KR100344729B1 - 수성볼펜용잉크 - Google Patents
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Abstract
착색제, 분산제, 물 및 극성 용제로 이루어진 필기구용 수성 잉크에 있어서, 상기 잉크가 잉크 총 중량에 대하여, 덱스트린, 또는 말토덱스트린을 0.5 내지 20 중량% 함유하며, 내건조성이 우수하다.
Description
종래부터, 볼펜용 잉크로서는 용제가 물 등의 수성 용매로 구성되고, 잉크의 점도가 10 mPa·s 이하인 저점도의 수성 볼펜용 잉크와, 용제가 광유, 다가 알콜, 지방산, 셀로솔브 등의 유성 용매로 구성되고, 잉크의 점도가 1000 내지 20000 mPa·s인 유성 볼펜용 잉크가 일반적이다.
유성 볼펜용 잉크를 사용하는 유성 볼펜은, 좁은 잉크 수납관을 통과하여 펜 끝의 볼에 부착된 잉크가 볼의 회전에 의해 지면에 전사되고, 그 전사된 분량 만큼의 잉크가 수납관에서 볼로 공급되는 구조로 되어 있다.
수성 볼펜용 잉크를 사용하는 수성 볼펜은, 가는 섬유를 굳힌 중계 유도심의 모세관 작용에 의해 볼의 표면이나 지면에 잉크가 공급되는 구조로 되어 있다.
상기한 수성 볼펜용 잉크 및 유성 볼펜용 잉크는 각각 우수한 장점을 가지고 있는 반면, 여러 가지 문제점을 가지고 있다. 예를 들면, 수성 볼펜용 잉크는 점성이 낮기 때문에 잉크 공급의 원리로 모세관 작용이 이용되고, 이를 사용하는 볼펜은 볼펜 선단부와 종이가 접촉되기만 하면, 그 접점에 모세관 작용이 일어나 잉크가 공급되어, 필압을 너무 가하지 않더라도 지면에 양호한 필적을 만들어 낼 수 있으며, 선 갈라짐, 긁힘이나 잉크 뭉침이 잘 일어나지 않는다. 그 반면, 잉크 수납관에 직접 잉크를 수용하면, 진동, 충격, 외부 공기의 온도 상승등이 원인으로 잉크가 새어나와 볼에 공급되는 양이 불안정해지기 때문에, 가는 섬유로 굳힌 중계 유도심을 가진 복잡한 구조가 요구되고, 또한, 잉크 잔량을 확인하기 어렵다는 문제점을 가지고 있다.
한편, 유성 볼펜용 잉크를 사용하는 볼펜에서는 잉크의 점성이 높기 때문에, 펜끝으로부터의 잉크의 뭉침을 방지할 수 있고, 좁은 잉크 수납관에 직접 잉크를 수납할 수 있어 볼펜의 구조를 간소화할 수 있다는 점과, 잉크의 수납관에 투명한 재질을 사용함으로써, 잉크 잔량을 확인할 수 있다는 특징이 있는 반면, 회전한 볼과 접촉하는 지면에만 잉크가 전사되기 때문에, 볼의 회전이 불안정한 거동을 보이면 선이 갈라지거나 긁힘이 발생하기 쉽고, 지면에 잉크가 침투하기 어려워지기 때문에 미전사된 잉크에 의해 더러움이 생기는 잉크 뭉침이 생기기 쉽다는 문제점을 가지고 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 수용성 잉크에 겔화제나 수용성 페이스트를 첨가하고, 잉크에 특수한 점도 특성을 부여한 수성 볼펜용 잉크(이하, 의소성 수성 잉크라 칭함)가 제공되고 있다.
이 의소성 수성 잉크를 이용한 수성 볼펜은, 필기시에 칩 선단의 볼의 회전에 의해, 잉크에 전단력이 가해지기 때문에 잉크 점도가 저하되고, 수성 볼펜과 같은 매끄러운 필기가 가능해지며, 지면에 양호한 필적을 만들어 낼 수 있다. 또한, 필기하지 않는 경우, 잉크의 점도가 높기 때문에 펜끝으로부터의 잉크의 뭉침을 방지할 수 있다. 이 의소성 수성 잉크를 이용한 수성 볼펜에서는, 잉크 수납관에 직접 잉크를 수납할 수 있어 구조를 간소화할 수 있고, 잉크 수납관에 투명한 재질을 사용함으로써 잉크 잔량의 확인이 가능해진다.
이와 같이, 의소성 수성 볼펜용 잉크를 이용하면, 수성 볼펜과 유성 볼펜의 쌍방의 특징을 겸비한 필기구가 된다.
수성 잉크는 주용제가 물이기 때문에, 그 수분이 증발하면, 예를 들면 필기구의 선단에 있어서 잉크의 용해물이나 혼합물이 농축, 석출, 건조고화되어 막힘 및 잉크의 점도 상승을 일으키고, 재필기시에 지장이 생긴다는 폐해가 있다. 그 때문에, 종래부터 요소, 티오요소, 다가 알콜 및 그의 유도체, 테트라하이드로퍼푸릴알콜, 4-메톡시-4-메틸펜탄-2온, P-톨루엔설폰아미드의 에틸렌 옥사이드 부가물, 티오디에탄올알칸올아민 등의 비휘발성 염료 가용화제 또는 염료 용해 보조제, 소르비톨 등을 첨가하는 것이 제안되었다.
그러나, 상기 각각의 첨가제를 배합한 잉크는 건조방지 효과가 불충분하거나, 첨가제 자체가 독성을 가져서 첨가물로서 부적당하거나, 잉크 점도를 증대시켜 잉크의 추종불량을 일으키는 폐해가 있는 등의 이유로, 만족할만한 필기구용 수성 잉크를 얻을 수 없었다.
이에, 본 발명은 내건조성이 우수하면서 안전하고 잉크의 점도가 상승하지 않는 필기구용 수성 잉크를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 의소성 수성 볼펜용 잉크로서 적합한 수성 잉크를 제공한다.
발명의 요약
본 발명은 적어도 착색제, 분산제, 물 및 극성 용제로 이루어진 필기구용 수성 잉크로서, 상기 잉크는 전체 잉크 중량에 대하여 덱스트린, 또는 말토덱스트린을 0.5 내지 20 중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 필기구용 수성 잉크를 제공하는 것이다. 특히, 적어도 착색제, 분산제, 물, 극성 용제에 추가로 점도 조절제를 포함하여 이루어진 의소성 수성 볼펜용 잉크는 본 발명의 적합한 한 형태이다.
본 발명의 필기구용 수성 잉크중에는, 요구되는 그밖의 수용성 유기 용제가 단독으로 또는 복수 조합하여 첨가될 수도 있다.
본 발명은 신규한 필기구용 수성 잉크에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 의소성 수성 볼펜용 잉크를 포함하는 내건조성이 우수한 필기구용 수성 잉크에 관한 것이다.
본 발명의 필기구용 수성 잉크에서 사용되는 성분에 대하여 설명한다.
본 발명에 있어서 필기구용 수성 잉크에 첨가되는 덱스트린 또는 말토덱스트린은, 식용 감미료로서 일반적으로 이용되고 있는 독성이 없는 안전한 당류로서, 물에 대한 용해도가 높고, 매우 우수한 수분 유지성을 가진다는 특징이 있다.
따라서, 이 덱스트린 또는 말토덱스트린을 함유한 필기구용 수성 잉크는 안전하고, 잉크 점도를 경시적으로 상승시키는 등의 폐해를 일으키는 일 없이 내건조성을 향상시킬 수 있다.
덱스트린 또는 말토덱스트린은 일반적으로 이용되고 있는 수성 잉크의 성질에 대하여 악영향을 주지 않고, 잉크중의 수소 이온농도 등을 변화시키는 일도 없으므로, 음이온 및 양이온성 물질에 대해서도 악영향을 미치지 않고, 따라서 착색제로서는 모든 수성 염료 및 유기 또는 무기안료중에서 임의로 선택할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 수성 잉크중의 덱스트린 또는 말토덱스트린의 함유량은 잉크 전체 양에 대해서 0.5 내지 20 중량%가 바람직하다. 0.5 중량%보다 적으면 내건조성의 효과가 적고, 20 중량%보다 많으면 방사성이 강해져서 필기감을 저하시킨다.
착색제로서는 수성 용매에 용해 또는 분산가능한 염료 및 안료가 모두 사용가능하고, 그 구체적인 예를 들면, 에옥신, 플록신, 워터 옐로 #6-C, 애시드 레드, 워터 블루 #105, 브릴리안트 블루 FCF, 니그로신 NB 등의 산성염료, 다이렉트 블렉 154, 다이렉트 스카이 블루 5B, 바이올렛 BB 등의 직접 염료, 로더민, 메틸 바이올렛 등의 염기성 염료, 이산화티탄, 카본 블랙, 군청 등의 무기안료, 및 각종 금속 분말 등을 사용할 수 있으며, 이들 1종 또는 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
착색제로서 안료를 이용한 경우에는 수용성 고분자 분산제나 계면활성제 등을 적절하게 선택, 배합하는 것이 필요하다. 수용성 고분자로서는 폴리아크릴산염, 스티렌-아크릴산 공중합체의 염, 스티렌-말레인산 공중합체의 염, 비닐나프탈렌-말레산 공중합체의 염, β-나프탈렌설폰산 포르말린 축합물 등의 음이온성 고분자나, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌 글리콜 등의 비이온성 고분자등을 들 수 있다.
물은 주요 용제로서 사용할 수 있고, 극성용제로서는 물에 상용성이 있는 극성기를 가진 모든 용제를 사용할 수 있고, 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 모노메틸에테르, 글리세린, 피롤리돈, 트리에탄올아민 등을 사용할 수 있다.
점도 조절제는 잉크에 의소성을 부여하기 위한 것으로, 구체적으로는 폴리아크릴산염, 가교형 아크릴산 중합체, 스티렌-아크릴산 공중합체의 염, 스티렌-말레산 공중합체의 염, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리에틸렌 글리콜 등의 비이온성 고분자, 크산탄 검, 구아 검, 카제인, 아라비아 고무, 젤라틴, 카라기난, 아르긴산, 트라간트 검, 로커스트 빈 검 등의 다당류 등을 사용할 수 있다.
또한, 이들 점도 조절제에 의해 조정된 잉크의 점도범위는 전단속도가 3.84s-1인 경우에 있어서, 100 내지 4000mPa·s가 바람직하다. 상기 조건하에서 점도가 100mPa·s보다 낮으면, 펜끝에서 잉크가 뭉쳐 버린다. 또한, 이산화티탄이나 금속 분말등 비중이 큰 착색제를 이용했을 때에는 착색제 침강방지를 위하여 점도를 높게 조정할 필요가 있는데, 그 상한치는 4000mPa·s가 바람직하다. 4000mPa·s를 초과하면 잉크의 추종불량에 의한 필기성 저하를 일으킬 우려가 있다.
상기 성분 이외의 다른 조절제로서는, 윤활제로서 폴리알킬렌 글리콜 유도체, 지방산 알칼리염, 비이온계 계면활성제, 불소계 계면활성제 등을 사용할 수 있고, 방청제로서 벤조트리아졸, 사포닌류 등을 사용할 수 있고, pH 조절제로서 수산화 칼륨, 인산 칼륨 등을 사용할 수 있고, 방부제로서 나트륨 오마딘, 1, 2-벤조이소티아졸린 등을 필요에 따라서 사용할 수 있다.
본 발명의 필기구용 수성 잉크의 제조법은, 상기 성분을 필요에 따라서 가열용해, 혼합 교반함으로써 용이하게 얻을 수 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 어떠한 제한되지 않는다.
실시예 1
하기 배합으로 청색 수성 볼펜용 안료 잉크를 조제하였다.
프탈로시아닌 블루 : 8.0 중량%
스티렌-아크릴산 수지 암모늄염 : 3.0 중량%
에틸렌 글리콜 : 20.0 중량%
덱스트린 : 5.0 중량%
인산 에스테르 : 0.7 중량%
바이오덴 : 0.3 중량%
아미노메틸프로판올 : 0.3 중량%
벤조트리아졸 : 0.2 중량%
이온 교환수 : 나머지
실시예 2
하기 배합으로 청색 수성 볼펜용 안료 잉크를 조제하였다.
프탈로시아닌 블루 : 8.0 중량%
스티렌-아크릴산 수지 암모늄염 : 3.0 중량%
에틸렌 글리콜 : 20.0 중량%
말토덱스트린 : 4.0 중량%
인산 에스테르 : 0.5 중량%
바이오덴 : 0.3 중량%
아미노메틸프로판올 : 0.3 중량%
벤조트리아졸 : 0.2 중량%
이온 교환수 : 나머지
실시예 3
하기 배합으로 흑색 수성 싸인펜용 안료 잉크를 조제하였다.
카본 블랙 : 8.0 중량%
스티렌-말레산 수지 암모늄염 : 3.0 중량%
말토덱스트린 : 3.0 중량%
에틸렌 글리콜 : 20.0 중량%
바이오덴 : 0.3 중량%
아미노메틸 프로판올 : 0.3 중량%
벤조트리아졸 : 0.2 중량%
이온 교환수 : 나머지
비교예 1
실시예 1의 잉크에 있어서, 덱스트린을 제외하고 청색 수성 볼펜용 잉크를 조제하였다.
비교예 2
실시예 2의 잉크에 있어서, 말토덱스트린을 제외하고 요소를 5중량% 첨가하여 청색 수성 볼펜용 잉크를 조제하였다.
비교예 3
실시예 3의 잉크에 있어서, 말토덱스트린을 제외하고 흑색 수성 볼펜용 잉크를 조제하였다.
상기 실시예 1 내지 2의 처방에 의해 수득된 잉크와 비교예 1 및 2의 처방에 의해 수득된 잉크를, 각각 볼 직경이 0.7mm인 볼펜에 충전하고, 또한, 실시예 3 및 비교예 3의 방법으로 수득된 잉크를 시판하는 싸인펜에 충전하여, 뚜껑을 열어놓은 채로 방치하여 긁힘이 생길 때까지의 일시를 측정하고, 추가로 잉크를 50℃에서 1개월간 보존한 후의 점도 변화를 조사하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 긁힘까지의 시간 | 30일 | 30일 | 16시간 | 15일 | 20일 | 5시간 |
| 점도 변화 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 상승 | 없음 |
실시예 4
하기 배합으로 청색 의소성 수성 볼펜용 안료 잉크를 조제하였다.
프탈로시아닌 블루 : 8.0 중량%
스티렌-아크릴산 수지 암모늄염 : 3.0 중량%
에틸렌 글리콜 : 20.0 중량%
덱스트린 : 5.0 중량%
인산 에스테르 : 0.7 중량%
바이오덴 : 0.3 중량%
아미노메틸프로판올 : 0.3 중량%
벤조트리아졸 : 0.2 중량%
폴리아크릴산염(아크릴계 합성 고분자) : 0.4 중량%
이온 교환수 : 나머지
실시예 5
하기 배합으로 청색 의소성 수성 볼펜용 안료 잉크를 조제하였다.
프탈로시아닌 블루 : 8.0 중량%
스티렌-아크릴산 수지 암모늄염 : 3.0 중량%
에틸렌 글리콜 : 20.0 중량%
말토덱스트린 : 4.0 중량%
인산 에스테르 : 0.5 중량%
바이오덴 : 0.3 중량%
아미노메틸프로판올 : 0.3 중량%
벤조트리아졸 : 0.2 중량%
폴리아크릴산염(아크릴계 합성 고분자) : 0.4 중량%
이온 교환수 : 나머지
실시예 6
하기 배합으로 흑색 의소성 수성 볼펜용 안료 잉크를 조제하였다.
카본 블랙 : 8.0 중량%
스티렌-말레산 수지 암모늄염 : 3.0 중량%
말토덱스트린 : 3.0 중량%
칼리 비누 : 0.5 중량%
프로필렌 글리콜 : 20.0 중량%
바이오덴 : 0.3 중량%
아미노메틸 프로판올 : 0.3 중량%
벤조트리아졸 : 0.2 중량%
가교형 아크릴산 중합체 : 0.4 중량%
이온 교환수 : 나머지
비교예 4
실시예 4의 잉크에 있어서, 덱스트린을 제외하고 청색 수성 볼펜용 잉크를 조제하였다.
비교예 5
실시예 5의 잉크에 있어서, 말토덱스트린을 제외하고 요소를 5 중량% 첨가하여 청색 수성 볼펜용 잉크를 조제하였다.
비교예 6
실시예 6의 잉크에 있어서, 말토덱스트린을 제외하고 흑색 수성 볼펜용 잉크를 조제하였다.
상기 실시예 4 내지 6의 방법에 의해 수득된 잉크와 비교예 4 내지 6의 처방에 의해 수득된 잉크를 각각 볼 직경인 1.0mm인 볼펜에 충전하고, 뚜껑을 열어놓은 채로 방치하여 긁힘이 생길 때까지의 일시를 측정하고, 추가로 초기의 잉크의 전단 속도 3.84s-1에 있어서의 점도, 및 50℃에서, 1개월간 보존후의 점도변화를 조사하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
| 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 | |
| 긁힘까지의 시간 | 10일 | 14일 | 14일 | 3일 | 5일 | 5일 |
| 잉크 초기점도mPa·s | 700 | 500 | 500 | 750 | 800 | 550 |
| 점도 변화 | 없음 | 없음 | 없음 | 없음 | 상승 | 없음 |
본 발명의 필기구용 수성 잉크는 매우 안전하고, 또한, 시간이 지남에 따라 점도가 상승하는 폐해없이 내건조성이 매우 우수하며, 싸인펜이나 볼펜, 특히 의소성 수성 잉크는 수성 볼펜용에 적합하다.
Claims (4)
- 삭제
- 적어도 착색제, 분산제, 물, 극성 용제 및 점도 조절제를 포함하고 의소성이 부여된 수성 볼펜용 잉크로서, 잉크 총 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량%의 덱스트린 또는 말토덱스트린을 함유하고, 3.84s-1의 전단 속도에서 100 내지 4000mPa·s의 점도를 가지며, 상기 점도 조절제가 폴리아크릴산염, 가교형 아크릴산 중합체, 스티렌-아크릴산 공중합체의 염, 스티렌-말레산 공중합체의 염, 크산탄 검, 구아 검, 카제인, 아라비아 고무, 젤라틴, 카라기난, 트라간트 검, 및 로커스트 빈 검중에서 선택된 하나이상임을 특징으로 하는 수성 볼펜용 잉크.
- 삭제
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