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紙の含水率とその平衡水分特性は、印刷プロセスにおいて重要な役割を果たします。水分が不十分だと紙が脆くなり、静電気が発生しやすくなり、水分が多すぎるとインクの乾燥が妨げられます。含水量の変化は、坪量、引張強さ、柔軟性、折り曲げ耐久性、寸法安定性などの主要な紙の特性にも大きな影響を与えます。寸法変化により、カール、エッジの浮き、シワ、エッジの波立ちなどの欠陥が発生する可能性があります。
各紙の種類には、バランスのとれた物理的性能を保証する最適な含水率範囲があります。たとえば、キャスト-コート紙とキャスト-コートホワイトボードは 7%±2%、ホワイトカード用紙は 4%～7%、片面コート-ホワイトボードは 8%±2% で最適な性能を示します。これらの値は通常、製造時の水分含有量を表します。
印刷施設での保管中、紙は{0}}吸湿性がある-周囲の空気と水分を交換します。吸湿率は周囲温度と相対湿度に依存しますが、水分損失は紙の現在の水分レベルと環境条件によって決まります。吸収と脱着の速度が等しくなるとき、紙は環境との平衡に達し、その含水率は安定します。この安定した水分レベルは平衡水分と呼ばれます。
相対湿度 (RH) は、特定の温度での空気中の実際の水蒸気含有量と、同じ温度下での飽和時の最大水蒸気容量の比として定義されます。特定の種類の紙の平衡含水率は、相対湿度の変化によって変化します。
平衡水分特性:
1. 紙の組成の影響
同一の相対湿度条件下では、親水性の高い紙ほど、より高い平衡含水量を示します。添加剤を含まない非コート紙はより多くの水分を保持しますが、充填剤、サイズ剤、およびコーティングにより吸湿性が低下します。同じ紙グレードの場合、通常、より厚い製品は吸収性基材の割合が大きいため、平衡湿度が高くなります。
2. 温度の影響
相対湿度が一定の場合、温度が約 15 度変動すると、平衡含水率は最大で約 0.5% 変化します。ただし、多色印刷で正確な色位置合わせを行うには、水分変動を ±0.1% 以内に制御する必要があります。したがって、カラー印刷環境では、相対湿度と温度の両方を厳密に管理し、温度変動を ±3 度以内に維持する必要があります。
3. ヒステリシス効果と経路依存性
乾燥状態からの吸湿によって達成される平衡含水量は、同じ相対湿度下での湿潤状態からの脱着によって達成される平衡含水量よりも低くなります。{0}これは吸湿ヒステリシスとして知られる現象です。高湿度にさらされた後に元の水分レベルを回復するには、「過剰補正」のプロセスが必要です。つまり、目標よりも相対湿度が低い環境で紙を調整する必要があり、その逆も同様です。
さらに、脱着は吸収よりもゆっくりと起こります。どちらのプロセスも最初は急速ですが、平衡に近づくにつれて減速します。反応速度は紙の構造と空気の循環に依存します。標準的な条件下では、タバコ用紙は 35 分以内に平衡 (5.8%) に達しますが、印刷用紙は通常、5% ～ 8% の間で安定するまでに 2 ～ 4 時間を要します。包装用ボードの場合はさらに時間がかかります。周囲の相対湿度の変化と紙の湿気の反応との間のこの時間差は、寸法変形の遅れに寄与し、印刷位置合わせの精度に影響を与えます。
4. 異方性（指向性効果）
紙は繊維の配列により、湿気による膨張に方向性の違いが見られます。横方向の膨張は縦方向の膨張よりも大幅に大きくなります。単一のセルロース繊維は、横方向に縦方向の 20 倍まで膨張します。紙の繊維はランダムに配向していますが、機械方向に沿った優先的な配向により全体の異方性が減少します。たとえば、RH が 50% から 60% に増加すると、横方向-対-の膨張比は約 3:7 (約 2.3:1) になります。この比率は、繊維配向が強くなると増加します。製造時に繊維の分散を最適化することで、横方向の膨張を最小限に抑え、印刷の見当合わせを向上させることができます。
5. 両面非対称-
湿度変化にさらされた平らな紙は、表面間の水分移動の違いによりカールする場合があります。吸湿時にコーティング面やプリント面よりも裏面が膨張し、表面へのカールが発生します。逆に、乾燥時は裏側の収縮が大きくなり、裏側に向かってカールが生じます。カールは主に長手方向に従います。これは、非対称な繊維配向と両側の構造の違いに起因します。この効果は、段ボールやその他の多層素材で特に顕著です。-
