KR20170130206A - 종이용 친환경 코팅조성물, 이의 제조방법 및 이로 코팅된 종이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종이용 친환경 코팅조성물에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 종이에서 방출되는 유해물질의 흡착, 분해시켜 유해물질의 방출을 방지하는 동시에 종이에 코팅된 후 쉽게 탈리되지 않아서 내구성이 우수하며, 종이에 인쇄된 글씨에 대한 시인성을 저해하지 않는 종이용 친환경 코팅조성물, 이의 제조방법 및 이로 코팅된 종이에 관한 것이다.

Description

종이용 친환경 코팅조성물, 이의 제조방법 및 이로 코팅된 종이{ECO-FRIENDLY COATING COMPOSITION FOR PAPER, METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF AND PAPER COATED BY THE SAME}

본 발명은 종이용 친환경 코팅조성물에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 종이에서 방출되는 유해물질의 흡착, 분해시켜 유해물질의 방출을 방지하는 동시에 종이에 코팅된 후 쉽게 탈리되지 않아서 내구성이 우수하며, 종이에 인쇄된 글씨에 대한 시인성을 저해하지 않는 종이용 친환경 코팅조성물, 이의 제조방법 및 이로 코팅된 종이에 관한 것이다.

펄프지류인 종이는 합지든 원지든 시료 초기 펄프의 공정 자체에서의 유해 물질과 색상을 내기 위한 칼라 내지는 흑백, 칼라 잉크(ink) 사용으로 인한 벤젠, 톨루렌, 크시렌, 자일렌 등이 생성되어 근본적으로 특유의 유해 물질이 근본적으로 존재한다.

또한, 최근에는 종이에 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 등 합성수지 및 고분자 원료로 코팅한 종이가 널리 사용되고 있으나 환경호르몬인 납, 수은, 카드뮴, 포름알데히드, 형광증백제 등이 검출되어 인체 및 환경에 유해한 문제점이 대두되고 있다.

이에 따라서 이를 해결하기 위하여 각종 코팅조성물이 연구되고 있으나 목적한 수준으로 유해물질을 제거하기 어렵거나 유해물질 제거능을 보유하더라도 쉽게 벗겨져 유해물질 제거능이 오랜기간 지속되지 못하는 문제가 있다. 특히, 코팅의 목적이 되는 종이는 두께가 매우 얇고, 유연하여 코팅층의 경도, 접착성이 적절한 수준을 만족시키지 못하는 경우 매우 쉽게 벗겨지는 문제가 있다.

이에 따라서 종이에서 방출되는 각종 유해물질을 비롯하여 곰팡이, 세균 등을 흡착, 제거하는 동시에 이와 같은 유해물질 제거능이 오랜기간 지속될 수 있는 종이용 코팅제의 개발이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 종이 특유의 유해물질 또는 종이 식품 포장재의 유해물질을 흡착, 산화 분해시켜 제거할 수 있는 친환경 종이용 코팅조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 코팅된 후 코팅제가 쉽게 벗겨지는 것을 방지하는 친환경 종이용 코팅조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 종이에 인쇄된 글씨에 대한 시인성을 저해하지 않는 친환경 종이용 코팅 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 유해물질의 방출이 차단되어 인체, 환경에 매우 친환경적인 동시에 유해물질의 방출 차단성이 오랜기간 지속되고, 종이에 인쇄된 각종 활자, 그림의 시인성이 뛰어난 친환경 코팅종이를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 양이온수 100 중량부에 대하여 캐버자이트(chabazite)를 포함하는 천연 제올라이트계 광물 35 ~ 40 중량부, 벤토나이트 10 ~ 15 중량부, 활성탄 5 ~ 10 중량부 및 무기항균제 2 ~ 5 중량부를 포함하는 종이용 친환경 코팅조성물을 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 무기항균제는 물과 에탄올이 1:2 중량비로 혼합한 혼합용매 100 중량부에 대하여 구연산은을 10 ~ 15 중량부로 포함할 수 있다.

또한, 상기 캐버자이트는 평균입경이 50 ~ 150㎛의 입상일 수 있다.

또한, 상기 양이온수는 칼슘, 규소, 나트륨, 마그네슘, 아연, 칼륨 및 망간 성분을 포함하고, 상기 성분 중 적어도 칼슘에 대하여 포화용액일 수 있다.

또한, 상기 코팅조성물은 피코팅면의 코팅접착성 및 유해물질 제거능의 향상을 위하여 실리카 졸을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 실리카 졸은 실리카를 15 ~ 20 중량%, 분산용매를 잔량으로 포함할 수 있다.

또한, 상기 실리카 졸은 양이온수 100 중량부에 대하여 50 ~ 60 중량부로 포함할 수 있다.

또한, 상기 실리카는 실리카 전체 중량에서 중공형 실리카를 80 중량% 이상 포함할 수 있다.

또한, 상기 중공형 실리카의 입경은 30 ~ 50 ㎚일 수 있다.

또한, 본 발명은 (1)캐버자이트를 포함하는 천연 제올라이트계 광물, 벤토나이트, 활성탄, 무기항균제를 양이온수에 교반시켜 혼액용액을 제조하는 단계; 및 (2)상기 혼합용액을 숙성시키는 단계;를 포함하여 제조하되, 상기 혼합용액은 양이온수 100 중량부에 대하여 캐버자이트(chabazite)를 포함하는 천연 제올라이트계 광물 35 ~ 40 중량부, 벤토나이트 10 ~ 15 중량부, 활성탄 5 ~ 10 중량부 및 무기항균제 2 ~ 5 중량부가 혼합된 종이용 친환경 코팅조성물 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 (2) 단계는 60 ~ 65℃의 온도에서 24시간 이상 숙성일 수 있다.

또한, 상기 천연 제올라이트계 광물은 산성용액으로 용해된 후 다량의 알칼리용액으로 중성화된 용액상태로 혼합될 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 코팅조성물이 코팅된 종이를 제공한다.

본 발명에 의하면, 유해물질에 대한 흡착, 분해 효과가 현저히 우수하여 제거효능이 뛰어나고, 조성물이 코팅된 코팅층 밖으로 유해물질이 방출되지 못함에 따라 유해물질의 차단성이 뛰어나다. 또한, 매우 얇은 종이에 코팅됨에도 불구하고 매우 우수한 코팅성, 접착성을 가짐에 따라서 짐에 따라 오랜기간 유해물질의 제거, 차단성능을 발현할 수 있다. 나아가, 종이에 인쇄되는 그림, 활자 등의 시인성이 저하되지 않음에 따라서 각종 목적으로 사용되는 종이에 대한 친환경 코팅제로 널리 응용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 코팅조성액의 제조공정을 나타낸 모식도 이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 친환경 코팅조성물은 양이온수 100 중량부에 대하여 캐버자이트(chabazite)를 포함하는 천연 제올라이트계 광물 35 ~ 40 중량부, 벤토나이트 10 ~ 15 중량부, 활성탄 5 ~ 10 중량부 및 무기항균제 2 ~ 5 중량부를 포함한다.

먼저, 본 발명에 따른 코팅조성물에 포함되는 각 성분에 대해 상세히 설명한다.

상기 코팅조성물은 캐버자이트를 포함하는 천연 제올라이트계 광물, 벤토나이트, 활성탄, 무기항균제 및 양이온수를 포함한다.

상기 캐버자이트를 포함하는 천연 제올라이트계 광물은 3차원 망상구조를 갖는 규산염 광물로서 결정구조 내부에 양이온이나 물분자를 포함할 수 있는 통로가 존재함에 따라 유해성분을 내부 통로로 인입시켜 유해성분을 제거하거나 담지할 수 있고 또는 중금속과 같은 양이온교환 (Cation exchenge capacity) 입자의 포집, 침전을 유발시켜 중금속과 같은 물질의 제거에 유용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 조성물에 포함되는 양이온수에 과량으로 용해된 Ca2+이온 및 반대이온에 의한 결합에 의해 소취, 탈취효과를 현저히 향상시킬 수 있고, 벤젠, 톨루엔, 크실렌. 자일렌 등의 각종 유해물질을 흡착할 수 있다.

상기 캐버자이트는 칼슘, 알루미늄, 칼륨 등을 다수 구비하여 산성의 유해성분의 제거능에 특히 적합하다. 한편, 캐버자이트는 광학적 1축성을 나타냄에 따라서 종이용 코팅제에 더욱 적합할 수 있다. 만일 광학적 2축성을 갖는 제올라이트계의 다른 종류, 일예로 모오데나이트를 종이용 코팅제로 사용할 경우 종이에 인쇄된 글씨가 번져서 보이는 등 시인성에서 현저히 저하될 수 있는 문제가 있다.

상기 제올라이트계 광물은 천연의 제올라이트계 광물을 사용함이 바람직하다. 만일 합성된 제올라이트의 경우 인체에 유해한 물질인 포름알데하이드(HCHO)를 방출할 수 있어 코팅조성물이 오히려 유해물질을 방출하는 문제점이 있을 수 있다.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면 상기 천연 제올라이트 광물로써 캐버자이트는 평균입경이 50 ~ 150㎛인 입상일 수 있다. 만일 평균입경이 50㎛ 미만의 천연 제올라이트 광물은 코팅액에서 분산성이 저하되어 뭉쳐서 분산되는 문제가 있고, 이로 인해 종이에 코팅되었을 때 캐버자이트가 불포함된 상태로 코팅된 부분이 존재할 수 있는 문제가 있다. 또한, 평균입경이 150㎛를 초과하는 경우 얇은 종이에 코팅되었을 때, 종이의 유연성으로 인하여 쉽게 탈리될 수 있는 문제가 있다.

한편, 상기 천연 제올라이트계 광물은 클리놉틸로라이트 등의 제올라이트계 광물을 더 포함할 수 있으나 이 경우 종이에 인쇄된 글씨의 시인성을 저하시킬 수 있음에 따라서 바람직하게는 캐버자이트만을 제올라이트계 광물로 포함하는 것이 좋다.

다음으로 벤토나이트에 대해 설명한다.

상기 벤토나이트는 몬모릴로나이트 바이델라이트 계통의 스멕타이트를 주로 하여 미립의 점토로 팽윤성과 흡착성, 이온 교환성 등의 성질을 가지고 있다. 벤토나이트는 화산암의 속성 작용이나 열수 변질 작용에 의해 생성되며 시추형 이수 누수 방지제, 토양개선제, 도료, 농약, 탈색제, 포름알데히드계 중금속에 대하여 흡착성이 우수하다. 또한, 칼슘, 철, 마그네슘, 포타슘, 망간, 게르마늄, 셀레늄, 규소 등 나노 수준의 미세한 양극 미립자를 포함하고 있어서 세슘, 스트론튬, 납, 팔라듐, 구리 등의 중금속 흡착반응에 현저한 효과를 발현하는 양이온 교환성, 흡착성, 팽윤성을 가질 수 있고, 암모니아나 톨루엔 등의 유해물질의 냄새를 탈취하는데도 도움이 될 수 있다.

또한, 상기 벤토나이트는 나트륨(Na) 벤토나이트 및 칼슘(Ca) 벤토나이트 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있는데, 팽윤성이 더 높은 나트륨(Na) 벤토나이트가 목적하는 물성발현에 있어서 더욱 바람직하다. 나트륨(Na) 벤토나이트에 유해성분이 포함된 증기나 용액이 처리되면 용액상에 포함된 물 분자가 벤토나이트 판 사이에 침투하여 판과 판 사이의 경계가 분리될 수 있도록 팽윤시킬 수 있고, 이를 통해 현저히 우수한 유해물질의 흡착, 제거 효과를 가질 수 있다. 한편, 벤토나이트는 코팅조성물의 코팅성에도 영향을 미칠 수 있고, 조성물내 각 성분들이 서로 접착, 결합될 수 있도록 하는 기능을 발현할 수 있다.

다음으로 활성탄에 대해 설명한다.

상기 활성탄은 흡착성이 강하고, 대부분의 구성물질이 탄소질인 물질로써, 흡착제로 기체나 습기를 흡수시키거나 또는 탈색제로 사용되며, 목재나 연탄, 갈탄 등을 염화아연 등의 약품으로 처리, 건조시켜 제조할 수 있다.

상기 활성탄은 메조세공이 발달된 탄소의 집합체로, 분자형태의 내부에 메조세공이 형성되어 큰 표면적을 가짐에 따라 흡착력의 물성에 있어서 우수한 여과재임에 따라 수 처리 여과 장치에서 염소, 각종 유기물 화합물의 제거, 색도, 탁도의 개선 등의 효과가 있으며, 맛, 색, 냄새를 유발하는 유기물을 흡착 제거하는데 탁월한 효과를 나타내어 암모니아, 질산염, 염소, 페놀, 탄닌 등을 흡착, 제거할 수 있다.

특히, 상술한 제올라이트계 광물이나 벤토나이트는 마이크로세공이 발달함에 따라서 포름알데하이드 등 저분자량의 유해물질은 쉽게 흡착, 제거할 수 있으나 이 보다 분자량이 커지는 물질에 대해서는 흡착, 제거능이 저하되는 문제점이 있다. 그러나 상기 활성탄은 메조세공 즉, 기공 입경이 2nm를 초과하는 기공이 잘 발달 됨에 따라서 활성탄을 통해 비교적 분자량이 큰 유해물질을 더욱 쉽게 제거할 수 있는 이점이 있다. 상기 활성탄은 평균입경이 1 ~ 500㎛인 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 평균입경이 100 ~ 300㎛인 것을 사용함이 코팅성 측면에서 바람직하다.

다음으로 상기 무기항균제는 통상의 무기항균제일 수 있으나, 바람직하게는 은나노콜로이드이며, 상기 은나노콜로이드는 물과 에탄올의 혼합용매 100 중량부 에 대하여 구연산은을 10 ~ 15 중량부로 포함한 것일 수 있다. 만일 구연산은이 10 중량부 미만으로 포함되는 경우 항균력 및 탈취력이 현저히 저하될 수 있고, 만일 구연산은이 15중량부를 초과하여 포함되는 경우 구연산은의 완전 용해가 어려워 코팅성의 저하, 제조원가가 상승될 수 있다. 상기 혼합용매는 물 : 에탄올 = 1 : 1.9 ~ 2.2 중량비, 보다 바람직하게는 1 : 2 중량비로 혼합된 것이 구연산 은을 용이하게 용해할 수 있다는 측면에서 바람직하다.

또한, 상기 은나노콜로이드에 포함된 은나노입자의 평균입경은 4 ~ 12nm이며 은나노입자의 입경에 대한 하기 수학식 1에 따른 분산계수가 15% 이하인 것이 본 발명에 따른 조성물이 종이에 코팅되었을 때 코팅성을 증가시키고, 은 나노 입자의 박리를 현저히 감소시켜 오랜 기간 항균성 및 탈취성을 증가시킬 수 있는 이점이 있다. 만일 은나노입자의 평균입경이 4㎚ 미만일 경우 섬유에 코팅 후 쉽게 박리될 수 있는 문제점이 있고, 만일 평균입경이 12㎚를 초과하는 경우 입자 표면적의 감소로 목적하는 수준으로 물성이 발현되지 않을 수 있다. 또한, 상기 은 나노입자 입경에 대한 분산계수가 15%를 초과하는 경우 은 나노입자의 탈리가 현저히 증가되어 항균성 등의 물성이 현저히 감소될 수 있다.

[수학식 1]

다음으로 상기 양이온수는 무색, 무취의 pH 3~9의 물로서, 수용성 미네랄 성분(Ca, Si, Na, Mg, Zn, K, Mn 중 어느 하나 이상의 성분)을 정화수에 산 처리 용해시켜 제조하거나 물을 54 ~ 65Hz로 전기분해 한 산성 이온수를 용매로 하여 상기 수용성 미네랄을 용해시켜 제조한 용매로서 적어도 칼슘(Ca) 성분을 포화상태로 만들어진 알칼리성이 높은 이온수일 수 있다. 상기 이온수에서 적어도 칼슘 성분은 포화상태로 포함될 수 있는데 이를 통해 목적하는 유해성분의 제거효과를 보다 향상시킬 수 있다.

이상으로 상술한 각 성분은 본 발명에 따른 코팅 조성물에서 양이온수 100 중량부에 대하여 캐버자이트(chabazite)를 포함하는 천연 제올라이트계 광물 35 ~ 40 중량부, 벤토나이트 10 ~ 15 중량부, 활성탄 5 ~ 10 중량부 및 무기항균제 2 ~ 5 중량부를 포함한다. 만일 상술한 각 성분들의 함량비를 불만족 하는 경우 목적하는 유해물질의 제거효과가 현저히 감소하거나 및/또는 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 특히 천연 제올라이트계 광물이 40중량부를 초과하여 포함되는 경우 코팅조성물의 코팅성이 현저히 감소할 수 있고, 35 중량부 미만으로 포함되는 경우 목적하는 유해물질의 제거, 흡착, 차단 효과가 현저히 저하될 수 있다. 또한, 벤토나이트의 경우 10 중량부 미만으로 포함될 경우 목적하는 암모니아 등의 성분에 대한 제거 성능이 저하되고, 코팅조성물 내 카바자이트 등의 성분들이 쉽게 탈리 되는 문제점이 있어서 내구성 저하의 문제를 야기할 수 있다. 또한, 만일 벤토나이트가 15 중량부를 초과하여 포함되는 경우 코팅성이 현저히 감소하여 접착력 약화, 박리 등의 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 활성탄의 경우 5 중량부 미만으로 포함되는 경우 목적하는 목적하는 비교적 분자량이 큰 유해물질의 제거능이 현저히 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과할 경우 코팅성의 저하, 접착력 약화, 박리 등의 문제점을 발생시킬 수 있다.

한편, 상술한 코팅조성물은 졸 상태로 코팅접착성을 발현할 수 있으며, 일성분으로 구비되는 벤토나이트는 특히 성분 간의 코팅접착성을 향상시킬 수 있으나, 코팅대상이 되는 종이는 두께가 매우 얇고, 유연성이 크기 때문에 종이가 휘어짐을 반복하는 경우 코팅층에 크랙발생, 박리 등이 발생하기 쉬워 유해물질 제거성능이 오랜기간 지속될 수 없는 문제가 있다. 더욱이, 최근의 합성지 또는 합성수지가 코팅된 코팅지의 경우 표면이 일반 펄프지보다 매끄러워 충분한 접착성능을 더욱 발현하기 어려운 문제가 있다.

이에 본 발명의 바람직한 일구현예에 의하면, 상기 코팅조성물은 피코팅면의 코팅접착성 및 유해물질 제거능의 향상을 위하여 실리카 졸을 더 포함할 수 있다. 특히, 실리카는 메조세공이 발달한 다공체로써, 상술한 천연 제올라이트나 벤토나이트에 흡착되기 어려운 분자량이 큰 유해화합물의 흡착에 적합하며, 이를 통해 유해물질 제거능이 더욱 향상될 수 있다.

상기 실리카졸은 실리카를 15 ~ 20 중량% 포함하고, 분산용매를 잔량으로 포함하는 졸 상태의 용액으로써, 만일 실리카졸에서 실리카의 함량이 15중량% 미만일 경우 목적하는 수준의 접착성능 향상 및 유해물질 제거성능 향상의 효과를 기대하기 어려울 수 있다. 또한, 만일 실리카를 20 중량% 초과하여 포함할 경우 코팅조성물의 코팅성이 저하될 수 있는 문제가 있다. 상기 분산용매는 실리카를 졸 상태로 분산시키기에 적합한 것으로 공지된 용매의 경우 제한 없이 사용될 수 있고, 이에 대한 일예로, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭사이드 등을 단독 또는 병행하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 실리카졸은 양이온수 100 중량부에 대하여 50 ~ 60 중량부로 코팅조성물에 포함될 수 있다. 만일 실리카졸이 양이온수 100 중량부에 대하여 50 중량부 미만으로 구비되는 종이에 코팅 후 고화된 코팅층에 크랙이 발생하거나 박리될 수 있는 문제가 있다. 또한, 만일 실리카졸이 60 중량부를 초과하여 구비되는 경우 코팅조성물의 코팅성이 저하될 수 있는 문제가 있다.

한편, 상기 실리카 졸에 구비된 실리카는 실리카 전체 중량에서 중공형 실리카를 80 중량% 이상 포함할 수 있다. 중공형 실리카는 내부에 공동인 중공부를 포함하며, 상기 중공부를 둘러싸는 쉘부로 이루어지며, 쉘부의 다공성 기공 및 기공들이 연결된 채널 내부에 유입된 유해물질이 이동하여 중공부에 흡착, 제거될 수 있다. 실리카는 특히 수분제거능이 뛰어남에 따라서 실리카에 흡착되는 수분은 쉘부의 기공에 흡착된 유해물질을 용해시켜 중공부쪽으로 함께 이동시키기에 보다 용이할 수 있다. 상기 중공형 실리카의 평균입경은 30 ~ 50 ㎚일 수 있으며, 이때, 중공의 평균입경은 5 ~ 20 nm일 수 있다. 만일 중공형 실리카의 평균입경이 30㎚ 미만일 경우 분산성이 저하될 수 있으며, 유해물질의 제거능 향상이 미미할 수 있다. 또한, 만일 중공형 실리카의 평균입경이 50㎚를 초과하는 경우 접착성능의 저하를 유발할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 만일 중공입경이 5 nm 미만일 경우 실리카를 통한 유해물질 제거능의 지속성이 약화될 수 있다. 또한, 만일 중공입경이 20nm를 초과하는 경우 쉘부의 두께가 감소하여 쉘부의 붕괴를 초래할 수 있음에 따라 중공형 실리카가 수분흡습, 유해물질 제거, 접착성능을 목적한 대로 수행하지 못하는 문제점이 있을 수 있다.

또한, 상기 중공형 실리카의 형상은 구형일 수 있다. 이는 실리카의 형상이 침상이나 다면체 등일 때 보다 구형일 때 분산성이 더 우수해 종이에 코팅되었을 때 전면적에 걸쳐 고른 접착력을 발현시키기에 보다 유리할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 구현예에 의하면 보다 향상된 접착성 및 코팅성을 위하여 실리카졸을 구비하는 코팅조성물의 경우 벤토나이트의 입경을 실리카의 입경과 유사한 것을 사용함이 바람직하다. 이에 따라서 보다 바람직하게는 상술한 벤토나이트의 입경이 30 ~ 50 ㎚ 일 수 있고, 이 경우 보다 향상된 코팅, 접착성을 발현하며 만일 상기 입경범위를 벗어날 경우 물성 향상정도가 미미할 수 있다.

한편, 상기 코팅조성물은 분산제, 발포제 및 소포제 중 어느 하나 이상을 1 ~ 2.5 중량%로 더 포함할 수 있다.

상기 분산제는 윤활성과 흐름성을 조절하는 역할을 하며, 아크릴산 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 만일 분산제를 과량 사용하면 분산속도가 빨라져 피도물에 코팅하는 경우 침투가 너무 많아져 불량 코팅의 원인이 되고, 분산제를 너무 소량 사용하면 분산 능력이 떨어져서 균일한 조성물의 제조가 어려워진다. 또한, 상기 발포제는 코팅층을 다공성의 발포코팅층으로 제조하는데 도움을 주고, 아조계 화합물, 니트로소계 화합물 및 술포닐히드라지드계 화합물로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 소포제는 조성물내 발생하는 기포의 제거역할을 담당하며, 통상의 코팅용액에 사용되는 소포제일 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 옥틸알코올, 시클로 헥산올, 기타 고급 에탄올, 에틸렌글리콜, 소르비탄 지방산에스테르를 주성분으로 하는 비이온성 계면활성제 등을 사용할 수 있다.

만일 상기 각 성분을 1 중량% 미만으로 포함할 경우 상기 각 성분을 포함시켜 구현하고자 하는 물성을 발현시킬 수 없을 수 있고, 2.5 중량부를 초과하는 경우 과도한 발포성 등으로 안정한 셀구조의 발포코팅층을 구현할 수 없어서 코팅층의 기계적 물성이 현저히 저하되거나 코팅성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 코팅조성물은 또한, 식물성 향 추출물을 10 ~ 15 중량%로 더 포함할 수 있고, 상기 식물성 향 추출물은 잣나무, 소나무, 녹차잎, 허브 및 편백나무 추출물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 추출물은 해당 식물 재료로부터 통상의 식물 추출 기법에 의해 추출된 추출물이 사용될 수 있음에 따라 본 발명은 이의 제조방법을 특별히 한정하지 않는다.

상기 코팅조성물의 제조방법에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 후술하는 제조방법에 의해 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 코팅조성물을 제조할 수 있는 바람직한 일구현예로써, (1)캐버자이트를 포함하는 천연 제올라이트계 광물, 벤토나이트, 활성탄, 무기항균제를 양이온수에 교반시켜 혼액용액을 제조하는 단계(S100); 및 (2)상기 혼합용액을 숙성시키는 단계(S200);를 포함하여 제조하되, 상기 혼합용액은 양이온수 100 중량부에 대하여 캐버자이트(chabazite)를 포함하는 천연 제올라이트계 광물 35 ~ 40 중량부, 벤토나이트 10 ~ 15 중량부, 활성탄 5 ~ 10 중량부 및 무기항균제 2 ~ 5 중량부가 혼합되어 제조될 수 있다.

먼저, 본 발명에 따른 (1) 단계로써, 캐버자이트를 포함하는 천연 제올라이트계 광물, 벤토나이트, 활성탄, 무기항균제를 양이온수에 교반시켜 혼액용액을 제조하는 단계를 수행하고, 상기 혼합용액은 양이온수 100 중량부에 대하여 캐버자이트(chabazite)를 포함하는 천연 제올라이트계 광물 35 ~ 40 중량부, 벤토나이트 10 ~ 15 중량부, 활성탄 5 ~ 10 중량부 및 무기항균제 2 ~ 5 중량부가 되도록 혼합된다.

상기 각 성분 및 각 성분의 조성비에 대한 설명은 상술한 것과 동일하여 생략한다. 또한, 상기 천연 제올라이트계 광물은 산성용액으로 용해된 후 다량의 알칼리용액으로 중성화된 용액상태로 혼합될 수 있다.

다음으로 본 발명에 따른 (2) 단계로써, 상기 혼합용액을 숙성시키는 단계를 수행한다.

본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 (2) 단계는 60 ~ 65℃의 온도에서 24시간 이상, 보다 바람직하게는 24 ~　48시간 동안 숙성될 수 있고, 이를 통해 안정적으로 분산된 코팅조성물을 수득할 수 있어서 코팅성이 향상될 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 조성물에서 캐버자이트를 포함하는 천연 제올라이트계 광물, 벤토나이트 및 활성탄의 표면은 나노 액상화 과정에서 매우 활성화된 상태로서, 유해물질이 흡착 가능한 세공들 및 화학적으로 상호작용할 수 있는 작용기들을 지니고 있음에 따라 종이 표면에 코팅하면 수분이 증발된 후 나노 크기의 세공을 가진 강하고 얇은 층이 형성될 수 있다. 이를 통해 종이표면에 구현된 코팅층의 세공들 및 화학적 작용기들과 유해물질이 물리화학적 상호작용에 의해서 유해물질이 흡착, 제거시킬 수 있다. 또한, 상술한 코팅조성물은 졸상태일 수 있음에 따라서 일정정도의 점성을 가질 수 있는데, 흡착된 유해물질들은 졸상의 점착성으로 인해 코팅층에 흡착된 상태로 오랫동안 유해물질을 부착시킬 수 있다. 나아가 종이표면에 피복되는 얇은 코팅층에 구비된 성분들의 표면 작용기로 인해 유해물질과 반응해 활성 라디칼을 형성할 수 있는데, 상기 활성 라디칼이 종이에서 발산되는 유해물질을 산화시켜 분해시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 종이의 적어도 일면에 본 발명에 따른 코팅조성물이 코팅된 후 고화된 코팅층을 포함하는 유해물질 제거 및 차단성을 구비한 종이를 포함한다.

상기 종이는 공지된 종이인 경우 그 재질이 천연소재, 합성소재 또는 제조된 종이에 별도의 합성수지 코팅층을 구비했는지 여부를 불문하고 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 코팅조성물을 종이표면에 코팅시키는 방법은 통상의 방법을 통해 수행할 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않으며, 이에 대한 비제한적인 예로써, 그라비아 스틸 고무롤러 회전 망점 박막 코팅방법일 수 있다. 상기 코팅방법은 종이의 면적, 재질 등에 따라 선택적으로 변경할 수 있고, 코팅시의 두께도 종이의 재질, 발현시키고자 하는 물성의 정도 등에 따라 달리 선택될 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.

통상의 방법으로 코팅조성물을 종이표면에 도포한 후 건조공정을 더 수행할 수 있다. 상기 건조공정은 온도를 50 ~ 180℃에서 수행할 수 있으며, 만일 180℃를 초과하는 온도에서 건조공정 수행시에 휘발성 유기화합물이 발생함에 따라 목적하는 유해성분의 제거가 아닌 유해성분을 오히려 발생시키거나 종이가 발화하는 문제점이 있다.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

<실시예 1>

칼슘이온이 포화로 용해된 양이온수 100 중량부에 대하여 평균 입경이 120㎛인 캐버자이트를 38중량부, 평균입경 40㎚의 벤토나이트 13중량부, 평균입경 250㎛인 활성탄 6중량부 및 무기항균제로 평균입경이 11nm이고, 입경에 대한 분산계수가 13%인 은나노콜로이드(물/에탄올 1:2 중량부로 혼합한 혼합용매 100 중량부에 대해 구연산은 12중량부 혼합)를 3 중량부, 평균입경이 40㎚인 중공형 실리카(SG-HS40), 석경)가 18중량% 함량으로 디메틸포름아마이드에 분산된 졸용액 55중량부를 혼합, 교반하여 혼합용액을 제조하였고, 제조된 혼합용액을 60℃ 온도에서 20시간 숙성하여 유해물질 제거 및 차단을 위한 하기 표 1과 같은 종이용 코팅 조성물을 제조하였다.

<실시예 2 ~ 12>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 1 또는 표 2와 같이 코팅조성물의 조성비를 변경하여 하기 표 1 또는 표 2와 같은 종이용 코팅 조성물을 제조하였다.

<비교예 1 ~ 2>

실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 하기 표 2와 같이 조성물의 조성비를 변경하여 하기 표 2와 같은 종이용 코팅 조성물을 제조하였다.

<실험예 1>

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 종이용 코팅 조성물을 A4크기의 평량이 60g/㎡인 백상지(한국제지, 뉴크린유광지) 상에 그라비아 코팅 방법으로 코팅 후 두께가 2㎛가 되도록 도포하고 70℃의 온도로 48시간 건조시켜 조성물이 코팅된 종이를 제조하였고, 제조된 종이에 대하여 하기 물성을 평가하여 표 1 및 2에 나타내었다.

이때, 코팅조성물에 의한 유해물질 제거성능의 평가를 위해 코팅 전의 종이에 별도로 유해물질액(포름알데하이드 5중량%, 사염화탄소 5중량%, 폴리염화비페닐(PCBs) 5중량%를 용해시킨 벤젠액)을 얇게 도포 후 40℃의 밀폐된 챔버에서 건조시켰다.

또한, 코팅조성물에 의한 인쇄글자의 시인성 저하 여부를 평가하기 위하여 유해물질액이 처리된 종이에 활자를 통상의 프린터기를 사용하여 인쇄하였다.

1. 유해물질 제거성능 평가

종이에 대하여 실내공기질 공정시험기준인 환경부 고시 제201024호에 의거하여 소형챔버법으로 수행하였으며, 총휘발성 유기화합물의 양, 포름알데하이드 양, 사염화탄소 양, 폴리염화비페닐의 양을 측정하였다. 측정된 결과에 대하여 코팅조성물 처리 전의 종이에 대한 평가 결과를 100%로 기준해서 각각의 양에 대하여 상대적인 비율로 나타내었다.

2. 접착성 평가 A

코팅된 종이에서 서로 대향하는 두 변이 맞닿도록 종이를 구부린 후 다시 펴서 반대방향으로 상기 두 변이 맞닿도록 종이를 구비렸다. 이 과정을 1set로 하여 500set 실시 후 광학현미경으로 종이 표면을 관찰하여 코팅층에 크랙이 발생했는지 여부에 대해 평가하였다. 이때, 그 결과를 크랙이 발생하지 않은 경우 5, 크랙의 길이가 1㎛ 미만인 경우 4, 크랙의 길이가 1㎛ 이상 ~ 3㎛ 미만인 경우 3, 크랙의 길이가 3㎛ 이상 ~ 5㎛ 미만인 경우 2, 크랙의 길이가 5㎛ 이상 경우 1, 박리된 부분이 있는 경우 0으로 하여 나타냈다.

3. 접착성 평가 B

코팅된 종이를 반으로 접고, 펴는 과정을 1set로 하여 100set 반복 후 광학현미경으로 종이가 접혀졌던 부분을 관찰하여 크랙, 박리가 발생했는지 여부에 대해 평가하였다. 이때, 그 결과를 크랙이 발생하지 않은 경우 5, 크랙의 길이가 1㎛ 미만인 경우 4, 크랙의 길이가 1㎛ 이상 ~ 3㎛ 미만인 경우 3, 크랙의 길이가 3㎛ 이상 ~ 5㎛ 미만인 경우 2, 크랙의 길이가 5㎛ 이상 경우 1, 박리된 부분이 있는 경우 0으로 하여 나타냈다.

4. 시인성 평가

코팅 후 종이에 인쇄된 활자의 시인성을 평가하기 위하여, 코팅전의 인쇄활자와 대비했을 때 활자의 번짐 등 시인성을 방해하는지 여부를 남성 10인, 여성 10인 총 20인이 시인성의 방해가 없는 경우 0, 있는 경우 1로 평가하여 평균값을 계산하였다.

하기 표 1 및 표 2의 기재 중 제올라이트 중 "C"는 캐버자이트를 나타내는 약자이며, "M"은 모오데나이트, "L"은 클리놉틸로라이트(clinoptilolite)를 나타내는 약자를 의미한다.

또한, TVOC는 휘발성 유기화합물의 총부피를 나타낸다.

또한, 실리카에서 "중공"은 중공형 실리카를 나타내며, "비중공"은 중공부를 갖지 않은 동일 입경의 구상 실리카를 의미한다.

상기 표 1 및 표 2에서 확인할 수 있듯이,

제올라이트 광물로써, 모오데나이트를 구비한 비교예 1은 실시예 1에 대비하여 유해물질 제거성능이 다소 저하되었으며 특히, 휘발한 유기화합물의 총 부피(TVOC)가 증가한 것으로 보아 벤젠의 흡착 제거능이 현저히 증가한 것으로 예상할 수 있고, 시인성 측면에서도 실시예 1에 비해 현저히 저하된 것을 확인할 수 있다. 또한, 클리놉틸로라이트를 구비한 비교예 2는 실시예 1에 대비하여 유해물질 제거성능이 유사한 수준으로 발현되었으나 시인성 측면에서 실시예 1에 대비하여 현저히 저하된 것으로 확인할 수 있다.

또한, 제올라이트 광물의 함량이 바람직한 범위를 벗어나 초과하여 구비된 실시예 2의 경우 실시예 1에 대비하여 접착성이 다소 저하된 것을 확인할 수 있으며, 바람직한 범위 미만으로 구비된 실시예 3의 경우 실시예 1에 대비하여 유해물질제거성능이 저하된 것을 확인할 수 있다.

또한, 벤토나이트의 함량이 바람직한 범위 미만으로 구비된 실시예 4의 경우 실시예 1에 대비하여 유해물질제거능의 감소와 더불어 접착성 평가 B에서 물성이 크게 감소된 것을 확인할 수 있다. 또한, 벤토나이트의 함량이 바람직한 범위를 초과하여 구비된 실시예 5의 경우 실시예 1에 대비하여 접착성 B 평가에서 물성이 감소했으며 이를 통해 코팅성이 저하된 것을 확인할 수 있다.

한편, 실리카졸을 구비하지 않은 실시예 9는 접착성 평가결과 실시예 1에 대비하여 현저한 물성저하가 발생했음을 확인할 수 있다.

또한, 실리카졸을 구비한 경우에도 중공형 실리카를 사용하지 않고, 일반의 구형 실리카를 사용한 실시예 8의 경우 접착성 평가결과는 양호했으나 유해물질 제거능 특히, 분자량이 큰 폴리염화비페닐의 제거능이 현저히 감소한 것을 확인할 수 있다.

또한, 중공형 실리카를 구비한 실리카졸을 사용한 경우에도 실리카졸에서의 실리카 함량이 적은 실시예 6의 경우 접착성평가 B에서 특히 실시예 1에 대비하여 물성저하가 컸고, 실리카졸에서의 실리카 함량이 많은 실시예 7의 경우에도 코팅성 저하로 접착성이 실시예 1에 비해 현저히 저하된 것을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (13)

1. 양이온수 100 중량부에 대하여 캐버자이트(chabazite)를 포함하는 천연 제올라이트계 광물 35 ~ 40 중량부, 벤토나이트 10 ~ 15 중량부, 활성탄 5 ~ 10 중량부 및 무기항균제 2 ~ 5 중량부를 포함하는 종이용 친환경 코팅조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 무기항균제는 물과 에탄올이 1:2 중량비로 혼합한 혼합용매 100 중량부에 대하여 구연산은을 10 ~ 15 중량부로 포함하는 종이용 친환경 코팅조성물.
3. 제1항에 있어서,
   상기 캐버자이트는 평균입경이 50 ~ 150㎛의 입상인 종이용 친환경 코팅조성물.
4. 제1항에 있어서,
   상기 양이온수는 칼슘, 규소, 나트륨, 마그네슘, 아연, 칼륨 및 망간 성분을 포함하고, 상기 성분 중 적어도 칼슘에 대하여 포화용액인 종이용 친환경 코팅조성물.
5. 제1항에 있어서,
   상기 코팅조성물은 피코팅면의 코팅접착성 및 유해물질 제거능의 향상을 위하여 실리카 졸을 더 포함하는 종이용 친환경 코팅조성물.
6. 제5항에 있어서,
   상기 실리카 졸은 실리카를 15 ~ 20 중량%, 분산용매를 잔량으로 포함하는 종이용 친환경 코팅조성물.
7. 제5항에 있어서
   상기 실리카 졸은 양이온수 100 중량부에 대하여 50 ~ 60 중량부로 포함되는 종이용 친환경 코팅조성물.
8. 제6항에 있어서,
   상기 실리카는 실리카 전체 중량에서 중공형 실리카를 80 중량% 이상 포함하는 종이용 친환경 코팅조성물.
9. 제8항에 있어서,
   상기 중공형 실리카의 평균입경은 30 ~ 50 ㎚인 종이용 친환경 코팅조성물.
10. (1)캐버자이트를 포함하는 천연 제올라이트계 광물, 벤토나이트, 활성탄, 무기항균제를 양이온수에 교반시켜 혼액용액을 제조하는 단계; 및
    (2)상기 혼합용액을 숙성시키는 단계;를 포함하여 제조하되,
    상기 혼합용액은 양이온수 100 중량부에 대하여 캐버자이트(chabazite)를 포함하는 천연 제올라이트계 광물 35 ~ 40 중량부, 벤토나이트 10 ~ 15 중량부, 활성탄 5 ~ 10 중량부 및 무기항균제 2 ~ 5 중량부가 혼합된 종이용 친환경 코팅조성물 제조방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 (2) 단계는 60 ~ 65℃의 온도에서 24시간 이상 숙성되는 종이용 친환경 코팅조성물 제조방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 천연 제올라이트계 광물은 산성용액으로 용해된 후 다량의 알칼리용액으로 중성화된 용액상태로 혼합되는 종이용 친환경 코팅조성물 제조방법.
13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 코팅조성물이 코팅된 친환경 종이.

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