2017
친환경 인쇄재료 개발 현황에 관한 연구<4>
재료 다양화 통한 친환경 대체 인쇄제품 개발
대한인쇄문화협회(회장 조정석)는 문화체육관광부의 지원을 받아 최근 친환경 인쇄재료 개발 현황에 관한 연구보고서를 발표했다. 유해 물질이 없는 인쇄물은 사람, 더 나아가 생태계를 위하여 반드시 필요하다. 따라서 이와 관련한 친환경인쇄 소재와 인쇄기술 개발에 대한 연구가 시급하다. 편집부  
학술 · 연재  |  학술논문



1.2.5 친환경 인쇄용지를 사용한 인쇄물의 색 농도

인쇄된 화선부의 빛에 대한 반사율을 측정하여 그 값을 역대수 함수로 나타낸 값이 인쇄물의 색 농도(printed color density)이다. IGT printability tester를 사용하여 0.5cc의 동일한 잉크량을 공급하였을 때, 측정된 잉크 색 농도 결과 값을 <그림 78>에 표시하였다. 친환경 교과서 본문용지의 인쇄물 색 농도값이 기존의 고급 교과서 본문용지에 비하여 조금 낮게 나타난 경향을 보여주고 있다. 각 컬러별 편차는 black의 경우 0.084, yellow의 경우 0.074, magenta의 경우 0.200 그리고 cyan의 경우 0.126으로 나타났지만 그 차이는 0.3 이내로, 육안에 의한 구분은 거의 유사한 것으로 나타났다. C-R65의 경우에는 다른 65g/평량의 친환경 교과서 본문용지보다 다소 높은 농도값을 나타내고 있다. 이것은 미세섬유(fine fiber)의 함량이 많아서 <10>에 나타난 것과 같은 공극(pore)이 상대적으로 작아지고, 따라서 용지내부로 잉크가 침투되는 양이 적어 표면에 많은 잉크가 잔류하였기 때문으로 판단된다. 하지만 육안에 의한 평가에서는 그 차이를 느끼지 못하였다.

<그림 912>의 결과에서는 그래프에서 보이는 것과 같이 잉크 색 농도값은 거의 유사한 경향을 보여주고 있다. 고급 교과서 본문용지와 친환경 교과서 본문용지의 경우, B사의 시료에서 다소 낮은 값을 나타내고 있다. 이것은 제조사 간의 첨가되는 비목재 성분의 첨가량 및 물질의 차이에 의한 결과로 판단된다. 그러나 각 색상 간 ΔE의 오차가 0.1 이내로 큰 차이가 없음을 나타내고 있다. 따라서 시험 인쇄에 의한 결과 값을 비교해 본 결과 친환경 교과서 본문용지나 평량을 65g/으로 만든 재생펄프가 사용된 용지에서 잉크의 농도값이 다소 낮은 값을 나타내고는 있지만, 기존 용지에 비하여 상이한 차이를 가지지 않는 것으로 나타났다.

<그림 11>은 실제 인쇄기에서 제작한 각 시료들에 대한 인쇄물의 Orange 색상에 대한 농도값을 나타내고 있다. 평량이 65g/인 친환경 교과서 본문용지에서 색 농도 편차가 0.01로 균일하게 나타나고 있는 것을 알 수 있다. 친환경 교과서 본문용지 중 서로 다른 평량을 가진 용지의 평균값을 비교해 보면 0.034 정도의 편차를 나타내고 있으며, 그 값으로 미루어 볼 때, 상호간의 색 농도 오차는 거의 나타나지 않는 것으로 판단된다. 또한 제조사가 다른 것을 감안해 볼 때 용지에 투입된 첨가제의 종류 및 양에 영향을 받은 것으로 판단되며, 상호 간의 색 농도값은 상이하지 않음을 알 수 있었다.

<그림 12>Ultramarine color의 색 농도값을 비교해 보았다. C-R 시료에서 가장 높은 농도값을 나타내고 있었으며, 65g/의 평량을 가진 재생용지에서는 색상 농도값의 차이가 거의 없는 것으로 나타났다. 평량이 서로 다른 용지 사이의 평균 색상 오차 값은 0.002로 거의 동일한 값을 보여주고 있다. Orange 색상과 비교해 볼 때 거의 동일한 색상 농도값 분포를 나타내고 있음을 알 수 있었다. 하지만 짙은 색의 경우에서는 색상이 옅은 것에 비하여 그 편차를 육안으로 확인할 수 있는 확률이 떨어진다는 점을 감안할 때, 각기 다른 평량을 가지는 교과서 용지 상호간의 편차는 거의 없는 것으로 판단할 수 있다.

 

 

1.2.6 친환경 인쇄용지를 사용한 인쇄물의 뒤비침

전면에 인쇄된 화선이 이면에서 비쳐 보이거나, 잉크가 베어 나와 보이는 현상을 뒤비침(Print through)이라고 한다. 이면에서 비쳐 보이는 현상을 광학적인 뒤비침(optical print through)이라 하며, 잉크가 베어 나와 이면에 뚜렷한 화선을 형성하는 경우를 기계적인 뒤비침(mechanical print through)이라 부른다. 광학적인 뒤비침 현상이 많이 나타날 경우 가독성(readability)을 저해하여 정보전달의 혼란을 가져올 수 있으며, 기계적인 뒤비침이 발생하면 잉크가 베어 나와 뒤묻음(set off)과 같은 인쇄사고(printing trouble)를 발생시켜 양면 인쇄가 곤란해지는 경우가 발생한다.

 

<그림 13>에 동일한 양의 잉크를 공급하여 시험인쇄를 한 경우에 나타난 뒤비침 현상을 농도계로 측정한 값을 표시하였다. 재생펄프를 함유하고, 평량이 낮은 용지에서 평균 0.012 정도 뒤비침 값이 높게 나타났다. 하지만 뒤비침 편차를 비교해 보면 재생펄프를 포함한 평량 65g/0.011이고, 재생펄프를 포함한 평량 75g/0.012로 거의 유사한 편차를 보여 주고 있다. 고급교과서 본문용지는 0.013으로 그 차이가 오히려 65g/보다 아주 조금 높게 나타났다. 이러한 이유는 제조사별로 첨가된 첨가제의 차이나, 첨가량 때문으로 판단된다.

C-R65 시료에서 상대적으로 높은 뒤비침 값을 나타내고 있는데, <그림 7>의 결과에서 보는 것과 같이 색 농도값을 비교해 보면, 다른 시료에 비하여 색 농도값이 높은 것을 알 수 있다. 따라서 D-R65로 전이된 잉크는 시험 인쇄 시에 다른 용지에 비하여 많은 양의 전이가 일어났을 것으로 판단된다. A-R65의 경우에서는 색 농도값은 B-R65와 거의 비슷한 수준을 나타내고 있지만, 뒤비침 값은 낮게 나타났다. B-R65는 잉크 색 농도는 <그림7>에서 보인 것과 같이 A-R65와 비슷하지만 뒤비침은 상대적으로 다소 많이 발생한 것으로 나타났다. 이러한 사실을 미루어 볼 때, B-R65 용지의 투기도나 용지 내부 구조에 따른 영향으로 미세 공극을 많이 가지고 있는 용지의 경우 잉크 침투 속도가 증가하여 농도는 낮아지고 뒤비침은 다소 많이 발생한 것으로 판단된다. 하지만 뒤비침의 육안 관측 결과 그 차이를 확인할 수 없을 정도로 미비하다는 사실을 확인하였다. 따라서 실 인쇄용 교과서 본문 용지로 사용이 가능할 것으로 판단된다.

고급 교과서 본문용지의 뒤비침 값을 비교해 보면 C-HQ의 경우 잉크 색 농도값이 가장 높게 나타난 시료로서 뒤비침 또한 많이 발생했을 것으로 판단하였으나, 고급 교과서 본문용지 중에서는 가장 낮은 뒤비침 값을 나타내고 있다. 이와 같은 현상은 표면에 잔류하는 잉크가 많아서 잉크 색 농도는 높게 나타났으며, 종이 내부로 침투하는 잉크의 양이 상대적으로 적어 이와 같은 결과가 나타난 것으로 판단된다.

실제 윤전인쇄기를 사용하여 인쇄한 인쇄물의 뒤비침 값을 <그림 14>에 나타내었다. 시험인쇄에서의 결과와 마찬가지로 65g/평량의 용지에서 다소 높은 뒤비침 농도값을 나타내고 있다. 65g/평량의 용지 중 B-R65의 경우는 시험 인쇄보다 다소 높은 뒤비침 값을 나타내고 있다. 이와 같은 현상은 두 가지의 잉크가 중첩되면서 모세관 현상이 더욱 많이 일어났기 때문으로 판단된다.

결과만을 비교해 보면 전체적인 경향은 시험인쇄의 결과와 비슷한 수준을 나타내고 있으며, 뒤비침 농도 편차는 65g/평량의 친환경 교과서 본문용지가 평균 0.111, 75g/평량의 친환경 교과서 본문용지의 평균이 0.092로 그 차이는 0.018정도로 편차가 적게 나타났음을 알 수 있다.

따라서 65g/평량의 교과서 본문용지 또한 뒤비침의 영향을 적게 받는다는 사실을 확인할 수 있었다.

 

 

1.2.7 친환경 인쇄용지를 사용한 인쇄물의 중첩성

일반적으로 인쇄물의 색은 잉크에 의해 재현된다. 잉크에 의한 재현 방식은 감색 혼합이지만, 망점을 이용한 재현에 있어서는 여러 색의 망점이 빛의 반사로 합쳐져서 중간색으로 표현된다. 이러한 색의 표현을 잉크의 중첩성 혹은 트래핑(Trapping)이라 부른다.

<그림 15>에 실제 인쇄기로 인쇄한 orange 색상에 대하여 측정한 트래핑 값을 그래프로 나타내었다. 트래핑 값이 높게 나타났다는 것은 그 만큼 첫 번째 인쇄된 잉크 위에 두 번째 인쇄된 잉크가 잘 부착되었다는 의미이다. 하지만 yellow 잉크는 투명성이 높기 때문에 magenta 잉크 위에 yellow 잉크를 올려 재현된 orange 색상은 다른 색상에 비하여 다소 낮은 트래핑 값을 나타내고 있다. 이것으로 미루어 볼 때 yellow에 치우친 orange 색상을 나타내고 있음을 알 수 있다. 결과 값을 비교해 보면 C회사의 제품(C-HQ, C-R, C-65R)에서 65g/평량의 용지나 75g/평량의 용지가 다소 높게 나타남을 알 수 있다. 하지만 전반적인 경향은 거의 동일한 값을 나타내고 있다. 이러한 비슷한 경향이 나타난 이유는 두 번째 올라가는 yellow 색상 잉크가 상대적으로 많이 전이되었기 때문에 첫 번째 인쇄된 magenta 잉크에 대한 트래핑 값이 상대적으로 높게 나타난 것으로 판단된다. 전체적인 결과 값을 비교해 보면 1213% 정도로 중첩된 부분의 색상에 의한 색 오차는 거의 없는 것으로 판단되며, 65g/평량의 친환경 교과서 본문용지의 사용도 가능할 것으로 판단된다.

 

 

1.2.8 친환경 인쇄용지를 사용한 인쇄물의 망점 확대

망점에 의한 인쇄는 인쇄 시 압력에 의한 영향으로 망점이 커지는 경우가 발생한다. 물론 소비되는 잉크량에 따라 반대의 현상도 존재하지만, 거의 대부분은 망점이 커지는 망점확대(Dot gain)가 일어난다. 각 컬러에 대한 망점의 확대는 halftone(50% 망점)에서 가장 크게 일어난다. 4색 인쇄에서 3개의 프로세스 컬러, cyan, magenta, yellow 잉크 사이의 도트게인 밸런스는 그레이밸런스와 함께 피부 색, 풀잎 색, 하늘색과 같은 오버프린트 색상 유지에 매우 중요하게 작용한다. 예를 들어 과도한 magenta 색상의 망점확대로 피부색이 붉게 표현되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 화선의 정확함과 색상 재현의 정확성을 높이기 위해서는 인쇄 시 망점확대의 영향을 가능하면 줄이는 것이 좋다.

각 용지별 50% 망점에서의 망점확대 결과 값을 <그림 16>에 나타내었다. 65g/평량의 시료들에서 A-R6526.67%로 다소 높게 나타났으며, 75g/평량의 시료들에서는 C-HQ의 시료가 가장 높게 나타났다. C-HQ의 경우 <그림 12>에서와 같이 잉크 색 농도값이 높게 나타난 것으로 미루어 볼 때 잔류하는 잉크가 많아 표면의 잉크 층이 두꺼워져서 압력에 의한 망점확대가 많이 발생한 것으로 판단된다. 또한 재생펄프를 포함한 교과서 본문용지들에서는 평량 65g/의 교과서 본문용지들이 보다 낮게 나타난 것을 알 수 있었다.

망점 확대가 발생한 편차를 비교해 보면 고급 교과서 본문용지가 1.6, 65g/평량의 친환경 교과서 본문용지들은 1.42, 75g/평량의 시료들은 1.04, 재생펄프를 포함한 친환경 교과서 본문용지들에서 낮은 편차 값을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이러한 편차가 적은 이유는 재생펄프의 사용에 따라 교과서 본문용지의 물성 조정을 위해 종이 제조 시 사용되는 비목재 성분(충전제filler)의 사용이 많아져, 이에 따른 영향을 받은 것으로 판단된다.

그러므로 망점 확대의 경우에서도 기존의 고급교과서 본문용지가 다소 적게 발생함을 알 수 있었지만, 재생펄프를 포함한 특히 65g/평량의 시료들의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 또한 각 제조회사의 편차가 발생한 이유는 충전제의 함량과 종류의 차이 때문으로 판단된다. 하지만 그 차이가 크지 않기 때문에 거의 동일한 값을 나타내고 있다고 판단할 수 있다.

<그림 17>75% 망점에서의 망점확대 결과를 보여주는 그래프이다. 망점의 크기가 커지면 공급되는 잉크량이 상대적으로 많아지게 되고 따라서 종이의 표면 상태와 흡수력의 차이에 따라 망점의 크기가 달라질 수 있다. <10>의 결과에서 고급교과서 본문용지의 경우 표면 광택(gloss)이 높게 나타난 것으로 판단할 때, 표면 평활성(smoothness)이 상대적으로 높게 나타났을 것으로 판단되며, 이에 따른 망점의 형상 변화는 상대적으로 적게 나타났을 것으로 판단된다.

하지만 재생펄프를 30% 첨가한 친환경 교과서 본문용지의 경우 평량에 관계없이 75%의 망점에서는 거의 유사한 형태를 보여 주고 있다. 각 시료들 간의 편차 값을 비교해 보면, 고급교과서 본문용지의 경우 1.3, 친환경 교과서 본문용지 중 75g/평량의 시료들은 0.4, 65g/평량의 시료들은 1.4로서 편차가 크게 나타나지 않았음을 알 수 있었다.

따라서 결과에 의하면 재생펄프를 함유한 65g/평량의 친환경 교과서 본문용지와 75g/평량의 고급 및 친환경 교과서 본문용지들의 망점확대 현상은 큰 오차 범위를 가지지 않는 것으로 판단되며, 65g/평량의 용지의 사용이 가능할 것으로 판단된다.

 

 

1.3 재생펄프를 포함한 친환경 인쇄용지에 대한 결론

재생펄프를 포함한 평량 75g/65g/의 친환경 교과서 본문용지와 재생펄프를 포함하지 않은 평량 75g/의 고급교과서 본문용지의 인쇄적성을 분석해 본 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

인쇄물의 농도에 있어서 친환경 용지의 인쇄물 색 농도값이 기존의 고급 교과서용지에 비하여 조금 낮게 나타난 경향을 보여주고 있으나, 육안에 의한 구분은 거의 동일한 색감을 보여주고 있음을 알 수 있다. 같은 평량을 가진 시료에서 색 농도값의 차이가 나타난 것은 용지내부로의 침투가 상대적으로 적어 표면에 잔류하는 잉크량이 많았거나, 공급된 잉크량이 상대적으로 많았기 때문으로 판단되며, 이와 같은 결과는 오차범위 0.1 이내로 상이한 차이를 나타내고 있지 않다고 판단된다.

뒤비침의 경우 평량이 상대적으로 낮은 65g/인 교과서용지에서 다소 높게 나타났지만, 그 편차를 비교해 보면 친환경 재생펄프를 포함한 평량 65g/의 친환경 교과서 본문용지는 0.012이고, 평량 75g/친환경 교과서 본문용지는 0.014, 고급교과서 본문용지는 0.012로 재생펄프를 함유한 75g/친환경 교과서 본문용지가 아주 조금 높게 나타났다.

이것은 제조사별로 첨가된 첨가제의 차이나 첨가량 때문으로 판단되며, 이러한 내부구조의 변화에 의한 미세한 차이로 판단된다. 더욱이 평량 65g/의 친환경 교과서 본문용지는 고급교과서 본문용지와 거의 동일한 편차를 보여주고 있다. 이것은 평량이 낮아지면서 바뀔 수 있는 물성 변화를 조절하기 위해 사용된 충진제의 종류 및 함량 때문으로 판단된다. 하지만 그 차이는 극히 적은 수치를 나타내고 있다. 따라서 뒤비침의 영향은 적다는 사실을 확인할 수 있었다.

잉크 중첨성의 영향을 비교해 보면 거의 동일한 수치를 나타내고 있으며, 제조회사 간의 오차가 다소 나타나고 있음을 알 수 있다. 하지만 육안 분석에 의하면 그 차이는 거의 없는 것으로 판단되며, 따라서 중첩된 부분의 색상에 의한 차이는 없는 것으로 간주된다. 그러므로 65g/평량의 교과서 본문용지의 사용도 가능할 것으로 판단된다.

인쇄물 망점의 확대율을 비교해 본 결과에서도 각 시료들 간의 편차는 적게 나타남을 알 수 있었으며, 이러한 편차가 적은 이유는 앞에서 언급한 종이 제조 시 첨가된 비목재 성분(충전제)의 사용이 많아져, 이에 따른 영향을 받은 것으로 판단된다. 더욱이 어두운 부분(shadow part)에서의 망점확대율은 차이가 거의 없이 나타난 것을 알 수 있었다. 상대적으로 높은 값을 나타내었던 평량 75g/의 고급 교과서 본문용지에서는 인쇄물의 색 농도에서와 같이 표면에 잔류하는 잉크량이 상대적으로 많았기 때문에 인쇄 시 압력에 의한 영향으로 망점확대율이 커진 것으로 사료되며, 이러한 현상이 한 시료에서만 나타났기 때문에 인쇄물의 색 농도에서 판단내린 결과와 동일한 결과를 보여주고 있음을 알 수 있었다. 그러므로 재생펄프를 포함한 65g/평량의 교과서 본문용지와 75g/의 교과서 본문용지 간의 편차는 거의 없이 상이하다는 결론을 얻을 수 있었다. 따라서 재생펄프를 포함한 평량 65g/의 인쇄용지를 교과서 본문용지로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

 

 

2. 인쇄잉크의 친환경화

매엽 평판 오프셋 잉크의 경우 기존의 석유계 유기용제를 사용하는 것이 아닌 바니시 성분으로 사용되고 있는 식물유를 적용하여 석유계 유기용제가 포함되지 않은 친환경 잉크를 제조하였다. 또한 습수에 사용하는 휘발성 유기화합물(이소프로필알코올)을 사용하지 않고 무알코올 습수 인쇄 조건하에도 기존 평판 오프셋 잉크의 인쇄 품질을 유지할 수 있도록 개발하였다.

이에 본 보고서에서는 윤전 히트셋 잉크의 경우 기존의 페놀과 포름알데히드를 반응시켜 제조된 로진 변성페놀수지를 대신할 페놀 프리 수지를 개발하고, 실 인쇄 실험을 통하여 인쇄적성에 대하여 기존의 잉크와 비교한 내용을 설명을 하고자 한다.

 

 

2.1 유기용제가 포함되지 않은 친환경 인쇄잉크 개발

본 연구에 사용된 식물유는 100 내지 220의 요오드 값(iodine value) 180 내지 200의 비누화 값(saponification value)을 갖는 식물유를 사용하였다. 식물유의 요오드화 값과 비누화 값이 표시된 범위를 벗어나면, 건조시간, 점탄성 및 광택의 조절이 어려워진다. 식물유의 예로는 대두유, 아미인유 및 동유 등을 들 수 있으며, 본 실험에서는 대두유와 아마인유를 7:3의 부피비로 혼합하여 사용하였다. 또한 첨가제로는 세트 건조 시간을 단축시키는 역할을 하는 건조제가 소량 포함되는데, 본 연구에서는 지르코늄(Zr)을 사용하였으며, 내열성과 내마찰성을 높이기 위하여 폴리테트라플로오루에틸렌 왁스를 사용하였다.

인쇄 잉크는 색을 나타내는 안료(pigment)와 비이클(vehicle) 성분인 변성페놀 수지, 식물유, 석유계 용제, 그리고 건조제 및 내마찰성을 높이기 위한 첨가제로 구성된다. 인쇄잉크의 제조에서 로진 변성 페놀 수지를 10 중량 미만으로 포함하면 안료가 쉽게 분산되지 못한다. 또한 로진 변성 페놀 수지의 함량이 약 50 중량을 초과하면, 점도가 증가하여 전이성이 나빠진다. 따라서 로진 변성 페놀 수지는 약 10 내지 50 중량으로 첨가한다. 식물유의 경우 약 10 중량 미만으로 포함하면 점도가 증가하고 광택 및 유동성이 나빠지며 약 50 중량을 초과하면 내수성이 떨어지고 점도가 묽어진다. 그리고 건조제의 함량이 5 중량을 초과하면 형성된 도막이 지나치게 빨리 건조되어 작업성이 떨어질 수 있어 약 0.5에서 2 중량 정도만 첨가한다. 그러므로 전체 인쇄잉크의 조성에서 첨가제의 양은 0.5에서 5 중량 이하가 적절하다.

유기용제가 포함되지 않은 친환경 인쇄잉크의 제조는 로진 변성 페놀 수지 약 35g, 안료 20g, 식물유 및 첨가제 45g을 혼합하여 회전수 1:3:9의 속도로 분산시키는 3-roll mill3회 통과 시켜 유기용제가 포함되지 않은 친환경 인쇄잉크를 개발하였다.

 

월간 프린팅 코리아 2017년 12월호 통권 186호    

 
 

  프린팅코리아 2018년 8월호  









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