KR102258192B1

KR102258192B1 - 포장재 인쇄용 백색 잉크 조성물.

Info

Publication number: KR102258192B1
Application number: KR1020200183283A
Authority: KR
Inventors: 이진태; 전순분
Original assignee: 이진태
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2021-05-27

Abstract

본 발명은 포장재의 표면에 인쇄하기 위한 백색 잉크 조성물에 관한 것으로서, 비닐수지, 유기용제 및 백색 안료를 포함하며, 상기 유기용제는 아세톤, n-프로필아세트산, 디메틸카보네이트 및 이소프로필알코올로 이루어짐으로써 유해한 유기용제를 함유하지 않으면서도 잉크적성 및 인쇄적성이 우수한 효과를 나타내는 백색 잉크 조성물에 관한 것이다.

Description

포장재 인쇄용 백색 잉크 조성물.{WHITE INK COMPOSITION FOR PRINTING ON PACKING FILM}

본 발명은 포장재 인쇄용 백색 잉크 조성물에 관한 것으로서, 식품 포장재 필름의 표면에 인쇄하는 용도로 사용될 수 있으며 유해한 유기용제를 함유하지 않는 백색 잉크 조성물에 관한 것이다.

식품 포장재 필름에는 제품에 따라 그라비아 인쇄로 인쇄공정을 수행하는데, 이러한 인쇄공정에 사용되는 잉크 조성물은 유색액체로서 분산성, 유동성, 건조성, 저장성 등의 잉크적성과 압동오염, 전이성, 정전기장해, Blocking성 등의 인쇄적성, Laminate, Boil, Retort적성 등의 후가공적성이 요구된다.

상기 잉크 조성물은 일반적으로 유성 잉크가 사용되고 있는데, 이러한 유성 잉크를 사용한 인쇄공정에서는 유기용제에 의한 취기가 심하며, 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤(MEK), 에틸아세테이트(EAC)와 같은 유해한 극성 유기용제를 사용하고 있어 용제의 증발에 의한 점도 변화나 작업환경에서나 종이 제품 제조 후 발생하는 유기화합물에 의해 작업자나 소비자의 건강에 유해한 영향을 끼칠 우려가 있다.

이러한 이유로 대한민국 등록특허공보 10-2136002호에서는 포장재의 인쇄를 위한 친환경 잉크로서 에탄올 및 초산프로필을 용제로 함유하는 잉크 조성물을 개시하고 있다. 상기 친환경 잉크는 기존에 문제가 되던 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤(MEK), 에틸아세테이트(EAC)와 같은 유해한 극성 유기용제를 사용하고 있지는 않으나 잉크적성 및 인쇄적성이 충분하지 않아 범용으로 사용하기 곤란하며 포장재의 재질에 따라 인쇄에 부적합한 것으로 나타났다.

또한, 대한민국 공개특허공보 10-2008-0071859호에서는 수분산 스티렌-아크릴 공중합체 20 내지 80 중량%, 아크릴 공중합체 20 내지 80 중량%, 및 유화분산제 1 내지 10 중량%로 이루어진 수성 잉크 조성물을 개시하고 있으며, 대한민국 공개특허공보 10-2017-0134471호에서는 왁스 분산액을 포함하는 수성 잉크 조성물이 개시되어 있다. 그러나 이러한 잉크 조성물은 수성 잉크로서 그라비아 인쇄에서의 잉크적성과 인쇄적성이 부족하다.

따라서 유성 잉크 조성물로서 유해성이 적은 유기용제를 사용하면서도 잉크적성과 인쇄적성이 우수한 잉크 조성물을 개발할 필요가 있다.

대한민국 등록특허공보 10-2136002호 대한민국 공개특허공보 10-2008-0071859호 대한민국 공개특허공보 10-2017-0134471호

본 발명은 상기와 같은 종래기술을 감안하여 안출된 것으로, 포장재의 표면에 인쇄할 때 잉크적성 및 인쇄적성이 우수하며 유해한 유기용제를 함유하지 않는 백색 잉크 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 백색 잉크 조성물은 포장재의 표면에 인쇄하기 위한 것으로서, 비닐수지, 유기용제 및 백색 안료를 포함하여 이루어지며, 상기 유기용제는 아세톤, 디메틸카보네이트 및 이소프로필알코올로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 유기용제는 아세톤, n-프로필아세트산, 디메틸카보네이트 및 이소프로필알코올로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 상기 유기용제는 아세톤과 n-프로필아세트산을 1:1의 중량비로 혼합한 용제 20 내지 30 중량부, 디메틸카보네이트 5 내지 10 중량부, 및 이소프로필알코올 1 내지 5 중량부로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 백색 안료는 실리콘 오일 수용액으로 표면처리된 이산화티탄(TiO₂)인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 잉크 조성물은 포장재의 표면에 인쇄할 때 잉크적성 및 인쇄적성이 우수하며 유해한 유기용제를 함유하지 않아 공정 안전성이 우수한 효과를 나타낸다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 백색 잉크 조성물은 포장재의 표면에 인쇄하기 위한 것으로서, 비닐수지, 유기용제 및 백색 안료를 포함하여 이루어지며, 상기 유기용제는 아세톤, 디메틸카보네이트 및 이소프로필알코올로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 잉크 조성물은 각종 식품의 포장용도로 사용되는 필름 형태의 포장재의 표면에 백색 인쇄를 하기 위하여 사용되는 것이다. 이러한 필름의 표면에 원활한 인쇄를 위하여 유성 잉크 조성물을 사용하게 되며, 상기 유성 잉크 조성물을 구성하는 유기용제의 유해성을 저감시키는 것을 본 발명의 하나의 기술적 특징으로 한다.

상기 잉크 조성물은 상기 조성물을 구성하는 성분들을 배합하고 분산한 후 조정하는 공정을 통해 제조될 수 있다. 먼저 배합하는 단계에서는 바니시 혼합물(수지와 유기용제)에 포함된 백색 안료를 사전 분산시키는 공정을 수행한다. 상기 배합 공정을 통해 분말 형태의 백색 안료를 바니시로 코팅된 입자로 만드는 습윤(wetting) 과정을 거치게 되며, 상기 습윤 과정을 통해 공기가 제거된 색소를 얻을 수 있다.

다음으로 분산공정에서는 배합 공정에서 수득된 안료 입자를 분산하게 되며, 이 과정을 통해 입자의 크기를 줄이고 동시에 색조를 개선하게 된다. 상기 분산공정을 수행하기 위하여 다양한 타입의 밀(Mill) 머신을 사용하며 용도에 적합하도록 세밀히 분산시킬 수 있다. 입자의 분산도가 높아질수록 색상과 광도가 높아지기 때문에 착색력을 높일 수 있다.

다음으로 조정공정에서는 분산공정 후 잉크 조성물의 점도를 조정하거나 입자의 균질성 및 색 결합의 파괴 방지 등을 위해서는 여러 첨가제들을 혼합하는 과정이다. 이러한 첨가제로는 침전방지제, 왁스, 접착보강제를 들 수 있으며, 상기 잉크 조성물을 느리게 교반하는 상태에서 첨가하게 된다.

이와 같이 제조된 잉크 조성물은 점도, 은폐력, 색상, 접착력 등을 검사한 후 완제품을 포장하게 된다.

본 발명에서는 상기 잉크 조성물의 제조시 사용되는 바니시 혼합물로서 비닐수지와 아세톤, 디메틸카보네이트 및 이소프로필알코올로 이루어진 유기용제를 사용하게 된다. 이와 같은 성분으로 이루어진 유기용제를 적용하면 잉크 조성물의 점도, 코팅 강도 등을 최적화할 수 있기 때문에 잉크적성과 인쇄적성이 우수한 잉크 조성물을 제조할 수 있게 된다.

본 발명의 잉크 조성물은 기존의 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤(MEK), 에틸아세테이트(EAC)와 같은 유해한 극성 유기용제가 사용하는 잉크 조성물과 달리 아세톤, 디메틸카보네이트 및 이소프로필알코올로 이루어진 유기용제를 사용하기 때문에 인쇄공정이나 포장재의 사용시 유해 화합물에 사용자가 노출되는 문제를 해결할 수 있게 된다.

상기 비닐수지는 통상적으로 잉크 조성물에 주로 사용되는 비닐수지로서, 특히 특히 염화비닐, 아세트산비닐 및 비닐알코올의 삼원 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 삼원 중합체를 구성하는 염화비닐은 89 내지 90 질량%, 아세트산비닐은 4 내지 5 질량%, 비닐알코올은 6 내지 7 질량%로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 삼원 중합체는 유리전이온도(Tg)가 75 내지 80℃이며, 인히런트 점도가 0.50 내지 0.55DL/g으로서 그라비아 인쇄 공정 시 고른 인쇄에 유리하며 상용성이 우수한 것으로 나타났다. 이러한 비닐수지의 구체예로는 UMOH, VAGH 등을 들 수 있다.

또한, 상기 비닐수지와 배합되는 유기용제는 아세톤과 n-프로필아세트산을 1:1의 중량비로 혼합한 용제 20 내지 30 중량부, 디메틸카보네이트 5 내지 10 중량부, 및 이소프로필알코올 1 내지 5 중량부로 이루어지는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 즉, 아세톤과 n-프로필아세트산을 동일 함량으로 배합한 상태에서 디메틸카보네이트 및 이소프로필알코올을 적정량 배합하여 유기용제를 제조하고 이를 사용하게 된다. 상기 범위를 벗어나 용제의 성분이나 배합비율이 달라지는 경우 그라비아 인쇄 공정에서 불량이 발생하는 것으로 나타났다.

또한, 상기 비닐수지 25 내지 30 중량부에 대하여 유기용제 45 내지 50 중량부의 비율로 배합하여 잉크 조성물을 형성하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 상기 유기용제에 함유되는 비닐수지의 함량이 너무 많으면 점도가 높아져 오버프린트 공정에서 불량이 발생하며 너무 적으면 인쇄에 의해 형성된 코팅층의 내구성이 저하되는 것으로 나타났다.

본 발명의 잉크 조성물은 백색 잉크 조성물로서, 상기 백색을 구현하기 위하여 백색 안료로 이산화티탄(TiO₂) 입자를 사용한다. 특히, 상기 이산화티탄 입자는 실리콘 오일 수용액으로 표면처리하여 사용하는데, 이러한 표면처리를 통해 이산화티탄의 표면에 실리콘 오일이 흡착된 상태를 이루게 된다. 이는 백색 안료의 분산성을 대폭 향상시키는 결과를 가져오며 안료 입자의 색조를 개선하기 위하여 수행하는 분산공정을 짧게 하거나 또는 분산공정을 수행하지 않고도 고품질의 백색을 구현할 수 있게 된다. 상기와 같이 표면처리한 이산화티탄 입자를 함유하는 잉크 조성물은 그 자체로 입자가 고분산되기 때문에 분산공정 없이도 백색도가 크게 향상되는 것으로 나타났다.

일반적으로 실리콘 오일은 물에 불용성이며 소수성이므로 이산화티탄의 표면에 존재하는 수산기와 결합이 이루어지지 않는다. 따라서 이산화티탄을 표면처리한다면 친수성기를 포함하는 화합물로 처리하는 것이 일반적이다. 그럼에도 불구하고 실리콘 오일이 이산화티탄의 표면에 코팅되면 입자의 분산성, 특히 비닐수지와의 상용성이 증가하는 것으로 나타났으며, 이로 인해 그라비아 인쇄 공정을 통해 인쇄된 백색 인쇄층의 균일성이 높아져 대면적의 포장재의 표면에도 균일한 인쇄가 가능하게 된다.

상기 실리콘 오일을 수용성으로 개질한 예는 J. Colloid and Interface Sci. 351(2010) 102-107에서 실리콘 오일과 PEO-b-PCL(poly(ethylene oxide)-b-poly(ε-caprolactone)을 혼합하여 W/O(오일-물) 에멀전을 형성함으로써 수용성으로 개질하는 실험결과가 알려져 있으며, 이러한 W/O 에멀전을 형성할 때 실리콘 오일이 가용 상태를 이룰 수 있게 된다.

이러한 결과를 바탕으로 본 발명에서는 상기 이산화티탄을 실리콘 오일로 표면처리하였다. 상기 이산화티탄은 백색 안료로 제품을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 CR-350을 사용하였다.

상기 이산화티탄를 표면처리하는 방법은 다음과 같다.

먼저 증류수 100 중량부에 대하여 실리콘 오일 30 내지 35 중량부, PEO-b-PCL(poly(ethylene oxide)-block-poly(ε-caprolactone)) 공중합체 15 내지 20 중량부를 혼합하여 실리콘 오일 수용액을 제조한다. 이 상태에서 실리콘 오일은 W/O 에멀전을 형성하게 된다. 상기 실리콘 오일로는 디메틸실리콘 오일 또는 메틸페닐실리콘 오일을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 실리콘 오일과 PEO-b-PCL 공중합체를 상기 비율로 혼합할 때 W/O 에멀전을 안정적으로 형성하는 것으로 나타났다.

상기 W/O 에멀전 100 중량부에 대하여 이산화티탄을 50 내지 60 중량부의 범위에서 혼합하면 이산화티탄이 실리콘 오일의 수용액에 함침된 상태가 되며, 이를 60℃의 오븐에서 건조하여 수분을 제거하면 실리콘 오일이 표면에 코팅된 백색 안료 입자를 수득할 수 있다.

상기 잉크 조성물은 ZAHN VISCOSITY CUP#4를 이용한 점도가 10 내지 20 sec이며, 인쇄적성이 우수하고 잔류용제가 없으며 유기용제로 인한 취기가 적어 인쇄공정에 적합한 특성을 나타내었다.

본 발명에 따른 잉크 조성물을 사용하여 면류의 포장재로 사용되는 OPP/VMCPP 연포장재의 표면에 대한 백색 인쇄 공정을 실시하여 그 효과를 확인하였다. 상기 잉크 조성물은 표 1에서와 같이 조성되었으며, 각각의 단위는 중량부이다. 백색안료 1은 이산화티탄(CR-350)을 디메틸실리콘 오일로 표면처리한 것이며, 백색안료 2는 표면처리를 하지 않은 것이다. 비닐수지는 UMOH를 사용하였으며, 침전방지제로는 KM-396A를 사용하였고, 왁스는 PEW-0274를 사용하였으며, 접착 보강제로는 GC-1004를 사용하였다.

상기 잉크 조성물은 비닐수지와 유기용제를 혼합하여 바니시를 제조한 후 여기에 백색안료를 혼합하고, 마지막으로 첨가제인 침전방지제, 왁스, 접착 보강제를 혼합하는 방법으로 제조되었다.

상기 잉크 조성물의 코팅량은 코팅 전후의 포장재에 대한 중량 측정으로 확인하였으며, 0.6±0.2g·㎡이었다.

	실시예	비교예1	비교예2	비교예3
비닐수지	31	31	31	31
아세톤	12.5	12.5	20	25
NPAC	12.5	12.5	5
IPA	2	2	2	2
DMC	7.5	7.5	7.5	7.5
백색안료1	33		33	33
백색안료2		33
침전방지제	0.5	0.5	0.5	0.5
왁스	1	1	1	1
접착보강제	1	1	1	1

실시예 및 비교예 1 내지 3의 잉크 조성물을 사용하여 포장재 전면에 그라비아 인쇄하여 백색 코팅층을 형성하였다. 제조된 포장재에 대하여 반사율과 황색도를 측정하였다.

표면강도는 전동식 연필 경도 시험기(Coretech)를 사용하여 상기 OPV 코팅층의 표면에 대한 연필경도를 측정하였다. 또한, 반사율 및 황색도는 스펙트로포토미터(CM3700D, Minolta)를 사용하여 측정하였다. 가시광선 영역(400~700㎚)에서의 반사율의 평균값을 구하여 반사율로 하였다. 그 결과는 표 2와 같다.

	실시예	비교예1	비교예2	비교예3
표면강도	H	HB	HB	HB
반사율(%)	88.2	84.9	85.6	86.5
황색도	0.12	0.45	0.65	0.43

표 2의 결과를 살펴보면, 실시예의 경우 표면강도가 가장 높으며 반사율이 높고 황색도가 낮아 고품질의 백색이 포장재 표면에 구현되는 것으로 나타났다.

이에 대하여 비교예 1의 경우 반사율이 84.9%에 불과하며 황색도도 0.45로 높아 백색의 품질이 낮은 것으로 나타났다. 이는 백색 안료의 표면 처리에 의해 백색의 품질이 달라지는 것을 시사하는 결과이다.

또한, 유기용제의 배합비율을 달리하는 비교예 2, 3에서도 반사율이 상대적으로 낮으면서 황색도가 상승하여 백색의 품질이 충분하지 못한 것을 확인할 수 있었다. 특히, 비교예 2에서 유기용제의 배합비율이 아세톤과 n-프로필아세트산에서 달라지는 경우에도 반사율과 황색도의 차이를 나타내는 점으로부터 유기용제의 비율이 잉크 조성물의 품질에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 실시예 및 비교예의 포장재에 대하여 스펙트로포토미터로 측정한 색도는 표 3과 같다.

	실시예	비교예1	비교예2	비교예3
L*	92.3	91.2	91.0	91.0
a*	-1.69	1.67	-1.68	-1.66
b*	-2.16	-2.81	-2.81	-2.79

표 3의 결과를 살펴보아도 CIE 색좌표에서 실시예의 백색도가 가장 높은 것으로 나타나 백색 구현에 효과적인 잉크 조성물인 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims

포장재의 표면에 인쇄하기 위한 백색 잉크 조성물로서,
상기 백색 잉크 조성물은 비닐수지, 유기용제 및 백색 안료를 포함하며,
상기 유기용제는 아세톤, n-프로필아세트산, 디메틸카보네이트 및 이소프로필알코올로 이루어지며,
상기 백색 안료는 실리콘 오일 수용액으로 표면처리된 이산화티탄(TiO₂)이며,
상기 실리콘 오일 수용액은 실리콘 오일 30 내지 35 중량부 및 PEO-b-PCL(poly(ethylene oxide)-block-poly(ε-caprolactone)) 공중합체 15 내지 20 중량부를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 백색 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서,
상기 유기용제는 아세톤과 n-프로필아세트산을 1:1의 중량비로 혼합한 용제 20 내지 30 중량부, 디메틸카보네이트 5 내지 10 중량부, 및 이소프로필알코올 1 내지 5 중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백색 잉크 조성물.
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