[논문]아크릴 에멀젼이 도공지 물성에 미치는 영향

김선경; 정해성; 조병욱; 이용규

문제 정의

본 연구에서는 새로운 아크릴-스틸렌을 주 모노머로 하는 에멀젼을 제작하여 바인더로 사용하고자 하였다. 이 에멀젼을 기존의 SB 라텍스로 구성되어진 도공액에 추가적으로 첨가 및 대체하여 도공액 및 도공지 그리고 오프셋 인쇄적성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다.
하였다. 이 에멀젼을 기존의 SB 라텍스로 구성되어진 도공액에 추가적으로 첨가 및 대체하여 도공액 및 도공지 그리고 오프셋 인쇄적성에 미치는 영향에 대하여 연구하였다.

가설 설정

뛰어난 도공지의 수요가 증가하고 있다.1) 이러한 소비자들의 경향에 의하여 종이는 고품질화 된다는 것이다. 고품질의 종이는 종이자체의 품질도 중요하지만 인쇄 후의 최종 품질까지 포함한다는 것이다.
1. 아크릴 에멀젼은 도공액의 저전단 점도를 상승시켰다. 또한 추가적인 첨가 시에는 보수도 값을 증가시키며 대체 시에는 감소시켰다.

제안 방법

Dropping0] 끝난후, 동일 온도에서 60분간 숙성하여 45℃ 이하로 냉각시킨 후, ADH 및 방부제 등의 기타첨가제를 투입하여 아크릴계 에멀젼을 제작하였다. Dropping 시킨 모노머의 양과 검화시 사용되어진 NHQH의 양을 조절하여 서로 다른 물성을 갖는 아크릴계 에멀젼을 제조하였다.
그 다음 Styrene monomer 및 2-hydroxyethylacrylate 등을 120분 동안 2차 dropping을 실시하였다. Dropping0] 끝난후, 동일 온도에서 60분간 숙성하여 45℃ 이하로 냉각시킨 후, ADH 및 방부제 등의 기타첨가제를 투입하여 아크릴계 에멀젼을 제작하였다. Dropping 시킨 모노머의 양과 검화시 사용되어진 NHQH의 양을 조절하여 서로 다른 물성을 갖는 아크릴계 에멀젼을 제조하였다.
off-set 인쇄적성시험기(RI-Ⅱ, KRK, Japan)를 사용하여 Ink set-off, Ink gloss, dry-pick, wet-pick을 측정하여 도공지의 인쇄적성을 평가 하였다.
거칠음도(PPS, L&W, Sweden), 백지광택 (Gloss meter, Model T480A, Technidyne corp, U.S.A.)과 백색도, 백감도 및 불투명도(Elrepho 3300, Datacolor, International, U.S.A.)를 측정하였다.
본 연구에서는 실험실에서 공중합 시킨 새로운 아크릴 에멀젼을 SB 라텍스 기반의 도공액에 첨가 및 대체를 실시하였으며 그로 인한 도공액, 도공지의 물성 및 인쇄적성에 미치는 영향을 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
점도는 50rpm에서 no. 4 spindle로 저전단 점도계(DV-11 Viscometer, Brookfield, U.S.A.) 를 사용하여 측정하였고, 보수성은 보수성 측정기 (Water retention meter, AA-GWR, Kaltec scientific inc, U.S.A.)를 사용하여 물성을 측정하였다.

대상 데이터

A에는 SB라텍스 10 part에 아크릴 에멀젼을 10 part 첨가하여 바인더를 12 part 사용하였다. Table 3에서 언급한 세 가지 종류의 아크릴 에멀젼을 사용하여 Table 4와 같은 배합으로 도공액을 제조, 사용하였다.
그 물성은 Table 2에 나타내었다. 기타 첨가제로는 분산제(WY-117), 윤활제 (LUB . REX-55), 내수화제(PRO . WET-400G), 증점제(WR-330N)를 사용하였다.
도공용 바인더로 SB계열의 라텍스(Lutex 701, LG-chemical, Korea)와 실험실에서 중합시킨 3가지 종류의 아크릴계 에멀젼을 사용하였으며 그 물성은 Table 3과 같다.
도공원지로서 M사에서 분양받은 평량 60+2 g/m?의 백상지를 사용하였으며 그 물성은 Table 1에 나타내었다.
도공지는 실험실용 반자동 코터 (K-control coater, RK print Coat Instrument Ltd, U.K) 를 사용하여 제작하였으며 도공량을 편면 18+2 g/m2으로 조정하였다. 도공 후, 105℃의 열풍 건조기(YJ-8600D, Yujin Electronics, KOREA)에서 30초간 건조하였다.
본 연구에 사용된 도공용 안료는 GCC(Setacarb-K)와 2가지 종류의 Clay(ct-gloss)를 사용하였으며 그 물성은 Table 2에 나타내었다. 기타 첨가제로는 분산제(WY-117), 윤활제 (LUB .
도공원지로서 M사에서 분양받은 평량 60+2 g/m?의 백상지를 사용하였으며 그 물성은 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

그림 10은 도공지읜 인쇄광택 결과를 보여주고 있다. 1, 2 번 아크릴 에멀젼을 첨가한 도공지는 백지광택이 높음에도 불구하고 인쇄광택은 현저하게 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 잉크 셋팅이 빠르게 일어남에 따라 잉크표면에 요철이 일어나면서 인쇄광택이 저하되었다고 사료되어진다.
SB 라텍스를 아크릴 에멀젼으로 대체 시. 1, 2번 에멀젼은 대체량의 증가와 함께 dry-pick이 감소하였으며, 에멀젼 3은 2 part 대체 시 약간 감소하였지만 대체량의 증가에 따라 SB 라텍스가 첨가된 도공지와 유사한 dry-pick 능력을 보여주었다. 아크릴 에멀젼간 비교하였을 때는 3번 에멀젼이 우수한 dry-pick 강도를 가진다는 것을 보여주었다.
SB 라텍스를 아크릴 에멀젼으로 대체하였을 때 대체량의 증가에 따라 점도가 상승하는 것을 확인하였다. 1번 아크릴 에멀젼이 가장 작고 2번 아크릴 에멀젼이 가장 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Fig.
9는 도공지의 잉크 set-off 결과를 보여주고 있다. 2 part의 아크릴 에멀젼을 10 part의 SB 라텍스로 이루어진 도공액에 추가적으로 첨가하였을 때, 1, 2번 아크릴 에멀젼은 셋팅성이 높아졌으며 3번은 셋팅성이 저하되었음을 확인하였다. 그리고 SB 라텍스를 아크릴 에멀젼으로 대체 시.
2. 아크릴 에멀젼의 첨가에 따라 거칠음도가 약간 감소하였으며 광택이 증가하였다.
3. 아크릴 에멀젼 첨가에 따라 백색도 및 백감도가 증가하는 것을 확인하였으며 붙투명도는 약간 감소하였다.
이와 같은 현상은 CPVC 이론에 의하여 도공액에서 바인더 증가에 따라 공극이 작아지고 밀집화 됨에 따라 나타나는 현상이라 사료된다.7)아크릴 에멀젼의 대체량의 증가에 따라 점도 차이가 발생하였으며, 그에 따라 도공액 보수성의 영향을 미쳤을 것이라 사료되어진다.
아크릴계 에멀젼의 첨가에 따라 점도는 향상되었다. SB 라텍스를 아크릴 에멀젼으로 대체하였을 때 대체량의 증가에 따라 점도가 상승하는 것을 확인하였다. 1번 아크릴 에멀젼이 가장 작고 2번 아크릴 에멀젼이 가장 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
추가적인 아크릴 에멀젼의 첨가에 따라 도공지의 백색도가 약간 상승함을 알 수 있었다. SB 라텍스를 아크릴 에멀젼으로 대체하였을 때도 아크릴 에멀젼의 양이 증가할수록 백색도가 높아지는 것을 확인하였다. 이는 열을 받으면 백탁도를 지니는 아크릴 에멀젼의 특성 때문에 백색도와 백감도가 약간 증가하였다고 사료되어진다.
8은 도공지의 불투명도 결과를 보여주고 있다. 대체적으로 아크릴 에멀젼은 도공지의 불투명도를 약간 감소시킨다는 것을 확인할 수 있었다.
아크릴 에멀젼을 추가하였을 때에는 wet-pick이 증가하였다. 또한 SB 라텍스를 아크릴 에멀젼으로 대체하였을 때, 1번, 2번 아크릴 에멀젼은 대체량의 증가와 함께 wet-pick이 낮아졌으며 3번 에멀젼은 대체량의 증가에 따라 SB 라텍스 보다 높은 wet-pick 능력을 보여주었다. 아크릴 에멀젼 중에서 wet-pick 능력을 비교하였을 때, 3번 아크릴 에멀젼이 높은 내수성을 가지며 그에 따라 우수한 wet-pick 강도를 가진다는 것을 확인할 수 있었다.
에멀젼의 양이 증가할수록 대체적으로 셋팅이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 아크릴 에멀젼 간 비교하였을 때는 1번이 우수한 셋팅성을 가진다는것을 보여주었으며 3번이 셋팅이 가장 낮음을 확인할 수 있었다.
또한 SB 라텍스를 아크릴 에멀젼으로 대체하였을 때, 1번, 2번 아크릴 에멀젼은 대체량의 증가와 함께 wet-pick이 낮아졌으며 3번 에멀젼은 대체량의 증가에 따라 SB 라텍스 보다 높은 wet-pick 능력을 보여주었다. 아크릴 에멀젼 중에서 wet-pick 능력을 비교하였을 때, 3번 아크릴 에멀젼이 높은 내수성을 가지며 그에 따라 우수한 wet-pick 강도를 가진다는 것을 확인할 수 있었다.
아크릴 에멀젼의 추가는 광택을 증가시키며 거칠음도를 저하시키는 것을 확인할 수 있었다. 아크릴 에멀젼을 SB 라텍스와 대체 시, 대체량이 증가함에 따라 거칠음도는 낮아지며 광택은 증가하는 경향을 확인하였다.
5는 도공지의 광택 값을 보여주고 있다. 아크릴 에멀젼의 추가는 광택을 증가시키며 거칠음도를 저하시키는 것을 확인할 수 있었다. 아크릴 에멀젼을 SB 라텍스와 대체 시, 대체량이 증가함에 따라 거칠음도는 낮아지며 광택은 증가하는 경향을 확인하였다.
연구 결과에 따르면 3번 아크릴 에멀젼 첨가 시, 광택의 상승 및 백색도, 백감도의 증가 그리고 도공지 표면강도의 증가와 함께 많은 이점을 지니는 것을 확인하였다.
7은 백감도 값을 보여주고 있다. 추가적인 아크릴 에멀젼의 첨가에 따라 도공지의 백색도가 약간 상승함을 알 수 있었다. SB 라텍스를 아크릴 에멀젼으로 대체하였을 때도 아크릴 에멀젼의 양이 증가할수록 백색도가 높아지는 것을 확인하였다.
1, 2번 아크릴 에멀젼은 빠른 셋팅성 그리고 낮은 인쇄광택과 표면강도를 보여주었다. 하지만 3번 아크릴 에멀젼의 첨가에 따라 셋팅성의 저하와 높은 인쇄광택을 가졌으며 도공지의 표면강도가 증가함을 알 수 있었다.

후속연구

본 연구로부터 아크릴 에멀젼의 도공용 바인더 적용에 대한 결과를 확인할 수 있었으나 그 기작 및 원리 또한 현장 조업성 대한 자세한 연구가 필요하다는 것을 확인할 수 있었다. 그리하면 품질 및 작업성이 우수한 도공지를 생산할 수 있을 것이라 사료되어진다.

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