KR101014828B1 - 제지용 윤활제 조성물의 제조방법 - Google Patents

제지용 윤활제 조성물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지분의 발생을 방지하며 인쇄적성이 향상된 제지용 윤활제 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전체 조성물 1000 중량부에 대하여 폴리에틸렌 왁스 100 ~ 400 중량부, 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 계면활성제 10 ~200 중량부 및 물 550 ~ 850 중량부로 이루어진 제지용 윤활제 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 제지용 윤활제 조성물은 지분의 발생을 방지하여 인쇄적성을 탁월하게 향상시킬 뿐만 아니라, 비이온성, 음이온성 또는 양이온성의 계면활성제가 함유되어 다양한 이온성 조성물로의 제조가 가능하므로 제지용뿐만 아니라 면 및 합성섬유 혼방을 위한 섬유 유제로도 유용하게 이용될 수 있다.
지분방지, 인쇄적성, 폴리에틸렌 왁스, 윤활제, 섬유 유제

Description

제지용 윤활제 조성물의 제조방법 {Method of Manufacturing Lubricant Composition for Paper}
본 발명은 지분의 발생을 방지하며 인쇄적성이 향상된 제지용 윤활제 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전체 조성물 1000 중량부에 대하여 폴리에틸렌 왁스 100 ~ 400 중량부, 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 계면활성제 10 ~200 중량부 및 물 550 ~ 850 중량부로 이루어진 제지용 윤활제 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
완성지에서 발생되는 문제점은 종이 표면으로부터 방출되는 섬유 입자 및 충전재 입자 때문에, 먼지 발생 성질이 높다는 것이다. 먼지는 제지시의 건조 공정에서, 그 중에서도 인쇄기 등의 종이를 취급하는 기계 및 설비에 문제를 일으키며, 나아가 인쇄적성을 저하시킨다.
먼지 발생의 문제점을 해결하기 위하여, 종이 웹의 형성 전의 섬유 펄프에 첨가시킬 화학 약품에 기초한 방법들을 이용하는 것이 일반적으로 알려져 있는데, 구체적으로 미네랄 및 마이크로 왁스, AKD 및 ASA 분산액 등의 사이징제, 습식 강력 수지 및 펄프 사이징 전분을 사용하는 방법들이 알려져 있다. 그러나, 이들 기 존의 방법에도 불구하고, 종이의 먼지 발생은 여전히 심각한 문제로 남고 있다.
한편, 종이 코팅 분야에는 도공적성 또는 도공지 물성 향상을 위해 각종 첨가제가 사용된다. 이들 첨가제 중 윤활제는 코트지의 제조공정에 먼지를 방지하고 종이의 마찰계수를 절감시키는 목적으로 사용되며, 이밖에 도공적성 또는 도공지 품질 향상을 위해 사용된다.
윤활제는 사용되는 코팅처방, 코팅방식 또는 조합조건에 따라 발휘되는 효과의 차이가 있지만 다음과 같은 효과와 역할을 갖는다. 슈퍼카렌다, 그로스카렌다 등 카렌다롤의 먼지 발생 방지, 코트지에 활성을 부여하고 가이드롤 등의 더러움, 먼지 발생의 억제, 단재효과 향상, 캐스트드럼에서 난형성향상, 코트지의 블로킹 방지, 코트지광택 향상, 코트지표면의 마찰계수절감에 의한 인쇄할 때의 종이 전송 성질 향상 등이다. 현재 사용되는 윤활제로 스테아린산 칼슘이 대표적인 물에 녹지 않는 금속석캔과 특수지 코팅용 윤활제로 스테아린산아연이 있다. 이들은 물에 용해되지 않으면서 융점이 높고 비교적 안정적이어서 큰 결점이 없고 균형을 갖춘 윤활제이다. 또한, 폴리에틸렌 (PE) 왁스는 PE계의 왁스를 유화 분산한 것이 사용되고 있으며, 고온일 경우 또는 코트층이 왁스 상태일때 롤, 드럼류에서의 이형성이 우수한 특징이 있다. 또한 코트층에 가소성을 부여하는 효과도 있어 코트판지, 캐스트코트지용 윤활이형제로 비교적 많이 사용되고 있다.
결국, 본 발명의 목적은 지분의 발생을 방지하며 인쇄적성이 향상된 제지용 윤활제 조성물로서, 전체 조성물 1000 중량부에 대하여 폴리에틸렌 왁스 100 ~ 400 중량부, 계면활성제 10 ~200 중량부, 물 550 ~ 850 중량부로 이루어진 제지용 윤활제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제지용 윤활제 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전체 조성물 1000 중량부에 대하여, 폴리에틸렌 왁스 100 ~ 400 중량부, 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 계면활성제 10 ~ 200 중량부 및 물 550 ~ 850 중량부로 이루어진 제지용 윤활제 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 폴리에틸렌 왁스는 200 ~ 300 중량부로, 계면활성제는 30 ~ 100 중량부로 함유되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 조성물은 10 ~ 30 중량부의 알칼리제를, 바람직하게는 10 ~ 20 중량부의 알칼리제를 추가로 함유하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 알칼리제는 20% 수산화나트륨 또는 20% 수산화칼륨인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 폴리에틸렌 왁스 100 ~ 400 중량부 및 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 계면활성제 10 ~ 200 중량부를 130 ~ 160℃로 승온하여 용해시킨 다음, 90 ~ 100℃, 550 ~ 850 중량부의 물을 반응물의 온도가 100 ~ 130 ℃로 유지되도록 천천히 적가한 후, 적하가 왼료되면 반응물을 급냉하는 것을 특징으로 하는 제지용 윤활제 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 제조방법은 10 ~ 30 중량부의 20% 수산화나트륨 또는 20% 수산화칼륨의 알칼리제를 천천히 적가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 제지용 윤활제 조성물은 지분의 발생을 방지하여 인쇄적성을 탁월하게 향상시킬 뿐만 아니라, 비이온성, 음이온성 또는 양이온성의 계면활성제를 선택적으로 사용하여 다양한 이온성 조성물로의 제조가 가능하므로 제지용뿐만 아니라 면 및 합성섬유 혼방을 위한 섬유 유제로도 유용하게 이용될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 폴리에틸렌 왁스, 계면활성제 및 물의 에멀젼 혼합액과 알칼리제가 함유된 제지용 윤활제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에멀젼 혼합액은 폴리에틸렌 왁스와 계면활성제 그리고 물을 반응기에 넣어 폴리에틸렌 왁스의 연화온도보다 높은 온도, 바람직하게는 100 ~ 160℃의 온도에서 가열하면서 혼합한 후에 신속히 냉각하여 에멀젼을 제조하며, 추가로 알칼리제를 첨가할 수 있다. 이때, 반응온도가 100℃ 미만일 경우에는 폴리에틸렌 왁스가 재석출되므로 적정온도를 유지하도록 한다.
본 발명의 조성물에 함유되는 폴리에틸렌 왁스는 시판되는 것을 사용할 수 있으며, 방습성의 개량 효과가 인정되는 점에서 폴리에틸렌 왁스의 첨가량은 전체 조성물 1000 중량부에 대하여 100 ~ 400 중량부, 바람직하게는 200 ~ 300 중량부, 더욱 바람직하게는 200 중량부이다. 상기 폴리에틸렌 왁스의 첨가량이 100 중량부 미만일 경우에는 지분방지성, 이형력 저하의 문제점이 발생될 수 있으며, 400 중량부 이상일 경우에는 인쇄적성이 저하될 수 있다.
본 발명의 조성물에 함유되는 계면활성제는 폴리에틸렌 왁스를 유화시키는데 이용되며, 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 계면활성제가 사용될 수 있으며, 그 첨가량은 전체 조성물 1000 중량부에 대하여 10 ~ 200 중량부, 바람직하게는 30 ~ 100 중량부이다.
또한, 본 발명의 조성물에 함유되는 알칼리제는 폴리에틸렌 왁스의 재석출로 인해 제품의 탁도와 관련하여 제품의 안정성을 높여주는 역할을 한다.
이때 함유되는 알칼리제로는 수산화나트륨, 암모니아수, 수산화칼륨이나 지방족 모노아민류, 모폴린, 트리소디움 포스페이트, 소디움 메타실리케이트, 보렉스, 디암모니움 포스페이트 중에서 1종 이상 선택 가능하지만, 보다 바람직하기로는 값이 저렴하여 경제적인 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 사용한다. 이때, 사용 되는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨의 농도는 20%이며, 전체 조성물 1000 중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부로 함유될 수 있다.
상기의 조성 성분들을 혼합한 본 발명의 제지용 윤활제 조성물은 전체 조성물 1000 중량부를 기준으로 폴리에틸렌 왁스 100 ~ 400 중량부, 계면활성제 10 ~ 200 중량부, 물 550 ~ 850 중량부 및 알칼리제 10 ~ 30 중량부로 함유된다.
상기 본 발명의 제지용 윤활제 조성물은 코트지의 제조공정에서 먼지를 방지하고 종이의 마찰계수를 절감시키며 인쇄적성을 향상시키기 위한 목적으로 사용되며, 그 외 도공적성 또는 도공지의 품질 향상을 위해 사용될 수 있다.
상기의 제지용 윤활제 조성물이 도포되는 종이는 캐스트코트지, 그라비아용지, 코트판지, 옵셋용지 등 대부분의 코트종이가 가능하다.
또한, 본 발명의 제지용 윤활제 조성물은 용도에 따라 비이온성, 양이온성 및 음이온성 등의 다양한 이온성으로 제조가 가능하여 면 및 합성섬유 혼방을 위한 섬유 유제로도 유용하게 이용될 수 있다.
이하, 실시 예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 비이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 200중량부, 비이온성 계면활성제 50중량부를 넣 은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 용해가 완료되면 알칼리제 (20% NaOH) 15중량부를 투입하였다. 이때 끓어 넘칠 수 있으므로 천천히 적하하며 적하가 완료되면 95℃ 이상의 온수 735중량부를 반응물의 온도가 97℃ 이상 유지되도록 천천히 적하하고, 적하가 완료되면 급냉하여 비이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 2. 비이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 200중량부, 비이온성 계면활성제 50중량부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 용해가 완료되면 알칼리제 (20% KOH) 15중량부를 투입하였다. 이때 끓어 넘칠 수 있으므로 천천히 적하하며 적하가 완료되면 95℃ 이상의 온수 735중량부를 반응물의 온도가 97℃ 이상 유지하도록 천천히 적하하고, 적하가 완료되면 급냉하여 비이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 3. 음이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 200중량부, 계면활성제 (지방산A) 40중량부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 용해가 완료되면 음이온성계면활성제 (아민A) 40중량부를 투입하였다. 이때 끓어 넘칠 수 있으므로 천천히 적하하며 적하가 완료되면 95℃ 이상의 온수 720중량부를 반응물의 온도가 97℃ 이상 유지하도록 천천히 적하하고 적하가 완료되면 급냉하여 음이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 4. 음이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 200중량부, 계면활성제 (지방산A) 50중량부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 용해가 완료되면 음이온성계면활성제 (아민A) 30중량부를 투입하였다. 이때 끓어 넘칠 수 있으므로 천천히 적하하며 적하가 완료되면 95℃ 이상의 온수 720중량부를 반응물의 온도가 97℃ 이상 유지하도록 천천히 적하하고, 적하가 완료되면 급냉하여 음이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 5. 양이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 200중량부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 양이온성계면활성제 (아민A) 32중량부와 계면활성제 (지방산C) 7.2중량부를 투입하였다. 이때 끓어 넘칠 수 있으므로 천천히 적하하며 적하가 완료되면 95℃ 이상의 온수 760중량부를 반응물의 온도가 97℃ 이상 유지하도록 천천히 적하하고, 적하가 완료되면 급냉하여 양이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 6. 양이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 200부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 양이온성계면활성제 (아민A) 27중량부 및 계면활성제 (지방산C) 10중량부를 투입하였다. 이때 끓어 넘칠 수 있으므로 천천히 적하하며 적하가 완료되면 95℃ 이상의 온수 756중량부를 반응물의 온도가 97℃ 이상 유지하도록 천천히 적하하고, 적하가 완료되면 급냉하여 양이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 7. 비이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 210중량부, 비이온성 계면활성제 35중량부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 용해가 완료되면 알칼리제 (20% NaOH) 20중량부를 투입하여 상기 실시예 1와 동일한 방법으로 비이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 8. 비이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 210중량부, 비이온성 계면활성제 35중량부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 용해가 완료되면 알칼리제 (20% KOH) 20중량부를 투입하여 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 비이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 9. 음이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 220중량부, 계면활성제 (지방산B) 30중량부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 용해가 완료되면 음이온성계면활성제 (아민B) 30중량부를 투입하여 상기 실시예 3와 동일한 방법으로 음이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 10. 음이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 220중량부, 계면활성제 (지방산B) 40중량부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 용해가 완료되면 음이온성계면활성제 (아민B) 20중량부를 투입하여 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 음이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 11. 양이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 210중량부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 양이온성계면활성제 (아민B) 24중량부와 계면활성제 (지방산D) 5.2중량부를 투입하여 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 양이온성 조성물을 제조하였다.
실시예 12. 양이온성 조성물의 제조
2ℓ 용기에 폴리에틸렌 왁스 210부를 넣은 다음 130℃로 승온하여 용해시킨 후, 양이온성계면활성제 (아민B) 22중량부 및 계면활성제 (지방산D) 5중량부를 투입하여 상기 실시예 6과 동일한 방법으로 양이온성 조성물을 제조하였다.
실험예 1. 안정성 측정
상기 실시예 1 내지 12에서 제조한 수지 조성물의 안정성을 특정하기 위하여, 하기와 같이 실시하였다.
먼저, 상기 오븐 온도가 43℃로 유지되도록 셋팅을 한 다음, 250㎖ 샘플병에 상기 실시예 1 내지 12에서 제조한 수지 조성물을 일정량 담아 오븐에서 4주간 보관하였다. 1주일 마다 1회 점도계를 이용하여 조성물의 점도를 측정하였으며, 조성물의 변질 정도를 육안으로 관찰하였다.
그 결과를 하기 표 1에 나타내었으며, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 조성물은 장기간 보관 시에도 점도 및 상태가 양호한 안정한 조성물임을 확인할 수 있었다.
Figure 112008055611224-pat00001
실험예 2. 종이(시험지)의 제조 및 지분방지력 측정
2-1. 종이(시험지)의 제조
지분방지 효과를 측정하기 위한 시험지를 제조하기 위하여, 하기와 같이 실시하였다. 구체적으로, 수돗물 1ℓ와 LBKP(활엽수 표백 펄프) 50.0g을 2ℓ 용량의 해리기 [쿠마타니리켄(주)제조, 펄퍼(pulper)] 중에 주입하고, 15분 동안 해리를 실시하여 LBKP 펄프 슬러리를 수득하였다. 당해 슬러리의 일부를 취하여 300㎖ 용량의 비커에 넣고, 수돗물로 희석하여 1.5중량%의 LBKP 펄프 슬러리 80g을 수득한 다음, 당해 펄프 슬러리 80g에 대하여, 상기 실시예 1 내지 12의 본 발명의 조성물을 0.12g 첨가하고, 300㎖ 용량의 비커 중 직경 4.5㎝의 터빈 날개에 의해 250rpm× 2분 동안 교반하였다. 그 후, 시트 머신 [참조: 야스다세이키(주)(YASUDA SEIKI SEISAKUSHO., LTD) 제조, TAPPI 스탠다드 시트 머신]에 의해 평량 약 60g/㎡가 되도록 초지하여, 프레스기 [참조: 야스다세이키(주)제조]에 의해 0.35MPa로 5분간 프레스하고, 드럼 건조기 [참조: 야스다세이키(주) 제조]에 의해 105℃에서 80초 동안 건조시켜 시험지를 제조하였다. 비교 시험지는 본 발명의 제지용 윤활제 조성물을 첨가하지 않는 것만 제외하고, 상기와 동일한 방법으로 수행하여 제조하였다.
2-2. 지분방지력 측정
상기에서 제조한 평량 60g/㎡의 시험지의 표면에 흑색 점착 테이프를 붙인 후에, 이것을 벗겨 내고 화상 해석 장치 [참조: 올림퍼스(주)(OLYMPUS CORP.) 제조, SP500F]로 흑색 점착 테이프에 부착된 펄프 섬유의 면적율을 측정하여 지분의 발생 정도를 평가하였다.
지분 발생의 평가는 하기의 기준으로 실시하였다.
부착 펄프의 면적율이 10% 미만일 경우 : 지분의 발생이 적다 (표 중에 O로 표시)
부착 펄프의 면적율이 10% 이상일 경우 : 지분의 발생이 많다 (표 중에 X로 표시)
그 결과를 하기 표 2에 나타내었으며, 표 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 제지용 윤활제 조성물을 첨가하여 제조된 종이에서는 부착 펄프의 면적율이 모두 10% 미만으로 지분이 거의 발생하지 않음을 알 수 있었다.
구분 면적율(%) 평가
실시예 1 7.8 O
실시예 2 7.2 O
실시예 3 7.3 O
실시예 4 7.5 O
실시예 5 8.1 O
실시예 6 8.7 O
실시예 7 8.5 O
실시예 8 9.0 O
실시예 9 7.5 O
실시예 10 7.8 O
실시예 11 8.2 O
실시예 12 8.3 O
비교예(blank) 13.4 X

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  7. 폴리에틸렌 왁스 100 ~ 400 중량부 및 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 음이온성 계면활성제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 계면활성제 10 ~ 200 중량부를 130 ~ 160℃로 승온하여 용해시킨 다음, 90 ~ 100 ℃, 550 ~ 850 중량부의 물을 반응물의 온도가 100 ~ 130 ℃로 유지되도록 천천히 적가한 후, 적하가 왼료되면 반응물을 급냉하는 것을 특징으로 하는 제지용 윤활제 조성물의 제조방법
  8. 제7항에 있어서, 상기 제조방법은 10 ~ 30 중량부의 20% 수산화나트륨 또는 20% 수산화칼륨의 알칼리제를 천천히 적가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 제지용 윤활제 조성물의 제조방법.
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