2017
친환경 인쇄재료 개발 현황에 관한 연구<3>
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


 

4.5 인쇄잉크의 제조 공정

안료 종류, 베이스 잉크, 잉크의 점도, 비이클의 휘발성, 로트(lot) 양의 크기, 안료의 분산성 등에 따라 잉크 제조 공정이 다양하다. 인쇄잉크의 제조 공정은 크게 비이클을 제조하는 반응 공정, 비이클에 안료를 배합하고 미세하게 분산시키는 공정, 안료 분산을 조정하고 규정 용기에 충전하여 포장 및 출고하는 공정으로 나눌 수 있다.

 

4.5.1 반응 공정

반응 공정은 수지를 용제, 건성유, 광유, 물 등에 용해시키는 과정 또는 수지와 건성유를 반응시키거나 겔화제를 첨가하여 잉크 특성을 부여하는 비이클(바니시)을 제조하는 과정이 있다.

 

4.5.2 안료 배합공정

안료 배합공정은 일반적으로 배합 공정과 분산(grinding) 및 연육 공정으로 나눌 수 있다. 먼저 배합 공정은 비이클에 분말 안료를 첨가하여 각종 믹서로 혼합한다. 배합 공정에서는 안료의 표면을 가능한 한 비이클의 표면에 잘 혼합하게 하여 다음의 분산 공정 작업을 쉽게 하는 역할을 한다. 소량 생산일 경우엔 버터플라이 믹서(butterfly mixer) 또는 플레네터리(planetary)가 사용된다. 그리고 대량 생산의 경우에 니더(kneader)와 같은 대형 탱크로 강하게 혼합시키는 장치가 사용된다.

분산 및 연육 공정의 경우 분산기를 이용하여 안료 입자에 비이클 및 용제가 골고루 침적 되도록 물리적인 힘을 가하는 공정이다. 미세 분산은 롤러가 3개 달린 롤 밀(three roll mill)로 한다. 구리로 된 이 롤 밀은 3개의 롤 지름이 모두 동일하게 이루어져 있다. 대표적으로 중앙 롤러가 고정되어 있고, 앞뒤 롤러가 가압하여 롤러 간격(nip)을 조정하도록 된 것과 뒤쪽 롤러가 고정되어 있고 앞쪽 롤러가 가압하여 중앙 롤러를 회전하게 하는 방식이 있다. 롤 밀의 회전 원리는 뒤쪽 롤, 중앙 롤, 앞쪽 롤의 회전수가 다르게 되어 있어, 배합된 잉크 페이스트가 뒤쪽 롤러에서 중앙 롤러, 앞쪽 롤러 순으로 이동하며, 이때 롤러의 회전 속도 차이에 의하여 응집된 안료는 점차 분쇄되어 미세한 입자 상태로 비이클에 분산하게 된다. 분산 및 연육 과정이 끝나면 잉크의 안료 입자는 1이하로 비이클에 분산된다. 특히 평판 잉크의 경우에는 잉크의 피막이 엷기 때문에 안료 입자가 비이클에 거칠게 분산되거나 충분한 젖음 특성이 없으면 양호한 인쇄 적성이 얻어지지 않는다.

 

4.5.3 상태 조정 및 충진 공정

분산 및 연육 공정이 완료된 잉크를 인쇄 적성에 맞게 보조제 및 용제를 첨가하여 잉크의 점도, 물성 및 색의 상태를 조정하는 공정이다. 이 공정에서는 이동식의 크고 작은 둥근 통에 여러 가지 날개형 믹스를 사용한다. , 이 공정에서 각종 품질 검사를 한다.

충진 공정은 조정 공정을 거쳐 검사가 완료된 잉크를 충진기를 이용하여 규정 용지에 정량 충진하는 공정이다. 일반적으로 평판 잉크인 경우에는 보통 1kg짜리 통에 넣고, 대량으로 사용하는 경우에는 5kg짜리 통에 넣는다.

 

4.5.4 페이스트 잉크의 제조 공정

평판 잉크나 볼록판 잉크와 같은 비교적 점도가 높은 페이스트 잉크의 제조는 비이클 제조 공정(반응, 용해), 배합·예비 믹싱(또는 플렉싱), 분산 및 연육, 조정, 충진 과정 순으로 과정이 이루어진다. 비이클 탱크에 합성수지, 건성유 수지, 용제, 첨가제 등을 넣어서 가열하여 비이클을 만든다. 이때, 합성수지, 건성유, 겔화제 등에서 화학 반응을 일으키는 경우도 있다. 이 비이클을 분말 안료와 함께 믹서 또는 니더에 넣어 예비 혼합한 뒤, 이것을 롤 밀에 옮겨서 충분히 분산 및 연육 시킨다. 분산 및 연육 공정이 끝난 잉크에 희석 비이클, 용제 콤파운드, 건조제를 첨가하여 고르게 조정함으로써 페이스트 잉크가 제조된다.

 

4.5.5 용제형 잉크의 제조 공정

그라비어 잉크나 플렉소그래피 잉크와 같은 점도가 낮고 유동성이 큰 용제형 잉크는 밀폐식 장치를 사용한다. 밀폐식 장치에 의하여 용제의 증발을 막게 되고, 특수한 돌, 세라믹, 유리 스틸 등의 구슬 또는 볼이 입자에 충격과 마쇄 작용을 하여 잘게 부순다. 즉 비이클 제조, 배합·혼합, 분산, 밀링(milling), 조정, 충진 순의 과정으로 제조된다.

 

4.6 핫멜트 접착제의 정의 및 용도

물이나 용제를 전혀 사용하지 않고 100% 열가소성수지(thermoplastic resin)를 사용하여 고온에서 액상으로 피착체에 도포, 압착 후 수초 내에 냉각 고화되면서 접착력을 발휘하는 열 용융형 접착제이다. 핫멜트 접착제의 용도는 다양한 곳에서 사용되고 있으며, 아래의 <6>과 같은 용도로 사용되고 있다.

 

4.7 핫멜트 접착제의 특징

핫멜트 접착제는 접착속도가 빨라 고속 생산이 가능하며 광범위한 용도로 사용이 가능하다. 그 용도로는 종이, 목제, 신발, 생리대, 기저귀, 필터여지, PE, PP, PVC, 골판지, 금속박, 섬유 등에서 다양한 목적으로 사용되고 있다. 또한 무용제형으로 환경오염이나 중독, 화제 위험이 없으며, 저장기간의 제한이 없고 내수성이 강하다. 핫멜트 접착제는 100% 고형분으로 생산성을 향상 시킬 수 있고 인건비 절감과 적은 도포량, 광택의 우수함 등의 장점을 가지고 있다. 하지만 주성분이 열가소성 수지이므로 내열성에 한계가 있으며, 장시간 가열 시 열에 의하여 산화 및 노화현상이 발생한다. 또 다른 단점으로는 내열성, 내한성의 양립이 어렵고 내약품성이 약하다는 점과 타 접착제에 비하여 open-time이 짧기 때문에 수동 작업이 어렵다는 단점을 가지고 있다.

<7>은 핫멜트 접착제의 일반적인 성질의 내용이며, <8>은 제책용 핫멜트 접착제의 구성요소를 담은 내용이다.

 

 

. 본 론

 

1. 인쇄용지의 친환경화

현재 친환경 인쇄용지는 자원의 재활용 측면에서의 접근으로 재생용 펄프를 함유한 친환경 인쇄용지를 기반으로 하고 있다. 하지만 탈묵 과정에서 발생하는 환경오염물질 및 독성물질에 대한 정확한 규정이 정해져 있지 않은 상태이다. 따라서 재생용지 속에 함유된 잉크 잔류물과 탈묵, 표백공정에서 사용되는 약품의 잔류문제가 어느 정도 인지 검증하였으며, 재생용지를 제조하는 과정에서 첨가하는 일반 약품들의 잔존여부를 판단하고 이를 토대로 위해성 평가를 실시하였다. 이러한 교과서 본문 용지의 무·유기 화합물 분석을 통하여 재생펄프의 사용에 따른 친환경 인쇄로의 전환을 위한 내용을 보고하고자 한다.

 

1.1 재생펄프를 포함한 친환경 인쇄용지의 개발

1.1.1 재생펄프를 포함한 친환경 인쇄용지의 개발 방법

인쇄용지의 친환경을 위하여 기존의 평량 75g/인 고급 교과서 본문용지 3(A, B, C)과 재생펄프 30%를 혼합하여 기존의 고급 교과서 본문용지와의 동일한 조건으로 생산한 친환경 교과서 본문용지 3(A-R, B-R, C-R) 그리고 평량을 65g/으로 시험생산한 친환경 교과서 본문용지 3(A-R65, B-R65, C-R65)을 사용하였다.

각 용지의 물성은 TAPPI 시험법에 준하여 측정하였으며, 인쇄물의 품질 특성을 평가하기 위하여 D회사의 인쇄 잉크 Y, M, C, K 4색 잉크를 사용하여 품질 실험을 실시하였다. 다음의 <9>는 각 색상 잉크의 기본 물성을 나타낸 것이다. 잉크의 택 값은 32, 800rpm의 조건으로 Inkometer를 사용하여 측정하였고, DM(diameter)25, 60sec에서 늘어난 직경을 Spreadmeter로 측정하였으며, 점도는 25에서 Laray Viscometer로 측정한 값을 나타내었다.

 

 

1.1.2 재생펄프를 포함한 친환경 인쇄용지를 만들기 위한 형광증백제 함유량 분석

형광성분을 효과적으로 분석하기 위하여 종이를 잘게 자른 후 정확히 무게를 달아 폴리에틸렌 병에 담고 초음파기를 이용하여 30분간 추출한 후 shaker를 이용하여 다시 30분간 용출하였다. 그 후 원심분리기를 이용하여 15분간 분리한 후, 다시 0.45시린지 필터를 이용하여 상층액 만을 사용하여 UV/VIS 분광광도계를 이용하여 분석하였다.

 

1.1.3 재생펄프를 포함한 친환경 인쇄용지를 만들기 위한 유해 중금속 함유량 분석

납과 카드뮴 등 4가지의 중금속을 분석하기 위하여 3차 정제된 증류수와 3% 질산용액을 이용하여 1시간 용출한 후 유도결합플라즈마/질량분석기를 이용하여 분석하였다. 수은을 분석하기 위해서 수은 전용 분석기를 이용하여 방해 물질을 최소화하였으며, 특히 수은 분석의 경우 전처리 없이 기기로 바로 분석이 가능하기 때문에 전처리에서 오는 오차를 최대한 줄였다.

 

1.1.4 재생펄프를 포함한 친환경 인쇄용지를 만들기 위한 휘발성유기화합물(VOC) 분석

휘발성유기화합물(VOC)의 경우에는 인쇄된 부분을 중심으로 분석하였으며, 인쇄된 부분은 재생용지와 일반 기존 용지의 같은 부분을 사용하였다. 50vial에 넣고 흡탈착 분석기가 부착된 가스크로마토그래피와 질량분석기(Purge and Trap Gas Chromatography / Mass Spectrometer)를 이용하여 분석하였다.

 

1.2 재성펄프를 포함한 친환경 인쇄용지의 인쇄적성

인쇄적성 실험은 IGT 인쇄적성 시험기(printability tester)(C1, Netherlands)를 사용하였으며, 실험 조건은 21.7, 상대습도 60%의 조건이었다. 잉크 공급량은 0.5cc, 인쇄 속도는 1 m/sec, 압력 200 N으로 전색(solid) 실험하였다. 또한 시험 생산된 3종류의 용지를 포함하여 3개사 9종류의 용지를 실제 윤전기로 동일한 이미지를 인쇄하여 분석하였다.

농도법(densitometry)에 의한 객관적인 인쇄물 평가를 위하여 반사 농도계(X-Rite 418, 미국)를 사용하여 인쇄된 면에서의 확산하는 빛에 대한 반사율에 의한 값인 색 농도(color density)를 측정하였다. 또한 재현작업이나 인쇄공정에서 중요하게 생각되어지는 뒤비침(print through), 잉크의 중첩특성(Tripping), 망점부의 확대(dot gain) 등에 대하여서도 농도계(densitometer)를 이용하여 측정하였다.

 

1.2.1 기존 교과서 용지의 기존 물성 및 재생용지의 물성

<10>에서 A-HQ, B-HQ, C-HQ는 기존의 고급 교과서 본문용지이고, A-R, B-R, C-R, A-R65, B-R65, C-R65는 재생펄프를 30%참가하여 만든 평량 75g/65g/6종의 친환경 교과서 본문용지이며, 공정한 결과를 얻기 위하여 각 회사의 시험분석 장비를 교차 시험하여 나타낸 결과의 평균을 표시하였다.

<10>에서 보는 것과 같이 재생펄프 30%를 혼합하여 제지공장에서 기존의 고급 교과서 본문용지와 유사한 조건으로 시험 생산한 용지의 물성을 비교 측정한 결과, 큰 차이가 없음을 알 수 있었다. 그러나 광택도에 있어서 평량 65g/에서 다소 낮은 것을 볼 수 있다. 이것은 기본용지의 광학적 특성을 유지하기 위해 첨가한 첨가제의 영향으로 생각된다.

하지만 교과서 본문용지의 광택도가 낮으면, 오히려 가독성에 있어서는 더욱 좋은 효과를 가져올 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 재생펄프 30%를 혼합하는 GR(Good Recycled of KOREA)기준에 맞춘 재생용지 생산은 충분히 가능하며, 품질 또한 기존 고급 교과서 용지와 차이가 거의 나타나지 않음을 알 수 있었다.

 

1.2.2 친환경 인쇄용지의 형광물질의 분포

고급 교과서 본문용지와 친환경 교과서 본문용지의 형광물질을 비교한 결과 그 값이 평균적으로 친환경 교과서 본문용지의 값이 조금 높게 나타났다. 그렇지만 이는 GR 형광지수 기준인 5.0에 비하면 매우 미비한 값으로 유해한 수준은 아닌 것으로 판단된다. Sample B-RB-R65의 경우 재생용지이긴 하지만 오히려 기존 용지보다 낮은 농도값을 나타내는 것으로 보아 제조사간의 오차는 존재하는 것으로 판단된다.

 

1.2.3 친환경 인쇄용지의 유해성 중금속 함유량

인쇄용지의 친환경화를 위한 실험에서 분석한 유해 중금속은 크롬(Cr), 비소(As), 카드뮴(Cd) 그리고 납(Pb) 4종류로서 체내에 흡수되었을 경우, 독성에 의한 인체에 악영향을 미치는 물질을 위주로 측정하였다. 측정한 결과는 <11>에 나타내었다. 제조회사간의 미량의 차이는 있었으나 전체적인 검출 양은 기존의 고급 교과서 본문용지와 친환경 교과서 본문용지의 차이는 크게 나타나지 않았다.

따라서 재생용지에 대한 유해성이 기존의 고급 교과서 본문용지와 다르지 않다는 것을 확인할 수 있었다. 하지만 아직 한국에서는 종이에 대한 중금속 규제가 되어 있지 않기 때문에 먹는 물 기준 값과 식품포장 재료로 사용되는 합성수지의 규제 값을 비교해 보았다.

비교 결과 질산에 완전 용해시킨 후의 결과이기 때문에 실제 종이를 섭취하지 않는 것으로 간주하고 피부에 접촉하는 것으로 보았을 때 피부 접촉성으로는 중금속이 모두 검출한계 이하로 검출되어 인체에는 무해한 것으로 판단된다. 더욱이 합성수지계 식품포장지 기준에 비하여 용지에서 검출된 CdPb는 한계치 기준 보다 아주 적게 포함되어 있음을 알 수 있었다.

 

1.2.4 친환경 인쇄용지의 휘발성 유기물질의 분석 결과

휘발성유기물질인 경우에 농도가 높을 경우 섭취하는 음식이 아니더라도 호흡기를 통하여 체내에 흡수되므로 각별한 주의가 필요하다. 휘발성 유기물질 총 14종을 검사한 결과 클로로포럼, 벤젠, 톨루엔, 테트라클로로에틸렌, 에틸벤젠, m.p-크실렌, o-크실렌, 브로모포름 등의 8가지 물질이 검출되었으며, 재생용지와 일반용지와의 검출양은 크게 차이가 나지 않았다. 시험결과 검출된 휘발성 유기물질의 양은 인체에 유해한 수준은 아닌 것으로 나타났다.

 

월간 프린팅 코리아 2017년 11월호 통권 185호    

 
 

  프린팅코리아 2017년 11월호  









  오늘의 인기검색어
1.
2. 2017
3.
4. 관련산업
5. 한국
뉴스·행사 기획·이슈 인터뷰·탐방 비즈니스·PR 학술·연재 글로벌트렌드 라이프 종료 시리즈물
정책/단체뉴스
업계뉴스
핫뉴스
행사
스페셜리포트
포커스
테마기획
분석
인터뷰
탐방
비즈니스인사이드
PR페이지
줌인
학술논문
세미나
전시회
오피니언
프린팅월드
월드뉴스
레저/건강
문화
생활속의 인쇄
세계의 인쇄인
이정식의 세계기행
21세기 키워드
역사속으로
등록번호 : 라00129 서울시 마포구 양화로15길 12, 5층(서교동, 인쇄문화회관)
Tel : 02)335-5881 / Fax : 02)338-9801 개인정보관리 책임자 : 임남숙
월간 프린팅코리아의 모든 콘텐츠를 무단 사용하는 것은 저작권법에 저촉되며, 법적 제재를 받을 수 있습니다.
Home Top
Copyright ⓒ http://printingkorea.or.kr. All rights reserved.
Login