JP2004519323A

JP2004519323A - 紙若しくは板紙ウェブ塗工方法及び塗工紙グレード

Info

Publication number: JP2004519323A
Application number: JP2002572193A
Authority: JP
Inventors: ハマライネン，マルック; ニッシネン，ヴィルホ
Original assignee: メッツォペーパーインコーポレイテッド
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2004-07-02
Also published as: US20040131875A1; FI20010503A0; EP1383960B1; ATE547563T1; CA2439703A1; US7390557B2; WO2002072952A1; EP1383960A1

Abstract

移動するウェブの少なくとも一面にウェブ処理物質を塗工するために吹付け塗工技術が使用される、紙及び板紙のウェブを製造する方法が開示される。ウェブ処理物質の品質は、少なくともウェブ処理物質の液滴サイズ及び粘度が、調整されて、塗工されたウェブ処理物質の厚さが、少なくとも２つのランダムに選択された領域で実質的に等しくなるように、選択される。本発明の定義によれば、これは、塗工された被覆が、ベースシートの表面コンツァに追従することを意味する。本文献は、また、本方法を使用して製造される紙を開示する。

Description

【０００１】
本発明は、ウェブに高圧吹付けノズルからウェブ処理物質を噴射することによって移動するウェブの表面に被覆剤のようなウェブ処理物質が塗工される、吹付け塗工技術を用いた板紙若しくは紙のウェブを製造するための請求項１の冒頭による方法に関する。
【０００２】
本発明は、また、上記方法を用いて製造される紙グレードに関する。
【０００３】
現在、紙若しくは板紙のウェブへの被覆剤の塗工は、複数の異なる方法を用いて実行されている。各塗工方法は、最終の製品若しくはその製造方法の品質に影響を及ぼすある特徴を有する。最適な製造方法に関して、ウェブの実際の走行速度及び強度に基づいて、選択がなされなければならない。最終製品に付与されるべき品質は、その製品の最終ユーザによって決定され、実際には、製品に適用される印刷方法及び最終の印字面に付与されるべき意図した品質の度合いによって定まる。実際に、良好な印字性は、ウェブに極めて高い明るさを有する十分な円滑で均質な表面を付与することによって実現される。これらの品質は、処理されているウェブに十分な数の被覆層を付与し、次いで、紙製造の異なる段階でそれをカレンダー仕上げすることによって実現できる。明らかなように、処理ステップの数が増加すると製品の最終価格も増加するので、紙製造技術の選択は、最終製品から望まれる品質によって最終的に決定されることは、理解されるべきである。所望の最終製品に対する適切なプロセスが選択された後、生産効率及び最終製品の品質の観点から最適な結果を供する仕上げ技術を選択することが可能である。
【０００４】
一の将来性がある塗工方法は、紙若しくは板紙のウェブに高圧吹付けノズルにより被覆処理剤やウェブ処理材料が塗工される、吹付け塗工技術である。この方法では、ウェブ処理材料は、高圧まで加圧され、その後、ウェブへと高速で小さなオリフィス吹付けノズルから噴射される。この方法の利点は、ウェブ上に最小の応力しか付与されず、吹付け塗工装置において良好な走行性を生むことである。それは完全に非接触の態様で実現されるので、この種の塗工は、より静粛で、ウェブへの応力が少なく、従って、ブレード・コーティングに比して約５％の生産効率の増加を可能とする点で、従来のブレード及びフィルム転写技術を凌駕する。異なる観点では、これは、ウェブを、より弱い強度のストックから製造することを可能とし、再利用繊維から紙を作製する際に特に有益である。ブレード・コーティングやフィルム転写コーティングのような接触型の塗工方法は、常に、ウェブ表面と過剰被覆ドクター部材との間に、付加される被覆の厚さを決定する隙間を必要とする。この及び他のファクターに起因して、最終の被覆の重量は、ベースシートの品質変動によって、とりわけそのプロフィール偏差及び表面粗さによって、影響を受ける。対照的に、吹付けコーターは、全ての環境下で、ウェブにベースシートの品質変動により全く影響されない一定重さの被覆層を付与する。更に、吹付け塗工は、水分含有率のより高く、従って、従前に許容されていたものよりも低い強度のベースシートにも実行できる。
【０００５】
紙製作で使用される原料の価格及び品質は、製造される紙グレードの競争力に決定的な影響を有する。ここで、吹付け塗工は、最終製品の品質を実質的に損なうことなく、より低い強度のより安価なストックからベースシートの生産を可能とする。更に、この被覆方法は、円滑化及び計量中に生ずる他の方法の典型的なハンディキャップである縞模様がなく、また、被覆グレードの炭酸カルシウムより安価なフィラーグレードの炭酸カルシウムの使用を許容する。吹付け塗工方法では、ウェブ処理物質のベースウェブへの浸透は、最小化され、従って、ウェブ表面上にピグメント若しくはサイズパーティクルを残す。結果として、ウェブの多孔率を表面サイジングによって低減でき、ウェブへの被覆剤の低減された浸透を生み、これにより、表面サイズの被覆効果が増加する。
【０００６】
従って、吹付け塗工方法は、紙の目新しいグレードを製造するのに使用できる。
【０００７】
本発明の目的は、製造されたグレードの印字品質を被覆の無いグレードのものと実質的に異ならしめる一方、製造コストが被覆の無いグレードのものと実質的に異ならない、改善された印字品質の紙若しくは板紙を製造するのに適した方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の目標は、この際、ランダムに選択された２つのサンプルの被覆ウェブ領域の被覆層厚さが、サンプル領域が当該領域を横切る最小寸法がベースシートの繊維の厚さの少なくとも２倍であるように選択されたとき、実質的に同一である、移動ウェブ表面への被覆層の吹付け塗工方法によって達成される。
【０００９】
更に、ランダムに選択されたウェブ領域サンプルの夫々において、塗工されたウェブ処理物質の孔サイズが、孔が印刷インキのキャリアとして使用されるオイルの浸透を許容するが印刷インキの顔料パーティクルを通さないようなサイズにされる。他言すると、塗工された表面の孔サイズは、最大で顔料パーティクルのサイズに等しくなることができるが、被覆は、ベースシートの表面を完全にシールしなくてもよい。
【００１０】
より具体的には、本発明による方法は、請求項１の特徴部に記載した事項により特徴付けられる。
【００１１】
更に、本発明による紙グレードは、請求項１４の特徴部に記載した事項により特徴付けられる。
【００１２】
本発明は、重要な利点を提供する。
【００１３】
本発明は、塗工により付与される付加コストを事前に許容しない市場価格の紙グレードでの塗工の使用を拡大することを可能とする。従って、例えば印刷紙のコストを大きく増大することなく、改善された品質レベルでカラー印刷を容易化する特徴を持つ新聞用紙を製造することが可能となる。吹付け塗工方法を使用して、単位平方メートル当たり数グラムから、必要とされる重い塗工まで広い範囲で塗工重量を変化させることが可能である。これらの利点に起因して、塗工技術の観点は、先行技術で実現可能なものより重い塗工重量まで拡大できる。しかし、吹付け塗工技術の特別な利点は、制御された塗工が、従来の塗工技術によって達成するのは不可能か若しくは少なくとも非常に複雑となる軽量な塗工に対して可能であることに見出される。吹付け塗工は、非常に低い塗工重量であっても顕著な明るさの増加を提供する。例えば、４ｇ／ｍ^２から６ｇ／ｍ^２ほどに低い塗工重量の塗工新聞用紙グレードは、従来の新聞用紙グレードにより達成可能なものよりも良好な印刷品質を呈し、約２０％少ないインキを使用する。
【００１４】
塗工表面構造の多孔度は、吹付けノズルオリフィスのサイズ、吹付け圧、及び、特にウェブ処理物質の品質を変化させることによって制御できる。ウェブ処理物質は、液滴の形態でウェブ表面上に転写されるので、ウェブ表面の孔構造は、吹き付けられた液滴のサイズ及び数及びウェブ表面上での液滴の広がりによって決定される。従って、吹付け塗工方法は、他の塗工技術によって提供されない態様で、ウェブ表面の多孔度を制御することができる。この塗工技術の特徴は、塗工重量が、ウェブプロフィールの変動に拘らずウェブの全体領域に亘り一定になることであり、従って、プロフィールの頂及び谷の双方で等しい量の塗料を付与することが可能とされる。同様の理由で、塗工された表面の孔構造は、一様であり、ベースシートの構造及びプロフィールに依存しない。吹付け塗工技術によりウェブ上に加わる最小の応力に起因して、塗工は、低強度のベースシート上で実行でき、これにより、ウェブは、高い水分含有率を有してよく、若しくは、低減された強度品質の低グレードの繊維を多く含んでもよい。吹付け塗工は、塗工顔料パーティクルをベースシート繊維マトリックスの内部構造内に強制的に入れないので、塗料供給の消費がより少なくなる。
【００１５】
吹付け塗工は、如何なる種類の抄紙機や板紙抄紙機においても、過剰に湿潤したウェブ上においてさえも、実行できる。従って、アプリケータユニットは、マシーンのプレス部若しくはドライヤ部に配置することができ、これにより、マシーンの長さ寸法が、実質的により長くならない。塗工されるウェブ処理物質の量が少ない時、ペーパーマシンの既存の乾燥能力は、塗工された塗料若しくはサイズを乾燥させるのに十分でありえるが、より大きな量の塗料は、追加の乾燥能力を必要とし得る。このとき、マシーンは、非接触ドライヤ若しくはドライヤシリンダにより実現されなければならない。これらの利点に起因して、吹付け塗工は、従来の塗工方法に比して、実現がより容易であり、より少ない設備コストしか伴わない。本方法は、また、既存の装置によって製造される仕上がりの度合いを改善するのにも非常に適している。広義には、吹付け塗工システムは、塗工される被覆の十分に良好な品質、適用可能な塗工重量の広い範囲、高いウェブスピードでの使用に対する安定性、及び、短い持続時間の低い衝撃力に起因したウェブ表面への塗工顔料パーティクルの非浸透付着によって、特徴付けられる。
【００１６】
吹付け塗工された紙の品質は、従来の塗工方法を使用して製造された紙グレードの品質とは異なる。吹付け塗工では、最終の水分含有率は、従来の方法においてよりも高くされたままであってよく、即ち、７から９％ほど高くされてよい。塗工された被覆は、より低い膨れ傾向を有し、シート表面に応力を加える印刷方法における製品の使用を可能とする。更に、シートの明るさ及び不透明性の組み合わせが改善され、例えば約７６％のＩＳＯ明度で、不透明性は、２％以上増加される。化学パルプ繊維の量は、機械的なパルプ仕上げから生成される紙グレードにおける従来のレベルの３０から４０％から、１０から２０％まで低減することができる。それにも拘らず、シート剛性は、従来的に塗工された同等グレードの紙よりも２５％以上も改善される。新しい紙グレードは、ＣＳＷＯ（コールドセットウェブオフセット）及びＨＳＷＯ（ヒートセットウェブオフセット）印刷システムの双方に好適である。更に、新しい紙グレードは、ＨＳＷＯシステムの乾燥オーブンで３０％もの温度低減を可能とする。他方、新しい紙グレードの調整された多孔度は、ＣＳＷＯシステムにおける印刷インキの速い硬化を保証し、従って、良好な印刷結果を付与する。明らかであるが、本方法は、他の印刷システムに対して最適化された紙若しくは板紙グレードを製造するためにも使用されてよい。
【００１７】
吹付け塗工技術は、ベースシート上に低い応力を付加する点で他の塗工方法とは異なり、それは、低減された量の***繊維で、より満足な表面手触り、及び、印刷の良好な均一性を持つ塗工紙グレードを提供することができる。改善された明るさ及び不透明性は、均一な被覆に由来し、また、シートの剛性が増加する。
【００１８】
次に、本発明は、添付図面を参照して、模範的な実施例によりより詳細に説明される。
【００１９】
本発明の実施例を説明する以下の文において、用語“吹付けコーター”は、ウェブ上にノズルを介して圧力下でウェブ処理剤を吹付けることによって、ウェブの表面に、ウェブのマシーン断面の幅全体に亘り適合される複数の吹付けノズルから処理剤を塗工するのに適した装置を指すために使用される。ノズルは、複数列で配置されてよく、効果的には、少なくとも被覆混合ミストの主要部が周囲に漏れることを防止するため、フード機能に適合される。吹付け塗工方法及び装置は、この参照により本開示に含められる、本出願人の同様な特許米国特許第６，１０６，９０２号及び米国特許第６，０６３，４４９号に開示されている。
【００２０】
図１では、吹付け塗工は、ドライヤシリンダ集合で生ずるように構成されており、ここでは、ウェブ１は、ドライヤシリンダ２に対向する面が交互に変化する態様で、シリンダ２上を通過する。図１に示す構成は、ドライヤシリンダ集合の一部若しくは全体集合を図示しているものと解されてよい。原理上、構成は、シリンダ集合組立体の任意の点にアプリケータユニットを配置することによって実現できる。明らかであるが、ここで必要とされるシリンダの数は、要求される乾燥能力に依存する。この図では、ウェブ１は、第１のシリンダ２上を通過し、吹付けコーターユニット７は、次のシリンダ９と協働するように構成される。コーターユニット７は、吹付けノズル６を内部に備えるフード５を含む。塗工は、吹付けノズル６に例えば８０から１８０バールの高圧でウェブ処理物質を供給することにより生じ、これにより、ノズルからの出口で約０．２５から０．４ｍｍの小径で約１００ｍ／ｓの速度に達する処理剤が、液滴で噴霧され、所与の開口角の扇形吹付けとして広がる。噴霧される被覆ミストは、通過するウェブの表面に当たる。ノズルは、ウェブの断面マシーン幅に亘り、相互間で５０から７０ｍｍの距離で単一の直線アレイ若しくは複数アレイに配置されてよく、ウェブからのノズルの距離は、典型的には１０から１００ｍｍである。
【００２１】
同一のシリンダ９上でのコーターユニット７との協働は、複数の方向付けられた電極８を含むイオンブラストユニットに適合される。高電圧場は、電極８とシリンダ９の間に印加でき、これにより、電極先端から発するイオン化ガス分子の流れが、また、フード５から漏れようとしうる被覆ミスト４をイオン化し、次いで、電場の助けにより、ミストをウェブ１の表面に付着するよう方向付ける。浮遊被覆ミストを捕捉する機能をするこの装置は、コーターユニットと一体に構成されて良く、若しくは、代替的に、別の装置であってよい。しかしながら、効果的には、ミスト制御装置は、コーターユニット７に可能な限り近くに配置される。被覆ミスト制御方法及び装置は、本願出願人による欧州特許出願ＥＰ１０４０２２５に記載されており、その全内容は本出願に含められる。
【００２２】
第２のシリンダ９を離れる直後、ウェブ１は、次のシリンダ１０に至り、これにより、シリンダに対向しないウェブの外側が逆にされる。このシリンダは、ウェブの他の面を処理するための、上述のようなより小型のコーター及び被覆混合制御手段を内蔵する。第２の塗工段階後、ウェブ１は、次の塗工段階へと２つのドライヤシリンダ上を通過し、この際、塗工は、第１の塗工段階と同様の態様で行われる。この実施例は、非接触型のドライヤが塗工後のウェブの被覆側を乾燥させるために使用されないことを特徴とし、このことは、塗工される被覆の品質及び重量が、ウェブの処理された面がドライヤシリンダに出会う前に被覆が乾燥し十分に硬化するように、選択されなければならないことを意味する。従って、この構成は、軽量の被覆を付与するのに最も適している。尚、塗工はここでは２つの段階で行われるが、プロセスは、純粋な２層塗工でなく、むしろ、塗工は、塗工後のウェブの十分な乾燥を付与すべく２段階で実行されるのであり、これにより、マシーン方向及びマシーン横断方向の双方でより円滑な被覆プロフィールが、複数の塗工段階を使用して得られる。しかし、十分に高い乾燥能力が利用可能な場合、塗工の回数は、２層被覆を生成するように増加でき、これにより、異なる種類の被覆混合物が、連続の塗工で使用できる。例えば、第１の塗工は、被覆でなく、表面サイズを用いて生成できる。
【００２３】
図２の構成では、吹付け塗工ユニット７，３が、シングルワイヤ支持型ドライヤシリンダ集合１３，１４と協働するように適合される。この種のドライヤシリンダ集合は、加熱ロール２及び吸引ロール１５の交互の連続により構成され、これにより、ウェブ１は、ワイヤ１１により支持されるシリンダ集合を通過するように案内され、加熱ロール上ではウェブ１がロール上を通過する一方、吸引ロール上ではワイヤ１１がロール上を通過する。吹付けコーターユニット７、３は、吸引ロール１５と協働するように配置される。この構成の利点は、ウェブが連続的に支持されることにある。吹付け塗工は、ここでは、単一のドライヤシリンダ集合内でウェブの同一面側で２つの連続的な塗工段階を用いて実行される。
【００２４】
第１のドライヤシリンダ集合１３からは、ウェブは、同様の構成の第２のドライヤシリンダ集合１４まで通され、これにより、ウェブは、支持ワイヤ１１から支持ワイヤ１６へと移送される。後者のシリンダ集合１４内では、塗工はウェブの同一側に再び２回実行される。第２のドライヤシリンダ１４における次の塗工ポイントには、インピンジメントエアフードを備える吸引ロールを含むインピンジメントエアドライヤ１２が設けられる。ウェブ１は、ドライヤシリンダ集合１４を走行するのと同一のワイヤによって支持されるインピンジメントエアドライヤ１２内に通される。また、この構成では、ウェブ処理物質は、インピンジメントエアユニットによって供給される実質的により高い乾燥能力に拘らず、ウェブ表面上で速やかに硬化しなければならない。
【００２５】
図３の構成は、紙生成機の乾燥部での使用が意図されている。この実施例では、２つのワイヤウェブ支持がドライヤシリンダで使用され、シリンダ集合の両側が、ドライヤシリンダに向けてウェブを押圧する役割をする別個のワイヤ１７，１８が巻掛けされている。ウェブ１は、一のシリンダから次のシリンダへ支持されずに通される。第１のドライヤシリンダ集合からは、ウェブは、第１の吹付け塗工ユニット１９へと下方に通される。ウェブの下向きの経路は、特に、コーターユニットで形成されうる被覆混合液が、被覆されているウェブ上に着陸するのが防止されるので、効果的である。コーターユニット１９で形成される浮遊被覆ミストは、コーターユニットの出口端若しくはその直後に配置される吸引ボックス２０内へと真空により除去される。この段階では、塗工後のウェブ１の走行は、エア偏向手段２１の助けによりガイドされ、従って、非硬化時に粘着性のあるかかる被覆形成を塗工することが可能とされる。ウェブの案内は、使用される被覆混合が粘着性の無い場合、ロールと共に配設されることができる。次のステップでは、ウェブの他の側が、被覆混合液がウェブ上に付着するのを防止すべくウェブ１の下方に位置する吹付け塗工ユニット１９を使用して被覆される。このアプリケータからは、ウェブ１は、エア偏向手段により前方へとガイドされる。次に、ウェブ１は、非接触ドライヤ２２に通され、そこで、ウェブは、次のドライヤシリンダ集合のために非粘着性水分へと乾燥される。非接触ドライヤは、気流乾燥装置、放射赤外線乾燥装置、若しくは、他の従来の非接触ドライヤであってよい。明らかであるが、必要な乾燥能力は、塗工される塗工重量と共に、被覆混合の種類及びベースシートの水分にも依存する。
【００２６】
図４の構成は、第１のドライヤシリンダ集合の後に、シート表面を円滑化するロール２３，２４により構成されるカレンダーニップが存在する点を除いて、上述の構成と類似している。ロールは、適切である場合には、カバー型若しくは非カバー型ロール、加熱若しくは非加熱ロールであってよい。また、複数のカレンダーニップが使用されて良く、それらは、ウェブの水分及び利用可能なスペースの範囲内の任意の位置に配置されてよい。
【００２７】
図５の構成は、紙の２面同時被覆に適している。ウェブ１は、２ワイヤドロー１７，１８の助けによりコーターまで通される。ドライヤシリンダ集合を通過後、ウェブは、鉛直に走行するようにガイドされ、２つの吹付け塗工ユニット１９によって画成される隙間を介して走行する。ウェブは、効果的には鉛直に走行するように構成され、これにより、コーターユニットは、コーター内で凝縮する被覆ミストがウェブ上に落ちることを許容しうるウェブの真上には位置しない。かかる大きな液は、ウェブ上に付着するとき、塗工表面の欠陥を引き起こす。吹付けコーターユニット１９は、他の模範的な構成で上述したものと類似であってよい。コーターユニットを離れるときウェブの両面は濡れているので、ウェブは、ウェブ表面が非粘着状態となるほど十分に乾燥するまで非接触偏向手段により案内されなければならない。図５の実施例では、ウェブは、第１に水平に走行するようにガイドされ、次いで、エア偏向手段１９，２１によって上方向に走行するようにガイドされる。このように、ウェブは、エア偏向手段１９，２１により案内され、非接触ドライヤ２２に入る。従って、図５の構成は、被覆塗工及びドライヤ集合の配列に関して上述の図３及び図４の構成と類似する。違いは、ウェブの真下への案内及び両コーターユニットの対向位置に見出せる。
【００２８】
紙若しくは板紙のウェブの表面に均一な被覆を付与することは、吹付け塗工における重要な要求であり、この際、被覆層の厚さは、好ましくは、被覆されたウェブの微細構造表面サンプルの全領域に亘って、即ち、ウェブプロフィールにマシーン方向及びマシーン横断方向で微視的な変化が現れる領域よりも小さい領域内で、均一である。ここで、繊維厚さが、かかる領域の最小特徴寸法として考慮されてよく、このことは、検査されるウェブ表面領域の最小寸法は、少なくとも２、好ましくは複数が乗される繊維厚さでなければならないことを意味する。かかるサンプル領域内では、被覆は、ベースシートのコンツァが、被覆されたウェブ表面に反映されるよう正確に、ベースシートのコンツァに追従すべきである。効果的には、被覆測定で使用されるサンプル領域の寸法は、被覆されるべきベースシートの繊維の平均厚さの２倍から５０倍に設定され、２つの無孔のサンプル領域での平均被覆層厚さの相違は、平均繊維厚さの半分より小さくあるべきである。従来の塗工技術に対する吹付け塗工方法のその他の特徴は、ウェブ表面に付加される被覆層の厚さ変動を最小にすることにある。吹付け塗工では、被覆厚さ変動は、ノミナルの塗工重量の±５０％以内となる。厚さの分布は、例えばレーザー誘導プラズマ分光計を用いて計測されてよい。従って、吹付け塗工は、塗工重量がノミナルの塗工重量よりも容易に検出できるほど高いか低い領域の数が実質的に少ない被覆を塗工することができる。この特徴は、粘着繊維に起因したウェブの粗さを調整し、且つ、均一な印字性と共に高い不透明度及び明るさを達成するために、非常に効果的であり、これらのすべてのファクターは、印字製品の高い品質に寄与する。
【００２９】
光沢ＨＳＷＯ紙グレードから作成されたテストシートでは、平均の孔サイズは、０．０４５−０．０５０μｍの範囲内であった。ここで、被覆された表面の孔サイズは、使用される印刷インキと互換性があるようにされるべきである。印字基板上での印刷インキの速い硬化を達成するため、目標は、ベースシート内への印刷インキ溶剤の速やかな吸収を可能としつつ、ウェブの塗工表面上に可能な限り速やかにカラー顔料パーティクルを硬化させることである。これらの目的は、コーターを調整すること、及び、適切なウェブ処理剤を選択することによって満たすことができる。ウェブの吸収能力に対する大きなその他のファクターは、方法に関するカレンダリング及びその輝度である。カレンダリングは、特に、ＨＳＷＯ印字で使用される紙に対して重要であり、これにより、これらの紙グレードのカレンダリングは、印字中に印刷インキ消費を合理的に低く維持するため、吹付け塗工と十分に効率的に連係しなければならない。ウェブ表面上への被覆混合の塗工を制御する重要なファクターは、被覆ミストの液滴半径、及び、液滴の湿潤能力、即ち、ウェブ表面上に延在する能力である。所与のウェブ処理剤の組成から形成されたミストの液滴サイズは、オリフィスサイズ及び吹付けノズルの設計及び供給圧を変化させることで制御することができる。吹付けプロセスを制御する最も重要なパラメータは、被覆混合粘度である。液滴サイズの分散を修正することに加えて、粘度は、ノズルを通る被覆混合の流れ及び吹付けパターンに影響を及ぼす。高い粘度では、レイノルズ数が減少し、乱流の発生、吹付けの扇形化及び液滴の形成は、制御するのがより複雑となり、これにより、液滴サイズが増加する。
【００３０】
高圧ノズルによって生成されるとき、被覆混合から形成される液滴の大部分は、２０〜６０μｍの直径であることがわかっている。この液滴サイズは、典型的に塗工される被覆厚さよりも大きいので、ウェブ表面上に落ちたときの液滴の広がり挙動は、被覆の結果に寄与する重要なファクターである。液滴の液相が、液滴に接する他の相と平衡状態であると仮定するとき、流体液滴によって形成される接触角は、相間の自由エネルギに比例する。従って、液滴の湿潤力は、図６に定義するように、ウェブとその上に着陸した液滴との間の接触角によって特徴付けられる。接触角の値は、異なる相間の相互エネルギによって求められ、これにより、相の３対が、互いに固体基板上で相互作用する。接触角は、次の公式から計算できる。
ｃｏｓθ＝（γ_ＳＡ−γ_ＳＬ）／γ_ＬＡ
ここで、θ＝接触角、γ_ＳＡ＝固相／気相界面での自由エネルギの差、γ_ＳＬ＝固相／液相界面での自由エネルギの差、及び、γ_ＬＡ＝液相／気相界面での自由エネルギの差、である。
【００３１】
小さな接触角は、ウェブ処理剤がウェブ表面上に容易に広がることを意味する。実際に、接触かくは、９０°より小さくあるべきであり、接触角に影響する主要なファクターは、効果的には１００ｍＰａｓ、ブルックフィールド１００以下であるべきである液滴の粘度であるが、１５０ｍＰａｓまでの粘度を有するウェブ処理剤を使用することは可能である。第２の寄与するファクターは、水相の表面張力であり、第３のファクターは、空気及びウェブ処理剤を囲繞する、ベースシートにより画成される境界での液滴の挙動である。表面張力は、適切な添加剤により低減でき、液滴とウェブ表面の間の拒絶力も低減されうる。明らかであるが、ウェブ表面上での液滴の挙動は、更に、ウェブ自体が添加剤により処理されうるかどうか若しくはどの種類の繊維がウェブの生成に使用されたかに、依存する。
【００３２】
実際に、紙若しくは板紙の多孔質シートのような基板の表面上の液滴の広がりは、基板表面と被覆混合液滴との間の接着力によって決定される。基板表面と被覆混合液滴の間の接着力が、液滴の内部凝集力に勝る場合、接着力は、液滴を基板表面に広がらせることになる。この条件が満たされない場合、外部エネルギが、液滴を広げるために供給されなければならない。全体として検査されるとき、吹付け塗工プロセスは、流体を液滴に変換し、処理される表面上へと液滴を移動させ、最終的に液滴を表面上に広がらしめるほど十分なエネルギを付与しなければならない。従って、均一な被覆は、被覆混合の十分低い粘度、十分低い水相の表面張力、被覆液滴の高い衝突速度、被覆液滴の小さな接触角、及び、紙ウェブの高い表面エネルギを確保することによって得ることができる。
【００３３】
上述の態様で吹付け塗工技術を利用して、次の種の紙を効果的な態様で生成することが可能である。即ち、新聞用紙の同時の必要性のために使用でき、その印字特性が、被覆の無い新聞用紙より改善され、大部分の印字方法、特にＣＳＷＯ印字方法及びＨＳＷＯ印字方法に互換性のある紙。紙の価格を合理的に低く維持するため、その基本重量は、軽量であるべきであり、即ち、４５ｇ／ｍ^２より小さく、効果的には３０ｇ／ｍ^２から４０ｇ／ｍ^２である。また、ベースシートの一面側の塗工重量も小さくあるべきであり、典型的には７ｇ／ｍ^２より小さく、効果的には４ｇ／ｍ^２から６ｇ／ｍ^２である。しかし、ＣＳＷＯ印字方法に対して最適化される紙グレードにおいて、塗工重量は、ベースシートの両側で少なくとも８ｇ／ｍ^２あるべきであり、ＨＳＷＯ印字方法に適した紙グレードは、少なくとも９ｇ／ｍ^２の塗工重量を有すべきである。これらの印字方法では、印字品質は、これらの基準値よりも小さい塗工重量で実質的に悪くなる。効果的には、気流ベースの被覆が、塗工用に使用できる。新しい紙のグレードの最も重要な特徴は、ベースシートプロフィールに非常に精密に追従するその表面プロフィールのコンツァであり、従って、最終製品の表面品質が、例えば塗工前のウェブのカレンダー仕上げによって、強く影響を受けることが可能となる。原紙のコンツァに対する最適な追従性は、被覆混合吹付けにおける液滴サイズの適切な制御、及び、他の被覆混合特性、特に粘度及びその水相表面張力の適切な制御によって得ることができる。
【００３４】
上述に加えて、本発明は、代替実施例を有する。
【００３５】
上述の塗工システムは、抄紙機や板紙抄紙機のドライヤ部で最も効果的に実現できるものであるが、吹付け塗工は、プレス部で実行するほど早い段階で実行することもできる。或いは、吹付け塗工は、ドライヤ部の後に実行されてよく、若しくは、オフマシン塗工部を用いて実行されてよく、しかし、この構成は、別々のドライヤを必要とし、従って、塗工部を収容するためのより大きな設置面積を必要とする。被覆は、好ましくは、幾つかの段階で付与されて良いが、唯一の段階の塗工でも、特に千鳥状配列で搭載される複数の吹付けノズルが単一のコーターで使用される場合に、良好な最終結果を提供する。望む場合には、非対称の両面塗工も可能であり、これにより、異なる品質をウェブの各面に付与できる。
【００３６】
ウェブ上の塗工による応力が吹付け塗工方法で最小化されるので、塗工が、ロール、ワイヤ若しくはベルトのようなバッキング部材によって支持されるウェブ上で、或いは、オープンドローで支持されずに走行するウェブ上で実行できることは、特徴的な特性である。ウェブの表面が、例えばバッキングロール上で、ウェブ表面の処理を受けるために十分に非粘着に乾燥するための十分な時間が無い場合、ウェブ表面の補助乾燥は、気流乾燥装置や放射赤外線乾燥装置のような非接触ドライヤを用いて配設されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１実施例の概略図である。
【図２】
本発明の第２実施例の概略図である。
【図３】
本発明の第３実施例の概略図である。
【図４】
本発明の第４実施例の概略図である。
【図５】
本発明の第５実施例の概略図である。
【図６】
処理されている表面上の液滴の広がりを示す図である。

Claims

移動するウェブの少なくとも１つの表面にウェブ処理物質を塗工するために吹付けコーティング技術が使用される、紙若しくは板紙のウェブを製造する方法であって、
少なくともウェブ処理物質の液滴サイズ及び粘度が調整されて、塗工されたウェブ領域のランダムに選択された２つのサンプル領域における、塗工されたウェブ処理物質層の厚さは、
サンプル領域が、当該領域を横切る最小寸法がベースシートの繊維厚さの少なくとも２倍であるように選択され、サンプル領域が、少なくとも２つの繊維厚さのコンツァ上に延在するとき、
実質的に同一であることを特徴とする、方法。
処理物質液滴サイズ及び粘度が調整されて、ランダムに選択されたウェブ領域サンプルの夫々において、塗工されたウェブ処理物質の孔サイズが、孔が印刷インキのキャリアとして使用されるオイルの浸透を許容するが印刷インキの顔料パーティクルを通さないようなサイズにされることを特徴とする、請求項１記載の方法。
処理物質液滴サイズ及び粘度は、塗工された処理物質の量が、塗工されるべき中立量の±５０％内に収まるように、調整されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
吹付けコーターが、抄紙機や板紙抄紙機内で一体ユニットとして作動するように構成されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
吹付け塗工ステップが、抄紙機や板紙抄紙機のドライヤ部で行われることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
ウェブは、抄紙機／板紙抄紙機のドライヤ部で動作するように適合されたカレンダー装置により塗工前に少なくとも１回カレンダー仕上げされることを特徴とする、請求項５記載の方法。
ウェブは、塗工後に少なくとも１回カレンダー仕上げされることを特徴とする、請求項１乃至６の何れかに記載の方法。
処理物質の塗工は、ワイヤ、ベルト若しくはロールにより支持されるウェブに実施されることを特徴とする、請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
処理物質の塗工は、オープンドローで支持されずに走行するウェブに実施されることを特徴とする、請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
ウェブは、少なくとも１つの塗工段階後に少なくとも１つの非接触ドライヤにより乾燥させられることを特徴とする、請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
ウェブは、少なくとも１つの塗工段階後に少なくとも１つのエア偏向手段により案内されることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
ウェブ処理物質は、１５０ｍＰａｓ未満の粘度、効果的には１５０ｍＰａｓ（ブルックフィールド１００）未満の粘度を有するものが使用されることを特徴とする、請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
ウェブ処理物質は、処理されている表面上で９０°未満の接触角（θ）を有するものが使用されることを特徴とする、請求項１乃至３及び１２の何れかに記載の方法。
ウェブ処理物質は、水相の界面活性剤として機能する作用物質を含むものが使用されることを特徴とする、請求項１乃至３及び１２並びに１３の何れかに記載の方法。
ウェブの処理される表面は、非接触ドライヤにより塗工後に乾燥させられることを特徴とする、請求項１乃至１４の何れかに記載の方法。
少なくとも１面が処理剤で塗工されたベースシートを含む印刷紙であって、
ウェブ処理物質が吹付けコーティング技術を用いて塗工され、
塗工されたウェブ領域のランダムに選択された２つのサンプル領域における、塗工されたウェブ処理物質層の厚さは、
サンプル領域が、当該領域を横切る最小寸法がベースシートの繊維厚さの少なくとも２倍であるように選択され、サンプル領域が、少なくとも２つの繊維厚さのコンツァ上に延在するとき、
実質的に同一であることを特徴とする、印刷紙。
ランダムに選択されたウェブ領域サンプルの夫々において、塗工されたウェブ処理物質の孔サイズは、該孔が印刷インキでキャリアとして作用するオイルの浸透を許容するが印刷インキの顔料パーティクルを通さないようなサイズにされることを特徴とする、請求項１６記載の印刷紙。
ランダムに選択されたウェブ領域サンプルの夫々において、塗工された処理物質の量が、塗工されるべき中立量の±５０％内に収まることを特徴とする、請求項１６記載の印刷紙。
ウェブの片面に塗工されるウェブ処理物質は、７ｇ／ｍ^２未満であり、効果的には４ｇ／ｍ^２から６ｇ／ｍ^２であることを特徴とする、請求項１６乃至１８の何れかに記載の印刷紙。
ＣＳＷＯ若しくはＨＳＷＯ印刷方法での使用用の請求項１６乃至１８の何れかに記載の印刷紙であって、塗工重量が、少なくとも８ｇ／ｍ^２未満であり、効果的には９ｇ／ｍ^２から１０ｇ／ｍ^２であることを特徴とする、印刷紙。
ベースシートの重量は、３０ｇ／ｍ^２から４５ｇ／ｍ^２であることを特徴とする、請求項１６乃至２０の何れかに記載の印刷紙。
ウェブ処理物質は、炭酸系顔料を含むことを特徴とする、請求項１６乃至２０の何れかに記載の印刷紙。
ウェブ処理物質は、固体が使用され、固体要素がウェブ処理物質混合に混合された後、１５０ｍＰａｓ未満の粘度、効果的には１５０ｍＰａｓ（ブルックフィールド１００）未満の粘度を有することを特徴とする、請求項１６乃至２１の何れかに記載の印刷紙。
固体要素がウェブ処理物質混合に混合された後、処理される基板に塗工される混合物の接触角は、９０°未満である、請求項１６乃至２２の何れかに記載の印刷紙。