1. 자성잉크란?
자성잉크란 자기적 성질을 이용한 잉크를 말한다. 즉 자성체가 외부 자력의 영향을 받아 자화되어 외부자력을 제거해도 자화가 남아있는 현상을 이용한 잉크이다. 흔히 접할 수 있는 증권, 수표 등에 사용되는 MICR(Magnetic Ink Character Recognttion)즉, 자성잉크 문자해독기와 정액권, 통행권, 카드 등의 자기기록매체로써의 자기카드로 2가지 기능으로 구분할 수 있다. 사회가 발전함에 따라 은행의 현금카드, 전화카드, 철도의 승차권,통행권 등 필요한 정보를 전자계산기에 입력시키거나 기계나 장치를 작동시켜 해독하는 기계가 증가함에 따라 자성잉크에 대한 요구도 날로 증가하고 있다.
2. 자성잉크의 원리
무자화 상태 A의 강자성체에 자계를 가하면 초기자화곡선A의 강자성체에 자계를 가하면 초기자호곡선 A B에 따라서 자성체는 자화하게 되나 최대자화인 C에서 포화에 도달한다. C점에서 자계를 감소시키면, 앞의 그림의 곡선에 따르지 않고 C D의자화상태를 경유한다. 이 때문에 외부의 자계를 영으로 하여도 잔류자화 D를 겆게 된다. D점에서 역자계를 가해 가면, 보자력 HC의 자계에서 자화가 영이 되는 E점이 생긴다. 그 이후의 자화곡선은 F G H C D E F 를, 그리고 이것을 원리는 히스테리시스Hysteresis(=자기이력)곡선이라고 부른다. 또한 최대자화와 잔류자화의 비는 D/C는 각형비라고 부르며, 이것은 히스테리시스 루프의 형상을 나타내는 파라미터로서 잘 쓰고 있다. 포화자화가 되어 있지 아니한 자성체는 Bf에서 표시하는 바와 같은 마이너 루프(Minor Loope)에 따라서 자화가 진행된다. 따라서 강자성체를 포함한 잉크로서 형성되는 자성막을 자계 안에 두게 되면 그 부분이 자화되어 이것으로 인하여 생기는 잔류자화는 필요시에 전기적 신호로써 판독할 수 있다.
자성체의 히스테리시스 곡선
◎ MICR(Magnetic Ink Character Recognttion)의 자기기록의 원리
MICR은 미국에서 증가하는 수표의 분류, 기록처리를 전산화하기 위하여 개발된 것으로서, 이것은 E13B라고 부르는 특수한 서체를 자기잉크로써 인쇄하여 기계적인 판독이 가능하게 한 것이다. 한국이나 일본에서도 이것이 이용되고 있으며 아래 그림과 같이 14종류로 상세하게 정해져 있다. 수표에 자기잉크로서 인쇄한 E13B서체는 일정한 자계를 만들고 있는 자화헤드를 일정속도로서 통과하여 자화를 한다. 그리고 계속하여 판독 헤드를 통과할 때에 인쇄된 문자가 방출하는 자속은 헤드에 기전력을 부여하고 서체에 따르는 아래와 같은 모양의 파형을 발생시켜 그 파형으로 각각의 문자가 인지된다.
◎ 자기카드 종류의 자기기록의 원리
자기카드 종류의 기록과 재생은 오디오 테이프와 동일하게 자기헤드를 써서 실시한다. 아래 그림과 같이 기록전류를 따라서 자기 헤드가 만드는 자계는 자성막 안의 자성체를 자호하며, 이것으로 기록정보는 자성막 위에 미소한 자석이 연속적으로 정렬힌 상태로서 저장된다. 재생시에는 미소자석이 만드는 자계에 의해 헤드에서 생기는 재생전압을 판독한다. 기록형식에는 음성시트에 쓰이고 있는 아날로그 기록과 컴퓨터에 쓰이고 있는 디지털 기록이 있으며, 또한 재생전압의 변환방식에 따라서도 이것을 세분한다. 그리고 자화방향을 자성막 주행방향을 수직으로 하여 기록밀도를 높이는 방법도 실용단계에 도달되어 있다.
3. 자성잉크의 조성
◎ 자기카드 종류의 자기기록의 원리
자성잉크의 인쇄판색은 볼록판과 평판이며 성분 중 30~60%정도는 역시 자성분으로 이루어졌다.
재료명 활판 평판
자성산화철 45~60% 50~65
비히클(수지 바니시 및 변성 동식물) 20~35% 25~45
카본블랙 3~4% 3~4
드라이어 4~5% 1~2
건조피막방지제 1~2% 0.5~1
습윤보조제 2~3% 0.5~1
기타첨가제 4~8% 1~4
[MICR 잉크 배합의 예]
◎ 자성분의 종류와 특성
자성분 입자형태 (㎛) 입경 (g/㎤) 견괘밀도 (g/100g) 흡유량 PH He(Oe) δs (emu/g) δr/δs
Fe2O3 침상 0.4 ~0.6 0.2 ~0.6 30 ~160 3~6 275 ~430 72~76 0.42 ~0.6
Fe3O4 침상 0.35 0.2 ~0.3 40 ~60 4.5 ~9.5 320 ~470 80~85 0.5
Co- -Fe2O3 침상 입상 0.15 ~0.5 0.1 ~0.6 30 ~65 8.5 ~9.5 490 ~640 67~75 0.5
BaO Fe2O3 육각판상 0.6 ~1.1 0.5 ~0.7 13 ~21 8.4 ~9.8 2200 ~3300 54~58 0.57 ~0.6
[자성분의 종류와 특성]
◎ 자기잉크의 요구 특성
자기잉크는 앞의 자성분을 바인더에 반죽혼합 및 분산시켜서 만들어지며, 이 바이니더의 역할은 자성분이 균일하게 분산된 자성막을 기재 위에 형성하는데 있으며 이를 위해 요구되는 것은 다음과 같다.
- 바인더가 자성분과의 친화성이 풍부하고 자성분의 분산성이 우수할 것
- 작성된 잉크의 레오로지컬인 성질이 필요로 하는 자성막 또는 문자 및 기호의 인쇄에 적합할 것.
- 채용한 인쇄방식에 알맞은 건조속도일 것.
- 건조한 자기잉크 피막의 제물성이 사용할 때의 제조건에 충분하게 일치될 것
자성분 선택 시
- 자성분의 보자력이 자기헤드의 기록 전류 및 소거전류와 조화할 수 있는 범위에서 가급적 클 것
- 자성분의 포화자화 및 각형비가 클 것.
- 자성분이 자기 잉크 안에서 가급적 고농도로 분산할 수 있을 것
- 자화의 강도가 외부의 온도 및 압력의 변화에 대하여 안정될 것.
MICR잉크의 요구 특성으로써 가장 적합한 산화철은 Fe3O3과 R·Fe2O3이다. 착색력은 카본블랙으로 보강하며 적절한 유동성을 위해 많은 비이클양이 필요하다. 그리고 인쇄를 할 때는 부착성을 향상시키기 위해 사용하는 종이의 표면이 평활하고 잉크와 잘 융합되는 것을 선택할 필요가 있다.
고속도로 통행권은 종래의 펀치 카드 방식에서 처리의 신속화 및 생력화를 목표로한 자기카드방식으로 이행하고 있는 실정이다. 현재에는 고속도로 통행권의 총사용량의 15%정도가 이미 자기카드로 되어 있다. 자기카드의 인쇄는 일반적으로 폼인쇄(윤전 오프셋 또는 드라이 오프셋)방식으로 작업을 하는 경우와 그라비어 인쇄방식을 활용하는 경우가 있다. 이것으로 소정의판독출력을 얻기 위해서 어느 방법이라도 2회 이상의 중복 인쇄로서 자기 스트라이프를 인쇄한다. 즉 폼인쇄의 경우, 및 이면 부착의 방지 등의 관점에서 본다면 자외선 경화형 잉크를 써서 온라인(One Line)으로 인쇄하는 방식이 가장 효율적이다. 적당한 자성분으로는 Hc 1750전후의 Ba페라이트(BaO.6Fe2O3)를 쓴다. 이 Ba 페라이트는 입상이며 흡유량이 적으므로 비교적 용이하게 자외선 경화형 잉크로 할 수 있다. 판독출력을 향상하기위하여 스트라이프 위의 자성분량을 증가하려면, 잉크 안의 자성분 함유량을 증가하여야 하나 자성분 함량 증가에 수반하는 잉크의 레오로지 특성의 저하에 의한 자기잉크의 전이성은 아래 그림과 같이 변화한다. 또한 각 판독 피트 간의 출력편차에 영향하는 자성분의 분산성은 아래 그림과 같이 변화하며 이러한 양자를 고려하여 자성분 함유량을 결정해야 한다. 자성분의 입경은 잉크전이성에 크게 영향을 주어 자성분 전이량을 증가하기 위해서는 입경이 작은 자성분이 바람직하나 입경이과도하게작게 되면 잉크의 유동성이 저하되며 오히려 자성분의 분산성이 저하되게 된다. 이 때문에 올레(산), 레시틴 및 기타의 습윤제를 사용하여 자성분의 잉크 안으로의 분산성을 높게 하는 방법을 취한다. MICR잉크와 동이랗게 판독출력의향상과 안정성 향상에는 보다 평활한 용지를 사용하는 것이 바람직하다
4. 자기카드 종류의 특징
자기잉크를 써서 자성막의 형성을 실시하고 있으며, 또한 실시할 수 있는 자기기록매체로써 실제로 이용되고 있는 것을 아래와 같이 표시하였다. 이러한 제품의 모든 것이 자기잉크를 써서 인쇄한 것이라고는 한정이 되어 있지 않다. 현행의 자기잉크로서는 필요한 자기특성을 충족시키지 못하기 때문에 폴리에스테르 필름 위에 자성도료를 써서 형성한 자성막을 첩착한 예가 많다. 그러나 이러한 것의 제품에 제품식별 및 다름 시작정보를 부여하기 위한 것의 일반인쇄가 필요한 사정을 감안한다면 자기잉크를 써서 인쇄법에 의해 자성막을 동시에 형성하는 방법이 보다 경제적으로 바람직하다고 말할 필요가 없을 것이다.
