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문제 정의
- 4) 이러한 도공액을 적용하여 본 연구에서는 도공공정 중 도공량과 캘린더 공정이 전도성에 미치는 영향에 대해 연구하였다.
제안 방법
- 도공 실험용 반자동 코터 (K-control coater, RK print Coat Instrument Ltd, U.K)를 사용하여 원지에 도공량 5, 7, 18 g/m2으로 편면 도포한 후, 105℃의 열풍 건조기(YJ-8600D, Yujin Electronics, Korea)에서 30초간 건조하였다. 슈퍼 캘린더(Supercalender, Beloit Corporatiom, U.
- Table 4의 배합조건에 따라 제조된 도공액의 물성은 Table 5와 같다. 도공액의 점도는 저점단 점도계(DV-II Viscometer, Brookfield, U.S.A)를 사용하여 측정 (60 rpm, No. 4 spindle)하였고, pH는 pH측정기 (PB-11, Sartorius Korea. Ltd)를 사용하였으며, 보수성은 보수성 측정기(Water retention meter, AA-GWR, Kaltec scientific inc, U.S.A)를 사용하여 30초 동안 탈수한 양으로 평가하였다.
- 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.)를 측정하였다.
- 도공액은 Table 4와 같이 배합하여 제조하였다. 물에 NaOH를 넣어 pH를 조절한 후에 분산제와 안료를첨가하여 슬러리 형태로 약 15분간 교반 후, 각각의 첨가제를 증점제, 바인더, 윤활제, 내수화제 순으로 첨가, 배합하여 도공액을 제조하였다.
- 본 연구에서는 도공지 제조 공정 중 도공량, 캘린더 조건을 변화시켜 RFID 전도성 잉크에 적합한 도공지를 제조하였다. 그 결과는 다음과 같다.
- K)를 사용하여 원지에 도공량 5, 7, 18 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 150, 250, 350 psi로 각각 도공면이 cotton filled roll쪽으로 향하게 하여 2회 통과시켰다.
- 인쇄적성 평가는 IGT 인쇄적성시험기를 사용하여 헬리오 시험기(helio test)로 망점빠짐을 측정하였다. 헬리오 시험기의 조건은 Table 6에 나타내었다.
대상 데이터
- 바인더는 라텍스(Lutex 701, LG-chemical, Korea)를 사용하였고, 그 물성은 Table 2와 같다. 분산제(WY-117, 정원화학), 윤활제(NOPCOTE C-104, San nopco, Korea), 내수화제(WR-30N, 우진산업), 증점제(WR-330N, 우진산업)를 기타 첨가제로 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 도공안료는 Engelhard USA에서 분양받은 clay를 사용하였다. 물성은 Table 1에 나타내었다.
- 본 연구에 사용된 도공원지는 polyvinyl alcohol이 3.5 g/m2 표면처리 된 D사의 원지를 분양받아 사용하였으며 원지의 두께는 139 μm, 평량은 110 g/m2이다.
- 바인더는 라텍스(Lutex 701, LG-chemical, Korea)를 사용하였고, 그 물성은 Table 2와 같다. 분산제(WY-117, 정원화학), 윤활제(NOPCOTE C-104, San nopco, Korea), 내수화제(WR-30N, 우진산업), 증점제(WR-330N, 우진산업)를 기타 첨가제로 사용하였다.
- 잉크는 NINK-Ag WM5035 (ABC NanoTech, Korea)인 은 나노 입자가 들어있는 전도성 잉크젯 잉크를 사용하였고, 물성은 Table 3과 같다.
이론/모형
- 전도성 잉크의 전도도를 평가하기 위해서 제조한 전도성 잉크가 인쇄된 도공지에 전도성 잉크를 인쇄 후 Membrane witch Council of the SGIA에서 정한 ASTM F1896-98(American Society for Testing and Material)규격을 따라 표면저항(surface resistivity or sheet resistivity)을 측정하였다. 그 방법을 Fig.
성능/효과
- 1. 도공량과 캘린더 압력을 증가시키면 도공지의 백지광택과 평활도, 백색도는 향상되었다.
- 2. 도공량과 캘린더 압력을 증가시키면 그라비어 인쇄적성은 향상되었다. 이는 도공량과 캘린더 압력의 증가가 도공지의 평활도를 개선시켰기 때문이라고 판단된다.
- 3. 도공량과 캘린더 압력의 증가는 전도성 잉크의 표면 저항을 감소시켰다.
- 이는 전도성 잉크를 포장 재료에 인쇄한 결과, 인쇄되어진 전도성 잉크 표면저항이 포장 재료의 거칠음도와 밀접한 연관성이 있다는 것과 일치하였다.5) 따라서 도공량과 캘린더 압력의 증가는 도공지의 표면 상태를 평활한 상태로 만들어 전도성 잉크의 인쇄적성을 향상시켜 낮은 저항력의 결과를 보여주었다.
- 이는 도공량을 증가시킨 결과, 광택도와 평활도가 향상되었다고 발표한 내용과 일치한다.5) 캘린더 압력의 증가는 백지광택과 평활도를향상시켰다. 도공지의 백지광택과 평활도는 캘린더의 압력을 변화시켜서 개선시킬 수 있다는 Lee등의 결과와 일치한다.
- 본 연구 결과에 따르면 도공량과 캘린더 압력 증가는 인쇄되어진 전도성 잉크의 표면 저항을 감소시키는 것으로 확인되었다. 저항력 감소 원인은 거칠음도와 밀접한 연관성이 있는 것으로 판단된다.
후속연구
- 또한 인쇄 후 건조 되면서 종이 내부로 전도성 충전제가 불균일하게 마이그레이션하게 되고, 이 때문에 전도성 충전제를 종이표면에 온전히 남겨두지 못하는 상황이 발생된다.3) 이러한 문제점은 RFID 인식 효율과 직결되고, RFID를 종이에 직접 인쇄할 때 우선적으로 개선되어야할 과제이다.
- 저항력 감소 원인은 거칠음도와 밀접한 연관성이 있는 것으로 판단된다. 본 연구와 선행된 연구 결과를 통해 설계되어진 도공지는 전도성 잉크 인쇄에 적합하여 회로기판 기능을 수행할 수 있을 것이라 사료된다.
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