KR101539698B1 - 프린팅 적층 시트 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

프린팅 적층 시트 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 원단; 그리고, 폴리우레탄 층에 잉크 층이 도포된 복합층;으로서, 원단 위에 형성되어 있으며, 잉크 층의 잉크가 폴리우레탄을 녹이는 용제를 가지는 복합층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트에 관한 것이다.

Description

프린팅 적층 시트 및 이를 제조하는 방법{PRINTED LAMINATION STRUCTURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 프린팅 적층 시트 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 접착 강도가 강화된 프린팅 적층 시트 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
나이키 신발과 같은 합성 피혁 시트는 부직포 또는 직물에 폴리우레탄 층을 입혀서 사용한다. 이런 합성 피혁 시트에 색감 또는 이미지 인쇄를 위해서, 별도의 폴리우레탄 층에 인쇄 층을 형성한 다음, 이 인쇄 층이 형성된 폴리우레탄 층을 합성 피혁 시트의 폴리우렌탄 층과 결합하는, 여러 방법들이 제안되고 있다.
그러나 인쇄 층이 없을 때, 상용화가능한 접착 강도(예: 4.5 kg/㎠)를 보이던 합성 피혁 시트 측 폴리우레탄 층과 별도의 폴리우레탄 층이 이질적인 인쇄 층(주로 염료가 사용된다.)의 존재로 인해 터무니 없는 접착 강도를 보이게 된다.
도 1은 종래의 인쇄 층을 구비한 프린팅 적층 시트의 일 예를 보이는 도면으로서, 상측 사진은 인쇄 층이 구비된 프린팅 적층 시트(100)를 나타낸다. 프린팅 적층 시트(100)는 폴리우레탄 층을 구비한 합성 피혁 시트에, 인쇄 층이 인쇄된 별도의 폴리우레탄 층을 합지하여 만들어졌다. 여기에 폴리우레탄 고주파 접착을 이용하여 나이키 마크(101)를 붙여 두었다(별도의 폴리우레탄 층과 나이키 마크(101) 사이는 인쇄 층이 없는 폴리우레탄 간 결합이므로, 접착 강도가 매우 높다). 중간 사진은 나이키 마크(101)를 뜯어내었을 때의 모습을 나타낸다. 합성 피혁 시트의 폴리우레탄 층(100a)이 노출되어 있으며, 나이키 마크(101)가 떨어진 주변이 너들너들하게 되어 있는 것을 볼 수 있다. 하측 사진은 뜯어낸 나이키 마크(101)의 후면(101a)을 나타낸다. 후면(101a)에도 잉크가 남아 있지만, 폴리우레탄 층(100a)에도 잉크가 남아 있는 것을 볼 수 있다. 이것은 폴리우레탄 층(100a)과 별도의 폴리우레탄 층의 계면이 분리되었다는 것을 의미한다. 이를 통해 폴리우레탄 층(100a)과 별도의 폴리우레탄 층의 접착 강도가 높지 않다는 것을 알 수 있다.
본 개시에 대한 이해를 돕기 위해, 먼저 본 개시의 결과에 대해서 설명한다.
도 2는 본 개시에 따른 프린팅 적층 시트의 일 예를 나타내는 도면으로서, 도 1과 마찬가지의 프린팅 적층 시트(20)에 나이키 마크(21)를 폴리우레탄 고주파 접착을 이용하여 붙인 다음(상측 사진; 이미 뜯겨져 있으나 어떤 속임을 위한 것이 아니며 발명의 설명을 위해서는 충분하다. 도 1의 상측 사진에서도 마찬가지다.), 칼을 이용하여 나이키 마크(21)를 절개하고(도 1의 프린팅 적층 시트(100)와 달리, 손으로 나이키 마크(21)를 뜯을 수 없어 우선 칼로 나이키 마크(21)를 절개하였다.) 나이키 마크(21)를 뜯어내었다(중간 사진). 뜯겨진 후, 잉크가 없는 합성 피혁 시트 측의 폴리우레탄 층(20a)이 노출되어 있는 것을 볼 수 있다. 잉크는 모두 나이키 마크(21)의 후면(21a)에 붙어 있다(하측 사진). 이것은 본 개시의 경우에, 접착 강도가 강하여, 합성 피혁 시트의 폴리우레탄 층(20a)과 별도의 폴리우레탄 층의 계면이 분리된 것이 아니라, 이들 사이의 결합이 강력하여 합성 피혁 시트의 폴리우레탄(20a)의 표면이 뜯겨졌음을 의미한다. 사진에 표시된 4.6, 5,0, 4.7은 접착 강도이다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 원단; 그리고, 폴리우레탄 층에 잉크 층이 도포된 복합층;으로서, 원단 위에 형성되어 있으며, 잉크 층의 잉크가 폴리우레탄을 녹이는 용제를 가지는 복합층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 종래의 인쇄 층을 구비한 프린팅 적층 시트의 일 예를 보이는 도면,
도 2는 본 개시에 따른 프린팅 적층 시트의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 프린팅 적층 시트의 다른 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 프린팅 적층 시트의 또다른 예를 나타내는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 프린팅 적층 시트의 또다른 예를 나타내는 도면,
도 6은 도 4에 제시된 프린팅 적층 시트를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면,
도 7은 본 개시에 따라 제조된 프린팅 적층 시트의 효과 검사 결과표.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 프린팅 적층 시트의 다른 예를 나타내는 도면으로서, 프린팅 적층 시트는 부직포 또는 직물 등으로 된 원단(10), 폴리우레탄 층(30; 제1 폴리우레탄 층), 폴리우레탄 접착층(40), 잉크 층(50), 폴리우레탄 표피층(60), 그리고 폴리우레탄 층(70; 제2 폴리우레탄 층)을 구비한다. 이 예에서, 원단(10)과 폴리우레탄 층(30)이 종래의 합성 피혁 시트에 해당하며, 잉크 층(50)과 폴리우레탄 층(70)이 복합층을 형성한다. 바람직하게는 폴리우레탄 접착층(40)과 폴리우레탄 표피층(60)을 더 구비한다. 도 4에 도시된 것과 같이 폴리우레탄 접착층(40)이 폴리우레탄 층(70) 바로 아래에 위치하여도 좋고, 폴리우레탄 층(30) 및/또는 폴리우레탄 표피층(60)만으로 요구되는 접착 강도를 만족할 수 있거나, 폴리우레탄 층(30) 및/또는 폴리우레탄 표피층(60) 자체가 접착 성분을 가지는 경우에는 생략되어도 좋다. 폴리우레탄은 합성 피혁용 폴리우레탄이다.
도 4는 본 개시에 따른 프린팅 적층 시트의 또다른 예를 나타내는 도면으로서, 프린팅 적층 시트는 원단(10), 폴리우레탄 층(30), 잉크 층(50), 폴리우레탄 표피층(60), 폴리우레탄 접착층(40) 그리고 폴리우레탄 층(70)을 구비한다.
본 개시는 잉크 층(50)에 특히 그 특징이 있다. 잉크 층(50)은 그 자체가 폴리우레탄 층(30), 폴리우레탄 접착층(40), 폴리우레탄 표피층(60), 폴리우레탄 층(70)을 구성하는 폴리우레탄을 녹여 잉크와 해당 폴리우레탄과의 접착을 강화하는 용제를 포함한다. 이러한 용제는 예를 들어, MEK, ANONE, DMF 등과 같은 용제의 하나 또는 이들 간의 혼합에 의해 만들어질 수 있다. 잉크로는 물, 기름 등에 녹아 염착하는 염료 잉크가 아니라 물, 기름 등에 녹지 않는 안료 잉크가 사용된다. 잉크 층(50)은 용제를 가진 잉크로서, 해당 폴리우레탄에 직접 도포되어 도포된 폴리우레탄과 바로 결착된다. 이것은 종래에 이용되는 offset 인쇄, 그라비아 인쇄, 승화전사 등과 구분된다. 이러한 도포에는 디지털 프린터(예: 잉크젯 프린터)가 이용된다. 잉크의 입자가 크면 폴리우레탄 간의 접착을 저지하게 되므로, 바람직하게는 2um 이하의 입자 크기, 더욱 바람직하게는 1um 이하의 입자 크기를 가진다. 이러한 입자 크기는 디지털 프린터에서 잉크로 이용하는데 무리가 없으며, 따라서 디지털 프린터의 입장에서 보면, 디지털 프린터에는 잉크 헤드에서 뿌릴 수 있는 작은 입자들이 사용되어야 하므로, 본 개시에 따른 잉크의 입자 크기는 디지털 프린터로 프린팅가능한 입자 크기를 가진다고 할 수도 있다. 예를 들어, 잉크는 청색, 적색 등 1um 이하의 크기의 입자에, 비히클(Vehicle; 안료를 둘러싸는 역할)로 Propylene Glycol, 2-Pyrrolidone, 폴리우레탄 단독 또는 공중합체와 같은 물질을 단독 또는 혼합하여 사용하고, MEK, ANONE, DMF 등과 같은 용제를 하나 또는 혼합하여 고형분의 10%~300% 범위에서 사용함으로써 만들어질 수 있다.
바람직하게는, 폴리우레탄 표피층(60)이 폴리우레탄 층(30) 또는 폴리우레탄 층(70)보다 잉크의 용제로 더 잘 용해되는 폴리우레탄으로 구성되어, 잉크와 폴리우레탄 간의 접착 강도를 향상시키기 위해 사용된다. 또한 폴리우레탄 표피층(60)을 도입함으로써, 외층을 형성하는 폴리우레탄 층(70)의 기능의 하나인 잉크 층(50) 보호를 위해 폴리우레탄 층(70)의 물성을 이 기능에 맞게 조절할 수 있게 된다. 예를 들어 폴리우레탄 층(70)의 분자량을 150,000 정도의 고분자 우레탄으로 형성하고, 폴리우레탄 표피층(60)의 분자량을 50,000~100,000 정도로 형성할 수 있으며, 내구성이 약한 Polyester형 수지를 코팅하여 폴리우레탄 표피층(60)을 형성하는 것도 가능하다. 도 5에 도시된 바와 같이, 폴리우레탄 층(30)에 잉크 층(50)이 도포되는 경우에도 마찬가지의 원리로 폴리우레탄 표피층(60)이 도입될 수 있다. 다만 폴리우레탄 층(30)의 기능은 합성 피혁 시트의 형성이라는 점에서 달라진다.
도 5는 본 개시에 따른 프린팅 적층 시트의 또다른 예를 나타내는 도면으로서, 프린팅 적층 시트는 원단(10), 폴리우레탄 층(30), 폴리우레탄 표피층(60) 그리고 잉크 층(50)을 구비한다. 이 경우에, 원단(10) 및 폴리우레탄 층(30)이 합성 피혁 시트를 구성하는 한편, 폴리우레탄 층(30) 및 잉크 층(50)이 복합층을 구성한다. 바람직하게는 폴리우레탄 표피층(60)이 더 구비된다. 잉크 층(50)이 직접 폴리우레탄 층(30)에 도포되므로, 폴리우레탄 접착층(40) 및 폴리우레탄 층(70)은 별도로 구비되어 있지 않다.
도 6은 도 4에 제시된 프린팅 적층 시트를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
우선, 원단(10)에 폴리우레탄 층(30)을 형성하여 합성 피혁 시트를 준비한다. 폴리우레탄 층(30)은 통상의 습식 가공법과 건식 가공법에 의해 만들어진다.
<습식 가공법> 아래 표와 같은 구성으로 하고, 사용원단은 부직포 혹은 Tricot, 혹은 Neat 원단을, 공정순서는 '원단 - 함침(1) - 함침 응고조(물+DMF)- 메인 코팅(2; M/Coating) - 메인 코팅 응고조(물+DMF) - 수세 - 건조'로 이루어진다. 이 공정을 거친 제품을 습식 제품 또는 습식 반제품(이후 건식 가공의 경우)이라 한다.
Figure 112015058890549-pat00001
(여기서 1,4 BG는 1,4 BG(Butanediol)이고, Tol는 Tol(Toluene)임)
<건식 가공법> 아래 표와 같은 구성으로 하고, 공정순서는 'RP 지 - Skin(3) 도포 - 건조 - Bind(4; Binder(접착제) 도포) - (반 건조) - Lami(Lamination(접착); 원단 또는 습식 반제품) - 숙성 - RP 지 박리'로 이루어진다.
Figure 112015058890549-pat00002
(여기서 1,4 BG는 1,4 BG(Butanediol)이고, Tol는 Tol(Toluene)임)
폴리우레탄 층(30)은 습식, 혹은 습식 후 건식을 동시에 가공한 습건식, 건식만 진행한 건식 층을 모두를 총칭한다. 이러한 방법으로 통상의 폴리우레탄 합성 피혁 시트를 제조한다. 위에서 일 예를 들었지만, 이러한 폴리우레탄 층(30)의 형성은 신발, 인조 피혁 분야의 당업자에게 통상적인 것이다. 원단(10)에 습식 가공법 후, 건식 가공법을 통해 폴리우레탄 층(30)을 형성하는 것이 보편적이다.
다음으로, 복합층을 형성하는 과정을 설명한다.
먼저, RP 지(80; 이형지, 박리지)를 준비한 다음, 위 건식 가공법과 동일한 방법으로 RP 지(80)에 두께 0.1um ~ 40um의 폴리우레탄 층(70)을 형성한다. 폴리우레탄 층(70)은 폴리우레탄 층(30)에 있어서 건식 가공법에 의한 층과 결합되므로, 이와 동일 내지는 유사한 물성을 가지는 것이 바람직하다. 다음으로 디지털 프린터에 의한 도포를 통해 폴리우레탄 표피층(60)을 형성한 다음, 디지털 프린터 또는 잉크 헤드를 바꾸어 디지털 프린팅을 통해 잉크 층(50)을 도포하고, 그 위에 이미 가공된 핫멜트 폴리우레탄 필름을 이용하여 두께 0.1um ~ 40um의 폴리우레탄 접착층(40)을 형성한다. 핫멜트 폴리우레탄 필름은 통상 이용되고 있는 핫멜트 폴리우레탄 필름(예: 분자량 20,000 ~ 30,000)이 이용된다.
부가적으로, 폴리우레탄 층(70)의 잉크 층(50)과의 접착 강도를 높게 하기 위하여 코로나 방전을 통과시켜 폴리우레탄 층(70)의 표면을 이온화시켜 잉크와 이온화된 표면의 이온 결합을 형성시켜 결합력을 높일 수 있다. 또 폴리우레탄 층(70)의 표면을 프라즈마를 통과시켜 그 표면에 부분적 라디칼을 형성시키고, 표면이 부분적 친수 기능을 가지게 하여 공유결합 정도에는 미치니 못하나 반델 발스 간력 정도의 결합력을 가지게 하여 잉크 분자와 반응을 하게 하고 그 접착 강도를 강화할 수 있다.
다음으로, RP 지(80)/폴리우레탄 층(70)/폴리우레탄 표피층(60)/잉크 층(50)/폴리우레탄 접착층(40)을, 원단(10)/폴리우레탄 층(30)과 합지 열가압함으로써, 양자를 결합하고, RP 지(80)를 제거하여 도 3에 제시된 프린팅 적층 시트를 완성한다.
도 7은 본 개시에 따라 제조된 프린팅 적층 시트의 효과 검사 결과표이다. 검사는 한국신발피혁연구소(KIFLT; 부산 부산지구 당감동 786-50번지)에 의해서 행해졌으며, 피막박리강도(접착 강도)가 6.1 N/mm로 나왔다. 이것을 kg/cm로 환산하면, 6.1x10/9.8 = 6.2kg/cm 으로 상용가능치 4.5kg/cm을 훨씬 넘는 수치를 보임을 알 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 원단; 그리고, 폴리우레탄 층에 잉크 층이 도포된 복합층;으로서, 원단 위에 형성되어 있으며, 잉크 층의 잉크가 폴리우레탄을 녹이는 용제를 가지는 복합층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트. 합성 피혁 시트는 신발, 차량용 시트, 가구, 건축자재, 의류 등 다양한 응용을 가진다.
(2) 폴리우레탄 층이 잉크 층을 기준으로 원단 측에 위치되는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(3) 폴리우레탄 층이 잉크 층을 기준으로 원단 반대 측에 위치되며, 원단이 잉크 층과 대면하는 측에서 폴리우레탄으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(4) 원단과 잉크 층 사이에 폴리우레탄 접착층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(5) 잉크 층과 폴리우레탄 층 사이에 폴리우레탄 접착층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(6) 복합층이 잉크 층이 도포되며, 용제에 폴리우레탄 층보다 상대적으로 더 잘 용해되는 물성을 가지는 폴리우레탄 표피층을 구비하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(7) 잉크 층이 도포되며, 폴리우레탄 층과 잉크 층 사이에 위치하고, 용제에 폴리우레탄 층보다 상대적으로 더 잘 용해되는 물성을 가지는 폴리우레탄 표피층을 구비하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(8) 잉크 층이 도포되며, 잉크 층과 폴리우레탄 층 사이에 위치하고, 용제에 폴리우레탄 층보다 상대적으로 더 잘 용해되는 물성을 가지는 폴리우레탄 표피층을 구비하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(9) 잉크 층이 도포되며, 잉크 층과 폴리우레탄 접착층 사이에 위치하고, 용제에 폴리우레탄 층보다 상대적으로 더 잘 용해되는 물성을 가지는 폴리우레탄 표피층을 구비하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(10) 잉크가 안료 잉크인 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(11) 잉크가 디지털 프린팅이 가능한 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(12) 입자 크기가 2um이하인 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(13) 입자 크기가 1um이하인 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(14) 용제가 MEK, ANONE, DMF 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(15) 잉크가 안료를 감싸는 비히클(vehicle)로서, 프로필렌 글리콜, 2-Pyrrolidone, 폴리우레탄 단독 또는 공중합 수지 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
(16) 잉크가 디지털 프린팅이 가능한 입자 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
본 개시에 따른 하나의 프린팅 적층 시트에 의하면, 강화된 인쇄 층과 폴리우레탄 층간 접착 강도를 제공할 수 있게 된다.
본 개시에 따른 하나의 프린팅 적층 시트에 의하면, 4.5kg/cm 이상의 접착 강도를 가지는 프린팅 적층 시트를 제공할 수 있게 된다.
잉크 층: 50 폴리우레탄 층: 30, 70

Claims (20)

  1. 프린팅 적층 시트를 제조하는 방법에 있어서,
    제1 폴리우레탄 층을 구비하는 원단과, 원단 측과 결합될 제2 폴리우레탄 층을 준비하는 단계;
    폴리우레탄을 녹이는 용제를 포함하는 잉크 층을, 제1 폴리우레탄 층 측 및 제2 폴리우레탄 층 측 중의 하나에, 디지털 프린팅하는 단계; 그리고,
    잉크 층이 제1 폴리우레탄 층과 제2 폴리우레탄 층 사이에 위치하도록 제1 폴리우레탄 층 위에서 원단 측과 제2 폴리우레탄 층을 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트를 제조하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    용제는, 잉크 층이 디지털 프린팅되는 해당 폴리우레탄 층을 녹여 결착되도록 하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트를 제조하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    디지털 프린팅하는 단계에 앞서, 제1 폴리우레탄 층과 제2 폴리우레탄 층 사이에, 제1 폴리우레탄 층 및 제2 폴리우레탄 층보다 용제에 상대적으로 더 잘 용해되는 물성을 가지는 폴리우레탄 표피층을 제1 폴리우레탄 층 및 제2 폴리우레탄 층 중의 하나에 구비하는 단계;를 더 포함하며,
    잉크 층은 폴리우레탄 표피층에 디지털 프린팅되는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트를 제조하는 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    제2 폴리우레탄 층이 이형지에 구비되는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트를 제조하는 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
    결합하는 단계에 앞서, 제1 폴리우레탄 층과 제2 폴리우레탄 층 사이에 접착층을 구비하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 프린팅 적층 시트를 제조하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    제2 폴리우레탄 층이 이형지에 구비되는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트를 제조하는 방법.
  7. 프린팅 적층 시트에 있어서,
    제1 폴리우레탄 층을 구비하는 원단;
    제1 폴리우레탄 층 위에서 원단 측과 결합될 제2 폴리우레탄 층;
    제1 폴리우레탄 층과 제2 폴리우레탄 층 사이에 위치하도록 구비되어, 제1 폴리우레탄 층 측 또는 제2 폴리우레탄 층 측 중의 하나와 결합되며, 디지털 프린팅이 가능한 입자 크기를 가지는 잉크와 폴리우레탄을 녹이는 용제를 포함하여 해당 폴리우레탄에 결착되는 잉크 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제1 폴리우레탄 층과 제2 폴리우레탄 층 사이에 접착층;을 더 포함하는 것을 특징으로 프린팅 적층 시트.
  9. 청구항 7에 있어서,
    제1 폴리우레탄 층과 제2 폴리우레탄 층 사이에 구비되며, 제1 폴리우레탄 층 및 제2 폴리우레탄 층보다 용제에 상대적으로 더 잘 용해되는 물성을 가지는 폴리우레탄 표피층을 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 적층 시트.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제1 폴리우레탄 층과 제2 폴리우레탄 층 사이에 접착층;을 더 포함하는 것을 특징으로 프린팅 적층 시트.
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