KR20040018479A - 플루오로화학 계면활성제를 함유하는 잉크 제트 잉크조성물 - Google Patents

플루오로화학 계면활성제를 함유하는 잉크 제트 잉크조성물 Download PDF

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Abstract

뛰어난 화상 및 낮은 기포화 경향을 가진 잉크 조성물이 개시되어 있다. 잉크 조성물은 하나 이상의 플루오로화학 계면활성제를 함유할 수 있다. 잉크 조성물을 기판 위에 인쇄함으로써 기판을 코팅하는 방법이 개시되어 있다. 잉크 조성물로 코팅된 기판이 더욱 개시되어 있다.

Description

플루오로화학 계면활성제를 함유하는 잉크 제트 잉크 조성물 {INK JET INK COMPOSITIONS CONTAINING FLUOROCHEMICAL SURFACTANTS}
본 발명은 플루오르화 계면활성제를 함유하는 잉크 조성물, 잉크 조성물을 사용한 인쇄 방법, 및 이에 의해 제조된 인쇄 물품에 관한 것이다.
잉크는 예를들어 오프세트, 오목판인쇄(intaglio), 윤전그라비야 (rotogravure), 잉크 제트, 플렉소인쇄(flexographic), 스크린 및 분무 기술을 포함한 각종 인쇄 및 코팅 공정에서 널리 사용된다.
잉크 제트 화상 형성 기술은 상업 및 소비자 사용에서 매우 인기있게 되었다. 잉크 제트 프린터는, 밀접한 간격으로 배치된 잉크 방울들의 조절된 패턴으로 유체(예를들어 잉크)를 수용 기판 위에 분출함으로써 작동한다. 잉크 방울들의 패턴을 선택적으로 조절함으로써, 잉크 제트 프린터는 텍스트, 그래픽, 화상, 홀로그램 등을 포함한 다양한 종류의 인쇄물을 생성할 수 있다. 또한, 잉크 제트 프린터는 평면 필름 또는 시트 뿐만 아니라 3차원 물체를 포함한 다양한 종류의 기판 위에서 인쇄물을 형성할 수 있다.
열적 잉크 제트 프린터 및 압전 잉크 제트 프린터가 오늘날 널리 사용되는 잉크 제트 시스템의 2가지 주요 유형이다. 두가지 접근 방식 모두에 있어서, 유체가 적절하게 분사될 수 있고, 얻어지는 인쇄된 특징이 바람직한 기계적, 화학적,시각적 및 내구성 특징을 갖도록 하기 위해서는, 분사된 유체가 엄격한 성능 요건을 충족해야만 한다. 또한, 성공적인 잉크 제트 잉크는 이들이 인쇄되어진 기판(들)의 표면을 적절히 습윤시켜야 한다. 이를 달성하기 위하여, 하나 이상의 계면활성제를 첨가함으로써 잉크의 표면 장력을 전형적으로 감소시킨다. 이 목적을 위하여, 플루오르화 계면활성제가 가장 효과적인 물질 중의 하나이다.
많은 계면활성제-함유 잉크 제트 잉크 조성물 및 잉크 제트 프린터를 성가시게 하는 한가지 문제점은, 잉크 조성물의 교반시에(예를들어, 취급 동안 또는 인쇄 동안) 잉크 제트 잉크 조성물 내에서 발생되는 기포이다. 잉크 제트 잉크 조성물에 기포가 존재하는 것은, 인쇄 품질 및 인쇄 성능을 좋지 않게 한다 (예를들어, 도트 게인(dot gain), 색 밀도 등). 바람직한 기판 위로 잉크가 분사되는 것 대신에, 기포에 함유된 공기가 프린트 헤드 내로 통과되고, 이곳에서 프린트 헤드가 기능장애를 일으켜서 화상 결함이 생길 수 있다.
기포발생의 문제점을 극복하기 위해서 실리콘 계면활성제 및 소포제가 사용되어 왔으나, 이들의 사용은 느린 건조와 같은 다른 문제점을 일으킬 수도 있고 일부 경우에는 인쇄된 화상 위의 유성 표면 필름 또는 대량의 잉크를 유지 또는 보관할 때 상 분리와 같은 문제점을 일으킬 수도 있다.
당 기술분야에서 필요한 것은, 분사가능성, 빠른 건조, 저장 안정성, 조절된 도트 게인 및 화상 밀도와 같은 요구되는 물리적 성능을 전부 제공하는 잉크 조성물이다. 또한, 당 기술분야에서 필요한 것은, 잉크 제트 잉크 조성물에서 기포와 연관된 바람직하지 못한 문제점을 동시에 감소시키거나 없애기 위해 제형된 잉크조성물이다.
본 발명은 개선된 기포방지 성질 뿐만 아니라 우수한 인쇄 품질을 가진 신규의 잉크 조성물을 알아냄으로써 상기 언급된 일부 문제점 및 곤란함을 해결하고 있다. 잉크 조성물은 다양한 인쇄 방법, 특히 잉크 제트 잉크 인쇄를 포함한 방법을 사용하여, 목적하는 기판 위에 잉크 조성물을 인쇄할 수 있는 바람직한 성질을 갖는다. 인쇄된 기판은 안료 및 염료-기재 잉크 조성물을 포함한 각종 착색제를 사용하여 우수한 인쇄 품질을 갖는다.
따라서, 본 발명은 플루오르화 계면활성제를 함유하는 잉크 제트 잉크 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 잉크 조성물은 이전의 플루오르화 계면활성제를 사용하여 달성될 수 있는 것에 필적하는 잉크 제트 인쇄 성능을 제공하지만, 이전의 플루오르화 계면활성제와 비교할 때 감소된 기포화 경향을 가질 수 있다.
본 발명은 또한, 플루오르화 계면활성제를 포함한 잉크 조성물을 잉크 제트 프린트 헤드로부터 기판 위로 분출하는 것을 포함한 인쇄 방법, 및 그로부터 유래된 화상 형성 물품에 관한 것이다.
본 발명은 플루오르화 계면활성제를 함유한 잉크 제트 잉크 조성물에 관한 것이다. 잉크 조성물은 이전의 플루오르화 계면활성제를 사용하여 달성되는 것에 필적하는 잉크 제트 인쇄 성능을 제공하지만, 이전의 플루오르화 계면활성제와 비교할 때 감소된 기포화 경향을 가질 수 있다.
본 발명의 상기 및 기타 특징 및 장점은, 하기 개시된 구현양태의 상세한 설명 및 첨부된 청구의 범위를 검토한 후에, 더욱 명백해질 것이다.
본 발명은 개선된 인쇄성 및 우수한 인쇄 품질을 가진 신규의 잉크 조성물에 관한 것이다. 잉크 조성물은 하나 이상의 플루오르화 계면활성제를 포함하고, 이에 의해 기포 안정성 시험(이하 설명됨)에 의해 측정 시에 바람직한 정도의 기포-방지 성질을 갖는 잉크 조성물을 얻을 수 있다. 얻어진 잉크 조성물이 (1)잉크 제트 인쇄가능하고 (2) 각종 인쇄가능한 기판 위에서 뛰어난 인쇄 품질을 생성하고, 임의로 (3) 바람직한 기포-방지 성질을 갖도록, 잉크 조성물의 성분들을 선택하고 조합한다. 본 발명은 잉크 조성물을 기판 위에 인쇄하는 방법에 관한 것이며, 이 방법에서 잉크 조성물이 뛰어난 인쇄성 및 인쇄 품질을 나타낸다. 본 발명은, 잉크 조성물로부터 형성된 인쇄된 화상을 그 위에 갖는 기본 기판을 포함한 인쇄된 제조 물품에 관한 것이다.
바람직한 구현양태에서, 하나 이상의 플루오르화 계면활성제를 다른 성분들과 조합하고 잉크 조성물 내로 혼입하여, 실리콘-함유 계면활성제 또는 소포제를 사용하지 않고도 바람직한 기포-방지 성질을 갖는 본 발명의 잉크 조성물을 형성할 수 있다는 것을 알아내었다. 주어진 잉크 조성물의 기포-방지 성질을 측정하는 한가지 방법은 하기 기재된 기포 안정성 시험에 의한 것이다. 기포 안정성 시험은, 피크 기포형성 수준이 관찰될 때까지 잉크 조성물을 격렬하게 교반한 후에, 잉크 조성물의 양에 비해 잉크 조성물 내의 기포의 양을 측정하는 것이다.
기포 안정성 시험 값은 하기 식을 사용하여 계산된다:
기포 안정성 시험 값(%) = (H기포)/(H잉크) × 100
상기 식에서, H기포는 잉크 조성물을 교반한 후 60초에서 측정된 잉크 조성물 층 위에 형성된 기포 층의 높이이고, H잉크는 교반 전에 잉크 조성물 층의 높이이다. 예를들어, 잉크 조성물의 샘플을 바이알에 넣고 피크 기포형성 수준이 관찰될 때까지 교반한다면, 잉크 조성물을 교반한 후 60초에서 기포 층 높이는 1cm로 측정되고, 잉크 조성물 층 높이는 교반 전에 4cm로 측정되며, 이때 기포 안정성 시험 값은 25% ((1cm/4cm)×100)이다.
교반된 잉크 조성물 샘플에서 기포의 양은, 이에 한정되지는 않지만 사용된 믹서/진동기, 및 잉크 조성물의 혼합/진동 정도(즉, 혼합 시간)를 포함한 여러 요인에 의존하여 변할 수 있다. 그러나, 주어진 교반된 잉크 조성물 내의 전체 기포 양은 피크 기포형성 수준에 이르고, 일단 샘플이 최소의 교반 양에 노출되면 이것은 상당히 변화되지 않는다는 것을 알아내었다. 다수의 통상적으로 입수가능한 믹서/진동기를 사용하여 30분동안 교반하면, 상기 기재된 피크 기포형성 수준에 쉽게 다다른다. 적절한 통상적으로 입수가능한 믹서/진동기는 이에 한정되지는 않지만 볼텍스 맥시 믹스(VORTEX MAXI MIX) 믹서 (반스테드 앤드 테르몰린(Barnstead and Termolyne) (미국 아이오와주 두뷔크)로부터 입수가능함); 및 볼텍스-제니(VORTEX-GENIE) 2믹서 (마칼라스터 빅넬 컴퍼니(Macalaster Bicknell Company) (미국 코넥티컷주 뉴 헤븐)으로부터 입수가능함)을 포함한다. 결론적으로, 특정한 믹서 (즉, 볼텍스-제니 2 믹서 (마칼라스터 빅넬 컴퍼니) (미국 코넥티컷주 뉴 헤븐)으로부터 입수가능함)를 하기 기재된 기포 안정성 시험 방법에서 사용하더라도, 상기 기재된바와 같이 기포 안정성 시험 값을 측정하기 위해서는 다수의 필적하는 믹서들을 사용할 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 잉크 조성물은 약 30% 미만의 기포 안정성 시험 값을 갖는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 잉크 조성물은 바람직하게는 약25% 미만의 기포 안정성 시험 값을 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 잉크 조성물은 바람직하게는 약 20% 미만의 기포 안정성 시험 값을 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 잉크 조성물은 바람직하게는 약 15% 미만의 기포 안정성 시험 값을 갖는다. 더욱 더 바람직하게는, 본 발명의 잉크 조성물은 약 10% 미만의 기포 안정성 시험 값을 갖는다.
본 발명의 잉크 조성물은 각종 잉크 조성물 성분들을 포함하고, 그 결과 잉크 제트 인쇄를 포함한 여러 인쇄 방법에 의해 인쇄될 수 있는 잉크 조성물이 얻어진다. 다양한 잉크 조성물 성분의 상세한 설명을 이하에 나타낸다.
I. 잉크 조성물 물질
본 발명의 잉크 조성물은 하나 이상의 플루오르화 계면활성제, 하나 이상의 착색제 및 비히클을 포함할 수 있다. 비히클은 그 안에 착색제가 용해되거나 분산되는 담체일 수도 있고, 이에 한정되지는 않지만 습윤제, 착색제 안정화제, 용매, 물, 중합성 물질, 광개시제, 광택 개질제, 미끄럼 개질제, 소포제, 유동 또는 기타 레올로지 조절제, 왁스, 오일, 가소제, 결합제, 산화방지제, 살진균제, 살균제, 유기 및/또는 무기 충진제 입자, 평준화제, 불투명화제, 대전방지제 등을 포함하는 잉크의 나머지 성분들을 포함할 수도 있다.
A. 계면활성제
본 발명의 잉크 조성물은 하나 이상의 플루오르화 계면활성제를 포함한다. 본 발명의 실행에서 유용한 플루오르화 계면활성제는 중합체 및/또는 비-중합체 계면활성제를 포함할 수도 있다. 본 발명에서 사용하기 위해 바람직한 플루오르화 계면활성제는, 약 30% 미만의 기포 안정성 시험 값을 가진 잉크 조성물을 생성하는 플루오르화 계면활성제를 포함한다.
하나의 구현양태에서, 본 발명의 실행에서 유용한 플루오르화 계면활성제는 하기 화학식 I의 적어도 하나의 단량체 단위를 가진 중합체 플루오르화 계면활성제를 포함할 수도 있다.
상기 식에서, Rf는 -C4F9또는 -C3F7이고; R 및 R2은 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개 탄소 원자의 알킬이고; n은 2 내지 10의 정수이고; x는 1 이상의 정수이다.
화학식 I의 바람직한 계면활성제는 Rf가 -C4F9인 것이다. 다른 바람직한 계면활성제는, R 및 R2이 각각 독립적으로 수소 또는 메틸이고, Rf가 -C4F9인 것이다. 또 다른 바람직한 구현양태는 n이 2인 화학식 I의 계면활성제를 포함한다.
유용한 플루오르화 중합체 계면활성제는 바람직하게는 하나 이상의 플루오로화학 부위를 갖는다. 하나의 바람직한 구현양태에서, 플루오로화학 부위는 노나플루오로부탄술폰아미도 단편이다. 노나플루오로부탄술폰아미도 단편이 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트기와 같은 반응성 부위와 조합되어 중합가능한 단량체를 형성한다. 중합가능한 단량체는 단독중합체, 예를들어 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리알킬렌옥시 중합체, 또는 이들의 혼합물을 형성할 수 있거나, 또는 다른 중합가능한 단량체와 조합되어 공중합체를 형성한다. 적절한 중합가능한 단량체는 미국 특허 2,803,615호에 개시된 단량체를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 중합체 계면활성제를 형성하는데 사용하기에 적절한 일례의 단량체는 말레익 안히드라이드, 아크릴로니트릴, 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드, 스티렌, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸렌, 이소프렌, 부타디엔, 또는 이들의 조합으로부터 유래된 단량체 단위를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 구현양태에서, 유용한 중합체 플루오르화 계면활성제는 화학식 II로 기재된다.
상기 식에서, 노나플루오로부탄술폰아미도 단편은 폴리알킬렌옥시 잔기를 함유하는 중합체 사슬의 일부이다. R, R1및 R2은 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개 탄소 원자의 알킬이고; R3은 각각의 기에 2 내지 6개의 탄소 원자를 가진, 서로 연결된(하나 이상인 경우) 하나 이상의 직쇄 또는 분지쇄 폴리알킬렌-옥시기를 포함하고; n은 2 내지 10의 정수이고; x, y 및 z은 1 이상의 정수이다.
화학식 II의 바람직한 계면활성제는 R, R1및 R2이 각각 독립적으로 수소 또는 메틸인 것이다. 다른 바람직한 구현양태는 n이 2인 화학식 II의 계면활성제를 포함한다.
화학식 II의 계면활성제의 특정한 측면에서, 폴리알킬렌 옥시드 기 R3는 화학식 A 또는 B를 갖는다.
(EO)p-(PO)q-(EO)p
(PO)q-(EO)p-(PO)q
상기 식에서, "EO"는 하나 이상의 에틸렌 옥시드 잔기를 나타내고, "PO"는 하나 이상의 프로필렌 옥시드 잔기를 나타내고, p는 1 내지 128의 정수이고, q는 0 내지 54의 정수이다.
하나의 특히 바람직한 구현양태에서, 화학식 II의 계면활성제에서 R3는 화학식 B의 폴리알킬렌 옥시드 기이고, q는 0이고 p는 약 17이다. R 및 R1은 메틸이다.
대안적으로, 다른 바람직한 중합체 플루오르화 계면활성제는, 폴리알킬렌옥시 잔기가 화학식 A(여기에서 q는 9 내지 22의 정수이고, p는 14 내지 128의 정수이다)의 폴리알킬렌 옥시드로부터 유래된 것인 공중합체이다. 더욱 바람직한 것은, 에틸렌 옥시드 잔기가 프로필렌 옥시드 잔기와의 블록 공중합체의 외부에 있고, p가 7 내지 128의 정수이고, q가 21 내지 54의 정수인 공중합체 계면활성제이다. 가장 바람직한 것은, p가 약 11이고 q가 약 21인 화학식 A의 잔기를 함유하는 공중합체 계면활성제이다. 이러한 특정한 구현양태에서, 공중합체 계면활성제는 R이 메틸인 상기 화학식 II에 기재된 것이다.
본 발명의 실행에서 유용한 계면활성제를 함유하는 바람직한 노나플루오로부탄술폰아미도는, 다수의 노나플루오로부탄술폰아미도 단편이 중합체 사슬을 통해 폴리알킬렌옥시 잔기에 연결된 것이다. 폴리알킬렌옥시 잔기는 넓은 범위의 극성에 걸쳐 가용성이기 때문에 특히 유용하고, 탄소-산소 비율의 변화에 의해 특정한기질을 위해 맞추어질 수 있다. 이러한 공중합체 계면활성제는 일반적으로 비-이온성이고, 보통 액체 또는 저 융점 고체이다. 이들은 극성 합성 수지 조성물에 가용성이고, 공중합체의 중량을 기준으로 하여 5 내지 30중량%, 바람직하게는 10 내지 25중량%의 탄소-결합된 불소를 갖는다.
폴리알킬렌옥시 잔기로서, R3은 각각의 기에 2 내지 6개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 4개 탄소 원자, 가장 바람직하게는 2 또는 3개의 탄소 원자를 갖는 적어도 하나 이상의 직쇄 또는 분지쇄 알킬렌옥시기, 예컨대 에틸렌옥시 또는 프로필렌옥시이다. 에틸렌옥시와 프로필렌옥시 단위가 함께 연결될 때, 이들은 폴리에틸렌옥시 또는 폴리프로필렌옥시 블록 또는 블록들의 혼합물을 형성한다. 프로필렌옥시 단위는 분지쇄 형이거나 직쇄형일 수 있다. 특히, 하나의 폴리(옥시프로필렌)을 함유하고, 폴리옥시프로필렌 블록에 결합된 폴리옥시에틸렌의 적어도 하나의 다른 블록을 갖는 것이 바람직하다. 폴리옥시에틸렌 또는 폴리옥시프로필렌의 추가의 블록이 분자에 존재할 수 있다. 500 내지 15,000의 평균 분자량을 가진 물질들은 보통 바스프 코포레이션(BASF Corp.) (미국 뉴저지주 파시패니)으로부터 상표명 플루로닉(PLURONIC)으로 입수가능하고, 다른 화학약품 공급업자로부터 다른 다양한 상표명으로 입수가능하다. 또한, 플루로닉 R (역 플루로닉 구조) 상표명을 가진 중합체가 본 발명에서 유용하다.
특히 유용한 폴리옥시프로필렌 폴리옥시에틸렌 블록 중합체는, 중심 블록의 각 면에 폴리옥시프로필렌 단위의 중심 블록 및 폴리옥시에틸렌 단위의 블록들을포함하는 것이다. 이러한 공중합체는 하기 나타낸 화학식을 갖는다:
(EO)n-(PO)m-(EO)n
상기 식에서, m은 21 내지 54의 정수이고, n은 7 내지 128의 정수이다.
추가의 유용한 블록 공중합체는 폴리옥시에틸렌 단위의 중심 블록 및 중심 블록의 각 면에 결합된 폴리옥시프로필렌 단위의 블록을 가진 블록 중합체이다. 공중합체는 하기 나타낸 화학식을 갖는다:
(PO)n-(EO)m-(PO)n
상기 식에서, m은 14 내지 128의 정수이고, n은 9 내지 22의 정수이다.
노나플루오로부탄술폰아미도 단편을 함유하는 본 발명의 공중합체에서 유용한 다른 바람직한 폴리알킬렌옥시 잔기는, 200 내지 10,000의 분자량을 가진 폴리에틸렌 글리콜로부터 유래되는 것이다. 적절한 통상적으로 입수가능한 폴리에틸렌 글리콜은 상표명 유니온 카바이드(Union Carbide)로부터 카르보왁스(CARBOWAX)로 입수가능하다.
화학식 I 및 II에 따른 중합체 플루오르화 계면활성제의 다른 필요 부분은 출발 단량체의 일부 뿐만 아니라 최종 폴리아크릴레이트 생성물을 형성하는 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 잔기이다. 노나플루오로부탄술폰아미도 아크릴레이트 출발 물질 또는 단량체들을 폴리알킬렌옥시 잔기를 함유하는 단량체와 공중합하여 표면-활성제를 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 폴리아크릴레이트 계면활성제는 예를들어 노나플루오로부탄술폰아미도기-함유 아크릴레이트와 폴리알킬렌옥시아크릴레이트, 예를들어 모노아크릴레이트 또는 디아크릴레이트 또는 이들의 혼합물과의 자유 라디칼 개시 공중합에 의해 제조될 수 있다. 개시제의 농도 및 활성, 단량체의 농도, 온도 및 사슬전달제의 조절은 폴리아크릴레이트 공중합체의 분자량을 조절할 수 있다. 이러한 폴리아크릴레이트의 제조에 관한 설명은 예를들어 미국 특허 3,787,351호에 기재되어 있다. 상기 기재된 출발 노나플루오로부탄술폰아미도 아크릴레이트는 당 기술분야, 예를들어 미국 특허 2,803,615호에 공지되어 있다.
상기 제조에서 사용된 폴리알킬렌옥시 아크릴레이트는 통상적으로 입수가능한 히드록시폴리에테르 또는 폴리알킬렌 히드록시 화합물, 예를들어 플루로닉 또는 카르보왁스 중합체로부터 제조될 수 있다. 이러한 히드록시 물질은 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴로일 클로라이드 또는 아크릴 안히드라이드와 공지된 방식으로 반응된다. 대안적으로, 모노아크릴레이트와 유사한 공지된 방식으로 제조된 폴리알킬렌옥시 디아크릴레이트를, 노나플루오로부탄술폰아미도기-함유 아크릴레이트와 공중합하여 본 발명의 폴리아크릴레이트 공중합체를 수득할 수 있다.
상기 중합체 계면활성제는, 바람직하다면, 음이온성, 비이온성, 양이온성 또는 양쪽성일 수도 있는 수용성 극성 기를 함유할 수도 있다. 바람직한 음이온성 기는, 이에 한정되지는 않지만 술포네이트(예를들어 -SO3M), 술페이트(예를들어, -OSO3M), 및 카르복실레이트(예를들어, -C(=O)OM)을 포함한다. M은 수소, 금속 양이온, 예컨대 알칼리 또는 알칼리 토금속 양이온 (예를들어, 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 마그네슘 등) 또는 질소-기재 양이온, 예컨대 암모늄 또는 양성자화 3급 아민 (예를들어, (HOCH2CH2)2N(+)HCH3)이다. 술포네이트 극성 기는 폴리아크릴레이트 및 폴리아크릴아미드를 포함하는 올리고머 또는 중합체로서 사용된다. 본 발명에서 사용되는 특히 유용한 단량체 또는 올리고머는, 원한다면 수용성 극성 기를 제공하기 위하여, 하기 화학식의 폴리아크릴아미드 술포네이트이다.
상기 식에서, R2및 R은 상기 정의된 바와 같고;
R'는 수소 또는 1-4개 탄소 원자의 알킬, 특히 메틸이고;
n'은 1 내지 10의 정수이고,
M은 수소, 금속 양이온, 또는 양성자화 3급 아민이다.
바람직한 음이온 기는 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산(AMPS) 또는 그의 칼륨 염이다.
대표적인 유용한 양이온 수용성 기는 예를들어 암모늄 또는 4급 암모늄 염을 포함한다. 양이온 수용성 기를 제공하는 바람직한 단량체는 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트 등을 포함한다.
다른 바람직한 구현양태에서, 중합체 플루오르화 계면활성제는 하기 단량체 또는 올리고머의 반응 생성물로부터 제조될 수 있다:
(a) 하기 화학식의 화합물:
(b) 하기 화학식으로 구성된 군에서 선택되는 화합물:
;
; 및
;
그리고, 임의로
(c) 하기 화학식의 화합물:
상기 식에서, R, R1, R' 및 R2은 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개 탄소 원자의 알킬이고; n은 2 내지 10의 정수이고; n'는 1 내지 10의 정수이고; p는 1 내지 128의 정수이고; q는 0 내지 54의 정수이다. M은 수소, 금속 양이온, 또는 양성자화 3급 아민이다.
노나플루오로부탄술폰아미도 단편을 함유하는 화합물은 단량체 혼합물 형태 또는 단량체와 중합체 또는 공중합체의 혼합물 형태로 사용될 수 있다.
또 다른 구현양태에서, 플루오르화 계면활성제는 하기 화학식 III으로 표시되는 계면활성제를 포함한다.
상기 식에서, R 및 Ra은 독립적으로 수소 또는 1-4개 탄소 원자의 알킬이고, r은 2 내지 20의 정수이다. 바람직하게는, R 및 Ra1은 메틸이고 r은 4 내지 10의 정수이다.
추가의 구현양태에서, 플루오르화 계면활성제는 화학식 I, 화학식 II 및 화학식 III에 따른 하나 이상의 화합물을 포함한 혼합물이다.
상기 기재된 노나플루오로부틸술폰아미도-함유 구조는, 미국 특허 2,732,398호(Brice 등)의 실시예 2 및 3에 기재된 방법에 의해 만들어질 수 있는 헵타플루오로프로필술포닐 플루오라이드에서 출발하여, 헵타플루오로프로필술폰아미도기를 사용하여 만들어질 수 있다. 하기 실시예에 기재된 방법을 사용하여, 헵타플루오로프로필술포닐 플루오라이드를 N-메틸헵타플루오로프로필술폰아미드, N-메틸헵타플루오로프로필술폰아미도에탄올, C3F7SO2N(CH3)(CH2CH2O)7.5CH3, N-메틸-헵타플루오로프로필술폰아미도에틸 아크릴레이트, N-메틸-헵타플루오로프로필술폰아미도에틸 메타크릴레이트, 및 노나플루오로부틸술폰아미도 기를 갖는 것으로 기재된 것에 상응하는 공중합체로 전환시킬 수 있다.
본 발명의 실행에서 유용한 합성 방법 및 플루오르화 계면활성제의 제조 절차에 관한 추가의 설명은 양수인의 공동 계류중인 PCT 공개 번호 WO 01/30873호에 기재되어 있다.
본 발명의 잉크 조성물에서 사용되는 계면활성제의 양은 전형적으로 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 10중량% 미만이다. 바람직하게는, 계면활성제가 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 0.01중량% 내지 약 5중량%의 양으로 존재한다. 더욱 바람직하게는, 계면활성제는 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 0.1중량% 내지 2중량%의 양으로 존재한다.
B. 기타 잉크 조성물 성분
상기 기재된 하나 이상의 계면활성제에 추가로, 본 발명의 잉크 조성물은 하나 이상의 추가의 성분들, 예컨대 착색제, 분산제, 용매, 습윤제, 중합가능한 물질, 광개시제, 및 하나 이상의 다른 첨가제, 예컨대 착색제 안정화제, 향료, 레올로지 개질제, 충진제 등을 포함할 수 있다. 일례의 잉크 조성물 성분들을 이하에 언급한다.
i. 착색제
본 발명의 잉크 조성물은 하나 이상의 착색제를 포함할 수 있다. 적절한 착색제는 알려져 있고 통상적으로 입수가능한 안료, 염료 또는 기타 색-제공 물질을 포함한다. 본 발명에서 사용하기 위한 착색제의 선택은, 이에 한정되지는 않지만 사용된 인쇄 방법, 및 잉크 조성물의 최종 용도 및 그 위에 잉크 조성물을 갖는 인쇄된 기판을 포함하는 다수의 요인에 의존된다. 예를들어, 인쇄 방법이 잉크 제트인쇄일 때, 잉크 제트 프린트 헤드를 통해 방출될 수 있는 착색제가 요구된다.
본 발명의 바람직한 구현양태에서, 잉크 조성물은 하나 이상의 안료를 함유한다. 안료가 잉크 조성물에 부정적인 영향을 미치지 않는 이상, 공지된 통상적으로 입수가능한 안료가 본 발명에서 사용될 수 있다. 흑색, 적색, 청색 및 황색 염료 및 안료와 같은 어떠한 색일 수도 있는 적절한 염료 및 안료가 예를들어 [THE COLOUR INDEX, 제3판] 및 개정판(Vol.1-9) (영국 웨스트요크셔 브래드포드, The Society of Dyers and Colourists, 1971-)에서 찾아볼 수 있다. 여기에서 사용된 약어 "C.I."란 "색 지수"를 가리킨다.
흑색 안료의 비제한적인 예는 카본 블랙 안료, 예컨대 스페셜 블랙(SPECIAL BLACK)4, 스페셜 블랙5, 스페셜6, 스페셜 블랙4A, 컬러 블랙(COLOR BLACK) FW 200, 및 컬러 블랙 FW2 안료 (미국 뉴저지주 리지필드의 데구사 코포레이션(Degussa Corporation)으로부터 입수가능함); 레이븐(RAVEN)1200, 레이븐 1170, 레이븐 3500, 및 레이븐 5750 카본 블랙 안료 (미국 죠지아주 아틀란타의 콜롬비안 케미칼 코포레이션(Columbian Chemical Corp.)으로부터 입수가능함); 모골(MOGOL) L 및 스터링(STERLING) NS 카본 블랙 안료 (미국 메사츄세츠주 보스톤의 캐봇 코포레이션(Cabot Corp.)으로부터 입수가능함); 카본 블랙 MA-100 안료 (일본 도꾜의 미쓰비시 가세이 코포레이션(Mitsubishi Kasei Corp.)으로부터 입수가능함); 및 썬 UV 플렉소 블랙 잉크(SUN UV FLEXO BLACK INK), 흑색 안료-함유 UV-경화성 플렉소인쇄 잉크 (미국 뉴저지주 포트 리의 썬 케미칼 컴퍼니(Sun Chemical Co.)로부터 입수가능함)를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
심홍색 안료의 비제한적 예는, 바이엘 코포레이션(미국 펜실바니아주 피츠버그)로부터 입수가능한 퀸도 마젠타(QUINDO MAGENTA) RV-6828 (C.I. 피그먼트 레드 122), 퀸도 마젠타 RV-6831 (C.I. 피그먼트 레드 122) 압축케이크, 퀸도 레드 R-6713 PV 19 및 퀸도 마젠타 RV-6843 (C.I. 피그먼트 레드 202) 안료; 및 썬 케미칼 코포레이션(미국 오하이오주 신시내티)로부터 입수가능한 썬패스트 마젠타(SUNFAST MAGENTA) 122 및 썬패스트 마젠타 202 안료; 및 스위스 바젤의 시바 스페셜티 케미칼스(Ciba Specialty Chemicals)로부터 입수가능한 신쿠아지아 마젠타(CINQUASIA MAGENTA) B RT-343-D, 마젠타 안료(C.I. 피그먼트 레드 202) (또한, 미국에서 모나스트랄 레드(MONASTRAL RED) RT-343-D로 알려져 있음)을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
청록색 안료의 비제한적 예는, 바이엘 코포레이션(미국 펜실바니아주 피츠버그)로부터 입수가능한 팔로마르 블루(PALOMAR BLUE) B-4810 (C.I. 피그먼트 블루 15:3), 팔로마르 블루 B-4710 (C.I. 피그먼트 블루 15:1) 및 팔로마르 블루 B-4900 안료; 및 썬 케미칼 코포레이션(미국 오하이오주 신시내티)로부터 입수가능한 썬 249-1284 안료 (C.I. 피그먼트 블루 15:3)을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
황색 안료의 비제한적 예는, 바이엘 코포레이션(미국 펜실바니아주 피츠버그)로부터 입수가능한 팬션 패스트(FANCHON FAST)Y-5700 (C.I. 피그먼트 옐로우 139) 및 팬션 패스트 옐로우 Y-5688 (C.I.피그먼트 옐로우 150) 안료; 썬 케미칼 코포레이션(미국 오하이오주 신시내티)으로부터 입수가능한 썬브라이트 옐로우 14 압축케이크 및 스펙트라 팩 옐로우(SPECTRA PAC YELLOW) 83 안료; 및 시바 스페셜티 케미칼스(스위스 바젤)로부터 입수가능한 이르가진 옐로우 2RLT (C.I. 피그먼트 옐로우 110), 이르가진 옐로우 2GLTN (C.I. 피그먼트 옐로우 109), 이르가진 옐로우 2GLTE (C.I. 피그먼트 옐로우 109) 및 이르가진 옐로우 3RLTN (C.I.피그먼트 옐로우 110) 안료를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 다른 구현양태에서, 잉크 조성물은 하나 이상의 염료를 함유한다. 염료가 잉크 조성물의 기포방지 성질에 부정적인 영향을 미치지 않는 이상, 공지된 통상적으로 입수가능한 것이면 어떠한 염료라도 본 발명에서 사용할 수 있다. 염료는 예를들어 유기 염료일 수 있다. 유기 염료 부류는 트리아릴메틸 염료, 예컨대 말라차이트 그린 카르비놀(Malachite Green Carbinol) 기재 {4-(디메틸아미노)-a-[4-(디메틸아미노)페닐]-a-[페닐벤젠-메탄올}, 말라차이트 그린 카르비놀 히드로클로라이드 {N-4-[[4-(디메틸아미노)페닐]-페닐메틸렌]-2,5-시클로헥실디엔-1-일리덴]-N-메틸-메탄아미늄 클로라이드 또는 비스[p-(디메틸아미노)페닐]페닐메틸륨 클로라이드} 및 말라차이트 그린 옥살레이트 {N-4-[[4-(디메틸아미노)페닐]페닐메틸렌]-2,5-시클로헥실디엔-1-일리덴]-N-메틸메탄아미늄 클로라이드 또는 비스[p-(디메틸아미노)페닐]페닐메틸륨 옥살레이트}; 모노아조 염료, 예컨대 시아닌 블랙, 크리소이딘 [베이직 오렌지 2; 4-(페닐아조)-1,3-벤젠디아민 모노히드로클로라이드], 빅토리아 퓨어 블루 BO, 빅토리아 퓨어 블루 B, 베이직 퓨신 및 β-나프톨 오렌지; 티아진 염료, 예컨대 메틸렌 그린, 염화아연 이중 염 [3,7-비스(디메틸아미노)-6-니트로페노티아진-5-윰 클로라이드, 염화아연 이중 염]; 옥사진 염료, 예컨대 루미크롬(7,8-디메틸알록사진); 나프탈이미드 염료, 예컨대 루시페르 옐로우 CH {6-아미노-2-[(히드라지노카르보닐)아미노]-2,3-디히드로-1,3-디옥소-1H-벤즈[데]이소 퀴놀린-5,8-디술폰산 이리튬염}; 아진 염료, 예컨대 자너스 그린B {3-(디에틸아미노)-7-[[4-(디메틸아미노)페닐]아조]-5-페닐펜아지늄 클로라이드}; 시아닌 염료, 예컨대 인도시아닌 그린 {카르디오-그린 또는 폭스 그린; 2-[7-[1,3-디히드로-1,1-디메틸-3-(4-술포부틸)-2H-벤즈[에]인돌-2-일리덴]-1,3,5-헵타트리에닐]-1,1-디메틸-3-(4-술포부틸)-1H-벤즈[에]인돌륨 히드록시드 내부 염 나트륨 염}; 인디고 염료, 예컨대 인디고 {인디고 블루 또는 C.I. 배트 블루1; 2-(1,3-디히드로-3-옥소-2H-인돌-2-일리덴)-1,2-디히드로-3H-인돌-3-온}; 쿠마린 염료, 예컨대 7-히드록시-4-메틸쿠마린 (4-메틸움벨리페론); 벤즈이미다졸 염료, 예컨대 훽스트 33258 [비스벤즈이미드 또는 2-(4-히드록시페닐)-5-(4-메틸-1-피페라지닐)-2,5-비-1H-벤즈이미다졸 트리히드로클로라이드 오수화물; 훽스트 셀라니즈 코포레이션(Hoechst Celanese Corp.) (미국 사우스캐롤리나 체스터); 파라퀴노이달 염료, 예컨대 헤마톡실린 {7,11b-디히드로벤즈[b]인데노[1,2-d]피란-3,4-6a,9,10(6H)-펜톨}; 플루오레세인 염료, 예컨대 플루오레세인아민 (5-아미노플루오레세인); 디아조늄 염 염료, 예컨대 아조익 디아조(Azoic Diazo) No.10 (2-메톡시-5-클로로벤젠디아조늄 클로라이드, 염화아연 이중 염); 아조익 디아조 염료, 예컨대 아조익 디아조 No.20 (4-벤조일아미노-2,5-디에톡시벤젠 디아조늄 클로라이드, 염화아연 이중염); 페닐렌디아민 염료, 예컨대 C.I.디스퍼스 옐로우 9[N-(2,4-디니트로페닐)-1,4-페닐렌디아민 또는 솔벤트 오렌지 53]; 디아조 염료, 예컨대 C.I. 디스퍼스 오렌지 13 [1-페닐아조-4-(4-히드록시페닐아조)나프탈렌]; 안트라퀴논 염료, 예컨대 C.I. 디스퍼스 블루 3 [1-메틸아미노-4-(2-히드록시에틸아미노)-9,10-안트라퀴논], C.I. 디스퍼스 블루 14 [1,4-비스(메틸아미노)-9,10-안트라퀴논] 및 C.I. 모던트 블랙 13; 트리스아조 염료, 예컨대 C.I. 다이렉트 블루 71 (3-[(4-[(4-[(6-아미노-1-히드록시-3-술포-2-나프탈레닐)아조]-6-술포-1-나프탈레닐)아조]-1-나프탈레닐)아조]-1,5-나프탈렌디술폰산 4나트륨염); 크산텐 염료, 예컨대 2,7-디클로로플루오레세인; 프로플라빈 염료, 예컨대 3,6-디아미노아크리딘 헤미술페이트 (프로플라빈); 술포나프탈레인 염료, 예컨대 크레졸 레드(o-크레졸술포나프탈레인); 프탈로시아닌 염료, 예컨대 구리 프탈로시아닌 {피그먼트 블루 15; (SP-4-1)-[29H,31H-프탈로시아네이토(2-)-N29,N30,N31,N32]구리); 카로테노이드 염료, 예컨대 트랜스-β-카로텐(푸드 오렌지 5); 카민산 염료, 예컨대 카민(Carmine), 카민산의 알루미늄 또는 칼슘-알루미늄 불용성 안료 (7-a-D-글루코피라노실-9,10-디히드로-3,5,6,8-테트라히드록시-1-메틸-9,10-디옥소-2-안트라센카르보닐산); 아쥬르 염료, 예컨대 아쥬르 A [3-아미노-7-(디메틸아미노)페노티아진-5-윰 클로라이드 또는 7(디메틸아미노)-3-이미노-3H-페노티아진 히드로클로라이드]; 및 아크리딘 염료, 예컨대 아크리딘 오렌지 [C.I. 베이직 오렌지 14; 3,8-비스(디메틸아미노)아크리딘 히드로클로라이드, 염화아연 이중염] 및 아크리플라빈 (아크리플라빈 뉴트랄; 3,6-아크리딘디아민과의 3,6-디아미노-10-메틸아크리디늄 클로라이드 혼합물)을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 잉크 조성물에서 사용되는 착색제의 양은 전형적으로 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 25부피% 미만이다. 바람직하게는, 존재할 경우, 착색제는 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 0.1 부피% 내지 15부피%의 양으로 존재한다. 더욱 바람직하게는, 착색제는, 존재할 경우, 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 0.5부피% 내지 10부피%의 양으로 존재한다.
일부 구현양태에서, 플루오로화학 계면활성제를 포함하는 잉크 제트 인쇄가능한 광 경화성 투명 코팅 조성물의 경우에서와 같이, 중합성 물질, 광개시제 (각 성분은 여기에 기재된 바와 같다), 착색제를 포함하는 비히클이 전형적으로 생략된다.
ii. 분산제
본 발명의 잉크 조성물은 상기 기재된 계면활성제 이외에도 이온성 및 비이온성 분산제를 사용할 수 있다. 적절한 분산제의 비제한적 예는, 바스프 코포레이션(미국 뉴저지주 파시패니)로부터 입수가능한 플루로닉(PLURONIC) L62LF, 플루로닉 L31, 플루로닉 L92, 및 플루로닉 F68 분산제; 로디아 인코포레이티드(Rhodia, Inc) (미국 뉴저지주 크랜버리)로부터 입수가능한 안타록스 P-84 및 안타록스 P-104 분산제; 올린 코포레이션(Olin Corp.) (미국 코넥티컷주 노르워크)로부터 입수가능한 폴리-테르젠트 P-9E, 폴리-테르젠트 P-17D 및 폴리-테르젠트 2A1 분산제; 론자 리미티드(Lonza Ltd.) (스위스 바젤)로부터 입수가능한 앰포테르지 KJ-2 및 앰포테르지 J-2 분산제; 바스프 코포레이션(미국 뉴저지주 파시패니)로부터 입수가능한 소카란(SOKALAN) PA 30CL 분산제; 제네카 컬러스(Zeneca Colors) (미국 노쓰 캐롤리나 샤로트)로부터 입수가능한 솔스퍼스(SOLSPERSE) 27000 분산제; 유니온 카바이드 코포레이션(미국 코넥티컷주 댄버리)로부터 입수가능한 카르보왁스 폴리에틸렌 글리콜 400, 카르보왁스 폴리에틸렌 글리콜 600, 카르보왁스 폴리에틸렌 글리콜 1000, 카르보왁스 폴리에틸렌 글리콜 1450, 및 카르보왁스 폴리에틸렌 글리콜 3350 분산제; 및 롬 앤드 하스 컴퍼니(Rohm and Haas Co.) (미국 펜실바니아주 필라델피아)로부터 입수가능한 아큐졸(ACUSOL) 445N, 아큐졸 450 및 아큐졸 480N 분산제를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 예컨대 미국 특허 5,840,106호 및 5,714,632호에 개시된 것과 같이, 아민과의 개환 반응 후에 수산화나트륨 용액으로 가수분해시킨 비닐아잘락톤과 바이엘의 아스파틱 에스테르의 반응 생성물이 분산제로서 유용하다.
본 발명의 잉크 조성물에서 사용되는 분산제의 양은, 잉크 비히클 및 존재하는 안료의 종류, 입자 크기 및 농도에 의존된다. 유기 안료에 있어서, 사용되는 분산제의 양은 전형적으로 잉크에 존재하는 안료 100부당 10 내지 100중량부의 범위이다. 무기 안료에 있어서, 사용되는 분산제의 양은 전형적으로 잉크에 존재하는 안료 100부당 5 내지 80중량부의 범위이다.
iii. 용매
본 발명의 잉크 조성물은 하나 이상의 용매를 포함할 수도 있다. 본 발명에서 사용하기 위해 적절한 용매는 수성 또는 유기일 수도 있다. 바람직한 용매는 약 50℃이상, 바람직하게는 약 60℃이상의 비교적 높은 인화점을 갖는다. 용매가 점도, 탄성 및 표면 장력과 같은 잉크 조성물을 위해 필요한 물리적 성질을 제공하도록, 용매 및 이들의 사용량이 선택된다. 비-광 경화성 잉크를 위하여, 사용되는용매의 양은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 40 내지 95중량%, 더욱 바람직하게는 60 내지 95중량%이다. 광 경화성 잉크 조성물을 위하여, 용매 성분은 부재하는 것이 바람직하다. 그러나, 특정한 상황에서는 소량이 바람직할 수도 있다. 이 경우에, 용매의 양은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 약 20중량% 이하, 더욱 바람직하게는 2 내지 10중량%이다.
넓은 범위의 용매가 본 발명의 잉크 조성물 내에 혼입될 수 있다. 대표적인 예는 물; 알콜, 예컨대 이소프로필 알콜(IPA) 또는 에탄올; 케톤, 예컨대 메틸 에틸 케톤, 시클로헥사논 또는 아세톤; 방향족 탄화수소; 이소포론; 부티로락톤; N-메틸피롤리돈; 테트라히드로푸란; 락테이트(예를들어, 이소프로필 락테이트, 에틸헥실 락테이트, 부틸 락테이트 등), 아세테이트, 예컨대 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 (PM 아세테이트), 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트(DE 아세테이트), 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트(EB 아세테이트), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 아세테이트(DPM 아세테이트), 이소-알킬 에스테르, 이소헥실 아세테이트, 이소헵틸 아세테이트, 이소옥틸 아세테이트, 이소노닐 아세테이트, 이소데실 아세테이트, 이소도데실 아세테이트, 이소트리데실 아세테이트와 같은 에스테르; 또는 기타 이소알킬 에스테르; 이들의 조합 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
iv. 습윤제
프린트 헤드의 구멍에서 잉크가 건조되거나 꾸덕꾸덕해지는 것을 막는 것을 돕기 위하여, 습윤제가 본 발명의 수성 잉크 조성물에서 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용하기 위해 적절한 습윤제의 예는, 다가 알콜, 예컨대 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 글리세롤, 2-메틸-2,4-펜탄디올 1,2,6-헥산트리올 및 티오글리콜; 알킬렌 글리콜로부터 유래된 저급 알킬 모노- 또는 디-에테르, 예컨대 에틸렌 글리콜 모노-메틸 또는 모노-에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-메틸 또는 모노-에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노-메틸 또는 모노-에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-메틸 또는 모노-에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 디메틸 또는 디에틸 에테르, 및 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르; 질소-함유 고리형 화합물, 예컨대 피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈 및 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논; 및 황-함유 화합물, 예컨대 디메틸 술폭시드 및 테트라메틸렌 술폰을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 잉크 조성물에서 사용하기 위해 바람직한 습윤제는 디에틸렌 글리콜, 글리세롤, 또는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르이다.
습윤제는 원하는 목적을 위해 효과적인 양으로 존재할 수 있다. 일반적으로, 습윤제는 존재하는 경우 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 70중량% 이하의 양으로 존재한다. 바람직하게는, 습윤제는 존재하는 경우 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 5중량% 내지 30중량%의 양으로 존재한다.
v. 중합성 물질
본 발명은 광 경화성 잉크 조성물을 또한 포함한다. 이러한 잉크 조성물에서, 하나 이상의 중합성 또는 교차성 물질이 하나 이상의 광개시제와 함께 존재한다. 인쇄되고 화학광선(다시말해서, 전자기 스펙트럼의 자외선 또는 가시광선 부분에 파장을 갖는 복사선)에 노출될 때, 잉크 조성물은 빨리 경화되어 안정한 필름 코팅을 형성한다. 적절한 성분들은 하나 이상의 용매, 단량체, 올리고머, 및/또는 중합체를 포함할 수 있다. 잉크 제트 인쇄 용도를 위하여, 이러한 물질들이 적어도 서로 조합되어, 바람직한 잉크 제트 인쇄 헤드 온도 및 전단 조건에서 잉크 분사가능한 점도를 가진 유체로서 존재하는 것이 바람직하다.
여기에서 사용된 용어 "단량체"는 하나 이상의 에너지 중합가능한 기를 가진 비교적 낮은 분자량 물질 (다시말해서, 약 500g/몰 미만의 분자량을 갖는 물질)을 가리킨다. 여기에서 사용된 용어 "올리고머"는 500 내지 10,000g/몰의 분자량을 가진 비교적 중간 분자량 물질을 가리킨다. 본 명세서에서 사용된 용어 "분자량"은 달리 표현되지 않는 한 수 평균 분자량을 의미한다.
본 발명의 실행에서, 단량체, 올리고머 및/또는 중합체는 경화 에너지의 적절한 공급원에 노출시에 중합되고/되거나 가교된다. 이러한 작용성은 전형적으로 에너지 노출시에 양이온성 메카니즘을 통해 경화되는 기 뿐만 아니라 자유 라디칼 메카니즘을 통해 경화되는 기를 포함한다. 본 발명의 실행에서 적절한 경화성 기의 대표적인 예는, 에폭시기, (메트)아크릴로일기, 알케닐기, 알릴옥시기, 스티레닐기, (메트)아크릴아미도기, 시아네이토기, 에틸렌옥시기, 이들의 조합 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 자유 라디칼 중합가능한 기가 바람직하다. 이들 중에서, (메트)아크릴 잔기가 더욱 바람직하다. 여기에서 사용되고 본 출원 전체에 걸쳐, 용어 "(메트)아크릴" 또는 그의 변형은 "아크릴" 및/또는 "메타크릴"을 가리키는 것임을 주목해야 한다.
경화성 작용기의 중합 및/또는 가교를 달성하기 위해 사용되는 에너지 공급원은 화학광선 (예를들어, 스펙트럼의 자외선 또는 가시광선 영역에서 파장을 갖는 복사선), 이온화 복사선, 가속입자 (예를들어, 전자 비임 복사선), 열 (예를들어, 가열 또는 적외선) 등 일 수 있다. 바람직하게는, 에너지는 화학광선 또는 가속입자인데, 그 이유는 이러한 에너지가 개시에 비하여 뛰어난 조절을 제공하고 뛰어난 중합 속도 및/또는 가교 속도를 제공하기 때문이다. 추가로, 비교적 저온에서 경화를 위해 화학광선 및 가속 입자를 사용할 수 있다. 이것은, 열 경화 기술을 사용할 때 에너지 경화성 기의 중합 및/또는 가교를 개시하기 위해 요구될 수도 있는 비교적 고온에 민감할 수 있는 성분들을 분해시키거나 증발시키는 것을 피한다. 경화 에너지의 적절한 공급원은 레이저, 전자비임, 중압 수은 램프, 크세논 램프, 카본 아크 램프, 텅스텐 필라멘트 램프, 태양광, 저 강도 자외선 (예를들어, 살균성 광) 등을 포함한다. 중합을 위해 흑광을 사용하는 것은, 다수의 다른 종류의 경화 에너지에 비하여, 높은 분자량의 중합체를 형성하는 경향이 있다. 따라서, 경화시에 더욱 높은 분자량 물질을 형성하는 것을 원할 때에는, 자외선의 사용이 바람직하다.
에너지 경화성 단량체는 일반적으로 에너지 경화성 잔기의 측면에서 모노-, 디-, 트리, 테트라- 또는 다른 다작용성일 수 있다. 이러한 단량체들은 더욱 높은 분자량 성분(들) (존재한다면)을 위한 희석제 또는 용매로서, 점도 감소제로서, 경화될 때의 결합제로서, 그리고 다른 에너지 경화성 물질에 대한 가교제로서 작용할 수도 있다. 잉크 조성물 내에 혼입되어지는 단량체의 양은, 얻어지는 잉크 조성물의 목적하는 용도에 의존하여 넓은 범위내에서 변할 수 있다. 일반적인 지침으로서, 본 발명의 잉크 조성물은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 25중량% 내지 98중량%의 하나 이상의 단량체를 함유할 수도 있다. 바람직하게는, 본 발명의 잉크 조성물은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 30중량% 내지 95중량%, 더욱 바람직하게는 40중량% 내지 70중량%의 단량체 또는 단량체들을 함유한다.
본 발명의 잉크 조성물에서 사용하기에 적절한 일작용성, 에너지 경화성 단량체의 대표적인 예는 스티렌, 치환된 스티렌(예를들어, α-메틸스티렌), 비닐 에스테르, 비닐 에테르, N-비닐-2-피롤리돈, (메트)아크릴아미드, N-치환된 (메트)아크릴아미드, 옥틸(메트)아크릴레이트, 이소옥틸 (메트)아크릴레이트, 노닐페놀 에톡실레이트 (메트)아크릴레이트, 이소노닐 (메트)아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 (메트)아크릴레이트, 이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 부탄디올 모노(메트)아크릴레이트, β-카르복시에틸 (메트)아크릴레이트, 이소부틸 (메트)아크릴레이트, 지환족 에폭시드, α-에폭시드, 2-히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴로니트릴, 말레익 안히드라이드, 이타콘산, 이소데실 (메트)아크릴레이트, 도데실 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, 헥실 (메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산, N-비닐카프로락탐, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 히드록시 작용성 폴리카프로락톤 에스테르 (메트)아크릴레이트, 히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 히드록시메틸 (메트)아크릴레이트, 히드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 히드록시이소프로필 (메트)아크릴레이트, 히드록시부틸 (메트)아크릴레이트, 히드록시이소부틸 (메트)아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴 (메트)아크릴레이트, 이들의 조합 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
가교 밀도, 경도, 점도, 결함 내성 등을 포함하여, 잉크 조성물로부터 형성된 경화된 필름의 하나 이상의 성질을 향상시키기 위하여, 다작용성 에너지 경화성 물질을 잉크 조성물내에 혼입할 수도 있다. 하나 이상의 다작용성 종이 존재한다면, 잉크 조성물은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 50중량% 이하의 이러한 물질을 포함할 수도 있다. 이러한 고급 다작용성, 에너지 경화성 단량체의 예는 에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리(메트)아크릴레이트, 에톡시화 트리메틸롤프로판 트리(메트)아크릴레이트, 글리세롤 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 및 네오펜틸 글리콜 디(메트)아크릴레이트, 이들의 조합 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 광 경화성 잉크 조성물에서 사용되는 중합성 및/또는 가교성 다작용성 단량체 및 올리고머의 전체 량은 전형적으로 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 50중량% 미만이다. 바람직한 다작용성 단량체 및 올리고머는 이- 및 삼-작용성이고, 바람직하게는 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 1 중량% 내지 30중량%의 양이다.
vi. 광개시제
잉크 조성물이 화학광선, 예컨대 자외(UV)선으로의 노출에 의해 경화가능한 것인 본 발명의 구현양태에서, 잉크 조성물은 하나 이상의 광개시제를 함유할 수 있다. 사용되는 광개시제의 종류는 복사선의 파장 및 잉크 내의 착색제의 선택에 의존된다. 적절한 광개시제의 예는 PCT 특허 공고 WO 00/20521A1 (4/13/2000, 애드킨스 등)에 기재되어 있다. 본 발명에서 사용하기 위해 적절한 통상적으로 입수가능한 자유-라디칼 발생 광개시제는 벤조페논, 벤조인 에테르, 아실포스핀 옥사이드 광개시제, 예컨대 시바 스페셜티 케미칼스 코포레이션(미국 뉴욕주 태리타운)으로부터 상표명 이르가큐어(IRGACURE) 및 다로커(DAROCUR)로 시판되는 것을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 일부 경우에, 잉크 조성물 내의 착색제는 입사 광선의 일부를 흡수할 수도 있고, 광개시제(들)를 활성화시키기 위해 이용가능한 에너지를 고갈시킨다. 이것은, 경화 속도를 느리게 할 수 있고, 적용된 잉크의 관통 및/또는 표면 경화를 불량하게 할 수도 있다. 따라서, 일부 경우에, 표면 및 관통 경화를 모두 제공하기 위하여 광개시제의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
광개시제 이외에 추가로, 또는 광개시제의 대체물로서, 다른 종류의 개시제를 사용할 수도 있다. 예를들어, 오늄 염을 포함하는 유용한 양이온성 광개시제는 일반 구조 A-X (식중, A는 바람직하게는 디아조늄, 요오도늄, 및 술포늄 양이온으로부터 선택된 유기 양이온이고, 더욱 바람직하게는 A는 디페닐요오도늄, 트리페닐술포늄 및 (페닐티오페닐)디페닐 술포늄으로부터 선택되고; X는 음이온, X가 유기 술포네이트인 오늄 염의 반대이온, 또는 할로겐화 금속 또는 메탈로이드이다)를 갖는다. 특히 유용한 오늄 염은 아릴 디아조늄 염, 디아릴요오도늄 염, 및 트리아릴술포늄 염을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 오늄 염의 추가의 예는 미국 특허 5,086,086호에 기재되어 있다.
본 발명에서 유용한 열적 자유-라디칼 개시제는 아조, 퍼옥시드 및 산화환원 개시제를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 적절한 열적 개시제는, 저장 동안에, 잉크 저장기에서 또는 프린트 헤드에서 중합을 조기에 개시하지 않도록 선택되어야 한다. 바람직하게는, 개시제를 위한 활성화 온도는 잉크 조성물이 저장 동안에, 잉크 저장기 및 프린트 헤드에서 노출되는 온도보다 높다. 일단 인쇄되면, 잉크 조성물은 개시제를 활성화하고 중합을 시작하기 위해 적절한 온도로 가열될 수 있다. 적절한 아조 개시제는 듀퐁 케미칼스(미국 델라웨어주 윌밍톤)으로부터 입수가능한 2,2'-아조비스(이소부티로니트릴) (VAZO 64), 2,2'-아조비스(2-메틸부티로니트릴) (바조 67), 1,1'-아조비스(1-시클로헥사데칸카르보니트릴) (바조 88)을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
적절한 퍼옥시드 개시제는 벤조일 퍼옥시드, 라우로일 퍼옥시드 및 디쿠밀 퍼옥시드를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 적절한 산화환원 개시제는 3급 아민 등과 같은 환원 아민 + 상기 기재된 퍼옥시드의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 잉크 조성물에서 사용된 광개시제(들) 또는 기타 개시제(들)의 양은 다른 잉크 조성물 성분들에 따라 변할 수도 있다. 전형적으로, 착색제-함유 잉크 조성물을 위하여, 광개시제(들)의 양은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 15중량% 이하이다. 바람직하게는, 착색제-함유 잉크 조성물을 위하여, 광개시제(들)의 양은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 1중량% 내지 12중량%, 더욱 바람직하게는 4중량% 내지 10중량%이다. 무색 잉크는 낮은 광개시제 농도를 가질 수도 있다.
vii. 기타 성분들
상기 기재된 계면활성제 및 기타 잉크 성분들에 추가로, 본 발명의 잉크 조성물은 잉크 조성물의 용도 및 사용되는 코팅 방법에 의존하여 하나 이상의 추가 성분들을 함유할 수도 있다. 이러한 추가의 성분들의 예는 전하 담체; 열적 산화에 대항한 안정화제; 점탄성 특성 개질제; 가교제; 가소제; 전하 조절 첨가제, 예컨대 4급 암모늄 염; 유동 조절 첨가제, 예컨대 소수성 실리카, 아연 스테아레이트, 칼슘 스테아레이트, 리튬 스테아레이트, 폴리비닐 스테아레이트, 및 폴리에틸렌 분말; 충진제, 예컨대 탄산칼슘, 점토 및 탈크; 킬레이트화제; 살생제; 살진균제; 부식 억제제; pH 완충제; 침투제; 금속이온봉쇄제; 및 당업자에 의해 사용되는 기타 첨가제를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명의 잉크 조성물에서 이러한 추가의 성분들의 종류 및 양은 당업자에게 알려져 있다.
II. 잉크 조성물의 제조 방법
본 발명의 잉크 조성물은 당 기술분야에 공지된 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 전형적으로, 잉크 성분들을 적절한 용기에서 조합하고, 원하는 정도의 배합이 수득될 때까지 혼합한다. 혼합에 이어서, 코팅 및/또는 인쇄 방법에서 사용하기 위한 잉크를 제조하기 위하여 하나 이상의 추가의 단계들을 사용할 수 있다. 적절한 단계는 잉크 조성물을 여과하는 것을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
잉크 조성물이 안료를 함유할 때, 통상적인 안료 분산 기술이 안료를 분산시키는데 사용될 수 있다. 안료 분산액을 처리하기 위한 일반적인 배합 기술은 다수의 처리 기술을 사용한다. 이러한 한가지 기술은 혼합 및 입자 해교를 달성하기 위해 초음파 에너지를 이용한다. 다른 기술은 배지 밀, 예컨대 볼 밀, 샌드 밀 또는 마모 밀을 이용한다. 매질 밀(media mill)은, 안료 혼합물을 안료 입자의 응집물을 분쇄시키는 고 강도 미세전단 및 캐스캐이딩으로 처리함으로써, 허용가능한 안료 분산액을 달성한다. 그러나, 매질 밀 처리 시스템은 매질 마모 생성물 오염을 포함한 단점을 종종 겪는다. 추가로, 매질 밀 내의 유동 속도가 특정한 수준 이상으로 증가한다면, 얻어지는 분쇄 및 분산액이 고르지 않게 되고, 상당한 물질이 충분히 처리되지 않은 채로 시스템을 나오게 된다.
매질 분쇄 시스템과 연관된 문제점은, 균질화기 및 유화기를 사용하여, 적어도 부분적으로 극복될 수 있다. 이러한 시스템은, 일반적으로 고체 및 액체의 예비혼합물을 표면에 대해 충돌시키거나, 그 자체에 대해 충돌시킴으로써 작용한다. 유감스럽게도, 이러한 고압 장치는 안료 입자의 마모 성질 및 비교적 큰 크기의 입자 응집 구조로 인해 안료 분산액을 처리하는데 부적절한 것으로 간주되며, 큰 입자 응집 구조는 처리되는 혼합물을 강제로 밀어넣는 좁은 간격을 막을 수도 있다. 이러한 폐쇄는, 안료 응집물의 크기를 감소시키고 고압 처리 사용 전에 안료를 충분히 분산시키기 위한 여과 또는 전처리에 의해, 적어도 부분적으로 피할 수 있다.
또 다른 처리 방법에서, 안료 분산액은 150 마이크로미터 내지 1000 마이크로미터 정도의 직경을 가진 일련의 작은 노즐을 통해 강제로 넣어질 수 있다. 이러한 시스템은 높은 유체 속도에서 매우 높은 압력을 견딜 수 있어야 한다. 이러한 시스템을 위한 3가지 상이한 형태가 사용될 수 있다: (1) 감소되는 직경을 구멍을 가진 "쐐기(wedge)" 형태, (2) 그 안에 있는 구멍이 캐비테이션 증가 장치를 갖는 "쐐기" 형태, 및 (3) 분산액 흐름이 적어도 2개의 요소로 분할되고, 각각의 흐름이 구멍을 통해 통과하여 제트를 형성하며, 제트 흐름을 상호간에 충돌시킴으로써 제트 흐름이 재조합되는 "충돌 제트" 형태. 이러한 각각의 시스템은 수성 안료 잉크를 처리할 때 만족스런 결과를 가져오는 것으로 밝혀졌다.
잉크를 "쐐기" 형태 또는 "충돌 제트" 형태를 사용하여 약 15중량%의 농도로 처리한 후에, 주어진 디에틸렌 글리콜-대-물 비율을 사용하여 약 4% 농도의 최종 잉크 농도를 생성하기 위해 추가 량의 탈이온수 및 디에틸렌 글리콜로 희석하는 것이 바람직하다. 희석 단계에서, 물과 디에틸렌 글리콜을 연속하여 첨가하면서 중간 속도로 전단 믹서(예를들어, 실버슨 머쉰스 인코포레이티드(Silverson Machines Inc.) (미국 메사츄세츠주 이스트 롱미도우)로부터 입수가능함)를 사용하여 분산액을 혼합한다. 디에틸렌 글리콜의 첨가는 분산액의 응집을 막기 위해 서서히 수행된다.
희석 단계 후에, 예를들어 5마이크론 와트만 폴리캡 36 HD 캐트리지형 필터 (아보르 테크놀로지(Arbor Technology)로부터 입수가능함, 미국 미시간주 앤 아보르)를 사용하여 잉크를 여과한다. 필터를 통해 잉크를 공급하기 위하여 마스터플렉스(MASTERFLEX) 연동식 펌프 (바넌트 컴퍼니(Barnant Co.) (미국 일리노이주 배링톤)으로부터 입수가능함)와 같은 펌프를 사용할 수 있다. 약 3psi(20kPa)의 배압에서 1분당 약 120mL의 유량이 바람직하다.
III. 기판 위로 잉크 조성물의 코팅 방법
본 발명은 또한, 기판 위로 잉크 조성물을 코팅하는 방법에 관한 것이며, 여기에서 잉크 조성물은 원하는 정도의 기포-방지 성질을 갖는다. 코팅 기술의 대표적인 예는 스크린 인쇄, 분무, 잉크 제트 인쇄, 그라비야 코팅, 나이프 코팅, 블러싱, 커튼 코팅, 플렉소인쇄 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 하나의 구현양태에서, 코팅 방법은 잉크 제트 프린트 헤드로부터 원하는 기판 위로 잉크 조성물을 방출하는 것을 포함한다(즉, 잉크 제트 인쇄).
인쇄 후에, 나머지 용매들을 강제 통풍 및/또는 가열에 의해 건조 (즉, 제거)시킬 수 있다. 용매의 제거는 IR 램프, 대류 오븐 등을 사용하여 달성될 수 있거나, 또는 실온에서 간단히 통풍 건조시킬 수 있다. 광 경화성 잉크의 경우에, 단지 중간 정도의 양의 용매가 존재할 때, 광 경화가 수행되는 것과 동시에 용매를 제거할 수 있다. 광 경화와 건조를 실질적으로 동시에 수행하는 것은, 2000년 11월 9일에 출원된 양수인의 공동-계류중인 미국 출원 09/711,345호 (Ylitalo 등)에 기재된 바와 같이, 경화 품질을 향상시킨다.
광 경화성 잉크 조성물의 경우에, 기판 위에 코팅한 후에, 광 경화성 잉크 조성물이 적절한 플루언스 및 경화 에너지의 종류를 사용하여 경화될 수 있다. 경화를 위해 사용되는 경화 에너지의 양은, 관련된 반응물의 양 및 종류, 에너지 공급원, 웹 속도, 에너지 공급원으로부터의 거리, 및 경화되는 물질의 두께와 같은다수의 요인에 의존된다. 일반적으로, 경화 속도는 에너지 강도의 증가에 따라 증가되는 경향이 있다. 또한, 경화 속도는 조성물에 존재하는 촉매 및/또는 개시제의 증가된 양에 따라 증가하는 경향이 있다. 일반적인 지침으로서, 화학광선은 전형적으로 0.1 내지 10주울/cm2의 전체 에너지 노출과 연관되며, 전자비임 복사선은 전형적으로 1메가래드 미만으로부터 100메가래드 이상까지의 범위, 바람직하게는 1 내지 10메가래드의 전체 에너지 노출을 포함한다. 노출 시간은 1초 미만으로부터 10분 이상까지일 수 있다. 복사선 노출은 공기 중에서 또는 질소 또는 CO2와 같은 불활성 대기 중에서 일어날 수 있다.
본 발명의 잉크 분사가능한 구현양태는, 적어도 잉크 제트 프린트 헤드의 노즐을 통해 분사될 때, 잉크 분사 기술을 사용하여 유체 조성물을 유리하게 수용 기판에 적용할 수 있도록 충분히 낮은 점도 성질을 갖는 경향이 있다. 바람직하게는, 적어도 분사되는 동안에, 본 발명의 잉크 조성물이 바람직한 잉크 분사 온도 (즉, 주변 온도 내지 약 80℃) 및 전단 조건하에서 약 30mPa·s 미만, 더욱 바람직하게는 약 25mPa·s 미만, 더욱 더 바람직하게는 약 20mPa·s 미만의 점도를 갖는다.
그러나, 특정한 조성물을 위한 최적의 점도 특징은, 기판 위에 조성물을 적용하기 위해 사용되는 잉크 제트 시스템의 종류에 의존될 것이다. 예를들어, 압전 잉크 제트 용도를 위하여, 전형적인 바람직한 점도는 프린트 헤드 온도에서 3 내지 30mPa·s이다. 일반적으로, 이것은, 유체 조성물이 25℃에서 약 50mPa·s 이하의점도를 갖는 것이 바람직하다는 것을 의미한다. 여기에 기재된 잉크 조성물의 특히 바람직한 구현양태는 25 내지 65℃의 중간 온도에서 10 내지 16mPa·s 범위의 점도를 갖는 경향이 있다.
이러한 점도 특징은 일반적으로 바람직한 프린트 헤드 온도에서 잉크 조성물이 분산될 수 있도록 돕는다. 잉크 조성물의 하나 이상의 성분의 잠재적인 휘발성 및 반응성에 기인하여, 유체 조성물은 바람직하게는 약 80℃ 이하의 온도, 더욱 바람직하게는 약 55℃ 이하의 온도에서 분사된다.
본 발명의 잉크 제트 잉크 조성물의 다른 바람직한 특징은 중간 내지 낮은 표면 장력이다. 바람직하게는, 잉크 조성물이 프린트 헤드 작업 온도에서 20 mN/m 내지 50mN/m 범위의 표면 장력, 더욱 바람직하게는 22mN/m 내지 40 mN/m 범위의 표면 장력을 갖는다. 이러한 표면 장력은 여기에 개시된 계면활성제의 사용에 의해 쉽게 달성될 수 있다.
본 발명의 잉크 조성물은 적어도 분사 온도 및 분사 전단 조건에서 분사되는 동안에 뉴톤 점도 또는 실질적으로 뉴톤 점도 성질을 갖는다. 뉴톤 유체는 적어도 실질적으로 전단 속도와 무관한 점도를 갖는다. 여기에서 사용된, 유체 점도는 실질적으로 전단 속도와 무관한 것으로 예상되고, 따라서 유체가 0.95 이상의 멱수 법칙 지수를 갖는다면 실질적으로 뉴톤 점도이다. 유체의 멱수 법칙 지수는 하기 표현으로 주어진다.
η = mγn-1
상기 식에서, η은 전단 점도이고, γ은 전단 속도(s-1)이고, m은 상수이고, n은 멱수 법칙 지수이다. 멱수 법칙 지수의 원리는 문헌 ["Rheology: Principles, Measurements, and Applications", New York, VCH, 1994, p.85]에 더욱 기재되어 있다.
잉크 제트 용도를 위하여, 적어도 분사되는 동안에 실질적인 뉴톤 특징이 탄성 거동을 나타내는 비-뉴톤 유체에 비해 특히 바람직하다. 유체의 탄성은 연장 증점 거동을 일으키는 경향이 있으며, 낮은 점도 요건이 충족되는 경우에라도 잉크의 분사를 막는 것으로 알려져 있다. 적어도 실질적으로 뉴톤 점도 성질을 가진 유체를 사용하는 다른 이유는, 분사가 약 1×106s-1의 전단 속도에서 전형적으로 달성되는 반면, 저장기로부터 잉크 제트 헤드 채널로의 잉크 재충전이 100 - 1000 s-1에서 일어나기 때문이다. 높은 탄성 조성물은 분사 속도에서 보다 재충전 속도에서 훨씬 높은 점도를 갖는다. 이것은 재충전을 느리게 하는 경향이 있고 프린트 헤드 성능을 손상시킨다. 탄성 및 그의 단점은 분사 온도 및 전단 조건에서 탄성을 거의 나타내지 않거나 전혀 나타내지 않는 유체 조성물을 배합함으로써 피할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현양태에서, 코팅 방법은 원하는 기판 위에 잉크를 적용하고 잉크 분사된 특징, 예를들어 필름 또는 패턴을 형성하기 위해 잉크-제트 프린터를 유리하게 사용한다. 다양한 종류의 잉크-제트 프린터는 열적 잉크 제트 프린터, 연속 잉크 제트 프린터 및 압전 잉크 제트(즉, 피에조 잉크 제트)를 포함하는 것으로 알려져 있다. 열적 잉크 제트 프린터 및 프린트 헤드는 휴렛-패커드 코포레이션 (미국 캘리포니아주 팔로 알토); 렉스마크 인터내셔날(Lexmark International) (미국 켄터키주 렉싱톤)과 같은 프린터 제조업자로부터 쉽게 상업적으로 구입할 수 있다. 가변성 인쇄 능력을 가진 잉크 제트 인쇄 장치의 구현양태는 2000년 12월 29일에 출원된 양수인의 공동 계류중인 미국 출원 09/751,142호 (Tokie)에 기재되어 있다.
그래픽 물품 제조의 생산성을 향상시키기 위하여, 본 발명의 방법은 바람직하게는 압전 잉크-제트 프린터를 사용한다. 압전 잉크 제트 프린트 헤드는 트리던트 인터내셔날 인코포레이티드(Trident International, Inc.) (미국 코넥티컷주 브룩필드); 유.에스.엡손 인코포레이티드(U.S.Epson Inc.) (미국 캘리포니아주 토랜스); 히다찌 데이타 시스템스 코포레이션(Hitachi Data Systems Corp.) (미국 캘리포니아주 산타 클라라); 자르 리미티드(Xaar Ltd.) (영국 캠브리지); 스펙트라 인코포레이티드 (Spectra, Inc.) (미국 뉴욕주 하노버); 아이다니트 테크놀로지스 리미티드(Idanit Technologies, Ltd.) (이스라엘 리션 레 지온) 등으로부터 통상적으로 입수가능하다. 이러한 프린트 헤드는 아이다니트 테크놀로지스 리미티드(Idanit Technologies, Ltd.) (이스라엘 리션 레 지온); 래스터 그래픽스 인코포레이티드(Raster Graphics, Inc.) (미국 산요세); 뷰텍 인코포레이티드(VUTEK, Inc.) (미국 뉴햄프셔, 메레디트); 올림푸스 옵티칼 컴퍼니 리미티드 (Olympus Optical Co.Ltd) (일본 도오꾜) 등으로부터 통상적으로 입수가능한 압전 잉크 제트 프린터에서 사용된다.
IV. 인쇄된 기판
본 발명은 또한, 원하는 정도의 기포-방지 성질을 가진 잉크 조성물로부터 형성된 화상이 그 위에 인쇄된 기본 기판을 포함하는 인쇄된 제조 물품에 관한 것이다. 본 발명의 잉크 조성물은 목재, 금속, 종이, 가죽, 직물 또는 부직포, 수지-코팅 종이, 호일, 중합체 물품, 중합체 필름 등과 같은 수용 기본 기판 위에 적절한 방식으로 적용될 수 있다. 본 발명의 잉크 조성물은 그래픽 요소, 텍스트 항목, 연속 층, 바코드, 또는 기타 특징을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 잉크 조성물은 다공성 및 비다공성 기판 양쪽 모두와 매우 친화성이다. 비다공성 물질과의 친화성은, 폴리(비닐 클로라이드) (비닐, 가소화 비닐, 강화 비닐 및 비닐/아크릴 배합물 포함), 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 기타 폴리에스테르, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리스티렌, 고 강도 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리이미드(구리 및/또는 금 코팅된 폴리이미드 포함), 폴리아미드, 폴리메틸 (메트)아크릴레이트, 개질 폴리올레핀, 폴리아미드이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 멜라민 수지, 폴리비닐 부티랄 및 그의 공중합체 및 이들의 조합 등의 필름을 포함하는 단층 및 다층 구조를 포함한, 넓은 범위의 비다공성 중합체 필름 위에 이러한 조성물을 적용할 수 있도록 한다. 다공성 기판의 예는 셀룰로스성 기판, 예컨대 종이 및 판지, 직물 (부직 합성 직물 및 종이 포함), 가죽, 미세다공성 필름 등을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 본 발명에 따른 잉크 및 방법을 사용하여 제조될 수 있는, 인쇄된 물품을 위해 유용한 용도의 비-제한적 예는 간판, 도로, 자동차, 보트, 비행기, 가구, 장치 등과 같은 옥외용 기판이다.
본 발명은 상기 기재된 바와 같고, 하기 실시예에 의해 더욱 예증되지만, 하기 실시예들이 어떠한 방식으로도 본 발명의 범위에 대한 제한을 부여하는 것으로 해석되어서는 안된다. 반대로, 본 명세서를 읽은 후에, 본 발명의 취지 및/또는 첨부된 청구범위의 범위에서 벗어나지 않으면서, 당업자에게 제시될 수 있는 다양한 기타 구현양태, 변형 및 그의 균등물에 대한 수단이 존재할 수도 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 일례의 잉크 조성물을 생성하기 위해 하기 실시예 및 첨부된 용어해설이 사용되었다.
용어해설
기판:
실시예에서 사용된 하기 그래픽 기판(기판 A-H)은 미국 미네소타주 세인트폴의 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 컴퍼니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)로부터 통상적으로 입수가능하다.
기판 A는 콘트롤택 플러스(CONTROLTAC PLUS) 180-10 그래픽 마킹 필름(GRAPHIC MARKING FILM)이고, 접착제가 이면에 적용된 비닐 필름(51 마이크포미터 두께)이다;
기판 B는 콘트롤택 플러스 160-30 그래픽 마킹 필름이고, 접착제가 이면에 적용된 비닐 필름(102 마이크로미터 두께)의 상표명이다;
기판 C는 스카치라이트 고 강도 시팅(SCOTCHLITE HIGH INTENSITY SHEETING) 3870 역반사 필름이다;
기판 D는 스카치라이트 다이아몬드 등급 LDP 반사 시팅(SCOTCHLITE DIAMOND GRADE LDP REFLECTIVE SHEETING) 3970 역반사 필름이다;
기판 E는 콘트롤택 접착제(화이트, 680-10)를 가진 스카치라이트 플러스 680 시리즈 반사 시팅이다;
기판 F는 컴플라이 성능(COMPLY PERFORMANCE) 3540C을 가진 콘트롤택 플러스 그래픽 마킹 필름이다 (스크린 인쇄);
기판 G는 파나플렉스 오닝 앤드 사인 패이싱(PANAFLEX AWNING AND SIGN FACING) 931이다;
기판 H는 파나플렉스 오닝 앤드 사인 패이싱 945이다.
잉크 성분 또는 잉크 성분의 전구체:
"아크릴로이드(ACRYLOID) A-11"은 폴리메틸 메타크릴레이트 수지를 가리키고, 롬 앤드 하스 컴퍼니(미국 펜실바니아주 필라델피아)로부터 입수가능하다.
"AMPS"는 2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산을 가리키고, 시그마-알드리치 컴퍼니(미국 위스콘신주 밀워키)로부터 입수가능하다.
"팬션 패스트 옐로우(FANCHON FAST Yellow) Y-5688"는 바이엘 코포레이션(미국 펜실바니아주 피츠버그)로부터 입수가능한 황색 안료이다.
"퍼스트큐어 BD-3"은 켐퍼스트 파인 케미칼스(Chemfirst Fine Chemicals) (미국 미시시피주 패스카골라)로부터 입수가능한 광개시제이다.
"카르보왁스 350"은 HO(CH2CH2O)7.5CH3를 가리키고, 유니온 카바이드 코포레이션 (미국 코넥티컷주 댄버리)로부터 입수가능하다.
"신쿠아시아 마젠타(CINQUASIA MAGENTA)B RT-343-D"는 마젠타 안료 (C.I. 피그먼트 레드 202)를 가리키고, 시바 스페셜티 케미칼스 (스위스 바젤)로부터 입수가능하다. 미국에서, 상표명 "모나스트랄 레드 RT-343-D"가 사용된다.
"CW 750 아크릴레이트"는 CH3O(CH2CH2O)17C(=O)CH=CH2를 가리키고, 미국 특허 3,728,151호의 실시예 17에서와 같이 제조된다.
"디아글림"은 2-메톡시에틸 에테르를 가리키고, 시그마-알드리치 컴퍼니 (미국 위스콘신주 밀워키)로부터 입수가능하다.
"다우팩스(DOWFAX) 8390"은 헥사데실(술포페녹시)벤젠술폰산 이나트륨 염을 가리키고, 다우 케미칼 컴퍼니(미국 미시간주 미들랜드)로부터 통상적으로 입수가능하다.
실시예에서 사용된 "DPM 아세테이트"는 CGS-80 스카치칼 신너(SCOTCHCAL THINNER)이고; 실시예에서 사용된 "EB 아세테이트"는 CGS-50 스카치칼 신너이며; 양쪽 모두 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 컴퍼니(미국 미네소타주 세인트폴)로부터 입수가능하다.
"플루오래드(FLUORAD) FC-431"은 에틸 아세테이트 중의 플루오로지방족 중합체 에스테르의 50중량% 혼합물을 가리키고, "플루오래드 FC-430"은 플루오르화 알킬 에스테르 비이온성 계면활성제를 가리키며; 양쪽 모두 미네소타 마이닝 앤드 매뉴팩쳐링 컴퍼니 (미국 미네소타주 세인트폴)로부터 수득된다.
"에베크릴 284"는 12% 헥산디올 디아크릴레이트로 희석된 지방족 우레탄 디아크릴레이트를 가리키고; "에베크릴 8800"은 에톡시에톡시에틸 아크릴레이트로 10% 희석된 지방족 우레탄 아크릴레이트를 가리키며; "에베크릴 80" 및 "에베크릴 81"은 각각 아민 개질된 저 점도 폴리에스테르 아크릴레이트를 가리키고; 이들은 각각 UCB 케미칼스(미국 캘리포니아주 스미르나)로부터 입수가능하다.
"이르가큐어 819"는 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀 옥사이드를 가리키고; "이르가큐어 651"은 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온을 가리키며; "이르가큐어 369"는 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)부탄-1-온을 가리키고, 이들은 각각 시바 스페셜티 케미칼스 (미국 뉴욕주 태리타운)로부터 입수가능하다.
"이소프로필티오크산톤"은 "스피드큐어(SPEEDCURE) ITX"를 가리키고, 아세토 코포레이션(Aceto Corp.) (미국 뉴욕주 뉴 하이드 파크)로부터 입수가능하다.
"마이크로리트(MICROLITH) C-K"는 시바 스페셜티 케미칼스(미국 델라웨어주 뉴 포트)로부터 입수가능한 흑색 안료 칩이다.
"PBSF"는 퍼플루오로-1-부탄술포닐 플루오라이드를 가리키고, 시그마-알드리치 코포레이션(미국 위스콘신주 밀워키)로부터 입수가능하다.
"PL 아크릴레이트"는 HO(CH2CH2O)11[(CH(CH3)CH2O]21(CH2CH2O)11C(=O)CH=CH2를 가리키고, 미국 특허 3,787,351호의 실시예 1에서와 같이 제조된다.
"사르토머(SARTOMER) SR 368"은 트리스(2-히드록시에틸)이소시아누레이트 트리아크릴레이트를 가리키고; "사르토머 CN 983"은 지방족 폴리에스테르 기재 우레탄 디아크릴레이트 올리고머를 가리키고; "사르토머 CN 371"은 이작용성 아민 공개시제를 가리키고; 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트; 이소보르닐 아크릴레이트; 2-(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트; 1,6-헥산디올 디아크릴레이트; 이소옥틸 아크릴레이트; 벤조페논 및 N-비닐카프로락탐은 사르토머 컴퍼니(미국 펜실바니아주 엑스톤)으로부터 통상적으로 입수가능하다.
"SF96-100"은 실리콘-기재 계면활성제를 가리키고, GE 실리콘스(미국 뉴욕주 워터포드)로부터 입수가능하다.
"솔스퍼스(SOLSPERSE) 5000" 및 "솔스퍼스 32000"는 분산제를 가리키고, 미국 델라웨어주 윌밍톤의 제네카 인코포레이티드(Zeneca Inc.)로부터 입수가능하다.
"스타박솔(STABAXOL) I"는 레인 케미 코포레이션(Rhein Chemie Corp.) (미국 뉴저지주 트렌톤)으로부터 입수가능한 2,2',6,6'-테트라이소프로필디페닐 카르보디이미드를 가리킨다.
"썬 249-1284 피그먼트"는 시안 안료(C.I. 피그먼트 블루 15:3)를 가리키고, "썬 UV 플렉소 블랙 잉크"는 흑색 UV-경화성 플렉소인쇄 잉크를 가리키며, 각각 썬 케미칼 컴퍼니(Sun Chemical Co.) (미국 뉴저지주 포트 리)로부터 입수가능하다.
"T-4 모르폴린 부가물"은 광택 촉진제로서 사용하기 위해 다음과 같이 제조되었다. 첨가 뷰렛 및 교반 막대가 부착된 깨끗한 1리터 플라스크 위에 부분 진공(약 25 인치 물 진공)을 뽑아내었다. 플라스크를 37.8℃로 예열하였다. 중간 속도(약 70ppm)에서 혼합하면서 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(256g)를 플라스크에 첨가하였다. 액체를 그 온도까지 올렸다. 온도가 46.1℃를 초과하지 않는 속도로 모르폴린(155g)을 플라스크에 첨가하였다. 온도 조절 욕을 43.3℃로 설정하고, 플라스크 내용물을 30분동안 혼합하였다. 플라스크 위의 진공을 제거하고, 25 마이크론 필터를 통해 유체 반응 생성물 (T-4 모르폴린 부가물)을 용기 내로 기울여 따랐다.
"티누빈(TINUVIN) 292"는 미국 뉴욕주 태리타운의 시바 스페셜티 케미칼스로부터 입수가능한 안정화제 (비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)-세베케이트 및 1-메틸-8-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)-세베케이트)를 가리킨다.
"유니플렉스 312"는 유니온 캠프 코포레이션(미국 뉴저지주 웨인)으로부터의 가소제를 가리킨다.
"유비놀 400"은 바스프 코포레이션(미국 뉴저지주 파시패니)로부터의 UV 안정화제를 가리킨다.
"위트코 마크 V1923"은 위트코 코포레이션(미국 텍사스주 휴스턴)으로부터 입수가능한 유기 Ca/Zn 안정화제를 가리킨다.
실시예에서 사용되었으나 상기에 구체적으로 기재되지 않은 추가의 화학 물질들은 시그마-알드리치 케미칼 컴퍼니(미국 위스콘신주 밀워키)와 같은 일반적인 상업 판매회사로부터 입수될 수 있다.
잉크 제트 프린터 성분:
"자르 제트(XAAR JET) XJ 128-200"는 자르 리미티드(영국 캠브리지)로부터 입수가능한 128 채널 200 dpi (78.7 도트/cm) 압전 잉크 제트 프린트 헤드를 가리키며, 하기 실시예에서 317×295dpi (125×116 도트/cm)의 해상도로 화상을 인쇄하기 위해 사용되었다.
시험 방법:
하기 실시예에서, 다음과 같은 시험 방법이 사용되었다:
"접착성"은 ASTM D 3359-95A "테이프 시험에 의해 접착성을 측정하기 위한 표준 시험 방법" 방법 B에 따라 측정되었다.
"솔리드 블록 밀도" (즉, 색 밀도)는 그레태그(GRETAG) SPM 55 밀도계 (그레태그-맥베드 AG(Gretag-MacBeth AG) (스위스 레젠스도르프)로부터 입수가능함)를 사용하여 측정되었다. 기록된 값은 3개 측정치의 평균이다.
"도트 크기"는 광학 현미경에 의해 측정되었다. 기록된 값은 6개 측정치의 평균이다.
"표면 장력" 값은 실온에서 측정된 정적 표면 장력을 가리킨다. 실시예 7 및 실시예 8에서 기록된 "표면 장력" 측정은 6cm 백금 고리가 장착된 피셔 사이언티픽 표면 장력계 모델 20 (피셔 사이언티픽 월드와이드(Fisher Scientific Worldwide) (미국 뉴햄프셔 햅톤)으로부터 입수가능함)을 사용하여 수행되었다. 모든 기타 표면 장력 측정은 윌헬미(Wilhelmy) 플레이트가 장착된 크루스(KRUSS) 장력계 모델 K-10(독일 햄부르그)을 사용하여 수행되었다.
"기포 안정성 시험" 값은 6드램 투명 유리 바이알(2.54cm 직경, 5.1cm 길이)에 시험하고자 하는 잉크(10mL)를 위치시킴으로써 측정되었다. 바이알을 밀폐시키고, 볼텍스 제니(VORTEX GENIE) 2 믹서 (매칼래스터 빅넬 컴퍼니(MacalasterBicknell Co.) (미국 코넥티컷주 뉴 해븐)으로부터 입수가능함) 위에 놓고, 8의 최대 속도 셋팅으로 설정하였다. 잉크를 30초 동안 교반한 다음, 벤치 탑 위에 놓고 스톱워치를 시작하였다. 기포 높이를 측정하고, 교반 후에 다음과 같은 하나 이상의 시간: 1분, 5분, 10분, 30분 및 60분에서 교반 전의 바이알 내에 존재하는 잉크 조성물의 초기 높이의 퍼센트로서 기록하였다.
N-메틸-퍼플루오로부탄술폰아미드(MeFBSA)의 제조
하기 반응을 사용하여 N-메틸-퍼플루오로부탄술폰아미드(MeFBSA)를 제조하였다:
C4F9SO2F + 2NH2CH3→ C4F9SO2NHCH3+ N+H3CH3F-
충진물:
A. 200g 증류된 PBSF (퍼플루오로부탄술포닐 플루오라이드) (est. 95%, MW=302, 190g 활성 = 0.63몰)
B. 43g NH2CH3(MW = 31, 1.38몰)
C. 300ml 물 (2 회)
D. 300ml 3% H2SO4
E. 300ml 물 (3 회)
절차:
1. -78℃ 찬가락(cold finger) 응축기, 오버헤드 교반기, 열전쌍 및 플라스틱 기체 유입 관이 장착된 100ml 플라스크에, 충진물 A를 첨가하였다. 플라스크를수욕에 놓고, 교반하면서 기체 첨가(충진물 B)를 시작하였다.
2. 기체 첨가 10분 후에, 온도가 단지 3℃ 상승하였다. 온수를 욕조에 첨가하여 내부 온도를 50℃로 올리고, 기체 첨가 속도를 증가시켰다.
3. 내부 온도를 53-45℃로 유지시키고, 충진물 B의 첨가가 대략 40분 걸렸다. 실온에서 밤새 배치를 교반시켰으며, 아침에 여전히 액체였다.
4. 아침에, 가열 맨틀을 사용하여 배치를 50℃로 가열하였다. 충진물 C를 서서히 첨가하여 온도를 유지시켰다. 배치를 15분동안 교반한 다음 분할하였다. 윗 물층을 진공 경사분리에 의해 제거하였다 (아스피레이터로 상층을 빨아냄). 추가의 300ml 물을 사용하여 이 조작을 반복하였다.
5. 물로 2회 세척한 후에, 배치를 충진물 D로 세척하고, 분할하고, 진공 경사분리하였다.
6. 산 세척된 플루오로화학(FC) 하부 층을 300ml 물로 3회 세척하고, 분할하고, 매회에 진공 경사분리하였다.
7. 세번째 세척 후에, 플라스크의 사용되지 않은 개구부를 막고, 플라스크에 진공 펌프를 부착하였다. 교반하면서 45℃에서, 플라스크 위에서 서서히 진공을 빼내어, 잔류 물이 너무 빨리 끓어오를 때 넘치는 것을 막았다. 진공을 5토르로 안정시켰다.
8. 배치를 5토르 진공에서 30분 동안 60℃로 가열한 다음, 15분 동안 85℃로 가열하였다. 배치를 45℃로 식히고 진공을 제거하였다.
9. 황색 액체를 결정화 접시에 쏟아붓고 측량하였다. 181g의 물질을 단리하였다 (이론적 = 197g, 수율 = 181/197 = 92%). 열전쌍을 액체 내에 삽입하였다. 액체가 37℃에서 담황색 고체로 결정화하였다.
C 4 F 9 SO 2 N(CH 3 )(CH 2 CH 2 O) 7.5 CH 3 (계면활성제 1)의 제조
하기 반응을 사용하여 본 발명의 계면활성제 C4F9SO2N(CH3)(CH2CH2O)7.5CH3(계면활성제 1)를 제조하였다.
C4F9SO2N(CH3)H + KOH + Cl(CH2CH2O)7.5CH3→C4F9SO2N(CH3)(CH2CH2O)7.5CH3+KCl+H2O
충진물:
A. 50.7g MeFBSA (0.162몰)
B. 24.1g 탄산칼륨 (0.1749몰)
C. 63.7g CW 클로라이드 (MW = 374.5, 0.170g/몰)
CW 클로라이드를 다음과 같이 제조하였다. 카르보왁스 350(44g, HO(CH2CH2O)7.5CH3) 및 수퍼셀 (0.4g, 실리카 건조제)에, 티오닐 클로라이드(18g)를 70℃에서 교반하면서 첨가하였다. 첨가 후에, 교반을 추가 시간동안 70-75℃에서 계속하였다. 과량의 티오닐 클로라이드 및 부산물 (SO 및 HCl)을 기포화된 질소 기체를 사용하여 진공하에 제거하였다. 미반응된 OH기에 대하여 생성물, CW 클로라이드, Cl(CH2CH2O)7.5CH3를 FTIR에 의해 분석하였다 (보통 <0.5%).
D. 5g 디글림
E. 200ml 물
F. 60ml 2중량% NaCl
절차:
1. 오버헤드 교반기 및 열전쌍이 장착된 1000ml 플라스크에 충진물 A, B, C 및 D를 넣고, 120℃에서 밤새 교반하면서 가열하였다.
2. 아침에 배치를 40-50℃로 냉각하였고, 충진물 E을 첨가하였다. 배치를 15분동안 교반하고 분할하였다.
3. 하부 플루오로화학 층을 충진물 F로 세척하고 분할하였다.
4. 플루오로화학 층이 뿌옇게 되므로, 여과지 조각을 통해 측량병으로 여과하였다. 총 83g을 단리하였다.
에틸렌 카르보네이트로의 MeFBSA의 에톡시화 (MeFBSE 알콜의 제조)
하기 반응 메카니즘을 사용하여 MeFBSE 알콜을 제조하였다.
C4F9SO2NHCH3+ (CH2O)2C=O + Na2CO3(촉매) → C4F9SO2N(CH3)CH2CH2OH + CO2
충진물:
A. 100g MeFBSA (MW=313, 0.32몰)
B. 2.8g Na2CO3(0.026몰)
D1. 8g 50℃의 오븐에서 용융된 에틸렌 카르보네이트(MW=88)
D2. 8g 에틸렌 카르보네이트
D3. 8g 에틸렌 카르보네이트
D4. 10g 에틸렌 카르보네이트 (총 중량=34g, 0.38몰)
E. 300ml 물
F. 300ml 물
G. 300ml 3중량% 황산
H. 300ml 물
I. 300ml 물
J. 300ml 물
절차:
1. 오버헤드 교반기, 열전쌍, 첨가 깔때기 및 환류 응축기가 장착된 1리터 3-목 플라스크에 충진물 A 및 B를 놓았다.
2. 배치를 60℃(140℉)로 가열하고, 이 지점에서 배치가 용융되고 교반을 시작하였다. 설정점을 120℃(248℉)로 증가시켰다.
3. 배치가 120℃에 이르를 때, 충진물 D1을 오븐에서 꺼내고, 첨가 깔때기로 옮겼다. 충진물 D1을 10분에 걸쳐 서서히 첨가하였다. 탈기(이산화탄소)가 관찰되었다. 탈기 속도가 감소되는 것이 관찰될 때까지 30분이 경과하였다.
4. 충진물 D2을 첨가 깔때기로 옮기고 5분에 걸쳐 첨가하였다. 25분 후에, 탈기 속도가 느려졌고, 충진물 D3을 5분에 걸쳐 첨가하였다. 30분 후에, 충진물 D4를 오븐에서 꺼내고, 첨가 깔때기에 첨가하고, 5분에 걸쳐 배치에 첨가하였다.
5. 설정점을 110℃(230℉)로 감소시키고, 밤새 교반하였다.
6. 아침에, 배치를 90℃ (194℉)로 냉각하고, 배치를 샘플채취하였다. GC 분석은, 물질이 96.1% 목적 생성물인 것을 나타내고 아미드를 함유하지 않음을 나타내었다. 충진물 E를 첨가하였다. 배치를 30분동안 교반하고, 분할하고, 윗 물층을 진공 경사분리하였다. 충진물 F를 위하여 작업을 63℃(145℉)에서 반복하였다.
7. 물 세척 후에, 배치를 충진물 G와 함께 63℃(145℉)에서 30분동안 교반한 다음, 상을 분할하고 진공 경사분리하였다. 물 층의 pH를 시험하였으며 pH가 2 미만인 것으로 밝혀졌다.
8. 산 세척 후에, 배치를 63℃(145℉)에서 물 충진물 H, I 및 J로 연속적으로 세척하였다.
9. 배치가 플라스크로부터 병으로 용융되어 나오고 고화되었다. 고체 위에 소량의 물을 쏟아부었으며, 단지 안의 물질이 124g인 것으로 밝혀졌다.
10. 물질을 2-목 500ml 플라스크 내로 용융시켰다. 용융점은 57℃(135℉)인 것으로 밝혀졌다.
11. 물질(113g)을 5-7 토르 Hg에서 증류시켰다. 104g (증류되지 않은 물질의 92%)이 130-137℃(266-279℉)의 헤드 온도 및 136-152℃(277-306℉)의 포트 온도에서 증류되었다. 포트 온도가 170℃(338℉)로 더욱 증가되면, 더 이상의 물질이 증류되지 않았다.
MeFBSEA (N-메틸-퍼플루오로부탄술포닐에틸 아크릴레이트)의 제조
하기 반응 메카니즘을 사용하여 N-메틸-퍼플루오로부탄술포닐에틸 아크릴레이트(MeFBSEA)를 제조하였다.
C4F9SO2N(CH3)CH2CH2OH + CH2=CHCO2H + 트리플릭산 (CF3SO3H) 촉매 C4F9SO2N(CH3)CH2CH2OC(=O)CH=CH2+ H2O + CF3SO3H
충진물:
A. 112g MeFBSE 알콜 (C4F9SO2N(CH3)CH2CH2OH, 0.313몰)
B. 0.07g 페노티아진
C. 0.11g MEHQ (메톡시히드로퀴논)
D. 100g 헵탄
E. 27.5g 아크릴산 (0.38몰)
F. 1g 무수 트리플릭산
G. 300g 물
H. 300g 물
절차:
1. 포지티브 질소 압력하에서 경사분리기 어셈블리, 오버헤드 교반기 및 열전쌍이 장착된 3-목 플라스크에 충진물 A, B, C, D, E 및 F를 첨가하였다.
2. 플라스크를 60로 가온하고, 교반을 시작하였다. 배치를 처음에는 96℃에서 시작하여 반응의 마지막에 102℃로 올리면서 환류하에 교반하였다. 경사분리기에서 수집되어야 하는 이론적인 물의 양은 6.3ml였다. 환류 15분 후에, 2ml가 수집되었다. 1시간 15분 후에, 환류 온도는 99℃이고 5ml가 수집되었다. 5시간 15분 후에, 환류 온도가 102℃이고 5.4ml가 수집되었다. 샘플을 회수하고, GC 분석은 반응되지 않은 알콜이 없다는 것과, 92.6% 목적 생성물 및 7.4% 고 비점 물질 (아마도 아크릴산과의 미카엘 부가물인 것으로 생각됨)을 나타내었다.
3. 103℃에서 더 이상의 헵탄이 수집되지 않을 때까지, 배치를 경사분리기로 대기압에서 탈거하였다.
4. 배치를 64℃로 식히고, 진공을 서서히 빼내었다. 5토르에서 더 이상의 액체가 증류되는 것이 관찰되지 않을 때까지 더 많은 헵탄을 탈거하였다.
5. 진공을 제거하고, 충진물 G를 첨가하였다. 배치를 64℃에서 15분동안 교반하고, 상층을 빨아내었다.
6. 충진물 H를 사용하여 이 작업을 반복하고, 배치를 실온으로 냉각시켰으며, 이 온도에서 생성물이 고체였다. 나머지 물을 붓고, 물질이 용기에서나와 단지 안으로 용융되었다. 생성물의 중량은 125g(이론치 129g)이었다. GC 분석은 물질이 92.64% 목적 아크릴레이트 및 7.36% 아크릴산 미카엘 부가물임을 나타내었다.
MeFBSEA(30%)/플루로닉 아크릴레이트(70%) 공중합체 (계면활성제 2)의 제조
본 발명의 다른 계면활성제(계면활성제 2)인 MeFBSEA(30%) 및 PL 아크릴레이트(70%)의 랜덤 공중합체를 다음과 같이 제조하였다.
충진물:
A. 152g MeFBSEA
B. 711g 플루로닉 아크릴레이트 (톨루엔 중의 50% 용액)
C. 14g 2,2'-아조비스이소부티로니트릴
D. 28g 3-메르캅토-1,2-프로판디올
E. 750g 톨루엔
상기 충진물들을 포지티브 질소 압력하에서 5000ml 플라스크에 첨가하였다. 배치를 5.5시간동안 79℃로 가열하였다. 배치 온도가 52℃에 이르를 때까지 배치를 12-15토르에서 탈거하고, 이 온도에서 더 이상의 용매가 거의 또는 전혀 탈거 되지 않는 것이 관찰되었다. 배치를 병에 쏟아붓고, 측량하고, 총 726g의 중합체를 단리하였다.
MeFBSEA(30%)/CW750 아크릴레이트(65%)/AMPS (5%) 공중합체(계면활성제 3)의 제조
MeFBSEMA와 CW750 아크릴레이트 및 아크릴산의 랜덤 공중합체 계면활성제를 제조하였다. 포지티브 질소 압력 하에서 1000ml 플라스크에 하기 충진물을 첨가하였다.
A. 55g MeFBSEMA, 하기 화학식 (C4F9SO2N(CH3)CH2CH2OC(=O)C(CH3)=CH2을 갖고, 아크릴산을 등몰량의 메타크릴산으로 대체하는 것 이외에는 MeFBSEA (N-메틸-퍼플루오로부탄술포닐에틸 아크릴레이트)를 제조하기 위한 절차에 따라 제조됨.
B. 35g CW750 아크릴레이트
C. 10g 아크릴산
D. 6g t-부틸 퍼옥토에이트 (미네랄 스피리츠 중의 50% 고형물)
E. 1g 메르캅토프로판디올
F. 100g 에틸 아세테이트
배치를 8시간동안 79℃로 가열하였다. 고형물 함량은 소량의 증발에 의해얻어지는 중합체 용액의 48.1중량%인 것으로 밝혀졌다.
실시예 1-15
광 경화성 시안 잉크 제트 잉크의 제조
25.4부의 솔스퍼스 5000 및 10.2부의 솔스퍼스 32000을 41.5부의 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트에 용해시킴으로써 밀베이스 (시안 밀베이스)를 제조하였다. 썬 249-1284 시안 안료 (22.9부)를 용액에 첨가하고, 로터-스테이터 믹서로 혼합함으로써 배합하였다. 0.5mm 지르코니아 매질을 사용하는 네쯔쉬 미니-제타 (Netzsch Mini-Zeta) 비이드 밀 (미국 필라델피아 엑스톤의 네쯔쉬 인코포레이티드(Netzsch Inc.)로부터 입수가능함)을 사용하여 분산액을 분쇄하였다. 밀에서 70분동안 분산액을 처리하였다.
충분히 제형된 잉크 제트 잉크 (시안 잉크)는 하기 성분들을 조합함으로써 제조되었다:
2부 벤조페논
1부 이소프로필티오크산톤
2부 이르가큐어 369
2부 이르가큐어 651
5부 이르가큐어 819
3부 T-4 모르폴린 부가물
0.9부 스타박솔 I
2부 티누빈 292
5부 N-비닐카프로락탐
5부 1,6-헥산디올 디아크릴레이트
24.1부 이소옥틸 아크릴레이트
7부 이소보르닐 아크릴레이트
6부 2-에톡시에톡시에틸 아크릴레이트
6부 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트
9부 사르토머 CN983
4.0부 에베크릴 81
1.5부 에베크릴 80
5부 사르토머 SR368
9부 시안 밀베이스
하기 표 1 및 2는 계면활성제 2 및 3을 각각 시안 잉크 제제에 첨가할 때의 표면 장력에 대한 영향을 나타낸다.
계면활성제 2를 함유하는 시안 잉크 제제의 표면 장력
실시예 계면활성제 2의 중량% 표면 장력(mN/m)
1(비교) 0.00 31.6
2 0.10 31.0
3 0.20 30.5
4 0.30 29.9
5 0.40 29.6
6 0.50 29.3
7 0.60 29.3
8 0.70 29.2
9 1.00 29.1
10 1.50 29.0
11 2.00 26.8
12 2.50 26.6
13 3.00 26.6
계면활성제 3을 함유하는 시안 잉크 제제의 표면 장력
샘플 계면활성제 3의 중량% 표면 장력(mN/m)
1(비교) 0.00 31.6
14 0.10 26.8
15 0.20 25.6
실시예 16-39
광 경화성 옐로우 잉크 제트 잉크의 제조
40부의 "팬션 패스트 옐로우 Y-5688" 안료, 및 25부의 솔스퍼스 32000을 35부의 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트에 조합함으로써 밀베이스 (옐로우 밀베이스)를 제조하였다. 0.5mm 지르코니아 매질을 사용하는 네쯔쉬 미니-제타 비이드 밀 (미국 필라델피아 엑스톤의 네쯔쉬 인코포레이티드로부터 입수가능함)을 사용하여 분산액을 분쇄하였다. 밀에서 70분동안 분산액을 처리하였다.
충분히 제형된 잉크 제트 잉크 (옐로우 잉크)는 하기 성분들을 조합함으로써 제조되었다:
2부 벤조페논
1부 이소프로필티오크산톤
2부 이르가큐어 369
2부 이르가큐어 651
5부 이르가큐어 819
3부 T-4 모르폴린 부가물
0.9부 스타박솔 I
2부 티누빈 292
5부 N-비닐카프로락탐
5부 1,6-헥산디올 디아크릴레이트
24.1부 이소옥틸 아크릴레이트
6부 이소보르닐 아크릴레이트
7.5부 2-에톡시에톡시에틸 아크릴레이트
6부 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트
10부 사르토머 CN983
6부 에베크릴 81
5부 사르토머 SR368
7.5부 옐로우 밀베이스
하기 표 3 및 4는 계면활성제 2 및 3을 각각 옐로우 잉크 제제에 첨가할 때의 표면 장력에 대한 영향을 나타낸다.
계면활성제 3을 함유하는 옐로우 잉크 제제의 표면 장력
실시예 계면활성제 3의 중량% 표면 장력(mN/m)
16(비교) 0.00 30.8
17 0.02 25.2
18 0.04 25.4
19 0.06 27.2
20 0.08 26.3
21 0.10 26.2
22 0.12 26.1
23 0.14 26.1
24 0.16 26.0
25 0.18 25.3
26 0.20 25.0
계면활성제 1을 함유하는 옐로우 잉크 제제의 표면 장력
실시예 계면활성제 1의 중량% 표면 장력(mN/m)
16(비교) 0.00 30.8
27 0.05 30.0
28 0.10 29.9
29 0.20 28.8
30 0.30 29.3
31 0.40 29.2
32 0.50 29.2
33 0.60 29.2
34 0.70 29.2
35 1.00 29.0
36 1.50 28.5
37 2.00 28.4
38 2.50 28.4
39 3.00 28.3
실시예 40
잉크 코팅된 기판의 제조
자르 제트 XJ128-200 압전 잉크 제트 프린트 헤드를 사용하여 x-y 배치가능한 평판 위에 장착된 다양한 기판 위에 3개의 잉크 조성물을 개별적으로 분사하였다. 안이 완전히 채워진 정사각형, 원 및 점 형태의 시험 패턴을 인쇄하였다. 3개의 잉크는 계면활성제를 갖지 않는 시안 잉크 (샘플 1 (비교), 표 5에 나타낸 결과); 0.2중량% 계면활성제 2를 갖는 시안 잉크 (샘플 3, 표 6에 나타낸 결과); 및 0.2중량% 계면활성제 3을 갖는 시안 잉크 (샘플 15, 표 7에 나타낸 결과)이었다. 317×295 dpi (125× 116개 도트/cm) 해상도에서 자르 XJ128-200 압전 프린트 헤드를 사용하여 잉크를 분사하고, 100% 전력에서 퓨전 시스템스(Fusion Systems) UV 프로세서 (H-형 벌브를 가진 모델 MC6RQN, 240mJ/cm2선량, 퓨전 UV 시스템스 (미국 미들랜드주 게이더스버그))를 사용하여 경화시켰다. 인쇄 성능 결과를 하기 표 5-7에 나타낸다.
실시예 1(비교)의 인쇄 성능 (계면활성제를 함유하지 않는 시안 잉크)
기판 접착성 솔리드 블록 밀도 도트 크기(㎛)
A 20% 1.9 180
C 0% 1.85 238
D 0% 1.47 180
E 99% 1.74 152
F 98% 1.56 126
G 20% 1.08 148
H 90% 1.68 160
실시예 3의 인쇄 성능(0.2중량%의 계면활성제 2를 함유하는 시안 잉크)
기판 접착성 솔리드 블록 밀도 도트 크기(㎛)
A 20% 2.09 192
C 0% 1.88 255
D 0% 1.92 240
E 99% 2.06 178
F 99% 1.57 132
G 20% 1.81 131
H 0% 2.07 189
실시예 15의 인쇄 성능(0.2중량%의 계면활성제 3을 함유하는 시안 잉크)
기판 접착성 솔리드 블록 밀도 도트 크기(㎛)
A 90% 2.34 196
C 0% 1.92 264
D 0% 1.94 255
E 99% 2.14 169
F 98% 1.77 152
G 20% 1.95 157
H 99% 2.23 202
증가된 색 밀도 및 도트 게인에 의해 증명되는 바와 같이, 시험된 모든 기판 위에서 비교예에 비하여 계면활성제 2 및 계면활성제 3 함유 잉크는 개선된 습윤 및 유동성을 나타내었다. 어떠한 계면활성제도 기판에 대한 잉크 접착성을 손상시키지 않는다.
실시예 41-47
광 경화성 마젠타 잉크 제트 잉크의 제조
33.3부의 신쿠아시아 마젠타 B RT-343-D 안료 및 9.9부의 솔스퍼스 32000을 57.1부의 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트에 분산시킴으로써, 밀베이스(마젠타 밀베이스)를 제조하였다. 0.5mm 지르코니아 매질을 사용하는 네쯔쉬 미니-제타 비이드 밀을 사용하여 분산액을 분쇄하였다. 분산액을 밀에서 70분동안 처리하였다.
하기 성분들을 조합함으로써 완전히 배합된 잉크 제트 잉크(마젠타 잉크)를 제조하였다:
4부 벤조페논
1부 이소프로필티오크산톤
2부 이르가큐어 369
5부 이르가큐어 819
0.9부 스타박솔 I
2부 티누빈 292
10부 N-비닐카프로락탐
5부 1,6-헥산디올 디아크릴레이트
27.1부 이소옥틸 아크릴레이트
5부 이소보르닐 아크릴레이트
6부 2-에톡시에톡시에틸 아크릴레이트
3부 사르토머 CN983
5부 에베크릴 80
4부 에베크릴 284
20부 마젠타 밀베이스
상이한 수준의 몇 가지 계면활성제를 상기 기재된 잉크에 첨가하였다. 표면 장력을 측정하였다. 표면 장력 결과를 표 8에 나타낸다.
마젠타 잉크 제제의 표면 장력
실시예 계면활성제 첨가된 계면활성제의중량% 표면 장력(mN/m)
41(비교) 없음 0 31.7
42(비교) SF96-100 0.4 22.4
43 계면활성제2 0.4 30.4
44 계면활성제3 0.4 24.3
45 계면활성제1 0.2 30.6
46 계면활성제1 0.4 30.2
47 계면활성제1 0.8 30.4
317×295dpi (125×116도트/cm)에서 자르 XJ128-200 압전 프린트 헤드를 사용하여 모든 잉크들을 분사하였다. 100% 전력(H-형 벌브를 가진 모델 MC6RQN, 240mJ/cm2선량)에서 퓨젼 시스템스 UV 프로세서를 사용하여 모든 잉크들을 경화시켰다. 인쇄 성능 결과를 표 9에 나타낸다.
마젠타 잉크 제제의 인쇄 성능
실시예 기판 솔리드 블록 밀도 외관
41(비교) C 2.15 불량
42(비교) 〃 1.93 불량
43 〃 2.01 양호
44 〃 2.25 우수
45 〃 1.96 양호
41(비교) F 1.09 불량
42(비교) 〃 0.94 불량
43 〃 1.82 보통
44 〃 1.09 양호
45 〃 1.36 보통
41(비교) G 1.12 보통
42(비교) 〃 1.13 불량
43 〃 1.09 보통
44 〃 1.49 양호
45 〃 1.30 보통
45(비교) H 1.34 불량
42(비교) 〃 1.42 불량
43 〃 1.86 양호
44 〃 2.05 우수
45 〃 1.86 보통
실시예 48
계면활성제 3을 함유하는 광 경화성 투명 코팅의 제조
하기 성분들로부터 투명한 잉크 제제를 제조하였다: 1.5부 에베크릴 8800, 1.5부 사르토머 CN 371, 5부 이소옥틸 아크릴레이트, 5부 이소보르닐 아크릴레이트, 5부 N-비닐카프로락탐, 2부 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 1부 퍼스트큐어 BD-3, 및 0.08부 계면활성제 3. 모든 성분들을 밤새 롤링에 의해 혼합하였다. 플레이트 방법을 사용하여 제제의 표면 장력을 측정하고 26.8mN/m이었으며, 이것은 압전 잉크 제트 제제를 위해 바람직한 범위내에 있다.
실시예 49
양이온 광경화성 블랙 잉크 제트 잉크의 제조
계면활성제 3을 양이온 광경화성 플렉소인쇄 잉크 썬 UV 플렉소 블랙 잉크(0.4중량%)에 첨가하여 블랙 잉크를 제조함으로써 블랙 잉크 제트 잉크 제제를 제조하였다. 잉크 점도는 25℃에서 12.6mPas였다. 2개의 잉크에 대해 표면 장력 값은 다음과 같다:
블랙 잉크(실시예 48) 27.9mN/m
썬 UV 플렉소 블랙 잉크 36.9mN/m
양쪽 잉크들을 다양한 기판 위에 분사하고, 실시예 41-47에서와 같이 경화시켰다. 인쇄 성능 결과를 하기 표 10에 나타낸다.
블랙 잉크 인쇄 성능
잉크 기판 솔리드 블록 밀도 도트 크기(㎛)
실시예 49 H 1.28 168
G 1.48 135
F 1.91 140
E 1.56 154
C 2.22 240
썬 UV 플렉소블랙 잉크 H 1.08 139
G 1.10 118
F 1.12 120
E 0.94 123
C 1.94 186
비개질된 썬 UV 플렉소 블랙 잉크에 비하여, 계면활성제 3을 함유하는 실시예 49는 모든 기판 위에서 개선된 색 밀도, 습윤, 유동성 및 도트 게인을 나타내었다.
실시예 50
잉크 제트 잉크의 기포 안정성에 미치는 플루오르화 중합체 계면활성제의 영향
0.4중량% FC-431 플루오래드 코팅 첨가제(FLUORAD COATING ADDITIVE)를 실시예 41의 마젠타 잉크 제제에 첨가함으로써 마젠타 잉크 제트 잉크(실시예 50, 비교)를 제조하였다. 실시예 43, 44, 46 및 47의 마젠타 잉크 제트 잉크를 유사하게 제조하였다.
각각의 잉크(10g)를 6 드램 투명 유리 바이알(2.54cm 직경, 5.1cm 길이)에 놓았다. 바이알을 5초간 격렬하게 손으로 진탕한 다음, 벤치 탑 위에 놓았다. 각각의 잉크 위에 형성된 기포 층의 높이를 시간의 함수로서 측정하였다. 잉크의 높이의 퍼센트로서 기포 높이를 기록하였다. 퍼센트를 이하에 기록한다 (예를들어, 기포 층 높이가 1cm이고 잉크 높이가 4cm라면, 기포 층은 잉크의 25%였다).
잉크 제트 잉크의 기포 안정성에 미치는 계면활성제의 효과
잉크 1분 후의 기포층 5분 후의 기포 층 60분 후의 기포 층
실시예 50(비교) 43 43 36
실시예 43 18 14 0
실시예 44 16 11 0
실시예 46 8 0 0
실시예 47 11 5 0
실시예 51-52
수성 잉크 제트 잉크의 제조
수성 마젠타 잉크 제트 잉크 (실시예 51, 비교)를 수득하기 위하여, 38부의 탈이온수, 10부의 디에틸렌 글리콜 및 2.5부의 마젠타 밀베이스(69부의 신쿠아지아 마젠타 B RT-343-D, 15.5부 다우팩스 8390, 및 15.5부의 물을 분산시킴으로써 제조됨)를 유리 병 안에서 조합하고, 롤러 위에서 밤새 혼합함으로써 수성 잉크 제트 잉크를 제조하였다. 실시예 51의 표면 장력(플레이트 방법에 의해 측정됨)은 43.2mN/m였다.
실시예 51에 0.4중량%의 계면활성제 3을 첨가함으로써, 수성 마젠타 잉크 제트 잉크 (실시예 52)를 제조하였다. 점도는 5.3mPas·s이고, 표면 장력은 27.9mN/m였다.
앞에서와 같이 자르 제트 프린트 헤드를 사용하여 평지 종이 위에 실시예 52를 분사하였다. 인쇄된 화상은 색 밀도, 습윤 및 유동성을 포함한 양호한 외관을 나타내었다.
실시예 53-54
용매 기재 잉크 제트 잉크의 제조
2개의 블랙 용매계 압전 잉크 제트 잉크를 제조하였다: 실시예 53(비교) 및 실시예 54. 2개의 잉크의 조성물은 다음과 같이 제공되었다:
실시예 53은 미국 특허 6,113,679호의 실시예 3에 기재된 바와 같이 제조된 블랙 잉크 제트 잉크이고, 실시예 54는 플루오래드 FC-430 플루오르화 계면활성제 및 분산된 실리카를 가진 AF9000 실리콘 오일(GE 실리콘스, 미국 뉴욕주 워터필드)을 0.1% 계면활성제 3으로 대체하는 것 이외에는 실시예 53에서와 동일하였다.
성분 실시예 52 실시예 53
유니플렉스 312 1부 1부
위트코 마크 V1923 0.04부 0.04부
유비놀 400 0.13부 0.13부
티누빈292 0.04부 0.04부
EB 아세테이트 44.9부 44.9부
DPM 아세테이트 25부 25부
EB 아세테이트 중의 6.91부 6.91부
20중량% 아크릴로이드 A-11
블랙 페이스트 21.68부 21.68부
(EB 아세테이트 중의 30% 마이크로리트 C-K 블랙 안료 칩)
플루오래드 FC-430 0.25부 0부
AF9000 0.05부 0부
계면활성제 3 0부 0.1부
실시예 53의 표면 장력은 22.6mN/m이고, 실시예 54의 표면 장력은 22.4mN/m였다.
양쪽 잉크들을 다양한 기판 위에 분사하였다. 인쇄 성능 결과를 하기 표 12에 나타낸다.
용매계 압전 잉크 제트 잉크 인쇄 성능
잉크 기판 솔리드 블록 밀도 도트 크기(㎛)
실시예 53 A 2.12 183
실시예 53 파나플렉스 오닝 앤드 사인 패이싱 945 2.05 172
실시예 53 F 1.71 135
실시예 53 C 2.49 181
실시예 53 B 1.75 155
실시예 54 A 2.28 184
실시예 54 파나플렉스 오닝 앤드 사인 패이싱 945 2.08 171
실시예 54 F 1.80 128
실시예 54 C 2.49 197
실시예 54 B 1.63 152
실시예 55
용매계 잉크 제트 잉크의 기포 안정성에 미치는 플루오르화 계면활성제의 효과
0.1부의 계면활성제 3 대신에 2.0부의 계면활성제 2를 첨가하는 것 이외에는, 실시예 54에 기재된 바와 같이 블랙 용매계 잉크 제트 잉크(실시예 55)를 제조하였다. 실시예 54 및 실시예 55의 기포 안정성을 실시예 50에 기재된 바와 같이 평가하였다. 결과를 표 13에 나타낸다.
용매계 잉크 제트 잉크의 기포 안정성에 미치는계면활성제의 효과
시간(분) 실시예 53(%) 실시예 54(%)
1 7 0
5 5 0
10 3 0
30 0 0
실시예 56
UV 경화성 잉크 제트 잉크의 기포 안정성에 미치는 플루오르화 계면활성제의 효과
실시예 41에서와 같이 마젠타 UV 경화성 잉크를 제조하였다. 표 14에 나타낸 바와 같이 0.2중량% 계면활성제와 잉크를 혼합하고, 기포 안정성 시험을 행하였다.
마젠타 UV 경화성 잉크의 기포 안정성에 미치는 계면활성제 유형의 효과
시간(분) 플루오래드 FC-431(비교) 계면활성제1(0.2중량%) 계면활성제2 (0.2중량%) 계면활성제3(0.2중량%)
1 42 14 14 25
5 37 0 9.5 14
10 30 0 0 4.5
30 25 0 0 0
60 25 0 0 0
실시예 57
용매계 잉크 제트 잉크의 기포 안정성에 미치는 플루오르화 계면활성제의 효과
계면활성제를 표 15에 나타낸 바와 같이 0.2중량% 계면활성제로 대체하는 것이외에는, 실시예 54에서 기재된 바와 같이 블랙 용매계 잉크를 제조하고, 기포 안정성 시험하였다.
블랙 용매계 잉크의 기포 안정성에 미치는 계면활성제의 효과
시간(분) 계면활성제 2(0.2중량%) 계면활성제 3(0.2중량%)
1 0 24
5 0 19
10 0 19
30 0 14
60 0 4.3
본 명세서는 특정한 구현양태에 관해 상세히 설명하고 있으나, 당업자라면 본 발명의 내용을 이해하면서 이 구현양태에 관한 변화, 변형 및 균등물을 쉽게 착상할 수 있을 것으로 생각된다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위 및 그의 균등물의 범위인 것으로 평가되어야 한다.

Claims (33)

  1. 착색제;
    비히클; 및
    플루오로화학 계면활성제를 포함하고,
    상기 플루오로화학 계면활성제가 하기에서 선택되는 하나 이상의 화학 구조를 갖는 하나 이상의 계면활성제를 포함하는 것인, 잉크 제트 잉크 조성물.
    ; 및
    상기 식에서,
    은 중합체 사슬 내의 결합을 나타내고;
    Rf는 -C4F9또는 -C3F7이고;
    R, R1, R2및 Ra는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소원자를 갖는 알킬기이고;
    R3은 각각의 기에 2 내지 6개의 탄소 원자를 가진 하나 이상의 직쇄 또는 분지쇄 폴리알킬렌-옥시기를 포함하고;
    n은 2 내지 10의 정수이고;
    x, y 및 z는 1 이상의 정수이고;
    r은 2 내지 20의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플루오르화학 계면활성제가 하나 이상의 하기 단위를 포함한 중합체 사슬을 가진 중합체 계면활성제를 하나 이상 포함하는 것인 잉크 조성물:
    상기 식에서,
    Rf는 -C4F9또는 -C3F7이고;
    R 및 R2은 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 가진 알킬기이고;
    n은 2 내지 10의 정수이고;
    x는 1 이상의 정수이다.
  3. 제2항에 있어서,
    Rf가 -C4F9이고;
    R 및 R2가 각각 독립적으로 수소 또는 메틸기이고;
    n은 2인 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플루오로화학 계면활성제가 하나 이상의 하기 단위를 포함한 중합체 사슬을 가진 중합체 계면활성제를 하나 이상 포함하는 것인 잉크 조성물.
    상기 식에서,
    R, R1및 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 가진 알킬기이고;
    R3은 각각의 기에 2 내지 6개의 탄소 원자를 가진 하나 이상의 직쇄 또는 분지쇄 폴리알킬렌-옥시기를 포함하고;
    n은 2 내지 10의 정수이고;
    x, y 및 z은 1 이상의 정수이다.
  5. 제4항에 있어서, R3가
    (EO)p-(PO)q-(EO)p또는
    (PO)q-(EO)p-(PO)q
    (상기 식에서, p는 1 내지 128의 정수이고, q는 0 내지 54의 정수이다)
    를 포함하는 것인 잉크 조성물.
  6. 제5항에 있어서, R3가 (PO)q-(EO)p-(PO)q
    (상기 식에서, p는 약 17이고, q는 0이다)
    를 포함하는 것인 잉크 조성물.
  7. 제5항에 있어서, R3가 (EO)p-(PO)q-(EO)p
    (상기 식에서, p는 14 내지 128의 정수이고, q는 9 내지 54의 정수이다)
    를 포함하는 것인 잉크 조성물.
  8. 제5항에 있어서, p가 7 내지 128의 정수이고, q가 21 내지 54의 정수인 잉크 조성물.
  9. 제8항에 있어서, p가 약 11이고, q가 약 21인 잉크 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 중합체 사슬이 다른 단량체 단위를 포함하지 않는 잉크 조성물.
  11. 제5항에 있어서, 상기 중합체 사슬이 말레익 안히드라이드, 아크릴로니트릴, 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드, 스티렌, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸렌, 이소프렌, 부타디엔, 또는 이들의 조합으로부터 유래된 단위를 더욱 포함하는 것인 잉크 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 플루오로화학 계면활성제가 하기 화학 구조를 가진 계면활성제를 하나 이상 포함하는 것인 잉크 조성물.
    상기 식에서, R 및 Ra는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 가진 알킬기이고;
    r은 2 내지 20의 정수이다.
  13. 제12항에 있어서, R 및 Ra가 각각 독립적으로 메틸이고, r이 4 내지 10의 정수인 잉크 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 상기 비히클이 비수성인 잉크 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 상기 비히클이 중합가능한 물질을 포함하는 것인 잉크 조성물.
  16. 제15항에 있어서, 상기 중합가능한 물질이 자유 라디칼 중합가능한 물질인 잉크 조성물.
  17. 제16항에 있어서, 상기 자유 라디칼 중합가능한 물질이 아크릴레이트 단량체 및 아크릴레이트 올리고머 중 하나 이상을 포함하는 것인 잉크 조성물.
  18. 제1항에 있어서, 상기 비히클이 수성인 잉크 조성물.
  19. 제18항에 있어서, 습윤제 및 착색제 안정화제 중 하나 이상을 더욱 포함하는 잉크 조성물.
  20. 제1항에 있어서, 상기 플루오로화학 계면활성제가
    (a) 하기 화학식을 가진 화합물 1 종 이상
    (b) 하기 화학식으로 구성된 군에서 선택된 화합물 1 종 이상
    ;
    ; 및
    ; 그리고 임의로
    (c) 하기 화학식을 가진 화합물 1 종 이상
    [상기 식에서, R, R1, R' 및 R2은 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 가진 알킬기이고;
    n은 2 내지 10의 정수이고;
    n'는 1 내지 10의 정수이고;
    p는 1 내지 128의 정수이고;
    q는 0 내지 54의 정수이고;
    M은 수소, 금속 양이온 또는 양성자화 3급 아민이다]
    의 반응 생성물을 포함하는 것인 잉크 조성물.
  21. 제1항에 있어서, 상기 잉크 조성물이 약 30% 미만의 기포 안정성 시험 값을갖는 것인 잉크 제트 잉크 조성물.
  22. 제21항에 있어서, 상기 잉크 조성물이 실리콘-함유 계면활성제 및 소포제를 갖지 않는 것인 잉크 제트 잉크 조성물.
  23. 잉크 제트 프린터 헤드로부터 제1항의 잉크 조성물을 기판 위에 방출하는 단계를 포함하는, 잉크 제트 인쇄 방법.
  24. 제23항에 있어서, 인쇄된 잉크를 화학광선에 노출하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 화학광선이 자외선 복사선을 포함하는 방법.
  26. 제23항의 방법에 따라 인쇄된 기판을 포함하는 제조 물품.
  27. 제26항에 있어서, 상기 기판이 목재, 금속, 종이, 직물, 부직포, 가죽, 수지-코팅 종이, 호일, 발포체, 중합체 필름 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 물품.
  28. 제27항에 있어서, 상기 기판이 폴리(비닐 클로라이드), 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리메틸(메트)아크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리아미드이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 멜라민 수지, 폴리비닐 부티랄 및 이들의 공중합체 및 이들의 조합의 단층 및 다층 비다공성 중합체 필름을 포함하는 것인 물품.
  29. 제27항에 있어서, 상기 기판이 종이, 판지, 부직포, 직물, 가죽, 미세다공성 필름 및 이들의 조합의 단층 및 다층 구조를 포함하는 것인 물품.
  30. 제26항에 있어서, 상기 물품이 옥외용 간판, 도로, 자동차, 보트, 비행기 또는 가구용 부품을 포함하는 것인 물품.
  31. 제30항에 있어서, 상기 물품이 역반사 물품을 포함하는 것인 물품.
  32. 제31항에 있어서, 상기 기판이 폴리메틸 메타크릴레이트를 포함하는 것인 물품.
  33. 중합가능한 물질을 포함하는 비히클;
    광개시제; 및
    플루오로화학 계면활성제를 포함하고;
    착색제가 존재하지 않고;
    상기 플루오로화학 계면활성제가 하기 화학식에서 선택된 하나 이상의 화학 구조를 가진 하나 이상의 계면활성제를 포함하는 것인, 잉크 제트 인쇄가능한 광 경화성 투명 코팅:
    , 및
    [여기서,은 중합체 사슬에서 결합을 나타내고;
    Rf는 -C4F9또는 -C3F7이고;
    R, R1, R2및 Ra는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소원자를 갖는 알킬기이고;
    R3은 각각의 기에 2 내지 6개의 탄소 원자를 가진 하나 이상의 직쇄 또는 분지쇄 폴리알킬렌-옥시기를 포함하고;
    n은 2 내지 10의 정수이고;
    x, y 및 z은 1 이상의 정수이고;
    r은 2 내지 20의 정수이다].
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