KR20050113279A

KR20050113279A - 종이 피복 조성물

Info

Publication number: KR20050113279A
Application number: KR1020057019476A
Authority: KR
Inventors: 레이 데이븐포트; 샬레스 훙어; 이안 윌리엄 노울스; 테리 로이드; 배리 맥로우; 하인츠 슈나이더
Original assignee: 시바 스페셜티 케미칼스 홀딩 인크.
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2004-04-05
Publication date: 2005-12-01
Also published as: CA2522181A1; MY147501A; US20070266894A1; US8062415B2; WO2004090228A1; RU2375394C2; MXPA05011040A; CN1774541A; CN100436709C; KR101121962B1; BRPI0409371A; EP1613809A1; GB0308487D0; RU2005135156A; TW200502329A; AU2004227117A1; ZA200507705B; JP2006522878A; JP4614942B2

Abstract

본 발명은

조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 유기 착색 안료(a) 1 내지 30중량%,

1종 이상의 결합제(b) 1 내지 20중량%,

전분(c) 0 내지 20중량%,

음이온성 직접 염료(d) 0 내지 10중량%,

1종 이상의 조제(e) 0 내지 10중량% 및

총 100중량%가 되도록 첨가되는 양의 물(f)을 포함하는, 종이 피복물 중의 유기 착색 안료의 삼출 견뢰도를 조절하기 위한 조성물, 당해 조성물의 피복 방법 및 용도에 관한 것이다.

Description

종이 피복 조성물{Paper coating compositions}

사이즈 프레스 배치를 제조하였으며, 이들 각각의 배치(100g) 중 50g은 10% 산화 파리나(farina) 전분 용액이었다.

전분, 착색 안료 및 결합제[펜사이즈®730: 미국 워싱턴주 벨레뷰에 소재한 펜포드 코포레이션(Penford Corporation)에서 시판중임]를 가한 후에, 총 중량이 100g이 될 때까지 물을 가하였다.

각각의 배치를 워너 매티스 사이즈 프레스(Werner Mathis size press)에 차례로 가하고, 백색 기재 종이 시료를 통과시켜 착색된 시트를 제조하였다.

보유 점토 10% 및 보유 백묵 1%가 부하되고, 0.5% 허위 중간 크기(pseudo neutral size)(Hercat 27JP4)로 정립되어 있으며, 표백 하드우드 크라프트지(Bleached Hardwood Kraft) 70% 및 표백 소프트우드 크라프트지(Bleached Softwood Kraft) 30%로 이루어진 기재 종이의 pH를 백반을 사용하여 6.0 내지 6.5으로 조절하였다.

당해 기재 종이는 더 맨체스터 인스티튜트 오브 사이언스 앤드 테크놀로지(The University of Manchester Institute of Science and Technology)의 파일럿 초지기(paper machine)에서 제조하였다.

각각의 사이즈 프레싱을 젖은 시료(생성물에 따라 가변적이지만, 일반적으로 종이 중량의 40% 대략 2% 범위의 펜사이즈 730이 발견되었다)에 대해 점검하고, 건조를 완결시키는 데 필요한 수 분 동안 적외선 건조기에서 건조시켰다.

다음의 표에서, 성분 함량(%)은 젖은 시료로부터 계산하며, 결과적으로, 당해 함량(%)은 종이에 사실상 존재하는 물질의 양을 종이 중량을 기준으로 하여 나타낸 것이다.

안료 및 직접 염료 둘 다의 착색제는 위에서 인용된 바와 같은 이들의 색지수(C.I.) 지표에 따라 한정시킨다.

표 1에 나타난 삼출 견뢰도는, 탈이온수에 침지된 백색 블러터(blotter)들 사이에 착색된 종이 시료를 놓고 평가하였다. 이들 블러터를 유리 플레이트 사이에 놓고 이들을 모두 클링 필름(cling film)으로 귄취하였다. 유리 플레이트 최상단에 종이 1kg을 놓고, 1시간 동안 방치하였다.

24시간 후에, 블럿팅지(blotting paper)를 공기로 건조시키고, 표준 계조(grey scale)를 사용하여(ISO 105-A03 1993 참조) 삼출 여부를 평가하였다.

당해 계조는 강도가 증가하는 회색 피복된 색조의 범위이다. 각각의 시료를 백색 피복된 시료와 인접하게 위치시켜, 명암차의 증가가 수득된다. 계조 단위는 5에서부터 시작되며, 명암차가 나타나지 않는 부분(사실상, 백색 피복된 시료 2개가 인접한 경우)에서는 계조 단위가 1로 감소한다. 착색된 시료로부터의 삼출을 당해 계조와 비교하여, 회색/백색 명암차(백색 블러터/삼출의 명암차와 가장 가깝게 동일함)를, 종이 1조각에 대해 평가한 삼출 견뢰도로서 취한다. 계조를 "half unit", 즉 1-2, 2-3, 3-4, 4-5로 제조한다.

상당히 명백하게, 염료 배치 제형 속의 펜사이즈 730의 함유물에서는, 결합제가 부재하고 삼출이 관찰된 모든 시료들이 증가하였다.

중량이 137인 파일 폴더 스톡(file folder stock)에 피복된 청구된 피복 조성물의 추가의 예를 표 2에 나타낸다. 피복 색깔은 표 1에 나타낸 착색제의 경우와 유사한 방법으로 제조하지만, 몇 가지 경우, 산화 파리나 전분이 부재하거나, 전분이 다른 통상의 시판용 결합제로 대체된다. 이 경우, 삼출 견뢰도의 모든 계조 평가는 종이의 최상단 면 및 최하단 면에서 수행하고, 삼출 견뢰도를, 예를 들면, 3-4/4(삼출 견뢰도가 최상단 면에서 3-4이고, 최하단 면에서 4임을 의미함)로 세분하여 표시한다.

표 3은, 착색 안료 피복물의 삼출 견뢰도와 발색도 둘 다를 향상시키는 것에 대한, 본 발명의 라텍스계 및 개질된 전분계(펜사이즈) 제형 둘 다의 효과를 입증한 추가의 실험 결과를 요약한 것이다.

"RD%"는 0.2 표준 농도 염색에서의 피복물의 상대적인 발색도를 의미한다.

또한, 표 4에 요약한 조성물을 사용하여, 뛰어난 삼출 견뢰도 및 높은 색 밀도를 나타내는 유사한 피복물을 수득할 수 있다.

본 발명은 종이 피복물 중의 유기 착색 안료의 삼출 견뢰도(bleed fastness)를 조절하기 위한 조성물, 삼출(渗出) 견뢰도를 조절하는 방법, 및 종이 피복 조성물 중에서의 조성물의 용도, 보다 구체적으로는, 종이에 피복된 유기 안료의 삼출 견뢰도를 조절하기 위한, 당해 조성물 중의 특정한 결합제의 용도에 관한 것이다.

국제 공개공보 제WO 98/39514호에는 수불용성 성분과 수용성 성분으로 이루어진 안정한 수성 분산액을 포함하는 결합제를 포함하는 피복 조성물로 종이를 피복하는 방법이 기재되어 있다. 수불용성 성분은 Tg가 55℃ 미만이고 대부분의 입자 크기가 1마이크론 미만인 융합 가능한 중합체 입자를 포함하고, 수용성 성분은 이들 중합체 입자의 융합을 억제할 수 있는 수용성 중합체를 포함하거나, 이들 중합체 입자의 융합을 억제할 수 있는 수용성 중합체와 성분을 포함하며, 수불용성 성분은 고형 결합제를 3중량% 이상 75중량% 미만 포함하고, 수용성 성분은 고형 결합제를 25중량% 이상 97중량% 미만 포함한다. 당해 방법의 목적은, 제지 공정의 다른 중요한 특성 또는 생산성에 불리한 영향을 끼치지 않으면서, 사이즈 프레스 장치(size press apparatus)에서 피복된 중위 무게 종이 및 중량 종이에 향상된 크랙(crack)을 제공하는 것이다.

안료의 사용이 제안되는 경우에 한하여, 위에서 언급한 바와 같은 방법은 무기 안료에만 관련된다. 당해 방법은 유기 안료의 사용 및 종이 표면의 착색을 위한 착색제로 불리는 유기 안료에 의해 발생하는 삼출 문제를 도출하지 않는다. 당해 문제점은 본 발명에 의해 언급된다.

본 발명에 따르면,

1종 이상의 결합제(b) 1 내지 20중량%,

전분(c) 0 내지 20중량%,

음이온성 직접 염료(d) 0 내지 10중량%,

1종 이상의 조제(e) 0 내지 10중량% 및

총 100중량%가 되도록 첨가되는 양의 물(f)을 포함하는, 종이 피복물 중의 유기 착색 안료의 삼출 견뢰도를 조절하기 위한 조성물이 제공된다.

유기 착색 안료에는 문헌[참조: "Colour Index International, Pigments and Solvent Dyes", The Society of Dyers and Colourists, 1997]에 예시된 바와 같은 광범위한 화학적 성분이 포함될 수 있다. 이들 안료의 예에는, 니트로소 화합물(10000-10299), 니트로 화합물(10300-10999), 모노아조(11000-19999) 및 디스아조(20000-29999) 안료, 스틸벤(40000-40799), 디페닐메탄(41000-41999), 트리아릴메탄(42000-44999), 크산텐(45000-45999), 아크리딘(46000-46999), 퀴놀린(47000-47999), 매틴(48000-48999), 티아졸(49000-49399), 인다민(49400-49699), 인도페놀(49700-49999), 아진(50000-50999), 옥사진(51000-51999), 티아진(52000-52999), 아미노케톤(56000-56999), 안트라퀴논(58000-72999), 인디고이드 유도체(73000-73999) 및 프탈로시아닌(74000-74999)이 있다[괄호 안의 숫자는 C.I. 성분 번호이다].

본 발명에 따르는 한 가지 바람직한 결합제(b)는 수불용성 성분과 수용성 성분으로 이루어진 안정한 수성 분산액을 포함하며, 당해 수불용성 성분은 Tg가 55℃ 미만이고 50% 이상의 입자 크기가 1마이크론 미만인 융합 가능한 중합체 입자를 포함하고, 수용성 성분은 이들 중합체 입자의 융합을 억제할 수 있는 수용성 중합체를 포함하거나, 이들 중합체 입자의 융합을 억제할 수 있는 수용성 중합체와 성분을 포함하며, 수불용성 성분은 고형 결합제를 3중량% 이상 75중량% 미만 포함하고, 수용성 성분은 고형 결합제를 25중량% 이상 97중량% 미만 포함한다. 이러한 결합제 및 이들의 밀접한 정의는, 예를 들면, 미국 특허공보 제5,416,181호에 기재되어 있다. 특히 바람직한 결합제는, 예를 들면, 펜폴드 프러덕츠 캄파니(Penfold Products Company)에서 상표명 펜사이즈®(Pensize®)로 제조하는 전분 스티렌/부타디엔 공중합체이며, 펜사이즈®730이 특히 적합하다.

그렇지 않으면, 본 발명의 성분(b)는 1종 이상의 디엔 및/또는 불포화 단량체로부터 유도된 수불용성 합성 중합체를 포함할 수 있다(이러한 제품은 합성 라텍스라고도 한다). 라텍스의 제조에 적합한 디엔 단량체의 예에는, 1,3-부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌, 사이클로부타디엔 및 디비닐 벤젠이 포함될 수 있으며, 적합한 불포화 단량체에는 알킬 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 하이드록실화 알킬 메타크릴레이트, 알킬 비닐 케톤, 치환된 아크릴아미드, 메타크릴산, N-메틸올 아크릴아미드, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 크로톤산, 이타콘산, 푸마르산, 말레산, 말레산 무수물, 비닐 할라이드, 비닐리덴 할라이드, 비닐 에스테르, 비닐 에테르, 비닐 카바졸, N-비닐 피롤리돈, 비닐 피리딘, 클로로스티렌, 알킬 스티렌, 에틸렌, 프로필렌, 이소부틸렌, 비닐 트리에톡시 실란 및 트리페닐 비닐 실란이 포함될 수 있다. 바람직한 단량체에는 메틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노 에틸 아크릴레이트, 디메틸아미노 프로필 아크릴아미드, 비닐 아세테이트, 아크릴로니트릴, 아크릴산, 아크릴아미드, 말레산 무수물, 모노비닐 규소 화합물(비닐 트리메틸 실란이 포함됨), 에틸 비닐 에테르, 클로로스티렌, 비닐 피리딘, 부틸 비닐 에테르, 2-에틸헥실 아크릴레이트; 비닐리덴 클로라이드, 부틸 비닐 에테르를 함유하는 이소프렌 및 클로로프렌이 포함되며, 스티렌이 특히 바람직하다. 가장 바람직한 라텍스는 스티렌과 부타디엔으로부터 유도된 라텍스이다.

본 발명의 조성물에 전분이 존재하는 경우, 본 발명의 조성물의 결합제 성분(c)으로 유용한 전분 물질에는, 옥수수, 밀, 감자, 타피오카, 쌀, 사고(sago) 및 사탕수수로부터 수득된 전분을 포함하는, 식물성 원료로 이루어진 사실상 전체적으로 희석된 전분이 포함된다. 또한, 찰진 고아밀로스 전분이 적합할 수 있다. 전분은 산 가수분해, 산화 가수분해 또는 효소 분해에 의해 희석될 수 있다. 또한, 적합한 유도된 전분에는 전분 에테르, 전분 에스테르, 가교결합된 전분, 산화 전분 및 염화 전분과 같은 유도된 전분, 예를 들면, 카복시메틸 셀룰로스 및 하이드록시에틸 메틸 셀룰로스가 포함된다.

또한, 본 발명의 조성물은 음이온성 직접 염료를 함유해야 하며, 음이온성 직접 염료는 종이의 염색에 적합한 염료, 예를 들면, 문헌[참조: "The Colour Index International", The Society of Dyers and Colourists, 1971, pages 2005-2478]에 인용된 바와 같은 염료들로부터 선택된다. 모노아조, 스틸벤, 옥사진, 티아졸 및 프탈로시아닌 염료 이외에도, 이들 염료의 대부분은 비스아조, 트리스아조 및 폴리아조계 화학 화합물에 포함된다. 이러한 제품은 시바 스페셜티 케미칼스(Ciba Specialty Chemicals)에서 퍼가솔®(Pergasol®) 제품군, 예를 들면, 퍼가솔®레드 2G(C.I. 다이렉트 레드 239) 및 퍼가솔 터퀴즈 GN(Pergasol Turquoise GN)(C.I. 다이렉트 블루 86)으로 시판중이다. 이러한 음이온성 직접 염료를 가하는 것은, 요구되는 색 밀도를 수득하는 데 필요한 착색 안료의 양이 감소된다는 점에서 유리하며, 이는 경제적 측면에서 흥미롭다.

또한, 본 발명의 조성물은 고착제, 추가의 결합제 및 결합제 수지, 불용제 및/또는 가교결합제, 음이온성 중합체, 양이온성 중합체, 중성 중합체, 습윤강도 제제, 소포제 및 살생물제로부터 선택된 추가의 조제를 함유할 수 있다. 적합한 조제에는, 예를 들면, 폴리에틸렌이민 및 이들의 유도체, 무기 염, 예를 들면, 염화나트륨, 염화마그네슘 및 염화칼륨, 백반(alum), 폴리디알릴 디메틸 암모늄 클로라이드, 폴리아미드 아민 수지, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피롤리돈 및 이들의 단독중합체 또는 공중합체; 폴리에스테르 및 폴리에테르, 글리옥살 유도체, 모노에탄올아민, 아크릴산/알킬 아크릴레이트 공중합체 및 스티렌/아크릴레이트 공중합체가 포함될 수 있다.

한 가지 추가의 측면에서, 본 발명은 위에서 정의한 바와 같은 조성물을 종이에 피복함으로써, 종이 피복 조성물 중의 유기 착색 안료의 삼출 견뢰도를 조절하는 방법을 제공한다. 바람직하게는, 종이 웹을 고형물 함량이 약 80 내지 95%가 될 정도로 건조시킨 후에, 본 발명의 조성물을 사이징 프레스(sizing press)에서 또는 온라인 피복기(on-line coater)에 의해 종이 웹에 피복한다. 또한, 종이가 완전 건조되면, 본 발명의 조성물을 분무 피복, 커튼 피복과 같은 오프 머신 피복방법(off-machine coating process) 또는 통상의 피복방법으로 당해 종이에 피복할 수 있다. 이러한 피복방법이 문헌[참조: E. Lehtinen, "Pigment Coating and Surface Sizing of Papers", Tappi International, 2000]에 기재되어 있다. 결과적으로, 본 발명의 추가의 측면은 위에서 기술한 바와 같이 종이 피복 조성물 및 당해 조성물로 처리된 종이 중의 유기 착색 안료의 삼출 견뢰도를 조절하기 위한 조성물의 용도에 관한 것이다.

대부분의 경우, 결합제를 성분(b)로서 함유하는 조성물을 사용함으로써, 본 발명의 피복물은 결합제를 함유하지 않는 피복물보다 삼출 견뢰도가 현저하게 향상되며, 발색도가 상당히 높은 피복물이 수득된다.

본 발명을 한정시키려는 의도가 없는 다음의 실시예들은 본 발명을 추가로 예시한다.

Claims

조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 유기 착색 안료(a) 1 내지 30중량%,

1종 이상의 결합제(b) 1 내지 20중량%,

전분(c) 0 내지 20중량%,

음이온성 직접 염료(d) 0 내지 10중량%,

1종 이상의 조제(e) 0 내지 10중량% 및

총 100중량%가 되도록 첨가되는 양의 물(f)을 포함하는, 종이 피복물 중의 유기 착색 안료의 삼출 견뢰도(bleed fastness) 조절용 조성물.
제1항에 있어서, 유기 착색 안료가 문헌[참조: "Colour Index International", The Society of Dyers and Colourists, 1997]에 기재되어 있는 안료로부터 선택되는 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 결합제(b)가 수불용성 성분과 수용성 성분으로 이루어진 안정한 수성 분산액을 포함하며, 수불용성 성분이, Tg가 55℃ 미만이고 50% 이상의 입자 크기가 1마이크론 미만인 융합 가능한 중합체 입자를 포함하고, 수용성 성분이 이들 중합체 입자의 융합을 억제할 수 있는 수용성 중합체를 포함하거나, 이들 중합체 입자의 융합을 억제할 수 있는 수용성 중합체와 성분을 포함하며, 수불용성 성분이 고형 결합제를 3중량% 이상 75중량% 미만 포함하고, 수용성 성분이 고형 결합제를 25중량% 이상 97중량% 미만 포함하는 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 결합제(b)가 1종 이상의 디엔 및/또는 불포화 단량체로부터 유도된 수불용성 합성 중합체, 예를 들면, 라텍스인 조성물.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 음이온성 직접 염료가 종이의 착색에 적합한 염료로부터 선택되는 조성물.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 조제가 고착제, 결합제 수지, 불용제 및/또는 가교결합제, 음이온성 중합체, 양이온성 중합체, 중성 중합체, 습윤강도 제제, 소포제 및 살생물제로부터 선택되는 조성물.
종이에 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따르는 조성물을 피복하여, 종이 피복 조성물 중의 유기 착색 안료의 삼출 견뢰도를 조절하는 방법.
종이 피복 조성물 중의 유기 착색 안료의 삼출 견뢰도를 조절하기 위한, 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따르는 조성물의 용도.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따르는 조성물로 처리된 종이.