KR20010015561A - 필기구용 수성 잉크 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 착색제 및 물을 포함하며, 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 15 중량%의 환원된 덱스트린 또는 말토덱스트린을 추가로 함유하는 수성 잉크 조성물에 관한 것이다. 이것은 뛰어난 건조 방지성 및 안전성을 갖고, 점도 및 pH 변화가 없다.

Description

필기구용 수성 잉크 조성물{AQUEOUS INK COMPOSITION FOR WRITING UTENSILS}
일반적으로, 볼펜용 잉크는 지금까지 물과 같은 수성 용매를 포함하는 용매를 함유하고 10 mPa·s 이하의 잉크 점도를 갖는 볼펜용 저점도 수성 잉크, 및 광유, 다가 알콜, 지방산 및 셀로솔브(cellosolve)와 같은 유성 용매를 포함하는 용매를 함유하고 1000 내지 20000 mPa·s의 잉크 점도를 갖는 고점도 유성 잉크로 분류되고 있다.
볼펜용 유성 잉크를 사용하는 볼펜은 직경이 작은 잉크통을 통해 볼에 부착된 잉크가 볼의 회전에 의해 종이 표면에 전달되고 잉크의 전달 부분만이 잉크통으로부터 볼로 공급되는 구조를 갖는다.
볼펜용 수성 잉크를 사용하는 볼펜은 미세 섬유를 결합시켜 제조된 공급물의 모세관 작용에 의해 잉크가 볼 표면 및 종이 표면에 공급되는 구조를 갖는다.
볼펜용 수성 잉크 및 유성 잉크가 각각 잇점을 갖지만, 이들은 또한 여러 문제점이 있다. 예를 들면, 볼펜용 수성 잉크는 점도가 낮고, 따라서 볼펜의 볼이 종이와 단순하게 접촉하기만 해도 모세관 작용이 그의 접촉점 상에 가해져서 잉크를 공급한다. 잉크는 너무 큰 필압(筆壓)을 요구하지 않으면서 미세한 선을 종이 표면에 쓸 수 있게 하고 갈라짐, 굳음 및 뭉침을 거의 발생시키지 않는다. 반면에, 잉크통에 직접 잉크를 저장하면 잉크가 진동, 충격 및 외부 공기 압력의 상승으로 인해 새게 될 뿐만 아니라 볼에 공급되는 잉크의 양이 불안정해진다. 따라서, 미세 섬유를 결합시켜 제조된 공급물을 갖는 복잡한 구조가 요구된다. 또한, 잉크의 잔량을 확인하기 어렵다는 문제점을 수반한다.
한편, 볼펜용 유성 잉크는 그의 고점도로 인해 펜 끝으로부터 잉크의 뭉침이 방지될 수 있고 잉크가 직경이 작은 잉크통에 직접 저장되어 볼펜의 구조가 단순화될 수 있고, 잉크의 잔량이 잉크통용 투명 물질을 사용하여 확인될 수 있음을 특징으로 한다. 반면에, 잉크가 단지 회전하는 볼과 접촉할 때에만 종이 표면상에 전달되기 때문에 볼이 불안정하게 회전하면 갈라짐 및 굳음이 생기기 쉽고 잉크가 종이 표면내로 투과하기 어렵기 때문에 전달되지 않은 잉크로 인한 얼룩을 일으키는 뭉침이 생기기 쉽다는 문제점을 수반한다.
최근에, 이러한 문제점들을 해결하기 위해 젤라틴화제 및 수용성 페이스트를 첨가하여 잉크에 특수 점도 특성을 제공하는 볼펜용 수성 잉크(이후 의소성 수성 잉크로서 지칭됨)가 개발되고 있다.
이 의소성 수성 잉크를 사용하는 볼펜은 필기할 때 끝에서 볼의 회전에 의해 잉크에 가해지는 전단력에 의해 잉크 점도가 감소되고, 수성 잉크를 사용하여 볼펜처럼 부드럽게 필기할 수 있고, 종이 표면상에 양호한 필적을 남길 수 있다. 또한, 펜이 필기에 사용되지 않을 때 잉크가 고점도를 갖기 때문에 펜끝으로부터 잉크의 뭉침은 방지될 수 있다. 잉크는 잉크통에 직접 저장되어 볼펜의 구조는 단순화될 수 있고, 잉크통용 투명 물질의 사용은 잉크의 잔량을 확인할 수 있다.
따라서, 볼펜용 의소성 수성 잉크의 사용은 수성 잉크를 사용하는 볼펜 및 유성 잉크를 사용하는 볼펜의 특성을 모두 갖는 필기구를 제공한다. 그러나, 수성 잉크는 주용매로서 물을 함유하고, 여기에 함유된 물이 증발되면 잉크에 함유된 용해 물질 및 혼합물이 필기구의 끝에서 농축되고 석출되고 건조되고 고화되어 막힘 및 잉크 점도의 증가를 일으키기 때문에 이것은 필기에 어려움이 있다. 따라서, 우레아, 티오우레아, 다가 알콜 또는 이들의 유도체, 테트라하이드로퍼푸릴 알콜, 4-메톡시-4-메틸펜탄-2-온, p-톨루엔설폰아미드의 에틸렌 옥사이드 부가물, 티오디에탄올 및 알칸올아민과 같은 난휘발성 염료 가용화제 및 난휘발성 염료 용해조제 및 솔비톨을 첨가하는 것이 제안되어 왔다.
그러나, 상기 기술한 여러 첨가제를 배합시킨 잉크가 건조 방지성에 대한 충분한 효과를 갖지 못하고, 또한 점도가 증가하여 잉크가 나오는 것이 불량해지고, 첨가제가 독성을 갖는 부적당한 문제점이 있기 때문에, 만족스러운 수성 잉크 조성물은 얻어지지 못했다.
또한, 환원 말단기를 갖고 전분 분해 생성물 또는 글루코스 중합체로서 대표되는 덱스트린 및 말토덱스트린이 첨가된다. 그러나, 이들은 펜끝에서 건조 방지성을 갖지만, 비환원당이기 때문에 이들을 잉크에 배합하면 이들과 잉크 성분에 함유된 pH 조절제 및 수용성 수지에서의 아미노기 사이의 반응(메일라아드 반응)이 시간에 따라 촉진되어 잉크의 pH가 감소되는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 기술한 통상적인 문제점을 해결하기 위한 것이고, 본 발명의 목적은 건조 방지성이 뛰어나고 안전하고 잉크의 점도 및 pH가 시간에 따라 변하지 않는 필기구용 수성 잉크 조성물, 특히 볼펜용 의소성 수성 잉크를 제공하는 것이다.
발명의 요약
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명자에 의해 계속된 집중적인 연구의 결과, 하나 이상의 착색제 및 물을 포함하며, 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 15 중량%의 환원된 덱스트린 또는 환원된 말토덱스트린을 추가로 함유하는 필기구용 수성 잉크 조성물을 발명하게 되었다. 다른 전술한 수용성 액체 매질을 단독으로 또는 이들의 다수를 조합하여 본 발명의 필기구용 수성 잉크 조성물에 첨가할 수 있다.
또한, 볼펜용 의소성 수성 잉크 조성물을 제조하기 위해, 점도 조절제를 잉크 조성물에 첨가하여 의소성을 부여한다. 그의 점도는 바람직하게는 3.84 s-1의 전단 속도에서 100 내지 4000 mPa·s이다.
본 발명은 펜끝에서의 막힘 방지성 및 건조 방지성이 뛰어난 필기구용 수성 잉크 조성물에 관한 것이고, 보다 구체적으로 유성 잉크, 즉 볼펜용 의소성(pseudoplastic) 수성 잉크 조성물을 사용하는 볼펜의 잇점을 갖는 볼펜용 전단 감점성 수성 잉크에 관한 것이다.
본 발명의 필기구용 수성 잉크 조성물에 사용되는 각각의 성분에 대해서 설명할 것이다.
본 발명의 필기구용 수성 잉크 조성물에 첨가된 환원된 덱스트린 또는 환원된 말토덱스트린은 통상적으로 식용 감미료로서 사용되는 안전한 무독성 사카라이드이며, 물에 대한 높은 용해도 및 매우 뛰어난 수분 보유성을 갖는 것을 특징으로 한다.
이 환원된 덱스트린 또는 환원된 말토덱스트린을 함유하는 필기구용 수성 잉크 조성물은 안전하고 잉크 점도 및 pH가 시간에 따라 변화하는 문제점을 일으키지 않으면서 건조 방지성을 개선시킨다.
환원된 덱스트린 또는 환원된 말토덱스트린은 일반적으로 사용되는 잉크 조성물의 성질에 악영향을 미치지 않고 잉크중의 수소 이온 농도를 변화시키지 않기 때문에, 이것은 음이온성 및 양이온성 물질에 악영향을 미치지 않고, 따라서 착색제로서는 모든 수성 염료 및 유기 또는 무기 안료중에서 임의로 선택될 수 있다는 잇점을 갖는다. 본 발명의 수성 잉크 조성물중의 환원된 덱스트린 또는 환원된 말토덱스트린의 함량은 바람직하게는 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 15 중량%이다. 함량이 0.5 중량%보다 작으면 건조 방지성에 대한 효과는 감소되고, 함량이 15 중량%보다 크면 방사성이 강해져서 필기감이 저하된다.
상기 기술한 바와 같이, 수성 액체 매질에 용해되거나 분산될 수 있는 모든 염료 및 안료는 착색제로서 사용될 수 있다. 그의 구체적인 예로서, 에오신(Eosine), 플록신(Phloxine), 워터 옐로우(Water Yellow) #6-C, 애시드 레드, 워터 블루(Blue) #105, 브릴리언트(Brilliant) 블루 FCF 및 니그로신(Nigrosine) NB와 같은 산 염료, 디렉트 블랙(Direct Black) 154, 디렉트 스카이 블루 5B 및 바이올렛(Violet) BB와 같은 직접 염료, 로다민(Rhodamine) 및 메틸 바이올렛과 같은 염기성 염료, 이산화 티탄, 카본 블랙 및 울트라마린과 같은 무기 안료 및 코퍼 프탈로시아닌(Copper Phthalocynine) 블루 및 벤지딘(Benzidine) 옐로우와 같은 유기 안료 및 여러 금속 분말이 사용될 수 있다. 이들은 단독으로 또는 이들중 2종류 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
안료가 착색제로서 사용시, 수용성 중합체 분산제 및 계면활성제를 적합하게 선택하고 배합하여야 한다. 수용성 중합체는 폴리아크릴산 염, 스티렌-아크릴산 공중합체의 염, 스티렌-말레산 공중합체의 염, 비닐나프탈렌-말레산 공중합체의 염 및 β-나프탈렌설폰산-포르말린 축합 생성물의 염과 같은 음이온성 중합체 및 폴리비닐 알콜, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리에틸렌 글리콜과 같은 비이온성 중합체를 포함한다.
물은 주요 매질로서 사용될 수 있고, 수혼화성인 극성 기를 갖는 모든 매질은 액체 매질로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 글리세린, 피롤리돈 및 트리에탄올아민이 사용될 수 있다.
구체적으로, 잉크 조성물에 의소성을 부여하기 위해 첨가되는 점도 조절제로서는 폴리아크릴산 염, 가교결합형 아크릴산 중합체, 스티렌-아크릴산 공중합체의 염, 스티렌-말레산 공중합체의 염, 폴리비닐피롤리돈 및 폴리에틸렌 글리콜과 같은 비이온성 중합체, 및 크산검, 구아검, 카세인 및 아라비아검과 같은 폴리사카라이드가 사용될 수 있다.
또한, 이들에 의해 조절되는 잉크는 3.84 s-1의 전단 속도에서 100 내지 4000 mPa·s, 바람직하게는 200 내지 2000 mPa·s, 보다 바람직하게는 300 내지 1000 mPa·s의 점도를 갖는다. 잉크의 점도가 100 mPa·s보다 작으면, 잉크는 펜끝으로부터 뭉친다. 또한, 이산화 티탄 및 금속 분말과 같은 큰 비중을 갖는 착색제가 사용되면, 착색제가 침전되지 않게 하기 위해 점도를 높게 조절해야 하고, 그의 상한은 바람직하게는 4000 mPa·s이다. 상한이 4000 mPa·s를 초과하면,잉크가 나오는 것이 불량해지기 때문에 필기성이 감소되는 결점이 있다.
필요하다면 사용될 수 있는 상기 성분 이외의 조절제는 폴리알킬렌 글리콜 유도체, 지방산 알칼리 염, 비이온성 계면활성제 및 불소계 계면활성제와 같은 윤활제, 벤조트리아졸 및 사포닌과 같은 녹방지제, 수산화 칼륨 및 인산 칼륨과 같은 pH 조절제, 및 나트륨 오마딘 및 1,2-벤조이소티아졸린과 같은 방부제를 포함한다.
본 발명의 필기구용 수성 잉크 조성물은 필요에 따라 상기 성분을 가열 용해시키고 혼합 교반하여 쉽게 얻어질 수 있다.
본 발명은 실시예를 참고로 하여 보다 구체적으로 하기 설명될 것이나, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 결코 제한되어서는 안 된다.
실시예 1
볼펜용 청색 수성 안료 잉크 조성물을 다음의 배합에 따라 제조하였다:
프탈로시아닌 블루(착색제) 8.0 중량%
스티렌-아크릴산 수지 암모늄 염(분산제) 3.0 중량%
에틸렌 글리콜(액체 매질) 20.0 중량%
환원된 덱스트린 5.0 중량%
인산 에스테르(윤활제) 0.7 중량%
1,2-벤조이소티아졸론 염(방부제) 0.3 중량%
아미노메틸프로판올(pH 조절제) 0.3 중량%
벤조트리아졸(녹방지제) 0.2 중량%
이온교환수 나머지
실시예 2
볼펜용 청색 수성 안료 잉크 조성물을 다음의 배합에 따라 제조하였다:
프탈로시아닌 블루(착색제) 8.0 중량%
스티렌-아크릴산 수지 암모늄 염(분산제) 3.0 중량%
에틸렌 글리콜(액체 매질) 20.0 중량%
환원된 말토덱스트린 4.0 중량%
인산 에스테르(윤활제) 0.5 중량%
1,2-벤조이소티아졸론 염(방부제) 0.3 중량%
아미노메틸프로판올(pH 조절제) 0.3 중량%
벤조트리아졸(녹방지제) 0.2 중량%
이온교환수 나머지
실시예 3
볼펜용 검정색 수성 잉크 조성물을 다음의 배합에 따라 제조하였다:
카본 블랙(착색제) 8.0 중량%
스티렌-말레산 수지 암모늄 염(분산제) 3.0 중량%
환원된 덱스트린 3.0 중량%
가성 칼륨 비누(윤활제) 0.5 중량%
프로필렌 글리콜(액체 매질) 20.0 중량%
1,2-벤조이소티아졸론 염(방부제) 0.3 중량%
아미노메틸프로판올(pH 조절제) 0.3 중량%
벤조트리아졸(녹방지제) 0.2 중량%
가교결합형 아크릴산 중합체(점도 조절제) 0.4 중량%
이온교환수 나머지
실시예 4
싸인펜용 검정색 수성 잉크 조성물을 다음의 배합에 따라 제조하였다:
카본 블랙(착색제) 8.0 중량%
스티렌-말레산 수지 암모늄 염(분산제) 3.0 중량%
환원된 덱스트린 3.0 중량%
에틸렌 글리콜(액체 매질) 20.0 중량%
1,2-벤조이소티아졸론 염(방부제) 0.3 중량%
아미노메틸프로판올(pH 조절제) 0.3 중량%
벤조트리아졸(녹방지제) 0.2 중량%
이온교환수 나머지
비교 실시예 1
실시예 1의 잉크 조성물로부터 환원된 덱스트린을 제거하여 볼펜용 청색 수성 잉크 조성물을 얻었다.
비교 실시예 2
실시예 2의 잉크 조성물로부터 환원된 말토덱스트린을 제거하고 5 중량%의 우레아를 첨가하여 볼펜용 청색 수성 잉크 조성물을 얻었다.
비교 실시예 3
실시예 3의 잉크 조성물로부터 환원된 덱스트린을 제거하고 3 %의 비환원된 덱스트린을 첨가하여 볼펜용 검정색 수성 잉크 조성물을 얻었다.
비교 실시예 4
실시예 4의 잉크 조성물로부터 환원된 덱스트린을 제거하여 싸인펜용 검정색 수성 잉크 조성물을 얻었다.
(평가 방법)
실시예 1 내지 3의 전기된 배합에 따라 얻어진 잉크 조성물 및 비교 실시예 1 내지 3에 따라 얻어진 잉크 조성물을 각각 볼 직경이 0.7 mm인 볼펜에 넣었고, 실시예 4 및 비교 실시예 4에 따라 얻어진 잉크 조성물을 각각 시판되고 있는 사인펜에 넣었다. 이들을 뚜껑을 닿지 않은 채로 놔두고, 굳음이 일어날 때까지의 시간을 측정하였다. 또한, 1개월동안 50℃에서 보존한 후 초기 잉크 조성물에 대한 점도 및 pH의 변화를 관찰하였다. 그의 결과는 표 1에 나타난다.
실시예 비교 실시예
1 2 3 4 1 2 3 4
굳을 때까지의 시간 30일 30일 15일 16시간 10일 20일 15일 5시간
점도 변화 없음 없음 없음 없음 없음 증가 없음 없음
pH 변화 없음 없음 없음 없음 없음 없음 감소 없음
실시예 5
다음의 배합에 따라 볼펜용 청색 의소성 수성 안료 잉크 조성물을 제조하였다:
프탈로시아닌 블루(착색제) 8.0 중량%
스티렌-아크릴산 수지 암모늄 염(분산제) 3.0 중량%
에틸렌 글리콜(액체 매질) 20.0 중량%
환원된 덱스트린 5.0 중량%
인산 에스테르(윤활제) 0.7 중량%
1,2-벤조이소티아졸론 염(방부제) 0.3 중량%
아미노메틸프로판올(pH 조절제) 0.3 중량%
벤조트리아졸(녹방지제) 0.2 중량%
폴리아크릴산 염(아크릴 기본 합성 중합체)(점도 조절제) 0.4 중량%
이온교환수 나머지
실시예 6
다음의 배합에 따라 볼펜용 청색 의소성 수성 안료 잉크 조성물을 제조하였다:
프탈로시아닌 블루 8.0 중량%
스티렌-아크릴산 수지 암모늄 염 3.0 중량%
에틸렌 글리콜 20.0 중량%
환원된 말토덱스트린 4.0 중량%
인산 에스테르 0.5 중량%
1,2-벤조이소티아졸론 염 0.3 중량%
아미노메틸프로판올 0.3 중량%
벤조트리아졸 0.2 중량%
폴리아크릴산 염(아크릴 기본 합성 중합체) 0.4 중량%
이온교환수 나머지
실시예 7
다음의 배합에 따라 볼펜용 검정색 의소성 수성 안료 잉크 조성물을 제조하였다:
카본 블랙 8.0 중량%
스티렌-말레산 수지 암모늄 염 3.0 중량%
환원된 덱스트린 10.0 중량%
가성 칼륨 비누(윤활제) 0.5 중량%
프로필렌 글리콜 20.0 중량%
1,2-벤조이소티아졸 염 0.3 중량%
아미노메틸프로판올 0.3 중량%
벤조트리아졸 0.2 중량%
가교결합형 아크릴산 중합체(점도 조절제) 0.4 중량%
이온교환수 나머지
비교 실시예 5
환원된 덱스트린을 배합하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 방법으로 볼펜용 청색 수성 잉크 조성물을 제조하였다.
비교 실시예 6
환원된 말토덱스트린을 배합하지 않고 5 중량%의 우레아를 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 6과 동일한 방법으로 볼펜용 청색 의소성 수성 안료 잉크 조성물을 제조하였다.
비교 실시예 7
환원된 덱스트린을 배합하지 않고 3 중량%의 비환원된 덱스트린을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 7와 동일한 방법으로 볼펜용 검정색 의소성 수성 잉크 조성물을 제조하였다.
(평가 방법)
실시예 5 내지 7의 전기된 배합에 따라 얻어진 잉크 조성물 및 비교 실시예 5 내지 7에 따라 얻어진 잉크 조성물을 각각 볼 직경이 1.0 mm인 볼펜에 넣었다. 이들을 뚜껑을 닿지 않은 채로 놔두고, 굳음이 일어날 때까지의 시간을 측정하였다. 또한, 3.84 s-1의 전단 속도에서 초기 잉크 조성물의 점도 및 1개월동안 50℃에서 보존한 후 초기 잉크 조성물의 점도 및 pH의 변화를 관찰하였다. 그의 결과는 표 2에 나타난다. 실시예 3의 초기 잉크 조성물의 점도도 또한 나타난다.
잉크 조성물의 성능 평가
실시예 비교 실시예
3 5 6 7 5 6 7
굳을 때까지의 시간 15일 10일 15일 12일 3일 5일 15일
잉크의 초기 점도(mPa·s) 500 700 500 700 750 800 550
점도 변화 없음 없음 없음 없음 없음 증가 없음
pH 변화 없음 없음 없음 없음 없음 없음 감소
굳음이 일어날 때까지 걸린 시간의 평가 결과 및 본 발명의 필기구용 수성 잉크 조성물에서 1개월동안 50℃에서 보존 후의 변화는 상기 기술한 표에서 나타난 바와 같다. 본 발명에서 특정한 첨가제인 환원된 덱스트린 및 환원된 말토덱스트린이 첨가되지 않은 비교 실시예와는 달리, 점도 및 pH가 시간에 따라 변화하는 결점은 실시예에서 일어나지 않고, 건조 방지성은 매우 개선된다.
뚜껑을 닫지 않은 채 놔둔 후 굳음이 일어날 때까지 걸린 시간은 본 발명의 경우에서 더 길고, 건조 방지성이 매우 개선되었다는 것을 밝혀내었다.
본 발명의 필기구용 수성 잉크 조성물은 건조 방지성이 뛰어나고 안전하다. 이것은 시간에 따라 점도 및 pH의 변동을 일으키지 않고, 수성 잉크를 사용하는 볼펜 및 싸인펜에 이용될 수 있다.

Claims (3)

  1. 하나 이상의 착색제 및 물을 포함하며, 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 15 중량%의 환원된 덱스트린 또는 말토덱스트린을 추가로 함유하는 필기구용 수성 잉크 조성물.
  2. 점도 조절제를 제 1 항에 기술한 필기구용 수성 잉크 조성물에 첨가하여 의소성이 부여된 볼펜용 의소성(pseudoplastic) 수성 잉크 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    3.84 s-1의 전단 속도에서 100 내지 4000 mPa·s의 점도를 갖는 볼펜용 의소성 수성 잉크 조성물.
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