KR20110078764A - 자외선 경화형 잉크 접착력이 향상된 코팅 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리에스테르 필름의 자외선 경화형 잉크의 인쇄성 및 접착성을 높이기 위한 코팅 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 접착성뿐만 아니라 내블로킹성이 양호하고, 특히 자외선 경화형 잉크와의 접착력이 우수하여 본 조성물로 코팅된 필름의 편면에 자외선 경화형 잉크를 인쇄하면 자외선 경화형 잉크와 기재간에 박리가 발생하지 않는 것을 특징으로 한다.

자외선 경화형 잉크, 코팅, 잉크접착력, 하이브리드 수계 에멀젼, 폴리우레탄수계 에멀젼, 폴리아크릴수계 에멀젼, 멜라민계 경화제

Description

자외선 경화형 잉크 접착력이 향상된 코팅 조성물{The Coating Composition having improved strong adhesion with ultraviolet curable ink }

본 발명은 자외선 경화형 잉크 접착력을 강화시키는 코팅조성물에 관한 것으로 본 조성물을 코팅한 폴리에스테르 필름은 자외선 경화형 잉크와 접착력을 강화시킴과 동시에 내블로킹성이 우수한 폴리에스테르 필름을 제공하게 하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 폴리에스테르 필름은 타 필름에 비해 내열/내한성, 내유성 등이 우수하며, 특히 뛰어난 투명성, 기체비투과성, 내습성, 내수성등이 우수하여 포장 재료 및 그래픽용 재료로 많이 사용되고 있다. 그 중에서 라벨용 및 그래픽용 제품은 보다 선명하고 화려한 인쇄 및 고속 인쇄를 위해 자외선 경화형 잉크를 인쇄한 후 자외선을 조사하여 잉크를 경화하여 기재에 접착시킨다. 만일 자외선 경화형 잉크와 접착력이 약할 경우 이형제와의 접착 또는 기타 가공 도중에 자외선 경화형 잉크와 필름 사이에 박리가 쉽게 일어난다.

따라서 라벨용이나 그래픽용도로 사용하기 위해 자외선 경화형 잉크를 인쇄하는 폴리에스테르 필름은 자외선 경화형 잉크와 접착력이 우수해야 한다.

이를 위해 폴리에스테르 필름에 자외선 경화형 잉크와 우수한 접착성을 보유하고 있는 수지를 도포하여 피막을 형성시켜 본래 필름의 성능보다 강화된 성능을 부여하여 주는 공정을 행하는데 앙카코팅 또는 프라이머 코팅이 그 예라고 할 수있다. 종래에는 필름에 자외선 경화형 잉크와 우수한 접착성을 강화하기 위해 수용성 폴리아크릴계 에멀젼 등을 주로 사용하였다. 수용성 폴리아크릴계 에멀젼은 주로 이인쇄성 향상 및 무기물 증착력 강화를 위해 쓰인다. 하지만 수용성 폴리아크릴계 에멀젼은 자외선 경화형 잉크와 접착성이 다소 약하여 자외선을 조사하여 경화시킨 자외선 경화형 잉크가 부분 박리되는 문제가 있고 또한 세밀하고 미려한 인쇄를 할수록 강한 접착력을 필요로 하게 되었다.

그에 따라 수용성 폴리아크릴계 에멀젼 대신 자외선 경화형 잉크 접착력이 우수한 코팅 조액의 개발이 필요하게 되었다.

일반적으로 폴리에스테르 필름에 자외선 경화형 잉크를 인쇄 후 자외선을 조사하여 잉크를 경화하면 경화한 잉크와 폴리에스테르 필름과의 접착력이 약하여 잉크가 폴리에스테르 필름에서 쉽게 박리되는 단점이 있다. 수용성 폴리아크릴계 에멀젼(A)은 일반적으로 폴리에스테르 필름과 건조 경화형 잉크의 접착력을 높이거나 무기물 증착력을 높이는데 사용된다. 하지만 세밀하고 미려하게 인쇄를 고속으로 진행하거나 폴리에스테르 필름의 열 수축을 방지하기 위해 열 건조를 사용하지 못하는 경우에는 자외선 경화형 잉크를 사용하여야 한다.

또 다른 방법으로는 미리 제조된 폴리에스테르 필름 편면에 오프라인 코팅 방식으로 수용성 폴리아크릴계 에멀젼(A)을 두껍게 코팅하고 열 건조 및 경화과정을 진행하여 자외선 경화형 잉크의 접착력을 향상시키는 방법이 있는데 이 방법 또한 오프라인 공정을 한번 더 거치면서 원가 상승을 일으키고 열 건조 및 경화공정 중 폴리에스테르 필름의 수축으로 인해 인쇄 핀트 불량 및 필름의 황변을 야기 시키는 단점이 있다. 따라서 더 강한 자외선 경화형 잉크 접착력을 나타내는 코팅 조액의 개발이 필요하다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명은 자외선 경화형 잉크 접착력 향상 코팅액을 수용성 폴리아크릴계 에멀젼(A) 대신 수용성 하이브리드계 에멀젼(D)을 적용하여 기존의 수성 폴리아크릴계 에멀젼(A)을 적정량 도포한 코팅 필름에 비하여 자외선 경화형 잉크 접착성을 강화시킨 코팅 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 코팅 조액의 장점인 부착성, 레벨링성을 향상시키기 위해 소량의 첨가제를 혼합한 자외선 경화형 잉크 접착성이 향상된 코팅 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 자외선 경화형 잉크 접착성이 향상된 코팅 조성물은 수성 하이브리드계(D) 에멀젼 100중량부에 대해서 멜라민계 경화제(B) 2~25중량부가 혼합된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 수성 하이브리드계(D) 에멀젼 100중량부에 대해서 카르보디이미드 경화제0.001~10 중량부가 혼합된다.

본 발명의 다른 바람직한 특징에 의하면, 수성 하이브리드계 에멀젼(D)은 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C)과 수성 아크릴계 에멀젼(A)을 혼합한 것으로서, 그 혼합비율은 수성 하이브리드계 에멀젼(A) 100중량부에 대하여 수성 폴리우레탄계 에 멀젼(C) 고형분이 3중량부를 가질 때 수성 아크릴계 에멀젼(A) 고형분이 97중량부를 차지하는 것부터 수성 하이브리드계 에멀젼(D) 100중량부에 대하여 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C) 고형분이 97중량부를 가질 때 수성 아크릴계 에멀젼(A) 고형분이 3중량부를 차지하는 것까지의 조성으로 구성된다.

자외선 경화형 잉크 접착성 향상 코팅액을 수용성 폴리아크릴계 에멀젼(A) 대신 수용성 하이브리드계 에멀젼(D)을 적용하여 기존의 수성 폴리아크릴계 에멀젼(A)을 적정량 도포한 코팅 필름이 나타내는 자외선 경화형 잉크 접착성을 강화하며, 유기첨가제의 첨가를 통하여 부착성, 웨팅성, 레벨링성이 향상 되었다.

이하 본 발명을 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 코팅액은 수용성 하이브리드계 에멀젼(D)과 수용성 멜라민계 경화제(B)을 혼합한 것이다.

여기서 수성 하이브리드계 에멀젼(D)은 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C)과 수성 아크릴계 에멀젼(A)을 혼합하여 사용하며 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C)과 수성 아크릴계 에멀젼(A)의 고형분 혼합비는 목표로 하는 자외선 경화형 잉크 접착성에 따라 달라질 수 있다. 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C)과 수성 아크릴계 에멀젼(A)의 혼합비는 수성 하이브리드계 에멀젼(D) 100중량부에 대하여 수성 폴리우레탄계 에멀 젼(C) 고형분이 3중량부를 가질 때 수성 아크릴계 에멀젼(A) 고형분이 97중량부를 차지하는 것부터 수성 하이브리드계 에멀젼(D) 100중량부에 대하여 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C) 고형분이 97중량부를 가질 때 수성 아크릴계 에멀젼(A) 고형분이 3중량부를 차지하는 것까지 다양하다 ((C)/(A):3-97/97-3).

수성 폴리우레탄계 에멀젼(C)이 수성 하이브리드계 에멀젼 100중량부에 대하여 3중량부 이하인 경우 수성 아크릴계 에멀젼(A) 100중량부를 사용한 것과 성능면에서 큰 차이가 없고 이것은 수성 하이브리드계 에멀젼 100중량부에 대하여 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C)을 97중량부 이상 사용한 경우도 마찬가지로 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C) 100중량부를 사용한 것과 큰 차이를 보이지 않는다. 또한 수성 하이브리드계 에멀젼(D) 100 중량부에 대하여 수성 멜라민계 경화제(B) 2~25중량부를 첨가하여 도포된 조액의 경화를 촉진한다. 멜라민계 경화제의 함량은 2이하이면 그 경화 효과가 적고 25이상이면 경화효과가 더 이상 상승하지 않는다.

경화제는 수성 멜라민계 경화제 뿐만 아니라 카르보이이미드 경화제를 수성 하이브리드계 에멀젼(A) 100중량부에 대해 0.001~10 중량부 첨가하여 경화를 촉진 시키는데 이용될 수 있다. 카르보이이미드 경화제의 함량은 0.001 이하이면 그 경화 효과가 적고 10이상이면 경화효과가 더 이상 상승하지 않으며 하이브리드 에멀젼 자체의 성분을 변화시켜 점도 등의 변화가 생겨 코팅면에 얼룩이 생기는 문제가 생길 수 있다.

수용성 폴리우레탄계 에멀젼(C)은 중량평균분자량이 5,000~400,000인 음이온성 아이오노머 (Ionomer) 자기 유화 수용성 폴리우레탄 수지이며 수용성 아크릴계 에멀젼(A)은 중량평균분자량이 10,000~300,000인 메틸 아크릴레이트 및/또는 부틸 아크릴레이트를 함유하는 음이온성 폴리아크릴수지이다. 또한 수성 멜라민계 경화제(B)는 메톡시 메틸 멜라민 경화제 이며 카르보디이미드 경화제는 중량평균분자량이 1,000~5,000인 다기능성 폴리카르보디이미드이다.

또한 필요에 따라서 코팅 표면의 슬립성을 강화하기 위한 수분산 콜로이달 실리카를 첨가하거나, 실리콘계열 소포제, 아크릴 공중합체 용액 같은 레벨링제, 웨팅제등을 일반적으로 10% 이하로 첨가할 수 있다.

소포제는 코팅 조액의 기포를 파괴하는 역할을 하며 주로 친유체와 폴리실록산 화합물의 혼합물이 적용되고, 웨팅제와 레벨링제는 코팅표면이 매끄럽게 코팅되도록 첨가하는 용액이며 폴리디메틸실록산 또는 폴리메틸알킬실록산이 그 대표적인 예이다.

본 발명에 의한 코팅제는 폴리에스테르 필름의 자외선 경화형 잉크 인쇄성과 피착재와의 접착성을 높이기 위한 코팅제로서 사용된다. 즉, 미연신 또는 1축 방향으로 연신되고 열처리 되어 있지 않은 폴리에스테르 필름의 편면에 본 발명에 의한 코팅액을 코팅한 후, 텐터부에서 횡 연신 및 열 고정시켜서 자외선 경화형 잉크 인쇄성이 향상된 2축 연신 폴리에스테르 필름을 생산할 수 있다.

본 발명에 의한 코팅제를 이용한 코팅방법은 특별히 한정하는 것이 아니고, 그라비아 롤(Gravure Roll), 리버스 그라비아(Reverse Gravure)법, 메이어 바(Meyer Bar)법, 슬롯 다이(Slot Die)법 등의 각종 코팅 방식을 채용할 수 있다.

이하 실시 예 및 비교 예를 들어 본 발명을 설명하나 본 발명이 이에 한정되 는 것은 아니다. 하기의 실시 예 및 비교 예에서 제조되는 필름의 각종 성능 평가는 다음의 방법으로 실시하였다.

(1) 자외선 경화형 잉크 접착력

코팅된 필름에 파란색 자외선 경화형 잉크(Type: FD 카툰 ACE CYANB (동양잉크社))를 인쇄적성기(RL-2 (Akira社))를 이용하여 일정 두께로 도포한 후 파장이 300nm이상 바람직하게는 320nm~450nm의 자외선을 0.2초 동안 조사하여 자외선 경화형 잉크를 경화한다. 3M® 810스카치 테이프를 이용하여 공기가 혼입되지 않도록 인쇄 잉크 부위에 붙여 5회 문지른 후 180°방향으로 재빨리 박리한 후 테이프에 잉크가 박리되어 전사된 잉크가 있는지 확인한다. 잉크가 전혀 박리되지 않고 필름에 남아있으면 자외선 경화형 잉크 접착력을 100%, 완전히 박리되는 것을 0%로 설정하여 남아있는 잉크 면적에 따라 접착력을 수치화하였다.

(2) 코팅성능 (웨팅성, 레벨링성) 측정

실제 폴리에스테르 필름에 코팅하였을 때 표면장력 이상에 의한 결함 및 이상무늬가 없는지 육안으로 확인하고 편광필름 사이에서 보았을 때 오렌지 필이나 버나드 셀 같은 얼룩이 발생하지 않는 정도를 평가하였다. 위의 모든 사항을 충족하는 경우 양호하다고 볼 수 있다.

(3) 기재와의 부착성 측정

폴리에스테르 필름에 코팅하고 연신 및 건조 경화가 완료된 최종 코팅 제품을 테이프를 이용하여 코팅면을 벗겨내고 그 위에 상기 자외선 경화형 잉크 접착력 테스트를 실시하여 접착력 저하가 있는지를 판별하였다. 접착력 저하가 발생하면 불량한 것으로 판정하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

< 실시예 1>

이하 사용된 모든 코팅 조액은 경화성능을 증가시키기 위해 수성하이브리드계(D) 에멀젼 100중량부에 대하여 멜라민계 경화제(B) 2~25중량부를 최종적으로 혼합한 수치임을 명시해 둔다. 이하 실시예 및 비교예 에서 사용된 코팅 조성물을 다음과 같은 방법으로 코팅 필름을 제조하여 그 성능을 측정하였다.

폴리에스테르를 T-Die로부터 용융 압출하고 캐스팅 롤에 밀착시켜 급냉 시킨 후 가열 롤의 주행 속도차를 이용하여 종 방향으로 1~5배 연신하여 1축 연신된 폴리아미드 필름을 얻었다. 곧바로 종 연신된 폴리아미드 필름의 편면에 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C)과 수성 아크릴계 에멀젼(A)을 표 1에 기재된 비율로 혼합한 하이브리드계 에멀젼(D)을 그라비아 코터를 이용하여 코팅 후 코팅층 두께가 0.005~1.0㎛가 되도록 코팅하였다. 이후, 텐더 예열부를 지나 횡 연신 직전의 필름의 코팅부위의 온도가 60~100℃, 비 코팅부위의 필름 온도를 60~110℃로 하여 건조하고 온도 90~200℃의 온도에서 1~5배 횡 연신한 뒤 160~250℃의 온도에서 열고정 처리하여 표면 이접착 코팅된 2축 연신 폴리에스테르 필름을 얻었다. 위 방법으로 만들어진 필름의 편면에 자외선 경화형 잉크를 위에 언급한 방법으로 도포 및 자외선 조사로 경화한 후 잉크 박리 테스트를 실시하였다.

< 실시예 2~5>

수성 폴리우레탄계 에멀젼(C)과 수성 아크릴계 에멀젼(A)의 혼합비를 조절하 여 <실시예 1>과 같은 방법으로 코팅, 연신한 필름의 편면에 자외선 경화형 잉크를 위에 언급한 방법으로 도포 및 자외선 조사로 경화한 후 잉크 박리 테스트를 실시하였다. 이렇게 얻어진 결과를 표 1에 정리하였다.

< 비교예 1>

종 연신된 폴리에스테르 필름의 편면에 이접착 코팅을 실시하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 온도로 예열, 연신, 열고정한 필름의 편면에 자외선 경화형 잉크를 위에 언급한 방법으로 도포 및 자외선 조사로 경화한 후 잉크 박리 테스트를 실시하였다. 이렇게 얻어진 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.

< 비교예 2>

수성 폴리아크릴계 에멀젼(A)만을 사용하여 <실시예 1>과 같은 방법으로 코팅, 연신한 필름의 편면에 자외선 경화형 잉크를 위에 언급한 방법으로 도포 및 자외선 조사로 경화한 후 잉크 박리 테스트를 실시하였다 이렇게 얻어진 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.

구분	수성아크릴 혼합비	수성우레탄 혼합비	자외선 경화형 잉크박리(%)	내블로킹성	코팅성	기재와의 부착성
실시예1	97~90	3~10	50~55	양호	양호	양호
실시예2	80~70	20~30	90~100	양호	양호	양호
실시예3	40~60	60~40	95~100	양호	양호	양호
실시예4	20~30	80~70	95~100	양호	양호	양호
실시예5	3~10	97~90	80~90	양호	양호	양호
비교예1	-	-	0~10	불량	양호	양호
비교예2	100	0	40~45	양호	양호	양호

상기 표1에서 보는 바와 같이 <실시예 1~5>의 경우, 자외선 경화형 잉크 접착력 향상 코팅을 실시한 것이 하지 않은 일반 폴리에스테르 필름(비교예1)과 종래의 폴리아크릴계 에멀젼(비교예2)을 사용한 경우보다 잉크 접착력 보다 월등히 높은 것으로 나타났으며 수성 폴리우레탄계(C) 에멀젼의 혼합비가 특히 70~80이하에서는 상당히 자외선 경화형 잉크 접착력이 증가하였다. 또한 각 실시예에서 사용된 코팅 조성물의 경우 웨팅성 및 레벨링성은 모두 이상무늬 및 결함이 생성되지 않았다. 그리고 폴리에스테르 필름과의 부착성은 모두 양호하였다.

Claims (5)

1. 수성 하이브리드계(D) 에멀젼 100중량부에 대해서 멜라민계 경화제(B) 2~25중량부가 혼합된 것을 특징으로 하는 자외선 경화형 잉크 접착력이 향상된 코팅 조성물.
2. 수성 하이브리드계(D) 에멀젼 100중량부에 대해서 카르보디이미드 경화제 0.001~10 중량부가 혼합된 것을 특징으로 하는 자외선 경화형 잉크 접착력이 향상된 코팅 조성물.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 수성 하이브리드계 에멀젼(D)은 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C)과 수성 아크릴계 에멀젼(A)을 혼합한 것으로서, 그 혼합비율은 수성 하이브리드계 에멀젼(D) 100중량부에 대하여 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C) 고형분이 3중량부를 가질 때 수성 아크릴계 에멀젼(A) 고형분이 97중량부를 차지하는 것부터 수성 하이브리드계 에멀젼(D) 100중량부에 대하여 수성 폴리우레탄계 에멀젼(C) 고형분이 97중량부를 가질 때 수성 아크릴계 에멀젼(A) 고형분이 3중량부를 차지하는 것까지의 조성으로 구성된 것을 특징으로 하는 자외선 경화형 잉크 접착력이 향상된 코팅 조성물.
4. 제 3항에 있어서,

   수용성 폴리우레탄계 에멀젼(C)은 중량평균분자량이 5,000~400,000인 음이온성 아이오노머 (Ionomer) 자기 유화 수용성 폴리우레탄 수지 이며 수용성 아크릴계 에멀젼(A)은 중량평균분자량이 10,000~300,000인 메틸 아크릴레이트 및/또는 부틸 아크릴레이트를 함유하는 음이온성 폴리아크릴수지인 코팅 조성물
5. 제 3항에 있어서,

   수성 멜라민계 경화제(B)는 메톡시 메틸 멜라민 경화제 이며 카르보디이미드 경화제는 중량평균분자량이 1,000~5,000인 다기능성 폴리카르보디이미드인 코팅조성물