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문제 정의
- 본 연구에서는 현재 패키징 소재로 많이 사용되고 있는 도공지의 표면 상태를 조절하여 전도성 잉크를 이용한 RFID Tag의 적용 가능성을 연구하고자 한다.
- 본 연구에서는 현재 RFID 기술에서 사용되는 전도성잉크를 도공지에 직접 인쇄 함으로써 그 가능성을 실험하였다. 도공지의 도공층은 표면에 수많은 공극을 가지고 있는 특징을 가지고 있다.
제안 방법
- 도공지의 제조는 실험용 반자동 코터 (K-control coater, RK print Coat Instrument Ltb, U.K)를 사용하여 원지에 도공량 22±1 g/m2으로 편면 도포한 후, 105℃의 열풍 건조기 (YJ-8600D, Yujin Electronics, KOREA)에서 30초간 건조하였다.
- 도공지 물성은 거칠음도(PPS, L&W, Sweden), 백지 광택(Gloss meter, Model T480A, Technidyne corp, U.S.A.), 백색도(Elrepho 3300, Datacolor, International, U.S.A.), SEM image(SEM, scanning electron microscope)를 측정하였다.
- 도공액은 Table 4와 같이 배합하여 제조하였다. 물에 NaOH를 넣어 pH를 조절한 후에 분산제와 안료를 첨가하여 슬러리 형태로 약 15분간 교반 후 각각의 첨가제를 유동성 개량제, 바인더, 윤활제, 내수화제 순으로 도공액을 제조하였다.
- 도공액의 점도는 저점단 점도계(DV-II Viscometer, Brookfield, U.S.A)를 사용하여 측정하였다(60rpm, no. 4 spindle사용). pH는 pH측정기 (PB-11, Sartorius Korea.
- 4 spindle사용). pH는 pH측정기 (PB-11, Sartorius Korea. Ltd)를 사용하였으며, 보수성은 보수성 측정기(AÅ-GWR, Kaltec scientific inc, U.S.A)를 사용하여 30초 동안 탈수한 양으로 물성을 측정하였다.
- K)를 사용하여 원지에 도공량 22±1 g/m2으로 편면 도포한 후, 105℃의 열풍 건조기 (YJ-8600D, Yujin Electronics, KOREA)에서 30초간 건조하였다. 슈퍼 캘린더 (Supercalender, Beloit Corporatiom, U.S.A.)를 사용하여 온도 70℃, 압력 300 psi에서 도공면이 Cotton filled roll쪽으로 향하게 하여 1회 캘린더링하였다.
- 인쇄적성 평가는 IGT 인쇄적성시험기를 사용하여 헬리오 시험(helio test)을 평가하였다.
- 원지의 경우 전도성잉크가 그 기능적인 역할을 수행하기 위해서는 인쇄대상이 전도성잉크를 방수할 수 있을 최소한의 조건이 필요하다. 따라서 고 평량의 원지 표면에 Polyvinyl alcohol로 표면처리를 하여 방습 도공지를 제조하였다.
- 3. 방습한 도공지 제조를 목적으로 바인더가 표면층의 공극을 줄여 치밀한 구성을 형성할 수 있는 연구결과를 통해 바인더를 CPVC 이하로 배합하였다. 투입비는 20%, 25%를 사용한 결과 25% 바인더를 적용하여 만든 도공지의 경우 오히려 평활도를 떨어뜨려 전도성잉크에 더 적합하지 않은 것으로 확인하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 도공원지는 polyvinyl alcohol이 3.5 g/m2 표면처리 된 D사의 원지를 분양받아 사용하였으며 원지의 두께는 139 μm, 평량은 110 g/m2이다.
- 5 g/m2 표면처리 된 D사의 원지를 분양받아 사용하였으며 원지의 두께는 139 μm, 평량은 110 g/m2이다. 도공안료는 Engelhard USA에서 분양받은 clay와 Omya에서 분양받은 Setacarb-K를 사용하였으며 그물성은 Table 1에 나타내었다.
- 바인더는 라텍스(Lutex 901, LG-chemical, KOREA) 를 사용하였으며 그 물성은 Table 2에 나타내었다. 기타 첨가제로서 분산제(Dispersant), 윤활제(Lubricant), 내수화제(Insolubilizer) 및 증점제(Thickener)를 사용하였다.
- 잉크는 NINK-Ag WM5035 (ABC NanoTech, KOREA)인 은 입자가 들어있는 전도성 잉크젯 잉크를 사용하였으며 그 물성은 Table 3에 나타내었다.
- 바인더는 라텍스(Lutex 901, LG-chemical, KOREA) 를 사용하였으며 그 물성은 Table 2에 나타내었다. 기타 첨가제로서 분산제(Dispersant), 윤활제(Lubricant), 내수화제(Insolubilizer) 및 증점제(Thickener)를 사용하였다.
성능/효과
- 그림에서 보는 바와 같이 저점단점도는 클레이를 적용한 도공액이 중질탄산칼슘을 적용한 도공액 보다 높게 측정되었다.6) 보수도에서는 클레이를 적용한 도공액이 가장 양호한 값을 나타냈다. 이는 클레이를 적용한 도공액은 클레이 형태상 조밀한 팩킹 구조를 형성함으로써 일정한 압력에서 멤브레인 필터를 통한 수분의 이탈이 적은 것으로 판단된다.
- 5는 IGT 시험기로 인쇄된 인쇄 시편의 망점빠짐이 일어난 거리를 그래프로 나타낸 것이다. 그래프에서 보는 바와 같이 중질탄산칼슘을 적용시킨 도공지보다 클레이를 적용시킨 도공지가 다소 향상되는 것을 확인할 수 있는데 이는 평활도의 영향으로 IGT 시험기에서 잉크가 전이될 때 헬리오 디스크에서 받아들이는 잉크의 양이 클레이를 적용한 도공지가 더 평활하기 때문이라고 사료된다.
- 2. 전도성 잉크에 적합한 도공액의 안료의 경우 전도성잉크의 특성상 인쇄되고 건조 후에 전도성 충전제는 그 형태를 조밀하게 유지해야 되는데 이러한 전도성잉크의 특성을 만족시키기 위해 인쇄대상은 높은 평활도를 요구한다. 따라서 높은 평활도를 만들기 위해서는 도공액의 안료가 원형의 형태인 중질탄산칼슘보다 판상의 형태인 클레이가 더 적합한 결과임을 확인하였다.
- 전도성 잉크에 적합한 도공액의 안료의 경우 전도성잉크의 특성상 인쇄되고 건조 후에 전도성 충전제는 그 형태를 조밀하게 유지해야 되는데 이러한 전도성잉크의 특성을 만족시키기 위해 인쇄대상은 높은 평활도를 요구한다. 따라서 높은 평활도를 만들기 위해서는 도공액의 안료가 원형의 형태인 중질탄산칼슘보다 판상의 형태인 클레이가 더 적합한 결과임을 확인하였다.
- 방습한 도공지 제조를 목적으로 바인더가 표면층의 공극을 줄여 치밀한 구성을 형성할 수 있는 연구결과를 통해 바인더를 CPVC 이하로 배합하였다. 투입비는 20%, 25%를 사용한 결과 25% 바인더를 적용하여 만든 도공지의 경우 오히려 평활도를 떨어뜨려 전도성잉크에 더 적합하지 않은 것으로 확인하였다.
- 4. 전도성잉크의 그라비어 인쇄테스트의 경우 그라비어 인쇄특성상 평활성과 쿠션성이 요구되기 때문에 클레이를 적용한 도공지가 더 우수한 결과를 보여주었다.
- 본 연구결과 도공액 제조 시 안료의 경우에는 클레이를 사용하였으며 바인더의 경우 20%를 투입한 도공지가 표면 저항 값을 측정한 결과 전도성 잉크의 인쇄에 가장 적합한 결과를 나타냈다. 또한 이러한 도공지는 플라스틱 필름과 유사한 표면 저항 값으로 측정되었으므로 전도성 잉크를 사용한 RFID 태그 인쇄에 대한 가능성을 보여주었다.
- 본 연구결과 도공액 제조 시 안료의 경우에는 클레이를 사용하였으며 바인더의 경우 20%를 투입한 도공지가 표면 저항 값을 측정한 결과 전도성 잉크의 인쇄에 가장 적합한 결과를 나타냈다. 또한 이러한 도공지는 플라스틱 필름과 유사한 표면 저항 값으로 측정되었으므로 전도성 잉크를 사용한 RFID 태그 인쇄에 대한 가능성을 보여주었다.
후속연구
- 또한 인쇄 후 건조 되면서 불균일한 migration이 일어나 전도성 충전제를 종이표면에 온전히 남겨두지 못하는 상황이 발생된다.5) 이러한 문제점은 앞에서도 언급했지만 RFID인식 효율과 직결되는 개념으로 우선적으로 개선되어야할 과제이다.
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