紙の基礎と印刷適性－構造・物性・加工・印刷品質評価－ - 江前敏晴の ...

江 前 敏 晴 , 紙 の 基 礎 と 印 刷 適 性 (Part 1)2 紙 の 物 性紙 の 性 質 を 理 解 する 上 で 最 も 基 本 的 な 概 念 となるのは、 坪 量 である。これは 1 m 2 当 たりの紙 の 質 量 (g)であり、 単 位 はg/m 2 である。 紙 は 水 分 を 吸 収 しやすいセルロースを 主 体 とする 繊 維 から 構 成 されているので、 雰 囲 気 の 相 対 湿 度 によって 紙 の 含 水 率 は 変 化 し、 坪 量 もそれに 伴 って 変 化 することになるが、 通 常 、 坪 量 と 言 うときは 乾 燥 機 で 恒 量 になるまで 乾燥 したときの 値 を 基 準 とする。その 他 、 厚 さが 基 本 的 な 概 念 であり、 平 滑 な 金 属 面 で 紙 を挟 んで 一 定 荷 重 をかけたときの 金 属 面 間 の 距 離 をもって 厚 さとする(マイクロメータ 法 )。この 方 法 では、 紙 の 表 面 に 凹 凸 がある 分 、 平 均 的 な 厚 さよりも 多 少 大 きな 値 が 出 る。また、坪 量 を 厚 さで 除 したものが 蜜 度 である。セルロース 固 有 の 密 度 は 約 1.5 g/m 3 であるが、 紙 は空 隙 率 が 大 きい 材 料 であるので、 通 常 0.5~1.0 g/m 3 である。紙 の 力 学 特 性 、 光 学 特 性 などのさまざまな 物 性 は 紙 を 構 成 する 各 材 料 の 組 成 、 繊 維 の 長さ・ 粗 度 、 填 料 の 量 と 分 布 、 紙 層 構 造 、 地 合 (ムラ)、 方 向 性 (MDとCD)、 密 度 、 抄 紙 の履 歴 、ウェットプレス、 叩 解 、 乾 燥 時 の 収 縮 量 、 乾 湿 ・ 温 度 の 履 歴 、 環 境 、 含 水 率 、 温 度などに 影 響 される。このような 影 響 を 調 べる 手 段 として 通 常 約 60 g/m 3 の 手 抄 きシートを 調製 して 測 定 する。 調 製 の 方 法 はJISに 詳 しく 規 定 されている。これらの 因 子 がどう 関 係 するかを 見 ていくことにする。2-1 力 学 特 性紙 の 力 学 的 特 性 を 測 定 する 試 験 の 種 類 は 数 多 い。JIS 規 格 にあるだけでも 破 裂 強 さ 試 験 、引 張 (ひっぱり) 特 性 の 試 験 、 耐 折 強 さ 試 験 、 引 裂 強 さ 試 験 、 圧 縮 強 さ 試 験 (リングクラッシュ 法 )、 印 刷 での 紙 むけ 試 験 、 湿 潤 引 張 強 さ 試 験 、 耐 摩 耗 強 さ 試 験 、こわさ 試 験 、 摩擦 係 数 試 験 がある。このような 紙 の 強 度 を 直 接 担 っているのは 個 々のパルプ 繊 維 の 強 度 と、繊 維 間 の 水 素 結 合 の 強 度 である。引 張 試 験 が 最 も 代 表 的 な 力 学 強 度 試 験 で、 紙 の 場 合 は 幅 15 mm スパン 長 100 mm( 切 り 出す 長 さは 150 mm 程 度 以 上 )となるように 引 張 試 験 機 のジグに 挟 み、10 mm/min の 速 度 で 引っ 張 る。 図 22 は、 紙 の 比 引 張 強 さ( 紙 の 試 験 片 幅 あたりの 引 張 強 度 を 坪 量 で 除 したもの)及 び 破 断 伸 び( 破 壊 に 至 るまでに 伸 びた 長 さの 元 のスパン 長 に 対 する 比 率 )に 及 ぼすパルプ 繊 維 の 種 類 (LBKP か NBKP)、 叩 解 の 程 度 及 びサイズ 剤 (AKD)・ 填 料 ( 二 酸 化 チタン)の 添 加 の 影 響 を 調 べた 結 果 である。 繊 維 長 の 長 い NBKP の 方 が 比 引 張 り 強 さが 大 きく、また 破 断 伸 びも 大 きかった。しかし、 叩 解 の 程 度 を 上 げると、 一 般 に 強 度 が 上 がる。また、この 図 では NBKP と LBKP の 差 が 少 なくなった。サイズ 剤 を 加 えることにより、 非 引 張 り強 さは 多 少 大 きくなったが、 助 剤 がサイズ 剤 だけ 出 なく、 繊 維 の 微 細 成 分 も 歩 留 (ぶど)まらせたためと 考 えられる。 填 料 は、 鉱 物 性 であるため 繊 維 間 結 合 を 阻 害 するだけであるので、 比 引 張 強 さも 破 断 伸 びも 小 さくなった。図 23 は、 同 様 に 密 度 と 耐 折 強 さに 与 える 影 響 を 示 したものである。 耐 折 強 さ(ただし 個 々では 回 数 )は、 幅 15 mm の 試 験 片 に 1 kgf の 張 力 をかけた 状 態 で、 左 右 に 60°ずつ 折 り 曲げを 繰 り 返 したとき、 破 断 までに 何 往 復 まで 耐 えられるかの 回 数 を 対 数 で 表 す。この 試 験法 は 紙 の 劣 化 状 態 の 評 価 によく 用 いられる。、NBKP の 方 が LBKP に 比 べて 耐 折 強 さがはるかに 大 きく、 引 張 試 験 結 果 以 上 の 開 きがあった。 叩 解 や、サイズ 剤 ・ 填 料 の 添 加 の 影 響 は、引 張 試 験 結 果 と 同 様 であった。10