KR101513080B1 - 황화아연 미립자를 이용하는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

황화아연 미립자를 이용하는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 제조방법은, UV 경화형 아크릴레이트 수지, 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, UV 광개시제, 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, 황화아연 미립자가 전체 조성물에 대해서 각각 10~15wt%, 5~30wt%, 5~10 wt%, 30~40wt%, 10~20 wt%를 차지하도록 원료를 준비하는 단계(S10); 상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지, 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, 및 황화아연 미립자를 서로 혼합하여 제1혼합물을 얻고, 또한 UV 광개시제와 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머를 서로 혼합하여 상기 제1혼합물과는 별도의 제2혼합물을 얻는 1차 혼합단계(S20); 및 상기 제1혼합물과 상기 제2혼합물을 혼합하는 2차 혼합단계(S30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

황화아연 미립자를 이용하는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 및 그 제조방법{Composition of white ink for ink-jet marking using zinc sulfide power and fabrication method thereof}
본 발명은 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 백색안료로서 황화아연(ZnS)를 사용하는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
인쇄회로기판 위에 인식용 문자나 기호를 나타내기 위하여 스크린 인쇄방식의 마킹공정(marking process)을 거치는 것이 일반적이다. 그러나 이러한 스크린 인쇄방식은 고밀도 패턴의 인쇄 시에 잉크의 번짐이 발생하게 되어 미세한 마킹에는 바람직하지 않으며, 다품종 소량생산의 경우 많은 개수의 스크린이 필요하다는 단점이 있다. 또한 스크린의 세척이 요구되므로 이러한 세척과정에서 환경오염의 문제가 발생하며 세척액의 사용으로 인해 비용이 추가로 발생하는 문제가 있다.
이에 대한민국 공개특허공보 제2010-14519호(2010.02.10.공개)에서와 같이 잉크젯 방식으로 인쇄할 수 있는 유성 백색잉크가 제안된 바 있다. 상기 공개특허공보에서는 백색안료로서 산화티타늄(TiO2)을 사용하는 경우가 개시되었다.
그러나 산화티타늄은 아래의 표 1에서와 같이 은폐력과 착색력이 좋기는 하지만, 국제암연구청(IARC)에 의하면 '발암가능물질(2B 그룹)'으로 분류되어 있어 인체에 해가 되기 때문에 문제이다.
안료 은폐력(cm2/g) 착색력 비중 굴절율
산화티탄(Rutil) 194 1250 4.2 2.71
산화티탄(Anatase) 230 1050 3.94 2.52
황화아연(Zinc sulfide) 116 545 4.00 2.37
연백(Lead White) 30 100 6.81 1.94~2.09
리토폰(Lithopon) 54 260 4.30 1.70~2.25
아연화(Zinc Oxide) 40 225 5.66 2.00~2.02
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 은폐력 및 착색력 측면에서 산화티타늄(TiO2)에 이은 후보감인 황화아연(ZnS)를 백색안료로 사용함으로써 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물은,
전체 조성물에 대해서,
UV 경화형 아크릴레이트 수지 10~15wt%;
아크릴레이트 작용성 모노머 35~70wt%;
상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지 및 아크릴레이트 작용성 모노머의 중합을 개시 및 상승시키기 위한 UV 광개시제 5~10 wt%; 및
백색안료로서의 황화아연 미립자 10~20 wt%; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 제조방법은,
UV 경화형 아크릴레이트 수지, 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, UV 광개시제, 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, 황화아연 미립자가 전체 조성물에 대해서 각각 10~15wt%, 5~30wt%, 5~10 wt%, 30~40wt%, 10~20 wt%를 차지하도록 원료를 준비하는 단계;
상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지, 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, 및 황화아연 미립자를 서로 혼합하여 제1혼합물을 얻고, 또한 UV 광개시제와 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머를 서로 혼합하여 상기 제1혼합물과는 별도의 제2혼합물을 얻는 1차 혼합단계; 및
상기 제1혼합물과 상기 제2혼합물을 혼합하는 2차 혼합단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지로서 아크릴로일(-CH2=CHCO-)기를 가지는 올리고머가 사용되고, 상기 아크릴레이트 작용성 모노머로서 아크릴로일(-CH2=CHCO-)기를 가지는 모노머가 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 발암가능물질인 산화티타늄 대신에 황화아연을 사용하기 때문에 인체에 무해할 뿐만 아니라, 산화티타늄을 사용하는 경우에 비하여 분산제를 사용하지 않거나 소량만 사용해도 되기 때문에 종래에 비하여 상대적으로 많은 안료를 사용할 수 있게 되고, 저장 안정성도 우수하며, 열경화 반응물의 사용에도 제한이 적다는 장점이 있다. 또한 착색제(황화아연)가 분산된 제1혼합물과 UV 광개시제가 용해된 제2혼합물을 각각 마련하여 잉크 조성물을 제조하기 때문에, 착색제와 UV 광개시제를 동시에 혼합하는 경우에 비하여 착색제의 분산과 UV 광개시제의 용해가 효율적으로 이루어진다.
도 1은 본 발명에 따른 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
[잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물]
본 발명에 따른 잉크젯 마키용 백색잉크 조성물은, 전체 조성물에 대해서, UV 경화형 아크릴레이트 수지 10~15wt%, 아크릴레이트 작용성 모노머 35~70wt%, 상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지 및 아크릴레이트 작용성 모노머의 중합을 개시 및 상승시키기 위한 UV 광개시제 5~10wt%, 백색안료로서의 황화아연 미립자 10~20 wt%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지는 잉크 조성물의 전체적인 물성을 좌우하는 역할을 하며, 그 양이 너무 많으면 희석제(아크릴레이트 작용성 모노머)의 과도한 사용이 불가피해져 조성물의 전체적인 물성이 저하될 수 있고, 그 양이 너무 적으면 내열성이나 밀착성 등이 나빠질 수 있다.
상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지로는 아크릴로일(-CH2=CHCO-)기를 가지는 올리고머 중에서 어느 하나를 선택하여 사용하거나 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 우레탄 아크릴레이트류, 에폭시 아크릴레이트류, 폴리에스테르 아크릴레이트류 등을 그 예로 들 수 있다.
상기 아크릴레이트 작용성 모노머로서는 UV 반응에 참여하는 상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지의 물성을 보완하는 역할을 함과 아울러 잉크 조성물의 점도를 맞추기 위해 사용되는 것이며, 그 양이 너무 많거나 적으면 내열성, 밀착성, 변색성, 점도 등에 나쁜 영향을 미친다.
상기 아크릴레이트 작용성 모노머로는 아크릴로일((-CH2=CHCO-)기를 가지는 모노머 중에서 어느 하나를 선택하여 사용하거나 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 폴리에테르류, 폴리아미드류, 우레탄류, 폴리에스테르류 등을 그 예로 들 수 있다. 구체적으로는 isobonyl acrylate, 2-hydroethyl-methacrylate, neopnethyl glycol diacrylate, lauryl acrylate, trimethylopropane triacrylate, dipentaerythritolhexacrylate, dipentaerythritol pentacrylate, diacrylate of hydroxypivalaldehyde modified trimethylolpropane, n-butyl acrylate, Tetrahydrofurfuryl acrylate, Ethoxylated phenol acrylate, N-butyl 1,2 (acryloyloxy) ethyl carbamate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2- hydroxypropyl acrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, 2-hydroxy-3-phenyloxypropyl (meth)acrylate, Tricyclodecanediol diacrylate, Propoxylated neopentylglycol diacrylate, Dipropylene glycol diacrylate, Hexanediol diacrylate, Tripropylene glycol diacrylate, Ethoxylated trimethylol propane triacrylate, Propoxylated glycerol triacrylate, Ditrimethylol propane tetraacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate 등을 들 수 있다.
상기 아크릴레이트 작용성 모노머는 상기 전체 조성물에 대해 5~30wt%를 차지하는 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머와 30~40wt%를 차지하는 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 대한 이유는 후술한다.
상기 광개시제는 그 양이 너무 작으면 반응성이 부족하여 도막의 점착성 및 불성이 저하되고 그 양이 너무 많으면 과경화 및 비반응된 광개시제로 인하여 밀착력의 저하가 발생된다.
상기 광개시제로는 2-Benzyl-2-(dimethylamino)-1-(4-(4-morpholinyl) Phenyl)-1-butanone, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-one, Diaminobenzo Phenone, 2-Methyl-1-[4-(Methylthio)phenyl]-2-Mortholino Propan-1-one, 2.4-DIETHYL THIOXANTONE-9-ONE, 4-(DIMETHYLAMINO)BENZOIC ACID 3-M-B, Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphinoxide, Diphenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide 중에서 어느 하나를 선택하여 사용하거나 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
황화아연 미립자의 양이 너무 많으면 잉크 조성물의 점도가 커서 잉크젯용으로 사용하기 어렵고, 너무 적으면 백색 마킹효과가 떨어질 것이므로 황화아연 미립자는 상기와 같이 10~20 wt% 포함되는 것이 바람직하다.
황화아연 미립자는 잉크젯용으로 활용하는 것과 분산력을 고려하면 300~500nm의 크기를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 잉크 조성물은 자외선 경화 후에 밀착성 강화를 위해서 추가적으로 열경화 과정을 거치게 되는데, 이를 위해 에폭시기, 카르복실기, 비닐기, 아민기, 멜라민, 이미다졸, 이소시아네이트 등과 같은 열경화 반응물을 포함하게 된다.
백색착색제로서 종래와 같이 산화티타늄을 사용하는 경우에는 분산제로서 산성기(acidic group)를 함유한 고분자 공중합체가 사용되어야 하는데, 이 경우 분산제가 상기 열경화 반응물과 쉽게 반응하여 버리기 때문에 산화티타늄의 분산성이 좋지 않게 되며 또한 열경화 반응물이 제구실을 못하게 되는 문제가 발생한다.
그러나 본 발명에서와 같이 황화아연을 사용하는 경우에는 분산제 역할을 수행하는 트리에탄올아민(triethanolamine)과 같은 유기물이 황화아연에 0.2% 이하로 포함되어 있어 따로 분산제가 필요 없으며, 설사 분산제를 사용한다고 하더라도 그 양은 전체 조성물에 대해서 1wt%(종래의 20~50%에 해당하는 양임) 이하로 매우 소량만 사용해도 되기 때문에, 산화티타늄을 사용하는 종래의 경우에 비해서 상대적으로 안료를 많이 사용할 수 있게 되고, 저장 안정성도 우수하며, 열경화 반응물의 사용에 제한이 적다는 장점이 있다.
[잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 제조방법]
도 1은 본 발명에 따른 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, UV 경화형 아크릴레이트 수지, 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, UV 광개시제, 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, 황화아연 미립자를 계량하여 이들이 전체 조성물에 대해서 각각 10~15wt%, 5~30wt%, 5~10 wt%, 30~40wt%, 10~20 wt%를 차지하도록 원료를 준비한다(S10).
다음에 제1혼합물과 제2혼합물을 각각 얻는 1차 혼합단계(S20)를 거친다.
여기서 제1혼합물은 상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지, 상기 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, 및 상기 황화아연 미립자를 혼합하여 약 1시간 정도 2,000rpm의 속도로 교반하여 얻는다.
제1혼합물을 얻을 때에 아크릴레이트 작용성 모노머로서 다관능기를 갖는 것을 사용하는 이유는 다관능기의 경우가 단관능기의 경우에 비하여 점도가 높아 교반 시에 황화아연 미립자의 교반효과가 확실하게 나타나기 때문이다.
제1혼합물을 얻는 과정에서 분산제가 상기 전체 조성물에 대해서 1wt% 이하로 포함되어 혼합될 수 있다.
제2혼합물은 상기 UV 광개시제와 상기 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머를 혼합하여 약 1시간 정도 2,000rpm의 속도로 교반하여 얻는다.
제2혼합물을 얻을 때에 아크릴레이트 작용성 모노머로서 단관능기를 갖는 것을 사용하는 이유는 단관능기의 경우가 다관능기의 경우에 비하여 투명하기 때문에, 고상의 UV 광개시제가 아크릴레이트 작용성 모노머에 제대로 다 녹았는지 육안으로 쉽게 확인할 수 있기 때문이다. UV 광개시제가 잘 녹도록 이들의 교반은 55~70℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
제1혼합물을 얻을 때에 UV 광개시제를 첨가하면 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머의 투명성이 떨어지기 때문에 UV 광개시제가 제대로 다 녹았는지 육안으로 확인하기가 매우 어렵다. 그렇다고 제1혼합물을 얻을 때에 다관능기 대신에 단관능기의 아크릴레이트 작용성 모노머를 사용하면 점도가 너무 없어 황화아연 미립자의 교반이 제대로 이루어지지 않는다. 따라서 본 발명은 이와 같이 제1혼합물과 제2혼합물을 별개로 얻는 것을 하나의 특징으로 한다.
1차 혼합단계(S20) 이후에는 제1혼합물과 제2혼합물을 혼합하는 2차 혼합단계(S30)를 거친다. 2차 혼합단계(S30)는 비드밀(bead mill) 방식으로 약 2시간 진행하면 된다.
이렇게 2차 혼합단계(S30)가 끝나면 소포제, 유동성조절제, 산화방지제와 같은 각종 첨가물을 전체 4wt% 이내로 첨가하여 혼합한다(S40).
상기 소포제는 잉크 또는 도막의 기포방지를 위해 첨가되는 것으로서, 실리콘이 포함된 폴리실록산류가 사용될 수 있다. 상기 유동성 조절제는 잉크 조성물의 점도 상승 및 유동성을 개선하여 저장안정성을 향상시키기 위해서 첨가되는 것으로서, 친수성 발열 실리카나 특수 기능성 우레아 용액이 사용될 수 있다.
각종 추가 첨가물의 혼합이 끝났으면 약 1um의 크기를 거를 수 있는 필터를 사용하여 필터링(S50)을 수행한다. 이는 공정상 에러(error)로서 이물질이 조성물 내에 포함되는 경우가 있기 때문에 이러한 이물질들을 걸러내기 위한 것이다.
[잉크젯 마킹방법]
본 발명에 따른 백색잉크 조성물을 이용하여 PWB(print wiring board), EMC(epoxy molding compound), FPC(flexible printed curcuit) 등에 마킹하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명에 따른 백색잉크 조성물을 잉크젯장비에 주입한 후 잉크젯장비를 통하여 백색잉크 조성물을 FPC 등 원하는 곳에 분사 도포하여 문자나 기호를 마킹한다. 다음에 마킹된 잉크를 100~200mj/cm2의 광량조건으로 UV 경화기를 이용하여 UV 경화시키고, 이어서 125~150℃에서 30~60분 정도 열경화시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 발암가능물질인 산화티타늄 대신에 황화아연을 사용하기 때문에 인체에 무해할 뿐만 아니라, 산화티타늄을 사용하는 경우에 비하여 분산제를 사용하지 않거나 소량만 사용해도 되기 때문에 종래에 비하여 상대적으로 많은 안료를 사용할 수 있게 되고, 저장 안정성도 우수하며, 열경화 반응물의 사용에도 제한이 적다는 장점이 있다.
또한 착색제(황화아연)가 분산된 제1혼합물과 UV 광개시제가 용해된 제2혼합물을 각각 마련하여 잉크 조성물을 제조하기 때문에, 착색제와 UV 광개시제를 동시에 혼합하는 경우에 비하여 착색제의 분산과 UV 광개시제의 용해가 효율적으로 이루어진다.

Claims (10)

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  6. UV 경화형 아크릴레이트 수지, 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, UV 광개시제, 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, 황화아연 미립자가 전체 조성물에 대해서 각각 10~15wt%, 5~30wt%, 5~10 wt%, 30~40wt%, 10~20 wt%를 차지하도록 원료를 준비하는 단계;
    상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지, 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머, 및 황화아연 미립자를 서로 혼합하여 제1혼합물을 얻고, 또한 UV 광개시제와 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머를 서로 혼합하여 상기 제1혼합물과는 별도의 제2혼합물을 얻는 1차 혼합단계; 및
    상기 제1혼합물과 상기 제2혼합물을 혼합하는 2차 혼합단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 UV 경화형 아크릴레이트 수지로서 아크릴로일(-CH2=CHCO-)기를 가지는 올리고머가 사용되고, 상기 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머 및 다관능기 아크릴레이트 작용성 모노머로서 아크릴로일((-CH2=CHCO-)기를 가지는 모노머가 사용되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 황화아연 미립자가 300~500nm 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 제1혼합물에 상기 황화아연 미립자를 분산시키기 위한 분산제가 상기 전체 조성물에 대해서 1wt% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제2혼합물은 상기 UV 광개시제와 상기 단관능기 아크릴레이트 작용성 모노머를 55~70℃에서 혼합하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 제조방법.
KR1020130110888A 2013-09-16 2013-09-16 황화아연 미립자를 이용하는 잉크젯 마킹용 백색잉크 조성물 및 그 제조방법 KR101513080B1 (ko)

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