KR101003264B1 - 콜로이드성 실리카를 포함하는 코팅 조성물 및 이로부터제조된 광택이 있는 잉크 제트 기록 시이트 - Google Patents

콜로이드성 실리카를 포함하는 코팅 조성물 및 이로부터제조된 광택이 있는 잉크 제트 기록 시이트 Download PDF

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Abstract

비교적 저 알칼리 양이온성 콜로이드성 실리카를 포함하는 코팅 조성물 및 이러한 코팅제로부터 제조된 잉크 제트 기록 시이트가 기재되어 있다. 코팅제는 결합제, 및 바람직하게 약 1 내지 약 300nm의 평균 입경을 갖고 AW(-0.013SSA+9)(여기에서, AW는 콜로이드성 실리카에 존재하는 알칼리 금속의 원자량이고, SSA는 실리카의 비표면적임)의 합 이상의 고형분 대 알칼리 금속 비를 갖는 양이온성 콜로이드성 실리카를 포함한다. 콜로이드성 실리카의 알칼리 금속(예: 나트륨) 함량이 감소되는 경우, 이러한 콜로이드성 실리카로부터 제조되고 통상적인 잉크 제트 기록 시이트 지지체에 도포된 코팅은 적어도 1:1의 비교적 높은 실리카 고형분 대 결합제 고형분 비에서도 60。에서 30 이상의 경면 광택을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

Description

콜로이드성 실리카를 포함하는 코팅 조성물 및 이로부터 제조된 광택이 있는 잉크 제트 기록 시이트{COATING COMPOSITION COMPRISING COLLOIDAL SILICA AND GLOSSY INK JET RECORDING SHEETS PREPARED THEREFROM}
본 발명은 코팅된 잉크 제트 기록 시이트 및 이를 제조하는데 사용되는 코팅 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 우수한 인쇄 적성 특징을 갖는 광택이 있는 잉크 제트 기록 시이트를 제조하는데 적합한 코팅 조성물에 관한 것이다.
잉크 제트 인쇄 공정은 널리 공지되어 있다. 이러한 시스템은 기록 시이트, 예컨대 기록지 상으로 잉크 소적을 다양한 밀도 및 속도로 내뿜는다. 다색(multi-color) 잉크 제트 시스템을 사용하는 경우, 이 공정에서는 다양한 특성 및 흡수 속도를 갖는 상이한 색상의 여러 잉크를 매우 근접하게 내뿜는다. 실제로, 이들 다색 시스템은 사진 같은 화상과 비슷한 화상을 제공하도록 디자인되며, 이러한 화상은 고해상도 및 색상 전반(color gamut)을 필요로 한다. 따라서, 잉크 제트 기록 시이트는 잉크를 고밀도로, 침착된 색상이 밝고 깨끗하도록 하는 용량으로, 신속하 게 건조시키는 속도로 흡수할 수 있어야 하고, 잉크가 흐르거나 얼룩지지 않게, 또한 매끈한 화상을 생성시키는 방식으로 잉크를 흡수할 수 있어야 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 고도로 다공성인 안료, 예를 들어 다공성 실리카를 종이 코팅제 내로 혼입시켜 왔다. 이러한 실리카계 코팅 시스템은 인쇄 적성 목적을 달성하는데 성공적이었다. 그러나, 이러한 특성을 수득하기 어려웠으며, 기존의 사진 시스템에서 전형적으로 보여지는 무광택이 아니거나 광택이 있는 외관을 생성시키기 어려웠다. 전술한 다공성 안료는 전형적으로 1cc/g보다 높은 공극률을 갖고, 1마이크론보다 큰 평균 입경을 갖는다. 이러한 입경 및 공극률은 최종 생성된 코팅의 표면 조도를 증가시킴으로써 입사광을 편향시켜, 입사광이 산란되게 함으로써 코팅을 무광택성으로 만든다.
이러한 코팅의 광택을 향상시키기 위하여, 전술한 다공성 안료로부터 제조된 잉크 수용 층 위에 제 2 광택 층을 제공한다. 이들 상부 층은 원래 광택을 갖는 결합제 시스템으로부터, 또는 결합제 및 훨씬 더 작은 크기의 무기 산화물 입자(예: 통상적인 콜로이드성 실리카)를 포함하는 층으로부터 제조된다. 두번째 방법에서의 콜로이드성 실리카는 상부 코팅의 잉크 수용성을 향상시키는 경향이 있지만, 표면 변형을 야기할만큼 충분히 크지 않다. 그러나, 콜로이드 입자는 고농도에서 응집되어 상부 층에 결함 및 표면 조도를 야기함으로써 광택을 감소시키는 경향이 있다. 따라서, 이 방법을 이용할 때에는 보다 낮은 농도(즉, 콜로이드 고형분 대 결합제 고형분의 보다 낮은 비)를 사용해 왔다.
따라서, 이들 상부 층중 고체 무기 산화물의 양을 증가시켜 인쇄 적성을 추가로 개선시키는 것이 상당히 바람직하다. 실제로, 동시에 허용가능한 광택을 달성하면서, 적어도 1:1의 콜로이드 고형분 대 결합제 고형분 비를 갖는 코팅 층을 사용하는 것이 바람직하며, 4:1 정도로 높은 콜로이드 대 결합제 비를 갖는 코팅제를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 잉크 제트 종이용 코팅 시스템은 흔히 종합적인 양전하를 갖도록 디자인된다. 잉크 제트 공정에 사용되는 다수의 잉크는 음전하를 가지며; 따라서, 코팅 성분이 잉크를 고착시키도록 반대 전하를 갖는 것이 바람직하다. 콜로이드성 알루미늄은 양전하를 가지며, 이러한 목적을 위해 코팅 안료로서 널리 사용되어 왔다. 양이온성 염료 고착 성분 및 양이온성 결합제도 사용된다. 실제로, 이들 양으로 하전된 물질의 존재는 통상 코팅의 안료 성분이 양이온성이거나 적어도 비이온성이기를 요구한다. 그렇지 않으면 코팅중의 물질이 응집함으로써 표면 결함을 야기하고 광택을 감소시키는 경향이 있다. 그러므로, 양이온성인 비교적 높은 실리카 고형분 함량을 포함하는 코팅 층을 제공하는 것이 바람직하며, 본 발명의 목적이다.
도 1은 본 발명의 실시태양에서 사용되는 다분산된 콜로이드성 실리카의 입경 분포를 도시한다.
도 2는 콜로이드성 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비에 대한 이들을 함유하는 코팅으로부터 획득되는 광택을 도시한다.
발명의 개요
본 발명은 지지체 및 그 위에 하나 이상의 코팅 층을 포함하는 잉크 제트 기록 시이트를 제공하며, 이 때 상기 하나 이상의 코팅 층은 (a) 60。에서 30 이상의 경면 광택을 갖고, (b) 적어도 AW(-0.013SSA+9)(여기에서, AW는 알칼리 금속의 원자량이고, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적임)의 합의 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비를 갖는 양이온성 콜로이드성 실리카 및 (c) 결합제를 포함하고, 콜로이드성 실리카 고형분 대 결합제 고형분은 중량을 기준으로 하여 적어도 1:1의 비로 존재한다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카 고형분 대 결합제 고형분의 비는 약 6:4 내지 약 4:1이다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카는 150 이상의 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비를 갖는다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카는 약 1 내지 약 300nm의 평균 입경을 갖는다.
더욱 바람직하게는, 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비는 적어도 -0.30SSA+207의 합이며, 알칼리 금속은 나트륨이다.
본 발명의 목적은 또한 (a) 적어도 AW(-0.013SSA+9)(여기에서, AW는 알칼리 금속의 원자량이고, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적임)의 합의 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비를 갖는 양이온성 콜로이드성 실리카 및 (b) 결합제를 포함하되, (a)의 실리카 고형분 및 (b)의 결합제 고형분이 중량 기준으로 적어도 1:1의 비로 존재하는 코팅 조성물이다.
바람직하게는, (a)의 실리카 고형분 대 (b)의 결합제 고형분의 비는 약 6:4 내지 약 4:1이다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카는 150 이상의 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비를 갖는다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카는 약 1 내지 약 300nm의 평균 입경을 갖는다.
더욱 바람직하게는, 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비는 적어도 -0.30SSA+207의 합이고, 알칼리 금속은 나트륨이다.
더더욱 바람직하게는, 콜로이드성 실리카는 15 내지 100nm의 중간(median) 입경을 갖고, 입자의 80% 이상이 30nm 이상 약 70nm 이하의 크기 범위에 속하도록 하는 입경 분포를 갖는다.
비교적 소량의 알칼리 금속(예: 나트륨)을 갖는 양이온성 콜로이드성 실리카가 비교적 높은 고형분 함량에서 응집하지 않음으로써 코팅 표면의 변형 및 무광택화를 감소시키는 콜로이드성 실리카를 제공하는 것으로 밝혀졌다.
용어 "콜로이드성 실리카" 또는 "콜로이드성 실리카 졸"은 입자가 비교적 장기간에 걸쳐 분산액으로부터 침강되지 않는 분산액 또는 졸로부터 유래되는 입자를 의미한다. 이러한 입자는 전형적으로 크기가 1마이크론 미만이다. 평균 입경이 약 1 내지 약 300nm인 콜로이드성 실리카 및 이를 제조하는 방법은 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제 2,244,325 호; 제 2,574,902 호; 제 2,577,484 호; 제 2,577,485 호; 제 2,631,134 호; 제 2,750,345 호; 제 2,892,797 호; 제 3,012,972 호; 및 제 3,440,174 호 참조. 5 내지 100nm의 평균 입경을 갖는 콜로이드성 실리카가 본 발명에 더욱 바람직하다. 콜로이드성 실리카는 9 내지 약 2700m2/g의 표면적(BET에 의해 측정함)을 가질 수 있다.
본 발명에 특히 적합한 콜로이드성 실리카는 다분산된 콜로이드성 실리카로 공지되어 있는 것이다. "다분산"이란 본원에서 중간 입경이 15 내지 100nm이고 비교적 큰 분포 폭을 갖는 입경 분포를 나타내는 입자의 분산을 의미하는 것으로 정의된다. 바람직한 분포는 입자의 80%가 30nm 이상 70nm 이하의 크기 범위에 속하도록 하는 것이다. 80% 범위는 이후 기재되는 TEM에 기초한 입경 측정 방법을 이용하여 수득한 d90 입경으로부터 d10 입경을 뺌으로써 측정된다. 이 범위는 또한 "80% 폭"이라고도 한다. 다분산 입자의 한 실시태양은 중간 입경보다 더 작은 크기로 기울어진 입경 분포를 갖는다. 그 결과, 분포는 분포 구역 내에 피크를 갖고 중간 값보다 큰 입경의 "꼬리부"를 갖는다. 도 1 참조. 입자의 80%를 포괄하는 폭의 입경 하한 및 상한은 각각 중간값의 -11% 내지 -70% 및 110% 내지 160%일 수 있다. 특히 적합한 다분산 실리카는 20 내지 30nm의 중간 입경을 갖고, 입자의 80%가 10 내지 50nm의 크기를 갖는다(즉, 분포의 80%가 40nm의 폭을 가짐).
대부분의 콜로이드성 실리카 졸은 알칼리를 함유한다. 알칼리는 통상 원소 주기율표의 1A족 알칼리 금속 수산화물(즉, 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 수산화물)이다. 대부분의 시판중인 콜로이드성 실리카 졸은 적어도 부분적으로는 콜로이드성 실리카를 제조하는데 사용된 규산나트륨으로부터 유래되는 수산화나트륨을 함유하지만, 졸을 겔화되지 않도록 안정화시키기 위하여 수산화나트륨을 첨가할 수도 있다.
일반적으로 말해, 콜로이드성 실리카는 전체적으로 음전하를 가지며, 따라서 실리카의 표면에 존재하는 실란올기로부터 양성자를 잃게 된 결과 음이온성이다. 본 발명에서는, 음이온성 콜로이드성 실리카가 전체적으로 양전하를 갖도록 물리적으로 코팅되거나 화학적으로 처리되었다면 콜로이드성 실리카가 양이온성인 것으로 간주한다. 따라서, 양이온성 실리카는 실리카의 표면이 충분한 수의 양이온성 작용기, 예컨대 알루미늄 같은 금속 이온 또는 암모늄 양이온을 함유하여 총 전하가 양전하가 되도록 하는 콜로이드성 실리카를 포함한다.
양이온성 콜로이드성 실리카의 몇몇 유형이 공지되어 있다. 이러한 양이온성 콜로이드성 실리카는 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제 3,007,878 호에 기재되어 있다. 간단히, 조밀한 콜로이드성 실리카 졸을 안정화시킨 다음, 이 졸을 3가 또는 4가 금속의 염기성 염과 접촉시킴으로써 코팅한다. 3가 금속은 알루미늄, 크롬, 갈륨, 인듐 또는 탈륨일 수 있으며, 4가 금속은 티탄, 게르마늄, 지르코늄, 주석, 세륨, 하프늄 및 토륨일 수 있다. 알루미늄이 바람직하다.
하이드록실 이온을 제외한 다가 금속 염의 음이온은 염이 물에 가용성이 되 도록 선택된다. 본원에서 염이 하이드록실 외의 1가 음이온을 갖는 사실을 언급하는 경우는, 염으로부터 하이드록실을 배제하고자 함이 아니라 염이 함유하는 하이드록실에 덧붙여 또 다른 음이온이 존재함을 나타내고자 함이다. 따라서, 염기성 염이 수용성이고 이후 기재되는 필요한 이온 관계를 생성시킬 수 있다면, 모든 염기성 염이 포함된다.
바람직하게는, 콜로이드성 실리카 입자의 표면에 알루미나를 침착시킴으로서, 양으로 하전된 실리카의 콜로이드성 졸을 제조한다. 음으로 하전된 실리카의 아쿠아졸을 염기성 알루미늄 염(예: 염기성 아세트산알루미늄 또는 염기성 알루미늄)으로 처리함으로써 이를 달성할 수 있다. 이들 양으로 하전된 실리카 졸을 제조하는 방법은 무어(Moore)의 미국 특허 제 3,620,978 호; 무어의 미국 특허 제 3,956,171 호; 무어의 미국 특허 제 3,719,607 호; 무어의 미국 특허 제 3,745,126 호; 및 버그나(Bergna)의 미국 특허 제 4,217,240 호에 개시되어 있으며, 상기 특허는 모두 본원에 참고로 인용되어 있다. 알루미늄 처리에 의해, 콜로이드 입자의 표면에서의 알루미늄:실리카 비가 약 1:19 내지 약 4:1이 된다. 본원에 사용하기 바람직한 알루미늄:실리카 비는 약 1:2 내지 약 2:1이다. 소량의 산(예: 아세트산)을 첨가함으로써 또는 강산성 이온 교환 수지 상을 통해 졸을 통과시킴으로써 달성될 수 있는 약산성 pH에 의해 졸을 안정화시킨다.
상기 나타낸 바와 같이, 본 발명의 양이온성 콜로이드성 실리카 졸은 시판중인 콜로이드성 실리카 졸보다 훨씬 더 낮은 수준의 알칼리 금속 이온을 갖는다. 수학식 1에서 보여지는 바와 같이 콜로이드성 실리카 졸의 실리카 고형분 대 나트 륨 중량비를 계산함으로써, 보다 낮은 알칼리 수준을 보일 수 있다. 도 2는 하기 수학식 1을 사용하여 콜로이드성 실리카 졸로부터 허용가능한 광택을 수득할 수 있음을 보여준다:
Figure 112004042586317-pct00001
SiO2/알칼리 금속은 콜로이드성 실리카 졸 중의 실리카 고형분과 알칼리 금속의 중량비이다. AW는 알칼리 금속의 원자량(예컨대, 리튬의 경우 6.9, 나트륨의 경우 23, 칼륨의 경우 39)이고, SSA는 콜로이드성 실리카 입자의 비표면적(m2/g 단위)이다. 알칼리 금속이 나트륨인 경우, SiO2/알칼리 금속 비는 적어도 -0.30SSA+207의 합이다.
콜로이드성 실리카가 수학식 1에서 언급되는 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비를 갖도록 하는 한도까지 저 알칼리 양이온성 콜로이드성 실리카를 탈이온화시킴으로써, 저 알칼리 양이온성 콜로이드성 실리카를 제조할 수 있다. "탈이온화된"이란, 임의의 금속 이온, 예컨대 나트륨 같은 알칼리 금속 이온이 콜로이드성 실리카 용액으로부터 제거되었음을 의미한다. 알칼리 금속 이온을 제거하는 방법은 널리 공지되어 있으며, 적합한 이온 교환 수지를 사용하는 이온 교환(미국 특허 제 2,577,484 호 및 제 2,577,485 호), 투석(미국 특허 제 2,773,028 호) 및 전기 투석(미국 특허 제 3,969,266 호)을 포함한다.
아래 나타낸 바와 같이, 콜로이드성 실리카는 통상적인 코팅 결합제에 혼입 될 수 있다. 결합제는 콜로이드성 실리카를 결합시키고 필름을 형성시키도록 작용할 뿐만 아니라, 광택-제공 층과 기재 또는 광택 층과 기재 사이의 임의의 중간 잉크-수용 층 사이의 계면에 접착성을 제공하기도 한다.
양이온성 및 비이온성 결합제가 본 발명에 특히 적합하다. 적합한 결합제는 양이온 작용기를 갖는 스타이렌-뷰타다이엔 또는 스타이렌-아크릴레이트 공중합체 및/또는 양이온성 폴리비닐 아세테이트, 양이온성 폴리비닐 알콜 또는 이들의 공중합체를 포함하지만 이들로 한정되지는 않는다.
또한, 결합제는 양이온 형태로 존재하는 분해된 및 천연 구아, 전분, 메틸 셀룰로즈, 하이드록시메틸 셀룰로즈, 카복시메틸 셀룰로즈, 알기네이트, 단백질 및 폴리비닐 알콜의 군으로부터 선택될 수 있다. 단백질은 양쪽성이기 때문에 또한 적합하다.
양이온성 수용성 결합제의 구체적인 예는 예를 들어 다이에틸아미노에틸화 전분, 트라이메틸에틸암모늄 클로라이드-개질된 전분 및 다이에틸아미노에틸 암모늄-메틸 클로라이드 염-개질된 전분; 및 양이온-개질된 아크릴산 에스터 공중합체를 포함한다.
적합한 비이온성 수용성 결합제는 폴리비닐 알콜, 하이드록시에틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 덱스트린, 플루란, 전분, 아라비아 검, 덱스트란, 폴리에틸렌 글라이콜, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴아마이드 및 폴리프로필렌 글라이콜을 포함하지만 이들로 국한되지는 않는다.
수성 유화액 형태의, 불용성 또는 난용성인 양이온성 또는 비이온성 결합제는, 아크릴 및 메타크릴 공중합체 수지, 예컨대 메틸 메타크릴레이트-뷰틸 아크릴레이트 공중합체 수지, 메틸 메타크릴레이트-에틸 아크릴레이트 공중합체 수지, 메틸 메타크릴레이트-2-에틸헥실 아크릴레이트 공중합체 수지, 메틸메타크릴레이트-메틸 아크릴레이트 공중합체 수지, 스타이렌-뷰틸 아크릴레이트 공중합체 수지, 스타이렌-2-에틸헥실 아크릴레이트 공중합체 수지, 스타이렌-에틸 아크릴레이트 공중합체 수지, 스타이렌-메틸아크릴레이트 공중합체 수지, 메틸 메타크릴레이트-스타이렌-뷰틸 아크릴레이트 공중합체 수지, 메틸 메타크릴레이트-스타이렌-2-에틸헥실 아크릴레이트 공중합체 수지, 메틸 메타크릴레이트-스타이렌-에틸 아크릴레이트 공중합체 수지, 메틸 메타크릴레이트-스타이렌-에틸 아크릴레이트 공중합체 수지, 메틸 메타크릴레이트-스타이렌-메틸 아크릴레이트 공중합체 수지, 스타이렌-뷰틸 아크릴레이트-아크릴로나이트릴 공중합체 수지, 및 스타이렌-에틸 아크릴레이트-아크릴로나이트릴 공중합체 수지를 포함하지만, 이들로 한정되지는 않는다.
다른 적합한 결합제는 카제인, 젤라틴, 말레산 무수물 수지, 비닐계 중합체 라텍스(예: 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체) 같은 공액 다이엔계 공중합체 라텍스; 폴리우레탄 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 비닐 클로라이드-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리비닐 뷰티랄 또는 알키드 수지 같은 합성 수지계 결합제를 포함한다.
통상적인 블렌더 및 믹서를 사용하여 결합제를 콜로이드성 실리카와 합할 수 있다. 주위 조건에서 성분들을 합하여 혼합할 수 있다.
콜로이드성 실리카 고형분 및 결합제 고형분이 비교적 높은 비로 코팅에 존재하는 것이 바람직하다. 특정 실시태양에서는, 보다 높은 실리카 대 결합제 비가 우수한 인쇄 적성을 제공할 뿐만 아니라 최종 생성된 잉크 수용 코팅 시이트에 유리한 기계적 특성을 부여하는 것으로 밝혀졌다. 콜로이드성 실리카 고형분 대 결합제 고형분이 중량 기준으로 적어도 1:1, 더욱 바람직하게는 6:4 내지 4:1의 비로 존재하는 것이 특히 바람직하다. 이 비는 9.9:1 정도로 높을 수 있다. 콜로이드성 실리카 고형분 대 결합제 고형분 비는 또한 본원에서 안료 대 결합제 비로도 일컬어진다.
본 발명의 코팅 조성물에 추가적인 성분을 포함시키는 것도 바람직할 수 있다. 본 발명의 코팅제는 하기 성분중 하나 이상을 함유할 수 있다: 분산제, 증점제, 유동성-개선제, 소포제, 발포 억제제, 이형제, 발포제, 침투제, 착색 염료, 착색 안료, 형광 증백제, 자외선 흡수제, 산화방지제, 보존제, 회-방지제, 방수제 및 습윤-증강제.
양이온성 염료 매염제가 바람직한 첨가제이다. 적합한 매염제의 예는 중합체 4급 암모늄 화합물, 또는 염기성 중합체, 예를 들어 폴리(다이메틸아미노에틸)-메타크릴레이트, 폴리알킬렌폴리아민, 및 다이사이아노다이아마이드와 이들의 축합 생성물, 아민-에피클로로하이드린 중축합물; 레시틴 및 인지질 화합물을 포함하지만 이들로 국한되는 것은 아니다. 이러한 매염제의 구체적인 예는 비닐벤질 트라이메틸 암모늄 클로라이드/에틸렌 글라이콜 다이메타크릴레이트; 폴리(다이알릴 다이메틸 암모늄 클로라이드); 폴리(2-N,N,N-트라이메틸암모늄)에틸 메타크릴레이트 메토설페이트; 폴리(3-N,N,N-트라이메틸암모늄)프로필 메타크릴레이트 클로라이드; 비닐피롤리딘온과 비닐(N-메틸이미다졸륨 클로라이드)의 공중합체; 및 3-N,N,N-트라이메틸암모늄)프로필 클로라이드로 유도화된 하이드록시에틸셀룰로즈를 포함한다. 바람직한 실시태양에서, 양이온성 매염제는 4급 암모늄 화합물이다.
본 발명에 사용될 수 있는 매염제는 의도되는 목적에 효과적인 임의의 양으로 사용될 수 있다. 일반적으로, 매염제가 전체 코팅 배합물의 약 0.1 내지 10중량%의 양으로 존재할 때 우수한 결과가 수득된다. 이들 매염제는 결합제가 비이온성일 때 특히 바람직하다.
콜로이드성 실리카와 다른 물질의 조합에 존재하는 알칼리의 총량이 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비가 수학식 1로 표시되는 것이도록 하는 양이라면, 알칼리 금속을 비교적 함유하지 않는 양이온성 콜로이드성 실리카의 일부를 하나 이상의 다른 콜로이드성 물질, 예를 들어 알칼리 금속을 보다 다량으로 함유하는 물질로 대체할 수 있고, 이러한 콜로이드성 물질의 양은 최종 생성된 코팅에 바람직한 전체 양이온 특성 및 광택을 저하시키지 않는다. 이들 다른 콜로이드성 물질은 실리카 및 실리카 외의 다른 무기 산화물, 예를 들어 티타니아, 지르코니아 등일 수 있다. 이러한 추가적인 무기 산화물 콜로이드 입자를 충전제 및/또는 추가적인 안료로서 첨가할 수 있다.
본 발명의 코팅은 비와이케이 가드너(BYK Gardner) 측정 장치에 따라 60。에서 30 이상의 광택을 갖는다. 본 발명에 따른 바람직한 코팅은 6:4의 콜로이드성 실리카 대 결합제 비에서 80 이상 및 50 이상, 바람직하게는 4:1의 콜로이드성 실 리카 대 결합제 비에서 70 이상의 광택을 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 코팅은 4:1의 콜로이드성 실리카 대 결합제 비에서 90 이상의 광택을 갖는다.
본 발명의 잉크 기록 시이트를 제조하기에 적합한 지지체는 당해 분야에서 전형적으로 사용되는 것일 수 있다. 적합한 지지체는 약 40 내지 약 300g/m2의 중량을 갖는 것을 포함한다. 지지체는 포드리니어(Fourdrinier) 제지기, 실린더 제지기 또는 쌍 와이어 제지기 같은 다양한 기계 및 공정으로부터 제조되는 기제 종이일 수 있다. 주성분(즉, 통상적인 안료, 및 예를 들어 화학적 펄프, 기계적 펄프 및 폐지 펄프를 비롯한 목재 펄프)을 결합제, 사이즈제, 고착제, 수율-개선제, 양이온제 및 종이 강도-증가제를 비롯한 하나 이상의 다양한 첨가제와 혼합함으로써 지지체를 제조한다. 다른 지지체는 투명 기재, 직물 등을 포함한다.
또한, 지지체는 전분 또는 폴리비닐 알콜을 사용하여 제조되는 사이즈-가압된 종이 시이트일 수도 있다. 지지체는 또한 고정 코팅 층을 갖는 것, 예를 들어 기제 종이 위에 제공된 예비 코팅 층을 이미 갖는 종이일 수도 있다. 기제 종이는 또한 본 발명의 코팅제를 도포하기 전에 도포된 잉크-수용 층을 가질 수도 있다.
콜로이드성 실리카, 결합제 및 임의적인 첨가제를 포함하는 코팅제를 지지체가 제조되는 라인 상에서 도포할 수 있거나 또는 지지체가 완성된 후 다른 라인에서 도포할 수 있다. 에어 나이프 코팅, 롤 코팅, 블레이드 코팅, 바 코팅, 커튼 코팅, 다이 코팅 및 칭량된 사이즈 프레스를 사용하는 공정 같은 통상적인 코팅 기법을 이용하여 코팅제를 도포할 수 있다. 생성된 코팅을 주위 실온에서, 고온 공 기 건조 방법에 의해, 가열된 표면 접촉 건조 또는 방사선 건조에 의해 건조시킬 수 있다. 전형적으로는 본 발명의 코팅 조성물 및 임의적인 중간 층을 1 내지 50g/m2으로, 더욱 전형적으로는 2 내지 20g/m2으로 도포한다.
하기 실시예는 본질적으로 지지체 및 본 발명의 층 하나로부터 우수한 인쇄 적성을 갖는 광택이 있는 잉크 제트 기록 시이트를 제조할 수 있음을 보여준다. 그러나, 몇몇 예에서는 본 발명의 광택 제공 층과 지지체 사이에 잉크 수용성인 다른 층을 위치시켜 최종 시이트의 인쇄 적성을 향상시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 특정 탈이온화 콜로이드성 실리카로 코팅된 시이트는 바람직하게는 최종 생성된 잉크 제트 기록 시이트의 인쇄 적성을 개선시키기 위하여 광택 층과 기재 사이에 별도의 잉크 수용성 코팅을 함유한다.
적합한 잉크 수용 층은 본원에 참고로 인용되어 있는 미국 특허 제 5,576,088 호에서 확인된 것이다. 간단히, 적합한 잉크 수용 층은 상기 나열된 수용성 결합제 같은 결합제 및 잉크 수용성 안료를 포함한다. 이러한 안료는 경질 탄산칼슘, 중질 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 카올린, 활석, 황산칼슘, 황산바륨, 이산화티탄, 산화아연, 황화아연, 탄산아연, 새틴 화이트(satin white), 규산알루미늄, 규조토, 규산칼슘, 규산마그네슘, 합성 비정질 실리카, 콜로이드성 실리카, 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 슈도 베마이트, 수산화알루미늄, 리토폰, 제올라이트, 가수분해된 할로이사이트 또는 수산화마그네슘 같은 백색 무기 안료; 또는 스타이렌계 플라스틱 안료, 아크릴 플라스틱 안료, 폴리에틸렌, 미소캡슐, 유레아 수지 또는 멜라민 수지 같은 유기 안료를 포함한다. 잉크 수용 층에 적합한 안료는 0.5 내지 3.0마이크론의 평균 입경(광 산란에 의해 측정) 및 0.5 내지 3.0cc/g, 바람직하게는 1.0 내지 2.0cc/g의 공극 부피(질소 공극 측정계)를 갖는다. 높은 잉크 흡수성을 갖는 잉크 제트 기록 시이트를 수득하기 위해서는, 잉크-수용 층의 안료가 1.0㎛ 이상의 입경을 갖는 입자를 30부피% 이상 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시태양 및 작동 방식은 앞서 기재된 바 있다. 그러나, 본원에서 보호하고자 하는 발명은 개시된 특정 실시태양으로 한정되는 것으로 간주되어서는 안되며, 이는 이러한 특정 실시태양이 제한적이기보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하기 때문이다. 따라서, 본 발명의 원리로부터 벗어나지 않으면서 당해 분야의 숙련자가 변형 및 변화시킬 수 있다.
또한, 상세한 설명 또는 청구의 범위에 인용된 임의의 수치 범위(예를 들어 특성, 조건, 물리적 상태 또는 백분율의 특정 세트를 나타내는 수치 범위)는 본원에서 이렇게 인용된 임의의 범위 내에 속하는 임의의 보다 좁은 수치 범위를 포함하는, 이러한 범위 내에 속하는 임의의 수치를 명백히 포함하고자 하는 것이다.
아래 나열되고/되거나 이전에 나타낸 변수는 다음과 같이 측정되었다:
평균 입경-달리 표시되지 않는 한, 수학식 SSA=3100/dn(여기에서, dn은 평균 입경이고, SSA는 아래 기재되는 비표면적임)에 의해 결정되는 수평균 입경이다.
중간 입경-전자 현미경(TEM)에 의해 측정된 수 가중 중간이다.
광택-투명 필름 상에서 보정된 비와이케이 가드너 마이크로-TRI-광택 장치를 이용하여 측정됨. 60。 배열을 이용하여 광택 값을 측정하였다.
알칼리 금속(예컨대, Na) 함량-유도 커플링된 플라즈마-원자 방출(ICP-AES) 분광분석 기법을 이용하여 측정된 알칼리 금속 이온 함량에 기초한 중량 백분율. 샘플을 먼저 주위 조건에서, 예컨대 25℃ 및 75% 상대 습도에서 플루오르화수소산 및 질산(30/70 중량비)에 용해시킨 다음, 이 기법을 적용시킨다. 샘플을 16시간동안 용해시킨 다음 측정하였다.
실리카 고형분 함량-205℃의 오하우스(Ohaus)로에서 측정하였음. 고형분 측정의 종점은 샘플 중량 변화가 60초간 0.01g 미만일 때이다.
비표면적-시어스 2세(G. W. Sears, Jr.)의 문헌[Analytical Chemistry, Vol. 28, p. 1981, (1956)]에 기재된 바와 같이 질소 흡착에 의한 표면적과 상호 연관된 적정 방법.
실시예 1(비교용)
제조업체의 절차에 따라 말톡신(Martoxin; 등록상표) GL3(SSA=332m2/g) 알루미나를 콜로이드화시켰다. 말톡신(등록상표) GL3 분말을 15% 고형분 수준으로 탈이온수에 첨가하고, 5분간 교반하였다. 이어, 아세트산으로 pH를 4.5로 조정하고, 10분 이상동안 슬러리를 교반하였다. 그 후, 다시 pH를 아세트산으로 4.5로 조정하였다. 상기 제조된 콜로이드성 알루미나 슬러리 21.015g(15중량%)을 비커에 넣 었다. 여기에 에어볼(Airvol; 등록상표) 523(15.5중량% 용액) 폴리비닐 알콜 4.85g을 첨가하였다. 이어, 탈이온수 0.768g으로 희석시킨 에이지플록(Agefloc; 등록상표) B50 염료 매염제(50중량%) 0.19g을 혼합물에 첨가하였다. 8번 봉을 갖는 TMI 코팅기(K 컨트롤 코팅기)를 사용하여, 이. 아이. 듀퐁 드 네모아 앤드 캄파니(E. I. DuPont de Nemours & Co.)의 제품인 멜리넥스(Melinex; 상표명)-534 폴리에스터 불투명 백색 필름 상에, 생성된 배합물을 100마이크론 습윤 필름으로서 코팅하였다. 수득된 코팅은 60。에서 93%의 광택을 가졌다.
실시예 2(비교용)
더블유. 알. 그레이스 앤드 캄파니-콘(W. R. Grace & Co.-Conn.)의 제품인 루독스(Ludox; 등록상표) CL-P(40% 고형분; 140 SSA; 22nm 평균 입경; %(중량 기준) Na=0.250; SiO2/Na=160) 콜로이드성 실리카 10.01g을 비커에 넣고, 탈이온수 10.31g으로 희석시켰다. 여기에 에어볼(등록상표) 523(15.5중량% 용액) 폴리비닐 알콜 5.81g을 첨가한 후 에이지플록(등록상표) B50(50중량%) 0.22g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 실시예 1에 기재된 바와 같이 폴리에스터 필름 상에 코팅하였다. 수득된 코팅은 60。에서 4%의 광택을 가졌다. 이러한 비교적 낮은 광택은, 허용가능한 광택을 수득하기 위해서는 SiO2/Na가 165 이상이어야 함을 나타내는 수학식 1에 일치한다.
실시예 3(비교용)
더블유. 알. 그레이스 앤드 캄파니-콘의 제품인 루독스(등록상표) CL(30% 고형분; 230 SSA; 12nm 평균 입경; %Na=0.260; SiO2/Na=115) 12.06g을 비커에 넣고, 탈이온수 6.31g으로 희석시켰다. 여기에, 에어볼(등록상표) 523(15.5중량% 용액) 폴리비닐 알콜 5.26g을 첨가한 후, 에이지플록(등록상표) B50(50중량%) 0.20g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 실시예 1에 기재되어 있는 조건하에 폴리에스터 필름에 코팅하였다. 수득된 코팅은 균열이 발생하였다. 이러한 결과는, 허용가능한 광택이 있는 코팅을 수득하기 위해서는 SiO2/Na가 138 이상이어야 함을 나타내는 수학식 1에 비추어 예측될 수 있었다.
실시예 4
평균 입경이 22nm이고 비표면적이 220m2/g인 SiO2 40.0%를 함유하는 루독스(등록상표) HS-40(더블유. 알. 그레이스) 콜로이드성 실리카 329g에 탈이온수 84g을 첨가하였다. 혼합물을 40 내지 50℃로 가열하고, 수소 형태의 암벌라이트(Amberlite; 등록상표) IR-120 플러스 양이온 교환 수지를 pH가 2.5로 강하될 때까지 소량씩 교반하면서 첨가하였다. 1시간동안 계속 교반하고 온도를 유지시켰으며, 그 동안 소량의 수지를 첨가하여 pH를 2.5 내지 3.0으로 유지시켰다. 혼합물을 거친 여과지를 통해 여과하여 수지로부터 탈이온화된 콜로이드성 실리카 졸을 분리하였다. 졸의 pH가 7.2 내지 7.5에 도달할 때까지, 탈이온화된 콜로이드성 실리카 졸에 1% 수산화암모늄 용액을 교반하면서 적가하였다.
생성된 콜로이드성 실리카 졸을, 45% 알루미늄 클로로하이드롤(20.7% Al2O3 및 Al:Cl 원자비 2:1) 87.2g을 함유하는 비커에 신속하게 교반하면서 적가하였다. 다 첨가한 후, 혼합물을 약 12시간동안 평형화시키고, 이어 미세한 여과지를 통해 여과시켰다. 생성된 졸은 30% 고형분을 함유하였고, pH 3.5를 나타내었으며, 0.06중량%의 나트륨 함량 및 500의 SiO2/Na 비를 가졌다.
상기 생성물(30중량%) 14.51g을 비커에 넣고 탈이온수 7.52g으로 희석시켰다. 여기에, 에어볼(등록상표) 523(15.5중량% 용액) 폴리비닐 알콜 6.27g을 첨가한 후 에이지플록(등록상표) B50(50중량%) 0.22g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 실시예 1에 기재된 조건하에 폴리에스터 필름에 코팅시켰다. 수득된 코팅은 60。에서 93%의 광택을 가졌다. 이 광택은, 허용가능한 광택을 수득하기 위해 SiO2/Na 비가 141 이상이어야 함을 보여주는 수학식 1에 일치한다.
실시예 5
평균 입경이 22nm이고 비표면적인 140m2/g인 SiO2 50.6%를 함유하는 루독스(등록상표) TM-50(더블유. 알. 그레이스) 콜로이드성 실리카 등급 367g에 탈이온수 62g을 첨가하였다. 혼합물을 40 내지 50℃로 가열하고, 수소 형태의 암벌라이트(등록상표) IR-120 플러스 양이온 교환 수지를 pH가 2.5로 강하될 때까지 소량씩 교반하면서 첨가하였다. 1시간동안 계속 교반하고 온도를 유지하였으며, 그 동안 소량의 수지를 첨가하여 pH를 2.5 내지 3.0으로 유지시켰다. 거친 여과지를 통해 혼 합물을 여과하여 수지로부터 탈이온화된 콜로이드성 실리카 졸을 분리하였다. 졸의 pH가 7.2 내지 7.5에 도달할 때까지, 1% 수산화암모늄 용액을 탈이온화된 콜로이드성 실리카 졸에 교반하면서 적가하였다.
45% 알루미늄 클로르하이드롤(20.7% Al2O3 및 Al:Cl 원자비 2:1) 70.8g을 함유하는 비커에, 생성된 콜로이드성 실리카 졸을 급속하게 교반하면서 적가하였다. 다 첨가한 후, 혼합물을 약 12시간동안 평형화시키고, 이어 미세한 여과지를 통해 여과하였다. 생성된 졸은 39%의 고형분을 함유하였고, pH 3.5를 나타내었다. 졸의 나트륨 함량은 0.099중량%였고, 394의 SiO2/Na 비를 가졌다.
상기 생성물(39중량%) 10.77g을 비커에 넣고 탈이온수 10.56g으로 희석시켰다. 여기에 에어볼(등록상표) 523(15.5중량% 용액) 6.23g을 첨가한 후 에이지플록(등록상표) B50(50중량%) 0.24g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름에 코팅하였다. 수득된 코팅은 60。에서 86%의 광택을 가졌다. 이 광택은, 허용가능한 광택을 수득하기 위해 SiO2/Na 비가 165 이상이어야 함을 나타내는 수학식 1에 일치한다.
실시예 6
70m2/g의 비표면적 및 179의 실리카 고형분 대 나트륨 비를 갖는 다분산된 콜로이드성 실리카(50중량% 고형분, 22nm의 중간 입경 및 약 40nm의 80% 입자 폭) 422g에 탈이온수 35g을 첨가하였다. 혼합물을 40 내지 50℃로 가열하고, 수소 형태의 암벌라이트(등록상표) IR-120 플러스 양이온 교환 수지를 pH가 2.5로 강하될 때까지 소량씩 교반하면서 첨가하였다. 1시간동안 계속 교반하고 온도를 유지시켰으며, 그 동안 소량의 수지를 첨가하여 pH를 2.5 내지 3.0으로 유지시켰다. 거친 여과지를 통해 혼합물을 여과하여 수지로부터 탈이온화된 콜로이드성 실리카 졸을 분리하였다. 졸의 pH가 7.2 내지 7.5에 도달할 때까지, 1% 수산화암모늄 용액을 탈이온화된 콜로이드성 실리카 졸에 교반하면서 적가하였다.
45% 암모늄 클로르하이드롤(20.7% Al2O3 및 Al:Cl 원자비 2:1) 43.6g을 함유하는 비커에 생성된 콜로이드성 실리카 졸을 급속하게 교반하면서 적가하였다. 다 첨가한 다음, 혼합물을 약 12시간동안 평형화시키고, 이어 미세한 여과지를 통해 여과하였다. 생성된 졸은 42% 고형분을 함유하였고 pH 3.5를 나타내었다. 졸의 나트륨 함량은 0.110중량%였고, SiO2/Na 비는 382였다.
상기 생성물(41.9중량%) 10.22g을 비커에 넣고, 탈이온수 11.53g으로 희석시켰다. 여기에, 에어볼(등록상표) 523(15.5중량% 용액) 6.22g을 첨가한 후, 에이지플록(등록상표) B50(50중량%) 0.20g을 첨가하였다. 생성된 배합물을 폴리에스터 필름에 코팅하였다. 수득된 코팅은 60。에서 81%의 광택을 가졌다. 이 광택은, 허용가능한 광택을 수득하기 위해 SiO2/Na 비가 186 이상이어야 함을 나타내는 수학식 1에 일치한다.
Figure 112004042586317-pct00002

Claims (13)

  1. 지지체 및 그 위에 하나 이상의 코팅 층을 포함하는 잉크 제트 기록 시이트로서,
    상기 하나 이상의 코팅 층이 (a) 60。에서 30 이상의 경면 광택을 갖고, (b) 적어도 AW(-0.013SSA+9)(여기에서, AW는 알칼리 금속의 원자량이고, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적임)의 합의 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비를 갖는 양이온성 콜로이드성 실리카 및 (c) 결합제를 포함하며,
    상기 콜로이드성 실리카 고형분 대 결합제 고형분의 비가 중량 기준으로 적어도 1:1의 비인 잉크 제트 기록 시이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    콜로이드성 실리카 고형분 대 결합제 고형분의 비가 중량 기준으로 6:4 내지 4:1인 잉크 제트 기록 시이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    콜로이드성 실리카가 150 이상의 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비를 갖는 잉크 제트 기록 시이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    콜로이드성 실리카가 1 내지 300nm의 평균 입경을 갖는 잉크 제트 기록 시이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비가 적어도 -0.30SSA+207의 합인 잉크 제트 기록 시이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    알칼리 금속이 나트륨인 잉크 제트 기록 시이트.
  7. (a) 적어도 AW(-0.013SSA+9)(여기에서, AW는 알칼리 금속의 원자량이고, SSA는 콜로이드성 실리카의 비표면적임)의 합의 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비를 갖는 양이온성 콜로이드성 실리카, 및
    (b) 결합제를 포함하되,
    상기 (a)의 실리카 고형분 대 (b)의 결합제 고형분의 비가 중량 기준으로 적어도 1:1의 비인 코팅 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    (a)의 실리카 고형분 대 (b)의 결합제 고형분의 비가 중량 기준으로 6:4 내지 4:1인 코팅 조성물.
  9. 제 7 항에 있어서,
    콜로이드성 실리카가 150 이상의 실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비를 갖는 코팅 조성물.
  10. 제 7 항에 있어서,
    콜로이드성 실리카가 1 내지 300nm의 평균 입경을 갖는 코팅 조성물.
  11. 제 7 항에 있어서,
    실리카 고형분/알칼리 금속의 중량비가 적어도 -0.30SSA+207의 합인 코팅 조성물.
  12. 제 11 항에 있어서,
    알칼리 금속이 나트륨인 코팅 조성물.
  13. 제 7 항에 있어서,
    콜로이드성 실리카가 15 내지 100nm의 중간(median) 입경, 및 입자의 80% 이상이 30nm 내지 70nm의 크기 범위에 속하도록 하는 입경 분포를 갖는 코팅 조성물.
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