紙の表面ラフニング(surface roughening)は、紙の表面が水または水を含む液体などで濡れた際に、表面の粗さが増加し、光沢が失われる現象を指す。親水性材料である紙には避けられない現象であり、産業的観点から見ても、印刷適性を損なうなど重要性が大きい問題である。

　紙の表面ラフニング現象が起きる要因として繊維壁内に水が拡散していくことによる膨潤、繊維間結合の破断、繊維の形状の復元、内部応力の解放がある。本章では、内部応力の解放、プレスドライング、塗工、パルプの混合による表面ラフニングへの効果を検討した。

　紙の表面ラフニングが起きる要因として、内部応力の解放が指摘されている。紙の内部応力は、面内応力と面外(厚さ)応力の二つに分けることができる。面内内部応力はシートの乾燥時に面方向に張力を加えたときに蓄えられ、湿潤時に解放されると定義される。本章では、面内内部応力の大きさと表面ラフニングとの関連について明らかにした。面内内部応力は、Kubatの提唱した引張応力緩和速度に基づく内部応力測定法によって求めた。

　機械ずき紙を用い、水への浸漬処理およびカレンダリング処理を繰り返し行い、カレンダリング条件および水への浸漬処理が内部応力と平滑度に及ぼす影響を調べた。面内内部応力は水への浸漬処理により著しく減少したが、カレンダリングによる変化はなかった。また、浸漬処理前の平滑度が高い紙の方が、浸漬処理による平滑度の低下が大きかった。浸漬処理後の平滑度は処理前の平滑度だけによって決定され、面内内部応力の減少量には依存しなかった。面内の内部応力の解放は印刷に影響を及ぼすミクロな平滑性のレベルでは表面ラフニングとは無関係で、シート全体の大きな変形を引き起こす原因になっていることが推測された。

　内部応力の解放は紙の表面ラフニングの原因の一つであるといわれてきた。しかし、乾燥応力に由来する面内内部応力の解放がラフニングに結びつかないことが第2章で示された。本章ではこのような面内の内部応力ではなく、カレンダリングやウェットプレスなどの厚さ方向に作用する工程で蓄えられる面外内部応力の解放がラフニングに関係しているのではないかとの仮説を立てた。Kubat法を圧縮モードに適用して面外内部応力を求め、カレンダリング、ウェットプレス、叩解および填料配合が面外内部応力に及ぼす影響について調べた。

　カレンダリング、ウェットプレスおよび叩解を強くすると面外内部応力は増加したが、炭酸カルシウムの内添配合量は影響しなかった。面外内部応力の解放量は紙の表面ラフニングと関係があったが、その関係は抄紙工程にも依存するものであった。また、紙の見かけ密度と関係があった。繊維の潰れの度合いや粘弾性が面外内部応力に密接に関係すると考えられた。

　市場では異種の混合パルプから作られた紙が新聞紙などで使われているが、パルプの混合による表面ラフニング特性への影響そのものは研究されていない。パルプの混合はラフニングを助長することも考えられる。そこで、本章ではパルプの混合の割合によって表面ラフニングへの影響がどのように変化するかを調べた。広葉樹さらしクラフトパルプ(LBKP)とサーモメカニカルパルプ(TMP)をさまざまな比率で混合して手すき紙を調製して、混合比率が表面ラフニングに及ぼす影響を調べた。

　各物性値の浸漬処理による減少率はいずれもTMP混合率に対して直線関係にならず、パルプを混合した紙についてはそれぞれのパルプを単独で使用した値から直線関係を仮定して予測される値よりやや大きな値を示した。毛羽立ちの小さいLBKPと大きいTMPが混在しているので紙面全体での凹凸の差が大きくなり、TMPの含有率が低い割には、大きなラフニングが起きたと考えられる。

　塗工は一種の吸水工程である。塗工紙は塗工工程ですでにラフニングを起こしていることが知られているが、再度吸水または吸湿した際のラフニングや、塗工層の吸水の抑制については未知の点が多い。本章では塗工が紙のラフニングに及ぼす影響、塗工によるラフニングの抑制効果について検討した。

　塗工は浸漬処理によって生じる原紙の平滑度、光沢、厚さの変化を減少させた。塗工層が原紙内部の空気の追い出しを抑制し、原紙の繊維の膨潤が不十分になりラフニングの程度が減少した可能性もある。しかし、原紙表面に浸透した微小なラテックス粒子が原紙に浸透した状態で塗工層が形成され、塗工層に近い原紙の繊維は塗工層と強く接着され、原紙に膨潤の応力が発現したにもかかわらず原紙の膨張が抑えられたのではないかと考えられる。

　表面ラフニングを引き起こしやすい紙の要素として、繊維間結合の弱さが指摘されている。繊維間結合を強くしてラフニングを抑える手段の一つとして、本章ではプレスドライングに着目した。乾燥工程中に同時に圧力を保持することにより、繊維間結合を増加させる方法である。手すき紙を調製して、プレスドライングによる紙の表面ラフニング抑制効果、カレンダリングとの違いを検討した。

　プレスドライング処理はカレシダリング処理に比べて吸水量が低く抑えられた。吸水量を同一にした場合でもプレスドライング処理のラフニング抑制効果が確認された。試料の断面写真を見ると、表面層(加熱側)が強く潰されて融けたような状態になっており、ルーメンは完全に潰れていた。試料の面内内部応力は水への浸漬により大きく解放されたが、ラフニングの程度は小さかった。表面ラフニングの抑制は面内内部応力の解放とは相関がないことになる。熱と圧力の効果が及んだ表層付近では繊維が角質化したために繊維壁が膨潤しにくくなり、繊維が管状の形態を回復しなかったための効果であると考えられる。また吸水した水は主に繊維間の空隙を通ってゆっくりと浸透していくと考えられる。

　面内内部応力の解放はミクロな平滑性のレベルでは表面ラフニングとは無関係で、面外内部応力の解放量は紙の表面ラフニングと関係があった。LBKPとTMPを混合した紙は、TMPの含有率が低い割には大きな表面ラフニングを生じた。塗工は浸漬処理によって生じる原紙の表面ラフニングの程度を減少させた。プレスドライング処理は表面ラフニングを抑制する効果があった。