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문제 정의
- 이를 위해 일차적으로 적용단계에 있는 세 종류의 유기안료(밀실형;solid, 바인더형;binder, 중공형;hollow)를사용하여 도공액을 조제하였으며, 이들이 도 공액 내에서의 유동특성 및 도공층 구조 형성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 또한 유기안료가 갖고있는 열가소성적 성질이 캘린더 처리조건에 따라도 공지의 물성 및 인쇄적성에 미치는 영향을 검토하였다.
- 본 연구는 경량도공지 제조시 무기안료의 일부를 유기안료로 대체함으로써 도공지의 경량화 및 제반 물성을 개량하고자 하였다. 이를 위해 일차적으로 적용단계에 있는 세 종류의 유기안료(밀실형;solid, 바인더형;binder, 중공형;hollow)를사용하여 도공액을 조제하였으며, 이들이 도 공액 내에서의 유동특성 및 도공층 구조 형성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다.
제안 방법
- carbonate형의 Insola (AZC-8000)를 사용하였다. 도공액의 pH는 NaOH와 HC1 을 각각 사용하여 조절하였다.
- 도공지의 광택은 Beloit wheeler를 이용, 18 kg/cm의선압하에서 가열온도를 각각 7℃, 90℃, 100℃ 로 변화시켜 처리하였다.
- 도공지의 인쇄적성은 RI-Ⅱ 인쇄적성 시험기를 이용하여 잉크수리성, 잉크세트성 등을 각각 측정하였다.
- 본 실험에서는 두 종류의 무기안료만 사용하여 제조한 도공액과 여기에 입자구조가 서로 다른 세종류의 유기안료를 각각 5 part씩 첨가하여 총 4 종류의 도공액을 제조하였다. 제조한 도공액의 배합 비율은 Table 3과 같다.
- 사이즈도는 JIS P 8122의 의거, 표면 pH는 표면 pH 지시약을 이용하여 각각 측정하였다.
- 물성을 개량하고자 하였다. 이를 위해 일차적으로 적용단계에 있는 세 종류의 유기안료(밀실형;solid, 바인더형;binder, 중공형;hollow)를사용하여 도공액을 조제하였으며, 이들이 도 공액 내에서의 유동특성 및 도공층 구조 형성에 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 또한 유기안료가 갖고있는 열가소성적 성질이 캘린더 처리조건에 따라도 공지의 물성 및 인쇄적성에 미치는 영향을 검토하였다.
- 투기도는 Gurrely type을, 표면 거칠기는 PPS type을 각각 사용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 무기안료 분산제로는 polyacrylic acid 계통의 WY-117, 윤활제로는 calcium stearate류의 Napcote C-104, 내수화제로는 ammonium zircoium carbonate형의 Insola (AZC-8000)를 사용하였다. 도공액의 pH는 NaOH와 HC1 을 각각 사용하여 조절하였다.
- 무기안료는 No. 1 등급의 클레이(UW-90) 와탄산칼슘(hydrocarbo-90) 을 사용하였으며 유기안료는 입자구조에 따라 각각 solid bead형, binder형, hollow형 유기안료를 사용하였으며 이들의 물성은 Table 2와 같다.
- 실험에 사용한 도공원지는 중성지로서 평량은 70g/m3을 사용하였다. 이들의 물성은 Table 1 과 같다.
- 바인더로는 입자크기가 1710Å. 저저단 점도가 51 cPs(Brookfield viscometer-30rpm) 인S/B계 음이온성 라텍스를 사용하였다.
- 평활도는 Bekk type을, 광택은 gloss meter(75°-75°)를 각각 사용하였다. 도공지의 광택은 Beloit wheeler를 이용, 18 kg/cm의선압하에서 가열온도를 각각 7℃, 90℃, 100℃ 로 변화시켜 처리하였다.
데이터처리
- 불투명도는 녹색 필터를 사용하여 각각 5회 측정 후 평균값을 산출하였다.
성능/효과
- 1) 도공지의 경량화는 도공원지의 저평량화 및 도공량의 미량화에 기반하고 있다.2) 이러한 도공지의 경량화는 미량의 도공액을 도공원지 위에 도포하더라도 도공 원지가 저평량화됨에 따라 불가피하게 나타나는 물성 저하(표면 광택 및 불투명도 감소)를 보완할 수 있어야 한다.
- 1. 바인더형 또는 중공형 유기안료는 판상의 무기안료와의 packing 구조 형성에 있어 판상 무기안료 간 내부공극을 충전하는 역할을 통해 전단 저항력을 낮추는 동시에 조밀한 packing 구조를 갖는 것으로 나타났다.
- 2. 도공지의 표면 및 내부특성을 개선하고자 할 때는 바인더형이나 중공형 유기안료를 사용하는 것이 유리하며, 특히 고광택 및 불투명 도가 요구되는 지종의 경우 중공형 유기안료를 사용하는 것이 바람직하다고 사료된다.
- 3. 바인더형 유기안료의 경우, 가장 우수한 도공 지의 표면강도를 나타냈다. 이것은 별도의 바인더 첨가량을 늘리지 않아도 일정 정도의 강도를 유지할 수 있는 장점을 가진 것으로 분석된다.
- 중공형 유기안료 다음으로는 바인더형, 밀실 형의 유기안료를 사용한 순으로 나타났다. 3종류의 유기안료 모두 무기안료만 사용한 경우보다 인쇄 광택 및 잉크수리성이 우수한 것으로 볼 때, 유기성 안료가 무기성 안료보다 인쇄 잉크와의 친화성이 뛰어난 것으로 사료된다. 유기안료의 인쇄잉크와의 친화성적 요인 외에 근본적으로 유기안료와 무기안료와의 packing 구조적 차이 및 열에 의한 변형에 의해 도공지의 1차적 성질이 발현되고 이러한 요인에 의해 인쇄적성 또한 직, 간접적으로 영향을 받는 것으로 사료된다.
- 5와 같은 결과를 얻었다. Fig. 5에서 볼 수 있듯이 중공형 유기안료의 투기 도가 다른 유기안료 및 무기안료를 사용한 경우보다 현저히 우수하다는 것을 알 수 있었다. 이것은 중공형 유기안료의 구조적 차이에 의해 기인한 것으로 분석된다.
- 4는 제조한 도공지의 불투명도를 측정한 결과이다. 그림에서 볼 수 있듯이 바인더형과 중공형의 유기안료를 사용하여 제조한 도공지의 불투명도가 밀실형 및 무기안료만 사용한 경우보다 우수하게 나타났다. 이것은 앞서 고찰한 도공 지의 표면 특성에서 나타난 결과와 마찬가지로 바인더형의 유기안료는 shell 부분의 고분자가 건조열 또는 캘린더의 처리열에 의해 변형됨으로써, 중공형 유기안료의 경우는 무기안료와의 packing 구조 및 입자 내부에 충진되어 있던 물이 건조 열에 의한 증발에 의해 빈 공간으로 대체됨으로써 빛의 산란율이 증가하여 도공지의 불투명도가 현저히 개선되었다고 분석된다.
- 이러한 결과는 판상의 클레이와 구형의 유기안료와의 적층 구조의 차이에 기인한 것으로 무기안료만 사용한 경우보다 구형의 유기안료를 사용한 경우가 보다 치밀한 적층구조를 형성, 도공층 표면의 거칠기가 감소된 것으로 분석된다. 또한 같은 유기안료 중에서는 바인더형과 중공형의 유기안료가 밀 실형 유기안료보다 표면 거칠기가 우수하였다. 이는 바인더형 유기안료의 경우 shell 부분에 공중합 된 고분자가 도공지 건조공정 및 캘린더의 가열처리 온도에 의해 열가소성적으로 변형함으로써, 중공형 유기안료는 캘린더 선압에 의한 물리적 변형을 통해 도공층 표면의 거칠기가 감소하는 것으로 사료된다.
- 측정 결과, 바인더형 및 중공형 유기안료를 사용한 경우가 무기안료를 사용한 경우보다 표면 거칠기가 낮은 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 판상의 클레이와 구형의 유기안료와의 적층 구조의 차이에 기인한 것으로 무기안료만 사용한 경우보다 구형의 유기안료를 사용한 경우가 보다 치밀한 적층구조를 형성, 도공층 표면의 거칠기가 감소된 것으로 분석된다. 또한 같은 유기안료 중에서는 바인더형과 중공형의 유기안료가 밀 실형 유기안료보다 표면 거칠기가 우수하였다.
- 3의 평활도 측정 결과에서도 마찬가지 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과로 볼 때, 유기안료를 사용한 도공지의 표면특성은 무기안료와의 적층 상태, 캘린더 열과 선압 등의 영향을 받는 것으로 사료된다.
- 9는 도공지의 표면강도 (wet/dry-pick strength) 측정 결과이다. 측정 결과 그림에서 볼 수 있듯이 바인더형 유기안료를 사용한 도공지의 표면강도가 가장 우수하였으며 다음으로 중공형과 밀실형 유기안료를 사용한 경우가 비슷한 값을 갖는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 바인더형 유기안료의 경우, shell 부분의 고분자가 가공처리한 열에 의해 변형되어 접착성을 띤 바인더의 역할을 한 결과, 기타 유기안료보다 우수한 픽 강도를 갖은 것으로 분석된다.
- 1은 제조한 도공지의 표면 거칠기 측정 결과이다. 측정 결과, 바인더형 및 중공형 유기안료를 사용한 경우가 무기안료를 사용한 경우보다 표면 거칠기가 낮은 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 판상의 클레이와 구형의 유기안료와의 적층 구조의 차이에 기인한 것으로 무기안료만 사용한 경우보다 구형의 유기안료를 사용한 경우가 보다 치밀한 적층구조를 형성, 도공층 표면의 거칠기가 감소된 것으로 분석된다.
- 측정 결과, 바인더형(binder type), 중공형 (hollow type) 유기안료를 사용하여 제조한 도공액의 점도가 밀실형 (solid-bead) 유기안료를 사용한 경우보다 점도가 낮고, 중량측정법(AA- GWR) 에 의한 도공액의 탈수량은 많아 보수성이다소 떨어지는 것으로 나타났다. 이것은 유기안료 자체의 입자크기와 두 종류의 안료간 packing 구조의 차이에 의한 것으로 분석된다.
- 7은 제조한 도공지의 잉크셋트성 측정 결과이다. 측정 결과, 온도에 관계없이 밀실형과 중공형 유기안료의 잉크셋트성이 가장 우수하게 나타났다. 중공형 유기안료의 경우는 캘린더 처리에 의해 가해진 온도와 압력에 의해 일정정도 변형이 이루어지더라도 내부에 생성된 공극에 의해 인쇄잉크 및 축임물의 흡수와 안착에 매우 유리한 구조적 특성을 갖고 있어 잉크셋트성 측정 결과 우수한 값을 나타냈다.
- 특히 캘린더의 가열처리 온도가 증가함에 따라 전반적으로 도공충 표면의 표면 거칠기가 감소하는 것으로 볼 때, 유기안료뿐만 아니라 무기안료 또한 열에 의한 변형에 영향을 받는다는 것을 알 수 있었으며, 열에 의한 영향은 유기안료가 무기안료보다 더 민감하다는 것을 알 수 있었다. 이러한 경향은 Fig.
후속연구
- 1) 도공지의 경량화는 도공원지의 저평량화 및 도공량의 미량화에 기반하고 있다.2) 이러한 도공지의 경량화는 미량의 도공액을 도공원지 위에 도포하더라도 도공 원지가 저평량화됨에 따라 불가피하게 나타나는 물성 저하(표면 광택 및 불투명도 감소)를 보완할 수 있어야 한다. 결과적으로 이러한 물성 저하는 도공 지의 인쇄시 인쇄 잉크의 뒤비침 (show- through) 현상의 주원인이 되고 있다.
- 4. 중공형 유기안료의 경우는 제반 품질특성은 우수하나 강도적 성질이 약한 것으로 지적되며, 이를 해결하기 위한 연구가 필요한 것으로 사료된다.
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