KR100492716B1 - 안료계잉크젯잉크조성물 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 수성 안료 분산물과; 적어도 하나의 비수용성 유기 화합물과, 적어도 하나의 하이드로트로픽 양친매성 물질과, 물을 함유하는 마이크로 에멀션을 포함하도록 잉크 조성물을 배합함으로써 수성 안료 분산계 잉크젯 잉크 조성물에서 번짐 제어 및 고속 건조 시간이 달성된다. 하이드로트로픽 양친매성 물질은 물에 비수용성 유기 화합물을 용해하기에 충분한 양으로 마이크로 에멀션에 존재한다. 본 발명에 따라 배합된 마이크로 에멀션계의 매질을 이용함으로써, 본원의 수성 안료 분산계 잉크젯 잉크 조성물이 인쇄 매체상에 인쇄될 때 번짐이 경감되고 고속 건조되어 잉크젯 프린터의 전체 출력이 향상될 수도 있다.

Description

안료계 잉크젯 잉크 조성물{BLEED ALLEVIATED AQUEOUS PIGMENT DISPERSION-BASED INK-JET INK COMPOSITIONS}

본 발명은 잉크젯 인쇄에 사용되는 잉크 조성물에 관한 것으로, 특히 수성 안료 분산계(aqueous pigment dispersion-based) 잉크젯 잉크 조성물의 번짐(bleed)의 감소 및 건조 시간의 개선에 관한 것이다.

잉크젯 인쇄는, 잉크 액적(droplet)이 종이, 투명 필름, 또는 직물과 같은 인쇄 매체상에 부착되는 비 충격식 인쇄 방법이다. 잉크젯 프린터는, 비용이 낮고 출력의 품질이 우수할 뿐만 아니라, 비교적 소음이 없이 작동하므로, 컴퓨터와 함께 사용되는 다른 기종의 프린터를 대신하는 보급형 대체 장치로 이용되고 있다. 본질적으로, 잉크젯 인쇄는 마이크로프로세서에 의해 발생된 전기 신호에 응답하여 인쇄 매체상에 미세한 잉크 방울을 분사한다.

잉크젯 인쇄시에 잉크 방울을 분사하기 위하여, 열에 의한 것과 압전에 의한 것의 두가지 기본 수단이 현재 이용되고 있다. 열 잉크젯 인쇄에 있어서, 잉크 방울의 분사 에너지는 기포(vapor bubble)를 생성하기 위하여 마이크로프로세서로부터의 전기 신호에 응답하여 신속히 가열되는 전기 가열 저항 소자에 의해 발생되고, 그 결과 저항 소자와 결합된 노즐을 통해 잉크가 분사된다. 압전식 잉크젯 인쇄에 있어서, 잉크 방울은 마이크로프로세서에 의해 발생된 전기 신호에 응답하여 압전 소자의 진동에 의해 분사된다. 잉크 방울이 특정의 순서로 분사되면, 인쇄 매체상에 영수자 문자, 영역 실선 및 기타의 패턴이 형성된다.

잉크젯 잉크는 주로 염료계(dye-based) 조성물로 입수 가능하다. 그러나, 극히 한정된 수의 안료계(pigment-based) 잉크도 이용 가능하다. 사실상, 현재에는 오직 2개의 흑색 안료계 잉크만이 시판되고 있고, 칼라 안료계 잉크는 시판되고 있지 않다. 아마도, 안료가 제공하는 가장 바람직한 특성은 우수한 내광성(lightfastness)이다. 그러나, 안료는 부분적으로는 수성(친수성의) 매체에서 집괴하는 경향으로 인해 잉크젯 잉크 조성물에서 광범위하게 사용되지는 않는다. 안료 입자는 그의 외면이 입자 사이에 자연적인 인력을 발생시키기 때문에 집괴하는 경향이 있다. 안료 입자의 집괴는, 인쇄 밀도 변화와 얼룩 및 신뢰성 부족으로부터 파생하는 것과 같은 결점에 기인하여 인쇄 품질을 저하시킬 수 있다. 전형적으로는, 수용성 분산제를 이용하여 수성 용액 중의 안료 입자를 분산시킨다.

안료와 관련된 집괴의 문제가 표명되어 왔지만, 비가열식 번짐 제어의 곤란함으로 인해, 수성 안료계 잉크를 공유하더라도, 수성 안료 분산계 잉크에는 다른 문제 영역이 발생한다. 수성 매체에서 분산물로서 배합된 안료계 잉크는, 염료계 또는 안료계에 관계없이 다른 수성 잉크 조성물에 접근하여 인쇄될 때 번짐이 나타난다. 본 명세서에 사용한 바와 같은 "번짐(bleed)" 이라는 용어는, 색과 색 사이의 불완전한 경계에서 입증된 바와 같이, 하나의 색이 다른 색에 침입하는 것으로 규정된다. 종이 기재 자체에서 뿐만 아니라 종이 기재의 표면 상에서 색이 혼합될 때 번짐이 발생한다. 수성의 황색, 청록색, 및 심홍색의 잉크 조성물이 각종 비율과 조합으로 상호 그리고 흑색 잉크에 접근하여 인쇄되는 것을 가정할 때, 잉크젯 칼라 인쇄에서 번짐은 특히 문제가 된다. 우수한 인쇄 품질을 얻기 위해서는, 칼라 사이의 경계가 번지지 않도록 유지할 필요가 있다.

흑색과 칼라의 번짐 그리고 칼라와 칼라간의 번짐의 문제에 대한 각종 해결 방법이 제시되어 왔다. 몇몇 해결 방법은 잉크 환경을 변화시켜 번짐을 감소시키는 것을 포함한다. 예를 들면, 번짐을 감소시키기 위해 특정 규격의 용지와 함께 가열 플래튼 및 다른 가열원이 사용되어 왔다. 그러나, 가열 플래튼은 프린터의 가격을 상승시키며, 특정 규격화된 용지는 "보통의" 용지보다 비싸다. 따라서 잉크젯 칼라 인쇄에서의 번짐을 감소시키기 위하여 외부 장치를 사용하는 것은 대체로 비용면에서 효과적이지 않다. 번짐을 감소시키기 위해 통상 이용되는 다른 방법은, 하나의 색으로부터 다른 색으로의 번짐이 없는 칼라 사이의 경계를 제공하도록 하는 잉크젯 프린터에서의 번짐 제어 알고리즘을 포함하지만, 그러한 알고리즘은 프린터의 속도를 저하시킨다.

번짐 문제에 대한 다른 제안된 해결 방법은, 잉크젯 잉크의 조성물을 변경하는 것을 포함한다. 예를 들면, 표면 활성제는 염료계 잉크의 배합에서 번짐을 감소시키는데 효과적으로 사용되어 왔다. 예컨대, 모두 본 출원인과 동일한 양수인에게 양도된 존 모파트(John Moffattl)등의 "쌍극성의 표면 활성제 및 양이온 염료를 이용한 번짐 제어(Bleed Alleviation Using Zwitterionic Surfactants and Cationic Dyes)" 라는 명칭의 미국 특허 제 5,106,416 호; 존 모파트의 "잉크젯 잉크의 번짐 제어(Bleed Alleviation in Ink-Jet Inks)"라는 명칭의 미국 특허 제 5,116,409 호; 존 모파트의 "번짐을 제어하는 고 분자량 콜로이드(High Molecular Weight Colloids Which Control Bleed)"라는 명칭의 미국 특허 제 5,133,803 호를 참조할 수 있다. 그러나, 표면 활성제는 용지 내로의 잉크의 침투 속도를 증가시켜, 에지의 첨예도(acuity)를 감소시키는 결과를 초래할 수도 있다. 특히, 염료계 잉크 조성물에 고유한 다른 해결 방법은 본 출원인에게 양도된 특허에 개시되어 있고, 이것의 예는 존 스토펠(Jokn Stoffel)의 "열 잉크젯 잉크에서의 번짐을 감소시키기 위하여 다원자의 양이온을 첨가한 양이온의 염료(Cationic Dyes with Added Multi-Valent Cations to Reduce Bleed in Thermal Ink Jet Ink)"라는 명칭의 미국 특허 제 5,198,023 호 및 제임스 쉘드(James Shields)등의 "pH-민감 염료를 이용한 번짐 경감(Bleed Alleviation Using pH-Sensitive Dyes)"이라는 명칭의 미국 특허 제 5,181,045 호이다.

흑색 대 칼라 및 칼라 대 칼라의 번짐의 문제는 많은 연구의 주제가 되어 왔지만, 상술한 해결 방법 중 어느 것도 일반적으로 비용면에서 유효하지 않은 가열 플래튼 및 특수 조합 용지의 사용을 제외하고는, 안료계 잉크 조성물에 적용할 수 없다. 예컨대, 계면 활성제는, 번짐 제어를 달성하기 위하여 안료계의 조합에 사용되는 것과 유사한 농도로 첨가되는 경우, 수용성 분산제로 이루어진 안료 분산제를 불안정하게 한다. 이것은 자체가 계면 활성제 화합물인 분산제가, 안료 표면에 완전하게 부착되도록 경합하는 추가의 계면 활성제에 의해 경쟁적으로 추출되기 때문이다.

본 출원과 동일한 양수인에게 양도된 "번짐 완화된 방수 안료계 잉크젯 잉크 조성물(Bleed-Alleviated, Waterfast, Pigment-based Ink-Jet ink Compositions)" 이라는 명칭의 관련된 미국 특허 제 5,565,022 호는 용매에 분산된 안료계 잉크젯 잉크 조성물의 번짐 제어를 대상으로 하고 있다. 특히, 그러한 잉크의 번짐 제어는 마이크로 에멀션(microemulsion) 형태의 용액 중에 유지된 비 수용성 유기 화합물에 안료를 분산시키는 것에 의해 달성된다. 마이크로 에멀션은, 비수용성 유기 화합물, 양친매성 물질(amphiphile)의 등방성 용액(isotropic solution)이며, 비수용성 화합물을 물에 용해시키기에 충분한 양친매성 물질이 존재한다. 안료는 소수성의 분산제, 캡슐화제와 같은 수단에 의해, 또는 표면 개질(surface modification)에 의해 마이크로 에멀션의 비수용성 부분에 분산된다. 따라서, 비수용성 유기 화합물의 성분은 안료 입자에 대해 최초의 용액으로서 기능하고, 물은 양친매성 물질의 첨가에 의해 형성된 유기 화합물의 마이크로 에멀션 액적에 대한 연속 상(phase)으로서 기능한다. 그러나, 이러한 번짐의 해결 방법은 수성 안료 분산계 잉크젯 잉크에 대한 것이 아니라, 용매 분산형(solvent-dispersed) 안료계 잉크를 대상으로 한 것이다.

따라서, 번짐 제어는 염료계 및 용매 분산형 안료계 잉크젯 잉크 조성물의 조성을 조정하는 것에 의해 달성되지만, 수성의 안료 분산계 잉크젯 잉크 조성물의 번짐은, 가열 플래튼, 특수 조합지 및 번짐 제어 알고리즘과 같은 프린터 외부 설비의 사용 이외에는 대부분 억제되지 않고 남아 있다.

잉크젯 잉크 배합에서 소망의 번짐 제어에 부가하여, 처리 능력을 증가시키기 위해 건조 시간이 개선된 잉크 배합물을 개발하는 것도 보편적으로 소망된다. 잉크젯 프린터는, 대부분 프린터의 고유 인쇄 알고리즘으로부터 파생되는 프린터의 저속화 뿐만아니라 그의 비교적 느린 건조 시간 때문에, 레이저 프린터에 의해 얻는 처리 능력의 수준과는 현 시점에서 비교될 수 없다. 전술한 번짐 제어를 달성하기 위해 이용되는 해결 방법은 통상 건조 시간도 개선하므로, 이들 2개의 특징은 상호 밀접하게 관련되어 있다.

따라서, 인쇄 매체에 충돌할 때 번짐이 감소되며 신속히 건조되는 잉크젯 인쇄에 사용되는 수성 안료 분산계 잉크가 필요하다. 그러나, 건조 시간을 보다 신속히 하기 위해 잉크 조성물의 인쇄 품질을 희생해서는 안된다.

본 발명에 따라, 마이크로 에멀션의 수성 상(phase)에 분산된 안료 입자를 사용하는 수성 안료 분산계 잉크젯 잉크 조성물이 제공된다. 특히, 본 발명의 안료계 잉크젯 잉크 조성물은, (a) 적어도 하나의 수성 안료 분산물; (b) (i) 적어도 하나의 비수용성 유기 화합물, (ⅱ) 적어도 하나의 하이드로트로픽 양친매성 물질, 및 (ⅲ) 물을 함유하는 마이크로 감광유제를 포함하고 있고, 여기서 하이드로트로픽 양친매성 물질은 유기 화합물을 용해시키기에 충분한 양으로 존재한다.

잉크젯 인쇄에 사용하기에 적합한 수성 안료 분산제는, 잉크젯 잉크 조성물 중의 잔류 성분과 양립 가능한 상태로 남아 있는 한, 본 발명의 실시에 유리할 수도 있다. 비수용성 유기 화합물, 하이드로트로픽 양친매성 물질 및 물을 포함하는 마이크로 감광유제는, 물과 비 수용성 유기 화합물 사이의 표면 장력이 양친매성 물질에 의해 최소화된 열역학적으로 안정된 등방성 용액이다.

전술한 수성 안료 분산계 잉크를 사용하고 또 그것을 인쇄 매체상에 인쇄하는 것을 포함하는 잉크젯 인쇄에서 번짐의 감소 방법도 제공된다. 대표적인 칼라 잉크젯 프린터는 삼색 잉크 및 단일 흑색 잉크를 구비한 잉크 세트를 사용하기 때문에, 번짐이 감소된 고 품질의 인쇄를 달성하기 위해 네가지 잉크 모두 또는 그 중 하나를 본 발명에 따라 배합할 수도 있다. 잉크젯 잉크 세트에서 네가지 잉크 모두를 본 발명에 따라 배합하여, 건조 시간 향상, 번짐 제어, 및 피복과 두께의 균일성으로부터 최적으로 인쇄 품질이 유익하게 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 수성 안료 분산계 잉크젯 잉크 조성물 및 번짐 제어 방법은 연속적인 압전 드롭 온 디맨드(drop-on-demand)형 프린터 및 열 또는 버블젯 드롭 온 디맨드형 프린터와 같은 다양한 잉크젯 프린터에 사용될 수도 있다. 인쇄는, 예컨대 종이, 직물, 및 투명체를 포함하는 각종 매체 상에서 실행된다. 본 발명의 실시에서 달성되는 수성 안료 분산계 잉크의 번짐 감소 및 건조 시간의 개선에 의해, 잉크젯 프린터는 비용면에서 유효한 방식으로 고 품질의 인쇄를 실현할 수 있다.

본 발명의 실시에서, 마이크로 에멀션을 잉크 매질(ink vehicle)로 사용함으로써 수성 안료 분산계 잉크에서 번짐의 경감과 건조 시간의 단축이 입증된다. 특히, 마이크로 에멀션은 (i) 적어도 하나의 비수용성 유기 화합물, (ii) 적어도 하나의 하이드로트로픽 양친매성 물질, 및 (iii) 물을 포함한다. 하이드로트로픽 양친매성 물질은 유기 화합물을 완전히 용해시킬 수 있는 양으로 존재하며, 그 결과 투명하며 안정된 마이크로 에멀션이 생긴다.

본 명세서에서 전체의 농도는, 별도로 표시하지 않는 한 중량부(weight percent) 이다. 모든 성분의 순도는 통상의 상업적인 실행에서 잉크젯 잉크에 사용되는 것으로 되어 있다.

어떠한 안료 또는 그의 조합이 본 발명의 실시에서 이로울 수도 있는 것으로 고려되기 때문에, 광범위한 유기 및 무기 안료를 단독으로 이용하거나 또는 조합하는 것이 본 발명의 실시에서 이로울 수도 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "안료" 의 용어는 비수용성 착색제를 의미한다. 실시에서, 안료 입자는 수성 매질 중에 풀어지거나 분산되어, 잉크의 인쇄 품질에서 보다 우수한 균일성을 얻는다. 잔류 잉크 성분과 양립 가능한 안료 입자를 분산시키는 모든 수단을 본 발명의 실시예서 이용할 수도 있다. 적절한 분산 수단의 예는, 친수성 안료 분산제 및 수성 용액과의 양립을 달성하기 위한 안료 표면의 개질을 포함한다. 안료와 양립 가능한 어떠한 친수성 분산제라도 본 발명의 실시예에 이용될 수 있다. 수성 매질 중에 안료 입자를 분산시키는데 통상 사용되는 중합체계 분산제의 예로는, 랜덤형, 블록형 및 분자형의 중합체가 포함된다. 중합체는 성질상 양이온, 음이온 및 비 이온일 수도 있다.

상업적으로 이용가능한 농축 수성 안료 분산제가 본 발명의 실시예에 사용되는 것으로 고려된다. 그러한 안료 분산제의 예로는, 호에츠스트(Hoechst)사로부터 시판되고 있는 호스타핀 엘로우(Hostafine Yellow) 및 호스타핀 그린(Hostafine Green); 및 일본 후지 피그먼트 캄파니(Fuji pigment Co.,)로부터 시판되고 있는 후지 비비엘 레드(Fuji BBL Red) 및 후지 비비엘 마젠타(Fuji BBL Magenta)가 포함된다. 그러한 시판중인 농축형 수성 안료 분산제에 존재하는 물은 마이크로 감광유제계의 일부분을 형성하는 것으로 주목된다.

안료 입자는, 잉크젯 인쇄 장치를 통한 잉크의 자유로운 유동을 가능하게 할 정도로 충분히 작아야 하므로, 안료의 입자 크기는 잉크젯 인쇄에서 중요한 고려 사항이 된다. 예를 들면, 열 잉크젯 사무용 프린터의 분사 노즐은, 통상 약 10 내지 60 ㎛ 정도의 직경을 갖는다. 또한 안료의 입자의 크기는 칼라의 강도 및 광택 뿐만 아니라 안료 분산의 안정성을 달성하는데 있어서도 중요한 고려 사항이다. 이들을 고려하여, 유용한 입자 사이즈의 범위는 약 0.005 내지 15 ㎛ 이다. 안료의 입자 사이즈는, 약 0.005 내지 5 ㎛ 의 범위인 것이 바람직하며, 특히 0.005 내지 1 ㎛ 이 보다 바람직하다. 가장 바람직한 안료 입자 사이즈의 범위는 0.005 내지 0.3 ㎛ 이다. 그러나 비 사무용 프린터의 경우에는, 보다 큰 크기의 안료 입자의 사이즈를 사용할 수도 있다.

안료는 잉크 조성물의 약 20 wt％ 까지 점유할 수도 있지만, 일반적으로 약 0.1 내지 10 wt％의 범위에 있어야 한다. 안료는 잉크 조성물의 약 0.1 내지 8 wt％를 점유하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라, 결과적인 잉크젯 인쇄 배합에서의 번짐 제어 및 신속한 건조를 달성하기 위해, 수성 안료 분산제는 마이크로 에멀션계 매질에 흡수된다. 마이크로 에멀션은 물, 기름, 및 양친매성 물질의 열역학적으로 안정된 등방성 "용액"으로 규정되며, 비수용성의 화합물을 용해시키는데 사용된다. 본 발명의 실시에서, 마이크로 에멀션은 물, 적어도 하나의 비수용성 유기 화합물 및 적어도 하나의 하이드로트로픽 양친매성 물질의 성분을 포함한다. 마이크로 에멀션의 조성물 중에서, 양친매성 물질은 물과 비수용성 유기 화합물 사이의 표면 장력을 저하시켜 안정된 시스템을 형성하는 기능을 한다.

본 발명의 실시에 적절히 사용될 수도 있는 비수용성 유기 화합물의 예는, 한정적인 것은 아니지만, 비수용성 모노 또는 폴리글리콜 에테르; 비수용성 모노 또는 폴리글리콜 페닐에테르; 비수용성 알코올; 비수용성 모노 또는 폴리글리콜 에스테르; 비수용성 테르펜; 비수용성 페놀; 비수용성 알데히드 및 케톤; 및 비수용성 탄화 수소가 있다. 일반적으로, 비수용성 유기 화합물, 또는 이의 조합은, 하이드로트로픽 양친매성 물질에 의해 용해 가능한 한, 그리고 잉크젯 잉크 조성물에서 다른 성분과 조화될 수 있는 한, 본 발명의 실시예 사용될 수도 있다. 본 발명의 실시에 사용되는 비수용성 유기 화합물의 특정예는, 한정적인 것은 아니지만, (1) 에틸렌, 프로필렌, 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌 글리콜 페닐 에테르; (2) 에틸렌, 프로필렌, 폴리에틸렌, 및 아크릴레이트와 같은 폴리프로필렌 글리콜 에스테르; 및 (3) 벤질 알코올이 있다. 또한, 바람직하게 이용되는 탄화수소의 특정 예는, 톨루엔, 크실렌, 나프탈렌, 및 페나트렌이 있다. 비수용성 유기 화합물의 다른 예는, 알파-테르피네올, 시트로넬랄, 히드록시 시트로네랄, 시클로헥실 메탄올, 시클로헥산온 및 그의 알킬(C₁ 내지 C₈) 유도체, 시클로헥산올 및 그의 알킬(C₁ 내지 C₈) 유도체, 시클로펜탄온 및 그 알킬(C₁ 내지 C₈) 유도체, 시클로펜탄올 및 그 알킬(C₁ 내지 C₈) 유도체, 유지놀, 1-헵탄올, n-헥사놀, 2-헥사놀, n-펜탄올, 신나밀 알콜, 신남알데히드, m-크로졸, 3-페닐-1-프로판놀 및 살리실알데하이드를 포함한다. 본 발명의 실시에는 모노 및 디에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 모노 및 디프로필렌 글리콜 페놀 에테르, 및 벤질 알코올이 사용되는 것이 가장 바람직하다.

비수용성 유기 성분은 잉크젯 잉크 조성물의 1 내지 70 wt%의 농도 범위에 존재할 수도 있다. 비수용성 유기 화합물은 잉크젯 잉크 조성물의 약 1 내지 20 wt％의 범위에 존재하는 것이 바람직하다.

오일 성분을 갖는 마이크로 에멀션의 제공과 더불어, 비수용성 유기 화합물은, 잉크젯 인쇄에 통상 사용되는 것과 같은 본원의 잉크젯 잉크 조성물에서 공 용매(co-solvent)로서 사용된다. 보다 상세하게는, 잉크젯 프린터의 펜이 사용되지 않고 대기에 노출되어 있을 때, 잉크 매질 중의 물은 증발한다. 잉크 매질 중에 이러한 공 용매가 존재하면, 크러스트(crust) 형성 및 노즐 막힘이 방지된다. 그러므로, 유기 화합물의 증기압은, 잉크젯 인쇄의 정상 운전 중에 증발하지 않도록 물의 증기압과 비교하여 충분히 낮아야 한다. 현재의 잉크젯 잉크 조성물 중의 비 수용성 유기 화합물의 농도 증가의 이점은, 잉크의 물 함량의 부수적 감소로부터 발생하는 종이 주름의 감소인 것에 주목할 수 있다.

본 발명의 실시에 사용된 하이드로트로픽 양친매성 물질은 비수용성 유기 화합물 및 물을 함유한 마이크로 에멀션을 생성하는 하이드로트로픽 양친매성 물질일 수도 있다. 적절한 하이드로트로픽 양친매성 물질은, 일반적으로 다른 표면 활성제와 같이 화합물을 극히 작은 액적으로 파쇄하고 또 이들 액적을 마이크로 감광유제에 유지하는 것에 의해, 수중의 비 수용성 유기 화합물을 용해시킨다. 그러나, 자른 종류의 계면 활성제와는 달리, 하이드로트로픽 양친매성 물질은 안료의 표면에 대해 친수성 분산제(표면 활성 혼합물)와 경쟁하지 않고, 안료의 분산을 불안정하게 할 수도 있다. 또한, 하이드로트로픽 양친매성 물질을 사용하여도, 다른 표면 활성제의 사용과 관련된 표면 장력의 급격한 강하가 일어나지 않으므로, 본 발명의 실시에서 하이드로트로픽 양친매성 물질을 이용하는 잉크에 대해 표면 장력의 감소가 비교적 억제된다. 대조적으로, 잉크젯 잉크에 다른 표면 활성제를 혼합하는 것에 의해 발생하는 표면 장력의 급 강하에 의해, 프린트 헤드의 노즐 판에 웅덩이(puddle)가 발생하여, 액적 분사 특성에 악영향을 미치는 것으로 공지되어 있다. 더욱이, 이들 다른 계면 활성제는 에지 첨예도에 영향을 미칠 수도 있는 정도까지 종이 내로의 잉크 침투 속도를 증가시킨다. 따라서, 하이드로트로픽 양친매성 물질은 안료 분산의 불안정화, 노즐 판의 웅덩이 발생, 또는 에지 첨예도의 손실의 위험이 없이 비 수용성 유기 화합물을 용해하는 기능을 한다.

마이크로 에멀션에서 하이드로트로픽 양친매성 물질의 적절한 양은 비수용성 유기 화합물을 용해시키는 정도이다. 하이드로트로픽 양친매성 물질 혼합물이 본 발명의 실시에 사용될 수도 있음이 주목된다. 소정의 하이드로트로픽 양친매성 물질 및 이의 농도 결정은 본 발명의 지시의 관점에서 과도한 실험을 설정하지 않는 것으로 간주된다.

하이드로트로픽 양친매성 물질은 성질상 음이온, 양이온, 또는 비이온일 수도 있다. 본 발명의 실시에 적절히 사용된 음이온의 하이드로트로픽 양친매성 물질의 예는, 한정적인 것은 아니지만 벤조산, 살리실산, 벤조 술폰산, 본제 디술폰산, 톨루엔 술폰산, 크실렌 술폰산, 쿠메네 술폰산, 시메네 술폰산, 신나믹산, 옥탄 술폰산, 헥산 술폰산, 부탄 술폰산 및 데칸 술폰산의 염을 포함한다. 이들 염과 관련된 양이온은 Na⁺, K⁺, Li⁺ 또는 NH₄ ⁺일 수 있다.

본 발명의 실시에 사용되기에 적당한 양이손 하이드로트로픽 양친매성 물질의 예는, 한정적인 것은 아니지만 p-아미노 벤조산 염산염, 염산 프로카인, 카페인과, 알킬피리디움, 알킬트리메킬 암모늄, 벤질트리알킬(C₁ 내지 C₄) 암모늄 및 페닐트리메틸 암모늄 양이온의 염을 포함한다. 이들 염과 결합된 음이온은 할로겐화물, 특히 Cl^- 일 수도 있다.

본 발명의 실시에 적절히 사용된 비이온의 하이드로트로픽 양친매성 물질의 예는, 레조르시놀 및 피로갈롤을 포함지만 이에 한정되지는 않는다.

임의로, 복합 표면 활성제를 본원의 잉크젯 잉크 조성물에 첨가할 수도 있다. 적절히 사용되는 복합 표면 활성제의 예는, 한정적인 것은 아니지만 2-피롤리돈과 같은 락탐; 글리콜; 디올; 모노 및 디 글리콜 에테르를(에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 에테르, 디에틸렌 글리콜 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노 에틸, 부틸, 헥실 에테르, 프로필렌 글리콜 에테르, 디프로필렌 글리콜 에테르, 및 트리에틸렌 글리콜 에테르를 포함함); 부틸 알코올, 펜틸 알코올, 및 동종 알코올과 같은 중간 사슬 알코올을 포함한다. 바람직하게는, 복합 표면 활성제가 사용되는 경우, 복합 표면 활성제는 중간 사슬 알코올 또는 3 내지 8 탄소 원자를 갖는 디올을 포함한다. 복합 표면 활성제는 잉크 조성물의 10 wt％ 미만일 수도 있으며, 별도의 성분으로서 또는 하이드로트로픽 양친매성 물질에 대한 부분적 대체물로서 작용한다.

특정 마이크로 에멀션에 적절히 사용되는 하이드로트로픽 양친매성 물질의 양은 적어도 2가지 방법, 즉 간략 방법 또는 보다 체계적인 방법으로 측정될 수도 있다. 간략 방법에서는, 우선 비수용성 유기 화합물 및 물을 잉크젯 잉크 조성물에 대한 마이크로 에멀션의 소망의 최종 배합을 반영한 비로 조합하여야 한다. 그 후, 결과적인 2 상(phase)의 물은, 단상 용액이 달성되도록 유기 화합물의 가용화를 나타내는 투명 용액을 얻을 때까지 선택된 하이드로트로픽 양친매성 물질에 의해 적정된다. 약 1 ％의 과잉 하이드로트로픽 양친매성 물질을 추가하여 안정 용액을 확보할 수도 있다. 따라서, 비수용성 유기 화합물, 물, 및 하이드로트로픽 양친매성 물질의 적절한 관련 농도는 전술한 적정(滴定) 과정(titration process)을 통하여 결정된다.

보다 체계적인 접근에서 하이드로트로픽 양친매성 물질의 적절한 양을 결정하는 경우에, 제 1 단계는 비수용성 유기 화합물 및 물의 조합을 표시하는 상태도의 작성을 포함한다. 특히, 상태도는 물과 비 수용성 유기 화합물을 각종의 비율로 조합하여, 투명한 단상 영역이 상태도에서 결정될 때 까지 각 혼합물을 하이드로트로픽 양친매성 물질에 대하여 적정하는 것에 의해 작성된다. 투명점을 지나 더욱 적정하면, 다상(multi-phase) 또는 반 고체 조성물(semi-solid composition)의 다른 영역을 결정할 수 있다. 이것들의 결과는, 종래의 삼각 플로트법(triangular plot)으로 작도할 때 삼원 상태도를 나타낸다. 예를 들면, 도 1은 프로필렌 글리콜 페닐 에테르, 술폰산 나트륨 크실렌, 및 물을 포함하는 마이크로 에멀션에 대한 그러한 삼원 상태도를 도시한 것으로서, 여기서 영역(A)은 2개의 상을 갖는 유백색의 영역을 표시하고, 영역(B)은 단상의 등방 영역을 표시하며, 영역(C)은 반 고체형 영역을 표시한다. 단상의 등방 영역[도 1의 영역(B)]은 잉크젯 잉크 조성물에 사용하기에 가장 적절한 유기 화합물, 물, 및 하이드로트로픽 양친매성 물질의 배합을 나타낸다. 따라서, 그의 배합이 특정 잉크젯 잉크 조성물에 대한 다른 기준을 충족시킨다면, 본 발명의 실시에서 이 단상 영역으로부터 임의의 배합을 선택할 수도 있다. 다른 예에서, 도 2는 벤질 알코올, 술폰산 나트륨 크실렌, 및 물을 포함하는 마이크로 에멀션에 대한 그러한 3원 상태로를 도시한 것이며, 여기서 영역(B)도 단상의 등방 영역을 나타낸다.

아래의 삼차원 시스템으로부터 유사한 결과는 얻는다. (1) 물- 살리실산 나트륨-에틸렌 글리콜 페닐 에테르; (2) 물-살리실산 나트륨-프로필렌 글리콜 페닐 에테르; (3) 물-안식향산 나트륨 에틸렌 글리콜 페닐 에티르; (4) 물-안식향산 나트륨 프로필렌 글리콜 페닐 에테르; (5) 물-술폰산 나트륨 크실렌 에틸렌 글리콜 페닐 에테르; (6) 물-피로갈론 벤질 알코올; 및 (7) 물-술폰산 나트륨 크실렌 벤질 알코올.

영역(A)내의 배합은 직물 인쇄와 같은 긴 저장 수명을 필요로 하지 않는 용도에 사용될 수도 있음을 주목해야 한다. 마찬가지로, 가열 인쇄 카트리지를 사용하면, 영역(C)의 배합을 이용하는 것이 가능하다.

본 발명의 요구와 일치하여, 다양한 유형의 첨가제를 잉크에 이용하여, 특정 응용에서 잉크 조성물의 성질을 최적화할 수도 있다. 예를 들면, 당해 업계의 숙련자에게 잘 공지된 바와 같이, 하나 이상의 살충제, 살진균제 및/또는 살점액균제(살균제)가 당해 업계에서 통상적으로 실시되는 바와 같이 잉크 조성물에 사용될 수도 있다. 적절히 사용되는 살균제의 예는 NUOSEPT[뉴덱스 잉크(Nudex Inc.)] UCARCIDE[탄소 연합(Union Carbide)] VANCIDE[알티 밴더빌트 캄파니(RT Vanderbilt Co.,)] PROXEL[아이씨아이 어메리카(ICI America)]를 포함하며 이에만 한정되지는 않는다. 또한, 중금속 불순물의 해로운 영향을 배제하기 위해 EDTA 와 같은 금속 이온 차폐제가 포함될 수도 있고, 잉크의 pH를 조절하기 위해 완충 용액이 사용될 수도 있다. 점도 조절제 및 다른 아크릴 또는 비아크릴 중합체와 같은 다른 공지된 첨가제를 첨가하여 잉크 조성물의 다양한 특성을 소망하는 바와 같이 개선할 수도 있다.

잉크젯 잉크 조성물을 배합하기 위해, 하이드로트로픽 양친매성 물질 및 비수용성 유기 화합물을 먼저 조합한다. 그 다음, 이 혼합물을 저 유량으로 안료 분산 농축물 중에 강하시킴과 동시에 안료 분산물을 교반한다. 임의의 추가의 첨가제가 혼합물에 첨가될 수도 있다. 그 후, 혼합물을, 에컨대 뒤 섞거나 진동시키거나 또는 다른 교반 수단에 의해 균일하게 하여 마이크로 에멀션계의 잉크를 만든다. 모든 성분을 단순히 함께 첨가하여 마이크로 에멀션을 조제하기 위한 시도는 결과적으로 안료 분산물을 응집시킬 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 수성 안료 분산계 잉크 조성물은 번짐을 완화시키며 신속한 건조 시간 및 우수한 인쇄 품질을 나타낼 것이다. 이하의 예는 바로 그것을 증명한다.

실시예

도 1에 도시된 상태도를 구성하는 것에 의해 매질 성분의 농도를 결정하여, 착색제로서 3 wt％호스타핀 옐로우(Hoescht 사로부터 시판됨); 10 wt％프로필렌 글리콜 페닐 에테르; 13 wt％술폰산 나트륨 크실렌; 및 밸런스 물(balance water)로 이루어진 잉크젯 잉크 조성물을 조제하였다. 보다 상세하게는, 프로필렌 글리콜 페닐 에테르와 물을 다양한 비율로 조합한 다음 각각의 혼합물을 투명한 단상 영역이 결정될 때까지 술폰산 나트륨 크실렌에 대해 적정하는 것에 의해 도 1에 도시된 상태도를 작성하였다. 따라서, 도 1의 영역(A)은 프로필렌 글리콜 페닐 에테르, 술폰산 나트륨 크실렌 및 물의 다양한 조합을 나타내며, 그것은 유백색의 외형에 의하여 증명된 2상 영역을 생성하였다. 도 1의 영역(B)은 프로필렌 글리콜 페닐 에테르, 술폰산염 크실렌, 및 물의 다양한 조합을 나타내며, 그것은 투명한 단상 영역을 생성하였다. 도 1의 영역(C)은 프로필렌 글리콜 페닐 에테르 및 물의 혼합물을 술폰산 나트륨 크실렌에 의해 반 고체상 영역이 형성될 때가지 깨끗한 지점을 지나 추가로 적정하는 것에 의해 규정된다. 도 1의 단상 등방 영역은 본 발명의 실시에 적절히 사용될 수도 있는 프로필렌 글리콜 페닐 에테르, 술폰산 나트륨 크실렌 및 물의 배합을 표시한다. 영역(A 및 C)으로 표시된 배합은 본 발명의 범위 외의 앵크 매질을 나타낸다.

본 실시예의 잉크젯 잉크 조성물은 도 1의 영역(B)의 단상의 등방 영역내에 있다. 특히, 이 잉크 조성물의 매질은 전체 잉크 매질의 퍼센트로서 약 10 wt％의프로필렌 글리콜 페닐 에테르, 약 13 wt％의 술폰산 나트륨 크실렌 및 밸러스 물을 함유하였다. 도 1의 지점(D)은 본 실시예의 매질이 실제로 삼원 상태도의 투명한 단상 영역(B) 내에 있는 것을 나타낸다.

45 피코리터 낙하 용적 펜을 사용하여 300 dpi의 분해능에서 본 실시예의 잉크젯 잉크 조성물을 보통지상에 인쇄하였다. 잉크는 보통지에 충돌할 때 순간적으로 건조되었다. 대조적으로, 2-피롤리돈과 같은 수용성 공 용매를 갖는 잉크젯 잉크 조성물은, 보통지상에 인쇄될 때 유한의 측정 가능한 건조 시간을 나타내지만, 번짐의 제어는 부족한 것으로 공지되어 있다[예를 들면, 본 출원과 동일한 양수인에게 양도된 서라지 힌다골라(Suraj Hindagollal)등의 "둘 이상의 카르복실기를 함유한 신규한 음이온 염료계 내수성 잉크(Waterfast Ink Formulations with a Novel Series of Anionic Dyes Containing Two or More Carboxyl Groups)"라는 명칭의 미국 특허 제 4,963,189 호에 개시됨]. 또한, 상기 예의 잉크를 상이한 착색제, 즉 호스타핀 그린을 함유한 동일한 매질의 다른 잉크에 인접하게 인쇄할 때, 번짐이 경감되었다.

따라서, 본 발명에 따라 제조된 잉크젯 잉크 조성물은 번짐이 경감되며, 잉크젯 프린터에 의한 인쇄시에 신속한 건조 시간을 나타내는 것으로 증명된다.

여기에 개시된 바와 같이, 잉크젯 잉크 인쇄에서 번짐을 제어하고 건조 시간을 감소시키는 본 발명의 잉크젯 잉크 조성물 및 방법은 잉크젯 인쇄에서 상업상의 용도가 예측된다.

따라서, 잉크젯 인쇄에서의 번짐을 제어하고 건조 시간을 감소시키는 수성 안료 분산계 잉크젯 잉크 조성물 및 방법을 개시하였다. 명확한 특성의 각종 변경 및 수정은 발명의 정신으로부터 벗어남이 없이 실시할 수도 있고, 그러한 모든 변경 및 수정은 첨부된 청구범위에 의해 규정된 발명의 범위 내에 귀속되는 것은 당업자에게 명확히 이해될 것이다.

본 발명은 잉크젯 잉크 인쇄 작업에 있어서 번짐을 감소시키고 건조 시간을 단축시켜 전체의 출력을 향상시킨다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따라 제조된 잉크젯 잉크 조성물의 마이크로 에멀션계 매질 성분의 배합 영역을 도시하고 있는 삼원 상태도로서, 마이크로 에멀션 성분은 비수용성 유기 화합물과, 하이드로트로픽 양친매성 물질과, 물의 특정 조합을 가짐.

Claims (2)

1. 안료계 잉크젯 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로,

   (a) 20중량% 이하의 수성 안료 분산물, 및

   (b) 비수용성 모노글리콜 에테르, 비수용성 폴리글리콜 에테르, 비수용성 모노글리콜 페닐 에테르, 비수용성 폴리글리콜 페닐 에테르, 비수용성 알코올, 비수용성 모노글리콜 에스테르, 비수용성 폴리글리콜 에스테르, 비수용성 테르펜, 비수용성 페놀, 비수용성 알데히드 및 케톤, 및 비수용성 탄화 수소로 이루어진 군으로부터 선택된 1 내지 70중량%의 비수용성 유기 화합물과, (a) 벤조산, 살리실산, 벤젠 술폰산, 벤젠 디술폰산, 톨루엔 술폰산, 크실렌 술폰산, 쿠멘 술폰산, 시멘 술폰산, 신남산, 옥탄 술폰산, 헥산 술폰산, 부탄 술폰산 및 데칸 술폰산의 염, (b) p-아미노 벤조산 염산염, 프로카인 염산염, 카페인, 및 알킬피리듐, 알킬트리메틸 암모늄, 벤질트리알킬(C₁ 내지 C₄) 암모늄 및 페닐트리메틸 암모늄 양이온의 염, 및 (c) 레조로시놀 및 피로갈롤로 이루어진 군으로부터 선택된 하이드로트로픽 양친매성 물질(amphiphile)과, 물을 포함하는 마이크로 에멀션(microemulsion)을 포함하며,

   이때, 상기 하이드로트로픽 양친매성 물질은 상기 마이크로 에멀션 중에 상기 비수용성 유기 화합물을 용해시키기에 충분한 양으로 존재하고, 양친매성 물질과 물의 조성비는 3상 상태도에서 비수용성 유기화합물의 특정양에 다라 변화하는

   안료계 잉크젯 잉크 조성물
2. 제 1 항에 있어서,

   비수용성 유기 화합물은 모노에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 페닐 에테르, 모노프로필렌 글리콜 페닐 에테르, 폴리프로필렌 글리콜 페닐 에테르, 에틸렌 글리콜 에스테르, 프로필렌 글리콜 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 에스테르, 폴리프로필렌 글리콜 에스테르, 톨루엔, 크실렌, 나프탈렌, 페난트렌, 벤질 알코올, 알파-테르피네올, 시트로넬랄, 하이드록시 시트로넬랄, 시클로헥실 메탄올, 시클로헥산온 및 그의 알킬(C₁ 내지 C₈) 유도체, 시클로헥산올 및 그의 알킬(C₁ 내지 C₈) 유도체, 시클로펜탄온 및 그의 알킬(C₁ 내지 C₈) 유도체, 시클로펜탄올 및 그의 알킬(C₁ 내지 C₈) 유도체, 유지놀(eugenol), 1-헵탄올, n-헥사놀, 2-헥사놀, n-펜탄올, 신남일 알콜, 신남알데히드, m-크레졸, 3-페닐-1-프로파놀 및 살리실알데하이드로 이루어진 군으로부터 선택되는

   안료계 잉크젯 잉크 조성물.

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