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문제 정의
- 본 연구는 친환경 대기압 플라즈마를 사용하여 도공원지의 표면을 친수성으로 개질 하고, 원지의 표면개질이 도공지의 인쇄품질에 어떠한 영향을 미치는 검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 1은 표면처리 된 도공원지에 도공액을 도포 시 발생하는 메카니즘의 모식도이다. 이에 본 연구에서는 선행 연구를 바탕으로 플라즈마의 인가전력과 도공량을 달리하여 도공 후 도공지의 물성, 인쇄적성을 통해 친수성으로 표면 개질된 원지가 도공지에 미치는 영향에 대해 연구하였다.
제안 방법
- 대기압 플라즈마 처리 기술을 이용하여 도공지의 가장 중요한 인자인 도공원지1) 표면을 의도적으로 변형 시켜 고품질 도공지 제조의 가능성을 확인하였다. 표면처리를 위해 사용 되는 가스양과 인가전력을 조절한다면 사용 목적에 맞게 요구되는 도공지의 특성을 선택하여 제조 할 수 있을 것으로 사료된다.
- 도공액의 점도는 저점단 점도계(DV-II Viscometer, Brookfield, U.S.A)를 사용하여 측정(60rpm에서 No. 4 spindle) 하였고, pH는 pH측정기 (PB-11, Sartorius Korea. Ltd)를 사용하였으며, 보수도는 보수성 측정기(Water retention meter, AA-GWR, Kaltec scientific inc, U.S.A)를 사용하여 30초 동안 탈수한 양으로 평가 하였다.
- 도공지 물성은 거칠음도(PPS, L&W, Sweden), 백지 광택(Gloss meter, Model T480A, Technidyne corp, U.S.A.), 백색도, 불투명도(Elrepho 3300, Datacolor, International, U.S.A.)를 슈퍼캘린더 전, 후 각각 측정하였다.
- 도공액은 Table 5와 같이 배합하여 제조하였다. 물에 NaOH를 넣어 pH를 조절한 후에 분산제와 안료를 첨가하여 슬러리 형태로 약 15분간 교반 후 각각의 첨가제를 유동제, 바인더, 윤활제, 내수화제 순으로 첨가 하여 도공액을 제조하였다.
- 도공원지의 전처리 공정을 위해 Dielectric barrier discharge (DBD)형의 플라즈마를 사용하였다. 선행 연구를 바탕으로 Ar/O2 가스를 사용한 대기압 플라즈마를 사용하여 미처리 조건과 인가전력을 40W, 60W 조건으로 각각 처리하였다. 처리 조건을 Table 4에 나타내었다.
- K)를 사용하여 플라즈마 처리를 하지 않은 원지와 40W, 60W로 처리한 원지에 도공량 8g/m2, 20g/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 350 psi에서 도공면이 Steel roll쪽으로 향하게 하고 2회 통과하여 도공지를 제조하였다.
- 실험용 반자동 코터 (K-control coater, RK print Coat Instrument Ltb, U.K)를 사용하여 플라즈마 처리를 하지 않은 원지와 40W, 60W로 처리한 원지에 도공량 8g/m2, 20g/m2으로 편면 도포한 후, 105℃의 열풍 건조기 (YJ-8600D, Yujin Electronics, KOREA)에서 30초간 건조하였다. 슈퍼 캘린더(Supercalender, Beloit Corporatiom, U.
- 인쇄적성의 평가는 잉크의 인쇄광택, 잉크 뒷묻음·잉크세트성(Ink set-off), Dry pick, Wet pick 을 RI-Ⅱ TESTER를 이용하여 측정하여 5점법으로 평가하였다.
대상 데이터
- , 두께100㎛의 도공 원지를 사용하였다. 도공 안료는 GCC(Setacab-K) 와 클레이(ɑ-gloss)를 사용하였으며 그 물성은 Table 1에 나타내었다.
- 도공원지의 전처리 공정을 위해 Dielectric barrier discharge (DBD)형의 플라즈마를 사용하였다. 선행 연구를 바탕으로 Ar/O2 가스를 사용한 대기압 플라즈마를 사용하여 미처리 조건과 인가전력을 40W, 60W 조건으로 각각 처리하였다.
- 바인더는 라텍스(Lutex 701, LG-chemical, KOREA)를 사용하였고, 그 물성은 Table 2와 같다. 분산제(Dispersant), 윤활제(Lubricant), 내수화제(Insolubilizer), 증점제(Thickener)를 기타 첨가제로 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 원지는 국내 H사에서 분양 받은 평량 75g/m2, 두께100㎛의 도공 원지를 사용하였다. 도공 안료는 GCC(Setacab-K) 와 클레이(ɑ-gloss)를 사용하였으며 그 물성은 Table 1에 나타내었다.
- 바인더는 라텍스(Lutex 701, LG-chemical, KOREA)를 사용하였고, 그 물성은 Table 2와 같다. 분산제(Dispersant), 윤활제(Lubricant), 내수화제(Insolubilizer), 증점제(Thickener)를 기타 첨가제로 사용하였다. 물성은 Table.
성능/효과
- 슈퍼캘린더 처리에 의해 도공층 표면구조가 미시적인 수준의 거칠음으로 평활하게된 것을 확인 할 수 있었다.1,2) 한 가지 흥미로운 점은 슈퍼캘린더 처리 전 플라즈마를 처리하지 않은 도공원지보다 플라즈마 처리한 도공원지를 사용한 도공지가 백지광택이 낮고 거칠음도가 높게 나타났으나, 슈퍼캘린더 처리 후 플라즈마 처리한 도공원지를 사용한 도공지가 처리 하지 않은 도 공지보다 우수한 결과를 나타냈다. 이는 Ar/O2가스를 사용한 플라즈마 처리로 인해 도공원지 표면 특성이 친수성으로 개질되어 물과의 결합력이 더욱 강해지고11), 원지에 도공액을 도포 시 물과 바인더 마이그레이션이 Z방향이 아닌 X, Y방향으로 도포되어 캘린더 처리 후 균일하게 도공층을 형성 할 수 있다고 사료된다.
- 1. 표면처리된 도공원지를 사용한 도공지는 슈퍼캘린더 처리 후 처리하지 않은 도공 지 보다 높은 백지광택과 우수한 거칠음도로 인하여 높은 인쇄광택을 나타내었다.
- 1) 보통 도공원지의 표면에 물의 침투를 막기 위해 사이징 처리를 하여 도공액을 도포 시 원지로의 도공액 침투를 억제하게 한다.2) 또한 도공층과 인쇄 적성 관계, 도공액 내의 화학적 현상과 레올로지의 이해가 필수적이다. 여러 폴리머의 혼합으로 구성된 도공액과 원지 사이의 상호작용 의해 도공층의 구조가 변하게 된다.
- 2. 도공원지의 플라즈마 처리는 도공지의 광학적 특성에 거의 영향을 미치지 않았다.
- 3. 친수성으로 개질된 도공원지는 도공액의 도포 시 바인더 마이그레이션이 Z방향이 아닌 X, Y방향으로 균일한 필름층이 형성되어 도공층에 바인더가 적절하게 분포되 어 dry pick, wet pick 강도가 증가하였다.
- 5는 도공지의 물성 중 슈퍼캘린더 처리 전후의 백색도와 불투명도를 나타낸 결과이다. 각 조건마다 미세한 차이는 나타냈지만 플라즈마 처리는 도공지의 백색도와 불투명도에 크게 영향을 미치지 않음을 확인 할 수 있었다. 높은 압력으로 슈퍼 캘린더 처리를 할 경우, 도공층을 투명하게 하여 광 흡수도를 증대시켜 불투명도가 저하되어2) 슈퍼캘린더 처리 전 물성 값보다 다소 낮거나 변화가 거의 없는 결과를 나타내었다.
- 3은 도공지의 물성 중 슈퍼캘린더 처리 전후의 백지광택과 거칠음도를 나타낸 결과이다. 거칠음도가 낮아질수록 백지광택은 향상되었다. 슈퍼캘린더 처리 전 조건에서 플라즈마 처리된 원지로 제조한 도 공지는 플라즈마 처리 하지 않은 도공지보다 백지광택이 낮고 높은 거칠음도를 나타냈다.
- 선행 연구에서 도공원지의 표면 개질 가능성에 대해 연구하였고, 그 결과 원지의 물리적․광학적 특성은 변화 없이 원지 표면에 알데하이드, 염화물, 알코올, 아민 등의 친수기가 생성되어 물과의 수소결합이 잘 일어나도록 표면의 화학 구조만 변화되었다. 또한 접촉각 측정을 통해 도공원지 반대면의 화학구조는 변하지 않았다는 점에서 금속이 아닌 종이에도 처리된 면의 화학성질만 변화했다는 새로운 가능성을 증명하였다.11)
- 거칠음도가 낮아질수록 백지광택은 향상되었다. 슈퍼캘린더 처리 전 조건에서 플라즈마 처리된 원지로 제조한 도 공지는 플라즈마 처리 하지 않은 도공지보다 백지광택이 낮고 높은 거칠음도를 나타냈다. 슈퍼캘린더 처리 전 도공지의 거칠음도는 도공층 표면에 매크로러프니스(Macroroughness) 구조가 남아 있어 평활하지 않은 표면구조를 형성한다.
- 하지만 슈퍼 캘린더 처리 후 조건에서 처리 전 조건과 비교해 보았을 때 백지광택은 100% 이상 향상되어 도 공층 표면이 매우 평활해진 것을 확인 할 수 있었다. 슈퍼캘린더 처리에 의해 도공층 표면구조가 미시적인 수준의 거칠음으로 평활하게된 것을 확인 할 수 있었다.1,2) 한 가지 흥미로운 점은 슈퍼캘린더 처리 전 플라즈마를 처리하지 않은 도공원지보다 플라즈마 처리한 도공원지를 사용한 도공지가 백지광택이 낮고 거칠음도가 높게 나타났으나, 슈퍼캘린더 처리 후 플라즈마 처리한 도공원지를 사용한 도공지가 처리 하지 않은 도 공지보다 우수한 결과를 나타냈다.
- 10) 또한 도공원지에 플라즈마 처리의 인가전력이 높아질수록 도공지의 백지광택이 감소하고 거칠음도가 다소 높아지는 경향을 나타냈다. 하지만 슈퍼 캘린더 처리 후 조건에서 처리 전 조건과 비교해 보았을 때 백지광택은 100% 이상 향상되어 도 공층 표면이 매우 평활해진 것을 확인 할 수 있었다. 슈퍼캘린더 처리에 의해 도공층 표면구조가 미시적인 수준의 거칠음으로 평활하게된 것을 확인 할 수 있었다.
후속연구
- 표면처리를 위해 사용 되는 가스양과 인가전력을 조절한다면 사용 목적에 맞게 요구되는 도공지의 특성을 선택하여 제조 할 수 있을 것으로 사료된다. 고급 안료를 사용하지 않아도 인쇄품질이 양호한 도공지를 제조 할 수 있다고 사료되지만, 설비 부분 관련해서 경제적인 측면에 대해 앞으로 더 많은 연구가 필요하다. 또한 본래 금속 표면을 친수성/소수성으로 개질하기 위한 플라즈마 기술에 기질을 종이로 하여 연구한 사례가 극기 드물기 때문에 앞으로 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 고급 안료를 사용하지 않아도 인쇄품질이 양호한 도공지를 제조 할 수 있다고 사료되지만, 설비 부분 관련해서 경제적인 측면에 대해 앞으로 더 많은 연구가 필요하다. 또한 본래 금속 표면을 친수성/소수성으로 개질하기 위한 플라즈마 기술에 기질을 종이로 하여 연구한 사례가 극기 드물기 때문에 앞으로 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다.
- 표면을 의도적으로 변형 시켜 고품질 도공지 제조의 가능성을 확인하였다. 표면처리를 위해 사용 되는 가스양과 인가전력을 조절한다면 사용 목적에 맞게 요구되는 도공지의 특성을 선택하여 제조 할 수 있을 것으로 사료된다. 고급 안료를 사용하지 않아도 인쇄품질이 양호한 도공지를 제조 할 수 있다고 사료되지만, 설비 부분 관련해서 경제적인 측면에 대해 앞으로 더 많은 연구가 필요하다.
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