JP2000314098A - 高光沢コーテッドペーパ - Google Patents

高光沢コーテッドペーパ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高速製紙機で製造できしかもキャストコーティ
ングされたペーパのような高光沢と高白色度の表面を得
ることができるコーテッドペーパとその製造方法の提
供。 【解決手段】高光沢と高白色度のコーテッドペーパはペ
ーパ基材の一面に水性コーティング配合物をコーティン
グするプロセスによって製造される。この水性コーティ
ング配合物は所定量の中空球状ピグメント或いは中実ビ
ーズピグメントプラスチックピグメントを含んでおり、
加熱ロールを有するスーパーカレンダ装置によって仕上
げ加工することでキャストコーティングされた面に匹敵
する光沢面を与えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は高光沢度及び白色
度を有するコーテッドペーパ製品とその製造方法に関す
る。特に、この発明は例えば感圧ラミネートの表面シー
トとして利用できるキャストコート面に匹敵する表面を
有するコーテッドペーパ製品に関する。また、このよう
な意図された用途に加えて、本発明の製品は真空蒸着や
フォイルラミネーティングやプリントのような他の様々
な印刷及び変換操作、セキュリティーラベル用途及び特
選品の包装さらには高級ギフトのラッピングやラベルに
適している。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】このよ
うなペーパ製品は過去においては専ら殆どキャストコー
ティングプロセスによって製造されていた。このような
キャストコーティングの際における光沢の発現は、適用
されたコーティングが乾燥されるときの乾燥ロール上で
鏡面状仕上げが写されることに依存する。しかしながら
キャストコーティングプロセスでの製造速度は高速製紙
機でのコーテッドペーパの製造速度よりもかなり遅い。
従って、ペーパにキャストコーテッド面をつくるのに利
用できる高速コーティングプロセスの開発が望まれてお
りまた有利である。従来のキャストコーティングプロセ
スの例は米国特許第4,241,143号及び第4,301,210号に開
示されている。
【０００３】高光沢度ペーパを製造するためのもう一つ
の方法が米国特許第5,360,657号に開示されている。こ
の特許においては、少なくとも８０゜Ｃの二次転移温度
を有し、かつ１００ミクロン以下の平均粒子径を有する
熱可塑性高分子ラテックスをぺーパに適用し、これを次
いでカレンダ加工して高光沢を出すプロセスが開示され
ている。高光沢ペーパを製造するための他の方法として
は予めコーティングされた基材上に光沢のあるオーバー
プリントワニスを適用するものがある。しかしながら、
後者の場合には出来上がった光沢のある表面は、インク
の乾燥時間が余計に必要となるのでオフセット印刷には
一般には利用できない。
【０００４】また、例えばＰＣＴ公開公報WO 98/20201
に開示されているように、少なくとも８０部の沈降炭酸
カルシウムと、少なくとも５部のアクリル酸スチレンコ
ポリマの中空球状プラスチックピグメントとからなるコ
ーティングをペーパに適用することによって高白色及び
高光沢を有する印刷ペーパを製造できることも周知であ
る。この公報においては光沢の発現を達成するにはカレ
ンダを用いた仕上げ段階が必要であるが、このカレンダ
方法は限定的なものとみなされるべきではないと述べら
れている。同様に、１９７６年７月５日発行の雑誌"PAP
ER"の第１８６巻第１号第35〜38頁における"Lightweigh
t Coated Magazine Papers"と題する論文には、カレン
ダ加工とコーティングにおけるプラスチックピグメント
の利用との関係が開示されている。この論文はポリスチ
レンのようなポリマは熱可塑性プラスチックであって感
圧性を有し、ポリスチレンベースのピグメントは高度の
カレンダ加工応答性を呈するであろうことを述べてい
る。
【０００５】１９７８年２月にTAPPIの第６１巻第２号
第45〜48頁に発表されたJ. Borch及びP. Lepoutreによ
る"Light Reflectance of Spherical Pigments in Pape
r Coatings"と題する論文、１９８０年５月にTAPPIの第
６３巻第５号第49〜53頁に発表されたB. Aluice及びP.
Lepoutreによる"Plastic Pigments in Paper Coatings"
と題する論文、及び１９８５年５月にTAPPIの第６８巻
第５号第102〜105頁に発表されたJ.E. Youngによる"Hol
low-Sphere Polymer Pigment in Paper Coatings"と題
する論文を含む上記及び他の公知文献は、いずれもペー
パーコーティングにおけるポリマーピグメントの利用を
認めているものであるが、以下で述べるような独特なコ
ーティング配合物と仕上げ条件の組合せはいずれにも開
示されていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は一般にコーテッ
ドペーパ製品とその製造方法に関する。特に詳しくは、
本発明は高速製紙機で製造できしかもキャストコーティ
ングされたペーパのような高光沢と高白色度の表面を得
ることができるコーテッドペーパ製品に関する。
【０００７】本発明を実施するためにここに開示するコ
ーティングは多量の熱可塑性プラスチックポリマラテッ
クスのビーズとともに、クレーや炭酸カルシウムのよう
な便宜的な無機質ピグメントを含んでいる。ビーズは中
空か中実の構造のいずれかのものである。これらのコー
ティングを未コートではあるが平滑化されたベース紙料
やプレコートされたベース紙料に適用すると、加熱ロー
ルを含むスーパーカレンダのようなカレンダ装置でコー
ティングされた面を仕上げることにより、高光沢と平滑
度を良好な印刷特性とともに得ることができる。
【０００８】本発明に好ましい高プラスチックピグメン
ト含有コーティングによって製造されたペーパは給紙リ
トオフセット印刷（litho offset)、フレキソ印刷、輪
転グラビア印刷及びウェブオフセット印刷（web offse
t)を含む便宜的な印刷方法を利用した印刷に適してい
る。
【０００９】本発明の高光沢コーティングはクレーや粉
砕または沈降炭酸カルシウム、二酸化チタン及び多量の
プラスチックピグメントのような標準的なコーティング
ピグメントからなっている。コーティング配合物におけ
るプラスチックピグメント成分は高光沢を達成するのに
重要な役割を有しているが、所望の仕上げペーパ特性に
貢献する同等の重要な要因はプラスチックピグメントを
含むペーパの表面積である。
【００１０】コーテッドペーパの表面のＳＥＭ（走査型
電子顕微鏡）マイクログラフをぺーパ表面のプラスチッ
クピグメント球について分析した。そして球の数を数え
てシートの総面積についての概略のパーセントを計算し
た。その結果によって、表面積のパーセントとしてのプ
ラスチック球面積に対するコーティング速度／コーティ
ング固形物の影響が示された。コーティング速度が増加
するにつれてより大きな表面積がプラスチック球で満た
され、より多くの光沢が発現することが示された。この
理由は明らかではないが、可能性のある一つの説明とし
ては、コーティング速度が速くなると乾燥がより強くな
り、乾燥の間にコーティングされた表面から水が運ばれ
るにつれて、プラスチックの球（水で充満されていると
きには均等な密度で、水が蒸発するにつれて密度が低下
する）がコーティングからコーティングされた表面に運
ばれるということがある。従って、目標とする光沢度を
達成するために、コーティングを適用する際の方法や速
度を考慮して、より少量のプラスチックピグメントを利
用することができる。
【００１１】加えて、プラスチックピグメントの寸法は
コーティング性能において光沢の発現に反する役割を果
たす。例えば、0.45ミクロン径の中実球状プラスチック
ピグメントにより得られるペーパ光沢は、表面積のパー
セントを考慮すると、中空球状プラスチックセグメント
で得られる光沢よりも劣る。このような非有効性は入光
やその後の散光に影響する球の直径や曲率に関連すると
考えられる。例えば、５個の0.45ミクロン径の中実球は
一個の1.0ミクロン径の中空球とほぼ同様な空間を占め
る。しかしながら、中空球はカレンダ仕上げにより平ら
になって複数の多くのフラット面をつくって、より有効
な光反射と光沢の発現を与えることができる。一方、0.
20ミクロン径の中実球状プラスチックピグメントを利用
すると、0.45ミクロン径の球よりもよりフラットな表面
に近づけることができる。なぜなら、約２５個の0.20ミ
クロン径の球は一個の1.0ミクロン径の中空球と同じ空
間を占めるからである。
【００１２】まとめとして、本発明の結果を達成するた
めの好ましいコーティング配合物は重量で46〜60％の炭
酸カルシウムと、0〜33％のコーティングクレーと、0〜
5.5％の二酸化チタンと、14〜35％のプラスチックピグ
メントとを有している。好ましいプラスチックピグメン
トはポリスチレン、アクリル酸及びメタクリル酸からな
るグループから選択される1.0ミクロンまでの径の粒子
寸法を有する中空球状プラスチックピグメントである。
しかしながら、0.20〜0.45ミクロン径の中実球状プラス
チックピグメントを中空球状ピグメントと置き換え或い
は所望により中空球状ピグメントと混合しても良い。
【００１３】ここで開示する高光沢コーテッドペーパの
製造において好ましい仕上げ段階はーパーカレンダ装置
を毎分約244〜853メートル（800〜2800 fpm）の範囲の
速度と、約37.7〜115.4゜Ｃ(約100〜240゜Ｆ）の温度に
加熱された一つもしくは複数のロールを用いて、約680
〜907 kg/linear 2.54 cm (約1500〜2000 pli）のカレ
ンダ負荷とで作動させることを含んでいる。しかしなが
ら、スーパーカレンダ装置で得られるものと同等な光沢
発現を光沢カレンダ(gloss calender）やソフトロール
カレンダ(soft roll calender）を適当な運転条件で作
動させることによっても得ることができることに注目す
べきである。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に本発明は以下の実施形態を参
照することでより十分に理解されるであろう。
【００１５】実施例１ 1.0ミクロンの径を有する中空球状プラスチックピグメ
ント(Rohm and Haass社製HP-1055）を７％〜３５％で含
むコーティングが4.54 kg/278.7m2(10.0 lb/rm)のプレ
コートを有するベース紙料とプレコートなしのベース紙
料とに適用された。コーティングは実験室のコーティン
グ機で毎分約30.48メートル(100 fpm)の速度で適用され
た。コーティングされたペーパサンプルが次いでスーパ
ーカレンダ仕上げされた。このペーパの光沢及び平滑度
のデータを表１に示す。4.54 kg/278.7m2(10.0 lb/rm)
のプレコートを有するサンプルはコーティング中のプラ
スチックピグメントが１４％以上で９１以上の７５゜ペ
ーパ光沢値を達成した。同じサンプルについて６０゜ペ
ーパ光沢値は６２〜７５であり、２０゜のペーパ光沢値
は３０〜３７であった。プラスチックピグメントのレベ
ルが増すにつれて、より低いコート重量で高い光沢値を
得ることができた。プリント光沢(print gloss)もコー
ティング中のプラスチックピグメントレベルが増加する
につれて増加した。プレコートなしのベース紙料につい
ては、７５゜ペーパ光沢値は８４〜９４のであり、６０
゜ペーパ光沢値は４８〜５８であり、２０゜ペーパ光沢
値は２０〜２４であった。仕上げ後の平滑度は予期して
いたとおりプレコートされたベース紙料よりも小さかっ
た。キャストコーティングされたコントロール品と比べ
て、光沢及び平滑度の値はそれらに匹敵し或いはそれに
優るものであった。
【表１】
【００１６】実施例２ 1.0ミクロン径の中空球ピグメントと0.45ミクロン径の
中実ビーズプラスチックピグメントとを用いて実験室で
の検討が行われた。パイロットコーティング機を用いて
コーティングを800 fpmで行い、毎分244メートル(800 f
pm)でスーパーカレンダ仕上げを行なった。ベース紙料
は高光沢のトップコーティングを行う前に3.99 kg/278.
7m2或いは0.90 kg/278.7m2(8.8 lb/rm或いは2.0 lb/rm)
のいずれかのコーティングでプレコートされた。これら
の結果が表２及び表３に示されている。スーパーカレン
ダ仕上げはこのトライアルでは強力には行われず、全体
として実施例１の場合よりも低い光沢値が得られた。こ
れらの両ベース紙料について、中空球状プラスチックピ
グメントをピグメント総量が１５％或いは２１％で用い
た場合（条件１，２及び３）のペーパ光沢、プリント光
沢及び平滑度はキャストコーティングされた例のもの以
上か或いは同等なものであった。中空球状ピグメントに
匹敵するレベルの重量パーセントで0.45ミクロン径の中
実ビーズピグメントを追加して利用した場合（条件４，
５及び６）のペーパー光沢は中空球状ピグメントのデー
タ及びキャストコーティングのデータの両者よりも低い
ものであった。しかしながら、プリント光沢や平滑度は
同等であった。中空球と0.45ミクロン径の中実球状ピグ
メントとの混合物を利用すると（条件７及び８）、中空
球状ピグメントだけを利用した場合と同等な性能が得ら
れた。
【表２】
【表３】
【００１７】実施例３ 0.20ミクロン径と0.45ミクロン径の中実球状プラスチッ
クピグメントの比較を行なった。0.45ミクロン径のピグ
メントの有効性を改善するためにコーティングピグメン
トの重量パーセントを４０％まで増加させた。表４は４
０％でも0.45ミクロン径のピグメントは光沢の発現に効
力がなかった。しかしながら、0.20ミクロン径のビーズ
を４０％まで加えると同表４に示すように８８の７５゜
ペーパ光沢値が得られた。
【表４】
【００１８】実施例４ 中空球状プラスチックピグメントを約２０％含む高光沢
ペーパコーティングが市販の高速コーティング機を用い
て毎分762〜823メートル（2500〜2700 fpm)で適用し
た。１０回のトライアルで、ペーパは広範囲の条件にわ
たってスーパーカレンダー仕上げされた。カレンダ速度
は毎分305〜427メートル（1000〜1400 fpm）の範囲であ
り、加熱ロールの内部温度は37.7〜115.4゜Ｃ（100〜24
0゜Ｆ）であり、カレンダの負荷は680〜862 kg/linear
2.54 cm（1500〜1900 pli）の範囲であった。典型的な
結果が表５に示してある。得られたペーパ光沢と平滑度
はキャストコーティングされたシート以上かまたはそれ
に匹敵しうるものであった。
【表５】
【００１９】従って、本発明のコーテッドペーパ製品は
既存の高速製紙機で従来のプロセスを利用して製造でき
ることが理解されよう。コーティングに対するプラスチ
ックピグメントの好ましい効果は約１４〜３５％を加え
た範囲内で生じる。最も好ましい効果は約1.0ミクロン
径の中空球状プラスチックピグメントを利用することで
得ることができる。この製品の光沢の発現はカレンダプ
ロセスの間にプラスチックピグメント粒子が他に存在す
るピグメント粒子の間で平らになることで達成される。
【００２０】一般に従来の技術ではペーパコーティング
におけるプラスチックピグメントの利用は開示されてい
るが、本発明の結果を得るに要するような多量の利用は
開示していない。このようなピグメントはコストの配慮
と、ピグメントの利用にあたって遭遇するレオロジー的
問題との理由で、過去には控えめにしか利用されてこな
かったものと推測される。本出願人はそれにもかかわら
ずこれらの問題を克服して従来のキャストコーティング
された製品に匹敵する製品を創造したものである。
【００２１】以上、実施例において本発明の好ましい形
態を説明したが、当業者にはこれらの様々な変形が明白
であろう。つまり、本発明は説明した実施の形態に限定
されるものではなく、特許請求の範囲に限定した本発明
の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更をなし
うるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】コーティング中のパーセントプラスチックピグ
メントに対するプラスチックピグメントを含むパーセン
ト表面積を示すグラフである。
フロントページの続き (72)発明者 エリック・ディー・ジョンソン アメリカ合衆国 21530 メリーランド, フリントストーン，ウィロウ・クリーク・ ファーム・レーン・ノース・イースト 19101 (72)発明者 ジェームズ・イー・シュルツ アメリカ合衆国 26726 ウェスト・バー ジニア，キーザー，アール・ディー５ ボ ックス 179

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水性のコーティング配合物の約2.72〜8.
    16 kg/278.7 m2（約6〜18 lbs/ream)（ream寸法は278.7
    m2 (3300 sq.ft））の乾燥残留物を少なくとも一つの
    面に適用したコーテッドペーパであって、前記コーティ
    ング配合物は重量で約0〜33％のコーティングクレー
    と、46〜60％の炭酸カルシウムと、中空球状ピグメント
    及び中実ビーズピグメントからなるグループから選択さ
    れる約14〜35％のプラスチックピグメントと、重量で約
    10〜12部のバインダと、約45〜60％の固形分を有するコ
    ーティング配合物を提供するに十分な量の水とを有し、
    当該コーテッドペーパは少なくとも約９０の値の７５゜
    ペーパ光沢と、少なくとも約５５の値の６０゜ペーパ光
    沢と、少なくとも約３５の値の２０゜ペーパ光沢と、約
    0.44〜0.65のパーカープリント面値(Parker Print Sur
    f)を有するコーテッドペーパ。
  2. 【請求項２】 高光沢及び白色度を有するコーテッドペ
    ーパを製造するための方法であって、 （ａ）少なくとも約18.14 kg/278.7 m2（約40 lbs/rea
    m)（ream寸法は278.7 m 2 (3300 sq.ft））のベース重量
    を有するペーパ生材料を選択する段階と、 （ｂ）段階（ａ）のペーパ生材料の少なくとも一面に、
    ピグメント含有水性コーティング配合物を一層もしくは
    それ以上の層で適用する段階と、 （ｃ）段階（ｂ）のコーテッドペーパをスーパーカレン
    ダ装置において約680〜907 kg/linear 2.54 cm (約1500
    〜2000 pli）の負荷で複数のニップを通すことにより仕
    上げを行う段階とを有し、 前記層のうち最終層は中空球状ピグメントと中実ビーズ
    ピグメントからなるグループから選択されるプラスチッ
    クピグメントを重量で約14〜35％含み、前記ニップの少
    なくとも一つはペーパのコーテッド面に接する約37.7〜
    115.4゜Ｃ(約100〜240゜Ｆ）の表面温度の加熱ロールを
    有する方法。
  3. 【請求項３】 高画質図形のプリントに適した高光沢及
    び高白色度のペーパであって、その少なくとも一つの面
    はコーティング配合物の約2.72〜8.16 kg/278.7 m2（約
    6〜18 lbs/ream)（ream寸法は278.7 m2 (3300 sq.f
    t））の乾燥残留物を有しており、前記コーティング配
    合物はコーティングクレーと炭酸カルシウムとプラスチ
    ックピグメントとを含んでおり、前記プラスチックピグ
    メントは本質的に約0.2〜1.0ミクロンの範囲の寸法の中
    空球状及び／もしくは中実ビーズ粒子からなっており、
    プリント面の少なくとも約18％が、少なくとも約９０の
    値の７５゜ペーパ光沢と、少なくとも約５５の値の６０
    ゜ペーパ光沢と、少なくとも約３５の値の２０゜ペーパ
    光沢とが得られるようなプラスチックピグメントを有し
    ているペーパ。
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