KR102059161B1

KR102059161B1 - 천연색소를 함유하는 잉크 조성물의 제조방법.

Info

Publication number: KR102059161B1
Application number: KR1020190132017A
Authority: KR
Inventors: 김경호
Original assignee: 김경호
Priority date: 2019-10-23
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2019-12-24

Abstract

본 발명은 천연색소를 함유하는 잉크 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, 천연색소를 제조하는 단계, 상기 천연색소 및 프린터용 잉크를 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 천연색소를 제조하는 단계는 천연색소 원료 및 물을 혼합하고 가열하여 침전물을 수득하는 단계, 상기 침전물에 물을 추가하고 혼합하여 용해액을 제조하는 단계, 상기 용해액을 숙성 및 여과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

천연색소를 함유하는 잉크 조성물의 제조방법.{MANUFACTURING METHOD OF INK COMPOSITION COMPRISING NATURAL COLORANT}

본 발명은 천연색소를 함유하는 잉크 조성물의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 프린터용 잉크에 천연색소를 혼합한 잉크 조성물을 통해 유해 화학물질이 저감된 잉크 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

잉크젯 프린터 등에 사용되는 잉크 조성물은 바인더, 화학염료, 유기용제 등을 함유하고 있어 인체에 유해한 물질을 배출하는 문제가 있다. 따라서 인체 유해성이 적고 친환경적인 잉크를 개발하고 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 10-0798405호, 대한민국 등록특허공보 10-0798404호 등에는 천연 착색제와 물과 에탄올의 혼합용매를 포함함으로써 유해물질을 방출하지 않아 위생용품의 표면에 대한 인쇄에 적용할 수 있는 잉크가 개시되어 있다.

이러한 잉크는 피부에 직접 접촉하는 제품의 표면에 인쇄하기 위한 용도로 개발된 것으로서, 일반적인 잉크젯 프린터 등에 범용으로 사용하기에는 가격이나 인쇄 성능 면에서 적합하지 않다.

또한, 천연색소를 함유하는 잉크의 경우 대한민국 등록특허공보 10-1269480호에서와 같이 알키드 수지, 용제 등을 함유하고 있고, 고문서 복제용의 용도로 사용하고 있어 일반 인쇄에는 적합하지 않다. 이러한 천연잉크들은 일반적으로 스핀들오일, 천연콩기름과 같은 비휘발성 오일을 함유하는데, 이 경우 잉크젯 프린터에 적용하면 점성 및 미량의 불순물에 의해 인쇄 시 노즐 막힘이 발생하여 일반 인쇄에는 적용할 수 없기 때문이다.

대한민국 등록특허공보 10-0798405호 대한민국 등록특허공보 10-0798404호 대한민국 등록특허공보 10-1269480호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 프린터용 잉크에 천연색소를 혼합하여 잉크 조성물을 형성함으로써 잉크젯 프린터에 범용으로 사용할 수 있으며, 유해 화학물질이 저감된 잉크 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 잉크 조성물의 제조방법은 천연색소를 제조하는 단계, 상기 천연색소 및 프린터용 잉크를 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 천연색소를 제조하는 단계는 천연색소 원료 및 물을 혼합하고 가열하여 침전물을 수득하는 단계, 상기 침전물에 물을 추가하고 혼합하여 용해액을 제조하는 단계, 상기 용해액을 숙성 및 여과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 천연색소 및 프린터용 잉크를 혼합하는 단계는 10 내지 50 중량%의 천연색소 및 50 내지 90 중량%의 프린터용 잉크를 혼합할 수 있다.

본 발명의 잉크 조성물의 제조방법에 따르면 프린터용 잉크에 천연색소를 혼합하여 잉크 조성물을 형성함으로써 잉크젯 프린터에 범용으로 사용할 수 있으며, 유해 화학물질이 저감된 잉크 조성물을 제조할 수 있다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 잉크 조성물의 제조방법은 천연색소를 제조하는 단계, 상기 천연색소 및 프린터용 잉크를 혼합하는 단계를 포함하는 것이다. 상기 천연색소로는 일반적으로 천연잉크 등에 사용될 수 있는 식물의 추출물을 들 수 있는데, 예를 들어, 자작나무, 봉숭아, 감, 꼭두서니, 치자, 밤, 자초, 오배자, 아나토, 예덕나무, 아카시아, 아선약, 대황, 백단향, 석류 등의 나뭇가지, 열매, 잎, 꽃, 수피 등을 원료로 사용할 수 있으며, 구현하고자 하는 잉크의 색상에 맞게 적절히 선택할 수 있다.

일반적으로 천연색소는 식재료로 사용되는 것으로서 주로 분말 형태를 이루고 있다. 이러한 천연색소 분말과 프린터용 잉크를 혼합하면 입도가 큰 분말이 잉크와 충분히 혼합되지 않아 잉크젯 프린터에 사용할 수 없는 상태가 된다. 따라서 이를 용매에 녹인 후 상기 프린터용 잉크와 혼합할 수 있다. 상기 천연색소는 안전성이 높지만 색택이 밝지 않고, 빛, 열, 금속이온에 대하는 안정성이 좋지 않으며 pH에 의해서 색조가 변화하거나 침전하기도 하기 때문에 다양한 첨가제가 혼합된 프린터용 잉크와는 혼합이 어렵고 입자의 크기에서도 차이가 있어 여전히 잉크젯 프린터에는 적용하기 곤란한 문제가 있다.

따라서 본 발명에서는 다음과 같은 과정을 통해 천연색소를 제조한다.

먼저 분말 형태의 천연색소 원료를 물에 혼합하여 녹이고 이를 가열하는 과정을 거친다. 이를 통해 침전물이 형성되는데 가열하는 과정을 통해 천연색소 내에 포함되는 잉크와의 상용성이 낮은 물질들이 제거되게 된다. 이와 같이 얻어진 침전물에 다시 일정량의 용매를 가하면 잉크와 동일한 정도의 점성을 가지게 된다. 상기 용매로는 메탄올, 에탄올 등의 알코올을 사용할 수 있으나, 공정 효율을 고려하면 가연성 용매보다는 물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 물은 초순수와 같이 불순물이 제거된 물을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 침전물에 초순수를 소량 가하고 혼합하면 점성이 있는 용해액을 얻을 수 있다. 이와 같이 얻어진 용해액은 1 내지 3일 간 실온에 정치하여 숙성하는 단계를 거치게 되며, 숙성이 종료된 용해액을 여과하여 이물질 및 큰 입자를 제거함으로써 천연색소를 얻게 된다.

상기 프린터용 잉크는 시판되는 잉크젯 프린터용 잉크를 그대로 사용할 수 있다. 일반적으로 상기 시판되는 프린터용 잉크와 다른 성분을 혼합하면 배합이 제대로 되지 않거나 배합한 후의 색감이 변하는 등의 문제가 발생할 수 있고, 잉크젯 프린터에 장착했을 때 노즐 막힘 등으로 고장을 유발할 수 있다.

본 발명에서는 상기 천연색소와 프린터용 잉크를 적절한 비율로 혼합함으로써 혼합 후에도 프린터에 사용 가능한 수준의 점성을 유지하면서 색감의 변화가 없도록 하고 있다. 이를 위하여 상기 잉크 조성물은 10 내지 50 중량%의 천연색소 및 50 내지 90 중량%의 프린터용 잉크를 함유하며, 바람직하게는 40 내지 50 중량%의 천연색소와 50 내지 60 중량%의 프린터용 잉크를 혼합함으로써 다량의 천연색소를 함유하면서도 잉크젯 프린터에 범용으로 적용할 수 있게 된다. 이러한 천연색소의 혼합에 의해 상기 프린터용 잉크의 원래 색감에 변화가 발생하지 않도록 상기 천연색소의 색상 및 혼합량을 조절할 수 있다.

일반적으로 천연색소는 프린터용 잉크에 비해 부드러운 색감을 띄게 되므로 프린터용 잉크와 혼합하더라도 잉크 고유의 색이 변하지는 않고 약간의 부드러운 채도로 변하게 되며, 상기 혼합범위에서는 인쇄했을 때의 차이를 시각적으로는 거의 느낄 수 없는 정도가 된다.

또한, 동일한 천연색소를 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙 잉크에 모두 적용할 수 있는데, 배합비율을 달리함으로써 잉크젯 프린터용 잉크의 고유색을 소실하지 않고 잉크 조성물을 제조할 수 있다.

이와 같이 제조된 천연색소와 프린터용 잉크를 혼합할 때 혼합 효율을 높이기 위하여 천연색소를 60 내지 80℃로 가열한 상태에서 프린터용 잉크와 혼합하는 것이 바람직하다. 이러한 가열 처리에 의해 천연색소와 프린터용 잉크의 혼합 효율이 향상되는 것으로 나타났다.

잉크 조성물의 성능은 상기 잉크 조성물을 담을 카트리지를 잉크젯 프린터에 장착하고 100,000매의 인쇄 테스트를 통해 노즐 막힘이나 인쇄 불량을 테스트하는데, 가열 처리하지 않고 천연색소와 프린터용 잉크를 혼합하는 경우 10,000 내지 20,000매 인쇄 후 노즐 막힘 등의 문제가 발생하는 것으로 나타났다.

또한, 상기 천연색소와 프린터용 잉크를 혼합할 때 혼합물 전체 중량에 대해 1 내지 5 중량%의 계면활성제를 부가함으로써 혼합 효율을 높일 수 있다.

상기 계면활성제로는 천연 유래 계면활성제를 사용할 수 있는데, 예를 들어, 코코넛 오일, 콩, 계란, 옥수수, 감자 전분, 사탕수수로부터 얻어지는 천연 유래 계면활성제를 사용할 수 있다.

상기 계면활성제 성분 중 계란의 흰자를 사용하면 효과가 가장 우수한 것으로 나타났는데, 상기 계면활성제를 1 내지 5 중량%의 범위에서 혼합하면 인쇄 테스트에서 100,000매를 초과하는 인쇄 성능을 나타내어 일반적인 잉크젯 프린터용 잉크와 동일한 성능을 나타내는 것으로 파악되었다. 상기 계란의 흰자로부터 얻어지는 계면활성제는 알끈 등의 부유물을 제거하는 정제 공정을 거쳐 제조된 것으로서 무색 성분이므로 잉크 성분에 혼합되더라도 색상에는 영향을 미치지 않다.

일 실시예에서 자작나무 가지를 원료로 하여 천연색소를 제조한 결과 프린터용 잉크와의 상용성이 우수한 것을 확인하였다.

자작나무 수피를 분쇄한 분말을 증류수에 용해한 후 이를 가열하여 90부피% 이상의 물을 증발시켰다. 얻어진 침전물을 수득하여 세정 및 여과한 후 여기에 40 중량%의 초순수를 혼합하여 용해액을 제조하였다. 상기 용해액을 밀폐 용기에서 1일 간 실온에 정치한 후 여과하여 불순물을 제거함으로써 자작나무를 원료로 한 천연색소를 제조하였다.

상기 천연색소를 시판되는 잉크젯 프린터용 잉크(HP X476용)와 혼합하였으며, 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙 잉크 조성물을 제조하되, 잉크의 종류에 따라 5 내지 45 중량%의 천연색소를 배합하였다. 상기 천연색소는 75 내지 80℃로 가열한 상태에서 상기 프린터용 잉크와 혼합하였으며, 10분간 혼합 과정을 거치되 계란 흰자에서 얻어진 천연성분의 계면활성제를 혼합물 100 중량%에 대하여 3 중량%가 되도록 하여 부가하였다.

잉크젯 프린터용 잉크와 제조된 잉크 조성물을 수용한 카트리지를 잉크젯 프린터(HP X476dn MFP)에 장착하고 적색, 청색, 황색, 흑색 패턴을 A4 용지에 인쇄한 후 분광측색계(Spectrum Colorimeter)인 CM5 (Minolta Ltd.)를 사용한 색좌표를 측정하였다(실시예). 또한, 비교를 위하여 잉크젯 프린터용 잉크(HP X476용)를 잉크젯 프린터에 장착하고 적색, 청색, 황색, 흑색 패턴을 A4 용지에 인쇄한 후 색좌표를 측정하였다(비교예).

CIE 표색계의 색좌표에 따라, 청색 패턴에 대하여 실시예의 L(명도), C(채도), E(색차)와 비교예의 L(명도), C(채도), E(색차)의 차이값을 명도차(ΔL^*), 채도차(ΔC^*), 색차(ΔE^*)로 하였을 때 그 값은 각각 0.8, 1.1, 0.3인 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 시판되는 잉크에 천연색소를 부가하더라도 색상의 변화가 거의 없으며, 잉크젯 프린터를 사용하여 종이에 인쇄할 경우 시각적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 또한, 적색, 황색, 블랙에 대해서도 명도차, 채도차, 색차가 거의 없는 것으로 나타났다. 일반적으로 천연색소는 프린터용 잉크에 비해 부드러운 색감을 나타내기 때문에 채도차가 다소 나타났으나, 시각적으로는 거의 차이를 느낄 수 없는 정도였다.

또한, 노즐 막힘을 측정하기 위하여 상기 잉크 조성물을 적용한 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙 잉크의 카트리지를 장착하고 100,000매 시험인쇄를 실시한 결과 노즐의 막힘이 발생하지 않는 것으로 나타났다. 이에 대하여, 상기 천연색소와 프린터용 잉크를 혼합할 때 계면활성제를 사용하지 않은 경우 약 8,000매 시험인쇄에서 노즐 막힘 현상이 발생했으며, 코코넛 오일을 계면활성제로 사용하는 경우 약 30,000매 시험인쇄에서 인쇄불량이 나타나 계면활성제가 인쇄 성능에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

또한, 제조된 잉크 조성물의 한국화학융합시험연구원에 의뢰하여 유해 화학물질을 분석하였다. 위해우려제품 지정 및 안전·표시기준(환경부 고시 제2018-12호(2018.01.22.))에 따라 판정기준을 만족하는지 평가하였으며, 그 결과는 표 1과 같다.

항목	단위	판정기준	검사결과
테트라클로로에틸렌	㎎/㎏	1000 이하	불검출
트리클로로에틸렌	㎎/㎏	1000 이하	불검출
폼알데하이드	㎎/㎏	40 이하	불검출
벤젠	㎎/㎏	30 이하	불검출
비소	㎎/㎏	1 이하	불검출
수산화나트륨 및 수산화칼륨	%	5 이하	0.4

시험결과 본 발명에 따른 잉크 조성물은 유해물질이 검출되지 않는 것으로 나타나 본 발명의 잉크 조성물의 제조과정을 통해 유해물질이 저감되는 효과를 얻을 수 있는 것을 확인하였다. 이는 천연색소와 프린터용 잉크를 혼합하는 과정에서 용제가 희석되거나 증발되기 때문으로 추측되었다.

따라서 본 발명의 잉크 조성물의 제조방법을 적용하면 시판되는 잉크젯 프린터용 잉크에 천연색소를 부가함으로써 유해물질이 저감되어 친환경적이면서도 인쇄성능이 우수한 잉크 조성물을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims

천연색소를 제조하는 단계;
상기 천연색소 10 내지 50 중량% 및 프린터용 잉크 50 내지 90 중량%를 혼합하는 단계;
를 포함하며,
상기 혼합하는 단계에서 얻어진 혼합물 전체 중량에 대하여 1 내지 5 중량%의 계란 흰자에서 얻어진 천연성분의 계면활성제를 부가하며,
상기 천연색소를 제조하는 단계는,
천연색소 원료 및 물을 혼합하고 가열하여 침전물을 수득하는 단계;
상기 침전물에 물을 추가하고 혼합하여 용해액을 제조하는 단계;
상기 용해액을 숙성 및 여과하는 단계;
를 포함하며,
상기 천연색소 원료는 자작나무 수피를 분쇄한 분말이며,
상기 프린터용 잉크는 잉크젯 프린터용 잉크인 것을 특징으로 하는 천연색소를 함유하는 잉크 조성물의 제조방법.
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