KR101011906B1 - 타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물 - Google Patents

타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 완제품 타이어의 규격 인식을 위해 트레드 압출시 도포하는 압인문자 잉크 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환경 친화적인 물을 용제로 사용하고 건조성을 하락시키기 위하여 보강 용제로 극성용제(글리세린)를 첨가하여 솔벤트를 완전 배제함으로써 작업환경 개선과 잉크의 고형분을 증대하고, 또한 레올로지 조절제 도입으로 잉크의 유동성과 은폐력을 향상시켜 완제품 타이어상 압인문자의 선명성이 우수한 수성계 압인문자 잉크 조성물에 관한 것이다.
압인문자 잉크, 친환경 용제, 보강용제, 레올로지 조절제, 타이어

Description

타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물{AQUEOUS OFFSET INK COMPOSITIOIN FOR CHARACTER OF TIRE TREAD}
본 발명은 완제품 타이어의 규격 인식을 위해 트레드 압출시 도포하는 압인문자 잉크 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 환경 친화적인 물을 용제로 사용하고 건조성을 하락시키기 위하여 보강 용제로 극성용제(글리세린)를 첨가하여 솔벤트를 완전 배제함으로써 작업환경 개선과 잉크의 고형분을 증대하고, 또한 레올로지 조절제 도입으로 잉크의 유동성과 은폐력을 향상시켜 완제품 타이어상 압인문자의 선명성이 우수한 수성계 압인문자 잉크 조성물에 관한 것이다.
타이어 규격 마킹용 압인문자 잉크는 압출공정에서 트레드 부위에 도포되는 재료로서 흰색을 주로 사용하며, 타이어 규격, 패턴, 트레드 고무번호, 작업일시 및 작업반 등을 인쇄한다. 사용하고 있는 압인문자 마킹 방법은 옵셋(Offset) 마킹 시스템으로 잉크롤, 활자롤, 전사롤로 크게 구성되어 있다. 잉크롤에서 옵셋용 압인문자 잉크를 활자롤로 이동시키는데, 활자롤에는 압인패드(Pad)고무가 삽입되어 있어 트레드 고무에 인쇄되어야할 정보가 전사롤로 이동되어, 최종적으로 전사롤에 묻혀진 잉크가 트레드 고무 표면에 마찰압력으로 인쇄된다.
그러나, 현재 사용하고 있는 압인문자 잉크의 경우, 솔벤트계 용제(지방족 탄화수소 화합물)를 사용함으로써, 작업환경 악화 및 활자롤에 삽입되는 압인패드 고무를 팽윤시켜 압인패드 고무의 교체주기가 단축되는 단점을 가지고 있다. 또한, 팽윤된 고무를 장기간 사용시 엣지(edge)부와 양각 부분의 마모 및 뜯김현상이 빈번히 발생하여 인쇄된 압인문자의 선명성 하락 원인을 제공하기도 한다. 솔벤트계 압인문자 잉크는 일정시간(약 4~5개월) 방치 시 안료의 침강에 의한 저장안정성 저하 및 잉크의 흐름성 부족으로 트레드 반제품에 압인문자 인쇄 시 미도포 부위 발생으로 인쇄 불량을 초래하기도 한다. 따라서, 압인문자 잉크의 물성은 인쇄 선명성 뿐만아니라, 트레드에 인쇄된 후 냉각라인까지 완전 건조가 되어야 하며, 압인패드 고무의 팽윤성 하락, 가류공정에서의 몰드 전이현상이 없어야 하는데, 기존에 개발하였던 수성계 압인문자 잉크의 경우, 상기 물성에 만족하지 못하는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 대기중에 노출시 용제의 휘발이 나타나지 않으며, 압인패드 고무를 팽윤시키지 않는 수성계 용제를 사용하고, 옵셋 마킹 시스템 상 활자롤 및 전사롤에서 고온(약 120℃ 이상)에 의한 압인문자 잉크의 조기 건조 현상을 방지하기 위하여 보강 용제로 극성용제, 특히 비점이 솔벤트와 유사한 글리세린을 첨가하여 솔벤트를 완전 배제한 타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 수성계 압인문자 잉크 조성물은 백색안료 1~50중량%, 고무계 수용성 수지 5~30중량%, 레올로지 조절제 1~15중량%, 습윤분산제 2~10중량%, 이온교환수 1~20중량% 및 극성용제 1~30중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 백색안료는, 습윤분산제 및 고무계 수용성 수지에 의해 분산안정화되어 침강방지 및 저장안정성이 우수하고, 일정한 입자크기(Particle size)를 얻기 위해 볼밀, 비드밀, 삼단롤밀 등으로 밀링과정을 거쳐 잉크 제조에 투입되며, 상기 백색안료의 종류에는 특별히 제한은 없고, 구체적으로, 이산화티타늄 등이 있으며, 상기 이산화티타늄의 종류로는 아나타제형과 루틸형이 있으며, 두 종류 모두 사용가능하다.
상기 백색안료의 함량은 1~50중량%, 바람직하게는 10~50중량%, 보다 바람직 하게는 25~45중량%인 것이 바람직한데, 1중량% 미만이면 안료의 함량이 적어 도포시 은폐력이 저하되어 압인문자의 선명성이 하락되어 바람직하지 않고, 50중량%를 초과하면 분산성 저하 및 겔화되어 도포성의 불량을 초래하므로 바람직하지 않다.
본 발명에 사용되는 고무계 수용성 수지는 압인문자 잉크의 도막안정성 및 안료의 분산 안정제로 사용되고, 또한 가류공정시 몰드로 전이되는 특성을 방지하기 위해 선택 사용되며, 그 종류에는 특별히 제한이 없고, 구체적으로 스티렌부타디엔 고무(SBR) 라텍스 수지 등이 있으며, 상품명은 금호석유화학의 KSL Latex이다.
상기 고무계 수용성 수지의 함량은 5~30중량%, 바람직하게는 15~30중량%인 것이 바람직한데, 5중량% 미만이면 도포시 도막의 형성이 완전히 이루어지지 않아 바람직하지 않고, 30중량%를 초과하면 장기간 반복 가류시 몰드전이성 및 도막의 불균일성을 초래할 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용되는 레올로지 조절제는 잉크에 유동성과 요변성(Thixotropy)을 부여하기 위하여 사용되는데, 틱소트로피 거동(Thixotropy flow)의 경우 일정한 힘 이상에서만 유동이 시작되는 항복점(Yield Point)을 가지고 있어 안료 및 기타 입자의 침전 현상 방지할 수 있으며, 전단을 가한 후 내부 구조의 회복이 느리므로 롤러 타입 마킹의 흐름성 및 트레드 반제품 표면에 인쇄된 문자의 형상을 유지하는 흐름방지성(Anti-sagging)을 향상시킬 수 있으므로, 상기 레올로지 조절제를 첨가시킨 경우 잉크의 저장 안정성, 즉 백색안료의 침전현상을 억제하여 오랜 보관기간을 유지할 수 있으며, 틱소트로피 거동을 향상시켜 높은 전단을 요구하는 롤러 타입 마킹 인쇄 시스템에서 잉크의 흐름성 및 표면에 도포 후 흐름방지성 증가를 통해 압인문자 마킹 선명성이 향상되고, 잉크의 흐름성이 우수할 경우 동일한 양의 잉크 도포 시 압인패드 고무 및 트레드 반제품 표면에 고른 도포를 가능하게 하여 부분적인 미도포로 인한 압인문자 불량을 방지할 수 있다.
상기 레올로지 조절제는, 그 종류에는 특별히 한정이 없고, 구체적 예로서, 실리카, 합성 고분자계의 폴리아크릴산이나 그의 가교형 공중합체, 폴리우레탄 등이 있으며, 상기 레올로지 조절제의 함량은 1~15중량%, 바람직하게는 1~10중량%인데, 1중량% 미만이면 백색안료가 침강하기 쉽고, 10중량%를 초과하면 트레드 반제품 표면으로의 유동성 저하 및 옵셋 마킹 시스템상 도포량 조절이 난해하게 되므로 바람직하지 않다.
본 발명에 사용되는 습윤분산제는 HLB(Hydrophilic lipophilic balance)값이 15~17이고, 분산 매질인 물에서 백색안료가 용이하게 분산되도록 하기 위해 사용되며, 그 종류에는 특별한 한정이 없고, 양이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제 등이 있으며, 그 구체예로서 폴리실록산 및 아크릴레이트 공중합체 등이 있다.
상기 습윤분산제의 함량은 2~10중량%인 것이 바람직한데, 2중량% 미만이면 가교 고무표면의 부착력 하락 및 페인트 조성물에서 응집현상이 발생하여 바람직하지 않고, 10중량%를 초과하면 표면장력이 과도하게 하락하여 바람직하지 않다.
본 발명에 사용되는 이온교환수는 분산매질로서, 함량은 1~20중량%, 바람직하게는 10~20중량%인 것이 바람직한데, 1중량% 미만이면 매질로서 기능을 발휘하지 못하여 바람직하지 않고, 20중량%를 초과하면 건조가 빠르게 진행되어 바람직하지 않다.
본 발명에 사용되는 극성용제는 분산 매질로 이온교환수만 사용시 건조가 빠르게 진행되어 전사롤에 잉크가 누적되는 현상이 발생하여 인쇄 선명성의 하락을 가져오게 되므로, 즉, 타이어 제조과정 중 트레드 반제품 압출공정에서 압출기를 통해 나오는 트레드 반제품의 온도는 약 120℃ 이상으로 비점(Boiling Point)이 100℃인 이온교환수만 용제로 사용할 경우 압출되어 나오는 트레드 반제품의 표면온도보다 잉크의 비점이 낮아 트레드 고무에 인쇄하기 전에 전사롤에서 이미 건조현상이 발생하게 되므로, 상기의 문제점을 보완하기 위하여 사용된다. 따라서, 상기와 같은 비점이 높은 극성용제를 첨가하게 되면 전사롤에서의 건조방지, 저온시 동결방지의 효과를 가질 수 있다.
상기 극성용제는 그 종류에 특별히 한정이 없고, 예를 들면, 분자량과 점도가 높은 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 글리세린 및 디글리세린 등으로부터 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 비점이 약 290℃로 보습성을 가지는 수용성의 글리세린 및 디글리세린을 1종 이상 사용할 수 있다. 상기 극성용제의 비점은 기존 솔벤트계 압인문자 잉크에 사용되는 솔벤트와 유사한 온도를 가지므로 고온의 압출물에 도포시에도 전사롤에서의 잉크 건조 하락을 방지할 수 있으며, 도포된 피막은 120℃에서 약10초간 소프트하게 유지하여 전사롤에서 트레드 압출물 표면으로 완전 전이될 수 있다.
상기 극성용제의 함량은 1~30중량%, 바람직하게는 10~25중량%인 것이 바람직한데, 10중량% 미만이면 전사롤에서의 건조방지 효과가 나타나지 않아 바람직하지 않고, 25중량%를 초과하면 압인문자가 도포된 트레드 반제품이 냉각라인을 통과할 때 잉크의 번짐 현상이 발생할 수 있으며, 가류공정에서 몰드 전이현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물에는 상기 성분들 이외에 통상적인 첨가제들, 중화제로 암모니아수 또는 모노-, 디-, 트리-에탄올 아민 등 및 윤활제로서 지방산 또는 왁스류 등으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있고, 그 외에 소포제, 방부제, 점도 조절제 등을 필요에 따라 통상의 첨가량으로 더 첨가할 수 있다.
본 발명의 타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크는 대기중에 노출시 용제의 휘발이 나타나지 않으며, 압인 패드 고무를 팽윤시키지 않는 수성계 용제를 사용하고, 고온(약 120℃ 이상)의 트레드 반제품에 마킹하는 시스템에서 활자롤 및 전사롤에 도포된 압인문자 잉크의 조기 건조되는 현상을 방지하기 위하여 보강 용제로 극성용제(구체적으로, 글리세린)를 첨가하여 솔벤트를 완전 배제한 조성물로서, 작업환경 악화 및 국소배기장치 미설치에 따른 경제적인 효과 뿐만 아니라 용제의 휘발이 없어 제품의 점도 및 저장안정성(보관)이 우수하여 사용공정과 작업환경에 탁월한 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 고무계 수용성 수지 및 백색안료의 함량 조절이 용이하여 솔벤트계 압인문자 잉크의 단점(수지 및 백색안료의 함량이 일정범위 내에서 이루어짐)인 백색도 및 백색 선명성 향상을 기대할 수 있으며, 레올로지 조절제 함유로 안료의 침 강방지 및 잉크 유동성(흐름성 및 Anti-sagging) 향상을 통해 부분적인 미도포로 인한 압인문자 불량을 방지할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
도장 선명성 및 제품 저장안정성
하기 표 1에 기재된 조성에 따라, 분산기에 백색안료, 고무계 수용성 수지, 습윤분산제, 이온교환수 및 극성용제를 투입하고, 고속교반기를 이용하여 분산시킨 후, 분산시킨 용액에 첨가제인 레올로지 조절제 등을 투입하여 수성계 압인문자 잉크를 제조한 후, 레올로지 조절제에 의한 압인문자 잉크의 도장 선명성 및 제품 저장안정성을 측정하여 표 1에 함께 나타내었다.
표 1
(단위: 중량%)
성 분 실시예 1 실시예 2 비교예 1
이산화티타늄1) 35 35 35
고무계 수용성 수지2) 15 18 15
습윤분산제3) 3 3 3
이온교환수 5 10 19
프로필렌글리콜 8 8 8
글리세린 10 10 10
레올로지 조절제4) 4 6 -
도장 선명성5 ) 우수 우수 보통
저장안정성6)
(점도변화)		 30일 경과후 침전 없음(점도변화 10cps) 30일 경과후 침전 없음(점도변화 5cps) 2일 경과후 침전 있음(점도변화 100cps)
주) 1) 이산화티타늄 R-700(듀퐁사)
2) SBR 라텍스 KSL-106(금호석유화학)
3) 폴리실록산(BYK-Chemie)
4) 폴리우레탄(BYK-Chemie)
5) 트레드 반제품에 도포 후 및 가류 후 완제품 타이어의 트레드 부위의 규격마킹 상태를 육안(미도포 부위 유/무 및 선명성)으로 판단함.
(우수: 잉크 번짐 현상이 없고, 미도포 부위 없음, 보통: 부분적인 미도포 부위 발생함, 나쁨: 미도포 및 잉크 번짐 현상이 많음)
6) 60℃, 80%RH 항온항습기에 30일간 방치 후 침전 여부 관찰 및 초기 대비 항온항습기 13일 방치후, Brookfield 점도계 3# spindle로 30rpm에서 점도 변화 측정함.
수성계 압인문자 잉크의 일반물성
하기 표 2에 기재된 조성에 따라, 분산기에 백색안료, 고무계 수용성 수지, 습윤분산제, 이온교환수 및 극성용제를 투입하고, 고속교반기를 이용하여 분산시킨 후, 분산시킨 용액에 첨가제인 레올로지 조절제 등을 투입하여 수성계 압인문자 잉크를 제조한 후, 수성계 압인문자 잉크에 대해 비중, 고형분, 점도, 내수성, 색상선명도, 건조성, 몰드전이성, 압인패드고무의 팽윤성을 측정하여 그 결과를 표 2 및 3에 나타내었다.
표 2
(단위: 중량%)
성 분 실시예 3 실시예 4 비교예 2
백색안료1) 35 35 35
고무계 수용성 수지2) 18 18 35
습윤분산제3) 3 3 3
이온교환수 10 10 10
프로필렌글리콜 10 - -
글리세린 10 15 32
레올로지 조절제4) 6 6 6
주) 1) 이산화티타늄 R-700(듀퐁사)
2) SBR 라텍스 KSL-106(금호석유화학)
3) 폴리실록산(EFKA)
4) 폴리우레탄(BYK-Chemie)
표 3 수성계 압인문자 잉크의 물리화학적 특성 측정 결과
구 분 실시예 3 실시예 4 비교예 2
비중 1.33 1.35 1.40
고형분 (%)
(100℃, 2hr)		 58 66 70
점도(cps)1 )
(브룩필드,#3,30rpm)		 3,500 3,300 4,000
내수성(상온)2 ) 퍼짐없음 퍼짐없음 침적시 잉크 퍼짐
색상 선명도3 ) 양호 매우 양호 도포 불량
건조성(초)4 ) 60 300 4200
몰드전이성(30회 연속가류)5 ) 없음 없음 4회부터 몰드전이
압인패드 고무 팽윤성(15일)6 ) 부피변화 없음 부피변화 없음 부피변화 없음
주) 1)점도는 Brookfield 점도계 3# spindle로 30rpm으로 측정하였다.
2) 트레드 반제품에 각각의 압인문자 잉크 도포 후, 가류 전 물에 침적하여 도포된 압인문자 잉크의 물에 의한 씻김 및 퍼짐현상을 관찰하였다.
3) 색상선명도는 흑색의 트레드 반제품에 흰색의 압인문자 잉크 도포 후 및 가류 후 흰색 압인잉크의 은폐력 및 도장선명성을 육안으로 판단하였다.
(매우 양호: 잉크에 의한 번짐 현상이 없고, 은폐력이 매우 양호함, 양호: 잉크에 의한 번짐 현상은 없으나, 건조가 빨라 도포되는 피막의 두께가 얇기 때문에 은폐력 미약함, 도포 불량: 도포 후 및 가류 후 잉크에 의한 번짐 현상 심함.)
4) 건조성은 120℃ 트레드 반제품상에서 피막(두께, 30㎛)의 건조속도를 측정하였다.
5) 몰드 전이성은 수성계 압인문자 잉크를 미가류 고무에 도포 후 패턴몰드를 이용하여 연속 가류하여 몰드에 전이되었을 때의 가류 횟수를 측정하였다.
6) 각 잉크에 압인패드 고무를 15일간 침적하여 팽윤된 부피 변화를 측정하였다.
상기 표 2에서 나타나는 바와 같이, 실시예 1 및 2는 선명성이 우수하고, 침전이 없으며, 점도 변화가 거의 없으나, 비교예 1은 선명성이 보통이고, 침전이 있고, 점도변화가 심한 것을 알 수 있다.
또한, 상기의 표 3에서 나타나는 바와 같이, 비교예 2에서 고무계 수용성 수지 및 극성용제의 함량이 필요 이상 함유될 경우 건조성이 지나치게 향상되어 내수성이 취약하고, 몰드 전이현상이 발생하는 등 압인문자 잉크가 지녀야 할 작업 및 품질을 만족하지 못하게 된다. 그러나 실시예 3 및 4는 몰드 전이현상, 압인패드 고무의 팽윤성이 없으며, 특히 극성용제로 글리세린만 적용한 실시예 4의 경우 120℃에서의 건조성 및 내수성, 색상선명도 등 품질이 매우 우수한 수성계 압인문자 잉크를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 백색안료 1~50중량%, 고무계 수용성 수지 5~30중량%, 레올로지 조절제 1~15중량%, 습윤분산제 2~10중량%, 이온교환수 1~20중량% 및 극성용제 1~30중량%를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 백색안료는 이산화티타늄인 것을 특징으로 하는 타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 고무계 수용성 수지는 스티렌부타디엔 고무 라텍스 수지인 것을 특징으로 하는 타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 레올로지 조절제는 실리카, 합성 고분자계의 폴리아크릴산 또는 그의 가교형 공중합체, 또는 폴리우레탄인 것을 특징으로 하는 타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 습윤분산제는 폴리실록산 또는 아크릴레이트 공중합체인 것을 특징으로 하는 타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 극성용제는 글리세린 또는 디글리세린인 것을 특징으로 하는 타이어 규격 마킹용 수성계 압인문자 잉크 조성물.
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