KR102634271B1 - 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 잉크 조성물의 용제에 있어 휘발성 유기화합물이나 유해화학물질의 사용을 배제하여 작업자는 물론 소비자의 안전을 확보함과 더불어 친환경적인 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 구성은, 우레탄수지 5 내지 30중량부, 비닐아세탈중합물 1 내지 10중량부, 아크릴코폴리머 1 내지 10중량부, 우레아알데히드수지 1 내지 10 중량부, 안료 6 내지 35중량부, 에탄올을 포함한 용제 40 내지 60중량부 및 첨가제 0.5 내지 1중량부를 포함하여 이루어질 수 있다.
Description
본 발명은 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 잉크 조성물의 용제에 있어 휘발성 유기화합물이나 유해화학물질의 사용을 배제하여 작업자는 물론 소비자의 안전을 확보함과 더불어 친환경적인 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 그라비아 인쇄는 평판을 부식하여 오목판을 이루도록 한 것에 잉크를 묻혀 닥터블레이드로 여분의 잉크를 긁어내고 인쇄하는 형식으로, 여기에 사용되는 잉크를 그라비아 잉크라 한다.
이러한 그라비아 인쇄는 다른 인쇄 방식에 비해 고속인쇄가 가능하고, 피인쇄체에 대한 제한이 적어 종이는 물론 플라스틱 필름, 금속 또는 나무 등에도 쉽게 인쇄할 수 있는 장점이 있으며, 이렇게 그라비아 인쇄방식에 사용되는 그라비아 잉크는 식품, 의약, 사료, 농산물 또는 가정용품용 플라스틱 등의 포장산업에서 널리 적용되고 있다.
특히, 상술한 그라비아 잉크는 식품 포장 등에 많이 사용되는 있는데, 인쇄판이 요판이면서 실린더가 회전하는 과정으로 인쇄되기 때문에 요판의 오목한 부분 속에 잉크의 출입이 연속적으로 이루어져야 하는 유동학적 특성으로 저점도 잉크이고, 피인쇄체가 대부분 비흡수성 재질인 플라스틱 필름(PE, OPP, PET 또는 Al-foil 등)인데다가 보통 분당 150~250m의 속도로 인쇄되면서 다음 인쇄 UNIT 앞에서 건조가 완료되어야 하는 조건 때문에 속건성 잉크여야만 한다.
그러나, 종래의 그라비아 잉크는 용제로서 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트 또는 사이클로헥세인 등과 같은 유해화학성분을 포함하고 있기 때문에, 환경오염 또는 작업자의 보건위생 저하 등의 문제가 유발될 수 있고, 이러한 잉크 조성물을 사용하여 식품 포장지를 인쇄하는 경우 포장지에 잔류된 유기용제에 의해 소비자에게까지 유해한 영향을 미칠 수 있는 문제가 있었다.
이에, 상술한 바와 같은 유기용제의 사용을 배제한 수성 그라비아 잉크의 사용이 고려되었으나, 인쇄물의 건조에 소요되는 시간이 증가하여 생산성이 저하되는 문제가 있었고, 이에 따른 인쇄물의 품질저하 등의 문제가 발생하여 실제 현장에 적용하기 곤란한 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 잉크 조성물의 용제에 있어 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트 또는 사이클로헥세인 등과 같은 유해화학물질의 사용을 배제할 수 있도록 하는 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물을 제공함에 있다.
그러면서도, 인쇄물의 건조 속도를 조절하여 그 속도를 향상시킬 수 있도록 함과 동시에, 인쇄물의 품질 또는 잉크의 물성은 기존의 잉크와 동일하게 유지될 수 있도록 하여 인쇄물의 생산성 저하 또는 인쇄물의 품질저하 등의 문제를 억제할 수 있도록 하는 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물은, 우레탄수지 5 내지 30중량부, 비닐아세탈중합물 1 내지 10중량부, 아크릴코폴리머 1 내지 10중량부, 우레아알데히드수지 1 내지 10 중량부, 안료 6 내지 35중량부, 에탄올을 포함한 용제 40 내지 60중량부 및 첨가제 0.5 내지 1중량부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 우레탄수지는 폴리에테르폴리올 70 내지 80중량부, 지방족 이소시아네이트 20 내지 25중량부 및 디아민 1 내지 3중량부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 우레탄수지는 분자량이 20,000 내지 50,000이고, 고형분 40 내지 60%이며, 점도는 2,000 내지 12,000cps/25℃일 수 있다.
상기 우레탄수지는 아민가가 3 이하일 수 있다.
상기 우레탄수지는 첨가제로 아미노실란을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 에탄올을 포함한 용제는 에탄올, 디메틸카보네이트 및 메틸아세테이트가 4:3:3의 중량비로 혼합되어 이루어질 수 있다.
경화제로 지방족 이소시아네이트 3 내지 5중량부 또는 아지리딘 1 내지 2중량부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 본 발명의 구성에 의하면, 잉크 조성물의 용제에 있어 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트 또는 사이클로헥세인 등과 같은 유해화학물질의 사용을 배제함으로써, 환경오염, 작업자의 보건위생 저하 또는 식품 포장지에 잔류된 유기용제에 의해 소비자에게까지 유해한 영향을 미칠 수 있는 등의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 우레탄수지의 조성에 있어, 종래의 폴리에스터폴리올 대신 폴리에테르폴리올을 사용함과 동시에 우레탄수지의 아민가가 3이하가 되도록 하면서 아미노실란의 첨가함으로써, 에탄올과의 혼합시 수지의 탁해짐이나 층분리 현상의 발생, 안료의 분산안정성, 인쇄물의 내블로킹성, 잔류용제에 의해 인쇄물에 대한 접착력 또는 저장안정성 등의 불안한 요소들을 억제할 수 있는 효과도 있다.
또한, 에탄올, 디메틸카보네이트 및 메틸아세테이트가 혼합된 용제를 사용함으로써, 용제에 있어 에탄올 단독 사용에 따른 인쇄시 건조불량, 뜯김, 인쇄물 블로킹 또는 수분유입 등의 문제를 해결하면서 인쇄물의 건조 속도를 조절하여 그 속도를 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
그러면서도, 본 발명의 조성에 의한 잉크를 사용하게 됨으로써, 인쇄물의 품질 또는 잉크의 물성은 기존의 잉크와 동일하게 유지될 수 있도록 하여 인쇄물의 생산성 저하 또는 인쇄물의 품질저하 등의 문제를 억제할 수 있는 효과가 유발될 수 있는 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 상술한 본 발명의 목적을 구현하기 위한 바람직한 실시 구성과 이들 구성에 따른 작용관계에 대하여 설명하겠으며, 종래와 동일 내지 동일 범주에 있는 기술구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 잉크 조성물의 용제에 있어 휘발성 유기화합물이나 유해화학물질의 사용을 배제하여 작업자는 물론 소비자의 안전을 확보함과 더불어 친환경적인 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 잉크 조성물의 구성은, 우레탄수지 5 내지 30중량부, 비닐아세탈중합물 1 내지 10중량부, 아크릴코폴리머 1 내지 10중량부, 우레아알데히드수지 1 내지 10 중량부, 안료 6 내지 35중량부, 에탄올을 포함한 용제 40 내지 60중량부 및 첨가제 0.5 내지 1중량부를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기에서, 상기 우레탄수지는 폴리에테르폴리올 타입의 우레탄수지로서, 폴리에테르폴리올 70 내지 80중량부, 지방족 이소시아네이트 20 내지 25중량부 및 디아민 1 내지 3중량부를 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 우레탄수지가 기존의 폴리에스터폴리올 타입이 아닌 폴리에테르폴리올의 혼합으로 이루어짐으로써, 기존의 폴리에스터폴리올 타입의 우레탄수지가 가지고 있던, 에탄올과의 혼합시 수지의 탁해짐이나 층분리 현상의 발생, 안료의 분산안정성, 인쇄물의 내블로킹성 또는 잔류용제에 의해 인쇄물에 대한 접착력 등의 불안한 요소들을 해결할 수 있는 것이다.
이러한 본 발명의 알코올 용해성 우레탄수지는 잉크의 중요 물성에 속하는 접착성, 유동성 또는 분산성 등에 중요한 역할을 하는 것으로, 피인쇄체와의 접착에서 가장 중요한 역할을 하고, 잉크의 점도를 떨어트려 인쇄성에 유리한 특징이 있다.
여기에서, 상기 우레탄수지는 5 내지 30중량부가 포함되는데, 바람직하게는 10 내지 15중량부가 포함될 수 있고, 10중량부 미만으로 포함되면 인쇄성은 유리할 수 있으나 접착 및 후가공성이 불리할 수 있으며, 15중량부를 초과하여 포함되면 수지 자체의 끈적거림으로 실사용시 접착력은 증가할 수 있으나 잉크의 점도 증가로 인해 인쇄 품질을 떨어트릴 수 있기 때문이다.
그리고, 상술한 바와 같이 폴리에테르폴리올, 지방족 이소시아네이트 및 디아민의 혼합으로 이루어진 상기 우레탄수지는, 그 아민가를 3 이하로 적용하여 제한적으로 조성하는데, 이는 우레탄수지의 합성 과정에서 디아민을 통해 우레탄수지의 분자량을 높이기 위함이다.
즉, 폴리에테르폴리올과 지방족 이소시아네이트만의 우레탄수지 합성시, 그 분자량이 5,000 이하인데, 우레탄수지의 물성을 향상시키기 위해 디아민과의 우레아결합을 통해 분자량을 20,000 내지 50,000으로 높이게 되는 것이다.
이때, 상기 우레탄수지의 아민가를 3 이하로 제한하는 이유는 합성된 우레탄수지의 아민가가 3을 초과하게 되면, 그 분자량이 100,000 이상으로 증가하여 잉크의 바인더로 사용할 수 없을 정도가 될 수 있기 때문이다.
여기에서, 상술한 알코올 용해성 우레탄수지는 분자량이 1,000 내지 4,000인 폴리에테르폴리올과 지방족 이소시아네이트를 프리폴리머로 반응하고, 이렇게 반응된 수지와 디아민을 중합하여 우레탄수지로 합성함이 바람직하다.
그리고, 상기 폴리에테르폴리올은 PTMEG(Polytetramethylene ether glycol), PEG(Polyethylene glycol) 또는 PPG(Polypropylene glycol)가 선택적으로 적용될 수 있고, 이 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 폴리에테르폴리올이 적용될 수도 있다.
더불어, 상기 지방족 이소시아네이트는 HDI(Hexamethylene diisocyanate), IPDI(Isophorone diisocyanate) 또는 HMDI(4,4-methylenedicyclohexyldiisocyanate)가 선택적으로 적용될 수 있다.
게다가, 상기 디아민은 IPDA(Isophorone diamine) 또는 EDA(Ethylene diamine) 등이 적용될 수 있다.
이렇게 합성된 우레탄수지는 상술한 바와 같이, 그 분자량이 20,000 내지 50,000이고, 고형분 40 내지 60%이며, 점도는 2,000 내지 12,000cps/25℃일 수 있다.
더하여, 상술한 우레탄수지의 합성 과정에서 첨가제로서 아미노실란을 더 혼합함으로써 접착력의 향상을 유발할 수 있고, 이와 함께 분산안정성, 저장안정성, 내블로킹성 또는 접착성 은폐 등의 문제를 해결할 수도 있다.
아울러, 상기 우레탄수지의 분산안정성과 저장안정성을 확보하기 위하여 물을 대략 2중량부 정도로 더 포함시킬 수 있는데, 1액형일 경우 전반적으로 안정적인 적용이 가능하지만, 레토르트 적성이 떨이짐으로써, 레토르트 적성을 만족시키기 위해 범용적으로 2액형으로 사용할 수 있다.
그런데, 상술한 바와 같이 물을 포함시킬 경우, 2액형으로의 적용시 증점현상이나 인쇄성 저하 또는 잔량재사용이 불가능해지는 현상이 발생할 수 있는데, 이를 극복하기 위해 물을 포함시키지 않고도 분산안정성 및 저장안정성의 개선을 도모할 수 있도록 CO-Binder(Alcohol Soluble Maleic Acid Modified Rosin Ester)와 병용적으로 포함시킴으로써, 2액형으로의 적용시 후술하는 경화제의 반응속도에 따른 증점현상으로 인한 인쇄 속도 저하 및 잉크 도막면 감소를 해소할 수 있다.
한편, 본 발명의 비닐아세탈중합물은 안료의 분산에 필요한 수지로 분산시 안료 및 분산제와 함께 혼합하여 분산할 수 있고, 이러한 비닐아세탈중합물은 잉크와 피인쇄체간의 밀착성 및 인쇄 품질을 향상시키며, 알코올류에 용해성이 뛰어남은 물론 2액형으로 후술하는 경화제의 사용시 강한 도막을 형성할 수 있다.
여기에서, 비닐아세탈중합물은 1 내지 10중량부가 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5 내지 10중량부가 포함될 수 있는데, 5중량부 미만으로 포함될 경우 점도 및 유동성에 유리하지만 안료분산성이 낮아지고 발색이 떨어져 목적하는 색상을 구현하기 어렵고, 10중량부를 초과하여 포함되면 잉크의 점도가 높아짐과 동시에 피인쇄체와의 접착이 이루어지기 힘들기 때문이다.
그리고, 본 발명의 아크릴코폴리머는 건조성, 경도 및 광택이 뛰어나고, 단단하고 강한 도막을 형성하는 것으로, 상술한 우레탄수지와 혼합 사용시 끈적거림을 줄여 인쇄 적성을 향상시키고, 도막 건조성을 향상시켜 인쇄 속도를 높일 수 있으며, 낮은 점도로 잉크의 인쇄성 향상에 도움을 줄 수 있다.
특히, 2액형으로 사용시 후술하는 경화제와 강한 결합력을 보이며 내후성, 내화학성 및 내열성이 뛰어나 후가공에도 유리할 수 있다.
이러한 상기 아크릴코폴리머는 1 내지 10중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 2 내지 10중량부가 포함될 수 있고, 2중량부 미만으로 포함되면 도막 강도는 증가할 수 있지만 인쇄성에서 큰 효과를 유발하기 어렵고, 10중량부를 초과하여 포함되면 도막 건조 및 인쇄성은 유리할 수 있지만 강한 경도로 인해 크랙현상이 발생하거나 피인쇄체와의 결합력이 약해질 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 우레아알데히드수지는 피인쇄체와의 접착성을 증가시키는 역할을 하는 것으로, 상기 비닐아세칼중합물과 같이, 분산시 첨가하면 분산 점도를 저하시켜 높은 분산성을 얻을 수 있다.
이때, 상기 우레아알데히드수지는 1 내지 10중량부가 포함되는 것이 접착성 증가 측면에서 바람직한데, 끈적거리는 현상이 구현될 수 있으므로 2 내지 5중량부로 포함되는 것이 더욱 바람직하다.
더불어, 본 발명의 안료는 착색제 역할을 수행하는 것으로, 유기안료 또는 무기안료 등을 포함할 수 있고, 용도에 따라 착색력, 은폐력, 내열성 또는 내후성 등의 특징을 제공할 수 있다.
여기에서, 상기 안료는 6 내지 35중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 10 내지 35중량부가 포함될 수 있고, 이는 10중량부 미만으로 포함되면 농도가 매우 낮아 인쇄색상에 문제를 유발할 수 있으며, 35중량부를 초과하여 포함되면 점도 상승으로 인해 잉크 유동성이 떨어져 인쇄성에 악영향을 줄 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명의 첨가제는 분산제, 실리카 또는 왁스 등을 포함할 수 있고, 예컨대 왁스 첨가제는 잉크의 인쇄면을 보호하는 역할을 하는 것이다.
즉, 잉크 피막에 슬립성을 부여하여 긁힘 현상을 방지할 수 있고, 예컨대 폴리에틸렌 왁스를 사용할 수 있으며, 0.2 내지 1중량부가 포함될 수 있는데, 바람직하게는 0.5 내지 1중량부가 포함되고, 1중량부를 초과하여 포함되면 후가공 적성에 영향을 줄 수 있다.
아울러, 본 발명의 에탄올을 포함한 용제는 40 내지 60중량부가 포함되는 것으로, 이때 에탄올은 친수성 용제이고, 증발 속도 또한 빠르기 때문에 인쇄 중 증발잠열로 인해 인쇄도막에 수분이 침범할 수 있는데, 그럴 경우 접착 불량 및 색상이 흐려지는 현상이 발생할 수 있다.
이를 해결하고자, 상기 에탄올과 증발속도가 유사하고 친환경 비수용성 용제인 디메틸카보네이트를 혼용하여 색상 및 수분유입으로 인한 불량을 개선할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서 에탄올을 포함하는 용제는 에탄올 단독으로도 적용될 수 있고, 상술한 바와 같이 디메틸카보네이트와 혼합하여 적용할 수 있으며, 용제의 비점을 조절하는 것으로 건조 속도를 조절하여, 그 건조 속도를 향상시킬 수 있도록 메틸아세테이트도 혼합하여 적용할 수 있는데, 이 경우 에탄올, 디메틸카보네이트 및 메틸아세테이트가 4:3:3의 중량비로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 잉크 조성물에는 경화제로서, 지방족 이소시아네이트 3 내지 5중량부 또는 아지리딘 1 내지 2중량부를 더 포함할 수 있는데, 여기에서 지방족 이소시아네이트는 알코올에서 반응속도가 느리고 사용 가능한 시간이 비교적 길며 2액형에서 안정성이 우수한 것으로, 상술한 우레탄수지의 조성에 포함되는 지방족 이소시아네이트와 달리 3가의 지방족 이소시아네이트가 사용될 수 있고, 알코올에 보다 안정적인 물성이 필요할 경우에는 아지리딘으로 경화제를 대체 적용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
[실시예1]
우레탄수지 14중량부, 비닐아세탈중합물 9중량부, 아크릴코폴리머 4중량부, 우레아알데히드수지 2중량부, 안료 15중량부, 에탄올 용제 54중량부, 왁스 첨가제 1중량부 및 경화제로 아지리딘 1중량부로 이루어진 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물을 제조하였다.
[실시예2]
우레탄수지 14중량부, 비닐아세탈중합물 9중량부, 아크릴코폴리머 4중량부, 우레아알데히드수지 2중량부, 안료 15중량부, 에탄올:디메틸카보네이트:메틸아세테이트=4:3:3으로 혼합된 용제 54중량부, 왁스 첨가제 1중량부 및 경화제로 아지리딘 1중량부로 이루어진 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물을 제조하였다.
[비교예1]
우레탄수지 27중량부, 비닐아세탈중합물 13중량부, 아크릴코폴리머 12중량부, 우레아알데히드수지 1중량부, 안료 15중량부, 에탄올 용제 30중량부, 왁스 첨가제 1중량부 및 경화제로 아지리딘 1중량부로 이루어진 그라비아 인쇄용 잉크 조성물을 제조하였다.
[인쇄성 검증]
동판 : 헤리오 동판
필름 : OPP 필름(1,100mm*30㎛*8,400m)
DRY 온도 : 65℃ 내지 85℃
잉크 희석 : 잉크와 에탄올을 1:1로 희석
인쇄속도 : 230m/min
인쇄기 : TPS SCAMPER 400 10도기
[표 1]
[측정 기준]
색상 : 기존 인쇄 견본과 비교, 육안검사 및 색차계(X-RITE eXact) 비교
인쇄 적합성 : 인쇄 중 판메임 등 인쇄 불량 발생이 있는지 체크
잉크 유동성 : 인쇄에 적합한 점도인지, 인쇄 중 점도의 변화가 있는지 체크(잔컵 점도계 및 Viscometer 사용)
접착성 : OPP 테이프로 붙였다가 50°각도로 떼어냈을 때 떨어지는지 여부 체크
BOILING : 잉크에 끈적임이 있어 인쇄필름 외면에 붙어 버리는 현상
후가공성 : 기포 발생 및 접착면이 떨어지는지 확인(무용제 드라이)
[건조 속도 비교]
동판 : 헤리오 동판
필름 : OPP 필름(1,100mm*30㎛*8,400m)
DRY 온도 : 65℃ 내지 85℃
잉크 희석 : 잉크와 에탄올을 1:1로 희석
인쇄기 : TPS SCAMPER 400 10도기
[표 2]
- 인쇄기의 기존 유성잉크 최대 인쇄속도는 280 내지 300m/min이고, 상기 표 2의 결과는 건조 능력만 비교한 것임.
- 상기 표 2의 건조는 인쇄시 롤에 뜯김 현상이 없는 기준이므로, 완전 건조와는 차이가 있음.
본 발명에서 상기 실시 형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
Claims (7)
- 우레탄수지 10 내지 15중량부, 비닐아세탈중합물 5 내지 10중량부, 아크릴코폴리머 2 내지 10중량부, 우레아알데히드수지 2 내지 5 중량부, 안료 10 내지 35중량부, 에탄올을 포함한 용제 40 내지 60중량부, 첨가제 0.5 내지 1중량부 및 경화제로 지방족 이소시아네이트 3 내지 5중량부 또는 아지리딘 1 내지 2중량부를 포함하며,
상기 우레탄수지는 PTMEG(Polytetramethylene ether glycol), PEG(Polyethylene glycol) 또는 PPG(Polypropylene glycol) 단독 또는 이 중 2개 이상의 조합으로 이루어진 폴리에테르폴리올 70 내지 80중량부, 지방족 이소시아네이트 20 내지 25중량부 및 디아민 1 내지 3중량부를 포함하고, 분자량이 20,000 내지 50,000이고, 고형분 40 내지 60%이며, 점도는 2,000 내지 12,000cps/25℃이고, 아민가가 3 이하이며,
상기 에탄올을 포함한 용제는 에탄올, 디메틸카보네이트 및 메틸아세테이트가 4:3:3의 중량비로 혼합되어 이루어짐을 특징으로 하는 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물. - 삭제
- 삭제
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- 제1항에 있어서,
상기 우레탄수지는 첨가제로 아미노실란을 더 포함함을 특징으로 하는 그라비아 인쇄용 친환경 잉크 조성물. - 삭제
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