KR101494201B1

KR101494201B1 - 급속 건조 수분-기재 잉크-젯 잉크

Info

Publication number: KR101494201B1
Application number: KR20097010198A
Authority: KR
Inventors: 리아트 타베리자트샤이; 오르 브랜드스테인; 에프라트 소로커; 에이탄 코헨
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2015-02-17
Also published as: US8460450B2; EP2089481A1; BRPI0717665A2; KR20090086556A; BRPI0717665B1; CA2670088A1; US20080118657A1; JP2010510357A; CN101535424B; EP2089481A4; CN101535424A; EP2089481B1; JP5303467B2; WO2008064108A1

Abstract

본 발명은 잉크-젯 잉크 기록을 위한 잉크 조성물 및 방법에 관한 것이다. 잉크-젯 잉크는 물 및 20 중량％ 이상의 고체를 포함할 수 있다. 고체는 잉크-젯 잉크에 분산된 안료 미립자 및 실리카 미립자 뿐만 아니라 잉크-젯 잉크에 실질적으로 용해된 고체 습윤제를 포함할 수 있다. 안료 미립자, 실리카 미립자 및 고체 습윤제는 실질적으로 본 발명의 잉크-젯 잉크를 사용하여 인쇄된 건조된 이미지와 함께 잔존한다.

잉크-젯 잉크, 안료 미립자, 실리카 미립자, 고체 습윤제, 인쇄

Description

급속 건조 수분-기재 잉크-젯 잉크{RAPID DRYING, WATER-BASED INK-JET INK}

잉크-젯 인쇄 산업은 여러 유형의 기록용 유체, 예컨대 오일-기재 잉크, 용매-기재 (비수성) 잉크, 수분-기재 잉크 및 고체 잉크 (분배를 위해 제조시 용융됨)를 사용한다. 용매-기재 잉크는 신속 건조되며, 그 결과 산업용 인쇄에 폭넓게 사용된다. 결합제 및 다른 성분을 함유하는 용매-기재 잉크가 기판 상에 분사되는 경우, 용매(들)는 잉크로부터 일부 또는 전부 증발되어 결합제 및 안료 입자와 같은 다른 성분을 인쇄된 기판 상에 건조 필름의 형태로 남긴다. 건조 과정 동안, 종종 휘발성 유기 화합물 (VOC)인 용매는 증기를 방출하여 환경을 오염시킬 수 있다. 오염 문제는 보다 빠른 인쇄 속도 또는 다량의 잉크가 기판 상에 침착되는 광폭 포맷 이미지의 경우 더욱 심각하다.

상기 및 다른 관심의 결과, 환경 친화적인 잉크의 제조와 관련된 노력은 일부 연구를 수분-기재 잉크의 방향으로 이동시켰다. 그러나, 수분-기재 잉크에 종종 필요한 건조 시간 및 에너지는 바라는 것보다 더 길 수 있다. 수분-기재 잉크의 건조 시간은 잉크-젯 프린터의 인쇄 속도를 증가시키는데 있어 장애가 될 수 있다. 따라서, 보다 짧은 시간 및/또는 보다 낮은 에너지 필요량으로 건조될 수 있는 수분-기재 잉크가 필요하다.

지금부터 예시적인 실시양태가 언급될 것이고, 이들을 설명하기 위해 본원에서 특정 언어가 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고 이에 의해 본 발명의 범위를 한정하고자 함은 아니라는 것을 이해할 것이다. 본 개시문헌을 인식하는 당업자에게 떠오르는, 본원에 예시된 본 발명의 특징의 변경 및 추가 변형, 및 본원에 예시된 바와 같은 본 발명의 원리의 추가 응용은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주될 수 있다. 본 발명을 설명하고 청구하는데 있어서, 하기 용어가 하기 기재된 정의에 따라 사용될 것이다.

단수 형태의 "정관사" 및 "부정관사"는 문맥에서 달리 명확히 서술되지 않는 한 복수 지시대상물을 포함한다. 따라서, 예를 들어 "안료"는 문맥에서 달리 명확히 서술되지 않는 한 이러한 물질을 하나 이상 포함한다.

본원에 사용된 "액체 비히클"은 안료 및 다른 고체를 기판에 운반하는데 사용될 수 있는 액체 조성물을 포함하는 것으로 정의된다. 액체 비히클은 일반적으로 당업계에 널리 공지되어 있고, 각종 잉크 비히클이 본 발명의 실시양태에 따라 사용될 수 있다. 이러한 잉크 비히클은 물, 계면활성제, 공용매, 완충제, 살생물제, 점도 개질제, 격리제, 안정화제, 소포제 등 (이들로 한정되지 않음)을 비롯한 각종 상이한 작용제의 혼합물을 포함할 수 있다. 액체 비히클은 안료 이외에 다른 고체, 예컨대 라텍스 미립자 및 다른 중합체 및 수지, 고체 습윤제, 실리카, 가소제 등을 이미지에 운반할 수도 있다.

용어 "고체"는 잉크-젯 잉크에 존재하며 기판 상에 인쇄 및 건조시 인쇄된 이미지와 함께 고체 성분으로서 잔존하는 성분을 지칭한다. 잉크-젯 잉크에서, "고체"는 잉크에 용해될 수 있지만, 인쇄 및 건조시 용이하게 증발되지 않기 때문에 여전히 고체로 간주된다. 또한, 분산된 고체 물질, 예를 들어 안료, 실리카 등도 고체로 간주된다.

용어 "고체 습윤제"는 잉크-젯 잉크에서 적어도 대부분 용해가능하며 동시에 그러한 용해 형태로 습윤제로서 작용하는, 예를 들어 아키텍쳐(architecture) 상태를 유지하고, 용해시 액체 습윤제와 유사하게 작용하며, 잉크에 흡습성을 제공하여 프린트 헤드 등에 수분을 보유할 수 있게 하는 잉크-젯 잉크의 성분을 지칭한다.

용어 "유해 대기 오염물 (Hazardous Air Pollutant)" 또는 "HAP"는 대기의 천연 특성을 부정적으로 개질시키는 환경 오염물을 방출하는 임의의 화학 작용제, 물리 작용제 (예를 들어 미립자 물질) 또는 생물 작용제에 적용되는 광범위한 용어이다. 따라서, 비-HAP는 대기의 천연 특성을 개질시키는 환경 오염물을 방출하지 않는 물질이다. 미국 환경 보호청 (Environmental Protection Agency (EPA))은 유해 대기 오염물 (HAP) 목록을 공개하였으며, 이는 청정 대기 법률 (Clean Air Act) 112(b) (1990년 개정)에서 발견된다. 이들 용매는 대기 오염물이라고 공지되어 있다. 본 발명의 잉크가 비-HAP일 필요는 없지만, 실시양태에서 비-HAP 잉크 또는 HAP 등을 포함하지 않는 잉크로서 구체적으로 지칭되는 잉크-젯 잉크에 상기 나열된 용매 중 어떤 것도 존재하지 않는다는 것을 강조한다. HAP 용매는 하기와 같이 나열된다: 아세트알데히드, 아세트아미드, 아세토니트릴, 아세토페논, 2-아세틸아미노플루오렌, 아크롤레인, 아크릴아미드, 아크릴산, 아크릴로니트릴, 알릴 클로라이드, 4-아미노비페닐, 아닐린, o-아니시딘, 아스베스토스, 벤젠 (가솔린으로부터의 벤젠 포함), 벤지딘, 벤조트리클로라이드, 벤질 클로라이드, 비페닐, 비스(2-에틸헥실)프탈레이트 (DEHP), 비스(클로로메틸)에테르, 브로모포름, 1,3-부타디엔, 칼슘 시안아미드, 카프로락탐 (개질물 포함), 캅탄, 카르바릴, 이황화탄소, 사염화탄소, 카르보닐 술파이드, 카테콜, 클로람벤, 클로르단, 염소, 클로로아세트산, 2-클로로아세토페논, 클로로벤젠, 클로로벤질레이트, 클로로포름, 클로로메틸 메틸 에테르, 클로로프렌, 크레졸/크레실산 (이성질체 및 혼합물), o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, 쿠멘, 2,4-D 염 및 에스테르, DDE, 디아조메탄, 디벤조푸란, 1,2-디브로모-3-클로로프로판, 디부틸프탈레이트, 1,4-디클로로벤젠(p), 3,3-디클로로벤지덴, 디클로로에틸 에테르 (비스(2-클로로에틸)에테르), 1,3-디클로로프로펜, 디클로르보스, 디에탄올아민, N,N-디에틸 아닐린 (N,N-디메틸아닐린), 디에틸 술페이트, 3,3-디메톡시벤지딘, 디메틸 아미노아조벤젠, 3,3'-디메틸 벤지딘, 디메틸 카르바모일 클로라이드, 디메틸 포름아미드, 1,1-디메틸 히드라진, 디메틸 프탈레이트, 디메틸 술페이트, 4,6-디니트로-o-크레졸 및 염, 2,4-디니트로페놀, 2,4-디니트로톨루엔, 1,4-디옥산 (1,4-디에틸렌옥시드), 1,2-디페닐히드라진, 에피클로로히드린 (1-클로로-2,3-에폭시프로판), 1,2-에폭시부탄, 에틸 아크릴레이트, 에틸 벤젠, 에틸 카르바메이트 (우레탄), 에틸 클로라이드 (클로로에탄), 에틸렌 디브로마이드 (디브로모에탄), 에틸렌 디클로라이드 (1,2-디클로로에탄), 에틸렌 글리콜, 에틸렌 이민 (아지리딘), 에틸렌 옥시드, 에틸렌 티오우레아, 에틸리덴 디클로라이드 (1,1-디클로로에탄), 포름알데히드, 헵타클로르, 헥사클로로벤젠, 헥사클로로부타디엔, 헥사클로로시클로펜타디엔, 헥사클로로에탄, 헥사메틸렌-1,6-디이소시아네이트, 헥사메틸포스포아미드, 헥산, 히드라진, 염화수소산, 불화수소 (불화수소산), 황화수소 (개질물 포함), 히드로퀴논, 이소포론, 린단 (모든 이성질체), 말레산 무수물, 메탄올, 메톡시클로르, 메틸 브로마이드 (브로모메탄), 메틸 클로라이드 (클로로메탄), 메틸 클로로포름 (1,1,1-트리클로로에탄), 메틸 에틸 케톤 (2-부탄온) (개질물 포함), 메틸 히드라진, 메틸 요오다이드 (요오도메탄), 메틸 이소부틸 케톤 (헥손), 메틸 이소시아네이트, 메틸 메타크릴레이트, 메틸 tert-부틸 에테르, 4,4-메틸렌 비스(2-클로로아닐린), 메틸렌 클로라이드 (디클로로메탄), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 (MDI), 4,4-메틸렌디아닐린, 나프탈렌, 니트로벤젠, 4-니트로비페닐, 4-니트로페놀, 2-니트로프로판, N-니트로소-N-메틸우레아, N-니트로소디메틸아민, N-니트로소모르폴린, 파라티온, 펜타클로로니트로벤젠 (퀸토벤젠), 펜타클로로페놀, 페놀, p-페닐렌디아민, 포스겐, 포스핀, 인, 프탈산 무수물, 폴리염소화 비페닐 (아로클로르), 1,3-프로판 술톤, 베타-프로피오락톤, 프로피온알데히드, 프로푹수르 (베이곤), 프로필렌 디클로라이드 (1,2-디클로로프로판), 프로필렌 옥시드, 1,2-프로필렌이민 (2-메틸 아지리딘), 퀴놀린, 퀴논, 스티렌, 스티렌 옥시드, 2,3,7,8-테트라클로로디벤조-p-디옥신, 1,1,2,2-테트라클로로에탄, 테트라클로로에틸렌 (퍼클로로에틸렌), 티탄 테트라클로라이드, 톨루엔, 2,4-톨루엔 디아민, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, o-톨루이딘, 톡사펜 (염소화 캄펜), 1,2,4-트리클로로벤젠, 1,1,2-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 2,4,5-트리클로로페놀, 2,4,6-트리클로로페놀, 트리에틸아민, 트리플루랄린, 2,2,4-트리메틸펜탄, 비닐 아세테이트, 비닐 브로마이드, 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드 (1,1-디클로로에틸렌), 크실렌 (이성질체 및 혼합물), o-크실렌, m-크실렌, p-크실렌, 주석 화합물, 비소 화합물 (아르신을 포함한 무기물), 베릴륨 화합물, 카드뮴 화합물, 크롬 화합물, 코발트 화합물, 시아나이드 화합물 (X가 H 또는 형식적 해리가 일어날 수 있는 임의의 다른기인 XCN 포함, 예를 들어 KCN 또는 Ca(CN)₂), 글리콜 에테르 (에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 및 트리에틸렌 글리콜의 모노- 및 디-에테르 포함); R-(OCH₂CH₂)_n-OR' (여기서 n은 1, 2 또는 3이고; R은 알킬 또는 아릴기이고; R'는 R, H, 또는 제거시 구조식 R-(OCH₂CH)_n-OH의 글리콜 에테르를 생성하는 기임) - (중합체는 글리콜 범주에서 제외됨), 납 화합물, 망간 화합물, 수은 화합물, 미세 광물 섬유 (평균 직경 1 마이크로미터 이하의 유리, 암석 또는 광재 섬유 (또는 다른 광물 유래 섬유)를 제조 또는 가공하는 시설에서 방출된 광물 섬유 포함), 니켈 화합물, 다환식 유기 물질 (1개 초과의 벤젠 고리를 가지며 비점이 100℃ 이상인 유기 화합물 포함), 방사성핵종 (라돈 및 자발적으로 방사성 붕괴되는 다른 물질 포함), 및 셀레늄 화합물. 단어 "화합물"을 함유하는 상기 모든 목록 및 글리콜 에테르의 경우, 하기가 적용된다: 달리 명시되지 않는 한, 이들 목록은 명명된 화학물질 (예를 들어 안티몬, 비소 등)을 그 화학물질의 하부구조의 일부로서 함유하는 임의의 고유한 화학 물질을 포함하는 것으로 정의된다. HAP 화합물은 상기 나열된 것 이외에 독립적인 시험에 의해 나타낼 수 있는 화합물을 포함하거나 또는 목록이 일정 시간에 걸쳐 확대된다는 것을 주목한다.

본원에 사용된 복수의 물품, 조성 원소 및/또는 물질은 편의상 통상적 목록으로 제시될 수 있다. 그러나, 이들 목록은 목록의 각 구성성분이 별개의 고유한 구성성분으로서 개별적으로 확인된 것처럼 해석되어야 한다. 따라서, 이러한 목록의 개별 구성성분은 달리 나타내지 않는 한 단지 통상적인 군에 이들의 제시를 기초로 동일한 목록의 임의의 다른 구성성분과 사실상 동일한 것으로 해석되어서는 안된다.

비율, 농도, 양, 분자 크기 등과 같은 수치는 본원에 범위 형식으로 제공될 수 있다. 이러한 범위 형식은 단지 편의 및 간결함을 위해 사용된다고 이해되며, 범위의 한계로서 명확히 기재된 수치 뿐만 아니라 그 범위 내에 포함된 모든 개별 수치 또는 하위 범위도 각 수치 및 하위 범위가 명확히 기재되어 있는 것처럼 포함하는 것으로 유연하게 해석되어야 한다. 예를 들어, 약 1 중량％ 내지 약 20 중량％의 중량 범위는 1 중량％ 내지 약 20 중량％의 명확히 기재된 농도 한계 뿐만 아니라 2 중량％, 3 중량％, 4 중량％와 같은 개별 농도 및 5 중량％ 내지 15 중량％, 10 중량％ 내지 20 중량％ 등과 같은 하위 범위도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 측면은 잉크 조성물 및 관련 방법에 관한 것이다. 본 발명의 조성물 및 방법은 특정 공통점 및 특성을 공유한다는 것을 주목한다. 이들 특성 중 일부는 조성물과 관련하여 논의될 것이고, 다른 특성은 방법과 관련하여 기재될 것이다. 어디에서 논의되는지 여부에 관계 없이, 하기 설명의 각각은 본 발명의 조성물 및 방법에 일반적으로 적용된다는 것을 주목하여야 한다. 또한, 하기 상세한 설명에서, 잉크에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 상세설명이 기재된다. 그러나, 당업자는 본 발명의 잉크가 이들 특정 상세설명 없이도 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 경우, 널리 공지된 방법, 절차, 제제 및 조성물은 본 발명의 잉크의 성질을 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않았다.

수분-기재 잉크 또는 수성 잉크는 전형적으로 물, 공용매(들), 습윤제(들), 안정화제(들), 소포제(들), 계면활성제 및 다른 액체와 같은 성분을 비롯한 수분-기재 액체 비히클을 포함한다. 전형적으로, 이들 액체는 수용성 또는 수혼화성이고, 착색제, 즉 염료 또는 안료가 액체 비히클에 첨가된다. 수성 잉크를 건조시키는데 필요한 에너지 및 시간은 액체, 예컨대 물 및 잉크에 존재하는 다른 성분의 양에 좌우된다.

이러한 배경지식을 염두해 두고, 수성 잉크 중 고체 성분의 비율을 유의하게 증가시킴으로써, 내구성 있는 이미지를 감소된 건조/증발 시간으로 각종 기판 상에 잉크-분사할 수 있다는 것을 인식하였다. 이러한 고체의 증가는, 인쇄된 이미지의 성질에 기여를 하겠지만 여전히 잉크-젯 아키텍쳐로부터 유효하게 인쇄될 수 있는 성분을 첨가함으로써 달성될 수 있다. 이에 따라, 잉크-젯 잉크는 물 및 20 중량％ 이상의 고체를 포함할 수 있다. 고체는 잉크-젯 잉크에 분산된 안료 미립자 및 실리카 미립자 뿐만 아니라 잉크-젯 잉크에 실질적으로 용해된 고체 습윤제를 포함할 수 있다. 안료 미립자, 실리카 미립자 및 고체 습윤제는 실질적으로 이러한 잉크-젯 잉크를 사용하여 인쇄된 건조된 이미지와 함께 잔존할 수 있다.

또다른 실시양태에서, 이미지를 인쇄하는 방법은 물 및 20 중량％ 이상의 고체를 포함하는 잉크-젯 잉크를 기판 상에 분사하는 것을 포함할 수 있다. 고체는 잉크-젯 잉크에 분산된 안료 미립자 및 실리카 미립자 뿐만 아니라 잉크-젯 잉크에 실질적으로 용해된 고체 습윤제를 포함할 수 있다. 한 형태 또는 또다른 형태의 건조, 예를 들어 주변, 열, 기류, 빛 등으로 인해, 방법은 고체 습윤제를 포함하는 유기 고체 내에 삽입된 안료 미립자 및 실리카 미립자의 필름을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

기재된 일부 실시양태에서, 고체의 양은 전체 잉크-젯 잉크의 20 중량％ 이상일 수 있다. 그러나, 다른 실시양태에서, 고체의 양은 전체 잉크-젯 잉크 제제의 35 중량％ 이상 또는 심지어 50 중량％ 이상일 수 있다. 따라서, 액체 비히클의 액체 함량은 액체 비히클 성분의 일부를 고체 성분, 예컨대 고체 습윤제, 안료, 실리카, 수지/중합체 등으로 대체함으로써 감소할 수 있다 (고체 함량은 증가함). 건조 시간 및 에너지는 높은 고체 함량 뿐만 아니라 본원에 기재된 바와 같은 고체의 선택으로 인해 다른 유사 잉크보다 유의하게 감소할 수 있다. 예를 들어, 제한 없이, 잉크-젯 잉크는 100℃에서 1000 와트 IR 램프 하에 10초 이내로 건조되도록 제제화될 수 있으며, 이 경우 잉크-젯 잉크는 골판지에 24 마이크로미터 두께 층으로서 드로우다운(drawdown) 방법을 사용하여 적용된다. 또다른 실시양태에서, 잉크-젯 잉크는 골판지 상에 잉크-젯 잉크의 24 마이크로미터 두께 층의 드로우다운시 80℃에서 1000 와트 IR 램프 하에 5초 이내로 건조되도록 제제화될 수 있다. 이러한 적용 방법은 전형적인 잉크-젯 인쇄 방법은 아니지만 본 발명의 잉크-젯 잉크의 신속 건조 성질을 특성화하는데 유용하다는 것을 주목한다. 특정 실시양태에서, 본 발명의 잉크-젯 잉크는 25℃에서 각각 표면 장력이 35 dyne/cm 미만이고/거나 점도가 8 cp 내지 25 cp일 수 있다.

포함될 수 있는 특정 고체를 살펴보면, 고체 습윤제가 특히 사용하기에 유익하다. 액체 습윤제는 전형적으로 잉크-젯 잉크 제제에 첨가되어 잉크-젯 아키텍쳐의 습윤제로서 작용하며 아키텍쳐가 건조 제거되는 것을 방지한다. 인쇄된 이미지가 건조된 후 다시 고체 상태로 변환되는 수용해성 고체 (예컨대 용해시 습윤제로서 작용하는 수용성 중합체)를 사용함으로써, 건조시 인쇄된 이미지와 함께 잔존하도록 제제화되므로 습윤제를 증발시키는데 에너지가 필요하지 않게 된다.

한 실시양태에서, 고체 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)이 용해성 습윤제로서 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 다른 적합한 수용성 습윤제에는 글루코스, 메톡시폴리에틸렌 글리콜 (MPEG), 이들의 혼합물 등이 포함된다. 구체적으로, PEG에 대하여, 분자량 1000 Mw 이상의 이러한 물질은 실온에서 고체로 나타날 수 있다. 한 실시양태에서, PEG의 중량평균 분자량은 1000 Mw 내지 8000 Mw일 수 있다. 임의로, 고체 PEG 이외에 액체 PEG가 또한 존재할 수 있다. 이들 실시양태에서, 예를 들어 약 200 Mw 내지 1000 Mw 미만 또는 약 200 Mw 내지 약 800 Mw의 액체 PEG가 비교적 소량, 예를 들어 0.01 중량％ 내지 4 중량％ 또는 0.1 중량％ 내지 2 중량％로 잉크에 존재할 수 있다. 이 실시양태에서, 고체 PEG는 잉크에 용해시 프린트 헤드에 적절한 양의 수분을 유지시켜 일정 시간 동안 프린트 헤드 상태를 보호할 수 있다는 것이 주목할 만하지만, 분사 및 액체 증발에 의한 건조시 PEG는 기판 표면 상에 고체 필름을 형성할 것이다. PEG는 또한 내마모성을 달성하기 위해 산업용 인쇄에서 바람직한 왁스로서의 역할을 할 수 있다. 고체 습윤제는 전체 잉크-젯 잉크의 1 중량％ 내지 35 중량％로 존재할 수 있지만, 전형적으로는 5 중량％ 내지 20 중량％로 존재한다.

고체 습윤제의 존재 이외에, 다른 고체가 존재하여 허용되는 인쇄 및 이미지-형성 특성을 보유하면서 전체 잉크의 고체 함량을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 고체 습윤제 이외에, 실리카 미립자가 또한 잉크 성분으로서 포함될 수 있다. 사용될 수 있는 적합한 실리카 미립자에는 퓸드(fumed) 실리카, 실리카 칩, 실리카 콜로이드 등이 포함된다. 사용될 수 있는 적절한 실리카 미립자의 특정 예에는 듀퐁 컴파니(DuPont Company)로부터 입수가능한 명칭 루독스(Ludox) AM-30, 루독스 CL, 루독스 HS-30; 및 니아콜 나노테크놀로지스 컴파니(Nyacol Nanotechnologies Company)로부터 입수가능한 명칭 넥실(NexSil) 12, 넥실 20, 넥실 8, 넥실 20, 넥실 85가 포함된다. 실리카 미립자는 전체 잉크-젯 잉크의 1 중량％ 내지 50 중량％로 존재할 수 있지만, 종종 1 중량％ 내지 20 중량％로 존재한다. 한 실시양태에서, 실리카 미립자는 6 nm 내지 85 nm 크기 범위의 나노미립자이다.

또한, 본원에 기재된 잉크-젯 잉크는 안료 착색제를 이용하므로, 안료 미립자 함량이 잉크의 전체 고체 농도에 추가될 것이다. 안료 미립자는 자가-분산 안료, 중합체-코팅 안료, 또는 잉크-젯 잉크에 안료의 적절한 현탁을 가능하게 하는 별개의 분산제를 이용할 수 있는 분쇄 안료를 비롯한 보다 표준의 안료일 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따라 사용될 수 있는 안료의 비제한적 예에는 황색 안료 색지수 PY 83, PY 151, PY 150 및 PY 154를 갖는 황색 안료가 포함된다. 색지수 PR 202, PR 254 및 PR 122를 갖는 적색 안료 및 색지수 PV 19, PV 23 및 PV 29를 갖는 자색 안료로 구성된 마젠타(Magenta) 안료가 또한 사용될 수 있다. 색지수 PB 15:3, 15:4, 15:2 및 15:1을 갖는 청색 안료, 및 호스타파인 블루(Hostafine Blue) B2G 및 마이크로리쓰 블루(Microlith Blue) 4G-Wa, 및 색지수 PBL 블랙 7을 갖는 블랙 안료가 또한 사용될 수 있다. 사용이 허용되는 안료의 또다른 예가 존재한다. 사용될 수 있는 다른 안료의 예에는 시안, 마젠타, 황색 또는 흑색 이외의 색을 갖는 안료이며 색 혼합에 의해 재생성되기에 어려운 소위 "스팟 컬러 안료(spot color pigment)"가 포함된다. 사용될 수 있는 특정 스팟 컬러 안료에는 둘 다 스위스 체하-4002 바젤 소재의 시바 컴파니(Ciba Company)로부터 입수가능한 크로모프탈 오렌지(Cromophtal Orange) GL (PO-64) 또는 마이크로리쓰 그린(Microlith Green) (PG 7) G-K가 포함된다. 전형적으로, 안료 고체는 전체 잉크-젯 잉크의 0.01 중량％ 내지 8 중량％, 종종 0.01 중량％ 내지 5 중량％로 존재할 수 있다.

고체 습윤제, 안료 미립자 및 실리카 미립자 이외에, 잉크-젯 잉크에 적어도 실질적으로 용해가능한 중합체 수지, 및/또는 잉크-젯 잉크에 현탁되는 라텍스 미립자 또는 다른 중합체 분산액을 비롯한 다른 고체가 임의로 존재할 수 있다. 사용될 수 있는 예시적인 수지, 라텍스 또는 다른 중합체에는 아크릴 중합체, 예컨대 스티렌-아크릴 공중합체, 콜로이드 에멀젼, 용액 중의 수지, 비닐 피롤리돈 공중합체, 폴리비닐 피롤리돈, 우레탄 또는 폴리우레탄 분산액, 아크릴-우레탄 혼성 분산액 등이 포함된다. 사용될 수 있는 보다 특정한 예시적인 수지에는 존슨 폴리머즈 (Johnson Polymers) (바스프(BASF))의 명칭 존크릴(Joncryl) 661, 존크릴 8003, 존크릴 8078, 존크릴 8082, 존크릴 537, 존크릴 538, 존크릴 142, 존크릴 631, 존크릴 HPD 671 또는 존크릴 HPD 71E가 포함된다. 사용될 수 있는 수지 또는 중합체의 다른 비제한적인 예에는 롬 앤드 하스 컴파니(ROHM ＆ HAAS Company)에서 시판하는 명칭 로플렉스(Rhoplex) I-1955, 로플렉스 I-2426D, 로플렉스 I-62, 로플렉스 I-98, 로플렉스 E-1691, 루시덴(Lucidene) 190, 루시덴 400, 루시덴 243의 아크릴 수지; DSM 컴파니(DSM Company)에서 시판하는 명칭 네오크릴(NeoCryl) A-1110, 네오크릴 A-2092, 네오크릴 A-639, 네오라드(NeoRad) R-440, 네오라드 R-441, 네오레즈(NeoRez) R-551 또는 네오레즈 R-972의 아크릴 수지; ISP 컴파니(ISP Company)에서 시판하는 명칭 PVP K-15, PVP K-30, PVP K-60, PVP K-85, 가넥스(Ganex) P-904LC, PVP/VA W-635 또는 PVP/VA S-630 등의 아크릴 수지가 포함된다. 중합체 함량은 전체 잉크-젯 잉크의 1 중량％ 내지 35 중량％일 수 있지만, 전형적으로는 5 중량％ 내지 20 중량％이다.

잉크가 인쇄 및 건조되는 경우, 건조된 고체 습윤제, 건조된 실리카 미립자 및 건조된 안료, 및 임의로 이미지와 함께 잔존하는 다른 건조된 고체의 조합이 존재할 것이며, 이러한 조합은 내구성 있는 인쇄 필름을 형성한다. 한 실시양태에서, 이러한 필름은 고체 습윤제 및 임의로 다른 추가의 고체, 예를 들어 중합체 결합제를 포함하는 유기 고체 내에 삽입된 안료 착색제 및 실리카 미립자를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시양태에 따른 이들 급속 건조 잉크는 인쇄 처리량을 증가시키고 이미지 건조에 필요한 에너지 소모를 감소시킨다.

고체 및 물 이외에, 다른 공용매가 액체 비히클 (물을 포함함)의 일부로서 존재할 수 있다. 사용될 수 있는 예시적인 용매에는 트리프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 에틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 트리프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 디메틸 에테르 (프로글림)를 포함할 수 있는 글리콜 에테르 용매가 포함된다. 다른 실시양태에서, 용매, 예컨대 케톤 및/또는 글리콜 공용매가 사용될 수 있다. 사용된 유기 공용매의 양에 제한은 없지만, 한 특정 실시양태에서 유기 공용매는 전체 잉크-젯 잉크의 10 중량％ 미만 또는 심지어 2 중량％ 미만으로 존재할 수 있다.

임의로, 본 발명의 잉크는 HAP (유해 대기 오염물)를 함유하지 않을 수 있다는 점에서 환경 친화적일 수 있다. 상기 나열된 용매군은 미국 환경 보호청 (EPA)에 의해 공개된 유해 대기 오염 용매 목록에 포함되지 않는다는 것이 주목할 만하다. 또다른 실시양태에서, 잉크는 매우 낮은, 예를 들어 5 중량％ 미만의 휘발성 유기 화합물 (VOC)을 갖도록 제제화될 수 있다.

이들 잉크가 각종 기판에 인쇄될 수 있지만, 이들 잉크는 산업용 코팅 및 비코팅 표면, 예컨대 사전 처리가 필요없는 (갈색) 골판지 (라이너 존재 또는 부재), 종이, 코팅 종이, 흡수 플라스틱 등에 인쇄될 수 있다.

또한 액체 비히클 성분 (또는 적절한 경우 고체 성분)의 일부로서 존재할 수 있는 다른 첨가제의 비제한적 예에는 계면활성제 또는 습윤제, 미끄러짐(slip) 성분, 분산제, 평활제(leveling agent), 보존제, 몰딩방지제(anti-molding agent), 소포제, 저장 안정성을 향상시키는 작용제와 같은 안정화제 등이 포함된다.

분산제(들)는 첨가되는 경우 하나 이상의 액체 비히클 성분(들) 또는 액체 비히클 분산성 성분(들)을 포함할 수 있다. 분산제의 비제한적 예에는 블록 공중합체를 비롯한, 안료 친화성기를 갖는 고분자량 공중합체가 포함될 수 있다. 분산제의 특정 예에는 독일 D-46462 베젤 포스트파흐 100245 소재의 BYK 케미 게엠베하(BYK Chemie GmbH)에서 시판하는 명칭 BYK 348, BYK-345, BYK-346, BYK-347, BYK 301, BYK 302, BYK 308, BYK-024, BYK-023, BYK-036, BYK-080이 포함된다.

계면활성제(들)는 첨가되는 경우 음이온성, 양이온성, 비이온성, 양쪽성, 실리콘-무함유, 플루오로계면활성제, 폴리실록산 등일 수 있다. 한 실시양태에서, 계면활성제는 폴리에테르 실록산 공중합체 계면활성제일 수 있다. 이러한 물질의 보다 특정한 예에는 기판 습윤성을 개선시킬 수 있는 계면활성제, 예컨대 테고 케미 서비스 게엠베하(Tego Chemie Service GmbH)에서 시판하는 명칭 웨트(Wet) 510, 글리드(Glide) 100, 글리드 450 및 글리드 410, 또는 명칭 플로우(Flow) 425, 글리드 406 또는 글리드 440의 평활제; 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈 컴파니(Air Products and Chemicals Company)에서 시판하는 명칭 서피놀(Surfynol) 104PG50, 서피놀 104, 서피놀 SE, 서피놀 MD30, 서피놀 CT-121, 서피놀 CT-141 또는 서피놀 CT-151; 또는 듀퐁 컴파니에서 시판하는 명칭 조닐(Zonyl) FSO, 조닐 FSP 또는 조닐 FS-62가 포함된다. 명칭 포멕스(Foamex) 800, 포멕스 805, 포멕스 845, 포멕스 842, 포멕스 835 또는 트윈(Twin) 4000으로 시판되는 소포제가 또한 존재할 수 있다.

추가될 수 있는 다른 첨가제에는 당업계에 공지된 것들이 포함된다.

하기 실시예는 현재 가장 잘 알려져 있는 본 발명의 실시양태를 예시한다. 그러나, 하기는 단지 본 발명의 원리의 적용을 예시하는 것으로 이해될 것이다. 다수의 변형 및 다른 조성물, 방법 및 시스템이 본 발명의 취지 및 범위에 벗어남 없이 당업자에 의해 고안될 수 있다. 첨부된 특허청구범위는 이러한 변형 및 배열을 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 본 발명이 특정적으로 상기에 기재되었지만, 하기 실시예는 현재 본 발명의 가장 실용적이고 바람직한 실시양태라고 간주되는 것과 관련하여 더 상세하게 제공된다.

하기 표 1에 기재된 바와 같이 본 발명의 실시양태에 따라 잉크를 제조하였다.

성분	중량％
물	40-75
폴리에틸렌 글리콜 1000-8000 Mw (용액 중에 분산된 고체 습윤제)	5-20
폴리에틸렌 글리콜 200-800 Mw (액체 습윤제)	0.1-2
트리프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 디메틸 에테르 및/또는 2-피롤리돈 (공용매)	0.5-5
AMP-95 (아민)	0.1-1.5
존크릴 661, 존크릴 8003, 존크릴 8078, 존크릴 8082, 존크릴 142, 네오크릴 A-2029, 루시덴 243, PVP K-15 및/또는 가넥스 P904LC (수지)	5-20
BYK 348, BYK 345, BYK 308, 서피놀 104PG50, 서피놀 104, 테고 포멕스 800, 테고 글리드 440 및/또는 조닐 FSO (계면활성제/소포제)	0.01-0.5
호스타파인 블루 B2G, 마이크로리쓰 4G-WA, 오렌지 GL 및/또는 마이크로리쓰 그린 G-K (안료 미립자)	5-15
루독스 AM-30, 루독스 CL, 루독스 HS-30 및/또는 넥실 20 (실리카 나노입자)	5-20
제제는 20 중량％이상의 고체, 35 중량％ 이상의 고체, 또는 50 중량％ 이상의 고체를 가질 수 있다.

표 1에 제공된 실시예에 따라, 잉크를 25℃에서 표면 장력이 35 dyne/cm 미만 및 점도가 8 내지 25 cp이도록 제조할 수 있었다. 잉크로부터 액체 성분의 증발시, 안료, 유기 수지, 무기 실리카 나노입자 및 PEG의 복합 고체 필름이 인쇄된 표면에 잔존하였다. 표 1에 따라 제조된 잉크를 골판지 상에 24 마이크로미터 두께 층의 드로우다운으로 시험하고, 1000 와트 IR 램프 하에서 건조시켰다. 비교를 위해, 산업용 잉크, 즉 HP 시텍스 WB300 수프림 (HP Scitex WB300 Supreme) 잉크의 유사층을 또한 드로우하였다. 표 1에 따라 제조된 잉크의 건조 시간은, 광폭 포맷 인쇄를 위한 상기 언급된 시판용 수분-기재의 산업용 잉크-젯 잉크의 건조 시간, 즉 80 내지 100℃에서 40 내지 50초에 비해, 80 내지 100℃에서 5 내지 10초로 매우 짧았다.

상기 잉크 실시예는 단지 예시적이므로, 수지 선택, 실리카 선택, 안료 선택, 고체 습윤제 선택 등, 이들의 양, 및 다른 성분 및 양은 본 발명의 실시양태에 따라 목적하는 결과를 달성하기 위해 변경될 수 있다. 따라서, 잉크의 특정 성질이 본원에 예시 및 기재되었지만, 다수의 변경, 치환, 변화 및 동등물이 당업자에게 떠오를 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 잉크의 실제 파라미터 내에 속하는 모든 상기 변경 및 변화를 포함하는 것으로 의도된다고 이해될 것이다.

Claims

물, 및

잉크-젯 잉크에 분산된 안료 미립자, 실리카 미립자 및 잉크-젯 잉크에 용해된 고체 습윤제를 포함하는 20 중량% 내지 60 중량%의 고체

를 포함하며,

상기 고체 습윤제는 1000 Mw 내지 8000 Mw의 중량평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜만으로 구성되고, 상기 안료 미립자, 상기 실리카 미립자 및 상기 고체 습윤제가 상기 잉크-젯 잉크로 인쇄된 건조된 이미지와 함께 잔존하도록 제제화된

잉크-젯 잉크.
제1항에 있어서, 35 중량% 내지 60 중량%의 고체를 포함하는 잉크-젯 잉크.
제1항에 있어서, 50 중량% 내지 60 중량％의 고체를 포함하는 잉크-젯 잉크.
제1항에 있어서, 액체 비히클(vehicle)의 일부로서 물과 혼합된 유기 공용매를 더 포함하며, 상기 유기 공용매는 트리프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르; 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르; 디프로필렌 글리콜 디메틸 에테르; 및 2-피롤리돈으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 공용매를 포함하는 것인 잉크-젯 잉크.
제1항에 있어서, 실리카 미립자가 6 nm 내지 85 nm 크기 범위의 나노미립자 인 잉크-젯 잉크.
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삭제
제1항에 있어서, 고체가 잉크-젯 잉크에 용해가능한 중합체 수지를 더 포함하는 것인 잉크-젯 잉크.
제1항에 있어서, 고체가 잉크-젯 잉크에 현탁된 라텍스 미립자 또는 분산된 중합체를 더 포함하는 것인 잉크-젯 잉크.
제1항에 있어서, 유해 대기 요염물 (HAP)을 함유하지 않는 잉크-젯 잉크.
제1항에 있어서, 골판지 상에 잉크-젯 잉크의 24 마이크로미터 두께 층의 드로우다운(drawdown)시 100℃에서 1000 와트 IR 램프 하에 10초 이내에 건조되도록 제제화된 잉크-젯 잉크.
제1항에 있어서, 골판지 상에 잉크-젯 잉크의 24 마이크로미터 두께 층의 드로우다운시 80℃에서 1000 와트 IR 램프 하에 5초 이내에 건조되도록 제제화된 잉크-젯 잉크.
a) 제1항 내지 제5항 및 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 잉크-젯 잉크를 기판 상에 분사하는 단계; 및

b) 건조시, 고체 습윤제를 포함하는 유기 고체 내에 삽입된 안료 미립자 및 실리카 미립자의 필름을 형성하는 단계

를 포함하는, 이미지의 인쇄 방법.