KR101585600B1 - 광 경화 무습수 잉크 조성물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 경화 무습수 잉크 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 일반 용제형 잉크의 건조방식인 용제휘발건조, 산화중합건조, 열풍건조, 침투건조방식이 아닌 전자파의 일종인 UV(자외선)을 조사하여 경화시키는 잉크를 나타내는 것으로, 올리고머(Oligomer)와 안료를 넣어 혼합되고, 모노머(monomer), 개시제(initiator), 첨가제, 희석제를 첨가하여 구성되어진 잉크 조성물을 특징으로 하고 실리콘 판(Silicone plate)에서 인쇄가 가능한 광 경화 무습수 잉크 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

Description

광 경화 무습수 잉크 조성물의 제조방법{Photo-curable waterless ink compositions Manufacturing Method}

본 발명은 광 경화 무습수 잉크 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 일반 용제형 잉크의 건조방식인 용제휘발건조, 산화중합건조, 열풍건조, 침투건조방식이 아닌 전자파의 일종인 UV(자외선)을 조사하여 경화시키는 잉크로서 실리콘 판(silicone plate)에서 인쇄가 가능한 광 경화 무습수 잉크 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

현재의 평판 인쇄 방식은 인쇄 시 인쇄기에 공급되는 물인 습수를 사용한다. 상기 습수는 친유성인 잉크와 반발하는 성질이 있어서 인쇄판(印刷版)의 비화선부에 잉크가 전이되는 것을 방지하는 역할을 함과 동시에 장시간 인쇄 시 상승하는 잉크의 온도를 습수가 증발하면서 냉각시켜주는 역할을 한다.

종래부터, 실리콘 고무 및 불소 수지를 잉크 반발층으로써 사용하고, 물을 사용하지 않고 평판 인쇄를 행하기 위한 인쇄판, 특히 제판용 필름을 사용하지 않고 직접 오프세트 인쇄판을 만드는, 이른바 직접 제판은 숙련도를 필요로 하지 않는 간편성, 단시간에 인쇄판을 얻을 수 있는 신속성, 다양한 시스템에서 품질과 비용에 따라 선택 가능한 합리성 등의 특징을 살려, 경인쇄 업계뿐만 아니라, 일반 오프세트 인쇄, 그라비야 인쇄 분야에도 진출하기 시작하고 있다.

특히 최근에는 프리프레스 시스템 및 이미지 세터, 레이저 프린터 등의 출력 시스템의 급격한 진보에 따라 새로운 타입의 각종 평판 인쇄판이 개발되고 있다.

이들 평판 인쇄판을 제판 방법으로 분류하면, 레이저광을 조사하는 방법, 서멀 헤드로 입력하는 방법, 핀 전극에서 전압을 선택적으로 인가하는 방법, 잉크제트로 잉크 반발층 또는 잉크 착육층을 형성하는 방법 등을 들 수 있다.

일반적으로 용제형 잉크 사용 시 환경 작업자의 건강에 문제가 되는 유기용제를 줄이기 위한 노력으로 자외선 경화잉크의 선택은 필연적이 되고 있으며 종래의 잉크와 비교하여 순간 건조 ,저온 고속의 생산성, 생에너지, 무용제, 무공해 등 많은 이점이 높이 평가되어 오늘날 광범위한 용도에 쓰여 지고 있다.

시장의 변화 요구의 변화에 적응하기 위해 UV용 잉크의 Binder와 우수한 상용성으로 인쇄 시 인쇄 트러블을 방지하고 작업성과 저장 안정성이 뛰어난 UV 잉크용 안료(Red, Yellow, Blue, Black)의 개발이 필요하다.

최근에는 인쇄산업에 있어서도 친환경 및 무용제형 잉크가 절실하게 요구되고 있고 그 해결방안으로써 무습수 광경화 잉크(Waterless energy curable ink)가 가장 주목받고 있는 잉크다.

UV 경화 잉크란 일반 용제형 잉크의 건조방식인 용제휘발건조, 산화중합건조, 열풍건조, 침투건조방식이 아닌 전자파의 일종인 UV(자외선)을 조사하여 경화시키는 잉크를 말한다.

이와 같이, 종래의 평판 인쇄 방식은 습수에는 잉크와의 계면의 활성과 유화를 이유로 알코올과 에칭액이 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 인쇄의 열건조형의 건조 메카니즘을 나타내는 것으로, 이로부터 증발되는 습수에 의해 작업장 내에 유해한 환경을 조성시키며, 습수의 교환 시 발생하는 폐수로 인해 수질 오염을 유발시킬 수 있다는 문제점이 있다.

그리고, 인쇄 공정 중에도 유화되는 정도와 알코올과 에칭액의 사용 정도에 따라서 인쇄 품질이 달라지기 때문에 인쇄 초기에는 습수의 조절을 위해 많은 폐지(廢紙)가 발생되어 폐기되고 있으며, 고품질의 인쇄를 위해서는 많은 시간과 숙련된 기술을 요구하는 어려움을 가지고 있다.

최근에는 알코올을 사용하지 않는 에칭액이 개발되고 물에 에칭액만 사용하여 인쇄를 하는 무알콜 인쇄를 하기도 하지만, 유화 정도에 따라 인쇄 품질이 달라지는 문제는 여전히 존재한다. 또한, 물과 에칭액을 사용하기 때문에 유해한 인쇄 작업 현장을 완전히 해결하지 못하고 있다.

무습수 인쇄 시에 현재 사용되고 있는 일반 잉크를 사용하면 잉크와 비화선부와의 반발이 약하여 오염이 발생하며, 특히 계속적인 인쇄에 의한 판면 온도의 상승은 비화선부의 오염을 더욱 증가시킨다. 온도가 상승하면 비화선부의 오염이 심해지는 것은, 온도 상승에 의한 잉크의 점탄성이 저하가 되어 비화선부와의 반발이 약해지기 때문이다.

또한, 종래의 오프셋(offset) 윤전 인쇄에 사용되는 잉크는 용제의 증발에 의해 잉크가 종이에 고착되며, 이러한 건조공정에서는 많은 에너지를 사용하는 건조로가 필요하고 또한 건조공정에서 잉크로부터 나오는 용제와 건조로로부터 배출되는 배기가스등의 처리를 위한 처리 설비가 별도로 필요로 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 인쇄 시 습수를 전혀 사용하지 않고도 비화선부의 오염을 제거할 수 있고, 작업장 유해 환경 제거 및 폐기물을 축소시킬 수 있는 친환경 인쇄 실현과, 고품질의 인쇄를 할 수 있는 광 경화 무습수 잉크 조성물의 개발이 시급한 실정이다.

또한, 광 경화 무습수 잉크는 무용제이므로 그러한 설비가 불필요하므로 오프셋 윤전인쇄와 비교하면 광 경화형 잉크를 사용하는 인쇄는 에너지 절약은 물론이고, 열경화 과정에서 다량으로 배출되는 탄산 가스발생도 없다는 것이 장점을 가지고 있는 것으로, 친환경(Eco -friendly)제품으로 UV 경화방식이기 때문에 인쇄가 종료된 후에 후 가공 공정에서, 예를 들면 상자를 만들고, 금박을 붙이는 등의 가공이 곧바로 가능하게 된다.

또한 설비 면에서도 UV건조 장치가 차지하는 면적은 오프셋 윤전 인쇄에 사용되는 건조로와 비교하여 상당히 컴팩트하게 구성되어져 있어서 공간 활용에 있어서도 매우 자유로워질 수 있고 UV경화형 잉크는 UV가 조사되지 않으면 경화되지 않기 때문에, 인쇄기의 잉크 Fountain, 롤러상은 물론 잉크캔 표면도 고착되지 않아 사용 후 남아 있는 UV 경화형 잉크의 재사용도 가능하다.

따라서, 도 2는 본 발명의 광경화 무습수 잉크의 건조 메카니즘을 나타내는 것으로, 일반 용제형 잉크의 건조방식인 용제휘발건조, 산화중합건조, 열풍건조, 침투건조방식이 아닌, 본 발명에서는 저용제 형태의 잉크 바인더에서도 쉽게 분산이 가능한 안료의 분산성을 개선하고, 인쇄시 피인쇄체와 잉크의 부착성을 올리고 선명한 인쇄물을 얻기 위해 깨끗한 고순도, 그리고 인쇄 작업성을 향상시켜 인쇄 트러블을 방지하는 안료의 저장안정성을 향상시킬 수 있는 전자파의 일종인 UV(자외선)을 조사하여 경화시키는 잉크를 나타내는 광 경화 무습수 잉크 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 광경화 무습수 잉크 조성물은 휘발성 유기용제가 없는 100% 고형분을 사용함으로 공해방지와 짧은 경화시간에 따른 작업성 향상되고, 저온에서 경화되기에 소재에 열적 충격이 없어 다양한 응용이 가능하며, 작업시 판 마름이 없어서 연속적으로 작업이 가능하고, 휘발성 유기용제가 없기에 인쇄물과의 냄새가 없으며, 내마찰, 내열, 내용제, 내약품 등의 내성이 강하기 때문에 뒷묻음, 블로킹의 염려가 없는 효과를 가지고 있는 것이다.

또한, 인쇄 시 파지가 급감하고 비용절감(물 사용/ 페수 처리 비용 없음) 효과를 가지며, 생산성(production) 개선으로 인해 비용 절감효과가 있어 향후 친환경 인쇄, 경제적인 장점을 가지고 있다.

도 1은 일반적인 인쇄의 열건조형의 건조 메카니즘 모식도
도 2는 본 발명의 광경화 무습수 잉크의 건조 메카니즘의 모식도
도 3은 본 발명의 광경화 무습수 잉크 조성물의 제조과정의 흐름도

본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 통해서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

잉크 원료

광 경화 잉크는 자외선(UV)의 에너지로 광화학 반응을 일으켜 순간적으로 액상으로부터 고상으로 초단위로 경화하는 잉크로서, 본 발명의 광 경화 무습수 잉크 조성물에는 광중합성 수지(올리고머(Oligomer)) 및 반응성 희석제(Reactive diluent)), 광중합 개시제(Photo initiator), 첨가제(Additive), 안료(Pigment), 보조제(Addtive), 중합 금지제(Anti-oxidant) 등으로 구성된다.

본 발명에 따른 광 경화 무습수 잉크 조성물은

먼저, 올리고머(Oligomer)는 올리고에스테르 아크릴레이트(Oligoester acrylate)로서 10,000~50,000 사이의 분자량(Mw)을 가진 레진(Resin)을 사용하며,

일반식(1)은

------- (1)

n은 단위 Unit 개수 5 이상의 정수로 구성된 화합물이다.

올리고머(Oligomer)는 단량체인 모노마(중합체의 기초물질 원료)가 몇 개가 중합한 것으로 저점도 액상의 것으로부터 고점도 액상 또는 반고체상의 것도 있으며, UV 잉크의 기본물성을 지배하는 수지로서 대표적인 것은 폴리에스테르(Polyester) 아크릴레이트, 에폭시(Epoxy) 아크릴 레이트, 우레탄(Urethane) 아크릴레이트가 있다.

개시제(Initiator)는 UV 흡수피크(absorption peak)가 200~400nm를 가지며, 잉크조성물로 사용되는 알파 아미노케톤(α-aminoketone), 모노 아크릴포스핀(mono acyl phosphine, MAPO), 비스 아크릴포스핀(bis acyl phosphine, BAPO), Diethoxy Acetophenone(DEAP), 1-phenyl-2-hydroxy-2-methyl propane-1-one(D1173), 1-hydroxy cyclrohexyl phenyl ketone(Ir-184), Benzyl Dimethyl Ketal, BenzoPhenon 등의 개시제를 사용한다.

광중합 개시제(Initiator)는 자외선으로부터 라디칼(Radical)을 발생, 이것이 모노마와 반응하여 중합(Polymerization)을 일으킨다. 광 중합 개시제는 카르보닐화합물, 유황화합물, 아조화합물, 유기과산화물 등이 있지만, 주로 카르보닐(Carbonyl)화합물이 사용되고 있다.

첨가제(additive)는 2~4개 기능기(functional)를 가지는 아민(amine)으로서 150~250 사이의 분자량(Mw)을 가진다(2).

(2)

모노머(monomer)는 4~6개 기능기(functional)를 가진 기능성(functional) 아크릴레이트(acrylate) 모노머(monomer)로서, 잉크 조성물로 사용되는 기능성 모노머(functional monomer)이다.

가교성이 우수하고, 점도상승에 유리, 화학적 내구성, 열적 안정성, 내 마찰성이 우수한 모노머를 사용한다.

희석제(Diluent)인 모노머(monomer)는 단량체로서 저점도, 기능성(functional) 모노마류, 아크릴레이트류가 사용되고 있다.

반응성 희석제(Reactive diluent)는 잉크의 점도 조정용외, 경화성(Curing rate), 접착성(Adhesion),열적 안정성(Heat stability) 등에 영향을 미친다.

안료는 피막을 형성하는 작용을 저해하는 것, 또는 보존안정성이 나쁜 것이 있기 때문에 선택하여 쓰고 있다. 특히 검정색의 안료인 카본블랙은 자외선 영역에서 흡수가 방해되어 자외선의 투과성이 나쁘다는 사실을 염두에 두고 양질의 것을 선택해야 한다.

안료는 일반적인 유성 잉크에 사용되는 다양한 종류의 유기 또는 무기 안료가 사용되어 질 수 있다. 색상에 따라 다양한 종류의 안료를 선택적으로 사용할 수 있으며, 필요에 따라서는 단독이 아닌 혼합으로 사용도 가능하다.

안료의 사용량은 조성물 총량을 기준으로 할 때 5~15중량% 범위가 되도록 하는데, 만약 이의 사용량이 5 중량% 미만일 경우에는 잉크의 농도 저하, 유화량 과다, 유동성 과다 등의 문제로 인하여 인쇄 품질이 저하될 수 있으며, 15 중량%를 초과할 경우에는 잉크의 유동성 저하, 유화량 저하, 잉크 전이성 불량 등의 문제로 인하여 품질이 저하된다.

UV 잉크는 자외선의 에너지로 광화학 반응(Photo chemical reaction)을 일으켜 액상으로부터 고상으로 초단위로 경화하는 잉크를 말하며, UV 잉크의 특징으로는 1)자외선 노출에 의해 순간적으로 경화(건조) 되기 때문에, 인쇄 후의 가공이 즉시 가능하며, 2)스프레이 파우더가 필요 없기 때문에 작업환경이 청결하고, 3)종이는 물론 플라스틱(PP·PET·염화비닐 등), 금속, 알루미늄 등 거의 모든 원단에 인쇄가 가능합니다. 4)UV잉크는 용제를 사용하고 있지 않기 때문에, 용제의 증발이 없어 지구환경에 친화적입니다(VOC = 0), 5)인쇄종이의 손실이 적으며, 6)열 건조에 비해서 건조장치의 점유면적이 적고, 7)인쇄라인중의 중간 건조가 가능하며, 8) 많은 양의 적재가 가능해지기 때문에 창고의 효율적 운영에 기여할 수 있는 장점을 가지고 있다.

잉크조성물의 제조방법

상기 [실시예 1]에서 제시한 원료를 이용하여 광 경화 무습수 잉크 조성물을 제조하는 방법으로는,

먼저, 올리고머(Oligomer)로 사용되는 올리고에스테르 아크릴레이트(Oligoester acrylate)로서 10,000~ 50,000 사이의 분자량(Mw)을 가진 레진(Resin) 50~60 중량%와 안료 10~20 중량%를 넣어 혼합하는 안료 혼합단계(1)와,

상기 안료 혼합단계(1) 다음으로, 4~6개 기능기(functional)를 가진 기능성(functional) 아크릴레이트(acrylate) 모노머(monomer)로서, 잉크 조성물에 사용되는 모노머(monomer) 1~5중량%를 첨가하여 밀베이스(Mill base)로 분산시키는 밀베이스 분산단계(2)와,

상기 밀베이스 분산단계(2) 후, UV 흡수피크(absorption peak)가 200~400nm를 가지는 장 파장대(Long wave) 개시제(Initiator)로 잉크조성물에 사용되는 알파 아미노케톤(α-aminoketone), 모노 아크릴포스핀(mono acyl phosphine, MAPO), 비스 아크릴포스핀(bis acyl phosphine, BAPO), Diethoxy Acetophenone(DEAP), 1-phenyl-2-hydroxy-2-methyl propane-1-one, 1-hydroxy cyclrohexyl phenyl ketone(Ir-184), Benzyl Dimethyl Ketal, BenzoPhenon 중에 하나 또는 하나 이상을 혼합하여 사용하는 개시제 10~15 중량%를 첨가하여 60~150℃에서 혼합하여 반응하는 개시제 준비단계(3)와,

상기 개시제 준비단계(3) 후에는, 2~4개 기능기(functional)를 가지는 아민(amine)으로서 분자량(Mw)이 150~250인 첨가제 1~5중량%를 첨가하여 혼합하는 첨가제 혼합단계(4)와,

상기 첨가제 혼합단계(4) 후에는, 4~6개 기능기(functional)를 보유하는 기능성(functional) 아크릴레이트(acrylate) 모노머(monomer)를 희석제(Diluent)로 1~5중량%를 첨가하여 혼합하는 희석제 조정단계(5)를 거쳐 광 경화 무습수 잉크 조성물이 제조되어지며,

상기 희석제 조정단계(5) 후에는, 제조된 광 경화 무습수 잉크 조성물을 실온의 냉암소에서 1~2일간 숙성시키는 숙성단계(6) 후, 포장하여 사용하는 것을 특징으로 하는 광 경화 무습수 잉크 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.

상기 개시제(Initiator)는 올리고머(Oligomer)와 개시제가 7:3의 중량비로 혼합된 것을 사용하였으며, 준비 시에는 60~150℃에서 개시제를 녹여 준비한다.

광 경화 무습수 잉크 조성물의 용도는 스크린 인쇄에서의 UV 잉크의 용도는 매우 많다. 예를 들면 멤브레인 스위치나 그래픽 오버레이, 콤팩트 디스크(Compact disk), 용기, 루스리프의 바인더, 라벨 및 플리트 마킹 등이다.

스피드의 빠르기, 효율, 별로 장소를 차지 않는 것 및 용제 증발을 감소하는 것을 고려하면서 UV 경화형 잉크를 더욱 사용하게 되었다. 이렇듯 UV 경화형 특별 잉크는 특수한 제품 성능의 조건을 충족시킨다. 대표적인 용도로써 콤팩트 디스크, 루스리프 바인더, 용기 등이 있다.

Claims (8)

1. 잉크조성물 총량에 대하여,
   먼저, 올리고머(Oligomer)로 사용되는 올리고에스테르 아크릴레이트(Oligoester acrylate) 레진(Resin) 50~60중량%와 안료 10~20증량%를 넣어 혼합하는 안료 혼합단계(1)와,
   상기 안료 혼합단계(1) 다음으로, 기능성(functional) 아크릴레이트(acrylate) 모노머(monomer) 1~5중량%를 첨가하여 밀베이스(Mill base)로 분산시키는 밀베이스(Mill base) 분산단계(2)와,
   상기 밀베이스 분산단계(2) 후, 알파 아미노케톤 (α-aminoketone), 모노 아크릴포스핀(mono acyl phosphine, MAPO), 비스 아크릴포스핀(bis acyl phosphine, BAPO)의 중에 하나 또는 하나 이상을 혼합하여 사용하는 개시제(initiator) 10~15 중량%를 첨가하여 60~150℃에서 혼합하는 개시제 준비단계(3)과,
   상기 개시제 준비단계(3) 후에는, 2~4개 기능기(functional)를 가지는 아민(amine)을 1~5중량%를 첨가하여 혼합하는 첨가제 혼합단계(4)와,
   상기 첨가제 혼합단계(4) 후에는, 기능성(functional) 아크릴레이트(acrylate) 모노머(monomer)를 희석제로 1~5중량%를 첨가하여 혼합하는 희석제 조정단계(5)를 거쳐 광 경화 무습수 잉크 조성물이 제조되어지며,
   상기 희석제 조정단계(5) 후, 제조된 광 경화 무습수 잉크 조성물을 실온에서 1~2일간 숙성시키는 숙성단계(6) 후, 포장하여 사용하고,
   올리고머(Oligomer)로 사용되는 올리고에스테르 아크릴레이트(Oligoester acrylate)는 10,000~50,000 사이의 분자량(Mw)을 가진 레진(Resin)인 것을 특징으로 하는 광 경화 무습수 잉크 조성물의 제조 방법.
2. 제1항에서,
   밀 베이스(Mill base) 분산단계(2)의 모노머(monomer)와 희석제 조정단계(5)의 희석제(Diluent)는 4~6개 기능기(functional)를 가진 아크릴레이트(acrylate) 모노머(monomer)인 것을 특징으로 하는 광 경화 무습수 잉크 조성물의 제조 방법.
3. 제1항에서,
   첨가제 혼합단계(4)의 아민(amine)은,
   분자량(Mw)이 150~250인 것을 특징으로 하는 광 경화 무습수 잉크 조성물의 제조 방법.
   
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