KR101447383B1 - 감열기록지용 현색제 및 이를 이용한 감열 잉크 - Google Patents

감열기록지용 현색제 및 이를 이용한 감열 잉크 Download PDF

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KR101447383B1
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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 감열기록지용 현색제 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112013082589358-pat00027

상기 식에서, Y는
Figure 112013082589358-pat00028
또는
Figure 112013082589358-pat00029
이고,
m,n,o,p,q,r,s,t는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.

Description

감열기록지용 현색제 및 이를 이용한 감열 잉크{Developer for thermal recording medium and thermal recording ink comprising this developer}
본 발명은 감열기록지용 현색제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분자구조내에 우레탄기 및 우레아기를 포함하여 발색 감도 및 내열성, 내습성, 내광성, 내가소제성 등 제반 물성이 우수한 감열기록지용 현색제 및 이를 포함하는 감열기록지용 잉크 조성물에 관한 것이다.
감열기록지(thermal recoding paper)(이하, 감열지)는 용지 등의 지지체 표면에 무색의 감열잉크가 도포된 특수용지이다.
감열지는 서멀 프린터(thermal printer)의 서멀 헤드(thermal head)에 의해 기록되는 자기발색형 용지로, 영수증, 꼬리표, 항공기의 티켓 등의 소형 인쇄에 널리 이용되고 있다.
감열잉크에 사용되는 로이코 염료(leuco dye)는 분자구조 내에 락톤 고리(lactone ring)에 의해 무색으로 있다가 서멀 헤드 열에 의해 용융, 현색제와 반응, 락톤 고리가 개환되어 발색성을 띠는 특수 염료이다.
로이코 염료로는 Fluorane계, triphenyl methane계, rhodamine lactam계 염료 등이 주로 이용된다.
Figure 112013082589358-pat00001
1970년대 락톤 고리를 가진 흑색의 로이코 염료와 페놀계 현색제가 개발되어 감열지 생산이 본격화되었다.
현색제는 로이코 염료의 발색에 필수 요소로, ①수용성이 작을 것, ②반응성(pKa)이 적당할 것, ③융점이 낮아 발색감도가 높을 것, ④열, 습기, 광에 대하여 안정할 것, ⑤승화성이 없고 로이코 염료와 상용성이 요구된다.
초기 현색제로는 개발된 비스페놀A(BPA)는 생산비가 저렴하여 오늘날까지 가장 많이 이용되고 있다. 그러나 비스페놀A 현색제는 융점이 156℃로 비교적 높아 감도가 좋지 않으며, 내열성, 내약품성, 내가소제성이 불량하여 약품과 가소제가 함유된 포장재와 접촉하면 기록이 소실되는 결점이 있으며, 기록 보존 안정성이 불량하여 비교적 짧은 시간 동안 햇빛에 노출되는 경우에도 기록이 퇴색되거나, 소실되기도 한다. 또한 현재 환경호르몬 물질로 의심되고 있는 물질이기도 하다.
80년대부터 다양한 구조의 현색제 개발이 활발하게 이루어져 국제특허공개 WO 84/02882, 국제특허공개 WO 91/11433, 일본특허 공개 제2001-261633호 등은 디페닐 술폰 화합물계 현색제를 개시하고 있다. 현재 4-히드록시-4'-이소프로폭시디페닐술폰(약칭: D-8) 현색제가 감열잉크 제조에 널리 이용되고 있다.
특허공개 제10-2005-0093427호는 술폰계 현색제를 개시하고 있다.
특허공개 제10-2002-0069115호는 티오닐 우레아기와 아미드기를 함유한 감열기록지용 현색제를 개시하고 있다.
일본 특개평 제11-263769호는 우레아-우레탄 화합물 현색제를 개시하고 있으나, 현재 시판여부는 알려져 있지 않다.
본 발명은 로이코 염료의 발색 감도 및 내열성, 내습성, 내광성, 내가소제성 등 제반 물성이 우수한 감열기록지용 현색제 및 이를 포함하는 감열 잉크를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 감열기록지용 현색제 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112013082589358-pat00002

상기 식에서, Y는
Figure 112013082589358-pat00003
또는
Figure 112013082589358-pat00004
이고,
m,n,o,p,q,r,s,t는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
상기 화학식 1의 현색제 화합물은 하기 화학식 2와 같이 p-결합으로 결합되는 것이 바람직하고, 하기 화학식 3과 같이 구조가 더욱 바람직하다.
[화학식 2]
Figure 112013082589358-pat00005
상기 식에서, m,n,o,p,q,r,s,t는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
[화학식 3]
Figure 112013082589358-pat00006
상기 화학식 1의 현색제 화합물은 하기 화학식 4와 같이 p-결합으로 결합되는 것이 바람직하고, 하기 화학식 5과 같이 구조가 더욱 바람직하다.
[화학식 4]
Figure 112013082589358-pat00007
m,n,o,p,q,r는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
[화학식 5]
Figure 112013082589358-pat00008
본 발명에 따른 우레탄-우레아 현색제는 종래 널리 이용되고 있는 비스페놀A 현색제, 4-히드록시-4'-이소프로폭시디페닐술폰(약칭: D-8) 현색제에 비해 내습성, 내열성에 있어 우수한 효과가 있으며, 특히 내가소제성에 있어 현저한 효과가 있어, 오늘날 가소제를 함유하는 특수 감열지에도 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 우레탄 화합물 4a의 NMR 데이터이다.
도 2는 본 발명의 우레아 화합물 3a의 NMR 데이터이다.
도 3은 본 발명의 우레탄-우레아 화합물 1a의 NMR 데이터이다.
도 4는 비스페놀A 현색제(비교예 1)를 이용하여 제조된 감열기록지의 발색된 인자부(printed part) 사진이다.
도 5는 도 4의 인자부를 분광 색차계로 측정한 화상 농도의 측정치를 나타낸 표 및 그래프이다.
도 6은 4-히드록시-4'-이소프로폭시디페닐술폰(D-8) 현색제(비교예 2)를 이용하여 제조된 감열기록지의 발색된 인자부 사진이다.
도 7은 도 6의 인자부를 분광 색차계로 측정한 화상 농도의 측정치를 나타낸 표 및 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 우레탄-우레아 화합물 1a(실시예 1)를 이용하여 제조된 감열기록지의 발색된 인자부 사진이다.
도 9는 도 8의 인자부를 분광 색차계로 측정한 화상 농도의 측정치를 나타낸 표 및 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 우레탄-우레아 화합물 5a(실시예 2)를 이용하여 제조된 감열기록지의 발색된 인자부 사진이다.
도 11은 도 10의 인자부를 분광 색차계로 측정한 화상 농도의 측정치를 나타낸 표 및 그래프이다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 우레탄-우레아 화합물을 제공한다.
Figure 112013082589358-pat00009
상기 식에서, Y는
Figure 112013082589358-pat00010
또는
Figure 112013082589358-pat00011
이고,
m,n,o,p,q,r,s,t는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
본 발명의 우레탄-우레아 화합물은 감열기록지용 현색제로 이용될 수 있으며, 감열기록지에 사용할 경우 염료의 발색감도, 내열성, 내습성, 내광성 및 내가소제성 등 물성이 우수하다.
본 발명의 우레탄-우레아 화합물의 모체는 벤젠 고리와 우레탄기, 우레아기가 상호 결합되어 광범위한 공명구조(conjugated structure)를 가진다. 본 발명에서 공명구조는 벤젠 고리의 결합위치, 즉 오르토(o-), 메타(m-), 파라(p-) 위치에 큰 영향을 받지 않으나, 하기 화학식 2와 같이 p- 위치로 결합된 화합물이 좀더 안정적이다. 본 발명에서 공명구조는 벤젠 고리에 치환된 저분자량의 알킬기(메틸기, 에틸기)에도 큰 영향을 받지는 않으나, 하기 화학식 3과 같이 화합물의 양 끝단 벤젠 고리의 p- 위치에 메틸기로 치환된 것이 더욱 바람직하다.
Figure 112013082589358-pat00012
상기 식에서, m,n,o,p,q,r,s,t는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
상기 식에서 벤젠 고리의 치환수가 복수인 경우 해당 벤젠 고리의 각 치환기는 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기 중에서 선택될 수 있다.
Figure 112013082589358-pat00013
한편, 상기 화학식 1의 우레탄-우레아 화합물은 상술한 바와 같이 하기 화학식 4과 같이 p- 위치로 결합된 화합물이 좀더 안정적이다. 또한, 하기 화학식 5와 같이 화합물의 끝단 벤젠 고리의 p- 위치에 메틸기로 치환된 것이 더욱 바람직하다.
Figure 112013082589358-pat00014
상기 식에서, m,n,o,p,q,r은 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
상기 식에서 벤젠 고리의 치환수가 복수인 경우 해당 벤젠 고리의 각 치환기는 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기 중에서 선택될 수 있다.
Figure 112013082589358-pat00015
본 발명의 우레탄-우레아 화합물은 하기 반응식 1의 방법으로 합성될 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112013082589358-pat00016

본 발명의 우레탄-우레아 화합물 1은 반응식 1에 보이는 바와 같이 우레탄 화합물 4의 하이드록시기와 디이소시네이트를 우레탄 반응시켜 우레탄 화합물 2를 합성한 다음, 상기 우레탄 화합물 2와 우레아 화합물 3의 아미드기를 우레아 반응시키는 것으로 제조될 수 있다. 상기 반응식 1에서 순서를 달리하여 화합물 3과 디이소시아네이트 화합물을 반응시킨 후, 화합물 4와 반응시켜 제조하는 것도 가능하다.
A. 우레탄 화합물 4의 제조
상기 우레탄 화합물 4는 치환되거나 치환되지 않은 벤젠설포닐 이소시아네이트 화합물과, 치환되거나 치환되지 않은 디하이드록시페닐술폰 화합물을 우레아 반응시켜 제조한다. 당량비는 바람직하게는 1:1이다.
상기 벤젠설포닐 이소시아네이트계 화합물 중에서는 p-톨루엔설포닐 이소시아네이트가 바람직하며, 디하이드록시페닐술폰계 화합물 중에서는 4,4'-디하이드록시페닐술폰이 바람직하다.
반응용매로는 메틸에틸케톤, 아세톤 등의 케톤류를 사용하는 것이 바람직하다. 알코올류의 용매는 이소시아네이트 화합물과 폭발적으로 반응하므로 사용할 수 없다.
상기 우레탄 반응은 50 ~ 70℃, 바람직하게는 약 60℃에서 이루어진다.
반응기에 반응용매와 벤젤설포닐 이소시아네이트계 화합물을 넣고 교반하여 용해하고, 다른 용기에는 디아미노페닐술폰계 화합물을 용매에 용해 후 디부틸주석 디라우레이트 촉매 하에 반응기에 서서히 적하시키면서 교반하면, 반응이 서서히 진행되면서 상기 우레탄 화합물 4가 서서히 석출된다. 약 2 ~ 12시간 교반 후에 진공여과하고, 용매(헥산 또는 메틸에틸케톤 등)로 세척 후, 건조하여 제조된다.
B. 우레아 화합물 3의 제조
반응식 1의 상기 우레아 화합물 3은 치환되거나 치환되지 않은 벤젠설포닐 이소시아네이트계 화합물과, 치환되거나 치환되지 않은 디아미노페닐술폰계 화합물을 바람직하게는 1:1 당량비로 우레아 반응시켜 제조한다.
상기 벤젠설포닐계 이소시아네이트로는 p-톨루엔설포닐 이소시아네이트이 바람직하며, 디아미노페닐술폰계 화합물로는 4,4'-디아미노디페닐술폰이 바람직하다.
반응용매로는 메틸에틸케톤, 아세톤 등의 케톤류를 사용하는 것이 바람직하다. 알코올류의 용매는 이소시아네이트 화합물과 폭발적으로 반응하므로 사용할 수 없다.
상기 우레아 반응은 10 ~ 40℃ 내에서 이루어지는 것이 바람직하고, 20 ~ 30℃ 내에서 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
반응기에 반응 용매를 넣고 벤젤설포닐 이소시아네이트 화합물을 넣고 교반하여 용해하고, 다른 용기에는 디아미노페닐술폰 화합물을 용매에 용해 후 반응기에 서서히 적하시키면서 교반하면, 반응이 진행되면서 상기 우레아 화합물 3이 서서히 석출된다. 약 2 ~ 12 시간 교반 후에 진공여과하고 용매로 세척한 다음, 건조하여 제조된다.
C. 우레탄- 우레아 화합물 1의 제조
상기 합성된 우레탄 화합물 4와 치환되거나 치환되지 않은 디페닐메탄 디이소시아네이트 화합물과 우레탄 반응시켜 화합물 2를 합성한 다음, 상기 화합물 2와 합성된 상기 우레아 화합물 3을 우레아 반응시켜 최종적으로 우레탄-우레아기를 가지는 화합물 1이 제조된다.
상기 우레탄 반응은 50 ~ 80℃, 바람직하게는 약 70℃에서 디부틸주석 디라우레이트 촉매 하에 약 2 ~ 12 시간 교반하고,
상기 우레아 반응은 30 ~ 50℃, 바람직하게는 약 40℃에서 약 2 ~ 12시간 반응시켜 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 우레탄-우레아 화합물은 하기 반응식 2에 따라 제조될 수 있다.
[반응식 2]
Figure 112013082589358-pat00017
치환되거나 치환되지 않은 벤젠설포닐계 이소시아네이트 화합물과, 치환되거나 치환되지 않은 하이드록시페닐계 아세트산 화합물을 반응용매에 용해한 다음, 50 ~ 80℃, 바람직하게는 약 70℃에서 디부틸주석 디라우레이트 촉매 하에 약 2 ~ 12 시간 교반하여 우레탄 화합물 6을 제조한 다음, 상기 우레탄 화합물 6과 우레아 화합물 3과 우레아 반응시키는 것으로 우레탄-우레아 화합물 5가 제조된다.
상기 반응식 1, 2에서 우레아 화합물과 우레탄 화합물의 합성 순서를 변경하더라도 최종 합성물은 동일하게 수득될 수 있다.
감열기록지용 잉크는 로이코 염료, 현색제 외에도 분산제, 증감제, 충전제, 바인더 등이 포함된다. 감열잉크 제조 전 상기 로이코 염료, 현색제, 증감제, 충전제 각 성분들을 미리 분산액으로 제조한 후 일정비율로 혼합하는 것으로 제조될 수 있다.
상기 잉크 성분 또는 잉크 조성물은 샌드 그라인더 등을 사용하여 미세 분쇄함으로써 제조된다. 상기 수득된 각각의 분산액의 입자 직경은, 바람직하게는 0.1내지 3㎛, 특히 약 0.8㎛ 이하로 조정된다. 본 발명에 사용될 수 있는 분산제의 구체예는 폴리 비닐 알코올, 카르복실산-개질 폴리 비닐 알코올, 술폰산-개질 폴리 비닐 알코올, 메틸 셀룰로스 등과 같은 수용성 고분자 등이 사용될 수 있다.
상기 우레탄-우레아 화합물 현색제는 pH 6~8 범위에서 분쇄되는 것이 바람직하다. 분쇄시의 pH가 4 미만인 경우, 감열 코팅액 제조시에 무기 안료 등이 분해되어 색상이 회색으로 변화되며, 감도가 감소되는 경향이 있다. pH가 10 초과인 경우 우레아 화합물 현색제는 일부 가수분해되므로 감도가 감소할 경우가 있다.
증감제는 발색 감도를 향상시키기 위한 것으로, 80℃ 내지 150℃의 융점을 갖는 물질인 것이 바람직하며, 예를 들면 4,4'-디메톡시벤조페논, 4,4'-디클로로벤조페논, 4,4'-디프루오로벤조페논, 디페닐술폰, 4,4'-디클로로디페닐 술폰, 4,4'-디플루오로디페닐술폰, 4,4'-디클로로디페닐 디술피드, 디페닐아민 등이 이용될 수 있으며, 특히 디페닐술폰이 감도 향상에 양호하다.
충전제로는 탄산칼슘, 실리카, 산화티탄, 규조토 등의 무기 또는 유기 충전제가 이용될 수 있다.
로이코 염료, 현색제, 그 밖의 각종 성분의 종류 및 양은 요구되는 성능 및 기록적성에 따라 변화되므로 특별히 한정되는 것은 아니지만, 양호한 발색감도와 보존성을 높이기 위해서는 현색제 1 중량부에 대해, 플루오란계 로이코 염료 0.5부, 증감제 1 중량부, 충전제 1 중량부를 사용하고, 바인더는 전체 고형분 중 20 ~ 25% 정도가 적당하다.
상기 물질들을 상기 조성비로 혼합한 분산액을 종이, 재생지, 부직포, 합성 수지 필름 등 임의의 지지체에 도포함으로써 목적으로 하는 감열기록지를 얻을 수 있다.
감열기록지용 지지체로서 종이가 주로 사용되지만, 이에 한정되는 것은 아니며 합성 수지 필름, 적층지, 합성지, 금속 호일, 직물 등 매우 다양할 수 있다.
감열기록지에 감열잉크의 도포량은 일반적으로 건조후의 도포량을 기준으로 4g/㎡ 정도인 것이 바람직하다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 우레탄-우레아 화합물의 제조 과정을 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명의 보호 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 우레탄- 우레아 화합물 1a의 합성
하기 반응식 3의 방법에 따라 본 발명의 우레탄-우레아 화합물 1a를 제조하였다.
[반응식 3]
Figure 112013082589358-pat00018
A. 우레탄 화합물 4a의 제조
500mL 4구 둥근플라스크 반응기에 p-톨루엔설포닐 이소시아네이트(p-toluensulfony isocyanate) 33.5g(0.17mol)과 메틸에틸케톤 30mL를 넣고 교반하여 용해시켰다.
다른 500mL 비이커에 4,4'-디하이드록시페닐술폰(4-4'-dihydroxyphenylsulfone) 42.5g(0.17mol)과 메틸에틸케톤 150mL를 넣고 교반하여 용해시켰다. 상기 용액을 반응기에 2시간 동안 천천히 적가하면서 디부틸주석 디라우레이트 촉매 하에 60℃, 400rpm으로 5시간 동안 반응시켰다. 교반 동안 고체 화합물이 석출되고 IR분광기를 통해 이소시아네트가 소모되었음을 확인후 반응을 종료하였다. 반응종료 후 상온으로 식히고 침전물을 진공여과한 다음, 헥산으로 세정 후 진공하에 60℃에서 2시간 동안 건조하여 우레탄 화합물 4a 54g(수율 71%)을 수득하였다.
도 1은 수득된 우레탄 화합물 4a의 NMR 데이터이다.
B. 우레아 화합물의 제조
500mL 4구 둥근플라스크 반응기에 p-톨루엔설포닐 이소시아네이트 33.5g(0.17mol)와 메틸에틸케톤 30mL를 넣고 교반하여 용해시켰다.
반응기의 온도를 20℃이하로 낮추고 다른 500mL 비이커에 4,4'-디아미노디페닐술폰 42.2g(0.17mol)과 메틸에틸케톤 150mL를 넣어 용해시킨 후 상기 용액을 반응기에 2시간 동안 천천히 적가하였다. 반응은 30℃ 이하에서 5시간 동안 진행하였고, 교반 동안 고체 화합물이 석출되고 IR분광기를 통해 이소시아네트가 소모되었음을 확인후 반응을 종료하였다. 반응종료 후 상온으로 식히고 침전물을 진공여과한 다음, 메틸에틸케톤으로 세척한 후 건조하여 우레아 화합물 3a 49.2g(수율 65%)을 수득하였다.
도 2는 수득된 우레아 화합물 3a의 NMR 데이터이다.
C. 우레탄- 우레아 화합물의 제조
4구 둥근플라스크 반응기에 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4-4'-diphenylmethane diisocyanate) 25.0g(0.10mmol)과 메틸에틸케톤 150mL을 넣고 용해시킨 후 상기 수득된 우레탄 화합물 4a 44.7g(0.10mmol) 넣고 디부틸주석 디라우레이트 촉매 하에 70℃, 400rpm으로 12시간 동안 반응시켰다. 교반 동안 고체 화합물이 석출되고 IR분광기를 통해 이소시아네트가 소모되었음을 확인 후 반응을 종료하여 우레탄 화합물 2a 46.7g(수율 67%)를 수득하였다.
상기 반응 용액을 40℃로 감온하여 메틸에틸케톤에 상기 우레아 화합물 3a 35.6g(0.08mmol)용해한 용해액을 반응기에 5시간에 걸쳐 천천히 적가하면서 교반시켰다. IR분광기를 통해 이소시아네트가 완전히 소모된 것을 확인 후 반응종료하였다. 반응종료 후 상온으로 식히고 생성물을 진공여과한 다음, 헥산을 이용하여 세정한 다음, 진공하에 60℃에서 2시간 건조하여 유백색 고체의 우레탄-우레아 화합물 1a 48.2g(수율 63%)를 수득하였다.
도 3은 수득된 우레탄-우레아 화합물 3a의 NMR 데이터이다.
실시예 2: 우레탄- 우레아 화합물 5a의 합성( 현색제 합성)
하기 반응식 4의 방법에 따라 본 발명의 우레탄-우레아 화합물 5a를 제조하였다.
[반응식 4]
Figure 112013082589358-pat00019
A. 우레탄 화합물 6a의 제조
500mL 4구 둥근플라스크 반응기에 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 42.5g(0.17mol)과 메틸에틸케톤 30mL를 넣고 교반하여 용해시켰다.
다른 500mL 비이커에 4,4'-디하이드록시페닐술폰(4-4'-dihydroxyphenylsulfone) 26.7g(0.17mol)과 메틸에틸케톤 150mL를 넣고 교반하여 용해시켰다. 상기 용액을 반응기에 2시간 동안 천천히 적가하면서 디부틸주석 디라우레이트 촉매 하에 60℃, 400rpm으로 5시간 동안 반응시켰다. 교반 동안 고체 화합물이 석출되고 IR분광기를 통해 이소시아네트가 소모되었음을 확인후 반응을 종료하였다. 반응종료 후 상온으로 식히고 침전물을 진공여과한 다음, 헥산으로 세정 후 진공하에 60℃에서 2시간 동안 건조하여 우레탄 화합물 4a 44.4g(수율 65%)을 수득하였다.
B. 우레탄- 우레아 화합물의 제조
반응기에 우레탄 화합물 4a 40g(0.10mmol) 용액을 40℃로 감온하고 메틸에틸케톤에 상기 우레아 화합물 3a 44.5g(0.10mmol)용해한 용해액을 반응기에 5시간에 걸쳐 천천히 적가하면서 교반시켰다. IR분광기를 통해 이소시아네트가 완전히 소모된 것을 확인 후 반응종료하였다. 반응종료 후 상온으로 식히고 생성물을 진공여과한 다음, 헥산을 이용하여 세정한 다음, 진공하에 60℃에서 2시간 건조하여 우레탄-우레아 화합물 5a 54.2g(수율 63%)를 수득하였다.
실시예 3: 현색제 수분산 제조
실시예 1에 의해 합성된 우레탄-우레아 화합물을 15% 폴리비닐알콜 수용액(유화제)과 함께 300rpm, 30분간 pre mixing한 다음, 지르코늄beads(지름 0.5mm)를 넣고 1500rpm, 48시간 동안 바스켓 밀로 밀링(milling)하여 평균입도 0.5㎛이하의 입자 크기를 갖는 현색제 분산액을 제조하였다.
실시예 4: 현색제 수분산 제조
실시예 2에 의해 합성된 우레탄-우레아 화합물을 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하여 현색제 분산액을 제조하였다.
실시예 5: 감열잉크의 제조
감열잉크를 제조하기 위하여 실시예 3, 4에서 제조된 현색제와 로이코 염료, 충전제, 증감제, 바인더를 하기 표 1과 같이 미리 분산액 형태로 제조하고, 상기 각 분산액을 아래 비율로 혼합한 후, 샌드 그라인더(sand grinder)을 사용하여 미세 분쇄함으로써 평균입자 크기가 0.8㎛ 이하가 될 때까지 습식 분쇄를 하여 2종의 감열잉크를 제조하였다.
분산액 성분 잉크혼합비율

로이코 염료 분산액		 3-디부틸아미노-6-메틸-7-아닐리노플루오란 20 중량부 6 중량부
15% 폴리비닐알콜 수용액 35 중량부
물 30 중량부

현색제 분산액		 실시예 1, 2의 우레탄-우레아 화합물 35 중량부 12 중량부
15% 폴리비닐알콜 수용액 25 중량부
물 40 중량부
충전제 분산액 40% 탄산칼슘 13 중량부
증감제 분산액 40% 디페닐술폰 11 중량부
바인더 분산액 10% 폴리비닐알콜 수용액 20 중량부
실시예 6: 감열기록지의 제조
상기 실시예 5에서 제조된 2종의 감열잉크를 50g/㎡의 상질지에 건조 후의 도포량이 약 4g/㎡가 되도록 각각 도포하고 열풍 건조기에 넣어서 건조하여 감열기록지를 제조하였다.
비교예 1: 감열기록지의 제조( 현색제 : 비스페놀 A)
실시예 5의 우레탄-우레아 화합물 현색제 대신에 비스페놀 A를 동일량 사용하여 감열잉크를 제조한 다음, 감열잉크를 50g/㎡의 상질지에 건조 후의 도포량이 약 4g/㎡가 되도록 도포하고 열풍 건조기에 넣어서 건조하여 감열기록지를 제조하였다.
비교예 2: 감열기록지의 제조[ 현색제 : 4-히드록시-4'-이소프로폭시디페닐술폰(D-8)]
실시예 5의 우레탄-우레아 화합물 현색제 대신에 4-히드록시-4'-이소프로폭시디페닐술폰을 동일량 사용하여 감열잉크를 제조한 다음, 감열잉크를 50g/㎡의 상질지에 건조 후의 도포량이 약 4g/㎡가 되도록 도포하고 열풍 건조기에 넣어서 건조하여 감열기록지를 제조하였다.
실험예 1: 발색 감도 및 물성 실험
상기 실시예 6과 비교예 1, 2에서 제조한 감열기록지를 일본 닛쇼코교사에 의뢰하여 발색 감도 및 내열성, 내습성, 내광성, 내가소제성 등의 물성 실험을 실시하였다.
동적발색기는 일본 오쿠라전기사의 TH-PMH 제품을 이용하였으며, 0.5 ~ 1.3 mj/dot의 인가에너지를 10구간으로 나누어 순차적으로 가하여 인자부를 형성시켰다.
분광 색차계는 일본 TECHKON사의 SPECTRODENS PREMIUM 제품을 이용하여 인자부의 화상농도를 측정하였으며, 측정 수치가 클수록 발색도가 높음을 의미한다.
(1) 내열성 실험
인자된 각각의 감열기록지를 열풍건조기를 사용하여 60℃에서 24시간 방치한 후 분광 색차계로 측정하여 인자 직후의 화상농도와 비교하였다.
(2) 내습성 확인
인자된 각각의 감열기록지를 항온항습기를 사용하여 40℃, 상대습도 90% RH에서 24시간 방치한 후 분광 색차계로 측정하여 인자 직후의 화상농도와 비교하였다.
(4) 내광성
인자된 각각의 감열기록지를 5000Lux 조사 조건에서 100시간 방치한 후 분광 색차계로 측정하여 인자 직후의 화상농도와 비교하였다.
(5) 내가소제성
인자된 각각의 감열기록지를 40℃에서 식품용랩(가소제 첨가된 PVC 재질)과 접촉시켜 20시간 방치한 후 분광 색차계로 측정하여 인자 직후의 화상농도와 비교하였다.
도 4는 비스페놀A 현색제(비교예 1)를 이용하여 제조된 감열기록지의 발색된 인자부(printed part) 사진이고, 도 5는 도 4의 인자부를 분광 색차계로 측정한 화상 농도의 측정치를 나타낸 표 및 그래프이다.
도 6은 4-히드록시-4'-이소프로폭시디페닐술폰(D-8) 현색제(비교예 2)를 이용하여 제조된 감열기록지의 발색된 인자부 사진이고, 도 7은 도 6의 인자부를 분광 색차계로 측정한 화상 농도의 측정치를 나타낸 표 및 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 우레탄-우레아 화합물 1a(실시예 1)를 이용하여 제조된 감열기록지의 발색된 인자부 사진이고, 도 9는 도 8의 인자부를 분광 색차계로 측정한 화상 농도의 측정치를 나타낸 표 및 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 우레탄-우레아 화합물 5a(실시예 2)를 이용하여 제조된 감열기록지의 발색된 인자부 사진이고, 도 11은 도 10의 인자부를 분광 색차계로 측정한 화상 농도의 측정치를 나타낸 표 및 그래프이다.
도 4 및 도 5에 보이는 바와 같이 비스페놀A(BPA) 현색제는 중간 또는 낮은 인가에너지에서 내습성, 내열성이 불량하고, 내가소제성은 전무한 것으로 확인되었으며,
도 6 및 도 7에 보이는 바와 같이 4-히드록시-4'-이소프로폭시디페닐술폰(D-8) 현색제는 중간 또는 낮은 인가에너지에서 내습성이 불량하고, 내가소제성이 전무한 것으로 확인되었다.
반면, 도 8 내지 도 11에 보이는 바와 같이 본 발명의 우레탄-우레아 현색제는 내습성, 내열성, 내광성에서 인자 직후와 별차이가 없어 우수하며, 특히 내가소제성에 있어서 그 물성은 그대로 유지하는 것으로 확인되었다.
본 발명의 실시예 1, 2, 비교예 1, 2에 따른 현색제로 제조된 감열기록지의 보존율을 하기 표 2에 요약하였다.
{보존율=농도잔존율=[(방치후의 화상농도)/(인자 직후의 화상농도)]×100}
구 분 비교예 1(BPA) 비교예 2(D-8) 실시예 1 실시예 2 인자 에너지

내습성		 38% 38% 76% 94% 0.7mj/dot
88% 82% 90% 96% 1.0mj/dot
105% 96% 94% 96% 1.3mj/dot

내열성		 52% 80% 78% 100% 0.7mj/dot
78% 103% 90% 83% 1.0mj/dot
94% 101% 99% 88% 1.3mj/dot

내광성		 79% 95% 84% 100% 0.7mj/dot
99% 98% 94% 101% 1.0mj/dot
98% 98% 99% 101% 1.3mj/dot

내가소제성 		0% 0% 78% 83% 0.7mj/dot
0% 0% 88% 95% 1.0mj/dot
0% 0% 94% 91% 1.3mj/dot
내습성 : 높은 인가 에너지에서는 비교예 1, 2와 실시예 1, 2 모두 양호한 내습성을 보였으나, 중간 및 낮은 인가 에너지에서의 내습성은 본 발명에 따른 실시예 1, 2가 비교예 1, 2에 비해 현저하게 향상되었음을 확인할 수 있었다. 특히 0.7mj/dot 낮은 인가에너지에서도 본 발명은 75% 이상의 잔존율을 보였다.
내열성 : 높은 인가 에너지에서는 비교예 1, 2와 실시예 1, 2 모두 양호한 내열성을 보였으나, 중간 및 낮은 인가 에너지에서의 내습성은 본 발명에 따른 실시예 1, 2가 비교예 1에 비해 현저하게 향상되었음을 확인할 수 있었다.
내광성 : 전반적인 인가 에너지에서 비교예 1, 2와 실시예 1, 2 모두 양호한 내광성을 보여 내광성에서는 문제가 없는 것으로 확인되었다.
내가소제성 : 내가소제성은 식품용 포장재에 사용되는 감열지에서 많이 요구되는 데, 비교예 1, 2는 내가소제성이 전혀 없는 반면, 본 발명의 실시예 1, 2는 전반적인 인가에너지에서 우수한 내가소제성을 가지는 것이 확인되었다. 가소제가 함유된 식품용 포장재에서도 이용되는 특수 현색제로서 충분한 가능성을 시사한다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 감열기록지용 현색제 화합물.
    [화학식 1]
    Figure 112013082589358-pat00020


    상기 식에서, Y는
    Figure 112013082589358-pat00021
    또는
    Figure 112013082589358-pat00022
    이고,
    m,n,o,p,q,r,s,t는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
  2. 하기 화학식 2로 표시되는 감열기록지용 현색제 화합물.
    [화학식 2]
    Figure 112014082806520-pat00023

    상기 식에서, m,n,o,p,q,r,s,t는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
  3. 하기 화학식 3으로 표시되는 감열기록지용 현색제 화합물.
    [화학식 3]
    Figure 112014082806520-pat00024

  4. 하기 화학식 4로 표시되는 감열기록지용 현색제 화합물.
    [화학식 4]
    Figure 112014082806520-pat00025

    m,n,o,p,q,r는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R11,R12는 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 에틸기이다.
  5. 하기 화학식 5로 표시되는 감열기록지용 현색제 화합물.
    [화학식 5]
    Figure 112014082806520-pat00026

  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 감열기록지용 현색제 화합물을 포함하는 현색제 분산액.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 감열기록지용 현색제 화합물을 포함하는 감열잉크 조성물.
  8. 제7항의 감열잉크 조성물이 도포, 건조된 감열기록지.
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