KR101214289B1

KR101214289B1 - 유성볼펜 잉크 조성물

Info

Publication number: KR101214289B1
Application number: KR1020100049205A
Authority: KR
Inventors: 정두용; 이순석
Original assignee: 가부시키가이샤 고도부키; 주식회사 수한
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2012-12-20
Also published as: US20110293355A1; JP2011246709A; WO2011149268A2; WO2011149268A3; EP2787047B1; EP2390293B1; US8604100B2; EP2390293A1; JP2013530274A; JP5792804B2; KR20110129687A; EP2787047A1

Abstract

본 발명은 300~3,000 cps의 저점도로 부드러운 필기감을 갖고, 저온에서도 필기가 가능하여 안정성이 우수하고, 리크 (잉크의 누출)의 발생이 없는 유성볼펜 잉크 조성물 및 그 잉크 조성물을 사용한 유성볼펜에 관한 것이다.

Description

유성볼펜 잉크 조성물 {Ink composition for oil-based ballpoint pen}

본 발명은 유성볼펜 잉크 조성물, 보다 구체적으로는 300~3000 cps의 저점도로 부드러운 필기감을 갖고, 저온에서도 필기가 가능하여 안정성이 우수하고, 리크 (잉크의 누출)의 발생이 없는 유성볼펜 잉크 조성물 및 그 잉크 조성물을 사용한 유성볼펜에 관한 것이다.

종래의 유성볼펜 잉크는 그 점도가 10,000~25,000 cps 정도로 고점도이다. 이와 같이 종래의 유성볼펜 잉크는 점도가 높기 때문에 필기 시 무거운 느낌의 필기 감을 가지며, 점도가 높을수록 외부 온도에 따라 잉크의 물리적 성질 즉, 점도의 변화가 심하여, 예를 들어 추운 환경에서는 필기 시에 잉크의 흐름이 원활치 않은 문제점을 가졌다.

이와 같은 고점도 유성볼펜 잉크의 문제점을 개선하고자 종래에, 저분자량 수지와 고분자량 수지를 병용하여 점도의 조절을 시도한 바 있으나, 저분자량 수지의 사용으로 인한 잉크의 누출 및 고속필기 시 끊김 현상이 발생하는 문제점을 나타냈다.

이에 필기감이 우수하면서도 잉크의 누출 (리크) 및 고속필기 시 끊김 현상이 없는 저점도의 유성볼펜 잉크에 대한 요구가 있어 왔다.

본 발명의 목적은 저점도로 부드러운 필기감을 갖고, 저온에서도 필기가 가능하여 안정성이 우수하고, 리크 (잉크의 누출)의 발생이 없는 유성볼펜 잉크 조성물 및 그 잉크 조성물을 사용한 유성볼펜을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 이하에 기재된 점들을 특징으로 하는 유성볼펜 잉크 조성물이 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있음을 확인하고 본 발명의 완성에 이르렀다.

즉, 본 발명의 유성볼펜 잉크 조성물은,

i) 착색제,

ⅱ) PVB (Polyvinylbutyral) 수지 및 PVP (Polyvinylpyrrolidone) 수지를 함유하는 바인더 수지,

ⅲ) 고 비점의 주 용제 및 저 비점의 부 용제로 이루어지는 용제를 포함하며, 잉크의 점도가 300~3,000 cps이다.

본 발명의 잉크 조성물에서, 바인더 수지는 분자량이 15,000~35,000인 PVB 수지와 분자량이 20,000~80,000인 PVP 수지를 혼합하여 사용한다.

PVB 수지는 잉크에 점성을 부여하는 역할을 하며, 바람직한 함유량은 3~4 중량%로서, 3 중량% 미만이면 잉크의 점도가 떨어져 리크가 발생하며, 4 중량% 초과하여 사용되면 점도의 상승으로 인해 필기감이 떨어지며, 잉크의 장기적인 보존 안정성 (필기구 보존성)이 떨어지는 문제가 있다.

PVP 수지는 잉크에 끈기를 부여하여 필기선 끊김 현상을 방지해 주는 역할을 하며, 바람직한 함유량은 0.5 ~ 1 중량%로서, 0.5 중량% 미만으로 포함되면 온도가 높을 때 잉크가 볼펜으로부터 새게 되고, 1 중량% 초과하여 포함되면 필기구 보존성이 떨어진다.

본 발명에서는 이와 같이, PVB 수지와 PVP 수지를 혼용하여 사용함에 의해 저점도 (종래 잉크의 1/10 ~ 1/20) 잉크 조성물의 잉크 누출 문제의 발생을 방지하고 필기감이 좋고 필기선 끊김 현상을 보완해 주는 효과를 얻을 수 있다

본 발명의 잉크 조성물에서, 용제는 55 ~ 80 중량%로 포함되며, 주용제와 부용제를 혼합하여 사용한다.

주용제로는 고 비점 (190℃ 이상) 의 특성을 갖는 것으로 예를 들면, 페녹시에탄올(244℃), 벤질알콜(205℃), 에틸렌글리콜(197℃), 디에틸렌글리콜(244℃), 1,3-부탄디올(207℃), 헥실렌글리콜(197℃), 디에틸렌글리콜모노메틸에테르(194℃), 디프로필렌글리콜모노메틸에테르(190℃), 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르(243℃), 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 주용제는 착색제 및 바인더 수지의 용해성이 높으며, 온도가 높은 지역이나 조건에서도 잉크 내의 용제의 건조를 방지하여 잉크의 안정성을 유지하는 작용을 한다. 주용제는 45 ~ 61.5 중량%로 사용되는 것이 바람직하며, 45 중량% 미만으로 사용되는 경우는 볼펜 내의 잉크가 기화되어 고화가 일어나고, 점도가 유지되지 않아서 필기구 보존성이 떨어지고, 61.5 중량% 초과로 사용되는 경우는 볼펜 사용시 리크가 발생한다.

부용제로는 저 비점 (100~130℃)의 특성을 갖는 것으로 예를 들면, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르(120℃), 프로필렌글리콜 모노에틸 에테르(132℃), 프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 부용제는 상대적으로 주용제 보다 상온에서 빠르게 건조되는 특성을 가져서, 필기 후 잉크 건조 지연성을 개선하고, 볼펜 팁 끝에서도 주용제 보다 빠르게 건조되어 잉크의 누출을 방지하는 역할을 한다. 부용제는 10 ~ 15 중량%로 사용되는 것이 바람직하며, 10 중량% 미만으로 사용하는 경우는 잉크의 건조성이 떨어져서 볼펜 사용시 손에 잉크가 묻어나며, 15 중량% 초과하여 사용되는 경우는 필기구 보존성이 떨어진다.

잉크 조성물에서 주용제로 저비점 (증기압이 높은) 용제를 사용할 경우, 상대적으로 온도가 높은 지역이나 조건에서 잉크 내의 용제의 건조가 잉크 튜브의 뒤쪽 및 잉크의 튜브(PP)의 통기성에 의해서도 발생하여 결국 잉크의 안정성에 심각한 악 영향(잉크의 고화 및 변질 발생)을 미치는데, 본 발명에서는 주용제로 고비점의 용제를 사용하여 이와 같은 문제점을 해결할 수 있다. 또한 본 발명의 잉크 조성물에서는 저비점의 부 용제를 함께 사용하여 일반 볼펜에서 발생하는 필기 후 잉크 건조 지연성을 개선하고, 팁 끝에서도 부 용제가 주 용제보다 빠르게 건조되어 잉크의 누출을 개선하며, 필기 후 건조를 빠르게 하여 필기선에 의한 오염을 방지할 수 있다.

본 발명의 잉크 조성물에 사용되는 착색제는 염료 또는 안료, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

염료로는 일반적으로 염료 잉크 조성물에 사용되는 직접 염료, 산성 염료, 염기성 염료, 매염 염료 및 산성 매염 염료, 주정용성(spirit) 염료, 아조 염료, 황화염료 및 황화 건염(vat) 염료, 건염 염료, 분산 염료, 지용성 염료, 식용 염료, 금속 복합염 염료, 또는 보통 안료 잉크 조성물에 사용되는 무기 또는 유기 안료를 사용할 수 있다. 염료의 첨가량은 잉크 조성물에 대하여 20~30 중량% 이다.

안료는 사용 유기 용제에 대해 낮은 용해성을 가지는 것이 바람직하고 분산 후의 평균 입자 크기는 30 내지 700 nm가 바람직하다. 첨가 안료의 양은 필요에 따라, 전체 잉크 조성물에 대하여 5~10 중량%로 사용될 수 있다. 안료는 단독으로 또는 둘 이상을 배합하여 사용할 수 있다. 필요하다면, 무기 안료를 사용하는 염료 또는 분산제를 분산 안정성에 악영향을 미치지 않을 정도의 양으로 첨가할 수 있다. 또한 스티렌, 아크릴산, 아크릴산 에스테르, 메타크릴산, 메타크릴산 에스테르, 아크릴로니트릴 및 올레핀계 모노머의 중합에 의하여 얻어진 수지 에멀젼, 잉크 내에서 팽윤되어 비정형이 되는 중공(hollow) 수지 에멀젼, 그리고 착색제로 에멀젼 자체를 착색하여 얻은 착색 수지 입자로 이루어진 유기 다색 안료 등을 들 수 있다. 안료의 첨가량은 잉크 조성물에 대하여 5~10 중량% 이다.

본 발명에 의하면, 필요하다면, 방청제, 항곰팡이제, 계면활성제, 윤활제, 리크 방지제 또는 습윤제 등 잉크와의 상용성이 있으면서 악영향을 끼치지 않는 물질을 첨가제로서 포함할 수 있다. 특히 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르는 윤활제로서 적합하다. 디벤질리엔 솔비톨류는 리크 방지제로서 특히 적합하다. 본 발명의 잉크 조성물에서 첨가제는 1 ~ 3 중량%로 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 유성볼펜 잉크 조성물은 300~3,000cps의 저점도로 가볍고 부드러운 필기감을 가지며, 외부의 온도변화(높아지거나 낮아지거나)에 의한 잉크 흐름의 변화가 거의 없어 필기 안정성이 높고, 특히 저온 조건에서도 필기가 가능하며 사용되는 팁의 재질이나 구조에 따라서도 잉크의 누출이 없다. 특히 증기압이 낮은 용제를 주용제로 사용하여 잉크 내의 용제의 휘발을 감소시켜 잉크의 고화나 변질에 의한 품질의 저하를 방지할 수 있고, 바인더 수지로서 저 분자량의 수지를 완전히 배제하고 고 분자량의 수지 2종만을 혼합하여 점도의 조절 및 저점도 잉크에 따른 잉크의 누출방지 그리고 고속 필기 시 끊김을 방지하였다.

이하, 본 발명의 실시예를 기재한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예 일뿐, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

잉크 조성물의 제조

표 1에 표시된 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 6의 조성으로 교반기로 교반하여 잉크 조성물을 얻었다. 구체적으로는, 용제를 평량 후 바인더 수지 및 계면활성제 첨가 후 70~75℃에서 4시간 용해시키고 그리고 나서 염료를 평량 첨가하여 70~75℃에서 15시간 이상 용해한 후 현미경 검사를 하여 합격(불용분이 발견되지 않으면)이면, 안료를 첨가하여 3시간 이상 분산(50℃ 이하 유지)시킨 후 현미경검사로 합격(불용분이 없으며 잉크내에 안료가 골고루 분산됨)되면 잉크 조성물을 완성하였다.

품질 평가방법 및 기준

상기와 같이 제조된 잉크 조성물을 볼펜 (프라스틱 관이나 금속관 및 금속의 팁을 사용)에 충전한 다음 시험을 행하였다.

ⓐ 필기감: 소비자 수준에서 수동필기 시 부드러운 상태 및 필압에 대하여 응답으로 상대 비교를 하였다. 가벼운 필기감을 ◎로, 보통의 필기감을 ○로, 무거운 필기감을 △로 나타내었다.

ⓑ 필기 보존성, 리크 및 고속 필기 시 끊김 현상: 고온고습(50℃ 80% 및 60℃ 80%) 조건에서 볼펜을 상, 평, 하 방향으로 4개월 이상 방치하고 15일 간격으로 잉크 변질 및 리크 상태(팁 선단)를 수동 및 기계 (하중 200g/필각 70±5도/필기속도 8m/min) 필기검사로 행하였다. 보존성이 우수하고 리크가 발생이 적은 경우를 ◎로, 보통 수준의 경우 ○로, 불량 수준의 경우 △로 나타내었다. 또한 고속 필기 신 끊김 현상은 기계 필기검사 결과로 확인할 수 있으며 끊김 현상이 없으면 ◎로, 일부 존재하면 ○로, 빈번히 나타나면 △로 나타내었다.

ⓓ 눈꿉: ⓑ 조건에서 초필부터 종필 (0~1000m이상)까지 필기할 때 팁(tip) 선단부에 발생하는 잉크의 덩어리 수로 판단하였다. 덩어리 수가 적은 경우 ◎로, 보통 수준의 경우 ○로, 많은 경우 △로 나타내었다.

			실례1	실례2	실례3	실례4	비교1	비교2	비교3	비교4	비교5	비교6
착색제	안료	카본블랙	5			10	5			5	10
	안료	CI pigment red 254		5				5
	안료	CI pigment blue 60			5				5
	염료	valifast black3830										25
	염료	valifast black1807	20				20	20		20
	염료	valifast red1306		20
	염료	valifast violet1701			5				5
	염료	Spilon black GMH				20					20
	염료	valifast blue 1605			20				20
	염료	Spilon red CGH
	염료	valifast yellow 1101
바인더 수지		PVP K30	0.5	0.5	0.5		0.5	0.5	0.5	0.5
		PVPK90			0.5	0.5			0.5		0.5
		PVPK120	0.5	0.5		0.5	0.5	0.5		0.5	0.5
		Synthetic RESIN SK					10	10	10
		PVB BL-10	4							2
		PVB BM-S										6
		타마놀 PA										12
		PVB BM-1		4	4	4
용제		벤질알콜	8.6	10.4	9.4	9.4	14.2	14.2	11.2	10.4	20
		2-페녹시에탄올	43.4	41.6	37.6	37.6	46.8	46.8	44.8	59.6	6
		디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르										10
		프로필렌글리콜 모노에밑 에테르	15	15	15	15					40	47
계면활성제		폴리옥시에틸렌 알킬에테르	1	1	1	1
첨가제		방부제, 방청제	2	2	2	2	3	3	3	2	3
총계			100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
제품 품질		필감	◎	◎	◎	◎	△	△	△	○	○	○
		필기보존성능	◎	◎	◎	◎	△	△	△	○	△	△
		고속 필기 시 끊김현상	◎	◎	◎	◎	△	△	△	△	△	△
		건조성	◎	◎	◎	◎	△	△	△	△	◎	○
		필기시 눈꿉	◎	◎	◎	◎	△	△	○	△	○	△
		리크	◎	◎	◎	◎	△	△	△	△	◎	○

실시예 1 ~ 4는 점도가 1,000 ~ 2,000cps 정도이며, 필기감이 우수하고 건조성, 필기 보존성이 우수하며, 필기 시 눈꼽이 발생하지 않고, 리크가 방지되며, 고속 필기 시 끊김 현상이 방지되었다.

비교예 1은 12,000~15,000cps 정도로 점도가 종래 잉크와 유사하여 안정성이 떨어지며 기타 필감, 건조성, 눈꼽, 리크성도 나쁘고, 비교예 2 및 3은 비교예 1과 유사하였으며, 비교예 4의 점도는 2,000cps로 저점도이나 부 용제의 미 사용으로 건조성, 눈꼽, 리크의 품질 나쁘고, 비교예 5의 점도는 2,000cps로 저점도가 되나 부 용제의 양이 많아 필기 보존성이 나쁘고 비교예 6의 점도는 12,000cps로 점도가 높아 안정성이 떨어지며 주 용제를 사용하지 않아 역시 안정성이 더 나쁘다.

Claims

i) 착색제 25 ~ 40 중량% ,
ⅱ) 폴리비닐부티랄 (PVB) 수지 3 ~ 4 중량% 및 폴리비닐피롤리돈 (PVP) 수지 0.5 ~ 1 중량%로 이루어지는 바인더 수지 3.5 ~ 5 중량%,
ⅲ) 190℃ 이상의 비점을 갖는 주 용제 45 ~ 61.5 중량%, 및
iv) 100 ~ 130℃의 비점을 갖는 부 용제 10 ~ 15 중량% 를 포함하고,
상기 주 용제는 페녹시에탄올, 벤질알콜, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,3-부탄디올, 헥실렌글리콜, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르, 또는 이들의 혼합물이고,
상기 부 용제는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노프로필 에테르 또는 이들의 혼합물이고,
점도가 300~3,000 cps인 것인 유성볼펜 잉크 조성물.
삭제
삭제
제 1항에 있어서, 잉크 조성물 100 중량%에 대하여, 방청제, 항곰팡이제, 계면활성제, 윤활제 및 습윤제로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 첨가제가 1 ~ 3 중량% 추가로 포함되는 것인 유성볼펜 잉크 조성물.
제 4항에 있어서, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르가 윤활제로서 포함되는 것인 유성볼펜 잉크 조성물.
삭제
제 1항, 제 4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 따른 잉크 조성물이 충전되어 있는 유성볼펜.