KR20100039826A - 브러싱-온 칼라 분산제의 제조 - Google Patents

브러싱-온 칼라 분산제의 제조 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 천연 탄산칼슘(GCC)과 침전 탄산칼슘(PCC)을 동시 연마시킴으로써 종이 산업에 사용하기 위한 브러싱-온(brushing-on) 칼라 분산제를 제조하는 방법으로서, PCC 5 내지 70중량%를 함유하는 슬러리와 분말 GCC를 동시 연마시켜서, 0.7 내지 3 μm의 중량 평균 입자 크기를 갖는 5 μm 미만 90중량% 이상, 2 μm 미만 70중량% 이상 및 1 μm 미만 20중량% 이상의 탄산칼슘의 입자 크기 분포를 수득하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

Description

브러싱-온 칼라 분산제의 제조{PRODUCTION OF BRUSHING-ON COLOR DISPERSIONS}
본 발명은, 천연 탄산칼슘(GCC)과 침전 탄산칼슘(PCC)를 동시 연마시킴으로써 종이 산업에 사용하기 위한 코팅 분산제를 제조하는 방법, 이에 의해 수득 가능한 코팅 분산제, 및 코팅 슬립의 제조를 위한 코팅 분산제의 용도에 관한 것이다.
WO 98/01621은 종이, 보드지(paperboard) 및 판지(cardboard)의 제조로부터 충전제 및 코팅 안료의 재순환 방법을 기재하고 있다. 상기 명세서는 코팅 공장 폐수, 탈묵(deinking) 공장, 내부 물 처리 공장 또는 분리기로부터의 잔여 물 슬러지에서 발견되는 종이, 보드지 및 판지의 제조로부터의 충전제 및 코팅 안료를 재순환시키는 방법, 및 이렇게 수득된 안료 슬러리를 종이 산업용 코팅 슬립의 제조를 위해 및/또는 제지용 종이 원료에 사용하는 용도와 관련된다. 코팅 공장 폐수, 탈묵 공장, 내부 물 처리 공장 또는 분리기로부터의 잔여 물 슬러지에서 발견되는 종이, 보드지 및 판지의 제조로부터 충전제 및 코팅 안료를 재순환시키는 방법으로서, 충전제 및 코팅 안료가 함유된 상기 잔여 물 슬러지를 분말 형태의 새로운 안 료 또는 새로운 충전제, 새로운 안료-함유 슬러리 및/또는 새로운 충전제-함유 슬러리와 혼합시킨 후, 이를 분쇄시켜서 안료 슬러리를 수득하는 것을 특징으로 하는 필수 구성요소로 이루어진다.
WO 02/090651 A1은 종이, 보드지 및 판지의 제조로부터 클리너 리젝트(cleaner reject)를 재순환시키는 방법, 및 제지용 원료에서의 또는 종이 산업용 코팅 슬립으로서의 이의 용도를 기재하고 있다.
WO 2005/111153 A1은 표면-개질된 무기 충전제 및 안료를 기재하고 있다. 상기 명세서는, 중합체 분산제를 사용하여 압축 및 전단력으로 무기 충전제 또는 안료의 충전제 또는 안료 슬러리를 목적하는 입자 크기까지 분쇄시키되, 상기 충전제 및/또는 안료는 공지되어 있는 분쇄 보조제 및/또는 분산제(활성 성분)와 상기 충전제 또는 안료를 기준으로 0.1 내지 2.0중량%의 양으로 추가로 접촉시키는 것을 특징으로 하는, 목적하는 입자 크기의 표면-개질된 무기 충전제 또는 안료의 제조방법; 이렇게 수득된 충전제 및 안료; 및 종이 산업의 분산 페인트, 접착제, 코팅 또는 코팅 슬립의 제조를 위한, 특히 시트-공급 오프셋(sheet-fed offset), 회전 오프셋, 요판(intaglio) 인쇄, 판지 및 특수지와 같은 다양한 분야의 코팅 슬립의 제조를 위한 이의 용도에 관한 것이다.
앞서 언급된 3개의 출원은 그 전체가 본원에 참고로 포함되며, 따라서 그 내용은 본 발명의 개시 내용의 일부분이 된다.
EP 1 764 345 A1, EP 1 764 346 A1 및 EP 1 764 347 A1은 천연 탄산칼슘(GCC)과 침전 탄산칼슘(PCC)의 동시 연마방법, 이렇게 수득된 생성물 및 이의 용 도에 관한 것이다. 상기 수득된 생성물은 ET 표면적, 사용된 분쇄 볼의 한정 및 소위 경사도(steepness) 인자와 같은 여러 매개변수를 특징으로 한다.
종이 산업에서는 최종 생성물의 인쇄 가능성 및 광학 성질, 예컨대 광택, 불투명성 및 밝기를 모두 개선시키기 위해 종이 펄프의 구성성분으로서 및 코팅 안료로서 탄산칼슘의 사용이 공지되어 있다. 탄산칼슘은 2가지의 상이한 유형, 즉 연마 또는 천연 탄산칼슘(통상적으로 GCC로서 지칭됨) 및 합성 또는 침전 탄산칼슘(통상적으로 PCC로서 지칭됨)으로 알려져 있다.
GCC는 자연 공급원으로부터 수득된 탄산칼슘이다. 특히, 석회암, 대리석 또는 백악이 언급될 수 있다. 이 GCC는 통상적으로 연마에 의해 목적하는 입자 크기가 된다. 반면, PCC는 이산화탄소의 존재 하에서 수성 현탁액 중의 수산화칼슘으로부터 침전 반응에 의해 통상적으로 수득되는 합성 물질이다. GCC 및 PCC의 결정 성질은 상당히 다르며, EP 1 764 345 A1에 알려져 있다. 또한, 후자의 명세서에는 GCC와 PCC의 차이를 반영하는 또 다른 종래 기술 문헌들이 참조되고 있다.
상기 3개의 언급된 EP 공보 및 이들 중, 특히 EP 0 894 836 A1의 공지된 종래 기술의 본질은, 물 및 상기 2개의 탄산칼슘과 더불어 분산제를 함유할 수 있는 수성 슬러리 중에서 GCC와 PCC를 동시 연마시키는 것이다. 앞서 언급된 문헌의 본질적 특징은 탄산칼슘을 함유하고 한정된 입자 크기 분포를 갖는 안료의 제조이다.
따라서, EP 0 894 836 A1은, 80 내지 99중량%가 2 μm 미만이고 50 내지 90중량%가 1 μm 미만이고 0 내지 10중량%가 0.2 μm 미만인 입자 크기 분포 및 연마를 기술하고 있다.
EP 1 764 345 A1, EP 1 764 346 A1 및 EP 1 764 347 A1에서, 입자 크기 분포는 1 μm 미만의 입자 분획물이 80% 초과, 특히 85% 초과, 더 바람직하게는 90% 초과 및 더욱더 바람직하게는 95% 초과로 함유하는 것으로 한정된다. 1 μm 미만의 이 매우 작은 입자 크기로 인해, 이 물질은 코팅 슬립으로서 적용하기에 덜 적합한데, 이는 상기 작은 충전제 입자가 종이에 적용되는 경우 종이 벌크 내에 확산되며 따라서 오직 이의 작은 분획만이 종이의 광학 성질을 개선시킬 수 있기 때문이다.
반면, 본 발명의 목적은, 종래 기술과 비교할 때 코팅 기계에 대한 가동성을 개선시키고 종이의 광학 성질을 개선시키는, 천연 탄산칼슘(GCC)과 침전 탄산칼슘(PCC)을 동시 연마시키는 신규 방법에 의해 종이 산업에 사용하기 위한 코팅 분산제를 제공하는 것이다.
제 1 실시양태에서, 상기 목적은, PCC 5 내지 70중량%를 함유하는 슬러리와 분말 GCC를 동시 연마시켜서, 0.7 내지 3 μm의 중량 평균 입자 크기를 갖는 5 μm 미만 90중량% 이상, 2 μm 미만 70중량% 이상 및 1 μm 미만 20중량% 이상의 탄산칼슘의 입자 크기 분포를 수득하는 것을 특징으로 하는, 천연 탄산칼슘(GCC)과 침전 탄산칼슘(PCC)을 동시 연마시킴으로써 종이 산업에 사용하기 위한 코팅 분산제를 제조하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 의해, 즉 상기 동시 연마 방법에 의해, 하나의 구성성분(GCC 또는 PCC)의 약함이 다른 구성성분(각 PCC 또는 GCC)의 강도에 의해 거의 목적하는 정도까지 감소되거나 또는 심지어 완전하게 제거될 수 있었다. 특히, 이는 고전단 점성, 블리딩(bleeding), 블레이드 압력, 광택 전개, 인쇄 잉크 소모, 요판 인쇄에 대한 불투명성 및 적합성에 적용된다. 코팅 슬립의 제조에서의 분말 GCC의 사용은 PCC 제조에서 저렴한 방법이 되도록 하는데, 이는 PCC가 사용되는 경우 통상적으로 요구되는 극도의 에너지-소모 농축/건조 단계가 다소 완전하게 면제될 수 있기 때문이다. 통상의 PCC 슬러리는 약 10 내지 20중량%의 PCC 함량으로 침전시킴으로써 수득되며, 따라서 통상의 코팅 슬립에 사용하기 위해서는 60 내지 75중량%까지 농축되어야 한다. 따라서, 극도의 높은 에너지 소모가 요구된다. 반면, 본 발명에 따른 분말 GCC의 사용은 에너지 소모를 크게 감소시키는데, 이는 PCC 슬러리의 농축/건조가 특정 요건들에 따라 부분적으로 또는 완전하게 면제될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따라, 코팅 기계에 대한 가동성이 점성 데이터에 의해 심사되었다. 블레이드 접촉 압력은 PCC를 단독으로 사용하는 경우 매우 높은 한편, GCC는 단독으로 더 낮은 접촉 압력을 필요로 하는 것으로 밝혀졌다. 동시 연마된 PCC와 GCC가 사용된다면, 필요한 블레이드 접촉 압력은 비록 조금 더 높아질 지라도 GCC 단독의 경우에 요구되었던 것과 실질적으로 변하지 않는다.
이의 특정 결정 구조로 인해, PCC는 흔히 종이 펄프에 사용되는 한편, GCC는 탁월한 표면 도포를 나타내며 따라서 코팅 슬립에서 주로 사용된다. 본 발명에 따르면, 동시 연마된 PCC와 GCC 슬러리가 시작 물질들에 비해 크게 개선시키는 것으로 밝혀졌다.
PCC 단독으로 사용되는 경우 매우 높은 고전단 점성은 동시 연마된 PCC와 GCC 조합에 의해 GCC 단독의 범위 내로 이동된다.
PCC 단독은 광택 전개에서 최고의 값을 나타내는 한편 GCC 단독은 더 낮은 광택을 초래하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따라 동시 연마된 GCC와 PCC 조합은 광택 전개에 대해 중간 값을 갖는다.
인쇄 잉크 소모에 대해서는, GCC 단독은 최고 소모를 의미하는 한편, PCC 단독은 최저 소모를 나타내는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따르면, PCC와 GCC 동시 연마된 슬러리의 인쇄 잉크 소모는 단지 PCC 단독일 때에 비해 조금 높은 것으로 밝혀졌다.
종래 기술에서, GCC 단독은 최저 값의 불투명성을 나타내는 한편, PCC 단독은 최고의 값을 나타내는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따른 GCC와 PCC의 동시 연마된 조합은 GCC 단독과 비교할 때 더 우수한 불투명성을 갖는다.
요판 인쇄에 대한 적합성 시험에서, 인쇄 결점의 개수가 심사된다. GCC 단독은 통상적으로 최고 개수의 결점을 나타내는 한편, PCC 단독은 최저 개수의 결점을 나타낸다. 본 발명에 따라 동시 연마된 조합은 GCC 단독일 때보다 크게 우수하다.
본 발명에 따라 제조된 동시 연마된 생성물은 조합된 탄산염으로서 지칭될 수 있다. 상기 조합은 제자리에서 직접적으로 최고 가능한 성질 프로파일을 갖는 맞춤 생성물의 제조 가능성 및 광범위한 적응성을 제공한다.
따라서, 예컨대 연마 개념은 다음과 같이 변할 수 있다.
A: PCC 유형 X + GCC 칼시셀(Calcicell)(등록상표) 30;
B: PCC 유형 Y + GCC 칼시셀(등록상표) 30;
C: PCC 유형 X/Y + 칼시셀(등록상표) 30 + 코팅 슬립 또는 클리너 리젝트.
동시 연마된 PCC-GCC의 조합된 성질 프로파일은 PCC-GCC 혼합물의 것보다 우수하며, 코팅 슬립 또는 클리너 리젝트를 공급함으로써 추가로 최적화될 수 있다.
상세하게는, 다음과 같이 하기 코팅 슬립 및 코팅 성질을 개선시킬 수 있다.
A) 2 μm에서의 가동성
A1) 블레이드 접촉 압력(등급: 고압 = 불량(6), 저압 = 우수(1))
a) 최종 품질: 커버 코팅, 2 μm 미만의 안료 90%
900 m/분 코팅 속도에서 등급
1 표준 1
3 PCC 단독 5
2 동시 연마된 PCC+GCC(75+25) 1.5
4 혼합된 PCC+GCC(75+25) 2.5
b) 최종 품질: 예비코팅, 2 μm 미만의 안료 60%
1400 m/분 코팅 속도에서 등급
1 표준 1
4 PCC 단독 3
3 동시 연마된 PCC+GCC(75+25) 2
2 동시 연마된 PCC+GCC(25+75) 1-2
6 혼합된 PCC+GCC(75+25) 1-2
A2) "블리딩" = 석순 형성(등급: 없음 = 최고 등급(1), 매우 강함 = 최저 등급(6))
a) 최종 품질: 커버 코팅, 2 μm 미만의 안료 90%
800 m/분 코팅 속도에서 등급
1 표준 1/1.5
3 PCC 단독 1.5/1.5
2 동시 연마된 PCC+GCC(75+25) 1/1
4 혼합된 PCC+GCC(75+25) 1/1
b) 최종 품질: 예비코팅, 2 μm 미만의 안료 60%
1400 m/분 코팅 속도에서 등급
1 표준 1/1
4 PCC 단독 6/6
3 동시 연마된 PCC+GCC(75+25) 1/1
2 동시 연마된 PCC+GCC(25+75) 1/1
6 혼합된 PCC+GCC(75+25) 1.5/2
A3) 점성
고전단 점성 -> 모세관 점도계
전단력 360,000 -> 1,500,000 s-1
a) 최종 품질: 예비코팅/매트(matte) 코팅, 2 μm 미만의 안료 60%
코팅 슬립의 비교 점성 범위(mPa-s)
No. 6 100% 표준 GCC 60 35-25
No. 9 100% PCC 유형 X 70-77
No. 7 동시 연마된 25% PCC 유형 Y + 75% GCC 26-31
No. 8 동시 연마된 75% PCC 유형 Y + 25% GCC 34-41
No. 10 동시 연마된 25% PCC 유형 X + 75% GCC 30-38
No. 11 동시 연마된 25% PCC 유형 Y + 75% GCC 30-38
No. 6 GCC 단독: (No. 9) 매우 낮은 점성
No. 9 PCC 단독: 매우 높은 점성
Nos. 10 및 11: PCC/GCC 혼합물에 있어서, 점도가 감소됨(No
No. 7 동시 연마 PCC/GCC는 점성을 추가로 감소시킴
b) 커버 코팅에 대한 최종 품질: 2 μm 미만의 안료 90%
코팅 슬립의 비교 점성 범위(mPa-s)
No. 2 100% 표준 GCC 90 26-34
No. 4 100% PCC 유형 Y 52-61
No. 3 동시 연마된 75% PCC 유형 X + 25% GCC 28-32
No. 5 혼합된 75% PCC 유형 X + 25% GCC 47-54
PCC와 GCC를 혼합함으로써, PCC 단독과 비교할 때 점성이 약간 감소된다.
동시 연마의 경우, 심지어 단지 25%의 GCC 비율로 동시 연마하는 경우 점성이 분명하게 감소된다. 즉, 실질적으로 GCC 단독의 수준까지 감소한다.
B) 새틴 가능성(satinizability) -> 캘린더에서 "온-라인" 측정된 광택 전개(%)
최종 품질: 커버 코팅, 2 μm 미만의 안료 90%
12 g/m2 코팅 밀도에서 광택(%)
1 표준 37/40
4 PCC 단독 64/65
3 동시 연마된 PCC+GCC(75+25) 47/52
2 동시 연마된 PCC+GCC(25+75) 40/43
6 혼합된 PCC+GCC(25+75) 40/43
C) 제 1 인쇄 유닛에 대해 예시된 동일한 칼라 세기를 수득하기 위한 인쇄 잉크 소모
최종 품질: 예비코팅 또는 매트 코팅, 15 또는 12 g/m2 코팅 밀도에 대한 2 μm 미만의 안료 60%
잉크 롤러의 속도(%)
1 표준 18/20
4 PCC 단독 12/13
3 동시 연마된 PCC+GCC(75+25) 15/18
2 동시 연마된 PCC+GCC(25+75) 16/18
6 혼합된 PCC+GCC(25+75) 18/18
D) 불투명성(%)
최종 품질: 예비코팅 또는 매트 코팅, 12 또는 15 g/m2 코팅 밀도에 대한 2 μm 미만의 안료 60%
불투명성(%)
1 표준 91/91.5
4 PCC 단독 92.7/93.3
3 동시 연마된 PCC+GCC(75+25) 91.7/92.3
2 동시 연마된 PCC+GCC(25+75) 91.6/92.0
6 혼합된 PCC+GCC(25+75) 91.0/91.3
E) 요판 인쇄에 대한 적합성
소위 "분실 도트(m.d.)", 즉 한정된 표면적에 대한 인쇄에서의 결점을 셈함
최종 품질: 매트 코팅, 2 μm 미만의 안료 60%
12 g/m2 코팅 밀도에서 m.d.의 개수
1 표준 43
4 PCC 단독 14
3 동시 연마된 PCC+GCC(75+25) 32
2 동시 연마된 PCC+GCC(25+75) 34
6 혼합된 PCC+GCC(25+75) 42
고농도 안료 현탁액의 제조에서 분말 GCC와 PCC 슬러리의 동시 연마의 장점들:
종이 코팅 산업에서, 코팅을 건조시키는데 가능한 한 거의 에너지를 사용하지 않게 하기 위해서는 가능한 한 68중량%까지의 높은 고체 함량을 갖는 코팅 슬립이 요구된다. 결합제 및 다른 코팅 슬립 첨가제들이 최대 50중량% 또는 분명하게는 그 미만의 건조 함량을 갖기 때문에, 따라서 안료 현탁액은 매우 높은 안료 농도로 제조되어야 하며, 이는 통상적으로 GCC의 탄산칼슘 슬러리 중에 75 내지 78중량%에 달한다.
따라서, GCC와 PCC 슬러리의 혼합물의 제조에서, 이 높은 건조 함량을 구성성분들 모두가 가져야 한다. 그러나, PCC 슬러리에서는 통상적으로 단지 최대 20% 건조 함량으로만 수득되며, 따라서 높은 비용으로 농축되어진다.
반면, PCC 슬러리와 GCC 분말의 동시 연마에서, PCC 슬러리의 건조 함량은 크게 저하될 수 있다.
자연적으로, 동시 연마 공정에서 PCC 슬러리의 필수 (고체/건조 함량)은 사용되는 분말 GCC 대 PCC 슬러리의 비율에 따라 달라진다. 분말 GCC의 비율이 높아지면, 존재할 수 있는 PCC 슬러리의 고체 함량은 낮아진다.
한편, GCC 대 PCC 슬러리의 비율이 이동되면, 더 높은 PCC 슬러리의 고체 농도가 요구된다. 소량의 PCC를 함유하는 PCC-GCC 슬러리를 사용하는 것이 특히 바람직한데, 이는 앞서 기재된 바와 같이 이 방식으로 PCC 슬러리의 농축/건조를 위한 다량의 에너지가 절감될 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따라, PCC 5 내지 70중량%, 특히 10 내지 40중량%, 더 바람직하게는 10 내지 25중량%를 함유하는 PCC-GCC 슬러리를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
종이 산업에 직접 투입하기 위한 안료 현탁액을 위해, 현탁액의 고체 함량은 종래 기술의 안료 현탁액에 의해 포함되는 범위 내에 속해야 한다. 따라서, 본 발명에 따라, 50중량% 이상, 특히 60중량% 이상, 더 바람직하게는 70중량% 이상의 고체 함량을 갖는 안료 현탁액을 동시 연마시키는 것이 특히 바람직하다. 현탁액의 고체 함량이 너무 낮으면, 교체 시간(turnover time)이 통상적으로 너무 긴데, 이는 개별 입자들에 대한 에너지 입력이 너무 적기 때문이다.
GCC 및 PCC와 더불어, 종래 기술에서 자체 공지된 새로운 안료 및/또는 새로운 충전제가 추가로 사용될 수 있다. 본 발명에 따라, 상기 동시 연마를 위해서는 화이트 클레이(white clay), 인조 및/또는 천연 규산알루미늄 및 옥사이드 하이드레이트(oxide hydrate), 새틴 화이트(satin white), 백운석, 운모, 금속 박편, 시트 실리케이트, 특히 알루미늄 박편, 벤토나이트, 금홍석, 수산화마그네슘, 석고, 활석, 알루미나, 이산화티탄, 규산칼슘, 및 기타 암석 및 흙을 단독으로 또는 이들의 혼합물로서 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 따른 다른 실시양태에서, 동시 연마 동안 안료와 더불어 중합체 분산제들이 또한 사용된다. 적절한 중합체 분산제의 사용은 예컨대 WO 2005/111153에서 알려져 있다. 또한, 본 발명의 범위 내에서, 이들 중합체 분산제는 코팅 슬립 입자의 엉킴 또는 응집을 초래하지 않을 뿐 아니라 이 경우 명백하게는 안료의 표면에 박막을 형성하는 성질을 나타내며, 이는 서로에 대해 및 기재에 대해, 예컨대 종이 산업에서의 섬유에 대해 매우 우수한 접착력을 갖는다. 이들 중합체 분산제는 사용되는 새로운 물질들 또는 잔여 물 슬러지로부터 유래할 수 있다.
제지 공정 동안 코팅 현탁액을 적용하는 경우, 높은 비율의 결합제는 통상적으로 종이 표면 내로의 침투를 기피한다. 주요 부분의 결합제가 막 형성 전에 미가공 종이 내로 흡수된다. 최상부 코팅 층은 점진적으로 결합제가 부족해지며, 소위 플러킹(plucking)이 발생한다. 그러나, 중합체 결합제가 코팅 슬립과 동시 연마되면, 결합제의 이동은 발생하지 않거나, 또는 단지 낮은 정도로만 발생한다. 즉, 오프셋 강도(플러킹에 대한 저항성)가 더욱 높은데, 이는 흡수에 의한 결합제의 손실이 없기(또는 거의 없기) 때문이다.
본 발명에 따른 중합체 분산제는 미세하게 분산된 천연 및/또는 합성 중합체, 특히 0.05 내지 6 ㎛ 입자 크기의 천연 및/또는 합성 중합체의 모든 분산제(라텍스)를 포함한다. 이들은 통상적으로 수성 형태, 흔치않게는 비수성 형태의 분산제로 존재한다. 이들은 중합체 분산제, 예컨대 천연 고무(고무 라텍스)와 합성 고무(고무 라텍스), 및 인조 수지(인조 수지 분산제) 및 플라스틱 물질(플라스틱 분산제), 예컨대 중합물(polymerizate), 중축합물 및 중첨가(polyaddition) 화합물, 특히 폴리유레테인, 스타이렌/뷰타디엔, 스타이렌/아크릴산 또는 아크릴레이트, 스타이렌/뷰타디엔/아크릴산 또는 아크릴레이트, 및 바이닐 아세테이트/아크릴산 또는 아크릴레이트에 기초한 것들, 및 아크릴로나이트릴을 함유하는 분산제를 포함한다.
이러한 분산제는 분산 슬립 산업용 결합제로서 및 종이 및 판지 코팅용 결합제로서 예컨대 바소날(Basonal)(등록상표), 아크로날(Acronal)(등록상표) 및 스티로날(Styronal)(등록상표)의 제품명으로서 상업적으로 입수 가능하다. 종래 기술에서, 이러한 중합체 분산제는, 충전제 입자 또는 안료 입자 크기의 변화가 없으면서 실질적 전단 없이 중성으로부터 알칼리까지 통상 조정된 충전제 및 안료 슬러리 내에 교반에 의해 혼입된다. 그러나, 본 발명에 따라, 이들은 압력 및 전단력을 작용시킴으로써 무기 안료와 직접적으로 접촉한다. 연마 도중 압력 및 전단력의 작용 하에서, 종래 기술과 비교할 때 개선된 결합 작용을 나타내는 표면-개질된 무기 안료가 수득된다. 본 발명에 따라, 중합체 분산제의 존재 하에서 무기 안료를 목적하는 입자 크기까지 습식 연마시키는 데에 특히 바람직하다. 따라서, 안료 또는 백색 충전제용 안료의 광범위한 백색성 및 크기 분포를 제공할 수 있되, 이러한 변동은 특히 연마의 종류 및 기간에 의해 제어될 수 있다.
무기 안료와 접촉하는 중합체 분산제의 양은 어느 정도 중요하다. 따라서, 본 발명에 따라, 무기 안료가 안료의 양을 기준으로 0.1 내지 50중량%, 더 바람직하게는 5 내지 15중량%의 중합체 분산제(고형분)와 접촉되는 것이 특히 바람직하다. 중합체 분산제는 통상적으로 수성 또는 비수성 형태에서 40 내지 60중량%, 특히 50중량%의 고체 함량을 지닌다.
본 발명에 따라, 무기 안료는 중합체 분산제와 더불어 기존의 분산제 또는 분쇄 보조제, 특히 폴리아크릴레이트와 추가로 접촉된다. 이러한 폴리아크릴레이트는 예컨대 초반에 언급한 EP 0　515　928 B1(본원에 참고로 포함됨)에서 기재되어 있다.
본 발명에 따라, 충전제 또는 안료는 고체를 기준으로 0.01 내지 3.0중량%, 더 바람직하게는 0.2 내지 0.4중량%의 양으로 앞서 언급한 분산제 활성 성분과 접촉된다.
제지 및 탈묵 공장, 내부 물 처리 공장 또는 분리기의 코팅 공장 폐수로부터의 잔여 물 슬러지에는, 코팅 안료가 흔히 응집된 형태로 낮은 백색성으로 존재하며, 이는 미가공 물질 처리, 특히 종이 코팅에서 직접적인 재사용을 제한하거나, 또는 심지어는 불가능하게 한다.
앞서 기재된 공정의 본 발명에 의해, 한정된 농축 안료 슬러리는 잔여 물 슬러지에 의해서도 수득되며 종이, 보드지 및 판지의 제조에서 사용될 수 있다.
무기 안료의 연마에 필요한 양의 물의 일부 또는 전부는 잔여 물 슬러지에 의해 대체될 수 있다. 잔여 물 슬러지에 통상적으로 존재하는 안료의 응집물은 큰 문제를 갖지 않는데, 이는 이들이 분쇄 공정의 과정 동안 목적하는 입자 크기로 붕괴되기 때문이다.
안료로서 사용하고자 의도된 잔여 물 슬러지의 안료 입자는 연마 공정 동안 응집물의 붕괴를 위한 분쇄 보조제 및 분산 보조제로서 작용한다. 동시에, 충전된 입자가 포함된 잔여 물 슬러지는 연마 공정에서 첨가 충전제 및 안료를 위한 분산 보조제 및 분쇄 보조제로서 작용하여서, 다른 통상적인 양의 결합제, 분산 보조제 및 분쇄 보조제는 본 발명에 따라 감소될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라, 중합체 분산제, 분말로서의 새로운 안료 또는 새로운 충전제, 또는 새로운 안료 및/또는 새로운 충전제가 함유된 슬러리와 혼합한 후 이와 함께 연마시키기 위해서, 잔여 물 슬러지를 0.02 내지 60중량%, 특히 1 내지 30중량%의 고체 농도로 조정하는 것이 특히 바람직하다. 농도가 너무 낮으면, 재순환 공정은 점점 경제적으로 비능률적이게 된다.
종이 산업의 잔여 물 슬러지에서, 충전제 및/또는 안료 대 섬유의 비율은 광범위하게 변할 수 있다. 본 발명에 따라, 고체 함량을 기준으로 1 내지 80중량%, 특히 20 내지 60중량%의 범위 내에 존재하는 선택적으로 증강된 농도의 충전제 및/또는 안료와 함께 잔여 물 슬러지를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 한편 섬유 분율, 또는 다른 한편 충전제 및/또는 안료 분율은 각각 예컨대 2중량%로부터 98중량%까지 또는 98중량%로부터 2중량%까지로 변할 수 있다. 물론, 섬유-부재 잔여 물 슬러지도 또한 본 발명에 따라 종이 산업에서도 사용될 수 있다.
예시적인 방식으로, 바람직한 조성의 다양한 잔여 물 또는 폐수 슬러지들이 설명될 수 있다. 바람직하게는, 생산으로부터의 폐수는 10 내지 100 l/kg, 특히 20 l/kg의 특정의 새로운 물 요구에 대해 0.5 내지 5중량%, 특히 2.5중량%의 손실물을 포함한다. 잔여 물 슬러지의 농도는 바람직하게는 0.02 내지 5.0중량%, 특히 1.5중량%이다. 본 발명에 따라, 섬유 분율 대 충전제 및/또는 안료 분율(중량%)의 정량적 비율은 20:80 또는 80:20, 특히 종이 생산으로부터의 폐수에서 40:60의 섬유 대 안료의 비율이 특히 바람직하다.
이로 인해, 예컨대 종이 펄프용 여러 종이 미가공 물질, 예비코팅, 커버 코팅 및 단일 코팅용 충전제 또는 안료 또는 슬러리의 품질 및 생산성 요구에 대한 유연하고 신속한 반응, 또는 단독 착색 공정, 및 다른 충전제 또는 안료와의 혼합을 가능하게 한다.
본 발명에 따라, 무기 충전제 및 안료의 혼합 및/또는 연마 도중, 자체 공지된 첨가제, 예컨대 습윤제, 안정화제, 분쇄 보조제 및 분산 보조제가 사용될 수 있 다.
본 발명에 의해 수득 가능한 안료 슬러리는 종이 산업, 특히 종이 코팅용 코팅 슬립의 제조를 위해 또는 종이 펄프에서 특히 유리하게 사용될 수 있다. 특히, 오프셋 종이용 코팅 안료 슬러리의 제조에 사용되는 것이 바람직하다. 더불어, 본 발명에 따른 슬러리는 또한 경량의 코팅 종이용 코팅 슬립을 제조를 위해 특히 빠른 코팅 속도를 위해, 및 회전 오프셋 종이의 제조를 위해 특히 경량의 코팅된 회전 오프셋 종이의 제조를 위해, 판지 및 특수지, 예컨대 라벨, 벽지, 실리콘계 종이, 카본지-이외의 종이, 포장지의 코팅을 위해, 및 요판 인쇄 종이에서의 혼합을 위해 적합하다. 따라서, 본 발명에 따라 수득 가능한 코팅 안료 슬러리는 특별하게는 시트-공급 오프셋 공정에서, 특히 시트-공급 오프셋 단일 코팅, 시트-공급 오프셋 이중 코팅, 즉 시트-공급 오프셋 예비코팅 및 시트-공급 오프셋 커버 코팅에서; 회전 오프셋 공정에서, 특히 LWC 회전 오프셋 단일 코팅, 회전 오프셋 이중 코팅, 즉 회전 오프셋 예비코팅 및 회전 오프셋 커버 코팅을 위해; 요판 인쇄에서, 특히 LWC 요판 단일 코팅, 요판 인쇄 이중 코팅, 즉 요판 예비코팅 및 요판 인쇄 커버 코팅을 위해; 판지에서, 특히 판지 다중 코팅, 즉 판지 예비코팅 및 판지 커버 코팅을 위해; 및 플렉소 인쇄뿐만 아니라, 특수지를 위해, 특히 라벨 및 유연한 포장을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 충전제 및 안료는 디지털 인쇄 방법들에 대해 종이에 유리하게 사용될 수 있다.
상기 공정으로 인해, 미가공 종이, 코팅의 품질 손실 없이 특히 이로부터의 최종 품질의 손실 없이, 본 발명에 따라 제조된 안료 슬러리를 사용할 수 있게 된 다.
에너지 투입으로 인해, 동시 연마 도중의 온도는 자체적으로 상승될 것이다. 특히 중합체 분산제의 막 형성을 위해, 본 발명에 따라 50℃ 이상의 온도에서 동시 연마를 실시하는 것이 특히 바람직하다. 동시 연마는 5 mm 이하, 특히 0.2 내지 2 mm의 등가 직경을 갖는 분쇄 볼의 존재 하에서 실시되는 것이 바람직하다. 문헌에서 공지되어 있는 바와 같이, 이 목적을 위해서는 산화세륨 및/또는 산화이트륨에 의해 안정화된 이산화지르코늄 분쇄 볼이 특히 적합하다.
본 발명의 다른 실시양태는 본 발명의 방법에 의해 수득 가능한 코팅 분산제에 관한 것이다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 이들 코팅 분산제는 종이 산업에서 코팅 슬립의 제조를 위해 특히 코팅을 위해, 또는 여러 분야의 종이 산업, 예컨대 시트-공급 오프셋, 회전 오프셋, 요판 인쇄, 판지 및 특수지에 사용된다.

Claims (12)

  1. 천연 탄산칼슘(GCC)과 침전 탄산칼슘(PCC)을 동시 연마시킴으로써 종이 산업에 사용하기 위한 코팅 분산제를 제조하는 방법으로서,
    PCC 5 내지 70중량%를 함유하는 슬러리와 분말 GCC를 동시 연마시켜서, 0.7 내지 3 μm의 중량 평균 입자 크기를 갖는 5 μm 미만 90중량% 이상, 2 μm 미만 70중량% 이상 및 1 μm 미만 20중량% 이상의 탄산칼슘의 입자 크기 분포를 수득하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    PCC 10 내지 40중량%, 특히 10 내지 25중량%를 함유하는 PCC-함유 슬러리를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    50중량% 이상, 특히 60중량% 이상의 고체 함량을 갖는 코팅 분산제를 동시 연마시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동시 연마를, 화이트 클레이(white clay), 인조 및/또는 천연 규산알루미늄 및 옥사이드 하이드레이트(oxide hydrate), 새틴 화이트(satin white), 백운 석, 운모, 금속 박편, 특히 알루미늄 박편, 시트 실리케이트, 특히 벤토나이트, 금홍석, 수산화마그네슘, 석고, 활석, 알루미나, 이산화티탄, 규산칼슘, 및 기타 암석 및 흙의 단독으로서 또는 이들의 혼합물로서의 존재 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동시 연마 동안, 천연 고무, 합성 고무, 합성 수지 및 플라스틱 물질, 특히 폴리유레테인, 스타이렌/뷰타디엔, 스타이렌/아크릴산 또는 아크릴레이트, 스타이렌/뷰타디엔/아크릴산 또는 아크릴레이트, 및 바이닐 아세테이트/아크릴산 또는 아크릴레이트에 기초한 것들로부터 선택된 중합체 분산제-함유 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동시 연마를, 코팅 공장 폐수, 탈묵(deinking) 공장, 내부 물 처리 공장, 또는 종이, 잉크, 접착제 및 다른 공장들의 분리기로부터의 코팅-안료-함유 잔여 물 슬러지의 존재 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동시 연마를 50℃ 이상의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동시 연마를 수직 볼 밀(vertical ball mill)에서 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동시 연마를, 5 mm 이하, 특히 0.2 내지 2 mm의 등가 직경을 갖는 분쇄 볼의 존재 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    산화지르코늄으로 구성된 분쇄 밀, 특히 산화이트륨 및/또는 산화세륨의 내용물을 갖는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득 가능한 코팅 분산제.
  12. 종이 산업의 코팅 슬립, 특히 코팅의 제조를 위한, 또는 다양한 분야의 종이 산업, 예컨대 시트-공급 오프셋(sheet-fed offset), 회전 오프셋, 요판(intaglio) 인쇄, 판지 및 특수지를 위한 제 11 항의 코팅 분산제의 용도.
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