KR20080053936A - 종이 제품 및 천연 직물 함침용 조성물, 및 그의 방법,공정 및 조립수단 - Google Patents

종이 제품 및 천연 직물 함침용 조성물, 및 그의 방법,공정 및 조립수단 Download PDF

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Abstract

자외선 및 가시선 방사선을 사용하여 경화가능한 조성물이 개시된다. 또한, 개시된 조성물은 종이 제품(paper product) 및 천연 섬유 직물과 같으나 이들에 한정되지 않는 섬유 기재(fiber substrate)에 도포하기에 적합하다. 또한, 섬유 기재 또는 섬유 기재의 적어도 일부분에 조성물을 도포하고, 도포된 조성물을 경화하여 부분적으로 또는 완전히 경화된 조성물을 얻기 위한 방법이 개시된다. 또한, 예를 들어, 종이를 비롯한 완전 경화된 조성물을 혼입시킨 제조 물품이 개시되며; 이러한 제조 물품은 물에 장기 노출시 구조적 완전성, 인쇄성 및 명도의 유지를 비롯한 내수성을 가진다. 또한, 이들 경화성 조성물을 혼입하는 방법, 공정, 생성 라인, 조립 및 공장이 개시된다.

Description

종이 제품 및 천연 직물 함침용 조성물, 및 그의 방법, 공정 및 조립수단{COMPOSITIONS FOR IMPREGNATING PAPER PRODUCTS AND NATURAL FABRICS AND METHODS, PROCESSES AND ASSEMBLAGES THEREFOR}
종이 및 섬유를 주성분으로 하는 제품에 내수성을 제공하기 위한 조성물, 방법, 공정 및 조립수단(assemblage)이 본원에 개시된다.
다양한 소비자, 과학적 및 산업적 제품은 천연 섬유, 이를 테면 종이로 구성된다. 물에 노출시, 이들 제품은 찢김(tearing) 또는 파손(break)으로 이어질 수 있는 감소된 구조적 강도를 나타낸다. 또한, 이들 제품 위의 잉크 또는 연필 기록은 물에 노출시 희미해지거나 번지거나 무늬가 진다.
발명의 요약
장기간 동안의 노출을 비롯한 물에 대한 노출에도 바람직한 미적, 성능 및 내구성 특성을 유지하는 다공성 및/또는 섬유 제품이 본원에 개시된다. 본 섬유 제품은 적어도 1일 물에 노출한 후에도 하기한 특성 중 1 이상을 나타낸다: (a) 구조적 완전성(structural integrity)의 유지; (b) 구조적 강도의 유지; (c) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (d) 인쇄의 유지; (e) 명도(brightness)의 유지; 및 (f) 곰팡이(mold), 조류(algae), 흰곰팡이(mildew), 세균 및/또는 진균 성장에 대한 내성. 또한, 상기한 특성 중 2 이상, 상기한 특성 중 3 이상, 상기한 특성 중 4 이상, 상기한 특성 중 5 이상 또는 상기한 특성 모두를 나타내는 섬유 제품이 개시된다. 또한, 최소 2일, 최소 3일, 최소 7일 및 최소 10일 동안 물에 노출 후 하기한 특성 중 1 이상을 나타내거나 유지하는 섬유 제품이 개시된다. 또한, 물에 대한 노출로 침지(soaking), 연무(misting), 분무(spraying), 침투(seeping) 또는 이들의 조합이 포함되는 섬유 제품이 개시된다. 또한, 다공성 및/또는 섬유 제품을 방수 처리하기 위한 조성물, 방법, 전략, 기술, 조립수단 및 공장이 개시된다. 추가의 구체예에서, 방수 처리된 다공성 및/또는 섬유 제품은 장기간 노출을 비롯한 물에 노출시 바람직한 미적, 성능 및 내구성 특성을 유지한다.
본 섬유 제품은 본원에 제공되는 조성물, 부분 경화 조성물 및 완전 경화 조성물을 포함한다. 또한, 섬유 기재에 도포된 다음 임의로 경화 공정을 거쳐 전술한 특성 중 1 이상을 가진 섬유 제품을 생성할 수 있는 조성물이 본원에 개시된다.
또한, 경화시 전술한 특성 중 1 이상을 가진 섬유 제품을 생성하기 위해 섬유 제품을 조성물로 도포 및/또는 함침하는 방법이 개시된다. 적어도 부분적으로 다공성 및/또는 섬유 제품을 함침하는 조성물을 다공성 및/또는 섬유 제품에 원심적으로 도포하기 위한 방법이 개시된다. 또한, 본원에 개시된 조성물을 고압 분무기로 다공성 및/또는 섬유 제품 위 및 내에 도포하기 위한 방법이 개시되며; 추가의 구체예로, 롤러는 분무된 표면에 적용된다. 본원에 개시된 조성물을 다공성 및/또는 섬유 제품 위 또는 내에 도포한 다음, 조성물을 화학선(actinic radiation)에 노출하여 경화시킨다. 본 섬유 제품을 생성하기 위한 제조 방법 및 조립수단이 또한 제공된다.
본원에 기술된 하나의 일면은 (a) 나노-충전제(nano-filler); (b) 1 이상의 광개시제; (c) 1 이상의 단작용성 모노머; (d) 계면활성제; (e) 희석제; 및 (f) 임의로, 안료 분산액 및 제2 광개시제를 포함하는 조성물이 개시된다.
하나의 구체예에서, 전술한 특성 중 1 이상을 가진 섬유 제품을 제조하기 위해 본 조성물은 섬유 기재에 도포된 다음 임의로 경화 공정을 거친다.
본원에 개시된 또 다른 일면은 (a) 다공성 및/또는 섬유 기재; 및 (b) (i) 나노-충전제; (ii) 1 이상의 광개시제; (iii) 1 이상의 단작용성 모노머; (iv) 계면활성제; (v) 희석제; 및 (vi) 임의로, 안료 분산액 및 제2 광개시제를 포함하는 조성물을 포함하는 다공성 및/또는 섬유 제품이다.
본원에 개시된 또 다른 일면은 펜 및/또는 잉크 기록능(writability)의 유지; (b) 인쇄의 유지; (c) 명도의 유지; 및/또는 (d) 유기 용매(예, 알콜, 메틸 에틸 케톤 등)의 흡수 차단능의 특성 중 1 이상을 나타내는 다공성 및/또는 섬유 제품이다. 특정 일면으로, 이러한 섬유 및/또는 다공성 제품은 적어도 부분적으로 다공성 및/또는 섬유 제품내로 함침된 경화된 조성물을 포함한다.
본원에 개시된 또 다른 일면은 곰팡이, 흰곰팡이, 조류, 세균 및/또는 진균의 성장을 저지하는 다공성 및/또는 섬유 제품이다. 특정 일면으로, 이러한 섬유 및/또는 다공성 제품은 적어도 부분적으로 다공성 및/또는 섬유 제품내로 함침된 경화된 조성물을 포함한다.
본원에 개시된 또 다른 일면은 최소 1일 동안 물에 노출 후 하기한 특성 중 1 이상을 나타내는 다공성 및/또는 섬유 제품이다: (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및/또는 (d) 명도의 유지.
본원에 개시된 또 다른 일면은 본 발명의 다공성 및/또는 섬유 제품을 제조하는 방법으로서, 상기한 방법은 (a) 섬유 및/또는 다공성 기재를 제공하는 단계; (b) 상기 섬유 및/또는 다공성 기재에 조성물을 도포하여 섬유 및/또는 다공성 제품을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 섬유 및/또는 다공성 제품을 경화하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 조성물은 (i) 나노-충전제; (ii) 1 이상의 광개시제; (iii) 1 이상의 단작용성 모노머; (iv) 계면활성제; (v) 희석제; 및 (vi) 임의로, 안료 분산액 및 제2 광개시제를 포함한다. 상기한 제조 방법에 의해 생성된 섬유 제품이 또한 개시된다.
본원에 개시된 또 다른 일면은 본 발명의 다공성 및/또는 섬유 제품을 제조하기 위한 조립수단으로서, 상기 조립수단은 (a) 다공성 및/또는 섬유 기재를 제공하기 위한 수단; (b) 상기 다공성 및/또는 섬유 기재에 조성물을 도포하여 다공성 및/또는 섬유 제품을 생성하는 수단 및 (c) 다공성 및/또는 섬유 제품을 경화시키기 위한 수단을 포함하며, 여기에서 상기 조성물은 (i) 나노-충전제; (ii) 1 이상의 광개시제; (iii) 1 이상의 단작용성 모노머; (iv) 계면활성제; (v) 희석제; 및 (vi) 임의로, 안료 분산액 및 제2 광개시제를 포함한다. 상기 조립수단에 의해 생성된 다공성 및/또는 섬유 제품이 또한 개시된다.
본원에 개시된 또 다른 일면은 본 발명의 다공성 및/또는 섬유 제품을 사용하는 각종 방법이다. 본 발명의 다공성 및/또는 섬유 제품에 대한 예시적인 적용예로는 라벨, 서적, 신문, 잡지, 지도, 필드 매뉴얼(field manual), 봉투, 종이 접시, 의류, 수송재(shipping material), 방습층, 가든 마커(garden marker), 수중 표식(underwater marking), 스포츠 용품, 짐 백(gym bag), 명함, 카드보드(cardboard), 샤워 커튼 등이 포함된다. 추가적인 적용예로는 오수(mudwater), 호수물, 하천수(stream water), 수돗물, 해수, 하수(sewage water) 및 정제수(purified water)를 비롯한 임의의 수원으로부터의 물을 포함하는 수계 용액의 흡수를 차단하기 위한 본 발명의 다공성 및/또는 섬유 제품의 용도를 포함한다. 추가적인 적용예로는 알콜, 메틸 에틸 케톤 등과 같은 유기 용매의 흡수를 차단하기 위한 본 발명의 다공성 및/또는 섬유 제품의 용도를 포함한다.
참고 인용
본 명세서에서 언급된 모든 공개, 특허 및 특허 출원은, 이들 각각의 개별적인 공개, 특허 또는 특허 출원이 참고로 인용되는 것으로 구체적이고도 개별적으로 나타낸 바와 같이 동일 범위에 대하여 이들의 전체 내용은 참고로 인용된다.
도면의 간단한 설명
본 발명의 방법, 공정, 조립수단, 장치 및 조성물의 특성 및 이점은 본 발명자들의 방법, 공정, 조성물, 장치 및 조립수단의 원리가 사용된 예시적인 구체예를 설명하는 다음의 상세한 설명 및 다음의 첨부된 도면을 참고함으로써 더 잘 이해할 수 있다:
도 1은 본원에 개시된 조성물을 섬유 기재에 도포하는 하나의 가능한 공정의 흐름도이다.
도 2는 본원에 개시된 조성물을 섬유 기재에 도포하고 조성물을 경화시키기 위한 하나의 대표적인 방법 및 조립수단의 예시도이다.
도 3은 본원에 개시된 조성물을 섬유 기재에 도포하고 조성물을 경화시키기 위한 또 다른 대표적인 방법 및 조립수단의 예시도이다.
발명의 상세한 설명
I. 특정 용어
본원에 사용된 용어 "화학선"은 단지 예로서 자외선 방사선, 근자외선 방사선 및 가시광과 같이 중합 반응을 일으킬 수 있는 임의의 방사선원을 말한다.
본원에 사용된 용어 "공-광개시제"는 또 다른 광개시제 또는 광개시제들과 혼합될 수 있는 광개시제를 말한다.
본원에 사용된 용어 "경화"는 적어도 부분적으로 코팅 조성물을 중합하는 것을 말한다.
본원에 사용된 용어 "경화가능"이란 적어도 부분적으로 중합할 수 있는 코팅 조성물을 말한다.
본원에 사용된 용어 "경화 촉진제(curing booster)"란 경화 공정을 촉진하거나 다르게는 향상시키거나 부분적으로 향상시키는 제제 또는 제제들을 말한다.
본원에 사용된 용어 "섬유 기재"란 천연 섬유를 함유하거나 이로부터 유도된 임의의 물체를 말하는 것으로, 이러한 물체로는 하기한 것들이 포함된다:
(a) 연마지(abrasive paper), 흡수지(absorbent paper), 중성지(acid free paper), 내산지(acid proof paper), 점착지(adhesive paper), 공기 여과지(air filter paper), 항공 우편 용지(air mail paper), 앨범대지(album paper), 알부민 페이퍼(albumin paper), 알칼리 용지(alkaline paper), 알루미늄 포일 적층지(aluminum foil lamination paper), 탄약지(ammunition paper), 방청지(antirust paper), 경량지(antique paper), 기록 보존 용지(archival paper), 아트지(art paper), 아스팔트 적층지(asphalt laminated paper), 애저레이드지(azurelaid paper), 가방지(bag paper), 지폐(banknote) 또는 화폐(currency) 용지, 자기기압계 용지(barograph paper), 원지(base paper), 성서 용지(bible paper), 블레이드 포장지(blade wrapping paper), 고기 포장 용지(butcher paper), 흡묵지(blotting paper), 청사진용 원지(blueprint paper), 판지(board), 본드지(bond paper), 서적지(book paper), 상자용 판지(boxboard), 브리스톨 판지(bristol board), 업무용 서식지(business form paper), 카본지(carbon paper), 카드보드(cardboard), 카트리지지(cartridge paper), 카탈로그 용지(catalog paper), 수표(check 또는 cheque) 용지, 칩보드(chipboard), 권련 용지(cigarette paper), 거친 종이(coarse paper)(또한 공업 용지), 커피 여과지(coffee filter paper), 비변색지(color-fast paper), 공작 용지(construction paper), 용기용 판지(containerboard), 복사 용지(copier paper) 또는 레이져 용지(laser paper), 골판지(corrugated board), 코튼지(cotton paper) 또는 래그 페이퍼(rag paper), 표지(cover paper), 크레이프 페이퍼(crepe paper), 컷 시트(cut sheet), 주소성명록 용지(directory paper), 문서 용지(document paper), 도화 용지(drawing paper), 이중 판지(duplex board), 이중지(duplex paper), 전기 등급지(electrical grade paper), 봉투 용지(envelope paper), 섬유판(fiberboard), 여과지(filter paper), 백상지(Fine Paper), 형광지(Fluorescent Paper), 지기용 상자판지(Folding Boxboard), 무료 신문(Freesheet), 가스켓 판지(Gasket Board), 글라이신 페이퍼(Glassine Paper), 광택지(Glazed Paper), 그레이 보드(Gray Board), 그린 페이퍼(Green Paper), 갱지(Groundwood Paper), 수제 종이(Handmade Paper), 인덱스지(Index Paper), 공업 용지(Industrial Paper), 단열 판지(Insulating Board), 아이보리 판지(Ivory Board), 크라프트 백 용지(Kraft Bag Paper), 크라프트지(Kraft Paper), 크라프트 라이너(Kraftliner), 라벨지(Label Paper), 레이드지(Laid Paper), 적층 라이너보드(Laminated Linerboard), 장부 용지(Ledger Paper), 경량지(Light Weight Paper), 리넨지(Linen Paper), 라이너(Liner), 라이너보드(Linerboard), 복사지(Manifold Paper), 마닐라지(Manila), 기계 용지(Mechanical Paper), 밀보드(Millboard), 신문 용지(Newsprint), 오프셋 용지(Offset Paper), 포장 용지(Packaging Paper), 보드지(Paperboard), 영구지(Permanent Paper), 인화지(Photographic Paper), 광고 용지(Poster Paper), 펄프 판지(Pulp Board), 래그 페이퍼(Rag Paper), 라이스 페이퍼(Rice Paper), 안전 용지(Safety Paper), 위생지(Sanitary Paper), 위생 박엽지(Sanitary Tissue Paper), 보안 용지(Security paper), 사이즈 페이퍼(Sized Paper), 솔리드 섬유판(Solid Fiberboard), 우표 용지(Stamp Paper), 마분지(Strawboard), 태그 용지(Tag Paper), 티백 용지(Tea Bag Paper), 텍스트 용지(Text Paper), 박엽지(Thin Paper), 티슈(Tissue), 투명지(Transparent Paper), 유니온 크라프트(Union Kraft), 식물성 유산지(Vegetable Parchment), 벨럼지(Vellum Paper), 벽지(Wall Paper), 수성 물감 용지(Water-Color Paper), 왁스지(Waxed Paper), 포장지(Wrapper), 필기 용지(Writing Paper), 옐로우 페이지(Yellow Pages) 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 임의의 평량(basis weight 또는 grammage), 부피, 두께(caliper 또는 thickness), 흐름 및 전후 방향(machine and cross direction), 평탄성을 가진 다양한 형태의 종이 제품;
(b) 다양한 형태의 펄프 함유 제품;
(c) 봉투(envelope), 백(bag), 상자(box), 패키지(package), 라벨(label) 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 다양한 형태의 수송재;
(d) 가든 마커, 수중 마커, 토양 마커 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 다양한 형태의 마커;
(e) 면, 모, 리넨, 캐시미어, 마, 모시, 실크 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 다양한 형태의 천연 섬유 직물;
(f) 면, 모, 리넨, 마, 모시, 실크 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 다양한 형태의 천연 섬유 편물; 및
(g) 단추, 지퍼, 핀(pin), 스테이플(staple), 클립(clip), 로드(rod)) 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 비섬유 성분을 가진 섬유 기재.
용어 "충전제"는 코팅의 물리적, 기계적, 열적 또는 전기적 특성을 조정하기 위해 첨가되는 상대적으로 비활성인 물질을 말한다.
본원에 사용된 용어 "무기 안료"는 미립자로서 사용중 실질적으로 비휘발성인 성분을 말하는 것으로, 전형적으로 페인트 및 플라스틱 업계에서 불활성 물질, 증량제, 충전제 등으로서 표지된 이들의 성분이 포함된다.
본원에 사용된 용어 "조사하는"은 표면을 화학선에 노출하는 것을 말한다.
본원에 사용된 용어 "밀링하는(milling)"은 분무하기에 적합한 분말을 수득하기 위해 분말 코팅 제제를 예비혼합, 용융 및 분쇄하는 공정을 말한다.
본원에 사용된 용어 "모노머"는 올리고머 및 서로 결합될 수 있는 단일 분자를 가진 물질을 말한다.
본원에 사용된 용어 "광개시제"는 자외선 광을 흡수하고 그 광의 에너지를 사용하여 코팅의 건조층 형성을 촉진하는 화합물을 말한다.
본원에 사용된 용어 "중합가능한 안료 분산액"는 코팅 조성물에 분산되어 있는 중합가능한 수지에 부착된 안료를 말한다.
본원에 사용된 용어 "중합가능한 수지" 또는 "활성화된 수지"는 반응성 작용기를 가진 수지를 말한다.
본원에 사용된 용어 "안료"는 불용 또는 부분적으로 가용하여 색을 부여하기 위해 사용되는 화합물을 말한다.
본원에 사용된 용어 "명도의 유지"란 그의 명도의 적어도 약 90%를 유지하는 물질의 능력을 말한다. 명도의 유지는 물질의 변색, 이를 테면 암화(darkening) 또는 황변화(yellowing)을 방지한다. 명도의 유지를 결정하기 위한 대표적인 시험으로는 예를 들어 명도(파장=457 nm) 및/또는 휘도(luminance)(파장=555 nm)에 대한 광흡수 시험과 같은 분광 명도 시험(spectrophotometric test)이 포함된다.
본원에 사용된 용어 "잉크 또는 연필 기록의 유지"란 물질 위의 잉크 또는 연필 기록이 적어도 약 90% 유지되는 능력을 말한다. 잉크 또는 연필 기록의 유지는 물질 위의 번짐(bleeding), 흐려짐(fading) 및/또는 줄무늬짐(streaking)을 방지한다. 잉크 또는 연필 기록의 유지를 결정하기 위한 대표적인 시험은 예를 들어, 잉크 제거(IE, Ink Elimination) 시험 및 유효 잔류 잉크 농도(ERIC, Effective Residual Ink Concentration)와 같은 분광 명도 시험이 포함된다.
본원에 사용된 용어 "인쇄의 유지"는 물질 위의 인쇄가 적어도 약 90% 유지되는 능력을 말한다. 대표적인 인쇄는 라벨, 로고 등과 같은 각종 잉크 인쇄를 포함한다. 인쇄의 유지는 물질 위의 번짐, 흐려짐 및/또는 줄무늬짐을 방지한다. 인쇄의 유지를 결정하기 위한 대표적인 시험으로는 각종 분광 명도 시험이 포함된다.
본원에 사용된 용어 "구조적 강도의 유지"란 그의 물리적 및 구조적 완전성, 강도 또는 내구성이 적어도 약 90% 유지되는 물질의 능력을 말한다. 구조적 강도의 유지는 찢김(tearing), 헤짐(ripping) 또는 파손(break)을 방지한다. 구조적 강도의 유지를 결정하기 위한 대표적인 기계적 시험으로는 예를 들어 매뉴얼 검사(manual inspection), 내절 강도 및 인장 강도가 포함된다. 분광 명도 시험이 또한 구조적 강도의 유지를 결정하는데 사용될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "연필 및/또는 잉크 기록능의 유지"는 펜 또는 프린터와 같은 임의의 형태의 연필 또는 임의의 잉크 공급원에 의해 기록되는 능력의 적어도 약 90%를 유지하는 물질의 능력을 말한다. 기록능은 물질의 흡수성에 의존한다.
본원에 사용된 용어 "매개체(vehicle)"는 용매 기제 제제의 액체 부분을 말하는 것으로 용매 및 수지 둘 다와 혼합될 수 있다.
II . 조성물
본원에 기술된 하나의 일면은 (a) 나노-충전제; (b) 1 이상의 광개시제; (c) 1 이상의 단작용성 모노머; (d) 계면활성제; (e) 희석제; 및 (f) 임의로, 안료 분산액 및 제2 광개시제를 포함하는 조성물이 개시된다. 하나의 구체예에서, 본원에 제공된 조성물을 섬유 기재에 도포하여 목적하는 특성을 가진 섬유 제품을 생성한다.
본 조성물은 조성물 총 중량의 20-60 중량%의 양으로 나노-충전제를 포함한다(wt/wt). 추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 0.5-10% wt/wt의 양으로 1 이상의 광개시제를 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 2-80% wt/wt의 양으로 1 이상의 단작용성 모노머를 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 2-22% wt/wt의 양으로 희석제를 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 0.01-2.0% wt/wt의 양으로 계면활성제를 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 1-12% wt/wt의 양으로 안료 분산액 및 0.5-5% wt/wt의 양으로 제2 광개시제를 포함한다.
본원에 개시된 조성물을 다양한 섬유 기재에 도포하여 섬유 제품을 생성할 수 있다. 본원에 개시된 조성물은 가시선 방사선, 근가시선 방사선, 자외선(UV) 방사선 및 이들의 조합으로 구성된 다양한 광원에 의해 경화된다. UV 방사선는 UV-A 방사선, UV-B 방사선, UV-B 방사선, UV-C 방사선, UV-D 방사선 또는 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
구불어지거나 비틀리거나 다르게는 형태가 변화되는 물체, 이를 테면 직물 및 의류와 같으나 이들에 한정되지 않는 물체에 본 조성물이 도포되는 경우, 코팅 가요성은 본원에 개시된 조성물에 대한 중요한 특징일 수 있다. 코팅 가요성은 물체가 구불어지거나 비틀리거나 다르게는 형태가 변화되는 경우에도 조성물이 균열없이 구불어지거나 비틀릴 수 있게 하는 한편, 코팅 점착 특성은 물체가 구불어지거나 비틀리거나 그의 형태가 변하는 경우에도 코팅이 물체에 부착된 상태를 유지하게 한다. 본원에 개시된 조성물의 특정 구체예는 목적하는 특성을 얻고 최적화하기 위해 사용될 수 있다.
A. 나노- 충전제
본 조성물은 나노-충전제를 포함한다. 나노-충전제는 불용성 무기 입자이거나 불용성 유기 입자일 수 있다. 다른 무기 화합물이 사용될 수 있지만, 무기 나노-충전제는 일반적으로 금속 산화물이다. 무기 나노-충전제의 예로는 질화알루미늄, 산화알루미늄, 산화안티몬, 황산바륨, 산화비스무스, 셀렌화카드뮴, 황화카드뮴, 황산칼슘, 산화세륨, 산화크롬, 산화구리, 인듐 주석 산화물, 산화철, 크롬산납, 티탄산니켈, 산화니오브, 희토류 산화물, 실리카, 이산화규소, 산화은, 산화주석, 이산화티탄, 크롬산아연, 산화아연, 황화아연, 이산화지르코늄 및 산화지르코늄이 포함된다. 다르게는, 유기 나노-충전제는 일반적으로 적합한 크기의 입자로 분쇄된 중합 물질이다. 나노미터 크기의 유기 나노-충전제의 예로는 나노-폴리테트라플루오로에틸렌, 아크릴레이트 나노스피어 콜로이드(acrylate nanosphere colloid), 메타크릴레이트 나노스피어 콜로이드 및 이들의 조합물이 포함되나 이들에 한정되지 않으며, 미크론 크기의 폴리테트라플루오로에틸렌, 아크릴레이트, 메타크릴레이트의 충전제 및 이들의 조합물이 사용될 수 있다.
하나의 구체예로, 본 조성물은 나노-알루미나를 포함한다. 나노-알루미나는 예로서 200 nm 미만을 비롯한 나노미터 크기를 가지며 대략 5-40 나노미터 범위의 불연속적인 구형 입자인 고순도 산화알루미늄으로 구성된다. 나노-알루미나는 우수한 광학적 투명성, 광택성 및 물리적 특성을 부여한다. 나노-알루미나계 조성물은 우수한 광투과성을 요하는 내마모성 코팅 적용예, 이를 테면 안경; 반도체를 비롯한 정밀연마(fine polishing) 적용예; 및 개선된 열 관리를 비롯한 나노복합재료 적용예에서의 사용을 찾아볼 수 있다. 또한, 나노-알루미나의 혼입에 의해 내충격성, 내마모성 및 내긁힘성이 개선된 조성물이 생성될 수 있다.
또 다른 구체예로, 본 조성물은 나노-이산화규소를 포함한다. 예를 들어 약 200 nm 미만, 추가로 예를 들어 평균 입도 5 내지 40 nm를 비롯한 나노미터 크기를 가진 나노-이산화규소가 조성물내에 혼입될 수 있다. 나노-이산화규소의 첨가에 의해 인성, 경도, 내마모성 및 내긁힘성이 개선될 수 있다. 나노-규소를 조성물에 혼합하는 경우에 수득되는 다른 특성 및 성질로는 다음이 포함될 수 있다: 그것은 기체, 수증기 및 용매에 대한 배리어(barrier) 효과로서 작용하고; 내후성을 증가시키고 열적 노화(thermal aging)를 억제하며; 경화 수축 및 반응열의 감소, 열적 팽창 및 내부 응력의 감소, 내인열성, 파괴 인성 및 모듈러스의 증가를 나타내며; 다수의 무기 기재(예, 유리, 알루미늄)에 대한 접착력을 개선하고; 친수성이 더 높은 표면에 의해 무기 불순물(예, 그을음)에 대한 내오염성을 개선하며; 열 안정성, 오염-저항, 열 전도성, 유전 특성과 같은 다른 목적하는 특성을 개선시킨다.
대표적인 나노-이산화규소로는 독일 기스타흐트 소재 한스 케미(Hanse chemie)에 의해 상품명 Nanocryl® C, 이를 테면 Nanocryl® C 350, Nanocryl® C 130, Nanocryl® C 140, Nanocryl® C 145, Nanocryl® C 146, Nanocryl® C 150, Nanocryl® C 153, Nanocryl® C 155, Nanocryl® C 165로 판매되는 것들이 포함된다. 구체예로, Nanocryl® C 155가 본 조성물에 포함된다.
나노-충전제로서 사용될 수 있는 다른 물질로는 산화물, 탄화물, 질화물, 붕소화물, 규산염, 아철산염 및 티탄산염이 포함된다. 예를 들어, 이러한 나노-충전제의 예는 나노-일산화지르코늄, 나노-이산화지르코늄, 나노-탄화규소, 나노-질화규소, 나노-사이알론(실리콘 알루미늄 질산화물), 나노-질화알루미늄, 나노-산화비스무스, 나노-산화세륨, 나노-산화구리, 나노-산화철, 나노-티탄산니켈, 나노-산화니오브, 나노-희토류 산화물, 나노-산화은, 나노-산화주석 및 나노-산화티탄이나 이들에 한정되지 않는다. 이러한 물질은 고온에서 비교적 높은 기계적 강도를 가진다.
다르게는, 본원에 개시된 조성물에 사용되는 나노-충전제로는 폴리에틸렌 왁스로 제조된 무정형 이산화규소, 유기 표면 처리된 합성 무정형 실리카, 미처리 무정형 이산화규소, 알킬 제4급 벤토나이트, 콜로이드 실리카, 아크릴 콜로이드 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화아연, 니오비아, 티타니아, 질화알루미늄, 산화은, 산화세륨 및 이들의 조합물이 포함된다. 이산화규소는 폴리에틸렌 왁스 또는 왁스들을 비롯한 표면 처리된 합성 및 천연 이산화규소 둘 다 및 미합중국 뉴욕 테리타운 화이트 플레인 로드 540(540 White Plains Road, Tarrytown, New York, U.S.A.)에 소재하는 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)로부터의 IRGANOX®로 구성된 군에서 선택된다.
본원에 개시된 조성물에 존재하는 나노-충전제의 평균 입도로는 예를 들어 약 20 ㎛ 미만이 포함되고, 추가로 예를 들어 평균 입도 1 내지 10 ㎛의 불연속적인 입자인 반면; 나노-충전제 입자의 평균 입도로는 예를 들어 약 200 nm 미만이 포함되고, 추가로 예를 들어 평균 입도 5 내지 50 nm의 불연속적인 입자이다. 구체예로, 나노-충전제 입자의 평균 직경은 10, 20, 30 또는 40 nm이다. 또한, 또 다른 구체예로, 나노-충전제 입자의 입도 분포는 1 nm 내지 60 nm, 이를 테면 5 nm 내지 30 nm이다.
나노-충전제는 20 내지 60% wt/wt, 이를 테면 25 내지 55% wt/wt, 30 내지 50% wt/wt, 또는 30 내지 40% wt/wt 범위의 양으로 조성물내에 존재한다. 구체예로, 본 조성물은 33-36% wt/wt를 포함한다.
충전제를 첨가하면 조성물에 특정의 유동학적 특성, 이를 테면 점성이 부여되나; 나노규모의 충전제를 첨가하면 미크론 규모의 충전제와 비교하여 코팅의 기계적 특성에 있어서 크게 다른 효과를 부여한다. 따라서, 조성물의 기계적 특성은 미크론 크기의 충전제 및 나노-충전제의 양을 변화시킴으로써 조절될 수 있다.
나노-충전제에 기인한 개선된 특성으로는 개선된 인장 강도, 모듈러스, 열 변형 온도, 배리어 특성(barrier property), 내자외선성, 내마모성 및 내긁힘성, 및 전도성이 포함된다. 특정 나노-충전제, 이를 테면 나노-알루미나 및 나노-실리콘의 혼입은 광학적 투명성, 광택성, 색상 및 물리적 특성에 크게 영향을 미치지 않으면서도 적합한 장기간의 코팅을 제공할 수 있다. 이러한 개선된 특성은 대부분 나노규모 충전제의 작은 직경 및 큰 표면적에 기인될 수 있다.
B. 광개시제
추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 1 이상의 광개시제를 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 2 이상의 광개시제를 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 3 이상의 광개시제를 포함한다.
일반적으로, 광개시제는 화학선 원, 이를 테면 자외선에 노출시 조성물내 모노머의 신속한 중합화를 개시하기 위해 첨가된다. 광개시제는 강한 UV-C (200-280 nm)를 방사하는 중압 수은 아크(medium pressure mercury arc) 광, 도펀트에 따라 UV-A (315-400 nm) 또는 UV-B (280-315 nm)를 방사하는 도프 수은 방전 램프(doped mercury discharge lamp), 또는 이들 램프 형태의 조합과 같은 UV 원의 스펙트럼 특성에 부합될 수 있다. 조성물내 광개시제 또는 광개시제의 조합물에 따라, 다양한 UV 원(들)이 사용될 수 있다.
자유 래디칼로서 분류된 것들을 비롯한 임의의 적합한 형태의 광개시제가 조성물에 사용될 수 있다. 광개시제는 액체 또는 고체 형태일 수 있다. 또한, 중합화를 개시하는데 사용되는 UV 원의 상이한 스펙트럼 특성을 포함하는 광개시제의 조합물이 사용될 수 있다.
광개시제는 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, 벤조페논, ESACURE® KTO, IRGACURE® 184, IRGACURE® 500, DARACUR® 1173, Lucirin® TPO, 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 2,4,6-트리메틸벤조페논, 4-메틸벤조페논, 올리고(2-하이드록시-2-메틸-1-(4-(1-메틸비닐)페닐)프로판온) 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 또한, 광개시제는 포스핀 옥사이드 형태의 광개시제, 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, 벤조페논, 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(미합중국 뉴욕 테리타운 화이트 플레인 로드 540 소재 시바 스페셜티 케미칼즈로부터의 DAROCUR® 1173), 2,4,6-트리메틸벤조페논 및 4-메틸벤조페논, ESACURE® KTO 46(이탈리아 갈라레이트 (브이에이) 소재 람버티 에스.피.에이로부터 입수), 올리고(2-하이드록시-2-메틸-1-(4-(1-메틸비닐)페닐)프로판온), 아크릴산 아민, 티옥산톤, 벤질 메틸 케탈 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 또한, 광개시제는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(미합중국 뉴욕 테리타운 화이트 플레인 로드 540 소재 시바 스페셜티 케미칼즈로부터의 DAROCUR® 1173), 포스핀 옥사이드 형태의 광개시제, IRGACURE® 500, 819 또는 1700(미합중국 뉴욕 테리타운 화이트 플레인 로드 540 소재 시바 스페셜티 케미칼즈), 아크릴산 아민, 티옥산톤, 벤질 메틸 케탈 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다.
본 발명의 입자에 사용하기에 적합한 다른 광개시제로는 1-페닐-2-하이드록시-2-메틸-1-프로판온, 올리고 {2-하이드록시-2-메틸-1-4-(메틸비닐)페닐프로판온)}, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥사이드, 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤 및 벤조페논 뿐만 아니라 이들의 혼합물이 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 또 다른 유용한 광개시제로는 예를 들어 비스(n,5,2,4-사이클로펜타디엔-1-일)-비스 2,6-디플루오로-3-(1H-피롤-1-일)페닐 티타늄 및 2-벤질-2-N,N-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부탄온이 포함된다. 이러한 화합물은 각각 IRGACURE® 784 및 IRGACURE® 369이다(둘 다 미합중국 뉴욕 테리타운 화이트 플레인 로드 540 소재 시바 스페셜티 케미칼즈로부터 입수). 한편, 또 다른 유용한 광개시제로는 예를 들어 2-메틸-1-4(메틸티오)-2-모르폴리노프로판-1-온, 4-(2-하이드록시)페닐-2-하이드록시-2-(메틸프로필)케톤, 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤 벤조페논, (사이클로펜타디에닐)(1-메틸에틸)벤젠-철 헥사플루오로포스페이트, 2,2-디메톡시-2-페닐-1-아세토펜-온 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐 포스핀 옥사이드, 벤조산, 4-(디메틸아미노)-에틸에테르 및 이들의 혼합물이 포함된다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 α-하이드록시케톤, 이를 테면 1-하이드록시-사이클로헥실-페닐-케톤을 포함하는 1 이상의 광개시제를 포함한다. 또 다른 또는 대안적인 구체예로, 본 조성물은 벤조페논을 포함하는 1 이상의 광개시제를 포함한다. 또 다른 또는 대안적인 구체예로, 본 조성물은 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스핀 옥사이드와 같이 벤조일 디아릴 포스핀을 포함하는 1 이상의 광개시제를 포함한다.
구체예로, 본 조성물은 광개시제의 조합물을 포함한다. 구체예로, 본 조성물은 IRGACURE® 184 및 IRGACURE® 500을 포함한다. 또 다른 구체예로, 본 조성물은 IRGACURE® 184, IRGACURE® 500 및 Lucirin® TPO를 포함한다.
광개시제(들)는 0.5-10% wt/wt, 이를 테면 1 내지 9% wt/wt, 3 내지 8% wt/wt, 또는 4 내지 6% wt/wt 범위의 양으로 조성물내에 존재한다.
또 다른 구체예로, 본 조성물은 광개시제의 조합물을 포함하는데, 여기서 각각의 광개시제는 0.5-5% wt/wt, 이를 테면 1 내지 4% wt/wt 또는 2 내지 3% wt/wt 범위의 양으로 존재한다. 또 다른 구체예로, 본 조성물은 2 내지 6% wt/wt, 이를 테면 약 2, 3, 4, 5 또는 6% wt/wt 범위의 양으로 IRGACURE® 184 및 0.5 내지 4% wt/wt, 이를 테면 약 0.5, 1, 2, 3 또는 4% wt/wt 범위의 양으로 IRGACURE® 500을 포함한다.
구체예로, 본 조성물은 벤조일 디아릴 포스핀 옥사이드를 포함하는 제2 광개시제 및 안료 분산액을 포함한다. 안료의 존재가 UV 및 가시광 영역 모두의 방사선을 흡수하며 일부 형태의 광개시제의 유효성을 감소시킬 수 있는데, 포스핀 옥사이드 형태의 광개시제는 단지 예로서 흑색의 UV-경화형 코팅 물질을 비롯한 착색된 조성물에서 효과적이다. 포스핀 옥사이드는 또한 백색 코팅에 대한 광개시제로서의 사용을 찾아볼 수 있다. 구체예로, 조성물은 Lucirin® TPO와 같이 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐포스핀 옥사이드를 포함하는 광개시제 및 안료 분산액을 포함한다.
구체예로, 본 조성물은 0.5-5% wt/wt, 이를 테면 1 내지 4% wt/wt 또는 2 내지 3% wt/wt 범위의 양으로 존재하는 벤조일 디아릴 포스핀 옥사이드를 포함하는 광개시제를 포함한다. 구체예로, 벤조일 디아릴 포스핀 옥사이드를 포함하는 광개시제는 약 0.5, 1, 2, 3 또는 4% wt/wt의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
C. 모노머
본 조성물은 1 이상의 단작용성 모노머를 포함한다. 구체예로, 본 조성물은 모노머의 조합을 포함한다. 광개시제의 존재하 및 화학선 원, 이를 테면 자외선에 노출시 조성물내 모노머는 신속하게 중합되어 올리고머를 형성한다. 따라서, 중합화도에 따라 본원의 조성물은 모노머, 올리고머 또는 모노머 및 올리고머를 포함할 수 있다.
본 조성물의 기계적 특성, 이를 테면, 견고성, 낮은 수축성, 높은 유리전이온도(Tg) 및 바람직한 탄성 및 가요성은 제공된 모노머 및 올리고머의 형태에 따라 달라진다. 단지 예로서, 폴리에스테르 아크릴레이트는 인성과 우수한 내마모성을 함께 가진 반면, 우레탄 아크릴레이트 및 폴리에테르 아크릴레이트는 가요성, 탄성 및 견고성을 제공할 수 있다. 따라서, 본원에 기술된 조성물은, 견고성, 내마모성, 내긁힘성 및 내충격성을 가진 조성물을 얻을 수 있도록 다양한 특성을 부여하는 올리고머 및 모노머를 함께 가진다.
모노머는 2-페녹시에틸 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 아크릴레이트 에스테르 유도체, 메타크릴레이트 에스테르 유도체, 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트, 2-페녹시에틸 아크릴레이트 에스테르, 및 프로폭시화 글리세릴 트리아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트 및 이들의 혼합물과 같으나 이들에 한정되지 않는 가교결합제로 구성된 군에서 선택된다.
모노머(들)는 2-80% wt/wt, 이를 테면 5 내지 75% wt/wt, 10 내지 60% wt/wt, 또는 20 내지 50% wt/wt 범위의 양으로 조성물에 존재한다. 모노머(들)는 약 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 또는 80 % wt/wt의 양으로 존재할 수 있다.
구체예로, 본 조성물은 4-40% wt/wt, 이를 테면 10 내지 30% wt/wt, 10 내지 25% wt/wt 또는 10 내지 15% wt/wt 범위의 양으로 2-페녹시에틸 아크릴레이트를 포함한다. 구체예로, 본 조성물은 4-40% wt/wt, 이를 테면 10 내지 30% wt/wt, 10 내지 25% wt/wt 또는 10 내지 15% wt/wt 범위의 양으로 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트를 포함한다. 구체예로, 본 조성물은 10-40% wt/wt, 이를 테면 15 내지 30% wt/wt 또는 20 내지 25% wt/wt 범위의 양으로 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트를 포함한다.
또 다른 구체예로, 본 조성물은 단작용성 모노머의 조합물을 포함한다. 또 다른 구체예로, 본 조성물은 2-페녹시에틸 아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 1 이상의 단작용성 모노머를 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 2-페녹시에틸 아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트 및 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트를 포함한다.
구체예로, 본 조성물은 각각 4-40% wt/wt, 이를 테면 10 내지 30% wt/wt, 10 내지 25% wt/wt 또는 10 내지 15% wt/wt 범위의 양으로 존재하는 모노머들의 조합물을 포함한다. 구체예로, 본 조성물은 각각 4-40% wt/wt 범위의 양으로 존재하는 2-페녹시에틸 아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트 및 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트을 포함한다.
D. 계면활성제
본 조성물은 1 이상의 계면활성제를 포함한다. 계면활성제는 조성물에 바람직한 특성, 이를 테면 개선된 미끄러짐성(slip), 내긁힘성, 유동성(flow), 평탄성(levelling), 박리성(release) 및 소포성(defoaming)을 부여하기 위해 사용된다.
계면활성제의 예로는 폴리머, 이를 테면 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 스티렌-메타크릴산 형태의 코폴리머, 스티렌-아크릴산 형태의 코폴리머, 폴리테트라플루오로에틸렌 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌 형태의 코폴리머, 폴리아스파르트산, 폴리글루탐산, 및 폴리글루탐산-γ-메틸 에스테르, 및 중합조정제(modifier), 이를 테면 실란 커플링제 및 알콜이 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 추가적인 계면활성제로는 올레핀, 이를 테면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔 등; 비닐, 이를 테면 염화폴리비닐, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌 등; 아크릴산 호모폴리머 및 코폴리머; 페놀류; 아미노 수지; 알키드, 에폭시, 실록산, 나이론, 폴리우레탄, 페녹시, 폴리카보네이트, 폴리설포네이트, 폴리에스테르(임의로 염소화된 것), 폴리에테르, 아세탈, 폴리이미드 및 폴리옥시에틸렌이 포함된다.
예시적인 계면활성제로는 데구사 아게(Degussa AG)(독일 에센 소재)에 의해 상품명 TEGO® Rad으로 제조된 것들이 포함되고, TEGO® Rad 2100, 2200, 2250, 2300, 2500, 2600, 2650 및 2700이 포함된다.
계면활성제(들)는 0.01-2.0% wt/wt, 이를 테면 약 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8 또는 2.0 % wt/wt 범위의 양으로 조성물에 존재한다.
E. 희석제
본 조성물은 1 이상의 희석제를 포함한다. 구체예로, 희석제는 올리고머를 희석하기에 적합하다. 또 다른 구체예로, 본 조성물은 화학선 원, 이를 테면 자외선에 노출시 자유 래디칼의 형성을 통해 폴리머를 생성하는 반응성 희석제를 포함한다.
본 조성물에 첨가하기에 적합한 반응성 희석제는 하기한 특성 중 1 이상을 나타낸다: (a) 높은 UV 반응성; (b) 낮은 수축성; (c) 균형있는 견고성 및 가요성; (d) 중합후 높은 UV 안정성; (e) 우수한 점성 감소; 및/또는 (f) 낮은 독성 및 자극성.
대표적인 희석제로는 이소보닐 아크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트(TMPTA), 디-트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트(Di-TMPTA), 프로폭시화 TMPTA (PO6-TMPTA) 및 이들의 조합물이 포함되나 이들에 한정되지 않는다. 특정 구체예로, 본 조성물에 사용될 수 있는 희석제는 또한 본원에 개시되거나 열거된 단작용성 또는 다작용성 모노머로서 분류된다.
본 조성물은 2-20% wt/wt, 이를 테면 5 내지 18% wt/wt, 7 내지 15% wt/wt 또는 10 내지 12% wt/wt 범위의 양으로 1 이상의 희석제를 포함한다. 구체예로, 본 조성물은 2-20% wt/wt, 이를 테면 5 내지 18% wt/wt, 7 내지 15% wt/wt 또는 10 내지 12% wt/wt 범위의 양으로 이소보닐 아크릴레이트를 포함한다.
F. 안료 및 안료 분산액
본 조성물은 임의로 1 이상의 안료 또는 안료 분산액을 포함한다. 안료는 전형적으로 페인트 또는 잉크에 사용하기 위한 매개체에 현탁된 불용성의 백색, 흑색 또는 유색 물질로서, 운모와 같은 유효한 안료, 알루미늄과 같은 금속성 안료 및 유백색 안료가 또한 포함된다. 안료는 장식 및/또는 보호 기능을 제공하기 위해 코팅에 사용되지만, 그의 불용성 때문에 안료는 액체 코팅 및/또는 건조 페인트 필름에 여러 가지 문제를 초래하는 요인이 될 가능성이 있다. 안료에 기인하는 것으로 판단되는 일부 필름 결함의 예로는 응집체에 의한 바람직하지 않은 광택, 블루밍(blooming), 안료 퇴색(pigment fading), 안료 응집(flocculation) 및/또는 침전(settlement), 안료 혼합물의 분리, 취성(brittleness), 수분 감수성, 균 성장 감수성(fungal growth susceptibility) 및/또는 열 불안정성이 포함된다.
카본블랙, 아조-안료, 프탈로시아닌 안료, 티오인디고 안료, 안트라퀴논 안료, 플라반트론 안료, 인단트렌 인료, 안트라피리딘 안료, 피란트론 안료, 페릴렌 안료, 페리논 안료 및 퀴나크리돈 안료가 포함되나 이들에 한정되지 않는 다양한 유기 안료가 본원에 개시된 조성물에 사용될 수 있다.
예를 들어 이산화티탄, 산화알루미늄, 산화아연, 산화지르코늄, 산화철(적색 산화물, 황색 산화물 및 흑색 산화물), 울트라마린 블루, 프루시안 블루, 산화크롬 및 수산화크롬, 황산바륨, 산화주석, 칼슘, 이산화티탄(금홍석 및 아나타제형 티타늄), 황산염, 활석, 운모, 실리카, 백운석, 황화아연, 산화안티몬, 산화지르코늄, 이산화규소, 황화카드뮴, 셀렌화카드뮴, 크롬산납, 크롬산아연, 티탄산니켈, 카올린 점토와 같은 점토, 백운모 및 견운모가 포함되나 이들에 한정되지 않는 다양한 무기 안료가 본원에 개시된 조성물에 사용될 수 있다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 활성화 수지에 부착된 1 이상의 안료로 구성된 중합가능한 안료 분산액을 포함하며; 여기서 활성화 수지는 아크릴레이트 수지, 메타크릴레이트 수지 및 비닐 수지로 구성된 군에서 선택되고, 안료는 카본블랙, 금홍석 이산화티탄, 유기 적색 안료, 프탈로 청색 안료, 적색 산화물 안료, 이소인돌린 황색 안료, 프탈로 녹색 안료, 퀴나크리돈 바이올렛, 카바졸 바이올렛, 매스톤 블랙, 연한 레몬 황색 산화물, 연한 유기 황색, 투명 황색 산화물, 디아릴리드 오렌지, 퀴나크리돈 레드, 유기 스칼렛, 연한 유기 적색 및 진한 유기 적색으로 구성된 군에서 선택된다. 이러한 중합가능한 안료 분산액은 일부 형태의 수지에 불용성 안료 입자를 분산시키고 중합 매트릭스내에 안료 입자를 가두는(entrap) 다른 안료 분산액과 구별될 수 있다. 본원에 개시된 조성물 및 방법에 사용된 안료 분산액은 이들이 아크릴 수지에 부착되도록 처리된 안료를 가지며; 따라서, 안료 분산액은 UV 조사에 노출시 중합가능하다.
"이상적인" 분산액은 일차 입자의 균질 현탁액으로 구성된다. 그러나, 무기 안료는 종종 그들이 혼입되어 있는 수지에 부적합한데, 이는 일반적으로 안료가 균일하게 분산되지 않아 초래된 것이다. 또한, 건조 안료는 안정한 안료 분산액의 생성이 이루어지기 전에 습윤화되고 탈응집체화되어야 하는 일차 입자, 응집체 및 덩어리(agglomerate)의 혼합물을 포함하기 때문에 밀링 단계가 필요할 수 있다. 특정 안료-함유 코팅 조성물내 분산액의 수준은 조성물의 도포 특성 및 경화된 필름의 광학 특성에 영향을 미친다. 분산액의 개선은 광택, 색의 농도, 명도 및 광택의 유지를 개선시킨다.
본 조성물은 임의로 1-12% wt/wt, 이를 테면 3 내지 10% wt/wt 또는 5 내지 8% wt/wt 범위의 양으로 1 이상의 안료 또는 안료 분산액을 포함한다.
G. 추가의 첨가제
본원의 조성물은 목적하는 화학적 및 기계적 특성을 얻기 위해 임의로 접착촉진제, 부식방지제, 경화촉진제 및/또는 충전제를 포함한다.
조성물은 반드시 나노-충전제, 이를 테면 폴리에틸렌 왁스로 제조된 무정형 이산화규소, 유기 표면 처리된 합성 무정형 실리카, IRGANOX®, 미처리 무정형 이산화규소, 알킬 제4급 벤토나이트, 콜로이드 실리카, 아크릴 콜로이드 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화아연, 니오비아, 티타니아, 질화알루미늄, 산화은, 산화세륨 및 이들의 조합물일 필요 없는 추가적인 충전제를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 충전제 입자의 평균 크기는 10 마이크로미터 미만, 또는 5 마이크로미터 미만, 또는 심지어 1 마이크로미터 미만이다.
III . 조성물의 사용법
본원에 개시된 조성물은 섬유 제품을 생성하기 위해 섬유 기재에 도포될 수 있다. 본 조성물을 포함하는 섬유 기재는 화학선 원, 이를 테면 자외선에 노출되어 경화될 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 방법의 하나의 일면은 섬유 제품을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 (a) 섬유 기재를 제공하는 단계; (b) 상기 섬유 기재에 조성물을 도포하여 섬유 제품을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 섬유 제품을 경화하는 단계를 포함하고, 여기에서 상기 조성물은 (i) 나노-충전제; (ii) 1 이상의 광개시제; (iii) 1 이상의 단작용성 모노머; (iv) 계면활성제; (v) 희석제; 및 (vi) 임의로, 안료 분산액 및 제2 광개시제를 포함한다.
A. 섬유 기재
천연 섬유로 구성되거나 그로부터 유도된 임의의 형태의 기재가 적합한 섬유 기재이다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 섬유 기재는 제조 물품이다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 섬유 기재는 제조 물품의 부분이다. 본 발명에 적합한 섬유 기재는, 도포되었을 때 조성물이 섬유 기재에 부착될 수 있도록 하기에 충분한 심지 작용(wicking action)(모세관 작용)을 가진다.
예시적인 섬유 기재로는 모든 형태의 천연 직물, 이를 테면 면직물 및 모직물; 천연 편물, 이를 테면 면편물 및 모편물; 모든 두께의 종이, 이를 테면, 티슈, 봉투, 신문, 잡지 용지, 서적지, 명함, 필기 용지 및 카드보드가 포함된다.
코팅 이전에, 종이 기재(paper substrate)는 임의로 기록, 이를 테면 연필, 스테이플, 클립, 천공 및/또는 주름을 포함할 수 있다. 직물 기재는 임의로 기록, 주름, 단추, 지퍼 등을 포함할 수 있다. 섬유 기재는 임의의 크기 또는 형태를 취할 수 있으며, 임의의 형태로는 정사각형, 직사각형, 각형상(angular feature), 원형 등이 포함되나 이들에 한정되지 않는다.
섬유 기재는 섬유 기재에의 본 조성물의 도포를 촉진하는데 충분한 임의의 방식으로 제공된다. 구체예로, 섬유 기재는 스핀들(spindle) 또는 롤(roll)로 제공될 수 있다. 또 다른 구체예로, 섬유 기재는 컨베이어 벨트(conveyor belt) 또는 트레이(tray) 위에 평평하게 놓여질 수 있다. 또 다른 구체예로, 섬유 기재는 운반 라인(moving line)에 걸려진다.
섬유 기재는 다음을 포함한다:
(a) 문구 용지, 기록 용지, 공작 용지, 카드보드 용지, 봉투, 종이백(paper bag), 종이 박스, 패키지(package), 종이 라벨(paper label), 종이 표지(paper sign), 신문, 서적지, 잡지 용지, 명함, 음식을 보유하거나 담기에 적합한 종이; 프리저랩(freezerwrap), 음료용 종이컵, 카드스톡 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 다양한 형태의 종이 제품;
(b) 건식벽체 및 벽판지, 이를 테면 석고 벽판지와 같은 다양한 형태의 펄프 함유 제품;
(c) 봉투, 백, 상자, 패키지, 라벨 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 다양한 형태의 수송재;
(d) 가든 마커, 수중 마커, 토양 마커 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 다양한 형태의 마커류;
(e) 면, 모, 리넨, 캐시미어, 마, 모시, 실크 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 다양한 형태의 천연 섬유 직물;
(f) 면, 모, 리넨, 마, 모시, 실크 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 다양한 형태의 천연 섬유 편물; 및
(g) 단추, 지퍼, 핀, 스테이플, 클립, 로드 등과 같으나 이들에 한정되지 않는 비섬유 성분을 가진 섬유 기재.
B. 섬유 기재에의 조성물의 도포
섬유 기재에 조성물을 도포하는 방법의 일면으로, 본 조성물은 섬유 제품을 생성하도록 섬유 기재에 도포된다. 조성물은 분무(spraying), 브러싱(brushing), 롤링(rolling), 디핑(dipping), 블레이드 코팅(blade coating), 커튼 코팅(curtain coating) 또는 이들의 조합의 수단에 의해 섬유 기재에 도포될 수 있다. 예를 들어, 분무 수단으로는 고부피 저저압(HVLP, High Volume Low Pressure) 분무 시스템, 공기 보조(air-assisted)/무공기(airless) 분무 시스템 또는 정전 분무 시스템의 사용이 포함되나 이들에 한정되지 않는다.
하나의 구체예로, 본원에 개시된 조성물은 25 psi 이하, 30 psi 이하, 35 psi 이하, 40 psi 이하, 45 psi 이하, 50 psi 이하, 55 psi 이하, 60 psi 이하, 65 psi 이하, 70 psi 이하, 80 psi 이하, 90 psi 이하, 및 100 psi 이하의 압력을 비롯한 고압으로 섬유 제품 위에 분무된다. 이러한 조성물의 고압 도포는 섬유 제품내의 조성물의 함침을 촉진한다. 추가의 구체예로, 본원에 개시된 조성물의 도포 이후, 종이는 조성물의 분배 및/또는 함침을 돕기 위해 로울러를 통과한다. 하나의 구체예로, 로울러는 견고한 아크릴 롤러이다. 추가의 구체예로, 롤러는 정밀하고 평탄한 제품을 생성한다. 하나의 구체예로, 섬유 제품은 종이, 카드스톡 또는 카드보드이다. 추가의 구체예로, 이러한 방법은 섬유 제품의 제곱인치당 고작 0.02 그램 정도의 조성물만 사용하게 한다.
구체예로, 조성물은 이를 테면 회전 렌즈의 수단에 의해 섬유 기재 위에 원심적으로 도포되거나 강제적으로 도포된다. 또 다른 구체예로, 렌즈는 스피너(spinner) 또는 왕복기(reciprocator)의 수단에 의해 회전된다. 회전 렌즈에 의한 조성물의 도포는 침지, 와이어 다운 로드(down rod) 또는 다른 인선(drawing down) 방법에 의한 도포보다 유리하다. 회전 렌즈에 의한 조성물의 도포는, 조성물이 침지, 와이어 다운 로드 및 다른 인선 방법에 의해 도포된 섬유 제품보다 더욱 바람직한 특성을 가진 섬유 제품을 생성한다.
렌즈는 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리아크릴아미드, 플루오로폴리머, 실리콘 폴리머, CR-39 폴리카보네이트 또는 이들의 조합물로 제조될 수 있다. 구체예로, 렌즈는 폴리카보네이트, 이를 테면 폴리카보네이트 콘택트 렌즈로 구성된다. 렌즈는 스피너 또는 왕복기를 포함하나 이들에 한정되지 않는 회전을 달성하는 임의의 용인된 수단에 의해 회전될 수 있다. 또 다른 구체예로, 렌즈는 왕복기의 수단에 의해 회전된다. 렌즈는 섬유 기재에 도포하기에 적합한 임의의 속도로 회전할 수 있다. 예를 들어, 렌즈는 분당 약 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 150 또는 200 회(RPM, rotations per minute) 회전될 수 있다. 다르게는, 회전하게 하는 조립수단 및 수단은 표준화된 속도 설정, 예를 들어, 저속, 중속, 고속 등을 가질 수 있다. 조성물은 스피너 또는 왕복기와 같이 회전하게 하는 조립수단 또는 수단을 임의의 표준화된 속도로 설정한 상태에서 섬유 기재에 도포될 수 있다.
구체예로, 계량된 양의 조성물은 섬유 기재에 도포하기 위해 렌즈에 전달된다. 조성물은 주사기 또는 펌프를 통해 렌즈에 전달될 수 있다. 또 다른 구체예로, 렌즈에 조성물을 지속적으로 전달하는 주사기 또는 펌프가 사용된다.
렌즈에 전달되는 조성물의 양은 사용되는 섬유 기재 및 렌즈의 형태, 형상 및 크기에 따라 달라진다. 심지 작용이 더 낮은 더 작은 기재 보다 크기가 더 크고 심지 작용이 더 큰 섬유 기재에 더 많은 양의 조성물이 도포될 것이다. 단지 예로서, 조성물은 기재의 제곱인치당 0.01 내지 2.0 그램, 이를 테면 약 0.02-1.5, 0.05-1.0 또는 0.05-0.1 g/in2 범위의 양으로 섬유 기재에 도포될 수 있다.
섬유 기재는 다양한 양의 본 조성물로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 섬유 기재는 본 조성물로 부분적으로 코팅되거나 전체적으로 코팅될 수 있다.
하나의 구체예로, 본원에 개시된 조성물은 본원에 개시된 방법 중 어느 하나를 사용하여 섬유 제품의 양면에 도포된다. 또 다른 구체예로, 본원에 개시된 조성물은 경화후 및/또는 경화동안 제품의 말림(curling)을 방지하기 위해 본원에 개시된 방법 중 어느 하나를 사용하여 섬유 제품의 일면에 도포되는데, 조성물은 바람직하게는 섬유 제품의 후면에 도포된다.
구체예로, 종이 기재의 롤은 인출되어 왕복기 수단에 의해 회전하는 렌즈 주위를 통과한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 회전 렌즈는 조성물을 포함하며, 조성물은 회전 렌즈를 통해 종이 기재의 표면에 바깥쪽을 향해 도포된다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 종이 기재의 표면은 경화되지 않은 코팅에 의해 부분적으로 덮히거나 완전히 덮힌다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 경화되지 않은 코팅 표면을 가진 종이 기재는 금속 물체, 섬유 유리 물체, 세라믹 물체, 유리 물체, 플라스틱 물체 또는 이들의 조합물과 같으나 이들에 한정되지 않는 비-섬유 물체를 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 비-섬유 물체의 표면은 경화되지 않은 코팅에 의해 부분적으로 덮히거나 완전히 덮힌다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 조성물은 단일 도포 또는 복수 도포로 도포된다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조성물은 단일 렌즈 또는 복수 렌즈에 의해 도포된다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 복수 개의 조성물이 섬유 기재에 도포된다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 복수 개의 조성물이 동시 또는 순차적으로 섬유 기재에 도포된다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 조성물은 주위 온도 또는 주위 온도 보다 높거나 낮은 온도에서 섬유 기재에 도포된다.
본 발명의 일면은 섬유 제품을 제조하기 위한 조립수단을 제공하는 것으로서, 상기 조립수단은 본 조성물을 섬유 기재에 도포하기 위한 수단을 포함한다. 구체예로, 조립수단은 섬유 기재의 표면에 조성물을 분무, 커튼 코팅, 디핑, 롤링, 브러싱 또는 쓰로잉(throwing)하기 위한 수단을 포함한다. 그러나, 렌즈에 의한 원심적인 도포 또는 강제적인 도포가 가장 효과적인 도포 방법으로서, 계량된 양의 조성물을 회전 렌즈를 통해 전달함으로써 달성될 수 있다. 특정 이론에 결부되는 것을 원치 않지만, 회전 렌즈에 의한 조성물의 도포가 섬유 기재 내로의 조성물의 함침을 촉진하고, 조성물의 함침이 바람직한 특징인 (a) 펜 및/또는 잉크 기록능의 유지; (b) 인쇄의 유지; 및/또는 (c) 명도의 유지를 부여하는 것으로 판단된다.
C. 섬유 기재를 포함하는 경화 조성물
본원에 개시된 일면은 본 조성물을 포함하는 섬유 기재를 경화하기 위한 방법, 공정, 장치 및 조립수단이다. 경화는 열 또는 화학선에의 노출에 의해 달성될 수 있다. 화학선은 가시선 방사선, 근가시선 방사선, 자외선(UV) 방사선 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다. 또한, UV 방사선은 UV-A 방사선, UV-B 방사선, UV-C 방사선, UV-D 방사선 또는 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된다.
일반적으로, UV-경화가능 조성물은 광의 모든 필요한 주파수를 포함하기에 충분한 단일 광개시제 또는 광개시제의 혼합물을 사용하여 제조된다. 이들은 물체의 완전 경화를 보증하도록 배열된 광 또는 광 쌍과 함께 작업하도록 사용된다. 중합화, 특히 아크릴레이트 이중 결합 전환 및 유도 기간은 UV 램프 조사 및 스펙트럼 출력 뿐만 아니라 올리고머, 광개시제, 억제제 및 안료의 선택에 의해 영향을 받을 수 있다. 투명한 코팅 제제와 비교하여, 안료가 존재할 경우 안료에 의한 UV 방사선의 흡수에 기인하여 경화를 매우 복잡하게 할 수 있다. 따라서, 광개시제의 흡수 특징을 UV 광원 스펙트럼 출력과 일치시킴과 동시에 다양한 파장의 UV 광원의 사용을 통해 착색된 제제를 경화시킨다.
UV 경화에 사용되는 광원으로는 아크 램프, 이를 테면 카본 아크 램프(carbon arc lamp), 제논 아크 램프(xenon arc lamp), 수은 증기 램프(mercury vapor lamp), 할로겐화 텅스텐 램프(tungsten halide lamp), 레이저, 태양, 태양등 및 자외선 발광 인광체를 구비한 형광 램프가 포함된다. 중압 수은 및 고압 제논 램프는 대부분의 상업적으로 입수가능한 광개시제에 의해 흡수되는 파장에서 다양한 방출선을 가진다. 또한, 수은 아크 램프은 철 또는 갈륨으로 도핑될 수 있다. 다르게, 레이저는 단색(단일 파장)이며, 아크 램프의 사용시 너무 약하거나 입수불가능한 파장에서 흡수하는 광개시제를 여기시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 중압 수은 아크 램프는 254 nm, 265 nm, 295 nm, 301 nm, 313 nm, 366 nm, 405/408 nm, 436 nm, 546 nm 및 577/579 nm에서 강한 방출선을 가진다. 따라서, 350 nm에서 흡수 최대인 광개시제는 중압 수은 아크 램프를 사용하여 효율적으로 여기시킬 수 없지만, 355 nm의 Nd:YVO4 (바나듐산염) 고체 레이저를 사용하여 효율적으로 개시될 수 있다. 250-450 nm 범위에서 다양한 스펙트럼 출력을 가진 상업적인 UV/가시광 광원은 경화 목적을 위해 직접적으로 사용될 수 있지만, 파장 선택은 광 대역통과(optical bandpass) 또는 장파통과(longpass) 필터의 사용에 의해 달성될 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 바와 같이 사용자는 최적의 광개시제 흡수 특징을 이용할 수 있다.
광원에 상관없이, 램프의 방출 스펙트럼은 광개시제의 흡수 스펙트럼과 중첩하여야 한다. 광개시제 흡수 스펙트럼의 두 가지 측면, 즉 흡수된 파장 및 흡수의 세기(몰 흡광 계수)가 고려되어야 한다. 단지 예로서, 광개시제 DAROCUR® 4265(미합중국 뉴욕 테리타운 화이트 플레인 로드 540에 소재하는 시바 스페셜티 케미칼즈로부터 입수) 중 TPO(디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드) 및 HMPP(2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온)은 270-290 nm 및 360-380 nm에서 흡수 피크를 가지는 반면, DAROCUR® 1173(미합중국 뉴욕 테리타운 화이트 플레인 로드 540에 소재하는 시바 스페셜티 케미칼즈로부터 입수)은 245 nm, 280 nm, 및 331 nm에서 흡수 피크를 가지며, ESACURE® KTO-46(이탈리아 갈라레이트(브이에이) 소재 람버티 에스.피.에이(Lamberti S.p.A.)로부터 입수)은 245 nm 내지 378 nm 사이에 흡수 피크를 가지고, IRGACURE® 907(미합중국 뉴욕 테리타운 화이트 플레인 로드 540에 소재하는 시바 스페셜티 케미칼즈로부터 입수) 중 MMMP는 350 nm에서 흡수하며, IRGACURE® 500{IRGACURE® 184(미합중국 뉴욕 테리타운 화이트 플레인 로드 540에 소재하는 시바 스페셜티 케미칼즈로부터 입수) 및 벤조페논의 혼련물임}는 300 nm 내지 450 nm에서 흡수한다.
제제에의 안료의 첨가는 생성되는 코팅의 불투명도를 증가시키고 경화능에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 첨가된 안료는 입사하는 경화 방사선을 흡수할 수 있고, 그로 인해 광개시제의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 불투명한 착색된 코팅의 경화 특성은 존재하는 안료, 개개의 제제, 조사 조건 및 기재 반사에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 착색된 코팅의 UV 경화를 최적화하기 위해서는 안료 및 광개시제의 각각의 UV/가시광 흡수 특징이 고려될 수 있다. 일반적으로, 착색된 제제를 경화하는데 사용되는 광개시제는 투명한 제제를 경화하는데 사용되는 광개시제 보다 더 긴 파장(300-450 nm) 사이에서 더 큰 몰 흡광 계수를 가진다. 안료가 존재하면 UV 및 가시광 영역 모두의 방사선을 흡수하여 방사선 경화에 적합한 흡수를 감소시키지만, 예를 들어 비스아실포스핀 옥사이드를 포함하나 이에 한정되지 않는 포스핀 옥사이드 형태의 광개시제는 단지 예로서 흑색을 비롯한 착색된 UV-경화가능한 코팅 물질에 효과적이다. 포스핀 옥사이드는 또한 백색 코팅에 대한 광개시제로서의 사용을 찾아볼 수 있고, 본원에 개시된 조성물에 대한 경화 내내 효과적이게 한다.
수은 기체 방전 램프는 강선(intense line)인 UV-C (200-280 nm) 방사선을 가진 매우 유효한 램프이므로 경화에 가장 폭넓게 사용되는 UV 광원이나, UV-A(315-400 nm) 및 UV-B(280-513 nm) 영역에서의 스펙트럼 방출선을 가진다. 수은 압력은 UV-A, UV-B 및 UV-C 영역에서 이 램프의 스펙트럼 효능에 크게 영향을 미친다. 또한, 요오드화 또는 브롬화 금속으로서 수은에 소량의 은, 갈륨, 인듐, 납, 안티몬, 비스무스, 망간, 철, 코발트 및/또는 니켈을 첨가(도핑)함으로써, 수은 스펙트럼은 주로 UV-A 및 또한 UV-B 및 UV-C 영역에서 크게 변화될 수 있다. 도프된 갈륨은 403 및 417 nm에서 강선을 제공하는 반면; 철로 도프되면 358-388 nm의 UV-A 영역에서 스펙트럼 방사력(spectral radiant power)이 2 배로 상승되나, 요오드화물이 존재하기 때문에 UV-B 및 UV-C 방사선은 3 내지 7 배 감소된다. 상술된 바와 같이, 코팅 제제내 안료의 존재는 입사 방사선을 흡수하므로 광개시제의 여기에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 사용되는 안료 분산액 및 광개시제, 광개시제 혼합물 또는 광개시제/공개시제(co-initiator) 혼합물과 함께 사용되는 UV 광원을 조절하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 단지 예로서 철 도프된 수은 아크 램프(방출 358-388 nm)는 광개시제 ESACURE® KTO-46(이탈리아 갈라레이트 (브이에이) 소재 람버티 에스.피.에이로부터 입수)(245 내지 378 nm 흡수)과 함께 사용하기에 이상적이다.
상이한 스펙트럼 특징을 가지거나 일부 스펙트럼이 중첩하는 충분히 상이한 복수의 램프가 광개시제의 혼합물 또는 광개시제와 공개시제의 혼합물을 여기시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 단지 예로서, 순수한 수은 아크 램프(방출 200-280 nm)와 함께 철 도프된 수은 아크 램프(방출 358-388 nm)의 사용. 여기원(excitation source)이 적용되는 순서는, 단지 예로서, 견고성, 평탄성, 광택성, 접착성, 내마모성, 내긁힘성, 내충격성 및 내부식성과 같은 코팅 특징을 향상시킬 수 있도록 부수적으로 사용될 수 있다. 더 긴 파장의 광원에 의한 코팅 표면의 초기 노출은, 나노-충전제 입자를 적당한 위치에 가두고 상기 표면 근처에서 중합반응을 개시하여 평탄하고 접착성있는 코팅을 제공하므로, 유리하다. 고 에너지에의 노출 이후, 더 짧은 파장의 방사선은 초기 중합반응 단계에 의해 적당한 위치에 설정된 나머지 필름의 신속한 경화를 가능하게 한다.
각각의 램프 형태에 대한 노출 시간은 본원에 개시된 조성물의 경화를 향상시킬 수 있도록 조절될 수 있다. 목제 물체의 표면을 코팅하는데 사용된 본원에 개시된 조성물을 경화시키기 위해 사용되는 하나의 접근법은 코팅된 표면을 단파장 수은 아크 램프에의 노출보다 짧은 시간동안 장파장 도프된 수은 아크 램프에 노출하는 것이다. 그러나, 이러한 노출 계획은 경화된 코팅에 구김/주름을 야기할 수 있다. 따라서, 다른 노출 계획은 단파장 수은 아크 램프 및 장파장 도프된 수은 아크 램프 모두에 대해 노출 시간을 동일하게 하거나, 다르게는 장파장 도프된 수은 아크 램프에 대한 노출 시간을 단파장 수은 아크 램프에 대한 노출 시간 보다 길게 할 수 있다. 구체예로, 본 조성물을 포함하는 섬유 기재는 수은 아크 램프에 노출된다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 섬유 제품을 화학선에 노출하기 위한 시간 기간은 2 분 미만이다. 추가적인 구체예로, 섬유 제품을 화학선에 노출하기 위한 시간 기간은 1 분 미만이다. 추가적인 구체예로, 섬유 제품을 화학선에 노출하기 위한 시간 기간은 15 초 미만이다.
섬유 제품은 임의로 두 개의 화학선 원에 노출될 수 있다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 제 1 화학선 단계와 제2 화학선 단계 사이의 간격은 2 분 미만이다. 추가적인 구체예로, 제 1 화학선 단계와 제2 화학선 단계 사이의 간격은 1 분 미만이다. 추가적인 구체예로, 제 1 화학선 단계와 제2 화학선 단계 사이의 간격은 15 초 미만이다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 제 1 화학선 단계의 시간은 제2 화학선 단계의 시간 보다 짧다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 제 1 화학선 단계의 시간은 제2 화학선 단계의 시간 보다 길다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 제 1 화학선 단계의 시간은 제2 화학선 단계의 시간과 동일하다.
구체예는 경화시 다음의 특성 중 1, 2 또는 3 이상을 나타내는 본 조성물을 포함하는 섬유 제품을 포함한다: (a) 펜 및/또는 잉크 기록능의 유지; (b) 인쇄의 유지; 및/또는 (c) 명도의 유지.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 경화된 섬유 제품은 최소 1일 동안 물에 노출 후 다음의 특성 중 1, 2, 3 또는 4 이상을 나타낸다: (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 펜슬 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및/또는 명도의 유지.
본 발명의 일면은 섬유 제품을 제조하기 위한 조립수단을 제공하는 것으로, 상기한 조립수단은 본 조성물을 포함하는 섬유 기재를 경화하기 위한 수단을 포함한다. 구체예로, 조립수단은 가시선 방사선, 근가시선 방사선, 자외선(UV) 방사선 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 화학선을 제공할 수 있는 1 이상의 광을 포함하는 조사 스테이션(irradiation 스테이션)을 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조사 스테이션은 UV-A 방사선, UV-B 방사선, UV-B 방사선, UV-C 방사선, UV-D 방사선 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 화학선을 제공할 수 있는 1 이상의 광원을 포함한다.
D. 조립수단, 공정 라인 및 공장
본원에 개시된 추가적인 일면으로, 본 조성물을 제조하는 방법이 제시되며, 이 방법은 성분, 예를 들어, 단지 예로서 1 이상의 나노-충전제, 1 이상의 광개시제, 1 이상의 단작용성 모노머, 1 이상의 계면활성제, 희석제 및 임의로 1 이상의 안료 분산액 및 제2 광개시제를 첨가하는 단계, 및 상기 성분을 함께 혼합하는 수단을 사용하여 잘섞인(smooth) 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조성물은 캔과 같으나 이에 한정되지 않는 적합한 용기 중에서 혼합되거나 그러한 용기로 옮겨질 수 있다.
또 다른 일면은 기재에 본 조성물을 도포하기 위한 수단; 및 도포된 표면을 전체적으로 또는 부분적으로 경화하기 위해, 도포된 조성물을 포함하는 섬유 기재를 화학선 원으로 조사하는 수단을 포함하는, 섬유 기재 표면의 적어도 일부에 조성물을 도포하기 위한 조립수단이다. 본 방법 및 조립수단에 의해 생성된 섬유 제품은 다음의 특성 중 1, 2 또는 3 이상을 나타낸다: (a) 펜 및/또는 잉크 기록능의 유지; (b) 인쇄의 유지; 및/또는 (c) 명도의 유지. 추가적으로, 본 방법 및 조립수단에 의해 생성된 섬유 제품은 최소 1일 동안 물에 노출 후 하기한 특성 중 1, 2, 3 또는 4 이상을 나타낸다: (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및/또는 (d) 명도의 유지.
구체예로, 조립수단은 본 조성물의 성분을 혼합하기 위한 수단을 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조립수단은 섬유 기재를 제공하기 위한 수단을 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조립수단은 본 조성물을 섬유 기재에 도포하기 위한 수단을 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조립수단은 도포된 조성물을 포함하는 섬유 기재를 경화하기 위한 수단을 포함한다.
섬유 기재는 섬유 기재에의 본 조성물의 도포를 촉진하기에 충분한 임의의 방식으로 제공될 수 있다. 구체예로, 섬유 기재는 스핀들 또는 롤로 제공될 수 있다. 또 다른 구체예로, 섬유 기재는 컨베이어 벨트 또는 트레이 위에 평평하게 놓여질 수 있다. 또 다른 구체예로, 섬유 기재는 운반 라인에 걸려진다.
섬유 기재를 경화하기 위한 수단은 조사 스테이션에서 표면을 부분적으로 또는 완전히 경화하도록 본 조성물을 포함하는 기재를 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 구체예로, 조사 및 경화는 물체의 이동을 요하지 않도록 단일 스테이션에서 달성된다. 또 다른 추가적인 구체예로, 조성물을 도포하기 위한 수단은 도포 스테이션에 위치하며, 여기서 물체는 도포 스테이션에서 조사 스테이션으로 이동해야 한다. 또 다른 추가적인 구체예로, 이러한 조립수단은 물체를 도포 스테이션에서 조사 스테이션으로 이동시키기 위한 수단을 추가로 포함한다. 또 다른 추가적인 구체예로, 이동 수단은 컨베이어 벨트를 포함한다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 조사 스테이션은 화학선의 노출을 도포 스테이션으로 제한하기 위한 수단을 포함한다. 또 다른 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조립수단은 1 이상의 축 주위로 기재를 회전시키기 위한 수단을 포함한다. 또 다른 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조립수단은 장착 스테이션(mounting 스테이션)을 추가로 포함하며, 여기서 조성물이 도포될 기재는 가동 유닛에 장착된다. 추가적인 구체예로, 가동 유닛은 1 이상의 축 주위로 기재를 회전시킬 수 있다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 가동 유닛은 도포 스테이션에서 조사 스테이션으로 기재를 이동시킬 수 있다.
또 다른 추가적이거나 대안적인 구체예로, 이러한 조립수단은 완전히 경화된 섬유 제품을 가동 유닛으로부터 제거하는 제거 스테이션을 포함한다. 추가적인 구체예로, 완전히 경화된 섬유 제품은 가동 유닛으로부터 제거되기 전에 냉각할 필요가 없다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 도포 스테이션은 섬유 기재의 표면에 부착되지 않은 조성물을 회수하기 위한 수단을 포함한다. 또 다른 추가적인 구체예로, 회수된 조성물은 후속적으로 상이한 기재에 도포된다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 조립수단은 가시선 방사선, 근가시선 방사선, 자외선(UV) 방사선 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 화학선 원을 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조립수단은 복수 개의 화학선 원을 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조사 스테이션은 반사경의 배열을 포함한다.
추가적인 구체예로, 공정은 도포 단계 이전에 섬유 기재를 회전가능 스핀들에 장착하는 단계를 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 이러한 공정은 물체가 도포 스테이션 가까이에 위치하도록 회전가능한 스핀들에 물체를 장착시킨 후 전달 수단을 가동시키는 단계를 추가로 포함한다. 추가적인 구체예로, 이러한 공정은 물체를 지지하는(holding) 스핀들이 회전할 때 도포 스테이션에서 조성물을 도포하는 단계를 포함한다. 추가적인 구체예로, 전달 수단은 컨베이어 벨트를 포함한다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 조사 스테이션은 제 1 화학선 원 및 제2 화학선 원을 가진 경화 챔버를 포함한다.
추가적인 구체예로, 이러한 공정은 저장 또는 선적을 위해 포장된 것으로 완전히 경화된 제품을 경화 챔버 외측의 전달 수단을 통해 운반하는 단계를 추가로 포함한다.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 조사 스테이션은 도포된 표면이 삼차원적으로 경화되도록 하는 반사경의 배열을 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 조사 스테이션은 코팅된 표면이 삼차원적으로 경화되도록 하는 광원의 배열을 포함한다. 추가적인 구체예로, 각각의 광원은 상이한 스펙트럼 파장 범위를 방출한다. 추가적인 구체예로, 상이한 광원은 부분적으로 중첩하는 스펙트럼 파장 범위를 가진다.
또 다른 일면은 전달 수단 위에 기재를 장착하는 단계; 도포 스테이션에서 섬유 기재의 표면에 본 조성물을 도포하는 단계; 도포된 기재를 전달 수단을 통해 조사 스테이션으로 이동시키는 단계; 및 도포된 표면을 조사 스테이션에서 화학선으로 조사 및 부분적으로 또는 전체적으로 경화하는 단계를 포함하는 공정을 포함하여, 본 조성물로 섬유 기재의 표면의 적어도 일부를 도포하기 위한 생산 라인으로서; 여기서 경화시 섬유 제품은 다음의 특성 중 1, 2 또는 3 이상을 나타낸다: (a) 펜 및/또는 잉크 기록능의 유지; (b) 인쇄의 유지; 및/또는 (c) 명도의 유지. 대안적으로 또는 병용적으로, 본 생산 라인에 의해 생성된 섬유 제품은 적어도 1일 물에 노출한 후에도 하기한 특성 중 1, 2, 3 또는 4 이상을 나타낸다: (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및/또는 (d) 명도의 유지.
또 다른 일면으로, 전달 수단 위에 기재를 장착하는 단계를 포함하는 공정을 포함하여, 본 조성물로 섬유 기재의 표면의 적어도 일부를 도포하기 위한 1 이상의 공정 라인; 도포 스테이션에서 섬유 기재의 표면에 본 조성물을 도포하기 위한 1 이상의 공정 라인; 도포된 기재를 전달 수단을 통해 조사 스테이션으로 이동시키기 위한 1 이상의 공정 라인; 및 도포된 표면을 조사 스테이션에서 화학선으로 조사 및 부분적으로 또는 전체적으로 경화하기 위한 1 이상의 공정 라인을 포함하는, 섬유 제품을 제조하기 위한 설비 또는 공장으로서; 여기서 경화시 섬유 제품은 다음의 특성 중 1, 2 또는 3 이상을 나타낸다: (a) 펜 및/또는 잉크 기록능의 유지; (b) 인쇄의 유지; 및/또는 (c) 명도의 유지. 대안적으로 또는 병용적으로 본 공정 라인에 의해 생성된 섬유 제품은 적어도 1일 물에 노출한 후에도 하기한 특성 중 1, 2, 3 또는 4 이상을 나타낸다: (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및/또는 (d) 명도의 유지.
E. 섬유 제품
본원에 제공된 섬유 제품은 본 조성물을 포함하는 섬유 기재이다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 섬유 제품의 전체 표면 또는 섬유 제품의 표면의 일부만이 본 조성물을 포함한다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물은 섬유 기재에 얇게 도포되거나 두껍게 도포될 수 있다. 추가적이거나 대안적인 구체예로, 본 조성물을 포함하는 섬유 제품은 경화되지 않거나 부분적으로 경화되거나 완전히 경화될 수 있다.
본 발명의 일면으로, 경화시 본 조성물은 섬유 제품에 다음의 특성 중 1, 2 또는 3 이상을 제공한다: (a) 펜 및/또는 잉크 기록능의 유지; (b) 인쇄의 유지; 및/또는 (c) 명도의 유지. 구체예로, 섬유 제품은 다음의 특성 중 1, 2 또는 3 이상을 나타낸다: (a) 펜 및/또는 잉크 기록능의 유지; (b) 인쇄의 유지; 및/또는 (c) 명도의 유지.
본 발명의 또 다른 일면으로, 경화시 본 조성물은 물에 노출 후 섬유 제품에 다음의 특성 중 1, 2, 3 또는 4 이상을 제공한다: (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및/또는 (d) 명도의 유지.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 섬유 제품은 물에 최소 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 40, 45, 50, 55 및 60 일간 노출 후에도 다음의 특징을 나타낸다: (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및/또는 (d) 명도의 유지.
추가적이거나 대안적인 구체예로, 섬유 제품은 물에 최소 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 40, 45, 50, 55 및 60 일간 노출 후에도 다음의 특징을 나타낸다: (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및/또는 (d) 명도의 유지.
물에 대한 노출은 물에 대한 부분적 또는 완전 노출일 수 있다. 다르게는, 물에 대한 노출은 김(mist), 안개(fog) 및 가압 수증기와 같은 습기에 대한 노출을 포함할 수 있다. 다르게는, 물에 대한 노출은 비, 이슬비, 눈, 진눈깨비, 안개, 우박 등과 같은 수분-함유 날씨에 대한 노출일 수 있다. 다르게는, 물에 대한 노출은 수중에의 물체의 부분 또는 완전 침수일 수 있다. 다르게는, 물에 대한 노출은 연속적, 계속적 또는 간헐적일 수 있다. 예를 들어, 물에 노출된 물체는 수중에 침지되거나 물 웅덩이에 놓일 수 있다.
임의의 형태의 물에 대한 노출은 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 예측된다. 순수한 물, 이온수, 탈이온수, 여과수, 염수, 빗물, 광천수, 강물, 진흙물, 농축수(enriched water), 수돗물 및 용수(spring water)가 모두 본 발명에 포함된다.
F. 경화된 종이 제품의 예
하나의 비한정적인 예로, 신문 용지를 본원에 개시된 방법을 사용하여 본원에 개시된 조성물로 함침/코팅 및 경화한다. 이어, 표준 기술을 사용하여 신문을 인쇄한다. 생성된 신문은 수 일 또는 수 주동안 물에 연속 노출시에도 (a) 구조적 강도; (b) 인쇄; 및 (d) 명도를 유지한다. 유사한 방법을 통해 유사한 특성을 가진 잡지, 서적, 책(요리책 포함), 지도, 휴대용 도감, 명함, 봉투, 포장 재료 및 카드보드를 생성한다. 추가적인 구체예로, 생성된 섬유 제품은 표준 레이저 프린터, 잉크젯 프린터 또는 타자기를 사용하여 추가로 인쇄하기에 적합한 종이이다. 또한, 도포된 인쇄는 흑색 잉크, 백색 잉크 또는 임의의 유색 잉크(및 이들의 조합)일 수 있다. 생성된 인쇄된 종이 제품은 수 일 또는 수 주동안 물에 연속 노출시에도 (a) 구조적 강도; (b) 인쇄; 및 (d) 명도를 유지한다.
또 다른 비한정적인 예로, 본원에 개시된 조성물은 본원에 개시된 바와 같이 식품 등급 용지 위에 본원에 개시된 바와 같이 코팅/함침되며, 생성된 제품은 식품을 포장하는데 사용된다. 생성된 식품 등급 용지는 수 일 또는 수 주동안 식품에 연속 노출시에도 (a) 구조적 강도; (b) 인쇄; 및 (d) 명도를 유지한다. 단지 예로서, 식품으로는 물, 음료수, 아이스크림, 맥주, 포도주, 수프 및 커피가 포함된다.
또 다른 비한정적인 예로, 본원에 개시된 조성물은 본원에 개시된 바와 같이 종이 위에 본원에 개시된 바와 같이 코팅/함침되며, 생성된 제품은 감을 수 있고 휴대가능한 화이트보드로서 사용된다. 즉, 화이트보드 마커는 종이 제품 위에 쉽게 기록할 수 있고, 생성된 기록은 표준 화이트보드 지우개를 사용하여 지울 수 있다. 감을 수 있고 휴대가능한 화이트 보드는 구조적 강도, 기록능 또는 내구성의 손실없이 여러 번 사용될 수 있다.
또 다른 비한정적인 예로, 본원에 개시된 조성물은 본원에 개시된 바와 같이 샤워 커튼 위에 본원에 개시된 바와 같이 코팅/함침되며, 생성된 제품은 샤워 커튼으로 사용된다. 생성된 샤워 커튼은 곰팡이 및 흰곰팡이의 성장을 억제한다.
III . 섬유 제품의 시험
본 조성물은 내구성이 우수하여, 다양한 기후 조건에 노출되거나 물리적으로 소모되는 섬유 제품의 표면에 적합하다. 고체 코팅의 다양한 기계적 특성 및 이들에 대한 다양한 시험 방법이 문헌["Mechanical Properties of Solid Coatings" Encyclopedia of Analytical Chemistry, John Wiley & Sons, 2000]에 개시되어 있으며, 상기 문헌의 전체 내용은 본원에 참고로 인용된다. 다음 시험에 대한 설명은 단지 예로서 제공된다.
예를 들어, 본원에 개시된 조성물 및 방법은 다음의 특성 중 1 이상을 개선시킨 개선된 경화 제품을 제공한다: (a) 펜 및/또는 잉크 기록능의 유지; (b) 인쇄의 유지; 및 (c) 명도의 유지.
예를 들어, 본원에 개시된 조성물 및 방법은 다음의 특성 중 1 이상을 개선시킨 개선된 경화 제품을 제공한다: (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및 (d) 명도의 유지.
명도의 유지는 물질의 변색, 이를 테면 암화 또는 황변화을 방지한다. 명도의 유지를 결정하기 위한 대표적인 시험으로는 예를 들어 명도(파장=457 nm) 및/또는 휘도(파장=555 nm)에 대한 광흡수 시험과 같은 분광 명도 시험(spectrophotometric test)이 포함된다.
잉크 또는 연필 기록의 유지가란 물질 위의 잉크 또는 연필 기록이 유지되는 능력을 말한다. 잉크 또는 연필 기록의 유지는 물질 위의 번짐, 흐려짐 및/또는 줄무늬짐을 방지한다. 잉크 또는 연필 기록의 유지를 결정하기 위한 대표적인 시험은 예를 들어, 잉크 제거(IE) 시험 및 유효 잔류 잉크 농도(ERIC)와 같은 분광 명도 시험이 포함된다.
인쇄의 유지는 물질 위의 인쇄가 유지되는 능력을 말한다. 대표적인 인쇄로는 라벨, 로고 등과 같은 각종 잉크 인쇄가 포함된다. 인쇄의 유지는 물질 위의 번짐, 흐려짐 및/또는 줄무늬짐을 방지한다. 인쇄의 유지를 결정하기 위한 대표적인 시험으로는 각종 분광 명도 시험이 포함된다.
구조적 강도의 유지가란 그의 물리적 및 구조적 완전성, 강도 또는 내구성이 유지되는 물질의 능력을 말한다. 구조적 강도의 유지는 찢김, 헤짐 또는 파손을 방지한다. 구조적 강도의 유지를 결정하기 위한 대표적인 기계적 시험으로는 예를 들어 매뉴얼 검사, 내절 강도 및 인장 강도가 포함된다. 분광 명도 시험이 또한 구조적 강도의 유지를 결정하는데 사용될 수 있다.
연필 및/또는 잉크 기록능의 유지는 펜 또는 프린터와 같은 임의의 형태의 연필 또는 임의의 잉크 공급원에 의해 기록되는 물질의 능력을 말한다. 기록능은 물질의 흡수성에 의존한다.
곰팡이, 세균 및/또는 진균 성장에 대한 내성이란 곰팡이, 세균 및/또는 진균의 성장을 억제하거나 지연시키는 물질의 능력을 말한다. 이러한 특징은 코팅 및/또는 경화된 섬유 제품위의 곰팡이, 세균 및/또는 진균을 스트리킹하고(streaking), 곰팡이, 세균, 및/또는 진균의 성장을 코팅되지 않고/않거나 경화되지 않은 섬유 제품과 비교함으로써 시험될 수 있다. 본원에 개시된 코팅 및 경화된 섬유 제품은 구조적 완전성 및/또는 구조적 강도를 유지하는 것 이외에 수중에서 곰팡이, 세균, 및/또는 진균에 노출된 경우에도 곰팡이, 세균, 및/또는 진균의 성장을 저지한다.
실시예 1: 투명한 조성물 제제
도 1에 도시된 바와 같이, 21.45% 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트; 11.98% 이소보닐 아크릴레이트; 12.56% 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트; 13.62% 2-페녹시에틸 아크릴레이트; 34.91% Nanocryl C-155(독일 소재 한스 케미로부터 입수); 2.00% Irgacure 500(시바 스페셜티 케미칼즈로부터 입수); 3.43% Irgacure 184(시바 스페셜티 케미칼즈로부터 입수); 및 0.05% Tego Rad 2100(테고 케미(Tego Chemie)로부터 입수)을 혼합하여 투명한 조성물에 대한 구체예를 제조하였다. 균질한 조성물이 생성될 때까지 이들 성분을 나선형 혼합기(helical mixer)에 의해 철저히 혼합하였다.
투명한 조성물에 대한 추가의 구체예는 다음의 성분을 혼합함으로써 제조된다:
테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트 11-31 wt/wt%
이소보닐 아크릴레이트 2-22 wt/wt%
1,4-부탄디올 디메타크릴레이트 3-40 wt/wt%
2-페녹시에틸 아크릴레이트 4-40 wt/wt%
Nanocryl C-155 25-50 wt/wt%
Irgacure 184 2-10 wt/wt%
Irgacure 500 0.5-10 wt/wt%
TEGO® Rad 2100 0.01-2.0 wt/wt%
실시예 2: 착색된 조성물 제제
21.45% 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트; 11.98% 이소보닐 아크릴레이트; 12.56% 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트; 13.62% 2-페녹시에틸 아크릴레이트; 34.91% Nanocryl C-155(독일 소재 한스 케미로부터 입수); 2.00% Irgacure 500(시바 스페셜티 케미칼즈로부터 입수); 3.43% Irgacure 184(시바 스페셜티 케미칼즈로 부터 입수); 0.05% Tego Rad 2100(테고 케미로부터 입수); 1-12% PC 9003; 및 0.5-5.0% Lucerin TPO를 혼합하여 착색된 조성물에 대한 구체예를 제조하였다. 균질한 조성물이 생성될 때까지 이들 성분을 나선형 혼합기에 의해 철저히 혼합하였다.
착색된 조성물에 대한 추가의 구체예는 다음의 성분을 혼합함으로써 제조된다:
테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트 11-31 wt/wt%
이소보닐 아크릴레이트 2-22 wt/wt%
1,4-부탄디올 디메타크릴레이트 3-40 wt/wt%
2-페녹시에틸 아크릴레이트 4-40 wt/wt%
Nanocryl C-155 25-45 wt/wt%
Irgacure 184 2-6 wt/wt%
Irgacure 500 0.5-4.0 wt/wt%
TEGO® Rad 2100 0.01-2.0 wt/wt%
PC 9003 1-12 wt/wt%
Lucerin TPO 0.5-5 wt/wt%
실시예 3: 투명한 조성물을 제조하는데 사용되는 방법
추가적인 구체예는 본 조성물을 제조하는데 사용되는 방법이다. 산소가 존재하면 미성숙중합을 방지하므로 조성물의 성분을 공기하에 혼합한다. 노출광이 최소로 유지되는 것이 바람직하며, 특히 나트륨 증기 광의 사용은 피해야 한다. 그러 나, 암실 조명의 사용은 선택적일 수 있다. 혼합 용기(mixing vessel) 및 혼합 날개(mixing blade)와 같이 모노머 및 코팅 혼합물과 접촉하는 조성물의 제조에 사용되는 부품은 스테인리스 스틸 또는 플라스틱, 바람직하게는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 제조되어야 한다. 폴리스티렌 및 PVC는 피해야 하는데, 그 이유는 모노머 및 혼합물이 이들에 용해될 것이기 때문이다. 또한, 온화한 스틸, 구리의 합금, 산, 염기 및 산화제와 모노머 및 혼합물의 접촉은 피해야 한다. 또한, 황동 부속품(brass fitting)은 피해야 하며, 그 이유는 이들이 미성숙중합 또는 겔화를 야기하게 되기 때문이다. 조성물의 적당한 혼합은 1/3 마력(hp) 혼합기 및 50 갤런의 원통형 탱크를 사용하는 경우 1-3 시간 후에 수득될 수 있다. 5 갤런 이하의 소량은 실험실용 혼합기(1/15 - 1/10 hp)를 사용하여 3 시간후 적당히 혼합될 수 있다. 둥근벽 용기가 바람직한데, 그 이유는 구석에 물질이 축적되어 불완전 혼합과 관련된 임의의 후속적인 문제를 피하기 위해서이다. 또 다른 파라미터는 혼합기의 날개가 혼합 용기의 바닥으로부터 혼합기 직경의 1/2 간격정도 떨어져 위치해야 한다는 것이다. 모노머를 먼저 혼합 용기에 첨가하고, 필요에 따라 모노머를 처리하는데 도움이 되도록 천천히 가온한다. 모노머를 120 ℉ 이상 가열해서는 안되며, 따라서 가온이 필요한 경우 온도 조절 가열 오븐 또는 가열 맨틀(mantle)을 사용하는 것이 바람직하다. 투명한 코팅을 형성하는 경우에는 가열할 필요가 없다. 밴드 히터(band heater)는 피해야 한다. 다음으로, 콜로이드 현탁액을 첨가한 다음 임의의 순서로 임의의 에스테르/모노머 접착 촉진제를 첨가한다. 완성된 조성물이 광에 노출되는 시간을 최소화하기 위해 마지막으로 광개시제를 첨가한다. 이어, 광 노출로 부터 차폐된 혼합 용기에 모든 성분을 첨가한 후 혼합한다. 혼합후에는 기포가 존재하며 조성물이 흐리게 보일 수 있다. 이러한 기포를 신속하게 배출하여 균일한 조성물을 남게 한다. 최종 단계로서, 혼합 용기로부터 코팅 조성물을 제거하기 전에 임의의 용해되지 않은 물질이 존재하는 지를 확인하기 위해 혼합 용기의 바닥을 닦는다(scraped). 이 과정은 완전한 혼합이 이루어졌다는 것을 보증하기 위한 예방조치로서 행해진다. 조성물이 완전하게 혼합되면, 백 필터(bag filter)를 사용하여 1 미크론 필터를 통해 코팅 조성물을 여과한다. 조성물은 사용가능한 상태가 된다.
실시예 4: 착색된 조성물을 제조하는데 사용되는 방법
추가적인 구체예는 착색된 조성물의 제조 방법이다. 여기서는 층류(laminar flow)를 생성하여 혼합기의 날개에 안료 분산액을 효율적으로 가져오게 하기 위해 충분한 전력과 형태를 가진 혼합기를 사용한다. 400 mL 이하의 작은 실험실 양인 경우에는 실험실용 혼합기 또는 혼련기가 충분하지만, 1/2 갤론 이하의 양인 경우에는 1/15-1/10 hp의 실험실용 혼합기가 사용될 수 있으나 이 경우 수 일간 혼합될 것이다. 상업적인 양의 경우, 벽이 둥글고 바닥이 원추형인 250 갤론의 탱크를 구비한 최소 30 hp의 나선형 또는 톱니형 혼합기를 사용할 수 있다. 착색된 조성물을 제조하기 위해, 투명한 조성물을 먼저 혼합한다(실시예 3 참조). 안료 분산액 혼합물을 투명한 조성물에 첨가하기 전에 예비혼합하는데, 이는 정확한 색을 확실히 얻기 위한 것이다. 안료 분산액의 예비혼합은 방진 마스크가 설치된 밀폐 용기에서 안료 분산액을 흔듦으로써 쉽게 달성된다. 이어, 충전제, 예비혼합된 안료/안료 분산액 및 고형 광개시제를 투명한 조성물에 첨가하고 1 시간 30 분 내지 2 시간 동 안 혼합한다. 혼합의 완료는 드로우다운(drawdown)을 수행하고 용해되지 않은 안료를 체크함으로써 결정된다. 이는 혼합 탱크의 바닥으로부터 소량의 착색된 혼합물을 인출하여 표면 위에 얇은 코팅을 도포함으로써 달성된다. 이어, 이러한 얇은 코팅을 용해되지 않은 임의의 안료가 존재하는 지에 대하여 조사한다. 그후, 혼합물을 100 메쉬 필터에 통과시킨다. 완전 혼합된 착색 조성물은 용해되지 않은 안료가 거의 없거나 전혀 없는 것으로 나타날 것이다.
실시예 5: 조성물을 종이 표면에 도포하고 종이를 경화하기 위한 공정
A. 시트형 종이에의 조성물의 도포
실시예 1 및 2에 개시된 조성물을 시트형 종이의 표면에 도포하기 위한 구체예가 도 2에 도시되어 있다. 시트형 종이를 조성물을 함유하는 회전 렌즈에 근접하게 배치한다. 이러한 구체예에서, 렌즈는 회전 스핀들에 의해 반시계 방향으로 회전된다. 렌즈가 회전하면, 조성물이 시트형 종이 위에 분출된다. 종이의 표면이 조성물로 덮힐 때까지, 계량된 양의 조성물이 주사기 또는 펌프를 통해 렌즈에 연속적으로 첨가된다.
구체예로, 8.5" x 11"의 시트형 문구 용지에 실시예 1의 조성물로 두껍게 코팅하고 무게를 달았다. 코팅된 종이와 코팅되지 않는 종이 사이의 무게 차이를 산출하였다. 종이의 제곱 인치당 0.057 g의 조성물이 도포되었으며, 8.5" x 11" 시트의 경우에는 약 5.55 g의 조성물이 상당한다.
구체예로, 8.5" x 11"의 시트형 문구 용지에 소량의 실시예 1의 조성물로 코팅하고 무게를 달았다. 코팅된 종이와 코팅되지 않는 종이 사이의 무게 차이를 산 출하였다. 종이의 제곱 인치당 0.04425 g의 조성물이 도포되었으며, 8.5" x 11" 시트의 경우에는 약 4.14 g의 조성물이 상당한다.
구체예로, 8.5" x 11"의 시트형 문구 용지에 실시예 2의 조성물로 코팅하였으며, 여기서 상기 조성물은 9.3%의 백색 안료 분산액을 포함하였다. 코팅된 종이와 코팅되지 않는 종이 사이의 무게 차이를 산출하였다. 종이의 제곱 인치당 0.04025 g의 조성물이 도포되었으며, 8.5" x 11" 시트의 경우에는 약 3.74 g의 조성물이 상당한다. 표면에 더 적은 양의 조성물이 도포된 다른 시트를 또한 수득하였다.
B. 롤형 종이에의 조성물의 도포
실시예 1 및 2에 개시된 조성물을 롤형 종이의 표면에 도포하기 위한 구체예가 도 3에 도시되어 있다. 롤형 종이를 회전 렌즈에 근접하게 배치하고 렌즈를 통과하게 한다. 렌즈는 조성물을 함유하며, 계량된 양의 조성물이 주사기 또는 펌프를 통해 렌즈에 연속적으로 첨가된다. 렌즈는 회전 스핀들에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 렌즈가 회전하면, 조성물이 롤형 종이 위에 분출된다. 종이의 표면이 조성물로 덮힐 때까지, 계량된 양의 조성물이 렌즈에 연속적으로 첨가되고, 종이에 도포된다.
C. 조성물로 코팅된 종이의 경화
시트형 종이 또는 롤형 종이에 조성물을 도포한 후, 종이를 UV 방사선 원에 노출시켜 경화한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 조성물을 포함하는 롤형 종이를 UV 원에 통과시킨다.
실시예 1의 조성물의 경우, 코팅된 종이를 하나의 수은 아크 램프에 노출시켜도 경화시키는데 충분하다. 실시예 2의 조성물의 경우, 코팅된 종이를 두 개의 수은 아크 램프에 노출시켜도 경화시키는데 충분하며, 여기서 적당한 경화를 보증하기 위해 하나의 램프는 수은 아크 램프일 수 있고 나머지 램프는 철이 도프된 수은 아크 램프일 수 있다. 일반적으로 도프된 수은 아크 램프에 대한 노출 시간은 순수한 수은 아크 램프에 대한 노출 시간 보다 짧다. 두 램프 모두를 끈 다음 경화된 종이를 제거한다.
실시예 6: 경화된 종이의 대표적인 특성
실시예 5에 따라 제조된 경화된 종이는 조성물을 포함하지 않은 종이에 비해 연필 및 잉크 모두에 대하여 우수한 기록능을 나타내었다. 조성물의 존재는 연필 또는 잉크가 경화된 종이 위에 흡수되는 능력을 손상시키지 않았다. 실시예 5에 따라 제조된 경화된 종이는 조성물을 포함하지 않은 종이에 비해 우수한 명도 및 휘도를 나타내었다. 조성물을 포함하지 않은 종이와 비교하여, 실시예 5에 따라 경화된 인쇄된 종이는 조성물이 도포된 후 및 종이가 경화된 후에도 인쇄를 유지하였다.
잉크 및 연필 모두로 실시예 5에 따라 제조된 경화된 종이 위에 기록하였으며, 주위 온도에서 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 및 60 일 연속으로 수돗물의 통에 침지해 두었다. 육안 검사에 기초한 바, 경화된 종이 위의 잉크 및 연필 기록은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 및 60 일 연속 물에 침지한 후에도 유지되었다. 어떠한 식별가능한 잉크 또는 연필 기록의 흐려짐, 줄무늬짐 또는 번짐도 발생하지 않았다.
육안 검사에 기초한 바, 경화된 종이 위의 명도 및 휘도는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 및 60 일 연속 물에 침지한 후에도 유지되었다. 어떠한 식별가능한 변색, 곰팡이 발생(molding) 또는 황변화도 발생하지 않았다.
육안 및 물리적 검사에 기초한 바, 경화된 종이의 구조적 강도는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 및 60 일 연속 물에 침지한 후에도 유지되었다. 어떠한 식별가능한 찢김, 헤짐 또는 파손도 발생하지 않았다.
육안 검사에 기초한 바, 경화된 종이의 인쇄는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 및 60 일 연속 물에 침지한 후에도 유지되었다. 어떠한 식별가능한 번짐, 줄무늬짐 또는 번짐도 발생하지 않았다.
불투명 종이를 사용자가 열지 않고도 봉투의 내용물을 볼 수 있도록 반투명으로 일시적으로 변화시키는 상업적인 "엔벨로프 X-선 스프레이(Envelope X-RAY Spray)"가 또한 본원에 나타낸 방법에 의해 생성된 경화된 종이에 도포되었다. 경화된 종이는 "엔벨로프 X-선 스프레이"의 도포후에도 반투명으로 변화하지 않았다. 반대로, 조성물을 포함하지 않은 종이는 스프레이를 적용하고 약 30 초후에 반투명으로 변했다. 또한, 본원에 나타낸 경화된 종이는 알콜 및 메틸 에틸 케톤과 같은 유기 용매의 흡수를 저지할 수 있다.
본 발명은 구체예와 관련하여 기술되었지만, 설명된 특정 형태로 본 발명의 범위를 제한하고자 의도된 것이 아니라, 반대로 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 정신 및 범위에 포함될 수 있는 변형물, 변경물 및 동등물을 포괄하고자 의도된 것이다.

Claims (25)

  1. (a) SiO2 또는 Al2O3 중에서 선택된 나노-충전제;
    (b) α-하이드록시케톤을 포함하는 1 이상의 광개시제;
    (c) 아크릴레이트를 포함하는 1 이상의 단작용성 모노머;
    (d) 아크릴레이트를 포함하는 올리고머용 희석제;
    (e) 가교결합가능한 실리콘 아크릴레이트를 포함하는 계면활성제; 및
    (f) 임의로 벤조일 디아릴 포스핀 옥사이드를 포함하는 제2 광개시제 및 안료 분산액
    을 포함하는 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노입자의 평균 직경이 약 20 nm이고, 입도 분포의 범위가 약 5 nm 내지 약 30 nm인 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b)의 광개시제가 1-하이드록시-사이클로헥실-페닐-케톤을 포함하는 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (b)의 광개시제가 Irgacure 184 및 벤조페논을 포함하는 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 (c)의 단작용성 모노머가 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트를 포함하는 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (c)의 단작용성 모노머가 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트를 포함하는 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 (c)의 단작용성 모노머가 2-페녹시에틸 아크릴레이트를 포함하는 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 (c)의 단작용성 모노머가 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트 및 2-페녹시에틸 아크릴레이트를 포함하는 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 (d)의 희석제가 이소보닐 아크릴레이트를 포함하는 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 다음에 상당하는 조성물:
    테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트 11-31 wt/wt%
    이소보닐 아크릴레이트 2-22 wt/wt%
    1,4-부탄디올 디메타크릴레이트 3-40 wt/wt%
    2-페녹시에틸 아크릴레이트 4-40 wt/wt%
    Nanocryl C-155 25-50 wt/wt%
    Irgacure 184 2-10 wt/wt%
    Irgacure 500 0.5-10 wt/wt%
    TEGO® Rad 2100 0.01-2.0 wt/wt%
  11. 제1항에 있어서, 다음에 상당하는 조성물:
    테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트 11-31 wt/wt%
    이소보닐 아크릴레이트 2-22 wt/wt%
    1,4-부탄디올 디메타크릴레이트 3-40 wt/wt%
    2-페녹시에틸 아크릴레이트 4-40 wt/wt%
    Nanocryl C-155 25-45 wt/wt%
    Irgacure 184 2-6 wt/wt%
    Irgacure 500 0.5-4.0 wt/wt%
    TEGO® Rad 2100 0.01-2.0 wt/wt%
    PC 9003 1-12 wt/wt%
    Lucerin TPO 0.5-5 wt/wt%
  12. 제10항에 있어서, 다음에 상당하는 조성물:
    테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트 21.45 wt/wt%
    이소보닐 아크릴레이트 11.98 wt/wt%
    1,4-부탄디올 디메타크릴레이트 12.56 wt/wt%
    2-페녹시에틸 아크릴레이트 13.62 wt/wt%
    Nanocryl C-155 34.91 wt/wt%
    Irgacure 184 3.43 wt/wt%
    Irgacure 500 2.00 wt/wt%
    TEGO® Rad 2100 0.05 wt/wt%
  13. (a) 종이 기재; 및
    (b) (i) SiO2 또는 Al2O3 중에서 선택된 나노-충전제,
    (ii) α-하이드록시케톤을 포함하는 1 이상의 광개시제,
    (iii) 아크릴레이트를 포함하는 1 이상의 단작용성 모노머,
    (iv) 아크릴레이트를 포함하는 올리고머용 희석제,
    (v) 가교결합가능한 실리콘 아크릴레이트를 포함하는 계면활성제, 및
    (vi) 임의로, 벤조일 디아릴 포스핀 옥사이드를 포함하는 제2 광개시제 및 안료 분산액
    을 포함하는 조성물
    을 포함하는 종이 제품.
  14. 제13항에 있어서, 상기 조성물이 종이 기재의 표면에 함침되는 종이 제품.
  15. 제13항에 있어서, 상기 조성물이 종이 기재의 내부에 및/또는 위에 경화되는 종이 제품.
  16. 제15항에 있어서, 물에 노출 후 (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및 (d) 명도(brightness)의 유지로 구성된 군에서 선택되는 특성 중 1 이상을 나타내는 종이 제품.
  17. 제16항에 있어서, 물에 노출 후 (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및 (d) 명도의 유지로 구성된 군에서 선택되는 특성 중 2 이상을 나타내는 종이 제품.
  18. 제17항에 있어서, 물에 노출 후 (a) 구조적 강도의 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 유지; (c) 인쇄의 유지; 및 (d) 명도의 유지로 구성된 군에서 선택되는 특성 중 3 이상을 나타내는 종이 제품.
  19. 제16항에 있어서, 적어도 1, 3, 7, 11, 14, 21, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 또는 60 일간 물에 노출되는 종이 제품.
  20. 제21항에 있어서, 라벨(label), 수송재(shipping material), 신문, 방습층(vapor barrier), 가든 마커(garden marker) 또는 수중 표식(underwater marking)인 종이 제품.
  21. (a) 종이 기재를 제공하는 단계;
    (b) 상기 종이 기재에
    (i) SiO2 또는 Al2O3 중에서 선택된 나노-충전제,
    (ii) α-하이드록시케톤을 포함하는 1 이상의 광개시제,
    (iii) 아크릴레이트를 포함하는 1 이상의 단작용성 모노머,
    (iv) 아크릴레이트를 포함하는 올리고머용 희석제,
    (v) 가교결합가능한 실리콘 아크릴레이트를 포함하는 계면활성제, 및
    (vi) 임의로, 벤조일 디아릴 포스핀 옥사이드를 포함하는 제2 광개시제 및 안료 분산액
    을 포함하는 조성물을 도포하는 단계; 및
    (c) 상기 조성물을 포함하는 상기 종이 기재를 경화하는 단계
    를 포함하는 종이 제품의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 단계 (b)가
    (i) 렌즈에 조성물을 제공하는 단계, 및
    (ii) (i)의 렌즈를 회전시켜 상기 조성물을 상기 종이 기재에 도포하는 단계
    를 포함하고;
    상기 단계 (c)가 종이 기재를 1 이상의 자외선 광원에 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 조성물을 종이 기재에 부분적으로 함침시키는 방법.
  24. 제21항의 방법에 의해 제조된 종이 제품.
  25. 제22항에 있어서, 물에 노출 후 (a) 구조적 강도의 95-100% 유지; (b) 잉크 또는 연필 기록의 95-100% 유지; (c) 인쇄의 95-100% 유지; 및 (d) 명도의 95-100% 유지로 구성된 군에서 선택되는 특성 중 1, 2, 3 또는 4 이상을 나타내는 종이 제품.
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