잉크 처방에 대한 대응이 필요  

자외선 경화형 잉크는 자외선 에너지를 이용하여 경화, 건조하는 타입의 잉크로 일반적으로 UV잉크라고 불리고 있다.
UV잉크는 1940년대에 미국에서 최초로 특허를 제출, 1960년대 후반에 오프셋 잉크로서 공업적으로 이용되게 되었다.
일본에서도 1970년대에 그 기술이 도입되어 UV인쇄가 개시된 이후 다양한 분야에서 이용되고 있다.
최근 UV인쇄는 LED-UV조사장치 등 에너지 절약 대응기술의 제안을 비롯해 주변기재의 개발이 이루어져
종래 유성인쇄를 실시하고 있던 인쇄회사가 UV인쇄로 이행하는 움직임이 있어 주목받고 있다.
본지에서는 UV잉크를 유성잉크와 비교하고자 한다.
글 | Mr. Enokida Takashi 정리 | 월간 PT 편집부 

UV잉크의 조성과 경화기구
UV잉크의 특징으로서 먼저 건조성을 생각할 수 있는데, UV잉크는 어떠한 것인지 먼저 그 조성과 경화(건조)기구부터 설명한다. 조성비교의 예로서 UV잉크와 매엽기용 유성잉크의 성분비교는 표1과 같다.

유성잉크는 로진(송진이 주원료)을 화학변성한 수지와 대두유로 대표되는 식물유 및 용제에 용해시킨 점체(비히클 또는 왁스라고 불림)에 색재인 안료를 섞어 반응촉매인 금속염 드라이어, 피막방지를 위한 산화방지제 및 왁스 등의 조제를 첨가한 뒤, 석유계용제로 굳기를 조정하고 있다. 최근에는 이 석유계용제를 지방산 에스테르 등으로 지환한 Non-VOC 잉크도 등장하고 있다.

반면 UV잉크의 조성은 조막성분으로서 아크릴산 에스테르 올리고머 및 모노머를 사용하고 있으며, 반응촉매성분으로서 광반응개시제 및 안료 등을 유성잉크와 마찬가지로 섞은 뒤 보조성분으로서 각종 첨가제를 더한다. 굳기 조정에는 저점도 모노머를 사용하고 있기 때문에 기본적으로 잉크 속에 석유계 용제와 같은 휘발성분을 포함하지 않는다. (금속성, 형광잉크 등 일부 특수잉크는 제외)

산화중합과 광중합
유성잉크의 건조기구는 먼저 잉크 속의 용제가 용지에 침투됨에 따라 점차 잉크표면의 택(끈적거림)이 없어져(셋트 또는 침투건조), 이후 시간이 지나면서 공기 중의 산소와 반응해 식물유가 중합건조된다.(산화중합건조) 때문에 인쇄 후 건조가 완료되기까지 약 반나절에서 하루가 필요하다.
반면 UV잉크의 경화기구에는 래디컬 중합반응과 카치온 중합반응이 있다. 래디컬 중합반응은 광중합개시제에서 발생한 프리 래디컬에 의한 중합이고, 카치온 중합반응은 광중합개시제에서 발생한 산에 의한 중합이다. 현재 인쇄용도로 판매되고 있는 UV잉크는 대부분이 래디컬 중합반응형이다.

래디컬 중합반응에는 UV잉크 속의 광중합 개시제가 UV램프 조사선 에너지에 의해 래디컬을 생성한다. 이 래디컬은 모노머로 옮겨가고 이것이 또 다음모노머를 끌어들면서 중합을 반복, 임의의 분자량이 되면 반응이 종식되어, 고분자화된 강고한 경화피막을 형성한다. 또 이 반응은 UV램프를 통과하는 사이의 아주 짧은 시간 내에 완료된다.

하지만 래디컬 중합반응에는 산소에 의한 경화저해가 있다. 이것은 공기 중에 존재하는 산소가 중합에 필요한 래디컬을 잡게 되는데, 산소와 연결된 래디컬은 비교적 안정된 상태가 되어 중합시키는 능력이 없어지고 다른 래디컬부와 연결되어 반응을 종식시켜버리는 현상이다. 따라서 공기(산소)와 접촉하는 표면층은 경화되기 어렵다고 말해진다.

건조시간이 짧다
전술과 같이 유성잉크와 비교해 UV잉크는 아주 짧은 시간 내에 건조가 완료되기 때문에 다양한 장점을 얻을 수 있다. 예를 들면 다음과 같다.
- 공간절약, 단납기화 : 인쇄 후의 건조대기 시간이 없어 건조가 완료되기까지 인쇄물을 보관할 장소를 확보할 필요가 없다. 또 다음 공정에 곧바로 넘길 수 있어 단납기화가 가능하다.
- 파우더 비사용 : 건조와 뒷묻음 방지를 위해 스프레이 파우더를 산포할 필요가 없고, 필름부착 등의 후가공에서도 트러블이 줄어든다. 또 인쇄현장의 작업환경개선으로도 이어진다.
- 다양한 원반 대응성 : 유성잉크로는 어려웠던 증착지 및 필름 등의 비흡수성 원반에 대한 인쇄가 가능하게 되어 폭넓은 인쇄물 제공이 가능하게 된다. 단,원반에 대한 밀착성을 고려해 잉크타입을 선택할 필요가 있다.

인쇄상의 차이
유성인쇄에서 UV인쇄로 전환을 검토하는 사람들 사이에서는 종래 인쇄시의감각과 다르다는 인상을 받는 사람도 많을 것이다. 오프셋 UV인쇄를 실시함에 있어 그 인쇄적성의 차이를 유성잉크와 비교하면, 전술과 같이 사용하고 있는 재료에 유래하는 부분이 많은데, 특히 습수에 대한 적성폭이 다르다고 말해진다.
오프셋 인쇄의 습수량이 적은 경우 인쇄물 상에 바탕오염이 발생하는데, 물 공급량을 올리면 점차 오염이 사라진다. 하지만 공급량을 올리면 농도저하를 일으킨다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 일반적으로 바탕오염을 발생시키지않고 농도저하를 일으키지 않는 적정한 습수공급량의 범위를 “물폭”이라고부르는데, UV잉크는 유성잉크와 비교해 그 폭이 좁은 경향이 있다. 특히 필름 등 비흡수원반의 인쇄에 대해서는 그 경향이 보다 현저하다고 한다.

일반적인 종이인쇄 경우 어느 정도 습수를 피인쇄체인 종이가 흡수함으로써그 폭이 넓어지지만, 필름 등의 비흡수 원반의 경우 이것을 기대할 수 없다. 특히 필름에 대한 밀착성을 고려한 잉크 타입은 밀착성 부여를 위해 사용하는 재료에 -OH, -COOH 등 극성기를 포함한 수지 등을 사용하고 있는 경우가 많다. 결과적으로 물에 대한 친화성이 높기 때문에 잉크의 과유화를 일으키기 쉬운 경향이 있다. 또 약 10년 전에 등장한 유성잉크와 UV잉크의 중간적인 존재로서 화제가 된 하이브리드 잉크는 처방상 유성잉크에 가까운 성분을 포함하고 있어 일반적인 UV잉크와 비교해 물폭이 다소 넓은 경향이 있다.

레벨링과 드라이다운
유성과 UV의 건조기구 차이에 의해 인쇄물 완성에 차이가 나타나는 경우가 있다. 오프셋 인쇄는 블랭킷에서 피인쇄체로 잉크가 전사된 직후는 유성잉크 든 UV잉크든 그다지 큰 차이가 없다고 생각되는데, 유성잉크는 전술과 같이 용제침투에 의해 셋트건조와 산화중합건조의 조합으로 시간을 들여서 건조가 완료된다. 이 시간 동안 잉크 피막이 평활하게 되어 간다. (레벨링)
반면 UV잉크는 전사 후 델리버리까지 가는 시간 동안에 UV조사에 의해 건조가 완료되어 버리기 때문에 잉크피막이 레벨링되기 어렵다. 때문에 잉크피막이 평활한 유성잉크의 인쇄물에 비해 UV잉크의 인쇄물이 약간 광택감이 떨어지는 인쇄물이 되기 쉽다고 말해진다. 하지만 이 문제에 대해서는 사용하는 수지 등의 재료를 다시 선정해 유동성 등의 잉크형상을 조정함으로써 상당히 개선되었다.

반대로 UV의 건조성에 의한 장점도 있다. 유성잉크는 장시간에 걸쳐 잉크 피막이 안정되기까지 잉크의 피막두께가 변화되어 인쇄물의 농도변화(저하)를 일으킨다.(드라이다운) 때문에 실제 인쇄 시에 이 드라이다운을 고려해 인쇄 샘플보다 다소 농도를 높게 인쇄하는 경우가 많다. 이 상황도 용지에 따라 다르므로 인쇄하는 입장에서는 경험과 기량이 필요하다.

하지만 UV인쇄에서는 이 드라이다운이 없으므로 델리버리에서 빼낸 인쇄물과 견본인쇄물을 비교해 농도, 색조가 맞는 것을 확인하기가 좋다. 이것은 인쇄작업에 있어 큰 장점이라고 말해진다.

에너지 절감화로의 움직임
이처럼 건조성에 특징이 있는 UV인쇄이기 때문에 당연히 잉크를 건조시키기 위한 자외선 조사장치가 필요하다.

일반적인 UV인쇄기에는 조사장치로서 UV램프가 3~5개 장착되어 있다. 램
프출력의 일반적인 표시는 W/cm라고 하는 단위가 이용되는데, 일반적인 인
쇄에서는 120~160W/cm 정도의 출력으로 인쇄가 이루어지고 있다. 국전기
의 인쇄폭이 1m 정도인데, 단순계산으로 UV램프 1개 당 12~16kW의 전력
이 걸리게 된다. 이것을 5개 점등할 경우 60~80kW가 되어 인쇄기 1대 가동
에 필요한 전력과 맞먹는 정도가 된다.
실제로 이것뿐만 아니라 오존발생 때문에 오존을 빼내기 위한 배기닥트 설치
등 부대설비도 필요한데, UV인쇄에 있어 조사장치의 에너지 절감화는 인쇄비
용면에서 큰 장점이 된다.

잉크의 과제
현재 에너지 절감화에 대한 접근은 (1)LED-UV 조사장치, (2)오존리스 램프를 1~2개 탑재한 에너지 절감형 조사시스템, (3)종래의 램프를 줄임, 또는 출력을 줄여 사용하는 감등 시스템, 등이 있다. 특히 (1), (2)는 오존이 발생하지 않기 때문에 대규모 부대설비도 불필요해 유성인쇄로 전환을 검토할 때 종래의 UV시스템에 비해 장벽이 낮아 실제로 전환하는 경우가 늘어나고 있다.

하지만 잉크면에서 보면 조사출력의 삭감은 자외선의 광량이 절대적으로 적어지기 때문에 잉크 자진의 건조능력이 부족하게 되어 건조불량에 관련된 인쇄불량으로 이어지는 경우가 걱정이다. 때문에 잉크 처방에 대한 대응이 필요하다. 구체적으로는 반응의 기폭제가 되는 광중합개시제의 종류와 양의 최적화 및 모노머류의 재선정에 의해 경화성 향상을 도모하고 있다. 단 개시제 선정 상 반응효율이 높은 종류의 개시제 성분은 노란색이 돌아 착색되기 쉬운경향이 있다. 색잉크의 경우에는 착색의 영향은 적지만 무색 미디움 및 니스의 경우 영향이 커지는 것은 문제이다. 또 잉크 속의 재료 중에도 비교적 고가인 광중합개시제의 증량은 잉크가격에 반영된다. 특히 LED-UV 대응의 경우
LED가 발하는 단일파장의 광을 흡수를 하는 광중합개시제는 선택의 폭이 좁아짐에 따라 더욱이 가격대응을 어렵게 한다. (표2)

디자인성 높은 인쇄물의 가능성
UV잉크는 그 속건성을 유효하게 살려 다색 겹침인쇄를 인쇄함으로써 디자인성 높은 인쇄물을 제작할 수 있는 가능성의 폭을 가지고 있다. 다색 인쇄로서는 프로세스 4색의 인쇄에 추가로 코퍼레이트 컬러 등과 같은 이미지, 인상을 중시하는 별색잉크, 금, 은과 같은 독특한 휘도감을 가진 금속성 잉크 및 형광잉크 등의 인쇄가 있다. 그밖에 디자인성 높은 인쇄물의 제작에는 기업측의 창의노력을 필요로 하는데, 최근 종종 보여지는 인쇄물의 하나로서 에칭 코팅인쇄가 있다. 종래의 UV니스 가공은 주로 강한 경화피막이라는 기능면의 특징을 살린 용도로서 사용되어 왔지만, 근래에는 용도가 넓어짐과 함께 디자인성을 부여한 타입의 수요도 증가하고 있다.

먼저 광택을 예로 들어 유광에서 무광까지 요구가 있고, 경우에 따라서는 그양쪽을 조합해 콘트라스트를 표현하여 디자인성을 부여한다.
에칭 코팅은 패턴화된 밑인쇄 니스를 반발성 있는 것을 사용하고 그 위에 니스를 코팅하는, 니스의 반발성을 이용한 가공으로, 엠보스부와 광택부의 시각적인 디자인뿐만 아니라 코팅니스의 올림량을 특징으로 높게 올려 엠보스부에 촉감을 부여하는 것이 가능하다.

잉크의 탈묵성
UV잉크를 사용한 인쇄물은 UV잉크의 강력한 피막으로 탈묵성이 나빠 고지 재생을 위한 에너지가 증가하는 이유로 지금까지 금지되어 왔다.
하지만 최근 잉크는 유성잉크와 UV잉크의 중간적인 성상을 가진 하이브리드 잉크 및 대두유 성분을 포함한 타입의 UV잉크, 시스템면에서는 전술의 에너지 절감형 UV 조사 시스템의 등장, 더욱이 탈묵기술 진보에 의해 탈묵성이 향상되어 유성잉크와 동등 이상의 재생지 수준에 이르게 되었다. 이론적으로 인쇄물을 재생지로 만드는데 있어 인쇄물의 잉크 피막을 화학적, 물리적인 공정을 경유해 제거하는데 UV잉크는 강고한 잉크 피막이 화학적으로 안정된 구조이기 때문에 탈묵제 등의 약품에 용해되기 어렵고, 결과적으로 재생지를 만드는 슬러리가 염색되기 어렵기 때문에 백색도가 높아지게 된다.

물리적으로 잉크 피막을 제거하는 기술이 높으면 UV잉크를 사용한 인쇄물쪽이 오히려 잡티가 적고 백색도는 높게 된다. 에코마크 인증기준 중에는 UV잉크의 탈묵성에 관한 기술로서 “탈묵성을 특히 배려한 잉크로 유성잉크와 동등 또는 그 이상의 탈묵성을 가질 것”이 요구되고 있으며, 버전 2.7이후에서는 “리사이클 대응형 UV잉크의 탈묵성 시험항목”이 추가되어 있다. 시험항목에 에너지 절감형 UV시스템 대응 잉크는 고감도 타입이면서 건조조건이 일반의 UV잉크와 약간 다른 조건이 설정되어 있다. 이 때문인지 탈묵성 시험에 관해서는 기준에 달하나 보통 UV시스템에서 사용하지 않을 것을 제안한 뒤에 에코마크 인증기준을 만족시키는 것으로 되어 있다.

레벨업에 대한 기대
UV잉크에는 순간경화, 우수한 내성 등의 특징이 있다. 현재는 건조성 및 내성 등의 기능성이 요구되는 용도로 사용되고 있지만, 현실적으로 장점도 있지만 당연히 단점도 있다. 소비전력을 그 예로서 들고 있는데, 에너지 절감형 UV시스템은 그 해결수단의 하나로서 널리 보급되어가고 있다. 지금까지의 유성인쇄와 비교해 현재의 인쇄품질 및 인쇄적성면에서의 지적도 있지만 UV잉크의 특징을 살려 앞으로도 다양한 분야로 넓어질 것이 기대된다.

사용할 기회가 늘어나면 다양한 사용조건에서 개선이 요구되는 중에 다음 단계로 레벨업되어 가리라고 생각되고, 또 잉크를 제공하는 측에서도 수준을 높여가야만 할 것으로 생각된다.

<출처 월간PT 9월>