KR100494254B1 - 수성상분리에의해잉크의번짐현상을감소시키는잉크젯잉크세트및방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수성상분리현상을 이용하여 인접인쇄된 잉크젯 잉크 조성물 사이의 번짐현상을 감소 또는 거의 제거하는 것으로서, 본 발명의 잉크젯 잉크세트는 각각 착색제 및 수성 전색제를 함유하는 제 1 잉크젯 잉크 및 제 2 잉크젯 잉크를 구비하고 있다. 상기 제 1 잉크젯 잉크의 전색제 내에는 중합체가 함유되어 있고, 상기 제 2 잉크젯 잉크의 전색제 내에는 상기 제 1 잉크젯 잉크와의 접촉시 수성상분리현상을 유발할 수 있는 제 2물질이 함유되어 있다. 생성된 각 수성상 사이에는 각 잉크의 번짐을 방지하는 역할을 하는 계면이 형성된다. 또, 상기 잉크젯 잉크세트의 각 잉크 내에는 중합체가 함유되어 있음에도 불구하고 충분히 낮은 점도를 구비함으로써 잉크젯 펜으로부터의 분사가 용이하게 이루어질 수 있다. 번짐현상을 제어함에 있어서 상기와 같은 수성상분리현상을 이용함으로써 잉크조성에 대한 선택의 폭이 넓어지고, 인쇄의 선명도를 유지하면서도 독성물질이나 부식성물질을 첨가하지 않도록 하고, 잉크젯 잉크인쇄시 번짐현상을 제어함에 있어서 채택이 용이하고, 비용이 절약된다.
Description
본 발명은 잉크젯 인쇄에 사용된 잉크젯 잉크, 특히 인접해서 인쇄되는 잉크젯 잉크 사이에서 수성상분리현상(aqueous phase separation)을 통해 잉크의 번짐현상을 감소시킨 잉크젯 잉크에 관한 것이다.
잉크젯 인쇄는 비충격식 인쇄방법으로서 미세한 잉크방울이 인쇄매체 상에 특정순서에 따라 부착됨으로써 문자숫자식 문자, 숫자나 무늬 등을 형성하게 되어 있다. 잉크젯 프린터는 저가, 고성능 및 소음이 없는 작동방식 등의 잇점이 있으므로 컴퓨터의 주변기기로 사용되는 다른 종류의 프린터에 비해 인기가 있는 기종이다.
잉크젯 인쇄의 비충격식 인쇄방법은 마이크로프로세서에서 발생된 전기신호에 따라 종이, 투명필름, 직물과 같은 인쇄매체 상에 미세한 잉크방울을 분사하는 방식으로 인쇄를 실행한다. 현재 잉크젯 인쇄시 사용되고 있는 기본적인 미세 잉크 분사수단으로서는 가열식과 압전식의 2가지가 있다. 가열식 인쇄에 있어서는, 잉크방울을 분사시키기 위한 에너지가 전기가열식 저항소자로부터 발생되는데, 이 소자는 마이크로프로세서로부터 발생된 전기신호에 따라 신속하게 가열되어 증기방울(vapor bubble)을 생성하고, 그 결과 그 저항소자와 관련된 노즐을 통해 잉크를 분출시킨다. 또, 압전식 인쇄에 있어서는, 역시 마이크로프로세서에서 발생된 전기신호에 따라 압전크리스탈의 진동에 의해 잉크방울이 분사된다.
휴렛트-팩카드의 DeskJetR프린터의 일종인 가열식 잉크젯 프린터에 있어서, 다양한 칼라는 청색(cyan), 심홍색(magenta), 및 황색(yellow)을 다양한 비율로 혼합함으로써 얻고 있다. 상기와 같은 프린터에서는 통상 삼원색 및 흑색 잉크를 구비한 4개 펜 세트를 이용하여 칼라의 조합을 달성한다. 상기 청색, 심홍색 및 황색 잉크의 각각의 색조는 청색, 심홍색 및 황색 착색제의 색조로부터 유도된 것이다.
잉크용 착색제로서는 염료 및 색소의 형태로 시판된다. 따라서, 잉크젯 잉크는 염료계(dye-based)로 하는 조성물이나 안료계(pigment-based)로 하는 조성물이다. 이들 두 종류의 조성물 중에서 염료계 잉크젯 잉크조성물은 안료계 조성물에 비해 더 광범위하게 사용되고 있다. 염료계 잉크젯 잉크조성물은 일반적으로 수계로서, 이것은 잉크 전색제(展色劑: vehicle)에 염료를 용해시켜서 제조한다. 잉크젯 잉크조성물 내의 염료분자는 나트륨 또는 테트라메틸암모늄과 같은 염료의 양이온 및 음이온으로 구성된 염료염의 형태로 이루어져 있다. 비록 제한적이기는 하지만 안료계 잉크젯 잉크, 즉 분산제에 의해 수용액에 분산된 안료를 구비하는 잉크젯 잉크도 사용되는데, 상기 안료는 내수성 및 내광성과 같은 매우 바람직한 특성을 제공한다.
잉크젯 잉크는 염료계 잉크나 안료계 잉크를 불문하고 모두 번짐현상이 발생하게 되는 단점을 가지고 있다. 여기서, "번짐현상"이라 함은 두 종류의 색상 사이의 경계가 불분명해지는 것과 같이 하나의 색에 다른 하나의 색이 침범하는 현상을 의미한다. 번짐현상은 인쇄용지의 표면 뿐 아니라 인쇄용지 속에서도 색이 혼합됨으로써 발생되는 것이다. 특히 번짐현상은 흑색잉크와 이것에 인접인쇄된 칼라잉크 사이에서 발생되었을 때 더욱 문제가 되는데, 그 이유는 이들 잉크 사이의 번짐현상은 더욱 눈에 잘 띄기 때문이다. 따라서, 양질의 프린트를 실시하기 위해서는 번짐현상을 제거하거나 감소시키고, 이에 의해 각 색상 사이의 경계가 명확해지도록 하고, 또 각 색상 사이에 침범이 발생하지 않도록 해야한다.
종래, 칼라잉크에 대한 흑색잉크의 번짐현상 및 칼라잉크 상호간의 번짐현상을 감소시키기 위한 다양한 해결방법이 제안되어왔는데, 그 제안의 하나로서, 잉크의 환경을 변화시켜 번짐현상을 감소시키도록 하는 것이 있다. 일례로서, 가열판 및 다른 열원을 사용함과 동시에 특별히 제작된 인쇄용지를 사용하여 번짐현상을 제거하는 것을 들 수 있다. 그러나 가열판을 채용하면 프린터 가격이 비싸지고, 특수 제작된 인쇄용지는 일반 인쇄용지에 비해 가격이 고가이므로 가열식 잉크젯 인쇄시 발생되는 번짐현상을 감소시키기 위해 위와 같은 부품들을 추가하는 것은 비용 면에서 비경제적이다.
종래의 번짐현상을 해소하기 위한 또 다른 방법으로서 잉크젯 잉크의 조성을 변화시키는 것이 있는데, 예를 들면 인쇄용지 내로의 잉크 침투속도를 증가시키기 위해 계면활성제를 사용하는 것이 그것이다. 미국특허 5,116,409에는 번짐현상을 조절하기 위해 양성이온 계면활성제나 이온 또는 비이온 친양쪽성체를 임계 미셀 농도 이상의 농도로 사용하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 위와 같이 계면활성제를 사용하면 인쇄상태가 선명하지 못하다는 결점이 알려져 있다.
종래의 번짐현상을 해소하기 위한 또 다른 방법으로서 금속이온 석출제를 잉크젯 잉크에 첨가하는 것이 알려져 있다. 특히, 미국특허 5,198,023에는 황색잉크와 흑색잉크 사이의 번짐현상을 방지하기 위해, 염화칼슘 및 염화마그네슘과 같은 다가 양이온을 약 1 내지 10 중량%의 농도범위로 황색 양이온 잉크에 첨가하는 것이 개시되어 있다. 염화물 음이온 이외의 다른 음이온으로서는 불화 음이온 및 질산염 음이온이 포함된다. 상기 칼슘 및 마그네슘과 같은 다가 양이온은 번짐현상을 제어하는데 효과적이기는 하지만 다양한 염료의 존재 하에서는 역시 불안정하므로 이는 잉크젯 잉크조성의 제조시 제한요인이 된다. 또, 상기 질산염은 독성이 있으므로 잉크젯 잉크조성물의 제조시 사용해서는 안되는 물질이다.
잉크젯 잉크 사이의 번짐현상을 감소하기 위한 다른 방법으로서는 본 출원으로서 동일한 양수인에게 허여되고 1995년 12월 6일자로 출원된 미국특허출원 08/567,974(제목: "Bleed Alleviation in Ink-Jet Inks Using Organic Acids")에 개시된 바와 같이 pH 감응 염료를 사용하는 것이 있다. 상기 특허에 있어서, 제 1 잉크젯 잉크는 pH감응 착색제를 포함하며, 제 2 잉크젯 잉크는 완충액으로 처리되어 적절한 pH를 가지도록 함으로써 상기 pH감응 착색제와의 접촉시 석출물을 형성하도록 하는 것이 개시되어 있다. 상기 제 2 잉크젯 잉크에 0.5 내지 20 중량%의 유기산을 첨가하여 상기 pH 감응 착색제를 불용융성이 되게 하는데 필요한 pH 차이를 감소시키도록 하고 있다. 상기 2종의 잉크사이의 번짐현상을 감소시키기 위한 전술한 방법은 그 나름대로 효과가 있기는 하지만 유리산의 존재 하에서의 충분한 pH 차이를 얻는데 필요한 낮은 pH치 요구조건은 물질간의 양립성 문제를 유발한다. 또, 착색제는 적절한 pH 감응성 또는 pH 불감응성을 구비해야 한다는 조건 때문에 착색제의 선택이 제한을 받는 결점이 있다.
잉크젯 잉크 사이의 번짐현상을 감소시키기 위한 또 다른 방법으로써 본 출원으로서 동일한 양수인에게 허여되고 1995년 9월 14일자로 출원된 미국 특허출원 08/528,077(제목: "Bleed Alleviated, Waterfast, Pigment-Based Ink-Jet Ink Composition")에 개시되어 있는 바와 같은 마이크로에멀젼 베이스의 전색제를 사용하는 방법이 있다. 상기 특허출원에는 안료계의 잉크젯 잉크조성이 개시되어 있는데 이 잉크조성은 수용액에 대해 불용성인 유기화합물을 용해시키기 위해 친양쪽성체를 사용함으로써 번짐현상을 감소시킨다. 이와 같은 번짐현상 감소방법은 그 나름대로 효과가 있기는 하지만 이 방법의 효과를 판단하기에는 아직 이르다.
그러므로 잉크젯 잉크사이의 번짐현상을 효과적으로 제어하기 위한 수단 및 독성이 없고 프린터의 부품을 부식시키지 않고 인쇄상태가 선명하고 제조가 용이한 잉크젯 잉크를 개발할 필요가 있다. 상기 번짐현상을 제어하기 위한 새로운 수단은 용이하게 실시할 수 있어야 하고, 비용도 저렴해야 한다.
본 발명은 수성상분리를 통해 인접인쇄된 잉크젯 잉크조성 사이의 번짐현상을 감소 또는 거의 제거할 수 있는 방법 및 잉크젯 잉크세트를 제공한다. 특히 상기 잉크젯 잉크세트는 각각 착색제 및 수성 전색제를 구비하는 제 1 및 제 2 잉크젯 잉크를 구비한다. 상기 제 1 잉크젯 잉크의 전색제는 중합체를 포함하고, 상기 제 2 잉크젯 잉크의 전색제는 상기 제 1 잉크와의 접촉시 수성상분리를 유발할 수 있는 제 2 물질을 포함한다. 특히 중합체가 함유되어 있음에도 불구하고 상기 잉크젯 잉크세트의 잉크는 잉크젯 펜으로부터 분사될 수 있는 정도로 충분히 낮은 점도를 가진다.
본 발명은 수성상분리 개념을 이용함으로써, 전술한 종래의 번짐현상 제어 방법에 존재하는 단점들을 극복한다. 특히 본 발명의 방법은 착색제의 선택에 거의 제한이 없고 독성성분 또는 부식성분을 거의 사용하지 않는다. 또, 계면활성제의 사용량을 소량으로 억제함으로써 잉크젯 잉크의 선명도를 희생시키지 않고도 번짐현상을 제어할 수 있다. 또, 본 발명의 번짐현상 제어수단은 채택하기가 용이하고 비용 면에서 경제적이다. 본 발명의 잉크젯 잉크세트 및 번짐현상 제어방법은 종이매체, 투명용지, 및 직물류 등 어떤 종류의 인쇄매체에도 적용할 수 있다.
본 발명은 인접인쇄된 잉크젯 잉크 사이의 번짐현상을 제어하는 방법 및 그 번짐현상을 감소시킬 수 있는 잉크젯 잉크세트에 관한 것으로서, 상기 번짐현상 제어방법은 인접인쇄시 수성상분리를 유발할 수 있는 잉크전색제(이하, "전색제"라 함은 착색제를 제외한 잉크의 모든 성분을 지칭한다)를 제조하는 방법에 관련된 것이다. 상기 수성상분리를 통해 전색제 상호간의 반응이 방지됨으로써 잉크 사이의 번짐현상이 완화 또는 제거될 수 있는데, 본 발명의 번짐현상 제어방법에 따르면 수성 잉크젯 잉크전색제 사이의 혼합이 최소화되도록 되어 있다. 상기 수성상분리는 제 1 수성 전색제에 중합체를 함유시키고, 제 2 수성 전색제에는 상기 중합체와 거의 혼합되지 않거나 상기 중합체를 불용성으로 만들어주는 제 2물질을 함유시킴으로써 달성된다.
중합체의 불혼합성을 이용하여 수성상 사이에 어떤 물질을 선택적으로 분산시키는 개념은 생물공학분야(참조:Partition of Cell Particles and Macromolecules, Abertsson, 3 rd ed,John Wiley & Sons.)에서 잘 알려진 개념인 데, 일반적으로 주어진 용매 내에 각각 상이한 중합체 용액을 혼합하면 상분리가 발생한다. 2종 이상의 상이한 중합체를 사용하면 2상 이상의 상이 형성되며, 용매 내에 다수의 상이한 중합체를 첨가하면 다수의 상이 형성되도록 되어 있다. 따라서, 임의의 용매 내에 각각 상이한 그리고 수용성인 중합체를 첨가하면 상분리현상이 발생하게 된다. 생물공학분야에 있어서 상분리를 통해 성공적으로 분리된 물질로서는 여러 가지 단백질류, 세포류, 효소, 핵산, 박테리아, 및 바이러스 등이 있다. 수성상분리 기법은 다른 방법으로 분리하면 쉽게 부서질 수 있는 취약한 생물학적 물질을 분리하는데 매우 유용하게 사용할 수 있다.
중합체끼리는 상호 인접된 경우에 혼합되거나 상호 반응하는 성질이 있으므로 수성상분리시에 유용하게 사용할 수 있다. 통상, 중합체 세그먼트가 다른 수용매화 중합체(water-solvated polymer) 세그먼트와 상호반응하기 전에, 물-중합체 용매의 결합을 단절시키기 위한 에너지가 필요하다. 따라서, 엔트로피 법칙에 따라 상이한 중합체 세그먼트 사이의 반응이 중합체와 물 사이의 반응에 비해 반응력이 큰 경향이 있다. 상호 불혼합성인 2종의 상이한 중합체를 함유한 수용액은, 제 1중합체의 함유량이 많은 제 1상과 제 2중합체의 함유량이 많은 제 2상으로 분리됨으로써 상호 불혼합성인 2개의 상을 형성한다. 이들 불혼합성의 각 상들은 계면에 의해 분리된다.
액상 중합체의 2상계(phase system)의 예로서는 전술한 문헌(albertsson의 9쪽 참조)에 표2.1로 제시되어 있는데, 이와 같은 생물학분야에 있어서의 상분리를 위한 2상계를 잉크젯 인쇄분야에 적용함으로써 상분리, 즉 번짐현상을 제어할 수도 있을 것으로 본다.
중합체는 잉크젯 잉크조성물의 여러 가지 특성을 개선하는데 종래부터 사용되어오던 물질이다. 예를 들면, 미국특허 5,324,349에서는 안료계의 잉크젯 잉크조성에 광학밀도, 건조시간, 및 마모저항을 개선하고, 노즐의 막힘을 방지하기 위해 당류 또는 폴리올을 첨가하고 있고, 미국특허 4,836,851에서는 염료 분자에 폴리하이드록실기를 부착하여 수용해성 및 인쇄용지와의 반응성을 개선하고 있고, 미국특허 5,108,504에서는 잉크전색제에 폴리사카라이드를 첨가하여 계면활성제와 더불어 번짐현상을 제어하는 등 특정의 염료세트에 대해서 여러 가지 장점을 얻고 있고, 미국특허 4,531,976에서는 잉크젯 잉크조성 내에 상호 용해 가능한 2종의 성분을 용매를 이용하여 첨가함으로써 표면장력을 개선 및 이에 의한 분사성(jettability) 및 도트(dot)의 치수를 개선하고 있다. 그러나, 이들 미국특허의 어느 것도 수성상분리 개념을 이용하여 번짐현상을 제어하는 기술, 특히 제 1잉크가 중합체를 함유하고, 제 2잉크는 상기 제 1잉크와의 상분리를 발생시키는 제 2물질을 함유하는 기술에 대해서는 제안하고 있지 않다.
본 발명에 따르면, 2종의 잉크젯 잉크 사이의 번짐현상은 제 1잉크에 중합체를 첨가하고, 제 2잉크에는 상기 중합체와 혼합되지 않는 제 2물질을 첨가함으로써 제어한다. 일반적으로, 비반응성의 중합체를 함유하는 2종의 수성상계(two aqueous system)를 혼합하면, 처음에 뿌연 앙금이 나타나고, 일정시간이 경과한 후에는 이것이 중합체 성분이 많이 포함된 제 1상과 다른 중합체 성분이 많이 포함된 제 2상으로 서로 구별되는 2개의 상으로 분리된다. 따라서, 중합체를 함유한 제 1 잉크젯 잉크를 상기 중합체와 혼합하지 않는 제 2물질을 함유하는 제 2 잉크젯 잉크에 인접하여 인쇄한 경우, 이들 2종의 잉크 사이에 수성상분리 현상에 따라 계면이 생성되므로, 인접하여 인쇄된 각 잉크 사이의 번짐현상을 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시에 적용되는 중합체는 비이온성 중합체 또는 이온성 중합체로서, 본 발명에 따른 수성상분리를 달성하는데 수용성 및 불수용성 중합체가 모두 적용될 수 있다. 비이온성 중합체의 예로서는 최소평균분자량이 약 200인 폴리에틸렌글리콜 및 그 유도체; 최소평균분자량이 약 200인 폴리프로필렌글리콜 및 그 유도체; 폴리사카라이드 및 그 유도체; 평균분자량이 약 10,000 내지 200,000인 폴리비닐알코올 및 그 유도체; 평균분자량이 약 2,000 내지 500,000인 폴리비닐피롤리돈 및 그 유도체; FicollR(Pharmacia Inc.의 제품)과 같은 평균분자량이 약 40,000 내지 400,000인 폴리수크로스(polysucrose) 및 그 유도체; 및 평균분자량이 500 내지 10,000인 에톡시 글리세롤 프로폭실화 글리세롤 및 그 유도체 등을 들 수 있다.
폴리에틸렌글리콜의 유도체로서 적합한 것은 폴리에틸렌글리콜 메틸에테르 및 폴리에틸렌글리콜 비스(카복실메틸) 에테르 등을 들 수 있다. 폴리사카라이드의 예로서는 메틸셀룰로오즈, 카복시메틸셀룰로오즈, 및 평균분자량이 약 3,000 내지 2,000,000인 덱스트란 및 그 유도체 등을 들 수 있다. 덱스트란의 유도체로서는 디에틸아미노에틸-덱스트란 및 하이드록시프로필덱스트란을 들 수 있다. 또, 덱스트란은 글리코겐, 레반(levan), 가용성 전분 등을 포함하는 중합체 그룹을 대표하는 물질로 간주된다. 에톡시 글리세롤 및 프로폭실화 글리세롤의 예로서는 LEG("LiponicsR ethoxylated glycerol"); 평균분자량이 725 내지 4,100인 글리세롤 프로폭실레이트 및 그 유도체; 평균분자량이 725 내지 4,100인 글리세롤 프로폭실레이트 (메톡실레이트-코-프로폭실레이트) 및 그 유도체; 평균분자량이 725 내지 4,800인 글리세롤 프로폭실레이트 (메토실레이트-β-에톡실레이트트리올) 및 그 유도체 등을 들 수 있다.
이온성 중합체 ("폴리일렉트로라이트(polyelectrolytes)"라고도 함)의 예로서는 평균분자량이 5,000 내지 500,000인 덱스트란 설페이트, 카복시메틸덱스트란의 염, 카복시메틸셀룰로오즈의 염, 및 디에틸아미노에틸덱스트란·HCl 등과 같은 와 같은 폴리사카라이드 염; 평균분자량이 약 1,000 내지 1,000,000인 폴리아크릴아미드; 평균분자량이 약 1,000 내지 500,000인 폴리아크릴산; 평균분자량이 약 1,000 내지 50,000인 폴리에틸렌이민; 및 이들의 유도체를 들 수 있다. 또, 덱트트란 설페이트의 염 대신 글리코겐, 레반 및 가용성 전분의 이온성 유도체를 사용할 수도 있다.
이온성 중합체를 이용하는 경우, 대응되는 상 내에 염화나트륨이나 무기염을 첨가하면 중합체가 불혼합성(immiscible)이 된다.
분자량이 너무 큰 중합체를 사용하면 잉크젯 잉크에 크러스팅(crusting)이 발생하므로 펜의 신뢰도에 악영향을 미칠 수 있다. 또, 상(phase)의 점도는 중합체 첨가물의 분자량과 함께 증가한다(상기 점도의 증가는 보다 큰 분자량을 갖는 중합체의 경우에 보다 낮은 농도가 요구됨으로써 부분적으로 상쇄시킬 수도 있다). 잉크젯 잉크의 점도는 약 2 내지 15 cP의 범위 내에 속하는 것이 바람직하다. 반면에 분자량이 너무 작은 중합체를 사용하면, 중합체의 농도를 과도하게 증가시켜야 하고, 생성된 잉크젯 잉크의 인쇄용지에 대한 침투속도가 지나치게 빨라지는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에 따른 중합체의 분자량은 일반적으로 200 이상이고, 약 300 내지 20,000의 범위 내에 속하는 것이 바람직하고, 약 1,000 내지 5,000 범위 내에 속하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 중합체와 반응하여 수성상분리를 유발하는 상기 "제 2물질"이라 함은 다른 중합체나 저분자량 성분을 의미하는 것으로서, 수용액 내에 함유된 중합체와 반응시 수성상분리를 유발하는 임의의 화합물은 모두 상기 제 2물질로서 사용할 수 있다. 어떠한 경우든, 상기 제 2물질은 상기 중합체에 거의 혼합되지 않아야 한다. 따라서, 인접인쇄된 잉크 내에 포함된 2종의 중합체는 상호간의 불혼합성에 의해 수성상분리를 유발하도록 충분히 상이한 종류의 중합체를 채용하여야 한다. 중합체는 그 분자량이 매우 크므로 각각의 농도가 매우 낮은 유사한 종류의 중합체 사이에 대해서도 상분리는 중합체-중합체 혼합물 내에서 상분리가 발생한다. 임의 2종의 중합체가 충분히 상이한 종류의 중합체인지의 여부를 결정하는 중요한 인자는 평균분자량, 다분산성, 및 잉크 내의 중합체의 농도 등인데, 본 기술분야의 당업자는 통상적인 실험을 통해 2종의 중합체가 수성상분리를 유발할 수 있을 정도의 충분한 차이를 가지는지의 여부를 결정할 수 있을 것이다.
상기 제 2물질이 중합체가 아닌 저분자량의 성분인 경우, 이 제 2물질은 이와 접촉하게 될 상기 중합체와 실질적으로 불혼합성이어야 한다. 보다 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 저분자량 성분의 존재에 의해 중합체가 불용성이 됨으로써 상분리현상이 발생한다. 이는 제 1중합체에 대해 불혼합성인 제 2중합체를 사용하여 상분리를 유발하는 상분리 메카니즘에 대비된다. 중합체와 접촉했을 때 수성상분리를 유발하는 저분자량의 성분의 예로서는 인산염 및 황산염; 프로필 알코올 및 글리세롤 등과 같은 저분자량의 알코올; 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(Union Carbide사의 제품인 CellusolveTM); 글루코스; 글리콜; 및 염화나트륨 등을 들 수 있으며, 이들 중에서 인산칼륨 및 글리콜이 바람직하다.
따라서, 수성상분리를 유발하기 위한 중합체-제 2물질의 예로서는 (1) 비이온성 중합체-비이온성 중합체의 계; (2) 이온성 중합체-비이온성 중합체의 계; (3) 이온성 중합체-이온성 중합체의 계; (4) 비이온성 중합체-저분자량 성분의 계; 및 (5) 이온성 중합체-저분자량 성분의 계 등을 이용할 수 있다.
본 발명을 구현함에 있어서, 하나 이상의 비이온성 중합체를 사용하는 것이 바람직하고, 중합체와 제 2물질 양자를 모두 비이온성 중합체로 하는 것이 더욱 바람직하다. 중합체-제 2물질의 조합으로서는 평균분자량이 약 1,500 내지 5,000인 폴리에틸렌 글리콜과 다른 비이온성 중합체(예를 들면 에톡실레이티드 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 피롤리돈, 또는 평균분자량이 약 11,000 내지 19,000인 덱스트란)의 조합이 바람직하다. 비이온성 중합체의 조합을 채용하면 중합체 사이의 인력의 문제 또는 용액의 pH문제가 발생하지 않으므로 잉크젯 잉크의 제조가 간단해진다.
그러나, 이온성 중합체-이온성 중합체의 조합을 선택했을 경우, 양자 중합체의 전하량이 유사하고, 그 극성이 동일하면 양자 중합체가 제 1상으로만 몰리게 되므로 제 2상에는 중합체의 함량이 빈약해질 우려가 있다. 이와 같은 형태의 상분리현상을 "복합 코아서베이션(complex coacervation)"이라 부른다.
본 발명에서 번짐현상을 제어함에 있어서 착색제의 선택에는 제한을 두지 않으며, 착색제로서는 염료(dye)든 안료(pigment)든 어느 것을 사용해도 좋다. 수성상분리는 착색제보다는 오히려 전색제에 영향을 받는다. 따라서, 착색제는 pH 감응성 및 이온의 전하 상태와 같은 변수에 무관하게 선택할 수 있다.
본 발명의 잉크젯 잉크조성에 적합한 염료의 예로서는 푸드 블랙 2(Food Black 2), 카르타 블랙(Carta Black), 디렉트 블랙 19(Direct Black 19), 디렉트 블랙 51, 디렉트 블랙 109, 디렉트 블랙 154, 디렉트 블루 86(Direct Blue 86), 디렉트 블루 199, 디렉트 레드 9(Direct Red 9), 산성 황색 23(Acid Yellow 23), 산성 블루 185, 산성 블루 9, 산성 레드 17, 산성 레드 52, 산성 레드 249, 및 반응성 레드 180 등을 들 수 있다. 이들 염료의 농도는 약 0.1 내지 7 중량%의 범위로 하는 것이 바람직한데, 0.1 중량% 이하인 경우에는 잉크의 농도가 지나치게 엷어지고, 7 중량% 이상인 경우에는 잉크젯 펜의 오리피스를 막히게 하는 원인이 된다. 특히, 염료의 양은 잉크젯 잉크조성의 0.1 내지 4 중량%의 범위로 하는 것이 가장 바람직하다. 또 염료의 혼합물을 사용할 수도 있다.
잉크젯 인쇄에 사용될 수 있는 안료로서 시판되는 것의 일례로서는 휴렛트-팩카드의 데스크젯 850R 프린터에 사용된 흑색잉크에 함유된 흑색안료를 들 수 있고, 또 안료들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 통상, 안료는 분산제에 의해 잉크젯 잉크용액 내에서 분산될 수 있어야 한다.
인접인쇄된 잉크젯 잉크 사이의 번짐현상을 제어하기 위한 본 발명의 방법은 잉크의 조성 특히 착색제의 제제(formulation)에 대해 선택의 폭이 클 뿐 아니라 상기 착색제의 이동에 방해를 주지 않는다. 상기 2종류의 수성상 사이의 계면장력은 비교적 낮다. 예를 들면, 전술한 문헌(albertsson)의 표 2.7에는, 6 중량%의 덱스트란 500 및 4 중량%의 폴리에틸렌 글리콜을 함유한 덱스트란-폴리에틸렌 글리콜 수용액 계의 계면장력이 약 0.007 dynes/cm로 보고되어 있다. 따라서, 본 발명에 의해 달성된 번짐현상의 제어는 개선의 여지가 없지는 않다.
실제로 상기 착색제는 본 발명의 수성상분리방법에 의해 달성되는 번짐현상의 제어를 더욱 향상시키는데 이용될 수 있다. 생물공학분야에서는 수성상 중의 특정 세포성분의 분리를 촉진하기 위해 용액 내에 추가성분 또는 개질 성분을 첨가하는 것이 알려져 있는데, 이 기법을 "친화성 분리법(affinity partitioning)"이라고 부른다. 특히, 생물공학분야에서 사용되는 상기 친화성 분리법은, 특정의 수성상에 특정의 세포성분에 대한 친화성을 부여하는 경향이 있다. 따라서, 잉크젯 인쇄분야에서는, 특정 착색제가 특정 수성상에 대해서 친화성을 가지도록 조제함으로써 이것이 인접 인쇄된 잉크 사이의 번짐현상을 제어하는데 추가의 제어효과를 발휘하도록 할 수 있다.
본 발명의 잉크젯 잉크전색제의 성분은 전술한 중합체 및 제 2물질 이외에도 염료계 또는 안료계의 잉크젯 잉크의 전색제 내에 전형적으로 함유된 성분, 및 잉크젯 잉크세트 내의 착색제 및 다른 잉크와 병존할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 전색제성분으로서 적합한 것의 예로서는 디올류(diols)(예, 1,5-펜탄디올), 글리콜 에테르류(예, 디에틸렌 글리콜), 및 2-피롤리돈을 들 수 있고, 기타 계면활성제 및 살균제 등과 같은 성분, 완충제 및 물이 포함된다. 그러나, 다량의 계면활성제 및 이가염은 본 발명의 번짐현상 제어에서는 불필요하다. 특히, 염료계의 잉크젯 잉크조성의 전색제는 (a) 약 5 내지 15 중량%의 1,5-펜탄디올; (b) 약 5 내지 15 중량%의 2-피롤리돈; (c) 약 5 내지 25 중량%의 중합체, 바람직하게는 하나의 잉크 내에 약 4,000의 평균분자량을 가지는 약 10 중량%의 폴리에틸렌 글리콜; 및 (d) 물을 포함하는 것이 바람직하다(이상은 총 잉크성분에 대한 백분율로 표시됨). 또, 상기 전색제 내에 약 2 내지 3 중량%의 염료를 함유시킬 수 있다. 이상과 같은 전색제의 제제형태가 바람직하지만, 잉크젯 잉크조성에 적합한 수성베이스 전색제는 어느 것이라도 사용할 수 있다.
본 발명의 번짐현상 제어방법은 계의 상호 의존성인데, 이는 각 잉크의 상호반응에 의해 번짐현상을 제어하게 됨을 의미한다. 본 발명의 번짐현상 제어방법은 임의 2종의 잉크, 예를 들면 흑색잉크와 황색잉크 사이의 번짐현상을 감소 또는 거의 제거하는데 적용할 수 있고, 또 전형적인 잉크젯 잉크세트에 포함된 총 4종의 잉크 사이의 번짐현상을 제어하는 데에도 적용할 수 있다. 따라서, 상기 4종의 잉크 각각은 인쇄매체 상에 인접인쇄된 임의의 어느 잉크와 접촉하는 경우에도 수성상분리를 유발할 수 있도록 조제되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 잉크젯 잉크세트 내의 각 잉크 내에는 충분히 상이한 종류의 중합체를 함유시키면, 흑색잉크-칼라잉크 사이 및 칼라잉크-칼라잉크 사이의 번짐현상을 거의 제거할 수 있다. 바람직한 잉크젯 잉크세트는 다음의 잉크젯 잉크를 구비한다.
(1) AY23≡산성 황색 23 (Aacid Yellow 23);AR52≡산성 적색 52 (Acid Red 52); RR180≡반응성 적색 180 (Reactive Red 180);DB199≡디렉트블루 199 (Direct Blue 199); AB9≡산성 블루 9 (Acid Blue 9); 그리고, 괄호 안의 수치는 특정 염료의 흡광특성을 나타낸다.
상기 바람직한 잉크젯 잉크세트는 휴렛트-팩카드사의 DeskJetR 850 잉크젯 프린터에 채용된 것과 같은 안료계의 잉크인 흑색잉크를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 번짐현상 제어방법을 채용하면, 잉크젯 잉크의 착색제뿐 아니라 2가 금속이온이나 저 pH 등을 적용하는 종래의 보다 제한된 번짐현상 제어방법에서는 그 사용이 제한되던 다른 물질에 대해서, 잉크젯 잉크의 제제형태의 선택의 폭.이 넓어진다. 예를 들면, 저점도로부터 고점도를 가지는 알긴산 및 알긴산 나트륨과 같은 물질을 극소량(즉, 약 0.10 내지 0.20 중량%) 첨가하면, 착색제가 인접한 수성상으로 번지는 것을 방지하는데 도움이 된다. 잉크젯 잉크조성에 있어서의 상기 알긴산 염의 유용성은 종래부터 인식되어온 것이기는 하지만(미국 특허 5,133,803 참조), 이것은 현재의 번짐현상 제어방법에 있어서는 지금까지 그 사용이 종종 제한되고 있다. 착색제가 수성상 사이의 계면을 통과하여 번지는 것을 방지할 수 있는 미지의 성분도 본 발명의 잉크젯 잉크조성에 첨가할 수 있다.
본 발명의 조건에 따라, 잉크조성의 특성이 특정 용도에 부합하도록 염료계 및 안료계의 잉크젯 잉크조성에 기타 여러 가지 물질, 예를 들면, 완충제, 살균제 등의 물질을 첨가할 수 있다. 바람직한 완충제로서는 "Aldrich Chemical사[미국 위스콘신주 밀워키(Milwaukee, WI) 소재]"의 제품인 트리스(하이드록시메틸)아미노-메탄과 같은 트리스 아민 완충제, 및 4-모폴린 에탄 설포닉산(4-morpholine ethane sulfonic acid;MES)을 들 수 있다. 살균제로서는 잉크젯 잉크에 사용되는 일반적인 살균제는 어느 것이나 본 발명에 사용될 수 있는 데, 예를 들면 "Hㆌls America사[미국 뉴저지주 피스카다웨이(Piscataway, N.J.) 소재]"의 제품인 NUOSEPT 95; "ICI America사[미국 델라웨어주 윌밍톤(Wilmington, Del.) 소재]"의 제품인 PROXEL GXL; 및 "Union Carbide Company[미국 뉴저지주 바운드 브룩(bound brook, N.J.) 소재]"의 제품인 UCARCIDE 250TM과 같은 글루타르알데히드(glutaraldehyde) 등을 들 수 있으며, 이중에서 PROXEL GXL이 바람직하다. 잉크의 앤티코게이션(anti-kogation)은 특정 염료의 주지의 양이온 대체물뿐 아니라 하나이상의 앤티코게이션제를 첨가하여 달성할 수 있다. 상기 앤티코게이션제는 주지된 것으로서, 본 발명을 구성하는 것은 아니다.
계면활성제는 번짐현상 제어에 불필요한 물질이기 때문에 본 발명의 잉크는 계면활성제를 거의 함유하지 않지만 다른 목적을 위해 어느 정도의 계면활성제(번짐현상 제어에 필요한 양보다 적은 양)를 사용할 수 있다. 특히, 잉크의 건조시간을 개선하고, 잉크 사이의 표면장력의 균형을 유지하기 위해 소량의 계면활성제가 사용된다. 본 발명에 따라 조제된 잉크 사이의 표면장력은 서로 균형을 이루는 것이 중요하다. 인접인쇄된 잉크 사이의 번짐현상을 제어하기 위해 상기 각 잉크 내에 충분한 농도로 계면활성제를 첨가하면 양 잉크 사이의 표면장력의 불균형 문제가 발생하지 않을 정도로 각 잉크의 표면장력이 크게 감소된다. 번짐현상의 제어를 위해서는 계면활성제를 전혀 사용하지 않고, 단순히 건조시간을 개선하기 위해서만 비교적 저농도의 계면활성제를 사용하면, 각 잉크 사이의 표면장력의 불균형이 문제가 된다. 즉, 인접인쇄된 각 잉크의 표면장력이 불균형을 이루면 표면장력의 기울기가 발생하고, 이에 따라 각 잉크 사이에 번짐현상이 발생하게 된다.
수성상분리를 달성하기 위해서는 상기 중합체 및 제 2물질을 상호 적절한 농도로 첨가해야 한다. 상이한 중합체-제 2물질의 조합에 대해서는 첨가량도 달라진다. 농도에 영향을 주는 인자로서는 잉크의 용매조성, 온도, 잉크젯 잉크조성 내의 다른 첨가물의 종류, 가장 중요한 인자인 상기 중합체의 분자량 분포, 및 수용액에 대한 상기 중합체 물질의 용해도 등을 들 수 있다. 상기 중합체의 분자량이 크면 클수록, 상분리를 위해 요구되는 중합체의 농도는 적어지게 되고, 반면에 상기 중합체의 분자량이 적으면 적을수록, 상분리를 위한 중합체의 농도는 많아지게 된다. 즉, 중합체의 분자량과 농도는 반비례관계에 있다. 예를 들면, 중합체가 폴리에틸렌 글리콜인 경우, 약 7,500 이상의 분자량은 대개 7.5 중량% 이하의 농도에서 매우 효과적이다. 폴리에틸렌 글리콜의 분자량이 2,000 이하인 경우, 수성상분리를 달성하기 위해 통상적으로 잉크의 15 내지 20 중량% 이상의 농도가 요구된다. 덱스트란 및 FicollR과 같은 다른 중합체에 대해서도 위와 유사한 농도/분자량의 관계가 존재한다.
상이한 수성상의 형성에 미치는 온도의 효과도 상이하다. 즉, 일부의 중합체-제 2물질계에서는 넓은 온도범위에 걸쳐 수성상분리가 달성되지만, 다른 일부의 중합체-제 2물질계에서는 수성상분리를 위해 고온에서 다른 농도가 요구된다. 예를 들면, 전술한 문헌(albertsson)에 따르면, 폴리에틸렌 글리콜 및 인산칼륨으로 이루어진 계는 고온에서 중합체의 농도가 낮아야 하고, 덱스트란-메틸셀룰로즈는 온도에 의해 영향을 거의 받지 않음을 알 수 있다.
특정한 중합체-제 2물질의 조합에 대한 적절한 농도는 통상적인 실험에 의해 쉽게 결정될 수 있다. 예를 들면, 도 1은 평균분자량이 약 4,000인 폴리에틸렌 글리콜(PEG 4,000)과 평균분자량이 약 11,500인 덱스트란의 조합으로 이루어진 계에 대해 실험에 의해 작성된 상태도이다. 즉, 7.5 중량%의 1,5-펜탄디올, 5 중량%의 2-피롤리돈, 및 잔부의 물로 구성된 전색제에 상기 PEG 4,000과 덱스트란 11,500을 다양한 농도로 첨가하여 용액을 제조하고, 상기 PEG 4,000과 덱스트란 11,500이 용해될 때까지 교반한 다음, 정지상태로 두어 수성상분리현상의 발생을 관찰하였다. 도 1에서 "x"표는 상분리가 발생되지 않은 농도범위, "⊙"표는 상분리가 발생된 농도범위를 나타낸다. 상기 데이터 포인트를 충분히 형성함으로써 상분리가 발생되는 농도범위와 상분리가 발생되지 않는 농도범위를 분할하는 하나의 선을 그릴 수 있다. 따라서, 소정 전색제조성 및 소정 중합체-제 2물질의 조합에 대해서 본 발명의 수성상분리를 야기하도록 적절한 농도관계를 결정할 수 있다.
본 발명에 따라 잉크를 조제하기 위해서는 단지 종래의 혼합방법을 이용하여 선택된 성분을 혼합하면 된다. 그러나, 채택된 중합체의 분자량이 비교적 고분자량인 경우에는 그 중합체에 열을 가하여 모액(stock solution)으로 만든 다음, 잉크젯 잉크조성에 혼합해주어야 한다. 중합체가 고분자량의 덱스트린인 경우를 예를 들면, 이 중합체는 잉크젯 잉크조성에 첨가하기 전에 약 60℃로 가열해주어야한다.
요약하면, 본 발명의 번짐현상 제어방법은 2종 이상의 잉크젯 잉크전색제 조성이 상호 번짐현상을 제어할 수 있도록 구성한 것이다. 상기 중합체는 제 1 잉크젯 잉크 내에 첨가되고, 이 중합체와 불혼합성인 제 2물질은 상분리를 유발하도록 제 2 잉크젯 잉크 내에 첨가된다. 그 결과, 상기 양 잉크 사이에는 번짐현상을 차단하는 경계면이 형성된다.
본 발명의 번짐현상 제어방법에 따르면, (1) 종래의 번짐현상 제어시 사용되던 다량의 금속이온 및 산을 사용하지 않고 잉크제제의 선택의 폭이 넓어지고, (2) 인쇄매체의 표면에 다량의 착색제가 부착됨으로써 칼라가 보다 밝게되고, (3) 다량의 착색제가 부착되는 것에 비해 잉크젯 잉크에 요구되는 착색제의 양이 소량이므로 비용절약 및 펜의 성능향상이 도모되고, (4) 계면활성제의 양이 소량이므로 에지 예리함(edge acuity)이 향상되고, (5) 계면활성제의 양이 소량인 경우 각 잉크 사이의 표면장력이 균형을 이룸으로써 흑색잉크와 칼라잉크 사이의 번짐현상(즉, 칼라잉크가 흑색잉크 내로 침범하는 현상)이 발생되지 않고, (6) 계면활성제와 유기산의 량이 소량이므로 물질의 양립성이 개선되고, (7) 잉크젯 잉크 내의 일정량의 물을 일정량의 중합체가 대체함으로써 인쇄용지에 발생되는 주름이 감소되고, (8) 에어로졸(aerosol)이 감소되고, (9) 인쇄매체의 독립성이 양호해지고, (10) 잉크노즐 상에 잉크가 맺히는 것이 감소되고, (11) 잉크의 건조시간제어의 선택의 폭이 넓어지는 등의 잇점이 있다. 또, 본 발명은 환경친화적이고, 비교적 안전성이 있는 물질을 사용하고 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예
각 도는 인접인쇄된 잉크젯 잉크 사이의 번짐현상을 제어하는 본 발명에 따른 수성상분리의 효과를 보여주는 것이다.
도 2 내지 도 4는 여러 겹으로 접은 KIMWIPETM 조직물질 상에 황색 및 청색잉크를 한두 방울 떨어뜨린 다음 각 잉크의 번짐이 발생된 후의 모양을 도시한 것이다. 또, 도 5는 청색잉크와 심홍색잉크를, 도 6은 황색잉크와 흑색잉크를 각각 인접하여 한두 방울 떨어뜨린 모양을 도시한 것이다. 임의의 칼라잉크와 흑색잉크 조합을 통해 본 발명의 효과를 보여주는 것도 가능하지만 황색잉크와 청색잉크 조합을 사용한 것은 대비가 좋고, 혼합시 제 2색상인 녹색을 나타냄으로써 용이하게 관찰할 수 있기 때문이다. 이와 마찬가지로 도 5의 청색잉크와 심홍색잉크의 조합도 대비가 좋고, 혼합시 자주색을 나타내므로 관찰이 용이하다. 각 경우에서 잉크는 약 15분 동안 방치하여 건조시켰다.
실시예 1
도 2a은 각각 덱스트란 및 폴리에틸렌 글리콜을 함유하는 황색잉크(격자무늬로 도시된 부분)와 청색잉크(수평선으로 도시된 부분) 사이의 번짐현상 제어상태를 보여주는 것이고, 도 2b은 본 발명의 제어방법을 채용하지 않은 황색잉크와 청색잉크 사이에 발생한 번짐현상을 보여주는 것이다. 이들 4종의 잉크의 조성은 다음의 표와 같다.
(1) "abs"≡흡수도
도 2b의 황색잉크 및 청색잉크 사이의 번짐이 발생한 부분은 사선으로 표시된 부분(녹색부분)이다. 한편, 도 2a에 도시된 황색잉크 및 청색잉크 사이에 형성된 녹색부분은 도 2b에 표시된 녹색부분에 비해 크게 감소되어 있는데, 이는 양 잉크 사이의 번짐현상이 감소되었음을 나타낸다.
실시예 2
도 3a은 각각 FicollR 및 폴리에틸렌 글리콜을 함유하는 황색잉크(격자무늬로 도시된 부분)와 청색잉크(수평선으로 도시된 부분) 사이의 번짐현상 제어상태를 보여주는 것이고, 도 3b은 본 발명의 제어방법을 채용하지 않은 황색잉크와 청색잉크 사이에 발생한 번짐현상을 보여주는 것이다. 이들 4종의 잉크의 조성은 다음의 표와 같다.
(1) "abs"≡흡수도
도 3b의 황색잉크 및 청색잉크 사이의 번짐이 발생한 부분은 사선으로 표시된 부분(녹색부분)이다. 한편, 도 3a에 도시된 황색잉크 및 청색잉크 사이에 형성된 녹색부분은 도 2b에 표시된 녹색부분에 비해 크게 감소되어 있는데, 이는 양 잉크 사이의 번짐현상이 감소되었음을 나타낸다. 2a에서는 폴리에틸렌 글리콜 7500과 덱스트란 70,000의 조합에 의해 번짐현상을 제어하고, 도 3a에서는 폴리에틸렌 글리콜 7500과 FicollR 400K의 조합에 의해 번짐현상을 제어하고 있다.
실시예 3
본 발명의 번짐현상 제어방법은 염료에 대해서뿐 아니라 안료에 대해서도 효과를 발휘할 수 있다는 것을 보여주기 위해, 도 4는 중합체 조합을 이용한 안료계 잉크의 번짐현상 제어상태를 도시한 것이다. 도 4a 및 도 4b도의 4종의 잉크의 조성은 다음의 표와 같다.
도 4b의 황색잉크(격자무늬 부분) 및 청색잉크 사이의 번짐이 발생한 부분은 사선으로 표시된 부분(녹색부분)이다. 한편, 도 4a에 도시된 황색잉크 및 청색잉크 사이에 형성된 녹색부분은 도 4b에 표시된 녹색부분에 비해 크게 감소되어 있는데, 이는 양 잉크 사이의 번짐현상이 감소되었음을 나타낸다. 결국, 안료계 잉크 사이에서의 번짐현상이 수성상분리를 통해 제어되었음을 알 수 있고, 또 수성상분리는 중합체와 제 2물질(여기서는 PEG 메틸에테르 2000 및 PEG 1450)이 상호 유사한 특성을 가지는 것인 경우에 달성될 수 있음이 밝혀졌다.
실시예 4
도 5는 심홍색 및 청색 안료계 잉크 사이에서 달성된 번짐현상 제어상태를 도시한 것으로서, 도 5a 및 도 5b에서 사용된 4종의 잉크조성은 다음의 표와 같다.
도 5b의 심홍색잉크(수직선 부분) 및 청색잉크(수평선 부분) 사이의 번짐이 발생한 부분은 자주색 부분(수직 점선 부분)으로써, 이 부분은 상기 심홍색잉크와 청색잉크가 혼합되어 형성된 부분이다. 상기 심홍색잉크와 청색잉크 사이의 경계는 매우 불규칙한 모양을 나타낸다. 이에 비해 도 5a에 도시된 심홍색잉크와 청색잉크 사이의 자주색 부분은 도 5b에 비해 그 면적이 뚜렷하게 감소되었음을 알 수 있고, 각 잉크 사이의 경계도 매끈하게 나타나 있다. 따라서 덱스트란 500,000 및 PEG 7500의 조합을 이용한 안료계 잉크에서 수성상분리를 통해 번짐현상이 제어되었음을 알 수 있다.
실시예 5
도 6은 황색잉크(격자무늬 부분) 및 흑색잉크 사이의 번짐현상 제어를 도시한 것으로써, 염료계 잉크와 안료계 잉크를 사용한 것이다. 즉 흑색잉크는 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터에서 사용된 안료계 잉크이다. 이 흑색잉크에는 황색잉크내의 중합체 성분과 조합을 이루는 소위 제 2물질의 역할을 하는 중합체가 함유되어 있다. 도 6a의 상측에 도시된 두 개의 실험과 하측에 도시된 두 개의 실험은 각각 상이한 조성의 황색 잉크젯 잉크를 사용한 것이고, 도 6b의 상하측의 네 개의 실험은 동일한 조성의 황색잉크젯 잉크를 사용한 것이다. 상기 도 6a 및 도 6b에서 사용된 3종의 황색잉크의 조성은 다음의 표와 같다.
도 6b에서 황색잉크와 흑색잉크 사이의 번짐은 황색잉크 내로 침투한 불규칙한 흑색잉크 부분으로 나타나 있다. 이와 대조적으로 도 6a에 도시된 황색잉크 내로의 흑색잉크의 침투량은 뚜렷하게 감소되었을 뿐 아니라 양 잉크의 경계선도 매끄럽게 나타나 있다. 따라서, 평균분자량이 약 70,000인 덱스트란 또는 평균분자량이 약 400,000인 FicollR을 이용한 황색염료계 잉크 및 흑색안료 잉크 사이에서 번짐현상이 제어되었음을 알 수 있다.
도 7 내지 도 11은 트라이챔버(tri-chamber) 칼라 펜을 구비한 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터를 이용하여 다양한 잉크로 인쇄한 문양을 도시한 것이다. 상기 프린터에는 칼라잉크(예로써, 황색잉크)를 인쇄하기 위한 트리체임버 펜과 흑색잉크를 인쇄하기 위한 싱글체임버 펜을 장착하였다. 이하의 기재에서 별다른 언급이 없는 한 사용된 인쇄매체는 챔피언 데이터카피지TM 인쇄용지로 한다.
실시예 6
도 7a 및 도 7b에는 흑색잉크에 의해 크로스해칭된 황색부분(사각형 내의 흰색부분)이 도시되어 있다. 상기 흑색잉크는 도 6의 실시예에서 사용된 것과 같은 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터에서 사용된 안료계 잉크로서, 이 흑색잉크 내에는 상기 황색잉크 내의 중합체 성분과 조합되었을 때 소위 제 2물질의 역할을 하는 중합체가 함유되어 있다. 도 7a 및 도 7b에서 사용된 황색잉크의 조성은 다음의 표와 같다.
도 7a의 흑색잉크 내의 중합체 성분과 쌍을 이루는 중합체가 존재하지 않는 경우, 황색잉크 내에 침투하는 흑색잉크의 양이 많아진다. 그러나, 도 7b의 경우에는 흑색잉크가 황색잉크 내로 거의 침투하지 않는다. 따라서, 황색잉크 내에 폴리에틸렌 글리콜 메틸에테르를 첨가하면 황색잉크와 흑색잉크를 상호 인접인쇄한 경우에 상분리가 발생됨을 알 수 있다.
실시예 7
도 8a 및 8b은 도 7a 및 7b에서 사용된 것과 동일한 잉크를 사용하여 인쇄한 것으로서, 흰색부분에 흑색의 안료계 잉크로 격자무늬가 인쇄되어 있다. 도 8a 및 8b은 도 7a 및 7b에 비해 인쇄매체 상에 부착되는 잉크의 양이 많아지도록 설정하였으므로 번짐현상의 발생정도도 더욱 커지게 되어있으나, 도 8a의 번짐에 비해 도 8b의 번짐이 감소되어 있음을 알 수 있는데, 이것은 본 발명의 번짐현상 제어방법에 의하면 인쇄된 잉크의 양이 많아지더라도 번짐제어효과는 달라지지 않음을 보여주는 것이다.
실시예 8
도 9a 및 9b은 황색부분(사각형 내의 흰색부분)이 흑색잉크에 의해 크로스해칭된 것을 도시한 것으로서, 비교용 황색잉크 내에는 염료와 2-피롤리돈이 함유되어 있을 뿐이고, 본 발명에 따라 조제된 황색잉크 내에는 이소프로필 알코올 및 중합체가 함유되어 있다. 상기 흑색잉크는 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터에서 사용된 조성인 전술한 도 6 내지 도 8에서 사용된 안료계 잉크이다. 상기 도 9a 및 9b에서 사용된 황색잉크의 조성은 다음의 표와 같다.
(1) NA DY≡ 나트륨이 첨가된 디렉트 황색 132 염료
도 9a은 흑색의 안료계 잉크와 본 발명의 조성에 따르지 않는 황색잉크 사이에서 번짐이 심하게 발생하는 것을 보여주는데 비해, 도 9b은 황색잉크 내의 PEG 7500과 흑색 안료계 잉크의 중합체 성분 사이의 반응에 의해 수성상분리현상이 발생함으로써 번짐이 거의 발생하지 않은 것을 보여준다. 또, 도 9b의 잉크에 함유된 이소프로필알코올은 건조시간을 개선하기 위한 성분이다.
실시예 9
도 10은 비교용 잉크 내에 고침투성 용매를 첨가한 경우 번짐현상이 효과적으로 제어되지 않음을 보여주는 것으로서, 도 10a 및 10b은 황색부분(사각형 내의 흰색부분)이 흑색잉크에 의해 크로스해칭된 것을 도시한 것이다. 상기 흑색잉크는 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터에서 사용된 조성인 전술한 도 6 내지 도 9에서 사용된 안료계 잉크이다. 상기 도 10a 및 10b에서 사용된 황색잉크의 조성은 다음의 표와 같다.
도 10a은 4 중량%의 이소프로필알코올을 첨가한 경우에도 황색잉크와 흑색잉크 사이에 상분리가 유발되지 않은 경우 번짐이 상당히 많이 발생하는 것을 보여주고 있다. 반면에 도 10b은 흑색잉크 내의 중합체와 반응하는 PEG 7500을 황색잉크 내에 첨가함으로써 수성상분리를 유발시키고, 이에 의해 번짐현상을 거의 제거하고 있다.
실시예 10
도 11은 여러 가지 칼라 위에 도 6 내지 도 10에서 사용한 흑색의 안료계 잉크로 크로스해칭하여 본 발명에 따른 번짐현상 제어상태를 보여주는 것으로서, 도 11a 및 도 11b의 좌측에서부터 우측을 향해 순서대로 배열된 청색(수평선 부분), 황색(격자무늬 부분), 자주-핑크색(수직점선 부분), 녹색(대각선 부분), 2 부분의 적색(수직실선 부분)의 부분을 흑색 안료계 잉크로 크로스해칭한 것을 도시한 것인데, 상기 각 색상은 다음과 같은 조성을 가지는 황색, 청색, 및 심홍색 잉크젯 잉크를 이용하여 인쇄한 것이다.
(1)NaRR180(0.076) ≡ 흡수도가 0.076인 잉크젯 잉크에 적용된 나트륨이 첨가된 반응성 적색 180 염료
도 11a은 흑색의 안료계 잉크 및 본 발명의 조성이 아닌 칼라잉크, 즉 중합체가 함유되지 않은 칼라잉크 사이에서 상당한 번짐현상이 발생됨을 보여주는 것이고, 반면에 도 11b은 흑색잉크 내의 중합체와 반응하는 PEG 7500을 황색잉크 내에 첨가함으로써 수성상분리를 유발시키고, 이에 의해 번짐현상을 거의 제거한 것을 보여주는 것이다.
실시예 11
본 발명이 달성하고 있는 번짐현상 제어가 단순히 점도효과에 기인된 것이기보다는 중합체-중합체 사이의 비혼합성에 기인된 것이라는 사실을 설명하기 위해, 각각 4.4 cP 및 2.8 cP의 비교적 저점도를 가지는 황색잉크 및 청색잉크젯 잉크를 조제하였다. 중합체는 상기 청색잉크 내에만 10 중량% 첨가시켰다. 상기 저점도의 잉크 사이의 번짐현상을 각각 10 중량%의 폴리비닐 피롤리돈 및 10 중량%의 LEG를 첨가하여 제조한 황색잉크젯 잉크 및 청색잉크젯 잉크 사이의 번짐현상과 비교해 보았다. 상기 각 잉크의 조성은 다음의 표와 같다.
(1)PVP ≡ 폴리비닐 피롤리돈
중합체 성분을 함유하지 않은 황색잉크와 청색잉크를 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터를 이용하여 인접인쇄한 결과, 점도가 낮은 경우에도 상당한 번짐이 발생되었다. 반면에, 중합체 성분을 함유한 황색잉크와 청색잉크를 인접인쇄한 경우에는 번짐현상이 뚜렷하게 감소되었다.
실시예 12
다음의 표와 같은 조성을 가지는 황색잉크와 청색잉크를 조제한 다음, 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터를 이용하여 양 잉크를 인접인쇄하였다.
중합체 성분을 함유하지 않은 황색잉크와 청색잉크 사이의 번짐에 비해, 각각 PEG 4000 및 PVP 10000을 함유한 황색잉크와 청색잉크 사이의 번짐이 상당히 감소되었다.
실시예 13ww
본 실시예는 전술한 실시예 11과 마찬가지로 잉크의 점도특성이 번짐현상을 제어하는 일차적인 요인이 아니라는 것을 보여주기 위한 것으로서, 실시예 12의 청색잉크에 함유되는 8 중량%의 PVP 10000 대신 10 중량%의 PVP 24000을 첨가한 점을 제외하면 상기 실시예 12와 동일한 황색잉크젯 잉크 및 청색잉크젯 잉크를 조제하였다. 실시예 11의 청색잉크의 점도는 3.4 cP였으나, 본 실시예의 청색잉크의 점도는 약 8.5 cP였다. 이와 같이 점도의 차이가 매우 큼에도 불구하고, 실시예 11의 잉크에 의해 얻어진 번짐현상 제어정도와 본 실시예의 잉크에 의해 얻어진 번짐현상 제어정도에는 대차가 없었다.
실시예 14
다음의 표와 같은 황색잉크 및 청색잉크를 조제한 다음, 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터를 이용하여 양 잉크를 인접인쇄하였다.
상기 표에 제시된 조성을 가진 황색잉크 및 청색잉크 사이의 번짐현상이 2종의 상이한 중합체의 존재에 기인된 수성상분리가 발생하지 않는 황색잉크 및 청색잉크 사이의 번짐현상에 비해 감소되었다.
실시예 15
청색잉크에 0.1 중량%의 알긴산 나트륨을 첨가하여 그 점도를 4 cP 이상으로 증가시킨 점을 제외하면 전술한 실시예 14와 동일한 황색잉크 및 청색잉크를 조제하였다. 상기와 같이 알긴산 나트륨을 첨가한 결과 황색잉크와 청색잉크 사이의 번짐이 실시예 14에 비해 약간 개선되었다.
실시예 16
다음의 표와 같은 황색잉크 및 청색잉크를 조제한 다음, 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터를 이용하여 양 잉크를 인접인쇄하였다.
상기 표에 제시된 바와 같은 PEG 4000 및 덱스트란 40000을 함유한 황색잉크 및 청색잉크 사이의 번짐현상이 중합체 성분을 함유하지 않은 황색잉크 및 청색잉크 사이의 번짐현상에 비해 상당히 감소되었다.
실시예 17
(1) 황색잉크 내의 10 중량%의 PEG 4000 대신 평균분자량이 약 10,000인 폴리비닐 피롤리돈을 10 중량% 첨가한 점과 (2) 황색잉크 내의 1,5-펜탄디올의 함유량을 7 중량%에서 10 중량%로 증가시킨 점을 제외하면 전술한 실시예 16과 동일한 황색잉크 및 청색잉크를 제조하였다. 각각 PVP 10000 및 덱스트란 40000을 함유하는 본 실시예의 황색잉크 및 청색잉크 사이에서 얻어진 번짐현상 제어정도는 PEG 4000 및 덱스트란 40000을 함유하는 실시예 16의 황색잉크 및 청색잉크 사이에서 얻어진 번짐현상 제어정도와 비슷했다.
실시예 18
본 발명에서 비교적 저분자량의 중합체를 사용하고 있음을 보여주기 위해 다음의 표와 같은 황색잉크 및 청색잉크를 조제한 다음, 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터를 이용하여 양 잉크를 인접인쇄하였다.
중합체를 함유하지 않은 황색 및 청색잉크 사이의 번짐에 비해 PEG 4000 및 PEG 300을 함유한 황색 및 청색잉크 사이의 번짐이 뚜렷하게 감소되었다. 이로부터 분자량이 서로 다르고, 성분이 동일한 물질(즉, 폴리에틸렌 글리콜)을 조합하면 수성상분리가 발생하고, 이에 의해 번짐현상이 제어된다는 사실이 증명된다.
실시예 19
다음의 표와 같은 황색잉크 및 청색잉크를 조제한 다음, 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터를 이용하여 양 잉크를 인접인쇄하였다.
상기 표에 제시된 바와 같은 FicollR 70000 및 PEG 4000을 함유한 심홍색잉크 및 황색잉크 사이의 번짐현상이 중합체 성분을 함유하지 않은 황색잉크 및 심홍색잉크 사이의 번짐현상에 비해 상당히 감소되었다.
실시예 20
(1) 황색잉크 내의 10 중량%의 PEG 4000 대신 평균분자량이 약 10,000인 폴리비닐 피롤리돈을 10 중량% 첨가한 점과 (2) 황색잉크 내의 1,5-펜탄디올의 함유량을 7 중량%에서 10 중량%로 증가시킨 점을 제외하면 전술한 실시예 19와 동일한 심홍색잉크 및 황색잉크를 조제하였다. 각각 PVP 10000 및 FicollR 70,000을 함유하는 본 실시예의 황색잉크 및 청색잉크 사이에서 얻어진 번짐현상 제어정도는 실시예 19에서 얻어진 번짐현상 제어정도에 미치지는 못하지만, 중합체를 함유하지 않은 황색잉크와 심홍색잉크 사이의 번짐에 비해 상당히 번짐현상이 상당히 감소되었다.
실시예 21
다음의 표와 같은 황색잉크를 조제한 다음, 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터를 이용하여 안료계의 흑색잉크에 대하여 인쇄를 실시하였다.
안료계의 흑색잉크와 PVP 10000을 함유한 황색잉크와의 조합시 발생하는 번짐이 중합체를 함유하지 않은 황색잉크와 상기 흑색잉크와의 조합시 발생하는 번짐에 비해 상당히 감소되었다.
실시예 22
다음의 표와 같은 청색잉크를 조제한 다음, 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터를 이용하여 안료계의 흑색잉크에 대하여 인쇄를 실시하였다.
안료계의 흑색잉크와 LEG를 함유한 청색잉크와의 조합시 발생하는 번짐이 중합체를 함유하지 않은 청색잉크와 상기 흑색잉크와의 조합시 발생하는 번짐에 비해 상당히 감소되었다.
실시예 23
다음의 표와 같은 안료계의 심홍색잉크를 조제한 다음, 휴렛트-팩카드의 DeskJetR 850 잉크젯프린터를 이용하여 안료계의 흑색잉크에 대하여 인쇄를 실시하였다.
(1)Hoescht Celanese사의 제품
상기 실시예 23의 심홍색잉크와 안료계의 흑색잉크를 길버트본드 인쇄용지(Gilbert bond paper)상에 인쇄한 결과, 수성상분리를 통해 양자 잉크 사이의 번짐현상이 양호하게 제어되었다.
따라서, 본 발명에 따르는 인접인쇄된 2종의 잉크젯 잉크 사이의 수성상분리를 통해 각 잉크 사이의 번짐현상이 제어된다는 사실이 증명되었다.
이상의 설명과 같은 본 발명의 번짐현상 제어방법 및 잉크젯 잉크세트는 잉크젯 칼라프린터, 특히 가열식 잉크젯 프린터에 적용할 수 있다.
이상의 설명과 같이, 본 발명은 전술한 수성상분리현상에 의한 번짐현상 제어방법 및 잉크젯 잉크세트를 제공하는 것으로서, 본 기술분야의 전문가에 의하면 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변경 및 개조를 실행할 수 있고, 이와 같은 변경 및 개조는 모두 첨부한 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 본다.
도 1은 수성상분리를 달성하기 위해 폴리에틸렌 글리콜 (분자량 4,000) 및 덱스트란(분자량 11,500)이 필요한 7.5 중량%의 1,5-펜탄디올 및 5 중량%의 2-피롤리돈을 함유한 잉크전색제에 대한 상태도,
도 2 내지 도 6은 직물 상에 잉크젯 잉크를 인접하여 떨어뜨렸을 때 발생하는 번짐현상을 도시한 것으로서, 도 2a 내지 도 6a은 본 발명에 따라 제조된 잉크젯 잉크의 번짐현상 도시한 도면이고, 도 2b 내지 도 6b은 본 발명의 범위를 벗어난 조성, 예를 들면, 중합체 첨가물이 없는 상태의 잉크젯 잉크의 번짐현상을 도시한 도면,
도 7 내지 도 10은 챔피언 데이터카피지(Champion Datacopy paper)상에 인쇄된 황색 잉크젯 잉크 및 크로스해칭된 흑색 잉크젯 잉크의 번짐현상을 도시한 것으로서, 도 7a 내지 도 10a은 본 발명의 범위를 벗어난 조성, 예를 들면, 중합체 첨가물이 없는 상태의 황색 및 흑색 잉크젯 잉크의 번짐현상을 도시한 선도이고, 도 7b 내지 도 10b은 본 발명에 따라 제조된 잉크젯 잉크의 번짐현상 도시한 선도,
도 11a 및 도 11b은 챔피언 데이터카피지 상에 인쇄된 흑색잉크 및 다수의 염료를 기초로 한 칼라 잉크젯 잉크 사이의 번짐현상, 즉 염료를 기초로 한 칼라 잉크젯 잉크 상에 흑색잉크가 크로스해칭된 상태에서의 번짐현상을 보여주는 것으로서, 도 11a은 본 발명의 범위를 벗어난 조성의 잉크젯 잉크의 번짐현상을 나타내는 선도, 도 11b은 본 발명에 따라 제조된 잉크젯 잉크의 번짐현상을 도시한 선도.
Claims (7)
- 염료 또는 안료 및 제 1 수성 전색제를 포함하는 제 1 잉크젯 잉크와 염료 또는 안료 및 제 2 수성 전색제를 포함하는 제 2 잉크젯 잉크를 구비하는 잉크젯 인쇄용 잉크젯 잉크세트로서,상기 제 1 수성 전색제가, 평균분자량이 약 200 이상인 폴리에틸렌 글리콜; 평균분자량이 약 200 이상인 폴리프로필렌 글리콜; 폴리사카라이드; 평균분자량이 약 40,000 내지 400,000인 폴리수크로스; 평균분자량이 약 500 내지 10,000인 에톡실화 글리세롤; 평균분자량이 약 500 내지 10,000인 프로폭실화 글리세롤; 평균분자량이 약 10,000 내지 200,000인 폴리비닐알코올; 평균분자량이 약 2,000 내지 500,000인 폴리비닐피롤리돈; 폴리사카라이드의 염; 평균분자량이 약 1,000 내지 1,000,000인 폴리아크릴아미드; 평균분자량이 약 1,000 내지 500,000인 폴리아크릴산; 평균분자량이 약 1,000 내지 50,000인 폴리에틸렌이민; 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제 1 중합체를 포함하고,상기 제 2 수성 전색제가 상기 제 1 수성 전색제와의 접촉시 상기 제 1 및 제 2 수성 전색제 사이의 수성상분리를 유발시킬 수 있는 제 2 물질을 포함하되,상기 제 2 물질이 (a) 평균분자량이 약 200 이상인 폴리에틸렌 글리콜; 평균분자량이 약 200 이상인 폴리프로필렌 글리콜; 폴리사카라이드; 평균분자량이 약 40,000 내지 400,000인 폴리수크로스; 평균분자량이 약 500 내지 10,000인 에톡실화 글리세롤; 평균분자량이 약 500 내지 10,000인 프로폭실화 글리세롤; 평균분자량이 약 10,000 내지 200,000인 폴리비닐알코올; 평균분자량이 약 2,000 내지 500,000인 폴리비닐피롤리돈; 폴리사카라이드의 염; 평균분자량이 약 1,000 내지 1,000,000인 폴리아크릴아미드; 평균분자량이 약 1,000 내지 500,000인 폴리아크릴산; 평균분자량이 약 1,000 내지 50,000인 폴리에틸렌이민; 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 제 2 중합체 및 (b) 인산염, 황산염, 프로필알코올, 글리세롤, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 글루코스, 글리콜, 및 염화나트륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 저분자량의 성분으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고,상기 제 1 및 제 2 잉크젯 잉크가 잉크젯 펜으로부터 용이하게 분사될 수 있도록 충분히 낮은 점도를 구비하는 잉크젯 잉크세트.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 중합체가 약 300 내지 20,000의 분자량을 갖는 잉크젯 잉크세트.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 중합체가 상기 제 1 중합체와 상이한 잉크젯 잉크세트.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 중합체가 폴리에틸렌글리콜이고, 상기 제 2 물질이 에톡실화 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐피롤리돈, 및 약 11,000 내지 19,000 범위의 평균분자량을 갖는 덱스트란으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 잉크젯 잉크세트.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 잉크젯 잉크 및 제 2 잉크젯 잉크가 약 2 내지 15 cP의 점도를 갖는 잉크젯 잉크세트.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 잉크젯 잉크가 황색 잉크젯 잉크이고, 상기 제 2 잉크젯 잉크가 청색 잉크젯 잉크이고, 상기 잉크젯 잉크세트가 제 3 심홍색 잉크젯 잉크 및 제 4 흑색 잉크젯 잉크를 더 구비하고, 상기 제 3 심홍색 잉크젯 잉크 및 제 4 흑색 잉크젯 잉크가 임의의 다른 잉크와의 접촉시 수성상분리를 유발시키는 제 3 및 제 4 물질을 함유하는 잉크젯 잉크세트.
- 상기 제 1 항의 2종 이상의 칼라잉크를 잉크젯 펜으로부터 인쇄매체상으로의 인쇄시 번짐현상을 감소시키는 방법으로서,(a) 상기 제 1 잉크젯 잉크를 인쇄하는 단계; 및 (b) 상기 제 2 잉크젯 잉크를 인쇄하는 단계를 포함함으로써, 상기 제 2 잉크젯 잉크가 상기 제 1 잉크젯 잉크에 인접하여 인쇄되었을 때 상기 제 1 및 제 2 잉크 사이의 번짐현상이 감소되는 번짐현상 감소방법.
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