KR20030042458A - 종이 제품의 휘도를 조절하는 방법 - Google Patents

종이 제품의 휘도를 조절하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 직접 염료 또는 안료와 하나 이상의 형광 증백제를 포함하는 혼합물을 사용함을 특징으로 하는 백지의 셰이딩(shading) 방법, 이러한 혼합물 및 상기 방법으로 염색된 종이에 관한 것이다.

Description

종이 제품의 휘도를 조절하는 방법{PROCESS FOR CONTROLLING THE BRIGHTNESS OF PAPER PRODUCTS}
제지 산업에서 휘도란 특정 파장에서 종이 또는 펄프의 반사율을 나타내는데 사용되는 기술용어로서, 예를 들어 TAPPI(펄프 및 제지 산업의 기술연합회) 휘도, ISO(국제표준화기구) 휘도 등이 있다.
종이 시료의 휘도, 백색도 및 색채에 대한 몇몇 정의는 다음과 같다.
a) CIE(국제조명위원회) 백색도와 CIE 색조
CIE 백색도와 CIE 색조는 색도 좌표와 색채 좌표로부터 계산된다. CIE 백색도는 형광 증백제(이하, OBA로 약칭함)와 셰이딩 염료 성분을 포함하는 시료의 백색도를 나타낸다. 색조 수치는 백색의 특정한 명암의 정도를 나타내는데 사용된다. 이 수치는 인간의 시각과 매우 밀접한 상관관계가 있기 때문에, 이용가능한 백색도를 측정하는 방법중에서 가장 좋은 방법임은 의심할 여지가 없다. 또한, 2개의 백색이 백색도는 같지만 명암의 정도는 다를 수 있기 때문에 이를 구분하는데 색조 수치가 유용하게 사용된다. CIE 백색도와 색조는 ISO 11475에서 각각 하기 수학식 1 및 2로 정의된다:
b) CIELAB L * , a * , b * 수치
CIELAB L*, a*, b*수치는 색공간을 기술하는데 사용되며, 색채를 표시하는 3차원 시스템의 3개의 축이다. L*은 흑색과 백색 사이의 차이를 나타내고, a*은 적색-녹색 좌표를 나타내며, b*은 청색-황색 좌표를 나타낸다. 이들은 특히 백지에서 셰이딩 염료의 효과를 나타내고 조절하는데 유용하다. 또 다른 유사한 시스템은 L, C, H 인데, 여기서 C와 H는 각각 채도와 색상을 나타낸다. a*및 b*수치는 명암의 정도를 조절하고 나타내는데 매우 유용하지만, L*수치는 셰이딩 염료를 다시 고려하지 않는다. 셰이딩 염료가 첨가될 때, L*수치는 떨어진다. 또한, OBA도 a*및 특히 b*수치에 영향을 미친다는 것에 주의해야 한다.
CIELAB L*, a*, b*수치
L*수치: 명도(백색-흑색 좌표), 0 = 완전 흑색, 100 = 완전 백색
a*수치: 적색-녹색 좌표
b*수치: 황색-청색 좌표
현재 제지 산업에서는 셰이딩 염료가 백색 효과를 달성하기 위해 첨가될 뿐만 아니라, 색채를 조절하기 위해서도 첨가된다는 것에 주의해야 한다. 색채는 종종 a*및 b*의 목표 수치를 사용하여 조절된다. 이러한 방법은 수동으로, 온-라인(on-line)으로 또는 온-라인식 폐쇄-루프형 색채 조절 방식(on-line closed-loop color control)으로 행해질 수 있다. 보라색 염료와 붉은 빛을 적청색 염료는 백색도를 증진시키는데 이용되고, 다른 색채, 예를 들어 적색, 청색 및 황색은 백지의 명암의 정도를 조절하는데 사용된다. 또한, 흑색도 백지의 불투명도를 조절하기 위해 아주 소량 사용된다.
c) 휘도
휘도는 제지 및 펄프 산업에서 사용되는 용어로서, 통상적으로 460nm 근처의 반사율 인자를 지칭하는 용어이다. 이 용어의 다른 정의(예를 들어, 스칸디나비아 펄프, 종이 및 보드(board) 시험 위원회 SCAN-시험 C11:75 및 TAPPI 표준 시험 방법 T452)도 있지만, ISO 2470과 3688에서는 상기와 같이 정의되어 있다. 소량의 셰이딩 염료를 백지에 첨가하였을 때, 휘도는 사용된 염료와 그의 농도에 따라 다소 감소된다. 이는 염료가 광을 흡수함으로써 반사율을 감소시키기 때문에 일어난다. 형광 증백제는 휘도를 증가시키는데, 이는 이들이 형광성이어서 휘도 수치를 증가시키기 때문이다.
형광 증백제는 무색 내지 약하게 착색된 유기 화합물로서, 용액 상태로 존재하거나 기재에 적용되었을 때 자외선(예를 들어, 약 300 내지 430nm의 일광에서 나옴)을 흡수하고 흡수된 에너지의 대부분을 약 400 내지 500nm 사이의 청형광으로 재방출한다.
따라서, 형광 증백제는 일광하에서 방직물, 종이 또는 플라스틱과 같은 백색의 산업 기재에서 미적으로 바람직하지 않는 누르스름한 색을 보정할 수 있다. 또한, 육안으로는 인식되지 않는 일광 스펙트럼의 일부가 가시광으로 전환되므로, 물질의 휘도가 증진되어 눈부신 백색을 나타낸다.
종래 누르스름한 색을 보정하는 첫 번째 방법은 군청색 또는 남색과 같은 청색 염료를 사용하는 것이었다. 이러한 청색화 방법은 가시광 스펙트럼의 장파장 부분에 대한 시료의 반사율을 낮춘다. 결과적으로, 시료는 중간 백색의 외관을 띠게 되어 시각적으로 좀더 흥미를 끌게 된다.
형광 증백제는 주로 자외선과 근가시광선 영역에서 흡광함으로써 반사율을 낮춘다. 이들은 가시광선 파장에서(주로 435 내지 440nm에서 최대를 나타냄) 형광성에 의해 휘도를 크게 증가시킨다. 형광 증백제는 보조 발광원으로 작용한다. 형광 증백제는 깨끗하고 백색도가 높은 기재일수록 더욱 효과적이다.
전형적인 백지 제조 방법에서는 많은 색 변수들이 조절되는데, 사용중인 변수들로는 CIE 백색도, ISO 휘도, CIELAB a*수치, CIELAB b*수치, CIELAB L*수치 및 형광도(일반적으로 광원중에 자외선 성분이 존재할 때의 휘도 또는 백색도를 측정하고, 자외선 성분이 존재하지 않을 때에 측정된 수치를 제함으로써 수득됨)를 들 수 있다.
제지업자들에게 문제되는 것은 이들 변수를 조절해 왔던 두 유형의 성분이 a) 하나 이상의 셰이딩 염료 및 b) 하나 이상의 OBA라는 것이다. (셰이딩 염료는 전형적으로 습부(wet-end) 또는 피복부에서 첨가되고, 사이즈(size)-압축부에서는 거의 첨가되지 않는다. OBA는 습부, 사이즈-압축부 및/또는 피복부에서 첨가된다.) 이들 성분은 각각의 측정치에 영향을 미치며, 때때로 필요한 변수를 조정하기 위해 요구되는 원하는 첨가 속도가 또 다른 변수에 부정적인 영향을 미치기 때문에 이후에 이 또 다른 변수를 수정하여야 한다. 예를 들면 다음과 같다.
적색-보라색 셰이딩 염료(예를 들어, 씨.아이. 다이렉트 바이올렛(C.I. Direct Violet) 51, 씨.아이. 다이렉트 블루(Blue) 267) 또는 안료(예를 들어, 씨.아이. 피그먼트(Pigment) 바이올렛 23): a*및 b*수치를 조정하기 위해 사용되는데, 휘도에는 부정적인 영향을 미치고, 백색도에는 긍정적인 영향을 미치며, 형광도에는 어떠한 영향도 미치지 않는다.
청색/중간 보라색 셰이딩 염료(예를 들어, 씨.아이. 다이렉트 바이올렛 35) 또는 안료(예를 들어, 씨.아이. 피그먼트 블루 15, 씨.아이. 피그먼트 바이올렛 3): b*수치를 조정하기 위해 사용되는데, 휘도에는 부정적인 영향을 미치고, 백색도에는 긍정적인 영향을 미치고, a*수치에는 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않으며, 형광도에도 전혀 영향을 미치지 않는다.
적색 셰이딩 염료(예를 들어, 씨.아이. 다이렉트 레드(Red) 253): a*수치를 조정하기 위해 사용되는데, 휘도에는 부정적인 영향을 미치고, 백색도에는 전혀 영향을 미치지 않으며, b*수치에는 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않고, 형광도에도 전혀 영향을 미치지 않는다.
OBA(예를 들어, 씨.아이. 형광 증백제 220, 씨.아이. 형광 증백제 28, 씨.아이. 형광 증백제 264): 형광도, 백색도 및 휘도를 증진시키기 위해 사용되는데, a*및 b*수치에도 영향을 미친다.
습부에서 첨가된 보라색, 적색 또는 청색 셰이딩 염료와 OBA, 및 가능한 경우 사이즈-압축부에서 첨가된 OBA를 포함하는 고도로 백색을 나타내는 백지를 생산하는 경우, 공정을 제어할 수 있는 올바른 목표 변수를 얻기 위해 첨가물을 조정하는 공정에 대한 결정은 매우 복잡하게 보일 수 있는데, 특히 셰이딩 염료 또는 OBA의 증가 또는 감소가 고려되어야 할 때 그럴 수 있다. 어떠한 셰이딩 염료라도 그 사용량을 증가시킬 때, 휘도는 떨어진다. 따라서, 제지업자는 휘도 목표를 회복하기 위해 더 많은 OBA를 첨가하여 보상하여야 하며, 셰이딩 염료의 사용량을 감소시킬 때는 역으로 OBA의 첨가량을 줄여야 한다. 이들 성분들은 모든 목표 변수를 달성하기 위해 종종 함께 조정되어야 한다.
셰이딩 염료를 사용하는 동안 휘도의 감소 문제는 널리 알려져 있다.
당해 기술분야에서, 이러한 문제는 추가적으로 형광 증백제를 첨가하여야 해결할 수 있었다. 현재까지 사용되었던 전형적인 절차는 먼저 염료물질을 함유한 용액을 첨가한 후 형광 증백제를 함유한 용액을 첨가하는 것이었다.
백지 염색 공정에서 색채를 조절하는 것은 어렵다. 이어서, 올바른 색채에 도달하기 위해 셰이딩 염료의 농도를 증가시킬 때에는 셰이딩 염료의 첨가량을 증가시킴에 따라 휘도가 감소되기 때문에 올바른 휘도를 수득하기 위해서 OBA의 농도를 증가시켜야 한다. 이러한 복잡하고 정밀한 절차는 수동으로 또는 폐쇄-루프형 색채 제어 방식을 통해 이루어져야 한다.
본 발명은 셰이딩(shading) 염료를 사용하는 동안 종이 생성물의 휘도를 조절하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 시간을 절약하고 염료물질과 OBA의 필요량을 줄이는 것을 도울 1단계 절차를 사용하여, 셰이딩 염료를 사용하는 동안 종이 제품의 휘도를 조절하는 더욱 용이한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 하나 이상의 직접 염료 또는 안료와 하나 이상의 형광 증백제를 포함하는 혼합물을 사용함을 특징으로 하는, 백지의 셰이딩 방법을 제공한다.
바람직하게, 본 발명은 혼합물이 25/75 내지 90/10 중량%, 바람직하게는 50/50 중량%의 비율로 하나 이상의 직접 염료 및 하나 이상의 형광 증백제로 구성되어 있음을 특징으로 한다.
또한, 하나 이상의 직접 염료 및 하나 이상의 형광 증백제를 25/75 내지90/10 중량%의 비율로 포함하는, 제지용 셰이딩 염료에 형광도를 부여하기 위한 혼합물도 본 발명의 일부이다.
본 발명에서 사용되는 OBA는 습부용 OBA, 사이즈-압축부용 OBA 및/또는 피복부용 OBA이다.
바람직한 OBA는 씨.아이. 형광 증백제 220, 씨.아이. 형광 증백제 28 및/또는 씨.아이. 형광 증백제 264이다.
또한, 본 발명의 방법에 의해 수득된 종이도 본 발명의 일부이다.
이러한 방법에 의해, 셰이딩 염료의 사용량을 휘도 수치에 영향을 주지 않고 조정할 수 있으며, 단지 셰이딩 염료만을 조정하면 되고 휘도를 회복하기 위해 형광 증백제의 사용량을 조정하여야 할 필요는 없다.
본 발명에서는 제지용으로 공지된 모든 OBA를 사용할 수 있다. 바람직한 형광 증백제는 습부용 OBA(류코포르(Leucophor, 등록상표) AP, AL, U 등), 사이즈-압축부용 OBA(류코포르 U, NS, SHR, TC 등) 및 피복부용 OBA(류코포르 U, AP, AL, NS, SHR, TC 등)이다. 류코포르는 클라리안트(Clariant)의 등록상표이다.
OBA는 종이에 첨가될 때 그의 형광도로 인해 셰이딩 염료의 흡광으로 인한 휘도의 손실이 보상되어 종이의 휘도가 셰이딩 염료의 첨가로 감소되지 않도록 혼합물의 형태로 셰이딩 염료에 첨가된다. 따라서, 색채 목표를 달성하기 위해 단지 하나의 성분만을 조정하면 되고, 휘도가 감소되지 않음에 따라 OBA로 보충적으로 조정할 필요가 없으므로, 공정을 더욱 간단히 제어할 수 있다.
추가 이점은 OBA와 셰이딩 염료의 혼합물이 염료 단독보다 색채 좌표(a*, b*)에 대해 더욱 큰 영향을 미치기 때문에 셰이딩 염료의 사용량을 감소시킬 수 있다는 점이다.
또한, 안료(예를 들어, 씨.아이. 피그먼트 바이올렛 23, 씨.아이. 피그먼트 블루 15, 씨.아이. 피그먼트 바이올렛 3)도 백지를 셰이딩시키는데(예를 들어, 피복시키는데) 사용된다.
또한, 셰이딩 염료와 OBA는 습부 공정 뿐만 아니라 사이즈-압축부 공정 및 피복부 공정에서도 사용된다.
하기 실시예는 본 발명을 예시한다.
실시예 1
50%의 표백된 침엽수 펄프와 50%의 표백된 펄프로 구성된 종이 스톡(stock)의 표준 제조물을 20°쇼퍼 리글러(Schopper Riegler)에서 제조하고, 20% CaCO3를 첨가하였다(무수 섬유의 중량을 기준으로 한 회분). 액상 음이온성 직접 종이 염료(13% 씨.아이. 다이렉트 바이올렛 35를 포함)와 액상 형광 증백제(25% 씨.아이. F. Br. 290을 포함함)의 1:1 혼합물, 및 대조군으로서 상기 액상 종이 염료(씨.아이. 다이렉트 바이올렛 35)의 50% 희석액을 다양한 양으로 포함하는 핸드시이트(handsheet)를 제조하였다. 집속제(1.7% 아쿠아펠(Aquapel, 등록상표)360X)를 첨가하고, 보류향상제(0.003% 카타레틴(Cartaretin, 등록상표) 20CE)를 사용하여 초크(chalk) 충진제를 보유시켰다. 무수 섬유에 대한 액체 생성물의 중량을 기준으로 0.0 중량%, 0.001 중량%, 0.003 중량%, 0.006 중량% 및 0.100 중량%의 염료 및 염료/형광 증백제-혼합물을 첨가하였다.
이후에, 핸드시이트를 압축시키고 건조시켰다. 하기 표 2는 광원중에 자외선 성분이 포함되었을 때 미놀타(Minolta) CM-3700d 분광기상에서 측정된 결과를 나타낸다:
시료 CIE 백색도 휘도 a* b*
0.0 중량%(흑색) 71.7 85.7 0.1 4.4
0.001 중량%(염료 단독) 74.0 86.0 0.0 3.7
0.001 중량%(50% 염료/50% 형광 증백제) 74.3 86.0 0.0 3.6
0.003 중량%(염료 단독) 76.4 85.8 0.1 2.8
0.003 중량%(50% 염료/50% 형광 증백제) 77.4 86.0 0.1 2.6
0.006 중량%(염료 단독) 79.4 85.4 0.1 1.7
0.006 중량%(50% 염료/50% 형광 증백제) 83.1 86.3 0.2 0.9
0.100 중량%(염료 단독) 114.9 79.4 2.2 -9.7
0.100 중량%(50% 염료/50% 형광 증백제) 134.1 84.5 3.6 -13.7

Claims (10)

  1. 하나 이상의 직접 염료 또는 안료와 하나 이상의 형광 증백제의 혼합물을 사용함을 특징으로 하는 백지의 셰이딩(shading) 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    혼합물이 25/75 내지 90/10 중량%, 바람직하게는 50/50 중량%의 비율로 하나 이상의 직접 염료 및 하나 이상의 형광 증백제로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    씨.아이. 다이렉트 바이올렛(C.I. Direct Violet) 51, 씨.아이. 다이렉트 블루(Blue) 267, 씨.아이. 다이렉트 바이올렛 35 및/또는 씨.아이. 다이렉트 레드(Red) 253을 사용함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    혼합물이 25/75 내지 90/10 중량%, 바람직하게는 50/50 중량%의 비율로 하나 이상의 안료 및 하나 이상의 형광 증백제로 구성됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    씨.아이. 피그먼트(Pigment) 바이올렛 23, 씨.아이. 피그먼트 바이올렛 3 및/또는씨.아이. 피그먼트 블루 15를 사용함을 특징으로 하는 방법.
  6. 하나 이상의 직접 염료 및 하나 이상의 형광 증백제를 25/75 내지 90/10 중량%의 비율로 포함하는, 제지용 셰이딩 염료에 형광도를 부여하기 위한 혼합물.
  7. 하나 이상의 안료 및 하나 이상의 형광 증백제를 25/75 내지 90/10 중량%의 비율로 포함하는, 제지용 셰이딩 염료에 형광도를 부여하기 위한 혼합물.
  8. 형광 증백제가 습부(Wet-end)용 형광 증백제, 사이즈(Size)-압축부용 형광 증백제 및/또는 피복부(Coating)용 형광 증백제임을 특징으로 하는, 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 따른 방법 또는 제 6 항 또는 제 7 항에 따른 혼합물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    형광 증백제가 씨.아이. 형광 증백제 220, 씨.아이. 형광 증백제 28 및/또는 씨.아이. 형광 증백제 264임을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 8 항 및 제 9 항중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득된 종이.
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