KR101340252B1 - 성능이 개선된 잉크 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 성능이 개선된 잉크젯 잉크 조성물 및 이의 사용 방법에 관한 것이며, 상기 잉크는, 높은 동적 표면장력을 가지면서 더 어두운 잉크를 구비한 잉크 세트로서 기능하도록 배합된다.

Description

성능이 개선된 잉크{INKS WITH IMPROVED PERFORMANCE}
본 발명은 일반적으로 잉크젯 프린팅에 관한 것으로, 특히 인쇄 품질 성능이 개선된 잉크젯 잉크 및 잉크 세트에 관한 것이다.
최근, 디지털 이미지-형성 장치, 예를 들어 열적 잉크-제트 프린터, 대형 포맷 플로터, 압전 프린터, 대형 플로터, 레이저 프린터, 할로겐화 은 등급 포토 이미징 장치 등의 사용이 증가하였다. 이러한 증가는 상당한 비용 감소와 결부된 인쇄 해상도 및 전반적인 인쇄 품질, 및 사용 편의성에 기인한 것이다. 오늘날의 이미지-형성 장치는 과거 제공된 것들보다 더 낮은 비용으로 여러 가지 상업, 사업 및 가정용으로 허용가능한 인쇄 품질을 제공한다.
상업용 인쇄 매체는 매체의 표면상의 비다공성 코팅으로 인해 평활성이고 광택성이다. 비다공성 코팅은 소수성 재료, 예를 들어 소수성 중합체이다. 상기 코팅이 소수성이기 때문에, 상업용 인쇄에 사용되는 잉크는 전형적으로 유성(oil-based)이다. 이와 달리, 잉크젯 프린팅에 사용되는 대부분의 잉크는 수성(aqueous-based)이다. 잉크젯 잉크는 일반적으로 기존의 상업용 인쇄 매체와 상용성이 없는데, 이것은 수성 잉크젯 잉크가, 특히 빠른 출력 환경에서, 비다공성 코팅내로 침투하지 못하기 때문이다. 따라서, 잉크젯 프린팅를 사용하여 대량으로 인쇄하기 위하여, 상업용 인쇄 매체에 사용하기 위한 개질된 잉크젯 잉크가 개발되었다. 그러나, 이러한 잉크젯 잉크로 인쇄된 이미지는 해상도, 내구성 또는 인쇄 품질이 저하될 수 있다.
다른 인쇄 기법의 비용, 긴 소요시간 및 효율성 한계로 인해, 잉크젯 프린터("상업용 잉크젯")를 사용하는 상업용 인쇄(디지털 인쇄 포함)는 급속히 개발되고 있는 분야이다. 상업용 잉크젯 프린팅으로 인쇄되는 대량 상품들은 고속 인쇄 공정을 필요로 한다. 빈번한 작업이 필요하지 않은 신뢰성 있는 프린터 펜이 또한 필요한데, 이는 상기 프린터 펜이 인쇄 공정의 전체 속도에 영향을 미치기 때문이다. 프린터 펜의 신뢰성과 인쇄 공정의 속도를 향상시키기 위해, 특히 상업용 인쇄에 사용되는 잉크젯 잉크는 프린트헤드의 표면, 예를 들어 오리피스(orifice) 판상에 퍼들(puddle)을 형성하지 않아야 한다. 퍼들 형성은 잉크의 점도와 관계되며, 저점도의 잉크는 오리피스 판상에 퍼들을 형성하기 쉽고, 점적 오도(drop misdirection), 오리피스 판상의 잉크 축적 및 작업 곤란을 야기하기 쉽다. 퍼들 형성을 줄이기 위해, 잉크의 점도를 증가시키는 용액이 제안되었다. 예를 들어, 고분자량 계면활성제, 중합체 또는 올리고머를 잉크에 첨가하는 것이 제안되었다. 그러나, 이들 첨가제는 전형적으로 인쇄 품질 및 펜 신뢰성, 예를 들어 캡핑된 저장성(capped storage), 코게이션(kogation), 디캡(decap) 및 내수성(waterfastness)에 해를 끼친다.
인쇄 품질 및 신뢰성 성능이 향상된 잉크젯 프린터, 특히 개인용 프린팅뿐만 아니라 상업용 잉크젯 프린팅에 사용하기 위한 인쇄용 잉크를 제공하는 것이 요망된다.
발명의 개요
본 발명은 인쇄용 액체에 관한 것이다.
본 발명의 잉크는 잉크젯 잉크 세트의 일부로 작동하도록 배합된다. 상기 잉크는 수성 비히클(vehicle); 및 상기 비히클중에 분산된 하나 이상의 착색제를 포함하며, 미리 결정된 동적 표면장력을 갖는다. 하나의 실시양태에서, 더 어두운 색 잉크는 더 밝은 색 잉크보다 동적 표면장력이 더 높다.
도 1A 및 1B는, 상이한 번짐 성능을 보이는 인쇄 샘플이다.
도 2A 및 2B는, 본 발명의 실시양태의 실시에 사용가능한 계면활성제 패키지를 나타낸 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 실시양태에서 사용가능한 상이한 계면활성제들이 동적 및 정적 표면장력에 미치는 효과를 상대적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 예시적인 하나의 실시양태에 따라 제조된 잉크의 동적 및 정적 표면장력을 상대적으로 나타낸 그래프이다.
본 발명은 인쇄 액체에 관한 것이다. 하나의 실시양태에서, 상기 액체는 시판되는 프린터, 예를 들어 델라웨어주 휴렛-패커드사의 데스크젯(DESKJET, 등록상표), 디자인젯(DESIGNJET, 등록상표) 및 포토스마트(PHOTOSMART, 등록상표) 계열의 프린터를 사용하는 잉크젯 프린팅(예를 들어, 압전 및 열적 잉크젯 장치중 하나 또는 둘 다)에 사용가능하다. 본 발명의 잉크는 상업용 프린터를 비롯하여 특히 이미징 및 포토 프린터에 유용하다. 본 발명의 잉크는 다공성, 비-다공성 및 하이브리드 광택 매체 및 반-광택 매체에 유용하며, 특히 상업용 프린팅 용도, 예를 들어 가정용 포토 프린터뿐만 아니라 고출력 및 높은 이미지 품질이 필요한 그래픽 아트 및 포토 리테일(retail)용 미세-다공성 매체에 유용하다. 예시적인 인쇄 매체는 휴렛-패커드 고광택성 포토 용지(Hewlett-Packard Advanced glossy Photo Paper), 이포드 갤러리 펄 포토 잉크젯 용지(Iford Galerie Pearl Photo Inkjet Paper)(반-광택), 엡손 프리미엄 광택성 용지(Epson Premium Glossy Photo paper), 및 픽토리코 포토 갤러리 광택 용지(Pictorico Photo Gallery glossy paper)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
하나의 실시양태에서, 프린팅 액체는 비히클("잉크")중에 분산된 착색제를 포함하는 잉크; 또는 착색제가 실질적으로 없는 투명 잉크일 수 있으며, 이들의 목적은, 본 발명("성능향상액체")에 따른 착색된 프린팅 액체 또는 잉크를 사용하여 인쇄된 이미지의 인쇄 품질(예를 들어, 광택 또는 채도)을 향상시키는 데 있다. 본원에 사용된, 용어 "분산된"은, 착색제와 같은 성분이 분산, 용해, 가용화, 혼합되거나, 다르게는 비히클에 의해 운반될 수 있도록 형성되는 임의의 메카니즘을 의미한다. 하나의 실시양태에서, 프린팅 액체는 프린팅 액체 세트("프린팅 액체 세트" 또는 "잉크 세트", 또는 잉크 세트 및 성능향상액체)를 구성하거나 프린팅 액체 세트 용도로 배합된다. 하나의 실시양태에서, 프린팅 액체 세트는, 각각 수성 비히클을 포함하는 제 1 및 제 2 액체를 포함하는 복수 개의 프린팅 액체를 포함한다.
이하, 프린팅 액체가 착색제를 포함하는 경우, 프린팅 액체는 "잉크"로 지칭될 수 있고, 착색제가 실질적으로 없는 프린팅 액체는 "성능향상액체"로 지칭될 수 있다.
본 발명의 잉크는 매체상에 인쇄된 하나의 잉크로부터 이에 인접 인쇄된 또 다른 잉크 색 내에 가시성 번짐(육안으로 식별가능한 번짐)을 줄이거나 최소화시킴으로써 고출력 속도에서 높은 인쇄 품질을 갖는 인쇄된 이미지를 제공한다. 본원에 사용된, 용어 "번짐"은, 잉크가 인쇄 매체상에 침적될 때 하나의 색이 다른 색으로 침투되는 것으로서 정의되며, 이들 사이에 매끄럽지 못한 경계 형적을 보임을 가리킨다. 번짐은, 인쇄 매체(예를 들어, 용지)의 표면상에, 또는 인쇄 매체 자체내에, 또는 침적된 잉크 층내에 또는 이들중 임의의 조합에 색 혼합으로 나타난다. 번짐은, 더 어두운 색 잉크(예를 들어, 흑색 잉크)와 인접-인쇄된 더 밝은 색 잉크(예를 들어, 노랑색) 사이에 나타나는 경우에 더욱더 잘 보이기 때문에 특히 문제가 된다. 따라서, 양호한 인쇄 품질을 달성하기 위해, 번짐은, 색간 경계가 또렷하고 색간 침투가 없도록 실질적으로 감소되거나 제거되어야 한다. 가시성 번짐은, 실제로 매체상에 인쇄된 하나의 잉크색으로부터 이에 인접 인쇄된 또 다른 잉크색으로의 번짐이 존재하는 경우, 및 상기 번짐이 설사 존재하더라도 육안으로 쉽게 분별할 수 없는 경우중 하나 또는 둘 다에서 사실상의 번짐을 감소시킴으로써 줄일 수 있다.
하나의 실시양태에서, 인쇄용 액체는, 검정, 시안(cyan), 마젠타(magenta) 및 노랑 잉크, 및 선택적으로 성능향상액체중 하나 이상을 포함하는 잉크 세트를 구성하도록 형성된다. 하나의 실시양태에서, 상기 잉크 세트는 검정, 시안, 마젠타 또는 노랑 잉크중 임의의 하나 이상의 "더 밝은" 버전(version); 예를 들어 회색, 중간 및/또는 연회색, 중간 및/또는 밝은 시안, 중간 및/또는 밝은 마젠타 및 중간 및/또는 연노랑을 각각 추가로 포함한다. 더 밝은 잉크는 각각 더 어두운 잉크 버전의 착색제와 동일하거나 상이한 착색제를 포함할 수 있다.
본원에 사용된, 용어 "밝다" 및 "어둡다"는, 잉크의 상대적인 은폐력(hiding power)을 가리키는 것으로, 은폐력이 더 높은 잉크가 은폐력이 더 낮은 잉크 위에 인쇄되는 경우, 관측되는 색은, 더 높은 은폐력을 갖는 잉크에 의해 지배를 받는다. 착색제 농도는 은폐력의 중요 인자이며, 톤 스케일(tone scale), 예를 들어 잉크의 "값(Value)"(먼셀(Munsell) 색공간), 또는 (시아이이 랩(CIE LAB) 색체계)에서의 "L*"로 측정될 수 있다. 은폐력의 보편적인 표현은 톤 스케일 정의로 국한되지 않는다. 우세한 착색이 색혼합 또는 색중첩 동안 존재하거나 발생하였는지를 보여주기 위해 완전한 3자극값(tri-stimulus value)이 측정되고 각각의 색값과 비교된다. 은폐력의 원리 또는 주조색(dominant color)은 특히 본 발명에 유용한데, 왜냐하면 이것이, "밝은" 색이 "어두운" 색으로 물리적으로 번질 수 있어도 이러한 침투가 시각적으로 관찰될 수 없어서 사용시 마치 번짐이 발생되지 않은 것처럼 보일 수 있는 현상 또는 메카니즘을 설명할 수 있기 때문이다.
하나의 실시양태에서, 향상된 번짐 성능은, 서로 인접하여 인쇄되도록 구성되거나 배합된 둘 이상의 잉크의 동적 표면장력에 미리 결정된 차이를 둠으로써 달성되며, 이는 본원에서 동적 표면장력 구배라고도 지칭된다. 상기 둘 이상의 잉크를 구성하거나 배합하여 잉크 세트로 사용할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 정적 표면장력은 상기 두 잉크에서 실질적으로 동일하고, 통상 잉크 세트의 일부로 사용하기 위해 구성된 모든 잉크는 유사한 정적 표면장력을 갖는다.
하나의 실시양태에서, 상기 잉크(및/또는 필요한 경우 성능향상액체)는 각각, 하나 이상의 불소계 계면활성제 및 하나 이상의 탄화수소계 계면활성제를 포함하는 계면활성제 패키지(package)를 포함한다. 하나의 실시양태에서, 동적 표면장력 구배는 실질적으로 액체 조성에 사용되는 탄화수소계 계면활성제의 종류 및 농도에 의해 달성된다.
하나의 실시양태에서, 정적 표면장력은, 잉크 세트의 일부로 사용하기 위해 구성되거나 조성된 잉크(또는 액체)인 경우에 실질적으로 동일한데, 왜냐하면 정적 표면장력은 주로 탄화수소계 계면활성제의 선택 및 존재에 의해 지배를 받기 때문이다.
하나의 실시양태에서, 주된 색조는 같으나 채도 또는 광학밀도가 다른 잉크(예를 들어, 연한 시안과 진한 시안)이거나, 일반적으로 광학밀도는 유사하나 색조가 다른 잉크(예를 들어, 시안 및 마젠타)인 경우에는 동일하거나 유사한 동적 표면장력을 갖는다. 예를 들어, 잉크는 여러 가지 그룹, 예를 들어 검정 및 회색("I 그룹"), 시안 및 마젠타("II 그룹"), 노랑("III 그룹) 및 선택적으로는 성능향상액체("IV 그룹")로 분류될 수 있으며, 첫 번째 그룹(I)으로부터 마지막 그룹(IV)으로 갈수록 잉크의 동적 표면장력은 감소한다. 하나의 실시양태에서, 동일하거나 유사한 계면활성제 패키지는 동일한 그룹에 속하는 잉크에 사용될 수 있다. 본원에 사용된, 용어 "인쇄된 기재"는 본 발명의 특징이 구현된 하나 이상의 잉크에 의해 부분적으로 커버되는 기재를 의미한다. "잉크젯 펜"은 축상(on-axis) 및 비축(off-axis) 구성중 하나 또는 둘 다를 가지며, 잉크를 포함하고/하거나 잉크를 포함하도록 구성된 잉크젯 펜을 의미하고, "프린팅 시스템"은 본 발명의 하나 이상의 특징인 잉크젯 펜 및/또는 프린터를 구현하는 적어도 하나 이상의 잉크젯 잉크를 인쇄 및/또는 포함하는 시스템을 의미한다.
잉크
본 발명의 특징이 구현된 수성 잉크젯 잉크는 수성 담체 매질("비히클") 및 착색제를 사용한다. 착색제는 안료 분산제, 염료 또는 이들의 조합물일 수 있으며, 바람직하게는, 예를 들어 계면활성제, 중합체성 분산제에 의해 분산되거나 자가-분산되는 안료 분산제이다. 잉크는 하나 이상의 불화탄소계 계면활성제 및 하나 이상의 탄화수소계 계면활성제를 포함하는 계면활성제 패키지를 포함하며, 이들은 모두 이하에 상세히 설명된다. 잉크는 또한 잉크젯 프린팅 분야에 공지된 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 수성 잉크젯 잉크는 인쇄 매체상에 서로 인접 도포되거나 서로 접촉될 때 상용성이고 가시성 번짐을 최소화하도록 조성된다.
불화탄소계 계면활성제
존재하는 경우, 잉크 또는 성능향상액체중의 불화탄소계 계면활성제는, 비이온성, 음이온성, 양이온성 또는 양쪽성 계면활성제 중에서 독립적으로 선택된다. 하나의 실시양태에서, 불화탄소계 계면활성제는 퍼할로겐화되거나 퍼플루오르화된 알킬 말단기를 함유한다.
하나의 실시양태에서, 불화탄소계 계면활성제는 일반적으로 잉크젯 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.0001 중량% 내지 약 1.0 중량%, 또는 약 0.01 중량% 내지 약 0.5 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 0.25 중량%의 양으로 잉크 조성물(또는 성능향상액체)에 첨가된다. 다양한 액체중 불화탄소계 계면활성제의 농도는 세트로 사용하기 위한 다른 액체의 것과 유사하거나 다를 수 있다.
선택되는 특정 불화탄소계 계면활성제 화합물(들)은, 잉크중의 다른 성분 및 인접 인쇄용으로 구성되는 하나 이상의 잉크의 물성에 따라 변할 것이다. 예를 들어, 불화탄소계 계면활성제는, 그 이온 특성이 잉크중의 다른 성분의 특성과 상용성이어서 잉크중의 침전 또는 응집을 피하거나 최소화하도록 선택된다.
하나의 실시양태에서, 불화탄소계 계면활성제는 화학식 (RfQ)nA이고, 여기서 Rf는, 6 내지 22개의 탄소원자를 갖는 퍼플루오로알킬 기이고, Q는, Rf를 A 기와 연결할 수 있는 2가 가교 기이고, A는 수용성 기이고, n은 1 또는 2이다.
가교 기 Q는, 탄소원자를 10개 미만으로 함유하는 알킬, 아르알킬, 알킬아릴 또는 아릴의 2가 라디칼일 수 있고, S, O 및 N과 같은 헤테로원자를 함유할 수 있다. 사용조건하에서 안정하다면, 가교 기 Q와 수용성 기 A간의 결합은 에스터, 아마이드 또는 설포아미도일 수 있다.
수용성 기 A는, -(OCH2CH2)xOH(여기서, x는 1 내지 12이다); -COOM 및 -SO3M(여기서, M은 수소, 암모늄, 아민, 또는 알칼리 금속, 예를 들어 리튬, 나트륨 또는 칼륨이다); -PO4Zy(여기서, y는 1 내지 2이고, Z는 수소, 암모늄, 아민, 또는 알칼리 금속, 예를 들어 리튬, 나트륨 또는 칼륨이다); -NR3X(여기서, R3은 1 내지 4개의 탄소원자의 알킬 기이고, X는 할라이드, 아세테이트 및 설포네이트, 및 기타 수용성 양쪽성 이온(zwitterion) 기로 이루어진 군에서 선택되는 음이온성 짝이온이다)로부터 선택될 수 있다. 퍼플루오로알킬 기의 크기와 수용성 기의 크기간 균형은 화합물이 일반적으로 목적한 수용성 비히클중에서 25℃에서 0.001% 이상, 바람직하게는 25℃에서 0.05% 이상의 용해도를 갖도록 해야한다. 적합한 플루오르화된 화합물은, 예를 들어 이. 아이. 듀퐁 드 네모르스 앤드 캄파니[E.I. du Pont de Nemours and Company(델라웨어주 윌밍톤 소재)]의 조닐(Zonyl, 등록상표) 및 쓰리엠 캄파니[3M Company(미네소타주 미네아폴리스 소재)의 플루오라드(Fluorad, 등록상표)로서 상업적으로 입수가능하며, 이는 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다.
조닐 시리즈의 불화탄소계 계면활성제 중에서, 조닐(등록상표) FSO, 조닐 FSN 및 조닐 FS-300은 본 발명에 사용될 수 있는 예시적인 비이온성 불화탄소계 계면활성제이고, 조닐 FSD는 예시적인 양이온성 불화탄소계 계면활성제이다. 조닐 FSO는 식 RfCH2CH2O(CH2CH2O)xH(여기서, Rf는 F(CF2CF2)y이고, x는 0 내지 약 15이고, y는 1 내지 약 7이다)를 갖는 에톡시화된 비이온성 불화탄소계 계면활성제이다. 공급될 때, 조닐 FSO는 약 50%의 불소계 계면활성제를 갖는다. 조닐 FSN은 화학식 RfCH2CH2O(CH2CH2O)xH(여기서, Rf는 F(CF2CF2)y이고, x는 0 내지 약 25이고, y는 1 내지 약 9이다)를 갖는 수용성, 에톡시화된 비이온성 불소계 계면활성제이다. 조닐 FSN은 약 40%의 불소계 계면활성제를 갖는 상태로 공급된다. 조닐 FS-300은 화학식 RfCH2CH2O(CH2CH2O)xH(여기서, Rf는 F(CF2CF2)y이고, x는 3 내지 약 30이고, y는 2 내지 약 20이고, X<Y<Z이다)를 갖는 비이온성 불소계 계면활성제이다. 공급될 때, 조닐 FS-300은 약 40%의 불소계 계면활성제를 갖는다. 조닐 FSD는 양이온성 불소계 계면활성제이고, 화학식 F(CF2CF2)1-7-알킬-N+R3Cl-를 갖는다. 조닐 FSD는 약 30% 불소계 계면활성제를 갖는 상태로 공급된다. 바람직하게는, 사용되는 불화탄소계 계면활성제가 조닐 FSO이다.
플루오라드(등록상표) 불화탄소계 계면활성제는 암모늄 퍼플루오로알킬 설포네이트(FC-120), 칼륨 플루오르화된 알킬 카복실레이트(FC-129), 플루오르화된 알킬 폴리옥시에틸렌 에탄올(FC-170C), 플루오르화된 알킬 알콕실레이트(FC-171) 및 플루오르화된 알킬 에터(FC-430, FC-431, FC-740)을 포함한다.
본 발명의 실시에 적합한 기타 불화탄소계 계면활성제는, 적어도 부분적으로, 하기 화학식을 갖고 펜던트(pendant) 퍼플루오로알킬 기 Rf를 포함하는 옥세테인 화학에 기초하여 제조되는 중합체로부터 형성되는 것들을 포함한다.
Figure 112008046257905-pct00001
여기서, 펜던트 퍼플루오로알킬 기의 길이는, C4F9 또는 이보다 짧은 것(CF3, C2F5, C3F7 및 C4F9 포함)으로 이루어진 군에서 선택된다.
하나의 실시양태에서, 옥세테인계 불화탄소계 계면활성제는 적어도 중합체성 물질로부터 형성되고, 상기 중합체성 물질은, 하나 이상의 극성 기, 및 Rf 기를 포함하는 하나 이상의 펜던트 기를 갖는, 2개 이상의 반복 단위를 가지며, 이때 상기 하나 이상의 극성 기는 각각 독립적으로, 음이온-짝양이온, 양이온-짝음이온, 양쪽성 기 및 비-이온성 기로 이루어진 군에서 선택되고; 각각의 Rf 기는 독립적으로, 1 내지 약 7개의 탄소원자를 갖는 플루오르화된 선형 알킬, 및 플루오르화된 분지형 알킬(여기서, 가장 긴 쇄는 1 내지 약 7개의 탄소원자를 갖고, 각각의 분지는 독립적으로 1 내지 약 3개의 탄소원자를 함유한다)로 이루어진 군에서 선택되고; 선형 또는 분지형인 Rf는 각각, 하나 이상의 불소원자에 결합된 하나 이상의 탄소원자를 갖고; 각각의 Rf 기는 독립적으로, 그의 비-탄소 원자의 10% 이상은 불소원자이고, 나머지 비-탄소 원자는 독립적으로 H, I, Cl 및 Br로 이루어진 군에서 선택된다.
적합한 옥세테인계 불화탄소계 계면활성제의 예는, 예를 들어 옴노바 솔루션즈 인코포레이티드[Omnova Solutions, Inc.(오하이오주 페어론 소재)]에서 일반적으로 입수가능한 상표명, 폴리폭스(PolyFox, 등록상표) 불화탄소계 계면활성제를 포함하나, 이로 제한되지 않는다. 예시적인 폴리폭스(등록상표) 계면활성제는 폴리폭스 PF-136A, 폴리폭스 PF-151N, 폴리폭스 PF-154N 및 폴리폭스 PF-156A를 포함한다.
탄화수소계 계면활성제
잉크 또는 성능향상액체중에 탄화수소계 계면활성제가 존재하는 경우, 이는, 비이온성, 음이온성, 양이온성 또는 양쪽성 계면활성제중에서 독립적으로 선택된다. 탄화수소계 계면활성제는 바람직하게는 비이온성이다.
본 발명에 사용하기에 적합한 탄화수소계 계면활성제는 독립적으로, 사용되는 유체의 다른 성분들과 상용성이 있고 상대적으로 낮은 동적 표면장력을 제공하는 임의의 탄화수소계 계면활성제를 포함한다. 본원에 사용된 동적 표면장력은 액체의 표면장력을 시간의 함수에 따라 낮아지는 것을 의미한다.
잉크 또는 성능향상액체에 사용하기 위한 탄화수소계 계면활성제는, 잉크 세트로서 사용되도록 배합되는 적어도 두 가지 잉크(예를 들어, 제 1 및 제 2 잉크)를 따라 동적 표면장력 구배 또는 차이가 있도록 선택된다. 하나의 실시양태에서, 더 밝은 색 잉크는 상대적으로 더 어두운 잉크보다 낮은 동적 표면장력을 갖는다. 하나의 실시양태에서, 각각의 잉크에 대한 탄화수소계 계면활성제는 동적 표면장력이 가장 어두운 잉크로부터 가장 밝은 잉크로 갈수록 감소하도록 선택된다. 하나의 예시적인 실시양태에서, 검은 잉크의 동적 표면장력은 가장 높고, 노란 잉크의 표면장력은 가장 낮으며, 마젠타 및 시안 잉크의 표면장력은 이들의 중간이다.
하나의 실시양태에서, 각각 하나 또는 복수 개의 잉크 또는 성능향상액체에 대한 동적 표면장력은, 크루스(Kruss) BP2 동적 표면장력측정계(Dynamic Surface Tensiometer)와 같은 동적 표면장력측정계로 측정하였을 때, 독립적으로 약 10 내지 약 100 밀리초(ms)에 걸쳐 약 50에서 약 20 다인(dyne)/㎝으로, 또는 약 40에서 약 25 다인/㎝으로, 또는 약 35에서 30 다인/㎝으로 일반적으로 감소한다. 본 발명의 실시양태에 따르면, 상이한 잉크 그룹, 즉 I 그룹(어두움), II 그룹(중간), III 그룹(밝음) 및 IV 그룹(성능향상액체)간의 동적 표면장력에 차이가 있다. 하나의 실시양태에서, 어두운 잉크와 더 밝은 잉크간 동적 표면장력의 차이는, 상기 언급된 방법으로 상기 언급된 시간 기간 동안 측정하였을 때, 적어도 일반적으로 약 1 내지 약 10, 또는 약 2 내지 약 6, 또는 약 2 내지 약 5, 또는 약 3 내지 약 5, 또는 약 5 다인/㎝이다.
상대적으로 낮은 정적 표면장력을 갖는 잉크 또는 성능향상액체의 정적 표면장력은 일반적으로, 크루스 프로세서 K-12 표면장력계와 같은 정적 표면장력계로 측정하였을 때, 약 30 내지 약 15, 또는 약 25 내지 약 18, 또는 약 22 내지 약 20 다인/㎝이다.
하나의 실시양태에서, 탄화수소계 계면활성제는 일반적으로, 잉크(또는 성능향상액체)의 총 중량을 기준으로, 약 0.0001 중량% 내지 약 1 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 0.5 중량%, 또는 약 0.1 중량% 내지 약 0.6 중량%의 잉크 또는 성능향상액체에 첨가될 수 있다.
선택된 특정 탄화수소계 계면활성제는 잉크내의 다른 성분 및 인접 인쇄용으로 구성된 하나 이상의 잉크의 물성에 따라 변할 것이다. 예를 들어, 탄화수소계 계면활성제는, 그 이온 특성이 잉크내의 다른 성분과 상용성이어서 잉크내 침전 또는 응집을 피하거나 최소화하도록 선택된다.
상기 동적 표면장력 물성을 갖는 예시적인 탄화수소계 계면화성제는 비이온성 탄화수소계 계면활성제, 예를 들어 바스프 캐나다[BASF Canada (온타리오주 토론토 소재)]에서 입수가능한 테트로닉(TETRONIC, 등록상표) 시리즈(프로필렌 옥사이드, 테트로닉 701과 같은 에틸렌 옥사이드, 및 에틸렌 다이아민의 4작용성 블록 공중합체); 유니온 카바이드[Union Carbide Co. (텍사스 휴스턴 소재)]에서 입수가능한 터지톨(TERGITOL, 등록상표) 시리즈(알킬 폴리에틸렌 옥사이드), 예를 들어 터지톨 15-S-5, 15-S-7; 아이씨아이 아메리카스[ICI Americas (델라웨어주 윌밍턴 소재)]에서 입수가능한 브리즈(BRIJ, 등록상표) 시리즈(폴리에톡시화된 알코올과 에스터), 예를 들어 브리즈 30; 에어 프로덕츠[Air Products (펜실베니아주 알렌타운 소재)]에서 입수가능한 서피놀(SURFYNOL, 등록상표) 시리즈(아세틸렌계 폴리에틸렌 옥사이드), 예를 들어 서피놀 104(2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-다이올), 서피놀 400 시리즈, 예를 들어 서피놀 440, 및 서피놀 CT 시리즈, 예를 들어 서피놀 CT-111 및 CT-211(하기에 기재됨); 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스 인코포레이티드[Air Products and Chemicals Inc. (펜실베니아주 알렌타운 소재)]에서 입수가능한 다이놀(DYNOL, 등록상표) 604(에톡시화된 아세틸렌계 다이올 혼합물); 롬 앤 하스[Rohm & Haas (펜실베니아주 필라델피아 소재)]에서 입수가능한 트리톤(TRITON, 등록상표) 시리즈(알킬 페닐 폴리에틸렌 옥사이드), 예를 들어 트리톤 X-45 및 다우 케미칼 코포레이션[Dow Chemical Corporation (미시간주 미들랜드 소재)에서 입수가능한 트리톤 시리즈, 예를 들어 트리톤 X-100(옥틸페녹시폴리에톡시에탄올); 사이텍 인더스트리즈[CYTEC Industries (뉴저지주 웨스트 패터슨 소재)]에서 입수가능한 에어로졸(Aerosol) OT(나트륨 다이옥틸 설포숙시네이트); 씨케이 위토 코포레이션[CK Witco Corporation (텍사스 휴스턴 소재)]에서 입수가능한 위트코네이트(WITCONATE) P-1059(알크아릴 설포네이트 아이소프로필아민 염); 인터네셔널 스페셜티[International Specialty (뉴저지주 웨인 소재)]에서 입수가능한 서파돈(SURFADONE) LP-100; 스테판 캄파니[Stepan Company (일리노이주 노쓰필드)]에서 입수가능한 비이온성 계면활성제 머폴(MERPOL) SE(트라이데실 알코올의 5EO 부가물); 및 스테판 캄파니에서 입수가능한 머폴 SH(트라이데실 알코올의 8EO 부가물)이다.
몇몇 불화탄소계 계면활성제에 대한 예시적인 화학식이 하기에 제공된다.
Figure 112008046257905-pct00002
여기서,
탄화수소계
계면활성제		 n 값 HLB 값
서피놀 104 n1=n2=0 HLB=4
서피놀 420 n1=n2=1 HLB=4
서피놀 440 n1=n2=3.5 HLB=8
서피놀 465 n1=n2=10 HLB=13
서피놀 485 n1=n2=30 HLB=17
Figure 112008046257905-pct00003
여기서,
탄화수소계
계면활성제		 n 값
터지톨 15-S-5 n+n1=12
n2=4
터지톨 15-S-7 n+n1=12
n2=6
터지톨 15-S-9 n+n1=12
n2=8
Figure 112008046257905-pct00004
착색제
착색제는 염료, 안료 또는 이들의 조합물일 수 있다. 하나 이상의 염료 또는 안료가 임의의 잉크 조성물에 사용될 수 있다. 잉크는 잉크 조성물에 사용하기에 적합한 안료형 착색제를 포함하는 것이 바람직하다. 하기의 예시적인 안료는 본 발명의 실시에 유용하다. 그러나, 이들 목록으로 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 바스프(BASF)로부터 입수가능한 안료: 팔리오겐 오렌지(Paliogen(등록상표) Orange), 헬리오겐 블루(Heliogen(등록상표) Blue) L 6901 F, 헬리오겐(등록상표) 블루 NBD 7010, 헬리오겐(등록상표) 블루 K 7090, 헬리오겐(등록상표) 블루 L 7101 F, 팔리오겐(등록상표) 블루 L 6470, 헬리오겐(등록상표) 그린 K 8683, 및 헬리오겐(등록상표) 그린 L 9140; 캐봇(Cabot)으로부터 입수가능한 안료: 모나크(Monarch, 등록상표) 1400, 모나크(등록상표) 1300, 모나크(등록상표) 1100, 모나크(등록상표) 1000, 모나크(등록상표) 900, 모나크(등록상표) 880, 모나크(등록상표) 800, 및 모나크(등록상표) 700; 카브-오-젯(Cab-O-Jet, 등록상표) 시리즈의 자가-분산형 안료, 예를 들어 카브-오-젯 200, 300, (검정), 카브-오-젯 1027R (빨강), 카브-오-젯 554B (파랑), 카브-오-젯 270Y (노랑), 카브-오-젯 250C (시안), 카브-오-젯 260M (마젠타), PY-74 옐로우; 시바-가이기(Ciba-Geigy)로부터 입수가능한 안료: 크로모프탈(Chromophtal, 등록상표) 예로우 3G, 크로모프탈(등록상표) 옐로우 GR, 크로모프탈(등록상표) 옐로우 8G, 이그라진(Igrazin, 등록상표) 옐로우 5GT, 이그랄라이트 루빈(lgralite(등록상표) Rubine) 4BL, 모나스트랄 마젠타(Monastral(등록상표) Magenta), 모나스트랄(등록상표) 스칼렛, 모나스트랄(등록상표) 바이올렛 R, 모나스트랄(등록상표) 레드 B, 및 모나스트랄 바이올렛 마룬(Monastral Violet Maroon) B; 데구사(Degussa)로부터 입수가능한 안료: 프린텍스(Printex) U, 프린텍스 V, 프린텍스 140U, 및 프린텍스 140V; 듀퐁(DuPont)으로부터 입수가능한 안료: 티푸어(Tipure, 등록상표) R-101; 호이바흐(Heubach)로부터 입수가능한 안료: 달라마(Dalamar, 등록상표) 옐로우 YT-858-D 및 호이코프탈(Heucophthal, 등록상표) 블루 G XBT-583D; 훽스트(Hoechst)로부터 입수가능한 안료: 퍼머넌트 옐로우(Permanent Yellow) GR, 퍼머넌트 옐로우 G, 퍼머넌트 옐로우 DHG, 퍼머넌트 옐로우 NCG-71 , 퍼머넌트 옐로우 GG, 한사 옐로우(Hansa Yellow) RA, 한사 브릴리언트 옐로우(Hansa Brilliant Yellow) 5GX-02, 한사 옐로우-X, 노보펌(Novoperm, 등록상표) 옐로우 HR, 노보펌(등록상표) 옐로우 FGL, 한사 브릴리언트 옐로우 10GX, 퍼머넌트 옐로우 G3R-01 , 호스타펌(Hostaperm, 등록상표) 옐로우 H4G, 호스타펌(등록상표) 옐로우 H3G, 호스타펌(등록상표) 오렌지 GR, 호스타펌 스칼렛 GO, 및 퍼머넌트 루빈 F6B; 모베이(Mobay)로부터 입수가능한 안료: 퀸도 마젠타(Quindo(등록상표) Magenta), 인도패스트 브릴리언트 스칼렛(Indofast(등록상표) Brilliant Scarlet), 퀸도(등록상표) 레드 R6700, 퀸도(등록상표) 레드 R6713, 및 인도페스트(등록상표) 바이올렛; 선 켐(Sun Chem)으로부터 입수가능한 안료: L74-1357 옐로우, L75-1331 옐로우, 및 L75- 2577 옐로우, 피그먼트 레드(Pigment Red) PR122 레드; 클라리언트(Clariant)의 호스타젯(Hostajet, 등록상표) PT 및 ST 시리즈: 호스타젯 옐로우 4G-PT VP 2669, 호스타젯 마젠타 E-F3T VP 2690, 호스타젯 시안 BG-PT VP 2689, 호스타젯 블랙 O-PT VP 2676; 호스타젯 옐로우 4G-ST VP 2745, 호스타젯 마젠타 E-ST, 호스타젯 시안 BG-ST VP 2778. 기타 예시적인 안료로는 선 케미칼사(Sun Chemical)사 및 클라리언트사로부터 입수가능한, 안트라퀴논 레드(PR177), 파이롤 레드(PR254), 안트라퀴논 스칼렛(PR168), 퀴나크리돈 마젠타(PR202), 프탈로시아닌 그린(PG36), 염화 구리 프탈로시아닌 그린(PG7), 다이옥신 바이올렛(PV23) 및 베타 퀴나크리돈 바이올렛(PV19)이다.
착색제가 염료인 경우, 염료는 비이온성, 양이온성, 음이온성, 또는 비이온성, 양이온성 및/또는 음이온성 염료의 혼합물이다. 염료는 당업계에 잘 알려져 있는 것, 또는 델라웨어주 윌밍톤 소재의 아베시아(Avecia), 일본 동경 소재의 미츠비시 케미칼 코포레이션(Mitsubishi Chemical Corp.) 및 스위스 프리보그 소재의 일포드 아게(Ilford AG)를 포함하는 다수의 공급처로부터 입수가능한 것이나, 이들로 제한되지 않는다. 포함된 염료는 산성 염료, 직접 염료, 식용 염료, 매염(Mordant) 염료 또는 반응성 염료일 수 있고, 수용성 또는 수-불용성일 수 있다. 염료의 예로는 설포네이트 및 카복실레이트 염료, 예를 들어 잉크젯 프린팅에 상업적으로 사용되는 염료들을 포함하나, 이들로 제한되지 않는다. 잉크젯 잉크에 사용될 수 있는 염료의 특정 예로는 설포호다민(Sulforhodamine) B, 액시드 블루(Acid Blue) 113, 액시드 블루(Acid Blue) 29, 액시드 레드(Acid Red) 4, 로즈 벵갈(Rose Bengal), 액시드 엘로우(Acid Yellow) 17, 액시드 엘로우(Acid Yellow) 29, 액시드 엘로우(Acid Yellow) 42, 아크리딘 엘로우(Acridine Yellow) G, 액시드 엘로우(Acid Yellow) 23, 액시드 블루(Acid Blue) 9, 나이트로 블루 테트라졸륨 클로라이드 모노하이드레이트(Nitro Blue Tetrazolium Chloride Monohydrate) 또는 나이트로(Nitro) BT, 로다민(Rhodamine) 6G, 로다민 123, 로다민 B, 로다민 B 아이소시아네이트(Isosyanate), 사프라닌(Safranine) O, 아주어(Azure) B, 및 아주어(Azure) B 에오시네이트(Eosinate)이며, 이들 모두는 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치 케미칼 캄파니(Sigma-Aldrich Chemical Company)로부터 입수가능하다. 비이온성, 수용성 염료의 예로는, 다이렉트 엘로우(Direct Yellow) 132, 다이렉트 블루(Direct Blue) 199, 마젠타(Magenta) 377(스위스의 일포드 아게로부터 입수가능) 단독 또는 이들과 액시드 레드(Acid Red) 52와의 조합물을 포함하나, 이로 제한되지 않는다. 수-불용성 염료의 예로는 아조, 크산틴, 메틴, 폴리메틴 및 안트라퀴논 염료를 포함한다. 수-불용성 염료의 특정 예로는 시바-가이기 오라졸 블루(Ciba-Geigy Orasol Blue) GN, 시바-가이기 오라졸 핑크(Ciba-Geigy Orasol Pink) 및 시바-가이기 오라졸 엘로우(Ciba-Geigy Orasol Yellow)를 포함한다.
색 염료 또는 안료 외에, 검정 염료 또는 안료도 잉크젯 잉크에 사용될 수 있다. 예를 들어, 다이렉트 블랙(Direct Black) 154, 다이렉트 블랙 168, 패스트 블랙(Fast Black) 2, 다이렉트 블랙 171, 다이렉트 블랙 31, 다이렉트 블랙 19, 액시드 블랙(Acid Black) 1, 액시드 블랙 191, 모배이 블랙(Mobay Black) SP, 또는 액시드 블랙 2가 사용될 수 있다.
본원에 사용된, 용어 "안료"는, 수성 비히클에서 불용성인 착색제를 지칭하며, 다양한 분산 화학(예를 들어, 중합체성 분산, 이온성 분산, 표면 개질형 분산 등)을 사용하는 분산 염료 및 자가-분산형 안료를 포함한다. 매우 다양한 유기 및 무기 염료가 단독으로 또는 조합되어 잉크를 제조하는 데 선택될 수 있으며, 이들의 예가 미국특허 제5,085,698호에 개시되어 있다. 분산형 안료 입자는 충분히 작아서 잉크가 잉크젯 프린팅 장치를 통해, 구체적으로는 보통 10 미크론 내지 50 미크론 범위의 직경을 갖는 분출 노즐에서 자유로이 흐를 수 있다. 입자 크기는 또한 잉크의 수명에서 중요한 안료 분산 안정성에 영향을 미친다. 미립자의 브라운 운동은 입자들이 응집되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 최대 색 강도 및 광택을 위해 작은 입자를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 유용한 입자 크기의 범위는 약 0.005 미크론 내지 15 미크론이다. 바람직하게는, 안료 입자 크기는 0.005 내지 5 미크론, 더욱 바람직하게는 0.010 내지 1 미크론, 가장 바람직하게는 약 0.010 내지 0.3 미크론이다.
염료, 안료 또는 이들의 조합중의 착색제가 존재하는 경우, 이는, 잉크의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 15 중량%, 약 0.2 내지 10 중량% 또는 약 0.5 내지 약 5 중량%의 일반적인 양으로 잉크에 첨가될 수 있다.
수성 비히클
잉크 또는 성능향상액체용 비히클은 물, 또는 물과 하나 이상의 수용성 유기 용매의 혼합물을 포함하는 수성 비히클을 포함할 수 있다. 적합한 혼합물의 선택은 구체적인 용도 요건, 예를 들어 필요한 표면장력 및 점도, 선택된 착색제, 액체의 건조 시간, 및 액체가 인쇄되는 기재의 종류에 따른다. 선택될 수 있는 대표적인 수용성 유기 용매는 미국특허 제5,085,698호에 개시되어 있으며, 그 개시내용을 본원에 참고로 인용한다.
더욱 구체적으로, 수용성 유기 용매는 지방족 알코올, 방향족 알코올, 다이올, 글라이콜 에터, 폴리(글라이콜) 에터, 카프로락탐, 폼아마이드, 아세트아마이드 및 장쇄 알코올, 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함하나, 이들로 제한되지 않는다. 본 발명의 실시에 사용되는 유기 용매의 예로는 30개 이하 탄소의 1차 알코올, 30개 이하 탄소의 1차 방향족 알코올, 30개 이하 탄소의 2차 지방족 알코올, 30개 이하 탄소의 2차 지방족 알코올, 30개 이하 탄소의 1,3-알킬다이올, 30개 이하 탄소의 알킬트라이올, 30개 이하 탄소의 1,3-알코올, 에틸렌 글라이콜 알킬 에터, 프로필렌 글라이콜 알킬 에터, 폴리(에틸렌 글라이콜) 알킬 에터, 폴리(에틸렌 글라이콜) 알킬 에터의 고급 동족체, 폴리(프로필렌 글라이콜) 알킬 에터, 폴리(프로필렌 글라이콜) 알킬 에터의 고급 동족체, N-알킬 카프로락탐, 비치환된 카프로 락탐, 치환된 폼아마이드, 비치환된 폼아마이드, 치환된 아세트아마이드 및 비치환된 아세트아마이드를 포함하나, 이들로 제한되지 않는다. 본 발명의 실시에 사용되기에 바람직한 구체적인 유기 용매로는 N-메틸 피롤리돈, 1,5-펜테인다이올, 2-피롤리돈, 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리돈, 다이에틸렌 글라이콜, 1,3-(2-메틸)-프로페인다이올, 1,3,5-(2-메틸)-펜테인트라이올, 테트라메틸렌 설폰, 3-메틸-1-부탄올, 글라이세롤, 3-피리딜카비놀, 펜타에리쓰리톨, 1,6-헥세인다이올, 1,2-알킬다이올, 및 이들의 혼합물을 포함하나, 이들로 제한되지 않는다. 예를 들어, 잉크 비히클중의 수용성 유기 용매는 다이올, 폴리글라이콜 에터 및 글라이콜 에터의 혼합물을 포함할 수 있다.
물과 하나 이상의 수용성 용매의 혼합물의 경우에, 수성 비히클 매질은 통상적으로 약 30% 내지 약 95%의 물을 포함한다. 일반적으로, 조성물은 수성 비히클 매질의 총 중량을 기준으로 약 60% 내지 약 95% 물을 포함할 수 있다. 수용성 유기 용매(들)은 각각 일반적으로 액체 조성물의 총 중량의 약 1 중량% 내지 약 50 중량%, 약 2 내지 약 45 중량% 또는 약 5 내지 약 35 중량% 범위의 양으로 액체(예를 들어, 잉크 또는 성능향상액체)에 첨가될 수 있다.
추가 성분
본 발명에 따르면, 다양한 종류의 첨가제가 특정 용도를 위한 잉크 조성물의 물성을 최적화화기 위해 잉크(또는 성능최적화 액체)에 사용될 수 있다. 잉크 조성물의 잔류물은 대부분 물이다. 그러나, 계면활성제, 습윤제, 코게이션 방지 용(anti-cogation) 첨가제, 부식 방지용 첨가제, 중합체, 방부제, 미생물의 성장을 억제하는 살생제, 예를 들어 방부제 프로셀(PROXEL, 상표명) GXL(아베시아 인코포레이티드로부터 입수가능); 킬레이트화제(또는 봉쇄제(sequestering agent)), 예를 들어 중금속 불순물의 해로운 효과를 제거하는 EDTA; 완충제; 및 점도 개질제를 포함하는 다른 독립적으로 선택되는 성분들도 잉크 조성물의 다양한 물성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있다.
완충제는 잉크젯 잉크를 목적한 pH로 유지하는 데 사용될 수 있다. 완충제는 유기계 생물학적 완충제 또는 무기 완충제일 수 있다. 사용되는 완충제는 pH를 필요한 범위로 충분히 유지하도록 선택된다. 완충제의 예로는 시그마-알드리치 코포레이션(위스콘신주 밀워키 소재)로부터 입수가능한 트리즈마 베이스(Trizma Base); 4-모폴린 에테인 설폰산("MES"); 4-모폴린프로페인 설폰산("MOPS"); 및 베타-하이드록시-4-모폴린프로페인-설폰산("MOPSO")를 포함한다.
본 발명에 따라 제조된 예시적인 잉크젯 잉크의 일반 조성물을 각 구성요소를 구성하는 성분 양의 예시적인 범위와 함께 표 1에 나타내었다. 잉크젯 잉크는 사용되는 착색제에 따라 시안, 마젠타, 노랑 또는 검정(이들보다 더 밝은 버전, 즉 밝은 시안, 밝은 마젠타 및 회색을 포함함)일 수 있다. 각각의 잉크는 독립적으로 선택될 수 있는 농도, 색조, 값 및 채도에서 하나 이상의 착색제를 포함할 수 있 다. 잉크의 pH는 필요에 따라 NaOH 또는 HNO3에 의해 조절된다.
성분 첨가량 (중량%)
불화탄소계 계면활성제 약 0.0001 내지 약 1.0;
약 0.01 내지 약 0.5;
약 0.1 내지 약 0.25
탄화수소계 계면활성제 약 0.01 내지 약 1;
약 0.1 내지 약 0.8;
약 0.2 내지 약 0.6
착색제(존재하는 경우) 약 0.1 내지 약 15;
약 0.2 내지 약 10;
약 0.5 내지 약 5
중합체성 바인더 약 0 내지 약 10;
약 0.1 내지 약 5;
약 0.3 내지 약 3
수용성 유기 용매 약 1 내지 약 75;
약 2 내지 약 50;
약 5 내지 약 25
완충제 약 0 내지 약 0.5;
약 0 내지 약 0.2;
약 0 내지 약 0.1
방부제/살생제 약 0.05 내지 약 0.5;
약 0.05 내지 약 0.35;
약 0.05 내지 약 0.2
봉쇄제 약 0 내지 약 1;
약 0.002 내지 약 0.5;
약 0.002 내지 약 0.3
물 실질적으로 나머지
잉크를 배합하였고, 배합된 잉크의 다른 성능 특성을 관측 또는 측정하여 본 발명의 실시에서 얻어진 이점들, 예를 들어 다른 인쇄 품질 및 펜 성능 특성을 유지하거나 향상시키면서 서로 다른 계면활성제 패키지가 가시성 번짐에 미치는 효과를 분석하였다. 잉크는 일반적으로 착색제(예를 들어, 안료 분산제), 중합체성 바인더, 살생제, 글라이콜, 2-피롤리돈, 글라이세롤, 헥세인다이올(1,2 및/또는 1,6), 완충제, 살생제 및 물을 포함하였다. 모든 잉크는 불화탄소계 계면활성제, 예를 들어 조닐 FSO를 함유하였음을 주목하여야 한다. 예시적인 조성물에서, 조닐 FSO는 (제조업자에 의해 제공된 제품을 기준으로) 0.19 중량%로 존재하였다. 잉크는 약 20 내지 23 다인/cm의 유사한 정적 표면장력을 가졌다.
잉크젯 펜은 잉크 샘플로 충전되었고, 번짐 진단 타겟이 HP 프로덕티비티 포토(Productivity Photo) 광택 매체(예를 들어, 부품 번호 Q1938A)상에 인쇄되었다. 진단용 인쇄는 +2(불량) 내지 -2(매우 양호) 범위의 시각적 번짐 척도를 사용하여 평가하였다. 매우 양호(-2)내지 불량(+2)으로 표시된 진단용 인쇄의 예시적인 검정 및 백색 이미지와 번짐 성능을 도 1A 및 1B에 나타내었다.
하나의 실험 세트에서, 탄화수소계 계면활성제 패키지를 갖는 잉크를 표 2에 보인 바와 같이 배합하였고, 번짐 성능을 상술된 바와 같이 평가하여, 그 결과를 표 3에 나타내었다. 잉크 샘플에 탄화수소계 계면활성제의 사용을 위한 매트릭스(matrix)를 도 2A 및 2B에 추가로 나타내었다.
잉크
ID*1,*2 		서피놀
CT-211
(중량%)		 서피놀
440
(중량%)		 터지톨
15S9
(중량%)		 동적 표면장력
(다인/cm)
@ 10 msec
PK-S1 0.65 0 0 30
PK-S2 0.33 0.33 0 32
PK-S3 0 0.33 0.33 35
PK-S4 0 0 0.65 38
PK-S5 0 0.65 0 40
PY-S1 0.65 0 0 30
PY-S2 0.33 0.33 0 32
PY-S3 0 0.33 0.33 35
PY-S4 0 0 0.65 38
PY-S5 0 0.65 0 40
주석: *1 각 잉크 ID에서 두 번째 문자는 잉크의 색깔, 즉 검정(K) 또는 노랑(Y)을 각각 나타낸다.
번짐 점수(-2 내지 +2)
미세-다공성 코팅된 포토 광택 매체상에서 검정 잉크의 노랑 잉크로의 침투를 점수화함
낮은 숫자는 번짐이 적고 성능이 더 좋음을 나타냄

PY-S1 PY-S2 PY-S5 PY-S3 PY-S4
CT-211 CT-211
및
S440		 S440 S440
및
T15S9		 T15S9
PK-S1 CT-211 0.5 0.5 1 1 1.5
PK-S2 CT-211
및
S440		 0 0.5 1 1 1
PK-S5 S440 -0.5 0 0.5 0.5 1
PK-S3 S440
및
T15S9		 -1 -1 -0.5 0 0.5
PK-S4 T15S9 -1.5 -1 -1 -0.5 0
표 3에 나타낸 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 검정/노랑 잉크 세트 PKS4/PYS1(높은 동적 표면장력 검정/낮은 동적 표면장력 노랑) 및 PKS1/PYS4(낮은 동적 표면장력 검정/높은 동적 표면장력 노랑)는 본 실험에서 각각 상대적으로 가장 우수 및 가장 불량한 번짐 성능을 나타내었으며, 이는 잉크 색이 어두운 색에서 밝은 색으로 변함에 따라 동적 표면장력 구배가 높은 것에서 낮아져 더 낳은 시각 번짐 제어/최적화(낮은 숫자는 가시성 번짐이 적음을 나타냄)를 제공함을 암시한다.
도 3은, (A) 조닐 FSO, (B) 터지톨 15-S-9/15-S-7 + 조닐 FSO, (C) 서포닐 440/CT211 + 조닐 FSO, 및 (D) 서포닐 CT211 + 조닐 FSO를 포함하는 계면활성제 패키지에 의해 제조된 액체의 상대적인 동적 및 정적 표면장력의 예시적인 다이어그램이다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 불화탄소계 계면활성제, 조닐 FSO는 상대적으로 극히 높은 동적 표면장력을 가지지만 매우 낮은 정적 표면장력을 갖는다. 탄화수소계 계면활성제는 조닐 FSO와 비교하였을 때 상대적으로 편평한 프로파일을 가지지만, 본 발명에 따른 계면활성제 패키지를 포함하는 비히클은 인쇄된 색간 번짐을 효과적으로 감소시킬 만큼 그들의 동적 표면장력 사이에 충분한 차이를 나타내었다.
또 다른 실험 세트에서, 탄화수소계 계면활성제 패키지(+ 조닐 FSO)를 갖는 잉크를 표 4에 보인 바와 같이 배합하였고, 번짐 성능을 상술된 바와 같이 평가하였다: 검정, 중간 회색 및 연회색 잉크는 터지톨 15-S-9/15-S-7 + 조닐 FSO를 ㅍ포함하였고(B); 시안, 밝은 시안, 마젠타 및 밝은 마젠타 잉크는 서피놀 440/CT211 + 조닐 FSO를 포함하였으며(C); 노랑 잉크 및 성능향상액체는 서피놀 CT211 + 조닐 FSO를 포함하였다(D).
상기 잉크에 따라 배합된 잉크 세트는 배합된 잉크의 다양한 조합을 사용하여 생성된 진단용 타겟에 대해 매우 양호한 번짐 성능(예를 들어, -2)을 나타내었다.
잉크
ID*1,*2 		서피놀
CT-211
(중량%)		 서피놀
440
(중량%)		 터지톨
15S9
(중량%)		 터지톨
15S7
(중량%)		 동적 표면장력
(다인/cm)
@ 10 msec
LM 0.16 0.47 0 0 33
LC 0.16 0.47 0 0 33
DK 0 0 0.25 0.25 36
LG 0 0 0.25 0.25 36
MG 0 0 0.25 0.25 36
DM 0.16 0.47 0 0 33
DY 0.65 0 0 0 30
DC 0.16 0.47 0 0 33
주석:
*1 각 잉크 ID에서 첫 번째 문자는 밝음(L), 중간(M) 또는 어두움(D) 농도를 가리키며; 두 번째 문자는 잉크의 색깔, 즉 마젠타(M), 시안(C), 검정(K), 회색(G), 및 노랑(Y)을 나타낸다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 표 4에 따른 계면활성제 패키지에 의해 배합된 잉크는 인쇄된 색간 번짐을 효과적으로 감소시킬 만큼 그들의 동적 표면장력 사이에 충분한 차이를 나타내었다.
비교를 위해, 또 다른 실험 세트에서, 탄화수소계 계면활성제 패키지(+ 조닐 FSO)를 갖는 잉크를 표 5에 보인 바와 같이 배합하였고, 번짐 성능을 상술된 바와 같이 평가하였다. 상기 잉크의 세트에 따라 배합된 잉크 세트는 배합된 잉크의 다양한 조합을 사용하여 생성된 진단용 타겟에 대해 매우 불량한 번짐 성능(예를 들어, +2)을 나타내었다. 알 수 있는 바와 같이, 이러한 배합물 세트중의 잉크는 필수적인 동적 표면장력 차이를 갖지 않았다.
잉크
ID*1,*2 		서피놀
CT-111
(중량%)		 서피놀
440
(중량%)		 터지톨
15S9
(중량%)		 터지톨
15S7
(중량%)		 동적 표면장력
(다인/cm)
@ 10 msec
LM 0.16 0.47 0 0 33
LC 0.16 0.47 0 0 33
DK 0.16 0.47 0 0 33
LG 0.16 0.47 0 0 33
MG 0.16 0.47 0 0 33
DM 0.16 0.47 0 0 33
DY 0 0.65 0 0 30
DC 0 0.65 0 0 30
주석:
*1 각 잉크 ID에서 첫 번째 문자는 밝음(L), 중간(M) 또는 어두움(D) 농도를 가리키고; 두 번째 문자는 잉크의 색깔, 즉 마젠타(M), 시안(C), 검정(K), 회색(G), 및 노랑(Y)을 나타낸다.
본 발명의 특정 형태를 예시하고 설명하였지만, 다양한 변경 및 개선이 본 발명에 가해질 수 있음은 명백할 것이다. 또한, 본 발명의 실시양태의 개별적인 특징들은 다른 도면이 아닌 몇몇 도면에서 나타날 수 있지만, 당업자는 본 발명의 하나의 실시양태의 개별적인 특징들이 또 다른 실시양태의 임의의 또는 모든 특징들과 조합될 수 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 예시된 특정 실시양태들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 첨부된 청구의 범위에 의해 정의되는 본 발명은 종래기술이 허용되는 만큼 넓게 인정되어야 할 것으로 의도된다.
용어들, 예를 들어 "요소", "부재", "성분", "장치", "구역", "부분", "단계", "수단" 및 유사한 의미를 내포하는 단어들이 본원에 사용될 때는, 하기 청구의 범위에서 용어 "수단" 다음에 명백히 구체적 구조 없이 특정 기능이 기재되거나, 또는 용어 "단계" 다음에 구체적 행위 없이 특정 기능이 기재된 것이 아니라면, 35 U.S.C. §112(6)의 조항을 발동시키지 않는 것으로 해석되어야 할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다. 본원에 인용된 모든 특허 및 특허출원은 그 전체 개시내용을 본원에 참고로 인용한다.

Claims (19)

  1. (a) 각각 수성 비히클(vehicle)을 포함하는 적어도 제 1 및 제 2 잉크를 포함하는 복수 개의 잉크;
    (b) 제 1 동적 표면장력을 갖는 상기 제 1 잉크에 분산된 제 1 착색제; 및
    (c) 상기 제 1 착색제와 상이하고, 상기 제 2 잉크에 분산된 제 2 착색제
    를 포함하며, 이때 상기 제 2 잉크가 상기 제 1 잉크보다 어두우며 상기 제 1 잉크의 제 1 동적 표면장력보다 큰 제 2 동적 표면장력을 갖되, 상기 제 1 및 제 2 잉크 간 동적 표면장력 차이가 1 내지 6 다인(dyne)/㎝인, 잉크젯 잉크 세트(inkjet ink set).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크가 둘다, 각각 독립적으로, 하나 이상의 불화탄소계 계면활성제 및 하나 이상의 탄화수소계 계면활성제를 포함하는 계면활성제 패키지(package)를 포함하는, 잉크젯 잉크 세트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 잉크 세트가 시안(cyan), 마젠타(magenta), 노랑 및 검정 잉크를 포함하고, 상기 검정 및 노랑 잉크가 각각 가장 높은 상대적인 동적 표면장력 및 가장 낮은 상대적인 동적 표면장력을 갖는, 잉크젯 잉크 세트.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 불화탄소계 계면활성제 및 탄화수소계 계면활성제가 각각 독립적으로 비이온성, 음이온성, 양이온성 또는 양쪽성인, 잉크젯 잉크 세트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 불화탄소계 및 탄화수소계 계면활성제가 비이온성인, 잉크젯 잉크 세트.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 불화탄소계 계면활성제가 화학식 (RfQ)nA(여기서, Rf는, 6 내지 22개의 탄소원자를 갖는 퍼플루오로알킬 기이고; Q는, Rf와 A 기를 연결할 수 있는 2가 가교 기이고; A는 수용성 기이고; n은 1 또는 2이다)를 갖는, 잉크젯 잉크 세트.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 불화탄소계 계면활성제가 화학식 RfCH2CH2O(CH2CH2O)xH(여기서, Rf는 F(CF2CF2)y이고, x는 0 내지 15이고, y는 1 내지 7이다)를 갖는 에톡시화된 비이온성 불화탄소계 계면활성제인, 잉크젯 잉크 세트.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 불화탄소계 계면활성제가, 적어도 부분적으로, 하기 화학식을 갖고 펜던트(pendant) 퍼플루오로알킬 기 Rf를 포함하는 옥세테인 화학에 기초하여 제조된 중합체로부터 형성된, 잉크젯 잉크 세트:
    Figure 112011059736893-pct00005
    상기 식에서, 펜던트 퍼플루오로알킬 기의 길이는, C4F9 또는 이보다 짧은 것(CF3, C2F5, C3F7 및 C4F9 포함)으로 이루어진 군에서 선택된다.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 불화탄소계 계면활성제가, 하나 이상의 극성 기, 및 Rf 기를 포함하는 하나 이상의 펜던트 기를 갖고, 2개 이상의 반복 단위를 갖는 중합체성 물질 하나 이상으로부터 형성되며, 이때
    상기 하나 이상의 극성 기는 각각 독립적으로, 음이온-짝양이온, 양이온-짝음이온, 양쪽성 기 및 비-이온성 기로 이루어진 군에서 선택되고;
    각각의 Rf 기는 독립적으로, 1 내지 7개의 탄소원자를 갖는 플루오르화된 선형 알킬, 및 플루오르화된 분지형 알킬(여기서, 가장 긴 쇄는 1 내지 7개의 탄소원자를 갖고, 각각의 분지는 독립적으로 1 내지 3개의 탄소원자를 함유한다)로 이루어진 군에서 선택되고; 선형이나 분지형인 Rf는 각각, 하나 이상의 불소원자에 결합된 하나 이상의 탄소원자를 갖고;
    각각의 Rf 기는 독립적으로, 그의 비-탄소 원자의 10% 이상은 불소원자이고, 나머지 비-탄소 원자는 독립적으로 H, I, Cl 및 Br로 이루어진 군에서 선택되는, 잉크젯 잉크 세트.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄화수소계 계면활성제가, 프로필렌 옥사이드, 에틸렌 옥사이드 및 에틸렌 다이아민의 4작용성 블록 공중합체; 알킬 폴리에틸렌 옥사이드; 폴리에톡시화된 알코올 및 에스터; 아세틸렌계 폴리에틸렌 옥사이드 및 에톡시화된 아세틸렌계 폴리에틸렌 옥사이드; 에톡시화된 아세틸렌계 다이올; 알킬 페닐 폴리에틸렌 옥사이드; 옥틸페녹시폴리에톡시에탄올; 다이옥틸 설포숙시네이트; 알크아릴 설포네이트 아이소프로필아민 염; N-옥틸-2-피롤리돈; 트라이데실 알코올의 에틸렌 옥사이드 부가물; 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된, 잉크젯 잉크 세트.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄화수소계 계면활성제가, 알킬 폴리에틸렌 옥사이드 및 에톡시화된 아세틸렌계 폴리에틸렌 옥사이드, 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된, 잉크젯 잉크 세트.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 탄화수소계 계면활성제가, 터지톨(Tergitol) 15-S-9, 터지톨 15-S-7, 서피놀(Surfynol) 440, 서피놀 CT211 및 이들의 조합물로 이루어진 군에서 선택된, 잉크젯 잉크 세트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 잉크 세트가 노랑, 시안, 마젠타 및 검정 잉크를 포함하고,
    상기 시안 및 마젠타 잉크용 계면활성제 패키지가 서피놀 CT211 및 서피놀 440을 포함하고,
    상기 노랑 잉크용 계면활성제 패키지가 서피놀 CT211을 포함하고,
    상기 검정 잉크용 계면활성제 패키지가 터지톨 15-S-9 및 터지톨 15-S-7을 포함하는, 잉크젯 잉크 세트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 각각의 잉크용 계면활성제 패키지가 조닐(Zonyl) FSO를 추가로 포함하는, 잉크젯 잉크 세트.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크간 동적 표면장력 차이가 2 내지 6 다인/㎝인, 잉크젯 잉크 세트.
  16. (a) 제 1 수성 비히클; 및
    (b) 상기 제 1 수성 비히클에 분산된 하나 이상의 제 1 착색제
    를 포함하는, 제 1 동적 표면장력을 갖는 제 1 잉크
    를 포함하는, 잉크젯 잉크 세트의 일부로 사용되기 위해 배합된 잉크젯 잉크로서,
    상기 제 1 잉크가 사용시 제 2 잉크와 배합되고,
    상기 제 2 잉크가, 제 2 수성 비히클, 및 상기 하나 이상의 제 1 착색제와 상이하고 상기 제 2 수성 비히클에 분산된 하나 이상의 제 2 착색제를 포함하며,
    상기 제 2 잉크는 상기 제 1 잉크의 제 1 동적 표면장력과 상이한 제 2 동적 표면장력을 갖고,
    상기 제 1 및 제 2 잉크 중 하나가 나머지 잉크보다 어두우며 나머지 잉크보다 높은 동적 표면장력을 갖되, 상기 제 1 및 제 2 잉크 간 동적 표면장력 차이가 1 내지 6 다인/㎝인, 잉크젯 잉크.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크가 제 2 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 따라 배합되는, 잉크젯 잉크.
  18. (a) 제 1 수성 비히클 및 상기 제 1 수성 비히클에 분산된 하나 이상의 제 1 착색제를 포함하고 제 1 동적 표면장력을 갖는 제 1 잉크젯 잉크의 점적(drop)을 하나 이상 분출시키는 단계; 및
    (b) 제 2 수성 비히클, 및 상기 하나 이상의 제 1 착색제와 상이하고 상기 제 2 수성 비히클에 분산된 하나 이상의 제 2 착색제를 포함하고, 상기 제 1 잉크보다 어두우며, 상기 제 1 잉크의 제 1 동적 표면장력보다 높은 제 2 동적 표면장력을 갖는 제 2 잉크젯 잉크의 점적을 하나 이상 분출시키는 단계
    를 포함하며, 이때 상기 제 1 및 제 2 잉크 간 동적 표면장력 차이가 1 내지 6 다인/㎝인,
    잉크젯 프린터를 사용하여 번짐(bleed) 성능을 향상시키는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 잉크가 제 2 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 따라 배합되는, 방법.
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