[논문]아크릴 수지 수용액에서의 Carbon black의 분산에 관한 연구

오지만; 김성빈; 권대환

문제 정의

분산 이후에 만들어진 잉크에 대한 종이에 인쇄하였을 때 잉크의 물성에 대한 변화가 연구되지 못했다. 본 논문에서는 acrylic resin에 대한 carbon black의 분산에 대해 중점적으로 고찰하고자 하였다. 분산에 관련하여 70~ 300nm의 표면 적을 가지는 carbon black과 수지 첨가량과 pH를 달리하는 아크릴 수지 수용액에서의 분 산에 관한 특성과 이러한 인자들을 달리하여 분산을 통해 만들어진 잉크를 스크린 인쇄 후 얻어진 출력물에 대한 물성, 특히 반사농도, 침투깊이, 광택도에 대해서 연구하였다.
본 논문에서는 acrylic resin에 대한 carbon black의 분산에 대해 중점적으로 고찰하고자 하였다. 분산에 관련하여 70~ 300nm의 표면 적을 가지는 carbon black과 수지 첨가량과 pH를 달리하는 아크릴 수지 수용액에서의 분 산에 관한 특성과 이러한 인자들을 달리하여 분산을 통해 만들어진 잉크를 스크린 인쇄 후 얻어진 출력물에 대한 물성, 특히 반사농도, 침투깊이, 광택도에 대해서 연구하였다.

제안 방법

3-2와 3-3에 의한 방법으로 만들어진 인쇄물( 아트지, 상질지)이 건조 될 때까지의 광 택도를 측정하였다. 이때 사용된 기기는 Tokyo Denshoku사의 Med이 TC-108D Gloss meter0] 다.
3-2와 3-3에 의한 방법으로 만들어진 인쇄물( 아트지, 상질지)이 건조 후에 잉크의 반 사농도를 측정하였다. 이때 사용된 농도계는 X-rite사의 MODEL 408 Color Reflection Densitometer0] 다.
Carbon black과 아크릴 수지용액사이의 분산특성과 이것을 이용하여 얻은 잉크의 물 성을 검토하기 위해서 표면적이 다른 각각의 5종의 carbon black 과 아크릴 수용액의 각각의 다른 농도와 pH 변화, 그리고 인쇄된 출력물의 광택, 침투깊이에 대한 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
광택도, 반사농도, 침투깊이와 같은 인쇄특성을 고려하기 위하여 스크린인쇄를 하였다. 반자동 스크린 인쇄기를 이용하여, 스크린의 화선부의 크기를 10 X10 cn?로 하고 망사 는 325 메쉬, 유제막의 두께 20㎛로 하였다.
07m/sec로 고정하여 일정한 인압으로 분산을 통해 얻어진 잉크 약 10ml 를 취하여 아트지와 상질지에 인쇄한 후 출력된 인쇄물에 대한 광택도, 반사농도, 잉크의 침투 깊이를 구하였다. 광택도의 경우 인쇄 후 인쇄물을 스크린 인쇄기에서부터 꺼내서 광택계에 을리는 시간을 고려하여 인쇄직후 15초에 맞춰 광택계에 을려 동일한 시간내에 광택도를 측정하였다. 그리고 반사7농도와 침투깊이는 인쇄물을 2~3일정도 완전 건조시 킨 후에 측정하였다.
교반기에 장착한 전류계의 변화를 carbon black이 분산된 유동도의 변화'로 생각할 수 있고, 전류계의 변화가 일정하게 나타낼 때 분산이 완료되는 시점으로 하여 이 때의 아 크릴 수지 용액중의 수지비율과 pH를 다르게 하여 각각의 carbon black에 대하여 분산 을 행했다4 ° 그리고 3000rpm에서 분산 할 때 분산시간을 10분을 초과하지 않도록 하였다. 분산시간을 10분 이내로 한 것은 수지의 영향 이외에 온도와 같은 분산에 영향을 줄 수 있는 요인을 배제하기 위해서이다& 7\.
광택도의 경우 인쇄 후 인쇄물을 스크린 인쇄기에서부터 꺼내서 광택계에 을리는 시간을 고려하여 인쇄직후 15초에 맞춰 광택계에 을려 동일한 시간내에 광택도를 측정하였다. 그리고 반사7농도와 침투깊이는 인쇄물을 2~3일정도 완전 건조시 킨 후에 측정하였다.
반자동 스크린 인쇄기를 이용하여, 스크린의 화선부의 크기를 10 X10 cn?로 하고 망사 는 325 메쉬, 유제막의 두께 20㎛로 하였다. 스퀴즈 경도와 스퀴즈 각도를 75。를 기준으로 인쇄속도를 0.07m/sec로 고정하여 일정한 인압으로 분산을 통해 얻어진 잉크 약 10ml 를 취하여 아트지와 상질지에 인쇄한 후 출력된 인쇄물에 대한 광택도, 반사농도, 잉크의 침투 깊이를 구하였다. 광택도의 경우 인쇄 후 인쇄물을 스크린 인쇄기에서부터 꺼내서 광택계에 을리는 시간을 고려하여 인쇄직후 15초에 맞춰 광택계에 을려 동일한 시간내에 광택도를 측정하였다.
1에서는 카본 블랙의 분산 시에 소비된 전류(mA)량을 나타내었다. 이때 사용된 carbon blacke Table 1에서 Al이고 carbon black 과 증류수 비를 1 : 8 하였으며 각각 들어간 수지의 첨가량은 16%, 18%, 20%, 22%, 24%, 26% 이다. Carbon black 의 농도가 증가할수록 소비전류가 증가함 하지만 분산시간은 짧아졌다.
제조된 아크릴 수지 수용액에 암모니아수로 pH를 조정한 후 이때의 carbon black과 수지 용액의 비율을 1:8로 하여 Yong Ji사의 Direct Driven Digital Stirrer SS-11D로 500rpm으로 5분간 프리믹싱 후 3000rpm으로 10분간 분산하였다.

대상 데이터

본 실험에서 carbon black에 대한 표면적에 따른 수지 및 분산에 대한 영향을 알기 위해 아래와 같이 다른 표면적을 가진 카본 블랙3)을 선택하였다.
여기에서 사용된 수지는 아크릴 수지 공중합체이며 물성은 Table 2에 나타내었다.

이론/모형

3-2와 3-3에 의한 방법으로 만들어진 인쇄물( 아트지, 상질지)이 건조한 후 농도계에 의해 구해진 농도와 Thickness Gage 를 이용하여 구한 종이의 두께를 이용하여 KubeZka-Mungk식에 의해 침투깊이를 구하였다. 이때 두께를 측정하기 위한 장비는 Koln사의 Byko-test 1500 thickness Gage이다.

성능/효과

1. Carbon black과 같이 분산된 각각의 아크릴 수용액의 농도(weight percentage)가 커질수록 수지 내부의 점도의 영향에 의해 소비전류가 높아짐으로써 유동도가 떨어짐을 알 수 있었다. 하지만 수지의 농도가 늘어날수록 carbon black의 분산 속도가 빨라짐을 알 수 있었다 이것은 아크릴 수지의 R-COOH기가 NHQH와 반응하여 R-COCTNH/기 로 되어서 친유성을 가진 carbon black이 친수성인 수용액에서 분산이 더 잘 되도록 계 면활성제 혹은 분산제 역할을 함으로서 유화의 영향에 의해 분산이 더 빨리 이루어진다 고 생각되어진다.
2. 수지의 요구량이 각각의 carbon black sample의 표면적이 클수록 수지 요구량이 크 고, pH가 을라감에 따라 분산이 빨라짐을 알 수 있는데 이것은 carbon black의 표면적이 커질수록 분산에 필요한 수지의 요구량이 증가하였고, pH증가는 아크릴 수지와 반응한 R-COO NH₄+기 증가함에 따라 분산이 더 빨라짐을 알 수 있다.
3. 인쇄물의 광택의 변화는 수지가 첨가량이 증가할수록 그리고 carbon black의 표면 적이 작을수록 증가함을 알 수 있었다. 이것은 수지 자체의 광택과 carbon black의 표면 적에 의한 것으로 생각되어진다.
4. 인쇄물의 농도는 수지의 첨가량이 적을수록 carbon black의 표면적이 작을수록 pH가 높을수록 커짐을 알 수 있었다. 이것은 carbon black의 영향과 분산에 따른 것으로 생각되어진다.
5. 인쇄물의 침투깊이는 수지량에 클수록 그리고 pH가 클수록 침투깊이가 커진다는 것을 알 수 있었다. 이것 또한 분산에 의한 영향으로 생각되어진다.
Fig. 7과 8예 각각의 다른 표면적을 가진 carbon black과 혼합된 아크릴 수지용액에 대한 시 간과 광택과의 관계를 나타내었으며, 표면적이 증가할수록 광택도가 떨어짐을 알 수 있었다.
5%이다. 수지가 농도가 증가할수록 농도가 낮아짐을 알 수 있었다. 대체적으로 수지의 첨가량이 증가함으로써 전체잉크중의 carbon black의 양이 낮 아져서 carbon black의 농도가 떨어짐으로서 반사농도가 낮아지는 것으로 생각되어진다.

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