인쇄 잉크가 겔화되는 이유: 산염기 균형과 잉크 증점의 화학
잉크 겔화는 인쇄 업체와 잉크 제조사가 수십 년간 다뤄 온 결함입니다. 산화 건조나 종이로의 침투 건조를 하는 구형 유성 잉크에서 가장 자주 나타났습니다. 증발 건조를 하는 용제형 잉크와 수성 잉크는 상대적으로 덜 발생하지만, 영향을 받지 않는 것은 아닙니다. 원인은 복잡하며, 일부는 건조제를 배치 초기에 넣었는지 후기에 넣었는지와 같은 제조 공정 자체로 거슬러 올라갑니다. 겔화가 어떻게 시작되는지 이해하는 것이 예방의 첫 단계입니다.
잉크 겔화의 외관
잉크가 겔화하면 걸쭉해지고, 실처럼 늘어나거나 덩어리집니다. 잉크 분출구나 아닐록스 롤러에서 고르게 흐르지 않고, 판과 피인쇄체로 제대로 전이되지 않으며, 용기에서 빠져나오지 않을 수도 있습니다. 심한 경우에는 교반해도 사용 가능한 상태로 되돌릴 수 없는 덩어리로 굳습니다. 이 결함은 생산 중, 보관 중, 또는 인쇄 현장에서 캔을 개봉한 후에 나타날 수 있습니다.
잉크 겔화의 여섯 가지 원인
이 문제를 연구하는 기술자들은 일반적으로 원인을 여섯 항목으로 분류합니다.
1. 시스템 내 수지 분자량이 너무 높아 점도가 작업 가능한 수준을 넘어섭니다.
2. 수지 비히클 자체의 점도가 낮더라도 고형분 함량이 너무 높습니다.
3. 잉크 시스템의 산가가 너무 높습니다.
4. 안료 또는 충전제가 알칼리성입니다.
5. 건조제 함량이 과다하거나, 건조제를 잘못된 순서로 첨가했습니다.
6. 용제 함량이 너무 높으며, 특히 용제가 속건형일 때 그렇습니다.
처음 두 원인은 물리적 성질에 해당합니다. 경험 있는 잉크 배합 담당자나 시스템을 이해하는 포장 인쇄 업체는 대개 큰 어려움 없이 이를 발견하고 피할 수 있습니다. 나머지 네 가지는 화학적 문제이며, 다른 접근 방식이 필요합니다.
산가와 알칼리성 안료
화학적 원인은 모두 하나의 관계로 귀결됩니다. 안료와 비히클 사이의 산염기 균형입니다. 산성 종은 친전자성으로, 전자를 받아들이고 양성자 주개로 작용합니다. 염기는 친핵성으로, 전자를 주고 양성자를 받아들입니다. 일부 수지와 용제는 양쪽성으로, 양방향으로 작용할 수 있습니다. 물, 알코올, 카르복실산, 니트로셀룰로오스가 이 그룹에 속합니다. 지방족 탄화수소 용제는 수소 결합을 형성할 수 없어 반대편에 위치하며, 안료는 강산성에서 중성, 알칼리성까지 분포합니다.
문제는 안료와 비히클의 산염기 특성이 맞지 않을 때 나타납니다. 산가가 높은 로진 수지와 강산성 카본 블랙을 함께 사용하는 것이 전형적인 예입니다. 한 기록된 사례에서는 분자량이 330에 불과한 로진 수지가 속건형 용제 기반 플렉소 잉크에서 고색상 카본 블랙과 함께 사용되었을 때 겔화되고 뭉쳤으며, 잉크가 피인쇄체로 전이되지 않았습니다. 가공 조건도 위험을 높입니다. 높은 분산 온도, 분쇄 중 용제 증발, 잘못 선택한 첨가제는 모두 시스템을 산 반응 쪽으로 밀어붙입니다.
해결책: 산염기 특성의 일치
표준 해법은 시스템의 균형을 맞추는 것입니다. 배합 담당자는 여러 수지와 안료를 조합하여 산염기 특성이 서로 상쇄되도록 하거나, 양쪽 모두와 잘 맞는 용제를 선택할 수 있습니다. 이러한 균형 조정은 잉크 공장에서 일상적이며, 겔화가 무작위 사건이 아니라 예측 가능한 화학을 따르기 때문에 효과가 있습니다.
미셀과 임계 농도 범위
겔화의 화학적 측면은 특정 지점에서 가시화됩니다. 반응 종의 농도가 일정 값에 도달하면, 그 값은 상당히 좁은 범위에 속하는데, 잉크의 거시적 성질이 갑자기 변합니다. 미시적 규모에서는 활성 분자가 결합하기 시작하여 콜로이드 크기의 응집체를 형성합니다. 이 응집체를 미셀 또는 회합 콜로이드라고 합니다.
미셀은 특징적인 거동을 보입니다. 물질을 가용화합니다. 불용성이거나 약간만 용해되던 물질이 훨씬 더 잘 용해되며, 이 팽윤 효과가 화학 반응을 가속합니다. 전체 과정은 비히클 내 안료 분산과 밀접하게 연결됩니다. 잉크가 이 상태에 도달하면 점도가 빠르게 상승하고 배치는 겔처럼 거동합니다.
실무에서의 예방
인쇄 현장 작업자에게 실용적인 교훈은 명확합니다. 속건 용제가 빠져나가지 않도록 잉크를 밀봉 용기에 보관합니다. 건조제 투입량을 제조사 권장 범위 내로 유지하고 권장 첨가 순서를 따릅니다. 혼합이나 분쇄 중 과열을 피합니다. 그리고 새 안료 로트가 도착하면 전체 배치를 투입하기 전에 그 산염기 특성이 비히클에 적합한지 확인합니다. 같은 원칙이 배합 측에도 적용되며, 여기서 수지 선택과 용제 선택이 완성된 잉크가 유통 기한 내내 유동성을 유지하는지를 결정합니다.