった。表２に、Ｓｅｄｈｉｇｒａｐｈ ５１００装置で測定した顔料の粒径分布を示した。

表２

使用した基準紙は、８０ｇ／ｍ²の坪量を有し且つ７０％の光沢レベルにスーパーカレンダリングされた市販のダブルコートされた木材系ＭＷＣ紙であった。炭酸カルシウムをベースとした典型的なコーティング混合物を基準紙のプレコーティングに使用した。
本発明の印刷用紙及び基準紙に使用した表面コーティング層は、カオリンとカーボネートとの典型的な混合物であった。
用紙については以下の密度値が定められた。ガーレー・ヒル法による測定で、本発明の印刷用紙はプレコーティング層の存在により２８２５０秒／１００ｍｌ、基準紙は２８００秒／１００ｍｌであった。

紙を、Ａｌｂｅｒｔ Ｆｒａｋｅｎｔｈａｌ Ａ１０１Ｓ印刷機械を用いてＨＳＷＯ印刷により印刷した。印刷では市販のＨＳＷＯ印刷インキを使用した。ウェブの出口温度は、乾燥後１３０℃であった。
印刷後、本発明の印刷用紙を基準紙と比較したところ、本発明の印刷用紙においては、目視検査で波打ちの観点からかなりの改善が観察された。波打ちは、例えば、印刷及び乾燥後にＡＦＴ値を求めるＡＦＴ法により測定することができる。
紙の製造、コーティング、カレンダリング及び印刷は、それ自体が既知の方法で行われ、ここではこれ以上詳細に説明しない。

全ての試験において、本発明の紙は、紙の波打ち並びに印刷の均一性及び鮮明さに基づき、良質な印刷用紙であると判明した。
試験において、紙の表面構造が高密度であるため印刷した表面と印刷していない表面との間での水分傾斜が低いことから、ＨＳＷＯ印刷において波打ちが小さいことが観察された。
要約すると、本発明の方法により良質の印刷用紙が簡単に得られると結論づけることができる。

本発明の紙及び方法は、極めて多岐にわたる印刷用紙製品を製造するにあたって様々な実施態様で適用可能である。
本発明は、上記の実施例だけに限定されず、請求項によって定義された創意の範囲内で多くの別の態様が可能である。

Claims (21)

1. 繊維系原料から形成され且つ印刷用紙として適用可能な紙であって、前記紙の表面が、紙全体について測定した場合に前記紙の少なくとも１つの表面層の密度が７０００秒／１００ｍｌを越えるガーレー・ヒル値を得るのに十分な高さとなるように、表面に十分な密度を施すことにより表面処理されていることを特徴とする紙。
2. 前記紙が、コーティング及び／又は表面サイジングにより表面処理されている、請求項１に記載の紙。
3. 前記紙が、１つより多い表面層を前記紙の表面上に形成する多層処理により表面処理されている、請求項１又は２に記載の紙。
4. 前記紙が、一表面層において十分な密度を付与するためにプレコーティングにより表面処理されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の紙。
5. 前記紙の表面上の高密度化表面層のコート質量が、１〜１４ｇ／ｍ²／面である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の紙。
6. 顔料及び接着剤を含む混合物が、少なくとも１つの表面層を形成するために前記紙の表面上に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の紙。
7. 前記顔料が、カオリン、タルク、カーボネート、石膏及びこれらの混合物の群から選択される、請求項６に記載の紙。
8. 前記顔料として、少なくとも部分的に板状顔料が使用されている、請求項６又は７に記載の紙。
9. 前記接着剤が、デンプン、タンパク質、ラテックス、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール及びこれらの混合物の群から選択される、請求項６〜８のいずれか一項に記載の紙。
10. 前記混合物が、乾燥質量の７５〜９５質量％の顔料を含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の紙。
11. 前記混合物が、乾燥質量の５〜２５質量％の接着剤を含む、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の紙。
12. 前記紙の少なくとも１つの表面層の密度が、紙全体について測定した場合に１００００秒／１００ｍｌを越えるガーレー・ヒル値を得るのに十分な高さである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の紙。
13. 前記紙の少なくとも１つの表面層の密度が、紙全体について測定した場合に１２０００秒／１００ｍｌを越えるガーレー・ヒル値を得るのに十分な高さである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の紙。
14. 前記紙が、カレンダリングされている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の紙。
15. 前記紙が、ＨＳＷＯ印刷において印刷用紙として適用可能である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の紙。
16. 印刷用紙として適用可能であり且つ繊維系原料から形成される紙を製造する方法であって、前記紙の表面を、紙全体について測定した場合に前記紙の少なくとも１つの表面層の密度が７０００秒／１００ｍｌを越えるガーレー・ヒル値を得るのに十分な高さとなるように、表面に十分な密度を施すために表面処理することを特徴とする方法。
17. 前記紙の表面を、コーティング及び／又は表面サイジングにより表面処理する、請求項１６に記載の方法。
18. 顔料及び接着剤を含む混合物が、少なくとも１つの表面層を形成するために前記紙の表面上に配置される、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記紙を、１つより多い表面層を前記紙の表面上に形成する多層処理により表面処理する、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記紙を、一表面層において十分な密度を付与するために表面をプレコーティングすることにより表面処理する、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記紙をカレンダリングする、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の方法。