KR101007620B1 - 트리스아조 염료를 포함하는 잉크 젯 프린팅용 잉크 - Google Patents
트리스아조 염료를 포함하는 잉크 젯 프린팅용 잉크 Download PDFInfo
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Abstract
Description
본 발명은 잉크 젯 프린팅 ("IJP")에 있어서의 잉크 이용에 관한 것이다. IJP는 노즐이 기재와 접촉되지 않으면서, 잉크 방울이 미세 노즐을 통하여 기재(substrate) 위로 분사되는 비충격 (non-impact) 프린팅 기술이다.
IJP에 사용되는 잉크에는 많은 성능 요건이 요구된다. 예를 들면, 잉크는, 바람직하게는 우수한 수견뢰성 (water-fastness), 광견뢰성 (light-fastness) 및 광학밀도를 갖는 선명한, 넌-페더드 (non-feathered) 화상을 제공한다. 잉크는 종종 기재 상에 도포되었을 때 번짐 (smudging)을 방지하기 위하여 신속히 건조되는 것이 요구되지만, 잉크 젯 노즐의 선단 위에 크러스트 (crust)를 형성하여서는 안되는데, 이는 프린터 작동을 멈추게 하기 때문이다. 또한, 잉크는 분해되거나, 미세 노즐을 막을 수도 있는 침전을 형성하지 않고, 장기간에 걸쳐 저장 안정성이 있어야 한다.
본 발명은 잉크 젯 프린팅에 특히 유용한 잉크를 제공한다. 본 발명에 따르면, 액체 매질 및 화학식 1의 트리스-아조 화합물 또는 그 염을 포함하는 잉크를 제공한다:
상기 식에서, 액체 매질은 물 및 유기 용매를 포함한다.
화학식 1의 화합물이 염 형태인 경우, 바람직한 염은 알칼리 금속염, 특히 리튬, 나트륨 및 칼륨염, 암모늄 및 치환된 암모늄염 및 그 혼합물이다. 특히 바람직한 염은 암모니아 및 휘발성 아민을 갖는 염이다. 상기 유리 산 형태는 공지된 기술을 사용하여 염으로 변환될 수 있다. 예를 들면, 알칼리 금속염은, 조성물의 알칼리 금속염을 물에 녹이고, 미네랄 산으로 산성화하고, 용액의 pH를 암모니아 또는 아민으로 pH 9 내지 9.5로 조절하고, 상기 알칼리 금속 양이온을 투석으로 제거함으로써 암모니아 또는 아민을 갖는 염으로 변환될 수 있다.
상기 잉크는, 바람직하게는:
(a) 화학식 1의 화합물 또는 그 염 0.01 내지 30 부; 및
(b) 물과 유기 용매를 포함하며 액체 매질 70 내지 99.99 부를 포함하며;
상기 식에서, 모든 부는 중량부이고, (a)와 (b)의 부수의 합은 100, 즉 (a) + (b) = 100이다.
성분 (a)의 부수는, 바람직하게는 0.1 내지 20, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 15 및 특히 1 내지 5 부이다. 성분 (b)의 부수는, 바람직하게는 99.9 내지 80, 더욱 바람직하게는 99.5 내지 85, 특히 99 내지 95 부이다.
바람직하게는 성분 (a)는 성분 (b)에 완전히 용해된다. 바람직하게는 성분 (a)는 20℃에서, 적어도 10%의 성분 (b)에서의 용해도를 갖는다. 이로써, 잉크를 제조하는데 사용될 수 있는 농도의 액체 염료의 제조가 가능하고, 보관시 액체 매질의 증발로 인한 염료의 침전의 가능성을 낮춘다.
유기 용매에 대한 물의 중량비는 바람직하게는 99:1 내지 1:99, 더욱 바람직하게는 99:1 내지 50:50 이고, 특히 95:5 내지 80:20이다.
물 및 유기 용매의 혼합물에 존재하는 유기 용매는 수혼화성 (water-miscible) 유기 용매 또는 그러한 용매의 혼합물인 것이 바람직하다. 바람직한 수혼화성 유기 용매는 C1-6-알칸올, 바람직하게는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 2차-부탄올, 3차-부탄올, n-펜탄올, 시클로펜탄올 및 시클로헥사놀; 선형 아미드, 바람직하게는 디메틸포름아미드 또는 디메틸아세트아미드; 케톤 및 케톤-알콜, 바람직하게는 아세톤, 메틸 에테르 케톤, 시클로헥사논 및 디아세톤 알콜; 수혼화성 에테르, 바람직하게는 테트라히드로퓨란 및 디옥산; 디올, 바람직하게는 예를 들어 펜탄-1,5-디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜 및 티오디글리콜과 같은 2 내지 12개의 카본 원자를 갖는 디올 및 올리고- 및 폴리-알킬렌글리콜, 바람직하게는 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜; 트리올, 바람직하게는 글리세롤 및 1,2,6-헥산트리올; 디올의 모노-C1-4-알킬 에테르, 바람직하게는 2 내지 12개의 카본 원자를 갖는 디올의 모노-C1-4-알킬 에테르, 특히 2-메톡시에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)-에탄올, 2-[2-(2-메톡시에톡시)에톡시]에탄올, 2-[2-(2-에톡시에톡시)-에톡시]-에탄올 및 에틸렌글리콜 모노알릴에테르; 시클릭 아미드, 바람직하게는 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, 카프로락탐 및 1, 3-디메틸이미다졸리돈; 시클릭 에스테르, 바람직하게는 카프로락톤; 술폭사이드, 바람직하게는 디메틸 술폭사이드 및 술포란을 포함한다. 바람직하게는 상기 액체 매질은 물 및 2 이상, 특히 2 내지 8개의 수용성 유기 용매를 포함한다.
통상적으로 상기 액체 매질은, 예를 들어 음이온성 및/또는 비이온성 계면활성제와 같은 하나 이상의 계면활성제를 더 포함한다. 음이온성 계면활성제의 예는: 술포숙시네이트(Aerosol™ OT, A196; AY 및 GP: CYTEC으로부터 입수 가능) 및 술포네이트 (Aerosol™ DPOS-45, OS: CYTEC으로부터 입수 가능; Witconate™ C-50H: WITCO로부터 입수 가능; Dowfax™ 8390: DOW로부터 입수 가능)와 같은 술포네이트 계면활성제; 및 플루오로 계면활성제 (Fluorad™ FC99C: 3M으로부터 입수 가능)를 포함한다. 비이온성 계면활성제의 예는: 플루오로 계면활성제 (Fluorad™ FC170C: 3M으로부터 입수 가능); 알콕실레이트 계면활성제(Tergitol™ series 15S-5, 15S-7 및 15S-9: Union Carbide로부터 입수 가능); 및 유기규소 (organosilicone) 계면활성제 (Silwet™ L-77 및 L-76-9 WITCO로부터 입수 가능)를 포함한다.
하나 이상의 버퍼가 잉크의 pH를 조절하기 위하여 액체 매질 내에 선택적으로 포함될 수 있다. 상기 버퍼는 유기계 생물학적 버퍼 또는 무기 버퍼일 수 있고, 바람직하게는 유기계이다. 사용되는 바람직한 버퍼의 예는 Aldrich Chemical (Milwaukee, Wis.)과 같은 회사로부터 입수 가능한 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 (TRIS), 4-몰폴린에탄술폰산 (MES), 4-몰폴린프로판술폰산 (MOPS), 및 베타-히드록시-4-몰폴린프로판술폰산 (MOPSO)을 포함한다. 더욱이, 상기 사용되는 버퍼는 본 발명의 실시에 있어서 약 3 내지 약 9, 바람직하게는 약 4 내지 약 6 및, 가장 바람직하게는 약 4 내지 약 5의 범위의 pH를 제공하여야 한다.
잉크젯 잉크에 사용되는 하나 이상의 살균제는 Huls America (Piscataway, N.J.)로부터 입수 가능한 Nuosept™ 95; Zeneca (Wilmington, Del.)로부터 입수 가능한 ProxeI™ GXL; 및 Ucarcide 250라는 상표로 Union Carbide Company (Bound Brook, N.J.)로부터 입수 가능한 글루타르알데히드와 같은 것들이 액체 매질 내에 선택적으로 포함될 수 있다.
또한, 상기 액체 매질은 하나 이상의 금속 킬레이터 (chelator)를 선택적으로 포함할 수 있다. 그러한 킬레이터는 잉크 내에 존재할 수 있는 전이금속 양이온을 결합하는데 사용된다. 바람직한 금속 킬레이터의 예는: 에틸렌디아민테트라아세트산 ("EDTA"), 디에틸렌디아민펜타아세트산 ("DPTA"), 트랜스-1,2-디아미노시클로헥산테트라아세트산 ("CDTA"), 에틸렌디니트릴로테트라아세트산 ("EGTA") 또는 다른 킬레이터를 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 잉크는 약 3 내지 약 5, 바람직하게는 약 3.5 내지 약 4.5 pH를 갖는다. 다른 구현예에서, 잉크의 pH는, 바람직하게는 4 내지 11이고, 더욱 바람직하게는 7 내지 10이다.
25℃에서 잉크의 점도는, 바람직하게는 50 cP 이하, 더욱 바람직하게는 20 cP 이하 및 특히 5 cP이하이다.
상기 잉크는, 또한, 잉크 젯 프린팅 잉크에서 통상적으로 사용되는 부가적인 성분, 예를 들면 점도 및 표면 장력 조절제, 부식 억제제 및 살균제, 코게이션 (kogation) 감소 첨가제를 포함할 수 있다.
의심의 여지없이, 본 발명은 화학식 1의 화합물을 포함하는 잉크에만 관련된다. 본 명세서에서 청구되는 보호범위는 화학식 1의 화합물 그 자체만을 포함하는 것은 아니다.
본 발명의 잉크는 텍스트 및 이미지의 잉크 젯 프린팅에 특히 매우 적당한 우수한 중성 블랙 음영 (shade)을 제공한다. 상기 조성물은 우수한 저장 안정성을 가지며, 잉크 젯 프린터에 사용되는 극소 노즐의 막힘 현상을 줄여준다. 더욱이, 결과물인 이미지는 우수한 광학밀도, 광견뢰성, 수견뢰성 및 산화제로 작용하는 공기 중 오염물질 (예를 들어, 오존)의 존재 하에서의 상 흐림에 대한 내성을 갖는다.
상기 잉크는 잉크 젯 카트리지에 통합될 수 있고, 예를 들어, Hewlett Packard, Seiko Epson, Canon 및 Lexmark에 의한 다수의 특허 출원에서 기재된 바와 같은 다수의 공지된 방법 중 임의의 방법에 의해서 잉크 젯 프린터에 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 잉크는 빈 잉크 젯 카트리지에 주입될 수 있고, 상기 카트리지는 통상적인 방법으로 재사용될 수 있다.
본 발명은 하기 실시예로 더 상세하게 설명되며, 이하 모든 부 및 백분율은 달리 정의되지 않는 한 중량부 및 중량%이다. 약자 "Ac"는 CH3CO-를 의미한다.
실시예 1
하기 화학식을 포함하는 잉크의 제조:
중간 물질 2,5-디-(2-아세트옥시에톡시)아닐린의 제조
단계 1 - 1,4-비스-(2-아세트옥시에톡시)히드로퀴논의 제조
히드로퀴논비스-(2-히드록시에틸)에테르 (179g), 아세트산 (100㎖) 및 아세 트산 무수물 (300㎖)을 환류 하에서 밤새 교반하고 가열하였다. 실온으로 냉각하고 물 (2ℓ)에 침지한 후, 상기 산물을 여과하여 분리하였고, 물로 세척, 건조 및 에탄올로부터 재결정을 통하여, 산물 212g을 얻었다.
단계 2 - 2-니트로-1,4-비스-(2-아세트옥시에톡시)히드로퀴논
단계 1의 산물 (211.5g)을 아세트산 (1800 ㎖)에 용해하였다. 이어서, 질산 (51.9 ㎖) 및 아세트산 (200 ㎖)의 혼합물을 20℃ 이하로 온도를 유지하면서 20분에 걸쳐서 첨가하였다. 상기 용액을 실온에서 밤새 교반한 후, 물 (9ℓ)에 침지하였고, 산물을 여과하여 분리하였고, 물로 세척, 건조 및 에탄올로부터의 재결정을 통하여, 산물 209g을 얻었다.
단계 3 - 2,5-디-(2-아세트옥시에톡시)아닐린의 제조
2-니트로-1,4-비스-(2-아세트옥시에톡시)히드로퀴논 (115g)을 50℃ 에탄올에 용해시켰고, 팔라듐 촉매 (2g, 5%Pd/C)의 존재 하에서 수소로 환원시켰다. 수소 환원이 중단되었을 때, 상기 용액을 스크린하여 촉매를 제거하였고, 여과액을 실온으로 냉각하였다. 상기 재결정 고체를 여과하여 분리하였고 진공 하에서 건조하여 산물 90g을 얻었다.
세부단계 1 - 모노아조-4-(4-아세틸아미노-2-술포-3-페닐아조)-2,5-디-(2-아세트옥시에톡시)아닐린의 제조
4-아미노-3-술포아세트아닐라이드 (174g ; 0.6 mol)를 pH 9의 물 (2.5ℓ) 중에서 교반하고, 아질산 나트륨 (45.54g ; 0.66 mol)을 첨가하여 교반하였다. 상기 용액을 농축 염산을 포함하는 얼음/물 (180㎖)에 교반하면서 첨가하였다. 10℃ 이하에서 1.5시간 동안 교반한 후에, 술파믹 (sulphamic)산을 첨가하여 과량의 질산을 파괴하였다.
2,5-디-(2-아세트옥시에톡시)아닐린 (178.2g ; 0.6mol)을 아세톤 (1000 ㎖)에 용해하였고, 0-10℃에서 상기 디아조늄염 현탁액에 첨가한 후, 피리딘 (30㎖)을 천천히 첨가하였다. 밤새 실온에서 교반한 후, 침전된 산물을 여과하였고, 물로 세척하였다. 이어서, 습한 페이스트를 아세톤에서 교반, 여과 및 건조 (50 ℃)하여 오렌지색 고체를 얻었다 (210g ; 64%).
세부단계 2 - 비스아조 중간 물질의 제조
세부단계 1로부터의 상기 모노아조 산물 (24.75g; 0.05mol)을 pH 10에서 물 (300㎖)에 교반하며 용해시켰고, 아질산 나트륨 (6.90g; 0.1 mol) 및 아세톤 (200㎖)을 첨가하였다. 이어서, 결과물인 혼합물을 실온에서 교반하면서 0.10M 염산 (70㎖)에 첨가하였다. 1시간 동안 교반한 후, 술파믹산을 첨가하여 과량의 질산을 파괴하였다. 이어서, 결과물인 디아조늄염을 10℃ 이하에서, 필요하면 2N 수산화리튬의 첨가로 pH 7-8을 유지하면서, 크로모트로픽 (chromotropic)산 (20.00g ; 0.05mol)을 교반시킨 용액에 첨가했다. 밤새 교반한 후, 25% (w/v) 염화리튬의 첨가로 산물을 침전시켰고, 이어서 30% (w/v) 염화리튬 용액으로 여과 및 세척하였다. 결과물인 습한 페이스트를 물 (700㎖)에 현탁시켰고, 수산화리튬 수화물 (25.00g; 0.60mol)을 첨가하였고, 상기 용액을 70 ℃에서 가열하였다. 3시간 후, 상기 용액을 농축 염산을 첨가하여 pH 6-7로 중화시켰다. 20% 염화리튬을 서서히 첨가하여 상기 산물을 침전시켰고, 이어서 25% (w/v) 염화리튬 용액으로 여과 및 세척하였다. 상기 습한 페이스트를 물에 용해시켰고, 이어서 낮은 전도율로 투석하였다. 상기 용액을 증발시키고 건조 (70℃)하여 블랙 분말 (25.5g; 67%)을 얻었다.
세부단계 3 - 표제 염료의 제조
세부단계 2로부터의 아미노 디스아조 화합물 (0.015 mol)을 pH 9에서 물 (160㎖)에 넣어 교반하였고, 여기에 캘솔렌 (calsolene) 오일 (1㎖) 및 아질산 나트륨 (1.20g; 0.0174 mol)을 첨가하였다. 상기 결과물인 용액을 교반하였고, 이어서, 0-10℃에서 농축 염산 (5㎖)을 포함하는 얼음/물 (100g)에 교반하면서 첨가하 였다. 0-10 ℃에서 1시간 동안 교반한 후, 술파믹산을 첨가하여 과량의 질산을 파괴하였다. 결과물인 디아조늄염을, 0-10 ℃에서, 1-에틸-1,2-디히드로-6-히드록시-4-메틸-2-옥소-3-피리딘카본아미드 (3.10g, 0.158 mol)의 교반 수용액 (100㎖)에 첨가하였고, 이어서 pH 7로 조절하였다. 밤새 교반한 후에, 상기 용액을 교반하면서 아세톤 (3ℓ)에 붓고, 여과 후, 아세톤으로 세척하였다. 상기 고체를 물에 용해하였고, 낮은 전도율로 투석하여, 증발 (80℃) 후에 블랙 분말 (8.9g; 61%; εmax 81,232 및 λmax 601nm)을 얻었다.
세부단계 4 - 잉크의 제조
잉크가 하기 화학식을 갖게 제조될 수 있다:
2-피롤리돈 5 부
티오디글리콜 5 부
Surfynol™465 1 부 (Air Products Inc., USA로부터 입수)
염료 3 부
물 86 부
실시예 2 - 잉크 조성
또한, 표 4 및 5에 기재된 잉크로서, 제1열에 기재된 염료가 실시예 1로부터의 화합물인 잉크가 제조될 수 있다. 제2열 이후에 기재된 수는 관련 성분의 중량부를 나타낸다. 상기 잉크는 빈 잉크 젯 프린터 카트리지 (예를 들면, HP 51625A 또는 51641A 카트리지)로 충전될 수 있고, 열방식 또는 압전 잉크 젯 프린팅 (예를 들면, HP-DeskJet 340, 540, 600, 840C, 930C 또는 932c 열방식 잉크 젯 프린터를 사용하여)에 의해서 종이에 도포될 수 있다.
하기 약어는 표 4 및 5에서 사용되었다:
PG = 프로필렌 글리콜
DEG = 디에틸렌 글리콜
NMP = N-메틸 피롤리돈
DMK = 디메틸케톤
IPA = 이소프로판올
MEOH = 메탄올
2P = 2-피롤리돈
MIBK = 메틸이소부틸 케톤
P12 = 프로판-1,2-디올
BDL = 부탄-2,3-디올
CET = 트리스(2-아미노에틸)아민 버퍼
PHO = Na2HP04
TBT = 3차 (tertiary) 부탄올
TDG = 티오디글리콜
프린트 테스트 실시예
실시예 1 (세부단계 4)에 기재된 잉크는 Hewlett Packard DeskJet 560C™을 사용하여 다양한 종이 상에 잉크 젯 프린팅되었다. 각각의 프린트 (a, b, L, Chroma C 및 hue H)의 CIE 컬러 좌표는 20nm의 스펙트럼 간격에서 400-700nm의 스펙트럼 범위인 0°/45°측정 기하학을 갖는 Gretag Spectrolino Spectrodensitometer™를 사용하고, 2°(CIE 1931) 관측각 및 상태 A의 밀도 조작 (operation)을 갖는 발광체 (illuminant) D50을 사용하여 측정하였다. 2 이상의 측정치가 10mm × 10mm 보다 큰 사이즈를 갖는 프린트 상의 솔리드 컬러 블럭을 대각선으로 가로질러 측정되었다. 결과물인 프린트의 성질을 표 1에 나타내었는데, 여기서 잉크를 제조하기 위해 사용된 염료의 실시예 번호를 왼쪽 열에 나타내었고, ROD는 상대적 광학 밀도 (Relative Optical Density)이다.
표 1, 2 및 3에서 언급된 기재는 다음과 같다:
번호
HP Printing Paper™ 1
HP Premium Plus Mkll™ 2
Epson Premium Photo™ 3
llford Instant Dry™ 4
기재 | ROD | L | a | b | C | H |
1 | 1.10 | 35 | 0 | -12 | 12 | 268 |
2 | 2.12 | 8 | 1 | -11 | 11 | 274 |
3 | 2.12 | 8 | 3 | -14 | 14 | 280 |
4 | 2.08 | 9 | 0 | -12 | 12 | 269 |
광견뢰성
광견뢰성을 평가하기 위하여 상기 프린트를 Atlas Ci5000 Weatherometer™ 내에서 100시간 동안 조사하였다. 결과를 표 3에 나타내었다. 페이드 (fade)의 정도를 ΔE로서 표현하였는데, 더 낮은 수는 우수한 광견뢰성을 나타내고, ΔE는 프린트 (L, a, b)의 CIE 컬러 좌표에서의 전반적 변화로 정의되고, 식 ΔE = (ΔL2 + Δa2 + Δb2) 0.5 에 의해 표현된다.
기재 | ΔE |
1 | 17 |
2 | 10 |
3 | 4 |
4 | 7 |
오존견뢰성
실시예 1 (세부단계 4)로부터의 잉크를 HP560™ 잉크 젯 프린터를 사용하여 열거된 기재 상에 프린팅하였다. 이어서, 상기 프린팅된 기재에 대해서 Hampden Test Equipment의오존 테스트 캐비닛을 사용하여 오존 안정성을 측정하였다. 상기 테스트를 1ppm의 오존의 존재 하, 50% 상대습도, 40℃에서 24 시간 동안 수행하였다. 오존에 대한 프린팅된 잉크의 견뢰성을 Gretag Spectrolino Spectrodensitometer를 사용하여, 오존에의 노출 전후 광학밀도의 차이에 의해 판단하였다. 따라서, % OD 상실이 작을수록, 오존견뢰성이 우수하다. 상기의 결과를 표 4에 나타내었고, 잉크를 제조하는데 사용된 염료의 실시예 번호는 왼쪽 열에 표시하였다. 결과로서 본 발명의 조성물에 기초한 잉크는 우수한 오존견뢰성을 갖는 것을 보여준다.
기재 | ROD 손실% |
3 | 17 |
4 | 23 |
Claims (10)
- 제1항에 있어서,(a) 화학식 1의 화합물 또는 그 염 0.01 내지 30 부; 및(b) 물과 유기 용매를 포함하는 액체 매질 70 내지 99.99 부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크:상기 식에서, 모든 부는 중량부이고, (a)와 (b)의 부수의 합은 100, 즉 (a) + (b) = 100이다.
- 제2항에 있어서, 성분 (a)의 부수가 1 내지 5 부이고, 성분 (b)의 부수가 99 내지 95 부인 것을 특징으로 하는 잉크.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 성분 (a)가 성분 (b)에 완전히 용해되는 것을 특징으로 하는 잉크.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 매질이 하나 이상의 음이온성 및/또는 비이온성 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 매질이 하나 이상의 pH 버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 매질이 하나 이상의 살균제를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체 매질이 하나 이상의 금속 킬레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, pH가 3 내지 5인 것을 특징으로 하는 잉크.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 25℃에서 50cP 이하의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크.
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