KR100243332B1

KR100243332B1 - 잉크젯트 프린터용 잉크 조성물

Info

Publication number: KR100243332B1
Application number: KR1019980001222A
Authority: KR
Inventors: 유승민; 김성진
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2000-02-01
Also published as: KR19980070569A; US6077881A

Abstract

본 발명은 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물을 개시한다. 상기 잉크 조성물은 올리고머 분산제, 안료 및 용매를 포함하고 있으며, 이 때 올리고머 분산제는 수용성 용매와 상호작용하는 친수성기와 안료와 상호작용할 수 있는 정착그룹을 동시에 갖고 있다. 본 발명의 잉크 조성물은 종래보다 감소된 함량의 분산제를 사용하고서도 잉크적성이 뛰어나고 내수성, 내광성 및 저장성이 매우 양호하다.

Description

잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물

본 발명은 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물에 관한 것으로서, 상세하기로는 종래보다 감소된 함량의 분산제를 사용하고서도 내수성(water-fastness), 내광성 및 저장안정성이 개선된 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물에 관한 것이다.

상용화된 잉크 젯트 프린팅 방식의 대표적인 것으로는 써멀 버블 잉크 젯트(thermal bubble ink jet)와 압전(壓電)식 버블 잉크 젯트(piezoelectric bubble ink jet) 방식이 있다.

써멀 버블 잉크 젯트 방식에서는, 프린터헤드의 발열체에 의하여 잉크가 그 비등점 이상으로 가열될 때 기포가 형성된다. 그리고 이러한 기포들이 성장하여 큰 기포를 만들어낸다. 이와 같이 큰 기포가 형성되면 주변의 잉크에 압력이 가해져 잉크가 토출구를 통하여 토출되면서 인쇄된다.

압전식 버블 잉크 젯트 방식은 압전식 요소에 전압이 가해질 때 나타나는 잉크의 부피 변화에 따라 형성된 압력이 잉크에 가해져서 잉크가 토출구를 통하여 토출되면서 인쇄되는 방식이다.

잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물은 염료, 안료 등의 착색제, 물, 흡수제 등과 같은 첨가제로 구성된다. 이 때 착색제로서 염료를 사용하는 경우에는 소망하는 바대로 칼라 인쇄가 가능한 염료를 선정한다는 것이 매우 어렵고, 내수성과 내광성이 크게 떨어져 그 사용이 제한적이다. 이와 비교하여 착색제로서 안료를 사용하는 경우에는 상기 염료의 경우보다 내수성과 내광성이 우수하다.

그런데, 착색제로서 안료를 이용한 잉크 조성물 제조공정중, 건조과정에서 반데르 바알스 인력(van der waals attraction)에 의한 친수성 응집(hydrophilic aggregation)으로 인하여 안료 입자가 뭉쳐져 덩어리를 형성하게 된다. 그리고 이렇게 형성된 안료 덩어리는 잉크 토출구를 막기 때문에, 이러한 현상을 사전에 예방하기 위해서는 안료 덩어리를 미리 분쇄하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 안료 입자의 크기가 작으면 작을수록 색의 농도, 광택, 밝기, 투명도 등이 양호하여 화질 특성이 향상된다.

그런데 안료 덩어리를 분쇄하는 경우, 일단 분쇄된 입자라고 하더라도 다시 서로 뭉치려는 경향이 있으므로 총 표면 에너지를 최소화시켜 분쇄된 입자가 다시 뭉치는 것을 방지하는 공정 즉, 분산공정이 필수적이다. 분산공정을 거친 안료는 정전기적 안정화(electric stabilization), 안정화제를 이용한 입체 안정화(steric stabilization) 및 정전기-입체적 안정화(electro-steric stabilization)에 의하여 안정화된 상태를 유지할 수 있게 된다. 그리고 안료를 분산하는 경우에는 분산매질안에 함유된 전해질의 유무에 따라 영향을 받는 정전기적 안정화보다는 전해질의 영향을 적게 받는 입체 안정화가 일반적으로 사용되었다.

종래에는 분산제로서 주로 고분자 분산제를 사용하였다. 이 고분자 분산제는 친수성기와 소수성기를 함께 갖고 있는 공중합체로서, 소수성기는 안료와 작용하여 안료의 분산을 안정화시키는 역할을 하며, 친수성기는 수용성 용매와 작용하여 입체 안정성을 부여하는 역할을 한다.

그런데 고분자 분산제는 대체적으로 분자량이 크기 때문에 그 첨가 함량을 약간만 변화시킨다고 하더라도 잉크 조성물의 물성(예를 들어, 점도)이 매우 달라지므로 잉크 조성물 제조시 분산제 함량을 적절하게 제어한다는 것은 매우 어려운 과제이다. 또한 고분자 분산제내에 친수성기가 함유되어 있다고 하더라도 전체 화합물에 대한 친수성기의 몰분율(mole fraction)이 작기 때문에 물에 대한 용해도가 충분치 않게 되고 그 결과 용해시 많은 시간이 소요된다. 그리고 노즐 주변에 있는 잉크 조성물내의 수분이 증발되면 상술한 바와 같이 물에 대한 용해도가 작기 때문에 고분자가 석출되면서 노즐 구멍을 막을 우려가 있다. 이러한 바람직하지 못한 현상을 막기 위해서 추가적으로 습윤제를 사용해야 하는데, 이러한 습윤제의 사용은 지면에 인쇄되었을 때 잉크 건조시간을 연장시킨다는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 내광성, 내수성 및 저장안정성이 개선된 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 착색제, 분산제 및 용매를 포함하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물에 있어서,

상기 착색제가 안료이고,

상기 분산제가 BAB' 타입의 올리고머(oligomer)인 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물을 제공한다.

여기에서 B부와 B'부는 반복단위로서, 적어도 하나는 친수성그룹(hydrophilic group)을 나타내며, B부는 화학식 1으로 그리고 B'부는 화학식 2로 각각 표시되며,

J₁-(D-E)_a

(F-H)_b-J₂

A부는 반복성이 없는 단일성분이거나 또는 반복단위로서, 안료와 작용하는 정착그룹(anchoring group)을 나타내며,

하기 화학식 3으로 표시되며,

-F₁(R₁)_k-[Y₁-F₂(R₂)_k]_c-[Y₂-F₃(R₃)_k]_d-[Y₃-F₄(R₄)_k]_e-

상기 E, F, Y₁, Y₂, Y₃, R₁, R₂, R₃및 R₄는 서로 독립적으로 선택되며, 수소, 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 C₁∼C₃₀지방족 탄화수소기, 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 C₁∼C₃₀헤테로 지방족 탄화수소기, 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 당류, 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 솔비탄(sorbitan), 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 C₆∼C₅₀방향족 탄화수소기, 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 스테로이드로 이루어진 군으로부터 선택되고,

D, H, F₁, F₂, F₃및 F₄는 서로 독립적으로 선택되며, 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, -N-, -NH-, -NH₂-, -O-, -S-, -O-O-, -S-S-, -C(O)-, -C(S)-, -C(O)-C(O)-, -C(O)-O-, -O-C(O)-, -C(NH)-, -N-C(O)-, -C(O)-N-, -O-C(O)-O-, -N-C(O)-N-, -O-C(O)-N-, -N-C(O)-O-, -O-C(O)-C(O)-O-, -S(O)-, -S(O)(O)-, -S(O)-O-, -O-S(O)-, -S(O)(O)-O-, -O-S(O)(O)-, -S(O)-N-, -N-S(O)-, -S(O)(O)-N-, -N-S(O)(O)-, -O-S(O)-O-, -O-S(O)(O)-O-, -N-S(O)-N-, -N-S(O)(O)-N-, -O-S(O)-N-, -N-S(O)-O-, -O-S(O)(O)-N-, -N-S(O)(O)-O-, -O-S(O)-S(O)-O-, -O-S(O)(O)-S(O)(O)-O-, -N-S(O)-S(O)-N-, -N-S(O)(O)-S(O)(O)-N-, -P-, -P(0)(OH)-, -O-P(O)(OH)-P(O)(OH)-O-, -O-P(O)(OH)-P(O)(OH)-P(O)(OH)-O-, -O-P(O)(OH)-O-P(O)(OH)-O-, -O-P(O)(OH)-O-P(O)(OH)-O-P(O)(OH)-O- 및 NH₄OH로 이루어진 군으로부터 선택되고,

J₁과 J₂는 서로 독립적으로 선택되며, 수소 또는 OH, SH, 폴리올, 아민, 암모늄 할라이드, 암모늄 하이드록사이드, 산성기 또는 산의 알칼리염으로 치환된 지방족 탄화수소, OH, SH, 폴리올, 아민, 암모늄 할라이드, 암모늄 하이드록사이드, 산성기 또는 산의 알칼리염으로 치환된 헤테로 지방족 탄화수소 및 OH, SH, 폴리올, 아민, 암모늄 할라이드, 암모늄 하이드록사이드, 산성기 또는 산의 알칼리염으로 치환된 방향족 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택되고,

상기 A부, B부 및 B'부에서 치환기(G)는 옥시기, 아미노기, 티오기로 치환되거나 또는 비치환된 C₁∼C₂₀지방족 탄화수소기, 옥시기, 아미노기, 티오기로 치환되거나 또는 비치환된 C₁∼C₂₀헤테로 지방족 탄화수소기, 옥시기, 아미노기, 티오기로 치환되거나 또는 비치환된 C₆∼C₅₀방향족 탄화수소기, 할라이드, -OH, -O-, -SH-, -S-, -CN, -SCN, -NO₂, -NH₂, -NH-, -N-, 암모늄 하이드록사이드, 암모늄 할라이드, -C=NH, -C=N-, 아미디노(amidino)기, -N=NH, -N=N-, 히드라존(hydrazone), 치환된 히드라존, 아미드기, 치환된 아미드기, 술폰아미드기, 카르복실(COOH)기, 카르복실산의 알칼리염(COO^_M⁺), 술폰산(SO₃H), 술폰산의 알칼리염(SO₃ ^-M⁺), 인산(H₃PO₄) 및 인산의 알칼리염(H₂PO₄ ^-M⁺)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이고(여기에서 M은 알칼리금속임),

단, k는 F₁, F₂, F₃및 F₄에 따라 달라지며, 0, 1 또는 2이고,

0≤a≤30, 0≤b≤30, 0≤c≤30, 0≤d≤30, 0≤e≤30, 0＜a+b+c+d+e＜60이고,

올리고머의 분자량은 300 내지 3000이다.

바람직하기로는, 상기 분산제에서 A부는 하나 이상의 치환기(G)로 치환된 또는 비치환된 C₆∼C₁₈지방족 탄화수소기 또는 하나 이상의 치환기(G)로 치환된 또는 비치환된 C₆∼C₅₀방향족 탄화수소기이고, B부와 B'부는 헤테로 원자를 갖고 있는 에틸렌글리콜이다.

본 발명의 올리고머 분산제는 상술한 바와 같이 그 화합물내에 1종 이상의 작용기를 함유하고 있어서 안료와의 상호작용이 보다 증가되며, B와 B'중의 적어도 하나는 친수성 그룹을 함유하고 있어서 분산제의 용해도가 증가하고 용액내에서 분산된 안료의 안정성을 향상시킬 수 있다. 따라서 종래보다 작은 함량의 분산제를 사용하고서도 내수성, 내광성 및 저장안정성이 우수한 잉크 조성물을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 잉크 조성물에서는 정착그룹(A부)와 친수성그룹(B부와 B'부중의 적어도 하나)를 갖는 올리고머 분산제에 의하여 안료가 용매에 안정하게 분산되어 있다. 올리고머 분산제에서 상기 정착그룹은 안료와의 화학적 친화력(chemical affinity) 등의 반응성을 향상시켜 주는 역할을 하며, 분산제의 흡착성을 증가하기 위하여 이 정착그룹에 산성이나 염기성을 띠는 그룹, 티올기, 시아노기, 이소시아노기(isocyano), 메톡시기, 질화기(nitride) 등의 치환기를 도입할 수 있다.

상술한 바와 같은 정착그룹과 친수성그룹을 갖는 올리고머는 다음의 2가지 방법으로 제조가능하다.

첫째, 친수성그룹을 갖고 있는 올리고머와 정착그룹을 갖는 화합물의 치환반응에 의하여 올리고머내에 친수성그룹과 정착그룹을 동시에 도입할 수 있다.

둘째, 정착그룹을 갖는 화합물과 친수성 그룹을 갖는 화합물을 반응시킨 후, 얻어진 결과물을 중합함으로써 제조된다.

상기와 같은 제조방법에 따라 제조된 올리고머 분산제는 분자량이 크지 않아서 물에 쉽게 용해되어 안료를 분산시키기가 용이해진다. 이와 같이 안료가 균일하게 분산됨으로써, 종래에는 노즐에서 잉크 조성물내의 수분이 증발함에 따라 고분자 분산제가 석출되던 것과는 달리, 수분 증발에 따른 올리고머 분산제의 석출이 매우 감소된다. 이와 같이 올리고머 분산제를 사용하면, 노즐의 막힘 현상이 현저하게 감소되고 그 크기가 비교적 작기 때문에 분산제가 부착된 안료의 구조가 간단해진다. 이로 인하여 프린터 헤드내에서 안료 잉크의 흐름이 용이하고 고속 출력에 많은 도움을 준다.

본 발명에서는 올리고머 분산제의 분산 효과를 향상시키기 위하여 안료에 따라 2종류 이상의 분산제를 함께 사용할 수 있다.

상기 올리고머 분산제의 분자량은 300 내지 3000인 것이 바람직하며, 그 함량은 잉크 조성물의 총중량을 기준으로 하여 0.1 내지 20중량%, 특히 0.5 내지 15중량%가 바람직하다.

착색제로는 무기안료 및 유기안료가 사용되고 있으며, 이 안료 입자의 크기는 분산 안정도, 색농도(color strength), 광택(gloss) 등에 중요한 영향을 미치므로 직경이 10 내지 50㎛의 노즐을 통과할 수 있을 정도로 작은 크기를 갖는 것이 바람직하다.

안료의 함량은 잉크 조성물의 총중량을 기준으로 하여 0.1 내지 20중량%, 특히 0.5 내지 15중량%가 바람직하다. 안료로는 분산제의 정착 그룹과 상호작용을 원활하게 할 수 있는 작용기를 함유하고 있는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 잉크 조성물은 산 또는 염기를 더 포함하기도 한다. 여기에서 산 또는 염기는 용매에 대한 올리고머 분산제의 용해도를 증가시키고, 분산된 안료를 안정화시키는 역할을 한다. 산 또는 염기의 함량은 분산제의 함량을 기준으로 하여 0.1 내지 20중량%이다.

상기 산은 특별히 제한되지는 않으나, C₁∼C₃₀지방족 탄화수소 카르복실산, C₁∼C₃₀헤테로 지방족 탄화수소 카르복실산, C₆∼C₅₀방향족 탄화수소 카르복실산, C₁∼C₃₀지방족 탄화수소 술폰산, C₁∼C₃₀헤테로 지방족 탄화수소 술폰산, C₆∼C₅₀방향족 탄화수소 술폰산, C₁∼C₃₀지방족 탄화수소 인산, C₁∼C₃₀헤테로 지방족 탄화수소 인산, C₆∼C₅₀방향족 탄화수소 인산 및 황산으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 사용한다.

상기 염기 또한 특별히 제한되지는 않으나, C₁∼C₃₀지방족 탄화수소 아민, C₆∼C₅₀방향족 탄화수소 아민, C₁∼C₂₀지방족 모노, 디, 트리 및 폴리알카놀아민, C₆∼C₅₀방향족 모노, 디, 트리, 및 폴리알카놀아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물을 사용한다. 구체적인 예로서, 디메틸에탄올아민, 메틸디에탄올아민, RNH₂, R₂NH, R₃N(여기에서 R은 C₁∼C₂₀ 알킬, CH₂OH 및 CH₂CH₂OH로 이루어진 군으로부터 선택됨), 암모늄 하이드록사이드, 테트라알킬암모늄 하이드록사이드, 디메틸아미노프로필아민(DMAP), 디메틸아미노프로필-2-피롤리돈(DMAPP), 라우릴아민, 세트리모니움 브롬마이드(cetrimonium bromide), 모르폴린(morpholine), n-메틸 모르폴린 등이 있다.

용매의 함량은 잉크 조성물의 총중량을 기준으로 하여 60 내지 99.8중량%이며, 물을 주로 사용한다. 경우에 따라서는 올리고머 분산제의 용해도를 향상시키고 얻어지는 잉크 조성물의 점도 및 표면장력을 적절히 유지하기 위해서 물과 유기용매의 혼합용매를 사용하기도 한다. 이 때 유기용매의 함량은 용매의 총중량을 기준으로 하여 0.1 내지 20중량%인 것이 바람직하다.

상기 유기용매로는 특별히 제한되지는 않으나, 메탄올, 에탄올 등과 같은 알콜 용매; 에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜 등과 같은 다가알콜(polyhydric alcohol) 용매; 테트라하이드로퓨란, 디옥산; 에틸렌 글리콜 모노메틸에틸에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸에틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸프로필에테르, 프로필렌 글리콜 모노메틸에틸에테르, 디프로필렌 글리콜 디메틸디에틸에테르; 에틸 아세테이트; 에틸렌카보네이트; 프로필렌 글리콜 라우릴레이트, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에틸에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에틸에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에틸에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에틸에테르 아세테이트; γ-부티로락톤을 포함한 락톤; 2-피롤리돈(2-pyrrolidone), N-피롤리돈(N-pyrrolidone), N-(2-하이드록시에틸)피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈 및 1, 3-디메틸-2-이미다졸리디논(1, 3-dimethyl-2-imidazolidinone)을 포함하는 락탐계; 셀로솔브, 메틸에틸케톤 및 아세톤을 포함하는 케톤류; 및 술포란(sulfolane), 디메틸술폭사이드 및 테트라메틸렌 술폰(tetramethylene suslfone)을 포함하는 황(sulfur) 함유 유기용매; 헥산, 사이클로헥산 및 톨루엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 탄화수소 용매를 사용한다.

본 발명에 따른 잉크 조성물의 제조방법은 다음과 같다.

잉크에 물과 올리고머 분산제를 부가하여 혼합하고, 필요에 따라서 유기용매를 부가한다. 이어서, 상기 혼합물에 안료를 부가하여 분산시킨다. 이렇게 우선적으로 고농축된 잉크 조성물을 준비한 다음, 잉크 잿트 프린터용에 적합하도록 적당한 농도로 희석하여 점도, 표면장력, 색상, 밝기 등의 물리적 특성을 조절한다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

하기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 잉크의 특성 평가는 다음과 같이 실시하였다.

(1) 저장안정성(storage stability)

내열성 유리병에 잉크 100ml를 넣은 다음, 입구를 밀봉하고 60℃로 조절된 항온실에 저장한다. 2달동안 방치한 다음, 이 잉크를 이용하여 프린트한다.

○: 이상이 발견되지 않음

×: 잉크 토출이 어렵거나 변색이 발생됨

(2) 광학밀도(Optical Density: OD)

프린트물의 광학밀도를 굴절밀도측정기(reflectodensitometer)를 이용하여 측정한다. 황색, 청록색, 자홍색 및 흑색의 평균 O.D.가 하기 기준에 따라 평가된다.

○: 1.0 이상

△: 0.9∼1.0

×: 0.9 미만

(3) 번짐(bleeding)

흑색(black), 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta), 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue))중에서 선택된 2개의 상이한 칼라를 서로 인접하여 인쇄한 칼라 시료를 준비하여 각 칼라에 대한 번짐 횟수를 조사한다.

○: 각 색상의 경계선에서 번짐이 없음

△: 많은 양의 잉크를 가했을 때, 적색, 녹색 및 청색의 경계선에서 번짐이 뚜렷함

×: 각 색상의 경계선 모두에서 번짐이 뚜렷함

(4) 토출성(ejectability 또는 maintenance)

잉크 카트리지를 6시간, 4일, 7일 및 30일동안 방치한 후, 각각의 잉크 토출여부를 측정한다.

○: 30일 이후에도 토출이 잘 됨

△: 7일 이후에 노즐 막힘 현상이 관찰됨

□: 4일 이후에 노즐 막힘 현상이 관찰됨

●: 6시간 이후에 노즐 막힘 현상이 관찰됨

×: 즉시 노즐이 막힘

(5) 내수성(water fastness)

프린터물을 물에 소정시간동안 담갔을 때 잉크가 물에 나오는 정도를 조사한다.

○: 광학농도의 변화가 10% 미만임

△: 광학농도의 변화가 10 내지 30% 정도임

×: 광학농도의 변화가 30% 초과임

(6) 내광성(light fastness)

프린터물을 UV 램프(파장: 약 254nm)아래 약 1달동안 방치한 다음, 잉크가 변색되는 정도를 살펴본다.

○: 광학농도의 변화가 5% 미만임

△: 광학농도의 변화가 5 내지 20%임

×: 광학농도의 변화가 20% 초과함.

(7) 프린터 헤드의 신뢰성(reliability)

하나의 잉크 카트리지에 500ml 이상의 잉크를 사용하였을 때 프린터 헤드에서의 코게이션(kogation) 현상 여부를 현미경을 이용하여 조사한다.

○: 코게이션이 일어나지 않음

×: 코게이션이 일어남

〈실시예 1〉

에틸렌글리콜 라우릴아민(ethylene glycol lauryl amine) 5.20 중량부, 메탄올 6.00 중량부 및 물 17.80 중량부의 혼합물을 약 15분 동안 교반하여 올리고머 분산제 용액을 준비하였다.

상기 올리고머 분산제 용액에 안료(모나스트랄 마젠타)(Monastral Magenta: Ciba-Geigy) 5.00 중량부, 에틸렌 글리콜 16.00 중량부 및 물 20.00 중량부를 부가하여 충분히 혼합한 다음, 여기에 30.00 중량부의 물을 더 부가하여 희석하였다.

상기 결과물을 여과하여 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물로 사용하였다.

〈실시예 2〉

에틸렌글리콜 1,1'-비-2-나프틸에테르(ethylene glycol 1,1'-bi-2-naphthyl ether) 4.50 중량부, 메탄올 5.00 중량부 및 물 15.50 중량부의 혼합물을 약 30분동안 교반하여 올리고머 분산제 용액을 준비하였다.

상기 올리고머 분산제 용액에 카본블랙(Special 4A: Degussa) 6.50 중량부, 에틸렌 글리콜 15.00 중량부, 카보왁스(carbowax) 3.50 중량부 및 물 20.00 중량부를 부가하여 충분히 혼합한 다음, 여기에 30.00 중량부의 물을 더 부가하여 희석하였다.

〈실시예 3〉

에틸렌글리콜 2-나프틸아민(ethylene glycol 2-naphthyl amine) 4.50 중량부, n-프로판올 5.00 중량부 및 물 15.50 중량부의 혼합물을 약 30분동안 교반하여 올리고머 분산제 용액을 준비하였다.

상기 올리고머 분산제 용액에 안료 (헬리오겐 블루 K 7090) (Heliogen Blue K 7090: BASF) 7.00 중량부, 에틸렌 글리콜 15.00 중량부, 카보왁스(carbowax) 1.00 중량부 및 물 22.00 중량부를 부가하여 충분히 혼합한 다음, 여기에 30.00 중량부의 물을 더 부가하여 희석하였다.

〈실시예 4〉

에틸렌글리콜 1-나프탈렌아세트아미드(ethylene glycol 1-naphthalene acetamide) 2.00 중량부, 에틸렌글리콜 벤젠솔폰아미드(ethylene glycol benzene sulfonamide) 3.00 중량부, 에탄올 4.00 중량부 및 물 14.00 중량부의 혼합물을 약 15분동안 교반하여 올리고머 분산제 용액을 준비하였다.

상기 올리고머 분산제 용액에 안료 (호스타페름 옐로우) (Hostaperm Yellow: Hochest) 7.50 중량부, 에틸렌 글리콜 15.00 중량부, 카보왁스(carbowax) 2.50 중량부 및 물 20.00 중량부를 부가하여 충분히 혼합한 다음, 여기에 30.00 중량부의 물을 더 부가하여 희석하였다.

상기 결과물을 여과하여 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물으로 사용하였다.

〈실시예 5〉

에틸렌글리콜 N,N'-디프로필 프로필-1,3-디아민(ethylene glycol N,N'-dipropyl propyl-1,3-diamine) 2.50 중량부, n-부탄올 7.00 중량부 및 물 15.50 중량부의 혼합물을 약 15분동안 교반하여 올리고머 분산제 용액을 준비하였다.

상기 올리고머 분산제 용액에 안료 (헬리오겐 그린 K 8683) (Heliogen Green K 8683; BASF) 6.50 중량부, 에틸렌 글리콜 15.00 중량부, 카보왁스 2.50 중량부 및 물 21.00 중량부를 부가하여 충분히 혼합한 다음, 여기에 물 30.00 중량부를 더 부가하여 희석하였다.

상기 결과물을 희석하여 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물로 사용하였다.

〈실시예 6〉

하이드록시헥실티오-폴리(N-이소프로필 프로필아미노)-폴리(N-프로필 에틸렌아미노글리콜) 부틸인산(Hydroxyhexylthio-poly(N-isopropyl propylamino)-poly(N-propyl ethylene aminoglycol)butylphosphoric acid) 2.00 중량부, n-부탄티올 5.00 중량부 및 물 18.00 중량부의 혼합물을 약 15분동안 교반하여 올리고머 분산제 용액을 준비하였다.

상기 올리고머 분산제 용액에 안료 (인도패스트 바이올릿) (Indofast Violet; Mobay) 5.50 중량부, 카보왁스 2.50 중량부 및 물 22.00 중량부를 부가하여 충분히 혼합한 다음, 여기에 물 30.00 중량부의 물을 더 부가하여 희석하였다.

〈비교예 1〉

메타크릴산/n-부틸아크릴레이트 공중합체(이하, P(MAA/n-BA)) 8.00 중량%, 디메틸아미노 에탄올(dimethylamino ethanol: DMAE) 0.50중량부, 메탄올 8.00 중량부 및 물 13.00 중량부의 혼합물을 약 15분동안 교반하여 고분자 분산제 용액을 준비하였다.

상기 고분자 분산제 용액에 아조메티온(azomethione) (Pigment yellow: BASF) 5.00 중량부와, 카보왁스 2.50 중량부, 에틸렌 글리콜 15.00 중량부 및 물 20.00 중량부를 부가한 다음, 물 30.00 중량부를 부가하여 희석하였다.

상기 결과물을 여과하여 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물에 사용하였다.

〈비교예 2〉

P(MAA/n-BA) 7.00 중량부, DMAE 0.50 중량부, 메탄올 8.00 중량부 및 물 14.50 중량부를 혼합하여 약 30분동안 고분자 분산제 용액을 준비하였다.

싱기 고분자 분산제 용액에 프탈로시아닌 블루(ICI사) 5.00 중량부, 에틸렌글리콜 15.00 중량부 및 물 20.00 중량부를 부가한 다음, 물 30.00중량부를 부가하여 희석하였다.

〈비교예 3〉

P(MAA/n-BA) 8.00 중량부, DMAE 0.50 중량부, 에탄올 8.00 중량부 및 물 13.50 중량부를 혼합하고 이를 약 15분동안 교반하여 고분자 분산제 용액을 준비하였다.

상기 고분자 분산제 용액에 아조메티온(Pigment Yellow, BASF사) 5.00 중량부, 에틸렌 글리콜 14.00 중량부, 카보왁시 2.00 중량부 및 물 19.00 중량부를 부가한 다음, 물 30.00 중량부를 부가하여 희석하였다.

상기 실시예 1-6 및 비교예 1-3에 따라 제조된 잉크 조성물의 pH, 점도 및 표면장력을 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.

구분	pH	점도(cp)	표면장력(dyne/cm)
실시예 1	6.7	3.1	50
실시예 2	8.4	2.8	48
실시예 3	7.8	3.4	46
실시예 4	7.2	3.2	50
실시예 5	6.7	3.1	51
실시예 6	7.9	3.0	50
비교예 1	8.9	4.5	59
비교예 2	8.4	3.8	54
비교예 3	8.2	3.9	56

표 1로부터, 올리고머 분산제를 사용하는 실시예 1-6의 경우에는 올리고머 분산제 용액과 잉크 조성물 제조과정이 용이하고, 얻어진 잉크 조성물에 있어서 비교예 1-3의 경우에 발생되는 층분리현상이 나타나지 않았다. 뿐만 아니라, 분산제의 농도변화에 따른 점도 등의 물리적 성질의 변화가 적기 때문에 분산제의 농도 선정이 비교적 자유로왔다.

반면, 고분자 분산제를 사용한 비교예 1-3의 경우에는 용해도가 낮기 때문에 고분자 분산제 용액을 제조하는 것이 매우 힘들었다. 그리고 안료에 대한 고분자 분산제의 선정이 매우 어려웠을 뿐만 아니라 적은 양의 변화에 대해서도 물리적 변화가 크게 때문에 잉크 조성물 제조가 대단히 어려웠다.

상기 실시예 1-6 및 비교예 1-3에 따라 제조된 잉크 조성물에 있어서, 저장안정성, 광학농도, 번짐현상, 토출성, 내수성, 내광성 및 프린터 헤드의 신뢰성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

구분	저장안정성	광학농도	번짐	토출성	내수성	내광성	프린터헤드의신뢰성
실시예 1	○	○	○	○	○	○	○
실시예 2	○	○	○	○	○	○	○
실시예 3	○	○	○	○	○	○	○
실시예 4	○	○	○	○	○	○	○
실시예 5	○	○	○	○	○	○	○
실시예 6	○	○	○	○	○	○	○
비교예 1	×	△	×	×	○	○	×
비교예 2	×	×	△	×	○	○	△
비교예 3	△	×	△	×	○	○	×

상기 표 2로부터, 올리고머 분산제를 사용한 실시예 1-6의 경우에는 저장안정성 및 광학농도가 우수할 뿐만 아니라, 각 색상의 경계선에서 번짐 횟수가 매우 적었다. 그리고 토출성, 내광성 및 내수성이 우수하였으며, 다량의 잉크를 사용한 후에도 코게이션(kogation) 문제가 거의 발생되지 않았다.

반면, 비교예 1-3의 경우에는 표 2에 나타난 바와 같이 광학농도, 토출성, 내광성, 내수성 및 번짐특성이 불량할 뿐만 아니라, 층분리로 인하여 저장안정성이 불량하였고 코게이션 현상이 뚜렷하게 관찰되었다.

본 발명의 올리고머 분산제에 있어서, A부와 결합되는 B부와 B'부에 헤테로원자 성분이 존재하는 경우에는 합성하기가 용이하다. 그리고 이러한 올리고머 분산제는 용매에 대한 용해도가 우수하고 농도 변화에 따른 잉크 조성물의 물성 변화가 적기 때문에 잉크 조성물을 제조하기가 매우 용이하다.

Claims

착색제, 분산제 및 용매를 포함하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물에 있어서,

상기 착색제가 안료이고,

상기 분산제가 BAB' 타입의 올리고머(oligomer)인 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물:

여기에서 B부와 B'부는 반복단위로서, 적어도 하나는 친수성그룹(hydrophilic group)을 나타내며,

B부는 화학식 1으로 그리고 B'부는 화학식 2로 각각 표시되며,

〈화학식 1〉

J₁-(D-E)_a

〈화학식 2〉

(F-H)_b-J₂

A부는 반복성이 없는 단일성분이거나 또는 반복단위로서, 안료와 작용하는 정착그룹(anchoring group)을 나타내며,

하기 화학식 3으로 표시되며,

〈화학식 3〉

-F₁(R₁)_k-[Y₁-F₂(R₂)_k]_c-[Y₂-F₃(R₃)_k]_d-[Y₃-F₄(R₄)_k]_e-

상기 E, F, Y₁, Y₂, Y₃, R₁, R₂, R₃및 R₄는 서로 독립적으로 선택되며, 수소, 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 C₁∼C₃₀지방족 탄화수소기, 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 C₁∼C₃₀헤테로 지방족 탄화수소기, 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 당류, 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 솔비탄(sorbitan), 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 C₆∼C₅₀방향족 탄화수소기, 비치환 또는 하나 이상의 치환기(G)를 갖는 스테로이드로 이루어진 군으로부터 선택되고,

D, H, F₁, F₂, F₃및 F₄는 서로 독립적으로 선택되며, 지방족 탄화수소, 방향족 탄화수소, -N-, -NH-, -NH₂-, -O-, -S-, -O-O-, -S-S-, -C(O)-, -C(S)-, -C(O)-C(O)-, -C(O)-O-, -O-C(O)-, -C(NH)-, -N-C(O)-, -C(O)-N-, -O-C(O)-O-, -N-C(O)-N-, -O-C(O)-N-, -N-C(O)-O-, -O-C(O)-C(O)-O-, -S(O)-, -S(O)(O)-, -S(O)-O-, -O-S(O)-, -S(O)(O)-O-, -O-S(O)(O)-, -S(O)-N-, -N-S(O)-, -S(O)(O)-N-, -N-S(O)(O)-, -O-S(O)-O-, -O-S(O)(O)-O-, -N-S(O)-N-, -N-S(O)(O)-N-, -O-S(O)-N-, -N-S(O)-O-, -O-S(O)(O)-N-, -N-S(O)(O)-O-, -O-S(O)-S(O)-O-, -O-S(O)(O)-S(O)(O)-O-, -N-S(O)-S(O)-N-, -N-S(O)(O)-S(O)(O)-N-, -P-, -P(0)(OH)-, -O-P(O)(OH)-P(O)(OH)-O-, -O-P(O)(OH)-P(O)(OH)-P(O)(OH)-O-, -O-P(O)(OH)-O-P(O)(OH)-O-, -O-P(O)(OH)-O-P(O)(OH)-O-P(O)(OH)-O- 및 NH₄OH로 이루어진 군으로부터 선택되고,

J₁과 J₂는 서로 독립적으로 선택되며, 수소 또는 OH, SH, 폴리올, 아민, 암모늄 할라이드, 암모늄 하이드록사이드, 산성기 또는 산의 알칼리염으로 치환된 지방족 탄화수소, OH, SH, 폴리올, 아민, 암모늄 할라이드, 암모늄 하이드록사이드, 산성기 또는 산의 알칼리염으로 치환된 헤테로 지방족 탄화수소 및 OH, SH, 폴리올, 아민, 암모늄 할라이드, 암모늄 하이드록사이드, 산성기 또는 산의 알칼리염으로 치환된 방향족 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택되고,

상기 A부, B부 및 B'부에서 치환기(G)는 옥시기, 아미노기, 티오기로 치환되거나 또는 비치환된 C₁∼C₂₀지방족 탄화수소기, 옥시기, 아미노기, 티오기로 치환되거나 또는 비치환된 C₁∼C₂₀헤테로 지방족 탄화수소기, 옥시기, 아미노기, 티오기로 치환되거나 또는 비치환된 C₆∼C₅₀방향족 탄화수소기, 할라이드, -OH, -O-, -SH-, -S-, -CN, -SCN, -NO₂, -NH₂, -NH-, -N-, 암모늄 하이드록사이드, 암모늄 할라이드, -C=NH, -C=N-, 아미디노(amidino)기, -N=NH, -N=N-, 히드라존(hydrazone), 치환된 히드라존, 아미드기, 치환된 아미드기, 술폰아미드기, 카르복실(COOH)기, 카르복실산의 알칼리염(COO^_M⁺), 술폰산(SO₃H), 술폰산의 알칼리염(SO₃ ^-M⁺), 인산(H₃PO₄) 및 인산의 알칼리염(H₂PO₄ ^-M⁺)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이고(여기에서 M은 알칼리금속임),

단, k는 F₁, F₂, F₃및 F₄에 따라 달라지며, 0, 1 또는 2이고,

0≤a≤30, 0≤b≤30, 0≤c≤30, 0≤d≤30, 0≤e≤30, 0＜a+b+c+d+e＜60이고,

올리고머의 분자량은 300 내지 3000이다.
제1항에 있어서, 상기 분산제에서 A부는 하나 이상의 치환기(G)로 치환된 또는 비치환된 C₆∼C₁₈지방족 탄화수소기 또는 하나 이상의 치환기(G)로 치환된 또는 비치환된 C₆∼C₅₀방향족 탄화수소기이고,

B부와 B'부는 헤테로 원자를 갖고 있는 에틸렌글리콜인 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 상기 분산제가 에틸렌글리콜 라우릴아민, 에틸렌글리콜 1,1'-비-2-나프틸에테르, 에틸렌 글리콜 2-나프틸아민, 에틸렌글리콜 1-나프탈렌 아세트아미드, 에틸렌글리콜 N,N'-디이소프로필 프로필-1,3-디아민 및 에틸렌 글리콜 벤젠술폰아미드로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 상기 분산제의 함량이 잉크 조성물의 총중량을 기준으로 하여 0.1 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 산(acid) 또는 염기(base)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물.
제5항에 있어서, 상기 산 또는 염기의 함량이 분산제를 기준으로 하여 0.1 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 상기 안료의 함량이 잉크 조성물의 총중량을 기준으로 하여 0.1 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 상기 용매의 함량이 잉크 조성물의 총중량을 기준으로 하여 60 내지 99.8중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 상기 용매가 물 또는 물과 유기용매의 혼합용매인 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물.
제9항에 있어서, 상기 유기용매의 함량이 용매의 총중량을 기준으로 하여 0.1 내지 20중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 젯트 프린터용 잉크 조성물.