JP7637401B2 - Functional sheet and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、機能性シートおよび機能性シートの製造方法に関する。さらに詳しくは、重要文書などに使用可能な機能性シートおよびかかる機能性シートの製造方法に関する。 The present invention relates to a functional sheet and a method for manufacturing the functional sheet. More specifically, the present invention relates to a functional sheet that can be used for important documents, etc., and a method for manufacturing such a functional sheet.
公文書や社内文書などの重要文書には、消しゴム等で消すことができないインキを利用した筆記具(例えば、ボールペンなど)を用いることが推奨されている。そして、筆跡の修正には、消去液や消去テープ等を用いた消去は認められておらず、二重取り消し線で抹消した後に修正印を押印するといった手順が求められている。このため、重要文書の修正には手間と時間がかかるといった問題がある。 For important documents such as official documents and internal company documents, it is recommended to use a writing instrument (such as a ballpoint pen) with ink that cannot be erased with an eraser. Furthermore, when correcting handwriting, erasing with erasing fluid or erasing tape is not permitted, and a procedure such as crossing out the mark with a double strikethrough and then stamping it with a correction seal is required. This creates the problem that correcting important documents is time-consuming and laborious.
ところで、筆跡を擦過によって簡易に熱消去でき、かかる状態を常温下で保持することができるインキが開発されている(例えば、特許文献1)。 Incidentally, ink has been developed that allows handwriting to be easily thermally erased by rubbing and can maintain this state at room temperature (for example, Patent Document 1).
特許文献1には、熱変色性インキを使用した筆記具が開示されており、筆記具の軸筒の後方に設けられた摩擦体により、筆記した筆跡を摩擦体で擦って生じる熱で熱変色性インキを熱変色させて筆跡を消去することができる旨が記載されている。このインキは、室温等では通常のインキと同様に消しゴムでは消去することができない。このため、特許文献1の筆記具を使用すれば、修正が必要な場合に所定の摩擦熱を付与するだけで簡単に筆跡(紙面等に書かれている文字や絵などを意味する)を消去でき、筆跡を消去した箇所に繰り返し筆記することができるので、インキを利用するにもかかわらず、間違った筆跡を簡単に消去し修正することができる。
しかるに、特許文献1の筆記具に利用されるインキは、筆跡に所定の温度以上の熱を加えれば時間の経過にかかわらずいつでも筆跡を熱消去することが可能である。このため、特許文献1の筆記具が優れた実用性を有するものの、重要文書には使用できないというのが実情である。
したがって、インキを利用した筆記において、修正が必要な際に簡単に修正することができるが、時間が経過した後には筆跡を簡単には消去することができないような文房具の開発が望まれている。
However, the ink used in the writing implement of
Therefore, there is a need for stationery that allows easy correction when necessary when writing with ink, but does not allow handwriting to be easily erased over time.
本発明は上記事情に鑑み、表面に付与したインキを簡単に消去し修正することができるが、ある時間経過後には消去が難しくなる機能性シートおよびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a functional sheet and a manufacturing method thereof, in which ink applied to the surface can be easily erased and corrected, but which becomes difficult to erase after a certain period of time has passed.
本発明の機能性シートは、液体の浸透を制御し得るシート部材であり、基材表層に位置するシート表層を有しており、該シート表層が、該シート表層の表面から内方に向かって液体の浸透を制御し得る流路を備えていることを特徴とする。
本発明の機能性シートの製造方法は、本発明の機能性シートを製造する方法であり、基材の基材表面上に分散液を塗布した後、熱プレス法または回転乾燥機法で乾燥することを特徴とする。
The functional sheet of the present invention is a sheet member capable of controlling the permeation of liquid, and is characterized in that it has a sheet surface layer located on a substrate surface layer, and the sheet surface layer has a flow path capable of controlling the permeation of liquid from the surface of the sheet surface layer inward.
The method for producing the functional sheet of the present invention is a method for producing the functional sheet of the present invention, and is characterized in that the dispersion is applied onto the surface of the substrate, and then the substrate is dried by a heat press method or a rotary dryer method.
本発明の機能性シートによれば、シート表層が液体の浸透を制御し得る流路を備えているので、機能性シートの表面に付与された液体の消去時間をコントロールすることができる。
本発明の機能性シートの製造方法によれば、機能性シートの表面に付与した液体の消去時間をコントロール可能な機能性シートを製造することができる。
According to the functional sheet of the present invention, since the surface layer of the sheet is provided with flow paths capable of controlling the permeation of liquid, it is possible to control the erasing time of liquid applied to the surface of the functional sheet.
According to the method for producing a functional sheet of the present invention, it is possible to produce a functional sheet capable of controlling the erasing time of a liquid applied to the surface of the functional sheet.
つぎに、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
まず、本実施形態の機能性シート1について説明したのち、機能性シート1の製造方法について説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the
<本実施形態の機能性シート1>
本実施形態の機能性シート1(以下、機能性シート1という)は、表層に基材2の基材表面2s上にシート表層3を設けることにより、シート表面(つまりシート表層3の表面3s)に付与した液体の浸透時間をコントロールできるようにしたことに特徴を有している。とくに、液体に基づく筆跡等の消去時間を制御できるようにしたことに特徴を有している。例えば、液体が後述するインクの場合、インキに含まれる溶剤の浸透を制御することにより、一定時間インキの消去機能を付与することができるようになる。
<
The
本明細書における液体とは、シート表面に絵や文字などを書いたり、ハンコを用いて転写したり、印刷等したりするのに用いられる染料や顔料等を含む液体を意味する。例えば、後述するインキなどを挙げることができる。以下の説明では、液体の代表としてインキを用いた場合で説明する。なお、「インキを付与する」とは、「液体を付与する」ことを意味する。 In this specification, the term "liquid" refers to a liquid containing dyes, pigments, etc., that is used to write pictures or letters on the surface of a sheet, transfer them using a stamp, print them, etc. Examples include ink, which will be described later. In the following explanation, ink is used as a representative liquid. Note that "applying ink" means "applying liquid."
機能性シート1のシート表面に「インキを付与」するとは、筆記により機能性シート1の表面に筆跡を形成することや、ハンコ等を用いて転写した字や絵などの転写物や印刷により印刷された文字や絵などの印刷物を含む概念である。
本明細書における筆記とは、筆記具を用いて機能性シート1の表面に筆跡を形成することをいい、筆跡とは、機能性シート1のシート表面にインキを用いて形成された文字や絵などを意味する。
本明細書における消去とは、機能性シート1のシート表面の筆跡を消しゴム等の消去部材で吸着または剥がし取ることをいう。
"Applying ink" to the sheet surface of
In this specification, writing refers to making handwritten marks on the surface of
In this specification, erasing refers to adsorbing or peeling off handwriting on the surface of the
機能性シート1は、上述したように基材2とシート表層3を有している。なお、後述するように、機能性シート1は、シート表層3と同等の構造を有するシート状の部材であってもよい。つまり、機能性シート1は、シート状に形成されたシート表層3のみからなる部材であってもよい。
以下では、機能性シート1が、基材2と、この基材2上に設けられたシート表層3を有する構成を代表例として、説明する。
As described above, the
In the following, a configuration in which a
図1に示すように、機能性シート1は、基材2と、この基材2上に設けられたシート表層3を有しており、シート表層3の表面3s(つまりシート表面)に付与されたインキの固着時間の調整が可能なシートである。
As shown in FIG. 1, the
(基材2)
基材2は、シート表層3を設けることができる部材であれば、とくに限定されない。例えば、フィルム状、シート状、板状など様々な部材を採用することができる。また、その内部構造もとくに限定されず、例えば、後述する液体が浸透する構造や液体が浸透しにくい構造のものや、液体が浸透しない構造のものであってもよい。
(Substrate 2)
The
以下では、基材2がシート状態の部材であり、表面側に基材表面2sを有する基材表層2aを備えた部材について説明する。
この基材2の基材表面2sは、基材2におけるシート表層3の背面に対向して配置される面である。そして、この基材表層2aは、基材表面2sにインキが付与された場合、インキを基材表面2sから基材2内方に向かって浸透させることができる構造の場合について説明する。
つまり、この基材2は、少なくとも、基材表面2sに開口を有する空隙2hが多数形成された基材表層2aを表層として有している。もちろん、かかる空隙2hは、基材2の表裏を連通するように形成されていてもよい。
In the following, a description will be given of a member in a sheet state in which the
The
That is, the
この基材2の基材表層2aは、基材2内にインキを浸透させる機能を有しており、そのインキを浸透させる浸透力が後述するシート表層3の液体を浸透させる浸透力よりも大きくなるように形成されている。
The
基材2は、基材表層2aが上記機能を有していれば、その空隙2hの大きさはとくに限定されない。例えば、基材表層2aに形成された空隙2hは、その平均孔径が、後述するシート表層3の表面3sに形成される流路3hの平均孔径(例えば、ナノオーダー)よりも大きいミクロンオーダーになるように形成することができる。
基材表層2aの空隙2hの大きさを上記のごとき大きさに形成すれば、シート表層3の表面3sに付与されたインキが基材表面2sに到達した際、かかるインキを基材表面2sに形成された空隙2hの開口から空隙2h内に侵入させて基材2内方に向かってに移動させることができる。
As long as the
If the size of the
なお、この基材2の基材表層2aにおける液体を浸透させる浸透力は、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
また、基材2の基材表層2aの空隙2hの平均孔径は、基材表層2aの表面2sに形成された空隙2hの開口の無作為に選び、各開口の最長径を測定して、得られた値を平均して求めてもよい。
The permeability of the
In addition, the average pore size of the
上記のごとき機能を有する基材2としては、例えば、多孔質を有する部材(多孔質部材)を基材2として採用することができる。このような多孔質部材としては、例えば、樹脂製や石製のほか、紙製のものも採用することができる。紙製のものは、繊維が絡み合って形成された集合体であり、上記のごとき構造を有しているため、本明細書では多孔質部材として定義する。
As a
紙製の多孔質部材として、例えば、紙製の不織布はもちろん、ろ紙、和紙、コピー用紙、塗工紙、上質紙、中質紙、クラフト紙、再生紙、包装用紙、板紙、段ボール原紙、ラミネート紙等を挙げることができる。樹脂製のものとしては、スポンジ状に形成したシート状のものやPet繊維からなる不織布などを挙げることができ、石製のものとしては、石灰等を細かく粉砕したものをシート状に成形したものなどを挙げることができる。 Examples of paper-based porous members include, of course, paper nonwoven fabric, but also filter paper, Japanese paper, copy paper, coated paper, fine paper, medium-quality paper, craft paper, recycled paper, wrapping paper, paperboard, cardboard base paper, laminated paper, etc. Examples of resin-based members include sponge-like sheets and nonwoven fabric made of PET fibers, and examples of stone-based members include sheets made from finely crushed lime, etc.
機能性シート1の基材2として紙製のものを採用する場合、基材2は上述したように繊維Fで構成されるが、その繊維幅や繊維長はとくに限定されない。
基材2を構成する繊維Fは、後述するシート表層3の微細繊維ffよりも繊維幅が太く、繊維長も長いものである。例えば、繊維幅が1μm~50μm程度、繊維長は0.1mm~10mm程度のものが使用される。
When a
The fibers F constituting the
また、基材2の平均厚さは、とくに限定されない。例えば、50μm以上となるように形成することができる。とくに、基材2の平均厚さが60μm~120μmとなるように形成すれば、可撓性を付与することが可能となるので、取り扱い性を向上させることができる。
The average thickness of the
なお、基材2の平均厚さは、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
The average thickness of the
(シート表層3)
シート表層3は、一の面が外方に位置し、他方の面が基材2の基材表面2s側に位置するように基材2に積層して形成された層である。つまり、シート表層3の表面3sが機能性シート1の表面に位置するように基材2上に積層された表層である。そして、このシート表層3は、シート表層3の表面3sにインキを付与した状態において、シート表層3の表面3s上にインキを保持しつつ、シート表層3の表面3sから基材2に向かってインキを浸透させることができる複数の流路3hを備えている。具体的には、シート表層3は、緻密な構造(以下、単に緻密構造という)を有することで表面3s上に付与されたインキを保持しつつ、保持したインキ(具体的には、インキ中の溶剤)を複数の流路3h内に導くことによりインキ(インキ中の溶剤)を内部へ浸透させる機能(インキ浸透特性ともいう)を有する。
(Seat surface layer 3)
The
シート表層3の流路3hは、シート表層3の表面3sとその反対側に位置する背面(基材2に対向する面)を連通するように形成されている。そして、図1に示すように、シート表層3の表面3sには、複数の流路3hの開口が位置するように形成されている。つまり、シート表層3は、シート表層3の表面3s(つまり機能性シート1のシート表面)にインキが付与された際、シート表面3sに形成された流路3hの開口から流路3h内へインキを誘導し、シート表層3内へ移動つまり浸透させることができるように形成されている。
The
シート表層3の表面3sにインキを付与した状態における、シート表層3に対するインキの浸透速度は、インキが基材2に対して浸透する速度(基材2の液体浸透力という)よりも遅くなるように形成されている。つまり、シート表層3の液体浸透力は、基材2の基材表層2aが有する液体浸透力よりも低くなるように形成されている。
このようなインキの浸透速度は、シート表層3の流路3hにより調整することができる。例えば、シート表層3の流路3hの平均孔径が、基材2の空隙2hの平均孔径よりも小さくなるように形成する。より具体的には、基材2内部の空隙2hの平均孔径がミクロンオーダーの場合、流路3hの大きさ(つまり平均孔径)が、ナノオーダーの微細な大きさとなるように形成することにより、シート表層3の液体浸透力が基材2の基材表層2aが有する液体浸透力よりも低くなるように形成することができる。
When ink is applied to the
The permeation speed of the ink can be adjusted by the
なお、シート表層3におけるインキを浸透させる浸透力は、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
また、この流路3hの平均孔径は、シート表層3の表面3sに形成された流路3hの開口の無作為に選び、各開口の最長径を測定して、得られた値を平均して求めることができる。
The ink permeability of the
The average pore size of the
シート表層3は、上記のごとく緻密構造を有しつつ、上記機能を有する複数の流路3hを備えていれば、とくに限定されない。
例えば、シート表層3は、シート表層3内に複数の微細繊維ffを含有させた構造や、複数の気泡状の空隙を有する構造や、両者を備えた構造にしてもよい。以下、シート表層3が、上記構造を有する場合について説明するが、上記機能を発揮することができれば、かかる構造に限定されないのはいうまでもない。
The
For example, the
まず、シート表層3が、複数の微細繊維ffを含有する構造について、説明する。
このシート表層3に含有される微細繊維ffは、平均繊維径が3nm~1μmであり、平均繊維長が1mm以下の繊維をいう。とくに、平均繊維径が3nm~100nmのものをナノファイバーnfという。
図1に示すように、基材2が繊維Fを含む場合、機能性シート1のシート表層3の微細繊維ffは、基材2の繊維Fよりも細い繊維である。つまり、シート表層3は、基材2に比べてより細い微細繊維ffを含有させることにより、基材2に対して緻密な構造となるように形成された層である。例えば、基材2が紙製(例えばコピー用紙)の場合、シート表層3は、基材2を構成する繊維F(平均繊維径5μm~50μm、平均繊維長0.5mm~10mm)よりも、細くて短い微細繊維ffで構成されている。
First, the structure of the
The fine fibers ff contained in the
1, when the
このシート表層3は、上記のごとき複数の微細繊維ffが互いに密接しながら積み重なるようにして形成されている。例えば、図1に示すように、シート表層3は、紙製(例えばコピー用紙)の基材2の繊維F構造と比べて緻密な構造となるように形成されている。当然に、図1に示すように、シート表層3の表面3sも基材2表面2sと比べて緻密な構造となるように形成されている。なお、シート表層3の表面3sの緻密構造は、後述する実施例に記載の表面粗さにより評価することができる。
The
このシート表層3の内部には、網目状の隙間が形成されている。この網目状の隙間は、複数の微細繊維ffが積み重なることにより、隣接する微細繊維ff同士間に形成された隙間が互いに連結するようにして形成されたものである。具体的には、図1に示すように、このシート表層3は、表面3sおよび背面(基材2の基材表面2sに対向する面)に隣接する微細繊維ff同士間に形成された複数の表面隙間および背面隙間が形成されている。そして、このシート表層3の内部には、上下方向(表面3sから基材表面2s方向)に隣接する隙間が互いに連通した内部隙間が形成されている。シート表層3の内部に形成された複数の内部隙間の多くは、シート表層3の表面3sに位置する表面隙間および背面隙間に連通するように形成されている。つまり、シート表層3は、複数の微細繊維ffを含有させることにより、シート表層3の表裏を連通する網目状の連通隙間を複数有するように形成されている。
なお、この連通隙間が流路3hに相当し、連通隙間のシート表層3に形成された表面隙間が流路3hの開口に相当する。言い換えれば、シート表層3は、複数の微細繊維ffを含有することにより、シート表層3の表面3sに開口を有し、この開口からシート表層3の他方の面(背面側)へ向かって延びる流路3hを複数備えた構造となっている。
A mesh-like gap is formed inside the
The communicating gap corresponds to the
とくに、微細繊維ffとしてナノファイバーnfを用いた場合には、シート表層3の構造をより緻密な構造に形成することができる。この場合、シート表層3の表面3sの構造をより緻密構造とすることができるので、シート表層3の表面3sに付与したインキに対するインキバリア性を向上させることができる。つまり、微細繊維ffとしてナノファイバーnfを用いれば、シート表層3の表面3sに付与したインキの保持時間を向上させることができる。このため、インキの消去機能を制御し易くなる。
なお、微細繊維ffの平均繊維径や平均繊維長は、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
In particular, when nanofibers nf are used as the fine fibers ff, the structure of the
The average fiber diameter and average fiber length of the fine fibers ff can be measured by the method described in the examples described later.
つぎに、シート表層3の流路3hが、複数の気泡状の空隙を有する構造について、説明する。
このシート表層3は、内部に複数の気泡状の空隙を複数有しており、隣接する空隙が互いに連結した連続空隙が網目状に形成された構造である。このような構造を有するシート表層3は、以下のように形成することができるが、かかる方法に限定されない。なお、詳細な形成方法は、実施例に記載の方法を参照。
Next, the structure of the
The
例えば、まず、樹脂と溶媒を混合し、溶媒に樹脂を溶解させた液体を調製(後述するシート表層形成液)する。この液体を基材2の基材表面2s上に塗布してシート表層3に相当する層を形成する。
ついで、所定の温度で乾燥させる。このときの乾燥温度が、シート表層3に相当する層内において溶媒が沸騰し易い温度となるように調整するのが好ましい。例えば、乾燥温度が、上記液体中の溶媒の沸点以上となるように調整する。すると、乾燥工程において、シート表層3に相当する層内においては、溶媒が蒸発して気泡が形成される。このとき、かかる層は流動性を有しており、隣接する気泡同士が、互いに連結しながら成長して連続気泡を形成する。この現象が、層内のあらゆる箇所で発生して、かかる層の表層と基材表面2sとを連通するような連続気泡が複数形成される。しかも、隣接する連続気泡は互いに連結するようにして複雑な網目状に形成される。さらに、かかる層内で発生した気泡は、この層の表面(シート表層3の表面3sに相当する面)に到達し、表面から気体となって外部へ放出される。
乾燥工程後、上記基材2(シート表層3に相当する層を基材表面2s上に塗布した基材2)を放冷すれば、基材2の基材表面2s上に、シート表層3に相当する層内の樹脂が固まって形成されたシート表層3を有する機能性シート1を形成することができる。そして、このシート表層3内には、上記のごとく網目状の連続気泡に基づく網目状の空隙が形成されている。しかも、この網目状の空隙に連通する微細な開口が、シート表層3の表面3sに形成されている。このシート表層3の表面3sの微細な開口は、乾燥工程の際に層内で発生した気泡が外部へ放出された際に形成された開口に基づくものである。
このシート表層3の網目状の空隙が流路3hに相当し、シート表層3に形成された微細な開口が流路3hの開口に相当する。
For example, first, a resin is mixed with a solvent to prepare a liquid in which the resin is dissolved in the solvent (a sheet surface layer forming liquid to be described later). This liquid is applied onto the
Then, the mixture is dried at a predetermined temperature. The drying temperature is preferably adjusted so that the solvent easily boils in the layer corresponding to the
After the drying step, the substrate 2 (
The mesh-like voids in the
上記のごとく調製することにより、シート表層3は、樹脂製の素材で形成され、内部に表面3sに開口を有する網目状に形成された複数の流路3hを有する構造となるように形成することができる。この流路3hは、溶媒の蒸発により形成された気泡により形成されたものであるので、流路径が小さくなるように形成することができる。また、気泡の大きさは、溶媒の種類や乾燥温度により変化させることが可能である。例えば、樹脂を用いてシート表層3を形成する場合、シート表層3の流路3hを微細繊維ffを用いた場合と比べて小さくすることも可能であることから、シート表層3をより緻密構造となるように形成することが可能となる。
しかも、シート表層3が液体状の樹脂により形成されているので、シート表層3の表面3sを微細繊維ffにより形成する場合と比べて滑らかに形成することができる。このため、シート表層3のインキに対するインキバリア性をより向上させることが可能となる。
By preparing as described above, the
Moreover, since the
また、このシート表層3の流路3hは、流路壁が上述した樹脂で形成されている。そして、この流路3hが上述したように複数の気泡や連続気泡が連結することにより形成されているので、流路3hの断面積が流路方向に沿って変化するように形成されている。具体的には、流路の内径が狭くなったり広くなったりするように形成されている。
この場合、シート表層3の表面3sに付与されたインキに含まれる溶剤が流路3h内に侵入した際に表面3s付近に位置する断面積が広い箇所(液体滞留部)で溶剤を滞留させることが可能となる。このため、インキの消去機能を制御し易くなる。
The
In this case, when the solvent contained in the ink applied to the
なお、上記液体に混合する樹脂は、溶媒に溶解することができ、かつ乾燥工程後に固まる性質を有するものであれば、とくに限定されない。例えば、ポリビニルアルコール(以下、PVAということもある)や酢酸ビニルなどは、乾燥後にフィルム状に形成することができ、ある程度の柔軟性を有するので好ましい。とくに、取り扱い性の観点から、水に溶解可能なポリビニルアルコールを用いるのが好ましい。
また、上記液体に混合する溶媒は、混合する樹脂を溶解させることができるものであれば、とくに限定されない。例えば、この溶媒として、水やアルコール類、アセトンなど様々な化合物を溶媒として使用することができる。また、このような化合物を単独または2以上を混合して用いてもよい。
The resin to be mixed with the liquid is not particularly limited as long as it can be dissolved in a solvent and has the property of being solidified after a drying process. For example, polyvinyl alcohol (hereinafter sometimes referred to as PVA) and vinyl acetate can be formed into a film after drying and have a certain degree of flexibility, so they are preferable. In particular, from the viewpoint of handling, it is preferable to use polyvinyl alcohol that is soluble in water.
The solvent to be mixed with the liquid is not particularly limited as long as it can dissolve the resin to be mixed. For example, various compounds such as water, alcohols, and acetone can be used as the solvent. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
シート表層3は、上述した複数の微細繊維ffと樹脂とを含有する構造としてもよい。このような構造を有するシート表層3は、例えば、溶媒に複数の微細繊維ffと、樹脂と、を含有した液体を用いて形成することができる。得られたシート表層3は、シート表層3内において、複雑な流路3hを形成させることができる。具体的には、このシート表層3は、複数の連通隙間と、連続気泡に基づく網目状の空隙と、この空隙に隣接する連通隙間が互いに連結した空隙と、を複雑な網目状の流路3hを有する構造となるように形成することができる。
The
シート表層3の平均厚さは、とくに限定されない。
例えば、シート表層3の平均厚さは、1μm~30μmとなるように形成することができる。
シート表層3の平均厚さを1μmよりも小さくすると、基材2との距離が短くなりインキを消去可能時間が短くなりすぎる傾向にある。一方、シート表層3の平均厚さを30μmよりも大きくすると、基材2との距離が長くなりインキを固着させるための時間が長くなりすぎる傾向にある。このため、シート表層3の表面3s(つまり機能性シート1の表面)に付与したインキを適切に基材2に向かって浸透させる上では、シート表層3の平均厚さを上記範囲内となるように形成するのが好ましい。
The average thickness of the
For example, the
If the average thickness of the
なお、シート表層3の平均厚さは、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
The average thickness of the
以上のごとく、機能性シート1は、複数の微細な流路3hを有し、かつ緻密構造を有するシート表層3を備えている。例えば、機能性シート1は、基材2と、この基材2の基材表層2aの表面である基材表面2s上に設けられたシート表層3と、を備えた構造となるように形成することができる。
機能性シート1のシート表層3は、上記のごとく緻密構造にすることにより、機能性シート1のシート表面(つまりシート表層3の表面3s)にインキ(液体)を付与した状態において、かかるインキに対するバリア性(液体がインキの場合にはインキバリア性)を発揮させることができる。つまり、機能性シート1のシート表面に付与したインキの機能性シート1内への急速な浸透を抑制し、ある程度の時間保持することができる。
例えば、一般的な紙にインキを用いて筆跡を形成した際、筆記した直後からインキに含まれる溶媒が紙内部へ急速に浸透し、紙表面にインキが固着する。つまり筆記された文字等は、筆記した直後から筆跡として形成され、固着したインキは容易に消去することができない状態となる。これに対して、機能性シート1は、緻密構造を有するシート表層3により、筆記された直後のインキをある程度、機能性シート1の表面上に保持することができるので、インキが筆記直後に固着すること抑制することができる。
As described above, the
By forming the
For example, when handwriting is made on ordinary paper using ink, the solvent contained in the ink rapidly penetrates into the paper immediately after writing, and the ink adheres to the paper surface. In other words, the written characters are formed as handwriting immediately after writing, and the adhered ink cannot be easily erased. In contrast, the
しかも、機能性シート1のシート表層3には、表面3s(機能性シート1の表面に相当する)に開口を有する微細な複数の流路3hが網目状に形成されている。このため、シート表層3の表面3hに保持されたインキに含まれる溶剤を表面3sに形成された開口から流路3h内へ誘導させることができる。つまり、機能性シート1は、インキが表面(シート表層3の表面3s)に付与され場合、上記のごとくシート表層3の緻密構造により表面3s上に一時的に保持させた状態にすることができ、かかる状態のインキに含まれる溶剤を一般的な紙と比べてゆっくりと表面から内部へ浸透させることができるようになっている。
Moreover, the
シート表層3の構造、つまり複数の微細な流路3hを有する緻密構造は、上述したように複数の微細繊維ff等を用いることにより形成することができる。
The structure of the
また、機能性シート1が基材2は、シート表層3の流路3hと同様に基材表層2aに液体を浸透させるための複数の空隙2hを有する構造となっている。一方、両者(シート表層3の流路3hと基材2の空隙2h)の液体浸透力は、シート表層3の液体浸透力が基材2の基材表層2aの液体浸透力よりも低くなるように形成されている。例えば、基材2として一般的な紙(例えば、ノートやコピー用紙など)を用いる場合、基材2は、インキを直接、基材2の基材表面2sに付与した際におけるインキの浸透速度(具体的にはインキ中の溶剤の浸透速度)が、シート表層3のインキの浸透速度と比べて速くなるように形成されている。
このため、機能性シート1の表面にインキを付与した状態において、シート表層3内に浸透したインキの溶剤は、シート表層3と基材2の接触面まで到達してシート表層3の流路3hから基材2の空隙2h内へ誘導される。このとき基材2の空隙2hへ移動するインキの溶剤の浸透速度は流路3hを移動する場合と比べて速くなる。すると、基材2内へ浸透するインキの溶剤の浸透速度の増加に伴い、シート表層3中のインキの溶剤の浸透速度も増加させることができる。言い換えれば、機能性シート1が基材2を備えた構成とすることにより、機能性シート1の表面に付与されたインキを固着させ易くなる。
つまり、機能性シート1が基材2を備えた構成とすることにより、機能性シート1の表面(シート表層3の表面3s)に付与されたインキの固着速度をより適切にコントロールすることが可能となる。
In addition, the
For this reason, when ink is applied to the surface of the
In other words, by configuring the
したがって、機能性シート1のシート表面(具体的にはシート表層3の表面3s)にインキを付与すれば、シート表層3の緻密構造によりインキに対してインキバリア性を発揮させることによりインキをシート表面に留まらせつつ、シート表層3に形成された複数の微細な流路3hによりインキ(具体的にはインキに含まれる溶剤)をゆっくりと基材2へ向かって浸透させることができる。
Therefore, when ink is applied to the sheet surface of the functional sheet 1 (specifically, the
一般的に、インキは、後述するように顔料や染料のほか、定着剤や溶剤が含有されている。このため、インキを機能性シート1のシート表面に付与すれば、上述したようにインキ中の溶剤を機能性シート1のシート表面からシート表層3の流路3h内を移動させて基材2へ向かって浸透させることができる。一方、この微細な流路3hの開口は、顔料等の大きさと比べて同等か小さくなるように形成されている。
Generally, ink contains a fixing agent and a solvent in addition to pigments and dyes, as described below. Therefore, when ink is applied to the sheet surface of the
このため、インキ中の顔料等は、付与した機能性シート1のシート表面やシート表層3の表面3s付近に留まるように保持される。すると、機能性シート1のシート表面に付与されたインキは、溶剤のシート表層3内への浸透に伴い、インキ中の溶剤濃度が減少する。そして、この溶剤の減少に伴い、シート1表面におけるインキ中の定着剤の濃度が上昇する。この付与されたインキは、定着剤の濃度がある程度以上になれば、インキ中の顔料または染料を機能性シート1のシート表面(つまりシート表層3の表面3s)やシート表層3の表面3s内方付近に固着する。
As a result, the pigments in the ink are held so as to remain near the sheet surface of the
つまり、機能性シート1は、表面(シート表層3の表面3s)にインキを付与した直後にインキが固着することを抑制するとともに、所定の時間が経過すればインキを固着させることができるという、従来の技術では共存させることが想定することができないトレードオフの関係にある機能を発揮させることができる部材である。
具体的には、機能性シート1は、緻密構造を有し、かつ微細な流路3hを有するシート表層3を基材2上に設けることにより、シート表面に付与されたインキ中の溶剤のシート表層3内および/または基材2への浸透時間を制御することで、インキが固着するまでの時間を調整することができるようにしたものである。
In other words, the
Specifically, the
よって、機能性シート1を用いれば、シート表面に付与されたインキの固着時間を制御することができるようになるので、インキを消去できる時間をコントロールすることができるようになる。言い換えれば、機能性シート1を用いれば、シート表面に付与されたインキを所定時間の消去することができ、かつ所定時間を超えればインキをシート表面に固着させてインキが消去することが困難または消去できないような状態にすることができる。つまり、機能性シート1は、最終的に筆跡等を消去することができないが、筆記等した直後から所定時間までは筆跡等の修正が可能なシートである。
Therefore, by using
そうすると、例えば、機能性シート1の基材2の素材として紙を採用し、シート表層3の微細繊維ffとしてセルロースナノファイバーを採用した場合、機能性シート1を見た際には一般的な紙と見分けがつきにくい状態にできる。しかし、上述したようにかかる機能性シート1のシート表面(シート表層3の表面3s)にインキを用いて筆記して筆跡を形成した場合、筆記直後からある時間までは筆跡を消去し修正を行うことができるが、ある時間を超えれば筆跡を消去・修正することができない状態にすることができる。
具体的には、機能性シート1を紙製の素材で形成した場合、筆記直後から所定時間までは、鉛筆等で筆記した場合と同様に、インキを用いた筆跡等を市販の消しゴムで簡単に消去・修正を行うことができ、保存の際には、筆跡等を消しゴムや摩擦熱等で簡単に消去できない状態にすることが推奨されている公文書や社内文書、病院カルテ、実験記録などの重要文書や重要書類といわれている様々な書類等に本実施形態の機能性シート1を使用することができる。
In this way, for example, when paper is used as the material for the
Specifically, when the
なお、明細書中の「固着」とは、機能性シート1の表面(シート表層3の表面3s)に付与したインキ等が、消しゴム等の消去部材による摩擦力等により除去できない状態となっていることをいう。
また、機能性シート1は、上述したように最終的に筆跡を消去・修正できないようにする必要があるものあれば、上記用途に限定されず、履歴書や、就職活動時のエントリーシート、契約書、署名が必要な申請書や書類など様々な用途に使用することができる。
In addition, in the specification, "adhesion" refers to a state in which ink or the like applied to the surface of the functional sheet 1 (
Furthermore, as described above, the
(機能性シート1による液体の保持率(%))
機能性シート1は、シート表層3が上記のごとく緻密構造かつ複数の微細な流路3hを有しているので、表面に付与したインキを所定時間消去することができ、所定時間後には消去できなくなるといった機能を発揮させることができる。
このような機能性シート1の機能は、所定の液体の保持率(%)で評価することができる。詳細な測定方法は、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
(Liquid retention rate (%) by functional sheet 1)
As described above, the
The function of such a
例えば、機能性シート1は、表面(シート表層3の表面3s)にブチルアルコールを付与した状態における、所定時間経過後のブチルアルコールの保持率(%)により評価することができる。しかも、得られる評価値は、一般的な紙(例えば、コピー用紙など)と比べて非常に優れている。言い換えれば、機能性シート1は、表面に付与した液体を一般的な紙と比べて長時間保持しておくことができる。
For example, the
具体的には、一般的なコピー用紙は、用紙表面にブチルアルコール10.0mgを付与した状態における、ブチルアルコールの2分後の保持率(%)(所定の温度、湿度)が、質量比80%程度であるのに対して、機能性シート1は、質量比90%以上である。そして、4分後では、コピー用紙が質量比50%程度であるのに対して、機能性シート1は、質量比70%以上である。しかも、6分後の保持率では、コピー用紙が約30%であるのに対して機能性シート1は、質量比50%以上であり、8分後においては、コピー用紙が約10%であるのに対して機能性シート1は、質量比40%以上である。さらに、10分後においては、コピー用紙の保持率がほぼ0%であるのに対して機能性シート1の液体の保持率は、質量比で30%以上を維持することができる。
Specifically, when 10.0 mg of butyl alcohol is applied to the surface of ordinary copy paper, the retention rate (%) of butyl alcohol after 2 minutes (at a given temperature and humidity) is about 80% by mass, whereas the
(インキ)
インキは、上述したように、溶剤と、着色剤と、定着剤と、をすくなくとも含む液体であり、一般的な水性インキや油性インキといわれるものを挙げることができる。
溶剤は、着色剤や定着剤を分散または溶解させる機能を有するものであり、例えば、ケトン類、アルコール類、酢酸エチルなどの有機溶剤を挙げることができる。着色剤は、インキに着色を付与するものであり、例えば、カーボンブラックや有機顔料などの顔料やアニオン系アゾ染料、フタロシアニン系染料、アゾ系金属錯塩染料などの染料を挙げることができる。定着剤は、着色剤を機能性シート1のシート表面に固着させる機能を有するものであり、例えば、合成樹脂や天然樹脂の他、その誘導体などを挙げることができる。
なお、インキには、上記溶剤等以外に一般的に使用されている補助剤やpH調整剤や防腐剤等が含んでいてもよい。
(Ink)
As described above, the ink is a liquid that contains at least a solvent, a colorant, and a fixing agent, and examples of the ink include commonly used water-based inks and oil-based inks.
The solvent has a function of dispersing or dissolving the colorant and fixing agent, and examples of the solvent include organic solvents such as ketones, alcohols, and ethyl acetate. The colorant imparts color to the ink, and examples of the solvent include pigments such as carbon black and organic pigments, and dyes such as anionic azo dyes, phthalocyanine dyes, and azo metal complex dyes. The fixing agent has a function of fixing the colorant to the sheet surface of the
In addition to the above-mentioned solvents, the ink may contain generally used auxiliary agents, pH adjusters, preservatives, and the like.
(機能性シート1の表面構造)
機能性シート1の表面に相当するシート表層3の表面3sは、表面3sにインキの消去性を向上させる上では、滑らかになるように形成されているのが望ましい。シート表層3の表面3sに深い凹みがありすぎると、表面3sに付与したインキがこの深い凹みに侵入し易くなる。そして、消しゴム等を用いた場合、この深い凹みの内部までゴム等を接触させることができなければ、この深い凹みに浸入したインキをゴム等に接触させることができにくくなる。この場合、インキの消し残りを発生させてしまう可能性がある。このため、シート表面つまりシート表層3の表面3sは、表面3sに付与したインキの消去に使用される消しゴム等が接触しやすい状態にするのが望ましい。
(Surface structure of functional sheet 1)
The
(表面粗さ)
シート表層3の表面3sの滑らかさ、つまり表面粗さは、使用される消しゴム等の材質により適宜調整すればよい。
例えば、一般的なプラスチック製の消しゴムを使用する場合には、シート表層3の表面3sは、表面粗さが10μm以下となるように形成することができる。具体的には、下限値は0.1μm以上が好ましく、より好ましくは0.5μm以上であり、さらにより好ましくは1.2μm以上である。また、上限値は10μm以下が好ましく、より好ましくは9μm以下であり、さらに好ましくは8μm以下である。機能性シート1のシート表層3の表面3sが平滑過ぎると、ボールペンで筆記する際にペン先のボールが滑ってしまい、ボールが回転しにくくなる傾向がある。したがって、機能性シート1の表面(つまりシート表層3の表面3s)の表面粗さは0.1μm~10μmが好ましく、より好ましくは0.5μm~9μmであり、さらに好ましくは1.2μm~8μmである。
また、シート表層3の表面3sを上記のごとく滑らかな構造にすることにより、インキが凹みに侵入したとしても適切に消しゴム等で消去することができるようになる。
(Surface roughness)
The smoothness, i.e., surface roughness, of the
For example, when using a general plastic eraser, the
Furthermore, by making the
なお、このシート表層3の表面3sの表面粗さは、後述する実施例に記載の方法であるJIS P 8119に準拠して測定することがき、得られた値を平均化した値である。
The surface roughness of the
また、機能性シート1は、基材2やシート表層3の材質は上述した素材を適宜採用することができるが、取り扱い性の上では、互いに親和性を発揮する素材を採用するのが望ましい。
例えば、基材2の素材として紙製を用いる場合、シート表層3の微細繊維ffとしてセルロースナノファイバーを用いれば、基材2を構成するセルロース繊維Fとシート表層3のセルロースナノファイバーが水素結合により強固に結合するので、両者の連結性を向上させることができる。
In addition, the materials for the
For example, when paper is used as the material for the
なお、上記例では、機能性シート1は、基材2の基材表面2sとシート表層3が接する場合について説明したが、両者間に、液体を浸透させる機能を有する連結層を有する構造(多層構造)としてもよい。
この連結層には、シート表層3と同様に表裏(つまりシート表層3の背面側の面と、基材表層2s側の面)を連通する液体が流れる流路が形成されていれば、素材はとくに限定されない。例えば、上述した多孔質部材やシート表層3と同様の繊維を含むものであってもよい。
In the above example, the
The material of this connecting layer is not particularly limited as long as it has a flow path through which a liquid flows, connecting the front and back sides (i.e., the surface on the back side of the
連結層が繊維からなる場合としては、例えば、シート表層3の微細繊維ffをセルロースナノファイバーとし、基材2の繊維Fをセルロース繊維とした場合、両者に親和性が高いセルロースナノファイバーを連結層の繊維として採用することができる。
この場合、連結層とシート表層3はセルロースナノファイバー同士の水素結合により強固に連結することができ、連結層と基材2はセルロースナノファイバーとセルロース繊維同士を水素結合により強固に連結することができる。つまり、両者(シート表層3と基材2)に親和性が高い素材を連結層を含有させることにより、接着剤を用いなくても機能性シート1の各層を強固に連結させることができる。
When the connecting layer is made of fibers, for example, if the fine fibers ff of the
In this case, the connecting layer and the
また、この連結層の形成方法もとくに限定されない。
例えば、シート表層3と基材2を別々に成形した後、両者を連結層で連結して機能性シート1を成形してもよいし、基材2の基材表面2s上に連結層とシート表層3を順に塗布するように積層してもよい。基材2とシート表層3間に連結層を設けた場合、シート表層3に含有する微細繊維ffの濃度や厚み等が一定であっても、連結層の厚みや含まれる組成物等を適宜変調整すれば、機能性シート1の成形性の自由度を向上させることが可能となる。
The method for forming the connection layer is not particularly limited.
For example, the
また、上記例では、機能性シート1のシート表面(シート表層3の表面3s)に付与したインキがシート表層3から基材2へ浸透する場合について説明したが、インキが必ずしも基材2へ浸透しなくてよい構造にしてもよい。
具体的には、機能性シート1は、上述した構成を有しており、インキを付与した状態において、インキに対して上述した機能(インキバリア性およびインキ浸透特性)を発揮させることができれば、基材2の構造はとくに限定されない。つまり、機能性シート1の基材2は、機能性シート1のシート表層3が上記構造を有することにより、機能性シート1の表面に付与したインキを所定時間消去することができ、所定時間後には消去できなくなるといった機能を発揮させることができれば、とくに限定されない。
より具体的には、基材2は、機能性シート1のシート表面に付与したインキに含まれる溶剤が基材2内に浸透しない、またはそのほとんどがシート表層3上および/または内部に留まるような状態の場合であっても、シート表層3が上記構造を有していれば、機能性シート1の効果は適切に発揮させることができる。
In addition, in the above example, a case was described in which the ink applied to the sheet surface (
Specifically, the
More specifically, even if the
例えば、粘性の低いインキの場合には、機能性シート1のシート表面に付与したインキ(具体的にはインキに含まれる溶剤)が表面3sから基材2へ向かって浸透していくが、基材2に到達する前にシート表層3内で滞留するような現象が発生することがある。また、例えば、インキの付与量が少ない場合にも同様の現象が発生することがある。さらに、また、例えば、シート表層3の膜厚との関係で同様の現象が発生することができる。
For example, in the case of low-viscosity ink, the ink (specifically, the solvent contained in the ink) applied to the sheet surface of the
(セルロースナノファイバーの製法)
上述したシート表層3や連結層に用いられるセルロースナノファイバーを製造する方法は、とくに限定されない。
例えば、原料となるパルプ繊維を機械的処理によって微細化処理(解繊)してもよく、酵素処理、酸処理等の化学的処理による微細化処理してもよい。機械化処理としては、例えば、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ジェットミル、ウォータージェット法(WJ法)、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機などを使用して、パルプ繊維をセルロースナノファイバーとすることができる。
セルロースナノファイバーの原料となる繊維は、パルプ繊維や木粉、植物残渣、製紙残渣のように、セルロースを主たる構成成分とする繊維であればよく、とくに限定されない。
(Method of producing cellulose nanofiber)
The method for producing the cellulose nanofibers used in the
For example, the raw pulp fibers may be finely divided (defibrated) by mechanical treatment, or may be finely divided by chemical treatment such as enzyme treatment, acid treatment, etc. As mechanized treatment, for example, a low-pressure homogenizer, a high-pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a jet mill, a water jet method (WJ method), a single-screw extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic agitator, or the like may be used to convert the pulp fibers into cellulose nanofibers.
The fibers that are the raw material for cellulose nanofibers are not particularly limited as long as they are fibers whose main component is cellulose, such as pulp fibers, wood flour, plant residues, and papermaking residues.
(インキの消去評価方法)
本実施形態の機能性シート1のシート表面であるシート表層3の表面3sに付与されたインキの消去性能の評価方法は、JIS 6050(2008)に準拠した方法で以下のようにして求められる。
(Ink erasure evaluation method)
The method for evaluating the erasability of ink applied to the
機能性シート1のシート表面にインキの筆跡を、消しゴム等の消去部材に所定の荷重を付加した状態で所定の移動速度で所定の回数往復消去した後の筆跡の残存率を以下の式(1)を用いて算出することにより評価する。
なお、筆跡の残存率は、後述する実施例に記載の画像ソフトを用いてインキ残存部分の面積を比較して残存率を算出する。画像処理の条件は、後述する実施例に記載のように選択幅、RGBの閾値を設定し、二値化した画像の画素数(ピクセル数)の比較により残存率を算出する。
残存率(%)=(消去後のインキ画素数/消去前のインキ画素数)×100 (1)
The ink mark on the surface of
The remaining rate of the handwriting is calculated by comparing the areas of the remaining ink portions using the image software described in the Examples below. The image processing conditions are set as described in the Examples below, with a selection width and RGB thresholds, and the remaining rate is calculated by comparing the number of pixels of the binarized images.
Residual rate (%) = (number of ink pixels after erasure / number of ink pixels before erasure) x 100 (1)
上記例では、機能性シート1が基材2を備えた構成にすることにより、インキの浸透を適切に制御することができる。しかし、機能性シート1は、必ずしも、基材2を備えた構造でなくてもよいということは上述したとおりである。つまり、機能性シート1は、上述したように、シート表層3と同等の構造を有するシート状の部材であってもよい。具体的には、機能性シート1は、基材2を備えない、シート表層3と同等の構造を有するシート状の部材であってもよい。例えば、後述するシート表層3を形成するためのシート表層形成液を用いてシート表層3と同等の構造を有するシート状に形成すれば、シート表層3と同等の構造を有する機能性シート1を形成することができる。この機能性シート1は、上述した基材2の基材表面2s上に設けられたシート表層3と同様の機能を発揮させることができる。
このため、この機能性シート1は、既存の部材(基材2に相当する部材)に設けたりすることができるので、あらゆる部材に対して上述した場合と同様の機能(一定時間インキによる筆跡等など消去し得る機能)を付与することができる。
つまり、機能性シート1がシート表層3と同等の構造を有するシート状の部材となるように形成すれば、取り扱い性の自由度を向上させることができるようになる。
なお、上記既存の部材としては、ノートや板、机や壁などあらゆるものを対象とすることが可能であり、上記部材に限定されないのはいうまでもない。
また、機能性シート1を既存の部材に設ける方法は、とくに限定されない。例えば、上述した連結層により両者を連結したり、着脱可能な接着剤等により両者を連結してもよい。
In the above example, the
For this reason, this
In other words, if the
It goes without saying that the above-mentioned existing components can be anything, such as a notebook, a board, a desk, or a wall, and are not limited to the above-mentioned components.
The method for providing the
<機能性シート1の製造方法>
つぎに、機能性シート1の製造方法の一例を説明する。具体的には、シート表層3と基材2を備えた構成の機能性シート1の製造方法の一例を説明する。
<Method of manufacturing
Next, a description will be given of an example of a method for manufacturing the
以下では、機能性シート1として、基材2の基材表面2sにシート表層3が接した構造の場合を代表として説明する。
機能性シート1の基材2として、入手し易いコピー用紙を採用した場合について説明する。また、シート表層3は、微細繊維ffを含有する構造とし、この微細繊維ffが、基材2のコピー用紙に親和性の高いセルロースナノファイバーを用いた場合について説明する。
In the following, a
The following describes a case where easily available copy paper is used as the
機能性シート1の製造方法の概略は、基材2の基材表面2s上にシート表層3を形成するためのセルロースナノファイバーを含有する液体(以下、シート表層形成液という)を付与して、基材2の基材表面2s上にシート表層3を形成し、かかる状態のシートを所定の乾燥温度で乾燥させるという製法である。
The manufacturing method of the
「シート表層形成液」が、特許請求の範囲の分散液に相当する。 The "sheet surface layer forming liquid" corresponds to the dispersion liquid in the claims.
このシート表層形成液は、セルロースナノファイバーを固形分濃度が所定濃度となるように水に含有させた液体である。セルロースナノファイバーの固形分濃度は、機能性シートの作製方法によって適宜調整すればよく、とくに限定されない。 This sheet surface layer forming liquid is a liquid in which cellulose nanofibers are added to water so that the solids concentration is a predetermined concentration. The solids concentration of the cellulose nanofibers can be adjusted appropriately depending on the method for producing the functional sheet, and is not particularly limited.
例えば、製造方法において、後述する塗工法やプレス法を用いる場合、セルロースナノファイバーをシート表層形成液に混合し、セルロースナノファイバーの固形分濃度が、1質量%以上となるように調整する。
これらの方法では、セルロースナノファイバーの固形分濃度が、1質量%よりも低いとセルロースナノファイバーの流動性が高くなり、シート表層形成時に表層膜の形成が難しくなる。また、基材2への吸水量が多くなるため、機能性シート1を乾燥する際にシートの収縮量が大きくなりシワを生じやすくなる。さらに乾燥エネルギーの消費量も大きくなる。一方、セルロースナノファイバーの固形分濃度が、10質量%よりも高いとセルロースナノファイバーの流動性が低くなり、均一なシート表層膜の形成が難しくなる。
For example, when the production method uses the coating method or pressing method described below, cellulose nanofibers are mixed into a sheet surface layer forming liquid and the solid content concentration of the cellulose nanofibers is adjusted to 1 mass % or more.
In these methods, if the solid content concentration of the cellulose nanofiber is lower than 1 mass%, the fluidity of the cellulose nanofiber increases, making it difficult to form a surface layer film when forming the sheet surface layer. Also, since the amount of water absorbed by the
したがって、上記方法により機能性シート1を作製するような場合、均一なシート表層膜の形成という観点では、シート表層形成液中のセルロースナノファイバーの含有量は、固形分濃度が1質量%以上10質量%以下が好ましく、より好ましくは固形分濃度が2質量%以上8質量%以下である。
Therefore, when producing
なお、セルロースナノファイバーの固形分濃度は、以下の式(2)により算出される。式中のCNFはセルロースナノファイバーを意味する。
(CNFの固形分濃度)=(CNFの乾燥重量)/CNFの液体重量)×100 (2)
The solid content concentration of the cellulose nanofiber is calculated by the following formula (2): CNF in the formula means cellulose nanofiber.
(Solid concentration of CNF) = (Dry weight of CNF) / Liquid weight of CNF) × 100 (2)
(シート表層3の形成方法)
シート表層3を基材2の基材表面2s上に形成する方法は、基材表面2s上にシート表層3が形成することができれば、その方法はとくに限定されない。
例えば、バーコーター等を用いて基材2の基材表面2s上にシート表層形成液を塗工する方法(塗工法)でシート表層3を形成した後に乾燥工程に供する方法で形成してもよいし、基材2の基材表面2s上にシート表層形成液を付与した後にプレス法によりシート表層3を形成し、その後に乾燥工程に供する方法で形成してもよいし、基材2の基材表面2s上にシート表層形成液を付与した後に熱プレス法によりシート表層3の成形と乾燥工程を同時に行う方法によりシート表層3を形成してもよい。
(Method of forming sheet surface layer 3)
The method for forming the
For example, the
(塗工法)
まず、塗工法により基材2の基材表面2s上にシート表層3を形成する場合について説明する。
(Coating method)
First, a case where the
塗工法では、まず、セルロースナノファイバーの固形分濃度が所定濃度(例えば4質量%)となるように水に分散させたシート表層形成液を調製する。ついで、調製したシート表層形成液をバーコーター等の塗工装置に供給して、膜厚が所定の厚さとなるように基材2の基材表面2s上にシート表層3用の塗膜を形成する(塗膜形成工程)。かかる状態のシートは、水分を含んだ状態であるので、かかるシートを所定の温度(例えば、120℃)で乾燥する乾燥工程に供給し乾燥すれば、本実施形態の機能性シート1を製造することができる。なお、乾燥工程における乾燥機としては、シートを乾燥することができるものであればとくに限定されない。
In the coating method, first, a sheet surface layer forming liquid is prepared by dispersing cellulose nanofibers in water so that the solid content concentration is a predetermined concentration (e.g., 4% by mass). Next, the prepared sheet surface layer forming liquid is supplied to a coating device such as a bar coater, and a coating film for the
塗工法としては、上記の方法のほか、例えば以下のような工業的に使用可能な方法を採用してもよい。
例えば、上記のごとき調製したシート表層形成液をバーコーター等を用いて他の基材(例えば、Pet不織布紙のほか、後述する平板部材)上に塗工して塗膜を形成する。つぎに、この塗膜の上に基材2(例えば、コピー用紙)を貼り合わせた積層体を形成する(後述する被乾燥処理物に相当する)。つまり、この積層体(被乾燥処理物)は、塗工膜を他の基材(平板部材)と基材2の基材表面2sで挟むように、一の面から他の面に向かって、他の基材(平板部材)、塗膜、基材2、の順に配置されている。ついで、この積層体(被乾燥処理物)を所定の温度(例えば、120℃)で乾燥する乾燥工程に供給する。乾燥工程では、内部を所定の温度に設定可能な高温用回転型乾燥機(例えば、実施例に記載の熊谷理機工業社製の回転型乾燥機)を用いて、供給口から供給されたシートを内部の加熱部で乾燥し、排出口から乾燥したシートを排出する方法を採用することができる。
As the coating method, in addition to the above-mentioned methods, for example, the following industrially usable methods may be adopted.
For example, the sheet surface layer forming liquid prepared as above is applied to another substrate (for example, Pet nonwoven paper, or a flat plate member described later) using a bar coater or the like to form a coating film. Next, a laminate is formed by laminating a substrate 2 (for example, copy paper) onto the coating film (corresponding to the object to be dried described later). That is, this laminate (object to be dried) is arranged in the order of the other substrate (flat plate member), coating film, and
なお、塗工法により、上記例のごとく単層でシート表層3を形成してもよいが、多層構造のシート表層3としてもよい。例えば、セルロースナノファイバーの固形分濃度が異なるシート表層形成液をそれぞれ順に塗工してもよい。この場合、一回で塗工する場合と比べてシート表面の表面粗さや付与したインキの浸透力などをより細かく調整できる可能性がある。
The
なお、シート表層3と同等の構造を有するシート状の部材である機能性シート1を塗工法で形成する場合、バーコーター等を用いて後述する平板部材上に塗工して塗膜を形成する。この塗膜の上に基材2(例えば、コピー用紙)を貼り合わることなく、乾燥工程に供給することにより上記構造の機能性シート1を作製することができる。
When forming the
(プレス法)
熱プレス法により基材2の基材表面2s上にシート表層3を形成する場合には、同様に調製したシート表層形成液を平板部材の一の面に付与する。
この平板部材は、一の面が平滑な面(平滑面)となるように形成されている。平板部材の平滑面の表面粗さは、本実施形態の機能性シート1の表面の表面粗さ(つまりシート表層3の表面3sの表面粗さ)に大きく影響するので、上述したシート表層3の表面3sの表面粗さと同程度となるように形成されているものを採用するのが好ましい。例えば、ポリエチレン製、ポリプロピレン製などの樹脂製の平板シートや平板フィルムなどを平板部材として採用することができる。
ついで、この平板部材の平滑面上に付与されたシート表層形成液を平板部材と挟むように基材2を配置する。このとき、基材2の基材表面2sが平板部材の平滑面と平行になるように基材2を配置する。そして、この平板部材、シート表層形成液、基材2の順に配置されたものを一対の脱液シートで挟み込んで被乾燥処理物を調製する。つまり、被乾燥処理物は、脱液シート、平板部材、シート表層形成液、基材2、脱液シートの順に配置された状態となっている(図2(A)参照)。
ついで、この調製した被乾燥処理物を熱プレス機の加圧部に供給する。この加圧部は、供給された被加圧部材(被乾燥処理物)に対して均一に圧力が加わるようになっているとともに、被加圧部材(被乾燥処理物)に対して所望の温度を加えることができるようになっている。
(Press method)
When the
The flat plate member is formed so that one surface thereof is a smooth surface (smooth surface). Since the surface roughness of the smooth surface of the flat plate member greatly affects the surface roughness of the
Next, the
Next, the prepared material to be dried is fed to the pressure section of a heat press machine. This pressure section is designed to apply uniform pressure to the material to be dried and to apply a desired temperature to the material to be dried.
以上のごとく被乾燥処理物を熱プレス機の加圧部に供給することによって、基材2の基材表面2sにシート表層形成液を均一の塗布することができる。つまり、熱プレス法を用いれば、基材2の基材表面2sにシート表層3用の塗膜形成(塗膜形成工程)と、乾燥工程を同時に行うことができるので、生産性に優れるという利点が得られる。
そして、乾燥が終了すれば、熱プレス機から被乾燥処理物を取り出し、脱液シートと平板部材を外せば、本実施形態の機能性シート1を製造することができる(図2(D)参照)。このとき、シート表層3用の塗膜表面が平板部材の平滑面に接して形成されるので、同時に、シート表層3の表面3sを平滑な面に形成することができるという利点も得られる。
As described above, by supplying the material to be dried to the pressure section of the heat press machine, the sheet surface layer forming liquid can be uniformly applied to the
Then, when the drying is completed, the workpiece is removed from the heat press, and the draining sheet and the flat plate member are removed to produce the
なお、本明細書の塗膜形成とは、基材2の基材表面2s上にシート表層3用の膜を形成することをいい、バーコーター等でシート表層形成液を引き延ばしながら形成した塗膜を形成することや、基材2の基材表面2sに付与したシート表層形成液に対して圧力を加えて形成した膜を含む概念である。
In this specification, coating film formation refers to forming a film for the
被乾燥処理物の脱液シートは、加圧時の排水を除去することができる透水性を有するシート状のものであれば、とくに限定されない。例えば、脱液シートは、金網やワイヤーシート、プラスチックワイヤー、多数の貫通孔を有するシート(例えばパンチングシートなど)、不織布、毛布などによって形成することができる。 The drainage sheet for the material to be dried is not particularly limited as long as it is a sheet-like material that has water permeability and can remove wastewater when pressurized. For example, the drainage sheet can be made of wire mesh, wire sheet, plastic wire, a sheet with many through holes (such as a punched sheet), nonwoven fabric, blanket, etc.
また、被乾燥処理物は、脱液シートの平板部材または基材2に接していない反対側の他の面に吸水シートを配置してもよい(図2(B)参照)。脱液シートと加圧部との間に吸水シートを配置すれば、加圧時に排出される水分をより適切に捕集することができる。この吸水シートは、水分を吸収することができるものであれば、とくに限定されない。例えば、ろ紙や、不織布、毛布、フェルトなどによって給水シートを形成することができる。 The material to be dried may also have a water-absorbent sheet disposed on the other side of the liquid-draining sheet that is not in contact with the flat plate member or base material 2 (see FIG. 2(B)). By disposing a water-absorbent sheet between the liquid-draining sheet and the pressure unit, the water discharged during pressure application can be more appropriately collected. There are no particular limitations on the water-absorbent sheet, so long as it is capable of absorbing water. For example, the water-supply sheet can be made of filter paper, nonwoven fabric, blanket, felt, etc.
さらにまた、加圧時に被乾燥処理物に対して常に同じ圧力が加わるように、加圧追従式の熱プレス機であれば、所望の膜厚のシート表層3を形成し易くなる。
Furthermore, if a pressure-following heat press is used so that the same pressure is always applied to the material to be dried when pressure is applied, it becomes easier to form the
なお、プレス法は、熱プレス法における乾燥工程に相当する機能が付与されていない方法であり、この方法では、調製された被乾燥処理物を塗工法と同様に乾燥工程に供給して本実施形態の機能性シート1を製造すればよい。
The pressing method is a method that does not have a function equivalent to the drying step in the heat pressing method, and in this method, the prepared material to be dried is supplied to the drying step in the same manner as in the coating method to produce the
(乾燥温度)
乾燥工程における乾燥温度(熱プレス法における乾燥温度も含む)は、形成されたシート表層3用の塗膜中の水分を適切に蒸発させることができる温度であればよい。
例えば、乾燥温度を50℃以上、より好ましくは80℃以上とすることができる。また、乾燥温度を水の沸点よりも高くすれば(例えば、100℃以上)、シート表層3用の塗膜中において水蒸気を発生させることができる。塗膜内で発生した水蒸気は、塗膜表面に向かって移動するので、その際、塗膜内には水蒸気の移動路が形成される。この水蒸気の移動路が本実施形態の機能性シート1のシート表層3の流路3hとなる。
(Drying temperature)
The drying temperature in the drying step (including the drying temperature in the heat pressing method) may be any temperature that allows the moisture in the formed coating film for the
For example, the drying temperature can be 50° C. or higher, more preferably 80° C. or higher. Furthermore, if the drying temperature is set higher than the boiling point of water (for example, 100° C. or higher), water vapor can be generated in the coating film for the
一方、乾燥温度を100℃よりも低くして、塗膜内に水蒸気を発生させなくても、本実施形態の機能性シート1のシート表層3内に流路3hを形成することができる。例えば、シート表層形成液のセルロースナノファイバーの繊維径を太くしたり(例えば平均繊維系が数十nm~100nm付近)、セルロースナノファイバーと平均繊維径がセルロースナノファイバーよりも太く1μm以下の微細繊維ffを混合することによって、繊維間に流路3hを形成することができる。この場合、乾燥温度をシート表層形成液の溶媒である水の沸点よりも低くできるので、滑らかな表面を形成し易くなる。
On the other hand, even if the drying temperature is lowered below 100°C and water vapor is not generated in the coating film,
したがって、乾燥工程における乾燥温度は、上記のごとくシート表層3用の塗膜中において水蒸気を発生させる場合には、乾燥温度を100℃以上とすればよく、シート表層形成液中の微細繊維ffの繊維径の太さにより調製する場合には、乾燥温度を100℃よりも低くすればよく、本実施形態の機能性シート1のシート表層3の流路3hの形成方法により適宜調整すればよい。
前者方法を採用する場合には、100℃以上が好ましく、より好ましくは120℃以上である。上限はとくに限定されないが操作性の観点から200℃以下が好ましく、より好ましくは150℃以下である。また、後者の方法を採用する場合には、100℃よりも低くするのが好ましく、操作性の観点から、80℃以下50℃以上とするのが好ましい。
Therefore, the drying temperature in the drying process may be set to 100°C or higher when water vapor is generated in the coating film for the
When the former method is employed, the temperature is preferably 100° C. or higher, more preferably 120° C. or higher. The upper limit is not particularly limited, but from the viewpoint of operability, the temperature is preferably 200° C. or lower, more preferably 150° C. or lower. When the latter method is employed, the temperature is preferably lower than 100° C., and from the viewpoint of operability, the temperature is preferably 80° C. or lower and 50° C. or higher.
上記例では、機能性シート1は、基材2が液体を浸透する機能を有する場合について説明したが、上述したように、基材2は、液体が浸透しにくい構造のものや、液体が浸透しない構造の場合であってもよい。つまり、機能性シート1のシート表層3が上記構造を有しており、上述した場合と同様の機能(インキの固着速度を調整する機能)を有していれば、その素材や構造はとくに限定されない。この場合、機能性シート1の自由度を向上させることができる。
このような基材2としては、様々な素材のものを採用することができる。例えば、表面にフィルム状の部材がコーティングされた塗工紙や、樹脂製のものやガラス製の部材を基材2として採用することができる。
In the above example, the
Various materials can be used as the
また、上記例では、機能性シート1のシート表層3の流路3hが、シート表層3の表裏を連通するように形成されている場合について説明したが、基材2側の開口を有さない構造であってもよい。つまり、シート表層3は、表面3s(シート表面)にインキが付与された場合、インキが流路3h内に侵入するが、基材2まで浸透しないような構造であってもよい。
シート表層3が、かかる構造を有する流路3hを備えていれば、シート表面(つまりシート表層3の表面3s)に付与されたインキを流路3h内に侵入させることができるので、上述した場合と同様の効果を発揮させることができる。
In the above example, the
If the
上記例では、シート表層形成液に微細繊維ffを混合する場合について説明したが、上述したように微細繊維ffに替えてまたは微細繊維ffとともに樹脂を混合してもよい。 In the above example, a case where fine fibers ff are mixed into the sheet surface layer forming liquid is described, but as described above, resin may be mixed in place of or together with the fine fibers ff.
この樹脂は、シート表層3を形成した際に上記流路3hを形成することができるものであれば、とくに限定されてない。例えば、樹脂としては、上述したようなPVA等を採用することができる。とくに、取り扱い性の観点では、PVAなどの水溶性の樹脂は、溶媒として水を使用することができ、微細繊維ffとして採用するセルロースナノファイバーと親和性を有するので好ましい。
この樹脂は、このシート表層形成液において、固形分濃度が所定濃度となるように混合することができる。
The resin is not particularly limited as long as it can form the
The resin can be mixed in the sheet surface layer forming liquid so that the solid content concentration becomes a predetermined concentration.
例えば、上述した塗工法やプレス法を用いる場合、樹脂をシート表層形成液に混合し、樹脂の固形分濃度が1質量%以上となるように調整する。
これらの方法では、樹脂の固形分濃度が1質量%よりも低いと流動性が高くなると、シート表層形成時に表層膜の形成が難しくなる。また、基材2への吸水量が多くなるため、機能性シート1を乾燥する際にシートの収縮量が大きくなりシワを生じやすくなる。さらに乾燥エネルギーの消費量も大きくなる。一方、樹脂の固形分濃度が10質量%よりも高いと流動性が低くなると、均一なシート表層膜の形成が難しくなる。
For example, when the above-mentioned coating method or pressing method is used, a resin is mixed into the sheet surface layer forming liquid, and the solid content concentration of the resin is adjusted to 1% by mass or more.
In these methods, when the solid content of the resin is lower than 1% by mass, the fluidity becomes high, making it difficult to form a surface layer film when forming the sheet surface layer. In addition, the amount of water absorbed by the
したがって、上記方法により機能性シート1を作製するような場合、均一なシート表層膜の形成という観点では、シート表層形成液の樹脂の含有量は、固形分濃度が1質量%以上15質量%以下が好ましく、より好ましくは固形分濃度が1質量%以上10質量%以下であり、さらに好ましくは2質量%以上8質量%以下である。
Therefore, when producing
以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に何ら限定されない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.
<実験1>
(機能性シートの調製)
機能性シートの基材には、コピー用紙(アスクル社製、マルチペーパースーパーホワイト J 701-697)を用いた。
機能性シートのシート表層を形成するためのシート表層形成液には、セルロースナノファイバーを固形分濃度が所定の濃度となるように水に分散させたものを用いた(以下、調製したシート表層形成液をCNF分散液という)。
セルロースナノファイバーは、(株)スギノマシン社製(型番;AMa)を用いて調製した。
<
(Preparation of functional sheet)
Copy paper (Multipaper Super White J 701-697, manufactured by Askul Corporation) was used as the substrate for the functional sheet.
The sheet surface layer forming liquid for forming the sheet surface layer of the functional sheet was prepared by dispersing cellulose nanofibers in water to a predetermined solids concentration (hereinafter, the prepared sheet surface layer forming liquid is referred to as a CNF dispersion).
The cellulose nanofibers were prepared using a product manufactured by Sugino Machine Ltd. (model number: AMa).
得られたセルロースナノファイバーの平均繊維幅および平均繊維長は、走査型プローブ顕微鏡(島津製作所製、型番;SPM-9700、単にSPMという)を用いて測定した。
SPM測定方法:ナノセルロースを純水で固形分濃度0.001~0.005質量%に調製し、PEI(ポリエチレンイミン)をコーティングしたシリカ基盤上にスピンコートを行った。スピンコートされたシリカ基盤上のナノセルロースをランダムに20本選びだし、その観察をSPMを用いて行った。
セルロースナノファイバーは、平均繊維幅が10nm~50nm、平均繊維長が100nm~数μmであった。
The average fiber width and average fiber length of the obtained cellulose nanofibers were measured using a scanning probe microscope (manufactured by Shimadzu Corporation, model number: SPM-9700, simply referred to as SPM).
SPM measurement method: Nanocellulose was prepared with pure water to a solid content concentration of 0.001 to 0.005% by mass, and spin-coated onto a silica substrate coated with PEI (polyethyleneimine). 20 nanocellulose pieces were randomly selected from the spin-coated silica substrate and observed using an SPM.
The cellulose nanofibers had an average fiber width of 10 nm to 50 nm and an average fiber length of 100 nm to several μm.
得られたセルロースナノファイバーは、上記の式(2)を用いて、固形分濃度が2質量%となるようにCNF分散液を調製した。 The obtained cellulose nanofibers were used to prepare a CNF dispersion using the above formula (2) so that the solids concentration was 2% by mass.
調製したCNF分散液を基材表面上に付与してシート表層を形成した。
シート表層の形成には、以下の熱プレス法を用いた。
まず、ポリプロピレン製のシート(以下、PPフィルムという)上にCNF分散液を15mLを付与した。この付与したCNF分散液上に基材となるコピー用紙(図2では単に紙と表示した)を配置した。そして、このPPフィルム、CNF分散液、コピー用紙の積層体を一対の金属ワイヤーシート(メッシュ300)(図2では単にワイヤーシートと表示した)で挟むように配置した。さらに、この金属ワイヤーシートの外側にそれぞれ吸水シートを配置した。図2(B)に示すように、この上側から、吸水シート、金属ワイヤーシート、コピー用紙、CNF分散液、PPフィルム、金属ワイヤーシート、吸水シートの順に積層した積層物を熱プレス機(アズワン株式会社製、型番;AH-2003C)に供して(図2(C)参照)、機能性シートを作製した(図2(D)参照)。
The prepared CNF dispersion was applied onto the surface of the substrate to form a sheet surface layer.
The sheet surface layer was formed by the following heat pressing method.
First, 15 mL of CNF dispersion was applied onto a polypropylene sheet (hereinafter referred to as PP film). Copy paper (simply indicated as paper in FIG. 2) serving as a substrate was placed on the applied CNF dispersion. Then, the laminate of the PP film, CNF dispersion, and copy paper was sandwiched between a pair of metal wire sheets (mesh 300) (simply indicated as wire sheets in FIG. 2). Furthermore, a water-absorbing sheet was placed on the outside of each of the metal wire sheets. As shown in FIG. 2(B), a laminate in which the water-absorbing sheet, metal wire sheet, copy paper, CNF dispersion, PP film, metal wire sheet, and water-absorbing sheet were laminated from the upper side in this order was subjected to a heat press machine (manufactured by AS ONE Corporation, model number: AH-2003C) (see FIG. 2(C)), and a functional sheet was produced (see FIG. 2(D)).
実験に使用した吸水シートが本実施形態の「吸水シート」に、金属ワイヤーシートが本実施形態の「脱液シート」に、PPフィルムが本実施形態の「平板部材」に、CNF分散液が本実施形態の「シート表層形成液」に、コピー用紙が本実施形態の「基材」に、それぞれ相当する。 The absorbent sheet used in the experiment corresponds to the "absorbent sheet" in this embodiment, the metal wire sheet corresponds to the "drainage sheet" in this embodiment, the PP film corresponds to the "flat member" in this embodiment, the CNF dispersion corresponds to the "sheet surface layer forming liquid" in this embodiment, and the copy paper corresponds to the "substrate" in this embodiment.
なお、機能性シートは、熱プレスの解放による機能性シートのカールを抑えるために、熱プレス機の温度が十分に下がってから熱プレス機から取り出した。 The functional sheet was removed from the heat press after the temperature had sufficiently dropped in order to prevent the functional sheet from curling when the heat press was released.
熱プレス機の条件は以下のとおりとした。
加熱温度:120℃、加熱時間:20分
圧力:2MPa
プレス圧は時間が経つにつれて減少するため、一定圧になるように調製した。
The conditions for the heat press were as follows:
Heating temperature: 120°C, heating time: 20 minutes, pressure: 2 MPa
The pressing pressure was adjusted to a constant pressure since it decreased over time.
作製した機能性シート(以下、CNF塗付紙ともいう)の表面および断面を低真空走査型電子顕微鏡SEM(JSM-it300LA、日本電子社製)を用いて観察を行った。なお、基材のコピー用紙の表面および断面もあわせて観察した。
表面観察条件は以下のとおりとした。
蒸着は、白金を18nmの膜厚で行った。
加速電圧10~15kV、真空度HighVac.モードに設定した。
断面の作製には、クロスセクションポリッシャー(日本電子製)を用いて、電圧を4.5kV、Arガス流量を4.9mL/min、加工時間を2時間に設定して、液体窒素で冷却しながら断面加工を行った。
The surface and cross section of the prepared functional sheet (hereinafter also referred to as CNF-coated paper) were observed using a low-vacuum scanning electron microscope (SEM) (JSM-it300LA, manufactured by JEOL Ltd.) The surface and cross section of the base copy paper were also observed.
The surface observation conditions were as follows:
The deposition was carried out by depositing platinum to a film thickness of 18 nm.
The acceleration voltage was set to 10 to 15 kV, and the vacuum level was set to HighVac. mode.
To prepare the cross section, a cross section polisher (manufactured by JEOL Ltd.) was used, with the voltage set to 4.5 kV, the Ar gas flow rate set to 4.9 mL/min, and the processing time set to 2 hours, and cross section processing was performed while cooling with liquid nitrogen.
図3に各表面の観察結果および各断面図の観察結果を示す。
図3に示すように、コピー用紙では明らかに表面には繊維が見受けられ、様々な大きさの凹凸が確認できた。一方、機能性シートの表面には、コピー用紙に見られるような大きな孔は確認できなかった。これは機能性シートの表面がセルロースナノファイバーにより緻密な繊維構造によって原紙(コピー用紙)の表面が覆われたものである。
図3に示すように、機能性シートのシート表層の厚さは、約9μmであった。
FIG. 3 shows the observation results of each surface and each cross section.
As shown in Figure 3, fibers were clearly visible on the surface of the copy paper, and unevenness of various sizes was confirmed. On the other hand, no large holes like those seen on copy paper were confirmed on the surface of the functional sheet. This is because the surface of the functional sheet is covered with a dense fiber structure of cellulose nanofibers, which covers the surface of the base paper (copy paper).
As shown in FIG. 3, the thickness of the sheet surface layer of the functional sheet was about 9 μm.
機能性シートの表面の粗さ(表面粗さ)は、共焦点レーザー顕微鏡(カールツァイス社製、LSM5 PASCAL MAT)を用いて測定した。
レーザーの照射範囲は、400μm2で行った。
図4に示すように、機能性シートの表面の表面粗さは、1μm~2μmであった。つまり、本製法で作製した機能性シートの表面粗さは、3μm以下であることが確認できた。
なお、熱プレス法で用いたPPフィルムの表面粗さは、0.115μmであった。
The surface roughness of the functional sheet (surface roughness) was measured using a confocal laser microscope (LSM5 PASCAL MAT, manufactured by Carl Zeiss).
The laser irradiation area was 400 μm2 .
4, the surface roughness of the functional sheet was 1 μm to 2 μm. In other words, it was confirmed that the surface roughness of the functional sheet produced by this production method was 3 μm or less.
The surface roughness of the PP film used in the heat pressing method was 0.115 μm.
(機能性シートのインキ消去機能を評価)
つぎに、作製した機能性シートのインキ消去機能を評価した。
(Evaluating the ink erasing function of functional sheets)
Next, the ink erasing function of the functional sheets thus prepared was evaluated.
(接触角測定器による評価)
まず、実験では、接触角測定器(カトーテック社製、KES-FB4-A)を用いて、機能性シートのシート表層がインキの浸透を制御していることを確認した。
実験では、機能性シートの表面(シート表層の表面)にインキを5mg滴下して、接触角測定器を用いて、1秒後、5秒後、30秒後の様子を観察した。
比較例として、基材に使用したコピー用紙を用いた。
インキは、三菱鉛筆社製の油性ボールペン「ジェットストリーム」のインキを用いた。
(Evaluation using a contact angle measuring instrument)
First, in the experiment, a contact angle measuring device (KES-FB4-A, manufactured by Kato Tech Co., Ltd.) was used to confirm that the sheet surface layer of the functional sheet controlled the penetration of ink.
In the experiment, 5 mg of ink was dropped onto the surface of the functional sheet (the surface of the sheet outer layer), and the state of the ink was observed after 1 second, 5 seconds, and 30 seconds using a contact angle measuring device.
As a comparative example, copy paper was used as the substrate.
The ink used was "Jet Stream" oil-based ballpoint ink manufactured by Mitsubishi Pencil Co., Ltd.
図5に機能性シートとコピー用紙に対してインキを滴下したときの様子を示す。上から順に1秒後、5秒後、30秒後の様子である。機能性シートとコピー用紙、どちらの場合においても、時間が経過するに従い液面の高さが変化していることが確認できた。
機能性シートの場合、1秒後、5秒後、30秒後においてはそれぞれ106μm、88μm、70μmを示した。一方、コピー用紙の場合、それぞれの秒数において88μm、70μm、52μmであった。また、濡れ広がりについても同様に時間経過に従い変化した。機能性シートの場合、1秒後、5秒後、30秒後においては、それぞれ0.43cm、0.44cm、0.48cmであった。コピー用紙の場合にはそれぞれの秒数において、0.43cm、0.44cm、0.52cmであった。
Figure 5 shows the state when ink is dropped onto a functional sheet and copy paper. From the top, it shows the state after 1 second, 5 seconds, and 30 seconds. It was confirmed that the height of the liquid level changes over time in both the functional sheet and copy paper cases.
In the case of the functional sheet, the thickness was 106 μm, 88 μm, and 70 μm after 1 second, 5 seconds, and 30 seconds, respectively. On the other hand, in the case of the copy paper, the thickness was 88 μm, 70 μm, and 52 μm after each number of seconds. The wetting spread also changed over time. In the case of the functional sheet, the thickness was 0.43 cm, 0.44 cm, and 0.48 cm after 1 second, 5 seconds, and 30 seconds, respectively. In the case of the copy paper, the thickness was 0.43 cm, 0.44 cm, and 0.52 cm after each number of seconds.
ここで、液面の変化は、基材のインキ吸収具合だけではなく、インキの基材への濡れ広がりも表している。
そこで、図6に示すように、インキを滴下して5秒後の濡れ広がりは、機能性シートとコピー用紙がともに0.44cmであったことから5秒後の様子に着目してインキの吸収具合を検証することにした。インキ滴下後5秒後において、液面の高さは機能性シートが88μmであり、コピー用紙が70μmであった。つまり、コピー用紙の方が液面にして18μm分低い結果を示した。
インキの濡れ広がりが同じであるのにも関わらず、液面がコピー用紙の方が低いということは、コピー用紙は機能性シートよりもインキの吸収具合が大きいことを示している。逆に言うと機能性シートはコピー用紙よりもインキの吸収速度を抑えられていることが分かった。この現象については、インキ滴下後1秒後においても同様の挙動であった。
この実験結果から、機能性シートにおけるインキ浸透に関与する主な要因は、シート表層の有無であることが確認できた。つまり、シート表層をコピー用紙の表面上に設けることによってインキの浸透を抑制できることが確認できた。
Here, the change in the liquid level indicates not only the degree to which the substrate absorbs the ink, but also how the ink spreads over the substrate.
Therefore, as shown in Figure 6, the extent of ink spreading 5 seconds after the ink was dropped was 0.44 cm for both the functional sheet and the copy paper, so we decided to examine the ink absorption by focusing on the state after 5 seconds. Five seconds after the ink was dropped, the height of the ink surface was 88 μm for the functional sheet and 70 μm for the copy paper. In other words, the copy paper had a lower ink surface by 18 μm.
Even though the ink spread is the same, the ink level is lower on the copy paper, which indicates that the copy paper absorbs more ink than the functional sheet. In other words, the functional sheet absorbs ink more slowly than the copy paper. This phenomenon was observed even one second after the ink was dropped.
From these experimental results, it was confirmed that the main factor affecting ink penetration into functional sheets is the presence or absence of a sheet surface layer. In other words, it was confirmed that ink penetration can be suppressed by providing a sheet surface layer on the surface of copy paper.
(インキの固化に対するシート表層の影響について)
つぎに、機能性シートの表面(シート表層の表面)上に付与されたインキが固化する際の機能性シートにおけるシート表層の影響について確認した。
(Effect of sheet surface on ink solidification)
Next, the influence of the sheet surface layer of the functional sheet on the solidification of the ink applied to the surface of the functional sheet (the surface of the sheet surface layer) was confirmed.
この実験では、機能性シートの表面(シート表層の表面)上に付与されたインキの揮発量の観点から、インキが機能性シートのシート表層へ浸透していることを確認した。そして、この浸透力が、比較例のコピー用紙と比べて小さくなっていることを確認した。つまり、この実験では、機能性シートの表面に付与したインキの浸透力をシート表層を設けることにより小さくできることを確認した。 In this experiment, it was confirmed that the ink penetrates into the sheet surface layer of the functional sheet from the viewpoint of the amount of evaporation of the ink applied to the surface of the functional sheet (the surface of the sheet surface layer). It was also confirmed that this penetration power is smaller than that of the copy paper of the comparative example. In other words, this experiment confirmed that the penetration power of the ink applied to the surface of the functional sheet can be reduced by providing a sheet surface layer.
実験では、接触角測定器の注射器を用いて、機能性シートにインキが一定量になるように滴下して、機能性シート上に付与されたインキの揮発量を確認した。
比較例として、ガラス板(スライドガラス:TOSHIN RIKOH社製)、コピー用紙(アスクル社製、マルチペーパースーパーホワイト)を用いた。
各表面(機能性シートにおいてはシート表層の表面)にインキが50mg滴下されるように垂らした。滴下後の重量変化を分析天秤(A&G製、GR300)を用いて測定した。また重量変化はあらかじめ実験に使用した機能性シート等の重量を測定しておき、インキの重量及びその変化については基材の重量を差し引いて算出した。なお、この実験は気温や湿度による影響を受けやすいため、調湿室(23℃、湿度50%)の条件下で行った。
In the experiment, a certain amount of ink was dropped onto a functional sheet using a syringe of a contact angle measuring instrument, and the amount of ink that evaporated from the functional sheet was confirmed.
As a comparative example, a glass plate (slide glass: manufactured by Toshin Rikoh Corporation) and copy paper (manufactured by Askul Corporation, Multipaper Super White) were used.
50 mg of ink was dropped onto each surface (the surface of the sheet surface layer in the case of functional sheets). The weight change after dropping was measured using an analytical balance (GR300, manufactured by A&G). The weight change was calculated by measuring the weight of the functional sheets and other materials used in the experiment in advance, and subtracting the weight of the ink and its change. This experiment was easily affected by temperature and humidity, so it was carried out under conditions of a humidity-controlled room (23°C,
図7の上図は、インキを滴下してから5時間までのインキ重量の変化を経時的に示したグラフである。
図7の下図は、インキ滴下後5時間の様子を示したものである。
インキ面積は大きい順に、コピー用紙、ガラス板、機能性シートであった。ここで、ガラス板と機能性シートとを比較すると、ガラス板の方が濡れ広がりが大きい傾向を示した。つまり、ガラス板の方が空気に触れる面積が大きいが、図7の上図より機能性シートの方が乾燥時間が早かった。そして、最も乾燥が早かったものはコピー用紙である。反対に最も乾燥が遅いものはガラス板であり、ガラス板よりも少し乾燥具合が早かったものが機能性シートであった。
実験結果から、コピー用紙はSEM観察結果(図3)から明らかなように内部に空隙が多く存在することから、インキの内部への浸透と大気中への揮発が他のサンプルと比べて早くなる傾向にあると考えられた。一方、ガラス板は内部方向への浸透がないため上側(大気中)への揮発しかないことから重量変化が小さかったと考えられた。
機能性シートは、上方向への揮発(大気中への揮発)はガラス板やコピー用紙と同様に発生するが、下方向への浸透力(つまりシート表層の表面から基材に向かったインキの浸透力)がコピー用紙の浸透力に比べて小さくなっていることが確認できた。
The upper graph in FIG. 7 is a graph showing the change in ink weight over time for 5 hours after the ink was dropped.
The lower diagram in FIG. 7 shows the
The largest ink surface area was copy paper, followed by glass plate and functional sheet. Comparing the glass plate and functional sheet, the glass plate showed a tendency to wet and spread more. In other words, the glass plate had a larger surface area exposed to air, but the functional sheet took longer to dry than the upper diagram in Figure 7. The item that dried the fastest was copy paper. Conversely, the item that dried the slowest was the glass plate, and the functional sheet dried a little faster than the glass plate.
From the experimental results, it was thought that the copy paper had many voids inside, as is clear from the SEM observation results (Figure 3), and therefore the ink tended to penetrate into the inside and evaporate into the atmosphere faster than the other samples. On the other hand, since there was no penetration into the glass plate, the ink only evaporates to the upper side (into the atmosphere), which is thought to be why the weight change was small.
It was confirmed that, with functional sheets, upward evaporation (evaporation into the atmosphere) occurs in the same way as with glass plates and copy paper, but the downward penetration force (i.e. the penetration force of ink from the surface of the sheet toward the substrate) is smaller than that of copy paper.
つぎに、機能性シートの表面(シート表層の表面)に付与したインキの固化時間について評価した。 Next, the solidification time of the ink applied to the surface of the functional sheet (the surface of the sheet outer layer) was evaluated.
実験では、JISのインキ乾燥試験(K 5701-1)を参考にして機能性シート等の表面上でのインキの乾燥速度を評価した(図8参照)。
まず、機能性シートの表面(シート表層の表面)上にバーコーター(テスター産業社製 、PI-1210)を用いてインキを付与して塗工膜厚が75μmになるように調製した。塗工速度は10mm/secに設定した。この塗工されたインキの固化時間をゴム印を用いて確認した。同様に、比較例として、ガラス板とコピー用紙を用いた。
実験では、塗工されたインキに荷重が250gとなるようにゴム印を押し当てた後、図8(B)に示すように、このゴム印を他のコピー用紙に250gの荷重で転写した。この作業を調湿室にて一定時間ごとに繰り返し、コピー用紙にインキが転写できなくなるまでの時間を測定した。
その結果を図9に示す
図9に示すように、乾燥に最も時間を要したのはガラス板であり、150分を要した。最も乾燥が早いものはコピー用紙(60分)であった。一方、機能性シートは、90分であった。この実験結果から、機能性シートは、シート表層を設けることにより、コピー用紙に比べてインキの固化時間を遅延させることができることが確認できた。
In the experiment, the drying speed of ink on the surface of a functional sheet or the like was evaluated with reference to the JIS ink drying test (K 5701-1) (see FIG. 8).
First, ink was applied to the surface of the functional sheet (surface of the sheet surface layer) using a bar coater (PI-1210, manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.) to adjust the coating thickness to 75 μm. The coating speed was set to 10 mm/sec. The solidification time of the applied ink was confirmed using a rubber stamp. Similarly, a glass plate and copy paper were used as comparative examples.
In the experiment, a rubber stamp was pressed against the applied ink with a load of 250 g, and then this rubber stamp was transferred to another copy paper with a load of 250 g, as shown in Figure 8 (B). This procedure was repeated at regular intervals in a humidity-controlled room, and the time until the ink could no longer be transferred to the copy paper was measured.
The results are shown in Figure 9. As shown in Figure 9, it took the longest time for the glass plate to dry, taking 150 minutes. The fastest drying time was for copy paper (60 minutes). On the other hand, it took 90 minutes for the functional sheet. From these experimental results, it was confirmed that the functional sheet, by providing a sheet surface layer, can delay the ink solidification time compared to copy paper.
(筆跡の消去試験)
機能性シートは、シート表面(シート表層の表面)にインキを用いて形成した筆跡が所定時間の間消去することができるが、所定時間を過ぎると消去しにくくなることを確認した。
(Handwriting erasure test)
It was confirmed that the functional sheet allows handwriting formed with ink on the sheet surface (surface of the sheet outer layer) to be erased for a certain period of time, but becomes difficult to erase after the certain period of time has passed.
実験では、定量的なインキ消去機能の評価を機械的に行えるインキ消去装置を作製した。
このインキ消去装置は、消しゴムで消字する際の条件を固定できるように、消去速度、消去加圧、消しゴムの設置角度を任意に調整できるように設計した(図10参照)。インキ消去装置の概略は以下のとおりとした。
In the experiment, we created an ink erasing device that can mechanically evaluate the ink erasing function quantitatively.
This ink erasing device was designed to allow the erasing speed, erasing pressure, and eraser installation angle to be adjusted as desired so that the conditions for erasing with the eraser could be fixed (see Figure 10). The outline of the ink erasing device is as follows.
(消去速度)
図10に示すように、インキ消去装置は、消しゴムの下部に平行移動型培養器を設置し、培養器の回転速度(rpm)を調整することによって消しゴムの速度を調整できるようにした。消しゴムの平行移動速度は、150cm/minになるように培養器の回転速度を25rpmに設定して調整した。なお、この実験は、JIS 6050:2008の消しゴムの消去性能を測る試験に準拠して行った。
往復回数は、10往復とした。
(消去加圧)
図10に示すように、消しゴムの支柱の軸方向に対して直交するように棒状部材を設け、この棒状部材に重り(250g)を装着して消しゴムの荷重とした。
(消しゴムの設置角度)
図10に示すように、スティック型の消しゴム(トンボ社、MONO)用いて、機能性シートの表面に対して、設置角度が45°になるように固定した。
(Erasing speed)
As shown in Fig. 10, the ink erasing device has a parallel movement type incubator installed under the eraser, and the eraser speed can be adjusted by adjusting the rotation speed (rpm) of the incubator. The parallel movement speed of the eraser was adjusted to 150 cm/min by setting the rotation speed of the incubator to 25 rpm. This experiment was conducted in accordance with the test for measuring the erasing performance of erasers specified in JIS 6050:2008.
The number of reciprocating movements was 10.
(Erasing pressure)
As shown in FIG. 10, a rod-shaped member was provided so as to be perpendicular to the axial direction of the support column of the eraser, and a weight (250 g) was attached to this rod-shaped member to serve as the load of the eraser.
(Eraser installation angle)
As shown in FIG. 10, a stick-shaped eraser (Tombow, MONO) was used and fixed at an angle of 45° to the surface of the functional sheet.
インキ消去装置は、コピー用紙の表面に鉛筆(三菱鉛筆社製、硬度HB)を用いて直線の筆跡を形成し、この筆跡を2往復目で98%以上消去きることを確認した。 The ink eraser creates a straight line of writing on the surface of copy paper using a pencil (manufactured by Mitsubishi Pencil Co., Ltd., hardness HB), and it has been confirmed that the ink eraser can erase more than 98% of this writing in just two passes.
筆跡の消去評価は、以下のようにして求めた。
画像処理ソフトWin-Roof2013を用いて、消しゴムの往復前後で黒鉛が付着した部位の面積を比較し、鉛筆の黒鉛の残存率を算出した。
画像処理の条件は、選択幅を700μm、RGBがそれぞれ0~150の範囲で閾値を設定し、二値化した画像の画素数(ピクセル数)の比較により残存率を算出した。残存率は、上記の式(1)をもとに算出した。
The evaluation of the erasure of handwriting was performed as follows.
Using the image processing software Win-Roof 2013, the area of the part where graphite was attached before and after the eraser was moved back and forth was compared, and the remaining rate of graphite in the pencil was calculated.
The image processing conditions were a selection width of 700 μm, and RGB thresholds were set in the range of 0 to 150, and the remaining rate was calculated by comparing the number of pixels in the binarized images. The remaining rate was calculated based on the above formula (1).
つぎに、機能性シートの表面(シート表層の表面)に三菱鉛筆社製のジェットストリームを用いて任意の力で5本の線を引いた。つぎに画像処理ソフトWin-Roofを用いてインキ部位の画素数を計測した。そして、作製したインキ消去装置を用いて、筆記直後、1時間後、3時間後、6時間後、24時間後における消去試験を行った。消去後のインキ部位の画素数を画像処理して求め、インキ残存率を算出した。なおインキ残存率は5本の線を平均した値を用いた。
比較例として、コピー用紙を用いて、同様にインキ残存率を算出した。
Next, five lines were drawn on the surface of the functional sheet (surface of the sheet outer layer) with an arbitrary force using a Jet Stream made by Mitsubishi Pencil Co., Ltd. Next, the number of pixels in the ink area was measured using image processing software Win-Roof. Then, using the ink erasing device prepared, erasing tests were performed immediately after writing, and 1 hour, 3 hours, 6 hours, and 24 hours later. The number of pixels in the ink area after erasing was determined by image processing, and the ink remaining rate was calculated. The ink remaining rate was calculated by averaging the value of the five lines.
As a comparative example, the ink remaining rate was calculated in the same manner using copy paper.
図11には、機能性シートの消去試験前後の写真と消去後の各インキ残存率を示した。図12には、コピー用紙の消去試験前後の写真を示した。図13には、両者(インキ残存率(%)と経過時間)の関係をグラフ化したものを示した。
図12、図13に示すように、比較例のコピー用紙では、筆記直後であっても約80%のインキが残存していた。一方、図11、図13に示すように、機能性シートの場合には、筆記直後では2%のインキしか残存していなかった。つまり、筆記直後では98%のインキを消去できることが確認できた。そして、10時間程度までは40%以下のインキしか残存させないこと(つまり60%程度のインキを消去できること)が確認できる一方、インキ24時間経過後においては61%のインキを残存させることができることが確認できた。つまり、調製した機能性シートでは、筆記後10時間程度まではインキ残存率が40%程度以下となるように消去することができることが確認できるのに対して、24時間後ではインキを固着させて消去できにくい状態にできることが確認できた。
Figure 11 shows photos of the functional sheet before and after the erasure test and the ink remaining rate after erasure. Figure 12 shows photos of the copy paper before and after the erasure test. Figure 13 shows a graph of the relationship between the two (ink remaining rate (%) and elapsed time).
As shown in Figures 12 and 13, about 80% of the ink remained on the copy paper of the comparative example even immediately after writing. On the other hand, as shown in Figures 11 and 13, only 2% of the ink remained on the functional sheet immediately after writing. In other words, it was confirmed that 98% of the ink could be erased immediately after writing. It was also confirmed that only 40% or less of the ink remained (i.e., about 60% of the ink could be erased) for up to about 10 hours, while 61% of the ink could remain after 24 hours. In other words, it was confirmed that with the prepared functional sheet, it was possible to erase the ink so that the ink remaining rate was about 40% or less for up to about 10 hours after writing, while it was confirmed that after 24 hours, the ink was fixed and difficult to erase.
機能性シートにおいて、筆記直後から所定時間は筆跡を消去することができるものの、所定の時間経過後には筆跡を消去することができないというメカニズムは、以下のような機能性シートの構造に起因するものと推察された。 The mechanism by which handwriting can be erased for a certain period of time immediately after writing on a functional sheet, but cannot be erased after the certain period of time has passed, is believed to be due to the structure of the functional sheet, as described below.
上記要因としては、機能性シートとコピー用紙の構造の違いによるインキ挙動の差異が考えられた。
図3に示すように、コピー用紙の場合には、パルプ繊維が積層されて構成されており、用紙表面は繊維の積層状態によって凹凸があり、凹部のくぼみや繊維と繊維との間に空隙が存在していることが分かる。また、断面観察結果からも繊維間に多数の空隙があることがよく分かる。一方、機能性シートの場合には、同じ倍率では表面に繊維を観察されず、セルロースナノファイバーの緻密な構造が観察された。また、断面観察の結果から機能性シートの表層部には、セルロースナノファイバーからなるシート表層があり、空隙を有する基材の基材表面上に膜厚約9μmの緻密な構造で存在していることが確認された。そして、機能性シートとコピー用紙の構造の違いとインキ消去結果を照合すると以下のことが推察された。
The cause of this was thought to be the difference in ink behavior due to the difference in structure between the functional sheet and copy paper.
As shown in FIG. 3, the copy paper is made of laminated pulp fibers, and the surface of the paper is uneven due to the laminated state of the fibers, and it can be seen that there are recesses in the recesses and gaps between the fibers. The cross-sectional observation also clearly shows that there are many gaps between the fibers. On the other hand, in the case of the functional sheet, no fibers were observed on the surface at the same magnification, and a dense structure of cellulose nanofibers was observed. The cross-sectional observation also confirmed that the surface layer of the functional sheet has a sheet surface layer made of cellulose nanofibers, and that it exists on the surface of the substrate with voids, with a dense structure of about 9 μm in thickness. The following was inferred by comparing the difference in structure between the functional sheet and the copy paper with the ink erasing results.
まず、筆記直後の現象を以下のように推察した。
コピー用紙の場合には、筆記によって転写されたインキは、用紙表面の凹部や繊維間の空隙に入り込んだものと考えられる。さらに、インキ中の溶剤が揮発する前のインキにおいては、ビヒクル(定着剤)の粘性が低い、すなわち流動性が高いことから、毛細管現象により用紙表面から紙層内部へ定着剤とともに顔料や染料が浸透したと考えられる。このようなインキ挙動によって、紙層内部に浸透したインキを消しゴムで消去しようとしても用紙凹部が紙層内部に浸透したインキに消しゴムが接触することができないことから、インキを消去できなかったと考えられる。
一方、機能性シートの場合には、シートの表面(シート表層の表面)の粗さ測定(表面粗さ)が約3μm以下という結果に示すように、シート表面が平滑であることから筆記したインキに消しゴムを接触させることが可能であり、筆跡が消しやすくなっていたものと考えられる。
First, the phenomenon that occurred immediately after writing was inferred as follows.
In the case of copy paper, it is believed that the ink transferred by writing penetrates into the recesses on the paper surface and the gaps between the fibers. Furthermore, before the solvent in the ink evaporates, the viscosity of the vehicle (fixing agent) is low, i.e., it has high fluidity, so it is believed that the pigment or dye penetrates from the paper surface to the inside of the paper layer along with the fixing agent due to capillary action. Due to this ink behavior, even if you try to erase the ink that has penetrated into the paper layer with an eraser, the paper's recesses prevent the eraser from coming into contact with the ink that has penetrated into the paper layer, so it is believed that the ink cannot be erased.
On the other hand, in the case of the functional sheet, as shown by the results of the roughness measurement (surface roughness) of the sheet surface (surface of the sheet outer layer) being approximately 3 μm or less, it is possible to bring the eraser into contact with the written ink because the sheet surface is smooth, making it easier to erase the handwriting.
つぎに、筆記後、所定の時間が経過したときの現象を以下のように推察した。
コピー用紙は、時間が経過しても筆記直後の様子と比較しても大きな差は見られなかったのに対して、機能性シートの場合には、図11、図13に示すように、筆記直後と24時間後では、明らかにインキが固着している量が異なることが確認できる。そして、時間が経つにつれてインキが固着する量が増加している様子が確認できる。
Next, the phenomenon that occurs when a certain amount of time has passed after writing is inferred as follows.
While no significant difference was observed in the appearance of the copy paper over time when compared to that immediately after writing, in the case of the functional sheet, as shown in Figures 11 and 13, it can be confirmed that the amount of ink that has adhered is clearly different immediately after writing and 24 hours later. It can also be confirmed that the amount of adhered ink increases as time passes.
実験に用いたインキは、主に定着剤であるポリビニルブチラールと溶剤である3-メトキシ-3-メチルブタノール、着色剤であるカーボンブラックおよびエチルバイオレットによって構成されている。そして、このインキは、固化する際に溶剤が減少し、定着剤が固着する。つまり本実験では、溶剤である3-メトキシ-3-メチルブタノールが、一部が時間経過に伴い機能性シートの表面(シート表層の表面)から基材方向に向かって浸透し、かつインキの大気中に露出した部分からは一部が揮発する。つまり機能性シートの表面に付与されたインキ中の溶剤が減少することにより、インキ中の定着剤であるポリビニルブチラールの濃度が上昇することで、インキが機能性シートの表面付近(つまりシート表層の表面やその内部)に固着したと考えられる。 The ink used in the experiment is mainly composed of polyvinyl butyral, a fixing agent, 3-methoxy-3-methylbutanol, a solvent, and carbon black and ethyl violet, colorants. When the ink solidifies, the solvent is reduced and the fixing agent is fixed. In other words, in this experiment, some of the solvent, 3-methoxy-3-methylbutanol, permeates from the surface of the functional sheet (the surface of the sheet outer layer) toward the substrate over time, and some evaporates from the part of the ink exposed to the air. In other words, it is thought that as the solvent in the ink applied to the surface of the functional sheet decreases, the concentration of polyvinyl butyral, a fixing agent in the ink, increases, causing the ink to fix near the surface of the functional sheet (i.e. the surface of the sheet outer layer and its interior).
そして、消しゴムによりインキの消去試験では、時間が経過するに伴いインキと機能性シートとの結合力が、消しゴムの摩擦による物理的な力と、消しゴムの成分であるフタル酸系可塑剤のベンゼンとインキとの間に働く分子間力との大小関係が逆転したと考えられる。つまり、筆記直後においてはインキ中に溶剤等の濃度が高いことから、インキの粘度は低い状態となっている。しかし、時間が経過するとインキ中の溶剤等が上記のごとく減少し、定着剤であるポリビニルブチラールの濃度が上昇する。 In the ink erasing test with an eraser, it is believed that over time the strength of the bond between the ink and the functional sheet reverses between the physical force caused by the friction of the eraser and the intermolecular force acting between the ink and the benzene phthalate plasticizer, a component of the eraser. In other words, the viscosity of the ink is low immediately after writing because the concentration of solvents in the ink is high. However, over time the amount of solvents in the ink decreases as described above, and the concentration of polyvinyl butyral, the fixing agent, increases.
すると、インキ中の定着剤の濃度上昇に伴い、インキの粘度が高くなることから、筆記直後と比べて時間の経過とともに、機能性シートとインキの結合力が高くなった結果、インキを消しゴムで消去することができにくくなったものと考えられた。つまり、機能性シートとインキ中の定着剤の結合力が消しゴムでインキを消去するときの2つの作用よりも大きくなり、結果として時間が経過するに従い、インキの固着量が増加し、残存率が向上したと考えられた。 Then, it was thought that because the viscosity of the ink increases with an increase in the concentration of the fixing agent in the ink, the binding strength between the functional sheet and the ink increases over time compared to immediately after writing, making the ink more difficult to erase with an eraser. In other words, it was thought that the binding strength between the functional sheet and the fixing agent in the ink becomes stronger than the two actions that occur when erasing ink with an eraser, and as a result, the amount of ink that adheres increases over time, improving the retention rate.
(機能性シートの表面の平滑度とインキ消去の関係について)
つぎに、機能性シートの表面(シート表層の表面)の平均平滑がインキを消しゴムで消去する際に与える影響について検討した。
実験では、機能性シートの表面に以下のようにして凹凸を形成した凹凸機能性シートを作製した。
この凹凸機能性シートは、PPフィルムの代わりにPet製不織布を用いた以外は、上述した機能性シートの作製と同様の方法で作製した。
(Relationship between surface smoothness of functional sheets and ink erasability)
Next, the effect of the average smoothness of the surface of the functional sheet (the surface of the sheet outer layer) on erasing ink with an eraser was examined.
In the experiment, a concave-convex functional sheet was produced by forming concaves and convexes on the surface of the functional sheet as follows.
This embossed functional sheet was produced in the same manner as the production of the functional sheet described above, except that a PET nonwoven fabric was used instead of the PP film.
図14に凹凸機能性シートの表面を上述した機能性シートの表面観察と同様に共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察し、その表面粗さを確認した。
図14に示すように、凹凸機能性シートの表面には、約10μm前後の凹凸が確認された。図14下図に示した表面凹凸のグラフに示したA~Eが、図14の上図の2次元画像のA’~E’と照合するとそれぞれ一致することからPet不織布の繊維の形状が凹凸機能性シートの表面に転写されていることが確認できた。つまり、図14の下図のグラフにおいて、凹部は、Pet不織布の繊維が押し付けられたことに起因するものであり、凸部は、Pet不織布の繊維と繊維の間の形成された空隙によって形成されたものであるといえる。
The surface of the embossed functional sheet was observed with a confocal laser microscope in the same manner as in the observation of the surface of the functional sheet described above, and the surface roughness was confirmed in FIG.
As shown in Figure 14, irregularities of about 10 μm were observed on the surface of the irregular functional sheet. When A to E shown in the graph of surface irregularities shown in the lower diagram of Figure 14 were compared with A' to E' of the two-dimensional image in the upper diagram of Figure 14, they matched, respectively, and it was confirmed that the shape of the fibers of the PET nonwoven fabric was transferred to the surface of the irregular functional sheet. In other words, in the graph in the lower diagram of Figure 14, the depressions are caused by the fibers of the PET nonwoven fabric being pressed, and the protrusions are caused by the gaps formed between the fibers of the PET nonwoven fabric.
ついで、作製した凹凸機能性シートの表面に上述した機能性シートと同様にインキを用いて直線を筆記した後、その筆跡の消去を作製したインキ消去装置を用いて評価した。評価方法は、上述した機能性シートの場合と同様に行った。 Next, a straight line was written on the surface of the prepared uneven functional sheet using ink in the same manner as for the functional sheet described above, and the erasure of the written mark was evaluated using the ink erasing device prepared. The evaluation method was the same as for the functional sheet described above.
実験結果を図15、図16に示す。
図15は、筆記直後の消去した際のインキの残存部位を示した写真である。図16は、図15のインキの残存部位に対して、共焦点レーザー顕微鏡を用いて表面形状を測定した写真である。
図16に示すように、凹凸機能性シートの表面におけるインキの残存部位には、約10μmの凹部が確認できた。この凹部によって、消しゴムが接触できない位置にインキが存在するため、筆記直後であっても消しゴムでインキを消去することができなかったと考えられる。
The experimental results are shown in FIG. 15 and FIG.
Fig. 15 is a photograph showing the remaining area of ink when the ink was erased immediately after writing. Fig. 16 is a photograph showing the surface shape of the remaining area of ink in Fig. 15 measured using a confocal laser microscope.
As shown in Figure 16, a depression of about 10 μm was confirmed in the area where the ink remained on the surface of the uneven functional sheet. It is believed that the ink was in a position that could not be reached by the eraser due to the depression, and therefore the ink could not be erased with the eraser even immediately after writing.
<実験2>
実験1では、熱プレス法を用いて機能性シート(CNF塗付紙)を製作した。この機能性シートにボールペンを用いて筆跡消去試験を行ったところ、筆記直後は98%のインキを消去することができ、時間の経過とともにインキ残存率を上昇させることができた。
そこで、実験2では、生産性を向上させる塗工法を用いて機能性シートを作製できることを確認した。
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In
Therefore, in
実験2では、連続生産が可能な自動塗工装置(テスター産業、PI-1210)およびベーカー式アプリケーター(テスター産業、SA-201)を用いた。
まず、PENフィルム(アズワン株式会社:Q51、本実施形態の「平板部材」に相当する)上に固形分濃度5%のCNF分散液(本実施形態の「シート表層形成液」に相当する)を塗工した。
使用したセルロースナノファイバー(以下、CNFという)は、(株)スギノマシン社製(型番;BiNFi-s FMa)を用いて調製した。
塗工条件:塗工膜厚4mil(101.6μm)および 8mil(203.2μm)に設定し、50mm/secの速度で塗膜を形成した。なお、塗工膜厚のmil単位については、ベーカー式アプリケーターで設定された塗工クリアランスの単位であり、4milはクリアランス101.6μm、8milは203.2μmに相当する。
ついで、PENフィルムの表面上に形成した塗工膜(機能性シートのシート表層に相当する)の表面にコピー用紙(アスクル社製、マルチペーパースーパーホワイト、本実施形態の「基材」に相当する、以下、単にPPCということがある)を配置した。
このPENフィルム、塗工膜、コピー用紙が3層となった積層体(本実施形態の被乾燥処理物に相当する)を80℃に加熱した回転型乾燥機(熊谷理機工業社製)内を約7分間、通過させて乾燥し、機能性シートを作製した。
In
First, a CNF dispersion liquid with a solid content concentration of 5% (corresponding to the "sheet surface layer forming liquid" in this embodiment) was coated on a PEN film (Q51 by AS ONE Corporation, corresponding to the "flat member" in this embodiment).
The cellulose nanofibers (hereinafter referred to as CNF) used were prepared using cellulose nanofibers manufactured by Sugino Machine Ltd. (model number: BiNFi-s FMa).
Coating conditions: The coating thickness was set to 4 mil (101.6 μm) and 8 mil (203.2 μm), and the coating was formed at a speed of 50 mm/sec. The mil unit of the coating thickness is the unit of coating clearance set in the Baker applicator, and 4 mil corresponds to a clearance of 101.6 μm and 8 mil corresponds to a clearance of 203.2 μm.
Next, copy paper (Multipaper Super White, manufactured by Askul Corporation, which corresponds to the "substrate" in this embodiment, hereinafter sometimes simply referred to as PPC) was placed on the surface of the coating film (which corresponds to the sheet surface layer of the functional sheet) formed on the surface of the PEN film.
This three-layer laminate consisting of the PEN film, coating film, and copy paper (corresponding to the material to be dried in this embodiment) was passed through a rotary dryer (manufactured by Kumagai Riki Kogyo Co., Ltd.) heated to 80°C for approximately 7 minutes to dry it, producing a functional sheet.
作製した機能性シート(CNF塗工紙ともいう)の紙厚をJIS 8118に従って測定し、機能性シートのシート表層(塗工膜)の厚さを算出した。また、機能性シートとPPCの質量を測定し、CNF分散液の塗工量を算出した。 The thickness of the functional sheet (also called CNF coated paper) was measured according to JIS 8118, and the thickness of the sheet surface layer (coating film) of the functional sheet was calculated. In addition, the mass of the functional sheet and PPC were measured, and the coating amount of the CNF dispersion was calculated.
機能性シートの断面作製には、クロスセクションポリッシャ(HITACHI社、IM5000 CTC)を用いた。
加工条件:電圧2.5kV、ガス流量0.14cm3/min、加工時間2.5時間に設定して断面加工を行った。
機能性シートのおよびPPCの表面観察、並びに断面観察は、卓上走査型電子顕微鏡(Phenom-World社、G2 pro-HR)を用いて行った。
観察条件:加速電圧を10kV
A cross-section polisher (HITACHI, IM5000 CTC) was used to prepare a cross section of the functional sheet.
The cross-section was processed under the following processing conditions: voltage 2.5 kV, gas flow rate 0.14 cm 3 /min, processing time 2.5 hours.
Surface and cross-sectional observations of the functional sheet and PPC were performed using a tabletop scanning electron microscope (Phenom-World, G2 pro-HR).
Observation conditions:
図17に塗工膜厚4milおよび8milで作製した機能性シートの塗工量とシート表層の厚さ(膜圧)を示す。
図17の(A)のグラフが算出塗工重量を示したものであり、(B)のグラフが算出シート表層の膜厚を示したものである。
塗工膜厚を4milから8milに増すことにより、塗工重量は4.6g/m2から10.5g/m2に、膜厚は5.4μmから10.1μmにそれぞれ増加しており、機能性シートのシート表層は、塗工膜厚どおりほぼ2倍の値が得られた。
この結果から、機能性シートのシート表層の膜厚および塗工量は、塗工膜厚によって制御できることを確認した。
FIG. 17 shows the coating amount and the thickness (film thickness) of the sheet surface layer of functional sheets produced with coating film thicknesses of 4 mil and 8 mil.
Graph (A) in FIG. 17 shows the calculated coating weight, and graph (B) shows the calculated film thickness of the sheet surface layer.
By increasing the coating thickness from 4 mil to 8 mil, the coating weight increased from 4.6 g/ m2 to 10.5 g/ m2 and the coating thickness increased from 5.4 μm to 10.1 μm, respectively, and the surface layer of the functional sheet was almost doubled in value, in line with the coating thickness.
From these results, it was confirmed that the film thickness and coating amount of the surface layer of the functional sheet can be controlled by the coating film thickness.
図18に機能性シートおよびPPCの表面、並びに断面観察結果を示す。
図18の(a)、(b)が、PPCの表面画像および断面画像である。
図18の(c)、(d)が、塗工膜厚4milで作製した機能性シートA(CNF塗工紙)の表面画像および断面画像である。
図18の(e)、(f)が、塗工膜厚8milで作製した機能性シートB(CNF塗工紙)の表面画像および断面画像である。
FIG. 18 shows the results of observation of the surfaces and cross sections of the functional sheet and PPC.
Figures 18(a) and (b) are a surface image and a cross-sectional image of the PPC.
Figure 18 (c) and (d) are surface and cross-sectional images of functional sheet A (CNF coated paper) produced with a coating thickness of 4 mil.
Figure 18 (e) and (f) are surface and cross-sectional images of functional sheet B (CNF coated paper) produced with a coating thickness of 8 mil.
表面観察結果から、PPCではパルプ繊維や填料が観察された。一方、機能性シート(CNF塗工紙)ではパルプ繊維は見られず、シート表層に含まれるCNFによってPPC表面が被覆されている様子が伺えた。
断面観察結果から、機能性シート(CNF塗工紙)では、シート表層にCNFの塗工層が形成されている様子が見られた。また、機能性シート(CNF塗工紙)のシート表層(CNF層ともいう)の膜厚が塗工膜厚4mil(機能性シートA)で3.9μm、塗工膜厚8mil(機能性シートB)で6.8μmであった。この結果は、紙厚計によるシート表層の膜厚の測定値に対して1.5~3μm程度の差異があった。しかし、機能性シートのシート表の膜厚は、塗工膜厚に追従していることが確認できた。
以上の結果から、従来の塗工技術を活用して機能性シートを作製することができた。
Surface observation revealed that pulp fibers and fillers were observed in the PPC, whereas no pulp fibers were observed in the functional sheet (CNF-coated paper), suggesting that the PPC surface was covered by the CNF contained in the sheet surface layer.
From the cross-sectional observation, it was observed that a CNF coating layer was formed on the surface layer of the functional sheet (CNF coated paper). In addition, the thickness of the surface layer (also called the CNF layer) of the functional sheet (CNF coated paper) was 3.9 μm for a coating thickness of 4 mils (functional sheet A) and 6.8 μm for a coating thickness of 8 mils (functional sheet B). This result differed from the measured thickness of the surface layer of the sheet by a paper thickness gauge by about 1.5 to 3 μm. However, it was confirmed that the thickness of the surface of the functional sheet followed the coating thickness.
From the above results, it was possible to produce a functional sheet using conventional coating technology.
(筆跡の消去試験)
実験では、ボールペンの筆跡を実験1と同様のインキ消去装置を用いて評価した。
(1)筆記速度
実験1と同様のボールペンを用いて筆記速度が150cm/minになるように調整して、直線を筆記した。
(2)筆記加圧
ボールペンに500gの重りを装着して、筆記圧力を一定にした。
(3)ボールペンの設置角度
ボールペンを紙に対して角度が90度になるように固定した。
(4)筆跡の消去
実験1と同様のインキ消去装置を用いて、同様の条件で消去試験を行った。
(Handwriting erasure test)
In the experiment, the handwriting of the ballpoint pen was evaluated using the same ink erasing device as in
(1) Writing Speed Using the same ballpoint pen as in
(2) Writing Pressure A 500 g weight was attached to the ballpoint pen to keep the writing pressure constant.
(3) Ballpoint Pen Installation Angle The ballpoint pen was fixed at a 90 degree angle to the paper.
(4) Erasing of Handwriting An erasing test was carried out under the same conditions as in
(筆跡の消去試験の結果)
図19には、塗工膜厚4milおよび8milで作製した機能性シート(CNF塗工紙)の筆跡の消去試験の結果を示す。
図19は、ボールペンの筆跡の消去結果の光学顕微鏡像である。図19において、(A,a)は筆記直後の結果であり、(B、b)は2時間後の結果であり、(C、c)は48時間後の結果を示した光学顕微鏡像である。
図19に示すように、筆記直後(A,a)は塗工膜厚4milおよび8milで作製した機能性シートともに筆跡を消去でき、2時間後(B、b)、48時間後(C、c)と時間経過にともない少しずつインキが残存することが確認された。
(Results of handwriting erasure test)
FIG. 19 shows the results of a handwriting erasure test on functional sheets (CNF coated paper) made with coating thicknesses of 4 mil and 8 mil.
Fig. 19 shows optical microscope images of the results of erasing ballpoint pen marks. In Fig. 19, (A, a) shows the result immediately after writing, (B, b) shows the result after 2 hours, and (C, c) shows the result after 48 hours.
As shown in FIG. 19, immediately after writing (A, a), handwriting could be erased on both functional sheets made with coating thicknesses of 4 mil and 8 mil, but it was confirmed that ink gradually remained over time after 2 hours (B, b) and 48 hours (C, c).
以上の結果から、連続生産可能な塗工法を用いて機能性シート(CNF塗工紙)を作製できた。そして、この機能性シート(CNF塗工紙)についても、ボールペンで筆記した文字は、筆記直後では容易に消しゴムで消去することができ、時間経過とともにインキ残存率を上昇させることができた。 From the above results, we were able to create a functional sheet (CNF coated paper) using a coating method that allows for continuous production. Furthermore, on this functional sheet (CNF coated paper), characters written with a ballpoint pen could be easily erased with an eraser immediately after writing, and the ink retention rate increased over time.
<実験3>
実験3では、CNFの替わりに高分子材料(樹脂)を用いて形成したシート表層を有する機能性シートが、実験1および実験2と同様の効果を発揮することを確認した。
実験では、高分子材料の一例として、ポリビニルアルコール(以下、単にPVAという)を用いた。
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In the experiment, polyvinyl alcohol (hereinafter simply referred to as PVA) was used as an example of a polymer material.
(PVA水溶液の作製)
80℃の温水中に、顆粒状のPVA(株式会社クラレ社製、ポバールN-300)を撹拌しながら徐々に添加し、固形分濃度10%のPVA水溶液(本実施形態の「シート表層形成液」に相当する)を調製した。
(Preparation of PVA aqueous solution)
Granular PVA (Poval N-300, manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was gradually added to warm water at 80° C. with stirring to prepare a PVA aqueous solution with a solids concentration of 10% (corresponding to the “sheet surface layer forming liquid” in this embodiment).
実験では、実験2と同様の自動塗工装置およびベーカー式アプリケーターを用いて、同様のPENフィルム上にPVA水溶液を実験2と同様に塗工した。
ついで、PENフィルムの表面上に形成したPVA水溶液からなる塗工膜(機能性シートのシート表層に相当する)の表面に実験2と同様にコピー用紙を配置して3層の積層体(本実施形態の被乾燥処理物に相当する)を調製した。
この積層体を80℃に加熱した回転型乾燥機内を約7分間、通過させて乾燥し、機能性シートを作製した。
In the experiment, the same automatic coating device and Baker-type applicator as in
Next, copy paper was placed on the surface of a coating film (corresponding to the sheet surface layer of the functional sheet) made of an aqueous PVA solution formed on the surface of the PEN film, in the same manner as in
This laminate was passed through a rotary dryer heated to 80° C. for about 7 minutes to dry, thereby producing a functional sheet.
作製した機能性シート(PVA塗工紙ともいう)の紙厚をJIS 8118に従って測定し、機能性シートのシート表層(塗工膜)の厚さを算出した。
機能性シートの断面作製は、実験2と同様の装置を用い、同様の条件で作製した。また、表面および断面観察は、実験2と同様の装置を用い、同様の条件で行った。
The thickness of the prepared functional sheet (also called PVA coated paper) was measured in accordance with JIS 8118, and the thickness of the sheet surface layer (coating film) of the functional sheet was calculated.
The cross section of the functional sheet was prepared using the same device and under the same conditions as in
図20に塗工膜厚4milおよび8milで作製した機能性シートのシート表層の厚さ(膜圧)を示す。
塗工膜厚を4milから8milに増すことにより、膜厚は2.6μmから4.8μmに増加しており、機能性シートのシート表層は、塗工膜厚どおり2倍近い値が得られた。
FIG. 20 shows the thickness (film thickness) of the sheet surface layer of functional sheets produced with coating film thicknesses of 4 mil and 8 mil.
By increasing the coating thickness from 4 mil to 8 mil, the film thickness increased from 2.6 μm to 4.8 μm, and the sheet surface layer of the functional sheet had a thickness nearly double that of the coating thickness.
図21に機能性シートの表面および断面観察結果を示す。
図21の(A)、(a)が、塗工膜厚4milで作製したPVAを用いた機能性シートの表面画像および断面画像である。
図21の(B)、(b)が、塗工膜厚8milで作製したPVAを用いた機能性シートの表面画像および断面画像である。
FIG. 21 shows the results of observing the surface and cross section of the functional sheet.
21A and 21A are surface and cross-sectional images of a functional sheet using PVA produced with a coating thickness of 4 mil.
FIG. 21B and FIG. 21B are surface and cross-sectional images of a functional sheet using PVA produced with a coating thickness of 8 mil.
表面観察結果から、塗工表面は平滑な塗工面が得られた。また、断面観察結果から、機能性シートのシート表層(PVAによる塗膜)は厚さに多少のバラツキがあるものの、PVAの塗工層が形成できることが確認できた。 Surface observation showed that the coating surface was smooth. In addition, cross-sectional observation showed that although there was some variation in thickness of the surface layer of the functional sheet (PVA coating), it was possible to form a PVA coating layer.
(筆跡の消去試験)
筆跡の消去試験は、実験1と同様のボールペンを用いて実験1と同様のインキ消去装置を用いて評価した。
塗工膜厚4milおよび8milで作製した機能性シートにボールペンで筆記した後、消去試験を行った結果、筆記直後は筆跡を消去でき、時間経過にともないインキ残存率を上昇させることができた。
(Handwriting erasure test)
The handwriting erasure test was performed using the same ballpoint pen as in
Functional sheets made with coating thicknesses of 4 mil and 8 mil were written on with a ballpoint pen and then subjected to an erasure test. The results showed that the handwriting could be erased immediately after writing, and the ink retention rate increased over time.
<実験4>
実験4では、機能性シートのシート表層における液体の浸透制御機能を評価した。
実験では、評価液体として、t-ブチルアルコール(和光純薬工業株式会社製:028-03386)を用いた。
<
In
In the experiment, t-butyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.: 028-03386) was used as the evaluation liquid.
t-ブチルアルコール10.0mgを各試験片の表面(機能性シートの場合、シート表層の表面)に対して滴下した。滴下は一か所に略円形状になるように行った。
各試験片には、コピー用紙(アスクル社製、マルチペーパースーパーホワイト、坪量68g/m2、210mm×297mm)、実験2で作製した機能性シート(CNF分散液、塗工膜厚4mil(101.6μm)、210mm×297mm)、実験3で作製した機能性シート(PVA水溶液、塗工膜厚4mil(101.6μm)、210mm×297mm)を用いた。
滴下後の重量変化を分析天秤(A&G製 GR300)を用いて測定した。
各試験片におけるt-ブチルアルコールの重量変化は、質量測定時における各試験片からあらかじめ測定した、t-ブチルアルコールを添加する前の各試験片の重量を差し引いて算出した。
そして、所定時間経過後のt-ブチルアルコールの保持率(%)は、各測定時間毎のt-ブチルアルコールの質量を添加質量で除した値を百分率で表すことにより算出した。
なお、この実験は気温や湿度による影響を受けやすいため、調湿室(23℃、湿度50%)の条件下で行った。
10.0 mg of t-butyl alcohol was dropped onto the surface of each test piece (in the case of a functional sheet, the surface of the sheet outer layer) in one place so as to form an approximately circular shape.
For each test piece, copy paper (Askul Corporation, Multipaper Super White, basis weight 68 g/ m2 , 210 mm x 297 mm), the functional sheet prepared in experiment 2 (CNF dispersion,
The weight change after dropping was measured using an analytical balance (GR300 manufactured by A&G).
The change in weight of t-butyl alcohol in each test piece was calculated by subtracting the weight of each test piece before the addition of t-butyl alcohol, which was measured in advance, from the weight of each test piece at the time of mass measurement.
The retention rate (%) of t-butyl alcohol after a predetermined time had elapsed was calculated by dividing the mass of t-butyl alcohol at each measurement time by the added mass, and expressing the result as a percentage.
Since this experiment is easily affected by temperature and humidity, it was carried out in a humidity-controlled room (23° C.,
図22に実験結果に示す。
図22は、各試験片にt-ブチルアルコールを滴下してから30分間のt-ブチルアルコールの保持率(%)の時系列を示す。
図22に示すように、実験2および実験3の機能性シートは、t-ブチルアルコール10mgを添加した状態における、温度23、湿度50%、2分後の保持率がそれぞれ質量比92%であり、4分後の保持率が、質量比80%以上であった。また6分後の保持率は、それぞれ70%以上であり、10分後でも50%以上であった。
一方、コピー用紙では、4分後の保持率が、質量比50%程度であり、8分後には10%程度になり、10分後にはほぼゼロとなった。
The experimental results are shown in FIG.
FIG. 22 shows the time series of the retention rate (%) of t-butyl alcohol for 30 minutes after t-butyl alcohol was dropped onto each test piece.
22, in the functional sheets of
On the other hand, in the case of copy paper, the retention rate after 4 minutes was about 50% by mass, after 8 minutes it was about 10%, and after 10 minutes it was almost zero.
実験結果から、機能性シートのシート表層の素材によりをブチルアルコールの保持率に差異が生じていることが分かる。つまり、機能性シートのシート表層の素材を調整することにより、液体の浸透をより適切に制御できることが確認できた。したがって、本発明の機能性シートを用いれば、ボールペンやマジック等のインキの固化速度を適切にコントロールし、インキ消去機能やインキ残存率を制御できることが明らかとなった。 The experimental results show that the retention rate of butyl alcohol varies depending on the material of the surface layer of the functional sheet. In other words, it was confirmed that the penetration of liquid can be more appropriately controlled by adjusting the material of the surface layer of the functional sheet. Therefore, it has become clear that by using the functional sheet of the present invention, it is possible to appropriately control the solidification speed of ink from ballpoint pens, markers, etc., and to control the ink erasing function and ink remaining rate.
本発明の機能性シートは、公文書や社内文書、病院カルテ、実験記録などの重要文書や重要書類のほか、履歴書や、就職活動時のエントリーシート、契約書、署名が必要な申請書や書類など、最終的に筆跡等の消去を行えないようにすることが推奨されている様々な書類等の使用に適している。 The functional sheet of the present invention is suitable for use on various documents where it is recommended that handwriting cannot be erased in the end, such as official documents, company documents, hospital charts, and experiment records, as well as important documents and papers such as resumes, application forms for job hunting, contracts, and applications and papers that require a signature.
1 機能性シート
2 基材
2s 基材表面
3 シート表層
3s シート表層の表面
1
Claims (23)
基材と、該基材の基材表面上に設けられたシート状のシート表層と、を有しており、
該シート表層が、
該シート表層の表面から前記基材に向かってインキに含まれる溶剤の浸透を制御し得る流路を備え、かつ気泡状の空隙が連結した連続気泡構造を有しており、
該シート表層の表面にt-ブチルアルコール10.0mgを付与した状態において、温度23℃、湿度50%におけるt-ブチルアルコールの保持率が、下記(1)~(5)のいずれかの条件を満たす
ことを特徴とする機能性シート。
(1)2分後のt-ブチルアルコールの保持率が、質量比90%以上、92%以下である。
(2)4分後のt-ブチルアルコールの保持率が、質量比70%以上、83%以下である。
(3)6分後のt-ブチルアルコールの保持率が、質量比50%以上、72%以下である。
(4)8分後のt-ブチルアルコールの保持率が、質量比40%以上、62%以下である。
(5)10分後のt-ブチルアルコールの保持率が、質量比30%以上、54%以下である。 A sheet member capable of controlling adhesion of ink applied to a sheet surface ,
The substrate has a substrate and a sheet-like sheet surface layer provided on a substrate surface of the substrate,
The sheet surface layer is
The sheet has a flow path capable of controlling the permeation of a solvent contained in the ink from the surface of the sheet surface layer toward the base material , and has an open-cell structure in which bubble-like voids are connected,
When 10.0 mg of t-butyl alcohol is applied to the surface of the sheet surface layer, the retention rate of t-butyl alcohol at a temperature of 23° C. and a humidity of 50% satisfies any one of the following conditions (1) to (5):
A functional sheet characterized by the above.
(1) The retention rate of t-butyl alcohol after 2 minutes is 90% or more and 92% or less by mass.
(2) The retention rate of t-butyl alcohol after 4 minutes is 70% or more and 83% or less by mass.
(3) The retention rate of t-butyl alcohol after 6 minutes is 50% or more and 72% or less by mass.
(4) The retention rate of t-butyl alcohol after 8 minutes is 40% or more and 62% or less by mass.
(5) The retention rate of t-butyl alcohol after 10 minutes is 30% or more and 54% or less by mass.
共焦点レーザー顕微鏡を用いて算出される表面粗さが、0.1μm以上、10μm未満である
ことを特徴とする請求項1記載の機能性シート。 The surface of the sheet surface layer is
The surface roughness calculated using a confocal laser microscope is 0.1 μm or more and less than 10 μm.
2. The functional sheet according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または2記載の機能性シート。 3. The functional sheet according to claim 1, wherein the thickness of the surface layer of the sheet is 1 μm or more and 30 μm or less.
前記基材表面を有する基材表層が、該基材表面から内方に向かって液体を浸透させる機能を有している
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の機能性シート。 The substrate is
4. The functional sheet according to claim 1 , wherein the substrate surface layer having the substrate surface has a function of allowing a liquid to permeate inward from the substrate surface.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の機能性シート。 5. The functional sheet according to claim 1 , wherein the substrate is made of a porous material.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の機能性シート。 6. The functional sheet according to claim 1 , wherein the substrate is made of paper.
該シート表層の液体浸透力が、前記基材表層が有する液体浸透力よりも低い
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の機能性シート。 The sheet surface layer is
7. The functional sheet according to claim 1 , wherein the liquid permeability of the sheet surface layer is lower than the liquid permeability of the substrate surface layer.
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の機能性シート。 8. The functional sheet according to claim 1, further comprising a connecting layer between the surface sheet and the base material.
該微細繊維が、
平均繊維幅3nm~1μm、平均繊維長100nm~1mmである
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の機能性シート。 The sheet surface layer contains fine fibers,
The fine fibers are
9. The functional sheet according to claim 1, wherein the average fiber width is 3 nm to 1 μm and the average fiber length is 100 nm to 1 mm.
ことを特徴とする請求項9記載の機能性シート。 10. The functional sheet according to claim 9, wherein the fine fibers are cellulose nanofibers.
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の機能性シート。 11. The functional sheet according to claim 1, wherein the open cell structure is made of a resin.
ことを特徴とする請求項11に記載の機能性シート。 The functional sheet according to claim 11, wherein the resin is polyvinyl alcohol.
基材の基材表面上に分散液を塗布し、該塗布後の分散液を層状に乾燥する乾燥工程と、を含み、該乾燥工程において、
前記分散液が塗布された基材を熱プレス法により80℃~150℃で乾燥する
ことを特徴とする機能性シートの製造方法。 A method for producing the functional sheet according to any one of claims 1 to 12 ,
A drying step of applying the dispersion onto a surface of a substrate and drying the applied dispersion into a layer, wherein in the drying step,
The substrate coated with the dispersion is dried at 80° C. to 150° C. by a heat press method.
前記分散液を平滑面を有する平板部材の平滑面上に塗布した後、該塗布した分散液を前記平板部材と前記基材の基材表面で挟むように前記基材を配置し、該平板部材の背面と該基材の背面にそれぞれ脱液シートを配置して被乾燥処理物を調製し、該被乾燥処理物を前記乾燥工程に供給し、
前記乾燥工程において、
前記被乾燥処理物を所定の温度に加熱された熱プレス機の加圧部に供給し、該被乾燥処理物を加圧しながら乾燥する
ことを特徴とする請求項13記載の機能性シートの製造方法。 Before carrying out the drying step,
the dispersion liquid is applied onto a flat surface of a flat plate member having a smooth surface, the flat plate member and the substrate are disposed so as to sandwich the applied dispersion liquid between the flat plate member and a substrate surface of the substrate, and drainage sheets are disposed on the back surface of the flat plate member and the back surface of the substrate, respectively, to prepare an object to be dried, and the object to be dried is supplied to the drying step;
In the drying step,
14. The method for producing a functional sheet according to claim 13, wherein the material to be dried is supplied to a pressure section of a heat press machine heated to a predetermined temperature, and the material to be dried is dried while being pressed.
ことを特徴とする請求項13または14記載の機能性シートの製造方法。 15. The method for producing a functional sheet according to claim 13 , wherein the dispersion contains fine fibers and/or a resin.
ことを特徴とする請求項15記載の機能性シートの製造方法。 The method for producing a functional sheet according to claim 15 , wherein the fine fibers are mixed so that the solid content concentration is 1% by mass to 10% by mass.
ことを特徴とする請求項15記載の機能性シートの製造方法。 The method for producing a functional sheet according to claim 15 , wherein the resin is mixed so that the solid content concentration is 1% by mass to 15% by mass.
基材の基材表面上に分散液を塗工法により塗工し、乾燥する乾燥工程と、を含み、
該乾燥工程において、
回転乾燥法により80℃~150℃で乾燥する
ことを特徴とする機能性シートの製造方法。 A method for producing the functional sheet according to any one of claims 1 to 12 ,
A drying step of applying the dispersion onto a surface of a substrate by a coating method and drying the dispersion;
In the drying step,
A method for producing a functional sheet, comprising drying at 80°C to 150°C by a rotary drying method.
前記分散液を平滑面を有する平板部材の平滑面上に分散液を膜状に塗工した後、該塗工膜を前記平板部材と前記基材の基材表面で挟むように前記基材を配置して被乾燥処理物を調製し、該被乾燥処理物を前記乾燥工程に供給し、
前記乾燥工程において、
前記被乾燥処理物を所定の温度に加熱された回転型乾燥機内に供給し、該被乾燥処理物を回転しながら乾燥する
ことを特徴とする請求項18記載の機能性シートの製造方法。 In the step of applying the dispersion,
The dispersion liquid is applied in the form of a film on a flat surface of a flat plate member having a smooth surface, and then the substrate is arranged so that the coating film is sandwiched between the flat plate member and a surface of the substrate to prepare an object to be dried, and the object to be dried is supplied to the drying step;
In the drying step,
20. The method for producing a functional sheet according to claim 18 , wherein the material to be dried is supplied into a rotary dryer heated to a predetermined temperature, and the material is dried while being rotated.
ことを特徴とする請求項18または19記載の機能性シートの製造方法。 20. The method for producing a functional sheet according to claim 18 , wherein the dispersion contains fine fibers and/or a resin.
ことを特徴とする請求項20記載の機能性シートの製造方法。 The method for producing a functional sheet according to claim 20 , characterized in that the fine fibers are mixed so that the solid content concentration is 1% by mass to 10% by mass.
ことを特徴とする請求項20記載の機能性シートの製造方法。 The method for producing a functional sheet according to claim 20 , wherein the resin is mixed so that the solid content concentration is 1% by mass to 15% by mass.
請求項1乃至12のいずれかに記載の機能性シートのシート表層と同じ構造を有するものである
ことを特徴とする機能性シート。
A sheet member capable of controlling the permeation of liquid,
A functional sheet having the same structure as the sheet surface layer of the functional sheet according to any one of claims 1 to 12 .
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