KR20230083667A - 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물 - Google Patents

그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알코올 용해성 우레탄 수지 2 내지 20중량%, 알코올 용해성 코바인더 수지 0.5 내지 10중량%, 안료 5 내지 40중량%, 이민 계열의 첨가제 0.1 내지 20중량%, 및 알코올로 이루어진 용제 잔부를 포함하고, 상기 이민 계열의 첨가제가 평균 분자량(Mw)이 500g/mol 내지 5,000g/mol이고, 25℃에서의 점도가 1,000cPs 내지 100,000cPs인 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물에 관한 것이다.

Description

그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물{One Component Type Alcohol Soluble Ink Composition for Gravure Printing}
본 발명은 필름에 그라비어(gravure) 방식으로 인쇄하기 위한 일액형의 알코올 용해성 잉크 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 산업상의 인쇄는 정보의 기록, 전달, 표시의 기능을 갖는다. 일반 인쇄와 달리 포장 인쇄는 생산, 유통, 보존, 사용, 폐기에 대한 정보를 표시하면서 상품 컨셉을 명확히 하여 내용물이 무엇인가를 명확하게 알려주고, 내용물의 취급방법을 정확하게 전달하고, 유사한 다른 상품과는 명백하게 차별화하여 판촉효과를 제공하고, 각종 적성과 내성을 제공해야하는 특징이 있다. 이렇게 인쇄기술과 장식이 결합하면 포장 인쇄 (패키징 인쇄) 기술을 이룬다.
인쇄기술의 요소기술로는 원고(copy), 인쇄판(printing plate), 인쇄잉크(ink), 피인쇄체(substrate), 인쇄기계(printing machine)가 있다. 인쇄 방식의 종류로는 볼록판 인쇄(relief) 방식인 플렉소 인쇄(flexography), 레터프레스 인쇄(letterpress), 옵셋 레터프레스 인쇄(offset letterpress); 평판 인쇄(panographic) 방식으로 리소 인쇄(lithography) 또는 옵셋 인쇄(offset lithography); 오목판 인쇄(gravure) 방식인 그라비어 인쇄(rotogravure) 또는 오목 인쇄(intaglio); 그리고 공판 인쇄(screen printing) 방식이 있다.
이 중에서 오목판 인쇄 방식인 그라비어 인쇄는 오목한 화선부에 잉크를 채워 피인쇄물에 전이시켜 인쇄하는 방법으로, 판의 심도는 화상의 농도에 따라 심도차를 2~40㎛ 범위로 실시하며, 닥터 블레이드(Doctor blade) 기법을 이용하여 잉여 잉크를 제거한 후 피인쇄체에 인쇄하는 방식이다. 이 방식은 화상계조를 풍부하게 연속적으로 재현할 수 있고 내쇄력이 크기 때문에 대량인쇄가 가능하다. 따라서 포장 인쇄, 잡지 등의 출판인쇄에 유용하다.
특히 포장 인쇄에서는 상품의 용도에 따라 피인쇄물인 포장재료에 맞는 인쇄방법이 결정되는데, 식품의 포장 인쇄 용도로는 피인쇄물은 주로 연포장이 이용되고, 인쇄방법은 그라비어(gravure) 기법이 주로 이용된다.
그라비어 인쇄는 점도가 낮은 용제 타입의 잉크를 사용하기 때문에 비이클 수지를 다양하게 사용할 수 있고, 다양한 소재(피인쇄체)에 대하여 인쇄가 가능하며, 연속인쇄, 대량인쇄, 특히 컬러인쇄에 적합한 장점이 있다. 반면에 제판설비 비용이 다른 인쇄방식에 비하여 높고, 제판공정이 길며 열 봉합되는 부분은 인쇄잉크가 있으면 접착강도가 떨어지는 단점이 있다.
특히 그라비어 인쇄에서 사용되는 잉크 조성물로 비점이 낮은 톨루엔(toluene), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 크실렌(Xylene), 에틸 셀로솔브(ethyl cellosolve) 등의 유기용제를 주로 사용하는데, 이들은 모두 휘발성 유기화합물(volatile organic compound, VOC)에 해당하므로 인체나 환경에 유해한 영향을 미친다.
따라서 건조장치와 작업환경에 대한 제약과 한계가 발생하는 문제점 (유해화학물질관리법에 따른 방폭, 방화설비를 요하고 기준에 따른 보관, 관리 취급에 따른 많은 제약이 있음)이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 수성 잉크 조성물이 개발되었으나, 상기 유기용제에 비하여 비점이 높은 물의 특성 때문에 건조 공정에 많은 에너지가 필요하여 작업속도가 감소하고 생산성이 낮아지는 문제점이 있어서, 시장 점유율이 확대되지 못하고 있다.
이러한 용제의 대체 물질로 알코올류, 특히 에탄올을 유기용제로 포함하는 잉크 조성물이 친환경 물질로서 개발되고 있다. 에탄올을 유기용제로 사용하기 위해서는 알코올 용해성 우레탄 수지를 사용하여야 하는데, 이 경우 인쇄 속도와 발색 정도가 감소하는 문제점이 발생한다.
또한, 종래기술에서는 2액형의 잉크로서 경화제를 추가적으로 사용하여야 하므로 인쇄 공정 시에 번거로우며, 시간이 지나면서 잉크와 경화제의 경화반응으로 인하여 잉크의 점도가 높아져서 재사용이 힘들다는 문제점이 여전히 존재한다. 게다가 종래기술에서는 인쇄 직후의 부착성이 열위하여, 인쇄된 필름이 건조 챔버를 지나 권취되는 과정에서 혹은 인쇄 후 필름 합지 및 제단과 같이 후가공되는 과정에서 공정롤에 의해 인쇄도막이 손상되는 문제점이 존재한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1779572호 대한민국 등록특허공보 제10-1860675호 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0114447호
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 여런 목적 중 하나는, 그라비어 인쇄용 일액형의 알코올 용해성 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 알코올 용해성 우레탄 수지 2 내지 20중량%, 알코올 용해성 코바인더 수지 0.5 내지 10중량%, 안료 5 내지 40중량%, 이민 계열의 첨가제 0.1 내지 20중량%, 및 알코올로 이루어진 용제 잔부를 포함하고, 상기 이민 계열의 첨가제는 평균 분자량(Mw)이 500g/mol 내지 5,000g/mol이고, 25℃에서의 점도가 1,000cPs 내지 100,000cPs인 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 이민 계열의 첨가제는 폴리에틸렌이민일 수 있다. 이 경우, 상기 폴리에틸렌이민은 1차 아미노기, 2차 아미노기 및 3차 아미노기를 1:0.8:0.5 내지 1:1.3:0.9의 비율로 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 알코올 용해성 우레탄 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(여기에서, R은 탄소수 1 내지 13의 탄화수소, R'은 탄소수 1 내지 300의 탄화수소, R"은 탄소수 1 내지 10의 탄화수소, n은 1 내지 500의 정수이고, n = x + y, x 와 y 는 정수임)
본 발명에 있어서, 상기 알코올 용해성 우레탄 수지는 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 또는 이들의 혼합물과 디이소시아네이트를 반응시켜 제조된 프리폴리머를 디아민으로 중합하여 제조되는 것일 수 있다. 이 경우, 상기 알코올 용해성 우레탄 수지는, 상기 프리폴리머와 상기 디아민이 100:3 내지 100:30의 중량비로 중합하여 제조되는 것일 수 있으며, 실란계 커플링제를 포함하지 않는 것일 수 있다.
본 발명의 일액형의 친환경 알코올 용해성 그라비어 인쇄용 잉크 조성물을 제공함으로써, 환경규제물질을 사용하지 않으면서도 내열성이 우수하여 친환경 작업환경에서 균일하고 안정적인 식품 포장용 인쇄를 실시할 수 있다.
이를 통하여 제조된 식품 포장은 일액형 알코올 용해성에 경화제를 사용하지 않고 최적화하된 잉크 조성물을 제공하기 때문에 잔존 잉크의 재사용이 가능하여 경제적인 생산 원가가 절감되고, 불량 발생이 억제되며, 인쇄성 및 발색성이 우수하며, 기재에의 접착성이 우수하며, 균일한 살균내열 특성을 가질 수 있다.
도 1은 실시예 1, 비교예 1, 비교예 4 및 비교예 7의 잉크 조성물을 이용하여 인쇄 후 16 홍적 잉크의 인쇄성을 비교한 사진이다.
도 2는 실시예 2, 비교예 2, 비교예 5 및 비교예 8의 잉크 조성물을 이용하여 인쇄 후 흑색 잉크의 인쇄성을 비교한 사진이다.
도 3은 실시예 3, 비교예 3, 비교예 6 및 비교예 9의 잉크 조성물을 이용하여 인쇄 후 백색 잉크의 인쇄성을 비교한 사진이다.
도 4는 실시예 1, 비교예 1, 비교예 4 및 비교예 7의 잉크 조성물을 이용하여 16 홍적 잉크의 High-Retort 내열성을 비교한 사진이다.
도 5는 실시예 2, 비교예 2, 비교예 5 및 비교예 8의 잉크 조성물을 이용하여 흑색 잉크의 High-Retort 내열성을 비교한 사진이다.
도 6은 실시예 3, 비교예 3, 비교예 6 및 비교예 9의 잉크 조성물을 이용하여 백색 잉크의 High-Retort 내열성을 비교한 사진이다.
도 7은 실시예 1, 비교예 10 및 비교예 12의 잉크 조성물을 이용하여 16 홍적 잉크의 초기 부착성을 비교한 사진이다.
도 8은 실시예 3, 비교예 11 및 비교예 13의 잉크 조성물을 이용하여 백색 잉크의 초기 부착성을 비교한 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구체예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구체예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 발명의 구체예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
명세서 전체에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물은 알코올 용해성 우레탄 수지 2 내지 20중량%, 알코올 용해성 코바인더 수지 0.5 내지 10중량%, 안료 5 내지 40중량%, 이민 계열의 첨가제 0.1 내지 20중량%, 및 알코올로 이루어진 용제 잔부를 포함한다.
알코올 용해성 우레탄 수지
알코올 용해성 우레탄 수지는 잉크 조성물을 피인쇄체에 착색시키기 위해 첨가되는 것으로, 본 발명에서는 이와 같은 알코올 용해성 우레탄 수지를 사용함으로써, 환경규제물질이 아닌 알코올을 단독으로 희석시켜 적절한 유동성 및 점성을 가진 그라비어 인쇄용 잉크 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에서는 우레탄 수지가 알코올 용해성을 갖는다면 그 종류에 대해 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어 하기 화학식 1로 표시되는 수지일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00002
(여기서, R은 탄소수 1 내지 13의 탄화수소, R'은 탄소수 1 내지 300의 탄화수소, R"은 탄소수 1 내지 10의 탄화수소, n은 1 내지 500의 정수이고, n = x + y, x 와 y 는 정수임)
알코올 용해성 우레탄 수지는 예를 들어, 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 글리콜 계열 단량체, 글리콜 계열 올리고머, 또는 이들의 혼합물과 디이소시아네이트를 반응시켜 제조한 프리폴리머를 디아민으로 중합하여 얻어진 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
폴리에스테르폴리올은 예를 들어, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 또는 이들의 혼합물과 테레프탈산, 이소프탈산, 아디프산, 프탈산, 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 디카르복시산 단량체의 축합반응에 의하여 얻어진 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
폴리에테르폴리올은 예를 들어, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜, 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
디이소시아네이트는 예를 들어, 이소포론디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 4,4'-메틸렌디시클로헥실디이소시아네이트, 메틸렌디페닐디이소시아네이트, 톨루엔디이소시아네이트 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
디아민은 예를 들어, 에틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 이소프론디아민, 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 프리폴리머와 디아민의 중합 비율(중량비)에 대해 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 100:3 내지 100:30일 수 있고, 바람직하게는 100:5 내지 100:25일 수 있으며, 보다 바람직하게는 100:15 내지 100:20일 수 있다. 만약 그 중합 비율(중량비)이 100:3 미만일 경우 잉크 도막의 안정성이 저하될 우려가 있고, 100:30을 초과할 경우 수지의 분자량이 커져 점도가 높아지는 결과, 유동성이 불량하여 작업성이 저하될 우려가 있다.
알코올 용해성 우레탄 수지는 실란계 커플링제를 실질적으로 포함하지 않는 것일 수 있다. 여기서 알코올 용해성 우레탄 수지가 실란계 커플링제를 실질적으로 포함하지 않는다는 것은, 프리폴리머를 디아민으로 중합하여 알코올 용해성 우레탄 수지를 제조함에 있어서, 실란계 커플링제를 전혀 사용하지 않거나, 중합 생성물인 알코올 용해성 우레탄 수지 100중량%에 대하여 1중량% 이하(바람직하게는 0.5중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.1중량% 이하)로 사용하는 것을 의미한다. 알코올 용해성 우레탄 수지가 실란계 커플링제를 포함할 경우, 미반응 디아민과의 부반응이 일어나 조성물의 점도가 상승하거나, 겔링에 의한 상 안정성 저하가 발생할 수 있으며, 실란계 커플링제에 포함되는 관능기의 종류에 따라서는 커플링 반응시 메탄올과 같이 인체에 유해한 용제가 생성될 수 있다. 이에 반해, 알코올 용해성 우레탄 수지가 실란계 커플링제를 포함하지 않을 경우, 점도 상승이나 상 안정성 저하의 우려가 없으며, 인체에 유해한 용제가 생성되지 않는 이점이 있다.
알코올 용해성 우레탄 수지의 함량은 조성물 전체 중량 대비 2 내지 20중량%일 수 있고, 바람직하게는 3 내지 15중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 5 내지 12중량%일 수 있다. 만약 그 함량이 2중량% 미만일 경우에는 열적 안정성이 저하될 우려가 있고, 20중량%를 초과할 경우 조성물의 점도 증가, 안료 분산성 저하 및 도막의 끈적임 특성 증가로 인하여 인쇄 적합성과 발색성 및 접착 물성이 저하될 우려가 있다.
여기서 열적 안정성은 식품 포장 인쇄에서 분류되는 Boiling 내열성과 High-Retort 내열성을 의미하고, Boiling 내열성은 포장된 제품을 100℃ 내지 110℃ 온도에서 30분간 내용물을 살균하였을 경우에 포장재가 파손되거나 인쇄된 잉크가 분리되지 않는 일정 강도를 갖는 포장재와 잉크의 접착력을 의미한다. 또한 High-Retort 내열성은 포장된 제품을 125
Figure pat00003
내지 135
Figure pat00004
온도에서 30분 내지 90분간 내용물을 살균하였을 경우에 포장재가 파손되거나 인쇄된 잉크가 분리되지 않는 일정 강도를 갖는 포장재와 잉크의 접착력을 의미한다.
알코올 용해성 우레탄 수지는, 용제로서 알코올을 포함하는 우레탄 수지 조성물로서 제공될 수 있으며, 이 경우, 알코올 용해성 우레탄 수지의 함량은, 우레탄 수지 조성물 내 고형분의 함량을 의미한다.
알코올 용해성 코바인더 수지
알코올 용해성 코바인더 수지는 잉크와 피인쇄체 사이의 밀착성을 개선하고, 그라비어 인쇄의 품질을 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다.
알코올 용해성 코바인더 수지는 예를 들어, 비닐계 수지, 니트로셀룰로오스계 수지 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
비닐계 수지는 예를 들어, 폴리비닐부티랄일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
알코올 용해성 코바인더 수지의 함량은 조성물 전체 중량 대비 0.5 내지 10중량%일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 8중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 2 내지 5중량%일 수 있다. 만약 그 함량이 0.5중량% 미만일 경우에는 인쇄성 및 안료 분산성이 저하될 우려가 있고, 10중량%를 초과할 경우에는 열적 안정성이 저하될 우려가 있다.
알코올 용해성 코바인더 수지는, 용제로서 알코올을 포함하는 코바인더 수지 조성물에 의해 제공될 수 있으며, 이 경우, 알코올 용해성 코바인더 수지의 함량은, 코바인더 수지 조성물 내 고형분의 함량을 의미한다.
안료
안료는 그라비어 인쇄에 사용될 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 어떠한 것이든 사용이 가능하다.
안료의 함량은 조성물 전체 중량 대비 5 내지 40중량%일 수 있다. 만약 그 함량이 5중량% 미만이면 색상 표현력이 떨어질 수 있고, 40중량%를 초과하면 잉크 조성물의 점도가 높아져 인쇄 적합성과 저장 안정성이 저하될 수 있다. 바람직하게는, 백색 잉크의 경우 20 내지 35중량%일 수 있고, 백색 이외의 유색 잉크의 경우 5 내지 15중량%일 수 있다.
이민 계열의 첨가제
이민 계열의 첨가제는 잉크 조성물이 자체 경화되도록 하기 위해 첨가되는 것으로, 본 발명에서는 이와 같은 이민 계열의 첨가제를 사용함으로써 별도의 경화제 없이도 충분히 자체 경화를 이룰 수 있으며, 이에 따라 잔존 잉크의 재사용이 가능하여 생산 원가가 절감되고, 불량 발생이 억제되며, 인쇄성 및 발색성이 우수하며, 기재에의 접착성이 우수하고, 균일한 살균내열 특성을 가질 수 있다.
이민 계열의 첨가제의 평균 분자량(Mw)은 500g/mol 내지 5,000g/mol인 것이 바람직하고, 800g/mol 내지 2,000g/mol인 것이 보다 바람직하며, 1,000g/mol 내지 1,500g/mol인 것이 가장 바람직하다. 만약 그 평균 분자량(Mw)이 500g/mol 미만일 경우, 열적 안정성이 저하될 우려가 있고, 5,000g/mol를 초과할 경우 초기 부착성이 저하되어 인쇄 과정에서 인쇄도막이 손상될 우려가 있다.
이민 계열의 첨가제의 25℃에서의 점도는 1,000cPs 내지 100,000cPs인 것이 바람직하고, 3,000cPs 내지 50,000cPs인 것이 보다 바람직하며, 5,000cPs 내지 10,000cPs인 것이 가장 바람직하다. 만약 그 점도가 1,000cPs 미만일 경우 열적 안정성이 저하될 우려가 있고, 100,000cPs를 초과할 경우 초기 부착성이 저하되어 인쇄 과정에서 인쇄도막이 손상될 우려가 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 범위의 평균 분자량(Mw) 및 25℃에서의 점도를 갖는 이민 계열의 첨가제라면 그 종류에 대해 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어 폴리에틸렌이민일 수 있다. 이 경우, 폴리에틸렌이민은 1차 아미노기, 2차 아미노기 및 3차 아미노기를 1:0.8:0.5 내지 1:1.3:0.9의 비율로 포함하는 것이 바람직하고, 1:1:0.6 내지 1:1.2:0.8의 비율로 포함하는 것이 보다 바람직하며, 1:1.05:0.65 내지 1:1.15:0.75의 비율로 포함하는 것이 가장 바람직하다. 이는 우수한 열적 안정성과 초기 부착성을 양립시킬 수 있는 최적의 범위를 도출해 낸 것으로, 상기 범위를 만족하지 않을 경우 열적 안정성 및/또는 초기 부착성이 열화될 우려가 있다.
이민 계열의 첨가제의 함량은 조성물 전체 중량 대비 0.1 내지 10중량%일 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 7중량%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.8 내지 4중량%일 수 있다. 만약 그 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 자체 경화가 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 10중량%를 초과할 경우에는 점도가 상승하고 재용해성이 감소하여 인쇄성 저하가 발생하며 빠른 경화로 인해 가사시간이 단축되어 작업성이 저하될 수 있다.
잔부
알코올 용해성 우레탄 수지, 알코올 용해성 코바인더 수지, 안료 및 이민 계열의 첨가제 이외의 잔부는 알코올로 이루어진 용제이며, 필요에 따라, 분산제 및 내스크래치성 보강 첨가제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 조성물 전체 중량 대비 0.1 내지 10중량% 더 포함할 수 있다.
알코올은 예를 들어, 에탄올일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
이렇게 제공된 본 발명의 일액형의 알코올 용해성 그라비어 인쇄용 잉크 조성물은 전술한 바와 같이 종래 그라비어 인쇄 기술에서 일반적으로 사용되는 톨루엔, 메틸에틸케논, 에틸아세테이트, 크실렌, 에틸셀로솔브 등의 휘발성 유기화합물을 사용하지 않기 때문에 작업환경이 인체에 유해하지 않고 친환경적이다.
또한, 일액형의 알코올 용해성 잉크 조성물을 제공하여 종래기술인 2액형 알코올 용해성 기반 잉크 조성물에서 사용되는 별도의 경화제를 사용하지 않기 때문에 잔존 잉크를 재사용할 수 있어서 경제적으로 원가 절감의 효과가 있다.
또한, 본 발명의 그라비어 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 각 성분의 함량 범위를 제어하여 최적화하여 종래 기술에 비하여 불량 인쇄를 매우 낮추고 색상 표현력을 높이며, 인쇄 후 열적 안정성을 현저히 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 이민 계열 첨가제의 물성과 분지도를 적절히 제어하여 우수한 열적 안정성과 초기 부착성을 양립시킬 수 있다. 본 발명에서는 이와 같이 우수한 초기 부착성을 확보함으로써, 인쇄된 필름이 건조 챔버를 지나 권취되는 과정에서 공정롤에 의한 손상이 일어나는 것을 유효하게 방지할 수 있고, 인쇄 직후 필름 합지나 제단과 같은 후가공 과정에서 공정롤에 의해 손상이 일어나는 것 또한 유효하게 방지할 수 있다.
이하 본 발명의 성능 평가를 위하여 구체적인 분석 결과를 도면과 함께 하기 실시예에서 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
실시예 비교예
<실시예 1>
에탄올 용해성 우레탄 수지 10중량%, 에탄올 용해성 코바인더 수지로서 폴리비닐부티랄 4중량%, 16 홍적 안료 10중량%, 이민계 첨가제로서 폴리에틸렌이민 1중량%, 분산제 및 내스크래치성 보강 첨가제 9중량%, 에탄올 66중량%로 이루어진 그라비어 인쇄용 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다. 여기서 에탄올 용해성 코바인더 수지로는 프리폴리머와 디아민을 100:18의 중량비로 중합하여 제조된 것으로, 실란계 커플링제를 실질적으로 포함하지 않는 우레탄 수지를 사용하였고, 폴리에틸렌이민으로는 평균 분자량(Mw)이 1,300g/mol이고, 25℃에서의 점도가 8,000cPs이며, 1차 아미노기, 2차 아미노기 및 3차 아미노기를 1:1.1:0.7의 비율로 포함하는 폴리에틸렌이민(이하, "PEI 1"이라 함)을 사용하였다.
<실시예 2>
16 홍적 안료를 대신하여 흑색 안료를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<실시예 3>
16 홍적 안료를 대신하여 백색 안료를 20중량% 첨가하고, 에탄올을 56중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
에탄올 용해성 코바인더 수지를 사용하지 않고, 고형분 기준으로, 에탄올 용해성 우레탄 수지 14중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 2>
16 홍적 안료를 대신하여 흑색 안료를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 3>
16 홍적 안료를 대신하여 백색 안료를 20중량% 사용하고, 에탄올을 56중량% 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 4>
고형분 기준으로, 에탄올 용해성 우레탄 수지를 13.6중량% 사용하고, 고형분 기준으로, 에탄올 용해성 코바인더 수지로서 폴리비닐부티랄을 0.4중량% 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 5>
16 홍적 안료를 대신하여 흑색 안료를 사용한 것을 제외하고는 비교예 4와 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 6>
16 홍적 안료를 대신하여 백색 안료를 20중량% 사용하고, 에탄올을 56중량% 사용한 것을 제외하고는 비교예 4와 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 7>
고형분 기준으로, 에탄올 용해성 우레탄 수지를 3중량% 사용하고, 고형분 기준으로, 에탄올 용해성 코바인더 수지로서 폴리비닐부티랄을 11중량% 사용한 것을 제외하고 비교예 1과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 8>
16 홍적 안료를 대신하여 흑색 안료를 사용한 것을 제외하고는 비교예 7과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 9>
16 홍적 안료를 대신하여 백색 안료를 20중량% 사용하고, 에탄올을 56중량% 사용한 것을 제외하고는 비교예 7과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 10>
폴리에틸렌이민으로서 평균 분자량(Mw)이 400g/mol이고, 25℃에서의 점도가 800cPs이며, 1차 아미노기, 2차 아미노기 및 3차 아미노기를 1:1.1:0.7의 비율로 포함하는 폴리에틸렌이민(이하, "PEI 2"라 함)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 11>
16 홍적 안료를 대신하여 백색 안료를 20중량% 사용하고, 에탄올을 56중량% 사용한 것을 제외하고는 비교예 10과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 12>
폴리에틸렌이민으로서 평균 분자량(Mw)이 5,500g/mol이고, 25℃에서의 점도가 150,000cPs이며, 1차 아미노기, 2차 아미노기 및 3차 아미노기를 1:1.1:0.7의 비율로 포함하는 폴리에틸렌이민(이하, "PEI 3"라 함)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
<비교예 13>
16 홍적 안료를 대신하여 백색 안료를 20중량% 사용하고, 에탄올을 56중량% 사용한 것을 제외하고는 비교예 12와 동일한 방법으로 그라비어 잉크 조성물을 제조하였다. 그 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.
구분 성분 (중량%)
에탄올 용해성 우레탄 수지 에탄올 용해성 코바인더 수지 16홍적 안료 흑색 안료 백색 안료 이민계 첨가제 기타 첨가제 에탄올
PEI1 PEI2 PEI3
실시예1 10 4 10 - - 1 - - 9 66
실시예2 10 4 - 10 - 1 - - 9 66
실시예3 10 4 - - 20 1 - - 9 56
비교예1 14 - 10 - - 1 - - 9 66
비교예2 14 - - 10 - 1 - - 9 66
비교예3 14 - - - 20 1 - - 9 56
비교예4 13.6 0.4 10 - - 1 - - 9 66
비교예5 13.6 0.4 - 10 - 1 - - 9 66
비교예6 13.6 0.4 - - 20 1 - - 9 56
비교예7 3 11 10 - - 1 - - 9 66
비교예8 3 11 - 10 - 1 - - 9 66
비교예9 3 11 - - 20 1 - - 9 56
비교예10 10 4 10 - - - 1 - 9 66
비교예11 10 4 - - 20 - 1 - 9 56
비교예12 10 4 10 - - - - 1 9 66
비교예13 10 4 - - 20 - - 1 9 56
이후 실시예 1∼3과 비교예 1∼13에 대하여 아래와 같은 기준으로 인쇄성, 유동성, 브로킹, 부착력, Boiling 내열성, High-Retort 내열성을 평가하였고, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<인쇄성>
각 잉크 조성물이 도포된 인쇄물을 전자현미경으로 판별하여 망점이 잘 퍼지면서 색상이 뚜렷한 것에 "양호"로 평가하고, 망점의 퍼짐 현상이 부족하거나 색상이 뚜렷하지 않거나 망점이 있는 곳이 아닌 비화선부에 인쇄가 되는 것에 "불량"으로 평가하였다.
<유동성>
잉크 조성물을 Zahn Cup으로 측정하여 점도가 25초 이상인 것에 "불량"으로 평가하고, 그 이하로서 그라비어 인쇄를 하기에 적합한 수준으로 점도가 낮다고 판단되는 것에 "양호"로 평가하였다.
<내블로킹성>
잉크 조성물이 양면에 인쇄된 PET 필름 5장을 적층하고, 60℃의 온도 조건에서 1kg/cm2의 압력을 가해 24시간 동안 방치한 뒤, 인쇄층의 박리 정도를 육안으로 관찰하였다. 내블로킹성의 평가 기준은 아래와 같다.
◎: 내블로킹성 평가시 인쇄면 손상 없음
○: 내블로킹성 평가시 인쇄면이 70% 이상 남아있음
△: 내블로킹성 평가시 인쇄면이 30% 이상 남아있음
X: 내블로킹성 평가시 인쇄면이 30% 미만 남아있음
<초기 부착성>
잉크 조성물을 바코터(bar coater)를 이용하여 코로나 처리된 연신 폴리에틸렌필름(OPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(PET), 나일론 필름(Nylon)에 3g/m2의 양으로 인쇄하고, 40∼50℃에서 30초간 건조시킨 직후, 셀로판테이프를 인쇄면에 붙였다가 60도 각도로 급격히 떼어낸 후 인쇄 도막의 박리 상태를 육안으로 관찰하였다. 초기 부착성의 평가 기준은 아래와 같다.
◎: 초기 부착성 평가시 인쇄면 손상 없음
○: 초기 부착성 평가시 인쇄면이 70% 이상 남아있음
△: 초기 부착성 평가시 인쇄면이 30% 이상 남아있음
X: 초기 부착성 평가시 인쇄면이 30% 미만 남아있음
<부착성>
잉크 조성물을 바코터(bar coater)를 이용하여 코로나 처리된 연신 폴리에틸렌필름(OPP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(PET), 나일론 필름(Nylon)에 3g/m2의 양으로 인쇄한 후, 40∼50℃에서 30초간 건조시킨 후, 상온에서 24시간 동안 에이징(aging)하여 시편을 제조하였다. 인쇄 1일 후 셀로판테이프를 인쇄면에 붙였다가 60도 각도로 급격히 떼어낸 후 인쇄 도막의 박리 상태를 육안으로 관찰하였다. 부착성의 평가 기준은 아래와 같다.
◎: 부착성 평가시 인쇄면 손상 없음
○: 부착성 평가시 인쇄면이 70% 이상 남아있음
△: 부착성 평가시 인쇄면이 30% 이상 남아있음
X: 부착성 평가시 인쇄면이 30% 미만 남아있음
<Boiling 내열성>
잉크가 인쇄된 필름을 CPR(Retort용 CPP(Cast Polypropylene) 필름) 접착기재와 우레탄 접착제를 이용하여 합지하여 숙성한 후에 힛-씰 과정을 통해 물이 들어있는 파우치로 제작한 다음, 100℃에서 30분 동안 Retort 테스트기로 진행하였다. 각 Retort 조건에서 테스트 진행 후, 잉크 도막의 손상, 필름 합지면의 박리 내지는 그로 인한 기포 발생 및 주름발생 여부를 확인하여 기술된 손상이 없는 것이 확인된 경우에 해당 조건에서의 살균 내열성을 갖는 것을 "양호"로 평가하였고, 손상이 보이는 경우에는 "불량"으로 평가하였다.
<High-Retort 내열성>
잉크가 인쇄된 필름을 CPR 접착기재와 우레탄 접착제를 이용하여 합지하여 숙성한 후에 힛-씰 과정을 통해 물이 들어있는 파우치로 제작한 다음, 130℃에서 30분 동안 Retort 테스트기로 진행하였다. 각 Retort 조건에서 테스트 진행 후, 잉크 도막의 손상, 필름 합지면의 박리 내지는 그로 인한 기포 발생 및 주름발생 여부를 확인하여 기술된 손상이 없는 것이 확인된 경우에 해당 조건에서의 살균 내열성을 갖는 것을 "양호"로 평가하였고, 손상이 보이는 경우에는 "불량"으로 평가하였다.
구분 안료 인쇄성 유동성 내블로킹성 초기부착성 부착성 Boiling
내열성
High-Retort
내열성
실시예1 16 홍적 양호 양호 양호 양호
비교예1 불량 불량 X 양호 양호
비교예4 불량 불량 X 양호 양호
비교예7 불량 양호 양호 불량
비교예10 양호 양호 양호 불량
비교예12 양호 양호 X X X 양호 불량
실시예2 흑색 양호 양호 양호 양호
비교예2 불량 불량 X 양호 양호
비교예5 불량 불량 X 양호 양호
비교예8 불량 양호 양호 불량
실시예3 백색 양호 양호 양호 양호
비교예3 불량 불량 X 양호 양호
비교예6 불량 불량 X 양호 양호
비교예9 불량 불량 양호 불량
비교예11 양호 양호 양호 불량
비교예13 양호 양호 X X X 양호 불량
도 1은 실시예 1, 비교예 1, 비교예 4 및 비교예 7의 잉크 조성물을 이용하여 16 홍적 잉크의 인쇄성을 비교한 사진으로, 이를 통해 실시예 1 의 인쇄성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 비교예 1은 에탄올 용해성 우레탄 수지 단독 잉크로서 점도가 낮아 인쇄성이 불량하게 나타났으며, 이는 망점의 퍼짐성이 좋지 않다는 것과 비화선부에 인쇄되는 현상이 나타난 것으로부터 확인할 수 있다. 비교예 4는 에탄올 용해성 코바인더 수지의 사용으로 인해 망점의 퍼짐성이 미세하게 개선되었으나 개선의 정도가 미미하며, 그 함량이 부족하여 여전히 비화선부에 인쇄되는 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 비교예 7은 에탄올 용해성 코바인더 수지의 사용으로 인해 인쇄성이 개선됨에 따라 비화선부에 인쇄되는 현상은 사라졌으나, 그 함량이 과도하여 망점의 퍼짐성이 부족하게 나타났다. 이에 반해, 실시예 1은 망점의 퍼짐성이 매우 우수하며, 비화선부에 인쇄되는 것이 없고 색상도 선명하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 2는 실시예 2, 비교예 2, 비교예 5 및 비교예 8의 잉크 조성물을 이용하여 흑색 잉크의 인쇄성을 비교한 사진으로, 이를 통해 실시예 2의 인쇄성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 비교예 2는 에탄올 용해성 우레탄 수지 단독 잉크로서 점도가 낮아 인쇄성이 불량하게 나타났으며, 이는 망점의 퍼짐성이 좋지 않다는 것과 망점의 퍼짐도가 균일하지 않은 것으로부터 확인할 수 있다. 비교예 5는 에탄올 용해성 코바인더 수지 함량이 부족하여 여전히 망점의 퍼짐성이 좋지 않고, 망점의 퍼짐도가 균일하지 않은 것을 확인할 수 있다. 비교예 8은 에탄올 용해성 코바인더 수지의 사용으로 인해 인쇄성이 개선됨에 따라 망점의 퍼짐성이 개선되었고 색상이 선명하게 나타났으나, 그 함량이 과도하여 비화선부에 인쇄되는 현상이 나타남을 확인할 수 있다. 이에 반해, 실시예 2는 망점의 퍼짐성이 매우 우수하며, 비화선부에 인쇄되는 것이 없고 색상도 선명하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 실시예 3, 비교예 3, 비교예 6 및 비교예 9의 잉크 조성물을 이용하여 백색 잉크의 인쇄성을 비교한 사진으로, 이를 통해 실시예 3의 인쇄성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 비교예 3은 에탄올 용해성 우레탄 수지 단독 잉크로서 점도가 낮아 인쇄성이 불량하게 나타났고, 이는 망점의 퍼짐성이 좋지 않고, 망점의 퍼짐도가 균일하지 않다는 것과, 비화선부에 인쇄되는 현상이 나타난 것을 통해 확인할 수 있다. 비교예 6은 에탄올 용해성 코바인더 수지의 함량이 부족하여 여전히 망점의 퍼짐성이 좋지 않고, 망점의 퍼짐도가 균일하지 않으며, 비화선부에 인쇄되는 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 비교예 9는 에탄올 용해성 코바인더 수지의 사용으로 인해 인쇄성이 개선됨에 따라 비화선부에 인쇄되는 현상은 사라졌으나, 그 함량이 과도하여 망점의 퍼짐성이 균일하지 않은 것을 확인할 수 있다. 이에 반해, 실시예 3은 망점의 퍼짐성이 매우 우수하며, 비화선부에 인쇄되는 것이 없고, 색상도 선명하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 실시예 1, 비교예 1, 비교예 4 및 비교예 7의 잉크 조성물을 이용하여 16 홍적 잉크의 High-Retort 내열성을 비교한 사진으로, 이를 통해 주름과 터널링이 가장 적게 나타난 실시예 1의 High-Retort 내열성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 5는 실시예 2, 비교예 2, 비교예 5 및 비교예 8의 잉크 조성물을 이용하여 흑색 잉크의 High-Retort 내열성을 비교한 사진으로, 이를 통해 주름과 터널링이 가장 적게 나타난 실시예 2의 High-Retort 내열성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 6은 실시예 3, 비교예 3, 비교예 6 및 비교예 9의 잉크 조성물을 이용하여 백색 잉크의 High-Retort 내열성을 비교한 사진으로, 이를 통해 주름과 터널링이 가장 적게 나타난 실시예 3의 High-Retort 내열성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 7은 실시예 1, 비교예 10 및 비교예 12의 잉크 조성물을 이용하여 16 홍적 잉크의 초기 부착성을 비교한 사진으로, 이를 통해 인쇄면으로부터 잉크가 전혀 박리되지 않은 실시예 1의 초기 부착성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 8은 실시예 3, 비교예 11 및 비교예 13의 잉크 조성물을 이용하여 백색 잉크의 초기 부착성을 비교한 사진으로, 이를 통해 인쇄면으로부터 잉크가 전혀 박리되지 않은 실시예 2의 초기 부착성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있다.

Claims (7)

  1. 알코올 용해성 우레탄 수지 2 내지 20중량%;
    알코올 용해성 코바인더 수지 0.5 내지 10중량%;
    안료 5 내지 40중량%;
    이민 계열의 첨가제 0.1 내지 20중량%; 및
    알코올로 이루어진 용제 잔부;
    를 포함하고,
    상기 이민 계열의 첨가제는 평균 분자량(Mw)이 500g/mol 내지 5,000g/mol이고, 25℃에서의 점도가 1,000cPs 내지 100,000cPs인 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이민 계열의 첨가제는 폴리에틸렌이민인 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌이민은 1차 아미노기, 2차 아미노기 및 3차 아미노기를 1:0.8:0.5 내지 1:1.3:0.9의 비율로 포함하는 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 알코올 용해성 우레탄 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00005

    (여기에서, R은 탄소수 1 내지 13의 탄화수소, R'은 탄소수 1 내지 300의 탄화수소, R"은 탄소수 1 내지 10의 탄화수소, n은 1 내지 500의 정수이고, n = x + y, x 와 y 는 정수임)
  5. 제1항에 있어서,
    상기 알코올 용해성 우레탄 수지는 폴리에스테르폴리올, 폴리에테르폴리올, 또는 이들의 혼합물과 디이소시아네이트를 반응시켜 제조된 프리폴리머를 디아민으로 중합하여 제조되는 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 알코올 용해성 우레탄 수지는, 상기 프리폴리머와 상기 디아민이 100:3 내지 100:30의 중량비로 중합하여 제조되는 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 알코올 용해성 우레탄 수지는 실란계 커플링제를 포함하지 않는 그라비어 인쇄용 일액형 알코올 용해성 잉크 조성물.
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