도공층의 바인더와 도공량 변화가 도공지의 접힘터짐에 미치는 영향

Abstract

고품질의 지류 수요가 증가하면서 비도공지에 비하여 인쇄적성, 백색도 및 광택이 우수한 도공지의 사용이 증가하고 있다. 기존에 도공지는 주로 인쇄용지로 사용되었으나 포장지 및 잡지 등에 사용이 증가하고, 고품질을 위하여 도공량이 증가하면서 도공지의 접힘터짐(fold carck)문제가 빈번히 발생하고 있다. 도공지의 접힘터짐은 도공지에 접힘(folding)을 가하는 과정에서 발생하는 도공지 내 응력변화에 의해 표면 또는 이면의 도공층이 갈라지거나 원지가 터지는 현상이다. 도공지의 접힘터짐에 영향을 미치는 재료 측면의 인자는 도공원지와 도공층이 있다. 이 중, 도공원지의 섬유 구성비나 고해정도를 변화시키는 것보다, 상대적으로 원가가 낮고 쉽게 변화시킬 수 있는 도공층의 기계적 물성변화를 통하여 접힘터짐을 완화시키는 것이 더 효율적이다. 그러므로 본 연구에서 도공층이 도공지의 접힘터짐에 미치는 영향에 대하여 평가하고자 하였다. 이를 위해, 도공원지는 아트지원지로 고정하고, pre 도공층과 top 도공층의 바인더 및 도공량을 변화시켜 도공지를 제작하였다. 제작된 도공지에 접힘을 가하여 도공지의 접힘터짐을 평가하고, 접힘터짐과 도공층의 상관관계를 알아보기 위하여 도공층의 인장물성을 평가하였다. 바인더 측면에서 전분의 영향과 Styrene-Butadiene 라텍스(SB 라텍스)의 유리전이온도(Tg) 및 함량 영향에 대하여 평가하였다. 평가 결과, 도공층의 탄성계수가 낮고 신장률이 높으면 도공지의 접힘터짐은 감소하였다. 이는 도공층의 탄성계수가 낮아 유연할수록 접힘과정에서 발생하는 굽힘에 견딜 수 있고, 도공층의 신장률이 높아 접힘과정에서 도공층에 작용하는 인장응력을 완화시키기 때문으로 판단된다. 이런 결과를 바탕으로 top 도공층에 비하여 유연하고 신장률이 높은 pre 도공층의 도공량을 증가시킨 결과 도공지의 접힘터짐은 감소하였다. 도공층 내 전분 함량증가는 도공지의 접힘터짐을 증가시켰다. 전분은 라텍스에 비하여 스티프한 필름을 형성하고 도공안료와의 접착력이 낮은 특징을 가지고 있다. 전분의 함량이 라텍스 함량보다 적은 범위 내에서 전분함량이 증가하면 도공층의 탄성계수가 증가하고 신장률은 감소하여 접힘터짐이 증가하였고, 전분이 주 바인더로 라텍스보다 많은 양이 사용되면 전분과 도공안료간의 낮은 결합력으로 인하여 깨지기 쉬운 도공층이 형성되어 접힘터짐이 증가하였다. 라텍스 Tg 증가 또한 도공지의 접힘터짐을 증가시켰다. 라텍스 Tg가 증가하면 도공안료간의 결합이 불량해져 도공층의 탄성계수가 증가하고 신장률은 감소하기 때문이다. 그러나 pre 도공층에 전분이 첨가되어 도공층의 유연성 및 신장률이 감소되면, top 도공층의 라텍스 Tg에 따른 도공지의 접힘터짐 차이는 발생하지 않았다. 도공층의 신장률을 높이기 위하여 낮은 Tg의 라텍스 함량을 증가시킨 결과, 도공지의 접힘터짐은 감소하였다. 라텍스의 함량이 증가하면 도공안료사이의 공극을 메워 도공층의 공극률이 감소한다. 도공층에 외력이 가해질 때 공극률이 낮으면 응력집중현상이 완화되어 도공층의 탄성계수가 감소하고, 라텍스의 부피분율 증가로 신장률이 증가하여 도공지의 접힘터짐은 완화되었다. 도공층의 물성은 도공안료의 비표면적에도 상당한 영향을 받는다. 비표면적이 증가할수록 도공안료간의 결합에 필요한 바인더 요구량이 증가한다. 비표면적이 상이한 도공안료에 동일한 함량의 바인더를 사용한 경우, 비표면적이 작은 도공안료를 사용한 도공층이 더 유연하고 높은 신장률을 나타내었다. 따라서 총 도공량을 동일하게 유지하면서 비표면적인 작은 안료로 구성된 pre 도공층의 도공량을 증가시키면 유연한 도공층의 비율이 증가하여 도공지의 접힘터짐이 감소하였다.