KR20200050655A - 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법 - Google Patents

서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스타이렌(styrene), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 부틸아크릴레이트(buyl acrylate), 아크릴산(acrylic acid), 및 이타콘산(itaconic acid)을 혼합한 단량체 혼합물에 개시제를 첨가하여 코어(core) 고분자를 합성하는 단계; 산화전분과 폴리비닐알콜을 혼합하여 혼합 보호콜로이드를 합성하는 단계; 상기 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드를 혼합하여 서스펜션(suspension) 중합시켜 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드로 이루어진 코어-쉘 형태의 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 합성하는 단계; 코팅용 안료에 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 준비한 혼합용액을 원지의 프리층과 탑층에 도포하고 가압하여 원지 상에 프리-코팅층과 탑-코팅층을 각각 형성하는 단계; 및 상기 프리-코팅층과 탑-코팅층에 도공액을 도포한 후 도공 처리하여 도공지를 제조하는 단계를 포함하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방법으로 제조된 도공지는 고신장률과 고접착능을 지닌 고형분 35%, 나노 수준의 평균입경을 갖는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용함으로써 기존의 도공지와 인쇄적성이 동일하면서도 면 특성 및 인장강도 등의 물성을 향상시켜 폴드크랙 비율을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법{Manufacturing method of coated paper using suspension polymerization acrylic latex for coating}
본 발명은 고신장율 및 고접착능을 갖는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 사용하여 폴드크랙킹 비율이 저감된 도공지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
국내 제지산업은 세계 5위 생산국으로서 재활용기술과 제지기술 및 가공 기술은 세계적으로 인정받고 있으며, 2014년 현재 연간 1,160만 톤의 지류제품을 생산하고 있으며 이는 총생산액 10조 2천억 원에 해당한다.
이 가운데 인쇄용지가 304만 톤이고 판지 중 백판지가 149만 톤으로 두 지종합계는 453만 톤에 달하며 총생산량 기준으로 볼 때 40%에 해당한다.
하지만 이들 두 지종의 생산가격은 나머지 지종의 대부분을 점하는 골판지와 신문용지에 비해 각각 3.5배와 1.5배에 해당하므로 연간생산액 측면에서는 약 70%에 해당하여 연간 총생산액이 7 조원에 이르는 중요 산업이다.
국내 인쇄용지 소비패턴을 보면 고급 인쇄물 선호하는 경향으로 인해 도공지의 비율이 증대되고 있으며, 국내에서 생산된 도공지의 약 40%와 백판지의 약 50%가 해외로 수출되고 있어 국제시장에서의 가격 및 품질 경쟁력이 더욱 중요해지고 있다.
특히, 수출대상 지역인 미주로 수출되는 경우 가격 경쟁력 뿐 아니라 고품질 인쇄적성에 대한 요구가 크게 증대되고 있으나, 펄프원료 부족에 따른 경쟁력 약화를 극복하기 위해 충전물 사용이 과도한 관계로 강도 및 품질이 미주지역의 제품에 비해 낮은 것이 현실이다.
특히, 제지용 약품 분야에서는 글로벌 기업에 의한 시장 잠식이 심각하고 제지산업의 정체현상에 따라 국내 기업이 대부분 폐업하였거나 경쟁력을 상실하고 있으며, 도공용 바인더는 석유화학제품으로 중요한 제지용 약품중 하나이지만 핵심기술을 미국과 일본에서 도입한 대기업에 의해 해당 기술과 시장이 주도되고 있다.
국내 제지용 라텍스는 스타이렌과 부타디엔을 주요 모노머로 사용하며 계면 활성제를 사용하는 에멀션 중합기술에 의존하고 있다.
에멀션 중합에 의해 합성된 라텍스는 결합력, 품질안정성, 광택, 인쇄적성 등에 우수한 특성을 보이나 최근 들어 새로운 품질 문제로 부각되고 있는 폴드크랙의 개선에는 한계가 있을 뿐 아니라, 라텍스 입도를 더욱 미립화 시킬 때 가능한 결합력 향상 효과도 에멀션 중합기술과 연계된 계면 활성제의 사용에 따라 품질에 한계를 지니고 있어 새로운 혁신기술의 도입이 필요한 실정이다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제1715678호(2017.03.13. 공고)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 종래 폴드크랙킹에 따른 품질저하가 발생하는 도공지의 문제점을 해결하기 위해 코어 고분자와 쉘 고분자 간의 서스펜션 중합을 통해 합성된 라텍스를 코팅 안료에 첨가하여 도공기의 코팅 공정에 적용함으로써 도공지의 총 회분함량을 증가시키고 폴드크랙킹 비율을 저하시킬 수 있는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 스타이렌(styrene), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 부틸아크릴레이트(buyl acrylate), 아크릴산(acrylic acid), 및 이타콘산(itaconic acid)을 혼합한 단량체 혼합물에 개시제를 첨가하여 코어(core) 고분자를 합성하는 단계; 산화전분과 폴리비닐알콜을 혼합하여 혼합 보호콜로이드를 합성하는 단계; 상기 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드를 혼합하여 서스펜션(suspension) 중합시켜 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드로 이루어진 코어-쉘 형태의 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 합성하는 단계; 코팅용 안료에 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 준비한 혼합용액을 원지의 프리층과 탑층에 도포하고 가압하여 원지 상에 프리-코팅층과 탑-코팅층을 각각 형성하는 단계; 및 상기 프리-코팅층과 탑-코팅층에 도공액을 도포한 후 도공 처리하여 도공지를 제조하는 단계를 포함하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법에 따라 제조된 것인 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지를 제공한다.
본 발명에 따른 방법으로 제조된 도공지는 고신장률과 고접착능을 지닌 고형분 35%, 나노 수준의 평균입경을 갖는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용함으로써 기존의 도공지와 인쇄적성이 동일하면서도 면 특성 및 인장강도 등의 물성을 향상시켜 폴드크랙 비율을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 나타낸 TEM 이미지를 나타낸 도면이다.
도 4는 원지 CD 폭방향에 따른 폴드크랙 적성 비교 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 상대습도 차이에 따른 도공지 폴드크랙 적성 비교 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 코팅칼라 도공량 차이에 따른 폴드크랙 비교 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 슈퍼캘린더링 처리 및 처리 방법에 따른 폴드크랙 비교 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명인 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 발명자들은 제지용 라텍스에 대해 연구 개발 하던 중 종래 에멀션 중합 대신에 코어 고분자와 쉘 고분자 간의 서스펜션 중합으로 진행할 경우 라텍스 입도를 더욱 미립화시켜 고신장율 및 고접착능을 갖는 나노 수준의 라텍스를 합성할 수 있고, 합성된 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 코팅 안료에 첨가하여 도공지 제조를 위한 도공기(Coater)의 코팅 공정에 적용할 경우 폴드크랙킹 비율이 저감된 우수한 품질의 도공지를 제조할 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 스타이렌(styrene), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 부틸아크릴레이트(buyl acrylate), 아크릴산(acrylic acid), 및 이타콘산(itaconic acid)을 혼합한 단량체 혼합물에 개시제를 첨가하여 코어(core) 고분자를 합성하는 단계; 산화전분과 폴리비닐알콜을 혼합하여 혼합 보호콜로이드를 합성하는 단계; 상기 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드를 혼합하여 서스펜션(suspension) 중합시켜 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드로 이루어진 코어-쉘 형태의 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 합성하는 단계; 코팅용 안료에 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 준비한 혼합용액을 원지의 프리층과 탑층에 도포하고 가압하여 원지 상에 프리-코팅층과 탑-코팅층을 각각 형성하는 단계; 및 상기 프리-코팅층과 탑-코팅층에 도공액을 도포한 후 도공 처리하여 도공지를 제조하는 단계를 포함하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법에 관한 것이다.
상기 코어(core) 고분자를 합성하는 단계는 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 3 내지 5 중량부의 개시제를 첨가하여 코어 고분자를 합성하는 단계일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 단량체 혼합물은 스타이렌(styrene), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 부틸아크릴레이트(buyl acrylate), 아크릴산(acrylic acid), 및 이타콘산(itaconic acid)이 30 : 30 : 30 : 5 : 5의 중량비 만큼 혼합된 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 단량체의 유리전이온도(Tg)에 대한 상대적인 값에 따라 하드(hard) 단량체 및 소프트(soft) 단량체, 및 기능성을 부여하는 기능성 단량체로 구분할 수 있다.
보다 상세하게는, 하드(hard) 단량체는 스타이렌(styrene), 소프트(soft) 단량체는 틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 및 부틸아크릴레이트(buyl acrylate), 기능성 단량체는 아크릴산(acrylic acid), 및 이타콘산(itaconic acid)으로 분류할 수 있다.
이와 관련하여, 하드(hard) 단량체와 소프트(soft) 단량체의 비율을 변경함으로써 코어 고분자의 유리전이온도(Tg)를 조절할 수 있다. 소프트(soft) 단량체의 비율이 증가함에 따라 중합 안정성이 하락하며, 입도의 크기가 증가하는 경향이 있으므로 소프트 단량체는 최대 70 중량% 만큼 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 서스펜션중합 아크릴계 라텍스의 안정성 향상을 위하여 기능성 단량체인 이온성 단량체를 포함시켜 중합방법을 적절히 조절해주어야 한다. 기능성 단량체인 음이온성 단량체는 최대 10 중량% 만큼 포함하는 것이 바람직하다.
하지만, 음이온성 단량체의 경우 강도의 향상을 가져올 수는 있으나 투입방법에 따라 음이온성 단량체의 존재위치가 수상(aqueous phase)인 경우 거품 발생 등의 부작용을 초래 할 수 있기 때문에 코어 고분자 내에 균일하게 존재시키기 위하여 하드(hard) 단량체와 소프트(soft) 단량체와 함께 음이온성 단량체를 투입하는 것이 바람직하다.
상기 코어(core) 고분자를 합성한 후 안정성은 중합 안정성과 밀접한 관련이 있다. 중합 안정성이 확보될 경우 보관 안정성 및 작업성은 비례적으로 향상된 결과를 보이며, 중합 이후 잔류 단량체를 최소화하기 위하여 추가 개시제를 투입하여 일정시간 고온반응을 진행할 수 있으며, 잔류 단량체를 충분히 제거한 후 50℃에서 열을 식히며 암모니아 용액으로 pH를 조절할 수 있다.
상기 혼합 보호콜로이드는 산화전분과 폴리비닐알콜이 (1 ~ 5) : 1의 중량비로 혼합된 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 산화전분과 폴리비닐알콜의 혼합비에서, 산화전분과 폴리비닐알콜을 3 : 1의 중량비로 혼합시킬 경우 중합 안정성을 높일 수 있고, 서스펜션중합 아크릴계 라텍스의 평균 입도를 줄일 수 있어 산화전분과 폴리비닐알콜을 3 : 1의 중량비로 혼합하는 것이 보다 바람직하다.
상기 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 합성하는 단계는 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드를 (50 ~ 80) : (20 ~ 50)의 중량비로 혼합하여 75 내지 85℃에서 서스펜션(suspension) 중합시켜 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드로 이루어진 코어-쉘 형태의 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 합성하는 단계일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 서스펜션중합 아크릴계 라텍스는 평균 입경이 60 내지 80 nm인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 서스펜션중합 아크릴계 라텍스는 고형분 함량이 40 내지 50 중량%일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 서스펜션중합 아크릴계 라텍스의 구조는 코어-쉘 형태를 가짐을 육안으로 확인할 수 있고, 서스펜션중합 아크릴계 라텍스의 평균 입경이 60 내지 80 nm이므로 우수한 품질을 갖는 도공지를 제조할 수 있다.
상기 혼합용액은 코팅용 안료 100 중량부에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스 1 내지 10 중량부를 포함하여 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도공액은 중질 탄산칼슘 100 중량부에 대하여 스타디엔-부타디엔 라텍스 5 내지 15 중량부, 내수화제(insolubiliser) 0.1 내지 1 중량부, 윤활제(Lubricant) 0.1 내지 1 중량부, 및 수산화나트륨 0.01 내지 0.2 중량부를 포함하여 이루어진 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도공지를 제조하는 단계는 상기 프리-코팅층과 탑-코팅층에 도공액을 도포한 후 100 내지 150℃에서 건조하고 20 내지 25℃의 온도 및 45 내지 55%의 상대습도 조건에서 20 내지 28시간 동안 조습처리하여 도공지를 제조하는 단계일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 본 발명은 상기 방법에 따라 제조된 것인 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지를 제공한다.
상기 도공지는 총 회분 함량이 45 내지 50 중량%일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 도공지는 폴드크랙킹 비율이 22% 이하일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 하기 실시예에 의해 본 발명인 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 코팅용 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조
1. 서스펜션중합 아크릴계 라텍스 합성
먼저, 코어 고분자를 중합하기 위해, 중합 pH는 4.0 ~ 4.5로 설정하고, 단량체로는 스타이렌(styrene), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 부틸아크릴레이트(buyl acrylate), 아크릴산(acrylic acid), 및 이타콘산(itaconic acid)을 30 : 30 : 30 : 5 : 5의 중량비 만큼 혼합하여 이용하였다.
단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 수용성 개시제인 과산화황산암모늄(Ammonium persulfate)를 3 ~ 5 중량부 만큼 첨가하여 중합시켜 코어 고분자를 합성하였다.
이후, 산화전분과 폴리비닐알코올(PVA)을 3 : 1의 비율로 혼합하여 혼합 보호콜로이드를 준비하였고, 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드를 70 : 30의 중량비로 혼합하여 80 ~ 81℃에서 서스펜션 중합시켜 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드로 이루어진 코어-쉘 형태의 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 합성하였다.
2. 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조
코팅용 안료 100 중량부에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스 5 중량부를 첨가하여 혼합용액을 준비하였고, 이를 원지(base paper)에 도포한 후 가열하여 녹이고, 압력을 가해 늘림으로써 프리-코팅층과 탑-코팅층을 형성시켰다.
이후, 프리-코팅층에 도공처리를 하기 위해, 도공 안료인 중질 탄산칼슘(히드로카르브(HydrocarbTM) 60, 오미야(Omya)) 100 중량부에 대하여 스타디엔-부타디엔 라텍스(M710, Tg : -19℃, 입도: 180 nm, LG화학) 10 중량부, 내수화제 (insolubiliser) 0.5 중량부, 윤활제(Lubricant) 0.5 중량부, 및 수산화나트륨 0.1 중량부를 첨가하여 프리-코팅층 도공액을 준비하였다.
또한, 탑-코팅층에 도공처리를 하기 위해, 도공 안료인 중질 탄산칼슘(세타카르브(Setacarb)™ 97K, 오미야(Omya)) 100 중량부에 대하여 스타디엔-부타디엔 라텍스(M710, Tg : -19℃, 입도: 180 nm, LG화학) 10 중량부, 내수화제 (insolubiliser) 0.5 중량부, 윤활제(Lubricant) 0.5 중량부, 및 수산화나트륨 0.15 중량부를 첨가하여 탑-코팅층 도공액을 준비하였다.
프리-코팅층 도공액과 탑-코팅층 도공액을 각각 프리-코팅층과 탑-코팅층에 도공 처리 후, 130℃의 열풍을 이용하여 건조하였고, 온도 23℃, 상대습도 50%의 항온항습 조건에서 24시간 이상 조습 처리하였다. 조습 후 도공지의 도공량은 40 ± 2 g/m2 으로 최종적으로 200 g/m2의 도공지를 제작하였다.
<실험예 1> 코팅 안료에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 얻어진 혼합용액을 처리한 원지의 물성 평가
코팅 안료에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 얻어진 혼합용액을 처리한 원지와 코팅 안료 만을 처리한 원지의 물성을 비교하였고, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00001
상기 표 1을 참조하면, 코팅 안료만 처리한 원지(대조군)에 비해 실시예 1에 따라 코팅 안료에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 얻어진 혼합용액을 처리한 원지의 경우 전반적인 강도 특성이 모두 향상되는 것을 확인하였다.
실시예 1에 따라 코팅 안료에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 얻어진 혼합용액을 처리한 원지의 경우 기존 조건 대비 인장강도가 향상되는 것으로 확인되며, 이외의 내절도 및 내부결합강도는 대등하게 나타내었다.
<실험예 2> 코팅 안료에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 얻어진 혼합용액을 처리한 도공지의 물성 평가
코팅 안료에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 얻어진 혼합용액을 처리한 도공지와 코팅 안료 만을 처리한 도공지의 물성을 비교하였고, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure pat00002
상기 표 2를 참조하면, 품질 특성 비교 결과 실시예 1에 따라 제조된 도공지의 경우 종래 도공지(대조군)에 비해 면 특성이 개선되는 것을 알 수 있다.
이는 코팅 안료에 적용된 서스펜션중합 아크릴계 라텍스에 의한 원지 표면 코팅 커버리지 개선으로 도공 시 도공액의 표면 잔류가 증가되었기 때문이다.
또한, 도공지의 내부결합강도 역시 기존 대비 미미한 수준으로 감소하였고, 이는 원지 표면 코팅 커버리지 개선에 따른 도공액 내 접착성 물질이 원지로의 침투가 저하되었기 때문인 것을 알 수 있다.
<실험예 3> 코팅 안료에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 얻어진 혼합용액을 처리한 도공지의 면 특성 및 인쇄적성 평가
코팅 안료에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 얻어진 혼합용액을 처리한 도공지와 코팅 안료 만을 처리한 도공지의 면 특성 및 인쇄적성을 비교하였고, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
Figure pat00003
상기 표 3을 참조하면, 서스펜션중합 아크릴계 라텍스 적용 전 후 도공지의 면 특성 및 인쇄적성 차이는 대등함을 확인하였다.
<실험예 3> 도공지의 폴드크랙 평가
1. 라텍스 함량 및 클레이 함량에 따른 폴드크랙 발생비율 비교
도공지용 프리 컬러 및 탑 컬러 각각에 대해 스타디엔-부타디엔 라텍스 투입비 차이 및 클레이 비율 차이에 따른 폴드크랙 적성을 비교 평가하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
[표 4]
Figure pat00004
구체적으로, 표 4를 참조하면, 프리 컬러의 경우 전분과 스타디엔-부타디엔 라텍스를 바인더로 사용하고 있으며, 실험 시 기존의 투입비 대비 스타디엔-부타디엔 라텍스를 3 중량부 만큼 증량하였고, 전분을 4.5 중량부 만큼 감량하여 도공지의 폴드크랙 적성을 비교하였다.
또한 탑 컬러의 경우 도공용 안료로 탄산칼슘 및 클레이를 일정 비율 혼합하여 사용 중이며 시험 시 클레이 투입비율을 12 중량부 만큼 증량하였다.
실험결과 도공액 내 스타디엔-부타디엔 라텍스 함량의 증량 및 클레이 투입비율을 증량할 경우 폴드크랙 개선 효과가 있는 것으로 확인되나 그 개선 폭은 미비하였다.
2. 원지 CD 폭방향에 따른 폴드크랙 적성 비교
제지 공정 내 생산된 도공용 원지의 CD 폭방향에 따른 폴드크랙 적성평가를 실시하였다.
동 시간에 생산된 원지를 CD 폭 방향으로 샘플 채취 후 (그림 38) 실험실적으로 코팅하여 도공지의 폴드크랙 적성을 비교하였고, 이를 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 원지의 양 엣지(edge)로 갈수록 폴드크랙 적성이 미흡해지는 경향을 확인하였고, 이는 원지의 섬유 배향(fiber orientation)이 도공지의 폴드크랙 적성에 영향을 미치는 것으로 확인되었다.
3. 상대습도 차이에 따른 도공지 폴드크랙 적성 비교
동일 도공지 샘플에 대해 상대 습도 변화에 따른 폴드크랙 차이를 비교하였고, 이를 도 5에 나타내었다.
도 5를 참조하면, 상대습도 증가에 따라 폴드크랙 비율이 감소하는 경향이며 특히 CD축 접지 시 확연한 차이를 나타내었다.
또한, 상대습도 50%이상에서는 80%와의 차이가 크지 않은 것을 알 수 있으며 이는 동절기 (상대습도 20%)에 도공지 폴드크랙 발생이 증가하는 것과 유사한 경향을 나타냄을 확인하였다.
4. 코팅칼라 도공량 차이에 따른 폴드크랙 비교
코팅칼라 도공량 차이에 따른 폴드크랙 특성 비교를 위하여 원지 평량이 상이한 도공용 원지에 최종 평량을 동일하게 실험실적으로 코팅 후 폴드크랙 특성 비교를 실시하였고, 이를 도 6에 나타내었다.
도 6을 참조하면, 도공량이 높은 샘플의 폴드크랙 비율이 상대적으로 높게 나타나는 것을 확인하였다.
이를 통해 원지 대비 상대적으로 brittle한 특성이 있는 코팅칼라의 양이 도공지의 폴드크랙 특성에 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 도공액의 개질 시 폴드크랙 개선 가능성을 확인하였다.
5. 슈퍼캘린더링 처리 및 처리 방법에 따른 폴드크랙 비교
제지 공정에서 생산된 슈퍼캘린더링 처리 전 도공지 샘플을 바탕으로 실험실적인 슈퍼캘린더 처리 전/후 및 처리 압력, 처리 온도 변화에 따른 폴드크랙 특성을 비교를 실시하였고, 이를 도 7에 나타내었다.
도 7을 참조하면, 모든 조건에서 공통적으로 처리 전 대비 슈퍼캘린더링 처리 후 폴드크랙 적성이 미흡해 짐을 확인하였다.
또한, 처리 온도가 높을수록 폴드크랙이 증가하는 경향이었으며 특히 처리 압력의 증가가 폴드크랙 적성에 매우 부정적인 영향을 미치는 것이 확인되었다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (13)

  1. 스타이렌(styrene), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 부틸아크릴레이트(buyl acrylate), 아크릴산(acrylic acid), 및 이타콘산(itaconic acid)을 혼합한 단량체 혼합물에 개시제를 첨가하여 코어(core) 고분자를 합성하는 단계;
    산화전분과 폴리비닐알콜을 혼합하여 혼합 보호콜로이드를 합성하는 단계;
    상기 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드를 혼합하여 서스펜션(suspension) 중합시켜 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드로 이루어진 코어-쉘 형태의 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 합성하는 단계;
    코팅용 안료에 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 첨가하여 준비한 혼합용액을 원지의 프리층과 탑층에 도포하고 가압하여 원지 상에 프리-코팅층과 탑-코팅층을 각각 형성하는 단계; 및
    상기 프리-코팅층과 탑-코팅층에 도공액을 도포한 후 도공 처리하여 도공지를 제조하는 단계
    를 포함하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어(core) 고분자를 합성하는 단계는,
    단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 3 내지 5 중량부의 개시제를 첨가하여 코어 고분자를 합성하는 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단량체 혼합물은,
    스타이렌(styrene), 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 부틸아크릴레이트(buyl acrylate), 아크릴산(acrylic acid), 및 이타콘산(itaconic acid)이 30 : 30 : 30 : 5 : 5의 중량비 만큼 혼합된 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 보호콜로이드는,
    산화전분과 폴리비닐알콜이 (1 ~ 5) : 1의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 합성하는 단계는,
    코어 고분자와 혼합 보호콜로이드를 (50 ~ 80) : (20 ~ 50)의 중량비로 혼합하여 75 내지 85℃에서 서스펜션(suspension) 중합시켜 코어 고분자와 혼합 보호콜로이드로 이루어진 코어-쉘 형태의 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 합성하는 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서스펜션중합 아크릴계 라텍스는,
    평균 입경이 60 내지 80 nm인 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 서스펜션중합 아크릴계 라텍스는,
    고형분 함량이 40 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 혼합용액은,
    코팅용 안료 100 중량부에 대하여 서스펜션중합 아크릴계 라텍스 1 내지 10 중량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도공액은,
    중질 탄산칼슘 100 중량부에 대하여 스타디엔-부타디엔 라텍스 5 내지 15 중량부, 내수화제(insolubiliser) 0.1 내지 1 중량부, 윤활제(Lubricant) 0.1 내지 1 중량부, 및 수산화나트륨 0.01 내지 0.2 중량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 도공지를 제조하는 단계는,
    상기 프리-코팅층과 탑-코팅층에 도공액을 도포한 후 100 내지 150℃에서 건조하고 20 내지 25℃의 온도 및 45 내지 55%의 상대습도 조건에서 20 내지 28시간 동안 조습처리하여 도공지를 제조하는 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지 제조방법.
  11. 제1항 내지 제10항에 따라 제조된 것인 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 도공지는,
    총 회분 함량이 45 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 도공지는,
    폴드크랙킹 비율이 22% 이하인 것을 특징으로 하는 서스펜션중합 아크릴계 라텍스를 이용한 도공지.
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