KR20030019023A - 인쇄용 겔-잉크의 제조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄용 잉크 조성물에 관한 것으로 물, 유기용매 및 수용성 색소 등과 함에 잔탄검(xanthan gum)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉, 잔탄검을 함유한 잉크는 일정한 점도를 유지하다가 외부의 힘에 의하여 점도가 급격히 떨어져 흐름이 원활해지고, 힘이 제거되면 다시 원래의 점도로 돌아가는 성질을 이용한 것이다. 이러한 성질은 기존의 잉크보다 잉크의 번짐성을 탁월하게 줄일 수 있다. 일반적으로 프린터 잉크의 조성물은 건조성, 내광성, 내수성 등의 조건을 만족시켜야 한다. 본 발명에서 잔탄검을 포함하는 잉크 조성물은 이와 같은 프린터 잉크가 갖추어야 되는 제반 조건을 만족시키는 것은 물론 잉크의 흐름성을 좋게 하여 인쇄시에 잉크의 흐름성 및 토출 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 잉크가 겔 상태로 유지되므로 잉크를 장기간 방치 후에 사용하여도 잉크가 건조되지 않기 때문에 노즐에서 잉크가 원활하게 분사되도록 한다. 일반적으로 기존에는 잉크카트리지에 스폰지를 넣어, 여기에 잉크가 흡수된 상태로 보관된다. 그러나, 이와 같은 상태에서는 잉크의 건조가 일어나기 쉬운 것은 물론 스폰지에 흡수된 잉크가 전량 토출되지 못하고 남게 되어 잉크가 낭비됨과 동시에 남은 잉크를 그대로 폐기하는 데서 발생하는 환경 문제 또한 무시할 수 없는 등의 단점이 있었다. 그래서, 본 발명에서는 잔탄검을 이용하여 잉크를 겔화시키는 방법으로 이러한 문제를 해결하였다. 즉, 스폰지를 사용하지 않으면서도 기본적인 물성에는 영향을 주지 않는 방법으로 잉크 카트리지에 담겨 있는 잉크를 전량 소모할 수 있고, 다른 한편으로는 겔 상태로 유지되므로 잉크의 흐름성 및 토출 안정성을 향상시키는 것은 물론 장기보존성도 좋게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

인쇄용 겔-잉크의 제조 {preparation of gel-ink for printing}

본 발명은 인쇄용 분사 잉크의 제조를 위한 조성물에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 잔탄검을 포함하는 잉크젯 프린터용 잉크 조성물에 관한 것이다.

이러한 잉크젯 방식의 인쇄용 분사 잉크 조성물은 염료가 주용매로 사용되는 물에 용해되어 있는 수성 잉크이면서도 내수성을 가져야 하는 등의 요건을 갖추어야 하므로 각종 유기 용매류와 함께 분산제, 침투제 등과 같은 보조재를 사용하고 있다. 그러나, 흐름성 및 잉크 번짐성 등에서는 아직까지 만족스러운 결과를 얻지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 잉크젯 방식의 인쇄용 분사 잉크의 건조성, 흐름성, 토출 안정성 및 내수성, 잉크번짐성 등을 향상시키기 위한 방법으로 잉크 조성물의 조성에 대한 많은 제안이 제시되어 왔다. 그러나, 카트리지 내에 들어 있는 스폰지에 잉크를 흡수시키는 일반적인 방법으로는 이와 같은 문제점을 해결하는 데 한계가 있을 수밖에 없다. 또한, 스폰지에 흡수되어 있는 잉크는 어떠한 방법으로도 완전히 사용할 수는 없다. 또한, 스폰지 기공의 정밀도 및 흡수력에 따라 잉크의 흐름에 장애를 초래하기도 하고, 잉크 제조시 사용된 용매의 종류에 따라 잉크의 건조가 촉진되어 프린터 노즐의 막힘 현상이 나타나는 것은 물론, 이로 인하여흐름성 및 토출 안정성 등에 나쁜 영향을 주는 등의 문제점이 자주 나타나게 되어 장기간 보관시 노즐 끝이 분산제의 영향으로 점조하게 되거나 잉크의 흐름성이 떨어지는 경우가 발생할 수 있는 원인이 된다. 다른 한편으로는, 카트리지 내에 있는 스폰지에 흡수된 잉크가 모두 소진되지 못하고 그대로 폐기되는 관계로 발생하는 환경 오염 문제 또한 무시할 수 없는 단점으로 작용하고 있다. 따라서, 잉크젯 프린터용 잉크에서 요구되는 모든 요건을 만족시키면서 가장 문제가 되는 흐름성 및 토출 안정성과 장기 보존성에 대한 개선, 그리고 카트리지에 남아 있는 잉크로 인해 발생할 수 있는 환경 오염 방지를 위한 일환으로 본 연구자들은 잔탄검을 이용하여 잉크를 겔화시킴으로서 이러한 문제를 해결하였다.

따라서, 본 발명은 잉크젯 방식 인쇄용 잉크 조성물의 겔화에 관한 것이다.

지금까지 잉크젯 방식의 인쇄에 사용된 잉크의 건조 방지, 흐름성 및 토출 안정성, 잉크 번짐성 등의 성능을 향상시키기 위한 여러 가지 제안이 있어 왔으나, 대부분 잉크카트리지에 스폰지가 장착된 상태에서 유기 용매나 각종 첨가제를 이용하여 문제점을 해결하고자 하였다. 이에 대하여 본 발명에서는 잉크젯 인쇄용 잉크의 조성물에 대한 기존 기술의 문제점을 해결하기 위하여 잔탄검을 사용하여 잉크를 겔화시키는 방법으로 잉크의 번짐성을 방지함과 동시에 인쇄시에 잉크를 모두 소모할 수 있도록 하여 경제성을 높이고, 환경 오염 문제를 감소시키는 것은 물론 잉크의 흐름성 및 토출안정성을 향상시키면서 장기 보존성도 우수한 인쇄용 잉크 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

종래의 스폰지가 장착된 잉크카트리지용 잉크 조성물은 카트리지내의 스폰지에 흡수된 잉크를 모두 소모하지 못하므로서 경제적 손실과 함께 버려지는 잉크와 함께 발생되는 환경 오염 문제가 단점으로 지적되어 왔다.

다른 한편으로는 장기 보관시 스폰지에 흡수되어 있는 잉크의 건조에 의한 고화 작용으로 프린터 노즐의 막힘 현상이 나타나는 등의 문제점이 계속적으로 발생되어 왔다.

따라서, 이와 같은 문제가 발생되지 않는 잉크 조성물을 제공하기 위하여 본 발명자들은 잉크젯 인쇄용 잉크 조성물에 잔탄검을 첨가하게 되면 용액이 겔화 되는 것에 착안하였고, 이러한 형태로 인쇄를 하게 되면 잉크의 번짐이 없고 노즐에서 분사된 후의 건조가 신속하고, 흐름성 및 토출안정성에서도 우수한 결과를 나타내는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명은 다당류의 일종인 잔탄검이 포함된 것을 특징으로 하는 잉크젯 방식의 인쇄용 잉크 조성물을 제공한다.

본 발명은 잔탄검 0.01 내지 5 중량%, 수용성 및 유용성 유기용매 1 내지 40 중량%, 물 40 내지 90 중량% 및 첨가제 0.1 내지 15 중량% 를 포함하는 프린터용 잉크 조성물을 제공한다.

본 발명에서 제공하는 잉크젯 프린터용 분사 잉크에 대하여 잉크의 겔화를 위하여 사용되는 잔탄검의 사용량은 요구되는 잉크의 성질에 따라, 또는 사용되는 유기 용매의 양 및 각종 첨가제의 조성비에 따라 다르지만 0.01 내지 5 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 0.1 내지 0.5 중량%를 첨가하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 잉크가 겔화되어 있어서 잉크를 장기간 보관하여도 수분 및 유기 용매의 증발로 인한 용액의 점도 상승이 일어나지 않는 특징적인 성질을 갖는다. 그러나, 첨가량이 5 중량 %를 초과하면, 너무 단단하게 되어 잉크의 흐름이 일어나기 어려우며, 0.01 중량% 미만이면 기존 잉크에 대하여 겔화에 따른 잉크의 장점이 나타나지 않으므로 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 잉크 조성물은 초순수를 사용되는 것이 좋으며 일반적으로 잉크 조성물의 40 내지 90중량%가 포함되게 되는데, 물의 양은 잔탄검의 사용량에 따른 탄성의 변화 등과 같은 여러 가지 물리적 특성에 따라 물과 유기용매의 양을 조절하여 사용한다.

또한, 상기 잉크 조성물에 포함되는 수용성 유기용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 노르말부탄올과 같은 탄소수 1내지 4의 저급 알코올류; 아세톤 및 아세톤 알코올과 같은 케톤과 케톤알코올류; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜과 같은 알킬렌글리콜 및 폴리알킬렌글리콜류; 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 트리에틸글리콜 모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노부틸에테르와 같은 다가알콜의 저급알킬에테르류; 글리세린, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올과 같은 다가알콜류; 2-메틸피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈과 같은 피롤리돈류; 및 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 혼합하여사용할 수 있다.

상기 유기용매의 사용량은 특별한 제한은 없으나 일반적으로 각각에 대하여 1내지 50중량%의 범위에서 사용한다. 이 밖에 상기 조성물은 분산제, 방부제, 방청제, pH 조절제, 계면활성제 중 하나 이상의 첨가제를 포함한다. 여기서 상기 분산제로는 플루오르계 지방족알콜의 에틸렌옥사이드 부가물, 폴리에틸렌글리콜 등을 사용하는 것이, 방부제로서는 안식향산 또는 안식향산의 알킬에스테르 등을, pH 조절제로는 모노에탄올 아민, 디에탄올 아민 및 디에틸 아민, 트리에틸 아민 등의 저급 아민을, 방청제로서는 벤조트리아졸 유도체를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 올레일알콜의 황산에스테르와 같은 고급 알콜의 황산에스테르와 같은 알킬 아릴술포네이트 등의 음이온 계면활성제, 알킬 아민염 등과 같은 양이온 계면활성제, 폴리옥시에틸렌의 알킬에테르와 폴리옥시 에틸렌의 아릴에테르와 같은 비이온 계면활성제 등을 사용할 수 있다. 상기의 첨가제들은 잉크의 다양한 물성을 조절하기 위하여 사용되며, 일반적으로 0.01 내지 5 중량%를 사용한다.

본 발명에 따른 프린터용 잉크 조성물은 각 색상별 용도에 따라 조금씩 다르지만 일반적으로 잔탄검을 글리콜류에 용해시킨 용액에 물을 가하여 잘 혼합하고 각종 첨가제와 염료 또는 무기 안료를 넣고 잘 교반하여 균일한 혼합물이 되도록 한 다음 한외 여과를 하여 제조한다. 이러한 방법으로 본 발명에서는 잉크젯 방식의 스폰지가 장착된 카트리지에 사용되는 인쇄 잉크 대신 스폰지 없이 사용할 수 있는 인쇄 잉크 즉, 겔화된 인쇄 잉크 조성물은 인쇄 잉크의 제반조건인 내수성 및 내광성을 만족시키면서도, 인쇄시 잉크의 번짐성이 적고 잉크의 흐름 및 토출 안정성이 우수한 것은 물론 장기적으로 사용할 때에도 제 성능을 발휘할 수 있으며, 잉크를 모두 소모할 수 있어서 경제적이며 환경 오염도 방지할 수 있는 잉크젯 방식의 인쇄용 잉크를 얻을 수 있다.

하기 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 좀 더 구체적으로 알아보기로 하겠으나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 특별히 언급하지 않는 한 '부'는 '중량부'를 '%'는 '중량%'를 나타낸다.

실시예 1

반응기에 에틸렌글리콜 5부와 PEG(polyethylene glycole)400 8부, 트리에틸렌글리콜 모노부틸에테르 7부와 잔탄검 0.2부를 넣고 교반하여 완전히 용해되도록 한 다음 물 73부를 가하면 겔상의 혼합물이 된다. 이 혼합물을 잘 저어 주면서 방부제, 방청제, pH 조절제, 분산제 등을 포함한 첨가물 2.8부와 Direct Black19 4부를 넣고 상온에서 2시간동안 교반하여 균일한 겔상의 혼합물이 되도록 한 다음 여과하여 제품으로 하였다.

실시예 2

반응기에 에틸렌글리콜 7부와 PEG400 8부, 트리에틸렌글리콜 모노부틸에테르 5부와 잔탄검 0.15부를 넣고 교반하여 완전히 용해되도록 한 다음 물 74부를 가하면 겔상의 혼합물이 된다. 여기에 방부제, 방청제, pH 조절제, 분산제 등을 포함한 첨가물 2.85부와 Acid Red87 3부를 넣고 상온에서 2시간동안 교반하여 균일한 겔상의 혼합물이 되도록 한 다음 여과하여 제품으로 하였다.

실시예 3

반응기에 에틸렌글리콜 4부와 PEG400 6부, 트리에틸렌글리콜 모노부틸에테르 5부와 잔탄검 0.2부를 넣고 교반하여 완전히 용해되도록 한 다음 물 78부를 가하면 겔상의 혼합물이 된다. 이 혼합물에 방부제, 방청제, pH 조절제, 분산제 등을 포함한 첨가물 2.8부와 Acid Yellow23 4부를 넣고 상온에서 2시간동안 교반하여 균일 용액이 되도록 한 다음 여과하여 제품으로 하였다.

실시예 4

반응기에 에틸렌글리콜 3부와 PEG400 6부, 트리에틸렌글리콜 모노부틸에테르 5부와 잔탄검 0.15부를 넣고 교반하여 완전히 용해되도록 한 다음 물 77부를 가하면 겔상의 혼합물이 된다. 여기에 방부제, 방청제, pH 조절제, 분산제 등을 포함한 첨가물 2부와 Acid Blue9 4부를 넣고 상온에서 2시간동안 교반하여 균일한 겔상의 혼합물이 되도록 한 다음 여과하여 제품으로 하였다.

비교예 1

반응기에 에틸렌글리콜 5부와 PEG400 8부, 트리에틸렌글리콜 모노부틸에테르 5부와 방부제, 방청제, pH 조절제, 분산제 등을 포함한 첨가물 2부를 넣은 다음, 물 76부를 넣은 다음 잘 섞어 주었다. 그리고, Direct Black19 4부를 넣고 50℃에서 2시간동안 교반하여 균일 용액이 되도록 하였다. 이후 실온으로 냉각시킨 후 여과하여 제품으로 하였다.

비교예 2

반응기에 에틸렌글리콜 7부와 PEG400 8부, 트리에틸렌글리콜 모노부틸에테르5부와 방부제, 방청제, pH 조절제, 분산제 등을 포함한 첨가물 2부를 넣은 다음, 물 78부를 넣은 다음 잘 섞어 주었다. 그리고, Acid Red87 3부를 넣고 50℃에서 2시간동안 교반하여 균일 용액이 되도록 하였다. 이후 실온으로 냉각시킨 후 여과하여 제품으로 하였다.

비교예 3

반응기에 에틸렌글리콜 3부와 PEG400 6부, 트리에틸렌글리콜 모노부틸에테르 5부와 방부제, 방청제, pH 조절제, 분산제 등을 포함한 첨가물 2부를 넣은 다음, 물 81부를 넣은 다음 잘 섞어 주었다. 그리고, Acid Yellow23 4부를 넣고 50℃에서 2시간동안 교반하여 균일 용액이 되도록 하였다. 이후 실온으로 냉각시킨 후 여과하여 제품으로 하였다.

비교예 4

반응기에 에틸렌글리콜 3부와 PEG400 6부, 트리에틸렌글리콜 모노부틸에테르 5부와 방부제, 방청제, pH 조절제, 분산제 등을 포함한 첨가물 2부를 넣은 다음, 물 80부를 넣은 다음 잘 섞어 주었다. 그리고, Acid Blue9 4부를 넣고 50℃에서 2시간동안 교반하여 균일 용액이 되도록 하였다. 이후 실온으로 냉각시킨 후 여과하여 제품으로 하였다.

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4 에 의하여 제조된 잉크를 잉크젯 프린터용 잉크로 사용해 본 결과, 실시예 1 내지 4 에 의하여 제조된 잉크는 인쇄물에서의 번짐이 없고, 건조성과 장기 안정성에서 우수하며, 흐름성 및 토출 안정성이 우수하였다. 제조된 잉크의 물리적 성질과 잉크의 흐름성 및 토출 안정성, 건조성,번짐성 및 장기안정성 등에 관한 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

흐름성 및 토출 안정성은 관능 검사를 통하여 측정하였으며, 실온에서 일반 복사용지에 서로 다른 5인이 연속적으로 프린트하면서 잉크의 유출 및 출력되는 상태를 3분간 관찰한 후 기존의 잉크 출력 상태와 비교하여 그 결과를 기존의 잉크 출력 상태를 양호로 하였을 때, 그보다 좋을 경우를 아주 양호, 양호, 보통으로 나누어 결과를 나타내었다.( 5인 모두 아주 양호 : "◎", 3인 이상 아주 양호 : "⊙", 2인이내 아주 양호 : "△").

인쇄의 건조성은 실온에서 잉크젯 전용지에 360DPI(dot per inch)로 각종 문자를 인쇄하면서 10초 간격(각 10, 20, 30, 40, 50 및 60초 후)으로 화학실험용 여과지에 인쇄부분을 대고 눌렀을 때, 여과지를 오염시키지 않는 시간을 측정하여 결과를 나타내었다 (20초 이내: "◎", 20 내지 50초 이내: "⊙", 51초 이상: "△").

번짐성은 실온에서 일반 복사용지에 연속적으로 프린트한 후, 1시간동안 방치하고 현미경으로 인쇄 직후와 비교하여 번짐이 발생한 정도를 판단하여 결과를 나타내었다 (10% 이내: "◎", 10 내지 30%: "⊙", 31% 이상: "△").

장기안정성의 평가는 각각의 잉크를 100ml씩 유리병에 넣고 40℃에서 2개월 동안 방치한 후 일반 복사용지에 프린트하여 평가한 결과를 나타내었다 (양호: "◎", 가끔 막힘: "⊙". 자주 막힘: "△").

잉크 잔량에 대한 평가는 0.1mg까지 칭량할 수 있는 전자식 저울을 사용하여 카트리지에 잉크를 각 10.000±0.001g 씩 넣고 잉크가 모두 소모되어 출력이 되지 않을 때까지 인쇄를 한 후 처음과 나중의 질량을 비교하여 처음 주입한 양에 대하여 백분율로서 그 결과를 나타내었다.

본 발명에서의 잉크젯 방식의 인쇄용 잉크 조성물은 잉크내에 잔탄검을 함유한다. 이것은 인쇄용 잉크가 겔 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다. 한편, 본 발명의 잉크 조성물은 인쇄 잉크의 기본적인 조건인 내수성, 내광성, 침투성 및 번짐성에 대한 물성은 물론 인쇄시 잉크의 흐름 및 토출 안정성이 우수하면서도 장기보존성에서도 우수하여 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (3)

1. 잔탄검을 포함하는 것을 특징으로 하며 염료 또는 무기 안료를 사용하는 잉크젯용 인쇄 잉크 조성물
2. 제 1항에 있어서,

   0.01 내지 5 중량%의 잔탄검, 1 내지 40 중량%의 수용성 유기용매, 40 내지 90 중량%의 물 및 0.1 내지 15 중량%의 첨가제를 포함하는 프린터용 잉크 조성물.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 수용성 유기용매는 탄소수 1 내지 4의 저급 알코올류로서 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 노르말부탄올; 케톤과 케톤알코올류로서 아세톤 및 아세톤 알코올; 알킬렌글리콜 및 폴리알킬렌글리콜로서 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜; 다가알콜의 저급알킬에테르로서 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 트리에틸글리콜 모노부틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노부틸에테르; 다가알콜로서 글리세린, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올; 피롤리돈으로서 2-메틸피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈; 및 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드 중 선택된 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.

   상기 첨가제는 분산제, 방부제, 방청제, pH 조절제, 점도조절제, 항균제, 및 계면활성제 중 1종 이상임을 특징으로 하는 잉크 조성물.

   상기 분산제는 플루오르계 지방족알콜의 에틸렌옥사이드 부가물 또는 폴리에틸렌글리콜 중에서 선택된 1종 이상;

   상기 방부제는 안식향산의 알킬에스테르;

   상기 pH 조절제로서의 모노에탄올 아민, 디에탄올 아민 및 디에틸 아민, 트리에틸 아민 등의 저급 아민 중 선택된 1종 이상;

   상기 방청제는 벤조트리아졸 유도체;

   상기 계면활성제는 올레일알콜의 황산에스테르 등의 고급 알콜의 황산에스테르염 및 도데실벤젠 술포네이트의 나트륨염 등의 알킬 아릴술포네이트와 같은 음이온 계면활성제, 알킬 아민염 등의 양이온 계면활성제, 폴리옥시에틸렌의 알킬에테르와 폴리옥시 에틸렌의 아릴에테르 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.