“잉크젯 또는 승화형 프린터에서 출력한 교정지와 오프셋 인쇄물의 색상 차이는 ?”
“왜 똑같은 잉크인데 오프셋용과 그라비어용 잉크는 점도에 차이가 있을까 ?”
“여름철에 더러움(scumming)현상이 많이 발생할까 ?”
1. 잉크젯 잉크와 오프셋 잉크의 차이는 ?
기원전 2500년 경 우리에게 널리 알려진 이집트의 파피루스에 사용된 잉크는 동식물을 태워 만든 탄소안료에 아교 또는 기름을 혼합해서 만든 것으로 분석되고 있다. 중국에서 발달된 필사용 잉크(墨)도 나무와 기름을 태우고 남은 탄소가루를 아교 등에 고착시킨 지필묵(紙筆墨)으로 이와 유사하며, 14세기 경 유연과 아마인유를 섞어 만든 유성잉크가 최초로 선을 보였으며, 1796년 제네펠더(Senefelder)의 석판인쇄는 이런 유성잉크와 물의 반발력을 이용하였다. 19세기 칼 클리취(Karl Klietsch)의 그라비어 인쇄에는 테레핀유, 휘발유, 크실렌등의 휘발성 용제에 수지나 아스팔트 등을 녹여 잉크를 만들었다.
인쇄잉크의 어원은 네덜란드의 Inkt에서 유래되었으며, 옛날에는 아라사묵(阿蘭蛇墨)으로 불리기도 하였으며, 독일의 경우에는 필기용잉크를 Tinte(Schreibtinte), 인쇄잉크를 Frarbe(Druckfarbe)로 구분하기도 하며, 우리나라에서는 잉크와 인쇄잉크로 구분하기도 한다. 그러나 디지털 인쇄가 지속적으로 발전한다면 이의 명칭은 ?
일반적으로 화상을 형성하는 잉크는 인쇄장치 등에 따라 색재, 바인더, 용제 등이 달라진다. 잉크젯 잉크와 승화형 교정인쇄에 사용되는 잉크는 염료(dye)가 주로 사용되며 용제형, 수성, UV 등 건조방식에 따라 사용되는 수지가 다르며, 염료의 양은 5%이내로 사용된다. 물과 기름의 반발을 이용한 오프셋 잉크는 안료(pigment)가 사용되며 15~20%가 사용된다. 따라서 색의 재현영역과 잉크의 물리적인 성질이 다르다.
2. 바니시와 바인더 그리고 비히클....
잉크를 설명할 때 자주 쓰이는 용어이다.
무슨 차이가 있을까 ?
인쇄잉크는 색을 나타내는 안료와 이를 고착시켜 주는 수지, 그리고 용제, 첨가제 등으로 이뤄진다. 미국의 인쇄잉크공업연합회(NAPIM)의 보고에 의하면 인쇄잉크의 원재료는 천연물, 합성물등 5,000여종에 이르며 이중 석유로부터 80%이상이 나온다고 한다.
인쇄잉크 중 안료는 피인쇄체와 구별된 인쇄화상을 나타낸다. 비히클(Vehicle, 展色劑)은 고체인 안료를 고르고 안정되게 분산시키는 역할과 고체안료를 잉크집에서 피인쇄체에 까지 전달시키는 역할을 말하며, 인쇄후 안료입자를 피인쇄체에 固着시키는 역할을 이야기할 때는 바인더(Binder)라 한다. 이처럼 역할에 따라 용어가 구별되며 조성은 수지, 식물유, 용제 등으로 구성된다. 우리가 니스, 바니스 등으로 사용하는 바니시(varnish)는 원래 잉크나 페인트에서 안료를 뺀 투명한 잉크나 클리어를 말하는 것으로 잉크피막의 보호나 잉크의 농도, 광택, 유동성 등을 조절하기 위해 사용한다. 이 바니시의 조성도 앞의 비히클과 바인더와 유사하다.
잉크에 사용되는 주재료에 대해 알아보자.
안료를 대별하면 무기안료와 유기안료의 2가지로 나뉘어지는데 체질안료를 제외하고는 대부분 프로세스인쇄를 감안하여 투명성이 좋은 유기안료가 사용된다. 특히 평판오프셋인쇄의 경우에는 물과의 반발을 감안하여 안료를 선정해야 한다. 프로세스 인쇄의 기본인 Cyan, Magenta, Yellow, Black잉크에 사용되는 대부분의 안료는 국내에서 생산되고 있다. 안료의 분자식, 입자직경, 구조발달에 따라 잉크의 물성에 차이가 있다.
수지는 천연수지와 합성수지가 있으나 천연의 송진(rosin) 등을 제외하고 합성수지가 많이 사용된다. 미국 등 석유정제공업이 발달한 나라에서는 석유분해 시 얻어지는 올레핀(Oleffine) 등의 불포화 탄화수소를 중합한 방향족 또는 지방족 탄화수소로 된 석유수지가 많이 사용되며, 국내의 평판오프셋인쇄에서는 로진변성 페놀수지가 고속인쇄, 인쇄물의 광택향상 등의 장점으로 많이 사용된다. 각 회사별 페놀 및 폴리올의 종류 및 로진/식물유의 함유량에 따라 용도가 다양한 잉크가 설계되고 있다. 건조 또는 잉크전이 방식에 따라 다양한 수지가 사용된다.
잉크용 용제로는 물을 비롯하여 유기용제가 사용된다. 평판오프셋 잉크에 사용되는 것은 탄화수소(hydrocarbon)로 기계유, 스핀들유와 같은 상온, 상압에 증발되지 않으며 탄소수가 13개부터 18개까지의 혼합물이다. 원유산지, 점도, 끓는점에 따라 용해력에 차이가 있으며 인쇄기의 건조기구와 상관관계가 있다. 요즘 환경보호측면에서 방향족프리(aromatic-free)형의 용제 사용이 요즘의 추세이다.
3. 힘이 되는 잉크의 상식들...
소성유동과 요변성
오프셋 인쇄잉크는 무게비율로(wt%) 15%이상의 안료를 함유하기 때문에 부피로 환산하면, 비표면적이 큰 안료가 50%이상의 체적을 차지한다. 따라서 5%내의 안료를 배합하는 페인트와는 달리 수지가 안료를 완전히 코팅하는 것은 불가능하다. 물론 점도가 묽은 그라비어 잉크 등은 안료%가 낮아 케이크 상이 되어 색상재현이 어려울 경우가 있다. 또한 인쇄잉크는 여러 가지 물질이 혼합되어 있기 때문에 유동성 등이 독특하며, 레올로지(Rheology)측면에서 단순히 해석하기는 곤란하다.
오프셋 인쇄잉크는 미세한 안료입자가 Vehicle중에 분산되어 있는 점도가 높은 페이스트 또는 서스펜젼 상태이기 때문에 물과 같이 단 분자로 된 물질이 외력에 정비례한 뉴튼유동(Newton fluid)을 일으키는 것과는 달리 여러 형태의 유동을 한다. 다소 점도가 낮은 그라비어잉크, 플렉소잉크 등은 의소성유동(Pseudoplastic fluid)을 하고, 평판옵셋잉크의 경우는 일정한 외력에 도달하기 전까지는 움직이지 않다가 일정한 점(항복값, yield point)을 넘는 후 유동하는 소성유동(塑性流動, Bingham plastics fluid)을 한다.
또한 유동을 하는 도중 외력을 중단하면 원래의 상태로 되돌아오는 것을 요변성(Thixotropy)라 하며, 외력을 주었던 곡선으로 돌아오지 않고 직선상으로 돌아 오는 특성이 있다. 요변성이 높은 잉크는 가역/비가역곡선의 면적이 크다. 잉크가 잉크집에서 잉크주걱으로 뜰 때는 고체같으나 잉크주걱 또는 잉크롤러에서 연육하면 액체와 같이 움직이는 것이 이러한 이유이다. 평판 오프셋 잉크의 점도의 측정은 평행판 점도계(spreadomter), L형 점도계(Laray viscometer), 유도계 등을 종합하여 유동성을 분석하며, 점도가 낮은 그라비어잉크는 B형 점도계 또는 Ford Cup, Zahn Cup을 사용하는 등 차이가 있다. 단위도 점도계별로 상이하여 평행판점도계와 유도계는 mm로 B, L형 점도계는 Poise로, Cup점도계는 sec로 표시한다.
점착성(Tack)
인쇄시 잉크가 판이나 롤러, 블랭킷, 피인쇄체에 전이할 때 잉크피막이 급격히 분열할 때 이 분열에 대한 저항을 택(Tack, Tackiness)이라고 1955년 Zettlemoyer가 정의하였다. Tack는 인쇄속도, 잉크피막두께, 온도에 영향을 받기 때문에 동일한 잉크라도 다른 인쇄기에서 상이한 인쇄품질을 나타낼 수 있다. 따라서 잉크회사에서 시험성적서에 나타난 Inkomter(Tackometer) 400, 800,1200rpm에서의 Tack도 중요하지만 실제 인쇄상태의 Tack도 중요하다. 이를 프린팅 택(Printing Tack)이라 하며, 온도가 낮을 수 록, 인쇄속도가 낮을 수 록, 잉크피막이 얇을 수 록 Tack는 낮아진다. 일반적으로 잉크의 전이도 Tack이 증가하면 올라가나 일정수준이 넘으면 Tack의 반작용인 피복저항도 늘어나 꼭 비례하는 것은 아니다. 종이의 picking, 판오염 등의 트러블도 항상 이러한 Printing Tack을 염두에 두어야 한다.
평판오프셋 잉크의 유화특성
평판잉크가 물과 너무 반발해도 인쇄가 불가능하다. 잉크가 전이될 때 물의 수막으로 인해 잉크가 전이가 안 돼 백지인쇄가 된다. 반대로 물을 너무 지속적으로 많이 먹으면, 잉크의 유동성 및 택이 떨어지고 인쇄농도가 떨어지다가 나중에는 O/W형으로 유화가 진행되어 인쇄가 안되게 된다. A. Surland(1980)는 잉크의 유화정도를 실험하는 방법을, R. W. Bassemir(1989)의 축임물 시뮬레이션 실험 등 많은 논문이 발표되었으며, 요즈음에는 유화상태에서 유동성, Tack복원력, 물방울의 크기 등을 비교하여 인쇄적성을 예측하기도 한다. 잉크의 컬러 중에는 Magenta, Yellow의 색상이 Cyan, Black보다 물에 약한 특징이 있다.
인쇄환경과 잉크
잉크의 유동성은 인쇄잉크의 전이율과 잉크침투 깊이와 상관이 있다. 잉크가 묽을 수록 전이가 잘되고, 잉크의 침투깊이가 증가하며 이는 망점퍼짐, 축임물과의 균형에 변화를 초래한다. 앞의 설명에서와 같이 안료함량이 많은 오프셋잉크의 경우는 요변성 등의 이유로 잉크의 점도가 다를 경우가 많다. 물론 잉킹시스템에서 롤러의 회전이나 진동 폭, 닢 등을 조절하여 적절하게 조정이 가능하지만 인쇄기의 장시간 사용이나 인쇄실 온도의 상승에 따라 점도가 낮아진다. 추운 겨울과 더운 여름의 온도차이가 큰 국내실정으로 이를 모두 감안하여 잉크를 제조한다는 것은 무리이다. 인쇄실의 온 습도는 가능한 한 표준상태로 유지하는 것이 바람직하다. 미국애서는 23±1℃, 50%RH, 일본과 한국에서는 20±2℃, 65±5%가 표준이다.
종이의 경우 습도에 민감하다. 상대습도(RH%)가 10% 변화함에 따라 평량이 1%강도 및 치수안정성이 달라진다. 잉크의 경우는 온도에 민감하다. 온도가 상승할 수 록 잉크의 택과 점도가 떨어진다.