KR100919037B1 - 기록용 잉크, 잉크 카트리지, 잉크젯 기록 장치, 잉크젯기록 방법 및 잉크 기록물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 적어도 무기 안료 입자를 유기 안료 및 카본 블랙 중 하나로 코팅한 색재 입자, 중합체 입자, 수용성 용매 및 물을 포함하는 기록용 잉크, 각각 기록용 잉크를 이용하는 잉크 카트리지, 잉크젯 기록 방법, 잉크젯 기록 장치 및 잉크 기록물을 제공하는 것이다.

Description

기록용 잉크, 잉크 카트리지, 잉크젯 기록 장치, 잉크젯 기록 방법 및 잉크 기록물{RECORDING INK, INK CARTRIDGE, INKJET RECORDING APPARATUS, INKJET RECORDING METHOD AND INK RECORD}
본 발명은, 인쇄시 헤드의 막힘이 없이 토출 안정성이 우수하여 내수성 및 내광성 등과 같은 화상 견뢰성이 양호한 화상을 생성하고, 전용 기록지 뿐만 아니라 보통지에 있어서도 양호한 색조의 고품질 화상을 얻을 수 있는 기록용 잉크, 잉크 카트리지, 잉크젯 기록 장치, 잉크젯 기록 방법 및 잉크 기록물에 관한 것이다.
최근, 잉크젯 프린터는 저소음 및 저운전비용과 같은 유리한 특성 때문에 빠르게 보급되었고, 보통지에 인쇄 가능한 컬러 프린터도 시장에 적극적으로 투입되었다. 그러나, 잉크젯 프린터에 있어서, 화상의 색 재현성, 내구성, 내광성, 건조 특성, 문자 번짐, 색 번짐, 양면 인쇄성, 토출 안정성 등과 같은 요구되는 모든 특성을 만족하는 것은 매우 어려우므로, 대신에 각각 바람직한 특성에 해당하는 잉크가 선택적으로 사용되고 있다.
잉크젯 프린터용 잉크는 물을 주성분으로 하고, 착색제 및 막힘 방지의 목적으로 글리세린 등과 같은 습윤제를 함유하는 것이 일반적이다. 착색제로서는, 우수한 발색성이나 안정성 때문에 염료가 사용된다. 그러나, 염료 잉크에 의하여 얻어 지는 화상의 내광성 및 내수성 등은 만족스러운 것이 아니다. 내수성은 잉크 흡수층을 갖는 잉크젯 기록지를 개선시킴으로써 어느 정도 향상될 수 있으나, 보통지에 관하여는 만족할 수 있는 것이 아니다.
최근, 염료 대신 유기 안료, 카본 블랙 등과 같은 안료를 계면활성제 또는 분산제를 이용하여 미립자화하고 물과 같은 매질 중에 분산시킨 안료 잉크를 착색제로서 이용하는 것이 검토되고 있다. 예컨대 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에는, 유기 안료를 특정한 분산제를 이용하여 직경 50 nm 이하의 입자로 하는, 토출 안정성 개선 방법이 개시되어 있다. 특허 문헌 3에는, 특정한 유기 안료 및 음이온계 분산제를 이용한 잉크젯 인쇄용 잉크가 개시되어 있다.
그러나, 어떤 분산제를 이용하더라도 유기 안료의 일차 입자보다도 더 세분화하는 것에 도움이 되지 않으며, 유기 안료의 일차 입자의 직경을 색조의 열화 없이 50 nm 이하로 하는 것은 거의 불가능하다. 저분자량 분산제를 사용하는 경우, 긁힘 내성 및 내수성이 낮으며, 고분자량 분산제를 사용하는 경우, 긁힘 내성 및 내수성이 불충분하다.
잉크젯 기록은 잉크젯 기록 헤드의 미세한 노즐로부터 안정한 잉크 액적의 토출을 요하므로, 잉크젯 기록 헤드의 오리피스의 건조에 의해서 야기되는 잉크 고화는 회피되어야 한다. 그러나, 유기 안료가 분산된 잉크를 잉크젯 기록에 이용하는 경우, 잉크의 불토출 또는 막힘이 발생할 수 있다. 특히, 인쇄를 장기간 중지한 경우, 노즐의 막힘 등이 발생하기 쉽고, 흡인용 튜브 또는 노즐 캡 안과 같은 유지 기구에 증점된 잉크가 퇴적하여 유지 기구의 기능을 손상시킬 수 있다. 또한, 인쇄 를 일시적으로 중지한 경우, 또는 공백이 있는 문서나 화상의 인쇄 공백에 대응하여 노즐이 한동안 정지된 경우, 잉크 액적의 분사 방향이 흐트러지는 것에 의하는 인쇄 불량(간헐 토출 불량)과 같은 문제가 다발하고 있었다.
유기 안료의 다른 분산 방식에는 안료 입자 표면을 카르복실기, 카르보닐기, 설폰기, 히드록실기 등으로 개질하여 친수성을 부여함으로써 분산제 없이 안정하게 분산시킬 수 있는 표면 개질형 안료 잉크가 포함된다. 카본의 표면에 친수성기를 도입함으로써 안료 입자가 분산제 없이 안정하게 분산될 수 있는 흑색 안료 잉크인 표면 개질형 카본 블랙이 개발되어 왔다. 또한, 안료 입자가 분산제 없이 안정하게 분산될 수 있는 컬러 안료 잉크도 개발되어 왔다. 그러나, 보통지상 및 전용 광택지 상에서의 이들 표면 개질형 안료 잉크의 긁힘 내성 및 내수성은 충분하지 않았다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 안료 입자를 수지로 코팅하는, 마이크로캡슐 혹은 에멀젼 타입의 분산 성분을 이용한 잉크젯 잉크가 제안되어 있다. 이 제안에서는, 안료 입자가 수지로 강고히 코팅되어 있으므로, 분산 상태가 장기간에 걸쳐 안정할 수 있고, 토출 안정성이 다소 개선될 수 있지만, 일차 입자 직경이 50∼100 nm의 안료를 코팅했다고 해도 분산 입자 직경을 100 nm 이하로 감소시키는 것은 곤란하다.
특허 문헌 4 및 특허 문헌 5에는 금속 산화물의 표면에 염료를 부착시키고 이온기-함유 유기 화합물로 상기 표면을 코팅함으로써 함유된 색재의 입자 직경을 나노미터 크기로 균일하게 한 잉크젯 잉크가 제안되어 있다. 이러한 제안에 의하 면, 염료를 이용한 잉크에 비하여 내수성은 다소 개선되지만, 내광성은 염료 잉크보다 뒤떨어지므로 실제 사용에 적절하지 않다.
상기한 안료 분산액에 분산제를 사용할 경우, 또는 안료 표면을 친수화처리한 경우, 불충분한 내수성 및 긁힘 내성을 보충하기 위하여 잉크에 중합체를 첨가하는 방법을 사용할 수 있으나, 가용성 중합체로서는 충분한 내수성을 얻을 수 없다. 이러한 이유에서, 수분산성 중합체 입자를 사용하는 방법이 제안된다. 그러나, 수분산성 중합체 입자가 인쇄 후 잉크 기록물 상에 입자 형태로 남아있는 경우, 상기 입자가 수중에 용이하게 재분산될 수 있으므로, 충분한 내수성은 얻어지지 않는다.
최근, 무기 안료 입자 주위에 유기 안료를 코팅한 복합 안료가 제안되었다. 코어 물질로서 약 5∼50 nm의 무기 안료 입자를 사용할 경우, 유기 안료로 코팅한 경우라도 100 nm 미만의 착색 안료를 얻을 수 있다. 특허 문헌 6 및 7에 개시된 바와 같이 10∼20 nm의 복합 안료 색재가 제안되어 실제로 적용되어 왔다. 특허 문헌 8 및 9에 개시된 바와 같이 이들 복합 안료 입자를 염료 또는 잉크젯 잉크에 적용하는 것도 제안되었다. 그러나, 이들 잉크는 정착용 수지를 함유하지 않으며, 잉크 기록물의 내수성 및 긁힘 내성이 불충분하다.
중합체를 포함한 잉크 조성물의 예에는, 특허 문헌 10에 개시된 바와 같이 안료 및 중합체 에멀젼을 수중에 분산시킨 잉크, 특허 문헌 11에 개시된 바와 같이 수불용성 중합체 에멀젼/분산액에 안료를 분산시킨 잉크, 및 특허 문헌 12에 개시된 바와 같은 특정의 막 형성 온도를 갖는 에멀젼을 사용한 잉크가 포함된다.
복합 안료 입자의 정착성을 개선시키기 위한 제안은 특허 문헌 8, 9, 13, 14, 15, 16, 17 및 18에 개시되어 있다. 이러한 제안들 중에는, 고분자 분산제를 이용하여 분산제에 정착 기능을 부여하는 방법이 있으나, 고분자 분산제는 매우 수용성이므로, 긁힘 내성은 충분한 정도일 수 있으나, 충분한 내수성은 얻을 수 없다.
이러한 복합 안료 입자를 이용하여 잉크 기록물의 내수성을 향상시키기 위하여 에멀젼 수지를 함유하는 잉크가 특허 문헌 19에 제안되어 있다. 그러나, 이 에멀젼 수지는 수분산성이므로, 잉크 기록물이 젖게 되면 재분산되어 색재 안료 입자의 유출을 막을 수 없다.
특허 문헌 1 특개평 9-263720호
특허 문헌 2 특개평 9-263722호
특허 문헌 3 특허공개 2002-088286호
특허 문헌 4 특개평 11-166127호
특허 문헌 5 특허공개 2001-192582호
특허 문헌 6 특허공개 2002-146231호
특허 문헌 7 특허공개 2002-161221호
특허 문헌 8 특허공개 2003-049096호
특허 문헌 9 특허공개 2003-055591호
특허 문헌 10 특공소 62-001426호
특허 문헌 11 특개소 55-157668호
특허 문헌 12 특개평 1-217088호공보
특허 문헌 13 특허공개 2003-105229호공보
특허 문헌 14 특허공개 2003-171594호공보
특허 문헌 15 특허공개 2003-192938호공보
특허 문헌 16 특허공개 2003-327866호공보
특허 문헌 17 특허공개 2003-268278호공보
특허 문헌 18 특허공개 2003-327880호공보
특허 문헌 19 특허공개 2003-49097호공보
본 발명의 목적은, 인쇄시 헤드의 막힘이 없이 토출 안정성이 우수하여 내수성 및 내광성 등과 같은 화상 견뢰성이 양호한 화상을 생성하고, 전용 기록지 뿐만 아니라 보통지에 있어서도 양호한 색조의 고품질 화상을 얻을 수 있는 기록용 잉크, 각각 상기 기록용 잉크를 이용하는 잉크 카트리지, 잉크젯 기록 방법, 잉크젯 기록 장치 및 잉크 기록물을 제공하는 것이다.
본 발명의 기록용 잉크는 무기 안료 입자가 유기 안료 및 카본 블랙 중 하나로 코팅된 색재 입자, 중합체 입자, 수용성 용매 및 물을 포함한다.
본 발명의 기록용 잉크는 무기/유기 복합 안료 및 중합체 입자를 포함하므로, 발색성, 내광성, 내마모성 및 내수성이 우수한 잉크젯 잉크 기록물을 제공할 수 있다.
본 발명의 기록용 잉크는, 무기 안료 입자가 이산화티탄 입자, 실리카 입자, 알루미나 입자, 산화철 입자, 수산화철 입자, 산화주석 입자에서 선택되는 1종 이상이고; 유기 안료가 아닐린 블랙 안료, 프탈로시아닌 안료, 퀴나크리돈 안료, 모노아조 옐로우 안료, 디스아조 옐로우 안료, 복소환 옐로우 안료에서 선택되는 1종 이상이며; 색재 입자가 수중에 분산되어 있고, 물이 1종 이상의 음이온계 계면활성제 및 비이온계 계면활성제를 함유하며; 음이온계 계면활성제가 하기 화학식 1로 표현되는 것인 것이 바람직하다;
Figure 112007028268670-pct00001
상기 화학식 1에서, R1은 알킬기, 벤질기, 스티릴기, 디스티릴기이고, R2는 수소 원자, 알킬기 또는 스티릴기이며, j는 5∼20의 정수이고, M1은 알칼리 금속, 암모늄, 포스포늄 또는 알칸올아민이다.
본 발명의 기록용 잉크는, 무기 안료를 이용함으로써, 내광성이 우수한 소직경 입자의 무기/유기 복합 안료를 제공할 수 있다. 또한, 유기 안료를 이용함으로써, 내광성이 우수한 무기/유기 복합 안료를 제공할 수 있다. 음이온계 계면활성제 또는 비이온계 계면활성제를 이용함으로써, 토출 안정성이 우수한 잉크를 제공할 수 있다. 화학식 1의 설폰산 화합물을 이용함으로써, 분산 입자를 미립화하고 토출 안정성이 우수한 잉크를 제공할 수 있다. 또한, 입자의 표면에 친수성 기를 도입함으로써, 분산 입자를 미립화하고 토출 안정성이 우수한 잉크를 제공할 수 있다.
본 발명의 기록용 잉크는, 카르복실기, 카르보닐기, 설폰기, 히드록실기 중 하나가 색재 입자의 표면에 결합하고, 색재 입자가 수중에 분산되어 있으며; 색재 입자의 체적 평균 입자 직경이 5∼100 nm이고; 기록 매체에 인쇄 후, 중합체 입자가 막 형성 특성을 가지며 중합체 입자의 최저 막 형성 온도가 30℃ 이하이고; 기록 매체에 인쇄 후, 중합체 입자가 자기가교성을 가지며; 중합체 입자의 체적 평균입자 직경이 5∼200 nm이고; 수용성 용매가 글리세린, 디에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 3-메틸-1,3-부탄디올 중 1종 이상이며; 탄소수 8 이상의 폴리올 화합물 및 글리콜 에테르 중 하나가 포함되고; 알콜 아민, 알칼리 금속 수산화물, 수산화암모늄, 수산화포스포늄 및 알칼리 금속 탄산염 중 1종 이상인 pH 조절제가 포함되며 pH가 7 이상 11 미만이고; 표면 장력이 35 mN/m 이하이며; 잉크가 시안 잉크, 마젠타 잉크, 옐로우 잉크 및 블랙 잉크에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 기록용 잉크는, 색재 입자의 체적 평균 입자 직경을 5∼10 nm로 조절함으로써, 발색성을 개선시킬 수 있다. 중합체 입자의 체적 평균 입자 직경을 5∼200 nm로 조절하면 토출 안정성이 우수한 잉크가 제공된다. 최저 막 형성 온도가 30℃ 이하인 중합체 입자를 포함시킴으로써, 실온에서 내수성 및 내마모성이 우수한 잉크 기록물을 제공할 수 있다. 또한, 자기가교성을 갖는 중합체 입자에 의하여 내수성 및 내마모성이 우수한 잉크 기록물을 제공할 수 있다. 또한, 수용성 용매로서 글리세린, 디에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 또는 3-메틸-1,3-부탄디올을 포함함으로써 토출 안정성이 우수한 잉크를 제공할 수 있다. 또한, 탄소수 8 이상의 폴리올 또는 글리콜에테르를 함유함으로써 발색성을 개선시킬 수 있다. 또한, 음이온계 또는 비이온계 계면활성제를 함유하여 표면 장력을 감소시키고 발색성 및 토 출 안정성을 개선시키며, pH를 7 이상 11 미만으로 하여 안정한 분산 상태 및 토출 안정성을 얻을 수 있다. 마찬가지로, 표면 장력을 35 mN/m 이하로 조절하여 발색성 및 토출 안정성을 개선시키는 이점을 제공할 수 있다.
본 발명의 잉크젯 카트리지는 용기에 들어 있는 본 발명의 기록용 잉크를 포함한다.
본 발명의 잉크젯 기록 장치는 본 발명의 기록용 잉크를 자극함으로써 기록용 잉크 액적을 토출하여 화상을 형성하도록 구성된 잉크 액적 토출 유닛을 포함한다.
본 발명의 잉크젯 기록 장치에서, 자극은 열, 압력, 진동 및 광에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
잉크젯 기록 방법은 본 발명의 기록용 잉크를 자극함으로써 잉크 액적을 토출하여 화상을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 잉크젯 기록 방법에서, 자극은 열, 압력, 진동 및 광에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 잉크젯 기록 방법에 의하면 발색성, 내광성, 내마모성 및 내수성이 우수한 잉크 기록물을 제공할 수 있다. 본 발명에서는, 잉크에 열에너지를 적용하여 잉크 액적 토출을 자극함으로써, 본 발명 기록용 잉크를 안정하게 토출시킬 수 있다. 잉크에 열역학적 에너지를 적용하여 잉크 액적 토출을 행함으로써, 본 발명 기록용 잉크를 안정하게 토출시킬 수 있다.
본 발명의 잉크 기록물은 본 발명의 기록용 잉크를 사용하여 기록 매체 상에 형성한 화상을 포함한다. 본 발명의 잉크 기록물은 발색성, 내광성, 내마모성 및 내수성이 우수한 이점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 기록용 잉크를 수용하는 잉크 카트리지가 장착된 직렬형 잉크젯 기록 장치의 예를 도시하는 개략 정면도이다.
도 2는 잉크젯 기록 장치에 장전하기 전의 잉크 카트리지 예의 외관 사시도이다.
도 3은 본 발명의 잉크 카트리지 예의 정면 단면도이다.
도 4는 기록 헤드와 일체화된 기록 유닛의 예의 외관 사시도이다.
(기록용 잉크)
본 발명의 기록용 잉크는 무기 안료 입자를 유기 안료 및 카본 블랙 중 하나로 코팅한 색재 입자, 중합체 입자, 수용성 용매, 물 및 필요에 따라 기타 성분을 포함한다.
- 무기 입자를 유기 입자 및 카본 블랙 중 하나로 코팅한 색재 입자-
무기 안료 입자를 유기 안료 및 카본 블랙으로 코팅한 색재 입자는, 무기안료 입자의 존재하에 유기 안료의 침착, 무기/유기 안료의 기계적 혼합, 연마 및 분쇄 등과 같은 방법으로 제조할 수 있다. 예컨대, 열안정성 유기 안료로 코팅하는 경우, 화학 증착 기술을 적용할 수 있다. 또한, 폴리실록산 및 알킬실란으로부터 생성되는 유기실란 화합물 층을, 유기 안료 및 무기 안료 입자의 사이에 배치함으 로써 양자의 접착성이 증대된다.
무기 안료 입자의 예에는, 이산화티탄 입자, 실리카 입자, 알루미나 입자, 산화철 입자, 수산화철 입자, 산화주석 입자 등이 포함된다. 무기 안료 입자의 형상은 종횡비가 작은 것이 바람직하고, 구형이 더 바람직하다. 무기 안료 입자의 색은, 착색된 색재를 표면에 부착시키는 경우에는, 투명하거나 백색인 것이 바람직하지만, 흑색의 색재를 표면에 부착시키는 경우에는, 흑색의 무기 안료를 사용할 수 있다.
"일차 입자 직경"이라고 불릴 수 있는 무기 안료 입자의 제1 체적 입자 직경은 바람직하게는 100 nm 이하, 더 바람직하게는 5∼50 nm이다.
유기 안료의 예에는 블랙 안료로서 아닐린 블랙, 색 안료로서 안트라퀴논, 프탈로시아닌블루, 프탈로시아닌 그린, 디아조, 모노아조, 피란토론, 페릴렌, 복소환 옐로우, 퀴나크리돈, (티오)인디고 등이 포함된다.
이 중에서도, 프탈로시아닌 안료, 퀴나크리돈 안료, 모노아조 옐로우 안료, 디스아조 옐로우 안료 및 복소환 옐로우 안료가, 발색성 면에서 특히 바람직하다.
프탈로시아닌 안료의 예에는 구리 프탈로시아닌 블루 및 이의 유도체(C.I. 피그먼트 블루 15:3, 15:4), 알루미늄 프탈로시아닌 등이 포함된다.
퀴나크리돈 안료의 예에는, C.I. 피그먼트 오렌지 48, C.I. 피그먼트 오렌지 49, C.I. 피그먼트 레드 122, C.I. 피그먼트 레드 192, C.I. 피그먼트 레드 202, C.I. 피그먼트 레드 206, C.I. 피그먼트 레드 207, C.I. 피그먼트 레드 209, C.I. 피그먼트 바이올렛 19, C.I. 피그먼트 바이올렛 42 등이 포함된다.
모노아조 옐로우 안료의 예에는, C.I. 피그먼트 옐로우 74, C.I. 피그먼트 옐로우 109, C.I. 피그먼트 옐로우 128, C.I. 피그먼트 옐로우 151 등이 포함된다.
디스아조 옐로우 안료의 예에는, C.I. 피그먼트 옐로우 14, C.I. 피그먼트 옐로우 16, C.I. 피그먼트 옐로우 17 등이 포함된다.
복소환 옐로우 안료의 예에는, C.I. 피그먼트 옐로우 117, C.I. 피그먼트 옐로우 138 등이 포함된다.
다른 착색 안료는 문헌["The Colour Index", 제3판(The Society of Dyers and Colourists, 1982) 등]에서 찾을 수 있다.
색재로서 유기 안료 또는 카본 블랙에 대한 무기 안료 입자의 질량 비율인, 무기 안료 입자:색재는 바람직하게는 3:1∼1:3, 더 바람직하게는 3:2∼1:2이다. 색재의 질량비가 작으면, 발색성이나 착색력이 저하하고, 색재의 질량비가 증가되면, 투명성이나 색조가 나빠질 수 있다.
무기 안료 입자를 유기 안료 또는 카본 블랙으로 코팅한 색재 입자의 예에는, 실리카/카본 블랙 복합 재료, 실리카/프탈로시아닌 C.I. 피그먼트 블루 15:3 복합 재료, 실리카/디스아조 옐로우 복합 재료, 실리카/퀴나크리돈 C.I. 피그먼트 레드 122 복합 재료 등과 같은 Toda Kogyo Corporation사 제조의 복합 재료가 포함된다. 이 예들은 일차 입자 직경이 작아, 사용에 적합하다.
예컨대, 일차 입자 직경이 20 nm인 무기 안료 입자를 동량의 유기 안료로 코팅한 경우, 이 안료의 일차 입자 직경은 약 25 nm가 된다. 이 안료를 적절한 분산제를 사용하여 일차 입자로 분산시킬 수 있으면, 분산 입자 직경이 25 nm인 매우 미세한 안료-분산 잉크를 제조할 수 있다.
복합 안료에서는, 표면의 유기 안료만이 분산에 기여하는 것이 아니라, 두께 약 2.5 nm의 유기 안료의 박층을 통해서 중심에 있는 무기 안료의 특성도 나타나므로, 양자를 동시에 분산 및 안정화할 수 있는 분산제의 선택은 곤란하다. 그러나, 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 이용하면, 무기/유기 복합 안료를 일차 입자 직경에 근접하게 안정하게 분산시킬 수 있다.
화학식 1
Figure 112007028268670-pct00002
상기 화학식 1에서,
R1은 탄소수 1∼12의 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 포함하는 알킬기, 벤질기, 스티릴기 또는 디스티릴기이며,
R2는 수소 원자, 탄소수 1∼12의 직쇄형 또는 분지형 알킬기를 포함하는 알킬기, 벤질기 또는 스티릴기이고,
"j"는 5∼20의 정수이며,
M1은 알칼리 금속, 암모늄, 포스포늄 또는 알칸올아민이다.
음이온계 계면활성제의 예에는, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 아세테이트, 도데실벤젠 설포네이트, 라우릴산나트륨, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 설포네이트, 올레에이트, 폴리카르복실산 또는 폴리카르복실레이트, 알킬벤젠 설포네이트, 말레산 디알킬에스테르 설폰산 또는 말레산 디알킬에스테르 설포네이트 등이 포함된다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 예는 하기와 같다:
Figure 112007028268670-pct00003
상기 화학식에서, M1은 NH4 또는 Na이다.
수성 매질중에 분산제를 용해시키고 무기 안료 입자를 유기 안료에 포함시킨 색재를 첨가하여 충분히 습윤시킨 후, 고속 교반을 위한 균질화기, 비드밀 및 볼밀과 같은 볼을 이용한 혼련 분산기, 롤밀같은 전단력을 이용한 혼련 분산기, 초음파 분산기 등과 같은 장치를 이용하는 방법으로 분산 성분을 제조할 수 있다. 그러나, 이러한 혼련 및 분산 공정 후에는 조대 입자가 포함되는 경우가 종종 있어, 잉크젯 노즐이나 공급 경로의 막힘의 원인이 되므로, 필터나 원심 분리기를 이용하여 직경이 1 ㎛ 이상인 입자를 제거해야 한다.
안료 색재의 양에 대하여 사용되는 분산제의 양은 바람직하게는 1∼100 질량%, 더 바람직하게는 10∼50 질량%이다. 분산제의 양이 적을 경우에는, 안료를 충분히 미립화할 수 없고, 분산제의 양이 지나치게 많을 경우에는, 안료에 부착하지 않는 과량의 성분이 잉크 특성에 영향을 미쳐 화상 번짐이나, 내수성 및 내마모성의 열화를 초래한다. 또한, 본 발명의 색재 입자의 체적 평균 입자 직경은 바람직하게는 5∼100 nm, 더 바람직하게는 5∼50 nm 이다.
기록용 잉크 중의 분산 입자의 함량은, 안료와 분산제를 합한 고형분 함량으로, 바람직하게는 2∼20 질량%, 더 바람직하게는 4∼15 질량%이다. 잉크 중의 색재 입자의 함량은 바람직하게는 1∼20 질량%, 더 바람직하게는 2∼15 질량%이다.
본 발명에서는, 표면을 카르복실기, 카르보닐기, 설폰기, 히드록실기 등으로 처리하여 친수화하고 물에 분산시킨 색재 안료 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 표면은 산화, 아조 반응, 플라즈마 처리 등과 같은 공지의 방법으로 처리할 수 있다.
본 발명의 기록용 잉크를 사용한 잉크 기록물은, 유기 안료나 카본 블랙 등과 같은 색재가 반정도 밖에 함유되어 있지 않으나, 유기 안료나 카본 블랙만을 함유하는 잉크에 비하여 70∼90%에 가까운 착색력을 나타낸다. 따라서, 잉크 중의 안료 밀도를 약 10∼30% 증가시킴으로써 유기 안료나 카본 블랙만을 함유하는 잉크와 거의 동일한 화상 밀도를 갖는 잉크 기록물을 얻을 수 있다. 또한, 컬러 잉크 기록물에서, 본 발명의 복합 안료를 사용함으로써 색의 밝기(명도)나 선명함(채도)를 효과적으로 증대시킬 수 있다. 특히, 이것은 잉크젯용 기록 매체로서 사진 화상의 인쇄에 이용되는 광택지에서 매우 효과적이며, 염료 잉크를 사용한 잉크 기록물과 거의 동일한 선명한 화상이 얻어진다.
- 중합체 입자 -
중합체 입자의 막 형성 특성이란, 중합체 입자를 수중에 분산시켜 에멀젼을 형성할 때, 수성 에멀젼의 수분이 증발하여 수지막이 형성되는 것을 의미한다. 마찬가지로, 중합체 입자가 첨가된 잉크 조성물에서는, 휘발성 성분이 증발됨으로써 막이 형성되어, 잉크 중의 색재가 기록 매체에 강고히 정착된다. 따라서, 긁힘 내성 및 내수성이 우수한 화상을 얻을 수 있게 된다.
중합체 입자는 실온에서 막을 형성하므로, 최저 막 형성 온도는 바람직하게는 30℃ 이하, 더 바람직하게는 10℃ 이하이다.
여기서 말하는 최저 막 형성 온도란, 중합체 입자를 수중에 분산시켜 중합체 에멀젼을 얻고, 이것을 온도를 증가시키면서 알루미늄과 같은 금속판에 유동 캐스팅할 때 투명한 연속한 필름이 형성되는 최저의 온도이다.
중합체 입자의 체적 평균 입자 직경은 바람직하게는 5∼200 nm, 더 바람직하게는 10∼100 nm이다.
단일 입자 구조의 중합체 입자를 사용할 수 있다. 예컨대, 에멀젼 입자내에 알콕시실릴기를 가짐으로써 막 형성 과정에서의 수분 증발에 의한 에멀젼 간의 융착으로 잔존수와의 접촉이 유도되고, 가수분해에 의하여 실란올기가 형성된다. 또한, 실란올기와 잔존하는 알콕시실릴기 간의 반응 또는 실란올기 간의 반응의 결과로 실록산 결합에 의한 강고한 가교 구조가 형성된다. 막 형성시에 경화제를 첨가하지 않고도 중합체 입자 중에 공존하고 있는 반응성 작용기 사이에 반응이 일어나 그물망 구조를 형성하는 이러한 특성을 본 발명에서는 "자기가교성"이라 부른다.
한편, 코어부와 그것을 둘러싸는 셸부로 이루어지는 코어-셸 구조를 갖는 중 합체 입자를 사용할 수도 있다. "코어-셸 구조"는 "조성이 다른 2종 이상의 중합체가 입자 중에 상-분리된 상태로 존재하는 형태"로서 정의된다. 따라서, 셸부가 코어부를 완전히 코팅하고 있는 형태 뿐만 아니라, 코어부의 일부를 코팅하고 있는 형태도 가능하다. 또한, 셸부 중합체의 일부가 코어 입자내에 도메인을 형성하고 있는 형태도 가능하다. 또한, 코어부와 셸부 사이에, 조성이 다른 하나 이상의 층을 포함하는 3층 이상의 다층 구조도 가능하다.
중합체 입자는, 불포화 비닐 단량체를 중합 촉매 및 유화제가 존재하는 수중에서 유화 중합 등과 같은 공지의 방법에 의하여 얻을 수 있다.
기록용 잉크 중의 중합체 입자의 함량은, 바람직하게는 0.5∼20 질량%, 더 바람직하게는 1∼5 질량%이다. 함량이 0.5 질량% 미만일 경우, 긁힘 내성 및 내수성이 만족스럽지 않을 수 있다. 함량이 20 질량%를 초과하는 경우, 건조에 의한 점도 상승이나 중합체 성분의 고착으로 인해, 잉크의 토출이 불안정하게 되어, 노즐이 막힐 수 있다.
- 수용성 용매 -
본 발명의 잉크는 물을 액체 매질로서 사용하나, 잉크의 건조를 방지하고 분산 안정성 등을 개선시키기 위하여 수용성 용매가 사용된다. 수용성 용매를 조합하여 사용할 수 있다.
수용성 용매의 예에는, 다가 알콜, 다가 알콜 알킬 에테르, 다가 알콜 알릴 에테르, 질소-함유 복소환 화합물, 아미드, 아민, 황-함유 화합물, 예컨대 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트 등이 포함된다.
다가 알콜의 예에는 글리세린, 디에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 3-메틸-1,3-부탄디올, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리메틸올 프로판, 트리메틸올 에탄, 에틸렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 글리세롤, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,4-부탄트리올, 1,2,3-부탄트리올, 펜탄트리올 등이 포함된다.
다가 알콜 알킬 에테르의 예에는 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르 등이 포함된다.
다가 알콜 아릴 에테르의 예에는 에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르, 에틸렌 글리콜 모노벤질 에테르 등이 포함된다.
질소-함유 복소환 화합물의 예에는 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, N-히드록시에틸-2-피롤리돈, 1,3-디메틸 이미다졸디온, ε-카프로락탐, γ-부티로락톤 등이 포함된다.
아미드의 예에는 포름아미드, N-메틸 포름아미드, N,N-디메틸 포름아미드 등이 포함된다.
아민의 예에는 모노에탄올 아민, 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 모노에틸 아민, 디에틸 아민, 트리에틸 아민 등이 포함된다.
황-함유 화합물의 예에는 디메틸 설폭시드, 설폴란, 티오디에탄올 등이 포함 된다.
이들 유기 용매 중에서, 글리세린, 디에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 3-메틸-1,3-부탄디올이 특히 바람직하다. 이들 용매는 용해성과 수분 증발에 의하여 야기되는 분사-품질 불량의 방지에 대하여 바람직한 효과를 나타낸다.
당류도 바람직하다. 당류의 예에는, 단당류, 이당류, 올리고당류(삼당류 및 사당류 포함) 및 다당류가 포함된다. 구체적인 예에는 글루코스, 만노즈, 프룩토스, 리보스, 크실로스, 아라비노즈, 갈락토스, 말토즈, 셀로비오스, 락토즈, 수크로즈, 트레할로스, 말트 트리오스 등이 포함된다.
여기서 언급되는 다당류는 광의로는 α-시클로덱스트린, 셀룰로오스 등과 같이 자연계에 널리 존재하는 물질을 포함하는 당류로서 정의된다.
이들 당류의 유도체에는, 상기 당의 환원당, 예컨대 화학식 HOCH2(CHOH)nCH2OH(여기서, "n"은 2∼5의 정수임)로 표현되는 당 알콜, 알돈산, 우론산 등과 같은 당류, 아미노산, 티오산 등이 포함된다. 이 중에서, 당 알콜이 바람직하며, 이의 구체적인 예에는 말티톨, 소르비톨 등이 포함된다.
수용성 용매에 대한 색재 입자의 비는, 헤드로부터의 토출 안정성에 유의적으로 영향이 미친다. 안료의 고형분 함량이 높아도 습윤제의 배합량이 비교적 적을 경우, 노즐의 잉크 메니스커스 부근의 수분 증발이 진행되어 토출 불량이 될 수 있다.
특히, 수용성 용매로서, 글리세린, 디에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 3-메틸- 1,3-부탄디올을 이용함으로써 보존 안정성 및 토출 안정성이 우수한 잉크를 제조할 수 있다.
수용성 용매의 배합량은 바람직하게는 10∼50 질량%이다. 분산제를 포함한 안료 입자의 고형분 함량에 대한 습윤제의 비는 바람직하게는 0.67∼12.5, 더 바람직하게는 1.0∼6.0, 가장 바람직하게는 2.0∼4.0이다. 이 범위에 있는 기록용 잉크는, 건조 특성, 보존 시험 또는 신뢰성 시험에서 매우 양호한 결과를 나타낸다.
잉크에 침투제를 첨가하는 것으로, 표면 장력이 저하되고, 종이와 같은 기록 매체에 잉크 액적이 착탄한 후 기록 매체 중으로의 침투가 촉진되어 잉크 번짐이나 색 번짐이 경감될 수 있다. 본 발명의 표면 장력의 적정한 범위는 35 mN/m 이하이다. 일반적으로, 음이온계 계면활성제 또는 비이온계 계면활성제가 침투제로 사용되며, 색재의 유형이나 습윤제 및 수용성 유기 용매의 조합을 기초로 분산 안정성을 손상하지 않는 계면활성제가 선택된다.
음이온계 계면활성제의 예에는 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 아세테이트, 도데실벤젠 설포네이트, 라우릴산나트륨, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르 설포네이트 등이 포함된다.
비이온계 계면활성제의 예에는 폴리올, 글리콜 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬아민, 폴리옥시에틸렌 알킬아미드, 아세틸렌 글리콜 등이 포함된다.
아세틸렌 글리콜 계면활성제의 에에는 2,4,7,9-테트라메틸-5-디틴-4,7-디올, 3,6-디메틸-4-옥틴-3,6-디올, 3,5-디메틸-1-헥산-3-올 등과 같은 아세틸렌 글리콜이 포함된다. 구체적인 예에는 Air Products and Chemicals, Inc.사의 Surfynol 104, 82, 465, 485 또는 TG가 포함되며, 이 중에서 Surfynol 465, 104 또는 TG가 적절한 인쇄 품질을 나타내는 데 바람직하다.
계면활성제는, 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
특히, 탄소수 8 이상 11 이하의 폴리올 화합물, 2-에틸-1,3-헥산디올, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 또는 하기 화학식 2 내지 7로 표현되는 계면활성제를 사용하면 더 적절한 인쇄 품질이 제공될 것이다.
Figure 112007028268670-pct00004
상기 화학식 2에서, R2는 분지형일 수 있는 탄소수 6∼14의 알킬기이고, m은 3∼12의 정수이며, M2는 알칼리 금속, 4급 암모늄, 4급 포스포늄 또는 알칸올아민을 나타낸다.
Figure 112007028268670-pct00005
상기 화학식 3에서, R3은 탄소수 5∼16의 분지형 알킬기이고, M3은 알칼리 금속, 4급 암모늄, 4급 포스포늄 또는 알칸올아민이다.
Figure 112007028268670-pct00006
상기 화학식 4에서, R은 분지될 수 있는 탄소쇄를 갖는 탄소수 6∼14의 기이고, k는 5∼20의 정수이다.
Figure 112007028268670-pct00007
상기 화학식 5에서, R5는 분지될 수 있는 탄소쇄를 갖는 탄소수 6∼14의 기이고, l은 5∼20의 정수이다.
Figure 112007028268670-pct00008
[화학식 6＇]
Figure 112007028268670-pct00009
상기 화학식 6 또는 6'에서, R'는 탄소쇄를 갖는 탄소수 6∼14의 기이고, m 및 n 각각은 0∼20의 정수이다.
Figure 112007028268670-pct00010
상기 화학식 7에서, p 및 q 각각은 0∼40의 정수이다.
본 발명에 사용되는 복합 안료는, 음이온계 분산제와 함께 혼련되고 수중 분산될 때 산성을 나타내는 경향이 강하다. 수성 매질에 분산되는 복합 안료 입자의 표면은 음이온계 분산제로 덮히므로 음전하를 띠거나, 잉크 전체가 산성을 나타내므로, 매질 자체는 양전하를 띠어 입자 표면의 음전하는 중화되는 경향이 있다. 이 상태는 분산 입자의 응집을 유도하여, 토출 불량을 일으킬 수 있다. pH 조절제를 첨가하고 알카리 상태를 유지하여 분산액을 안정화시킴으로써 토출을 안정화할 수 있다. 기록용 잉크의 pH는 바람직하게는 7 이상 11 미만이다. pH가 11 이상일 경우, 잉크젯 헤드나 잉크 공급 유닛의 재료가 다량 용융하여, 잉크의 변질, 누출, 토출 불량과 같은 문제가 발생한다.
pH 조절제는 안료를 혼련하고 분산제로 수중 분산시킬 때 첨가하는 것이, 혼련/분산 후에 습윤제, 침투제 등과 같은 첨가제와 함께 첨가하는 것보다 더 바람직하다. 이것은, 일부 pH 조절제는 첨가시 분산을 파괴할 수 있기 때문이다.
pH 조절제의 예에는 알콜 아민, 알칼리 금속 수산화물, 수산화암모늄, 수산화포스포늄, 알칼리 금속의 탄산염 등이 포함된다.
알콜 아민의 예에는, 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 2-아미노-2-에틸-1,3프로판디올 등이 포함된다.
알칼리 금속 수산화물의 예에는 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등이 포함된다.
수산화암모늄의 예에는 수산화암모늄, 4급 수산화암모늄, 4급 수산화포스포늄 등이 포함된다.
알칼리 금속의 탄산염의 예에는 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등이 포함된다.
필요에 따라, 기록용 잉크에 코게이션 방지제를 첨가할 수 있다.
여기서 말하는 코게이션이란 기록액이 가열될 때 기록액 성분이 변질되고, 이 변질된 성분이 히터에 부착되는 현상으로서 정의되며, 히터에 전류를 흘려 기록액을 순간적에 가열하고 기록액의 발포력을 이용하여 기록액을 토출하는 서멀식 헤드에 있어서의 문제점이다.
코게이션이 발생할 경우, 히터에 의한 가열이 정상적으로 이루어지지 않아, 토출력이 약해지거나, 최악의 경우 기록액이 토출되지 않는다. 이러한 이유에서, 코게이션을 방지하기 위하여 본 발명에 사용할 수 있는 기록액에 코게이션 방지제를 첨가할 수 있다.
코게이션 방지제의 예에는, 폴리인산, 폴리아미노카르복실산, 알돈산, 히드록시카르복실산, 폴리올 인산에스테르 및 이들의 염 또는 아미노기를 갖는 산 및/또는 염, 메틸기 또는 메틸렌기 및 카르복실기를 갖는 산의 암모늄염 등이 포함된 다.
폴리인산의 예에는 피로인산, 트리폴리인산, 헥사메타인산 등이 포함된다.
폴리아미노카르복실산의 예에는 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산 등과 같은 디카르보네이트, 에틸렌디아민테트라아세테이트, 이미노디아세트산, 니트릴로트리아세테이트 등이 포함된다.
알돈산의 예에는 글리콜산, 글리세르산, 글루콘산, 갈락톤산, 글루코헵토네이트 등이 포함된다.
옥시카르복실산으로도 공지된 히드록시카르복실산의 예에는 시트르산, 말산, 젖산, 글리콜산, 글리세르산, 만델산, 타르타르산 등이 포함된다.
폴리올인산에스테르의 예에는 α-글리세로인산, β-글리세로인산 등이 포함된다.
이 예들 중에서, 시트르산, 글루콘산(고체로서는δ-글루코노락톤 및 γ-글루코노락톤의 형태로도 존재함), 말산, 젖산, 글리콜산, 타르타르산 등과 같은 히드록시카르복실산(옥시카르복실산으로도 공지됨), α-글리세로인산 및 β-글리세로인산 등이 수중 용해도가 높아 바람직하고, 시트르산 및 글루콘산이 특히 바람직하다. 이들 화합물은 산 또는 염의 형태로 사용될 수 있다. 특히, 이들은 알칼리 금속염, 암모늄염, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 모노에탄올아민, 트리이소프로판올아민 등과 같은 유기 아민염의 형태로 사용될 수 있다.
염을 사용하는 경우, 염 형태로 시판되는 화합물을 그대로 사용하거나 또는 알칼리제를 첨가하여 제조한 유기산 염을 사용할 수 있다. 유기산염의 제조에 사용 되는 알칼리제의 예에는 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수(수산화암모늄), 유기 아민, 예컨대, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 모노에탄올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 테트라메틸암모늄 히드록시드, 테트라에틸암모늄 히드록시드, 테트라-n-프로필암모늄 히드록시드 등이 포함된다. 이들 유기산 염 중에서, 암모늄염이 특히 바람직하다.
코게이션 방지제는 단독으로 또는 상기 개시된 화합물의 조합으로 사용될 수 있다. 기록용 잉크에 전체량에 대한 코게이션 방지제의 총 함량은, 바람직하게는 0.005∼20 질량%, 더 바람직하게는 0.05∼12 질량%이다. 함량을 이 범위로 유지함으로써, 후술하는 아미노기를 갖는 산 및/또는 염과 공존하는 경우, 코게이션을 유의적으로 감소시키고 기록 헤드의 노즐 막힘을 방지하는 잉크를 얻을 수 있다.
아미노기를 갖는 산 및/또는 염의 예에는 아미도황산(설팜산으로도 공지됨),아미노메탄설폰산, 타우린(2-아미노에탄설폰산으로도 공지됨), 카르밤산, 글리신, 알라닌, 아스파라긴산, 글루타민산, 페닐알라닌, 류신, 이소류신, 트레오닌, 트립토판, 발린메티오닌, 리신 등이 포함된다. 이 예들 중에서도, 설폰기를 갖는 화합물이 수용해도가 높고 헤드 작동 수명을 향상시키는 효과가 높기 때문에 바람직하다. 이러한 화합물의 예에는, 아미도황산(설팜산으로도 공지됨), 아미노메탄설폰산, 타우린(2-아미노에탄설폰산으로도 공지됨)이 포함된다. 이 중에서, 타우린(2-아미노에탄설폰산으로도 공지됨)이 입수가 용이하므로 특히 바람직하다.
아미노기를 갖는 산 및/또는 염을 사용하는 경우, 염 형태로 시판되는 화합물을 그대로 사용하거나 또는 알칼리제를 첨가하여 제조한 유기산 염을 사용할 수 있다. 유기산 염의 제조에 사용되는 알칼리제의 예에는 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수(수산화암모늄), 유기 아민, 예컨대, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 모노에탄올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 테트라메틸암모늄 히드록시드, 테트라에틸암모늄 히드록시드, 테트라-n-프로필암모늄 히드록시드 등이 포함된다. 이 중에서도, 아미노기를 갖는 유기산의 암모늄염이 특히 바람직하다.
이들 화합물은 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 기록용 잉크의 전체량에 대한 아미노기를 갖는 산 및/또는 염의 총 함량은, 바람직하게는 0.005∼20 질량%, 더 바람직하게는 0.05∼12 질량%이다. 함량을 이 범위로 유지함으로써, 폴리인산, 폴리아미노카르복실산, 알돈산, 히드록시카르복실산, 폴리올 인산 에스테르, 및 이의 염과 공존하고 있는 경우에, 코게이션을 유의적으로 감소시키고 기록 헤드의 노즐 막힘을 방지하는 잉크를 얻을 수 있다.
본 발명의 잉크에 있어서, 아미노기를 갖는 산 및/또는 염의 총 함량에 대한 잉크 중 폴리인산, 폴리아미노카르복실산, 알돈산, 히드록시카르복실산, 폴리올 인산 에스테르 및 이의 염의 함량의 질량비는 바람직하게는 20:1∼1:20이다. 상기 비율이 이 범위에 있는 경우, 히터에 대한 코게이션의 감소 효과가 만족스럽게 발휘되어, 히터의 최외측 표면의 손상이 효과적으로 방지된다.
메틸기 또는 메틸렌기 및 카르복실기를 갖는 산의 암모늄염은, 잉크의 색조에 시각적으로 거의 영향을 부여하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 산 용액 자체가 적어도 시각적으로 착색되지 않는 것이 바람직하다. 산 1분자 중 탄소수는 바람직 하게는 10 이하이고, 1분자 중 산소수는 바람직하게는 3∼6이다. 이러한 산의 예에는 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 젖산, 말산, 아스파라긴산, 글루타민산 등이 포함된다.
상기에 언급한 메틸기 또는 메틸렌기 및 카르복실기를 갖는 산의 암모늄염은 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 기록용 잉크 전체량에 대하여 메틸기 또는 메틸렌기 및 카르복실기를 갖는 산의 암모늄염으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물의 총 함량은, 충분한 코게이션 감소 효과 또는 잉크젯 인쇄 적성(예컨대, 잉크젯 기록 헤드의 막힘이 좀처럼 발생하지 않을 것 등)을 고려하여, 바람직하게는 0.005∼20 질량%, 더 바람직하게는 0.05∼15 질량%이다.
또한, 코게이션을 방지하기 위해서 기록액 중의 인 농도를 조절하는 것도 효과적이다. 인 농도를 500 ppm 이하로 조절함으로써, 잉크를 장기간 보존한 후에도 코게이션의 발생을 효과적으로 억제할 수 있고, 잉크가 안정적으로 토출되어 안정한 고품질의 화상이 얻어진다.
인 농도가 높은 경우에 히터상의 코게이션을 촉진하여 급속히 토출량을 저하시키는 메카니즘은 이하와 같이 고찰할 수 있다. 잉크 중의 무기 인 화합물은 노즐 내에서 히터에 의해 가열되며, 잉크 내부 또는 노즐이나 탱크 등과 같이 잉크로 습윤되는 재료로부터 용출되는 칼슘과 화합물을 만들어, 히터 상에 부착된다. 인과 칼슘의 화합물(인산칼슘, 히드록시아파타이트 등)은 매우 딱딱하고 난용성이므로, 재용해 또는 분리 가능성이 없고, 히터상에 일단 부착되면, 캐비테이션에 의해 재용해되거나 분리된 연소 퇴적물이 히터상에 부착되기 쉽게 된다. 이러한 메카니즘 에 따라, 인 연소 퇴적물이 존재하지 않는 경우에는 발생하지 않았던 카본 연소 퇴적물의 축적이 가속화되어 발포가 억제됨으로써 토출량이 급속히 감소한다고 생각된다. 소량의 인과 칼슘의 연소 퇴적물에 의하여 야기되는 카본 연소 퇴적물의 부착이 촉진되는 이유는 분명하지 않지만, 인과 칼슘의 연소 퇴적물의 부착에 의해 히터 상에 미세한 요철이 생겨 거기에 카본 연소 퇴적물이 들어가게 되는 것이 원인이라고 추정된다.
상기 언급한 성분 외에 방부제/항진균제, 킬레이트 시약, 방청제 등과 같은 종래부터 공지된 첨가제를 본 발명 잉크에 첨가할 수 있다.
방부제/항진균제의 예에는 데히드로아세트산나트륨, 소르브산나트륨, 2-피리딘티올-1-옥시드 나트륨, 벤조산나트륨, 펜타클로로페놀 나트륨 등이 포함된다.
킬레이트 시약의 예에는 에틸렌디아민 테트라아세트산나트륨, 니트릴로트리아세트산나트륨, 히드록시에틸 에틸렌디아민트리아세트산나트륨, 디에틸렌트리아민펜타아세트산나트륨, 우라밀 디아세트산나트륨 등이 포함된다.
방청제의 예에는 산성 아황산염, 티오황산나트륨, 티오디글리콜산암모늄, 이소프로필암모늄 니트라이트, 사질산펜타에리트리톨, 디시클로헥실암모늄 니트라이트 등이 포함된다.
필요에 따라, 수용성 자외선 흡수제, 수용성 적외선 흡수제 등과 같은 다른 첨가제를 첨가할 수 있다.
본 발명에 따른 기록용 잉크의 색은 제한되지 않고 선택될 수 있으며, 예에는 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙이 포함된다. 2종 이상의 색을 함유하는 잉크 세 트를 기록에 사용할 경우, 다색 화상이 형성될 수 있으며, 전체 색을 함유하는 잉크 세트를 기록에 사용할 경우 풀-컬러 화상이 형성될 수 있다.
(잉크 카트리지)
본 발명의 잉크 카트리지는 용기에 들어 있는 본 발명의 기록용 잉크 및 이에 따라 적당히 선택되는 다른 부재를 포함한다.
용기는 제한이 없으며 용기의 형상, 형태, 크기, 재료 등은 선택할 수 있는데 적당한 예에는 플라스틱 용기, 알루미늄 적층막, 수지막 등으로 형성된 잉크 백을 포함하는 용기가 포함된다.
(잉크젯 기록 장치 및 잉크젯 기록 방법)
본 발명의 잉크젯 기록 장치는 하나 이상의 잉크 액적 토출 유닛 및 필요에 따라 자극 생성 유닛, 조절 유닛 등과 같은 기타 유닛을 구비한다.
본 발명의 잉크젯 기록 방법은 하나 이상의 잉크 액적 토출 단계 및 필요에 따라 자극 생성 유닛, 조절 유닛 등과 같은 기타 유닛을 포함한다.
본 발명의 잉크젯 기록 방법은 바람직하게는 본 발명의 잉크젯 기록 장치에 의하여 수행할 수 있으며, 잉크 액적 토출 단계는 바람직하게는 잉크 액적 토출 유닛에 의하여 수행할 수 있다. 다른 단계는 바람직하게는 각각 다른 유닛에 의하여 수행할 수 있다.
- 잉크 액적 토출 단계 및 잉크 액적 토출 유닛 -
잉크 액적 토출 단계는 기록용 잉크를 자극함으로써 기록용 잉크를 토출하여 화상을 형성한다. 잉크 액적 토출 유닛은 기록용 잉크를 자극함으로써 기록용 잉크 를 토출하여 화상을 형성하도록 구성된다. 잉크 액적 토출 유닛은 특별히 한정되지 않고 선택될 수 있으며 다양한 토출 잉크용 노즐을 예로 들 수 있다.
본 발명에서, 적어도 잉크젯 헤드의 액 수용부의 일부, 내유체 부분, 다이어프램 및 노즐 부재는 바람직하게는 적어도 실리콘 또는 니켈을 함유하는 재료로 형성된다.
잉크젯 노즐의 직경은 바람직하게는 30 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 1∼20 ㎛이다.
자극은 예컨대 상기한 자극 생성 유닛을 통해 생성할 수 있다. 자극은 제한 없이 선택할 수 있다. 예에는 열, 압력, 진동 및 광이 포함된다. 이들은 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이 중에서, 열 및 압력이 적당하다.
특히, 자극 생성 유닛의 예에는 가열 장치, 압력 장치, 피에조전기 소자, 진공 생성 장치, 초음파 생성 장치, 광 등이 포함되며, 특히 피에조전기 액츄에이터, 예컨대 피에조전기 소자, 가열 레지스터와 같은 열전기 전도기를 사용하여 액체와 증기 간에 막의 상-변화에 기초한 열적 액츄에이터, 온도에 따른 상-변화에 기초한 형상 기억 합금 액츄에이터, 정전기력에 기초한 정전기 액츄에이터 등이 예시된다.
기록용 잉크 토출 양상은 제한이 없으며 자극에 따라 상이하다. 자극이 "열"에 의하여 생성되는 경우, 이러한 방법은 열적 헤드를 사용하여 기록 헤드내 기록용 잉크에 기록 신호에 상응하는 열에너지를 적용시킨 다음 열에너지를 통하여 기록용 잉크에서 버블을 형성함으로써 버블압에 의하여 기록용 헤드의 노즐로부터 기록용 잉크를 잉크 액적의 형태로 분사하는 것으로 예시된다. 이와는 다르게, 자극 이 "압력"에 의하여 생성되는 경우, 이러한 방법은 기록 헤드의 잉크 흐름 통로에서 소위 압력실에 부착된 피에조전기 소자에 전압을 적용하여 피에조전기 소자를 편향시킴으로써 압력실의 부피를 감소시키고 기록 헤드의 노즐로부터 기록용 잉크를 잉크 액적의 형태로 분사하는 것으로 예시된다.
토출되는 기록용 잉크의 잉크 액적은 크기가 바람직하게는 3∼40 pl이며, 분사 속도가 5∼20 m/s이고, 구동 진동수가 1 kHz 이상이며, 해상도가 300 dpi이다.
또한, 조절 유닛은 개개의 유닛을 효율적으로 조절할 수 있는 한 제한되지 않으며 선택될 수 있다. 이의 예에는 시퀀서, 컴퓨터 등이 포함된다.
이하에서는, 본 발명의 잉크젯 기록 방법 및 잉크젯 기록 장치를 첨부 도면을 참조하여 설명하지만, 이하는 구성예의 하나이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 1은 본 발명의 기록용 잉크를 수용한 기록용 잉크 수용부를 갖춘 잉크 카트리지가 탑재된 예시적 직렬형 잉크젯 기록 장치의 개략적인 정면도이다.
이 잉크젯 기록 장치의 기구부에서, 측판(1 및 2)사이에 주 가이드 로드(3) 및 부 가이드 로드(4)가 대략 수평 위치에서 가로로 걸쳐 놓여 있으며, 주 가이드로드(3) 및 부 가이드 로드(4)에 의하여 캐리지 유닛(5)이 주 주사 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 지지되어 있다. 캐리지 유닛(5)에는, 헤드(6) 중에서 각각 옐로우(Y) 잉크, 마젠타(M) 잉크, 시안(C) 잉크, 블랙(Bk) 잉크를 토출하는 4개의 헤드가, 그 토출면[노즐면](6a)을 아래쪽으로 향하게 하여 탑재되어 있다. 또한 캐리지 유닛(5)의 헤드(6)의 상측에는 각 색깔의 잉크 공급체로서 4개의 잉크 카트리 지(7y, 7m, 7c, 7k)가 교환가능하게 탑재되어 있다.
캐리지 유닛(5)은 주 주사 모터(8)로 회전되는 구동 풀리(구동 타이밍 풀리)(9) 및 종동 풀리(아이들 풀리)(10)의 사이에 연장된 타이밍 벨트(11)에 연결되어, 주 주사 모터(8)의 구동을 제어하며, 캐리지(5), 즉 4개의 헤드(6)는 주 주사 방향으로 이동한다.
또한, 측판(1 및 2)을 잇는 바닥판(12) 상에 서브-프레임(13, 및 14)을 설치함으로써, 용지(16)를 주 주사 방향과 직교하는 부 주사 방향으로 반송하는 반송 롤러(15)를 서브-프레임(13 및 14) 사이에 회전가능하게 설치한다. 그리고, 서브-프레임(14)의 측방에 부 주사 모터(17)를 설치하며, 이 부 주사 모터(17)의 회전을 반송 롤러(15)에 전달하기 위해서, 기어(18)를 부 주사 모터(17)의 회전축에 고정하고 기어(19)를 반송 롤러(15)의 축에 고정한다.
측판(1) 및 서브-프레임(12) 사이에는, 헤드(6)의 신뢰성 회복 시스템(이하, "서브 시스템"이라 함)(21)이 배치된다. 서브 시스템(21)에는, 각 헤드(6)의 토출면을 캡핑하기 위한 4개의 캡 유닛(22)을 유지하는 홀더(23)가 링크 부재(24)에 의하여 요동가능하게 유지되어 있으며, 캐리지 유닛(5)은 주 주사 방향으로 이동하여 홀더(23)에 설치된 결합부(25)에 접촉한다. 홀더(23)는 캐리지 유닛(5)의 이동에 따라 올라가며, 잉크젯 헤드(6)의 토출면(6a)은 캡 유닛(22)으로 캡핑되고, 캐리지 유닛(5)은 인쇄 영역으로 더 이동된다. 이후 홀더(23)는 캐리지 유닛(5)의 이동에 따라 내려가고 캡 유닛(22)은 잉크젯 헤드(6)의 토출면(6a)으로부터 분리된다.
캡 유닛(22)은 흡인 튜브(26)를 통해 흡인 펌프(27)에 접속함과 동시에, 대 기 개방구를 형성하여, 대기 개방 튜브 및 대기 개방 벌브를 통해 대기와 연통한다. 흡인 펌프(27)는 흡인한 폐액을, 드레인 튜브 등을 통해 도면에 도시되어 있지 않은 폐액 저장 탱크에 배출한다.
잉크젯 헤드(6)의 토출면(6a)을 와이핑하는 섬유 부재, 발포 부재 또는 고무와 같은 탄성 부재 등으로 이루어질 수 있는 와이핑 유닛으로서 와이퍼 블레이드(28)가 홀더(23)의 측방에서 블레이드 아암(29)에 탑재된다. 블레이드 아암(29)은 요동가능하게 설치되고 도면에 도시되어 있지 않은 구동 유닛으로 회전되는 캠의 회전에 의해서 요동된다.
잉크 카트리지(7)에 관해서는 도 2 및 도 3를 참조하여 설명한다. 여기서, 도 2는 잉크젯 기록 장치에 장전하기 전의 잉크 카트리지의 외관 사시도이며, 도 3은 잉크 카트리지의 정면 단면도이다.
잉크 카트리지(7)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 카트리지 본체(41) 안에 소정 잉크를 흡수시킨 잉크 흡수체(42)를 수용한다. 카트리지 본체(41)는 케이스(43)의 넓은 상부 개구에 덮개 부재(44)를 접착 또는 용착하여 형성된 것이며, 예컨대 주조물일 수 있다. 그리고, 잉크 흡수체(42)는, 우레탄 발포체와 같은 다공질체로 이루어지며, 잉크는 카트리지 본체(41) 안으로 압축 삽입된 후 흡수된다.
카트리지 본체(41)의 케이스(43)의 바닥에는 기록 헤드(6)로 잉크를 공급하기 위한 잉크 공급구(45)가 형성되어 있으며, 이 잉크 공급구(45)의 내주면에는 밀봉 링(46)이 결합되어 있다. 또한, 덮개 부재(44)에는 대기 개방구(47)가 형성되어 있다.
장전 전에 잉크 공급구(45)를 차단하며, 장전될 때, 이송될 때 또는 진공 포장시 넓은 측벽으로 가압될 때 케이스(43)의 압축 변형으로 야기되는 잉크의 누출을 방지하기 위하여, 캡 부재(50)가 카트리지 본체(41)에 부착되어 있다.
대기 개방구(47)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 산소 투과율이 100 ml/m2 이상인 필름형 밀봉 부재(55)를 덮개 부재(44)에 부착함으로써 밀봉된다. 밀봉 부재(55)의 크기는 대기 개방구(47) 뿐만 아니라 그 주위에 형성된 복수 라인의 홈(48)을 커버하도록 조절된다. 대기 개방구(47)를 산소 투과율이 100 ml/m2 이상인 밀봉 부재(55)로 밀봉하고, 잉크 카트리지(7)를 알루미늄 라미네이트 필름 등의 비다공성 포장 부재로 감압 상태에서 포장함으로써, 잉크 충전시 또는 잉크 흡수체(42) 및 카트리지 본체(41)의 사이에 형성된 공간(A)(도 3 참조)에 있는 대기로 인하여 기체가 잉크 중에 용존할 때에도, 밀봉 부재(55)를 통해 잉크 중의 공기가 카트리지 본체(41) 및 포장 부재의 사이의 고진공 공간에 배출되어, 잉크의 탈기도가 향상된다.
도 4에는, 기록액을 수용한 기록액 수용부 및 기록액의 잉크 액적을 토출시키는 헤드가 장착된 기록 카트리지의 구성예가 도시되어 있다.
기록 유닛(30)은 직렬형으로서, 주요부는 잉크젯 헤드(6), 이 잉크젯 헤드(6)로부터 공급되는 기록액을 수용하는 잉크 탱크(41) 및 이 잉크 탱크(41) 안을 밀폐하는 캡 부재로 구성된다. 잉크젯 헤드(6)에는, 기록액을 토출하기 위한 다수의 노즐(32)이 형성되어 있다. 기록액은 잉크 탱크(41)부터 잉크 공급관(도시되어 있지 않음)을 통해 공통 액실(도면에 도시되어 있지 않음)로 유도되고, 전극(31)에 의하여 입력되는 기록 장치 본체로부터의 전기 신호에 따라서 노즐(32)로부터 토출된다. 이러한 타입의 기록 유닛은, 구조적으로, 소위 서멀 방식 또는 버블 방식이라고 불리는 열에너지를 동력원으로 하는 저렴한 헤드에 알맞다.
본 발명의 기록용 잉크는, 버블 또는 서멀 방식 등의 기록 방법에 있어서, 열 소자로의 습윤성이 개선되므로, 소량의 첨가로도 잉크의 토출 안정성 및 주파수 안정성을 얻을 수 있고 안전성이 높아 매우 적합하다.
이상, 직렬형 잉크젯 기록 장치만을 예로 들었으나, 본 발명의 기록액은, 노즐을 지그재그 등 임의의 순서로 배열하고 화상의 해상도와 동일하거나 수분의 1 정도의 밀도로 집적하며 기록 매체의 폭 이상으로 배열시킨 라인형 헤드가 장착된 잉크젯 기록 장치에 적용하는 것도 가능하다.
여기서 말하는 기록 장치는, PC 또는 디지털 카메라용의 출력 프린터 뿐만 아니라 팩시밀리, 스캐너 및 전화를 조합한 복합 기능 장치일 수 있다.
(잉크 기록물)
본 발명의 잉크젯 기록 장치 및 잉크젯 기록 방법에 의하여 기록된 잉크 기록물이 본 발명의 잉크 기록물이다. 본 발명의 잉크 기록물은 본 발명의 기록용 잉크에 의하여 기록 매체에 형성된 화상을 포함한다.
기록 매체는 제한 없이 선택될 수 있으며, 예에는 보통지, 광택지, 특수지, 천, 필름, 오버헤드 프로젝션(OHP) 시트 등이 포함된다. 이들은 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다.
잉크 기록물은 번짐 없이 우수한 안정성 및 고품질의 화상이 기록되는 재료로서 여러가지 목적으로 적합하게 사용될 수 있다.
본 발명은 종래의 문제를 해결할 수 있으며, 인쇄시 헤드 막힘 없이 토출 안정성이 우수하여 내수성 및 내광성 등과 같은 화상 견뢰도가 양호한 이미지를 생성하고 전용 기록지 뿐만 아니라 보통지에서도 색조가 양호한 고품질 화상을 얻을 수 있는 기록용 잉크, 이 기록용 잉크를 사용하는 잉크 카트리지, 잉크젯 기록 장치, 잉크젯 기록 방법 밍 잉크 기록물을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 설명하나, 이들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 모든 백분율 및 부는 달리 명시하지 않는 한 질량에 의한 것이다.
실시예
(실시예 1)
<밀 베이스 조성>
ㆍ 실리카/디스아조 옐로우 복합 안료 ㆍㆍㆍ 16 부
(무기 안료 입자/유기 안료의 질량비 1/1, 일차 입자 17 nm, Toda Kogyo Corp. 제조)
ㆍ 비이온성 계면활성제로서 하기 구조식으로 표현되는 폴리옥시에틸렌 라우릴에테르 ㆍㆍㆍ 6 부
C12H25-O-(CH2CH2O)43H
ㆍ 이온 교환수 ㆍㆍㆍ 78 부
<잉크 조성>
ㆍ 상기 제조된 밀 베이스 ㆍㆍㆍ 100 부
ㆍ VONCOAT 4001 ㆍㆍㆍ 8 부
(최저 막 형성 온도 5℃, 체적 평균 입자 직경 100 nm, 고형분 50 질량%인, Dainippon Ink And Chemicals, Inc. 제조의 아크릴계 수성 에멀젼)
ㆍ 글리세린 ㆍㆍㆍ 10 부
ㆍ 트리에틸렌 글리콜 ㆍㆍㆍ 25 부
ㆍ 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 ㆍㆍㆍ 4 부
ㆍ 하기 구조식으로 표현되는 계면활성제 ㆍㆍㆍ 4 부
C13H27-O-(CH2CH2O)3CH2COONa
ㆍ Proxel LV (방부제/항진균제) ㆍㆍㆍ 0.2 부
ㆍ 이온 교환수 ㆍㆍㆍ 48.8 부
다음으로, 폴리옥시에틸렌 라우릴에테르를 이온 교환수에 용해하고, 상기 안료를 혼합하고 만족한 정도로 습윤시켰다. 직경 0.5 mm의 지르코니아 비드를 혼련 장치로서 스위스 W.A. Bachofen사의 DYNO-Mill KDL A 형에 충전하고, 2000 rpm에서 2시간 혼련-혼합하여 밀 베이스를 얻었다. 이 색재 안료의 체적 평균 입자 직경을 측정한 바 20 nm였다. 평균 입자 직경은 Microtrac, Inc.사의 UPA 150으로 측정하였다.
다음으로, VONCOAT 4001, 글리세린, 트리에틸렌 글리콜, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 상기 구조식으로 표현되는 계면활성제, 트리에탄올 아민 및 Proxel LV를 이온 교환수에 용해하여 비히클을 제조하고, 이것을 밀 베이스와 혼합한 다음, 평균 공극 직경 1 ㎛의 Tefron™-제조 필터로 여과하여 잉크젯 기록용 옐로우 잉크를 제조하였다.
(실시예 2)
VONCOAT 4001을 HYDRAN HW-940으로 대체한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 밀 베이스 및 잉크 조성을 사용하여, 실시예 1과 유사하게 잉크젯 기록용 옐로우 잉크를 제조하였다.
HYDRAN HW-940은, 최저 막 형성 온도가 0℃이고 체적 평균 입자 직경이 20 nm이며 고형분이 50 질량%인, Dainippon Ink And Chemicals, Inc 제조의 폴리에스테르 우레탄 수성 이오노머이다.
(실시예 3)
VONCOAT 4001을 WEM-321U로 대체한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 밀 베이스 및 잉크 조성을 사용하여, 실시예 1과 유사하게 잉크젯 기록용 옐로우 잉크를 제조하였다.
WEM-321U는 아크릴-우레탄-코어셸형 수성 에멀젼으로서 인쇄 및 건조 후 자기가교성을 갖는다. 이것은 최저 막 형성 온도가 10℃이고 체적 평균 입자 직경이 100 nm이며 고형분이 38 질량%이고 아크릴/우레탄 비가 50/50인, Taisei Finechemical Co., Ltd 제품이다.
(실시예 4)
<밀 베이스 조성>
ㆍ 실리카/퀴나크리돈 C.I. 피그먼트 레드 122 복합 안료 ㆍㆍㆍ 18 부
(무기 안료 입자/유기 안료의 질량비 1/1, 일차 입자 직경 16 nm, Toda Kogyo Corp. 제조)
ㆍ 하기 구조식으로 표현되는 음이온계 계면활성제 ㆍㆍㆍ 8 부
Figure 112007028268670-pct00011
ㆍ 이온 교환수 ㆍㆍㆍ 74 부
<잉크 조성>
ㆍ 상기 제조된 밀 베이스 ㆍㆍㆍ 100 부
ㆍ VONCOAT 4001 ㆍㆍㆍ 5 부
(최저 막 형성 온도가 5℃이고, 체적 평균 입자 직경이 100 nm이며, 고형분 50 질량%인, Dainippon Ink And Chemicals, Inc. 제조의 아크릴계 수성 에멀젼)
ㆍ 글리세린 ㆍㆍㆍ 10 부
ㆍ 1,3-부탄디올 ㆍㆍㆍ 30 중량부
ㆍ 2-에틸-1,3-헥산디올 ㆍㆍㆍ 4 부
ㆍ 하기 구조식으로 표현되는 계면활성제 ㆍㆍㆍ 4 부
C13H27-(OCH2CH2)8OH
ㆍ 2-아미노-2-에틸-1,3 프로판디올 ㆍㆍㆍ 0.3 부
ㆍ Proxel LV (방부제/항진균제) ㆍㆍㆍ 0.2 부
ㆍ 이온 교환수 ㆍㆍㆍ 46.5 부
다음으로, 밀 베이스 조성에 따라, 체적 평균 입자 직경이 60 nm인 색재 안료의 밀 베이스를 실시예 1과 유사한 방법으로 제조하였다. VONCOAT 4001, 글리세린, 1,3-부탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 상기 구조식으로 표현되는 계면활성제, 2-아미노-2-에틸-1,3 프로판디올 및 Proxel LV를 이온 교환수에 용해하여 비히클을 제조하였다. 이후 이 비히클을 밀 베이스와 혼합하고, 평균 공극 직경 1 ㎛의 Tefron™-제조 필터로 여과하여 잉크젯 기록용 마젠타 잉크를 얻었다.
(실시예 5)
VONCOAT 4001을 HYDRAN HW-940로 대체한 것을 제외하고 실시예 4와 동일한 밀 베이스 및 잉크 조성을 사용하여, 실시예 4와 유사하게 잉크젯 기록용 마젠타 잉크를 제조하였다.
HYDRAN HW-940은, 최저 막 형성 온도가 0℃이고 체적 평균 입자 직경이 20 nm이며 고형분이 50 질량%인, Dainippon Ink And Chemicals, Inc 제조의 폴리에스테르 우레탄 수성 이오노머이다.
(실시예 6)
VONCOAT 4001을 WEM-321U로 대체한 것을 제외하고 실시예 4와 동일한 밀 베이스 및 잉크 조성을 사용하여, 실시예 4와 유사하게 잉크젯 기록용 마젠타 잉크를 제조하였다.
WEM-321U는 아크릴-우레탄-코어셸형 수성 에멀젼으로서 인쇄 및 건조 후 자 기가교성을 갖는다. 이것은 최저 막 형성 온도가 10℃이고 체적 평균 입자 직경이 100 nm이며 고형분이 38 질량%이고 아크릴/우레탄 비가 50/50인, Taisei Finechemical Co., Ltd 제품이다.
(실시예 7)
<복합 안료 표면의 설폰화>
실리카/프탈로시아닌 C.I. 피그먼트 블루 15:3 복합안료(무기 안료 입자/유기 안료의 질량비 = 1/1, 일차 입자 직경 16 nm, Toda Kogyo Corp 제조) 150 부를, 설폴란 400 ml에 잘 혼합하였다. 이후, 이것을 비드밀로 차등 산란시키고, 아미도황산 15 부를 첨가하고 140∼150℃에서 10시간 동안 교반하였다.
얻어진 슬러리를 이온 교환수 1000 ml에 투입하고, 표면 처리한 실리카/프탈로시아닌 C.I. 피그먼트 블루 15:3 복합 안료의 습윤 케이크를 12000 rpm에서 원심분리기로 얻었다. 카본 블랙 습윤 케이크를 2000 ml의 이온 교환수 중에 재분산시키고 수산화리튬으로 pH를 조정하고 한외여과에 의하여 탈염 및 농축하고 안료 농도 15%의 카본 블랙 분산액을 얻었다. 이후 이것을 평균 공극 직경이 1 ㎛인 Tefron™-제조 필터로 여과하여, 시안 입자가 분산된 시안 분산액을 제조하였다. 시안 입자의 체적 평균 입자 직경은 90 nm 였다.
<잉크 조성>
ㆍ 상기 제조된 시안 분산액 ㆍㆍㆍ 100 부
ㆍ VONCOAT 4001 ㆍㆍㆍ 5 부
(최저 막 형성 온도가 5℃이고, 체적 평균 입자 직경이 100 nm이며, 고형분 50 질량%인, Dainippon Ink And Chemicals, Inc. 제조의 아크릴계 수성 에멀젼)
ㆍ 글리세린 ㆍㆍㆍ 10 부
ㆍ 1,3-부탄디올 ㆍㆍㆍ 30 부
ㆍ 2-에틸-1,3-헥산디올 ㆍㆍㆍ 4 부
ㆍ 하기 구조식으로 표현되는 계면활성제 ㆍㆍㆍ 4 부
C13H27-(OCH2CH2)8OH
ㆍ 2-아미노-2-에틸-1,3 프로판디올 ㆍㆍㆍ 0.3 부
ㆍ Proxel LV (방부제/항진균제) ㆍㆍㆍ 0.2 부
ㆍ 이온 교환수 ㆍㆍㆍ 46.5 부
다음으로, VONCOAT 4001, 글리세린, 1,3-부탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 상기 구조식으로 표현되는 계면활성제, 2-아미노-2-에틸-1,3 프로판디올 및 Proxel LV를 이온 교환수에 용해하여 비히클을 제조하였다. 이후 이 비히클을 시안 분산액과 혼합하고, 평균 공극 직경이 1 ㎛인 Tefron™-제조 필터로 여과하여 잉크젯 기록용 시안 잉크를 얻었다.
(실시예 8)
VONCOAT 4001을 HYDRAN HW-940로 대체한 것을 제외하고 실시예 7과 유사한 밀 베이스 및 잉크 조성을 사용하여, 실시예 7과 유사하게 잉크젯 기록용 시안 잉크를 제조하였다.
HYDRAN HW-940은, 최저 막 형성 온도가 0℃이고 체적 평균 입자 직경이 20 nm이며 고형분이 50 질량%인, Dainippon Ink And Chemicals, Inc 제조의 폴리에스테르 우레탄 수성 이오노머이다.
(실시예 9)
VONCOAT 4001을 WEM-321U로 대체한 것을 제외하고 실시예 7과 동일한 밀 베이스 및 잉크 조성을 사용하여, 실시예 7과 유사하게 잉크젯 기록용 시안 잉크를 제조하였다.
WEM-321U는 아크릴-우레탄-코어셸형 수성 에멀젼으로서 인쇄 및 건조 후 자기가교성을 갖는다. 이것은 최저 막 형성 온도가 10℃이고 체적 평균 입자 직경이 100 nm이며 고형분이 38 질량%이고 아크릴/우레탄 비가 50/50인, Taisei Finechemical Co., Ltd 제품이다.
(실시예 10)
<밀 베이스 조성>
ㆍ 실리카/카본 블랙 복합 안료 ㆍㆍㆍ 18 부
(무기 안료 입자/카본 블랙의 질량비 = 1/2, 일차 입자 18 nm, Toda Kogyo Corp. 제조)
ㆍ 폴리옥시에틸렌 라우릴에테르(하기 구조식으로 표현되는 비이온성 계면활성제) ㆍㆍㆍ 8 부
C12H25-O-(CH2CH2O)43H
ㆍ 이온 교환수 ㆍㆍㆍ 74 부
실시예 1과 유사한 잉크 조성을 사용하여 실시예 1과 유사하게 잉크젯 기록용 블랙 잉크를 제조하였다.
(비교 실시예 1)
실시예 1과 유사한 밀 베이스를 사용하여 밀 베이스를 제조한 후, VONCOAT 4001을 Pesresin A-520으로 대체한 것을 제외하고 실시예 1과 유사한 잉크 조성을 사용하여, 실시예 1과 유사하게 잉크젯 기록용 마젠타 잉크를 제조하였다.
Pesresin A-520은 폴리에스테르-개질된 수성 용융 수지이고 그 유리 전이 온도(Tg)는 55℃이다. (고형분 30%, Takamatsu Oil & Fat Co., Ltd) 이것은 수중에 분산되어 있으므로, Pesresin A-520은 중합체 입자 또는 에멀젼으로 생각해서는 안된다.
(비교 실시예 2)
<밀 베이스 조성>
ㆍ 프탈로시아닌 C.I. 피그먼트 블루 15:3 (ECB-301, Dainichiseika Color & Chemicals Mfg. Co., Ltd.) ㆍㆍㆍ 12 부
ㆍ 하기 구조식으로 표현되는 음이온계 계면활성제 ㆍㆍㆍ 5 부
Figure 112007028268670-pct00012
ㆍ 이온 교환수 ㆍㆍㆍ 83 부
다음으로, 상기 밀 베이스 조성을 사용하여 실시예 1과 유사하게 체적 평균 입자 직경이 100 nm인 밀 베이스를 제조하고 실시예 1과 유사한 방법 및 잉크 조성 으로 잉크젯 기록용 시안 잉크를 제조하였다.
(비교 실시예 3)
<잉크 조성>
ㆍ C.I. 산 레드 52 (수용성 염료) ㆍㆍㆍ 3 부
ㆍ 글리세린 ㆍㆍㆍ 5 부
ㆍ 디에틸렌 글리콜 ㆍㆍㆍ 15 부
ㆍ 2-에틸-1,3-헥산디올 ㆍㆍㆍ 2 부
ㆍ 하기 화학식 7로 표현되는 아세틸렌 계면활성제 ㆍㆍㆍ 2 부
화학식 7
Figure 112007028268670-pct00013
(상기 화학식 7에서, 각 p 및 q는 10∼12의 정수임)
ㆍ 데히드로아세트산나트륨 ㆍㆍㆍ 0.2 부
ㆍ 이온 교환수 ㆍㆍㆍ 72.8 부
다음으로, 상기 잉크 조성의 조성물을 교반 및 용해시키고, 10%의 수산화리튬 용액으로 pH를 10으로 조절하였다. 이것을 평균 공극 직경이 0.20 ㎛인 Tefron™-제조 필터로 여과하고 중합체 입자를 사용하지 않은 상이한 색재의 잉크젯 기록용 마젠타 잉크를 제조하였다.
<평가>
다음으로, 각각 얻은 실시예 1∼9 및 비교 실시예 1∼3의 기록용 잉크의 여러가지 특성을 하기와 같이 평가하였다. 결과는 표 1에 나타내었다.
[1] 표면 장력 측정
실시예 및 비교 실시예의 각 기록용 잉크의 표면 장력은 Kyowa Interface Science Co., Ltd 제조 CBVP-Z형으로 측정하였다.
[2] pH 측정
실시예 및 비교 실시예의 각 기록용 잉크의 pH는 Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd 제조 pH BOY-P2로 측정하였다.
[3] 토출 안정성 평가
실시예 및 비교 실시예의 각 기록용 잉크를, Ricoh Company, Ltd 제조 잉크젯 프린더 IPSIO G 707에 공급하였다. 작동 동안 캡핑이나 클리닝 없이 인쇄가 중지되었을 때의 회복능을 조사하고, 분사 방향이 어긋나거나 토출 잉크 액적의 질량이 변화하는 데 걸리는 시간(초)의 면에서 각 회복능을 하기의 표준에 의하여 평가하였다.
<평가 기준>
A : 600초 이상
B : 60초 이상, 600초 미만
C : 60초 미만
[4] 채도 측정
실시예 및 비교 실시예의 각 기록용 잉크를, Ricoh Company, Ltd 제조 잉크젯 프린터 IPSIO G 707에 공급하고, 각 솔리드 화상을 원패스로 인쇄하였다. 인쇄 시험에는 보통지를 사용하였다. 인쇄물을 건조한 후, 각 명도 값을 X-Rite사 제조의 반사형 컬러 분광 측색 농도계로 측정했다. Japan Color Version 2의 채도 값(옐로우: 91.34, 마젠타: 74.55, 시안: 62.82)에 대한 각 측정 채도 값의 비율을 계산하고 하기 표준에 의하여 평가하였다.
<인쇄 시험용지>
보통지: NBS Ricoh., Ltd사 제조 My Papeer SA
Fuji Xerox Office Supply사 제조 XEROX 4024
Canon Inc사 제조 PB Paper
<평가 기준>
A: 0.8 이상
B: 0.7 이상 0.8 미만
C: 0.7 미만
[5] 긁힘 내성
채도 측정과 유사한 방법으로 광택지에 생성한 화상 샘플의 각 인쇄 부분을, Crock Meter CM-1(TOYO SEIKI Seisaku-sho, Ltd 제조)에 의하여 하중 900 g에서 백면포를 사용하여 5회 왕복 마찰하였다. 이후 각 샘플을 육안으로 관찰하고 하기 표준에 의하여 평가하였다.
<인쇄 시험용지>
광택지: Seiko Epson Corporation사 제조 PM Print Paper(광택),
Canon Inc사 제조 Professional Photo Paper PR-101
<평가 기준>
A: 화상 탈락 및 화상 주위의 번짐이 거의 없음
B: 화상 탈락은 적지만, 화상 주위에 번짐이 관찰될 수 있음
C: 화상 탈락 및 화상 번짐이 현저함
[6] 내수성
채도 측정과 유사한 방법으로 보통지 상에 생성한 각 화상 샘플 인쇄부에, 물방울을 적하하였다. 이후 잉크 기록물의 각 상태를 육안으로 관찰하고 하기 표준에 의하여 평가하였다.
<평가 기준>
A: 변화 없음
B: 물방울을 적하한 인쇄 부분의 주위에 마크(워터 마크)가 관찰됨
C: 물방울을 적하한 인쇄 부분의 주위가 번짐
[7] 내광성 평가
채도 측정과 유사한 방법으로 생성한 각 화상 샘플을, Atlas Weatherometer Ci35AW를 사용하여 24시간 동안 70℃, 50% RH, 블랙 패널 온도 89℃에서, 옥외 태양에 필적하는 크세논 방사도 0.35 W/m2(340 nm)로 조사하였다. 조사 전후의 퇴색 및 변색을 하기에 나타낸 표준으로 평가하였다.
<평가 기준>
A: 거의 동일
B: 변화는 있으나 허용할 수 있음
C: 퇴색 및 변색의 정도가 큼
[1]표면장력 (mNm) [2]pH [3]토출 안정성 [4]채도 [5]긁힘 내성 [6]내수성 [7]내광성
실시예 1 31.7 7.6 B A A A A
실시예 2 30.1 7.9 B A A A A
실시예 3 30.5 7.2 B A A A A
실시예 4 30.9 8.9 A A A A A
실시예 5 31.3 9.2 A A A A A
실시예 6 31.0 9.0 A A A A A
실시예 7 32.3 9.2 A A A A A
실시예 8 31.9 9.7 A A A A A
실시예 9 31.5 10.0 A A A A A
실시예 10 30.9 8.1 B A A A A
비교예 1 31.6 8.8 B A C B A
비교예 2 32.0 9.5 B C A A A
비교예 3 30.9 8.8 A A A C C
표 1의 결과로부터, 실시예 1∼9에 나타낸 바와 같은 중합체 입자를 포함하는 복합 안료 잉크를 사용함으로써, 유기 안료 잉크에 필적하는 내광성, 염료 잉크에 필적하는 선명함 및 내마모성 또는 내수성 색고정에 대한 높은 신뢰성을 갖는 기록용 잉크 및 이 기록용 잉크를 이용한 잉크 기록물을 얻을 수 있다.

Claims (21)

  1. 색재 입자, 중합체 입자, 수용성 용매 및 물을 포함하는 기록용 잉크로서, 상기 색재 입자가 유기 안료 및 카본 블랙 중 하나로 코팅된 무기 안료 입자이고, 카르복실기, 카르보닐기, 설폰기 및 히드록실기 중 하나가 색재 입자의 표면 상에 결합되고, 색재 입자는 수중에 분산되어 있는 것인 기록용 잉크.
  2. 제1항에 있어서, 무기 안료 입자가 이산화티탄 입자, 실리카 입자, 알루미나 입자, 산화철 입자, 수산화철 입자 및 산화주석 입자로부터 선택되는 것인 기록용 잉크.
  3. 제1항에 있어서, 유기 안료가 아닐린 블랙 안료, 프탈로시아닌 안료, 퀴나크리돈 안료, 모노아조 옐로우 안료, 디스아조 옐로우 안료 및 복소환 옐로우 안료로부터 선택되는 하나를 포함하는 것인 기록용 잉크.
  4. 제1항에 있어서, 색재 입자가 수중에 분산되어 있고, 물은 1종 이상의 음이온계 계면활성제 및 비이온계 계면활성제를 포함하는 것인 기록용 잉크.
  5. 제4항에 있어서, 음이온계 계면활성제가 하기 화학식 1로 표현되는 화합물인 것인 기록용 잉크:
    화학식 1
    Figure 112008074041389-pct00014
    상기 화학식 1에서, R1은 알킬기, 벤질기, 스티릴기 또는 디스티릴기이고, R2는 수소 원자, 알킬기, 벤질기 또는 스티릴기이며, j는 5∼20의 정수이고, M1은 알칼리 금속, 암모늄, 포스포늄 또는 알칸올아민이다.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 색재 입자의 체적 평균 입자 직경이 5∼100 nm인 것인 기록용 잉크.
  8. 제1항에 있어서, 중합체 입자가 기록 매체에 인쇄후 막 형성능을 가지며, 중합체 입자의 최저 막 형성 온도가 30℃ 이하인 것인 기록용 잉크.
  9. 제1항에 있어서, 중합체 입자가 기록 매체에 인쇄후 자기가교성을 갖는 것인 기록용 잉크.
  10. 제1항에 있어서, 중합체 입자의 체적 평균 입자 직경이 5∼200 nm인 것인 기록용 잉크.
  11. 제1항에 있어서, 수용성 용매가 글리세린, 디에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 3-메틸-1,3-부탄디올에서 선택되는 1종 이상인 것인 기록용 잉크.
  12. 제1항에 있어서, 기록용 잉크가 탄소수 8 이상의 폴리올 화합물 및 글리콜 에테르 화합물 중 하나를 포함하는 것인 기록용 잉크.
  13. 제1항에 있어서, 기록용 잉크가 pH 조절제를 포함하고, pH 조절제가 알콜 아민, 알칼리 금속 수산화물, 수산화암모늄, 수산화포스포늄 및 알칼리 금속 탄산염에서 선택되는 1종 이상이며, pH가 7 이상 11 미만인 것인 기록용 잉크.
  14. 제1항에 있어서, 표면 장력이 35 mN/m 이하인 것인 기록용 잉크.
  15. 제1항에 있어서, 기록용 잉크가 시안 잉크, 마젠타 잉크, 옐로우 잉크 및 블랙 잉크에서 선택되는 하나인 것인 기록용 잉크.
  16. 용기 및 상기 용기에 함유되어 있는 기록용 잉크를 포함하는 잉크 카트리지로서, 상기 기록용 잉크가 적어도 색재 입자, 중합체 입자, 수용성 용매 및 물을 포함하고, 상기 색재 입자가 유기 안료 및 카본 블랙 중 하나로 코팅된 무기 안료 입자이고, 카르복실기, 카르보닐기, 설폰기 및 히드록실기 중 하나가 색재 입자의 표면 상에 결합되고, 색재 입자는 수중에 분산되어 있는 것인 잉크 카트리지.
  17. 기록용 잉크를 자극함으로써 기록용 잉크 액적을 토출하여 화상을 형성하도록 구성된 잉크 액적 토출 유닛을 구비하는 잉크젯 기록 장치로서, 상기 기록용 잉크가 적어도 색재 입자, 중합체 입자, 수용성 용매 및 물을 포함하고, 상기 색재 입자가 유기 안료 및 카본 블랙 중 하나로 코팅된 무기 안료 입자이고, 카르복실기, 카르보닐기, 설폰기 및 히드록실기 중 하나가 색재 입자의 표면 상에 결합되고, 색재 입자는 수중에 분산되어 있는 것인 잉크젯 기록 장치.
  18. 제17항에 있어서, 자극이 열, 압력, 진동 및 광에서 선택되는 1종 이상인 것인 잉크젯 기록 장치.
  19. 기록용 잉크를 자극함으로써 잉크 액적을 토출하여 화상을 형성하는 것을 포함하는 잉크젯 기록 방법으로서, 상기 기록용 잉크가 적어도 색재 입자, 중합체 입자, 수용성 용매 및 물을 포함하고, 상기 색재 입자가 유기 안료 및 카본 블랙 중 하나로 코팅된 무기 안료 입자이고, 카르복실기, 카르보닐기, 설폰기 및 히드록실기 중 하나가 색재 입자의 표면 상에 결합되고, 색재 입자는 수중에 분산되어 있는 것인 잉크젯 기록 방법.
  20. 제19항에 있어서, 자극이 열, 압력, 진동 및 광에서 선택되는 1종 이상인 것인 잉크젯 기록 방법.
  21. 기록용 잉크를 사용하여 기록 매체 상에 형성된 화상을 포함하는 잉크 기록물로서, 상기 기록용 잉크가 적어도 색재 입자, 중합체 입자, 수용성 용매 및 물을 포함하고, 상기 색재 입자가 유기 안료 및 카본 블랙 중 하나로 코팅된 무기 안료 입자이고, 카르복실기, 카르보닐기, 설폰기 및 히드록실기 중 하나가 색재 입자의 표면 상에 결합되고, 색재 입자는 수중에 분산되어 있는 것인 잉크 기록물.
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