KR20120136356A - 영상을 열 전사 인쇄 공정에 의해 2-차원 또는 3-차원 제품상에 전사하기 위하여 사용되는 매개물 및 이러한 매개물의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

열 전사에 의해 영상을 2-차원 또는 3-차원 제품에 수신 및 전사하도록 구성된 잉크 전사 매개물을 전통적으로 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET)로 제조된 서브-층, 영상 수신 코팅, 잉크 전사 코팅, 및 금속화된 층으로 제조된 장벽 코팅을 포함한다. 본 발명에 따르는 잉크 전사 코팅은 셀룰로오스 섬유 및 미세구, 그리고 일부 경우 실리카에 의해 형성된 안료 시스템의 조합물을 포함하는 층을 포함하며, 한편 장벽 코팅은 예컨대 유기 수지와 같은 수지를 포함하며 이 중 적외선 오븐을 사용하는 가열 단계 동안 더욱 편리한 결과를 유발할 때 카세인 및 그 유도체, 그리고 미네랄 요소가 있다.

Description

영상을 열 전사 인쇄 공정에 의해 2-차원 또는 3-차원 제품상에 전사하기 위하여 사용되는 매개물 및 이러한 매개물의 제조 방법{MEDIA USED FOR TRANSFERRING AN IMAGE ON A BI-DIMENSIONAL OR TRI-DIMENSIONAL ARTICLE BY A THERMAL TRANSFER PRINTING PROCESS AND PROCESSES FOR MAKING SUCH MEDIA}
발명의 분야
본 발명은 영상을 2-차원 또는 3-차원 제품 상에 인쇄하기 위한 방법 및 특히 영상을 전사하기 위하여 사용되는 매개물 및 이러한 매개물의 제조 방법에 관한 것이다.
배경
3-차원 제품상에 전사 인쇄(transfer printing)를 수행하기 위한 서로 다른 방법이 존재한다:
1. 인- 몰드 데코레이션( IN - MOULD DECORATION , IMD )
인쇄될 표면의 구조에 따라 이러한 인쇄를 수행하기 위하여 다음과 같은 두 가지 서로 다른 방법이 사용된다:
- FIM (필름 인서트 몰딩(Film Insert Moulding)): 이는 일반적으로 예컨대 휴대전화 쉘(mobile phone shell), 터치 스크린 패널 등과 같은 미소 중공(slight hollow)을 갖는 아이템(item)을 인쇄 및 몰딩하기 위하여 사용된다.
- IML (인-몰드 라벨링(in-mould labelling))은 예컨대 아이스크림 박스, 치즈 등과 같은 식품 포장을 위해 사용되는 플라스틱 용기 상에 인쇄된 라벨을 몰딩하기 위해 주로 사용된다.
FIM에 필요한 주입 및 성형 장치 그리고 IML을 위한 몰딩 기구 및 장비는 매우 고가이며 이러한 기술을 단지 대량 생산 실시에 적합하게 만든다. 이러한 인쇄 시스템의 또 다른 단점은 각각의 아이템이 특정 몰드를 요구한다는 점이다.
2. 수압 전사( CUBIC PRINTING ) (또한 딥 코팅( DIP COATING )으로 불림)
본 방법은 장식될 제품이 침적되는 잉크의 부유층을 남기는 특수 필름에 의해, 3차원 플라스틱 재료, 특히 용이하게 부서질 수 있는 거대 중공 제품에 인쇄를 전사하는 것을 허용하는 방법이다.
수압 전사(CUBIC PRINTING) 방법은 특화된 기법 및 장비가 요구되는데, 즉 필름이 부유하고 제품이 상기 필름상에 위치하는 유역(water basin)이 요구된다. 본 공정은 인쇄 위치설정의 높은 정밀도를 요구하지 않는 그래픽 요소, 전형적으로 자체적으로 반복되는 패턴에 대하여만 적용 가능하다. 높은 설정 비용을 고려하면, 본 공정은 대량 생산 실시에 대하여만 비용-효과적이다.
3. 잉크-젯 인쇄가능 필름을 이용하는 디지털 3D 승화.
특히 임의 그래픽 영상을 3-차원 제품에 전사하도록 설계된 열 성형가능 필름이 표준 잉크 피에조 기술에 의해 승화 잉크에 기초한 염료 및 안료를 사용하여 인쇄된다. 열 및 압력 하에서 딱딱하고 치수적으로 안정한 승화 종이(sublimation paper)와는 달리, 코팅된 열 성형가능 필름은 상기 필름이 부착되는 제품의 모양을 취하고 영상을 상기 제품의 표면에 승화시키도록 설계된다.
일반적으로, 전사는 210℃의 최대 전사 온도 이상의 용융 온도에서 플라스틱 재료(예컨대 PET, PA, PBT 등)에 대하여 이루어진다.
또한, 미리 폴리에스테르 니스 층으로 코팅된 경우, 임의 종류의 표면, 즉 목재, 금속, 유리 등에 인쇄를 전사하는 것이 가능하다. 전사 과정 동안 상단 층의 잉크는 승화하여, 고체에서 기체 상태로 변하고, 이에 따라 영상화될 제품의 표면을 투과하여, 상기 표면을 스크래치 내성(scratch resistant)으로 만든다.
이러한 공정은 두 단계를 요구한다.
제1 단계는 영상을 전사 매개물에 인쇄하는 단계를 포함한다. 이러한 유형의 인쇄는, 이러한 인쇄가 승화 잉크를 사용하여 수행되는 한, 여러 방법, 즉 스크린 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄, 오프셋 인쇄 또는 잉크젯 인쇄를 사용하여 수행될 수 있다. 서로 다른 유형의 인쇄 방법은 인쇄 매장에서 이미 시판중인 장비 및 특정 방법의 비용을 효과적으로 만드는 인쇄될 복사본의 수에 의존한다.
제2 단계는 인쇄를 제품에 전사하는 단계를 포함한다. 본 단계에서 중요한 점은 상기 매개물이 열 성형가능한 점과 잉크의 왜곡 및 영역 공극을 생성하지 않으면서 가장 높은 해상도를 갖는 영상을 생성하는 점이다. 공지된 바와 같이, 이러한 제2 단계는 재료를 오븐에 도입시키고 상기 재료의 표면과 인쇄될 제품 사이에 진공을 인가하여 수행된다. 오븐 내에서 상기 재료는 두 가지 서로 다른 방식으로 가열되는데; 첫 번째 방식은 통상 "대류 오븐(convection oven)"으로 불리는데 여기서 열은 저항 가열 부재에 의해 생성되고 온도는 재료의 균일한 가열 동안에 제어된 공기 흐름을 통하여 일정하게 유지된다. 두 번째 방식의 오븐 가열은 적외선(IR) 가열 시스템인데 여기서 적외선 램프가 매우 균일한 열 분포에 의해 재료를 직접 가열한다.
이러한 전사 매개물을 제조하기 위해 사용되는 기본적인 생성물은 APET(비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트)로 시장에 알려져 있다. IR 오븐에서 가열될 APET 필름은 전형적으로 금속화(metalized) 되어서, 전사된 영상의 품질 저하 및 잉크의 손상을 야기하는 승화 과정 동안 생성된 잉크 기체의 APET 필름으로의 이주를 방지하기 위하여, 기체상태 잉크와 APET 필름 사이의 충분한 장벽을 제공한다. 또한, 금속성 층은 잉크 보유 코팅의 접착을 개선한다.
금속화된 층의 단점은 작업자가 이러한 층을 통하여 관찰할 수 없다는 점이며 제품 및 인쇄된 영상의 위치를 정확하게 등록하기 힘들게 된다는 점이다. 금속화된 층의 장점은 IR 가열 시스템을 사용하는 오븐 내에서 APET의 더욱 신속하고 더욱 균일한 가열을 가능하게 한다는 점이다.
대류 오븐이 사용되는 경우, 또 다른 선택사항은 EP 1392 517 B1에 기재된 바와 같은 다양한 코팅을 갖는 160 내지 250 마이크론 두께의 APET로 제조된 기본 매개물(base medium)의 사용이다.
두 경우에서, 전사 필름이 코팅/처리되어서 이에 따라
- 가열 및 진공 하에 놓일 때 인쇄될 제품의 형상에 일치하도록 자신을 몰딩하고;
- 승화 잉크를 보유하고 일단 승화 잉크가 가열되고 그 기체 상태에 도달하면 승화 잉크를 방출하며;
- 최소량의 잉크 손실을 수반하여 잉크를 방출하며;
- 최고의 화질(image definition) 및 색 재현 일치성(color gamut fidelity)을 갖는 잉크를 방출하며; 그리고
- 인쇄되지 않은 영역에서 생성될 어떠한 기체 버블도 형성하지 않으면서, 필름과 인쇄될 표면 사이에서 승화 과정 동안 형성되는 증기의 배기(evacuation)를 가능하게 한다.
이러한 모든 조건 중에서, 가장 만족하기 어려운 것은 마지막 두 가지인데, 왜냐하면 이들은 최고의 가능한 화질을 얻기 위하여 기술적으로 상호 모순적인데, 이는 전사 필름과 인쇄될 제품 사이의 거리가 최소인 것이 필수적이기 때문이다.
완전한 접촉을 하면서, 잉크 증기는 어떠한 "블리딩(bleeding)"도 없이 최초 화질을 유지하면서 전사 필름의 코팅으로부터 인쇄될 제품의 표면으로 직접 이동한다. 이는 전형적으로 이미 공지된 승화 인쇄용 특수 종이를 사용하는 평탄 표면의 승화 인쇄를 위하여 사용되었던 공정이다.
그렇지만, 3-차원 인쇄의 경우, 전사 필름을 제조하기 위하여 열-성형가능 플라스틱 재료를 기판으로서 사용하는 것이 필수적이며, 가열되어 증기가 되면 두 표면 사이에 포획되는 습한 공기가 큰 체적을 차지하고 이는 방출될 수 없으며, 상기 습한 공기는 열-성형가능 플라스틱 재료와 제품의 표면 사이에 버블을 형성한다.
이러한 버블은, 그 크기에 의존하여, 잉크 증기 이주를 중화시키기 위해 축소되며, 이에 따라 잉크의 전사가 전혀 없는 정도까지 영상의 화질 및 일치성을 절충시킨다.
예컨대 유럽 특허 EP 1.102.682.B1 및 미국 특허 출원 US 2009/0068383 A1와 같이 공개된 서로 다른 특허는 우수한 화질을 가능하게 하고 공기가 빠져나가는 것을 허용하는 BEKK에 정의된 표면 거칠기(50" 미만)를 갖는 코팅의 필요성을 지적하였다.
개시된 이러한 서로 다른 코팅은 결합제로서 그리고 승화 잉크용 수용체로서 사용되는 많은 수지 중 하나에서 안료 시스템의 분산에 주로 의존하는 조성을 가진다. 표면의 거칠기를 결정하는 것은 안료 시스템의 종류 및 그 입자 치수(granular dimension)의 선택이다. 모든 이러한 공개 문헌은 원하는 표면 거칠기를 유지하기 위해 서로 다른 치수 및 구경이 정해진 실리카의 사용을 개시한다. 이러한 실리카 입자의 사용으로부터 도출되는 문제점은 이러한 것들이 공기 소산(air dissipation)에 대하여 비효율적인 수단이라는 것이다. 또한, 실리카가 액체 상태의 잉크를 흡수하고 승화 사이클 동안 이를 방출하는 중요한 기능을 제공하기 때문에, 개시된 조성물은 승화 사이클 동안 해당 잉크의 일부 용량만을 방출한다.
전사 단계 동안 잉크의 손실을 가능한 한 많이 제한하기 위한 노력은 APET 열-성형가능 필름이 적절한 처리에 의해 전사 동안 잉크 증기의 흐름으로부터 격리되는 것을 요구한다. 이러한 장벽 처리는 통상 스퍼터링 공정 또는 진공 금속화를 통한 금속(즉, 알루미늄) 박막의 증착을 통하여 획득된다. 이러한 기술은 장벽에 관한 우수한 결과를 얻으며 IR 기술을 사용하는 오븐의 성능을 최적화시키지만, 비용 및 추가 코팅을 위한 베이스로서 금속 박막의 연약함(fragility)에 관한 단점을 가지며, 최종적으로, 가장 중요한 사항인데, 금속이 빛을 차단하는 단점을 가진다. 이러한 마지막 요인은 필름을 인쇄될 제품에 덮고 위치시키는 것을 어렵게 만든다.
공지되어 있고 추가 코팅을 위한 프라이머로서 사용되는 많은 수지(resin)는 수계(aqueous based) 탑 코팅과 호환성이 거의 없으며 승화 잉크에 대한 높은 수준의 흡수성을 가지며, 이에 따라 이들은 장벽으로서 역할을 하지 않을 것이다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 단지 실리카로 제조된 것이 아니라, 안료 시스템의 조합으로 제조된 잉크 전사에 적합한 APET 필름 코팅을 제공하는 것이며, 이는 승화 과정 동안 최대량의 잉크 복원 및 더 나은 잉크 보유를 수반하면서 표면 거칠기를 최적화하며, 이에 따라 잉크의 손실과 관련된 비용을 절감하며, 특히 무엇보다도 최선의 조건에서 잉크 증기에 의해 생성된 공기 압력이 진공 하에서의 승화 과정 동안 방출된다.
본 발명의 개발 동안, 특정 치수의 셀룰로오스 섬유 및 특정 치수 및 종류의 미세구(microsphere)로 제조된 혼합물이 실리카의 사용을 완전하게 또는 부분적으로 감소시키며 전술한 단점을 극복하는 것으로 밝혀졌다.
셀룰로오스 섬유 및 미세구로 제조된 이러한 잉크 캐리어 혼합물이 잉크 젯 인쇄용 종이 또는 필름의 생산에 사용되는 동일한 종류의 수지에 의해 결합된 조성물에 혼입된다.
본 발명에 따라, 결합 시스템의 5% 내지 30%의 비율로 혼입된 예컨대 15 마이크론 두께의 셀룰로오스 섬유의 사용 및, 결합제와의 관계에서 0.20% 내지 1.00% 비율인 메타크릴레이트 미세구의 사용이, 사용된 오븐의 종류 및 인쇄될 제품과 관련하여, 영상 상세사항의 정확성 및 전사된 영상의 연색성(color rendition) 및 우수한 공기 배기와 같은, 최선의 절충점을 산출하는 것이 밝혀졌다.
미세구를 사용하는 선택은, 실리카를 단독으로 사용하여 획득된 것보다 더 큰 거칠기 및 훨씬 더한 균질성을 얻기 위한 필요성, 및 동시에 승화 시에 코팅에 흡수되는 잉크를 제거하기 위한 필요성에 의해 결정되었다. 최종적으로, 미세구는 전사 매개물와 인쇄될 제품 사이의 최적의 거리를 정확하게 측정하는 것을 가능하게 한다. 통상 이러한 종류의 조성물에 대한 결합제로 사용되는 수지는, 수성 또는 하이드로-알코올에 혼입된 가소제 또는 연화제와 함께 폴리비닐 알코올, 셀룰로오스계 수지로 제조된다.
본 발명에 따른 잉크 전사 코팅 조성물의 예
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최종 배치는, 20 Kg의 프리믹스 1, 10 Kg의 프리믹스 2, 18 Kg의 프리믹스 3 및 10 Kg의 프리믹스 4 및 최종적으로 코팅 헤드 층을 생성하기 위한 800 내지 1100 센티푸아즈의 원하는 점도에 도달하기에 적절한 양의 물의 순서로, 교반 하에서 혼합하고 첨가하여 획득된다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 금속화를 대체하는 APET (비정질 폴리에틸렌-테레프탈레이트) 필름의 표면의 화학 코팅 또는 처리에 기초한 장벽 코팅을 정의하는 것이다. 수지 또는 미네랄 요소로 제조된 이러한 장벽 코팅은 전술한 잉크 전사 코팅을 보유(hold)하는 기능(금속성 장벽에 대하여는 어려운 기능임)을 가지며 또한 이러한 장벽 코팅은 많은 중요한 적용분야에 대하여 투명할 필요가 있다.
또한 프라이머(primer)로 불리는 이러한 종류의 장벽 코팅은 잉크 전사 코팅에 사용되는 것과 유사한 기술에 의해 APET 필름에 도포된다. 이는 동일 생산 플랜트의 라인에서 두 가지 코팅이 도포되는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 구체적인 목적은 잉크 전사 코팅의 특성과 관련하여 필요한 경우 미네랄 또는 유기 안료 시스템과 함께, 수용액 중의 유기 수지로 제조된 장벽 코팅을 생성하는 것이다. 주된 성분으로 카세인 및/또는 그 유도체를 사용하는 프라이머는 - APET가 미리 코로나 처리를 받았거나 또는 TCA 처리와 같은 화학적 표면 처리를 받은 경우 - APET 필름과의 매우 우수한 결합을 수행할 것이며, 잉크 증기에 대한 매우 낮은 흡수 계수 및 최종적으로 잉크 전사 코팅과의 최적의 호환성을 가질 것이다.
본 발명을 입증하기 위한 장벽 코팅 조성물의 실시예
일정한 교반 하에서 뜨거운 물 중의 혼합 비율 5% 내지 20%의 라틱 카세인 및 2 내지 7%의 수산화 암모늄을 첨가한 용액을 제조한다. 이러한 적용은 1.5 내지 5 g/m2의 건조 코팅을 획득하기 위하여 전통적인 기술을 사용하여 수행될 수 있다.
TCA 에칭에 기초한 APET 의 사전 처리의 실시예
물 중의 1 내지 10% 농도의 PVA (폴리비닐 알코올), 및 3 내지 20% 농도의 TCA(트리클로로아세트산)의 용액을 교반 하에 제조한다. 본 용액을 에어 나이프(air knife) 또는 메이어 바 시스템(Meyer bar system)에 의해 APET 필름에 도포하여 필름 또는 최종 코팅의 특정한 특징에 의존하여 3 내지 10 g/m2 범위의 습식 코팅 중량을 획득한다. 이러한 코팅은 적절한 조건에서 건조될 필요가 있다.
또한 본 발명은 금속화된 층으로 제조된 종래의 장벽 코팅의 더 우수한 사용을 가능하게 하는데, 상기 금속화된 층이 올바른 정렬을 만족하는데 있어서의 어려움과 같은 앞서 언급한 단점을 갖지만, 버블의 생성을 제거하는 셀룰로오스 섬유 및 미세구에 의해 생성된 안료 시스템의 본 발명에 따르는 조합물을 포함하는 잉크 전사 코팅과 함께 적외선 오븐을 사용하는 경우 더욱 효율적일 수 있다.
본 발명은 예시적이나 본 발명의 구체 예를 제한하지 않는 실시예를 개시하며, 본 발명의 실시예는 첨부된 청구항의 원리 내에서 많은 변화 및 변형이 가능하며, 기술적 상세사항은 특수한 조건 및 기술적 개발에 따라 변할 수 있다.

Claims (9)

  1. 열 전사에 의해 영상을 2-차원 또는 3-차원 제품에 수신 및 전사하도록 구성된 잉크 전사 매개물에 있어서, 상기 매개물은 비정질 폴리에틸렌 테레프탈레이트(APET)로 제조된 서브-층, 영상 수신 코팅, 잉크 전사 코팅, 장벽 코팅 및 결합 시스템을 포함하며,
    - 상기 잉크 전사 코팅은 셀룰로오스 섬유 및 미세구, 그리고 일부 경우 실리카에 의해 형성된 안료 시스템의 조합물을 포함하는 층을 포함하며, 그리고
    - 상기 장벽 코팅은 APET 필름에 도포된 잉크 전사 코팅을 지지하는 미네랄 요소 및 수지를 포함하는, 잉크 전사 매개물.
  2. 제 1 항에 있어서, 장벽 코팅을 형성하는 상기 수지는 유기 수지임을 특징으로 하는, 잉크 전자 매개물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 장벽 코팅의 상기 유기 수지는 미네랄 또는 유기 안료 시스템이 있는 수용액 중에 있음을 특징으로 하는, 잉크 전자 매개물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 장벽 코팅의 상기 유지 수지는 카세인 및 그 유도체 중 적어도 하나에 의해 형성됨을 특징으로 하는, 잉크 전자 매개물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 장벽 코팅의 상기 유기 수지는 물 중의 5-20%의 라틱 카세인(lactic casein) 및 2-7%의 수산화 암모늄의 용액이며 1.5-5 gr/m2의 무수 코팅을 형성함을 특징으로 하는, 잉크 전자 매개물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 잉크 전사 캐리어가, 결합 시스템의 5% 내지 30%의 비율로 혼입된 예컨대 15 마이크론의 적절한 두께의 셀룰로오스 섬유 및, 결합제와의 관계에서 0.20% 내지 1.00% 비율인 메타크릴레이트 미세구를 포함함을 특징으로 하는, 잉크 전자 매개물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결합 시스템은 수성 또는 하이드로-알코올에 혼입된 가소제 또는 연화제와 함께 폴리비닐 알코올, 셀룰로오스계 수지 중에서 선택되는 수지를 포함함을 특징으로 하는, 잉크 전자 매개물.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 장벽 코팅은 금속화된 층에 의해 형성됨을 특징으로 하는, 잉크 전자 매개물.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 청구된 잉크 전사 매개물을 획득하는 방법에 있어서,
    - APET 필름이, 그 상부에, 물 중의 1 내지 10% 농도의 PVA(폴리비닐 알코올) 및 3 내지 20% 농도의 TCA (트리클로로아세트산)의 용액을, 에어 나이프(air knife) 또는 메이어 바 시스템(Meyer bar system)과 같은 정확한 도포 시스템에 의해 도포하여 사전처리되어, 필름 및 최종 코팅의 특정한 특징에 의존하여 3 내지 10 g/m2 범위의 습식 코팅 중량을 획득하며;
    - 장벽 코팅이, 일정한 교반 하에서 뜨거운 물 중의 혼합 비율 5% 내지 20%의 라틱 카세인 및 2% 내지 7%의 수산화 암모늄의 용액을 제조하여 1.5 내지 5 g/m2의 건조 코팅을 수행함으로써 획득되며,
    - 결합 시스템의 5% 내지 30%의 비율로 혼입된 예컨대 15 마이크론의 적절한 두께의 셀룰로오스 섬유 및, 결합제와의 관계에서 0.20% 내지 1.00% 비율인 메타크릴레이트 미세구가 함께 사용되어 잉크 전사 캐리어를 생성하는 것을 특징으로 하는, 잉크 전사 매개물을 획득하는 방법.
KR1020127023192A 2010-02-18 2010-02-18 영상을 열 전사 인쇄 공정에 의해 2-차원 또는 3-차원 제품상에 전사하기 위하여 사용되는 매개물 및 이러한 매개물의 제조 방법 KR20120136356A (ko)

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