KR101881373B1 - 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액 - Google Patents

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윤두훈
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Abstract

본 발명은 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원지 위에 도포되는 제지용 도공액에 있어서, 상기 도공액은 무기안료와, 상기 무기안료의 결합력을 증가시키는 바인더를 포함하며, 상기 바인더는 SB라텍스와 SB라텍스의 일부를 대체하는 나노사이즈의 바인더를 포함하고, 상기 무기안료는 클레이(Clay)와 중질탄산칼슘(GCC)을 포함하고, 상기 중질탄산칼슘은 입자의 크기 분포에 따라 Fine GCC와 Coarse GCC로 구분되는 두 종류의 GCC를 포함하며, 상기 무기안료와 도공액을 포함하는 고형물의 비율은 65~75% 농도로 물에 희석된 것을 특징으로 하는 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액에 대한 것이다.

Description

나노사이즈 바인더를 적용한 도공액{Coating color with nanoparticle binder}
본 발명은 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원지 위에 도포되는 제지용 도공액에 있어서, 상기 도공액은 무기안료와, 상기 무기안료의 결합력을 증가시키는 바인더를 포함하며, 상기 바인더는 SB라텍스와 SB라텍스의 일부를 대체하는 나노사이즈의 바인더를 포함하고, 상기 무기안료는 클레이(Clay)와 중질탄산칼슘(GCC)을 포함하고, 상기 중질탄산칼슘은 입자의 크기 분포에 따라 Fine GCC와 Coarse GCC로 구분되는 두 종류의 GCC를 포함하며, 상기 무기안료와 도공액을 포함하는 고형물의 비율은 65~75% 농도로 물에 희석된 것을 특징으로 하는 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액에 대한 것이다.
도공지란 원지(base paper)의 표면에 도공액을 바른 뒤 건조 시켜서 만든 종이로써, 표면의 평활성, 균일성, 광택성이 뛰어나 주로 달력, 잡지 등의 고가 제품에 사용된다. 이때 원지에 도포되는 도공액(Coating color)은 다양한 무기안료로 구성되는데, 상기 무기안료 내에는 결합 사이트가 없어 별도의 화학적 첨가제를 투입해 이들을 결합시키게 된다. 여기에 첨가되는 화학물질을 바인더(binder)라고 하는데, 주로 SB 라텍스가 사용된다.
<특허문헌>
특허 제10-1515696호(2015.04.21. 등록) "재생펄프 도공용 불투명도 개질제"
상기 특허문헌에 도시된 발명은, 도공액에 투입되는 바인더로써 SB 라텍스를 사용하고 있다. SB 라텍스는 스티렌(Styrene)과 부타디엔(Butadiene)의 합성을 통해 제조되는데, 이들은 석유화학물질이므로 유가변동에 따라 그 가격 변동이 심하다. 특히 최근에는 유가의 지속적인 상승으로 인해 SB 라텍스의 가격이 상승하고 있는바, 제지업계에서는 SB 라텍스를 대체할 수 있는 바인더의 필요성이 대두된다.
최근에는 SB 라텍스를 대체할 수 있는 나노사이즈의 바인더가 등장하였는데, 이는 SB 라텍스에 비해 사이즈가 작지만, 비표면적은 크기 때문에 결합력이 우수한 특징이 있다.
그러나 입자크기가 작은 나노사이즈의 바인더는 바인더 자체의 안정성에 문제가 있었고, 원지 위에 도포된 후 건조되기 전까지 시간 동안 바인더가 일측으로 쏠려 불균일한 상태가 되는 현상(migration)이 발생하여 종이의 품질에 영향을 주는 등, 많은 문제가 있어 실제 적용에 어려움이 많았다.
따라서 최근 나노사이즈 바인더를 사용하여 안정적인 가격에 원료를 공급하며 원가를 절감하면서도 점성, 유동률, 바인더 입자 이동 등의 문제를 해결하여 우수한 품질의 도공지를 생산할 수 있는 도공액에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 SB라텍스를 대체할 수 있는 나노사이즈 바인더를 포함하여 원가를 절감하고 우수한 품질의 종이를 생산할 수 있는 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 SB라텍스를 대체비율을 획기적으로 높여 원가를 절감하고 안정적인 공급이 가능한 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 SB라텍스를 대체하면서도 점도, 유동특성, 마이그레이션에 영향을 주지 않을 수 있도록 고형분의 비율을 증가시킨 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 SB라텍스를 대체하면서도 잉크 흡수속도에 영향을 주지 않도록 무기안료의 비율을 변경한 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 SB라텍스를 대체하면서도 종이의 색에 영향을 주지 않도록 형광염료의 비율을 증가시킨 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 SB라텍스를 대체하여 바인더의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있는 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 SB라텍스를 대체하여 바인더의 화학적 안정성을 향상시킬 수 있는 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액을 제공하는 데 있다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시 예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 원지 위에 도포되는 제지용 도공액에 있어서, 상기 도공액은 무기안료와, 상기 무기안료의 결합력을 증가시키는 바인더를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 상기 바인더가 SB라텍스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 상기 바인더가 SB라텍스의 일부를 대체하는 나노사이즈의 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 상기 바인더가 상기 SB라텍스 1 내지 10중량부에 대하여, 상기 나노사이즈의 바인더 2 내지 7중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 상기 무기안료가 클레이(Clay)와 중질탄산칼슘(GCC)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 상기 중질탄산칼슘이 입자의 크기 분포에 따라 Fine GCC와 Coarse GCC로 구분되는 두 종류의 GCC를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 상기 무기안료가 SB라텍스 1 내지 10중량부에 대하여, Fine GCC는 65 내지 75중량부, Coarse GCC는 15 내지 25중량부, Clay는 5 내지 15중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 상기 무기안료와 바인더를 포함하는 고형분은 65~75% 농도로 물에 희석된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 상기 도공액은 도공액 전체 중량의 0~0.5중량%만큼의 형광염료를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 상기 나노사이즈의 바인더가 SA라텍스로써, 입경이 30~50nm인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시 예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 SB라텍스를 대체할 수 있는 나노사이즈 바인더를 포함하여 원가를 절감하고 우수한 품질의 종이를 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 SB라텍스를 대체비율을 획기적으로 높여 원가를 절감하고 안정적인 공급이 가능한 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 SB라텍스를 대체하면서도 점도, 유동특성, 마이그레이션에 영향을 주지 않을 수 있도록 고형분의 비율을 증가시킨 효과를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 SB라텍스를 대체하면서도 잉크 흡수속도에 영향을 주지 않도록 무기안료의 비율을 변경한 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 SB라텍스를 대체하면서도 종이의 색에 영향을 주지 않도록 형광염료의 비율을 증가시킨 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 SB라텍스를 대체하여 바인더의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 존재한다.
또한, 본 발명은 SB라텍스를 대체하여 바인더의 화학적 안정성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도공액의 구성성분을 나타낸 구성도이다.
도 2는 종래기술에 따른 SB라텍스에 2가 양이온을 첨가한 후 응집물의 상태를 측정한 모습을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노사이즈의 바인더에 2가 양이온을 첨가한 후 응집물의 상태를 측정한 모습을 나타낸 사진이다.
도 4는 종래기술에 따른 SB라텍스의 3가 양이온을 첨가한 후 응집물의 상태를 측정한 모습을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노사이즈의 바인더에 3가 양이온을 첨가한 후 응집물의 상태를 측정한 모습을 나타낸 사진이다.
도 6은 종래기술에 따른 SB라텍스의 자체색상을 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노사이즈의 바인더의 자체색상을 나타낸 사진이다.
이하에서는 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.
그러면 도면을 참고하여 본 발명의 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액 및 그 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도공액의 구성성분을 나타낸 구성도이고, 도 2는 종래기술에 따른 SB라텍스에 2가 양이온을 첨가한 후 응집물의 상태를 측정한 모습을 나타낸 사진이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노사이즈의 바인더에 2가 양이온을 첨가한 후 응집물의 상태를 측정한 모습을 나타낸 사진이고, 도 4는 종래기술에 따른 SB라텍스의 3가 양이온을 첨가한 후 응집물의 상태를 측정한 모습을 나타낸 사진이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노사이즈의 바인더에 3가 양이온을 첨가한 후 응집물의 상태를 측정한 모습을 나타낸 사진이고, 도 6은 종래기술에 따른 SB라텍스의 자체색상을 나타낸 사진이며, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노사이즈의 바인더의 자체색상을 나타낸 사진이다.
본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액은 기존 SB라텍스만을 바인더로 사용한 도공액의 개선한 것으로, 유가의 변동에도 영향을 받지 않고 안정적인 가격에 일정한 양의 바인더를 공급하여 원가를 절감하고, 바인더 자체의 화학적/기계적 안정성을 개선하여 우수한 품질의 도공지를 생산하고자 한다. 본 발명을 설명하기에 앞서, 발명의 배경이 되는 도공지, 도공액, 바인더와 관련된 용어에 대해 서술한다.
도공지
도공지란 일반적인 종이(원지, base paper) 위에 백토 등의 광물성 안료와 접착제를 혼합한 도료 또는 합성 수지 등을 도포한 종이를 뜻하는 말로, 광택성(gloss), 평활성(Smoothness), 균일성(uniformity)이 뛰어나다. 광택성이란 빛을 반사시키는 정도를 나타내는 지표로써, 주로 백분율(%)로 표시하며 표면 거칠기와 반비례하는데, 인쇄물의 가장 중요한 품질 중 하나이다. 평활성이란 표면의 평평하고 매끄러운 정도를 나타내는 지표이며 전반적인 인쇄물의 분위기를 정하게 된다. 균일성이란 전 영역에 걸쳐 고른 성질이 나타나는지 여부를 표시하는 지표로써, 불균일할수록 종이의 품질은 떨어진다.
또한 인쇄 적합성이 좋아 고급인쇄에 사용되는데, 따라서 인쇄용지라고 부르기도 하며, 주로 달력, 잡지 등 고가의 제품에 쓰인다. 그 종류에는 아트지, 코팅지, 경량 코팅지 등이 존재한다. 이때 상기 도료 혹은 합성 수지를 도공액이라 부른다.
도공액
도공액은 전술한 바와 같이 도료 혹은 합성 수지로 이루어지는데, 크게 무기안료와 바인더(binder)로 이루어져 있다. 상기 무기안료는 일반적으로 클레이(Clay)와 중질탄산칼슘(GCC) 등으로 구성되는데, 상황에 따라 상기 물질들의 비율은 달라진다. 이때 상기 도공액을 이루는 무기안료 내부에는 자체적인 결합사이트가 없는 바, 이들을 결합시키기 위해 별도의 화학물질을 첨가하여야 한다. 이렇게 결합을 위해 사용되는 물질을 바인더라고 한다.
바인더
바인더는 상기 도공액 속 무기안료들을 결합시키기 위한 물질로, 주로 석유화학물질은 SB라텍스(SB latex)가 사용된다. SB라텍스란 스티렌(Styrene)과 부타디엔(Butadien)의 합성물로써, 원유에서 정제되어 나온 물질이다. 따라서 원유의 가격에 민감하게 영향을 받을 수밖에 없는 바, 안정적인 가격에 공급이 곤란하다. 또한 SB라텍스는 화학적/기계적 안정성이 떨어져 종이 품질에 영향을 주기도 한다. 최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해 SB라텍스를 대체하는 나노사이즈의 바인더가 개발되고 있다. 그러나 나노사이즈의 바인더는 바인더 자체의 안정성에 문제가 있고, 나아가 마이그레이션(Migration)이 발생해 표면이 불균일한 특성을 갖게 되는 문제가 있다. Migration이란 도공액이 원지의 표면에 도포된 후 고화되기 전에, 액체 속에서 바인더 입자가 원지 속으로 침투하거나 특정 부위에만 집중되어 나타나는 현상으로, 균일성에 영향을 주어 종이의 품질을 악화시키게 된다. 따라서 본 발명에서는 나노사이즈의 바인더를 적용하면서도, 상기 문제를 해결하여 우수한 품질의 종이를 생산하고자 한다.
본 발명에 따른 도공액의 구성물질을 도시한 도 1을 참고하면, 도공액(Coating Color)은 클레이(Clay), 중질탄산칼슘(GCC)를 포함하는 무기안료와, SB라텍스, 나노사이즈의 바인더를 포함하는 바인더를 포함할 수 있다.
상기 나노사이즈의 바인더는, SB라텍스의 일부를 대체하는 물질로써, 기존 SB라텍스 질량의 50~70% 가량을 대체할 수 있다. 즉, 기존에 10g의 SB라텍스가 사용되었다면, 본 발명에 따른 바인더는 SB라텍스는 3~5g만 사용하게 된다. 이때 나노사이즈의 바인더는 대체되는 SB라텍스 질량의 절반 만큼만 투입될 수 있다. 즉, 10g의 SB라텍스를 사용하던 것을, 본 발명에 따른 도공액에서 50% 대체한다면, SB라텍스 5g과, 나노사이즈 바인더 2.5g을 사용하게 된다. 또는, 70% 대체한다면, SB라텍스 3g과, 나노사이즈 바인더 3.5g을 사용하게 된다. 나노사이즈 바인더는 비표면적이 크기 때문에 결합력이 좋아 이렇게 적은 양의 나노사이즈 바인더를 사용하여도 종래와 같은 효과를 발휘할 수 있다. 이때 상기 나노사이즈의 바인더는 SA라텍스(Styrene-Acrylic Latex)일 수 있는데, 구체적으로는 입경이 30~50nm 사이인 것이 바람직하다.
이러한 방식으로 바인더 자체의 총량이 줄어드는바, 원가를 절감하는 효과가 존재한다. 나아가, 석유화학 물질인 SB라텍스의 양도 줄어드므로 원유가의 영향을 상대적으로 덜 받고 안정적인 가격에 바인더를 공급할 수 있는 이점이 있다.
그러나 전술한 바와 같이, 바인더의 총량이 줄어들면 migration이 발생하여 종이의 품질이 악화될 수 있다. 또한, 바인더의 총량이 줄면 도공지의 표면에 잉크를 이용하여 인쇄작업을 실시할 때 잉크의 흡수속도가 지나치게 빨라져 인쇄불량의 문제가 발생한다. 나아가 바인더 입자의 크기가 줄어드면 저전단점도가 높아져 펌핑 공정이나 탱크에 보관시 문제가 발생하고, migration 또한 더욱 많이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 무기안료의 비율과, 무기안료와 바인더를 포함한 고형분의 비율을 조절한다.
이때 고형분이란, 무기안료와 바인더를 포함한 개념이다. 이러한 고형분은 물과 섞어 사용하게 되는데, 종래에는 고형분 63~73중량%에 물 27~37중량%를 사용하였다. 그러나 본 발명에 따른 도공액은 전술한 문제를 해결하기 위해 고형분의 비율을 향상시키는데, 바람직하게는 고형분 65~75중량%에 물 25~35중량%를 사용한다. 이렇게 고형분의 비율을 증가시킴으로 인해 migration을 억제시킬 수 있다. 또한 표면거칠기도 개선될 수 있다.
또한, 상기 무기안료의 비율도 변화하는데, 이는 하기 표 1을 참고하면 구체적인 자료를 확인할 수 있다.
구분 종래 기술 본 발명
무기안료 Clay 5~15 5~15
GCC Fine 85~95 65~75
GCC Coarse - 15~25
바인더 SB라텍스 5~15 1~10
나노사이즈 바인더 - 2~7
상기 표 1을 참고하면, 종래기술과 비교하여 본 발명에 따른 바인더는 SB라텍스를 대체하는 나노사이즈의 바인더를 포함한다. 이때 상기 나노사이즈의 바인더는, SB라텍스 1 내지 10중량부에 대하여, 2 내지 7중량부를 포함한다.
또한, 바인더 입경이 작아져서 빨라진 잉크 흡수속도를 조절하기 위해, 상대적으로 입경이 큰 입자로 이루어진 Coarse GCC를 첨가하고, 입경이 작은 Fine GCC는 그 비율을 줄인다.
구체적으로는, 무기안료 내에서 Clay 5 내지 15중량부에 대하여, 85 내지 95중량부였던 Fine GCC를 65 내지 75 중량부로 줄인다. 또한 Coarse GCC는 15 내지 25중량부만큼 첨가한다. 일반적으로 무기안료를 이루는 입자의 크기가 작으면 입자들 사이의 공간의 지름(pore radius)도 줄어드는데, 이러한 공간의 지름이 줄어들면 흡수속도는 빨라진다. 따라서 입경이 작은 Fine GCC는 비율을 줄이고, 상대적으로 입경이 큰 Coarce GCC는 비율을 늘려 빨라진 흡수속도를 다시 느리게 만들어 인쇄불량 문제를 해결한다. 이때 Coarce GCC의 비율이 늘어나면 표면거칠기가 나빠질 수 있지만, 전술한 바와 같이 고형분 전체의 비율을 향상시켰는바, 이를 상쇄할 수 있다.
다음으로, 전술한 구성에 의한 나노사이즈의 바인더에 대한 효과를 입증하기 위하여 실시한 화학적/기계적 안정성에 대한 실험 결과를 하기 표 2를 참고하여 서술한다.
항목 SB라텍스 나노사이즈 바인더 비고
화학적 안정성
 2가 양이온 0~1.0g 0g 응집물 무게
3가 양이온 0~2.0g 0g
기계적 안정성
 부피 200~400→300~500ml 200~400→250~450ml 고속교반 후
측정
점도 450~650→300~500cPs 0~200→0~200cPs
화학적 안정성에 대한 실험방법
상기 표 2의 2가 양이온에 대한 화학적 안정성은 100ml 비커에 SB라텍스 또는 나노사이즈 바인더 25ml를 취한 뒤, 0.1M CaCl2을 10ml 가하여 30분간 방치한 후 325Mesh에 거른 뒤 여과지를 이용해 측정한 응고물의 질량이다.
또한, 3가 양이온에 대한 화학적 안정성은 100ml 비커에 SB라텍스 또는 나노사이즈 바인더 25ml를 취한 뒤, 0.1M FeCl2를 10ml 가하여 30분간 방치한 후 325Mesh에 거른 뒤 여과지를 이용해 측정한 응고물의 질량이다.
화학적 안정성이 나쁘면 양이온 첨가시 응고물이 많이 발생한다. 만일 바인더의 화학적 안정성이 나쁘면 제지 생산 공정 중에 있어 도공액 등에 함유된 양이온과 반응하여 응고물을 형성하게 되고, 표면 거칠기 등에 영향을 주어 종이 품질을 악화시킨다. 상기 실험 결과에 의하면 종래 SB라텍스는 2가 양이온 첨가 시 0 내지 1.0g, 3가 양이온 첨가 시 0 내지 2.0g의 응집물이 발생하였다. 이에 반해 나노사이즈의 바인더는 양이온을 첨가하여도 응집물이 발생하지 않는다.
따라서 나노사이즈의 바인더는 SB라텍스보다 뛰어난 화학적 안정성을 보임을 알 수 있다.
이러한 실험결과에 대한 사진은 도 2 내지 도 6에서 확인할 수 있는데, 도 2는 SB라텍스에 2가 양이온을 첨가한 모습을, 도 3은 나노사이즈 바인더에 2가 양이온을 첨가한 모습을, 도 4는 SB라텍스에 3가 양이온을, 도 5는 나노사이즈 바인더에 3가 양이온을 첨가한 모습을 도시하고 있다. 도 3에 비해 도 2에 많은 응집물이 발생한 것을 확인할 수 있는데, 이는 도 5와 도 4를 비교해도 마찬가지이다.
기계적 안정성에 대한 실험방법
또한, 상기 표 2의 기계적 안정성은 SB라텍스 또는 나노사이즈 바인더를 500ml 취한 후, 고속 교반기로 50Hz에서 5분간 교반 후 발생한 기포의 부피 및 저전단점도를 측정한 것이다.
교반 후 부피가 많이 변하게 되면 거품이 발생하고 결합력이 약화되어 코팅능력이 저하되므로, 거품이 적게 발생할 수록 기계적 안정성이 뛰어나다. 또한 상기 표 2의 점도는 저전단점도를 의미하는데, 저전단점도는 유동성에 영향을 주는 물성으로, 그 변화 값이 낮을수록 기계적 안정성이 뛰어나다.
상기 표 2를 참고하면, SB라텍스의 경우 부피가 200ml 내지 400ml에서 300ml 내지 500ml로 많이 변한 것을 확인할 수 있다.
이에 반해 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더의 경우에는 부피가 200ml 내지 400ml에서, 250ml 내지 450ml로 변화하였다. 이는 상기 SB라텍스에 대한 실험결과와 비교해볼 때, 부피변화가 미미한 것을 확인할 수 있다.
또한 저점단점도의 경우, SB라텍스는 450cPs 내지 650cPs에서 300cPs 내지 500cPs로 변화하여 많이 변한 것을 확인할 수 있다.
반면에 나노사이즈 바인더의 경우에는 0cPs 내지 200cPs에서 0cPs 내지 200cPs로 변하였다. 이는 상기 SB라텍스에 대한 실험결과와 비교해볼 때, 저전단점도의 변화가 미미한 것을 확인할 수 있다.
따라서 나노사이드의 바인더가 SB라텍스보다 기계적으로 안정한 것을 알 수 있다.
다음으로, 전술한 구성에 의한 나노사이즈의 바인더를 포함한 도공액에 대한 성질과 효과를 입증하기 위하여 측정한 물성을 표 3을 참고하여 서술한다.
항목 SB라텍스 사용 나노사이즈 바인더 사용 비고
도공액 전체


 고형분 비율 64~74% 65~75%
저전단점도 1000~2000cPs 1000~2000cPs Brookfield
고전단점도 30~40cPs 30~40cPs Hercules
보수도 100~200gsm 130~230gsm
고전단점도는 도공액의 도포 과정에서 중요한 변수로, 그 값이 작을수록 유동성이 좋아 신속한 생산이 가능하고 우수한 품질의 종이를 만들 수 있다.
상기 표 3을 참고하면, SB라텍스만을 이용한 종래의 도공액과 본 발명에 따른 나노사이즈 바인더를 적용한 도공액의 점도 특성에는 큰 차이가 없어 바인더의 변경에도 불구하고 동일하게 우수한 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로는, 양자 모두 저전단점도는 1000cPs 내지 2000cPS를, 고전단점도는 30cPs 내지 40cPs를 나타내는바, 양자의 점도 물성을 유사함을 알 수 있다.
보수도는 표면에 도포한 재료가 굳지 않는 동안 수분을 유지할 수 있는 성능으로, 높을수록 물 속에서 바인더 입자의 migration이 잘 일어나는 반면, 건조도는 우수하다. 반대로 보수도가 낮으면 migration은 억제되지만, 건조도는 저하되는 특성을 가진다. 따라서 적절한 수준의 보수도가 요구되는데, 표 3을 참고하면 SB라텍스만을 사용한 종래기술과 본 발명을 비교시 큰 차이가 없어 바인더의 변경에도 불구하고 동일하게 우수한 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로는, SB라텍스만을 사용한 경우에는 100gsm 내지 200gsm을, 나노사이즈 바인더를 사용한 경우에는 130gsm 내지 230gsm의 값을 갖는바, 양자가 유사함을 알 수 있다.
다음으로, 하기 표 4와 도 6 및 도 7을 참고하여 도공액의 색상과 관련하여 종래 기술에 따른 도공액에 투입되는 형광염료와 본 발명을 비교한다.
항목 SB라텍스 나노사이즈 바인더 비고
형광염료 투입량 0~0.4중량% 0~0.5중량% 형광염료 투입량 상향
도 6 및 도 7을 참고하면, 나노사이즈 바인더의 자체색상은 SB라텍스의 자체색상보다 어두운 것을 확인할 수 있다. 이렇게 색이 어두워지면 도공지의 품질에 악영향을 줄 수 있는바, 이를 조절하기 위해 형광염료를 투입하게 된다. 이때 나노사이즈 바인더는 SB라텍스에 투입되던 형광염료의 양보다 많이 투입하여야 하는데, 바람직하게는 도공액 100중량부에 대하여 0~0.5중량부를 투입함이 바람직하다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 원지 위에 도포되는 제지용 도공액에 있어서,
    상기 도공액은 무기안료와, 상기 무기안료의 결합력을 증가시키는 바인더(Binder)를 포함하고,
    상기 바인더(Binder)는, 스티렌-부타디엔 라텍스(Styrene-Butadien Latex)와, 스티렌-아크릴 라텍스(Styrene-Acrylic Latex)를 포함하며,
    상기 바인더(Binder)는, 상기 스티렌-부타디엔 라텍스(Styrene-Butadien Latex) 1 내지 10 중량부에 대하여, 상기 스티렌-아크릴 라텍스(Styrene-Acrylic Latex) 2 내지 7 중량부를 포함하고,
    상기 무기안료는, 클레이(Clay)와 중질탄산칼슘(Ground Calcium Carbonate)을 포함하며,
    상기 중질탄산칼슘(Ground Calcium Carbonate)은, 입도가 상이한, Fine GCC와, Coarse GCC를 포함하고, 상기 Fine GCC의 입도는 상기 Coarse GCC의 입도 보다 작으며,
    상기 무기안료는, 상기 스티렌-부타디엔 라텍스(Styrene-Butadien Latex) 1 내지 10 중량부에 대하여, 상기 클레이(Clay)는 5 내지 15 중량부, 상기 Fine GCC는 65 내지 75 중량부, 상기 Coarse GCC는 15 내지 25 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제지용 도공액.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 무기안료와 바인더를 포함하는 고형분은 65~75% 농도로 물에 희석된 것을 특징으로 하는, 제지용 도공액.
  9. 제1항에 있어서, 상기 도공액은 도공액 전체 중량의 0~0.5중량%만큼의 형광염료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제지용 도공액.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스티렌-아크릴 라텍스(Styrene-Acrylic Latex)는, 입경이 30~50nm인 것을 특징으로 하는, 제지용 도공액.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005299005A (ja) * 2004-04-09 2005-10-27 Daio Paper Corp 紙塗工液及びそれを用いた塗工紙
KR20110101140A (ko) * 2008-12-18 2011-09-15 케미라 오와이제이 코팅 착색 조성물과 상기 조성물로 코팅된 종이 또는 판지

Patent Citations (2)

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