KR20210067430A - 수성 경화형 잉크 조성물을 이용한 장식재의 제조방법 - Google Patents

수성 경화형 잉크 조성물을 이용한 장식재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수성 잉크 조성물을 이용한 장식재의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 다르면 유해물을 발생시키지 않아 친환경적이면서도, 우수한 내광성 및 내수성을 갖는 장식재를 제공할 수 있다.

Description

수성 경화형 잉크 조성물을 이용한 장식재의 제조방법{Method decoration materials using water-based ink composition}
본 발명은 수성 잉크 조성물을 이용한 장식재의 제조방법에 관한 것이다.
장식재의 일 구성요소인 인쇄층은 PVC 등의 시트 상에 용제를 포함하는 잉크를 인쇄하여 형성되었다. 종래에는, 인쇄층에 이용되는 용제로 톨루엔, 크실렌 등과 같은 유기 용제가 사용되며, 이러한 유기 용제는 잉크의 건조 공정 중에 대기 중으로 휘발성 유기화합물(VOC, Volatile Organic Compounds)시킬 수 있으며, 이는 작업환경을 악화시키며 사용자에게 유해 물질로 작용하여 환경적인 측면에서 문제가 발생한다.
따라서, 상기의 문제를 해결을 위하여, 기존의 유성 잉크를 사용하는 대신, 수성 잉크를 사용하려는 연구가 진행되고 있다. 그러나, 환경적인 측면에서는 장점이 있으나, 수성 잉크로 제조된 장식재는 외부로부터 습기를 머금는 등 수분에 약하여 내수성 문제를 유발할 수 있으므로, 이에 대한 해결책이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수성 잉크 조성물을 이용한 장식재의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 실시예는 수성 잉크 조성물을 이용한 장식재의 제조방법을 제공하는 것으로, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
본 발명은 기재층(10)을 준비하는 단계(S10)를 포함할 수 있다.
기재층(10)은 장식재의 기본이 되는 층으로, 상부에 적층되는 복수의 층을 지지하고 상부나 하부의 충격을 흡수하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 기재층(10)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 일반적인 기재라면 특별히 제한되지 않으며, 일 예로서, 종이, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐아세테이트(PVAC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리우레탄(PU), 폴리락트산(PLA) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 기재층(10)의 표면은 임의의 형태일 수 있으나, 상부의 잉크 수용층(20)과 인쇄층(30)의 균일한 도포를 위해서는 평평한 상태일 수 있으며, 이에 따라 기재층 상에 도포되는 인쇄층을 통해 원하는 무늬를 더욱 정교하게 현출시킬 수 있다.
본 발명은 기재층(10) 상에 잉크 수용층(20)을 형성하는 단계(S20)를 포함할 수 있다. 다만, 잉크 수용층은 발명의 목적에 따라 잉크 수용층을 형성하는 단계를 생략하고, 기재층(10) 상에 인쇄층(30)을 곧바로 형성할 수도 있다.
기재층(10) 상의 잉크 수용층 조성물을 도포하고 도포된 잉크 수용층 조성물을 건조하여 잉크 수용층(20)을 형성할 수 있으며, 조성물 도포 방법으로는 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 방법을 이용할 수 있으며, 일 예로서, 롤 코팅 방법을 이용할 수 있다.
상기 잉크 수용층(20)은 장식재의 인쇄 적성도를 극대화하고 내구성을 증대시키는 역할을 수행할 수 있다. 잉크 수용층(20)은 기재층(10)과 인쇄층(30) 사이에 위치할 수 있으며, 인쇄층(30)이 기재층(10) 상에 형성되는 것을 보조할 수 있다.
상기 잉크 수용층(20)의 조성물은 아크릴계 에멀젼을 주성분으로 하여, 잉크 수용층(20) 내의 아크릴계 에멀젼은 기재층(10)과 인쇄층(30)을 바인딩할 수 있다. 따라서, 잉크 수용층(20)이 위치함에 따라, 인쇄층(30)은 기재층(10)을 구성하는 재료의 종류에 구애받지 않고 기재층(10) 상에 정교하고 선명하게 형성될 수 있다.
상기 잉크 수용층(20)의 바람직한 두께 범위는 2㎛ 내지 5㎛이다. 잉크 수용층(20)의 두께가 상기 하한 값보다 얇은 경우, 잉크 수용층 내 포함되는 아크릴계 에멀젼의 양이 부족하여 인쇄층(30)과 기재층(10)을 바인딩하지 못할 수 있다. 또한, 잉크 수용층(20)의 두께가 상기의 상한 값보다 두꺼운 경우, 잉크 수용층(20)이 너무 두꺼워 인쇄층(30)과 기재층(10) 사이 거리가 멀기 때문에 인쇄층(30)이 기재층(10)에 바인딩되지 못할 수 있다.
본 발명은 기재층(10) 또는 잉크 수용층(20) 상에 수성 잉크 조성물을 인쇄하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. 수성 잉크 조성물을 이용하여 기재 상에 무늬를 부여하는 인쇄층(30)을 형성할 수 있다.
수성 잉크 조성물의 인쇄는 잉크젯 방식, 그라비어 방식, 스크린 방식, 오프셋 방식, 로터리 방식 또는 플렉소 방식 및 이들의 조합에 따라 선택된 적어도 하나의 방법에 의하여 기재층(10) 또는 잉크 수용층(20) 상에 이루어질 수 있다.
상기 수성 잉크 조성물은 잉크, 수성 용매, 및 광개시제를 포함할 수 있다.
잉크는 바니쉬(varnish)로 사용하기 위한 무색 잉크일 수 있으나, 적어도 1종의 착색제를 포함할 수 있다. 일 예로서, 잉크는 시안 잉크, 마젠타 잉크, 옐로 잉크 및 블랙 잉크의 CMYK 잉크일 수 있다.
하나의 예로서, 잉크는 경화성 아크릴레이트를 포함할 수 있으며, 경화성 아크릴레이트는 아크릴레이트를 주성분으로 하는 아크릴계 화학 반응물(예를 들어, 모노머, 올리고머 등)로, 자외선 또는 열 조사로 단독 또는 공중합되어, 에멀젼 형태의 수분산(colloidal dispersion)형 또는 수용성(water-soluble)형 수지를 형성할 수 있다.
경화성 아크릴레이트는 수성 잉크 조성물 100 중량부 대비 20 내지 30 중량부로 포함될 수 있다.
상기 아크릴계 화학 반응물은, 일 예로서, 이소보닐아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 헥실아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 사이클로헥실 아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 아틸 메타아클릴레이트, 헥실 메타아크릴레이트, 이소프로필메타 아크릴레이트,부틸메타아크릴레이트, 헥실메타아크릴레이트, 옥틸메타아크릴레이트, 아크릴산, 메타아크릴산, 글리시딜아크릴레이트, 글리시딜메타아크릴레이트, 하이드록시에틸아크릴레이트, 하이드록시에틸메타아크릴레이트, 하이드록시프로필아크릴레이트, 하이드록시프로필메타아크릴레이트일 수 있고, 상기 화합물들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 잉크 내 경화성 화학 반응물로 아크릴계 화학 반응물 이외에도 에폭시계, 우레탄계 또는 스티렌계 화학 반응물을 더 포함할 수 있다.
특히, 경화성 아크릴계 에멀젼은 계면활성제, 유화제, 방부제 또는 완충제를 더 포함할 수 있다. 유화제는 비이온성, 음이온성, 양이온성 또는 양쪽이온성일 수 있고 바람직하게는 30 내지 35 dynes/㎝의 범위에서 양호한 퍼짐성을 갖는다. 방부제는 곰팡이나 박테리아가 에멀젼의 물성을 변화시키는 것을 방지한다. 완충제는 에멀젼의 중합이 산성 환경에서 이루어질 경우 중합 반응 시 pH를 안정화시킨다.
또한, 경화성 아크릴계 에멀젼은 바람직하게는 유화중합(Emulsion polymerization)에 의하여 만들어질 수 있으나 제조방법이 특별히 한정되는 것은 아니다. 유화중합에 의하여 아크릴계 에멀젼을 제조할 경우 수율이 좋고 생성된 아크릴계 에멀젼의 분자량 분포(Mw/Mn)가 2.0 내지 4.84의 비교적 적은 범위에서 나타난다는 장점이 있다.
수성 용매는 물을 포함할 수 있으며, 자세하게는, 증류수, 탈이온수, 정제수, 수돗물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 따라서, 경화성 아크릴레이트와 그 외 광개시제, 안료, 기타 첨가제 등이 수성 용매 중에 분산 또는 용해될 수 있다. 수성 용매 중 화합물들의 용해도를 향상시키는 등 필요한 경우, 수성 용매로 유기 용매를 포함할 수도 있다. 수성 용매는 수성 잉크 조성물 100 중량부 대비 40 내지 60 중량부로 포함될 수 있다. 필요에 따라, 수성 용매는 계면활성제를 포함할 수 있으며, 계면활성제는 음이온성, 양이온성, 비인온성 또는 쯔비터이온성일 수 잇다.
이와 같이, 본 발명의 수성 잉크 조성물은 용매로서 주로 유기 용매가 아닌물을 이용하므로, 공정 과정에서 인체에 유해한 포름알데하이드나 기타 유해 물질을 발생시키지 않을 수 있다.
광개시제는 필요에 따라 본 발명의 기술분야에서 공지된 것을 선택하여 이용할 수 있으며, 특히, 수분산성 또는 수용성인 것을 이용할 수 있다. 수성 잉크 조성물 100 중량부 대비 0.5 내지 3 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 필요에 따라, 본 발명에 따른 잉크 조성물은 착색제를 더 포함할 수 있다. 착색제는 염료, 안료 및 이의 조합일 수 있으며, 필요에 따라 본 발명의 기술분야에서 공지된 것을 선택하여 이용할 수 있다. 착색제는 수성 잉크 조성물 100 중량부 대비 3 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 착색제로 특별히 제한되는 것은 아니며, 응용에 따라서 공지된 착색제를 적절히 선택할 수 있다.
본 발명은 상기 인쇄된 수성 잉크 조성물에 적외선을 90℃ 내지 150℃의 온도로 조사하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
자세하게는, 적외선 조사 온도의 하한은 95℃ 이하, 100℃ 이하, 105℃ 이하, 또는 110℃ 이하일 수 있으며, 상기 하한보다 낮은 값을 갖는 경우, 용매가 충분히 건조되지 않을 수 있다. 또한, 적외선 조사 온도의 상한은 145℃ 이상, 140℃ 이상, 135℃ 이상, 또는 130℃ 이상일 수 있으며, 상한보다 높은 값을 갖는 경우, 기재층(10)이 변형될 수 있다.
적외선은 0.78㎛ 내지 1000㎛의 파장을 갖는 전자기파로, 본 발명에 다른 적외산 조사시, 0.78㎛ 내지 4㎛ 파장을 갖는 적외선을 이용할 수 있다.
적외선 조사는 적외선 램프를 이용하여 수행될 수 있다. 필요한 경우, 적외선을 조사하는 방법 이외에 열풍을 송풍하는 방법, 고온에서 보관하는 방법 등을 병용할 수 있다.
수성 잉크 조성물에 적외선을 조사함으로써, 기재층(10) 또는 잉크 수용층(20) 상에 인쇄된 수성 잉크 조성물 내에 포함된 용매를 제거할 수 있다. 이는 수성 잉크 조성물을 경화하는 단계와는 별도로 수행되는 단계로, 경화용 에너지가 인가되기 전에, 적외선 램프로 용매를 제거하기에 충분한 열복사를 방출할 수 있다.
본 발명은 잉크에 자외선을 조사하기 전에 적외선을 조사하는 단계를 별도로 수행하여, 수성 잉크 조성물 내에 포함된 용매를 충분히 제거함에 따라, 수성 잉크를 이용함에도 불구하고, 수성 잉크 조성물을 기재 상에 인쇄한 후 곧바로 적외선을 조사하여 얻어진 장식재에 비교하여, 내수성 및 내광성이 더욱 개선된 장식재를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 적외선이 조사된 수성 잉크 조성물에 자외선을 조사하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
자외선 조사는 UV-LED 램프를 이용하여 수행될 수 있으며, 이는 환경 유해 물질의 발생이 없어 친환경적이고 비교적 장수명을 갖는 점에서 이점이 있다. 이 외에도, 메탈 할라이드 램프 또는 수은 램프를 이용할 수 있다.
본 발명은 조성 잉크 조성물에 최종적으로 자외선을 조사함으로써, 기재층(10) 상에 형성되는 인쇄층(30)을 제공할 수 있으며, 자외선 조사에 의하여 인쇄층(30)을 형성함에 따라 고온 처리의 열이 필요하지 않으며, 고온 처리에 의해 인쇄층을 형성하는 방법 대비, 공정이 친환경적이며 공정 시간이 짧아지는 이점이 존재한다.
인쇄층(30)은 1㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
필요한 경우, 인쇄층(30) 상에 투명층(40)을 형성하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
투명층(40)은 장식재의 최외층을 형성하는 것일 수 있으며, 내스크래치성이나 내마모성 등의 표면 품질을 향상시키고, 내오염성을 개선하는 효과를 부여할 수 있다. 상기 투명층(40)은 열 라미네이션에 의하여 상기 인쇄층(30) 상에 형성될 수 있다.
상기 투명층(40)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 필름, 폴리카보네이트 필름, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 조성물로 형성될 수 있다.
상기 투명층(40)의 두께는 바람직하게는 0.5mm 내지 5mm이다. 투명층(40)의 두께가 상기 하한 값 미만인 경우 장식재의 내스크래치성, 내마모성, 내오염성의 개선이 달성되지 않을 수 있다. 또한, 투명층(40)의 두께가 상기 상한 값을 초과하는 경우에는 투명층(40)에 의한 가시광선의 반사 내지는 굴절에 의하여 인쇄층이 표현하고자 하는 무늬의 현출이 저하될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 수성 잉크 조성물을 이용한 장식재의 제조방법에 따라, 유해물을 발생시키지 않아 친환경적이면서, 우수한 내광성 및 내수성을 갖는 장식재를 얻을 수 있다.
그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수성 잉크 조성물을 이용한 장식재 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장식재의 단면도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실험예들; Examples]
실시예
기재층 상에 인쇄 수용층을 코팅하여 형성하고, 인쇄 수용층 상에 수성 잉크 조성물 100 중량부 대비 본 발명에 따른 경화성 아크릴레이트(에멀젼)를 갖는 잉크 20 내지 30 중량부, 증류수 40 내지 60 중량부, 광개시제 0.5 내지 3 중량부 및 안료 3 내지 15 중량부를 포함하는 수성 잉크 조성물을 인쇄하였다. 상기 인쇄된 수성 잉크 조성물은 IR 램프로 120℃의 적외선을 조사한 다음, UV-LED 램프를 조사하여, 장식재를 얻었다.
비교예 1
경화성 아크릴레이트(에멀젼)를 갖는 잉크 대신 경화성 수지를 갖지 않는 수성 잉크를 이용한 점, 수성 잉크 조성물에 IR 램프로 적외선 조사를 하지 않은 점, 및 자외선을 조사하지 않은 점을 제외하고는, 상기 실시예와 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 2
용매로 증류수 대신 톨루엔을 이용한 점, 수성 잉크 조성물에 IR 램프로 적외선을 조사하지 않은 점을 제외하고는, 상기 실시예와 동일한 방법으로 제조하였다.
< 평가예 >
하기의 표 1은 상기 실시예 및 비교예들에 따라 얻은 장식재의 내광성, 내수성 및 작업공간 평균 유기용제 농도에 대한 측정 결과를 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure pat00001
1. 내광성 평가
QUV 내광 시험기를 이용하여, 500시간 동안 실시예 및 비교예들에 따른 장식재들을 340nm 자외선 하에서 방치한 후, 색차값의 변화를 측정한 것이다.
2. 내수성 평가
실시예 및 비교예들에 따른 장식재의 잉크층에 물을 충분히 묻힌 헝겊으로 마찰시켜, 하기의 기준과 같이, 육안으로 판정하였다.
O : 헝겊이 인쇄층으로 물들지 않으며, 평가 전과 비교하여 인쇄층의 외관상 변화가 크게 없음
△ : 헝겊이 인쇄층으로 다소 물들어, 평가 전과 비교하여 인쇄층의 외관상 변화를 육안으로 손쉽게 알 수 있음
X : 헝겊이 인쇄층으로 완전히 물들고, 평가 전과 비교하여 인쇄층이 크게 소실됨.
3. 작업 공간 평균 유기용제 농도 평가
인쇄층의 인쇄 공정시, 근로자의 호흡기 위치에 개인용 시료 포집기(LFS 113DC, Gilian, USA)를 이용하여 6시간 동안 포집된 유기용제의 농도를 측정하였다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 기재층을 준비하는 단계;
    상기 기재층 상에 수성 잉크 조성물을 인쇄하는 단계;
    상기 인쇄된 수성 잉크 조성물에 적외선을 90℃ 내지 150℃의 온도로 조사하는 단계; 및
    상기 수성 잉크 조성물에 자외선을 조사하는 단계를 포함하는 장식재 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재층 상에 잉크 수용층을 형성하는 단계를 더 포함하는 장식재 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재층은 종이, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐아세테이트(PVAC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리우레탄(PU), 폴리락트산(PLA)을 포함하는 장식재 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 수성 잉크 조성물의 인쇄는 잉크젯 방식, 그라비어 방식, 스크린 방식, 오프셋 방식, 로터리 방식 또는 플렉소 방식 및 이들의 조합에 따라 선택된 적어도 하나의 방법에 의하여 이루어지는 것인 장식재 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수성 잉크 조성물은 잉크, 수성 용매 및 광개시제를 포함하는 장식재 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 잉크는 경화성 아크릴레이트를 포함하는 장식재 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 수성 용매는 증류수, 탈이온수, 정제수, 수돗물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 장식재 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 수성 용매는 수성 잉크 조성물 100 중량부 대비 40 내지 60 중량부로 포함하는 장식재 제조방법.
  9. 청구항 1의 장식재 제조방법에 의하여 형성되고,
    상기 기재층 및 상기 기재층 상에 형성된 인쇄층을 포함하는 장식재.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 인쇄층은 1㎛ 내지 10㎛의 두께로 형성되는 장식재.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230125914A (ko) * 2022-02-22 2023-08-29 김보경 적외선 열처리를 이용한 식품 포장지의 제조방법

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