JP4998131B2 - 塗工紙の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロッドメタリングサイズプレス方式の塗工装置を使用し、塗工液を高速条件で塗工する製造工程で問題となる操業性の改善、および品質に優れたオフセット印刷用塗工紙の製造方法および塗工紙を提供することにある。

近年印刷用塗工紙は、チラシ、カタログ、パンフレット、ダイレクトメール等広告、宣伝を目的とした商業印刷分野での需要が伸びている。これら商業印刷物は、それ自体の商品価値は低いが、宣伝媒体として目的が達成されることが重要であるので、低コストで印刷仕上がりの良いものが求められてきている。このような旺盛な塗工紙の需要に対応するため、紙メーカーでは高品質を維持したまま、生産性を上げ、コストダウンを図るべく、塗工設備の広幅、高速化を進めている。この様な状況下で高品質を維持したまま生産性を上げることが重要な技術課題である。
従来の塗工紙の生産方式としては、抄紙と塗工を別々の工程で行うオフマシン塗工方式と、一台のマシンで抄紙と塗工を同時に行うオンマシン塗工方式があり、オンマシン塗工方式の方が製品の製造原価を抑えることが可能で、価格競争力のある製品を製造できる特徴がある。
前述のごとく近年、生産性を更に向上するため、オンマシン塗工装置で、より高速で製品化する試みがなされている。オンマシン塗工装置には一般に、フィルムトランスファー方式であるゲートロールコーターやロッドメタリングサイズプレスコーターが用いられ、これらのコーターを用いて、通常は顔料と接着剤を含有する顔料塗工液を塗工して微塗工紙を得るか、あるいは更にその微塗工紙の上にブレード塗工方式のコーターを用いて、更に顔料塗工液を塗工するダブル塗工紙を高速で生産されることが求められている。フィルムトランスファー方式においては、ボイリングの問題がないことから、ロッドメタリングサイズプレスコーターを用いることが好ましい。
このような顔料塗工液をオンマシン塗工装置で、より高速塗工すると、アプリケーターロールニップ出口で塗工液が霧状になって飛散するミスト発生トラブルが発生する場合があり、特に、操業速度が１３００ｍ／分以上で発生しやすくなる。これらの問題を解消するためには、種々の提案がされている（特許文献１〜３参照）。

特開平１０−４６４９６号公報 特開平９−３２４３９５号公報 特開平９−１７０１９５号公報

一方、生産性の向上については、特に、低坪量品の塗工紙を製造する場合、上記のロッドメタリングサイズプレスコーターを使用して顔料と接着剤を含有する顔料塗工液を塗工する代わりに、澱粉などのクリアー塗工液を用いた後に、更にブレード塗工方式を用いて、高速で塗工紙を生産することが考えられる。しかしながら、抄紙速度１３００ｍ／分以上で澱粉などのクリアー塗工液をロッドメタリングサイズプレスコータで塗工した場合、ミストが発生し、操業性に問題があった。
以上のような状況に鑑み、本発明の課題は、ロッドメタリングサイズプレス方式の塗工装置を使用し、クリヤー塗工液を高速条件、特に１３００ｍ／分以上の高速条件で塗工する製造工程で問題となる操業性の改善、及び上塗り塗工後の品質に優れた印刷用塗工紙の製造方法及び塗工紙を提供することにある。

原紙上に、顔料と接着剤を含有する塗工液を塗工・乾燥して塗工層を１層以上設ける塗工紙の製造方法において、抄紙速度が１３００ｍ／分以上であり、前記下塗り塗工にはロッドの溝幅が０．３０ｍｍ以下の溝付ロッドを有するロッドメタリングサイズプレス方式の塗工装置を用い、澱粉塗工液を両面０．５g／ｍ²以上塗工し、更に顔料と接着剤を有する塗工液を塗工することを特徴とする塗工紙の製造方法。

本発明により、ロッドメタリングサイズプレス方式の塗工装置を使用し、塗工液を高速条件で塗工する製造工程で問題となる操業性の改善、および耐ブリスター性などの品質に優れたオフセット印刷用塗工紙およびその製造方法を得ることができる。

本発明においては、抄紙速度が１３００ｍ／分以上であり、原紙上に、ロッドの溝幅が０．３０ｍｍ以下の溝付ロッドを有するロッドメタリングサイズプレス方式の塗工装置を用い、澱粉塗工液を両面０．５g／ｍ²以上塗工した後、更に顔料と接着剤を有する塗工液を塗工することを特徴とする塗工紙の製造方法である。
また、本発明は、原紙上に、クリアー塗工液を塗工・乾燥する塗工原紙の製造方法において、抄紙速度が１３００ｍ／分以上であり、ロッドの溝幅が０．３０ｍｍ以下の溝付ロッドを有するロッドメタリングサイズプレス方式の塗工装置を用い、澱粉塗工液を両面０．５g／ｍ²以上塗工することを特徴とする塗工原紙の製造方法。
オンマシンコータを用いて、抄速１３００ｍ／分以上の高速で製造し、かつ下塗りに澱粉塗工液を多量に塗る場合、ミストが発生しやすいという問題があった。
この問題を解決するため、ロッドの形状に関して検討を重ねた結果、澱粉塗工液を両面０．５g／ｍ²以上、抄紙速度が１３００ｍ／分以上の高速条件下で操業する際、０．３０ｍｍ以下の溝幅を使用することで、ミストが発生せず、断紙が起こりにくく、乾燥負荷を軽減し、操業性が向上した。
これらのメカニズムとしては、溝幅の狭いロッドを使用する場合、アプリケータロールに形成される塗料の膜厚が薄く、原紙にほぼ１００％転写されるため、ミストがほとんど発生しない。一方、溝幅が広いとアプリケーターロール上に形成される塗料の膜厚が大きくなり、原紙に転写されない余剰量が発生しやすく、これがミストとなって発生していると推測される。
本発明の塗工原紙のパルプ原料としては、特に限定されるものではなく、機械パルプ(MP)、脱墨パルプ（DIP）、針葉樹クラフトパルプ（NKP）など、印刷用紙の抄紙原料として一般的に使用されているものであればよく、適宜、これらの１種類または２種類以上を配合して使用される。機械パルプとしては、砕木パルプ(GP)、リファイナー砕木パルプ(RGP)、サーモメカニカルパルプ(TMP)、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)、ケミグランドパルプ(CGP)、セミケミカルパルプ(SCP)などが挙げられる。脱墨パルプとしては、上質紙、中質紙、下級紙、新聞紙、チラシ、雑誌などの選別古紙やこれらが混合している無選別古紙を原料とする脱墨パルプであれば良く、特に限定はない。本発明においては、機械パルプが対パルプ１０重量％以上においても、耐ブリスター性が良好で、ラフニングが少ないなどの効果を発揮することができる。
本発明で使用する填料は公知のものを任意に使用でき、例えば、重質炭酸カルシム、軽質炭酸カルシウム、クレー、シリカ、軽質炭酸カルシウム−シリカ複合物、カオリン、焼成カオリン、デラミカオリン、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、酸化亜鉛、酸化チタン、ケイ酸ナトリウムの鉱産による中和で製造される非晶質シリカ等の無機填料や、尿素―ホルマリン樹脂、メラミン系樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂などの有機填料を単用又は併用できる。この中でも、中性抄紙やアルカリ抄紙における代表的な填料である炭酸カルシウムや軽質炭酸カルシウムーシリカ複合物が好ましく使用される。紙中填料率は1〜40固形分重量%である。表面性向上の観点から、紙中填料率は10〜40固形分重量%が好ましく、12〜35固形分重量%が更に好ましい。

内添薬品としては、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤、濾水性向上剤、染料、中性サイズ剤などの薬品を必要に応じて使用しても良い。乾燥紙力向上剤としてはポリアクリルアミド、カチオン化澱粉が挙げられ、湿潤紙力向上剤としてはポリアミドアミンエピクロロヒドリンなどが挙げられる。これらの薬品は地合や操業性などの影響の無い範囲で添加される。中性サイズ剤としてはアルキルケテンダイマーやアルケニル無水コハク酸、中性ロジンサイズ剤などが挙げられる。
本発明の塗工原紙に用いられる抄紙機は、オントップフォーマー、ギャップフォーマなどの通常の抄紙機が用いられるが、ヘッドボックスから噴射された紙料が２枚のワイヤーに挟まれて走行し、湿紙の両側からほぼ均等に脱水するギャップフォーマ型抄紙機を用いることが、１３００ｍ／分以上の高速の抄紙速度においてより適しており、好ましくは１５００ｍ／分以上、より好ましくは１６００ｍ／分以上で２５００ｍ／分程度である。また、ギャップフォーマ抄紙機の中でも特にフォーミングロールによる初期脱水の直後に脱水ブレードによる脱水機構を有したロールアンドブレードフォーマ形式のギャップフォーマ型抄紙機を用いることにより、更に、ラフニングの発生が少なく、表裏差のない表面性が良好なものが得られる。また、本発明の抄紙機のプレスパートは、シュープレスを用いることが好ましく、抄紙速度が高速の場合、プレス後水分を鑑みてタンデムタイプのシュープレスを１段以上で処理することが好ましく、より好ましくは２段以上で処理することにより、層間強度、耐ブリスター性が向上する。シュープレスの処理条件は１００KN/ｍ〜１１００KN/ｍが好ましく、より好ましくは５００KN/ｍ〜１１００KN/ｍである。また、前記シュープレスを２基以上使用する場合、ドライヤーパート側のシュープレスにトランスファーベルトが接触するように通紙することが、断紙等が起こりにくく、高速操業性に優れるものである。

抄紙機プレドライヤー、アフタードライヤーも公用の装置を用いることができ、乾燥条件も特に限定はなく、通常の操業範囲で適宜設定できる。
本発明においては、上記の如く抄造した原紙上に、ロッドメタリングサイズプレス方式の塗工装置を用い、澱粉塗工液を両面０．５g／ｍ²以上、１３００ｍ／分以上の高速条件下で塗工する場合、ミストの発生がなく、断紙が起こりにくく、乾燥負荷を軽減し、良好な操業性が得られるために、ロッドの溝幅は０．３０ｍｍ以下の溝付ロッドを使用する必要があり、平滑なプレーンロッドも含まれる。ミストの抑制と澱粉の塗工量がつき易く、強度向上の点から、ロッドの溝幅は、０．０５〜０．３０ｍｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２０ｍｍ、更に好ましくは０．０５〜０．１５ｍｍである。また、ロッド径は１０〜５０ｍｍが、塗工適性の点から好ましい。１０ｍｍより小さい径のロッドでは、澱粉のフィルム形成能が低下し、面状に劣る傾向にある。
本発明の澱粉塗工液とは、澱粉を主成分とするクリアー塗工液であり、固形分で澱粉を５０重量％以上、好ましくは８０重量％以上含有するものである。使用される澱粉としては酸化澱粉、ヒドロキシエチルエーテル化澱粉、酵素変性澱粉等の澱粉を単独、あるいは混合して使用することができる。また、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール等も一部混合して使用することができる。また、必要に応じて（表面サイズ剤、耐水化剤、保水剤、増粘剤、滑剤等の助剤を加えても良い。また、耐ブリスター性、ラフニングの観点から、澱粉塗工液の塗工量は０．５ｇ／ｍ^２以上であり、好ましくは０．５〜４．０ｇ／ｍ^２であり、より好ましくは１．０〜３．０ｇ／ｍ^２である。
本発明においては、原紙上に、ロッドメタリングサイズプレス方式の塗工装置を用い、澱粉塗工液を両面０．５g／ｍ²以上塗工した後、更に顔料と接着剤を有する上塗り塗工液を塗工する。

上塗り塗工液は、望まれる品質に応じて、塗料中の顔料、接着剤の種類、あるいは
顔料と接着剤の量比を適宜変更して使用することにより上塗り塗工層を設ける。
本発明の顔料塗工層に用いる顔料としては、従来から用いられている、カオリン、クレー、デラミネーテッドクレー、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、タルク、二酸化チタン、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、酸化亜鉛、ケイ酸、ケイ酸塩、コロイダルシリカ、サチンホワイトなどの無機顔料、プラスチックピグメントなどの有機顔料であり、単独あるいは２種以上を併用して使用することができる。 本発明の顔料塗工層に用いる接着剤としては、従来から用いられている、スチレン・ブタジエン系、スチレン・アクリル系、エチレン・酢酸ビニル系、ブタジエン・メチルメタクリレート系、酢酸ビニル・ブチルアクリレート系等の各種共重合体およびポリビニルアルコール、無水マレイン酸共重合体、アクリル酸・メチルメタクリレート系共重合体等の合成系接着剤、カゼイン、大豆蛋白、合成蛋白の蛋白質類、酸化澱粉、陽性澱粉、尿素燐酸エステル化澱粉、ヒドロキシエチルエーテル化澱粉などのエーテル化澱粉、デキストリンなどの澱粉類、カルボキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体などの通常の塗工紙用接着剤１種類以上を適宜選択して使用される。これらの接着剤は顔料１００重量部あたり５〜５０重量部、より好ましくは５〜２５重量部程度の範囲で使用される。また、必要に応じて、分散剤、増粘剤、保水剤、消泡剤、耐水化剤、着色剤、印刷適性向上剤など、通常の塗工紙用塗工組成物に配合される各種助剤が適宜使用される。

本発明の上塗り塗工層の塗工量は、好ましくは片面当たり２〜３０ｇ／ｍ^２、より好ましくは５〜１５ｇ／ｍ^２であり、更に好ましくは５〜１２ｇ／ｍ^２である。
このようにして得られた塗工紙は、カレンダー処理を行うことが出来る。カレンダー処理は、通常コート紙の平滑化処理に使用されるスーパーカレンダー、グロスカレンダー、ソフトカレンダー等でよく、これらを併用しても良い。カレンダーの処理温度は、１００℃以上が好ましく、１５０℃以上がより好ましい。
本発明においては、原紙上に、顔料と接着剤を含有する塗工液を塗工・乾燥して塗工層を設けるオンマシンコータを用いた塗工紙を製造する際に、ミストが発生せず、断紙が起こりにくく、乾燥負荷を軽減し、操業性が向上し、更に耐ブリスター性、ラフニング抑制の良好な印刷用塗工紙を製造することができる。また、抄紙及び塗工だけでなく、更にカレンダー処理を加えて一体化し、連続的に通紙して塗工紙を製造することにより、生産性を向上することもできる。

以下に、実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例によって何ら制限されるものではない。尚、実施例中に示される部および％は、特に断りのない限り全て固形分重量部および固形分重量％を意味する。
〈評価方法〉
（１）高速操業性：塗工時にミストなどの発生がなく、乾燥負荷も低い高速操業性の適性を評価した。
◎非常に良好、○良好、△やや不良、×不良
（２）耐ブリスター性
ＲＩ−Ｉ型印刷機（明製作所）を用い、オフセット印刷用インキ（東洋インキ製造（株）製：ＴＫマークＶ６１７）を使用し、インキ量０．８ｃｃ一定で両面印刷して一昼夜調湿度した後、この試験片を温度１４０℃に設定した恒温オイルバスに浸し、ブリスターの発生状況を目視判定した。
◎＝全く発生しない、○＝ほとんど発生しない、△＝発生する、×＝発生が著しい
（３）ラフニング
Ｆｉbro社製のペーパーサーフェイスアナライザーFIBRO１０００で測定した。この測定器は試料表面に水を塗布し、赤外線ランプにより乾燥後、表面繊維の盛り上がりの程度をCCDカメラにより画像解析を行なって評価する測定器である。測定は水塗布量８．０g／ｍ２、乾燥温度１５０℃の条件で行ない、基準線より０．１mm以上に盛り上がった繊維の数であるQty値（本／m）でラフニング量を評価した（Qty値が小さいほどラフニングは良好である。）。
［実施例１］
ＬＢＫＰ７０部、ＤＩＰ（ＴＭＰ３５重量％含有）３０部からなるパルプスラリーに填料として軽質炭酸カルシウムを紙中灰分が１１％になるように添加し、内添紙力剤としてカチオン化澱粉を４部添加して紙料を調整した。この紙料を用いて、２基のタンデムシュープレスを有するロールアンドブレードフォーマ形式のギャップフォーマ型抄紙機で、１７００ｍ／分で抄紙し、引き続き、ロッド溝幅０．１０ｍｍのロッド（ロッド径１５ｍｍ）を装備したオンマシンのロッドメタリングサイズプレスを用いて、両面に固形分濃度１０％の酸化澱粉溶液を１．６ｇ／ｍ^２塗工・乾燥し、４５．６ｇ／ｍ2の塗工原紙を得た。次に、重質炭酸カルシウム７３部及びカオリン２７部を含有する顔料１００部に対して、接着剤として酸化デンプン４．５部とカルボキシ変性スチレン・ブタジエン共重合ラテックスを８．２部配合して固形分濃度６４％の塗工液を調製し、原紙片面当たり８．３ｇ／ｍ² を両面に上塗り塗工・乾燥した。
更に、ショアＤ硬度９１°の弾性ロールを有する２ロール・６スタックの高温ソフトカレンダーを使用し、１〜６ニップすべてが金属ロール表面温度１５０℃、線圧４００kN/mの条件でカレンダー処理した。
［実施例２］
実施例１において、ロッド溝幅０．１０ｍｍを使用する代わりに、ロッド溝幅０．３０ｍｍを用いて酸化澱粉を１．６ｇ／ｍ２塗工した以外は上記実施例１と同様に塗工紙を製造した。
［比較例１］
実施例１において、ロッド溝幅０．１０ｍｍを使用する代わりに、ロッド溝幅０．４０ｍｍを用いて酸化澱粉を１．６ｇ／ｍ２塗工した以外は上記実施例１と同様に塗工紙を製造した。
［比較例２］
実施例１において、酸化澱粉を１．６ｇ／ｍ^２塗工する代わりに０．３ｇ／ｍ^２塗工した以外は上記実施例１と同様に塗工紙を製造した。
表１に結果を示した。

表１から明らかなように、本願発明の印刷用塗工紙は比較例に対し、ミストの発生もほとんど見られず、高速操業性に優れ、耐ブリスター性かつラフニングが良好であった。これに対し、比較例１は耐ブリスター性、ラフニングには優れるものの、ミストの発生が顕著であり高速操業性が劣っていた。また、比較例２は高速操業性に優れるが、耐ブリスター性、ラフニングに劣る。

Claims (4)

1. 原紙上に、顔料と接着剤を含有する塗工液を塗工・乾燥して塗工層を１層以上設ける塗工紙の製造方法において、抄紙速度が１３００ｍ／分以上であり、原紙上の下塗り塗工にはロッドの溝幅が０．１０〜０．３０ｍｍの溝付きロッドを有するロッドメタリングサイズプレス方式の塗工装置を用い、澱粉塗工液を両面０．５g／ｍ^２以上塗工し、更に顔料と接着剤を有する塗工液を塗工することを特徴とする塗工紙の製造方法。
2. 前記原紙を、フォーミングロールによる初期脱水の直後に脱水ブレードによる脱水機構を有したロールアンドブレードフォーマ形式であるギャップフォーマ型抄紙機を用いて抄紙することを特徴とする請求項１に記載の塗工紙の製造方法。
3. 前記ギャップフォーマ型抄紙機がタンデムシュープレスを１基以上有することを特徴とする請求項２に記載の塗工紙の製造方法。
4. 原紙上に、クリアー塗工液を塗工・乾燥する塗工原紙の製造方法において、抄紙速度が１３００ｍ／分以上であり、ロッドの溝幅が０．１０〜０．３０ｍｍの溝付きロッドを有するロッドメタリングサイズプレス方式の塗工装置を用い、澱粉塗工液を両面０．５g／ｍ^２以上塗工することを特徴とする塗工原紙の製造方法。