더욱이 인쇄기계의 정밀도 향상과 제판재료, 인쇄프로세스 성능, 기술향상 등에 의해 플렉소 인쇄화질이 그라비어나 오프셋 인쇄에 뒤지지 않게 되어 일본에서도 패키지 및 관련 업계의 관심이 높아지고 있다.
하지만 초심자가 플렉소 인쇄기술의 전체 모습과 개개의 기술 원리에 대해 알고 싶어 하더라도 한 방법의 효과와 현상만을 설명하는 경우가 많고 그 이유나 물리적, 화학적 원리에 대해서 알기 쉽게 해설된 자료나 해설서는 찾기가 어렵다. 그래서 초보자 관점에서 플렉소 인쇄와 관련된 이야기를 몇 가지 들어보고자 한다.

플렉소 인쇄의 원리
플렉소판은 고선수화, 고화질화를 향해 개발이 진행되고 있다. 소프트 볼록판이고, UV 경화형 수지판이 주류이며, 판재의 기본은 고무 또는 수지로 만들어져 있다. 인쇄판이 용제형 잉크에 내성을 갖추기 위해 친수성 나일론 등의 친수성 폴리머도 더해진다. 그밖에 모노머, 광중합개시제(래디컬 발생제) 등으로 구성되어 있다.
고무 또는 수지는 소수성이고 UV 조사중합부가 되는 볼록 표면에는 배합재의 친수성 폴리머가 공존하고 있어 플렉소판 표면은 원래 소수, 친수의 양성을 가진 형태로 설계되어 있다고 생각된다. 따라서 표1에 나타낸 것과 같은 조성의 잉크가 사용되고 있고, 용제형이라 하더라도 메인은 알코올이다. 포함된 초산에틸에 대한 내성은 친수기가 담당하지만 알콜계 및 물계 등 잉크를 구성하는 액체와의 떨어짐성, 부착성에도 기여하고 있다고 생각된다. 그리고 UV 잉크에 대한 부착성도 가진다.

플렉소판은 망점도 선도 민인쇄부도 동일면에 평평한 면으로서 작성되는 것이 조건이다. 은염 리스필름을 사용하던 아날로그 시대에는 스크린 선수 100선 정도까지는 판재와 네거필름을 진공밀착으로 소부했기에 망점은 평평한 면을 가진 형태로 재현되어 왔는데, 톤 재현에 있어서는 오프셋인쇄 및 그라비어인쇄에 이르지는 못했었다. 하지만 1990년경부터 디지털데이터 출력으로서의 CTP가 제안되어 디지털 도트라는 단어가 생겨났다. 이것은 LAMS, CTP이고, 플렉소 감재의 표면에 블랙층을 두고 이것을 레이저로 어블레이션해서 네거화상을 만든다. UV조사를 실시한 이후 종래와 마찬가지로 현상 등의 조작을 거쳐 인쇄판을 만든다. 블랙 마스크 네거 상에서는 175선 1% 15㎛ 정도의 점이 재현 가능하지만, 산소기 중에 노광에 의한 래디컬중합산소저해로 하이라이트부 망점은 정상부분이 동그랗게 되거나 높이가 낮아지거나 하는 문제가 효율화, 고화질화에 영향을 주었다.

현재에는 이와 같은 산소저해를 없앤 형태의 LAMS CTP가 제안되고 있다. 예를 들면 코닥은 블랙층을 코팅한 필름으로 네거 이미지를 만들고 이것을 수지판에 라미네이트함으로써 UV노광시의 산소를 차단해 평평한 망점을 형성하고 있다. 또 스미토모리코의 물현상 플렉소판 「Aqua Green」에서는 재료, 배합설계, 고분산가공 기술로 그림 1과 같이 175선 1%의 φ16㎛의 평평한 도트를 실현하고 있다. 이로써 플렉소 인쇄판의 상태 재현은 오프셋 인쇄와 비슷한 정도가 되었다는 것을 알 수 있다.

인쇄판 표면과 잉크부착 문제

플렉소 판면은 평평하고 그 표면에 0.1~0.3 파스칼·초의 인쇄점도를 가진다고 말해지는 용제형 및 수성형 잉크가 아니록스 셀을 통해 공급될 때 판과 잉크와의 화학적 친화력으로 잉크부착과 전이가 일어나게 된다. 플렉소인쇄에서 전이되는 잉크두께는 3~5㎛라고 말해지는데, 레리프화상의 대소, 민인쇄부와 망점계조부 등에서 잉크두께는 같은지가 궁금하다. 점성잉
크를 이용하는 오프셋 인쇄에서는 175선 50%에서 φ100㎛ 직경 이하에서 망점이 작아질수록 잉크두께는 민인쇄보다 얇아져 망점농도는 떨어지지만, 종이 위에서는 광학적 돗트게인이 있으므로 계조농도는 그다지 떨어지지 않는다.
레리프 상을 가진 인쇄판표면의 화학적 부착력으로 아니록스 셀에서 잉크를 빼내어 플랫판면에 잉크층이 만들어진다. 이 잉크층을 필름 등의 평평한 피인쇄체에 가볍게 닿는 압으로 전사하고 떨어뜨릴 때 액상의 잉크가 옆으로 옮겨가는 경우가 있다. 이러한 것이 플렉소 인쇄의 화상재현에서 트러블이 되는 때가 가끔 있다. 특히 민인쇄부에서의 잉크전이 편차가 현저하게 나타난다고 한다. 액상 잉크층이 옆으로 움직이는 것을 멈추기 위해서 평평한 판표면에 미세한 요철의 텍스쳐 구조를 도입하고 있다.

이러한 원리를 기초로 코닥은 DigiCap NX기능을 개발해 5㎛ 단위의 초미세한 격자패턴을 블랙필름에 레이저로 만들어 플렉소 판면에 전사해서 텍스쳐를 만들고 있다. 이 텍스쳐는 판면에 필요한 곳에만 만들면 되므로 전면일 필요는 없다. 코닥의 카탈로그에 민인쇄부에서의 효과를 나타내는 확대사진이 그림2이다. 그림의 민인쇄부 잉크전이량은 어느 쪽이는 같게 보이지만, 세세구조가 없으면 액상잉크는 전이분열 시에 움직여 힘줄 형태로 모여 잉크가 없는 흰부분이 만들어지고 불균일화상이 되어 농도저하로 나타난다. 이 현상에는 아니록스 셀의 각도에 의한 잉크전이 불균일성도 기여하고 있다고 생각되는데, 텍스쳐 구조가 있으면 균일한 잉크전이가 되는 것은 액상잉크의 가로 이동이 주원인이라고 생각되어 진다. 각 제조사가 표면 텍스쳐 도입을 다양한 방식으로 제안하고 있는 것 같다. 레리프 상 화면에 미세 요철 텍스쳐를 도입하는 것은 판표면의 표면 에너지를 조정하는 것도 있고, 물리적, 화학적 효과로 판상 잉크전이량 및 그 전이거동 제어로 화질과 재현안정성이 현저하게 향상될 것이 기대된다.

플렉소 인쇄에서 돗트게인 문제
돗트게인은 판상의 망점이 인쇄되면서 원반 상에 두꺼워지게 된다. 인쇄에서 판상의 망점잉크가 눌려져 커지는 물리적 게인과 눈 또는 측정시에 원반 속에 빛이 산란되어서 만들어지는 광학적 게인이 있다. 오프셋 인쇄에서는 데이터 50% 망점은 PS판 상에 50% 망점으로 재현된다. 인쇄에서 종이 상에 재현되는 망점은 물리적 게인은 10%이하로 작고, 대부분 종이에서의 광산란에 의한 광학적 게인이 주를 이룬다. 농도계로 측정하는 농도값으로부터 율 닐슨 식으로 계산해 망점 퍼센트를 구해 돗트게인 커브를 구하고 있다. 조건이 명확하므로 망점 계측값으로부터 변동요인 등을 추정하는 것이 가능하다.
플렉소 인쇄의 경우 원반의 종류가 다양하고 특히 필름 위에 인쇄된 망점의 경우 농도계측값에서 어떻게 돗트게인을 구할 것인가에 대한 해설을 찾아낼 수가 없다. 조건을 달리해서 실험으로 농도계측값을 사용해 원인을 구명하려고 해도 2종류의 다른 게인량이 포함되므로 이유해명이 어렵다. 물리적 게인이 크게 나타나는 플렉소 인쇄에서 데이터값이 판면 위에 재현되는레리프 망점의 %값, 이것인 인쇄된 때의 원반상에서의 망점 크기 실측값과의 관계 등, 이러한 점을 명확하게 하는 것은 플렉소 인쇄의 폭넓은 보급을 위해서 필요하다고 생각된다.

계조재현과 인쇄물의 농도계측에 의한 망점면적률 데이터 검토

플렉소 인쇄에 있어서의 계조재현과 농도계에 의한 면적률의 물리적 의미를 생각해 보자. 일본 플렉소 기술협회의 조사연구위원회가 2010년에 실시한 조사보고서에 그림3의 망점재현화상 확대도가 게재되어 있다. LAMS 네거상은 거의 디지털 데이터를 재현하고 있다고 보아도 될것이다. (그림4). 이것을 노광현상한 레리프 판과 아트지에 인쇄한 인쇄망점 각각의 확대도가 그림 3에 표시되어 있다. 그림4는 이러한 실험결과를 계측하고 오리지널 데이터에 대한 LAMS상, 레리프상, 인쇄물 재현망점 %를 플로트한 것이다. 20%를 보면 LAMS%는 20%의 오리지널 데이터를 재현하고 있지만, 판면의 %에서는 10%로 가늘어진 것을 알 수 있다. 판의 10% 망점은 인쇄물에서 시각적으로는 LAMS상과 거의 같은 크기로 보이지만, X-Rite 농도계로 팩터 n=1로 해서 계측하면 망%는 33% 정도로 확대되어 있다. 명백하게 물리적인 도트게인과 광학적 게인 양쪽이 크게 영향을 준다는 것을 알 수 있다. 이 그림4가 디지털 데이터 LAMS 네거상 - 레리프상 - 인쇄물의 관계를 솔직하게 나타내고 있는 데이터로, 이와 같은 관계를 기초로 현상을 논의해야만 함을 나타내고 있다.

농도계측으로 구하는 망점면적률 물리적 의미
한편 킨요샤 실험의 플렉소 인쇄데이터가 있다. 이것은 OPP 필름의 수성배면인쇄물의 돗트게인커브(?)이고, X-Rite 농도계로 팩터 n=5로 측정했다고 기록되어 있다. 데이터 50%망이 인쇄물에서는 망점 50%로 거의 같게되어 있다. 이 문제를 어떻게 볼지가 중요한데, 망점면적률 계측의 문제이다. 망점계조는 시각적으로는 양쪽 게인을 포함한 망점에 의한 농도계조를 보고 있는 것이 되는데, 인쇄 프로세스의 흐름으로 일어나는 변동은 물리적면에서 현상을 촉진하는 쪽이 현상해석에는 바람직하다. X-Rite 농도계처럼 n팩터라고 하는 보정 항목을 포함한 율 닐슨식을 기본으로 하는 계측기(농도계)는 n값을 조정해서 망점%를 측정하고 있다. 여기서 n값 조정의 물리적 의미를 알기 위해 다음과 같은 계측을 해보았다.
오프셋 인쇄에서 아트지에 인쇄한 망점차트의 망%를 텍콘 디지털 마이크로스코프형 계측기로 2개 값으로 디지털적으로 구했다. 한편 같은 차트를농도계측기로 측정해 망%를 구한다. 농도계측시 예를 들어 텍콘으로 디지털적으로 구한 50%에 가까운 곳의 망점부 수치가 되도록 n값을 조정하고(n=1.553) 이후, 그 값으로 전체를 측정해 농도적 망%를 구했다. 세로축에
는 농도계측망%를, 가로축에는 디지털 계측망 %를 플롯트하면 거의 45도의 직선 상에 분포한다. n=1로 측정하면 옵티컬 게인이 포함되므로 직선이되지는 않는다.
여기에 전술한 킨요샤의 데이터 중에 오프셋 인쇄한 아트지로 망점차트의 오리지널 망%에 대한 인쇄물을 X-Rite로 n=1.5를 구한 망%의 관계가 나타나 있다. 거의 45도 직선위에 올라가 있다. 오프셋에서는 인쇄물에서의 물리적 망%는 데이터에 가까운 망%가 되는 것을 알고 있다. 이러한 것으로부터 말해지는 것이 율 닐슨의 농도식을 사용해서 망%를 구할 때에 n값을 조정하는 것은 광학적 게인을 소거하고 물리적인 망점 면적률로 환산하는 것을 의미하는 것이라는 것을 알 수 있다.
아트지 등의 망점 n=1.3~1.5 전후의 값으로 광학적 게인의 모델화는 검토가 필요할 것이다. 이처럼 n값에는 미디어 의존성이 있으므로 주의해서 사용해야만 한다. 이와 같은 관점에서 보면 그림5는 인쇄물 물리적 망%와 오리지널 망%의 관계를 나타내고 있다고 보여지는데, LAMS 네거, 특히 플렉소 판면상의 망% 등의 데이터가 없으므로 평가할 수 없지만, 판면에 작게 만들어진 망점이 인쇄에서 두꺼워지는 물리적 돗트게인에 의해 오리지널 망%에 가까워지는 모양을 평가하는 것이 된다.

이와 관계된 설명은 없지만 색재현 및 계조재현의 평가와의 관계도 신경이 쓰이는 부분이다. 이상과 같이 농도계측으로 구하는 AM, FM 망점계조의 면적률 값의 물리적 의미를 잘 음미하고 조건을 명확하게 설명해서 사용해야한다고 생각한다.

고화질화 생산성 향상에 기여하는 주요 기술
플렉소 인쇄의 성능향상에 기여해온 기술을 대략적으로 정리해 보자. 디지털 LAMS와 산소저해의 해결 UV경화형 수지판의 표면에 얇게 도포된 카본층을 가진 CTP 대응 플렉소판이 제안되어 20년 이상 경과되었다. 카본층의 레이저 어블레이션 마스크시스템(LAMS)은 은염리스 필름의 현상처리, 폐액처리 부담으로부터 해방되었다. 하지만 카본네거층을 통해 대기중 자외광 노광에서는 수지층 표면 가까이에서는 산소에 의한 래디컬 실화작용으로 경화가 억제되기 때문에 현상시에 녹아 하이라이트부 등의 작은 점에서는 레리프상이 낮으면서 둥근
산이 만들어져 사용하기 어려웠다. 2008년 경부터 산소저해 대응이 판재각사에서 이루어져 평평한 돗트 인쇄판이 실현되었고 디지털 CTP의 장점인 샤프한 돗트로 고선수화, AM, FM 하이브리드 망점 등에 의한 톤점프가줄어드는 것이 실현되었다.

플랫 레리프 판면에 표면 텍스쳐 도입
스크리닝 기술에 의해 민인쇄 및 쉐도우부에 다양한 현태의 볼록한 패턴을 만들어 잉크 부착 균일화, 기포 억제 등의 기술이 제안되어 왔다. 마이크로셀(ESKO), DigiCapNX(Kodak) 등의 스크리닝 기술로 민인쇄, 쉐도우부의 부드러운 표현과 농도상승 및 문자와 민인쇄 패턴으로 마지날 억제 효과가 나타났다. 어느 것이든 판면에 잉크를 받아넘기기 및 옆으로 퍼져 분열 등의 거동에 대한 계측, 해석이 필요하다고 생각된다.

피닝 톱 돗트 판재의 개발
플렉소 잉크는 물과 알콜의 혼합매체에 안료, 수지가 분산된 것으로 수지판 표면과 화학적 친화성이 있으면서 잉크의 받아넘김이 부드럽게 일어나 인쇄가 이루어진다. 레리프상의 사이드는 친잉크성일 필요가 없다. 아사히카세이가 개발한 감광성 판재는 2층 구조로 표면에 얇은 친잉크층이 있고 레리프의 제방을 구성하는 수지는 발수성으로 잉크를 반발하는 큰 접촉각을 가진 잉크피막이 돗트에 올라가는 형태로 되어 있다. 따라서 잉크는 제방부에는 올라가지 않으므로 잉크 얽힘을 억제하는 효과가 있어 판세척 횟수를 저감하고, 이로써 생산성 개선효과가 크다고 한다.

다이렉트 레이저 조작 시스템
궁극의 CTP가 되는 레이저광에 의한 3차원 조각 시스템의 도입이 여러 장점으로부터 진행되고 있다. 용제프리 사용 환경, 즉 지금까지의 노광, 세척, 건조, 용제회수 등의 장치류가 불필요하게 되어 경제적이다. 조각 후의 판은 수용성 수준의 물로 씻기만 하면 된다. 에라스토머 판재의 제공으로 정밀도 높은 레지스트레이션과 시스템 대응. 숄더형상 및 언더컷트의 자유도 높은 3D 조각 등이 스킬리스로 이용가능하고 내제화를 가지는 등 많은 특징을 가진다. 연포장 분야 및 신규 참여기업의 동향은 DLE라도고 말해진다. 하지만, 섬세하고 작은 점 등의 재현 문제도 있으므로 앞으로의 성능향상의 열쇠가 되리라고 생각한다.

<월간 PT 2016년 9월호>