KR101802532B1 - 옥사졸린을 포함한 고체 상 변화 잉크 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 결정성 옥사졸린 화합물 및 폴리올로부터 유래된 적어도 하나의 비결정성 성분, 및 착색제 및 선택적 점도 개질제를 포함하며, 코팅지 기재 위 인쇄를 포함하여, 잉크 젯 인쇄용으로 적합한 고체 잉크 조성물에 관한 것이다. 실시형태에서, 고체 잉크 제형은 비결정성 및 결정성 성분의 혼합을 포함하며, 코팅지 기재 위에 이미지 또는 인쇄를 형성하는 경우 우수한 강건성을 가진 고체 잉크를 제공한다.

Description

옥사졸린을 포함한 고체 상 변화 잉크 조성물 {SOLID PHASE CHANGE INK COMPOSITIONS COMPRISING OXAZOLINES}
본 발명은 실온에서 고체이고 용융된 잉크가 기재에 도포되는 상승온도(elevated temperature)에서는 용융되는 것을 특징으로 하는 상 변화 또는 고체 잉크 조성물에 관한 것이다. 이러한 고체 잉크 조성물은 잉크 젯 인쇄에 사용될 수 있다. 본 발명은 결정성 옥사졸린 화합물, 폴리올로부터 유래된 비결정성 성분, 및 선택적으로 착색제를 포함하는 신규의 고체 상 변화 잉크 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
고체 상 변화 잉크(또한 “상 변화 잉크” 및 “핫멜트 잉크”라고도 부름)는 다양한 액체 증착 기술에 사용된다. 고체 상 변화 잉크는 주위 온도(ambient temperature)에서 고체 상이지만, 잉크 젯 인쇄 장치의 상승된 작동 온도에서는 액체 상으로 존재한다. 고체 잉크는 실온, 예를 들어, 20℃ 내지 약 35℃에서, 고체 상으로 남아있어서 선적 및 잉크 취급시 편리하고 장기 보관 및 편리한 사용을 가능케 하기 때문에 잉크 젯 프린터용으로 바람직하다.
공지의 재료 및 공정이 그 의도된 목적에 적합하지만, 향상된 상 변화 잉크에 대한 요구가 여전히 남아있다.
본 발명에서는 강건한(robust) 고체 잉크가 결정성 및 비결정성 성분의 혼합을 통해서 얻어질 수 있음이 발견되었다. 본 발명은 (1) 적어도 하나의 결정성 옥사졸린 화합물; (2) 폴리올로부터 유래된 적어도 하나의 비결정성 성분; (3) 선택적 점도 개질제; 및 (4) 착색제의 혼합을 포함하는 새로운 유형의 잉크 젯 고체 잉크 조성물을 제공한다. 본 발명에서, 결정성 성분은 상 변화 성분으로 작용하는 반면 비결정성 성분은 바인더(binder)로 작용한다.
여기서 사용된, 용어 “점도”는 복합(complex) 점도를 의미하며, 샘플이 정상 전단 변형(steady shear strain) 또는 작은 진폭의 정현(sinusoidal) 변형을 받게 할 수 있는 역학 분광계로 측정한 전형적인 치수이다.
본 발명은 적어도 하나의 결정성 옥사졸린 화합물 및 폴리올로부터 유래된 적어도 하나의 비결정성 성분, 및 착색제 및 선택적 점도 개질제를 포함하는 신규의 고체 잉크 조성물에 관한 것으로 코팅지 기재 위의 인쇄를 포함하여 잉크젯 인쇄용으로 우수한 이미지 강건성(robustness)을 보인다.
도 1은 대조 잉크 샘플과 비교할 때 본 발명의 몇 가지 잉크 샘플의 유변학(rheology) 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 2는 대조 잉크 샘플과 비교할 때 본 발명의 몇 가지 잉크 샘플의 스크래치 결과를 설명하는 그래프이다; 모든 유변학 측정은 Peltier 가열판이 구비된 RFS3 스트레인-제어 레오미터(rheometer)(TA instruments) 상에서 25mm 평행판 기하학 도구를 이용하여 수행되었다. 사용된 방법은 각각 온도 사이에 75초의 유지(평형) 시간, 5℃의 온도 간격으로 약 140℃에서 시작하여 약 40℃로 온도 변화(temperature sweep)를 주면서, 1Hz의 일정 주파수에서 측정했다.
본 발명의 잉크는 적어도 하나 이상의 옥사졸린 화합물을 포함하는 결정성 성분을 포함한다. 적합한 옥사졸린 화합물의 예는 (이에 한정되지는 않지만) 하기 식을 포함하며,
Figure 112012061671806-pat00001
여기서 R1은 (1) 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 환형, 치환형, 및 비치환형 알킬기를 포함하는 알킬기이며, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 등과 같은 헤테로 원자가 알킬기에 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 1개의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 5개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 60개 이하의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 약 36개 이하의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 약 25개 이하의 탄소 원자를 가진 알킬기이며, (2) 치환형 및 비치환형 아릴기를 포함하는 아릴기이며, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 등과 같은 헤테로 원자가 아릴기 중에 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 페닐 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 5개의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 6개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 24개 이하의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 약 18개 이하의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 약 14개 이하의 탄소 원자를 가진 아릴기이며, (3) 치환형 및 비치환형 아릴알킬기를 포함하는 아릴알킬기이며, 여기서 아릴알킬기의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 및/또는 환형일 수 있고, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 등과 같은 헤테로 원자가 아릴알킬기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 벤질 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 6개의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 7개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 36개 이하의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 약 24개 이하의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 약 18개 이하의 탄소 원자를 가진 아릴알킬기이며, 또는 (4) 치환형 및 비치환형 알킬아릴기를 포함하는 알킬아릴기이며, 여기서 알킬아릴기의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 및/또는 환형이 될 수 있고, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 등과 같은 헤테로 원자가 알킬아릴기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 톨릴 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 6개의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 7개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 36개 이하의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 약 24개 이하의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 약 18개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬아릴기이며; 및
R2, R3, R4, 및 R5 각각은 서로 독립적이며, (1) 수소 원자, (2) 불소, 염소, 브롬, 또는 요오드와 같은 할로겐 원자, (3) 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 환형, 치환형, 및 비치환형 알킬기를 포함하는 알킬기이고, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 등과 같은 헤테로 원자가 알킬기에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 1개의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 적어도 약 2개의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 적어도 약 3개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 36개 이하의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 약 30개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬기이며, (4) 치환형 및 비치환형 아릴기를 포함하는 아릴기이고, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 등과 같은 헤테로 원자가 아릴기에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 페닐 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 5개의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 6개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 24개 이하의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 약 18개 이하의 탄소 원자를 갖는 아릴기이며, (5) 치환형 및 비치환형 아릴알킬기를 포함하며, 여기서 아릴알킬기의 알킬 부분이 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 및/또는 환형일 수 있는 아릴알킬기이고, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 등과 같은 헤테로 원자가 아릴알킬기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 벤질 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 6개의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 7개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 36개 이하의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 약 24개 이하의 탄소 원자를 갖는 아릴알킬기이며, 또는 (6) 치환형 및 비치환형 알킬아릴기를 포함하며, 여기서 알킬아릴기의 알킬 부분이 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 및/또는 환형일 수 있는 알킬아릴기이고, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 등과 같은 헤테로 원자가 알킬아릴기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 톨릴 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 6개의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 7개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 36개 이하의 탄소 원자, 및 다른 실시형태에서 약 24개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬아릴기이며, R1, R2, R3, R4, 및 R5의 치환형 알킬, 아릴, 아릴알킬, 및 알킬아릴기의 상기 치환기는 (이에 한정되지는 않지만) 수산기, 할로겐 원자, 아민기, 이민기, 암모늄기, 시아노기, 피리딘기, 피리디늄기, 에테르기, 알데하이드기, 케톤기, 에스테르기, 아미드기, 카르보닐기, 티오카르보닐기, 설페이트기, 설포네이트기, 설폰산기, 설피드기, 설폭사이드기, 포스핀기, 포스포늄기, 포스페이트기, 니트릴기, 메르캅토(mercapto)기, 니트로기, 니트로소기, 설폰기, 아실기, 산 무수물기, 아지드기, 시아나토기, 이소시아나토기, 티오시아나토기, 이소티오시아나토기, 카르복실레이트기, 카르복실산기, 우레탄기, 우레아기, 그 혼합물 등일 수 있고, 상기 둘 이상의 치환기는 함께 결합(join)하여 고리를 형성할 수 있다.
하나의 구체적인 실시형태에서, R1은 선형의 비치환형 지방족기와 같이, 알킬기이다. 다른 구체적인 실시형태에서, R1은 하기 식의 기와 같이, 알킬아릴기이다.
Figure 112012061671806-pat00002
하나의 구체적인 실시형태에서, R2, R3, R4, 및 R5 각각은 서로 독립적으로 비치환형 알킬기, 또는 식 -(CH2)nOH와 같이, 히드록시알킬기이며, 여기서 n은 비록 n값이 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 1, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 2, 및 하나의 실시형태에서 약 12 이하, 및 다른 실시형태에서 약 10 이하의 정수이며; 또는 식 -(CH2)p-OOC(CH2)m-CH3와 같이, 알킬 에스테르기이며, 여기서 p는 비록 p값이 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 1, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 2, 및 하나의 실시형태에서 약 12 이하, 및 다른 실시형태에서 약 10 이하의 정수이며, m은 비록 m 값이 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 1, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 2, 및 하나의 실시형태에서 약 36 이하, 및 다른 실시형태에서 약 24 이하의 정수이다.
하나의 구체적인 실시형태에서, 옥사졸린은 하기 식이며,
Figure 112012061671806-pat00003
여기서 R1은 상기 정의한 바와 같으며, R6 및 R7 각각은 서로 독립적으로, (1) 수소 원자, 또는 (2) 하기 식의 기이며, 여기서 n은 0 또는 1 내지 약 36의 정수이다.
Figure 112012061671806-pat00004
적합한 옥사졸린 화합물의 구체적인 예는, 모두가 실온에서 결정성이며, (이에 한정되지는 않지만)(하기 나타낸 바와 같이 10℃/min의 스캔 속도에서 시차 주사 열량계(Differential Scanning Calorimetry)로 측정된 용융 및 결정성 온도를 갖는) 하기 물질 등, 뿐만 아니라 그 혼합물을 포함한다.
Figure 112012061671806-pat00005
Figure 112012061671806-pat00006
Figure 112012061671806-pat00007
옥사졸린은 R1기를 가진 산과 적어도 1몰 당량의 아미노 알코올 사이의 상승온도에서의 축합반응과 같은, 임의의 원하는 또는 효과적인 방법으로 제조될 수 있다. 옥사졸린은 예를 들어, 전체로서 여기서 참조로 포함된, 미국 특허 제5,817,169호 및 제5,698,017호에 설명된 대로 또한 제조될 수 있다.
하기 식의 치환형 옥사졸린 화합물은 상기에 정의된 R1기를 가진 산과 산 당량당 적어도 1 몰 당량의 적합한 아미노 알코올과의 약 120℃ 내지 약 220℃와 같은 적합한 온도에서 일어나는 축합반응에 의해 하나의 실시형태에서 제조될 수 있다.
Figure 112012061671806-pat00008
산 및 아미노 알코올 사이의 축합반응은 약 100mmHg 이하와 같이, 감소된 압력에서 수행될 수 있다. 축합반응은 촉매를 사용하거나 사용하지 않고 수행될 수 있고; 촉매는 반응의 완결을 촉진시키기 위해 사용될 수 있다. 적합한 촉매는 테트라알킬 티타네이트, 디부틸틴 산화물(디부틸 옥소스탄난)과 같은 디알킬틴 산화물, 디부틸틴 디라우레이트와 같은 테트라알킬틴 산화 화합물, 부틸스탄산과 같은 디알킬스탄산 화합물, 알루미늄 알콕사이드, 알킬 아연, 디알킬 아연, 산화아연, 산화주석, 또는 그 혼합물을 포함하며; 및 촉매는 예를 들어, 개시 이산(starting diacid)을 기초로 약 0.005몰% 내지 약 5몰%의 양으로 선택된다. 몇 가지 실시형태에서, 축합반응은 약 15시간 이하에서 완결된(예를 들어, 적어도 이산의 약 95%가 반응한)다.
구체적 실시형태에서, 본 발명의 결정성 옥사졸린 화합물은 용융 상태에서 충분히 낮은 점도를 가지며 이는 잉크 젯 인쇄용 고체 잉크에서 결정성 상 변화제로서 사용하는데 매우 적합하게 한다. 상기 실시형태에서, 상기의 설명된 구체적 화합물과 같이, 결정성 옥사졸린 화합물은 약 110℃이상의 온도에서 측정한 경우, 비록 복합 점도가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 1cPs(센티포이즈(centipoise), 또는 mPa-sec), 다른 실시형태에서 적어도 약 2cPs, 및 또 다른 실시형태에서 적어도 약 3cPs, 및 하나의 실시형태에서 약 20cPs 이하, 다른 실시형태에서 약 15cPs 이하, 및 또 다른 실시형태에서 약 13cPs 이하의 복합 점도를 가질 수 있다. 실온에서, 본 발명의 결정성 옥사졸린 화합물의 복합 점도는 약 1×105cPs 이상일 수 있다.
결정성 옥사졸린 화합물은 잉크 캐리어(carrier)에서 임의의 원하는 또는 효과적인 양 즉, 비록 양이 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 1중량%, 다른 실시형태에서 적어도 약 2중량%, 및 또 다른 실시형태에서 적어도 약 5중량%, 및 하나의 실시형태에서 약 95중량% 이하, 다른 실시형태에서 약 90중량% 이하, 및 또 다른 실시형태에서 약 85중량% 이하로 존재한다.
결정성 옥사졸린 화합물은 잉크에서 총중량에 있어 임의의 원하는 또는 효과적인 양 즉, 비록 양이 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 10중량%, 다른 실시형태에서 적어도 약 20중량%, 및 또 다른 실시형태에서 적어도 약 25중량%, 및 하나의 실시형태에서 약 90중량% 이하, 다른 실시형태에서 약 80중량% 이하, 및 또 다른 실시형태에서 약 75중량% 이하로 존재한다.
본 발명의 옥사졸린 화합물의 특성 및 특징은 예를 들어, 50-120℃ 범위 안에 있는 급격한(sharp)-용융 온도, (약 50℃에 내지 약 110℃ 범위 내의) 좁은 결정화 온도 범위에서 큰 점도 변화(>105cPs), 통상 이용 가능한 착색제, 분산제 및 다른 기능성 첨가제와 쉽게 혼합되는 더 높은 극성 화합물, 및 표준의 적절한 축합반응(단지 부산물로 물을 가진 무용제형(solvent-less) 공정)에 의한 용이한, 저가의 합성을 포함한다. 단일-옥사졸린 화합물 및 에스테르 유도체를 포함하는, 적합한 결정성 옥사졸린 화합물의 예를 (상 변화 잉크 조성물의 물리적 특성 및 기능과 함께) 표 1에 제시한다.
표 1
Figure 112012061671806-pat00009
* 샘플은 10°C/min의 속도에서 -50℃에서 200℃로 -50℃로 Q1000 시차 주사 열량계(TA Instruments)로 측정되었고; 중간값으로 정했다. N/A는 해당없음.
고체 상 변화 잉크에서 비결정성 성분은 점착성을 제공하여 결정성 상 변화 성분과 다른 선택적 잉크 첨가제가 결합(bind together)하는 것을 돕는다. 또한, 비결정성 성분은 인쇄된 잉크에 강건성을 부여한다.
실시형태에서, 비결정성 성분은 두 개 이상의 수산기를 가진 폴리올 화합물의 유도체, 또는 보다 구체적으로, 2 내지 20개의 수산기를 가진 폴리알코올 화합물의 유도체인 하나 이상의 화합물이다. 실시형태에서, 폴리올(폴리알코올) 화합물은 2 내지 약 50개의 탄소, 또는 약 4 내지 약 40개의 탄소, 또는 약 5 내지 약 36개의 탄소를 가질 수 있고, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴 탄소-함유 기를 가질 수 있다. 실시형태에서, 폴리올 화합물의 알킬 부분은 선형, 환형, 또는 분지형일 수 있고, 에틸렌성 불포화기를 가질 수 있다. 폴리올 화합물은 또한 탄소 원자와 함께 O, N, S, P, B, Si와 같은 헤테로원자를 포함할 수 있다.
실시형태에서, 비결정성 성분은 두 개 이상의 수산기를 가진 폴리올 화합물의 유도체, 또는 보다 구체적으로, 2 내지 20개의 수산기를 가진 폴리알코올 화합물의 유도체인 하나 이상의 화합물이다. 실시형태에서, 폴리올(폴리알코올) 화합물은 2 내지 약 50개의 탄소, 또는 약 4 내지 약 40개의 탄소, 또는 약 5 내지 약 36개의 탄소를 가질 수 있고, 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴 탄소-함유 기를 가질 수 있다. 실시형태에서, 폴리올 화합물의 알킬 부분은 선형, 환형, 또는 분지형일 수 있고, 에틸렌성 불포화기를 가질 수 있다. 폴리올 화합물은 또한 탄소 원자와 함께 O, N, S, P, B, Si와 같은 헤테로원자를 포함할 수 있다.
추가 실시형태에서, 하나 이상의 비결정성 성분은 폴리올의 에스테르 유도체이며, 여기서 에스테르기는 간단한 단기능성 카르복실산, 이기능성 카르복실산으로부터 유래될 수 있고, 또는 이기능성 및 다기능성 산으로부터 유래된 올리고머 또는 폴리머 에스테르기, 및 그 혼합물일 수 있다. 카르복실 단일-산 및 이-산은 6 내지 약 14개의 탄소를 가진 방향족, 또는 약 2 내지 약 50개의 탄소를 가진 지방족 산, 또는 6 내지 약 25개의 탄소를 가진 알킬 방향족 산일 수 있다. 단일-카르복실산 및 이-카르복실산의 지방족 부분은 선형, 분지형, 환형 및/또는 에틸렌성 불포화 알킬기일 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 원하는 비결정성 물질은 약 140℃에서 상대적으로 낮은 점도(<102cPs, 또는 약 20 내지 약 2000cPs, 또는 약 30 내지 약 1500cPs), 그러나 약 60℃이하 온도에서는 매우 높은 점도(>106cPs)를 가진다. 140℃에서 더 낮은 점도는 높은 제형 관용도(formulation latitude)를 제공하여 잉크 젯 인쇄를 가능케 하지만 실온에서 높은 점도는 인쇄된 이미지에 대해 강건성을 부여한다. 비결정성 물질은 Tg(유리 전이 온도)를 갖지만 DSC(10°C/min에서 -50℃에서 200℃로 -50℃로 측정)에 의해 결정화 및 용융 피크를 보이지 않는다. Tg값은 전형적으로 약 -10℃ 내지 약 50℃, 또는 약 -5℃ 내지 약 45℃, 또는 약 0℃ 내지 약 40℃이어서, 잉크에 원하는 강도 및 가요성(flexibility)을 부여한다.
적합한 비결정성 성분의 대표적인 예를 표 2에 예시한다. 표 2의 화합물 11은 옥수수 및 밀과 같이, 식물 당 및 녹말로부터 분리 가능한 폴리올 화합물로부터 천연적으로 유래된, 숙신산 및 이소소르비드로부터 제조된 폴리머 에스테르이다. 이소소르비드는 일반적으로 하기 식으로 나타내며,
Figure 112012061671806-pat00010
식 HOOC-R'-COOH의 이산과 반응하여 본 발명의 잉크에 포함되기에 적합한 하기 식의 올리고머를 형성한다.
Figure 112012061671806-pat00011
여기서 n은 비록 n값이 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 2, 및 다른 실시형태에서 적어도 약 3, 및 하나의 실시형태에서 약 10 이하, 및 다른 실시형태에서 약 8 이하의 정수이고, R'는 (1) 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 환형, 치환형, 및 비치환형 알킬렌기를 포함하는 알킬렌기이고, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 브롬, 등과 같은 헤테로 원자가 알킬렌기에 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 2개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 10개 이하의 탄소 원자인 알킬렌기이며, (2) 치환형 및 비치환형 아릴렌기를 포함하는 아릴렌기이고, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 브롬, 등과 같은 헤테로 원자가 아릴렌기에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 페닐렌 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 6개의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 적어도 약 7개의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 적어도 약 8개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 20개 이하의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 약 18개 이하의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 약 16개 이하의 탄소 원자인 아릴렌기이며, (3) 치환형 및 비치환형 아릴알킬렌기를 포함하는 아릴알킬렌기이고, 상기 아릴알킬렌기의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 및/또는 환형일 수 있고, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 브롬, 등과 같은 헤테로 원자가 아릴알킬렌기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 벤질렌 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 7개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 20개 이하의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 약 18개 이하의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 약 16개 이하의 탄소 원자를 갖는 아릴알킬렌기이며, 또는 (4) 치환형 및 비치환형 알킬아릴렌기를 포함하는 알킬아릴렌기이고, 여기서 알킬아릴렌기의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 및/또는 환형일 수 있고, 여기서 산소, 질소, 황, 규소, 인, 브롬, 등과 같은 헤테로 원자가 알킬아릴렌기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 톨리렌 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 7개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 약 20개 이하의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 약 18개 이하의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 약 16개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬아릴렌기이며, 상기 치환된 알킬렌, 아릴렌, 아릴알킬렌, 및 알킬아릴렌기에서 치환기는 (비록 이에 한정되지는 않지만) 수산기, 할로겐 원자, 아민기, 이민기, 암모늄기, 시아노기, 피리딘기, 피리디늄기, 에테르기, 알데하이드기, 케톤기, 에스테르기, 아미드기, 카르보닐기, 티오카르보닐기, 설페이트기, 설포네이트기, 설폰산기, 설피드기, 설폭사이드기, 포스핀기, 포스포늄기, 포스페이트기, 니트릴기, 메르캅토기, 니트로기, 니트로소기, 설폰기, 아실기, 산 무수물 기, 아지드기, 시아나토기, 이소시아나토기, 티오시아나토기, 이소티오시아나토기, 카르복실레이트기, 카르복실산기, 우레탄기, 우레아기, 그 혼합물, 등일 수 있고, 상기 둘 이상의 치환기는 함께 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
구체적인 실시형태에서, 이산(diacid)은 바이오-유래(bio-based) 또는 재생가능한 자원(resource)으로부터 유래된 것에서 선택된다. 적합한 바이오-유래 이산의 예는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 농임업용 원료(source)로부터 유래된, 숙신산, 이타콘산, 아젤라산 등을 포함한다.
표 2
Figure 112012061671806-pat00012
* 샘플은 10°C/min의 속도에서 -50℃에서 200℃로 -50℃로 Q1000 시차 주사 열량계(TA Instruments)로 측정되었고; 중간값으로 정했다.
** 화합물은 Peltier 가열판이 구비된 RFS3 스트레인-제어 레오미터(rheometer)(TA instruments)상에서 25mm 평행판 기하학 도구를 이용하여 측정되었다. 사용된 방법은 각각 온도 사이에 75초의 유지(평형) 시간, 5℃의 온도 간격으로 약 140℃에서 시작하여 약 40℃로 온도 변화를 주면서, 1Hz의 일정 주파수에서 측정했다.
N/A는 해당없음.
본 발명의 신규 고체 잉크 조성물의 추가적 특성은 몇 가지 성분이 통상적으로 식품 첨가제 또는 개인 미용 및 위생용으로서 사용되는 바이오-유래된, 안전한, 및 저가의 재료라는 것이다. 바이오-유래 성분의 예는 상기 표 1 및 2의 번호 1, 3, 6, 7, 10 및 11을 포함한다.
실시형태에서, 본 발명의 치환형 옥사졸린 화합물 및/또는 치환형 옥사졸린 유도체는 약 0 내지 약 30중량%, 또는 약 1 내지 약 20중량%, 또는 약 2 내지 약 15중량%의 염료 또는 안료를 포함하는, 유색 또는 무색의 (또는 색이 없는) 상-변화 잉크 조성물에 혼합될 수 있다. 실시형태에서, 치환형 옥사졸린 화합물 및/또는 치환형 옥사졸린 유도체는 상-변화 잉크 조성물의 약 1 내지 약 100중량%, 또는 약 25 내지 약 98중량%, 또는 약 50 내지 약 97중량%의 양으로 존재할 수 있다.
구체적인 실시형태에서, 결정성 성분 대 비결정성 성분의 중량비는 약 50:50 내지 약 95:5, 또는 약 55:45 내지 약 90:10이다. 하나의 실시형태에서, 중량비는 결정성 및 비결정성 성분에 대해 각각 약 65:35이다. 다른 실시형태에서, 중량비는 결정성 및 비결정성 성분에 대해 각각 약 75:25이다.
결정성 성분은 결정화, 140℃에서 약 15 센티포이즈(cPs)이하, 또는 약 0.5 내지 약 15, 또는 약 1 내지 약 13cPs의 상대적으로 낮은 점도(η)를 나타내며 실온에서 높은 점도(>106cPs)를 보인다. 결정성 성분이 잉크의 상 변화에 영향을 주기 때문에, 추가로 즉각적인 인쇄 공정이 필요한 경우(즉, 잉크 퍼짐(ink spreading), 양면 인쇄 등) 및 보다 중요하게는 무코팅 기재 위에 과도한 뒷 비침(showthrough)을 막기 위해 빠른 결정화가 요구된다. (-50℃에서 200℃로 -50℃로 10℃/min의 전형적인 분석 방법을 사용한) 시차 주사 열량계 분석(DSC)에 의해서, 바람직한 결정성 성분은 급격한 결정화 및 용융 피크를 보이며, 그 사이의 ΔT(Tmelt-Tcrys)는 50℃ 이하이다. 용융점은 분사 온도의 상한인, 150℃ 이하, 바람직하게는 약 145℃ 내지 약 140℃ 이하이어야 한다. 용융점은 65℃ 이하의 온도에 위치 때 블러킹(blocking) 및 오프셋(offset) 인쇄 이동(transfer)을 막기 위해 바람직하게는 65℃이상, 또는 보다 바람직하게는 약 66℃ 이상 또는 약 67℃ 이상이다. 구체적인 실시형태에서, 용융점은 약 65 내지 약 130℃이다.
실시형태에서, 결정성 성분은 고체 잉크 조성물의 총량의 약 60중량% 내지 약 95중량%의 양으로 존재한다. 실시형태에서, 비결정성 바인더는 잉크 조성물의 약 5 내지 약 50중량%, 또는 약 7 내지 약 40중량%, 또는 약 10 내지 약 35중량%를 포함한다. 추가 실시형태에서, 추가로 하기에서 설명하듯이, 고체 잉크 조성물은 안료 또는 염료와 같은, 착색제, 및 상용화제 또는 점도 개질제와 같은, 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다.
실시형태에서, 상 변화 잉크는 예를 들어, 시차 주사 열량계에 의해 측정하여 약 60℃ 내지 약 130℃, 예를 들어 약 65℃ 내지 약 120℃, 약 70℃ 내지 약 115℃의 용융점을 가진 고체 잉크일 수 있다. 실시형태에서, 상 변화 잉크는 약 50℃ 내지 약 120℃, 또는 약 60℃ 내지 약 115℃, 또는 약 65℃ 내지 약 110℃의 결정화점을 가진다.
추가 실시형태에서, 상 변화 잉크는 예를 들어 온도 130℃이상과 같이, 용융 상태에서 약 1 내지 약 20cPs(센티포이즈, 또는 mPa-sec), 또는 약 2 내지 약 18cPs, 또는 약 3 내지 약 15cPs 범위의 복합 점도를 가질 수 있다. 상 변화 잉크의 복합 점도는 약 1Hz 내지 약 50Hz와 같은 주파수 범위에서 측정될 수 있다. 실온에서, 상 변화 잉크는 약 ≥ 1 x 106cPs, 또는 보다 구체적으로, 약 5 x 105 내지 약 1 x 109cPs의 복합 점도를 가질 수 있다.
본 발명의 고체 잉크 조성물은 약 20℃, 또는 보다 구체적으로, 약 5℃ 내지 약 30℃의 온도 변화 안에서 액체에서 고체로의 상 변화 전이를 보인다. 실시형태에서, 고체 잉크 조성물은 약 45℃ 및 약 130℃ 사이 또는 약 65℃ 및 약 120℃ 사이의 온도에서 상 전이를 가진다. 본 발명의 실시형태에서 고체 잉크 조성물은 약 140℃에서 약 20cPs 이하의 점도 및 약 20℃ 및 약 35℃ 사이의 온도에서 적어도 약 106cPs의 점도, 또는 보다 구체적인 실시형태에서, 약 140℃에서 약 2cPs 내지 약 18cPs의 점도 및 약 20℃ 및 약 35℃ 사이의 온도에서 약 106 내지 약 109cPs의 점도를 갖는다.
본 발명의 잉크는 종래의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 예를 들어, 하나의 산화방지제, 소포제, 슬립(slip) 및 레벨링제, 청징제(clarifiers), 점도 개질제, 상용화제, 상승제, 유변학 개질제, 접착제 또는 점착제(tackifiers), 분산제, 가소제, 보조제, 그 혼합물 등을 포함할 수 있다.
실시형태에서, 본 발명의 잉크 조성물은 또한 적어도 하나의 착색제를 포함한다. 염료, 안료, 그 혼합물, 등을 포함하는 임의의 원하는 또는 효과적인 착색제가 잉크 캐리어에서 용해 또는 분산될 수 있을 경우 본 발명의 잉크 조성물에서 이용될 수 있다. 잉크 캐리어에서 분산 또는 용해될 수 있고 다른 잉크 성분과 호환될 수 있다면, 어떠한 염료 또는 안료도 사용될 수 있다.
선택적 첨가제가 존재하는 경우에는 각각 또는 혼합하여, 잉크의 약 0.1 내지 약 15중량% 또는 약 0.5 내지 약 12중량%와 같이, 임의의 원하는 또는 효과적인 양으로 잉크 속에서 존재할 수 있다.
본 발명의 상-변화 잉크 속에서 착색제의 양은 잉크 조성물의 약 0.5중량% 내지 약 20중량% 또는 약 1중량% 내지 약 15중량%, 또는 약 2중량% 내지 약 10중량%일 수 있다.
상 변화 잉크의 경도(hardness)는 인쇄된 이미지 위에 잉크 강건성(예를 들어, 마멸, 주름 접힘, 등에 대한 내성)의 지표(indicator) 역할을 할 수 있는 특징이다. 잉크 경도는 표준 1Kg 하중을 갖는 Model 476 Stand가 장착된 PTC® Durometer Model PS 6400-0-29001 (Pacific Transducer사 제, USA)와 같은, 바늘 관입 장치(needle penetrometer apparatus)를 사용하여 측정될 수 있다. 이 Durometer 장치에서, 신축성 기둥(retractable post) 안에 설치된 날카로운 팁(tip)(또는 바늘)이 잉크의 몰딩된 샘플 표면에 맞대어져 압력이 가해진다. 잉크 표면 위를 누를 때 바늘 팁에 대한 내성 정도를 측정하여 바늘 팁이 설치된 기둥 방향으로 뒤로 밀려들어가는(retracted backward) 거리와 상관성이 있다. 측정된 값 100은 (유리처럼) 완전히 단단하고 불침투성인 표면을 나타낸다.
본 발명의 잉크는 PTC® Durometer를 사용하여 약 25℃에서 측정시, 비록 값이 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 약 60, 다른 실시형태에서 적어도 약 65, 및 또 다른 실시형태에서 적어도 약 70인 경도값을 가진다.
본 발명의 상-변화 잉크는 임의의 적합한 방법으로 종이 기재 위에 인쇄될 수 있다. K-프루퍼(K-proofer) 장치는 잉크 제형이 더 많은 면밀한 인쇄 검사를 위해 스케일-업되고 최적화되기 전에, 소규모로 다양한 잉크를 선별하여(screen) 다양한 기재 위에 양질의 이미지 및/또는 색상의 특성을 평가하는 유용한 인쇄 도구이다. 실시형태에서, 상 변화 잉크는 판 위에 150 lines/inch (60 lines/cm) 및 세 가지 100%- 80%- 60% 밀도 존(zones)을 가진 “유형 B" 단일 웨지(wedge) 그라비어(gravure) 판이 구비된, “K-프루퍼” 그라비어 인쇄 장치(Testing Machines Incorporated사 제, New Castle, Delaware, USA)를 사용하여, Xerox® Digital Color Elite Gloss(DCEG) 코팅지(120gsm stock) 위에 인쇄되었다. 그라비어 판 온도는 142℃(실제 판 온도는 ~135℃±1℃)로 설정되었고 압력 롤러(roller)는 낮은 압력으로 설정되었다.
잉크 인쇄의 이미지 강건성은 스크래치 (또는 마멸) 검사 장치를 사용하여 측정될 수 있다. 두 개의 다른 스크래치 검사 즉, “코인(coin)” 스크래치 검사 및 “가우지 핑거(gouge finger)”검사가 본 발명의 잉크에 대해 수행되었다. “코인” 스크래치 검사는 (“코인” 팁으로 언급된) 경사진 가장자리를 갖는(beveled-edge) 원형 도구가 표면을 통과해 지나간 후에 얼마나 많은 잉크, 또는 토너가 인쇄 코팅 또는 이미지로부터 제거되는지를 평가한다. 이 검사에 사용된 장치는 무게가 100g인 통상의 “코인” 스크래치 팁을 가진 변경된 Taber Industries Linear Abraser (Model 5700)이며, 이것을 검사 인쇄 샘플 위로 내렸을(lowered) 때 25사이클/분의 주파수에서 3사이클 또는 9사이클 동안 인쇄 표면에 스크래치가 생긴다. 2인치(inch) 길이의 스크래치를 평평한 베드 스캐너를 사용하여 스크래치 길이를 따라서 먼저 스캐닝한 후, 눈에 보이는 종이 기재의 영역(area)을 계산하고, 스크래치 난 영역에서 잉크의 최초(original) 양과 비교하는 소프트웨어로 이미지 분석을 수행함으로써, 인쇄 샘플로부터 제거된 잉크 또는 토너 물질의 양을 조사하여 확인한다.
다른 스크래치 검사 장치는 “가우지 핑거” 검사 장치로 불리며, 잉크 인쇄 샘플을 통해서 드래그(dragged)되는 세 개의 분리된 날카로운, 핑거형(finger-like) 팁이 구비된 주문 제작된 장치이다. “무거운”, “중간” 및 “가벼운” 물리력으로 라벨이 붙여진, 상이한 물리력이 세 가지 핑거에 적용된다. 본 발명의 상 변화 잉크로 제조된 인쇄를 스트래스 검사 조건으로 고려되는, 중간 및 무거운 하중의 가우지 핑거만을 사용하여 스크래치-검사하였다. 각각의 가우지 핑거 팁에 대해, 인쇄 샘플의 길이방향으로 내려오는 단일 스크래치를 일정한 속도 설정으로 수행하였다. 그리고 나서, 인쇄 샘플의 스크래치 영역을 검사하여 상기 설명된 “코인” 스크래치 검사에 대해 수행한 것과 동일한 방식으로 인쇄 샘플로부터 제거된 잉크 또는 토너 물질의 양을 확인하였다. 상업용 이미지 분석 소프트웨어는 화소 수를 단위-없는(unit-less) 측정값인 CA(주름 영역)로 변환한다. 스크래치 존의 흰 영역(즉, 잉크가 스크래치 팁에 의해 기재로부터 제거된 영역)이 계산된다. 더 높은 화소 수는 더 많은 잉크가 인쇄로부터 제거되고 더 많은 손상을 보인다는 것에 해당한다. 완전한 무-스크래치 잉크 인쇄는 제거되는 물질이 없고 따라서 0에 가까운 매우 낮은 화소 수(및 CA)를 가질 것이다.
표 3의 자료는 코인 스크래치 검사에 의해 생성된, K-프루프 잉크 인쇄의 스크래치 영역에 대한 (화소 수에 직접 비례하는) CA값을 보여준다. 주름 영역(Crease Area, CA) 값은 실시예 잉크 1, 4 및 6 및 비교 잉크(제록스 상 시안 고체 잉크)의 K-프루프 인쇄에 대한 코인 스크래치 검사로부터 얻는다. 스크래치 영역에 대한 이미지 분석의 임계치 한계(threshold limits) 때문에 자료에 있어서 필연적으로 몇 가지 변동(variation)이 있지만, 상대적인 CA 자료는 옥사졸린 결정성 성분 및 비결정성 폴리올 에스테르 수지로 제조된, 3개의 실시예 잉크가 모두 비교 잉크(제록스 상 시안 고체 잉크)보다 현저하게 더 우수한 스크래치 내성을 가짐을 보인다.
표 3
Figure 112012061671806-pat00013
실시예
2-운데실-5,5-비스(히드록시메틸)-4H-옥사졸린 (표 1의 화합물 3)의 합성
Figure 112012061671806-pat00014
이중 터빈 교반기 및 증류 장치를 구비한 1 리터 파(Parr) 반응기에 다음 순서대로 물질을 채웠다: 도데칸산(200g; Sigma-Aldrich사 제, Milwaukee, WI), 트리스(히드록시메틸)아미노메탄(92g; EMD Chemicals사 제, NJ), 및 부틸스탄산 촉매(FASCAT 4100; 0.45g; Arkema사 제). 내용물을 165℃로 2시간 동안 가열했고, 이어서 205℃로 2시간 이상 동안 온도를 올리고, 그 동안 증류 리시버에 물 증류액을 모았다. 그 후 반응기 압력을 약 1-2mmHg로 1시간 동안 감소시킨 다음, 무게를 단(tared) 용기에 넣고(discharging) 실온으로 냉각했다. 생성물을 에틸아세테이트(2.5부(parts)) 및 헥산(10부)의 혼합물에서 온화한(mild) 가열로 용해하여 정제한 다음, 실온으로 냉각하여 흰 입상 분말로서 순 생성물을 결정화하였다. 피크 용융점(DSC에 의함)은 97℃로 결정되었다.
이러한 물질의 유변학적 분석은 RFS3 레오미터 기구(1Hz의 오실레이션 주파수, 25mm 평행판 기하구조, 200 적용 스트레인%)를 사용하여, 130℃에서 출발하여 40℃로 냉각하는 온도범위에서 측정되었다. 130℃에서 용융점도는 8.2cPs였고, 이러한 물질의 결정화의 시작은 4.5×106cPs의 피크 점도로, 97℃에서 일어났다.
실시예
2-헵타데실-5,5-비스(히드록시메틸)-4H-옥사졸린(표 1의 화합물 1)의 합성
Figure 112012061671806-pat00015
교반기, 증류 장치, 및 바닥 배수 밸브가 구비된 1L 파 반응기에 스테아릭산(426g, Sigma-Aldrich사 제), 트리스(히드록시메틸)아미노메탄(181.5g), 및 부틸스탄산(0.75g, FASCAT 4100)을 채웠다. 혼합물을 165℃로 가열했고, 질소 불활성 분위기 하에서 150rpm으로 교반했다. 그 후 혼합물을 196℃로 4시간 이상 가열했고 197-202℃로 추가로 2시간 동안 유지했으며, 그 후 무게를 단 용기에 생성물을 넣었다. 물 부산물(51g)을 증류 리시버를 통해 모았다. 생성물을 이소프로판올로부터 재결정화하여 DSC에 의해 측정하였을 때 107℃에서 급격한 용융점을 가진 흰 생성물을 산출했다.
상기 물질의 유변학적 분석은 RFS3 레오미터 기구(1Hz의 오실레이션 주파수, 25mm 평행판 기하구조, 200 적용 스트레인%)를 사용하여, 130℃에서 출발하여 60℃로 냉각하는 온도범위에 걸쳐 측정되었다. 130℃에서 용융점도는 3cPs였고, 상기 물질의 결정화의 시작은 7.2×106cPs의 피크 점도로, 107℃에서 발생했다.
실시예
이소소르비드/숙신산 올리고에스테르 (표 2의 화합물 11)의 합성
Figure 112012061671806-pat00016
딘-스타크 트랩(Dean-Stark trap) 및 응축기를 구비한 500ml 둥근 바닥 플라스크에 이소소르비드(27.61g, 189mmol, Archer Daniels사 제, Midland, IL, USA), 숙신산(10.63g, 90mmol, Sigma Aldrich사 제), 및 톨루엔(200mL)을 첨가했다. 반응 혼합물을 불활성 분위기 하에서 약 120℃(외부 수조(bath) 온도)로 점진적으로 가열했다. 반응 혼합물을 약 3mL 물이 딘 스타크 트랩에 모아지는 동안에 밤새도록 환류(reflux)로 가열했다. 반응 혼합물을 실온으로 냉각하였고 미정제 생성물을 갈색의 잔여물로 모았다. 톨루엔을 디캔팅(decanting)에 의해 제거했고, 미정제 생성물을 디클로로메탄(600mL)에 용해시켰고 NaHCO3(2 x 200mL)의 포화용액, 이어서 탈이온수(1 x 200 mL)로 세정했다. 용액을 MgSO4로 건조시켰고, 용매를 진공에서 제거한 다음 24시간 동안 진공 하에서 건조하여서, 솜털같은(fluffy off) 황백색의 고체를 얻었다. 생성물을 추가로 진공 오븐에서(120℃에서 약 200mmHg) 밤새도록 건조시킨 다음, 실온에서 냉각하여 투명한 고체 물질(15g)을 생성했다. DSC에 의한 유리 전이 온도(Tg): 35℃. 130℃에서 점도: 515cPs, 60℃에서 점도: 7.3 x 106cPs.
실시예
K-프루퍼 검사를 위한 잉크의 제조
실시예 잉크 1(10g)에 설명된 대로 다음 공정을 사용하여, 소량의 잉크(5 내지 15g)를 이미지 강건성에 대한 K-프루퍼 인쇄 검사 및 순차적 스크래치 검사를 위해 제조했다. 30-50mL 유리 용기 안에, 다음 순서대로 물질을 채웠다: 실시예 Ⅰ에서(67.0중량%) 설명한 대로 제조된, 6.70g의 2-운데실-5,5-비스(히드록시메틸)-4H-옥사졸린, 3.0g의 펜타-에리스리톨 테트라벤조에이트(Sigma-Aldrich사 제; 30중량%), 및 선택적 점도 개질제 화합물(표 4에 언급됨). 상기 물질을 130℃에서 1시간 동안 먼저 함께 용융시켰고, 그 후 용융 혼합물에 0.3g의 Orasol Blue GN 염료(Ciba사 제)를 첨가했다. 유색 잉크 혼합물을 300rpm에서 추가로 2.5시간 동안 교반하는 동안 130℃에서 가열했다. 그 후 감색(dark blue) 용융 잉크(잉크 1)를 황동 몰드(mold) 안으로 붓고 실온에서 냉각하여 응고시켰다. 고체 잉크 샘플을 바늘 관입 경도, 그 다음 K-프루퍼 인쇄 검사를 하였다.
실시예 잉크 1-7 조성물을 그 성분의 상대적 중량% 비율을 표시한 하기 표 4에 나타냈다. 모든 잉크를 (상기 실시예 Ⅳ에서 설명한) 실시예 잉크 1과 유사한 방식으로 제조하였다.
표 4
Figure 112012061671806-pat00017
실시예
잉크 6의 제조
250mL의 스테인리스 강철 용기 안에, 다음 순서대로 물질을 채웠다: 실시예 Ⅰ의 67g의 옥사졸린(67중량%) 및 30g의 펜타에리스리톨 테트라벤조에이트(표 2의 화합물 8, 30중량%). 상기 물질을 130℃에서 3시간 동안 용융시킨 다음, 130℃에서 1.5시간 동안 가열하는 동안 250rpm에서 기계적으로 교반하였다. 이어서, 3g의 Orasol Blue GN 염료(3중량% 착색제, CIBA사 제)를 30분의 시간에 걸쳐 잉크 성분의 용융 혼합물에 일부 첨가했다. 유색 잉크 혼합물을 추가로 2.5시간 동안 교반하였다. 그 후 잉크를 5-마이크론 스테인리스 강철 메쉬(mesh) 필터를 통해서 가열된 KST 장치에서 여과하였다. 여과된 잉크를 가요성(flexible) 몰드 용기(tray)안에 모았고 실온에서 냉각하여 응고시켰다.
실시예
실시예 잉크의 특성
표 5는 실시예 잉크 1-7 및 비교 고체 잉크 1(제록스 상 시안 고체 잉크)에 대한 물리적 및 열적 특성을 열거한다. 도 1에서 도시한 유변학 프로필과 함께 표 5의 자료는, 본 발명의 잉크가 비교 상업용 잉크와 같이 동등한(comparable) 분사 점도 및 급격한 상-변화 전이(잉크 결정화 사건의 5-15℃ 범위 이내)를 가짐을 나타낸다. 옥사졸린 상 변화 성분으로 만들어진 잉크는 대략 70℃ 및 110℃ 사이 넓은 범위에서, 우수한 결정화 시작 온도를 가진다. 상기 범위 안에서 잉크의 결정화를 시작하는 것은 잉크 분사성 뿐만 아니라 종이로 잉크의 투과(penetration) 정도를 통제하고 과도한 잉크의 뒷 비침을 막기 위해 바람직하다.
표 5
Figure 112012061671806-pat00018
* 주파수=1Hz; 25mm 평행판 기하학; 틈=0.2mm; 스트레인%= 200%(스트레인 비의존성 점도).
** DSC 방법을 사용하여 측정(10℃/min의 가열 및 냉각 속도로 -20℃에서 150℃까지 그리고 -20℃로 돌아감; 열처리 이력(history)을 제거하기 위해 데이터는 두 번째 가열 사이클로부터 얻음).
N/A는 해당없음.
*** 황동 몰드에서 5g의 잉크 샘플 세트로 Durometer 기구를 사용하여 측정.
바늘 관입 경도
각각의 제조된 잉크를 황동 몰드에 부어서 대략 5mm 두께 잉크의 디스크 샘플을 제조했다. 잉크 경도를 바늘 관입 장치를 사용하여 측정하였고, 여기서 날카로운 팁(또는 바늘)을 잉크의 몰딩된(molded) 샘플의 표면에 맞대어 압력을 가하고 잉크 표면에 대한 날카로운 팁의 투입(immersion) 깊이는 잉크에 대한 바늘 투과 퍼센트에 대응하는 바늘 팁의 총 투입 가능한 거리의 퍼센트로 측정하였다. 표준 1Kg 하중을 가진 Model 476 Stand가 구비된 PTC® Durometer Model PS 6400-0-29001 (Pacific Transducer 사 제, USA)를 사용하여, 잉크 경도를 상기 방식으로 측정하고 바늘 팁의 투과에 대한 잉크 내성을 나타내면서, 여기서 경도 100은 잉크 표면에 대해 바늘 팁 투과가 0임(전체적으로 불침투성 표면임)을 의미하는 경도값으로 표현하였다.
표 5는 실시예 잉크 1-7 및 비교 잉크 1(제록스 상 시안 고체 잉크)과 비교한 경도값을 열거하며, 이는 약 67 내지 83 경도 범위의 값을 보인다. 이들 값은 상업적으로 이용가능한 잉크인 비교 잉크 1(제록스 상 시안 고체 잉크, 67)보다 상당히 또는 현저히 높다. 상기 자료는 잉크 강건성의 지표이다.
스크래치 검사 과정
DCEG 코팅지(120 gsm stock) 위에 실시예 잉크 1, 4 및 6과 비교 잉크(제록스 상 시안 고체 잉크)로 만들어진 한 세트의 K-프루프 인쇄의 이미지 강건성을 “코인” 스크래치 검사를 사용하여 평가하였다. 코인 스크래치 검사는 경사진 가장자리를 갖는 원형 도구(100g 무게가 나가는, “코인” 팁이라 함)를 사용하는 수정된 Taber Industries Linear Abraser (Model 5700)로 수행했는데, 이 도구가 잉크 인쇄의 표면을 두 개의 검사 시리즈로 통과해 지나가며 하나는 단지 3사이클의 스크래치가 만들어지고 다른 하나는 9사이클의 스크래치(두 시리즈는 25사이클/분의 스크래치 주파수 설정을 함)를 만들었다. 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 종이 기재의 영역에서 눈으로 볼 수 있는 화소 수를 세고, 스크래칭 전에 동일 영역에서 최초의 잉크의 양과 비교함으로써 얼마나 많은 잉크가 인쇄물 위 스크래치 존에서 제거되었는지를 평가하였다. 소프트웨어 화소 수는 단위-없는(unit-less) 측정값인 CA(주름 영역)로 변환되고, 화소 수(또는 CA값)가 많을수록, 더 많은 잉크가 인쇄로부터 제거되어 스크래치 영역(및 종이로부터 더 많은 흰색 부분)을 드러낸다. 완전한 무-스크래치 잉크 인쇄는 제거되는 물질이 없으며 따라서 0에 가까운 매우 낮은 화소 수(및 CA)를 가짐을 의미한다.
상기에서 설명하였듯이, 표 3의 자료는 코인 스크래치 검사에 의해 생성된, K-프루프 잉크 인쇄의 스크래치 영역에 대한 (화소 수에 직접 비례하는) CA값을 보여준다. 상대적 CA 데이터는 실시예 잉크 1, 4 및 6 세 가지-각각 옥사졸린 결정성 성분 및 비결정성 폴리올 에스테르 수지로 제조된-모두가 비교 잉크(제록스 상 시안 고체 잉크)보다 스크래치 내성에 있어서 적어도 4-배의 향상 및 몇 가지 경우에는 스크래치-내성에 있어서 약 10-배의 향상을 나타냄을 보인다.

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 상 변화 성분;
    (1)
    Figure 112017094713691-pat00022
    및 (2) 하기 식의 화합물
    Figure 112017094713691-pat00023
    로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 비결정성 성분,
    상기에서 n은 2 내지 10의 정수이고,
    R'는
    (a) 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 환형, 치환형 또는 비치환형 알킬렌기를 포함하는 알킬렌기이고, 산소, 질소, 황, 규소, 인 및 브롬으로부터 선택되는 헤테로 원자가 상기 알킬렌기에 선택적으로 존재하며, 상기 알킬렌기는 2 내지 10개의 탄소 원자를 포함하고,
    (b) 치환형 또는 비치환형 아릴렌기를 포함하는 아릴렌기이고, 산소, 질소, 황, 규소, 인 및 브롬으로부터 선택되는 헤테로 원자가 상기 아릴렌기에 선택적으로 존재하며, 상기 아릴렌기는 6 내지 20개의 탄소 원자를 포함하고,
    (c) 치환형 또는 비치환형 아릴알킬렌기를 포함하는 아릴알킬렌기이고, 상기 아릴알킬렌기의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 환형 또는 그의 조합일 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소, 인 및 브롬으로부터 선택되는 헤테로 원자가 독립적으로 상기 아릴알킬렌기의 알킬 부분 또는 아릴 부분에 선택적으로 존재하고, 상기 아릴알킬렌기는 7 내지 20개의 탄소 원자를 포함하며, 및
    (d) 치환형 또는 비치환형 알킬아릴렌기를 포함하는 알킬아릴렌기이고, 상기 알킬아릴렌기의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화형, 불포화형 및/또는 환형일 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소, 인, 브롬 등과 같은 헤테로 원자가 상기 알킬아릴렌기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 톨리렌 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 7개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 20개 이하의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 18개 이하의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 16개 이하의 탄소 원자를 가지며,
    상기 치환된 알킬렌, 아릴렌, 아릴알킬렌 또는 알킬아릴렌기에서 치환기는 수산기, 할로겐 원자, 아민기, 이민기, 암모늄기, 시아노기, 피리딘기, 피리디늄기, 에테르기, 알데하이드기, 케톤기, 에스테르기, 아미드기, 카르보닐기, 티오카르보닐기, 설페이트기, 설포네이트기, 설폰산기, 설피드기, 설폭사이드기, 포스핀기, 포스포늄기, 포스페이트기, 니트릴기, 메르캅토기, 니트로기, 니트로소기, 설폰기, 아실기, 산 무수물 기, 아지드기, 시아나토기, 이소시아나토기, 티오시아나토기, 이소티오시아나토기, 카르복실레이트기, 카르복실산기, 우레탄기, 우레아기 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 둘 이상의 치환기는 함께 결합하여 고리를 형성할 수 있으며;
    착색제; 및
    선택적으로 점도 개질제를 포함하는 고체 잉크 조성물로서,
    상기 상 변화 성분은 결정성이고, 하나 이상의 치환형 옥사졸린 화합물, 치환형 옥사졸린 유도체, 또는 이들 모두를 포함하며, 추가로 상기 고체 잉크 조성물은 액체에서 고체로 상 변화 전이를 보이고, 추가로 상기 결정성 상 변화 성분 및 비결정성 성분은 50:50 내지 95:5의 중량비로 혼합되는(blended) 고체 잉크 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 옥사졸린 화합물 또는 유도체는 하기 식으로 나타내며,
    Figure 112017094713691-pat00019

    상기 R1
    (1) 치환형 및 비치환형 알킬기를 포함하는 알킬기이고, 헤테로 원자가 상기 알킬기 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며;
    (2) 치환형 및 비치환형 아릴기를 포함하는 아릴기이고, 헤테로 원자가 상기 아릴기 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며;
    (3) 치환형 및 비치환형 아릴알킬기를 포함하는 아릴알킬기이고, 헤테로 원자가 상기 아릴알킬기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; 또는
    (4) 치환형 및 비치환형 알킬아릴기를 포함하는 알킬아릴기이고, 헤테로 원자가 상기 알킬아릴기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; 및
    R2, R3, R4 및 R5 각각은 서로 독립적으로
    (1) 수소 원자;
    (2) 할로겐 원자;
    (3) 치환형 및 비치환형 알킬기를 포함하는 알킬기이고, 헤테로 원자가 상기 알킬기 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며;
    (4) 치환형 및 비치환형 아릴기를 포함하는 아릴기이고, 헤테로 원자가 상기 아릴기 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며;
    (5) 치환형 및 비치환형 아릴알킬기를 포함하는 아릴알킬기이고, 헤테로 원자가 상기 아릴알킬기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며; 또는
    (6) 치환형 및 비치환형 알킬아릴기를 포함하는 아릴알킬기이고, 헤테로 원자가 상기 알킬아릴기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에 존재하거나 존재하지 않을 수 있는, 고체 잉크 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 결정성 성분은 상기 고체 잉크 조성물의 총 중량의 50중량% 내지 95중량%의 양으로 존재하는 고체 잉크 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비결정성 성분은 상기 고체 잉크 조성물의 총 중량의 5중량% 내지 50중량%의 양으로 존재하는 고체 잉크 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 결정성 성분은 140℃의 온도에서 0.5 내지 15cPs의 점도를 갖는 고체 잉크 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 비결정성 성분은 140℃의 온도에서 1 내지 2000cPs의 점도를 갖는 고체 잉크 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상용화제, 상승제, 유변학 개질제, 점착제, 가소제 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 고체 잉크 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    140℃에서 20cPs 이하의 점도를 갖고, 20 내지 35℃ 사이의 온도에서 적어도 106cPs의 점도를 갖는 고체 잉크 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    적어도 60의 경도 값을 갖는 고체 잉크 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 착색제는 염료, 안료 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고체 잉크 조성물.
  11. 적어도 하나의 상 변화 성분;
    (1)
    Figure 112017094713691-pat00024
    및 (2) 하기 식의 화합물
    Figure 112017094713691-pat00025
    로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 비결정성 성분,
    상기에서 n은 2 내지 10의 정수이고,
    R'는
    (a) 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 환형, 치환형 또는 비치환형 알킬렌기를 포함하는 알킬렌기이고, 산소, 질소, 황, 규소, 인 및 브롬으로부터 선택되는 헤테로 원자가 상기 알킬렌기에 선택적으로 존재하며, 상기 알킬렌기는 2 내지 10개의 탄소 원자를 포함하고,
    (b) 치환형 또는 비치환형 아릴렌기를 포함하는 아릴렌기이고, 산소, 질소, 황, 규소, 인 및 브롬으로부터 선택되는 헤테로 원자가 상기 아릴렌기에 선택적으로 존재하며, 상기 아릴렌기는 6 내지 20개의 탄소 원자를 포함하고,
    (c) 치환형 또는 비치환형 아릴알킬렌기를 포함하는 아릴알킬렌기이고, 상기 아릴알킬렌기의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화형, 불포화형, 환형 또는 그의 조합일 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소, 인 및 브롬으로부터 선택되는 헤테로 원자가 독립적으로 상기 아릴알킬렌기의 알킬 부분 또는 아릴 부분에 선택적으로 존재하고, 상기 아릴알킬렌기는 7 내지 20개의 탄소 원자를 포함하며, 및
    (d) 치환형 또는 비치환형 알킬아릴렌기를 포함하는 알킬아릴렌기이고, 상기 알킬아릴렌기의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화형, 불포화형 및/또는 환형일 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소, 인, 브롬 등과 같은 헤테로 원자가 상기 알킬아릴렌기의 알킬 부분 및 아릴 부분 중 하나 또는 모두에서 존재하거나 존재하지 않을 수 있고, 비록 톨리렌 등과 같이, 탄소 원자의 수가 이 범위 밖일 수 있지만, 하나의 실시형태에서 적어도 7개의 탄소 원자, 및 하나의 실시형태에서 20개 이하의 탄소 원자, 다른 실시형태에서 18개 이하의 탄소 원자, 및 또 다른 실시형태에서 16개 이하의 탄소 원자를 가지며,
    상기 치환된 알킬렌, 아릴렌, 아릴알킬렌 또는 알킬아릴렌기에서 치환기는 수산기, 할로겐 원자, 아민기, 이민기, 암모늄기, 시아노기, 피리딘기, 피리디늄기, 에테르기, 알데하이드기, 케톤기, 에스테르기, 아미드기, 카르보닐기, 티오카르보닐기, 설페이트기, 설포네이트기, 설폰산기, 설피드기, 설폭사이드기, 포스핀기, 포스포늄기, 포스페이트기, 니트릴기, 메르캅토기, 니트로기, 니트로소기, 설폰기, 아실기, 산 무수물 기, 아지드기, 시아나토기, 이소시아나토기, 티오시아나토기, 이소티오시아나토기, 카르복실레이트기, 카르복실산기, 우레탄기, 우레아기 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 둘 이상의 치환기는 함께 결합하여 고리를 형성할 수 있으며;
    착색제; 및
    선택적으로 점도 개질제를 포함하는 고체 잉크 조성물로서,
    상기 상 변화 성분은 결정성이고, 하나 이상의 치환형 옥사졸린 화합물, 치환형 옥사졸린 유도체, 또는 이들 모두를 포함하며, 추가로 상기 고체 잉크 조성물은 20℃의 온도 변화 안에서 액체에서 고체로 상 변화 전이를 보이고, 상기 상 전이는 45 및 130℃ 사이의 온도에서 일어나며, 추가로 상기 결정성 상 변화 성분 및 비결정성 성분은 50:50 내지 95:5의 중량비로 혼합되는 고체 잉크 조성물.
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