KR100552027B1

KR100552027B1 - 잉크, 잉크 카트리지, 기록 유닛, 잉크 제트 기록 방법 및 잉크 제트 기록 장치

Info

Publication number: KR100552027B1
Application number: KR20020049432A
Authority: KR
Inventors: 마리꼬 스즈끼; 소지 코이케; 마코토 아오끼; 코로모 시로타; 히데끼 다카야마; 야스히로 니토
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2006-02-16
Also published as: ATE328043T1; JP2003138186A; DE60211812T2; CN1249180C; EP1285951B1; JP4100986B2; US20030081086A1; DE60211812D1; CN1403511A; ES2266368T3; EP1285951A1; KR20030017378A; US6874881B2

Abstract

물에 분산시킨 수불용성 착색제, 수지 분산제, 글리세린, 에틸렌 우레아, HLB가 13 이상인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 포함하는, 고속 인쇄에 적합하고 잉크 토출량이 감소된 잉크가 제공된다.

수불용성 착색제, 수지 분산제, 글리세린, 에틸렌 우레아, HLB, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 잉크 제트, 잉크.

Description

잉크, 잉크 카트리지, 기록 유닛, 잉크 제트 기록 방법 및 잉크 제트 기록 장치 {Ink, Ink Cartridge, Recording Unit, Ink Jet Recording Method and Ink Jet Recording Apparatus}

도 1은 액체 토출 헤드를 탑재할 수 있는 잉크 제트 프린터의 주요부를 보여주는 개략적인 사시도이다.

도 2는 액체 토출 헤드를 구비한 잉크 제트 카트리지를 보여주는 개략적인 사시도이다.

도 3은 본 발명의 잉크 카트리지의 한 실시 형태를 보여주는 개략도이다.

도 4는 본 발명의 기록 유닛의 한 실시 형태를 보여주는 개략도이다.

발명이 속하는 기술 분야

본 발명은 기록 헤드에 토출 안정성 및 높은 내구성을 제공하는 잉크 제트 기록 시스템용 안료 잉크, 특히 서멀(thermal) 방식의 잉크 제트 기록 시스템에 적절한 잉크에 관한 것이다. 본 발명은 또한 잉크 카트리지, 기록 유닛, 이들을 이 용한 잉크 제트 기록 방법, 잉크 제트 기록 장치, 및 잉크 토출의 안정화 방법에 관한 것이다.

종래의 기술

잉크 제트 기록 방법은 잉크에 에너지를 부여하여 잉크의 소적을 노즐로부터 비산시켜 종이 등의 피기록 매체에 잉크를 부착시켜 기록을 행하는 방법이다.

최근 할로겐화 은 사진과 같은 정도의 매우 고품위인 잉크 제트 기록 화상에 대한 요구를 만족시키기 위해 단일의 노즐로부터 토출시키는 잉크의 액적 크기가 점점 작아지고 있고, 현재는 잉크의 액적량이 약 10 p1(피코리터) 이하인 잉크 제트 프린터가 시판되고 있다. 또한, 높은 기록 속도가 요구됨에 따라 구동 주파수의 상승(예를 들면, 5 kHz 이상, 바람직하게는 10 kHz 이상)에 잘 대처하는 것이 급선무가 되고 있다.

최근, 잉크 제트 기록 화상에 대해서는 정밀성 뿐만 아니라 견뢰성(예를 들면, 내광성)이 요구되고 있다. 그 때문에 수불용성의 착색제, 예를 들면 안료가 채용되고 있다. 그러나 수불용성 착색제를 포함하는 잉크를 고속 잉크 제트 기록 시스템에 적용하여 정밀한 화상을 얻기 위한 검토는 아직 충분히 이루어지고 있지 않은 것이 실상이다.

이러한 상황 하에서, 본 발명자들은 수지 분산제를 이용하여 수성 매질에 분산시킨 수불용성 안료를 포함하는 잉크를 서멀 잉크 제트 기록에 적용하여 매우 정밀한 화상을 고속으로 얻을 수 있는 가능성에 관한 검토를 거듭 해 왔다. 그 과정 에서, 본 발명자들은 그러한 잉크가 서멀 잉크 제트 헤드 구동 주파수의 상승을 따라가지 못해 불안정한 잉크 토출을 야기해서는 안된다는 것을 발견하였다. 이러한 발견에 관해서 더욱 검토를 거듭한 결과, 본 발명자들은 서멀 잉크 제트 헤드의 히터에 의해서 잉크가 가열되면 안료와 이 안료에 물리 흡착하고 있는 수지 분산제가 일시적으로 분리되어 분산 안정성이 파괴되어 버리고, 그 결과 잉크 토출 안정성이 파괴되는 것이 아닌가하고 추측하였다. 구동 주파수가 낮은 경우에는 분산 상태가 일시적으로 파괴되어도 수지 분산제가 안료에 재흡착 되는 등의 방법으로 분산 안정성이 회복되지만, 구동 주파수가 높은 경우에는 분산 안정성의 회복이 불충분하여 잉크의 토출 안정성이 저하된다. 따라서 본 발명자들은 장래 기술적 경향을 기초로 상기한 요구 사항을 만족시키기 위해 잉크 제트 기록용 잉크로서의 기본특성, 구체적으로는 스타트업 특성(잉크 토출을 일시적으로 멈춘 후 노즐로부터의 잉크의 재토출성)이나 노즐에서의 내막힘성(clogging resistance)은 유지하면서 높은 기록 속도로 고정밀도의 화상을 얻을 수 있는 잉크 제트 프린터용 잉크, 특히 서멀 잉크 제트 기록용의 잉크에 관해 정력적인 검토를 행하였다. 그 결과 본 발명자들은 특정한 조성의 잉크가 상기 목적을 달성할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 더 높은 기록 속도 및 더 작은 액적 크기에 대처할 수 있는 잉크 제트용 잉크, 다시 말해 수지 분산제로 물에 분산시킨 수불용성 착색제를 포함하는 잉크 제트용 잉크를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고품위의 화상을 고속으로 그리고 안정적으로 형성할 수 있는 잉크 제트 기록 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 잉크 제트 기록 방법에 적용할 수 있는 잉크 카트리지, 기록 유닛, 및 잉크 제트 기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 액적 크기를 작게 하고 구동 주파수를 높였을 때 서멀 잉크 제트 기록 헤드로부터의 잉크 토출의 안정화를 도모하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 물, 수불용성 착색제, 상기 수불용성 착색제를 물에 분산시키기 위한 수지 분산제, 글리세린, 에틸렌 우레아, 및 HLB가 13 이상인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 포함하는 잉크 제트 기록용 잉크가 제공된다.

본 발명의 다른 형태에 따르면, 상기 잉크를 함유하고 있는 잉크 수용부를 구비하고 있는 잉크 카트리지가 제공된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 상기 잉크를 함유하고 있는 잉크 수용부 및 상기 잉크를 토출 시키기 위한 잉크 제트 헤드를 구비하고 있는 기록 유닛이 제공된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 상기 잉크 제트 기록 헤드로부터 상기 잉크를 토출하는 단계를 포함하는 잉크 제트 기록 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 상기 잉크를 함유하고 있는 잉크 수용부 및 상기 잉크를 토출 시키기 위한 잉크 제트 기록 헤드를 구비하고 있는 잉크 제트 기록 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 상기 잉크 제트 기록 헤드가 5 kHz 이상의 주파수로 구동되고 토출 동작 당 잉크 제트 기록 헤드의 잉크 토출량이 20 p1 이하인 경우에 상기 잉크 제트 기록 헤드의 토출을 위해 제7항의 잉크를 이용하는 단계를 포함하는 것인, 잉크 제트 기록 헤드로부터의 잉크 토출 안정화 방법이 제공된다.

이러한 구성이 높은 구동 주파수에서도 서멀 잉크 제트 기록에 있어서의 잉크 토출을 안정화시킬 수 있는 이유는 분명하지 않지만, HLB가 13 이상인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 글리세린 및 에틸렌 우레아가 상승적으로 기능하여 히터 표면에서 일시적으로 파괴된 분산 상태를 빠르게 회복시키기 때문인 것으로 생각된다.

바람직한 실시 형태의 상세한 설명

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시의 형태를 예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 한 실시 형태인 잉크 제트용 잉크는

(i) 물,

(ii) 수불용성 착색제,

(iii) 상기 수불용성 착색제를 물에 분산 시키기 위한 수지 분산제,

(iv) 글리세린,

(v) 에틸렌 우레아, 및

(vi) HLB가 13 이상인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 를 포함한다.

[액체 성분]

(i) 물

본 발명의 잉크는 소위 수성 잉크 제트용 잉크로서 잉크 전체 중량에 대한 물의 함유량은 최소 50％ 이상, 바람직하게는 60％ 이상이다.

(ii) 수불용성 착색제

본 발명에 사용되는 수불용성 착색제는 예를 들면 유기안료나 무기 안료일 수 있다.

흑색 잉크에 사용되는 안료로서는 예를 들면 카본 블랙이 적합하게 사용될 수 있다. 카본 블랙의 구체적인 예에는 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 아세틸렌 블랙, 및 채널 블랙 등이 포함된다. 이들 카본 블랙 중에서도 1차 입자 직경이 15 내지 40 nm이고, BET법에 의한 비표면적이 50 내지 300 m²/g이고, DBP 흡유량이 40 내지 150 m1/100 g이고, 휘발분이 0.5 내지 10％인 것들이 특히 바람직하다.

컬러 잉크에 사용되는 안료로서는 유기 안료가 적합하게 사용된다. 이러한 유기 안료의 구체적인 예에는 톨루이딘 레드, 톨루이딘 마룬, 한자 옐로우, 벤지딘 옐로우, 또는 피라졸론 레드와 같은 불용성 아조 안료, 리톨 레드, 헬리오 보르드, 피그먼트 스칼렛, 또는 피그먼트 레드 2B와 같은 가용성 아조 안료, 알리자린, 인단트론, 또는 티오인디고 마룬과 같은 배트 염료 유도체, 프탈로시아닌 블루 또는 프탈로시아닌 그린과 같은 프탈로시아닌 안료, 퀴나크리돈 레드 또는 퀴나크리돈 마젠타와 같은 퀴나크리돈 안료, 페릴렌 레드 또는 페릴렌 스칼렛과 같은 페릴렌 안료, 이소인돌리논 옐로우 또는 이소인돌리논 오렌지와 같은 이소인돌리논 안료, 벤즈이미다졸론 옐로우, 벤즈이미다졸론 오렌지, 또는 벤즈이미다졸론 레드와 같은 이미다졸론 안료, 피란트론 레드 또는 피난트론 오렌지와 같은 피난트론 안료, 티오인디고 안료, 축합 아조 안료, 디케토피롤로피롤 안료, 플라반트론 옐로우, 아실아미드 옐로우, 퀴노프탈론 옐로우, 니켈 아조 옐로우, 구리 아조메틴 옐로우, 페리논 오렌지, 안트론 오렌지, 디안트라퀴노닐 레드, 및 디옥사딘 바이올렛이 포함된다.

또한 유기 안료를 컬러 인덱스(C.I.)번호로 표시하면 C.I. 피그먼트 옐로우 12, 13, 14, 17, 20, 24, 55, 74, 83, 86, 93, 97, 98, 109, 110, 117, 120, 125, 128, 137, 138, 139, 147, 148, 150, 151, 153, 154, 155, 166, 168, 180, 185, C.I. 피그먼트 오렌지 16, 36, 43, 51, 55, 59, 61, 71, C.I. 피그먼트 레드 9, 48, 49, 52, 53, 57, 97, 122, 123, 149, 168, 175, 176, 177, 180, 192, 202, 209, 2l5, 216, 217, 220, 223, 224, 226, 227, 228, 238, 240, 254, 255, 272, C.I. 피크먼트 바이올렛 19, 23, 29, 30, 37, 40, 50, C.I .피그먼트 블루 15, 15:1, 15:3, 15:4, 15:6, 22, 60, 64, C.I. 피그먼트 그린 7, 36, C.I. 피그먼트 브라운 23, 25, 26 등으로 예시할 수 있다. 다른 안료들도 사용할 수 있지만, C.I. 피그먼트 옐로우 13, 17, 55, 74, 93, 97, 98, 110, 128, 139, 147, 150, 151, 154, 155, 180, 185, C.I. 피그먼트 레드 122, 202, 209, 및 C.I. 피그먼트 블루 15:3, 15:4가 특히 바람직하다.

본 발명의 잉크에 있어서, 잉크 전제 중량에 대한 수불용성 착색제의 양은 그 잉크에 부여하려는 착색력, 및 기록 매체에 재현하려고 하는 색상에 따라 다를 수 있고, 또한 형성하려고 하는 잉크 제트 화상의 품위에 따라서도 달라질 수 있다. 따라서 잉크 제트용 잉크로서의 실질적인 물성만 유지할 수 있다면 그 양은 특히 한정되는 것이 아니다. 일반적으로 그 상한은 잉크 전체 중량에 대해 약 10％ 정도이다. 본 발명은 또한 착색제 농도가 잉크 전체 중량에 대해 약 0.1 내지 0.5％ 정도인 소위 패일 잉크(pale ink)에도 적용할 수 있다. 이러한 패일 잉크는 착색력이 낮고, 종종 할로겐화 은 수준의 사진에 필적하는 레벨의 고품위 잉크 제트 화상 형성에 사용된다. 그러나 상기한 서멀 잉크 제트 기록 중에 히터 주위에서 발생하는 잉크 중 착색제의 분산 안정성의 파괴는 착색제의 농도가 높을수록 생기기 쉬운 경향이 있기 때문에 본 발명은 착색제 농도가 높은 잉크에 보다 유용하다.

(iii) 수지 분산제

수불용성 착색제에 친화성을 갖는 소수성 부분과 물에 친화성을 갖는 친수성 부분을 갖는 수지이기만 하면 분산제로 알려진 어떠한 수용성 수지도 본 발명의 수지 분산제로 사용할 수 있다. 이러한 수지 분산제의 예에는 스티렌, 스티렌 유도체, 비닐 나프탈렌, 비닐 나프탈렌 유도체, α,β-에틸렌성 불포화 카르복실산의 지방족 알콜 에스테르, 아크릴산, 아크릴산 유도체, 말레산, 말레산 유도체, 이타콘산, 이타콘산 유도체, 푸마르산, 푸마르산 유도체, 비닐 아세테이트, 비닐 피롤리돈, 아크릴 아미드 및 그 유도체로부터 선택되는 2종 이상의 단량체(이 중 적어도 1개는 친수성 단량체임)로 이루어지는 블럭 공중합체, 랜덤 공중합체, 그래프트 공중합체, 및 이들의 염이 포함된다. 그 중에서도 본 발명을 실시하는 데에 있어 서 특히 바람직한 분산제는 블럭 공중합체이다.

그런데 수불용성 착색제의 분산에 필요한 양 또는 그것보다 더 많은 양의 수지 분산제가 잉크 중에 존재하고 있더라도 잉크의 토출에 영향을 주지 않거나 거의 영향을 주지 않은 것이 바람직한 것은 본 발명의 목적 중 하나인 고주파 구동시의 토출 안정화라는 관점으로부터도 물론이다. 상기한 수지 분산제 중에서도 블록 구조, 다시 말해 블록 공중합체를 갖는 것이 이러한 목적에 특히 바람직하다.

블럭 공중합체는 예를 들면 AB, BAB 및 ABC 등(여기서, A, B, 및 C는 각각 다른 구조의 중합체 블럭을 나타낸다)으로 표시할 수 있다. 소수성 블럭과 친수성 블럭을 지니고 있고, 또한 이들 블록의 크기가 잘 조화되어 분산 안정성에 공헌하는 블럭 공중합체가 본 발명을 실시하는 데 있어서 특히 바람직하다. 착색제가 결합하는 소수성 블록은 분산제와 착색제 사이의 상호 작용을 향상시켜 분산 안정성을 더 한층 개선시킬 수 있는 작용기를 가질 수 있다. 이러한 중합체는 그 유동학적 특성 때문에 열 에너지를 이용하는 잉크 제트 기록 헤드, 특히 소액적을 토출하는 잉크 제트 기록 헤드, 구체적으로는 일 토출 동작 당의 잉크 토출량이 20 p1 이하, 보다 구체적으로 0.1 내지 20 p1, 특히 0.1 내지 15 p1, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10 p1인 잉크 제트 기록 헤드에 특히 바람직하게 사용될 수 있다. 잉크 중 중합체의 양은 각 중합체 및 상기 잉크 조성물의 다른 성분의 구조, 분자량, 및 기타 특성에 따라 달라진다. 본 발명을 실시하는 데에 있어서 선택되는 중합체의 중량 평균 분자량은 30,000 미만, 바람직하게는 20,000 미만, 특히 바람직하게는 2,000 내지 10,000의 범위 내이다.

이러한 중합체를 제조하는 방법은 일본 특허 공개 05-179183호, 동 06-136311호, 동 07-053841호, 동 10-87768호, 동 11-043639호공보, 동 11-236502호, 및 동 11-269418호에 개시되어 있다.

블럭 공중합체에 이용할 수 있는 소수성 단량체의 대표적인 예에는 벤질 아크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트(MMA), 에틸 메타크릴레이트(EMA), 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트(BMA 또는 NBMA), 헥실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트(EHMA), 옥틸 메타크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트(LMA), 스테아릴 메타크릴레이트, 페닐 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA), 하이드록시프로필 메타크릴레이트, 2-에톡시에틸 메타크릴레이트, 메타크릴로나이트릴, 2-트리메틸실록시에틸 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트(GMA), p-톨릴 메타크릴레이트, 소르빌 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 2-페닐에틸 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트, 아크릴로나이트릴, 2-트리메틸실록시에틸 아크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트, p-톨릴 아크릴레이트, 및 소르빌 아크릴레이트 등이 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 그 중에서도 바람직한 소수성 단량체는 벤질 아크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 2-페닐에틸 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트이고, 이들의 단일 중합체 또는 공중합체, 예를 들면 메틸 메타크릴레이트와 부틸 메타크릴레이트와의 공중합체를 블럭 공중합체로 사용할 수 있다.

또한, 블록 공중합체에 이용할 수 있는 친수성 단량체의 예에는 메타크릴산(MAA), 아크릴산, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(DMAEMA), 디에틸아미노에틸 메타크릴레이트, tert-부틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 디에틸아미노에틸 아크릴레이트, 디메틸아미노프로필 메타크릴아미드, 메타크릴아미드, 아크릴아미드, 및 디메틸아크릴아미드 등이 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 그 중에서도 메타크릴산, 아크릴산 또는 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 단일 중합체 또는 공중합체를 이용하여 블록 공중합체를 제조하는 것이 바람직하다.

산을 함유하는 중합체는 직접 제조되거나 또는 중합 후 제거되는 블록킹기에 의해 블록킹된 단량체로부터 제조될 수 있다. 블록킹기의 제거 후에 아크릴산 또는 메타크릴산을 생성하는 블록킹된 단량체의 예에는 트리메틸실릴 메타크릴레이트(TMS-MAA), 트리메틸실릴 아크릴레이트, 1-부톡시에틸 메타크릴레이트, 1-에톡시에틸 메타크릴레이트, 1-부톡시에틸 아크릴레이트, 1-에톡시에틸 아크릴레이트, 2-테트라하이드로피라닐 아크릴레이트, 2-테트라하이드로피라닐 메타크릴레이트 등이 있다.

특히 열에너지를 이용하는 헤드를 고주파수, 예를 들면 5 kHz 이상, 특히 10 kHz 이상으로 구동시키는 경우에, 이들 블럭 공중합체를 본 발명에 이용하는 것은 토출성을 향상시키는 데 효과적이다.

잉크 중의 수지 분산제의 양은 0.5 내지 10 중량％, 바람직하게는 0.8 내지 8 중량％, 더 바람직하게는 1 내지 6 중량％이다. 이 범위이면 잉크 점도를 잉크 제트용의 잉크로서 실용적인 범위로 용이하게 유지할 수 있다.

(iv,v) 글리세린, 및 에틸렌 우레아

글리세린 및 에틸렌 우레아는 본 발명에 관한 잉크 제트 특성, 예를 들면 스타트업 특성 및 내고착성을 높은 수준으로 유지하는 데에 있어서 매우 중요한 성분이라고 할 수 있다. 이러한 잉크 제트 특성은 이하의 3개의 요소에 크게 좌우된다.

(1) 잉크를 방치한 경우의 잉크의 수분 보유(유지) 능력,

(2) 잉크에서 물이 특정 정도로 증발하는 경우의 잉크의 유동성,

(3) 잉크에서 물이 증발된 후의 고착물의 물에 대한 재용해성.

그리고, 본 발명자들이 다양한 용매를 검토한 결과 글리세린과 에틸렌 우레아의 조합이 상기 성분 (ii)(안료) 및 (iii)(분산제)를 포함하는 잉크에 있어서, 특히 잉크가 소액적 토출용 헤드에 사용되는 경우 내고착성이 우수하다는 것을 발견하였다.

한편, 글리세린과 에틸렌 우레아를 단독으로 사용하는 것에 관해서도 검토하였다. 먼저, 충분한 내고착성이 얻어질 때까지 글리세린을 첨가하면 잉크 점도가 너무 높아져 스타트업 특성(이것은 점도가 높으면 안좋아짐)이 나빠지는 경향이 있음을 발견하였다. 또한 글리세린의 첨가량이 지나치게 많아지면 장기간의 인쇄 내구성 시험에서 서멀 잉크 제트 히터의 고장이 생기는 경우가 있는 것이 확인되었다.

다음, 에틸렌 우레아의 단독 사용에 관해 검토한 결과 본 발명에서 요구되는 수준의 내고착성이 항상 얻어지지는 않는다는 것을 발견하였다. 또한, 에틸렌 우레아의 첨가량이 지나치게 많아지면 장기간의 인쇄 내구성 시험에서 막힘이 자주 발생한다는 것이 확인되었다. 이 막힘 현상은 과량의 에틸렌 우레아가 안료와 수지 분산제의 상호 작용을 방해하기 때문인 것으로 추측된다.

상기 검토 결과로부터 본 발명자들은 잉크 점도를 지나치게 증가시키지 않고 만족할 만한 내고착성을 제공하는 글리세린과 에틸렌 우레아의 적절한 양을 발견하였다. 이 양에서 스타트업 특성은 이들 성분을 각각 독자적으로 사용하는 것보다 훨씬 크게 향상된다.

이 이유는 에틸렌 우레아는 기체 액체 계면에 필름을 형성하는 능력이 있고 글리세린은 노즐의 끝에 필름을 형성하는 것을 도와 물이 증발되는 것은 방지하지만 토출 에너지에 의해 파괴될 수 있는 미묘한 강도의 필름을 형성하기 때문인 것으로 추측된다.

에틸렌 우레아와의 협동에 의해 잉크 제트 특성이 만족스러운 정도로 유지될 것을 고려하면 글세린의 함유량은 바람직하게는 3 내지 15 중량％, 더 바람직하게는 3.5 내지 12 중량％, 가장 바람직하게는 4 내지 10 중량％이다.

마찬가지로 에틸렌 우레아의 함유량은 바람직하게는 3 내지 15 중량％, 더 바람직하게는 4 내지 12 중량％, 가장 바람직하게는 5 내지 10 중량％이다.

이들 2종의 혼합비는 글리세린(A):에틸렌 우레아(B)의 중량비가 A:B= 5:1 내지 1:5인 것이 바람직하고, 3:1 내지 1:4인 것이 보다 바람직하고, 1.5:1 내지 1:3 인 것이 특히 바람직하다. 글리세린과 에틸렌 우레아의 혼합비가 이 범위이면 전술한 이유로부터 보다 현저한 효과가 얻어진다.

또한 글리세린과 에틸렌 우레아와의 조합은 양호한 스타트업 특성과 내고착성 이외에도 수지 분산제를 이용한 안료 잉크에 있어서 우수한 보존성을 나타낸다는 것도 발견하였다.

종래 수지 분산제를 이용한 잉크의 장기간 보존에 있어서는 보존 중에 수지 분산제가 안료로부터 떨어져 나가 수성 매질 중에 용해되어 분산 상태가 파괴된 안료 입자가 응집되어 안료 입경 또는 잉크 점도의 증가를 일으키는 경향이 있다.

이 현상은 고온 보존시 뿐만 아니라 저온 보존시에도 발생하며, 염료 잉크의 저장성에 따라 달라진다.

이러한 문제에 대해 글리세린과 에틸렌 우레아를 조합하면 고온(예를 들면, 30 내지 70℃)에서 뿐만 아니라, 저온(예를 들면, 0 내지 10℃)에서도 안료 입경 또는 잉크 점도의 증가를 억제할 수 있다는 것이 또한 발견되었다. 이 이유는 글리세린, 에틸렌 우레아, 및 안료를 둘러싸고 있는 수지 분산제의 상호 작용에 의해 수지 분산제가 안료로부터 떨어져 나와 수성 매질 중에 용해되는 경향을 약하게 하기 때문인 것으로 추측된다.

(vi)폴리옥시에틸렌 알킬 에테르

상술한 바와 같이, 글리세린과 에틸렌 우레아를 병용함으로써 스타트업 특성, 내고착성, 및 잉크 보존성이 양호한 잉크가 얻어진다.

상기 성분 (i) 내지 (v)를 포함하는 잉크에 대하여 성분 (iv) 및 (v)에 의해 부여된 바람직한 잉크 제트 특성을 손상하는 일 없이 고속 서멀 잉크 제트 기록에 적용할 수 있게 하는 성분이 HLB가 13 이상인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르(성분 (vi))이다.

본 발명자들이 토출 동작 후의 서멀 잉크 제트 헤드의 히터부를 현미경을 사용하여 관찰한 결과, HLB가 13 이상인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 가하면 발포 동작시에 히터 상에 막힘을 야기하는 분산 상태의 파괴가 관찰되지 않았다. 따라서 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 분산 상태가 파괴된 결과 생성된 생성물을 재용해시키는 작용을 한다고 생각된다. 이미 설명하였듯이, 글리세린과 에틸렌 우레아의 조합은 응집된 안료를 재용해할 수 있는 강한 능력이 있고, 이들 용매와 HLB가 13 이상인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 조합하면 분산 상태의 파괴에 의해서 생긴 히터면 상의 불용성 물질을 순간에 재용해할 수 있는 것으로 생각된다.

상기한 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 하기 화학식으로 표시되는 구조를 갖는다.

R-O-(CH₂CH₂O)_nH (단, R은 알킬기이고, n은 10 내지 40의 정수이다)

HLB가 13 이상 20 이하인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르의 예는 특히 제한되지 않는다.

상기 화학식 중, 소수부의 알킬기(R)은 계면 활성 효과를 갖는 것이기만 하면 탄소수에는 상관 없다. 예를 들면, 라우릴기, 세틸기, 스테아릴기, 올레일기, 또는 베헤닐기일 수 있고, 탄소수 16 내지 18의 알킬기가 바람직하며, 세틸기가 특 히 바람직하다.

한편, 친수부의 에틸렌 옥사이드의 수(n)은 10 내지 40인 것이 바람직하다.

HLB의 값 자체는 13 내지 20, 바람직하게는 15 내지 20, 더 바람직하게는 17 내지 20인 것이 좋다. 잉크 중의 이러한 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르의 함유량은 0.1 내지 3 중량％, 바람직하게는 0.2 내지 2.5 중량％, 더 바람직하게는 0.3 내지 2 중량％인 것이 좋다.

본 발명에 있어서 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 이외에 병용할 수 있는 계면 활성제에는 비이온계 계면 활성제가 있다. 그 구체인 예에는 아세틸렌 글리콜의 에틸렌 옥사이드 부가물, 폴리옥시에틸렌 알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르 등이 포함된다. 특히, 아세틸렌 글리콜의 에틸렌 옥사이드 부가물을 본 발명의 잉크에 적용하는 경우, 토출 속도의 안정성에 대해 우수한 효과를 제공한다. 토출 속도의 안정화에 의해서 균일하거나 또는 불균일함이 적은 잉크 제트 화상을 얻을 수 있다.

또한, 이러한 비이온계 계면 활성제로서는 HLB가 10 이상, 바람직하게는 13 이상, 더 바람직하게는 15 이상인 것이 적합하게 이용된다. 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르와 함께 잉크 중에 사용되는 이러한 계면 활성제의 함유량은 0.1 내지 3 중량％, 바람직하게는 0.2 내지 2.5 중량％, 더 바람직하게는 0.3 내지 3 중량％이다.

(vii) 기타 수용성 유기 용매

본 발명의 잉크는 상기 성분 (i) 내지 (vi) 이외에도 다양한 다른 효과를 나타내게 하기 위해 임의의 성분을 포함할 수도 있다. 이러한 성분 (vii)의 예에는 2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜, 탄소수 3 내지 6의 글리콜, 탄소수 4 내지 6의 트리올 등이 포함된다. 이러한 수용성 유기 용매는 더욱 향상시키고 싶은 성능에 따라서 1종 또는 2종 이상 함유시킬 수 있다.

예를 들면, 인쇄 내구성을 보다 향상시키고 싶은 경우에는 잉크 중에 2-피롤리돈이나 에틸렌 글리콜을 함유시키는 것이 바람직하다. 인쇄 내구성을 향상시키는 작용에 관해서 본 발명자들은 발포시에 히터 상에 침전된 분산 파괴 생성물을 2-피롤리돈이나 에틸렌 글리콜이 다시 용해시켜 분산 파괴 생성물이 히터 상에 축적되지 않고 인쇄 내구성을 향상시키는 것으로 생각하고 있다. 잉크 중의 2-피롤리돈 또는 에틸렌 글리콜의 함유량은 각각 잉크 전제 중량을 기준으로 0.5 내지 10 중량％, 바람직하게는 1 내지 8 중량％이다.

또한 내고착성이나 스타트업 특성을 높이고 싶은 경우에는 잉크 중에 탄소수 3 내지 6의 글리콜, 탄소수 4 내지 6의 트리올을 함유시키는 것이 바람직하다. 탄소수 3 내지 6의 글리콜, 탄소수 4 내지 6의 트리올이기만 하면 특별한 제한은 없지만, 그 중에서도 바람직한 것은 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2,6-헥산 트리올이다. 이들은 증기압이 낮고 증발하기가 어렵기 때문에 내고착성이나 스타트업 특성을 향상시키기 위한 우수한 용매로 알려져 있다. 그러나 증기압이 낮은 다양한 물질을 본 발명에 시험해 본 결과, 본 발명자들은 그 밖의 성능을 악화시키기 않고 내고착성이나 스타트업 특성을 향상시킬 수 있는 것은 특히 탄소수 3 내지 6의 글리콜, 탄소수 4 내지 6의 트리올이라는 것을 발견하였다. 이러한 탄소수 3 내지 6의 글리콜, 탄소수 4 내지 6의 트리올의 함유량은 각각 잉크 전체 중량을 기준으로 1 내지 8 중량％, 바람직하게는 2 내지 6 중량％이다.

상기한 것 외에 본 발명에 사용할 수 있는 수용성 유기 용매에는 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류, 아세톤, 디아세톤알콜 등의 케톤 또는 케토알콜류, 테트라하이드로푸란, 디옥산 등의 에테르류, 테트라에틸렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 등의 옥시에틸렌 또는 옥시프로필렌 공중합체, 에틸렌 글리콜 모노메틸(또는 에틸) 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸(또는 에틸) 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸(또는 에틸) 에테르 등의 저급 알킬에테르류, 트리에틸렌 글리콜 디메틸(또는 에틸) 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸(또는 에틸) 에테르 등의 다가 알콜의 저급 디알킬에테르류, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 등의 알칸올아민류, 설포란, N-메틸-2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 트리메틸올 프로판 등이 포함된다.

본 발명의 안료 잉크 중에 함유된, 글리세린 및 에틸렌 우레아를 포함하는 상기한 수용성 유기 용매의 총함유량은 특별히 제한되는 것은 아니지만 잉크 전체 중량에 대해 바람직하게는 3 내지 50 중량％, 더 바람직하게는 10 내지 35 중량％이다. 또한 본 발명의 안료 잉크 중에 함유되는 물의 함유량은 잉크 전체 중량에 대해 50 내지 95 중량％인 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 잉크는 원하는 물성을 갖게 하기 위해 상기한 성분 외에 다른 첨가제로서 예를 들면 점도 조절제, 소포제, 방부제, 곰팡이 방지제, 산화 방지 제 등을 첨가할 수 있다. 계면 활성제의 선택은 잉크의 표면 장력이 25 mN/m 이상, 보다 바람직하게는 30 mN/m 이상으로 되도록 하는 것이 바람직하다.

<잉크 제트 기록 장치>

도 1을 참조하면, 잉크 제트 프린터는 케이스(1008) 내에 길이 방향에 따라서 설치된 기록 매체로서의 용지(1028)을 도면 중에 표시된 화살표 P로 표시된 방향으로 간헐적으로 공급하는 공급 장치(1030)과, 공급 장치(1030)에 의한 용지(1028)의 공급 방향 P에 대략 직교하는 S 방향에 대략 평행하게 왕복 운동하는 기록부(1010)과, 기록부(1010)을 왕복 운동시키는 구동 수단으로서의 이동 구동부(1006)을 포함하게 구성되어 있다.

상기 공급 장치(1030)은 상호 대략 평행하게 배치되어 있는 한 쌍의 롤러 유닛(1022a 및 1022b)와 한 쌍의 롤러 유닛(1024a 및 1024b)와 이러한 각 롤러 유닛을 구동시키기 위한 구동부(1020)을 구비하고 있다. 이러한 구성에 의해 공급 장치(1030)의 구동부(1020)이 작동 상태가 되면 용지(1028)이 각각의 롤러 유닛(1022a 및 1022b)와 롤러 유닛(1024a 및 1024b)에 의해 협지되어 화살표 P 방향으로 간헐적으로 공급된다.

이동 구동부(1006)은 소정의 간격을 가지고 대향 배치되는 회전축에 배치된 풀리(1026a 및 1026b)에 감겨져 있는 벨트(1016), 및 롤러 유닛(1022a 및 1022b)에 대략 평행하게 배치되어 기록부(1010)의 캐리지 부재(1010a)에 연결되어 있는 벨트(1016)을 순방향 및 역방향으로 구동시키는 모터(1018)을 포함하게 구성되어 있다.

모터(1018)이 작동 상태가 되어 벨트(1016)이 도면 중에 표시한 화살표 R 방향으로 회전하면 기록부(1010)의 캐리지 부재(1010a)는 화살표 S 방향으로 소정의 이동량 만큼만 이동한다. 또한 모터(1018)이 작동 상태가 되어 벨트(1016)이 도면 중에 표시한 화살표 R 방향과 역방향으로 회전하면 기록부(1010)의 캐리지 부재(1010a)는 화살표 S 방향과 반대 방향으로 소정의 이동량 만큼만 이동한다. 또한 이동 구동부(1006)의 한쪽 끝에는 캐리지 부재(1010a)의 홈 위치가 되는 위치에 기록부(1010)의 토출 회복 처리를 행하기 위한 회복 유닛(1026)이 기록부(1010)의 잉크 토출구 배열에 대향하여 설치된다.

기록부(1010)에는 잉크 제트 카트리지(이하, 단순히 카트리지라 하는 경우도 있음) 1012Y, 1012M, 1012C 및 1012B가 각 색, 예를 들면 옐로우, 마젠타, 시안, 및 블랙마다 각각 카트리지 부재(1010a)에 착탈 가능하게 구비된다.

본 발명의 잉크 조성에 의한 효과는 특정한 색에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 상기 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙의 잉크로부터 선택되는 2개 이상의 색이 본 발명의 잉크 조성을 갖는 것이 한 바람직한 형태이다. 또한 동일한 색상의 화상을 제공하지만 착색력이 다른 2개의 잉크, 소위 덴스 잉크(dense ink) 및 패일 잉크(pale ink) 각각이 본 발명의 잉크 조성을 갖는 것도 본 발명이 바람직한 한 형태이다. 여기서 동일한 색상의 화상이란 토출량이 20 내지 50 p1 액적 정도인 잉크 제트 기록 헤드를 이용하여 덴스 잉크 및 패일 잉크 각각으로 무색 종이에 360 dpi(dot per inch) × 720 dpi의 화상을 형성하여 얻은 화상을 눈으로 관찰하여 그 색상을 먼셀(munsell) 색표에 기초하는 먼셀의 10 카테고리(R, YR, Y, GY, G, BG, B, PB, P, RP)로 분류했을 때 각각의 화상이 동일 카테고리에 속하거나 인접하는 카테고리에 속하는 것을 의미한다. 또한 착색력이 높다는 것은 착색제의 함유량이 상대적으로 많은 잉크를 말한다.

상기한 구조에 있어서, 다른 색을 갖는 본 발명의 잉크 세트 또는 덴스 및 패일 잉크 세트는 도 1에 도시한 바와 같이 상호 별도의 카트리지에 수납될 수 있다.

또는 도 3에 도시한 바와 같이 각각의 잉크는 잉크 수납부(301 및 303)을 구비하고 있는 잉크 카트리지(305)에 수납될 수 있고, 도 4에 도시한 바와 같이 잉크 카트리지는 잉크 제트 기록 헤드(401)에 착탈 가능하게 장착된다. 도 3에 표시한 잉크 카트리지는 도 4에 도시한 바와 같이 잉크 제트 기록 헤드(401)에 장착됨으로써 본 발명의 잉크 및 다른 잉크 각각이 기록 헤드에 공급되어 각각의 잉크가 그로부터 토출되는 것이다. 도 3 및 4는 잉크 카트리지가 잉크 제트 기록 헤드에 착탈 가능하게 장착되는 구성을 보여 주고 있지만, 잉크 카트리지와 잉크 제트 기록 헤드가 일체로 구성되는 것도 가능하다.

도 2는 전술한 잉크 제트 기록 장치에 탑재 가능한 잉크 제트 카트리지의 한 예를 보여준다. 도 2에 표시한 카트리지(1012)는 직렬 타입의 것으로, 그 주요부는 잉크 제트 기록 헤드(100)와 잉크와 같은 액체를 수용하기 위한 액체 탱크(1001)로 구성되어 있다.

잉크 제트 기록 헤드(100)은 액체를 토출하기 위한 다수의 토출구(832)가 형성되어 있고, 상기한 잉크 등의 액체는 액체 탱크(1001)로부터 액체 공급 통로(도 시하지 않음)를 통해 액체 토출 헤드(100)의 공통 액실(도시되지 않음)로 도입된다. 도 2에 표시한 카트리지(1012)는 잉크 제트 기록 헤드(100)와 액체 탱크(1001)을 일체적으로 형성하여 필요에 따라 액체를 보급할 수 있도록 한 것이지만, 이 액체 토출 헤드(100)에 대하여 액체 탱크(1001)을 교환 가능하게 연결한 구조를 채택할 수도 있다.

기록 유닛은 잉크 제트 기록 헤드를 구비한 잉크 제트 카트리지이다.

<잉크 토출 특성의 안정화 방법>

고속으로 고품위인 화상을 얻기 위한 최근 시장의 요구에 따라 잉크 제트 기록 헤드의 노즐은 예를 들면 1 토출 동작 당의 토출량이 20 pl 이하, 심지어는 10 p1 이하가 되도록 점점 작아지고 있다. 또한 기록 헤드의 구동 주파수는 5 kHz 이상, 심지어는 10 kHz 이상으로 점점 높아지고 있다. 상기한 서멀 잉크 제트 프린터에 적용되는 본 발명 잉크는 스타트업 특성이나 내응집성 양호하고, 또한 기록시의 잉크 토출 안정성도 매우 우수하다. 본 발명 잉크가 적용가능한 서멀 잉크 제트 프린터의 구동 주파수의 상한은 특히 한정되는 것은 아니지만 현실적으로 약 15 kHz 정도이다.

실시예

이하에서는 실시예 및 비교 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 또, "부" 또는 "％"라고 표시된 것은 특히 달리 말하지 않으면 중량 기준이다.

[잉크 1의 제조]

(1) 분산액의 제조

벤질 메타크릴레이트와 메타크릴산을 출발 물질로 사용하여 통상적인 방법에 의해 산가 250, 수 평균 분자량 3000의 AB형 블록 공중합체를 만들었다. 다음, 수산화 칼륨 수용액으로 반응 혼합물을 중화하고, 이온 교환수로 희석하여 균질한 50중량％ 중합체 수용액을 제조하였다.

상기한 중합체 용액 180 g, C.I. 피그먼트 블루 15:3 100 g 및 이온 교환수 220 g을 혼합하고, 기계적으로 0.5시간 교반하였다. 계속해서 마이크로 플루이다이저를 사용하여 이 혼합물을 액체 압력 약 10,000 psi(약 70 Mpa) 하에서 상호 작용 챔버 내에 5회 통과시켰다.

이렇게 얻은 분산액을 원심 분리 처리(12,000 rpm, 20분)함으로써 조대 입자를 포함하는 비분산물을 제거하였다. 얻어진 분산액 1은 그 안료 농도가 10 중량％, 분산제 농도가 10 중량％ 이었다.

(2) 잉크의 제조

상기 분산액 1에 하기의 성분을 소정의 농도로 첨가하고 교반하여 잘 혼합하였다. 다음, 혼합물을 마이크로필터(포아 사이즈: 2.5 μm, 후지 필름 제조)를 사용하여 가압 여과하여 안료 농도 2 중량％, 분산제 농도 2 중량％의 잉크 1을 제조하였다.

분산액 1 20부

글리세린 5부

에틸렌 우레아 10부

폴리옥시에틸렌 세틸에테르(EO 30, HLB 19.5) 0.5부

이온 교환수 64.5부

[잉크 2의 제조]

(1) 분산액의 제조

상기한 중합체 용액 100 g, C.I. 피그먼트 레드 122 100 g 및 이온 교환수 300 g을 혼합하고, 기계적으로 0.5시간 교반하였다. 계속해서 마이크로 플루이다이저를 사용하여 이 혼합물을 액체 압력 약 10,000 psi(약 70 Mpa) 하에서 상호 작용 챔버 내에 5회 통과시켰다.

이렇게 얻은 분산액을 원심 분리 처리(12,000 rpm, 20분)함으로써 조대 입자를 포함하는 비분산물을 제거하였다. 얻어진 분산액 2는 그 안료 농도가 10 중량％, 분산제 농도가 5 중량％ 이었다.

(2) 잉크의 제조

상기 분산액 2에 하기의 성분을 소정의 농도로 첨가하고 교반하여 잘 혼합하였다. 다음, 혼합물을 마이크로필터(포아 사이즈: 2.5 μm, 후지 필름 제조)를 사용하여 가압 여과하여 안료 농도 4 중량％, 분산제 농도 2 중량％의 잉크 2를 제조하였다.

분산액 2 40부

글리세린 7부

에틸렌 우레아 3부

2-피롤리돈 3부

1,2,6-헥산-트리올 4부

폴리옥시에틸렌 세틸에테르(EO 20, HLB 17) 1부

아세틸렌 글리콜의 EO 부가 생성물

(상표명: 아세틸렌올 EH, Kawaken Fine Chemical) 0.5부

이온 교환수 41.5부

[잉크 3의 제조]

(1) 분산액의 제조

벤질 메타크릴레이트와 메타크릴산을 출발 물질로 사용하여 통상적인 방법에 의해 산가 300, 수 평균 분자량 4000의 AB형 블록 공중합체를 만들었다. 다음, 수산화 칼륨 수용액으로 반응 혼합물을 중화하고, 이온 교환수로 희석하여 균질한 50중량％ 중합체 수용액을 제조하였다.

상기한 중합체 용액 110 g, C.I. 피그먼트 옐로우 128 100 g 및 이온 교환수 290 g을 혼합하고, 기계적으로 0.5시간 교반하였다. 계속해서 마이크로 플루이다이저를 사용하여 이 혼합물을 액체 압력 약 10,000 psi(약 70 Mpa) 하에서 상호 작용 챔버 내에 5회 통과시켰다.

이렇게 얻은 분산액을 원심 분리 처리(12,000 rpm, 20분)함으로써 조대 입자를 포함하는 비분산물을 제거하였다. 얻어진 분산액 3은 그 안료 농도가 10 중량％, 분산제 농도가 6 중량％ 이었다.

(2) 잉크의 제조

상기 분산액 3에 하기의 성분을 소정의 농도로 첨가하고 교반하여 잘 혼합하 였다. 다음, 혼합물을 마이크로필터(포아 사이즈: 2.5 μm, 후지 필름 제조)를 사용하여 가압 여과하여 안료 농도 5 중량％, 분산제 농도 3 중량％의 잉크 3을 제조하였다.

분산액 3 50부

글리세린 8부

에틸렌 우레아 6부

에틸렌 글리콜 5부

폴리옥시에틸렌 올레일에테르(EO 10, HLB 14.5) 1.2부

아세틸렌 글리콜의 EO 부가 생성물

(상표명: 설피놀 440, 에어 프로덕츠) 0.5부

이온 교환수 29.3부

[잉크 4의 제조]

(1) 분산액의 제조

벤질 메타크릴레이트, 메타크릴산, 및 에톡시에틸렌 글리콜을 출발 물질로 사용하여 통상적인 방법에 의해 산가 350, 수 평균 분자량 2500의 ABC형 블록 공중합체를 만들었다. 다음, 수산화 칼륨 수용액으로 반응 혼합물을 중화하고, 이온 교환수로 희석하여 균질한 50 중량％ 중합체 수용액을 제조하였다.

상기한 중합체 용액 60 g, 카본 블랙 100 g, 및 이온 교환수 340 g을 혼합하고, 기계적으로 0.5시간 교반하였다. 계속해서 마이크로 플루이다이저를 사용하여 이 혼합물을 액체 압력 약 10,000 psi(약 70 Mpa) 하에서 상호 작용 챔버 내에 5회 통과시켰다.

이렇게 얻은 분산액을 원심 분리 처리(12,000 rpm, 20분)함으로써 조대 입자를 포함하는 비분산물을 제거하였다. 얻어진 분산액 4는 그 안료 농도가 10 중량％, 분산제 농도가 3.5 중량％ 이었다.

(2) 잉크의 제조

상기 분산액 4에 하기의 성분을 소정의 농도로 첨가하고 교반하여 잘 혼합하였다. 다음, 혼합물을 마이크로필터(포아 사이즈: 2.5 μm, 후지 필름 제조)를 사용하여 가압 여과하여 안료 농도 3 중량％, 분산제 농도 1.05 중량％의 잉크 4를 제조하였다.

분산액 4 40부

글리세린 3부

에틸렌 우레아 6부

트리에틸렌 글리콜 6부

2-피롤리돈 1.5부

폴리옥시에틸렌 베헤닐에테르(EO 20, HLB 16.5) 1.5부

아세틸렌 글리콜의 EO 부가 생성물

(상표명: 아세틸레놀 EH, 카와켄 파인 케미칼) 0.5부

이온 교환수 51.5부

[잉크 5의 제조]

(1) 분산액의 제조

상기한 50％ 중합체 용액 550 g, C.I. 피그먼트 블루 15:4 100 g, 및 이온 교환수 350 g을 혼합하고, 기계적으로 0.5시간 교반하였다. 계속해서 마이크로 플루이다이저를 사용하여 이 혼합물을 액체 압력 약 10,000 psi(약 70 Mpa) 하에서 상호 작용 챔버 내에 5회 통과시켰다.

이렇게 얻은 분산액을 원심 분리 처리(12,000 rpm, 20분)함으로써 조대 입자를 포함하는 비분산물을 제거하였다. 얻어진 시안 분산액 5는 그 안료 농도가 5 중량％, 분산제 농도가 15 중량％ 이었다.

(2) 잉크의 제조

상기 시안 분산액 5에 하기의 성분을 소정의 농도로 첨가하고 교반하여 잘 혼합하였다. 다음, 혼합물을 마이크로필터(포아 사이즈: 2.5 μm, 후지 필름 제조)를 사용하여 가압 여과하여 안료 농도 0.3 중량％, 분산제 농도 3 중량％의 잉크 5를 제조하였다.

시안 분산액 6부

50％ 중합체 용액 5 4.2부

글리세린 10부

트리에틸렌 글리콜 5부

에틸렌 우레아 10부

폴리옥시에틸렌 베헤닐에테르(EO 15, HLB 14) 0.5부

아세틸렌 글리콜의 EO 부가 생성물

(상표명: 아세틸레놀 EH, 카와켄 파인 케미칼) 0.5부

이온 교환수 63.8부

[잉크 6의 제조]

(1) 분산액의 제조

잉크 5의 제조에 사용한 중합체 용액 250 g, C.I. 피그먼트 블루 15:4 100 g, 및 이온 교환수 150 g을 혼합하고, 기계적으로 0.5시간 교반하였다. 계속해서 마이크로 플루이다이저를 사용하여 이 혼합물을 액체 압력 약 10,000 psi(약 70 Mpa) 하에서 상호 작용 챔버 내에 5회 통과시켰다.

이렇게 얻은 분산액을 원심 분리 처리(12,000 rpm, 20분)함으로써 조대 입자를 포함하는 비분산물을 제거하였다. 얻어진 시안 분산액은 그 안료 농도가 10 중량％, 분산제 농도가 14 중량％ 이었다.

(2) 잉크의 제조

상기 시안 분산액 5에 하기의 성분을 소정의 농도로 첨가하고 교반하여 잘 혼합하였다. 다음, 혼합물을 마이크로필터(포아 사이즈: 2.5 μm, 후지 필름 제조)를 사용하여 가압 여과하여 안료 농도 1.8 중량％, 분산제 농도 2.52 중량％의 잉크 6을 제조하였다.

시안 분산액 18부

글리세린 10부

트리에틸렌 글리콜 5부

에틸렌 우레아 10부

폴리옥시에틸렌 베헤닐에테르(EO 15, HLB 14) 0.5부

아세틸렌 글리콜의 EO 부가 생성물

(상표명: 아세틸레놀 EH, 카와켄 파인 케미칼) 0.5부

이온 교환수 56부

[잉크 7의 제조]

(1) 잉크의 제조

잉크 1의 제조에 사용하였던 분산액 1 및 하기의 성분을 소정의 농도로 충분히 교반하여 혼합하고, 마이크로필터(포아 사이즈: 2.5 μm, 후지 필름 제조)를 사용하여 가압 여과하여 안료 농도 2 중량％, 분산제 농도 2 중량％의 잉크 7을 제조하였다.

분산액 1 20부

글리세린 15부

폴리옥시에틸렌 세틸에테르(EO 30, HLB 19.5) 0.5부

이온 교환수 64.5부

[잉크 8의 제조]

(1) 잉크의 제조

잉크 1의 제조에 사용하였던 분산액 1 및 하기의 성분을 소정의 농도로 충분 히 교반하여 혼합하고, 마이크로필터(포아 사이즈: 2.5 μm, 후지 필름 제조)를 사용하여 가압 여과하여 안료 농도 2 중량％, 분산제 농도 2 중량％의 잉크 8을 제조하였다.

분산액 1 20부

에틸렌 우레아 15부

폴리옥시에틸렌 세틸에테르(EO 30, HLB 19.5) 0.5부

이온 교환수 64.5부

[잉크 9의 제조]

(1) 잉크의 제조

잉크 1의 제조에 사용하였던 분산액 1 및 하기의 성분을 소정의 농도로 충분히 교반하여 혼합하고, 마이크로필터(포아 사이즈: 2.5 μm, 후지 필름 제조)를 사용하여 가압 여과하여 안료 농도 2 중량％, 분산제 농도 2 중량％의 잉크 9를 제조하였다.

분산액 1 20부

글리세린 5부

에틸렌 우레아 10부

이온 교환수 65부

[잉크 10의 제조]

(1) 잉크의 제조

잉크 1의 제조에 사용하였던 분산액 1 및 하기의 성분을 소정의 농도로 충분 히 교반하여 혼합하고, 마이크로필터(포아 사이즈: 2.5 μm, 후지 필름 제조)를 사용하여 가압 여과하여 안료 농도 2 중량％, 분산제 농도 2 중량％의 잉크 10을 제조하였다.

분산액 1 20부

글리세린 5부

에틸렌 우레아 10부

폴리옥시에틸렌 세틸에테르(EO 7, HLB 11.5) 0.5부

이온 교환수 64.5부

실시예 1-6 및 비교 실시예 1-4

실시예(잉크 1 내지 6) 및 비교 실시예(잉크 7 내지 10)로 얻어진 잉크를 컬러 잉크 제트 기록 장치의 잉크 탱크에 충전한 후 하기의 평가를 행하였다. 상기 잉크 제트 기록 장치는 기록 신호에 따른 열 에너지를 가함으로써 잉크를 토출시키는 온-디맨드형 기록 헤드를 복수개 갖는 대형 컬러 버블-제트 프린터(BJ-W9000, 캐논제조)였다. 이 장치 서멀 헤드의 1 토출 동작 당의 잉크 액적 크기는 약 8.5 pl이었다

[평가 항목]

(1) 스타트업 특성

프린터의 전원을 OFF 상태로 25℃, 습도 10％의 환경에 방치한 후, 상온 상습의 환경에 2 시간 더 방치하였다. 이 후, 전원을 넣고, 초기 프린트 상태를 하기의 기준으로 평가하였다. 평가 결과는 표 1에 나타내었다.

A: 방치 전의 프린트 상태와 차이가 없음.

B: 방치 전의 프린트 상태와 다소 차이가 있음.

C: 방치 전의 프린트 상태와 분명한 차이가 있음.

(2)내고착성

헤드를 프린터에서 떼어낸 후, 35℃, 습도 10％의 환경에 1주일 동안 방치하였다. 이 후, 이 헤드를 프린터에 장착하여 통상의 회복 동작으로 프린트 동작을 회복시킬 수 있는 지 없는 지 체크하였다. 평가 기준은 이하와 같다.

A: 1회의 본체 회복 동작으로 회복됨

B: 수회의 본체 회복 동작으로 회복됨

C: 본체 회복 동작으로 회복되지 않음

(3) 인쇄 내구성

상기 프린터를 이용하여 구동 주파수 7.5 kHz에서 20개의 노즐로부터 3×1O⁸ 펄스 연속 토출시키고, 이 노즐들을 내구성 시험 노즐로 정했다. 이 내구성 시험 노즐과 상기 연속 토출을 행하지 않은 노즐(비교 노즐)을 이용하여 솔리드(solid) 패턴을 인쇄하고, 얻어진 솔리드 패턴의 농도 차이를 눈으로 확인함으로 평가하였다. 7.5 kHz라는 고주파로 구동을 행하는 동안 히터 근방에서 잉크 중에 있는 착색제의 분산 상태가 파괴되면 상기 내구성 시험 노즐의 히터 표면에 고착물이 부착되고, 그 결과 내구성 시험 노즐을 이용하여 형성한 솔리드 패턴과 비교 노즐을 이용하여 형성한 솔리드 패턴 사이에 농도 차가 생기는 것이다.

A: 비교 노즐과 내구성 시험 노즐 사이에 농도 차가 없음

B: 비교 노즐과 내구성 시험 노즐 사이에 약간의 농도 차가 있음

C: 비교 노즐과 내구성 시험 노즐 사이에 분명한 농도 차가 있음

(4) 잉크 보존성

유리병에 100 g의 잉크를 넣고 마개로 단단히 밀봉하고, 0℃ 항온조에서 2개월 동안 보존한 후, 점도 및 입경을 측정하여 보존 전의 상태와 비교해 변화가 있는 지 평가하였다.

A: 보존 전후의 점도 및 입경 차가 5％ 미만임

B: 보존 전후의 점도 및 입경 차가 10％ 미만임

C: 보존 전후의 점도 및 입경 차가 10％ 이상임

상기 평가 항목 (1) 내지 (4)의 결과를 표 1에 통합하였다.

본 발명의 잉크 1 내지 6은 모두 상기 표 1의 평가 (1), (2) 및 (4)의 결과로부터 양호한 잉크 제트 특성을 갖추고 있고, 또한 상기 평가 (3)의 결과로부터 고주파 구동시에도 토출 안정성이 유지된다는 것을 알았다. 따라서 본 발명의 잉크는 양호한 잉크 제트 특성 및 고속 인쇄 적용성 둘 다를 만족시킨다.

이상에서 설명 하였듯이, 본 발명에 따르면 적어도 물, 안료, 수지 분산제, 글리세린, 에틸렌 우레아, HLB가 13 이상인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 포함하는 안료 잉크 제트 기록용 잉크를 서멀 잉크 제트 기록에 이용한 경우, 양호한 스타트업 특성이 유지되고, 노즐 앞쪽의 내고착성이 우수하고, 막힘이 없는 안정된 잉크 토출이 가능하고, 고주파 구동시에도 우수한 인쇄 내구성을 얻을 수 있다. 또한 잉크 보존성도 우수하다.

Claims

물, 수불용성 착색제, 상기 수불용성 착색제를 물에 분산시키기 위한 수지 분산제, 글리세린, 에틸렌 우레아, 및 HLB가 13 내지 20인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르를 포함하며,

여기서, 글리세린은 잉크의 총 중량을 기준으로 3 내지 15 중량%의 양으로 함유되고, 에틸렌 우레아는 잉크의 총 중량을 기준으로 3 내지 15 중량%의 양으로 함유되고, HLB가 13 내지 20인 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 잉크의 총량을 기준으로 0.1 내지 3 중량%의 양으로 함유되고, 글리세린 및 에틸렌 우레아의 함량비(글리세린:에틸렌 우레아)는 7:3 내지 1:2의 범위 이내인 잉크 제트 기록용 잉크.
제1항에 있어서, 아세틸렌 글리콜의 에틸렌 옥사이드 부가물을 추가로 포함하는 잉크.
제1항 또는 제2항에 있어서, 2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜, 탄소수 3 내지 6의 글리콜, 및 탄소수 4 내지 6의 트리올로 구성되는 군에서 선택되는 1개 이상을 추가로 포함하는 잉크.
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제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수지 분산제가 블럭 공중합체를 포함하는 것인 잉크.
제1항 또는 제2항에 있어서, 서멀(thermal) 잉크 제트 기록용의 잉크.
제1항 또는 제2항의 잉크를 함유하고 있는 잉크 수용부를 구비하고 있는 잉크 카트리지.
제1항 또는 제2항의 잉크를 함유하고 있는 잉크 수용부 및 상기 잉크를 토출 시키기 위한 잉크 제트 헤드를 구비하고 있는 기록 유닛.
제9항에 있어서, 상기 잉크가 제7항의 잉크이고, 상기 잉크 제트 헤드가 상기 잉크에 열 에너지를 가함으로써 오리피스로부터 상기 잉크를 토출시키는 방식의 잉크 제트 헤드인 기록 유닛.
제1항 또는 제2항의 잉크를 잉크 제트 헤드를 이용하여 토출시키는 단계를 포함하는 잉크 제트 기록 방법.
제11항에 있어서, 상기 잉크가 제7항의 잉크이고, 상기 잉크 제트 헤드가 서멀 잉크 제트 헤드인 잉크 제트 기록 방법.
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제11항에 있어서, 상기 잉크 제트 헤드를 5 kHz 이상의 주파수로 구동하는 단계를 추가로 포함하는 잉크 제트 기록 방법.
제14항에 있어서, 상기 잉크 제트 헤드를 구동하는 주파수가 10 kHz 이상인 것인 잉크 제트 기록 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 잉크 제트 헤드를 구동하는 주파수가 15 kHz 이하인 것인 잉크 제트 기록 방법.
제1항 또는 제2항의 잉크를 함유하고 있는 잉크 수용부 및 상기 잉크를 토출 시키기 위한 잉크 제트 기록 헤드를 구비하고 있는 잉크 제트 기록 장치.
제17항에 있어서, 상기 잉크 제트 기록 헤드가 서멀 잉크 제트 기록 헤드인 것인 잉크 제트 기록 장치.
제18항에 있어서, 상기 서멀 잉크 제트 기록 헤드를 5 kHz 이상의 구동 주파수로 구동하기 위한 수단을 추가로 포함하는 잉크 제트 기록 장치.
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