KR20160125508A

KR20160125508A - 개선된 고전단 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액

Info

Publication number: KR20160125508A
Application number: KR1020167026547A
Authority: KR
Inventors: 안토니 브이 라이언스; 로저 와이건트; 다니엘 제이 판필; 크리스 부스비; 필 존스
Original assignee: 이메리스 유에스에이, 인크.
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-10-31
Also published as: EP3119729A1; WO2015130743A1; JP2017512850A; US20160362575A1; EP3119729A4

Abstract

무기 미립자 현탁액은 약 70 이상의 형상 계수를 갖는 제1 카올린, 및 약 20 이하의 형상 계수를 갖는 제2 카올린을 포함할 수 있다. 제1 카올린 및 제2 카올린은 카올린 조성물을 형성하고, 이는 약 90:10 내지 약 50:50 범위의 제1 카올린 대 제2 카올린의 함량비를 가질 수 있다. 무기 미립자 현탁액은 약 55 내지 약 75 범위의 형상 계수를 갖는 카올린 조성물을 포함하고, 여기서 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 70 중량% 내지 약 90 중량%는 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가진다. 현탁액은 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 600 rpm 내지 약 700 rpm 범위의 허큘리스 점도를 가질 수 있고, 현탁액은 약 55% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있다.

Description

개선된 고전단 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액{INORGANIC PARTICULATE SUSPENSION HAVING IMPROVED HIGH SHEAR VISCOSITY}

우선권 주장

PCT 국제특허출원은 2014년 2월 26일에 출원된 미국 가특허출원 제61/944,973호의 우선권의 이익을 주장하며, 이의 주제는 이의 전문이 참조로 본원에 포함되어 있다.

상세설명

본 개시물의 기술분야

본 개시물은 무기 미립자 현탁액, 보다 상세하게는, 코팅 조성물에 사용하기 위한 개선된 고전단 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액에 관한 것이다.

미립자 카올린 생성물은 다양한 용도, 예컨대, 예를 들면 페인트, 플라스틱, 중합체, 제지 산업, 및 제지 코팅에 사용하기 위한 안료, 충전재, 및 증량제로서의 용도가 발견된다. 차이나 클레이, 또는 수화된 카올린로서 지칭되는 카올린 클레이는 다양한 소량의 불순물과 함께 주로 미네랄 카올리나이트 및 수화된 알루미늄 실리케이트로 이루어진다.

특정 카올린은 일반적으로 하기 3개의 형태로 존재한다: 수화된 카올린, 하소된 카올린, 및 화학적으로 응집된 카올린. 수화된 카올린은 주로 미네랄 카올리나이트이고, 이는 천연 공급원으로부터 얻어진다. 하소된 카올린은 고온에서 수화된 카올린을 예를 들면 800℃ 초과의 온도에서 처리함으로써 얻어진다. 화학적으로 응집된 카올린은 수화된 카올린을 화학물질로 처리함으로써 제조되는 하소된 카올린의 것과 유사한 미세-구조를 갖는 복합체이다. 하소된 카올린 및 화학적으로 응집된 카올린은 수화된 카올린과 비교하여 특정 응용분야 조성물에서의 장점을 나타낼 수 있다. 그러나, 하소된 카올린 및 화학적으로 응집된 카올린의 장점은 단점이 없는 것은 아니다. 하소된 카올린 및 화학적으로 응집된 카올린의 제조 비용은 수화된 카올린의 것보다 훨씬 높다. 또한, 하소된 카올린 및 화학적으로 응집된 카올린은 특정 제지 물성에 개선된 효과를 주는 한편 다른 물성, 예컨대 강도에 부정적인 영향을 미친다.

카올린은 페인트, 플라스틱, 및 제지 코팅 조성물에서의 증량제 또는 안료로서 사용되고 있다. 하소된 카올린 안료는 이러한 조성물에 대해 바람직한 물리적 및 광학적 물성을 줄 수 있다. 평탄화 (또는 매트화(matting)) 제제로서, 이들은 이들이 도포되는 기판에 대한 표면을 평활하게 한다. 불투명화제(opacifier)로서, 이들은 휘도, 백색도, 광택도, 및 다른 바람직한 광학 특성을 부여한다. 증량제로서, 이들은 이산화티탄 및 다른 더 고가의 안료를 백색도 또는 휘도가 최소로 손실되게 하며 부분적으로 대체할 수 있게 한다.

제지 코팅물은 비제한적으로 물질의 광택도, 평활도, 불투명성, 및/또는 휘도를 증가시키는 것을 포함하는 다수의 목적을 위해 시트상 물질에 대해 도포된다. 또한, 코팅물은 감추어진 불규칙 표면에 도포될 수 있거나 또는 다른 의미에서 인쇄의 허용성을 위해 표면을 개선할 수 있다. 제지 코팅물은 일반적으로 소수성 접착체 및 다른 광학적 성분과 함께 안료 물질의 수성 현탁 유체를 형성함으로서 제조된다.

코팅물은 종래에 짧은 체류 시간 코팅 헤드(short dwell time coating head)를 포함하는 코팅 기계에 의해 도포되었고, 이는 약간의 가압 하에서의 코팅 조성물의 포집 폰드(captive pond)가 과량의 코팅 조성물이 트레일링 블레이드에 의해 제거되기 이전에 제지를 코팅하기에 충분한 시간 동안 이동되는 제지 웹과 접촉되도록 고정하는 장치이다.

일반적으로, 제지 코팅 및 충전재에 사용하기 위한 카올린은 선택되어 바람직한 일련의 물리적 및 광학적 특성, 예를 들면, 최대 광 산란을 제공할 수 있다.

예를 들면, 하이퍼플래티 카올린(hyperplaty kaolin)(예를 들면, 약 70 이상의 형상 계수를 갖는 카올린)은 이러한 코팅물에 사용될 수 있고, 그리고 일반적으로 코팅된 기판의 개선된 품질 및 인쇄가능성을 갖는 코팅물을 제공할 수 있다. 그러나, 하이퍼플래티 카올린은 코팅물의 고전단 점도를 증가시킬 것이고, 이는 결국 바람직하지 않게는 코팅 도포를 곤란하게 할 것이다. 또한, 고전단 점도는 코팅 조성물에서의 감소된 고형분을 야기할 수 있고, 이에 의해 카올린의 충전 효과를 감소시킬 것이다. 따라서, 이는 감소된 고전단 점도를 갖는 코팅 조성물을 제공하여 제지, 판지, 및 패키징에 대해 개선된 코팅 응용성이 달성될 수 있게 하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 이는 감소된 고전단 점도를 갖는 코팅 조성물을 제공하여 코팅 조성물의 고형분을 증가시키는 것이 바람직할 것이다.

요약

제1 양태에 따라, 무기 미립자 현탁액은 약 70 이상의 형상 계수(shape factor)를 갖는 제1 카올린, 및 약 20 이하의 형상 계수를 갖는 제2 카올린을 포함할 수 있다. 제1 카올린 및 제2 카올린은 카올린 조성물을 형성하고, 카올린 조성물은 약 90:10 내지 약 50:50 범위의 제1 카올린 대 제2 카올린의 함량비를 가질 수 있다. 예를 들면, 카올린 조성물은 약 55 내지 약 75, 약 60 내지 약 75, 또는 약 63 내지 약 70의 형상 계수를 가질 수 있다. 일부 양태에 따라, 무기 미립자 현탁액은 약 85:15 내지 약 60:40, 또는 약 80:20 내지 약 70:30의 범위의 제1 카올린 대 제2 카올린의 함량비를 가질 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같은, "형상 계수"는 예를 들면 미국특허 제5,128,606호에 기재되어 있는 전기 전도성 방법 및 장치를 사용하고 이의 명세서로부터 유도되는 식을 사용하여 측정되는 바와 같이 다양한 크기 및 형상의 입자의 집단에 대해 입자 두께에 대한 평균 입자 직경의 비의 평균값(중량 평균 기준)의 측정치이다. "평균 입자 직경"은 입자의 최대 표면과 동일한 면적을 갖는 원의 직경으로서 정의된다. 시험시 입자의 완전하게-분산된 수성 현탁액의 전기 전도성은 신장된 튜브를 통해 유동하게 한다. 전기 전도성의 측정은 (a) 튜브의 세로축에 따라 서로로부터 분리된 한 쌍의 전극, 및 (b) 튜브의 가로폭에 걸쳐 서로 분리된 한 쌍의 전극 사이에서 이루어진다. 2개의 전도성 측정값 사이의 차이를 사용하여, 시험시 미립자 물질의 형상 계수가 결정될 수 있다.

다른 양태에 따라, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 70 중량% 내지 약 90 중량%는 2 미크론 미만의 등가 구형 직경(equivalent spherical diameter)을 가질 수 있다. 예를 들면, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 75 중량% 내지 약 85 중량%는 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 추가의 양태에 따라, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 20 중량% 내지 약 40 중량%가 0.25 미크론의 등가 구형 직경을 가질 수 있고, 예를 들면, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 25 중량% 내지 약 35 중량%가 0.25 미크론의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

예를 들면, 입자 크기 분포(psd)의 맥락에서 본원에 사용되는 바와 같은 "입자 크기"는 등가 구형 직경(equivalent spherical diameter, esd)과 관련하여 측정될 수 있다. 본 개시물에 관련되는 입자 크기 특성은 익히-공지된 방식, 예를 들면, Micromeritics Corporation에 의해 공급되는 SEDIGRAPH 5100™ 기계를 사용하여 수성 매질에서 완전하게-분산된 조건 하에 미립자 물질을 침전시킴으로써 측정될 수 있다. 이러한 기계는 특정 esd 값 미만의 "등가 구형 직경"(esd)으로 본 기술분야에서 지칭되는 크기를 갖는 입자의 중량에 의한 누적 백분율의 플롯(plot) 및 측정값을 제공할 수 있다. 예를 들면, 평균 입자 크기(d₅₀)는 d₅₀ 값 미만의 esd를 갖는 입자의 50 중량%가 존재하는 입자 esd의 이러한 방식에서 결정될 수 있는 값이다.

또 다른 양태에 따라, 무기 미립자 현탁액은 약 55% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있다. 예를 들면, 무기 미립자 현탁액은 약 60% 내지 약 75% 고형물, 약 65% 내지 약 75% 고형물, 또는 약 65% 내지 약 70% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있다.

추가의 양태에 따라, 무기 미립자 현탁액은 "A" 밥(bob)을 사용하여 18.0 dyne에서 약 600 rpm 내지 약 700 rpm 범위의 허큘리스 점도를 가질 수 있다. 예를 들면, 무기 미립자 현탁액은 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 610 rpm 내지 약 690 rpm, 또는 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 620 rpm 내지 약 685 rpm 범위의 허큘리스 점도를 가질 수 있다.

추가의 양태에 따라, 무기 미립자 현탁액은 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 280 cps 내지 약 580 cps 범위의 브룩필드 점도를 가질 수 있다. 예를 들면, 무기 미립자 현탁액은 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 300 cps 내지 약 550 cps, 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 350 cps 내지 약 550 cps, 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 500 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 가질 수 있다.

추가의 양태에 따라, 제1 카올린은 약 75 초과의 형상 계수를 가질 수 있다. 추가의 양태에 따라, 제1 카올린은 약 2 내지 약 15 미크론 범위의 평균 플레이트 직경을 가질 수 있다. 평균 플레이트 직경은 2.356을 형상 계수 (SF)로 나눈 결과의 제곱근을 중앙 입자 크기(d₅₀)와 곱한 것과 동일한 제닝스 방정식(Jennings equation), 또는 하기 식에 의해 결정될 수 있다:

평균 플레이트 직경 = d₅₀ x (2.356/SF)^1/2.

다른 양태에 따라, 제1 카올린의 입자의 적어도 약 65 중량% 내지 약 85 중량%는 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 또다른 양태에 따라, 제1 카올린의 입자의 적어도 약 15 중량% 내지 약 30 중량%는 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

또다른 양태에 따라, 제2 카올린은 약 15 이하의 형상 계수를 가질 수 있다. 추가의 양태에 따라, 제2 카올린의 입자의 적어도 약 95 중량%는 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 다른 양태에 있어서, 제2 카올린의 입자의 적어도 약 50 중량% 내지 약 65 중량%는 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

추가의 양태에 따라, 무기 미립자 현탁액은 약 55 내지 약 75 범위의 형상 계수를 갖는 카올린 조성물을 포함할 수 있고, 여기서 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 70 중량% 내지 약 90 중량%는 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가진다. 무기 미립자 현탁액은 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 600 rpm 내지 약 700 rpm 범위의 허큘리스 점도를 가질 수 있고, 무기 미립자 현탁액은 약 55 중량% 내지 약 75 중량% 범위의 고형분을 가질 수 있다.

다른 양태에 따라, 카올린 조성물은 약 60 내지 약 75, 또는 약 63 내지 약 70 범위의 형상 계수를 가질 수 있다.

다른 추가의 양태에 따라, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 75 중량% 내지 약 85 중량%가 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 또다른 양태에 따라, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 20 중량% 내지 약 40 중량%가 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있고, 예를 들면, 카올린 조성물의 입자의 적어도 25 중량% 내지 약 35 중량%가 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

추가의 양태에 따라, 무기 미립자 현탁액은 약 60% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있다. 예를 들면, 무기 미립자 현탁액은 약 65% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있거나, 또는 무기 미립자 현탁액은 약 65% 내지 약 70% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있다.

다른 양태에 따라, 무기 미립자 현탁액은 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 610 rpm 내지 약 690 rpm, 또는 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 620 rpm 내지 약 685 rpm 범위의 허큘리스 점도를 가질 수 있다.

또다른 양태에 따라, 무기 미립자 현탁액은 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 300 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 가질 수 있다. 예를 들면, 무기 미립자 현탁액은 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 350 cps 내지 약 550 cps, #2 스핀들을 사용하여 약 500 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 가질 수 있다.

하기 일반적인 설명 및 하기 상세한 설명 모두 예시적인 것이고 단지 설명을 위한 것이며, 본 발명을 제한하지 않는 것으로 이해된다.

예시적인 구현예의 설명

본 발명의 예시적인 구현예에 대한 참조가 하기에 상세될 것이다.

본 출원인은 놀랍게도 미세 괴상 카올린(fine blocky kaolin)(예를 들면, 입자의 약 95% 이상이 2 미크론 미만이게 하는 esd 및 약 20 이하의 형상 계수를 갖는 카올린)을 하이퍼플래티 카올린(예를 들면, 약 70 이상의 형상 계수를 갖는 카올린)과 배합하여 하이퍼플래티 카올린 조성물을 함유하는 무기 미립자 현탁액의 고전단 점도를 감소시키는 코팅 조성물에서 사용하기 위한 무기 미립자 현탁액용 카올린 조성물을 생성한다. 또한, 생성된 카올린 조성물은 또한 슬러리 고형분의 증가를 허용한다. 예를 들면, 일부 구현예에 따라, 고형분은 단지 하이퍼플래티 카올린 단독(즉, 미세 괴상 카올린 없음) 및 비-카올린 고형물을 함유하는 안료 슬러리에 비해 약 1% 내지 약 10% (예를 들면, 2% 내지 약 7%)로 증가될 수 있다.

일부 구현예에 따라, 무기 미립자 현탁액은 약 70 이상의 형상 계수를 갖는 제1 카올린, 및 약 20 이하의 형상 계수를 갖는 제2 카올린을 포함할 수 있다. 제1 카올린 및 제2 카올린은 카올린 조성물을 형성하고, 카올린 조성물은 약 90:10 내지 약 50:50 범위의 제1 카올린 대 제2 카올린의 함량비를 가질 수 있다. 예를 들면, 카올린 조성물은 약 55 내지 약 75, 약 60 내지 약 75, 또는 약 63 내지 약 70 범위의 형상 계수를 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 무기 미립자 현탁액은 약 85:15 내지 약 60:40, 또는 약 80:20 내지 약 70:30 범위의 제1 카올린 대 제2 카올린의 함량비를 가질 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같은, "형상 계수"는 예를 들면 미국특허 제5,128,606호에 기재되어 있는 전기 전도성 방법 및 장치를 사용하고 이의 명세서로부터 유도되는 식을 사용하여 측정되는 바와 같이 다양한 크기 및 형상의 입자의 집단에 대해 입자 두께에 대한 평균 입자 직경의 비의 평균값 (중량 평균 기준)의 측정치이다. "평균 입자 직경"은 입자의 최대 표면과 동일한 면적을 갖는 원의 직경으로서 정의된다. 시험시 입자의 완전하게-분산된 수성 현탁액의 전기 전도성은 신장된 튜브를 통해 유동하게 한다. 전기 전도성의 측정은 (a) 튜브의 세로축에 따라 서로로부터 분리된 한 쌍의 전극, 및 (b) 튜브의 가로폭에 걸쳐 서로 분리된 한 쌍의 전극 사이에서 이루어진다. 2개의 전도성 측정값 사이의 차이를 사용하여, 시험시 미립자 물질의 형상 계수를 결정할 수 있다.

일부 구현예에 따라, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 70 중량% 내지 약 90 중량%는 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 75 중량% 내지 약 85 중량%가 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 추가의 양태에 따라, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 20 중량% 내지 약 40 중량%가 0.25 미크론의 등가 구형 직경을 가질 수 있고, 예를 들면, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 25 중량% 내지 약 35 중량%는 0.25 미크론의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 카올린 조성물의 입자의 약 95 중량% 이상은 10 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 카올린 조성물의 입자의 약 97 중량% 이상은 10 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있거나, 또는 카올린 조성물의 입자의 약 97 중량% 이상은 10 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 카올린 조성물의 입자의 약 94 중량% 이상은 5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 카올린 조성물의 입자의 약 95 중량% 이상은 5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 55 중량% 내지 약 75 중량%가 1 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 60 중량% 내지 약 70 중량%가 1 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 40 중량% 내지 약 60 중량%가 0.5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있고, 예를 들면, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 45 중량% 내지 약 55 중량%가 0.5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 무기 미립자 현탁액은 약 55% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있다. 예를 들면, 무기 미립자 현탁액은 약 60% 내지 약 75% 고형물, 약 65% 내지 약 75% 고형물, 또는 약 65% 내지 약 70% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 무기 미립자 현탁액은 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 600 rpm 내지 약 700 rpm 범위의 허큘리스 점도를 가질 수 있다. 예를 들면, 무기 미립자 현탁액은 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 610 rpm 내지 약 690 rpm, 또는 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 620 rpm 내지 약 685 rpm 범위의 허큘리스 점도를 가질 수 있다.

본원에 사용되는 바와 같은 "점도"는 카올린 클레이의 유동학적 특성의 측정값이다. 특히, 점도는 흐름에서의 변화에 대한 카올린의 저항성의 측정값이다. 본 기술분야의 당업자는 허큘리스 점도 및 브룩필드 점도를 포함하는 통상적인 점도의 측정 방법에 익숙하다.

허큘리스 점도계는 무기 미립자 현탁액, 예를 들면, 카올린 슬러리의 고전단 점도의 측정값을 제공한다. 허큘리스 점도는 통상적으로 적절한 직경 및 길이의 실린더(밥(bob))(통상적으로 A-밥 또는 E-밥)를 배치함으로써 측정된다. 다양한 샘플의 허큘리스 점도는 일정한 샘플의 고형분 백분율, 밥 크기, 및 인가된 토크를 유지함으로써 비교될 수 있다. 허큘리스 점도계는 밥에 토크를 인가하고, 이는 이것이 조절된 가속도로 회전하게 한다. 점도계는 밥 회전 속도를 증가시킴에 따라, 컵(cup)에서의 점성 저항도 증가된다. 좋지 못한 고전단 유동성을 갖는 슬러리는 "양호한" 고전단 유동성을 갖는 슬러리보다 더 낮은 밥 rpm에서 컵에 대한 최대 측정가능한 토크를 발휘할 것이다. 따라서, 허큘리스 점도는 통상적으로 밥 회전 속도(bob spin rate), 또는 분당 회전수(rpm)의 용어로 표현된다. "다인 종료점(dyne endpoint)"은 최저 허큘리스 점도의 표식이다. 최대 측정가능한 토크가 컵에서 발휘되기 이전에 밥이 이의 최대 rpm에 도달되는 경우 다인 종료점이 도달된다. 때때로 "18.0 다인(dyne)"은 1.8　x　10^7 dyne-cm 또는 18 megadyne-cm의 약어로서 사용될 수 있다.

일부 구현예에 따라, 무기 미립자 현탁액은 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 280 cps 내지 약 580 cps 범위의 브룩필드 점도를 가질 수 있다. 예를 들면, 무기 미립자 현탁액은 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 300 cps 내지 약 550 cps, 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 350 cps 내지 약 550 cps, 또는 #2 스핀들을 사용하여 약 500 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 가질 수 있다.

브룩필드 점도계는 센티포아즈 (cps)의 단위로 표현되는 무기 미립자 현탁액, 예를 들면, 카올린 슬러리의 저전단 점도의 측정값을 제공한다. 1 센티포아즈는 1 센티미터-그램-초 단위와 동일하다. (1 센티포아즈는 포아즈의 백분의 일(1 x 10^-2)이다.) 따라서, 모든 다른 것이 동일하면, 100 센티포아즈 샘플은 500 센티포아즈 샘플보다 더 낮은 점도를 가진다.

일부 구현예에 따라, 제1 카올린은 약 75 초과의 형상 계수를 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제1 카올린은 약 2 내지 약 15 범위의 평균 플레이트 직경을 가질 수 있다. 평균 플레이트 직경은 2.356을 형상 계수 (SF)로 나눈 결과의 제곱근을 중앙 입자 크기(d₅₀)와 곱한 것과 동일한 제닝스 방정식, 또는 하기 식에 의해 결정될 수 있다:

평균 플레이트 직경 = d₅₀ x (2.356/SF)^1/2.

일부 구현예에 따라, 제1 카올린의 입자의 적어도 약 65 중량% 내지 약 85 중량%는 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 또 다른 구현예에 따라, 제1 카올린의 입자의 적어도 약 15 중량% 내지 약 30 중량%는 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 제1 카올린의 입자의 약 95 중량% 이상은 10 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 카올린의 입자의 약 97 중량% 이상은 10 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제1 카올린의 입자의 약 90 중량% 이상은 5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 카올린의 입자의 약 93 중량% 이상은 5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있거나, 또는 제1 카올린의 입자의 약 94 중량% 이상은 5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 제1 카올린의 입자의 적어도 약 50 중량% 내지 약 70 중량%는 1 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제1 카올린의 입자의 적어도 약 55 중량% 내지 약 65 중량%는 1 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제1 카올린의 입자의 적어도 약 35 중량% 내지 약 55 중량%는 0.5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제1 카올린의 입자의 적어도 약 40 중량% 내지 약 50 중량%는 0.5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 제2 카올린은 약 20 이하의 형상 계수를 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제2 카올린의 입자의 약 95 중량% 이상은 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제2 카올린의 입자의 적어도 약 50 중량% 내지 약 65 중량%가 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 제2 카올린의 입자의 100 중량%는 10 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제2 카올린의 입자의 100 중량%는 5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제2 카올린의 입자의 약 97 중량% 이상은 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제2 카올린의 입자의 적어도 약 80 중량% 내지 약 90 중량%는 0.5 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 무기 미립자 현탁액은 약 55 내지 약 75 범위의 형상 계수를 갖는 카올린 조성물을 포함할 수 있고, 여기서 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 70 중량% 내지 약 90 중량%는 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가진다. 무기 미립자 현탁액은 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 600 rpm 내지 약 700 rpm 범위의 허큘리스 점도를 가질 수 있고, 무기 미립자 현탁액은 약 55% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 카올린 조성물은 약 60 내지 약 75, 또는 약 63 내지 약 70 범위의 형상 계수를 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 75 중량% 내지 약 85 중량%는 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에 따라, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 20 중량% 내지 약 40 중량%는 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있고, 예를 들면, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 25 중량% 내지 약 35 중량%는 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 가질 수 있다

일부 구현예에 따라, 무기 미립자 현탁액은 약 60% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있다. 예를 들면, 무기 미립자 현탁액은 약 65% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있고, 또는 무기 미립자 현탁액은 약 65% 내지 약 70% 고형물 범위의 고형분을 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 무기 미립자 현탁액은 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 610 rpm 내지 약 690 rpm, 또는 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 620 rpm 내지 약 685 rpm 범위의 허큘리스 점도를 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 무기 미립자 현탁액은 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 280 cps 내지 약 580 cps 범위의 브룩필드 점도를 가질 수 있다. 예를 들면, 무기 미립자 현탁액은 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 300 cps 내지 약 550 cps, 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 350 cps 내지 약 550 cps, 또는 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 500 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 가질 수 있다.

일부 구현예에 따라, 코팅 조성물은 무기 미립자 현탁액 및 증점제를 포함하고, 예를 들면, 증점제는 조성물의 활성 건조 중량(active dry weight)에 의한 약 0.1% 내지 약 0.9% 범위의 양으로 존재한다. 예를 들면, 증점제는 알칼리-가용성 에멀젼 폴리아크릴레이트 증점제, 소수성-개질된 알칼리-가용성 에멀젼 폴리아크릴레이트 증점제, 및 CMC(카복시메틸 셀룰로오스) 증점제 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.

일부 구현예에 따라, 수화된 카올린 미립자 원재료를 처리하여 하기 단계를 포함하는 예시적인 방법에 따라 카올린 안료를 제조할 수 있다: (a) 미정제된 또는 부분적으로 처리된 카올린 클레이를 물과 혼합하여 수성 카올린 현탁액을 형성하는 단계; (b) 단계 (a)에 의해 제조된 현탁액을 미립자 분쇄 매체를 사용하여 공정에 의해 마찰 분쇄하는 단계로서, 이에서 카올린 클레이의 평균 형상 계수는 증가되는 단계; (c) 분쇄된 카올린 클레이의 현탁액을 미립자 분쇄 매체로부터 분리하는 단계; (d) 예를 들면 원심분리를 사용하여 분류함으로써 조립 성분을 수득하는 단계; 그리고 (e) 단계 (c)로부터 분리된 분쇄된 조립 카올린 클레이의 현탁액을 탈수시켜 이로부터 카올린 안료를 회수하는 단계.

단계 (a)에서 처리된 카올린 클레이의 수성 현탁액을 제조하는 경우, 일부 구현예에 따라, 카올린 클레이에 대한 분산제는 카올린 클레이에 대해 부가되거나 부가되지 않을 수 있다.

일부 구현예에 따라, 카올린 클레이는, 예를 들면, 단계 (a) 및 (b) 사이의 바람직하지 않은 불순물을 제거하기 위해 익히 공지된 하나 이상의 정제 단계에 가하여질 수 있다. 예를 들면, 카올린 클레이의 수성 현탁액은 기포에 불순물을 함유하는 티탄을 제거하기 위해 기포 부상 처리 작업(froth flotation)에 가하여질 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 현탁액은 불순물을 함유한 철을 제거하기 위해 고강도 자성 분리기에 통과될 수 있다.

일부 구현예에 따라, 단계 (b)는 카올린 클레이의 현탁액이 마찰 분쇄 매체에 의해 처리되는 공정을 포함할 수 있고, 예를 들면, 여기서 클레이의 1톤당 약 40 kWh 내지 약 250 kWh(건조 중량 기준)의 에너지가 현탁액에서 소모된다. 일부 구현예에 따라, 단계 (b)는 2개 이상의 단계, 예를 들면, 카올린 클레이의 분리가 발생되는 제1 단계 (b1), 및 카올린 클레이의 판상의 분쇄가 발생되는 제2 단계 (b2)를 포함할 수 있다.

카올린 클레이의 현탁액을 상대적으로 완만한 분쇄 단계 (b1), 예를 들면, 카올린 클레이 원료에 존재하는 복합 입자를 파쇄하기 위해 미립자 분쇄 매체를 사용하여 분쇄하는 단계에 가하는 것이 유리할 수 있다는 것이 발견되었다. 이러한 복합 입자는 일반적으로 카올린 클레이가 침전된 증착물로부터의 것인 개개의 육각형 판상의 입자의 공동 적층체 또는 블록을 포함할 수 있다. 카올린 클레이가 상대적으로 완만한 분쇄, 예를 들면, 단계 (b1)에서 분쇄되는 경우, 복합 입자는 파쇄되어 개개의 얇은 실질적으로 육각형인 판상을 생성한다. 이러한 공정은 일반적으로 "분리(delamination)"로서 지칭되고, 이는 카올린 클레이의 평균 형상 계수를 증가시킨 결과이다. 예를 들면, 이러한 예시적인 공정은 카올린 클레이의 형상 계수를 증가시킬 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 "상대적으로 완만한 분쇄"는 미립자 분쇄 매체를 사용한 마찰 분쇄 밀에서의 분쇄를 의미하고, 마찰 분쇄의 내용물은 임펠러에 의해 진탕되고, 이는 현탁액에서 소용돌이가 일어나기에 불충분한 속도, 특히 약 10 미터/초 미만의 주변 속도로 회전하고, 이에서 분쇄 중에 현탁액에서 소모되는 에너지의 양은 건조 중량 기준으로 카올린 클레이의 1톤당 약 75 kWh 미만, 예를 들면, 카올린 클레이의 1톤당 약 55 kWh 미만이다. 미립자 분쇄 매체는 상대적으로 높은 비중, 예를 들면 2 이상일 수 있고, 그리고 예를 들면, 이는 규사의 알갱이를 포함하고, 이에서 알갱이는 일반적으로 예를 들면, 약 2 밀리리터 이하이고 약 0.25 mm 이상인 직경을 가진다.

일부 구현예에 따라, 본 방법에서 단계 (b)의 2 단계 형태 중 단계 (b2)에서 분쇄는 마찰 분쇄 밀에서 수행될 수 있고, 이는 분쇄 과정에서 밀에서의 현탁액 중에서 소용돌이가 형성될 수 있는 속도로 회전할 수 있는 교반기를 구비한다. 미립자 분쇄 매체는 2 이상의 비중을 가질 수 있고, 이는 규사의 알갱이를 포함할 수 있고, 여기서 알갱이는 일반적으로 약 2 mm 이하 약 0.25 mm 이상의 직경을 가질 수 있다. 단계 (b2)가 단계 (b1)에서의 상대적으로 완만한 분쇄에 후속되는 경우, 단계 (b2)에서의 카올린 클레이의 현탁액에 소모되는 에너지의 양은 카올린 클레이의 건조 1톤당 약 40 kWh 내지 약 120 kWh의 범위일 수 있다. 그러나, 상대적으로 완만한 분쇄 단계 (b1)가 바람직하게는 상대적으로 완만한 분쇄 단계 (b1)이 생략되는 경우, 단계 (b1)에서의 카올린 클레이의 현탁액에서 소모되는 에너지의 양은 바람직하게는 카올린 클레이의 건조 1톤당 약 100 kWh 내지 약 250 kWh 범위이다.

단계 (c)의 일부 구현예에 따라, 분쇄된 카올린 클레이의 현탁액은 공지된 방법으로, 예를 들면, 적절한 구멍 크기의 체, 예를 들면, 약 0.1 mm 내지 약 0.25 mm의 범위의 명목상 구멍 크기를 갖는 체에 현탁액을 통과시킴으로써 미립자 분쇄 매체로부터 분리될 수 있다.

단계 (d)의 일부 구현예에 따라, 분쇄된 카올린 클레이의 현탁액은 원심분리기(예를 들면, Alfa Laval 또는 Merco)를 사용하여 분류될 수 있다.

단계 (c), 단계 (d) 또는 단계 (e) 이후, 일부 구현예에 따라, 카올린 클레이는 이의 특성들 중 하나 이상을 개선하기 위해 추가로 처리될 수 있다. 예를 들면, 고속 믹서를 사용하는 고에너지 액체 작업은 예를 들면 단계 (e) 이전 또는 단계 (e) 이후의 슬러리 형태의 생성물 및 예를 들면 코팅 조성물의 제조 과정에서의 수성 매질 중의 후속되는 재분산액에 적용될 수 있다.

일부 구현예에 따라, 단계 (e)에서 분쇄된 카올린의 현탁액은 본 기술분야에 익히 알려진 방법 중 하나, 예를 들면, 여과, 원심분리, 증발 등을 통해 탈수될 수 있다. 예를 들면, 약 15 중량% 내지 약 35 중량% 범위의 수분 함량을 갖는 케이크를 형성하기 위해 필터 프레스의 사용이 이루어질 수 있다. 이러한 케이크는 카올린 클레이에 대한 분산제와 혼합되고 이에 의해 유체 슬러리로 전환되고, 이는 이러한 형태로 수송되어 판매될 수 있다. 대안적으로, 카올린 클레이는 예를 들면, 카올린 클레이의 유체 슬러리를 분무 건조기로 도입함으로써 열적 건조될 수 있고, 이에 의해 후속 건조된 형태로 수송된다.

일부 구현예에 따라, 본원에 기재된 카올린은 본원에 기재된 바와 같은 제지 또는 판지 제품에서의 안료 제품으로서 사용될 수 있다.

일부 구현예에 따라, 제지 또는 판지 제품 및 다른 기판 상에 코팅을 생성하는데 사용하기 위한 코팅 조성물은 친수성 접착제 또는 결합제와 함께 미립자 안료의 수성 현탁액을 포함할 수 있고, 여기서, 미립자 안료는 카올린을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제지 코팅 조성물의 고형분은 약 60 중량% 초과, 예를 들면, 약 65 중량% 이상이거나 가능하게는 더 높을 수 있으나, 이러한 함량은 코팅에 사용될 수 있는 적합한 유체 조성물을 제공할 수 있는 것이다.

일부 구현예에 따라, 코팅 조성물은 분산제, 예를 들면, 존재하는 안료의 건조 중량 기준으로 약 2 중량% 이하의 고분자전해질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 폴리아크릴레이트 및 폴리아크릴레이트 단위를 함유하는 공중합체는 적합한 고분자전해질로서 사용될 수 있다. 일부 구현예에 따른 카올린은 코팅 조성물에서 그 자체로 사용될 수 있거나, 또는 이는 하나 이상의 공지된 안료, 예컨대, 예를 들면, 하소된 카올린, 이산화티탄, 황산칼슘, 새틴 화이트, 탈크, 및 소위 "플라스틱 안료"와 함께 사용될 수 있다. 안료의 혼합물이 사용되는 경우, 일부 구현예에 따른 카올린 조성물은 혼합된 안료의 총 건조 중량의 약 80% 이상의 양으로 안료의 혼합물에 존재할 수 있다.

일부 구현예에 따라, 코팅 조성물의 결합제는 공지된 식물 공급원, 예를 들면, 밀, 옥수수, 감자, 또는 타피오카로부터 수득되는 천연 전분으로부터 유도된 접착제를 포함할 수 있고, 한편 이는 결합제 성분으로서 전분을 사용하는 것이 본질적인 것은 아니다. 전분을 사용하거나 사용하지 않을 수 있는 다른 결합제가 이후에 언급된다.

일부 구현예에 따라, 결합제 성분으로서 이용되는 전분은 미개질된 것이거나 원료 전분일 수 있고, 또는 이는 하나 이상의 화학 처리에 의해 개질될 수 있다. 예를 들면, 전분은 산화되어 이의 -CH₂OH 기의 일부를 -COOH기로 전환시킬 수 있다. 일부 경우에서, 전분은 적은 비율의 아세틸, -COCH₃, 기를 가질 수 있다. 대안적으로, 전분은 화학적으로 처리되어 이를 양이온성 또는 특히 양이온 및 음이온 전하 모드를 가진 양쪽성이 될 수 있다. 전분은 전분 에테르 또는 일부 -OH 기가 예를 들면 -O-CH₂-CH₂OH 기, -O-CH₂-CH₃ 기 또는 -O-CH₂-CH₂-CH₂-OH 기로 대체되는 하이드록실알킬레이트 전분일 수 있다. 사용될 수 있는 추가 부류의 화학적으로 처리된 전분은 전분 포스페이트이다. 대안적으로, 원재료 전분은 희석된 산 또는 효소에 의해 가수분해되어 덱스트린 유형의 검을 생성할 수 있다.

일부 구현예에 따라, 코팅 조성물에 사용되는 전분 결합제의 양은 안료의 건조 중량 기준으로 약 4 중량% 내지 약 25 중량%일 수 있다. 전분 결합제는 하나 이상의 다른 결합제, 예를 들면, 라텍스 또는 폴리비닐 아세테이트 또는 폴리비닐 알코올 유형의 합성 결합제와 결합하여 사용될 수 있다. 전분 결합제가 다른 결합제, 예를 들면, 합성 결합제와 결합하여 사용되는 경우, 둘 모두 건조 안료의 중량 기준으로 전분 결합제의 양은 약 2 중량% 내지 약 20 중량%이고, 합성 결합제의 양은 약 2 중량% 내지 약 12 중량%이다. 예를 들면, 결합제 혼합물의 약 50 중량% 이상이 개질되거나 또는 미개질된 전분을 포함한다.

일부 구현예에 따라, 코팅 조성물의 사용 방법은 제지 또는 판지의 시트에 코팅 조성물을 도포하는 단계, 그리고 제지 또는 판지를 캘린더링하여 그 위에 광택 코팅물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 따라, 광택 코팅물은 제지 또는 판지의 일면 또는 양면에 형성된다. 일부 구현예에 따라, 캘리더링 단계는 캘린더링 닙 또는 롤러들 사이의 코팅된 제지 시트 또는 판지를 1회 이상 통과시켜 제지 또는 판지 평활도 및 광택도를 개선하고 부피를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에 따라, 엘라스코머 코팅된 롤러가 이용되어 높은 고형분 조성물을 프레싱하는데 이용할 수 있고, 증가된 온도가 적용될 수 있고/있거나 5회 이상의 닙(nip)을 통한 통과가 실시될 수 있다.

일부 구현예에 따라, 코팅 및 캘린더링 단계 이후의 제지 또는 판지는 30 g/m² 내지 70 g/m², 예를 들면, 49 g/m² 내지 65 g/m² 또는 35 g/m² 내지 48 g/m² 범위로 단위 면적당 총 중량을 가질 수 있다. 최종 코팅물은 바람직하게는 3 g/m² 내지 20 g/m², 예를 들면, 5 g/m² 내지　13　g/m²의 단위 면적당 중량을 가질 수 있다. 이러한 코팅물은 제지의 양면에 적용될 수 있다. 일부 구현예에 따라, 제지 광택도는 45 TAPPI 단위 초과일 수 있고, 그리고 각 제지 코팅의 1 MPa의 압력에서의 파커 프린트 서프(Parker Print Surf)는 1 미크론 미만일 수 있다.

코팅된 제지 또는 판지 표면의 광택도는 TAPPI 표준 번호 480 ts-65에 기재된 시험에 의해 측정될 수 있다. 제지 또는 판지의 표면으로부터 어느 각도에서 반사되는 광의 강도가 측정되고 공지된 광택도 값의 표준과 비교된다. 입사광 및 반사광의 빔은 모두 표면에 대한 법선에 대해 75도의 각도에서의 것이다. 그 결과는 TAPPI 광택도 단위로 표현된다. 일부 구현예에 따라, 안료 제품의 광택도는 약 50 초과, 예를 들면, 55, TAPPI 단위 초과일 수 있다.

파커 프린트 서프 시험은 제지 표면의 평활도의 측정값을 제공하고, 이는 압축된 공기에 대한 출구를 포함하는 상부 플레이트와 이의 상면이 시험되는 제지 또는 판지의 특성에 따른 연질 또는 경질의 기준 지지 물질의 시트로 덮여진 하부 플레이트 사이에서 공지된 표준 힘으로 고정된 코팅된 제지 또는 판지의 샘플로부터 압력 하에서 공기가 새어나오는 속도를 측정하는 단계를 포함한다. 공기의 방출 속도로부터, 제지 표면과 기준 물질 사이의 미크론 단위로의 간극 실효치(root-mean-square gap)가 계산된다. 이러한 간극의 값이 더 작을수록 시험되는 제지의 표면의 평활도는 더 높아지는 것을 나타낸다.

일부 구현예에 따라, 코팅 조성물의 접착제 또는 결합제는 4% 내지 30%, 예를 들면, 코팅 조성물의 고형분의 4% 내지 30%, 예를 들면, 8 중량% 내지 20 중량% (예를 들면, 8 중량% 내지 15 중량%)을 형성할 수 있다. 이용되는 양은 그 자체가 하나 이상의 성분을 포함할 수 있는 접착제의 유형 및 코팅 조성물에 좌우될 수 있다. 예를 들면, 하기 접착제 또는 결합제 성분 중 하나 이상을 혼입하고 있는 친수성 접착제는 하기에 언급된 양으로 사용될 수 있다: (a) 라텍스: 4 중량% 내지 20 중량% 범위의 수준 (상기 라텍스는, 예를 들면, 스티렌 부타디엔, 아크릴 라텍스, 비닐 아세테이트 라텍스, 또는 스티렌 아크릴 공중합체를 포함할 수 있음); 및 (b) 다른 결합제: 4 중량% 내지 20 중량% 범위의 수준. 다른 결합제의 예는 카세인, 폴리비닐 알코올, 및 폴리비닐 아세테이트를 포함한다.

다양한 부류의 첨가제는 코팅 조성물의 유형 및/또는 코팅되는 코팅 조성물에 포함되는 물질에 좌우될 수 있다. 이러한 부류의 선택적인 첨가제의 예는 하기와 같다:

(a) 예를 들면, 최대 5 중량% 수준으로의 가교결합제(예를 들면, 글리옥살, 멜라민 포름알데하이드 수지, 암모늄 지르코늄 카보네이트);

(b) 예를 들면, 최대 2 중량% 수준으로의 수분 보유 보조제(water retention aid)(예를 들면, 나트륨 카복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, PVA (폴리비닐 아세테이트), 전분, 단백질, 폴리아크릴레이트, 검, 알기네이트, 폴리아크릴아미드 벤토나이트, 및 이러한 응용분야에 대한 다른 상업적으로 이용가능한 제품);

(c) 예를 들면, 최대 2 중량% 수준으로의 점도 지수향상제 또는 다른 증점제(예를 들면, 폴리아크릴레이트, 에멀젼 공중합체, 디시안아미드, 트리올, 폴리옥시에틸렌 에테르, 우레아, 설페이트화 피마자유, 폴리비닐 비닐피롤리돈, 몬모릴로나이트, 나트륨 알기네이트, 크산탄 검, 나트륨 실리케이트, 아크릴산 공중합체, HMC(하이드록시메틸 셀룰로오스), HEC(하이드록시에틸 셀룰로오스));

(d) 예를 들면, 최대 2 중량% 수준으로의 윤활성/캘린더링 보조제(lubricity/calendering aid)(예를 들면, 칼슘 스테아레이트, 암모늄 스테아레이트, 아연 스테아레이트, 왁스 에멀젼, 왁스, 알킬 케텐 이량체, 글리콜);

(e) 예를 들면, 최대 2 중량% 수준으로의 분산제(예를 들면, 고분자전해질, 예컨대 폴리아크릴레이트 및 폴리아크릴레이트 종을 함유하는 공중합체, 예를 들면, 폴리아크릴레이트 염 (예를 들면, II족 금속염을 임의로 갖는 나트륨 및 알루미늄), 나트륨 헥사메타포스페이트, 비-이온성 폴리올, 다인산, 응축된 나트륨 포스페이트, 비-이온성 계면활성제, 알칸올아민, 및 이러한 기능을 위해 일반적으로 사용되는 다른 시약);

(f) 예를 들면, 최대 1 중량% 수준으로의 발포방지제/소포제(예를 들면, 미네랄 오일 중에서의 계면활성제, 트리부틸 포스페이트, 지방 폴리옥시에틸렌 에스테르 플러스 지방 알코올, 지방 산성 비누, 실리콘 에멀젼 및 다른 실리콘 함유 조성물, 왁스 및 무기 미립자의 블렌드, 에멀젼화된 탄화수소의 블렌드, 및 이러한 기능을 시행하기 위한 상업적으로 시판되는 다른 화합물);

(g) 예를 들면, 최대 2 중량% 수준으로의 건식 또는 습식 피크 개선 첨가제(dry or wet pick improvement additive)(예를 들면, 멜라민 수지, 폴리에틸렌 에멀젼, 우레아 포름알데하이드, 멜라민 포름알데하이드, 폴리아미드, 칼슘 스테아레이트, 스티렌 말레산 무수물, 및 기타);

(h) 예를 들면, 최대 2 중량% 수준으로의 건식 또는 습식 러브 개선(dry or wet rub improvement) 및 내마모성 첨가제(예를 들면, 글리옥살계 수지, 산화폴리에틸렌, 멜라민 수지, 우레아 포름알데하이드, 멜라민 포름알데하이드, 폴리에틸렌 왁스 칼슘 스테아레이트, 및 기타);

(i) 예를 들면, 최대 2 중량% 수준으로의 광택-잉크 홀드-아웃 첨가제(gloss-ink hold-out additive)(예를 들면, 산화폴리에틸렌, 폴리에틸렌 에멀젼, 왁스, 카세인, 구아 검, CMC, HMC, 칼슘 스테아레이트, 암모늄 스테아레이트, 나트륨 알기네이트, 및 기타);

(j) 예를 들면, 최대 1 중량% 수준으로의 광학적 증백제(optical brightening agent, OBA) 및 형광 증백제(FWA)(예를 들면, 스틸벤 유도체);

(k) 예를 들면, 최대 0.5 중량% 수준으로의 염료;

(l) 예를 들면, 최대 1 중량% 수준으로의 살생물제/부패 제어제(예를 들면, 메타보레이트, 나트륨 도데실벤젠 설포네이트, 티오시아네이트, 오르가노황, 나트륨 벤조네이트, 및 이러한 기능을 위한 상업적으로 시판되는 다른 화합물, 예를 들면, Calgon Corporation에 의해 상업적으로 시판되는 살생물제 폴리머의 범위);

(m) 예를 들면, 최대 2 중량% 수준으로의 레벨링제 및 평활제(levelling and evening aid)(예를 들면, 비-이온성 폴리올, 폴리에틸렌 에멀젼, 지방산, 에스테르, 및 알코올 유도체, 알코올/에틸렌 옥사이드, 나트륨 CMC, HEC, 알기네이트, 칼슘 스테아레이트, 및 이러한 기능을 위해 상업적으로 시판되는 다른 화합물);

(n) 최대 2 중량% 수준으로의 그리스- 및 오일-저항성 첨가제(예를 들면, 산화폴리에틸렌, SMA (스티렌 말레산 무수물), 폴리아미드, 왁스, 알기네이트, 단백질, CMC, 및 HMC);

(o) 최대 2 중량% 수준으로의 내수성 첨가제(예를 들면, 산화폴리에틸렌, 케톤 수지, 음이온성 라텍스, 폴리우레탄, SMA, 글리옥살, 멜라민 수지, 우레아 포름알데하이드, 멜라민 포름알데하이드, 폴리아미드, 글리옥살, 스테아레이트, 및 이러한 기능을 위해 시판되는 다른 화합물); 및

(p) 최대 2 중량% 수준으로의 내수화제.

상기 열거된 모든 첨가제에 대해, 제공되는 중량 백분율은 조성물에 존재하는 안료의 건조 중량에 기초한다. 첨가제가 최소 양으로 존재하는 경우, 최소 양은 안료의 건조 중량에 기초하여 0.01 중량%일 수 있다.

일부 구현예에 따라, 기판은 코팅기 또는 코팅 기계 상에서 시트 형성 기계(즉, "온-머쉰(on-machine))" 또는 "오프-머쉰(off-machine)" 상에서 코팅될 수 있다. 높은 고형물 코팅 조성물의 사용은 이러한 조성물이 코팅 공정에 따라 증발되는 물을 적게 남겨두는 경향을 나타내기 때문에 바람직할 것이다. 그러나, 고형물 수준은 고점도 및 레벨링 문제를 일으킬 정도로 높지는 않아야 한다.

일부 구현예에 따라, 코팅 방법은 (i) 코팅되는 기판에 코팅 조성물을 도포하기 위한 수단, 예를 들면, 도포기; 및 (ii) 원하는 수준의 코팅 조성물이 도포되는 것을 보장하기 위한 수단, 예를 들면, 계량 장치(metering device)를 포함할 수 있다. 과량의 코팅 조성물을 도포기에 적용하는 경우, 계량 장치는 도포기의 다운스트림에 제공될 수 있다. 대안적으로, 적절한 양의 코팅 조성물이, 예를 들면, 필름 프레스(film press)로서의 계량 장치에 의해 도포기에 적용될 수 있다. 코팅 도포 및 계량의 지점에서, 백킹 롤(backing roll)(예를 들면, 1 또는 2개의 도포기) 또는 낫싱(즉, 웹 장력(web tension))이 사용되어 코팅되는 기판을 지지할 수 있다. 코팅물이 과량의 코팅물이 최종적으로 제거되기 이전에 기판과 접촉되는 시간은 짧고, 길고, 또는 가변적일 수 있다.

일부 구현예에 따라, 코팅 조성물은 코팅 스테이션(coating station)에서 코팅 헤드(coating head)에 의해 부가될 수 있다. 원하는 코팅의 품질에 따라, 기판은 단일 코팅, 이중 코팅, 및 삼중 코팅될 수 있다. 1개 초과의 코팅이 제공되는 경우, 초기 코팅(즉, 예비-코팅)은 더 값싼 제형 및 경우에 따라 코팅 조성물에서의 더 적은 안료를 가질 수 있다. 이중 코팅물(즉, 기판의 각각의 면에서의 코팅물)을 도포하는 코팅기는 각 헤드에 의해 코팅되는 면의 수에 따라 2개 또는 4개의 코팅 헤드를 가질 수 있다. 일부 코팅 헤드는 일 시점에서 단지 하나의 면만을 코팅하나, 일부 롤 코팅기(예를 들면, 필름 프레스, 게이트 롤, 사이즈 프레스)는 단일 통과로 기판의 양면을 코팅할 수 있다.

단계 (b)에서 이용될 수 있는 코팅기의 예는 에어 나이프 코팅기(air knife coater), 블레이드 코팅기(blade coater), 로드 코팅기(rod coater), 바 코팅기(bar coater), 멀티-헤드 코팅기(multi-head coater), 롤 코팅기(roll coater), 롤/블레이드 코팅기(roll/blade coater), 캐스트 코팅기(cast coater), 실험실용 코팅기(laboratory coater), 그라비어 코팅기(gravure coater), 키스 코팅기(kiss coater), 액상 도포 시스템(liquid application system), 리버스 롤 코팅기(reverse roll coater), 및 압출 코팅기(extrusion coater)를 포함한다.

본원에 기재된 코팅 조성물의 일부 구현예에 따라, 물이 고형물에 부가되어, 약 1 내지 약 1.5 bar의 압력(예를 들면, 블레이드 압력(blade pressure))으로 코팅되는 조성물에 대해 적합한 유동학적 특성을 갖는 원하는 표적 코팅 중량으로 시트 상에 코팅되는 경우에 고형물의 농도를 제공할 수 있다. 예를 들면, 고형분은 약 60 중량% 내지 약 70 중량%일 수 있다.

실시예

카올린 조성물을 포함하는 본 발명의 무기 미립자 현탁액의 2개의 샘플을 제조하였고, 하기 표 1에 나타낸 시험 결과로 시험되었다. 샘플 1 및 2를 일 예의 미세 괴상 카올린과 일 예의 하이퍼플래티 카올린을 블렌딩함으로써 각각 제조하였다. 샘플 1을 90:10의 하이퍼플래티 카올린-대-괴상 카올린의 비로 배합하였고, 샘플 2를 80:10의 하이퍼플래티 카올린-대-괴상 카올린의 비로 배합하였다. 예시적인 카올린 조성물 샘플을 이후 시험하여 카올린 조성물 샘플 자체의 특성 및 샘플을 함유하는 무기 미랍자 현탁액의 특성을 결정하였고, 이 특성은 휘도, %고형물, pH, %잔류물 @ 325 메쉬, 형상 계수, 브룩필드 점도, 허큘리스 점도, 및 입자 크기를 포함한다.

[표 1]

하기 표 2는 샘플 1 및 샘플 2와 관련된 추가적인 데이터를 나타낸다.

[표 2]

샘플 1 및 2에 나타난 바와 같이, 예시적인 하이퍼플래티 카올린에 대한 예시적인 미세, 괴상 카올린의 부가는 놀랍게도 무기 미립자 현탁액을 포함하는 코팅 조성물의 고전단 점도를 결국 감소시킬 수 있는 허큘리스 점도 시험 결과에서 나타난 바와 같이, 하이퍼플래티 카올린 조성물을 함유하는 무기 미립자 현탁액의 고전단 점도를 감소시키는 코팅 조성물에 사용하기 위한 무기 미립자 현탁액에서 사용하기 위한 카올린 조성물을 생성한다. 또한, 생성된 카올린 조성물은 또한 무기 미립자 현탁액에 대한 슬러리 고형분의 증가를 가능하게 하고, 이는 결국 무기 미립자 현탁액을 포함하는 코팅 조성물의 고형분의 증가를 가능하게 할 수 있다. 예를 들면, 시험되는 무기 미립자 현탁액 샘플에서, 고형분은 단지 하이퍼플래티 카올린만(즉, 미세 괴상 카올린을 사용하지 않음) 및 다른 비-카올린 고형물을 함유하는 무기 미립자 현탁액에 대해 약 1% (샘플 1) 및 3.2% (샘플 2)로 증가하였다.

다른 실시예는 본원에 개시된 구현예의 실시 및 상세한 설명을 고려하여 본 기술분야의 당업자에게 자명할 것이다. 상세한 설명 및 실시예는 단지 예시로서 고려되는 것으로 의도된다.

Claims

약 70 이상의 형상 계수(shape factor)를 갖는 제1 카올린; 및
약 20 이하의 형상 계수를 갖는 제2 카올린
을 포함하는 무기 미립자 현탁액으로서,
여기서 제1 카올린 및 제2 카올린은 카올린 조성물을 형성하고, 그리고
카올린 조성물은 약 90:10 내지 약 50:50의 제1 카올린 대 제2 카올린의 함량비를 가지는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 함량비가 약 85:15 내지 약 60:40 범위인 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 함량비가 약 80:20 내지 약 70:30의 범위인 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 카올린 조성물은 약 55 내지 약 75 범위의 형상 계수를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 카올린 조성물은 약 60 내지 약 75 범위의 형상 계수를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 카올린 조성물은 약 63 내지 약 70 범위의 형상 계수를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 70 중량% 내지 약 90 중량%가 2 미크론 미만의 등가 구형 직경(equivalent spherical diameter)을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 75 중량% 내지 약 85 중량%가 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 20 중량% 내지 약 40 중량%가 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 25 중량% 내지 약 35 중량%가 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 약 55% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 약 60% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 약 65% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 약 65% 내지 약 70% 고형물 범위의 고형분을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 "A" 밥(bob)을 사용하여 18.0 dyne에서 약 600 rpm 내지 약 700 rpm 범위의 허큘리스 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 610 rpm 내지 약 690 rpm 범위의 허큘리스 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 620 rpm 내지 약 685 rpm 범위의 허큘리스 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 280 cps 내지 약 580 cps 범위의 브룩필드 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 300 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 350 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 500 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 600 rpm 내지 약 700 rpm 범위의 허큘리스 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 제1 카올린이 약 75 초과의 형상 계수를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 제1 카올린이 약 2 내지 약 15 범위의 평균 플레이트 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 제1 카올린의 입자의 적어도 약 65 중량% 내지 약 85 중량%가 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 제1 카올린의 입자의 적어도 약 15 중량% 내지 약 30 중량%가 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 제2 카올린이 약 15 이하의 형상 계수를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 제2 카올린의 입자의 약 95 중량% 이상이 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제1항에 있어서, 제2 카올린의 입자의 적어도 약 50 중량% 내지 약 65 중량%가 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
약 55 내지 약 75 범위의 형상 계수를 갖는 카올린 조성물을 포함하는 무기 미립자 현탁액으로서,
여기서, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 70 중량% 내지 약 90 중량%가 2 미크론 미만의 입자 크기 직경을 갖고,
코팅 조성물은 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 600 rpm 내지 약 700 rpm 범위의 허큘리스 점도를 갖고, 그리고
코팅 조성물은 약 55% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 카올린 조성물은 약 60 내지 약 75 범위의 형상 계수를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 카올린 조성물은 약 63 내지 약 70 범위의 형상 계수를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 75 중량% 내지 약 85 중량%가 2 미크론 미만의 등가 구형 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 20 중량% 내지 약 40 중량%가 0.25 미크론 미만의 입자 크기 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 카올린 조성물의 입자의 적어도 약 25 중량% 내지 약 35 중량%가 0.25 미크론 미만의 등가 구형 직경을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 약 60% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 약 65% 내지 약 75% 고형물 범위의 고형분을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 약 65% 내지 약 70% 고형물 범위의 고형분을 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 610 rpm 내지 약 690 rpm 범위의 허큘리스 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 "A" 밥을 사용하여 18.0 dyne에서 약 620 rpm 내지 약 685 rpm 범위의 허큘리스 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 280 cps 내지 약 580 cps 범위의 브룩필드 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 300 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 350 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.
제30항에 있어서, 무기 미립자 현탁액이 20 rpm에서 #2 스핀들을 사용하여 약 500 cps 내지 약 550 cps 범위의 브룩필드 점도를 갖는 무기 미립자 현탁액.