KR101931388B1 - 빠르게 결정화되는 결정질-비결정질 잉크 조성물 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
비결정질 성분 및 결정질 물질을 포함하는 상 변화 잉크로서, 코팅된 종이 기재 상에 인쇄하는 것을 포함하는, 잉크젯 인쇄에 적합한 상 변화 잉크를 개시한다. 특히, 비결정질 성분 내에 존재하는 작용기가 결정질 성분 내에 존재하는 작용기와 상이하다. 특히, 상기 상 변화 잉크 조성물은 빠르게 고형화되며 고속 인쇄에 적합하다.
Description
본 발명은 실온(예를 들어, 20-27℃)에서 고형화 되고 상승된 온도에서 용융되어, 용융된 잉크가 기재에 적용될 수 있는, 상승된 온도에서 용융되는 것을 특징으로 하는 상 변화 잉크 조성물에 관한 것이다. 이러한 상 변화 잉크 조성물은 잉크젯 인쇄에 사용될 수 있다. 본 발명은 비결정질 물질, 결정질 물질 및 선택적으로 색료를 포함하는 신규한 상 변화 잉크 조성물 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
일반적으로 상 변화 잉크(종종 "핫 멜트 잉크"로 일컬어짐)는 대기 온도에서 고체 상태로 있지만, 잉크젯 인쇄 장치가 작동하는 고온에서는 액체 상태로 존재한다. 분사 온도에서 액체 잉크 방울은 인쇄 장치로부터 토출되며, 잉크 방울이 직접적으로 또는 가열된 중간 이송 벨트 또는 드럼을 통해 기록 매체의 표면과 접촉하는 경우에는 빠르게 고체화되어 소정 패턴의 고체화된 잉크 방울을 형성한다.
컬러 인쇄용 상 변화 잉크는 전형적으로 상 변화 잉크와 상용성이 있는 착색제와 조합되는 상 변화 잉크 담체 조성물을 포함한다. 구체적인 구현예에서, 일련의 컬러 상 변화 잉크는 상용성 있는 감산 기본 착색제(subtractive primary colorant)를 갖는 잉크 담체 조성물을 조합함으로써 형성될 수 있다. 상기 감산 기본 색상의 상 변화 잉크는 4가지 성분의 염료 또는 안료, 즉 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙을 포함할 수 있는데, 상기 잉크가 이들 4가지 색상으로 한정되는 것은 아니다. 이들 감산 기본 색상의 잉크는 하나의 염료 또는 안료, 또는 염료 또는 안료의 혼합물을 사용함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 마젠타는 솔벤트 레드 염료의 혼합물을 사용함으로써 얻을 수 있고, 또는 합성 블랙(composite black)은 몇 가지 염료를 혼합함으로써 얻을 수 있다. 착색제는 안료도 포함할 수 있다.
상 변화 잉크는 장기간 저장 등의 수송시에 실온에서 계속 고체 상태로 있기 때문에 잉크젯 프린터용으로 바람직하다. 아울러, 액체 잉크젯 잉크로의 잉크 증발의 결과로서 노즐 폐색과 관련된 문제점들이 대부분 없어짐으로써, 잉크젯 인쇄의 신뢰도가 향상되었다. 나아가, 잉크 방울이 최종 기록 매체(예컨대, 종이, 투명 재료 등) 상으로 직접 적용되는 상 변화 잉크젯 프린터에서는 방울이 기록 매체와 접촉하여 즉시 고체화되고, 그 결과 잉크가 인쇄 매체를 따라서 이동하는 것이 방지되어서 점(dot) 품질이 향상된다.
본 발명의 목적은 결정화 속도가 빨라서, 빠른 인쇄 환경에 적합한 상 변화 잉크를 제공하는 것이다.
본 발명에서는 비결정질 및 결정질 물질을 포함하며, 코팅된 종이 기재 상에 인쇄하는 것을 포함한 고속 잉크젯 인쇄에 적합한, 신규한 상 변화 잉크 조성물이 제공된다. 특히, 비결정질 성분에 존재하는 작용기는 결정질 성분에 존재하는 작용기와 상이하다.
특히, 본 구현예는, 적어도 하나의 작용기를 갖고 적어도 하나의 비결정질 말단기에 부착되는 비결정질 핵심 모이어티를 포함하는 비결정질 화합물, 적어도 하나의 작용기를 갖고 적어도 하나의 결정질 말단기에 부착되는 결정질 핵심 모이어티를 포함하는 결정질 화합물 및 선택적인 색료를 포함하며, 상기 비결정질 말단기는 알킬기를 포함하고, 상기 알킬기는 약 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는, 선형, 분지형 또는 환형이고, 포화 또는 불포화이며, 치환 또는 비치환된 것이고, 상기 결정질 말단기는 방향족기를 포함하고, 상기 비결정질 핵심 모이어티 내의 어떠한 작용기도 결정질 핵심 모이어티의 어떠한 작용기와 동일하지 않다.
구현예에서, 하기 구조를 갖고, 적어도 하나의 비결정질 말단기에 부착되는 비결정질 핵심 모이어티; 적어도 하나의 작용기를 갖고 적어도 하나의 결정질 말단기에 부착되는 결정질 핵심 모이어티; 및 색료를 포함하는 상 변화 잉크를 제공한다. 어떠한 작용기도 -OH가 아니고, 상기 비결정질 말단기는 알킬기를 포함하고, 상기 알킬기는 선형, 분지형 또는 환형이고, 포화 또는 불포화이고, 치환 또는 비치환된 것이며, 약 1 내지 약 16개의 탄소 원자를 가지며, 상기 비결정질 핵심 모이어티 내의 어떠한 작용기도 상기 결정질 핵심 모이어티 내의 어떠한 작용기와 동일하지 않다.
다른 구현예에서, 화학식 I의 타르타르산의 에스테르 또는 화학식 II의 시트르산의 에스테르를 포함하는 비결정질 화합물, 결정질 화합물 및 색료를 포함하며, 어떠한 작용기도 -OH기가 아니며, 상기 결정질 말단기는 선택적으로 치환된 페닐을 포함하고, 상기 결정질/비결정질 비율은 약 60:40 내지 약 95:5이고, 상기 상 변화 잉크의 총 결정화 시간은 결정질 화합물 단독의 총 결정화 시간의 약 5배를 넘지 않는 상 변화 잉크가 제공된다.
화학식 I
화학식 II
R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 알킬기이고, 상기 알킬기는 약 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는, 선형, 분지형 또는 환형일 수 있고, 포화 또는 불포화일 수 있으며, 치환 또는 비치환된 것일 수 있고; 적어도 하나의 작용기를 갖고 적어도 하나의 결정질 말단기에 부착된 결정질 핵심 모이어티를 포함하며, 어떠한 작용기도 수산기(-OH)가 아닌, 결정질 화합물; 및 색료를 포함하며; 상기 결정질 말단기는 선택적으로 치환된 페닐을 포함하고; 상기 결정질 화합물과 상기 비결정질 화합물의 비율이 약 60:30 내지 약 95:5이고; 상기 상 변화 잉크의 총 결정화 시간은 결정질 화합물 단독의 총 결정화 시간의 약 5배 이하이다.
본 발명은 비결정질 및 결정질 물질을 포함하며, 코팅된 종이 기재 상에 인쇄하는 것을 포함한 고속 잉크젯 인쇄에 적합한, 상 변화 잉크 조성물을 제공한다. 특히, 본 발명에 따른 상 변화 잉크는 15초 미만의 총 결정화 시간으로 결정화가 가능하여, 빠른 인쇄 환경에서 사용하기에 적합하다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 결정화 개시부터 결정화 완료까지의 결정 형성 과정을 나타내는 TROM 과정을 설명하는 사진이다.
여기서 사용되고 있는 바와 같이, "알킬"은 지방족 탄화수소기를 나타낸다. 상기 알킬 모이어티는 "포화 알킬"기일 수 있고, 이는 어떠한 알켄 또는 알킨 모이어티도 포함하지 않는다는 것을 의미한다. 상기 알킬 모이어티는 또한 "불포화 알킬" 모이어티일 수도 있고, 이는 적어도 하나의 알켄 또는 알킨 모이어티를 포함한다는 것을 의미한다. 상기 포화 또는 불포화 알킬 모이어티는 분지형, 선형 사슬, 또는 환형일 수 있다.
상기 알킬기는 1 내지 16개의 탄소 원자를 가질 수 있다("1 내지 16"과 같은 숫자로 나타낸 범위는;예를 들어 "1 내지 16개의 탄소 원자"는 알킬기가 1, 2, 3 등, 그 이상 및 16개의 탄소 원자로 이루어질 수 있다는 것을 의미한다). 상기 알킬기는 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는다. 상기 알킬기는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 저급 알킬일 수 있다. 본 발명의 화합물의 상기 알킬기는 "C1-C4 알킬" 또는 유사한 표시, 즉, 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이차-부틸 및 t-부틸로 표기될 수 있다.
상기 알킬기는 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 치환된 경우, 수소 옆의 어떤 기(group)도 치환기가 될 수 있다. 치환된 경우, 치환기는 하나 또는 그 이상의 기(group)일 수 있고, 상기 기들은 각각 독립적으로 하기 비제한적인 예들, 알킬, 시클로알킬, 수산기, 알콕시, 시아노, 할로, 및 단일 및 2기 치환된 아미노기를 포함하는 아미노로부터 선택될 수 있다. 전형적인 알킬기는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, t-부틸, 펜틸, 헥실, 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실 등과 같은 것들을 포함한다. 각 치환기는 더 치환될 수도 있다.
"아릴"은, 여기서 사용되고 있는 바와 같이, 한 개, 두 개 또는 세 개의 고리를 포함하는, 탄소환의 방향족계를 의미한다. 상기 고리는 팬던트(pendent) 방식으로 서로 부착되거나 또는 혼합되어 있을 수 있다. "아릴"은 벤질, 페닐, 나프틸, 안트라세닐 및 비페닐과 같은 방향족 라디칼을 포괄한다.
"아릴알킬"은, 여기서 사용되고 있는 바와 같이, 알킬기를 통해 부모 분자 모이어티에 부착된 아릴기를 나타낸다.
"알칸디일"은 알칸기의 2가 라디칼을 나타낸다. 이러한 알칸디일은 일반식 -Cn(RxRy)n-을 갖고, 각각의 Rx 및 Ry는 독립적으로 저급 알킬기 또는 수소이다.
"할로"는 플루오로, 클로로, 브로모 또는 요오드를 의미한다.
상 변화 잉크 기술은 인쇄 능력 및 많은 시장을 통한 고객을 확장시키고, 인쇄 응용의 다양성은 인쇄 기술, 인쇄 과정 및 잉크 물질의 효과적인 통합에 의해 촉진될 것이다. 상기 상 변화 잉크 조성물은 실온에서 고형화 되고, 기재에 적용할 수 있는 상승된 온도에서 용융되는 것을 특징으로 한다. 현재의 잉크 옵션은 다공성 종이 기재에 적용하는 것은 성공적일 수 있으나, 코팅된 종이 기재에는 언제나 만족스럽게 적용되지는 않는다.
고체 잉크 제형 내에 결정질 및 비결정질 작은 분자 화합물의 혼합물을 사용하는 것에 의해 강고한 잉크, 특히, 코팅된 종이 상에 강고한 이미지를 나타내는 강고한 잉크를 얻을 수 있다는 것이 이미 밝혀졌었다(US특허출원번호 No.13/095,636). 이러한 상 변화 잉크로 만들어진 인쇄 샘플은 현재 사용 가능한 상 변화 잉크들과 비교하여 긁힘, 접힘, 및 접힘 오프셋(fold offset)에 대해 더 우수한 강고성을 나타낸다.
그러나, 본 발명의 발명자들은, 선택적인 착색제와 함께 결정질 및 비결정질 물질로 이루어진 다수의 혼합물이, 용융 상태로 기재 상에 인쇄될 때 느리게 고형화되는 현상을 발견하였다. 이렇게 느리게 고형화되는 잉크는, 예를 들어 분당 100 피트(feet) 이상의 속도가 요구되는 인쇄인 대량 인쇄와 같은, 고속 인쇄 환경에서 사용하기에는 적합하지 않다. 잉크의 고형화는, 냉각 시 잉크의 결정 성분의 결정화에 기인한다.
본 발명의 발명자들은, 결정질 및 비결정질 성분으로 이루어진 조성물의 빠른 결정화는 조성물의 고유 속성이 아니라는 것을 밝혀냈다. 결정질/비결정질 혼합물의 결정화 속도는 결정질 및 비결정질 성분 각각에 영향을 받을 뿐만 아니라, 결정질 및 비결정질 성분 조합의 선택에 의해서 더 영향을 받는다. 예를 들어, 소정의 결정질 성분이 임의의 한 비결정질 성분과 혼합되어 빠른 결정화 성질을 갖는 조성물을 제공할 수 있지만, 동일한 결정질 성분이 다른 비결정질 성분과 혼합될 때 조성물의 결정화가 느려지는 결과를 가져올 수도 있다. 결정질 및 비결정질 성분의 조합의 화학 구조들 간의 관계에 의해 소정의 혼합물의 결정화 속도가 조절된다. 그러나, 빠르게 결정화되는 잉크를 제공하기 위하여 어떻게 결정질 및 비결정질 성분의 조합을 선택해야 하는 지에 대해서 설명하는 선행 기술은 존재하지 않는다.
본 구현예는, 빠른 결정화가 가능하도록 하기 위하여, 선택된 한 쌍의 결정질 및 비결정질 성분 각각의 화학 구조 내에 존재하는 작용기들 간의 관계에 대한 설계 규칙을 만족시키는 상 변화 잉크 조성물을 제공한다. 상기 설계 규칙은 하기와 같다.
(1) 상 변화 잉크 조성물은 비결정질 화합물과 결정질 화합물을 포함한다.
(2) 상기 비결정질 화합물은, 적어도 하나의 작용기를 갖고 적어도 하나의 비결정질 말단기에 부착되는 비결정질 핵심 모이어티를 포함하며, 상기 비결정질 말단기는 알킬기를 포함하고, 상기 알킬기는 약 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는, 선형, 분지형 또는 환형일 수 있고, 포화 또는 불포화일 수 있으며, 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 비결정질 화합물의 구조를 나타내는 도식을 하기에 나타낸다.
(3) 상기 결정질 화합물은, 적어도 하나의 작용기를 갖고 적어도 하나의 결정질 말단기에 부착되는 결정질 핵심 모이어티를 포함하며, 상기 결정질 말단기는 방향족기를 포함한다. 결정질 화합물의 구조를 나타내는 도식을 하기에 나타낸다.
(4) 비결정질 핵심 모이어티의 어떠한 작용기도 결정질 핵심 모이어티의 작용기와 동일하지 않다.
구현예에서, 상기 설계 규칙을 만족하는 한, 하나 또는 그 이상의 비결정질 화합물 뿐만 아니라 하나 또는 그 이상의 결정질 화합물도 사용하는 것이 가능하다.
본 명세서에 개시된 상기 설계 규칙에 따라 제조된 무색이며 염료 기반인 잉크는 빠른 결정화를 보여준다. 이러한 발견은, 많은 경우의 결정질-비결정질 잉크 조성물에 있어서 염료와 같은 색료의 부가는 잉크의 결정화 속도를 느리게 하는 것을 고려할 때, 잉크 설계에 있어 중요한 진보임을 보여주는 것이다.
본 명세서에서 보이고 있는 바와 같이, (1) 상기 결정질 물질 그 자체 및 (2) 상 변화 잉크의 형성에 있어서 상기 비결정질 및 결정질 물질 조합의 선택은 양자 모두 상기 상 변화 잉크의 결정화 속도에 기여한다. 따라서, 상기 결정질 성분은 단독으로(즉, 비결정질 성분 없이) 느린 혹은 빠른 결정화에 기여할 수 있다. 결정질 및 비결정질 성분의 혼합물도 또한 느린 혹은 빠른 결정화에 기여할 수 있다.
테스트 잉크의 빠른 인쇄적합성을 평가하기 위하여, 결정질 성분을 포함하는 상 변화 잉크의 결정화 속도를 측정하는 정량적인 방법이 개발되었다. TROM (Time-Resolved Optical Microscopy)은 다양한 테스트 샘플들 간의 비교를 가능하게 해주며, 그 결과, 빠르게 결정화되는 잉크의 설계와 관련된 과정을 관찰하는 데에 유용한 도구가 된다. TROM은 함께 출원중인 미국 특허출원번호 13/456,847에 설명되어 있다.
TROM은 극성광학현미경법(Polarized Optical Microscopy; POM)을 사용하여 결정의 출현 및 성장을 관찰한다. 샘플은 현미경의 교차하는 편광자 사이에 위치한다. 결정질 물질들은 복굴절성을 갖고 있기 때문에 가시적(visible)이다. 비결정질 물질들 또는 액체, 이와 유사한 것들, 예를 들어, 빛을 투과시키지 않는 용융 상태의 잉크는 POM으로 관찰할 때 까맣게 나타난다. 따라서, POM은 결정질 성분을 볼 때 영상 대조(image contrast)를 가능하게 하며, 용융 상태에서 일정 온도까지 냉각될 때 결정질-비결정질 잉크의 결정화 반응동역학을 추구하는 것을 가능하게 한다.
상이하고 다양한 샘플들 간의 비교를 가능하게 하는 데이터를 얻기 위하여, 실제 인쇄 과정에 대한 많은 파라미터들을 포함하는 것을 목표로 하여, 표준화된 TROM 실험 조건들이 수립되었다. 잉크 또는 잉크 베이스는 0.2 mm 내지 0.5 mm의 두께를 갖는 16-25 mm의 원형의 얇은 유리 슬라이드 사이에 끼워진다. 잉크층의 두께는 실제 인쇄 잉크층에 가깝게 5-25 μm로 유지된다(섬유 유리 스페이서로 조절됨). 결정화 속도의 측정을 위해, 샘플은 오프라인 전열기를 통해 예상되는 제팅(jetting) 온도(약 10-12 cps의 점도)로 가열되고, 그 후 광학현미경과 결합된 냉각 스테이지로 이송된다. 상기 냉각 스테이지는 열 및 액화 질소의 공급 조절을 통해 미리 정해진 온도에서 온도가 유지된다. 이러한 실험 모델은, 실제의 인쇄 과정에서 잉크 방울이 제팅(jetting)되는 드럼/종이의 예상되는 온도(여기에 개시된 실험용 온도는 40 ℃)로 세팅된다. 결정 형성 및 성장은 카메라로 기록된다.
구현예에서, TROM 과정에서의 주요 단계가 도 1에 도시되고 있다. 도 1은 단지 비결정질 및 결정질 성분만을 포함하는(염료나 안료를 포함하지 않는) 주선(mainline) 잉크 베이스의 측정 과정의 주요 단계를 강조하여 나타내고 있다. POM을 사용하여 관찰할 때, 용융상태인 0초 경과 시에는, 결정질-비결정질 잉크는 빛이 통과하지 않아 까맣게 보인다. 샘플이 결정화되면서, 결정질 영역이 더 밝게 나타나기 시작한다. TROM에서의 숫자들은 최초 결정(결정화가 시작)으로부터 마지막 결정(결정화가 완료) 까지의 시간을 의미한다.
TROM 과정에서 측정된 주요 파라미터들의 정의는 아래와 같다.
Time zero(T=0s) = 용융된 샘플이 현미경 아래의 냉각 스테이지에 위치함
T onset = 최초 결정이 나타난 시간
T growth = 최초 결정(T onset)으로부터 결정화의 완료시(T total)까지의 결 정 성장 기간
T total = T onset + T growth
선택된 잉크에 대하여 TROM 방법으로 얻은 결정화 시간은 실제 인쇄 장치에서의 잉크 방울의 결정화 시간과 동일하지 않다는 것을 이해할 필요가 있다. 프린터와 같은 실제 인쇄 장치에서는, 잉크는 훨씬 더 빠르게 고형화된다. 우리는 TROM 방법에 의해 측정된 총 결정화 시간과 프린터 내 잉크의 고형화 시간 간에 연관성이 있는 것으로 결론내렸다. 상술한 표준화된 조건에서, TROM 방법에 의해 측정한 결과 우리는 잉크는 20초 이내, 15초 이내, 혹은 10초 이내에 고형화되며(즉, 총 결정화 시간이 <20초, <15초, 또는 <10초), 빠른 인쇄, 일반적으로 100 피트/분 또는 그 이상의 인쇄 속도를 갖는 빠른 인쇄에 적합한 것으로 결론내렸다. 따라서, 본 개시의 목적을 위해, 15초보다 작은 결정화 시간을 갖는 결정화를 빠른 결정화로 간주한다.
결정질 성분을 포함하는 제형 및 결정질-비결정질 혼합 제형의 결정화 속도를 명확한 방법으로 비교하기 위하여, 결정질-비결정질 제형의 '결정화 비율(Crystallization Ratio; CR)'이 하기와 같이 정의된다.
CR = Ttotal(결정질 및 비결정질 혼합) / Ttotal(결정질)
Ttotal(결정질 및 비결정질 혼합)은 결정질 화합물과 비결정질 화합물의 조합의 혼합물을 포함하는 샘플의 총 결정화 시간을 나타내며; Ttotal(결정질)은 결정질 화합물만을 포함하는 샘플의 총 결정화 시간을 나타낸다.
임의의 순수 결정질 물질의 결정화 시간(Ttotal)은 동일한 결정질 물질을 비결정질 물질과 함께 혼합한 것과 비교할 때 더 짧은 것으로 예상된다. 이론에 얽매이지 않고, 결정질-비결정질 혼합물 내의 결정질 성분은 오직 비결정질 분자와의 상호 작용으로부터 분리될 때만 결정화되는 것으로 여겨진다. 그 결과, CR값은 본 발명에 개시된 모든 결정질-비결정질 잉크에 있어서 1 보다 더 높을 것으로 예상된다.
CR값이 큰 것은 결정질 성분 만의 결정화 시간과 비교하여 느리게 결정화되는 혼합물을 나타내며, CR값이 작은 것은 결정질 성분 만의 결정화 시간과 비교하여 빠르게 결정화되는 혼합물을 나타낸다. 예를 들어, 결정질 물질이 단독으로 3초 만에 결정화 되고, 즉, Ttotal(결정질) = 3초이고, 결정질 및 비결정질 혼합물이 동일한 TROM 측정 조건에서 30초 만에 결정화되는 경우, 즉, Ttotal(결정질 및 비결정질) = 30초인 경우, 혼합물의 결정화 비율 CR = 30/3 = 10이 된다. Ttotal(결정질) = 20초이고, Ttotal(결정질 및 비결정질) = 60초인 경우, CR = 60/20 = 3이 된다.
정의한 바대로, CR은 소정의 비결정질 성분과 혼합되었을 때 결정질 성분의 결정화 속도에 대한 영향을 계산하는 것이다.
실제로, CR < 5는 결정질 성분 단독에 대하여 빠르게 결정화되는 결정질-비결정질 제형을 나타내고; CR > 5는 결정질 성분 단독에 대하여 느리게 결정화되는 결정질-비결정질 제형을 나타낸다.
실제로, TROM 테스트에서 Ttotal(결정질 및 비결정질)이 15초 이하인 잉크는 약 100 피트/분 또는 그 이상의 인쇄 속도를 갖는 빠른 인쇄에 적합하다. 다시 얘기하면, 이러한 요구 사항을 만족시키는 잉크는 인쇄 속도보다 더 빠른 속도로 고형화된다.
구현예에서, 상 변화 잉크의 총 결정화 시간은 결정질 화합물 단독의 총 결정화 시간의 5배, 4배, 또는 3배를 넘지 않는다.
비결정질 화합물
구현예에서, 상기 비결정질 화합물은 화학식 I로 나타내어지는 타르타르산(tartaric acid)의 에스테르 또는 화학식 II로 나타내어지는 시트르산(citric acid)의 에스테르를 포함할 수 있다.
화학식 I
화학식 II
R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 알킬기이고, 상기 알킬기는 약 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는, 선형, 분지형 또는 환형일 수 있고, 포화 또는 불포화일 수 있으며, 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 구현예에서, R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 선택적으로 한 개 혹은 그 이상의 알킬기로 치환된 시클로헥실기이다. 이런 특정 구현예에서는, 상기 알킬기는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸 및 t-부틸로부터 선택된다. 특정 구현예에서, R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로, 선택적으로 한 개 혹은 그 이상의 알킬기로 치환된 시클로헥실기이며, 상기 알킬기는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸 및 t-부틸로부터 선택된다.
화학식 I을 참조하면, 구현예에서, R1 및 R2 중 하나는 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실이고, 나머지 하나는 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실, 4-t-부틸시클로헥실 또는 시클로헥실이거나, 혹은 R1 및 R2 중 하나는 4-t-부틸시클로헥실이고, 나머지 하나는 시클로헥실이다. 구현예에서, R1 및 R2는 각각 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실이다. 구현예에서, R1은 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실이고 R2는 4-t-부틸시클로헥실이다. 구현예에서, R1은 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실이고 R2는 시클로헥실이다. 구현예에서, R1은 4-t-부틸시클로헥실이고 R2는 시클로헥실이다.
화학식 II를 참조하면, 특정 구현예에서, R3, R4 및 R5 중 하나는 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실이고, R3, R4 및 R5 중 다른 하나는 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실, 4-t-부틸시클로헥실 또는 시클로헥실이거나, 혹은 R3, R4 및 R5는 4-t-부틸시클로헥실이고, R3, R4 및 R5 중 다른 하나는 시클로헥실이다. 특정 구현예에서, R3, R4 및 R5는 각각 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실이다. 특정 구현예에서, R3는 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실이고 R4 및 R5는 각각 4-t-부틸시클로헥실이다. 특정 구현예에서, R3는 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실이고 R4 및 R5는 각각 시클로헥실이다. 특정 구현예에서, R1은 4-t-부틸시클로헥실이고 R4 및 R5는 각각 시클로헥실이다.
몇몇의 적합한 비결정질 물질이 미국 특허출원번호 13/095,784에 개시되어 있다. 상기 비결정질 물질은 하기 화학식을 갖는 타르타르산의 에스테르를 포함할 수 있다.
R1 및 R2는 각각 독립적으로 또는 서로 동일하거나 상이하게, 알킬기로 이루어진 군에서 선택된다. 상기 알킬기 부분은 약 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는, 선형, 분지형 또는 환형일 수 있고, 포화 또는 불포화일 수 있으며, 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 구현예에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸 및 t-부틸로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 알킬기로 선택적으로 치환된 시클로헥실기이다.
타르타르산의 주요 골격은 L-(+)-타르타르산, D-(-)-타르타르산, DL-타르타르산 또는 메조타르타르산 및 그들의 혼합물 중에서 선택된다. 타르타르산의 R기 및 입체구조에 따라서, 에스테르는 결정을 형성하거나 안정한 비결정질 화합물을 형성할 수 있다. 구체적인 구현예에서, 상기 비결정질 화합물은 di-L-멘틸 L-타르타르산 염, di-DL-멘틸 L-타르타르산 염(DMT), di-L-멘틸 DL-타르타르산 염, di-DL-멘틸 DL-타르타르산 염 및 임의의 입체이성질체 및 그들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 에스테르화에 지방족 알콜 혼합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 에스테르화에 두개의 지방족 알콜 혼합물이 사용될 수 있다. 이러한 혼합 반응에 사용될 수 있는 지방족 알콜의 적절한 예로는 시클로헥산올 및 치환된 시클로헥산올(예를 들어, 2-, 3- 또는 4- -t-부틸시클로헥산올)을 들 수 있다. 상기 지방족 알콜의 몰비는 25:75 ~ 75:25, 40:60 ~ 60:40 또는 약 50:50일 수 있다.
상기 비결정질 화합물은 미국 특허출원번호 13/095,795에 개시된 시트르산의 에스테르를 포함할 수 있다. 이들 비결정질 물질들은 시트르산의 에스테르화 반응에 의해 합성된다. 특히, 시트르산은 다양한 알콜과 함께 반응하여 tri-에스테르를 형성한다. 상기 비결정질 화합물은 타르타르산의 에스테르화 반응에 의해 합성된다.
이러한 물질들은 제팅 온도(≤140℃, 또는 약 100 내지 약 140℃, 또는 약 105 내지 약 140℃) 부근에서 비교적 낮은 점도(<102 센티푸아즈(cps), 또는 약 1 내지 약 100 cps, 또는 약 5 내지 약 95 cps)를 보여주지만, 실온에서는 매우 높은 점도(>105)를 보여준다. 이러한 특징들로 인해 상기 물질은 비결정질 성분으로서 좋은 선택대상이 될 수 있다.
특히, di-DL-멘틸 L-타르타르산 염(DMT)은 본 구현예에서 비결정질 화합물로서 사용하기에 특별히 적합한 것으로 밝혀졌다.
상기 비결정질 성분을 합성하기 위하여, 타르타르산은 다양한 알콜과 반응하여 di-에스테르를 형성한다. 에스테르화에는 멘톨, 이소멘톨, 네오멘톨, 이소네오멘톨 및 임의의 입체이성질체 및 그들의 혼합물과 같은 다양한 알콜이 사용될 수 있다. 에스테르화에는 지방족 알콜의 혼합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 에스테르화에 두개의 지방족 알콜의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 지방족 알콜의 몰비는 25:75 ~ 75:25, 40:60 ~ 60:40 또는 약 50:50일 수 있다. 타르타르산과 반응할 때 비결정질 화합물을 형성하는 혼합물로 사용될 수 있는 적절한 지방족 알콜의 예로는, 시클로헥산올 및 치환된 시클로헥산올(예를 들어, 2-, 3-, 또는 4-tert-부틸-시클로헥산올)을 들 수 있다.
구현예에서, 2 혹은 그 이상의 몰당량의 알콜이, 타르타르산의 di-에스테르를 생산하기 위한 반응에 사용될 수 있다. 1 몰당량의 알콜이 사용되는 경우, 결과물은 대부분 모노-에스테르이다.
다른 적합한 비결정질 화합물은 미국 특허출원번호 13/095,795에 개시된 것들을 포함한다. 상기 비결정질 물질은 하기 구조를 갖는 화합물을 포함할 수 있다.
R3, R4 및 R5는 독립적으로 알킬기이고, 상기 알킬기는 약 1 내지 16개의 탄소 원자를 갖는, 선형, 분지형 또는 환형일 수 있고, 포화 또는 불포화일 수 있으며, 치환 또는 비치환된 것, 및 그들의 혼합물 일 수 있다. 특히, tri-DL-멘틸 시트르산 염(TMC)은 인쇄 이미지에 강고성을 부여하기에 적합한 열적 및 유동학적 속성을 만족시키는 바람직한 비결정질 후보이다.
이러한 비결정질 물질들은 시트르산의 에스테르화 반응에 의해 합성된다. 특히, 시트르산은 개시된 합성 계획에 따라 다양한 알콜과 반응하여 tri-에스테르를 만든다. 구현예에서, 상 변화 잉크 조성물은 에스테르화 반응에서, 시트르산으로부터 합성된 비결정질 화합물과 적어도 하나의 알콜을 사용하여 얻어진다.
이 물질들은 제팅 온도(≤140℃, 또는 약 100 내지 약 140℃, 또는 약 105 내지 약 140℃) 부근에서 비교적 낮은 점도(<102 센티푸아즈(cps), 또는 약 1 내지 약 100 cps, 또는 약 5 내지 약 95 cps)를 보여주지만, 실온에서는 매우 높은 점도(>105)를 보여준다.
구현예에서, 상기 비결정질 화합물은 결정질 화합물과 함께 배합되어 고체 잉크 조성물을 형성한다. 상기 잉크 조성물은 양호한 유동학적 특성을 보여준다. K-proof에 의해 코팅된 종이에 상기 고체 잉크 조성물로 인쇄한 인쇄 샘플은 우수한 강고성을 보인다. 게다가, 에스테르 베이스로 타르타르산을 사용하는 것은 비용이 적게 들고 잠재적인 생물-유도(bio-derived) 자원으로부터 얻을 수 있다는 부가적인 장점을 갖는다.
구현예에서, 상기 고체 잉크 조성물은 에스테르화 반응에서 타르타르산과 적어도 하나의 알콜로부터 합성된 신규한 비결정질 화합물을 이용하여 얻어질 수 있다. 상기 고체 잉크 조성물은 결정질 화합물 및 색료와 결합한 비결정질 화합물을 포함한다. 본 구현예는 요구되는 수준의 점도를 유지하면서, 액체로부터 고체로의 예리한 상 전이를 인식할 수 있고, 단단하고 강고한 인쇄된 이미지를 얻을 수 있는, 비결정질 화합물 및 결정질 화합물 간의 균형을 포함한다. 이 잉크로 만들어진 인쇄물은 상업적으로 이용할 수 있는 잉크를 능가하는 장점, 예를 들어 긁힘에 대한 더 우수한 강고성이 있음을 입증하였다. 따라서, 고체 잉크용 비결정질 화합물을 제공하는, 타르타르산의 본 에스테르는, 바람직한 유동학적 특성을 가지며 잉크젯 인쇄를 위해 요구되는 많은 요구 사항을 만족시키는 강고한 잉크를 생산해내는 것으로 밝혀졌다.
구현예에서, 상기 비결정질 물질은 상기 잉크 조성물의 총 중량에 대하여 약 5~40 중량%, 또는 약 5~35 중량%, 또는 약 10~30 중량%의 양으로 존재한다.
상기 결정질 물질은 약 140℃의 온도에서 예리한 결정화 및 비교적 낮은 점도(≤12 센티푸아즈(cps), 또는 약 0.5 내지 약 20 cps, 또는 약 1 내지 약 15 cps)를 보이지만, 실온에서는 매우 높은 점도(> 106 cps)를 보인다. 이러한 물질들은 150℃ 미만, 또는 약 65℃ 내지 약 150℃, 또는 약 66℃ 내지 약 145℃의 용융 온도(T용융)를 갖고, 60℃를 초과, 또는 약 60℃ 내지 약 140℃, 또는 약 65℃ 내지 약 120℃의 결정화 온도(T결정화)를 갖는다. 상기 T용융와 T결정화 간의 ΔT는 약 55℃ 미만이다.
상기 결정질 성분은 아미드, 방향족 에스테르, 지방족 선형 이산의 에스테르, 우레탄, 술폰, 또는 그들의 혼합물을 포함할 수 있다. 결정질 물질들은 하기 구조를 포함한다.
화학식 IV
R8 및 R9는 동일하거나 상이할 수 있고, R8 및 R9는 각각 독립적으로 (i)선형 또는 분지형, 환형 또는 비환형, 치환 또는 비치환, 포화 또는 불포화된 것으로서, 헤테로원자가 선택적으로 존재할 수 있으며, 구현예에서, 약 1 내지 약 40개의 탄소 원자, 또는 약 1 내지 약 20개의 탄소 원자, 또는 약 1 내지 약 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기; (ii)치환 또는 비치환된 아릴알킬기로서, 상기 아릴알킬기의 알킬부는 선형 또는 분지형, 환형 또는 비환형, 치환 또는 비치환, 포화 또는 불포화된 것으로서, 헤테로원자가 선택적으로 아릴부 또는 알킬부에 존재할 수 있으며, 구현예에서, 약 4 내지 약 40개의 탄소 원자, 또는 약 7 내지 약 20개의 탄소 원자, 또는 약 7 내지 약 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴알킬기;및 (iii)치환 또는 비치환된 방향족기로서, 치환기가 선형, 분지형, 환형 또는 비환형 알킬기일 수 있고 헤테로원자가 선택적으로 존재할 수 있으며, 약 3 내지 약 40개의 탄소 원자, 또는 약 6 내지 약 20개의 탄소 원자, 또는 약 6 내지 약 10개의 탄소 원자를 갖는 방향족기로 이루어진 군에서 선택된다.
적합한 결정질 물질은 하기 구조를 포함한다.
화학식 V
R10 및 R11은 동일하거나 상이할 수 있고, R10 및 R11은 각각 독립적으로 (i)선형 또는 분지형, 환형 또는 비환형, 치환 또는 비치환, 포화 또는 불포화된 것으로서, 헤테로원자가 선택적으로 존재할 수 있으며, 구현예에서, 약 1 내지 약 40개의 탄소 원자, 또는 약 1 내지 약 20개의 탄소 원자, 또는 약 1 내지 약 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기; (ii)치환 또는 비치환된 아릴알킬기로서, 상기 아릴알킬기의 알킬부는 선형 또는 분지형, 환형 또는 비환형, 치환 또는 비치환, 포화 또는 불포화된 것으로서, 헤테로원자가 선택적으로 아릴부 또는 알킬부에 존재할 수 있으며, 구현예에서, 약 4 내지 약 40개의 탄소 원자, 또는 약 7 내지 약 20개의 탄소 원자, 또는 약 7 내지 약 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴알킬기;및 (iii)치환 또는 비치환된 방향족기로서, 치환기가 선형, 분지형, 환형 또는 비환형 알킬기일 수 있고 헤테로원자가 선택적으로 존재할 수 있으며, 약 3 내지 약 40개의 탄소 원자, 또는 약 6 내지 약 20개의 탄소 원자, 또는 약 6 내지 약 10개의 탄소 원자를 갖는(상기 범위 밖의 탄소 원자 개수를 가질 수도 있다) 방향족기 및 그들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되고, R10 및 R11 중 적어도 하나는 방향족기이고 p는 0 또는 1이다.
결정질 방향족 에테르의 비제한적 예로는,
및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
적합한 결정질 성분들은 하기 구조를 갖는 지방족 선형 이산의 에스테르를 포함한다.
화학식 VI
R12는 치환 또는 비치환된 알킬 사슬일 수 있고 -(CH2)1- 내지 -(CH2)12-로 이루어진 군에서 선택되며, R13 및 R14는 각각 독립적으로 알킬기를 포함하는 치환기로 치환 또는 비치환된 방향족기 또는 헤테로방향족기로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 알킬부는 선형, 분지형 또는 환형일 수 있다.
적합한 결정질 성분들은 하기 구조를 갖는 다이우레테인(diurethanes)을 포함할 수 있다.
화학식 VII
Q는 알칸디일(alkanediyl)이고; R15 및 R16은 각각 독립적으로, 하나 혹은 그 이상의 알킬로 선택적으로 치환된 페닐 또는 시클로헥실이고; i는 0 또는 1; j는 0 또는 1; p는 1 내지 4; q는 1 내지 4이다. 이러한 특정 구현예에서, R15 및 R16은 페닐이다. 특정 구현예에서, Q는 -(CH2)n-이고 n은 4 내지 8이다. 이러한 특정 구현예에서, n은 6이다. 특정 구현예에서, R15 및 R16은 독립적으로 벤질, 2-페닐에틸, 2-페녹시에틸, C6H5(CH2)4-, 시클로헥실, 2-메틸시클로헥실, 3-페닐프로파닐, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 시클로헥실메틸, 2-메틸시클로헥실메틸, 3-메틸시클로헥실메틸, 4-메틸시클로헥실메틸, 및 4-에틸시클로헥사닐로부터 선택된다.
적합한 결정질 성분들은 하기 구조를 갖는 술폰 화합물일 수 있다.
화학식 VIII
R17 및 R18은 동일하거나 상이할 수 있고, R17 및 R18은 각각 독립적으로 (i)선형 또는 분지형, 환형 또는 비환형, 치환 또는 비치환, 포화 또는 불포화된 것으로서, 헤테로원자가 선택적으로 존재할 수 있으며, 구현예에서, 약 1 내지 약 40개의 탄소 원자, 또는 약 1 내지 약 20개의 탄소 원자, 또는 약 1 내지 약 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기; (ii)치환 또는 비치환된 아릴알킬기로서, 상기 아릴알킬기의 알킬부는 선형 또는 분지형, 환형 또는 비환형, 치환 또는 비치환, 포화 또는 불포화된 것으로서, 헤테로원자가 선택적으로 아릴부 또는 알킬부에 존재할 수 있으며, 구현예에서, 약 4 내지 약 40개의 탄소 원자, 또는 약 7 내지 약 20개의 탄소 원자, 또는 약 7 내지 약 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴알킬기;및 (iii)치환 또는 비치환된 방향족기로서, 치환기가 선형, 분지형, 환형 또는 비환형 알킬기일 수 있고 헤테로원자가 선택적으로 존재할 수 있으며, 약 3 내지 약 40개의 탄소 원자, 또는 약 6 내지 약 20개의 탄소 원자, 또는 약 6 내지 약 10개의 탄소 원자를 갖는(상기 범위 밖의 탄소 원자 개수를 가질 수도 있다) 방향족기 및 그들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다.
구현예에서, R17 및 R18은 각각 독립적으로, 하나 혹은 그 이상의 할로기, 아미노기, 하이드록시기 또는 시아노기 및 그들의 조합으로 선택적으로 치환된 알킬 또는 아릴이거나, 또는 R17 및 R18은 S 원자로 서로 합쳐져 헤테로 환형 고리를 형성한 것일 수 있다. 구현예에서, R17 및 R18은 각각 독립적으로, 선택적으로 치환된 알킬, 예를 들어, 메틸, 에틸, 이소프로필, n-부틸 또는 t-부틸이다. 구현예에서, R17 및 R18은 각각 독립적으로 하나 혹은 그 이상의 아미노, 클로로, 플루오로, 하이드록시, 시아노 또는 그들의 조합으로 치환된다. 아릴기에 대한 치환은 페닐기 및 그들의 조합의 오르소(ortho), 메타(meta) 또는 파라(para) 위치에서 이루어질 수 있다. 특정 구현예에서, R17 및 R18은 각각 독립적으로 2-하이드록시에틸 또는 시아노메틸이다.
구현예에서, 상기 결정질 성분은 디페닐 술폰, 디메틸 술폰, 비스(4-하이드록시페닐)술폰, 비스(4-아미노페닐)술폰, 비스(3-아미노페닐)술폰, 비스(4-클로로페닐)술폰, 비스(4-플루오로페닐)술폰, 2-하이드록시페닐-4-하이드록시페닐 술폰, 페닐-4-클로로페닐 술폰, 페닐-2-아미노페닐 술폰, 비스(3-아미노-4-하이드록시페닐)술폰, 디벤질 술폰, 메틸에틸 술폰, 디에틸 술폰, 메틸이소프로필 술폰, 에틸이소프로필 술폰, 디-n-부틸 술폰, 디비닐 술폰, 메틸-2-하이드록시메틸 술폰, 메틸클로로메틸 술폰, 술포란(sulfolane), 3-술포렌(3-sulfolene), 및 그들의 혼합물을 포함할 수 있다.
구현예의 상기 잉크는 일반적인 첨가제들과 관련된 알려진 기능을 이용하기 위해, 상기 일반적인 첨가제들을 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제들은, 예를 들면, 적어도 하나의 산화방지제, 소포제, 슬립 및 균전제(slip and leveling agents), 정화제, 점도조절제, 접착제, 가소제 등을 포함할 수 있다.
상기 잉크는 산화로부터 이미지를 보호하고, 잉크가 잉크 저장통에 가열된 용융 상태로 존재하는 동안 잉크 성분이 산화되는 것을 방지하기 위하여 선택적으로 산화방지제를 포함할 수 있다.
상기 산화방지제를 포함하는 경우, 상기 산화방지제는 잉크 중량에 대하여 0.25% 내지 10%, 또는 1% 내지 5%의 원하는 양으로 잉크 내에 포함될 수 있다.
구현예에서, 여기에 기재된 상기 상 변화 잉크 조성물은 또한 색료를 포함할 수 있다. 임의의 요구되는 색료가 상기 상변화 잉크 조성물에 포함될 수 있으며, 상기 색료는 염료, 착색제 또는 그들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 상기 잉크 조성물 내에 분산 혹은 용해될 수 있고 다른 잉크 조성물들과 함께 사용할 수 있는 것이라면 어떤 염료나 착색제도 선택할 수 있다. 상 변화 담체 조성물은 일반적인 상 변화 잉크 색료 물질들, 예를 들어, Color Index (C.I.) Solvent Dyes, Disperse Dyes, modified Acid and Direct Dyes, Basic Dyes, Sulphur Dyes, Vat Dyes와 함께 사용될 수 있다. 고분자염료도 또한 사용될 수 있다.
착색제도 또한 상기 상 변화 잉크에 적합한 색료이다.
잉크 베이스 내 착색제의 분산은 상승제 및 분산제에 의해 안정화될 수 있다. 적합한 착색제는 유기 물질 또는 무기 물질일 수 있다.
구현예에서, 용제 염료가 사용된다. 용제 염료의 예는, 여기에 개시된 상기 잉크 담체와 함께 사용할 수 있는 성질 덕분에 주정용 염료(spirit soluble dye)를 포함할 수 있다.
색료는 착색제는 원하는 색상 또는 색조를 얻기 위해 상 변화 잉크 내에 임의의 원하는 양으로 존재할 수 있으며, 예를 들어 잉크 중량의 적어도 0.1% 내지 50%, 적어도 0.2% 내지 20%, 및 적어도 0.5% 내지 10%의 양으로 존재할 수 있다.
구현예에서, 용융 상태에서, 상기 상 변화 잉크에 사용되는 잉크 담체는 제팅 온도에서 약 1 내지 약 22 cps의 점도, 또는 약 4 내지 약 15 cps, 또는 약 6 내지 약 12 cps의 점도를 갖는다. 상기 제팅 온도는 전형적으로 약 100℃ 내지 약 140℃의 범위를 포함한다. 구현예에서, 상기 고체 잉크는 실온에서 약 106 cps를 초과하는 점도를 갖는다. 구현예에서, 상기 고체 잉크는, 10℃/분의 속도로 시차 주사 열량계(DSC)에 의해 결정되는 바와 같이, 약 65 내지 약 140℃, 또는 약 70 내지 약 140℃, 또는 약 80 내지 약 135℃의 T용융를 갖고, 약 40 내지 약 140℃, 또는 약 45 내지 약 130℃, 또는 약 50 내지 약 120℃의 T결정화를 갖는다.
상기 잉크 조성물은 임의의 적합한 방법으로 제조할 수 있다. 상기 잉크 담체의 각 성분들은 서로 혼합될 수 있고, 그 후 상기 혼합물은 적어도 용융점, 예를 들어, 약 60℃ 내지 약 150℃, 80℃ 내지 약 145℃, 및 85℃ 내지 약 140℃까지 가열된다. 상기 잉크는 주위 온도에서는 고체 상태이다. 구현예에서, 형성 과정 동안, 용융 상태의 상기 잉크는 몰드 내로 부어진 후 냉각되고 고형화되어 잉크 스틱(ink stick)을 형성한다.
어떤 상황에선, 고속에서 인쇄될 수 있는 잉크를 공급하는 것이 유리할 수 있다. 이는 종이 위에 위치하면, 빠른 인쇄 과정 동안 인쇄된 이미지의 오프셋을 방지하기 위해 매우 빠르게 고형화될 수 있는 잉크를 요한다.
코팅된 보통 용지를 포함하는, 임의의 적합한 기재 또는 기록 시트가 사용될 수 있다. 투명 물질, 섬유, 직물 제품, 플라스틱, 고분자 필름, 무기 기록 매개체, 예컨대 금속 및 목재 등도 또한 사용될 수 있다.
실시예
1
결정질 성분
결정질 TROM 샘플들을 상술한 과정에 따라 제조하였다. 결정질 물질들의 결정화 속도를 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
| 조절 샘플 | 화합물 | 구조 | T용융(℃) | Tonset(초) | Tgrowth(초) | Ttotal(초) |
| a | Diphenyl sulfone, DPS (purchased from TCI) |
 |
132 | 2 | 1 | 3 |
| b | bis(4-methoxyphenyl) octanedioate |
 |
119 | 2 | 1 | 3 |
| c | di-p-tolyl octanedioate |
 |
85 | 3 | 2 | 5 |
| d | Diphenethyl L-Tartrate, DPT |
 |
112 | 2 | 1 | 3 |
| e | dibenzyl hexane-1,6-diyldicarbamate |
 |
127 | 2 | 3 | 5 |
| f | N1,N2,N3-tributyl-2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxamide |
 |
108 | 12 | 7 | 19 |
표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 조절 샘플 a-e는 구조에 관계없이 결정화 개시에 걸리는 시간(Tonset)과 총 결정화 시간(Ttotal)이 모두 유사하다는 것을 보여주고 있다. 조절 샘플 a-e는 5초 이내에 결정화된 반면, 조절 샘플 f는 완전히 결정화되기까지 거의 19초가 소요되어 훨씬 느리게 결정화되었다. 조절 샘플 f는 개시된 설계 규칙이 유효하다는 것을 입증하는 조절 샘플로서 사용되었다. 모든 조건이 동일하다면, N1,N2,N3-tributyl-2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxamide를 사용하여 제조한 잉크는 다른 결정질 물질로 만든 잉크보다 더 느리게 결정화되는 것으로 예상된다.
실시예
2
결정질-비결정질 제형
80%의 결정질 성분을 포함하도록 결정질:비결정질 = 8g:2g으로, 또는 70%의 결정질 성분을 포함하도록 결정질:비결정질 = 7g:3g으로 혼합하고 140℃에서 30분 내지 1시간 동안 교반하여, 표 2 및 표 3에 나타낸 결정질 및 비결정질 물질로 이루어진 혼합물 10g을 제조하였다. 각 결정질-비결정질 조합의 CR은 정규화되었고, 계산된 CR값을 표 2 및 표 3에 나타내었다.
| 샘플 | 결정질(%) | 비결정질(%) | Ttest(℃) | Tonset(초) | Tgrowth(초) | Ttotal(초) | CR |
| 1 |  Diphenyl sulfone (DPS) (80) |
 TMC (20) |
130 | 2.5 | 2.0 | 4.5 | 1.5 [4.5/3] |
| 2 |  dibenzyl hexane-1,6-diyldicarbamate (70) |
 DMT (30) |
120 | 2 | 10 | 12 | 2.4 [12/5] |
| 3 |  di-p-tolyl octanedioate (80) |
 DMT (20) |
80; 100; 120; 140 |
~ 4 | ~ 3 | ~ 7 | 1.4 [7/5] |
| 4 |  bis(4-methoxyphenyl) octanedioate (80) |
 DMT (20) |
120; 140 |
~ 4 | ~ 3 | ~ 7 | 2.3 [7/3] |
| 샘플 | 결정질(%) | 비결정질(%) | Ttest(℃) | Tonset(초) | Tgrowth(초) | Ttotal(초) | CR |
| 5 |  DPT (80) |
 TMC (20) |
120 | 25 | 150 | 175 | 58 [175/3] |
| 6 |  DPT (80) |
 DMT (20) |
115 | 3 | 17-25 | 20-28 [24] |
8 [24/3] |
| 7 |  N1,N2,N3-tributyl-2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxamide (70) |
 TMC (30) |
115 | 110 | 200 | 310 | 16 [310/19] |
빠르게 결정화되는 제형
표 2에 설명된 모든 샘플들(#1-4)은 CR < 2.5의 TROM 테스트 조건 하에서 빠른 결정화 시간(< 15초)을 보였다. 비결정질-결정질 조합이 결정질 성분 단독에 비하여 "빠른" 결정화로 간주되기 위해서는 CR < 5가 요구된다. 상기 결정질 성분은 아릴 또는 아릴알킬기를 포함하고, 상기 비결정질 성분은 오직 지방족기만을 포함한다. 보통, 이 샘플들은 물질 설계 자격요건들을 충족시킨다.
느리게 결정화되는 제형(
비교예
)
표 3에 나타낸 모든 샘플들은 CR > 5의 TROM 테스트 조건 하에서 느리거나 혹은 매우 느린 결정화 속도(> 20초)를 갖는다. 본 개시에 따라 정의된 바에 의하면, 이 샘플들은 "느리게" 결정화되는 제형으로 간주된다. 샘플 5-7 중 어느 것도 빠르게 결정화되는 제형을 위한 설계 규칙 자격요건들을 충족시키지 않는다.
샘플 5 및 6은 결정질 성분 및 비결정질 성분 둘 다 핵심 모이어티 내에 동일한 작용기(OH기)를 갖기 때문에, 설계 규칙의 자격요건 (c)를 충족시키지 않는다. 이론에 얽매이지 않고, 동일한 작용기를 갖는 성분들은 서로 매우 양립성이 높아서, 결정화가 가능하도록 결정질 성분이 비결정질 수지로부터 빠르게 분리되기에 불리할 것으로 여겨진다.
마찬가지로, 샘플 7은 결정질 성분이 아릴기나 아릴알킬기를 포함하고 있지 않고, 비결정질 및 결정질 성분 둘 다 핵심 모이어티 내에 동일한 작용기(OH기)를 갖기 때문에 설계 규칙의 자격요건 (a) 및 (c)를 충족시키지 않는다. 그 결과, CR = 16이라는 큰 값을 보여준다. Ttotal(결정질 및 비결정질) = 310초를 고려하면, 샘플 7은 빠른 인쇄에는 추천할 수 없는 매우 느리게 결정화되는 조성물이다.
실시예
3
선택된 제형 및 염료로 만들어진 잉크
느리게 결정화되는 잉크(
비교예
)
강고한 잉크를 제공하기 위하여 DPT/DMT (80/20)를 포함하는 결정질/비결정질 잉크 베이스 조성물이 이미 보고되었다(Attorney File No. 20101139-390680). 상기 제형은 샘플 6(표 3)이다. 전술한 바와 같이, 우리가 경험한 것은 잉크 베이스 제형 #6에 염료를 부가하는 것은 잉크 결정화에 의미 있는 감속(Ttotal이 더 높음)을 가져오는 결과를 가져온다는 것이다. 감속 인자는 염료에 매우 민감하다. 표 4에서 보인 바와 같이, 잉크의 총 결정화 시간(Ttotal)은 24초(베이스 단독, 제형 #6)에서 DR 60 염료를 사용할 때(#10) 65초에서, SB67 염료를 사용할 때(#9) 281초까지 증가하였다. 이는 4.3의 인자를 나타낸다. 특히 중요하게, 모든 잉크(8-10)는 느리게(> 20초) 결정화된다.
| 잉크# | 잉크 세부사항 | Ttest(℃) | Tonset(초) | Tgrowth(초) | Ttotal(초) | 결정화 영향 |
| 6 | DPT/DMT=80/20 No dye (base) |
115 | 3-4 | 20 | 24 | 기준선 |
| 8 | DPT/DMT=80/20 SB101 (1%) (Blue dye ink) |
115 | 8 | 99 | 107 | 감속 |
| 9 | DPT/DMT=80/20 SB 67 (2%) (Blue dye ink) |
120 | 61 | 220 | 281 | 감속 |
| 10 | DPT/DMT=80/20 DR 60 (2%) (Red dye ink) |
120 | 5 | 60 | 65 | 감속 |
설계 규칙에 따라 빠르게 결정화되는 잉크
표 5에 나타낸 몇몇의 잉크는 파란 염료의 추가에 의해 빠르게 결정화되는 잉크 베이스(표 2에서 선택된)로부터 제조되었다. 잉크 샘플 12-14 모두는 빠른 총 결정화 시간(Ttotal < 15초)을 나타낸다. 잉크 베이스에 염료(Orasol Blue GN 또는 SB101)를 첨가하는 것은, 염료 첨가 없는 잉크 베이스인 샘플 4, 1 및 2와 유사한 총 결정화 시간을 나타내는 것으로 보아, 잉크의 결정화 속도에 영향을 주지 않는 것으로 나타난다.
| 잉크# | 잉크 세부사항 | Ttest(℃) | Tonset(초) | Tgrowth(초) | Ttotal(초) | 코멘트 |
| 11 | 베이스: bis(4-methoxyphenyl) octanedioate /DMT(80/20)염료: Orasol Blue GN (3%) | 125 | 5 | 3 | 8 | Ttotal = 7초인 샘플 4와 비교 |
| 12 | 베이스: DPS/TMC (80/20) 염료: SB101 (2%) |
130 | 3 | 2 | 5 | Ttotal = 4.5초인 샘플 1과 비교 |
| 13 | 베이스: dibenzyl hexane-1,6-diyldicarbamate/DMT (70/30) 염료: SB101 (2%) |
120 | 2 | 9 | 11 | Ttotal = 12초인 샘플 2와 비교 |
이러한 결과들은 여기에 개시된 설계 규칙을 통해 빠르게 결정화되는 잉크를 얻을 수 있음을 나타낸다. 적절한 결정질 및 비결정질 물질들을 선택할 수 있는 지능적인 설계를 사용하는 것은 결정화 시간에 있어서 염료 선택에 덜 민감한 강고한 잉크 베이스를 가능하게 한다.
실시예
4: 빠르게 결정화되는 잉크의 강고함 입증
그 후 표 5에 개시된 잉크 12 및 13을 K-printing proofer(RK Print Coat Instrument Ltd., Litlington, Royston, Heris, SG8 0OZ, U.K.에 의해 제조)를 사용하여 XEROX Digital Color Elite Gloss, 120gsm(DCEG)에 코팅하여, 기재로부터 쉽게 제거되지 않는 강고한 이미지를 형성하였다.
직각으로부터 약 15°의 각도로, 528 g의 무게로, 굴곡이 있는 뾰족한 끝으로 긁고 찌르며 대략 13 mm/초의 속도로 이미지를 가로질렀을 때, 어떠한 잉크도 눈에 띄게 이미지로부터 제거되지 않았다. 긁고/찌르는 뾰족한 끝은 대략 12 mm의 곡률 반경으로 잘라내는 선반의 둥근 노오즈(nose)와 유사하다.
여기서 언급된 모든 특허 및 출원은 명세서 내에 명확하게, 그리고 전체적으로 참조로서 통합된다.
Claims (10)
- 화학식 I의 타르타르산의 에스테르를 포함하는 비결정질 화합물:
화학식 I
상기 R1 및 R2 중 하나는 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실이고, R1 및 R2 중 나머지 하나는 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실, 4-t-부틸시클로헥실 또는 시클로헥실이거나, 또는 R1 및 R2 중 하나는 4-t-부틸시클로헥실이고, R1 및 R2 중 나머지 하나는 시클로헥실이다;
하기 식을 갖는 지방족 선형 이산의 에스테르를 포함하는 결정질 화합물:
상기 R12는 -(CH2)1- 내지 -(CH2)12-로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 R13 및 R14는 각각 서로 독립적으로 알킬기를 포함하는 치환기로 치환 또는 비치환된 방향족기 또는 헤테로방향족기로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 알킬부는 선형, 분지형 또는 환형이다; 및
선택적인 색료를 포함하는 상 변화 잉크. - 청구항 1에 있어서,
상기 상 변화 잉크의 총 결정화 시간은 상기 결정질 화합물 단독의 총 결정화 시간의 5배 이하인 상 변화 잉크. - 청구항 1에 있어서,
상기 잉크는 하나 이상의 결정질 화합물을 포함하는 상 변화 잉크. - 청구항 1에 있어서,
상기 잉크는 하나 이상의 비결정질 화합물을 포함하는 상 변화 잉크. - 청구항 1에 있어서,
상기 결정질 화합물은 상기 상 변화 잉크의 총 중량의 60 중량% 내지 95 중량%의 양으로 존재하는 상 변화 잉크. - 청구항 1에 있어서,
상기 비결정질 화합물은 상기 상 변화 잉크의 총 중량의 5 중량% 내지 40 중량%의 양으로 존재하는 상 변화 잉크. - 청구항 1에 있어서,
상기 결정질/비결정질 비율은 60:40 내지 95:5의 중량비인 상 변화 잉크. - 청구항 1에 있어서,
상기 잉크는 140℃의 온도에서 22 cps 이하의 점도를 갖고, 실온에서 1×106 cps 이상의 점도를 갖는 상 변화 잉크. - 화학식 I의 타르타르산의 에스테르를 포함하는 비결정질 화합물:
화학식 I
상기 R1 및 R2 중 하나는 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실이고, R1 및 R2 중 나머지 하나는 2-이소프로필-5-메틸시클로헥실, 4-t-부틸시클로헥실 또는 시클로헥실이거나, 또는 R1 및 R2 중 하나는 4-t-부틸시클로헥실이고, R1 및 R2 중 나머지 하나는 시클로헥실이다;
하기 식을 갖는 지방족 선형 이산의 에스테르를 포함하는 결정질 화합물:
상기 R12는 -(CH2)1- 내지 -(CH2)12-로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 R13 및 R14는 각각 서로 독립적으로 알킬기를 포함하는 치환기로 치환 또는 비치환된 방향족기 또는 헤테로방향족기로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 알킬부는 선형, 분지형 또는 환형이다; 및
염료를 포함하는 상 변화 잉크로서,
상기 결정질/비결정질 비율은 60:40 내지 95:5의 중량비이고,
상기 상 변화 잉크의 총 결정화 시간은 상기 결정질 화합물 단독의 총 결정화 시간의 5배 이하인 상 변화 잉크. - 삭제
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