KR100406457B1 - 개질된탄소생성물을함유하는잉크젯잉크조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수성 비히클 및 하나 이상의 유기기가 결합된 탄소를 포함하는 개질된 탄소 생성물을 함유하는 수성 잉크 젯 잉크 조성물에 관한 것이다. 유기기는 a) 하나 이상의 방향족기 및 b) 하나 이상의 이온기, 하나 이상의 이온화 가능한 기, 또는 이온기와 이온화 가능한 기의 혼합물을 함유한다. 방향족기를 갖는 유기기는 방향족기에 의해 탄소에 직접 결합된다. 또한, 유기기는 a) 하나 이상의 C1-C12알킬기 및 b) 하나 이상의 이온기, 하나 이상의 이온화 가능한 기, 또는 이온기와 이온화 가능한 기의 혼합물을 함유한다. 본 발명의 잉크 젯 잉크를 가하는 잉크 젯 기록 방법도 본 발명에 속한다.

Description

개질된 탄소 생성물을 함유하는 잉크 젯 잉크 조성물
본 출원은 1994년 12월 15일에 출원된 미국 특허 출원 제08/356,460호 및 08/356,653의 일부 계속 출원이며, 상기 출원은 본 명세서에 참조 문헌으로 첨부된다.
발명의 배경
잉크 젯 프린팅은 전자 신호에 대한 응답으로, 잉크 액적이 생성되고, 종이, 투명한 필름 또는 직물 재료와 같은 기재 상에 침착되는 비충격식 방법이다. 통상의 잉크 젯 프린팅 시스템은 연속 스트림 또는 요구에 따른 적하(drop-on-demand) 형태 이다. 연속 잉크 젯 시스템에서, 잉크는 압력 하에 하나 이상의 오리피스 또는 노즐을 통해 연속 스트림으로 방출된다. 스트림은 오리피스로부터 고정된 거리에서 액적으로 파괴되도록 뒤흔든다. 파괴점에서 액적은 디지탈 데이타 신호에 따라 장진되고 정전기장을 통과한다. 장은 각 액적의 탄도가 재순환을 위해 홈통으로 들어가거나 또는 기록 매체 상의 특정 위치에서 화상을 형성하도록 조정된다. 요구에 따른 적하 시스템에서는, 디지탈 데이타 신호에 따라 형성된 압력에 의해 액적이 오리피스로부터 방출되어 기록 매체 상의 위치로 향하게 된다. 액적은 기록 매체 상에 놓이지 않는 경우에는 형성되거나 방출되지 않는다. 요구에 따른 적하 시스템은 연속 시스템에 비해 잉크의 회수, 장진, 또는 편향이 요구되지 않는다는 점에서 여러가지 장점을 갖는다.
요구에 따른 적하 잉크 젯 시스템에는 3가지 기본 형태가 있다. 하나의 형태는 한쪽 말단 상에 노즐과 함께 잉크 충전된 유로를 지니고, 다른 말단 근처에 압력 펄스를 생성하는 압전 변환기를 지닌다. 상대적으로 큰 크기의 변환기는 노즐의 밀착된 공간을 막아서, 프린트의 질을 제한할 수 있다. 변환기의 물리적 한계는 느린 잉크 적하 속도 및 느린 프린팅 속도를 초래한다. 느린 적하 속도 역시 적하 속도의 변화 및 방향성에 대한 내성을 감소시킬 수 있다.
두번째 형태의 요구에 따른 적하 시스템은 가열 잉크 젯 또는 버블 젯 프린터로 공지되어 있다. 주 성분은 한쪽 말단의 노즐을 지닌 잉크 충전된 유로 및 노즐 근처의 열 발생 저항기이다. 프리팅 신호는 저항층에서 전기 전류 펄스를 각 잉크 통로 내에서 형성하여 잉크가 바로 주변에서 증발되고, 버블을 형성하도록한다. 유로 중 일부 잉크는 버블 팽창에 기인하여 추진된 액적으로서 오리피스를 통하여 빠져 나온다. 가열 또는 버블 잉크 젯 프린터는 고속 액적을 생산하고 노즐의 간격을 매우 밀접하게 하여 프린트의 질을 높인다.
세번째 형태의 요구에 따른 적하 잉크 젯 장치는 음향 잉크 프린터로 공지되어있다. 이 프린터는 압전 변환기에 의해 형성된 음향의 평면파에 의해 조명된 방추형 렌즈로 형성된 촛점 조절된 음파 빔을 이용한다. 촛점이 맞춰진 음파 빔은 액체의 표면 상에 압력을 가하여 잉크의 소액적을 화상화될 기재로 분출시킨다.
잉크 젯 프린터를 위한 통상의 잉크는 일반적으로 비히클인 물 또는 물과 수용성 또는 수혼화성 유기 용매의 혼합물에 가용성인 염료와 같은 착색제를 함유한다. 그러나, 염료는 잉크 젯 잉크에 사용되는 경우, 여러가지 단점을 갖는다. 수용성 또는 물과 유기물 혼합물에 가용성인 염료는 수분 또는 물에 노출되는 경우에 재용해 될 수 있고, 흐를 수 있다. 염료 화상은 펠트 펜 마커와 접촉 시에 번지고 문질러서 지워지거나 또는 손가락으로 문질러서 지워질 수 있다. 또한 염료는 형광성, 태양 광선, 자외선을 포함하여 불량한 광 안정성을 보인다. 또한, 가용성 염료를 함유하는 잉크도 용매의 증발 및 염료의 용해도, 염료의 결정화, 및 불순물의 존재로 인한 젯팅 유로의 막힘을 나타낼 수 있다. 또한, 염료 기재 잉크도 불량한 프린트 질을 초래할 수 있는 불량한 열 및 화학적 안정성을 보일 수 있다. 또한, 염료가 종이의 기공으로 유출되거나 확산될 수 있어서, 화상의 불량한 프린트 질 및 낮은 광학 밀도를 초래할 수 있다. 염료를 함유하는 특정 잉크 젯 잉크에는 특질 종이가 요구될 수 있다. 또한, 잉크에 함유된 많은 염료는 잠재적으로 돌연변이 유발 요인일 수 있다.
안료도 잉크 젯 잉크의 착색제로서, 염료의 대체물 또는 염료와의 배합물로 사용되어 왔다. 안료는 내수 견뢰도, 내광 견뢰도, 화상 밀도, 열 안정성, 산화 및 화학적 안정성, 다른 착색제와의 병용성, 및 코팅된/처리된 보통지와의 병용성과 같은 점에서 염료보다 우수한 특성을 제공한다. 또한, 안료는 일반적으로 돌연변이 유발 인자가 아니다. 잉크 젯 잉크에 사용된 안료에는 카본 블랙, 티타늄 디옥사이드 화이트, 코발트 블루 (CoO-Al2O3), 크롬 옐로우 (PbCrO4)가 포함된다. 적외선 영역에서 흡수되는 카본 블랙은 바 코드 판독에 사용될 수 있다.
이러한 안료 사용에 대한 주요 문제는 분산이다. 카본 블랙과 같은 안료 입자는 일반적으로 응집되거나 집적된 상태로 존재한다. 그러나, 잉크 젯 잉크를 제조하기 위하여, 카본 블랙은 분산도가 배출력, 프린트 질, 광학 밀도 등과 같은 잉크 젯 프린팅 특성에 직접 영향을 미치기 때문에, 그러한 형태로 분산되고 안정화되야만 한다. 또한, 열 또는 버블형 잉크 젯 프린터의 노즐 구멍은 통상적으로 직경이 약 40 ㎛ 내지 60 ㎛이기 때문에, 잉크 젯 잉크가 이 구멍을 막거나 메우지 않게 됨을 확보하는 것이 중요하다. 따라서 안료 입자를 가능한 작게 만드는 것이 요구된다. 바람직한 카본 블랙은 각 응결체로 감소된다. 또한, 작은 안료 입자는 보관되는 동안 안착되는 경향이 적어서 카본 블랙 분산물의 안정성에 기여한다.
이러한 요구조건들의 측면에서, 통상의 수성 안료 기재 잉크 젯 잉크는 일반적으로 수성 잉크 비히클, 안료, 분산제, 및 습윤제를 함유하여 잉크의 건조 또는 오리피스의 막힘을 방지한다. 또한, 살균제, 결합제, 염, 건조제, 침투제, 계면활성제 등과 같은 첨가제도 포함될 수 있다.
분산제는 나머지 부분이 비히클에 흡인되는 반면, 분자 일부분이 안료와 결합될 수 있는 물질이다. 분산제는 통상적으로 안료 입자를 코팅한 후, 비히클의 코팅을 유인하여, 코팅된 입자가 비히클에 분산되도록 한다. 따라서, 안료 입자의 응집 및 집적은 보호 커버로 인한 입체적 또는 전기적-입체적 반발로 인해 최소화된다.
당업계의 공지된 안료 기재 잉크 젯 잉크를 제조하기 위한 통상의 단계는 하기와 같다. 첫째, 안료는 용매 및 분산제의 존재 하에 액체 젯 상호 작용 챔버, 매질 밀, 볼 밀, 롤 밀, 스피드 라인 밀, 균질기, 및 모래 분쇄기를 포함하는 다양한 임의의 기계적 분산 방법에 의해 밀링되야만 한다. 밀링 단계 없이는, 분산제는 효과적이지 못할 것이다. 안료 분산제는 비히클로 더 희석하여 목적하는 농도를 얻을 수 있다. 마지막으로, 습윤제, 점도 조절 첨가제, 살균제, 살진균제, pH 조절제, 부식 방지제 등과 같은 특정의 추가 잉크 성분을 안료 분산액에 첨가할 수 있다. 비히클로의 추가의 희석도 가능하다. 여과 및(또는) 원심분리에 의한 보다 큰 입자의 제거가 또한 요구될 수 있다.
수성 잉크의 특성, 제조 및 용도에 대한 일반적 논의에 대해서는, 문헌[The Printing Manual, 5th Ed., Leach 등, Eds. (Chapman & Hall, 1993)]을 참조한다.
따라서, 시간 및 비용의 대부분을 안료를 수성 매질에 적절하게 분산시키는데 할애한다. 안료의 분산을 용이하게 하고 증진시키려는 목적은 하기 특허에 반영되어 있다.
미국 특허 제5,184,148호는 산성 카본 블랙 및 평균 분자량이 3000 내지 30,000의 범위 내에 있는 수용성 수지를 함유하는 수성 액체 매질로 이루어진 잉크 젯 잉크에 관한 것이다. 수지는 액체 매질에서 카본 블랙의 분산 안정성을 증진시키는 작용을 한다. 계면활성제, 소포제, 방부제, 염료 등과 같은 다른 첨가제도 포함될 수 있다.
미국 특허 제4,597,794호는 안료의 미립자를 친수성 및 소수성 구성 부분을 모두 지닌 중합체를 함유하는 수성 분산 비히클에 분산시킴으로써 제조된 잉크를 사용하는 잉크 젯 기록 방법에 관한 것이다. 친수성 부분은 주로 중합성 비닐기를 갖는 모노머의 중합체로 이루어지고, 예를 들어, 카르복실산기, 술폰산기 및 술페이트기가 포함된다. 친수성 기가 결합된 모노머의 예는 스티렌 및 그의 유도체, 비닐 나프탈렌 및 그의 유도체, 및 C8-C18지방족 알코올의 α,β-에틸렌계 불포화 카르복실레이트이다. 중합체의 소수성 부분은 안료에 흡착되고, 친수성 부분은 안료로부터 물 또는 다른 수성 용매와 결합되도록 노출되어 있다. 이 메카니즘은 안료의 개선된 분산액을 형성한다. 개시된 잉크 조성물도 계면활성제, 염, 수지 및 염료와 같은 첨가제를 함유할 수 있다.
미국 특허 제4,530,961호는 잉크 젯 잉크를 제조하기 위하여 사용할 수 있는 알칼리 또는 암모늄 카르복실레이트 함유 폴리아크릴레이트의 친수성 모노머로 그래프트된 카본 블랙의 수분산액에 관한 것이다. 카본 블랙을 물에서 수용성 과산화물로 처리하고, 과산화한 후, 수용성 아크릴계 모노머 및 추가의 과산화물을 첨가한다. 이 방법은 모노머의 균질한 자유 라디칼 중합과 동시에 카본 블랙에 대한 그래프트를 초래한다. 이 조성물도 계면활성제, 습윤제, 안료 또는 다른 첨가제를 함유할 수 있다.
미국 특허 제5,281,261호는 화학적으로 그래프트되거나 그의 표면으로 흡착된 중합체 비닐 방향족 염을 갖는 카본 블랙 입자 함유 잉크에 관한 것이다. 이 염은 카본 블랙과 염의 방향족기의 유사한 소수성으로 인하여 간단히 카본 블랙의 표면에 흡착될 수 있다. 염이 카본 블랙으로 그래프트되는 경우, 카본 블랙으로 직접 그래프팅되는 것은 염의 방향족 영역이 아니다. 대신 염 위의 중합성 올레핀기가 카본 블랙과 상호 작용하여 그 위의 염을 그래프트한다. 또한, 통상의 잉크 젯 잉크에서와 같이, 계면활성제, 습윤제, 염료 등과 같은 첨가제가 존재할 수 있다.
상기 미국 특허들 및 문헌들은 본 명세서의 참고 문헌으로 인용된다.
잉크 젯 잉크 중 카본 블랙과 같은 안료의 용도는 염료의 대체물이면서, 과도한 처리 및 비용을 들이지 않고도 더 작은 입자 형태로 안정하게 분산될 수 있는 안료를 요구한다.
발명의 요약
본 발명은 수성 비히클 및 하나 이상의 유기기가 결합된 탄소를 포함하는 개질된 탄소 생성물을 함유하는 수성 잉크 젯 잉크 조성물에 관한 것이다. 여기서 사용된 탄소는 디아조늄염과 반응하여 상기 개질된 탄소 생성물을 형성할 수 있다. 탄소는 결정성 또는 무정형 형태일 수 있다. 예를 들어, 흑연, 카본 블랙, 유리질 탄소, 활성탄, 활성탄소 및 그의 혼합물을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 상기의 미분된 형태가 바람직하다. 유기기는 a) 하나 이상의 방향족기 및 b) 하나 이상의 이온기, 하나 이상의 이온화 가능한 기, 또는 이온기와 이온화 가능한 기의 혼합물을 함유한다. 방향족기를 갖는 유기기는 방향족기에 의해 탄소에 직접 결합된다.
또한, 본 발명은 수성 비히클 및 상기 개질된 탄소 생성물을 포함하는 수성잉크 젯 잉크 조성물에 관한 것이다. 개질된 탄소 생성물의 유기기는 a) 하나 이상의 C1-C12알킬기 및 b) 하나 이상의 이온기, 하나 이상의 이온화 가능한 기, 또는 이온기와 이온화 가능한 기의 혼합물을 함유한다. 본 발명의 잉크 젯 잉크는 바람직한 분산 안정도, 배출력, 프린트 질, 및 화상 광학 밀도를 제공한다. 또한, 본 발명은 잉크 젯 기록 헤드의 오리피스로부터의 잉크 액적 (본 발명의 잉크 젯 잉크를 사용)을 기록 매체에 가하는 단계가 포함된 잉크 젯 기록 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 본 발명의 개질된 탄소 생성물을 수성 잉크 젯 잉크로 첨가 또는 혼입하는 단계를 포함하는 수성 잉크 젯 잉크의 광학 밀도를 증가시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 태양
본 발명은 수성 비히클 및 개질된 탄소 생성물을 함유하는 수성 잉크 젯 잉크 조성물에 관한 것이다. 통상의 탄소 안료와는 대조적으로, 본 발명의 잉크 젯 잉크에서 사용된 개질된 탄소 생성물은 수성 비히클에서 분산되기 어렵지 않다. 개질된 탄소 생성물은 통상의 밀링 공정을 필요로 하지 않고, 유용한 잉크를 얻기 위한 분산제도 필요로 하지 않는다. 개질된 탄소 생성물은 저전단 교반 또는 물에서 안료를 쉽게 분산시키는 혼합만을 요구한다.
여기서 사용된 탄소는 디아조늄 염과 반응하여 상기 개질된 탄소 생성물을 형성할 수 있다. 탄소는 결정성 또는 무정형일 수 있다. 예를 들어, 흑연, 카본 블랙, 유리질 탄소, 활성탄 및 활성탄소를 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 상기의 미분된 형태가 바람직하고, 서로 다른 탄소의 혼합물을 사용할 수 있다. 탄소 생성물은 상기 탄소와 디아조늄 염이 액체 반응 매질에서 반응하여 하나 이상의 유기기가 탄소 표면에 결합되어 제조될 수 있다. 바람직한 반응 매질에는 물, 물을 함유하는 임의의 매질, 알코올을 함유하는 임의의 매질이 포함된다. 물이 가장 바람직한 매질이다. 이 개질된 탄소 생성물 (여기서 탄소는 카본 블랙임) 및 다양한 그의 제조 방법은 1994년 12월 15일에 출원되고 발명의 명칭이 "카본 블랙과 디아조늄 염의 반응, 생성된 카본 블랙 생성물 및 그의 용도"인 미국 특허 출원 제08/356,660 및 본 출원과 동시에 출원된 그의 일부 연속 출원에 기재되어 있고, 이들은 모두 본 명세서에 참고 문헌으로 기재되어 있다. 이 개질된 탄소 생성물 (여기서, 탄소는 카본 블랙이 아님) 및 다양한 그의 제조 방법은 1994년 12월 15일에 출원되고 발명의 명칭이 "탄소 물질과 이다조늄 염의 반응 및 생성된 탄소 생성물"인 미국 특허 출원 제08/356,653에 기재되어 있고, 이 문헌도 본 명세서에 참고 문헌으로 기재되어 있다.
상기 개질된 탄소 생성물을 제조하기 위하여, 디아조늄 염은 탄소와 반응하기에 충분히 안정적인 양만이 요구된다. 따라서, 이 반응은 디아조늄 염 일부와 수행될 수 있고, 그렇지 않으면 불안정하고 분해되는 것으로 간주된다. 특정 분해 과정은 탄소와 디아조늄 염 간의 반응과 경쟁할 수 있고, 탄소에 결합된 총 유기기 수를 감소시킬 수 있다. 또한, 반응을 많은 디아조늄 염이 분해에 민감한 승온에서 수행할 수 있다. 또한, 승온은 반응 매질에서 디아조늄 염의 용해도를 증가시키고 처리 과정 중 취급을 용이하게 하여 유리할 수 있다. 그러나, 승온은 다른 분해 반응으로 인하여 디아조늄 염의 손실을 초래할 수 있다.
카본 블랙은 묽고, 쉽게 교반되는 수성 슬러리로서 존재하거나 또는 카본 블랙 펠릿 형성을 위한 적절한 양의 물의 존재 하에서 디아조늄 염과 반응할 수 있다. 필요하다면, 카본 블랙 펠릿은 통상의 펠릿화 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 다른 탄소는 유사하게 디아조늄 염과 반응할 수 있다. 또한, 카본 블랙이 아닌 탄소를 사용하는 개질된 탄소 생성물이 잉크 젯 잉크에 사용되는 경우, 잉크에서 원하지 않는 침전물이 생기지 않도록 디아조늄 염과 반응하기 전에 탄소는 바람직하게는 미립자 크기로 분쇄되어야 한다. 탄소에 결합될 수 있는 바람직한 유기기 세트는 관능기로서 이온기 또는 이온화 가능한 기로 치환된 유기기이다. 이온화 가능한 기는 사용되는 매질 중에서 이온기를 형성할 수 있는 것이다. 이온기는 음이온기 또는 양이온기일 수 있고, 이온화 가능한 기는 음이온 또는 양이온을 형성할 수 있다.
음이온을 형성하는 이온화 관능기에는 예를 들어, 산성기 또는 산성기의 염이 포함된다. 따라서, 유기기는 유기산으로부터 유도된 기를 포함한다. 바람직하게는, 음이온을 형성하는 이온화 가능한 기를 함유하는 경우, 예를 들어, a) 방향족기 또는 C1-C12알킬기 및 b) pKa가 11 미만인 하나 이상의 산성기 또는 pKa가 11 미만인 하나 이상의 산성기의 염, 또는 pKa가 11 미만인 하나 이상의 산성기와 pKa가 11 미만인 하나 이상의 산성기의 염의 혼합물일 수 있다. 산성기의 pKa는 대체적으로 단순히 산성 치환체가 아닌 유기기 전체의 pKa이다. 더욱 바람직하게는 pKa는 10 미만이고, 가장 바람직하게는 9 미만이다. 바람직하게는 유기기의 방향족기 또는 알킬기가 탄소에 직접 결합하는 것이다. 방향족기는 예를 들어, 알킬기로 추가로 치환되거나 치환되지 않을 수 있다. C1-C12알킬기는 분지쇄이거나 비분지쇄 일 수 있고, 바람직하게는 에틸이다. 더욱 바람직하게는 유기기는 페닐 또는 나프틸기이고, 산성기는 술폰산기, 술핀산기, 포스폰기 또는 카르복실산기이다. 예를 들어, -COOH, -SO3H 및 -PO3H2, -SO2NH2, -SO2NHCOR (여기서, R은 알킬 또는 페닐기임), 및 그의 염, 예를 들어 -COONa, -COOK, -COO-NR4 +, -SO3Na, -HPO3Na, -SO3 -NR4 +및 PO3Na2이다. 특히 바람직한 이온화 가능한 치환체는 -COOH, -SO3H 및 그의 나트륨염 및 칼륨염이다.
가장 바람직하게 유기기는 치환되거나 또는 비치환된 술포페닐기 또는 그의 염, 치환되거나 또는 비치환된 (폴리술포)페닐기 또는 그의 염, 치환되거나 또는 비 치환된 술포나프틸기 또는 그의 염, 또는 치환되거나 또는 비치환된 (폴리술포)나프틸기 또는 그의 염이다. 바람직한 치환된 술포페닐기는 히드록시술포페닐기 또는 그의 염이다.
음이온을 형성하는 이온화 가능한 관능기를 갖는 특정 유기기는 p-술포페닐, 4-히드록시-3-술포페닐 및 2-술포에틸이다.
아민은 양이온기를 형성하고, 음이온을 형성하는 이온화 가능한 기에 대하여 상기한 바와 같은 유기기에 결합될 수 있는 이온화 가능한 관능기의 예이다. 예를 들어, 아민은 산성 매질에서 양성자화되어 암모늄기를 형성할 수 있다. pKb가 5 미만인 아민 치환체를 갖는 유기기가 바람직하다. 4차 암모늄기 (-NR3 +) 및 4차 포스포늄기 (-PR3 +)도 양이온기의 예이고, 상기 음이온을 형성하는 이온화 가능한 기에서 기재한 바대로, 동일한 유기기에 결합될 수 있다. 바람직하게는 유기기는 페닐 또는 나프틸기와 같은 방향족기 및 4차 암모늄 또는 4차 포스포늄기를 포함한다. 방향족기는 바람직하게는 탄소에 직접 결합된다. 4차 시클릭 아민 및 4차 방향족 아민도 유기기로 사용될 수 있다. 따라서, N-치환된 피리디늄 화합물, 예를 들어, N-메틸-피리딜을 이러한 점에서 사용할 수 있다. 유기기의 예는 3-C5H4N(C2H5)+, C6H4NC5H5 +, C6H4COCH2N(CH3)3 +, C6H4COCH2(NC5H5)+, 3-C5H4N(CH3)+및 C6H4CH2N(CH3)3 +를 포함하나, 이에 한정되지는 않는다.
이온기 또는 이온화 가능한 기로 치환된 유기기가 결합된 개질된 탄소 생성물의 잇점은 개질된 탄소 생성물이 상응하는 비처리된 탄소와 비교하여 수분산도가 증가될 수 있다는 것이다. 일반적으로, 개질된 탄소 생성물의 수분산도는 이온화 가능한 기를 갖는 탄소에 결합된 유기기의 수 또는 해당 유기기에 결합된 이온화 가능한 기의 수가 증가할 수록 증가된다. 따라서, 개질된 탄소 생성물과 관련된 이온화 가능한 기의 수가 증가할 수록 그들의 수분산도가 증가되고 목적하는 수준까지 수분산도의 조절이 가능해야만 한다. 탄소에 결합된 유기기로서 아민을 함유하는 개질된 탄소 생성물의 수분산도는 수성 비히클을 산성화함으로써 증가될 수 있음을 알 수 있다.
개질된 탄소 생성물의 수분산도가 전하 안정화에 어느 정도 의존하기 때문에, 수성 매질의 이온 강도는 0.1 몰랄 농도 미만인 것이 바람직하다. 이온 강도가 0.01 몰랄 농도 미만인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 개질된 탄소 생성물은 부산물 또는 염을 함유하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명의 수분산성 개질된 탄소 생성물을 제조하는 경우, 이온기 또는 이온화 가능한 기가 반응 매질에서 이온화되는 것이 바람직하다. 생성된 생성물 분산액 또는 슬러리는 그 자체로 사용하거나 또는 사용하기 전에 희석할 수 있다. 별법으로, 개질된 탄소 생성물은 통상의 카본 블랙에 사용된 기술을 사용하여 건조시킬 수 있다. 이 기술은 오븐 및 회전 화로에서의 건조를 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 그러나, 과도한 건조는 수분산도를 상실시킬 수 있다. 상기 개질된 탄소 생성물이 수성 비히클에서 목적하는 대로 쉽게 분산되지 않는 경우, 개질된 탄소 생성물은 밀링 또는 마쇄와 같은 통상의 공지된 기술을 사용하여 분산시킬 수 있다.
수성 비히클 및 안료로서 안정하게 분산된 개질된 탄소 생성물을 함유하는 잉크 젯 잉크의 제조를 상기 탄소 생성물을 사용하여, 최소의 성분 및 처리 단계로 수행할 수 있다. 이러한 잉크는 당업계에 공지된 임의의 잉크 젯 프린터에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 잉크 젯 잉크에서, 탄소 생성물은 잉크 젯 잉크의 20 중량% 이하의 양으로 존재한다. 비개질된 탄소와 본 발명의 개질된 탄소 생성물의 혼합물을 함유하는 잉크 젯 잉크 조성물을 사용하는 것도 또한, 본 발명의 범위 내에 포함된다. 하기된 통상의 첨가제는 분산제에 첨가되어 잉크 젯 잉크의 특성을 더욱 증진시킬 수 있다.
특히, 습윤제는 잉크 중에 첨가되어 수분의 증발 속도를 감소시켜 막힘을 최소화할 수 있다. 잉크가 건조되기 시작하는 경우, 습윤제 농도는 증가되고 증발은 더욱 감소된다. 또한, 습윤제는 잉크 및 이들로 부터 생성된 프린트의 다른 특성, 예를 들어, 점도, pH, 표면 장력, 광학 밀도, 및 프린트 질에 영향을 미칠 수 있다. 바람직한 습윤제에는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린, 디프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 아미드, 에테르, 카르복실산, 에스테르, 알코올, 오르가노술피드, 오르가노술폭시드, 술폰, 알코올 유도체, 카르비톨, 부틸 카르비톨, 셀로솔브, 에테르 유도체, 아미노 알코올, 및 케톤이 포함된다.
벤조에이트염 또는 소르베이트염과 같은 살균제는 세균 증식을 예방하는데 중요하다. 세균은 종종 잉크 노즐보다 커서 막힘과 다른 문제를 야기시킨다. 결합제는 기재에 부착되어 종이 상에 착색제를 유지시킨다. 예로는 폴리에스테르, 폴리에스테르멜라닌, 스티렌-아크릴산 공중합체, 스티렌-아크릴산-알킬아크릴레이트 공중합체, 스티렌-말레산 공중합체, 스티렌-말레산-알킬아크릴레이트 공중합체, 스티렌-메타크릴산 공중합체, 스티렌-메타크릴산-알킬아크릴레이트 공중합체, 스티렌-말레산 반에스테르 공중합체, 비닐 나프탈렌-아크릴산 공중합체, 비닐 나프탈렌-말레산 공중합체 및 그의 염이 있다. 건조 촉진제는 잉크가 종이 위에 놓인 후 잉크의 증발을 촉진한다. 이에는 소듐 라우릴 술페이트, N,N-디에틸-m-톨루아미드, 시클로헥실피롤리디논 및 부틸카르비톨이 있다. 알코올, 소듐라우릴술페이트, 에스테르 및 케톤과 같은 침투제는 잉크가 종이의 표면을 침투하도록 한다. 알코올도 액체 잉크의 건조 속도를 증가시키는 데에 사용될 수 있다. 세제 및 비누와 같은 계면활성제는 표면 장력을 감소시켜 잉크가 기재 상에 퍼지도록 한다.
또한, 개질된 탄소 생성물을 기재로 한 잉크 젯 잉크는 특정 염료를 혼입하여 색상 균형을 개질시키고 광학 밀도를 조절할 수 있다. 이러한 염료에는 식용 염료, FD & C 염료, 구리 프탈로시아닌 유도체를 포함하는 프탈로시아닌 사술폰산의 유도체, 사나트륨염, 사암모늄염, 사칼륨염, 사리튬염 등이 포함된다.
중합체 또는 올리고머를 개질된 탄소 생성물을 기재로 한 잉크 젯 잉크에 첨가할 수 있다. 이러한 잉크로부터 형성된 화상은 가해진 중합체 또는 올리고머의 중합 또는 가교시에 수불용성일 수 있다.
또한, 본 발명의 개질된 탄소 생성물을 사용하는 잉크 젯 잉크의 제조에 있어서, 점차 감소되는 크기의 여과지를 통한 잉크의 연속 여과를 이용하여 목적하는 최종 생성물을 얻을 수 있다. 예를 들어, 먼저 3.0 ㎛ 여과지를 사용한 후, 1.0 ㎛의 여과지를 사용하는 여과 등이 바람직하다. 또한, 잉크 젯 잉크 중 개질된 탄소 생성물의 크기는 약 2 ㎛보다 크지 않은 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 개질된 탄소 생성물의 크기는 1 ㎛ 이하이다.
유리하게는 본 발명의 잉크 젯 잉크는 시간 경과와 광범위한 온도에서도 뛰어난 안정성을 갖고, 바람직한 점도 및 표면 장력을 갖고, 프린트 되었을 때에는양호한 광학 밀도, 프린트의 선명함, 내마모성 및 내수 견뢰도를 갖는다. 특히 양호한 내수 견뢰도는 잉크 젯 잉크가 이러한 성질을 부여하는 특정 스티렌화된 아크릴산을 함유할 때 얻을 수 있다. 예를 들어, 이러한 스티렌화된 아크릴산은 약 4200의 분자량, 약 2의 다분산도, 및 약 215의 산가, 약 128℃의 연화점, 및 약 67℃의 Tg를 갖는다. 시판품의 예는 존크릴 (JONCRYL) 58 아크릴계 (존크릴은 위스콘신주 레이신에 소재한 Johnson Polymer의 등록상표임)이고, 이는 Joncryl 680의 용액이다.
잉크 젯 잉크의 조성물에서 본 발명의 개질된 탄소 생성물을 사용하여, 70 dyne/cm를 초과하는 높은 표면 장력 및 1.9 cP 미만의 낮은 점도를 얻을 수 있다. 필요하다면, 표면 장력은 다른 성분의 첨가로 인해 낮아질 수 있다. 조성물에서 이러한 유연성은 액적 크기 및 균일성의 조절을 가능하게 한다. 하기 실시예에서 더욱 상세히 설명된 바와 같이 본 발명의 잉크 젯 잉크 조성물을 사용하여 뛰어난 광학 밀도를 얻었다.
하기 실시예는 특허 청구된 본 발명을 예시하려는 것이지, 한정하는 것은 아니다.
본 발명은 안료로서 탄소 생성물을 함유하는 잉크 젯 프리팅을 위한 수성 잉크 조성물에 관한 것이다.
탄소 및 잉크 성질을 측정하기 위해 사용된 방법
표면적:
ASTM D-4820에 따라 얻어진 BET 질소 표면적을 표면적 측정을 위해 사용하였다. CTAB 면적을 ASTM D-3765에 따라 얻었다. DBPA 데이타를 ASTM D-2414에 따라얻었다.
표면 장력:
잉크의 표면 장력을 CSC Scientific Co., Inc. (미국 버지니아주 페어팩스 소재)에서 구입한 CSC-DU NOUY 장력기 제70535호를 사용하여 ASTM D 1331 및 D 1590에 따라 측정하였다.
점도:
잉크 점도를 Cannon Instrument Co. (미국 펜실베니아주 스테이트 컬리지 소재)에서 구입한 Cannon-Fenske (역류) 점도계를 사용하여 ASTM 방법 D 445 및 D 446에 따라 측정하였다. 또한, Norcross Corp. (미국 매사추세츠주 뉴튼 소재)에서 구입한 제1호 쉘 컵을 사용하여 ASTM 방법 D 4212에 따라 사용하여 일부 잉크의 점도를 측정하였다. 양 방법 간의 결과의 뛰어난 상관성을 발견하였다.
입자 직경:
평균 입자 직경 및 검출 가능한 가장 큰 직경을 Leeds & Northrup Co. (미국 플로리다주 피터스버그 소재)로부터 구입한 MICROTRAC 초미립자 분석기를 사용하여 측정하였다. 비투명성, 비구형 입자, 입자 밀도=1.86 g/㎥이고, 분산액으로 물을 사용하는 조건을 사용하였다. 작동 시간은 6분이었다 (MICROTRAC은 Leeds & Northrup Co.의 등록상표).
광학 밀도:
3 밀 버드 어플리케이터를 사용하여 액체 잉크 코팅한 후 필름을 공기 건조시켜 제조된 필름의 광학 밀도를 Macbeth (미국 뉴욕주 뉴 윈저 소재)로부터 구입한 MACBETH RD918 농도계를 사용하여 ANSI CGATS.4-1993의 방법에 따라 측정하였다. 광학 밀도는 Nashua Corp. (미국 뉴헴프션주 나슈아 소재)로부터 구입한 나슈아 건식인쇄용 비코팅 백지 제20호 상에서 측정하였다 (MACBETH는 Kollmorgen Instruments Corp.의 등록상표).
프린트 질:
프린트 질은 기재 상의 잉크 필름에 의해 형성된 화상 (또는 특징)의 첨예도이다. 프린트의 "흐릿하지 않음", "번지지 않음". "비배출성", "비중단성"을 포함하는 화상의 첨예도를 시각적 관찰에 의해 측정하였다. 특징적 직선도, 비대칭도, 인접도, 간격, 경계 조절도, 및 비외인성 잉크는 모두 프린트 질에 기여한다. 1에서부터 6까지의 개략적 상대 비율을 형성된 프린트에 대해서 만들었다. 시각적 비율 스케일에서, 1은 가장 우수한 프린트 질을 나타낸다. 1 내지 6의 비율을 갖는 모든 잉크는 읽기 쉬운 프린트를 형성하였다.
내수 견뢰도:
프린트 상에 증류수를 가한 후, 티슈로 문지르고, 이어서 프린트 질의 변화 및 티슈 상의 잉크의 변화를 시각적으로 관찰하여 성질 시험을 하였다.
〈실시예 1〉
카본 블랙 생성물의 제조
물 2ℓ중의 술파닐산 43 g의 용액을 약 75℃에서 230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 202 g에 교반하면서 가하였다. 교반된 혼합물을 실온으로 냉각되도록 방치하고, 26.2 g의 진한 질산을 가하였다. 물 중의 20.5 g의NaNO2용액을 가하였다. 4-술포벤젠디아조늄 히드록사이드 내염을 형성하고, 카본 블랙과 반응시켰다. 생성된 버블링이 중단될 때까지 분산액을 교반하였다. 70℃에서 건조시킨 후, 생성물을 메탄올로 세척하고 90℃의 오븐에서 건조시켰다. 생성물은 p-C6H4SO3 -기가 결합되었다.
〈실시예 2〉
카본 블랙 생성물의 제조
핀 펠릿화기를 술파닐산 42.4 g 및 350 ㎡/g의 CTAB 표면적 및 120 ㎖/100g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 200 g으로 장진하였다. 30초 동안 혼합한 후, 150 g의 끓는 물 중의 17.4 g의 NaNO2용액을 가하고, 혼합물을 45초 동안 펠릿화하였다. 4-술포벤젠디아조늄 히드록사이드 내염을 형성하고, 카본 블랙과 반응시켰다. 이어서, 생성물을 35℃에서 건조시킨 후, 120℃의 오븐에서 건조시켰다. 생성물은 0.2%의 325 메쉬 잔유물을 지녔고, 비반응 카본 블랙과 비교하여 97%였다. 생성물은 p-C6H4SO3-기가 결합되었다.
〈실시예 3〉
카본 블랙 생성물의 제조
이 실시예는 본 발명에 사용하기 위한 카본 블랙 생성물의 제조를 예시한다. 술파닐산 21 g을 가온하면서 물 1 ℓ에 용해시켰다. 용액을 230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 100 g의 카본 블랙과 혼합하고, 실온으로 냉각하였다.10 g의 NaNO2수용액을 천천히 가하고, 생성된 분산액을 2시간 동안 교반하였다. 4-술포벤젠디아조늄 히드록사이드 내염을 동일 반응계 내에서 형성한 후, 카본 블랙과 반응시켰다. 생성물을 70℃의 오븐에서 밤새 건조시켰다. 생성물은 p-C6H4SO3 -기가 결합되었다.
〈실시예 4〉
카본 블랙 생성물의 제조
안트라닐산 1.58 g을 5℃에서 물 5.3 g 중의 5.0 g의 진한 염산 용액에 가하였다. 5℃에서 물 8.7 g 중의 1.78 g의 NaNO2용액을 가하고, 혼합물을 빙조에서 교반하면서 10℃ 미만의 온도로 유지하였다. 15분 동안 교반한 후, 용액을 320 ㎡/g의 표면적 및 120 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 20 g의 교반 현탁액에 가하였다. 15분 동안 교반한 후, 생성물을 여과로 수집하고, 물로 두번 세척하고 110℃의 오븐에서 건조시켰다. 생성물은 p-C6H4CO2 -기가 결합되었다.
〈실시예 5〉
카본 블랙 생성물의 제조
질산은 1.69 g을 물 30 g 중의 H3NC6H4N(CH3)3CH 3.08 g의 교반 용액에 가하였다. 침전물을 여과로 제거하고, 잔사 용액을 물 70 g 중의 230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 10.0 g의 교반 현탁액에 가하였다. 진한 염산 2.25 g을 가한 후, 물 10 g 중의 0.83 g의 NaNO2용액을 가하였다. 디아조늄 염 N2C6H4N(CH3)3 ++을 동일 반응계 내에서 형성하고, 카본 블랙과 반응시켰다. 버블을 방출하였다. 버블링이 중단된 후, 분산액을 120 ℃의 오븐에서 건조시켰다. 생성물은 0.6%의 325 메쉬 잔유물을 지녔고, 비반응 카본 블랙과 비교하여 94%였다. 생성물은 p-C6H4N(CH3)3 +기가 결합되었다.
〈실시예 6〉
카본 블랙 생성물의 제조
물 2ℓ중의 술파닐산 43 g의 용액을 가온하면서 용해시켰다. 용액을 230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 200 g과 혼합하고 냉각되도록 방치하였다. 20.5 g의 NaNO2수용액을 천천히 가하고, 생성된 분산액을 1시간 동안 교반하였다. 4-술포벤젠디아조늄 히드록사이드 내염을 동일 반응계 내에서 형성하고, 카본 블랙과 반응시켰다. 분산액을 와트만 #41 여과지를 통해 여과하고, 생성물을 70℃의 오븐에서 건조시켰다. 생성물은 p-C6H4SO3 -기가 결합되었다(6958-77) (M900).
〈실시예 7〉
카본 블랙 생성물의 제조
가온수 100 ㎖ 중에 술파닐아미드 17.0 g 및 24.7 ㎖의 진한 염산 용액을 제조하였다. 용액을 빙조에서 냉각하고 20 ㎖의 물 중의 7.49 g의 NaNO2용액을 몇분 동안 가하였다. 20분 동안 교반한 후, 디아조늄 용액의 반을 250 ㎖의 물 중 230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 50 g의 교반 현탁액에 가하였다. 기체 발생을 관찰한지 약 5분 후, 현탁액을 3시간 동안 교반하였다. 카본 블랙 생성물은 분산액을 125℃의 오븐에서 건조시켜 회수하였다. 생성물은 p-C6H4SO2NH2 -기가 결합되었다.
〈실시예 8〉
잉크 젯 잉크의 제조
이 실시예는 본 발명의 잉크 젯 잉크의 제조를 예시한다. 술파닐산 4.25 g을 뜨거운 물에 용해시키고 뜨겁게 여과하였다. 230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 25 g의 카본 블랙을 가하고, 교반 혼합물을 30℃로 냉각하였다. 진한 염산 5.33 g을 가한 후, 소량의 물에 용해된 2.03 g의 NaNO2를 1시간 동안 가하였다. 버블링을 중단한 후, 분산액 중 카본 블랙 생성물은 p-C6H4SO3 -기가 결합되었다. 이어서, 물을 가하여 카본 블랙 생성물 농도를 3 중량%로 희석하였다. 분산액을 10분 동안 1000 rpm에서 원심분리하고, 1.2 ㎛ 여과지로 여과하였다. 분산액을 카본 블랙 생성물의 농도가 10 중량%가 될 때까지 오븐에서 농축하였다. 분산액을 1.2 ㎛ 여과지를 통해 여과하고, NaOH 용액을 첨가하여 pH 9로 조절하였다. 생성된 잉크 젯 잉크 중 카본 블랙 생성물의 중간 입자 크기는 0.06 ㎛였다. 잉크 시료는1.17 cp의 점도 및 76.5 dyne/cm의 표면 장력을 지닌 약 5 중량% 카본 블랙 함량으로 희석하였다.
잉크 시료를 약 5 중량% 카본 블랙 함량으로 희석시키고, 동결-해동 과정을 세번 수행하여 1.20 cp의 점도 및 76 dyne/cm의 표면 장력을 갖게하였다. 이 잉크 중 카본 블랙 생성물은 0.05 ㎛의 중간 입자 크기를 지녔다.
시료를 희석하여 5중량% 카본 블랙 함량이 되게한 후, 시료를 봉함된 용기에서 1주일 동안 70℃로 가열하여 1.13 cp의 점도, 76 dyne/cm의 표면 장력을 지니게 되었다. 이 잉크 젯 잉크 중의 카본 블랙 생성물은 0.06 ㎛의 중간 입자 크기를 지녔다.
〈실시예 9〉
잉크 젯 잉크의 제조
술파닐산 34.3 g을 2 ℓ의 뜨거운 물에 용해시켰다. 230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 200 g의 카본 블랙을 가하고, 혼합물을 실온으로 냉각하였다. 진한 질산 21.2 g을 가하였다. 40 g의 물 중 16.5 g의 NaNO2용액을 천천히 가하였다. 교반한 후, 생성된 분산액은 p-C6H4SO3 -기가 결합된 카본 블랙 생성물을 함유하였고, 1.2 ㎛의 여과지를 통하여 여과하였다. 분산액은 잉크 젯 잉크로 유용하였고, 몇달 동안 실온에서 안정하였다. 잉크 중에 함유된 카본 블랙 생성물은 0.1 ㎛ 미만의 중간 크기 입자를 지녔다.
물 중 1.5% 내지 3%의 폴리비닐 알코올 (99% 가수분해됨, 분자량 13000) 용액을 잉크 젯 잉크에 동일 부피로 가하여 건조 내마모성이 증진된 프린트를 형성하였다. 프린트는 물에 1분 동안 침지되었을 때, 번지지 않았으나, 젖은 티슈로 문질렀을 때는 번졌다.
〈실시예 10-26〉
잉크 젯 잉크의 제조
이 실시예는 본 발명의 잉크 젯 잉크의 제조를 예시한다. 카본 블랙 생성물을 지시된 농도에서 물 중에 분산시켰다. N,N-디메틸에탄올아민을 첨가하여, pH를 약 9로 증가시켰으나, 실시예 25에서는 NaOH를 사용하여 pH를 12로 조정하였다. 습윤제, 중합체 또는 염료와 같은 첨가제를 지시한 대로 첨가하였다. 잉크를 피셔 Q8 종이 여과지, 와트만 GMF-2 ㎛ 여과지로 여과한 후, 와트만 GMF-1 ㎛ 여과지로 여과하여 조잡한 오염물을 제거하였다. 통상적인 잉크 젯 프린터로부터 이 잉크를 사용하여 건식 인쇄용 비코팅된 흰색 종이 위에 프린트를 형성하였다. 이 결과는 다양한 습윤제, 중합체 및 안료를 가하여 상이한 특성들을 지닌 유용한 잉크 젯 잉크를 얻을 수 있음을 보여주었다. 실시예 23 및 24의 잉크로부터 형성된 프린트는 뛰어난 습윤 내마모성을 보였다. 실시예 25의 잉크로부터 형성된 프린트는 양호한 습윤 내마모성을 지녔다. 실시예 26의 잉크로부터 형성된 프린트는 프린트가 실온에서 건조되는 경우에는 우수한 내마모성을 지녔고, 프린트가 200℃에서 1분 동안 건조되는 경우에는 뛰어난 습윤 내마모성을 지녔다.
Figure pct00001
〈실시예 27〉
카본 블랙 생성물 및 잉크 젯 잉크의 제조
이 실시예는 수개의 카본 블랙 생성물의 제조 및 그들로 부터 잉크 젯 잉크의 제조를 예시한다. 15개의 카본 블랙을 하기와 같이 사용하였다. 각 경우에, 술파닐산을 약 90 g의 물에 용해시켰다. 어떤 경우에는 용해를 완결하기 위하여 가열이 요구되기도 하였다. 카본 블랙 10 g을 가하고, 혼합물을 잘 교반하였다. 물 중의 10% 아질산나트륨 용액을 몇 분 동안 가하였다. 모든 경우에, 술파닐산 첨가 농도는 0.91 mg/㎡이었고, 아질산나트륨 첨가 농도는 0.40 mg/㎡였다. 기체 발생을 관찰하고, 분산액을 약 20분 동안 교반하였다. 분산액을 70℃의 오븐에서 건조시켜서 카본 블랙 생성물을 회수하였다. 카본 블랙 생성물은 p-C6H4SO3 -기가 결합되었다.
카본 블랙 생성물을 물과 함께 교반하여 5% 고체 함량을 지닌 분산액을 제조함으로써 잉크 젯 잉크를 제조하였다. 잉크의 인낙 (draw-down)을 나슈아 9.1 kg (20 lb) 이중 목적 비코팅된 종이 위에서 3 밀 바 어플리케이터를 사용하여 BYK-가드너 자동 인낙 장치로 형성하였다. 광학 밀도를 측정하고 하기에 나타내었다. 이 결과는 잉크로부터 형성된 프린트의 광학 밀도가 잉크 중의 카본 블랙 생성물 제조에 사용된 카본 블랙에 의존함을 나타내었다.
Figure pct00002
〈실시예 28〉
카본 블랙 생성물 및 잉크 젯 잉크의 제조
이 실시예는 카본 블랙 생성물의 제조 및 그들로부터 잉크 젯 잉크의 제조를 예시한다. 140 ㎡/g의 표면적 및 114 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 카본 블랙을 사용하였다. 약 90 g의 물 중 1.3g의 술파닐산 용액을 제조하였다. 10 g의 카본 블랙을 가하고, 혼합물을 잘 교반하였다. 5 g의 물 중 0.56 g의 아질산나트륨 용액을 몇분 동안 가하였다. 기체 발생을 관찰하고, 분산액을 약 20분 동안 교반하였다. 분산액을 70℃의 오븐에서 건조시켜 카본 블랙 생성물을 회수하였다. 카본 블랙 생성물은 p-C6H4SO3 -기가 결합되었다.
카본 블랙 생성물을 물과 함께 교반하여 0.5% 내지 15%의 고체 함량을 지닌분산액을 제조함으로써 잉크 젯 잉크를 제조하였다. 잉크의 인낙을 나슈아 9.1 kg(20 lb) 이중 목적 비코팅된 종이 위에서 3 밀 바 어플리케이터를 사용하여 BYK-가드너 자동 인낙 장치로 형성하였다. 광학 밀도를 측정하고 하기에 나타내었다. 이 결과는 잉크로부터 형성된 프린트의 광학 밀도가 잉크 중의 카본 블랙 생성물의 농도에 의존함을 나타내었다.
Figure pct00003
〈실시예 29〉
카본 블랙 생성물의 제조
230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎡/g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 10 g을 72 g의 물 중 3.06 g의 3-아미노-N-에틸피리디늄브로미드 교반 용액에 가하였다. 진한 질산 1.62 g을 가하고, 혼합물을 교반하고 약 70℃로 가열하였다. 약 5 g의 물 중 1.07 g의 NaNO2용액을 몇분 동안 가하였다. 디아조늄염 N2C5H4N(C2H5)++를 동일 반응계 내에서 형성한 후, 카본 블랙과 반응시켰다. 반응 혼합물을 1시간 동안 교반한 후, 시료를 125℃의 오븐에서 건조시켰다. 생성물은 평균 부피 입자 크기가 0.18 ㎛였다. 생성물은 3-C5H4N(C2H5)+기가 결합되었다.
〈실시예 30〉
카본 블랙 생성물의 제조
3-아미노-N-메틸피리디늄 요오다이드 3.92 g을 물 70 g에 용해시켰다. 물 6 g 중의 AgNO32.58 g의 용액을 가하였다. 15분 동안 교반한 후, 침전물을 여과로 제거하고, 230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎡/g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 10 g을 가하였다. 진한 질산 1.62 g을 가하고, 혼합물을 교반하고 약 70℃로 가열하였다. 약 5 g의 물 중 1.07 g의 NaNO2용액을 몇 분 동안 가하였다. 디아조늄염 N2C5H4CH2N(CH3)++를 동일 반응계 내에서 형성한 후, 카본 블랙과 반응시켰다. 버블을 방출시켰다. 반응 혼합물을 70℃에서 40분 동안 교반한 후, 약 15분 동안 비등시켰다. 시료를 125℃의 오븐에서 건조시켰다. 생성물은 평균 부피 입자 크기가 0.23 ㎛였다. 생성물은 0.0%의 325 메쉬 잔유물을 갖고 비처리된 카본 블랙과 비교하여 94%였다. 생성물은 3-C5H4N(CH3)+기가 결합되었다.
〈실시예 31〉
카본 블랙 생성물의 제조
벤질트리메틸암모늄클로라이드 50 g을 25분 동안 90% 냉각 질산에 가하였다. 혼합물을 5시간 동안 10℃ 미만으로 유지하였다. 얼음 500 g을 가하고, 혼합물을 KOH로 중화시켰다. 침전물을 여과로 제거하였다. 에탄올 1ℓ를 가하고, 혼합물을재여과하였다. 3-니트로벤질트리메틸암모늄니트레이트를 여액으로부터 회수하였다. 이 물질은 NMR로 측정한 결과 75%의 순도였다. 10 g의 3-니트로벤질트리메틸암모늄니트레이트, 14 g의 Fe 충전제, 2 g의 진한 염산 및 400 g의 물의 혼합물을 2.5 시간 동안 비등시켰다. 혼합물을 KOH로 중화시키고, 여과하여 3-아미노벤질트리메틸암모늄니트레이트/클로라이드 수용액을 얻었다.
230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎡/g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 14 g을 72 g의 물 중 3.06 g의 3-아미노벤질트리메틸암모늄니트레이트/클로라이드의 교반 용액에 가하였다. 진한 질산 1.62 g을 가하고, 혼합물을 교반하고 약 70℃로 가열하였다. 약 물 5 g 중 1.07 g의 NaNO2용액을 몇 분 동안 가하였다. 디아조늄염 3-N2C6H4CH2N(CH3)3 ++를 동일 반응계 내에서 형성한 후, 카본 블랙과 반응시켰다. 반응 혼합물을 1시간 동안 교반한 후, 시료를 125℃의 오븐에서 건조시켰다. 생성물의 평균 부피 입자 크기는 0.18 ㎛였다. 생성물은 3-N2C6H4CH2N(CH3)3 +기가 결합되었다.
〈실시예 32〉
카본 블랙 생성물의 제조
아질산은 30.9 g을 물 700 g 중 41.4 g의 N-(4-아미노페닐)피리디늄클로라이드 용액에 가하고, 혼합물을 70℃에서 1시간 30분 동안 교반하였다. 혼합물을 여과하고, 200 ㎡/g의 표면적 및 122 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 200 g을 72 g을 가하였다. 추가로 물 1ℓ 및 진한 염산 20 g을 가하였다. 디아조늄염N2C6H4NC5H5 ++를 동일 반응계 내에서 형성한 후, 카본 블랙과 반응시켰다. 버블을 방출시켰다. 분산액을 70-80℃에서 2시간 30분 동안 교반한 후, 125℃의 오븐에서 건조시켰다. 생성물은 C6H4NC5H5 +기가 결합되었다.
〈실시예 33〉
카본 블랙 생성물의 제조
핀 펠릿화기를 4-아미노벤조산 41.2 g 및 200 ㎡/g의 표면적 및 122 ㎖/100g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 300 g으로 장진하였다. 완전히 혼합한 후, 펠릿화기를 사용하면서, 100 g의 물, 물 50 g 중의 NaNO220.7 g의 용액 및 물 100 g을 순서대로 가하였다. 디아조늄염을 동일 반응계 내에서 형성한 후, 카본 블랙과 반응시켰다. 4분 더 혼합한 후, 시료를 제거하였다. 생성물은 C6H4CO2 -기가 결합되었다.
〈실시예 34〉
카본 블랙 생성물의 제조
미국 특허 제2821526호의 변형 방법으로, p-아세트아미노펜아실클로라이드 250 g, 트리메틸아민 65 g 및 물 약 600 g을 3일 동안 실온에서 교반하였다. 추가로 물 15 g 중의 트리메틸아민 5 g의 용액을 가하고, 혼합물을 60℃에서 2시간 동안 가열하였다. 냉각 및 여과한 후, 진한 염산 201 g을 가하고, 용액을 1시간 동안 비등시켰다. 냉각한 후, 아세톤 4ℓ를 가하고, 4-아미노펜아실트리메틸암모늄클로라이드 히드로클로라이드 를 고체로 수거하였다. 4-아미노펜아실트리메틸암모늄클로라이드 히드로클로라이드 10.1 g을 에탄올 50 ㎖에 현탁시켰다. 4.1 g의 트리에틸아민을 첨가한 후, 혼합물을 40분 동안 교반하고, 1시간 동안 가열하여 환류시켰다. 4-아미노펜아실트리메틸암모늄 클로라이드를 여과로 수집하고, 에탄올로 세척하였다.
4-아미노펜아실트리메틸암모늄클로라이드 2.51 g을 물에 용해시켰다. 아질산은 1.69 g을 가하고, 혼합물을 70℃에서 1시간 동안 가열하였다. 여과로 침전물을 제거한 후, 230 ㎡/g의 표면적 및 70 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 10 g을 가하였다. 물을 가하여 부피를 약 100 ㎖로 만들었다. 진한 염산 1.1 g을 가하고, 분산액을 교반하면서 70℃에서 1시간 동안 가열하였다. 디아조늄염 N2C6H4COCH2N(CH3)3 ++를 동일 반응계 내에서 형성한 후, 카본 블랙과 반응시켰다. 버블을 방출시켰다. 생성물은 C6H4COCH2N(CH3)3 +기가 결합되었다.
〈실시예 35〉
카본 블랙 생성물의 제조
4-아세트아미노펜아실 클로라이드 2.12 g, 피리딘 0.83 g 및 디메틸술폭시드 6.4 g의 용액을 밤새 교반하였다. 피리딘 0.8 g 및 디메틸술폭시드 1 g을 더 가한 후, 용액을 5시간 더 교반하였다. 에테르 50 ㎖을 가하고, 아세트아미도펜아실피리디늄클로라이드를 여과로 수집하였다. 아세트아미도펜아실피리디늄클로라이드를 물에 용해시키고, 용액을 여과하고, 진한 염산 1.7 g을 가하였다. 1시간 동안 비등시킨 후, 용액을 냉각하고, 아세톤을 가하고, 4-아미노펜아실피리디늄 클로라이드 히드로클로라이드를 여과로 수거하였다. 4-아미노펜아실피리디늄 클로라이드 히드로클로라이드 2 g을 물 15 g에 용해시키고, 염기성 이온 교환 수지 4.5 g (앰버라이트 IRA400-OH)를 가하였다. 교반한 후, 수지를 여과로 제거하고, 4-아미노펜아실피리디늄 클로라이드를 수용액으로 수거하였다.
물 25 g 중 4-아미노펜아실피리디늄 클로라이드 1.3 g의 용액을 약 90분 동안 아질산은 1 g과 함께 환류 하에 가열하였다. 침전물을 여과로 제거하였다. 200 ㎡/g의 표면적 및 122 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 5 g을 가하고, 혼합물을 약 80℃로 가열하였다. 진한 염산 0.52 g을 가하고, 분산액을 1시간 30분 더 교반하였다. 디아조늄염 N2C6H4COCH2(NC5H5)++를 동일 반응계 내에서 형성한 후, 카본 블랙과 반응시켰다. 생성물은 C6H4COCH2(NC5H5)+기가 결합되었다.
〈실시예 36〉
카본 블랙 생성물의 제조
10% 고체 함량의 하기한 카본 블랙 생성물을 물 중에서 교반하였다. 시료를 원심분리하고, 현탄액을 기울여 따라내고, 증류수로 대치하여 잉크 젯 잉크를 얻었다. 잉크의 인낙을 나슈아 9.1 kg (20 lb) 이중 목적 비코팅된 종이 위에서 3 밀바 어플리케이터를 사용하여 BYK-가드너 자동 인낙 장치로 형성하였다. 약 1시간 30분 동안 인낙을 건조시킨 후, 프린트의 광학밀도를 측정하였다. 인낙을 작은 스트림의물 20 ㎖로 세척하였다. 건조시킨 후, 광학 밀도를 재측정하였다. 이 결과는 본 발명의 잉크 젯 잉크가 우수한 내수 견뢰성을 지닌 광학적으로 밀도 있는 프린트를 형성할 수 있음을 나타낸다.
Figure pct00004
〈실시예 37〉
잉크 젯 잉크의 제조
잉크 젯 잉크를 카본 블랙 생성물을 하기한 농도로 물에서 교반함으로써 제조하였다. 잉크의 인낙을 나슈아 9.1 kg (20 lb) 이중 목적 비코팅된 종이 위에서 3밀 바 어플리케이터를 사용하여 BYK-가드너 자동 인낙 장치로 형성하였다. 지정된 시간 동안 인낙을 건조시킨 후, 프린트의 광학밀도를 측정하였다. 인낙을 잉크가 세척되지 않을 때까지 작은 스트림의 물로 세척하였다. 건조시킨 후, 광학 밀도를 재측정하였다. 이 결과는 본 발명의 잉크 젯 잉크가 우수한 내수 견뢰성을 지닌 광학적으로 밀도 있는 프린트를 형성할 수 있음을 나타낸다.
Figure pct00005
〈실시예 38〉
카본 블랙 생성물의 제조
술파닐산 4.8 g, 200 ㎡/g의 표면적 및 122 ㎖/100 g의 DBPA를 갖는 카본 블랙 40 g 및 물 400 g의 혼합물을 교반하였다. 물 20 g 중의 1.91 g NaNO2의 용액을 가하고, 혼합물을 1시간 동안 교반하였다.
잉크 젯 잉크를 카본 블랙 생성물의 분산액을 물 및 다른 성분을 카본 블랙 생성물의 농도가 7%가 되도록 혼합함으로써 제조하였다. 모든 시료의 pH를 N,N-디메틸에탄올아민을 첨가하여 8.5로 조정하였다.
잉크의 인낙을 나슈아 9.1 kg (20 lb) 이중 목적 비코팅된 종이 위에서 3 밀 바 어플리케이터를 사용하여 BYK-가드너 자동 인낙 장치로 형성하였다. 지정된 시간 동안 인낙을 건조시킨 후, 프린트의 광학밀도를 측정하였다. 인낙을 잉크가 세척되지 않을 때까지 작은 스트림의 물로 세척하였다. 건조시킨 후, 광학 밀도를 재측정하였다.
Figure pct00006
존크릴 58은 Johnson Polymer (미국 위스콘신주 레이신주 소재)의 등록 상표인 스티렌화 아크릴산 수지 용액이다.

Claims (36)

  1. 수성 비히클, 및 a) 탄소에 직접 결합되는 하나 이상의 방향족기 및 b) 하나 이상의 이온기, 하나 이상의 이온화 가능한 기, 또는 이온기와 이온화 가능한 기의 혼합물을 포함하는 하나 이상의 유기기가 결합된 탄소를 포함하는 개질된 탄소 생성물을 함유하는 수성 잉크 젯 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 개질된 탄소 생성물이 잉크 젯 잉크의 약 20 중량% 이하의 양으로 존재하는 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 수성 비히클이 물인 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 수성 비히클이 물 및 수혼화성 용매인 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 습윤제를 더 함유하는 조성물.
  6. 제5항에 있어서, 습윤제가 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세린, 디프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 아미드, 에테르, 카르복실산, 에스테르, 알코올, 오르가노술피드, 오르가노술폭시드, 술폰, 알코올 유도체, 카르비톨, 부틸 카르비톨, 셀로솔브, 에테르 유도체, 아미노 알코올 및 케톤으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물인 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 결합제를 더 함유하는 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 염료를 더 함유하는 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 습윤제, 결합제, 염료, 살균제, 침투제 및 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 첨가제를 더 함유하는 조성물.
  10. 제1항에 있어서, 이온기 또는 이온화 가능한 기가 카르복실산 또는 그의 염인 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 이온기 또는 이온화 가능한 기가 술폰산 또는 그의 염인 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 유기기가 술포페닐기 또는 그의 염인 조성물.
  13. 제1항에 있어서, 유기기가 p-술포페닐 또는 그의 염인 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 유기기가 p-C6H4SO3Na인 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 유기기가 카르복시페닐기 또는 그의 염인 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 이온기 또는 이온화 가능한 기가 4차 암모늄염인 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 이온기 또는 이온화 가능한 기가 술폰아미드 또는 그의 염인 조성물.
  18. 제1항에 있어서, 이온기 또는 이온화 가능한 기가 R이 C1-C20알킬 또는 페닐기인 SO2NHCOR 또는 그의 염인 조성물.
  19. 제1항에 있어서, 유기기가 p-C6H4SO2NH2인 조성물.
  20. 제1항에 있어서, 탄소가 카본 블랙, 흑연, 유리질 탄소, 미분된 탄소, 활성탄, 활성탄소, 또는 그의 혼합물인 조성물.
  21. 제20항에 있어서, 탄소가 카본 블랙인 조성물.
  22. 수성 비히클, 및 a) 탄소에 직접 결합되는 하나 이상의 C1-C12알킬기 및 b) 하나 이상의 이온기, 하나 이상의 이온화 가능한 기, 또는 이온기와 이온화 가능한 기의 혼합물을 포함하는 하나 이상의 유기기가 결합된 탄소를 포함하는 개질된 탄소 생성물을 함유하는 수성 잉크 젯 잉크 조성물.
  23. 제22항에 있어서, 이온기 또는 이온화 가능한 기가 에탄술폰산 또는 그의 염인 조성물.
  24. 제22항에 있어서, 습윤제, 결합제, 염료, 살균제, 침투제 및 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 첨가제를 더 함유하는 조성물.
  25. 제22항에 있어서, 탄소가 카본 블랙, 흑연, 미분된 탄소, 유리질 탄소, 활성탄소, 활성탄, 또는 그의 혼합물인 조성물.
  26. 제25항에 있어서, 탄소가 카본 블랙인 조성물.
  27. 잉크 젯 기록 헤드의 오리피스로부터 배출된 잉크 액적을 기록 매체에 가하는 단계를 포함하는 잉크 젯 기록 방법에 있어서, 상기 잉크가 수성 비히클, 및 a) 탄소에 직접 결합되는 하나 이상의 방향족기, b) 하나 이상의 이온기, 하나 이상의이온화 가능한 기, 또는 이온기와 이온화 가능한 기의 혼합물을 포함하는 하나 이상의 유기기가 결합된 탄소를 포함하는 개질된 탄소 생성물을 함유하는 것인 잉크 젯 기록 방법.
  28. 제27항에 있어서, 잉크가 습윤제, 결합제, 염료, 살균제, 침투제 및 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 첨가제를 더 함유하는 것인 방법.
  29. 제27항에 있어서, 탄소가 카본 블랙, 흑연, 미분된 탄소, 유리질 탄소, 활성탄소, 활성탄, 또는 그의 혼합물인 방법.
  30. 잉크 젯 기록 헤드의 오리피스로부터 배출된 잉크 액적을 기록 매체에 가하는 단계를 포함하는 잉크 젯 기록 방법에 있어서, 상기 잉크가 수성 비히클, 및 a) 탄소에 직접 결합되는 하나 이상의 C1-C12알킬기 및 b) 하나 이상의 이온기, 하나 이상의 이온화 가능한 기, 또는 이온기와 이온화 가능한 기의 혼합물을 포함하는 하나 이상의 유기기가 결합된 탄소를 포함하는 개질된 탄소 생성물을 함유하는 것인 잉크 젯 기록 방법.
  31. 제30항에 있어서, 잉크가 습윤제, 결합제, 염료, 살균제, 침투제 및 계면활성제로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 첨가제를 더 함유하는 것인 방법.
  32. 제30항에 있어서, 탄소가 카본 블랙, 흑연, 미분된 탄소, 유리질 탄소, 활성탄소, 활성탄, 또는 그의 혼합물인 방법.
  33. a) 탄소에 직접 결합되는 하나 이상의 방향족기 및 b) 하나 이상의 이온기, 하나 이상의 이온화 가능한 기, 또는 이온기와 이온화 가능한 기의 혼합물을 포함하는 하나 이상의 유기기가 결합된 탄소를 함유하는 개질된 탄소 생성물을 수성 잉크 젯 잉크에 혼입하는 단계를 포함하는 수성 잉크 젯 잉크의 광학 밀도 증가 방법.
  34. a) 탄소에 직접 결합되는 하나 이상의 C1-C12알킬기, b) 하나 이상의 이온기, 하나 이상의 이온화 가능한 기, 또는 이온기와 이온화 가능한 기의 혼합물을 포함하는 하나 이상의 유기기가 결합된 탄소를 함유하는 개질된 탄소 생성물을 수성 잉크 젯 잉크에 혼입하는 단계를 포함하는 수성 잉크 젯 잉크의 광학 밀도 증가 방법.
  35. 제16항에 있어서, 유기기가 3-C5H4N(C2H5)+, C6H4NC5H5 +, C6H4COCH2N(CH3)3 +, C6H4COCH2(NC5H5)+, C6H4CH2N(CH3)3 +또는 3-C5H4N(CH3)+인 조성물.
  36. 제1항에 있어서, 개질된 탄소 생성물이 1 ㎛ 이하의 크기를 갖는 수성 잉크 젯 조성물.
KR1019970702013A 1994-12-15 1995-12-14 개질된탄소생성물을함유하는잉크젯잉크조성물 KR100406457B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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