KR100808250B1 - 잉크조성물, 이를 포함한 잉크조성물 카트리지 - Google Patents

잉크조성물, 이를 포함한 잉크조성물 카트리지 Download PDF

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Abstract

착색제, 용매, 계면활성제, 및 소포제를 포함하는 잉크조성물로서, 소포제는 화학식
Figure 112006041497915-pat00001
(I)의 구조를 갖고, X는 COO, O, S, R3-N 및 R4(R5)-C로 구성된 군으로부터 선택되고, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자이거나, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬기로 구성된 군으로부터 선택되고, m은 0내지 100이하의 정수이고, n은 1내지 100이하의 정수인 잉크조성물이 제공된다. 본 발명에 따른 잉크조성물은 저기포성을 나타내어, 잉크조성물 유동성이 원활하고, 초기 토출 성능이 안정적이며, 번짐성이 적어 인쇄시 높은 인쇄품질을 획득할 수 있다.
잉크조성물, 계면활성제, 소포제

Description

잉크조성물, 이를 포함한 잉크조성물 카트리지{Ink composition, and ink cartridge including the same}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 잉크조성물을 저장하고 있는 잉크조성물 카트리지의 단면도이다.
<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>
100 카트리지 110 잉크조성물저장부
120 잉크조성물 130 필터
140 잉크조성물토출부
본 발명은 잉크조성물 및 이를 포함하는 잉크조성물카트리지에 관한 것이며, 보다 상세하게는 저기포성을 나타내어, 잉크조성물 유동성이 원활하고, 초기 토출 성능이 안정적이며, 번짐성이 적어 인쇄시 높은 인쇄품질을 획득할 수 있는 잉크조성물 및 이를 포함하는 잉크조성물카트리지에 관한 것이다.
잉크조성물은 착색제를 용매에 용해 또는 분산시켜 특정 대상을 원하는 색상으로 착색, 특히 용지에 화상형성 등을 하기 위한 조성물이다. 잉크조성물에는 재 료 또는 제조방법 등에 따라 다양한 종류가 있는데, 예를 들면, 염료(dye)를 수성 매체 혹은 비수성 매체에 용해시켜 제조하는 잉크조성물，안료(pigment)를 수성 혹은 비수성 매체 중에 분산시켜 제조하는 잉크조성물，또는 열융해 가능한 고체 잉크조성물 등 다양한 종류가 있다.
이 중, 현재 일반적으로 사용되고 있는 잉크조성물은 염료를 수성 매체에 용해시킨 것으로서 발색이 아름답고 인체 및 환경에 대한 안전성이 높은 특징을 갖는다. 이러한 잉크조성물은 특히, 근래에 널리 보급되어 있는 가정이나 사무실에서 간단히 인쇄할 수 있는 습식화상형성장치, 예를 들면, 습식화상형성장치에 사용되어 은염사진에 필적하는 고화질의 화상형성을 가능하게 한다.
잉크조성물은 습식화상형성장치에 사용될 수 있는데, 화상형성용 수성 잉크조성물이 장시간에 걸쳐 양호한 기록을 수행하기 위해서는, 잉크조성물의 점도, 표면 장력 및 밀도 등의 물성이 적절하여야 한다.
만약, 사용되는 잉크조성물이 습식화상형성장치의 잉크조성물 토출구인 노즐 입구를 막히게 하거나, 열 등에 의해 침전물이 생기거나, 저장기간동안 물성치가 변하는 경우에는 잉크조성물을 이용하여 형성된 화상은 그 품질이 열악할 수밖에 없다.
잉크조성물이 대량으로 저장될 수 있는 잉크조성물저장부에서 장기간 잉크조성물을 저장할 때 잉크조성물내에 기포가 형성되거나 또는 잉크조성물내에 기포가 녹아들어가는 경우에는 잉크조성물 사용시 문제가 발생한다. 즉, 잉크조성물의 저장부 및 이동통로 등에서의 유동성을 저해하거나 또는 잉크조성물이 토출될 때, 좁 은 직경의 노즐에 기포가 흡착되어 잉크조성물의 토출이 어려울 수 있다.
또한, 고속인쇄시, 즉, 높은 주파수 구동 조건에서의 잉크조성물 토출성능은 열 헤드의 히터 부근 또는 노즐 끝부분에서 발생되어 노즐 옆면에 달라붙는 미세 기포에 의해 크게 영향을 받는다. 고속인쇄에 사용할 수 있는 특성은 잉크조성물에 요청되는 주요과제이므로 이러한 영향은 더욱 문제가 되었다.
따라서, 잉크조성물에 포함되어 있는 기포를 없애거나, 또는 기포발생을 억제할 필요성이 대두되었다.
그에 따라, 일본 특허 제 3,078,184호에서는, 소포성 강화를 위해 불소 계열이나 실리콘 계열의 고분자를 잉크조성물에 첨가하는 방식을 사용하였다. 그러나, 이들 고분자는 잉크조성물에서의 용해도가 낮아 단순 용해방식을 사용할 수 없고 분산과정을 거쳐야 했고, 또는, 이러한 고분자의 용해도가 높은 특정 용매를 사용할 필요가 있었다.
고분자 첨가제 및 이들의 대한 용해도가 높은 용매는, 그러나, 잉크조성물을 구성하는 다른 첨가제와의 혼화성이 충분하지 않아, 잉크조성물내에서 층 분리 및 고체화가 쉽게 발생하는 단점이 있었다. 이러한 단점은 프린트 헤드의 노즐을 막아 또다른 문제점을 발생시켰다.
미국 특허 4.957.553호에서는, 높은 주파수 구동조건에서의 잉크조성물 토출 안정성을 유지하면서, 용지 위에서 번짐을 방지하고 인쇄 품질을 개선하기 위해, 탄소수 7 이하의 2차 알킬 알코올이나 이것들의 에틸렌 옥사이드 부가체, 아세틸렌 알코올 또는 아세틸렌 글리콜을 소포제로서 잉크조성물에 첨가하는 것을 개시하고 있다.
그러나, 동특허에 개시된 소포제로는 잉크조성물에 대한 소포 성능이 충분하지 못하고, 잉크조성물이 종이의 섬유질에 따라 불균일하게 퍼지는 현상이 발생하였고, 형성된 화상의 가장자리가 빈번히 번지는 현상이 나타났다 .
또한, 습식화상형성장치용 잉크조성물은 일반 용지에 있어서 번짐을 방지하고, 헤드의 잉크조성물 이동통로에서 초기 도입성이 우수할 것이 일반적으로 요청된다. 최근, 습식화상형성장치의 헤드는 소형화가 진행되고 있고, 좁고 복잡한 이동통로가 형성되어 있다. 그 때문에, 이동통로의 굴곡부나 틈 등에 기포가 잔류할 가능성이 많아, 잉크조성물이 이동통로에서 원활히 이동하기 어려울 경우가 있다.
잉크조성물의 초기 도입성을 향상시키는 방법으로, 잉크조성물에 계면활성제를 적량 첨가하고 표면 장력을 최적치까지 내려, 헤드의 잉크조성물 이동통로 내벽과의 습성을 향상시키는 방법이 알려져 있다. 그러나 이러한 방법은 잉크조성물의 표면 장력이 저하되는 것과 동시에 용지로의 습성이 높아져서 형성된 화상의 가장자리에서 번짐이 발생하는 문제가 있다. 즉, 종래의 잉크조성물에서는 초기도입성 향상 및 화상 번짐성 방지 양자 모두 달성하는 것이 곤란하였다.
따라서, 다른 첨가제와의 혼화성을 보장하고, 잉크조성물의 초기 도입성을 저해하지 않으면서 화상번짐성을 유발하지 않는 등, 다른 문제점을 발생시키지 않으면서, 잉크조성물내의 기포생성을 억제하고, 생성된 기포를 소거할 수 있는 방법이 요청되게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명에 따르면, 저기포성을 나타내어, 잉크조성물 유동성이 원활하고, 초기 토출 성능이 안정적이며, 번짐성이 적어 인쇄시 높은 인쇄품질을 획득할 수 있는 잉크조성물 및 이를 포함하는 잉크조성물카트리지를 제공한다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 잉크조성물은, 착색제, 용매, 계면활성제, 및 소포제를 포함하고,
소포제는 하기의 화학식 (I)
Figure 112006041497915-pat00002
(I)
의 구조를 갖고,
식 중, X는 COO, O, S, R3-N 및 R4(R5)-C로 구성된 군으로부터 선택되고,
R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자이거나, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬기로 구성된 군으로부터 선택된다. m은 0내지 100이하의 정수이고, n은 1내지 100이하의 정수이며, 보다 바람직하게는 m은 0내지 50이하의 정수이고, n은 1내지 50이하의 정수이다.
착색제는 염료 및 안료 중 어느 하나이고, 염료는 직접 염료, 산성 염료, 식 용 염료, 알칼리성 염료, 반응 염료, 분산 염료, 및 유성 염료로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 염료는 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 인디고 염료, 프탈로시아닌 염료, 카르보닐 염료, 퀴논 이민 염료, 메틴 염료, 퀴놀린 염료, 및 니트로 염료로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 아울러, 안료는 산화 티탄, 벵갈라, 안티몬 레드, 카드뮴 레드, 카드뮴 옐로, 코발트 블루, 카본 블랙, 흑연으로 구성된 군으로부터 선택되는 무기 안료; 및 아조 안료 및 기타 바람직하게는, 착색제가 잉크조성물의 중량을 기준으로 하여, 0.5 중량% 내지 10 중량%로 포함된다.
용매는 물 및 수용성 유기용매 중 하나 또는 그 이상을 포함하고, 수용성 유기 용매는 지방족 1가 알코올, 지방족 다가 알코올 및 지방족 다가 알코올 유도체로 구성된 군 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 지방족 1가 알코올로는 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, i-프로필 알코올, n-부틸 알코올, s-부틸 알코올 및 t-부틸 알코올로 구성된 군 중에서 선택된다. 또한, 지방족 다가 알코올은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜 및 글리세롤 등의 알킬렌글리콜류; 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜류; 티오디글리콜류; 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 나아가, 지방족 다가 알코올 유도체는 지방족 다가 알코올의 저급 알킬에테르류 및 지방족 다가 알코올의 저급 카르복실산에스테르류로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
용매가 물 및 수용성 유기 용매를 포함하는 경우, 바람직하게는, 수용성 유 기 용매가 물 중량을 기준으로 하여 2 중량% 내지 100 중량%로 포함된다. 또한, 수용성 유기용매는 잉크조성물의 중량을 기준으로 하여, 1 중량% 내지 40 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
계면활성제는 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 계면활성제인 것이 바람직하다. 비이온성 계면활성제는 아세틸렌성 에톡시화된 디올 구조, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 옥사이드 구조, 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르 구조 중 어느 하나의 구조를 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 계면활성제가 잉크조성물의 중량을 기준으로 하여, 0.05 중량% 내지 3 중량%로 포함된다.
소포제는 폴리프로필렌 글리콜 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 알킬 에테르, 폴리옥시알킬렌 아민, 및 폴리프로필렌 디알킬아미노 알킬 에테르로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
화학식 (I)에서, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 탄소수가 1 내지 40인 탄화수소 기이고, 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 도데실기, 테트라 데실기, 헥사 데실기, 및 옥타데실기로 구성된 군으로부터 선택되며, 시클로 알킬기는 시클로 헥실기이고, 알케닐기는 비닐기, 및 알릴기 중 어느 하나이며, 아릴기는 페닐기, 토릴기, 나프틸기, 및 비페닐기로 구성된 군으로부터 선택되고, 아랄킬기는 2-페닐 에틸기, 및 2-메틸-2-페닐 에틸기 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
바람직하게는 소포제가 계면활성제의 중량을 기준으로 하여, 잉크조성물에 3.3 중량 % 내지 100 중량 %의 범위로 포함된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 잉크조성물은 분산제, 점도 조절제, pH 조절제, 방부제 및 킬레이트제로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 첨가제를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 잉크조성물이 저장되어 있는 잉크조성물 저장부; 및 잉크조성물이 토출되는 잉크조성물토출부;를 포함하는 잉크조성물카트리지가 제공된다. 바람직하게는, 잉크조성물카트리지에 저장된 잉크조성물은 착색제, 용매, 계면활성제, 및 소포제를 포함하고, 소포제는 하기의 화학식 (I)
Figure 112006041497915-pat00003
(I)
의 구조를 갖고,
식 중, X는 COO, O, S, R3-N 및 R4(R5)-C로 구성된 군으로부터 선택되고, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자이거나, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬기로 구성된 군으로부터 선택되고, m은 0내지 100이하의 정수이고, n은 1내지 100이하의 정수이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 잉크조성물은, 착색제, 용매, 계면활성제, 및 소포제를 포함하고,
소포제는 하기의 화학식 (I)
Figure 112006041497915-pat00004
(I)
의 구조를 갖고,
식 중, X는 COO, O, S, R3-N 및 R4(R5)-C로 구성된 군으로부터 선택되고,
R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자이거나, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬기로 구성된 군으로부터 선택되고, m은 0내지 100이하의 정수이고, n은 1내지 100이하의 정수이다.
알킬기의 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 도데실기, 테트라 데실기, 헥사 데실기, 및 옥타데실기가 있고; 시클로 알킬기의 예에는 시클로 헥실기가 있고, 알케닐기의 예에는 비닐기, 및 알릴기가 있고; 아릴기의 예에는 페닐기, 토릴기, 나프틸기, 및 비페닐기가 있으며, 아랄킬기의 예에는 2-페닐 에틸기, 및 2-메틸-2-페닐 에틸기가 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
R1, R2, R3, R4, 및 R5는 탄소수가 1 내지 40인 것이 바람직하다.
m은 0내지 100이하의 정수이고, n은 1내지 100이하의 정수인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 m은 0내지 50이하의 정수이고, n은 1내지 50이하의 정수이다.
화학식 (I)의 소포제는 프로필렌 옥사이드, 에틸렌 옥사이드 또는 이들의 혼합으로 이루어진 폴리에테르 근본의 단일 사슬(Single chain) 구조를 갖는다. 친유성 성분(CHCH3CH2O)의 골격을 포함하고 있는 경우, 소포 효과와 종이로의 침투가 우수하다. 따라서 본 발명의 잉크조성물에 첨가량이 소량이라도 충분히 그 효과를 발휘하여, 잉크조성물 이동통로내에 기포가 발생 또는 유입된 경우도 잉크조성물 흐름을 막는 기포를 재빠르게 제거시킬 수 있고, 용지 위에서는 잉크조성물이 번지는 것을 개선할 수 있다.
화학식 (I)의 화합물은 친수성기와 친유성기의 균형이 중요한데, 왜냐하면, 친수성 성분(CH2CH2O)이 과도하게 많으면 잉크조성물에 기포발생 가능성이 높아지고, 친유성 성분(CHCH3CH2O)이 과도하게 많아지면 잉크조성물의 번짐방생 가능성이 높아지기 때문이다.
화학식 (I)의 화합물인 소포제의 예에는 폴리프로필렌 글리콜 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 알킬 에테르, 폴리옥시알킬렌 아민, 및 폴리프로필렌 디알킬아미노 알킬 에테르가 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 (I)의 소포제는 본 발명에 따른 잉크조성물의 중량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0.01 중량% 내지 3 중량%로 포함되고, 보다 바람직하게는 0.1 중량% 내지 1 중량%로 포함된다.
화학식 (I)의 소포제가 잉크조성물에 0.01 중량% 미만으로 포함되는 경우, 소포 효과가 충분하지 않고, 잉크조성물의 초기 도입성이 양호하지 않을 수 있다. 반면, 3 중량%를 초과하는 경우에는 용지에의 침투 정도가 너무 커져 용지의 뒷면에까지 잉크조성물이 도달하게 되어, 번짐의 문제가 발생할 수 있고, 잉크조성물이 토출될 노즐 주위가 잉크조성물로 덮히는 문제가 발생하여 잉크조성물의 안정된 토출이 어려워질 수 있다.
착색제는 염료 및 안료 중 어느 하나이고, 염료는 직접 염료, 산성 염료, 식용 염료, 알칼리성 염료, 반응 염료, 분산 염료, 및 유성 염료로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 염료는 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 인디고 염료, 프탈로시아닌 염료, 카르보닐 염료, 퀴논 이민 염료, 메틴 염료, 퀴놀린 염료, 및 니트로 염료로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
아울러, 안료는 산화 티탄, 벵갈라, 안티몬 레드, 카드뮴 레드, 카드뮴 옐로, 코발트 블루, 카본 블랙, 흑연으로 구성된 군으로부터 선택되는 무기 안료; 및 아조 안료 및 기타 이와 동종의 것으로부터 선택되는 유기 안료 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
착색제의 함량은 용매의 종류, 잉크조성물에 요구되는 특성 등에 의해 결정 되지만, 잉크조성물의 중량을 기준으로 하여 0.5 중량% 내지 10 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 중량% 내지 7 중량%이다.
본 발명의 일실시예에 따른 잉크조성물은 용매 또는 분산매로서 물을 포함한다. 물은 탈이온수인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
물의 함량은 잉크조성물의 중량을 기준으로 하여 10 중량% 내지 98 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40 중량% 내지 95 중량%이다. 물의 함량이 10 중량% 미만인 경우 잉크조성물의 점도를 증가시켜 토출 성능을 저하시키는 문제가 있고, 98 중량%를 초과하는 경우 잉크조성물의 표면 장력이 지나치게 상승하여 보통 용지 또는 전문 용지 등의 인쇄매체에 인쇄할 경우 인쇄매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 성능 등의 인쇄 특성을 열악하게 한다.
바람직하게는 용매는 물 및 수용성 유기용매 중 하나 또는 그 이상을 포함한다.
수용성 유기 용매는 지방족 1가 알코올, 지방족 다가 알코올 및 지방족 다가 알코올 유도체로 구성된 군 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
지방족 1가 알코올이 잉크조성물에 포함되는 경우, 잉크조성물의 표면 장력을 조절하여 인쇄 매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 성능을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 지방족 다가 알코올 및 그 유도체는 쉽게 증발하지 않고, 잉크조성물의 빙점을 낮춤으로써 저온에서도 잉크조성물의 보존 안정성을 향상시켜 노즐의 막힘을 방지하는 역할을 할 수도 있다.
지방족 1가 알코올의 예에는 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, i-프로필 알코올, n-부틸 알코올, s-부틸 알코올 및 t-부틸 알코올이 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 지방족 1가 알코올은 에틸 알코올, i-프로필 알코올 또는 n-부틸 알코올이다.
또한, 지방족 다가 알코올의 예에는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜 및 글리세롤 등의 알킬렌글리콜류; 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜류; 티오디글리콜류; 및 그 혼합물이 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
지방족 다가 알코올 유도체의 예에는 지방족 다가 알코올의 저급 알킬에테르류 및 지방족 다가 알코올의 저급 카르복실산에스테르류가 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 지방족 다가 알코올의 저급 알킬에테르는 에틸렌글리콜디메틸에테르이고, 지방족 다가 알코올의 저급 카르복실산에스테르는 에틸렌글리콜디아세테이트이다.
용매가 물 및 수용성 유기 용매를 포함하는 경우, 바람직하게는, 수용성 유기 용매가 물 중량을 기준으로 하여 2 중량% 내지 100 중량%로 포함된다. 수용성 유기 용매의 물에 대한 중량비가 0.02 미만이면 잉크조성물의 표면 장력이 지나치게 상승하여 인쇄 매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 성능이 좋지 않을 수 있고, 1 이상이면 점도가 지나치게 상승하여 잉크조성물의 토출 성능이 저하될 수 있다.
또한, 수용성 유기용매는 잉크조성물의 중량을 기준으로 하여, 1 중량% 내지 40 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
수용성 유기 용매의 함량이 잉크조성물의 중량을 기준으로 1 중량% 미만인 경우 잉크조성물의 표면 장력이 지나치게 상승하여 보통 용지 또는 전문 용지 등의 인쇄매체에 인쇄할 경우 상기 인쇄매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 성능 등 인쇄 특성이 열악하게 될 수 있고, 40 중량%를 초과하는 경우에는 잉크조성물의 점도가 지나치게 증가하여 토출 성능이 저하될 수 있다.
계면활성제는 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 계면활성제인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 계면활성제는 비이온성 계면활성제이다. 비이온성 계면활성제는 다른 계면활성제에 비하여 소포성능이 우수하다.
비이온계 계면활성제의 예에는 아세틸렌성 에톡시화된 디올 구조를 갖는 에어 프로덕츠(Air Products) 사의 SURFYNOL(상표명) 계열, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 옥사이드 구조를 갖는 유니온 카바이드(Union Carbide) 사의 TERGITOL(상표명) 계열, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르 구조를 갖는 Tween(상표명) 계열 등이 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 계면활성제가 잉크조성물의 중량을 기준으로 하여, 0.05 중량% 내지 3 중량%로 포함된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 잉크조성물은 분산제, 점도 조절제, pH 조절제, 방부제 및 킬레이트제로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크조성물은 그 용도가 특별하게 제한되지는 않으며, 습식 화상형성장치 인쇄용 잉크조성물 카트리지 외에도 토너 조성물, 각종 도료 및 코팅액 등에도 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 잉크조성물이 저장되어 있는 잉크조성물 저장부; 및 잉크조성물이 토출되는 잉크조성물토출부;를 포함하는 잉크조성물카트리지가 제공된다.
바람직하게는, 잉크조성물카트리지에 저장된 잉크조성물은 착색제, 용매, 계면활성제, 및 소포제를 포함하고, 소포제는 하기의 화학식 (I)
Figure 112006041497915-pat00005
(I)
의 구조를 갖고,
식 중, X는 COO, O, S, R3-N 및 R4(R5)-C로 구성된 군으로부터 선택되고, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자이거나, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬기로 구성된 군으로부터 선택되고, m은 0내지 100이하의 정수이고, n은 1내지 100이하의 정수이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 잉크조성물(120)을 저장하고 있는 잉크조성물 카트리지(100)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 카트리지(100)는 잉크조성물저장부(100)내에 잉크조성 물(120)을 포함하고 있다.
잉크조성물저장부(110)는 잉크조성물(120)을 저장한다. 필터(130)는 잉크조성물저장부(110) 하부에 구비되어 잉크조성물의 불순물과 미세한 기포들을 여과하여, 잉크조성물토출부(140)가 막히는 것을 방지한다. 잉크조성물토출부(140)는 잉크조성물이 필터(130)를 통과하면, 이를 외부로 토출한다.
잉크조성물(120)은 잉크조성물저장부(110)에 저장되어 있다가 화상형성장치가 작동할 때 필터(130)를 통과하고 잉크조성물토출부(140)을 통과하여 상기 잉크조성물통(112)으로부터 잉크조성물이 액적 형태로 인쇄 매체 상으로 토출된다.
본 발명에 따른 잉크조성물 카트리지(100)는 어레이 헤드(array head)를 채용한 습식화상형성장치에 사용되는 것이 바람직하다. 어레이 헤드를 채용한 습식화상형성장치는 1개의 칩을 이송하여 인쇄하는 셔틀형 화상형성장치와는 달리 다수의 칩을 이용하여 고속으로 인쇄하므로 기록장치의 처리량을 증가시킬 수 있다. 이러한 어레이 헤드 방식의 습식화상형성장치는 잉크조성물토출부(140)가 다수 구비되어 있으므로, 본 발명에 따른 저기포성 잉크조성물(120)을 사용하여 잉크조성물토출부(140)의 막힘방지 등이 보다 향상될 수 있다. 그에 따라, 고속, 고품질의 효율적 화상형성이 가능하다.
실시예
본 발명에 따른 잉크조성물은 다음의 방법에 따라 제조된다.
용매에 착색제, 계면활성제, 및 본 발명에 따른 소포제를 기타 첨가제와 함께 혼합한 다음, 교반기로 충분히 교반하여 균일한 상태로 만들어 준다. 균일한 상태의 결과물을 필터에 통과시켜 여과하면, 본 발명에 따른 잉크조성물을 얻게 된다.
실시예 1내지 실시예 5에서는 본 발명에 따른 잉크조성물이 전술한 제조방법에 따라 이하의 원료를 기술된 함량을 기초로 하여 제조되었다.
실시예 1 함량
착색제: C.I. Basic Black 2 5 중량%
유기용매: 글리세롤 2 중량%
디에틸렌글리콜 3 중량%
계면활성제: 비이온계 계면활성제 0.5 중량%
(상표명: Surfynol 440, Air Products사제)
소포제: 폴리프로필렌 글리콜 스테아레이트 0.1 중량%
(상표명: PMS-SE, Nikkol사제)
탈이온수 나머지
실시예 2 함량
착색제: C.I. Direct Yellow 44 3 중량%
유기용매: 글리세롤 3 중량%
디에틸렌글리콜 2 중량%
에틸렌글리콜 2 중량%
계면활성제: 비이온계 계면활성제 0.4 중량%
(상품명: Tween 20, Aldrich 사제)
소포제:폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 알킬 에테르 0.1 중량%
(상품명: PBC-31, Nikkol사제)
탈이온수 나머지
실시예 3 함량
착색제: C.I. Basic Blue 26 2 중량%
유기용매: 디에틸렌글리콜 3 중량%
에틸렌글리콜 4 중량%
계면활성제: 비이온계 계면활성제 0.3 중량%
(상품명: Surfynol 465, Air Products사제)
소포제: 폴리옥시알킬렌 아민 0.05 중량%
(상품명: Surfonamine B-200, HUNTSMAN 사제)
탈이온수 나머지
실시예 4 함량
착색제: C.I. Direct Red 227 3 중량%
유기용매: 글리세롤 3 중량%
디에틸렌글리콜 2 중량%
에틸렌글리콜 4 중량%
계면활성제: 비이온계 계면활성제 0.6 중량%
(상품명: Tween 40, Aldrich 사제)
소포제: 폴리프로필렌 디알킬아미노 알킬 에테르 0.2 중량%
(상품명: Solsperse 20000, Noveon 사제)
탈이온수 나머지
실시예 5 함량
착색제: Carbon Black 6 중량%
(상품명: FW 200, Degussa 사제)
분산제: 아크릴레이트 분산제 5 중량%
(상품명: Joncryl 61, Johnson Polymer 사제)
유기용매: 글리세롤 3 중량%
디에틸렌글리콜 4 중량%
에틸렌글리콜 4 중량%
계면활성제: 비이온계 계면활성제 0.3 중량%
(상품명: Tergitol NP-30, Union Carbide 사제)
소포제: 폴리프로필렌 디알킬아미노 알킬 에테르 0.05 중량%
(상품명: Solsperse 20000, Noveon 사제)
탈이온수 나머지
비교예
비교예 1내지 비교예 5에서는 본 발명에 따른 잉크조성물이 전술한 제조방법에 따라 이하의 원료를 기술된 함량을 기초로 하여 제조되었다. 비교예들에서는 실시예서와는 달리 소포제로서 본 발명에 따른 소포제가 아닌 종래의 소포제를 사용하거나 또는 소포제를 사용하지 않았다.
비교예 1 함량
착색제: C.I. Basic Black 2 5 중량%
유기용매: 글리세롤 2 중량%
디에틸렌글리콜 3 중량%
계면활성제: 비이온계 계면활성제 0.5 중량%
(상품명: Surfynol 440, Air Products 사제)
소포제: 아세틸렌 글리콜 0.1 중량%
(상품명: Surfynol 104, Air Products 사제)
탈이온수 나머지
비교예 2 함량
착색제: C.I. Direct Yellow 44 3 중량%
유기용매: 글리세롤 3 중량%
디에틸렌글리콜 2 중량%
에틸렌글리콜 2 중량%
계면활성제: 비이온계 계면활성제 0.4 중량%
(상품명: Tween 20, Aldrich 사제)
소포제: 에틸렌 옥사이드 부가체 0.1 중량%
(상품명: Nikkol BT-9, Nikko Chemicals 사제)
탈이온수 나머지
비교예 3 함량
착색제: C.I. Basic Blue 26 2 중량%
유기용매: 디에틸렌글리콜 3 중량%
에틸렌글리콜 4 중량%
계면활성제: 비이온계 계면활성제 0.3 중량%
(상품명: Surfynol 465, Air Products 사제)
탈이온수 나머지
비교예 4 함량
착색제: C.I. Direct Red 227 3 중량%
유기용매: 글리세롤 3 중량%
디에틸렌글리콜 2 중량%
에틸렌글리콜 4 중량%
계면활성제: 비이온계 계면활성제 0.6 중량%
(상품명: Tween 40, Aldrich 사제)
탈이온수 나머지
비교예 5 함량
착색제: Carbon Black 6 중량%
(상품명: FW 200, Degussa 사제)
분산제: 아크릴레이트 분산제 5 중량%
(상품명: Joncryl 61, Johnson Polymer 사제)
유기용매: 글리세롤 3 중량%
디에틸렌글리콜 4 중량%
에틸렌글리콜 4 중량%
계면활성제: 비이온계 계면활성제 0.3 중량%
(상품명: Tergitol NP-30, Union Carbide 사제)
탈이온수 나머지
삭제
평가 실험
이하의 실험에서, 기포 발생 정도에 영향을 받지 않는 소포성의 척도로서 기포 높이 비율을 하기 수학식을 이용하여 산출하였다.
기포 높이 비율(%)=( H/H。) x 100
식 중, H는 기포 발생 후 5분에서의 기포 높이이고, H。는 기포 발생 후 20초에서의 기포 높이이다.
잉크조성물의 프린터 헤드로의 초기 도입성은 잉크조성물 유로 구성 재료와 수성 잉크조성물와의 접촉각이 낮으면 양호하며, 이 접촉각은 수성 잉크조성물의 표면 장력과 일반적으로 상관이 있다. 잉크조성물의 표면 장력이 40mN/m 이하이고, 또한 기포 높이의 비율 (5분 후 높이/20초 후 높이)이 0.3 이하인 것이 초기 도입성을 양호하게 하기 위해서 바람직하다. 여기서 소포성이 있는 수성 잉크조성물란 기포 발생 후 20초와 5분에서의 기포 높이 차이가 큰 잉크조성물을 말한다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5에 의해 제조된, 각각의 잉크조성물을 발열 소자를 갖는 습식화상형성장치에 탑재하고 보통 용지상에 토출시키고, 이하의 방법에 의하여 잉크조성물 토출 안정성과 잉크조성물의 번짐을 평가하였다.
잉크조성물 토출 안정성
잉크조성물 카트리지 교환 후에 프린터 본체의 노즐 청소 패턴(Purge pattern)을 3회 인쇄하여, 전 노즐 수에 대한 토출 노즐의 비율을 평가 대상으로 하고, 아래의 기준에 근거하여 평가했다.
<평가기준>
◎--- 노즐 청소 3회로 전 노즐 수에 대한 토출 노즐의 비율이 100%
○--- 노즐 청소 3회로 전 노즐 수에 대한 토출 노즐의 비율이 95% 이상
△--- 노즐 청소 3회로 전 노즐 수에 대한 토출 노즐의 비율이 90% 이상
×--- 노즐 청소 3회로 전 노즐 수에 대한 토출 노즐의 비율이 90% 미만
잉크조성물 번짐 평가
배경없는 단색의 문자 부분으로 구성되어 있는 화상 샘플을 보통 용지( Premium Copy(상표명) 용지(삼성전자주식회사제품))에 인쇄하였다. 인쇄한 문자는 MS Word 2002(상표명)를 이용하고 문자 크기는 11 포인트로 설정하였다. 화상 샘플의 번짐은 수성 잉크조성물에 의해 기록된 선의 번짐 정도와 문자의 선명함에 의해 아래의 기준에 근거하여 평가했다.
◎--- 번짐이 거의 없고, 문자가 선명
○--- 번짐이 조금 발생하지만, 문자는 충분히 판독할 수 있다.
△--- 번짐이 발생하지만, 문자는 판독할 수 있다.
× --- 번짐이 발생하고, 문자도 판독할 수 없다.
결과
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5 각각의 잉크조성물에 대하여 표면 장력, 기포 높이 비율, 잉크조성물 토출 안정성 및 잉크조성물 번짐 평가에 대한 결 과가 표 1에 나타나있다.
항목 표면장력(mN/m) H。(mm) H (mm) H/ H。(%) 토출안정성 잉크 번짐
실시예 1 35 19 3 0.16 ◎ ◎
실시예 2 36 20 4 0.2 ◎ ◎
실시예 3 35 20 3 0.15 ◎ ◎
실시예 4 34 18 2 0.11 ◎ ◎
실시예 5 36 19 3 0.16 ○ ◎
비교예 1 35 19 2 0.11 × △
비교예 2 35 26 13 0.5 △ ○
비교예 3 37 24 17 0.71 △ ×
비교예 4 36 28 24 0.86 × ◎
비교예 5 36 27 27 0.78 ○ △
본 발명의 화학식 (I)의 화합물을 소포제로서 포함하는 실시예 1 내지 5의 잉크조성물을 습식화상형성장치를 이용하여 화상형성을 하는 경우, 토출안정성 및 잉크번짐면에서 우수한 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 화학식 (I)의 화합물이 아닌 다른 소포제를 사용한 비교예 1 내지 2 및 소포제를 전혀 사용하지 않은 비교예 3 내지 5는 토출안정성이나 잉크 번짐면에서 실시예 1내지 5에서 나타난 결과에 비하여 불량한 효과를 나타내었다.
특히, 비교예2 및 비교예 4의 경우에는 잉크번짐면에서는 우수하나, 토출안정성이 불안정하였고, 비교예 5는 토출안정성은 양호하였으나, 잉크번짐면에서는 그 성능이 불량하였음을 알 수 있다.
본 발명의 잉크조성물은 저기포성을 나타내어, 유동성이 원활하고, 이를 습식화상형성장치에 사용하는 경우, 초기 토출 성능이 안정적이며, 용지에서의 화상의 번짐성이 적어, 높은 인쇄품질을 획득할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 잉크조성물을 포함하는 잉크조성물 카트리지는 어레이 헤드 방식 습식화상형성장치에 사용되어, 다수의 헤드를 포함하여 헤드의 잉크조성물토출부의 기포를 소거하거나 발생을 억제하여 보다 고속, 고품질로 효율적으로 화상형성을 수행할 수 있다. 또한, 어레이 헤드 막힘을 방지하여 보다 효과적인 습식화상형성장치의 사용을 가능하게 하는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (27)

  1. 전체 잉크 조성물을 기준으로, 착색제 0.5중량% 내지 10중량%, 계면활성제 0.05중량% 내지 3중량%, 소포제 0.01중량% 내지 3중량% 및 잔부의 용매를 포함하는 잉크조성물로서,
    상기 소포제는 하기의 화학식 (I)
    Figure 112007046425147-pat00006
    (I)
    의 구조를 갖고,
    상기 식 중, X는 COO, O, S, R3-N 및 R4(R5)-C으로 구성된 군으로부터 선택되고,
    R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자이거나, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬기로 구성된 군으로부터 선택되고, m은 0내지 100이하의 정수이고, n은 1내지 100이하의 정수이며,
    상기 소포제는 폴리프로필렌 글리콜 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 알킬 에테르, 폴리옥시알킬렌 아민, 및 폴리프로필렌 디알킬아미노 알킬 에테르로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 m은 0내지 50이하의 정수이고, 상기 n은 1내지 50이하의 정수인 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 착색제는 염료 및 안료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 염료는 직접 염료, 산성 염료, 식용 염료, 알칼리성 염료, 반응 염료, 분산 염료, 및 유성 염료로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 염료는 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 인디고 염료, 프탈로시아닌 염료, 카르보닐 염료, 퀴논 이민 염료, 메틴 염료, 퀴놀린 염료, 및 니트로 염료로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 안료는 산화 티탄, 벵갈라, 안티몬 레드, 카드뮴 레드, 카드뮴 옐로, 코발트 블루, 카본 블랙, 흑연으로 구성된 군으로부터 선택되는 무기 안료; 및 아조 안료 및 기타 이와 동종의 것으로부터 선택되는 유기 안료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 용매는 물 및 수용성 유기용매 중 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 수용성 유기 용매는 지방족 1가 알코올, 지방족 다가 알코올 및 지방족 다가 알코올 유도체로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 지방족 1가 알코올은 메틸 알코올, 에틸 알코올, n-프로필 알코올, i-프로필 알코올, n-부틸 알코올, s-부틸 알코올 및 t-부틸 알코올로 구성된 군 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 지방족 다가 알코올은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리 콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜 및 글리세롤 등의 알킬렌글리콜류; 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜류; 티오디글리콜류; 및 그 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 지방족 다가 알코올 유도체는 상기 지방족 다가 알코올의 저급 알킬에테르류 및 상기 지방족 다가 알코올의 저급 카르복실산에스테르류로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  13. 삭제
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 용매가 상기 물 및 상기 수용성 유기 용매를 포함하는 경우, 상기 수용성 유기 용매는 상기 물 전체의 중량을 기준으로 하여 2 중량% 내지 100 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 계면활성제인 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 비이온성 계면활성제는 아세틸렌성 에톡시화된 디올 구조, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 옥사이드 구조, 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르 구조 중 어느 하나의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 식 중, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 탄소수가 1 내지 40인 탄화수소 기인 것 을 특징으로 하는 잉크조성물.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 도데실기, 테트라 데실기, 헥사 데실기, 및 옥타데실기로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 시클로 알킬기는 시클로 헥실기인 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 알케닐기는 비닐기, 및 알릴기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  23. 제 1항에 있어서,
    상기 아릴기는 페닐기, 토릴기, 나프틸기, 및 비페닐기로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  24. 제 1항에 있어서,
    상기 아랄킬기는 2-페닐 에틸기, 및 2-메틸-2-페닐 에틸기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  25. 삭제
  26. 제 1항에 있어서,
    분산제, 점도 조절제, pH 조절제, 방부제 및 킬레이트제로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크조성물.
  27. 잉크조성물이 저장되어 있는 잉크조성물 저장부; 및
    상기 잉크조성물이 토출되는 잉크조성물토출부;를 포함하는 잉크조성물카트리지로서,
    상기 잉크조성물은 전체 잉크 조성물을 기준으로 착색제 0.5중량% 내지 10중량%, 계면활성제 0.05중량% 내지 3중량%, 소포제 0.01중량% 내지 3중량% 및 잔부의 용매를 포함하고, 상기 소포제는 하기의 화학식 (I)
    Figure 112007046425147-pat00007
    (I)
    의 구조를 갖고,
    상기 식 중, X는 COO, O, S, R3-N 및 R4(R5)-C로 구성된 군으로부터 선택되고, R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소 원자이거나, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 아랄킬기로 구성된 군으로부터 선택되고, m은 0내지 100이하의 정수이고, n은 1내지 100이하의 정수이며,
    상기 소포제는 폴리프로필렌 글리콜 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 알킬 에테르, 폴리옥시알킬렌 아민, 및 폴리프로필렌 디알킬아미노 알킬 에테르로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크조성물 카트리지.
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