[논문]산화에스테르전분과 첨가제를 활용한 잉크젯용지의 품질개선

정광호; 정영빈; 이학래

doi:10.7584/ktappi.2013.45.4.021

산화에스테르전분과 첨가제를 활용한 잉크젯용지의 품질개선
Improvement of Ink Jet Printing Paper Quality with Oxidized Starch Ester and Additives 원문보기

펄프 종이기술 = Journal of Korea TAPPI, v.45 no.4 = no.153, 2013년, pp.21 - 26

정광호 (서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부) , 정영빈 (서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부) , 이학래 (서울대학교 농업생명과학대학 산림과학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The effect of esterified starch as surface sizing agent for inkjet printing paper has been evaluated and compared with oxidized starch. Also the influence of various additives including cationic poly-DADMAC, stearic acrylic copolymer, calcium chloride, and GCC was examined. Results showed that starch ester gave higher ink density than oxidized starch. Addition of poly-DADMAC improved water fastness. In general, low molecular weight poly-DADMAC performed better than high molecular weight one, and it was attributed to the fact that it gave more uniform film forming characteristics in surface sizing. Use of styrene acrylic acid copolymer increased hydrophobicity of the paper surface, but it did not increase the ink density. Use of GCC and calcium chloride had only marginal effect on printing quality.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 미도공 잉크젯 용지의 인쇄 품질을 향상시키기 위한 방안을 모색하기 위해 필름형성능력이 우수한 산화에스테르전분의 활용 효과를 산화전분과 비교 평가하였다. 또한 poly-DADMAC, SA, 염화 칼슘 등의 첨가제 투입이 미도공 잉크젯 용지의 인쇄 품질에 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 이를 위해 접촉각, 색농도, 수견뢰도 및 블리딩을 평가하였다.
본 연구에서는 균일한 필름 형성 능력이 우수한 것으로 알려진 산화에스테르전분을 표면사이징용으로 사용하고 그 효과를 평가하였다. 또한 산화에스테르전분 호액에 투입된 다양한 첨가제가 미도공 잉크젯 용지의 인쇄 품질에 미치는 영향을 조사하였다.
본 연구에서는 균일한 필름 형성 능력이 우수한 것으로 알려진 산화에스테르전분을 표면사이징용으로 사용하고 그 효과를 평가하였다. 또한 산화에스테르전분 호액에 투입된 다양한 첨가제가 미도공 잉크젯 용지의 인쇄 품질에 미치는 영향을 조사하였다.
본 연구에서는 미도공 잉크젯 용지의 인쇄 품질을 향상시키기 위한 방안을 모색하기 위해 필름형성능력이 우수한 산화에스테르전분의 활용 효과를 산화전분과 비교 평가하였다. 또한 poly-DADMAC, SA, 염화 칼슘 등의 첨가제 투입이 미도공 잉크젯 용지의 인쇄 품질에 미치는 영향을 구명하고자 하였다.

제안 방법

이 후 SA, poly-DADMAC, 염화칼슘, GCC를 실험 조건에 따라 전분호액에 첨가하고, 최종적으로 표면사이즈액의 온도와 농도가 각각 50℃에서 8%가 되도록 하였다. 각 첨가제의 첨가량은 전분에 대해 SA의 경우 8 pph, poly-DADMAC은 5 또는 10 pph, 염화칼슘과 GCC는 10 또는 20 pph를 적용하였다.
미도공 잉크젯 용지의 내수성 향상이 인쇄 품질에 미치는 영향을 알아보기 위해 내수성 측정방법 중에 하나인 접촉각을 측정하였다. 표면사이징에 의해 초기 접촉각은 작아졌으며 접촉각 변화속도는 느려지는 경향을 보였다 (Fig.
원래 색농도에 대한 물에 침지한 후의 색농도의 비율을 %로 나타내어 수견뢰도 수치로 표시하였다. 블리딩은 표준인쇄차트의 흑색 바탕에 황색선이 인쇄된 부분을 EPSON Perfection V33을 이용하여 스캔하고 이를 육안으로 평가하였다.
연접한 색상에서 한 색이 타색상 출력부로 침입하는 현상을 뜻하는 블리딩을 육안으로 평가하였다. 일반적으로 블리딩은 표면사이징에 의해 더욱 증가하였다.
05로 조절하였다. 이 후 SA, poly-DADMAC, 염화칼슘, GCC를 실험 조건에 따라 전분호액에 첨가하고, 최종적으로 표면사이즈액의 온도와 농도가 각각 50℃에서 8%가 되도록 하였다. 각 첨가제의 첨가량은 전분에 대해 SA의 경우 8 pph, poly-DADMAC은 5 또는 10 pph, 염화칼슘과 GCC는 10 또는 20 pph를 적용하였다.
또한 poly-DADMAC, SA, 염화 칼슘 등의 첨가제 투입이 미도공 잉크젯 용지의 인쇄 품질에 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 이를 위해 접촉각, 색농도, 수견뢰도 및 블리딩을 평가하였다.
인쇄 품질 평가차트를 만들어 잉크젯용 프린터인 HP Office jet K7100을 이용하여 인쇄하였다. 이후 표준조습조건에서 24시간 이상 조습처리한 후 흑색, 청색, 적색, 황색이 인쇄된 부분의 색농도를 Gretag Macbeth사의 SpectroEye를 이용하여 측정했다. 인쇄된 이미지의 물에 대한 저항성을 평가하기 위해 수견뢰도를 측정하였다.
이후 표준조습조건에서 24시간 이상 조습처리한 후 흑색, 청색, 적색, 황색이 인쇄된 부분의 색농도를 Gretag Macbeth사의 SpectroEye를 이용하여 측정했다. 인쇄된 이미지의 물에 대한 저항성을 평가하기 위해 수견뢰도를 측정하였다. 평가차트에서 각 색상의 인쇄된 부분의 색농도를 측정한 다음 칼로 잘라서 증류수에 1시간 동안 침지시켰다.
이후 표준조습조건에서 24시간 이상 조습처리한 후 흑색, 청색, 적색, 황색이 인쇄된 부분의 색농도를 Gretag Macbeth사의 SpectroEye를 이용하여 측정했다. 인쇄된 이미지의 물에 대한 저항성을 평가하기 위해 수견뢰도를 측정하였다. 평가차트에서 각 색상의 인쇄된 부분의 색농도를 측정한 다음 칼로 잘라서 증류수에 1시간 동안 침지시켰다.
표면사이징된 용지에 인쇄 품질 평가차트를 잉크젯 인쇄를 한 뒤 하루 이상 조습처리를 하여 색농도를 측정하였다. Fig.
표면사이징에 의한 물의 접촉각 변화는 Krüss사의 DSA100을 이용하여 부피 3 µL의 3차증류수를 한방울 미도공 잉크젯 용지에 떨어뜨린 후 0.5초 간격으로 60초 동안 접촉각을 측정하여 평가하였다.

대상 데이터

분자량이 낮은 poly-DADMAC(L)과 분자량이 높은 poly-DADMAC(H)의 분자량은 각각 약 10만 g/mol과 20∼35만 g/mol 이었다. SA(styrene acrylic acid copolymer)는 송강산업에서 제공받은 것을 사용하였으며, 안료로는 GCC(ground calcium carbonate, Covercarb 75)를 사용하였다.
미도공 잉크젯 용지의 인쇄 품질을 평가하기 위해 HP Officejet K7100 프린터를 이용하여 인쇄하였다. 잉크젯 인쇄에 사용된 청색, 적색, 황색잉크는 염료 타입이며, 흑색잉크는 소량의 안료가 첨가된 것이었다.
인 미도공 아트원지를 사용하였다. 사용된 원지의 평균두께는 98 mm, 백색도는 90이었다.
양이온성 고분자전해질로는 시그마(주)와 알드리치(주)에서 구입한 분자량이 다른 poly-DADMAC (polydiallyldimethylammonium chloride) 2종을 사용하였다. 분자량이 낮은 poly-DADMAC(L)과 분자량이 높은 poly-DADMAC(H)의 분자량은 각각 약 10만 g/mol과 20∼35만 g/mol 이었다.
원지로는 무림 P&P에서 제공받은 평량 68 g/m2인 미도공 아트원지를 사용하였다.
인쇄 품질 평가차트를 만들어 잉크젯용 프린터인 HP Office jet K7100을 이용하여 인쇄하였다. 이후 표준조습조건에서 24시간 이상 조습처리한 후 흑색, 청색, 적색, 황색이 인쇄된 부분의 색농도를 Gretag Macbeth사의 SpectroEye를 이용하여 측정했다.
전분으로는 삼양제넥스에서 제공받은 산화전분 (Oxidized Starch: OS)과 산화에스테르전분(Oxidized Starch Ester: OSE)을 사용하였다. 산화전분과 산화에스테르전분을 0.

성능/효과

10) GCC 첨가에 의해 잉크 염료가 미도공 잉크젯 용지 표면에 더욱 잔류하는 것이 확인되었다 (Fig. 6).
2) 하지만 미도공 잉크젯 용지는 용지 내의 공극이 크고 잉크 염료의 표면 잔류특성이 낮아 인쇄물의 색농도가 낮고, strikethrough가 발생한다는 단점을 지니고 있다. 또한 잉크 염료가 강하게 고착되지 않기 때문에 수견뢰도가 우수하지 못한 단점도 지니고 있다.
5는 각 전분 호액에 SA 8 pph와 poly-DADMAC을 5 또는 10 pph 첨가했을 때의 색농도 결과이다. SA첨가에 의해 미도공 잉크젯 용지의 내수성이 현격히 향상되었으므로 잉크 염료의 표면잔류도가 향상되어 색농도가 증가될 것으로 기대하였으나 색농도는 전분으로만 표면사이징 한 경우에 비해 약간 감소하였다. 이는 Aloi 등⁸⁾이 소수성을 부여한 에스테르전분을 이용하여 제조된 표면사이즈액으로 표면사이징된 미도공 잉크젯 용지를 사용하면 잉크가 표면에 더욱 잔류해 색농도가 증가하고, strike-through 발생이 감소한다고 보고한 내용과 다른 것이다.
수견뢰도는 poly-DADMAC의 처리에 의해 크게 향상되었으며, 블리딩은 저분자량의 양이온성고분자 처리가 효과적이었다. 결과적으로 양성고분자를 표면사이징 첨가제로 사용할 경우에는 분자량이 낮은 것이 유리하였다.
4에서 보는 것과 같이 색농도가 증가하였지만 그 차이는 매우 적었다. 고분자량의 poly-DADMAC을 첨가한 경우 검은색을 제외한 나머지 색상에서 poly-DADMAC의 첨가량이 증가할수록 색농도가 작게나마 감소하는 경향을 보였다. 전반적으로 저분자량의 poly-DADMAC이 작게나마 색농도 증가에 유리하였다.
전분호액에 SA를 첨가한 경우에도 수견뢰도는 무처리와 별다른 변화를 보이지 않았다. 또 양이온성 고분자의 첨가량이 증가하면 수견뢰도가 약간 더 높아지는 결과를 보였으나 큰 효과는 나타나지 않았다. 하지만 전분 호액에 poly-DADMAC을 첨가하면 수견뢰도가 크게 높아졌다.
산화전분 호액으로 표면사이징 했을 때보다는 산화 에스테르전분 호액으로 표면사이징 했을 때 색농도가 증가하여, 우수한 표면처리에 적합한 것으로 판단되었다. 산화에스테르전분 호액에 저분자량의 poly-DADMAC, GCC를 첨가할 경우 색농도를 약간 증가시킬 수 있었다. 염화칼슘은 흑색잉크의 색농도를 증가시키는 효과가 있었다.
산화전분 호액으로 표면사이징 했을 때보다는 산화 에스테르전분 호액으로 표면사이징 했을 때 색농도가 증가하여, 우수한 표면처리에 적합한 것으로 판단되었다. 산화에스테르전분 호액에 저분자량의 poly-DADMAC, GCC를 첨가할 경우 색농도를 약간 증가시킬 수 있었다.
산화전분과 산화에스테르전분을 0.01%로 희석하고 PCD로 측정한 결과 이들 전분 용액의 전하밀도는 각각 –0.204 meq/g과 – 0.251 meq/g이었으며, 농도 8%인 전분용액의 점도를 저전단점도계(Brookfield DV-Ⅱ+ Pro)를 이용하여 50℃, 100 rpm의 조건에서 측정한 결과 점도는 각각 7.3 cPs와 4.3 cPs였다.
염화칼슘은 흑색잉크의 색농도를 증가시키는 효과가 있었다. 수견뢰도는 poly-DADMAC의 처리에 의해 크게 향상되었으며, 블리딩은 저분자량의 양이온성고분자 처리가 효과적이었다. 결과적으로 양성고분자를 표면사이징 첨가제로 사용할 경우에는 분자량이 낮은 것이 유리하였다.
이는 미도공 잉크젯 용지의 내수성이 엄청 향상되어 용매가 빠르게 흡수되지 않아 잉크의 건조 상태가 불량해 지기 때문이다. 이 결과들을 통해 블리딩 발생이 감소하기 위해서는 용매가 빠르게 흡수되어야 한다는 것을 알 수 있었다.

후속연구

2) 현재 국내에서는 산화전분이 표면사이징의 대표 전분으로 사용되고 있으나 균일한 표면형성을 위해서는 새로운 전분의 활용가능성을 검토할 필요가 있다. 새로운 전분이 표면의 균일성 향상에 도움이 된다면 잉크젯용지 특성 또한 개선할 여지가 있기 때문이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이상적인 잉크젯용지는 어떠한 특성을 가져야 하는가?	이상적인 잉크젯용지는 잉크 염료가 종이 표면에 충분히 잔류하여 색농도가 잘 발현되어야 하며, 용매가 신속히 흡수되어 잉크의 건조가 빠르게 일어나야 하고, 블리딩 및 strike-through 발생이 적고, 수견뢰도(water fastness)가 우수해야만 한다.2) 하지만 미도공 잉크젯 용지는 용지 내의 공극이 크고 잉크 염료의 표면 잔류특성이 낮아 인쇄물의 색농도가 낮고, strikethrough가 발생한다는 단점을 지니고 있다.
	미도공 잉크젯 용지의 문제점을 해결하기 위해 수행된 연구는 무엇인가?	이러한 미도공 잉크젯 용지의 문제점을 해결하기 위해서 표면사이징을 통해 내수성을 향상시키거나 표면에 양이온성 전하를 부여하는 등의 대안에 대한 연구가 진행되어 왔다.2) 현재 국내에서는 산화전분이 표면사이징의 대표 전분으로 사용되고 있으나 균일한 표면형성을 위해서는 새로운 전분의 활용가능성을 검토할 필요가 있다.
	미도공 잉크젯 용지가 낮은 고착성으로 인해 가지는 문제점은 무엇인가?	2) 하지만 미도공 잉크젯 용지는 용지 내의 공극이 크고 잉크 염료의 표면 잔류특성이 낮아 인쇄물의 색농도가 낮고, strikethrough가 발생한다는 단점을 지니고 있다. 또한 잉크 염료가 강하게 고착되지 않기 때문에 수견뢰도가 우수하지 못한 단점도 지니고 있다.

참고문헌 (14)

Baek Na Young, Laser Printer for Business?...Ink Jet Now [Online]. Available: http://news.inews24.com. (2013).
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Jeong, Y.B., Lee, H.L., Youn, H.J., Jeong, K.H., and Ryu, H., Influence of the viscosity of surface sizing starch solution on surface sizing effect of linerboard, J. KTAPPI 44(5)54-62 (2012).

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Glittenberg, D. and Becker, A., Cationic starches for surface sizing: The better solution, 1998 Coating Conference Proceedings, TAPPI Press (1998).
Sin, J. Y., Studies on surface sizing of printing papers with cationic starches, M.S. dissertation, Dept. Forest Sci., Seoul National Univ., Seoul (2000).
Seo, M. S., Effects of cationic PAM as a surface sizing additive on starch penetration and paper property, Ph. D. dissertation, Dept. Forest Sci., Seoul National Univ., Seoul (2006).
Aloi, F., Trksak, R. M., and Mackewicz, V., A different way to look at surface starch for improved film formation and barrier properties, 2000 Papermakers Conference Proceedings, TAPPI Press (2000).
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Rahman, L., Factors affecting the performance of inkjet papers, 2003 Spring Technical Conference Proceedings, TAPPI Press (2003).
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Varnell, D. F., Dramatic enhancements to the ink-jet printability of uncoated paper, PaperCon Conference, TAPPI Press (2009).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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