KR20000048167A - 양이온성 수지 변성 실리카 분산액 및 그 제조 방법 - Google Patents

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이시두겐이찌
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미우라 유이찌, 쓰지 가오루
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Abstract

본 발명에 의하면 실리카 입자의 응집이 발생하지 않는 평균 입경이 200nm미만인 실리카 미립자와 양이온성 수지로부터 된 양이온성 수지 변성 실리카 분산액이 제공된다. 이 분산액은 고형분 농도가 1.5중량%로 되도록 희석된 분산액에 대하여 측정한 광 산란 지수(n값)가 2.0이상인 것을 특징으로 한다. 이 분산액은 극성 용매중에서 실리카 및 양이온성 수지를 혼합하여 얻어지는 혼합액을 300kgf/cm2이상의 처리 압력으로 대향 충돌시키거나 또는 오리피스의 입구측과 출구측의 차압이 300kgf/cm2이상인 조건하에서 오리피스를 통과시킴으로써 제조할 수 있다.

Description

양이온성 수지 변성 실리카 분산액 및 그 제조 방법{CATIONIC RESIN MODIFIED SILICA DISPERSING SOLUTION AND THE METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 양이온성 수지 변성 실리카 분산액 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 잉크젯 기록 용지용의 도포액의 원료로서 유용한 신규의 양이온성 수지 변성 실리카 분산액 및 제조 방법을 제공한다.
종래, 잉크젯 기록 용지용의 도포액의 원료에는 실리카 분산액이 사용되고 있으며, 또, 잉크젯 기록 용지의 화상 농도 및 내수성 향상을 위하여, 양이온화 시약을 배합한 실리카 분산액이 사용되고 있다.
상기한 잉크젯 기록 용지용의 도포액으로서 사용되는 실리카 분산액으로서는 특공평4-19037호 공보에 실리카 표면을 알루미늄 이온 등과 같은 다가 금속 이온의 화합물로 피복한 양이온 변성 콜로이달 실리카가 제안되어 있으며, 또, 특공평5-57114호 공보에는 평균 응집 입경이 0.5~30μm의 합성 실리카에 제4급 암모늄기를 포함하는 양이온성 수지를 배합한 조성물이 제안되어 있다.
그러나, 특공평4-19037호 공보에 기재되어 있는 실리카를 사용한 도포액으로 도포된 잉크젯 기록 용지는 내수성, 발색성 등의 성능이 충분하지 않다는 결점이 있다. 또한, 특공평5-57114호 공보에 기재되어 있는 조성물을 사용한 도포액으로 도포된 잉크젯 기록 용지는 내수성, 발색성 등은 개선되지만, 실리카 입자가 크기 때문에, 표면 평활성 및 광택성이 낮다는 결점이 있다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 평균 입경이 200nm미만인 실리카 미립자와 양이온성 수지로 된 양이온화 변성 실리카 분산액이 검토되고 있다. 본 발명에서, 평균 입경이란, 광 산란 회절식의 입도 분포계로 측정했을 때의 체적 기준 중간 입경(D50)이다.
그러나, 일반적으로, 평균 입경이 200nm미만인 실리카 미립자를 분산시킨 실리카 분산액에 양이온성 수지를 혼합하면, 실리카 입자가 응집되어 버리며, 터빈 스태틱(static)형 고속 회전식 교반 분산기(예를 들면, 호모지나이저 등), 콜로이드밀, 초음파 유화기 등과 같은 관용의 분산기로 재분산해도 원래 분산 상태로 돌아가지 않는다는 문제가 있었다.
그리고, 상기한 실리카 입자의 응집에 의해 실리카의 평균 입경이 크게 되면, 도포층 표면의 평활성이 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 광의 투과가 방해되기 때문에 도포층이 불투명하게 되며, 광택이 부족하다는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 실리카 입자가 상기와 같은 응집이 발생하지 않는 평균 입경이 200nm미만인 실리카 미립자와 양이온성 수지로 된 양이온성 수지 변성 실리카 분산액 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기 문제점에 대하여 예의 연구를 거듭한 결과, 평균 입경이 200nm미만인 실리카 미립자와 양이온성 수지를 극성 용매중에서 혼합하여 얻어지는 혼합액을 300kgf/cm2이상의 처리 압력으로 대향 충돌시키거나, 또는 오리피스의 입구측과 출구측의 차압이 300kgf/cm2이상인 조건하에서 오리피스를 통과시킴으로써, 재차 원래 분산 상태로 재분산한 실리카 분산액이 될 수 있음을 발견하였다.
그래서, 본 발명에 의하면, 극성 용매중에 실리카 및 양이온성 수지가 분산되어 있는 분산액이며, 이 분산액중의 실리카 입자의 평균 입경이 200nm미만이고, 또한 고형분 농도가 1.5중량%로 되도록 희석된 상기 분산액에 대하여 측정된 광 산란 지수(n값)가 2.0이상인 것을 특징으로 하는 양이온성 수지 변성 실리카 분산액이 제공된다.
본 발명에서 사용되는 실리카는 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명에 있어서는 습식 실리카, 건식 실리카, 졸-겔법 실리카 등과 같은 공지의 실리카를 모두 원료로서 사용할 수 있다.
상기 습식 실리카는 규산 소다를 광산으로 중화하여 용액중에서 실리카를 석출시킴으로써 형성되는 침전법 실리카가 대표적이며, 화이트 카본이라고도 한다. 또한, 마찬가지로 규산 소다를 산으로 중화함으로써 만들어지는 겔법 실리카도 사용할 수 있다. 또한, 중화 반응 후에 여과 및 세정만을 실시하고 건조 공정을 실시하지 않은 탈수 실리카 케이크(cake)도 사용할 수 있다.
상기 건식 실리카는 일반적으로 4염화규소류를 산소 수소 불꽃중에서 고온 가수 분해시켜 얻어지는 것이며, 퓸드(fumed) 실리카라고도 한다.
상기 졸-겔법 실리카는 일반적으로 테트라메톡시실란이나 테트라에톡시실란 등과 같은 규소의 알콕시드를 산성 또는 알칼리성 함수 유기 용매중에서 가수 분해함으로써 얻어지는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기한 실리카중에서는 습식 실리카 및 건식 실리카가 바람직하다.
본 발명에 있어서는 양이온성 수지로서는 물에 용해했을 때, 해리하여 양이온성을 나타내는 수지이면, 특별히 한정없이 사용할 수 있으며, 그 중에서도 제1~3급 아민 또는 4급 암모늄염을 갖는 수지를 바람직하게 사용할 수 있으며, 4급 암모늄염을 갖는 수지가 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서 사용되는 극성 용매는 실리카 및 양이온성 수지가 그 안에서 분산하기 쉬운 극성 용매이면 특별히 제한은 없다. 이와 같은 극성 용매로서는 물; 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올 등과 같은 알코올류; 에테르류; 케톤류 등을 예시할 수 있다. 상기 극성 용매 중에서는 물이 바람직하다. 또한, 물과 상기 극성 용매의 혼합 용매도 사용할 수 있다. 또한, 실리카 입자의 안정성이나 분산성을 향상시키기 위하여, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 계면활성제 등을 본 발명의 양이온성 수지 변성 실리카 분산액에 소량 첨가해도 좋다.
본 발명에 있어서, 양이온성 수지 변성 실리카 분산액중의 실리카 및 양이온성 수지의 양은 특별히 한정되지 않지만, 실리카 분산액중의 실리카의 양은 8중량%~50중량%, 8중량%~25중량%가 바람직하며, 양이온성 수지의 양은 실리카 100중량부 당 3~50중량부가 바람직하다.
실리카 분산액중의 실리카의 양이 50중량%보다 많으면, 슬러리의 유동성이 극단적으로 나빠지므로, 양이온성 수지와의 혼합이 곤란하게 되며, 한편, 8중량%보다 적으면, 분산액을 건조하기 위하여 큰 장치를 필요로 하므로 에너지 비용이 증가된다.
실리카 분산액중의 양이온성 수지의 양이 실리카 100중량부 당 3중량부보다 적으면, 실리카 입자의 표면 전하의 밸런스가 불균일하게 되어, 실리카 입자가 강고한 응집을 일으키기 쉽게 된다. 또한, 양이온성 수지의 양이 실리카 100중량부 당 50중량부보다 많으면, 점도가 높게 되어 분산 처리가 곤란하게 된다.
본 발명의 양이온성 수지 변성 실리카 분산액중에 있어서의 실리카 입자는 표면 전하의 지표가 되는 제타 전위가 +10mV이상, 바람직하게는 +20mV이상, 더욱 바람직하게는 +30mV이상이어야 한다. 제타 전위가 높을수록, 잉크젯 용지의 내수성에 효과가 있다. 제타 전위는 양이온성 수지의 혼합량이 많을수록 높게 되지만, 그 상승폭은 혼합하는 양이온성 수지의 종류에 따라 다르다.
본 발명의 양이온성 수지 변성 실리카 분산액은 이 분산액중의 실리카 입자의 평균 입경이 200nm미만이며, 또한 고형분 농도가 1.5중량%로 되도록 희석된 분산액에 대하여 측정한 광 산란 지수(n값)가 2.0이상임이 필요하다. 실리카의 평균 입경이 200nm보다 크고, 또한 n값이 2.0보다 작으면, 잉크젯 기록 용지용의 도포액의 원료로서 사용한 경우, 도포층의 표면의 평활성이 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 광의 투과가 방해되어, 도포층이 불투명하게 되며, 광택이 부족하다고 하는 문제가 발생된다.
상기한 광 산란 지수(n값)는 분산액중의 실리카의 분산 상태의 지표이며, 분산성이 향상함에 따라 이 값은 크게 된다.
또한, n값은 Journal of Ceramic Society of Japan 101 [6] 707-712(1993)에 기재된 방법에 준하여 구한 값이다.
즉, 시판되는 분광 광도계를 사용하여, 광의 파장(λ)이 460~700nm인 범위의 실리카 분산액의 스펙트럼을 측정함으로써, 흡광도τ을 구하고, log(λ) 및 log(τ)를 플롯하여, 하기 수학식(1)을 사용하여 직선의 기울기(-n)를 최소자승법으로 구한다:
τ=αλ-n(1)
(여기서, τ는 흡광도, α는 정수, λ는 빛의 파장, 그리고 n은 광 산란 지수를 나타낸다.)
또한, 이론상, n이 취할 수 있는 값은 4이하이다.
상기 측정 조건을 구체적으로 나타내면, 먼저 광로 길이 10mm의 셀을 사용하여, 참조셀 및 시료셀에 각자 이온 교환수를 채우고, 460~700nm의 파장 범위에 걸쳐 영점 교정을 실시한다. 다음에, 분산액의 고형분 농도가 1.5중량%로 되도록 분산액을 이온 교환수로 희석하고, 시료셀에 상기 희석된 분산액을 넣고, 파장(λ) 460~700nm 범위의 흡광도(τ)를 측정한다.
본 발명에 있어서는 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 제조하는 방법에는 특별한 제한은 없다. 그러나, 바람직한 제조 방법으로서는 예를 들면, 극성 용매중에서 실리카와 양이온성 수지를 혼합하여 얻어지는 혼합액을 300kgf/cm2이상의 처리 압력으로 대향 충돌시키거나, 또는 오리피스의 입구측과 출구측의 차압이 300kgf/cm2이상인 조건하에서 오리피스를 통과시키는 방법을 들 수 있다.
상기 실리카와 양이온성 수지의 혼합액의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으며, 단순히 극성 용매중에서 실리카와 양이온성 수지를 혼합하는 방법, 터빈 스태틱형 고속 회전식 교반분산기(예를 들면, 호모지나이저 등), 콜로이드밀, 초음파 유화기 등과 같은 관용의 분산기를 사용하여 실리카를 미리 극성 용매중에 분산시켜 얻어지는 실리카 분산액과 양이온성 수지를 혼합하는 방법, 실리카와 양이온성 수지의 혼합물을 상기 관용의 분산기를 사용하여 극성 용매중에서 처리하는 방법 등을 들 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 있어서 사용되는 상기 실리카는 형태에 대하여는 특별히 한정되지 않으며, 분말, 케이크, 슬러리 및 분산액의 어느 형태라도 좋다.
그 중에서도, 분말, 케이크 등을 미리 액체 매체에 분산시킨 실리카 슬러리 또는 실리카 분산액이 바람직하며, 특히 실리카 분산액이 바람직하다.
상기한 실리카 슬러리 또는 실리카 분산액의 원료는 효율 좋게 분산 및 분쇄할 수 있는 것을 감안하면, 중화 반응 후에 여과 및 세정만을 실시하고, 건조 공정을 실시하지 않는 습식 실리카의 탈수 실리카 케이크가 바람직하다. 또한, 얻어지는 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 분산성 향상의 관점에서는 건식 실리카 분말이 바람직하다.
실리카 분산액으로서는 분쇄 실리카 분산액 등을 들 수 있지만, 그 중에서도, 본 발명의 효과를 감안하면, 평균 입경이 200nm미만의 분쇄 실리카 분산액이 바람직하다. 구체적으로는 각종 실리카가 극성 용매중에 분산되어 있는 실리카 슬러리를 특개평9-142827호 공보에 기재된 방법에 의해 평균 입경 200nm미만까지 분쇄한 분쇄 실리카 분산액 등을 들 수 있다.
특히 상기 공보에 기재된 방법으로 얻어지는 분쇄 실리카 분산액은 1차 입자가 수 개~수 십개 응집한 응집 입자로 구성되어 있으므로, 흡액성이 뛰어나며, 잉크젯 기록 용지 등의 분야에서 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 여기서 말하는 분쇄란, 강고한 응집 입자로 된 실리카 입자를 분쇄한다는 의미만이 아니라, 부드러운 응집 입자로 된 실리카 입자의 응집을 해체하는 해쇄나 분산도 의미한다.
또한, 본 발명에 있어서 실리카 슬러리란 실리카를 액체 매체중에 분산시켜 방치했을 때에 거의 침전하는 것을 가리키며, 실리카 분산액이란 실리카를 액체 매체중에 분산시켜 방치해도 거의 침전하지 않는 것을 가리킨다.
또한, 상기한 실리카 슬러리 또는 실리카 분산액을 사용하는 경우에 있어서, 양이온성 수지와 혼합하기 전에 이 실리카 슬러리 또는 실리카 분산액중의 실리카 농도는 50중량%이하, 바람직하게는 30중량%이하, 더욱 바람직하게는 20중량%이하로 해야 한다. 50중량%를 초과하면, 유동성이 극단적으로 나쁘게 되기 때문에, 양이온성 수지와 혼합이 곤란하게 된다.
본 발명에 있어서, 극성 용매중에서 실리카와 양이온성 수지를 혼합하여 얻어지는 혼합액을 300kgf/cm2이상의 처리 압력으로 대향 충돌시키거나, 또는 오리피스의 입구측과 출구측의 차압이 300kgf/cm2이상인 조건하에서 오리피스를 통과시키기 위한 장치로서는 일반적으로 고압 호모지나이저라고 불리우는 시판되는 장치를 바람직하게 사용할 수 있다. 고압 호모지나이저의 대표예를 구체적으로 예시하면, 나노마이저제의 상품명; 나노마이저, 마이크로플루이딕스제의 상품명; 마이크로플루이다이저, 및 스기노마신제의 아르티마이저 등을 들 수 있다.
또한, 여기서 말하는 오리피스란, 원형 등의 미세한 구멍을 갖는 박판(오리피스판)을 직관내에 삽입하여, 직관의 유로를 급격하게 조인 기구이다.
상기 고압 호모지나이저는 기본적으로는 원료 슬러리를 가압하는 고압 발생부와 대향 충돌부 또는 오리피스부로 된 장치이다. 고압 발생부로서는 일반적으로 플랜쟈펌프라고 불리우고 있는 고압 펌프가 바람직하게 사용된다. 고압 펌프에는 일연식, 이연식, 삼연식 등의 각종 형식이 있지만, 어떤 형식도 특별히 제한없이 본 발명에서 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 극성 용매중에서 실리카와 양이온성 수지를 혼합하여 얻어지는 혼합액을 대향 충돌시키는 경우에 있어서의 처리 압력 및 오리피스에 통과시키는 경우에 있어서의 오리피스의 입구측과 출구측의 차압은 모두 300kgf/cm2이상, 바람직하게는 800kgf/cm2이상, 더욱 바람직하게는 1200kgf/cm2이상이 요망된다.
대향 충돌시키는 경우의 상기 혼합액의 충돌 속도는 상대 속도로서 50m/초 이상, 바람직하게는 100m/초 이상, 더욱 바람직하게는 150m/초 이상이 좋다.
오리피스를 통과할 때의 극성 용매의 선속도는 사용하는 오리피스의 구멍 직경에도 의존하기 때문에 일률적으로 정해지지 않지만, 상기 대향 충돌 때의 충돌 속도와 같이 50m/초 이상, 바람직하게는 100m/초 이상, 더욱 바람직하게는 150m/초 이상이 좋다.
어떤 방법에 있어서도, 분산 효율은 처리 압력에 의존하기 때문에, 처리 압력이 높을수록 분산 효율도 높게 된다. 단, 처리 압력이 3500kgf/cm2을 초과하면 고압 펌프의 배관 등의 내압성이나 장치의 내구성에 문제가 발생하기 쉽다.
상기한 어떤 방법에 있어서도, 처리 회수는 특별히 제한되지 않지만, 본 발명에서 규정하는 실리카 분산액을 얻을 수 있도록 적절히 결정하면 좋다. 통상은 1~수십 회의 범위에서 선택한다.
[실시예]
이하에 참고예, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
또한, 실리카 분산액에 관한 여러가지 측정은 다음과 같이 실시하였다.
[평균 입경의 측정]
광 산란 회절식의 입도 분포 측정 장치(코르타제, 코르타 LS-230)를 사용하여, 체적 기준 중간 입경(D50)를 측정하고, 이 값을 평균 입경으로 하였다. 또한, 측정에 있어서는 물(분산매)의 굴절율 1.332 및 실리카의 굴절율 1.458을 파라미터로서 입력하였다.
[점도의 측정]
실리카 분산액 300g을 500cc용기에 넣고, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)을 사용하여, 20000rpm에서 5분간 교반하였다. 다음에 30℃의 항온조에 10분간 둔 후, B형 점도계(토키멕제, BL)를 사용하여 60rpm의 조건에서 점도를 측정하였다.
[n값 및 투과율의 측정]
실리카 분산액의 가시광 흡수 스펙트럼을 분광 광도계(일본분광제, Ubest-35형)를 사용하여 측정하였다. 먼저, 광로 길이 10mm의 셀을 사용하여, 참조셀 및 시료셀에 각각 이온 교환수를 채우고, 전 파장 범위에 걸쳐 영점 교정을 실시하였다. 다음에, 실리카 분산액의 농도가 1.5중량%로 되도록 이온 교환수로 희석하고, 시료셀에 상기 희석된 분산액을 넣고, 파장(λ) 460~760nm 범위의 흡광도(τ)를 1nm 마다 241개 측정하였다. log(λ) 및 log(τ)를 플롯하여, 전술한 수학식(1)을 사용하여 직선의 기울기(-n)을 최소자승법으로 구하였다. 이와 같이 하여 구한 n을 광 산란 지수로 하였다.
또한, 파장 569nm(NaD선)의 흡광도(τ)로부터 하기 수학식(2)에 의해 투과율(T)을 산출하였다:
T(%)=10(2-τ)(2)
[제타 전위의 측정]
실리카 분산액중의 실리카 입자의 제타 전위는 레이저 제타 전위계(오오쓰카전자제, LEZA-600)를 사용하여 측정하였다. 먼저, 실리카 분산액중의 실리카 농도가 300ppm이 되도록 상기 분산액을 10ppm의 NaCl수용액으로 희석하여, 초음파 배쓰에서 5분간 분산 처리하였다. 다음에, 측정셀에 상기 희석액을 넣고 인가 전압 80V, 측정 각도 20° 및 측정 온도 25℃의 조건에서 제타 전위를 측정하였다.
참고예(양이온성 수지와 혼합하기 전의 분쇄 실리카 분산액의 제조)
시판되는 규산 소다 및 순수한 물을 반응조중에 규산 소다 농도 5%의 용액이 형성되도록 투입하였다. 이 용액을 40℃까지 가열하고, 22wt% 황산을 사용하여 중화율 50%까지 중화 반응을 실시한 후, 반응액의 온도를 95℃로 올렸다. 이 반응액에, 중화율이 100%로 될 때까지 상기의 황산을 가하였다. 생성한 실리카에 여과 및 세정 조작을 반복하여, 탈수 케이크(실리카 함유량 15wt%)를 얻었다. 이 탈수 케이크를 건조시켜 얻은 실리카의 비표면적은 280m2/g이었다.
상기의 탈수 케이크 2000g에 순수한 물 500g을 가하고, 프로펠러 믹서로 교반함으로써 예비 혼합을 실시하여 실리카 슬러리를 얻었다. 얻어진 페이스트상의 실리카 슬러리를 고압 호모지나이저(나노마이저제; 나노마이저, LA-31)를 사용하여 처리 압력 800kgf/cm2로 오리피스에 3회 통과시켜, 분쇄 실리카 분산액을 얻었다. 이것을 이하에 있어서는 분쇄 실리카 분산액(A)이라 한다. 그 분석 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 1
분쇄 실리카 분산액(A) 1000g에 양이온성 수지로서 농도 25wt%의 디아릴디메틸암모늄클로라이드-아크릴아미드 공중합물 수용액을 48g 가하고, 프로펠러 믹서로 교반함으로써 예비 혼합액을 얻었다. 얻어진 예비 혼합액을 고압 호모지나이저(나노마이저제, 나노마이저 LA-31)를 사용하여 처리 압력 800kgf/cm2으로 오리피스에 2회 통과시킴으로써 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 2
예비 혼합액을 고압 호모지나이저(나노마이저제, 나노마이저 LA-31)를 사용하여 처리 압력 800kgf/cm2으로 대향 충돌을 2회 실시하는 것 이외는 실시예 1과 완전히 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 3
양이온성 수지로서 농도 20wt%의 디아릴아민염산염-이산화황 공중합물 수용액을 60g 사용한 것 이외는 실시예 1과 완전히 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 4
양이온성 수지로서 농도 28wt%의 디아릴디메틸암모늄클로라이드 중합물 수용액을 43g 사용한 것 이외는 실시예 1과 완전히 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 1
고압 호모지나이저를 사용하는 대신에, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)를 사용하여, 20000rpm에서 10분간 처리한 것 이외는 실시예 1과 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 2
고압 호모지나이저를 사용하는 대신에, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)를 사용하여, 20000rpm에서 60분간 처리한 것 이외는 실시예 1과 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 3
고압 호모지나이저를 사용하는 대신에, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)을 사용하여, 20000rpm에서 10분간 처리한 것 이외는 실시예 3과 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 4
고압 호모지나이저를 사용하는 대신에, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)를 사용하여, 20000rpm에서 10분간 처리한 것 이외는 실시예 4와 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 5
시판되는 규산 소다 및 순수한 물을 반응조중에 규산 소다 농도 5%의 용액이 형성되도록 투입하였다. 이 용액을 40℃까지 가열하고, 22wt% 황산을 사용하여 중화율 50%까지 중화 반응을 실시한 후, 반응액의 온도를 95℃로 올렸다. 이 반응액에, 중화율이 100%로 될 때까지 상기의 황산을 가하였다. 생성된 실리카에 여과 및 세정 조작을 반복하여, 탈수 케이크(실리카 함유량 15wt%)를 얻었다. 이 탈수 케이크를 건조시켜 얻은 실리카의 비표면적은 280m2/g이었다.
상기의 탈수 케이크 800g에 순수한 물 200g을 가하고, 프로펠러 믹서로 교반함으로써 실리카 슬러리를 얻었다. 이 실리카 슬러리에, 양이온성 수지로서 농도 25wt%의 디아릴디메틸암모늄클로라이드-아크릴아미드 공중합물 수용액을 48g 가하고, 프로펠러 믹서로 교반함으로써 예비 혼합액을 얻었다. 이 예비 혼합액을 고압 호모지나이저(나노마이저제, 나노마이저 LA-31)를 사용하여 처리 압력 800kgf/cm2으로 오리피스를 3회 통과시킴으로써 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
비교예 5
고압 호모지나이저를 사용하는 대신에, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)을 사용하여, 20000rpm에서 10분간 처리한 것 이외는 실시예 5와 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
n 투과율(%) 점도(mPa·s) 입경(nm) 제타 전위(mV)
분쇄 실리카분산액(A) 2.4 22 10 150 -25
실시예 1 2.5 23 50 140 +40
실시예 2 2.6 25 50 130 +40
실시예 3 2.5 23 100 140 +24
실시예 4 2.5 19 53 140 +32
비교예 1 1.5 4 820 4000 +47
비교예 2 1.6 6 700 3400 +47
비교예 3 1.7 10 100 2500 +24
비교예 4 0.8 2 190 35000 +39
실시예 5 2.4 23 50 150 +41
비교예 5 0.8 2 850 35000 +47
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1~5의 양이온성 수지 변성 실리카 분산액은 모두 분쇄 실리카 분산액(A)과 동등 또는 그 이상의 n값 및 평균 입경을 나타냈다. 한편, 비교예 1~5의 양이온성 수지 변성 실리카 분산액은 모두 n값이 2.0보다 낮고, 평균 입경이 200nm이상이었다. 비교예 1~5의 분산액은 또한 실시예 1~5의 분산액에 비하여 투과율이 낮았다.
실시예 6
비표면적 300m2/g의 건식 실리카(토쿠야마제, 레오로실 QS30) 120g에 순수한 물 880g을 가하고, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)로 분산 처리함으로써, 실리카 슬러리를 얻었다. 이 실리카 슬러리에 양이온성 수지로서 농도 25wt%의 디아릴디메틸암모늄클로라이드-아크릴아미드 공중합물 수용액을 48g가하고, 프로펠러 믹서로 교반함으로써, 예비 혼합액을 얻었다. 얻어진 예비 혼합액을 고압 호모지나이저(나노마이저제, 나노마이저 LA-31)를 사용하여 처리 압력 800kgf/cm2으로 오리피스에 1회 통과시킴으로써 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 7
비표면적 300m2/g의 건식 실리카(토쿠야마제, 레오로실 QS30) 200g에 순수한 물 800g을 가하고, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)로 분산 처리함으로써, 실리카 슬러리를 얻었다. 이 실리카 슬러리에 양이온성 수지로서 농도 20wt%의 디아릴메틸아민염산염 중합물 수용액을 50g 가하고, 프로펠러 믹서로 교반함으로써, 예비 혼합액을 얻었다. 얻어진 예비 혼합액을 고압 호모지나이저(나노마이저제, 나노마이저 LA-31)를 사용하여 처리 압력 800kgf/cm2으로 오리피스에 1회 통과시킴으로써 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 8
양이온성 수지로서 농도 50wt%의 폴리아릴아민염산염 중합물 수용액을 20g 사용한 것 이외는 실시예 7과 완전히 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 9
양이온성 수지로서 농도 50wt%의 디아릴디메틸암모늄클로라이드 중합물 수용액을 20g 사용한 것 이외는 실시예 7과 완전히 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
비교예 6
고압 호모지나이저를 사용하는 대신에, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)를 사용하여, 20000rpm에서 10분간 처리한 것 이외는 실시예 6과 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
비교예 7
고압 호모지나이저를 사용하는 대신에, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)를 사용하여, 20000rpm에서 10분간 처리한 것 이외는 실시예 7과 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
비교예 8
고압 호모지나이저를 사용하는 대신에, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)를 사용하여, 20000rpm에서 10분간 처리한 것 이외는 실시예 8과 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
비교예 9
고압 호모지나이저를 사용하는 대신에, 호모지나이저(이카제, 울트라다랙 T-25)을 사용하여, 20000rpm에서 10분간 처리한 것 이외는 실시예 9와 같이 하여 양이온성 수지 변성 실리카 분산액을 얻었다. 이 분산액에 대한 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
n 투과율(%) 점도(mPa·s) 입경(nm) 제타 전위(mV)
실시예 6 3.4 62 220 96 +47
실시예 7 3.5 63 50 93 +35
실시예 8 3.3 60 20 106 +27
실시예 9 3.5 65 130 95 +35
비교예 6 2.0 39 1500 53870 +49
비교예 7 2.7 39 220 6450 +37
비교예 8 2.7 39 140 426 +29
비교예 9 2.5 31 1600 11670 +36
표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 6~9의 양이온성 수지 변성 실리카 분산액은 모두 평균 입경이 200nm 이하이며 또한, n값이 2.0 이상이었다. 한편, 비교예 6~9의 양이온성 수지 변성 실리카 분산액은 모두 n값이 2.0 이상이지만, 평균 입경이 200nm이상이었다. 비교예 6~9의 분산액은 또한, 실시예 6~9의 분산액에 비하여 투과율이 낮았다.
이상의 설명으로 이해할 수 있듯이, 본 발명의 양이온성 수지 변성 실리카 분산액은 분산 입자가 200nm미만인 실리카 미립자임에도 불구하고, 양이온화 처리를 실시하지 않은 콜로이드상 실리카 분산액마다 분산성이 좋기 때문에, 잉크젯 용지용의 도포액의 원료로서 바람직하게 사용할 수 있으며, 또한 신문 용지 등과 같은 종이의 내전제로서도 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims (20)

  1. 극성 용매중에 실리카 및 양이온성 수지가 분산되어 있는 분산액이며, 이 분산액중의 실리카 입자의 평균 입경이 200nm미만이고, 또한 고형분 농도가 1.5중량%로 되도록 희석된 상기 분산액에 대하여 측정한 광 산란 지수(n값)가 2.0이상인 것을 특징으로 하는 양이온성 수지 변성 실리카 분산액.
  2. 제 1항에 있어서,
    분산액중의 실리카 농도가 8중량%~50중량%이며, 양이온성 수지의 양이 실리카 100중량부 당 3~50중량부인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액.
  3. 제 1항에 있어서,
    실리카가 습식 실리카 및 건식 실리카에서 선택된 실리카인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액.
  4. 제 3항에 있어서,
    실리카가 건식 실리카인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액.
  5. 제 1항에 있어서,
    양이온성 수지가 4급 암모늄염을 갖는 수지인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액.
  6. 제 1항에 있어서,
    극성 용매가 물인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액.
  7. 극성 용매중에서 실리카 및 양이온성 수지를 혼합하여 얻은 혼합액을 300kgf/cm2이상의 처리 압력으로 대향 충돌시키는 것을 특징으로 하는 제 1항에 기재된 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    혼합액이 극성 용매중에 실리카가 분산되어 있는 실리카 슬러리 또는 실리카 분산액과 양이온성 수지를 혼합하여 얻어진 것인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    혼합액중의 실리카 농도가 50wt%이하인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    처리 압력이 800kgf/cm2이상인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    실리카가 습식 실리카 및 건식 실리카에서 선택된 실리카인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    혼합액이 극성 용매중에 실리카가 분산되어 있는 실리카 슬러리를 300kgf/cm2이상의 처리 압력으로 대향 충돌시킴으로써 형성된 실리카 분산액과 양이온성 수지를 혼합하여 얻어진 것인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    혼합액이, 극성 용매중에 실리카가 분산되어 있는 실리카 슬러리를 오리피스의 입구측과 출구측의 차압이 300kgf/cm2이상인 조건하에서 오리피스를 통과시킴으로써 형성된 실리카 분산액과 양이온성 수지를 혼합하여 얻어진 것인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  14. 극성 용매중에서 실리카 및 양이온성 수지를 혼합하여 얻어지는 혼합액을 오리피스의 입구측과 출구측의 차압이 300kgf/cm2이상인 조건하에서 오리피스를 통과시키는 것을 특징으로 하는 제 1항에 기재된 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    혼합액이 극성 용매중에 실리카가 분산되어 있는 실리카 슬러리 또는 실리카 분산액과 양이온성 수지를 혼합하여 얻어진 것인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    혼합액중의 실리카 농도가 50wt%이하인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    오리피스의 입구측과 출구측의 차압이 800kgf/cm2이상인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    실리카가 습식 실리카 및 건식 실리카에서 선택된 실리카인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  19. 제 15항에 있어서,
    혼합액이 극성 용매중에 실리카가 분산되어 있는 실리카 슬러리를 300kgf/cm2이상의 처리 압력으로 대향 충돌시킴으로써 형성된 실리카 분산액과 양이온성 수지를 혼합하여 얻어진 것인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법.
  20. 제 15항에 있어서,
    혼합액이 극성 용매중에 실리카가 분산되어 있는 실리카 슬러리를 오리피스의 입구측과 출구측의 차압이 300kgf/cm2이상인 조건하에서 오리피스를 통과시킴으로써 형성된 실리카 분산액과 양이온성 수지를 혼합하여 얻어진 것인 양이온성 수지 변성 실리카 분산액의 제조 방법
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