KR100553199B1

KR100553199B1 - 다중 구조를 갖는 종이 코팅용 라텍스

Info

Publication number: KR100553199B1
Application number: KR1020030022357A
Authority: KR
Inventors: 양승훈; 최호열; 여승욱; 한장선; 이찬홍
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2006-02-22
Also published as: KR20040088234A

Abstract

본 발명은 다중 구조를 갖는 종이 코팅용 라텍스 및 그 이를 함유하는 종이 코팅 조성물에 관한 것으로, a) 씨앗(seed); 및 b) 상기 씨앗을 감싸며, 서로 다른 단량체 조성을 가지는 적어도 세 개의 껍질(shell)을 포함하는 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스 및 이를 포함하는 종이 코팅 조성물을 제공한다. 본 발명의 다중 구조의 스티렌-부타디엔계 라텍스는 종이 코팅 조성물에 함유되어 잉크건조속도, 백지광택, 인쇄광택, 내수성 및 잉크착육성 등의 여러 인쇄적성들이 적절하게 균형을 이루면서도 뛰어난 접착력과 우수한 고전단 점도를 제공할 수 있다.

종이 코팅, 스틸렌, 부타디엔, 라텍스, 씨앗, 껍질, 잉크, 전단 점도, 다중 구조

Description

다중 구조를 갖는 종이 코팅용 라텍스{LATEX HAVING MULTI-STRUCTURE FOR COATING PAPER}

본 발명은 다중 구조를 갖는 종이 코팅용 라텍스 및 그 이를 함유하는 종이 코팅 조성물에 관한 것이다. 구체적으로는 라텍스를 속(core)-껍질(shell) 구조로 제조함에 있어 껍질을 다중 구조로 함으로써, 종래의 라텍스보다 뛰어난 접착력과 고전단 영역에서의 유동성이 우수하고, 잉크건조속도, 광택, 내수성 및 착육성 등의 인쇄적성이 균형 있게 나타날 수 있도록 제조된 라텍스 및 이를 사용한 종이 코팅 조성물에 관한 것이다.

종이 제조에 있어서, 종이 표면은 종이에 인쇄도와 같은 목적하는 특성을 부여할 수 있는 조성물을 코팅하게 되는데, 이 종이 코팅 조성물은 통상적으로 접착제를 함유하는 수성 매질 중의 안료 및/또는 충전재의 현탁액으로 주로 이루어진다.

종이 코팅 조성물은 상기한 바와 같이 안료와 접착제 및 기타 첨가제로 이루어진다. 이중에서 접착제는 스틸렌-부타디엔계 라텍스와 같은 합성 라텍스가 주로 이용된다.

이와 같은 종이 코팅 조성물을 코팅하는 통상의 방법에 있어서, 코팅액을 도포기-롤(applicator-roll)로부터 종이 표면으로 이송시키며, 이때 도포된 과잉량은 블레이드(blade) 또는 에어-나이프(air-knife) 등 적합한 기술을 사용하여 제거한다. 코팅된 종이는 주로 적외선을 이용하여 고온에서 짧은 시간동안 건조시킨 후, 적합한 압력과 온도에서 캘린더링(calendering)하게 된다.

최근에, 생산성 향상과 건조 에너지 절감을 목적으로 코팅 속도의 고속화, 코팅액의 고농도화가 진행되면서 코팅시 전단력이 매우 커지고 있는 바 이의 해결을 위하여 라텍스의 고전단 영역에서의 유동성이 매우 중요해지고 있다.

이렇게 제조된 코팅지는 인쇄공정을 거쳐 인쇄지가 된다. 이때 인쇄 공정상의 문제없이 높은 인쇄품질의 종이를 얻기 위해서는, 코팅지가 다양한 인쇄적성을 만족시켜야 한다.

종이의 인쇄방식으로는 볼록판 인쇄법, 평판 인쇄법, 오목판 인쇄법 등의 3가지 방식이 있으나, 이중 가장 일반적으로 사용되고 있는 인쇄방식은 평판 인쇄법, 즉 오프셋 인쇄법이다.

최근에, 여러 가지 이유에서 인쇄 속도 역시 코팅 속도와 더불어 증가되고 있으며, 이는 특히 오프셋 인쇄에서 두드러지고 있다. 이에 따라서 코팅지는 더욱 가혹한 조건에서도 균형 있는 인쇄적성을 만족시켜야 하는 과제를 안게 되었다. 이는 일반적으로 원지(base paper) 자체의 품질 향상 뿐 아니라, 적합한 종이 코팅 조성물이 적용될 때 해결될 수 있다.

중요한 인쇄적성으로는 우선 접착력(건조강도, dry pick resistance)이 있 다.

접착력의 중요성은 오프셋 인쇄에서의 고속 인쇄화의 경향으로 인해, 코팅액의 요구조건으로서 계속 높아지고 있다. 즉, 인쇄시의 안료 코팅지 표면에 대한 강한 기계적인 힘에 대항해서 안료의 탈락 및 코팅층으로부터 박리가 일어나지 않음으로써 깨끗한 인쇄외관을 나타내야 한다.

코팅지의 접착력에 미치는 스틸렌-부타디엔 라텍스의 물성요인은 유리전이온도, 입경, 겔 함량, 단량체 조성 등 여러 가지가 있다. 일반적으로 접착력은 어떤 적절한 유리 전이온도와 겔 함량 그리고 입경에서 가장 높게 나타나며, 그 적절한 유리 전이온도와 겔 함량 그리고 입경은 단량체의 조성 등에 따라 달라진다.

또 하나의 중요한 코팅지 성질로 잉크건조속도가 있다. 다색인쇄의 경우, 일반적으로 파랑, 검정, 빨강, 노랑 등 4 가지 색에 의한 중복인쇄를 거치게 되는데, 인쇄속도가 빨라질수록 다음 색 인쇄까지의 시간 간격이 짧아지게 되므로 보다 빠른 잉크건조속도가 요구된다. 잉크가 충분히 건조되지 않고 다음 단계로 넘어가게 되면, 인쇄모틀(print mottle)이나 뒷묻음 현상이 나타날 수 있다. 스틸렌-부타디엔 라텍스와 잉크건조속도와의 관계는 라텍스의 겔 함량에 따른 필름 형성력의 차이에서 나타날 뿐 아니라, 라텍스 입자가 함유할 수 있는 용매의 양인 스웰지수(swelling index)에 의한 차이에서도 표출된다.

또한 인쇄지의 상품성을 높이고 고급화를 추구할 수 있는 중요한 물성으로 광택이 있다. 광택은 코팅지의 백지광택과 인쇄 후의 인쇄광택으로 나눌 수 있는데, 이 두 가지 모두 높을수록 미려한 외관을 나타낸다.

백지광택을 높이기 위해서는, 일반적으로 라텍스의 입경을 크게 하고 유리 전이온도를 높이거나 코팅액 중 라텍스 함유량을 낮추는 등의 방법이 사용될 수 있으나, 이 경우 접착력이 낮아지는 단점이 있다.

인쇄광택을 높이기 위해서는 투기도를 낮추어서, 인쇄 후 안정된 배열을 갖출 때까지 용매를 표면에 가지고 있을 필요가 있다. 이를 위해서는 적절하게 잉크건조속도를 떨어뜨려야 한다.

오프셋 인쇄할 때의 중요한 인쇄적성으로는 내수성이 있다. 오프셋 인쇄에서는 인쇄시 습윤수를 사용하게 되는데, 이때 내수성(습윤강도, wet pick resistance)이 떨어지면 인쇄시 가해지는 강한 물리적인 힘에 의해 안료의 박리가 일어날 수 있다.

내수성과 라텍스의 관계 역시 접착력과 마찬가지로, 어떤 적절한 겔 함량에서 가장 강한 내수성을 나타낸다. 그러나 일반적으로 접착력이 최대가 되는 겔 함량과 내수성이 최대가 되는 겔 함량은 일치하지 않으며, 보다 낮은 겔 함량에서 내수성이 최대가 되며, 보다 높은 겔 함량에서 접착력이 최대가 되는 경향이 있다.

오프셋 인쇄에서 요구되는 또 하나의 인쇄적성으로 잉크착육성이 있다. 상기에서 설명한 바와 같이 오프셋 인쇄에서는 습윤수를 사용하므로, 인쇄시 코팅지가 물을 효과적으로 흡수하지 않으면 물과 상용성이 없는 잉크가 코팅지에 잘 묻지 않게 되며, 이로 인해 인쇄도가 낮아지는 결과를 초래한다. 일반적으로 잉크착육성과 내수성은 상반된 성질의 관계로서, 동시에 증대시키기는 어렵다.

이와 같이 각 인쇄적성이 모두 우수하면서도 뛰어난 접착력을 갖고 고전단 영역에서의 유동성이 우수한 라텍스를 제조하는 것은 대단히 어려운 일이다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 고려하여, 잉크건조속도, 백지광택, 인쇄광택, 내수성 및 잉크착육성 등의 여러 인쇄적성들이 적절하게 균형을 이루면서도 뛰어난 접착력과 우수한 고전단 점도를 갖는 새로운 스틸렌-부타디엔계 라텍스와 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스에 있어서,

a) 씨앗(seed); 및

b) 상기 씨앗을 감싸며, 서로 다른 단량체 조성을 가지는 적어도 세 개의 껍질(shell)

을 포함하는 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스를 제공한다.

또한 본 발명은 상기 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스를 포함하는 종이 코팅 조성물을 제공한다.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 종이코팅용 라텍스의 입경을 종래의 라텍스 보다 입경을 작게 하고 각 껍질의 유리 전이온도, 두께, 겔 함량 등을 적절하게 조절하면 뛰어난 접착력과 더불어 우수한 고전단 점도를 발현함을 알 수 있었으나, 잉크건조속도, 광택, 내수성 및 착육성 등의 다른 인쇄적성이 떨어지는 단점이 있음을 발견하였다. 따라서 이를 보완하여 스틸렌-부타디엔계 라텍스의 껍질을 종래보다 늘려 사중 또는 오중 구조로 만들면 뛰어난 접착력과 우수한 고전단 점도 및 균형 있는 인쇄적성을 이룰 수 있을 뿐만 아니라 각 인쇄적성을 조절하기가 좀 더 용이함을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 종이 코팅용 라텍스는 씨앗(Seed), 제1 껍질, 제2 껍질, 및 제3 껍질의 사중구조, 또는 씨앗(Seed), 제1 껍질, 제2 껍질, 제3 껍질, 및 제4 껍질의 오중구조를 가지는 스틸렌-부타디엔계 라텍스이다. 씨앗은 아주 작은 입경을 가지며, 제1 껍질, 제2 껍질, 제3 껍질, 및 제4 껍질은 각각의 단량체 함량과 겔 함량이 서로 다르며, 각각을 제조하는 공정은 유화중합을 사용한다.

각 단계별 공정을 설명하면, 제1 공정은 씨앗을 초기 중합하며, 그 조성은 스틸렌 35 내지 70 중량부, 부타디엔 30 내지 55 중량부, 아크릴로니트릴 0.5 내지 10 중량부, 메틸메타크릴레이트 1 내지 15 중량부, 이타콘산 1 내지 15 중량부, 아크릴산 0 내지 8 중량부, 음이온성 유화제 5 내지 20 중량부, 및 적당량의 연쇄이동제(chain transfer agent)를 반응기에 투입한 후 반응기 온도가 50 내지 80 ℃에 도달하게 한 후, 열분해성 촉매 0.5 내지 3 중량부를 투입하여 입경이 40 내지 60 ㎚이고, 고형분 함량이 20 내지 40 중량%인 씨앗 라텍스 생성물을 얻는다. 이 때 제조된 씨앗 라텍스는 입경이 균일하고 반응물의 안정성도 뛰어나야 하므로 전환율이 적어도 90 중량% 이상이 되어야 한다.

제2 공정은 상기 제1 공정에서 제조된 씨앗 라텍스 위에 제1 껍질을 피복하는 공정으로서, 스틸렌 단량체의 함량이 많도록 단량체 혼합물의 조성비율을 조절 함으로써 유리 전이온도가 높은 스틸렌의 특성으로 인하여 코팅지의 중요 물성인 경직도와 백지광택을 향상시킬 수 있도록 한다. 조성은 스틸렌 40 내지 75 중량부, 부타디엔 23 내지 55 중량부, 아크릴로니트릴 0 내지 8 중량부, 메틸메타크릴레이트 0 내지 8 중량부, 이타콘산 0 내지 10 중량부, 아크릴산 0 내지 20 중량부 및 적당량의 연쇄이동제를 함유하도록 한다. 이 때 반응기의 온도는 65 내지 85 ℃를 유지하고, 껍질 피복 시간은 60 내지 100분을 해야 반응열이 심하게 일어나지 않는다. 제 2공정에서 제 3공정으로 넘어가는 시점의 전환율은 80 내지 90 중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.

제3 공정은 상기 제 2공정에서 제조된 라텍스 위에 제2 껍질을 피복하는 공정으로서, 부타디엔 단량체 함량이 많도록 단량체 혼합물의 조성 비율을 조절함으로써 유리 전이온도가 낮은 부타디엔의 특성으로 인하여 코팅지의 중요 물성인 접착력을 향상시킬 수 있도록 한다. 스틸렌 35 내지 70중량부, 부타디엔 30 내지 65중량부, 아크릴로니트릴 0 내지 8 중량부, 메틸메타크릴레이트 0 내지 8 중량부, 이타콘산 0 내지 5 중량부, 아크릴산 0 내지 15 중량부, 및 적당량의 연쇄이동제를 함유하도록 한다. 이 때 반응기의 온도와 껍질 피복 시간은 상기 제2 공정과 동일해야 반응열이 심하게 일어나지 않는다. 제3 공정에서 제4 공정으로 넘어가는 시점의 전환율은 85 내지 95 중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다.

제4 공정과 제5 공정은 상기 제 3공정에서 제조된 라텍스 위에 제3 껍질과 제4 껍질을 피복하는 공정으로서, 스틸렌 단량체와 부타디엔 단량체 그리고 다양한 기능성 조성물의 함량을 적절히 조절하여 높은 인쇄광택과 우수한 인쇄건조속도 등 인쇄지의 상품성과 고급화를 하도록 한다. 그 조성은 스틸렌 30 내지 70 중량부, 부타디엔 30 내지 65 중량부, 아크릴로니트릴 0 내지 8 중량부, 메틸메타크릴레이트 0 내지 8 중량부, 이타콘산 0 내지 5 중량부, 아크릴산 0 내지 15 중량부, 및 적당량의 연쇄이동제를 함유하도록 한다. 이 때 반응기의 온도는 상기 제2 공정과 동일하고 껍질 피복 시간은 100 내지 140 분을 해야 반응열이 심하게 일어나지 않는다.

상기와 같이 각 공정별로 라텍스의 유리 전이온도와 겔 구조를 조절하면, 씨앗과 제1 껍질, 제2 껍질, 제3 껍질 및 제4 껍질의 서로 다른 구조가 상호 보완 작용을 해줌으로써, 종래의 이중 구조와 삼중 구조를 가지는 라텍스에 비하여 우수하면서도 균형 있는 물성을 얻을 수 있다.

본 발명에서 제공하는 구조가 조절된 라텍스는, 각 공정에서 씨앗, 제1 껍질, 제 2 껍질, 제3 껍질 및 제4 껍질을 중합함에 있어 각각의 두께를 적합하게 제조하는 것이 매우 중요하다. 이는 전체적인 유리 전이온도와 겔 구조의 균형을 맞추는 방향으로 설정되며, 각 껍질에서의 유리 전이온도와 겔 구조가 효과적으로 배치될 수 있도록 한다.

적합한 두께는 제1 공정에서 씨앗을 중합한 후의 평균 입경은 30 내지 80 ㎚인 것이 바람직하다. 30 ㎚ 미만이면 라텍스 제조를 위한 피복 공정을 수행하기가 어렵고, 80 ㎚를 초과할 경우에는 종이 도공 후 인쇄적성, 특히 접착력이 떨어지게 된다.

제2 공정에서 제1 껍질을 중합한 후의 라텍스의 평균 입경은 50 내지 200 ㎚ 인 것이 바람직하다. 이 입경보다 작거나 크게 되면 라텍스 안정성과 인쇄적성이 떨어지게 된다.

제3 공정에서, 제2 껍질을 중합한 후의 라텍스의 평균 입경은 60 내지 250 ㎚인 것이 바람직하다. 이 입경보다 작거나 크게 되면 라텍스 안정성과 인쇄적성이 떨어진다.

제4 공정과 제5 공정에서, 제3 껍질, 또는 제4 껍질을 중합한 후의 최종 라텍스의 평균 입경은 70 내지 300 ㎚인 것이 바람직하다. 이 입경보다 작거나 크게 되면 라텍스 안정성과 인쇄적성이 떨어진다.

본 발명에 따라서 제조되는 다중 구조의 스틸렌-부타디엔계 라텍스는 입경이 작아서 종래의 라텍스보다 고전단 영역에서의 유동성과 접착력이 우수하다. 또한 씨앗과 제 1껍질은 주로 유리 전이온도가 높은 단량체들로 구성되어 있어 높은 백지광택 및 경직도를 발현시킬수 있고, 제2 껍질은 유리 전이온도가 낮은 단량체들로 구성되어 있어 우수한 접착력을 발현하며, 제3 껍질과 제4 껍질은 다양한 기능성 단량체들로 구성되어 있어 높은 인쇄광택 및 인쇄건조속도 등을 발현하게 하여 인쇄지의 고급화를 실현시킬 수 있다.

본 발명의 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스는 통상의 종이 코팅 조성물에 클레이, 또는 탄산칼슘과 같은 충전재 100 중량부에 대하여 5 내지 20 중량부가 함유될 경우, 접착력과 고전단 영역에서의 유동성이 우수하고, 잉크건조속도, 광택, 내수성 및 착육성 등의 인쇄적성이 균형 있게 나타낼 수 있다.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.

[실시예]

하기 실시예에 있어서, 라텍스, 코팅액 및 코팅지의 물성은 하기의 방법으로 측정하였다.

라텍스 입경 : Laser Scattering Analyzer (Nicomp)를 사용하여 측정하였다.

겔 함량 : 중합이 완료된 라텍스를 pH 7 ~ 8로 조절한 후, 상온에서 24시간 이상 건조한다. 필름이 충분히 형성되면 적당한 크기로 절단하여 200 메쉬 망에 넣고 과량의 테트라히드로퓨란에 14 시간 동안 녹인 후, 불용분의 함량을 백분율로 나타낸다.

저전단 점도 : BF형 점도계를 사용하고, 코팅액 점도는 3호 회전자를 사용하여 60 rpm에서 1 분 후 측정된 값(단위 : cP)으로 표시한다.

고전단 점도 : Hercules Viscometer(KRK type, model KC-801C)를 사용하여 6600 rpm에서 측정된 값(단위 : cP)으로 표시한다.

접착력: RI 인쇄기에서 수회에 걸쳐 인쇄한 후 뜯김의 정도를 육안으로 판정하여 5 점법으로 평가했다. 점수가 높을수록 접착력이 양호함을 나타내며, 태크밸류 12, 14, 16의 잉크를 각각 사용하여 측정한 후, 평균치를 구하였다.

내수성: RI 인쇄기에서 몰튼 롤을 사용하여 습윤수를 첨가한 후 인쇄하고, 그 뜯김의 정도를 상기한 접착력과 마찬가지 방법으로 측정한다. 태크밸류 14의 잉크를 사용하여 1 회 인쇄한 후 측정하였다.

잉크건조속도: RI 인쇄기에서 인쇄한 후, 시간에 따라 잉크가 묻어 나오는 정도를 5 점법으로 측정했다. 점수가 높을수록 잉크건조속도가 빠른 것이다.

착육성: RI 인쇄기에서 습윤수를 첨가한 후 인쇄하여 잉크 전이의 정도를 측정한다. 낮은 태크밸류의 잉크를 사용하여 뜯김이 일어나지 않도록 하였으며, 점수가 높을수록 착육성이 높은 것이다.

백지광택: Optical Gloss Meter (HUNTER type, 75˚~ 75˚)를 사용하여, 코팅지의 여러 부분을 측정하여 평균치를 구하였다.

인쇄광택: RI 인쇄기에서 인쇄하고 24시간 경과 후, 백지광택과 동일한 방법으로 측정한다.

실시예 1

(4 중 구조의 스틸렌-부타디엔계 라텍스의 제조)

(제1 공정: 씨앗 라텍스 제조)

교반기, 온도계, 냉각기, 질소가스의 인입구와 단량체, 유화제 및 중합반응 개시제를 연속적으로 투입할 수 있도록 장치된 10 L 고압 반응기를 질소로 치환한 후, 부타디엔 27 중량부, 스틸렌 55 중량부, 메틸메타크릴레이트 10 중량부, 아크릴로니트릴 5 중량부, 이타콘산 3 중량부, 알킬 벤젠 술폰산 나트륨 7 중량부, t-도데실머캅탄 0.16 중량부, 나트륨바이카보네이트 0.35 중량부, 및 이온교환수 420 중량부을 채우고 60 ℃까지 승온하였다.

여기에 중합개시제인 칼륨퍼설페이트 0.5 중량부를 넣고 300 분간 교반하여 씨앗의 중합을 완료시켰다. 이때 얻어진 씨앗의 평균 입자경은 50 ㎚, 전환율은 95 중량%이었으며, 겔 함량은 70 중량%이었다.

(제2 공정: 제 1 껍질의 제조)

상기 제1 공정에서 얻은 씨앗에 제1 껍질을 피복시키기 위하여 반응기에 씨앗 라텍스 10 중량부를 채우고 80 ℃까지 승온한 후, 부타디엔 36 중량부, 스틸렌 49 중량부, 메틸메타크릴레이트 2 중량부, 아크릴로니트릴 8 중량부, 이타콘산 2 중량부, 아크릴산 3 중량부, 소디움 메탈릴 술포네이트 0.9 중량부, t-도데실머캅탄 0.7 중량부, 나트륨바이카보네이트 0.4 중량부, 이온교환수 66 중량부, 및 칼륨퍼설페이트 2 중량부를 90 분 동안 연속 투입하여 중합하였다.

상기 성분들이 모두 투입된 후 10 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이렇게 얻은 제1 껍질까지의 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 82 중량%이었다.

(제3 공정: 제2 껍질의 제조)

상기 제2 공정에서 얻은 라텍스에 제2 껍질을 피복시키기 위하여, 제2 공정에서 얻어진 라텍스가 채워져 있는 반응기의 온도를 80 ℃로 유지시킨 후, 부타디엔 40 중량부, 스틸렌 45 중량부, 메틸메타크릴레이트 2 중량부, 아크릴로니트릴 8 중량부, 이타콘산 2 중량부, 아크릴산 3 중량부, 소디움 메탈릴 술포네이트 0.9 중량부, t-도데실머캅탄 0.9 중량부, 나트륨바이카보네이트 0.4 중량부, 이온교환수 66 중량부, 및 칼륨퍼설페이트 2 중량부를 90 분 동안 연속 투입하여 중합하였다.

상기 성분들이 모두 투입된 후 10 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이와 같이 얻은 제2 껍질까지 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 88 중량%이었다.

(제4 공정 : 제3 껍질의 제조)

상기 제3 공정에서 얻어진 라텍스에 제3 껍질을 피복시키기 위하여, 제3 공정에서 얻은 라텍스가 채워져 있는 반응기의 온도를 80 ℃로 유지시킨 후, 부타디엔 36 중량부, 스틸렌 44 중량부, 메틸메타크릴레이트 2 중량부, 아크릴로니트릴 10 중량부, 이타콘산 5 중량부, 아크릴산 3 중량부, 소디움 메탈릴 술포네이트 1.2 중량부, t-도데실머캅탄 0.4 중량부, 나트륨바이카보네이트 0.6 중량부, 이온교환수 88 중량부, 및 칼륨퍼설페이트 3 중량부를 120 분 동안 연속 투입하여 중합하였다.

상기 성분들이 모두 투입된 후 180 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이렇게 제3 껍질까지 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 98 중량%이고, 평균입자경은 103 ㎚, 겔 함량은 78 중량%이었다.

실시예 2

(4 중 구조의 스틸렌-부타디엔계 라텍스의 제조)

(제1 공정: 씨앗 라텍스 제조)

상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 씨앗 라텍스를 제조하였다.

(제2 공정: 제1 껍질의 제조)

상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 제1 껍질을 제조하였다.

(제3 공정: 제2 껍질의 제조)

상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 제2 껍질을 제조하였다.

(제4 공정 : 제3 껍질의 제조)

상기 실시예 1의 제 4공정 제조 단계와 동일하나 단량체의 함량을 부타디엔 40 중량부, 스틸렌 40 중량부, 메틸메타크릴레이트 2 중량부, 아크릴로니트릴 10 중량부, 이타콘산 5 중량부, 아크릴산 3 중량부, 소디움 메탈릴 술포네이트 1.2 중량부, t-도데실머캅탄 0.4 중량부, 나트륨바이카보네이트 0.6 중량부, 이온교환수 88 중량부, 및 칼륨퍼설페이트 3 중량부으로 변경하였다.

상기 성분들이 모두 투입된 후 180 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이와 같이 얻은 제4 껍질까지 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 98 중량%이고, 평균입자경은 105 ㎚, 겔 함량은 79 중량%이었다.

실시예 3

(5 중 구조의 스틸렌-부타디엔계 라텍스의 제조)

(제1 공정: 씨앗 라텍스 제조)

(제2 공정: 제1 껍질의 제조)

상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 제1 껍질을 제조하였다.

(제3 공정: 제2 껍질의 제조)

상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 제2 껍질을 제조하였다.

(제4 공정 : 제3 껍질의 제조)

상기 제3 공정에서 얻은 라텍스에 제3 껍질을 피복시키기 위하여, 제3 공정에서 얻어진 라텍스가 채워져 있는 반응기의 온도를 80 ℃로 유지시킨 후, 부타디엔 36 중량부, 스틸렌 44 중량부, 메틸메타크릴레이트 2 중량부, 아크릴로니트릴 10 중량부, 이타콘산 5 중량부, 아크릴산 3 중량부, 소디움 메탈릴 술포네이트 0.6 중량부, t-도데실머캅탄 0.2 중량부, 나트륨바이카보네이트 0.3 중량부, 이온교환수 44 중량부, 및 칼륨퍼설페이트 1.5 중량부를 60 분 동안 연속 투입하여 중합하였다.

상기 성분들이 모두 투입된 후 10 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이와 같이 얻은 제3 껍질까지 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 91 중량%이었다.

(제5 공정 : 제4 껍질의 제조)

상기 제4 공정에서 얻은 라텍스에 제4 껍질을 피복시키기 위하여, 제4 공정에서 얻은 라텍스가 채워져 있는 반응기의 온도를 80 ℃로 유지시킨 후, 부타디엔 40 중량부, 스틸렌 40 중량부, 메틸메타크릴레이트 2 중량부, 아크릴로니트릴 10 중량부, 이타콘산 5 중량부, 아크릴산 3 중량부, 소디움 메탈릴 술포네이트 0.6 중량부, t-도데실머캅탄 0.2 중량부, 나트륨바이카보네이트 0.3 중량부, 이온교환수 44 중량부, 및 칼륨퍼설페이트 1.5 중량부를 60 분 동안 연속 투입하여 중합하였다.

상기 성분들이 모두 투입된 후 180 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이와 같이 얻은 제4 껍질까지 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 98 중량%이고, 평균입자경은 103 ㎚, 겔 함량은 78 중량%이었다.

실시예 4

(5 중 구조의 스틸렌-부타디엔계 라텍스의 제조)

(제1 공정: 씨앗 라텍스 제조)

(제2 공정: 제1 껍질의 제조)

상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 제1 껍질을 제조하였다.

(제3 공정: 제2 껍질의 제조)

상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 제2 껍질을 제조하였다.

(제4 공정 : 제3 껍질의 제조)

상기 실시예 3의 제5 공정의 동일한 성분을 동일한 방법으로 투입하고, 각 성분들이 모두 투입된 후 10 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이와 같이 얻은 제3 껍질까지 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 90 중량%이었다.

(제5 공정 : 제4 껍질의 제조)

상기 실시예 3의 제4 공정의 동일한 성분을 동일한 방법으로 투입하고, 각 성분들이 모두 투입된 후 180 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이와 같이 얻은 제4 껍질까지 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 98 중량%이고, 평균입자경은 105 ㎚, 겔 함량은 77 중량%이었다.

비교예 1

(2 중 구조의 스틸렌-부타디엔계 라텍스의 제조)

(제1 공정: 씨앗 라텍스 제조)

(제2 공정: 제1 껍질의 제조)

상기 제1 공정에서 얻은 씨앗에 제1 껍질을 피복시키기 위하여, 반응기에 씨앗 라텍스 10 중량부를 채우고 80 ℃까지 승온한 후, 부타디엔 40 중량부, 스틸렌 40 중량부, 메틸메타크릴레이트 4 중량부, 아크릴로니트릴 10 중량부, 이타콘산 3 중량부, 아크릴산 3 중량부, 소디움 메탈릴 술포네이트 3.0 중량부, t-도데실머캅탄 2.0 중량부, 나트륨바이카보네이트 1.4 중량부, 이온교환수 200 중량부, 및 칼륨퍼설페이트 7 중량부를 300 분 동안 연속 투입하여 중합하였다.

상기 성분들이 모두 투입된 후 180 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이와 같이 얻은 제1 껍질까지 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 97 중량%이고, 평균입자경은 101 ㎚, 겔 함량은 78 중량%이었다.

비교예 2

(3 중 구조의 스틸렌-부타디엔계 라텍스의 제조)

(제1 공정: 씨앗 라텍스 제조)

(제2 공정: 제1 껍질의 제조)

상기 제1 공정에서 얻은 씨앗에 제1 껍질을 피복시키기 위하여, 반응기에 씨앗 라텍스 10 중량부를 채우고 80 ℃까지 승온한 후, 부타디엔 36 중량부, 스틸렌 49 중량부, 메틸메타크릴레이트 2 중량부, 아크릴로니트릴 8 중량부, 이타콘산 2 중량부, 아크릴산 3 중량부, 소디움 메탈릴 술포네이트 1.5 중량부, t-도데실머캅탄 0.8 중량부, 나트륨바이카보네이트 0.7 중량부, 이온교환수 100 중량부, 및 칼륨퍼설페이트 3.5 중량부를 150 분 동안 연속 투입하여 중합하였다.

상기 성분들이 모두 투입된 후 10 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이렇게 제1 껍질까지 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 89 중량%이었다.

(제3 공정: 제2 껍질의 제조)

상기 제2 공정에서 얻은 라텍스에 제2 껍질을 피복시키기 위하여, 제2 공정에서 얻은 라텍스가 채워져 있는 반응기의 온도를 80 ℃로 유지시킨 후, 부타디엔 40 중량부, 스틸렌 45 중량부, 메틸메타크릴레이트 2 중량부, 아크릴로니트릴 8 중량부, 이타콘산 2 중량부, 아크릴산 3 중량부, 소디움 메탈릴 술포네이트 1.5 중량부, t-도데실머캅탄 1.2 중량부, 나트륨바이카보네이트 0.7 중량부, 이온교환수 100 중량부, 및 칼륨퍼설페이트 3.5 중량부를 150 분 동안 연속 투입하여 중합하였다.

상기 성분들이 모두 투입된 후 180 분간 추가 교반하여 중합을 완료하였다. 이와 같이 얻은 제2 껍질까지 중합이 완료된 라텍스의 전환율은 98 중량%이고, 평균입자경은 104 ㎚, 겔 함량은 78 중량%이었다.

상기 실시예 및 비교예의 각각의 라텍스를 비교 및 평가하기 위하여 1급 클레이 41 중량부, 탄산칼슘 59 중량부, 스틸렌-부타디엔 라텍스 11 중량부, 및 산화전분 1.5 중량부를 포함하는 조성으로 종이 코팅액을 제조하였다. 여기에 코팅액 고형분이 67.8 %가 되도록 증류수를 첨가하였다.

제조된 종이 코팅액은 하기 조건으로 코팅하여 코팅지를 얻었다.

코팅: 로드 수동 코팅(Rod Coating, No 6)

건조: 오븐, 105℃, 30초

칼렌다: 슈퍼칼렌다, 80 ℃, 100 kg/cm, 4 m/min, 2회 통과

원지: 시판원지 (평량 68gsm)

상기 실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 2에서 제조된 각각의 라텍스를 이용한 도공지 및 인쇄적성을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

본 발명의 사중구조와 오중구조를 갖는 라텍스가 이중구조와 삼중구조를 갖는 라텍스에 비하여 접착력 뿐만 아니라 다른 인쇄적성들도 우수함을 알 수 있다.

구 분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2
저전단 점도(cp)	1350	1346	1332	1328	1390	1362
고전단 점도(cp)	12.1	11.9	11.8	11.8	13.2	12.9
접착력	4.4	4.5	4.5	4.5	3.8	4.1
내수성	4.2	4.4	4.3	4.3	3.5	4.0
잉크건조속도	4.1	4.1	4.2	4.2	3.9	4.0
착육성	4.2	4.0	4.1	4.2	4.0	4.0
백지광택	71	70	71	72	72	70
인쇄광택	87	89	88	89	77	81

본 발명의 다중 구조의 스티렌-부타디엔계 라텍스는 종이 코팅 조성물에 함유되어 잉크건조속도, 백지광택, 인쇄광택, 내수성 및 잉크착육성 등의 여러 인쇄적성들이 적절하게 균형을 이루면서도 뛰어난 접착력과 우수한 고전단 점도를 제공할 수 있다.

Claims

종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스에 있어서,

a) 씨앗(seed); 및

b) 상기 씨앗을 감싸며, 서로 다른 단량체 조성을 가지는 3 내지 4개의 껍질(shell)

을 포함하는 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스.
제 1 항에 있어서,

상기 라텍스는 내부로부터 순차적으로 씨앗, 제1 껍질, 제2 껍질, 및 제3 껍질의 4 중 구조를 포함하는 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스.
제 1 항에 있어서,

상기 라텍스는 내부로부터 순차적으로 씨앗, 제1 껍질, 제2 껍질, 제3 껍질, 및 제4 껍질의 5 중 구조를 포함하는 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스.
제 1 항에 있어서,

상기 씨앗의 라텍스 평균 입경이 30 내지 80 ㎚인 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스.
제 1 항에 있어서,

상기 라텍스는 제1 껍질까지의 라텍스 평균 입경이 50 내지 200 ㎚이고, 제2 껍질까지의 라텍스 평균 입경이 60 내지 250 ㎚이고, 제3 껍질 또는 제4 껍질까지의 라텍스 평균 입경이 70 내지 300 ㎚인 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스.
제 1 항에 있어서,

상기 씨앗은

ⅰ) 스틸렌 35 내지 70 중량부;

ⅱ) 부타디엔 30 내지 55 중량부;

ⅲ) 아크릴로니트릴 0.5 내지 10 중량부;

ⅳ) 메틸메타크릴레이트 1 내지 15 중량부;

ⅴ) 이타콘산 1 내지 15 중량부; 및

ⅵ) 아크릴산 0 내지 8 중량부

를 포함하는 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스.
제 1 항에 있어서,

상기 껍질은

씨앗의 외주부를 둘러싸고,

ⅰ) 스틸렌 40 내지 75 중량부;

ⅱ) 부타디엔 23 내지 55 중량부;

ⅲ) 아크릴로니트릴 0 내지 8 중량부;

ⅳ) 메틸메타크릴레이트 0 내지 8 중량부;

ⅴ) 이타콘산 0 내지 10 중량부; 및

ⅵ) 아크릴산 0 내지 20 중량부

를 함유하는 제1 껍질

포함하는 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스.
제 7 항에 있어서,

상기 제1 껍질의 외주부를 둘러싸고,

ⅰ) 스틸렌 35 내지 70 중량부;

ⅱ) 부타디엔 30 내지 65 중량부;

ⅲ) 아크릴로니트릴 0 내지 8 중량부;

ⅳ) 메틸메타크릴레이트 0 내지 8 중량부;

ⅴ) 이타콘산 0 내지 5 중량부; 및

ⅵ) 아크릴산 0 내지 15 중량부

를 함유하는 제2 껍질

를 포함하는 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스.
제 8 항에 있어서,

상기 제2 껍질의 외주부를 둘러싸고

ⅰ) 스틸렌 30 내지 70 중량부;

ⅱ) 부타디엔 30 내지 65 중량부;

ⅲ) 아크릴로니트릴 0 내지 8 중량부;

ⅳ) 메틸메타크릴레이트 0 내지 8 중량부;

ⅴ) 이타콘산 0 내지 5 중량부;

ⅵ) 아크릴산 0 내지 15 중량부

를 함유하는 제3 껍질

을 포함하는 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스.
제 9 항에 있어서,

상기 제3 껍질의 외주부를 둘러싸고

제3 껍질과 다른 조성으로

ⅰ) 스틸렌 30 내지 70 중량부;

ⅱ) 부타디엔 30 내지 65 중량부;

ⅲ) 아크릴로니트릴 0 내지 8 중량부;

ⅳ) 메틸메타크릴레이트 0 내지 8 중량부;

ⅴ) 이타콘산 0 내지 5 중량부;

ⅵ) 아크릴산 0 내지 15 중량부

를 함유하는 제4 껍질

을 포함하는 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스.
제 1 항 기재의 종이 코팅용 스틸렌-부타디엔계 라텍스를 포함하는 종이 코팅 조성물.
제 11 항 기재의 종이 코팅 조성물이 도포된 종이.