KR100966642B1 - 할로겐 프리 타입의 비전도성 잉크 조성물과 잉크 조성물제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 할로겐 성분의 함량을 최소로 하고, 비전도율이 우수한 잉크 조성물과 잉크 조성물 제조방법에 관한 것으로, 비전도성 수지로서 셀룰로오스 아세테이트 27 ~ 33중량%, 우레탄 수지 18 ~ 22중량%, 폴리에스테르 수지 및 폴리에스텔폴리올의 혼합물 4 ~ 6중량%, 카본블랙 10 ~ 15중량%, 메틸 에틸 케톤, 톨루엔 및 에틸 아세테이트로 이루어진 군에서 하나 이상이 혼합된 용제 26 ~ 32중량% 및 왁스 및 실리카 중 선택된 하나 이상의 첨가제 1 ~ 2중량%가 혼합 구성되어 이루어진 것이다.

잉크, 비전도성, 할로겐

Description

할로겐 프리 타입의 비전도성 잉크 조성물과 잉크 조성물 제조방법{Nonconducting ink composition for halogen free-type and manufacturing method of ink composition}

본 발명은 할로겐 성분의 함량을 최소로 하고, 비전도율이 우수한 잉크 조성물과 잉크 조성물 제조방법에 관한 것이다.

잉크는 색상 및 용도 등에 따라 다른 특성을 갖도록 제작되고, 그 특성을 맞추기 위해 잉크를 이루는 각 성분들의 종류와 배합비가 달라질 수 있지만, 기본적으로 잉크는 색상 표현을 위한 안료와 부착을 위한 수지와 수지를 녹이는 용제를 공통적으로 구성한다.

여기서, 수지는 용제에 녹아 유동성을 갖춘 상태에서 충분히 분산된 안료를 입자별로 각각 코팅하는 것으로, 이렇게 이루어진 잉크 조성물은 도포 대상면에 도포되면 수지가 갖는 전이성(부착성)에 의해 도포 대상면 상에 밀착된다.

한편, 잉크는 프린터, 복사기 및 팩스와 같이 자동으로 인쇄물을 출력하는 전자기기에 사용되는 인쇄용, 전자기기의 케이스를 페인팅하는 포장용, 또는 액정화면의 화면 보호용 등과 같이 전자기기와 관련된 분야에서 널리 활용된다. 따라 서, 상기 잉크는 전자기기의 오작동 방지는 물론 입자 방출시 비말의 유도효율을 높이기 위해 비전도성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전자산업 분야에서도 전자부품과의 간섭을 최소화하기 위해 10⁹Ω을 초과하는 부피저항을 갖는 잉크를 요구하고 있다.

일반적인 잉크는 플라스틱 필름에 인쇄된 상태에서 10⁷Ω의 비교적 낮은 부피저항을 갖는다. 이는 잉크를 구성하는 조성물로서 널리 활용되는 카본블랙이 전도성을 갖는 활성 탄소를 포함하므로, 카본블랙의 전도성이 잉크 전체에 반영되었기 때문이다. 참고로, 카본블랙(carbon black)은 천연가스, 기름, 아세틸렌, 타르, 목재 따위가 불완전 연소를 할 때에 생기는 검정 가루로, 먹, 인쇄 잉크, 페인트 등의 원료로 주로 사용되며, 카본블랙의 종류와 화학적 구성은 널리 알려져 있다.

종래에는 잉크 조성물이 갖는 비전도성을 향상시키기 위해 카본블랙 입자를 비전도성 재질의 수지로 개별 코팅하여 부피저항을 최대한 증가시킨 잉크 조성물이 개발되었다. 그런데, 상기 잉크 조성물을 제작하기 위해 사용되는 비전도성 재질의 수지는 폴리비닐클로라이드(PVC) 수지처럼 할로겐 성분이 포함되면서 인체에 유해함은 물론, 종래 잉크 조성물로 인쇄된 인쇄물을 소각 또는 처리하는 과정에서 환경오염을 유발할 수 있는 물질이 배출되었다.

이에, 카본블랙의 전도성을 제한하는 한편 비할로겐 성분의 수지를 포함하면서도 인쇄성, 부착성, 광택 및 농도 등과 같은 잉크의 특성은 그대로 유지하는 잉 크 조성물이 시급히 요구되었다. 그러나, 오염물을 최소화하면서 카본블랙을 포함하는 잉크의 부피저항을 전자산업에서 요구하는 기준에 맞춰 일반적인 잉크의 부피저항으로부터 100배 이상 증가시키는 것은 기술적으로 매우 어려운 것이었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 안출된 것으로, 잉크의 특성을 그대로 유지하면서, 인체와 환경에 유해한 할로겐 성분은 제거되고, 전자기기와의 반응을 최소화하기 위해 비전도성은 향상된 할로겐 프리 타입의 비전도성 잉크 조성물과 잉크 조성물 제조방법의 제공을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

비전도성 수지로서 셀룰로오스 아세테이트 27 ~ 33중량%, 우레탄 수지 18 ~ 22중량%, 폴리에스테르 수지 및 폴리에스텔폴리올의 혼합물 4 ~ 6중량%, 카본블랙 10 ~ 15중량%, 메틸 에틸 케톤, 톨루엔 및 에틸 아세테이트로 이루어진 군에서 하나 이상이 혼합된 용제 26 ~ 32중량% 및 왁스 및 실리카 중 선택된 하나 이상의 혼합첨가제 1 ~ 2중량%가 혼합 구성되어 이루어진 할로겐 프리 타입의 비전도성 잉크 조성물을 제공한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

셀룰로오스 아세테이트를 27 ~ 33중량%, 카본블랙 10 ~ 15중량%, 메틸 에틸 케톤와 톨루엔과 에틸 아세테이트의 혼합용제 6 ~ 8중량%, 왁스 또는 실리카 중 선택된 하나 이상의 첨가제 1 ~ 2중량% 및 폴리에스테르 수지와 폴리에스텔폴리올의 혼합물 4 ~ 6중량%를 믹서에 혼합하여 1 ~ 2시간 동안 교반하는 제1단계;

제1단계에서 교반된 혼합물을 900 ~ 1000RPM으로 동작하는 분산기를 이용해 4 ~ 5시간 동안 분산하는 제2단계; 및

제2단계에서 분산된 혼합물에 우레탄 수지 18 ~ 22중량%, 메틸 에틸 케톤와 톨루엔과 에틸 아세테이트의 혼합용제 20 ~ 24중량%를 추가 혼합하여 교반하는 제3단계;

로 이루어진 할로겐 프리 타입의 비전도성 잉크 조성물 제조방법을 제공한다.

상기의 본 발명은, 카본블랙 입자를 고르게 분산시킨 후 비전도성 수지로 코팅하면서 잉크 조성물의 농도 및 접착력이 향상되고, 상기 비전도성 수지는 유해물질의 일종인 할로겐 성분의 함량을 최소로 하여 인체와 환경에 무해함은 물론 카본블랙이 갖는 전도성을 효율적으로 차단할 수 있어, 이러한 조성물로 제작된 잉크는 민감한 전자기기와의 간섭을 최소로 하고, 이를 통해 전자기기의 오작동을 방지하는 효과가 있다.

주지된 바와 같이, 할로겐(Halogen)은 주기율표상 7족 원소로, 이들 중 유해한 오염물질로 제한을 받는 것은 브롬(Br; Bromine)과 염소(Cl; Chlorine) 등이다. 참고로, 브롬과 염소의 허용농도는 [표 1]과 같다.

대상	허용치
브롬(Br)	800ppm(0.08%)
염소(Cl)	800ppm(0.08%)
브롬과 염소 혼합	1000ppm(0.10%)

[표 1]에서 보인 할로겐 성분의 허용치를 보면 알 수 있듯이, 각종 조성물을 합성 생산함에 있어, 상기 할로겐 성분은 가능한 최소량만 사용하도록 제한된다. 그러나, 할로겐 성분이 배제된 잉크 조성물은 분산성과 발색성이 현저히 저하되므로, 본 발명에 따른 잉크 조성물은 폴리비닐클로라이드(PVC)를 대체해서, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스텔폴리올, 셀룰로오스 아세테이트 중 선택된 하나 이상의 비전도성 수지를 카본블랙 입자의 코팅제로 활용한다. 이때, 예시된 상기 비전도성 수지는 셀룰로오스 아세테이트 27 ~ 33중량%, 우레탄 수지 18 ~ 22중량%, 폴리에스테르 수지 및 폴리에스텔폴리올의 혼합물 4 ~ 6중량%로 혼합되며 그 혼합 순서는 후술하는 바와 같다.

이렇게 준비된 비전도성 수지 중 우선 셀룰로오스 아세테이트 27 ~ 33중량%, 폴리에스테르 수지 및 폴리에스텔폴리올의 혼합물 4 ~ 6중량%를 흑색안료인 카본블랙 입자의 코팅을 위해 카본블랙 10 ~ 15중량%와 서로 혼합한다. 한편, 본 발명에 따른 잉크 조성물은 전도도를 낮추기 위해 비전도성 첨가제를 더 혼합한다. 이러한 첨가제로 왁스, 실리카 또는 이들의 혼합물이 적용 실시될 수 있고, 분말형태를 이루면서 카본블랙 입자 사이에 위치되도록 한다. 결국, 비전도성 첨가제는 카본블랙 입자 간의 간격을 강제로 이격시키면서 카본블랙 입자 간의 전도를 방해하여 잉크 조성물의 부피저항을 높인다. 상기 비전도성 첨가제는 1 ~ 2중량% 사용된다. 또한 용제로서 메틸 에틸 케톤와 톨루엔과 에틸 아세테이트로 이루어진 군에서 하나 이상이 혼합된 용제 6 ~ 8중량%가 추가된다.

상기 카본블랙 분말, 비전도성 수지로서 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에스테르 수지 및 폴리에스텔폴리올의 혼합물, 비전도성 첨가제로서 왁스, 실리카 또는 이들의 혼합물 및 용제로서 메틸 에틸 케톤와 톨루엔과 에틸 아세테이트로 이루어진 군에서 하나 이상이 혼합된 용제의 혼합은 믹서에서 약 1 ~ 2시간 동안 이루어지며, 이를 통해 카본블랙 입자와 비전도성 첨가제는 비전도성 수지로 충분히 코팅된다.

계속해서, 상기 혼합물은 분산기에 투입되어 900 ~ 1000RPM으로 4 ~ 5시간 동안 분산된다. 이렇게 분산된 혼합물은 카본블랙 입자 및 비전도성 첨가제 입자 간의 뭉침 없이 고른 분포를 이루면서, 본 발명에 따른 잉크의 색감이 균일하게 표현되도록 한다.

전술한 분산과정이 완료되면, 분산과정에서 완화된 점성을 보완하여 물성이 유지되도록 우레탄 수지18 ~ 22중량%와 메틸 에틸 케톤와 톨루엔과 에틸 아세테이트로 이루어진 군에서 하나 이상이 혼합된 용제 20 ~ 24중량%를 추가로 혼합한다.

이러한 과정을 통해 조성된 잉크 조성물은 잉크로서 요구되는 특성은 그대로 유지하면서, 전도도가 현저히 저하되고 할로겐 성분이 최소화된다.

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본 발명의 잉크 조성물에서 메틸 에틸 케톤와 톨루엔과 에틸 아세테이트로 이루어진 군에서 하나 이상이 혼합된 용제의 총 비율은 26 ~ 32중량%가 된다.

이상 설명한 본 발명에 따른 잉크 조성물의 구성을 기반으로 이하에서 구체적인 실시예를 설명하되, 본 발명에 따른 잉크 조성물이 하기 실시예에 한정하는 것은 아니다.

[실시예]

비전도성 수지의 일종인 셀룰로오스 아세테이트 30g과, 카본블랙 13g과, 용제의 일종인 메틸 에틸 케톤과 톨루엔과 에틸 아세테이트이 4:4:2 중량비율로 혼합된 혼합용제를 7g을 혼합한다. 한편, 비전도성 첨가제인 왁스와 실리카를 1:1 비율로 혼합한 혼합첨가제 1g과, 폴리에스테르수지와 폴리에스텔폴리올을 1:1 비율로 혼합한 혼합수지를 5g을 투입한다.

여기서, 셀룰로오스 아세테이트는 카본블랙의 기존 코팅 수지인 PVC를 대신해 분산성을 보완하기에 적절한 것으로, 할로겐 성분을 포함하는 PVC는 우수한 잉크 조성물을 형성하기 위해 필수조건인 입자의 분산성을 갖도록 하는 주요 성분이다.

이렇게 조성된 혼합물을 1 ~ 2시간 동안 믹서를 이용해 교반하여 1차 혼합물을 완성한다. 이러한 과정을 통해 카본블랙 입자는 비전도성 수지에 코팅되어서, 자체 전도도가 크게 저하된다.

1차 혼합물이 완성되면, 분산을 위해 1차 혼합물을 분산기에 넣고 900 ~ 1000RPM으로 4 ~ 5시간 동안 최소 4회 작업하여 2차 혼합물을 완성한다.

이렇게 완성된 2차 혼합물에 우레탄 수지 20g, 메틸 에틸 케톤과 톨루엔과 에틸 아세테이트가 4:4:2 중량비율로 혼합된 혼합용제 22g을 추가 혼합하여 교반한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 잉크 조성물 샘플의 성분검사결과 리포트에 대한 이미지인 바, 아래 [표 2,3]과 더불어 [실시예]에 따라 조성된 잉크 조성물 샘플에 대한 성분검사결과를 설명한다.

원소	단위	검출한계(MDL)	결과
카드뮴(Cd)	mg/kg(ppm)	0.5	미검출
납(Pb)	mg/kg(ppm)	5	미검출
수은(Hg)	mg/kg(ppm)	2	미검출
육가크롬(CrVl)	mg/kg(ppm)	1	미검출

[표 2]는 전술한 [실시예]에 따라 제작된 잉크 조성물 샘플을 공인기관인 SGS Testing Korea Co,Ltd.에 의뢰해 얻은 검사결과로, 본 샘플에는 중금속이 전혀 검출되고 있지 않음을 확인할 수 있다. 여기서, 검출한계(METHOD DETECTION LIMIT; MDL)는 지정된 공정시험방법에 따라 시험하였을 때 바탕용액 농도의 오차범위와 통계적으로 다르게 나타나는 최소의 측정 가능한 농도를 의미한다.

참고로, 카드뮴, 납 및 수은에 대한 검출방법은 'US EPA 3052, US EPA 6010B, ICP' 방식이 적용되었고, 육가크롬에 대한 검출방법은 'US EPA 3060A, US EPA 7196A, UV' 방식이 적용되었다.

원소	단위	검출한계(MDL)	결과
브롬(Br)	mg/kg(ppm)	30	미검출
염소(Cl)	mg/kg(ppm)	30	339
플로린(F)	mg/kg(ppm)	30	미검출
요오드(I)	mg/kg(ppm)	30	미검출

[표 2]는 전술한 [실시예]에 따라 제작된 잉크 조성물 샘플을 공인기관인 SGS Testing Korea Co,Ltd.에 의뢰해 얻은 검사결과로, 본 샘플에서는 브롬, 플로린 및 요오드는 전혀 검출되지 않았고, 염소가 339ppm 검출되었다. 그러나, 검출된 염소의 양은 [표 1]에서 보인 허용치 이하이므로, 본 샘플에 포함된 할로겐 성분은 유해성을 드러낼 정도는 아니다.

참고로, 할로겐 성분에 대한 검출방법은 'EN 14582:2007, IC' 방식이 적용되었다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 잉크 조성물 샘플의 성분검사결과 리포트에 대한 이미지이다.

Claims (2)

1. 비전도성 수지로서 셀룰로오스 아세테이트 27 ~ 33중량%, 우레탄 수지 18 ~ 22중량%, 폴리에스테르 수지 및 폴리에스텔폴리올의 혼합물 4 ~ 6중량%, 카본블랙 10 ~ 15중량%, 메틸 에틸 케톤, 톨루엔 및 에틸 아세테이트로 이루어진 군에서 하나 이상이 혼합된 용제 26 ~ 32중량% 및 왁스 및 실리카 중 선택된 하나 이상의 첨가제 1 ~ 2중량%가 혼합 구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 할로겐 프리 타입의 비전도성 잉크 조성물.
2. 셀룰로오스 아세테이트를 27 ~ 33중량%, 카본블랙 10 ~ 15중량%, 메틸 에틸 케톤와 톨루엔과 에틸 아세테이트로 이루어진 군에서 하나 이상이 혼합된 용제 6 ~ 8중량%, 왁스 또는 실리카 중 선택된 하나 이상의 첨가제 1 ~ 2중량% 및 폴리에스테르 수지와 폴리에스텔폴리올의 혼합물 4 ~ 6중량%를 믹서에 혼합하여 1 ~ 2시간 동안 교반하는 제1단계;

   제1단계에서 교반된 혼합물을 900 ~ 1000RPM으로 동작하는 분산기를 이용해 4 ~ 5시간 동안 분산하는 제2단계; 및

   제2단계에서 분산된 혼합물에 우레탄 수지 18 ~ 22중량%, 메틸 에틸 케톤, 톨루엔과 에틸 아세테이트로 이루어진 군에서 하나 이상이 혼합된 용제 20 ~ 24중량%를 추가 혼합하여 교반하는 제3단계;

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 할로겐 프리 타입의 비전도성 잉크 조성물 제조방법.

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