인쇄 속도가 분당 400미터를 넘는 경우, 플렉소 잉크의 적절한 점도 확보가 매우 중요합니다. 대부분의 용제형 잉크는 50에서 150센티포이즈(cP) 사이에서 잘 작동하는데, 이 범위 내에서는 잉크가 적절히 흐르면서도 색소를 안정적으로 유지하여 침전이 발생하지 않습니다. 자외선(UV) 경화형 잉크는 보다 높은 점도를 요구하며, 일반적으로 80에서 200cP 사이에서 사용되는데, 이는 프레스 롤러 상에서 너무 빨리 경화되지 않도록 하기 위함입니다. 수성 잉크의 경우 상대적으로 낮은 점도인 약 20에서 80cP 범위에서 더 잘 작동하여 플라스틱 필름에 빠르게 스며들 수 있는데, 이는 이러한 소재들이 수분 흡수율이 낮기 때문입니다. MDPI가 2020년에 발표한 연구에 따르면 권장 점도 범위를 벗어나게 되면 도트 이득(dot gain)이 15%에서 25%까지 증가하게 되며, 이는 최종 인쇄물의 선명도에 부정적인 영향을 미칩니다.
전단력이 작용할 때 물질이 점성이 줄어들거나 더 흐르기 쉬워지는 현상을 전단저하(shear thinning)라고 합니다. 이 특성 덕분에 플렉소그래피 잉크가 고속 인쇄 장비를 통과할 때 모양을 유지하면서도 쉽게 이동할 수 있습니다. 예를 들어 UV 플렉소 잉크는 일반적으로 5,000초⁻¹ 이상의 전단력을 받을 때 두께가 약 40~60%까지 줄어듭니다. 이는 깨끗한 라인 인쇄를 가능하게 하며, 인쇄 속도가 분당 600미터 이상일 때 발생하는 잉크 튀김 현상을 줄이는 데 큰 차이를 만듭니다. 지난해 ScienceDirect에 발표된 최근 연구에 따르면, 잉크의 전단저하 특성을 정밀하게 조정한 인쇄업체는 일반 잉크를 사용할 때보다 전체적으로 약 18% 적은 양의 잉크를 낭비하는 것으로 나타났습니다.
고속 플렉소 인쇄가 제대로 작동하려면 잉크 미터링 시스템, 적절한 아닐록스 롤 사양, 고품질 플레이트 등 모든 구성 요소들이 원활하게 함께 작동해야 한다. 인쇄 업체에서 250~400선/인치의 아닐록스 롤과 챔버형 도크터 블레이드를 함께 사용할 경우, 잉크 점도 변화로 인한 문제 발생 비율이 약 30% 정도 감소한다. 이는 잉크 필름 두께를 대부분의 경우 ±0.1마이크로미터 이내로 비교적 안정적으로 유지할 수 있게 해준다. 여러 인쇄 공장에서 진행된 현장 테스트에서도 흥미로운 결과가 나타났다. 물기반 잉크를 약 12~15마이크로미터 두께로 적용하면 분당 450미터의 속도로 인쇄하더라도 닷 게인을 8% 이하로 억제할 수 있다. 이는 최적화되지 않은 시스템에서는 닷 게인이 최대 22%까지 증가하는 것과 비교해 훨씬 우수한 수치이다. 프레스 운전 방식에 맞춰 잉크 특성을 적절히 조정하는 것이 실제로 큰 차이를 만든다. 대부분의 제조사에서는 최고 속도로 장시간 생산 운전 중에도 색상 일관성이 전체적으로 2% 이내의 변동 범위를 유지하고 있음을 보고하고 있다.
잉크의 제형은 건조 속도와 인쇄기의 전반적인 가동 성능에 큰 영향을 미칩니다. 이는 주로 사용되는 수지 종류, 용매의 증발 속도 및 다양한 첨가제의 균형에 따라 달라집니다. 최신 동향에 따르면, 현대의 용제형 시스템은 낮은 점도의 수지를 사용하여 기존 제형 대비 용제 방출 속도가 약 22% 더 빠른 것으로 나타났습니다(Packaging Trends Report 2023 기준). 수성 잉크는 이보다도 더 큰 발전을 보였으며, 안정된 pH 폴리머 덕분에 건조 시간이 약 35% 단축되었습니다. 이러한 발전으로 인해 분당 400미터 이상의 고속 운전 시에도 잉크 웅덩이 현상이 훨씬 적게 발생합니다. 인쇄 업체는 하루 8시간 연속 운전을 하는 동안 최소한의 다운타임만으로도 건조 문제로 인한 폐기물이 현재 0.5% 이하로 줄어들 수 있습니다.
UV, 전자빔(EB), LED 경화 기술의 최신 발전은 잉크가 빛에 의해 유도된 화학 반응을 통해 거의 즉시 고형화되는 방식을 혁신적으로 변화시켰습니다. UV 플렉소 인쇄의 경우, 이러한 잉크는 일반적으로 200~450나노미터 파장의 빛에 노출된 후 약 반초 이내로 강력한 결합을 형성합니다. 이를 통해 인쇄업체는 재료가 휘거나 손상되지 않으면서도 분당 약 750미터의 놀라운 속도로 작업을 수행할 수 있습니다. 효율성 측면에서 LED 시스템은 2024년 RadTech의 최근 연구에 따르면 구식 수은 증기 램프에 비해 약 60% 적은 전력을 소비합니다. 또한 EB 기술의 또 다른 장점은 화학 개시제가 전혀 필요하지 않다는 점으로, 식품 포장처럼 안전 규제가 매우 엄격한 분야에 특히 적합합니다.
용제형 플렉소 인쇄를 고속으로 운전할 때는 열풍 건조 공정을 정확하게 수행하는 것이 매우 중요합니다. 특히 까다로운 환경 규제를 지키려면 더욱 그렇습니다. 최신 인쇄기 중 많은 기종은 재생식 열산화장치(Regenerative Thermal Oxidizers, 약칭 RTO)라고 불리는 스마트 건조 시스템을 장착하고 있습니다. 이러한 시스템은 배기가스에서 약 85%의 열을 회수할 수 있습니다. 이 방식의 장점은 거의 모든 휘발성 유기화합물(VOCs)을 99.9%의 효율로 제거할 수 있을 뿐 아니라, 에너지 비용을 시간당 약 18~22달러 절감할 수 있다는 점입니다. 이는 작년 산업 보고서에서 밝힌 수치입니다. 무엇보다도 이 시스템은 분당 600미터의 빠른 속도로 장비가 운전하더라도 EU 배출 기준을 충분히 만족시킬 수 있을 만큼 성능이 우수합니다.
플렉소 잉크는 표면 장력이 약 35-38 mN/m인 폴리에틸렌과 약 29-31 mN/m인 폴리프로필렌과 같은 낮은 표면 에너지를 가진 까다로운 플라스틱에도 잘 접착됩니다. 이는 특별히 설계된 수지 화학물질 덕분입니다. 종이 또는 골판지에 접착되는 방식과 비교할 때 플라스틱은 단순한 기계적 결합이 아닌 실제 화학 결합을 필요로 합니다. 이에 따라 현대 잉크 제형에는 플라스틱 분자 자체와 결합을 형성하는 개질 폴리우레탄이 자주 사용됩니다. 일부 제조사들은 아크릴레이트 계열 수지 사용에서도 큰 진전을 이루었습니다. 이러한 수지들은 코로나 처리가 없더라도 잉크가 표면 위에 제대로 퍼질 수 있도록 접촉각을 상당히 낮출 수 있습니다. 플렉소 인쇄 접착에 대한 연구는 다양한 응용 분야에서 실제로 효과적으로 작동함을 입증해 냈습니다.
| 인자 | 목표 범위 | 접착력에 미치는 영향 |
|---|---|---|
| 표면 에너지 (처리 후) | ≥40 mN/m | 잉크 확산 및 접착을 가능하게 함 |
| 코로나 방전량 | 8–12 W·min/m·² | 표면을 산화시켜 극성 그룹 형성 |
| 수지의 유리 전이 온도(Tg) | -10°C에서 25°C | 유연성과 내열성을 균형 있게 조절함 |
폴리프로필렌(PP)에 코로나 처리를 하면 표면에 하이드록실기와 카보닐기가 도입되어 표면 에너지가 약 45-50 mN/m까지 증가합니다. 이는 화학적 접착력을 크게 향상시키는 효과가 있습니다. 수성 플렉소 인쇄에서는 일반적으로 산가가 80~120 mg KOH/g 범위인 아크릴 공중합체를 사용하는데, 이 물질은 수소 결합을 통해 더 강력한 접착력을 제공합니다. 용제계 시스템은 이와는 다른 접근 방식을 사용합니다. 이 시스템에서는 약 20~35%의 물질이 하이드록실기를 포함하는 폴리에스터와 폴리우레탄 성분을 혼합합니다. 이 혼합물은 경화 과정에서 이소시아네이트 경화제와 반응하여 인쇄 표면에 오래 지속되는 강한 필름을 형성합니다.
플렉소 잉크는 일반적으로 PET/PE 및 BOPP/CPP 적층재에 잘 접착되며, 이중 경화 방식을 사용할 경우 ASTM D3354 기준으로 접착 등급이 약 4B를 유지합니다. UV 플렉소 제품 역시 인상적이어서, 섭씨 60도에 습도 95%에 달하는 환경에서 3일간 방치한 후에도 약 98%의 접착력을 유지합니다. 이는 이들이 압출 코팅과 네트워크 연결을 형성하기 때문입니다. 용제계 질소셀룰로오스 잉크의 경우 레토르트 파우치에 매우 우수한 성능을 보입니다. 이 잉크는 실패 없이 500회 이상의 굽힘 테스트를 견딜 수 있는데, 이는 상온에서 탄성 계수가 1.2~1.8GPa인 수준의 유연성을 가진 수지로 구성되어 있기 때문입니다.
고속 인쇄에서 우수한 결과를 얻으려면 잉크 점도를 프레스 작동 방식에 맞게 정확하게 조절하는 것이 중요합니다. 최근 유변학 분야의 연구를 통해 UV 플렉소 잉크와 관련해 흥미로운 사실이 밝혀졌습니다. 지난해 발표된 연구에 따르면, 이러한 잉크가 90~120센티포즈 범위일 때 600~1,200선/인치의 아닐록스 롤과 가장 잘 맞습니다. 왜 이러한 조합이 효과적일까요? 이 잉크들은 전단응력이 가해질 때 점성이 줄어들면서 인쇄판들이 빠르게 맞물릴 때 매끄럽게 흐를 수 있습니다. 동시에 이 잉크들은 세부적인 이미지나 텍스트를 재현할 때 매우 중요한 깨끗한 가장자리와 또렷한 도트를 유지합니다.
분당 600미터 이상의 속도로 운전할 때, 용제가 초과하여 증발해야 하는 속도는 0.8그램/제곱미터/초 이상이어야 오프셋 문제를 방지할 수 있습니다. 지난해 Packaging Frontiers에 따르면 새로운 수지 시스템은 잉크 미스트 현상 문제를 약 42%까지 줄였습니다. 이러한 시스템은 입자 간의 응집력을 증가시켜 인쇄 중 고속 회전력에 노출되었을 때 잉크가 분해되지 않기 때문에 보다 우수한 성능을 보입니다. 최신 하이브리드 공식은 빠른 건조 특성과 우수한 유동 안정성을 결합해 높은 속도에서도 장시간 생산이 이루어질 때 일관된 품질을 유지할 수 있도록 해줍니다.
한 주요 음료회사가 특수 하이브리드 UV 및 용제계 플렉소 인쇄 잉크를 사용해 분당 약 610미터의 속도로 운전한 결과, 최근 거의 98.6%의 장비 가동률을 달성했습니다. 새로운 이중 경화 방식을 도입함으로써 오븐의 에너지 사용량을 약 37%까지 줄일 수 있었으며, 이는 장시간의 18시간 교대 근무 동안 색상 차이를 여전히 0.3% 이하로 유지했다는 점에서 놀라운 성과입니다. 이는 제조업체가 자신의 잉크를 프레스 기능과 적절히 매칭시키는 데 시간을 투자할 경우, 색상이 일탈되거나 다양한 소재에서 문제가 발생하는 것에 대한 우려 없이도 번개처럼 빠른 속도로 운전할 수 있음을 보여줍니다. 결론적으로, 스마트한 통합이 생산에서 단지 겨우 버티는 것과 진정한 우수성 사이의 차이를 만들어냅니다.
수지 기술과 적외선 건조 기법의 발전 덕분에 오늘날의 수성 플렉소 잉크는 오히려 용제형 잉크가 마르는 속도에 맞출 수 있을 정도이다. 최신 제형 중에는 성능이 매우 우수한 것도 있는데, 최근 산업 보고서인 2024년 '지속 가능한 인쇄 솔루션(Sustainable Printing Solutions)'에 따르면, 이들 잉크는 폴리에틸렌 필름 위에서 0.3초 이내로 마르며, 오래된 버전에 비해 공기 중으로 배출되는 유해 화학물질의 양도 절반 정도에 불과하다. 친환경 제품에 대한 요구가 증가하면서 시장도 확대되고 있는 것으로 보인다. 실제로 2024년 Market Data Forecast 자료에 따르면, 지난 1년간 유럽 내 이와 같은 잉크 시장은 연간 약 11% 성장했다.
최근에는 점점 더 많은 제조사들이 자금 절약과 끊임없이 변화하는 규정을 준수하기 위해 자외선(UV), 전자빔(EB), LED 기술을 혼합한 하이브리드 경화 시스템으로 눈을 돌리고 있습니다. 분당 약 450미터 속도로 작동하는 UV-LED 장치를 예로 들면, 구식 수은 증기 램프에 비해 전력 소비를 거의 40%까지 줄일 수 있습니다. 또한, 까다로운 광개시제를 사용하지 않는 전자빔(EB) 경화 방식은 화학물질을 허용할 수 없는 식품 포장재와 함께 사용할 경우 훌륭한 선택지가 됩니다. 가장 좋은 점은 이러한 복합 시스템이 BOPP 필름과 PET 플라스틱 등 다양한 소재에 대해 생산 속도를 전혀 낮추지 않으면서도 매우 빠르게 작동한다는 것입니다.
최근 스마트 잉크가 인쇄 산업에서 주목받고 있습니다. 색상이 변하는 보안 잉크나 QR 코드와 작동하는 특수 제형의 잉크를 말하는 것입니다. 이러한 잉크는 이제 클라우드 제어 프레스에 연결되어 인쇄업체가 고속 생산 중에 즉석에서 설정을 조정할 수 있게 해줍니다. AI 시스템을 활용해 인쇄판이 다음에 작동할 시점을 예측하는 방식을 사용하면 폐잉크를 약 15% 줄인 사례도 있습니다. 디지털 기술과 전통적 인쇄 방법을 조합함으로써 플렉소 인쇄업체는 속도 저하 없이 다양한 데이터 요구사항을 가진 패키지를 처리하는 데 확실한 우위를 점유할 수 있습니다. 대부분의 장비는 이러한 스마트 기능이 내장되어 있어도 분당 약 800미터의 속도를 유지할 수 있습니다.
플렉소 잉크의 권장 점도 범위는 잉크 종류에 따라 달라집니다: 용제형 잉크의 경우 50~150센티푸아이즈, UV 경화형 잉크는 80~200센티푸아이즈, 수성 잉크는 20~80센티푸아이즈가 적합합니다.
전단저하 특성은 잉크가 고속 인쇄 장비를 통해 쉽게 이동하면서 형태를 유지할 수 있게 하므로 깨끗한 인쇄 품질을 보장하고 낭비를 줄이는 데 필수적입니다.
잉크의 건조 속도는 주로 사용되는 수지, 용제 및 첨가제의 종류와 같은 조성에 크게 영향을 받으며, 이는 프레스 효율성과 더 빠른 건조 시간에 직접적인 영향을 미칩니다.
UV, EB 및 LED 기술을 결합한 하이브리드 경화 시스템은 향상된 효율성, 낮은 에너지 소비, 환경 규제 준수를 실현하여 고속 인쇄 작업에 매우 유리합니다.
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