KR101431547B1 - 캡슐화 착색제, 이의 제조 방법, 상기 캡슐화 착색제를포함한 잉크 조성물 - Google Patents

캡슐화 착색제, 이의 제조 방법, 상기 캡슐화 착색제를포함한 잉크 조성물 Download PDF

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Abstract

착색제; 및 상기 착색제를 피복하는 고분자 수지를 포함하는 캡슐화 착색제로서, 상기 고분자 수지가 염기성 단량체 및 중합성 불포화 단량체를 포함하는 중합성 조성물의 중합 결과물인 캡슐화 착색제, 이를 제조하는 방법, 상기 캡슐화 착색제를 포함하는 잉크 조성물을 제공한다.
본 발명에 따르면, 염기성 단량체와 착색제와의 반응성이 증가한 결과 착색제의 표면을 피복하는 캡슐화 착색제의 제조 과정에서 수반되는 수용액 중 고분자 생성을 감소시킬 수 있으므로, 캡슐화 착색제를 포함하는 잉크 조성물에 적용시 노즐에서의 막힘, 장기 저장시의 점도 상승 등의 신뢰성 문제를 개선할 수 있다.
상기 염기성 단량체를 이용하여 캡슐화한 착색제를 사용한 잉크는 신뢰성이 우수할뿐만 아니라 인쇄된 화상은 내수성, 내광성, 내마모성, 광학농도(Optical Density) 등이 모두 우수한 화상을 동시에 구현할 수 있다.

Description

캡슐화 착색제, 이의 제조 방법, 상기 캡슐화 착색제를 포함한 잉크 조성물 {Capsulated colorant, method of the same, and Ink composition including the same}
본 발명은 캡슐화 착색제, 이를 제조하는 방법, 및 상기 캡슐화 착색제를 포함하는 잉크 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 음전하를 가지는 착색제 표면과 양전하를 갖는 염기성 단량체를 정전기적 인력(Electrostatic interaction)을 이용하여 반응시켜 착색제의 표면을 고분자 수지로 피복한 캡슐화 착색제를 제조하는 하는 것으로써, 내수성, 내광성, 내마모성, 광학농도가 우수할 뿐만 아니라 카트리지 노즐 막힘, 잉크 저장안정성 등의 우수한 신뢰성을 동시에 구현할 수 있는 잉크 조성물에 관한 것이다.
잉크젯 프린터기에서 일반적으로 가시광선을 선택적으로 흡수 또는 반사함으로써 고유한 색을 나타내는 물질을 착색제라 하는데, 착색제는 염료와 안료로서 구분 가능하다.
염료는 일정한 방법으로 섬유, 피혁, 모피, 지류 등과 같은 피염물에 염착되어 상당한 일광세탁, 마찰 등에 견뢰도를 갖는 착색제이며, 안료는 착색제를 가지 는 미립자로서 피염물의 표면에 직접적으로 염착되지 않고 물리적 방법(접착 등)에 의해 피염물 표면에 부착되어 고유의 색을 내는 것을 말한다.
염료는 물 등의 용매에 혼합, 용해되지만 안료는 일반적으로 물 등의 용매에 불용하기 때문에 안료 미립자를 용액 중에 균일하게 잘 분산시켜 재 응집되지 않는 분산 상태를 영구히 안정 유지시키는 것이 가장 중요하다.
수용성 염료형 잉크는 장기 저장안정성이 매우 우수하고, 균일성이 유지되며, 색상과 휘도가 선명한 반면에 내수성, 내광성 등에 있어서 취약한 단점이 있다.
안료형 잉크는 광학농도(Optical Density: OD)가 높으며, 내수성과 내광성이 우수하며, 색상간의 번짐이 적은 반면에 색상의 선명도가 좋지 않으며, 장기 저장 안정성이 염료형 잉크에 비해 떨어지는 단점이 있다. 또한, 안료형 잉크가 인쇄된 화상은 건조 및 젖은 상태에서의 문지름, 즉 내마모성이 취약하다.
또한 염료 또는 안료로 칼라 인쇄(다색인쇄)시 각 색상 경계면에서 번짐현상(Bleeding)이 발생하여 화상의 선명성이 저하되는 문제점이 있다.
이에, 수용성 염료형 잉크의 우수한 저장 안정성과, 안료형 잉크의 우수한 내수성을 유지하면서, 동시에 인쇄 광택 및 내마모성이 향상된 잉크 조성물이 요구된다.
한편, 잉크의 내마모성을 개선시키기 위하여, 잉크 조성물에 수지를 첨가하는 기술이 제안되었으나, 수지 첨가에 따른 잉크 점도의 증가에 관한 문제가 여전히 해결되지 않고 있다. 또한, 잉크의 점도 증가를 억제할 목적으로 잉크에 수지 입자를 첨가하는 기술이 제안되었지만, 이러한 잉크에서는 수지 입자 및 안료가 따로 따로 분산된 상태였기 때문에 내마모성의 개선에는 불충분했다.
따라서, 잉크 조성물에 새로운 첨가제를 추가하는 것으로 상기한 문제점을 개선하기에는 한계가 있어, 착색제 자체의 개질을 통하여, 잉크 조성물의 특성을 개선시키려는 노력이 요구되고 있는 실정이다.
최근에 착색제를 수지로 캡슐화 하는 방법이 발표되었다. 캡슐화된 착색제는 내마모성, 내수성 등 인쇄된 화상 성능면에서는 우수하였지만 캡슐화 과정에서 발생하는 수용액중의 고분자수지의 증가로 인하여 잉크카트리지에 적용시 노즐면을 막는 현상이 발생할 뿐만 아니라, 장기 보관시에 수용액중의 고분자수지로 인한 점도의 상승 등의 물리적 성질의 변화가 발생하여 잉크 신뢰성을 확보하기가 어려운 단점이 있어 이의 해결이 시급히 요구된다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 첫번째 기술적 과제는 안료 표면에서의 중합도가 증가함으로써, 수용액 중에서 고분자 수지 생성을 억제하여 잉크 제조시의 안정된 물성을 장기간 유지하고, 잉크 카트리지에 적용시 노즐 막힘 현상을 줄여주어 잉크 신뢰성을 향상시키고, 내수성, 내광성, 내마모성, 광학농도가 우수한 화상을 동시에 구현할 수 있는 잉크 조성물에 사용되는 캡슐화 착색제를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두번째 기술적 과제는 상기 캡슐화 착색제의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 세번째 기술적 과제는 상기 캡슐화 착색제를 포함하는 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 네번째 기술적 과제는 상기 잉크 조성물을 2 종 이상 포함하는 잉크 세트를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다섯번째 기술적 과제는 상기 잉크 세트를 포함하는 잉크젯 기록 장치용 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 여섯번째 기술적 과제는 상기 잉크젯 기록 장치용 카트리지를 포함하는 잉크젯 기록 장치를 제공하는 것이다.
상기 첫번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
착색제; 및 상기 착색제를 피복하는 고분자 수지를 포함하는 캡슐화 착색제로 서, 상기 고분자 수지가 염기성 단량체 및 중합성 불포화 단량체를 포함하는 중합성 조성물의 중합 결과물인 캡슐화 착색제를 제공한다.
상기 두번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
중합성 불포화 단량체, 염기성 단량체, 수성 매질, 착색제, 유화제 및 중합 개시제를 포함하는 중합 조성물을 유화시키는 단계;
상기 착색제 상에서 상기 중합성 불포화 단량체 및 염기성 단량체를 중합함으로써, 상기 착색제를 피복하는 고분자 수지를 형성하는 단계를 포함하는 캡슐화 착색제의 제조 방법을 제공한다.
상기 세번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 캡슐화 착색제를 포함하는 잉크 조성물을 제공한다.
상기 네번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 잉크 조성물을 2 종 이상 포함하는 잉크 세트를 제공한다.
상기 다섯번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 잉크 세트를 포함하는 잉크젯 기록 장치용 카트리지를 제공한다.
상기 여섯번째 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 잉크젯 기록 장치용 카트리지를 포함하는 잉크젯 기록 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 음전하를 가지는 착색제 표면과 양전하를 갖는 염기성 단량체를 정전기적 인력(Electrostatic interaction)을 이용하여 반응시켜 착색제의 표면을 고분자 수지로 피복한 캡슐화 착색제를 제조하는 하는 것으로써, 인쇄된 화 상의 내수성, 내광성, 내마모성, 광학농도가 우수할 뿐만 아니라 카트리지 노즐 막힘, 잉크 저장안정성 등의 우수한 신뢰성을 동시에 구현할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 착색제; 및 상기 착색제를 피복하는 고분자 수지를 포함하는 캡슐화 착색제를 제공한다.
도 1은 착색제와 염기성 단량체를 이용한 착색제의 피복 과정의 모식도로서, 착색제의 표면작용기(X)와 염기성 단량체/중합성 불포화 단량체가 중합 반응하여 캡슐화된 착색제를 제조하는 방법을 나타내고 있다. 이때, 중합성 불포화 단량체로는 스티렌, 또는 n-부틸 아크릴레이트를, 염기성 단량체로는 2-비닐피롤리돈, 4-비닐피롤리돈, 아크릴아미드 또는 N,N-디메틸아미노에틸메타크릴레이트를 예시하고 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다.
즉, 도 1에 의하면, 착색제로 표면에 잉크의 매질 중에 효과적으로 분산될 수 있도록 친수성 이온기가 결합된 자가 분산 안료가 사용되어, 상기 착색제는 표면에 음전하를 띄게 되고, 여기에 양전하를 갖는 염기성 단량체를 포함하는 중합 조성물을 첨가하면, 착색제와 염기성 단량체 간의 정전기적 인력에 의하여 착색제 표면 상에서의 반응 효율이 증대되어 착색제의 표면을 고분자 수지로 효과적으로 피복할 수 있다. 그 결과, 착색제 피복용으로 사용되지 않고 단독으로 중합되는 고분자 수지의 함량을 현격하게 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
상기 본 발명에 사용되는 착색제는 염료와 안료 모두 사용가능하며 해당 기술 분야에서 사용되는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다. 즉, 직접 염료, 산성 염료, 식용 염료, 알칼리성 염료, 반응 염료, 분산 염료, 유성 염료, 각종 안료, 자가분산형 안료, 또는 이들의 혼합물 모두 사용이 가능하다.
상기 착색제 중 염료의 구체적인 예로는 푸드 블랙 염료(Food Black dyes), 푸드 레드 염료(Food red dyes), 푸드 옐로우 염료(Food Yellow dyes), 푸드 블루 염료(Food Blue dyes), 애시드 블랙 염료(Acid Black dyes), 애시드 레드 염료(Acid Red dyes), 애시드 블루 염료(Acid Blue dyes), 애시드 옐로우 염료(Acid Yellow dyes), 디렉트 블랙 염료(Direct Black dyes), 디렉트 블루 염료(Direct Blue dyes), 디렉트 옐로우 염료(Direct Yellow dyes), 안트라퀴논 염료(anthraquinone dyes), 모노아조염료(monoazo dyes), 디아조염료(disazo dyes), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 유도체 등을 들 수 있고, 안료의 구체적인 예로는 카본 블랙, 그래파이트, 유리 카본(vitreous carbon), 활성화 차콜, 활성화 탄소, 안트라퀴논, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 디아조스(diazos), 모노아조스(monoazos), 피란트론(pyranthrones), 페릴렌(perylene), 퀴나크리돈(quinacridone), 인디고이드계 안료(indigoid pigments) 등을 들 수 있으며, 자가 분산된 안료로는 카보제트 시리즈(cabojet-series)나 오리엔트 케미칼(Orient Chemical)의 CW-series 등이 있으나, 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 착색제를 피복하는 고분자 수지는 염기성 단량체와 중합성 불포화 단량체를 포함하는 조성물을 중합하여 제조될 수 있다.
이때, 상기 염기성 단량체는 분자내에 아민, 아마이드, 아졸(azole), 피리딘, 피롤리돈 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 화학 구조를 포함할 수 있다.
구체적으로는, 상기 염기성 단량체로는 아크릴 아마이드(acrylamide (AAm)), 메타크릴 아마이드(methacrylamide), N,N-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA)), 2-비닐피리디니[2-vinylpyridine (2-vp)], 4-비닐피리딘[4-vinylpyridine (4-vp)], N-비닐피롤리돈(N-vinylpyrrolidone), 1-비닐이미다졸(1-vinylimidazole), 비닐-N-메틸피리디니움 클로라이드 9-비닐 카바졸(vinyl-N-methylpyridinium chloride 9-vinylcabazole) 등이 있다.
이때, 상기 중합성 불포화 단량체는 이중결합을 2 개 이상 갖는 화합물, 불포화 카르복실산, 시안화 비닐 단량체, 불포화 카르복실산 알킬 에스테르, 불포화 카르복실산 히드록시알킬 에스테르, 불포화 카르복실산 아미드 및 유도체, 방향족 비닐 단량체, 메틸 비닐 케톤, 및 염화 비닐리덴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상이 사용될 수 있다.
구체적으로는, 상기 이중결합을 2개 이상 갖는 화합물로는 부타디엔(butadiene), 펜타디엔(pentadiene) 등이 1종 이상 포함될 수 있고, 불포화 카르복실 산은 메타크릴산, 아크릴산, 이타곤산, 크로톤산, 푸루말산, 및 말레인산으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고; 불포화 폴리카르복실산 알킬 에스테르는 이타콘산 모노에틸 에스테르, 푸마르산 모노부틸 에스테르, 및 말레산 모노부틸 에스테르로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되고; 상기 시안화 비닐 단량체는 아 크릴로니트릴 또는 메타크릴로니트릴일 수 있고; 상기 불포화 카르복실산 아미드로는 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 이타콘아미드, 또는 말레산모노아미드인 또는 그 유도체이고; 및 방향족 비닐 단량체로는 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 또는 P-메틸스티렌인 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은 중합성 불포화 단량체, 염기성 단량체, 수성 매질, 착색제, 유화제 및 중합 개시제를 포함하는 중합 조성물을 유화시키는 단계; 상기 착색제 상에서 상기 중합성 불포화 단량체 및 염기성 단량체를 중합함으로써, 상기 착색제를 피복하는 고분자 수지를 형성하는 단계를 포함하는 캡슐화 착색제의 제조 방법을 제공한다.
상기 염기성 단량체는 전술한 바와 같이 분자내에 아민, 아마이드, 아졸(azole), 피리딘, 및 피롤리돈으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 화학 구조를 포함할 수 있다.
상기 중합성 불포화 단량체로는 전술한 바와 같이 이중결합을 2개 이상 갖는 화합물, 불포화 카르복실산, 시안화 비닐 단량체, 불포화 카르복실산 알킬 에스테르, 불포화 카르복실산 히드록시알킬 에스테르, 불포화 카르복실산 아미드 및 유도체, 방향족 비닐 단량체, 메틸 비닐 케톤, 및 염화 비닐리덴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상이 사용될 수 있다.
상기 염기성 단량체의 함량은 중합성 불포화 단량체 100 중량부를 기준으로 1 내지 80 중량부, 바람직하기로는 10 내지 50 중량부이다. 상기 함량이 1 중량부 미만이면 착색제와 정전기적 인력을 발휘하기가 어려워 수용액 중의 고분자수지의 함량이 높아져 바람직하지 않고, 80 중량부 초과이면 착색제와의 정전기적 인력이 너무 강하여 착색제 입자가 서로 결합하여 입자크기가 커지는 단점이 있어 바람직하지 않다.
상기 수성 매질로는 물 또는 물과 유기용매의 혼합용액을 사용한다. 상기 수성 매질의 함량은 중합성 불포화 단량체 100 중량부를 기준으로 500 내지 5,000 중량부, 바람직하기로는 1,500 내지 3,000 중량부이다. 상기 함량이 500 중량부 미만이면 반응이 너무 빠르게 진행되어 피복되는 수지의 두께가 너무 두꺼워지고, 5,000 중량부 초과이면 단량체가 각 반응 사이트에 이동하기가 어려워지므로 반응이 너무 느리게 진행되어 수지의 피복이 어려워지므로 바람직하지 않다.
상기 착색제로는 전술한 바와 같이, 직접 염료, 산성 염료, 식용 염료, 알칼리성 염료, 반응 염료, 분산 염료, 유성 염료, 각종 안료, 자가분산형 안료, 또는 이들의 혼합물 모두 사용이 가능하다.
상기 착색제의 함량은 중합성 불포화 단량체 100 중량부를 기준으로 10 내지 500 중량부, 바람직하기로는 20 내지 300 중량부이다. 상기 함량이 10 중량부 미만이면 착색제에 피복되는 수지의 함량이 너무 많아 착색제 피복용으로 사용되지 않고 단독으로 중합되는 고분자 수지의 함량이 증가함으로써, 이러한 캡슐화 착색제를 포함하는 잉크 조성물의 저장안정성이 나빠지고, 500 중량부 초과이면 착색제에 피복되는 수지의 함량이 너무 적어서 착색제의 캡슐화되는 정도가 작아지게 되고, 그 결과 이러한 캡슐화 착색제의 정착성 등의 성능 발현이 어려워 바람직하지 않다.
상기 유화제로는 비이온성, 음이온성 또는 양자를 함유하는 (ampholytic) 유화제를 사용할 수 있다.
상기 유화제의 함량은 중합성 불포화 단량체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 20 중량부, 바람직하기로는 1 내지 10 중량부이다. 상기 함량이 1 중량부 미만이면 임계 유화 농도 이하이므로 유화중합이 효율적이지 않으며, 20 중량부 초과이면 과다한 유화제 사용으로 반응종료 후에도 거품이 많이 발생하여 바람직하지 않다.
유화 방법으로서, 염기성 단량체와 중합성 불포화 단량체 중에서 착색제의 분산물을 호모믹서, 라인 믹서 또는 고압 호모게나이저 등과 같은 분산기를 사용하여 유화제를 첨가한 수성 매질 중에서 유화시키는 직접 유화법을 사용하거나, 중합성 불포화 단량체 중에서 착색제의 분산물에 유화제를 첨가한 후, 이 혼합물을 대량의 물에 붓는 자연 유화법을 사용할 수 있다.
또한, 염기성 단량체와 중합성 불포화 단량체 중에서 착색제의 분산물에 유화제를 첨가한 후, 이 혼합물을 교반하면서 여기에 물을 조금씩 첨가하는 상전이 유화법을 사용할 수 있다.
상기 중합 개시제로는, 수용성 또는 지용성 과황산염, 과산화물, 아조 화합물 또는 과산화물과 환원제, 예를 들면 아황산염과의 조합으로 구성된 산화환원 (redox) 조성물을 사용할 수 있다. 이들의 예로는 과황산 암모늄, 과황산 칼륨, 과황산 나트륨, 과산화수소, t-부틸 히드로과산화물, t-부틸 퍼옥시벤조에이트, 2,2-아조비스-이소부티로니트릴, 2,2-아조비스(2-디아미노프로판) 히드로클로라이드 및 2,2-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 등이 있다.
상기 중합 개시제의 함량은 중합성 불포화 단량체 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부, 바람직하기로는 0.5 내지 5 중량부이다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만이면 반응 개시가 잘 안되어 반응이 너무 느리게 일어나고, 10 중량부 초과이면 반응속도가 너무 빨라 반응 속도의 조절이 어려워지므로 바람직하지 않다.
상기 중합 개시제는 상기 중합 반응에 참여하는 다른 원료, 즉 중합성 불포화 단량체, 수성 매질, 착색제, 가교 가능 단량체, 연쇄 이동제, 유화제와 함께 반응 초기에 첨가될 수도 있고, 다른 원료들을 먼저 유화한 후 승온하고 나서, 이후에 첨가될 수도 있다. 이때, 전자의 경우는 반응속도의 제어가 어려운 특징이 있고, 후자의 경우는 반응속도의 제어가 쉬운 특징이 있다.
이외에, 필요에 따라, 상기 중합성 조성물은 첨가제, 예를 들면 자외선 흡수제, 산화방지제 및 현색향상제(顯色向上劑), 연쇄이동제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 연쇄이동제의 함량 및 투입 방법을 조절함으로써, 캡슐화 착색제를 구성하는 고분자 수지의 가교 정도를 조절할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 캡슐화 착색제, 유기 용매 및 물을 포함하는 잉크 조성물을 제공한다:
본 발명에 따른 잉크 조성물에서, 상기 캡슐화 착색제의 함량은 잉크 조성물 100 중량부를 기준으로 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 2 내지 10 중량부, 더 바람직하게는 3 내지 6 중량부이다.
상기 함량이 1 중량부 미만인 경우에는 원하는 색농도(Optical Density)를 구현하기 어렵고, 20 중량부 초과인 경우에는 점도가 너무 높아져 잉크젯 토출 성능이 떨어져 바람직하지 않다.
상기 본 발명에 따른 잉크 조성물에서 사용되는 용매는 물과 같은 수계 용매를 사용할 수 있으며, 1종 이상의 유기 용매를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 용매는 상기 잉크 조성물 100 중량부를 기준으로 80 내지 99 중량부, 바람직하게는 83 내지 95 중량부, 더 바람직하게는 85 내지 90 중량부로 사용될 수 있다.
상기 용매의 함량이 80 중량부 미만이면 잉크 조성물의 점도가 지나치게 높아져 토출 성능이 저하될 우려가 있으며, 99 중량부 초과하는 경우에는 표면 장력의 증가로 인한 토출 성능의 저하가 발생하여 바람직하지 않다.
상기 용매에 포함되는 유기용매는 일가알콜계 용매, 케톤계 용매, 에스테르계 용매, 다가알콜계 용매, 함질소계 용매, 및 함황계 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 유기용매로서 사용 가능한 일가알코올계 용매로는 메틸알콜, 에틸 알콜, n-프로필알콜, 이소프로필알콜, n-부틸알콜, sec-부틸알콜, t-부틸알콜 또는 이소부틸알콜이 있고, 상기 케톤계 용매로는 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤 또는 디아세톤알콜이 있고, 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트 또는 에틸 락테이트가 있고, 상기 다가알콜계 용매로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,2,4-부탄트리올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,2,6-헥산트리올, 헥실렌글리콜, 글리세롤, 글리세롤 에톡실레이트 또는 트리메틸롤프로판 에톡실레이트이 있다. 유기 용매로서 사용되는 일가 알코올은 잉크의 표면 장력을 조절하여 보통 용지 혹은 전문 용지 등의 기록 매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 특 성을 향상시킬 수 있으며, 다가알콜 및 그의 유도체는 쉽게 증발하지 않으며 잉크의 빙점을 낮춤으로써 잉크의 보존 안정성을 향상시켜 노즐의 막힘을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 유기용매로서 사용 가능한 함질소계 용매의 예로는, 2-피롤리돈 또는 N-메틸-2-피롤리돈이 있고, 상기 함황계 용매의 예로는 디메틸 술폭사이드, 테트라메틸렌술폰 또는 티오글리콜이 있다.
이와 같은 유기 용매가 물과 같은 수계 용매와 함께 사용되는 경우 유기용매의 함량은 물 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 130 중량부, 바람직하게는 10 내지 50 중량부인 것이 바람직한 바, 0.1 중량부 미만이면 잉크의 표면 장력이 지나치게 상승하고, 130 중량부를 초과하면 잉크의 점도가 증가하여 토출성능이 저하되므로 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 상기 잉크 조성물은 그 특성을 강화시키기 위하여 다양한 첨가제를 포함할 수 있으며, 구체적으로는 습윤제, 분산제, 계면활성제, 점도조절제, pH 조절제, 및 항산화제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있고, 상기 첨가제의 함량은 착색제 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 600 중량부, 바람직하게는 10 내지 300 중량부이다. 상기 첨가제의 함량이 0.5 중량부 미만이면 성능발현이 어렵고, 600 중량부 초과이면 저장안정성이 나빠져 바람직하지 않다.
특히, 상기 첨가제 중 계면활성제로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 양성 계면활성제, 음이온계 계면활성제, 양이온 계 계면활성제, 비이온계 계면활성제 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용할 수 있고, 2종 이상을 병용하여도 무방하다.
상기 양성 계면활성제로서는 예컨대, 알라닌, 도데실디(아미노에틸)글리신, 디(옥틸아미노에틸)글리신, N-알킬-N,N-디메틸암모늄베타인 등을 들 수 있다.
상기 음이온계 계면활성제로서는 예컨대, 알킬벤젠술폰산염, α-올레핀술폰산염, 폴리옥시에틸렌알킬에테르아세트산염, 인산에스테르 등을 들 수 있다.
상기 양이온계 계면활성제로서는 예컨대, 알킬아민염, 아미노알콜지방산 유도체, 폴리아민지방산 유도체, 이미다졸린 등의 아민염형 계면활성제, 알킬트리메틸암모늄염, 디알킬디메틸암모늄염, 알킬디메틸벤질암모늄염, 피리디늄염, 알킬이소퀴놀리늄염, 염화벤제토늄 등의 4급 암모늄염형 계면활성제 등을 들 수 있다.
상기 비이온계 계면활성제로서는 예컨대, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 계면활성제, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르 계면활성제, 아세틸렌글리콜 계면활성제 등을 들 수 있다.
이 중에서 비이온계 계면활성제가 소포 성능이 우수하기 때문에 바람직하다.
바람직한 비이온계 계면활성제로는 아세틸레닉 에톡실레이티드 디올(Acetylenic ethoxylated diol) 구조를 갖는 Air Products 사의 SURFYNOL 계열, 폴리에틸렌 옥사이드 또는 폴리프로필렌 옥사이드 구조를 갖는 Union Carbide 사의 TERGITOL 계열, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르(Polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester) 구조를 갖는 Tween 계열 등이 있다.
상기 본 발명에 따른 잉크 조성물은 최적의 사용상태를 나타내기 위해서는 20 ℃에서의 표면장력이 15 내지 70 dyne/cm, 바람직하게는 25 내지 55 dyne/cm이고, 20℃에서의 점도는 1 내지 20 cps, 바람직하게는 1.5 내지 3.5 cps의 값을 갖는 것이 좋다. 상기 표면 장력의 범위를 벗어나는 경우에는 인쇄 성능이 저하 되고, 상기 점도의 범위를 벗어나는 경우에는 토출이 제대로 이루어지지 않아 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 상기 잉크 조성물은 상이한 조성으로 2종 이상 사용하여 잉크 세트를 구성하게 된다.
이와 같은 잉크 세트는 잉크젯 기록 장치의 잉크 수용부 또는 잉크젯 프린터 카트리지에 제공될 수 있다. 본 발명의 잉크젯 기록 장치는 잉크 조성물을 가열하여 수증기압으로 잉크 액적을 토출시키는 방식의 써멀 헤드(thermal head), 피에조 소자를 이용하여 잉크 액적을 토출시키는 방식의 피에조 헤드(piezo head), 디스포저블 헤드(disposable head) 또는 퍼머넌트 헤드(permanent head)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 잉크젯 기록 장치는 스캐닝형 프린터(scanning type printer) 또는 어레이형 프린터(array type printer)일 수도 있으며, 데스크탑(desktop)용, 텍스타일(textile)용 및 산업용으로도 사용될 수 있다. 상기 본 발명의 잉크젯 기록 장치와 관련한 헤드 타입, 프린터 타입 및 용도는 본 발명의 잉크젯 기록 장치를 보다 상세히 설명하기 위하여 나열한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 잉크 조성물이 사용될 수 있는 잉크젯 기록 장치는 전술한 잉크젯 기록 장치에 한정되지 않고 다양하게 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 화합물의 정의에서 사용된 각 치환기는 다음과 같이 정의될 수 있다.
상기 본 발명에서 사용되는 치환기인 알킬기는 1 내지 20개, 바람직하게는 1 내지 10개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자의 직쇄 또는 분지쇄 포화 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 본 발명에서 사용되는 치환기인 비치환된 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기에 포함되어 있는 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기(-NH2, -NH(R), -N(R')(R"), R'과 R"은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기임), 아미디노기, 히드라진, 또는 히드라존,기 카르복실기, 술폰산기, 인산기, C1-C20의 알킬기, C1-C20의 할로겐화된 알킬기, C1-C20의 알케닐기, C1-C20의 알키닐기, C1-C20의 헤테로알킬기, C6-C20의 아릴기, C6-C20의 아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴기, 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 잉크젯 기록 장치를 나타낸 도면이다.
이를 참조하면, 잉크젯 기록 장치는 거대 발색단 함유 착색제 및 착색제 유사 첨가제를 함유하는 잉크 조성물을 포함하는 잉크젯 프린터 카트리지를 구비한다. 프린터 커버(8)은 프린터 (5)의 본체(13)과 연결되어 있다. 이동성 래치(10)의 서로 맞물린 영역은 홀(7)을 통하여 돌출되어 있다. 이동성 래치(10)는 고정 래치(9)와 서로 맞물리게 되어 있고, 고정 래치(9)는 커버가 닫혀질 때 프린터 커버의 내부에 연결된다. 상기 커버는 홀을 통하여 연장된 이동성 래치(10)의 맞물린 영역에 대응되는 리세스(14)를 구비한다. 잉크젯 프린터 카트리지(11)는 잉크젯 프린터 카트리지(11)의 하부를 통과하는 종이(3)에 잉크를 위치하도록 장착된다.
도 3은 본 발명의 잉크 세트를 포함하는 잉크젯 프린터 카트리지의 단면도이다. 상기 잉크젯 프린터 카트리지(100)는 잉크 저장기(112)를 형성하는 카트지리 본체(110), 잉크 저장기(112)의 탑 영역을 커버하는 내부 커버(114), 상기 내부커버(114)와 소정 간격으로 이격되고, 상기 잉크 저장기(112)와 내부 커버(114)를 실링하는 외부 커버(116)를 구비한다.
상기 잉크 저장기(112)는 수직 배리어 벽(123)에 의하여 제1 챔버 (124) 및 제2 챔버(126)이 구획된다. 제1 챔버 (124) 및 제2 챔버 (126) 사이에 잉크 통로(ink passage) (128)가 수직 배리어 벽(123)의 바닥에 형성된다. 잉크가 제1챔버(124) 및 스폰지 (129)를 채우고, 잉크는 제2챔버(126)을 채운다. 상기 제2챔버(126)에 대응되는 벤트 홀(126a)에 내부 커버(114)에 형성된다.
필터(14)는 제2 챔버(126)의 하부에 형성되어 잉크내의 불순물 및 미세 버블을 여과하여 프린터헤드(13)의 배출 홀(ejection hole)이 글로깅되는 것을 막는다. 후크(142)는 필터(140)의 에지(가장자리 영역)상에 형성되어 스탠드파이프(132)의 탑 영역에 배치(커플링)된다. 잉크 저장기(120)의 잉크가 프린터헤드(130)의 배출 홀을 통과하여 인쇄 매채에 작은 방울 형상으로 배출된다.
이하에서 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 보다 상세히 설명하지만 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다.
<염기성 단량체를 이용한 캡슐화 착색제의 제조>
[실시예 1-1 ~ 1-4] 염기성 단량체(예: 2-vinylpyridine)의 양의 변화
하기 표 1에 기재된 조성으로 후술하는 방법에 따라서 캡슐화 착색제를 제조하였다.
반응기에 정량된 카본블랙(하기 표 1은 카본블랙의 네트(net) 함량을 나타낸 것임) 분산액에 물 90g을 첨가하고 정량된 계면활성제 SDS(Sodium dodecylsulfate, 도데실황산나트륨)를 추가한 후 교반을 통하여 분산시켜 주었다. 그 후 정량된 단량체 혼합액을 첨가하고 초음파(내지 교반)를 통하여 5분간 유화시켰다. 이때 염기성 단량체인 2-비닐피롤리돈의 양은 중합성 불포화 단량체인 스티렌/부틸아크릴레이트 합계 질량 대비 5 내지 75%로 변화시켰다. 질소 분위기 하에서 반응기를 승온시키며 중합온도(80℃)에 도달하면 나머지 물 10g에 개시제(KPS(Potassium persulfate, 포타슘 퍼설페이트)를 녹인 용액을 첨가하여 중합을 시작하였다. 교반속도 350rpm에서 24시간 반응시켰으며 중합을 질소분위기 하에서 실시하여 캡슐화 착색제를 제조하였다.
제조된 캡슐화 착색제는 입도분석기(제조회사: Otsuka, 제품명: ELS-Z2 plus)를 통하여 평균입자크기를 측정하고, 이후 건조시켜 TEM (제조회사: JEOL(Japan Electronic Optics Laboratory), 제품명: JEM-200CX )을 통하여 모폴러지를 조사하였다.
그 중, 실시예 1-2에 따른 캡슐화 착색제의 TEM 사진 및 입도 분포 그래프(평균 입자 크기: 104.1nm)를 도 4 및 5에 각각 나타내었다.
실시예 1-1 실시예 1-2 실시예 1-3 실시예 1-4
카본 블랙(g) 10 10 10 10
스티렌(g) 2.22 2.22 2.22 2.22
부틸아크릴레이트(g) 2.22 2.22 2.22 2.22
2-비닐피리딘(g) 0.22 0.44 1.34 3.33
KPS(g) 0.046 0.048 0.053 0.058
물(g) 100 100 100 100
SDS(g) 0.2 0.2 0.2 0.2
[실시예 1-5 ~ 1-8] 카본블랙 대 단량체 양 변화
하기 표 2에 기재된 조성으로 후술하는 방법에 따라서 캡슐화 착색제를 제조하였다.
반응기에 정량된 카본블랙(아래 표 2의 카본블랙의 양은 네트 함량임) 분산액에 물 90g을 첨가하고 정량된 계면활성제 SDS를 추가한 후 교반을 통하여 분산시켜 주었다. 그 후 정량된 단량체 혼합액을 첨가하고 초음파(내지 교반)를 통하여 5분간 유화시켰다. 이때 카본블랙:단량체의 중량비는 1:1에서 2.5:1로 변화시켰으며, 변화된 단량체에 맞추어 개시제의 양을 변화시켰다(개시제의 함량: 단량체 중량대비 1wt%). 질소 분위기 하에서 반응기를 승온시키며 중합온도(80℃)에 도달하면 나머지 물 10g에 개시제(KPS)를 녹인 용액을 첨가하여 중합을 시작하였다. 교반속도 350rpm에서 24시간 반응시켰으며 중합을 질소분위기 하에서 실시하여 캡슐화 착색제를 제조하였다.
그 중, 실시예 1-6에 따른 캡슐화 착색제의 TEM 사진 및 입도 분포 그래프(평균 입자 크기: 101.7 nm)를 도 6 및 7에 각각 나타내었다.
실시예 1-5 실시예 1-6 실시예 1-7 실시예 1-8
카본 블랙(g) 10 10 10 10
스티렌(g) 4.44 2.96 2.22 1.78
부틸아크릴레이트(g) 4.44 2.96 2.22 1.78
2-비닐피리딘(g) 1.1 0.67 0.54 0.44
KPS(g) 0.1 0.066 0.05 0.04
물(g) 100 100 100 100
SDS(g) 0.2 0.2 0.2 0.2
[실시예 1-9 ~ 1-12] 염기성 단량체의 종류 변화(함량은 고정)
하기 표 3에 기재된 조성으로 후술하는 방법에 따라서 캡슐화 착색제를 제조하였다.
반응기에 정량된 카본블랙(아래 표 3의 카본블랙의 양은 네트 함량임) 분산액에 물 90g을 첨가하고 정량된 계면활성제 SDS를 추가한 후 교반을 통하여 분산시켜 주었다. 그 후 정량된 단량체 혼합액을 첨가하고 초음파(내지 교반)를 통하여 5분간 유화시켰다. 이때 사용되는 염기성 단량체의 양은 고정하고 종류를 2-비닐피롤리돈(2-vp), 4-비닐피롤리돈(4-vp), 아크릴아미드(AAm), N,N-디메틸아미노에틸메타아크릴레이트(DMAEMA)로 변화시켰다. 질소 분위기 하에서 반응기를 승온시키며 중합온도(80℃)에 도달하면 나머지 물 10g에 개시제(KPS)를 녹인 용액을 첨가하여 중합을 시작하였다. 교반속도 350rpm에서 24시간 반응시켰으며 중합을 질소분위기 하에서 실시하여 캡슐화 착색제를 제조하였다.
그 중, 실시예 1-12에 따른 캡슐화 착색제의 TEM 사진 및 입도 분포 그래프(평균 입자 크기: 109.2 nm)를 도 8 및 9에 각각 나타내었다.
실시예 1-9 실시예 1-10 실시예 1-11 실시예 1-12
카본 블랙(g) 10 10 10 10
스티렌(g) 2.22 2.22 2.22 2.22
부틸아크릴레이트(g) 2.22 2.22 2.22 2.22
2-비닐피리딘(g) 0.54 - -
4-비닐피리딘(g) - 0.54 - -
아크릴 아마이드(g) - - 0.54 -
N,N-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(g) - - - 0.54
KPS(g) 0.05 0.05 0.05 0.05
물(g) 100 100 100 100
SDS(g) 0.2 0.2 0.2 0.2
[실시예 1-13 ~ 1-15] 계면활성제의 종류의 변화
하기 표 4에 기재된 조성으로 후술하는 방법에 따라서 캡슐화 착색제를 제조하였다.
반응기에 정량된 카본블랙(아래 표 4의 카본블랙의 양은 네트 함량임) 분산액에 물 90g을 첨가하고 정량된 계면활성제 SDS를 추가한 후 교반을 통하여 분산시켜 주었다. 그 후 정량된 단량체 혼합액을 첨가하고 초음파(내지 교반)를 통하여 5분간 유화시켰다. 이때 사용되는 계면활성제의 종류를 음이온성의 SDS, NaDDBS(Sodium Dodecylbenzene Sulfonate) 및 양이온성의 CTAB(cetyltrimethylammonium bromide)를 사용하였으며 각 계면활성제의 양은 각 CMC(critical micelle concentration)의 농도로 계산하여 정량하였으며 염기성 단량체는 2-vp(2-비닐피롤리돈)를 사용하였다. 질소 분위기 하에서 반응기를 승온시키며 중합온도(80℃)에 도달하면 나머지 물 10g에 개시제(KPS)를 녹인 용액을 첨가하여 중합을 시작하였다. 교반속도 350rpm에서 24시간 반응시켰으며 중합을 질소분위기 하에서 실시하여 캡슐화 착색제를 제조하였다.
그 중, 실시예 1-15에 따른 캡슐화 착색제의 TEM 사진 및 입도 분포 그래프(평균 입자 크기: 110.1 nm)를 도 10 및 11에 각각 나타내었다.
실시예 1-13 실시예 1-14 실시예 1-15
카본 블랙(g) 10 10 10
스티렌(g) 2.22 2.22 2.22
부틸아크릴레이트(g) 2.22 2.22 2.22
2-비닐피리딘(g) 0.54 0.54 0.54
KPS(g) 0.05 0.05 0.05
물(g) 100 100 100
SDS(g) 0.2 - -
NaDDBs(g) - 0.04 -
CTAB(g) - - 0.04
<염기성 단량체를 갖지 않는 캡슐화 착색제의 제조>
비교예 1-1 내지 1-9
하기 표 5의 조성과 같이 염기성 단량체만 제거하고, 실시예 1-1과 동일한 방식으로 캡슐화 착색제를 제조하였다.
비교예 1-1 비교예 1-2 비교예 1-3 비교예 1-4 비교예 1-5 비교예 1-6 비교예 1-7 비교예 1-8 비교예 1-9
카본 블랙(g) 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0
스티렌(g) 2.2 4.4 3.0 2.2 1.8 2.2 2.2 2.2 2.2
부틸아크릴레이트(g) 2.2 4.4 3.0 2.2 1.8 2.2 2.2 2.2 2.2
KPS(g) 0.0 0.1 0.1 0.1 0.0 0.1 0.1 0.1 0.1
물(g) 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
SDS(g) 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.0 0.0
NaDDBs(g) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.04 0.0
CTAB(g) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.04
<잉크 조성물의 제조>
하기와 같은 조성으로 실시예 1-1 내지 1-15에서 제조한 캡슐화 착색제, 물, 유기용매 및 첨가제를 혼합한 후, 이를 교반기에서 30분 이상 충분히 교반하여 균일한 상태로 만들어 주었다. 그 후, 상기 혼합물을 0.45㎛의 필터에 통과시켜 실시예 2-1 내지 2-15의 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 2-1 ~ 2-15
실시예 1-1 내지 1-15에서 제조한 캡슐화 착색제 4.5 중량부
글리세롤 7.5 중량부
디에틸렌글리콜 8 중량부
물(탈이온수) 80 중량부
하기와 같은 조성으로 비교예 1-1 내지 1-9 에서 제조한 캡슐화 착색제, 물, 유기용매 및 첨가제를 혼합한 후, 이를 교반기에서 30분 이상 충분히 교반하여 균일한 상태로 만들어 주었다. 그 후, 상기 혼합물을 0.45㎛의 필터에 통과시켜 비교예 2-1 내지 2-9의 잉크 조성물을 제조하였다.
비교예 2-1 내지 2-9
비교예 1-1 내지 1-9 에서 제조한 캡슐화 착색제 4.5 중량부
글리세롤 7.5 중량부
디에틸렌글리콜 8 중량부
물(탈이온수) 80 중량부
실험예 1 : 카트리지 저장 안정성 테스트
실시예 2-1 내지 2-15 및 비교예 2-1 내지 2-9에서 얻어진 잉크 조성물을 삼성 잉크 카트리지에 상온(25℃), 저온(-5℃)에서 2주씩 두었다가 프린팅을 하였을때 노즐이 막히어 잉크를 배출하지 못하는 정도를 다음과 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
◎ : 기존 노즐 수의 5% 이하의 노즐 막힘이 관찰됨
O : 기존 노즐 수의 6~10% 의 노즐 막힘이 관찰됨
△ : 기존 노즐 수의 11~20% 의 노즐 막힘이 관찰됨
X : 기존 노즐 수의 21% 이상의 노즐 막힘이 관찰됨
실험예 2 : 잉크 저장 안정성 테스트
실시예 2-1 내지 2-15 및 비교예 2-1 내지 2-9에서 얻어진 잉크 조성물을 삼성 잉크 카트리지에 고온(60℃), 냉동(-18℃)에서 4주씩 두었다가 초기의 점도와 비교하여 증가하거나 감소한 점도의 변화율을 다음과 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
◎ : 평균 점도 변화율 5% 이하
O : 평균 점도 변화율 6~10%
△: 평균 점도 변화율 11~20%
X : 평균 점도 변화율 21% 이상
실험예 3. 내마모성 테스트
실시예 2-1 내지 2-15 및 비교예 2-1 내지 2-9에서 얻어진 잉크 조성물을 잉크 카트리지 M-50(삼성사 제조)에 리필 후 프린터(MJC-3300p, 삼성사 제조)에서 막대 그림(2*10cm)를 인쇄한 후 이를 24시간 동안 말린 후 테스트기를 이용하여 5회 문질러 주었을 때 막대그림에서 전이된 화상의 OD를 문지르기 전의 막대 그림의 화상 OD와 비교하여 백분율로 나타내어 다음과 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
A=(전이된 화상의 OD/原 막대그림의 OD)*100(%)
◎ : A < 15
O : 15≤ A < 30
△ : 30≤ A ≤ 45
X : A > 45
실험예 4 : 내수성 테스트( Waterfastness test )
실시예 2-1 내지 2-15 및 비교예 2-1 내지 2-9에서 얻어진 잉크 조성물을 잉크 카트리지 M-50(삼성사 제조)에 리필후 프린터(MJC-2400C, 삼성사 제조)에서 막대 그림(2*10cm)을 인쇄하고 5분후에 5방울의 물을 떨어뜨리고 이를 24시간 동안 말린후 물이 흘러내려가며 감소한 OD를 원막대 그림의 OD와 비교하여 백분율로 나타내어 다음과 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
A = (물이 흘러내린 후 화상OD/원 막대 그림의 OD)×100(%)
◎ : 95 ≤A
O : 90 ≤A < 95,
△ : 85 ≤A < 90
X : A < 85
실험예 5 :. 광학농도(OD) 테스트
실시예 2-1 내지 2-15 및 비교예 2-1 내지 2-9에서 얻어진 잉크 조성물을 잉크 카트리지 M-50(삼성사 제조)에 리필 후 프린터(MJC-3300p, 삼성사 제조)에서 막대 그림(2*10cm)를 인쇄한 후 이를 24시간 동안 말린 후 테스트기를 이용하여 화상 OD를 다음과 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
A= 화상의 OD
◎ : A ≥ 1.4
O : 1.2≤ A < 1.4
△ : 1.0≤ A < 1.2
X : A < 1.0
카트리지 저장안정성 잉크 저장 안정성 내마모성 내수성 광학
농도
실시예 2-1 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
실시예 2-2 ◎ O ◎ ◎ ◎
실시예 2-3 ◎ ◎ ◎ O O
실시예 2-4 ◎ △ ◎ ◎ O
실시예 2-5 O ◎ ◎ ◎ ◎
실시예 2-6 ◎ O O ◎ △
실시예 2-7 O ◎ ◎ ◎ ◎
실시예 2-8 ◎ O ◎ ◎ ◎
실시예 2-9 ◎ ◎ ◎ O O
실시예 2-10 ◎ O ◎ ◎ ◎
실시예 2-11 O ◎ ◎ ◎ ◎
실시예 2-12 ◎ ◎ ◎ ◎ O
실시예 2-13 ◎ ◎ ◎ ◎ △
실시예 2-14 ◎ O ◎ ◎ ◎
실시예 2-15 ◎ ◎ ◎ O ◎
비교예 2-1 △ X ◎ ◎ O
비교예 2-2 X △ ◎ ◎ O
비교예 2-3 O X O ◎ ◎
비교예 2-4 △ X ◎ O △
비교예 2-5 X O ◎ ◎ ◎
비교예 2-6 △ X ◎ O ◎
비교예 2-7 △ X ◎ ◎ O
비교예 2-8 X O O ◎ △
비교예 2-9 O △ ◎ O ◎
상기 표 6을 살펴본 결과, 염기성 단량체를 이용하여 제조된 캡슐화 착색제를 포함하는 실시예 2-1 내지 2-15에 따른 잉크 조성물은, 염기성 단량체를 이용하지 않은 비교예 2-1 내지 2-9에 따른 잉크 조성물 보다 카트리지 저장 안정성, 잉크 저장 안정성, 인쇄된 화상의 내수성, 내마모성, 및 광학농도 면에서 모두 우수한 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
이는 음전하를 가지는 착색제 표면과 양전하를 갖는 염기성 단량체의 정전기적 인력(Electrostatic interaction)을 이용하여 착색제의 표면을 고분자 수지로 효과적으로 피복할 수 있고, 착색제 피복용으로 사용되지 않고 단독으로 중합되는 고분자 수지의 함량을 현격하게 감소시키기 때문인 것으로 판단된다.
도 1은 착색제와 염기성 단량체를 이용한 착색제의 피복 과정의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일구현예에 따른 잉크 카트리지를 구비하는 잉크젯 기록 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일구현예에 따른 잉크 카트리지의 횡단면 측면도이다.
도 4는 실시예 1-2의 캡슐화 착색제의 TEM 사진이다.
도 5는 실시예 1-2의 캡슐화 착색제의 입도 분포 그래프이다.
도 6은 실시예 1-6의 캡슐화 착색제의 TEM 사진이다.
도 7은 실시예 1-6의 캡슐화 착색제의 입도 분포 그래프이다.
도 8은 실시예 1-12의 캡슐화 착색제의 TEM 사진이다.
도 9는 실시예 1-12의 캡슐화 착색제의 입도 분포 그래프이다.
도 10은 실시예 1-15의 캡슐화 착색제의 TEM 사진이다.
도 11은 실시예 1-15의 캡슐화 착색제의 입도 분포 그래프이다.
<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>
3…종이 5…프린터
7…홀 8…프린터 커버
9…고정 래치 10…이동성 래치
11…잉크 카트리지 13…프린터의 본체
14…리세스
100…카트리지 112…잉크통
114…내부 커버 116…외부 커버
123…수직 장벽 124…제1 챔버
126…제2 챔버 126a …벤트 홀
128…잉크통 130… 프린트 헤드의 노즐
132…스탠드파이프 140…필터
142…훅

Claims (14)

  1. 착색제; 및 상기 착색제를 피복하는 고분자 수지를 포함하는 캡슐화 착색제로서, 상기 고분자 수지가 염기성 단량체 및 중합성 불포화 단량체를 포함하는 중합성 조성물의 중합 결과물인 캡슐화 착색제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 염기성 단량체가 분자내에 아민, 아마이드, 아졸(azole), 피리딘, 및 피롤리돈으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 화학 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐화 착색제.
  3. 제1항에 있어서, 상기 염기성 단량체의 함량은 중합성 불포화 단량체 100 중량부를 기준으로 1 내지 80 중량부인 것을 특징으로 하는 캡슐화 착색제.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중합성 불포화 단량체가 이중결합을 2개 이상 갖는 화합물, 불포화 카르복실산, 시안화 비닐 단량체, 불포화 카르복실산 알킬 에스테르, 불포화 카르복실산 히드록시알킬 에스테르, 불포화 카르복실산 아미드 및 유도체, 방향족 비닐 단량체, 메틸 비닐 케톤, 및 염화 비닐리덴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 캡슐화 착색제.
  5. 제1항에 있어서, 상기 염기성 단량체가 2-비닐피리딘(2-vinylpyridine), 4- 비닐피리딘(4-vinylpyridine), N-비닐피롤리돈(N-vinylpyrrolidone), 1-비닐이미다졸(1-vinylimidazole), 아크릴아미드(acrylamide), 메타크릴아미드(methacrylamide), 비닐-N-메틸피리디늄 클로라이드 (vinyl-N-methylpyridinium chloride), 9-비닐카바졸(9-vinylcabazole), 및 N,N-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA))으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 캡슐화 착색제.
  6. 중합성 불포화 단량체, 염기성 단량체, 수성 매질, 착색제, 유화제 및 중합 개시제를 포함하는 중합 조성물을 유화시키는 단계;
    상기 착색제 상에서 상기 중합성 불포화 단량체 및 염기성 단량체를 중합함으로써, 상기 착색제를 피복하는 고분자 수지를 형성하는 단계를 포함하는 캡슐화 착색제의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 중합 조성물이 중합성 불포화 단량체 100 중량부 기준으로, 염기성 단량체 1 내지 80 중량부, 수성 매질 500 내지 5,000 중량부, 착색제 10 내지 500 중량부, 유화제 0.1 내지 20 중량부, 및 중합 개시제 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캡슐화 착색제의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 캡슐화 착색제 및 용매를 포함하는 잉크 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 잉크 조성물이 캡슐화 착색제 1 내지 20 중량부 및 용매 80 내지 99 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 상기 용매가 알콜계 용매, 케톤계 용매, 에스테르계 용매, 다가알콜계 용매, 함질소계 용매, 및 함황계 용매로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 유기 용매 및 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  11. 제8항에 있어서, 상기 잉크 조성물이 20℃에서 15 내지 70 dyne/cm의 표면장력을 가지고, 1 내지 20cps의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 캡슐화 착색제를 포함하는 잉크 조성물을 2종 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 세트.
  13. 제12항에 따른 잉크 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록장치용 카트리지.
  14. 제13항에 따른 잉크젯 기록장치용 카트리지를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
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