KR101091259B1 - 수성볼펜용 잉크와 이것을 사용한 수성볼펜 - Google Patents
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Abstract
비침투성면에도 필기할 수 있는 수성볼펜용 잉크와 이것을 사용한 수성볼펜을 제공한다.
물과 20℃의 증기압이 0.5kPa 이상인 알코올계 용제로 이루어지는 용제와, 색제인 안료와, 필적정착제인 수용성 수지와, 인산에스테르계 계면활성제로 이루어지고, 20℃에서의 잉크점도가 5∼30mPa·s인 수성볼펜용 잉크와 이것을 사용한 수성볼펜이다.
Description
도 1은 본 발명의 수성볼펜의 설명도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 볼펜 2 : 잉크통
3 : 칩홀더 4 : 볼펜칩
5 : 볼 6 : 뒷마개
7 : 잉크 8 : 잉크추종체
본 발명은 신기능을 갖는 수성볼펜용 잉크와 이것을 사용한 수성볼펜에 관한 것이다. 보다 상세하게는 금속, 유리, 플라스틱재료 등의 비침투성면에 필기할 수 있는 수성볼펜용 잉크와 이것을 사용한 수성볼펜을 제공한다.
지면 등의 침투면에 필기가능한 필기도구로서, 잉크통의 선단부(先端部)에, 볼을 회전이 자유롭게 포지(抱持)한 볼펜칩을 구비하여 이루어지는 볼펜에 대해서는 잘 알려져 있다.
한편, 금속, 유리, 플라스틱재 등의 비침투면에 필기가능한 필기도구로서 일반적으로 필단부(筆端部)가 섬유다발로 형성된 마킹펜이 알려져 있다. 마킹펜은, 수성용제를 채용한 수성타입과 유성용제를 채용한 유성타입으로 2개로 크게 분리되고, 굵은 글자 필기나 상기 비침투면에의 필기시에 광범위하게 애용되고 있지만, 이들 마킹펜은 숙명적인 2개의 과제를 안고 있다.
제 1 과제는, 필단부가 섬유다발로 형성되어 있기 때문에, 상당히 파손, 변형하기 쉬운 것이다. 필단부를 섬유다발로 형성하면, 필기면과의 접촉이 면접촉이 되기 때문에 굵은 글씨 필기가 가능하게 된다. 또한, 비침투면에 대한 필기에 있어서도, 일반적인 볼펜과 같이 볼의 회전에 의존하는 부분이 없기 때문에, 필단부의 움직임에 따라서 충분히 잉크를 도포할 수 있다. 그러나, 섬유다발은 필기에 의해서 선단부가 파손이나 변형이 생기기 쉽고, 일정한 필기폭을 장기간의 사용에 대하여 보증할 수가 없다. 특히, 지면과 비교해서 경도가 높은 금속, 유리, 플라스틱재 등의 비침투면에의 필기의 경우에는, 섬유다발로 형성되는 필단부가 변형하기 쉽다.
제 2 과제는, 일반적으로 휘발성 잉크를 채용하기 때문에, 캡을 단시간 밖에서 방치한 것만으로 필기 불가능하게 되어 버리는 경우도 있다. 마킹펜은, 상술한 바와 같이 필단부를 섬유다발로 하고 있고, 굵은 글씨 필기나 비침투면에의 양호필기를 구현화하기 위해서, 필단부로부터의 잉크토출을 볼펜과 비교해서 지극히 크게 설계하고 있다. 휘발성 잉크를 채용함으로써, 필적건조성이나 필적번짐, 뒷면에 스며나옴에 관해서 적합하게 대처하고 있는 것이 마킹펜의 특징이다. 반면, 필단 부의 섬유다발 내에 흡수저장된 잉크는 노출상태가 되어, 드라이업에 의해 급격한 증점이나 고화가 생겨, 필기불량이 된다. 최근에는, 섬유다발을 표면처리함에 의해 연명책을 강구하고 있는 발명도 있지만, 잉크흡수저장체로부터 필단부의 섬유다발까지의 잉크유로 전체에 있어서, 모세관작용에 의해서 잉크가 유통하고 있기 때문에, 잉크의 점도에는 세심한 주의를 해야 하는 것에 변함은 없다.
염료를 사용한 잉크를 사용하는 유성볼펜용 잉크는 예를 들면, 일본 특허공개 2002-226760호 공보, 일본 특허공개 2002-36775호 공보가 있다. 그러나, 어느 것이나 염료를 사용하기 때문에 은폐성이 낮고, 일광노출에 대한 내성이 작아, 외부환경에서 사용하면 필적이 소실하는 위험이 있다.
이와 같이 마킹펜은, 널리 애용되고 있지만, 바람직한 작용을 이루는 용건 그 자체에 숙명적인 과제를 안고 있고, 사용에 있어서 제한이 생기고 있다.
통상의 수성볼펜도 금속, 유리, 플라스틱재료 등의 비침투면에서는 필기를 할 수 없다.
이와 같이 마킹펜, 통상의 볼펜은 어느 것이나 비침투면에서의 필기에는 결점이 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 2002-226760호 공보
[특허문헌 2] 일본 특허공개 2002-36775호 공보
상술한 바와 같은 마킹펜의 숙명적인 과제를 해소하기 위해서, 필단부를 섬유다발로 하지 않고 볼펜 같은 금속 또는 수지재로 이루어지는 볼펜칩에 의해서 형 성하고자 하는 시도도 여러 가지 검토되고 있다. 그러나, 필단부가 마킹펜구조로부터 볼펜구조로 바뀌고 필단부를 금속 혹은 수지재로 하는 것만으로는, 상기 과제를 완전히 불식할 수 없고, 새로운 과제도 포함하게 된다. 요컨대, 금속이나 유리, 플라스틱으로 대표되는 비침투면상에서는, 필기면상에서의 저항보다도 필단부 내의 볼받이 좌표면에서의 저항쪽이 커서, 볼이 회전하지 않는 것이다. 볼에 관하여 이러한 관계가 성립하면, 볼회전이 생기는 구동력이 결여되어 볼이 회전하지 않는다. 볼이 회전하지 않는 한, 필단부로부터 잉크가 토출하지 않아, 양호한 필기는 할 수 없다.
또한, 필단부에 섬유다발을 채용한 마킹펜은, 필기면에 대하여 필단부가 면접촉하기 때문에 균일하고 얇은 잉크막으로서 필기면상으로 이행한다. 그러나, 회전 가능한 볼을 구비한 금속 또는 수지재의 필단부로부터는, 볼과 필기면이 점접촉의 연속이 되기 때문에 균일하고 얇은 잉크막으로서 필기면상으로 이행하지 않고, 두꺼운 막으로서 이행하게 된다. 비침투면상에서 두꺼운 잉크막이 형성되면, 건조후에 박리되기 쉽고 필적의 정착성이 양호하게 되지 않는다. 또한, 지면에의 필기에 있어서도, 마킹펜과 비교하여 두꺼운 잉크가 토출되기 때문에, 필적의 뒷면에 스며나옴이나 필적번짐을 악화시키게 된다.
이상과 같이 마킹펜의 숙명적 결점인 필단부의 손상이나 잉크 드라이업을 개선하기 위해 여러 가지 검토가 이루어지고 있지만, 완전히 만족할만한 성능을 실현하지는 않는다.
본 발명은, 필기면의 성질형상에 제한받는 일 없이, 양호하게 필기가능하고, 정착성, 은폐성, 견뢰성이 양호하고, 지면상에서는 필적의 뒷면에 스며나옴이나 번짐이 없는, 나아가서는 필단부의 잉크 드라이업을 방지한 볼펜용 잉크와 이것을 사용한 볼펜을 제공하는 것이다. 발명자는, 본 발명에 의해 종래 마킹펜의 숙명적 과제를 해소한 뿐만 아니라, 종래 이룰 수 없었던 볼펜에서의 비침투면에의 필기를 가능한 것으로 하여, 일반적 볼펜의 적용범위를 크게 넓힌 볼펜용 잉크와 이것을 사용한 볼펜을 제공하는 것이다.
본 발명은,
「1. 물과 20℃의 증기압이 0.5kPa 이상인 알코올계 용제로 이루어지는 용제와, 색제인 안료와, 필적정착제인 수용성 수지로 이루어지고, 20℃에서의 잉크점도가 5∼30mPa·s인 수성볼펜용 잉크.
2. 수용성 수지가 잉크조성물 전량에 대하여 5∼20질량%인 1항에 기재된 수성볼펜용 잉크.
3. 수용성 수지가 아크릴계 수지인 1항 또는 2항에 기재된 수성볼펜용 잉크.
4. 아크릴계 수지가 분자량 5000∼20000, 유리전이점 40∼150℃, 산가(酸價) 50∼250의 아크릴계 수지인, 3항에 기재된 수성볼펜용 잉크.
5. 물과 알코올계 용제로 이루어지는 용제가, 잉크조성물 전량에 대하여 60∼90질량%이고, 알코올계 용제가 잉크조성물 전량에 대하여 5∼15질량%인, 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 기재된 수성볼펜용 잉크.
6. 안료가 잉크조성물 전량에 대하여 1∼10질량%인 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 기재된 수성볼펜용 잉크.
7. 잉크통의 선단부에, 볼을 회전이 자유롭게 포지(抱持)한 볼펜칩을 직접 또는 칩홀더를 통해 구비하여 이루어지는 볼펜에 있어서, 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 기재된 잉크를 잉크통에 직접 채운 것을 특징으로 하는 수성볼펜.
8. 볼펜칩이, 비사용시에는 칩 선단에 회전이 자유롭게 포지(抱持)한 볼을, 코일스프링에 의해 직접 또는 누름체를 통해, 볼의 후단에 맞닿게 하여, 칩 선단 가장자리의 내벽면으로 누르고, 필기시의 누르는 힘에 의해 칩 선단 가장자리의 내벽과 볼에 빈틈을 주어 잉크를 유출시키는 밸브기구를 구비한 7항에 기재된 수성볼펜.
9. 잉크통이 필기선단의 장착부와 반대측 끝단부의 잉크면에 밀접하게 잉크추종체를 배치 설계한 잉크통인, 7항 또는 8항에 기재된 수성볼펜.
10. 볼펜칩이 스텐레스강재로 이루어지고, 볼의 표면거칠기가 산술평균으로 5nm 이하인 7항 내지 9항 중 어느 한 항에 기재된 수성볼펜.
11. 비침투성 필기면에 사용하는 7항 내지 10항 중 어느 한 항에 기재된 수성볼펜.」
에 관한 것이다.
본 발명에 있어서의 잉크점도는, 토키메크제 B8M형 점도계를 사용하여, BL로터의 회전속도 12rpm에서의 점도를 20℃의 환경하에서 측정하였다.
또한, 본 발명에 있어서의 잉크통이란, 축(軸)통 내에 수납 가능한 볼펜리필 카트리지나 축통에 직접 잉크를 직접 채우는 경우에는, 해당 축통이 본 발명에서 말하는 잉크통인 것이고, 선단부에, 볼을 회전이 자유롭게 포지한 볼펜칩을 구비하고 있으면 재질이나 구조에 제한받지 않는다.
[발명의 실시의 형태]
본 발명의 특징은, 20℃의 측정환경하에서의 잉크점도를 5∼30mPa·s로 한 점이다. 애당초 상술한 바와 같이, 비침투면상에의 필기는 필기면이 극단적으로 평활한 것이 많아, 필단부의 볼회전을 향한 구동력이 생기기 어렵다. 발명자는 예의 검토한 결과로서, 필기에 있어서 볼의 표면에 잉크막을 신속히 형성함으로써, 평활한 필기면상에서도 볼이 회전 가능한 상황이 되는 것을 발견하였다. 학문적 해명은 반드시 충분하다고는 할 수 없지만, 볼받침 자리주변에 윤활성이 양호한 잉크가 충분하게 되어 회전저항을 저감하는 것, 나아가서는, 평활한 필기면상에 점도를 가진 잉크가 이행함으로써 습식의 회전환경을 형성할 수 있는 것, 이들 2개의 상승효과에 의한다고 발명자는 생각하고 있다.
20℃의 측정환경하에서의 잉크점도가 5mPa·s 미만에서는, 평활한 비침투면상에서의 필기는 양호하게 되지만, 지면상에서의 필기에 있어서 필적의 번짐이나 뒷면에서 스며나옴이 현저하게 되고 방지할 수 없다. 또한, 동일하게 30mPa·s를 넘으면, 필기에 있어서 볼 표면에 신속하게 잉크막이 형성되지 않아, 평활한 비침투면상에 양호한 필기를 할 수 없다.
본 발명에서는, 색재로서 안료를 사용한다. 안료는 비침투면에서 은폐성이 높은 필적을 얻을 수 있기 때문에, 상당히 바람직하다. 또한, 염료와 비교하면 일광노출에 대한 내성이 강하여, 외부환경에서의 사용에 있어서도 바람직하다. 또 한, 필단부재와 볼로 형성된 미소한 틈에 극히 신속히 건조피막을 형성하기 때문에, 잉크 드라이업이 필단부 내부에 침공하지 않는다고 하는 효과도 나타낸다. 안료가 갖는 건조피막형성능은, 섬유다발로 형성된 필단부에 있어서, 모관작용을 저해하여 잉크유통에 관해서 큰 문제가 생긴다. 다른 한편, 금속 혹은 수지재로 형성된 볼펜칩을 구비하는 볼펜에 있어서도, 드라이업이 필단부 내부까지 침공하면 필기불량이 생긴다. 이상의 것으로부터, 본 발명에서는, 금속 혹은 수지재로 형성된 볼펜칩을 채용하는 것과, 건조피막형성능이 높은 안료를 사용한 잉크를 채용하는 조합에 있어서, 가장 효과적으로 잉크 드라이업에 관한 필기불량을 방지하는 것이다. 해당 잉크의 점도는, 상술한 바와 같은 제한을 설치함으로써 양호한 필적을 구현할 수 있다. 필단부 빈틈의 건조피막형성은, 폴리머성분 등을 잉크조성물로서 배합하는 것에 의해서도 얻어지지만, 잉크점도의 제한을 감안해 보면, 필수성분으로서 처방하는 색재를 안료로 함으로써 가장 효율적으로 양호한 필적과 드라이업의 과제가 해결되었다. 한편, 안료로서는, 유기, 무기, 가공안료, 예를 들면 카본블랙, 프탈로시아닌계, 아조계, 퀴나크리돈계, 퀴노프탈론계, 스렌계, 트리페닐메탄계 등이 예시된다.
본 발명에서는, 용제로서 물과 20℃의 증기압이 0.5kPa 이상인 알코올계 용제를 채용한다. 본 발명에서 기대되는 용제기능은, 안료의 분산유지와 휘발성능의 조정이다. 발명자는, 쌍방의 기능을 만족시키기 위해서는, 물과 20℃의 증기압이 0.5kPa 이상인 알코올계 용제가 가장 효과적인 것을 실험적으로 발견하였다. 물과 알코올계 용제의 함유량은, 구하는 잉크점도나 그 이외 성분에 의해서 영향 받지 만, 잉크조성물 전체질량에 대하여 60∼90질량%가 바람직하다. 60질량% 미만에서는, 용제가 적기 때문에, 필단부의 드라이업을 제어하기 어렵고, 90질량%를 넘으면, 용제가 많기 때문에 필적건조성이 느리고, 또한, 정착성의 악화나 필적의 번짐이 발생하기 쉬워진다. 20℃의 증기압이 0.5kPa 이상인 알코올계 용제의 함유량은, 선정한 안료의 종류에 의해서도 영향 받지만, 잉크조성물 전체질량에 대하여 5∼15질량%가 바람직하다. 5질량% 미만에서는, 필적건조성이 늦어 지면에 따라서는 필적의 뒷면에서 스며나옴이나 번짐이 생기는 경우가 있다. 또한, 필단부 틈새에서도 효과가 있는 피막형성이 늦기 때문에, 방치환경에 따라서는 잉크 드라이업이 필단부 내부에 침공하여 처음 쓰기 불량이 되는 경우가 있다. 15질량%를 넘으면, 용제극성 관계로 안료의 분산안정성이 손상되는 경우가 있기 때문에, 사용할 수 있는 안료에 제한이 생겨 바람직하지 못하다. 또한, 잉크탱크 표면으로부터의 잉크증발도 현저하게 되기 때문에 잉크탱크의 재질, 설계에 제한이 생기는 결점이 있다. 본 발명에서 사용 가능한 알코올계 용제는 안료와의 상호성질을 감안하여 결정되지만, 바람직한 알코올계 용제로서는, 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, t-부탄올 등을 예시할 수 있다. 또한, 이들 알코올계 용제를 2종 이상 선택하여, 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서는, 비침투면상에서의 필적정착성을 향상시킬 목적으로 수용성 수지를 채용한다. 색재로서 사용하는 안료도 피막형성능은 있지만, 필적의 찰과내성을 부여하기 위해서는 필기면과의 밀착성도 감안한 피막형성제의 처방이 필요하게 된다. 다만, 이 때에도 잉크점도에 제한이 있는 것을 염두에 두면, 잉크내에 용해되었을 때에 고점도로 되는 것과 같은 수지성분의 선정은 회피해야 한다. 또한, 필수성분인 안료의 분산을 안정적으로 유지하기 위해서는, 분산제의 채용도 필요 불가결하게 된다. 이 때에 분산기능과 정착성능을 겸비하고 있으면, 점도제한이 있는 잉크조성물을 구축하는 데에 가장 효율적인 처방이 된다. 적용대상이 되는 수용성 수지는, 아크릴계 수지가 대표적인 물질로서 안료분산능과 건조후의 정착성을 겸비한 바람직한 수용성 수지이다. 수용성 수지는, 분산능, 정착성 이외에 잉크점도에도 착안하여 선정해야 하는 것은 상술한 바와 같다. 수용성 수지의 배합량은 많으면 많을수록 정착성은 양호해지지만, 잉크점도를 감안하면 잉크조성물 전체질량에 대하여 5∼20질량%로 하는 것이 가장 바람직한 범위이다. 5질량% 미만에서는 비침투면상에서의 양호한 필적정착성을 실현하는 것이 곤란하고, 20질량%를 넘으면 잉크점도가 상승하기 쉬워질 뿐만 아니라, 필단부에 있어서 강력한 건조피막이 형성되기 때문에 양호한 쓰기성능을 실현하는 것이 곤란하게 된다. 이와 같이 다량의 수용성 수지를 사용하는 것도 본 발명의 특징의 하나이다.
아크릴계 수지 이외에 적용 가능한 수용성 수지는, 알키드수지, 셀룰로오스 유도체, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올 등을 예시할 수 있다.
또한, 상기 아크릴계 수지를 채용하는 경우에는, 분자량을 5000∼20000으로 하고, 유리전이점이 40∼150℃, 산가가 50∼250 범위인 그레이드를 선정하는 것이 바람직하다. 지금까지 상세하게 설명해 온 바와 같이, 필단부에 금속 혹은 수지재로 이루어지는 볼펜칩을 채용하는 것과, 휘발성 잉크를 채용하는 것, 잉크는 건조후에 바람직한 건조피막을 형성하는 것에 의해 필단부의 건조를 방지하는 것이 본 발명의 하나의 골자이다. 또, 동시에 그 건조피막에 의해서 비침투면상에서의 정착성을 향상시키는 것도 구현화되는 효과가 된다. 아크릴계 수지의 경우에는, 분자량이 5000 미만에서는, 양호한 건조피막이 형성되지 않고, 비침투면상에서의 정착성도 커서 기대할 수 없다. 또한, 20000을 넘으면 필단부에서의 건조피막이 지나치게 강고하게 되어 쓰기불량이 생기기 쉽다. 유리전이점에 있어서는, 40℃ 미만에서는 건조후의 성질형상으로서 부드러운 막을 형성하는 경향이 되기 때문에, 비침투면상에서 양호한 필적건조성을 얻는 것이 곤란하다. 또한, 150℃를 넘으면 건조후에 단단한 막을 형성하는 경향이 있어, 도리어 필적의 정착성이 손상되는 경우가 있어 바람직하지 않다. 산가에 대해서는, 50 미만에서는 수용성이 저하하기 때문에 안정한 잉크를 얻는 것이 곤란하였다. 또한, 250을 넘으면, 반대로 물에 지나치게 상용하기 쉽게 되어 필적의 내수성이 손상되는 경우가 있다. 발명자는, 상술한 과제를 해결하고, 목표를 달성하기 위해 실험에 의해서 바람직한 범위를 정하였다.
채용하는 수용성 수지의 특성은 상술한 바와 같지만, 필단부에 섬유다발을 채용하지 않고 금속 혹은 수지재로 이루어지는 볼펜칩을 채용함으로써, 광범위하게 수용성 수지의 검토가 가능하게 되었다. 수용성 수지의 첨가량은 많으면 많을수록 양호한 필적정착성이 얻어지는 것은 상기와 같다. 또한, 수용성 수지는 피막형성능이 강한 것을 선정하는 것도 상기와 같다. 이러한 방향성에 있어서 수용성 수지를 전개하는 것은, 섬유다발을 필단부로 한 필기구에서는 실시곤란하고, 금속 혹은 수지재로 이루어지는 볼펜칩을 필단부에 채용함으로써 실시 가능하게 된다. 이 작 용효과로서는, 종래의 마킹펜에 없었던 비침투면상의 필적정착성을 실현 가능하게 하였다.
기타 첨가제로서, 잉크조성물 중에, 비침투면상에서 안정한 잉크젖음이나 필기감을 더욱 양호하게 하고 금속으로 이루어지는 볼펜칩을 필단부에 채용한 경우의 방청효과를 부여할 목적으로 인산에스테르 계면활성제 등의 계면활성제나 방청제를, 수성잉크의 부패를 방지할 목적으로 1,2-벤조이소티아졸린-3-온 등의 부식방지 방미제(防黴劑)를, 비침투면상에서 안정한 잉크젖음을 실현하기 위해 수용성 변성 실리콘오일 등의 젖음성 조정제를, 비침투면상의 필적정착성을 더욱 향상시킬 목적으로 아크릴 에멀전 등의 정착제를 소망에 따라 배합할 수 있다.
[실시예]
본 발명을 실시예를 들어 구체적으로 설명한다.
실시예 1
피그먼트 블랙 7 5.0중량%
수용성 수지(상품명; HPD-96 아크릴계 수지성분) 4.5중량%
이소프로필알코올 7.0중량%
물 80.8중량%
방청윤활제(상품명; A-208S) 0.5중량%
트리에탄올아민 1.0중량%
정착성 향상제(상품명; 존크릴 7001 아크릴에멀전성분) 0.8중량%
젖음성 향상제(상품명; KF-618) 0.2중량%
1,2- 벤조이소티아졸린-3-온 0.2중량%
색재로서 안료인 피그먼트블랙 7, 용제로서 물과, 안료분산성능과 필적정착성능을 겸비한 수용성 수지로서 분자량 16,500, 유리전이점 102℃, 산가 240의 아크릴계 수지인 상품명 HPD-96(존슨 폴리머 가부시키가이샤)을 채용하여, 각 성분을 소정량 정확히 칭량하여, 볼밀로 안료를 균일히 분산시킨 안료분산체를 얻었다. 이어서, pH 조정제인 트리에탄올아민, 방청윤활제로서 인산에스테르 계면활성제인 상품명 프라이서브 A-208S(다이이치세이야쿠 가부시키가이샤제), 필적의 정착성 향상제로서 아릴에멀전인 상품명 존크릴 7001(존슨 폴리머 가부시키가이샤제), 비침투면상에의 젖음성 향상제로서 수용성 변성 실리콘오일인 상품명 KF-618(신에쯔카가쿠 가부시키가이샤), 방균제로서 1,2-벤조이소티아졸린-3-온을 소정량 정확히 칭량하여, 디스퍼 교반기로 50℃의 교반온도에서 1시간 가온교반한 후, 액체온도가 30℃가 될 때까지 서서히 냉각하였다. 또한, 그 균일혼합액체를 디스퍼로 교반하면서, 20℃의 증기압이 4.3KPa인 이소프로필알코올을 소정량 서서히 첨가하고 30℃의 온도에서 20분간 교반하는 것에 의해, 필적, 외관이 모두 흑색인 잉크를 얻었다. 또한, 상품명 HPD-96, 존크릴 7001에 대해서는, 각각의 유효고형분량을 감안하여 잉크를 설계하였다. 20℃에서의 잉크점도를 5mPa·s로 하였다.
실시예 2
색재로서 녹색안료인 피그먼트그린 7을 채용하고, 안료분산기능과 필적정착성을 겸비한 수용성 수지를 분자량 8,500, 유리전이점 85℃, 산가 215의 아크릴계 수지인 상품명 존크릴 60(존슨 폴리머 가부시키가이샤제)을 채용하여 표 1과 같이 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 필적, 외관이 모두 녹색인 수성볼펜용 잉크를 얻었다. 또, 상품명 존크릴 60, 존크릴 7001에 있어서는, 각각의 유효고형분량을 감안하여 잉크를 설계하였다.
실시예 3
색재로서 적색액료인 피그먼트레드 170을 채용하여, 표 1과 같이 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 필적, 외관이 모두 적색인 수성볼펜용 잉크를 얻었다. 또, 상품명 HPD-96, 존크릴 7001에 있어서는, 각각의 유효고형분량을 감안하여 잉크를 설계하였다.
실시예 4
수용성 수지로서 메틸렌말레인산 수지인 상품명 아라스타 703S(아라가와카가쿠고교 가부시키가이샤제)를 채용하고, 분산제로서 상품명 NIKKOL TL-10(닛코케미컬 가부시키가이샤제)을 채용하여 표 1과 같이 한 것 이외는, 실시예 1과 같이 하여 필적, 외관이 모두 흑색인 수성볼펜용 잉크를 얻었다. 또, 상품명 아라스타 703S, 존크릴 7001에 있어서는, 각각의 유효고형분량을 감안하여 잉크를 설계하였다.
실시예 5
용제로서 20℃의 증기압이 5.9KPa인 에탄올을 채용하여 표 1과 같이 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 필적, 외관이 모두 흑색인 수성볼펜용 잉크를 얻었다. 또, 상품명 존크릴 60, 존크릴 7001에 있어서는, 각각의 유효고형분량을 감안하여 잉크를 설계하였다.
실시예 6
수용성 수지인 상품명 HPD-96의 첨가량을 증가시켜, 표 2와 같이 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 필적, 외관이 모두 흑색인 수성볼펜용 잉크를 얻었다. 또, 상품명 HPD-96, 존크릴 7001에 있어서는, 각각의 유효고형분량을 감안하여 잉크를 설계하였다.
실시예 7∼9
실시예 1의 잉크배합에서 실시예 7에 있어서는 방청윤활제를, 실시예 8에 있어서는 필적정착성 향상제를, 실시예 9에 있어서는 비투면상에서의 젖음성 향상제를, 각각 삭제하여 표 2와 같이 한 것 이외는, 실시예 1과 같이 하여 필적, 외관이 모두 흑색인 수성볼펜용 잉크를 얻었다.
실시예 10
볼펜(1)은, 축(軸)통으로 이루어지는 잉크통(2)에, 실시예 1의 잉크조성물 (7)을 직접 수용하여 이루어지는 직접 채우는 볼펜이고, 잉크통(2)의 선단에 칩홀더(3)를 통해, 볼(5)을 회전이 자유롭게 설치한 스텐레스강재로 이루어지는 볼펜칩 (4)을 장착하고 있다.
잉크통(2)의 볼펜칩 장착부와 반대측(뒷마개(6)측) 끝단부의 잉크면에 밀접하여 잉크의 소비와 동시에 추종하는 그리스형상의 잉크추종체(8)를 직접 채우고 있다.
비교예 1∼7
잉크조성을 표 3, 표 4에 나타낸 바와 같이 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬 가지로 하여 수성볼펜용 잉크로 하였다.
잉크점도는, 토키메크제 B8M형 점도계를 사용하여, BL로터의 회전속도 12rpm에 있어서의 점도를 20℃의 교반하에서 측정하였다.
다음에 실시예와 비교예를 표에 나타낸다.
표 1
| 실시예 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 안료 | 피그먼트블랙 7 | 5.0 | - | - | 5.0 | 5.0 |
| 피그먼트그린 7 | - | 7.0 | - | - | - | |
| 피그먼트레드 170 | - | - | 7.0 | - | - | |
| 수용성 수지 | 존크릴 60 (아크릴계 수지성분) |
- | 5.1 | - | - | 17.0 |
| HPD-96 (아크릴계 수지성분) |
4.5 | - | 12.0 | - | - | |
| 아라스타 703S (스티렌말레인산 수지성분) |
- | - | - | 12.0 | - | |
| 분산제 | NIKKOL TL-10 (폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산에스테르) |
- | - | - | 3.0 | - |
| 용제 | 이소프로필알코올 | 7.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 | - |
| 에탄올 | - | - | - | - | 7.0 | |
| 물 | 80.8 | 78.2 | 71.3 | 70.3 | 68.3 | |
| 방청윤활제 | A-208S (인산에스테르계 계면활성제) |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| pH 조정제 | 트리에탄올아민 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| 정착성 향상제 | 존크릴 7001 (아크릴에멀전 성분) |
0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 |
| 젖음성 조정제 | KF-618 (수용성 변성 실리콘오일) |
0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 방균제 | 1,2-벤조이소티아졸린-3-온 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 잉크점도 | 5.0 | 5.0 | 20.0 | 20.0 | 30.0 | |
| 비침투면상에의 필기성능 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
 |
|
| 비침투면상에서의 필적건조성 |
 |
 |
◎ |
 |
◎ | |
| 비침투면상에서의 필적정착성 |
 |
 |
◎ |
 |
◎ | |
| 비침투면상에서의 필적은폐성 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | |
| 지면상에서의 필적번짐 |
 |
 |
◎ |
 |
◎ | |
| 필단부에서의 잉크드라이업 성능 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
 |
|
표 2
| 실시예 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
| 안료 | 피그먼트블랙 7 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | |
| 피그먼트그린 7 | - | - | - | - | ||
| 피그먼트레드 170 | - | - | - | - | ||
| 수용성 수지 | 존크릴 60 (아크릴계 수지성분) |
- | - | - | - | |
| HPD-96 (아크릴계 수지성분) |
7.0 | 12.0 | 12.5 | 12.0 | ||
| 아라스타 703S (스티렌말레인산 수지성분) |
- | - | - | - | ||
| 분산제 | NIKKOL TL-10 (폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산에스테르) |
- | - | - | - | |
| 용제 | 이소프로필알코올 | 7.0 | 7.0 | 7.0 | 7.0 | |
| 에탄올 | - | - | - | - | ||
| 물 | 78.3 | 74.3 | 73.6 | 73.5 | ||
| 방청윤활제 | A-208S (인산에스테르계 계면활성제) |
0.5 | - | 0.5 | 0.5 | |
| pH 조정제 | 트리에탄올아민 | 1.0 | 0.5 | 1.0 | 1.0 | |
| 정착성 향상제 | 존크릴 7001 (아크릴에멀전 성분) |
0.8 | 0.8 | - | 0.8 | |
| 젖음성 조정제 | KF-618 (수용성 변성 실리콘오일) |
0.2 | 0.2 | 0.2 | - | |
| 방균제 | 1,2-벤조이소티아졸린-3-온 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| 잉크점도 | 10.0 | 20.0 | 20.0 | 20.0 | ||
| 비침투면상에의 필기성능 | ◎ |
 |
◎ |
 |
||
| 비침투면상에서의 필적건조성 | ◎ | ◎ |
 |
 |
||
| 비침투면상에서의 필적정착성 | ◎ |
 |
 |
 |
||
| 비침투면상에서의 필적은폐성 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ||
| 지면상에서의 필적번짐 |
 |
◎ | ◎ |
 |
||
| 필단부에서의 잉크드라이업 성능 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ||
표 3
| 비교예 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 색재 | 안료 | 피그먼트블랙 7 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | |
| 염료 | 다이렉트블랙 154 | - | - | - | - | 7.0 | |
| 수용성 수지 | HPD-96 (아크릴계 수지성분) |
3.0 | 18.0 | 12.0 | - | 12.0 | |
| 분산제 | NIKKOL TL-10 (폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산에스테르) |
- | - | - | 3.0 | - | |
| 용제 | 에틸렌글리콜 | - | - | 5.0 | - | - | |
| 이소프로필알코올 | 7.0 | 7.0 | - | 7.0 | 7.0 | ||
| 물 | 82.3 | 67.3 | 75.3 | 82.3 | 71.3 | ||
| 방청윤활제 | A-208S (인산에스테르계 계면활성제) |
0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| pH 조정제 | 트리에탄올아민 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | |
| 정착성 향상제 | 존크릴 7001 (아크릴에멀전성분) |
0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | 0.8 | |
| 젖음성 조정제 | KF-618(수용성 변성실리콘 오일) |
0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| 방균제 | 1,2-벤조이소티아졸린-3-온 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | |
| 잉크점도 | 3.0 | 35.0 | 20.0 | 3.0 | 20.0 | ||
| 비침투면상에의 필기성능 | ◎ | × | △ | ◎ | × | ||
| 비침투면상에서의 필적건조성 | × | - | × | × | - | ||
| 비침투면상에서의 필적정착성 | × | - | × | × | - | ||
| 비침투면상에서의 필적은폐성 | × | - | × | × | - | ||
| 지면상에서의 필적번짐 | × | ◎ | × | × | × | ||
| 필단부에서의 잉크드라이업 성능 | △ | × |
 |
△ | × | ||
표 4
| 비교예 | 6 | 7 | |||||
| 색재 | 안료 | 피그먼트블랙 7 | 5.0 | 5.0 | |||
| 염료 | 다이렉트블랙 154 | - | - | ||||
| 수용성 수지 | HPD-96 (아크릴계 수지성분) |
- | 12.0 | ||||
| 아라스타 703S (스티렌말레인산 수지성분) |
2.5 | - | |||||
| 분산제 | NIKKOL TL-10 (폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산에스테르) |
- | - | ||||
| 용제 | 에틸렌글리콜 | - | 3.0 | ||||
| 이소프로필알코올 | 7.0 | 7.0 | |||||
| 물 | 81.6 | 69.1 | |||||
| 방청윤활제 | A-208S (인산에스테르계 계면활성제) |
0.5 | 0.5 | ||||
| pH 조정제 | 트리에탄올아민 | 1.0 | 1.0 | ||||
| 정착성 향상제 | 존크릴 7001 (아크릴에멀전 성분) |
2.0 | 2.0 | ||||
| 젖음성 조정제 | KF-618 (수용성 변성 실리콘오일) |
0.2 | 0.2 | ||||
| 방균제 | 1,2-벤조이소티아졸린-3-온 | 0.2 | 0.2 | ||||
| 잉크점도 | 3.0 | 20.0 | |||||
| 비침투면상에의 필기성능 | ◎ | ◎ | |||||
| 비침투면상에서의 필적건조성 | × | × | |||||
| 비침투면상에서의 필적정착성 | × | × | |||||
| 비침투면상에서의 필적은폐성 | × | × | |||||
| 지면상에서의 필적번짐 | × | × | |||||
| 필단부에서의 잉크드라이업 성능 | △ | △ | |||||
또한, 볼펜칩의 형상이나 구조는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 도시는 하지 않지만, 비사용시에는 칩 선단에 회전이 자유롭게 포지한 볼을, 코일스프링에 의해 직접 또는 누름체를 통해, 볼의 후단에 맞닿게 하여, 칩 선단 가장자리의 내벽면으로 누르고, 필기시의 누르는 힘에 의해 칩 선단 가장자리의 내벽과 볼에 빈틈을 주어 잉크를 유출시키는 밸브기구를 구비하면, 잉크 젖음방지가 향상되기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에 사용하는 볼(5)의 재질로서는, 텅스텐 카바이드계 등의 초 경재(超硬材)로 이루어지는 초경볼, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 탄화규소 등의 세라믹제 볼 등을 들 수 있지만, 금속, 유리, 플라스틱재 등의 비침투면에 대해서도 볼이 회전하는 것을 고려하면, 상술한 바와 같이 볼과 볼 좌표면과의 회전저항이 작은 쪽이 바람직하다. 따라서, 볼과 볼 좌표면과의 회전저항이 작은, 볼의 표면거칠기가, 산술평균거칠기(Ra)로 5nm 이하인 소위 경면(鏡面)볼이나 세라믹제 볼을 사용하는 것이 바람직하다. 산술평균거칠기(Ra)란, 식 1에 나타내는 바와 같이, 촉침식 표면거칠기 측정기(TaylorHobson사제의 기종명: Form-Talysurf-S1F-50)에 의해 측정된 거칠기 곡선으로부터, 그 평균선의 방향으로 기준길이(L)만큼 추출하고, 그 추출한 부분의 평균선으로부터 측정곡선까지의 편차의 절대치를 합계하여, 평균한 값이다.
[식 1]
시험방법 및 평가
실시예 1∼9 및 비교예 1∼7의 수성볼벤용 잉크를 평가 및 실시예 10의 잉크통(2)에 직접 채워 볼펜(1)을 제작하여, 하기의 시험을 하여 평가하였다.
(1) 비침투면에서의 필기성능
표면미처리의 유리면에 필기하여
잉크나옴, 필적 모두 극히 양호하게 필기가능한 사양을 … ◎
양호하게 필기가능한 사양을 … 
조금 선이 잘리지만 필기가 가능한 사양을 … △
필기불가능한 사양을 … ×로 하였다.
(2) 비침투면상에서의 필적건조성
유리판에 1g의 잉크를 떨어뜨리고, 잉크막 두께가 10㎛가 되도록 스퀴징 한 후에 23±2℃, 습도 50±5% RH의 시험환경하에서 잉크막의 상태를 관찰하였다.
20초 이내에서 잉크막이 완전히 건조한 사양을 … ◎
20∼30초에서 잉크막이 완전히 건조하는 사양을 … 
40∼50초에서 잉크막이 완전히 건조하는 사양을 … △
잉크막 건조에 60초 이상을 필요로 하는 사양을 … ×로 하였다.
(3) 비침투면상에서의 필적정착성
유리판에 1g의 잉크를 떨어뜨리고, 잉크막 두께가 10㎛가 되도록 스퀴징한 후에 23±2℃, 습도 50±5% RH의 시험환경하에서 10분간 방치하고, 면포를 사용하여 100gf/㎠의 하중으로 10회 문지른 후 잉크 건조막의 상태를 관찰하였다.
잉크 건조막이 완전히 벗겨지지 않은 사양을 … ◎
잉크막이 조금 손상된 사양을 … 
잉크막에 손상이 보여진 사양을 … △
반 이상의 잉크막에 손상이 보여진 사양을 … ×로 하였다.
(4) 비침투면상에서의 필적은폐성
유리판에 1g의 잉크를 떨어뜨리고, 잉크막 두께가 10㎛가 되도록 스퀴징한 후, 그 유리판을 인쇄문자의 상면에 두어, 인쇄문자가 판독가능한지를 관찰한다.
유리면이 은폐되어, 아래 인쇄문자를 전혀 판독할 수 없는 잉크사양을 … ◎
아래 인쇄문자가 조금 형적(形跡)으로서 검출되는 잉크사양을 … 
아래 인쇄문자가 분명히 판독 가능한 잉크사양을 … ×로 하였다.
(5) 지면상에서의 필적번짐
23±2℃, 습도 50±5% RH의 시험환경에서 필기용지 A(JIS P 3201)에 필기하중 100gf, 필기속도 4m/분의 조건으로 직선을 필기하여, 필적에 생기는 번짐을 관찰하였다.
전혀 발생하지 않고 극히 양호한 것을 … ◎
실용상에 있어서 거슬리지 않는 것을 … 
조금 거슬리는 것을 … △
상당히 거슬리는 것을 … ×로 하였다.
(6) 필단부에서의 잉크 드라이업 성능
캡오프상태에서, 23℃, 습도 50% RH의 환경하에 24시간 방치한 후, 필기용지 A(JIS P3201)에 필기하중 100gf로 직선을 긋고, 쓰기 시작 상태를 관찰하였다.
쓰기 시작하여 2cm 이내에서 양호한 필적을 얻을 수 있는 사양을 … ◎
쓰기 시작하여 2∼4cm에서 양호한 필적을 얻을 수 있는 사양을 … 
쓰기 시작하여 5∼7cm에서 양호한 필적을 얻을 수 있는 사양을 … △
쓰기 시작하여 7cm 이상, 필적이 양호하게 되지 않는 사양을 … ×로 하였다.
(평가)
비교예 1은, 잉크점도가 3mPa·s로 지나치게 낮은 예이다. 비침투면상에는 양호하게 필기할 수 있지만, 잉크점도가 지나치게 낮기 때문에 지면상에서의 필기번짐이 현저하였다. 또한, 잉크점도가 지나치게 낮기 때문에 필단부에서의 잉크도출제어를 충분히 기능할 수 없어, 잉크 과다도출이 되었기 때문에, 필적건조성, 필적정착성이 저하하였다.
비교예 2는, 잉크점도가 35mPa·s로 지나치게 높은 예이다. 잉크점도가 지나치게 높기 때문에 비침투면상에 양호하게 필기할 수 없기 때문에 평가대상 외로 하였다.
비교예 3은, 용제로서 물과 20℃의 증기압이 7.0×10-4KPa인 에틸렌글리콜을 채용한 예이다. 잉크의 건조성이 현저히 낮기 때문에, 필적건조성, 필적정착성, 지면상에서의 필적번짐이 뒤떨어지는 결과가 되었다.
비교예 4는, 수용성 수지를 채용하지 않고 계면활성제에 의한 안료분산을 행한 사양이다. 비침투면에의 필기는 가능하였지만, 필적건조성, 필적정착성, 필적번짐이 현저히 뒤떨어지는 결과가 되었다.
비교예 5는, 안료 대신에 염료를 채용한 사양이다. 필단부에서의 잉크건조가 필단부 내부까지 신속하게 진행되어 버리기 때문에 비침투면에서 충분한 필기성능을 얻을 수 없어, 평가대상 외로 하였다. 또한, 지면에는 양호한 필기가 실현되지만 필적의 침투성이 강하기 때문에, 필적번짐이 현저하게 되었다.
비교예 6은, 아크릴계 수지를 대신하여 스티렌말레인산 수지를 채용하였지 만, 비교예 1과 같이 하여 잉크점도가 지나치게 낮기 때문에 비교예 1과 완전히 같은 성능이 되었다.
비교예 7은, 용제로서 물과 20℃의 증기압이 7.0×10-4KPa인 에틸렌글리콜과 20℃의 증기압이 4.3KPa인 이소프로필알코올을 조합하여 채용한 예이다. 에틸렌글리콜의 특성이 현재화되었기 때문에, 필적건조성, 필적정착성, 지면상에서의 필적번짐이 뒤떨어지는 결과가 되었다.
표에 기재 및 도시하고 있지 않지만, 실시예 1∼9의 수성볼펜용 잉크를 필단부가 섬유다발로 형성된 마킹펜용 잉크로서 사용했더니, 실시예 3∼9는, 잉크점도가 지나치게 높기 때문에, 필기할 수 없었다. 또한, 실시예 1, 2는, 잉크 드라이업 성능에 있어서, 필단부에 있어서 잉크가 완전히 드라이업 되어 버려 필기를 할 수 없었다.
본 발명은 특별한 잉크조성물에 의해 비침투면에도 명료하게 필기할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
Claims (11)
- 물과 20℃의 증기압이 0.5kPa 이상인 알코올계 용제로 이루어지는 용제와, 색제인 안료와, 필적정착제인 수용성 수지로 이루어지고, 20℃에서의 잉크점도가 5∼30mPa·s인 수성볼펜용 잉크.
- 제 1 항에 있어서, 수용성 수지가 잉크조성물 전량에 대하여 5∼20질량%인 수성볼펜용 잉크.
- 제 1 항에 있어서, 수용성 수지가 아크릴계 수지인 수성볼펜용 잉크.
- 제 3 항에 있어서, 아크릴계 수지가 분자량 5000∼20000, 유리전이점 40∼ 150℃, 산가(酸價) 50∼250의 아크릴계 수지인 수성볼펜용 잉크.
- 제 1 항에 있어서, 물과 알코올계 용제로 이루어지는 용제가, 잉크조성분 전량에 대하여 60∼90질량%이고, 알코올계 용제가 잉크조성물 전량에 대하여 5∼15질량%인 수성볼펜용 잉크.
- 제 1 항에 있어서, 안료가 잉크조성물 전량에 대하여 1∼10질량%인 수성볼펜용 잉크.
- 잉크통의 선단부(先端部)에, 볼을 회전이 자유롭게 포지(抱持)한 볼펜칩을 직접 또는 칩홀더를 통해 구비하여 이루어지는 볼펜에 있어서, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 잉크를 잉크통에 직접 채운 것을 특징으로 하는 수성볼펜.
- 제 7 항에 있어서, 볼펜칩이, 비사용시에는 칩 선단에 회전이 자유롭게 포지한 볼을, 코일스프링에 의해 직접 또는 누름체를 통해, 볼의 후단에 맞닿게 하여, 칩 선단 가장자리의 내벽면으로 누르고, 필기시의 누르는 힘에 의해 칩 선단 가장자리의 내벽과 볼에 빈틈을 주어 잉크를 유출시키는 밸브기구를 구비한 수성볼펜.
- 제 7 항에 있어서, 잉크통이 필기선단의 장착부와 반대측 끝단부의 잉크면에 밀접하여 잉크추종체를 배치 설계한 잉크통인 수성볼펜.
- 제 7 항에 있어서, 볼펜칩이 스텐레스강재로 이루어지고, 볼의 표면거칠기가 산술평균으로 5nm 이하인 수성볼펜.
- 제 7 항에 있어서, 비침투성 필기면에 사용하는 수성볼펜.
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