高品質ダブル塗工紙生産のコスト削減コンセプト第2部 GuillermoBluvol, ブレード－ブレード塗工システム PeterDahlvik Omya, Research & Technology Services, CH-4665, Oftringen, Switzerland Alexander Hipp, Pekka Salminen Dow Europe S.A., CH-8810 Horgen, Switzerland Greg Welsch The Dow Chemical Company, 1604 Building, Midland, Michigan 48674, USA 要約この研究はダブル塗工でのコストと品質の最適な研究を紹介します。コンセプトは非常に高い固形分濃度で通常より高い量を下塗りに応用する事に基づいています。ー濃度は塗工で不動化点を早め、バインダーの削減を可能にします。高いカラ更に、紙表面で優れた被覆性と均一性が得られ、より高品質でコストの高いトップコートの量の削減を可能にします。簡単でコストの安い下塗りの部分を増やす塗工量の配分の変化は重要なコスト削減を意味します。トップコートでの新しいラテックスの使用は適切なインクと塗料の相互作用を提供します。カラーでの低濃度の構成要素の削減によって得られる下塗りでの高濃度コンセプトは塗工強度と他の物性に積極的なインパクトを持つ事が紹介されています。パイロットコーター試験とミルトライアルに基づいて、このコンセプトは最終紙物性とコーターのランナビリティーに関して現在の一般的な方法と比較しました。安価な下塗り部分を増やす事でコスト削減は乾燥エネルギーの削減により更に完全になり、コスト削減の更なる追加、或いは乾燥に成約がある場合、塗工速度を上げる事に転化されます。関係する製造コストの定量化（塗料配合と乾燥エネルギー）が提案されたコンセプトでかなりの潜在的削減を示します。紹介上質高級塗工紙の製造での標準的なやり方は 2 つの方法で行われています。北米では主にシングル塗工で欧州では多層塗工です。を踏襲しています。アジアでの新しい需要は一般的に欧州の傾向原材料コスト、生産性、工場での効率或いは市販パルプ、研究開発費、資本コストのような経済的要因は品質評価と同様それぞれの市場がどの方法を採るかを決定します。多層塗工の技術は業界では良く知られており、出版物でも紹介されています。表面物性の改善と並んで多層塗工での原料のコスト削減はベースコートでの簡単で安価な配合の使用から起こり、シングル塗工の効果な要素の量を削減します。更に、高い塗工量は通常同じ重量を維持するのに必要な高価なパルプの量も削減します。世界的な生産過剰は成熟した激しい競争市場での需給のインバランスをもたらしています。急速で確実な生産コスト、エネルギーコスト、原材料コストの上昇は塗料配合を最適に導き、大きな改善の余地は少なくなっています。コストをコントロール或いは削減する第一義の解決とコンセプトは必須であり、利益を守る為には最善の回答です。この研究はダブル塗工紙生産で表面品質を維持或いは改善し、且つコスト削減のコンセプトを紹介します。コンセプトはトップコートに新しい高強度ラテックスを使用し、水溶性のバインダーを削減する事で、固形分濃度を最大にする事に関して下塗りを調整する事に基づいています。更に、全体の塗工量は一定にして下塗りとトップコートの間の塗工量の変更の効果も評価されています。その結果は簡単な下塗りの部分を増やす事で比較の品質がよりコスト効果のあるシステムを作り出し、導く事を示しています。更に、この今までにないアプローチは全体の品質を高める為にトップコート配合により良い性能の顔料或いはラテックスを使用する事への関心を集めています。この研究では新しいラテックス技術がインクと塗料の相互作用を改善する為、トップコートに使用されました。現在の研究はダブルコーティング上質塗工光沢紙に集中していますが、コンセプトはマット、シルク、ダブル塗工板紙にも適用されます。実験この研究はパイロットコーターでのもので、パイロットコーターとミル規模トライアルで塗工した紙に商業印刷に基づいています。 58g/㎡の上質紙が使用されます。パイロットトライアルでは表面サイズされた紙は下塗り、トップコート共に硬いブレードで 1200m/min の速度でジェットアプリケーションを使って塗工されました。紙は総てのパイロットトライアルに同一条件でスーパーカレンダー処理されました。下塗り最適化（パイロットトライアル PartA）研究の最初の部分では、下塗りでの乾燥固形分が評価された。３つの異なった固形分で３つのラテックス水準が続けて一定のトップコートに用いられた。 8 部、6 部、4 部の異なったラテックスで 3 つのグループで紙が下塗りされました。低剪断力粘度を一定にする為、合成増粘剤が使用されました。各グループ内の固形分濃度は 73、70、67％と変化します。下塗り塗料の他の総ての要素は一定です。（第 1 表）下塗りの塗工量は総て片面 15g/㎡です。その上に片面 8g/㎡の一般的な光沢グレードのトップコートが塗られました。配合は GCC95 80、微分クレー 20、SB ラテックス 10、 PVOH 0.4、CMC 0.35、OBA 0.6、でスーパーカレンダー処理しました。 FS （フィージビリｔｈ－スタディー）（パイロットトライアル Part B）研究の第 2 部では、コンセプトの実用が下塗りで高い固形分濃度で高い塗工量を用いバインダー水準を下げる事が示されました。度のラテックス技術を紹介します。トップコートが低塗工量で塗られ、新しい高強紙はスーパーカレンダー処理され、商業シートフェドオフセット印刷されました。第 2 表は FS で使用された配合です。 P1 は標準の下塗り塗料で業界でごく一般的に使われているシステムです。塗工量は片面 12g/㎡で固形分濃度は 67％です。 P2 と P3 は最適のコンセプトの下塗り塗料で、スターチレベルが５から２部に下げられ、片面 15g/㎡で 73%濃度で塗られました。 T1 は P1 の上に塗られ、SB ラテックス 10 部で片面 11g/㎡で塗られました。 T2 は P2 の上に塗られ SB ラテックス 12 部で片面 8g/㎡が塗られました。 T3 は P3 の上に塗られ 10 部の新しい SB ラテックスが使われ、片面 8g/㎡が塗られました。総てのトップコートの固形分は 68%です。ミルトライアル工業的な実験が提案されたコンセプトの潜在性を評価する為に、また、長時間規模で生じる可能な問題を見つける為に実施されました。トライアルは欧州のダブル塗工上質紙の重塗工の生産者で行われました。塗工機は４ブレードステーション付きオフラインコーターで塗工速度は 600m/min で下塗り、トップコート共にベントブレードを使いました。原紙は 178g/㎡で仕上がりは 250g/ ㎡です。マットとグロスの両グレードが生産されました。第 3 表は実験のパラメーターです。塗工量は下塗りで片面 16 から 22g/㎡に増やし、トップコートは片面 16 から 10g/㎡に減らしました。下塗りでの目標固形分濃度は 72%ですが、顔料スラリー濃度の関係から、71%にしか到達できませんでした。ブレードのセッティングはトップコートでは僅かに高いブレード負荷が必要とされますが、下塗りではほとんど同じ状態を示しました。値はなお比較的低い（低マシンスピード）。 0.5mm のブレード厚がトライアルでは殆ど理想的ですが、トライアルの時点ではそのようなブレードが得られませんでした。結果と考察パイロットトライアル Part A – 下塗り PPS 値は紙の平滑性で適用した濃度の顕著な効果を示しています。総ての３つのグループで高濃度で塗工された紙のラフネスが低くなっている事をしめしており、見事な相関関係が見られます。（図１） IGT テスターによる表面強度に関する下塗りサンプルの評価はドライピック値がカラーの濃度とラテックス水準の両方に関係がある事を示しました。表面強度の低下は低ラテックス水準で観察されましたが、高濃度での下塗りが表面強度で有利であるのは明らかです。（図２）パイロットトライアル Part A – トップコート高濃度下塗りの紙でトップコートされた紙の高いシートグロスの傾向は僅かですが明らかです。（図３） IGT のドライピックで評価された表面強度は３つのグループで高濃度下塗りの場合より高いピック抵抗への濃度の傾向が示されていました。パイロットトライアル Part B– Feasibility Study (FS) －下塗り PartA で下塗りされた紙に関して PPS ラフネスは高濃度の下塗りで高塗工量の方が低かった（図５）。 IGT でのドライピック抵抗は P2,P3 の下塗りはかなり高濃度だけれど 3 部のスターチ減で僅かに下がっています。（図６）この結果はある程度はラフネスの違いで偏っており、同じ実際の強さで粗い表面が平滑な物より IGT ドライピックで高い値を示す。パイロットトライアル Part B– Feasibility Study (FS) －トップコートトップコートでドライピック強度の結果は T1 で 10 部に代えて 12 部という高レベル、T3 では新しいラテックスで同レベル（10 部）、T2,T3 のトライアルで高い値を示した。（図７）これらの結果はインクタック測定で確認された。このテストの”pass to failure”は T2 と T3 が僅かに高かった。（図８）第 4 表はトップコートに新しいラテックス技術を使った最適化されたコンセプトと従来の手法との主な違いのまとめです。“↑”は性能向上を示し、“↓”は性能低下、”0”は変化無しを意味します。提案されたコンセプトには不透明性で僅かに利点が認められ、白色度には変化はありません。僅かに白紙光沢が高くなる傾向が認められます。また、ラボでも商業印刷でも顕著な印刷光沢の上昇を認めており、ラボでは表面強度の向上とモトリングの減少も確認しています。予想しましたように、下塗りでのスターチの減少が提案しましたコンセプトで僅かに剛性が下がっています。パイロットコーターランナビリティー 1200m/min でのコーターのランナビリティーは総てのトライアルポイントで何ら問題はありませんでした。図９はブレード負荷が下塗り、トップコート共に提案したコンセプトでは幾分高くなっていました。通常範囲内です。然し、この差は警告ではなく、ブレードセッティングが乾燥需要一見したところ、高い下塗り（15 vs 12g/㎡）高い乾燥容量を要求しているように見えます。濃度での上昇（73 vs 67%）は、図 10 で示されていますように実際は低い乾燥需要を意味します。パイロットトライアル Part B– コスト評価第 5 表は P1/T1(標準手順)と T1/T3(新しいラテックスを含む最適コンセプト)を比較した場合の塗工材料と乾燥エネルギーのコスト定量化を示しています。使用される材料には平均市場価格が適用され、塗工量の異なった比率は塗料コストを見積もる為に考慮されました。トップコートでの新しいラテックスとの最適コンセプトで、6.4%のコスト削減が塗工顔料で計算されました。このコストの利点は新しいラテックスがこの計算で高い価格として計算して得られたものです。配合コストに加えて、両方のシステムでの乾燥需要の差もまた定量化し、紙が要求するｋ Wh/ton に換算して計算されました。乾燥エネルギーで潜在的には 12%の節約が最適コンセプトでは得られます。バインダーレベルと塗工量の配分に基づいて標準の紙 P1/T1 が既に全く最適のシステムであると言う事ができます。ミルトライアルグロスとマットのミルトライアルから総てのサンプルのラボ評価は表面物性での重要な違いを明らかにしませんでした。紙はまた印刷プレスランナビリティーや、印刷品質に関して大きな違いも無く印刷されました。コスト削減の見積りは、塗工材料で 13%、乾燥エネルギー全体で 10%の削減を示しています。（第 6 表）結論この研究はダブルコーティングでのコスト/品質のコンセプトを提案しています。コンセプトは下塗りで可能な最も高い濃度とその結果潜在バインダーの削減、最適塗工量分布と、インクと塗料の相互作用を改善したトップコートに新しい高強度のラテックスを使用する事です。パイロットスケールでこのコンセプトを行い、ミルスケールでこのコンセプトを証明する事で次の利点が確認されました。  塗工材料の大幅な削減（6.4%或いは実機の場合それ以上）  乾燥エネルギーで大幅削減(12%)  紙の品質は維持或いは向上提案しましたコンセプトの予想される欠点は僅かに紙の剛性が落ちる事（主に軽量紙）と塗工量の調整の為に僅かにブレード負荷がかかる事です。塗工量の比率を変える可能性は多層塗工では更に可能性は高くあり、そこから更に多くの利点が得られると説明しています。潜在的なコスト削減は各々の塗工層の特定の性能を最適にする夫々の評価を管理する為に強いインセンティブであるべきです。