KR20010031154A - 내마모성 잉크 조성물 및 사용 방법 - Google Patents

내마모성 잉크 조성물 및 사용 방법 Download PDF

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KR20010031154A
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urethane
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웨인 케이. 던쉬
메리 린 브라운
Original Assignee
스프레이그 로버트 월터
미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
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Abstract

본 발명은 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 폴리에틸렌-무함유 수성 분산액을 포함하는 잉크 조성물에 관한 것이다. 바람직하게는, 그 조성물은 우레탄 중합체를 가교 결합시킬 수 있는 가교 결합제를 더 포함한다. 그 조성물은 연질 또는 탄성 지지체 상에 인쇄하는데 유용하다. 이러한 잉크 조성물은 증가된 내구성, 특히 내마모성, 연신 중의 내마모성 및 내수성을 나타낸다.

Description

내마모성 잉크 조성물 및 사용 방법{Abrasion-Resistant Ink Compositions and Methods of Use}
연질 또는 탄성 지지체는 각종 용도에 사용된다. 예를 들면, 테잎, 붕대, 덮개, 라벨, 식품 포장재 등은 종종 연질 또는 탄성 지지체로부터 제조된다. 감압 (減壓) 접착 웹은 접합, 수선, 마스킹, 실링, 접속, 보호, 보강, 식별용 및 직물의 일부로서 또는 집안 장식품용 테잎을 형성하는데 이용되는 연질 또는 탄성 지지체의 일례이다. 감압 접착 웹은 벽 덮개 등으로서 종종 이용된다. 연질 또는 탄성 지지체는 전형적으로 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 부직 탄성 웹, 예를 들면 메이어 (Meyer) 등의 미국 특허 제5,230,701호에 기재된 것 및 이오노머와 같은 재료로부터 제조된다.
연질 또는 탄성 지지체의 많은 용도에서, 노출된 표면 상에, 일반적으로 표면 위에 접착제를 포함하는 지지체의 경우, 접착제 없는 면 상에 인쇄 메시지 또는 디자인을 갖는 것이 바람직하다. 잉크는 전형적으로 경랍 성분을 포함하며, 따라서 연질 표면, 및 특히 탄성 표면 상에 인쇄될 때 잉크의 결착성(integrity)은 문제가 될 수 있다. 예를 들면, 연질 표면 상에 인쇄될 때 많은 잉크는 파쇄되거나(shatter) 또는 분해되고 많은 연질 표면은 잉크와 잘 결합하지 않는다. 또한, 다공질 탄성 (예를 들면, 메이어 등의 미국 특허 제5,230,701호에 의해 교시된 지지체) 또는 연질 표면 상에 인쇄될 때 잉크의 결착성을 유지하는 것이 문제가 될 수 있다. 많은 유형의 잉크는 다공질 탄성체 또는 연질 표면에 잘 결합하지 않는다. 표면의 가요성 또는 표면의 다공성이 원인이 되는 잉크의 파괴는 잉크의 내구성을 감소시킬 수 있다. 또한, 일부 통용되는 잉크가 인쇄에 이용될 때, 예를 들어 연질 또는 탄성 지지체가 접착제로 코팅되고 다른 면이 저점착성 이면 풀칠 재료 (backsizing) (LAB)로 코팅될 때, 또는 일부 테잎, 예를 들면 포장 테잎 또는 붕대에 의해 일어날 수 있는 인쇄 표면의 마찰 또는 조작을 통해 잉크는 인접 표면 상에 마찰되어 떨어지기 쉽다(rub-off) .
감압 접착 웹을 취급할 때의 통상의 방법은, 웹을 사용 전에 풀리도록 하면서 접착제 코팅된 면 및 접착제 없는 면 사이의 인접 접촉에 의해 롤 내에 그것을 감는 것이다. 이 롤의 풀림을 용이하게 하기 위해, 웹의 접착제 없는 면은 일반적으로 종종 저점착성 이면 풀칠 재료 또는 LAB로 불리우는 적절한 "저점착성" 또는 박리 코팅재로 코팅된다. 이러한 코팅은 특히 지지체가 광범위한 마찰, 굴곡, 승온 등에 노출되는 이용 분야에 대해 내마모성을 크게 돕지는 않는다.
마찰되어 떨어지는 특성이 적은 잉크는 선행 기술에 공지되어 있다. 천연 또는 합성 왁스 함유 재료의 첨가에 의해 잉크를 변화시키는 시도가 이루어져 왔지만, 이러한 첨가제는 감압 접착 웨빙(webbing) 롤에 사용될 때 접착제로 이동하거나 또는 약한 마찰에 의해 쉽게 떨어지는 경향이 있다. 잉크의 내구성은 왁스 또는 수지의 첨가에 의해 조작되어 왔다. 왁스 함유 잉크는 개선된 손상 저항성, 슬립 특성 및 발수성을 나타낼 수 있다. 조절된 미립자 크기의 왁스는 안료에 따라 배치에 혼합 또는 마쇄될 수 있거나, 최종 블렌딩 작업 중에 도입될 수 있다. 또한, 왁스는 그것을 바니시(vanish) 및(또는) 용매에 분산 또는 용융시키고 또한 그것을 잉크에 첨가함으로써 "왁스 매체"에 배합될 수 있다.
개개의 왁스에 의해 부여된 비-마찰 성질이 특정 왁스의 융점 뿐만 아니라 입도 및 경도의 함수라는 것은 일반적으로 공지되어 있다. 그러나, 비-마찰 성질을 부여하기 위해 잉크에 왁스를 첨가하는 것은 특히 인쇄된 연질 또는 탄성 지지체에 대해 다른 문제를 나타낸다. 예를 들면, 왁스의 경우, 인쇄된 연질 또는 탄성 표면 상의 마찰에 의해 부여되는 열 및 이동은 필름 내의 입자의 볼링 업(balling up)을 일으켜 비인쇄된 면을 형성할 수 있다. 마찰 저항성을 개선시키기 위해 왁스의 첨가량을 증가시키면 인쇄 잉크의 경도 및 광택과 관련된 문제가 야기된다. 잉크에 왁스를 첨가하는 것은 그의 광택을 거의 일정하게 감소시키며, 광택나는 인쇄 상은 더욱 보기가 쉽고 따라서 많은 용도에 더욱 바람직하다. 또한, 미세결정질 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 왁스와 같은 일부 왁스의 사용은 비용이 들므로 생산 공정의 비용이 증가하게 된다.
폴리에틸렌 왁스 및 폴리테트라플루오로에틸렌 왁스와 같은 합성 왁스가 잉크 공업에 이용된다. 그러한 왁스는 종종 "비-마찰" 또는 "슬립" 매체로서 첨가된다. 이 매질은 일반적으로 그것이 첨가될 잉크 배합물과 상용성인 잉크 용매, 오일 또는 수지 내의 왁스의 미세 분산액이다. 폴리테트라플루오로에틸렌 분말로부터 제조된 왁스는 각종 인쇄 잉크에 이용될 수 있지만, 건조 장치의 온도가 그들을 연화시키거나 용융을 일으키지 않는 경우 열경화 잉크에 특히 유용하다. 폴리테트라플루오로에틸렌-기재 왁스는 또한 마찰 및 닳음(scuff) 저항성을 개선시키기 위해 최종 잉크 중에 넣어 교반될 수도 있다. 그렇지만, 폴리테트라플루오로에틸렌 왁스의 상대적인 비용은 많은 용도로 인해 매우 높은 가격이다.
용어 "내마모성"은 잉크업계에서 그라비아 인쇄 공정에 사용되는 것과 같은 인쇄 판에 대한 잉크의 손상을 최소화하는 잉크의 능력을 의미하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 크리쉬난 (Krishnan) 등의 미국 특허 제5,173,111호는 인쇄 판 상의 마모를 감소시키고 그럼으로써 인쇄 판의 재표면 처리의 필요성을 감소시키는 방법으로서 알콕실화 이염기성 인산염 에스테르 및 디알킬술포숙신산 에스테르의 알칼리 금속염을 포함하는 내마모성 인쇄 잉크를 기재한다.
또한, 내마모성은 잉크 업계에서 인쇄 지지체 상의 마모에 저항하는 잉크 조성물의 능력을 의미하는데 이용된다. 예를 들면, 미국 특허 제4,704,163호는 테잎이 풀릴 때 감겨진 테잎 상에서 인쇄물이 떨어져 나가는 것을 방지하기 위해 플렉소 인쇄 잉크에 대한 첨가제로서 폴리비닐 N-옥타데실 카르바메이트와 같은 합성 중합체 저점착성 이면 풀칠 화합물을 이용한다.
산티아고 (Santiago)의 미국 특허 제4,337,183호는 폴리우레탄 및 폴리에틸렌 수지를 포함하는 인쇄 조성물을 기재한다. 이 조성물 내의 폴리우레탄은 윤활성 보조를 위한 경질 수지 결합제로서 작용한다. 산티아고가 상기 조성물이 금속 또는 플라스틱 상에 인쇄하는데 이용될 수 있다는 것을 나타내긴 하지만, 상기 조성물은 많은 연질 지지체 및 탄성 지지체에 대해 유용하지 않을 것이다.
연질 또는 탄성 지지체 상에 사용하기에 적합한 비용면에서 효과적이고, 내마모성인 잉크를 여전히 필요로 하고 있다.
본 발명은 인쇄 잉크 조성물에 관한 것이며, 상세하게는 본 발명은 연질(flexible) 또는 탄성 지지체용 인쇄 잉크에 관한 것이다.
도 1은 연질 또는 탄성 지지체 상의 본 발명의 잉크 조성물의 단면이다.
도 2는 본 발명의 잉크 조성물 및 방법을 이용하여 인쇄된 상을 갖는 투명한 탄성 유형 붕대이다.
발명의 요약
본 발명은 연질 또는 탄성 지지체 상에 인쇄하기에 유용한 잉크 조성물에 관한 것이다. 이 잉크 조성물은 연신 이후의 마모 저항성을 포함하여 내마모성으로 측정하였을 때 개선된 내구성을 나타낸다. 본 발명의 바람직한 잉크 조성물에서, 잉크 조성물은 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 폴리에틸렌-무함유 수성 분산액을 포함한다. 바람직하게는, 잉크 조성물은 우레탄 중합체를 가교 결합시킬 수 있는 가교 결합제를 포함하며, 한 실시태양에서 안료 입자는 백색 안료를 포함한다. 한 실시태양에서, 안료는 잉크 조성물의 약 1 중량% 이상으로 존재하는 입자를 포함한다. 잉크 조성물은 플렉소(flexographic) 인쇄를 포함한 각종 인쇄 방법에 이용될 수 있다.
본 발명은 또한 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 폴리에틸렌-무함유 수성 분산액 및 우레탄 중합체를 가교 결합시킬 수 있는 가교 결합제를 포함하는 잉크 조성물에 관한 것이다.
또다른 면에서, 본 발명은 또한 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 안료 입자 약 1 내지 약 60 중량% 및 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 우레탄 중합체 입자 약 5 내지 약 99 중량%를 포함하는 액상 잉크 조성물에 관한 것이다. 바람직하게는, 잉크 조성물은 폴리우레탄을 가교 결합시킬 수 있는 가교 결합제를 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 약 2.5 중량% 미만으로 더 포함한다. 또다른 실시태양에서, 잉크 조성물은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 우레탄 중합체 입자 약 58 내지 약 93 중량%를 포함한다. 또한, 바람직하게는 잉크 조성물은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 안료 입자 약 5 내지 약 40 중량% 및 우레탄 중합체 입자 약 58 내지 약 93 중량%를 포함한다.
본 발명의 또다른 면에서, 비가교 결합된 형태로 약 1,500 내지 약 50,000의 수평균 분자량을 갖는 우레탄 중합체를 함유하는 조성물 층을 상 인쇄하기에 적합한 연질 지지체 상에 코팅하는 단계를 포함하는, 연질 지지체위 상의 내구성을 개선시키는 방법이 기재되어 있다. 바람직하게는, 우레탄 중합체 함유 조성물은 안료의 분산액을 포함하는 잉크 조성물이며, 다른 실시태양에서 우레탄 중합체 함유 화합물은 우레탄 중합체를 가교 결합시킬 수 있는 가교 결합제를 추가로 포함한다. 이 실시태양의 한 면에서, 우레탄 중합체 함유 화합물은 상을 인쇄하기 전에 연질 지지체 상에 코팅되며, 또다른 실시태양에서 우레탄 중합체 함유 화합물은 연질 또는 탄성 지지체 위의 상 위에 코팅된다.
본 발명은 또한 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 폴리에틸렌-무함유 수성 분산액을 포함하는 1종 이상의 잉크 조성물을 이용하여 상을 인쇄하는 단계를 포함하는, 연질 또는 탄성 지지체 위에 상을 인쇄하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 인쇄 단계 전에 우레탄 중합체 함유 조성물 층을 연질 또는 탄성 지지체 상에 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 한 실시태양에서, 우레탄 중합체는 비가교 결합된 형태로 약 1,500 내지 약 50,000의 수평균 분자량을 가지며, 다른 실시태양에서 코팅 단계의 우레탄 중합체 함유 화합물은 우레탄 중합체를 가교 결합시키는 가교 결합제를 더 포함한다. 바람직하게는, 잉크 조성물은 우레탄 중합체를 가교 결합시키는 가교 결합제를 더 포함하며, 바람직하게는 잉크 조성물은 인쇄 상에서 하나 이상의 잉크층으로 제공된다. 또한, 바람직하게는 잉크의 적어도 하나의 층은 백색 안료의 분산액을 포함하며, 바람직하게는 이 방법의 잉크 조성물은 상 내에 인쇄된 최종 잉크층에 존재한다.
또다른 방법에서, 본 발명은 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 수성 분산액를 포함하는 잉크의 제1층을 탄성 지지체 상에 인쇄하고, 잉크의 제1층 위에 상을 인쇄하는 단계를 포함하며, 지지체로부터 가장 먼 잉크의 최종층이 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 수성 분산액을 포함하는, 탄성 지지체 위에 상을 인쇄하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 잉크의 적어도 하나의 층은 비수성 기재 잉크를 이용하여 인쇄되며, 바람직하게는 잉크의 제1층 내의 잉크 조성물은 우레탄 중합체를 가교 결합시킬 수 있는 가교 결합제를 더 포함한다. 또한, 바람직하게는 잉크의 제1층은 백색 안료를 포함하는 잉크를 포함한다. 이 방법의 바람직한 실시태양에서, 백색 안료의 불투명층은 잉크의 제1층과 상 사이에 배치된다. 바람직하게는, 상은 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 수성 분산액를 포함하는 잉크 조성물로 인쇄되며, 바람직하게는 지지체로부터 가장 먼 잉크의 최종층은 우레탄 중합체를 가교 결합시키는 가교 결합제를 더 포함한다. 이 방법의 한 실시태양에서, 상은 이면 풀칠 재료 또는 시일러 (sealer)를 포함하는 코팅재로 커버되고, 시일러는 바람직하게는 우레탄 중합체 접착제이다.
이 방법의 또다른 바람직한 면에서, 연질 또는 탄성 지지체는 붕대로서 형성된다. 붕대는 바람직하게는 탄성 지지체 및 흡수성 패드를 포함한다. 바람직하게는, 상은 흡수성 패드 상에 인쇄된다. 이 방법의 바람직한 실시태양에서, 연질 지지체는 폴리우레탄, 탄성 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 부직 탄성 웹으로 이루어진 군에서 선택된다. 또다른 바람직한 실시태양에서, 연질 또는 탄성 지지체는 풍선, 라벨, 스티커, 탄성 시트, 신축 밴드, 일시 문신 또는 접착 테잎으로서 형성된다.
본 발명의 또다른 방법에서, 본 발명은 우레탄 중합체의 수 기재 분산액을 포함하는 조성물을 연질 표면에 도포하고, 1종 이상의 잉크 조성물을 이용하여 그 조성물 위에 상을 인쇄하는 단계를 포함하는, 연질 지지체 상의 잉크의 마모를 제한하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 그 조성물은 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 수성 분산액, 및 우레탄 중합체를 가교 결합시키는 가교 결합제를 포함하는 잉크 조성물이며, 바람직하게는, 인쇄 단계의 1종 이상의 잉크 조성물은 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 수성 분산액 및 우레탄 중합체를 가교 결합시키는 가교 결합제를 포함한다. 바람직한 실시태양에서, 인쇄 단계는 그라비아 인쇄, 플렉소 인쇄 및 오프셋 인쇄로 이루어진 군에서 선택되며, 또다른 바람직한 실시태양에서 연질 지지체는 폴리우레탄, 탄성 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌 및 부직 탄성 웹으로 이루어진 군에서 선택된다. 이 방법의 한 면에서, 그 조성물은 수 기재 안료를 포함하며, 수 기재 안료는 바람직하게는 백색 안료이다.
또다른 면에서, 본 발명은 액상 캐리어, 수 기재 안료 분산액 및 수 기재 우레탄 중합체를 포함하는, 안정한 분산액을 형성하기에 충분히 상용성인 성분들을 배합함으로써 제조가능한 잉크 조성물에 관한 것이다. 그 성분들은 바람직하게는, 잉크 조성물은 우레탄 중합체를 가교 결합시키는 가교 결합제를 포함하며, 우레탄 중합체는 비가교 결합된 형태로 약 1,500 내지 약 50,000의 수평균 분자량을 갖는 우레탄을 포함한다.
본 발명은 또한 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 수성 분산액을 포함하는 1종 이상의 잉크 조성물로부터 제조되는 인쇄 상을 포함하는 탄성 붕대에 관한 것이다. 바람직하게는, 1종 이상의 잉크 조성물은 우레탄 중합체를 가교 결합시키는 가교 결합제를 더 포함하며, 바람직하게는 붕대는 패드를 더 포함한다. 붕대가 패드를 포함하는 경우, 바람직하게는 상은 패드 위에 인쇄된다.
본 발명은 인쇄 잉크 조성물 및 본 발명의 잉크를 이용하는 인쇄 방법 및 예를 들면, 막 적층체, 특히 박막 적층체, 예를 들면 테잎, 붕대, 식품 포장재, 직물 상의 코팅재 등과 같은 인쇄된 연질 또는 탄성 지지체 상의 잉크의 내구성을 개선시키는 방법에 관한 것이다. 연질 또는 탄성 지지체는 폴리에스테르, 탄성 폴리에틸렌, 저밀도 폴리프로필렌, 이오노머 및 폴리우레탄을 포함한 각종 재료로 제조될 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같은 잉크 내구성은 개선된 내마모성, 연신에 의한 잉크의 내구성, 및 변형 및 개선된 내수성을 의미한다. 탄성 지지체는 적어도 한 차원으로 그의 길이를 추가로 5% 이상 연신 또는 변형될 수 있는 지지체를 의미한다.
본 발명의 제1 실시태양에서, 본 발명은 인쇄 잉크 조성물을 포함한다. 한 실시태양에서, 본 발명의 인쇄 잉크 조성물은 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 수성 분산액을 포함한다. 바람직하게는, 인쇄 조성물은 안료 입자 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 폴리에틸렌-무함유 분산액을 포함한다. 이 실시태양의 바람직한 면에서, 그 조성물은 잉크 조성물의 개개의 층 내에 또한 잉크층 사이 또는 잉크와 지지체 사이에 우레탄 중합체를 가교 결합시키는 가교 결합제를 더 포함한다. 본 발명에 사용된 용어 "안정한"은 안료와 함께 분산액으로서 존재하는 우레탄 중합체의 능력을 의미한다. 잉크의 불안정한 분산액은 응집 또는 응고되기 쉬운 반면, 안정한 분산액은 안료 입자 및 우레탄 중합체 입자의 현탁가능한 혼합물로서 존재할 수 있다.
우레탄 중합체가 안료 마쇄용 재료로서 사용되어 오긴 하였지만, 이들 우레탄 중합체는 안료의 분산을 돕는데 이용되는 경질 재료였으며, 본 발명에 기재된 바와 같이 탄성 지지체에 대한 조성물의 접착에 유용한 보다 연질의 우레탄 중합체로부터 제조되지 않았다. 바람직하게는, 본 발명의 우레탄 중합체는 ASTM D-2240을 이용하여 수행되었을 때, 약 35보다 작고 바람직하게는 약 5를 초과하는 쇼어 A 듀로미터 (타입 "A-2", Shore Instrument and Manufacturing Co., NY) 값을 갖는다. 본 발명의 목적을 위하여, 우레탄 중합체는 우레탄 중합체 및 안료가 초기에 배합된 후 약 6시간 이상 동안, 바람직하게는, 초기에 배합된 후 약 8시간 이상 동안 안료의 분산액으로서 안정하다.
본원에서, 용어 "라텍스"는 합성 고무 또는 중합체의 유탁액 또는 현탁액을 의미하는데 이용된다. 용어 "우레탄 접착제"는 우수한 시어 (sheer) 및 박리 결과 (즉, 2.54 ㎝ 당 약 100 gm 이상)와 같은 점착성을 나타내는 접착제를 의미하는데 이용된다. 용어 "잉크 조성물"은 지지체 상에 잉크를 인쇄하기에 적합한, 가시적 안료를 함유하는 조성물을 의미하는데 이용된다. 본원에 사용된 용어 "우레탄 중합체의 반응성 입자"는 가교 결합제의 존재하에 가교 결합되는 우레탄 중합체의 입자의 능력을 의미한다.
우레탄 중합체는 공지되어 있으며 접착제용으로서 시판된다. 본 발명에 사용하기에 적합한 우레탄 중합체는 바람직하게는 비가교 결합된 형태로 약 1,500 내지 약 50,000의 수평균 분자량을 갖는 중합체의 수성 현탁액 (즉, 라텍스)을 포함하며, 본 발명의 우레탄 중합체는 가교 결합된 형태로 약 50,000 내지 약 10,000,000 또는 이상의 범위이다. 중합체의 입도는 일반적으로 약 0.01 내지 약 0.25 ㎛이며, 바람직하게는 약 0.01 내지 약 0.10 ㎛일 것이다. 일반적으로, 우레탄 중합체는 우레탄 중합체의 중량을 기준으로 바람직하게는 약 60 중량% 미만 및 약 30 중량%를 초과하는 중합체 고상물, 및 전형적으로 약 30 내지 약 60 중량%의 중합체 고상물을 함유한다. 또한, 바람직하게는 본 발명에 사용되는 우레탄 입자는 바람직하게는 8.1 lbs/갤론을 초과하고, 약 8.4 lbs/갤론 미만의 밀도를 갖는다.
일반적으로, 본 발명에 유용한 우레탄 중합체는 수혼화성(water-compatible) 우레탄의 블렌드 뿐만 아니라 단일 성분 수혼화성 우레탄을 포함한다. 본 발명에 이용될 수 있는 각종 우레탄이 당업계에 공지되어 있다. 이것은 쿠세라 (Kucera)의 미국 특허 제4,540,633호, 스크리벤 (Scriven) 등의 미국 특허 제4,147,679호, 울프레이 (Wolfrey)의 미국 특허 제4,301,053호 및 홀름백크 (Holmbach) 등의 미국 특허 제4,433,095호 및 4,663,377호에 기재된 것과 같은 폴리우레탄 분산액 접착제를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 우레탄 중합체는 수 기재 우레탄 접착제이며, 바람직한 우레탄 중합체는 에이치.비. 풀러 코. (H.B. Fuller Co.; St. Paul, MN)로부터 시판되는 것 및 롤란도 (Rolando)의 미국 특허 제5,494,960호 및 5,532,058호에 기재된 것이다.
우레탄 중합체는 바람직하게는 인쇄된 형태의 잉크의 최종 분해를 실질적으로 방해하지 않는 입도를 갖는다. 바람직하게는, 우레탄 중합체는 건조 결합에 적합하며, 지지체에 잘 접착되며, 양호한 선명도를 제공하며 자동화에 쉽게 적응된다. 또한, 바람직한 우레탄 중합체는 수성, 또는 실질적으로 수성 분산액의 우레탄 중합체와 함께 안료의 동시 분산을 가능하게 한다. 수 기재 잉크가 필요한 경우, 수 기재 또는 수혼화성 우레탄 유탁액을 사용할 필요가 있을 수 있다. 용매는 그들이 안정한 분산액의 형성을 가능하게 하거나 또는 방해하지 않는다면 분산액 내에 존재할 수 있다. 예를 들면, 수성 분산액은 분산액이 수성 용액의 특성을 유지하는 한, 알코올을 포함한 극성 용매를 포함할 수 있다.
우레탄 중합체의 분산액이 우레탄의 작은 입자로부터 제조되기 때문에, 가교 결합제는 우레탄 중합체 분자를 함께 연결하여 우레탄의 재분산 및 잉크 결합의 실패를 방지하는데 이용될 수 있다. 바람직하게는, 가교 결합제는 화학적 가교 결합제이며, 바람직한 가교 결합제는 중합체 상의 관능기와 반응하여 가교 결합된 우레탄 중합체 접착제를 형성할 수 있는 것이다. 특히 적합한 가교 결합제는 아미노플라스트 수지, 포름알데히드, 페놀 수지, 알콕시 실란, 유기 폴리이소시아네이트, 카르보디이미드 재료 등을 포함한다. 바람직한 가교 결합제는 다관능가 아지리딘, 예를 들면 XR2990 가교 결합제 (H.B. Fuller Co.; St. Paul, MN), 이소시아네이트, 예를 들면 WD 6318 (헥사메틸렌-1,6-디이소시아네이트; H.B. Fuller Co.), 폴리이소시아네이트, 예를 들면 WD 6314 (H.B. Fuller Co.) 등을 포함한다. 잉크 조성물 내의 가교 결합제의 존재는 내수성 및 내알코올성을 개선시킬 수 있다. 본 발명의 잉크 조성물이 우레탄 중합체의 첨가에 의해 개선된 내구성을 갖지만, 내구성 및 내마모성은 선택된 우레탄과 상용성인 가교 결합제의 첨가에 의해서도 더욱 개선된다.
본 발명의 목적을 위하여, 우레탄 중합체의 입자는 잉크 조성물의 최종 습윤 중량을 기준으로 약 5 내지 약 99 중량%, 바람직하게는 약 20 내지 약 99 중량%, 가장 바람직하게는 약 58 내지 약 93 중량%의 양으로 잉크 조성물에 포함된다.
본 발명의 잉크 조성물은 바람직하게는 잉크 조성물의 약 1 중량% 이상의 안료 입자, 바람직하게는 최종 잉크 조성물의 약 60 중량% 미만의 안료 입자를 포함한다. 즉, 잉크 조성물은 엷은 색이거나 또는 진한 안료 색을 함유할 수 있다. 잉크 조성물이 색으로서가 아니라 퍼지는(vibrant) 잉크로서 사용되는 경우, 잉크 조성물은 바람직하게는 최종 잉크 조성물 내에 최대 약 60 중량%의 안료 입자, 바람직하게는 최종 잉크 조성물 내에 최대 약 40 중량%의 안료 입자를 포함한다. 우레탄 중합체는 바람직하게는 최종 잉크 조성물의 약 5 중량% 이상으로 조성물 내에 존재한다. 우레탄 중합체는 다시 안료와 함께 첨가되어 잉크 조성물을 형성할 수 있거나 또는 우레탄 중합체는 존재하는 잉크에 첨가되어 잉크의 내구성을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 인쇄 잉크 조성물을 위한 분산액 내의 액체는 바람직하게는 인쇄 잉크의 안료 입자를 위한 수성 분산 및 운반 매질로서 작용하며 또한 가소성, 유동성, 점도 등과 같은 적절한 유동학적 특성을 인쇄 잉크에 부여하는 액상 성분 또는 그 성분들의 혼합물이다. 분산액 내의 액체는 전형적으로 최종 잉크 조성물의 약 30 중량% (즉, 최종 잉크 조성물의 중량 기준) 내지 약 93 중량%의 양으로 존재한다. 당업계의 통상의 숙련인은 안료, 분산액 액체 및 우레탄 중합체의 각종 배합물이 연질 또는 탄성 지지체 상에 인쇄하기에 적합한 잉크 조성물을 형성할 것임을 알수 있을 것이다.
안료 조성물에 우레탄을 첨가하면 점성 현탁액이 형성될 수 있다. 잉크 조성물의 30 중량% 이상과 같은 고첨가량의 안료는 플렉소 인쇄 및 그라비아 인쇄에 대해 너무 점성인 조성물을 형성할 수 있다. 그러한 안료 첨가량은 전체 혼합물의 희석을 필요로 할 수 있다. 대조적으로, 스크린 인쇄 및 활판 인쇄 잉크는 그러한 인쇄 공정을 보충하지 않고 보다 높은 점도로 사용될 수 있다. 점도는 당업계에 공지된 각종 방법을 이용하여 시험될 수 있으며, 바람직한 점도 측정은 ASTM 명칭 D 1084-88 "스탠다드 테스트 메쏘드 퍼 비스코시티 오브 어드헤시브스 (Standard Test Methods for Viscosity of Adhesives"를 이용하여 수행될 수 있다. 일반적으로, 플렉소 인쇄를 위한 잉크 조성물의 점도는 바람직하게는 약 50 센티포아즈 내지 약 200 센티포아즈이지만, 그라비아 인쇄의 경우 잉크의 점도는 50 센티포아즈 미만일 수도 있다.
본 발명과 상관없이, 인쇄 잉크 조성물의 성분은 사실상 통상적이다. 상기한 바와 같이, 분산액을 제조하는데 이용되는 액체는 사실상 주로 수성이지만, 물 이외의 용매가 분산액에 포함될 수 있다.
본 발명에 유용한 안료는 모노아릴리드 옐로우, 디아릴리드 옐로우, 피라졸론, 벤즈이미다졸론, 톨루이딘 레드, 나프톨 레드, 리톨 루빈, 프탈로시아닌 블루 및 그린, 카본 블랙, 이산화티탄, 황화 아연, 탄산 칼슘, 도토 (China clay) 등을 포함한 유기 및 무기 안료 둘다를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직한 잉크 조성물은 이에 제한되는 것은 아니지만, 베르네크 (Werneke; Plymouth, MN), 아크조 노벨 잉크 (Akzo Nobel Inks; Longhorne, PA), 아르카 (Arcar; West Chicago, Ill) 및 칼라콘, 코프. (Colorcon, Corp.; West Point, PA)로부터 판매되는 수 기재 잉크를 포함하며, 시판되는 수 기재 안료를 포함한다.
전형적으로, 인쇄 잉크 조성물은 또한 결합제, 예를 들면 로진 및(또는) 수지, 예를 들면 목재 로진, 금속 수지 염기, 말레산 변형된 로진 및 수지, 예를 들면, 제한되는 것은 아니지만 페놀 수지, 알키드 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴산 및 메타크릴산 수지 등을 함유할 것이다. 인쇄 잉크는 또한 오일 (예를 들면, 대두유), 가소제, 천연 및(또는) 합성 왁스, 건조제, 증량제 등을 함유할 수 있다.
본 발명의 잉크 조성물은 개선된 내구성을 갖는다. 연신 또는 변형시 내마모성을 나타내는 잉크 조성물은 바람직하게는 내마모성이 있으며, 가교 결합된 또는 가교 결합되지 않은 우레탄 중합체가 결핍된 배합물에 비해 개선된 내수성을 갖는다. 내마모성은 각종 방법으로, 예를 들면 수더랜드 러브 테스터 (Sutherland Rub Tester; Danilee Co.; San Antonio, TX)를 이용하여 시험될 수 있다. 수더랜드 러브 테스터를 이용하여 수행될 수 있는 각종 마모 시험 방법이 있으며, 바람직한 방법은 실시예 3에 제공되어 있다. 수더랜드 러브 테스터를 이용하는 ASTM 표준 시험 방법은 또한 ASTM D 5264로서 이용된다. 다른 마모 시험이 수행될 수 있으며, 다른 마모 시험 방법의 예로는 테이버 아브레이저 (Taber Abraser; Taber Industries, Tonawano, NY) (예를 들면, ASTM Standard Test Method for Abrasion Resistance of Organic Coatings by the Taber Abraser (ASTM Designation D 4060-95)를 이용함)를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 방법에서, 연질 또는 탄성 지지체 상에 코팅된 본 발명의 잉크 조성물의 내마모성은 실시예 4에 제공된 바와 같은 손가락 마모 시험을 이용하여 시험될 수 있다. 본 발명의 잉크 조성물에 대한 용어 "내마모성"은, 실시예 3의 조건하의 수더랜드 러브 테스터에 대한 노출을 인쇄 상이 약 25% 미만 감소되면서 (예를 들면, 가시적 관찰에 의해 관찰되거나 또는 인쇄 밀도의 손실을 농도계 정량화에 의해 측정됨) 6주기 이상 동안 견딜 수 있거나 또는 실시예 4에 제공된 바와 같은 핑거 러브 테스트 (Finger Rub Test)를 인쇄 상이 약 25% 미만 감소되면서 적어도 약 2 내지 약 4시간 동안 견딜 수 있는 본 발명에 따른 잉크 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 잉크는 오프셋 인쇄, 그라비아 인쇄 및 플렉소 인쇄 뿐만 아니라 스크린 및 회전 스크린 인쇄를 비롯한 각종 인쇄 방법에 이용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 박막의 투명한 연질 또는 탄성 폴리우레탄 상의 플렉소 인쇄는 폴리우레탄의 극한 탄성 및 낮은 표면 에너지로 인해 문제를 나타낼 수 있다. 이러한 이유로, 연질 또는 탄성 표면은 지지체의 표면 에너지를 개선시키기 위해 당업계에 공지된 방법을 이용하여 코로나 처리될 수 있다. 대부분의 플렉소 인쇄판이 폴리우레탄으로 제조되므로, 중합체를 팽윤시키고 안료 및 결합제가 지지체에 대해 강력히 정착(anchorage)하도록 할 잉크에 용매를 사용할 수가 없다. 정착을 강화시키는 동일한 용매는 플렉소 인쇄판을 파괴할 것이다. 다른 방법으로 잉크 점착성을 얻을 필요가 있다. 본 발명은 유리하게는 지지체 상에 위치된 한층 이상의 잉크 내에 폴리우레탄 접착제 혼합물을 사용함으로써 정착을 가능하게 한다.
연질 또는 탄성 표면은 본 발명의 것 뿐만 아니라 특정 인쇄 공정에 의해 규정되는 각종 색의 각종 표준 잉크 조성물을 포함한 1종 이상의 일련의 잉크 조성물을 이용하는 플렉소 인쇄법 또는 각종의 다른 인쇄 방법을 이용하여 직접 인쇄될 수 있다. 또한, 그 표면은 먼저 본 발명에 따른 엷은 색의 잉크 조성물로 처리될 수 있다.
도 1을 참고로 하면, 연질 또는 탄성 지지체 (10)은 탄성 지지체에 본 발명에 따라 제조된 잉크의 제1층 (12)를 첨가함으로써 바람직하게 인쇄된다. 바람직하게는, 제1층은 우레탄 가교 결합제를 포함하며, 바람직하게는 잉크의 제1층은 엷은 색을 갖는다. 바람직하게는, 엷은 색은 잉크 조성물 내의 백색 안료의 존재에 의한 것이다. 잉크 조성물에 대한 용어 "엷은 색"은 최종 잉크 조성물의 약 10 중량% 미만의 안료, 바람직하게는 최종 잉크 조성물의 약 5 중량% 미만의 안료를 의미한다. 이러한 엷은 색의 잉크 조성물은 먼저 연질 또는 탄성 지지체에 가해진다. 엷은 색의 잉크 조성물을 함유하는 잉크 조성물은 바람직하게는 안료 입자 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 수성 분산액을 포함하며, 또한 바람직하게는 우레탄 중합체를 가교 결합시킬 수 있는 가교 결합제를 포함한다. 바람직하게는, 잉크 조성물은 폴리에틸렌을 포함하지 않는다.
문자 또는 도면과 같은 상은 본 발명의 잉크 조성물을 이용하는 플렉소 인쇄, 그라비아, 오프셋 인쇄 또는 다른 인쇄 방법을 이용하여 인쇄된다. 본 발명에 따른 잉크의 제1층 (12)는 바람직하게는 연질 또는 탄성 지지체 상에 직접 인쇄되거나 코팅된다. 상이 문자인 경우, 제1층 (12)는 바람직하게는 안료 입자 및 우레탄 중합체 입자의 수성 분산액을 포함하는 잉크 조성물을 포함한다. 상이 다색 상인 경우, 제1층 (12)는 바람직하게는 지지체 상에 인쇄될 때 제1층이 눈에 보이도록 백색 또는 엷은 색의 안료 입자를 포함한다. 이 층은 임의로 우레탄을 위한 가교 결합제를 포함하며, 바람직하게는 이 층은 전체 인쇄 상과 크기가 동등하거나 또는 인쇄 상 보다 약간 더 크다. 바람직하게는, 지지체 상에 직접 적층된 잉크 조성물은 우레탄 입자의 수성 분산액을 포함하며, 바람직하게는 또한 가교 결합제를 포함한다.
상이 다색인 경우, 하나 이상의 색의 잉크의 하나 이상의 층이 제1층 위에 위치되어 하나 이상의 잉크 착색 층 (14)를 형성한다. 잉크층은 본 발명의 잉크 조성물을 이용하여 제조될 수 있거나, 잉크는 시판되는 수성 또는 비수성 잉크 (즉, 비-수 기재 잉크)로부터 선택될 수 있다. 잉크층이 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용하는 경우, 그 층은 또한 임의로 우레탄을 위한 가교 결합제를 포함할 수도 있다. 다수의 색 층에 이용되는 잉크 조성물은 바람직하게는 안료 입자 및 우레탄 중합체 입자의 분산액을 포함한다. 상에 도포된 잉크의 적어도 최종층, 즉 지지체로부터 가장 먼 층의 잉크 조성물은 바람직하게는 우레탄 중합체를 가교 결합시키는 가교 결합제를 포함한다. 다른 잉크층은 임의로 우레탄 중합체의 입자를 포함하며 임의로 가교 결합제를 포함한다. 바람직하게는, 상부 잉크층은 가교 결합제를 포함한다. 당업계의 숙련인은 각종 적층 배합이 가능하며, 본 발명에서 예측된 각종 배합이 연질 또는 탄성 지지체 위의 상의 내구성을 개선시킬 것임을 알 수 있을 것이다.
임의로, 도 1에 나타내긴 하였지만, 이면 풀칠 또는 시일러 층 (16)은 바람직하게는 적어도 연질 또는 탄성 지지체의 상 부분 위에 가해진다. 이면 풀칠 재료 또는 시일러는 공지되어 있으며, 폴리비닐 카르바메이트, 예를 들면 달퀴스트 (Dahlquist)의 미국 특허 제2,532,011호의 것, 아크릴레이트 공중합체, 예를 들면 헨드릭스 (Hendricks)의 미국 특허 제2,607,711호의 것, 아크릴레이트 사원공중합체, 예를 들면 루에드크 (Luedke) 등의 미국 특허 제3,011,988호의 것 또는 적합한 플루오로케미칼, 예를 들면 딕손 (Dixon)의 미국 특허 제3,318,852호의 것 또는 그의 혼합물을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 이면 풀칠 층이 상의 내마모성 또는 내구성에 실질적으로 영향을 미치지는 않지만, 이면 풀칠 또는 시일러 층 (16)은 가열 시일(seal) 공정이 이용되는 경우 잉크를 보호하지 않는다. 또한, 임의로 폴리우레탄 시일러, 예를 들면 막 적층 접착제의 하이드로플렉스 (HYDROFLEX) 류의 것 (H.B. Fuller Co.; St. Paul, MN)을 포함한 폴리우레탄 접착제는 인쇄 상 위에 투명층으로서 첨가될 수 있다. 또한, 광택 제거제는 광택 제거 마무리가 필요한 경우 잉크의 최종층 내에 또는 투명층 내에 제공될 수 있다.
도 2는 연질 또는 탄성 지지체를 갖는 붕대 (20)의 다이아그램이다. 붕대 (20)은 안료 입자 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 수성 분산액을 포함하는 잉크 조성물을 이용하여 제조되는 인쇄 상, 이 경우에는 인쇄 8-볼 상 (22)를 포함한다. 바람직하게는, 연질 지지체 상에 위치된 제1 잉크 조성물은 수 기재 우레탄 중합체 및 수 기재 우레탄 중합체를 가교 결합시켜 내수성을 더 증가시킬 수 있는 가교 결합제를 포함한다. 바람직하게는, 제1 잉크층은 적어도 전체 인쇄 상의 크기이거나 또는 바람직하게는 약간 더 큰 면 내에 인쇄된다. 이 층 위에 하나 이상의 잉크층이 인쇄되어 인쇄 상을 형성한다. 다색 상이 형성되는 경우, 제2층은 백색 잉크일 수 있으며, 특히 탄성 지지체가 투명하고 또한 예를 들면 붕대의 경우, 상은 바람직하게는 흡수성 패드 상에 집중된다. 상을 형성하는데 사용된 잔류 잉크는 표준 시판되는 잉크이거나 또는 별법으로 본 발명에 따라 제조된 잉크이다.
본 발명의 잉크 조성물로 인쇄될 수 있는 각종의 다른 연질 또는 탄성 지지체가 있다. 다른 예로는 풍선, 스티커, 라벨, 일시 문신, 연질 또는 탄성 재료로 제조된 장갑, 신축 밴드, 및 각종 연질 및(또는) 탄성 시트, 필름, 테잎, 백 등을 들 수가 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 구체적인 실시태양은 상세히 논의될 것이며, 청구범위에 정의된 본 발명의 범위내의 가능한 변화를 참고로 한다. 청구범위에 정의된 본 발명을 마찬가지로 성공적으로 수행하기 위하여 당업계의 숙련인이 이용할 수 있는 각종의 다른 기술 및 방법이 있다.
〈실시예 1〉
우레탄 분산액을 갖는 각종 잉크 조성물
각종 잉크 조성물을 제조하고 시험하였다. 모든 백분율은 잉크 조성물의 최종 중량을 기준으로 중량 대 중량으로 제공된다.
잉크 A
80% FM 4000-II UFR 블랙 잉크 (Werneke Ink, Plymouth, MN)
19.6% 하이드로플렉스 (HYDROFLEX) WD-4007 우레탄 분산액 (H.B. Fuller Co., St. Paul, MN)
0.4% 하이드로플렉스 XR-2990 가교 결합제 (H.B. Fuller Co.)
XR-2990을 적당히 수직(sheer) 교반시키며 WD-4007 우레탄 중합체의 소용돌이에 서서히 첨가하였다. XR-2990의 첨가가 완결된 후에 1분 동안 계속 혼합시켰다. 결과 혼합물 20 g을 또한 적당히 수직 교반시키며 잉크 80 g에 첨가하였다. 결과 잉크를 200 아닐록스 (Anilox) 계량 롤이 장착된 파마르코 핸드 프루퍼 (Pamarco hand proofer; Pamarco, Inc., Roselle, NJ)를 이용하여 코로나 처리된 (42 dynes/㎠) 폴리우레탄 탄성 필름 상에 코팅하였다. 비교하기 위하여, 100% FM 4000-II UFR 블랙 잉크 (비교 잉크 I)를 동일한 방법으로 동일한 필름 상에 코팅하였다.
잉크 B
80% FM 4000-II UFR 블랙 잉크 (Werneke)
19.6% 하이드로플렉스 WD-4008 우레탄 분산액 (H.B. Fuller Co.)
0.4% 하이드로플렉스 XR-2990 가교 결합제 (H.B. Fuller Co.)
XR-2990을 적당히 수직 교반시키며 WD-4008 우레탄 중합체의 소용돌이에 서서히 첨가하였다. XR-2990의 첨가가 완결된 후에 1분 동안 계속 혼합시켰다. 결과 혼합물 20 g을 또한 적당히 수직 교반시키며 잉크 80 g에 첨가하였다. 결과 잉크를 200 아닐록스 계량 롤이 장착된 파마르코 핸드 프루퍼를 이용하여 코로나 처리된 (42 dynes/㎠) 폴리우레탄 탄성 필름 상에 코팅하였다. 비교하기 위하여, 100% FM 4000-II UFR 블랙 잉크 (비교 잉크 I)를 동일한 방법으로 동일한 필름 상에 코팅하였다.
잉크 C
80% 하이드로호일 (HYDROFOIL) 덴스 블랙 잉크 #1256 (Akzo Nobel Inks Corp. Langhorne PA)
19.6% 하이드로플렉스 WD-4007 우레탄 분산액 (H.B. Fuller Co.)
0.4% 하이드로플렉스 XR-2990 가교 결합제 (H.B. Fuller Co.)
XR-2990을 적당히 수직 교반시키며 WD-4007 우레탄 중합체의 소용돌이에 서서히 첨가하였다. XR-2990의 첨가가 완결된 후에 1분 동안 계속 혼합시켰다. 결과 혼합물 20 g을 또한 적당히 수직 교반시키며 잉크 80 g에 첨가하였다. 결과 잉크를 200 아닐록스 계량 롤이 장착된 파마르코 핸드 프루퍼를 이용하여 코로나 처리된 (42 dynes/㎠) 폴리우레탄 탄성 필름 상에 코팅하였다. 비교하기 위하여, 100% 하이드로호일 덴스 블랙 잉크 #1256 (비교 잉크 II)을 동일한 방법으로 동일한 필름 상에 코팅하였다.
잉크 D
80% 하이드로호일 덴스 블랙 잉크 #1256 (Akzo Nobel Inks Corp.)
19.6% 하이드로플렉스 WD-4008 우레탄 분산액 (H.B. Fuller Co.)
0.4% 하이드로플렉스 XR-2990 가교 결합제 (H.B. Fuller Co.)
XR-2990을 적당히 수직 교반시키며 WD-4008 우레탄 중합체의 소용돌이에 서서히 첨가하였다. XR-2990의 첨가가 완결된 후에 1분 동안 계속 혼합시켰다. 결과 혼합물 20 g을 또한 적당히 수직 교반시키며 잉크 80 g에 첨가하였다. 결과 잉크를 200 아닐록스 계량 롤이 장착된 파마르코 핸드 프루퍼를 이용하여 코로나 처리된 (42 dynes/㎠) 폴리우레탄 탄성 필름 상에 코팅하였다. 비교하기 위하여, 100% 하이드로호일 덴스 블랙 잉크 #1256 (비교 잉크 II)을 동일한 방법으로 동일한 필름 상에 코팅하였다.
잉크 E
엷은 색의 잉크 조성물
93.3% H.B. 풀러 WD-4006 우레탄 중합체
1.9% XR-2990 가교 결합제 (H.B. Fuller Co.)
4.8% 플렉시버스 (FLEXIVERSE) II WFD-5006 백색 안료 분산액 (Sun Chemical Corp., Amelia OH) 또는 다른 색 분산액 내의 4.8% 잉크 (Sun Chemical or Colorcon, West Point, PA)
XR-2990을 적당히 수직 교반시키며 WD-4006 우레탄 중합체의 소용돌이에 서서히 첨가하였다. XR-2990의 첨가가 완결된 후에 1분 동안 계속 혼합시켰다. 플렉시버스 WFD-5006 백색 안료 분산액을 첨가하고 균일하게 혼합하였다. 이 잉크를 400 아닐록스 롤로부터 모든 인쇄 면 아래에 솔리드 마스크(solid mask) 상으로서 인쇄하였다. 본원에 사용된 용어 "아닐록스"는 플렉소 인쇄기의 판 실린더에 잉크를 계량하는데 사용되는 조각(engraved) 강철 롤을 의미한다.
잉크 F
백색 잉크
81.7% H.B. 풀러 WD-4006 우레탄 중합체
1.6% H.B. 풀러 XR-2990 가교 결합제
16.7% 플렉시버스 II AFD-5006 백색 안료 (Sun Chemical Corp.)
XR-2990을 적당히 수직 교반시키며 WD-4006 우레탄 중합체의 소용돌이에 서서히 첨가하였다. XR-2990의 첨가가 완결된 후에 1분 동안 계속 혼합시켰다. 플렉시버스 WFD-5006 백색 안료 분산액을 첨가하고 균일하게 혼합하였다. 이 잉크를 400 아닐록스 롤로부터 모든 인쇄 면 아래에 솔리드 마스크 상으로서 인쇄하였다.
잉크 G
76.9% H.B. WD-4007 우레탄 중합체
23.1% 플렉시버스 II WFD-5006 백색 안료 분산액 (Sun Chemical Corp.)
플렉시버스 WFD-5006 백색 안료 분산액을 첨가하고 균일한 혼합물이 되도록 혼합하였다. 이 잉크를 400 아닐록스 롤로부터 모든 인쇄 면 아래에 솔리드 마스크 상으로서 인쇄하였다.
잉크 H
66.7% H.B. WD-4007 우레탄 중합체
33.3% 플렉시버스 II WFD-5006 백색 안료 분산액 (Sun Chemical Corp.)
결과 잉크를 200 아닐록스 (Anilox) 계량 롤이 장착된 파마르코 핸드 프루퍼를 이용하여 코로나 처리된 (34 dynes/㎠) 폴리우레탄 탄성 필름 상에 인쇄하였다. 잉크를 인쇄하여 더 많은 첨가량의 안료가 플렉소 인쇄 공정을 방해하지 않고 이용될 수 있음을 입증하였다.
인쇄 조성물 E, F 및 G를 위한 인쇄 방법:
8 스테이션 플렉소 인쇄기를 이용한다. 스테이션 1은 조성물 E의 백색 잉크를 사용하였고, 스테이션 2는 조성물 F 및 G의 조성물을 사용하였으며, 스테이션 3 내지 6은 100 라인 스크린 플렉소 인쇄판과 400 내지 600 아닐록스 롤을 이용하여 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙 칼라콘 노-톡스 (Colorcon No-Tox) 용매 (비수성) 기재 잉크, 일반적으로 알코올 또는 글리콜 기재 잉크 (Colorcon)의 다색 인쇄를 이용하고, 스테이션 7 및 8은 전환 공정에 필요한 표면 처리 코팅에 이용하였다.
〈실시예 2〉
우레탄 잉크 조성물 및 인쇄 이용 방법
이 실시예에서, 종이 라이너 상에 위치된 실리콘 방출 표면 상에 위치된 우레탄 필름을 지지체로서 사용하였다.
우레탄 필름 (바람직하게는 에스탄 (ESTANE) 58309 우레탄 수지의 1.2 mil 30 미크론 필름; B.F. Goodrich, Cleveland, OH) 또는 캐리어 드레싱 (Heinecke 등의 미국 특허 제5,531,855호에 따라 제조됨)을 93.3% HB 풀러 하이드로플렉스 WD 4006, 1.9% HB 풀러 하이드로플렉스 XR 2990 및 4.8% 선케미칼 플렉시버스 II 화이트 WFD-5006으로 이루어진 색을 띤 조성물로 먼저 인쇄하였다. 색을 띤 잉크를 인쇄 면 너머로 확장되도록 위치시켰다. 81.7% HB 풀러 하이드로플렉스 WD 4006, 1.6% HB 풀러 하이드로플렉스 XR 2990 및 16.7% 선케미칼 플렉시버스 II 화이트 WFD-5006의 백색 잉크를 하도층(base coat) 상에 위치된 색 인쇄면 보다 약간 더 작게 도포하였다. 모든 잉크 백분율은 최종 잉크 조성물의 중량 대 중량으로서 제공된다. 다른 색 잉크를 표준 플렉소 인쇄 방법을 이용하여 도안 또는 문자로서 인쇄하였다. 실리콘/우레탄 이면 풀칠 커버링을 하이넥크 등의 미국 특허 제5,531,855호에 기재된 인쇄된 제품의 전체 표면 상에 도포하였다.
〈실시예 3〉
잉크 조성물의 내마모성 시험
수더랜드 잉크 러브 테스터 (Sutherland Ink Rub Tester; Danilee Co., San Antonio Texas)를 이용하여 내마모성을 시험하였다. 이 방법은 샘플을 마찰 손상에 대해 평가하기 위한 정량적 방법을 제공한다. 이 실시예에 이용된 방법은 ASTM-D5264-92 ("Standard Test Method for Abrasion Resistance of Printed Material by the Sutherland Rub Tester")의 것이다. 수더랜드 러브 테스터 방법을 다음과 같이 변형시켰다. 2개의 분리된 2" (5.08 ㎝) x 1" (2.54 ㎝) x 1/8" (0.3175 ㎝) 네오프렌 패드 사이에 끼워진 4층의 1/32" (0.079 ㎝) x 2" (5.08 ㎝) x 2" (5.08 ㎝) 마이크로포옴 비닐 테잎을 마찰 추(rub weight)의 각 말단에서 가하여 2 파운드 중량 (8.89 Newtons)을 변화시켰다. 전체 2" (5.08 ㎝) x 4" (10.16 ㎝) 표면을 1층의 마이크로포옴 테잎으로 커버하였다. 인쇄된 시험 상을 2 lb. (8.89 Newtons, "N")의 중심에서 1" (2.54 ㎝) x 1/2" (1.27 ㎝) 돌출 면 상에 위치시켰다. 상에 가해진 힘은 ½ in2당 2 lb 또는 4 psi, 또는 ㎠ 당 2.76 N이었다. 그 면은 15의 쇼어 (Shore) A-2 듀로미터 경도를 가졌다.
상 및 추를 물 중의 0.5% 트리톤 X-100 약 40 ㎠ 당 약 1-2 ㏄로 습윤화된 린트(lint)가 없는 트윌 진 클로쓰 (Twill Jean Cloth; Electron Microscopy Sciences로부터 판매됨, Fort Washington, PA, #71750)의 면에 대해 문질렀다. 마모의 1 싸이클은 2 lb. (8.89 N) 추가 한번 완전히 앞뒤 이동하는 것이었다. 우레탄 중합체 함유 및 무함유, 또한 가교 결합제 함유 및 무함유 잉크 조성물을 비교하였다. 결과는 우레탄 중합체 함유 잉크 조성물을 이용할 때 크게 개선된 마찰 저항성을 나타내었다.
한 실시예에서, 샘플을 6가지 이상의 다른 상을 이용하여 표준 플렉소 인쇄 방법에 따라 인쇄된 칼라콘(Colorcon) 잉크를 사용하여 비.에프. 굳리치 (B.F. Goodrich) #58309 우레탄 필름 상에 인쇄하였다. 결과를 뚜렷하고 상당한 상 마모를 나타내는 사이클 수로서 요약하였다(상기한 바와 같이, 일반적으로 약 25% 이상의 상 밀도 감소가 있을 때 까지).
모든 상은 하이넥크 등의 미국 특허 제5,531,855호의 것과 같은 탄성 지지체 상에 인쇄한 후에 시험하였다.
잉크 사이클
상 만을 인쇄한 칼라콘 잉크 10-20
지지체에 잉크가 고정되도록 인쇄한 후에
95 ℃로 가열된 잉크 20-25
상을 인쇄한 칼라콘 아래에 위치된 잉크 E (상기 참조) 80-150
습윤 마찰에 대한 인쇄 상의 저항은 우레탄 중합체 기재 잉크 조성물 없이 얻어진 최상의 인쇄 잉크 점착성의 4배 이상이었다.
〈실시예 4〉
손가락 마찰 시험을 이용하여 시험된 잉크 조성물
연질 또는 탄성 지지체 상의 인쇄 상을 말절골 (末節骨)과 중절골 (中節骨) 사이의 지절간 관절의 측면 상에 부착시켜 엄지 손가락 인쇄 면을 인쇄 상의 표면 위에 문질렀다. 화질의 가시적 손상이 상의 색의 담색화를 통하여, 또는 더 이상 인쇄되지 않아서 심미적으로 부적합한 전체상을 형성한 작은 면의 가시화에 의해 명백할 때 상의 마모를 기록하였다. 또한, 지지체로부터 상을 전체적으로 마찰시킬 때 필요한 시간을 적어두었다. 이 시간은 인쇄 내구성 및 내마모성의 지표이었다.
이 시험은 실제적인 사용 조건 하에 인쇄 내구성을 시험하기 위한 간단한 방법을 제공하였다. 강한 마모 면 내의 시험 샘플의 위치는 부착된 지지체의 엄지 손가락에 의한 또는 접촉 표면에 의한 접촉을 통해 습기, 많은 굴곡 및 강한 마찰에 노출시켰다. 샘플을 다양한 시간 및 조건에 대해 시험하였지만, 최소 시간은 약 2 내지 약 4시간이었다. 언급된 잉크 조성물은 실시예 1에 제공된 것이다.
잉크 25% 마모까지의 시간 95% 마모까지의 시간
비교예 I 42 dyne 필름 200 아닐록스 프루프 인쇄 60분 120분
잉크 A 42 dyne 필름 200 아닐록스 720분 〉1440분
잉크 A 34 dyne 필름 200 아닐록스 NA 840분
잉크 E 42 dyne 칼라콘 잉크 인쇄 상 200분 1630분
비교예 II 42 dyne 칼라콘 잉크 인쇄 상 15분 30분
잉크 G 34 dyne 필름 칼라콘 잉크 인쇄 상 120분 300분
잉크 E 34 dyne 칼라콘 잉크 인쇄 상 240분-360분 1320분
잉크 E에 이은 잉크 F의 다층 잉크 조성물 34 dyne 칼라콘 잉크 인쇄 상 360분-480분 1620분
지지체의 표면 에너지를 ASTM D-2578 및 다이버시피드 엔터프라이시스 (Diversified Enterprises)에 의해 추천되는 절차에 따라서 다이버시피드 엔터프라이시스 (East Wallingford, VT 소재)로부터 시판되는 ACU·DYNE 테스트 마커 핀스 (Test Marker Pins)를 이용하여 시험하였다.
본 발명에 따른 잉크 조성물 만이 마모 규정 및 조건을 견디어 낼 수 있었고, 연장된 마모 시간에 저항하였다.
〈실시예 5〉
연신 저항성에 대하여 시험된 잉크 조성물
잉크 조성물을 탄성 지지체 (적어도 한 방향으로 그의 원래 길이 보다 더 많이 또는 원래 길이와 동일하게 내지는 그의 약 5%를 연신 또는 변형시킬 수 있는 지지체) 상에서 시험하였다. 샘플을 지지체 상에 인쇄하고 다음에 샘플을 연신시키고 다음과 같이 변형시킨 실시예 3의 수더랜드 시험을 이용하여 내구성에 대해 시험하였다. 2.5 inch2(6.35 ㎠) 시험 샘플을 2.75 inch (6.985 ㎝, 10% 연신율), 3.0 inch (7.63 ㎝, 20% 연신율) 또는 3.25 inch (8.255 ㎝, 30% 연신율)로 연신시켰다. 연신된 부분을 2 lb. (8.89 N) 추의 중심에서 돌출 면 상에 위치시켰다. 결과는 상 밀도를 약 25% 만큼 가시적으로 감소시키는데 필요한 사이클의 수로서 아래에 나타내었다.
잉크 연신율
10% 20% 30%
칼라콘 잉크 15 7.5 1
잉크 E 42 dyne 칼라콘 잉크 인쇄 상 60 40 20
우레탄 중합체를 함유하지 않은 잉크 조성물을 이용한 인쇄 상의 가시적인 시험은 인쇄 지지체의 연신이 인쇄 상의 균열을 야기시키고 연신 후에 쉽게 마찰되어 떨어짐을 나타내었다. 탄성 지지체 상의 하나의 층으로서의 우레탄 중합체 잉크 조성물의 사용은 지지체가 연신될 때 마찰 저항을 4 내지 20배 개선시켰다. 개선은 시험된 연신 수준의 30% 연신율에서 최대였다. 이러한 연신량은 예를 들면 손 및 손가락 관절 면 상에 위치된 붕대에 통상적인 것이다. 이 값은 수더랜드 마찰 시험에서 나타낸 값과 마찰 시험에서 일치하였다.
본 발명이 구체적인 실시태양 및 실시예와 관련되어 상술되었지만, 본 발명이 반드시 그렇게 제한되지는 않으며, 또한 수많은 다른 실시태양, 실시예, 이용법, 그 실시태양, 실시예 및 이용법으로부터의 변형 및 이탈이 청구범위에 의해 정의된 본 출원의 발명 영역으로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 당업계의 숙련인은 인식할 것이다.

Claims (7)

  1. 안료 및 우레탄 중합체 입자의 안정한 폴리에틸렌-무함유 수성 분산액을 포함하는 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 우레탄 중합체를 가교 결합시킬 수 있는 가교 결합제를 포함하는 잉크 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 안료가 백색 안료를 포함하는 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 안료가 잉크 조성물의 약 1 중량% 이상으로 존재하는 입자를 포함하는 잉크 조성물.
  5. 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 안료 입자 약 1 내지 약 60 중량%; 및
    잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 우레탄 중합체 입자 약 5 내지 약 99 중량%
    를 포함하는 액상 잉크 조성물.
  6. 인쇄 상이 제1항 또는 제5항에 따른 잉크 조성물로부터 형성되는 인쇄 상을 포함한 탄성 붕대.
  7. 제1항 또는 제5항에 따른 잉크 조성물의 사용을 포함하는 탄성 지지체 상에 상을 인쇄하는 방법.
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