(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維部が製紙繊維からなる紙匹の表面にコーティング粉末でコーティングを行う方法であって、
無機材料と高分子バインダー材料を含むコーティング粉末用の原料を選定するステップであって、前記高分子バインダー材料は、固有のガラス転移温度Tgと、動的弾性率とを有し、前記ガラス転移温度を超えると弾性平坦領域が現れ、前記動的弾性率は測定可能な弾性成分G’と測定可能な損失成分G’’からなり、前記弾性平坦領域において、損失係数G’’／G’は、最大でも前記ガラス転移温度での値の80%である、ステップ、
前記原料からコーティング粉末を形成するステップ、
紙匹を異なる電位の電極間で移動させるステップ、
電位差を利用して、前記紙匹の表面に前記コーティング粉末を付与するステップ、および、
前記高分子バインダー材料のガラス転移温度Tgを超える最大処理温度が得られるように調整された仕上げ処理プロセスにおいて、コーティングされた前記紙匹の表面を仕上げるステップ、
を有し、
前記高分子バインダー材料は、前記ガラス転移温度と前記最大処理温度の間にある、前記弾性平坦領域では、比G’’／G’が最大でも1を超えないように選定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記弾性成分G’は、前記最大処理温度よりも低い温度範囲では、少なくとも1.0×105Paであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記弾性平坦領域での損失係数は、最大でも前記ガラス転移温度での値の50%である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】
前記高分子バインダー材料は、架橋されていることを特徴とする請求項2に記載の方法。
【請求項５】
前記比G’’／G’は、一定であり、0.2乃至0.6の範囲に維持されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維部が製紙繊維からなる紙匹の表面にコーティング粉末でコーティングを行う方法であって、
無機材料と高分子バインダー材料を含むコーティング粉末用の原料を選定するステップであって、前記高分子バインダー材料は、固有のガラス転移温度Tgと、動的弾性率とを有し、前記ガラス転移温度を超えると弾性平坦領域が現れ、前記動的弾性率は測定可能な弾性成分G’と測定可能な損失成分G’’からなる、ステップ、
前記原料からコーティング粉末を形成するステップ、
紙匹を異なる電位の電極間で移動させるステップ、
電位差を利用して、前記紙匹の表面に前記コーティング粉末を付与するステップ、および、
前記高分子バインダー材料のガラス転移温度Tgよりも高い最大処理温度で処理するように調整された処理プロセスにおいて、コーティングされた前記紙匹の表面を仕上げるステップ、
を有する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
乾燥表面処理プロセスは、紙匹に乾燥コーティング粉末を設置する方法として知られている。コーティング粉末は、無機材料および高分子バインダー材料からなる。乾燥表面処理プロセスによるコーティングに関する問題は、プロセス処理時の高分子バインダー材料の挙動である。高分子の粘弾性特性は、温度および変形周波数に依存する。一方、高分子バインダー材料は、あるプロセス条件で軟化し、少なくとも部分的に膜を構成する必要がある。そうでなければ、粉末構成層の結合力およびその紙匹への密着力が不十分となるからである。また軟化高分子バインダー材料は、プロセス処理中、それと接触する対向表面には付着しないようにしなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の問題を解決するため、本発明では、紙匹の表面にコーティング粉末でコーティングを行う方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
高分子バインダー材料は、ガラス転移温度を超える温度における比G’’／G’が、最大でもガラス転移温度での比G’’／G’を超えないように選定されることに特徴がある。
【０００５】
弾性平坦領域における比G’’／G’が、最大でも1を超えない場合、高分子バインダー材料は、プロセス処理中に反対表面には付着しない。これにより、プロセス処理時のエネルギーおよびコストの削減ができる。低いガラス転移温度を有する高分子バインダー材料（換言すると、低い軟化温度を有する材料）を利用することができるからである。またプロセス処理の滞留時間が短くなる。
【０００６】
本発明は、乾燥表面処理プロセスに利用され、紙匹は、異なる電位の電極間を移動する。コーティング粉末は、紙匹の片側にある少なくとも1の電極によって電気的に帯電され、コーティング粉末の帯電粒子は、電場によって紙匹の表面に付与される。この電場は、紙匹の片側の電極と、紙匹の他の側の少なくとも1の電極との間に発生する。電極間の電位差は、反対極性を有する2電極によって、あるいは正または負のいずれかの電極とアース電極によって形成される。紙匹にコーティング層が形成された後、紙匹のコーティング表面は、高分子バインダー材料の少なくとも一部が溶融するような熱および圧力によって仕上げ処理される。仕上げ処理のステップでは、プロセスはその最大温度に達する。
【０００７】
熱的機械的処理の好ましい条件は以下の通りである：80-350℃の温度、25-450kN／mの直線負荷、0.1-100msの滞留時間（150-2500m／分の速度；3-1000mmのニップ長さ；ワンパス）。熱的機械的処理は、各種カレンダ法またはカレンダ法に類似の方法で実施される。これらの方法では、ロール間に形成されるニップ、あるいは2の対向表面の間に形成される実質的に長いニップが利用される。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）、カンデベルト方式のカレンダおよびスーパーカレンダである。
【０００８】
処理される連続紙匹の繊維部は、製紙繊維で構成される。本願では、製紙繊維という言葉は、木材から得られる繊維を表し、換言すると、機械もしくは化学パルプまたはそれらの混合物のいずれかの繊維を表す。
【０００９】
コーティング粉末は、無機粒子（例えばミル処理CaCO3、沈殿処理CaCO3、カオリン、タルク、TiO2等）と、高分子バインダー粒子を含む。高分子バインダー粒子に適した高分子材料は、例えばスチレン−ブタジエンまたはアクリレート共重合体である。高分子バインダー材料は、数種類の高分子で構成されても良く、その特性は変更されても良い。無機粒子および高分子バインダー粒子は、別個の粒子であっても良く、あるいは無機部分と高分子部分は、同じ粒子として一体化されても良い。材料粒子の平均径は、通常0.1-500μmであるが、1-15μmであることが好ましい。
【００１０】
コーティング粉末は、10.1-99.5wt%（乾燥重量）の無機材料からなり、残りは高分子バインダー材料であることが好ましい。コーティング粉末は、少なくとも70wt%の無機材料で構成されることが好ましく、少なくとも80wt%の無機材料で構成されることがより好ましい。コーティング粉末は、最大99wt%の無機材料で構成されることが好ましく、最大95wt%の無機材料で構成されることがより好ましい。
【００１１】
従来の高分子化合物にはアモルファス相が含まれており、ガラス転移の生じる既知のまたは固有の温度範囲が存在する。この転移領域では、温度上昇によって材料の機械的特性が変化し、通常ガラス状態から弾性のある状態に変化すると言われている。各種高分子には固有のガラス転移温度があるが、ガラス転移温度は、例えば測定方法に影響されるため、通常は静的状態において決定される。材料に動的変形が生じると、転移温度は高温側にシフトする。
【００１２】
材料の粘弾性挙動は、材料の流動性を決める。動的負荷の下での粘弾性材料の機械的特性は、動的弾性率の弾性成分および粘性成分によって表すことができ、例えばねじり変形モードでは、これらの成分は、剪断貯蔵弾性率G’および剪断損失弾性率G’’である。
【００１３】
比G’’／G’は損失係数と呼ばれ、通常、ガラス転移温度で最大となる。ガラス転移温度を超える温度では、弾性平坦領域と呼ばれる領域が現れる。この弾性平坦領域では、損失係数はあまり変化しなくなる。全般に弾性平坦領域における損失係数は、最大でもガラス転移温度での値の80%を超えることはない。通常は、ガラス転移温度での値の50％に相当する値を超えることはない。明確な融点Tmを持つ高分子バインダー材料の場合、弾性平坦領域は、ガラス転移温度と融点の間の範囲に認められる。明確な融点を持たない高分子バインダー材料の場合、弾性平坦領域は、単に弾性のある状態として認められる。
【００１４】
熱的機械的処理の仕上げステップでは、コーティング層の変形が生じる。コーティング全体の変形特性は、例えばバインダーの種類および量、添加剤ならびにバインダーと顔料の間の相互作用に影響を受ける。紙匹の負荷（例えば圧縮）が除去された場合、ある部分では変形が回復し、ある部分では変形が残る（恒久的な変化）。バインダーの比G’’／G’を測定することにより、変形応力の下で材料内に恒久的な変化が生じたかどうかの判断ができる。
【００１５】
乾燥表面処理プロセス段階での適切に選定された高分子バインダー材料の特性は、以下のようになる。すなわち、動的弾性率の弾性成分G’が十分に高い値に維持され、弾性平坦領域における比G’’／G’が、最大でも1を超えないとき、処理中に高分子バインダー材料が対向表面に付着することが生じなくなる。換言すれば、高分子バインダー材料の軟化温度以上では、弾性成分G’は損失成分G’’よりも大きく、あるいは少なくとも損失成分G’’と等しい必要がある。損失係数はほぼ一定であり、あるいはわずかに増大または減少する。高温かつプロセスに対応する条件で測定した場合、損失係数は一定であり、0.2-1.0の範囲にあることが好ましく、0.2-0.6の範囲にあることがより好ましい。高分子バインダー材料の弾性率（剪断貯蔵弾性率）は、熱的機械的処理に対応した一定条件下で測定した場合、少なくとも1.0×105Paであることが好ましい。通常このような高い弾性率を得るには、ある程度、高分子を架橋する必要がある。以上のように、高分子バインダー材料は、ガラス転移温度を超える温度における比G’’／G’が、最大でもガラス転移温度での比G’’／G’と等しくなるように選定される。ガラス転移温度は、損失係数と同じ条件で定められる。乾燥表面処理の仕上げステップに対応する測定条件では、弾性平坦領域における比G’’／G’は、最大でも1であることが好ましい。比G’’／G’は、高分子バインダー材料のガラス転移温度と最大処理温度の間の温度（コーティング材料における温度）では、最大でも1であることがより好ましい。
【００１６】
熱的機械的処理段階での粘弾性特性は、以下のようにASTM  D5279-01によって求めることができる。まず高分子バインダー材料から1乃至3mm厚さの薄膜を調製する。薄膜は、ねじり応力下に設置され、同時に特定の温度範囲に昇温される。粘弾性特性は、測定条件によって変化するため、それぞれの場合の測定条件を特定しておくことが重要である。使用温度範囲は、-30乃至130℃とし、昇温速度は3℃／分とした。使用周波数は、1Hzとした。ねじりを加えて、材料に（全範囲に対して）16%の歪となるように調整した剪断力を負荷した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
添付図面を参照して本発明を以下に詳しく示す。
【００１８】
図1には、剛性率の弾性成分G’を曲線Aで、また損失係数G’’／G’を曲線Bで示す。各曲線は、高分子バインダー材料の特性を示しているが、この結果から、本材料は、乾燥表面処理プロセスに用いることのできる特性を有する。弾性率は少なくとも1.0×105Paであり、損失係数は最大でも1である。本材料の固有ガラス転移温度は、24℃（静的状態での測定）である。ただし動的測定方法による影響により、ガラス転移温度を示す曲線BのピークBは、高温側にシフトしている。
【００１９】
図2には、剛性率の弾性成分G’を曲線Cで、また損失係数G’’／G’を曲線Dで示す。曲線は、高分子バインダー材料の特性を示しているが、この結果から、本材料は、乾燥表面処理プロセスに用いることのできる特性を有さない。温度が75℃を超えると、弾性率は1.0×105Pa以下となり、温度が110℃を超えると、損失係数は1を超える。材料の固有ガラス転移温度は、24℃である。この高分子バインダー材料では、プロセス期間中、表面に材料が固着するという問題が生じ易い。
【００２０】
本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ定められる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】温度の関数として弾性率と損失係数を示す図である。
【図２】温度の関数として弾性率と損失係数を示す図である。
【図１】
0004656943.tif 000002
【図２】
0004656943.tif 000003