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문제 정의
- 종이 도공액 중의 바인더로 사용되는 것은 주로 S/B latex로 그 특성 (gel 함량, Tg, Stylene과Butadiene의 비율 그리고 입경 등)에 따라 도공 시 다양한 품질을 나타내므로 도공공정과 설비, 원지의 상태에 따라 적합한latex를선택하는 것이 중요하다. 따라서 본논문에서는도공액이 부동화점에 도달하기 전 latex의 입경과원지의 평량이 인쇄품질에 미치는 영향성에 대하여 검토하였다.
- 원지 의 평 량과 latex 입 경 에 따른 binder migration에 의한 표면 바인더 불균일성이 최종 인쇄물성 인 mottle index에 미치는 영향성에 대하여 조사하였다. Latex의 입경이 작을수록 도공액의 고전단 유동성은 우수하나, 도공액이 부동화점에 도달하기 전에 도공액 내부에서의 자유거동이 커지므로, 도공층이 형성된 다음에 표면 바인더 불균일화를 심화시켜 mottle index를 크게 떨어뜨렸다.
제안 방법
- 도공액 보수성은 AA-GWR을 이용하였다. Capillary 점도계는 Parr Capaliary Viscometer 를 사용하였으며, 측정 조건은 상온에서 Slit을 사용하여 측정하였다. Length 1mm, width 2.
- 원지의 평량별로 저농도 도공액과 고농도 도공액으로 도공한 샘플을 동시에 평가 하였다. Dry picking strength는 1 차 잉크 전이롤에 TV(Tack Value) 14 cyan 잉크를 1 g 전이한 후 상대 평 가가 가능하도록 통지 횟수를 조정하여 오점 법으로 평 가하였다. Wet picking strength 는 1차 잉크 전이 롤에 TV(Tack Value) 14 cyan 잉크를0.
- Latex의 입경이 작을수록 도공액의 고전단 유동성은 우수하나, 도공액이 부동화점에 도달하기 전에 도공액 내부에서의 자유거동이 커지므로, 도공층이 형성된 다음에 표면 바인더 불균일화를 심화시켜 mottle index를 크게 떨어뜨렸다. 고농도 도공보다는 저농도 도공에서 그 불균일성은 더욱 가중되는 것으로 나타났다.
- D 수치가 높으면 wet picking strength가 강한 것으로 평 가 하였다. Mottle index의 평가는 croda 잉크를 각 도공지 에 도포하고, 3분이 지난 다음에 wiping 한후, 도공지 표면에 나타난croda 잉크의 부위별 O.D 농담 차이를 표준편차로 평가 하였다. 그리고 도공지 표면의 접촉각은 KRUSS사(독일)의 DSA-100 측정 장비를 이용하여 평 가하였다.
- Dry picking strength는 1 차 잉크 전이롤에 TV(Tack Value) 14 cyan 잉크를 1 g 전이한 후 상대 평 가가 가능하도록 통지 횟수를 조정하여 오점 법으로 평 가하였다. Wet picking strength 는 1차 잉크 전이 롤에 TV(Tack Value) 14 cyan 잉크를0.7 g 전이한후도공지에 인쇄하고, 대지에 2차전이 한 다음에 대지의 optical density(O.D)를 측정하여 평가하였다. O.
- CLC 코 터의 장착된 건조기는IR 건조기로 실험에 사용한 건조조건은 도공전 원지 의 pre-drying 은 IR 방사량 40% 그리고도 공후 도공지 의 after drying은 IR 방사량 80%를 사용하였다. 도공 후 선압 50 kgf/cm로 칼렌더 (Beloit Super Calender)로 2회 통지 처리하였다.
- 원지의 평량과latex의 입경이 표면 바인더의 분포 균일성에 미치는 영향을crodaink에 대한흡수 색 농도 표준편차(mottle index)를 측정하여 평 가하였다. BP-B 와 C의 경우에는 고농도 도공과 저농도 도공에서 mottle index의 차이 가 크게 나타나지 않았으나, BP-A 와D의 경우에서는 저농도 도공에서 큰 차이가 나타났다 (Fig.
- 원지의 평량별로 저농도 도공액과 고농도 도공액으로 도공한 샘플을 동시에 평가 하였다. Dry picking strength는 1 차 잉크 전이롤에 TV(Tack Value) 14 cyan 잉크를 1 g 전이한 후 상대 평 가가 가능하도록 통지 횟수를 조정하여 오점 법으로 평 가하였다.
- 조제된도공액의 물성은Table 6에서 보여준다. 조제된 도공액의 유동특성은 Brookfield 점도계(저 전단 점도, 60 RPM, spindle # 4)와 허큘리스 고전단점도계 DV-10 (고 전단 점도, 8, 800 RPM, Bob F2.5)을 이용하여 측정하였다. 도공액 보수성은 AA-GWR을 이용하였다.
- 클레 이 함량이 높은 저농도 도공액은 67%로 제조하였고, 탄산칼슘 함량이 높은 고농도 도공액은 70%로 조제하였다. 도공액의 배합비는Table5에 나타내었다.
대상 데이터
- angle 은 35。이다. CLC 코 터의 장착된 건조기는IR 건조기로 실험에 사용한 건조조건은 도공전 원지 의 pre-drying 은 IR 방사량 40% 그리고도 공후 도공지 의 after drying은 IR 방사량 80%를 사용하였다. 도공 후 선압 50 kgf/cm로 칼렌더 (Beloit Super Calender)로 2회 통지 처리하였다.
- Capillary 점도계는 Parr Capaliary Viscometer 를 사용하였으며, 측정 조건은 상온에서 Slit을 사용하여 측정하였다. Length 1mm, width 2.5mm, height 0.1mm 의 Slit 을사용하였다.
- Synthetic thickener(JT-35B, 정원화학)와 rheology modifier (Revocoat - 753B, 정원화학)를 사용하였으며 이들 특성은 Table 2과같다.
- 5)을 이용하여 측정하였다. 도공액 보수성은 AA-GWR을 이용하였다. Capillary 점도계는 Parr Capaliary Viscometer 를 사용하였으며, 측정 조건은 상온에서 Slit을 사용하여 측정하였다.
- 도공지는 실험용 blade coater(CLC-6000, Simu Tech International)를 이용하여 Table 6에 나타낸 조건으로 제조하였다. CLC coater의 blade thickness는 0.
- 본 연구에 사용한 latex는 입경을 달리한 5종의 SB (Styrene-butadiene)계 라텍스(임의 제조 샘플, (주)한솔케미칼)를 실험실에서 제조 후 사용하였으며, 바인더의 특성은 Table3 과같다.Tg는 TA Instrument 사의 DSC2000을 사용하여 측정하였고, Gel 함량은 톨루엔 용매 법을 사용하여 측정하였으며, 입경은laser를 이용한 Zeta-Sizer 1000SHa< 사용하여 수용액상으로 측정하였으며, 수화층의 존재로 TEM, SEM과같이 주사전자현미경으로 측정하는 경우보다 통상 100〜200A 내외 크게 나타나는 것으로 알려져 있다.
- 본 연구에서 사용한 도공안료는 국내에서 주로 사용하는 도공용 GCC(KFMT -95H, 태경산업)제품을 사용하였으며, Clay는 #1 Clay(Ultra Gloss LV, 엥겔하드) 제품을 사용하였다. 각 안료들의 특성은 Table 1과 같다.
- 원지평량과 도공층과의 상관성을 평가하기 위해 Table4와같이 평량을 다르게 한 원지 4종(공장제조 샘플)을 사용하였으며, 4종 원지의 물성을 Table 4에서 보여준다. 평활도는 BEKK Type smoothness 측정 기를 사용하였고, Porosity는 Gurley Type (100 cc) Tester를 시용하였다.
- 인쇄품질은 Rotary I 인쇄적성 실험기를 이용하였다. 원지의 평량별로 저농도 도공액과 고농도 도공액으로 도공한 샘플을 동시에 평가 하였다.
- 도공액의 배합비는Table5에 나타내었다. 저농도 도공액(LI ~ L5)배합은 알카리 팽윤형의 synthetic thickener를 사용하였고, 고농도 도공액 (H1 ~ H5)배합은 rheology modifier를 적용하였다. 조제된도공액의 물성은Table 6에서 보여준다.
이론/모형
- Table3 과같다.Tg는 TA Instrument 사의 DSC2000을 사용하여 측정하였고, Gel 함량은 톨루엔 용매 법을 사용하여 측정하였으며, 입경은laser를 이용한 Zeta-Sizer 1000SHa< 사용하여 수용액상으로 측정하였으며, 수화층의 존재로 TEM, SEM과같이 주사전자현미경으로 측정하는 경우보다 통상 100〜200A 내외 크게 나타나는 것으로 알려져 있다.
- D 농담 차이를 표준편차로 평가 하였다. 그리고 도공지 표면의 접촉각은 KRUSS사(독일)의 DSA-100 측정 장비를 이용하여 평 가하였다.
- 평활도는 BEKK Type smoothness 측정 기를 사용하였고, Porosity는 Gurley Type (100 cc) Tester를 시용하였다. 그리고 지합은TECHPAP 2D lab Formation Tester를사용하여 평가하였다.
- 사용하였으며, 4종 원지의 물성을 Table 4에서 보여준다. 평활도는 BEKK Type smoothness 측정 기를 사용하였고, Porosity는 Gurley Type (100 cc) Tester를 시용하였다. 그리고 지합은TECHPAP 2D lab Formation Tester를사용하여 평가하였다.
성능/효과
- Latex의 입경이 작을수록 도공액의 고전단 유동성은 우수하나, 도공액이 부동화점에 도달하기 전에 도공액 내부에서의 자유거동이 커지므로, 도공층이 형성된 다음에 표면 바인더 불균일화를 심화시켜 mottle index를 크게 떨어뜨렸다. 고농도 도공보다는 저농도 도공에서 그 불균일성은 더욱 가중되는 것으로 나타났다. Latex의 입경이 극단적으로 작은 850A에서는 binder의 비표면적 증가로 인한 picking strength의 증가현상이 나타나지 않고 binder migration의 심 화로 인한 두께 방향에 서 바인 더 부재 영역이 존재하여 picking strength가오히려 떨어졌다.
- 사이즈도는BP-B가 가장 높았다. 원지 평량이 증가하면서 표면 평활도는불량해졌고, cobb size degree는 높아 졌다. Porosity는BP-C와BP-D에서 가장 낮게 나타났다.
- 이는 저평 량에서는 원지의 영향에 의한migration 영향이 적으나, 고평 량에 서는 도공액 의 농도가 높은 도공액 이 migration 방지에 현저하게 유리함을 보여주는 결과라보여진다. 저 평 량의 경우에도 통상 clay 함량이 높아지 면 습수접촉각이 낮아지는 경향을 보여야 함에도 불구하고 탄산칼슘 함량이 높은 배합비 인 고농도 배합비와 습수접촉각이 유사한 값을 보이는 것으로 보아, 저평량에서도도공액 농도가 높아지 면 습수접촉각 하락에 도움이 되는 것으로 해석할 수 있다. 한편, 라텍스의 입경에 따른 영향은 입경이 작을수록 평량에 관계없이 습수접촉각이 높게 나타나는 것을 알 수 있으며, 이는 도공층 표면에 binder 농도 증가와 전체적 인 비표면적 증가에 따른 도공 층의 기공도 하락이 원인인 것으로 보여진다.
- 이는 라텍스 입자들이 안료들사이에서 ballbearing 역할을수행하는 것과, 도공액의 보수성 이입 자경 이 작아짐에 따라 비표면적의 증가로 인해 현저하게 양호해지는 경향 (Table 7)으로 설명할 수 있다. 즉, 보수성 이 양호한 라텍스는 실 공정에서 도공액 농도 상승 방지에 의한 고전단 유동성 개량효과와 함께, 고전단 영역에서 안료들사이에서 라텍스 입자 가도 공액의 유동성에 도움을줄수 있게 물을오래도록 함유하고 있어 동일 농도에서도 유동성을 획기 적으로 개선하는데 도움을주는 것으로 해석할수 있다. Capillary 점도계를 이용하여 측정한 극단적 인 고전단 영 역 에서의 점도 거동을 보면 라텍스 입자경이 고전단 영역에서 나타내는 유동특성은 보다 명 확해 진다 (Fig.
후속연구
- 1). 그러 나, 이 러한 라텍스 입자경 에 따른 유동특성은 원지 나 건조조건 등의 변수를 배제한 경우로 실 공정에서는 다양한 변수가 동시 에 고려 되 어 져 야만 정확한 유동특성을 예측할 수 있을 것으로 생각된다. Fig.
- 본 실험에서는 IR건조기를 사용하여 도공 표층으로의 binder migration을 최대한 억 제 시 켰 지 만 실 제 생산 현상에서는 hot air dryer를 사용하고 있으므로 picking strength 저하나 mottle index가 떨어 지는 현상이 더욱 심해질 수 있을 것으로사료 된다. 따라서 원지의 지힙V사이즈도/roughness는물론이고latex의 입경에 따른 요인도 제어하여 원지로의 binder migration 현상과 도공 표층으로의 binder migration 현상을 균형 있게 조절해야만 인쇄 mottle 현상을 제어하는데 도움이 될 수 있을 것으로 사료 된다.
- Latex의 입경이 극단적으로 작은 850A에서는 binder의 비표면적 증가로 인한 picking strength의 증가현상이 나타나지 않고 binder migration의 심 화로 인한 두께 방향에 서 바인 더 부재 영역이 존재하여 picking strength가오히려 떨어졌다. 본 실험에서는 IR건조기를 사용하여 도공 표층으로의 binder migration을 최대한 억 제 시 켰 지 만 실 제 생산 현상에서는 hot air dryer를 사용하고 있으므로 picking strength 저하나 mottle index가 떨어 지는 현상이 더욱 심해질 수 있을 것으로사료 된다. 따라서 원지의 지힙V사이즈도/roughness는물론이고latex의 입경에 따른 요인도 제어하여 원지로의 binder migration 현상과 도공 표층으로의 binder migration 현상을 균형 있게 조절해야만 인쇄 mottle 현상을 제어하는데 도움이 될 수 있을 것으로 사료 된다.
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