KR100644672B1

KR100644672B1 - 잉크 조성물

Info

Publication number: KR100644672B1
Application number: KR1020040112905A
Authority: KR
Inventors: 정연경; 유승민
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2006-11-10
Also published as: KR20060074235A

Abstract

본 발명은 착색제; 용매; 및 하기 화학식 1의 화합물;을 포함하는 잉크 조성물을 제공한다.

<화학식 1>

상기식중, X는 OH, NH₂, COOH, 인산 또는 그의 염이고, R₁은 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C15의 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴알킬렌기이다. 본 발명의 잉크 조성물은 소포성과 저장안정성이 우수하며 장기간 보관하여도 카트리지에서의 노즐 막힘을 유발하지 않는다.

Description

잉크 조성물{Ink coposition}

본 발명은 잉크 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소포성 및 저장안정성이 우수한 잉크 조성물에 관한 것이다.

잉크젯 기록 장치는 미세한 노즐을 통해서 잉크 방울을 토출시켜 미디어에 화상을 구현하는 것이다. 잉크젯 잉크가 갖추어야 할 성능으로는 미디어에서의 건조 특성이 우수하고, 화상이 번지지 않으며, 미디어 종류에 상관없이 고른 화상을 나타내고, 여러 색을 인쇄할 때 서로 다른 색의 경계면에서 색상 섞임이 생기지 않아야 하고, 화상의 내구성(내수성, 내광성, 내마찰성)이 우수하여야 한다.

이와 같은 조건을 만족시키기 위해서 다양한 잉크 조성물이 제시되었는데, 특히 고속 인쇄를 가능하게 하고 색상간 섞임을 방지하기 위해서 잉크의 건조속도를 높이려는 시도가 제시되어 왔다. 잉크의 건조는 증발(evaporation)과 투과(penetration)의 두 가지 메카니즘에 의해서 진행되는데, 증발은 잉크의 증기압에 의해 결정되며, 투과는 잉크와 미디어간의 계면 에너지에 의해 결정된다.

미디어에의 투과 속도를 향상시킴으로써 잉크의 건조시간을 낮추고 색상간 섞임을 줄이기 위해 다양한 종류의 유화제가 사용되어 왔는데, 이러한 유화제는 특 성상 초기 잉크 부피의 400~500% 까지 거품형성을 유발하므로 안정적인 잉크 토출에 악영향을 주게 된다. 따라서, 이를 방지하기 위해서 별도의 소포제를 첨가하게 되는데, 이러한 소포제의 예로는 Foamex 800, 805, 810, 815, 835, 842(TEGO사), BYK-019, 021, 022, 023, 024, 025, 028(BYK사), Surfynol DF-695 (Air Product사) 등과 같은 폴리실록산 고분자 화합물이나 F를 포함하는 탄소 화합물을 들 수 있다. 그런데, 이러한 고분자 소포제를 잉크에 첨가하게 되면 소포성은 개선되지만, 높은 분자량 때문에 소량만 첨가하더라도 잉크의 점도를 높여서 토출 성능을 저하시킬 수 있으며, 또한 카트리지에서의 노즐 막힘을 유발할 수 있다는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소포성과 저장안정성이 우수하며 장기간 보관하여도 카트리지에서의 노즐 막힘을 유발하지 않는 잉크 조성물을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 착색제;

용매; 및

하기 화학식 1의 화합물;을 포함하는 잉크 조성물을 제공한다.

<화학식 1>

상기식중, X는 OH, NH₂, COOH, 인산 또는 그의 염이고,

R₁은 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C12의 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C1-C15의 헤테로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴알킬렌기이다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

소포제는 일반적으로 용액 내에 형성된 기포막에 침입하여 사방으로 흩어지려고 함으로써 기포 두께를 얇게 하여 기포를 파괴하는 역할을 한다.

본 발명에서는 소포제로서 하기 화학식 1의 화합물을 이용하여 Si 가 기포를 파괴하는 데 기여함으로써 유화제에 의해 주로 유발된 잉크내의 거품을 소멸시키게 되며, 특히 기존의 실록산 공중합체로 이루어진 소포제와는 달리 분자량이 상대적으로 작은 단분자 물질이므로 잉크의 점도를 크게 상승시키지 않아 토출 안정성 및 노즐 막힘에는 영향을 주지 않으면서 잉크 조성물의 소포성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

<화학식 1>

상기식중, X는 OH, NH₂, COOH, 인산 또는 그의 염이고,

상기 화학식 1의 화합물의 구체적인 예로는 하기 화학식 2 내지 4의 화합물 등을 들 수 있으나 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.
<화학식 2>

3-아미노프로필-1,1-디메톡시-1-하이드록시실란
<화학식 3>

소듐 4-(1,1-디메톡시-1-하이드록시)-실릴부틸 포스페이트
<화학식 4>

소듐 4-(1,1-디메톡시-1-하이드록시)-실릴에틸 카보네이트

삭제

상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량은 착색제 100 중량부를 기준으로 하여 0.07 내지 1500 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 1000 중량부가 바람직하다.

한편, 본 발명에서 사용되는 착색제에는 특별한 제한이 없다. 즉, 물에 녹거나 분산될 수 있는 염료, 분산제와 함께 사용되어 물에 안정하게 분산될 수 있는 안료, 별도의 분산제 없이 물에 안정하게 분산될 수 있는 자가분산 안료 또는 이들의 혼합물 모두 사용이 가능하다.

상기 착색제 중 염료의 구체적인 예로는 푸드 블랙 염료(Food Black dyes), 푸드 레드 염료(Food red dyes), 푸드 옐로우 염료(Food Yellow dyes), 푸드 블루 염료(Food Blue dyes), 애시드 블랙 염료(Acid Black dyes), 애시드 블랙 염료(Acid Red dyes), 애시드 블루 염료(Acid Blue dyes), 애시드 옐로우 염료(Acid Yellow dyes), 디렉트 블랙 염료(Direct Black dyes), 디렉트 블루 염료(Direct Blue dyes), 디렉트 옐로우 염료(Direct Yellow dyes), 안트라퀴논 염료(anthraquinone dyes), 모노아조 염료(monoazo dyes), 디아조 염료(diazo dyes), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 유도체 등을 들 수 있고, 안료의 구체적인 예로는 카본 블랙, 그래파이트, 유리 카본(vitreous carbon), 활성화 차콜, 활성화 탄소, 안트라퀴논, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 디아조스(diazos), 모노아조스(monoazos), 피란트론(pyranthrones), 페릴렌(perylene), 퀴나크리돈(quinacridone), 인디고이드계 안료(indigoid pigments) 등을 들 수 있지만, 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 착색제의 함량은 잉크 조성물에서 용매와 착색제와 화학식 1의 화합물의 총중량 100 중량부를 기준으로 1 내지 15 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 10 중량부가 바람직하다.

본 발명의 잉크 조성물에서는 용매로서 수성 액체 매질을 사용하는데, 상기 수성 액체 매질은 물만을 사용하거나, 또 다른 1 이상의 유기 용매를 혼합하여 사용할 수 있다. 여기에서 잉크 조성물을 구성하는 용매의 총함량은 착색제 100 중량부에 대하여 270 내지 9000 중량부인 것이 바람직하다.

상술한 유기용매의 총함량은 용매 총함량(즉, 물과 유기용매의 총함량) 100 중량부에 대하여 2 내지 60 중량부인 것이 바람직하다. 이와 같이 유기 용매를 함께 사용하면 잉크 조성물의 점도 및 표면 장력을 적정 범위로 조절할 수 있다.

상기 유기용매로는 특별히 제한되지는 않으나, 메틸알콜, 에틸 알콜, n-프로필알콜, 이소프로필알콜, n-부틸알콜, sec-부틸알콜, t-부틸알콜, 이소부틸알콜 등의 알콜류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 디아세톤알콜 등의 케톤류; 에틸아세테이트, 에틸 락테이트 등의 에스테르; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,2,4-부탄트리올, 1,5-펜탄디올, 1,2,6-헥산트리올, 헥실렌글리콜, 글리세롤, 글리세롤 에톡실레이트, 트리메틸롤프로판 에톡실레이트 등의 다가알콜류; 에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 에틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르 등의 저급알킬 에테르; 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈 등의 함질소 화합물; 디메틸 술폭사이드, 테트라메틸렌술폰, 티오글리콜 등의 함황 화합물을 예로 들 수 있다.

상기 잉크 조성물은 유화제를 더 포함할 수 있다. 유화제의 구체적인 예로는 탄소수 1 내지 1000의 알킬카르복실산의 염(바람직하게는 탄소수 10 내지 200의 알킬카르복실산의 염), 탄소수 1 내지 1000의 알콜 술폰산 에스테르의 염(바람직하게는 탄소수 10 내지 200의 알콜 술폰산 에스테르의 염), 탄소수 1 내지 1000의 알킬술폰산의 염(바람직하게는 탄소수 10 내지 200의 알킬술폰산의 염), 탄소수 1 내지 1000의 알킬벤젠술폰산의 염(바람직하게는 탄소수 10 내지 200의 알킬벤젠술폰산의 염), 또는 그 혼합물, 지방산 아민염, 4급 암모늄염, 술포늄염, 포스포늄염, 이들의 염 또는 이들의 혼합물, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르(단, 알킬은 탄소수 1 내지 1000의 알킬기이고, 바람직하게는 탄소수 10 내지 200의 알킬기임), 폴리옥시에틸렌 알킬 페닐 에테르(단, 알킬은 탄소수 1 내지 1000의 알킬기, 바람직하게는 탄소수 10 내지 200의 알킬기임)서 , 폴리옥시에틸렌 이차 알콜 에테르, 폴리옥시에틸렌-옥시프로필렌 블록 코폴리머, 폴리글리세린 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 또는 그 혼합물을 들 수 있지만 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서, 상기 유화제의 함량은 상기 착색제 100 중량부를 기준으로 하 여 0.07 내지 1000 중량부인 것이 바람직하다.

본 발명의 잉크 조성물에는 필요에 따라 추가로 습윤제, 분산제, 점도 조절제, pH 조절제, 항산화제 등이 더 포함될 수 있다.

상술한 바와 같은 조성을 갖는 잉크 조성물을 제조하는 방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 용매에 착색제, 화학식 1의 소포제를 부가하여 혼합한 다음, 교반기로 충분히 교반하여 균일한 상태로 만들어 준다.

그 후, 상기 결과물을 필터에 통과시켜 여과함으로써 본 발명에 따른 잉크 조성물을 얻게 된다.

본 발명의 잉크 조성물은 로스마일스법에 의하여 생성된 거품의 높이가 5분후 150mm 이하이고, 25℃에서 표면장력이 20 내지 55 dyne/cm이고, 점도가 1.2 내지 10.0 Cp이다.

본 발명의 잉크 조성물은 로스마일스법으로 거품을 측정한 경우, 5분후의 거품의 생성높이가 150 mm 이하, 특히 100mm 이하가 된다. 여기에서 로스마일스법은 잉크의 거품 생성 정도를 파악하는 방법으로서, 잉크를 하단에 50ml 채우고 90cm 떨어진 상단에서 내경이 29mm인 튜브를 통해 잉크 200ml를 부가하였을 때 5분 후의 거품의 생성 높이를 측정하는 것을 말한다.

이상의 잉크 조성물은 잉크젯 잉크, 인쇄잉크, 도료, 날염, 제지, 화장품 제조, 요업 등에 다양하게 사용이 될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 하 기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

카본블랙 분산액(20 wt% 수용액임) 20g, 화학식 2의 화합물 2g, 물 57.8g, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(diethylene glycol monobutyl ether) 4g, 디에틸렌 글리콜 6g, 에틸렌 글리콜 10g, 트윈 20(Tween 20) 0.2g을 혼합한 다음, 이를 교반기에서 30 분 이상 충분히 교반하여 균일한 상태로 만들어 주었다.

그 후 상기 혼합물을 0.8㎛의 필터에 통과시켜 잉크 조성물을 제조하였다.

실시예 2-3

화학식 2의 화합물 대신 화학식 3의 화합물 및 화학식 4의 화합물을 각각 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 잉크 조성물을 제조하였다.

<비교예 1>

실시예 1-3에서 소포제로 사용된 화학식 2-4의 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1의 조성과 동일하게 잉크 조성물을 제조하여 이를 비교예 1이라 명명하고 하기 방법에 따라 평가하였다.

실험예 1 :소포성 실험

상기 실시예 1-3와 비교예 1에서 얻어진 잉크 조성물의 소포성을 로스마일스법을 사용하여 다음과 같이 평가하였고, 그 결과는 하기 표 1에 나타나 있다.

◎ : 0 mm ≤ 거품부피 ≤ 50 mm

○ : 50 mm < 거품부피 ≤ 100 mm

△ : 100 mm < 거품부피 ≤ 150 mm

X : 150 mm < 거품부피

구분	실시예			비교예
구분	1	2	3	1
평가	O	O	O	X

상기 표 1을 참조하면, 상기 실시예 1 내지 3에 따른 소포제를 포함한 잉크의 경우 비교예 1의 경우와 비교하여 소포성이 매우 우수함을 알 수 있었다.

실험예 2 : 잉크 장기 저장 안정성

상기 실시예 1-3과 비교예 1에서 얻어진 잉크 조성물을 내열성 유리병에 100ml씩 담은 다음 입구를 밀봉하고 60℃ 항온조에 저장하였다. 이를 2개월동안 방치한 후 바닥의 침전유무를 확인하여 평가하였다.

그 결과, 실시예 1-3의 잉크 조성물 모두 비교예 1의 잉크 조성물과 마찬가지로 침전물이 형성되지 않았고, 이러한 결과로부터 잉크의 장기 저장 안정성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.

실험예 3 : 화상 성능 테스트

실시예 1-3 및 비교예 1에서 얻어진 잉크 조성물을 잉크 카트리지 M-50(삼성전자사 제조)에 리필후 프린터(MJC-2400C, 삼성전자사 제조)에서 솔리드 박스 (10*10cm)를 인쇄한 후 솔리드 박스 내부에 생성된 흰선(white line)의 발생정도에 따라 다음과 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

O : 흰선의 발생이 거의 없음

△ : 흰선이 소량 발생함

X : 흰선이 많이 발생함

구분	실시예			비교예
구분	1	2	3	1
평가	O	O	O	△

실험예 4 : 노즐 막힘 테스트

실시예 1-3 및 비교예 1에서 얻어진 잉크 조성물을 삼성 잉크 카트리지(M50)에 채우고 상온(25℃), 저온(-18℃)에서 2주씩 두었다가 프린팅을 하였을때 정상 인쇄가 가능하는 데 필요한 노즐청소 횟수를 측정하고 다음과 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

◎ : 노즐청소 1회 시 정상 인쇄 가능

○ : 노즐청소 2~4회 시 정상 인쇄 가능

△ : 노즐청소 5~10회 시 정상 인쇄 가능

X : 노즐청소 11회 해도 정상 인쇄 불가

구분	실시예			비교예
구분	1	2	3	1
평가 (상온)	O	O	O	O
평가 (저온)	O	O	O	O

상기 표 3을 참조하면, 상기 실시예 1-3의 소포제를 포함한 잉크의 경우 비교에 1의 경우와 마찬가지로 노즐막힘이 발생하지 않아 저장 안정성에서도 문제가 없음을 알 수 있다.

본 발명의 잉크 조성물은 소포성과 저장안정성이 우수하고 장기간 보관하여도 카트리지에서의 노즐 막힘을 유발하지 않는다.

Claims

착색제;

착색제 100 중량부를 기준으로 하여 270 내지 9000 중량부의 용매; 및

착색제 100 중량부를 기준으로 하여 0.07 내지 1500 중량부의 소포제로서 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물중 어느 하나의 화합물;을 포함하는 잉크 조성물:

<화학식 2>

3-아미노프로필-1,1-디메톡시-1-하이드록시실란

<화학식 3>

소듐 4-(1,1-디메톡시-1-하이드록시)-실릴부틸 포스페이트

<화학식 4>

소듐 4-(1,1-디메톡시-1-하이드록시)-실릴에틸 카보네이트
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제1항에 있어서, 상기 착색제 100 중량부를 기준으로 하여 0.07 내지 1000 중량부의 유화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 조성물이

로스마일스법에 의하여 생성된 거품의 높이가 5분후 150mm 이하이고,

25℃에서 표면장력이 20 내지 55 dyne/cm이고, 점도가 1.2 내지 10.0 Cp인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.