KR20050016312A - 콜로이드성 실리카를 포함하는 코팅 조성물 및 이로부터제조된 광택성 잉크 제트 기록 시이트 - Google Patents

콜로이드성 실리카를 포함하는 코팅 조성물 및 이로부터제조된 광택성 잉크 제트 기록 시이트

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KR20050016312A KR10-2004-7014850A KR20047014850A KR20050016312A KR 20050016312 A KR20050016312 A KR 20050016312A KR 20047014850 A KR20047014850 A KR 20047014850A KR 20050016312 A KR20050016312 A KR 20050016312A
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Abstract

비교적 낮은 알칼리-함유 콜로이드성 실리카를 포함하는 코팅 조성물 및 이러한 코팅로부터 제조된 잉크 제트 기록 시이트가 기재되어 있다. 코팅은 결합제, 및 예컨대 약 1 내지 300nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카를 포함한다. 본 발명의 저 알칼리 콜로이드성 실리카는 암모니아, 다분산 콜로이드성 실리카, 또는 둘 다를 포함한다. 중간 입자 크기가 15 내지 100nm이고 입자의 80%가 약 30nm 이상 약 70nm 이하의 크기 범위에 걸쳐 있는 입자 크기 분포를 갖는 다분산 실리카가 바람직하다. 상기 콜로이드성 실리카로부터 제조되고 통상적인 잉크 제트 기록 시이트 지지체에 도포된 코팅은 60°에서 30 이상의 경면 광택을 갖고, 1:1 이상의 실리카 고형분 대 결합제 고형분 비에서 우수한 인쇄 적성을 갖는다는 것이 밝혀졌다.

Description

콜로이드성 실리카를 포함하는 코팅 조성물 및 이로부터 제조된 광택성 잉크 제트 기록 시이트{COATING COMPOSITION COMPRISING COLLOIDAL SILICA AND GLOSSY INK JET RECORDING SHEETS PREPARED THEREFROM}
본 발명은 코팅된 잉크 제트 기록 시이트 및 이를 제조하는데 사용되는 코팅 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 우수한 인쇄 적성 특성을 갖는 광택성 잉크 제트 기록 시이트를 제조하는데 적합한 코팅 조성물에 관한 것이다.
잉크 제트 인쇄 공정은 널리 공지되어 있다. 이러한 시스템은 기록 시이트, 예컨대 기록지 상으로 잉크 소적을 다양한 밀도 및 속도로 내뿜는다. 다색(multi-color) 잉크 제트 시스템을 사용하는 경우, 이 공정에서는 다양한 특성 및 흡수 속도를 갖는 상이한 색상의 여러 잉크를 매우 근접하게 내뿜는다. 실제로, 이들 다색 시스템은 사진 화상을 모의하는 화상을 제공하도록 디자인되며, 이러한 화상은 고해상도 및 색상 전반(color gamut)을 필요로 한다. 따라서, 잉크 제트 기록 시이트는 잉크를 고밀도로, 침착된 색상이 밝고 깨끗하도록 하는 용량으로, 신속하게 건조시키는 속도로 흡수할 수 있어야 하고, 잉크가 흐르거나 얼룩지지 않게, 또한 매끈한 화상을 생성시키는 방식으로 잉크를 흡수할 수 있어야 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 고도의 다공성 안료, 예를 들어 다공성 실리카를 종이 코팅 내로 혼입시켜 왔다. 이러한 실리카계 코팅 시스템은 인쇄 적성 목적을 달성하는데 성공적이었다. 그러나, 이러한 특성을 수득하기 어려웠으며, 기존의 사진 시스템에서 전형적으로 보여지는 무광택이 아니거나 광택이 있는 외관을 생성시키기 어려웠다. 전술한 다공성 안료는 전형적으로 1cc/g보다 높은 공극률을 갖고, 1마이크론보다 큰 평균 입자 크기를 갖는다. 이러한 입자 크기 및 공극률은 최종 생성된 코팅의 표면 조도를 증가시킴으로써 입사광을 편향시켜, 입사광이 산란되게 함으로써 코팅을 무광택성으로 만든다.
이러한 코팅의 광택을 향상시키기 위하여, 전술한 다공성 안료로부터 제조된 잉크 수용 층 위에 제 2 광택 층을 제공한다. 이들 상부 층은 원래 광택을 갖는 결합제 시스템로부터, 또는 결합제 및 훨씬 더 작은 크기의 무기 산화물 입자(예: 통상적인 콜로이드성 실리카)를 포함하는 층으로부터 제조된다. 두번째 방법에서, 콜로이드성 실리카는 상부 코팅의 잉크 수용성을 향상시키는 경향이 있지만, 상당한 표면 변형을 야기할만큼 충분히 큰 입자 크기를 갖지 않는다. 그러나, 상기 콜로이드성 실리카는 고농도에서 응집되어 상부 층에 결함 및 표면 조도를 야기함으로써 광택을 감소시키는 경향이 있다. 따라서, 콜로이드성 실리카를 상부 광택 층에 사용할 때에는 보다 낮은 실리카 농도(즉, 콜로이드 고형분 대 결합제의 보다 낮은 비)를 사용해 왔다.
근년에, 비교적 소량의 알칼리 금속 이온, 예컨대 나트륨을 갖는 콜로이드성 실리카가 비교적 높은 고형물 함량의 코팅 배합물에서 응집하지 않는다는 것이 밝혀졌다. 탈이온화 콜로이드성 실리카가 이러한 예이다. "탈이온화"란 전형적으로 임의의 이온, 예컨대 나트륨과 같은 금속 알칼리 이온이 유도 커플링된 플라즈마(ICP) 기법으로 측정시 1000ppm 미만의 알칼리 이온이 콜로이드성 실리카에 존재할 정도로 콜로이드성 실리카 용액으로부터 제거된 것을 의미한다. 이러한 콜로이드성 실리카는 더블유.알. 그레이스 앤드 캄파니-콘(W.R. Grace & Co.-Conn.)으로부터 25℃에서 5.0의 pH를 갖는 루독스(Ludox; 등록상표) TMA로서 시판된다. 이러한 콜로이드성 실리카로부터 제조된 코팅은 광택이 있고 특정한 용도에 허용가능한 인쇄 적성 특성을 갖는다. 그러나, 이들은 잉크 제트 시장의 다른 부문에서 추구되는 우수한 인쇄 적성 특성은 갖지 않는다.
따라서, 이들 상부 층중 고체 무기 산화물의 양을 증가시켜 인쇄 적성을 추가로 개선시키는 것이 상당히 바람직하다. 실제로, 동시에 허용가능한 광택을 달성하면서, 1:1 이상의 안료 대 결합제 고형분 비를 갖는 코팅 층을 사용하는 것이 바람직하며, 4:1 정도로 높은 안료 대 결합제 비를 갖는 코팅을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
도 1은 본 발명의 실시태양에서 사용되는 다분산된 콜로이드성 실리카의 입자 크기 분포를 도시한다.
도 2는 콜로이드성 실리카의 실리카 고형분 대 알칼리 금속의 비에 대한 이들을 함유하는 코팅으로부터 달성된 광택의 효과를 도시한다.
발명의 개요
본 발명은 지지체 및 그 위의 하나 이상의 코팅 층을 포함하는 잉크 제트 기록 시이트로서, 상기 하나 이상의 코팅 층이 (a) 60°에서 30 이상의 경면 광택을 갖고, (b) 암모니아를 포함하고 AW(-0.013SSA+9)(여기에서, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적이고, AW는 알칼리 금속의 원자량임)의 합 이상의 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비를 갖는 콜로이드성 실리카를 포함하고, 또한 (c) 결합제를 포함하며, 콜로이드성 실리카 및 결합제 고형분이 1:1 이상의 (b):(c) 중량비로 존재하는 잉크 제트 기록 시이트를 제공한다.
바람직하게는, (b):(c)의 비는 약 6:4 내지 약 4:1이다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카는 0.16중량% 이상의 암모니아(NH3)를 포함한다.
더욱 바람직하게는, 실리카 고형물 대 알칼리 금속 비는 -0.30SSA+207의 합 이상이고, 알칼리 금속은 나트륨이다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카는 150 이상의 고형분 대 알칼리 이온 비를 갖는다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카는 약 1 내지 약 300nm의 평균 입자 크기를 갖는다.
본 발명의 다른 실시태양은 지지체 및 그 위의 하나 이상의 코팅 층을 포함하는 잉크 제트 기록 시이트로서, 상기 하나 이상의 코팅 층이 (a) 60°에서 30 이상의 경면 광택을 갖고, (b) AW(-0.013*SSA+9)(여기에서, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적임)의 합 이상의 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비를 갖는 콜로이드성 실리카를 포함하고, 또한 (c) 결합제를 포함하며, 콜로이드성 실리카 및 결합제 고형분은 1:1 이상의 (b):(c) 중량비로 코팅중에 존재하고, 상기 콜로이드성 실리카는 중간 입자 크기가 15 내지 100nm이고 입자의 80%가 약 30nm 이상 약 70nm 이하의 크기 범위에 걸쳐 있는 입자 크기 분포를 갖는다.
바람직하게는, 상기 실시태양의 콜로이드성 실리카는 암모니아를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카의 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비는 -0.30(SSA)+207의 합 이상이며, 알칼리 금속은 나트륨이다.
바람직하게는, 상기 콜로이드성 실리카는 150 이상의 고형분 대 알칼리 이온 비를 갖는다.
본 발명의 목적은 또한 (a) AW(-0.013SSA+9)(여기에서, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적이고, AW는 알칼리 금속의 원자량임)의 합 이상의 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비를 갖는 콜로이드성 실리카; 및 (b) 결합제를 포함하되, 상기 (a) 및 (b)가 1:1 이상의 고형분 중량비로 코팅중에 존재하고, 상기 콜로이드성 실리카는 중간 입자 크기가 15 내지 100nm이고 입자의 80%가 약 30 이상 약 70nm 이하의 크기 범위에 걸쳐 있는 입자 크기 분포를 갖는 코팅 조성물이다.
바람직하게는, (a) 대 (b)의 고형분 비는 약 6:4 내지 약 4:1이다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카는 0.16중량% 이상의 암모니아를 함유한다.
더욱 바람직하게는, 실리카 고형분 대 알칼리 비는 -0.30SSA+207의 합 이상이고, 고형분 대 알칼리 비는 150 이상이다.
본 발명의 다른 코팅 조성물 실시태양은 (a) 암모니아를 포함하고 실리카 고형분 대 알칼리 이온 비가 AW(-0.013SSA+9)(여기에서, SSA는 콜로이드성 실리카의 표면적이고 AW는 알칼리 금속의 원자량임)의 합 이상인 콜로이드성 실리카; 및 (b) 결합제를 포함하고, 여기서 (a) 및 (b)는 1:1 이상의 고형분 중량비로 코팅중에 존재한다.
상기의 특히 낮은 알칼리 콜로이드성 실리카가 광택성 코팅을 제공할 뿐만 아니라 양호 내지 우수한 인쇄 적성을 갖는 코팅을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
용어 "콜로이드성 실리카"는 입자가 비교적 장기간에 걸쳐 분산액으로부터 침강되지 않는 분산액 또는 졸로부터 유래되는 비교적 작은 실리카 입자를 의미한다. 평균 입자 크기가 약 1 내지 약 300nm인 콜로이드성 실리카 및 이를 제조하는 방법은 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제 2,244,325 호; 제 2,574,902 호; 제 2,577,484 호; 제 2,577,485 호; 제 2,631,134 호; 제 2,750,345 호; 제 2,892,797 호; 및 제 3,012,972 호 참조. 5 내지 100nm의 평균 입자 크기를 갖는 콜로이드성 실리카가 본 발명에 더욱 바람직하고 일반적으로 바람직하다. 콜로이드성 실리카는 9 내지 약 2700m2/g의 표면적(BET에 의해 측정함)을 가질 수 있다. 시판되는 콜로이드성 실리카의 실리카 함량은 약 20중량% 내지 약 50중량% 실리카로 변한다.
대부분의 콜로이드성 실리카 졸은 알칼리를 함유한다. 알칼리는 통상 원소 주기율표의 IA족 원소의(즉, 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 수산화물) 알칼리 금속 수산화물이다. 대부분의 시판중인 콜로이드성 실리카 졸은 적어도 부분적으로는 콜로이드성 실리카를 제조하는데 사용된 규산나트륨으로부터 유래되는 수산화나트륨을 함유하지만, 졸을 겔화되지 않도록 안정화시키기 위하여 수산화나트륨을 첨가할 수도 있다.
본 발명의 콜로이드성 실리카 졸은 대부분의 시판중인 콜로이드성 실리카 졸보다 훨씬 더 낮은 수준의 알칼리 금속 이온을 갖는다. 수학식 1에서 보여지는 바와 같이 콜로이드성 실리카 졸의 실리카 고형분 대 나트륨 중량비를 계산함으로써, 이를 예시할 수 있다. 도 2의 분석은 하기 수학식 1을 사용하여 콜로이드성 실리카 졸로부터 허용가능한 광택을 수득할 수 있음을 보여준다:
SiO2/알칼리 금속은 콜로이드성 실리카 졸 중의 실리카 고형분과 알칼리 금속의 중량비이다. AW는 알칼리 금속의 원자량(예컨대, 리튬의 경우 6.9, 나트륨의 경우 23, 칼륨의 경우 39)이고, SSA는 콜로이드성 실리카 입자의 비표면적(m2/g 단위)이다. 알칼리 금속이 나트륨인 경우, SiO2/알칼리 금속 비는 -0.30SSA+207의 합 이상이다.
탈이온화된 콜로이드성 실리카 졸의 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비는 이 범위 내에 속하며, 본 발명에 적합하다. "탈이온화된"이란, 임의의 금속 이온, 예컨대 나트륨 같은 알칼리 금속 이온이, 콜로이드성 실리카가 수학식 1에 언급된 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비를 갖도록 하는 한도까지 콜로이드성 실리카 용액으로부터 제거되었음을 의미한다. 알칼리 금속 이온을 제거하는 방법은 널리 공지되어 있으며, 적합한 이온 교환 수지를 사용하는 이온 교환(미국 특허 제 2,577,484 호 및 제 2,577,485 호), 투석(미국 특허 제 2,773,028 호) 및 전기 투석(미국 특허 제 3,969,266 호)을 포함한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 한 실시태양은 암모니아를 포함한다. 암모니아-함유 콜로이드성 실리카 및 그의 제조 방법은 당해 분야에 공지되어 있다. 문헌[Ralph K. Iler's The Chemistry of Silica, John Wiley & Sons, New York(1979) pages 337-338] 참조. 간략하게는, 나트륨 함유 콜로이드성 실리카는 통상적인 조건을 사용하여 제조된다. 이후 잔여 나트륨 이온을 염기, 예컨대 암모늄 이온과 교환한다. 전형적인 암모니아 함유 실시태양은 0.01중량% 이상, 바람직하게는 0.05 내지 0.20중량% 암모니아를 함유하며, 여기서 암모늄 함량은 하기의 기법에 따라 측정된다. 암모니아-함유 콜로이드성 실리카는 더블유.알. 그레이스 앤드 캄파니-콘.으로부터 루독스(등록상표) AS-40으로서 시판된다. 특정한 시판되는 암모니아 함유 콜로이드성 실리카는 적당한 고형분 대 알칼리 비를 가지며 그대로 적합할 것이다. 다른 실시태양은 더 높은 알칼리 함량을 갖는 콜로이드성 실리카를 탈이온화한 후 암모니아를 첨가함에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 적합한 다른 탈이온화 콜로이드성 실리카는 다분산된 콜로이드성 실리카로 공지되어 있는 것이다. "다분산"이란 본원에서 중간 입자 크기가 15 내지 100nm이고 비교적 큰 분포 폭을 갖는 입자 크기 분포를 나타내는 입자의 분산액을 의미하는 것으로 정의된다. 바람직한 분포는 입자의 80%가 30nm 이상 70nm 이하의 크기 범위에 걸치도록 하는 것이다. 80% 범위는 이후 기재되는 TEM에 기초한 입자 크기 측정 방법을 이용하여 수득한 d90 입자 크기로부터 d10 입자 크기를 뺌으로써 측정된다. 이 범위는 또한 "80% 폭"이라고도 한다. 다분산 입자의 한 실시태양은 중간 입자 크기보다 더 작은 크기로 기울어진 입자 크기 분포를 갖는다. 그 결과, 분포는 분포 구역 내에 피크를 갖고 중간 값보다 큰 입자 크기의 "꼬리부"를 갖는다. 도 1 참조. 입자의 80%를 포괄하는 폭의 입자 크기 하한 및 상한은 각각 중간값의 -11% 내지 -70% 및 110% 내지 160%일 수 있다. 특히 적합한 다분산 실리카는 20 내지 30nm의 중간 입자 크기를 갖고, 입자의 80%가 10 내지 50nm의 크기를 갖는다(즉, 분포의 80%가 40nm의 폭을 가짐). 이 실시태양은 시판되는 다분산 실리카를 전술된 기법에 따라 탈이온화함으로써 제조될 수 있다.
추가로 암모니아를 함유하는 탈이온화 다분산 실리카가 또한 적합하다. 암모니아는 전술된 기법에 따라 탈이온화 다분산 실리카에 첨가될 수 있다.
상기 언급된 코팅 결합제는 제지 코팅에 전형적으로 사용되는 것일 수 있다. 결합제는 콜로이드성 실리카를 결합시키고 필름을 형성시키도록 작용할 뿐만 아니라, 광택-제공 층과 기재 또는 광택 층과 기재 사이의 임의의 중간 잉크-수용 층 사이의 계면에 접착성을 제공하기도 한다.
수용성 결합제가 본 발명에 적합하고, 예를 들어 산화된 전분, 에터화된 전분 또는 포스페이트 전분 같은 전분 유도체; 카복시메틸 셀룰로즈 또는 하이드록시메틸 셀룰로즈 같은 셀룰로즈 유도체; 카제인, 젤라틴, 대두 단백질, 폴리비닐 알콜 또는 이들의 유도체; 폴리비닐 피롤리돈, 말레산 무수물 수지 또는 공액 다이엔-유형의 공중합체 라텍스(예: 스타이렌-뷰타다이엔 공중합체 또는 메틸 메타크릴레이트-뷰타다이엔 공중합체); 아크릴산 에스터 또는 메타크릴산 에스터의 중합체 또는 공중합체 같은 아크릴 중합체 라텍스; 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 같은 비닐-유형의 중합체 라텍스; 카복실기 같은 작용기를 함유하는 단량체와의 다양한 중합체 같은 작용기-개질된 중합체 라텍스일 수 있다. 멜라민 수지 또는 유레아 수지 같은 열경화성 합성 수지; 아크릴산 에스터 또는 메타크릴산 에스터의 중합체 또는 공중합체 수지(예: 폴리메틸 메타크릴레이트); 또는 폴리우레탄 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 비닐 클로라이드-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리비닐 뷰티랄 또는 알키드 수지 같은 합성 수지-유형의 결합제도 사용할 수 있다. 라텍스 형태의 비수용성 결합제도 적합하다.
통상적인 블렌더 및 믹서를 사용하여 결합제를 콜로이드성 실리카와 합할 수 있다. 주위 조건에서 성분들을 합하여 혼합할 수 있다.
전술한 바와 같이, 콜로이드성 실리카 및 결합제가 비교적 높은 비로 코팅에 존재하는 것이 바람직하다. 콜로이드성 실리카 및 결합제 고형분이 1:1 이상, 더욱 바람직하게는 6:4 내지 4:1의 중량비로 존재하는 것이 특히 바람직하다. 상기 비는 9.9:1로 높을 수 있다. 보다 높은 실리카 대 결합제 비가 우수한 인쇄 적성을 제공할 뿐만 아니라 최종 생성된 잉크 수용 코팅 시이트에 유리한 기계적 특성을 부여하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 코팅 조성물에 추가적인 성분을 포함시키는 것도 바람직할 수 있다. 본 발명의 코팅은 하기 성분중 하나 이상을 함유할 수 있다: 분산제, 증점제, 유동성-개선제, 소포제, 발포 억제제, 릴리이스제, 발포제, 침투제, 착색 염료, 착색 안료, 형광 증백제, 자외선 흡수제, 산화방지제, 보존제, 회-방지제, 방수제 및 습윤-강도제.
또한 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비가 AW(-0.013*SSA+9)의 합 미만이고 추가적인 콜로이드성 물질의 양이 최종 생성된 코팅에서 요망되는 전체 광택 및/또는 인쇄 적성을 떨어뜨리지 않도록 하는 수준으로 콜로이드성 물질의 조합물중에 존재하는 알칼리 이온의 총량을 상승시키지 않는 한도에서 암모니아-함유 또는 다분산된 콜로이드성 실리카의 일부가 하나 이상의 다른 콜로이드성 물질로 치환될 수 있다. 상기 다른 콜로이드성 물질은 콜로이드성 실리카 뿐만 아니라, 티타니아, 지르코니아 등을 포함한다. 이러한 추가적인 무기 산화물 콜로이드성 입자는 때때로 충전제로서 첨가될 수 있다.
본 발명의 코팅은 비와이케이 가드너(BYK Gardner) 측정 장치에 따라 60°에서 30 이상의 광택을 갖는 것으로 나타났다. 본 발명에 따른 바람직한 코팅은 6:4의 안료 대 결합제 비에서 80 이상; 및 4:1의 안료 대 결합제 비에서 50 이상, 바람직하게는 70 이상의 광택을 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 코팅은 4:1의 안료 대 결합제 비에서 90 이상의 광택을 갖는다.
본 발명의 잉크 기록 시이트를 제조하기에 적합한 지지체는 당해 분야에서 전형적으로 사용되는 것일 수 있다. 적합한 지지체는 약 40 내지 약 300g/m2의 중량을 갖는 것을 포함한다. 지지체는 포드리니어(Fourdrinier) 제지기, 실린더 제지기 또는 쌍 와이어 제지기 같은 다양한 기계 및 공정으로부터 제조되는 기재 종이일 수 있다. 주성분(즉, 통상적인 안료, 및 예를 들어 화학적 펄프, 기계적 펄프 및 폐지 펄프를 비롯한 목재 펄프)을 결합제, 사이징제, 고착제, 수율-개선제, 양이온제 및 종이 강도-증가제를 비롯한 하나 이상의 다양한 첨가제와 혼합함으로써 지지체를 제조한다. 다른 지지체는 투명 기재, 직물 등을 포함한다.
또한, 지지체는 전분 또는 폴리비닐 알콜을 사용하여 제조되는 사이즈-가압된 종이 시이트일 수도 있다. 지지체는 또한 고정 코팅 층을 갖는 것, 예를 들어 기재 종이 위에 제공된 예비 코팅 층을 이미 갖는 종이일 수도 있다. 기재 종이는 또한 본 발명의 코팅을 도포하기 전에 도포된 잉크-수용 층을 가질 수도 있다.
콜로이드성 실리카, 결합제 및 임의적인 첨가제를 포함하는 코팅을 기재가 제조되는 라인 상에서 도포할 수 있거나 또는 지지체가 완성된 후 다른 라인에서 도포할 수 있다. 에어 나이프 코팅, 롤 코팅, 블레이드 코팅, 바 코팅, 커튼 코팅, 다이 코팅 및 칭량된 사이즈 프레스를 사용하는 공정 같은 통상적인 코팅 기법을 이용하여 코팅을 도포할 수 있다. 생성된 코팅을 주위 실온에서, 고온 공기 건조 방법에 의해, 가열된 표면 접촉 건조 또는 방사선 건조에 의해 건조시킬 수 있다. 전형적으로는 본 발명의 코팅 조성물 및 임의적인 중간 층을 1 내지 50g/m2으로, 더욱 전형적으로는 2 내지 20g/m2으로 도포한다.
하기 실시예는 본질적으로 지지체 및 본 발명의 층 하나로부터 우수한 인쇄 적성을 갖는 광택성 잉크 제트 기록 시이트를 제조할 수 있음을 보여준다. 그러나, 몇몇 예에서는 본 발명의 광택 제공 층과 지지체 사이에 잉크 수용성인 다른 층을 위치시켜 최종 시이트의 인쇄 적성을 향상시키는 것이 바람직할 수 있다.
적합한 잉크 수용 층은 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제 5,576,088 호에서 확인된 것이다. 간단히, 적합한 잉크 수용 층은 상기 나열된 수용성 결합제 같은 결합제 및 잉크 수용성 안료를 포함한다. 이러한 안료는 경질 탄산칼슘, 중질 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 카올린, 활석, 황산칼슘, 황산바륨, 이산화티탄, 산화아연, 황화아연, 탄산아연, 새틴 화이트(satin white), 규산알루미늄, 규조토, 규산칼슘, 규산마그네슘, 합성 비정질 실리카, 콜로이드성 실리카, 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 슈도 베마이트, 수산화알루미늄, 리토폰, 제올라이트, 가수분해된 할로이사이트 또는 수산화마그네슘 같은 백색 무기 안료; 또는 스타이렌-유형의 플라스틱 안료, 아크릴 플라스틱 안료, 폴리에틸렌, 미소캡슐, 유레아 수지 또는 멜라민 수지 같은 유기 안료를 포함한다. 잉크 수용 층에 적합한 안료는 0.5 내지 3.0마이크론의 평균 입자 크기(광 산란 기법으로 측정) 및 0.5 내지 3.0cc/g, 바람직하게는 1.0 내지 2.0cc/g의 공극 부피(질소 공극 측정계)를 갖는다. 높은 잉크 흡수성을 갖는 잉크 제트 기록 시이트를 수득하기 위해서는, 잉크-수용 층의 안료가 1.0㎛ 이상의 입자 크기를 갖는 입자를 30부피% 이상 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시태양 및 작용 형태는 앞서 기재된 바 있다. 그러나 본원에서 보호하고자 하는 발명은 개시된 특정 실시태양으로 한정되는 것으로 간주되어서는 안되며, 이는 이러한 특정 실시태양이 제한적이기보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하기 때문이다. 따라서, 본 발명의 원리로부터 벗어나지 않으면서 당해 분야의 숙련자가 변형 및 변화시킬 수 있다.
또한, 상세한 설명 또는 청구의 범위에 인용된 임의의 수치 범위(예를 들어 특성, 조건, 물리적 상태 또는 백분율의 특정 세트를 나타내는 수치 범위)는 본원에서 이렇게 인용된 임의의 범위 내에 속하는 임의의 보다 좁은 수치 범위를 포함하는, 이러한 범위 내에 속하는 임의의 수치를 명백히 포함하고자 하는 것이다.
아래 나열되고/되거나 이전에 나타낸 변수는 다음과 같이 측정되었다:
평균 입자 크기 - 달리 표시되지 않는 한, 수학식 dn=3100/SSA(여기에서, dn은 수평균 입자 크기(nm 단위)이고, SSA는 아래 기재되는 비표면적임)에 의해 결정되는 수평균 입자 크기이다.
중간 입자 크기 - 전자 현미경(TEM)에 의해 측정된 수 가중 중간치이다.
광택 - 투명 필름 상에서 보정된 비와이케이 가드너 마이크로-TRI-광택 장치를 이용하여 측정됨.
알칼리 금속(예컨대, Na) 함량 - 유도 커플링된 플라즈마-원자 방출(ICP-AES) 분광분석 기법을 이용하여 측정된 알칼리 금속 이온 함량에 기초함. 샘플을 먼저 주위 조건에서, 예컨대 25℃ 및 75% 상대 습도에서 플루오르화수소산 및 질산(30/70 중량비)에 용해시킨 다음, 이 기법을 적용시킨다. 샘플을 16시간동안 용해시킨 다음 측정하였다.
실리카 고형분 함량 - 205℃의 오하우스(Ohaus)로에서 측정하였음. 고형분 측정의 종점은 샘플 중량 변화가 60초간 0.01g 미만일 때이다.
비표면적 - 시어스 2세(G. W. Sears, Jr.)의 문헌[Analytical Chemistry, Vol. 28, p. 1981, (1956)]에 기재된 바와 같이 질소 흡착에 의한 표면적과 상호 연관된 적정 방법.
인쇄 적성(또는 인쇄 품질) - 37℃의 따뜻한 공기 스트림을 이용하여 코팅을 건조시킨 후, 엡손 스타일러스(Epson Stylus) 900 칼라 프린터로부터 제조된 인쇄된 화상의 녹색, 청색 및 적색 블록의 외관을 관찰함으로써 평가함. 이러한 관찰 방법은 다음과 같다:
즉, 각 색상에 대해 색상 균일성 및 번짐을 평가하였다. 2회 평가 결과를 조합한 등급은 다음과 같다:
·우수=모든 색상이 균일하게 보이고 인쇄 구역 외에 번진 부분이 없다.
·양호=색상이 완전히 균일하지는 않고 칼라 블록중 하나 이상에서 번진 부분이 발견된다.
·불량=색상이 불균일하게 보이고, 하나 이상의 색상에 대해 잉크 푸딩이 발견되고, 또한 심각하게 번져 있다.
암모니아 함량 - 염산을 사용한 통상적인 적정 기법에 의해 측정
실시예 1(비교용)
70m2/g의 비표면적 및 179의 실리카 고형분 대 나트륨 비를 갖는 다분산 콜로이드성 실리카(6.40g; 50중량% 고형분, 22nm의 중간 입자 크기, 40nm의 80% 폭)를 비커에 넣고 탈이온수 9.49g으로 희석시켰다. 여기에 에어 프로덕츠(Air Products) 제품인 에어볼(Airvol)-523 폴리비닐 알콜(15.5중량% 용액) 5.16g을 첨가하였다. 주위 조건하에 혼합물을 블렌딩시켰다. 생성된 배합물을, 8번 봉을 갖는 TMI 코팅기(K 컨트롤 코팅기)를 사용하여, 이. 아이. 듀퐁 드 네모아 앤드 캄파니(E. I. DuPont de Nemours & Co.) 제품인 멜리넥스(Melinex; 상표명)-534 폴리에스터 불투명 백색 필름 상에 100마이크론 습윤 필름으로서 코팅시켰다. 코팅을 건조시키고 광택을 측정하였다. 수득된 코팅은 60°에서 3%의 광택을 가졌다. 동일한 성분을 유사하게 조합하여 다양한 다른 안료 대 결합제 비의 코팅을 제조한 다음, 건조시키고 광택을 측정하였다. 이 측정치도 표 1에 기재되어 있다. 상기 결과는, 허용가능한 광택을 얻기 위해서는 SiO2/Na가 186 이상이어야 함을 나타내는 수학식 1에 기초하여 예상된다.
실시예 2
실시예 1의 다분산 실리카를 양이온 교환 수지로 탈이온화하여 pH 3.0-3.5로 만들었다. pH 9.1에 도달할 때까지 수산화암모늄을 콜로이드성 실리카 졸에 첨가하고 상기 졸을 탈이온수로 조정하여 40% 실리카를 함유하는 졸로 만들었다. 생성된 실리카는 고형분 대 나트륨 이온 비가 308이었다. 상기 졸 10.0g을 비커에 넣고 탈이온수 9.86g으로 희석시켰다. 여기에 에어볼-523(15.5중량% 용액) 6.45g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름 상에 코팅하고 건조시켰다. 생성된 코팅은 60°에서 76%의 광택을 가졌다. 동일한 성분을 유사하게 조합하여 다양한 다른 안료 대 결합제 비의 코팅을 제조하고, 코팅의 광택을 측정하였다. 이 측정치도 표 1에 기재되어 있다.
실시예 3
실시예 1의 다분산 실리카를, 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제 2,892,797 호에 기재되어 있는 방법을 이용하여, 알루미늄 안정화시켰다. 생성된 콜로이드성 실리카 졸을 탈이온화시켜 pH 3.0 내지 3.5로 만들고, 탈이온수로 조정하여 40% 실리카를 함유하는 졸을 제조하였다. 상기 콜로이드성 실리카는 SSA=70m2/g 및 308의 SiO2/알칼리 비를 가졌다. 이 졸 10.0g을 비커에 넣고 탈이온수 9.86g으로 희석시켰다. 여기에 에어볼-523(15.5중량% 용액) 6.45g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름 상에 코팅시키고 건조시켰다. 수득된 코팅은 60°에서 51%의 광택을 가졌다. 동일한 성분을 다양한 다른 안료 대 결합제 비로 유사하게 조합하고, 이로부터 수득된 코팅에 대해 광택을 측정하였다. 이 측정치도 표 1에 기재한다.
실시예 4(비교용)
비표면적이 220m2/g이고 실리카 고형분 대 나트륨 비가 131인 루독스(등록상표) HS-40(10.54g; 40중량% 고형분)을 비커에 넣고 탈이온수 11.4g으로 희석시켰다. 여기에 에어볼-523(15.5중량% 용액) 6.67g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름 상에 코팅시켰다. 수득된 코팅은 60°에서 3%의 광택을 가졌다. 동일한 성분을 다양한 다른 안료 대 결합제 비로 유사하게 조합하고, 이로부터 제조된 코팅에 대해 다시 광택을 측정하였다. 이 측정치도 표 1에 기재한다. 이 결과는 허용가능한 광택을 위해서는 SiO2/Na가 141 이상이어야 함을 나타내는 수학식 1에 기초하여 예상된다.
실시예 5
SSA=135이고 실리카 고형분 대 나트륨 비가 674인 루독스(등록상표) AS-40(암모니아 함량 0.16%) 7.777g을 비커에 넣고 탈이온수 7.668g으로 희석시켰다. 여기에 에어볼-523(15.5중량% 용액) 4.960g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름 상에 코팅시켰다. 수득된 코팅은 60°에서 90%의 광택을 가졌다.
실시예 6(비교용)
비표면적이 140m2/g이고 실리카 고형분 대 나트륨 비가 572인 루독스(등록상표) TMA(34중량% 고형분) 11.05g을 15중량% 고형분까지 희석시켰다. 이 용액 13.33g을 에어볼-523(15.5중량% 용액) 4.3g과 혼합하였다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름 상에 코팅시켰다. 수득된 코팅은 60°에서 85%의 광택을 가졌다. 이 결과는 높은 광택을 위해서는 SiO2/Na가 165 이상이어야 함을 보여주는 수학식 1에 기초하여 예상된다.
실시예 7(비교용)
345m2/g의 비표면적 및 72의 실리카 고형분 대 나트륨 이온 비를 갖는 루독스(등록상표) SM(13.70g; 30중량% 고형분)을 비커에 넣고 탈이온수 6.71g으로 희석시켰다. 여기에, 에어볼-523(15.5중량% 용액) 6.63g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름 상에 코팅하였다. 수득된 코팅은 60°에서 3%의 광택을 가졌다. 이러한 비교적 낮은 광택은 허용가능한 광택을 위해서는 SiO2/Na가 104 이상이어야 함을 나타내는 수학식 1에 일치한다.
실시예 8
실시예 1의 다분산 콜로이드성 실리카(30g; 50중량% 고형분)를 비커에 넣었다. 롬 앤드 하스(Rohm & Haas)의 제품인 암벌라이트(Amberlite; 등록상표) 120(플러스) 이온 교환 수지(수소 형태)를, 콜로이드성 실리카의 pH가 2.6으로 강하될 때까지 교반하면서 서서히 첨가하였다. 소량의 이온-교환 수지를 첨가함으로써 이 pH를 1시간동안 유지시켰다. 이어, 수지를 여과에 의해 콜로이드성 실리카로부터 분리하였다. 실리카 고형분 대 나트륨 이온 비가 333인 상기 제조된 물질(50중량% 고형분) 6.01g을 비커에 넣고 탈이온수 11.21g으로 희석시켰다. 여기에 에어볼-523(15.5중량% 용액) 4.84g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름 상에 코팅하였다. 수득된 코팅은 60°에서 76%의 광택을 가졌다. 이 높은 광택은 허용가능한 광택을 위해서는 SiO2/Na가 186 이상이어야 함을 보여주는 수학식 1과 일치한다. 이 실시예는 또한 그 결과를 암모니아-함유 콜로이드성 실리카로부터 우수한 인쇄 적성 결과가 얻어진 실시예 2와 비교할 때 본 발명을 사용하여 수득된 인쇄 적성에 암모니아가 유리한 영향을 미친다는 것을 나타낸다.
실시예 9
비표면적이 220m2/g이고 실리카 고형분 대 나트륨 이온 비가 131인 루독스(등록상표) HS-40(30g; 40중량% 고형분) 콜로이드성 실리카를 비커에 넣었다. 롬 앤드 하스의 제품인 암벌라이트(등록상표) 120(플러스) 이온 교환 수지(수소 형태)를, 콜로이드성 실리카의 pH가 2.6으로 강하될 때까지 교반하면서 서서히 첨가하였다. 소량의 이온-교환 수지를 첨가함으로써 이 pH를 1시간동안 유지시켰다. 이어, 여과를 통해 수지를 콜로이드성 실리카로부터 분리하였다. 실리카 고형분 대 나트륨 이온 비가 388인 상기 제조된 물질(40중량% 고형분) 7.51g을 비커에 넣고 탈이온수 9.76g으로 희석시켰다. 여기에, 에어볼-523(15.5중량% 용액) 4.90g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름 상에 코팅하였다. 수득된 코팅은 60°에서 72%의 광택을 가졌다. 이 광택은 허용가능한 광택을 얻기 위해서는 SiO2/Na가 141 이상이어야 함을 나타내는 수학식 1에 일치한다.
실시예 10(비교용)
실시예 1의 다분산 실리카의 pH를 1중량% 암모니아 용액을 사용하여 pH=10.5로 상승시켰다. 상기 제조된 물질 7.96g을 비커에 넣고 탈이온수 9.26g으로 희석시켰다. 여기에, 에어본-523(15.5중량% 용액) 4.84g을 첨가했다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름 상에 코팅하고 건조시켰다. 수득된 코팅은 60°에서 6%의 광택을 가졌다. 이는 암모니아보다는 탈이온화가 본 발명의 광택 성능에 영향을 미친다는 것을 나타낸다.
실시예 11
롬 앤드 하스의 제품인 암벌라이트(등록상표) 120(플러스) 이온 교환 수지의 수소 형태를 사용하여, 루독스(등록상표) HS-40을 pH 3.0 내지 3.5까지 탈이온화시켰다. 이어, 아래 표 2에 표시된 양으로 NaOH를 첨가하였다. 1% NH4OH를 최종 pH 9.1까지 첨가하였다. 앞의 실시예에 기재된 것과 유사한 방식으로 코팅을 제조하였으며, 이 때 각 고형분 비는 80/20=안료/에어볼-523(P/B=4.0)이었다. 탈이온화되고/되거나 NaOH 개질된 콜로이드성 실리카의 각 샘플에 대하여 나트륨 이온 함량, SiO2 고형분 함량 및 Na2O를 또한 측정하였다. 결과 및 생성된 실리카 고형분 함량 대 알칼리 금속 이온 비는 아래 표 2에 보고되어 있다. 이들 비(SiO2/Na) 대 광택이 도 2에 그래프로 도시되어 있다. 표 2 및 도 2에 보고된 광택 값은 60°에서 측정하였다.

Claims (18)

  1. 지지체 및 그 위의 하나 이상의 코팅 층을 포함하는 잉크 제트 기록 시이트로서,
    상기 하나 이상의 코팅 층이, (a) 60°에서 30 이상의 경면 광택을 갖고, (b) 암모니아를 포함하고 AW(-0.013SSA+9)(여기에서, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적이고, AW는 알칼리 금속의 원자량임)의 합 이상의 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비를 갖는 콜로이드성 실리카를 포함하고, 또한 (c) 결합제를 포함하며, 상기 콜로이드성 실리카 및 결합제 고형분이 1:1 이상의 (b):(c) 중량비로 코팅중에 존재하는 잉크 제트 기록 시이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b):(c)의 비가 약 6:4 내지 약 4:1인 잉크 제트 기록 시이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 실리카가 0.16중량% 이상의 암모니아(NH3)를 포함하는 잉크 제트 기록 시이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비가 -0.30SSA+207의 합 이상인 잉크 제트 기록 시이트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 알칼리 금속이 나트륨인 잉크 제트 기록 시이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 실리카가 150 이상의 고형분 대 알칼리 이온 비를 갖는 잉크 제트 기록 시이트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 실리카가 약 1 내지 약 300nm의 평균 입자 크기를 갖는 잉크 제트 기록 시이트.
  8. 지지체 및 그 위의 하나 이상의 코팅 층을 포함하는 잉크 제트 기록 시이트로서,
    상기 하나 이상의 코팅 층이, (a) 60°에서 30 이상의 경면 광택을 갖고, (b) AW(-0.013*SSA+9)(여기에서, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적임)의 합 이상의 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비를 갖는 콜로이드성 실리카를 포함하고, 또한 (c) 결합제를 포함하며, 상기 콜로이드성 실리카 및 결합제 고형분이 1:1 이상의 (b):(c) 중량비로 코팅중에 존재하고, 상기 콜로이드성 실리카가 중간 입자 크기가 15 내지 100nm이고 입자의 80%가 약 30 이상 약 70nm 이하의 크기 범위에 걸쳐 있는 입자 크기 분포를 갖는 잉크 제트 기록 시이트.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 실리카가 암모니아를 추가로 포함하는 잉크 제트 기록 시이트.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 실리카가 -30(SSA)+207의 합 이상의 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비를 갖는 잉크 제트 기록 시이트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 알칼리 금속이 나트륨인 잉크 제트 기록 시이트.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 실리카가 150 이상의 고형분 대 알칼리 이온 비를 갖는 잉크 제트 기록 시이트.
  13. (a) AW(-0.013SSA+9)(여기에서, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적이고, AW는 알칼리 금속의 원자량임)의 합 이상의 실리카 고형분 대 알칼리 금속 비를 갖는 콜로이드성 실리카, 및
    (b) 결합제를 포함하되,
    상기 (a) 및 (b)가 1:1 이상의 고형분 중량비로 존재하고, 상기 콜로이드성 실리카가 중간 입자 크기가 15 내지 100nm이고 입자의 80%가 약 30 이상 약 70nm 이하의 크기 범위에 걸쳐 있는 입자 크기 분포를 갖는 코팅 조성물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (a) 대 (b)의 고형분 비가 약 6:4 내지 약 4:1인 코팅 조성물.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 콜로이드성 실리카가 0.16중량% 이상의 암모니아를 포함하는 코팅 조성물.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 실리카 고형분 대 알칼리 비가 -0.30SSA+207의 합 이상인 코팅 조성물.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 고형분 대 알칼리 비가 150 이상인 코팅 조성물.
  18. (a) 암모니아를 포함하고 AW(-0.013SSA+9)(여기에서, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적이고, AW는 알칼리 금속의 원자량임)의 합 이상의 실리카 고형분 대 알칼리 이온 비를 갖는 콜로이드성 실리카, 및
    (b) 결합제를 포함하되,
    상기 (a) 및 (b)가 1:1 이상의 고형분 중량비로 존재하는 코팅 조성물.
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