KR20020027292A - 액상 조성물의 측정 방법, 액상 조성물, 잉크 셋, 기록매체상의 착색부 형성 방법 및 잉크 젯 기록 장치 - Google Patents

액상 조성물의 측정 방법, 액상 조성물, 잉크 셋, 기록매체상의 착색부 형성 방법 및 잉크 젯 기록 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액상 조성물의 측정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법의 한 실시양태는 i) 미립자 및 용매를 함유하는 액상 조성물을, (a) 상기 액상 조성물의 용매를 120 ℃에서 대기 분위기하에서 10 시간 동안 증발시키고, 액상 조성물을 건조시키는 단계; (b) 상기 단계 (a)로부터 얻은 건조된 액상 조성물을 120 ℃로부터 700 ℃까지 1 시간에 걸쳐 승온시킨 후, 700 ℃에서 3 시간 동안 소성시키는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)에서 얻은 소성물을 서서히 냉각시키고, 소성물을 분체화하여 미립자의 응집물을 얻는 단계의 전처리를 행하는 단계, 및 ii) 상기 응집물을 120 ℃에서 8 시간 동안 진공 탈기시키고, 질소 흡탈착법으로 응집물의 세공의 물성을 측정하는 단계를 포함한다.

Description

액상 조성물의 측정 방법, 액상 조성물, 잉크 셋, 기록 매체상의 착색부 형성 방법 및 잉크 젯 기록 장치 {Method of Measuring Liquid Composition, Liquid Composition, Ink Set, Method for Forming Colored Portion on Recording Medium, and Ink-Jet Recording Apparatus}
본 발명은 발색성 및 색의 균일성이 우수한 칼라 화상을 얻는 기술, 특히 액상 조성물과 같은 잉크 젯 기록 기술에 가장 적합한 액상 조성물을 측정하는 방법, 그러한 액상 조성물을 사용한 잉크 셋, 기록 매체상에 착색부를 형성시키는 방법 및 잉크 젯 기록 장치에 관한 것이다.
잉크 젯 기록 방법은 잉크를 토출시켜 종이와 같은 기록 매체에 잉크를 부여하여 기록을 행하는 방식이다. 예를 들어, 일본 특허 공고 제61-59911호, 동 제61-59912호 및 동 제61-59914호에 기재된 바와 같이, 토출 에너지 공급 수단으로서 전열 변환기를 사용하여 열 에너지를 잉크에 부여하여 기포를 발생시킴으로써 잉크 소적을 토출시키는 방법에 의해 헤드의 고밀도 다중 오리피스의 형성이 용이하게 실현될 수 있고, 고해상도 및 고품질 화상을 고속으로 형성할 수 있다.
일반적으로, 잉크 젯 기록에 사용되는 통상의 잉크는 물을 주성분으로 하고, 오리피스에서의 건조 및 폐색을 방지하기 위해 글리콜과 같은 수가용성의 고비점 용매를 추가로 함유한다. 이러한 잉크를 사용하여 기록 매체상에 기록을 행하는경우, 충분한 정착성을 달성할 수 없고 종이와 같은 기록지 표면에 충전제 및 사이즈제의 불균일한 분포에 의한 것으로 여겨지는 불규칙한 화상이 발생한다는 결점이 있다.
또한, 최근 잉크 젯 기록에 은염 사진과 같은 높은 화질이 점점 요구되고 있어, 잉크 젯 기록시에 높은 화상 농도, 넓은 색 재현 범위 및 색의 균일성의 향상을 위한 기술적 요구가 점점 증가하고 있다.
이러한 상황하에서, 잉크 젯 기록 방법을 안정화하고, 잉크 젯 기록 방법에 의해 기록된 문헌의 질을 증진시키기 위한 많은 제안들이 있었다. 기록 매체에 대한 제안중 하나는 기록 매체의 기재지 표면을 충전제 및(또는) 사이즈제로 코팅하는 것이다. 예를 들어, 기재지상의 착색 물질을 흡착하는 다공성 미립자를 충전제로 가하여 기재지상에 잉크 수용층을 형성시키는 기술이다. 이러한 기술에 의해 제조된 기록 매체는 현재 잉크 젯 코팅지 등으로 시판되고 있다.
당업계에서 잉크 젯 잉크에 대해 제안된 몇몇 대표적인 것은 다음과 같다. 선행 기술 (1)로서 잉크에 휘발성 용매 또는 침투성 용매를 첨가하는 것이다.
기록 매체상으로의 잉크의 정착성을 활발히 하기 위한 수단으로서 일본 특허 출원 공개 제55-65269호에는 잉크에 계면활성제와 같이 침투성을 증진시킬 수 있는 화합물을 첨가하는 것이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제55-66976호에는 주성분으로서 휘발성 용매를 함유하는 잉크를 사용하는 것이 개시되어 있다. 선행 기술 (2)로는 잉크와 그와 반응성인 액상 조성물을 기록 매체상에서 혼합하는 것이다.
또한, 화상 농도, 내수성 및 블리딩을 개선시키기 위해, 잉크가 기록 매체에 부여되어 화상을 형성하기 전 또는 그 후에 화상 농도를 개선시킬 수 있는 액상 조성물을 기록 매체에 부여하는 방법이 제안되었다.
더 구체적으로, 일본 특허 출원 공개 제63-60783호에는 염기성 중합체를 함유하는 액상 조성물을 기록 매체에 부여한 후 그 위에 음이온계 염료를 함유하는 잉크를 부여하여 기록을 행하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 제63-22681호에는 반응성 화학 물질을 함유하는 제1 액상 조성물 및 반응성 화학 물질과 반응하는 화합물을 함유하는 제2 액상 조성물을 기록 매체상에서 혼합시키는 기록 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제63-299971호에는 분자 당 2개 이상의 양이온성 기를 갖는 유기 화합물을 함유하는 액상 조성물을 기록 매체에 부여한 후 음이온계 염료를 함유하는 잉크로 기록을 행하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 제64-9279호에는 숙신산 등을 함유하는 산성 액상 조성물을 기록 매체에 부여한 후 음이온계 염료를 함유하는 잉크로 기록을 행하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 일본 특허 출원 공개 제64-63185호에는 염료를 불용화시킬 수 있는 액상 조성물을 잉크를 부여하기 전에 기록 매체에 부여하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제8-224955호에는 분자량 분포가 상이한 2종의 양이온성 물질을 함유하는 액상 조성물을 음이온계 화합물을 함유하는 잉크와 함께 사용하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 제8-72393호에는 양이온성 물질 및 미분된 셀룰로스를 함유하는 액상 조성물을 잉크와 함께 사용하는 방법이 개시되어 있다. 이 두 문헌에서, 얻어진 화상은 화상 농도, 문자질, 내수성, 색 재현성 및 블리딩 문제에 있어서 우수한 것으로 나타났다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제55-150396호에는 기록 매체상에서 염료를 사용하여 기록을 수행하고, 이어서 컬러 레이크(lake)를 형성하는 내수성 증진제와 염료를 가하여 기록 매체에 내수성을 부여하는 방법이 개시되어 있다.
선행 기술 (3)으로는 잉크 및 미립자를 함유하는 액상 조성물을 기록 매체상에서 혼합하는 것이다.
일본 특허 출원 공개 제4-259590호에는 먼저 무색 무기 미립자를 함유하는 무색 액체를 기록 매체에 부여하고, 이어서 비수성 기록 액체를 부여하는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 출원 공개 제6-92010호에는 먼저 미립자, 또는 미립자 및 결합제 중합체를 함유하는 용액을 기록 매체에 부여하고, 이어서 안료, 수가용성 수지, 수가용성 용매 및 물을 함유하는 안료를 부여하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허 출원 공개 제2000-34432호에는 잉크 및 수불용성 미립자로 구성된 액상 조성물을 포함하는 기록 물질이 개시되어 있다. 이 문헌에는 종이 유형에 관계없이 우수한 인쇄질 및 착색성이 얻어지는 것으로 기재되어 있다.
본 발명의 발명자들은 상기와 같은 다양한 잉크 젯 기록 기술에 관해 연구한 결과 상기 선행 기술이 각 기술적인 문제를 효과적으로 해결할 수 있지만, 종종 다른 잉크 젯 기록 특성이 나빠짐을 발견하였다. 예를 들어, 기록 매체상의 기재지의 표면을 충전제 및(또는) 사이즈제로 코팅하여 얻은 기록 매체(이후, 코팅지라 함)가 고품질의 화상을 형성할 수 있음은 잘 공지되어 있다.
일반적으로, 고채도의 화상을 얻기 위해서는 착색 물질을 기록 매체의 표면상에 응집됨 없이 단분자막 상태로 유지시켜야 한다. 코팅지상의 다공성 미립자는 그러한 기능을 한다. 그러나, 착색 물질을 함유하는 잉크를 사용하여 고농도 및 고채도의 화상을 얻기 위해서는 기재지의 텍스춰 손상을 일으킬 정도로 다량의 다공성 미립자로 피복된 종이 기재와 같이 두꺼운 잉크 수용층을 형성시켜야 한다. 본 발명자들은 착색 물질이 다공성 미립자상에서 효과적으로 흡착되지 않기 때문에 그러한 두꺼운 잉크 수용층이 필요한 것으로 여기고 있다.
다음은 하나의 잉크 수용층을 갖는 코팅지에 관한 것이다. 도 9는 코팅지 표면 부근의 코팅지 단면을 도식적으로 예시하는 것이다. 도 9에서, 참조 부호 901 및 903은 각각 기재지 및 잉크 수용층을 나타낸다. 잉크 수용층 (903)은 다공성 미립자 (905) 및 미립자를 고정하기 위한 접착제(결합제) (907)을 포함한다. 잉크가 잉크 수용층 (903)에 부여될 때, 잉크는 다공성 미립자들 (905) 사이의 공극으로 모세관 현상에 의해 침투하여 잉크 침투부 (909)를 형성한다. 도 9에 예시된 바와 같이, 잉크 수용층중의 다공성 미립자의 밀도는 위치에 따라 변하기 때문에, 모세관 현상에 의한 잉크의 침투 방식이 위치에 따라 변한다. 따라서, 착색 물질은 잉크가 침투하는 동안 다공성 미립자의 표면과 균일하게 접촉할 수 없어 착색 물질은 다공성 미립자에 의해 효과적으로 흡착되지 않는다.
또한, 잉크의 침투는 접착제 (907)에 의해 부분적으로 방해를 받고, 그에 따라 잉크 수용층 (903)은 잉크가 침투할 수 없어 발색할 수 없는 부분을 갖는다. 이런 이유로, 미립자에 의해 단분자상으로 착색 물질을 흡착하는 것은 통상의 코팅지에서의 입자량에 비해 효율적이지 못하다. 결과적으로, 고품질 화상을 제공하는데에는 기재지의 텍스춰를 손상시킬 정도의 다량의 다공성 미립자가 요구된다.
또한, 본 발명자들은 상기 선행 기술 (1)이 기록 매체상에서의 잉크의 정착성을 개선시킬 수 있지만 보통지에서의 기록 및 컬러 화상 기록에서 중요한 요소인 화상 농도 또는 색 재현 범위를 종종 저하시킬 수 있음을 밝혀내었다. 또한, 본 발명자들은 상기 선행 기술 (2)에 의해 잉크중의 착색 물질이 기록 매체의 표면상에 보유됨에 따라 화상 농도가 높은 기록물을 얻을 수 있지만, 종종 기록 매체 표면상에서의 착색 물질의 응집 때문에 충분한 색 재현 범위 및 색채도를 얻을 수 없음을 밝혀내었다. 또한, 상기 선행 기술 (3)에 의해, 기록 매체의 표면 상태는 미립자를 함유하는 용액을 부여하여 개선시킬 수 있지만, 코팅지상에 형성된 것과 같이 정교한 색상의 화상은 얻을 수 없다. 마지막으로, 특히 비수성 기록 액체의 경우 착색 물질의 선택 및 기록 방법에 제약이 따른다.
상술한 바와 같이, 통상의 모든 방법은 여전히 해결해야 할 특정한 문제가 있다. 따라서, 본 발명자들은 오늘날 요구되는 것보다 더 고품질의 잉크 젯 기록물을 얻기 위해 잉크 젯 기록 기술을 개발해야 할 필요를 인식하게 되었다. 본 발명은 그러한 인식을 기초로 하여 이루어졌다.
상기와 같은 지식을 기초로 하여, 본 발명자들은 착색 물질을 함유하는 잉크 및 착색 물질을 흡착할 수 있는 미립자의 액상 분산액 모두를 미립자상의 착색 물질을 효과적으로 흡착하기 위해 액상으로 사용하는 경우, 형성된 화상의 농도 및채도가 향상됨을 밝혀내었다.
따라서, 본 발명은 고품질, 특히 착색성이 우수한 잉크 젯 기록물을 제공할 수 있는 액상 조성물의 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 색 재현 범위가 보다 넓고 색의 균일성이 우수한 고품질 잉크 젯 기록물을 얻는데 사용할 수 있는 액상 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 보통지에서도 색 재현 범위가 보다 넓고 색의 균일성이 우수하며, 솔리드부에서의 줄무늬형과 같은 불규칙성이 덜하고 내마모성이 양호한 잉크 젯 기록물을 형성할 수 있는, 기록 매체상에 착색부를 형성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 색 재현 범위가 보다 넓고, 색의 균일성이 우수하며, 솔리드부에서의 줄무늬형과 같은 불규칙성이 잘 억제되어 있고 내마모성이 양호한 잉크 젯 기록물을 형성할 수 있는, 액상 조성물, 액상 조성물이 구비된 잉크 셋 및 잉크 젯 기록 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 저장 안정성 및 잉크 젯 기록 헤드로부터의 토출 안정성과 같은 잉크 젯 기록 특성이 우수한 액상 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 잉크 젯 인쇄 장치를 도식적으로 보여주는 부분 개방된 사시도이다.
도 2는 도 1의 헤드 카트리지의 도식적 사시도이다.
도 3은 도 1의 헤드 카트리지의 잉크 토출부의 구조를 도식적으로 보여주는 부분 사시도이다.
도 4a, 4b 4c 및 4d는 도 1의 잉크 젯 인쇄 장치의 와이핑 동작을 도식적으로 예시한다. 도 4a는 각 헤드의 인쇄 영역으로부터 홈 위치로의 이동 및 잉크용 블레이드의 상승을 보여주는 것이며, 도 4b는 인쇄 헤드의 와이핑을 보여주는 것이며, 도 4c는 액상 조성물 토출 헤드의 와이핑을 보여주는 것이며, 도 4d는 블레이드의 하강을 보여준다.
도 5a, 5b, 5c 및 5d는 도 1의 잉크 젯 인쇄 장치의 와이핑 동작을 도식적으로 예시한다. 도 5a는 각 블레이드의 상승을 보여주는 것이며, 도 5b는 각 헤드의 홈 위치로부터 인쇄 영역으로의 이동 및 와이핑을 보여주는 것이며, 도 5c는 액상조성물용 블레이드의 하강 및 인쇄 헤드의 와이핑을 보여주는 것이며, 도 5d는 잉크용 블레이드의 하강을 각각 보여준다.
도 6a, 6b, 6c 및 6d는 도 1의 잉크 젯 인쇄 장치의 와이핑 동작을 도식적으로 예시한다. 도 6a는 잉크용 블레이드의 상승을 보여주는 것이며, 도 6b는 각 헤드의 홈 위로부터 인쇄 영역으로의 이동 및 인쇄 헤드의 와이핑을 보여주는 것이며, 도 6c는 각 헤드의 인쇄 영역으로부터 홈 위치로의 이동, 잉크용 블레이드의 대기 및 액상 조성물용 블레이드의 상승을 보여주는 것이며, 도 6d는 각 헤드의 홈 위치로의 이동 및 액상 조성물용 헤드의 와이핑을 각각 보여준다.
도 7은 도 1의 잉크 젯 인쇄 장치의 폐액 회수 계통을 도식적으로 예시한다.
도 8은 도 7의 일부 변형된 폐액 회수 계통을 도식적으로 예시한다.
도 9는 잉크 젯 기록을 코팅지에서 수행한 경우의 착색부 상태를 예시하는 도식적 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 잉크 카트리지의 한 실시양태를 보여주는 개요도이다.
도 11은 도 10의 잉크 카트리지가 장착된 기록 헤드의 개요도이다.
도 12는 본 발명에 따른 기록 유닛의 한 실시양태를 보여주는 개요도이다.
도 13은 본 발명에 따른 잉크 젯 화상의 착색부의 상태를 예시하는 도식적 단면도이다.
도 14a, 14b, 14c 및 14d는 본 발명에 따른 잉크 젯 화상의 착색부를 형성하는 방법을 예시하는 개략적 공정도이다.
도 15는 기록 유닛의 사시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 잉크 젯 인쇄 장치의 한 실시양태를 도식적으로 보여주는 부분 파단 사시도이다.
도 17a, 17b, 17c, 17d, 17e 및 17f는 도 16의 잉크 젯 인쇄 장치의 와이핑 동작을 도식적으로 예시한다. 도 17a는 잉크용 블레이드의 상승을 보여주는 것이고, 도 17b는 인쇄 헤드의 와이핑을 보여주는 것이고, 도 17c는 잉크용 블레이드의 하강을 보여주는 것이고, 도 17d는 액상 조성물이 적합한 위치에 부여된 후 두 블레이드의 상승을 보여주는 것이고, 도 17e는 액상 조성물용 헤드 및 제2 블랙 잉크용 헤드의 와이핑을 보여주는 것이고, 17f는 두 블레이드의 하강을 보여준다.
도 18은 본 발명의 한 실시양태에 따른 잉크 젯 인쇄 장치를 보여주는 도식적 사시도이다.
도 19는 도 18의 잉크 젯 장치의 와이핑 메카니즘 및 와이핑 동작을 도식적으로 예시한다.
도 20은 액상 조성물과 잉크의 혼합물이 부착되어 있는 도 18의 실시양태의 잉크 젯 헤드의 토출 오리피스면을 보여준다.
도 21a 및 21b는 각각 도 19에 나타낸 메카니즘의 정면도 및 측면도이다.
도 22a, 22b, 22c 및 22d는 도 19의 실시양태의 와이핑 동작을 예시한다.
도 23a, 23b 및 23c는 도 19의 실시양태의 와이핑 동작을 예시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 인쇄 헤드2: 액상 조성물 토출 헤드
3, 4: 캐리지5: 구동 벨트
6, 7, 8, 9: 운반 롤러10, 106, 1301, 1403: 기록 매체
11, 110: 회수 유닛12, 13: 캡
14, 15: 흡입 펌프16, 17, 118: 블레이드
18, 19: 블레이드 지지대21: 잉크 탱크부
22: 잉크 토출부23: 헤드측 커넥터
24: 폐액 탱크25: 다공성 흡수체
26, 27: 폐잉크 파이프81: 토출구 형성 면
82, 206: 토출구 83: 액체 챔버
84: 액체 통로 85: 전열 변환기
101: 카트리지103: 잉크 젯 유닛
104, 105: 가이드축107: 스위치부 및 디스플레이 소자부
108: 압반 109: 급지 롤러
117: 와이프 부재200: 잉크 젯 헤드
201: 잉크의 혼합물205: 토출구 면
901: 기재지 903: 잉크 수용층
905, 1303,1409: 미립자 907: 접착제
909: 잉크 침투부1005, 1201: 액상 조성물 용기
1101: 기록 헤드1302, 1405: 공극
1305, 1404: 착색 물질1307, 1309, 1411: 응집물
1400: 착색부 1401: 반응부
1407: 액상 조성물의 풀1413: 잉크
1500: 기록 유닛1501: 헤드부
1502: 외기 통기구
본 발명의 일면은
i) 미립자 및 용매를 함유하는 액상 조성물을
(a) 상기 액상 조성물의 용매를 120 ℃에서 대기 분위기하에서 10 시간 동안 증발시키고, 액상 조성물을 건조시키는 단계;
(b) 상기 단계 (a)로부터 얻은 건조된 액상 조성물을 120 ℃로부터 700 ℃까지 1 시간에 걸쳐 승온시킨 후, 700 ℃에서 3 시간 동안 소성시키는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b)에서 얻은 소성물을 서서히 냉각시키고, 소성물을 분체화하여 미립자의 응집물을 얻는 단계의 전처리를 행하는 단계, 및
ii) 상기 응집물을 120 ℃에서 8 시간 동안 진공 탈기시키고, 질소 흡탈착법으로 응집물의 세공의 물성을 측정하는 단계
를 포함하는 액상 조성물의 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 일면은 착색 물질을 함유하는 잉크와 함께 기록 매체상에 착색부를 형성하는데 사용되는 액상 조성물을 제공하며, 상기 액상 조성물은 용매 및 잉크중의 착색 물질과 반응하는 미립자를 포함하고, 상기 미립자는 제1항에 따른 전처리 단계 (a) 내지 (c)에 의해 세공을 갖는 응집물을 형성하고, 상기 응집물은 세공을 가지며, 제1항에 정의된 액상 조성물의 측정 방법에 따라 측정할 때, 반경이 3 내지 30 nm인 세공의 용적은 0.4 ㎖/g 이상이고, 반경이 30 nm를 넘는 세공의 용적은 0.1 ㎖/g 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 일면은 착색 물질을 함유하는 잉크, 및 착색 물질과 반응하는 미립자를 함유하는 상기 정의된 액상 조성물을 독립적으로 포함하는 잉크 셋을 제공한다.
본 발명의 또다른 일면은
(i) 착색 물질을 함유하는 잉크를 기록 매체에 부여하는 단계, 및
(ii) 상기 액상 조성물을 기록 매체에 부여하는 단계
를 포함하는 기록 매체상에 착색부를 형성시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 일면은 착색 물질을 포함하는 잉크를 수용하는 잉크 용기 및 잉크 토출용 잉크 젯 헤드가 구비된 제1 기록 유닛, 및 상기 정의된 액상 조성물을 수용하는 액상 조성물 용기 및 액상 조성물 토출용 잉크 젯 헤드가 구비된 제2 기록 유닛을 포함하는 잉크 젯 기록 장치를 제공한다.
본 발명의 또다른 일면은 착색 물질을 포함하는 잉크를 수용하는 잉크 용기, 상기 정의된 액상 조성물을 수용하는 액상 조성물 용기, 및 잉크와 액상 조성물을 각각 토출하는 잉크 젯 헤드를 포함하는 잉크 젯 기록 장치를 제공한다.
본원에서, "착색 물질과 미립자사이의 반응"은 공유 결합, 이온 결합, 물리 및 화학적 흡착 및 흡수, 및 접착을 비롯한 그들 사이의 상호작용을 의미한다.
본 발명자들은 잉크 젯 프린터에 의해 형성된 화상의 착색성을 더 개선시키기 위해 잉크중의 착색 물질을 흡착하는 미립자를 함유하는 액상 조성물을 액상의 잉크와 접촉시키는 단계를 포함하는 잉크 젯 기록 방법에 관해 연구하였다.
이 연구를 하는 중에, 본 발명자들은 액상 조성물중의 미립자의 직경이 더 클수록 화상의 착색성이 더 개선됨을 인식하게 되었다. 그러나, 연구가 진행됨에 따라, 본 발명자들은 미립자의 직경이 작을지라도 착색성이 우수한 화상을 얻는 사례가 있다는 사실을 발견해내고, 상술한 바와 같이 인식된 지식이 항상 적용되는 것은 아니라는 것을 제안하였다. 이어서, 본 발명자들은 다양한 실험을 더 수행한 결과, 기록 매체의 표면에서 액상 조성물중에 분산된 미립자로부터 형성된 응집된 미립자(이후, 응집물)가 주로 화상의 착색성을 부여하는 것으로 결론지었다. 더구체적으로, 응집물의 물성, 예를 들어, 응집물의 세공 직경(세공 직경) 및 응집물의 세공 용적(세공 용적)이 화상의 착색성과 밀접하게 관련된 것으로 여겨진다. 본 발명자들은 착색성이 우수한 화상을 제공하는 응집물의 특성을 측정하는 시도를 한 결과, 화상의 착색성은 주로 액상 조성물로부터 형성된 응집물내 세공의 물성에 좌우되는 것으로 여겼다. 위와 같은 사실을 기초로 하여, 본 발명자들은 다양한 실험을 수행하였고, 결국 특정 방식으로 액상 조성물을 가공하여 얻은 응집물의 물성이 화상의 착색성과 크게 관련되어 있음을 밝혀내었다. 본 발명은 상술한 바와 같은 성과를 기초로 이루어졌다.
본 발명은 바람직한 실시양태를 특별히 참고하여 하기에 설명될 것이다.
기록 매체에 착색부를 형성하는 방법의 바람직한 실시양태는 (i) 착색 물질을 함유하는 잉크를 기록 매체에 부여하는 단계 및 (ii) 본 발명에 따른 액상 조성물을 기록 매체에 부여하는 단계를 포함하며, 여기서 잉크 및 액상 조성물은 기록 매체상에서 서로 액상 조건으로 접촉하도록 부여된다. 그러한 실시양태를 이용하여, 색 재현 범위가 보다 넓고 색의 균일성이 우수하며, 솔리드부에서의 줄무늬형과 같은 불규칙성이 적고, 내찰과성이 양호한 잉크 젯 기록물을 안정하게 얻을 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성할 수 있는 본 발명에 따른 잉크 젯의 또다른 실시양태는 착색 물질을 함유하는 잉크와 본 발명의 액상 조성물을 함께 구비하는 것이다. 그러한 잉크 셋을 이용하여, 색 재현 범위가 보다 넓고 색의 균일성이 우수하며, 솔리드부에서의 줄무늬형과 같은 불규칙성이 적고, 내찰과성이 양호한 잉크 젯기록물을 안정하게 얻을 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 잉크 및 액상 조성물 자체는 조성이 매우 단순하여 저장 안정성이 양호하여, 화상 형성이 안정하게 수행되어 고품질의 잉크 젯 기록물을 얻을 수 있다.
본 발명이 상기한 바와 같은 유리한 효과를 달성할 수 있는 이유는 알려지지 않았지만, 본 발명자들은 다음과 같이 고려하고 있다. 본 발명자들은 잉크와 액상 조성물이 기록 매체상에서 혼합될 때 기록 매체의 표면에서 미립자의 응집물이 형성되는 메카니즘을 연구하였고, 그 결과 상기와 같이 미립자가 응집될 때 액상 조성물의 물성에 따라 응집물내에 세공이 형성되며, 이 세공이 특정 크기로 될 때 착색 물질이 세공의 입구 부근 또는 내벽에 흡착되어 발색성을 더 개선시킴을 밝혀내었다.
메카니즘을 더 구체적으로 설명하기 위해, 본 발명의 기록 메카니즘을 도 13 및 14a 내지 14d를 참고로 하여 설명한다. 본원에서는 음이온성 기를 갖는 수가용성 음이온계 염료를 함유하는 수기재 잉크 및 표면이 양성으로 대전된 미립자를 분산 상태로 함유하는 수기재 액상 조성물을 사용하여 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 기록 화상은 도 13을 참고로 하여 설명한다.
먼저 용어를 정의하자면, 본원에 사용된 "단분자 상태"란 염료 또는 안료와 같은 착색 물질이 잉크중에 용해 또는 분산되어 있는 상태를 의미한다. 착색 물질이 약간만 응집된 경우 이 상태는 형성된 화상의 채도가 저하되지 않기만 한다면 "단분자"이다. 단분자 상태는 염료에 바람직하기 때문에, 염료 이외의 착색 물질에 대해서 이러한 상태는 편의상 "단분자 상태"로 칭한다.
도 13은 주화상부 (IM) 및 그의 주변부 (IS)로 구성된 본 발명에 따른 기록 화상의 착색부 (I)을 전형적으로 예시하는 도면이다. 도 13에서, 참조 부호 1301은 기록 매체를 가리키고, 1302는 기록 매체의 섬유사이에 생기는 공극을 가리킨다. 참조 부호 1303은 착색 물질 (1305)가 화학적으로 흡착되어 있는 미립자를 전형적으로 예시하는 것이다. 주화상부 (IM)은 착색 물질 (1305)가 단분자 상태로 그 표면에 균일하게 흡착된 미립자 (1303)과 착색 물질의 단분자 상태가 유지되는 미립자의 응집물 (1307)에 의해 형성된다. 참조 부호 1309는 주화상부 (IM) 내의 기록 매체의 섬유 부근에 존재하는 미립자의 응집물을 가리킨다. 주화상부 (IM)은 기록 매체의 섬유에 의해 물리적 또는 화학적으로 미립자 (1303)을 흡착하는 단계, 및 미립자 (1303)에 의해 착색 물질 (1305)를 액상-액상으로 흡착하는 단계에 의해 형성된다. 따라서, 착색 물질의 착색성은 거의 손상되지 않으며, 보통지와 같은 침투성이 용이한 기록 매체에서도 코팅지에서와 같이 화상 농도 및 채도가 높고 색 재현 범위가 넓은 화상을 형성할 수 있다.
한편, 미립자 (1303)의 표면에 흡착되지 않은 잔여 착색 물질 (1305)는 기록 매체 (1301)로 횡방향 및 종방향 모두로 침투한다. 따라서, 잉크의 미소한 잔상이 주변부 (IS)에 형성된다. 착색 물질이 기록 매체 (1301)의 표면 부근에 잔류하고, 잉크의 미소한 잔상이 주변부에서 일어남에 따라 솔리드부 또는 음영부 등의 잉크 량이 많은 화상 영역에서도 헤이즈가 없고 색 불규칙성이 적고 색의 균일성이 우수한 화상을 형성할 수 있다. 본 발명에 따르면, 도 13에 나타낸 바와 같이 기록 매체 (1301)이 잉크 및 액상 조성물에 침투성인 경우, 잉크 또는 액상 조성물의 기록매체로의 침투는 완전히 방해되지 않고 어느 정도 허용된다.
또한, 본 발명에 따른 액상 조성물을 사용하면, 미립자의 응집물 (1309)가 기록 매체의 표면 영역에 형성될 때 특정 크기의 세공이 응집물내에 형성된다. 잉크중의 잔여 착색 물질 (1305)가 기록 매체로 침투할 때 미립자의 응집물 (1309)의 세공으로 침투해 세공의 입구 부근 또는 내벽에 이상적인 단분자 상태로 부착해 더 많은 양의 착색 물질이 기록 매체의 표면 영역에 보유되고, 우수한 색상의 기록물을 얻을 수 있다.
도 14a 내지 14d는 본 발명의 한 측면에 따른 기록 매체상에서의 착색부 형성 방법을 예시하는 것으로 착색부 (1400)의 도식적인 단면도를 보여주는 것이다. 도 14a 내지 14d에서, 참조 부호 1401은 주로 잉크와 액상 조성물의 반응물, 예를 들어, 착색 물질과 미립자사이의 반응물을 함유하는 부분(이후, 반응부로 함)을 가리키며, 도 13에서의 주화상부 (IM)에 해당한다. 참조 부호 1402는 액상 조성물과 반응하지 않고 반응부 (1401)의 주위에서 누수되어 형성된 부분(이후, 잉크 누수부로 함)을 가리키며, 이는 도 11의 주변부 (IS)에 해당한다. 이러한 착색부 (1400)은 예를 들어, 다음과 같은 방식으로 형성된다. 도 14a에서, 참조 부호 (1405)는 기록 매체 (1403)의 섬유 사이의 전형적인 공극을 가리킨다.
착색 물질 (1404)와 반응하는 액상 조성물 (1406)을 먼저 기록 매체 (1403)에 소적으로 부여한다. 그 결과, 액상 조성물의 풀 (1407)이 형성된다(도 14b). 풀 (1407)에서, 기록 매체의 섬유 표면 부근의 미립자 (1409)는 기록 매체의 섬유 표면에 물리적 또는 화학적으로 흡착되고, 미립자의 분산 상태는 그 자체로는 미립자의 응집물 (1411)을 형성하기에 불안정하게 되는 반면, 풀 (1407)에서의 섬유로부터 이격된 미립자 (1409)는 최초 분산 상태로 존재한다.
이어서, 잉크 (1413)을 기록 매체 (1403)에 소적으로 부여한다(도 14b). 그 결과, 착색 물질 (1404)가 잉크 (1413)와 풀 (1407) 사이의 계면에서 미립자 (1409)에 의해 화학적으로 흡착된다. 이 반응은 액체들(액체-액체 반응) 사이의 반응이므로 착색 물질 (1404)는 미립자 (1409)의 표면에 단분자 상태로 균일하게 흡착되는 것으로 여겨진다(도 14c). 더 구체적으로, 착색 물질은 미립자 표면 근처에서 그 자체로 응집되지 않고, 응집된다 하더라도 거의 응집되지 않는 것으로 여겨진다. 결과적으로, 단분자 상태로 착색 물질 (1404)를 흡착하는 다수의 미립자가 반응부 (1401)의 표면상에서 형성되고, 착색 물질은 발색성에 가장 영향을 미치는 표면 영역에서 단분자 상태로 유지된다. 따라서, 화상 농도 및 채도가 높은 기록 화상이 형성될 수 있다.
또한, 착색 물질을 흡착하여 그 자체로 분산 상태로서 응집되는 미립자는 불안정해지는 것으로 여겨진다(도 14c). 결과적으로, 형성된 응집물 (1415)는 단분자 상태 내부에 착색 물질을 보유시켜 화상 농도 및 채도가 높은 기록 화상을 형성한다.
또한, 비반응 착색 물질 (1404)의 일부는 풀 (1407)에서 확산되어 비반응 미립자 (1409)의 표면상에 흡착된다. 상기와 같이, 풀 (1407)내에서 더 반응되어 화상 농도 및 채도가 더 높은 화상이 형성된다. 기록 매체의 섬유 표면상에 형성된 미립자의 응집물 (1411)은 풀 (1407)의 액상이 기록 매체로 침투하는 것을 저해하는 것으로 여겨진다. 결과적으로, 풀 (1407)내에 착색 물질 및 미립자가 더 많이 존재하여 착색 물질 (1404)와 미립자 (1409)와의 접촉 가능성이 높아지고 반응이 균일하고 충분히 일어나 화상 농도 및 채도가 높은 화상을 형성한다.
액상 조성물 (1406)이 기록 매체 (1403)에 부여될 때(도 14a), 또는 잉크 (1413)이 풀 (1407)에 부여될 때(도 4b), 분산 매체에 변화가 일어나 미립자 (1409)의 분산 상태가 불안정해져 착색 물질 (1404)가 흡착되기 전에 일부 미립자 (1409)가 응집될 수 있다. 본원에 사용된 "분산 매체에 변화"라는 것은 액체가 다른 액체 또는 물질과 혼합될 때 일반적으로 관찰되는 pH, 고체 농도, 용매 조성 및 액상에 용해된 이온 농도 등의 물성의 변화를 의미한다. 액상 조성물이 기록 매체 또는 잉크와 접촉할 때 이러한 변화는 미립자의 분산 안정성을 파괴할 정도로 급속하고 복잡하게 일어나고, 응집물이 형성되는 것으로 여겨진다.
이들 응집물은 섬유의 공극을 충전시켜 기록 매체의 표면 영역에 흡착된 착색 물질을 갖는 미립자가 더 많이 존재하도록 하는 것으로 여겨진다. 풀 (1407)에서 형성된 응집물중에는 기록 매체상에 흡착된 것과 액상중에 현탁된 것(이동성 보유)이 있다. 이동성을 갖는 것들은 상기한 바와 같이 미립자와 동일한 방식으로 그 표면상에 단분자 상태로 착색 물질을 흡착하여 발색성 향상의 원인이 되는 응집물을 더 많이 형성시킬 수 있다. 응집물은 기록 매체의 표면이 평활하도록 공극을 충전시키기 위해 섬유를 따라 액상이 침투될 때 액상과 함께 이동하고, 그에 따라 보다 균일하며 화상 농도가 높은 화상을 형성하는 것으로 여겨진다.
하기하는 바와 같이, 본 발명에 의해 발색성이 높은 화상을 얻는 이유는 착색 물질이 미립자 또는 그의 응집물상에서 단분자 상태로 흡착되어 기록 매체 표면 부근에 존재하기 때문인 것으로 여겨진다. 또한, 형성된 화상의 단분자 상태로 착색 물질이 흡착된 미립자가 기록 매체의 표면상에 정착되기 때문에 고착성이 향상된다.
또한, 상기한 설명에서 액상 조성물 및 잉크의 순으로 기록 매체에 부여될지라도 기록 매체에 대한 이들의 부여 순서는 액상-액상 혼합이 일어나기만 한다면 제한되지 않는다. 따라서, 잉크에 이어 액상 조성물의 순으로 부여될 수 있다. 도 14b에 예시된 바와 같이, 기록 매체에 부여된 액상 조성물중의 미립자의 적어도 일부는 액상 매체가 기록 매체를 침투할 때 기록 매체의 내부로 침투하는 것으로 여겨진다.
한편, 도 14d에 예시된 바와 같이, 이러한 침투 공정에서 착색 물질은 기록 매체에 이미 침투되어 있는 미립자에 의해 흡착되는 것도 추측해 볼 수 있다. 상기한 바와 같이, 기록 매체에서 착색 물질이 단분자 상태로 흡착되거나 결합된 미립자는 발색능을 개선시키는 것으로 여겨진다. 또한, 그러한 액상 매체의 침투에 의해 정착능도 개선되는 것으로 여겨진다.
또한, 본 발명의 액상 조성물을 사용하여 미립자의 응집물 (1411)이 기록 매체 표면상에 또는 그 내부에 형성될 때 특정 크기의 세공이 응집물 내부에 형성된다. 풀 (1407)내의 미립자 (1409)에 흡착되지 않은 착색 물질 (1404)는 기록 매체로 침투하고, 착색 물질 (1404)중의 일부는 용매 성분과 함께 세공으로 통과해 응집물 (1411)의 내부로 침투한다. 이 때, 착색 물질 (1404)는 응집물내 입구 부근및 세공의 내벽으로 흡착되고, 용매만이 기록 매체의 내부로 침투한다. 따라서, 보다 많은 양의 착색 물질이 미립자의 응집물 (1411)의 표면 및 내부로 흡착되어 기록 매체의 표면 영역에 유지될 수 있다. 또한, 착색 물질 (1404)가 염료인 경우, 세공 내부로 흡착된 착색 물질 (1404)는 거의 응집되지 않으며 이상적인 단분자 상태를 형성하는데, 그 이유는 응집물 (1411)의 세공의 직경이 잉크중의 착색 물질 (1404)의 분자 크기보다 1 내지 수 배 크기 때문이다. 이로 인해 발색성이 더 크게 개선되며 색 재현 범위가 보다 넓은 기록물을 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명자들은 액상 조성물중의 미립자 (1409)가 기록 매체상에서 응집될 때 형성되는 응집물 (1411) 내의 세공의 크기는 잉크의 발색성을 더 크게 향상시키는 것과 밀접하게 관련되어 있음을 알았다. 본 발명자들은 응집물 (1411)의 물성이 액상 조성물중의 미립자 뿐만 아니라 용매 조성물에 의해서도 영향을 받음을 밝혀내었다. 또한, 응집물이 액상 조성물중의 미립자로부터 만들어지는 경우, 특정 직경 범위의 세공의 용적이 기록 매체상에 고품질의 화상을 형성시키는 능력과 크게 관련되어 있음을 밝혀내었다.
또한, 본 발명에서는 미립자 및 착색 물질을 액상 중에서 기록 매체의 표면상에서 반응시킨다. 따라서, 착색 물질은 음이온성이고 양이온성 미립자의 표면에 매우 효율적으로 흡착된다. 코팅된 잉크 젯 기록 용지를 사용하는 본 발명의 흡착도와 동일한 정도로 착색 물질의 흡착도를 달성하기 위해서는, 대량의 양이온성 다공성 미립자가 요구되며, 즉 기재 종이를 덮을 만큼의 두꺼운 잉크 수용층이 기재 종이의 텍스춰를 훼손할 수 밖에 없다. 이와는 달리, 본 발명에 따른 액상 조성물을 구성하는 미립자의 양은 작기 때문에 기록 매체의 텍스춰가 훼손되지 않는다. 결과적으로, 인쇄된 부분의 텍스춰와 인쇄되지 않은 부분의 텍스춰가 동일한 화상이 형성될 수 있다.
또한, 상기한 선행 기술 (1)에 따르면 기록 매체의 표면 상에 잔류하는 착색 물질의 양은 불충분할 수 있고, 상기한 선행 기술 (2)에 따르면 기록 매체의 표면 상에 잔류하는 착색 물질의 양은 충분할지라도 착색 물질이 기록 매체의 표면에서 응집한다. 이와는 달리, 본 발명에 따른 경우 미립자의 표면에 흡착된 착색 물질은 단분자 상태를 유지하는 기록 매체의 표면 상에 미립자와 함께 잔류한다. 따라서, 높은 발색성의 화상이 얻어질 수 있다.
본 발명은 잉크, 및 미립자를 함유하는 액상 조성물을 기록 매체의 표면에 부여함으로써 화상이 형성된다는 점에서 선행 기술 (3)과 유사한 것처럼 보인다. 그러나, 본 발명에서는 액상 조성물을, 착색 물질 (레이크)의 응집을 방지하기 위한 수단으로 액상 조성물 중의 미립자를 이용하여 착색 물질과 양성적으로 반응시킨다. 이에 반해서, 선행 기술 (3)에서는 미립자를 함유하는 용액의 부여가 기록 매체의 표면 상태를 개질하는 것으로 목표를 삼고 있으며, 서로 상이한 극성을 갖는 미립자와 잉크 중의 착색 물질 간의 화학 반응에 관해서는 전혀 개시하지 않고 있다. 본 발명에 따른 기록물과 선행 기술에 따른 기록물의 화상 품질의 차이는 명백하며, 이는 메커니즘의 차이로 인한 것으로 생각된다.
본 발명의 특징인 액상 조성물의 측정 방법 뿐만 아니라 잉크 및 액상 조성물을 하기에 보다 상세하게 설명할 것이다.
우선, 본원의 양이온계 잉크 또는 음이온계 잉크를 정의한다. 잉크의 이온 특성을 언급할 경우, 잉크 그 자체는 전하를 나타내지 않으며 중성이라는 사실은 당업계에 잘 알려져 있다. 본원에 사용되는 용어 "음이온계 잉크" 또는 "양이온계 잉크"는 잉크의 성분, 예를 들면 착색 물질과 같이 음이온성 또는 양이온성 기를 갖거나, 또는 그의 표면이 음이온성 또는 양이온성 기를 갖는 화합물로 처리된 것을 의미하며, 이들 기들은 잉크 중에서 음이온성 또는 양이온성 기와 같이 행동하도록 조절된다. 음이온성 또는 양이온성 액상 조성물에서도 동일하게 언급된다.
<액상 조성물의 측정 방법>
본 발명에 따른 액상 조성물의 측정 방법은 응집물 중에서 특정 범위 내의 반경을 갖는 세공의 용적을 측정하는 것을 특징으로 하며, 여기서 응집물은 적어도 미립자 및 용매를 포함하는 액상 조성물 중 미립자로 이루어진다. 무엇보다도, 이러한 세공의 물성을 측정함에 있어서 액상 조성물은
(1) 상기한 액성 조성물을 120℃에서 10시간 동안 대기 분위기하에 건조시켜 거의 모든 용매를 증발시키는 단계;
(2) 이어서, 1시간 동안 온도를 120℃ 내지 700℃로 올리고, 이어서 3시간 동안 700℃에서 소성시키는 단계; 및
(3) 이어서, 상기한 바와 같이 베이킹된 생성물의 온도를 서서히 실온으로 내리고, 생성물을 분체화화하는 단계
로 예비 처리된다.
이러한 예비 처리는 건조에 의해 액상 조성물로부터 미립자의 응집물을 형성하고 소성에 의해 용매를 완전히 제거하여 세공 공간으로서 응집물 중의 세공을 비우는 것이다.
본 발명에서 측정된 응집물의 세공의 크기는 반경이 3 nm 내지 30 nm인 세공의 용적이다. 이러한 범위의 세공의 용적와 화상 품질 사이에 높은 상관관계가 관찰되는 이유는 불명확하지만, 이 범위보다 작은 반경을 갖는 세공은 착색 물질 및 용매 성분의 응집물로의 침투가 현저하게 감소되어, 세공에 흡착된 착색 물질이 사실상 발색성의 개선에 기여하지 못하기 때문인 것으로 생각된다. 이에 반해서, 이 범위보다 세공이 크면 착색 물질 및 용매 성분의 침투가 용이하게 발생할 수 있다. 그러나, 세공의 개구 및 내벽 주위에 흡착된 착색 물질은 세공 자체의 광산란으로 인해 광흡수에 참여하기 힘드므로 반대로 발색성의 감소를 야기할 수 있다.
결과적으로, 반경이 3 nm 내지 30 nm인 세공들의 용적을 모두 측정함으로써, 30 nm보다 큰 반경을 갖는 세공의 용적이 화상 형성에 있어서 발색능을 결정하는데 효과적이다. 상기 범위 내의 이러한 세공들의 물성을 측정하는 방법으로는 질소 흡착 및 탈착법을 사용하는 방법이 가장 바람직하다. 세공의 반경 및 세공의 용적은 바렛 (Barrett) 등의 문헌[J. Am. Chem. Soc. Vol. 73, 373, 1951]의 방법에 의해 알 수 있다. 예비 처리된 시료는 120℃에서 8시간 동안 탈기시키고, 이어서 측정을 수행한다. 보다 구체적으로, 반경이 3 nm 내지 20 nm인 세공의 용적 및 직경이 20 nm보다 큰 세공의 용적이 측정된다. 이러한 범위는 착색 물질이 염료인 경우 추가의 발색성 개선을 추구하는데 바람직하다.
<액상 조성물>
본 발명에 따른 액상 조성물을 하기에 설명할 것이다.
-응집물의 세공의 반경 및 용적-
상기한 바와 같이, 세공의 개구 및 내벽 주위에 대한 착색 물질의 신속한 침투 및 흡착, 및 세공 내부에서의 착색 물질의 응집 억제 측면에서 응집물의 세공의 반경은 바람직하게는 3 nm 내지 30 nm이다. 동시에, 응집물 중의 착색 물질의 발색성을 개선시키기에 충분한 양으로 얻기 위해서, 특정 용적의 세공이 요구된다. 또한, 세공의 용적의 증가는 세공의 수의 증가를 의미하기 때문에, 세공의 내부에 흡착된 착색 물질 및 세공의 개구 주위에 흡착된 착색 물질이 증가할 것이다.
따라서, 이러한 관점에서 본 발명에서 바람직하게는 사용된 액상 조성물 중에서 3 nm 내지 30 nm의 반경을 갖는 세공의 용적이 0.4 ml/g 이상이고 30 nm보다 큰 반경을 갖는 세공의 용적이 0.1 ml/g 이하인 것이 바람직하다. 3 nm보다 작은 반경을 갖는 세공에 있어서, 착색 물질 및 용매 성분은 세공의 내부로 침투하기가 힘들고, 응집물의 세공은 사실상 발색성의 개선에 기여하지 않는다. 이에 반하여 반경이 30 nm보다 큰 세공의 용적이 0.1 ml/g을 초과할 경우, 광산란성이 큰 세공이 증가하여 상기 세공에 흡착된 착색 물질의 발색성에 대한 기여는 감소한다. 또한, 상기 범위 내의 반경을 갖는 세공의 용적이 0.4 ml 미만인 것은 바람직하지 않을 수 있는데, 이는 응집물의 내부로 침투하는 착색 물질 및 용매 성분이 감소하고, 세공의 개구 및 내벽 주위에 흡착된 착색 물질의 양이 감소하여, 발색성 개선에 대한 기여도가 감소하기 때문이다.
3 nm 내지 20 nm의 반경을 갖는 세공의 용적이 0.4 ml/g 이상이고 20 nm보다큰 반경을 갖는 세공의 용적이 0.1 ml/g 이하인 것이 바람직하다. 이는 3 nm 내지 20 nm의 반경을 갖는 세공의 수가 많다는 것을 의미하며, 따라서, 특히 염료가 착색 물질로 사용될 경우 발색성이 더욱 개선되어 보다 넓은 색 재현 범위를 갖는 화상의 형성이 가능해진다. 응집물의 세공의 반경 및 용적은 화학종, 형태, 및 미립자의 크기 뿐만 아니라 용매 화학종, 다른 첨가제, 이들의 조성비 등에 따라 변한다. 따라서, 이들 조건을 조절하여 미립자의 응집물의 형성 상태를 조절할 수 있다.
-미립자-
본 발명에서 사용되는 미립자에 기대되는 작용은, 예를 들면
1) 혼합시 착색 물질의 고유의 착색능을 손상하지 않고 착색 물질을 흡착하고,
2) 잉크와 혼합시, 또는 기록 매체에 부여될 경우 기록 매체의 표면에 잔류하도록 분산 안정성을 파괴하는 것이다. 이와 같은 작용을 나타내는 미립자를 사용하는 것이 바람직하다. 덧붙여 말하자면, 1종 이상의 미립자가 이러한 작용을 위해 사용될 수 있다.
작용 1)의 경우, 미립자는 사용된 착색 물질과 반대 이온성을 나타내어 착색 물질을 정전기적으로 흡착하는데 사용될 수 있다. 착색 물질이 음이온성일 경우, 양이온성 미립자가 사용되는 반면, 음이온성 미립자는 착색 물질이 양이온성일 경우 사용된다. 이온성외에도, 착색 물질의 흡착성은 미립자의 크기, 중량 및 이들의 표면 프로파일에 의해 영향을 받는다. 예를 들면, 그의 표면에 다수의 세공을갖는 다공성 미립자는 특정한 흡착성을 나타내고 세공의 크기 및 형태와 같은 다수의 요인에 따라서 착색 물질을 흡착할 수 있다.
작용 2)는 잉크 또는 기록 매체와의 상호작용에 의해 시작된다. 따라서, 상기 작용은 그의 개별 구성 성분에 의해 달성될 수 있다. 예를 들면, 미립자는 잉크 및 기록 물질의 성분과 반대의 이온성을 나타낼 수 있다. 또한, 분산 안정성도 잉크 또는 액상 조성물 중 전해질의 존재에 의해 영향을 받는다. 본 발명에서는 작용 1) 및 2) 중 하나 이상이 즉각적으로 발생하는 것이 바람직하다. 또한, 작용 1) 및 2) 모두가 즉각적으로 발생하는 것이 바람직하다. 각각의 이온성 미립자를 함유하는 액상 조성물이 이후 구체적으로 설명될 것이다.
<양이온성 액상 조성물>
양이온성 액상 조성물은, 예를 들면 미립자 표면에 양이온성 기를 갖는 미립자를 함유하는 액상 조성물, 및 미립자가 안정하게 분산되어 있는 산을 예로 들 수 있다. 본 발명에서는 양이온성 액상 조성물로서, 예를 들면 pH 2 내지 7의 산 또는 제타 전위가 +5 내지 +90 mV인 산을 함유하는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
-pH 및 제타 전위-
액상 조성물의 제타 전위를 하기에 설명할 것이다. 제타 전위의 기본 원리를 하기에 나타낼 것이다. 일반적으로, 고상물이 액상에 분산되어 있는 계에서는 자유 전하가 고상의 표면에 존재할 경우, 반대 전하의 층이 고상 경계 주위의 액상에서 나타나서 전기적 중성을 유지한다. 이를 전기 이중층이라 하고, 이 전기 이중층에 의해 생성된 전위를 제타 전위라 한다. 제타 전위가 양일 경우, 미립자의표면은 양이온성을 나타내고, 음일 경우 음이온성을 나타낸다. 통상적으로, 보다 높은 절대값에서는 미립자간의 정전기적 반발 작용이 강화되어 양호한 분산성을 나타내며, 또한 이온성이 미립자의 표면에서 강해지는 것으로 생각된다. 다시 말해서, 양이온성 미립자의 보다 높은 제타 전위에서는 양이온성이 강해지고 잉크 중의 음이온계 화합물을 끌어당기는 힘이 강해진다.
본 발명자들이 예의 연구한 결과, 액상 조성물의 제타 전위가 +5 내지 +90 mV일 경우 기록 매체 상에 형성된 착색 부분은 특히 우수한 착색성을 나타낸다. 그 이유는 불명확하지만, 아마도 미립자의 적합한 양이온성으로 인해 음이온계 화합물 (음이온성 착색 물질)의 신속한 응집이 발생하지 않고 음이온계 화합물이 미립자의 표면에 성기게 그리고 균일하게 흡착되며, 큰 레이크 덩어리를 형성하지 않기 때문인 것이다. 결과적으로, 착색 물질의 고유한 착색성은 보다 양호한 상태로 표현된다. 또한, 본 발명에 따른 양이온성 액상 조성물에서는 음이온계 화합물이 미립자의 표면에 흡착된 후에도, 미립자가 약한 양이온성을 나타내고 분산액의 상태가 불안정해진다. 결과적으로, 미립자가 응집하고 기록 매체의 음이온계 셀룰로스 섬유의 표면에 용이하게 흡착되어 기록 매체의 표면 영역에 잔류하게 된다.
하기의 우수하고 유리한 효과, 즉 코팅지 상의 잉크 젯 인쇄와 비교하여 우수한 착색성에 있어서 이러한 결과로 인해, 다량의 잉크가 부여되는 음영부 및 솔리드부과 같은 화상 영역에 있어서 보다 작은 백색 헤이즈 및 보다 작은 색상 불규칙성때문에 우수한 색의 균일성을 얻게 되는데, 이는 음이온계 화합물이 코팅지의 표면과 비교하여 미립자의 표면에 색상을 매우 효율적으로 흡착 및 현상하고 양이온성 미립자의 부여량이 감소될 수 있으며, 따라서 특히 보통지에 인쇄할 경우 종이의 텍스춰가 손상되지 않고 내찰과성이 인쇄된 부분에서 우수하기 때문이다. 액상 조성물의 보다 바람직한 제타 전위는 +10 내지 +85 mV이고 이 범위에서는 솔리드 인쇄시 도트 사이의 경계가 뚜렸하지 않고 헤드 스캐닝으로 인한 줄무늬형의 불규칙성이 감소된 양호한 화상이 얻어진다. 또한, 제타 전위가 +15 내지 +65 mV인 양이온성 미립자를 함유하는 액상 조성물을 사용함으로써 종이의 유형과 상관없이 매우 우수한 착색성의 화상이 가능해진다.
본 발명에 따른 양이온성 액상 조성물의 pH는 음이온계 화합물의 저장 안정성 및 흡착 측면에서 약 25℃에서 2 내지 7인 것이 바람직하다. 이러한 pH 범위에서, 액상 조성물이 음이온계 잉크와 혼합될 경우, 음이온계 화합물의 안정성은 크게 저해되지 않으며 음이온계 화합물의 강한 응집이 발생하지 않기 때문에 기록된 화상의 채도의 감소 또는 색상 둔화를 방지할 수 있다. 덧붙여 말하자면, 양이온성 미립자의 분산 상태가 양호해지고, 따라서 액상 조성물의 저장 안정성 및 기록 헤드로부터의 토출 안정성이 양호한 상태로 유지될 수 있다. 또한, 상기 pH의 액상 조성물이 잉크와 혼합될 경우, 음이온성 물질은 양이온성 미립자의 표면에 충분하게 흡착되고 따라서 착색 물질이 기록 매체로 과도하게 침투하는 것이 억제되어 우수한 발색성을 갖는 잉크 젯 기록물을 얻는다. 보다 바람직한 pH는 3 내지 6이다. 이 범위에서는 장기간의 기록으로 인한 기록 헤드의 부식이 방지되고 인쇄 부분의 내찰과성도 더욱 개선된다.
<양이온성 미립자>
이어서, 본 발명에 따른 양이온성 액상 조성물을 구성하는 성분을 설명할 것이다. 상기한 기능을 달성하기 위해, 액상 조성물의 주성분인 양이온성 미립자는 액상 조성물에 분산될 경우 미립자의 표면이 양이온성을 나타내는 것이 필요하다. 액상 조성물과 잉크가 혼합되었을 때, 양이온성 표면은 음이온성 착색 물질이 입자의 표면에 신속하게 흡착하게 함으로써 착색 물질이 기록 매체로 과도하게 침투하는 것을 억제한다. 결과적으로, 충분한 광학 밀도를 갖는 화상의 잉크 젯 기록물을 얻을 수 있다. 이와는 달리, 액상 조성물이 미립자의 표면이 양이온성 및 수가용성양이온계 화합물이 아닌 미립자를 함유할 경우, 착색 물질이 주로 양이온계 화합물과 응집하고, 이로 인해 착색 물질의 착색성이 열화된다. 결과적으로, 코팅지 상의 잉크 젯인쇄와 동등한 착색을 얻기 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 액상 조성물에 사용되는 미립자는 양이온성 표면을 가져야 한다. 본 발명의 액상 조성물의 미립자로서, 미립자의 표면이 양이온성으로 처리되는 한 고유한 양이온성 입자 및 고유한 음이온성 또는 중성 미립자가 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 양이온성 미립자는, 기록 매체 상에서 응집될 경우 응집물 내에 세공을 형성할 수 있는 한 특정하게 한정되는 않는다. 예를 들면, 양이온성 미립자로는 양이온화 실리카, 알루미나, 수화 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 보리아, 실리카 보리아, 세리아, 마그네시아, 실리카 마그네시아, 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 산화 아연, 히드로탈사이트, 복합체 미립자, 그의 유기 미립자 및 무기-유기 복합체 미립자를 들 수 있다. 본 발명에 따른 액상 조성물에서는, 이러한 미립자가 단독으로 또는 2종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
이들 중에서, 수화 알루미나의 미립자가 특히 바람직한데, 이는 이들이 양으로 대전된 표면을 갖기 때문이다. 또한, 바람직하게는 X-선 회절에 의해 보에마이트 구조를 갖는 것으로 밝혀진 수화 알루미나를 사용하여 우수한 발색성, 색상 균일성 및 저장 안정성을 얻는다. 수화 알루미나는 하기식으로 표시된다.
Al2O3-n(OH)2n·mH2O
(식중, n은 1 내지 3의 정수 중 하나이고, m은 0 내지 10, 바람직하게는 0 내지 5의 값을 가지고, mH2O는 대부분 결정 격자 형성에 참여하지 않는 해리가능한 수상이며, m 및 n은 동시에 0이 아님)
통상적으로, 보에마이트 구조를 갖는 수화 알루미나의 결정은 적층된 화합물의 면 (020)이 거대한 면을 형성하고 X-선 회절 패턴에서 특정 회절 피크를 나타낸다. 완벽한 보에마이트, 유사 보에마이트 구조와는 달리, 과량의 물이 적층면 (020) 사이에 함유될 수 있다. 유사 보에마이트의 X-선 회절 패턴은 완벽한 보에마이트보다 넓은 회절 피크를 나타낸다.
보에마이트와 펄스 (false) 보에마이트는 명확하게 구별될 수 없으므로 본 발명에서 달리 특정하지 않을 경우, 모두 보에마이트 구조를 나타내는 수화 알루미나 (이후 수화 알루미나로서 언급됨)에 포함된다. (020)면 간격 및 결정의 두께를 측정하기 위해, 14 내지 15°의 회절각 2θ를 나타내는 피크를 측정하고, 피크의 절반 폭 값 B와 회절각 2θ를 사용하여 브라그의 식에 의해 간격을 계산하고 쉬러의 식에 의해 결정의 두께를 계산한다. (020)면의 간격은 수화 알루미나의 소수성및 친수성의 지수로서 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 수화 알루미나의 제조 방법은 특정하게 한정되지 않는다. 보에마이트 구조를 갖는 수화 알루미나는 알루미늄 알콕시드의 가수분해, 소듐 알루미네이트의 가수분해 등과 같은 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.
일본 특허 공개공보 제56-120508호에 개시된 바와 같이, 보에마이트 구조를 갖는 수화 알루미나는 X-선 회절에 의해 무정형인 것으로 밝혀진 수화 알루미나를 50℃ 이상의 온도에서 물의 존재하에 열처리함으로써 제조될 수 있다. 특히 바람직한 방법은 산을 사용하여 장쇄 알루미늄 알콕시드를 가수분해 및 탈응집시킴으로써 수화 알루미나를 얻는 것이다. 장쇄 알루미늄 알콕시드는, 예를 들면 탄소수 5 이상의 알콕시드이고, 하기한 바와 같이 제조 단계에서 알콜의 제거 용이성 및 알루미늄 알콕시드의 형태의 조절 용이성때문에 탄소수 12 내지 22의 알콕시드가 바람직하다.
첨가될 산으로서, 1종 이상의 유기 및 무기 산이 선택되어 사용될 수 있다. 가수분해의 반응 효율성, 얻어지는 수화 알루미나의 형태 조절 및 분산성 측면에서 질산이 가장 바람직하다. 산 첨가 단계 후 열수 합성을 수행함으로써 입도를 조절할 수 있다. 열수 합성이 질산을 함유하는 수화 알루미나의 분산액을 사용하여 수행될 경우, 질산은 물 중에서 수화물의 분산성 개선을 야기하는 질산염 라디칼 기로서 수화 알루미나의 표면에 흡수된다.
알루미늄 알콕시드의 가수분해에 의해 제조된 수화 알루미나는 알루미나 히드로겔 및 양이온성 알루미나의 제조 방법과 비교하여 다양한 이온과 같은 불순물의 오염이 발생되지 않는다는 장점이 있다. 또한, 장쇄 알루미늄 알콕시드는 알루미늄 이소프로폭시드와 같은 단쇄 알콕시드와 비교하여 알콜이 수화 알루미나로부터 완전하게 제거될 수 있다는 또다른 장점을 갖는다. 가수분해의 시작시 용액의 pH는 6 미만으로 설정하는 것이 바람직하다. 8 이하의 pH는 최종 수화 알루미나가 결정성을 갖는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
본 발명에서 사용된 수화 알루미나는 X-선 회절에 의해 보에마이트 구조를 갖는 것으로 밝혀지는 한 이산화 티타늄과 같은 금속 산화물을 함유하는 수화 알루미나일 수 있다. 바람직하게는, 이산화 티타늄과 같은 금속 산화물은 높은 광학 밀도 측면에서 0.01 내지 1.00 중량%로 수화 알루미나에 함유될 수 있고, 보다 바람직하게는 착색 물질의 신속한 흡착을 위해 0.13 내지 1.00 중량%로 수화 알루미나에 함유될 수 있으므로 얼룩 또는 비드화의 발생이 억제될 수 있다. 또한, 이산화 티타늄은 티타늄의 원자가가 +4이다. 이산화 티타늄의 함량은 산화 티타늄을 붕산에 용해시킨 ICP법에 의해 분석될 수 있다. 수화 알루미늄 중의 이산화 티타늄의 분포 및 티타늄의 원자가는 ESCA (화학 분석을 위한 전자 분광측정법)을 사용함으로써 분석된다. ESCA는 나노 차수 레벨에서 물질의 표면 상의 원소의 화학 결합 상태를 분석할 수 있는 표면 분석법이다.
100 초 및 500 초 동안 아르곤 이온을 사용하여 수화 알루미나의 표면을 에칭함으로써 티타늄 함량의 변화를 조사할 수 있다. 티타늄의 원자가가 +4 미만일 경우, 이산화 티타늄은 촉매로서 작용하여 인쇄물의 내후성의 열화 및 인쇄물의 황화를 야기할 수 있다.
이산화 티타늄은 수화 알루미늄의 표면 지역에만 함유될 수 있거나 또는 내부에도 함유될 수 있다. 그렇지 않을 경우, 이산화 티타늄의 함량은 표면에서 내부로 변화될 수 있다. 이산화 티타늄이 표면의 근접한 주위에만 함유되는 것이 바람직한데, 이는 수화 알루미나의 전기적 특성이 용이하게 유지되기 때문이다.
이산화 티타늄을 함유하는 수화 알루미나의 제조를 위해, 다마루 (Tamaru)의 문헌[Surface Science, p.327, 1985, 가까이 슈판 센터 (Gakkai Syuppan Center) 발행]에 기재된 바와 같이 알루미늄 알콕시드 및 티타늄 알콕시드의 혼합물 용액을 가수분해하는 방법이 바람직하다. 별법으로, 알루미늄 알콕시드 및 티타늄 알콕시드의 혼합물 용액이 가수분해될 때, 이 용액에 결정 성장을 위한 핵으로서 알루미늄 알콕시드를 첨가함으로써 제조할 수 있다.
이산화 티타늄을 대신하여 사용되기 위해 실리카, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 아연, 붕소, 게르마늄, 주석, 납, 지르코늄, 인듐, 인, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 몰리브데늄, 텅스텐, 망간, 철, 코발트, 니켈, 루테늄 등의 산화물이 함유될 수 있다. 예를 들면, 실리카를 함유하는 수화 알루미늄은 인쇄된 부분의 내찰과성을 개선할 수 있다.
본 발명에서 바람직하게 사용되는 수화 알루미늄의 (020)면의 간격은 0.614 nm 내지 0.626 nm이다. 이 범위 내에서, 액상 조성물 중 수화 알루미늄 입자의 분산성은 우수하고, 따라서 저장 안정성 및 토출 안정성이 우수한 액상 조성물을 얻을 수 있다. 이러한 장점의 원인은 명확하지 않다. 그러나, (020)면의 간격이 상기 범위 내일 경우 수화 알루미늄의 소수성 및 친수성 부분의 비율은 적합한 범위에 속하게 된다. 따라서, 액상 조성물 중의 입자들의 적당한 반발에 의한 적합한 분산 안정성 및 토출 오리피스 내부에서의 습윤성의 적합한 균형때문에 액상 조성물의 양호한 토출 안정성을 얻을 수 있다.
수화 알루미늄의 (020)면의 결정 두께는 바람직하게는 4.0 내지 10.0 nm이다. 이 범위는 우수한 투명성 및 착색 물질의 흡착성때문에 바람직하다. 본 발명자들의 발견에 따르면, (020)면의 간격 및 결정 두께는 상관관계를 가지며, 따라서 (020)면의 간격이 상기 범위 내일 경우 (020)면의 결정 두께는 4.0 내지 10.0 nm로 조정될 수 있다.
또한, 상기한 수화 알루미나, 금속 알루미늄 및 알루미늄 염 등의 하소와 같은 열처리에 의해 제조된 알루미나 (산화 알루미늄)은 양전하를 갖기 때문에 사용하기에 바람직하다. α, γ, δ,χ,η,σ및 β형과 같은 결정 형태를 갖는 알루미나가 존재하며, 이들 중 임의의 것이 양이온성을 유지하는 표면을 갖고 물에서 안정하게 분산될 수 있는 한 사용될 수 있다.
이들 중에서, 바람직하게는 γ형이 사용되는데, 이는 γ형이 표면에서 활성을 나타내고 착색 물질의 흡착능이 높고, 비교적 미세하게 미립자화된 입자의 안정한 분산액을 즉시 형성하므로 발색성, 저장성, 토출 안정성 등이 우수하기 때문이다.
착색 및 균일한 착색능,저장 안정성 등의 측면에서, 양이온성 미립자는 바람직하게는 동적 광산란법에 의해 측정된 0.005 내지 1 ㎛내의 평균 입경을 갖는다. 평균 입경이 이 범위 내에 속하지 않을 경우, 미립자는 기록 매체로 과도하게 침투하여 착색 및 균일한 착색능을 감소시키거나, 또는 액상 조성물에 침전하여 액상 조성물의 저장 안정성을 감소시킬 수 있다. 평균 입경은 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.8 ㎛이다. 이러한 미립자를 사용함으로써 기록 매체 상에 인쇄된 화상의 내찰과성 및 텍스춰가 특히 바람직해질 수 있다. 0.03 내지 0.3 ㎛의 평균 입경을 갖는 미립자가 더욱 바람직하다. 이러한 미립자는, 목적하는 범위의 반경을 갖는 세공이 기록 매체 상에 형성된 미립자의 응집물에 효과적으로 형성되기 때문에 바람직하다.
<양이온계 미립자의 물성 및 형태>
기록 매체 상에 형성된 미립자의 응집물에 효율좋게 세공을 형성하고 미립자의 표면에 착색 물질을 효율적으로 흡착시키기 위해, 본 발명에서 사용되는 바람직한 양이온성 미립자는 최대 반경이 2 nm 내지 12 nm이고, 상기한 질소 흡탈착법으로 측정된 총용적이 0.3 ml/g 이상인 세공을 갖는 것이다. 보다 바람직하게는, 세공의 최대 반경이 3 nm 내지 10 nm이고 세공의 총 용적이 0.3 ml/g 이상인 것인데, 이는 기록 매체 상에 형성된 미립자로 이루어진 응집물이 목적하는 범위의 반경을 갖는 세공을 효과적으로 가질 수 있기 때문이다.
미립자의 BET 표면적이 70 내지 300 m2/g일 경우, 미립자 표면 상에 착색 물질을 흡착하기 위한 충분한 위치가 존재하므로, 착색 물질은 단일분자 상태로 기록 매체의 표면 상 및(또는) 표면 내에 효과적으로 잔류하여 착색성의 개선에 기여한다.
본 발명에서 사용되는 미립자의 형태는 이온교환수에 분산시킨 미립자를 콜로디온 막 상에 낙하시켜 제조한 시료를 사용하여 투과 전자 현미경에 의해 관찰될 수 있다. 본 발명에서, 세공은 미립자가 기록 매체 상에서 응집될 때 응집물 내에 형성된다. 따라서, 바람직하게는 사용된 미립자가, 바늘형, 판형 또는 구체형을 갖는 제1 입자가 특정한 배향으로 결합되어 제2 입자를 형성하는 봉형 또는 목걸이형과 같은 비구체형이다
본 발명자들의 발견에 따르면, 판과 같은 형태는 바늘형 및 털뭉치형 (실리아형)보다 수분산성이 양호하고, 응집물이 미립자로부터 형성될 경우 미립자의 배향이 무작위화하여 세공의 용적을 증가시키기 때문에 보다 바람직하다. 여기서, 털뭉치형은 바늘형 미립자가 서로 측면이 접촉하는 털뭉치와 같이 응집하는 상태를 의미한다. 본 발명에서 특히 바람직하게 사용가능한 수화 알루미나 중 하나인 펄스 보에마이트는 실리아형 및 다른 형태를 가지는 것으로 공지되어 있다 (로첵 (Ricek J.) 등의 문헌 [Applied Catalysis vol. 74: p.29 내지 36, 1991].
판형 입자의 종횡비는 일본 특허 공개 제5-16015호에 정의된 방법에 의해 계산될 수 있다. 종횡비는 입자의 직경 대 두께의 비율로 표시된다. 여기서, 직경은 광학 현미경 또는 전자 현미경에 의해 관찰된 입자의 투영 화상으로서 동일한 면적을 갖는 원의 직경으로 정의된다. 세로-가로 비율은 그의 종횡비와 유사한 것을 관찰함으로써 면의 최대값을 나타내는 직경 대 최소값을 나타내는 직경의 비율로 표시된다. 털뭉치 형태의 경우, 종횡비는 털뭉치를 형성하는 개별 바늘형 수화 알루미나가 실린더인 것으로 가정하고 상단과 하단 원의 직경 및 길이를 각각 측정하고 비율을 계산함으로써 결정될 수 있다. 가장 바람직한 형태의 수화 알루미나의 평균 종횡비가 판형태에서 바람직하게는 3 내지 10이고, 털뭉치 형태에서 바람직하게는 3 내지 10이다. 평균 종횡비가 상기 범위인 경우, 미립자로 이루어진 응집물은 용이하게 다공성 구조를 가질 수 있는데, 이는 입자 사이에 간격이 용이하게 형성되기 때문이다.
본 발명에서 사용된 액상 조성물 중 양이온성 미립자의 함량은 사용된 물질의 종류에 따라 최적의 범위에서 적합하게 결정될 수 있다. 그러나, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 측면에서 0.1 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 30 중량%, 가장 바람직하게는 3 내지 15 중량%인 것이 바람직하다. 이러한 범위에서, 사용된 종이의 종류와는 상관없이 착색이 우수한 화상이 안정하게 얻어질 수 있다. 또한, 액상 조성물의 저장 안정성 및 토출 안정성도 우수해진다.
<산>
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 액상 조성물은 산을 함유하고 pH가 2 내지 7로 조정된다. 제2 성분으로서 산은 양이온성 미립자의 표면을 이온화하여 표면 전위를 향상시키는 역할을 하므로 액상 중 미립자의 분산 안정성이 향상되고, 또한 잉크 중의 음이온계 화합물의 흡착능이 향상되며 액상 조성물의 점도가 조정된다. 본 발명에서 적합하게 사용되는 산은 이들이 목적하는 pH, 제타 전위 및 미립자의 분산성과 같은 물성을 야기하는 한 특정하게 제한되지 않는다. 예를 들면, 하기 무기산 및 유기산으로부터 자유롭게 선택되어 사용될 수 있다.
무기산의 구체적인 예로는 염산, 황산, 아황산, 질산, 아질산, 인산, 붕산및 탄산이 포함된다. 유기산으로는 하기한 바와 같은 카르복실산, 술폰산 및 아미노산을 들 수 있다.
카르복실산의 예로는 포름산, 아세트산, 클로로아세트산, 디클로로아세트산, 트리클로로아세트산, 플루오로아세트산, 트리메틸아세트산, 메톡시아세트산, 메르캅토아세트산, 글리콜산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 카프릴산, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 시클로헥산카르복실산, 페닐아세트산, 벤조산, o-톨루산, m-톨루산, p-톨루산, o-클로로벤조산, m-클로로벤조산, p-클로로벤조산, o-브로모벤조산, m-브로모벤조산, p-브로모벤조산, o-니트로벤조산, m-니트로벤조산, p-니트로벤조산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 타르타르산, 말레산, 푸마르산, 시트르산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 살리실산, p-히드록시벤조산, 안트라닐산, o-아미노벤조산, m-아미노벤조산 및 p-아미노벤조산이 있다.
술폰산의 예로는 벤젠술폰산, 메틸벤젠술폰산, 에틸벤젠술폰산, 도데실벤젠술폰산, 2,4,6-트리메틸벤젠술폰산, 2,4-디메틸벤젠술폰산, 5-술포살리실산, 1-술포나프탈렌, 2-술포나프탈렌, 헥산술폰산, 옥탄술폰산 및 도데칸술폰산이 있다.
아미노산의 예로는 글리신, 알라닌, 발린, α-아미노부티르산, γ-아미노부티르산, β-알라닌, 타우린, 세린, ε-아미노-n-카프로산, 류신, 노르류신 및 페닐알라닌이 있다.
이들은 본 발명에서 사용되는 액상 조성물에서 단독으로 또는 이들의 임의의혼합물로 사용될 수 있다. 이들 중에서, 특히 물 중에서 1차 해리 상수 pKa가 5 이하인 산은 바람직하게는 양이온성 미립자의 분산 안전성 및 음이온계 화합물의 흡착능을 향상시키는데 사용될 수 있다. 이들의 구체예로는 염산, 질산, 황산, 인산, 아세트산, 포름산, 옥살산, 락트산, 말레산 및 말론산이 있다.
본 발명에 따른 액상 조성물에서, 양이온성 미립자 (A)와 산 (B)의 혼합 비율은 양이온성 미립자의 우수한 분산 안정성 및 미립자의 표면에대한 음이온계 화합물의 흡착성을 실현하기 위한 중량비로 바람직하게는 A:B = 200:1 내지 5:1, 보다 바람직하게는 150:1 내지 8:1이다.
<다른 구성 성분>
양이온성 액상 조성물을 구성하는 다른 성분이 구체적으로 하기에서 설명된다. 본 발명에 따른 양이온성 액상 조성물은 필수 성분으로 양이온성 미립자를 함유하고, 바람직하게는 상기한 바와 같은 산, 및 부가적으로 액상 매체로서 물을 통상적으로 함유한다. 그러나, 수가용성유기 용매 및 다른 첨가제도 함유할 수 있다.
본원에서 사용된 수가용성유기 용매의 예로는 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드와 같은 아미드; 아세톤과 같은 케톤; 테트라히드로푸란 및 디옥산과 같은 에테르; 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜과 같은 폴리알킬렌 글리콜; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 티오디글리콜, 헥실렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜과 같은 알킬렌 글리콜; 에틸렌 글리콜 메틸에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 및 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르와 같은 다가 알콜의 저급 알킬 에테르; 에탄올, 이소프로필 알콜, n-부틸 알콜 및 이소부틸 알콜과 같은 일가 알콜; 및 이외에 1,2,6-헥산트리올, 글리세롤, N-메틸-2-피롤리돈, 1,3-디메틸이미다졸리디논, 트리에탄올아민, 술포란 및 디메틸 술폭시드가 포함된다. 수가용성유기 용매의 함량은 특정하게 제한되지 않는다. 그러나, 액상 조성물의 총 중량을 기준으로 5 내지 60 중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 40 중량%인 것이 바람직하다.
상기 성분 이외에도, 점도 조절제, pH 조절제, 방부제, 각종 계면활성제, 산화방지제, 증발 촉진제, 수가용성 양이온계 화합물 및 결합제 수지와 같은 첨가제가 필요에 따라 적합하게 포함될 수 있다. 계면활성제의 선택은 액상 조성물의 기록 매체로의 침투성을 조절하는 관점에서 특히 중요하다. 계면활성제의 예로는 양이온성 계면활성제, 예를 들어 1급, 2급, 3급 아민염 유형의 화합물, 구체적으로는 라우릴 아민, 종려 (palm) 아민, 스테아릴 아민, 로진 아민 등의 염산염, 아세트산염 등; 4급 암모늄염 유형의 화합물, 구체적으로는 라우릴 트리메틸 암모늄 클로라이드, 세틸 트리메틸 암모늄 클로라이드, 라우릴 디메틸벤질 암모늄 클로라이드, 벤질 트리부틸 암모늄 클로라이드, 벤즈알코늄 클로라이드 등; 피리디늄염 유형의 화합물, 구체적으로는 세틸 피리디늄 클로라이드, 세틸 피리디늄 브로마이드 등; 이미다졸린 유형의 양이온계 화합물, 구체적으로는 2-헵타데세닐-히드록시에틸이미다졸린 등; 및 에틸렌 옥사이드-부가 고급 알킬아민, 구체적으로는 디히드록시에틸 스테아릴아민 등을 들 수 있으며, 특정한 pH 범위에서 양이온 특성을 나타내는 양성 계면활성제를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 아미노산 유형의 양성 계면활성제; R-NH-CH2-COOH 유형의 화합물; 베타인 유형의 화합물, 구체적으로는 카르복실산염 유형의 양성 계면활성제, 예를 들어 스테아릴 디메틸 베타인, 라우릴 디히드록시에틸 베타인 등; 및 또한 황산염 에스테르 유형, 술폰산염 에스테르 유형, 인산염 에스테르 유형과 같은 양성 계면활성제를 예로 들 수 있다. 또한, 비이온계 계면활성제로서, 하기의 비이온계 계면활성제, 예를 들어 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 알킬에스테르, 아세틸렌 알코올, 아세틸렌 글리콜 등을 예로 들 수 있다. 본 발명에 있어서, 이들 화합물 1종 또는 2종 또는 그 이상을 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 특히 아세틸렌 알코올 및 아세틸렌 글리콜은 바람직하게는 평지내로의 침투성에 대해 탁월한 효과를 나타내고 잉크 발포를 제어하도록 사용될 수 있다. 사용량은 사용되는 계면활성제에 따라 변화하며 액상 조성물의 총량에 대해 0.05 내지 5 중량%가 충분한 침투성을 실현하기에 바람직하다.
수가용성 양이온계 화합물은 본 발명의 작용 및 효과가 예를 들어 액상 조성물에 추가의 양이온 특성을 부여하는데 방해되지 않는 한 자유로이 선택될 수 있다.
결합제 수지는 예를 들어 인쇄된 화상의 내찰과성을 더욱 개선하기 위해 사용된 기록 매체의 텍스춰 (texture) 및 액상 조성물의 저장 안정성과 토출 안정성을 방해하지 않는 범위내에서 조합되어 사용될 수 있으며, 수가용성 중합체, 유화액, 락텍스 등으로부터 자유로이 선택될 수 있다.
- 액상 조성물의 표면 장력-
본 발명에서 사용되는 액상 조성물은 바람직하게는 무색이거나 백색이지만, 사용되는 기록 매체의 색상에 따라 색조를 띌 수 있다. 상술한 액상 조성물의 바람직한 물성은 표면 장력이 10 내지 60 mN/m (dyne/cm), 바람직하게는 10 내지 40 mN/m (dyne/cm)이고, 점도가 1 내지 30 cP이다.
본 발명에 따른 음이온계 액상 조성물은 그의 표면상에 음이온기를 가지는 미립자가 필수 구성 성분이고 미립자가 안정하게 분산되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 이 액상 조성물은 염기를 함유하는 것이 바람직하고, pH는 7 내지 12로 조정되며, 제타 전위는 -5 내지 -90 mV 범위이다.
본 발명자들의 예의 연구 결과, 제타 전위가 -5 내지 -90 mV 범위내인 액상 조성물의 경우, 잉크중의 양이온계 화합물 (양이온계 착색 물질)은 음이온계 미립자의 표면에 효과적으로 흡착되고, 기록 매체상에 형성된 착색부는 특히 탁월한 착색 특성을 나타내는 것으로 드디어 밝혀졌다. 그 원인은 불분명하지만, 아마도 미립자의 적절한 음이온 특성으로 인해 양이온계 화합물의 급속한 결합이 일어나지 않을 것이며, 양이온계 화합물이 미립자의 표면에 얇게 그리고 균일하게 흡착되어, 커다란 레이크 덩어리를 형성하지 않기 때문일 것이다. 그 결과, 착색 물질의 고유 착색 특징은 보다 양호한 상태로 발현되는 것으로 추정된다. 또한, 본 발명에 따른 음이온계 액상 조성물에 있어서, 양이온계 화합물이 미립자의 표면에 흡착된 후에도, 미립자는 약음이온성이며, 분산 상태는 불안정하게 된다. 그 결과, 용매가 기록 매체중으로 침투할 때의 농도 변화로 인해, 미립자는 응집하여 기록 매체의 표면 영역내에 남게 된다.
이로 인해 다음의 탁월하고도 유리한 효과가 나타나는 것으로 생각된다. 즉, 코팅된 종이상에 인쇄되는 잉크 젯와 필적할만한 탁월한 착색 특성이 얻어질 수 있고; 많은 양의 잉크가 부여되는 솔리드부 및 음영부와 같은 화상 부위에서 백색 헤이즈 및 불규칙 착색이 덜하기 때문에 탁월한 색의 균일성이 얻어질 수 있으며; 양이온계 화합물이 코팅된 종이에 비해 미립자의 표면에 흡착되고 매우 효율적으로 색상을 발현시키기 때문에, 양이온계 미립자의 부여량이 감소될 수 있어서, 특히 평지상에 인쇄시 종이의 텍스춰가 오염되지 않고 내찰과성이 인쇄된 부분에서 탁월하다. 액상 조성물의 보다 바람직한 제타 전위는 -10 내지 -85 mV 범위이며, 이 범위에서 솔리드 인쇄에서의 도트들 사이의 경계는 뚜렷하지 않게 되며, 헤드 스캐닝으로 인한 줄무늬상의 불규칙성이 감소된 양호한 화상이 얻어진다. 또한, 제타 전위가 -15 내지 -65 mV 범위내에 드는 양이온계 미립자를 함유하는 액상 조성물을 사용하면 종이의 유형과는 무관하게 매우 탁월한 착색 화상이 가능하게 된다.
본 발명에 따른 음이온계 액상 조성물의 pH는 양이온계 화합물의 저장 안정성 및 흡착성의 관점에서 약 25 ℃에서 7 내지 12의 범위인 것이 바람직하다. 이 pH 범위에서, 액상 조성물이 양이온계 잉크와 혼합될 때 양이온계 화합물의 안정성은 크게 저하되지 않으며 양이온계 화합물의 강한 결합이 일어나지 않아서, 채도의 감소 또는 기록된 화상의 흐릿한 색상이 방지될 수 있다. 추가로, 상술한 범위에서는, 음이온계 미립자의 분산 상태가 양호하여, 액상 조성물의 저장 안정성 및 기록 헤드로부터의 토출 안정성이 양호한 조건에서 유지될 수 있다. 또한, 이 pH의 액상 조성물이 잉크와 혼합될 경우에는, 양이온계 물질이 음이온계 미립자의 표면에 충분히 흡착되므로써, 기록 매체중으로의 착색 물질의 과도한 침투가 억제되어 착색이 탁월한 잉크 젯 기록물이 생성된다. 보다 바람직하게는, pH 범위는 8 내지 11이다. 이 범위에서, 장기간 유지에 따른 기록 헤드의 부식은 매우 효과적으로 방지될 수 있으며, 인쇄된 부분의 내찰과성도 더욱 개선된다.
<음이온계 미립자>
이어서, 본 발명에 따른 음이온계 액상 조성물을 이루는 성분을 설명하고자 한다. 상술한 기능을 달성하기 위해서는, 액상 조성물의 주성분인 음이온계 미립자는 액상 조성물내에 분산될 때 그의 표면상에 음이온 특성을 가질 필요가 있다. 액상 조성물과 잉크가 혼합될 때, 음이온 표면에 의해 입자의 표면에 양이온계 착색 물질이 급속히 흡착되는 것이 가능해져, 착색 물질이 기록 매체중으로 과도하게 침투하는 것이 억제된다. 그 결과, 광학 밀도가 충분한 화상의 잉크 젯-기록물이 얻어질 수 있다. 다른 한 편, 액상 조성물이 표면이 음이온이 아닌 미립자 및 수가용성 음이온계 화합물을 함유하는 경우, 착색 물질은 주로 음이온계 화합물로 응고되어, 착색 물질의 착색 특성을 열화시킨다. 그 결과, 코팅된 종이상의 잉크 젯 인쇄와 필적할만한 착색은 달성하기가 어렵다. 따라서, 본 발명에 따른 액상 조성물에 사용되는 미립자는 음이온 표면을 가져야 한다. 본 발명의 액상 조성물의 미립자로서, 본질적으로 음이온계 입자 뿐만 아니라 본질적으로 정전기적으로양이온계 또는 중성 미립자가 그의 표면이 음이온이도록 처리되어 있기만 하면 사용될 수 있다.
본 발명에 바람직한 음이온계 미립자는 이들이 기록 매체상에 응집될 때 응집물내에 세공을 형성할 수 있기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 이들 음이온계 미립자의 예로는 음이온화 실리카, 알루미나, 수화 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 보리아, 실리카 보리아, 세리아, 마그네시아, 실리카 마그네시아, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 아연 산화물, 히드로탈사이트 등, 그의 복합 미립자 및 유기 미립자, 및 무기-유기 복합 미립자를 들 수 있다. 본 발명에 따른 액상 조성물에 있어서, 이들 미립자는 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
양이온계 미립자에 대해 기술한 바와 같이, 착색 및 균일한 착색능, 저장 안정성 등의 관점에서, 음이온계 미립자는 동적 광산란법에 의해 측정된 평균 입경이 0.005 내지 1 ㎛의 범위내인 것이 바람직하다. 평균 입경은 0.01 내지 0.8 ㎛의 범위내인 것이 보다 바람직하다. 그러한 미립자를 사용하면 기록 매체상의 인쇄된 화상의 내찰과성 및 텍스춰를 특히 바람직하게 만들 수 있다. 특히, 평균 입경은 0.03 내지 0.3 ㎛인 것이 바람직하다. 그러한 미립자는 목적하는 범위내의 반경을 갖는 세공이 기록 매체상에 형성된 미립자의 응집물내에 효과적으로 형성되기 때문에 바람직하다.
<음이온계 미립자의 물성 및 형상>
기록 매체상에 형성된 미립자 응집물내에 세공을 효율적으로 형성하고 미립자의 표면상에 착색 물질을 효율적으로 흡착시키기 위해서는, 본 발명에 사용되는음이온계 미립자는 최대 반경이 2 nm 내지 12 nm의 범위내이고 상술한 질소 흡탈착법에 의해 측정한 총 용적이 0.3 ml/g 이상인 것이 바람직하다. 세공의 최대 반경이 3 nm 내지 10 nm의 범위내이고 세공의 총 용적은 0.3 ml/g 이상인 것이 보다 바람직하며, 이는 기록 매체상에 형성된 미립자로 이루어진 응집물이 목적하는 범위내의 반경을 효과적으로 갖는 세공을 가질 수 있기 때문이다.
미립자의 BET 표면적이 70 내지 300 ㎡/g의 범위내에 드는 경우, 미립자의 표면상에 착색 물질의 흡착에 충분한 부위가 존재하므로써, 착색 물질은 효과적으로 단분자 상태의 기록 매체의 표면상에 그리고(또는) 그의 표면중에 남게 되어 착색 개선에 기여하게 된다.
본 발명에 사용되는 미립자의 형상은 콜로이드막상에 이온교환수에 분산된 미립자를 떨어뜨리므로써 제조된 시료를 사용하여 투과 전자 현미경에 의해 관찰될 수 있다. 본 발명에 있어서, 기록 매체상에 미립자가 응집될 때 응집물내에는 세공이 형성된다. 따라서, 비늘상, 판상 또는 구상의 1차 입자가 특정한 배향으로 존재하여 2차 입자를 형성하는 막대상 또는 목걸이상의 비구형 미립자가 바람직하게 사용된다.
본 발명에 사용되는 액상 조성물중 음이온계 미립자의 함량은 사용되는 물질의 종류에 따라 최적 범위내로 적합하게 결정될 수 있다. 그러나, 그 범위는 본 발명의 목적을 달성하려는 관점에서 0.1 내지 40 중량%가 바람직하고, 1 내지 30 중량%가 보다 바람직하고, 3 내지 15 중량%가 가장 바람직하다. 이러한 범위에서, 착색이 탁월한 화상이 사용되는 종이의 종류와 무관하게 안정적으로 얻어질 수 있다. 또한, 액상 조성물의 저장 안정성 및 토출 안정성도 탁월하게 된다.
<염기>
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 음이온계 액상 조성물은 염기를 함유하고 pH가 7 내지 12로 조정된다. 제2 성분으로서의 염기는 음이온계 미립자의 표면을 이온화하여 표면 전위를 증진시키므로써 액체중의 미립자의 분산 안정성을 증진시키고 또한 잉크중의 양이온계 화합물의 흡착능을 증진시키고 액상 조성물의 점도를 조정하는 역할을 한다. 본 발명에 적합하게 사용되는 염기는 목적하는 pH, 제타 전위 및 미립자의 분산성과 같은 물성을 얻게 하는 한 특정한 제한은 없다. 본 발명의 염기는 다음의 무기 화합물 및 유기 화합물로부터 자유롭게 선택할 수 있다.
구체적으로, 예를 들어 수산화나트륨, 수산화리튬, 탄산나트륨, 탄산암모늄, 암모니아, 아세트산나트륨, 아세트산암모늄, 모르폴린, 및 알칸올아민, 예를 들어 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 에틸모노에탄올아민, n-부틸모노에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 에틸디에탄올아민, n-부틸디에탄올아민, 디-n-부틸에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 디이소프로판올아민 및 트리이소프로판올아민이 사용될 수 있다. 그중에, 물중의 1차 해리 상수 pKa가 5 이하인 염기가 사용하기에 특히 바람직할 수 있는데, 이는 음이온계 미립자의 분산 안정성 및 양이온계 화합물을 흡착하는 능력이 탁월해지기 때문이다.
본 발명에 따른 액상 조성물에서, 음이온계 미립자(A) 및 염기(B)의 혼합비(중량비)는 음이온계 미립자의 탁월한 분산 안정성 및 양이온계 화합물의 미립자 표면으로의 흡착능을 실현하기 위해 바람직하게는 A:B=200:1 내지 5:1, 더욱 바람직하게는 150:1 내지 8:1이다.
<다른 성분>
음이온계 액상 조성물을 이루는 다른 성분을 이제 구체적으로 설명하고자 한다. 본 발명에 사용되는 음이온계 액상 조성물은 필수 성분으로서 음이온계 미립자를 포함하며 바람직하게는 상술한 바와 같은 염기를 함유하고, 그이외에 일반적으로 액상 매체로서 물을 포함한다. 그러나, 액상 조성물은 또한 수가용성 유기 용매 및 다른 첨가제, 예를 들어, 점도 조절제, pH 조절제, 방부제, 각종 계면활성제, 산화방지제, 증발 촉진제, 수가용성 음이온계 화합물 및 결합제 수지가 적합하게 포함될 수 있다.
계면활성제의 예로는 지방산 염, 고급 알코올의 황산 에스테르염, 액상 지방 오일의 황산 에스테르염, 알킬아릴 술폰산염 등과 같은 음이온성 계면활성제, 및 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 알킬에스테르, 아세틸렌 알코올, 아세틸렌 글리콜 등과 같은 비이온계 계면활성제가 있다. 본 발명에서, 이들 화합물의 1종 또는 2종 또는 그 이상이 적합하게 선택되어 사용될 수 있다. 상술한 것중에서, 특히 아세틸렌 알코올 및 아세틸렌 글리콜이 평지내로의 침투성 및 높은 발포 특성의 탁월한 효과를 발현하는데 바람직하게 사용될 수 있다. 사용량은 계면활성제에 따라 변하고, 액상 조성물의 총 중량에 대해 0.05 내지 5 중량%가 충분한 침투성을 실현하는데 바람직하다.
<액상 조성물의 표면 장력>
본 발명에서 사용되는 액상 조성물은 바람직하게는 무색이거나 백색이지만, 사용되는 기록 매체의 색상에 따라 색조를 띌 수 있다. 상술한 액상 조성물의 바람직한 물성은 표면 장력이 10 내지 60 mN/m (dyne/cm), 바람직하게는 10 내지 40 mN/m (dyne/cm)이고, 점도가 1 내지 30 cP이다.
-액상 조성물의 분산 방법-
상술한 바와 같은 미립자를 함유하는 본 발명에 따른 액상 조성물은 일반적으로 분산에 사용되는 통상의 방법에 의해 제조될 수 있다. 호모믹서 또는 회전기와 같은 온화한 혼합 장치가 볼 밀 및 샌드 밀과 같은 분쇄형 장치보다 다소 바람직하다. 전단 응력은 액상 조성물의 점도, 양 및 부피에 따라 변하고, 바람직하게는 0.1 내지 100 N/m2이다. 상술한 범위를 넘는 강한 전단 응력을 가하는 것은 바람직하지 않은데, 이는 액상 조성물의 겔화, 결정 구조의 변화 등과 같은 현상을 초래할 가능성이 있기 때문이다. 이외에, 0.1 내지 20 N/m2의 범위는 미립자의 세공 구조의 파괴를 방지하여 세공 용적을 감소시키지 않기 때문에 더욱 바람직하다.
분산 시간은 분산액의 양, 용기의 크기, 분산액의 온도 등에 따라 변한다. 30시간 이하의 시간이 미립자의 결정 구조의 변화를 방지하는데 바람직하고, 10시간 이하의 시간은 미립자의 세공 구조를 상술한 범위내로 제어할 수 있게 한다. 분산 처리시, 분산액의 온도는 냉각 또는 가온에 의해 특정 범위내로 유지될 수 있다. 바람직한 온도 범위는 분산 처리 방법, 물질 및 점도에 따라 달라지나 10 내지 100℃이다. 온도가 이 범위의 하한보다 낮은 경우, 불충분한 분산 처리가 발생하여 미립자의 응집이 일어난다. 온도가 이 범위의 상한보다 높은 경우, 액체의 겔화 및 미립자의 결정 구조의 변화가 일어날 수 있다.
<물 기재의 잉크>
음이온계 잉크
상술한 양이온계 액상 조성물과 조합하여 본 발명의 잉크 셋을 이루는 수성 음이온계 잉크가 이제 기술될 것이다. 본 발명에 사용되는 음이온계 잉크는 착색 물질로서 음이온기를 갖는 수가용성 염료를 함유한다. 수가용성 염료 또는 안료가 착색 물질로서 사용되는 경우, 바람직하게는 음이온계 화합물이 착색 물질과 조합하여 사용된다. 착색 물질 이외에, 본 발명에서 음이온계 잉크는 필요한 경우 상술한 성분 이외에 또한 물, 수가용성 유기 용매 및 다른 성분, 예를 들어 점도 조절제, pH 조절제, 방부제, 계면활성제, 산화방지제, 부식 방지제, 이형제, 증발 촉진제, 킬레이트화제 및 수가용성 중합체를 함유한다. 잉크에 대한 이러한 개별 성분이 이하 기술될 것이다.
-수가용성 염료-
본 발명에 사용되는 음이온기를 갖는 수가용성 염료는 색지수(Color Index)에 기재되어 있는 한 어떠한 제한도 없으며, 그의 예로는 수가용성 산 염료, 직접 염료 또는 반응성 염료를 들 수 있다. 또한, 색지수에 기재되어 있지 않은 염료도 음이온기, 예를 들어 술폰기 또는 카르복실기를 갖는 한 어떠한 제한도 없이 사용될 수 있다. 본원 명세서에 사용되는 수가용성 염료는 pH에 따라 달라지는 용해도를 갖는 것을 포함한다.
-안료-
수성 음이온계 잉크의 또다른 측면은 상술한 음이온기를 갖는 수가용성 염료 대신에 안료 및 음이온계 화합물을 함유하는 잉크이다. 또한, 상기 음이온계 잉크는 물, 수가용성 유기 용매 및 다른 임의적인 성분, 예를 들어 점도 조절제, pH 조절제, 방부제, 계면활성제 및 산화방지제를 함유한다. 그러한 잉크에서, 음이온계 화합물이 안료용 분산제로서 함유될 수 있다. 안료용 분산제는 잉크가 음이온계 화합물을 함유하는 한 음이온성이 아닐 수 있다. 물론, 분산제가 음이온성인 경우, 또다른 음이온계 화합물이 첨가될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 안료에는 어떠한 제한도 없다. 그러나, 예를 들어 하기 기술되는 안료가 바람직하게 사용될 수 있다. 블랙 안료 잉크에 사용되는 카본 블랙은 바람직하게는 1차 입경이 15 내지 40 mμ이고, BET 방법으로 측정한 표면적이 50 내지 300 m2/g이고 DBP를 사용하여 측정한 오일 흡수도가 40 내지 150 ml/100g이고, 휘발분이 0.5 내지 10%이고, pH가 2 내지 9인 퍼니스 공정 또는 채널 공정에 의해 제조된 것이다.
그러한 특성을 갖는 상업적으로 시판되는 카본 블랙의 예는 제2300호, 제900호, MCF88, 제40호, 제52호, MA7, MA8 및 제2200B호(모두, Mitsubishi Chemical Corp.의 제품임), 라벤(RAVEN) 1255(Columbian Carbon Japan Limited의 제품임), 리갈(REGAL) 400R, 리갈 660R 및 모굴(MOGUL) L(모두, CABOT CO.의 제품임) 및 칼라 블랙(Color Black) FW1, 칼라 블랙 FW18, 칼라 블랙 S170, 칼라 블랙 S150, 프린텍스(Printex) 35 및 프린텍스 U(모두, Degussa AG의 제품임)를 포함한다. 카본 블랙은 본 발명을 위해 새롭게 제조될 수 있다.
옐로우 잉크에 사용되는 안료의 예는 C.I.피그먼트 옐로우(Pigment Yellow) 1, C.I. 피그먼트 옐로우 2, C.I.피그먼트 옐로우 3, C.I.피그먼트 옐로우 13, C.I.피그먼트 옐로우 16 및 C.I.피그먼트 옐로우 83을 포함한다.
마젠타 잉크에 사용되는 안료의 예는 C.I.피그먼트 레드(Pigment Red) 5, C.I.피그먼트 레드 7, C.I.피그먼트 레드 12, C.I.피그먼트 레드 48(Ca), C.I.피그먼트 레드 48(Mn), C.I.피그먼트 레드 57(Ca), C.I.피그먼트 레드 112 및 C.I.피그먼트 레드 122를 포함한다.
시안 잉크에 사용되는 안료의 예는 C.I.피그먼트 블루(Pigment Blue) 1, C.I.피그먼트 블루 2, C.I.피그먼트 블루 3, C.I.피그먼트 블루 15:3, C.I.피그먼트 블루 16, C.I.피그먼트 블루 22, C.I.배트 블루(Vat Blue) 4 및 C.I.배트 블루 6을 포함한다. 또한, 이 안료는 본 발명을 위해 새롭게 제조된 것일 수 있다.
-안료용 분산제-
본 발명에서 안료용 분산제로서, 음이온기의 작용에 의해 안료를 물 또는 수성 매질중에 안정하게 분산시킬 수 있는 한, 임의의 수가용성 수지가 사용될 수 있다. 그러나, 중량 평균 분자량이 1,000 내지 30,000, 바람직하게는 3,000 내지 15,000인 수가용성 수지가 특히 바람직하다. 그러한 수가용성 수지의 구체적인 예는 스티렌, 스티렌 유도체, 비닐나프탈렌, 비닐나프탈렌 유도체 및 α,β-에틸렌성불포화 카르복실산의 지방족 알코올 에스테르와 같은 소수성 단량체, 및 아크릴산 및 그의 유도체, 말레산 및 그의 유도체, 이타콘산 및 그의 유도체, 및 푸마르산 및 그의 유도체와 같은 친수성 단량체로부터 선택되는 2종 이상의 단량체로 이루어지는 블록 공중합체, 그래프트 공중합체 및 랜덤 공중합체, 이들 공중합체의 염을 포함한다. 이들 수지는 염기의 수용액중에 용해되는 알칼리 가용성 수지이다.
이외에, 친수성 단량체로 이루어지는 단독중합체 또는 그의 염이 또한 사용될 수 있다. 또한, 폴리비닐 알코올, 카르복시메틸 셀룰로스 및 나프탈렌술폰산과 포름알데히드의 축합물과 같은 수가용성 수지가 사용될 수 있다. 그러나, 알칼리 가용성 수지를 사용하면 생성된 분산액의 점도가 낮아지고 분산 작업이 보다 용이하다는 이점이 있다. 이러한 수가용성 수지는 바람직하게는 잉크의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%의 범위내에서 사용된다.
본 발명에 사용되는 안료 잉크는 상술한 상기 안료 및 수가용성 수지를 수성 매질중에 분산시키거나 용해시키므로써 제조된다. 안료 잉크에 바람직하게 사용되는 수성 매질은 물과 수가용성 유기 용매의 혼합된 용매이다. 물로서, 다양한 이온을 함유하는 수도물 대신에 이온교환수(탈이온수)를 사용하는 것이 바람직하다.
분산제가 음이온계 중합체가 아닌 경우, 추가로 음이온계 화합물을 상술한 안료 함유 잉크에 첨가하는 것이 바람직하다. 그러한 음이온계 화합물의 예는 상술한 바와 같이 저분자량의 음이온성 계면활성제 뿐만 아니라 알칼리 가용성 수지와 같은 고분자 물질을 포함한다.
저분자량 음이온성 계면활성제의 특정예로는 디소듐 라우릴 술포숙시네이트,디소듐 폴리옥시에틸렌 라우로일에탄올아미드 술포숙시네이트, 디소듐 폴리옥시에틸렌 알킬술포숙시네이트, 카르복실화 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 소듐 염, 카르복실화 폴리옥시에틸렌 트리데실 에테르 소듐 염, 소듐 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 술페이트, 트리에탄올아민 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 술페이트, 소듐 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 술페이트, 소듐 알킬술페이트 및 트리에탄올아민 알킬술페이트가 있다. 그러나, 저분자량 음이온성 계면활성제는 상기 화합물에 제한되는 것은 아니다. 상기한 이러한 음이온성 물질의 사용량은 잉크의 전체 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 0.05 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 0.05 내지 5 중량%이다.
-자가 분산 안료-
음이온계 잉크에 사용될 수 있는 안료로서, 임의의 분산제의 사용없이 물 또는 수성 매질 중에 분산될 수 있는 자가 분산 안료를 사용할 수 있다. 자가 분산 안료는 표면에 직접 결합되거나 또는 또다른 원자기를 통해 결합된 음이온성 친수성 기가 1종 이상 있는 안료이다. 음이온성 친수성 기는 예를 들어 하기 친수성 기로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
- COOM, -SO3M, -SO2NH2, -PO3HM 및 -PO3M2(여기서, M은 수소, 알칼리 금속, 암모늄 또는 유기 암모늄임)
가교 역할을 하는 또다른 원자기는 탄소 원자수가 1 내지 12인 알킬렌기, 치환될 수 있는 페닐렌기, 또는 치환될 수 있는 나프틸렌기일 수 있다.
안료 표면 상에 친수성 기를 도입함으로써 음이온적으로 대전된 상기한 안료는 그의 이온의 반발력에 의해 물 중에서 우수한 분산성을 나타내기 때문에, 안료가 수성 잉크 중에 함유되었을 때 조차 어떠한 분산제 등을 첨가하지 않아도 안료는 안정된 분산 상태로 유지된다. 카본블랙이 안료로서 특히 바람직하다.
-잉크 중의 첨가 성분-
안료 잉크를 목적하는 물성을 가진 잉크로서 제공하기 위하여 상기 성분 이외에, 계면활성제, 소포제, 방부제 등을 필요에 따라 안료 잉크에 첨가할 수 있다.
계면활성제의 예로는 지방산 염, 고급 알콜 황산 에스테르의 염, 액상 지방 오일 황산 에스테르의 염 및 알킬아릴술폰산 염과 같은 음이온성 계면활성제; 및 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 알킬 에스테르, 아세틸렌 알콜 및 아세틸렌 글리콜과 같은 비이온성 계면활성제가 있다. 이들 계면활성제 중 하나 이상을 적합하게 선택하여 사용할 수 있다. 이들 계면활성제 중에서 아세틸렌 알콜 및 아세틸렌 글리콜이 사용하기 적합하며, 이는 이들이 보통지로의 침투성 및 잉크 기포 제어에 우수한 효과를 나타내기 때문이다. 계면활성제의 사용량은 사용되는 분산제의 종류에 따라 좌우되나, 잉크의 전체 중량을 기준으로 하여 0.01 내지 5 중량% 범위가 바람직하다. 계면활성제의 첨가량은 생성되는 잉크의 표면 장력이 30 mN/m (dyne/cm) 이상이 되도록 하는 것이 바람직하며, 이는 오리피스가 습윤됨으로써 발생하게 되는 인쇄의 변형(부정확한 잉크의 부착)이 본 발명에서 사용되는 잉크 젯 기록 시스템에서 효과적으로 방지될 수 있기 때문이다.
상기한 안료 잉크는 하기와 같이 제조한다. 먼저, 적어도 물 및 분산제로서 수지를 함유하는 수용액에 안료를 첨가한다. 혼합물을 교반한 후, 후에 기술되는 분산 수단으로 분산 처리하고, 필요할 경우 원심 처리하여 목적하는 분산액을 수득한다. 이어서, 상기한 다른 성분을 분산액에 첨가하고 교반하여 잉크를 제조한다.
알칼리 가용성 수지를 사용할 경우, 분산액에 수지를 용해시키기 위하여 염기 또는 아민을 첨가하는 것이 바람직하다. 이 경우, 아민 또는 염기는 하기 수학식에 따라 수지의 산가로부터 계산된 양만큼 적어도 첨가하는 것이 바람직하다.
염기 또는 아민의 양 (g) ={(수지의 산가) x (아민 또는 염기의 분자량) x (수지의 양) (g)}/5600
분산 처리하기 전에 적어도 30분 동안 안료 현탁액을 미리 혼합하는 것이 효율적이다. 이렇게 미리 혼합하면 안료의 표면의 습윤성이 개선되고 안료 표면 상으로의 분산액의 흡착이 용이해진다.
분산제로서 알칼리 가용성 수지를 함유하는 분산액에 첨가하기에 바람직한 염기의 예로는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 아미노메틸프로판올 및 암모니아와 같은 유기 염기, 및 수산화칼륨 및 수산화나트륨과 같은 무기 염기가 있다.
임의의 통상적인 분산기를 안료 잉크를 제조하기 위한 분산기로서 사용할 수 있다. 이들의 예로는 볼 밀, 샌드 밀 등이 있다. 이들 밀 중에서, 수퍼 밀(Super Mill), 샌드 그라인더(Sand Grinder), 비즈 밀(Beads Mill), 애지테이터 밀(Agitator Mill), 그레인 밀(Grain Mill), 다이노 밀(Dyno Mill), 펄 밀(PearlMill) 및 코볼 밀(Coball Mill) (이들은 모두 상표명임)과 같은 고속 샌드 밀이 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 잉크는 수가용성유기 용매, 계면활성제, pH 조절제, 녹방지제, 산화방지제, 증발 촉진제, 킬레이트제 및 수가용성중합체 등을 필요에 따라 추가로 함유할 수 있다.
착색 물질을 용해시키거나 또는 분산시키기 위하여 본 발명에서 사용되는 액상 매체는 바람직하게는 물과 수가용성유기 용매의 혼합물이다. 수가용성유기 용매의 특정예로는 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, 이소프로필 알콜, n-부틸 알콜, sec-부틸 알콜 및 tert-부틸 알콜과 같은 탄소 원자수가 1 내지 4인 알킬 알콜; 디메틸포름아미드 및 디메틸아세트아미드와 같은 아미드; 아세톤과 같은 케톤; 테트라히드로푸란 및 디옥산과 같은 에테르; 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜과 같은 폴리알킬렌 글리콜; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 티오디글리콜, 헥실렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜과 같은, 알킬렌 잔기의 탄소 원자수가 2 내지 6인 알킬렌 글리콜; 1,2,6-헥산트리올; 글리세롤; 에틸렌 글리콜 모노메틸 (또는 모노에틸) 에테르 및 디에틸렌 글리콜 모노메틸 (또는 모노에틸) 에테르와 같은 다가 알콜의 저급 알킬 에테르; N-메틸-2-피롤리돈; 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논; 술포란; 디메틸 술폭사이드; 2-피롤리돈 및 ε-카프로락탐과 같은 사이클 아미드 화합물; 및 숙신이미드와 같은 이미드 화합물이 있다.
각 잉크 중의 수가용성유기 용매의 함량은 잉크의 전체 중량을 기준으로 하여 일반적으로 1 내지 40 중량%, 바람직하게는 3 내지 30 중량%이며, 잉크 중의 물의 함량은 30 내지 95 중량%이다. 물의 양이 30 중량% 미만일 경우, 착색 물질의 용해성이 저하되고, 생성되는 잉크의 점도가 증가된다. 따라서, 이렇게 소량으로 물을 사용하는 것은 바람직하지 못하다. 한편, 물의 양이 95 중량%를 초과하는 경우, 증발 성분이 너무 많아서 고착성을 충분히 만족시킬 수 없다.
본 발명에서 사용되는 음이온계 잉크는 또한 일반적인 수가용성필기 용품에서도 사용될 수 있으나, 열 에너지에 의해 유발되는 잉크의 버블링 현상에 의해 잉크가 방출되는 유형의 잉크 젯 기록 시스템에서의 용도로서 특히 적합하다. 이러한 기록 시스템은 잉크의 방출이 극도로 안정되고 인접 도트가 발생하지 않는 특징을 가진다. 그러나, 이러한 경우, 잉크의 열적 특성 (예를 들면, 비열, 열 팽창 계수, 열 전도도 등)이 일부 경우에서 제어될 수 있다.
양이온계 잉크
이제, 상기한 음이온성 액상 조성물과 배합되어 본 발명의 잉크 세트를 구성하는 수성 양이온계 잉크에 대해 설명하겠다. 본 발명에서 사용되는 양이온계 잉크는 착색 물질로서 양이온성 기를 가지는 수가용성 염료를 함유한다. 수불용성 염료 또는 안료가 착색 물질로서 사용되는 경우, 양이온성 화합물은 착색 물질과 배합하여 바람직하게 사용된다. 착색 물질 이외에, 본 발명에서 양이온계 잉크는 물, 수가용성유기 용매 및 다른 성분, 예를 들면 점도 개질제, pH 조절제, 방부제, 계면활성제, 산화방지제, 녹방지제, 항균제, 증발 촉진제, 킬레이트제 및 수가용성중합체 등을 상기한 성분 이외에 필요에 따라 추가로 함유한다. 잉크에 사용되는이들 각 성분에 대해 하기에 설명하겠다.
-수가용성 염료-
본 발명에서 사용되는 양이온성 기가 있는 수가용성 염료는 이들이 색지수 (Color Index)에 나열되어 있는 한 특별한 제한이 없다. 색지수에 나열되어 있지 않은 염료도 또한 이들이 양이온성 기를 가지고 있는 한 어떠한 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 수가용성 염료는 pH 의존 용해성을 가지는 것을 포함한다.
-안료-
또다른 면의 수성 음이온계 잉크는 상기한 양이온성 기가 있는 수가용성 염료 대신에 안료 및 양이온성 화합물을 함유하는 잉크이다. 물, 수가용성유기 용매 및 다른 임의의 성분, 예를 들면 점도 개질제, pH 조절제, 방부제, 계면활성제 및 산화방지제를 추가로 함유한다. 이러한 잉크에서, 양이온성 화합물이 안료용 분산제로서 함유될 수 있다. 안료용 분산제는 잉크가 양이온성 화합물을 함유할 경우 양이온성이 아닐 수 있다. 물론, 분산제가 양이온성일 경우에도, 또다른 양이온성 화합물을 첨가할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 안료는 특별한 제한이 없다. 음이온계 잉크의 항목에서 기술한 안료가 바람직하게 사용될 수 있다.
-안료용 분산제-
본 발명에서 안료용 분산제로서, 이들이 양이온성 기의 작용으로 인해 안료를 물 또는 수성 매질 중에 안정하게 분산시킬 수 있는 한, 임의의 수가용성수지를 사용될 수 있다. 이들의 특정예로서 적어도 생성되는 중합체의 일부에 양이온성특성이 있는 비닐 단량체의 중합에 의해 수득되는 것을 들을 수 있다. 양이온성 잔기를 형성하기 위한 양이온성 단량체의 예로는 상기한 이러한 3급 아민 단량체의 염 및 그의 4급화 생성물이 있다.
즉, N,N-디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 [CH2=C(CH3)-COO-C2H4N(CH3)2], N,N-디메틸아미노에틸 아크릴레이트 [CH2=CH-COO-C2H4N(CH3)2], N,N-디메틸아미노프로필 메타크릴레이트 [CH2=C(CH3)-COO-C3H6N(CH3)2], N,N-디메틸아미노프로필 아크릴레이트 [CH2=CH-COO-C3H6N(CH3)2], N,N-디메틸아크릴아미드 [CH2=CH-CON(CH3)2], N,N-디메틸메타크릴아미드 [CH2=C(CH3)-CON(CH3)2], N,N-디메틸아미노에틸아크릴아미드 [CH2=CH-CONHC2H4N(CH3)2], N,N-디메틸아미노에틸메타크릴아미드 [CH2=C(CH3)-CONHC2H4N(CH3)2], N,N-디메틸아미노프로필아크릴아미드 [CH2=CH-CONH-C3H6N(CH3)2] 및 N,N-디메틸아미노프로필-메타크릴아미드 [CH2=C(CH3)-CONH-C3H6N(CH3)2]를 언급할 수 있다.
3급 아민의 경우, 염을 형성하기 위한 화합물의 예로는 염산, 황산 및 아세트산이 있다. 4급화에서 사용되는 화합물의 예로는 메틸 클로라이드, 디메틸황산, 벤질 클로라이드 및 에피클로로히드린이 있다. 이들 중에서, 메틸 클로라이드 및 디메틸황산이 본 발명에서 사용되는 분산제의 제조를 위해 바람직하다. 상기한 이러한 3급 아민 염 또는 4급 암모늄 화합물은 물 중에서 그리고 중화 조건 하에서 양이온으로 거동하며, 이들은 산성 영역에서 안정하게 용해된다. 공중합체 중의이들 단량체의 함량은 바람직하게는 20 내지 60 중량%이다.
상기 고분자량 분산제를 형성하기 위하여 사용되는 다른 단량체의 예로는 소수성 단량체, 예를 들면 2-히드록시에틸 메타크릴레이트와 같은 히드록실기가 있는 아크릴산 에스테르; 및 에틸렌 옥사이드 장쇄의 측쇄가 있는 아크릴산 에스테르; 및 스티렌 단량체, 및 아크릴아미드, 비닐 에테르, 비닐피롤리돈, 비닐피리딘 및 비닐옥사졸리딘과 같은 약 pH 7에서 물 중에 용해되는 수가용성단량체가 있다. 소수성 단량체로서 스티렌, 스티렌 유도체, 비닐나프탈렌, 비닐나프탈렌 유도체, (메트)아크릴산 알킬 에스테르 및 아크릴로니트릴이 사용될 수 있다. 공중합에 의해 수득되는 고분자량 분산제에서, 수용액 중에서의 공중합체의 안정성을 위하여 수가용성단량체가 15 내지 35 중량% 범위로 사용될 수 있고, 안료에 대한 공중합체의 분산 효과를 증가시키기 위하여 소수성 단량체가 20 내지 40 중량% 범위로 사용될 수 있다.
-자가 분산 안료-
양이온으로 대전된 카본블랙으로서, 그의 표면에 직접 결합되거나 또는 또다른 원자기를 통해 결합된 하기 4급 암모늄기로부터 선택된 하나 이상의 친수성 기가 있는 것이 사용될 수 있다. 그러나, 친수성 기는 이에 제한되는 것이 아니다.
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상기에서, R은 탄소 원자수가 1 내지 12인 선형 또는 분지형 알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다. 또한, 상기 양이온성 기는 반대 이온으로서 예를 들어 NO3 -또는 CH3COO-를 가질 수 있다.
그의 친수성 기로 인해 양이온으로 대전된 자가 분산 카본블랙의 제조 방법을 카본블랙을 3-아미노-N-에틸 피리디늄 브로마이드로 처리함으로써 안료에 N-에틸피리딜기를 도입시키는 방법으로 설명한다.
상기한 방식으로 안료 표면에 친수성 기를 도입함으로써 양이온으로 대전된 안료는 그의 이온의 반발력에 의해 물 중에서 우수한 분산성을 나타내기 때문에, 수성 잉크 중에 함유되었을 때 조차 어떠한 분산제 등을 첨가하지 않아도 안정하게 분산된 상태를 유지한다. 카본블랙이 안료로서 특히 바람직하다.
<잉크 중의 첨가제>
한편, 상기 성분 이외에, 목적하는 물성을 가진 잉크를 수득하기 위하여, 계면활성제, 소포제 또는 방부제를 잉크에 첨가할 수 있다. 잉크는 상업용 수가용성물질를 함유할 수 있다.
계면활성제의 예로는 1급, 2급 및 3급 아민 염 유형의 화합물, 특히 라우릴 아민, 팜 아민, 스테아릴 아민, 로진 아민 등의 염산염, 아세트산염 등; 4급 암모늄 염 유형의 화합물, 특히 라우릴 트리메틸 암모늄 클로라이드, 세틸 트리메틸 암모늄 클로라이드, 라우릴 디메틸벤질 암모늄 클로라이드, 벤질 트리부틸 암모늄 클로라이드, 벤즈알코늄 클로라이드 등; 피리디늄 염 유형 화합물, 특히 세틸 피리디늄 클로라이드, 세틸 피리디늄 브로마이드 등; 이미다졸린 유형 양이온성 화합물, 특히 2-헵타데세닐-히드록시에틸이미다졸린 등; 및 에틸렌 옥사이드 부가 고급 알킬아민, 특히 디히드록시에틸 스테아릴아민 등과 같은 양이온성 계면활성제를 들 수 있으며, 특정 pH 범위에서 양이온성 특성을 나타내는 양쪽성 계면활성제도 사용할 수 있다. 구체적으로, 예를 들어 아미노산 유형 양쪽성 계면활성제; R-NH-CH2-CH2-COOH 유형의 화합물; 베타인 유형의 화합물, 특히 스테아릴 디메틸 베타인, 라우릴 디히드록시에틸 베타인 등과 같은 카르복실산 염 유형 양쪽성 계면활성제; 및 또한 술페이트 에스테르 유형, 술포네이트 에스테르 유형, 포스페이트 에스테르 유형 등과 같은 양쪽성 계면활성제를 예로서 들 수 있다. 또한, 비이온성 계면활성제로서, 예를 들어 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 알킬 에스테르, 아세틸렌 알콜, 아세틸렌 글리콜 등을 들 수 있다. 본 발명에서, 이들 화합물 1종 또는 2종 이상을 적합하게 선택하여 사용할 수 있다. 상기한 것들 중에서, 특히 아세틸렌 알콜 및 아세틸렌 글리콜이 보통지로의 침투성 및 높은 기포 특성에 우수한 효과를 나타내도록 바람직하게 사용될 수 있다. 이들의 사용량은 사용되는 계면활성제에 따라 좌우되며, 액상 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 0.05 내지 5 중량%가 충분한 침투성을 실현시키기 위하여 바람직하다.
-잉크의 표면 장력-
본 발명에서 사용되는 양이온계 잉크는 보통지 등에 인쇄할 때 인쇄된 화상에서의 잉크의 침투성을 개선시키는 동시에 잉크 젯 헤드와 잉크의 정합을 양호하게 하는 관점에서 25℃에서 그 자체의 물성으로서 표면 장력이 30 내지 68 mN/m (dyn/cm)이고 점도가 15 mPa·s(cP) 이하, 바람직하게는 10 mPa·s(cP) 이하, 특히 바람직하게는 5 mPa·s(cP) 이하가 되도록 바람직하게 제어될 수 있다.
<기록 매체 상에 착색부를 형성하는 방법>
본 발명에 따라 기록 매체 상에 착색부를 형성하는 방법을 하기에 설명하겠다. 본 발명에 따라 기록 매체 상에 착색부를 형성하는 방법은 (i) 착색 물질 함유 음이온성 또는 양이온성 수계 잉크를 기록 매체에 부여하는 단계 및 (ii) 표면을 분산 상태에서 잉크에 대해 반대 극성을 가지도록 대전시킨 미립자를 함유하는 액상 조성물을 기록 매체에 부여하고, 이때 기록 매체의 표면에서 수계 잉크 및 액상 조성물이 액상으로 서로 접촉되는 단계를 포함한다. 상기한 바와 같이 구성된 액상 조성물 및 수계 잉크를 기록 매체에 부여하는 방법을 하기에 설명하겠다.
기록 매체 상에 착색부를 형성하는 방법은 (i) 기록 매체에 상기한 해당 액상 조성물을 부여하는 단계 및 (ii) 착색 물질을 함유하는 음이온성 또는 양이온성 수성 잉크를 기록 매체에 부여하고, 이때 액상 조성물이 화상 형성부 또는 화상 형성부와 그의 주변에 부여되어 액상으로 잉크와 액상 조성물이 서로 접촉되는 단계를 포함함을 특징으로 한다. 본원에서, "화상 형성부"란 용어는 잉크 도트가 부가된 영역을 의미하며, "화상 형성부의 주변"이란 화상 형성부로부터 약 1 내지 5 도트 떨어진 외부 영역을 의미한다.
본 발명에 따라 기록 매체 상에 착색부를 형성하는 방법에서, 액상 조성물 및 잉크가 서로 액상-액상으로 접촉하는 한, 액상 조성물 및 잉크를 임의의 방법으로 부여할 수 있다. 액상 조성물 및 잉크 중 어느 하나를 먼저 기록 매체 상에 부여하면 된다. 예를 들어, 단계 (ii)를 단계 (i) 후 수행할 수 있거나, 또는 단계 (i)를 단계 (ii) 후 수행할 수 있다. 단계 (i)를 단계 (ii) 후 수행하고, 다시 단계 (ii)를 반복하는 것도 또한 바람직하다. 액상 조성물이 기록 매체 상에 먼저부여되었을 경우, 조성물 부여와 잉크 부여 사이의 시간 간격은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 액상으로 서로 접촉하게 하기 위하여 실질적으로 동시에 또는 수초 내로 기록 매체에 잉크를 부여하는 것이 바람직하다.
-기록 매체-
상기한 잉크 젯 화상 형성 방법에서 사용되는 기록 매체는 특별히 제한되지 않으며, 코팅지 및 결합 용지와 같은 통상적으로 사용되는 보통지가 바람직하게 사용된다. 물론, 잉크 젯 기록용으로 특별히 제조된 코팅지, 또는 OHP용 투명 필름도 또한 바람직하게 사용될 수 있다. 이외에, 일반용 목재 부재지 및 광택지가 또한 바람직하게 사용될 수 있다.
-액상 조성물 부여 방법-
액상 조성물을 예를 들어 스프레이어, 롤러 등으로 기록 매체 상에 부여할 수 있지만, 주변부를 포함하거나 또는 포함하지 않은 화상 형성부에만 선택적으로 그리고 균일하게 액상 조성물을 부여하기 위하여 잉크 젯 시스템이 바람직하게 사용된다. 이때, 다양한 종류의 잉크 젯 기록 시스템이 사용될 수 있으나, 잉크 소적이 열 에너지로 인해 발생하는 버블에 의해 방출되는 시스템이 특히 바람직하다.
<잉크 젯 기록 장치>
이어서, 본 발명에 따른 잉크 젯 기록 장치에 대해 설명하겠다. 본 발명에 따른 잉크 젯 기록 장치는 착색 물질 함유 음이온성 또는 양이온성 수계 잉크가 함유된 잉크 용기, 잉크를 토출하는 잉크 젯 헤드가 있는 제1 기록 유닛, 본 발명에 따른 상기한 액상 조성물, 바람직하게는 상기한 수계 잉크의 극성과 반대인 극성으로 그의 표면을 대전시킨 미립자가 분산 상태로 함유된 액상 조성물을 함유하는 액상 조성물 용기, 및 액상 조성물을 토출하는 잉크 젯 헤드가 있는 제2 기록 유닛을 포함함을 특징으로 한다.
이들에 대해 하기에 설명하겠다. 도 1은 본 발명을 적용시켜 제조된 잉크 젯 인쇄 장치의 개략적인 구성의 일 예를 나타낸 개략 사시도가다. 도 1에서, 참조 부호 1은 잉크를 토출하여 인쇄를 수행하는 인쇄 헤드를 구성하는 카트리지이고, 참조 부호 2는 액상 조성물을 토출하는 액상 조성물 토출 헤드를 구성하는 카트리지이다. 예시된 예에서, 상이한 색의 잉크를 사용하여 인쇄하기 위한 4 부품의 카트리지 (1) 및 액상 조성물을 토출하기 위한 1 부품의 카트리지 (2)가 사용된다.
인쇄용 카트리지 (1)은 잉크 탱크부 및 잉크 토출부 (인쇄부)가 각각 카트리지의 상부 및 저부에 탑재된 구조를 가진다. 액상 조성물을 토출하기 위한 카트리지 (2)는 액상 조성물 탱크부 및 액상 조성물 토출부가 각각 카트리지의 상부 및 저부에 탑재된 구조를 가진다. 또한, 이들 카트리지 (1) 및 (2)는 작동 및 다른 신호를 수신하기 위하여 커넥터를 가진다. 참조 부호 3은 캐리지이다.
캐리지 (3) 상부에 상이한 색의 잉크를 사용하여 인쇄하기 위한 4 부품의 헤드 카트리지 (인쇄 헤드) (1) 및 액상 조성물을 토출하기 위한 1 부품의 헤드 카트리지 (액상 조성물 토출 헤드) (2)가 위치하여 탑재된다. 한편, 캐리지 (3)은 인쇄 헤드 (1) 및 액상 조성물 토출 헤드 (2) 각각을 작동시키기 위한 신호 등을 송신하기 위하여 커넥터 지지대를 가지며, 커넥터 지지대를 통해 헤드 카트리지 (1)및 (2) 각각에 전기적으로 접속된다.
각 인쇄 헤드 (1)은 각각 상이한 색의 잉크, 예를 들면 옐로우 (Y), 마젠타 (M), 시안 (C) 및 블랙 (B)의 잉크를 함유한다. 이러한 형상에서, 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙의 각 잉크를 인쇄하기 위한, 도 1의 그림 좌측으로부터 1Y, 1M, 1C 및 1B의 순서의 헤드 카트리지 (인쇄 헤드)가 탑재되고, 상기한 액상 조성물이 함유된, 액상 조성물을 토출하기 위한 헤드 카트리지 (액상 조성물 토출 헤드) (2)가 탑재된다.
도 1에서, 참조 부호 4는 캐리지 (3)의 주요 주사 방향으로 연장되고 캐리지가 활주하게 하는 주사 레일이고, 참조 부호 5는 캐리지 (3)이 왕복 운동하도록 구동력을 전달하는 구동 벨트이다. 한편, 참조 부호 6, 7, 및 8, 9는 인쇄 헤드에 의한 인쇄 위치 앞 및 뒤에 배열된, 기록 매체를 보유하여 기록 매체 (10)을 운반하기 위한 쌍을 이룬 운반 롤러이다. 용지와 같은 기록 매체 (10)은 가압된 상태로 열판 (나타내지 않음)에 안내되고 지지되어 인쇄 위치의 부분에서 인쇄면이 평평해지도록 조절된다. 이때, 캐리지 (3)에 탑재된 헤드 카트리지 (헤드) (1) 및 (2) 각각의 토출구 면은 기록 매체를 운반하기 위하여 캐리지 (3)으로부터 아래로 향하여 돌출된, 롤러 (7) 및 (9) 사이에 위치하도록 조절되며, 압판 (나타내지 않음)의 안내 면에 압착된 기록 매체 (10)과 마주보게 면한다.
도면의 잉크 젯 인쇄 장치의 인쇄 구역 외부 좌측에 설정된 정위치 근처에 회수 유닛 (11)이 설치되어 있다. 회수 유닛 (11)에서, 인쇄 헤드 (헤드 카트리지) 1Y, 1M, 1C 및 1B에 대응하는 4 부품의 캡 (12), 및 상기한 액상 조성물이 함유되어 있는, 액상 조성물을 토출하기 위한 1 부품의 액상 조성물 토출 헤드 (헤드 카트리지) (2)에 대응하는 1 부품의 캡 (13)이 위 아래 수직으로 이동가능하게 설치되어 있다.
캐리지 (3)이 정위치에 있을 때, 각 헤드 (1) 및 (2)의 토출구 형성 면에 대응하는 캡 (12) 및 (13)이 압착에 의해 설치되어, 헤드 (1) 및 (2)의 각 가출구가 밀봉된다 (캡핑된다). 캡핑됨으로써, 토출구에서 잉크의 용매의 증발에 의한 잉크의 증점 및 점착이 방지되고, 그 결과 토출 불이행의 발생이 방지된다.
한편, 회수 유닛 (11)은 각 캡 (12)와 연결되어 있는 흡입 펌프 (14) 및 캡 (13)과 연결되어 있는 흡입 펌프 (15)를 가진다. 토출 불이행이 인쇄 헤드 (1) 및 액상 조성물 토출 헤드 (2)에서 발생하였을 때, 이들 펌프 (14) 및 (15)는 캡 (12) 및 (13)으로 토출구 형성 이들 면을 캡핑하기 위하여 사용되어 흡입 및 회수 작업을 수행한다. 또한, 회수 유닛 (11)에서, 고무와 같은 탄성 부재로 제조된 2 부품의 와이핑 부재 (블레이드) (16) 및 (17)이 설치되어 있다. 블레이드 (16)은 블레이드 지지대 (18)에 의해 보유되고, 블레이드 (17)은 블레이드 지지대 (19)에 의해 보유된다.
본 발명의 개략도에서, 상기한 블레이드 지지대 (18) 및 (19) 모두는 캐리지 (3)의 동작을 이용하여 작업하는 블레이드 이동 메카니즘 (나타내지 않음)에 의해 위 아래로 이동하며, 상기한 블레이드 (16) 및 (17)은 헤드 (카트리지) (1) 및 (2)의 토출구 형성 면에 부착된 이물질 및 잉크를 닦아내기 위한 돌출된 위치 (와이핑 위치)와 토출구 형성 면과 접촉하지 않게 하기 위한 후퇴 (하향) 위치 (대기 위치)사이에서 이동한다. 이 경우에서, 인쇄 헤드 (1)을 닦기 위한 블레이드 (16) 및 액상 조성물 토출 헤드 (2)를 닦기 위한 블레이드 (17)은 개별적으로 위 아래로 이동하도록 서로 독립적으로 구성된다.
도 1에서, 캐리지 (3)이 우측 (인쇄 구역측)으로부터 정위치 측면으로 이동하거나 또는 정위치로부터 인쇄 구역측으로 이동할 경우, 블레이드 (16)은 인쇄 헤드 (1) 각각의 토출구 형성 면에 접촉하고 블레이드 (17)은 액상 조성물 토출 헤드 (2)의 토출구 형성 면에 접촉하여, 토출구 형성 면의 와이핑 동작을 유발하게 상대적으로 이동하도록 한다.
도 2는 잉크 토출부와 잉크 탱크를 통합하여 제조된 구조의 인쇄 헤드 (헤드 카트리지)를 나타낸 개략 사시도가다. 덧붙여 말하자면, 저장되어 사용되는 액체가 액상 조성물인 것을 제외하곤, 액상 조성물 토출 헤드 (2)는 인쇄 헤드 (1)의 구성과 실질적으로 동일한 구성을 가진다. 도 2에서, 인쇄 헤드 (1)은 인쇄 헤드의 상부 및 저부 각각에 탑재된 잉크 탱크부 (21) 및 잉크 토출부 (인쇄 헤드부) (22)를 가지며, 작동 및 다른 신호를 수신하여 잉크 토출부 (22)를 작동시키고, 또한 잉크 잔류 탐지 신호를 출력하기 위한 헤드측 커넥터 (23)을 가진다. 이 커넥터 (23)은 잉크 탱크부 (21)에 근접한 위치에 설치된다.
인쇄 헤드 (1)은 도 2에서 저면 측 (기록 매체 (10) 측)에서 토출구 형성 s 면 (81)을 가지며 인쇄 헤드 (1)은 토출구 형성 면 (81)을 가지고, 다수의 토출구가 형성되어 있다. 각 토출구와 연결되어 있는 액체 통로부에서, 토출 에너지를 생성시키는 원소가 잉크의 토출에 필요한 에너지를 생성시키기 위하여 배열된다.
상기한 인쇄 헤드 (헤드 카트리지) (1)은 잉크를 토출함으로써 인쇄하기 위한 잉크 젯 인쇄 수단이며, 잉크 토출부 (22), 및 잉크 탱크 (21)과 통합되고 교환가능한 잉크 젯 카트리지로 구성되어 있다. 이 인쇄 헤드 (1)은 열 에너지를 이용하여 잉크를 토출하는 잉크 젯 인쇄 수단이며 열 에너지를 발생시키기 위한 전열 변환기를 포함함을 특징으로 한다. 덧붙여 말하면, 상기한 인쇄 헤드 (1)은 상기한 전열 변환기에 의해 적용되는 열 에너지에 의해 발생하는 막상 비등에 의해 발생하는 버블의 성장 및 감소에 의해 생성되는 압력의 변화를 이용하여 인쇄를 위한 토출부로부터 잉크를 토출한다.
도 3은 인쇄 헤드 (1) (액상 조성물 토출 헤드 (2))의 잉크 토출부 (22) (액상 조성물 토출부 (22A))의 구조를 개략적으로 나타낸 부분 사시도가다. 도 3에서, 소정의 공간 (예를 들면, 약 0.5 내지 2.0 mm)을 통해 기록 매체 (인쇄 용지 등)와 면하는 토출구 형성 면 (81) 상에는 다수의 토출구 (82)가 소정의 피치로 그리고 각 토출구 (82)와 통상의 액체 챔버 (83)를 연결시키는 액체 통로 (84)의 벽면에 따라 형성되어 있고, 전열 변환기 (열 발생 레지스터) (85)가 잉크 토출을 위한 에너지를 생성하기 위해 설치되어 있다.
다수의 토출구 (82)가 인쇄 헤드 (1)의 이동 방향 (주요 주사 방향)과 교차하는 방향을 따라 정렬하는 위치에 배열된다. 상기한 바와 같이, 인쇄 헤드 (1)은 해당 전열 변환기 (85)가 화상 신호 또는 토출 신호를 근거하여 작동하여 (전류를 흘려) 액체 통로 (84)에서 잉크의 막상 비등을 유발한 후, 이때 생성된 압력에 의해 잉크가 토출구 (82)로부터 토출되도록 구성된다.
도 4a, 4b, 4c 및 4d 내지 도 6a, 6b, 6c 및 6d는 상기한 잉크 젯 인쇄 장치의 와이핑 작업을 나타낸 개략도이다. 도 4a 내지 4d는 인쇄 구역측으로부터 정위치측으로 캐리지 (3)이 이동하는 경우를 나타낸 것이다. 도 4a에 나타낸 바와 같이, 캐리지 (4) 상에서 인쇄 헤드 (1) 및 액상 조성물 토출 헤드 (2)는 우측 (인쇄 구역측)으로부터 정위치로 이동한다. 이어서, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 먼저 잉크용 캡 (12)와 액상 조성물용 캡 (13) 사이에서 잉크용 블레이드 (16)이 위로 이동하여 캐리지 (3)의 이동에 따라 인쇄 헤드 1Y, 1M, 1C 및 1B의 손서대로 닦는다.
또한, 도 4c에서처럼, 각 인쇄 헤드 (1)이 액상 조성물용 블레이드 (17)의 상부를 통과한 후, 액상 조성물용 블레이드 (17)은 위로 이동하여 도 4d에 나타낸 바와 같이 액상 조성물 토출 헤드 (2)의 토출구 형성 면을 닦는다. 잉크용 블레이드 (16)은 4번째 인쇄 헤드 (1)을 닦고 액상 조성물 통로용 블레이드 (17)이 액상 조성물 토출 헤드 (2)를 완전히 닦은 후, 블레이드 (16) 및 (17)은 모두 대기 위치로 내려 온다.
도 4a 내지 4d는 캐리지 (3)이 우측 (인쇄 구역)으로부터 도 1에 나타낸 회수 유닛 (11)이 있는 정위치로 이동할 때, 블레이드 (16) 및 (17)에 의한 와이핑이 수행되는 것을 나타낸 것이다. 그러나, 와이핑 방향은 이에 제한되지 않으며, 도 5a 내지 5d에 나타낸 바와 같이, 캐리지 (3)이 정위치로부터 우측 (인쇄 영역측)으로 이동할 때, 와이핑이 수행되도록 구성될 수 있다.
도 5a 내지 5d에서, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 잉크용 블레이드 (16) 및 액상 조성물용 블레이드 (17)은 동시에 위로 이동하고, 캐리지 (3)은 우측 방향 (인쇄 구역측)으로 이동하여 인쇄 헤드 (1) 및 액상 조성물 토출 헤드 (2)를 동시에 닦고 (도 5b), 액상 조성물 토출 헤드 (2)의 와이핑이 완결된 후 즉시, 액상 조성물용 블레이드 (17)은 대기 위치로 내려오고 잉크용 블레이드 (17)은 그대로 있어 인쇄 헤드 (1)을 닦는다 (도 5c). 마지막으로, 도 5d에 나타낸 바와 같이, 인쇄 헤드 (1) 모두의 와이핑이 완료되었을 때, 잉크용 블레이드 (16)은 내려와 일련의 와이핑 작업을 완료한다.
도 5a 내지 5d에 나타낸 바와 같은 와이핑 방향을 사용함으로써, 와이핑에 의해 제거되어 블레이드 (16) 및 (17)에 부착된 소적이 블레이드의 탄성에 의해 기록 매체 (10)의 운반부를 향해 튀기여 기록 매체 (10)을 바람직하지 못하게 오염시키는 위험이 제거될 수 있다.
도 6a 내지 6d에 나타낸 것 이외에, 인쇄 헤드 (1)의 와이핑 방향은 액상 조성물 토출 헤드 (2)의 와이핑 방향과 상이하게 할 수 있다. 도 6a 내지 6d에서, 예를 들어 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이, 캐리지 (3)이 정위치측으로부터 우측 방향 (인쇄 영역측)으로 이동할 때, 인쇄 헤드 (1)이 인쇄용 블레이드 (16)에 의해 닦일 수 있고, 도 6c 및 6d에 나타낸 바와 같이 캐리지 (3)이 인쇄 구역측으로부터 정위치측으로 이동할 때, 단지 액상 조성물 토출 헤드 (2)만 액상 조성물용 블레이드 (17)에 의해 닦일 수 있다.
이러한 와이핑 방향을 사용함으로써, 블레이드 (16)의 탄성력에 의해 튀긴 잉크가 액상 조성물 토출 헤드 (2)에 부착되는 것 (위험), 그리고 반대로 블레이드 (17)의 탄성력에 의해 튀긴 잉크가 인쇄 헤드 (1)에 부착되는 것 (위험)이 제거되거나 또는 크게 감소될 수 있다.
한편, 도 1에서, 인쇄 헤드 (1)용 캡 (12)를 액상 조성물 헤드 (2)용 캡 (13)과 분리시켜 (배타적으로 사용하기 위해) 독립적으로 만들 수 있고, 이들 캡 (12) 및 (13)에 연결된 흡입 펌프 (14) 및 (15)는 서로 분리시켜 인쇄 헤드 (1) 및 액상 조성물 토출 헤드 (2)용으로 (배타적으로 사용하기 위해) 독립적으로 만들 수 있다. 이로 인해, 이들 캡 (12) 및 (13) 및 펌프 (14) 및 (15)에서, 잉크는 잉크와 반응성이 있는 액상 조성물과 접촉하지 않아 이들로부터 유도된 폐기액을 처리하게 하여 높은 신뢰성을 유지하게 한다.
도 7은 펌프 (14) 및 (15)에서 폐잉크 탱크로 토출되는 잉크 및 액상 조성물을 수집하기 위한 회수 라인을 나타내는 모식도이다. 도 7에서, 캡 (12)와 연결된 흡입 펌프 (14)에 의해 인쇄 헤드 (1)로부터 흡입된 폐잉크 및 캡 (13)과 연결된 흡입 펌프 (15)에 의해 액상 조성물 토출 헤드 (2)로부터 흡입된 폐액은, 인쇄 장치에서 누출되지 않도록 각각 독립된 경로를 통해 수집되어 폐액 탱크 (24)로 들어간다.
상기 기재된 폐액 탱크 (24)는 폐액을 흡수 및 보유하는 다공성 흡수체 (25)를 채워넣기에 알맞도록 구성된다. 폐액 탱크 (24)는 인쇄 장치의 본체에 설비되어 있다. 도 7에서, 인쇄 헤드 (1)에 대한 흡입 펌프 (14)로부터의 폐잉크 파이프 (26)과 액상 조성물 토출 헤드 (2)에 대한 흡입 펌프 (15)로부터의 폐잉크 파이프 (27)은, 도면에 도시된 바와 같이 폐액 탱크 (24)의 서로 먼 양쪽 끝부분의 위치에 연결되어 있다. 상기와 같은 디자인으로 인해, 액상 조성물은 흡수체 (25)에 용액이 충분히 흡수되도록 하는 폐액 탱크 (24)에서 잉크와 접촉하게 되고, 이에 따라 다공성 흡수체 (25)에 보유되는 액체의 양은 충분히 유지될 수 있다.
도 8은 도 7의 폐액 수집 라인에서, 폐액 탱크 (24) 내의 흡수체 (25)가 상부와 저부의 두 단으로 배열되도록 구성되고, 잉크는 저부의 흡수체 (25A)에 의해 흡수되며, 액상 조성물은 상부의 흡수체 (25B)에 의해 흡수되는 구조의 폐액 수집 라인을 나타내는 모식도이다. 도 8의 구성에 따라, 저부의 흡수체 (25A)가 넘치는 경우에는 잉크 중의 염료가 상부의 흡수체 (25B)와 반응하여 상부의 흡수체 (25B)와 여기에 흡수된 액상 조성물에 의해 고정되어, 잉크가 넘치지 않게 되고 잉크가 넘쳐서 생겨나는 인쇄 장치의 내부 및 외부 얼룩이 생기지 않는다.
한편, 다른 형태의 잉크 젯 기록 장치는, 착색 물질을 함유하는 수계 음이온성 또는 양이온계 잉크를 수용하는 잉크 용기, 본 발명에 따라 상기 기재된 바와 같은 액상 조성물이 수용된 액상 조성물 용기, 바람직하게는 상기 기재된 수계 잉크의 극성과 반대의 극성으로 표면이 대전된 미립자가 분산액 상태로 수용된 액상 조성물 용기, 및 상기 기재된 잉크 용기에 수용된 수계 잉크와 상기 기재된 액상 조성물 용기에 수용된 액상 조성물을 각각 독립적으로 토출하는 잉크 젯 헤드를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이는 하기에 설명될 것이다.
도 10은 그러한 카트리지 (1001)의 예를 나타내는 것으로, 도면에서 부호 1003은 잉크가 수용된 잉크 용기이고, 부호 1005는 액상 조성물이 수용된 액상 조성물 용기이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 카트리지는 기록 헤드 (1101)에서 분리하여 잉크 및 액상 조성물을 토출할 수 있도록 구성되어 있고, 카트리지 (1001)이 기록 헤드 (1101)에 탑재되어 있는 상태에서는 기록 헤드 (1101)에 액상 조성물과 잉크를 공급하도록 구성되어 있다.
본 발명에 사용되는 잉크 젯 기록 장치는 상기 설명되고 도 15에 도시된 바와 같이 헤드와 잉크 카트리지가 별개로 설비된 것으로 제한되지 않으며, 일체형 장치를 사용하는 것도 바람직하다.
도 15에서, 부호 1500은 기록 유닛이고, 이는 잉크가 수용되어 있는 잉크 흡수체와 같은 잉크 용기가 있고, 그러한 잉크 흡수체 내의 잉크가 잉크 소적으로서 다수의 오리피스가 있는 헤드부 (1501)로부터 토출되도록 구성되어 있다. 잉크 흡수체의 재료로는, 예를 들면 폴리프로필렌 및 폴리우레탄을 사용할 수 있다. 부호 1502는 기록 유닛의 내부에 외기가 통하도록 하는 외기 통기구이다.
또한, 본 발명에 사용되는 기록 유닛의 다른 실시양태로서, 잉크와 액상 조성물이 1개의 잉크 탱크 내에서 각각의 용기에 수용되어 있고, 잉크와 액상 조성물 각각의 토출을 위한 기록 헤드가 일체형으로 설비되어 있는 기록 유닛, 구체적으로는 도 12에 도시된 바와 같이 액상 조성물이 용기 (1201L)에 들어있고, 블랙 잉크가 용기 (1201Bk)에 수용되어 있으며, 옐로우, 시안 및 마젠타의 칼라 잉크가 각각 용기 (1201Y), (1201C) 및 (1201M)에 수용되어 있고, 잉크 유로가 분리되게 제작된 기록 헤드 (1203)이 각각의 잉크를 개별적으로 토출할 수 있도록 설비된 기록 유닛 (1201)을 예시할 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 잉크 젯 기록 장치의 다른 실시양태의 개략적인 구성을 나타내는 모식적 사시도가다. 도 16에서, 부호 4는 카트리지 (3)의 주 스캐닝 방향으로 뻗어있고 카트리지가 미끄러지도록 지지해주는 스캐닝 레일이고, 부호 5는 카트리지 (3)을 왕복시키는 구동력을 전달하는 구동 벨트이다. 한편, 부호 6 및 7과 8 및 9는 모두 인쇄 헤드에 의해 인쇄되는 위치의 앞과 뒤에 배열되어 기록 매체 (10)을 붙잡아서 이를 이송시켜주는 한쌍의 이송 롤러이다.
종이와 같은 기록 매체 (10)은 압반(도시되지 않음)에 압착된 상태로 안내 및 지지되어 인쇄되는 부분에서 인쇄면이 평평하게 조절되도록 한다. 여기서, 카트리지 (3)에 탑재되어 있는 각 헤드 카트리지(헤드) (1) 및 (2)의 토출구가 있는 면은, 카트리지 (3)의 아래쪽 방향으로 뻗어 있으면서 기록 매체를 이송시키는 롤러 (7)과 (9) 사이에 위치하며 압반(도시되지 않음)의 가이드면에 압착된 기록 매체 (10)과 맞닿아있다.
도 16에서, 모두 6개의 헤드 카트리지 부품이 카트리지 (3)에 탑재되어 있다. 여기서, 옐로우 인쇄 헤드 (1Y), 마젠타 인쇄 헤드 (1M), 시안 인쇄 헤드 (1C), 블랙 인쇄 헤드 (1B), 액상 조성물 토출 헤드 (2), 및 블랙의 제2 인쇄 헤드 (1BB)가 카트리지 (3)의 왼쪽 끝에서 오른쪽 끝으로 상기 기재된 순서로 놓여있다. 액상 조성물 토출 헤드 (2)는 잉크 중의 착색 물질과 반응성이 있는 액상 조성물을 기록 매체 (10)으로 토출하는 것이다.
부수적으로, 오른쪽에 있는 블랙의 제2 인쇄 헤드 (1BB)는 왕복 인쇄에 의한 서브스캐닝 인쇄시 사용되는 블랙 잉크를 사용하는 인쇄 헤드이다. 즉, 아래와 같이 구성된다: 액상 조성물 토출 헤드 (2)는 블랙 인쇄 헤드 (1B)의 다음 위치(오른쪽에 인접한 위치)에 배열되어 있고, 상기 기재된 블랙 인쇄 헤드는 그 다음 위치(오른쪽 말단)에 배열되어 있다.
도 16에서, 회수 유닛 (11)은 인쇄 영역의 왼쪽에 설비되어 있고, 왼쪽에서 오른쪽 순서로 헤드 카트리지 (1) 및 (2)에 대응하게, 캡 (12)는 인쇄 헤드 (1Y), (1M), (1C) 및 (1B)에 대한 캡으로 연속적으로 배열되어 있고, 캡 (13)은 액상 조성물 토출 헤드 (2)에 대한 캡으로 다음 위치(오른쪽에 인접한 위치)에 배열되어 있으며, 캡 (12)는 블랙의 제2 인쇄 헤드 (1BB)에 대한 캡으로 그 다음 위치(오른쪽 말단)에 배열되어 있다.
또한, 각 캡은 위 아래로 수직으로 움직일 수 있도록 설비되어 있다. 카트리지 (3)이 홈(home) 위치에 있을 때, 각 헤드 (1) 및 (2)의 토출구 형성면에 상응하는 캡 (12) 및 (13)은 압착에 의해 끼워 맞춰져 각 헤드 (1) 및 (2)의 토출구가 밀봉(캡이 씌워짐)된다. 이로써, 토출구에서 잉크 중의 용매 증발에 의해 잉크 점성 및 부착성이 생기는 것을 방지하기 때문에 토출이 안되는 현상을 예방할 수 있다.
회수 유닛 (11)은 캡 (1) 및 (2)와 각각 통하는 흡입 펌프 (14) 및 캡 (3)과 통하는 흡입 펌프 (15)를 포함한다. 인쇄 헤드 (1) 및 액상 조성물 토출 헤드 (2)에서 토출이 안될 때, 이들 펌프 (14) 및 (15)는 그러한 토출구 형성면에 캡 (12) 및 (13)으로 캡을 씌우는데 사용되어 흡입 및 회수 작용을 수행한다. 액상 조성물 토출 헤드 (2)용의 블레이드 (17)은 왼쪽에서 5번째의 액상 조성물용 캡 (13)과 6번째(오른쪽)의 블랙 잉크용 캡 (12) 사이에 배열되어 있고, 각 인쇄 헤드 (1)에 대한 블레이드 (16)은 오른쪽 말단에 있는 캡 (12)의 오른쪽(인쇄 영역쪽)에 배열되어 있다.
또한, 블레이드 (16)은 블레이드 홀더 (18)에 지지되어 있고, 블레이드 (17)은 블레이드 홀더 (19)에 지지되어 있다. 이 견지에서, 블레이드 홀더 (18) 및 (19)는 카트리지 (3)의 움직임을 이용함으로써 구동되는 블레이드 이동 메카니즘(도시되지 않음)에 의해 위 아래로 움직이게 되고, 따라서 블레이드 (16) 및 (17)은 헤드 (1) 및 (2)의 토출구 형성면에 부착된 이물질 및 잉크를 닦아주는 돌출 위치(와이핑 위치)와 토출구 형성면과 접촉하지 않도록 하는 후퇴 위치(대기 위치) 사이에서 위 아래로 움직이게 된다. 이 경우, 인쇄 헤드 (1)을 닦아주는 블레이드 (16) 및 액상 조성물 토출 헤드 (2)를 닦아주는 블레이드 (17)은 별도로 위 아래로 움직이도록 서로 독립적으로 구성되어 있다.
도 17a 내지 17f는 도 16에 도시된 잉크 젯 기록 장치의 와이핑 작용을 나타내는 모식도이다. 도 17a 내지 17f에서, 도 17a에 도시된 바와 같이 인쇄 헤드에 대한 블레이드 (16)이 돌출(위로 움직임)된 후, 카트리지 (3)에 탑재되어 있는 각 헤드는 오른쪽(인쇄 영역 쪽)으로부터 홈 위치로 움직인다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 위로 이동되어 있는 인쇄 헤드 블레이드 (16)이 카트리지 (3)의 이동에 따라 인쇄 헤드 (1)을 왼손 방향으로 순차적으로 닦아주게 된다. 또한, 도 17c에 도시된 바와 같이 액상 조성물 토출 헤드 (2)가 인쇄 헤드에 대한 블레이드 (16)의 앞쪽(블레이드 (16)의 오른쪽에 토출 헤드 (2)가 인접한 위치)에 도달하면, 블레이드 (16)은 대기 위치로 후퇴(아래로 움직임)하여 블레이드 (16)이 액상 조성물 토출 헤드 (2)와 접촉하는 것을 방지한다.
도 17d에 도시된 바와 같이, 카트리지 (3)이 왼쪽으로 움직이고 액상 조성물 토출 헤드 (2)가 인쇄 헤드에 대한 블레이드 (16)을 통과한 위치에서는 인쇄 헤드에 대한 블레이드 (16) 및 액상 조성물 토출 헤드에 대한 블레이드 (17) 모두가 돌출(위로 움직임)된다. 또한, 도 17e에 도시된 바와 같이 카트리지 (3)이 왼쪽으로 움직임에 따라 블레이드 (17)에 의한 액상 조성물 토출 헤드 (2)의 와이핑 및 블레이드 (16)에 의한 오른쪽 말단 인쇄 헤드 (1BB)의 와이핑은 동시에 수행된다. 도 17f에 도시된 바와 같이, 모든 헤드 (1)과 (2)의 와이핑은 완료되고 나면 대기 위치에서 와이핑을 준비하기 위해 블레이드 (16) 및 블레이드 (17)은 모두 후퇴한다.
도 16 및 도 17a 내지 17f는 카트리지 (3)이 인쇄 영역 쪽(오른쪽)에서 회수 유닛 (11)이 있는 홈 위치로 움직일 때 블레이드 (16) 및 (17)에 의한 와이핑이 수행되는 것을 예시한다. 그러나, 와이핑 방향은 이것에 제한되지 않으며, 홈 위치에서 오른쪽(인쇄 영역 쪽)으로 수행될 수도 있다.
도 16의 잉크 젯 기록 장치는 본 발명에 따라 잉크 중의 착색 물질과 반응성이 있는 액상 조성물을 액상 조성물 토출 헤드 (2)로부터 기록 매체 (10)으로 토출하여 각 인쇄 헤드 (1)로부터 토출된 잉크가 기록 매체 (10) 상에 접촉하여 그 결과 기록된 화상을 생성하도록 구성되어 있다. 기록 매체 (10)에서, 잉크 중의 착색 물질이 액상 조성물과 반응함으로써, 상기 착색 물질이 미립자에 단분자 상태로 흡수되어 상기 미립자에 의해 화상이 형성되고, 따라서 착색성 및 색의 균일성이 훌륭한 화상을 얻을 수 있다.
도 18은 다른 실시양태의 개략적인 구성을 나타내는 모식적 사시도가다.
도 18에서, 장치 (100)의 공급 위치에 삽입된 기록 매체 (106)은 급지 롤러 (109)에 의해 잉크 젯 유닛 (103)에 의해 인쇄가능한 영역으로 보내진다. 이 인쇄가능한 영역에 놓인 인쇄 매체의 뒤면에는 압반 (108)이 설비되어 있다.
카트리지 (101)은 2개의 가이드축 (104) 및 (105)를 따라 특정 방향으로 움직일 수 있도록 구성되어 있으며, 이에 의해 헤드 유닛 (103)은 인쇄 영역을 왕복하며 스캐닝할 수 있다. 다음에 설명될 각각의 유닛이 카트리지 (101)에 탑재될 수 있다. 즉, 다수의 색상 각각에 대한 잉크 및 액상 조성물을 토출하는 잉크 젯 헤드, 및 각각의 잉크 젯 헤드에 잉크 또는 액상 조성물을 공급하는 잉크 탱크를 포함하는 잉크 젯유닛 (103)이 탑재되어 있다. 다수의 색상에 대한 잉크로는, 예를 들면 블랙(Bk), 옐로우(Y), 마젠타(M) 및 시안(C)의 4가지 색상을 사용할 수 있다.
카트리지 (101)이 움직일 수 있는 영역의 왼쪽 말단에는 다음에 설명되는 와이핑 메카니즘이 있는 회수 시스템 유닛 (101)이 그 저부에 설비되어 있기 때문에, 인쇄하지 않는 시간에 잉크 젯 헤드의 토출구에 캡을 씌우는 것이 가능해진다. 상기 왼쪽 말단을 잉크 젯 헤드의 홈 위치라고 부른다.
부호 107은 스위치부 및 디스플레이 소자부를 나타내는데, 스위치부는 잉크 젯인쇄 장치의 전원을 켜고 끄는데 사용되고 다양한 인쇄 방식을 설정하는데 사용되며, 디스플레이 소자부는 인쇄 장치의 다양한 상태를 표시하는 부분이다.
도 19는 설명된 잉크 젯인쇄 장치에서 회수 유닛 (110)의 다른 측면의 와이핑 작용 및 와이핑 메카니즘을 도시하는 모식도이다.
도 19에 도시된 잉크 젯카트리지 (103)은 헤드 유닛 (102) 및 잉크 탱크 (20Bk1, 20S 및 20Bk2)를 포함(Y, M 및 C 잉크 탱크는 도시하지 않음)하는데, 헤드 유닛 (102)는 각각의 색상에 대한 잉크 젯 헤드, 즉 블랙 잉크에 대한 헤드 (200Bk1) 및 (200Bk2), 액상 조성물에 대한 헤드 (200S), 시안 잉크에 대한 헤드 (200C), 마젠타 잉크에 대한 헤드 (200M) 및 옐로우 잉크에 대한 헤드 (200Y)를 포함한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드 (118A)와 (118B) 및 잉크 젯 헤드의 토출구 면에 대한 와이핑 및 와이프 작용을 구동시키는 와이프 부재 (117)이 각각의 잉크 젯 헤드에 설비되어 있다. 모든 헤드에 각각 상응하는 블레이드 (118A)와 (118B) 및 와이프 부재 (117)은 와이핑 또는 와이프 작업시 동시에 작용할 수 있다. 즉, 잉크 젯유닛 (103)이 홈 위치에 있고 와이핑 또는 와이프 작업시에, 이들은 토출구 면과 커버 플레이트에 접촉할 수 있는 위치로 움직인 후, 도면에서 화살표로 표시된 와이핑 방향으로 이동하여 2개의 블레이드 (118A) 및 (118B)에 의해 이 구동을 통해 토출구 면을 닦아주게 된다. 한편, 도면에 화살표로 표시된 와이핑 방향에서 토출구 면에 대한 와이프의 구동은, 와이프 부재 (117)이 액상 조성물과 잉크가 섞여 토출구 면에 부착된 물질을 제거함으로써 수행된다.
도 20은 본 실시양태에 따른 잉크 젯 헤드 (200)의 토출구 면을 나타내는 것으로, 토출구 (206) 주변에는 액상 조성물과 잉크의 혼합물 (201)이 부착되는 현상이 나타난다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 실시양태에서의 각 잉크 젯 헤드는 토출구(206)이 2열로 배열되어 있고 토출구 열의 위치는 서로 토출구 크기의 1/2 정도 어긋나 있다. 토출구가 1열로 배열된 경우보다는 2열로 배열된 경우에 2배 정도의 해상도로 인쇄가 수행될 수 있다.
도 21a 및 21b는 각각 도 19에 도시된 와이핑 및 와이프 구동에 대한 메카니즘을 도시하는 정면도 및 측면도이다. 부수적으로, 도 21b에서는 잉크 젯 헤드 (200Y) 등은 도시되어 있지 않고, 단지 블레이드 (118A) 및 (118B) 등과 마주보는 헤드 (200Bk1)만이 도시되어 있다.
특히, 도 21b로부터 분명한 바와 같이, 와이핑을 위한 블레이드에서 2개의 블레이드 (118A) 및 (118B)가 상이한 높이로 설비되어 있다.
본 실시양태에서 와이프 부재 (117)은, 예를 들면 ABS 수지로 만들어진 암(arm) 둘레에 다공성 소결 폴리우레탄을 감아 스프링(도시되지 않음)을 통해 회수 유닛 (110)의 기저부에 부착시킴으로써 수득되는 루비셀클리인 (Rubycellclean, Toyo Polymer Corp)을 이용하여 생성된 것이다. 와이프 부재 (117)에 토출구 면 (205)을 접촉시키는 압력은 접촉 길이 4 mm 당 100 g이 되도록 설정되어 있다. 상기 접촉 압력이 과도하게 높을 경우에는 토출구 면 (205) 매트가 손상되게 되고, 압력이 과도하게 낮을 경우에는 와이프 효과를 충분히 얻을 수 없게 된다. 따라서, 압력을 1 내지 100 g/mm로 설정하는 것이 바람직하고, 약 5 내지 약 30 g/mm로 설정하는 것이 더욱 바람직하다.
블레이드 (118A) 및 (118B)에 사용되는 고무 부재는 에테르 결합을 갖는 폴리올을 재료로 이용하여 만든 우레탄 고무이다. 그러나, 이를 대체할 수 있는 블레이드로서, 염소화 부틸 고무, HNBR, 천연 고무, 이소프렌 고무, 부틸 고무, 스티렌 고무, 니트릴 고무, 규소 고무 등과 같이 물에 대한 저항성, 용매에 대한 저항성 및 마모에 대한 저항성이 양호한 탄성 부재가 사용될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 블레이드는 2개인데, 제1 블레이드 (118A)는 두께 0.6 mm, 자유도 5.0 mm, 침윤도 1.4 mm의 형상이고, 제2 블레이드 (118B)는 두께 1.0 mm, 자유도 10.0 mm, 침윤도 0.8 mm의 형상이다.
부수적으로, 이들 부재 및 설정값이 구체적으로 한정되어 있지만, 액상 조성물, 잉크 및 기록 장치의 구성에 따라 자유롭게 설정할 수도 있다.
도 22a 내지 22d는 본 실시양태의 와이핑 작용을 도시하는 것이다.
와이핑을 수행할 때, 블레이드 (118A)와 (118B), 및 와이프 부재 (117)을 지지하는 홀더가 도면(도 22a)의 화살표 방향으로 이동한 결과 제1 블레이드 (118A)가 곧 토출구 면 (205)에 접촉하게 되고(도 22b), 홀더 (110A)가 이동한 결과 제2 블레이드 (118B)가 토출구 면 (205)에 접촉하게 된다(도 22c). 이들 2개의 블레이드를 토출구 면에 대해 접촉된 채로 미끄러지게 함으로써, 토출구 면 (205)에 부착된 액상 조성물 및 잉크로 만들어진 혼합물과 같은 이물질이 제거될 수 있다. 그리고, 홀더 (110A)를 동일한 방향으로 더 이동시켜 접촉되어 있던 블레이드가 나오게 됨(도 22d)으로써 와이핑을 완료하게 된다.
부수적으로, 도 22c에 도시된 바와 같이 자유 거리(free length)가 더 긴 블레이드 (118B)가 토출구 면 (205)에 접촉됨으로써 발생하는 제2 블레이드 (118B)의 변형에 의해 와이프 부재 (117)이 마찬가지로 변형된다. 이로써, 와이프 부재(117)은 토출구 면 (205)에 접촉되지 않아, 와이핑은 이를 배제한 상태에서 수행된다.
도 23a 내지 23c는 본 실시양태의 와이프 작용을 도시하는 것이다.
와이프 작용은 도 22a 내지 22d에 도시된 홀더 (110A)의 이동과 반대 방향으로 이동함으로써 수행된다. 즉, 홀더 (110A)가 도 23a에 도시된 최초 상태에서 도 23b에 도시된 화살표 방향으로 이동함에 따라, 와이프 부재 (117)은 토출구 면 (205)에 접촉하게 되고, 따라서 상기 기재된 바와 같은 액상 조성물 및 잉크로 만들어진 혼합물을 제거하는 와이핑 작용을 수행하게 된다. 또한, 홀더 (110A)는 동일한 방향으로 더 이동하여 접촉한 상태가 해제됨(도 22d)으로써 와이프 작용을 완료하게 된다.
부수적으로, 도 23b에서 분명한 바와 같이 와이프 작용시에는 블레이드 (118A) 및 (118B) 모두가 토출구 면 (205)에 접촉하게 되어, 와이핑이 동시에 수행된다.
부수적으로, 상기 기재된 바와 같이, 본 실시양태에 사용되는 기록 장치에 있어서, 액상 조성물 및 잉크에 열에너지를 가하여 잉크 소적을 토출하는 잉크 젯 기록 장치를 예시하였다. 또한, 압전 소자를 이용하는 압전기 시스템의 잉크 젯 기록 장치도 역시 사용할 수 있다.
하기에 본 발명을 실시예로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.
<실시예>
본 발명은 하기에 실시예 및 비교예로 더욱 구체적으로 설명할 것이다. 설명 중, 부 및 ％는 달리 언급하지 않는 한 중량부 및 중량％이다.
설명에 나오는 제타 전위는 액상 조성물을 고형물의 농도가 0.1 ％가 되도록 이온 교환수 중에 분산시켜 제조한 샘플을 이용하여 제타 전위 측정 장치(BI-ZETA 플러스, Brookhaven Co.에서 제작함, 액체 온도 : 20 ℃, 아크릴 셀)에 의해 측정하였다. 액상 조성물의 pH는 25 ℃의 액체 온도에서 pH 측정기(Horiba Seisakusho Co., Ltd.에서 제작함; Casternee pH meter D-14)를 이용하여 측정하였다. 미립자의 평균 입경은 액상 조성물을 고형물의 농도가 0.1 ％가 되도록 이온 교환수 중에 분산시켜 제조한 샘플을 이용하여 동적 광 산란형 입도 분포 측정기(dynamic light scattering type particle size distribution meter; Brookhaven Co.에서 제작함, BI-90, 액체 온도 : 20 ℃, 아크릴 셀)로 측정하였다.
우선, 본 발명의 액상 조성물을 제조하는 방법을 설명한다.
본 발명의 액상 조성물 A, B, C 및 D는 하기 기재되는 성분을 혼합 및 용해시키고, 결과의 용액을 가압하에서 세공 크기가 1 ㎛인 막 필터(상표명, Fluoropore filter; Sumitomo Electric Industries Ltd.에서 제작함)를 통해 여과시킴으로써 제조하였다. 각 액상 조성물의 세공 반경 분포 및 세공 용적은 칸타 크롬 컴퍼니(Kanta Chrome Co.)에서 제작한 옴니-솔브(Omni-sorb) 1을 이용하여 질소 흡착 및 탈착 방법에 의해 측정하였다. 하기에 기재되는 바와 같이 샘플을 예비 처리한 후, 셀에 넣어 120 ℃에서 8 시간 동안 진공 탈기시켰다. 세공 반경 분포 및 세공 용적은 바렛 등의 방법(Barrett, et. al., J. Am. Chem. Soc., Vol.73, 373, 1951)에 따라 컴퓨터로 계산하였다.
샘플 제조:
(1) 액상 조성물을 대기 중의 120 ℃에서 10 시간 동안 건조시켜 대부분의 용매를 제거하였다.
(2) 건조된 샘플을 120 ℃로부터 700 ℃까지 1 시간 동안 가열한 후, 700 ℃에서 3 시간 동안 가열하였다.
(3) 소성 후, 샘플을 점차 상온으로 냉각시켜 마노(瑪瑙) 모르타르에서 분쇄하여 분체로 만들었다.
수화 알루미나의 합성예
알루미늄 도데옥시드는 미국 특허 제4,242,271호에 개시된 방법에 의해 제조하였다. 이어서, 알루미늄 도데옥시드를 미국 특허 제4,202,870호에 개시된 방법으로 가수분해하여 알루미나 슬러리를 제조하였다. 이 알루미나 슬러리에 물을 가하여, 수화 알루미나의 고체 함량이 8.2 ％가 되도록 조정하였다. 형성된 알루미나 슬러리의 pH는 9.7이었다. 표 1에 기재된 숙성 조건 하에서 3.9 ％의 질산 수용액으로 pH를 조정하여 콜로이드성 졸을 수득하였다. 이 콜로이드성 졸을 83 ℃에서 분무 건조시켜 알루미나 수화물 A 내지 D를 제조하였다. 수화 알루미나는 모두 물 중에서 표면이 양전하를 띠어 양이온의 특성을 나타냈다. 이들 수화물을 이온 교환수에 분산시키고, 콜로디온 막에 한방울씩 떨어뜨려 측정용 샘플을 제조하였다. 투과 전자 현미경으로 샘플을 관찰한 결과, 모든 샘플이 평평한 형상의 미세한 입자임이 명백하게 나타났다.
수화 알루미나 A B C D
숙성전의 pH 5.7 5.9 5.8 5.7
숙성 온도(℃) 120 100 120 120
숙성 기간 8 시간 5 시간 12 시간 3 일
숙성 장치 오토클레이브 오토클레이브 오토클레이브 오토클레이브
액상 조성물 A의 조성
- 글리세롤7.5 ％
- 디에틸렌 글리콜7.5 ％
- 수화 알루미나 A(평균 입경 130 nm)10.0 ％
- 질산0.3 ％
- 물74.7 ％
상기와 같이 제조된 액상 조성물 A의 pH는 3.8이었고, 제타 전위는 +38 mV였다. 액상 조성물 A를 잉크 젯 기록 장치의 잉크 탱크에 충전하여 건조 상태로 60 ℃에서 1 개월간 보관하여 저장 시험을 했을 때, 잉크 탱크에서 침전물이 관찰되지 않았고, 기록 헤드로부터의 토출 안정성도 훌륭했다. 또한, 액상 조성물 A로부터 수득한 미립자의 응집물에 있어서, 반경이 3 nm 내지 30 nm인 세공의 용적은 0.96 ml/g이었고, 반경이 30 nm보다 큰 세공의 용적은 0.005 ml/g이었다. 또한, 반경이 3 nm 내지 20 nm인 세공의 용적은 0.94 ml/g이었고, 반경이 20 nm보다 큰 세공의 용적은 0.02 ml/g이었다.
액상 조성물 B의 조성
- 1,5-펜탄디올10.0 ％
- 에틸렌 글리콜7.5 ％
- 수화 알루미나 B(평균 입경 80 nm)10.0 ％
- 질산0.6 ％
- 물71.9 ％
상기와 같이 제조된 액상 조성물 B의 pH는 3.7이었고, 제타 전위는 +41 mV였다. 액상 조성물 B를 잉크 젯 기록 장치의 잉크 탱크에 충전하여 건조 상태로 60 ℃에서 1 개월간 보관하여 저장 시험을 했을 때, 잉크 탱크에서 침전물이 관찰되지 않았고, 기록 헤드로부터의 토출 안정성도 훌륭했다. 또한, 액상 조성물 B로부터 수득한 미립자의 응집물에 있어서, 반경이 3 nm 내지 30 nm인 세공의 용적은 0.45 ml/g이었고, 반경이 30 nm보다 큰 세공의 용적은 0.001 ml/g이었다. 또한, 반경이 3 nm 내지 20 nm인 세공의 용적은 0.44 ml/g이었고, 반경이 20 nm보다 큰 세공의 용적은 0.01 ml/g이었다.
액상 조성물 C의 조성
- 글리세린7.5 ％
- 프로필렌 글리콜7.5 ％
- 수화 알루미나 C(평균 입경 180 nm)10.0 ％
- 질산0.5 ％
- 물74.5 ％
상기와 같이 제조된 액상 조성물 C의 pH는 3.7이었고, 제타 전위는 +39 mV였다. 액상 조성물 C를 잉크 젯 기록 장치의 잉크 탱크에 충전하여 건조 상태로 60 ℃에서 1 개월간 보관하여 저장 시험을 했을 때, 잉크 탱크에서 침전물이 관찰되지 않았고, 기록 헤드로부터의 토출 안정성도 훌륭했다. 또한, 액상 조성물 C로부터 수득한 미립자의 응집물에 있어서, 반경이 3 nm 내지 30 nm인 세공의 용적은 0.90 ml/g이었고, 반경이 30 nm보다 큰 세공의 용적은 0.01 ml/g이었다. 또한, 반경이 3 nm 내지 20 nm인 세공의 용적은 0.83 ml/g이었고, 반경이 20 nm보다 큰 세공의 용적은 0.08 ml/g이었다.
액상 조성물 D의 조성
- 2-피롤리돈7.5 ％
- 에틸렌 우레아7.5 ％
- 수화 알루미나 D(평균 입경 210 nm)10.0 ％
- 질산0.5 ％
- 물74.5 ％
상기와 같이 제조된 액상 조성물 D의 pH는 4.2였고, 제타 전위는 +36 mV였다. 액상 조성물 D를 잉크 젯 기록 장치의 잉크 탱크에 충전하여 건조 상태로 60 ℃에서 1 개월간 보관하여 저장 시험을 했을 때, 잉크 탱크에서 침전물이 관찰되지 않았고, 기록 헤드로부터의 토출 안정성도 훌륭했다. 또한, 액상 조성물 D로부터 수득한 미립자의 응집물에 있어서, 반경이 3 nm 내지 30 nm인 세공의 용적은 0.79 ml/g이었고, 반경이 30 nm보다 큰 세공의 용적은 0.05 ml/g이었다. 또한, 반경이 3 nm 내지 20 nm인 세공의 용적은 0.70 ml/g이었고, 반경이 20 nm보다 큰 세공의 용적은 0.14 ml/g이었다.
하기에 본 발명의 실시예 및 비교예에 사용된 잉크 서브셋 1 및 2를 설명한다.
- 잉크 서브셋 1의 제조 -
블랙 염료 잉크 Bk1, 옐로우 염료 잉크 Y1, 마젠타 염료 잉크 M1 및 시안 염료 잉크 C1을 제조하기 위해, 하기 기재된 각 성분을 혼합하고 충분히 교반하여 이들을 용해시킨 후, 각 용액을 가압하에서 세공 크기가 0.45 ㎛인 플루오로포어 필터(상표명, Sumitomo Electric Industries Ltd.에서 제작함)를 통해 여과시켰다. 이들 염료의 조합을 잉크 서브셋 1이라 불렀다.
<블랙 잉크 Bk1>
- C. I. 다이렉트 블랙(Direct Black) 1952.5 부
- 2-피롤리돈10 부
- 글리세린5 부
- 이소프로필 알콜4 부
- 수산화나트륨0.4 부
- 물78.1 부
<옐로우 잉크 Y1>
- 프로젝트 패스트 옐로우(Project Fast Yellow) 2
(Zeneca Co.에서 제조함)2.0 부
- C. I. 다이렉트 옐로우 861.0 부
- 티오디글리콜8 부
- 에틸렌 글리콜8 부
- 아세틸레놀 EH(Kawaken Chemicals Co.에서 제조함)0.2 부
- 이소프로필 알콜4 부
- 물76.8 부
<마젠타 잉크 M1>
- 프로젝트 패스트 마젠타(Project Fast Magenta) 2
(Zeneca Co.에서 제조함)3 부
- 글리세린7 부
- 우레아7 부
- 아세틸레놀 EH(Kawaken Chemicals Co.에서 제조함)0.2 부
- 이소프로필 알콜4 부
- 물78.8 부
<시안 잉크 C1>
- C. I. 다이렉트 블루(Direct Blue) 1993 부
- 에틸렌 글리콜7 부
- 디에틸렌 글리콜10 부
- 아세틸레놀 EH(Kawaken Chemicals Co.에서 제조함)0.3 부
- 물79.7 부
- 잉크 서브셋 2의 제조 -
하기 기재되는 바와 같이 안료 분산액을 제조한 후, 이 안료 분산액을 이용하여 블랙 안료 잉크 Bk2를 제조하였다. 이와 유사하게, 옐로우 안료 잉크 Y2, 마젠타 안료 잉크 M2 및 시안 안료 잉크 C2를 제조하였다. 이들 안료 잉크의 조합을 잉크 서브셋 2라 불렀다.
<블랙 잉크 Bk2>
1. 안료 분산액의 제조
- 스티렌-아크릴산-에틸 아크릴레이트 공중합체
(산가 140, 중량 평균 분자량 5,000)1.5 부
- 모노에탄올아민1.0 부
- 디에틸렌 글리콜5.0 부
- 이온 교환수81.5 부
상기 성분을 혼합하고 70 ℃의 수조에서 가열하여 수지 성분을 완전히 용해시켰다. 수득된 용액을 카본 블랙(신규 실험 제품) 10 부(MCF 88, MitsubishiKasei Corporation에서 제조함) 및 이소프로필 알콜 1부와 더 혼합하고, 30 분 동안 예비 혼합한 후, 하기 조건에서 분산 처리하였다.
- 분산 장치: 모래 연삭기(Igarashi Kikai K.K.에서 제작함)
- 분쇄 매질: 직경 1 mm의 지르코늄 비드
- 분쇄 매질의 충전률: 50 ％(부피비)
- 분쇄 시간: 3 시간
이어서, 결과의 용액을 원심분리(12,000 rpm, 20 분 동안)하여 굵은 입자를 제거함으로써 분산액을 제조하였다.
2. 블랙 잉크 Bk2의 제조
이와 같이 수득된 안료 분산액을 이용하여, 하기 성분을 혼합함으로써 안료를 함유하는 잉크를 제조하였고, 이를 블랙 잉크 Bk2라 불렀다.
- 상기 안료 분산액30.0 부
- 글리세린10.0 부
- 에틸렌 글리콜5.0 부
- N-메틸피롤리돈5.0 부
- 에틸 알콜2.0 부
- 이온 교환수48.0 부
<옐로우 잉크 Y2>
안료를 함유하는 마젠타 잉크 Y2를, 카본 블랙 MCF 88 대신 피그먼트 옐로우(Pigment Yellow) 74를 사용한 것을 제외하고 블랙 잉크 Bk2 제조와 동일한방식으로 제조하였다.
<마젠타 잉크 M2>
안료를 함유하는 마젠타 잉크 M2를, 카본 블랙 MCF 88 대신 피그먼트 레드(Pigment Red) 7을 사용한 것을 제외하고 블랙 잉크 Bk2 제조와 동일한 방식으로 제조하였다.
<시안 잉크 C2>
안료를 함유하는 시안 잉크 C2를, 카본 블랙 MCF 88 대신 피그먼트 블루(Pigment Blue) 15를 사용한 것을 제외하고 블랙 잉크 Bk2 제조와 동일한 방식으로 제조하였다.
<실시예 1 내지 실시예 8>
액상 조성물 A, B, C 및 D와 잉크 서브셋 1(Bk1, Y1, M1 및 C1) 및 잉크 서브셋 2(Bk2, Y2, M2 및 C2)의 칼라 잉크를 표 2에 기재된 바와 같이 조합하여 인쇄를 수행하였다.
실시예 잉크 서브셋 액상 조성물
1 1 A
2 1 B
3 1 C
4 1 D
5 2 A
6 2 B
7 2 C
8 2 D
실시예 1 내지 8에서, 액상 조성물 A 내지 D와 잉크 서브셋 1 및 2의 조합중 하나를 이용하여 PPC 종이(Canon Inc.에서 제조함)에 칼라 화상을 생성하였다. 인쇄를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 5개의 기록 헤드가 있는 도 1의 잉크 젯 기록 장치를 사용하였다.
특히, 인쇄 영역이 3회 스캐닝되는 3-패스(pass) 고급 인쇄를 수행하였다. 인쇄시, 옐로우, 마젠타, 시안 또는 블랙 잉크가 부여되는 화소에 상응하는 위치에 각각의 액상 조성물을 부여하였다. 즉, 각각의 패스시에 옐로우, 마젠타, 청색 및 블랙에 대한 인쇄 데이타의 논리적인 합을 액상 조성물의 부여에 대한 데이타로서 사용하였다. 고급 인쇄에 사용된 미세한 마스크의 유형은 특별히 제한되지 않으며, 어떠한 공지된 기술이라도 적용될 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 하지 않겠다.
여기서 사용된 기록 헤드는 600 dpi의 기록 밀도로 구동했으며, 구동 조건은 9.6 kHz의 구동 빈도였다. 옐로우, 마젠타 및 시안 잉크와 액상 조성물에 대해서는 1 도트(dot) 당 15 ng을 토출하는 헤드를 사용하였고, 블랙 잉크에 대해서는 1 도트 당 30 ng을 토출하는 헤드를 사용하였다. 동일한 기록 조건을 실시예 및 비교예에 사용하였다.
<비교예 1 및 비교예 2>
표 3에 기재된 바와 같이, 잉크 서브셋 1 및 2만을 사용하여 인쇄를 수행하였다.
비교예 잉크 서브셋 액상 조성물
1 1 없음
2 2 없음
실시예 1 내지 8과 동일한 기록 조건에서 기록을 수행하였다.
<평가 방법 및 평가 기준>
실시예 1 내지 8과 비교예 1 내지 2에서 생성된 기록 화상을 하기의 평가 방법 및 평가 기준에 따라 평가하였다. 그 결과는 표 4에 기재되어 있다.
기록된 화상에 대한 평가 방법
(1) 착색도
동일한 화상 형성 조건을 이용하는 프린터와 액상 조성물 및 잉크 서브셋을 사용하여 매우 미세한 XYZ의 RGB 칼라 차트인 CIELAB RGB 표준 화상(SHIPP; Image Electronic Soc.에 의해 간행된 "Highly Fine Standardized Image Formation Committee")을 인쇄하고, 인쇄된 칼라 차트를 비색 분석하였다. 비색 분석법은 광원이 D50이고 가시 필드가 2°인 조건 하에서 GRETAG 스펙트로리노(상표명, Spectrolino)를 이용하여 수행하였다. 착색도는 색상 분포의 3차원 전충성(이하, 색상 전반 부피라 부름)을 상기 제품의 기술 매뉴얼에 기재된 방법에 따라 컴퓨터로 분석하고 그 결과를 비교함으로써 평가하였다. 생성된 화상의 색상 전반 부피를 잉크 서브셋(비교예 1 또는 2)만을 이용하여 인쇄된 화상의 색상 전반 부피와 비교하여, 하기 평가 기준에 따라 그 비율을 분류하였다.
AAA:색상 전반 부피의 비율이 1.7 이상이었다.
AA:색상 전반 부피의 비율이 1.5 이상, 1.7 미만이었다.
A:색상 전반 부피의 비율이 1.4 이상, 1.5 미만이었다.
BB:색상 전반 부피의 비율이 1.2 이상, 1.4 미만이었다.
B:색상 전반 부피의 비율이 1.0 이상, 1.2 미만이었다.
C:색상 전반 부피의 비율이 1.0 미만이었다.
동시에, 잉크 젯 프린터(상표명; Color BJ paper LC-101, Canon Inc.에서 제작함)를 이용하여 코팅지에 잉크 서브셋 1로 화상을 형성하고, 색상 전반 부피를 비교예 1에서 형성된 인쇄물의 색상 전반 부피와 비교하였다. 그 비율은 1.3이었다.
(2) 균일성
상기 기재된 프린터를 이용하여 액상 조성물을 포함하거나 포함하지 않은 상태로 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙의 단색 화상을 형성한 후, 백색 헤이즈(haze) 및 색상 불규칙성을 눈으로 관찰하여 색의 균일성을 평가하였다. 균일성이 특히 열등한 색상을 평가 대상으로 뽑았다. 평가 기준은 하기와 같다.
A: 백색 헤이즈 및 색상 불규칙성이 거의 관찰되지 않았다.
B: 인쇄지의 섬유 조직을 따라 백색 헤이즈 및 색상 불규칙성이 약간 관찰되기는 하지만, 그 정도가 사실상 허용가능한 수준이었다.
C: 인쇄지의 섬유 조직을 따라 백색 헤이즈 및 색상 불규칙성이 두드러지게 관찰되었다.
(3) 줄무늬형 불규칙성(Stripe-like irregularity)
상기 기재된 프린터를 이용하여 액상 조성물을 포함하거나 포함하지 않은 상태로 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙의 단색 화상을 형성한 후, 줄무늬형 불규칙성을 눈으로 관찰하여 평가하였다. 줄무늬형 불규칙성이 특히 열등한 칼라 화상을평가 대상으로 뽑았다. 평가 기준은 하기와 같다.
A: 줄무늬형 불규칙성이 거의 관찰되지 않았다.
B: 헤드 스캐닝시 매번 줄무늬형 불규칙성이 약간 관찰되기는 하지만, 그 정도가 사실상 허용가능한 수준이었다.
C: 헤드 스캐닝시 매번 줄무늬형 불규칙성이 두드러지게 관찰되었다.
(4) 내찰과성
상기 프린터를 이용하여 액상 조성물을 포함하거나 포함하지 않은 상태로 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙의 잉크로 각 색상의 단색 화상을 형성하였다. 인쇄한지 16 시간 후, 실본(silbon)지를 인쇄부 위에 올려놓고, 3.5 cm × 3.5 cm의 무게추를 더 올려놓아 40 g/cm2의 중량을 가한 다음, 15 cm/초의 속도로 실본지를 잡아끌었다. 내찰과성이 특히 열등한 칼라 화상을 평가 대상으로 뽑았다. 평가 기준은 하기와 같다.
A: 잉크 제거가 거의 관찰되지 않았다.
B: 실본지에 잉크가 약간 부착되기는 하지만, 인쇄부의 탈색 정도가 눈에 띄지 않는 수준이었다.
C: 상당량의 잉크가 실본지에 부착되어, 인쇄부에서 분명한 탈색이 관찰되었다.
(5) 텍스춰
상기 프린터를 이용하여 액상 조성물을 포함하거나 포함하지 않은 상태로 옐로우, 마젠타, 시안 및 블랙의 잉크로 각 색상의 단색 화상을 형성하였다. 눈으로 관찰하여 기록 매체의 텍스춰를 평가하였다. 평가 기준은 하기와 같다.
A: 인쇄된 부분과 인쇄되지 않은 부분에서 부조화가 관찰되지 않았고, 보통지의 텍스춰를 원래 상태로 보존하였다.
B: 인쇄된 부분과 인쇄되지 않은 부분의 텍스춰가 서로 상이하거나, 기록 매체의 텍스춰가 보통지의 텍스춰과 완전히 상이했다.
착색성 균일성 줄무늬형 불규칙성 내찰과성 텍스춰
실시예 1 AAA A A A A
실시예 2 AAA A A A A
실시예 3 AAA A A A A
실시예 4 AA A A A A
실시예 5 AAA A A A A
실시예 6 AAA A A A A
실시예 7 AAA A A A A
실시예 8 AAA A A A A
비교예 1 B C A A A
비교예 2 B C A C A
<실시예 9 내지 15>
화상 품질에 대한 기록 매체 유형의 영향을 조사하기 위해, 액상 조성물 A와 잉크 서브셋 1의 4색 잉크를 사용하여 7가지 유형의 보통지에 상기 실시예에 기재된 것과 동일한 방식으로 화상을 형성하였다. 이들 보통지는 하기 기재된 상표명으로 널리 시판되는 것들이다. 상기 기재된 평가 기준에 따라 화상을 평가하였다. 그 결과는 표 5에 기재되어 있다.
<기록 매체>
1) 캐논 인크.(Canon Inc.)에서 제조한 PB 용지
2) 캐논 인크에서 제조한 브릴리언트 화이트 페이퍼(Brilliant White Paper)
3) 유니온 캠프 컴퍼니(Union Camp Co.)에서 제조한 그레이트 화이트 잉크 젯(Great White Ink Jet)
4) 햄머밀 컴퍼니(Hammermill Co.)에서 제조한 제트 프린트(Jet Print)
5) 제록스 컴퍼니(Xerox Co.)에서 제조한 제록스 4024
6) 휴렛 패커드 컴퍼니(Hewlett Packard Co.)에서 제조한 브라이트 화이트 잉크 젯페이퍼(Bright White InkJet Paper)
7) 오스닷 레이 컴퍼니(Aussdat Ray Co.)에서 제조한 레이 제트(Ray Jet).
실시예 기록 매체 착색성 균일성 줄무늬형 불규칙성 내찰과성 텍스춰
9 1) AAA A A A A
10 2) AAA A A A A
11 3) AAA A A A A
12 4) AAA A A A A
13 5) AAA A A A A
14 6) AAA A A A A
15 7) AAA A A A A
표 5에 기재된 실시예 9 내지 15의 결과에 따라, 수득된 화상이 기록 매체의 유형에 무관하게 착색성, 균일성, 줄무늬형 불규칙성, 내찰과성 및 텍스춰의 모든 면에서 만족스럽다는 것을 확인하였다.
기 기재된 바와 같이, 본 발명에서는 칼라 잉크 젯 기록의 경우, 특히 보통지의 경우에 훌륭한 착색성 및 색의 균일성을 얻을 수 있는 액상 조성물 측정 방법이 제공되며; 또한, 액상 조성물, 잉크 셋, 해당 기록 매체에 칼라 화상을 형성하는 방법, 및 잉크 젯 기록 장치가 제공되며, 이 모든 것들은 보통지의 텍스춰는 그대로 유지하면서 착색성 및 색의 균일성이 코팅지에 형성된 화상만큼 훌륭하고 광택없는 화상부에 대한 줄무늬형 불균일성이 거의 없으며 인쇄부의 내마모성이 높은 잉크 젯 기록 화상을 얻게 해준다. 또한, 본 발명에서는 저장 안성성이 훌륭하고, 기록 헤드 사출 안정성이 훌륭하며, 또한 잉크 젯 기록성이 훌륭한 액상 조성물이 제공된다.

Claims (45)

  1. i) 미립자 및 용매를 함유하는 액상 조성물을
    (a) 상기 액상 조성물의 용매를 120 ℃에서 대기 분위기하에서 10 시간 동안 증발시키고, 액상 조성물을 건조시키는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)로부터 얻은 건조된 액상 조성물을 120 ℃로부터 700 ℃까지 1 시간에 걸쳐 승온시킨 후, 700 ℃에서 3 시간 동안 소성시키는 단계; 및
    (c) 상기 단계 (b)에서 얻은 소성물을 서서히 냉각시키고, 소성물을 분체화하여 미립자의 응집물을 얻는 단계의 전처리를 행하는 단계, 및
    ii) 상기 응집물을 120 ℃에서 8 시간 동안 진공 탈기시키고, 질소 흡탈착법으로 응집물의 세공의 물성을 측정하는 단계
    를 포함하는 액상 조성물의 측정 방법.
  2. 착색 물질을 함유하는 잉크와 함께 기록 매체상에 착색부를 형성하는데 사용되는 액상 조성물에 있어서, 상기 액상 조성물은 용매 및 잉크중의 착색 물질과 반응하는 미립자를 포함하고, 상기 미립자는 제1항에 따른 전처리 단계 (a) 내지 (c)에 의해 세공을 갖는 응집물을 형성하고, 상기 응집물은 세공을 가지며, 제1항에 정의된 액상 조성물의 측정 방법에 따라 측정할 때, 반경이 3 내지 30 nm인 세공의 용적은 0.4 ㎖/g 이상이고, 반경이 30 nm를 넘는 세공의 용적은 0.1 ㎖/g 이하인 것을 특징으로 하는 액상 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 반경이 3 내지 20 nm인 세공의 용적이 0.4 ㎖/g 이상이고, 반경이 20 nm를 넘는 세공의 용적이 0.1 ㎎/g 이하인 액상 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 잉크가 음이온계 또는 양이온계 수성 잉크이고, 수성 액상 조성물이 분산 상태로 미립자를 함유하고, 미립자가 수성 잉크의 표면과 반대 극성으로 대전된 액상 조성물.
  5. 제2항에 있어서, 착색부가 형성될 때 미립자가 그의 표면상에 잉크중의 착색 물질을 흡착하여 착색 물질의 응집을 방지하는 액상 조성물.
  6. 제2항에 있어서, 제타 전위가 +5 내지 +90 mV인 액상 조성물.
  7. 제2항에 있어서, 산을 더 포함하며, pH가 2 내지 7로 조정된 액상 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 산의 물중 1차 해리 상수 pKa가 5 이하인 액상 조성물.
  9. 제2항에 있어서, 제타 전위가 -5 내지 -90 mV인 액상 조성물.
  10. 제2항에 있어서, 염기를 더 함유하며, pH가 7 내지 12로 조정된 액상 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 염기의 물중 1차 해리 상수 pKb가 5 이하인 액상 조성물.
  12. 제2항에 있어서, 미립자의 평균 입경이 0.005 내지 1 ㎛의 범위내인 액상 조성물.
  13. 착색 물질을 함유하는 잉크, 및 착색 물질과 반응하는 미립자를 함유하는 제2항에 정의된 액상 조성물을 독립적으로 포함하는 잉크 셋.
  14. 제13항에 있어서, 반경이 3 내지 20 nm인 세공의 용적이 0.4 ㎖/g 이상이고, 반경이 20 nm를 넘는 세공의 용적이 0.1 ㎖/g 이하인 잉크 셋.
  15. 제13항에 있어서, 잉크가 음이온계 또는 양이온계 수성 잉크이고, 액상 조성물이 분산 상태로 미립자를 함유하는 수성 액상 조성물이고, 미립자의 표면이 수성 잉크의 표면과 반대 극성으로 대전된 잉크 셋.
  16. 제13항에 있어서, 잉크가 옐로우 잉크, 마젠타 잉크, 시안 잉크, 블랙 잉크,레드 잉크, 블루 잉크 및 그린 잉크로부터 선택되는 1종 이상인 잉크 셋.
  17. 제13항에 있어서, 잉크가 옐로우 잉크, 마젠타 잉크 및 시안 잉크를 개별적으로 포함하는 잉크 셋.
  18. 제13항에 있어서, 잉크가 옐로우 잉크, 마젠타 잉크, 시안 잉크 및 블랙 잉크를 개별적으로 포함하는 잉크 셋.
  19. 제13항에 있어서, 잉크가 음이온성이며, 액상 조성물의 제타 전위가 +5 내지 +90 mV인 잉크 셋.
  20. 제13항에 있어서, 잉크가 음이온성이며, 액상 조성물이 산을 함유하고 pH가 2 내지 7로 조정된 잉크 셋.
  21. 제20항에 있어서, 액상 조성물중의 산의 물중 1차 해리 상수 pKa가 5 이하인 잉크 셋.
  22. 제13항에 있어서, 잉크가 양이온성이고, 액상 조성물의 제타 전위가 -5 내지 -90 mV인 잉크 셋.
  23. 제13항에 있어서, 잉크가 양이온성이며, 액상 조성물이 염기를 함유하고, pH가 7 내지 12로 조정된 잉크 셋.
  24. 제23항에 있어서, 액상 조성물중 염기의 물중 1차 해리 상수 pKb가 5 이하인 잉크 셋.
  25. 제13항에 있어서, 액상 조성물중에 분산된 미립자의 평균 입경이 0.005 내지 1 ㎛의 범위내인 잉크 셋.
  26. 제13항에 있어서, 잉크가 음이온성이며 음이온계 화합물을 함유하는 잉크 셋.
  27. 제26항에 있어서, 잉크가 음이온성 기를 갖는 수가용성 염료를 음이온계 화합물로서 함유하는 잉크 셋.
  28. 제26항에 있어서, 잉크가 표면에 음이온성 기를 갖는 안료를 음이온계 화합물로서 함유하는 잉크 셋.
  29. 제26항에 있어서, 잉크가 안료 및 그의 분산제인 음이온계 화합물을 함유하는 잉크 셋.
  30. 제13항에 있어서, 잉크가 양이온성이며 양이온계 화합물을 함유하는 잉크 셋.
  31. (i) 착색 물질을 함유하는 잉크를 기록 매체에 부여하는 단계, 및
    (ii) 제2항의 액상 조성물을 기록 매체에 부여하는 단계
    를 포함하는 기록 매체상에 착색부를 형성시키는 방법.
  32. (i) 착색 물질을 함유하는 잉크를 기록 매체에 부여하는 단계, 및
    (ii) 제3항의 액상 조성물을 기록 매체에 부여하는 단계
    를 포함하는 기록 매체상에 착색부를 형성시키는 방법.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서, 잉크가 음이온계 또는 양이온계 수성 잉크이고, 수성 액상 조성물이 분산 상태로 미립자를 함유하고, 미립자의 표면이 수성 잉크의 표면과 반대 극성으로 대전되는 방법.
  34. 제31항 또는 제32항에 있어서, 단계 (ii) 후에 단계 (i)을 수행하는 방법.
  35. 제31항 또는 제32항에 있어서, 단계 (i) 후에 단계 (ii)를 수행하는 방법.
  36. 제31항 또는 제32항에 있어서, 단계 (i) 후에 단계 (ii)를 수행하고, 단계 (ii) 후에 단계 (i)을 다시 수행하는 방법.
  37. 제31항 또는 제32항에 있어서, 단계 (i)에서, 기록된 신호에 따라 잉크가 오리피스로부터 토출되는 잉크 젯 기록 방법에 의해 잉크가 기록 매체에 부여되는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 잉크 젯 기록 방법이 잉크에 열 에너지를 가하여 잉크를 토출시키는 것인 방법.
  39. 제31항 또는 제32항에 있어서, 단계 (ii)에서, 액상 조성물이 기록 신호에 따라 오리피스로부터 토출되는 잉크 젯 기록 방법에 의해 액상 조성물이 기록 매체에 부여되는 방법.
  40. 제39항에 있어서, 잉크 젯 기록 방법이 액상 조성물에 열 에너지를 가하여 액상 조성물을 토출시키는 것인 방법.
  41. 착색 물질을 포함하는 잉크를 수용하는 잉크 용기 및 잉크 토출용 잉크 젯헤드가 구비된 제1 기록 유닛, 및 제2항에 따른 액상 조성물을 수용하는 액상 조성물 용기 및 액상 조성물 토출용 잉크 젯 헤드가 구비된 제2 기록 유닛을 포함하는 잉크 젯 기록 장치.
  42. 착색 물질을 포함하는 잉크를 수용하는 잉크 용기, 제2항에 따른 액상 조성물을 수용하는 액상 조성물 용기, 및 잉크와 액상 조성물을 각각 토출하는 잉크 젯 헤드를 포함하는 잉크 젯 기록 장치.
  43. 제41항 또는 제42항에 있어서, 잉크 젯 헤드가 액체에 열 에너지를 가하여 액체를 토출시키는 열적 잉크 젯 헤드인 잉크 젯 기록 장치.
  44. 제2항에 있어서, 잉크가 양이온성 또는 음이온성이며, 액상 조성물과 잉크가 서로 액상으로 접촉하여, 잉크중의 착색 물질이 실질적으로 잉크에서와 동일한 분자 상태를 유지하면서 액상 조성물중 미립자의 표면상에 흡착 또는 결합되어 착색부가 형성되는 잉크 조성물.
  45. 제3항에 있어서, 잉크가 양이온성 또는 음이온성이며, 액상 조성물과 잉크가 서로 액상으로 접촉하여 잉크중의 착색 물질이 실질적으로 잉크에서와 같은 동일한 분자 상태를 유지하면서 액상 조성물중 미립자의 표면상에 흡착 또는 결합되어 착색부가 형성되는 잉크 조성물.
KR10-2001-0061673A 2000-10-06 2001-10-06 액상 조성물의 측정 방법과 액상 조성물 및 잉크 셋 KR100476613B1 (ko)

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