カーボン紙
背景
カーボン紙は、クレジットカードの取引領収書、法的文書、原稿、手紙、その他の簡単な形式のように、オリジナルと同時に単一のコピーを作成するために使用される安価な再現装置です。
20世紀まで、ビジネス目的でドキュメントをコピーすることは、困難で労働集約的なプロセスでした。 19世紀の営業所では、教会の書記官やその前の官庁のような書記官が一般的でした。
重要なビジネス通信をコピーする最初の試みは、蒸気エンジンを改良したスコットランドのエンジニア、ジェームズ・ワットによるものです。ワットは、筆記者がビジネスレターをコピーすることを嫌っていたため、特殊な液体で湿らせたティッシュペーパーを、特殊なインクを使用して書いたオリジナルにプレスする方法を発明しました。 1779年までに、彼はプロセスを売り込む準備ができていましたが、うまくいきませんでした。
1806年、ラルフウェッジウッドはスタイログラフィックマニホールドライターを発明しました。ティッシュペーパーと普通紙の間に、プリンターのインクで飽和させた紙を置きました。次に、金属製のスタイラスがティッシュペーパーに印象を付け、正しく読み取れるコピーとミラーである別のコピーを作成しました。 画像ですが、薄いティッシュペーパーで簡単に読み取ることができます。当時のペン（羽ペン）は強く押すことができず、鉛筆が消される可能性があるため、この方法でコピーを作成する必要がありました。 1820年頃、片面だけにインクを塗った紙と消えない鉛筆を使用できるようになりました。 オリジナルを制作します。この初期のカーボン紙は大成功ではありませんでした。これは、偽造を恐れる事業主がインクで書かれたアイテムを好んだためと思われます。
1823年、Cyrus P. Dakinはカーボン、オイルとカーボンブラックでコーティングされた紙の製造を開始しました。 1860年代にレベウスH.ロジャースはこれらのカーボンを企業に販売しようとしましたが、1867年にタイプライターが発明されて初めてカーボンペーパーが受け入れられるようになりました（タイプライターはよりクリーンなコピーと高品質のオリジナルを作成しました） 。 Rogersは当初、紙を石のテーブルに置き、カーボンブラック（すす）、油、およびナフタ（液体炭化水素）を含む混合物で紙をかき混ぜることによってカーボン紙を作成しました。その後、彼はカーボンペーパーにホットワックスを塗布する機械を開発し、手動のブラッシングを廃止しました。
ロジャースの技術進歩以来、カーボンペーパーの生産は基本的に同じままです。今世紀の変わり目に発表された古風な製造業のトレードブックでは、カーボンペーパーは、カーボンブラックを含むさまざまな顔料と、薄くて丈夫な紙にブラシをかけたワックスまたはオイルで構成されていると説明されています。最新のカーボンペーパーは基本的に同じ製法で作られていますが、メーカーはプロセスの清浄度を高め、より洗練された素材を使用して複製の品質を向上させることに注力しています。
原材料
典型的なカーボン紙は、カーボンを含浸させ、2枚の普通紙の間に挟まれた1枚の紙で構成されています。複写を行うコーティングされたシートを除いて、すべてのコンポーネントが標準です。そのコーティングはいくつかの材料で構成されており、その中で最も重要なものはカーボンブラックです。カーボンブラックは非常に 
カーボンペーパーの主要成分はカーボンブラックです。それを作るために、空気と炭化水素（石油など）が炉に供給されます。炉内では、石油の一部が燃焼し、華氏3,000度まで温度を上げ、未燃炭化水素をカーボンブラックに分解します。次に、カーボンブラックを水で冷却し、遠心サイクロンまたはバグフィルターを入れて回収します。グラファイトほど結晶性ではない、微細で球状のアモルファス形態の炭素。主に炭素であり、少量の酸素、水素、硫黄も含まれています。カーボンブラックは、さまざまなワックスの助けを借りて紙に付着します。おなじみのワンタイムブラックカーボンペーパー（たとえば、クレジットカードの領収書に使用される種類）は、一般的にパラフィンワックス（33％）、鉱油（25％）、カーボンブラック（15％）、チャイナクレイで構成される混合物でコーティングされていますまたはカオリン（12％）、モンタンワックス（8％）、カルナウバワックス（6％）、およびメチルバイオレットまたはゲンチアナバイオレット（1％）。あまり一般的ではないワンタイムブルーカーボン紙は、通常、アイアンブルー（21％）、パラフィンワックス（20％）、ワセリン（20％）、鉱油（15％）、カルナウバワックス（10％）、チャイナクレイ（10％）、モンタンワックス（4％）。
一部のカーボンペーパーは再利用できます。これは、たとえば、複数の販売のレシートを書き出すのに1枚のカーボン紙が必要なため、販売本で使用する場合に便利です。再利用可能な油溶性ペンシルカーボンは、消えないコピーを生成します。通常、タルク（39％）、カルナウバワックス（23％）、ラードオイル（16％）、オレイン酸（15％）、ビクトリアブルーベース（7％）の混合物でコーティングされています。再利用可能な顔料鉛筆カーボン紙は、消去可能なコピーを生成します。通常、ミリロリブルー（25％）、カルナウバワックス（20％）、ミネラルオイル（16％）、アンバーペトロラタム（11％）、ペトロラタム（11％）、トーニングアイアンブルー（10％）の混合物でコーティングされています。 ）、およびパラフィンワックス（7％）。タイプライターカーボンも再利用可能で、タイプライターキーの強い打撃力により、ワンタイムや鉛筆のカーボン紙よりも高品質のカーボンブラックとより細かい成分を使用しています。通常、カルナウバワックス（32％）、鉱油（26％）、カーボンブラック（12％）、琥珀色のワセリン（6％）、蜜蝋（5％）、オゾケライト（5％）で構成されるインクでコーティングされています。 、オゾケライトワックス（5％）、オレイン酸（3％）、着色パープルトナー（3％）、クリスタルバイオレット染料（2％）、ビクトリアブルーベース（1％）。さらに保護するために、カルナウバワックス（40％）、オリキュリーワックス（40％）、マイクロクリスタリンワックス（20％）で構成されるバッキングワックスもあります。
製造
プロセス
カーボンペーパーの最も重要な成分であるカーボンブラックは、近年変化しています。 1940年以前は、米国で生産されたカーボンブラックの90％は、チャネルまたはインピンジメントカーボンから作られていました。そこでは、ガス炎の小さなジェットが鉄のチャネル（または溝）などの冷たい金属表面に衝突（衝突）しました。次に、部分燃焼から生じた煤をこすり落とし、約10 -8 の炭素粒子を生成しました。 直径メートルメートルしかし、天然ガスの価格が大幅に上昇したため、この優れたカーボンブラックの製造方法は1976年に廃止されました。カーボンブラックを製造する現在の方法は、以下に説明する炉プロセスを使用します。次に、完成したカーボンブラックを一連のオフセットローラーを使用して紙にコーティングします。
カーボンブラックを作る
- 1炭化水素（石油など）と空気がチャンバーに供給されます。炭化水素の一部が不完全燃焼し、チャンバー内の温度が上昇します
ワンタイムカーボンペーパーの製造に使用される2つの方法は、メイヤー法とフレキソ法です。 2つの方法は、どちらも紙が一連のロールの周りを移動し、そのうちの1つがカーボンインクパンに接触するという点で類似しています。華氏2,012〜3,092度（摂氏1100〜1,700度）まで。この温度で、未燃炭化水素はカーボンブラックに分解します。 - 2新しく作成されたカーボンブラックはクーラーに送られ、そこで水が噴霧されます。次に、遠心サイクロンまたはバグフィルターを使用して、微細な黒色物質を回収します。
ワンタイムカーボンペーパーの作成
（メイヤー法）
- 3大きなロールのコート紙（ミルロールと呼ばれます）がほどけて、カーボンインクの鍋にある別のロール（ドープロール）の上を通過します。インクパンは華氏168.8度から179.6度（摂氏76度から82度）に加熱されています。紙がこのロールを通過すると、加熱されたインクが紙の片面に転写されます。
- 4次に、紙はイコライザーロッドを通過します。イコライザーロッドは、コート紙をこすって滑らかにし、余分なインクを取り除きます。イコライザーロッドは、滑らかでも隆起していてもかまいません。次に、紙は別のロールであるチルロールを通過します。チルロールは、インクを冷却して紙に固めます。最後に、完成した紙は別のロールに巻き戻されます。
- 5多様なビジネスフォームの場合、カーボンペーパーは別のフォームに接着されるため、接着剤を塗布できるカーボンのないコーティングされていないストリップが必要です。マイヤー法でこれを達成するために、金属のストリップをドープロールの適切な場所に置くだけです。したがって、ロールのこの部分は、インクパンからインクを拾い上げて紙に渡すことはありません。
フレキソ法
- 6フレキソ法と呼ばれる別の方法を使用して、ワンタイムカーボン紙を製造することもできます。まず、ドープロールをその下の加熱されたパンからのカーボンインクでコーティングします。計量ロールがドープロールに接触し、
カーボンペーパー製造の最後のステップはミシン目です。これは、スポットカーボナイザー処理機によって自動的に実行され、カーボン紙のシート間のミシン目と、紙の端に沿った小さな穴（スリットによって生成される）の両方が含まれます。インクを均一な厚さに絞ります。次に、インクは3番目のロールであるプリントロールに転写されます。 - 7一方、用紙はミルロールからプリントロールに接触するインプレッションロールに送られます。これは、上記の手順5で説明した3番目のロールです。これらの2つのロールが接触すると、プリントロールからのインクがインプレッションロールの用紙に渡されます。次に、紙は、巻き戻しロールに巻かれる前に、インクを固化するチルロールを通過します。フレキソ印刷法で製造される多様なビジネスフォームの場合、プリントロールに浅い溝が形成されます。この溝が印象ロールの用紙に接触する場所では、インクは転写されません。
ミシン目
- 8ワンタイムカーボンペーパーの製造の最終段階は、ミシン目です。まず、カーボンと印刷されたフォームを照合しながらスリットを入れます。次に、カーボン紙の巨大なロールが適切なサイズのフォームまたはシートにカットされます。必要に応じて、紙に線穴を開けることもできます。これらの操作はすべて、スポットカーボナイザー処理機によって自動的に実行されます。最後に、紙は積み重ねられ、箱に入れられ、顧客に出荷されます。
タイプライターカーボンペーパー
タイプライターのカーボンペーパーは、通常、インクコーティングとバッキングワックス、および裏面に印刷物が付いているという点で、ワンタイムカーボンペーパーとは異なります。この製造方法では、ドープロール、計量ロール、印刷ロール、および印象ロールを含むフレキソ印刷装置が、ミルロールから供給された紙の裏に印刷する手段を提供します。印刷後、紙はドープロールを通過して、メイヤー法のようにイコライザーロッドで滑らかにされたカーボンインクコーティングを受けます。次に、紙はワックスドープロールに移動し、バッキングワックスでコーティングされます。他の方法と同様に、チルロールがワックスを固化します。フェルトバフ研磨ロールは、巻き戻しロールに巻く前に製品の外観を改善するために使用されることがあります。
品質管理
カーボンペーパーの原理は単純ですが、製造は困難です。カーボンペーパーの現代のメーカーは、すべての入ってくる原材料の品質をテストします。カーボンブラックには、顔料や硫黄含有量など、さまざまなテストを適用できます。選択するカーボンブラックも微粒子サイズである必要があります。これは、カーボンブラック粒子の平均直径を電子顕微鏡で測定することによって決定されます。また、吸油性が低く、カーボンブラックの吸収性とpHを使用前にテストしています。インクは、コーティングの最終的な滑らかさに影響を与える粒子の細かさについてテストされます。ワックスバインダーは、紙にわずかに浸透し、適切な粘度を持っている必要があります。適切なレタリングを確実にするために、圧力下で放出されるワックスの量がテストされます。紙自体は滑らかで、無孔で、表面の欠陥がない必要があります。それは薄い組織でなければなりませんが、それはまた強くて密度が高いはずです。完成したカーボン紙には欠陥があってはなりません。オフセット、はがれ、しわ、カールがあってはなりません。正しく機能する必要があります。結果のコピーは、クリーンで読みやすいものでなければなりません。コーティングは、その使用目的を満たすのに十分な硬さである必要があります。たとえば、ワンタイムカーボンはタイプライターカーボンほど硬いコーティングを必要としません。タイプライターカーボンは、再利用できるように、良好な色の複合コーティングも必要です。
完成したカーボンペーパーには他のテストもあります。堆積したインクの量を決定するために、カーボン紙の標本が選択され、計量されます。次に、インクの堆積物は、再計量される前に化学的に除去されます。重量の違いは、インクの付着量を示します。問題に対処するためにカーボンペーパーの両面（片面はカーボン、もう片面はバッキングワックス）が頻繁にコーティングされているにもかかわらず、カールはカーボンペーパーについてよくある不満です。さまざまな条件下でカールをテストするために、カーボンペーパーを平らな面に置き、温度を制御しながらさまざまな湿度にさらします。再利用可能なタイプライターカーボンペーパーの耐久性は、カーボンが消耗するまで1つのスペースに繰り返し入力することによってチェックされます。コピーとカーボン紙自体の両方の清潔さが重要です。最初のテストでは、ドキュメントを入力し、コピーを調べてクリーンかどうかを確認します。 2番目のテストでは、カーボン側を清潔でしわくちゃの紙でこすり、次にカーボンがどれだけこすり落とされたかを調べます。カーボンの色と厚さは、品質基準を満たしているかどうかを視覚的に検査する必要があります。
未来
1991年には、62,000メートルトンを超えるカーボンペーパーが米国で生産されました。しかし、同じ時期に60万トン以上のノーカーボン紙が製造されました。手書きの記録に最適なノーカーボン紙は、化学的にコーティングされたシートを利用して圧力下で反応し、カラー画像を生成します。カーボンレス紙はカーボン紙よりもかなり重く、タイプライターやコンピューターによる記録にはあまり適していませんが、カーボン紙を犠牲にしてその需要が高まっています。 （この「普通紙」の需要は、コピー機の利用可能性の増加にも起因している可能性があります。）電子通信が普及するにつれて、カーボン紙は時代遅れになる可能性があります。しかし、現在、クレジットカードの領収書やコンピューター化された記録にカーボン紙を利用する企業からは、このシンプルで安価な製品の今後の存続を保証するのに十分な需要があります。
製造プロセス