KR100506129B1 - 종이 착색용 수분산성 잉크 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종이 착색용 수분산성 잉크 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 종이를 착색하기 위하여 제지공정 중에 첨가하는 잉크로서, 구성 성분은 물, 안료, 고착제, 분산제, 소포제 등이며, 초지공정 중 습부공정에서 투입할 수 있도록 적정 농도의 액상형태로 되어 있어서 취급이 용이하고, 종이를 구성하는 지료에 분산이 용이하여 착색의 균일성을 줄 수 있는 착색용 수분산성 잉크 조성물에 관한 것이다.

Description

종이 착색용 수분산성 잉크 조성물 {Coloring wetted ink composition}
본 발명은 종이 착색용 수분산성 잉크 조성물에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 종이를 착색하기 위하여 제지공정 중에 첨가하는 잉크로서, 구성 성분은 물, 안료, 고착제, 분산제, 소포제 등이며, 초지공정 중 습부공정에서 투입할 수 있도록 적정 농도의 액상형태로 되어 있어서 취급이 용이하고, 종이를 구성하는 지료에 분산이 용이하여 착색의 균일성을 줄 수 있는 착색용 수분산성 잉크 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 유색 종이의 제조방법은, 종이 제품의 표면에 옅은 잉크를 인쇄하거나 옅은 잉크액에 종이를 침적하는 방법, 제지공정 중에 염료를 이용하여 섬유소를 염색하는 방법, 또는 제지공정 중에 안료를 섬유소에 침적시키는 방법 등이 있다.
상기 종이 제품의 표면에 옅은 잉크를 인쇄하는 방법과 잉크액에 종이를 침적하는 방법은 별도의 공정을 필요로 하고, 인쇄 후에 잉크가 표면에 형성되기 때문에 또 다른 인쇄가 어려우며, 종이의 내부까지 색상이 형성되지 못하는 단점이 있고, 인쇄 또는 코팅에 의한 광택이 나타나 자연스런 색상의 유색 종이를 형성시키지 못한다.
상기 제지공정 중에 염료를 이용하여 섬유소를 염색하는 방법은 자연스런 색상의 유색 종이를 형성시킬 수는 있지만, 염색을 위한 조건을 만족시키기 어려우며, 균일한 염색이 어렵고, 유색 종이의 색상이 염료의 염색에 의해서 나타났기 때문에 내구성이 작다는 큰 단점을 가지고 있다.
종이 착색 방법으로서 가장 간단하고 경제적인 방법은, 제지공정 중에 안료를 섬유소에 고착시키는 방법이다. 이러한 방법은 내광성, 내산성, 내알카리성, 내용제성 등도 우수하고, 유색 종이의 색상 효과도 뛰어난 장점을 가지고 있다. 그러나 대량 생산의 제지공정 중에서 실시해야 하는 문제점을 갖고 제지공정 및 제품의 화학특성에 따라 안료의 고착방법이 달라지기 때문에 적정한 고착기술을 요구하고 있다.
또한, 제지공정 중의 초기단계인 습부의 초지공정에서 착색안료를 투입할 경우에 종이의 산, 알카리 특성에 따라 착색안료의 조성을 각기 달리 해야 특성이 있다.
이러한 유색 효과의 제지 제품은 일반 용지와 차별화된 색상을 가지고 있어 장식용, 포장용으로 이용되고 있으며, 아주 옅게 착색된 유색 종이는 적층하였을 때에 제품의 구별을 용이하게 한다.
이러한 유색 종이의 특성은 종이를 위조하기 위해서는 색상이 동일한 유색 잉크를 만들어 코팅 또는 침적시켜야 하는 번거로움이 있어 위조 방지에 효과가 있으며, 효과적인 색상의 유색 종이를 만들어 이용하면 복사 또는 프린팅을 할 경우에 칼라토너 또는 잉크젯의 색상이 고정되어 있기 때문에 유색 종이의 색상과 똑같이 재현하지 못하는 특징을 갖기도 한다.
이와 같은 착색 종이의 재료는 일반적으로 사용되는 펄프는 물론 섬유이고, 구체적으로 목재, 목면, 마, 황마, 함성섬유, 솜 등을 들 수 있으며, 이들 섬유는 통상적 방법에 따라서 물에 분산 또는 현탁시켜 지료-슬러리로 사용된다.
또한 일반적인 종이 착색용 수분산성 잉크에 사용되는 안료는 일반적으로 분자의 구조 내에 친수성 이온이나 수산기를 포함하고 있지 않기 때문에 물에 용해되지 않아서 미세입자로 분쇄되고 액체화하여 슬러리 또는 페이스트 상태로 변화시켜 공급하며, 지료에 투입할 경우에 펄프 섬유소에 직접 고착되지 않기 때문에 고착제를 필요로 한다.
따라서 제지공정 중의 지료-슬러리 분산액에 투입되어 종이의 착색효과를 주기 위하여 잉크 조성물이 갖추어야 할 조건은 예를 들어 다음과 같다.
·지료-슬러리 중의 물에 분산성이 좋아야 함.
·액체 또는 유동성이어야 함.
·직접 사용될 수 있도록 안료의 입자가 충분히 연육되어야 함.
·초지 및 제지공정의 물리적 및 화학적 특성에 영향을 주지 않도록 제조되어야 함.
그러나, 종래 종이 착색용 수분산성 잉크는 안료 제조회사에서 물과 적당한 계면활성제에 안료를 분산시킨 잉크 슬러리 또는 페이스트 상태로 단순하게 제조하고 이렇게 공급된 잉크를 사용하여 왔기 때문에, 제지공정에서는 이러한 착색 잉크에 맞추어 지료-슬러리의 물성을 변화시켜 이용하는 수동적인 단점이 있었다.
이에 본 발명자들은 종이의 제조공정에 투입하여 종이를 효과적으로 착색시키는 종이 착색용 수분산성 잉크를 제조, 이용함으로써 안료의 섬유소에 대한 고착성 강화, 착색의 균일성, 작업의 편리성 및 낮은 발포성을 제공하기 위해 연구검토하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 종이 착색용 수분산성 잉크의 단점을 개선하고 종이를 제조하는 공정에 직접 투입함으로써, 안료의 섬유소에 대한 고착성 강화, 착색의 균일성, 작업의 편리성 및 낮은 발포성을 가질 수 있는 종이 착색용 수분산성 잉크 조성물을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 종이 착색용 수분산성 잉크 조성물은, 무기계 안료, 유기계 안료 및 기능성 안료로 이루어진 군으로부터 선택되는 안료 10 내지 50중량%; 폴리아크릴아미드염계, 메타아크릴아미드염계, 에피클로로히드린-아크릴아미드계, 메타아크릴아미드계, 아크릴아미드 또는 메타아크릴아미드의 비닐이미다졸린계, 비닐아민 공중합체계, 알킬아크릴 또는 메타아크릴과 아크릴아미드의 중합체계, 폴리에틸렌이민과 폴리아미도아민계, 및 폴리에틸렌아민계로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 고착제 1 내지 30중량; 고급알콜, 부톡시에틸렌글리콜, 부톡시프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 분산제 1 내지 30중량%; 이소프로판올아민류, 스테아린산프로판올아미드, 도데실벤젠설폰산-이소프로판올아민염, 파라핀오일, 지방산에스테르, 인산에스테르, 및 실리콘오일로 이루어진 군으로부터 선택되는 소포제 0.005 내지 3중량%; 및 나머지 첨가량의 물로 이루어진다.
이하, 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 종이 착색용 수분산성 잉크 조성물은 제지용 지료-슬러리에 첨가되어 섬유소 표면에 고착됨으로서 종이가 착색되는데, 이러한 고착 메카니즘은 섬유소의 표면전하와 각종 첨가제의 전하에 기인한다.
섬유소에서 표면전하의 발생원인은 기계펄프인 경우에 헤미셀룰로오스에 함유된 카르복실기에 기인한 음전하가 발생하며, 화학기계펄프 및 아황산펄프인 경우에 칩의 전처리에 사용되는 아황산염에 의하여 리그닌에 술폰산기가 도입됨으로써 해리에 의한 음전하가 발생하여 여기에 안료를 고착하게 된다. 이러한 섬유의 표면전하는 제타전위의 방법으로 측정할 수 있으며, 제지공정에 중요한 요소가 된다.
종이는 물에 현탁된 지료-슬러리를 초지기의 금망에서 탈수시켜 지필을 형성시키는 공정으로 이루어진다. 제지용 지료-슬러리 내에는 각종 펄프와 충전물, 사이즈제, 에멜전제품, 착색안료, 고분자물질 등이 포함되어 있어 탈수 전에 금망의 크기보다 큰 섬유소에 흡착, 고착되고 서로 응집하여 초지과정에 남아 지필을 형성하게 된다.
이러한 효과적인 지필 형성을 위해서는 지료-슬러리를 구성하는 펄프 및 각종 첨가물의 제타전위는 영에 가까울수록 좋아지게 된다.
섬유소에 대한 안료의 고착은 응집접착이고, 초지 조건이 변하게 되면 동일칼라, 동일 첨가량에서도 발색성이 변하며, 발색성은 셀룰로스 단섬유에 흡착하는 응집의 크기, 응집의 흡착능력에도 크게 달라진다.
본 발명에 따른 종이의 착색은 아니온(anion) 전하를 형성하는 지료-슬러리 상태, 즉 습부공정에서 투입하여 이용하는 것이 효과적이며, 이어서 카티온(cation)성 폴리머를 첨가하여 중화하고 폴리머가 섬유에 접촉하고 가교 응집한다.
본 발명에 따른 종이 착색용 수분산성 잉크는 전술한 착색 특성을 갖기 위하여 물에 안료, 고착제, 소포제, 분산제 등을 혼합한 형태로 구성된다.
본 발명에 따른 종이 착색용 수분산성 잉크는 작업이 용이하고, 취급이 좋으며, 장기간 보관시 잉크가 침전되지 않는 범위의 농도이면 바람직하기 때문에 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나 일반적으로 수분산성 잉크를 구성하는 고형분의 중량%는 1 내지 90중량%이며, 가장 바람직하게는 5 내지 60중량%이다. 본 발명에 따른 잉크의 농도가 묽으면 착색용 수분산성 잉크를 많이 첨가해야 하는 불편함과 잉크 보관시 침전현상이 일어나는 문제가 있으며, 농도가 높게 되면 초지공정에서 지료-슬러리와 잉크가 혼합되는 시간이 길어지고 불균일한 착색이 발생한다.
본 발명에서 사용할 수 있는 안료는 섬유소에 고착되어 색상을 나타내는 역할을 하며, 이러한 안료로서 무기계, 유기계 안료 모두 이용할 수 있으나, 특히 유기계 안료가 효과적으로 이용될 수 있다. 또한 종이 착색용 수분산성 잉크는 유색안료 외에도 무색안료 및 기능성 안료가 이용될 수 있고, 예를 들어 형광안료, 자성안료, 방향성안료, 축광안료, 적외선안료, 비가시형광안료 등을 들 수 있다. 이로서 특수용지 및 기능성 용지를 제조할 경우에도 사용할 수 있다.
우선 상기 무기계 안료는 착색을 위하여 유색이 효과적이며, 산화철, 카본블랙, 크롬옐로우, 피그멘트옐로우 34, 프루시안블루, 울트라마린블루, 카드뮴옐로우, 피그멘트블루 29, 피그멘트옐로우 35 등을 들 수 있다.
또한, 유기계 안료는 아조계안료, 나프톨계안료, 프탈로시아닌계안료, 레이크화안료을 들 수 있고, 예를 들어 피그멘트옐로우에는 1, 3, 42, 74, 83, 106, 108, 117, 126, 139, 185, 피그멘트오랜지에는 5, 67, 피그멘트 래드에는 3, 48:1, 48:4, 101, 112, 123, 169, 피그멘트바이올렛에는 23, 27, 피그멘트블루에는1, 15:1, 15:3, 61, 피그멘트그린에는 7, 36 등이 있다.
상기 본 발명에서 사용가능한 안료의 첨가량은 취급작업이 용이하고, 장기간 보관시에 잉크가 침전되지 않는 범위의 농도를 갖는 것이면 바람직하기 때문에 특별히 한정되지는 않지만, 0.1 내지 70중량%, 가장 바람직하게는 10 내지 50중량%이다. 상기 안료의 농도가 옅을 경우에는 수분산성 잉크의 투입량이 많아지기 때문에 지료-슬러리에 물성과 화학적 특성이 변하게 되고, 안료의 농도가 지나치게 높아지면 수분산성이 떨어지고 불균일한 고착현상이 나타난다.
본 발명에 따른 종이 착색용 수분산성 잉크 중의 고착제는 안료가 펄프섬유에 대하여 친화성이 없기 때문에 섬유 표면에 안료를 고착시키는 역할을 하며, 기본적으로 카티온성 물질의 첨가가 필요하게 된다. 본 발명에서 사용할 수 있는 대표적인 고착제는 카티온형으로서, 폴리아크릴아미드염계, 메타아크릴아미드염계, 에피크로로히드린-아크릴아미드계, 메타아크릴아미드계, 아크릴아미드 또는 메타아크릴아미드의 비닐이미다졸린계, 비닐아민 공중합체계, 알킬아크릴 또는 메타아크릴과 아크릴아미드의 중합체계, 폴리에틸렌이민과 폴리아미도아민계 및 폴리에틸렌아민계로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상 선택된다.
상기 고착제의 함량은 일반적으로 0.1 내지 70중량%이고, 가장 바람직하게는 1 내지 30중량%이며, 상기 범위 미만이면 안료가 섬유소에 고착되 않고, 상기 범위를 초과하면 안료가 응집하거나 초지 및 지필 형성에 나쁜 영향을 준다.
또한, 본 발명에 따른 분산제는 잉크 제조시에 안료의 물에 대한 분산과 젖음성을 좋게 하는 역할을 하며, 고급알콜, 부톡시에틸렌글리콜, 부톡시프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상 선택된다. 또한 상기 분산제의 함량은 0.05 내지 50중량%이고, 가장 바람직하게는 1 내지 30중량%이다. 상기 분산제의 함량이 상기 범위를 벗어나면 분산효과가 없어지거나 초지 및 지필 형성에 나쁜 영향을 준다.
본 발명에 따른 소포제는 수분산성 잉크 제조시에 발생하는 기포를 억제하는 역할을 하며, 이소프로판올아민류, 스테아린산프로판올아미드, 도데실벤젠설폰산-이소프로판올아민염, 파라핀오일, 지방산에스테르, 인산에스테르 및 실리콘오일로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상 선택된다. 상기 소포제는 소량을 첨가하여도 효과가 있는 실리콘 에멀전 오일이 바람직하며, 일반적으로 수분산성 잉크를 구성하는 소포제의 함량은 0.001 내지 5중량%이고, 가장 바람직하게는 0.005 내지 3중량%이다. 상기 소포제의 함량이 상기 범위를 벗어나면 소포효과가 없어지거나 초지 및 지필 형성에 나쁜 영향을 준다.
그밖에도 본 발명에 따른 착색용 수분산성 잉크 조성물에는 종이를 제조하기 위하여 투입하는 물질을 더욱 첨가할 수도 있으며, 그러한 성분은 충진제, 형광염료, 살균제, 정전방지제, 수분 보류제, 비이온성 계면활성제 등을 들 수 있다. 또한 이들의 함량은 통상적으로 사용하는 양에 준한다.
또한 본 발명에 따른 착색용 수분산성 잉크는 점도가 낮기 때문에 볼밀, 샌드밀, 분산밀, 젯트밀 등의 방법으로 용이하게 제조될 수 있으며, 포장 전에 여과하여 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 성분 및 함량을 포함하는 본 발명에 따른 종이 착색용 수분산성 잉크 조성물은 제지 공정에 있어서 습부공정에 투입하는 것이 바람직하다.
하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
하기 표 1의 성분 및 함량에 따라 조합하여 샌드밀을 이용하여, 본 발명에 따른 종이 착색용 수분산성 황색 잉크 조성물을 제조하였다.
성분 중량%
물(이온교환수) 53.0
안료(피그멘트 옐로우 NCG) 30.0
고착제(폴리아크릴아미드) 9.0
분산제(폴리에틸렌글리콜) 7.7
소포제(실리콘에멀전오일) 0.3
실시예 2
하기 표 2의 성분 및 함량에 따라 조합하여 볼밀을 이용하여, 본 발명에 따른 종이 착색용 수분산성 적색 잉크 조성물을 제조하였다.
성분 중량%
물(이온교환수) 56.0
안료(퍼머넨트 레드 HF 2B) 30.0
고착제(에피크로로히드린-아크릴아미드) 6.0
분산제(부톡시프로필렌글리콜) 7.7
소포제(실리콘에멀전오일) 0.3
실시예 3
하기 표 3의 성분 및 함량에 따라 조합하여 고속 임페러을 이용하여, 본 발명에 따른 종이 착색용 수분산성 청색 잉크 조성물을 제조하였다.
성분 중량%
물(이온교환수) 45.0
안료(호스타펌블루 BFL) 35.0
고착제(폴리아미도아민) 6.0
분산제(폴리에틸렌글리콜) 13.7
소포제(실리콘에멀전오일) 0.3
실시예 4
면펄프를 농도 1%로 실험실용 밸리비터를 이용하여 여수도 55。SR이 되도록 고해하였다. 여기에 이산화티탄과 화이트카본의 고형분 함량이 7%가 되도록 첨가하고, 이어서 상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 착색용 수분산성 잉크를 첨가한 후 높은 RPM에서 분산시킨 후 교반 상태에서 사용하였다. 습강제는 폴리아미드-에피크로로히드린을 사용하였으며, 1%농도로 희석하여 전건지료에 대하여 0.2% 간격으로 1.0%까지 첨가하였다. 습강제의 반응시간은 5분으로 하였다.
본 발명에 따른 착색용 수분산성 잉크의 첨가량은 고형분 함량이 황색인 경우 0.07%, 청색인 경우 0.008%, 적색인 경우 0.01%가 되도록 다양하게 착색하였다.
이렇게 제조된 본 발명에 따른 제지의 착색 시험 결과 색조가 은은한 유색의 종이를 얻을 수 있었으며, 안료의 고착성이 양호하였다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 종이 착색용 수분산성 잉크는 제지공정 중의 습부공정에서 투입하여 사용할 수 있는 분산형 잉크로서, 종이의 착색을 위한 작업성이 좋고, 취급이 용이하고, 장기간 보관시 잉크가 침전되지 않는 특성을 가지고 있었으며, 종이의 착색 균일성과 내구성이 뛰어난 장점을 가지고 있었다. 또한, 본 발명에 따른 유색 종이는 칼라복사 또는 잉크젯 프린터로 색상을 정확히 재현하지 못하는 은은한 색조를 가지고 있어 은행권, 유가증권, 중요문서의 용지로 이용할 경우 위조방지 효과를 줄 수도 있다.

Claims (4)

  1. 무기계 안료, 유기계 안료 및 기능성 안료로 이루어진 군으로부터 선택되는 안료 10 내지 50중량%;
    폴리아크릴아미드염계, 메타아크릴아미드염계, 에피클로로히드린-아크릴아미드계, 메타아크릴아미드계, 아크릴아미드 또는 메타아크릴아미드의 비닐이미다졸린계, 비닐아민 공중합체계, 알킬아크릴 또는 메타아크릴과 아크릴아미드의 중합체계, 폴리에틸렌이민과 폴리아미도아민계, 및 폴리에틸렌아민계로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 카티온성 고착제 1 내지 30중량;
    고급알콜, 부톡시에틸렌글리콜, 부톡시프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되는 분산제 1 내지 30중량%;
    이소프로판올아민류, 스테아린산프로판올아미드, 도데실벤젠설폰산-이소프로판올아민염, 파라핀오일, 지방산에스테르, 인산에스테르, 및 실리콘오일로 이루어진 군으로부터 선택되는 소포제 0.005 내지 3중량%; 및
    나머지 첨가량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 종이 착색용 수분산성 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 종이 착색용 수분산성 잉크 조성물의 고형분은 5 내지 60중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 안료는 형광안료, 자성안료, 방향성안료, 축광안료, 적외선 안료 및 비가시 형광안료로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 잉크 조성물은 충진제, 형광염료, 살균제, 정전방지제, 수분보류제 및 비이온성 계면활성제의 기타 첨가제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
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