KR20130096693A - 코팅 적용분야에서의 쉐이딩용 수성 조성물 - Google Patents

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Abstract

(a) 적어도 하나의 화학식 I의 쉐이딩 염료, (b) 적어도 하나의 백색 안료, (c) 적어도 하나의 1차 바인더, (d) 임의의 하나 이상의 2차 바인더 및 (e) 물을 포함하는, 기재들, 바람직하게는 종이를 쉐이딩하기 위한, 수성 코팅 조성물.
화학식 I
Figure pct00004

상기 화학식 I에서,
R1은 H, 메틸 또는 에틸을 나타내고,
R2는 파라메톡시페닐, 메틸 또는 에틸을 나타내고,
M은 양이온이고, 상기 양이온은 수소, 알칼리 금속 양이온, 알칼리 토금속, 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼에 의해 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼에 의해 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼과 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼과의 조합에 의해 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, 또는 상기 화합물들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

Description

코팅 적용분야에서의 쉐이딩용 수성 조성물{AQUEOUS COMPOSITIONS FOR SHADING IN COATING APPLICATIONS}
본 발명은 높은 백색도(whiteness) 및 명도(brightness)를 갖는 쉐이딩된(shaded) 코팅 기재를 제공하는 데 사용될 수 있는, 특정한 쉐이딩 염료, 백색 안료, 1차 바인더(binder) 및 임의의 2차 바인더를 포함하는, 수성 코팅 조성물에 관한 것이다.
코팅된 종이의 백색도 및 이에 따른 매력은 코팅 조성물에 쉐이딩 염료를 첨가함으로써 개선될 수 있다는 것이 익히 공지되어 있다.
그러나, WO 제0218705 A1호에는 쉐이딩 염료 또는 안료의 사용이 백색도에 대해서는 긍정적인 효과를 갖지만 명도에 대해서는 부정적인 영향을 미친다는 것이 교시되어 있다(C.I. 다이렉트 바이올렛 35 및 C.I. 피그먼트 바이올렛 23에 의해 예시됨). 쉐이딩 염료를 사용하는 동안 명도가 저하되는 문제는 널리 공지되어 있는 문제이다.
더욱 높은 백색도 및 명도를 갖는 코팅된 종이에 대한 요구를 만족시키기 위해서는, 더욱 효과적인 쉐이딩 조성물이 요구된다.
놀랍게도, 본 발명자들은 본 발명에 이르러, 명도에 대해서는 거의 또는 전혀 효과를 갖지 않으면서도 백색도에 대해서는 매우 긍정적인 효과를 갖고, 제지업자로 하여금 높은 수준의 백색도 및 명도를 달성할 수 있도록 하기 위해 백색 안료, 1차 바인더 및 임의의 2차 바인더를 포함하는 코팅 조성물에 사용될 수 있는 특정한 쉐이딩 염료를 발견하였다.
따라서, 본 발명의 목적은, 최신 기술인 것으로 인정되는, 쉐이딩 염료의 사용에 의해 특징지워지는 단점(명도의 손실) 또는 쉐이딩 안료의 사용에 의해 특징지워지는 단점(더 낮은 백색도 빌드(whiteness build))을 피하면서도 향상된 높은 백색도 수준을 제공하는, 특정한 쉐이딩 염료, 백색 안료, 1차 바인더 및 임의의 2차 바인더를 함유하는 수성 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
발명의 설명
따라서, 본 발명은 기재들, 바람직하게는 종이를 쉐이딩하기 위한 수성 코팅 조성물을 제공하는 것으로,
상기 조성물은
(a) 적어도 하나의 화학식 I의 쉐이딩 염료,
(b) 적어도 하나의 백색 안료,
(c) 적어도 하나의 1차 바인더,
(d) 임의의 하나 이상의 2차 바인더 및
(e) 물
을 포함한다.
화학식 I
Figure pct00001
상기 화학식 I에서,
R1은 H, 메틸 또는 에틸을 나타내고,
R2는 파라메톡시페닐, 메틸 또는 에틸을 나타내고,
M은 양이온이고, 상기 양이온은 수소, 알칼리 금속 양이온, 알칼리 토금속, 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼에 의해 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼에 의해 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼과 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼과의 조합에 의해 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, 또는 상기 화합물들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
화학식 I의 바람직한 화합물은,
R1이 H, 메틸 또는 에틸을 나타내고,
R2가 파라메톡시페닐, 메틸 또는 에틸을 나타내고,
M이 양이온이고, 상기 양이온이 수소, 알칼리 금속 양이온, 알칼리 토금속, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼에 의해 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼과 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼과의 조합에 의해 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, 또는 상기 화합물들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것들이다.
화학식 I의 더욱 바람직한 화합물은,
R1이 메틸 또는 에틸을 나타내고,
R2가 메틸 또는 에틸을 나타내고,
M이 Li+, Na+, K+, ½ Ca2 +, ½ Mg2 +, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼에 의해 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼과 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼과의 조합에 의해 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, 또는 상기 화합물들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 양이온을 나타내는 것들이다.
화학식 I의 특히 바람직한 화합물은,
R1이 메틸을 나타내고,
R2가 메틸을 나타내고,
M이 Na+, K+, 트리에탄올암모늄, N-하이드록시에틸-N,N-디메틸암모늄, N-하이드록시에틸-N,N-디에틸암모늄 또는 상기 화합물들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 양이온을 나타내는 것들이다.
화학식 I의 화합물은 통상적으로 0.00001 내지 0.01중량%, 바람직하게는 0.00005 내지 0.005중량% 범위의 양으로 사용되고, 상기 중량%는 건조 백색 안료의 총 중량을 기준으로 한다.
백색 안료를 함유하지 않는 코팅 조성물을 제조하는 것은 가능하긴 하지만, 인쇄를 위한 최상의 백색 기재는 백색 안료를 10 내지 70중량%, 바람직하게는 백색 안료를 40 내지 60중량%로 포함하는 불투명한 코팅 조성물을 사용하여 제조되고, 상기 중량%는 상기 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 이러한 백색 안료는 일반적으로 무기 안료, 예를 들면 규산알루미늄(카올린, 또는 고령토로서 공지됨), 탄산칼슘(백악), 이산화티탄, 수산화알루미늄, 탄산바륨, 황산바륨 또는 황산칼슘(석고)이다. 바람직하게는, 점토 10 내지 20중량%와 백악 30 내지 40중량%와의 혼합물이 백색 안료로서 사용되고, 상기 중량%는 상기 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
상기 바인더는 코팅 조성물의 제조를 위해 제지 산업에서 통상적으로 사용되는 것들 중 어느 것일 수 있고, 단일 바인더로 이루어질 수 있거나 1차 바인더와 2차 바인더와의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 단독 또는 1차 바인더는 바람직하게는 합성 라텍스, 통상적으로 스티렌-부타디엔, 비닐 아세테이트, 스티렌 아크릴, 비닐 아크릴 또는 에틸렌 비닐 아세테이트 중합체이다. 바람직한 1차 바인더는 라텍스 바인더이다.
상기 단독 또는 1차 바인더는 통상적으로 2 내지 25중량%, 바람직하게는 4 내지 20중량% 범위의 양으로 사용되고, 상기 중량%는 백색 안료의 총 중량을 기준으로 한다.
임의로 사용될 수 있는 2차 바인더는, 예를 들면 전분, 카복시메틸셀룰로오스, 카제인, 대두 중합체, 폴리비닐 알코올 또는 상기의 것들 중 어느 것의 혼합물일 수 있다. 임의로 사용될 수 있는 바람직한 2차 바인더는 폴리비닐 알코올 바인더이다.
2차 바인더로서 당해 코팅 조성물에 임의로 사용될 수 있는 상기 폴리비닐 알코올은 바람직하게는 60% 이상의 가수분해도 및 2 내지 80mPa.s의 브룩필드 점도(20℃에서 4% 수성 용액)를 갖는다. 더욱 바람직하게, 상기 폴리비닐 알코올은 80% 이상의 가수분해도 및 2 내지 40mPa.s의 브룩필드 점도(20℃에서 4% 수성 용액)를 갖는다.
임의로 사용되는 경우, 상기 2차 바인더는 통상적으로 0.1 내지 20중량%, 바람직하게는 0.2 내지 8중량%, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 6중량% 범위의 양으로 사용되고, 상기 중량%는 백색 안료의 총 중량을 기준으로 한다.
당해 코팅 조성물의 pH 값은 통상적으로 5 내지 13, 바람직하게는 6 내지 11, 더욱 바람직하게는 7 내지 10의 범위이다. 당해 코팅 조성물의 pH를 조절할 필요가 있는 경우, 산 또는 염기를 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 산의 예에는 염산, 황산, 포름산 및 아세트산이 비제한적으로 포함된다. 사용될 수 있는 염기의 예에는 알칼리 금속 수산화물 또는 탄산염 및 알칼리 토금속 수산화물 또는 탄산염, 암모니아 또는 아민이 비제한적으로 포함된다.
하나 이상의 화학식 I의 화합물, 하나 이상의 백색 안료, 하나 이상의 바인더, 임의의 하나 이상의 2차 바인더 및 물 이외에도, 당해 코팅 조성물은 화학식 I의 화합물의 제조 동안 형성된 부산물들 뿐만 아니라 기타 통상의 종이 첨가제들을 함유할 수 있다. 이러한 첨가제의 예는, 예를 들면 동결방지제, 분산제, 합성 또는 천연 증점제, 캐리어, 소포제, 왁스 에멀젼, 염료, 무기 염, 용해 보조제, 보존제, 착화제, 살생물제, 가교결합제, 안료, 특정 수지 등이다.
당해 코팅 조성물은 하나 이상의 바인더, 임의의 하나 이상의 2차 바인더 및 하나 이상의 백색 안료의 예비형성된 수성 분산액에, 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 첨가함으로써 제조할 수 있다.
하나 이상의 화학식 I의 화합물 및 임의의 하나 이상의 2차 바인더는 하나 이상의 백색 안료의 예비형성된 수성 분산액에, 고체로서 또는 예비형성된 수성 용액으로서 첨가될 수 있다.
본 발명은 추가로, 적어도 하나의 화학식 I의 쉐이딩 염료, 적어도 하나의 백색 안료, 적어도 하나의 바인더 및 임의의 적어도 하나의 2차 바인더를 포함하는 수성 코팅 조성물을 사용함을 특징으로 하는, 종이 기재들의 쉐이딩 방법을 제공한다.
예비형성된 수성 용액으로서 사용되는 경우, 화학식 I의 화합물의 수 중 농도는 바람직하게는 0.001 내지 30중량%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 25중량%, 더욱 더 바람직하게는 0.02 내지 20중량%이고, 상기 중량%는 상기 화학식 I의 화합물을 함유하는 상기 예비형성된 수성 용액의 총 중량을 기준으로 한다.
예비형성된 수성 용액으로서 사용되는 경우, 2차 바인더의 수 중 농도는 바람직하게는 1 내지 50중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 40중량%, 더욱 더 바람직하게는 5 내지 30중량%이고, 상기 중량%는 상기 2차 바인더를 함유하는 상기 예비형성된 수성 용액의 총 중량을 기준으로 한다.
하기 실시예들은 본 발명을 더욱 상세하게 설명할 것이다. 본원에서, 달리 지시되지 않는다면, "부"는 "중량부"를 의미하고, "%"는 "중량%"를 의미한다.
실시예
제조 실시예 1
화학식 1의 화합물 50부를 실온에서 효율적으로 교반하면서 물 450부에 서서히 첨가함으로써, 화학식 1의 화합물을 함유하는 수성 쉐이딩 용액(S1)을 제조한다. 수득된 용액을 1시간 동안 교반하고 여과하여 임의의 불용성 입자들을 제거한다. 수득된 쉐이딩 용액(S1)은 6.0 내지 7.0 범위의 pH를 갖고, 화학식 1의 화합물을 10중량%로 함유하며, 상기 중량%는 상기 최종 수성 쉐이딩 용액(S1)의 총 중량을 기준으로 한다.
화학식 1
Figure pct00002

적용실시예 1
백악(OMYA로부터 상품명 Hydrocarb 90으로 시판 중임) 70부, 점토(IMERYS로부터 상품명 Kaolin SPS로 시판 중임) 30부, 물 42.8부, 분산제(BASF로부터 상품명 Polysalz S로 시판 중인 폴리아크릴산의 나트륨염) 0.6부, 50% 라텍스(Dow로부터 상품명 DL 921로 시판 중인 스티렌 부타디엔 공중합체) 20부 및 98 내지 99%의 가수분해도 및 4.0 내지 5.0mPa.s의 브룩필드 점도(20℃에서 4% 수성 용액)를 갖는 폴리비닐 알코올 0.8부를 함유하는 코팅 조성물을 제조한다. 상기 코팅 조성물의 고형분 함량은 물을 첨가하여 약 65%로 조절하고, pH를 수산화나트륨에 의해 8 내지 9로 조절한다.
제조 실시예 1에 따라 제조한 수성 쉐이딩 용액(S1)을 물을 사용하여 1부에서 1000부로 희석한다.
이렇게 형성된 희석된 수성 용액을 상기 교반된 코팅 조성물에 0 내지 20중량%(건조 고형분을 기준으로 하여, 화학식 1의 화합물 0 내지 0.002중량%)의 농도 범위로 첨가하고, 상기 중량%는 상기 건조 안료의 총 중량을 기준으로 한다.
이어서, 상기 쉐이딩된 코팅 조성물을, 표준 속도 세팅 및 표준 부하를 바(bar) 위에 갖는 자동 권선형 바 어플리케이터(automatic wire-wound bar applicator)를 사용하여 시판의 75 gsm 중간-크기 백색 종이 베이스 시트에 도포한다. 이어서, 상기 코팅된 종이를 고온 공기 유동 중에서 5분 동안 건조시킨다. 이후, 상기 종이를 컨디셔닝되도록 한 다음, 보정된 미놀타 분광광도계(Minolta spectrophotometer)로 CIE 백색도 및 명도에 대해 측정한다. 상기 결과가 각각 표 1 및 표 2에 기재되어 있고, 본 발명은 쉐이딩 염료를 최고량으로 첨가했을 때의 명도 손실이 단지 0.2%에 불과하면서도 높은 수준의 백색도를 제공한다는 것이 명백하게 입증된다.
비교 적용실시예 1a
비교 적용실시예 1a는 상기 수성 쉐이딩 용액(S1) 대신에 C.I. 다이렉트 바이올렛 35의 10중량% 수성 용액을 사용한 것을 제외하고는, 적용실시예 1에서와 동일하게 수행하였고, 상기 중량%는 상기 C.I. 다이렉트 바이올렛 35 수성 용액의 총 중량을 기준으로 한다. CIE 백색도 및 명도를 보정된 미놀타 분광광도계로 측정하였다. 상기 결과가 각각 표 1 및 표 2에 기재되어 있고, 최신 기술을 나타내는 쉐이딩 염료의 사용은 0.7% 이하의 명도 손실을 나타내면서도 더 낮은 백색도 수준을 제공한다는 것이 명백하게 입증된다.
비교 적용실시예 1b
비교 적용실시예 1b는 상기 수성 쉐이딩 용액(S1) 대신에 C.I. 피그먼트 바이올렛 23의 10중량% 수성 분산액을 사용한 것을 제외하고는, 적용실시예 1에서와 동일하게 수행하였고, 상기 중량%는 상기 C.I. 피그먼트 바이올렛 23 수성 분산액의 총 중량을 기준으로 한다. CIE 백색도 및 명도를 보정된 미놀타 분광광도계로 측정하였다. 상기 결과가 각각 표 1 및 표 2에 기재되어 있고, 최신 기술을 나타내는 쉐이딩 안료의 사용은 훨씬 더 낮은 백색도 수준을 제공한다는 것이 명백하게 입증된다.
염료 또는 안료 농도
(건조 고형분 기준)
[%]		 백색도
적용실시예 1 비교 적용실시예 1a 비교 적용실시예 1b
0 65.5 65.5 65.5
0.0005 67.2 66.7 66.3
0.001 68.7 68.0 66.9
0.0015 70.1 69.2 67.5
0.002 71.2 70.3 68.2
염료 또는 안료 농도
(건조 고형분 기준)
[%]		 명도
적용실시예 1 비교 적용실시예 1a 비교 적용실시예 1b
0 84.6 84.6 84.6
0.0005 84.6 84.4 84.5
0.001 84.6 84.2 84.4
0.0015 84.5 84.1 84.3
0.002 84.4 84.0 84.3

Claims (13)

  1. 기재들, 바람직하게는 종이를 쉐이딩(shading)하기 위한 수성 코팅 조성물로서,
    상기 조성물은
    (a) 적어도 하나의 화학식 I의 쉐이딩 염료,
    (b) 적어도 하나의 백색 안료,
    (c) 적어도 하나의 1차 바인더(binder),
    (d) 임의의 하나 이상의 2차 바인더 및
    (e) 물
    을 포함하고,
    상기 화학식 I의 화합물을 건조 백색 안료의 총 중량을 기준으로 하여, 0.00001 내지 0.01중량%로 포함하는, 수성 코팅 조성물.
    화학식 I
    Figure pct00003

    상기 화학식 I에서,
    R1은 H, 메틸 또는 에틸을 나타내고,
    R2는 파라메톡시페닐, 메틸 또는 에틸을 나타내고,
    M은 양이온이고, 상기 양이온은 수소, 알칼리 금속 양이온, 알칼리 토금속, 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼에 의해 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼에 의해 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼과 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼과의 조합에 의해 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, 또는 상기 화합물들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학식 I에서,
    R1이 H, 메틸 또는 에틸을 나타내고,
    R2가 파라메톡시페닐, 메틸 또는 에틸을 나타내고,
    M이 양이온이고, 상기 양이온이 수소, 알칼리 금속 양이온, 알칼리 토금속, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼에 의해 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼과 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼과의 조합에 의해 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, 또는 상기 화합물들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 수성 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화학식 I에서,
    R1이 메틸 또는 에틸을 나타내고,
    R2가 메틸 또는 에틸을 나타내고,
    M이 Li+, Na+, K+, ½ Ca2+, ½ Mg2+, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼에 의해 일치환, 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, C1-C4 직쇄 또는 분지쇄 알킬 라디칼과 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시알킬 라디칼과의 조합에 의해 이치환, 삼치환 또는 사치환된 암모늄, 또는 상기 화합물들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 양이온을 나타내는, 수성 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화학식 I에서,
    R1이 메틸을 나타내고,
    R2가 메틸을 나타내고,
    M이 Na+, K+, 트리에탄올암모늄, N-하이드록시에틸-N,N-디메틸암모늄, N-하이드록시에틸-N,N-디에틸암모늄 또는 상기 화합물들의 혼합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 양이온을 나타내는, 수성 코팅 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 백색 안료를 10 내지 70% 포함하는, 수성 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 백색 안료가 무기 안료인, 수성 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 1차 바인더가 합성 라텍스, 바람직하게는 스티렌-부타디엔, 비닐 아세테이트, 스티렌 아크릴, 비닐 아크릴 또는 에틸렌 비닐 아세테이트 중합체인, 수성 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단독 또는 1차 바인더가 백색 안료의 총 중량을 기준으로 하여, 2 내지 25중량% 범위의 양으로 사용되는, 수성 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 바인더가 전분, 카복시메틸셀룰로오스, 카제인, 대두 중합체, 폴리비닐 알코올 또는 이들 바인더들의 혼합물인, 수성 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅 조성물의 pH가 5 내지 13의 범위 내에 있는, 수성 조성물.
  11. 종이 기재들을 쉐이딩하기 위한, 제1항에 따른 수성 코팅 조성물의 용도.
  12. 제11항에 있어서, 상기 코팅 조성물이, 상기 화학식 I의 화합물을 포함하는 예비형성된 용액으로서 사용되고, 상기 화학식 I의 화합물은 상기 예비형성된 수성 용액의 총 중량을 기준으로 하여, 0.001 내지 30중량%의 농도로 포함되는, 용도.
  13. 종이 기재들을 쉐이딩하기 위한 방법으로서, 상기 기재 위에 제1항에 따른 코팅 조성물을 코팅하는, 방법.
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