KR100860675B1 - 고화속도가 빠르고 환경 친화형인 핫 잉크 롤용 핫 멜트잉크 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 핫 잉크 롤에 사용되는 핫멜트 잉크를 제조함에 있어 고화 속도가 빠르고 접착력이 우수하여 고속 인쇄 라인에서 지워지거나 문드러짐이 없으며 식품이나 의약품의 포장재의 마킹에 적합하도록 인체 유해 성분을 최소화한 환경 친화적인 핫멜트 잉크의 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 핫멜트 잉크는 염료나 안료와 같은 착색제, 열가소성수지, 가소제, 점착부여제, 왁스로 주로 구성되는데 이들 성분 중 왁스로는 용융온도 (melting point)가 65℃ 이상이고 105 ℃ 이하인 왁스가 핫멜트 잉크의 함량 중 35 wt % 이상 85 wt % 이하이고 열가소성 수지는 핫멜트 잉크의 함량 중 10 wt % 이상 45 wt % 이하이며 가소제는 핫멜트 잉크의 함량 중 0 wt % 이상 5 wt % 이하로 함유하는 것을 특징으로 한다.

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Description

고화속도가 빠르고 환경 친화형인 핫 잉크 롤용 핫 멜트 잉크 {Fast Solidifying and Environment-Friendly Hot Melt Ink for Hot Ink Rolls}

각종 필름 형태의 생산품에 특정 문자 또는 기호를 코딩하거나 마킹하는 방법으로 핫멜트 잉크를 다공성 스폰지 롤에 함침 시킨 핫 잉크 롤을 이용하여 레터 프레스(Letter Press)와 같은 고전적인 인쇄 방식으로 날인하는 방법이 있다. 핫 잉크 롤은 상온에서 고체인 핫멜트 잉크를 고온에서 액체화한 후, 롤 형상의 다공성 스폰지에 함침 함으로써 제조된다. 인쇄 작업을 수행하는 과정에서는 미국특허 4,559,872에서 예시된 것과 유사한 장치를 이용하여 핫 잉크 롤을 핫멜트 잉크의 용융점 이상으로 가열하여 다공성 스폰지의 공극에 존재하는 고체 상태의 잉크를 액체화 시킨 다음, 가열된 활자판에 액체화 된 잉크를 묻힌 후, 원하는 표면에 찍음으로써 인쇄를 하게 된다. 이렇게 인쇄된 핫멜트 잉크는 고화점 이하로 온도가 저하되면 고체가 되기 때문에 인쇄된 형상이 견고하게 부착된 상태로 피착물에 남게 되게 된다.

식품 및 의약품, 전자부품류를 생산하는 과정에서는 제조일자, 유통기간, 규 격, 롯트치 등 마킹해야 할 숫자가 수시로 변하게 되는데 핫 잉크 롤을 이용하는 방식은 기기의 조작이 매우 간편할 뿐만 아니라 기기 가격이 저렴하여 널리 이용되고 있다.

핫멜트 잉크는 핫멜트 접착제에 염료나 안료와 같은 착색제를 첨가하여 제조된다. 핫멜트 접착제는 통상 열가소성 수지와 가소제, 점착부여제, 왁스 성분으로 주로 구성되며 필요에 따라 점도 조절제나 산화 안정제나 노화 방지제 등과 같은 기능성 첨가제들을 부가하여 제조된다.

핫멜트 접착제를 제조하는데 사용되는 열 가소성 수지류로는 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트 류의 수지들을 사용할 수 있는데 몇 가지 다른 수지류들을 물리적으로 혼합한 수지혼합물은 물론이고, 이런 수지류들이 화학적으로 결합된 공중합수지나 삼원중합수지들도 사용될 수 있다.

가소제는 핫멜트 접착제 성분에 유연성과 작업의 용이성, 연신성을 부여하는 작용을 한다. 이런 가소제는 두 가지 부류가 주로 사용되는데 그 중 한 가지 부류는 벤젠 디카르복시산의 사이클로 알리파틱 에스터나 아로마틱 에스터들인데 디부틸프탈레이트, 디에틸헥실 프탈레이트, 디사이클로헥실 프탈레이트, 디페닐프탈레이트 들이 가장 대표적으로 사용된다. 또 다른 한 가지 부류의 가소제는 사이클로알리파틱 다관능 알콜의 방향족 카르복시산의 에스터들 인데 폴리프로필렌글리콜 디벤조네이트, 네오펜틸글리콜 디벤조네이트, 트리메틸펜타네디올 디벤조네이트, 1,4-사이클로헥산 디메탄올 디벤조네이트, 글리세릴 트리벤조네이트, 펜타에리쓰리 톨 테트라벤조네이트들이 대표적으로 사용된다.

점착 부여제는 핫멜트 접착제에서 열가소 수지와 함께 접착력을 증대시키는 역할을 하는 물질인데 로진, 로진에스터, 톨유 및 톨유 유도체, 천연 또는 합성 터펜류들, ,테펜-페놀 수지류, C₅ - C₉ 석유수지류들이 주로 쓰인다.

왁스성분은 여러 가지 종류들 중에서 선택할 수 있는데, 광물계 왁스에서부터 카나우바 왁스, 칸델라 왁스, 밀납 왁스 는 물론 파라핀 왁스, 몬탄 왁스, 사솔 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 피셔-트로 왁스, 오피 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스 등과 같은 각종 합성 왁스류, 석유계 왁스, 탄화수소계 왁스 등 과 미리스틱 산, 팔미틱 산, 스테아릭 산과 같은 지방산들 및 이들의 유도체들 중에서 선택할 수 있다. 이들 왁스 물질은 핫멜트 접착제의 특성상 50 ℃ - 150 ℃ 범위에서 완전 용융되어야 하고 용융점도가 10 - 1,000 cps 범위에 있는 것이 바람직하다.

점도 조절제는 상기의 핫멜트 접착제를 구성하는 열가소성 수지, 가소제, 점착 부여제, 왁스 등의 구성 비율이 정해졌음에도 원하는 유동 변형적 특성 (Reheological property)을 맞추지 못하였을 경우 필요에 따라 약간 첨가하게 되는 첨가제 성분으로 실리카, 탄산칼슘, 실란 화합물들을 주로 사용하게 된다.

종래의 기술에서는 마킹과 코딩의 속도가 충분히 느려서 핫 잉크 롤의 제조에 필요한 핫멜트 잉크는 보편적인 핫멜트 접착제 성분에 칼라를 구현할 수 있는 안료나 염료를 첨가하여 만들어도 사용함에 있어 큰 지장이 없었고 이에 따라 특별한 기술 개발이 이루어 질 필요가 없었다. 따라서 핫멜트 잉크는 미국특허 5,006,170, 미국특허 5,122,187, 미국특허 5,230,731 등에서 보는 바와 같이 잉크젯 프린터 형 핫멜트 잉크에 관한 기술 개발에 촛점이 맞추어져 왔으며 핫 잉크 롤 용 핫 멜트 잉크에 대한 개발은 상대적으로 등한시 되어 왔다.

같은 핫멜트 잉크라 하더라도 핫멜트 잉크젯 프린터에서 요구되는 핫멜트 잉크의 사양과 핫 잉크 롤에서 요구되는 핫멜트 잉크의 사양은 완전히 다른데, 핫멜트 잉크젯 프린터형 잉크에서는 핫 잉크롤 제조시 문제가 되지 않았던 사안들, 예를 들면, 분산이 잘 되지 않은 안료 입자에 의한 노즐 막힘 현상, 잉크 방울이 노즐에서 피착체이 이르기 까지 비산 되는 과정에서 필연적으로 발생하는 잉크 방울의 응고로 인한 접착력 저하 문제, 온도에 따른 핫멜트 잉크의 체적 변화로 인한 불균일성 문제들의 해결에 집중되어 있다고 할 수 있다.

핫 잉크 롤은 필름형 포장지의 마킹과 코딩에 주로 사용되어 왔는데, 제품 생산시설의 자동화 및 고속화가 고도로 진행되면서 마킹 및 코딩 속도도 급격히 증가하게 되었다. 종래 기술로 제조된 보편적인 핫멜트 잉크는 고화 속도가 느리고 접착력이 낮아 고속으로 날인을 할 경우 필름형 포장라인의 포머 와 컨베이어 벨트 상에서 인쇄된 잉크가 문드러지거나 지워지는 문제점이 있었고 이를 개선할 특별한 종류의 핫멜트 잉크 개발이 요구되어 져 왔다. 또 핫 잉크 롤은 식품이나 의약품과 같이 인간의 건강과 직접적인 관련이 있는 제품에 적용되는 경우가 많은데 인체에 무해하고 환경친화적인 성분으로 구성된 핫멜트 잉크에 대한 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 핫 잉크 롤에 사용되는 핫멜트 잉크를 제조함에 있어 환경친화적인 성분으로 구성되어져 있으며 고화 속도가 빠르고 접착력이 우수하여 고속 인쇄 라인에서 지워지거나 문드러짐이 없는 핫멜트 잉크의 조성물을 제공하는 것이다.

핫멜트 잉크는 80 ℃ - 160 ℃ 범위에서 인쇄가 되는데 인쇄된 상태를 상온에서 방치하면 서서히 온도가 떨어지게 되고 핫멜트 잉크의 용융점 이하로 식게 되면 완전히 고화가 되게 된다. 이런 고화 과정을 살펴볼 때 본 발명자는 고화속도가 빠른 핫멜트 잉크를 설계하려면 용융점이 높고 비열이 작은 물질을 선택해야 함을 알았다. 비열이 작은 물질은 주위 온도가 용융점 이하로 온도가 떨어지면 급격히 냉각되어 빠른 속도로 고화가 진행된다.

핫멜트 잉크의 제조에 사용되는 열가소성 수지, 가소제, 점착 부여제, 왁스, 점도 조절제 성분들 중 비열은 왁스류와 가소제 성분이 가장 낮고, 점착부여제는 중간 정도의 비열을 가지고 있으며 열가소성 수지 성분이 비열이 가장 높다. 따라서 본 발명의 핫멜트 잉크에서는 여러 가지 왁스들 중 용융온도 (melting point)가 65℃ 이상이고 105 ℃ 이하인 왁스를 주성분으로 사용하되 핫멜트 잉크의 함량 중 35 wt % 이상 85 wt % 이하로 하여 핫멜트 잉크의 최대 구성 성분으로 되게 함으로써 핫멜트 잉크의 대부분의 물성을 지배하도록 하는 것을 특징으로 한다.

현재 종이류나, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르와 같은 포장 필름의 수분침투 방지 코팅 처리를 할 때 왁스 코팅을 주로 하기에 왁스를 주성분으로 하는 본 발명의 핫멜트 잉크는 각종 포장 필름에 대해 우수한 접착력을 나타내게 된다. 또 왁스들은 100 - 1,000 cps 정도로 용융 점도가 낮아 착색제의 종류와 첨가량을 조절하기가 용이하게 할 뿐만 아니라 분자량의 분포도가 매우 작아 용융 및 고화 온도 범위가 매우 작게 되고 핫멜트 잉크의 물리적 특성을 제어하기 쉬운 특징이 있다.

용융온도가 65℃ 이하인 왁스류는 고화되더라도 경도가 낮고 물러서 인쇄 형상이 컨베이어 벨트와 같은 외부 마찰 대상이 있을시 문드러지는 현상이 발생할 수 있고 용융온도가 105 ℃ 이상인 왁스류는 용융점도가 상대적으로 높아 좋은 인쇄 품질을 얻기가 힘들기에 본 발명의 범위 내의 왁스를 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 왁스로는 파라핀왁스. 마이크로크리스탈린 왁스, 몬탄왁스, 카나우바 왁스, 칸델리아 왁스가 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 왁스를 주성분으로 하는 본 발명의 핫멜트 잉크가 가지는 접착력 저하 문제를 보완하기 위해 열가소성 수지로 환경친화적인 수지로 알려진 폴리비닐아세테이트나 폴리비닐알콜 또는 에틸렌 비닐아세테이트나 에틸렌 에틸아크릴레이트, 에틸렌 메틸아크릴레이트와 같은 공중합 수지를 핫멜트 잉크의 함량 중 10 wt % 이상 45 wt % 이하로 함유하는 것을 특징으로 한다. 이와같은 열가소성 공중합 수지의 함량이 10 wt % 이하가 되면 원하는 접착력을 얻을 수 없고 45 wt % 이상이 되면 왁스의 고화 특성이 약해지기 때문에 주어진 범위내의 함량을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 핫멜트 잉크의 또 다른 특징은 유해환경 요소가 가장 큰 성분인 프탈레이트계나 벤조네이트계 가소제를 전혀 함유하지 않거나 최소화하여 사용하도록 하여 핫멜트 잉크의 0 에서 5 wt % 이하로 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 핫멜트 잉크의 또 다른 특징은 점착부여제로 환경친화성이 높은 로진이나 로진에스터를 사용하되 전혀 함유하지 않거나 최소화하여 사용하도록 하여 핫멜트 잉크의 0 에서 5 wt % 이하로 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 제조된 핫 잉크롤용 핫멜트 잉크는 용융되었을 때 120 ℃ - 140 ℃ 에서의 용융점도가 1,000 cps 이상이고 15,000 cps 이하로 매우 점도가 높은 상태가 되어 1,000 cps 이하가 되어야 하는 잉크젯용 핫멜트 잉크와는 달리 금속 활자에 묻혀 인쇄하기가 적합하다.

이하에서 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명의 일 실시예일 뿐이며 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

카본블랙 25 wt %, 파라핀 왁스 (용융온도 87 ℃) 60 wt %, 에틸렌비닐아세테이트 12 wt %, 로진 3 wt % 를 플레니터리 믹서에 넣고 150 ℃에서 5시간 동안 혼합하여 핫멜트 잉크를 제조하였다.

실시예 2

카본블랙 25 wt %, 몬탄 왁스 (용융온도 81 ℃) 50 wt %, 에틸렌메틸아크릴레이트 25 wt %, 로진 3 wt % 를 플레니터리 믹서에 넣고 150 ℃에서 5시간 동안 혼합하여 핫멜트 잉크를 제조하였다.

비교예 1

카본블랙 25 wt %, 밀납 왁스 (용융온도 62 ℃) 60 wt %, 에틸렌비닐아세테이트 12 wt %, 로진 3 wt % 를 플레니터리 믹서에 넣고 150 ℃에서 5시간 동안 혼합하여 핫멜트 잉크를 제조하였다.

비교예 2

카본블랙 25 wt %, 폴리에틸렌 왁스 (용융온도 110 ℃) 50 wt %, 에틸렌메틸아크릴레이트 25 wt %, 로진 3 wt % 를 플레니터리 믹서에 넣고 150 ℃에서 5시간 동안 혼합하여 핫멜트 잉크를 제조하였다.

비교예 3

카본블랙 25 wt %, 파라핀 왁스 (용융온도 61 ℃) 50 wt %, 에틸렌에틸아크릴레이트 25 wt %, 로진 3 wt % 를 플레니터리 믹서에 넣고 150 ℃에서 5시간 동안 혼합하여 핫멜트 잉크를 제조하였다.

상기의 실시예 1,2 와 비교예 1 - 3에서 제조한 핫멜트 잉크를 160 ℃에서 액체화시킨 후 길이가 32 mm 이고 직경이 35 mm 인 망상 조직의 폴리우레탄 스폰지 롤에 함침 시켜 핫 잉크 롤을 제조하였고 Markem 사의 9880 프린터를 이용하여 140 ℃에서 포장용 폴리에틸렌 필름위에 인쇄를 수행하였다. 인쇄가 완료된 포장 필름을 50 ℃로 가열된 금속판 위에 놓고 인쇄된 글자를 고무 지우개로 3회 문질러 인쇄된 면이 문드러지는 현상을 관찰하였으며 이 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

구분	실시예 1	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3
왁스의 종류	파라핀	몬탄	밀납	폴리에틸 렌	파라핀
왁스 성분의 용융점 (℃)	87	81	62	110	61
유해 가소제	없음	없음	없음	없음	없음
인쇄된 외관	선명함	선명함	선명함	흐릿함	선명함
50 ℃에서 문지르른 후 외관	변화없음	변화없음	글자가 문드러짐	글자가 문드러짐	글자가 문드러짐
종합 판정	◎	◎	×	××	×

본 발명에 따라 제조된 핫 잉크 롤은 유해 성분을 최소화하여 환경친화적일 뿐 아니라 빠른 고화 속도를 가지며 접착력도 우수하여 식품이나 의약품과 같은 포 장재의 고속 마킹에 사용하기에 적합하다.

Claims (4)

1. 핫 잉크 롤에 함침 되는 핫멜트 잉크에 있어 용융온도 (melting point)가 65℃ 이상이고 105 ℃ 이하인 왁스가 핫멜트 잉크의 함량 중 35 wt % 이상 85 wt % 이하로, 열가소성 수지를 핫멜트 잉크의 함량 중 10 wt % 이상 45 wt % 이하로 가소제를 핫멜트 잉크의 함량 중 0 wt % 이상 5 wt % 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 핫멜트 잉크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 왁스는 파라핀왁스. 마이크로크리스탈린 왁스, 몬탄왁스, 카나우바 왁스, 칸델리아 왁스들 중에서 선택된 하나 또는 2이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 핫멜트 잉크
3. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 에틸렌 비닐아세테이트, 에틸렌 에틸아크릴레이트, 에틸렌 메틸아크릴레이트 들 중에서 선택된 하나 또는 2이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 핫멜트 잉크.
4. 제 1항에 있어서, 상기 가소제는 프탈레이트류나 벤조네이트류들 중에서 선택된 하나 또는 2이상의 혼합인 것을 특징으로 하는 핫멜트 잉크.