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KR102068154B1 - 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물 - Google Patents

그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물 Download PDF

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KR102068154B1
KR102068154B1 KR1020180021009A KR20180021009A KR102068154B1 KR 102068154 B1 KR102068154 B1 KR 102068154B1 KR 1020180021009 A KR1020180021009 A KR 1020180021009A KR 20180021009 A KR20180021009 A KR 20180021009A KR 102068154 B1 KR102068154 B1 KR 102068154B1
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Abstract

본 발명에서는 수용성 수지, pH 지시약, 유기산, 실란계 화합물, 바인더, 용제 및 수용성 고무를 포함하되, 수용성 고무로 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무를 포함함에 따라, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK) 등을 포함하는 탄화수소계, 케톤계, 아세테이트계, 염소계 등의 유기 용제의 사용을 배제한 수성 타입의 잉크로서, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용으로 적합한 건조속도, 점도, 접착력 등을 가지면서도 pH 변화를 파악할 수 있는, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물을 제공한다.

Description

그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물{pH-SENSITIVE WATER-BASED INK COMPOSITION FOR GRAVURE PRINTING AND FLEXO PRINTING}
본 발명은 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물에 관한 것으로, 더 상세하게는 pH 변화에 따라 변색되는 플렉소 인쇄용 및 그라비아 인쇄용 수성 잉크조성물에 관한 것이다.
포장지, 라벨, 벽지, 봉투, 기저귀 등의 기재에 특정 물질 또는 색을 입히거나 패턴을 형성하기 위해서, 플렉소 인쇄(Flexo printing), 그라비아 인쇄(Gravure printing), 잉크젯 인쇄 등 다양한 인쇄법이 활용되고 있다. 그 중에서도, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄에 적용되는 잉크는 음각과 양각이 형성된 인쇄판을 이용함에 따라, 적정한 점도와 건조속도가 요구된다. 이에 따라, 일반적으로 톨루엔, 크실렌, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK) 등을 포함하는 탄화수소계, 케톤계, 아세테이트계, 염소계 등의 유기 용제를 이용한 잉크가 주로 사용되고 있다.
일례로, 대한민국 등록특허 제10-0479636호에서는 아크릴계 수지 10 ~ 18 중량부, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트계 화합물 8 ~ 10 중량부, 톨루엔 10 ~ 15 중량부, 메틸에틸케톤계 화합물 35 ~ 45 중량부, 크실렌 3 ~ 6 중량부, 폴리에틸렌계 왁스 2 ~ 12 중량부, 이소시아네이트 1 ~ 4 중량부 및 분산제 0.5 ~ 2 중량부를 포함하는 그라비아 인쇄용 잉크조성물에 대해 개시하고 있다. 그러나, 상기 등록특허를 포함하는 종래의 잉크는 방향족 탄화수소계, 케톤계, 아세테이트계, 염소계 등의 용매를 포함함에 따라, 이의 제조, 사용 또는 폐기 등의 과정에서 다량의 휘발성 유기 화합물(VOC : Volatile Organic Compounds)이 발생되는 문제가 있었다. 특히, 휘발성 유기 화합물은 환경을 오염시킬 뿐 아니라 직접 또는 간접적으로 사람들의 피부, 호흡기 등으로 흡수되어 각종 질병을 일으키는 문제가 있었다.
이에 따라, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK) 등을 포함하는 탄화수소계, 케톤계, 아세테이트계, 염소계 등의 유기 용제를 포함하지 않으면서도 휘발성 유기 화합물의 발생을 줄일 수 있는 수성 타입의 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 잉크의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0938199호에서는 수성 용매, 제올라이트, 항균제 및 염화나트륨, 과산화수소 및 에탄올을 포함함에 따라, 그라비아 인쇄가 가능하면서도 휘발성 유기 화합물을 발생시키지 않을 수 있는 잉크조성물을 개시하고 있다. 그러나, 상기 등록특허는 종래 유기 용제의 사용을 배제함으로써 휘발성 유기 화합물을 발생시키지 않는 것을 주요 목적으로 할 뿐, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 잉크로서 요구되는 건조속도, 점도, 접착력 등에 대해서는 고려하지 않고 있다. 또한, 단순히 인테리어 소재로서 활용을 고려하고 있어, 인테리어 용도 이외에 pH 변화를 파악하는 용도로서는 활용이 어려웠다.
따라서, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK) 등을 포함하는 탄화수소계, 케톤계, 아세테이트계, 염소계 등의 유기 용제의 사용을 배제한 수성 타입의 잉크로서, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용으로 적합한 건조속도, 점도, 접착력 등을 가지면서도 pH 변화를 파악할 수 있는 수성 잉크에 대한 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0479636호 대한민국 등록특허 제10-0938199호
본 발명의 목적은 톨루엔, 크실렌, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK) 등을 포함하는 탄화수소계, 케톤계, 아세테이트계, 염소계 등의 유기 용제의 사용을 배제한 수성 타입의 잉크로서, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용으로 적합한 건조속도, 점도, 접착력 등을 가지면서도 pH 변화를 파악할 수 있는, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 목적은 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 수용성 수지, pH 지시약, 유기산, 실란계 화합물, 바인더, 용제 및 수용성 고무를 포함하되, 상기 수용성 고무는 아라비아 고무(Gumarabic) 및 트래거캔스 고무(Tragacanth gum)를 포함하는 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물을 제공한다.
상기 수성 잉크조성물은 상기 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 수용성 수지 20 ~ 45 중량%, pH 지시약 2 ~ 10 중량%, 유기산 0.1 ~ 2 중량%, 실란계 화합물 1 ~ 5 중량%, 바인더 1 ~ 5 중량%, 수용성 고무 0.1 ~ 5 중량% 및 잔량의 용제를 포함할 수 있다.
상기 수용성 고무는 상기 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무를 1 : 0.5 ~ 1.5 의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 수용성 수지는 스티렌-아크릴계 공중합체 수지 및 수용성 폴리우레탄 수지를 1 : 0.1 ~ 0.7의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 pH 지시약은 크레졸 레드(Cresol red), m-크레졸 퍼플(m-Cresol purple),티몰 블루(Thymol blue), 2,6-디니트로페놀(2,6-Dinitrophenol), 2,4-디니트로페놀(2,4-Dinitrophenol), 4-디메틸아미노아조벤젠(4-Dimethylaminoazobenzene), 브로모페놀 블루(Bromophenol blue), 콩고 레드(Congo red), 메틸 오렌지(Methyl orange), 에톡시크리소이딘(Ethoxychrysoidine), 브로모크레졸 그린(Bromocresol Green), 2,5-디니트로페놀(2,5-Dinitrophenol), 메틸렌 레드(Methylene red), 페놀 레드(Phenol red), 브로모크레졸 퍼플(Bromocresol purple),4- 니트로페놀(Nitrophenol), 브로모크실렌 블루(Bromoxylene blue), 브로모티몰 블루(ㅠromothymol blue), 3-니트로페놀(3-Nitrophenol) 및 페놀프탈레인(Phenolphthalein)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 수성 잉크조성물은 흡착제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물은 수용성 수지, pH 지시약, 유기산, 실란계 화합물, 바인더, 용제 및 수용성 고무를 포함하되, 수용성 고무는 아라비아 고무(Gum arabic) 및 트래거캔스 고무(Tragacanth gum)를 포함함에 따라, 종래와 같이 톨루엔, 크실렌, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK) 등을 포함하는 탄화수소계, 케톤계, 아세테이트계, 염소계 등의 유기 용제의 사용 없이도, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용으로 적합한 건조속도, 점도, 접착력 등을 가질 뿐 아니라 pH 변화를 파악할 수 있다.
특히, 본 발명의 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물은 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무를 특정 비율로 포함함에 따라, 상기와 같은 효과는 더욱 향상될 수 있다.
아래에서는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, "pH 감응성" 또는 "pH 변화에 따라 변색"된다는 것은 본 발명의 수성 잉크조성물 또는 수성 잉크조성물이 적용 또는 인쇄된 대상이 외부의 pH 변화에 의해 색 변화하는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, 본 발명의 "그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물"은 "수성 잉크조성물"로 간략하게 호칭될 수 있다.
이하에서 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서는 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는 수용성 수지, pH 지시약, 유기산, 실란계 화합물, 바인더, 용제 및 수용성 고무를 포함하되, 상기 수용성 고무는 아라비아 고무(Gumarabic) 및 트래거캔스 고무(Tragacanth gum)를 포함함에 따라, 종래와 같이 톨루엔, 크실렌, 시클로헥사논, 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK) 등을 포함하는 탄화수소계, 케톤계, 아세테이트계, 염소계 등의 유기 용제의 사용 없이도, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용으로 적합한 건조속도, 점도, 접착력 등을 가질 뿐 아니라 pH 변화를 파악할 수 있는 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물을 제공한다.
특히, 본 실시예의 수성 잉크조성물이 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 수용성 수지 20 ~ 45 중량%, pH 지시약 2 ~ 10 중량%, 유기산 0.1 ~ 2 중량%, 실란계 화합물 1 ~ 5 중량%, 바인더 1 ~ 5 중량%, 수용성 고무 0.1 ~ 5 중량% 및 잔량의 용제를 포함할 때, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용으로 적합한 건조속도, 점도, 접착력 등을 가질 뿐 아니라 pH 변화를 파악할 수 있다.
수용성 수지는 본 실시예에 따른 수성 잉크조성물의 피막 성능을 부여하며, 점도 및 접착성에 영향을 준다. 본 실시예의 수용성 수지는 메틸롤화요소수지, 메틸롤화멜라닌수지, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴아마이드수지, 카르복시메틸셀룰로오스수지, 아크릴에스터수지, 아크릴우레탄수지, 폴리아크릴산수지, 무수말레산수지, 젤라틴수지, 폴리에틸렌글리콜수지, 스티렌-아크릴계 공중합체 수지 및 수용성 폴리우레탄 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
스티렌-아크릴계 공중합체 수지는 스티렌, α-메틸 스티렌 및 아크릴산의 공중합체일 수 있으며, 바람직하게는 스티렌 0.35 몰, α-메틸 스티렌 0.33 몰 및 아크릴산 0.32 몰의 몰 비율로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
바람직하게, 본 실시예의 수용성 수지는 스티렌-아크릴계 공중합체 수지와 수용성 폴리우레탄 수지의 혼합물일 수 있다. 특히, 스티렌-아크릴계 공중합체 수지와 수용성 폴리우레탄 수지가 1 : 0.1 ~ 0.7의 중량비, 바람직하게는 1 : 0.1 ~ 0.5 중량비, 더욱 바람직하게는 1 : 0.2 ~ 0.3의 중량비로 포함된 것일 수 있다.
스티렌-아크릴계 공중합체 수지와 수용성 폴리우레탄 수지가 상기된 중량비를 벗어나도록 포함될 경우에는 본 실시예의 수성 잉크조성물의 피막 성능 향상, 건조속도 향상 및 접착력 향상이 충분하지 못한 문제가 있을 수 있다.
본 실시예의 수성 잉크조성물은 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 수용성 수지를 20 ~ 45 중량%, 바람직하게는 25 ~ 45 중량%, 더욱 바람직하게는 28 ~ 40 중량%로 포함할 수 있다. 만약, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 수용성 수지가 20 중량% 미만일 경우에는 잉크조성물의 피막성능이 저하됨과 동시에 접착성 및 점도가 낮아지는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 수용성 수지를 45 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 수성 잉크조성물의 점도가 지나치게 높아져 작업성이 저하되고, 인쇄품질이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
pH 지시약은 크레졸 레드(Cresol red), m-크레졸 퍼플(m-Cresol purple),티몰 블루(Thymol blue), 2,6-디니트로페놀(2,6-Dinitrophenol), 2,4-디니트로페놀(2,4-Dinitrophenol), 4-디메틸아미노아조벤젠(4-Dimethylaminoazobenzene), 브로모페놀 블루(Bromophenol blue), 콩고 레드(Congo red), 메틸 오렌지(Methyl orange), 에톡시크리소이딘(Ethoxychrysoidine), 브로모크레졸 그린(Bromocresol Green), 2,5-디니트로페놀(2,5-Dinitrophenol), 메틸렌 레드(Methylene red), 페놀 레드(Phenol red), 브로모크레졸 퍼플(Bromocresol purple),4- 니트로페놀(Nitrophenol), 브로모크실렌 블루(Bromoxylene blue), 브로모티몰 블루(ㅠromothymol blue), 3-니트로페놀(3-Nitrophenol) 및 페놀프탈레인(Phenolphthalein)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 실시예의 수성 잉크조성물은 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 pH 지시약을 2 ~ 10 중량%, 바람직하게는 2 ~7 중량%, 더욱 바람직하게는 3 ~ 5 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 pH 지시약이 2 중량% 미만일 경우에는 pH 에 의해 발생되는 색 변화가 미미한 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 pH 지시약 10 중량%를 초과할 경우에는 경제적이지 못하며, pH 지시약에 의해 수성 잉크조성물의 접착력이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 실시예의 수성 잉크조성물은 흡착제를 추가로 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 흡착제는 pH 지시약을 흡착하여, 상기 pH 지시약이 수성 잉크조성물 내에서 안정적으로 존재할 수 있도록 하고, pH 지시약의 변색 이후에 색변화나 색흐림이 발생하지 않도록 할 수 있다.
본 실시예의 흡착제는 이산화규소, 이산화티타늄, 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 황산바륨, 황산칼슘, 산화아연 및 산화알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 실시예의 흡착제는 pH 지시약의 총 사용량의 0.1 ~ 0.9 배의 중량으로 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
유기산은 pH 조정제로, 저분자량 유기산과 고분자량 유기산을 포함할 수 있다. 상기 저분자량 유기산은 글리콜산, 시트르산, EDTA, 락트산, 아미노산, 아스코르브산, 옥살산, 말레산, 타르타르산, 살리실산, 팔미트산 및 스테아르산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 고분자량 유기산은 폴리아크릴산 및 폴리메타크릴산과 아크릴산 및 메타크릴산 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 공중합체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 실시예의 수성 잉크조성물은 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 유기산을 0.1 ~ 2 중량%, 바람직하게는 0.1 ~ 1 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 ~ 0.5 중량%로 포함될 수 있다. 만약, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 pH 조정제가 0.1 중량% 미만일 경우에는 pH 변화에 민감하게 반응하는 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 pH 조정제가 2 중량%를 초과할 경우에는 pH 변화에 따라 색변화하는 시간이 길어지는 문제가 있을 수 있다. 즉, pH 감응성이 충분하지 못한 문제가 있을 수 있다.
실란계 화합물은 본 실시예의 수성 잉크조성물이 pH 변화에 감응하여 색변화할 때, 발색성을 향상시켜 뚜렷한 색변화를 관찰할 수 있도록 도울 수 있다. 또한, 수성 잉크조성물의 접착력을 향상시킬 수 있다. 한편, 실란계 화합물은 공지된 모든 종류의 것이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 유기물인 아미노프로필(Aminopropyl)과 무기물인 트리에톡시실리(Triethoxysilyl)의 화학반응에 의해 제조된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 실시예의 수성 잉크조성물은 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 실란계 화합물을 1 ~ 5 중량%, 바람직하게는 1 ~ 4 중량%, 더욱 바람직하게는 1 ~ 3 중량%로 포함할 수 있다. 만약, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 실란계 화합물을 1 중량% 미만으로 포함할 경우에는 색변화를 뚜렷하게 하는 효과가 미미하고, 접착력이 낮을 수 있다. 반면, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 실란계 화합물을 5 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 수성 잉크조성물의 점성이 높아져 사용성 및 인쇄 효율이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
바인더는 통상적으로 공지된 모든 종류의 것이 적용될 수 있다. 예를 들어, 바인더는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메틸 아크릴레이트 등을 포함하는 아크릴계 수성바인더일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 실시예의 수성 잉크조성물은 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 바인더를 1 ~ 5 중량%, 바람직하게는 1 ~ 4 중량%, 더욱 바람직하게는 1 ~ 3 중량%로 포함할 수 있다. 만약, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 바인더를 1 중량% 미만으로 포함할 경우에는 접착 효과가 미미한 문제가 있을 수 있다. 반면, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 바인더를 5 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 점도가 높아 사용성 및 인쇄 효율이 저하되고, pH 지시약에 의한 pH 변화를 파악하는 데에 어려움이 있을 수 있다.
용제는 본 실시예의 수성 잉크조성물을 구성하는 수용성 수지, pH 지시약, 유기산, 실란계 화합물, 바인더 및 수용성 고무를 용해하여 상기 물질들의 혼합을 유도하고, 수성 잉크조성물의 점도를 조절할 수 있다. 본 실시예의 용제는 물 및 알코올류를 포함할 수 있다. 상기 알코올류는 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 이소프로판올로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 실시예의 용제는 상기 물 100 중량부에 대해 알코올을 4 ~ 10 중량부, 바람직하게는 4.5 ~ 8 중량부, 더욱 바람직하게는 5 ~ 6 중량부로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 만약, 본 실시예의 용제가 물 100 중량부에 대해 알코올을 4 중량부 미만으로 포함할 경우에는 본 실시예의 수용성 수지, pH 지시약, 유기산, 실란계 화합물, 바인더 및 수용성 고무가 충분히 용해 및 혼합되지 않을 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 수성 잉크조성물은 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용으로 적합한 건조속도, 점도 및 접착력을 가지기 어려우며, pH 감응성이 충분하지 못할 수 있다. 반면, 본 실시예의 용제가 물 100 중량부에 대해 알코올을 10 중량부를 초과하여 포함할 경우에는 수성 잉크조성물의 건조 속도가 빨라져 인쇄 중 수성 잉크조성물의 점도가 변하는 문제가 있을 수 있다.
본 실시예의 수성 잉크조성물은 수용성 수지, pH 지시약, 유기산, 실란계 화합물, 바인더 및 수용성 고무 이외의 잔량의 용제를 포함할 수 있다.
수용성 고무는 아라비아 고무(Gumarabic) 및 트래거캔스 고무(Tragacanth gum)를 포함하며, 본 실시예에서는 상기 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무를 1 : 0.5 ~ 1.5의 중량비로 포함함에 따라, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 잉크로서 적정한 건조속도 및 점도를 가질 수 있으며, 접착력이 향상될 수 있다. 특히, 적정한 점도 및 접착력은 인쇄품질을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 pH 변화에 따른 변색 속도와 정확성을 향상시킬 수 있고, 인쇄 대상으로부터 본 실시예의 수성 잉크조성물의 부착성을 향상시켜 pH 감응성의 지속성을 향상시킬 수 있다.
또한, 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무를 포함하는 수용성 고무에 있어서, 아라비아 고무에 비해 트래거캔스 고무의 함량이 특정 비율 이상으로 증가할수록 수성 잉크조성물의 건조속도와 접착력이 저하될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 수용성 고무는 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무를 포함하되, 그 중에서도 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무를 1 : 0.5 ~ 1의 중량비로 포함할 때, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 잉크로서 적정한 건조속도 및 점도를 가질 수 있으며, 접착력이 향상될 수 있다
본 실시예에서는 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 수용성 고무를 0.1 ~ 5 중량%, 바람직하게는 1 ~ 4 중량%, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 3.5 중량%로 포함할 수 있다.
만약, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 수용성 고무를 0.1 중량% 미만으로 포함할 경우에는 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 잉크로서 적정한 건조속도 및 점도를 가지기 어려운 문제가 있을 수 있다. 특히, 점도 및 접착력이 낮아 인쇄품질이 현저히 저하될 수 있다. 반면, 본 실시예의 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 수용성 고무를 5 중량%를 초과하여 포함할 경우에는 수성 잉크조성물의 점도가 높아져 작업성이 저하될 뿐 아니라, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 잉크로서 적정한 건조속도 및 점도를 가지기 어려운 문제가 있을 수 있다.
한편, 본 실시예의 수성 잉크조성물은 상기 수용성 수지, pH 지시약. 흡착제, 유기산, 실란계 화합물, 바인더, 수용성 고무 및 용제 이외에 추가적인 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 첨가제는 분산제, 소포제, 광안정제, 점도조절제, 결합제, pH 조절제 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 첨가제는 수성 잉크조성물에 적용될 수 있는 것이라면 제한 없이 적용될 수 있다.
이하 실시예, 비교예, 및 실험예를 통하여 본 발명의 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
[ 실시예 ]
실시예 1 내지 5
표 1 및 2에 따른 수성 잉크조성물을 제조하였다. 한편, 브로모크레졸 그린은 알코올(에탄올)에 먼저 녹인 뒤, 기타 성분들과 혼합하였다.
표 1 및 2에 따른 수성 잉크 조성물을 필름(인쇄지) 상에 온도 150℃ 이하, 속도 5 ~ 40 m/min, 압력 20 ~ 40 kgf/cm2 의 조건으로 그라비아 인쇄함으로써, 수성 잉크조성물이 도포된 필름을 제조하였다.
성분(중량%) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
수용성 수지 35.0
pH 지시약 5.0
유기산 0.5
실란계 화합물 3.0
바인더 3.0
수용성 고무 3.5
흡착제 2.5
용제 To.100
*수용성 수지 : 스티렌-아크릴계 공중합체 수지 및 수용성 폴리우레탄 수지를 1 : 0.7의 중량비로 혼합한 것(상기 스티렌-아크릴계 공중합체 수지는 스티렌, α-메틸 스티렌 및 아크릴산의 공중합체로, 스티렌 0.35 몰, α-메틸 스티렌 0.33 몰 및 아크릴산 0.32 몰의 몰 비율로 구성됨)
* pH 지시약 : 브로모크레졸 그린
* 유기산 : 시트르산 및 폴리아크릴산이 1 : 1의 중량비로 혼합된 것
* 실란계 화합물 : DOW Cormin Z-6011 제품(아미노프로필과 트리에톡시실리의 반응물)
* 바인더 : 메틸메타크릴레이트
* 수용성 고무 : 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무가 표 2의 중량비로 혼합된 것
* 흡착제 : 이산화 규소
* 용제 : 물 100 중량부에 대해 에탄올 5 중량부가 혼합된 것
중량비 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
아라비아 고무 1 1 1 1 1
트래거캔스 고무 0.1 0.5 1 1.5 2
실시예 6
상기 실시예 1, 2, 3, 4 또는 5의 수성 잉크조성물을 필름(인쇄지) 상에 플렉소 인쇄함으로써, 수성 잉크조성물이 도포된 필름을 제조하였다. 이때, 플렉소 인쇄는 그라비아 인쇄와 동일한 온도, 속도 및 압력 조건에서 실시하였다.
[ 비교예 ]
비교예 1 내지 3
상기 표 3을 제외하고는, 실시예 4와 동일하게 제조하였다.
비교예
성분(중량%) 1 2 3
수용성 수지 35.0 35.0 35.0
pH 지시약 5.0 5.0 5.0
유기산 0.5 0.5 0.5
실란계 화합물 3.0 3.0 3.0
바인더 3.0 3.0 3.0
수용성 고무 - 0.01 10.0
흡착제 2.5 2.5 2.5
용제 To.100
비교예 4
수용성 고무가 아라비아 고무만으로 이루어진 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일하게 제조하였다.
비교예 5
수용성 고무가 트래거캔스 고무만으로 이루어진 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일하게 제조하였다.
비교예 6
톨루엔, 메틸에틸케톤, 에탄올이 1 : 1 : 1의 중량비로 혼합된 종래의 유기용제를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 4와 동일하게 제조하였다.
[ 실험예 ]
실험예 1 : 건조속도 평가
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 잉크조성물의 건조 속도를 측정하여 하기의 표 4에 나타내었다.
먼저, 상기 실시예 및 비교예의 잉크조성물을 이용하여, 필름 상에 온도 150℃ 이하, 속도 5 ~ 40 m/min, 압력 20 ~ 40 kgf/cm2 의 조건으로 그라비아 인쇄를 실시한 후, 시간에 따라 잉크가 묻어나오는 정도를 육안으로 관찰하여 1 ~ 5 등급으로 나누어 평가하였다. 이때, 1 등급의 경우 건조속도가 매우 느린 것이며, 5 등급의 경우 건조속도가 매우 빠른 것으로 표기하였다. 즉, 5 등급에 가까울수록 건조속도가 빨라지는 것을 의미한다.
건조속도 건조속도
실시예 1 3.0 비교예 2 1.9
실시예 2 4.1 비교예 3 2.5
실시예 3 3.9 비교예 4 1.9
실시예 4 3.8 비교예 5 2.3
실시예 5 2.7 비교예 6 4.2
비교예 1 1.0
표 4의 실시예 및 비교예를 비교하면, 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무를 함께 포함할 때, 건조속도가 향상됨을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 1 내지 5 중에서도 실시예 2 내지 4와 같이 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무가 1 : 0.5 ~ 1.5의 중량비로 포함될 때 건조속도가 더욱 향상됨을 확인할 수 있다.
한편, 실시예 2 내지 4를 보면, 트래거캔스 고무의 함량이 증가할수록 건조속도가 느려짐을 확인할 수 있다. 즉, 아라비아 고무와 트래거캔스 고무를 함께 포함하되(1 : 0.5 ~ 1.5), 동일한 양의 수용성 고무 내에서 아라비아 고무 함량 보다 트래거캔스 고무의 함량이 증가할 경우에는 건조속도가 다소 느려질 수 있다.
또한, 실시예 2 내지 4와 종래의 유기용제를 사용한 비교예 6과 건조속도가 유사함을 확인할 수 있는바, 이로부터 실시예 2 내지 4의 수성 잉크조성물은 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄에 적합한 건조속도를 가짐을 의미한다.
실험예 2 : 점도 평가
쟌컵(Zahn cup) 점도계 #4를 이용하여, 실시예 및 비교예의 점도를 평가하였다. 일반적인 그라비아 인쇄용 잉크 및 플렉소 인쇄용 잉크의 경우 쟌컵(Zahn cup) 점도계 #4로 10 ~ 20 초가 측정된다.
Zahn cup#4(sec) 그라비아 인쇄용 또는 플렉소 인쇄용 적합 여부
실시예 1 20 ± 0.5 ○
실시예 2 15 ± 0.5 ○
실시예 3 18 ± 0.5 ○
실시예 4 19 ± 0.5 ○
실시예 5 20 ± 0.5 ○
비교예 1 6 ± 0.5 Ｘ
비교예 2 8 ± 0.5 Ｘ
비교예 3 35 ± 0.5 Ｘ
비교예 4 27 ± 0.5 Ｘ
비교예 5 24 ± 0.5 Ｘ
비교예 6 14 ± 0.5 ○
표 5를 보면, 실시예에 따를 경우에는 일반적인 그라비아 인쇄용 잉크 또는 플렉소 인쇄용 잉크와 유사한 점도를 보임을 확인할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 잉크로 적합한 점도를 가질 수 있음을 의미한다.
실험예 3 : 접착력 평가
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 잉크조성물을 필름 위에 그라비아 인쇄하여 잉크층을 형성한 다음, 크로스컷(ASTM D 3359 규격) 시험법에 따라 이의 접착력을 평가하였다. 상기에 따라 접착력을 평가한 뒤, 그 결과값의 3회 평균값(소수점 이하 둘째 자리에서 반올림)을 표 6에 나타내었다.
ASTM D 3359 규격에 따르면 기판(필름)으로부터 분리된 (잉크층)면적이 5B는 0%(가장우수), 4B 5% 이하, 3B는 5 ~ 15%, 2B는 15 ~ 35%, 1B는 35 ~ 65%, 0B는 65% 이상(가장나쁨)인 것을 의미한다.
상기 그라비아 인쇄는 온도 150℃ 이하, 속도 5 ~ 40 m/min, 압력 20 ~ 40 kgf/cm2 의 조건에서 실시되었다.
접착 상태 접착 상태
실시예 1 3.0 B 비교예 2 2.0 B
실시예 2 4.0 B 비교예 3 3.8 B
실시예 3 3.7 B 비교예 4 2.3 B
실시예 4 3.3 B 비교예 5 2.3 B
실시예 5 3.0 B 비교예 6 3.6 B
비교예 1 1.7 B
표 6의 실시예 및 비교예를 비교하면, 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무를 함께 포함할 때, 접착력이 향상됨을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 1 내지 5 중에서도 실시예 2 내지 4와 같이 아라비아 고무 및 트래거캔스 고무가 1 : 0.5 ~ 1.5의 중량비로 포함될 때 접착력이 더욱 향상됨을 확인할 수 있다.
한편, 실시예 2 내지 4를 보면, 트래거캔스 고무의 함량이 증가할수록 접착력이 저하됨을 확인할 수 있다. 즉, 아라비아 고무와 트래거캔스 고무를 함께 포함하되(1 : 0.5 ~ 1.5), 동일한 양의 수용성 고무 내에 아라비아 고무 함량에 대해 트래거캔스 고무의 함량이 증가하거나 높아질 경우에는 접착력이 다소 감소할 수 있다.
실험예 4 : pH 변화 속도 평가
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 잉크조성물을 필름 상에 그라비아 인쇄하여, 잉크층을 형성하였다. 이 후, 잉크층이 형성된 필름의 일부(약 지름 2 cm인 원)에 pH 7 이상의 알칼리성 용액(NaOH 용액)을 떨어뜨린 뒤, 상기 알칼리성 용액이 닿은 부분이 전체적으로 변색(청색)하는데 걸리는 시간을 측정하여 하기의 표 7에 나타내었다.
상기 그라비아 인쇄는 온도 150 이하, 속도 5 ~ 40 m/min, 압력 20 ~ 40 kgf/cm2 의 조건에서 실시하였다. 또한, pH 지시약인 브로모크레졸 그린은 산성에서는 황색, 염기성색에서는 청색을 나타내며, pH 3.8 ~ 5.4의 변색역을 가진다.
시간(sec) 시간(sec)
실시예 1 2.0 비교예 2 4.5
실시예 2 1.2 비교예 3 5.0
실시예 3 1.7 비교예 4 3.4
실시예 4 1.8 비교예 5 3.2
실시예 5 2.5 비교예 6 1.5
비교예 1 6.0
표 7을 보면, 실시예의 경우 빠르게 pH 에 의해 변색됨을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 5에 비해 비교예 1 내지 5의 변색시간이 다소 늦어짐을 확인할 수 있다. 이는 비교예 1 내지 5의 경우에는 실시예 1 내지 5과 달리 그라비아 인쇄용 잉크로서 적정한 건조속도, 점도 및 접착력을 가지지 못함에 따라, 실시예 1 내지 5에 비해 균일하며 우수한 인쇄품질의 구현이 어려워 변색 시간이 길어짐을 의미한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 수용성 수지, pH 지시약, 유기산, 실란계 화합물, 바인더, 용제 및 수용성 고무를 포함하되,
    상기 수용성 고무는 아라비아 고무(Gumarabic) 및 트래거캔스 고무(Tragacanth gum)를 1 : 0.5 ~ 1.5 의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 잉크조성물은
    상기 수성 잉크조성물 총 중량 기준으로 수용성 수지 20 ~ 45 중량%, pH 지시약 2 ~ 10 중량%, 유기산 0.1 ~ 2 중량%, 실란계 화합물 1 ~ 5 중량%, 바인더 1 ~ 5 중량%, 수용성 고무 0.1 ~ 5 중량% 및 잔량의 용제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용성 수지는
    스티렌-아크릴계 공중합체 수지 및 수용성 폴리우레탄 수지를 1 : 0.1 ~ 0.7의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 pH 지시약은
    크레졸 레드(Cresol red), m-크레졸 퍼플(m-Cresol purple),티몰 블루(Thymol blue), 2,6-디니트로페놀(2,6-Dinitrophenol), 2,4-디니트로페놀(2,4-Dinitrophenol), 4-디메틸아미노아조벤젠(4-Dimethylaminoazobenzene), 브로모페놀 블루(Bromophenol blue), 콩고 레드(Congo red), 메틸 오렌지(Methyl orange), 에톡시크리소이딘(Ethoxychrysoidine), 브로모크레졸 그린(Bromocresol Green), 2,5-디니트로페놀(2,5-Dinitrophenol), 메틸렌 레드(Methylene red), 페놀 레드(Phenol red), 브로모크레졸 퍼플(Bromocresol purple),4- 니트로페놀(Nitrophenol), 브로모크실렌 블루(Bromoxylene blue), 브로모티몰 블루(ㅠromothymol blue), 3-니트로페놀(3-Nitrophenol) 및 페놀프탈레인(Phenolphthalein)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 잉크조성물은 흡착제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 그라비아 인쇄 또는 플렉소 인쇄용 pH 감응성 수성 잉크조성물.
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