KR101737135B1 - 종이 코팅 용도에서의 알루미늄 포스페이트, 폴리포스페이트 및 메타포스페이트 입자의 용도 - Google Patents

종이 코팅 용도에서의 알루미늄 포스페이트, 폴리포스페이트 및 메타포스페이트 입자의 용도 Download PDF

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번지 페르틸리잔테스 에씨.아.
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Abstract

알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료를 포함하는 종이용 코팅 조성물이 본원에서 제공된다. 이러한 조성물의 제조 및 사용 방법이 기술된다.

Description

종이 코팅 용도에서의 알루미늄 포스페이트, 폴리포스페이트 및 메타포스페이트 입자의 용도{USE OF ALUMINUM PHOSPHATE, POLYPHOSPHATE AND METAPHOSPHATE PARTICLES IN PAPER COATING APPLICATIONS}
알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 입자를 포함하는 코팅 조성물을 베이스지(base paper)의 하나 이상의 면 상에 포함하는 코팅지(coated paper) (하이-벌크(high bulk) 코팅지 포함)가 본원에서 제공된다. 이러한 코팅지 및 코팅 조성물의 제조 및 사용 방법이 또한 기술된다.
코팅지는 포장지, 보드 아트지(board art paper), 소책자, 잡지, 카탈로그 및 전단이 포함되는 광범위한 제품에 사용된다. 이같은 코팅지는 백색도, 불투명도 및 시트 광택도가 포함되는 광범위한 성질, 뿐만 아니라 인쇄 성능을 제공하도록 요구된다. 코팅지 및 코팅 조성물의 예가 미국 특허 번호 7,425,246; 7,407,700; 7,160,419; 7,435,483 및 7,201,826에 기술되어 있고, 이들 모두는 전문이 참고로 포함된다.
일반적으로 코팅 조성물은 결합제 및 기타 선택적인 성분들과 함께 입상 안료 물질의 유체 수성 현탁액을 형성시킴으로써 제조된다. 코팅지를 제조하는데 사용되는 다양한 코팅 장치에 의해 코팅물이 편리하게 적용될 수 있다. 코팅 조성물에서 사용하기 위한 안료에는 이산화티탄, 제올라이트 등이 포함된다. 그러나, 이산화티탄은 제작하기에 비용이 많이 드는 안료인 것으로 공지되어 있다.
성질이 개선된 코팅지 및 비용-효과적인 코팅 조성물이 계속 요구된다.
알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 입자를 포함하는 코팅 조성물을 베이스지의 하나 이상의 면 상에 포함하는 코팅지가 본원에서 제공된다. 특정 실시양태에서, 이러한 알루미늄 포스페이트 조성물은 기존의 코팅되지 않은 종이 및 다른 안료로 제조된 코팅지에 비해 특성들이 개선된 코팅지가 생산되도록 종이를 코팅하는데 사용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 더욱 벌크성인 코팅지가 본원에서 제공된다. 한 측면에서, 통상적으로 제조된 동일한 중량의 코팅지보다 총 두께 중 더 낮은 분율을 형성하는 코팅물 및 총 두께 중 더 높은 분율을 형성하는 종이 베이스가 있는, 벌크성이 높은 코팅지의 제조 방법이 제공된다. 이러한 방법은 높은 백분율, 즉 50％ 초과, 바람직하게는 55 내지 75％ 범위이고, 60 내지 65％를 목표로 하는 백분율의 기계 펄프, 또는 당업계에 공지된 기타 유사 펄프가 있는 퍼니시(furnish)를 사용하는 단계, 이러한 퍼니시를 예를 들어 갭(gap) 형성기가 있는 2-와이어 또는 트윈(twin)-와이어 종이 기계에 적용하는 단계, 종이를 알루미늄 포스페이트 안료 (한 실시양태에서, 코팅 안료 100부 당 4부 이상 또는 7부 이상의 농도)를 함유하는 코팅물로 코팅하는 단계, 및 코팅지를 통상적인 수퍼캘린더(supercalender) 로딩(loading)보다 적은 로딩으로 캘린더링(calendering)하는 단계를 포함한다. 한 실시양태에서, 경량 등급의 코팅지 예컨대 초경량 코팅지가 본원에서 제공된다.
특정 실시양태에서, 코팅 조성물은 하나 이상의 첨가제 및 임의적인 하나 이상의 추가적인 안료, 예컨대 탄산칼슘 (중질 탄산칼슘 (GCC), 침강성 탄산칼슘 (PCC) 포함), 하소 카올린, 수화 카올린, 판상 점토, 카올린 점토, 활석, 운모, 백운석, 실리카, 실리케이트, 제올라이트, 석고, 새틴 화이트, 티타니아, 이산화티탄, 황산칼슘, 블랑 픽스(blanc fixe) 또는 황산바륨, 알루미늄 3수화물, 플라스틱 안료, 및 이들의 조합물을 추가로 포함한다. 적절한 첨가제는, 예를 들어, 결합제, 윤활제, 분산제, 균등화제, 거품제거제, 습윤제, 광학 증백제, 살생제, 가교제, 수분 보유 보조제, 점도 변형제 또는 증점제 및 이들의 조합물로부터 선택될 수 있다. 특정 실시양태에서, 용매는 물이다.
일반적으로, 본원에 기술된 코팅 조성물 내에 존재하는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 양은 최종 코팅지 제품의 원하는 성질에 따라 크게 변할 수 있다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료는 코팅 조성물 내의 고체의 총 중량의 약 1％, 3％, 5％, 7％, 10％, 12％, 15％, 20％, 25％, 30％, 40％ 또는 50％를 초과하는 양으로 조성물에서 사용된다. 특정 실시양태에서, 본원에 기술된 코팅 조성물은 수성 조성물이다.
본원에서 제공되는 코팅지는 지클리(Giclee) 인쇄 컬러 복사, 제로그래피, 스크린 인쇄, 그라비어, 염료-승화, 플렉소그래피, 잉크젯 인쇄, 사진, 오프셋 인쇄 (웹 오프셋 인쇄 포함), 전자사진 인쇄, 열 전사 기록을 위한 영상 기록지, 잉크젯 기록, 및 기타 용도가 포함되는 다양한 인쇄 용도에 적절하다.
한 측면에서, 알루미늄 포스페이트 조성물을 포함하는 잉크젯 용지 및 디지털 인쇄 용지가 본원에서 제공된다.
또 다른 측면에서, 알루미늄 포스페이트 조성물을 포함하는, 오염(smudging)을 방지하고 영상 충실도를 개선하기 위한 직접적인 인쇄후 플렉소그래피용 코팅 라이너보드(linerboard)가 본원에서 제공된다. 특정 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트 조성물은 당업계에 공지된 기타 안료를 포함하는 조성물과 조합되어 이러한 용도에서 사용된다.
또 다른 측면에서, 출판용 초경량 코팅지가 본원에서 제공된다.
또 다른 측면에서, 알루미늄 포스페이트 조성물을 포함하는 그라비아 인쇄 용지가 본원에서 제공된다.
본원에서 제공되는 코팅지는 광택도, 평활도, 불투명도 및/또는 백색도가 포함되는 성질들이 개선되었다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 코팅지는 TAPPI 테스트 방법 T480 om-92에 의해 측정된 코팅 광택도가 75°에서 약 20％ 이상이다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 코팅지는 파커 인쇄 표면(Parker Print Surface)에 대한 TAPPI 테스트 방법인 T555 om-99를 사용하여 측정 시 평활도가 5.0, 4.0, 3.0, 2.0 또는 1.0 미만이다. 특정 실시양태에서, 코팅지는 TAPPI 테스트 방법 T425 om-91을 사용하여 측정 시 불투명도가 80％를 초과한다. 특정 실시양태에서, 코팅지는 TAPPI 테스트 방법 T452 om 92를 사용하여 측정 시 백색도가 약 70％, 73％, 75％, 77％, 80％, 85％ 또는 90％를 초과하는 GE 백색도이다.
한 측면에서, 본원에서 제공되는 코팅지에서 사용되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 실리카 및/또는 기타 특수 안료와 비교하여 유동학이 개선되었다. 특정 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트 조성물은 코팅기 작업성을 개선시키고/시키거나 건조에서의 에너지 소비를 개선시킨다. 다른 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트 조성물은 기존의 조성물과 비교하여 고체의 백분율이 더 높고 전단 담화(shear thinning) 유동학이 양호한 수성 슬러리의 형태이다. 따라서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 기존의 조성물보다 더 높은 고체 코팅물 백분율로 인해 더 신속한 온-머신(on-machine) 건조 속도를 초래하고, 이는 더 낮은 건조 비용 및 감소된 인쇄 얼룩을 초래한다.
특정 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트 조성물은 온-머신 코팅 작업성이 강화되었고, 따라서 기존의 조성물에 비해 생산 속도가 강화되었다. 다른 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트 조성물은 에인레너(Einlehner) 마모가 낮고, 이는 공정 설비에 대한 감소된 마멸을 초래하고, 그리퍼(gripper) 막대에 의해 종이 상에 금속 자국이 남지 않는다.
한 실시양태에서, 본원의 알루미늄 포스페이트 조성물은 기존의 조성물과 비교하여 더 높은 조성물 고체를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 벌크 밀도가 낮다.
또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 본질적으로 더스팅(dusting) 없이 종이를 코팅하고/하거나, 사이안, 마젠타, 황색, 흑색 (CMYK)의 4색 잉크젯 인쇄의 광학/반사 밀도가 개선되었고/되었으며, 미립자가 거의 없으면서 입자 크기 분포가 좁고/좁거나, 기존의 조성물과 비교하여 종이 기계 시험에서 1차 통과 유지가 개선되었다.
또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 내부 공극 부피로 인해 더 가벼운 코팅 중량을 가능하게 한다.
특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 잉크젯 인쇄 밀도가 개선되었고/되었거나, 인쇄 용지에서의 잉크 수용성이 개선되었고/되었거나, 불투명도가 개선되었다.
한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 적용 동안 베이스 시트의 침지가 더 적고 베이스 시트의 조화(roughening)가 감소되었으며, 이는 더 평활한 코팅 시트를 초래한다.
또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 더 높은 작업 속도 및 더 높은 생산율을 허용한다. 또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 저속 오프(off) 기계 코팅 라인 상에서만 보다는 고속 종이 기계 상에서 코팅하는 능력이 있고, 이는 폐기물 및 비용을 감소시킨다.
한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 프린트-쓰루(print-through)를 방지하기 위해 신문용지에서의 충전제로서, 그리고 변색 방지, 기체 여과, 여과지 및 압지와 같은 특수 기술 용지에서의 충전제로서 작용할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 미세입상물질 유지 보조제로서, 부유-세정 시스템과 조합되어 잉크제거 보조제로서, 또는 재생 라이너보드에서 마찰 계수 (COF) 제어 보조제로서 사용된다.
도 1은 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 코팅 조성물들에 대한 100 RPM에서의 저-전단 점도의 비교를 제공한다.
도 2는 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 코팅 조성물들에 대한 100 RPM에서의 고-전단 점도의 비교를 제공한다.
도 3은 점진적으로 TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체함으로써 수득된 코팅 제제에 대한 100 RPM에서의 저-전단 점도를 제공한다.
도 4는 점진적으로 TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체함으로써 수득된 코팅 제제에 대한 100 RPM에서의 고-전단 점도를 제공한다.
도 5는 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 코팅 조성물들에 대한 수분 보유 성질의 비교를 제공한다.
도 6은 TiO2를 알루미늄 포스페이트로 교체하는 것에 의한 코팅 조성물의 수분 보유에 대한 영향을 제공한다.
도 7은 캘린더링 전의 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물들로 코팅된 종이의 불투명도의 비교를 제공한다.
도 8은 캘린더링 후의 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물들로 코팅된 종이의 불투명도의 비교를 제공한다.
도 9는 코팅지의 불투명도에 대한 TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체하는 것의 영향을 제공한다.
도 10은 캘린더링 전 및 후의 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물들로 코팅된 종이의 백색도의 비교를 제공한다.
도 11은 코팅지의 백색도에 대한 TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체하는 것의 영향을 제공한다.
도 12는 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물들로 코팅된 종이의 광택도의 비교를 제공한다.
도 13은 코팅지의 광택도에 대한 TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체하는 것의 영향을 제공한다.
도 14는 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물들로 코팅된 종이의 표면 강도의 비교를 제공한다.
도 15는 코팅지의 표면 강도에 대한 TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체하는 것의 영향을 제공한다.
도 16은 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물들에 대한 표면 덮힘률의 비교를 제공한다.
도 17은 광택도 대 코팅 조건의 플롯을 나타낸다.
도 18은 평활도 대 코팅 조건의 플롯을 나타낸다.
도 19는 백색도 대 코팅 조건의 플롯을 나타낸다.
도 20은 CD (교차 방향) 광택도 대 코팅 조건의 플롯을 나타낸다.
도 21은 MD (기계 방향) 광택도 대 코팅 조건의 플롯을 나타낸다.
도 22는 캘린더링된 백색도 대 코팅 조건의 플롯을 나타낸다.
도 23은 캘린더링된 평활도 대 코팅 조건의 플롯을 나타낸다.
도 24는 캘린더링된 불투명도 대 코팅 조건의 플롯을 나타낸다.
도 25는 대조군 코팅물 (제제 #1)에 대한 코팅물 제조 개략도를 도해한다.
도 26은 5부 치환 코팅물 (제제 #2)에 대한 코팅물 제조 개략도를 도해한다.
도 27은 10부 치환 코팅물 (제제 #3)에 대한 코팅물 제조 개략도를 도해한다.
도 28은 PVOH 무첨가 시의 알루미늄 포스페이트 안료의 양에 대한 백색도의 플롯을 나타낸다.
도 29는 PVOH 첨가 시의 알루미늄 포스페이트 안료의 양에 대한 백색도의 플롯을 나타낸다.
도 30은 PVOH 무첨가 시의 알루미늄 포스페이트 안료의 양에 대한 형광물 개수의 플롯을 나타낸다.
도 31은 PVOH 첨가 시의 알루미늄 포스페이트 안료의 양에 대한 형광물 개수의 플롯을 나타낸다.
도면 및 실시예 1-3에서, 알루미늄 포스페이트 안료는 안료 X 또는 PX로 또한 지칭된다.
하기의 설명에서, 본원에 개시된 모든 숫자는 단어 "약" 또는 "대략적"이 이와 함께 사용되는지 여부와 관계없이 근삿값이다. 이들은 1％, 2％, 5％, 또는 때때로 10 내지 20％만큼 변할 수 있다. 하한 RL 및 상한 RU의 수치 범위가 개시될 때마다, 이러한 범위 내에 속하는 임의의 숫자가 명확하게 개시된 것이다. 특히, 범위 내의 하기의 숫자들이 명확하게 개시된 것이다: R=RL+k*(RU-RL) [식중, k는 1％ 증분으로의 1％ 내지 100％ 범위의 변수이고, 즉, k는 1％, 2％, 3％, 4％, 5％, ..., 50％, 51％, 52％,..., 95％, 96％, 97％, 98％, 99％, 또는 100％이다]. 또한, 상기에서 정의된 바와 같은 2개의 숫자 R에 의해 정의되는 임의의 수치 범위가 또한 명확하게 개시된다.
알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트, 알루미늄 폴리포스페이트 입자 또는 이들의 조합물을 포함하는 코팅 조성물을 베이스지의 하나 이상의 면 상에 포함하는 코팅지가 본원에서 제공된다. 특정 실시양태에서, 코팅 조성물은 용매, 첨가제 및 임의적인 하나 이상의 추가적인 안료를 추가로 포함한다.
본원에서 사용된 용어 "알루미늄 포스페이트" 및 "알루미늄 포스페이트 조성물"은 알루미늄 포스페이트뿐만 아니라 알루미늄 폴리포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 및 이들의 혼합물을 포함하도록 의도된다.
본원에서 지칭되는 용어 "공극"은 일반적으로 용어 "중공 입자"와 동의어이고, 본원에서 "폐쇄 공극"으로 또한 기술된다. 공극 (또는 폐쇄 공극 또는 중공 입자)은 알루미늄 포스페이트 혼합물의 코어(core) 및 쉘(shell) 구조물의 일부분이다. 투과 또는 주사 전자 현미경 ("TEM" 또는 "SEM")을 사용하여 공극을 관찰하고/하거나 특성화할 수 있다. TEM 또는 SEM의 사용은 당업자에게 주지되어 있다. 일반적으로, 광학적 현미경검사는, 빛의 파장에 의해, 백 나노미터, 통상적으로는 수백 나노미터의 범위의 분해능으로 제한된다. TEM 및 SEM은 이러한 제한이 없고, 수 나노미터 범위의 상당히 더 높은 분해능을 달성할 수 있다. 광학 현미경은 광파를 굴절시킴으로써 광파를 초점에 모으도록 광학 렌즈를 사용하는 한편, 전자 현미경은 전자 빔을 굴절시킴으로써 전자 빔을 초점에 모으도록 전자기 렌즈를 사용한다. 전자 빔은 배율 수준의 제어 및 생성될 수 있는 영상의 선명도 양쪽 모두에서 광선에 비해 큰 장점을 제공한다. 주사 전자 현미경은 샘플 표면의 3차원 영상을 수득하기 위한 도구를 제공한다는 점에서 투과 전자 현미경을 보완한다.
무정형 (즉, 비-결정질) 고체는 조성이 유사한 이의 결정질 대응물과 차이를 나타내고, 이같은 차이가 유리한 성질을 초래할 수 있다. 예를 들어, 이같은 차이는 하기의 것들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: (i) 비-결정질 고체는 x-선을 뚜렷하게 정의된 각도로 회절시키지 않지만, 대신 넓게 산란된 원광을 생성시킬 수 있다; (ii) 비-결정질 고체는 충분히 정의된 화학양론이 없고, 따라서 광범위한 화학 조성을 포괄할 수 있다; (iii) 화학 조성의 변화성은 알루미늄 및 포스페이트 이온 이외의 이온 성분의 혼입 가능성을 포함한다; (iv) 무정형 고체는 열역학적으로 준-안정성이기 때문에, 자발적인 형태학적, 화학적 및 구조적 변화가 진행되는 경향을 나타낼 수 있다; (v) 결정질 입자 표면의 화학 조성은 고도로 균일한 반면, 무정형 입자의 표면의 화학 조성은 갑작스러운 또는 점진적인 크고 작은 차이를 나타낼 수 있다. 또한, 결정질 고체의 입자는 주지된 메커니즘인 오스트발트 숙성(Ostwald ripening)에 의해 성장하는 경향이 있는 반면, 비-결정질 입자는 수분 흡착 및 탈착에 의해 팽창 또는 팽윤 및 수축 (탈-팽윤)하여, 전단, 압착 또는 모세관 힘에 적용되는 경우 쉽게 변형되는 젤-유사 또는 가소성 물질을 형성할 수 있다.
코팅 조성물에서 사용되는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및 알루미늄 폴리포스페이트 입자는 일반적으로 여러 상이한 특징들을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및 알루미늄 폴리포스페이트 입자는, 분말 형태로 제조되는 경우, 입자들 중 일부에 평균적으로 입자 당 1개 이상의 공극이 있는 입자를 포함한다. 또한, 알루미늄 포스페이트, 폴리포스페이트 및/또는 메타포스페이트가 분말 형태인 경우, 시차 주사 열량계 테스트에 적용된 샘플은 2가지 상이한 흡열 피크를 나타낼 것이고, 이때 상기 피크는 일반적으로 90℃ 내지 250℃에서 발생한다. 특정 실시양태에서, 제1 피크는 대략적으로 약 96℃ 내지 116℃인 대략적인 온도에서 발생하고, 제2 피크는 대략적으로 149℃ 내지 189℃인 온도에서 발생한다. 다른 실시양태에서, 2개의 피크는 약 106℃ 및 약 164℃에서 발생한다. 또한, 알루미늄 포스페이트는, 본원에 기술된 바와 같이, 우수한 분산성 특징을 전형적으로 나타낸다.
특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 코팅 조성물에서 사용하기 위한 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 이온, 예컨대 나트륨, 칼륨 또는 리튬 이온을 추가로 포함한다. 한 실시양태에서, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 나트륨을 추가로 포함한다. 특정 실시양태에서, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 1.95 내지 2.50 g/㎤의 골격 밀도를 특징으로 한다. 특정 실시양태에서, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 약 1.95, 2.00, 2.10, 2.20, 2.30, 2.40 또는 2.50 g/㎤의 골격 밀도를 특징으로 한다. 특정 실시양태에서, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 알루미늄에 대한 인의 몰비가 0.8 초과 내지 1.3이다. 특정 실시양태에서, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 알루미늄에 대한 인의 몰비가 0.9 초과 내지 1.3이다. 특정 실시양태에서, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 알루미늄에 대한 인의 몰비가 약 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2 또는 1.3이다. 특정 실시양태에서, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 알루미늄에 대한 나트륨의 몰비가 약 0.6 내지 1.4이다. 특정 실시양태에서, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 알루미늄에 대한 나트륨의 몰비가 0.6, 0.7, 0.76, 0.8, 0.9, 1.0, 1.1, 1.2 또는 1.3이다.
한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 코팅 조성물에서 사용하기 위한 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 분말 형태이고, 예를 들어, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트 분말의 입자 당 1개 내지 4개의 공극이 있다. 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트 분말은 폐쇄 공극 또는 중공 입자를 형성하는 이러한 경향을 알루미늄 포스페이트, 폴리포스페이트 또는 임의의 기타 분자에 대해 기존에 관찰되지 않은 정도로 나타낸다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트, 폴리포스페이트 또는 메타포스페이트의 입자는 다수의 폐쇄 공극을 함유하는 한편 개방 공극이 실질적으로 없다. 분말 형태의 제품은 10 내지 80 또는 20 내지 80 ㎚의 평균 개별 입자 반경 크기를 포함할 수 있다. 한 측면에서, 분말 형태의 제품은 10 내지 70, 10 내지 60, 10 내지 50, 10 내지 40, 10 내지 30 또는 10 내지 20 ㎚의 평균 개별 입자 반경 크기를 포함할 수 있다. 한 측면에서, 분말 형태의 제품은 20 내지 70, 20 내지 60, 20 내지 50, 20 내지 40, 또는 20 내지 30 ㎚의 평균 개별 입자 반경 크기를 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 광 산란을 최대화하도록 알루미늄 포스페이트 입자의 입자 크기가 제어된다. 특정 실시양태에서, 입자 크기는 실라스(Cilas) 모델 1064 기구에서 정적 광 산란에 의해 결정된다. 특정 실시양태에서, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 약 0.1 내지 약 5 ㎛의 입자 크기 분포를 특징으로 한다. 한 실시양태에서, 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트는 약 0.2 내지 약 0.6 ㎛, 약 0.6 내지 약 1.0 ㎛, 약 1.0 내지 약 1.5 ㎛, 약 1.0 내지 약 3.0 ㎛ 또는 약 1.60 내지 약 3.82 ㎛의 입자 크기 분포를 특징으로 한다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트는 해머 밀(hammer mill)에서 3 ㎛ (d10) 및 19 ㎛ (d90) 이내의 입자 크기로 미분화된다. 한 실시양태에서, 고도로 희석된 초음파분쇄된 샘플에 대한 입자 크기는 동적 광 산란 기구 (브룩헤이븐(Brookhaven)의 제타플러스(ZetaPlus))에서 0.1 ㎛이다.
일반적으로, 본원에 기술된 코팅 조성물 내에 존재하는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 양은 최종 코팅지 제품의 원하는 성질에 따라 크게 변할 수 있다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료는 코팅 조성물 내의 고체의 총 중량의 약 1％, 3％, 5％, 7％, 10％, 12％, 15％, 20％, 25％, 30％, 35％, 40％ 또는 50％를 초과하는 양으로 조성물에서 사용된다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료는 고체의 총 중량의 약 1％ 내지 약 45％, 3％ 내지 약 40％, 5％ 내지 30％, 5％ 내지 20％의 양으로 조성물에서 사용된다.
특정 실시양태에서, 본원에 기술된 코팅 조성물은 수성 조성물이다. 조성물은 원하는 유동성 성질이 있는 조성물을 제공하는데 충분한 양으로 물을 포함한다. 즉, 코팅 조성물은 조성물이 종이 기판에 적용되어 종이 기판 상에서 연속적인 코팅물을 형성하도록 하기에 충분히 유동성이어야 한다. 특정 실시양태에서, 조성물 내의 물은 조성물의 총 중량의 약 10％, 20％, 30％, 40％, 50％ 또는 60％를 초과하는 양이다. 특정 실시양태에서, 조성물 내에 존재하는 물은 약 10 중량％ 내지 70 중량％, 약 20 중량％ 내지 약 60 중량％, 약 30 중량％ 내지 약 60 중량％의 양이다.
어떠한 특정 이론에도 한정되지 않으면서, 본원에서 제공되는 코팅지에서 사용되는 무정형 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료가 변형성이어서, 조성물에서 사용되는 결합제, 예컨대 라텍스와 함께 유동하고, 종이 코팅물 내의 구멍을 채우는데 요구되는 형상을 취하며, 이는 평활한 표면 (광택)을 제공하는 것으로 여겨진다. 라텍스에 대한 표면의 강한 결합 성질을 노출시키는 열 노출 및 캘린더링 (압력) 동안 방출되는 표면수를 안료가 흡수한 것으로 또한 여겨진다.
본원에서 제공되는 코팅지 및 종이 제품에서 사용되는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료는 미국 공개 번호 2006/045831 및 미국 공개 번호 2006/0211798 및 국제 공개 번호 WO 2008/017135 (모두 전문이 참고로 본원에 포함됨)에 기술된 방법들이 포함되는 당업자에게 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 미국 공개 번호 2006/045831 및 미국 공개 번호 2006/0211798에는 인산을 황산알루미늄 및 알칼리성 물질 예컨대 수산화나트륨과 조합함으로서 무정형 알루미늄 포스페이트를 제조하는 방법이 개시되어 있는 한편, 국제 공개 번호 WO 2008/017135에는 상이한 공정, 즉 알루민산나트륨의 사용을 조합하는 것을 포함하는 공정에 의해 무정형 알루미늄 포스페이트를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 한 예시적인 실시양태에서, 인산 및 수산화알루미늄을 조합하여 산성 알루미늄 포스페이트 용액 또는 현탁액을 형성시킨 후, 이러한 용액 또는 현탁액을 알루민산나트륨의 첨가에 의해 중화시키는 2-단계 방법에 의해 무정형 알루미늄 포스페이트가 제조된다. 또 다른 예시적인 실시양태에서, 단일 단계에서 인산, 수산화알루미늄 및 알루민산나트륨을 반응시킴으로써 무정형 알루미늄 포스페이트가 제조된다.
베이스지
코팅지를 제조하기 위한 적절한 베이스지에는 박엽지, 크라프트지, 고급종이, 면 섬유 종이, 바리타지, 재생 및 미표백 판지, 및 표백 판지, 및 웨트-엔드(wet-end) 종이 펄프 또는 웨트-엔드 종이 시트 (천연 셀룰로스성, 재생 또는 합성 섬유 펄프 또는 이로부터 제조된 시트 포함)가 포함된다. "종이 적층물"이라는 구절은 2개 이상의 종이 층 또는 적층을 포함하는 종이를 의미한다.
베이스지는 당업자에게 공지된 적절한 성분, 예를 들어, 화학 펄프, 예컨대, 크라프트 펄프 (KP), 아황산 펄프, 기계 펄프, 예를 들어, 석재 쇄목 펄프 (SGP), 리파이너(refiner) 쇄목 펄프 (RGP), 열-기계 펄프, 화학-열-기계 펄프 및 표백 화학-열-기계 펄프, 폐지 펄프, 예를 들어, 탈묵 펄프, 및 비-목재 펄프, 예를 들어, 버개스(bagasse), 에스파르토(esparto), 케나프(kenaf), 대나무, 짚, 아마 및 황마 펄프로부터 생산될 수 있다. 또한, 펄프가 합성 유기 섬유, 예를 들어, 폴리아미드 및 폴리에스테르 섬유, 재생 섬유, 예를 들어, 폴리노직(polynosic) 섬유, 및 무기 섬유, 예를 들어, 유리, 세라믹 및 탄소 섬유로부터 선택된 하나 이상의 구성원과 조합되어 사용될 수 있다. 특정 실시양태에서, 무염소 펄프, 예를 들어 ECF (Elemental Chlorine Free) 펄프 및 TCF (Totally Chlorine Free) 펄프가 베이스지를 형성하기 위한 펄프로서 사용된다.
첨가제
본원에서 제공되는 코팅지에서 사용되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 조성물의 성능을 개선시키기 위한 하나 이상의 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다. 적절한 첨가제는, 예를 들어, 결합제, 윤활제, 분산제, 균등화제, 거품제거제, 습윤제, 광학 증백제, 살생제, 가교제, 수분 보유 보조제, 점도 변형제 또는 증점제, 및 이들의 조합물로부터 선택될 수 있다. 조성물에서 사용되는 다양한 성분들이 문헌 [Lehtinen, Esa, Pigment Coating and Surface Sizing of Paper, Helsinki: Fapet Oy, 2000]에 기술되어 있다. 이러한 간행물의 전체 개시내용이 본원에 참고로 포함된다.
본원에서 제공되는 코팅 조성물 중 일부에서, 존재하는 첨가제는 "알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료 100부 당 부"로서 조성물 내에 포함된다; 즉, 결합제 및 다양한 기타 첨가제의 양은 존재하는 안료의 양에 대해 언급된다. 특정 실시양태에서, 100부 당 부에 대한 언급은 알루미늄 포스페이트 안료를 포함하는 제제 내의 모든 안료의 총량에 대한 것이다. 본원에 기술된 조성물 내에 존재하는 결합제의 양은 최종 종이 제품의 원하는 성질에 따라 크게 변할 수 있다. 당업자는 당업계에서 입수가능한 지식 및 본원의 개시내용을 기초로 원하는 용도를 위한 결합제의 적절한 양을 결정할 수 있다.
결합제
한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 조성물은 결합제 또는 접착제를 추가로 포함한다. 결합제는 코팅 공정 동안 및 코팅 공정 후 양쪽 모두에서 코팅지의 성질을 개선시킨다. 구체적으로, 코팅 공정 동안, 결합제는 건조된 코팅물 내의 모든 코팅 성분의 응집 및 종이 웹에 대한 코팅물의 접착을 제공한다. 추가로, 결합제는, 물과 함께, 안료에 대한 담체로서의 역할을 하고, 코팅 절차 동안 조성물의 유동학적 거동 및 수분 보유에 영향을 미친다. 특정 실시양태에서, 결합제는 약 1부 (안료 100부 당) 내지 약 30부 (안료 100부 당)의 양으로, 또 다른 실시양태에서는 약 5부 (안료 100부 당) 내지 약 25부 (안료 100부 당)의 양으로 존재한다.
본원에서 제공되는 조성물에서 사용하기 위한 적절한 결합제에는, 예를 들어, 단백질, 전분, 검, 수지, 에멀션 중합체 예컨대 라텍스, 카세인, 폴리비닐 알콜, 및 이들의 조합물이 포함된다. 조성물에서 결합제로서 사용하기 위한 적절한 단백질에는 콩 단백질 및 카세인이 포함된다. 조성물에서 결합제로서 사용하기 위한 적절한 전분에는 옥수수 전분, 타피오카, 감자, 수수, 찰옥수수, 찰수수, 고구마, 쌀, 및 밀 전분이 포함된다. 적절한 라텍스 에멀션 중합체에는 스티렌 부타디엔 고무, 스티렌 아크릴레이트, 스티렌 아크릴로니트릴, 비닐 아크릴레이트, 아크릴, 폴리비닐 아세테이트, 및 이들의 조합물이 포함된다. 또다른 적절한 결합제는 미국 특허 6,825,252에 기술된 바와 같이 전분으로부터 제조된 생체중합체 나노입자 라텍스이다.
조성물용 수지에는 코팅물 및 최종 사용 용도와 양립성인 단량체 또는 중합체 또는 이들의 조합물이 포함된다. 적절한 수지에는 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아크릴 수지, 폴리에스테르-에폭시 수지 또는 이들의 조합물이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다. 적절한 폴리에스테르 수지는, 예를 들어, 포화 다가산 또는 이의 무수물과 폴리알콜 간의 중합-축합 반응에 의해 수득될 수 있다. 에폭시 수지의 예로는 비스페놀(Bisphenol)-A 수지, 노볼락 에폭시 수지, 고리형 에폭시 수지 또는 이들의 조합물이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다. 특정 실시양태에서, 아크릴산 및 다양한 공중합성 단량체, 예를 들어, 불포화 올레핀계 단량체, 예컨대 에틸렌, 프로필렌 및 이소부틸렌, 방향족 단량체 예컨대 스티렌, 비닐톨루엔, 알파-메틸 스티렌, 아크릴산 및 메타크릴산과 탄소수 1 내지 18의 알콜의 에스테르, 예컨대 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 탄소수 2 내지 11의 카르복실산의 비닐 에스테르, 예컨대 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐-2-에틸헥실아크릴레이트 또는 기타 공-단량체 예컨대 비닐 클로라이드, 아크릴로니트릴 및 메타크릴로니트릴과 같은 관능성 단량체의 공중합에 의해 아크릴 수지가 수득될 수 있다. 폴리우레탄 수지의 일부 예로는 이소시아네이트와 다양한 폴리올의 중축합에 의해 수득되는 블록형 우레탄 중합체가 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.
한 실시양태에서, 수지에는 분자 당 1개 이상의 히드록실 기 및 1개의 에폭시 기를 함유하는 아크릴 수지가 포함된다. 이같은 아크릴 수지는, 예를 들어, 히드록실-함유 중합성 단량체, 에폭시-함유 중합성 단량체, 아크릴계 중합성 단량체, 및 필요하다면 또 다른 중합성 단량체(들)을 공중합시킴으로써 수득될 수 있다. 히드록실-함유 중합성 단량체는 분자 당 1개 이상의 히드록실 기 및 중합성 이중 결합을 함유하는 화합물이고, 이의 예로는 상기의 것들을 락톤과 반응시킴으로써 수득되는 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트, 히드록시프로필 아크릴레이트, 히드록시프로필 메타크릴레이트, 히드록시부틸 아크릴레이트, 히드록시부틸 메타크릴레이트 또는 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트가 포함된다. 에폭시-함유 중합성 단량체는 분자 당 에폭시 기 및 중합성 이중 결합을 각각 1개 이상 함유하는 화합물이고, 이의 예로는 글리시딜 아크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트 및 알릴글리시딜 에테르가 포함된다. 아크릴계 중합성 단량체로는 아크릴산 또는 메타크릴산과 C1-C20 모노알콜의 모노에스테르화 생성물이 포함되고, 이의 구체적인 예로는 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 헥실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트 및 시클로헥실 메타크릴레이트가 포함된다. 또한, 아크릴산 또는 메타크릴산의 C2-C20 알콕시알킬 에스테르 또한 아크릴계 중합성 단량체로서 사용될 수 있다.
윤활제
조성물에서 사용하기 위한 윤활제는 인산의 폴리옥시알킬렌 모노- 또는 디-에스테르 또는 이들의 혼합물, 또는 인산 염의 폴리옥시알킬렌 모노- 또는 디-에스테르 또는 이들의 혼합물, 지방산, 지방산의 알칼리금속 염, 또는 지방산의 알칼리토금속 염, 술폰화 오일, 아민, 칼슘 또는 암모늄 스테아레이트, 요소, 에톡실화 글리세롤, 에톡실화 프로폭실화 글리세롤, 레시틴 올레에이트 및 적합한 유화제를 포함한다. 한 실시양태에서, 윤활제는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 약 2 중량％, 1.5 중량％ 또는 1 중량％까지의 양으로 존재한다.
분산제
본원에서 사용하기 위한 분산제는 (i) 아민, 알콜 및/또는 알칸올 아민 및 (ii) 무기 및/또는 유기 다양성자 산의 염 및/또는 에스테르를 포함하고, 이때 아민, 알콜 및/또는 알칸올 아민 대 다양성자 산의 몰비는 3:1을 초과한다. 다양한 실시양태에서, 아민, 알콜 및/또는 알칸올 아민 대 다양성자 산의 몰비는 4:1 내지 약 20:1이다. 이러한 몰비는 안정성, 은폐력, 착색 강도, 및/또는 광택도가 개선된 안료의 생산을 허용한다.
분산제를 제조하는데 사용하기에 적절한 하나 이상의 아민, 알콜 및/또는 알칸올 아민에는 아미노 알콜, 디올, 트리올, 아미노폴리올, 폴리올, 1차 아민, 2차 아민, 3차 아민, 4차 아민 또는 이들의 조합물이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다. 한 실시양태에서, 아민 및/또는 알콜에는 트리에틸아민, 디에틸아민, 에틸렌 디아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 1-아미노-1-부탄올, 1-아미노-2-프로판올, 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올, 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올, 2-아미노-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올, 메탄올, 이소프로필 알콜, 부탄올, 메톡시프로판올, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 또는 이들의 조합물이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.
분산제를 제조하는데 사용하기에 적절한 하나 이상의 다양성자 산에는 인산, 폴리인산, 포스폰산, 포스핀산, 메타인산, 피로인산, 하이포인산, 오산화인, 기타 인산 유도체, 또는 임의의 인 함유 산의 유도체, 또는 이들의 조합물이 포함되지만, 이에 한정되지는 않는다.
한 실시양태에서, 본원에서의 코팅 조성물에서 사용하기 위한 분산제는 폴리아크릴산나트륨이다.
다양한 실시양태에서, 분산제는, 안료에 첨가되는 경우, 점도 안정성 및 안료에 대한 엉김형성(flocculation)에 대한 저항성을 부여한다. 전형적으로, 분산제는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 중량을 기초로 약 5％까지의 중량 백분율로 조성물 내에 존재한다. 한 실시양태에서, 분산제는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 중량을 기초로 약 0.01 내지 약 3％, 0.01 내지 약 2％, 또는 0.01 내지 약 1％의 양으로 존재한다.
분산제를 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료와 혼합하는 것은 당업계에 공지된 혼합 방법에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 블렌더(blender) 또는 임의의 기타 고속 혼합 장치로, 혼합이 달성될 수 있다. 50 rpm 이상의 블레이드(blade) 속도, 예를 들어 1000 rpm 내지 3000 rpm이 일반적으로 혼합에 사용된다.
거품제거제
조성물에서 사용하기 위한 거품제거제에는 계면활성제의 혼합물, 트리부틸 포스페이트, 지방산 폴리옥시에틸렌 에스테르 + 지방 알콜, 지방산 비누, 실리콘 에멀션 및 기타 실리콘 함유 조성물, 미네랄 오일 내의 왁스 및 무기 입상물질, 식물성 오일, 유화 탄화수소들의 혼합물 및 이러한 기능을 수행하기 위해 시판되는 기타 화합물이 포함되지만, 이에 한정되지 않는다. 이같은 소포제/거품제거제는 약 1 중량％까지의 양으로 사용될 수 있다.
가교제
사용하기 위한 가교제에는, 예를 들어, 글리옥살, 글리옥살화 수지, 멜라민 포름알데히드 수지, 및 암모늄 지르코늄 카르보네이트가 포함된다. 한 실시양태에서, 가교제는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 약 5 중량％, 4 중량％, 3 중량％, 2 중량％ 또는 1 중량％까지의 양으로 존재한다.
수분 보유 보조제
사용하기 위한 수분 보유 보조제에는, 예를 들어, 소듐 카르복시메틸 셀룰로스, 히드록시에틸 셀룰로스, PVOH (폴리비닐 알콜), 전분, 단백질, 폴리아크릴레이트, 검, 알기네이트, 폴리아크릴아미드 벤토나이트 및 이같은 용도를 위해 판매되는 기타 시판 제품이 포함된다. 한 실시양태에서, 수분 보유 보조제는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 약 2 중량％, 1.5 중량％ 또는 1 중량％까지의 양으로 존재한다.
점도 변형제
본원에서 사용하기 위한 점도 변형제 및/또는 증점제에는, 예를 들어, 아크릴계 회합성 증점제, 폴리아크릴레이트, 에멀션 공중합체, 디시안아미드, 트리올, 폴리옥시에틸렌 에테르, 요소, 술페이트화 캐스터 오일, 폴리비닐 피롤리돈, CMC (카르복시메틸 셀룰로스, 예를 들어 소듐 카르복시메틸 셀룰로스), 알긴산나트륨, 잔탄 검, 규산나트륨, 아크릴산 공중합체, HMC (히드록시메틸 셀룰로스), HEC (히드록시에틸 셀룰로스) 등이 포함된다. 한 실시양태에서, 점도 변형제 및/또는 증점제는 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 약 2 중량％, 1.5 중량％ 또는 1 중량％까지의 양으로 사용될 수 있다.
건식 또는 습식 픽( pick ) 개선 첨가제
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 건식 또는 습식 픽 개선 첨가제를 포함한다. 이같은 첨가제는 약 2 중량％까지의 양으로 사용될 수 있고, 예를 들어, 멜라민 수지, 폴리에틸렌 에멀션, 요소 포름알데히드, 멜라민 포름알데히드, 폴리아미드, 스테아르산칼슘, 스티렌 말레산 무수물 등이 이에 포함된다.
건식 또는 습식 럽( rub ) 개선 및/또는 마모 저항성 첨가제
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 건식 또는 습식 럽 개선 및/또는 마모 저항성 첨가제를 포함한다. 이같은 첨가제는 약 2 중량％까지의 양으로 사용될 수 있고, 예를 들어, 글리옥살계 수지, 산화 폴리에틸렌, 멜라민 수지, 요소 포름알데히드, 멜라민 포름알데히드, 폴리에틸렌 왁스, 스테아르산칼슘 등이 이에 포함된다.
광택-잉크 홀드-아웃( hold - out ) 첨가제
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 광택-잉크 홀드-아웃 첨가제를 포함한다. 이같은 첨가제는 약 2 중량％까지의 양으로 사용될 수 있고, 예를 들어, 산화 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 에멀션, 왁스, 카세인, 구아 검, CMC, HMC, 스테아르산칼슘, 스테아르산암모늄, 알긴산나트륨 등이 이에 포함된다.
광학 증백제
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 광학 증백제 (OBA) 및/또는 형광 백화제 (FWA)를 포함한다. 이같은 작용제는 약 1 중량％까지의 양으로 사용될 수 있고, 예를 들어, 스틸벤 유도체가 이에 포함된다. 특정 실시양태에서, PVOH가 OBA 담체로 사용되어, 스틸벤 OBA의 성능을 개선시킨다.
살생제 /변질 제어제
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 살생제/변질 제어제를 포함한다. 이같은 작용제는 약 1 중량％까지의 양으로 사용될 수 있고, 예를 들어, 메타보레이트, 소듐 도데실벤젠 술포네이트, 티오시아네이트, 유기 황, 벤조산나트륨 및 이러한 기능을 위해 시판되는 기타 화합물, 예를 들어, 날코(Nalco)에서 판매되는 광범위한 살생제가 이에 포함된다.
수평화( Leveling ) 및 균등화 보조제
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 수평화 및 균등화 보조제를 포함한다. 이같은 보조제는 약 2 중량％까지의 양으로 사용될 수 있고, 예를 들어, 비-이온성 폴리올, 폴리에틸렌 에멀션, 지방산, 에스테르 및 알콜 유도체, 알콜/에틸렌 옥시드, 소듐 CMC (카르복시 메틸 셀룰로스), HEC (히드록실 에틸 셀룰로스), 알기네이트, 스테아르산칼슘, 및 이러한 기능을 위해 시판되는 기타 화합물이 이에 포함된다.
그리스( grease ) 및 오일 저항성 첨가제
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 그리스 및 오일 저항성 첨가제를 포함한다. 이같은 첨가제는 약 2 중량％까지의 양으로 사용될 수 있고, 예를 들어, 산화 폴리에틸렌, 라텍스, SMA (스티렌 말레산 무수물), 폴리아미드, 왁스, 알기네이트, 단백질, CMC (카르복시메틸 셀룰로스), HMC (히드록실 에틸 셀룰로스) 및 플루오르화탄소가 이에 포함된다.
내수성 첨가제
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 내수성 첨가제를 포함한다. 이같은 첨가제는 약 2 중량％까지의 양으로 사용될 수 있고, 예를 들어, 산화 폴리에틸렌, 케톤 수지, 음이온성 라텍스, 폴리우레탄, SMA, 글리옥살, 멜라민 수지, 폴리아미드, 글리옥살, 스테아레이트, 및 이러한 기능을 위해 시판되는 기타 물질이 이에 포함된다.
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 염료를 포함하고, 이는 약 0.5 중량％까지의 양으로 사용될 수 있다.
추가적인 안료
특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 조성물은 하나 이상의 추가적인 안료, 예컨대 탄산칼슘 (중질 탄산칼슘 (GCC) 포함), 하소 카올린, 수화 카올린, 판상 점토, 카올린 점토, 백토(China clay), 활석, 운모, 백운석, 실리카, 실리케이트, 제올라이트, 석고, 새틴 화이트, 티타니아, 이산화티탄, 황산칼슘, 황산바륨, 알루미늄 3수화물, 플라스틱 안료, 및 이들의 조합물을 추가로 포함한다.
특정 실시양태에서, 조성물은 하나 이상의 염료 또는 유색 안료를 포함하고, 이는 약 0.5 중량％까지의 양으로 사용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 조성물은 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료 및 GCC 안료의 조합물을 포함한다. 특정 실시양태에서, 조성물은 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료의 조합물을 포함한다. 한 실시양태에서, 이산화티탄 안료의 양은 조성물 내의 고체의 총 중량의 약 1％, 3％, 5％, 7％, 10％, 15％, 20％, 25％, 30％, 35％, 50％ 또는 그 이상이다. 또 다른 실시양태에서, 조성물 내의 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료와 이산화티탄 안료의 비율은 약 1:1, 1.5:1, 2:1, 2.5:1, 3:1, 3.5:1 또는 4:1이다. 또 다른 실시양태에서, 조성물 내의 이산화티탄 안료와 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 비율은 약 1:1, 1.5:1, 2:1, 2.5:1, 3:1, 3.5:1 또는 4:1이다.
한 실시양태에서, 조성물 내의 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 양은 적어도 조성물 내의 고체의 총 중량의 약 1％, 3％, 5％, 7％, 10％, 12％, 20％, 25％, 30％, 40％, 50％, 60％ 또는 70％이고, GCC 안료의 양은 약 5％, 10％, 20％, 30％, 40％, 50％, 60％ 또는 70％이다. 한 실시양태에서, 조성물 내의 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료의 양은 조성물 내의 고체의 총 중량의 적어도 약 1％, 3％, 5％, 7％, 10％, 12％, 20％, 25％, 30％, 40％, 50％, 60％ 또는 70％이고, 하나 이상의 기타 안료의 총량은 약 5％, 10％, 20％, 30％, 40％, 50％, 60％, 70％ 또는 80％이다.
특정 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료의 조합은 코팅지의 광택도 및 불투명도 양쪽 모두를 증가시킨다.
필요하다면, 상기 첨가제 및 첨가제 유형들 중 임의의 것이 단독으로 또는 서로 및/또는 다른 첨가제와 혼합되어 사용될 수 있다.
본원에서 제공되는 조성물의 총 고체 함량은 전형적으로 약 50 중량％ 이상의 고체이고, 특정 실시양태에서는 약 60％ 이상이며, 특정 실시양태에서는 약 70％ 이상이고, 당업자가 적절한 것으로 간주하는 만큼 높지만, 코팅에서 사용될 수 있는 적절하게 유동성인 조성물을 여전히 제공한다. 특정 실시양태에서, 조성물의 전체 고체 함량은 약 55％, 60％, 61％, 62％, 63％, 64％, 65％, 66％, 67％, 68％, 69％, 70％, 72％, 75％, 또는 80％이다.
코팅 조성물의 제조
또다른 측면에 따라, 알루미늄 포스페이트, 알루미늄 메타포스페이트, 알루미늄 오르토포스페이트 및/또는 알루미늄 폴리포스페이트 안료, 결합제 및 임의의 기타 선택적인 추가 성분을 수성 액체 매질에서 혼합하여 고체 성분의 현탁액을 제조하는 단계를 포함하는, 종이를 코팅하기 위한 알루미늄 포스페이트 조성물의 제조 방법이 본원에서 제공된다. 당업자에게 주지된 통상적인 혼합 기술에 의해 조성물이 적절하게 제조될 수 있다.
종이 코팅 공정
또 다른 측면에 따르면, 조성물을 적용하여 베이스지를 코팅하는 단계, 코팅물을 건조시키는 단계, 및 종이를 캘린더링하여 코팅지 표면, 예를 들어, 광택 코팅물을 상부에 형성시키는 단계를 포함하는, 코팅지의 제조 방법이 본원에서 제공된다. 종이의 양쪽 면 상에 코팅물이 형성될 수 있다.
캘린더링 단계에서, 코팅지 시트를 캘린더 닙(nip) 또는 롤러 사이에 1회 이상 통과시킴으로써 벌크가 감소되고 종이 평활도 및 광택도가 개선된다. 일반적으로, 코팅지 표면의 평활화 및 버니싱(burnishing)을 제공하도록 엘라스토머성 코팅 롤이 사용된다. 특정 실시양태에서, 고온이 적용된다. 1회 이상 (예를 들어, 약 12회까지 또는 때때로 더 많은 횟수)의 닙 통과가 적용될 수 있다.
종이 및 기타 시트 물질을 코팅하는 방법, 및 이러한 방법을 수행하기 위한 기구가 널리 공개되어 있고 주지되어 있다. 이같은 공지된 방법 및 기구가 본원에서 제공되는 코팅지를 제조하는데 편리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 이같은 방법의 리뷰가 전문이 참고로 포함된 문헌 [Pulp & Paper International, May 1994, 18면 이하]에 공개되어 있다. (이는 매우 구식이고 불완전한 참고문헌이다.)
종이 시트가 종이 기계 상에서 인-라인(in line)으로, 즉 "온-머신(on-machine)"으로, 또는 코팅기 또는 코팅 기계 상에서 "오프-머신(off-machine)"으로 코팅될 수 있다. 고체 함량이 높은 조성물의 사용이 코팅 방법에서 바람직한데, 이는 이어서 증발되는 물을 덜 남기기 때문이다. 그러나, 당업계에 주지된 바와 같이, 고체 수준은 높은 점도 및 수평화 문제가 도입되도록 높지 않아야 한다.
(i) 코팅될 종이에 코팅 조성물을 적용하기 위한 적용도구; 및 (ii) 정확한 수준의 코팅 조성물이 적용되는 것을 확실하게 하기 위한 계량 장치를 포함하는 기구를 사용하여 코팅 방법이 수행될 수 있다. 과량의 코팅 조성물이 적용도구에 적용될 때는, 계량 장치가 이의 하류에 있다. 별법적으로, 예를 들어, 필름 프레스(press)로서, 계량 장치에 의해 정확한 양의 코팅 조성물이 적용도구에 적용될 수 있다. 코팅 적용 및 계량 시점에, 종이 웹 지지체는 백킹 롤(backing roll) (예를 들어, 1개 또는 2개의 적용도구에 의함)에서 없음 (즉, 장력만 있음)까지의 범위이다. 과량이 최종적으로 제거되기 전에 코팅물이 종이와 접촉되는 시간이 잔류 시간(dwell time)이고, 이는 짧거나, 길거나 또는 가변성일 수 있다.
코팅 층은 베이스지의 전면 및 후면 양쪽 상에 및/또는 다층 구조로 형성될 수 있다. 다층 코팅 층은 하나 이상의 중간 코팅 층을 베이스지의 표면 상에 형성시킴으로써 형성될 수 있고, 가장 바깥쪽의 코팅 층이 중간 코팅 층 또는 층들 상에 형성된다. 코팅 층이 베이스지의 2개의 표면 상에 또는 다층 구조로 형성되는 경우, 다수의 코팅 층의 코팅 조성물 및 양은 서로 동일할 수 있거나 서로 상이할 수 있다. 코팅 층의 목적 및 원하는 성질을 고려하여 각각의 코팅액의 조성이 디자인될 수 있다. 코팅 층이 베이스지의 전면에만 형성되는 경우, 베이스지의 후면은 합성 수지 층, 안료-결합제 혼합물 층, 또는 정전기방지 층으로 코팅될 수 있다. 상기 언급된 후면 코팅 층은 말림에 대한 저항성, 인쇄-적용성, 및 프린터 내로 또는 프린터로부터 코팅지를 공급 및/또는 전달하는 것의 차단에 대한 저항성을 강화시키는데 기여한다. 베이스지의 후면은 코팅지의 후면에 원하는 기능을 부여하도록 접착제, 자기 물질, 난연제, 내열제, 방수제, 방유제 또는 미끄럼 방지제로 처리될 수 있다.
본원에서 제공되는 조성물은 당업계에 공지된 임의의 방법에 의해 베이스지의 하나 이상의 면에 적용될 수 있다. 예를 들어, 종이 코팅 방법은 롤 적용도구 및 롤, 로드(rod), 블레이드, 바(bar), 에어 나이프(air knife)로의 계량; 폰드(pond) 적용도구 및 롤, 로드, 블레이드, 바 또는 에어 나이프로의 계량; 파운틴(fountain) 적용도구 및 롤, 로드, 블레이드, 바 또는 에어 나이프가 있는 계량 롤; 미리 계량된 필름 또는 패턴, 예컨대 게이트(gate) 롤, 3-롤, 아니록스(anilox), 그라비어(gravure), 필름 프레스, 커튼, 스프레이; 및 폼(foam) 적용을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 한 실시양태에서, 롤 중 하나가 조성물로 미리 코팅된 롤링 립(rolling nip)을 통과하여 종이 제품이 공급된다. 조성물이 종이 제품의 표면으로 전달된다. 원하는 최종 부가 코팅 중량의 시트의 표면 상에 수평의 코팅 프로파일을 생성시키는 강철 트레일링(trailing) 블레이드를 사용하여 과량의 조성물이 종이 제품의 표면으로부터 제거된다.
특정 실시양태에서, 약 1 g/㎡ 내지 약 30 g/㎡의 양으로 조성물이 종이 제품에 적용된다. 다른 실시양태에서, 약 3 g/㎡ 내지 약 25 g/㎡ 또는 약 5 g/㎡ 내지 약 20 g/㎡의 양으로 조성물이 종이 제품에 적용된다.
코팅지
본원에서 제공되는 코팅지는 지클리 인쇄, 컬러 복사, 제로그래피, 스크린 인쇄, 그라비어, 염료-승화, 플렉소그래피, 잉크젯 인쇄, 웹 오프셋 인쇄, 전자사진 인쇄, 열 전사 기록을 위한 영상 기록지, 잉크젯 기록 등과 같은 다양한 인쇄 용도에 적절하다.
한 측면에서, 알루미늄 포스페이트 조성물을 포함하는 잉크젯 용지 및 디지털 인쇄 용지가 본원에서 제공된다.
또 다른 측면에서, 알루미늄 포스페이트 조성물을 포함하는, 오염(smudging)을 방지하고 영상 충실도를 개선하기 위한 직접적인 인쇄후 플렉소그래피용 코팅 라이너보드가 본원에서 제공된다.
또 다른 측면에서, 출판용 초경량 코팅지가 본원에서 제공된다.
또 다른 측면에서, 알루미늄 포스페이트 조성물을 포함하는 그라비아 인쇄 용지가 본원에서 제공된다.
특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 코팅지는 TAPPI 테스트 방법 T480 om-92에 의해 측정된 코팅 광택도가 75°에서 약 10％ 이상이다. 이러한 방법은 종이의 평면으로부터 75°에서 종이의 경면 광택도를 측정한다. 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 코팅지는 코팅 광택도가 75°에서 약 20％, 30％, 40％, 50％, 55％, 60％, 65％, 70％, 75％, 80％ 초과이다. 한 실시양태에서, 75°에서의 코팅 광택도는 약 25％ 내지 약 75％이다. 또 다른 실시양태에서, 코팅 광택도는 80˚에서 약 30％ 내지 약 65％이다.
특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 코팅지는 파커 인쇄 표면에 대한 TAPPI 테스트 방법인 T555 om-99를 사용하여 측정 시 평활도가 5.0, 4.0 또는 3.0 미만이다. 한 실시양태에서, 코팅지는 파커 인쇄 표면이 약 1.0 내지 약 2.5, 약 0.90 내지 약 2.25 또는 약 0.90 내지 약 2.0이다.
특정 실시양태에서, 코팅지는 TAPPI 테스트 방법 T425 om-91을 사용하여 측정 시 불투명도가 80％를 초과한다. 한 실시양태에서, 코팅지는 불투명도가 약 80％ 내지 약 99％이다. 또 다른 실시양태에서, 불투명도는 약 85％ 내지 약 99％, 약 90％ 내지 약 99％, 약 92％ 내지 약 99％ 또는 약 94％ 내지 약 99％이다.
특정 실시양태에서, 코팅지의 백색도는 TAPPI 테스트 방법 T452 om 92를 사용하여 측정 시 약 70％, 73％, 75％, 77％, 80％, 85％ 또는 90％를 초과하는 GE 백색도이다. 한 실시양태에서, 코팅지의 백색도는 TAPPI 테스트 방법 T452 om 92를 사용하여 측정시 약 70％ 백색도 내지 약 95％ GE 백색도이다. 또 다른 실시양태에서, 백색도는 약 80％ 백색도 내지 약 99％ GE 백색도, 또는 약 85％ 백색도 내지 약 99％ GE 백색도이다.
한 측면에서, 본원에서 제공되는 코팅지에서 사용되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 실리카 및/또는 기타 특수 안료와 비교하여 유동학이 개선되었다. 특정 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트 조성물은 코팅기 작업성을 개선시키고/시키거나 건조에서의 에너지 소비를 개선시킨다. 다른 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트 조성물은 기존의 조성물과 비교하여 고체의 백분율이 더 높고 전단 담화 유동학이 양호한 수성 슬러리의 형태이다. 따라서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 기존의 조성물보다 더 높은 고체 코팅물 백분율로 인해 더 신속한 온-머신 건조 속도를 초래하고, 이는 더 낮은 건조 비용 및 감소된 인쇄 얼룩을 초래한다.
특정 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트 조성물은 온-머신 코팅 작업성이 강화되었고, 따라서 기존의 조성물에 비해 생산 속도가 강화되었다. 다른 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트 조성물은 에인레너 마모가 낮고, 이는 공정 설비에 대한 감소된 마멸을 초래하고, 그리퍼 막대에 의해 종이 상에 금속 자국이 남지 않는다.
한 실시양태에서, 본원의 알루미늄 포스페이트 조성물은 기존의 조성물과 비교하여 더 높은 조성물 고체를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 벌크 밀도가 낮다.
또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 본질적으로 더스팅 없이 종이를 코팅하고, 사이안, 마젠타, 황색, 흑색 (CMYK)의 4색 잉크젯 인쇄의 광학/반사 밀도가 개선되었다.
또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 내부 공극 부피로 인해 더 가벼운 코팅 중량을 가능하게 한다.
특정 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 잉크젯 인쇄 밀도가 개선되었고/되었거나, 인쇄 용지에서의 잉크 수용성이 개선되었고/되었거나, 불투명도가 개선되었다.
한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 적용 동안 베이스 시트의 침지가 더 적고 베이스 시트의 조화가 감소되었으며, 이는 더 평활한 코팅 시트를 초래한다.
또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 더 높은 작업 속도 및 더 높은 생산율을 허용한다. 또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 저속 오프 기계 코팅 라인 상에서만 보다는 고속 종이 기계 상에서 코팅하는 능력이 있고, 이는 폐기물 및 비용을 감소시킨다.
한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 프린트-쓰루를 방지하기 위해 신문용지에서의 충전제로서, 그리고 변색 방지, 기체 여과, 여과지 및 압지와 같은 특수 기술 용지에서의 충전제로서 작용할 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 본원에서 제공되는 알루미늄 포스페이트 조성물은 미세입상물질 유지 보조제로서, 부유-세정 시스템과 조합되어 잉크제거 보조제로서, 또는 재생 라이너보드에서 마찰 계수 (COF) 제어 보조제로서 사용된다.
도 1 및 2는 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 코팅 조성물들에 대한 100 RPM에서의 저-전단 및 고-전단 점도의 비교를 각각 제공한다. 도 3 및 4는 점진적으로 TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체함으로써 수득된 코팅 제제에 대한 100 RPM에서의 저-전단 및 고-전단 점도를 각각 제공한다. 도 1-4에 나타난 바와 같이, 알루미늄 포스페이트 안료의 첨가는 저-전단 및 고-전단 점도 양쪽 모두를 증가시킨다.
도 5는 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 코팅 조성물들에 대한 수분 보유 성질의 비교를 제공한다. 도 6은 TiO2를 알루미늄 포스페이트로 교체하는 것에 의한 코팅 조성물의 수분 보유에 대한 영향을 제공한다. 나타난 바와 같이, 알루미늄 포스페이트의 첨가는 수분 보유에 대한 영향이 거의 없다.
도 7 및 8은 캘린더링 전 및 후의 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물로 코팅된 종이의 불투명도의 비교를 각각 제공한다. 도 9는 코팅지의 불투명도에 대한 TiO2를 알루미늄 포스페이트로 교체하는 것의 영향을 제공한다. 나타난 바와 같이, 캘린더링되지 않은 경우, 알루미늄 포스페이트는 TiO2와 불투명화 능력이 동일하다. 그러나, 캘린더링으로 불투명화 능력이 감소된다. 도 10은 캘린더링 전 및 후의 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물들로 코팅된 종이의 백색도의 비교를 제공한다. 도 11은 코팅지의 백색도에 대한 TiO2를 알루미늄 포스페이트로 교체하는 것의 영향을 제공한다. 나타난 바와 같이, 알루미늄 포스페이트는 OBA 성능에서 TiO2와 동등하거나, 이보다 약간 더 양호하다.
도 12는 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물들로 코팅된 종이의 광택도의 비교를 제공한다. 도 13은 코팅지의 광택도에 대한 TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체하는 것의 영향을 제공한다. 나타난 바와 같이, 알루미늄 포스페이트는 우수한 광택화 안료이고, 알루미늄 포스페이트의 양과 함께 광택도가 증가한다. 따라서, 특정 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트를 TiO2와 혼합하는 것은 광택도 및 불투명도 양쪽 모두를 증가시키는 것으로 보인다.
도 14는 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물들로 코팅된 종이의 표면 강도의 비교를 제공한다. 도 15는 코팅지의 표면 강도에 대한 TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체하는 것의 영향을 제공한다.
도 16은 알루미늄 포스페이트 안료 및 이산화티탄 안료를 포함하는 조성물들에 대한 표면 덮힘률의 비교를 제공한다. 특정 실시양태에서, 알루미늄 포스페이트의 사용은 표면 덮힘률에 대한 유의한 효과가 없다.
하이 -벌크 코팅지
한 실시양태에서, 총 중량이 동일한 유사한 등급의 통상적인 종이에 비해 더 많은 베이스 스톡(stock) 및 더 적은 코팅 조성물을 비례적으로 사용하는 하이-벌크 코팅지가 본원에서 제공된다.
예를 들어, 통상적인 30 파운드/연(ream) (본원에서 연은 3300 제곱 피트의 종이이다) 종이는 하기와 같은 성질을 가질 수 있다:
베이스 중량 코팅물 중량
22 파운드/연 8 파운드/연
한 실시양태에서, 본원에서 제공되는 종이의 성질은 하기와 같다:
베이스 중량 코팅물 중량
25 파운드/연 5 파운드/연
더 무거운 32 파운드/연의 종이에 대해, 데이터는 하기와 같다:
통상적인 베이스 중량 통상적인 코팅물 중량
24 파운드/연 8 파운드/연
본원에서 제공되는 종이에서, 데이터는 하기와 같다:
베이스 중량 코팅물 중량
26.5 파운드/연 5.5 파운드/연
38 파운드 종이에 대해:
통상적인 베이스 중량 통상적인 코팅물 중량
27 파운드/연 11 파운드/연
본원에서 제공되는 종이에서:
베이스 중량 코팅물 중량
31.5 파운드/연 6.5 파운드/연
상기 종이들의 두께는 하기와 같다:
파운드 통상적인 두께 본원에서 제공되는 종이 두께
30 1.5 내지 1.65 밀(mil) 1.75 내지 1.9 밀
32 1.6 내지 1.75 밀 1.85 내지 2.0 밀
38 1.8 내지 2.0 밀 2.0 내지 2.2 밀
특정 실시양태에서, 높은 백분율, 일반적으로 50％ 과량, 통상적으로 55 내지 75％ 범위, 또는 약 65％의 기계 펄프가 있는 수성(waterborne) 퍼니시로 출발하여 미국 특허 번호 6,254,725에 기술된 바와 같이 본원에서 제공되는 하이-벌크 코팅지가 제조될 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 기계 펄프에는 석재 쇄목 (SGW), 가압 쇄목 (PGW) 및 화학 쇄목 (CGW), 리파이너 기계 펄프 (RMP), 열-기계 펄프 (TMP), 및 화학-열-기계 펄프 (CTMP)가 포함될 수 있다. 예시적인 샘플 퍼니시 제제는 하기와 같다: (1) 45％ TMP/20％ SGW/35％ 침엽수 크라프트(Kraft) (SWK); (2) 50％ TMP/25％ PGW/25％ SWK 및 (3) 70-85％ CTMP/30-15％ SWK.
미국 특허 번호 6,254,725에 기술된 바와 같이 통상적인 포드리니어(fourdrinier) 대신 갭 형성기가 있는 제지 기구 또는 기계에서 퍼니시가 사용된다. 종이 베이스의 2면성(two sidedness)을 감소시키는 갭 형성기의 고유의 능력은 광택도가 양호하면서 코팅물 적용을 최소화하는 것을 허용한다.
그 후, 상기 제조된 종이가 프레스 섹션으로 이동하고, 여기에서 종이가 통상적으로 프레스될 수 있다. 프레스 섹션은 통상적인 것에 비해 웹을 압축하는 것으로 여겨지는 넓은 슈(shoe) 또는 연장된 닙(nip) 프레스를 포함할 수 있어, 더 많은 벌크 및/또는 두께를 유지하는 종이 웹이 초래된다. 확장된 닙 프레스는 벌크를 보존하지만, 웹이 닙 내에 있는 시간의 연장으로 인해 웹으로부터의 수분 제거를 허용하고, 이는 통상적인 것보다 낮은 닙 압력의 사용을 허용한다. 그 후, 웹이 건조기 섹션으로 전달되고, 10％ 미만의 수분 함량, 또는 5％ 이하로 건조된다. 그 후, 종이가 제지 기계 상에서 또는 제지 기계를 벗어나서 알루미늄 포스페이트를 포함하는 코팅 조성물로 코팅될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 웹에 적용되는 코팅물 중량은 통상적인 것보다 적지만, 갭이 형성된 종이 베이스의 평활도 및 균일성으로 인해, 종이 베이스가 더 적은 양의 코팅물로 허용가능하게 코팅될 수 있어서, 하이-벌크가 산출되고, 소정의 중량의 종이가 통상적인 것보다 더 큰 백분율의 종이 베이스 및 더 적은 백분율의 코팅물을 비례적으로 포함하도록 허용한다. 사용되는 알루미늄 포스페이트 안료의 양이 원하는 벌크 및 광택도를 수득하도록 조정될 수 있다. 코팅물이 종이 웹의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 적용될 수 있다. 조성물이 본원의 다른 곳에서 기술된 바와 같이 플라스틱 안료 및 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
일반적으로, 임의의 통상적인 유형의 블레이드 코팅기 및 미국 특허 번호 4,250,211 및 4,512,279에 제시된 바와 같은 짧은 잔류 시간의 적용기구가 있는 것, 및/또는 미국 특허 번호 5,436,030에 제시된 파운틴 유형 코팅기 및/또는 미국 특허 번호 5,112,653에 제시된 바와 같은 이중 블레이드(double bladed) 코팅기로 코팅물이 적용될 수 있고, 이러한 특허들의 교시 내용은 본원에 참고로 포함된다. 또한, 필름 코팅기 또는 보이트 줄쩌 게엠베하(Voith Sulzer GmbH)에서 제조한 스피드코터(Speedcoater) 적용기구, 예컨대 미국 특허 번호 4,848,268에 제시된 것에 의해 코팅물이 적용될 수 있다. 기타 적절한 유형의 계량기, 예컨대 그루브형(grooved) 또는 평활형의 닥터 로드(doctor rod)가 있는 것이 또한 사용될 수 있다.
그 후, 코팅지가 캘링더링, 핫-소프트(hot-soft) 캘린더링 및/또는 수퍼캘린더링(supercalendering)될 수 있다.
한 실시양태에서, 연 당 18 내지 34 파운드 중량의 베이스지 및 베이스지의 하나 이상의 면 상의 코팅 조성물을 포함하는 하이-벌크 코팅지이고, 이때 조성물이 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트 안료를 포함하고, 코팅 조성물이 면 당 약 2 또는 3 파운드/연 이하의 중량이며, 베이스지의 두께가 코팅지의 총 두께의 약 80, 85 또는 88％ 이상이고 코팅 조성물이 실질적으로 코팅지의 나머지 두께를 제공하여, 코팅지의 벌크 인자가 55 이상인 하이-벌크 코팅지가 본원에서 제공된다.
또 다른 실시양태에서, 연 당 약 26 내지 36 파운드 중량의 베이스지 및 베이스지의 하나 이상의 면 상의 코팅 조성물을 포함하는 경량 하이-벌크 코팅지이고, 이때 조성물이 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트 안료를 포함하고, 코팅 조성물이 면 당 약 3 파운드/연 이하 또는 약 1.5 내지 3.5 파운드/연의 중량이며, 베이스의 두께가 코팅지의 총 두께의 약 75, 80, 85 또는 88％ 이상이고 코팅 조성물이 실질적으로 코팅지의 나머지 두께를 제공하도록 베이스 중량 및 코팅물 중량이 선택되어, 코팅지의 벌크 인자가 55 이상인 경량 하이-벌크 코팅지가 본원에서 제공된다.
또 다른 실시양태에서, 연 당 약 18 내지 24 파운드 정도의 중량의 베이스지 및 베이스지의 하나 이상의 면 상의 코팅 조성물을 포함하는 초경량 하이-벌크 코팅지이고, 이때 조성물이 무정형 알루미늄 포스페이트 또는 폴리포스페이트 안료를 포함하고, 코팅 조성물이 면 당 약 2 파운드/연의 중량이며, 베이스의 두께가 코팅지의 총 두께의 약 75, 80, 85 또는 88％ 이상이고 코팅 조성물이 실질적으로 코팅지의 나머지 두께를 제공하도록 베이스 중량 및 코팅물 중량이 선택되어, 코팅지의 벌크 인자가 55 이상인 초경량 하이-벌크 코팅지가 본원에서 제공된다.
특정 실시양태에서, 코팅 조성물이 베이스지의 각각의 면 상에 실질적으로 동일한 중량으로 적용된다. 특정 실시양태에서, 코팅지의 벌크 인자는 최소 50, 52, 55, 58, 60 또는 그 이상이다. 미국 특허 번호 6,254,725에 기술된 바와 같이 벌크 인자를 계산할 수 있다. 특정 실시양태에서, 코팅지의 75° TAPPI 광택도는 30, 35, 40 또는 그 이상이다.
특정 실시양태에서, 생성된 코팅지는 동일한 중량의 통상적인 코팅지와 비교하여 하기의 특성들 중 하나 이상을 지닌다: 10-20％ 더 낮은 선형 피트/롤 (종이의 더 높은 벌크를 명시함); 동일한 롤 직경에 대한 더 적은 롤 당 중량; 약 10-20％ 더 높은 두께; 약 10-15％ 더 높은 강성도; 불투명도 및 백색도에서의 약 0.5-1.0점 이상의 증가; 및 통상적인 종이와 등가의 인쇄 평활도 및 광택도.
본원에서 제공되는 하이-벌크 경량 코팅지는 종이 1톤 당 인쇄 면적을 증가시킴으로써, 그리고 잡지 당 우송 비용을 감소시킴으로써 종이 비용을 감소시키기 위해 매우 낮은 평량을 요구하는 잡지에서 사용하기에 바람직하다. 하이-벌크 종이는 더 낮은 평량이 통상적인 등급의 더 높은 평량을 교체하도록 함으로써 출판 잡지의 경제학을 개선시킬 것이다.
또한, 종이의 증가된 강성도는 평량이 낮은 종이에 대한 종이 웹 강도를 개선시키고, 이는 잡지를 생산하는데 사용되는 고속 인쇄 프레스 및 폴더 상에서의 더욱 양호한 작업성을 초래한다. 추가로, 종이가 더 두꺼울수록 더 벌크한 잡지가 생산되고, 이는 취급될 때 덜 약하다. 더 벌크한 잡지는 "더욱 튼튼한 것으로 느껴지고", 즉 늘어지지 않거나 흐느적거리는 느낌이 없을 것이다. 개별적인 페이지들이 더 쉽게 분리될 것이고, 서로 달라붙지 않으면서 넘겨질 것이다.
코팅 제제의 특정 예들이 하기에 기술된다. 하기의 실시예들은 조성물의 실시양태들을 예시하도록 제시된다. 모든 수치는 대략적이다. 숫자 범위가 제공되는 경우, 언급된 범위 바깥의 실시양태들이 본 발명의 범주 내에 여전히 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 각각의 실시예에 기술된 구체적인 상세사항들은 본 발명의 필수적인 특색인 것으로 간주되지 않아야 한다.
실시예
실시예 1: 알루미늄 포스페이트 안료와 플라스틱 안료의 비교
표 1에 따라 코팅물을 제조하였다. GCC (중질 탄산칼슘)인 하이드로카브(Hydrocarb) 90을 고-전단 카울스(Cowles) 분산기로 72％ 고체로 분산시켰다. 1번 점토 안료인 하이드라파인(Hydrafine)을 70％ 고체로 분산시켰다. 34.2％ 고체의 알루미늄 포스페이트 안료를 사용 전에 고-전단 카울스 분산기로 분산시켰다. 안료가 분산된 후, 다른 코팅 성분들을 표 1에 열거된 순서로 혼합기로의 가벼운 교반 하에 첨가하였다. 모든 코팅 성분들을 조합한 후, 표 2의 동일한 표적 고체 함량에 도달하기 위해 코팅물의 고체 함량을 희석수로 조정하였다. 코팅물 고체 및 브룩필드(Brookfield) 점도를 측정하였다. 또한 표 2에서, 100 RPM, 23℃에서 #5 스핀들(spindle)을 사용하여 브룩필드 점도를 측정하였다. E bob/20.4초 램프(ramp) 시간으로 허큘리즈 하이(Hercules High) 전단 유량계 상에서 코팅물을 또한 테스트하였다.
Figure 112011070635715-pct00001
Figure 112011070635715-pct00002
코팅되지 않은 153.5 gsm 프리 시트(free sheet) (완전 건조(Bone Dry))에 원통형 실험실용 코팅기 (CLC) 상에서 3800 fpm으로 코팅물을 적용하였다. 베이스지의 특징은 하기와 같았다: 평량: 153.5 gsm (완전 건조) 및 165.0 gsm (공기 건조 - 7％ 수분); 평활도: 5.98 ㎛ ± 0.19; 백색도: 90.07％ ± 0.15.
0.020 인치 코팅 블레이드, 0.025 인치 백킹 블레이드 및 0.375 인치 연장을 사용하여 CLC를 설정하였다. 10 gsm의 코트 중량을 표적으로 하였다. 코팅 후, 샘플을 테스트 크기로 절단하고, TAPPI 스탠다드(Standard)로 컨디셔닝하였다. 컨디셔닝 후, 광학 성질 (광택도, 백색도 및 L*, a*, b* 색상) 및 평활도를 TAPPI 표준 테스트 방법에 따라 측정하였다. 파커 인쇄 표면 테스트기를 사용하여 평활도를 측정하였다. 그 후, 샘플을 150℉ 및 160℉ 및 600 및 1200 pli에서 강철 롤에 대해 2개의 닙을 통과하여 캘린더링하였다. 블로킹(blocking) 문제 (금속 롤에 달라붙음)를 방지하기 위해 온도가 160℉ 초과로 증가되지 않았다.
도 17의 결과는 5부의 GCC를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체했을 때 광택도에서의 증가를 나타낸다. 5부의 GCC를 플라스틱 안료로 교체했을 때 광택도의 더 높은 증가가 관찰되었다. 코팅물 3 대 코팅물 4의 비교는 10부 알루미늄 포스페이트 안료 코팅물의 광택도가 5부 플라스틱 안료 코팅물에 필적하였음을 가리킨다. 10부 플라스틱 안료 코팅물이 25％의 실제 건조 안료 고체 기준으로 제조되었음을 주지하여야 한다. 플라스틱 안료는 50％의 유효 고체 기준으로 판매된다. 따라서, 유효 고체 기준으로, 코팅물 3과 4를 비교하여야 한다. 이러한 비교는 알루미늄 포스페이트 안료 코팅물의 광택도가 플라스틱 안료 코팅물에 필적함을 나타낸다. 약간의 차이는 2가지 안료의 캘린더링 응답에서의 차이에 기인한다. 플라스틱 안료는 알루미늄 포스페이트 안료보다 캘린더링 온도에 더 잘 응답하였다. 코팅물들의 평활도 값은 광택도 결과에 잘 상응하였다 (도 18 및 표 3-4).
Figure 112011070635715-pct00003
Figure 112011070635715-pct00004
알루미늄 포스페이트 안료를 함유하는 코팅물의 백색도 값이 플라스틱 안료를 함유하는 코팅물에 또한 필적하였다 (도 19 및 표 5).
Figure 112011070635715-pct00005
표 6의 리뷰는 L*, a*, b* 색상 값 사이에 유의한 차이가 없음을 나타낸다.
Figure 112011070635715-pct00006
데이터로부터 나타나는 바와 같이, 유효 고체 기준으로, 알루미늄 포스페이트 안료는 플라스틱 안료 제제에 대해 필적하는 광택도 값을 제공하였다. 알루미늄 포스페이트 안료의 백색도 및 L*, a*, b*가 플라스틱 안료 제제에 또한 필적하였다. 알루미늄 포스페이트 안료를 함유하는 코팅물의 유동학이 플라스틱 안료를 함유하는 코팅물에 필적하였다.
실시예 2: 알루미늄 포스페이트 안료와 TiO 2 안료의 비교
표 7에 따라 코팅물을 제조하였다. 고-전단 카울스 분산기 하에 68.0％ 고체로 판상 점토를 분산시켰다. 2번 점토 안료를 71.8％ 고체로 분산시켰다. 각각 34.2％ 고체 및 62.4％의 고체가 있는 알루미늄 포스페이트 안료 및 TiO2 슬러리는 사용 전에 고-전단 카울스 분산기로 재분산되었다.
Figure 112011070635715-pct00007
안료들을 분산시킨 후, 다른 코팅 성분들을 표 8에 열거된 순서로 혼합기를 사용하여 가벼운 교반 하에 첨가하였다.
Figure 112011070635715-pct00008
전분의 26％ 고체 용액을 건조 펜포드 검 280을 교반 하에 냉수가 있는 스테인레스 스틸 비커에 첨가함으로써 제조하였다. 비커를 스팀 테이블 상에 놓고, 혼합물을 30분 동안 190℉로 가열하였다. 모든 코팅 성분들을 조합한 후, 코팅물의 고체 함량을 측정하였다. 이러한 값들이 표 9에서 보고된다. 코팅물의 브룩필드 점도가 표 9에서 또한 제시된다.
Figure 112011070635715-pct00009
코팅되지 않은 32.0 gsm 목질 함유 종이 (완전 건조)에 원통형 실험실용 코팅기 CLC 상에서 1500 fpm으로 코팅물을 적용하였다. 베이스지의 특징은 하기와 같았다: 평량: 31.8 gsm (완전 건조) 및 34.25 gsm (공기 건조 - 7.2％ 수분); 평활도: 4.61 ㎛ ± 0.27; 불투명도: 72.56％ ± 1.88.
0.020 인치 코팅 블레이드, 0.025 인치 백킹 블레이드 및 0.625 인치 연장을 사용하여 CLC를 설정하였다. 코팅물을 6.0 + 0.5 gsm으로 적용하였다. 코팅 후, 샘플을 절단하고, TAPPI 스탠다드로 컨디셔닝하였다. 컨디셔닝 후, 광학 성질 (불투명도, 광택도, 백색도 및 L, a, b) 및 평활도를 TAPPI 표준 테스트 방법에 따라 측정하였다. 파커 인쇄 표면 테스트기를 사용하여 평활도를 측정하였다. 그 후, 샘플을 155℉ 및 1200 pli에서 강철 롤에 대해 2개의 닙을 통과하여 캘린더링하였다.
도 20 및 21 및 표 10은 알루미늄 포스페이트 안료의 첨가로 개선되는 광택도를 나타낸다. TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 완전히 교체함으로써 광택도에서의 유의한 개선이 수득되었다.
Figure 112011070635715-pct00010
도 22 및 표 11에 나타난 바와 같이, 알루미늄 포스페이트 안료의 첨가로 코팅물의 백색도가 감소되었다.
Figure 112011070635715-pct00011
도 23 및 표 12에 나타낸 바와 같이, 평활도는 영향이 많지 않았다.
Figure 112011070635715-pct00012
TiO2를 알루미늄 포스페이트 안료로 교체하는 것은 도 24 및 표 13에 나타난 바와 같이 코팅물의 불투명도를 유의하게 저하시키지 않았다.
Figure 112011070635715-pct00013
결과들은 알루미늄 포스페이트 안료가 불투명화제 및 더 양호한 광택화 안료로서 TiO2에 대한 적절한 1:1 대체물임을 가리킨다. 광택도에서의 추가적인 증가는 원하는 수준의 광택을 수득하는데 더 낮은 캘린더링 압력이 필요하게 할 수 있다.
더 낮은 캘린더링 압력에서 동일한 광택도를 수득하는 능력은 더 높은 불투명도, 백색도 및 더 양호한 강성도를 초래할 것이다. 이들 모두는 제지업자에게 상당한 이점이다.
L* 값은 백색도 값을 따랐는데, 양쪽 모두 알루미늄 포스페이트 안료의 첨가로 감소되었다. a* 및 b* 값은 유의하게 영향을 받지 않았다.
Figure 112011070635715-pct00014
데이터는 알루미늄 포스페이트 안료가 불투명화제 및 더 양호한 광택화 안료로서 TiO2에 대한 적절한 1:1 대체물임을 가리킨다. 광택도에서의 추가적인 증가는 원하는 수준의 광택을 수득하는데 더 낮은 캘린더링 압력이 필요하게 할 수 있다. 더 낮은 캘린더링 압력에서 동일한 광택도를 수득하는 능력은 더 많은 불투명도, 백색도 및 강성도의 보존을 가능하게 할 것이다. 이들 모두는 제지업자에게 상당한 이점이다.
실시예 3: 코팅된 프리 시트에 대한 광학 증백제 연구
표 15에 제공된 제제 및 표 16에 제공된 첨가 순서에 따라 코팅물을 제조하였다.
Figure 112011070635715-pct00015
Figure 112011070635715-pct00016
GCC인 하이드로카브 90을 20분 동안 고-전단 카울스 분산기로 72％ 고체로 분산시켰다. 20분의 분산 후, 건조 핀픽스(FinnFix) CMC를 GCC에 첨가하고, 혼합물을 추가로 5분 동안 분산되게 하였다. CMC가 증점되는 동안, 70％ 고체의 1번 코팅 점토인 하이드라파인(Hydrafine)의 pH를 수산화암모늄을 사용하여 pH = 8로 조정하였다. 이는 GCC를 첨가할 때의 안료 쇼크를 방지하기 위해 수행되었다. 그 후, 점토를 GCC에 첨가하였다. 5분 동안 분산한 후, 증점된 안료 슬립(slip)을 혼합기로 옮기고, 여기에서 SB 라텍스를 첨가하였다.
표 15에 나타난 바와 같이, 제제 #1은 알루미늄 포스페이트 안료 없이 제조되었다. 다음 2개의 제제에서는, 5부 및 10부의 1번 점토가 알루미늄 포스페이트 안료로 치환되었다. 도 25, 26 & 27에 따라 마스터 뱃치(master batch)를 제조하였다. OBA, 및 PVOH와 함께 또는 없이 제조된 8개의 코팅물 모두가 유사한 고체 함량임을 확실히 하도록 코팅 제제 1, 2 & 3의 마스터 뱃치 MB를 제조하였다. PVOH 및 OBA (류코포르(Leucophor) T100 HQ 및 류코포르 BCW 액체, 각각 테트라술포 및 헥사술포)를 MB로부터 취해진 미리 칭량된 양의 코팅물에 첨가하였다. OBA를 마지막에 첨가하였다. PVOH는 30％ 고체로 첨가되었다. 사용된 PVOH는 셀볼(Celvol) 203이었다. 혼합 후, 코팅물의 고체를 측정하였다. 이러한 값들이 표 17에서 보고된다.
Figure 112011070635715-pct00017
총 24개의 코팅물을 적용하고 테스트하였다.
코팅되지 않은 61.5 gsm의 OBA 프리 시트에 3000 fpm으로 원통형 실험실용 코팅기 CLC로 코팅물을 적용하였다. 10 ± 0.5 gsm의 코트 중량을 표적으로 하였다. 베이스지 특징이 표 18에서 요약된다.
Figure 112011070635715-pct00018
도 28 및 29 및 표 19는 사용된 양쪽 OBA에 대해, 안료 X의 첨가 시 백색도에서의 약간의 증가를 나타낸다. 1부 PVOH의 첨가는 백색도를 약간 개선시켰다. 헥사술포 OBA는 테트라술포 OBA보다 백색도를 더 개선시켰다.
Figure 112011070635715-pct00019
형광물 개수에서의 변화가 각각의 코팅물에 대해 도 30 및 31 및 표 20에서 보고된다. 형광물 개수에서의 증가는 OBA로 인한 백색도에서의 개선을 가리킨다.
Figure 112011070635715-pct00020
도 6 및 7의 비교는 PVOH의 첨가 시 형광물 개수가 개선되는 것 및 안료 X의 첨가 시 형광물 개수에서의 유의한 감소가 없음을 나타낸다. TiO2와는 달리, 안료 X는 OBA를 방해하지 않았다. 이는, TiO2와는 달리, 안료 X는 UV광을 흡수하지 않기 때문이다. 안료 X의 불투명화 성질은 이의 구조물 내의 마이크로 공극 내에 공기를 포함하는 것으로부터 초래되는 것으로 여겨진다. 이러한 소형 공기 주머니가 빛을 회절시켜, 코팅 층의 불투명도를 증가시킨다.
PVOH가 있는 대조군 코팅물과 PVOH가 없는 안료 X 치환 코팅물의 백색도 비교는 동일한 백색도가 수득될 수 있음을 나타냈다. 이러한 발견은 코팅물 제조자에게 이로운 비용 절감을 가리킨다.
표 21은 PVOH의 첨가 또는 무첨가 시의 L*a*b* 색상 값에 대한 데이터를 제공한다.
Figure 112011070635715-pct00021
데이터에 나타난 바와 같이, 더 낮은 수준의 OBA 첨가 시, 헥사술포 OBA가 더 양호하게 작용하였다. PVOH의 첨가는 코팅물의 백색도를 개선시켰다. 알루미늄 포스페이트 안료는 OBA를 방해하지 않았고, 이는 PVOH에 대한 요구를 제거할 수 있었다.
본 발명의 내용이 한정된 개수의 실시양태와 관련하여 기술되었지만, 한 실시양태의 특정한 특색이 본 발명의 다른 실시양태들에 귀속되지 않아야 한다. 단일 실시양태가 본 발명의 모든 측면을 대표하지 않는다. 일부 실시양태에서, 조성물 또는 방법은 본원에서 언급되지 않은 다수의 화합물 또는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 조성물 또는 방법은 본원에서 열거되지 않은 임의의 화합물 또는 단계를 포함하지 않거나, 또는 이러한 화합물 또는 단계가 실질적으로 없다. 기술된 실시양태들로부터의 변동 및 변형이 존재한다. 마지막으로, 본원에 개시된 임의의 숫자는, "약" 또는 "대략적"이라는 단어가 이러한 숫자를 기술하는데 사용되었는지 여부과 관계없이, 대략적인 것을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 첨부된 청구항은 본 발명의 범주 내에 속하는 모든 이러한 변형 및 변동을 포함하도록 의도된다.

Claims (54)

  1. 무정형 알루미늄 포스페이트로 구성된 입상 불투명화 안료를 포함하는 코팅 조성물을 베이스지(base paper)의 하나 이상의 면 상에 포함하며, TAPPI 테스트 방법 T480 om-92에 의해 측정된 코팅 광택도가 75°에서 20％ 이상이고, 파커 인쇄 표면(Parker Print Surface)에 대한 TAPPI 테스트 방법인 T555 om-99를 사용하여 측정 시 평활도가 5.0 미만이고, TAPPI 테스트 방법 T425 om-91을 사용하여 측정 시 불투명도가 80％를 초과하고, TAPPI 테스트 방법 T452 om 92를 사용하여 측정 시 백색도가 70％를 초과하는 GE 백색도를 갖는, 코팅지.
  2. 제1항에 있어서, 5 g/㎡ 내지 30 g/㎡의 코팅 조성물을 포함하는 코팅지.
  3. 제1항에 있어서, 코팅 조성물이 첨가제를 추가로 포함하는 것인 코팅지.
  4. 제3항에 있어서, 첨가제가 결합제, 윤활제, 분산제, 균등화제, 거품제거제, 습윤제, 광학 증백제, 살생제, 가교제, 수분 보유 보조제, 점도 변형제, 및 증점제 및 이들의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 코팅지.
  5. 제1항에 있어서, 안료가 조성물 내의 고체의 총 중량을 기초로 1％, 3％, 5％, 10％, 12％, 15％, 20％, 30％ 또는 50％를 초과하는 양으로 존재하는 것인 코팅지.
  6. 제1항에 있어서, 안료의 골격 밀도가 1.95 내지 2.50 g/㎤이고, 알루미늄에 대한 인의 몰비가 1인 것인 코팅지.
  7. 제1항에 있어서, 안료가 입자 당 1개 내지 4개의 폐쇄 공극을 포함하는 것인 코팅지.
  8. 제1항에 있어서, 안료가 0.1 내지 5 ㎛의 입자 크기 분포를 특징으로 하는 것인 코팅지.
  9. 제8항에 있어서, 안료가 0.2 내지 0.6 ㎛의 입자 크기 분포를 특징으로 하는 것인 코팅지.
  10. 제8항에 있어서, 안료가 0.6 내지 1.5 ㎛의 입자 크기 분포를 특징으로 하는 것인 코팅지.
  11. 제8항에 있어서, 안료가 1.0 내지 3.0 ㎛의 입자 크기 분포를 특징으로 하는 것인 코팅지.
  12. 제1항에 있어서, 건조 분말 형태일 때, 안료가 10 내지 80 ㎚의 평균 개별 입자 반경 크기를 특징으로 하는 것인 코팅지.
  13. 제4항에 있어서, 결합제가 단백질, 전분, 검, 수지, 에멀션 중합체 또는 이들의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것인 코팅지.
  14. 제1항에 있어서, 코팅 조성물이 탄산칼슘, 하소 카올린, 수화 카올린, 백토(China clay), 활석, 운모, 백운석, 실리카, 실리케이트, 제올라이트, 석고, 새틴 화이트, 티타니아, 이산화티탄, 황산칼슘, 황산바륨, 알루미늄 3수화물, 플라스틱 안료, 및 이들의 조합물로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 추가적인 안료를 추가로 포함하는 것인 코팅지.
  15. 제14항에 있어서, 추가적인 안료가 TiO2인 코팅지.
  16. 제15항에 있어서, 코팅 조성물이 조성물 내의 고체의 총 중량을 기초로 1％ 내지 40％ 양의 무정형 알루미늄 포스페이트 안료, 및 1％ 내지 40％ 양의 TiO2 안료를 포함하는 것인 코팅지.
  17. 제15항에 있어서, 코팅 조성물이 무정형 알루미늄 포스페이트 안료 및 TiO2 안료를 1:1의 비율로 포함하는 것인 코팅지.
  18. 제15항에 있어서, 코팅 조성물이 무정형 알루미늄 포스페이트 안료 및 TiO2 안료를 1:2의 비율로 포함하는 것인 코팅지.
  19. 제1항에 있어서, 컬러 복사용 코팅지, 제로그래피용 코팅지, 스크린 인쇄용 코팅지, 그라비어용 코팅지, 염료-승화용 코팅지, 플렉소그래피용 코팅지, 잉크젯 인쇄용 코팅지, 사진용 코팅지, 로터리 오프셋 인쇄용 코팅지, 전자사진 인쇄용 코팅지, 열 전사 기록을 위한 영상 기록용 코팅지, 잉크젯 기록용 코팅지, 및 이들의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는 코팅지.
  20. 제1항에 있어서, 잉크젯용 코팅지 또는 디지털 인쇄용 코팅지인 코팅지.
  21. 제1항에 있어서, 출판용 코팅지인 코팅지.
  22. 삭제
  23. 제1항에 있어서, TAPPI 테스트 방법 T480 om-92에 의해 측정된 코팅 광택도가 75°에서 25％ 내지 75％인 것인 코팅지.
  24. 삭제
  25. 제1항에 있어서, 파커 인쇄 표면에 대한 TAPPI 테스트 방법인 T555 om-99를 사용하여 측정 시 평활도가 1.0 내지 2.5인 것인 코팅지.
  26. 삭제
  27. 제1항에 있어서, TAPPI 테스트 방법 T425 om-91을 사용하여 측정 시 불투명도가 85％ 내지 99％인 것인 코팅지.
  28. 삭제
  29. 제1항에 있어서, TAPPI 테스트 방법 T452 om 92를 사용하여 측정 시 백색도가 70％ 백색도 내지 95％ GE 백색도인 것인 코팅지.
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 삭제
  44. 삭제
  45. 삭제
  46. 연(ream) 당 18 내지 34 파운드 중량의 베이스지 및 베이스지의 하나 이상의 면 상의 코팅 조성물을 포함하는 하이-벌크(high bulk) 코팅지이고,
    이때 조성물이 무정형 알루미늄 포스페이트로 구성된 입상 불투명화 안료를 포함하고, 코팅 조성물이 면 당 3 파운드/연 이하의 중량이며, 베이스지의 두께가 코팅지의 총 두께의 88％ 이상이고 코팅 조성물이 실질적으로 코팅지의 나머지 두께를 제공하여, 코팅지의 벌크 인자가 55 이상이며,
    코팅지는 TAPPI 테스트 방법 T480 om-92에 의해 측정된 코팅 광택도가 75°에서 20％ 이상이고, 파커 인쇄 표면에 대한 TAPPI 테스트 방법인 T555 om-99를 사용하여 측정 시 평활도가 5.0 미만이고, TAPPI 테스트 방법 T425 om-91을 사용하여 측정 시 불투명도가 80％를 초과하고, TAPPI 테스트 방법 T452 om 92를 사용하여 측정 시 백색도가 70％를 초과하는 GE 백색도를 갖는 것인,
    하이-벌크 코팅지.
  47. 제46항에 있어서, 무정형 알루미늄 포스페이트 안료가 인산, 황산알루미늄 및 수산화나트륨을 포함하는 출발 물질들을 조합함으로써 제조되는 것인, 하이-벌크 코팅지.
  48. 제46항에 있어서, 무정형 알루미늄 포스페이트 안료가 인산, 수산화알루미늄 및 알루민산나트륨을 포함하는 출발 물질들을 조합함으로써 제조되는 것인, 하이-벌크 코팅지.
  49. 연 당 26 내지 36 파운드 중량의 베이스지 및 베이스지의 하나 이상의 면 상의 코팅 조성물을 포함하는 경량 하이-벌크 코팅지이고,
    이때 조성물이 무정형 알루미늄 포스페이트로 구성된 입상 불투명화 안료를 포함하고, 코팅 조성물이 면 당 1.5 내지 3.5 파운드/연의 중량이며, 베이스의 두께가 코팅지의 총 두께의 75％ 이상이고 코팅 조성물이 실질적으로 코팅지의 나머지 두께를 제공하도록 베이스 중량 및 코팅물 중량이 선택되어, 코팅지의 벌크 인자가 55 이상이며,
    코팅지는 TAPPI 테스트 방법 T480 om-92에 의해 측정된 코팅 광택도가 75°에서 20％ 이상이고, 파커 인쇄 표면에 대한 TAPPI 테스트 방법인 T555 om-99를 사용하여 측정 시 평활도가 5.0 미만이고, TAPPI 테스트 방법 T425 om-91을 사용하여 측정 시 불투명도가 80％를 초과하고, TAPPI 테스트 방법 T452 om 92를 사용하여 측정 시 백색도가 70％를 초과하는 GE 백색도를 갖는 것인,
    경량 하이-벌크 코팅지.
  50. 제49항에 있어서, 무정형 알루미늄 포스페이트 안료가 인산, 황산알루미늄 및 수산화나트륨을 포함하는 출발 물질들을 조합함으로써 제조되는 것인, 경량 하이-벌크 코팅지.
  51. 제49항에 있어서, 무정형 알루미늄 포스페이트 안료가 인산, 수산화알루미늄 및 알루민산나트륨을 포함하는 출발 물질들을 조합함으로써 제조되는 것인, 경량 하이-벌크 코팅지.
  52. 연 당 18 내지 24 파운드 정도의 중량의 베이스지 및 베이스지의 하나 이상의 면 상의 코팅 조성물을 포함하는 초경량 하이-벌크 코팅지이고,
    이때 조성물이 무정형 알루미늄 포스페이트로 구성된 입상 불투명화 안료를 포함하고, 코팅 조성물이 면 당 2 파운드/연의 중량이며, 베이스의 두께가 코팅지의 총 두께의 75％ 이상이고 코팅 조성물이 실질적으로 코팅지의 나머지 두께를 제공하도록 베이스 중량 및 코팅물 중량이 선택되어, 코팅지의 벌크 인자가 55 이상이며,
    코팅지는 TAPPI 테스트 방법 T480 om-92에 의해 측정된 코팅 광택도가 75°에서 20％ 이상이고, 파커 인쇄 표면에 대한 TAPPI 테스트 방법인 T555 om-99를 사용하여 측정 시 평활도가 5.0 미만이고, TAPPI 테스트 방법 T425 om-91을 사용하여 측정 시 불투명도가 80％를 초과하고, TAPPI 테스트 방법 T452 om 92를 사용하여 측정 시 백색도가 70％를 초과하는 GE 백색도를 갖는 것인,
    초경량 하이-벌크 코팅지.
  53. 제52항에 있어서, 무정형 알루미늄 포스페이트 안료가 인산, 황산알루미늄 및 수산화나트륨을 포함하는 출발 물질들을 조합함으로써 제조되는 것인, 초경량 하이-벌크 코팅지.
  54. 제52항에 있어서, 무정형 알루미늄 포스페이트 안료가 인산, 수산화알루미늄 및 알루민산나트륨을 포함하는 출발 물질들을 조합함으로써 제조되는 것인, 초경량 하이-벌크 코팅지.
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