KR20080070455A - 잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록장치 - Google Patents

잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록장치 Download PDF

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KR20080070455A
KR20080070455A KR1020070008600A KR20070008600A KR20080070455A KR 20080070455 A KR20080070455 A KR 20080070455A KR 1020070008600 A KR1020070008600 A KR 1020070008600A KR 20070008600 A KR20070008600 A KR 20070008600A KR 20080070455 A KR20080070455 A KR 20080070455A
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Abstract

본 발명은 비티오펜(bithiophene)계 화합물, 착색제 및 용매를 포함하는 잉크젯 기록용 잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 잉크에 존재하는 불순물인 금속이온과 결합하여 코게이숀(kogation) 발생을 억제하고, 잉크젯 프린터 헤드로부터 잉크 액적의 토출을 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있는 잉크젯 기록용 잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치을 제공할 수 있다.
잉크 조성물, 비티오펜계 화합물, 코게이션

Description

잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치{Ink composition containing saccharide-derived surfactants, ink catridge and inkjet recoding device comprising the same}
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 잉크 카트리지를 구비하는 잉크젯 기록 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일구현예에 따른 잉크 카트리지의 횡단면 측면도이다.
<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>
8…프린터 커버 10…이동성 래치
7…홀 9…고정 래치
14…리세스 11…잉크 카트리지
100…카트리지 112…잉크통
123…수직 장벽 124…제1 챔버
126…제2 챔버 128…잉크통
126a …벤트 홀 140…필터
130… 프린트 헤드의 노즐
본 발명은 비티오펜(bithiophene)계 화합물, 착색제 및 용매를 포함하는 잉크젯 기록용 잉크 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 잉크에 존재하는 불순물인 금속이온과 결합하여 열(thermal) 잉크젯 프린터에서 특유의 문제인 코게이숀(kogation) 발생을 억제하고, 잉크 방울의 토출을 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있는 잉크젯 기록용 잉크 조성물에 관한 것이다.
최근, 화상 처리 등의 분야에서 하드 카피의 컬러화에 대한 필요성이 높아지고 있다. 컬러 하드 카피의 생성을 위한 다양한 방법이 개발되어 왔다. 이러한 방법의 예로는 승화형열전사 (dye-sublimation) 기록 방법, 용융열전사 (thermal wax transfer) 기록 방법, 잉크젯 기록 방법, 전자사진 기록 방법 및 열현상은염 (thermally processed silver) 기록 방법 등이 있다.
잉크젯 인쇄에서, 잉크젯 프린터의 기록 헤드에 있는 노즐로부터 잉크 액적을 용지 등의 기록 매체 상에 토출(ejection)함으로써 "도트(dot)"라고 불리우는 점을 형성하여 문자 및 화상을 기록한다. 잉크젯 인쇄는 다른 인쇄 방법에 비해 비용이 적게 들고, 품질이 높으며, 컬러 화상의 형성이 용이하다는 이점을 갖는다. 잉크젯 인쇄에 사용되는 잉크는 수용성 염료 또는 안료를 물 및 수용성 유기 용매를 포함하는 용매중에 용해 또는 분산시켜 제조한다. 필요에 따라 계면활성제 등의 첨가제를 첨가할 수 있다.
잉크젯 프린터는, 잉크 액적을 토출시키는 방법에 따라, 압전 (piezoeletric) 소자를 이용하여 잉크를 토출시키는 압전 방식, 발열 소자를 이용하여 잉크를 토출 시키는 열 방식으로 분류할 수 있다.
열 인쇄 방법에 따라, 잉크젯 기록 헤드의 잉크실내에 포함된 잉크는 발열 소자에 의해 국소적으로 가열되어 기포를 발생시키며, 이에 따라 잉크실내의 잉크 액적이 노즐 등의 토출구 (orifice)를 통해 기록 매체 상에 방출된다. 따라서, 열 방식의 프린터는 잉크실내에 설치되어 잉크를 가열시키는 발열 소자 및 이 발열 소자를 구동시키는 논리 집적 회로와 같은 구동 회로를 포함하는 잉크젯 기록 헤드를 갖는다.
또한, 발열 소자는 반도체 제조 프로세스로 널리 사용되는 있는 스퍼터링(sputtering)법에 의하여 탄탈(Tantal), 탄탈 알루미늄(Tantal aluminium), 질화 티탄(Titan) 등의 저항 재료를 기판상에 형성하고, 그 위에 Al 전극을 형성한 뒤, 실리콘(silicon) 질화막 등의 보호층을 형성하여 제작한다. 보통 10 내지 40 ㎛ 직경의 노즐은 잉크에 의해 막히지 않아야 하고, 더욱이 반복되는 토출동안 발열 소자 표면이 손상되거나, 잉크 펜의 성능이 저하되지 않아야 한다.
현재, 저항의 보호층으로는 단단하여 물리적 손상에 강하며 우수한 내화학성을 갖는 탄탈륨(tantalum)이 널리 사용되고 있다. 탄탈륨의 이러한 성질에도 불구하고, 수 억 내지는 심지어 수백 억 번의 반복 토출 후에는 보호층이 부식될 수 있다. 잉크젯 기록에 사용되는 통상의 잉크를 열 잉크젯 프린터에 사용하는 경우, 염료의 합성시 혼입되는 금속 이온 등의 불순물이나 염료의 열 분해물 등의 이물이 잉크젯 프린터를 사용함에 따라 발열 소자의 표면에 침착하게 된다. 이러한 현상은 "코게이션 (kogation)"이라고 부른다. 코게이션이 발생하면 잉크의 국소적 가열이 불충분하게 되어, 기포의 발생이 억제되고, 잉크의 토출 속도가 느려지며, 잉크 액적의 토출이 불리한 영향을 받는다.
코게이션에 의한 문제 외에 진공 현상(cavitation)에 의해 발열 소자의 표면 보호층(passivation layer)이 손상될 수 있다. 이러한 손상은 저항 표면에 미세한 구멍을 만들어 저항의 수명을 단축시킨다. 수억 번 이상의 토출은 표면 보호층을 고온에서의 잉크와 캐비테이션에 의한 산화와 화학적 반응에 의해 부식시킬 수 있다. 표면 보호층의 부식은 전기 절연층을 손상시켜 저항에 전기를 공급하는 회로가 단락되거나, 또는 저항의 열 전도성을 떨어뜨려 토출 속도의 안정성이 떨어진다.
각 노즐마다, 또는 노즐간에 토출 속도 변화를 최소로 하는 것은 종이 기재 위에서의 정확한 점의 위치에 있어서 중요하다. 점의 위치의 오차는 화상의 품질을 저하시킨다. 점의 위치에 있어서 오차는 잉크 액적의 부피가 작을수록 더욱 눈에 띄게 된다.
잉크젯 프린터에 있어서 시장의 경향은 더 높은 해상도를 갖는 작은 액적과 수명이 긴 프린터 헤드를 필요로 한다. 길어진 수명의 프린터 헤드는 비용과 관리의 필요를 감소시킨다. 그러나 액적이 작을 경우 더 많은 수의 토출을 행하므로 표면 보호층의 손상이 더욱 악화될 수 있다. 보호층의 두께를 증가시켜 손상을 줄이는 것은 토출하는데 더 많은 에너지를 필요로하므로 출력면에서 바람직하지 않다.
따라서, 상기 코게이션의 방지를 위해 염료의 합성시 도입된 금속 이온과 같은 불순물을 염료로부터 제거할 수 있는 잉크 조성물에 대한 개발이 여전히 요구되고 있는 현실이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열 방식의 잉크젯 인쇄에 있어서 코게이션을 억제하여 잉크 액적을 프린터 헤드에서 장기간에 걸쳐 양호하게 토출시킬 수 있는 잉크젯 기록용 잉크 조성물, 이를 포함하는 카트리지 및 상기 잉크 카트리지를 구비한 기록 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,
하기 화학식 1로 표시되는 비티오펜(bithiophene)계 화합물;
착색제; 및
용매를 포함하는 잉크젯 기록용 잉크 조성물을 제공한다:
Figure 112007008291315-PAT00001
상기 식에서,
R1, R2, R3, R4, R5, 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 니트로, 히드록시기, 아미노기, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또 는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬설폰아미드기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴설폰아미드기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 아실아미노기, C1-C20 알킬우레이도(alkylureido)기, C6-C20 아릴우레이도기, C2-C20 알콕시카르보닐기, C2-C20 알콕시카르보닐아미노기, 카바모일(carbamoyl)기, 설파모일(sulfamoyl)기, 설포(sulfo)기와 그의 염, 카르복시기와 그의 염, 치환 또는 비치환된 C2-C20의 히드록시알킬옥시알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C20의 디알킬아미노알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 피리딜알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 피리딜기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 이미다졸릴기, 히드라진기, 히드로존기, 치환 또는 비치환된 C5-C30 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴알킬기, C6-C20의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴알케닐기, 혹은 치환 또는 비치환된 C3-C20의 헤테로시클로알킬기, -CO-R7, 또는 -C=N-OR8을 나타내고,
상기 R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 잉크 조성물을 포함하는 잉크 카트리지를 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 기록 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 잉크젯 기록용 잉크 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 비티오펜(bithiophene)계 화합물, 착색제 및 용매를 포함하는 잉크젯 기록용 잉크 조성물을 제공하여, 코게이션 및 불순물의 발열 소자상으로의 침착을 방지할 수 있다. 이 때문에, 잉크젯 프린트 헤드로부터 잉크가 토출되는 속도를 늦추지 않고서도 잉크 액적을 기록 매체상에 장기간에 걸쳐 양호하게 토출시킬 수 있어, 고품질의 기록을 할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 잉크 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 오각형 방향족 고리를 갖는 비티오펜계 화합물, 착색제 및 용매를 포함한다. 본 발명에서 사용하는 비티오펜계 화합물을 잉크 제조시 첨가제로 사용하면, 착색제 제조시 발생되는 금속이온과 결합하여 잉크내에 존재하는 코게이션 및 불순물의 발열 소자상으로의 침착을 방지할 수 있다.
[화학식1]
Figure 112007008291315-PAT00002
상기 식에서,
R1, R2, R3, R4, R5, 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 니트로, 히드록시기, 아미노기, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬설폰아미드기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴설폰아미드기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 아실아미노기, C1-C20 알킬우레이도(alkylureido)기, C6-C20 아릴우레이도기, C2-C20 알콕시카르보닐기, C2-C20 알콕시카르보닐아미노기, 카바모일(carbamoyl)기, 설파모일(sulfamoyl)기, 설포(sulfo)기와 그의 염, 카르복시기와 그의 염, 치환 또는 비치환된 C2-C20의 히드록시알킬옥시알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C20의 디알킬아미노알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 피리딜알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 피리딜기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 이미다졸릴기, 히드라진기, 히드로존기, 치환 또는 비치환된 C5-C30 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴알킬기, C6-C20의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴알케닐기, 혹은 치환 또는 비치환된 C3-C20의 헤테로시클로알킬기, -CO-R7, 또는 -C=N-OR8을 나타내고,
상기 R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
본 발명의 잉크 조성물내에 금속 이온이 있을 경우 하기 화학식 2로 표시되는 바와 같이 비티오펜계 화합물과 착화합물을 형성하여 잉크 내에 있는 금속이온을 제거한다. 이와 같은 착화합물은 금속이온이 대개 양전하를 띠게되어 전자가 부족한 상태로 물속에 용해되어 있고, 비티오펜(bithiophene) 화합물을 구성하는 황(S)원자의 비공유 전자쌍이 전자가 풍부하므로 리간드(ligand)의 역할을 할 수 있어 풍부한 전자를 전자가 부족한 금속양이온에 제공하여 착화합 형성이 가능하게 된다.
Figure 112007008291315-PAT00003
본 발명에 따른 잉크 조성물에서 사용가능한 상기 화학식 1로 표시되는 비티오펜계 화합물의 예로서는 하기 화학식 3으로 표시되는 2,2'-비티오펜, 하기 화학식 4로 표시되는 2,2'-비티오펜-5-카르복스알데히드(carboxaldehyde), 하기 화학식 5로 표시되는 5,5'-디메틸-(2,2')비티오페닐, 하기 화학식 6으로 표시되는 (2,2')- 비티오페닐-5-카르브알데히드 옥심 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.
Figure 112007008291315-PAT00004
Figure 112007008291315-PAT00005
Figure 112007008291315-PAT00006
Figure 112007008291315-PAT00007
본 발명에 따른 잉크 조성물에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 비티오펜계 화합물의 함량은 착색제 100 중량부를 기준으로 0.03 내지 300 중량부 바람직하게는 0.2 내지 60 중량부이다. 상기 비티오펜계 화합물의 함량이 0.03 중량부 미만이면 코게이션을 완전히 방지할 수 없고, 300 중량부 초과이면 잉크내에 혼화성이 나빠져 층분리가 생겨 장기 저장안정성이 떨어지는 단점이 있다.
상기 본 발명에 따른 잉크 조성물에 사용되는 착색제는 염료와 안료 모두 사용가능하며 해당 기술분야에서 사용되는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다. 즉, 물에 녹거나 분산될 수 있는 염료, 분산제와 함께 사용되어 물에 안정하게 분산될 수 있는 안료, 별도의 분산제 없이 물에 안정하게 분산될 수 있는 자가분산 안료 또는 이들의 혼합물 모두 사용이 가능하다.
상기 착색제 중 염료의 구체적인 예로는 푸드 블랙 염료(Food Black dyes), 푸드 레드 염료(Food red dyes), 푸드 옐로우 염료(Food Yellow dyes), 푸드 블루 염료(Food Blue dyes), 애시드 블랙 염료(Acid Black dyes), 애시드 레드 염료(Acid Red dyes), 애시드 블루 염료(Acid Blue dyes), 애시드 옐로우 염료(Acid Yellow dyes), 디렉트 블랙 염료(Direct Black dyes), 디렉트 블루 염료(Direct Blue dyes), 디렉트 옐로우 염료(Direct Yellow dyes), 안트라퀴논 염료(anthraquinone dyes), 모노아조염료(monoazo dyes), 디아조염료(disazo dyes), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 유도체 등을 들 수 있고, 안료의 구체적인 예로는 카본 블랙, 그래파이트, 유리 카본(vitreous carbon), 활성화 차콜, 활성화 탄소, 안트라퀴논, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 디아조스(diazos), 모노아조스(monoazos), 피란트론(pyranthrones), 페릴렌(perylene), 퀴나크리돈(quinacridone), 인디고이드계 안료(indigoid pigments) 등을 들 수 있으며, 자가 분산된 안료로는 카보제트 시리즈(cabojet-series)나 오리엔트 케미칼(Orient Chemical)의 CW-series 등이 있다. 또한, 보다 구체적인 착색제의 예로서, C.I. Basic Black 2, C.I. Direct Yellow 44, C.I. Basic Blue 26, C.I. Direct Red 227 또는 Projet Fast Cyan 2 (Zeneca사), Projet Fast Magenta 2 (Zeneca사), Projet Fast Yellow 2 (Zeneca사), Projet Fast Black 2 (Zeneca사) 등이 있으나 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 잉크젯 기록용 잉크 조성물은 용매로서 수계 용매, 유기용매, 또는 이들의 혼합물을 사용한다. 바람직하기로는, 물과 수용성 유기 용매를 혼합하여 사용할 수 있다.
수용성 유기 용매가 물과 함게 사용되는 경우, 물과 수용성 유기 용매의 중량비는 1 : 0.02 내지 1인 것이 바람직한데, 이는 상기 범위로 혼합하면 물의 휘발에 따른 증발을 수용성 유기용매가 방지하여 잉크 용액이 일정한 농도가 유지되게 할 수 있는 잇점이 발생하기 때문이다. 이러한 수용성 유기 용매의 예로는 지방족 1가 알콜, 다가 알콜 및 다가 알콜 유도체를 들 수 있다.
상기 지방족 1가 알콜은 잉크 조성물의 표면 장력을 조절하여, 일반 용지 또는 전문 용지 등의 기록 매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 특성을 향상시킬 수 있다. 다가 알콜 및 그의 유도체는 쉽게 증발하지 않으며 잉크 조성물의 빙점을 낮춤으로써 잉크 조성물의 보존 안정성을 향상시켜 노즐의 막힘을 방지하게 된다.
상기 지방족 1가 알콜의 예로는 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, i-프로필 알콜, n-부틸 알콜, s-부틸 알콜 및 t-부틸 알코올 등의 C1-C10 저급 알콜을 들 수 있다. 특히, 에틸 알콜, i-프로필 알콜 및 n-부틸 알콜이 바람직하다.
상기 다가 알콜의 예로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜 및 글리세롤 등의 알킬렌글리콜류, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜류, 티오디글리콜류 또는 그 혼합물을 들 수 있다.
상기 다가 알콜 유도체의 예로는 상술한 다가 알코올의 저급 알킬에테르류 및 다가 알코올의 저급 카르복실산에스테르류를 들 수 있다. 여기에서, 상기 다가 알코올의 저급 알킬에테르의 예로서 에틸렌글리콜디메틸에테르가 있고, 상기 다가 알코올의 저급 카르복실산에스테르의 예로서 에틸렌글리콜디아세테이트가 있다.
본 발명에 있어서, 용매의 함량은 착색제 100 중량부를 기준으로 500 내지 5,000 중량부, 바람직하기로는 1,000 내지 3,000 중량부이다. 상기 용매의 함량이 500 중량부 미만이면 잉크 조성물의 점도가 증가하여 토출 성능이 저하될 우려가 있고, 5,000 중량부를 초과하는 경우 잉크에 대한 표면 장력 조절능이 저하되어, 일반 용지 또는 전문 용지 등의 기록 매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 특성 등이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 잉크젯 기록용 잉크는 계면활성제, pH 조절제, 방부제 또는 킬레이트제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 여기에서 첨가제의 총 함량은 착색제 100 중량부를 기준으로 1 내지 600 중량부, 바람직하게는 10 내지 300 중량부이다. 상기 첨가제의 함량이 1 중량부 미만이면 성능발현이 어렵고, 600 중량부 초과이면 저장안정성이 나빠져 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 화합물의 정의에서 사용된 각 치환기는 다음과 같이 정의될 수 있다.
상기 본 발명에서 사용되는 치환기인 알킬기는 1 내지 20개, 바람직하게는 1 내지 10개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자의 직쇄 또는 분지쇄 포화 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 본 발명에서 사용되는 치환기인 비치환된 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기에 포함되어 있는 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기(-NH2, -NH(R), -N(R')(R''), R'과 R"은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기임), 아미디노기, 히드라진, 또는 히드라존,기 카르복실기, 술폰산기, 인산기, C1- C20의 알킬기, C1-C20의 할로겐화된 알킬기, C1-C20의 알케닐기, C1-C20의 알키닐기, C1-C20의 헤테로알킬기, C6-C20의 아릴기, C6-C20의 아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴기, 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.
상기 본 발명에서 사용되는 치환기인 헤테로알킬기는, 상기 알킬기의 주쇄 중의 탄소원자 중 하나 이상, 바람직하게는 1 내지 5개의 탄소원자가 산소원자, 황원자, 질소원자, 인원자 등과 같은 헤테로 원자로 치환된 것을 의미한다.
상기 본 발명에서 사용되는 치환기인 알케닐기는 1 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 2 내지 20개, 바람직하게는 2 내지 10개, 보다 바람직하게는 2 내지 6개의 탄소 원자의 직쇄 또는 분지쇄 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 알케닐기는 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 탄소 원자를 통해 또는 포화된 탄소 원자를 통해 결합될 수 있다. 알케닐기는 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 알케닐기의 예로서 에테닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 펜테닐, 5-헥세닐, 도데세닐 등을 들 수 있다.
상기 본 발명에서 사용되는 치환기인 아릴기는 6 내지 30개, 바람직하게는 6 내지 18개의 고리 원자를 가지는 1가 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 방향족 탄화수소 부위를 의미하며, 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 아릴기의 방향족 부분은 탄소 원자만을 포함한다. 아릴기의 예로서 페닐, 나프탈레닐 및 플루오레닐을 들 수 있고, 상기 아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 헤테로아릴기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택 된 1, 2 또는 3개의 헤테로 원자를 포함하고, 나머지 고리 원자가 C인 고리원자수 5 내지 30의 고리 방향족 시스템을 의미하며, 상기 고리들은 펜던트 방법으로 함께 부착되거나 또는 융합(fused)될 수 있다. 그리고 상기 헤테로아릴기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 알콕시기는 라디칼 -O-알킬을 말하고, 이때 알킬은 위에서 정의된 바와 같다. 구체적인 예로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소부틸옥시, sec-부틸옥시, 펜틸옥시, iso-아밀옥시, 헥실옥시 등을 들 수 있고, 상기 알콕시기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 헤테로알콕시기는 1개 이상의 헤테로 원자 예를 들어 산소, 황 또는 질소가 알킬 사슬 내에 존재할 수 있다는 것을 제외하면 본질적으로 상기 알콕시의 의미를 가지며, 예를 들면 CH3CH2OCH2CH2O-, C4H9OCH2CH2OCH2CH2O- 및 CH3O(CH2CH2O)nH 등이다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 아릴알킬기는 상기 정의된 바와 같은 아릴기에서 수소원자중 일부가 저급알킬, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필 등과 같은 라디칼로 치환된 것을 의미한다. 예를 들어 벤질, 페닐에틸 등이 있다. 상기 아릴알킬기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 헤테로아릴알킬기는 헤테로아릴기의 수소 원자 일부가 저급 알킬기로 치환된 것을 의미하며, 헤테로아릴알킬기중 헤테로아릴에 대한 정의는 상술한 바와 같다. 상기 헤테로아릴알킬기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 아릴옥시기는 라디칼 -O-아릴을 말하고, 이때 아릴은 위에서 정의된 바와 같다. 구체적인 예로서 페녹시, 나프톡시, 안트라세닐옥시, 페난트레닐옥시, 플루오레닐옥시, 인데닐옥시 등이 있고, 아릴옥시기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 헤테로아릴옥시기는 라디칼 -O-헤테로아릴을 말하며, 이때 헤테로아릴은 위에서 정의된 바와 같다. 본 발명에서 사용되는 헤테로아릴옥시기의 구체적인 예로서, 벤질옥시, 페닐에틸옥시기 등이 있고, 헤테로아릴옥시기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 사이클로알킬기는 탄소원자수 5 내지 30의 1가 모노사이클릭 시스템을 의미한다. 상기 사이클로알킬기중 적어도 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 헤테로사이클로알킬기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리원자가 C인 고리원자수 5 내지 30의 1가 모노사이클릭 시스템을 의미한다. 상기 사이클로알킬기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명의 잉크젯 기록용 잉크 조성물은, 착색제, 용매 및 필요에 따라 수용 성 유기 용매 혹은 첨가제 등을 통상의 기술에 의해 균일하게 혼합함으로써 제조할 수 있다.
본 발명의 잉크 조성물은 그 용도가 특별하게 제한되지는 않으며, 잉크 조성물 외에도 토너 조성물, 각종 도료, 코팅액 등에 사용 가능하다. 바람직하게는 본 발명의 잉크는 어레이 헤드 (array head)를 채용한 잉크젯 프린터 카트리지에 유용하게 사용될 수 있다.
어레이 헤드를 채용한 잉크젯 프린터는 1개의 칩을 이송하여 인쇄하는 셔틀형 잉크젯 프린터와는 달리 다수의 칩을 이용하여 고속으로 인쇄하므로 프린터의 처리량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 잉크젯 기록 장치는 상술한 잉크 조성물을 함유한 잉크 카트리지를 구비하며, 일 실시예에 따른 잉크 기록 장치의 사시도를 도 1에 나타내었다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 잉크젯 기록 장치는 착색제, 용매 및 화학식 1의 화합물을 포함하는 본 발명의 잉크젯 기록용 잉크 조성물을 포함하는 잉크 카트리지를 구비한다. 프린터 커버 (8)은 프린터 (5)의 본체 (13)에 힌지 (hidge)로 연결되어 있다. 이동성 래치 (latch) (10)의 서로 맞물리는 영역이 홀 (7)을 관통하여 돌출되어 있다. 상기 이동성 래치 (10)는 고정 래치 (9)와 맞물리는데, 상기 고정 래치 (9)는 프린터 커버가 닫히면, 프린터 커버 안에서 접촉한다. 상기 커버는, 홀 (7)을 통하여 연장된 이동성 래치 (10)의 맞물림 부분에 대응하는 리세스 (recess) (14)를 갖는다. 잉크 카트리지 (11)은 상기 잉크 카트리지 (11)의 하부를 통과하는 종이 (3) 상에 잉크를 도포할 수 있도록 장 치된다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 착색제, 용매 및 화학식 1의 화합물을 포함하는 잉크젯 기록용 잉크 조성물을 포함하는 잉크 카트리지의 횡단면 측면도를 나타낸 것이다.
상기 카트리지 (100)는 잉크통 (112)을 형성하는 상기 잉크 카트리지 본체 (110), 잉크통 (112)의 상부를 덮는 내부 커버 (114), 상기 잉크통 (112)와 상기 내부 커버 (114)를 밀폐하기 위해서 내부 커버 (114)로부터 소정의 간격으로 이격된 외부 커버 (116)를 구비한다.
상기 잉크통 (112)은 수직 장벽 (123)에 의하여 제1 및 제2 챔버 (124 및 126)로 구획된다. 제1 및 제2 챔버 (124 및 126) 사이의 잉크 통로 (128)은 상기 수직 장벽 (123)의 최하부에 형성되어 있다. 잉크가 제1 챔버 (124)를 채우고, 스폰지 (129) 및 잉크가 제2 챔버 (126)를 채운다. 상기 제2 챔버 (126)에 대응하는 벤트 홀 (vent hole) (126a)은 내부 커버 (114) 상에 형성되어 있다.
필터 (140)가 제2 챔버 (126) 하부에 장치되어 잉크의 불순물과 미세한 거품들을 여과하여, 프린트 헤드의 노즐 (130)이 막히는 것을 막아준다. 훅 (142)은 상기 필터 (140)의 에지 (테두리 부분)에 형성되어 스탠드파이프 (standpipe) (132)의 최상부 상에 배치된다. 프린트 헤드의 노즐 (130)을 통과하여, 상기 잉크통 (112)로부터 잉크가 액적 형태로 인쇄 매개체 위로 토출된다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
- 잉크 조성물의 제조 -
하기와 같은 조성의 성분을 혼합한 후, 이를 교반기에서 30분 이상 충분히 교반하여 균일한 상태로 만들어 주었다. 그 후, 상기 혼합물을 0.45㎛의 필터에 통과시켜 각각 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 1
C.I. Basic Black 4.5 중량부
글리세린 7.5 중량부
디에틸렌글리콜 12.0 중량부
2,2'-비티오펜 0.1 중량부
탈이온수 76 중량부
실시예 2
C.I. Direct Yellow 44 4.0 중량부
글리세린 9.5 중량부
디에틸렌글리콜 5.5 중량부
에틸렌글리콜 4.5 중량부
2,2'-비티오펜-5-카르복스알데히드 0.01 중량부
탈이온수 76.5 중량부
실시예 3
C.I. Basic Blue 26 4.5 중량부
디에틸렌글리콜 9.5 중량부
에틸렌글리콜 10.5 중량부
5,5'-디메틸-(2,2')비티오펜닐 0.03 중량부
탈이온수 75.5 중량부
실시예 4
C.I. Direct Red 227 3.5 중량부
글리세린 10.5 중량부
디에틸렌글리콜 4.5 중량부
에틸렌글리콜 5.5 중량부
(2,2')-비티오페닐-5-카르브알데이드 옥심 0.06 중량부
탈이온수 76 중량부
비교예 1
C.I. Basic Black 2 4.5 중량부
글리세린 7.5 중량부
디에틸렌글리콜 12.0 중량부
탈이온수 76 중량부
비교예 2
C.I. Direct Yellow 44 4.0 중량부
글리세린 9.5 중량부
디에틸렌글리콜 5.5 중량부
에틸렌글리콜 4.5 중량부
탈이온수 76.5 중량부
비교예 3
C.I. Basic Blue 26 4.5 중량부
디에틸렌글리콜 9.5 중량부
에틸렌글리콜 10.5 중량부
탈이온수 75.5 중량부
비교예 4
C.I. Direct Red 227 3.5 중량부
글리세린 10.5 중량부
디에틸렌글리콜 4.5 중량부
에틸렌글리콜 5.5 중량부
탈이온수 76 중량부
실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 4의 각각의 잉크 조성물을, 발열 소자를 갖는 잉크젯 프린터에 탑재하고 보통 용지상에 토출시켰다. 토출 초기 단계의 잉크 액적의 토출 속도 및 100,000,000 펄스 후의 잉크 액적의 토출 속도를 측정하여 토출 속도의 변화 (토출 속도 감소율 (%))를 산출하였다. 결과는 표 1에 나타나 있다.
100,000,000 펄스 토출 후에 발열 소자의 표면을 광학현미경으로 관찰하여 침착물의 존재, 즉 코게이션의 상태를 조사하였다. 발열 소자의 표면에서 침착물이 실질적으로 존재하지 않는 상태를 "A"로 평가하였다. 상기 표면에서 침착물이 거의 존재하지 않는 상태를 "B"로 평가하였다. 상기 표면에서 침착물이 실질적인 양으로 존재하는 상태를 "C"로 평가하였다. 평가 결과를 표 1에 나타내었다.
토출 속도 감소(%) 코게이션의 상태
실시예 1 13 A
실시예 2 9 A
실시예 3 19 B
실시예 4 7 A
비교예 1 64 C
비교예 2 72 C
비교예 3 39 C
비교예 4 측정불능 C
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 비티오펜계 화합물을 포함하는 실시예 1 내지 4의 잉크 조성물을 열 잉크젯 인쇄에 사용하는 경우, 100,000,000 펄스 후의 토출 속도 감소율은 20% 미만이었다. 이 속도는 실제적인 이용에 있어서 충분한 것이다. 실시예 1, 2 및 4에서는 발열 소자의 표면이 실질적으로 착색되지 않았다.
한편, 비교예 1 내지 4의 잉크 조성물을 사용한 경우, 100,000,000 펄스 후의 토출 속도의 감소율은 20%를 초과하였으며, 따라서 이 잉크 조성물은 실제적인 이용에 있어서 적합하지 않았다. 특히, 비교예 4에서 잉크 조성물은 코게이션의 현저한 발생으로 인해 토출될 수 없었으며, 다량의 침착물이 프린터 노즐의 발열 소자의 표면에서 관찰되었다.
상기 결과는 비티오펜계 화합물을 포함하는 잉크 조성물을 열 잉크젯 프린터 헤드에 사용하는 경우 코게이션, 즉 이물질이 발열 소자의 표면에 침착하는 것을 억제할 수 있다는 것을 분명하게 입증한다.
본 발명에 따르면, 잉크에 존재하는 불순물인 금속이온과 결합하여 코게이숀(kogation) 발생을 억제하고, 잉크젯 프린터 헤드로부터 잉크 액적의 토출을 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있는 잉크젯 기록용 잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 비티오펜(비티오펜)계 화합물;
    착색제; 및
    용매를 포함하는 잉크젯 기록용 잉크:
    [화학식1]
    Figure 112007008291315-PAT00008
    상기 식에서,
    R1, R2, R3, R4, R5, 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 니트로, 히드록시기, 아미노기, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬설폰아미드기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴설폰아미드기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 아실아미노기, C1-C20 알킬우레이도(alkylureido)기, C6-C20 아릴우레이도기, C2-C20 알콕시카르보닐기, C2-C20 알콕시카르보닐아미노기, 카바모일(carbamoyl)기, 설파모일(sulfamoyl)기, 설포(sulfo)기와 그의 염, 카 르복시기와 그의 염, 치환 또는 비치환된 C2-C20의 히드록시알킬옥시알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C20의 디알킬아미노알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 피리딜알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 피리딜기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 이미다졸릴기, 히드라진기, 히드로존기, 치환 또는 비치환된 C5-C30 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 헤테로알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 헤테로아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴알킬기, C6-C20의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴알케닐기, 혹은 치환 또는 비치환된 C3-C20의 헤테로시클로알킬기, -CO-R7, 또는 -C=N-OR8을 나타내고,
    상기 R7 및 R8은 각각 독립적으로 수소 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 비티오펜계 화합물이 하기 화학식 3으로 표시되는 2,2'-비티오펜, 하기 화학식 4로 표시되는 2,2'-비티오펜-5-카르복스알데히드(carboxaldehyde), 하기 화학식 5로 표시되는 5,5'-디메틸-(2,2')비티오페닐, 하기 화학식 6으로 표시되는 (2,2')-비티오페닐-5-카르브알데히드 옥심 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록용 잉크:
    [화학식 3]
    Figure 112007008291315-PAT00009
    [화학식 4]
    Figure 112007008291315-PAT00010
    [화학식 5]
    Figure 112007008291315-PAT00011
    [화학식 6]
    Figure 112007008291315-PAT00012
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 비티오펜계 화합물의 함량이 착색제 100 중량부를 기준으로 0.03 내지 300 중량부인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용매가 수계 용매, 유기용매, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용매의 함량이 착색제 100 중량부를 기준으로 500 내지 5,000 중량부인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 잉크 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 카트리지.
  7. 제6항에 따른 잉크 카트리지를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
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