[인쇄계2023.10] LED UV 인쇄 기술의 최신 경향

극소수의 몇 개 업체를 제외하면 전반적으로 업계는 어려운 시대를 거쳐가고 있다. 

터널은 있지만 언젠가는 빛이 들어오듯, 우리 업계도 햇빛 볼 날이 반드시 올 것이다. 그러기 위해서는 경쟁력을 갖추어야 하며 업계 트렌드를 잘 이해할 필요도 있다.

오프셋 인쇄에서 UV인쇄가 점차 증가하는 시대가 되어, 현재 UV 인쇄를 시행하고 있는지 여부를 떠나 인쇄인으로서 필연적으로 알고는 있어야 할 숙제이며 과제일 것이다.

지금은 아니더라도 앞으로 비즈니스 프로파일의 확대 등으로 UV설비가 필요할 수도 있기 때문이다.

이제 UV인쇄는 포장 인쇄 또는 플라스틱 필름 인쇄를 넘어, 최근에는 상업 인쇄와 출판 인쇄까지 진출하고 있으니 보다 자세하게 알고 있어야 할 인쇄 기술이다. 

유성잉크를 사용하는 일반 오프셋 인쇄의 어려운 점은 이른바 드라이 다운이라 불리는 색상 열화 현상이다. 인쇄 용지의 높은 흡수력으로 잉크에 포함된 안료도 같이 흡수하게 되므로 건조 과정에서, 색상과 색감이 저하되는 현상이 있어 주의가 필요한 부분이다.

흡수력이 좋은 소재에서는 드라이 다운 현상이 더욱 심해진다.

UV인쇄는 인쇄 소재에 구애 받지 않고, 후가공을 위한 대기 시간이 필요 없으며, 파우더를 전혀 사용 하지 않는 등의 장점을 가지고 있다.

그래서, 명함과 전단지, 광고 인쇄물, 보쇄 등 납기가 시급한 인쇄에는 UV인쇄가 제격일 것이다. 더구나 파우더를 전혀 사용하지 않아 인쇄 환경을 친환경적으로 개선할 수 있다.

▲ 패키징 인쇄기 설치 예시

종이 등에 의한 흡수 건조가 되지 않는 소재의 인쇄에는 UV 이외는 대안이 없다.

플라스틱 필름과 금지 은지는 물론, 금속 인쇄까지 소재 구분이 없으며 인쇄와 동시에 즉시 경화 건조되기 때문에 후가공을 위한 건조 대기 시간이 필요하지 않고 오프셋 인쇄의 불편한 동반자인 파우더를 전혀 사용하지 않는다.

UV인쇄는 탁월한 색감을 구현하면서 내구성과 내마모성이 뛰어나고, 유성잉크와 같은 드라이 다운 현상이 전혀 없다. 다만, 잉크 가격이 높고, 먹색 인쇄가 농도가 진하게 되면 UV건조에 방해가 되어 통상 낮은 농도로 인쇄하게 된다. 그러나 잉크 기술의 발전으로 이제는 먹색을 상당한 농도로 인쇄해도 무방한 경우도 많다.

이러한 이유는 먹색 안료가 자외선을 흡수해서 경화 건조를 방해하기 때문이다.

최근의 UV 잉크에서는 문제가 거의 없지만 이전에는 접지할 때, 건조 경화된 인쇄면이 꺾이는 현상을 보이기도 했다.

잉크의 특성에 따라서는 슬립성이 너무 좋아서 접지할 때 급지 문제가 발생할 수도 있어 잉크 선정과 사용에 주의가 필요하다.

또한 램프의 발열과 오존 발생 문제가 있어 대규모 환기 장치를 필수적으로 해야 하는 단점도 있다. 발생하는 열은 기계 내부의 장치에도 영향을 미쳐 그립퍼 패드 또는 블랭킷 등 고무 재질은 빠르게 열화하는 문제를 야기하기도 한다.

플라스틱 인쇄에는 UV인쇄 외에는 대안이 없기는 하지만, UV 램프에서 발생하는 열이 플라스틱 소재를 늘어나게 해서 핀 맞춤을 방해하든지 필름이 일부 열로 팽창해서 인쇄를 어렵게 하기도 한다. 

배기장치는 UV에서 발생하는 오존도 제거하지만 기계 내의 과열을 방지하는 역할도 하게 되므로 배기는 철저하게 해야 한다. 이를 위한 대규모 닥트 시설도 공간을 차지해서 불편한 경우도 있다.

종래의 UV 램프는 자외선 조사 능력이 불과 500mW정도로서 인쇄물 건조에는 사용하기가 매우 부족해서 통상 여러 대의 램프를 설치해야 했고, 전력 소비량이 매우 높았다. 하지만 500mW 정도의 약한 조사 능력을 가진 UV 램프를 여러 대 설치해도 건조 효과는 크게 달라지지는 않는다. 이른바 완전 건조(Through Cure)는 불가능한 것이다.

유성잉크는 대개 25~30% 정도의 용제를 포함하고 있어 유기 화합물(VOC) 배출로 인한 탄소 배출이 매우 큰 단점을 가진다.

UV인쇄의 장점도 많지만 단점도 많아 단점을 충분하게 대처할 혜안과 대책을 마련해서 우수한 품질의 UV 인쇄를 하고 있는 업체가 점차 늘어나고 있다.

LED UV의 출현

그러나 기술의 발전은 발열, 오존 발생이 전혀 없고 전력 수요가 상대적으로 낮은 LED UV로 전환하는 추세이다.

마치 수은을 사용해야 하는 형광등이 LED로 대체되는 것처럼, 수은등 UV램프도 LED로 전환 대체되고 있으며 이는 세계적인 추세이다.

앞에서 이야기 한 바와 같이 UV 인쇄는 필연적으로 채택해야 하는 플라스틱 인쇄에서 발열과 오존 발생으로 인쇄를 어렵게 하며 전력 단가가 때마다 오르는 상황인데 전력 소모가 상대적으로 많은 UV에서 전력 소모가 적고 발열이 없으며 오존이 전혀 발생하지 않는 LED UV의 출현은 어쩌면 자연스러운 현상일 것이다.

UV 경화 건조와 광 개시제 파장

UV 경화는 잉크에 포함한 광개시제(Photo Initiater; PI)가 모노머와 반응해서 폴리머로 변환시키는 광 화학 합성 반응이다.

인쇄 잉크에 사용하는 PI는 다음과 같은 파장의 제품이 주류를 이룬다.

365, 375 385, 395 405nm 등 5가지가 주로 사용되며, 국내에서는 375, 395를 주로 사용하고 있다. 385nm(380~390)의 조사 파장을 가진 UV LED는 365와 385등의 PI와 반응해서 경화 건조하게 된다. 이는 광시제의 특성 상 중심 파장 전후의 파장을 조사하는 자외선에도 반응하도록 설계되었기 때문이다.

LED UV로 일반 UV 잉크를 건조할 수 있나?

국내 잉크 제조사들은 LED UV 잉크에 375, 385nm을 사용한다. 그러나 일반 UV에는 200~450nm의 개시제를 광폭으로 사용하고 있다.

그러나 375, 395nm가 주류를 이루고 있으며 이런 이유로 380~390nm의 LED UV로 일반 UV 잉크의 경화 건조가 잘 이루어진다.

아울러 조사 강도가 20,000mW이상인 경우에는 300~400nm까지 광합성 반응을 일으키게 되어 일반 UV 잉크도 완전 건조한다.

일반 UV(수은등)의 조사 강도가 대개 500mW인점을 감안하면 20,000mW는 40배나 강해서 비교 불가한 상황이다.

이를테면 초강력 태풍이 지나는 경로 근처 수백 킬로 반경도 영향을 끼치게 되는 원리와 같이 주변 파장까지 영향을 미쳐 잉크를 경화 건조되도록 하는 것이다.

LED UV의 최근 경향

2021년 이후 잉크 가격은 UV와 LED UV를 비교해도 크게 차이가 없어졌다. 그 이유는 잉크 제조사가 설명할 부분이겠으나 잉크 조성에 차이가 없어 가격을 따로 구분하지 않아도 되기 때문이 아닌가 한다.

2023년 현재의 UV와 LED UV의 시판 가격은 4원색 1세트에 대개 9만원 내외로 1킬로당 2만 2천 5백원이다.

잉크 메이커 입장에서는 LED UV는 주로 375 또는 385nm의 개시제를 사용하는 반면 UV잉크에서는 200~450nm의 광대역 광 개시제를 사용해야 하므로 오히려 생산 단가가 높을 수도 있다. 광 개시제를 여러 가지 혼성해서 투입하다 보면 어려운 점도 있을 터이다.

최신 UV LED의 용도

포장 인쇄, 플라스틱 인쇄, 카드 인쇄, 홀로그램 인쇄 등 비 흡수 건조가 필요한 소재의 인쇄

최근에는 단납기 등의 필요성 때문에 양면기에서도 LED UV의 설치 케이스가 증가하고 있으며 일반 상업 인쇄에서도 UV또는 LED UV를 설치하는 경우가 늘어나고 있다.

특히 UV 경우에는 특유의 기분 나쁜 냄새가 발생하게 되어 어린이용 서적이나 장난감 포장 박스, 식품 포장인쇄, 화장품 포장 인쇄 등에서는 UV인쇄를 지양하고 있다.

새로운 인쇄 설비를 도입할 때 주의할 점

설비 도입에 있어, 금융상의 리스 등의 편리성 때문에 인쇄기 공급사에서 UV또는 LED UV를 일괄 구매하는 경우가 대부분이다.

그러나 시중에는 다수의 UV또는 LED UV 공급사가 있어 필요에 따른 선택이 가능하고 특히 A/S에서는 인쇄기 대리점이 아닌 UV또는 LED UV 전문가에게 의뢰하게 되는 경우가 대부분이다. 인쇄 전문가는 인쇄기를 UV또는 LED UV는 해당 전문가로부터 각각 구매하고 A/S를 받는 것이 타당하다.

UV또는 LED UV 급사로부터 직접 구매하는 편이 가격적으로도 저렴할 수도 있고 A/S에서 혜택을 볼 수 있다.

노후 UV 램프 교체 시 주의할 점

UV를 UV로 교체하는 경우와 UV를 LED로 교체하는 경우를 비교할 필요가 있다.

UV를 UV로 교체하는 경우

램프 교체는 기존 램프 공급사에서 구매해서 교체하는데 문제가 없으나 제어장치를 포함하는 전체 시스템을 교체하는 경우에는 각 업체 견적을 비교해서 결정해야 한다. 

다만, 중요한 검토 요소는 조사 강도와 전력 사용량, 오존 발생 여부와 정도 등이며 이중에 조사 강도가 가장 중요한 요소가 되므로 같은 값이면 조사 강도가 강한 쪽이 바람직하다.

UV를 LED로 교체하는 경우

1. 부분 교체

언젠가는 LED UV로 가야 하기 때문에 인터덱크, 코터, 연장 딜리버리와 스완네크 등에 설치한 6~7대의 UV 중에 일부라도 LED UV로 교체하는 경우도 있을 수 있다.

램프 선정 시에는 인터데크 전용 LED UV보다는 인테데크와 딜리버리 또는 스완네크 겸용으로 선정하는 것이 바람직할 것이다. 만일의 경우에 호환 필요에 대비하는 것이 되기 때문이다. 만일 연장 딜리버리에 3~4대의 UV가 설치된 경우, 강력한 LED UV라면 2대로 충분하게 대응 가능하다. 이론상으로는 2대 중에 1대는 예비 역할을 하게 될 수도 있다.

코팅용 UV는 주로 바니스 건조용으로 사용하는 바, 현재의 바니스 가격 구조로는 UV 타입을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 현재 기술 수준으로는 코팅 유닛용은 수은등 UV를 사용하는 것이 바람직하다.

스완네크용은 연장 딜리버리에서의 경화 건조 상황을 염려해서 1~2대를 설비하는 경우가 대부분인 바, 특별한 인쇄 소재를 제외하고는 LED UV로 전환 대체하는 것이라면 LED UV는 1대로 충분하다.

부분 교체 경우 제어반은 UV와 LED UV용으로 각기 1대씩 필요하며 LED UV용 수냉 장치가 필요하다. LED UV의 제어반은 UV와 LED UV 겸용이어야 한다. 언젠가 전체를 교체할 예정이라면 초기 1대라도 교체할 때 5~6대용의 제어반을 장만하는 것이 바람직할 것이다.

용량이 작으면 차후 별도로 큰 용량의 제어반을 다시 구매하는 불편이 있을 수 있기 때문이다.

2. 전체 교체

UV전체를 LED UV로 교체하는 경우와 일부만을 교체하는 경우를 생각할 수 있다.

UV전체를 LED UV로 교체하면 투자 자금은 커지는 반면 제어 계통이 LED UV로 통일되고 배기장치와 닥트가 필요 없게 되며, 잉크는 일반 UV잉크를 사용할 수 있어야 한다. 전력 소모는 대개 40% 내외 감소한다.

글_마이크로콘트롤스㈜

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