KR102670930B1 - 친환경 잉크 조성물 및 이를 이용한 포장재의 제조 방법 - Google Patents

친환경 잉크 조성물 및 이를 이용한 포장재의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법은 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화하여 친환경적이고 인체 안정성이 향상되면서도, 종래 알코올 베이스 잉크 조성물 대비 건조성이 향상되고 인쇄 시 인쇄속도 및 작업속도가 우수한 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 포장재는 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화함에도 발색력, 박리강도 등이 우수한 고품질의 인쇄층을 가지는 효과가 있다.

Description

친환경 잉크 조성물 및 이를 이용한 포장재의 제조 방법{Eco-friendly ink composition and manufacturing method of packaging material using the same}
본 발명은 친환경 잉크 조성물 및 이를 이용한 포장재의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 총 휘발성 유기화합물(Total volatile organic compounds, TVOC)의 함량을 최소화할 수 있으며, 작업자에게 안전한 친환경 잉크 조성물 및 이를 이용한 포장재의 제조 방법에 관한 것이다.
친환경이라는 단어는 현재 모든 산업분야의 트렌드로 자리잡고 있다. 이는 지속가능한 사회발전을 위한 기업과 투자자의 사회적 책임이 중요해지면서 더 가속화되고 있으며 기업의 생존을 위해서는 더 이상 외면할 수 없는 큰 흐름이다.
마찬가지로, 과거 연포장 산업은 가격 및 제품의 품질이 경쟁력의 요소로 작용했으나, 현재는 안전, 환경 문제가 더욱 중요시되면서 연포장 산업에서도 친환경 요소를 적극 도입하도록 요구되고 있다. 일반적으로, 식품 등에 사용되는 포장은 연포장 기술이 적용되며, 제품과 기업의 이미지를 효과적으로 표현할 수 있도록 미려한 외관을 구현하기 위해 포장재의 표면부에 인쇄층이 존재한다. 이러한 인쇄층은 롤투롤 방식의 그라비아 인쇄 공정으로 잉크 조성물이 기재 필름에 인쇄되어 형성된다. 그라비아 인쇄는 용매의 속건성을 이용한 생산성이 높은 인쇄 방법으로, 국내 인쇄 잉크 시장의 약 30%의 점유율을 갖는 인쇄 방법이며, 여기에 사용되는 잉크 조성물은 기본적으로 안료, 바인더 수지 및 용매를 포함한다.
이러한 그라비아 인쇄 공정에 사용되는 종래 잉크 조성물은 VOC 규제물질이 사용됨에 따라 환경오염의 원인이 되며, 조성적으로 50% 이상의 휘발성 유기화합물이 용매로 사용되기 때문에 인체에 유해한 영향을 미쳐 작업환경 열악해지고, 환경오염을 유발하는 등 문제점이 있다. 구체적으로, 종래까지는 상기 용매로 VOC 규제물질, 예를 들어 톨루엔(Toluene), 메틸에틸케톤(Methylethylketone, MEK), 에틸아세테이트(Ethyl acetate, EA), 이소프로필알코올(Isopropyl alcohol, IPA) 등의 인체에 해로운 휘발성 유기화합물(Volatile organic compounds, VOC)이 주로 사용되었다. 그러나 이러한 종류의 용매는 산업안전보건기준 관리대상 유해물질에 속하며, 이를 포함하는 잉크 조성물은 총 휘발성 유기화합물(Total volatile organic compounds, TVOC)의 함량이 높고 환경오염의 원인이 될 뿐만 아니라 인체에 유해한 영향을 미치므로, 인쇄 공정 시 작업환경이 열악해지는 문제점이 있다. 특히 최근에는 안전 및 환경 문제가 더욱 중요시되면서, 휘발성 유기화합물의 사용을 최소화하기 위한 친환경적 요소가 필수적이다.
그러나 휘발성 유기화합물을 사용하지 않거나, 그 사용 함량을 감소시킬 경우, 휘발성 유기화합물의 특징인 휘발성이 떨어져 잉크 조성물의 건조 효율 및 인쇄속도가 저하되며, 발색력 또한 감소되는 문제가 발생한다. 따라서 고품질의 인쇄물을 제조할 수 없을 뿐만 아니라, 건조에 필요한 열풍 공정 및 이를 위한 건조 설비에 대한 비용이 증가되는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 한국등록특허공보 제10-2465827호에는 ‘에탄올 베이스 잉크를 이용한 포장재 제조방법 및 이로부터 제조된 포장재’가 개시되어 있다. 그러나 상기 특허의 잉크 조성물은 여전히 건조 효율 및 발색력이 떨어지는 등 전체 인쇄속도가 느리게 조절될 수밖에 없으며, 공정 효율 및 인쇄 품질이 저하되는 문제가 발생한다.
또한 포장재는 인체 접촉, 특히 손과의 접촉이 잦은 물품이므로, 세균, 바이러스가 표면에 생존하여 인체에 감염을 유발할 뿐만 아니라, 이물질 등의 부착이 쉬워 항균성, 내오염성이 떨어지고 특히 자외선에 취약한 문제가 있다. 아울러 포장재에 인쇄되는 인쇄층의 내구성, 내후성 향상을 위해 최외각 층으로 인쇄층 위에 투명 고분자 필름이 1겹 더 적층하여 포장재를 제조된다. 그러나 이러한 외부 필름이 손상될 경우 인쇄층의 초기 품질을 기대할 수 없으며, 손상되지 않더라도 자외선에 의한 색바램 등에 취약하여 내후성이 현저히 떨어진다.
이에, 휘발성 유기화합물의 사용량을 감소시켜 친환경적이고 인체 안정성이 향상되면서도, 종래 대비 건조성 및 발색력이 우수하며, 내구성, 내후성이 우수한 친환경 잉크 조성물 및 이를 이용한 포장재의 제조 방법에 대한 연구가 필요하다.
한국등록특허공보 제10-2465827호 (2022.11.07)
본 발명의 목적은 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화하여 친환경적이고 인체 안정성이 향상되면서도, 종래 알코올 베이스 잉크 조성물 대비 건조성이 향상되며 인쇄속도 및 작업속도가 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화함에도 발색력, 박리강도 등이 우수한 고품질의 인쇄층을 형성할 수 있는 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인쇄 및 건조 후 인쇄층에 용매가 잔류하는 문제를 방지하여 식품 포장재 용도에 적합한 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 내구성 및 내후성이 우수하며, 항균성 및 자외선 차단성이 우수한 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법은, 제1 기재층 상에 친환경 잉크 조성물을 롤투롤 방식의 그라비아 인쇄 공정으로 인쇄하고 건조하여 인쇄층을 형성하는 인쇄 단계, 상기 인쇄층 상에 접착제를 도포하고 건조하여 접착층을 형성하는 접착 단계 및 상기 접착층 상에 제2 기재층을 적층하여 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층을 열압착하는 합지 단계를 포함한다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 친환경 잉크 조성물은 안료, 바인더 수지 및 용매를 포함할 수 있으며, 상기 용매는 알코올계 용매 및 메틸 아세테이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 용매에서, 상기 알코올계 용매 및 상기 메틸 아세테이트의 중량비는 100:25~150일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 알코올계 용매는 에탄올을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접착제는 접착제 원액 및 희석용매를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접착제는 상기 접착제 원액 100 중량부에 대하여 상기 희석용매를 100 내지 1,000 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접착제는 폴리우레탄계 접착제 또는 폴리이민계 접착제일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 희석용매는 에탄올 및 메틸 아세테이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 희석용매에서, 상기 에탄올 및 상기 메틸 아세테이트의 중량비는 100:3~30일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 친환경 잉크 조성물은 상기 안료 5 내지 30 중량%, 상기 바인더 수지 10 내지 40 중량% 및 상기 용매 30 내지 70 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 바인더 수지는 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 폴리우레탄 수지는 알코올 용해성 폴리우레탄 수지일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 바인더 수지는 폴리비닐부티랄 수지를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 바인더 수지에서, 상기 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리비닐부티랄 수지의 중량비는 100:25~500일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 친환경 잉크 조성물은 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자는, a) 수상 매질에서 구리 입자 및 폴리라이신을 혼합하는 혼합 단계 및 b) 상기 폴리라이신이 상기 구리 입자의 표면에 흡착되도록 상기 수상 매질을 증발시키는 건조 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 상기 구리 입자 및 상기 폴리라이신의 혼합 중량비는 100:0.01~10일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계는 상기 수상 매질로부터 상기 구리 입자를 수득한 후, 70 내지 150℃의 고온에서 건조하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 폴리라이신은 폴리-L-라이신, 폴리-D-라이신, ε-폴리-L-라이신 및 ε-폴리-D-라이신 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 친환경 잉크 조성물은 상기 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자를 0.1 내지 3 중량%로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자의 평균입경은 10 내지 200 nm일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자는 제1 평균입경을 가지는 제1 구리 입자 및 제2 평균입경을 가지는 제2 구리 입자를 포함할 수 있으며, 상기 제1 평균입경은 5 내지 40 nm일 수 있고, 상기 제2 평균입경은 50 내지 150 nm일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 제1 구리 입자 및 상기 제2 구리 입자의 중량비는 1:0.5~2일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 포장재의 제조 방법은, 상기 인쇄 단계와 상기 접착 단계 사이에, 상기 인쇄층 상에 코팅 조성물을 도포하여 보호층을 형성하는 코팅 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 코팅 조성물은 질산구리, 자외선 차단 유기 화합물, 폴리우레탄 수지 및 알코올계 용제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 코팅 단계에서, 상기 도포는 상기 코팅 조성물이 상기 인쇄층 위에 분사되어 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 자외선 차단 유기 화합물은 아보벤존, 옥시벤존 및 옥틸메톡시신나메이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 알코올계 용제는 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 2-메톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 프로필렌글리콜 및 디에틸렌글리콜 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 코팅 조성물은 상기 질산구리 0.01 내지 3 중량%, 상기 자외선 차단 유기 화합물 0.5 내지 5 중량%, 폴리우레탄 수지 1 내지 15 중량% 및 상기 알코올계 용제 80 내지 95 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 보호층의 평균두께는 10 내지 100 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 안료는 산화물, 수산화물, 황화물, 페로시안화물, 크롬산염, 규산염, 황산염, 탄산염, 인산염, 탄소 화합물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 무기안료; 아조계 안료, 프탈로시아닌계 안료, 니트로소계 안료, 알리자린계 안료, 아닐린계 안료 및 축합다환계 안료 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 유기안료; 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 안료는 평균입경이 1 내지 10 ㎛일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 인쇄 단계의 건조는 50 내지 80℃에서 0.5 내지 10 분 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 접착 단계의 건조는 10 내지 40℃에서 0.5 내지 10 시간 동안 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재는, 제1 기재층; 상기 제1 기재층 상에 인쇄되어 형성되는 인쇄층; 상기 인쇄층 상에 적층되는 접착층; 및 상기 접착층 상에 적층되는 제2 기재층;을 포함한다.
본 발명에 따른 포장재의 제조 방법은 친환경 잉크 조성물을 사용함으로써 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화하여 친환경적이고 인체 안정성이 향상되면서도, 종래 알코올 베이스 잉크 조성물 대비 건조성이 우수하고 인쇄속도 및 작업속도가 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 포장재의 제조 방법은 인쇄 및 건조 후 인쇄층에 용매가 잔류하는 문제를 방지하여 식품 포장재 용도에 적합한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재는 인쇄 시 휘발성 유기화합물의 사용량을 최소화함에도 발색력, 박리강도 등이 우수한 고품질의 인쇄층을 가지는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재는 내구성 및 내후성이 우수하며, 항균성 및 자외선 차단성이 우수한 효과가 있다.
이하 본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법을 상세히 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 몇몇의 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 ‘포함한다’는 ‘구비한다’, ‘함유한다’, ‘가진다’, ‘특징으로 한다’ 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 또한 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치 범위 외의 값 역시 정의된 수치 범위에 포함된다.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 ‘%’의 단위는 별다른 정의가 없는 한 ‘중량%’를 의미한다.
일반적으로, 잉크 조성물은 크게 안료, 바인더 수지 및 용매로 구성되며, 종래 친환경 잉크 조성물은 휘발성 유기화합물의 용매를 대신하여 알코올 베이스의 용매가 사용됨으로써 인체 안정성이 향상되고 친환경인 장점이 있으나, 건조성이 떨어져 인쇄속도 및 작업속도가 좋지 못했다. 또한 상기 잉크 조성물 내 바인더 수지의 경우 상기 알코올 베이스의 용매와 혼화성이 떨어지고 용해력 및 분산력이 좋지 못하여 필름에 인쇄 시 강한 접착강도를 유지할 수 없으며, 조성물 내 안료의 경우도 용매와 혼화성 떨어져 발색력이 저하되는 등 인쇄 품질이 현저히 저하되는 한계가 있었다.
이에, 본 발명에 따른 방법으로 제조된 친환경 포장재는 인쇄되는 알코올 베이스의 친환경 잉크 조성물이 후술하는 성분을 포함함으로써, 환경부고시 제2015-181호(2015.9.11.)에 고시된 규제대상의 휘발성 유기화합물을 포함하지 않아 인체 안정성이 높고 친환경적이면서도, 종래 알코올 베이스 잉크 조성물 대비 높은 건조성으로 인쇄층을 형성할 수 있는 효과가 있다. 특히 알코올 베이스의 용매가 사용됨에도 용매에 대한 바인더 수지의 혼화성이 우수하고, 건조성이 우수한 잉크 조성물이 사용됨에도 높은 접착강도와 높은 발색력을 가지는 효과가 있다. 따라서 인쇄 공정 시 종래의 경우보다 친환경적이면서 높은 인쇄 품질을 가지는 인쇄층을 포장재에 형성할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방법으로 제조된 친환경 포장재는 내구성 및 내후성이 우수하고 항균성 및 자외선 차단성이 우수하여 인쇄층의 색바램을 최소화할 수 있고, 필름이 손상되더라도 세균 및 바이러스의 비활성에 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법은, 제1 기재층 상에 친환경 잉크 조성물을 롤투롤 방식의 그라비아 인쇄 공정으로 인쇄하고 건조하여 인쇄층을 형성하는 인쇄 단계, 상기 인쇄층 상에 접착제를 도포하고 건조하여 접착층을 형성하는 접착 단계 및 상기 접착층 상에 제2 기재층을 적층하여 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층을 열압착하는 합지 단계를 포함한다. 따라서 본 발명에 따른 포장재는, 제1 기재층; 상기 제1 기재층 상에 상기 친환경 잉크 조성물이 인쇄되어 형성되는 인쇄층; 상기 인쇄층 상에 적층되는 접착층; 및 상기 접착층 상에 적층되는 제2 기재층;을 포함한다.
상기 인쇄 단계는 기재층 상에 친환경 잉크 조성물을 인쇄한 후 건조하여 인쇄층을 형성하는 단계이다. 상기 인쇄 단계에서, 본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물이 다양한 인쇄 공정에 적용되어 인쇄 가능하나, 그라비아 인쇄(Gravure printing) 공정, 구체적으로 롤투롤(Roll-to-roll) 방식의 그라비아 인쇄 공정에 적용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 포장재는 후술하는 친환경 잉크 조성물이 롤투롤 방식의 그라비아 인쇄 공정에 사용됨으로써, 대량의 인쇄 공정이 가능하면서도, 지속적인 인쇄 공정 중에도 잉크 수용 장비에서의 증발에 의한 잉크의 농도 변화를 최소화하여, 우수하고 일정한 품질의 인쇄층을 형성할 수 있다.
상기 그라비아 인쇄 공정은 원기둥 형태의 동판의 표면부에 친환경 잉크 조성물이 도포된 후, 상기 동판의 표면부가 기재에 접한 상태에서 상기 동판이 회전하여 상기 기재에 잉크 조성물이 로딩된다. 상기 동판의 표면부는 원하는 인쇄물이 출력될 수 있도록 요구 형상이 음각으로 조각되어 망점이 형성되어 있으며, 상기 망점 내부에 잉크 조성물이 수용된다. 그리고 상기 망점 외부의 백그라운드 영역에 잉크 조성물이 존재하지 않도록 닥터 블레이드(Doctor blade)를 통해 제거한 다음 동판이 회전하면서 기재에 접촉하여 기재의 표면 상에 잉크 조성물이 로딩되어 인쇄된다. 바람직하게는 상기 동판은 레이저로 망점이 형성된 저심도 레이저 동판이 바람직할 수 있다.
바람직한 일 예로, 상기 동판은 선수가 160 내지 250 선, 구체적으로 170 내지 230 선인 것이 사용될 수 있고, 조각 심도가 10 내지 20 ㎛인 것이 사용될 수 있다. 이를 만족할 경우, 잉크 조성물의 사용량을 저감하여 공정 단가를 낮출 수 있고, 작업성 및 생산성이 우수하며 인쇄 품질을 향상시킬 수 있다. 상기 동판의 백그라운드 영역에 잉크 조성물이 존재하지 않도록 닥터 블레이드가 사용될 시, 동판에 대한 닥터 블레이드의 각도는 잉크 조성물이 잘 제거될 수 있을 정도라면 무방하며, 예를 들어 30 내지 70도, 구체적으로 35 내지 65도일 수 있다.
상기 인쇄 단계는, 제1 기재층의 표면 상에 상기 친환경 잉크 조성물을 인쇄하는 조성물 로딩 단계 및 상기 제1 기재층의 표면 상에 인쇄되어 로딩된 잉크 조성물을 건조하여 인쇄층을 형성하는 건조 단계를 포함할 수 있다.
상기 조성물 로딩 단계는 제1 기재층의 표면 상에 인쇄되어 로딩된 잉크 조성물을 건조함으로써 상기 제1 기재층의 표면 상에 잉크 조성물을 로딩하는 단계이다.
상기 건조 단계는 제1 기재층의 표면 상에 인쇄되어 로딩된 잉크 조성물을 건조함으로써 상기 제1 기재층 상에 인쇄층을 형성하는 단계로, 상기 건조는 다양한 방법으로 수행될 수 있으며, 예를 들어 열풍건조일 수 있다. 이처럼 인쇄 후 열에너지를 지속적으로 공급받을 수 있음에 따라, 용매를 쉽게 증발시켜 제거할 수 있으며, 특히 잉크 조성물이 후술하는 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자를 포함함으로써, 용매를 효과적으로 증발시켜 높은 건조성을 기대할 수 있다. 상기 건조 시 온도는 예를 들어 50 내지 100℃, 구체적으로 60 내지 90℃일 수 있다. 상기 건조 시간은 습도, 온도, 풍량 등의 환경 조건에 따라 달라지므로, 각 환경에 맞게 건조가 완전히 일어나는 시간으로서 적절히 조절될 수 있으며, 예를 들어 3 내지 24 시간, 구체적으로, 3 내지 12 시간일 수 있다.
상기 인쇄 단계에서, 친환경 잉크 조성물은 안료, 바인더 수지 및 용매를 포함하며, 상기 용매는 알코올(Alcohol)계 및 메틸 아세테이트(Methyl acetate)를 포함한다. 이때 상기 알코올계 용매 및 상기 메틸 아세테이트의 중량비는 분산성, 발색력, 건조성 등의 전술한 효과가 더 향상될 수 있는 측면에서 예를 들어 100:25~150일 수 있다.
상기 알코올계 용매는 에탄올(Ethanol)을 포함하며, 이와 같이 에탄올과 메틸 아세테이트가 용매로 사용됨으로써,총 휘발성 유기화합물(Total volatile organic compounds, TVOC)의 함량을 최소화할 수 있고, 포장재 제조 과정에서 종래 대비 작업자에게 상대적으로 더 안전한 환경을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물은 상기 용매가 알코올계 용매 및 메틸 아세테이트를 포함함으로써, 메틸 아세테이트가 사용되지 않고 알코올계 용매만 단독 사용되는 경우 대비 다른 성분들의 용매에 대한 분산성, 용해성, 혼화성이 향상되는 것은 물론 건조성 및 발색력이 향상될 수 있다.
상기 안료, 상기 바인더 수지 및 상기 용매의 조성비는, 예를 들어 상기 안료 5 내지 30 중량%, 상기 바인더 수지 10 내지 40 중량% 및 상기 용매 30 내지 70 중량%를 포함하도록 잉크 조성물의 조성비를 갖는 것이 전술한 효과를 극대화할 수 있는 측면에서 바람직할 수 있다.
상기 안료는 요구되는 색을 구현할 수 있도록 이 분야에 공지된 다양한 종류의 안료를 적절히 선택하여 사용하면 되며, 예를 들어 산화물, 수산화물, 황화물, 페로시안화물, 크롬산염, 규산염, 황산염, 탄산염, 인산염, 탄소 화합물 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 무기안료; 및 아조계 안료, 프탈로시아닌계 안료, 니트로소계 안료, 알리자린계 안료, 아닐린계 안료 및 축합다환계 안료 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 유기안료; 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 안료의 평균입경은 잉크 조성물 내에 잘 분산될 수 있으면서 요구 발색을 구현할 수 있을 정도로서, 예를 들어 1 내지 10 ㎛일 수 있다.
상기 바인더 수지는 폴리우레탄(Polyurethane, PU) 수지 및 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral, PVB) 수지 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 바인더 수지로 폴리우레탄 수지가 사용되는 것이 바람직하며, 폴리우레탄 수지와 폴리비닐부티랄 수지가 함께 사용되는 것이 더 바람직하다. 상기 폴리우레탄 수지 및 상기 폴리비닐부티랄 수지가 함께 사용될 경우 이들의 중량비는 접착력 향상 등 전술한 효과를 더 잘 구현할 수 있는 측면에서, 예를 들어 100:25~500인 것이 바람직할 수 있다.
상기 폴리우레탄 수지는 알코올계 용매에 잘 용해될 수 있도록 알코올 용해성 폴리우레탄 수지가 사용되는 것이 좋다. 상기 알코올 용해성 폴리우레탄 수지는 시판되는 공지된 것을 사용하면 된다. 상기 폴리비닐부티랄 수지도 마찬가지로 시판되는 공지된 것을 사용하면 된다.
상기 폴리우레탄 수지 또는 상기 폴리비닐부티랄 수지의 중량평균분자량은 상기 알코올계 용매와의 혼화성이 좋으면서 필름 등의 기재에 대한 적절한 접착력을 가질 수 있을 정도로서, 예를 들어 3,000 내지 100,000 g/mol, 구체적으로, 5,000 내지 50,000 g/mol, 보다 구체적으로 5,000 내지 20,000 g/mol일 수 있다.
상기 친환경 잉크 조성물에 사용되는 용매는 물을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 잉크 조성물은 수성 잉크 조성물일 수 있으며, 용매로 물을 더 포함할 경우, 물의 사용 함량은 각 성분이 잘 분산될 수 있을 정도로서, 예를 들어 상기 알코올계 용매 100 중량부에 대하여 물이 50 내지 300 중량부로 상기 잉크 조성물에 포함되도록 조절될 수 있다. 이를 통해 인화점을 높여 화재 위험을 감소시킬 수 있으며, 잉크 조성물의 제조 비용을 낮출 수 있다.
본 발명에 일 예에 따른 친환경 잉크 조성물은 물성, 가공성, 작업성, 저장 안정성 향상 측면에서 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 잉크 조성물이 첨가제를 더 포함할 경우, 각 첨가제의 기능을 구현할 정도로서 예를 들어 0.1 내지 5 중량%로 포함할 수 있다. 상기 첨가제의 종류로, 인쇄성 향상 보조제, 저장 안정성 향상제, 가공성 향상제, 점도 조절제, 건조 조절제, 산화제, 소포제, 가소제, 광안정제, 마찰 방지제, 얼룩 방지제, 내스크레치제, 분산제, 피막보강제, 블로킹 방지제, 정전기 방지제, 접착보강제, 내열보강제 및 전이성개량제 등에서 선택되는 어느 하나 이상이 사용될 수 있다. 인쇄성 향상 보조제 또는 저장 안정성 향상제의 구체적 예로, 로진 변성 수지 등이 있고, 가공성 향상제의 구체적 예로, 왁스 등이 있으며, 상용화된 시판 제품들을 사용하면 무방하다. 상기 왁스의 구체적 예로, 파라핀 왁스, 몬탄 왁스, 사솔 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 피셔-트로 왁스, 오피 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스와 같은 각종 합성 왁스류, 석유계 왁스, 탄화수소계 왁스, 미리스틱 산, 팔미틱 산, 스테아릭 산과 같은 지방산들 및 이들의 유도체, 광물계 왁스, 카나우바 왁스, 칸델라 왁스 및 밀납 왁스 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 포장재는 전술한 친환경 잉크 조성물이 사용되어 인쇄층을 형성함에 따라, 잉크 조성물의 안료 및 바인더 수지의 혼화성, 건조성이 향상되고, 형성된 인쇄층의 발색력, 접착강도 등의 물성이 우수한 효과가 있다. 특히 부분적으로 건조가 빨리 되어, 기재에 대한 잉크의 전이력이 저하되는 문제를 방지할 수 있다. 상세하게, 본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물은 롤투롤 방식의 그라비아 인쇄 공정을 통해 인쇄층을 형성하므로, 이때 동판이 사용된다. 동판의 표면부에 잉크 조성물이 도포된 후, 상기 동판의 표면부가 기재에 접한 상태에서 상기 동판이 회전하여 상기 기재에 인쇄층이 형성되는데, 잉크가 도포된 동판의 표면에서 부분적으로 먼저 건조되는 영역이 발생하여 판 메임이 일어날 수 있어 인쇄가 제대로 이루어지지 않을 수 있으나, 본 발명에 따른 잉크 조성물이 전술한 조성 및/또는 조성비를 가질 경우, 상기 판 메임이 발생하지 않을 정도에서 높은 건조력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
통상적으로, 그라비아 인쇄 공정은 인쇄 중 또는 인쇄 후 열풍건조가 수행됨에 따라 용매의 기화에 필요한 열에너지를 충분히 공급받을 수 있는 환경이나, 상기 환경이 지속적으로 유지된다고 하더라도, 잉크 조성물에 열에너지가 신속히 전달 가능하지 않을 경우, 건조성은 떨어질 수 있다. 또한 일반적으로 사용되는 포장재 재질은 내열성이 좋지 않으므로 건조 온도를 높게 유지할 수 없어 건조 속도가 느리고 작업속도에 제한이 따른다. 하지만 본 발명에 따른 잉크 조성물은 전술한 조성 및/또는 조성비를 가짐으로써 이 문제를 완화할 수 있으며, 후술하는 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자를 더 포함할 경우, 주변의 공기를 통해 잉크 조성물 내 용매로 열에너지를 더 신속히 전달할 수 있다. 따라서 휘발성 유기화합물 베이스의 용매가 사용되는 종래 잉크 조성물 이상의 건조성 향상을 기대할 수 있다.
즉, 바람직하게는, 본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물은 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자를 더 포함할 수 있다. 상기 구리 입자는 열전도성이 높으므로, 주변의 열(일반적으로 열풍건조 등에 의한 건조 시설이 갖추어져 있으므로)이 잉크 조성물의 용매에 더 잘 전달될 수 있도록 한다. 나아가, 구리 입자 표면에 폴리라이신이 결합되어 표면 처리됨으로써, 친수성 표면을 가지며, 알코올계 용매 및 메틸 아세테이트를 포함하는 용매에 대한 분산성 및 혼화성을 크게 향상시킬 수 있다. 구리 입자의 표면은 일반적으로 소수성을 가져 특히 나노 단위의 입경을 가질 경우 알코올계 용매 등에 잘 분산되지 않는 단점이 있으나, 폴리라이신으로 표면 처리되면, 본 발명에 따른 잉크 조성물 내에서 분산성인 혼화성이 크게 향상될 수 있다. 따라서 안료 외의 입자가 사용됨에도 용매에 대한 입자의 분산력을 향상시켜 유의한 발색력의 저하 없이 건조성을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한 구리 입자의 음이온성 표면에 양이온성의 폴리라이신 입자가 결합되므로 용매 상에서 입자간 반발력에 의해 분산성이 향상되고, 용매의 점도를 감소시켜 롤투롤 방식의 그라비아 인쇄 공정을 통한 인쇄 단계에서 잉크가 도포된 동판의 홈에 안착된 잉크가 너무 빨리 건조되어 판 메임이 일어나는 문제를 최소화할 수 있다.
특히 건조 후 기재 위에 부착되는 인쇄층 내부에 구리 입자가 존재하므로, 구리 입자의 기재에 대한 부착력이 떨어질 수 있는데, 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자가 사용될 경우, NH기를 다수 갖는 폴리라이신이 알코올 용해성 폴리우레탄과 화학 결합하여 더 견고하게 부착되어 박리강도가 더 향상될 수 있다.
상기 친환경 잉크 조성물이 상기 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자를 포함할 경우, 0.1 내지 3 중량%로 포함할 수 있음에 따라, 발색력의 저하 및 인쇄층의 접착강도의 저하를 최소화하면서, 건조성을 현저히 향상시킬 수 있는 등 전술한 효과를 더 잘 구현할 수 있다.
상기 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자의 평균입경은 용매에 열을 효율적으로 전달할 수 있으면서 상기 용매에 잘 분산될 수 있을 정도로서, 예를 들어 10 내지 200 nm인 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 상기 구리 입자는 제1 평균입경을 가지는 제1 구리 입자 및 제2 평균입경을 가지는 제2 구리 입자를 포함할 수 있다. 이때 상기 제1 평균입경은 5 내지 40 nm일 수 있고, 상기 제2 평균입경은 50 내지 150 nm일 수 있다. 이처럼 2 이상의 다른 범위를 가지는 평균입경의 입자들이 사용될 경우, 인쇄층 형성 시 입자가 더 조밀하고 밀도가 더 높은 상태로 존재할 수 있어, 접착강도가 더 높은 인쇄층을 형성할 수 있고, 발색력의 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 상기 제1 열전도성 입자 및 상기 제2 열전도성 입자의 중량비는 상기 효과가 구현될 수 있을 정도로서, 예를 들어 1:0.5~2일 수 있다.
바람직한 일 예로, 상기 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자는, a) 수상 매질에서 구리 입자 및 폴리라이신을 혼합하는 혼합 단계 및 b) 상기 폴리라이신이 상기 구리 입자의 표면에 흡착되도록 상기 수상 매질을 증발시키는 건조 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 a) 단계에서, 상기 구리 입자 및 상기 폴리라이신의 혼합 중량비는 구리 입자의 전체 표면에 폴리라이신이 잘 흡착되도록 할 정도인 것이 바람직하며, 예를 들어 100:0.001~10일 수 있다.
상기 b) 단계의 건조 단계는 상기 구리 입자의 표면에 상기 폴리라이신이 잘 부착될 수 있도록 할 정도로서, 예를 들어 상기 수상 매질로부터 상기 구리 입자를 수득한 후, 건조하는 공정을 포함할 수 있다. 이때 건조는 70 내지 150℃의 고온에서 수행될 수 있다.
상기 폴리라이신은 다양한 이성질체의 폴리라이신이 사용될 수 있으며, 예를 들어 폴리-L-라이신, 폴리-D-라이신, ε-폴리-L-라이신 및 ε-폴리-D-라이신 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
이와 같이, 상기 인쇄 단계에서 전술한 친환경 잉크 조성물을 상기 인쇄 단계의 그라비아 인쇄 방법에 적용함으로써, 원하는 글자, 그림 등이 인쇄된 포장재를 제조할 수 있다.
바람직한 일 예에 따른 포장재의 제조 방법은, 상기 인쇄 단계와 상기 접착 단계 사이에, 상기 인쇄층 상에 코팅 조성물을 도포하여 보호층을 형성하는 코팅 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 코팅 조성물은 질산구리, 자외선 차단 유기 화합물, 폴리우레탄 수지 및 알코올계 용제를 포함한다. 따라서 항균성이 향상되며, 자외선에 의한 인쇄층의 색바램을 최소화할 수 있다. 포장재는 인체 접촉, 특히 손과의 접촉이 잦은 물품이므로, 세균, 바이러스가 표면에 오랫동안 생존하여 인체에 감염을 유발할 수 있으며, 제2 기재층의 물리적인 손상도 쉽게 유발할 수 있다. 하지만 본 발명에 따른 포장재는 인쇄층 위에 특종 조성 및/또는 조성비의 보호층을 형성함으로써, 자외선에 의한 색바램을 최소화하고, 제2 기재층이 손상될 경우에도 인쇄층의 초기 품질을 장기간 유지할 수 있는 효과가 있다.
상기 질산구리는 항균성을 부여하는 성분으로, 상기 인쇄층의 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자와 함께 항균성을 부여한다. 인쇄층의 구리 입자는 표면에 폴리라이신 처리가 됨에 따라 항균 성능이 저하될 수 있는 반면, 질산구리는 알코올계 화합물에 큰 용해성을 가지므로 상기 코팅 조성물이 보호층을 형성하는 과정에서 알코올계 용제에 용해되어 있던 질산구리가 질산구리 입자로 보호층 내부에 석출됨으로써 항균 효과를 크게 증진시킨다. 특히 알코올계 용매에 이온 상태로 녹아 있던 질산구리가 용제의 증발에 의해 석출되는데, 폴리우레탄 수지위 상측으로 석출됨에 따라 보호층의 표면부에 질산구리 입자가 형성될 확률을 크게 증가시킨다. 또한 질산구리 입자는 구리 금속 입자에 비해 약 3배 정도 비중이 작으므로, 구리 금속 입자 대비 상대적으로 폴리우레탄 수지의 상부에 석출될 확률을 증가시킨다. 따라서 질산구리 입자는 폴리우레탄 매트릭스의 보호층의 하부보다 표면부에 상대적으로 밀도가 더 높으므로, 항균 성능이 포장재의 표면부에서 더 활성화될 수 있다. 세균 및 바이러스는 포장재의 외부로부터 제2 기재층의 손상 등에 의해 유입되므로, 질산구리 입자가 보호층의 표면부에 높은 밀도로 있을 경우, 항균 효과가 효율적으로 장기간 구현될 수 있다.
상기 자외선 차단 유기 화합물은 공지된 유기 화합물이 사용될 수 있으며, 예를 들어 아보벤존(Avobenzone), 옥시벤존(Oxybenzone) 및 옥틸메톡시신나메이트(Octyl Methoxycinnamate) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄 수지는 알코올계 용매에 잘 용해될 수 있도록 알코올 용해성 폴리우레탄 수지가 사용되는 것이 좋다. 상기 알코올 용해성 폴리우레탄 수지는 시판되는 공지된 것을 사용하면 된다. 상기 폴리비닐부티랄 수지도 마찬가지로 시판되는 공지된 것을 사용하면 된다.
상기 폴리우레탄 수지의 중량평균분자량은 상기 알코올계 용매와의 혼화성이 좋으면서 필름 등의 기재에 대한 적절한 접착력을 가질 수 있을 정도로서, 예를 들어 3,000 내지 100,000 g/mol, 구체적으로, 5,000 내지 50,000 g/mol, 보다 구체적으로 5,000 내지 20,000 g/mol일 수 있다.
상기 알코올계 용제는 예를 들어 에탄올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 2-메톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 프로필렌글리콜 및 디에틸렌글리콜 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 알코올계 용제를 포함할 수 있으며, 아래의 인쇄층의 잔류하는 알코올계 용매에 의한 인쇄층과의 상호 안정성이 우수한 측면에서 에탄올이 사용되는 것이 바람직하다.
상기 코팅 조성물은 상기 질산구리 0.01 내지 3 중량%, 상기 자외선 차단 유기 화합물 0.5 내지 5 중량%, 폴리우레탄 수지 1 내지 15 중량% 및 상기 용제 80 내지 95 중량%를 포함하는 것이 전술한 효과를 잘 구현할 수 있어서 바람직할 수 있다.
상기 코팅 단계에서, 상기 도포는 상기 코팅 조성물이 상기 인쇄층 위에 분사되어 수행되는 것이 바람직할 수 있다. 분사량은 상기 보호층의 평균두께가 상기 인쇄층을 잘 보호할 수 있도록 하는 양으로 조절될 수 있으며, 예를 들어 보호층의 평균두께가 10 내지 100 ㎛가 되도록 분사가 수행되는 것이 바람직할 수 있다.
상기 접착 단계는 상기 인쇄 단계에서 제1 기재층 위에 형성된 인쇄층 상에 접착제를 도포하고 건조하여 접착층을 형성하는 단계로, 이후 합지 단계에서 제2 기재층이 상기 제1 기재층 및 상기 인쇄층에 잘 열압착되어 견고한 적층 필름이 되도록 한다.
상기 접착 단계에서, 상기 접착제는 접착제 원액 및 희석용매를 포함할 수 있다. 이를 만족할 경우, 인쇄층 위에 도포된 접착제의 접착층 형성 및 합지 시 접착제의 접착(경화) 시간을 증대시킴으로써, 포장재의 내구성 및 인쇄층의 박리강도를 향상시킬 수 있다.
상기 접착제 원액은 용제를 포함하지 않거나 접착제 원액 전체 중량 중 5 중량% 이하로 포함하는 무용제 타입의 폴리머 조성물일 수 있다. 상기 접착제 원액은 포장재 분야에서 사용되는 것으로서 기재층 재질의 접착에 적합한 종류가 사용되면 무방하며, 예를 들어 폴리우레탄계 접착제, 폴리이민(Polyimine)계 접착제 등이 사용될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 폴리우레탄계 접착제로 무용제 타입의 폴리우레탄 접착제 원액이 사용될 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 폴리이민계 접착제는 이민 계열의 수성 타입 앵커 코팅제(Anchor coating)일 수 있으며, 기재층간 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 접착제 원액은 주제와 경화제로 구성되는 2액형일 수 있다. 상기 경화제는 이소시아네이트계 경화제일 수 있으며, 예를 들어 톨루엔 디이소시아네이트(Toluene diisocyanate, TDI) 등을 포함하는 지방족 이소시아네이트계 화합물이 사용될 수 있다. 경화제가 사용될 경우, 포장재의 내구성, 인쇄층의 박리강도 등 전술한 효과를 더 잘 구현할 수 있는 측면에서 주제 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부로 사용될 수 있다.
상기 희석용매는 전술한 친환경 잉크 조성물의 용매의 일 성분들을 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 인쇄층을 형성하는 친환경 잉크 조성물의 용매와 동일한 조성인 에탄올 및 메틸 아세테이트를 포함하는 것이 바람직하다. 이를 만족할 경우, 기 형성된 인쇄층과의 상호 결합성 및 상호 안정성이 향상되어 박리강도가 더 향상될 수 있다. 상기 희석용매로 에탄올 및 메틸 아세테이트가 사용될 경우, 이들의 중량비는 전술한 효과를 구현할 수 있을 정도라면 무방하며, 예를 들어 100:3~30일 수 있다.
상기 접착제 원액 및 상기 희석용매의 중량비는 전술한 효과를 구현할 수 있을 정도라면 적절히 조절될 수 있으며, 예를 들어 상기 접착제는 상기 접착제 원액 100 중량부에 대하여 상기 희석용매를 100 내지 1,000 중량부로 포함할 수 있다.
상기 합지 단계는 제1 기재층과 제2 기재층을 열압착하여 합지하는 단계이다. 구체적으로, 상기 합지 단계에서, 제1 기재층;에 상기 제2 기재층이 적층된 후 열압착이 수행될 수 있다. 상기 압착은 가압롤에 의해 수행될 수 있으며, 이때 사용되는 가압롤의 직경은 200 내지 240 mm, 구체적으로 215 내지 225 mm일 수 있고, 가압롤과 기재층의 접촉 거리는 1450 내지 1600 mm일 수 있다. 이를 통해 가압 효과를 높일 수 있고, 접촉력이 향상될 수 있다. 상기 합지 단계에서 압착 온도는 제1 기재층과 제2 기재층이 충분히 합지되어 내구성을 갖는 적층체가 될 수 있을 정도라면 무방하며, 예를 들어 80 내지 150℃일 수 있다.
본 발명에 따른 포장재의 제조 방법은, 상기 합지 단계 이후에 합지된 포장재를 건조하는 냉각 단계를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 내구성이 우수한 포장재의 제조가 가능하다. 상기 건조는 가압롤에 의해 수행될 수 있으며, 전술한 가압롤의 직경 범위 및 가압롤과 기재층의 접촉 거리 범위의 가압롤이 사용될 수 있음은 물론이다. 상기 냉각 온도는 예를 들어 상온 범위, 구체적으로 10 내지 30℃일 수 있다. 냉각 시간은 기재층간 충분히 합지되어 내구성을 갖는 적층체가 될 수 있을 정도라면 무방하며, 냉각 온도에 따라 적절히 조절될 수 있다.
상기 제2 기재층은 복수로 형성될 수 있으며, 복수로 형성된 기재층 각각은 서로 다른 재질을 가질 수 있음은 물론이다.
상기 기재층의 재질은 일반적으로 사용되는 포장재 재질이면 무방하며, 예를 들어 상기 기재층은 필름층일 수 있고, 구체적으로, 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 각각 제1 필름층 및 제2 필름층일 수 있다. 상기 기재층의 구체적 예로, 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate), 폴리염화비닐리덴(Polyvinylidene chloride, PVDC) 및 나일론(Nylon) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌의 구체적 예로, 연신 폴리프로필렌, 증착 무연신 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌 등이 있다. 또한 상기 기재층은 전술한 고분자 기재 상에 알루미늄 등의 금속박이 증착된 것이 사용될 수도 있는 등 이 외에 다양한 재질의 기재가 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 포장재는 예를 들어 고분자 필름 재질의 포장재, 특히 식품 포장재의 용도로 사용되는 것이 바람직하다. 특히 본 발명에 따른 친환경 잉크 조성물로 제조된 포장재는 잔류 용매가 매우 낮고 종래 대비 인체 친화적임에 따라, 인체에 부정적으로 미칠 수 있는 문제를 최소화할 수 있어, 식품 포장재 용도에 적합하다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<잉크 조성물 제조 공정>
안료(Black N-220, Red 5702 or Blue 39580S or Yellow 1444, 켐텍커머스) 15 kg, 알코올 가용성 폴리우레탄 수지(PU-3300B, iSuo Chem) 10 kg, 폴리비닐부티랄 수지(B06HX, Kelley Associates) 15 kg 및 용매 60 kg을 혼합하고 충분히 믹싱하여 잉크 조성물을 제조하였다. 상기 용매는 에탄올을 포함하는 알코올계 용매 및 메틸 아세테이트를 포함하며, 상기 알코올계 용매 및 상기 메틸 아세테이트의 중량비가 5:2가 되도록 하였다.
<포장재 제조 공정>
상기 잉크 조성물을 연신폴리프로필렌(OPP) 기재층에 롤투롤 방식의 그라비아 인쇄 공정으로 인쇄하고 70℃에서 1 분간 열풍 건조하여 인쇄층을 형성하였다. 상기 그라비아 인쇄 공정에 사용된 동판으로 190 선, 조각 심도가 14 ㎛인 것이 사용되었다. 이어서 상기 인쇄층 상에 접착제를 도포한 후, 무연신 폴리프로필렌(CPP)을 적층한 후, 열압착하여 두께 50 ㎛의 포장재를 제조하였다.
상기 접착제는 접착제 원액 및 희석용매가 1:5 중량비로 혼합된 것이 사용되었다. 상기 접착제 원액은 주제인 2액형 폴리우레탄계 접착제(HIPOL 880ET, HICHEM)와 경화제(880H, HICHEM)로 구성되며, 상기 경화제는 상기 주제 100 중량부에 대하여 10 중량부로 사용되었다. 상기 희석용매는 에탄올 및 메틸 아세테이트가 100:10으로 혼합된 것이 사용되었다.
실시예 1의 잉크 조성물 제조 공정에서 평균입경이 30 nm인 구리 입자 0.7 kg을 더 혼합하여 잉크 조성물을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 포장재를 제조하였다.
실시예 1의 잉크 조성물 제조 공정에서 하기 표면 처리 구리 입자 제조 공정에서 제조된 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자 0.7 kg을 더 혼합하여 잉크 조성물을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 포장재를 제조하였다.
<표면 처리 구리 입자 제조 공정>
평균입경이 30 nm인 구리 입자를 폴리라이신 수용액(폴리-L-라이신, 중량평균분자량 : 150,000~300,000, 농도 : 0.1 중량%)(P8920, Sigma Aldrich)에 투입하고, 1 시간 동안 25℃에서 느린 속도로 교반한 후, 80℃에서 충분히 건조하여 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자를 제조하였다. 이때 상기 구리 입자와 상기 폴리라이신 수용액의 중량비는 1:10이 되도록 하였다.
실시예 3의 포장재 제조 공정에서 인쇄층 형성 후 그 위에 하기 코팅 조성물 제조 공정에서 제조된 코팅 조성물을 분사 도포하고 25℃에서 4 시간 동안 건조하여 평균두께 30 ㎛의 보호층을 형성한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일한 방법으로 포장재를 제조하였다(보호층 형성 이후, 실시예 3과 동일한 방법으로 접착제 도포 및 열압착을 통해 포장재를 제조하였다).
<코팅 조성물 제조 공정>
구리 금속 나노 입자(평균입경 : 70 nm) 1 중량%, 옥시벤존 2 중량%, 알코올 가용성 폴리우레탄 수지(PU-3300B, iSuo Chem) 8 중량% 및 에탄올 89 중량%를 혼합하고 충분히 믹싱하여 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 4의 코팅 조성물 제조 공정에서 구리 금속 나노 입자 대신 질산구리 입자를 사용하여 질산구리가 에탄올에 용해된 코팅 조성물을 제조한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 포장재를 제조하였다
[실험예 1] 총 휘발성 유기화합물 시험
실시예 1 내지 실시예 5에서 제조된 잉크 조성물 및 코팅 조성물의 공정 중 발생하는 휘발성 유기화합물의 총량을 측정하였다. 구체적으로, 상기 잉크 조성물을 연신폴리프로필렌(OPP)에 그라비아 인쇄 및 건조하여 잉크층을 형성한 후, 상기 잉크층 상에 상기 코팅 조성물을 분사 도포 및 건조하여 보호층을 형성한 시편을 제작하였으며, 이때 시편의 총 제작 시간 동안 발생하는 휘발성 유기화합물의 총량을 측정하였다. 상기 휘발성 유기화합물은 환경부고시 제2015-181호(2015.9.11)에 고시된 규제대상 화합물이다. 또한 상기 그라비아 인쇄 시, 사용된 동판으로 190 선, 조각 심도가 14 ㎛인 동판이 사용되었다.
그 결과, 실시예 1 내지 실시예 5의 잉크 조성물 및 코팅 조성물 모두에 대하여 총 휘발성 유기화합물이 0.003 mg/m2h 미만으로 측정되어, 오차 범위 내에서 실질적으로 휘발성 유기화합물이 거의 발생하지 않음을 확인하였다.
[실험예 2] 발색력 시험
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 잉크 조성물을 이용하여 그라비아 인쇄 시 발색력을 측정하였다. 구체적으로, 그라비아 인쇄 설비를 통해 상기 잉크 조성물을 연신폴리프로필렌(OPP)에 그라비아 인쇄하여 잉크층을 형성한 후 9 시간 동안 열풍 건조하여 시편을 제작하였다. 그리고 상기 시편에 대하여 X-Rite 社 eXactTM 장치를 사용하여 CIELAB 색공간을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 여기서 색 좌표는 L*, a*, b*로 표시되며, L*는 명도, a*는 Red와 Green의 정도, b*는 Yellow와 Blue의 정도를 나타내는 입체 좌표이다. 또한 상기 그라비아 인쇄 시, 사용된 동판으로 190 선, 조각 심도가 14 ㎛인 동판이 사용되었다.
[실험예 3] 건조 라미네이트 강도 시험
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 잉크 조성물을 필름에 그라비아 인쇄한 시편에 대하여 건조 라미네이트 강도를 측정하였다. 구체적으로, 그라비아 인쇄 설비를 통해 상기 잉크 조성물을 연신폴리프로필렌(OPP)에 인쇄하고 60℃에서 1 분간 열풍 건조하여 인쇄층을 형성하였다. 상기 그라비아 인쇄 시, 사용된 동판으로 190 선, 조각 심도가 14 ㎛인 동판이 사용되었다. 그리고 상기 인쇄층 상에 실시예 1에서 사용된 접착제를 도포하고, 무연신 폴리프로필렌(CPP)을 적층한 후, 60℃의 오븐에서 12 시간 동안 열처리하여 시편을 제작하였다. 이때 시편은 폭 15 mm의 크기로 절단하여 제작되었으며, 만능재료시험기를 이용하여 절단한 각 필름의 300 mm/min 속도에서의 T형 박리강도를 측정하였다. 이에 대한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[실험예 4] 건조 성능 시험
실시예 1 내지 실시예 5에서 제조된 잉크 조성물을 필름에 그라비아 인쇄한 후, 완전히 건조될 때까지 걸리는 시간과, 문제가 발생하지 않는 최대 인쇄속도를 측정하였다. 구체적으로, 그라비아 인쇄 설비를 통해 상기 잉크 조성물을 연신폴리프로필렌(OPP)에 인쇄하고 60℃에서 열풍 건조하여 인쇄층을 형성하였다. 그리고 완전히 마를 때까지 걸리는 시간을 측정하였다. 이때 완전히 마르는 기준은 다른 필름으로 인쇄층을 닦았을 시 묻어나지 않을 정도로 하였으며, 구역을 나눠 다수의 인쇄층을 형성하고, 5 초 단위 간격으로 각 구역의 인쇄층을 필름으로 닦아 묻어나는 정도를 반복 측정하였다.
[실험예 4] 항균성 시험
실시예 1 내지 실시예 5에서 제조된 포장재를 시편으로 하여 KS K 0693의 시험규격에 따라 항균성 시험을 수행하였다. 이때 시편은 최외각 기재층의 CPP 필름을 칼로 손상시켜 인쇄층 또는 보호층이 노출되도록 한 후, 30℃ 및 상대습도 80%의 환경에서 2 주 동안 방치한 것이 사용되었다. 이러한 시편을 대상으로, 황색포도상구균인 Staphylococcus aureus ATCC 6538 및 폐렴균인 Klebisiella pneumoniae ATCC 4352을 시험균으로 사용하여 항균성을 시험하였다. 대조군으로 실시예 1과 동일한 방법으로 포장재를 제조하되, 잉크 조성물을 이용한 인쇄 공정을 제외하여, 인쇄층 및 보호층이 없는 포장재가 사용되었다. 그리고 이에 대한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[실험예 5] 자외선에 의한 변색 저항 시험
실시예 1 내지 실시예 5에서 제조된 포장재에 대하여 자외선 차단 성능을 평가하였다. 구체적으로, 상기 포장재의 인쇄층 및 보호층에 자외선 조사 장치로 자외선을 20 일 동안 조사한 후, 실험예 2와 동일한 방법으로 자외선 조사 전후의 발색력을 측정 및 비교하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때 결과는 변색이 1% 이하일 경우 ‘변화 없음’으로, 변색이 1%를 초과하는 경우 “변색”으로 나타내었다.
구성 실시예
1 2 3 4 5
잉크 조성물 내 구리 입자 표면 처리 X O O O
무 처리 O
코팅 조성물 구리 금속 나노 입자 X X X O
질산구리 입자 O
발색력 흑색 L* 6.60 5.96 6.48 - -
a* 1.86 1.82 1.78 - -
b* 2.23 2.03 2.18 - -
미색 L* 89.63 82.45 85.15 - -
a* 3.12 3.09 3.10 - -
b* 21.92 18.16 20.99 - -
건조 라미네이트 강도(g/mm) 180 172 193 - -
건조 시간(초) 45 35 35 - -
항균성(대조군 대비 세균 감소율) 10% 이하 55% 73% 81% 99% 이상
자외선에 의한 변색 저항성 변색 변색 변색 변화 없음 변화 없음

Claims (6)

  1. 제1 기재층 상에 친환경 잉크 조성물을 롤투롤 방식의 그라비아 인쇄 공정으로 인쇄하고 건조하여 인쇄층을 형성하는 인쇄 단계
    상기 인쇄층 상에 접착제를 도포하고 건조하여 접착층을 형성하는 접착 단계 및
    상기 접착층 상에 제2 기재층을 적층하여 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층을 열압착하는 합지 단계를 포함하며,
    상기 친환경 잉크 조성물은 안료, 바인더 수지, 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자 및 용매를 포함하며,
    상기 바인더 수지는 폴리우레탄 수지를 포함하며,
    상기 용매는 알코올계 용매 및 메틸 아세테이트를 포함하는, 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접착제는 접착제 원액 및 희석용매를 포함하되, 상기 접착제 원액 100 중량부에 대하여 상기 희석용매를 100 내지 1,000 중량부로 포함하며,
    상기 접착제는 폴리우레탄계 접착제 또는 폴리이민계 접착제이며,
    상기 희석용매는 에탄올 및 메틸 아세테이트를 포함하되, 상기 에탄올 및 상기 메틸 아세테이트의 중량비가 100:3~30인, 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리라이신으로 표면 처리된 구리 입자는,
    a) 수상 매질에서 구리 입자 및 폴리라이신을 혼합하는 혼합 단계 및
    b) 상기 폴리라이신이 상기 구리 입자의 표면에 흡착되도록 상기 수상 매질을 증발시키는 건조 단계를 포함하여 제조되는, 친환경 잉크 조성물을 이용한 포장재의 제조 방법.
  6. 삭제
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