(57)【要約】本発明は、繊維部分が製紙用繊維からなる連続した紙匹表面への、塗工用粉末を用いた塗工法に関する。この方法は、紙匹が異なる電位にある電極間を移動するステップと、無機材料とポリマー結合剤からなる塗工用粉末を電気的電位差を利用して紙匹表面に塗布するステップと、紙匹の被塗布表面を仕上げるステップと、で構成される。塗工用粉末は１０．１から９９．５ｗｔ％の無機材料で構成される。本発明は乾式表面処理されたシート材料にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維部分が製紙用繊維からなる連続した紙匹表面への、塗工用粉末を用いた塗工方法であって、
前記紙匹を異なる電位にある電極間で移動させるステップ、
電位差を利用して無機材料とポリマー結合剤からなる塗工用粉末を紙匹表面に塗布するステップ、および
前記紙匹の被塗布表面を仕上げるステップ、
から構成され、
前記塗工用粉末が１０．１から９９．５ｗｔ％の無機材料を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記塗工用粉末が好ましくは少なくとも７０ｗｔ％の無機材料を含み、より好ましくは少なくとも８０ｗｔ％の無機材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記塗工用粉末が好ましくは最大９９ｗｔ％の無機材料を含み、より好ましくは最大９５ｗｔ％の無機材料を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記塗工用粉末が予備帯電されていることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記紙匹が動的装置によりアースされていることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記塗工用粉末を塗布後、少なくとも、高温ロールと弾性ロール間に形成されるニップ部において塗布表面が処理されることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記塗工用粉末を塗布後、対峙する２表面間に形成される実質上、長いニップ部において、塗布表面が処理されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記紙匹の両面が同時に塗工されること、または前記紙匹の両面が順番に塗工されることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
乾式表面処理プロセスによって前記被塗布表面に少なくとも１層の付加層が形成されることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
繊維部分が製紙用繊維からなる素材と、無機材料とポリマー結合剤を含む塗工層とで構成される乾式表面処理シート材料であって、塗工層が１０．１から９９．５ｗｔ％の無機材料で構成されることを特徴とする乾式表面処理シート材料。
【請求項１１】
前記塗工用粉末が好ましくは少なくとも７０ｗｔ％の無機材料を含み、より好ましくは少なくとも８０ｗｔ％の無機材料を含むことを特徴とする請求項１０に記載のシート材料。
【請求項１２】
前記塗工用粉末が好ましくは最大９９ｗｔ％の無機材料を含み、より好ましくは最大９５ｗｔ％の無機材料を含むことを特徴とする請求項１０に記載のシート材料。
【請求項１３】
前記塗工用粉末が、無機材料粒子とポリマー結合剤粒子の別々の状態として、または無機材料とポリマー結合剤双方を含む粒子として、構成されることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載のシート材料。
【請求項１４】
１０．１から９９．５ｗｔ％の無機材料で構成されることを特徴とする、無機材料とポリマー結合剤からなる乾式塗工用粉末。
【請求項１５】
前記塗工用粉末が好ましくは少なくとも７０ｗｔ％の無機材料を含み、より好ましくは少なくとも８０ｗｔ％の無機材料を含むことを特徴とする請求項１４に記載の粉末。
【請求項１６】
前記塗工用粉末が好ましくは最大９９ｗｔ％の無機材料を含み、より好ましくは最大９５ｗｔ％の無機材料を含むことを特徴とする請求項１４または１５に記載の粉末。
【請求項１７】
前記塗工用粉末が、無機材料粒子とポリマー結合剤粒子の別々の状態として、または無機材料とポリマー結合剤双方を含む粒子として、構成されることを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれかに記載の粉末。
【請求項１８】
前記材料粒子の平均径が、塗工される紙匹の平均ポア径よりも大きくなるように選定されていることを特徴とする請求項１７に記載の粉末。
【請求項１９】
前記材料粒子の前記平均径が０．１から５００μｍであり、好ましくは１から１５μｍであることを特徴とする請求項１７または１８に記載の粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は塗工用粉末を用いた、繊維部分が製紙繊維からなる連続した紙匹表面への塗工法に関するものである。その方法は、紙匹が異なる電位にある電極間を移動するステップ、無機材料とポリマー結合剤からなる塗工用粉末を電位差を利用して紙匹表面に塗布するステップ、および紙匹の被塗布表面を仕上げるステップ、で構成される。本発明はさらに、繊維部分が製紙用繊維からなる素材と、無機材料とポリマー結合剤を含む塗工層と、無機材料とポリマー結合剤を含む乾式塗工用粉末と、で構成される乾式表面処理シート材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許第０９８２１２０号には、乾式塗工シートおよびシートを製造する方法が開示されている。シートは無機粒子を含む粉末材料の塗布によって塗工される。粉末塗工材料は平均径が０．１−３０μｍの粒子を含む樹脂で形成される。無機粒子の平均径は１ｎｍ−１μｍであり、その比率は粉末状塗工材料および無機微細粒子の全量に対する重量比で０．５−１０％である。
【０００３】
ＦＩ第１０５０５２号公報および対応の国際公開公報第ＷＯ００／０３０９２号には炭酸カルシウムからなる塗工用粉末で素材を塗工する、乾式塗工法が開示されている。
【０００４】
国際公開公報第ＷＯ９８／１１９９９号には紙匹材料表面に付加的材料を移動させるための、イオンブラスト法が開示されている。
【０００５】
米国特許第５３４０６１６号明細書には、塗布される紙匹表面に電場を印加すると同時に、塗工開始直後の、薄い液体状の塗工膜が紙匹に衝突する直前に、相対湿度７０−８５％の空気を紙匹表面に吹き付ける方法が開示されている。
【特許文献１】欧州特許第０９８２１２０号明細書
【特許文献２】国際公開第ＷＯ００／０３０９２号パンフレット
【特許文献３】国際公開第ＷＯ９８／１１９９９号パンフレット
【特許文献４】米国特許第５３４０６１６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先行技術の問題は塗工用粉末中の樹脂量および塗工用粉末中の凝縮物のサイズに関する。本発明は従来技術の改良に関する。方法、乾式表面処理シート材料、および乾式塗工用粉末において、塗工用粉末が１０．１−９９．５ｗｔ％の無機材料からなることに特徴がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
乾式表面処理プロセスには従来のコート紙製造プロセスと比べて以下の一般的利点がある。
【０００８】
乾式表面処理プロセスは、従来プロセスに比べて投資をかなり抑制できる。製造ラインは実質上短くなり、従ってラインは小さなビル内でも設置できる。従来プロセスは、旧工程の改築により乾式表面処理プロセスに容易に改変できる。あるいは、乾式表面処理プロセスは、従来のレイアウトから部分的にまたは完全に除去することが可能な、乾燥後の工程区域場所に構築できる。乾燥後処理およびオンラインカレンダーのために通常必要となる少なくとも２０ｍの場所は不要となる。
【０００９】
環境面でも有益である。塗工品製造の間における（例えば分散媒体ガスとしての）水取扱量の抑制あるいは削減と合わせて、表面処理工程において水取扱量を削減できるため、乾式表面処理プロセスには信用の点で大きな優位性がある。水分を蒸発させる必要が無くなり、乾燥のための工程が不要になるため、エネルギー消費の抑制も可能となる。
【００１０】
本発明の具体的利点は以下である。
【００１１】
塗工用粉末中のポリマー結合剤の使用は最小限である。ポリマー結合剤の量が少ないため実質的に原材料のコスト抑制が可能となる。
【００１２】
塗工用粉末には大きな凝集物が含まれず、帯電特性が良好となる。
【００１３】
塗工品は素材にはそれ程影響されないため、素材を変えずに異なる特性を有するように変化させることができる。言い換えると、塗工用粉末のパラメータを変化させることによって、塗工品に異なる特性を付与することができる。従来の製紙工程においては一般に、素材は塗工工程の最終結果に大きな影響を与える。これに対して、乾式表面処理プロセスにおいては、塗工層が塗工工程の最終結果に大きな影響を及ぼすこととなる。乾式表面処理プロセスは、従来紙の品質、例えばＭＦＣ（機械仕上げコート）紙およびＬＷＣ（軽量コート）紙の品質と同等の特性を有する紙の製造に利用することができる。その繊維部分は製紙繊維からなる素材とは別の素材を有する可能性もある。塗工用粉末は１５％よりも少ない水分量で利用されることが好ましい。乾式表面処理プロセスは、乾燥層を塗布するため、従来の表面処理プロセスで生じていたような、繊維ネットワーク内における内部応力緩和の可能性、および表面の粗くなる可能性を排除できる。塗工用粉末は紙表面に留まり、紙に浸透する可能性もなく、表面を適切に覆うことができる。コート紙の断面観察によって塗工層とベース紙の間の明確な界面を確認することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
紙および板紙素材に対する乾式表面処理プロセスは、乾式塗工用粉末を塗布するステップと、熱機械的固着化のような仕上げステップからなる。塗工用粉末の塗布には電場を利用し、紙表面に塗工用粒子を移動させ、仕上げ前の静電的な付着を行う。仕上げの固着化と塗工表面の平滑化は、熱機械的処理を通じてあるいは別の適切な処理によって、どちらも同時に実施される。本プロセスは、中間に乾燥段階を経ず、塗布、固着化、および平滑化のステップからなるため、表面処理プロセスは極めてコンパクトである。塗工用粉末の特性（例えば組成および構成物の特性）は工程に伴い改良される。
【００１５】
通常、無機粒子（例えば重質ＣａＣＯ３、軽質ＣａＣＯ３、カオリン、タルク、ＴｉＯ等）とポリマー結合剤（例えばスチレン−ブタジエン、アクリレート共重合体結合剤等）はいずれも分離安定化水性分散剤として調製される。乾式表面処理プロセス用の粉末を製造する際、塗工用成分は、蒸発もしくは乾燥工程に入る前に、液相中（例えば水等）もしくはガス相（例えば空気等）中に結合された状態で、あるいは別々の分散物として、調製される。塗工用成分を製造、精製および結合する際に利用できるいくつかの方法がある。塗工用粉末成分を製造するための前述の可能な方法を表１に示す。
【００１６】
表１は異なる分散媒体中の構成成分の組み合わせを示す。
【００１７】
【表１】
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表１からわかるように、塗工用粉末は無機材料粒子とポリマー結合剤粒子が分離した状態、あるいは無機材料とポリマー結合剤双方を含む粒子（いわゆる結合化粒子）の状態となっている。材料粒子の平均径は、被塗工素材の平均ポア径を超えるように選定される。材料粒子の平均径は通常０．１−５００μｍであり、１−１５μｍであることが好ましい。
【００１８】
粒子特性は、粉末移動および初期付着としての静電的付着工程の間、流動床を含む塗工用粉末の適用に直接影響を受ける。例えば、粉末の乾燥処理条件は、塗工用粉末の粒径分布に著しく影響することが把握されている。スプレー乾燥後には５−５００μｍの範囲の凝集物が、また凍結乾燥後には１−１００μｍの範囲の凝集物が生じる。平均凝集物サイズまたは粒子サイズは通常、凍結乾燥の場合、より小さくなり、さらにその後研磨処理を行うことによってさらに小さくなる。ほとんどの場合、帯電特性の点で粒子サイズは１０μｍに近いことが好ましい。塗工用粉末の成分によって、粒子表面の帯電および放電速度のような、電気的特性を変化させることができるため、塗工用粉末材料は適正に選定する必要がある。
【００１９】
乾式表面処理プロセスを最大限利用するため、塗工用粉末成分は乾燥状態で製作することが好ましい。あるいは調製は水以外の別のキャリア媒体（例えば空気または揮発性液体）中において実施する必要がある。これにより過度の蒸発コスト抑制し、凝集物の大粒径化のような粉末に関する不具合を避けることができる。無機粒子は結合剤で被覆されても良く、あるいはいわゆる結合化粒子を形成するためポリマー結合剤を無機粒子上でグラフト重合させても良い。
【００２０】
最も有益な方法は、乾燥工程を必要としない、粒子形態が製造段階において制御された、乾燥粉末成分を調製することである。別の可能な方法は乾燥した結合剤とガス相中で形成した顔料粉末を結合させることである。この方法では、結合剤部分は研磨によって調製することもできる。例えば、超臨界二酸化炭素（ｓｃ−ＣＯ２）のようなガス相内での合成により微細なポリマー粒子を形成することもできる。ＣＯ２は減圧によってガス状態に戻るため、生成物からの溶剤の分離は簡単である。従って、乾燥ステップに必要なエネルギーを削除することができる。適切なモノマーの選定は極めて大きな、前述の典型的なポリマー結合剤のほとんど含む。重合機構の範囲においても可能である。例えば、スチレン、ビニルモノマーおよびメチルメタクリレートからの乾燥粒子は析出重合、分散重合およびエマルジョン重合によって生成することが可能である。いずれの場合にも最終生成物はＣＯ２排気ガスによって簡単に回収できる乾燥粉末である。ポリマー結合剤粒子の典型的な粒子サイズは０．４から１０μｍの範囲である。
【００２１】
コストと品質に対する要求を満足させるため、通常、結合剤量は、ポリマーの供給過剰とならず、顔料粒子間、粒子間（例えば、顔料と結合剤粒子）およびこれらと素材間の接合に対して必要十分な量となるように最適化する必要がある。塗工用粉末は１０．１−９９．５ｗｔ％（乾燥重量）の無機材料からなり、残りはポリマー結合剤であることが好ましい。塗工用粉末は少なくとも７０ｗｔ％の無機材料を含むことが好ましく、さらに、少なくとも８０ｗｔ％の無機材料を含むことがより好ましい。塗工用粉末は最大限９９ｗｔ％の無機材料を含むことが好ましく、より好ましくは最大限９５ｗｔ％の無機材料を含むことがより好ましい。
【００２２】
無機材料の高含有率化は、乾燥粉末中に強凝集した粉末を含まず、均一かつ安定な成分が生じるように混合相のプロセスパラメータを最適化するために必要となる。これらの凝集物は、その大粒径のため、不均一で極めてポーラスな塗工層を与える。例えば、凍結乾式塗工用粉末を用いて塗工した場合、より均一な表面が得られる。塗工用粉末は実質上、乾燥（水分量１０ｗｔ％以下の）状態にあり、これは空気と、空気／粒子混合部分が１ｖｏｌ％以上の材料粉末からなる。粒子径は５００μｍ以下である。
【００２３】
処理された連続紙匹の繊維部分は製紙繊維で構成される。本明細書においては製紙繊維とは樹木から得られた繊維、言い換えると、機械パルプまたは化学パルプの繊維、またはこれら両者の混合物、を意味する。本明細書において乾式表面処理シート材料とは、それが紙匹であるかシート状であるかの言及がない場合、塗工された素材を意味する。
【００２４】
乾式塗工用粉末塗布の間、塗工用粉末の紙匹への密着強度を高めるため、紙匹を予備処理しておくことは有利である。予備処理は、研磨処理、コロナによる処理、あるいは例えば水、ポリアミドイミド、過酸化水素もしくは石灰水のような適切な液体溶媒による紙匹の湿潤処理、のステップで構成されても良い。塗工用粉末の密着化には、水素結合、自由ラジカル形成後の紙匹表面の酸化、あるいは新しい化合物が形成する化学反応のような、異なる機構が存在する。予備処理液は、紙匹の過度の湿潤を防ぐため、紙匹方向に微細霧状粒子の状態で導管からスプレー塗布することが好ましい。
【００２５】
塗工される紙の紙匹表面をブラシ研磨によって予備処理することもまた可能である。紙表面に存在する繊維は、紙匹への塗工用粉末の固着を促進するため、小繊維化されている。ブラシ研磨には、紙匹に対して、主として比表面積の増大化、表面粗さの統一化、静電気による表面帯電化の、少なくとも３点で効果がある。小繊維化の程度および静電気量は、ブラシの回転速度および押し付け圧力を調節することによって調整することができる。必要な電荷はブラシ材料をそれに応じて選定することにより得ることができる。
【００２６】
紙および板紙の乾式表面処理において、粉末は、強電場で高自由イオン濃度の領域を介して素材表面にスプレー塗布される。塗工用粉末はコーティング供給チャンバに投入され、圧縮空気とともに粉末析出ユニットに輸送される。圧縮空気は粉末流動、粉末輸送および事前調整など、多くの目的に用いられる。塗布装置の複雑さによって、充電ユニット、および塗工用粉末の特性は変化する。従って、清浄な乾燥空気を連続供給することもまた重要である。空気の質（例えば温度および水分変動）および粉末供給管によっては圧縮空気中に汚染物質が発生し、これは工程および品質に問題を生じさせる。圧縮空気の汚染物質は気体、液体あるいは固体いずれでも構成され得る。
【００２７】
塗工用粉末は粉末析出ユニット中で帯電している。静電的な粉末付着には、噴霧状粒子を帯電させる多量のガスイオンを発生させることがまず必要となる。これはガス放電またはコロナ処理の手段によって得ることができる。
【００２８】
コロナの発生は電場により電子の高速化を促進する。これらの電子は、中性のガス分子が衝突した際に、外側の電子殻から電子を放出するのに十分なエネルギーを保有しており、従って正イオンと電子を生成する。このなだれ化現象は放電極あるいはコロナ電極の周囲から開始される。
【００２９】
電場は電極組への電圧印加によって形成される。電極間の空間における電場は３つの主要目的を有する。（１）曲率半径の小さい電極近傍の高電場が電気的コロナ内において帯電イオンの発生をもたらすこと、（２）電場が、これらのイオンを衝突させ、電荷を塗工用粒子に移動させる力を提供すること、（３）電荷を帯びた塗工用粒子を紙に付着させるのに必要な力を発生させることである。小さな径の電極が負（例えば負のコロナ）の場合、コロナ領域からの電子はアースされた（例えば正の）電極方向に移行し、正イオンは負の電極の方向に移行する。反対極性（正のコロナ）が形成された場合、正イオンはアース電極の方向に移行し、電子は小さな径を有する正電極の方向に移行する。
【００３０】
粉末は、圧縮空気あるいは別の、粒子の帯電を促進する輸送媒体とともに施工ユニットにまで供給される。輸送媒体は、圧縮空気に付加する酸素を介して、あるいは別のガスに完全に置換して、供給ガスに付加することができる。供給空気の水分量および温度は、コロナ領域における帯電効果を改善するため変化させることができる。これは電場内において粉末の素材表面への移行をさらに促進する。供給空気温度の上昇はイオン化係数を増大させる。供給空気温度は、塗工用粉末の凝集を抑えるため、ポリマーガラス転移温度以下（Ｔａｉｒ＜Ｔｇポリマーの温度）に保持しなければならない。供給媒体中の水分量は、放電を回避するため、相対湿度（ＲＨ）を５０％以下に保持しなければならず、媒体圧力を０．１ｂａｒ以上にしなければならない。有害な放電はこの方法によって回避できる。
【００３１】
電圧と電流は、帯電電極とアース電極間に必要な距離、電極の材料特性（例えば誘電率）、粉末組成（有機−無機比率、粉末の誘電率等）、粉末量、供給媒体の水分量および圧力で変化する。電圧は５ｋＶから１０００ｋＶまで変化し、電流は３０μＡから１０００Ａまで変化する。粉末特性および施工の構想によって帯電電極の配置が定まる。しかしながら帯電電極は正、負のいずれでも良い。
【００３２】
実際にはアース電極は静的アース板または動的アース装置であっても良い。静的アース板を使用した場合、使用電圧および被塗工紙匹の速度が抑制され、最終塗工品の品質が影響を受けるため、動的アース装置が好ましい。塗工用粉末はアース板端部の位置にある紙匹部で固化し易い。動的装置を用いることで上記問題は回避することができる。動的装置は回転装置であっても良く、例えばアースロール、エンドレス連続ワイヤあるいはベルトが使用できる。被塗工紙匹は、塗工処理の間、アースロールの表面を連続した状態で移動する。アースロールは、塗工用粉末内の結合剤を少なくとも部分的に溶融させるため、高温ロールとともにニップを形成しても良い。仕上げ処理は、高温カレンダーロールと弾性ロールにより形成された次のニップで完了する。アースロール、高温ロールおよび弾性ロールはカレンダースタックを構成することができる。アースロールと接した紙匹はアースロールと高温ロールによって形成されたニップにアースダウンされる。紙匹の移動に際して他のニップが介在しても良い。塗工用粉末を紙匹に固着化させるための仕上げは化学薬品あるいは適切な放射、例えばＵＶ放射によって完遂させることができる。
【００３３】
塗工用粉末の塗布はベルトあるいは同様の物によって行われる。ベルトはコロナ充電電極により、ベルト表面全体が帯電するまで帯電される。ベルトはその電荷を保持するため、十分に高い抵抗を有する必要がある。帯電したベルトは塗工用粉末粒子を捕獲し、それらを被塗工紙匹全体にわたって供給する。粒子は、ベルトを帯電させるコロナ充電電極の極性とは反対の極性を有するコロナ充電電極によりベルトから放出される。
【００３４】
コロナを利用する代わりの塗工用粉末を帯電させる１つの可能性として、高電圧電極と塗工用粉末粒子を供給するアースされた導管の間の静的電場を利用し、塗工用粉末粒子を供給する方法がある。自由イオンが存在せず、素材のアースが不要であるため、素材は電場によって帯電されない。使用電圧は６０−８０ｋＶであることが好ましい。アースされた導管の代わりにアースされた強力粉砕機を使用することができる。大型凝集物は粉砕細粒化され、粉砕機には補助物質を添加することが可能である。
【００３５】
塗工用粉末の塗布は塗工用粉末の流れを定めることによって促進される。粒子はしばしば実質上、紙匹と同じ方向に飛散される。紙匹に付着させずに、従って粉塵を生じさせずに、電場を介して粒子を浸透させることが可能である。塗工用粉末の塗布方向が電場と平行な場合、粉塵が顕著に減少する。電場と平行な粉末の流れは空気境界層の解消にもなる。塗工用粉末は、最終段階時の素材表面と塗工用粉末の間に電位差が生じる前に、予備帯電しておくことができる。
【００３６】
ある補助物質を塗工用粉末とともに紙匹に同時にスプレー塗布することができる。これらは液体状であることが好ましいが、固体状でも利用できる。補助物質は、塗工用粉末と同じ電荷を有するように帯電され、塗工用粉末中に送られる。補助物質は、例えば水、石灰水、陽イオン澱粉、顆粒状のポリビニルアルコール、あるいはカルボキシメチルセルロースである。
【００３７】
乾式表面処理プロセスにおいては紙匹両面を同時塗工することが可能である。紙匹の両面を同時に塗工するには、アース電極を第１の電極とは反対極性を有する電極に置き替える。紙匹は２電極間に置かれ、従って電場に引き寄せられた、反対符号を有する粒子は紙匹表面に付着する。第１の電極が負の場合、紙匹の逆面の第２の電極は正となり、逆の場合も同様である。第１のコロナ充電電極が負のとき、負のコロナ充電電極の電子に帯電された塗工用粉末粒子は、紙匹の他の面に位置する正のコロナ充電電極の方に移動する。２電場間における電位差は顕著であり、従って２電極は相互の機能を補完する。
【００３８】
被乾式塗工素材は素材の同面上に１以上の塗工層を有する。この層は異なる層であっても良い。塗工用粉末塗布の際に形成される電荷は、熱および圧力で塗工用粉末が固着化された後、除去され、あるいは異なる符号を有するように変化される。負電荷によって第１の塗布が実施されたとき、正電荷によって第２の塗布が実施され、電気的引力によってこれらの層が相互に密着する。
【００３９】
過剰の粉末を供給した場合、それを除去するために静電的な付着法を利用することができる。過剰量の塗工用粉末を除去する必要が生じるのは、例えば処理開始時、あるいは製造パラメータを変更した時である。第２の電極が付着を行う際に使用される。塗工用粉末は、その紙匹への固着化が完了する前に除去しなければならない。固着化が完了する前は、塗工用粉末粒子は紙匹に電気力で単純に付着した状態にあり、従ってこれらは、塗工用粉末粒子と反対極性に帯電された第２の電極を用いることで除去することができる。これにより電気的力は除去される。塗工用粉末の除去は例えば、空気混入によって促進される。粉末回収は例えば、静電的沈着あるいは空気吸引によって行われる。処理を促進するため、粒子除去の際には予備処理または局部的その場処理を伴っても良い。再利用のための手段を利用することもまた可能である。
【００４０】
乾燥粉末中のポリマー結合剤量の著しい低減化が固着化条件（表面湿潤、紙匹水分量、滞留時間、表面温度、および直線負荷）のさらなる最適化によって可能となる。熱機械的処理の間のポリマー結合剤含有量およびその熱可塑性は、塗工層密度、開口度、平滑度、強度、光学特性のような紙の特性を決定づける。結合剤量が１０ｗｔ％よりも低いときでも十分な表面強度が得られる場合がある。ポリマー結合剤のガラス転移温度（Ｔｇ）は２０から１００℃以上の範囲にあり、最低ガラス転移温度（Ｔｇ）は必要な乾燥条件および精製条件によって制限される。澱粉のような他の結合剤を使用する場合、素材中の水分量を高めること、または熱機械的固着化前の湿潤化と組合せることによって、所望の紙の特性が得られる。水分は、澱粉の顆粒を溶解し、ある処理条件下ではこれを結合剤として機能するようにすることもできるが、共重合ラテックス結合剤よりもその効果は小さい。澱粉は乾燥した顆粒として製造することができるが、その結合特性を得るため、液体に溶解させることが好ましい。
【００４１】
熱機械的処理の適正な範囲は、温度８０−３５０℃、直線負荷２５−４５０ｋＮ／ｍ、滞留時間０．１−１００ｍｓ（速度１５０−２５００ｍ／ｍｉｎ；ニップ長さ３−１００ｍｍ）である。固着化工程は、所望の紙質を得るために、別の方法で補足することができる。この新処理法においては、従来プロセスにおける浸透効果および機械式インターロッキングの代わりに、ポリマーによって紙表面に塗工層を物理的に付着させる。熱機械的処理は多くのカレンダー法あるいはカレンダー式方法によって実施することができる。この方法ではロール間に形成されたニップ、あるいは対向する２表面間に形成される実質上、長いニップを利用する。そのようなニップの例はハードニップ、ソフトニップ、ロングニップ（例えばシュープレスまたはベルトカレンダー）、コンデベルト式カレンダーおよびスーパーカレンダーである。
【００４２】
熱機械的固着化工程において最も本質的な部分の１つは、妨害、貼り付き、あるいは他のポリマー系付着物の形成を回避するための、ロール表面の非吸着特性である。ポリマー量が２０ｗｔ％より少ない粉末を使用する場合、硬質クロムあるいはタングステンカーバイド系のような硬質ロール被覆材が適している。高ポリマー含有量の粉末を使用するときには、ロール被覆材は、例えばテフロン（登録商標）系の被覆材のような、非吸着特性を有することが好ましい。上記の問題を回避する別の方法は、高温ハードロールと弾性ロールの間に形成されるニップを有するカレンダーを使用することである。紙匹はニップ部に搬送され、塗工層は弾性ロールと接する。紙匹に伝わる熱は結合剤を溶融し、従って、特に塗工層の下側部分において塗工用粉末の固着化を促進する。
【００４３】
高温ロールの代替方法として結合剤を溶解する適切な溶媒、または結合剤を溶融させる適切な放射線を利用できる。放射線の波長は、放射線が紙匹に吸収されず、塗工用粉末に吸収されるように選定される。放射工程後に、十分に高い圧力処理を施すためのカレンダーを設けることが可能である。塗工層と接するロールは弾性ロールである。
【００４４】
紙表面の水分量の増大は素材表面への粉末付着、および固着化を促進する。素材水分量（たとえば紙のかさ水分）は、層の強度および他の紙の特性を最適化するため、最大化あるいは調整することができる。例えば澱粉は、表面処理紙あるいは表面処理板紙と同等の表面強度を得るために、共重合ラテックス結合剤よりも高い水分量を必要とする。これは、結合特性を得るためには澱粉の溶解度を高める必要があるということを意味するが、そのため過剰のエネルギーが水分の蒸発に必要となる。素材表面の水分量は、ノズル装置を介して調節することができる。その後の固着化工程において、蒸発した水分量のみが補給され、固着化のステップにわたって水分量が一定に維持される。このノズルによる処理は粉末塗布あるいは熱機械的固着化の前に実施することもできる。
【００４５】
乾式表面処理紙および従来のコート紙のＳＥＭ写真を図１ないし図２に示す。両紙の表面は酷似しており、塗工量は５−６ｇ／ｍ２／片面（図１ａ、１ｂ）で被覆率は７０％と７５％の間である。最適な粒子サイズの場合、凍結乾燥粉末を用いた乾式表面処理紙と、従来のコート紙の断面おいていかなる差異も検出することはほぼ不可能である（図２ａ、２ｂ）。
【実施例１】
【００４６】
従来の塗工処理と乾式表面処理プロセスの紙質を比較した。乾式表面処理プロセスは従来の紙質、例えば表２に示すような、ＭＦＣ（機械仕上げコート）紙、およびＬＷＣ（軽量コート）紙、の品質と一致する特性を有する紙の製造に利用することができる。表２に示した紙質を得るため使用した固着化条件は以下の通りである。
【００４７】
機械速度：１７ｍ／ｍｉｎ（実験機）、ただしニップを有する製品速度では１２００ｍ／ｍｉｎに相当
ロール表面温度：２００℃
カレンダーニップの直線負荷：２０ｋＮ／ｍ（実験機）、ただし製品直線負荷では４００ｋＮ／ｍに相当
シートの水分量：７％
表２には従来法（ＭＳＰと組み合わせた２ニップ−ソフトカレンダーのＭＦＣの場合、およびマルチニップカレンダーのＬＷＣの場合）および乾式表面処理（ＤＳＴ）法で得られた紙質を示す。
【００４８】
【表２】
2005519741.tif 000004
【実施例２】
【００４９】
従来の塗工処理と乾式表面処理プロセスの製造コストを比較した。この例ではポリマー含有量は１０ｐｐｈ（１００分率；ｐｐｈ＝ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｈｕｎｄｒｅｄ）である。ポリマー含有量を低いレベルにした場合、コストは劇的に低下する（表３）。ＭＦＣおよびＬＷＣの紙質を目安とした場合、必要な品質は表２に示される方式で得られる。乾式粉末方式のコストは従来方式と同等、あるいは従来方式よりも幾分低い。
【００５０】
表３には乾式表面処理法および従来法における概略コスト予測を示す。
【００５１】
【表３】
2005519741.tif 000005
乾式表面処理では、他のいかなる方法と比べても、シート中の添加物についてかなりの抑制が可能となる。塗工の間いかなる再湿潤処理も不要なこと、シートに負荷される機械的応力が低いことあるいはほとんど無視できること、によって、紙匹の破損に及ぼす影響を排除できる。表４にはシート組成、製造コストおよび投資コストを、異なる表面処理技術（例えばブレード法、ＭＳＰ法、スプレー法および乾式表面処理法）に対し比較して示す。将来の生産効率の向上に対するニーズと将来の原材料に対するコスト抑制ニーズが結びつくと、将来、乾式表面処理プロセスが有望視されることとなる。乾燥後プロセスと紙匹湿潤工程の撤廃の結果（表４）、正味の効率（例えば、操業休止、紙匹破損および完成不具合品量を全製品量から差し引いたもの）は著しく向上する。
【００５２】
表４には紙組成、製造コスト（原材料、エネルギーおよび効率）、および投資コストの点でのプロセス比較を示す。ブレード法およびＭＳＰ（メートルサイズプレス）法は産業界における標準方法の例として捉えることができる。スプレー（例えば非接触）法および乾式表面処理法は新しい方法である。
【００５３】
【表４】
2005519741.tif 000006
【実施例３】
【００５４】
ＬＷＣ紙を乾式表面処理プロセスで製造した。塗工用粉末は、主としてスチレン−ブタジエン（６０／４０ｗｔ％）からなる１０ｗｔ％より少ないポリマー結合剤を含む。ポリマー結合剤のガラス転移温度（Ｔｇ）は２０−４０℃である。ポリマー粒子の平均径は、安定な水溶液系分散剤中において０．１５μｍである。塗工用粉末の無機部分は３０ｗｔ％のカオリンと７０ｗｔ％のＧＣＣ（ＣａＣＯ３）からなる。無機材料の粒度分布に関しては、９０ｗｔ％の粒子が平均径２μｍより小さい。粉末のベースとなる塗工用材料は凍結乾燥処理で形成した。
【００５５】
乾式表面処理プロセスは１２０ｍ／ｍｉｎの速度で実施した。塗工用粉末は、圧縮空気を用いて紙匹の両面方向に塗布させた。電場は、紙匹が搬送される正および負の電極間で形成させた。塗工用粉末は最後の電場に搬送する前に予備帯電させた。塗工用粉末は電場により紙匹の両面に付着し、そのため、両面塗工が可能であった。圧縮空気は工程に戻し、再利用した。
【００５６】
紙匹の表面処理はハードロールを有するカレンダー内で仕上げ処理された。直線負荷は１５０ｋＮ／ｍでロール温度は２００℃であった。ハード金属ロールの表面粗さは少なくともＲａ＜０．１μｍであった。
【００５７】
ＬＷＣ紙と同様の特性を有する乾式表面処理紙が得られた。
【００５８】
本発明は上記の記載に限定されるものではなく、本発明は請求の範囲内で変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１ａ】本発明の乾式塗工シートを上部から見たＳＥＭ写真図である。
【図１ｂ】従来の塗工シートを上部から見たＳＥＭ写真図である。
【図２ａ】本発明の乾式塗工シートの断面ＳＥＭ写真図である。
【図２ｂ】従来の塗工シートの断面ＳＥＭ写真図である。
【図１ａ】
2005519741.tif 000007
【図１ｂ】
2005519741.tif 000008
【図２ａ】
2005519741.tif 000009
【図２ｂ】
2005519741.tif 000010
【国際調査報告】
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