KR20000048809A - 코팅된 인쇄용지 및 그 제조방법 - Google Patents

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토마스 에이. 웨커
바헤루 야데타
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Abstract

본 발명은 총 안료 100중량부를 기준으로, 최소 80부의 침전 탄산칼슘 및 최소 5부의 중공 구형 플라스틱 안료를 함유하는 코팅 조성물이 코팅된 신규한 고 광택 코팅 인쇄용지를 제공한다. 바람직하게, 코팅 조성물은 이산화 티타늄을 더 포함한다. 신규한 인쇄용지를 제조하는 방법도 제공된다.

Description

코팅된 인쇄용지 및 그 제조 방법{COATED PRINTING PAPER AND METHOD OF MANUFACTURE}
인쇄용지용 코팅 조성물의 광도를 증가시키기 위해 자연 연마 및 침전된 탄산칼슘을 사용하는 것은 본 기술분야에 잘 알려져 있다. 유럽에서는, 비교적 고 수준의 탄산칼슘이 코팅 조성물에 통상적으로 사용된다. 그러나, 고 수준의 탄산칼슘은 잉크 퍼짐, 종이상의 흔적 및 단부 종이 벗겨짐(tail picking) 같은 다양한 인쇄 장애들을 발생시킬 수 있다. 대부분의 코팅 조성물들은 이러한 장애들을 최소화하기 위한 노력으로 80중량% 이하로 사용된다. 침전 탄산칼슘이 이들 인쇄 장애를 줄이기 위해 사용될 수 있는데, 이는 침전 탄산칼슘들이 연마된 탄산칼슘보다 덜 마모되기 때문이다. 게다가, 일반적으로 고 수준의 탄산칼슘을 함유하는 코팅물들은 광택이 없거나, 경량으로 코팅된 또는 로터그라비어(rotogravure) 용지들로 한정된다. 미국에서, 사이즈 프레스 용액(size press solutions)들이 점토 코팅물과 함께 사용되도록 제형화되어 있지만 고 수준의 탄산칼슘을 함유하는 코팅물들과 함께 사용될 때 인쇄 장애들이 악화되는 경향이 있다.
중공 구형 플라스틱 안료들은 용지 광택, 인쇄 광택, 불투명도 및 평탄성(smoothness)과 같은 매우 다양한 용지 특성들을 향상시키기 위한 용도로 제조자들에 의해 장려된다. 이것들은 코팅 중량을 줄이는 것과 더불어 용적을 늘리는데도 사용될 수 있다. 중공 구형 플라스틱 안료를 고 농도의 탄산칼슘과 수반하여 사용하는 것은 공지되어 있지않다.
본 발명의 목적은 인쇄 장애를 최소화하는 것과 더불어 고 광도 및 고 광택을 나타내는 인쇄용지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고 광택 인쇄용지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명은 총 안료를 100중량부로 할 때 최소 80부의 침전 탄산칼슘 및 최소 5부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함하는 코팅 조성물 층이 최소한 한 표면상에 코팅된 종기기판을 포함하는 광택 인쇄용지를 제공한다. 바람직하게 코팅 조성물은 80-92부의 침전 탄산칼슘 및 6-12부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함한다. 또한, 본 발명은 코팅 조성물의 층이 이산화 티타늄 안료를 포함하는 광택 인쇄용지를 제공한다. 본 발명은 또한 코팅 조성물 층이 6부 이하의 점토 안료를 포함하는 광택 인쇄 용지를 제공한다. 바람직하게, 코팅 조성물의 건조된 코팅물 중량은 8.9 - 16.3g/m2(6 - 11 lb/3300ft2)이며, 중공 구형 플라스틱 안료는 약 1.0㎛의 평균 직경 및 55부의 공간 체적을 갖는 아크릴 스티렌 코폴리머로 구성되며, 침전 탄산칼슘은 약 0.6㎛의 평균입자 크기와 약 10m2/g의 표면적 및 2:1내지 3:1의 종횡비(aspect ratio)를 갖는다.
또한, 본 발명은 종이기판의 최소한 한 표면에 최소 80부의 침전 탄산칼슘 및 최소 5부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함하는 코팅 조성물의 층을 코팅하고, 코팅된 기면을 건조하며, 코팅 건조된 기면을 캘리더 가공하는 것을 포함하는 광택 인쇄용지 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적들 및 잇점들은 하기 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명으로부터 당업자들에게 명백해질 것이다.
본 발명은 신규한 고 광도(brigthness), 고 광택(gloss) 인쇄용지용 코팅 조성물 및 신규한 고 광택 인쇄용지의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 광택 인쇄용지는 총안료 100중량부를 기준으로 최소 80부의 침전 탄산칼슘(이하 PCC라 함) 및 최소 5부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함하는 코팅 조성물로 종이기판을 코팅하여 제조된다.
본 발명에 따라서 최소 80부의 PCC 및 최소 5부의 중공 구형 플라스틱 안료의 배합 사용은 예기치 않게 보다 우수한 품질 특성들 및 실질적으로 향상된 인쇄력을 보유한 인쇄용지를 생산했다. 이 배합은 고 광택 및 고 광도를 갖는 매끄럽고 균일한 표면 뿐만아니라 향상된 코팅 잉크 상호작용, 잉크 흡수, 잉크통 용액 흡수등을 제공한다. 결과적으로 인쇄된 상은 고 잉크 광택, 고 잉크 불변성(uniformity) 및 저 마이크로글로스(microgloss)를 가진다. 본 발명의 인쇄용지는 또한 우수한 기포방지를 나타낸다. 향상된 용지의 주행성(runnability)과 인쇄성은 거의 제거된 단부 종이 벗겨짐, 번짐 및 마모등으로 증명된다.
본 발명의 코팅 조성물은 최소 80중량부의 PCC 및 최소 5중량부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함한다. 적절한 PCC의 실예들로 Specialty Mineral, Inc.에서 제조된 Albaglos L 및 Albaglos S등이 포함된다. 바람직하게 PCC는 약 0.6 ㎛의 평균입자 크기 및 약 10 m2/g의 표면적을 가진다. 가장 바람직하게, PCC는 2:1 내지 3:1의 종횡비를 가진다.
적절한 중공 구형 플라스틱 안료들로는 Rohm & Haas Company의 Ropaque HP-1055, OP-96, 및 HP-91같은 것이 입수 가능하다. 바람직하게, 중공 구형 플라스틱 안료는 약 1.0 ㎛의 평균 입자 직경 및 약 55부의 공간 체적을 가진다. 가장 바람직하게, 중공 구형 플라스틱 안료는 아크릴 스티렌 코폴리머로 구성된다.
또한, 본 발명의 코팅 조성물은 6중량부 이하의 점토를 포함할 수 있다. 당업자들은 코팅 조성물들에 점토를 사용하는 것이 다른 특성들은 향상시키는 반면에 광도가 감소되는 것으로 알 것이다. 이와는 반대로, 본 발명에서의 점토 첨가는 예기치 않게 용지 광택 및 최종 제품 특성들을 감소시켰다. 소정의 최종 생성물 특성이 이들 코팅 제제(coating formulation) 사용되는 점토의 양을 결정할 것이다. 적절한 점토들의 실예들은 ECCI로부터 입수 가능한 Astra-Plus 및 Engelhard Corporation으로부터 입수 가능한 Ansilex 93을 포함한다.
바람직하게, 본 발명의 코팅 조성물들은 천연 또는 합성 비점토 안료들을 단독으로 또는 혼합하여 포함할 수 있다. 적절한 안료들의 실예로는 아나테스(anatase) 또는 금홍석(rutile) 형태의 이산화 티타늄, 수산화 알루미늄, 새틴 화이트(satin white), 실리카, 유기 안료 등을 포함한다. 이런 안료들이 실예로서 목록화 되었지만 본 발명에 사용된 안료들은 이들 목록화된 것들로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 가장 바람직하게, 비점토 안료는 산화 티타늄이다. 적절한 아나테스 이산화 티타늄의 실예는 SCM Chemicals로부터 입수 가능한 TiONA-A2000이다.
바람직한 코팅 조성물은 기준으로 총 안료 100중량부를 기준으로, 80 - 92부의 PCC 및 6 - 12부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함한다. 높은 불투명도를 요구하는 제품에 있어서는 가장 바람직한 코팅 조성물이 총 안료 100중량부를 기준으로, 80 - 84부의 PCC, 6 - 12부의 중공 구형 플라스틱 안료 및 9 - 12부의 이산화 티타늄을 포함한다. 다른 방법으로, 최종 생성물의 품질 뿐만아니라 생성물의 비용이 둘 모두 균형되게 가장 바람직한 코팅 조성물은 총 안료 100중량부를 기준으로 85 - 92부의 PCC, 8 - 12부의 중공 구형 플라스틱 안료 및 6부 이하의 이산화 티타늄으로 구성된다.
본 발명의 코팅 조성물들은 개질없이 종이 및 웨브(web)의 인쇄 등급들에 적합하다. 당업자들은 웨브 인쇄에 수반되는 속도 및 고온 때문에 코팅 조성물들은 일반적으로 웨브 등급을 위해 개질되어야 하는 것으로 알 것이다. 웨브 인쇄 용지들은 건조하는 동안 기포를 줄이기 위해 더 낮은 수증기 및 보다 많은 다공성의 코팅 층들을 가지는 경향이 있다.
또한, 본 발명의 코팅 조성물은 모든 종이 코팅을 위해 필요한 바인더 시스템을 포함된다. 당업자들은 전분을 갖는 바인더 시스템이 광도를 줄인다는 것을 알 것이다. 최소량의 전분을 갖는 라텍스(latex) 바인더 시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용된 라텍스 바인더 시스템들로는 아크릴성의, 스티렌-부타디엔, 스티렌-아크릴레이트, 우레탄, 아크릴로니트릴, 카르복실화 라텍스등을 포함한다. 이런 바인더들은 실예를 위해 목록화되였으며, 본 발명에 사용되는 바인더들이 목록화된 것들로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 바람직하게, 두개의 라텍스 형태, 스티렌-부타디엔 및 스티렌-아크릴레이트의 혼합물이 본 발명에 사용된다.
당업자들은 코팅 제제들이 염료, 형광 증백제, 분산제, 농화제, 윤활제, pH 조절제 등과 같은 다양한 첨가제들을 포함할 수 있다는 것을 알 것이다. 첨가제의 사용은 최종 생성물 특성에 의해 결정된다. 본 발명은 목록화된 첨가제 성분들로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 종이기판은 어떤 제지 섬유들이라도 통상적인 제지 기술에 의해 얻어질 수 있다. 바람직하게, 종이기판은 목질이 아닐 수 있다. 당업자들은 최종 제품 특성들 및 생산성 요인들이 사용된 제지 섬유들의 특정 혼합을 결정할 것이라는 것을 이해할 것이다. 게다가, 기판은 전분 프리코팅물로 사이즈 되는 것이 바람직하다.
본 발명의 코팅 조성물은 다양한 코팅 기술들에 의해 도포될 수 있다. 코팅물 도포의 실예들로는 휨 날개(bent blade), 베벨 날개, 로드, 숏 드웰(short dwell), 커튼 코팅, 에어 나이프등이 있다. 당업자들은 본 발명이 이들 기술들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 게다가, 당업자들은 본 발명의 코팅 조성물들의 유동성(rheology)에 따른 변형이 사용되는 코팅 기술에 따라 필요할 것이라는 것을 알 것이다.
본 발명의 코팅 조성물을 도포하는 가장 바람직한 방법은 측면마다 8.9 - 16.3 g/m2(6 - 11 lb/3300 ft2)의 건조된 코팅물 중량으로 휨 날개 코팅기로 하는 것이다. 그러나, 본 발명은 한 면 또는 양 면에 모두 이중 코팅된 제품들 뿐만아니라 오직 한 면만 코팅된 종이 제품들도 포함한다. 당업자들은 리올리지 및 응용된 코팅막 중량 둘 모두 소정의 최종 생성물 특성에 따라 수정될 것이다는 것을 알 것이다. 코팅 작업은 제지 작업과 함께 연속적인 라인 작업으로 될 수 있다.
본 발명은 건조된 코팅 용지를 캘린더 가공하는 마감 단계를 포함한다. 본 발명의 용지를 캘린더 가공하는 방법은 제한되지 않는다. 용지는 스탠드 단독 캘린더 또는 슈퍼 캘린더 상에서 개별적인 단계로 캘린더 가공될 수 있거나 또는, 제지 작업 및/또는 코팅 작업과 함께 연속적인 라인 작업으로 캘린더 가공될 수 있다.
하기 실시예들은 본 발명을 설명하는 것으로서 당업자들이 본 발명을 이해할 수 있도록 한다. 본 발명은 하기 특정 실시예들로 한정되지 않는 것으로 이해될 것이다. 다른 방식으로 기술되지 않는다면, 모든 부 및 %는 중량단위이다.
표 1은 본 발명과 비교 실예의 제제 및 최종 제품 특성들을 나열한 것이다. 실예 1 - 5는 본 발명을 나타낸다. 실예 C1 - C3는 비교를 위해 나열된다. 모든 코팅 조성물은 실험용 크기의 배치에서 혼합되어, 58 - 60부의 최종 코팅 고형물들을 갖는다. 71.0 g/m2(48 lb/3300 ft2)의 기본 중량을 가지는 주 원료(bodystock)는 각각의 코팅물과 함께 한 측면에 코팅된다. 최종 코팅물 중량은 약 14.8 g/m2(10 lb/3300 ft2)이다. 코팅 건조된 샘플들은 고온 고압에서 한개의 닙(nip)을 통해 실험실용의 캘린더에서 캘린더 가공되었다. 샘플들이 50%의 일정 습도에서 24시간 동안 조건화된 후 시험을 수행했다.
1 2 3 4 5 C1 C2 C3
제제
PCC 81 88 86 88 90 100 96.5 0
중공 구형 플라스틱 안료 8 6 8 8 6 0 3.5 0
TiO2 11 6 6 4 0 0 0 0
점토 0 0 0 0 4 0 0 75
연마된 탄산칼슘 0 0 0 0 0 0 0 25
특성
광도 92.8 94.0 93.8 92.0 91.3 93.5 94.4 86.3
75°용지광택 80.7 76.0 81.0 81.0 73.1 50.0 50.0 81.1
20°잉크 광택 66.0 69.0 68.5 73.0 57.3 30.4 28.0 60.5
마이크로글로스 273 272 270 320 400 189 230 505
마이크로글로스(microgloss)는 광택의 점 대 점 변화의 척도로서 상의 품질과 관련된다. 마이크로글로스는 1.5mm 마이크로글로스 헤드를 사용하여 토바이어스 모틀 테스터(Tobias Mottle tester)에서 측정된다. 값이 낮아질수록 표면의 광택은 더 균일하다.
실시예로 설명된 본 발명의 예들은 고 광도, 고 용지 광택, 고 잉크 광택 및 저 마이크로글로스의 소정의 최종 제품 특성들을 충족시킨다.
본 발명의 바람직한 형태들이 실시예에 기술되어 설명되었지만 이들의 변형들은 당업자들에게 명백할 것이다. 본 발명은 본 실시예로만 제한되지 않으며 본 발명의 사상 또는 첨부된 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (30)

  1. 향상된 인쇄능력을 가지는 광택 인쇄용지에 있어서, 총 안료 100중량부를 기준으로, 최소 80부의 침전 탄산칼슘 및 최소 5부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함하는 코팅 조성물의 상부층이 최소 한면상에 코팅된 종이기판을 포함하는 광택 인쇄용지.
  2. 제 1항에 있어서, 코팅 조성물이 총 안료 100중량부를 기준으로, 80 - 92부의 침전 탄산칼슘 및 6 - 12부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함하는 광택 인쇄용지.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 코팅 조성물이 다른 천연 또는 합성 비점토 안료들을 더 포함하는 광택 인쇄용지.
  4. 제 3 항에 있어서, 다른 천연 또는 합성 비점토 안료들중 최소한 하나가 이산화 티타늄인 광택 인쇄용지.
  5. 제 4항에 있어서, 코팅 조성물이 총 안료 100중량부를 기준으로, 80 - 84부의 침전 탄산칼슘, 6 - 12부의 중공 구형 플라스틱 안료 및 9 -12부의 이산화 티타늄을 포함하는 광택 인쇄용지.
  6. 제 4 항에 있어서, 코팅 조성물이 총 안료 100중량부를 기준으로, 85 - 92부의 침전 탄산칼슘, 8 -12부의 중공 구형 플라스틱 안료 및 6부 이하 이산화 티타늄을 포함하는 광택 인쇄용지.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 코팅 조성물의 층의 건조된 코팅물 중량이 6 - 11 lb/3300ft2인 광택 인쇄용지.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중공 구형 플라스틱 안료가 약 1.0㎛의 평균 직경 및 약 55부의 공간 체적을 가지는 광택 인쇄용지.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 중공 구형 플라스틱 안료가 아크릴성 스티렌 코폴리머로 구성되는 광택 인쇄용지.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 침전 탄산칼슘이 약 0.6㎛의 중간입자 크기 및 약 10m2/g의 표면적을 가지는 광택 인쇄용지.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 침전 탄산칼슘이 2:1 내지 3:1의 종횡비 범위를 가지는 광택 인쇄용지.
  12. 향상된 인쇄력을 보유한 광택 인쇄용지에 있어서, 총 안료 100중량부를 기준으로, 최소 80부의 침전 탄산칼슘, 최소 5부의 중공 구형 플라스틱 안료 및 6부 미만의 점토를 포함하는 코팅 조성물의 상부층이 최소 한면상에 코팅된 종이기판을 포함하는 광택 인쇄용지.
  13. 제 12 항에 있어서, 코팅 조성물이 총 안료 100중량부를 기준으로, 80 - 92부의 침전 탄산칼슘 및 6 - 12부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함하는 광택 인쇄용지.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 코팅 조성물이 다른 천연 또는 합성 비점토 안료들을 더 포함하는 광택 인쇄용지.
  15. 제 14 항에 있어서, 다른 천연 또는 합성 비점토 안료들중 최소한 하나가 이산화 티타늄인 광택 인쇄용지.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 코팅 조성물의 층의 건조된 코팅물 중량이 6 - 11 lb/3300ft2인 광택 인쇄용지.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 중공 구형 플라스틱 안료가 약 1.0㎛의 평균 직경 및 약 55부의 공간 체적을 가지는 광택 인쇄용지.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 중공 구형 플라스틱 안료가 아크릴성 스티렌 코폴리머로 구성되는 광택 인쇄용지.
  19. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 침전 탄산칼슘이 약 0.6㎛의 중간입자 크기 및 약 10m2/g의 표면적을 가지는 광택 인쇄용지.
  20. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 침전 탄산칼슘이 2:1 내지 3:1의 종횡비 범위를 가지는 광택 인쇄용지.
  21. 향상된 인쇄력을 보유한 광택 인쇄용지 제조 방법에 있어서,
    a.총 안료 100중량부를 기준으로, 최소 80부의 침전 탄산칼슘 및 최소 5부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함하는 코팅 조성물의 상부층을 종이기판의 최소 한면상에 코팅하는 단계,
    b.코팅된 기판을 건조하는 단계, 및
    c.코팅 건조된 기판을 캘린더 가공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 코팅 조성물이 총 안료 100중량부를 기준으로 80 - 92부의 침전 탄산칼슘 및 6 - 12부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함하는 방법.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 코팅 조성물이 다른 천연 또는 합성 비점토 안료들을 더 포함하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 다른 천연 또는 합성 비점토 안료들중 최소한 하나가 이산화 티타늄인 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 코팅 조성물이 총 안료 100중량부를 기준으로, 80 - 84부의 침전 탄산칼슘, 6 - 12부의 중공 구형 플라스틱 안료 및 9 -12부의 이산화 티타늄을 포함하는 방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 코팅 조성물이 총 안료 100중량부를 85 - 92부의 침전 탄산칼슘, 8 -12부의 중공 구형 플라스틱 안료 및 6부 이하 이산화 티타늄을 포함하는 방법.
  27. 향상된 인쇄력을 보유한 광택 인쇄용지 제조 방법에 있어서,
    a.총 안료 100중량부를 기준으로, 최소 80부의 침전 탄산 칼슘, 최소 5부의 중공 구형 플라스틱 안료 및 6부 이하의 점토를 포함하는 코팅 조성물의 상부층을 종이기판의 최소 한면상에 코팅하는 단계,
    b.코팅된 기판을 건조하는 단계, 및
    c.코팅 건조된 기판을 캘린더가공하는 단계
    를 포함하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 코팅 조성물이 총 안료 100중량부를 기준으로, 80 - 92부의 침전 탄산칼슘 및 6 - 12부의 중공 구형 플라스틱 안료를 포함하는 방법.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서, 코팅 조성물이 다른 천연 또는 합성 비점토 안료들을 더 포함하는 방법.
  30. 제 23 항에 있어서, 다른 천연 또는 합성 비점토 안료들중 최소한 하나가 이산화 티타늄인 방법.
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