KR102131461B1

KR102131461B1 - 바이오 재생가능한 상 변화 잉크

Info

Publication number: KR102131461B1
Application number: KR1020140129127A
Authority: KR
Inventors: 고어데마 아델라; 발레리 제니퍼; 다니엘 마요 제임스; 더블유. 밴비전 데릴; 케오쉬케리안 바케브; 뱀지 나단; 엘리야후 제니
Original assignee: 제록스 코포레이션
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2020-07-08
Also published as: US9120943B2; JP6316162B2; CN104559477A; CA2867813A1; DE102014219828A1; CN104559477B; JP2015078363A; IN2014DE02766A; CA2867813C; KR20150044380A; RU2014139140A; RU2659969C2; US20150101508A1

Abstract

코팅용지 기재에 인쇄를 포함하는 잉크젯 인쇄에 적합한 상변화 잉크 조성물. 실시태양들에서, 상변화잉크 조성물은 바이오 재생가능한 결정성 성분 및 비결정성 성분으로 구성되어 견고한 잉크 조성물을 제공한다. 실시태양들에서 비결정성 성분은 저가의 안정하고도 바이오 재생가능한 원료로부터 유래되고 방향족 로진 에스테르로 구성된다.

Description

바이오 재생가능한 상 변화 잉크{BIO-RENEWABLE PHASE CHANGE INKS}

본 실시태양들은 실온에서 고체이고 고온에서 용융되어 용융 잉크가 기재에 도포될 수 있는 상 변화 잉크 조성물에 관한 것이다. 이들 상변화 조성물은 잉크젯 프린팅에 사용될 수 있다.

본 실시태양들은 비결정성 화합물 또는 성분, 결정성 화합물 또는 성분, 및 선택적으로 착색제를 포함하는 새로운 상변화 잉크 조성물, 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 실시태양들에서, 비결정성 성분은 방향족 로진 에스테르로 구성된다. 저가의 안정성 및 바이오 재생가능한 물질들에서 유도되는 비결정성 화합물 및 결정성 화합물의 조합을 포함하는 본원 개시 특정 조성물은 코팅지 기재에 인쇄할 때 고품질의 이미지를 형성할 수 있는 견고한 잉크 조성물을 제공한다.

잉크젯 인쇄 방법은 실온에서 고체이고 상승 온도에서 액체인 잉크를 이용한다. 이러한 잉크를 고체 잉크, 핫멜트 잉크, 상 변화 잉크 및 기타 등으로 부른다. 상변화 잉크를 적용하는 압전 잉크젯 인쇄 방법에서, 잉크는 인쇄장치에서 히터에 의해 용융되어 압전 종래 잉크젯 프린팅과 유사한 방식으로 액체로서 적용 (분사)된다. 인쇄 기록매체와 접촉하면, 용융 잉크는 신속하게 고화되어, 착색제는 모세관 작용에 의해 기록매체 (예를들면, 용지)내로 이동되지 않고 실질적으로 기록매체 표면에 잔류하여, 일반적으로 액체 잉크에 의한 것보다 고밀도의 인쇄가 가능하다. 따라서 잉크젯 인쇄에서 상 변화 잉크를 사용하면 취급 과정에서 잠재적인 잉크 유출을 없애고, 광범위한 인쇄 밀도 및 품질을 얻을 수 있고, 용지 주름 또는 뒤틀림이 최소화되고, 심지어 노즐 뚜껑을 사용하지 않고도 노즐 막힘 위험 없이 비-인쇄 상태 기간을 무한으로 유지할 수 있다.

일반적으로, 상 변화 잉크 (“핫멜트 잉크” 또는 "고체잉크"라고도 칭함)는 주변 온도에서는 고상이지만, 잉크젯 프린트 장치의 상승 작동온도에서는 액상으로 존재한다. 분사 온도에서, 액체 잉크 액적은 인쇄 장치에서 토출되고, 직접 또는 중간 가열 이송 벨트 또는 드럼을 통하여 잉크 액적이 기록 매체 표면에 접촉될 때, 액적들은 신속하게 고화되어 고화 잉크 방울들의 예정된 패턴을 형성한다.

칼러 인쇄용 상 변화 잉크는 전형적으로 상 변화 잉크 상용성 착색제와 조합되는 상 변화 잉크 담체 조성물을 포함한다. 특정 실시태양에서, 잉크 담체 조성물과 상용성 감법원색 착색제 (subtractive primary colorant)를 조합하여 일련의 칼러 상 변화 잉크를 형성한다. 감법원색의 칼러 상 변화 잉크는 4종의 성분 염료 또는 안료, 즉, 시안, 마젠타, 황색 및 검정색으로 구성되지만 잉크는 이들 4종의 색상에 국한되지 않는다. 이들 감법원색 잉크는 단일 염료 또는 안료 또는 염료 또는 안료의 혼합물을 이용하여 형성된다.

상 변화 잉크는 배송, 장기 보관 및 기타 등의 과정에서 실온에서는 고상이기 때문에 잉크젯 프린터용으로 적합하다. 또한, 액체 잉크젯 잉크에서 잉크 증발로 인한 노출 막힘 관련 문제들이 대부분 없어지므로, 잉크젯 인쇄 신뢰성이 개선된다. 또한, 잉크 액적이 최종 기록 매체 (예를들면, 용지, 투명 재료, 및 기타 등)에 직접 인가되는 상 변화 잉크젯 프린터에서, 액적은 기록 매체에 닿자마자 즉시 고화되어, 인쇄 매체를 따라 잉크가 흐르는 것이 방지되고 도트 품질이 개선된다.

일반적으로 종래 상 변화 잉크 기술은 선명한 이미지를 제공하고 경제적 젯 및 다공성 용지들인 기재 사용을 가능하게 하지만, 이러한 기술은 코팅 용지 기재에는 만족스럽지 않았다. 따라서, 공지 조성물 및 방법이 이들의 목적에는 적합하지만, 코팅지에 대한 이미지 또는 인쇄를 위한 추가 수단의 필요성은 여전하다. 따라서, 바람직하게는 바이오 재생가능한 소스에서 유도되는 잉크로서 모든 기재들에 우수한 화상 품질을 제공할 수 있는 상 변화 잉크 조성물에 대한 대안적 조성물 및 미래 인쇄 기술이 요망된다. 또한 제조용 인쇄와 같이 신속한 인쇄 환경에 적합한 상 변화 잉크 조성물에 대한 필요성이 존재한다.

본원에 개시된 실시태양들에 의하면, 잉크젯 고속 인쇄, 예컨대 코팅지 기재에서의 인쇄에 적합한 비결정성 및 결정성 물질로 구성되는 새로운 상 변화 잉크 조성물이 제공된다. 특히, 비결정성 물질은 또한 바이오 재생가능한 물질에서 유래된다.

특히, 본 실시태양들은 다음으로 구성되는 상 변화 잉크를 제공한다: 결정성 성분; 방향족 로진 에스테르인 비결정성 성분; 및 선택적인 착색제.

추가 실시태양들에서, 다음으로 구성되는 상 변화 잉크가 제공된다: 결정성 성분; 방향족 로진 에스테르인 비결정성 성분; 안료; 및 안료 분산제.

또 다른 실시태양들에서, 다음으로 구성되는 상 변화 잉크가 제공된다: 결정성 성분; 방향족 로진 에스테르인 비결정성 성분; 및 선택적인 착색제, 상기 비결정성 성분 및 결정성 성분은 적어도 80중량%의 바이오 재생가능한 물질을 포함한다.

도 1은 본 실시태양들에 의한 방향족 로진 에스테르의 유동성 데이터를 도시한 것이다.
도 2 는 대조 잉크와 비교되는 본 실시태양들에 의한 잉크의 유동성 데이터를 도시한 것이다.

고체 또는 상 변화 잉크 기술은 많은 분야에서 인쇄 성능 및 고객 기반을 확장하였고, 인쇄 분야의 다양성은 프린트헤드 기술, 인쇄 프로세스 및 잉크 물질들과 효과적으로 통합되어 촉진될 것이다. 상 변화 잉크 조성물은 실온 (RT) (즉, 20-27 ℃)에서 고체이고 고온에서 녹아 용융 잉크는 기재에 도포된다. 상기된 바와 같이, 현재 잉크는 다공성 용지 기재에는 성공적이었지만, 이러한 선택은 코팅지 기재에 있어서 언제나 만족할만한 것은 아니다.

종래 상 변화 잉크 기술은 선명한 이미지를 제공하고 경제적 젯 및 다공성 용지들인 기재 사용을 가능하게 하였다. 그러나 이러한 기술은 코팅 용지 기재에는 만족스럽지 않았다. 따라서, 공지 조성물 및 방법이 이들의 목적에는 적합하지만, 코팅지에 대한 이미지 또는 인쇄를 위한 추가 수단의 필요성은 여전하다. 따라서, 바람직한 잉크로서 사용에 적합한 상이한 물질 군을 선택하고 식별하는 것을 포함하여, 모든 기재들에 고객들에게 우수한 화상 품질을 제공할 수 있는 상 변화 잉크 조성물에 대한 대안적 조성물 및 미래 인쇄 기술이 요망된다.

예를들면, 에너지 및 환경 정책, 증가하는 휘발성 오일 가격, 및 세계적인 화석 자원의 신속한 고갈에 대한 대중/정치적 우려로 바이오 재생가능한 재료들에서 유래되는 지속 가능한 단량체들을 확보할 필요가 있다. 본 실시태양들은 바이오 재생가능한 물질들을 잉크 조성물에 이용하는 것이다. “바이오 재생가능한” 이라는 용어는 식물성 재료에서 유래되는 하나 이상의 단량체들로 구성되는 물질을 의미한다. 이러한 재생 가능한 바이오-유래 원료를 사용함으로써, 제조업자들은 탄소 발자국을 줄이고 제로-탄소 또는 탄소-중립 발자국으로 이행할 수 있다. 바이오 재생가능한 물질들은 또한특정 에너지 및 방출 절약 관점에서 매우 매력적이다. 바이오 재생가능한 원료를 사용하면 매립 폐기물 양을 감소시키고, 불안정한 지역에서 수입되는 석유 의존 관련 경제적 위험 및 불안정성을 줄일 수 있다.

본원에서 전체가 참고문헌으로 통합되는 Jennifer L. Belelie 등의 미국특허 8,506,040에 개시된 바와 같이 상 변화 잉크 조성물에서 결정성 및 비결정성 소분자 화합물들의 혼합물을 이용하면 견고한 잉크, 특히, 코팅지에서 강건한 이미지를 제공하는 상 변화 잉크를 얻을 수 있다는 것을 알았다. 이러한 상 변화 잉크를 이용한 프린트 샘플들은 현재 입수되는 상 변화 잉크와 비교하여 스크래치, 접힘 및 접힘 옵셋 측면에서 더 양호한 견뢰성을 보인다.

본 실시태양들은 벤치마크 성능, 가격 경쟁, 및 환경적 지속가능성을 충족하는 상 변화 잉크를 제공한다. 특히, 본 잉크 조성물은 결정성 성분을 가지는 잉크 조성물에서 비결정성 결합제로서 방향족 로진 에스테르를 포함한다. 추가 실시태양들에서, 잉크 조성물은 안료, 안료 분산제 및 상승제를 더욱 포함한다. 방향족 로진 에스테르는 용지 기재에 대한 잉크 부착을 촉진시키고 특히 코팅지 예컨대 Digital Color Elite Gloss (DCEG) -120 gsm 용지에 대하여 양호한 성능을 보인다. 방향족 로진 에스테르는 또한 저가의 안정한 원료 물질들이다. 이러한 물질은 송진에서 추출되는 로진산에서 유도된다. 따라서 본 실시태양들은 결정성 및 비결정성 성분들 기재의 견고한 잉크 조성물, 특히, 코팅지에 강건한 이미지를 보이고 (예를들면, DCEG 용지에 우수한 스크래치 및 접힘성) 저가의 안정하고 바이오 재생가능한 물질에서 유래되는 상 변화 잉크을 제공한다. 본 실시태양들은 새로운 유형의 잉크젯 상변화 잉크 조성물을 제공하는, 이는, 일반적으로 중량비가 각각 약 60:40 내지 약 95:5인(1) 결정성 및 (2) 비결정성 화합물들의 혼합물로 구성된다. 특정한 실시태양들에서, 결정성 대 비결정성 화합물의 중량비는 약 65:35 내지 약 95:5, 또는 약 70:30 내지 약 90:10이다.

각각의 화합물 또는 성분은 상 변화 잉크에 특정 특성들을 부여하고, 비결정성 및 결정성 화합물들의 혼합물을 포함하는 생성된 잉크는 미코팅 및 코팅 기재들에 우수한 견뢰성을 보인다. 잉크 조성물에서 결정성 화합물은 냉각 시 신속한 결정을 통하여 상변화를 유도한다. 또한 결정성 화합물은 최종 잉크 막 구조를 형성하고 비결정성 화합물 점착성을 감소시킴으로써 강화 잉크를 생성한다. 비결정성 화합물은 점착성을 제공하고 인쇄된 잉크에 견뢰성을 부여한다.

실시태양들에서, 본 실시태양들은 70% 이상의 바이오 재생가능한 물질, 또는 약 70 내지 약 80% 바이오 재생가능한 물질, 또는 약 70 내지 약 75%의 바이오 재생가능한 물질로 구성되는 잉크를 제공한다. 이는 적어도 70%의 잉크 성분은 재생가능한 자원 예컨대 식물에서 유래된다는 것이다. 비결정성 물질들은 저렴하고, 생분해성이고 바이오 재생가능한 소스에서 유래한다. 이러한 물질들로 제조되는 상 변화 잉크는 스크래치, 접힘, 및 접힘 옵셋 관점에서, 상업적으로 입수 가능한 상 변화 잉크와 비교할 때 동일 기재에 우수한 견뢰성을 보인다.

실시태양들에서, 상 변화 잉크는 특정 물성들을 충족시킨다. 예를들면, 본 실시태양들의 상 변화 잉크의 융점 (T_melt)은 < 150 ℃ 또는 약 60℃ 내지 약 140℃, 또는 약 70℃ 내지 약 130℃이다. 다른 실시태양들에서, 잉크의 T_crys 는 > 60℃ 또는 약 65℃ 내지 약 110℃, 또는 약 70℃ 내지 약 100℃이다. 다른 실시태양들에서, 본 실시태양들의 잉크 점도는 약 100 내지 약 140℃ 분사 범위에서 약 1 내지 약 22 cps이다. 특히, 본 실시태양들의 잉크 점도는 140℃에서 < 12 cps 또는 약 12 cps 내지 약 3 cps, 또는 약 10 cps 내지 약 5 cps이다. 잉크 점도는 실온에서 약 10⁶ cps 이상이다. 추가 실시태양들에서, 상 변화 잉크의 평균 입자 크기는 약 50 nm 내지 약 400 nm이다.

실시태양들에서, 비결정성 화합물은 결정성 성분 및 임의의 착색제 또는 기타 부첨가제들에 대한 결합제로서 기능한다. 본 실시태양들은 방향족 로진을 이용한다. 이들 물질은 송진에서 추출되는 로진산에서 유도된다. 천연 로진산은 이중 결합을 가진다. 방향족 로진산을 얻기 위하여, 재료를 불균등화 (탈수소) 공정을 통하여 방향족 결합을 형성한다. 이중 결합을 방향족 결합으로 전환시킴으로써 물질의 열적 안정성이 개선된다. 이후 생성된 카르복실산기를 상이한 알코올들로 처리하여 방향족 로진 에스테르를 획득한다.

특정 실시태양들에서, 방향족 로진 에스테르는 다음으로 이루어진 군에서 선택된다:

,

,

.

,

및 이들의 혼합물. 추가 실시태양들에서, 비결정성 성분은 비결정성 성분 총 중량의 약 5% 내지 약 15%, 또는 약 5% 내지 약 10중량%의

,

비결정성 성분 총 중량의 약 1% 내지 약 6%, 또는 약 1% 내지 약 3중량%의

,

비결정성 성분 총 중량의 약 3% 내지 약 8%, 또는 약 4% 내지 약 6중량%의

,

비결정성 성분 총 중량의 약 75% 내지 약 90%, 또는 약 75% 내지 약 85중량%의

의 혼합물로 구성된다.

.

이들 상업적 방향족 수지의 예시로는 Arizona Chemicals (Savannah, Georgia)에서 상업적으로 입수 가능한 Sylvatac RE이다. 이는 로진산과 2-히드록시메틸-1,3-프로판디올 및 소량의 펜타에리트리톨과의 반응으로 얻어지는 에스테르의 혼합물이다. 하기 표 1은 MALDI 분석에 의한 Sylvatac RE 40의 조성을 보인다.

표 1. Sylvatac RE 40 조성

이론 중량 (Da)	구조	백분율 (%)
1287.8562		7.2
1005.6579		2.2
723.4595		4.7
411.2506		1.9
255.2107		3.2
693.4489		80.8

견고한 상 변화 잉크용으로 본 실시태양들에서 사용되는 비결정성 결합제의 요구 특성들은 낮은 Tg, 낮은 점도 및 고온에서의 안정성을 포함한다. 실시태양들에서, 비결정성 성분의 Tg는 약 -10℃ 내지 약 30℃, 또는 약 -10℃ 내지 약 25℃이다. Arizona Chemicals에서 입수되는 다수의 상업적 결합제들이 평가되고 하기에 측정된 특성들 일부를 제시한다.

표 2. 상업적 로진 에스테르 결합제들의 유리전이온도 (Tg)

결합제	Tg (℃)
Sylvatac RE 40	4.7
Sylvatac RE 25	-9.6
Sylvatac RE 85	39
Unitac 70	37.7
Sylvalite RE 80HP	35.8
Sylvalite RE 85L	39
Sylvalite 100L	50.4

이들 비결정성 결합제로 제조되는 잉크는 장기간 분사온도에서 안정되어야 한다. 따라서 비결정성 화합물은 역시 이들 온도에서 안정되어야 한다. 일 실시태양에서, Sylvatac RE 40은 140℃ 오븐에서 5 일 경과로 노화되었고 도 1에 도시된 바와 같이 140℃에서 임의의 상당한 점도 증가를 보이지 않았다 (즉, 10 cPs 이상 증가하지 않는다).

비결정성 화합물은 분사온도 (≤ 140℃, 또는 약 100 내지 약 140℃, 또는 약 105 내지 약 140℃) 근처에서 상대적으로 낮은 점도 (< 10² 센티포아즈 (cps), 또는 약 1 내지 약 100 cps, 또는 약 5 내지 약 95 cps)를 보이지만 실온에서는 매우 높은 점도 (> 10⁵ cps)를 보인다.

실시태양들에서, 비결정성 물질은 잉크조성물 총 중량의 약 5 내지 약 40 중량%, 또는 약 10 내지 약 35 중량%, 또는 약 15 내지 약 30 중량% 함량으로 존재한다.

실시태양들에서, 비결정성 화합물은 결정성 화합물과 조합되어 상 변화 잉크 조성물을 형성한다. 전기된 바와 같이, 로진 에스테르 결합제 제조를 위한 산들은 송진에서 유래되고 적어도 80% 바이오 재생가능한 함량을 가진다. 사용되는 결정성 화합물 역시 유사하게 바이오 재생가능하고 적어도 80% 바이오 재생가능한 함량을 가진다. 본 발명에서 생성되는 잉크의 바이오 재생가능한 함량은 70% 이상이다. 생성된 잉크 조성물은 양호한 유변학적 프로파일을 보인다. 상 변화 잉크 조성물에 의해 코팅지에 형성된 프린트 샘플들은 우수한 견뢰성을 보인다.

상기된 바와 같이, 결정성 화합물은 모두 높은 바이오 재생가능한 함량을 가진다. 특히, 결정성 화합물 제조에 사용되는 지방 알코올들은 식물에서 유래되어 성분의 적어도 80%는 바이오 재생가능하다.

본 실시태양들의 잉크들은 표 3에서 나열된 결정성 화합물들을 이용한다. 나열된 문헌들은 본원에 전체가 참고로 통합된다.

표 3. 결정성 화합물들

바이오 재생가능한 함량은 바이오-계 물질들의 중량%에 기초한다. 본 실시태양들의 결정성 성분들을 제조하기 위하여 사용되는 모든 출발 물질들은 저렴하고 안전하다.

결정성 물질들은 급속한 결정화, 약 140℃에서 상대적으로 낮은 점도 (≤10¹ 센티포아즈 (cps), 또는 약 0.5 내지 약 20 cps, 또는 약 1 내지 약 15 cps, 실온에서 매우 높은 점도 (> 10⁶ cps)를 보인다.?이들 물질의 융점은 (T_melt) 150℃ 이하, 또는 약 65 내지 약 150 ℃, 또는 약 66 내지 약 145 ℃이고, 결정화 온도 (T_crys)는 60℃ 이상, 또는 약 60 내지 약 140 ℃, 또는 약 65 내지 약 120 ℃이다. T_melt 및 T_crys 사이의 ΔT는 약 55℃ 미만이다. 선택된 결정성 물질들은 생성된 잉크에 신속한 결정화 특성을 부여한다.

실시태양들에서, 결정성 물질은 잉크조성물 총 중량의 약 60 내지 약 95 중량%, 또는 약 65 내지 약 95 중량%, 또는 약 70 내지 약 90 중량% 존재한다.

예시적 잉크는 통상의 첨가제와 관련된 공지 기능성을 이용하기 위하여 종래 첨가제를 더욱 포함한다. 이러한 첨가제는, 예를들면, 적어도 하나의 산화방지제, 평활성 및 표면 조정제 (slip and leveling agent), 청징제, 점도 조정제, 점착제, 가소제 및 기타 등을 포함한다.

잉크는 산화로부터 이미지를 보호하고 잉크 저장소에서 가열 용융 상태로 존재할 때 산화로부터 잉크 성분을 보호하기 위하여 선택적으로 산화방지제를 포함한다. 적합한 산화방지제의 예시로는 N,N′-헥사메틸렌 비스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시 히드로신남아미드) (IRGANOX 1098, BASF에서 입수); 2,2-비스(4-(2-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신남오일옥시)) 에톡시페닐)프로판 (TOPANOL-205, Vertellus에서 입수); 트리스(4-tert-부틸-3-히드록시-2,6-디메틸 벤질)이소시안우레이트 (Aldrich); 2,2′-에틸리덴 비스(4,6-디-tert-부틸페닐)플루오로 포스포나이트 (ETHANOX-398, Albermarle Corporation에서 입수); 테트라키스(2,4-디-tert-부틸페닐)-4,4′-비페닐 디포스포나이트 (Aldrich); 펜타에리트리톨 테트라스테아레이트 (TCI America); 트리부틸암모늄 히포포스파이트 (Aldrich); 2,6-디-tert-부틸-4-메톡시페놀 (Aldrich); 2,4-디-tert-부틸-6-(4-메톡시벤질)페놀 (Aldrich); 4-브로모-2,6-디메틸페놀 (Aldrich); 4-브로모-3,5-디메틸페놀 (Aldrich); 4-브로모-2-니트로페놀 (Aldrich); 4-(디에틸 아미노메틸)-2,5-디메틸페놀 (Aldrich); 3-디메틸아미노페놀 (Aldrich); 2-아미노-4-tert-아밀페놀 (Aldrich); 2,6-비스(히드록시메틸)-p-크레졸 (Aldrich); 2,2′-메틸렌디페놀 (Aldrich); 5-(디에틸아미노)-2-니트로소페놀 (Aldrich); 2,6-디클로로-4-플루오로페놀 (Aldrich); 2,6-디브로모 플루오로 페놀 (Aldrich); α-트리플루오로-o-크레졸 (Aldrich); 2-브로모-4-플루오로페놀 (Aldrich); 4-플루오로페놀 (Aldrich); 4-클로로페닐-2-클로로-1,1,2-트리-플루오로에틸 술폰 (Aldrich); 3,4-디플루오로 페닐아세트산 (Aldrich); 3-플루오로페닐아세트산 (Aldrich); 3,5-디플루오로 페닐아세트산 (Aldrich); 2-플루오로페닐아세트산 (Aldrich); 2,5-비스(트리플루오로메틸) 벤조산 (Aldrich); 에틸-2-(4-(4-(트리플루오로메틸)페녹시)페녹시)프로피오네이트 (Aldrich); 테트라키스 (2,4-디-tert-부틸 페닐)-4,4′-비페닐 디포스포나이트 (Aldrich); 4-tert-아밀 페놀 (Aldrich); 3-(2H-벤조트리아졸-2-일)-4-히드록시 페네틸알코올 (Aldrich); NAUGARD 76, NAUGARD 445, NAUGARD 512, 및 NAUGARD 524 (Chemtura Corporation 제조); 및 기타 등 및 이들의 혼합물을 포함한다. 산화방지제는, 존재하는 경우, 잉크에서 임의의 바람직하거나 유효한 함량, 예컨대 잉크의 약 0.25 중량% 내지 약 10 중량% 또는 잉크의 약 1 중량% 내지 약 5 중량% 존재한다.

실시태양들에서, 본원에 기재된 상 변화 잉크 조성물은 착색제를 더욱 포함한다. 따라서 본 실시태양들의 잉크는 착색제 존재 또는 부재일 수 있다. 상 변화 잉크는 선택적으로 착색제 예컨대 염료 또는 안료를 포함한다. 착색제는 시안, 마젠타, 황색, 블랙 (CMYK) 조합 또는 별색 염료 또는 안료 또는 염료의 혼합물에서 얻어지는 별색일 수 있다. 염료계 착색제는 결정성 및 비결정성 성분들 및 임의의 기타 첨가제들로 구성되는 잉크 베이스 조성물과 혼용된다.

실시태양들에서, 본원에 기재된 상 변화 잉크 조성물은 착색제를 더욱 포함한다. 착색제가 잉크 담체에 용해 또는 분산된다면 염료, 안료, 이들의 혼합물, 및 기타 등을 포함한 임의의 바람직하거나 유효한 착색제가 상 변화 잉크 조성물에 적용된다. 잉크 담체에 분산 또는 용해되고 다른 잉크 성분들과 상용성이 있다면 임의의 염료 또는 안료가 선택된다. 상 변화 담체 조성물은 종래 상 변화 잉크 착색제 물질들, 예컨대 색지수 (C.I.) Solvent Dyes, Disperse Dyes, 개질 Acid 및 Direct Dyes, Basic Dyes, Sulphur Dyes, Vat Dyes, 및 기타 등과 조합되어 사용된다. 적합한 염료의 예시로는 Neozapon Red 492 (BASF); Orasol Red G (Pylam Products); Direct Brilliant Pink B (Oriental Giant Dyes); Direct Red 3BL (Classic Dyestuffs); Supranol Brilliant Red 3BW (Bayer AG); Lemon Yellow 6G (United Chemie); Light Fast Yellow 3G (Shaanxi); Aizen Spilon Yellow C-GNH (Hodogaya Chemical); Bemachrome Yellow GD Sub (Classic Dyestuffs); Cartasol Brilliant Yellow 4GF (Clariant); Cibanone Yellow 2G (Classic Dyestuffs); Orasol Black RLI (BASF); Orasol Black CN (Pylam Products); Savinyl Black RLSN (Clariant); Pyrazol Black BG (Clariant); Morfast Black 101 (Rohm ＆ Haas); Diaazol Black RN (ICI); Thermoplast Blue 670 (BASF); Orasol Blue GN (Pylam Products); Savinyl Blue GLS (Clariant); Luxol Fast Blue MBSN (Pylam Products); Sevron Blue 5GMF (Classic Dyestuffs); Basacid Blue 750 (BASF); Keyplast Blue (Keystone Aniline Corporation); Neozapon Black X51 (BASF); Classic Solvent Black 7 (Classic Dyestuffs); Sudan Blue 670 (C.I. 61554) (BASF); Sudan Yellow 146 (C.I. 12700) (BASF); Sudan Red 462 (C.I. 26050) (BASF); C.I. Disperse Yellow 238; Neptune Red Base NB543 (BASF, C.I. Solvent Red 49); Neopen Blue FF-4012 (BASF); Fatsol Black BR (C.I. Solvent Black 35) (Chemische Fabriek Triade BV); Morton Morplas Magenta 36 (C.I. Solvent Red 172); 금속 프탈로시아닌 착색제, 및 기타 등을 포함한다. 예를들면, Milliken ＆ Company에서 상업적으로 입수되는 Milliken Ink Yellow 869, Milliken Ink Blue 92, Milliken Ink Red 357, Milliken Ink Yellow 1800, Milliken Ink Black 8915-67, uncut Reactint Orange X-38, uncut Reactint Blue X-17, Solvent Yellow 162, Acid Red 52, Solvent Blue 44, 및 언컷 Reactint Violet X-80와 같은 중합체 염료가 사용될 수도 있다.

안료 역시 상 변화 잉크용 적합한 착색제이다. 적합한 안료의 예시로는 PALIOGEN Violet 5100 (BASF); PALIOGEN Violet 5890 (BASF); HELIOGEN Green L8730 (BASF); LITHOL Scarlet D3700 (BASE); SUNFAST Blue 15:4 (Sun Chemical); Hostaperm Blue B2G-D (Clariant); Hostaperm Blue B4G (Clariant); Permanent Red P-F7RK; Hostaperm Violet BL (Clariant); LITHOL Scarlet 4440 (BASF); Bon Red C (Dominion Color Company); ORACET Pink RF (BASF); PALIOGEN Red 3871 K (BASF); SUNFAST Blue 15:3 (Sun Chemical); PALIOGEN Red 3340 (BASF); SUNFAST Carbazole Violet 23 (Sun Chemical); LITHOL Fast Scarlet L4300 (BASF); SUNBRITE Yellow 17 (Sun Chemical); HELIOGEN Blue L6900, L7020 (BASF); SUNBRITE Yellow 74 (Sun Chemical); SPECTRA PAC C Orange 16 (Sun Chemical); HELIOGEN Blue K6902, K6910 (BASF); SUNFAST Magenta 122 (Sun Chemical); HELIOGEN Blue D6840, D7080 (BASF); Sudan Blue OS (BASF); NEOPEN Blue FF4012 (BASF); PV Fast Blue B2GO1 (Clariant); IRGALITE Blue GLO (BASF); PALIOGEN Blue 6470 (BASF); Sudan Orange G (Aldrich); Sudan Orange 220 (BASF); PALIOGEN Orange 3040 (BASF); PALIOGEN Yellow 152, 1560 (BASF); LITHOL Fast Yellow 0991 K (BASF); PALIOTOL Yellow 1840 (BASF); NOVOPERM Yellow FGL (Clariant); Ink Jet Yellow 4G VP2532 (Clariant); Toner Yellow HG (Clariant); Lumogen Yellow D0790 (BASF); Suco-Yellow L1250 (BASF); Suco-Yellow D1355 (BASF); Suco Fast Yellow D1355, D1351 (BASF); HOSTAPERM Pink E 02 (Clariant); Hansa Brilliant Yellow 5GX03 (Clariant); Permanent Yellow GRL 02 (Clariant); Permanent Rubine L6B 05 (Clariant); FANAL Pink D4830 (BASF); CINQUASIA Magenta (DU PONT); PALIOGEN Black L0084 (BASF); Pigment Black K801 (BASF); 및 카본 블랙 예컨대 REGAL 330™ (Cabot), Nipex 150 (Evonik) Carbon Black 5250 및 Carbon Black 5750 (Columbia Chemical), 및 기타 등 및 이들의 혼합물을 포함한다.

잉크 베이스에서 안료 분산액은 상승제 및 분산제에 의해 안정화된다. 특정 실시태양들에서 안료는 미국특허번호7,973,186에 기재된 아민계 분산제에 의해 안정화된다. 소정의 실시태양들에서, 아민계 분산제는 식 II의 구조를 가진다:

식 II

식 중 x는 약 1 내지 약 10이고, y는 약 10 내지 약 10,000이다. 소정의 이러한 실시태양들에서, x는 약 2 내지 약 8 또는 약 3 내지 약 5이다. 소정의 이러한 실시태양들에서, y는 약 5 내지 약 20 또는 약 9 내지 약 14이다. 특정 실시태양에서, 아민계 분산제는 다음 구조를 가진다:

식 중 y는 약 9 내지 약 14이다 (화합물 A).

안료 농축액에서 분산제는 안료 농축액 총 중량 기준으로약 2 중량% 내지 약 40 중량%, 약 5 중량% 내지 약 35 중량%, 또는 약 10 중량% 내지 약 30 중량% 존재한다.

일반적으로, 적합한 안료는 유기 물질 또는 무기 물질일 수 있다. 자기 물질-기재의 안료는, 예를들면, 견고한 자기 잉크 문자 식별 (MICR) 잉크 제조에 적합하다. 자기 안료는 자기 나노입자, 예컨대 예를들면, 강자성 나노입자를 포함한다.

실시태양들에서, 용제 염료들이 적용된다. 본원에서 사용에 적합한 예시적 용제 염료는 본원에 개시되는 잉크 담체와 상용성이 있으므로 주정용 (spirit soluble) 염료를 포함한다. 예시적으로 적합한 주정용 염료는 Neozapon Red 492 (BASF); Orasol Red G (Pylam Products); Direct Brilliant Pink B (Global Colors); Aizen Spilon Red C-BH (Hodogaya Chemical); Kayanol Red 3BL (Nippon Kayaku); Spirit Fast Yellow 3G; Aizen Spilon Yellow C-GNH (Hodogaya Chemical); Cartasol Brilliant Yellow 4GF (Clariant); Pergasol Yellow 5RA EX (Classic Dyestuffs); Orasol Black RLI (BASF); Orasol Blue GN (Pylam Products); Savinyl Black RLS (Clariant); Morfast Black 101 (Rohm and Haas); Thermoplast Blue 670 (BASF); Savinyl Blue GLS (Sandoz); Luxol Fast Blue MBSN (Pylam); Sevron Blue 5GMF (Classic Dyestuffs); Basacid Blue 750 (BASF); Keyplast Blue (Keystone Aniline Corporation); Neozapon Black X51 (C.I. 용매 Black, C.I. 12195) (BASF); Sudan Blue 670 (C.I. 61554) (BASF); Sudan Yellow 146 (C.I. 12700) (BASF); Sudan Red 462 (C.I. 260501) (BASF), 이들의 혼합물 및 기타 등을 포함한다.

착색제는 상 변화 잉크에 원하는 칼러 또는 색상을 획득하기 위하여 임의의 바람직한 또는 유효 함량으로 존재하며 예컨대, 예를들면, 잉크의 적어도 약 0.1 중량% 내지 잉크의 약 20 중량%, 잉크의 적어도 약 1 중량% 내지 잉크의 약 15 중량%, 및 잉크의 적어도 약 2 중량% 내지 잉크의 약 10 중량%로 존재한다.

잉크 조성물은 임의의 바람직한 또는 적합한 방법으로 제조될 수 있다. 예를들면, 각각의 잉크 담체 성분을 함께 혼합하고, 혼합물을 적어도 융점, 예를들면 약 60 ℃ 내지 약 150 ℃, 80 ℃ 내지 약 145 ℃ 및 85 ℃ 내지 약 140 ℃로 가열한다. 착색제는 잉크 성분이 가열되기 전에 또는 잉크 성분이 가열된 후에 첨가될 수 있다. 안료가 선택된 착색제인 경우, 용융 혼합물은 아트리토 또는 매질 분쇄 장치에서 분쇄하여 잉크 담체 중 안료를 분산시킨다. 이후 가열된 혼합물을 약 5 초 내지 약 30 분 또는 이상 교반하여 실질적으로 균질의 균일 용융물을 얻고 잉크를 주변 온도 (전형적으로 약 20 ℃ 내지 약 25 ℃)로 냉각시킨다. 잉크는 주변 온도에서 고체이다. 잉크는 직접 프린트 잉크젯 프로세스 및 간접 (옵셋) 프린트 잉크젯 분야의 장치에 이용될 수 있다. 본원의 다른 실시태양은 본원의 잉크를 잉크젯 인쇄장치에 통합시키는 단계, 잉크 용융 단계, 및 용융된 잉크의 액적을 이미지 방식 패턴으로 기록 기재에 분사하는 단계로 구성되는 방법에 관한 것이다. 본원의 또 다른 실시태양은 본원의 잉크를 잉크젯 인쇄장치에 통합하는 단계, 잉크 용융 단계, 용융된 잉크의 액적을 이미지방식 패턴으로 중간 이송부재에 분사하는 단계, 및 이미지방식 패턴의 잉크를 중간 이송부재에서 최종 기록 기재로 이송하는 단계로 구성되는 방법에 관한 것이다. 특정 실시태양에서, 중간 이송부재는 최종 기록 시트 온도 이상으로 가열되고 인쇄장치의 용융 잉크 온도 이하로 가열된다. 또 다른 특정 실시태양에서, 중간 이송부재 및 최종 기록 시트 모두가 가열되고; 본 실시태양에서, 중간 이송부재 및 최종 기록 시트 모두 인쇄장치의 용융 잉크 온도 이하로 가열되고; 본 실시태양에서, 중간 이송부재 및 최종 기록 시트의 상대 온도는 (1) 중간 이송부재가 최종 기록 기재 온도 이상으로 및 인쇄장치의 용융 잉크 온도 이하로 가열되고; (2) 최종 기록 기재가 중간 이송부재 온도 이상으로 및 인쇄장치의 용융 잉크 온도 이하로 가열되고; 또는 (3) 중간 이송부재 및 최종 기록 시트는 대략 동일 온도로 가열될 수 있다. 특정 실시태양에서, 인쇄장치는 압전 인쇄방식을 적용하여 압전 진동 요소에 의해 잉크 액적이 이미지방식 패턴으로 분사된다. 본원에 기재된 잉크는 다른 핫멜트 인쇄 방법, 예컨대 핫멜트 음향 잉크젯 프린팅, 핫멜트 열적 잉크젯 프린팅, 핫멜트 연속 스트림 또는 편향 잉크젯 프린팅 및 기타 등으로 적용될 수도 있다. 본원에 기재된 상 변화 잉크는 핫멜트 잉크젯 프린팅 방법 이외의 프린팅 방법으로도 적용될 수 있다.

임의의 적합한 기재 또는 기록 시트가 사용될 수 있고, 보통 용지 예컨대 XEROX 4200 용지, XEROX Image Series 용지, Courtland 4024 DP 용지, 노트 괘지, 본드지, 실리카 피복지 예컨대 Sharp Company 실리카 피복지, JuJo 용지, HAMMERMILL LASERPRINT 용지, 및 기타 등, 광택 코팅지 예컨대 XEROX Digital Color Gloss, Sappi Warren 용지 LUSTROGLOSS, 특수지 예컨대 Xerox DURAPAPER 및 기타 등, 투명재료, 섬유, 직접제품, 플라스틱, 고분자 필름, 무기질 기록매체 예컨대 금속 및 목재, 및 기타 등이 포함된다.

잉크 조성물 제조

표 2에 나열된 바이오 재생가능한 비결정성 화합물 및 표 3에 나열된 결정성 화합물의 혼합물을 이용하여 잉크를 배합하였다. 하기 표 4는 제조된 잉크 조성물을 보인다.

표 4: 방향족 로진 에스테르을 포함한 지속 가능한 상 변화 잉크

		잉크 실시예 1	잉크 실시예 2	잉크 실시예 3	잉크 실시예 4	잉크 실시예 5	잉크 실시예 6
결정성 성분	디스테아릴 테레프탈레이트 (DST) (BRC= 80%)		78.4	76.48	76.48
	디도코실 테레프탈레이트 (BRC = 83%)	78.4
비결정성성분	TBCT* (BRC ~ 40%)
	Sylvatac RE 40 (BRC ~ 80%)	19.6	19.6	19.12
	Sylvatac RE 25 ((BRC ~ 80%)				19.12
	Sylvatac RE85L					19.12
	Sylvatac RE 80HP						19.12
US 7 973 186에 기재된 아민 분산제				2	2	2	2
SunFlo SFD-B124 상승제				0.4	0.4	0.4	0.4
Keystone Solvent blue 101 Dye		2	2
Hostapern B4G Cyan 안료				2	2	2	2
총계		100	100	100	100	100	100
BRC (%)**		~80	~78	~77	~77	~77	~77
점도 @ 140℃ (cPs)***		5.30	5.43	6.67	6.88	7.18	6.48
Tcryst. (℃) (유변학에 의함)		85	80	80	80	80	80

* 미국특허 8,500,896에 기재된 바와 같이 합성된 4-t-부틸시클로헥산올, 시클로헥산올 및 타르타르산의1:1:1 몰비의 반응 생성물.

** 바이오 재생가능한 함량- 바이오계 물질들의 중량%

*** 주파수 = 1 Hz; 25 mm 평행판 구조; 간격 (gap) = 0.2mm; 변형% =400%

실시예 1

잉크 실시예 1

30 mL 갈색병에, 다음 순서로 충전하였다: 3.92 g 디도코실 테레프탈레이트 (표 3의 화합물 3, 78.4 wt%) 및 0.98 g Sylvatac RE 40 (표 1에 제시된 상업적 비결정성 결합제). 물질들을 140℃에서 녹이고 자석 교반막대를 이용하여 30 분 교반한 후 0.1 g Keyplast Solvent blue 101 염료 (2 wt%, Keystone에서 구입)를 용융 혼합물에 첨가하였다. 잉크를 추가로 1 시간 동안 140℃에서 교반한 후, 알루미늄 트레이에 붓고 실온으로 냉각하였다. 잉크의 유동성을 측정하여 도 2에 제시한다.

실시예 2

잉크 실시예 2

잉크 실시예 2는 잉크 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 디도코실 테레프탈레이트 대신 디스테아릴 테레프탈레이트 (DST)를 사용하였다. 유동성을 측정하고 표 4에 제시한다.

실시예 3

잉크 실시예 3

안료 농축액

비이커에 72 g DST, 40 g 아민계 분산제 (본원에 참고문헌으로 통합되는 미국특허 No. 7,973,186에 기재된 주문형 분산제), 및 8 g SunFlo SFD-B124 상승제를 첨가하였다. 용액을 30분간 130℃에서 교반하고, 40 그램의 Cyan B4G 안료를 첨가하고 추가 1 시간 동안 130^oC에서 교반하였다. 이는 안료 습식상이라고 부른다. 이후 본 혼합물을 1800g의 1/8 인치 스테인리스 강재 숏들을 있는 100mL 아트리토 용기에 옮긴다. 혼합물을 350 RPM으로 24 시간 130℃에서 교반하였다. 이후 안료 농축액을 숏과 체질로 분리하고 입자 크기를 측정하였다.

잉크 제조

50mL 비이커에 1.33g 안료 농축액, 6.75g DST, 및 1.91g Sylvatac RE 40을 투입하였다. 혼합물을 130^oC에서 2 시간 동안 교반한 후 팬에 붓고 냉각하였다 (고화). 유동성을 측정하고 결과를 표 4에 제시한다.

잉크 실시예들 4-6

잉크 실시예들 4-6을 잉크 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하되, Sylvatac RE 40 대신 표 4에 제시된 다른 비결정성 결합제들을 사용하였다. 유동성을 측정하고 결과를 표 4에 제시한다.

잉크들의 평가

도 2는 잉크 실시예 3의 신품 및 노화 샘플의 유동성을 보인다. 잉크 유동성은 고온의 오븐에서 7 일 동안 노화에 의해 변하지 않았다. 잉크 4-6은 매우 낮은 점도를 가지고 120℃ 이하에서 분사될 수 있다.

이미지 견뢰성

잉크 실시예들 3-6을 개조 Xerox Phaser 8860 프린터를 사용하여 Digital Color Elite Gloss, 120 gsm (DCEG)에 인쇄하여, 기재에서 쉽게 제거되지 않는 강건한 이미지들을 형성하였다. 수직에서 약 15° 각도로 만곡된 팁을 가지는 스크래치/가우지 핑거로, 528 g 하중을 적용하여, 대략 13 mm/s 속도로 이미지를 횡단하여 끌어도 육안으로는 잉크 실시예들 3 및 4로 형성된 이미지들로부터 잉크는 떨어지지 않았다. 잉크 실시예들 5 및 6로 형성된 이미지들은 약간 잉크가 제거되었다. 스크래치/가우지 팁은 대략 12mm 곡률의 선반 원형 노오즈 절단 비트와 유사하다. Duplo D-590 폴더에서XEROX Business 4200 (75gsm) 대면 페이지로 일부 이미지들을 접고 접힘 구겨짐 및 접힘 옵셋을 평가하였다. 잉크 실시예 3 및 4로 형성된 이미지들은 옵셋을 보이지 않았고 잉크 실시예들 5 및 6은 약간 옵셋을 보였다. 잉크 실시예들 3 및 4은 더 낮은 Tg 비결정성 결합제들로 제조되었고 잉크 실시예들 5 및 6은 더 높은 Tg 비결정성 결합제들로 제조되었다. Tg가 증가하면서, 이미지 견뢰성은 열화된다.

Claims

결정성 성분;
방향족 로진 에스테르인 비결정성 성분; 및
선택적인 착색제;를 포함하는 상 변화 잉크로서,
상기 방향족 로진 에스테르는 다음으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 상 변화 잉크:

,
,
,

, 및 이들의 혼합물.
청구항 1에 있어서,
안료, 염료 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 착색제를 추가로 포함하는 상 변화 잉크.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 비결정성 성분 및 결정성 성분은 적어도 80 중량%의 바이오 재생가능한 물질을 포함하는 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
적어도 70 중량%의 바이오 재생가능한 물질을 포함하는 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
상기 결정성 성분은 디스테아릴 테레프탈레이트, 디도코실 테레프탈레이트, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
상기 결정성 성분은 상기 상 변화 잉크의 총 중량의 60 내지 95 중량%의 양으로 존재하는 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
상기 비결정성 성분은 상기 상 변화 잉크의 총 중량의 5 내지 40 중량%의 양으로 존재하는 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
상기 결정성/비결정성 중량 비는 60:40 내지 95:5인 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
상기 결정성 성분은 140℃의 온도에서 12 cps 이하의 점도를 갖는 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
상기 비결정성 성분은 -10℃ 내지 30℃의 Tg를 갖는 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
상기 비결정성 성분은 140℃ 오븐에서 5 일 경과된 후 점도에 있어서 증가를 보이지 않는 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
100 내지 140℃의 분사 범위에서 1 내지 22 cps의 점도를 갖는 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
실온에서 10⁶ cps 이상의 점도를 갖는 상 변화 잉크.
청구항 1에 있어서,
분산제, 상승제, 산화방지제, 탈포제, 평활성 및 표면 조정제, 청징제, 점도 조정제, 점착제, 가소제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는 상 변화 잉크.
결정성 성분;
방향족 로진 에스테르인 비결정성 성분;
안료; 및
안료 분산제;를 포함하는 상 변화 잉크로서,
상기 방향족 로진 에스테르는 다음으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 상 변화 잉크:

,
,
,

, 및 이들의 혼합물.
청구항 16에 있어서,
상기 안료 분산제는 식 II의 구조를 갖는 아민계 분산제인 상 변화 잉크:

식 II
식 중 x는 1 내지 10이고, y는 10 내지 10,000이다.
청구항 16에 있어서,
50 nm 내지 400 nm의 평균 입자 크기를 갖는 상 변화 잉크.
결정성 성분;
방향족 로진 에스테르인 비결정성 성분; 및
착색제;를 포함하는 상 변화 잉크로서,
상기 비결정성 성분 및 결정성 성분은 적어도 80 중량%의 바이오 재생가능한 물질을 포함하는 상 변화 잉크로서,
상기 방향족 로진 에스테르는 다음으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 상 변화 잉크:

,
,
,

, 및 이들의 혼합물.
삭제