(57)【要約】【課題】汎用的な塗工方式において、少ない材料で被覆性に優れた塗工方法および塗工シートを提供する。【解決手段】内部に空隙を有するシート状基材に対して塗工を行う際に、シート状基材の空隙の圧力を加圧する装置の加圧気体の圧力を１１１ｋＰａ以上にした状態で塗工することを特徴とする塗工方法。並びに、内部に空隙を有するシート状基材に対して塗工を行う際に、シート状基材の空隙の圧力を加圧する装置の加圧気体の圧力を１１１ｋＰａ以上にした状態で塗工したことを特徴とする塗工シート。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空隙を有するシート状基材に対して塗工を行う際に、シート状基材の空隙の圧力を加圧する装置の加圧気体の圧力を１１１ｋＰａ以上にした状態で塗工することを特徴とする塗工方法。
【請求項２】
シート状基材がパルプを主成分とする基材である、請求項１記載の塗工方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の塗工方法で塗工したことを特徴とする塗工シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状基材に塗工する方法及び塗工シートに関するものであり、さらに詳しくは、汎用的な塗工方式において少ない材料で被覆性に優れた塗工方法および塗工シートを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
塗工シートは、様々な分野で用いられている。シート状基材に塗工液を塗工することによって、シートは白紙光沢、白色度、不透明度などが向上し、見た目の美しさが増すと共に、インキの着肉、トナーの定着、水性インクの吸収など、印刷適性が増す。もちろん印刷適性は各印刷方式によってそれぞれに適した塗工液配合があり、それに最適化する必要がある。
【０００３】
シート状基材に用いられる材料は多数あるが、紙に代用されるように繊維状の材料を抄いたり、編んだりしてシート状にした物を使用することが大多数である。これらの基材には繊維と繊維の隙間に多数の空隙が存在する。そのため、塗工液を塗布する際にかなりの量が空隙間へと入り込んでしまう。この結果、シート状基材に目的の物性を持たす為には空隙に落ち込んで失われる量を上回る塗工量を塗布する必要がある。
【０００４】
加えて、印刷用塗工シートを製造する際の代表的な塗工方法である、ブレード、エアナイフ、ロール、ロッドなどの塗工方式は塗工液に大きい圧力を加えるためシート状基材への塗工液の押し込み圧力が強い。そのため、空隙に落ち込む塗工量は相当大きかった。
【０００５】
当然、シート状基材を厚く覆ったほうが、印刷適性は高い物になる。被覆性を高くするためには塗工量を多くしてしまうのが最も単純であるが、塗工量を多くすると、材料の浪費、乾燥負荷の増大などのディメリットがあった。
【０００６】
これらの問題を解決するための方法の１つにカーテン塗工方式の活用がある（例えば特許文献１参照）。この塗工方式はカーテン状にした塗工液をシート状基材に乗せる方法であり、前述の押し込み圧力が低い。そのため、被覆性を向上させるには優れた方法ではある。しかし塗工量の調整が塗工速度に依存する上に、粘度が低くないといけないため、塗工濃度を低くしなければならない。塗工濃度を低くすると当然品質が落ちる。加えて、同伴空気で塗工ムラが発生しやすいなどの理由により、現在の所、特殊な用途を除いて、印刷用塗工シートの製造にはほとんど利用されていない。
【０００７】
その他にもスプレー塗工方式の活用という手段がある（例えば特許文献２参照）。この塗工方式も前述の塗工液のシート状基材への押し込み圧力が低い。しかしながら、スプレー塗工方式も濃度や粘度に対するキャパシティーはカーテン塗布方式以上に低く、加えてノズルの消耗などの問題から、現在の所、日本国内において実用例はなく、世界的にも使用はごく一部に限られている。
【０００８】
よって塗工シートの主力塗工方式であるブレード、エアナイフ、ロール、ロッドなどの塗工方式において、現行の技術では被覆性を良くするために塗工量を増やすしかなく、シート状基材の空隙を塞ぐためだけの目的で貴重な材料を消費するしかなかった。
【特許文献１】実開平５−２２０６５号公報
【特許文献２】特開平１１−３３３３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、汎用的な塗工方式において、少ない材料で被覆性に優れた塗工方法を提供し、または少ない材料で被覆性に優れた塗工シートを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、内部に空隙を有するシート状基材に対して塗工を行う際に、シート状基材の空隙の圧力を加圧する装置の加圧気体の圧力を１１１ｋＰａ以上にした状態で塗工することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明において、シート状基材がパルプを主成分とする基材であることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は塗工シートにおいて、上記の塗工方法で塗工したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の塗工方法及び塗工シートは、汎用的な塗工方式において、少ない材料で被覆性に優れた塗工方法を提供し、少ない材料で被覆性に優れた塗工シートを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の印刷用塗工シートについて、詳細に説明する。
【００１５】
本発明者は、塗工シートの塗布方法に関して鋭意研究を重ねた結果、内部に空隙を有するシート状基材に対して塗工を行う際に、シート状基材の空隙の圧力を加圧する装置の加圧気体の圧力を１１１ｋＰａ以上にした状態で塗工することで被覆性に優れた塗工層が得られることを見いだした。
【００１６】
塗工シートに使用されるシート状基材には紙に代表されるように繊維状の化合物が用いられることが多い。そのためシート状基材には液状の物質を素早く吸収することのできる毛細管状の空隙を多数持ち、吸液性が高い。そのため、塗工液がシート状基材に接した瞬間から塗工液の吸収がはじまる。吸収は塗工液からシート方向に向かって起こる。加えて、塗工シートの製造方法の主力である、ブレード、エアナイフ、ロール、ロッドなどの塗工方式では塗工液に高い圧力が加わり、シート状基材への押し込み圧力となる。これらの吸収、圧力による効果によって塗工液はシート状基材への空隙に入り込む。シート状基材の空隙のほとんどが塗工液の固体成分によって塞がれるか、塗工液の吸収によって分散成分の凝集すなわち不動化現象が起こるまで塗工液のシート状基材への吸収は継続する。こういった機構であるので、塗工液の元々の濃度を上げることや、塗工液の保液性を高くすること、さらにはシート状基材の空隙を減らしたりすることで、ある程度吸収を防ぐことができる。しかしこれらの手段を駆使してもシート状基材の表面がすべて塗工層で覆われるようになるまでには、代表的な炭酸カルシウムなどの無機顔料を主体とする塗工液で、片面６ｇ／ｍ2以上の塗工量が必要であった。
【００１７】
もし、塗工液が空隙に入り込むことを防ぐことができれば被覆性を格段に上げることができる。そこで、本発明者はシート状基材の空隙（以下、単に空隙という）の圧力を上げることを試みた。空隙の圧力がどのくらい高くなれば、塗工液の落ち込みを防止できるかは余りにも瞬時の現象ゆえに正確に計ることができない。しかし、シート状基材の空隙を模擬したフィルターの上に塗工液を乗せ、上から圧力を加えるという発明者らの実験によれば、塗工液は大気圧よりも１０ｋＰａ程度圧力が高くなると、フィルターを素早く通過するようになった。もちろん、この実験結果は空隙の径や塗工液の種類によって変化はするが、トータルで見れば、空隙の圧力を大気圧よりも１０ｋＰａ程度高くすると、塗工液が空隙に入り込みにくくなると言える。塗工液が圧力で吸収を防止させている間に塗工液は乾燥し、不動化状態へと到達する。このため、少ない塗工量で高い被覆性が実現されることになる。
【００１８】
塗工時に空隙の圧力を高める方法は種々存在する。いくつかの方法を例示するが、これらはあくまでも例示であり、本発明の範囲がこれらの手法に制限されるわけではない。図１にブレードコーターのイメージ図を示した。走行するシート２に対してアプリケーター４で塗工液をつけ、ブレード５で液をかきおとす。この液がかきおとされる際に強い圧力がかかり液が空隙に浸透する。図２にバッキングロール６の拡大図を示した。このバッキングロール６には細かい穴７が空いている。この穴からは気体が吹き出す仕組みとなっている。ブレード５でかきおとされる段階でバッキングロール６からシート２に吹き付けられる気体により空隙が加圧され、塗工液が空隙に落ち込むのを防ぐのである。この方式はブレード塗工、エアナイフ塗工、ロッド塗工などのバッキングロールを使用する方式に利用できる。
【００１９】
なおバッキングロールからの加圧はブレード直下でのみ起こるようにするのがシートの走行安定性を考える上で好ましい。バッキングロールの全方向で加圧される形でもかまわないが、この場合はエアーターン方式のようにシートが浮き上がることがある。
【００２０】
一方、図３に示すように両面同時塗布のロールコーターの様な場合はロール６とロール６にシート２が挟まれる直前で周辺の気体をシート２の中に追い込むような装置１０を付けておくことで塗工時に空隙の圧力を高めておくことができる。
【００２１】
その他の方法としてはシートに水分を与えておき、塗工直前で熱を与え、水分を気化させてその圧力で空隙内部の圧力を上げる方法もある。
【００２２】
いずれの場合においても、空隙の圧力を加圧するための装置の加圧気体の圧力が大気圧よりも１０ｋＰａ以上、すなわち１１１ｋＰａ以上であれば、空隙の圧力は大気圧よりも１０ｋＰａ程度高くなると予想される。実際このような条件で塗工することで効果がある。その日の気圧により、大気圧は多少上下するが、それは誤差として無視できる。空隙の圧力を加圧する装置の加圧気体の圧力の上限は特に限定されないが、高すぎるとクレーター状の気体の逃げたようなあとが塗工面に発生することがあり好ましくない。バッキングロールの穴から気体を吹き出すような方式の場合、好ましい範囲は加圧気体の圧力が１．１気圧以上、２０気圧以下の範囲となる。両面同時塗布のロールコーターの場合シート状基材内部の圧力を計測することは困難であるが好ましい範囲は前述の方式と同等であるといえる。
【００２３】
ここで言う空隙の圧力を加圧するための装置の加圧気体の圧力とは加圧気体がシート状基材に直接ぶつかる部分に直接関係する部分の加圧気体を指す。例えば、一次弁と二次弁が存在する場合、二次弁の圧力が加圧気体の圧力を指す。
【００２４】
本発明に用いられるシート状基材の素材としては、木材パルプ、綿、麻、竹、サトウキビ、トウモロコシ、ケナフなどの植物繊維、羊毛、絹などの動物繊維、レーヨン、キュプラ、リヨセルなどのセルロース再生繊維、アセテートなどの半合成繊維、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリプロピレン系繊維、ポリ塩化ビニリデン系繊維、ポリウレタン系繊維などの化学繊維、ガラス繊維、金属繊維、炭素繊維などの無機繊維をシート状にしたものが使用される。
【００２５】
各繊維をシート状にする製法としては、一般的な抄紙工程、湿式法、乾式法、ケミカルボンド、サーマルボンド、スパンボンド、スパンレース、ウォータージェット、メルトブロー、ニードルパンチ、ステッチブロー、フラッシュ紡糸、トウ開維などの各工程から一つ以上が適宜選ばれる。
【００２６】
また、これらの繊維には、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、タルク、クレー、カオリン、二酸化チタン、水酸化アルミニウム、ホワイトカーボン、ポリスチレン系樹脂、尿素ホルマリン樹脂、その他の有機填料などの各種填料、バインダー、サイズ剤、定着剤、歩留り剤、紙力増強剤などの各種配合剤を各工程、各素材に合わせて好適に配合する。
【００２７】
パルプを主成分とする基材はパルプ繊維自体が溶媒成分の吸収性が高いこともあって、塗工液の落ち込みが大きい。よってこのような基材で空隙の圧力を高めた塗工方法を用いるとその効果が高くなり、好ましい。
【００２８】
その他の基材としては、上質紙、中質紙、色上質、書籍用紙、キャスト用紙、微塗工紙、軽量コート紙、インディア紙、ノーコートアイボリー、ノーコートカード、特板、トレーシングペーパー、タイプ紙、ＰＰＣ用紙、ＮＩＰ用紙、連続伝票用紙、フォーム用紙、複写紙、ノーカーボン紙、熱転写用紙、合成紙などの紙や板紙、不織布、または各種樹脂繊維、プラスチック繊維、金属繊維をシート状に成形したものも含まれる。
【００２９】
塗工する前の基材は、必要とする密度、平滑度、透気度を得るために各種表面処理やカレンダー処理を施す場合がある。
【００３０】
本発明において、塗工液に用いることのできる顔料は、特に限定されるものではなく、例えば、各種カオリン、タルク、重質炭酸カルシウム（粉砕炭酸カルシウム）などの精製した天然鉱物顔料、軽質炭酸カルシウム（合成炭酸カルシウム）、炭酸カルシウムと他の親水性有機化合物との複合合成顔料、サチンホワイト、リトポン、二酸化チタン、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭酸マグネシウム、焼成カオリン、プラスチック顔料などが挙げられる。
【００３１】
塗工層に用いられるバインダーとしては、天然植物から精製した澱紛、ヒドロキシエチル化澱粉、酸化澱紛、エーテル化澱紛、リン酸エステル化澱粉、酵素変性澱紛やそれらをフラッシュドライして得られる冷水可溶性澱粉、デキストリン、マンナン、キトサン、アラビノガラクタン、グリコーゲン、イヌリン、ペクチン、ヒアルロン酸、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどの天然多糖類およびそのオリゴマーさらにはその変性体が挙げられる。
【００３２】
さらに、ガゼイン、ゼラチン、大豆蛋白、コラーゲン、などの天然タンパク質およびその変性体、ポリ乳酸、ペプチドなどの合成高分子やオリゴマーが挙げられる。
【００３３】
加えてスチレン−ブタジエン系、アクリル系、ポリ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニルなどの各種共重合体ラテックス、ポリビニルアルコール、変性ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、ユリアまたはメラミン／ホルマリン樹脂、ポリエチレンイミン、ポリアミドポリアミン／エピクロルヒドリンなどの水溶性合成物などがあげられる。これらは一種以上で使用することができる。この他、公知の天然、合成有機化合物を使用することは特に限定されない。
【００３４】
また、塗工液に用いられる増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ソーダ、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カゼイン、ポリアクリル酸ソーダなどの水溶性高分子、ポリアクリル酸塩、スチレンマレイン酸無水共重合体などの合成重合体、珪酸塩などの無機重合体などが挙げられる。
【００３５】
また、必要に応じて、分散剤、消泡剤、耐水化剤、着色剤、蛍光剤、潤滑剤、その他界面活性剤などの通常使用されている各種助剤が好適に用いられる。
【００３６】
本発明において、塗工層を塗工する方法は、サイズプレス、ゲートロール、シムサイザーなどの各種フィルムトランスファーコーター、エアナイフコーター、ロッドコーター、ブレードコーター、ダイレクトファウンテンコーターなどの塗工時に塗工液に剪断力を加える各種方式が適宜使用できる。
【００３７】
さらに、一連の操業で、塗工、乾燥された塗工シートは要求される、密度、平滑度、透気度、外観を得るために、必要に応じてカレンダー処理などの各種仕上げ処理が施される。
【実施例】
【００３８】
以下に、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、実施例において示す「部」および「％」は、特に明示しない限り、質量部および質量％を示す。
【００３９】
（実施例１）
下記の内容に従って、実施例１の印刷用塗工シートを作製した。
【００４０】
＜シート状基材＞
ＬＢＫＰ（濾水度４００ｍｌｃｓｆ）                                  ７０部
ＮＢＫＰ（濾水度４８０ｍｌｃｓｆ）                                  ３０部
軽質炭酸カルシウム（原紙中灰分で表示）                                ８部
カチオン化澱粉                                                    １．０部
カチオン系ポリアクリルアミド歩留まり向上剤                      ０．０３部
赤色染料                                                        ０．０１部
パルプ、内添薬品を上記の配合で調整し９４．３ｇ／ｍ2の坪量で原紙を抄造した。
【００４１】
この原紙に対して、サイズプレスにより両面０．８０ｇ／ｍ2の酸化澱粉を付着させ、塗工用原紙を得た。
【００４２】
＜塗工液＞
微粒重質炭酸カルシウム（２μｍ以下が９９％）                        ５０部
高白１級カオリン                                                    ５０部
スチレン−ブタジエン系ラテックスバインダ
（平均粒子径１００ｎｍ、ゲル含有量４０％、Ｔｇ５℃）              １０部
リン酸エステル化澱粉                                                  ５部
ステアリン酸カルシウム                                            ０．６部
カルボキシメチルセルロース系増粘剤                                ０．１部
水酸化ナトリウムにてｐＨ９．６に調製
【００４３】
上記の塗工液を、塗工濃度６２％で塗工装置にブレードコーターを用いて塗工した。このコーターのバッキングロールには縦横共に３ｍｍ間隔で直径１ｍｍの穴をチドリ格子状に全面に配置した。圧縮空気の圧力を５００ｋＰａに設定し、穴から空気を連続的に吹き出した状態で塗工した。操業速度２０ｍ／ｍｉｎ、塗工量７ｇ／ｍ2で片面のみ塗工した。塗工後、スーパーカレンダー処理を塗工面に鏡面が当たるように４ニップ、線圧２００ｋＮ／ｃｍ、温度６０℃で施して、塗工シートを得た。
【００４４】
（実施例２）
シート状基材と塗工液は実施例１と同様にして行った。塗工装置にはエアナイフコーターを用いた。バッキングロールは実施例１と同様の物を用いた。圧縮空気の圧力を３００ｋＰａに設定し、穴から空気を連続的に吹き出した状態で塗工した。塗工濃度は５０％、操業速度４０ｍ／ｍｉｎ、塗工量７ｇ／ｍ2で片面のみ塗工した。塗工後、スーパーカレンダー処理を塗工面に鏡面が当たるように４ニップ、線圧２００ｋＮ／ｃｍ、温度６０℃で施して、塗工シートを得た。
【００４５】
（実施例３）
シート状基材と塗工液は実施例１と同様にして行った。塗工装置にはロッドコーターを用いた。バッキングロールは実施例１と同様の物を用いた。圧縮空気の圧力を３００ｋＰａに設定し、穴から空気を連続的に吹き出した状態で塗工した。塗工濃度は６０％、操業速度４０ｍ／ｍｉｎ、塗工量７ｇ／ｍ2で片面のみ塗工した。塗工後、スーパーカレンダー処理を塗工面に鏡面が当たるように４ニップ、線圧２００ｋＮ／ｃｍ、温度６０℃で施して、塗工シートを得た。
【００４６】
（実施例４）
シート状基材と塗工液は実施例１と同様にして行った。塗工装置には片面ロールコーターを用いた。バッキングロールは実施例１と同様の物を用いた。圧縮空気の圧力を５００ｋＰａ気圧に設定し、穴から空気を連続的に吹き出した状態で塗工した。塗工濃度は６２％、操業速度２０ｍ／ｍｉｎ、塗工量７ｇ／ｍ2で片面のみ塗工した。塗工後、スーパーカレンダー処理を塗工面に鏡面が当たるように４ニップ、線圧２００ｋＮ／ｃｍ、温度６０℃で施して、塗工シートを得た。
【００４７】
（実施例５）
バッキングロールの圧縮空気の圧力を１１１ｋＰａとした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００４８】
（比較例１）
バッキングロールの圧縮空気の圧力を１０６ｋＰａとした以外は実施例１と同様にして作製した。
【００４９】
（比較例２）
バッキングロールに通常の空気を吹き出さないロールを用いた以外は実施例１と同様にして作製した。
【００５０】
（比較例３）
バッキングロールに通常の空気を吹き出さないロールを用いた以外は実施例２と同様にして作製した。
【００５１】
（比較例４）
バッキングロールに通常の空気を吹き出さないロールを用いた以外は実施例３と同様にして作製した。
【００５２】
（比較例５）
バッキングロールに通常の空気を吹き出さないロールを用いた以外は実施例４と同様にして作製した。
【００５３】
上記の方法により得られた塗工シートについて、下記の測定方法により被覆性、面質を評価しその結果を表１に掲げた。
【００５４】
１．被覆性
得られた印刷用塗工シートをＡ４サイズに切り、脱イオン水／エタノール／塩化アンモニウム＝５０／４５／５（質量比）の溶液に１時間浸した。その後、溶液から取り出し、濾紙で挟み余分な溶液を拭き取った。更に１５０℃のオーブンに３時間入れた後、取り出した。これにより有機物でできているシート状基材部分が茶色く焦げ、塗工層部分は白いまま残った。サンプルが白く見えるほどシート状基材部分が良く被覆されていることになる。この具合を目視で判断し、以下の基準に従い、３段階で評価した。
○：  茶色い部分はうっすらと見える程度で、ほとんどが白い部分で被覆されている。
△：  茶色い部分が見えるが、白く被覆されている部分の方が多い。
×：  茶色い部分が目立ち、白く被覆されている部分の方が少ない。
【００５５】
２．面質
得られた印刷用塗工シートの白紙サンプルをＡ４に切り、これにクレーター状の跡があるかどうかを目視で数え、以下の基準に従い３段階で評価した。評価はｎ＝１０で行いクレーターの数は平均値とした。
○：  直径１ｍｍ以上のクレーターの跡が０．２個未満。
△：  直径１ｍｍ以上のクレーターの跡が０．２個以上〜０．５個未満。
×：  直径１ｍｍ以上のクレーターの跡が０．５個以上。
【００５６】
【表１】
2006026597.tif 000002
【００５７】
＜評価結果＞
比較例２〜５のように、塗工液を通常の方式で塗工したのでは７ｇ／ｍ2の塗工量では被覆性は十分とは言えない。一方実施例１〜４のようにシート状基材の空隙の内圧を上げてやることで被覆性は明らかに向上する。実施例１〜４の比較で分かるとおり塗工時に塗工液に押し込み圧力のかかるこれらの塗工方式ではすべて被覆性が向上する。またこの方式によって、面質は全く乱れない。実施例５と比較例１を比較すると分かるとおり本発明の効果を得るためには空隙の圧力を加圧する装置の加圧気体の圧力が１１１ｋＰａ以上であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
印刷領域等における塗工シートに適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】ブレードコーターの概観を示した説明図である。
【図２】本発明の被覆性を向上させるための方法の１つとして用いることのできるバッキングロールを示した説明図である。
【図３】両面同時塗布のロールコーターで本発明の被覆性を向上させるための方法の１つとして用いることのできる加圧装置を示した説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  アンリーラーのシートの巻き取り
２  走行しているシート
３  シートの走行方向
４  塗工液のアプリケーター
５  ブレード
６  ロール及びバッキングロール
７  気体を吹き出すことのできる穴
８  ロールの拡大図
９  塗工液の層
１０  空気をかき集めて加圧する装置
１１  空気の流れ
１２  両面ロールコーターの塗工部分の拡大図
【図１】
2006026597.tif 000003
【図２】
2006026597.tif 000004
【図３】
2006026597.tif 000005