紙又は板紙の製造装置及びこれを用いた製造方法
【課題】サイズ処理時の湿紙含水量の最適値を見出すことによって、サイズ処理の効果を高めるとともに、湿紙含水量を考慮したサイズ処理を行なうことによって、紙又は板紙の製造工程の簡略化と低コスト化を可能にする。
【解決手段】紙又は板紙の抄紙工程中に湿紙の少なくとも一方の表面にサイズ液を塗布するサイズ処理装置を備えた紙又は板紙の製造装置において、紙又は板紙の抄紙工程中のドライヤパートＣ又はその下流側に、湿紙４の含水量が１０〜２５重量％となる領域にサイズ処理装置Ｄを設置した。
【解決手段】紙又は板紙の抄紙工程中に湿紙の少なくとも一方の表面にサイズ液を塗布するサイズ処理装置を備えた紙又は板紙の製造装置において、紙又は板紙の抄紙工程中のドライヤパートＣ又はその下流側に、湿紙４の含水量が１０〜２５重量％となる領域にサイズ処理装置Ｄを設置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙又は板紙の抄紙工程中に湿紙に対するサイズ処理工程を含む紙又は板紙の製造装置及びこれを用いた製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紙又は板紙の抄紙工程を以下簡単に説明する。原料調成工程で、叩解、薬品配合の終わった紙料は、抄紙工程では、濃度０．５〜１重量％前後に調整されてワイヤーパート（紙層形成部）に噴出され、ワイヤーパートで脱水、繊維配向が行なわれて紙層が形成される。ワイヤーパートを出たところで２０重量％程度の紙料濃度（水分８０重量％程度）となり、次のプレスパート（湿紙搾水部）で湿紙はプレスロールとフェルトとの間で圧搾・脱水され、さらにドライヤパート（湿紙乾燥部）で含水量が５〜８重量％くらいまで乾燥され、紙になる。
【０００３】
なお、板紙とは、木材化学パルプ、砕木パルプ、わらパルプ、古紙などを配合した厚い紙の総称であり、主に段ボール原紙や包装紙等に使用される。一般には多層抄きで製造され、積層紙となるが、単層抄きのものも含める。
【０００４】
ドライヤパートの後でサイズ処理が行なわれる。サイズ処理とは、紙表面にサイズ剤、例えば、澱粉、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ポリアクリルアミド等を塗布し、紙表面の印刷特性、例えば、インキの滲み防止、繊維逸脱抑制（湿紙表面からの繊維の脱落を抑制する）等の向上を図る処理方法である。サイズ剤の塗布方法は、通常、湿紙をサイズ液が塗布されたロール間を通したり、あるいはスプレー等で塗布されたりする。サイズ処理の後で後乾燥処理が行なわれ、その後、巻取りリールに巻き取られる。
【０００５】
サイズ処理は、湿紙の含水量が多く、強度が低いところで行なうと、湿紙が破断するおそれがある。また、サイズ処理はなるべく均一な水分分布の湿紙に行なったほうが均質な効果が得られるので、従来は、ドライヤパートでの乾燥処理後に行なうというのが基本的なやり方であった。従って、従来は湿紙含水量が高々８重量％の領域でサイズ処理が行なわれていた。このように、従来は、乾燥後の湿紙にサイズ処理を行なうため、湿紙への浸透性を良くするために、サイズ液の濃度は１０重量％程度以下の低濃度のサイズ液を塗布していた。
【０００６】
特許文献１（特表２００４−５３３５６３号公報）には、サイズ液の濃度を１５〜４０重量％とし、湿紙の片面で５ｇ／ｍ２以下、両面で１０ｇ／ｍ２以下のサイズ液を塗布するサイズ処理方法が開示されている。この方法は、それまで行なわれていたサイズ処理で使用されるサイズ液よりも高い濃度のサイズ液を使用し、製造された紙又は板紙の表面強度を向上させ、曲げ剛性を増加させるとともに、サイズ処理後の後乾燥ラインを短縮し、低コストとすることを意図している。
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５３３５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のサイズ処理は、ドライヤパートでの乾燥処理後に行なうという従来の基本的なやり方を踏襲し、サイズ液の濃度及びサイズ剤の塗布量のみに着目しており、湿紙の含水量については全く記述されていない。言い換えれば、特許文献１に開示されたサイズ処理方法は、サイズ処理時の湿紙の含水量の影響は全く考慮されていない。また、その他の文献にもサイズ処理時の湿紙の含水量の影響に着目した記述は見当たらない。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、サイズ処理時の湿紙の含水量を検討し、サイズ処理時の湿紙含水量の最適値を見出すことによって、サイズ処理の効果を高めるとともに、湿紙含水量を考慮したサイズ処理を行なうことによって、紙又は板紙の製造工程の簡略化と低コスト化を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明の紙又は板紙の製造装置は、紙又は板紙の製造ライン中で湿紙の少なくとも一方の表面にサイズ液を塗布するサイズ処理装置を備えた紙又は板紙の製造装置において、
紙又は板紙の抄紙工程中のドライヤパート又は該ドライヤパートの下流側に、湿紙の含水量が１０〜２５重量％となる領域に前記サイズ処理装置を設置したものである。
【００１１】
本発明者等は、サイズ処理を行なうときの湿紙含水量の影響を広範な試験を行なって把握し、サイズ処理時の湿紙含水量がサイズ処理による湿紙の強度等に大きく影響することを見出し、湿紙含水量との関係で最良のサイズ処理手段を見出したものである。即ち、湿紙含水量が１０〜２５重量％の領域でサイズ処理することで、１０〜２５重量％という高濃度のサイズ液を用いても、従来よりサイズ処理による効果を向上できることを見出した。
【００１２】
本発明装置では、かかる新たな知見に基づいて、紙又は板紙の抄紙工程中のドライヤパート又はその下流側であって、湿紙の含水量が１０〜２５重量％となる領域にサイズ処理装置を設置したものである。これによって、湿紙の水分量が１０〜２５重量％の高含水量のときにサイズ処理を行なうため、湿紙に塗布するサイズ液の濃度を、従来の１０重量％程度以下から１０重量％以上に高めても、サイズ液の浸透性を向上することができる。そのため、湿紙の単位面積当りのサイズ剤量を増加できるとともに、サイズ液が湿紙の奥深くに浸透するので、製造された紙又は板紙の断面方向に沿って均一に強度を増大させることができる。
【００１３】
また、湿紙に塗布するサイズ液の濃度を増大できるので、サイズ処理以後の乾燥負荷を低減でき、そのため、サイズ処理以後の乾燥負荷を低減でき、省エネを達成することができる。また、サイズ液の塗布濃度を従来より１．５倍以上にできるので、サイズ液貯留設備及び輸送設備を１／１．５倍にサイズダウンすることができる。
【００１４】
サイズ液を塗布する時の湿紙含水量は、湿紙の搬送方向の強度に影響するが、本発明では、湿紙含水量を２５重量％以下に抑えることで、湿紙の強度低下を最小限に抑えることができる。従って、サイズ処理時の断紙等の発生確率を増加させる心配はない。
【００１５】
本発明装置において、サイズ処理装置の抄紙工程上流側に湿紙の含水量を検出する水分検出装置を備えるようにするとよい。サイズ処理装置の上流側で、該水分検出装置によって湿紙の含水量を検出することによって、サイズ処理装置に到達する湿紙の含水量を予測することができ、これによって、前記範囲の含水量の状態でのサイズ処理を可能とする。該水分検出装置として、例えば、赤外線やマイクロウェーブを用いた検出装置を適用することができる。
【００１６】
また、水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいてサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量が前記範囲の含水量となるようにプレスパートのプレス装置の線圧を調整するコントローラを備えるようにするとよい。これによって、前記範囲、即ち、１０〜２５重量％の含水量の領域でサイズ処理を確実に行なうことができる。
【００１７】
あるいは、該水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいてサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量前記範囲の含水量となるように、サイズ処理装置の上流側に設けられたドライヤパートのドライヤロールに供給する加熱用蒸気の蒸気圧又は蒸気量を調整するコントローラを備えるようにしてもよい。かかる手段によっても、前記範囲の含水量の状態でのサイズ処理を確実に行なうことができる。
【００１８】
また、本発明の紙又は板紙の製造方法は、
サイズ処理装置の抄紙工程上流側に設けられ湿紙含水量を検出する水分検出装置と、該水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいて、プレスパートのプレス装置の線圧を調整するコントローラ、又はサイズ処理装置の上流側に設けられたドライヤパートのドライヤロールに供給する加熱用蒸気の蒸気圧又は蒸気量を調整するコントローラとを用い、該コントローラによってサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量を１０〜２５重量％に調整するとともに、該サイズ処理装置により濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を湿紙に塗布するものである。
【００１９】
本発明方法により、サイズ液の湿紙への浸透性を向上することができ、そのため、サイズ液が湿紙の奥深くに浸透するとともに、湿紙の単位面積当りのサイズ剤量を増加できるので、製造された紙又は板紙の断面方向に沿って均一に強度を増大させることができる。
また、湿紙に塗布するサイズ液の濃度を増大できるので、サイズ処理以後の乾燥負荷を低減でき、そのため、サイズ処理以後の乾燥負荷を低減でき、省エネを達成することができる。
【００２０】
本発明方法において、サイズ液を湿紙に塗布する手段として、例えば、従来公知の手段であるサイズ液転写プレスロールやスプレー塗布を用いることができる。これらの手段を用いて、湿紙の片面又は両面にサイズ液を塗布する。
【００２１】
また、本発明方法において、好ましくは、湿紙に対するサイズ液の塗布量を５〜２０ｇ／ｍ２とするとよい。本発明方法では、湿紙含水量が１０〜２５重量％と従来と比べて高い含水量のときにサイズ液を塗布するので、サイズ液の浸透性が良い。そのため、サイズ液の塗布量を従来より多い５ｇ／ｍ２以上としても、サイズ液が湿紙の内部に深く浸透する。これによって、紙の断面方向全幅に亘って均一に強度を高めることができる。なお、サイズ液の塗布量を２０ｇ／ｍ２より多くしても、それ以上サイズ処理の浸透性は向上しないので、製造された紙の強度等もそれ以上増大しない。また、コスト面を考えると、サイズ剤の塗布量は２０ｇ／ｍ２以下とするのがよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明装置によれば、紙又は板紙の抄紙工程中のドライヤパート又は該ドライヤパートの下流側に、湿紙の含水量が１０〜２５重量％となる領域にサイズ処理装置を設置したことにより、サイズ液を湿紙の内部に深く浸透させることができるので、従来よりインキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果のみならず、特に湿紙の強度を向上させることができる。
【００２３】
本発明方法によれば、サイズ処理装置の抄紙工程上流側に設けられ湿紙含水量を検出する水分検出装置と、該水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいて、プレスパートのプレス装置の線圧を調整するコントローラ、又はサイズ処理装置の上流側に設けられたドライヤパートのドライヤロールに供給する加熱用蒸気の蒸気圧又は蒸気量を調整するコントローラとを用い、該コントローラによってサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量を１０〜２５重量％に調整するとともに、該サイズ処理装置により濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を湿紙に塗布するようにしているので、サイズ液を湿紙の内部に深く浸透させることができるので、従来よりインキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果のみならず、特に湿紙層内部強度を向上させることができる。
【００２４】
さらに、該コントローラによって、サイズ処理装置に到達した湿紙の含水量を確実に１０〜２５重量％の範囲に調整することができ、この含水量を有する湿紙に濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を塗布するようにしているので、サイズ処理による効果を確実に発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態）
【００２６】
図１は本発明が適用された抄紙機の系統図である。抄紙機にあっては、主としてフォーマパート（紙層形成部）Ａ、プレスパート（湿紙搾水部）Ｂ及びプレドライヤパート（湿紙乾燥部）Ｃを備えており、濃度が約０．９重量％のパルプ原料１がヘッドボックス２の開口部からワイヤ幅方向に均一な噴流としてフォーマパートＡのワイヤ３上に噴出される。
【００２７】
フォーマパートＡでは、パルプ原料１が重力及び負圧によりワイヤ３の網目を通過して脱水され、ワイヤ３上には湿紙４が形成される。この湿紙４は、フォーマパートＡで濃度が約１８重量％になるまで濃縮された後に、次工程のプレスパートＢに移送される。
【００２８】
プレスパートＢでは、湿紙４が上下のフェルト５ａ、５ｂ間に挟み込まれ、あるいはフェルト５ｂ上に乗せられて、複数段に配置されたプレスロール６のニップを通って加圧されることにより搾水される。搾水された湿紙４は、プレスパートＢで４０〜５０重量％程度まで濃度が上げられ、その後、次工程のプレドライヤパートＣに移送される。
【００２９】
プレドライヤパートＣでは、蒸気が供給され蒸気で加圧された複数のドライヤロール７の表面に湿紙４が押し付けられる。このため、湿紙４に含まれる水分が蒸発して除去され、湿紙４は乾燥した紙となる。この紙が下流側に設置したリール８に巻き取られる。
プレドライヤパートＣの下流側にはサイズプレス部（表面処理部）Ｄが設けられ、サイズプレス部Ｄには、一対のサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂが設けられている。湿紙４が該プレスロールを通ることによって、湿紙４の表裏面にサイズ液が塗布される。これによって、抄造後の紙にインキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果が付与されるとともに、紙の強度を増大させることができる。
【００３０】
サイズプレス部Ｄの下流側にはアフタドライヤパートＥが設けられており、アフタドライヤパートＥには蒸気で加熱加圧されたドライヤロール７が設けられており、ここで、サイズ液が塗布された後の湿紙４を乾燥する。
【００３１】
次にサイズプレス部Ｄの構成を図２に基づいて説明する。図２において、軸芯が水平方向に向けられた一対のサイズ液転写プレスロール１１ａ、１１ｂが配置されている。固定台１２の水平面には、サイズ液転写プレスロール１１ａの図示しない回転軸を回転可能に支持する軸受部１３が固定されているとともに、サイズ液溜め１４ａを支持するブラケット１５ａが回転軸１５ｃを中心に回動可能に取り付けられている。
【００３２】
固定台１２とブラケット１５ａとの間には油圧シリンダ１６ａが架設され、該油圧シリンダ１６ａによって、サイズ液溜め１４ａ及びブラケット１５ａは、矢印ａ方向に移動可能に構成されている。
また、固定台１２には支持台１７が回転軸１７ａを中心に回動可能に取り付けられ、支持台１７の水平な上面には軸受部１８が固定され、該軸受部１８によってサイズ液転写プレスロール１１ａの図示しない回転軸を回転可能に支持している。
【００３３】
固定台１２と支持台１７の下端部との間には油圧シリンダ１９が架設され、該油圧シリンダ１９によって、サイズ液転写プレスロール１１ｂはサイズ液転写プレスロール１１ａに向かって近接又は離間する方向（矢印ｂ方向）に移動可能に構成されている。また、サイズ液溜め１４ｂを支持するブラケット１５ｂが回転軸１５ｄを中心に回動可能に取り付けられている。支持台１７とブラケット１５ｂとの間には油圧シリンダ１６ｂが架設され、該油圧シリンダ１６ｂによって、サイズ液溜め１４ｂがサイズ液転写プレスロール１１ｂに対して接近又は離間する方向（矢印ｃ方向）に移動可能に構成されている。
【００３４】
サイズ液溜め１４ａ又は１４ｂの上部にはサイズ液塗布ロール２１ａ又は２１ｂが回動自在に装着されている。サイズ液塗布ロール２１ａ、２１ｂは下部がサイズ液面に浸漬している。そして、サイズ液塗布ロール２１ａ、２１ｂがサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂに接して、サイズ液塗布ロール２１ａ又は２１ｂの周面がサイズ液転写プレスロール１１ａ又は１１ｂに接して連れまわると、サイズ液塗布ロール２１ａ、２１ｂに塗布されたサイズ液がサイズ液転写プレスロール１１ａ又は１１ｂに転写されるように構成されている。
【００３５】
かかる構成によって、サイズ液転写プレスロール１１ａと１１ｂ間を通る湿紙４に対して、油圧シリンダ１９を作動させて、湿紙４にサイズ液を塗布するために好適なプレス圧となるように両者の間隔を調整することができる。サイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂ間の間隔を調整することによって、サイズ液の塗布量を調整することができる。
【００３６】
また、油圧シリンダ１６ａ及び１６ｂを作動させてサイズ液塗布ロール２１ａ及び２１ｂをサイズ液転写プレスロール１１ａ又は１１ｂの周面に接触させる。この状態で、サイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの周面の周速度が湿紙４の移送速度と同一となるようにサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂを回転駆動させる。サイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂが回転すると、サイズ液塗布ロール２１ａ及び２１ｂが連れ周りし、サイズ液をサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの周面に転写する。
【００３７】
そして、サイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの周面に塗布されたサイズ液は、湿紙４がサイズ液転写プレスロール１１ａと１１ｂ間を通るときに湿紙４の表裏面に転写される。
【００３８】
図１に戻り、本実施形態では、サイズプレス部Ｄの直上流側に、湿紙４の含水量を検出する水分検出装置３１が設けられている。水分検出装置３１は、例えば、赤外線やマイクロウェーブを用いた検出装置を適用することができる。水分検出装置３１の検出信号はコントローラ３０に送信される。コントローラ３０では、水分検出装置３１から送信された検出値に基づいて、該検出値が１０〜２５重量％の範囲内の設定値となるように、プレスパートＢのプレスロール６の湿紙４に対する線圧を調整する。
【００３９】
また、サイズプレス部Ｄでは、サイズ液溜め１４ａ及び１４ｂに濃度を１０〜２５重量％に調整した、例えば、澱粉液などのサイズ液を貯留しておく。そして、前記濃度のサイズ液を湿紙４の表裏面に塗布するようにしている。さらに、サイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの湿紙４に対するプレス圧を調整して、サイズ液の塗布量が５〜２０ｇ／ｍ２となるようにしている。
【００４０】
本実施形態によれば、水分検出装置３１で湿紙４の含水量を検出し、該検出値をコントローラ３０に入力し、コントローラ３０によって該検出値が１０〜２５重量％の範囲内になるように、プレスパートＢのプレス装置６の湿紙４に対する線圧を調整するとともに、サイズプレス部Ｄで１０〜２５重量％の濃度のサイズ液を塗布量が５〜２０ｇ／ｍ２となるように湿紙４に塗布しているので、インキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果を付与できるとともに、特に、従来のサイズ処理法より湿紙４の強度を向上させることができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、サイズプレス部ＤをプレドライヤパートＣとアフタドライヤパートＥの間に設けたが、湿紙含水量が１０〜２５重量％となる位置がプレドライヤパートＣの中であれば、サイズプレス部ＤをプレドライヤパートＣの中に設けるようにしてもよい。
（実施形態２）
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。図３は紙又は板紙の抄紙工程の後半部分を示す。図３において、サイズプレス部Ｄに設けられたサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの直上流側に水分検出装置３１が設けられている。一方、プレドライヤパートＣに設けられた複数のドライヤロール７に加熱用蒸気ｓを供給する主蒸気管路３２が設けられ、該主蒸気管路３２を通して各ドライヤロール７に加熱用蒸気ｓが供給される。加熱用蒸気ｓが各ドライヤロール７に供給されることで、各ドライヤロール７に巻回されて走行する湿紙４を乾燥処理する。
【００４３】
また、主蒸気管路３２に流量調整用電磁弁３３が介設され、該電磁弁３３の開度を調整することで、各ドライヤロール７に供給される加熱用蒸気ｓの蒸気量及び蒸気圧が調整される。そして、水分検出装置３１で検出した湿紙４の含水量検出値をコントローラ３０に入力する。コントローラ３０では、該含水量検出値が１０〜２５重量％の範囲内の設定値になるように、該電磁弁３３の開度を調整して、主蒸気管路３２を流れる加熱用蒸気ｓの流量を調整する。
【００４４】
かかる構成によって、サイズプレス部Ｄでの湿紙４の含水量を前記範囲内の設定値に調整することができる。なお、本実施形態でも、サイズ液濃度は１０〜２５重量％の範囲内に調整され、かつサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの湿紙４に対するプレス圧を制御してサイズ液の塗布量を５〜２０ｇ／ｍ２の範囲内に調整している。
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、インキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果を付与できるとともに、特に、従来より湿紙４の強度を向上させることができる。
【００４５】
なお、前記第１実施形態及び第２実施形態では、サイズプレス部Ｄでサイズ液転写プレスロールを用いて湿紙４にサイズ液を塗布しているが、サイズ液転写プレスロールに代わりに、湿紙４にサイズ液をスプレー塗布するようにしてもよい。
【実施例】
【００４６】
次に、本発明の実施例を図４〜図８に基づいて説明する。図４は、サイズ処理工程において、澱粉濃度が１０重量％のときの、澱粉塗工量と圧縮強度比（澱粉塗布をしない場合を１とする。）との関係をプロットした実験データである。図中、黒丸は湿紙含水量が２３重量％の場合を示し、白丸は湿紙含水量が１０重量％の場合である。図５は、澱粉濃度が２０重量％の場合、図６は澱粉濃度が２７重量％の場合の、図１と同様の実験データを示す。
【００４７】
図７は、図４〜図６の実験データに基づいて、澱粉塗工量が５ｇ／ｍ２のときの澱粉濃度（重量％）と圧縮強度比（澱粉塗布をしない場合を１とする。）との関係をプロットするとともに、比較例として、同じ澱粉塗工量で、従来の湿紙含水量（８重量％）でかつ澱粉濃度が８重量％で行なった圧縮強度比の値をプロットしたものである。
【００４８】
図７から、澱粉濃度を増加させると、圧縮強度比は低下する傾向にあるが、湿紙含水量を高めるほど、圧縮強度比は増加することがわかる。ところが、澱粉濃度を２７重量％程度まで増加させると、もはや湿紙含水量の影響は微少になり、湿紙含水量が１０重量％の場合と同等の強度レベルに留まることがわかる。
【００４９】
これらの実験結果から、サイズ剤の浸透深さは、以下の関係にあるものと考えられる。
【数１】
即ち、サイズ剤の浸透深さとサイズ液の濃度とは反比例し、また、湿紙含水量が多いほど、湿紙の原料であるパルプの毛細管半径が広がり、サイズ剤の浸透深さが大となる。サイズ剤の浸透深さが大となるに伴って圧縮強度が向上することになるので、上記各因子の影響が確定できる。
【００５０】
サイズプレス部Ｄでは、湿紙４はフェルト５等に挟まれたり、或いは載せられたりすることなく、湿紙４だけが引っ張られており、更に湿紙４はサイズ液の塗布によって再湿し、強度が弱くなっているために、高速運転時に紙切れを起こすおそれがあり、この理由から、従来は、湿紙含水量の低いドライヤパートの下流側でサイズ処理を行なっていた。ドライヤパートの下流側の湿紙含水量は５〜８重量％であるので、従来は、最大８重量％の含水量の元で行なっていた。しかも、サイズ処理を低い含水量の元で行なうため、サイズ液の濃度を下げて浸透深さを増加させる必要があった。
【００５１】
本発明では、図７に示す実験結果から、従来行なっていなかった高い湿紙含水量、即ち含水量が１０重量％以上の場合、サイズ液の濃度が１０重量％以上でも、圧縮強度を増加できることがわかった。しかし、含有量が２５重量％を越えると、強度低下のため断紙のおそれがあり、また、図７に示す結果から、サイズ液の濃度が２５重量％を越えると、製造された紙の圧縮強度が増加しないことがわかった。さらに、コスト面を考慮すれば、サイズ液の濃度を２５重量％以下とするのがよい。
【００５２】
なお、サイズ剤の塗布量は、前述の理由から５〜２０ｇ／ｍ２とするのが好ましい。即ち、５ｇ／ｍ２以上とすることにより、サイズ液を湿紙の断面に深く浸透させることができ、これによって、紙の断面方向全幅に亘って均一に強度を増加できる。一方、サイズ剤の塗布量を２０ｇ／ｍ２より多くしてもそれ以上強度が増加せず、さらに、コスト面からみて２０ｇ／ｍ２以下とするのがよい。
【００５３】
次に本発明のサイズ処理法と特許文献１のサイズ処理法との相違を図８に図解して説明する。図８は湿紙の断面を示す模式図である。図８の（ａ）は本発明のサイズ処理法を施した湿紙の断面を示す。図８（ａ）において、本発明のサイズ処理法は、湿紙４の含水量を高くして、湿紙４の表面に塗布したサイズ液ｄを湿紙４の内部に深く浸透させるようにしている。そして、紙の厚さ方向に均一な圧縮強度を有する断面を形成させる。これによって、高い圧縮強度をもつ紙を製造する。
【００５４】
一方、特許文献１に開示されたサイズ処理法は、サイズ液ｄの濃度を増加させ、従来のようにドライヤパートDの下流側で行なう。湿紙４の含水量を従来のように低く抑えることによって、図８（ｂ）に示すように、サイズ液ｄの浸透性を抑え、サイズ液ｄの浸透幅を表面層ｆに限定する。これによって、湿紙４の表面に高強度の表面層ｆを形成する。このように、湿紙４を断面方向に３層構造とすることによって、曲げ力ｅに対する剛性を高めるようにしている。
【００５５】
板紙は段ボール原紙等に使用されるが、本発明のサイズ処理を施して製造した板紙は、曲げ剛性を付与する代わりに、圧縮強度を付与しているので、曲げ力に対しては柔軟性をもっている。従って、段ボール原紙の中芯紙等に使用して、波形に成形されても割れなどが発生しない。一方、特許文献１のサイズ処理を施された板紙は、波形に成形された場合、割れ等が発生するおそれがある。
【００５６】
本発明によれば、サイズ処理時の湿紙含水量を１０〜２５重量％とすることで、１０〜２５重量％という高いサイズ液濃度でも、従来のサイズ処理に比べて高い圧縮強度を得ることができる。サイズ処理時の湿紙含水量を高くするので、プレドライヤパートＣの中にサイズ処理工程をもうけることができる。これによって、湿紙４の乾燥工程とサイズ処理後の後乾燥工程を同時に行なうことができるので、これらの工程に要する時間を短縮できるとともに、設備を簡素化することができる。
【００５７】
また、プレドライヤパートＣの下流側でサイズ処理を行なう場合では、プレドライヤパートＣでの湿紙含水量をさほど低下させる必要がないので、プレドライヤパートＣでの湿紙搬送速度を増大させることができる。従って、プレドライヤパートＣでの乾燥時間を短縮することができる。
【００５８】
また、サイズ液濃度を１０重量％以上とすることができるので、サイズ処理後の乾燥負荷を低減でき、乾燥に要するエネルギを低減することができる。また、サイズ液の濃度を高くできるので、サイズ液用の貯留設備及びサイズ液を湿紙に供給する設備を小型化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、紙又は板紙の製造工程において、紙又は板紙のサイズ処理効果を向上できるとともに、ドライヤパート及びサイズ処理部での時間の短縮と装置構成の簡素化及び低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態の系統図である。
【図２】前記第１実施形態のサイズプレス部Ｄの正面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の一部系統図である。
【図４】本発明の実施例に係る澱粉濃度と圧縮強度比との関係を示す線図である。
【図５】本発明の実施例に係る澱粉塗工量と圧縮強度比との関係を示す線図である。
【図６】本発明の実施例に係る澱粉塗工量と圧縮強度比との関係を示す線図である。
【図７】本発明の実施例に係る澱粉塗工量と圧縮強度比との関係を示す線図である。
【図８】（ａ）は本発明のサイズ処理法によって製造された紙の模式的断面図であり、（ｂ）は特許文献１のサイズ処理法によって製造された紙の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ パルプ原料
２ ヘッドボックス
３ ワイヤ
４ 湿紙
５ａ 上フェルト
５ｂ 下フェルト
６ プレスロール
７ ドライヤロール
１１ａ、１１ｂ サイズ液転写プレスロール
１４ａ、１４ｂ サイズ液溜め
２１ａ、２１ｂ サイズ液塗布ロール
３０ コントローラ
３１ 水分検出装置
３２ 主蒸気管路
３３ 流量調整用電磁弁
Ａ フォーマパート
Ｂ プレスパート
Ｃ プレドライヤパート
Ｄ サイズプレス部
Ｅ アフタドライヤパート
ｄ サイズ液
ｓ 加熱用蒸気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙又は板紙の抄紙工程中に湿紙に対するサイズ処理工程を含む紙又は板紙の製造装置及びこれを用いた製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の紙又は板紙の抄紙工程を以下簡単に説明する。原料調成工程で、叩解、薬品配合の終わった紙料は、抄紙工程では、濃度０．５〜１重量％前後に調整されてワイヤーパート（紙層形成部）に噴出され、ワイヤーパートで脱水、繊維配向が行なわれて紙層が形成される。ワイヤーパートを出たところで２０重量％程度の紙料濃度（水分８０重量％程度）となり、次のプレスパート（湿紙搾水部）で湿紙はプレスロールとフェルトとの間で圧搾・脱水され、さらにドライヤパート（湿紙乾燥部）で含水量が５〜８重量％くらいまで乾燥され、紙になる。
【０００３】
なお、板紙とは、木材化学パルプ、砕木パルプ、わらパルプ、古紙などを配合した厚い紙の総称であり、主に段ボール原紙や包装紙等に使用される。一般には多層抄きで製造され、積層紙となるが、単層抄きのものも含める。
【０００４】
ドライヤパートの後でサイズ処理が行なわれる。サイズ処理とは、紙表面にサイズ剤、例えば、澱粉、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ポリアクリルアミド等を塗布し、紙表面の印刷特性、例えば、インキの滲み防止、繊維逸脱抑制（湿紙表面からの繊維の脱落を抑制する）等の向上を図る処理方法である。サイズ剤の塗布方法は、通常、湿紙をサイズ液が塗布されたロール間を通したり、あるいはスプレー等で塗布されたりする。サイズ処理の後で後乾燥処理が行なわれ、その後、巻取りリールに巻き取られる。
【０００５】
サイズ処理は、湿紙の含水量が多く、強度が低いところで行なうと、湿紙が破断するおそれがある。また、サイズ処理はなるべく均一な水分分布の湿紙に行なったほうが均質な効果が得られるので、従来は、ドライヤパートでの乾燥処理後に行なうというのが基本的なやり方であった。従って、従来は湿紙含水量が高々８重量％の領域でサイズ処理が行なわれていた。このように、従来は、乾燥後の湿紙にサイズ処理を行なうため、湿紙への浸透性を良くするために、サイズ液の濃度は１０重量％程度以下の低濃度のサイズ液を塗布していた。
【０００６】
特許文献１（特表２００４−５３３５６３号公報）には、サイズ液の濃度を１５〜４０重量％とし、湿紙の片面で５ｇ／ｍ２以下、両面で１０ｇ／ｍ２以下のサイズ液を塗布するサイズ処理方法が開示されている。この方法は、それまで行なわれていたサイズ処理で使用されるサイズ液よりも高い濃度のサイズ液を使用し、製造された紙又は板紙の表面強度を向上させ、曲げ剛性を増加させるとともに、サイズ処理後の後乾燥ラインを短縮し、低コストとすることを意図している。
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５３３５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のサイズ処理は、ドライヤパートでの乾燥処理後に行なうという従来の基本的なやり方を踏襲し、サイズ液の濃度及びサイズ剤の塗布量のみに着目しており、湿紙の含水量については全く記述されていない。言い換えれば、特許文献１に開示されたサイズ処理方法は、サイズ処理時の湿紙の含水量の影響は全く考慮されていない。また、その他の文献にもサイズ処理時の湿紙の含水量の影響に着目した記述は見当たらない。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、サイズ処理時の湿紙の含水量を検討し、サイズ処理時の湿紙含水量の最適値を見出すことによって、サイズ処理の効果を高めるとともに、湿紙含水量を考慮したサイズ処理を行なうことによって、紙又は板紙の製造工程の簡略化と低コスト化を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明の紙又は板紙の製造装置は、紙又は板紙の製造ライン中で湿紙の少なくとも一方の表面にサイズ液を塗布するサイズ処理装置を備えた紙又は板紙の製造装置において、
紙又は板紙の抄紙工程中のドライヤパート又は該ドライヤパートの下流側に、湿紙の含水量が１０〜２５重量％となる領域に前記サイズ処理装置を設置したものである。
【００１１】
本発明者等は、サイズ処理を行なうときの湿紙含水量の影響を広範な試験を行なって把握し、サイズ処理時の湿紙含水量がサイズ処理による湿紙の強度等に大きく影響することを見出し、湿紙含水量との関係で最良のサイズ処理手段を見出したものである。即ち、湿紙含水量が１０〜２５重量％の領域でサイズ処理することで、１０〜２５重量％という高濃度のサイズ液を用いても、従来よりサイズ処理による効果を向上できることを見出した。
【００１２】
本発明装置では、かかる新たな知見に基づいて、紙又は板紙の抄紙工程中のドライヤパート又はその下流側であって、湿紙の含水量が１０〜２５重量％となる領域にサイズ処理装置を設置したものである。これによって、湿紙の水分量が１０〜２５重量％の高含水量のときにサイズ処理を行なうため、湿紙に塗布するサイズ液の濃度を、従来の１０重量％程度以下から１０重量％以上に高めても、サイズ液の浸透性を向上することができる。そのため、湿紙の単位面積当りのサイズ剤量を増加できるとともに、サイズ液が湿紙の奥深くに浸透するので、製造された紙又は板紙の断面方向に沿って均一に強度を増大させることができる。
【００１３】
また、湿紙に塗布するサイズ液の濃度を増大できるので、サイズ処理以後の乾燥負荷を低減でき、そのため、サイズ処理以後の乾燥負荷を低減でき、省エネを達成することができる。また、サイズ液の塗布濃度を従来より１．５倍以上にできるので、サイズ液貯留設備及び輸送設備を１／１．５倍にサイズダウンすることができる。
【００１４】
サイズ液を塗布する時の湿紙含水量は、湿紙の搬送方向の強度に影響するが、本発明では、湿紙含水量を２５重量％以下に抑えることで、湿紙の強度低下を最小限に抑えることができる。従って、サイズ処理時の断紙等の発生確率を増加させる心配はない。
【００１５】
本発明装置において、サイズ処理装置の抄紙工程上流側に湿紙の含水量を検出する水分検出装置を備えるようにするとよい。サイズ処理装置の上流側で、該水分検出装置によって湿紙の含水量を検出することによって、サイズ処理装置に到達する湿紙の含水量を予測することができ、これによって、前記範囲の含水量の状態でのサイズ処理を可能とする。該水分検出装置として、例えば、赤外線やマイクロウェーブを用いた検出装置を適用することができる。
【００１６】
また、水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいてサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量が前記範囲の含水量となるようにプレスパートのプレス装置の線圧を調整するコントローラを備えるようにするとよい。これによって、前記範囲、即ち、１０〜２５重量％の含水量の領域でサイズ処理を確実に行なうことができる。
【００１７】
あるいは、該水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいてサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量前記範囲の含水量となるように、サイズ処理装置の上流側に設けられたドライヤパートのドライヤロールに供給する加熱用蒸気の蒸気圧又は蒸気量を調整するコントローラを備えるようにしてもよい。かかる手段によっても、前記範囲の含水量の状態でのサイズ処理を確実に行なうことができる。
【００１８】
また、本発明の紙又は板紙の製造方法は、
サイズ処理装置の抄紙工程上流側に設けられ湿紙含水量を検出する水分検出装置と、該水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいて、プレスパートのプレス装置の線圧を調整するコントローラ、又はサイズ処理装置の上流側に設けられたドライヤパートのドライヤロールに供給する加熱用蒸気の蒸気圧又は蒸気量を調整するコントローラとを用い、該コントローラによってサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量を１０〜２５重量％に調整するとともに、該サイズ処理装置により濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を湿紙に塗布するものである。
【００１９】
本発明方法により、サイズ液の湿紙への浸透性を向上することができ、そのため、サイズ液が湿紙の奥深くに浸透するとともに、湿紙の単位面積当りのサイズ剤量を増加できるので、製造された紙又は板紙の断面方向に沿って均一に強度を増大させることができる。
また、湿紙に塗布するサイズ液の濃度を増大できるので、サイズ処理以後の乾燥負荷を低減でき、そのため、サイズ処理以後の乾燥負荷を低減でき、省エネを達成することができる。
【００２０】
本発明方法において、サイズ液を湿紙に塗布する手段として、例えば、従来公知の手段であるサイズ液転写プレスロールやスプレー塗布を用いることができる。これらの手段を用いて、湿紙の片面又は両面にサイズ液を塗布する。
【００２１】
また、本発明方法において、好ましくは、湿紙に対するサイズ液の塗布量を５〜２０ｇ／ｍ２とするとよい。本発明方法では、湿紙含水量が１０〜２５重量％と従来と比べて高い含水量のときにサイズ液を塗布するので、サイズ液の浸透性が良い。そのため、サイズ液の塗布量を従来より多い５ｇ／ｍ２以上としても、サイズ液が湿紙の内部に深く浸透する。これによって、紙の断面方向全幅に亘って均一に強度を高めることができる。なお、サイズ液の塗布量を２０ｇ／ｍ２より多くしても、それ以上サイズ処理の浸透性は向上しないので、製造された紙の強度等もそれ以上増大しない。また、コスト面を考えると、サイズ剤の塗布量は２０ｇ／ｍ２以下とするのがよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明装置によれば、紙又は板紙の抄紙工程中のドライヤパート又は該ドライヤパートの下流側に、湿紙の含水量が１０〜２５重量％となる領域にサイズ処理装置を設置したことにより、サイズ液を湿紙の内部に深く浸透させることができるので、従来よりインキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果のみならず、特に湿紙の強度を向上させることができる。
【００２３】
本発明方法によれば、サイズ処理装置の抄紙工程上流側に設けられ湿紙含水量を検出する水分検出装置と、該水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいて、プレスパートのプレス装置の線圧を調整するコントローラ、又はサイズ処理装置の上流側に設けられたドライヤパートのドライヤロールに供給する加熱用蒸気の蒸気圧又は蒸気量を調整するコントローラとを用い、該コントローラによってサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量を１０〜２５重量％に調整するとともに、該サイズ処理装置により濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を湿紙に塗布するようにしているので、サイズ液を湿紙の内部に深く浸透させることができるので、従来よりインキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果のみならず、特に湿紙層内部強度を向上させることができる。
【００２４】
さらに、該コントローラによって、サイズ処理装置に到達した湿紙の含水量を確実に１０〜２５重量％の範囲に調整することができ、この含水量を有する湿紙に濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を塗布するようにしているので、サイズ処理による効果を確実に発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態）
【００２６】
図１は本発明が適用された抄紙機の系統図である。抄紙機にあっては、主としてフォーマパート（紙層形成部）Ａ、プレスパート（湿紙搾水部）Ｂ及びプレドライヤパート（湿紙乾燥部）Ｃを備えており、濃度が約０．９重量％のパルプ原料１がヘッドボックス２の開口部からワイヤ幅方向に均一な噴流としてフォーマパートＡのワイヤ３上に噴出される。
【００２７】
フォーマパートＡでは、パルプ原料１が重力及び負圧によりワイヤ３の網目を通過して脱水され、ワイヤ３上には湿紙４が形成される。この湿紙４は、フォーマパートＡで濃度が約１８重量％になるまで濃縮された後に、次工程のプレスパートＢに移送される。
【００２８】
プレスパートＢでは、湿紙４が上下のフェルト５ａ、５ｂ間に挟み込まれ、あるいはフェルト５ｂ上に乗せられて、複数段に配置されたプレスロール６のニップを通って加圧されることにより搾水される。搾水された湿紙４は、プレスパートＢで４０〜５０重量％程度まで濃度が上げられ、その後、次工程のプレドライヤパートＣに移送される。
【００２９】
プレドライヤパートＣでは、蒸気が供給され蒸気で加圧された複数のドライヤロール７の表面に湿紙４が押し付けられる。このため、湿紙４に含まれる水分が蒸発して除去され、湿紙４は乾燥した紙となる。この紙が下流側に設置したリール８に巻き取られる。
プレドライヤパートＣの下流側にはサイズプレス部（表面処理部）Ｄが設けられ、サイズプレス部Ｄには、一対のサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂが設けられている。湿紙４が該プレスロールを通ることによって、湿紙４の表裏面にサイズ液が塗布される。これによって、抄造後の紙にインキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果が付与されるとともに、紙の強度を増大させることができる。
【００３０】
サイズプレス部Ｄの下流側にはアフタドライヤパートＥが設けられており、アフタドライヤパートＥには蒸気で加熱加圧されたドライヤロール７が設けられており、ここで、サイズ液が塗布された後の湿紙４を乾燥する。
【００３１】
次にサイズプレス部Ｄの構成を図２に基づいて説明する。図２において、軸芯が水平方向に向けられた一対のサイズ液転写プレスロール１１ａ、１１ｂが配置されている。固定台１２の水平面には、サイズ液転写プレスロール１１ａの図示しない回転軸を回転可能に支持する軸受部１３が固定されているとともに、サイズ液溜め１４ａを支持するブラケット１５ａが回転軸１５ｃを中心に回動可能に取り付けられている。
【００３２】
固定台１２とブラケット１５ａとの間には油圧シリンダ１６ａが架設され、該油圧シリンダ１６ａによって、サイズ液溜め１４ａ及びブラケット１５ａは、矢印ａ方向に移動可能に構成されている。
また、固定台１２には支持台１７が回転軸１７ａを中心に回動可能に取り付けられ、支持台１７の水平な上面には軸受部１８が固定され、該軸受部１８によってサイズ液転写プレスロール１１ａの図示しない回転軸を回転可能に支持している。
【００３３】
固定台１２と支持台１７の下端部との間には油圧シリンダ１９が架設され、該油圧シリンダ１９によって、サイズ液転写プレスロール１１ｂはサイズ液転写プレスロール１１ａに向かって近接又は離間する方向（矢印ｂ方向）に移動可能に構成されている。また、サイズ液溜め１４ｂを支持するブラケット１５ｂが回転軸１５ｄを中心に回動可能に取り付けられている。支持台１７とブラケット１５ｂとの間には油圧シリンダ１６ｂが架設され、該油圧シリンダ１６ｂによって、サイズ液溜め１４ｂがサイズ液転写プレスロール１１ｂに対して接近又は離間する方向（矢印ｃ方向）に移動可能に構成されている。
【００３４】
サイズ液溜め１４ａ又は１４ｂの上部にはサイズ液塗布ロール２１ａ又は２１ｂが回動自在に装着されている。サイズ液塗布ロール２１ａ、２１ｂは下部がサイズ液面に浸漬している。そして、サイズ液塗布ロール２１ａ、２１ｂがサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂに接して、サイズ液塗布ロール２１ａ又は２１ｂの周面がサイズ液転写プレスロール１１ａ又は１１ｂに接して連れまわると、サイズ液塗布ロール２１ａ、２１ｂに塗布されたサイズ液がサイズ液転写プレスロール１１ａ又は１１ｂに転写されるように構成されている。
【００３５】
かかる構成によって、サイズ液転写プレスロール１１ａと１１ｂ間を通る湿紙４に対して、油圧シリンダ１９を作動させて、湿紙４にサイズ液を塗布するために好適なプレス圧となるように両者の間隔を調整することができる。サイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂ間の間隔を調整することによって、サイズ液の塗布量を調整することができる。
【００３６】
また、油圧シリンダ１６ａ及び１６ｂを作動させてサイズ液塗布ロール２１ａ及び２１ｂをサイズ液転写プレスロール１１ａ又は１１ｂの周面に接触させる。この状態で、サイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの周面の周速度が湿紙４の移送速度と同一となるようにサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂを回転駆動させる。サイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂが回転すると、サイズ液塗布ロール２１ａ及び２１ｂが連れ周りし、サイズ液をサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの周面に転写する。
【００３７】
そして、サイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの周面に塗布されたサイズ液は、湿紙４がサイズ液転写プレスロール１１ａと１１ｂ間を通るときに湿紙４の表裏面に転写される。
【００３８】
図１に戻り、本実施形態では、サイズプレス部Ｄの直上流側に、湿紙４の含水量を検出する水分検出装置３１が設けられている。水分検出装置３１は、例えば、赤外線やマイクロウェーブを用いた検出装置を適用することができる。水分検出装置３１の検出信号はコントローラ３０に送信される。コントローラ３０では、水分検出装置３１から送信された検出値に基づいて、該検出値が１０〜２５重量％の範囲内の設定値となるように、プレスパートＢのプレスロール６の湿紙４に対する線圧を調整する。
【００３９】
また、サイズプレス部Ｄでは、サイズ液溜め１４ａ及び１４ｂに濃度を１０〜２５重量％に調整した、例えば、澱粉液などのサイズ液を貯留しておく。そして、前記濃度のサイズ液を湿紙４の表裏面に塗布するようにしている。さらに、サイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの湿紙４に対するプレス圧を調整して、サイズ液の塗布量が５〜２０ｇ／ｍ２となるようにしている。
【００４０】
本実施形態によれば、水分検出装置３１で湿紙４の含水量を検出し、該検出値をコントローラ３０に入力し、コントローラ３０によって該検出値が１０〜２５重量％の範囲内になるように、プレスパートＢのプレス装置６の湿紙４に対する線圧を調整するとともに、サイズプレス部Ｄで１０〜２５重量％の濃度のサイズ液を塗布量が５〜２０ｇ／ｍ２となるように湿紙４に塗布しているので、インキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果を付与できるとともに、特に、従来のサイズ処理法より湿紙４の強度を向上させることができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、サイズプレス部ＤをプレドライヤパートＣとアフタドライヤパートＥの間に設けたが、湿紙含水量が１０〜２５重量％となる位置がプレドライヤパートＣの中であれば、サイズプレス部ＤをプレドライヤパートＣの中に設けるようにしてもよい。
（実施形態２）
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。図３は紙又は板紙の抄紙工程の後半部分を示す。図３において、サイズプレス部Ｄに設けられたサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの直上流側に水分検出装置３１が設けられている。一方、プレドライヤパートＣに設けられた複数のドライヤロール７に加熱用蒸気ｓを供給する主蒸気管路３２が設けられ、該主蒸気管路３２を通して各ドライヤロール７に加熱用蒸気ｓが供給される。加熱用蒸気ｓが各ドライヤロール７に供給されることで、各ドライヤロール７に巻回されて走行する湿紙４を乾燥処理する。
【００４３】
また、主蒸気管路３２に流量調整用電磁弁３３が介設され、該電磁弁３３の開度を調整することで、各ドライヤロール７に供給される加熱用蒸気ｓの蒸気量及び蒸気圧が調整される。そして、水分検出装置３１で検出した湿紙４の含水量検出値をコントローラ３０に入力する。コントローラ３０では、該含水量検出値が１０〜２５重量％の範囲内の設定値になるように、該電磁弁３３の開度を調整して、主蒸気管路３２を流れる加熱用蒸気ｓの流量を調整する。
【００４４】
かかる構成によって、サイズプレス部Ｄでの湿紙４の含水量を前記範囲内の設定値に調整することができる。なお、本実施形態でも、サイズ液濃度は１０〜２５重量％の範囲内に調整され、かつサイズ液転写プレスロール１１ａ及び１１ｂの湿紙４に対するプレス圧を制御してサイズ液の塗布量を５〜２０ｇ／ｍ２の範囲内に調整している。
本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、インキの滲み防止効果や繊維逸脱抑制効果を付与できるとともに、特に、従来より湿紙４の強度を向上させることができる。
【００４５】
なお、前記第１実施形態及び第２実施形態では、サイズプレス部Ｄでサイズ液転写プレスロールを用いて湿紙４にサイズ液を塗布しているが、サイズ液転写プレスロールに代わりに、湿紙４にサイズ液をスプレー塗布するようにしてもよい。
【実施例】
【００４６】
次に、本発明の実施例を図４〜図８に基づいて説明する。図４は、サイズ処理工程において、澱粉濃度が１０重量％のときの、澱粉塗工量と圧縮強度比（澱粉塗布をしない場合を１とする。）との関係をプロットした実験データである。図中、黒丸は湿紙含水量が２３重量％の場合を示し、白丸は湿紙含水量が１０重量％の場合である。図５は、澱粉濃度が２０重量％の場合、図６は澱粉濃度が２７重量％の場合の、図１と同様の実験データを示す。
【００４７】
図７は、図４〜図６の実験データに基づいて、澱粉塗工量が５ｇ／ｍ２のときの澱粉濃度（重量％）と圧縮強度比（澱粉塗布をしない場合を１とする。）との関係をプロットするとともに、比較例として、同じ澱粉塗工量で、従来の湿紙含水量（８重量％）でかつ澱粉濃度が８重量％で行なった圧縮強度比の値をプロットしたものである。
【００４８】
図７から、澱粉濃度を増加させると、圧縮強度比は低下する傾向にあるが、湿紙含水量を高めるほど、圧縮強度比は増加することがわかる。ところが、澱粉濃度を２７重量％程度まで増加させると、もはや湿紙含水量の影響は微少になり、湿紙含水量が１０重量％の場合と同等の強度レベルに留まることがわかる。
【００４９】
これらの実験結果から、サイズ剤の浸透深さは、以下の関係にあるものと考えられる。
【数１】
即ち、サイズ剤の浸透深さとサイズ液の濃度とは反比例し、また、湿紙含水量が多いほど、湿紙の原料であるパルプの毛細管半径が広がり、サイズ剤の浸透深さが大となる。サイズ剤の浸透深さが大となるに伴って圧縮強度が向上することになるので、上記各因子の影響が確定できる。
【００５０】
サイズプレス部Ｄでは、湿紙４はフェルト５等に挟まれたり、或いは載せられたりすることなく、湿紙４だけが引っ張られており、更に湿紙４はサイズ液の塗布によって再湿し、強度が弱くなっているために、高速運転時に紙切れを起こすおそれがあり、この理由から、従来は、湿紙含水量の低いドライヤパートの下流側でサイズ処理を行なっていた。ドライヤパートの下流側の湿紙含水量は５〜８重量％であるので、従来は、最大８重量％の含水量の元で行なっていた。しかも、サイズ処理を低い含水量の元で行なうため、サイズ液の濃度を下げて浸透深さを増加させる必要があった。
【００５１】
本発明では、図７に示す実験結果から、従来行なっていなかった高い湿紙含水量、即ち含水量が１０重量％以上の場合、サイズ液の濃度が１０重量％以上でも、圧縮強度を増加できることがわかった。しかし、含有量が２５重量％を越えると、強度低下のため断紙のおそれがあり、また、図７に示す結果から、サイズ液の濃度が２５重量％を越えると、製造された紙の圧縮強度が増加しないことがわかった。さらに、コスト面を考慮すれば、サイズ液の濃度を２５重量％以下とするのがよい。
【００５２】
なお、サイズ剤の塗布量は、前述の理由から５〜２０ｇ／ｍ２とするのが好ましい。即ち、５ｇ／ｍ２以上とすることにより、サイズ液を湿紙の断面に深く浸透させることができ、これによって、紙の断面方向全幅に亘って均一に強度を増加できる。一方、サイズ剤の塗布量を２０ｇ／ｍ２より多くしてもそれ以上強度が増加せず、さらに、コスト面からみて２０ｇ／ｍ２以下とするのがよい。
【００５３】
次に本発明のサイズ処理法と特許文献１のサイズ処理法との相違を図８に図解して説明する。図８は湿紙の断面を示す模式図である。図８の（ａ）は本発明のサイズ処理法を施した湿紙の断面を示す。図８（ａ）において、本発明のサイズ処理法は、湿紙４の含水量を高くして、湿紙４の表面に塗布したサイズ液ｄを湿紙４の内部に深く浸透させるようにしている。そして、紙の厚さ方向に均一な圧縮強度を有する断面を形成させる。これによって、高い圧縮強度をもつ紙を製造する。
【００５４】
一方、特許文献１に開示されたサイズ処理法は、サイズ液ｄの濃度を増加させ、従来のようにドライヤパートDの下流側で行なう。湿紙４の含水量を従来のように低く抑えることによって、図８（ｂ）に示すように、サイズ液ｄの浸透性を抑え、サイズ液ｄの浸透幅を表面層ｆに限定する。これによって、湿紙４の表面に高強度の表面層ｆを形成する。このように、湿紙４を断面方向に３層構造とすることによって、曲げ力ｅに対する剛性を高めるようにしている。
【００５５】
板紙は段ボール原紙等に使用されるが、本発明のサイズ処理を施して製造した板紙は、曲げ剛性を付与する代わりに、圧縮強度を付与しているので、曲げ力に対しては柔軟性をもっている。従って、段ボール原紙の中芯紙等に使用して、波形に成形されても割れなどが発生しない。一方、特許文献１のサイズ処理を施された板紙は、波形に成形された場合、割れ等が発生するおそれがある。
【００５６】
本発明によれば、サイズ処理時の湿紙含水量を１０〜２５重量％とすることで、１０〜２５重量％という高いサイズ液濃度でも、従来のサイズ処理に比べて高い圧縮強度を得ることができる。サイズ処理時の湿紙含水量を高くするので、プレドライヤパートＣの中にサイズ処理工程をもうけることができる。これによって、湿紙４の乾燥工程とサイズ処理後の後乾燥工程を同時に行なうことができるので、これらの工程に要する時間を短縮できるとともに、設備を簡素化することができる。
【００５７】
また、プレドライヤパートＣの下流側でサイズ処理を行なう場合では、プレドライヤパートＣでの湿紙含水量をさほど低下させる必要がないので、プレドライヤパートＣでの湿紙搬送速度を増大させることができる。従って、プレドライヤパートＣでの乾燥時間を短縮することができる。
【００５８】
また、サイズ液濃度を１０重量％以上とすることができるので、サイズ処理後の乾燥負荷を低減でき、乾燥に要するエネルギを低減することができる。また、サイズ液の濃度を高くできるので、サイズ液用の貯留設備及びサイズ液を湿紙に供給する設備を小型化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、紙又は板紙の製造工程において、紙又は板紙のサイズ処理効果を向上できるとともに、ドライヤパート及びサイズ処理部での時間の短縮と装置構成の簡素化及び低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態の系統図である。
【図２】前記第１実施形態のサイズプレス部Ｄの正面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の一部系統図である。
【図４】本発明の実施例に係る澱粉濃度と圧縮強度比との関係を示す線図である。
【図５】本発明の実施例に係る澱粉塗工量と圧縮強度比との関係を示す線図である。
【図６】本発明の実施例に係る澱粉塗工量と圧縮強度比との関係を示す線図である。
【図７】本発明の実施例に係る澱粉塗工量と圧縮強度比との関係を示す線図である。
【図８】（ａ）は本発明のサイズ処理法によって製造された紙の模式的断面図であり、（ｂ）は特許文献１のサイズ処理法によって製造された紙の模式的断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ パルプ原料
２ ヘッドボックス
３ ワイヤ
４ 湿紙
５ａ 上フェルト
５ｂ 下フェルト
６ プレスロール
７ ドライヤロール
１１ａ、１１ｂ サイズ液転写プレスロール
１４ａ、１４ｂ サイズ液溜め
２１ａ、２１ｂ サイズ液塗布ロール
３０ コントローラ
３１ 水分検出装置
３２ 主蒸気管路
３３ 流量調整用電磁弁
Ａ フォーマパート
Ｂ プレスパート
Ｃ プレドライヤパート
Ｄ サイズプレス部
Ｅ アフタドライヤパート
ｄ サイズ液
ｓ 加熱用蒸気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙又は板紙の抄紙工程中で湿紙の少なくとも一方の表面にサイズ液を塗布するサイズ処理装置を備えた紙又は板紙の製造装置において、
紙又は板紙の抄紙工程中のドライヤパート又は該ドライヤパートの下流側に、湿紙の含水量が１０〜２５重量％となる領域にサイズ処理装置を設置したことを特徴とする紙又は板紙の製造装置。
【請求項２】
サイズ処理装置の抄紙工程上流側に湿紙の含水量を検出する水分検出装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の紙又は板紙の製造装置。
【請求項３】
水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいてサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量が前記範囲の含水量となるようにプレスパートのプレス装置の線圧を調整するコントローラを備えたことを特徴とする請求項２に記載の紙又は板紙の製造装置。
【請求項４】
前記水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいてサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量が前記範囲の含水量となるように、サイズ処理装置の上流側に設けられたドライヤパートのドライヤロールに供給する加熱用蒸気の蒸気圧又は蒸気量を調整するコントローラを備えたことを特徴とする請求項２に記載の紙又は板紙の製造装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載された紙又は板紙の製造装置を用いた紙又は板紙の製造方法において、
前記コントローラによってサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量を１０〜２５重量％に調整するとともに、該サイズ処理装置により濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を湿紙に塗布することを特徴とする紙又は板紙の製造方法。
【請求項６】
サイズ液をサイズ液転写プレスロール又はスプレー塗布により湿紙の一方又は両方の表面に塗布することを特徴とする請求項５に記載の紙又は板紙の製造方法。
【請求項７】
サイズ液の塗布量を５〜２０ｇ／ｍ２とすることを特徴とする請求項５又は６に記載の紙又は板紙の製造方法。
【請求項１】
紙又は板紙の抄紙工程中で湿紙の少なくとも一方の表面にサイズ液を塗布するサイズ処理装置を備えた紙又は板紙の製造装置において、
紙又は板紙の抄紙工程中のドライヤパート又は該ドライヤパートの下流側に、湿紙の含水量が１０〜２５重量％となる領域にサイズ処理装置を設置したことを特徴とする紙又は板紙の製造装置。
【請求項２】
サイズ処理装置の抄紙工程上流側に湿紙の含水量を検出する水分検出装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の紙又は板紙の製造装置。
【請求項３】
水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいてサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量が前記範囲の含水量となるようにプレスパートのプレス装置の線圧を調整するコントローラを備えたことを特徴とする請求項２に記載の紙又は板紙の製造装置。
【請求項４】
前記水分検出装置で検出した湿紙含水量に基づいてサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量が前記範囲の含水量となるように、サイズ処理装置の上流側に設けられたドライヤパートのドライヤロールに供給する加熱用蒸気の蒸気圧又は蒸気量を調整するコントローラを備えたことを特徴とする請求項２に記載の紙又は板紙の製造装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載された紙又は板紙の製造装置を用いた紙又は板紙の製造方法において、
前記コントローラによってサイズ処理装置の設置位置における湿紙含水量を１０〜２５重量％に調整するとともに、該サイズ処理装置により濃度が１０〜２５重量％のサイズ液を湿紙に塗布することを特徴とする紙又は板紙の製造方法。
【請求項６】
サイズ液をサイズ液転写プレスロール又はスプレー塗布により湿紙の一方又は両方の表面に塗布することを特徴とする請求項５に記載の紙又は板紙の製造方法。
【請求項７】
サイズ液の塗布量を５〜２０ｇ／ｍ２とすることを特徴とする請求項５又は６に記載の紙又は板紙の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２４３０５（Ｐ２００９−２４３０５Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９１４３１（Ｐ２００７−１９１４３１）
【出願日】平成１９年７月２３日（２００７．７．２３）
【出願人】（５０７００９２１６）メッツォ ペーパー インコーポレイテッド (76)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２３日（２００７．７．２３）
【出願人】（５０７００９２１６）メッツォ ペーパー インコーポレイテッド (76)
【Ｆターム（参考）】
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