KR20000012370A - 인쇄 잉크 첨가제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리올레핀 필름을 이용하여 포대나 백(bag)을 만들어 그 표면에 인쇄를 할 때, 표면 인쇄를 강화시키는 목적으로 인쇄 잉크에 본 발명의 첨가제를 첨가시켜 폴리올레핀 필름 백의 표면과 인쇄 잉크간의 접착력을 향상시키고, 폴리올레핀 필름 백에 대해 특히 수분에 강한 인쇄 잉크의 인쇄 접착력을 구현해 주는 인쇄 잉크 첨가제의 제조 방법과 인쇄 잉크 첨가제의 첨가 방법에 관한 것이다.

본 발명의 인쇄 잉크 첨가제는 NCO 말단기를 가지는 폴리우레탄 프리폴리머를 기본 물질로 하고 여기에 코폴리머로 폴리아크릴산과 폴리스티렌을 소량 첨가시켜 인쇄 잉크 첨가제의 기능 향상을 유도한 후 인쇄 잉크와 혼합시키는 방법으로 사용된다. 이로 인해, 인쇄 잉크와 기재와의 접착력 강화뿐 아니라 첨가제와 인쇄 잉크간의 결합력 강화를 통해 대기 상의 수분 또는 우기의 수분에 영향을 받지 않을 만큼 항수분성이 강화되며, 일부 이액형 첨가제와 달리 경화제가 포함되지 않아 인쇄 시 경화되지 않으며, 따라서 인쇄 중단 후 재사용이 가능해지고 빠른 건조 및 안정화 상태로 유지되는 특징을 가지고 있다.

Description

인쇄 잉크 첨가제{Additive for printing ink}

폴리머나 금속, 종이, 기타 유기물과 무기물의 표면에 인쇄 잉크를 도포시키는 기술에 대해서는 다양한 방법들이 제시되고 있다. 폴리머 필름의 표면, 특히 저밀도 폴리에틸렌 필름이나 고밀도 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름과 같은 폴리올레핀 소재의 필름 표면 위에 인쇄 잉크를 도포시키기 위해 많은 방법들이 제시되고 있는데, 폴리머 수지 표면의 비균질성과 비친화성으로 실제 산업에 적용되는 예는 많지 않다. 폴리올레핀 필름 백의 겉 표면에 인쇄가 가능하게 폴리머 소재의 표면처리를 제시하는 방법의 예로, 염소화 처리된 폴리에틸렌 수지 일정량을 함유시켜 백을 만드는 방법(USP 4070421), 용매로 필름 백의 표면을 처리시키는 방법(USP 4024038), 코로나 방전으로 전처리시키는 방법(USP 4051044, USP 4710358) 등이 소개되고 있고, 그밖에 입자를 함유하는 두 개 이상의 폴리머가 이용되는 방법(USP 5308666)이 있는데, 이중에서 현재 널리 이용되는 것은 코로나 방전으로 폴리머 필름의 겉 표면을 처리시키는 방법이다.

폴리올레핀 필름 백의 겉 표면을 코로나 방전을 통해 인쇄 잉크의 부착 기능을 향상시켜 놓아도 폴리올레핀 필름 자체의 인쇄 잉크와의 비친화성으로 인해 인쇄 잉크가 벗겨지거나 간단한 마찰로 손실되는 예가 많다. 이를 벗어나기 위해, 현재 폴리올레핀 필름 생산 공정 대부분에서는 인쇄 잉크에 경화제가 첨가된 이액형 수지를 첨부시켜 폴리올레핀 필름 소재의 표면에서 인쇄 잉크를 경화시킴으로써 인쇄 잉크가 폴리올레핀 필름 소재의 표면에서 이탈되는 것을 방지시키고 있다.

그러나, 폴리올레핀 소재의 필름 백을 생산할 때 적용되는 일반적인 인쇄 방식이 그라비아 인쇄나 실크 인쇄 방식이므로 이액형 인쇄 잉크가 사용되는 것을 대부분 기피하려는 경향이 있다. 이는 이액형 인쇄 잉크가 사용되면 경화제의 첨가로 인해 인쇄 잉크의 폴리머 필름 백 표면에 대한 부착력은 향상되지만, 인쇄 자체의 기능이 저하되고, 인쇄 후에도 이의 잔재 처리가 환경상의 문제가 되며, 또 인쇄기 표면에 일단 경화된 인쇄 잉크의 세정이 만만치 않은 까닭이다.

본 발명은 폴리올레핀 필름 소재의 포대나 백의 표면에 인쇄 잉크를 도포시키는 방법의 하나로, 코로나 방전 처리가 된 폴리올레핀 또는 폴리머 필름 소재의 표면에 이액형 인쇄 잉크와 같이 폴리머 필름 백의 표면 부착력이 강화되는 장점이 있고, 일액형 인쇄 잉크와 같이 경화되지 않아 필요에 따라 재사용이 가능한 새로운 인쇄 잉크를 제공하기 위해, 인쇄 잉크에 첨가시키는 첨가제에 대한 제조 방법과 이 첨가제를 인쇄 잉크에 첨가시키는 방법에 대해 제시하고자 한다.

본 발명은 폴리비닐·저밀도 폴리에틸렌·고밀도 폴리에틸렌·폴리프로필렌·폴리부틸렌 등의 폴리올레핀 소재나 폴리에스터·폴리비닐알콜·폴리에테르테레프탈레이트 등의 폴리머 필름을 소재로 한 포대 또는 백(bag)의 겉 표면에 문자 표시를 위한 인쇄 잉크의 도포 기능을 향상시키고자 첨가시키는 인쇄 잉크 첨가제에 관한 것이다.

본 발명은 폴리머 필름 백의 겉 표면을 코로나 방전시킨 후 여기에 도포될 인쇄 잉크에 새로운 기능의 고분자 수지를 첨가시켜 폴리머 필름 백과 인쇄 잉크 간의 밀착력을 향상시키고, 공기 중의 수분이나 우기의 수분에도 충분히 견딜 수 있는 항수분성(moisture-curing)을 높인 고분자 수지를 첨가제로 제시하고자 한다.

본 발명은 폴리비닐·저밀도 폴리에틸렌·고밀도 폴리에틸렌·폴리프로필렌·폴리부틸렌·폴리에스터·폴리에스터테레프탈레이트·폴리비닐알콜 등의 폴리머 필름을 이용하여, 이중에서도 특히 저밀도 폴리에틸렌·고밀도 폴리에틸렌·폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 필름을 이용하여 포대나 백(bag), 시이트를 만들고 그 표면에 인쇄를 시킬 때, 폴리머 필름의 표면에 인쇄되는 인쇄 잉크의 접착력을 강화시키는 목적으로 인쇄 잉크에 본 발명의 첨가제를 투입시켜 폴리머 필름의 표면과 인쇄 잉크간의 접착력을 강화시키고, 수분에 강한 인쇄 접착력을 나타내는 인쇄 잉크를 구현해 주는 첨가제의 제조방법과 인쇄 잉크 첨가제의 첨가 방법에 관한 것이다. 본 발명의 인쇄 잉크 첨가제는 적용 범위가 폴리올레핀 필름뿐 아니라, 종이나 섬유·나무·플라스틱·금속 등 인쇄가 적용될 수 있는 평면 기재 모두가 적용 가능하며, 그라비아 인쇄·스크린 인쇄·플렉소 인쇄·옵셋 인쇄 등 대부분의 인쇄 방식에도 적용 가능하다.

본 발명에서는 인쇄 잉크 첨가제의 기본 골격을 폴리우레탄 프리폴리머로 선정하고 있다. 폴리우레탄 프리폴리머는 기본 반응 물질로 이소시아네이트와 폴리올의 반응에 따라 다양한 물성을 가지는 물질로 변화될 수 있는데, 이중에서도 수분에 대한 저항이 강한 폴리우레탄 프리폴리머를 합성시키는 것이 본 발명의 주된 목적이다. 따라서, 본 발명에서는 이소시아네이트가 폴리올보다는 과잉의 당량비(equivalent ratio)로 반응에 참여되며, 일부 반응에 참여되지 못한 이소시아네이트는 다른 기능기를 가지는 물질과 결합시켜 될 수 있으면 수분에 강한 NCO 말단기를 가지는 폴리우레탄 프리폴리머를 합성시키는데 역점을 두고 있다.

본 발명에서 사용되는 폴리우레탄의 한 반응 물질인 이소시아네이트는 메틸렌디이소시아네이트(MDI), 톨릴렌디이소시아네이트(TDI), 나프탈렌디이소시아네이트(NDI), 헥사메틸렌디이소이아네이트(HMDI)가 적용되며, 이중에서도 방향족을 포함시키고 있는 메틸렌디이소시아네이트와 톨릴렌디이소시아네이트가 주로 사용되고 있다. 톨릴렌디이소시아네이트는 2,4- 형태와 2,6- 형태가 혼합형태로 이용되지만, 톨릴렌디이소시아네이트와 메틸렌디이소시아네이트의 혼합 반응도 좋은 결과를 주고 있다.

본 발명의 폴리올은 폴리프로필렌글리콜(PPG), 폴리테트라메틸렌 에테르글리콜(PTMG), 폴리에테르글리콜(PG) 등이 사용되며 다이올(diol), 트리올(triol), 테트롤(tetrol)등이 사용된다. 본 발명에서는 이중에서도 폴리프로필렌글리콜과 폴리에테르글리콜이 주로 사용되며, 단량체로 글리세린이나 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜의 첨가가 가능하다. 폴리올의 평균 분자량은 400에서 10,000에 이르는 범위 내에 사용되며, 특히 평균 분자량이 1,000에서 5,000의 범주에 있는 폴리올이 사용된다. 단량체가 사용될 때는 극히 미소한 양이 첨가되며 전체 반응의 점도를 떨어뜨리는 효과를 얻는 정도가 적당하다. 이소시아네이트는 폴리올에 대해 1.5 배에서 15 배까지의 당량에 해당되는 양이 반응에 참가된다. 특히, 이소시아네이트의 폴리올에 대한 당량비가 2 배에서 10 배까지가 본 발명의 목적에 부합된다.

폴리우레탄 프리폴리머의 합성을 보다 원활하게 해주기 위해 몇 종류의 첨가제의 투입이 필요하며 이들을 설명하면 다음과 같다. 원료 중 수분 함량 변화에 따라 수분 제거제를 투입시켜 수분의 영향을 배제시키고 반응 속도의 조절은 반응 온도와 반응 시간을 최적화시키기 위해 반응 촉매가 이용된다.

폴리우레탄 프리폴리머의 합성 시 주의해야 될 수분에 관한 첨가제로는 폴리올에 함유될 수 있는 수분의 제거가 가능하고, 반응에는 영향을 미치지 않으며, 반응 후 다시 생성물로부터 이 수분 제거제를 분리시킬 수 있는 물질이 선택되어야 한다. 수분 제거제로는 칼슘 카보네이트, 칼슘 하이드록사이드, 칼슘 설페이트 계통의 무수물 염과 친수성 실리카, 석면, 활석 등이 사용된다. 이와 같은 무기물 첨가제는 폴리올의 물 함량에 따라 변화되지만, 폴리우레탄을 기준으로 0.1 wt%에서 30 wt%까지의 범위 내에서 사용된다.

계속해서, 첨가제로 사용되는 물질은 폴리우레탄 프리폴리머의 합성 반응 속도를 촉진시킬 수 있는 반응 촉매로 알킬아민, 알콜아민 계의 아민 화합물과 주석 화합물과 같은 유기 금속 물질 계가 사용된다. 아민 화합물로는 디에틸아민, 트리에틸아민, 모노에타놀아민, 디에타놀아민, 트리에타놀아민, 사이클로헥실아민, N,N-디메틸사이클로헥실아민과 유사 물질들이 적용된다. 유기 금속 화합물로는 스태노스 옥토에이트, 스태노스 클로라이드와 비스므스 옥토에이트, 징크 옥토에이트 등이 적용되며 이들의 사용량은 폴리우레탄 프리폴리머의 무게 비로 0.01 wt%에서 2 wt%의 범위 내에 사용된다.

NCO 말단기를 가지는 폴리우레탄 프리폴리머를 합성시킨 후, 폴리우레탄 프리폴리머의 바인더(binder) 기능을 더 강화시켜 주기 위해 합성이 완료된 일부 폴리우레탄 프리폴리머와 무수말레인산, 아크릴로나이트릴, 부타디엔, 아크릴산, 메타크릴산, 또는 스티렌과 결합된 코폴리머가 사용된다. 이들의 첨가는 인쇄 잉크 첨가제 전체의 점도에도 영향을 주고 NCO 말단기를 가지는 폴리우레탄 프리폴리머 중에서 미반응된 이소시아네이트 성분과 가교 역할을 하며 보다 강화된 항수분성 기능을 제공하는 것으로 보여진다. 따라서, 미리 합성시킨 폴리우레탄 프리폴리머와 반응시킬 코폴리머 용 원료의 첨가량은 폴리우레탄 프리폴리머 전체를 기준으로 0.05 wt%에서 5 wt%의 범주에서 사용되며, 이들의 첨가에 따라 인쇄 잉크와의 혼합도나 점착력에도 많은 변화가 예상되므로 사용 인쇄 잉크의 성격에 맞춰 적용시켜야 된다. 코폴리머 합성에 사용될 폴리우레탄 프리폴리머와 전체 폴리우레탄 프리폴리머의 비는 0.5:9.5에서 2:8의 범주에 놓는다.

이상과 같은 조작을 통해, NCO 말단기를 가지는 폴리우레탄 프리폴리머와 코폴리머의 반응과 혼합이 이루어지고, 이후 인쇄 잉크에 이 혼합 물질인 고분자 수지를 섞어 폴리머 필름 백에 인쇄되는 인쇄 잉크의 폴리머 기재에 대한 점착력을 높일 수 있는 계기가 된다. NCO 말단기를 가지는 폴리우레탄 프리폴리머와 코폴리머 혼합물은 인쇄 잉크와 섞기 전에 유동성을 충분히 가지고, 혼합 시 퍼짐성이나 혼화도를 좋게 해주기 위해 용제를 섞어 준다. 사용되는 용제는 톨루엔·자이렌과 같은 방향족 용제, 이소프로필알콜·에틸셀로솔브·메틸셀로솔브·에틸셀로솔브아세테이트와 같은 알콜 용제, 사이클로헥산·사이클로펜탄과 같은 고리화합물, 메틸에틸케톤·아세톤과 같은 케톤 류, 디에틸에테르·페닐에테르 같은 에테르 화합물 등 많은 용제가 사용 가능하다. 몇 가지 용제의 혼합물로 사용되는 것이 유리한 경우가 많은데 이것은 폴리머 필름 백에 인쇄 잉크를 도포시킨 후 용제를 휘발시키기 위해 건조 공정을 거칠 때 인쇄 잉크의 폴리머 필름 백에 접합되는 상태가 용매의 건조 공정과 결부되어 순차적으로 용제가 분리되어 휘발되는 상황이 유리하다고 보는 입장과 혼합 용매가 가지는 물성의 변화와 적합함에 기인한 때문으로 보는 입장이 있다. 본 발명에서는 잉크 첨가제의 기능 면을 관찰하기 위해 톨루엔 용제 한 가지에 대한 검토를 하였다.

본 발명에서는 앞서 설명한 폴리우레탄 프리폴리머와 코폴리머를 혼합시킨 혼합 고분자 수지를 톨루엔 용제에 용해시켜 50 wt%로 만들었을 때 20℃에서 점도가 0.5에서 5 Pa·s에 놓일 때 인쇄 잉크 첨가제로 유용하게 사용될 수 있고, 이의 대표적인 사용량은 표 1에 나타낸다.

본 발명에서 합성시킨 인쇄 잉크 첨가제는 그라비아 인쇄·실크 인쇄·옵셋 인쇄 등 다양한 인쇄 방식으로 사용될 수 있으며, 인쇄 잉크에 대한 첨가제의 고형분 비는 일정하지만, 용제의 사용량에는 변화가 있는 것으로 나타난다. 그라비아 인쇄의 경우, 사용 인쇄 잉크의 무게에 대해 첨가제의 고형분 함량은 3 wt%에서 20 wt%까지 사용될 수 있으며, 보다 좋게는 5 wt%에서 10 wt% 내에 사용되는 것이 유리하다. 용제 농도 50 wt%일 때는 첨가제의 양이 10 wt%에서 20 wt%의 범주 내에 사용된다.

본 발명의 인쇄 잉크 첨가제는 인쇄 잉크와 기재와의 접착력을 강화시키고, 인쇄 잉크와의 적합한 결합력을 통해 대기 상의 수분 또는 우기의 수분에 영향을 받지 않을 만큼 항수분성이 강해지며, 일부 이액형 첨가제와는 달리 경화제를 넣지 않아 인쇄 시 경화되지 않아 인쇄 중단 후 재사용이 가능해지고 빠른 건조 및 안정화 상태로 유지되는 특징을 가지고 있다.

[표]

[표1]

Claims (6)

1. 저밀도 폴리에틸렌·고밀도 폴리에틸렌·폴리프로필렌과 같은 폴리머 필름의 표면 위에 도포될 인쇄 잉크에 새로운 고분자 수지를 첨가시켜 인쇄 잉크와 기재간의 밀착력을 향상시키고 항수분성이 높게 하며 경화제를 넣지 않아 인쇄 잉크의 재사용이 가능한 고분자 수지 첨가제의 합성과 사용 방법은 다음과 같다.

   (a) 항수분성의 성질을 지니기 위해 NCO 말단기를 가지는 폴리우레탄 프리폴리머가 주요 골격이 되는 반응비로 합성시키고

   (b) 폴리우레탄 프리폴리머의 합성 반응에는 수분 방지제와 반응 촉매를 첨가시키며

   (c) 폴리우레탄 프리폴리머의 바인더 기능 강화를 위해 폴리우레탄 프리폴리머 일부에서 코폴리머를 합성시키고

   (d) 이들의 혼합이 50 wt% 톨루엔 용액에서 0.5∼5 Pa·s의 점도를 가지는 고분자 수지로 조합시켜

   (e) 최종적으로, 첨가제 고형분의 혼합이 인쇄 잉크의 무게비로 3∼20 wt%, 보다 좋게는 5∼10 wt%가 되게 첨가시키는 방법.
2. 청구 Ⅰ 항에서, 폴리에틸렌 프리폴리머는 이소시아네이트와 폴리올로 구성되며, NCO 말단기를 가지기 위해 이소시아네이트의 당량비가 폴리올에 비해 1.5 배에서 15 배까지, 특히 2 배에서 10 배까지의 과잉 반응으로 얻은 폴리우레탄 프리폴리머.
3. 청구 Ⅱ 항에서, 이소시아네이트는 디페닐메탄디이소시아네이트, 톨릴렌디 이소시아네이트, 헥사메틸디이소시아네이트, 나프탈렌디이소시아네이트가 사용되 고, 이중에서도 디페닐이소시아네이트와 톨릴렌디이소시아네이트가 보다 선택적이며 디페닐이소시아네이트와 톨릴렌디이소시아네이트의 혼합 사용이 가능.
4. 청구 Ⅱ 항에서, 폴리올은 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌 에테르글리콜, 폴리에테르글리콜 등이 사용되며, 평균 분자량이 400에서 10,000에 이르는 범위의 폴리올, 특히 1,000에서 5,000의 범주에 드는 폴리올이 보다 선택적이며, 반응 점도 강하 목적으로 단량체인 글리세린, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜의 첨가가 가능.
5. 청구 Ⅰ 항에서, 코폴리머의 합성은 청구 Ⅱ 항의 폴리우레탄 프리폴리머와 무수말레인산, 아크릴로나이트릴, 부타디엔, 아크릴산, 메타크릴산, 또는 스티렌과 결합된 코폴리머로, 코폴리머 합성용 반응 물질인 이들의 반응비는 폴리우레탄 프리폴리머 전체의 0.05∼5 wt% 범주로 반응시킴.
6. 청구 Ⅰ 항에서, 폴리우레탄 프리폴리머 합성 시 수분 제거제는 칼슘 화합물이 사용되고, 반응 촉매는 알킬아민, 알콜아민 계와 주석 화합물이 사용되며, 이들 첨가제의 사용량은 폴리올의 함수율과 반응 온도 및 속도에 따라 조절.