KR20070007364A - 표면 개질 무기 충전제 및 안료 - Google Patents

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알파 칼시트 필슈토프 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 원하는 입자 크기의 표면 개질 무기 충전제 또는 안료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 무기 충전제 또는 안료의 충전제 또는 안료 슬러리를, 중합체 분산액을 사용해서 압축 및 전단력 작용 하에 원하는 입자 크기로 분쇄하며, 충전제 및/또는 안료를, 충전제 또는 안료에 대해서 0.1 내지 2.0 중량% 양의 통상의 분쇄 조제 및/또는 분산제(활성제)와 더 접촉하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 상기 방법에 의해 얻어진 충전제 및 안료에 관한 것이고, 제지 산업용 분산 잉크, 접착제, 코팅 또는 코팅 화합물, 특히 시트 공급 오프셋 프린팅(sheet-fed offset printing), 롤 오프셋 프린팅(roll offset printing), 그라비어 프린팅(gravure printing)과 같은 여러 산업 세그먼트에 사용되는 코팅 화합물을 제조하고, 판지 및 특수지를 제조하기 위한 상기 충전제 및 안료의 용도에 관한 것이다.

Description

표면 개질 무기 충전제 및 안료{SURFACE-MODIFIED INORGANIC FILLERS AND PIGMENTS}
본 발명은, 한정된 입자 크기의 표면 개질 무기 충전제 및 안료를 제조하는 방법과, 이렇게 얻어진 충전제 및 안료와, 그 용도에 관한 것이다.
많은 기술 분야에서, 무기 안료 또는 충전제는, 예를 들어 분산 페인트, 접착제 또는 종이 제조시 중합체 분산액 형태의 결합제(binder)와 결합된다.
EP 0 515 928 B1은 리펄핑(repulping) 작용이 향상된 표면 개질 판상 안료와, 이를 제조하는 방법과, 그 용도에 관한 것이다. 상기 판상 안료, 예를 들어 판상 금속, 금속 산화물, 운모 안료(mica pigment) 및 기타 판상 기재는 배합기에서 교반 하에 폴리아크릴레이트나 폴리메타크릴레이트 또는 그 수용성 염과 필요에 따라 용매 또는 용매 혼합물로 코팅된다.
예를 들어, 종이 제조시에, 다량의 충전제가 사용된다. 거의 모든 종이는 충전제와 혼합되고, 이는 특히, 인쇄 및 기록 용지에 균일한 조직(uniform formation), 우수한 연성, 백색도 및 그립성(grip)을 부여한다.
천연 인쇄지(코팅되지 않은 종이)는 35 중량% 이하의 충전제를 함유하고, 코팅지는 25 내지 50 중량%의 충전제를 함유한다. 충전제의 양은 종이의 의도한 용 도에 크게 좌우된다. 다량 충전된 종이는 낮은 강도와 좋지 않은 사이징 능력(sizing capability)을 갖는다.
종이 조성물 중 충전제 함량은 일반적으로 5 내지 35 중량%이고, 일차 안료 또는 잔류 코팅이나 코팅 폐기물(reject)로부터 얻어질 수 있는 재생 코팅 안료로 이루어진다. 형광 백색 종이에 중요한 충전제의 백색도(whiteness) 외에, 입자 크기는 중요한 역할을 하는데, 이는 입자 크기가 충전제 수율(filler yield)과 종이의 물성, 특히 종이의 다공성에 크게 영향을 미치기 때문이다. 종이에 남아있는 충전제 함량은 섬유 현탁액에 첨가된 양의 20 내지 80 중량%이다. 수율은 충전제의 종류와 물질의 조성, 밀링도(degree of milling), 수지와 황산 알루미늄에 의한 충전제 입자의 고정, 평량(basis weight), 제지기의 속도, 배수 방법, 및 스크린의 미세도에 좌우된다.
이들의 소비로 판단되는 바와 같이, 다음 제품들, 고령토(china clay), 탄산 칼슘, 인조 규산알루미늄류 및 산화물 수화물류, 이산화 티타늄, 새틴 화이트(satin white), 탈크(talcum) 및 규산칼슘은 충전제와 코팅 안료로 현재 상당히 중요하다.
EP 0 595 723 B1호는 광물질계 충전 안료를 제조하는 공정을 기술하는데, 적어도 하나의 분산제를 포함하는 적어도 하나의 분쇄 조제(milling agent) 존재 하에 수성 매질에서 수행된 컴팩팅 광물(compacting mineral), 라멜라 광물(lamellar mineral) 및/또는 플라스틱 안료의 공동 분쇄(co-milling)를 특징으로 한다. 그러나, 상기 문헌은 광물과 플라스틱 안료의 공동 분쇄에서 조건에 대해 너무 불명확 하게 되어 있고 분산제의 용도에 관해서는 기재하지 않고 있다.
WO 98/01621호는, 코팅 플랜트 폐수, 탈묵 플랜트(deinking plant), 내수 처리 플랜트(internal water treatment plant) 또는 세퍼레이터(separator)의 잔류수 슬러지로부터 종이, 보드지, 판지를 제조하기 위해 충전제와 코팅 안료를 재사용하기 위한 공정과, 제지 산업용 코팅 조성물의 제조, 또는 제지용 종이 원료에 사용하기 위해 이렇게 얻어진 안료 슬러리를 사용하는 것을 기술하고 있다. 본 발명의 필수 요소는, 코팅 플랜트 폐수, 탈묵 플랜트, 내수 처리 플랜트 또는 세퍼레이터의 잔류수 슬러지로부터 종이, 보드지, 판지를 제조하기 위해 충전제와 코팅 안료를 재사용하기 위한 공정으로, 충전제와 코팅 안료를 함유하는 상기 잔류수 슬러지가 혼합되고, 이후 분쇄되어, 새로운 안료 또는 새로운 충전제를 분말로 함유한 안료 슬러리, 새로운 안료를 함유하는 슬러리 및/또는 새로운 충전제를 함유하는 슬러리를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 목적은, 특히 제지 산업과, 페인트 산업 또는 접착제 산업과 같은 다른 적용 분야에서, 충전제 또는 안료 슬러리를 제조하기 위해, 무기 충전제 및 안료와 중합체 분산액 형태의 결합제의 접촉을 향상시켜서, 결합제의 필요량을 줄이거나, 충전제 또는 안료의 상호간, 및 기재에 대한 결합을 향상시키는 것이다.
본 발명에 따르면, 분쇄 중 결합제(하기에서 중합체 분산액으로 지칭되는)로 표면이 코팅된 한정된 입자 크기의 무기 안료는 많은 기술 분야, 예를 들어 제지 산업과 페인트 산업 또는 접착제 산업에서 유리하게 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 본 발명의 제 1 태양은 원하는 입자 크기의 표면 개질 무기 충전제 또는 안료를 제조하기 위한 방법으로, 무기 충전제 또는 안료의 충전제 또는 안료 슬러리를 중합체 분산액을 사용해서 압력 및 전단력의 작용으로 원하는 입자 크기로 분쇄하고, 상기 충전제 및/또는 안료를, 충전제 또는 안료 기준으로, 0.1 내지 2.0 중량% 양의 공지의 분쇄 조제 및/또는 분산제(활성 성분)와 더 접촉하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 접착 효과를 가져야만 하는 중합체 분산액은, 원하는 입자 크기를 제공하기 위해 상기 충전제와 안료를 분쇄하는 동안 결합제가 무기 충전제 및 안료의 표면과 접촉하면 종래 기술로부터 알려진 동일한 입자 크기 분포의 충전제 및 안료와 비교해서 증가한 결합 능력을 제공하는 형태의 무기 충전제와 안료를 제공하는데 적합한 것으로 밝혀졌다. 결합제는 재사용될 물질, 예를 들어 잔류수 슬러지로부터 얻어지거나, 직접 첨가될 수 있다.
놀랍게도, 상기 중합체 입자는 충전제 입자 및 안료 입자의 교착(agglutination)이나 응집(agglomeration)을 일으키지 않지만, 분명하게 상호간과 기재, 예를 들어 제지 산업의 경우 섬유에 대하여 매우 향상된 접착성을 갖는 충전제 또는 안료의 표면 위에 미세한 막을 형성하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 의미 내에서 개질을 위해 특히 바람직한 충전제 또는 안료는 탄산칼슘, 특히 천연 및/또는 침강 탄산칼슘이다.
탄산 칼슘 외에, 고령토, 인조 및/또는 천연 규산알루미늄류 및 산화물 수화물류, 이산화 티타늄, 새틴 화이트, 돌로마이트(dolomite), 운모(mica), 금속 플레이크, 특히 알루미늄 플레이크류, 벤토나이트(bentonite), 금홍석(rutile), 수산화 마그네슘, 석고, 층상 규산염류, 탈크, 규산 칼슘 및 기타 암석 및 토양과 같이 종래 기술에 알려져 있는 다른 충전제와 안료가 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 슬러리, 특히 물을 기준으로, 상술한 충전제 및 안료를 10 내지 90 중량%의 양만큼 사용하는 것이 특히 바람직하다.
충전제 또는 안료가, 예를 들어 종이 제조에서 코팅의 구성 성분으로 사용될 경우, 일반적으로 높은 비율의 결합제가 종이 표면으로 이동한다. 상당 부분의 결합제가 막 형성이 일어나기 전에 원지(raw paper)에 흡수된다. 최상부 코팅 층은 결합제가 부족하게 되고, 소위 풀링(pulling)이 발생한다. 그러나, 중합체 결합제가 충전제 또는 안료 위에 분쇄되면, 결합제의 이동은 일어나지 않거나 적게 일어난다. 즉, 결합제가 전혀 (또는 거의) 흡수에 의해 손실되지 않기 때문에 오프셋 강도(offset strength)(풀링에 대한 저항성)는 더 크다. 이와 반대로, 종래 기술에서는, 결합제의 손실을 코팅 내의 결합제 비율을 증가시킴에 의해 보상해 주어야 한다.
본 발명의 의미 내에서 중합체 분산액은 수지 고형물 자체 및 그 분산액(라텍스), 특히 0.05 내지 6㎛ 입자 크기의 미세하게 분산된 천연 및/또는 합성 중합체를 포함한다. 일반적으로, 중합체 분산액은 수성, 또는 이보다 덜 빈번하게는, 비수성 분산제의 형태이다. 중합체 분산액은, 천연 고무(라텍스) 및 합성 고무(라텍스)와 같은 중합체 분산액뿐만 아니라, 중합생성물(polymerizate), 축중합물(polycondensate) 및 부가중합 화합물(polyaddition compound)(특히 폴리우레탄, 스티렌/부타디엔, 스티렌/아크릴산 또는 아크릴산 에스테르, 스티렌/부타디엔/아크릴산 또는 아크릴산 에스테르뿐만 아니라, 비닐 아세테이트/아크릴산 또는 아크릴산 에스테르계의)과 같은 인조 수지(인조 수지 분산액)와 플라스틱 물질(플라스틱 분산액), 또한 아크릴로니트릴을 함유하는 현탁액을 포함한다.
제품명 Basonal®, Acronal® 및 Styronal®으로, 해당 중합체 분산액은 분산액 페인트 산업과 또한 종이와 판지 코팅을 위한 결합제로서 상업적으로 이용 가능하다. 종래 기술에서, 이러한 중합체 분산액은, 교반에 의한 더 많은 전단 없이, 충전제 입자 또는 안료 입자의 입자 크기의 변화가 일어나지 않으면서, 일반적으로 중성 내지 알칼리성으로 조정된 충전제 또는 안료 슬러리에 편입된다. 그러나, 본 발명에 따르면, 중합체 분산액은 압력 및 전단력의 작용으로 무기 충전제 및 안료와 직접 접촉된다. 물론, 물이 별도로 첨가되지 않는 접착제의 제조에서와 같은 충전제 또는 안료 슬러리의 제조에도 동일한 것이 적용된다. 분쇄 중 압력 및 전단력의 작용 하에, 종래 기술에 비해 향상된 결합 활성을 나타내는 표면 개질 무기 충전제와 안료가 얻어진다. 본 발명에 따르면 중합체 분산액의 존재 하에 젖은 무기 충전제 또는 안료를 원하는 입자 크기로 분쇄하는 것이 특히 유리하다. 이에 따라, 백색 충전제 또는 안료를 위해 충전제 또는 안료의 백색도와 크기 분포에 큰 변화를 줄 수 있고, 이러한 변화는 특히 분쇄 방식과 분쇄 시간에 의해 조절될 수 있다.
무기 충전제 또는 안료와 접촉한 중합체 분산액의 양은 다소 중요하다. 이에 따라서, 본 발명에 따르면 상기 무기 충전제 또는 안료를, 안료의 양을 기준으로, 0.1 내지 50 중량%, 특히 5 내지 15 중량%의 중합체 분산액(고형물)과 접촉시키는 것이 특히 바람직하다. 중합체 분산액은 일반적으로 40 내지 60 중량%, 특히 50 중량%의 고형물 함량을 갖는 수성 또는 비수성 형태이다.
중합체 분산액 외에, 본 발명에 따르면 무기 충전제 또는 안료는 공지의 분산제 또는 분쇄 조제, 특히 폴리아크릴레이트와 추가 접촉된다. 이러한 폴리아크릴레이트는, 예를 들어 본 명세서의 서두에 명시되어 있는 EP 0 515 928 B1(본 명세서에 참조 문서로 포함되어 있음)에 기술되어 있다.
본 발명에 따르면 충전제 또는 안료를, 고형물 함량 기준으로 0.1 내지 2.0 중량%, 더 바람직하게는 0.2 내지 0.4 중량% 양의 상술한 분산제 활성 성분과 접촉한다.
제지 및 탈묵 플랜트, 내수 처리 플랜트 또는 세퍼레이터의 코팅 플랜트 폐수의 잔류수 슬러지에서, 충전제와 코팅 안료는 흔히 응집된 형태로 있고 더 낮은 백색도를 갖는데, 이는 원료 가공, 특히 종이 코팅에서 직접적인 재사용을 제한하거나 심지어 차단한다.
상술한 방법의 본 발명을 통해, 심지어 잔류수 슬러지가 사용되는 경우에도, 한정된 농축 안료 슬러리 또는 충전제 슬러리가 얻어지고, 이는 예를 들어 종이, 보드지 및 판지의 제조시 또는 페인트와 접착제 산업에서 사용될 수 있다.
제지에서는, 분말 또는 고형물 함량이 50 내지 80 중량%인 농축 슬러리 형태의 충전제와 코팅 안료를 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 충전제와 안료는 통상 원하는 백색도와 입자 크기 분포로 제조업자에 의해 공급된다. 현재, 본 발명의 필수 요소는, "기본 등급(basic grade)" 종류의 무기 충전제와 안료를, 바람직하게는, 예를 들어 고형물 함량이 70 중량% 내지 85 중량% 또는 그 이상이고, 평균 입자 직경이 예를 들어 1㎛ 미만 50% 내지 15㎛ 미만 50%, 특히 3㎛ 미만 50% 내지 8㎛ 미만 50%인 고형물 또는 고 농축 슬러리로서 사용하는 것과, 원하는 입자 크기를 얻기 위해, 중합체 분산액 부재 하에, 특히 수상(aqueous phase)에서 분쇄하는 것이다. 이에 따라, 제지 산업에서는, 새로운 안료 함유 슬러리 및/또는 새로운 충전제 함유 슬러리를 혼합한 후, 분말 형태의 새로운 안료 및 새로운 충전제와 함께 분쇄해서 원하는 백색도와 분말도(fineness)로 분쇄한 다음, 충전제 또는 코팅 안료로 사용할 수 있다. 상술한 광물성 충전제와 안료는 원하는 입자 크기를 제공하기 위해 통상 습식 또는 건식 분쇄 방법으로 분쇄된다. 습식 분쇄에서는, 어느 정도 비율의 물이 본래 필요하다. 무기 안료를 분쇄하는데 필요한 물의 일부 또는 전부는 잔류수 슬러지로 대체될 수 있다. 잔류수 슬러지에 일반적으로 존재하는 충전제 또는 안료의 응집물은 개입하지 않거나 약간만 개입하는데, 이는 상기 응집물이 습식 분쇄 공정의 경로에서 원하는 입자 크기로 분쇄되기 때문이다.
충전제 또는 안료로 사용하도록 지정된 잔류수 슬러지 중의 안료 및 충전제 입자는 분쇄 공정에서 응집물을 분쇄하기 위한 분쇄 조제와 분산 조제로서 작용한다. 동시에, 충전된 입자(loaded particle)를 포함하는 잔류수 슬러지는, 분쇄 공정에서 충전제와 안료를 위한 분산 조제와 분쇄 조제로 작용하며, 이에 의해, 결합제, 분산 조제 및 분쇄 조제의 사용량을 통상에 비하여 본 발명에 따라 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 분말, 새로운 안료 함유 슬러리 및/또는 새로운 충전제 함유 슬러리 형태의 새로운 안료 또는 새로운 충전제, 및 중합체 분산액과 함께 혼합하고, 이어서 분쇄하기 위해, 잔류수 슬러지를 0.02 중량% 내지 60 중량%의 고형물 농도로 조정하는 것이 특히 바람직하다. 농도가 너무 낮으면, 재생 공정이 비경제적으로 된다.
제지 산업의 잔류수 슬러지에서 섬유에 대한 충전제 및/또는 안료의 비는 광범위하게 달라질 수 있다. 본 발명에 따르면, 고형물 함량 기준으로 1 중량% 내지 80 중량%, 특히 20 중량% 내지 60 중량% 범위의 필요에 따라 증가된 농도의 충전제 및/또는 안료를 갖는 잔류수 슬러지를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이에 따라, 섬유 함량과 충전제 및/또는 안료의 함량 모두, 예를 들어 2 내지 98 중량%, 또는 98 내지 2 중량%로 바꿀 수 있다. 물론, 섬유를 함유하지 않는 잔류수 슬러지도 본 발명에 따라 제지 산업에서 사용될 수 있다.
예를 들어, 여러 잔류 또는 폐수 슬러지의 바람직한 조성은 아래에 기재되어 있다. 바람직하게는, 제조로부터의 폐수는 10 내지 100 l/kg, 특히 20 l/kg의 특정한 새로운 물 요건에서 손실된 물질이 0.5 내지 5 중량%, 특히 2.5 중량%인 것을 포함한다. 잔류수 슬러지의 농도는 0.02 내지 5.0 중량%, 특히 1.5 중량%인 것이 바람직하다. 종이 제조 폐수에서 섬유 함량 대 충전제 및/또는 안료 함량의 비는 20 중량% : 80 중량% 또는 80 중량% : 20 중량%가 바람직하고, 특히 섬유 대 안료의 비는 40 중량% : 60 중량%인 것이 본 발명에 따라 특히 바람직하다.
고형물 함량이 10 내지 95 중량%, 특히 40 내지 80 중량%인 슬러리를 분쇄용으로 사용하는 것이 바람직하다.
이는, 변화하는 품질과 생산 요건, 예를 들어, 지료(paper stock)를 위한 다른 제지 원료, 프리코팅(precoating), 탑 코팅(top coating) 및 싱글 코팅(single coating) 또는 착색만을 위한 충전제 또는 안료 또는 슬러리, 및 다른 충전제 또는 안료와의 혼합에 대해서, 유연하고 신속한 반응을 허용한다.
본 발명에 따르면, 습윤제(wetting agent), 안정화제, 분쇄 조제 및 분산 조제와 같은 공지의 첨가제를, 무기 충전제와 안료를 혼합 및/또는 분쇄하는 동안 사용할 수 있다.
본 발명에 따라 얻어질 수 있는 안료 슬러리는 제지 산업 (특히, 종이 코팅용 코팅을 제조하기 위한) 또는 지료에 특히 유리하게 사용할 수 있다. 오프셋지용 코팅 안료 슬러리를 제조하기 위한 이들의 용도가 특히 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 슬러리는 특히 빠른 코팅 속도로 경량 코팅지용의 코팅 화합물을 제조하고, 회전 오프셋지, 특히 경량 코팅 회전 오프셋지를 제조하고, 판지와 특수지(라벨, 벽지, 실리콘 베이스 종이, 셀프 복사지, 포장지와 같은)의 코팅을 제조하며, 음각 프린팅지(intaglio printing paper)와 혼합하는데 또한 적합하다. 이에 따라, 본 발명에 따라 얻어질 수 있는 코팅 안료 슬러리는, 특히, 시트 공급 오프셋지 (특히, 시트 공급 오프셋 싱글 코팅, 시트 공급 오프셋 더블 코팅, 시트 공급 오프셋 프리코팅 및 시트 공급 오프셋 탑 코팅용), 회전 오프셋지 (특히, LWC 회전 오프셋 싱글 코팅, 회전 오프셋 더블 코팅, 회전 오프셋 프리코팅 및 회전 오프셋 탑 코팅용), 음각 프린팅 (특히, LWC 음각 싱글 코팅, 음각 더블 코팅, 음각 프리코팅 및 음각 탑 코팅용), 판지 (특히, 판지 더블 코팅, 판지 프리코팅 및 판지 탑 코팅용), 플렉소그래픽 프린팅과 특수지 (특히, 라벨 및 연성 포장을 위한)에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 충전제와 안료는 또한 디지털 프린팅 방법을 위한 종이에 유리하게 사용될 수 있다.
상기 방법들은, 원지(base paper), 코팅의 품질과, 특히 이들로부터 만들어진 최종 품질이 손상되지 않으면서 본 발명에 따라 제조된 안료 슬러리를 사용할 기회를 제공한다.
본 발명은 또한, 특히, 접착제를 제조하기 위해서도 사용될 수 있다. 접착제는 결합하고자 하는 부품들을 접착성과 점착성(cohesiveness)(점착)에 의해 서로 결합시키는 비금속성 물질로 알려져 있다. "접착제"는, 아교(glue), 페이스트(paste), 분산액, 용매, 반응 또는 접촉 접착제와 같이, 물리적 또는 화학적 측면 또는 가공 기술 측면 하에서 선택된 접착제 유형의 다른 일반적인 용어를 포함하는 포괄적인 용어이다. 접착제의 명칭은 기본 물질(예를 들어, 전분 페이스트, 인조 수지 아교, 가죽 아교), 가공 조건(예를 들어, 저온 아교, 핫 실 또는 핫 멜트 접착제, 조인트 아교), 의도한 용도(예를 들어, 종이 접착제, 목재 아교, 금속 접착제, 벽지 페이스트, 고무 접착제) 및 운반 형태(예를 들어, 액체 접착제, 아교 용액, 아교 분말, 판상 아교, 아교 젤리, 퍼티, 접착 테이프, 접착 필름)를 나타내기 위한 추가 사항을 흔히 포함한다.
접착제는 주로 유기 화합물을 기초로 하지만, 무기 접착제도 사용된다.
DIN 16 920 규격은 접착제 유형을 물리적으로 경화되는 접착제(아교, 페이스트, 용매, 분산액, 플라스티졸 및 핫 멜트 접착제)와, 화학적으로 경화되는 접착제(예를 들어, 시아노아크릴레이트 접착제)로 구분한다. 물리적으로 경화되는 접착제는 용매를 함유하지 않거나 (핫 멜트 접착제) 또는 용매를 함유할 수 있다. 물리적으로 경화되는 접착제는 그 물질의 상태를 바꾸거나 (액체 → 고체) 결합 공정 전이나 결합 공정 중에 용매를 휘발시켜 경화되고, 일반적으로 일 성분이다.
화학적으로 경화되는 일 성분 또는 다성분 반응 접착제는 임의의 중합 반응을 기초로 할 수 있다. 즉, 에폭시 수지와 산 무수물 또는 폴리아민의 이 성분 시스템은 부가중합 메커니즘에 따라 반응하고, 시아노아크릴레이트 또는 메타크릴레이트는 중합 메커니즘에 따라 반응하며, 아미노플라스트 또는 페노플라스트를 기초로 하는 시스템은 축중합 메커니즘에 따라 반응한다.
접착제 원료로 사용될 수 있는 단량체 또는 중합체의 범위는 크게 가변적이고 거의 모든 재료 사이의 결합을 가능하게 한다. 플라스틱 재료의 결합은 문제가 되는 경향이 있다.
현재 접착제 개발의 주목적은 유기 용매를 함유하는 시스템으로부터 무용매 시스템 또는 물을 용매로 함유하는 시스템으로의 변환이다 (이는 생태학적인 관점과 경제적인 관점에서 필수적이다).
본 발명에 따른 충전제 또는 안료는 페인트와 라커를 제조하는데도 적합하다. 더 바람직하게는 충전제 또는 안료는 분산 페인트와 분산 염료를 제조하는데 유용하다. 분산 염료는, 매우 미세하게 분쇄된 상태에서 아세테이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, PVC 및 폴리우레탄 섬유를 염색 및 인쇄하기 위해 분산제와 함께 사용되는, 물에 잘 용해되지 않는 일 군의 합성 염료 (대부분의 경우 아조 염료 또는 안트라퀴논 유도체, 또는 나프톨 AS 염료)를 포함한다. 염색 중, 염료 배쓰(dye bath)에 분자적으로 용해된 염료 함량은 확산에 의해 섬유 안으로 침투하고, 이 섬유 안에서 고형 용액을 형성해서 신속한 염색을 가져온다. 최근의 개질은 소위 전사 염색(transfer dyeing)으로, 분산 염료가 종이에서 섬유로 열 전사된다.
이에 따라, 비교적 거친 무기 충전제 또는 안료를 미세하게 분쇄하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 충전제와 안료의 사용자는 원료 공급업자에 의해 규정된 입자 크기에 얽매이지 않는다. 많은 종래 기술 분야에서, 원료 공급업자의 완성된 충전제 또는 안료 슬러리를, 2㎛ 미만인 입자의 중량%에 의해, 예를 들어, 등급, 분말도 또는 타입 95, 90, 75, 60, 50 등으로 특성을 기술하는 것이 일반적이다.
많은 기술 분야에서, 입자 크기 분포는 충전제 또는 안료의 사용에서 특별한 역할을 한다. 본 발명에 따르면 각각 상당 직경(equivalent diameter)을 기준으로, 10㎛ 미만인 입자 10 내지 99 중량%, 특히 1㎛ 미만인 입자 10 내지 95 중량%의 입자 크기 분포를 갖는 충전제 또는 안료를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
각각 상당 직경(equivalent diameter)을 기준으로,
a) 20㎛ 미만인 입자 95 내지 100 중량%, 및/또는
b) 2㎛ 미만인 입자 50 내지 100 중량%, 특히 2㎛ 미만인 입자 50 내지 95 중량%, 및/또는
c) 1㎛ 미만인 입자 27 내지 99 중량%, 특히 1㎛ 미만인 입자 27 내지 75 중량%, 및/또는
d) 0.2㎛ 미만인 입자 0.1 내지 55 중량%, 특히 0.2㎛ 미만인 입자 0.1 내지 35 중량%의
입자 크기 분포를 갖는 충전제 또는 안료가 본 발명에 따라 특히 바람직하다.
다음에서는, 본 발명에 따른 공정을 위한 바람직한 적용 분야와 이렇게 얻어진 충전제 또는 안료가 논의된다.
페인트 산업
실내용 분산 페인트의 일반적인 제제(formulation)는 일반적으로 스티렌 아크릴레이트계 중합체 분산액을 약 10% 비율로 함유한다. 일반적인 외관용 페인트 제제는 일반적으로 18 내지 25% 비율의 중합체 분산액을 갖는다.
본 발명에 따라, 중합체 분산액으로 코팅된 충전제 슬러리를 사용하면, 최종 제제에서 전체 분산액의 비율 또는 수지의 비율을 줄일 수 있으면서, 제제의 강도는 전과 동일하고, 또는 강도가 크게 증가하면서, 제제 중 수지의 비율은 전과 동일하다는 것이 밝혀졌다. 이에 따라, 본 발명의 경우, 제제에 함유되어 있는 결합제의 50%를 변경하여 표준 제제를 조정한다. 코팅된 탄산칼슘 슬러리를 실험을 위한 기초로 하기 위해, 유추에 의해, 표준 제제 중 탄산칼슘의 고형물 함량을 구하고, 이것을, 비교 제제에서는, 분산액에 건식 상태로 미리 첨가된 충전제를 고형물로 계산된 동일한 양의 슬러리로 적절히 대체하는 식으로 변경한다. 그 결과, 적절히 동일한 양의 결합제와 동일한 양의 무기 충전제를 갖는 두 개의 동일한 제제가 얻어진다. 그러나, 동일한 양의 무기 충전제를 갖는 경우, 이전 표준 제제 부분의 상술한 부분은 본 발명에 따라 새롭게 디자인된 코팅된 탄산염 슬러리로 대체되었다. 이에 따른 페인트의 강도는, DIN에 따른 세척성을 기준으로, 적절히 증가된 것으로 증명되었다. 본 발명에 따른 충전제 또는 안료를 사용해서 제조된 페인트는 저항성이 명확하게 향상되었다.
다른 경우에서는, 제제 중의 수지의 함량을 표준 제제에 비해 20 중량% 감소시켰다. 제제에 함유된 나머지 80 중량%의 수지는, 절대적인 관점에서, 정상 표준 분산액을 첨가함으로써 나머지 80 중량%의 절반을 대체하고, 나머지 절반은, 새로운 공정에 따른 본 발명에 따라 코팅된 탄산염 슬러리를 사용해서 대체했다. 이 경우에도, 표준과 비교해서 세척성을 측정했다. 본 발명에 따른 충전제 또는 안료를 사용해서 제조된 페인트는 저항성이 명확하게 향상되었다.
접착제 산업
직물이나 기타 바닥을 접착하는 전형적인 바닥 접착제용 접착제 제제는 일반적으로 50%의 수지 함량과 35% 비율의 삼원중합체 분산액을 함유한다.
본원 발명의 경우, 결합제 1부는 본 발명에 따른 1부로 대체되어, 제제 중 수지의 전체 비율은 전과 동일하게 남아 있고, 또한 제제 중 충전제의 비율은 표준과 동일하게 있었다. 강도는 표준의 강도에 비해 분명하게 향상된 것으로 증명되어야만 한다.
이렇게 제조된 제제를 사용하여 단단한 바닥 위에 깔려 있는, 상술한 표준물질과 결합을 행한 다음, 이렇게 결합된 층을 서로 분리시키는데 얼마만큼의 힘이 필요한지를 비교했다. 본 발명에 따른 충전제와 안료를 사용해서 제조된 접착제는 분명하게 더 큰 박리력(delaminating force)을 갖는다.
제지 산업
제지 산업에서는, 약 10 중량%의 중합체 분산액(고형물)을 함유하는 코팅 페인트가 표면 코팅에 일반적으로 사용된다. 본 발명의 경우, 표준 코팅 페인트는 10 중량%의 중합체 분산액(고형물)을 갖는 탄산칼슘을 기초로 했다. 대안으로, 동일한 양의 탄산염과 결합제로 동일한 제제를 제조하였으나, 본 발명에 따라 코팅된 탄산칼슘 슬러리로 결합제와 탄산칼슘 모두를 적절히 대체시켜 이전 제제의 비율을 변화시키고, 이전에는 제제에 단순히 구성 성분으로 첨가되던 것과 같은 중합체 분산액을 코팅을 위해 사용했다. 이어서, 코팅의 인장 강도를 비교했는데, 두 경우, 원지는 표준 또는 대안의 상술한 제제 약 14 내지 15 g/㎡로 코팅되었다. 인장 강도는 어떠한 코팅 필름이 원지와 더 잘 결합되어 있는지를 보여준다. 본 발명에 따른 충전제와 안료를 사용하는 종이의 인장 강도는 표준 충전제 및 안료에 비해 분명하게 향상되었다.
이러한 세 가지 예에 의해, 적용 기술 면에서, 무기 충전제의 액상 코팅의 결과, 분산액과 무기 충전제를 단순히 혼합함에 의한 종래 적용에 비해 코팅 강도 값의 분명한 증가를 나타내는 것을 증명할 수 있었다.
본 발명의 특히 바람직한 용도는, 특히 제지 산업에서 잔류수 슬러지의 사용에 관한 것이다.
종이 제조에서, 코팅 페인트 또는 코팅 페인트 구성 성분의 손실이 발생하고, 이는 사용된 재료 중 4 중량% 내지 12 중량%이다.
이러한 잔류 코팅 페인트 또는 폐기물은 도면의 위치(A)에서 주로 얻어진다.
* 코팅 응집물 위, 예를 들어, 플랜트의 등급, 브레이크(break), 조업중지와 조업개시를 변화시켜;
* 코팅 페인트 처리시, 예를 들어, 결함이 있는 배치, 필터링에서;
* 원료 스톡(raw material stock)에서, 탱크 트럭의 방출, 용기의 충전과 방출시.
이러한 중단은 세척 작업을 수반해서, 폐기물 워터(reject water)는 일반적으로 약 1 내지 2 중량%의 낮은 고형물 함량을 나타낸다. 폐기물은 대부분, 본 발명의 예에서와 같이, 분리되지 않고 위치(B)의 "잔류물 수거 용기"에 수거된다.
이 지점에서, 제지 공장은 예를 들어 다음의 서로 다른 경로를 선택할 수 있다.
a) 폐기물 하치장으로의 경로(route to the dump)
대부분의 경우, 본 명세서에 기술된 적용 경우에서와 같이, 폐기물는, 예를 들어 원심분리기(위치 C) 또는 침강 공정(위치 D)에 의해 응집되고, 탈수되어, 최대 고형물 함량(> 55%)으로 되고, 이러한 형태로 폐기물 하치장에 "처리된다". 안료 및 결합제와 같은 유용한 출발 물질은 제조 공정에 대해 손실된다.
b) 탄산칼슘 안료의 품질을 향상하면서, 본 발명에 의한 종이 코팅 공정으로의 재생
본 발명은 제지 공장의 제조 사이클에 통합된다.
먼저, 양이온성 물질을 첨가해서 폐기물을 응집한다. 안료 및 응집된 결합제는 물로부터 분리된다. 침강 수단(위치 D) 또는 디캔터(decanter)(위치 E)는 이러한 목적을 수행할 수 있다. 또한, 위치(C)에서 원심분리기로부터 나온 원심물(centrifugate)이 사용될 수 있다. 얻어진 깨끗한 물은 제조수로 사용되거나, 로드를 부가하지 않으면서 가공 플랜트에 공급된다.
위치(C와 D)는 일반적으로 제지 공장의 일부분이고, 위치(E)는 본 발명의 일 부분이다. 본 명세서에 기술된 적용의 경우, 공장 자체의 침강 퍼널(sedimentation funnel)로부터 나온 농축 폐기물이 분쇄 플랜트에 가해진다.
후자(분쇄 플랜트)는 다음 요소로 이루어진다.
위치 F: 응집 및 농축된 폐기물용 버퍼 용기(buffer container),
위치 G: CaCO3 분말 스톡용 저장고(silo),
위치 H: 건조된 CaCO3와 폐기물의 혼합물용 믹서,
위치 I: CaCO3 슬러리용 저장 용기,
위치 K: 2 단계 볼 밀(two-step ball mill),
필요에 따라 위치 L: 필요에 따라, 즉석 분쇄된 CaCO3 슬러리용 중간 용기.
적용 경우에서와 같이, 다음 절차가 이어진다.
* 농축된 폐기물이 버퍼 용기(F)에 수거된다. 폐기물이 얻어지지 않으면, 용기는 물로 충전된다.
* 믹서(H)에, 폐기물과 필요에 따라 분산제가 충전된 다음, 저장고(G)로부터의 CaCO3 분말이 고형물 중량 75 내지 80 중량%로 분산된다.
* 저장 용기(I)에, 슬러리가 중간 저장되고 연속해서 볼 밀로 공급된다.
* 밀(mill)에서, 슬러리는 분쇄 조제의 첨가와 함께 원하는 미세한 부분으로 분쇄된다.
* 이 탄산칼슘 슬러리는 용기(L)에 중간 저장되고, 다음으로, 입자 크기, 고형물 함량, 점성도 및 pH 값을 확인한 후, 동일한 슬러리가 코팅실에서 중합체 분산액과 혼합되고, 이렇게 제조된 코팅 페인트는 코팅 플랜트의 저장 용기(M) 안으로 운반된다.
* 연속 작업 사용시, 본 발명에 따른 공정에서 용기(F와 I)가 또한 필요 없을 수 있다.
폐기물이 본 발명에 따라 재사용될 때, 안료는 이론적으로 분리되고 단독으로 재생될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 공정에 의하면 또한 결합제가 재생되는데, 결합제와 함께 안료를 분쇄하는 것이, 제조되는 탄산염 안료의 품질에 매우 중요하기 때문이다. 결합제가 미세하게 분산된 중합체 분산액으로서의 그 원래 형태를 갖는지, 또는 구형 클러스터(globular cluste)로 뭉쳐 있는 (즉, 응집된) 상태인지는 무관한데, 이는 결합제가 응집물(coagulate)로서도 그 활성 포텐셜을 갖기 때문이다. 분쇄 도중, 결합제는 결합제의 소구체(globule)(개별 입자 또는 응집체) 사이의 기계적인 마찰에 의해 안료 입자에 문질러지고, 고온에 의해 필름으로 변환된다. 이에 따라, 충전제 또는 안료 입자는 결합제 필름으로 코팅된다.
이에 따라, 이 결합제 부분은 이미 단단히 고정되고 흡수성 기재(원지 또는 원 판지)에 더 이상 흡수될 수 없다. 흡수는 결합제의 손실이나 결합제에서 코팅의 부족을 의미하므로, 예를 들어, 풀링 저항성(pulling resistance)과 인쇄 광택(print gloss)은 더 낮아진다. 서로 다른 흡수성을 갖는 영역이 원지에 존재하면 흡수성은 또한 불규칙적으로 영향을 받을 수 있다. 이는 얼룩덜룩한 인쇄 상을 일으킨다.
이와 반대로, 본 발명에 따른 방법에서와 같이, 충전제 또는 안료가 결합제가 이미 코팅되어 있는 종이/판지에 도포되면, 이러한 결합제의 이동이 없을 것이다. 결합제의 "수율"은 더 높아지고, 더 적은 결합제의 사용으로 더 조밀한 코팅, 더 높은 풀링 저항성 및 더 나은 인쇄 광택이 얻어진다. 코팅 안료가 균일하게 분포되면, 결합제 또한 균일하게 분포되고, 이는 균일한 인쇄 잉크 수용으로 이어져 얼룩이 없게 된다. 이는, 안정화된 중합체 분산액과 불안정한 결합제, 즉 결합제 응집체 형태의 서로 다른 결합제들을 이용한 시험과 실험을 통해 증명되었다.
일반적인 제지 공장에서 본 발명에 따른 방법의 성능은 다음과 같이 설명될 수 있다.
예를 들어, 50 내지 1000㎥의 원하는 임의 크기의 저장고는 균일하거나 필요에 따라 서로 다른 기본 입자 크기 분포를 갖는 건조 충전제와 안료, 예를 들어 탄산칼슘을 함유하고 저장하는 기능을 한다. 필요에 따라, 전자 집적 포뮬레이션(electronically integrated formulation)을 갖는 저장 프로그램 컨트롤(stored-program control)(SPC)에 의해 제어되는 분말 또는 분말들의 투여 장치(dosing device)는 중량 측정(gravimetry) 및/또는 부피 측정(volumetry)을 통해 물, 새로운 물 또는 제지 공장으로부터의 백수(white water)와 혼합될 성분의 필요량을 결정한다. 본 발명에 따르면 고형물 함량이 특히 0.02 내지 50 중량%인 잔류수 슬러지가 사용되며, 잔류수 슬러지의 농도가 높은 경우 필요에 따라 물을 첨가하여, 새로운 물 또는 백수의 일부 또는 전부를 대체한다. 따라서, 잔류수 슬러지를 저장하기 위한 용기, 중량 측정 또는 부피 측정에 의해 사용될 양을 측정하는 잔류수 슬러지용 투여 장치가 추가로 필요하다. 또한, 분말 형태의 새로운 안료 또는 새로운 충전제, 새로운 안료 함유 및/또는 새로운 충전제 함유 슬러리 및 잔류수 슬러지/물, 필요에 따라 분쇄 조제와 분산 조제 또는 기타 조제의 혼합물을 수용하기 위한 용기가 필요하다. 분산 및 안정성 조정을 위해, 분산 수단 (용해장치) 또는 기타 교반기(agitator)가 필요하다.
표면 개질 충전제 및 안료의 분쇄는 본 발명에 따라 통상의 교반기 볼 밀, 예를 들어 700 내지 5000 l 이상의 함량을 갖는 교반기 볼 밀에서 연속적으로 수행될 수 있다. 분쇄 매체, 바람직하게는 볼 밀 (특히, 1 내지 4mm 직경을 갖는)이 사용된다.
잔류수 슬러지를 처리하기 위해, 불순물(볼 깨진 것(crushing), 분리 재료, 녹 등)을 분리하기 위한 스크린(screen) {바람직하게는, 시브 밴드(sieve bend)}이 일반적으로 사용된다. 레이저 측정기는 분쇄 공정 중 분쇄 분말도를 측정 및 제어하고, 교반기 볼 밀 플랜트를 컴퓨터 기반으로 제어한다. 교반기 볼 밀에 분산 및 분쇄 조제를 후반 투여(afterdosing)하기 위한 다른 투여 주입 수단(dosing-injecting means)이 또한 필요할 수 있다. 안료 슬러리를 방출한 후, 20㎛ 초과의 크기를 갖는 오염물질을 다시 분리하기 위한 스크린이 필요할 수 있다. 전형적으로, 사용된 새로운 안료 및/또는 충전제 재료, 특히 탄산칼슘 분말은 DIN 53163에 따른 건조 형태에서의 백색도가 90%보다 크며, 특히, d97 ≤ 25㎛의 분말도, d97 ≤ 100㎛ 이하의 분말도, 98% 이상의 탄산염 순도, 1.0% 이하, 특히 0.2% 이하의 SiO2 함량에서 95%보다 큰 백색도를 갖는다.
다양한 양의, 예를 들어, 탄산염을 중합체 분산액과 혼합하여, 예를 들어, 즉시 사용 가능한 코팅(ready-to-use coat)의 고형물 함량으로 조정될 수 있는 고형물 함량을 갖는 슬러리로 분쇄한다. 필요에 따라, 안료 슬러리가 연장된 시간 동안 일시적으로 저장되어야만 하면, 고형물 함량은 또한 더 큰 값으로 조정될 수 있다. 슬러리의 분말도는 교반기 볼 밀에서 제조하는 동안의 머무르는 시간 및/또는 에너지 흡수(energy uptake)를 통해 주로 측정된다.
안료 슬러리의 백색도는 물 또는 잔류수 슬러지에 대한 새로운 안료의 혼합비와, 특히, 사용된 새로운 안료의 유형에 특히 의존한다.
도 1은, 본 발명을 개략적으로 나타낸 도면.
실제 시험에서, 다음의 조사가 확증될 수 있다.
* 제지기를 구비하고 코팅지의 연간 생산량이 100,000톤인 제지 공장.
* 프리 코팅 및 탑 코팅을 위한 온라인 코팅 집합체(on-line coating aggregate)를 구비한 제지기.
* 프리코팅을 위한 #60 분말도 등급의 CaCO3 20,000톤을 포함해서, 40,000톤의 전체 안료 소비.
* 폐기물 생산량(reject production) : 3,200톤/년.
* 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 플랜트의 용량 : CaCO3(#60 분말도*)를 이용해서 24톤/일.
* 목표 : 고형물 함량 75 중량%가 되도록 1톤의 폐기물로 20톤의 미세한 안료 분쇄.
* (#60 분말도는, 2㎛ 미만의 입자 60 중량% 비율을 의미)
분쇄 플랜트의 통합은, 이미 중합체 분산액을 함유하고 있는 버퍼 용기(F)에, 약 40 중량%로 응축된 이미 응집되어 있는 폐기물을 수거하는 것으로 시작된다.
믹서(H)에는, 분산제뿐만 아니라 폐기물이 충전되고, 고형물이 75 중량%로 될 때까지 저장고(G)로부터 건조 CaCO3(30 등급)가 공급되었다. 얻어진 현탁액은 저장 용기(I) 안으로 펌핑되고, 저장 용기에는 안료에 대하여 1.8 중량%의 상업적으로 입수 가능한 분쇄 조제(폴리아크릴레이트)가 첨가되었다.
다음, 2단계 볼 밀(K)은 저장 용기(I)로부터 연속 공급되었다. 30 등급의 CaCO3가 60 등급의 CaCO3로 분쇄되었다. 상기 분쇄에는, 톤당 85kW가 사용되었다. 이와 같이 제조된 60 등급의 슬러리는, 입자 크기, 점성도, 고형물 함량 및 pH 값이 정해질 때까지, 중간 용기(L)에 저장되고, 다음으로, 코팅실(coating kitchen)의 프리코팅 안료용으로 저장 용기(M)로 펌핑되었다. 이어서, 이 프리코팅 안료는 또한 프리코팅 페인트를 얻기 위해 약 16 중량%의 상업적으로 입수 가능한 중합체 분산액(Acronal®)과 혼합되었다.
상술한 용도의 경우, 작업 시험에서 프리코팅 페인트는 60 중량%의 표준 60 분말도 등급의 탄산염과, 40 중량%의 60 분말도 등급의 AlphaCarb®로 이루어지고, 후자의 40 중량% 비율은 15 중량%의 폐기물과 25 중량%의 30 분말도 등급의 CaCO3로 이루어져, 프리코팅 페인트 중에서 폐기물의 비율은 약 7 중량%의 폐기물였다. 820 m/min의 코팅 속도로, 프리코팅시 필름 프레스(fim press)에 10~11 g/㎡/면이 도포되었다. 필름 프레스 상에서의 코팅 페인트의 유동 거동은 적절하였으며, 줄무늬 없이 탑 코팅이 도포되었다.
이렇게 코팅된 시험 생성물을 표준 코팅지와 비교하였다.
결과 :
표준 60 등급의 안료를 갖는 코팅과 비교해서, 본 발명에 따른 안료를 갖는 코팅은,
* 스코어 2에 비해 스코어 1의 오프셋 시험에서 더 높은 풀링 저항성과,
* 75에 비해 82의 더 높은 인쇄 잉크 광택(printing ink gloss)과,
* 프뤼프바우 흡수 시험(Prufbau absorption test) 후 약 15초의 인쇄 잉크의 더 느린 흡수 거동과,
* 스코어 3에 비해 스코어 2의 더 우수한 인쇄 균일성(시각적으로 평가)을
나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 공정에 의해 제조된 종이를 사용한 광학 및 감각 시험에서, 상기 시험 종이는 품질이 우수함이 확인되었다.
코팅 페인트로 CaCO 3 를 분쇄하는 예
2㎛ 미만의 분말 함량이 90 중량%를 초과하는 탄산칼슘 안료 슬러리를 제조하기 위해, 연화제와 용매(Acronal® S360 D)를 함유하지 않고 n-부틸 아크릴레이트, 아크릴로니트릴 및 스티렌을 기재로 하는 수성 음이온성 공중합체 분산액이 Calcicell® 30을 사용하는 볼 밀에 사용되었다. 이 중합체 분산액의 고형물 함량은 약 50 중량%이고 pH 값은 약 8이었다.
슬러리 중 탄산칼슘 Calcicell® 30의 양은 75 중량%였다. 밀링 볼로는, 직경이 1.6 내지 2.5mm인 SAZ 볼을 사용하였다. 밀의 유효 부피는 3ℓ였다. 전력은 분당 400 내지 1500rpm 회전시 1.3 kW였다.
표 1에 기재된 양의 탄산칼슘과 물에, 농축 코팅 페인트(68.7 중량%의 고형물 함량)를 첨가했다. 슬러리를 제조하기 위해, 1 중량%의 각각의 상술한 중합체 분산액(계산의 기초: 충전제 비율)을 충전물(charge)에 첨가하였다.
아래 표 1은 실험 프로그램을 보여준다.
예 물 코팅 페인트 충전제 Calcicell® 30
2 500g 0g 1500g
3 971g 29g 3000g
4 706.5g 43.5g 2250g
5 663g 87g 2010g
6 619.5g 130.5g 1890g
7 576g 174g 1320g
사용된 재료의 분말도는 Cilas 장치를 이용한 레이저 회절 방법에 의해 측정하였다.
사용된 원(raw) 탄산칼슘의 측정
D50 4.63㎛
D100 27.83㎛
< 1㎛ 15.30%
< 2㎛ 30.20%
사용된 코팅 페인트의 측정
D50 1.17㎛
D100 9.95㎛
< 1㎛ 41.50%
< 2㎛ 76.10%
실시예 2
순수한 물로 다음의 분석 결과를 얻었다.
볼 부피: 2.01
슬러리 부피: 0.91
분당 회전수: 약 1100rpm
20, 40, 60, 80, 100 및 120분 후 입자 크기 분포를 측정하기 위한 시료를 채취하였다. 분쇄 시험 중, 밀을 물로 냉각했다.
Cilas 850/1 측정 평가
시간/분 D50/㎛ D100/㎛ < 2㎛/%
20 1.85 8.98 53.4
40 1.70 7.97 58.2
60 1.31 5.96 73.0
80 1.13 4.48 81.9
100 1.04 4.46 84.9
120 1.20 7.84 81.6
120분 후 슬러리로부터의 충전제의 컬러 값(Elrepho 측정 장치)
Rx = 90.3 / Ry = 90.1 / Rz = 88.8 / BGW = -1.7
점성도 측정 (120분 후 시료)
온도: 20℃
점성도계: 브룩필드 HBTD
스핀들 2:
속도 100 50 20
판독값 2.2 1.0 0.4
점성도 70.4 mPa.s 64.0 mPa.s 64.0 mPa.s
실시예 3:
Cilas 850/1 측정 평가
시간/분 D50/㎛ D100/㎛ < 2㎛
20 1.83 8.96 53.9
40 1.52 6.97 63.2
60 1.27 6.43 72.8
80 1.09 4.97 80.3
100 1.00 4.48 84.2
120 0.97 4.47 85.3
130 0.97 3.99 86.5
140 0.97 4.43 86.1
실시예 4:
Cilas 850/1 측정 평가
시간/분 D50/㎛ D100/㎛ < 2㎛
20 1.81 10.0 54.3
40 1.51 8.0 64.9
60 1.27 8.0 75.0
80 1.15 7.0 80.7
100 1.08 4.96 84.1
110 1.03 4.48 85.9
110분 후 슬러리로부터의 충전제의 컬러 값 (Elrepho 측정 장치)
Rx = 92.2 / Ry = 92.0 / Rz = 90.7 / BGW = -1.6
점성도 측정 (120분 후 시료)
온도: 20℃
점성도계: 브룩필드 HBTD
스핀들 2:
속도 100 50 20
판독값 2.0 1.1 0.4
점성도 64.0 mPa.s 70.4 mPa.s 64.0 mPa.s
실시예 5:
Cilas 850/1 측정 평가
시간/분 D50/㎛ D100/㎛ < 2㎛
20 1.94 9.96 51.1
40 1.53 7.96 64.2
60 1.32 6.94 72.7
80 1.20 7.65 77.5
100 1.08 4.97 80.6
120 0.99 3.98 87.6
120분 후 슬러리로부터의 충전제의 컬러 값 (Elrepho 측정 장치)
Rx = 92.4 / Ry = 92.2 / Rz = 90.9 / BGW = -1.6
점성도 측정 (120분 후 시료)
온도: 20℃
점성도계: 브룩필드 HBTD
스핀들 2:
속도 100 50 20
판독값 1.7 0.8 0.3
점성도 54.4 mPa.s 51.2 mPa.s 48.0 mPa.s
실시예 6:
Cilas 850/1 측정 평가
시간/분 D50/㎛ D100/㎛ < 2㎛
20 1.77 9.96 55.5
40 1.47 8.91 65.8
60 1.26 6.95 74.5
80 1.15 4.98 80.2
100 1.06 4.96 84.3
120 1.02 4.92 86.4
40㎛ 스크린상의 약간의 오버사이즈, 포밍(foaming), 볼의 약간의 응집(agglutination).
120분 후 슬러리로부터의 충전제의 컬러 값 (Elrepho 측정 장치)
Rx = 91.7 / Ry = 91.6 / Rz = 90.4 / BGW = -1.4
점성도 측정 (120분 후 시료)
온도: 20℃
점성도계: 브룩필드 HBTD
스핀들 2:
속도 100 50 20
판독값 1.3 0.6 0.3
점성도 41.6 mPa.s 38.4 mPa.s 48.0 mPa.s
실시예 7:
Cilas 850/1 측정 평가
시간/분 D50/㎛ D100/㎛ < 2㎛
20 1.72 8.96 57.2
40 1.47 7.94 67
60 1.28 5.95 74.7
80 1.21 5.46 77.7
100 1.18 5.96 77.9
120 1.02 4.95 86.3
실시예 6보다 40㎛ 스크린상에서 더욱 오버사이즈. 포밍이 더 크고 볼의 응집이 더욱 강함.
120분 후 슬러리로부터의 충전제의 컬러 값 (Elrepho 측정 장치)
Rx = 90.6 / Ry = 90.4 / Rz = 89.1 / BGW = -1.7
점성도 측정 (120분 후 시료)
온도: 20℃
점성도계: 브룩필드 HBTD
스핀들 2:
속도 100 50 20
판독값 1.3 0.6 0.3
점성도 41.6 mPa.s 38.4 mPa.s 48.0 mPa.s
Cilas 850/1 측정 평가
시간/분 D50/㎛ D100/㎛ < 2㎛
20 2.14 10.96 47.4
40 1.72 8.96 57.2
60 1.36 7.92 69.9
80 1.24 7.83 76.2
100 1.16 4.98 80.3
120 1.08 4.96 84.9
120분 후 슬러리로부터의 충전제의 컬러 값 (Elrepho 측정 장치)
Rx = 92.0 / Ry = 91.8 / Rz = 90.9 / BGW = -1.2
점성도 측정 (120분 후 시료)
온도: 20℃
점성도계: 브룩필드 HBTD
스핀들 2:
속도 100 50 20
판독값 1.1 0.4 0.2
점성도 35.2 mPa.s 25.6 mPa.s 32.0 mPa.s
상술한 바와 같이, 본 발명은, 특히 제지 산업과, 페인트 산업 또는 접착제 산업과 같은 추가 적용 분야에서, 충전제 또는 안료 슬러리를 제조하기 위해, 무기 충전제 및 안료와 중합체 분산액 형태의 결합제의 접촉을 향상시키고, 결합제의 필요량을 줄이거나, 충전제 또는 안료의 상호간, 그리고 기재에 대한 결합을 향상시키는데 사용한다.

Claims (16)

  1. 원하는 입자 크기의 표면 개질 무기 충전제(surface-modified inorganic filler) 또는 안료(pigment)를 제조하는 방법으로서,
    무기 충전제 또는 안료의 충전제 또는 안료 슬러리를 중합체 분산액을 사용해서 압력과 전단력의 작용으로 원하는 입자 크기로 분쇄하고,
    상기 충전제 및/또는 안료를, 충전제 또는 안료를 기준으로, 0.1 내지 2.0 중량% 양의 공지의 분쇄 조제 및/또는 분산제(활성 성분)와 더 접촉하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 천연 및/또는 침강 탄산칼슘, 고령토, 인조 및/또는 천연 규산알루미늄류와 산화물 수화물류, 이산화 티타늄, 새틴 화이트(satin white), 돌로마이트(dolomite), 운모(mica), 금속 플레이크류, 특히 알루미늄 플레이크류, 벤토나이트(bentonite), 금홍석(rutile), 수산화 마그네슘, 석고, 판상 규산염류(sheet silicates), 탈크(talcum), 규산 칼슘 및 기타 암석 및 토양 또는 상기 물질들의 혼합물을 분쇄하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 슬러리를 기준으로, 충전제 또는 안료 함량이 10 내지 90 중량%, 특히 30 내지 70 중량%인 충전제 또는 안료 슬러리를 사용하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 수성 또는 비수성 상의 입자 크기가 특히 0.005 내지 6㎛인 천연 및/또는 합성 중합체로부터 선택된 중합체 분산액을 사용하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 폴리우레탄, 스티렌/부타디엔, 스티렌/아크릴산 또는 아크릴산 에스테르, 스티렌/부타디엔/아크릴산 또는 아크릴산 에스테르뿐만 아니라, 비닐 아세테이트/아크릴산 또는 아크릴산 에스테르계의, 천연 고무, 합성 고무, 인조 수지 및 플라스틱 물질로부터 선택된 중합체 분산액을 사용하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전제 및/또는 안료를, 안료의 양을 기준으로, 0.1 내지 50 중량%, 특히 5 내지 15 중량%의 중합체 분산액(고형물)과 접촉하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전제 및/또는 안료를 폴리아크릴레이트와 접촉하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분산제를, 상기 충전제 또는 안료를 기준으로 0.2 내지 0.4 중량% 양으로, 상기 충전제 또는 안료와 접촉하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전제 및/또는 안료 슬러리를, 제지, 페인트, 접착제 또는 기타 공장의 코팅 플랜트 폐수(coating plant waste water), 탈묵 플랜트(deinking plant), 내수 처리 플랜트(internal water treatment plant) 또는 세퍼레이터(separator)로부터의 잔류수 슬러지(residual water sludge)를 함유하는 코팅 안료 슬러리 및/또는 충전제 및 코팅 안료와 접촉하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 섬유 함량 대 충전제 및/또는 안료 함량의 비율이 2 ~ 98 중량% 내지 98 ~ 2 중량%인 잔류수 슬러지를 함유하는 코팅 안료 슬러리 및/또는 충전제 및/또는 코팅 안료를 사용하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 고형물 농도가 0.02 내지 80 중량%, 특히 20 내지 70 중 량%인 잔류수 슬러지를 함유하는 코팅 안료 슬러리 및/또는 충전제 및/또는 코팅 안료를 사용하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 고형물 함량이 10 내지 95 중량%, 특히 40 내지 80 중량%인 충전제 및/또는 안료 슬러리를 제조하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리의 상기 충전제 및/또는 안료를, 각각 상당 직경(equivalent diameter)을 기준으로, 10㎛ 미만의 입자 10 내지 99 중량%, 특히 1㎛ 미만의 입자 10 내지 95 중량%의 입자 크기 분포로 분쇄하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 슬러리의 상기 충전제 및/또는 안료를,
    각각 상당 직경을 기준으로,
    a) 20㎛ 미만의 입자 95 내지 100 중량%; 및/또는
    b) 2㎛ 미만의 입자 50 내지 100 중량%, 특히 2㎛ 미만의 입자 50 내지 95 중량%; 및/또는
    c) 1㎛ 미만의 입자 27 내지 99 중량%, 특히 1㎛ 미만의 입자 27 내지 75 중량%; 및/또는
    d) 0.2㎛ 미만의 입자 0.1 내지 55 중량%, 특히 0.2㎛ 미만의 입자 0.1 내지 35 중량%;의
    입자 크기 분포로 분쇄하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질 무기 충전제 또는 안료의 제조 방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 얻어질 수 있는 표면 개질 무기 충전제 및/또는 안료.
  16. 제지 산업용 분산 페인트, 접착제, 코팅 또는 코팅 조성물, 특히 시트 공급 오프셋(sheet-fed offset), 회전 오프셋(rotary offset), 음각 프린팅(intaglio printing), 판지 및 특수지와 같은 여러 세그먼트용 코팅 조성물을 제조하기 위한 제 15항에 기재된 표면 개질 충전제 및/또는 안료의 용도.
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