인쇄산업에서는 단납기, 치열한 경쟁에 의한 납품가의 감소 등의 어려움을 겪고 있다. 거기에 더해 잉크와 관련한 새로운 요구에 직면해 있다.

잉크에서의 비용의 절감이나 품질의 향상과 사용자에 대한 안전성의 확보뿐만 아니라 환경에도 영향을 주지 않아야 한다는 요구에 부딪히고 있다.

VOC 문제 등 잉크와 관련된 문제제기가 지속될 것으로 예상되는 가운데 문제해결을 위한 앞으로의 방향을 살펴보는 기회가 되었으면 한다. - 편집자 주 -

오늘날의 인쇄업계를 둘러싼 환경은 혹독하다. 단납기, 통과 매수의 감수라는 흐름에서부터 잉크에 대한 비용의 삭감, 품질의 안정·향상이라는 기존부터의 니즈에 더해, 환경대응이라는 새로운 니즈가 생겨나고 있다.

환경 문제는 대응을 하지 않으면 기업 활동을 위협한다는 두려움도 있는 반면, 타사 또는 다른 분야보다 먼저 하면 판매에 매우 큰 도움이 되는 ‘양날의 검’이라고 할 수 있다. 이 때문에 잉크 업계에서도 환경 조화형 제품을 갖추고, 나아가 새로운 시점에서부터 연구를 계속해가고 있다.

이러한 환경 조화형 제품의 성능은 기존부터 있던 시장의 요구·니즈에 대해 불리하게 움직이는 것이 많고, 이것을 잉크 제조사 각사가 극복해가는 일이 환경 조화형 제품의 보급을 좌우한다.

환경 대응에 대한 경위

오프셋 인쇄에서 식품포장재료용 인쇄잉크는 발암성이 지적되는 것, 독성이 강한 것, 축적성이 높은 것 등의 유해성이 높은 화학 물질에 대한 리스트들이 오래전부터 만들어져 왔다. 잉크 제조사에서도 리스트에 포함되어 있는 물질을 함유하지 않은 제품을 만들기 위해 노력을 해오고 있다.

한편, 매엽 인쇄는 오프셋 인쇄에 비해 어려운 면이 있지만, 서서히 넓혀가고 있다. (사)일본환경협회는 1997년 「오프셋 인쇄 잉크」의 에코마크 인정 기준(N0102)을 제정하였다. 이로 이해 잉크 제조사 각사는 에코마크 인정 기준을 만족하는 잉크를 개발, 환경 조화형 잉크라고 불리는 대부분의 제품은 에코마크를 취득하고 있다.

기존의 기준에서는 방향족 성분을 포함하지 않는 용제를 사용하는 것으로, 아로마 프리 솔벤트의 보급에 크게 기여하였다. 현재에는 대부분의 오프셋 제품에 아로마 프리 솔벤트를 사용하고 있다.

2002년 12월부터 버전2가 시작되어, 인정 기준을 더욱 어렵게 하여 환경 조화성을 촉진하고 있다. 버전2에서는 아로마 프리 솔벤트의 사용 외에, 잉크 중 솔벤트의 총 양을 제한하고, 매엽 잉크, 신문 잉크 등에 관해서는 VOC(휘발성 유기화합물) 규제까지 넓힌 형으로 되고 있다.

VOC에 관해서는 미국에서 예전부터 규제가 되어왔으며, 인쇄업계에서도 알코올리스 습수 첨가제, 저(低) VOC 잉크 등이 사용되고 있다. 또한 고갈 자원인 석유계 용제를 대신하여, 생산 자원인 대두유를 사용하는 움직임이 10년 이상 전부터 이루어져왔다.

미국 대두협회(ASA)는 잉크 중에 사용하는 대두유의 최저 필요량의 기준을 설정하고, 그 이상 함유하는 잉크에 대해서는 소이 씰(soy seal) 표시를 인정하고 있다. 또한 이 잉크를 사용하여 인쇄를 한 인쇄물에 대해서도 소이 씰의 표시를 허가하고 있다.

환경에 빠르게 대응해가고 있는 구미에 비해, 일본은 후발이라는 느낌은 부정할 수 없지만, 최근에는 지구 규모로의 환경 보호가 크게 야기되는 시대가 되어, 특히 1997년 12월의 지구온난화방지 교토회의 이후에는 더욱 사람들의 관심을 모으는 사례가 되었다.

2000년 제정된 PRTR법이나, 그린 구입법을 시작으로 한 법 규제가 계속되어, 2001년 8월의 일본인쇄산업연합회(일인산련)의 「오프셋 인쇄 서비스」그린 기준, 11월의 에코마크 사무국의 「종이제인쇄물의 에코마크」 인정 기준, 12월의 그린 구입 네트워크(GPN)의 「오프셋 인쇄 서비스」 발주가이드라인 등의 기준 만들기가 진행되었다.

이와 같은 움직임이 각 자치단체에서도 일어나고 있다. 도쿄도는 「인쇄물 발주 가이드라인」을, 사이타마현은 「생활환경보전조례」를 공표하는 등 정부 차원의 행정적인 움직임에도 주의를 기울일 필요가 있다.

이와 같은 세간의 움직임에 호응하여 일본 잉크 업계에서도 환경을 포인트로 각사가 연구를 하고, 환경 조화형의 제품을 착실히 제공하고 있다. 개발 중의 것을 포함하여, 각 키워드를 몇 개 들어보면, 아로마 프리, SOY(대두유 잉크), non VOC「무용제」(매엽) 하이브리드, 저온 건조형(오프셋), 탈(脫)석유계 용제(오프셋) 잉크 제거 용이성 등이 있다.

1. 아로마 프리 잉크

에코마크 기준에 만족하는 것도 있으며, 각사에서 적극적으로 적용된 방향족 성분 1% 이하의 용제를 사용한 잉크. 기존의 용제는 155 정도의 방향족류를 포함하고 있다. 방향족 성분은 피부 자극성, 냄새가 강한 반면, 용해성이 높은 수지와의 상용성이 좋다.

이 때문에 설계 시에 수지의 선택지가 넓다. 아로마 프리 잉크 개발에 있어서, 용제의 용해성의 불리를 보강하는 방책으로써 ①보조제로 고(高)용해성 용제의 병용, ②안료 분산제의 활용, ③알키드 수지의 다량 병용, ④수지 중에 특히 로딘 변성 페놀 수지의 고(高)용해성화 등의 방법이 있다. 인쇄 적성면을 파손하지 않는 ④고(高)용해성의 수지가 각사에서 개발되어 보급이 진행되고 있다.

2. 소이잉크(대두유 잉크)

인쇄 잉크는 이전부터 건성유(乾性油)로써 식물유(아마인유, 등유 등)를 포함하였지만, 「대두」라는 식물로부터 유래하는 기름이라는 안심감과 고객에 대한 어필에서부터 보급되었다. 앞에서 서술한 아로마 프리 용제를 이용하고, 대두유를 일정량 이상 함유하고 있는 잉크는 에코마크의 취득이 가능하며, 미국대두협회(ASA)의 소이 씰을 표시할 수 있다.

현재 두 종류의 마크를 첨부한 잉크가 환경 조화 제품의 주류가 되고 있다. 소이 씰 표시에 필요한 대두유의 함유량은 잉크 종류에 따라 차이가 있다. 매엽 잉크는 20%, 오프 윤 잉크는 75%, 신문 검정 잉크는 40%, 신문 컬러 잉크는 30% 이상 함유해야 한다.

매엽 잉크는 산화 중합형의 건조 방식이라서 요오드값이 낮은(즉, -C=C-의 2중 결합이 적다) 대두유가 많게 되면, 건조 지연을 일으키기 쉽기 때문에 대두유 잉크의 보급이 아직 적지만, 오프 윤 잉크의 경우는 대부분 건조성에 영향을 받지 않는 함유량이기 때문에 어느 정도 보급이 진행되고 있다.

3. non VOC 잉크

휘발성 유기화합물을 총칭하여 VOC(Volatile Organic Compounds)라고 하지만, 어떻게 정의하는 가에 따라 그 대응이 바뀐다. 예컨대 세계보건기관(WHO:World Health Organization)은 비점 범위에 따라 VVOC, VOC, SVOC, POM으로 분류한다.

오프셋용 잉크 용제는 일반적으로 VOC부터 SVOC에 걸친 비점 범위(240~0~320℃)의 것이 주체로, SVO의 범위인 고(高)비점 용제를 사용하면 SVOC는 있지만, non VOC라고 할 수 있다.

또한 미국의 환경보호청(EPA:Environmental Protection Agency)이 지정하는 “Method24”를 이용하면, 강제 배기 오븐 안에서 110±5℃로 1시간 가열한 잉크의 중량 감량분을 모두 VOC로 하며(샘플 희석에 이용하는 용제, 수분은 뺀다), 상기의 SVOC도 VOC로 환산될 가능성이 있다.

이 때문에 일반적으로 non VOC 잉크라고 하면, 석유계 용제를 사용하지 않는 타입의 잉크를 가리키는 일이 많다. 여기에서 단순히 용제 성분을 대두유 등의 식물 유래의 건성유로 치환하면, 점도가 높은 건성유류는 종이에 대한 침투가 느려서 세트 지연을 일으킨다.

그 결과로써 뒷면 이동(裏移) 등의 중대한 사고가 일어난다. 이 문제를 해결하는 것에 대해 각사가 연구를 진행하고 있다. 이전에는 세트 건조로 일반 용제형 잉크에 비해 열악했지만, 조금씩 성능이 향상하고 있다. 또한, 무용제라는 점에서 크게 어필하기 때문에 세트 건조의 문제가 해소되면, 많이 보급될 가능성이 크다.

WHO에 의한 VOC의 분류

- 초(超) 휘발성 유기 화합물(Very Volatile Organic Compounds, VVOC)
비점 범위 : 0℃ 이상~50-100℃
대표적 합성물 : 포름알데히드

- 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds, VOC)
비점 범위 : 50-100℃~240-260℃
대표적 합성물 : 토르엔, 키실렌, 벤젠, 스티렌

- 반휘발성 유기 화합물(Semivolatile Organic Compounds, SVOC)
비점 범위 : 240-260℃~380-400℃
대표적 합성물 : 인산트리부틸(TBP), 프탈산디옥틸(DOP)

- 입자상 물질(Particulate Organic Matter, POM)
비점 범위 : 380℃ 이상
대표적 합성물 : 인산트리크레실(TCP), 크롤히리호스, 폭심


4. 하이브리드 잉크

유성 잉크의 장점에 UV잉크의 장점을 복합시킨 잉크이다. UV잉크는 자외선 경화하기 때문에 원래 휘발성 용제가 필요 없지만, 세계적으로 VOC(휘발성 유기 화합물) 삭감의 움직임이 높아지는 가운데 UV잉크의 출하량이 최근 크게 신장하고 있다. 이러한 데에는 순식간에 건조한다는 간편함과 건조 피막이 강하다는 기존의 이점에 환경 측면이 새롭게 재인식되었기 때문이라고 할 수 있다.

한편, 약점으로써 UV잉크는 원료에 고가인 아크릴레이트 모노머, 프레폴리머, 광중합 개시제가 사용되어 잉크의 단가가 높고, 유성 잉크에 비해 인쇄 적성이 나쁘며, 순식간에 건조되는 프로세스로 인해 광택이 낮고, 종이를 리사이클하는 데에 잉크 제거가 쉽지 않다 등의 문제가 있다.

또한 유성 잉크 위에 인라인 UV 니스 가공을 하여 논(non) 스프레이 파우더로 완전 봉적(棒積)이 가능하지만, 시험 인쇄된 유성 잉크의 건조 후에 광택이 저하한다는 문제가 있다. 이러한 약점을 극복해 나가야만 하는 잉크이다.

기존 유성 잉크와 UV잉크는 원료가 완전히 달라서 안정적으로 혼합할 수 있지만, 양쪽 모두에 대한 용해성을 가진 하이브리드 소재를 조합시켜 상이한 두 가지 잉크를 복합시키는 것이 가능하다.

구체적으로는 아크릴레이트 모노머, 광개시제 등의 UV 잉크의 원료와 로딘 변성 페놀 수지, 식물유 등의 유성 잉크 원료, 나아가 하이브리드 소재(UV/유성을 융합시킨 특수한 수지)에서부터 성공하고 있다. 당연히 non VOC 잉크이다.

건조 프로세스로는 인쇄 직후에 UV 조사로 UV 소재가 순식간에 경화하여 봉적이 가능한 피막을 형성, 그 후 시간이 흐르면서 산화 중합에 의해 유성 소재가 피막을 형성한다.

논 스프레이 파우더로 봉적이 가능하고, UV 잉크보다도 고(高)광택, 잉크 제거가 유성 잉크와 용이하고, 인라인 UV 니즈에서의 광택 저하(글로스 백)가 없다는 이점이 계속해서 인식되어 시장 확대가 기대된다.

또한 UV 잉크에 있어서도 대두유 잉크로써의 인정 기준(대두유 배함량 7% 이상)이 보이기 때문에 현재 하이브리드 대두유 잉크가 개발되고 있으며, 보다 환경에 배려된 것이 되고 있다. 아래에 환경면에서 본 하이브리드 잉크의 특징(공통항목 : 스프레이 파우더 불필요)을 나타냈다.

하이브리드 잉크와 일반 UV잉크의 특징

- 하이브리드 잉크
① 피막이 유연하여 잉크 제거가 용이.
② Non VOCs
③ 식물유·로딘 등의 순환형 생산 자원을 활용.
④ 방향족 성분이 적고, 또는 불휘발형의 잉크 세제가 사용 가능.
⑤ 산화 중합을 이용하기 때문에 경화에 드는 에너지 저감.

- 일반적인 UV잉크
① 피막이 강고하여, 잉크 제거가 곤란.
② Non VOCs
③ 고갈 자원인 석유 원료 주체.
④ 방향족 성분이 많은 전용 세제가 필요.
⑤ 상당한 에너지가 필요.



5. 저온 건조 오프 윤 잉크

오프 윤 잉크의 저온 건조화에 관해서는 예전부터 강한 요망이 있어 참신한 니즈는 없지만, 그 이유는 변화해가고 있다. 기존에는 화상의 저감, 접힘의 방지, 블리스터의 방지, 제본 후의 늘어남 저감 등의 지면 품질을 향상시키기 위한 것이었다.

현재에는 인쇄의 고속화가 진행되어 오븐 통과 시간의 단축과 열풍원인 가스 사용량의 삭감, 이산화탄소 배출량의 삭감이라는 환경면에서의 이유가 중심이 되고 있다.

저온 건조 오프 윤 잉크의 설계에 있어서는 저(低)비점의 석유계 용제의 함유량을 늘리지만, 그 결과 용제 이탈이 일어나기 쉬워 인쇄기계 상에서의 잉크 안정성(유동성, 전이성)이 나빠지고, VOC 억제의 시점에서도 문제가 있다.

이것을 해소하기 위해 각사에서 연구를 계속하고 있다. 하나의 방법으로 고(高)용해성 수지를 사용하는 것이 있지만, 단순히 고용해로는 오늘날의 고속 인쇄에서는 미스테이크 등의 문제를 일으키기 때문에 고용해이면서도 적절한 점탄성을 유지하는 것이 매우 중요하다. 안료를 늘리거나, 분산성을 좋게 하거나 하여 착색력을 올리는 것도 잉크 막 두께의 감소에 도움을 주어서 저온 건조에 효과가 있다.

(1) 오프 윤 잉크의 탈 석유계 용제화에 대한 시도

오프 윤 잉크는 잉크 중의 용제를 오븐의 열풍으로 날려 건조시키는 증발 건조의 건조 기구이기 때문에(오프 윤 잉크가 히트세트 잉크로 불리는 이유) 석유계 용제는 잉크 설계에 나쁘지 않은 소재이지만, 최근 이것을 식물유계 용제로 치환하는 연구가 진행되고 있다.

구체적으로는 식물유의 변성체가 사용되는 것이 대부분이지만, 가격을 포함하여 인쇄성능 상 아직도 극복할 수 없는 문제가 있어서 실용화에는 더욱 많은 시간이 걸릴 것으로 보인다. 하지만 테스트 인쇄 쪽은 진행되고 있다.

6. 그라비어 잉크

그라비어 잉크는 용제형 잉크가 주류로, 유기 용제를 40~70% 포함한다. 인쇄 시에 잉크 100부에 대해 30~70부의 유기 용제를 적당히 첨가하여 사용하고 있다. 유기 용제는 비점이 70~120℃정도의 저비점으로, 토르엔, 초산에틸, 메틸에틸케톤, 이소프로필알코올이 주체가 되고 있다.

그라비어인쇄 중에서도 토르엔 주체의 잉크를 이용한 출판 그라비어인쇄는 용제 회수 장치를 기본으로 설치하고 있으며, 회수된 토르엔을 재이용하는 순환형 시스템이 확립되고 있다.

한편, 연포장 분야에서 폭넓게 이용되고 있는 특수 그라비어 잉크는 각종 플라스틱 필름에 대한 접착성, 젖음성 등의 점에서부터 각종 수지가 사용되고 있으며, 수지의 용해성이나 인쇄 효과 확보의 점에서부터 4~7 종류의 유기 용제를 이용한 혼합계로 되고 있다.

혼합 용제이기 때문에 용제 회수 장치를 설치해도, 회수 용제를 재이용하기 위해서는 증류·정제에 많은 비용이 들기 때문에 시스템으로써 확립되기 어렵다.

이 때문에 이 분야의 VOC 대책에 관하여 각종 방법으로 긴 시간에 걸쳐 검토되고 있지만, 그 수단으로써 ①수성화(水性化), ②용제 회수에 적합한 단일 용제계 잉크, ③VOC의 배출량을 저감하는 고(高) 고형분 잉크, ④무용제형인 RC형(UV·EB) 잉크 등이 있다.

그 동안 현재 일부 실용화되고 있는 것이 ①의 수성화이다. 하지만 연포장용 수성 그라비어의 생산비율은 낮아서, 현재에도 적극적으로 검토되고 있다.

기존형(용제형)과 비교해 과제가 되는 것은 ①물의 증발·건조가 느린 것에 의한 인쇄 속도의 저하, ②물의 표면 장력이 높은 것에서 비롯되는 플라스틱 필름에 대한 젖음성의 저하, ③물의 윤활성이 열악해서 생긴 닥터(doctor) 마찰, 판 마찰에 의한 내인쇄성의 저하, ④잉크 피막의 내수성, 내용제성이 열악함으로 인한 각종 물성의 저하 등이 있다.

반면, 이점으로서는 건조가 느리기 때문에 조자 재현성이 우수하며, 특히 하이라이트부의 착육이 안정하며, 높은 정밀도로 평평한 인쇄를 할 수 있다.

7. 플렉소 잉크

플렉소 잉크 중에서 지기·골판지용 잉크는 수성이며, VOC를 대부분 배출하지 않는다.

한편, 위생용품(sanitary)이나 종이 면 파우치 등의 처리 폴리에틸렌에 인쇄하는 플렉소 잉크는 초산 에틸렌과 이소프로필알코올을 주체로 한 용제형 잉크이며, VOC 규제는 연포장용 용제형 그라비어 잉크와 같은 상황이다.

다만, 플렉소 인쇄는 그라비어인쇄에 비해 도공량이 적고, 고점도 인쇄가 가능하기 때문에 인쇄 시의 VOC 배출량은 1/2~1/3정도로, 환경 대응책으로써 유리한 인쇄 방식이라 할 수 있다.

하지만 플라스틱 필름용 플렉소 잉크의 수성화는 물의 기본 성능에 의한 과제와 플렉소 인쇄 고유의 과제가 있어서 아직 개발 도중에 있다. 특히 필름에 대한 젖음성과 접착성의 확보, 웨트 트래핑성의 확보, 판위 건조의 방지와 인쇄 속도의 확보 등, 잉크 개발뿐만 아니라, 주변 기기(인라인 코로나 처리, 건조기 등)와의 조합에 의한 개발이 필요하다.

또한 플렉소 인쇄는 비교적 고점도의 잉크가 가능하다는 점에서 RC형(UV·EB) 잉크도 적용이 가능하다. 무용제형인 UV·EB 잉크는 전이한 잉크가 그대로 잉크 피막이 되기 때문에 매우 얇은 인쇄로도 증발 건조형의 리퀴드 잉크에 비해 고농도를 확보하기 쉽다.

더욱이 판 위에서의 건조가 없기 때문에 판 얽힘 등의 현상이 생기기 어려워 플렉소 인쇄에 적합하다. 플라스틱 필름에 대한 수성 및 RC형 플렉소 잉크의 적용은 아직 실용 가능한 레벨에 도달하지 못했으며, 앞으로 수성화와 RC형의 콤비네이션을 포함하여 적극적으로 검토될 것으로 보인다.

8. 실크 스크린 잉크

실크 스크린 잉크는 용제형의 경우, 유기 용제를 50~60% 포함하며, 인쇄 시에 잉크 100부에 대해 10~30부의 유기 용제를 첨가하여 사용하고 있다. 유기 용제는 사이타마현 생활보전조례에서는 적용 외가 된 비점 160~200℃ 정도의 것을 사용하고 있다.

수성 타입은 일시 제품화되었지만, 배수 처리 등의 문제도 있어서 대부분 실용화되지 못했다. 용제 연소·회수 장치의 도입은 설비비나 설비 스페이스 등의 문제 때문에 실질적으로는 매우 어렵다. 현재 자외선(UV) 경화형 실크 스크린이 신장해가고 있으며, 약 4할 정도를 점하는 상황이 되고 있다.

VOC 대책에 관해서는 앞으로 무용제형인 RC화(UV·EB화)에 대한 진보가 예상된다.

(자료 : 일본인쇄산업기계공업회 - 「인쇄산업기계의 신소재 대응」/ 월간포장 2007년)