KR100855144B1 - 수성 분산물 형태의 안료 조성물 - Google Patents

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Abstract

본원발명은 다음을 포함하는 수성 분산물 형태의 안료 조성물에 관계한다: (a) 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자; (b) 적어도 하나의수용성 알루미늄 염; 및, (c) 약 2000 내지 약 1000000의 분자량 및 약 0.2 내지 약 12 meq/g의 전하 밀도를 가지는 적어도 하나의 양이온성 폴리머. 본원 발명은 또한 이러한 안료 조성물의 제조 방법, 이 방법의 사용, 종이 또는 판지 코팅 방법, 이 방법에 의하여 수득가능한 종이 또는 판지에 관계한다.

Description

수성 분산물 형태의 안료 조성물 {PIGMENT COMPOSITION IN THE FORM OF AQUEOUS DISPERSION}
본원발명은 안료 조성물 및 안료 조성물의 제조 방법, 안료 조성물의 용도, 종이 또는 판지의 코팅 방법, 이 방법에 의하여 수득가능한 종이 또는 판지에 관계한다.
잉크-젯 프린터의 개발은 그 목적에 적합한 종이에 관한 수요를 초래하였다. 특히, 제조하기에 간단하면서도 고품질의 잉크-젯 프린팅을 가능하게 하는 종이에 대한 수요가 존재한다.
잉크-젯 프린팅에 적합한 종이를 제조하기 위하여 다양한 종류의 코팅을 사용하는 것이 개시되었다.
미국 공개특허 2002/0039639호는 안료 및 전통적인 결합제를 포함하는 잉크 수용층에 수용성 금속염을 혼입시키는 것을 개시한다.
미국 특허 제 4554181호는 수용성 다원자가 금속 및 양이온성 폴리머의 조합을 포함하는 기록 표면을 개시한다.
미국 공개특허 제 2004/0255820호는 수용성 다원자가 금속 염으로 처리된 표면인 안료를 개시한다.
미국 공개특허 제 2005/0106317호는 500 nm 이하의 평균 제 2 입자 크기를 가지는 실리카 입자를 함유하는 적어도 하나의 다공성 층을 형성하는 단계, 다공성 층 위의 코팅된 무기 입자의 고체 함량이 0.33 g/m2 이하가 되도록 무기성 입자-함유 층을 제조하기 위하여 코팅 용액을 코팅하는 단계를 포함하는 잉크-젯 기록 재료를 제조하는 방법을 개시한다.
미국 특허 제 6797347호는 기저 종이 및 그 위의 코팅을 포함하는 잉크-젯 종이를 개시하는데, 여기서 상기 코팅은 양성 하전된 복합체로 변성된 무기성 안료 및 결합제를 함유한다. 양성 하전된 복합체는 다원자가 금속 이온 및 유기 리간드를 함유한다.
미국 공개특허 제 2003/0099816호는 비정형 실리카 입자를 분산시키고 입자를 분할하기 위하여 강한 기계적 응력을 적용함으로써 형성된 복수의 입자 및 결합제를 포함하는 투명한 잉크-수용층 및 기질을 포함하는 잉크 젯-기록 재료를 개시한다.
코팅된 종이와 관계된 간행물의 다른 예는 WO 03/011981, WO 01/53107, WO 01/45956, EP 947349, EP 1120281 및 US 5551975 이다.
제조하기 간단하고 잉크-젯 프린팅을 위한 코팅 종이 또는 판지에 적합한 안료 조성물을 제공하는 것이 본원발명의 목적이다.
잉크-젯 프린팅에 적합하게 만들기 위하여 종이 또는 판지의 표면에 도포하기에 간단한 코팅 제제를 제공하는 것이 본원발명의 또다른 목적이다.
또한 제조하기 간단하고, 잉크-젯 프린팅에 적합한 종이 또는 판지를 제조하는 것이 본원발명의 또다른 목적이다.
상기 목적들은 신규한 안료 조성물에 의하여 구현될 수 있음이 발견되었다. 그러므로, 본원발명의 한 양태는 다음을 포함하는 수성 분산물 형태의 안료 조성물에 관계한다:
(a) 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자;
(b) 적어도 하나의 수용성 알루미늄 염; 및,
(c) 약 2000 내지 약 1000000의 분자량 및 약 0.2 내지 약 12 meq/g의 전하 밀도를 가지는 적어도 하나의 양이온성 폴리머.
합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자는 바람직하게는 약 0.005 μm 내지 약 25 μm, 더욱 바람직하게는 약 0.007 μm 내지 약 15 μm, 가장 바람직하게는 약 0.01 μm 내지 약 10 μm의 평균 직경을 가진다. 입자는 바람직하게는 약 30 m2/g 내지 약 600 m2/g, 더욱 바람직하게는 약 30 내지 약 450 m2/g, 가장 바람직하게는 약 40 m2/g 내지 약 400 m2/g, 특히 가장 바람직하게는 약 50 m2/g 내지 약 300 m2/g의 표면적을 가진다. 조성물에서 안료 입자의 알짜 표면 전하는 바람직하게는 양이며, 그러므로 분산물은 우세한 양이온성으로 간주된다.
본원에서 사용되는 직경이라는 용어는 대등구직경을 의미한다.
합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자는 예를 들면, 침강 실리카, 젤-타입 실리카, 흄드 실리카, 실리카, 알루미노실리케이트 또는 이들의 혼합물의 콜로이드성 제 1 입자, 또는 수성 졸에서 실리카, 알루미노실리케이트 또는 이들의 혼합물의 콜로이드성 제 1 입자들의 응집에 의하여 형성된 다공성 응집체, 또는 상기 종류의 입자들 하나 이상의 혼합물일 수 있다.
침강 실리카는 수성 매질에서 최종 실리카 입자가 성긴 응집체로서 응고되고, 회수되고, 헹구어지고, 건조되었을 때 형성된 실리카를 말한다. 침강 실리카는 예를 들면 Tixosil™ 상표로 상업적으로 구입가능하다.
젤-타입 실리카는 실리카 젤로부터 형성된 입자를 말한다 (통상적으로 응집성의, 연속적 콜로이드성 실리카 입자의 단단한 3차원 네트워크로서 설명된다). 젤-타입 실리카는 예를 들면 Sylojet™ 상표로 상업적으로 구입가능하다.
흄드 실리카는 화염 수화법에 의하여 제조된 실리카를 말한다. 흄드 실리카는 예를 들면 Cabosil™ 및 Aerosil™ 상표로 상업적으로 구입가능하다.
실리카 또는 알루미노실리케이트의 콜로이드성 제 1 입자는 바람직하게는 알칼리 금속 이온이 이온 교환공정을 통해 제거되거나 알칼리 금속 실리케이트 용액의 pH가 산 첨가에 의하여 감소되어 있는 알칼리 금속 실리케이트 수용액으로부터 형성된다. 이온 교환에 기초한 방법은 R.K. Her, "The Chemistry of Silica" 1979, 333-334페이지에 기재된 기본 원리를 따르며 실리카 또는 알루미노실리케이트의 콜로이드성 음성 또는 양성으로 하전된 입자를 포함하는 수성 졸을 결과한다. 알칼리 금속 실리케이트의 pH-감소에 기초한 방법은 예컨대, 미국 특허 제 5176891, 5648055, 5853616, 5482693, 6060523 및 6274112호에 기재된 기본 원리를 따른다.
특히 바람직한 졸은 예를 들면, 알루미늄, 티타늄, 크롬, 지르코늄, 붕소 또는 그밖의 다른 적합한 금속의 산화물과 같은 금속 산화물로 표면 변성되거나 변성되지 않은 실리카의 콜로이드성 제 1 입자를 포함한다.
제 1 입자의 표면적은 약 30 m2/g 내지 약 600 m2/g, 더욱 바람직하게는 약 30 내지 약 450 m2/g, 가장 바람직하게는 약 40 m2/g 내지 약 400 m2/g, 특히 가장 바람직하게는 약 50 m2/g 내지 약 300 m2/g이다. 제 1 입자의 수성 졸의 건조 함량은 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 60 중량%, 가장 바람직하게는 약 1 중량% 내지 약 50 중량%이다.
실리카 또는 알루미노실리케이트의 콜로이드성 제 1 입자의 적합한 수성 졸은, 예를 들면, Ludox™, Snowtex™, Bindzil™, Nyacol™, Vinnsil™ 또는 Fennosil™ 상표로 상업적으로 구입가능하다.
예컨대, 침강 실리카, 젤-타입 실리카 또는 흄드 실리카의 분말을 분산시켜 형성된 졸과 달리, 이온 교환 또는 pH-감소에 의하여 알칼리 금속 실리케이트로부터 제조된 졸에서의 콜로이드성 입자는 예컨대, 침강 실리카 또는 젤-타입 실리카에 대한 경우에서와 같이 분말로 전혀 건조되지 않았다.
조성물에서 입자가 콜로이드성 제 1 입자의 응집체인 경우, 이러한 제 1 입자의 평균 입자 직경은 바람직하게는 약 5 nm 내지 약 125 nm, 가장 바람직하게는 약 7 nm 내지 약 100 nm이다. 콜로이드성 제 1 입자는 상기 기재된 바와 같이 바람직하게는 수성 졸의 형태이다.
다공성 응집체의 분산물을 형성하기 위한 졸에서의 제 1 입자의 응집은 R. K. Her, "The Chemistry of Silica" 1979, 364-407 페이지에 기재된 바와 같은 적절한 방법으로 이루어진다. 응집도는 점성도를 측정하고, 아인슈타인과 무니의 방정식을 적용하여 이해될 수 있다 (예컨대, R.K. Her, "The Chemistry of Silica" 1979, 360-364 페이지 참조). 응집은 별도의 단계로서 또는 증량제 입자를 더 포함하는 혼합물에서 수행될 수 있다.
한 구체예에서, (음성적으로 하전된 콜로이드성 제 1 입자를 포함하는) 음이온성 졸 및 (양성적으로 하전된 콜로이드성 제 1 입자를 포함하는) 양이온성 졸은 혼합되어, 두 가지 졸 모두로부터 제 1 입자의 다공성 응집체가 형성된다.
또다른 구체예에서 염, 바람직하게는 이원자가, 다원자가 또는 복합체 염에서 선택된 염이 음이온성 또는 양이온성 졸에 첨가되어, 또한 다공성 응집체를 형성하게 된다. 염의 예는 알루미늄 클로라이드, 폴리 알루미늄 클로라이드, 폴리 알루미늄 실리케이트 설페이트, 알루미늄 설페이트, 지르코늄 카보네이트, 지르코늄 아세테이트, 알칼리 금속 보레이트, 및 이들의 혼합물이다.
또한 또다른 구체예에서, 제 1 입자로부터 응집체를 형성하기 위하여 다리 물질(bridging substance)이 사용된다. 적합한 다리 물질의 예는 CMC (카르복시메틸 셀룰로오스), PAM (폴리아크릴아미드), 폴리DADMAC (폴리 디알릴 디메틸 암모늄클로라이드), 폴리알릴 아민, 폴리아민, 전분, 구아 검, 및 이들의 혼합물과 같은 합성 및 천연 다가전해질이다.
상기 응집 방법 하나, 둘 또는 세 가지 모두의 조합 또한 사용될 수 있다.
각각의 다공성 응집체는 적어도 세 개의 제 1 입자로부터 형성되는데, 이는 본래, 적어도 얼마간의 공극을 제공한다. 응집체의 평균 입자 직경은 바람직하게는 약 0.03 내지 약 25 μm, 더욱 바람직하게는 약 0.05 내지 약 10 μm, 가장 바람직하게는 약 0.1 μm 내지 약 5 μm이다. 다공성 응집체의 평균 직경은 이들을 형성하는 제 1 입자의 평균 직경보다 항상 큼을 이해하여야 한다. 응집체의 표면적은 통상적으로 제 1 입자와 본질적으로 동일하다.
한 구체예에서 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자는 이온 교환 또는 pH-감소에 의하여 알칼리 금속 실리케이트로부터 제조되고, 선택적으로 침강 실리카, 젤-타입 실리카 또는 흄드 실리카 중 하나 이상의 입자로 부분적으로 또는 완전히 응집된, 졸에서의 콜로이드성 입자의 혼합물이다.
안료 조성물에서 수용성 알루미늄 염은 알루미늄 함유 염일 수 있으며, 건조 안료 입자에 대한 중량% Al2O3로 계산하여, 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.2 중량% 내지 약 15 중량%의 양으로 존재한다. 염의 예에는 알루미늄 클로라이드, 폴리 알루미늄 클로라이드, 폴리 알루미늄 실리케이트 설페이트, 알루미늄 설페이트, 지르코늄 카보네이트, 지르코늄 아세테이트, 및 이들의 혼합물이 포함된다. 알루미늄은 실리카 또는 알루미노실리케이트의 입자 표면에 또는 수성 상에서 부분적으로 또는 전체적으로 존재할 수 있다.
수용성 알루미늄 염의 전체 함량은 안료 조성물을 제조하기 위하여 사용된 양이온성 알루미늄 변성된 실리카 졸에 존재하는 것으로부터 유래될 수 있다. 그러나, 안료 조성물은 또한 추가적인 알루미늄 염을 포함할 수 있다.
안료 조성물 중의 양이온성 폴리머는 약 2000 내지 약 1000000, 바람직하게는 약 2000 내지 약 500000, 가장 바람직하게는 약 5000 내지 약 200000의 분자량을 가진다. 전하 밀도는 약 0.2 meq/g 내지 약 12 meq/g, 바람직하게는 약 0.3 meq/g 내지 약 10 meq/g, 가장 바람직하게는 약 0.5 meq/g 내지 약 8 meq/g이다. 양이온성 폴리머는 건조 안료 입자의 양에 기초하여 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 30 중량%, 더욱 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%, 가장 바람직하게는 약 1 중량% 내지 약 15 중량%의 양으로 안료 분산물에 존재한다. 적합한 양이온성 폴리머의 예에는 PAM (폴리아크릴아미드), 폴리DADMAC (폴리 디알릴 디메틸 암모늄클로라이드), 폴리알릴 아민, 폴리아민, 다당류 및 이들의 혼합물과 같은 합성 및 천연 다가전해질이 포함되는데, 이들은 상기 요구조건을 충족시키는 분자량 및 전하 밀도를 제공한다. 양이온성 폴리머는 실리카 또는 알루미노실리케이트의 입자 표면 위에 부분적으로 또는 전체적으로 또는 수성 상에서 존재할 수 있다.
한 구체예에서 조성물은 카올리나이트, 스멕타이트, 탈사이트, 칼슘 카보네이트 미네랄, 침강된 칼슘 카보네이트, 및 이들의 혼합물과 같은 다른 종류의 안료 입자를 더 포함한다. 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트 입자의 함량은 바람직하게는 총 안료 입자의 양의 약 10 내지 100 중량%, 가장 바람직하게는 약 30 중량% 내지 100 중량%이다.
조성물에서 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자 및 선택적인 그밖의 다른 안료 입자의 총 함량은 바람직하게는 약 1 중량% 내지 약 60 중량%, 가장 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 50 중량%, 특히 가장 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 50 중량%이다.
또한 안료 조성물은 안료 입자의 총량에 기초하여 바람직하게는 0 내지 약 70 중량%, 가장 바람직하게는 0 내지 약 50 중량%의 양으로 종이 코팅에 적합한 코팅 결합제를 포함할 수 있다. 종이 코팅에 전통적으로 사용되는 이러한 결합제의 예는 폴리비닐 알콜, 선택적으로 변성된 전분, 검, 단백질 결합제 (예컨대, 카세인 및 대두 단백질 결합제), 라텍스 및 이들의 혼합물이다. 라텍스는 스티렌 부타디엔, 아크릴레이트, 비닐 아세테이트, 에틸렌과 비닐 아세테이트의 코폴리머, 스티렌 아크릴릭 에스테르 등에 기초할 수 있다. 하나 이상의 결합제가 포함되는 경우, 폴리비닐 알콜이 특히 바람직하다.
또한 안료 조성물은 또한 유동성 개량제, 광 증백제, 윤활제, 불용화제, 염료, 사이즈제 등과 같이 통상적으로 사용되는 그밖의 다른 첨가제들을 포함할 수 있다. 안료 조성물의 건조 함량은 바람직하게는 약 2 중량% 내지 약 75 중량%, 가장 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 70 중량%이다. 다른 첨가제(선택적 결합제는 별도) 및 존재할 수 있는 불순물의 총량은 건조 함량에 기초하여 바람직하게는 0 내지 약 50 중량%, 가장 바람직하게는 0 내지 약 30 중량%이다.
상기 설명된 안료 조성물은 바람직하게는 1주 이상, 가장 바람직하게는 1개월 이상 안정하게 저장가능하다. 조성물은 코팅 종이 또는 판지를 위해 직접 사용되거나 코팅 조성물을 제조하기 위한 중간 산물을 형성할 수도 있다.
상기 언급한 바와 같이 바람직하게는 450 m2/g 미만의 낮은 표면적을 가지며 이온 교환 또는 pH-감소에 의하여 알칼리 금속 실리케이트로부터 형성된, 선택적으로 응집된 실리카 또는 알루미노실리케이트의 제 1 입자의 안료 입자를 포함하는 조성물은, 상기 언급한 결합제를 전혀 포함하지 않거나 단지 소량만을, 예를 들면, 건조 안료에 기초하여 약 3 중량% 미만, 바람직하게는 약 2 중량% 미만, 가장 바람직하게는 안료 입자 총량의 약 1 중량% 미만의 결합제만을 포함하는 안료 조성물로 종이 또는 판지를 코팅함으로써 만족스러운 결과가 수득됨을 발견하였다.
본원발명은 또한 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 입자, 수용성 알루미늄 염 및 약 2000 내지 약 1000000의 분자량 및 약 0.2 meq/g 내지 약 12 meq/g의 전하 밀도를 가지는 양이온성 폴리머를, 실질적인 젤화 또는 침강이 일어나지 않도록 수성 분산물에 혼합하는 단계를 포함하는, 상기 기재된 안료 조성물의 제조 방법에 관계한다. 이는 몇 가지 대안적인 방법 구체예에 의하여 구현될 수 있다.
한 대안적인 방법 구체예는 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트 입자를 수용성 알루미늄 염의 수용액에 첨가한 후, 상기 언급한 양이온성 폴리머를 첨가하는 단계를 포함한다. 다른 안료 입자 또는 결합제와 같은 다른 성분들은 고체, 액체 또는 분산물의 형태로 어떠한 단계에서든 첨가될 수 있다. 실리카 또는 알루미늄 실리케이트 입자는 고체 분말 또는 음이온성 또는 양이온성일 수 있는 콜로이드성 입자의 수성 졸의 형태일 수 있다. 양이온성 졸이 사용되지 않는다면, 알루미늄 염은 바람직하게는 생성된 분산물을 우세한 양이온성이 되게 하기에 충분한 과량이다. 적어도 음이온성 졸이 사용되는 경우, 적어도 일부의 콜로이드성 입자 응집이 존재할 수 있다.
또다른 대안적 공정은 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트 입자를 상기 언급된 양이온성 폴리머의 수용액에 첨가한 후, 수용성 알루미늄 염을 첨가하는 단계를 포함한다. 다른 안료 입자 또는 결합제와 같은 다른 성분들은 고체, 액체 또는 분산물의 형태로 어떠한 단계에서든 첨가될 수 있다. 실리카 또는 알루미늄 실리케이트 입자는 음이온성 또는 양이온성 일 수 있는 콜로이드성 입자의 수성 졸 또는 고체 분말의 형태일 수 있다. 양이온성 졸이 사용되지 않는다면, 양이온성 폴리머는 바람직하게는 생성된 분산물을 우세하게 양이온성으로 만들기에 충분한 과량이다. 적어도 음이온성 졸이 사용되는 경우, 적어도 일부의 콜로이드성 입자 응집이 존재할 수 있다.
또한 또다른 방법 구체예는 콜로이드성 실리카 또는 알루미노실리케이트의 양이온성 알루미늄 변성된 수성 졸을 양이온성 폴리머와 혼합하는 단계를 포함한다. 가능하긴 하지만, 콜로이드성 실리카 또는 알루미노실리케이트의 졸에 존재하는 것과 별도로 수용성 알루미늄 염을 더 첨가할 필요는 없다. 다른 안료 입자 또는 결합제와 같은 다른 성분들은 고체,액체 또는 분산물의 형태로 어떠한 단계에서라도 첨가될 수 있다.
적절하고 바람직한 양 및 성분들의 종류에 관하여, 상기 안료 조성물의 기재가 언급된다.
또한 본원발명은 코팅 종이 또는 판지를 위한 상기 기재된 안료 조성물의 용도에 관계한다. 본원발명은 또한 코팅으로서 상기 기재된 안료 조성물을 종이 또는 판지 웹의 적어도 한 면에 도포하는 단계를 포함하는, 코팅된 종이 또는 판지의 제조 방법에 관계한다.
코팅은 바람직하게는 종이 또는 판지 웹의 코팅된 면 당, 약 0.4 g/m2 내지 약 40 g/m2, 더욱 바람직하게는 약 0.5 g/m2 내지 약 40 g/m2, 가장 바람직하게는 약 1 g/m2 내지 약 20 g/m2의, 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자 및 선택적으로 안료 조성물로부터의 다른 안료 입자를 산출하기에 충분한 양으로 처리된다.
코팅은 바람직하게는 종이 또는 판지의 코팅되지 않은 면에 처리되나, 또한 동일하거나 다른 코팅 조성물로 이미 처리된 코팅층의 상부 위에 처리될 수도 있다. 본원에 기재된 코팅으로부터 형성된 층의 상부에는 다른 종류의 코팅을 더 처리하지 않는 것이 바람직하다.
코팅 처리는 초지기 또는 판지 기기 상에서 또는 밖에서 수행될 수 있다. 두 경우, 어떠한 타입의 코팅 방법이라도 사용될 수 있다. 코팅 방법의 예는 블레이드 코팅, 에어 나이프 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 스프레이 코팅, 사이즈 프레스 코팅 (예컨대, 필름 프레스 코팅) 및 캐스트 코팅이다.
코팅처리 후 종이는 건조되고, 기기 코팅의 경우, 바람직하게는 기기의 건조 구역에서 건조가 이루어진다. 적외선 방사, 고온 대기, 가열된 실린더 또는 이들의 조합과 같은 어떠한 건조 수단이라도 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 코팅이라는 용어는 안료를 종이 또는 판지 표면에 처리하는 방법을 의미하므로, 전통적인 코팅 뿐만 아니라 예를 들면 착색과 같은 다른 방법 또한 포함된다.
코팅되는 종이 및 판지는 설페이트, 설파이트 및 오가노솔브 펄프와 같은 화학적 펄프, 열-기계 펄프 (TMP)와 같은 기계적 펄프, 화학-열-기계 펄프 (CTMP), 리파이너 펄프 또는, 생 또는 재생 섬유에 기초한 활엽수 및 침엽수의 표백 또는 비표백 펄프 모두로부터의 쇄목 펄프 또는 이들의 조합과 같이 어떠한 종류의 펄프로부터도 제조될 수 있다. 다른 종류의 펄프로부터의 종이 및 판지도 본원발명에 따라 코팅될 수 있다.
안료 조성물의 또다른 상세 및 구체예에 관하여, 상기 설명과 동일한 내용이 언급된다.
본원발명은 마지막으로 상기 설명한 방법에 의하여 수득가능한, 잉크-젯 프린팅에 적합한 종이 또는 판지에 관계한다. 이러한 종이 또는 판지는 안료 입자는 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자 및 선택적으로 그밖의 다른 코팅 조성물로부터의 안료 입자를 포함하는 실질적으로 투명하거나 실질적으로 불투명한 층을 포함하는데, 안료 입자는 바람직하게는 나노-구조를 형성한다. 코팅의 건조상태의 양은 바람직하게는 약 0.5 g/m2 내지 약 50 g/m2, 가장 바람직하게는 약 1.0 g/m2 내지 약 25 g/m2이다. 종이 또는 판지의 코팅된 면 당 상기 기재된 안료조성물로부터의 안료 입자의 양은 바람직하게는 약 0.7 g/m2 내지 약 40 g/m2, 가장 바람직하게는 약 1 g/m2 내지 약 20 g/m2이다. 바람직하게는 다른 종류의 코팅은 이러한 층 상부에 전혀 처리되지 않았다.
본원발명의 종이 또는 판지는 낮은 선 흐림도 및 얼룩짐 및 색상에 관한 높은 프린팅 농도를 제공하며, 토너, 플렉소그래피, 레터 프레스, 그라비어, 오프셋 리쏘그라피 및 스크린 프린팅과 같은 다른 종류의 프린팅 방법을 위하여 유리하게 사용될 수 있는 잉크-젯 프린팅을 위한 우수한 성질을 가짐이 밝혀졌다. 이러한 우수한 성질들은 종이 또는 판지 위에 수많은 상이한 코팅층을 처리할 필요없이 오직 소량의 코팅을 적용함으로써 간단한 방식으로 수득될 수 있음이 특히 이점이다. 이는 또한 코팅을 필름 프레스와 같은 사이즈 프레스를 사용하여 처리될 수 있게 하는데, 이것은 실제적인 이유로 유리하다. 더욱이, 안료 조성물의 주 성분들은 용이하게 구입가능한 원료로부터 제조될 수 있다.
이제, 본원발명을 다음의 실시예에서 더욱 자세히 설명하겠다. 다른 언급이 없는 한, 모든 부분 및 백분율은 중량부 및 중량백분율을 의미한다.
실시예 1 : Grace Davison사의 젤-타입 실리카 안료인 Sylojet™ P612을 보유한 세 가지 코팅 제제들을 제조하였다. 모든 세 가지 제제에서, 폴리비닐 알콜 결합제 (ACETEX Co.사의 ERKOL™ 26/88, 스페인)를 결합제로서 사용하였다. 폴리비닐알콜 (PVA)을 10 중량%의 농도까지 90℃에서 물에 용해시키고, 20 중량부의 결합 제 (건조)를 제공하기 위한 양으로 100 중량부의 실리카 안료 (건조)에 첨가하였다. 세 가지 코팅 제제에서 안료 입자의 총 함량은 20 중량% 였다.
A) 20 g의 10 중량% PVA 용액을 20 g의 물로 희석시켰다. 10 g의 건조 분말Sylojet™을 UltraTurrax™ (10 000 rpm)에서 격한 혼합하에 서서히 용액에 첨가하였다.
B) 하나의 비이커에 10 g의 Sylojet™, 20 g의 10 중량% PVA 및 10 g의 물을 A에서와 같이 혼합하였다. 또다른 비이커에 알루미늄 클로로하이드레이트인 Clariant사의 Locron™ (25 중량% Al2O3) 3 g을 7 g의 물로 희석시켰다. UltraTurrax™ 혼합 하에서 PVA-Sylojet™ 슬러리를 Locron™ 용액에 서서히 첨가하였다.
C) 하나의 비이커에 Sylojet-PVA 슬러리를 B에서와 같이 제조하였다. 또다른 비이커에 3 g의 Locron™ 을 3.5 g의 물로 희석시키고, Sylojet™-PVA 슬러리를 B에서와 같이 Locron™ 용액과 혼합하였다. 마지막으로 1.5 g의 폴리DADMAC (40 중량%, 20000의 분자량 및 7.2 meq/g의 전하 밀도)를 2 g의 물로 희석하고, Sylojet™-PVA-Locron™ 슬러리에 첨가하였다.
상기 세 가지 코팅 제제들을 실험실 코팅 테스트에서 통상적으로 사용되는 바와 같이 선재를 사용한 삭감법으로 코팅되지 않은 복사지 (M-real사의 A4 크기 데이타 용지) 표면에 처리하였다. 코팅 후 종이를 IR-건조기 (Hedson Technologies AB사, 스웨덴)로 건조시켰다. 건조된 종이 쉬트들을 두 가지 잉크젯 프린터, Hewlett-Packard사의 HP Deskjet™ 5850 및 Epson 사의 Epson Stylus™ C86 상에서 평가하였다.
다음 일곱가지 색상 블록을 가지는 프린트 그림을 사용하여 프린트 결과를 평가하였다 : 남색(cyan), 자홍색(magenta), 노랑, 빨랑, 녹색, 파랑 및 검정. 프린트된 블록 및 프린트되지 않은 종이를 분광광도계(Technidyne사의 Color Touch 2)를 사용하여 측정하고 색상 범위 부피를 평가하였다. 범위 부피를 CEI L*a*b* 색공간에서 12면체를 사용하여 추정하고, 색 측정은 12면체에서 코너를 제공한다 ("Rydefalk Staffan , Wedin Michael ; Litterature review on the colour Gamut in the Printing Process - Fundamentals , PTF - report no 32, May 1997" 참조). 결과를 아래 표에 나타낸다:
안료 조성물 코팅 중량(g/m 2 ) 범위 부피 Epson 범위 부피 HP
A 6.7 254667 -
A 6.5 - 269787
B 7.4 259508 -
B 7.7 - 268188
C 7.1 259055 -
C 7.1 - 280154
코팅 제제 C가 가장 우수한 전체적 색상 범위를 제공하였음을 알 수 있다. 또한 가시적 판단도 우수한 라인 선명도 및 색 번짐이 전혀 없는 경향을 나타냈다.
실시예 2: 이러한 제제에서 동일한 중량부(건조/건조)의 젤-타입 실리카 Sylojet™ P612 (실시예 1에서와 동일) 및 100 nm의 평균 입자 크기를 가지는 Eka Chemicals의 음이온성 실리카 졸인 Nyacol™ 9950 50 중량%를 사용하는 안료 블렌드가 사용되었다. 결합제로서 실시예1에서와 동일한 양 및 동일한 종류의 PVA를 사용하였다. 총 20 중량%의 안료 함량을 가지는 두 가지 코팅 제제들이 제조되었다.
A) 5 g의 건조 실리카 젤 (Sylojet™ P612)을 10 g의 Nyacol™ 9950., 20 g의 10 중량% PVA 및 15 g의 물을 함유하는 용액에 UltraTurrax™ 혼합(lO OOOrpm)하에서 분산시켰다.
B) 하나의 비이커에서 5 g의 건조 실리카 젤 (Sylojet™ P612)을 1O g의 Nyacol™ 9950 및 20 g의 10 중량% PVA를 함유하는 용액에서 UltraTurrax™ 혼합(10 OOOrpm)하에 분산시켰다. 또다른 비이커에서 3 g의 Locron™을 7 g의 물과 혼합하였다. 그 후 제 1 비이커의 슬러리를 UltraTurrax™ 혼합하에서 Locron™ 용액에 옮긴 후, 3.5 g의 물로 희석하기 전에 1.5 g의 폴리DADMAC (실시예 1에서와 동일)를 첨가하였다.
실시예 1에서와 동일한 절차에 따라, 종이에 코팅을 처리하고 건조시키고, 두 가지 프린터 상에서 평가하였다. 결과는 아래 표에 나타나있다:
안료 조성물 코팅 중량(g/m 2 ) 범위 부피 Epson 범위 부피 HP
A 6.7 215034 -
A 6.7 - 263809
B 7.2 246013 -
B 7.1 - 290624
코팅 제제 B는 두 가지 프린터 모두에 대하여 더 우수한 프린트를 제공한 것으로 나타나 있다.
실시예 3: 본 테스트에서, 40 nm의 평균 입자 크기를 가지는 Eka Chemicals사의 음이온성 실리카 졸, Bindzil™ 50/80 50 중량%를 안료로서 사용하였다. PVA-결합제를 사용하지 않고 두 가지 제제들을 제조하였다.
A) 30 중량%로 희석시킨 Bindzil™ 50/80.
B) 6 g의 Locron™을 20 g의 물로 희석시키고 60 g의 Bindzil™ 50/80을 격렬한 혼합하에 (UltraTurrax™) 첨가하였다. 3 g의 폴리DADMAC (실시예 1에서와 동일) 및 11 g의 물을 첨가하는 동안 계속하여 혼합하였다. 실리카의 최종 농도는 30 중량%가 되었다.
실시예 1에서와 동일한 절차에 따라, 코팅을 종이에 처리하고, 건조시키고(코팅 중량 8-9 g/m2), 두 가지 프린터 상에서 평가하였다. 결과는 아래 표에 나타나 있다:
안료 조성물 범위 부피 Epson 범위 부피 HP
A 262220 229017
B 260601 261672
비록 코팅 제제 A가 Epson에 대하여 약간 더 우수한 범위 부피를 제공하였다 하더라도, 제제 B는 HP에서 현저히 더 우수하였으므로, 제제 B가 가장 우수한 전체 결과를 제공하는 것으로 간주될 수 있는 것으로 보인다. 가시적 판단 또한 우수한라인 선명도 및 색 번짐 경향이 전혀 없음을 나타냈다.
실시예 4: 네 가지 코팅 제제들을 제조하였다. 안료 조성물 of 동일한 중량부 (건조/건조)의 음이온성 실리카 졸, Bindzil™ 50/80 및 카올린 코팅 점토 (SPS™, Imerys, UK)의 안료 조성물을 모든 제제에서 사용하였다. 실시예 3에서와 같이 PVA와 같은 외부 결합제를 제제에서 전혀 사용하지 않았다.
A) Bindzil™ 50/80, SPS™ 점토 및 물을 UltraTurrax™ 에서 30 중량%의 안료 농도까지 혼합하였다.
B) 15 g의 Bindzil™ (건조) 및 15 g의 SPS 점토를 함유하는 안료 슬러리를 6 g의 Locron™ (최초)를 함유하는 수용액에 UltraTurrax™ 혼합하에서 첨가하여, 최종 안료 농도가 30 중량%가 되었다.
C) 3 g의 폴리DADMAC (실시예 1에서와 동일)를 물로 희석시키고, Ultra-Turrax™ 혼합하에서 15 g의 Bindzil™ (건조) 및 15 g의 SPS™ 점토를 함유하는 안료 슬러리에 30 중량%의 안료 고체가 될 때까지 첨가하였다.
D) A에서와 같이 안료 슬러리를 Locron™ 용액과 혼합하였다. UltraTurrax 혼합을 계속하고, 3 g의 폴리DADMAC (실시예 1에서와 동일)를 물로 희석하고, 처리된 안료 슬러리에 첨가하여, 30 중량%의 최종 안료 함량을 얻었다.
실시예 1에서와 동일한 절차에 따라, 코팅을 종이에 처리하고 건조시키고 (코팅 중량 8-9 g/m2), 두 가지 프린터 상에서 평가하였다. 결과는 아래 표에 나타나있다:
안료 조성물 범위 부피 Epson 범위 부피 HP
코팅 없음 178288 163247
A 233379 177191
B 253114 201548
C 233987 208773
D 268608 211090
알루미늄 염 및 양이온성 저분자량 폴리머 모두를 함유하는 코팅 제제 D는 두 가지 프린터 모두에서 가장 우수한 결과를 제공한 것으로 나타난다.
본원발명은 다음을 포함하는 수성 분산물 형태의 안료 조성물에 관계한다: (a) 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자; (b) 적어도 하나의수용성 알루미늄 염; 및, (c) 약 2000 내지 약 1000000의 분자량 및 약 0.2 내지 약 12 meq/g의 전하 밀도를 가지는 적어도 하나의 양이온성 폴리머. 본원 발명은 또한 이러한 안료 조성물의 제조 방법, 이 방법의 사용, 종이 또는 판지 코팅 방법, 이 방법에 의하여 수득가능한 종이 또는 판지에 관계한다.

Claims (22)

  1. 다음을 포함하는 수성 분산물 형태의 안료 조성물:
    (a) 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자;
    (b) 적어도 하나의 수용성 알루미늄 염; 및,
    (c) 2000 내지 1000000의 분자량 및 0.2 내지 12 meq/g의 전하 밀도를 가지는 적어도 하나의 양이온성 폴리머;
    여기서 상기 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 입자는 침강 실리카, 젤-타입 실리카, 실리카, 알루미노실리케이트 또는 이들의 혼합물의 콜로이드성 제 1 입자, 수성 졸에서 실리카, 알루미노실리케이트 또는 이들의 혼합물의 콜로이드성 제 1 입자들의 응집에 의하여 형성된 다공성 응집체, 및 상기 종류의 하나 이상의 입자 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되고, 양이온성 폴리머의 양은 건조 안료 입자량에 기초하여 0.1 내지 15 중량%의 양임.
  2. 제 1항에 있어서, 실리카, 알루미노실리케이트 또는 이들의 혼합물의 콜로이드성 제 1 입자 및 수성졸에서 실리카, 알루미노실리케이트 또는 이들의 혼합물의 콜로이드성 제 1 입자의 응집에 의해 형성된 다공성 응집체로 구성되는 그룹에서 선택된 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자들을 포함함을 특징으로 하는, 안료 조성물.
  3. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자 및 선택적으로 조성물중에 존재하는 다른 안료 입자들의 총 함량은 10 내지 60 중량%임을 특징으로 하는 안료 조성물.
  4. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자는 0.005㎛ 내지 25㎛의 평균 직경을 가짐을 특징으로 하는 안료 조성물.
  5. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물에서 안료 입자의 알짜 표면 전하는 양임을 특징으로 하는 안료 조성물.
  6. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자는 30 내지 600 m2/g의 표면적을 가짐을 특징으로 하는 안료 조성물.
  7. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 안료 입자는 이온 교환 또는 pH-감소에 의하여 알칼리 금속 실리케이트로부터 제조되고, 선택적으로 침강 실리카, 젤-타입 실리카 또는 흄드 실리카 중 하나 이상의 입자들과 함께 부분적으로 또는 전체적으로 응집된, 졸에서의 콜로이드성 입자의 혼합물임을 특징으로 하는 안료 조성물.
  8. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수용성 알루미늄 염은 알루미늄 클로라이드, 폴리 알루미늄 클로라이드, 폴리 알루미늄 실리케이트 설페이트, 알루미늄 설페이트, 지르코늄 카보네이트, 지르코늄 아세테이트, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는 안료 조성물.
  9. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수용성 알루미늄 염은 건조 안료 입자에 대해 중량% Al2O3로 계산하여 0.1 중량% 내지 30 중량%의 양으로 존재함을 특징으로 하는 안료 조성물.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수용성 알루미늄 염은 건조 안료 입자에 대해 중량% Al2O3로 계산하여 0.1 중량% 내지 15 중량%의 양으로 존재함을 특징으로 하는 안료 조성물.
  11. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 양이온성 폴리머는 PAM (폴리아크릴아미드), 폴리DADMAC (폴리 디알릴 디메틸 암모늄클로라이드), 폴리알릴 아민, 폴리아민, 다당류 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는 안료 조성물.
  12. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 양이온성 폴리머는 건조 안료 입자의 양에 기초하여, 0.5 중량% 내지 15 중량%의 양으로 존재함을 특징으로 하는 안료 조성물.
  13. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안료 조성물은 다른 종류의 안료 입자를 더 포함함을 특징으로 하는 안료 조성물.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 다른 종류의 안료 입자는 카올리나이트, 스멕타이트, 탈사이트, 칼슘 카보네이트 미네랄, 침강된 칼슘 카보네이트, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는 안료 조성물.
  15. 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 입자, 수용성 알루미늄 염 및 2000 내지 1000000의 분자량과 0.2 meq/g 내지 12 meq/g의 전하밀도를 가지는 양이온성 폴리머를 젤화 또는 침강시키지 않고 수성 분산물로 혼합하는 단계를 포함하는, 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항의 안료 조성물의 제조 방법에 있어서,
    상기 합성 비정질 실리카 또는 알루미노실리케이트의 입자들은 침강 실리카, 젤-타입 실리카, 실리카, 알루미노실리케이트 또는 이들의 혼합물의 콜로이드성 제 1 입자들, 수성 졸에서 실리카, 알루미노실리케이트 또는 이들의 혼합물의 콜로이드성 제 1 입자들의 응집에 의해 형성된 다공성 응집체, 및 상기 종류의 하나 이상의 입자 혼합물로 구성되는 그룹에서 선택되며, 공급되는 양이온성 폴리머의 양은 건조 안료 입자들의 양에 기초하여 0.1 내지 15 중량%인, 안료 조성물의 제조 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 합성 비정질 실리카 또는 알루미늄실리케이트의 입자들은, 수성 졸에서 실리카, 알루미노실리케이트 또는 이들의 혼합물의 콜로이드성 제 1 입자들 및 수성 졸에서 실리카, 알루미노실리케이트 또는 이들의 혼합물의 콜로이드성 제 1 입자들의 응집에 의해 형성된 다공성 응집체로 구성되는 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는, 안료 조성물의 제조 방법.
  17. 제 15항의 방법에 의하여 수득가능한 안료 조성물.
  18. 제 16항의 방법에 의하여 수득가능한 안료 조성물.
  19. 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항에 있어서, 안료 조성물이 종이 또는 판지 웹을 코팅하기 위하여 사용됨을 특징으로 하는, 안료 조성물.
  20. 종이 또는 판지 웹의 적어도 한 면에 제 1항 내지 2항 중 어느 한 항의 조성물을 도포하는 단계를 포함하는, 코팅된 종이 또는 판지의 제조 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 코팅은 종이 또는 판지 웹의 코팅된 면 당, 안료조성물로부터 0.4 g/m2 내지 40 g/m2의 안료 입자를 산출하기에 충분한 양으로 도포됨을 특징으로 하는, 코팅된 종이 또는 판지의 제조 방법.
  22. 제 20항의 방법에 의하여 수득된 종이 또는 판지.
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