2018
친환경 인쇄재료 개발 현황에 관한 연구<9>
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  
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2.3.2.7 주관적인 판단에 의한 인쇄물 색 농도 균일성

6인의 판정자에 의한 주관적인 판단 결과를 <그림 6567>에 나타내었다. 실험을 통하여 얻어진 결과는 Olds의 순위상관 계수를 이용하여 검증하였다. 순위 상관계수 값은 0.933으로 위험률 1%1.000보다 적고, 위험률 5%0.9000보다 크기 때문에 5% 이내의 오차에서 상관관계가 있음을 확인하였다.

거칠음도가 상대적으로 높게 나타난 페이퍼 A에서 주관적인 평가 결과 낮은 값을 나타내고 있다. 상대적으로 표면이 평활한 페이퍼 B에서 다소 높은 값을 나타내었는데, 그 이유는 표면 거칠음이 적을수록 피복저항 값이 적어지기 때문에 같은 잉크량으로 인쇄를 행할 경우 균일한 인쇄물의 색 농도값을 얻을 수 있기 때문이다.

잉크 A 와 잉크 B를 비교해 보면 잉크 B에서 전반적으로 좋은 점수를 받았다. 하지만 유화가 발생한 잉크에서는 유화가 일어나지 않았을 때보다 낮은 점수를 얻었다. 그 이유로서 잉크 속에 분산되어 있던 미립자의 IPA 습수액이 건조되는 과정에서 표면에 배 껍질 모양의 요철을 만들어 육안 측정 시 표면에서 난반사를 일으켜 균일성이 떨어져 보였기 때문이다. 잉크 전이량을 비교해 보면 잉크 공급이 가장 낮았던 0.3cc에서는 유화되지 않은 잉크에서 좋은 결과를 나타내었고, 강제 유화된 잉크들에서는 투과된 빛의 양이 많아 피인쇄체 표면에서 반사된 빛에 의한 산란의 결과로 가장 낮은 점수들을 받았다. 0.7cc의 잉크를 공급한 경우에서 유화에 의한 잉크 색 농도 균일성이 많이 떨어져 보이는 것을 알 수 있었고, 상대적으로 0.9cc의 많은 양의 잉크가 공급되었을 때는 오히려 0.7cc 보다 더 좋은 점수를 받은 것을 알 수 있었다. 이것은 잉크 공급량이 증가하면 피복저항 값의 한계치를 넘어서기 때문으로 생각된다.


2.3.2.8 페놀수지가 포함되지 않은 친환경 인쇄잉크의 GlossContrast

<그림 68>에 블랙잉크의 인쇄물 광택을 측정한 값을 표시하였다. 기존의 잉크 C와 잉크 D에 비하여 페놀 프리 수지를 적용한 잉크 A의 경우에서 다소 광택 값이 떨어지는 것을 볼 수 있다. 이것은 비이클 성분을 많이 필요로 하는 고운 입자를 가진 카본블랙의 분산성에 페놀 프리 수지가 적지 않게 영향을 미친 것으로 판단된다. 특히 페놀 프리 수지를 20% 함유한 잉크 B에서는 인쇄물 광택 값이 확연하게 떨어짐을 볼 수 있는데, 이러한 이유는 비이클 속에 포함되어 있는 페놀 프리 수지의 영향으로 생각된다. 따라서 페놀 프리 수지를 적용한 블랙잉크의 분산성에 관한 조사가 좀 더 이루어져야 할 것으로 판단된다.

또한 유동성이 나쁘고 택 값이 높은 잉크 D가 분산성에 영향을 받았을 것으로 판단되는 잉크 A와 비슷한 인쇄물 광택 값을 나타내고 있다. 이것은 잉크의 상대적인 전이량 차이로 판단된다. 그리고 평활성이 상대적으로 높게 나타난 페이퍼 CD에서 상대적인 인쇄물의 광택 값이 높게 나타났다. 이것으로 미루어 보아 평활한 표면을 가진 용지에 전이되는 잉크 또한 평활한 광택 값을 나타낸다는 것을 확인할 수 있었다.

  

인쇄물의 콘트라스트를 비교한 결과를 <그림 69>에 나타내었다. 일반적으로 인쇄물의 콘트라스트는 100% 민판 인쇄된 부분과 75% 망점 인쇄된 부분의 차이를 비교하는 것으로 평가한다. 가능하면 인쇄물은 콘트라스트가 높아야 좋은 결과물을 얻는다. 하지만 본 연구에서 사용된 잉크들의 콘트라스트는 대체적으로 낮게 나타났다. 더욱이 유동성이 낮고 택 값이 큰 잉크 D에서 콘트라스트 값이 적어짐을 볼 수 있는데, 그 이유는 잉크의 전이량이 작았기 때문으로 판단된다. 페놀 프리 수지를 100% 적용한 잉크 A는 상대적으로 좋은 결과를 보여주고 있다. 종이의 표면이 평활하며 백색도가 88.3%로 가장 높게 나타난 페이퍼 D에서 가장 좋은 콘트라스트 값을 보여 주고 있다. 상대적으로 76.5%의 백색도를 가지는 페이퍼 C에서 전체적으로 콘트라스트 값이 다소 낮게 나타났다. 따라서 콘트라스트는 용지의 표면 평활성뿐만 아니라 백색도와 같은 광학적 특성에도 영향을 받는 사실을 확인할 수 있었다.

 

2.3.2.9 페놀수지가 포함되지 않은 친환경 인쇄잉크를 사용한 인쇄물의 도트게인

일반적으로 인쇄시 압력에 의한 도트게인(망점확대)은 항상 발생한다. 따라서 이러한 망점 형상의 변화는 인쇄물의 품질에 지대한 영향을 미침으로, 이 또한 ISO에서는 그 발생 %를 규정하고 있으며, 윤전인쇄에서 50% 망점의 확대 비율을 CM22%, Y20%로 규정하고 있다.

<그림 7072>에 비교를 위해 가장 평활한 인쇄용지인 페이퍼 C에 대한 잉크 A, C, DC, M, Y 세 가지 색상에 대한 도트게인 발생 비율을 나타내었다. cyan 잉크의 경우 기존의 잉크 C와 비교할 때, 50% 망점에서 18%로 도트게인발생이 동일하게 일어나고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 수치는 ISO에서 규정한 22%보다도 적은 값으로 도트게인에 있어서는 좋은 결과를 얻었다. 상대적으로 유동성이 나빠서 잉크 전이가 적게 일어났을 것으로 판단되는 잉크 D가 가장 적은 도트게인 값을 나타내고 있다. <그림 71>M 잉크에서는 기존의 잉크 CD 보다 페놀 프리 수지를 적용한 잉크 A가 적은 값을 나타내고 있다. 가장 이상적인 프로세스 잉크인 Y에서는 25%, 50%, 75% 망점에서 거의 동일한 도트게인 값을 나타내고 있으며, 기존의 잉크보다도 우수한 망점 재현력을 나타내고 있다.

 

2.3.2.10 페놀수지가 포함되지 않은 친환경 인쇄잉크를 사용한 인쇄물의 중첩성(Trapping)

인쇄물의 컬러 화선부를 형성하는 기본 메커니즘은 잉크의 전이이며, 이러한 전이의 원리는 잉크를 중첩(Trapping) 시키는 것이다. 따라서 잉크의 중첩 특성에 따라 컬러 인쇄물의 색상과 품질이 좌우된다. 오버프린트된 Red(M+Y), Green(C+Y), Blue(C+M)의 중첩성은 첫 번째 잉크에 두 번째 잉크가 얼마나 중첩되었는지를 백분율로 표시한다. 중첩율이 높으면 그만큼 다양한 색 재현이 가능하다. 중첩이 좋지 못하면 오버 프린트 된 색 사이의 순색오차가 발생하여 인쇄물의 컬러 재현에 좋지 못한 영향을 미친다.

<그림 7375>는 각 인쇄용지에 대한 잉크의 중첩율을 나타내었다. Red(M+Y) 컬러의 잉크 중첩율을 비교해 보면 페놀 프리 수지를 함유한 잉크 A에서 기존의 잉크 C와 비슷한 수준을 보여주고 있다. 잉크 D의 경우 상대적으로 낮은 잉크 중첩율을 나타내고 있는데, 그 이유는 오버 프린트된 잉크의 택 값과 먼저 인쇄된 택 값의 차이가 0.2 정도로 적어 상대적인 부착력이 떨어졌기 때문으로 판단된다. 인쇄용지의 표면 평활성이 좋은 페이퍼 CD에서 다소 높은 중첩율을 보여주고 있다.

Green(C+Y)의 중첩율을 비교한 그래프를 <그림 74>에 나타내었다. Green(C+Y)의 경우 잉크 A, B, C의 경우는 두 잉크 간의 택 값 차이가 각각 2.0, 2.1, 1.9로 거의 없는 것으로 나타났고 그 결과 비슷한 중첩율을 나타냈지만, 두 잉크간의 택 값 차이가 2.4로 가장 큰 잉크 D에서는 두 번째 올라가는 잉크의 택 값의 영향으로 잉크 중첩율이 다소 떨어지는 경향을 보이고 있다. Green(C+Y)에서 종이의 평활성에는 거의 영향을 받지 않은 것으로 나타났다. 그 이유는 중첩율이 먼저 인쇄된 잉크 위에 두 번째 잉크가 중첩되어 나타나는 결과를 비율로 나타냈기 때문에 잉크 색 농도와 같이 확연한 차이를 나타내지 않는 값을 나타내고 있다고 판단된다. 또한 Green(C+Y)에서는 전체적으로 중첩율이 높게 나타나는 경향을 가졌다.

<그림 75>Blue(C+M)잉크의 중첩율을 나타내었다. 페놀 프리 수지를 함유한 잉크 A와 기존 잉크인 잉크 C는 비슷한 수준을 나타내고 있으며, 잉크 B의 경우는 중첩율이 페이퍼 B에서 아주 낮게 나타났다. 그 이유는 종이의 평활도가 가장 낮은 인쇄용지의 표면 특성에 영향을 받아 첫 번째 잉크는 많은 잉크가 요구되며, 많은 잉크 때문에 상대적으로 첫 번째 잉크의 접착력이 아주 강해졌기 때문으로 판단된다. 또한 택 값의 차이가 2.2로 크게 나타난 잉크 D에서도 잉크 AC에 비하여 부착력이 떨어져 중첩율이 대체적으로 낮게 나타난 것으로 생각된다.

  

2.3.2.11 유화된 페놀수지가 포함되지 않은 친환경 인쇄잉크의 물성

습수를 사용하는 오프셋 평판 인쇄방식에서는 유화 현상이 필연적으로 나타나는 것이며, 일정한 범위 내에서 습수와 잉크와의 균형이 이루어져야만 고품질 인쇄물을 얻을 수 있다. 하지만 유화가 많이 일어나게 되면 뜬 더러움, 바탕 더러움, 망점결함, 농도 불균일성과 같은 인쇄사고를 발생시킬 수 있기 때문에 유의하여야 한다.

기존의 잉크 A의 경우 유동성(DM:유동성)28에서 7%유화가 일어난 경우 83.5, 10%에서는 84로 소폭 상승하였다. 하지만 친환경 페놀 프리 수지를 적용한 잉크 B에서는 81.5에서 86로 유동성 증가가 많이 일어난 것을 알 수 있었다. 유화가 일어나기 시작한 후 tack value는 잉크 A에서 0.1의 변화를 가졌다면, 잉크 B에서 0.05의 변화 폭으로 기상 안정성이 상대적으로 좋게 나타났다. 장시간 가동을 하는 동안 유화에 의한 tack value의 변화는 잉크 전이에 많은 영향을 줄 수 있음으로, 그 변화 폭이 적은 것이 인쇄물의 품질 안정성이 우수하다. <23>에 측정된 결과를 나타내었다.

 

2.3.2.12 유화된 페놀수지가 포함되지 않은 친환경 인쇄잉크의 전이량과 물성의 관계

유화되지 않은 잉크와 유화된 잉크의 전이량과 물성의 관계를 <그림 7678>에 나타내었다. 피인쇄체의 거칠음도가 3.50으로, 상대적인 값이 높은 페이퍼 A에서 전이된 잉크 량이 많은 것을 볼 수 있다. 이러한 이유는 피인쇄체의 표면이 거칠면 피복저항 값이 상대적으로 높게 나타나 요구되는 잉크량이 증가하기 때문이다.

0.3cc의 잉크를 공급한 경우, 유화가 일어나지 않은 상태에서 페이퍼 A에서는 잉크 A 보다 잉크 B의 전이량이 조금 높게 나타났다. 하지만 상대적으로 평활한 표면을 가진 페이퍼 B에서는 유화가 일어난 순간부터 잉크 A에 비하여 잉크 B가 상대적으로 낮은 전이량을 나타내었다. 이와 같은 현상이 나타난 이유는 유화가 일어나지 않았을 때에 대하여 강제 유화된 잉크의 유동성과 tack value의 차이가 많이 나타났기 때문으로 판단되며, 또한 잉크 성분 중에 친수성 성분이 많아 계면활성제인 IPA의 작용으로 안료입자와 비이클의 분리가 일어나 이와 같은 현상이 발생했을 것으로 생각된다. 이러한 결과를 비교해 보았을 때, 전이량의 변동이 일괄적이지 못한 것은 잉크 공급량이 아주 적어 nip사이에서의 잉크 거동이 원활하게 이루어지지 않았기 때문으로 판단된다.

0.6cc의 잉크를 공급한 경우의 결과를 <그림 77>에 나타내었다. 상대적으로 거칠음도가 낮은 페이퍼 B에서 다소 낮은 잉크 전이량을 나타내고 있으며, 페놀 프리 수지를 적용한 잉크 B에서 다소 낮은 잉크 전이량 값을 나타내고 있다. 이와 같은 현상은 0.3cc의 잉크를 공급한 경우와 거의 유사한 경향을 나타내고 있으며, 7%, 10% 강제 유화된 잉크의 전이량은 각각의 피인쇄체에 대한 차이는 있으나, 같은 용지에서는 거의 유사한 전이량 값을 가지는 것을 알 수 있다. 그 이유는 유화된 잉크의 유동성과 tack value 차이가 없었기 때문이다.

<그림 78>0.9cc의 잉크를 공급한 결과 또한 0.6cc를 공급한 결과와 거의 유사한 결과를 나타내고 있으며, 유동성이 상대적으로 많이 나타난 잉크 B에서 다소 높은 전이량을 나타내고 있다.

 

2.3.2.13 유화된 페놀수지가 포함되지 않은 친환경 인쇄잉크의 농도

<그림 7981>에 유화되지 않은 잉크의 인쇄물 색 농도와 각각 7%, 10%로 유화된 잉크의 인쇄물 색 농도 결과를 나타내었다. 0.3cc를 공급한 경우에서 인쇄물의 색 농도는 1.4(D)~1.51(D)의 농도 영역 내에 고르게 분포하고 있다. 하지만 0.6cc0.9cc의 잉크를 공급한 인쇄물의 색 농도값이 조금 더 차이가 많이 나타나고 있다. 페이퍼 A와 페이퍼 B를 비교해 보면 페이퍼 B에서 다소 높은 인쇄물의 색 농도 영역을 나타내고 있는데, 이와 같은 결과는 잉크 전이량 결과와 반대의 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이러한 현상이 일어난 이유는 피인쇄체의 표면 거칠음도가 높은 페이퍼 A에서 공급된 잉크의 일부분이 피인쇄체 표면의 요철 부분에 평활한 표면 형성을 위해 사용되었기 때문이다.

잉크 A와 잉크 B를 비교해 보면, 적은 양의 잉크를 공급한 경우에서는 비슷한 인쇄물 색 농도 영역을 형성하고 있으나, 0.6cc 잉크를 공급한 경우에서는 확연하게 잉크 B의 인쇄물 색 농도값이 높게 나타나고 있다. 이와 같은 현상이 나타난 이유는 잉크의 유동성이 상대적으로 잉크 B가 높게 나타났기 때문으로 판단된다. 하지만 0.9cc의 많은 양을 공급한 경우에서는 유화된 잉크의 경우, 거칠음도가 상대적으로 낮은 페이퍼 A의 잉크 A가 약간 높은 값을 나타내고 있다. 그 이유는 인쇄 시 압력을 받는 nip에서 뒤로 밀려나가는 잉크량이 많아졌고, 또한 tack value 값이 상대적으로 높았기 때문에 잉크의 분열에 의한 전이시 잉크량이 다소 많이 전이되었기 때문으로 판단된다.

 

2.3.3 페놀수지가 포함되지 않은 친환경 인쇄잉크에 대한 결론

본 연구에서 페놀수지를 사용하지 않는 친환경 윤전 히트셋 잉크를 제조하여, 기존 윤전 잉크와의 인쇄적성에 관하여 실험한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 잉크 물성에 있어서 기존의 잉크와 거의 유사한 물성으로 제조가 가능하다는 사실을 얻을 수 있었고, 또한 이러한 물성 변화가 없기 때문에 전이성에도 크게 영향을 주지 않는다는 결과를 얻을 수 있었다. 하지만 블랙잉크의 경우 안료와의 분산 문제와 사용되는 보조제에 의한 영향을 기존의 잉크에 비하여 다소 많이 받는다는 작은 문제점을 발견할 수 있었다. 따라서 지속적인 연구 및 개발을 통한 보완이 필요할 것으로 판단된다. 또한 페놀 프리 수지와 페놀 수지를 함께 사용한 잉크 B의 경우에서는 물성 및 잉크 전이량에 많은 문제가 야기될 수 있다는 결과를 얻었다. 따라서 페놀 프리 수지는 단독으로 적용하는 것이 인쇄적성에 좋을 것이라는 결론을 내렸다. 전이량에 따른 잉크 색 농도 또한 기존의 변성 페놀 수지를 사용한 인쇄잉크와 거의 동일한 수준을 나타내었다. 블랙잉크에 대한 인쇄물의 광택과 콘트라스트는 기존의 잉크와 유사한 결과를 나타내었고, C, M, Y 잉크에 대한 도트게인에서는 기존의 잉크 CD보다도 페놀 프리 수지를 적용한 잉크 A가 망점재현성에서 우수하다는 사실을 확인할 수 있었다. 잉크의 택에 영향을 많이 받는 잉크 중첩성(Trapping)에서도 기존의 잉크와 유사한 특성 값을 얻을 수 있었다.

잉크 물성에 있어서는 유화가 일어난 상태에서의 기상 안정성 및 작업 적성이 기존의 잉크보다 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 하지만 유화가 발생하기 시작하는 시점에서의 상태는 기존의 잉크에 비하여 유동성과 tack value가 떨어지는 것을 알 수 있었다. 이러한 현상은 잉크 제조사의 첨가제 및 보조제의 사용으로 충분히 극복될 수 있는 문제라 판단된다.

또한 기존의 잉크에서 유화가 발생하면 현저하게 인쇄물의 색 농도값이 많은 차이를 가지며, 인쇄물 색 농도 균일성이 낮아지는 현상을 확연하게 알 수 있는 반면, 페놀 프리 수지를 적용한 잉크에서는 유화에 의한 유동성의 증가로 잉크 전이량이 상승해서 잉크 색 농도는 평균적으로 낮아졌지만, 인쇄얼룩과 같은 인쇄사고는 많이 줄어드는 것을 알 수 있었다. 더욱이 물성 조정제의 사용을 병행하면 이러한 잉크 색 농도 저하도 보완할 수 있기 때문에, 페놀 프리 수지를 적용한 친환경 잉크의 현장 적용은 가능할 것으로 판단된다.

 

 

월간 프린팅 코리아 2018년 5월호 통권 191호    

 
 

  프린팅코리아 2018년 7월호  









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