JP2020059956A - キャストコート紙の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態において用いる支持体はパルプを主成分とする。ここで、パルプを主成分とは、支持体の繊維のうちパルプが50質量%以上であることをいう。好ましくは、70質量%以上である。ここで使用するパルプとしては、例えば、LBKP(広葉樹晒クラフトパルプ)、NBKP(針葉樹晒クラフトパルプ)などの化学パルプ、TMP(サーモメカニカルパルプ)、GP(砕木パルプ)、CTMP(ケミサーモメカニカルパルプ)、RMP(リファイナーメカニカルパルプ)、などの機械パルプ、DIP(脱インキパルプ)などの木材パルプ及びコットン、ケナフ、竹、バガスなどの非木材パルプである。これらは、単独で使用するか、又は任意の割合で混合して使用することができる。また、本発明の目的とする効果を損なわない範囲において、合成繊維を更に配合することができる。環境保全の観点から、ECF(Elemental Chlorine Free)パルプ、TCF(Total Chlorine Free)パルプを含有することが好ましい。
本実施形態においては、支持体の少なくとも一方の面に顔料と接着剤とを含有する顔料塗工層用塗工液を塗工する。顔料塗工層用塗工液を塗工した後、乾燥し、顔料塗工層を設ける。ここで用いる顔料としては、特に限定するものではなく、公知の顔料を1種以上混合することが可能である。例えば、合成非晶質シリカ、コロイダルシリカ、アルミナ、擬ベーマイト、水酸化アルミニウム、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カオリン、タルク、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、炭酸亜鉛、サチンホワイト、珪酸アルミニウム、ケイソウ土、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、水酸化マグネシウム等の無機顔料である。また、スチレン系プラスチックピグメント、アクリル系プラスチックピグメント、ポリエチレン、マイクロカプセル、尿素樹脂、メラミン樹脂等の有機顔料を必要に応じて併用することも可能である。本実施形態においては、顔料塗工層を高平滑とできるほうが有利であるため、これらの顔料の中でもタルクやカオリンのような平板顔料を好適に使用することができる。カオリンの中でもデラミネーテッドカオリン(デラミクレー)が特に好ましい。
本実施形態においては、前記顔料塗工層の表面に数平均繊維径が1〜50nmであるナノセルロースを含有するナノセルロース塗工層用塗工液を塗工し、乾燥してナノセルロース塗工層を設ける。ナノセルロース塗工層用塗工液は、水にセルロースナノファイバー及び/又はセルロースナノクリスタルを分散させたものである。ナノセルロース塗工層用塗工液中のナノセルロースの固形分濃度は好ましくは80質量%以上、より好ましくは95質量%以上、更に好ましくは99質量%以上である。セルロースナノファイバー塗工層用塗工液中には、本発明の目的とする効果を損ねない範囲で、サイズ剤、撥水剤、界面活性剤、架橋剤などの各種助剤を使用することができるが、顔料塗工層用塗工液に添加するような、顔料及び接着剤は含有させないことが好ましい。顔料及び接着剤を含有させると、ナノセルロースが配向し難くなり、光沢性と平滑性とを得ることが困難になる場合がある。
本実施形態では、支持体に塗工層を設け、次いでナノセルロース塗工層を設けた後、リウェット法によるキャスト処理を行う。まず、乾燥後のナノセルロース塗工層の表面に再湿潤液(リウェット液)を塗布し、ナノセルロース塗工層を膨潤させる。次いで、ナノセルロース塗工層が湿潤状態にあるうちに、加熱された鏡面ドラム(キャストドラム)に圧接する。こうして得られたキャストコート紙のキャスト処理面は、高い光沢度と高い平滑度と高い撥水性を有する。
各実施例及び比較例で用いるナノセルロース及びカルボキシメチルセルロースは下記のとおりである。尚、各CNFは市販品であり、全て水中に分散された状態のものである。
CNF(A):TEMPO酸化法セルロースナノファイバー
(製品名 レオクリスタI−2SP、数平均繊維長750nm、数平均繊維径4nm、濃度2.0質量%、B型粘度(60rpm、20℃)15000mPa・s、第一工業製薬社製)
CNF(B):水中対向衝突方式セルロースナノファイバー
(製品名 BiNFi−s IMa−10002、数平均繊維長3100nm、数平均繊維径35nm、濃度2.0質量%、B型粘度(60rpm、20℃)6800mPa・s、スギノマシン社製)
CNF(C):機械的解繊法セルロースナノファイバー
(製品名 CNF250、数平均繊維長5600nm、数平均繊維径70nm、濃度2.0質量%、B型粘度(60rpm、20℃)2050mPa・s、モリマシナリー社製)
CNC(A):セルロースナノクリスタル
NBSP(針葉樹晒サルファイトパルプ)のパルプシートを乾式で粗粉砕して、綿状の繊維にした。固形分濃度が5質量%となるように、この繊維を64%硫酸水溶液に投入、懸濁させ、45℃で45分間加水分解した。この懸濁液にイオン交換水を加えて5倍希釈し、ろ過と脱水を行って固形物を回収した。この後、この固形物にイオン交換水を加えて、希釈したときと同じ固形分濃度の懸濁液にし、ろ過と脱水を行って固形物を回収する操作を2回繰り返した。固形物にイオン交換水を加え、水酸化ナトリウムにより中和させて2.0質量%とした。懸濁液を超音波ホモジナイザー(US300E、日本精機製作所製)により10分間解繊処理した(以降、操作Mという。)。得られたCNC(A)は数平均繊維長250nm、数平均繊維径10nm、濃度2.0質量%、B型粘度(60rpm、20℃)100mPa・sであった。
CNC(B):セルロースナノクリスタル
操作Mにおいて、超音波ホモジナイザーによる解繊処理時間を10分間から60分間に変更した以外は操作Mと同様にしてCNC(B)を得た。得られたCNC(B)は数平均繊維長100nm、数平均繊維径4nm、濃度2.0質量%、B型粘度(60rpm、20℃)500mPa・sであった。
CNC(C):セルロースナノクリスタル
操作Mにおいて、超音波ホモジナイザーによる解繊処理時間を10分間から2分間に変更した以外は操作Mと同様にしてCNC(C)を得た。得られたCNC(C)は数平均繊維長350nm、数平均繊維径70nm、濃度2.0質量%、B型粘度(60rpm、20℃)50mPa・sであった。
CMC:カルボキシメチルセルロース
(製品名 SGセロゲンPR、非繊維(非ナノセルロース)、水溶性、第一工業製薬社製)
塩化ジルコニル(化学式ZrO(OH)Cl、ジルコゾールZC−2、第一稀元素化学工業社製)の濃度が1.0質量%となり、離型剤(R−053D、脂肪酸誘導体、日新化学研究所社製)の濃度が0.05質量%となるように、水中に分散および溶解させ、pHが2.1のリウェット液を得た。
<支持体の作製>
カナディアンスタンダードフリーネス(CSF)530mLに叩解したL−BKP(広葉樹さらしクラフトパルプ)100質量部を水中に分散したパルプスラリーに対して、填料としてタルク(Tライト83:太平タルク社製)5質量部、硫酸バンド1.0質量部、酸性ロジンサイズ剤(AL−1200:星光PMC社製)0.25質量部、カチオン化澱粉(ネオタック40T:日本食品加工社製)1.0質量部を添加して分散し、原料スラリーを得た。得られた原料スラリーを用いて長網式抄紙機を用いて抄造し、紙匹を得た。その後、酸化澱粉(MS#3800:日本食品加工社製)を前記紙匹の両面に固形分換算で塗布量が片面あたり1.0g/m2となるようにサイズプレスで塗布し、乾燥させて、坪量170g/m2の上質紙を得た。
<顔料塗工層用の塗工液の調製>
顔料としてデラミクレー(CAPIM−NP:イメリスミネラルズ・ジャパン社製)100質量部にスチレンブタジエン系ラテックス(L−1537:旭化成ケミカルズ社製)15質量部と水を混合し、固形分濃度が70質量%の顔料塗工層用塗工液を得た。
<顔料塗工層の塗工工程>
顔料塗工層用塗工液をエアナイフコーターで、上質紙の一方の面に、固形換算での塗工量が10g/m2となるように塗工し、熱風乾燥して顔料塗工層を形成した。続いて、ソフトカレンダー処理を行い、顔料塗工層表面の王研式平滑度を600秒とした。
<ナノセルロース塗工層用の塗工液の調製>
CNF(A)に加水し、超音波ホモジナイザーにより分散して固形分濃度0.5質量%のナノセルロース塗工層用塗工液を得た。
<ナノセルロース塗工層の塗工工程>
該塗工液をエアナイフコーターで、固形換算での塗工量が0.69g/m2となるように、顔料塗工層上に塗工し、熱風乾燥してナノセルロース塗工層(NC塗工層ともいう。)を形成した。
<キャスト処理工程>
次いで、ナノセルロース塗工層に、前記リウェット液の湿潤塗工量が20g/m2となるようにディップコーターで塗工し、この面を直ちに105℃の表面温度を有するキャストドラムにプレスロールで圧接して乾燥した後、テークオフロールでキャストドラムから剥離し、キャストコート紙を得た。
実施例1において、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を1.26g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を0.29g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、CNF(A)をCNF(B)へ変更し、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を0.89g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。但し、CNF(B)への加水後の分散はスリーワンモーターにより行い、固形分濃度0.5質量%に調整した。
実施例4において、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を2.03g/m2に変更した以外は、実施例4と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例4において、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を4.50g/m2に変更した以外は、実施例4と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、顔料塗工層の塗工量を6g/m2とした以外は実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例4において、顔料塗工層の塗工量を6g/m2とした以外は実施例4と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、顔料塗工層の塗工量を8g/m2とした以外は実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、顔料塗工層の塗工量を20g/m2とした以外は実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を7.00g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、リウェット液に使用する塩化ジルコニルの濃度を1.0質量%から0.5質量%(pH2.4)に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、リウェット液に使用する塩化ジルコニルの濃度を1.0質量%から5.0質量%(pH1.2)に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、CNF(A)をCNC(A)へ変更し、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を2.41g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。但し、CNC(A)への加水後の分散はスリーワンモーターにより行い、固形分濃度0.5質量%に調整した。
実施例2において、CNF(A)を、CNC(A)とCNF(B)とを固形分比率1:1で混合したナノセルロース(数平均繊維径22.5nm)に変更した以外は、実施例2と同様にしてキャストコート紙を得た。但し、混合したナノセルロースへの加水後の分散はスリーワンモーターにより行い、固形分濃度0.5質量%に調整した。
実施例1において、ナノセルロース塗工層用塗工液100質量部に対して、オキサゾリン基を有する化合物(エポクロスK2020E:日本触媒社製)を0.25質量部添加した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、ナノセルロース塗工層用塗工液100質量部に対して、ブロックイソシアネート(SU−315V:明成化学社製)を0.25質量部添加した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、CNF(A)を、CNF(A)とCNF(B)とを固形分比率1:1で混合したCNF(数平均繊維径19.5nm)に変更し、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を0.79g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。但し、混合したCNFへの加水後の分散は超音波ホモジナイザー(US300E、日本精機製作所製)により行い、固形分濃度0.5質量%に調整した。
実施例1において、CNF(A)を、CNC(A)とCNF(A)とを固形分比率1:1で混合したナノセルロース(数平均繊維径7nm)に変更し、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を1.55g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。但し、混合したナノセルロースへの加水後の分散は超音波ホモジナイザー(US300E、日本精機製作所製)により行い、固形分濃度0.5質量%に調整した。
実施例1において、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を0.35g/m2に変更し、リウェット液の湿潤塗工量を11g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、pHが2.1のリウェット液を、pHが3.5のリウェット液に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。尚、pHが3.5のリウェット液は、実施例1におけるpHが2.1のリウェット液に苛性ソーダを加え、pHが3.5となるように調整して溶解させることによって得た。
実施例1において、CNF(A)をCNC(B)へ変更し、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を2.41g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。但し、CNC(B)への加水後の分散はスリーワンモーターにより行い、固形分濃度0.5質量%に調整した。
実施例1において、CNF(A)をCNF(C)へ変更し、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を1.60g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。但し、CNF(C)への加水後の分散はスリーワンモーターにより行い、固形分濃度0.5質量%に調整した。
実施例1において、CNF(A)を、非繊維であるCMCへ変更し、CMC塗工層用塗工液の塗工量を2.30g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得ようとしたが、キャスト処理を行うことができなかった。尚、CMCは水希釈しスリーワンモーターにより分散して固形分濃度0.5質量%に調整して塗工液とした。
実施例2において、リウェット液を純水に変更した以外は、実施例2と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例2において、ナノセルロース塗工層用塗工液を塗工した後、乾燥せずにリウェット液を塗工した以外は実施例2と同様にしてキャストコート紙を得ようとしたが、キャスト処理を行うことができなかった。
実施例2において、顔料塗工層を設けないこと以外は実施例2と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、ナノセルロース層を設けないこと以外は実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。
実施例1において、CNF(A)をCNC(C)へ変更し、ナノセルロース塗工層用塗工液の塗工量を2.41g/m2に変更した以外は、実施例1と同様にしてキャストコート紙を得た。但し、CNC(C)への加水後の分散はスリーワンモーターにより行い、固形分濃度0.5質量%に調整した。
JIS Z 8741:1997に規定される鏡面光沢度測定方法を採用して、キャスト処理面の入射角が20°の鏡面光沢度を測定した。
JIS P 8155:2010に規定される王研式平滑度測定方法を採用して、キャスト処理面の平滑度を測定した。
JAPAN TAPPI No68:2000「紙及び板紙−撥水性試験方法」を採用して、キャスト処理面の撥水度を測定した。
Claims (11)
- パルプを主成分とする支持体の少なくとも一方の面に、顔料と接着剤とを含有する顔料塗工層用塗工液を塗工し、続いて乾燥して顔料塗工層を設ける工程と、
前記顔料塗工層の表面に数平均繊維径が1nm以上70nm未満であるナノセルロースを含有するナノセルロース塗工層用塗工液を塗工し、続いて乾燥してナノセルロース塗工層を設ける工程と、
前記ナノセルロース塗工層の表面に、ジルコニウムの塩化物を含む再湿潤液を塗布した後、前記ナノセルロース塗工層が湿潤状態にある間に加熱された鏡面ドラムに圧接してキャスト処理を行う工程と、を有することを特徴とするキャストコート紙の製造方法。 - 前記顔料塗工層の塗工量が、支持体の片面当たり固形分換算で5〜20g/m2であることを特徴とする請求項1に記載のキャストコート紙の製造方法。
- 前記ナノセルロース塗工層の塗工量が、支持体の片面当たり固形分換算で0.29〜7.0g/m2であることを特徴とする請求項1又は2に記載のキャストコート紙の製造方法。
- 前記キャスト処理を行った面のJIS P 8155:2010「紙及び板紙−平滑度試験方法−王研法に規定される王研式平滑度」に規定される王研式平滑度を11000秒以上とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のキャストコート紙の製造方法。
- 前記キャスト処理を行った面のJIS Z 8741:1997「鏡面光沢度−測定方法」に規定される20度鏡面光沢度を40%以上とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のキャストコート紙の製造方法。
- 前記キャスト処理を行った面のJAPAN TAPPI No68:2000「紙及び板紙−撥水性試験方法」に規定される撥水度をR4以上とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のキャストコート紙の製造方法。
- 前記ナノセルロース塗工層用塗工液に、ブロックイソシアネート化合物及び/又はオキサゾリン基を官能基として有する化合物を含有させることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のキャストコート紙の製造方法。
- 前記ナノセルロース塗工層は、顔料及び接着剤を含有していないことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のキャストコート紙の製造方法。
- 前記ナノセルロースは、TEMPO酸化法セルロースナノファイバー、水中対向衝突方式セルロースナノファイバー及びセルロースナノクリスタルのうちの少なくともいずれか一種であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のキャストコート紙の製造方法。
- 前記ナノセルロース塗工層の塗工量が、支持体の片面当たり固形分換算で0.29〜3.0g/m2であり、かつ前記再湿潤液の湿潤塗工量が、10〜15g/m2であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載のキャストコート紙の製造方法。
- 前記再湿潤液はpH3.5以下であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載のキャストコート紙の製造方法。
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