KR100499312B1 - 수용성 날염 잉크의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된잉크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수용성 날염 잉크의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 수용성 날염 잉크에 관한 것으로서, 염료 내에 염의 함량이 높은 경우에도 별도의 탈염공정 없이도 노즐의 막힘을 방지하여 카트리지의 수명과 내구성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 염료가 분말인 경우 유기용매로 고가인 설포란을 사용하지 않으면서도 용이하게 용해시킬 수 있도록 한 수용성 날염 잉크의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 잉크를 제공하는데 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 염료를 유기용매와 정수처리된 물에 첨가하여 용해 또는 희석시키고, 여기에 여러 첨가제를 투입하여 잉크를 제조하는 방법에 있어서, 상기 유기용매로 디메틸 설폭사이드를 사용하되, 90∼110℃로 가열하여 3시간 이상 용해 또는 희석시킨 후 냉각시켜 필터링하는 것을 특징으로 하는 수용성 날염 잉크의 제조방법과 상기 제조방법에 의해 제조됨을 특징으로 하는 수용성 날염 잉크를 제공한다.

Description

수용성 날염 잉크의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 잉크{Manufacturing method of printing ink and printing ink manufactured by the method}

본 발명은 수용성 날염 잉크의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 수용성 날염 잉크에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 날염노즐을 이용하여 종이, 직물, 플라스틱 필름 등과 같은 직물 또는 비직물을 염색하는 잉크젯 프린트 방식이나 디지털 프린트 방식에 유용하게 사용될 수 있는 잉크의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 잉크에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 염료 내에 염의 함량이 높은 경우에도 탈염공정이 필요 없을 뿐만 아니라 노즐의 막힘을 억제하여 카트리지의 수명 및 내구성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 잉크의 제조방법과 그 방법에 의해 제조된 잉크에 관한 것이다.

통상적으로 잉크젯 프린트 방식이나 디지털 프린트 방식은 날염 스크린을 사용하지 않고 날염 노즐로 종이, 직물, 플라스틱 필름 등과 같은 직물 또는 비직물을 용이하게 직접 날염할 수 있으므로 날염시간의 단축, 비용의 단축, 날염의 효율성 및 작업환경의 개선 등의 효과를 얻을 수 있어 널리 사용되고 있는 염색방법 중의 하나이다.

상기 잉크젯 또는 디지털 프린트 방식은 잉크의 액적 하나하나를 조절하여 노즐로부터 기재상으로 분사하는 것으로서 연속적인 잉크젯 방법 및 드롭-온-디맨드(drop-on-demand) 방법이 있다. 연속적인 잉크젯 방법의 경우, 액적은 연속적으로 생성되고 인쇄를 위해 필요하지 않은 액적은 수집 용기로 전달되어 재생되며, 이와는 대조적으로, 드롭-온-디맨드 방법의 경우, 액적은 필요한 때에만 의도하는 대로 생성되어 인쇄된다.

잉크젯 또는 디지털 프린트 방식에 사용되는 잉크는 일반적으로 산성염료나 직접염료 또는 반응성 염료 등에서 선택되는 수용성 염료를 주재로 하고, 이 염료를 용매에 희석 또는 용해한 후 여러 가지 기능성 유기 첨가제나 무기 첨가제를 투입하여 제조된다.

통상적으로 원료인 염료에는 평균 10 내지 30% 정도의 염이 포함되어 있는데, 염료에 함유되어 있는 염들은 대부분 NaCl과 각종 무기염(Na₂SO₄ㆍ7H₂O, Na₂SO₄ㆍ10H₂O, KCl 등)들이다.

이때, 염료에 함유되어 있는 염들을 제거하지 않고 그대로 사용하게 되면 노즐이 막히는 현상이 자주 발생하여 카트리지의 수명과 내구성이 크게 떨어지는 문제점이 있으므로, 잉크젯 또는 디지털 프린트 방식에 사용되는 잉크의 제조과정에는 대부분 탈염공정이 포함되어 있다. 즉, 원료인 염료를 용매에 희석 또는 용해시킨 후 한외여과, 역삼투압 또는 투석과 같은 막분리 공정을 통해 탈염시켜 염의 함량을 낮추는 탈염공정을 거쳐 잉크를 제조하게 된다.

수용성 날염용 잉크의 제조에 관한 기술로 국내 공개특허 제2002-0073199호에서는 반응성 염료의 반응성을 손상시키지 않으면서 동시에 노즐의 막힘을 방지하기 위하여 설포란(sulfolan)을 사용하고, 여기에 기타의 유기용매를 추가로 첨가하여 잉크를 제조하는 기술을 개시하고 있다. 보다 구체적으로는 1종 이상의 반응성 염료, 설포란 및 완충시스템을 포함하는 수성 날염잉크를 개시하고 있다.

상기 공개특허 제2002-0073199호에서 개시하고 기술은 용매로 고가인 설포란을 사용하고 있는데, 설포란은 염료가 분말인 경우에도 용해도가 높아 염료의 용해가 용이할 뿐만 아니라 별도로 첨가되는 전해질과의 상호작용에 의해 노즐이 막히는 것을 방지하게 된다.

그러나 상기 기술은 설포란 대신 다른 유기용매를 사용할 경우 염료가 분말일 때에는 염료의 용해도가 낮아 용해되지 않은 염료가 잔존하는 문제점이 있으므로 반드시 고가의 설포란을 사용하여야 하며, 특히 염료 내에 다량의 염이 함유되어 있을 경우 막분리 시스템을 사용하여 반드시 탈염공정을 거쳐야 하는 단점을 가지고 있다.

특히, 탈염공정은 염료 내에 함유되어 있는 염을 충분히 제거하기 위해서 수회에 걸쳐 반복실시 해야하므로 염료의 생산성이 떨어질 뿐만 아니라 잉크의 제조단가가 상승되는 단점을 가지고 있다.

이에 본 발명은 염료 내에 염의 함량이 높은 경우에도 별도의 탈염공정 없이도 노즐의 막힘을 방지하여 카트리지의 수명과 내구성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 염료가 분말인 경우 유기용매로 고가인 설포란을 사용하지 않으면서도 용이하게 용해시킬 수 있도록 한 수용성 날염 잉크의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조됨을 특징으로 하는 수용성 날염 잉크를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

염료를 유기용매와 정수처리된 물에 첨가하여 용해 또는 희석시키고, 여기에 여러 첨가제를 투입하여 잉크를 제조하는 방법에 있어서, 상기 유기용매로 디메틸 설폭사이드를 사용하되, 90∼110℃로 가열하여 3시간 이상 용해 또는 희석시킨 후 냉각시켜 필터링하는 것을 특징으로 하는 수용성 날염 잉크의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조됨을 특징으로 하는 수용성 날염 잉크를 제공한다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 염료를 용해 또는 희석시키기 위한 용매로 유기용매와 정수처리된 물을 함께 사용하되, 유기용매로 디메틸 설폭사이드를 사용함과 동시에 90∼110℃로 가열하여 염료를 용해 또는 희석시켜 수용성 날염 잉크를 제조한 것에 그 특징이 있다.

사용 가능한 염료에는 통상의 잉크젯 또는 디지털 프린트 방식에서 사용되는 잉크를 제조하기 위해 일반적으로 사용되는 산성염료, 직접염료 또는 반응성염료에서 선택되는 종에서 적어도 하나 이상의 염료를 선택하여 사용할 수 있으며, 액체염료나 분말염료 모두 사용할 수 있다. 이때, 산성염료는 통상적으로 실크나 나일론 직물 등의 염색 또는 날염을 위해 사용되며, 직접염료와 반응성 염료는 면직물의 염색 또는 날염에을 위해 사용된다.

상기 산성염료나 직접염료 또는 반응성 염료의 경우 국제적 표준번호 즉, CI acid, CI Direct 또는 CI Reactive의 고유번호를 가지고 있는 염료들을 모두 사용할 수 있다. 그 첨가량은 잉크를 제조하기 위해 일반적으로 첨가되는 범위 내에서 첨가할 수 있으며, 본 발명에서는 잉크의 총조성물 100중량%에 대하여 5 내지 35중량% 포함되도록 첨가하였다.

이때, 염료내에 염의 함량이 높을 경우 종래에는 별도의 탈염과정을 거쳐야 했으나 본 발명에서는 탈염과정이 필요 없는데, 이것은 정수처리된 물과 함께 사용되는 유기용매로 디메틸 설폭사이드를 사용함과 동시에 염료의 용해 또는 희석온도를 90∼110℃로 실시함에 따라 가능하게 된다.

이와 같이 유기용매로 디메틸 설폭사이드를 사용함과 동시에 90∼110℃로 가열하면서 염료를 용해하게 되면 디메틸 설폭사이드와 염료에 함유되어 있는 염(NaCl, Na₂SO₄ㆍ7H₂O, Na₂SO₄ㆍ10H₂O, KCl 등)이 반응하여 디메틸 설폭사이드 착염을 형성하게 된다.

이렇게 생성된 디메틸 설폭사이드 착염은 염료에 함유되어 있는 무기염들과는 달리 노즐의 막힘을 억제하여 카트리지의 수명과 내구성을 증진시킬 수 있게 된다. 또한 염료가 분말인 경우에 유기용매로 고가인 설포란을 사용하지 않고도 염료를 용이하게 용해시킬 수 있게 된다.

이때, 반응온도가 90℃ 미만일 경우 염료의 용해도가 낮은 염료는 냉각과정에서 미용해된 염과 함께 침전물 형태로 생성될 뿐만 아니라 무기염과 디메틸 설폭사이드가 반응하지 않아 디메틸 설폭사이드 착염이 형성되지 않게 되고, 따라서 잉크의 생산성의 저하와 노즐의 막힘 및 카트리지의 수명과 내구성을 크게 저하시키게 되는 문제점이 있으며, 반응온도가 110℃를 초과할 경우 염료의 구조적 변경을 초래하여 원하는 잉크의 색상을 얻을 수 없을 수 있으므로 상기 범위 내에서 용매를 가열하여 염료를 용해시키는 것이 바람직하다.

또한 염료내에 함유되어 있는 무기염이 디메틸 설폭사이드와 반응하여 디메틸 설폭사이드 착염으로 형성되기 위해서는 충분한 반응시간을 요하는데, 반응시간은 3시간 이상 실시하는 것이 바람직하다.

상술한 디메틸 설폭사이드의 첨가량은 염료의 첨가량에 의존하여 증감될 수 있는데, 디메틸 설폭사이드의 첨가량이 총 잉크 조성물 100중량%에 대하여 5중량% 미만일 경우 디메틸 설폭사이드와 반응하지 않은 과량의 무기염이 잔존하게 되어 노즐의 막힘을 유발하고 카트리지의 수명과 내구성을 크게 저하시키는 단점이 있으므로 5중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다.

이때, 디메틸 설폭사이드의 첨가량이 50중량%를 초과할 필요는 없으며, 50중량%를 초과할 경우 오히려 잉크의 점도조절이 용이하지 않으므로 디메틸 설폭사이드는 총 잉크 조성물 100중량%에 대하여 5 내지 50중량% 포함되는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같이 염료를 정수처리된 물과 디메틸 설폭사이드에 첨가하여 90∼110℃에서 3시간 동안 반응시켜 용해 또는 희석시킨 후 이를 강제 또는 자연 냉각시켜 필터링하여 불순물이나 미용된 염료를 제거하게 되면 본 발명에 따른 잉크가 제조되는데, 필요에 따라서 제조된 잉크에 통상의 잉크 제조과정에서 일반적으로 첨가되는 여러 첨가제를 추가로 첨가할 수 있다.

예를 들어 일반적으로 잉크의 제조과정에서 점도조절제로 첨가되는 알기네이트, 폴리비닐카프로락탐, 폴리비닐피롤리돈, 비-이온성 셀룰로즈 에테르 등에서 선택되는 것을 통상의 첨가범위 내에서 첨가하여 잉크의 용도에 따라 적절한 점도를 갖도록 할 수 있다. 또한 비이온성 계면활성제나 부틸디글리콜 또는 1,2-헥산디올과 같은 표면활성 물질을 첨가하거나, 통상의 소포제, 진균 도는 세균의 성장을 억제하는 항진균제 등을 통상의 첨가범위 내에서 추가로 첨가할 수도 있다.

이외에도 다양한 여러 첨가제를 통상의 첨가범위내에서 첨가할 수 있으며, 이는 당해 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 용이하게 실시할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상술한 바와 같이 종래의 방법으로 잉크를 제조하는 경우 염료 내에 염의 함량이 10 내지 30%로 높은 경우에는 반드시 탈염공정을 거쳐야 했으나 본 발명에서는 디메틸 설폭사이드의 특성에 의해 염료에 함유되어 있는 염의 함량이 높은 경우에도 별도의 탈염공정이 필요 없게 된다. 이것은 염료에 함유되어 있는 염이 디메틸 설폭사이드와 반응하여 디메틸 설폭사이드 착염을 형성하기 때문이다.

따라서 본 발명에 따라 잉크를 제조하는 경우 제조 공정이 단순화되고, 잉크의 생산성이 극대화 될 뿐만 아니라 제조단가가 현저하게 낮아지게 되는 이점이 있다. 또한 염료가 분말인 경우에도 유기용매로 고가인 설포란을 사용하지 않으면서도 용이하게 염료를 용해시킬 수 있어 생산단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.

이렇게 제조된 잉크는 잉크젯 프린트 방식이나 디지털 프린트 방식과 같이 날염 노즐로 종이, 직물, 플라스틱 필름 등과 같은 직물 또는 비직물을 날염하기 위한 잉크로서 유용하게 사용될 수 있다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

C.I Reactive Blue 71 염료(상품명 Terquious Blue H-A) 6.5g에 디메틸설폭사이드 25g 및 정수처리된 물 65.25g을 순차적으로 투입한 후 교반하면서 서서히 100±5℃까지 승온하여 3시간 동안 유지시키면서 교반하였다. 상기 혼합용액을 상온으로 자연냉각시킨 후 1차로 종이필터(필터 크기; 6㎛)로 필터링하고 다시 2차로 종이필터(필터 크기; 0.01∼0.03㎛)로 최종 필터링하였다. 여기에 디에틸글리콜 1.25g, 모노에틸글리콜 1.25g, 이소프로필알콜 0.75g을 투입하여 cyan blue 잉크를 제조하였다.

<실시예 2>

80±5℃로 승온시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 cyan blue 잉크를 제조하였다.

<실시예 3>

120±5℃로 승온시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 cyan blue 잉크를 제조하였다.

<실시예 4>

디메틸설폭사이드 2g 및 정수처리된 물 88.25g을 투입한 것을 제외하고는 상시 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 cyan blue 잉크를 제조하였다.

<실시예 5>

C.I Reactive Red 195 염료(상품명 Red 3BS) 5g에 디메틸설폭사이드 25g 및 정수처리된 물 70g을 순차적으로 투입한 후 교반하면서 서서히 100±5℃까지 승온하여 3시간 동안 유지시키면서 교반하였다. 상기 혼합용액을 상온으로 냉각시킨 후 1차로 종이필터(필터 크기; 6㎛)로 필터링하고 다시 2차로 종이필터(필터 크기; 0.01∼0.03㎛)로 최종 필터링하여 Magenta 잉크를 제조하였다.

<실험예 1>

노즐 막힘과 수명을 측정하기 위하여 엥카드사 노바제트 500(EnCad 사 Novajet 500)기종 내의 카트리지에 상기 실시예 1 내지 5에서 제조한 잉크를 투입한 후 폴리에스테르 코팅원단에 5일간 연속출력시험후 10일간 불연속출력시험(2일연속출력후 2일방치하는 과정을 5회반복)을 실시하고, 하기와 같이 노즐의 막힘현상, 카트리지의 수명 및 잉크 소모량을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

- 노즐의 막힘 -

출력시험과정에서 출력된 이미지가 단절되어 나타나는데 까지 출력된 이미지의 길이로 노즐의 막힘을 측정하였다.

- 카트리지 수명 -

출력시험과정에서 출력된 이미지를 육안 관찰하되 이미지상에 긁힘 현상이 나타날 때까지 출력된 이미지의 길이로 카트리지의 수명을 측정하였다.

- 잉크 소모량 -

출력시험과정에서 카트리지를 교체하는데 까지 소모되는 잉크의 량을 측정하였다.

<실험예 2>

상기 실시예 1 내지 5에서 제조한 잉크와 각각의 잉크를 제조하기 위하여 사용된 염료를 UV 측정기(측정범위; 416∼598nm)로 최대파장을 측정하여 염료의 구조변형여부(최대파장의 변화여부)를 확인하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

<실험예 3>

상기 실시예 1 내지 5에서 제조한 잉크를 6개월간 자연방치하고, 침전물의 생성여부를 확인하였다.

<비교예>

엥카드사에서 제공한 노바제트 500(EnCad 사 Novajet 500)기종용 cyan blue 잉크를 사용하여 상기 실험예 1 내지 실험예 3과 동일한 방법으로 노즐의 막힘현상과 카트리지의 수명, 구조변형여부 및 침전물의 생성여부를 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	실험예 1			실험예 2	실험예 3
	노즐막힘(m)	카트리지수명(m)	잉크소모량(g)	구조변형여부	침전물생성여부
실시예 1	170	210	1870	무	무
실시예 2	20	25	225	무	침전물 생성
실시예 3	170	210	1870	무	무
실시예 4	15	20	178	무	침전물 생성
실시예 5	150	190	1700	무	무
비교예	70	90	800	무	무

상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명의 바람직한 범위내에서 실시한 실시예 1과 실시예 5의 경우 기존의 수용성 날염 잉크에 비하여 노즐막힘과 카트리지 수명 및 잉크소모량이 크게 향상된 것을 확인할 수 있다. 상기 실시예 3에서 제조된 잉크는 날염과정에서는 그 성능이 우수한 것을 확인할 수 있으나, 날염 후 일광견뢰도가 크게 저하된 것을 확인할 수 있었으며, 따라서 수용성 날염 잉크로 사용하기에는 부적절한 것을 알 수 있었다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 염료 내에 염의 함량이 높은 경우에도 별도의 탈염공정 없이도 노즐의 막힘을 방지하여 카트리지의 수명과 내구성을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 염료가 분말인 경우 유기용매로 고가인 설포란을 사용하지 않으면서도 용이하게 용해시킬 수 있도록 한 수용성 날염 잉크의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 잉크를 제공하는 유용한 발명이다.

Claims (4)

1. 염료를 유기용매와 정수처리된 물에 첨가하여 용해 또는 희석시키고, 여기에 여러 첨가제를 투입하여 잉크를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 유기용매로 디메틸 설폭사이드를 사용하되, 90∼110℃로 가열하여 3시간 이상 용해 또는 희석시킨 후 냉각시켜 필터링하는 것을 특징으로 하는 수용성 날염 잉크의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 용매는 잉크의 총조성물 100중량%에 대하여 5 내지 50중량% 포함되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 수용성 날염 잉크의 제조방법.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 염료로 산성염료, 직접염료 또는 반응성 염료에서 선택되는 종에서 적어도 하나 이상의 염료를 총조성물 100중량%에 대하여 5 내지 35중량% 포함되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 수용성 날염 잉크의 제조방법.
4. 청구항 1의 제조방법에 의해 제조됨을 특징으로 하는 수용성 날염 잉크.