[인쇄계2017.06] Technical Contribution-대한잉크

대한잉크㈜(www.daihanink.com)에서는 잉크 냄새로 인한 인쇄물 문제를 방지하기 위해 저취 잉크를 개발했다. 잉크 냄새로 인해 인쇄품질 문제에 고충을 받고 있는 인쇄사에서는 일반잉크 대신 저취 타입의 잉크를 사용하면 인쇄물의 냄새를 줄일 수 있다. 이취 관련 문제는 몇 해 전부터 인쇄산업계에 쟁점이 되고 있으며 지난 2016년 부터 패키지 인쇄물의 냄새를 줄이려는 시도를 진행했다. 삶의 질이 향상되고 고객들의 눈높이가 높아지면서 잉크의 품질뿐만 아니라 이취 면에서도 불만이 증가하고 있다. 포장지를 열면 밖으로 빠져나가지 못한 냄새 유발 가스들이 포장지 내 포집되어 있어 이로 인하여 인쇄, 포장 업계에서는 포장 내 제품 변질을 우려하고 있다.

취기의 원인이 되는 SOY OIL 최소화

흔히 알고 있는 SOY OIL은 음식을 조리할 때 사용하는 식용유로 알고 있다. SOY OIL은 음식뿐만 아니라 잉크 배합에도 들어있다. SOY OIL은 VOCs를 줄이는 역할로 친환경 오프셋 잉크의 주된 원료로 사용되는데, 그 장점은 전이성, 광택, GLOSS DOWN 방지 등의 여러 물성에서 가치가 있다. 그러나 SOY OIL은 산패 시 여러 가스가 방출하며 이 가스는 잉크의 냄새를 유발하는 여러 인자 중 가장 큰 원인이다. OIL은 산소, 열, 빛 등에 취약하므로 노출될수록 산패를 촉진한다. SOY OIL의 산화 매커니즘에서 냄새를 발생하는 요인분석과 이취를 떨어뜨릴 방안에 대해 모색, 테스트 후 이취를 개선했다.

▲ <그림1> 음식물을 포장하는 인쇄물

▶ 산화에 의한 SOY OIL(콩기름)의 산패

유지 산패는 산소와의 반응으로 일어난다. 처음에는 고온이나 빛 등에 의해 라디칼(Radical)을 만든다. 라디칼과 대기 중의 산소가 반응하여 다양한 라디칼 반응이 일어나며 계속 라디칼이 만들어지므로 자동으로 반응이 계속된다. Soy oil(콩기름)이 공기 중의 산소와 반응하여 산화되고 중량이 증가하며 알데하이드나 케톤을 형성한다.

① 유지분자 또는 불순물로 존재하는 다른 물질들이 가열이나 빛 등에 의해 활성화되어 Free Radical을 형성한다.

② 이중 결합을 가진 유지분자는 형성된 Free Radical과 상호반응으로 allyl radical을 형성하고 이것은 공기 중의 산소와 결합하여 Peroxy Radical을 형성한다. 이 Peroxy Radical은 이중결합을 가진 다른 유지분자와 상호반응으로 비교적 안정된 중간 산화 생성 체인 Hydroperoxide를 생성하고 연쇄반응을 계속한다.

③ 연쇄 반응 중 일부 활성이 큰 radical들은 서로 중합하며 중간 산화생성물인 hydroperoxide는 여러 반응을 거쳐 aldehyde, ketone, acid 등 carbonyl compound를 생성한다.

자동산화의 최종 생성물인 Carbonyl compound 일부는 비교적 휘발성이 큰 물질로 산패의 직접적인 원인이 된다.

SOY OIL(콩기름)의 산화에 의한 변질은 잉크 냄새 유발을 하는 요인이다. 콩기름은 고도 불포화 지방산의 함량이 높아 산화에 대한 안전성이 낮기 때문이다. 그러므로 대한잉크에서는 콩기름을 최소화로 사용할 수 있는 천연 오일 대체 실험을 통하여 냄새 유발 요인을 감소했다. 더불어, SOY OIL(콩기름) 함량 감소로 인한 잉크 물성의 단점은 신규 안료와 첨가제를 적용하여 보완했다.

취기의 원인이 되는 수지 변경

잉크 성분 중 많은 비중을 담고 있는 것은 수지다. 일반적으로 잉크 제조 시 사용하는 수지의 함량을 살펴보면 40~50%를 차지하고 있을 만큼 잉크 물성에 수지의 영향도 적지 않은 부분을 차지하고 있다. 검로진의 원산지는 대부분 중국, 미국, 유럽산 등을 사용하고 있으며, 수지의 원료가 되는 검로진은 산지 나무의 종류에 따라서 송진의 주성분 함량이 다르다. 이러한 바니스의 성질을 확인하기 위해 수지의 바니스화 및 잉크화 실험을 통하여 물성시험을 진행했다. 시험 결과 유화량, 세트, 건조 등 외관은 크게 다르지 않으나 냄새 측면에서 큰 변화가 있는 것을 확인했다. <표1>과 같은 결과로 보아 제조 국가별 검로진에서 이취 정도가 다름을 확인했다. 중국산 검로진이 다른 수지에 비하여 관능시험과 기기를 이용한 측정 모두 양호한 것을 확인하여 가장 효과적인 저취 타입 잉크를 만들 수 있는 수지로 선정했다. 이처럼 냄새 매커니즘을 지연시키고 잉크의 이취를 줄이기 위해서는 원재료를 분석하여 반응에 영향을 미치지 않은 물질이 요구된다.

냄새 측정 방법

냄새는 온도와 장소의 영향에 민감하므로 절대적인 수치는 비교하기 어렵다. 사계절이 뚜렷한 우리나라의 경우 계절의 영향을 크게 받음으로 측정값에 오차를 발생시킨다. 그러므로 냄새 측정 방법을 표준화하여 상대비교 후 측정값을 수치화시켜 냄새를 눈으로 확인했다. 냄새를 측정하는 방법에는 크게 사람의 후각을 이용하는 관능시험법과 기기를 이용하여 취기를 측정하는 기기측정법을 사용했다. 기기만의 측정으로는 변별력이 떨어지기 때문에 관능시험법과 함께 측정했다. 관능시험법의 경우는 사람이 취기로 인식하는데 성별, 연령, 건강상태 등에 따라 개인적인 특성이 중요하게 작용한다. 이를 바탕으로 소수의 인원이 아닌 여러 명의 데이터를 뽑아 냄새의 세기 정도에 따라 5점(좋음)1점(나쁨)으로 구분하여 판정했다. 기기측정법은 잉크를 용기에 담아 일정 시간에 따라 기기로 냄새를 측정한다. 같은 잉크를 여러 번 측정하여 평균값을 낸다. 기기 측정은 ppm의 수치가 높을수록 TVOCs의 함량이 높은 것이다. <표1>을 바탕으로 기기의 측정값과 관능시험의 수치는 경향성이 일치하는 것으로 확인했다. B 오일 적용 결과 기존 잉크 대비 2% 이상 냄새 개선 효과가 있었다. 수지 원산지별 비교에서는 T-5 중국산 수지에서 기존 대비 42% 수치 절감으로 개선 효과가 크게 나타남을 볼 수 있다.

저취 잉크 거래선 시험

거래선 테스트 결과 기기분석법과 관능시험법에서 모두 긍정적인 반응을 보였다. 인쇄물 냄새 측정방법은 다른 잉크로 같은 조건에서 진행했다. 1. 인쇄 직후의 인쇄물을 1/16 크기로 재단한다. 2. 지퍼백에 인쇄물을 밀봉하여 인쇄물에서 발생하는 가스를 포집한다. 3. 그리고 일정시간 경과 후 지퍼백의 일부를 열어 측정기로 수치를 측정한다. 4. 두 번 이상 반복하여 경향을 파악한다. 잉크 냄새 측정 방법은 새 잉크 포장을 뜯은 직후에 기기로 냄새를 측정한다. 잉크냄새는 외부 노출 시 영향을 받으므로 생산 이후 외부의 영향을 받지 않은 상태의 잉크 냄새를 측정한다. 인쇄물 수치 측정 시 3~4ppm, 타사 8~9ppm으로 타사 대비 양호한 수치를 보인다는 결과를 받았고 큰 특이사항 없이 작업성에 만족스러워했다. 측정기기는 거래선 보유기기인 ppbRAE3000으로 냄새를 측정했다. <그림2> 사진은 거래선 테스트 시 냄새를 측정한 시편이다. 통 인쇄물을 조각내어 용기 내에 가스를 포집한 후 수치를 측정했다.

▲ <그림2> 거래선 시험 시 사용한 인쇄물

저취 수성코팅 개발

일반적으로 종이 패키지에는 잉크를 작업한 후 코팅을 한다. 용도에 따라 여러 가지 코팅(유성, 수성, UV)을 사용할 수 있다. 유성 코팅은 희석제로 대부분 톨루엔(유독물)을 사용하는 경우가 많아 현재는 거의 사용하지 않는다. UV 코팅은 제품 자체 고유한 냄새(특취)의 문제점이 있다. 환경적인 측면에서나 사용 후 종이의 재생(재활용)적인 측면에서 대부분 수성 코팅을 작업한다. 수성코팅은 휘발성분은 대부분 물로 구성되어 있다. 제품이 요구되는 물성이나 작업성을 위하여 소량이지만 휘발성 유기 화합물(VOC)인 알코올류나 글리콜류를 적용하여 사용할 수 있다. 대한잉크에서는 이들 휘발성 유기 화합물(VOC)을 최소화한 제품을 개발했다. 수성코팅의 기본적인 물성인 잉크의 인쇄 면을 보호하고, 작업장의 냄새를 줄여 작업자에게 쾌적한 작업여건을 제공하며 대기오염을 최소화해 최종적으로 더욱 친환경적인 제품을 소비자에게 제공할 수 있었다.

수성코팅 냄새 측정 방법

오프셋 저취 잉크의 시험방법과 같다. 사람의 후각을 이용하는 관능시험법과 기기를 이용하여 취기를 측정하는 기기측정법을 사용하고 있다. 관능시험법의 경우는 사람이 취기로 인식하는데 성별, 연령, 건강상태 등에 따라 개인적인 특성이 중요하게 작용한다. 그래서 소수의 인원이 아닌 여러 명의 데이터를 뽑아 냄새의 세기 정도에 따라 5점(좋음)~1점(나쁨)으로 구분하여 판정했다. 기기 측정에서는 VOC 측정 장비를 사용한다. 측정수치(단위 : ppm)가 높을수록 TVOCs의 함량이 높은 것이다.

수성코팅 거래선 시험

거래선 테스트 결과 기기분석법과 관능시험법에서 모두 긍정적인 반응을 보였다. 

수성코팅 냄새 측정은 

① 시험용기 : 0.5 PVC환

② 수성코팅량 : 200g

③ 관능시험방법(냄새측정) : 시험용기에 코팅액을 투입하여 환기시킨 후 뚜껑을 닫고 일정시간(예 : 10분, 30분, 60분) 경과 후 뚜껑을 열고 냄새를 비교한다.

④ 기기측정(TVOC측정) : 시험용기에 코팅액을 투입하여 환기시킨 후 뚜껑을 닫고 10초후 밀폐된 상태에서 발생된 증기의 TVOC를 측정한다.

⑤ GC분석 : 코팅액에 사용된 SOLVENT중 저비점, 고휘발성 SOLVENT의 함량 비율을 측정, 분석한다.

▲ <그림3> 거래선 시험 시 사용한 인쇄물

인쇄 시장에서는 저취 잉크, 저취 코팅액 같이 기존보다 냄새가 적은 저취 잉크에 더해 무취 잉크 개발을 요청하고 있고, 실제로 저취 잉크가 성장성을 보인다. 잉크 4원색 및 별색용으로 저취 제품(L/O: Low Odor)이 갖춰져 있으며 식포장 패키지, 제약, 화장품, 고급 패키지 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. 대한잉크에서는 사용자의 제품 생산 공정은 물론 원활한 제품 사용을 위해서 생산 롯트 마다 냄새를 측정하여 거래선에 우수한 품질로 납품될 수 있도록 관리하고 있다. ‘고객가치 선도에 따라 고객 맞춤형 제품 개발’ 운영 방침을 갖고 고객들의 아이디어에서 탄생한 저취 제품을 통해 앞으로도 잉크 제품을 차별화해 다양한 제품을 통해 고객 만족을 실행 할 수 있는 대한잉크가 되도록 노력하겠다.

기사제공_대한잉크㈜