KR20030034207A - 잉크젯 프린터용 수성 잉크 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고해상도 버블 젯형 잉크젯 프린터에 사용하여도 열안정성이 우수하고, 노즐 막힘을 효과적으로 방지할 수 있으며, 인쇄 화상의 건조 속도 및 내구성(특히, 내수성)을 효과적으로 향상시킬 수 있는 수성 잉크 조성물을 제공한다. 잉크젯 프린터용 수성 잉크 조성물은 (a) 수용성 안료 분산 수지, (b) 안료, (c) 수성 용매 및 (d) 습윤제를 포함하며, 이 때 수용성 안료 분산 수지 (a)는 스티렌-(메트)아크릴산계 수지이고, 습윤제 (d)는 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 포함한다.

Description

잉크젯 프린터용 수성 잉크 조성물{AQUEOUS INK COMPOSITION FOR INK JET PRINTER}

잉크젯 프린터용 잉크는, 본래 잉크에 필요한 인쇄 화상의 견뢰도(특히 내광성 및 내수성) 뿐 아니라, 잉크 분출에 대한 안정성(특히, 프린트 헤드 내에 포함된 분출 노즐에서의 잉크 고화 방지) 등의 특성을 필요로 한다. 따라서, 잉크젯 프린터용 잉크는 일반적인 인쇄나 필기구용 잉크와는 별도로 검토되고 있다.

미국 특허 제4,597,794호(일본 특허 공개 공보 소56(1981)-157470호) 및 일본 특허 공개 공보 평6(1994)-100812호에는 안료 및/또는 염료, 수용성 수지, 수용성 유기 용매 및 물을 포함하는 잉크젯 프린터용 잉크 조성물이 개시되어 있다. 또한, 상기 공보들은 안료 및 염료가 특정 화학 구조인 것을 사용하거나 또는 특정 화합물(예, 우레아 유도체 또는 폴리메틸 메타크릴레이트 미립자)을 배합하여 내구성이 양호하고 잉크-분출 안정성이 우수한 잉크 조성물을 얻을 수 있다고 제안하고 있다. 상기 공보들에서 사용한 수용성 수지는 당업계에서 일반적으로 사용되는 것일 수 있으며, 예를 들어 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지(특히 스티렌-아크릴산-에틸 아크릴레이트 공중합체 등)를 포함한다.

상기 공보의 기술에 있어서, 주로 사용되는 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지는, 수성 잉크에서 사용되는 비교적 다량의 수용성 유기 용매와 병용하는 경우 열안정성의 개량에 유효하다. 그러나, 수용성 유기 용매는 분자량이 낮기 때문에, 비교적 다량의 용매가 사용된 경우 생성된 잉크는 다수의 분자수 또는 몰수로 친수성 화학물질을 포함한다. 그 결과 인쇄 화상의 건조 속도가 지연된다. 인쇄 화상의 건조 속도는 잉크젯 프린터의 고속 인쇄 요구 측면에서 빠른 것이 바람직하다. 휘발성이 비교적 낮은 수용성 유기 용매가 다량으로 사용된 경우, 잉크 조성물로부터 얻은 인쇄 화상의 내수성이 저하될 수 있다.

미국 특허 제5,725,647호는 잉크 조성물 중의 윤활제로서 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 사용하여 프린터 헤드 노즐에서의 잉크 조성물의 고화를 효과적으로 방지할 수 있는 방안을 제안한다.

설폰화된 폴리에틸렌 옥시드는 중합체 계면활성제의 하나로서,

(i) 폴리에틸렌 옥시드 단위, 또는 폴리에틸렌 옥시드 단위와 또 다른 중합체 단위(예, 폴리프로필렌 글리콜 등)의 조합으로 주로 구성된 분자 주쇄와

(ii) 분자 주쇄 내로 삽입되고 설폰산기 또는 이의 금속염을 포함하는 1 이상의 설폰화 단위를 포함한다.

수평균 분자량은 일반적으로 500∼90,000이다. 그러나, 미국 특허 제5,725,647호 공보에는 수지 성분을 첨가하여 내수성 등의 인쇄 화상의 성능(즉, 인쇄된 잉크 조성물로 된 매체 상의 잉크 화상)을 개선하는 것에 대해서는 구체적으로 개시되어 있지 않다.

버블젯형 잉크 분출 방식의 인쇄에서는 프린트 헤드 내의 노즐 및 그 근방에서 잉크가 가열된다. 한편, 인쇄 화상의 해상도 향상의 측면에서 노즐 직경의 미소화가 요구되고 있다. 이러한 관점으로부터, 주로 분출 노줄에서 잉크 고화를 유발하는 분출 노출에서의 막힘 방지 외에, 소정 레벨의 가열 시험을 통과하기에 충분한 열안정성이 잉크젯 프린터용 잉크에 요구되고 있다. 여기서, 가열 시험은, 잉크를 유리 용기에 투입하고, 증발 기체를 용기 밖으로 방출하기 위한 구조가 구비된 덮개로 밀봉한 다음, 65℃ 오븐에서 소정 시간(일반적으로 1주일) 두어 실시한다. 소정 시간이 경과한 후에, 오븐으로부터 꺼낸 용기를 상면이 아래로 가게 두어 침전 유무와, 용기 벽에 부착된 잉크의 상태를 육안으로 관찰하고 열 안정성을 평가한다. 이러한 관찰 결과, 용기 내에 침전이 거의 없고, 잉크 성분의 응집괴가 없으며, 그리고 벽에 부착된 잉크의 농담차가 관찰되지 않는 경우, 잉크는 열안정성이 양호한 것으로 판정한다.

버블젯 잉크 분출 방식의 인쇄의 경우, 미국 특허 제5,725,647호에 개시된 바와 같은 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 윤활제로서 사용하여도 필요한 열안정성을 얻기 어렵다.

본 발명은 잉크젯 프린터에 적합한 수성 잉크 조성물, 특히 버블젯형 잉크 분출 방식의 프린트 헤드에 적합한 안료 분산형 수성 잉크 조성물에 관한 것이다.

발명의 개요

본 발명의 목적은, 전술한 바와 같이 고해상도 버블젯형 잉크 분출 방식의 프린터에 사용하는 경우에도, 열안정성이 양호하고, 노즐에서의 막힘을 효과적으로방지할 수 있으며, 인쇄 화상의 건조 속도 및 내구성(특히 내수성)을 효과적으로 높일 수 있는 수성 잉크 조성물을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 (a) 수용성 안료 분산 수지, (b) 안료, (c) 수성 용매 및 (d) 습윤제를 함유하는 잉크젯 프린터용 수성 잉크 조성물에 있어서, 수용성 안료 분산 수지 (a)가 스티렌-(메트)아크릴산계 수지이고, 습윤제 (d)가 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 수성 잉크 조성물을 제공한다.

잉크젯 프린터용 수성 잉크 조성물에 사용되는 수성 용매 (c)는 물만을 포함하거나 또는 다가 알코올을 포함할 수 있다. 수성 용매 (c)가 다가 알코올을 포함하는 경우, 다가 알코올은 소량, 예컨대 수성 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 1.5∼10 중량%의 양으로 사용되는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 기술적 효과를 발현하는 방법을 이하에 설명하지만, 그 내용은 현시점에서 예측할 수 있는 임시적인 논리로서, 이 논리에만 기초하여 발명이 기능하는 것으로 이해해서는 안된다.

본 발명의 수성 잉크 조성물은 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지 및 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드(습윤제)의 혼합물을 포함한다. 이로써 프린터 헤드내에 있는 노즐에서 수성 잉크 조성물이 고화되는 것을 방지하는 동시에, 열안정성을 높이고 노즐에서의 막힘을 효과적으로 방지할 수 있다.

설폰화된 폴리에틸렌 옥시드는 2가지 기능, 즉 수용성 유기 용매(예, 다가 알코올)로서의 기능과 계면활성제로서의 기능을 갖는 것으로 생각된다. 수용성 유기 용매로서의 기능은 잉크 조성물에 적절한 흡습성을 부여하여 잉크 조성물의 고화를 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 계면활성제로서의 기능은 열안정성을 어느 정도 향상시킬 수 있지만, 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 단독으로 사용한 경우에는 효과적으로 향상시키지 못한다. 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지는 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드와 함께 열안정성을 증가시키는 작용을 한다. 이러한 작용이 생기는 이유는 아직 명확하지 않지만, 안료 표면과 물 사이의 계면에서 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드가 흡수층을 형성한 다음, 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지가 이 흡수층과 상호작용하여 안정화시킴으로써, 안료의 분산 안정성을 효과적으로 높이는 것으로 생각된다.

한편, 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지는 또한 인쇄 화상의 내수성을 증가시키는 작용을 한다. 건조된 잉크, 즉 인쇄 화상에서, 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지는 피인쇄물(즉, 인쇄 매체) 표면에 안료를 결합시키는 결합제로서 작용한다. 이 때, 상기한 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지와 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드의 흡수층 간의 상호작용으로 안료에 대한 결합 작용, 즉 내수성이 향상되는 것으로 생각된다.

노즐 막힘의 방지 기능을 더욱 효과적으로 개선하기 위해서, 수성 잉크 조성물 내에 함유된 수성 용매는 바람직하게는 수용성 유기 용매, 더욱 바람직하게는 다가 알코올을 포함한다. 수용성 유기 용매(비이온성 친수성 화합물)의 함량이 높을 수록 인쇄 화상의 건조 속도는 지연되는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따르면, 습윤제로서 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 배합하여 수용성 유기 용매(더욱 바람직하게는 다가 알코올)의 함량을 가능한 낮게 제어할 수 있기 때문에 건조 속도감소 없이 열안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 따라서 노즐 막힘을 효과적으로 방지할 수 있다. 건조 속도를 가급적 신속하게 하기 위해서, 다가 알코올의 비율은 수성 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 10% 미만으로 조절되는 것이 바람직하다.

바람직한 구체예들의 상세한 설명

이하, 본 발명의 바람직한 구체예들을 참조하여 본 발명을 간략히 설명할 것이다.

본 발명의 수성 잉크 조성물은 (a) 수용성 안료 분산 수지, (b) 안료, (c) 수성 용매 및 (d) 습윤제를 함유하며, 여기서 수용성 안료 분산 수지 (a)는 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지이고, 습윤제 (d)는 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 포함한다. 먼저, 본 발명의 특징 성분인 수용성 안료 분산 수지 (a) 및 습윤제 (d)를 설명한다.

수용성 안료 분산 수지 (a)

본 발명에서 사용된 수용성 안료 분산 수지 (a)는 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지이다. 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지로는 스티렌과 아크릴산(또는 메타크릴산)의 공중합체, 또는 3종 이상의 구성원, 즉 스티렌, 아크릴산(또는 메타크릴산) 또는 또 다른 중합성 단량체로 형성된 공중합체 등이 있다. 따라서, 상기 수지는 스티렌, (메트)아크릴산과 필요에 따라서 또 다른 공중합성 단량체를 포함하는 출발 단량체 혼합물을 중합시켜 얻은 공중합체일 수 있다.

공중합성 단량체의 예로는 말레산, (메트)아크릴산 에스테르, 비닐 나프탈렌, α-메틸 스티렌 등이 있다. 스티렌 및 (메트)아크릴산 이외에, 단량체 혼합물에 함유된 공중합성 단량체의 함량은 단량체의 총 중량을 기준으로 45 중량% 미만인 것이 바람직하다.

스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지의 구체적인 예로는 스티렌-아크릴산 공중합체, 스티렌-아크릴산-알킬 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-(메트)아크릴산 공중합체, 스티렌-(메트)아크릴산-알킬 아크릴레이트 공중합체, 또는 이들 중합체의 염 등이 있다.

스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지의 물리화학적 특성은, 수성 용매에 가용성이라면 특별히 제한되지 않는다. 바람직하게는, 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지의 중량 평균 분자량은 약 3,000∼약 50,000일 수 있다.

본 발명의 수용성 안료 분산 수지 (a)는 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지를 필수적으로 포함하나, 또 다른 수용성 수지를 포함할 수 있다. 기타 수용성 수지의 예로는 스티렌-말레산 공중합체, 스티렌-말레산-알킬 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-말레산 하프-에스테르 공중합체, 비닐 나프탈렌-아크릴산 공중합체, 비닐 나프탈렌-말레산 공중합체, 스티렌-말레산 무수물-말레산 하프-에스테르 공중합체 등을 들 수 있다. 기타 수용성 안료 분산 수지가 사용되는 경우, 수용성 수지 전량에 대하여 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지 함량의 비율은 일반적으로 60 중량% 이상, 바람직하게는 70 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 80 중량% 이상이다.

스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지의 농도는 수성 잉크 조성물의 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 0.03∼5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.05∼2 중량%일수 있다. 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지의 농도가 너무 낮으면, 상기 언급한 기술적 효과가 감소되고, 특히 열안정성과 내수성이 향상되지 않는다. 또한, 인쇄 화상의 세부면의 미세도 손상 등과 같이 인쇄 화상의 질 저하가 초래될 수 있다. 농도가 너무 높으면 인쇄 화상의 질이 떨어질 수 있다.

습윤제 (d)

본 발명에 사용된 습윤제 (d)는 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 포함해야 한다. 본 발명에서 사용된 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드의 예로는 상기 개시한 미국 특허 제5,725,647호에서 언급한 것 등이 있으며,

(i) 폴리에틸렌 옥시드 단위, 또는 폴리에틸렌 옥시드와 다른 중합체 단위의 조합으로 주로 구성된 분자 주쇄; 및

(ii) 설폰산기 또는 이의 금속염을 포함하고 분자 주쇄에 도입된 1 이상의 설폰화된 단위

를 포함하는 화합물 중 임의의 화합물일 수 있다.

미국 특허 제5,725,647호에 개시된 것 중에서, 디메틸 5-설포이소프탈레이트 나트륨염과 폴리에틸렌 옥시드를 에스테르 교환 반응시켜 얻은 화합물이 가장 바람직하다. 생성된 화합물은 분자 주쇄로서 폴리에틸렌 옥시드를 주로 함유하는 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드이며, 하기 화학식 1로 표시된다. 설폰화된 단위는 전술한 설포이소프탈산의 설포네이트 나트륨염(벤젠설포네이트 나트륨염)의 잔기이다.

상기 화학식 1의 화합물은 수용성 유기 용매로서의 기능과 계면활성제로서의 기능이 균형을 이루도록 하여 양 기능을 향상시키는 것이 수월하며, 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지와 효과적으로 상호작용할 수 있다. 따라서, 상기 화합물은 수성 잉크 조성물의 노즐 막힘 방지 효과와 열안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있어 매우 유리하다. 이러한 효과를 특히 효과적으로 발휘하기 위해서는, 출발 물질로서의 폴리에틸렌 옥시드는 수평균 분자량이 400∼10,000, 바람직하게는 500∼700, 더욱 바람직하게는 550∼650이다. 폴리에틸렌 옥시드의 수평균 분자량이 너무 낮은 경우에는 수용성 유기 용매로서의 기능이 저하되고, 너무 높은 경우에는 계면활성제로서의 기능이 떨어질 수 있다.

상기 화학식 1의 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드는, 예컨대 다음의 방법으로 제조할 수 있다. 먼저 소정량의 디메틸 5-설포이소프탈레이트 나트륨염과 소정량의 폴리에틸렌 옥시드를 일정 부피의 플라스크 내에 투입한 다음 혼합한다. 혼합물을 진공 조건에서 소정 시간(일반적으로 약 1시간) 교반하면서, 제1 온도(일반적으로 175℃)로 가열한다. 그 다음, 질소 기체를 플라스크에 도입하여 내부 압력을 대기압으로 한 후, 혼합물에 소정량의 아연아세트산염을 첨가한다. 이어서, 혼합물을 질소 대기하에서 소정 시간 제2 온도(일반적으로 2 시간 동안 220℃)로 가열하여에스테르 교환 반응을 실시한다. 이 때, 플라스크에는 반응으로부터 생긴 메탄올을 농축 및 수거하기 위한 응축기가 구비되어 있다. 메탄올 생성이 중지되면, 응축기 유닛을 제거하고, 플라스크 내의 생성물을 진공 하에 약 1 시간 동안 제2 온도에서 제1 온도로 냉각시킨다. 이어서, 제3 온도(일반적으로 100℃ 미만)로 냉각시키고, 진공에서 대기압으로 내부 압력을 변화시켜 생성물을 회수한다. 이렇게 하여 생긴 생성물을 경우에 따라 정제하여, 목적하는 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 얻는다.

설폰화된 폴리에틸렌 옥시드는 수성 잉크 조성물의 총 중량으로 기준으로 0.3∼7 중량%, 바람직하게는 1∼4 중량%의 양으로 포함되는 것이 일반적이다. 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드의 농도가 너무 낮으면, 상기한 기술적 효과가 저하될 수 있고, 특히 열안정성이 감소할 수 있으며, 잉크 조성물의 고화로 인한 노즐 막힘을 효과적으로 방지할 수 없다. 농도가 너무 높으면, 사용된 수용성 유기 용매의 양에 따라서 건조 속도가 낮아질 수 있다.

안료 (b)

본 발명에서 사용된 안료 (b)는, 종래부터 잉크젯 프린터에 사용된 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 사용된 안료의 예로는 퀸아크리돈 안료, 프탈로시아닌 안료, 카본 블랙, 인디고 안료, 아조 안료, 카드뮴계 안료 등이 있다. 수성 잉크 조성물 중 안료 함량은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 통상적으로 사용되는 범위, 구체적으로 0.3∼10 중량%, 바람직하게는 0.5∼5.0 중량%일 수 있다. 함량이 0.3 중량% 이하인 경우, 발색성이 열화된다. 농도가 10.0 중량%를 초과하는 경우, 노즐 막힘을 효과적으로 방지할 수 없다.

안료의 평균 입경은 제한되지 않지만, 통상 200 nm 이하의 미립자가 사용된다. 입경이 너무 크면 프린터 헤드의 노즐 막힘이 생기기 쉽다.

안료는 일반적으로 3 성분, 즉 물/유기 안료(또는 무기 안료)/스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지를 포함하는 안료 분산체로서 제조된다. 시판되는 안료 분산체, 예컨대 상표명 "GA 컬러 시리즈"로 미쿠니 컬러런트 가부시키가이샤에서 시판되는 것을 사용할 수 있다. 안료, 수성 용매, 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지 및 보조제(예, 계면활성제)를 함유하는 출발 물질을, 종래의 혼합 및 혼련 장치로 분산시켜 안료 분산체를 제조할 수 있다. 예를 들어, 혼합 및 혼련 장치로서 볼밀, 샌드밀, 플래너터리(planetary) 믹서, 균질화기 등을 사용할 수 있다. 안료 분산체 중의 안료 농도는 안료 분산체의 총 중량으로 기준으로 3∼25 중량%가 바람직하다.

수성 용매 (c)

본 발명의 수성 잉크 조성물에 사용되는 수성 용매 (c)는 물이거나 또는 물과 수용성 유기 용매의 혼합 용매일 수 있다. 각종 이온을 함유하는 일반적인 물과 다른 이온 교환수(즉, 탈이온수)를 물로 사용하는 것이 바람직하다. 물과 혼합하여 사용되는 수용성 유기 용매의 예로는 C_1-4알킬 알코올류, 예컨대 메틸 알코올, n-프로필 알코올, n-부틸 알코올, sec-부틸 알코올, t-부틸 알코올 등, 아미드류, 예컨대 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등, 케톤류 또는 케토알코올류, 예컨대 아세톤, 디아세톤 알코올 등, 에테르류, 예컨대 테트라히드로푸란, 디옥산 등, 폴리알킬렌 글리콜, 예컨대 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 등, 알킬렌기가 2∼6개의 탄소 원자를 포함하는 알킬렌 글리콜류, 예컨대 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 티오디글리콜, 헥실렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 등, 다가 알코올의 저급 알킬 에테르류, 예컨대 에틸렌글리콜 모노메틸(또는 모노에틸) 에테르, 디에틸렌글리콜 메틸(또는 에틸) 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노메틸(또는 모노에틸) 에테르 등, N-메틸-2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논 등이 있다.

각종 수용성 유기 용매 중에서, 디에틸렌 글리콜 등의 다가 알코올, 트리에틸렌글리콜 모노메틸(또는 모노에틸) 에테르 등의 다가 알코올의 저급 알킬 에테르가 사용되는 것이 바람직하다. 다가 알코올 중에서, 트리올은 흡습성이 높은 용매이기 때문에 더욱 바람직하다. 본 발명에 사용된 트리올의 예로는 글리세린, 1,2-헥산트리올, 트리메틸올프로판 등이 있으며, 이의 유도체 등도 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 수용성 유기 용매, 특히 다가 알코올을 통상의 배합량보다 소량 사용하면 내수성을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다. 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드 (S):다가 알코올 (H)의 중량비 (S:H)는 일반적으로 1:1∼1:5, 바람직하게는 1:2∼1:4이다. 다가 알코올의 농도는 수성 잉크 조성물의 총 중량으로 기준으로 1.5∼10 중량%일 수 있다. 다가 알코올의 농도가 너무 높으면 건조 속도가 감소하고, 너무 낮으면 목적하는 효과(열안정성 등의 향상)를 얻을 수 없다. 이러한 관점에서, 다가 알코올의 농도는 수성 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 4∼9 중량%인 것이 바람직하다. 다가 알코올:설폰화된 에틸렌옥시드의 비가 너무 높으면 안료의 분산성이 저하될 수 있어, 노즐 막힘 현상이 생기는 경향이 있다. 너무 낮으면, 목적하는 효과를 얻을 수 없다.

다가 알코올과 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 합한 농도는 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 일반적으로 2∼16 중량%, 바람직하게는 5∼13 중량%이다. 이 경우, 다가 알코올 등을 비롯한 수용성 유기 용매의 농도는 일반적으로 수성 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하, 바람직하게는 4∼9 중량%일 수 있다.

기타 성분

전술한 성분 외에, 수성 잉크에 일반적으로 사용되는 첨가제가 포함될 수 있다. 본 발명의 기술적 효과를 저하시키지 않는 한, 아민 화합물, 플루오로케미칼 계면활성제, 우레아 등의 첨가제를 사용할 수 있다.

수성 잉크 조성물

본 발명의 수성 잉크 조성물은 일반적으로 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지와 안료를 포함하는 안료 분산체를 제조한 다음, 이 분산체를 습윤제 및 수용성 유기 안료를 포함하는 수성 용매와 혼합하여 제조한다.

수성 용매와 안료 분산체의 혼합은, 안료 분산체의 혼합에 대해 개시된 것과 같은 혼합 및 혼련 장치를 사용하여 실시할 수 있다. 안료 분산체를 수성 용매와 혼합할 때, 안료의 분산성을 저하시키지 않도록 안료 분산체와 수성 용매의 혼합비를 조절하는 것이 바람직하다. 일반적으로 안료 분산체 1 중량부를 기준으로 수성 용매 3∼10 중량부가 사용된다. 안료 농도를 낮게 한 경우에는, 안료의 분산성을 저하시키지 않도록 생성된 수성 잉크 조성물에 물을 첨가하여 희석할 수 있다.

본 발명의 수성 잉크 조성물은 통상적인 잉크젯 프린터에 사용할 수 있다. 이용가능한 프린터의 구체적인 예로는, ENCAD 인코포레이티드로부터 상표명 "Novajet III"로 입수가능한 것, 캐논 인코포레이티드로부터 상표명 "Serial No. BJ F8500"으로 입수가능한 것 등이 있다. 인쇄 조건은 특별히 제한되지 않으며, 사용된 프린터에 맞추어 자유롭게 설정할 수 있다. 예를 들어, 잉크 분출 속도는 1,000∼10,000 Hz 범위로 설정할 수 있다.

본 발명의 수성 잉크 조성물은 버블젯형 잉크 분출 방식의 프린트 헤드를 구비한 프린터에 특히 적절하게 이용할 수 있다. 직경을 줄여서 프린터의 해상도를 개선한 잉크 분출 노즐을 포함하는 프린트 헤드의 경우, 수성 잉크 조성물은 노즐에서 고화되지 않고, 인쇄 속도의 고속화에 대응할 수 있는 속성 건조 특성을 나타낼 수 있다.

본 발명의 수성 잉크 조성물로 인쇄하기 위한 매체로는 통상의 종이와, 잉크 수용층을 표면에 보유한 시트 등이 있다. 잉크 수용층을 갖는 시트의 예로는 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니에서 입수가능한 잉크젯 매체 "Serial No. IJ4331" 등이 있다.

본 발명의 수성 잉크 조성물로부터 얻은 인쇄 화상은 내수성이 양호하기 때문에, 화상이 인쇄된 매체를 옥외에서 사용할 수 있다. 옥외에서 사용한 경우, 인쇄 화상의 표면은 접착제층이 있는 투명 코팅 필름으로 피복되어 있고, 인쇄 화상의 연부 주변에는 실링 테이프가 접착되어 있다. 실링 테이프는 매체 연부로부터 인쇄 화면과 코팅 필름 사이로 수증기 등의 형태로 수분이 침입하지 않도록 하는작용을 한다. 본 발명의 수성 잉크 조성물로 형성된 인쇄 화상은, 실링 테이프를 부착하지 않더라도 옥외에서 사용할 수 있는 충분한 내수성(옥외 내수성)을 나타낼 수 있다. 특히, 수성 잉크 조성물의 총 고형분 중량을 기준으로 비교적 소량의 다가 알코올이 사용된 경우, 효과적으로 옥외 내수성을 높일 수 있다.

본 발명은 이하 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것으로 이해해서는 안된다.

이하의 표 1에 제시된 배합(단위는 중량부)을 이용하여, 다음과 같이 각각 다른 색상(총 6가지 색상)을 갖는 실시예의 수성 잉크 조성물을 제조하였다. 안료 분산체를 제외한 모든 성분을 혼합하여 수성 용매를 제조하였다. 이 수성 용매와, 표 1에 제시된 안료 분산체(GA 시안 2, GA 마젠타 1, GA 옐로우 1 및 GA 블랙 1; 각 색상의 안료를 포함하는 안료 분산체, 모두 미쿠니 컬러런트 가부시키가이샤에서 입수가능한 "GA 컬러 시리즈"로서 입수가능)를 혼합 장치(예, 샌드밀)를 사용하여 혼합함으로써 실시예의 수성 잉크 조성물을 얻었다. 라이트 시안 잉크 및 라이트 마젠타 잉크는, 시안 잉크 및 마젠타 잉크를 각각 이온 교환수와 혼합하여 제조하였다. 잉크:이온 교환수의 희석율은 1:5이다.

또한, 상기 각 색상의 안료 분산체가 3.5∼6.0 중량%의 농도로 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지를 포함하고, 각 잉크 조성물 중의 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지의 농도가 0.1∼1.2 중량%의 범위가 되도록 이온 교환수의 양을 결정하였다.

	시안	마젠타	옐로우	블랙
GA 시안 2	20	0	0	0
GA 마젠타 1	0	23	0	0
GA 옐로우 1	0	0	23	0
GA 블랙 1	0	0	0	19
설폰화된 폴리에틸렌 옥시드	3	3	3	3
디에틸렌 글리콜	6	6	6	6
트리메틸올 프로판	3	3	3	3
탈이온수	68	65	65	69
FC-120	0.1	0.1	0.1	0.1
합계	100.1	100.1	100.1	100.1

표 1에 있어서, 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드는 상기한 미국 특허 제5,725,647호에 개시된 방법에 따라 제조하였으며, 상기 화학식 1에 표시된 화학식을 갖는 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드로서 확인되었다. 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드는, 디메틸 5-설포이소프탈레이트 나트륨염 49.3 g(=0.333 당량)과 폴리에틸렌 옥시드(유니온 카바이드사에서 상표명 "Carbowax 600"으로 입수가능; 수평균 분자량 = 약 600) 400 g(=1.33 당량)을 에스테르 교환 반응시켜 제조한 화합물로서, 수산가가 425였다.

FC-120은 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니에서 상표명 "Fluorad"로서 입수가능한 불소 함유 계면활성제였다. pH 값은, 이온 교환수에 아민 수용액(10% N,N-디메틸에탄올 아민 수용액)을 1적 첨가하여 조절할 수 있다.

상기한 바와 같이 하여 얻은 실시예의 잉크 조성물에 대하여, 이하에 설명하는 방법으로 다음 특성을 평가하였다.

열안정성 평가

유리 용기에 잉크 조성물을 첨가하고, 증발 기체를 용기 외부로 배출하기 위한 구조를 구비한 덮개로 밀봉한 다음, 1 주일간 65℃의 오븐에 두었다. 소정 시간이 경과한 후에, 오븐으로부터 용기를 꺼내어 상면을 아래로 하여 침전의 유무, 용기 벽에 부착된 잉크 상태를 관찰하고, 열안정성을 평가하였다. 관찰 결과, 용기 내에 침전이 거의 없고 잉크 성분의 응집괴가 없으며, 그리고 벽에 부착된 잉크 조성물의 농담차가 관찰되지 않는 경우, 잉크는 열안정성이 양호한 것으로 판정한다.

인쇄성 평가 (1)

프린터: ENCAD 인코포레이티드에서 입수가능한 상표명 "Novajet III"

해상도: 300 dpi

색상: C (시안), M (마젠타), Y (옐로우) 및 K (블랙)로 구성된 4색

인쇄 방향: 단방향

패스 수: 4 패스

잉크 분출 속도: 5000 Hz

인쇄 매체: 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니에서 입수가능한 잉크젯 매체 IJ4331

인쇄 화상: 번짐 평가용 컬러 테이블과 ISO 화상 "Cafeteria"로 형성됨

인쇄성 평가 (2):

프린터: 캐논 인코포레이티드에서 입수가능한 상표명 "BJ F8500"

해상도: 1,200 dpi

색상: C (시안), M (마젠타), Y (옐로우), K (블랙)의 4색과, 그 외에 라이트 시안 및 라이트 마젠타의 2색으로 구성된 총 6색

인쇄 설정: 색상/블랙(4색), 또는 색상/포토(6색), BJ 크로스, 최고 화질 모드

인쇄 매체: 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니에서 입수가능한 잉크젯 매체 IJ4331

인쇄 화상: ISO 화상 "Cafeteria"로 형성됨

내수성

전술한 인쇄성 평가 (1)의 조건 하에 상기 인쇄 매체에 화상을 인쇄하여 인쇄 화상을 형성한 후, 이를 알루미늄판에 부착시켜 24 시간 방치하여 평가용 샘플을 얻었다. 평가용 샘플을 실온(약 25℃)에서 1분 동안 물속에 담군 후, 손가락으로 5회 왕복하여 문질러서 잉크 흐름 등의 평가용 샘플의 외관을 관찰하였다.

실시예의 모든 잉크 조성물에 대해서, 상기와 같이 평가한 결과는 이하와 같다. 이들 모두는 평가 결과가 양호한 것으로 판정되었다.

열안정성: 양호한 것으로 판정. 침전량은 거의 없고, 용기 벽에 부착된 잉크의 농담차는 관찰되지 않았다.

인쇄성 (1): 노즐 막힘이 생기지 않음. 발색 농도가 매우 높음. 400%의 C, M, Y 및 K 잉크 조성물 각각의 인쇄량에서 번짐 없음. 비교예 1에 비하여 ISO 화상의 발색 농도가 매우 높았다(전술한 바와 같음). 건조 속도는 충분히 빠르며, 실용상의 문제는 없었다.

인쇄성 (2): 노즐 막힘이 생기지 않음. 솔리드 컬러부(즉, 단색의 솔리드 착색부)에서 밴딩이 관찰되지 않았다. 건조 속도는 충분히 빠르고, 실용상의 문제는없었다.

본 명세서에서 용어 "밴딩(banding)"은 색상이 진한 부분과 흐린 부분이 형성되어, 생성된 인쇄 화상이 얼핏 띠형상으로 보이는 경우를 말한다. 이것은 노즐 막힘이 발생한 경우를 포함하여, 잉크 분출량이 일정하지 않고, 인쇄 매체에 잉크가 부착(접착)된 후에 잉크가 퍼지는 능력이 저하되어 관찰되는 것일 수 있다.

내수성:인쇄 화상의 품질을 손상시키는 수준의 잉크의 흐름은 거의 관찰되지 않았다. 실용상의 문제는 없었다.

비교예 1

비교예 1의 수성 잉크 조성물은, 안료 분산체가 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지를 포함하지 않는다는 것 외에는 상기 실시예에서 언급한 것과 동일한 방식으로 제조하였다. 이들 잉크 조성물을 실시예에 개시된 바와 동일한 방식으로 평가하였다. 평가 결과는 이하에 설명한다.

열안정성:불량한 것으로 판정. 실시예에서보다 침전량이 더 많았다. 용기 벽에 부착된 C, Y 및 K 발색 잉크 조성물의 경우, 농담차가 관찰되었다.

인쇄성 (1): 노즐 막힘이 생기지 않음. 발색 농도가 매우 높음. 그러나, 400%의 C, M, Y 및 K 잉크 조성물 각각의 인쇄량에서 번짐 발생이 관찰되었다. 건조 속도는 충분히 빠르고, 실용상의 문제는 없었다.

인쇄성 (2): 평가하지 않음. (상기 열안정성 평가 과정에서 침전량이 더 많았다. 고해상도 프린터에서는 노즐 막힘이 발생할 것으로 예측되어, 이러한 종류의 프린터의 사용을 중단하였다.)

내수성:모든 색상 잉크 조성물에 대해 잉크 흐름이 관찰되었기 때문에, 잉크 조성물은 인쇄 화상의 품질을 손상시키는 수준인 것으로 판정되었다.

비교예 2

미마키 엔지니어링 가부시키가이샤에서 입수가능한 "Series No. SPC-0180 series" 안료 분산체를 사용하고 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 사용하지 않은 것 외에는, 실시예에 개시된 바와 동일하게 비교예 2의 수성 잉크 조성물을 제조하였다. 안료 분산체는 스티렌-(메트)아크릴산계 수용성 수지를 포함하였다. 실시예에서 언급한 바와 동일하게 생성된 잉크 조성물을 평가하였다. 평가 결과는 이하에 설명한다.

열안정성: 양호한 것으로 판정. 침전량은 매우 적고, 용기 벽에 부착된 잉크의 농담차는 관찰되지 않았다.

인쇄성 (1): 평가 과정에서 잉크 분출성이 서서히 악화되었다. 발색 농도는 낮고, 솔리드 컬러 부분에서 밴딩이 관찰되었다. 이러한 단점들로부터, 노즐 막힘이 생긴 것으로 판정하였다. 또한, 400%의 C, M, Y 및 K 잉크 조성물 각각의 인쇄량에서 번짐이 관찰되었다. 생성된 ISO 화상의 경우, 발색 농도가 감소하였다. 그러나, 건조 속도는 충분히 빠르고, 실용상의 문제는 없었다.

인쇄성 (2): 평가하지 않음. (인쇄성 평가 (1)에서 저해상도 프린터를 사용했음에도 잉크 분출성이 악화되었기 때문에, 고해상도 프린터에서는 노즐 막힘이 발생할 것으로 생각되어, 이러한 유형의 프린터 사용을 중단하였다.)

내수성:모든 색상 잉크 조성물에 대해, 잉크 흐름이 관찰되지 않았다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 고해상도(예, 1,200 dpi 이상)의 버블 젯형 잉크젯 프린터에 사용되어도, 열안정성이 우수하고, 노즐 막힘을 효과적으로 방지할 수 있으며, 인쇄 화상의 건조 속도 및 내수성이 효과적으로 향상되는 수성 잉크 조성물을 제공할 수 있다.

Claims (4)

1. (a) 수용성 안료 분산 수지, (b) 안료, (c) 수성 용매 및 (d) 습윤제를 함유하는 잉크젯 프린터용 수성 잉크 조성물로서, 수용성 안료 분산 수지 (a)는 스티렌-(메트)아크릴산계 수지이고, 습윤제 (d)는 설폰화된 폴리에틸렌 옥시드를 포함하는 것인 잉크젯 프린터용 수성 잉크 조성물.
2. 제1항에 있어서, 수성 용매 (c)는 물과 수용성 유기 용매를 포함하는 것인 잉크젯 프린터용 수성 잉크 조성물.
3. 제2항에 있어서, 수용성 유기 용매는 다가 알코올인 것인 잉크젯 프린터용 수성 잉크 조성물.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 수용성 유기 용매가 수성 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 1.5∼10 중량%의 양으로 존재하는 것인 잉크젯 프린터용 수성 잉크 조성물.