KR20040073626A - 잉크 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉크젯 프린터에 사용되는 안료형 잉크 및 염료형 잉크 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러 종류의 잉크젯 프린터 카트리지에 범용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 노즐 막힘 현상과 출력물에 분사된 잉크의 탈리(脫離) 현상을 방지할 수 있는 잉크 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 잉크 조성물은 안료 또는 염료 중 선택된 어느 하나의 성분 0.5~5 wt%와, 수용성 고분자 0.1~5 wt%와, 보습제 10~30 wt%와, 초순수 55~90 wt%를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

잉크 조성물{A composite of ink}
본 발명은 잉크젯 프린터에 사용되는 안료형 잉크 및 염료형 잉크 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러 종류의 잉크젯 프린터 카트리지에 범용으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 노즐 막힘 현상과 출력물에 분사된 잉크의 탈리(脫離) 현상을 방지할 수 있는 잉크 조성물에 관한 것이다.
잉크젯 프린터를 이용한 프린팅은 비접촉식 프린팅(non-impact printing) 방식의 하나로서 접촉식 프린팅(impact printing)에 비하여 소음이 작고 레이저 빔 프린터에 비해 칼라 구현이 비교적 용이하다는 장점을 지니고 있다.
비접촉식 프린팅 방식은 다시 연속 잉크젯(continuous ink jet) 방식과 드롭 온 디멘드(drop on demand) 방식으로 구분 가능하다. 여기서, 연속 잉크젯 방식은 잉크를 연속적으로 분사하는 동안 전자기장을 변화시켜 잉크의 방향을 조절함으써 프린팅하는 방식이다.
반면, 드롭 온 디멘드 방식은 잉크를 미세한 방울 별로 분사하여 프린팅하는 방식으로서, 열-버블식 잉크젯(thermal-bubble ink jet) 방식과 압전식 잉크젯(piezoelectric ink jet) 방식으로 나뉘어진다.
열-버블식 잉크젯 방식은 잉크를 가열하여 발생하는 버블의 팽창에서 발생하는 압력을 이용하여 분사하는데 반하여, 압전식 잉크젯 방식은 전기에 의하여 역학적으로 변형을 일으키는 압전판을 사용하여 압력을 발생시켜 잉크를 분사한다.
한편, 잉크젯 프린터용 잉크 조성물은 기본적으로 색을 나타내는 색소체(chromophore)와 이를 포함하는 유동체(vehicle)로 구성된다. 그러나, 이를 잉크젯 프린터에 적용하여 칼라 인쇄에 응용하려면 잉크 조성물은 인쇄하고자 하는 바와 같이 제대로 분사되는 물성을 지녀야 하며, 분사된 후 대상 매체에 잘 흡착,흡수되어 원하는 화상을 이룰 수 있어야 한다.
즉, 장기간 보관할 때 물리적인 성질이 변하지 않아야하고, 노즐의 막힘 현상이 없어야 한다. 또한, 고해상도의 이미지 출력이 가능하여야 하며, 내수성, 내광성 등의 기본적인 물성을 갖추어야 한다.
특히, 안료형 잉크는 높은 저장 안정성이 요구되어진다. 즉, 장기 보관에도 안료의 분산상태가 유지되어야 하고, 프린터에 잉크 카트리지를 장착하여 인쇄작업을 완료한 후, 장기간 휴지후 다시 인쇄작업을 할 때에도 노즐 막힘 현상이 발생하지 않아야 한다.
상기와 같은 잉크의 저장 안정성 확보와 노즐 막힘 현상을 방지하기 위한 선행기술 중 일본 특개소62-1462호(1987년 1월 7일; 이하, 인용1이라 한다)에는 수지에멀션과 안료분산을 통하여 잉크를 제조하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 인용1의 경우 물에 녹지 않는 합성수지의 에멀션을 통하여 안료형 잉크의 장기 안정성을 확보하고자 하고 있으나, 수지가 노즐 부분에서 고체화되는현상으로 인하여 노즐 막힘 현상을 방지할 수 없는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 일본 특개평1-217088호(1989년 8월 30일; 이하 인용2라 한다)에서는 특정 온도에서 필름을 형성시키는 수지를 사용함으로써 잉크의 유동성과 안정성을 향상시켰으나 낮은 온도나 높은 온도에서는 노즐이 막히는 현상이 발생되는 결과를 낳았다.
또한, 상기와 같은 노즐 막힘 현상을 개선하기 위한 또 다른 기술로는 일본 특개평2-18427호(1990년 1월 22일; 이하, 인용3이라 한다)가 있다.
인용3은 이노시톨을 첨가함에 따라 노즐 막힘 현상은 개선할 수 있었으나, 이노시톨이 매우 수분에 민감한 성질을 보유하고 있기 때문에 내수성에 큰 문제점을 가지고 있어 출력한 이미지의 표면을 손 또는 손가락으로 문지를 경우 출력물이 벗겨지는 현상을 극복하지 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하고자 창안한 것으로, 저장 안정성이 좋고 노즐 막힘 현상이 발생하지 않으며, 출력물의 표면 탈리 현상이 발생하지 않는 잉크 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 안료 또는 염료 중 선택된 어느 하나의 성분 0.5~5 wt%와, 수용성 고분자 0.1~5 wt%와, 보습제 10~30 wt%와, 초순수 55~90 wt%를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 잉크 조성물을 제공한다.
상기 안료는 검정색 무기안료로서, 카본블랙인 것을 특징으로 한다.
상기 염료는 다이렉트 블랙과, 블랙 다이로 구성된 검정색 염료와; 다이렉트 옐로우와, 옐로우 다이로 구성된 노란색 염료와; 다이렉트 시안과, 시안 다이로 구성된 파란색 염료와; 다이렉트 마젠타로 구성된 붉은색 염료;로 부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 수용성 고분자는 잉크 조성물의 일정 점도 유지를 위한 수용성 블록 코폴리머인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보습제에는 디에칠렌 글리콜과, 글리세린과, 2-피롤리돈으로 부터 선택된 하나 이상의 성분이 포함된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 기술적 사상은 잉크의 보존에 필요한 물리적 성질과 노즐의 막힘 현상을 방지할 수 있는 잉크 조성물에 있다.
상기와 같은 기술적 사상을 구현하기 위해 본 발명의 잉크 조성물은 크게 안료 또는 염료와, 수용성 고분자와, 보습제와, 초순수를 포함하여 구성되어 있다.
본 발명의 잉크 조성물을 구성하는 안료는 우수한 내수성과 내광성을 지닌다. 또한, 본 발명의 잉크 조성물에 포함된 염료는 하나 이상의 (COOM)n이나 (SO3M)n을 갖는다. 여기서, M은 H, Li, Na, K, 암모늄 또는 유기 아민류이며, n은 1 또는 2의 정수이다.
안료 및 염료는 잉크 조성물 중 착색제로서의 기능을 수행하며, 본 발명에서는 아조(azo)계나 프탈로시아닌(phthalocyanine)계를 채용하였다.
본 발명의 잉크 조성물을 구성하는 보습제는 잉크 조성물의 보습을 유지하고 점도 조정을 하는 역할을 하며, 본 발명에서는 폴리올(polyol)을 채용하였다.
상기 잉크 조성물을 구성하는 수용성 고분자는 안료 및 염료 입자들간의 응집을 방지하는 분산제로서의 역할을 하며, 본 발명에서는 수용성 블록 코폴리머(AB Block copolymer)를 채용하였다.
또한, 표면장력과 잉크가 분사되었을때 지면 침투력을 향상시키기 위해 하나 이상의 아민계 음이온 및 비이온 계면활성제를 채용하였다.
참고로, 상기 수용성 고분자와 계면활성제는 안료가 착색제로서 적용된 경우에는 하기와 같은 문제를 해결할 수 있으며. 이에 대한 특징들을 간략히 언급하면 다음과 같다.
착색제로서의 안료는 제조공정중이나 건조과정에서 반데르 바알스 인력(van der waals attraction)에 의한 친수성 응집(hydrophilic aggregation)에 의하여, 안료 입자가 뭉쳐져 덩어리를 형성하게 되는 문제가 있다.
상기와 같은 안료 덩어리는 잉크 토출구를 막기 때문에, 이러한 현상을 사전에 예방하기 위해서는 안료 덩어리를 분쇄하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로, 안료 입자의 크기가 작으면 작을수록 색의 강도, 광택, 밝기, 투명도 등이 양호하여 화질 특성이 향상된다.
그런데 안료 덩어리를 분쇄하는 경우, 일단 분쇄된 입자라고 하더라도 다시 서로 뭉치려는 경향이 있으므로 총 표면 에너지를 최소화시켜 분쇄된 입자가 다시 뭉치는 것을 방지하는 과정 즉, 분산공정이 필수적이다.
이에 따라, 본 발명에서는 안료 입자의 서로 뭉치려는 현상을 방지하고, 안료 입자의 총 표면에너지를 최소화시키기 위해 수용성 고분자와 계면활성제를 채용한 것이다.
이하, 상기한 본 발명에 따른 잉크 조성 성분을 이용하여 잉크젯 프린터용 잉크를 제조한 실시예들을 언급한다.
하기 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 이러한 실시예들은 단지 본 발명에 따른 기술적 사상을 보다 구체화하여 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예들을 간략히 언급하면 다음과 같다.
실시예 1에서는 검정색 안료 착색제를 이용하여 검정 안료 잉크를 제조하였다.
실시예 2에서는 검정색 염료 착색제를 이용하여 검정 염료 잉크를 제조하였다.
실시예 3에서는 노란색 염료 착색제를 이용하여 노란색 잉크를 제조하였다.
실시예 4에서는 파란색 염료 착색제를 이용하여 파란색 잉크를 제조하였다.
실시예 5에서는 붉은색 염료 착색제를 이용하여 붉은색 잉크를 제조하였다.
실시예 1 내지 실시예 5의 예시에서 잉크를 제조하는 방법은,
상온,상압의 조건에서 안료 또는 염료 분말을 제조한 후;
상기 안료 또는 염료 분말을 이용하여, 안료 또는 염료 분산액을 제조하고;
상기 분산액과, 안료 또는 염료 분산액을 제외한 잉크 조성물을 초순수에 혼합한 조성액을 혼합,교반; 및
필터 공정으로 여과;하는 방법이다.
물론, 실시예 1 내지 실시예 5에서 이용된 잉크 조성물은 본 발명의 특허청구범위에서 청구하는 안료 또는 염료와, 수용성 고분자와, 보습제와, 초순수를 포함한다.
이하, 실시예 1 내지 실시예 5를 예시한다.
[실시예 1]
본 실시예 1에서는 무기안료 착색제인 카본블랙 분말 4.00g을 이용하여 카본블랙 분산액 20.00g을 제조한 후, 수용성 고분자와 보습제와 초순수 및 계면활성제를 포함하는 조성액을 혼합,교반하고 필터 공정으로 여과함으로써 100.00g의 검정 안료 잉크를 제조하였다.
즉, 검은색 안료 카본블랙 분산액(20% 농도) 20.00g에 하기 조성의 용액을 부가하여 교반과 필터 공정을 거쳐 범용 검정 안료 잉크를 제조하였다.
본 실시예 1에 따른 검정 안료 잉크 제조에 사용된 상세 조성은 하기와 같다.
카본블랙(Carbon Black, 20%) 20.00g
수용성 블록 코폴리머(AB Block copolymer) 3.80g
디에칠렌 글리콜(Diethylene Glycol) 9.50g
글리세린(Glycerine) 7.50g
N-프로페놀(N-Propanol) 1.20g
초순수(Deionized Water) 58.00g
여기서, 카본블랙은 무기안료이고, 블록폴리머는 수용성 고분자이고, 디에칠렌글리콜과 글리세린은 보습제이며, N-프로페놀은 계면활성제로서의 기능을 한다.
[실시예 2]
본 실시예 2에서는 염료 착색제인 다이렉트 블랙 분말 3.00g과 블랙 다이 분말 0.90g을 이용하여 검은색 염료 분산액 21.00g을 제조한 후, 수용성 고분자와 보습제와 초순수 및 계면활성제를 포함하는 조성액을 혼합,교반하고 필터 공정으로 여과함으로써 100.00g의 검정 염료 잉크를 제조하였다.
즉, 검은색 염료 분산액 21.00g에 하기 조성의 용액을 부가하여 교반과 필터 공정을 거쳐 범용 검정 염료 잉크를 제조하였다.
본 실시예 2에 따른 검정 염료 잉크 제조에 사용된 상세 조성은 하기와 같다.
다이렉트 블랙(Direct Black, 20%) 15.00g
블랙 다이(Black Dye, 15%) 6.00g
수용성 블록 코폴리머(AB Block copolymer) 3.50g
디에칠렌 글리콜(Diethylene Glycol) 15.50g
N-프로페놀(N-Propanol) 1.00g
초순수(Deionized Water) 59.00g
여기서, 다이렉트 블랙과 블랙 다이는 검정색 염료이며, 블록폴리머는 수용성 고분자이고, 디에칠렌 글리콜은 보습제이며, N-프로페놀은 계면활성제로서의 기능을 한다.
[실시예 3]
본 실시예 3에서는 노란색 염료 착색제인 다이렉트 옐로우 분말 2.10g과 옐로우 다이 분말 6.00g을 이용하여 염료 분산액 20.00g을 제조한 후, 수용성 고분자와 보습제와 초순수 및 계면활성제를 포함하는 조성액을 혼합,교반하고 필터 공정으로 여과함으로써 100.00g의 노란색 염료 잉크를 제조하였다.
즉, 노란색 염료 분산액 20g에 하기 조성의 용액을 부가하여 교반과 필터 공정을 거쳐 범용 노란색 염료 잉크를 제조하였다.
본 실시예 3에 따른 노란색 염료 잉크 제조에 사용된 상세 조성은 하기와 같다.
다이렉트 옐로우(Direct Yellow, 15%) 14.00g
옐로우 다이(Yellow Dye, 15%) 6.00g
수용성 블록 코폴리머(AB Block copolymer) 4.00g
디에칠렌 글리콜(Diethylene Glycol) 11.80g
2-피롤리돈(2-Pyrrolidone) 3.00g
N-프로페놀(N-Propanol) 1.20g
초순수(Deionized Water) 60.00g
여기서, 다이렉트 옐로우 및 옐로우 다이는 노란색 염료 착색제이고, 블록폴리머는 수용성 고분자이고, 디에칠렌 글리콜과 2-피롤리돈은 보습제이며, N-프로페놀은 계면활성제로서의 기능을 한다.
[실시예 4]
본 실시예 4에서는 파란색 염료 착색제인 다이렉트 시안 분말 2.10g과 시안 다이 분말 0.90g을 이용하여 파란색 염료 분산액 20.00g을 제조한 후, 수용성 고분자와 보습제와 초순수 및 계면활성제를 포함하는 조성액을 혼합,교반하고 필터 공정으로 여과함으로써 100.00g의 파란색 염료 잉크를 제조하였다.
즉, 파란색 염료 분산액 20.00g에 하기 조성의 용액을 부가하여 교반과 필터 공정을 거쳐 범용 파란색 염료 잉크를 제조하였다.
본 실시예 4에 따른 파란색 염료 잉크 제조에 사용된 상세 조성은 하기와 같다.
다이렉트 시안(Direct Cyan, 15%) 14.00g
시안 다이(Cyan Dye, 15%) 6.00g
수용성 블록 코폴리머(AB Block copolymer) 3.50g
디에칠렌 글리콜(Diethylene Glycol) 9.70g
글리세린(Glycerine) 6.70g
N-프로페놀(N-Propanol) 1.10g
초순수(Deionized Water) 59.00g
여기서, 다이렉트 시안과 시안 다이는 파란색 염료이고, 블록폴리머는 수용성 고분자이고, 디에칠렌 글리콜과 글리세린은 보습제이며, N-프로페놀은 계면활성제로서의 기능을 한다.
[실시예 5]
본 실시예 5에서는 붉은색 염료 착색제인 다이렉트 마젠타 분말 3.00g을 이용하여 붉은색 염료 분산액 20.00g을 제조한 후, 수용성 고분자와 보습제와 초순수 및 계면활성제를 포함하는 조성액을 혼합,교반하고 필터 공정으로 여과함으로써 100.00g의 붉은색 염료 잉크를 제조하였다.
즉, 붉은색 염료 다이렉트 마젠타 분산액 20.00g에 하기 조성의 용액을 부가하여 교반과 필터 공정을 거쳐 범용 붉은색 염료 잉크를 제조하였다.
본 실시예 5에 따른 붉은색 염료 잉크 제조에 사용된 상세 조성은 하기와 같다.
다이렉트 마젠타(Direct Magenta, 15%) 20.00g
수용성 블록 코폴리머(AB Block copolymer) 3.00g
디에칠렌 글리콜(Diethylene Glycol) 11.20g
2-피롤리돈(2-Pyrrolidone) 3.60g
N-프로페놀(N-Propanol) 1.20g
초순수(Deionized Water) 61.00g
여기서, 다이렉트 마젠타는 붉은색 염료이고, 블록폴리머는 수용성 고분자이고, 디에칠렌 글리콜과 2-피롤리돈은 보습제이며, N-프로페놀을 계면활성제로서의 기능을 한다.
상기와 같은 실시예 1 내지 실시예 5에서 제조된 잉크의 물성은 하기와 같은 특성을 갖는다.
열 안정성은 순간적으로 350℃ 이상의 견뢰도(堅牢度: 빛, 물, 알칼리, 산,용매, 약품, 세탁, 열, 마찰 등에 대한 강도의 정도)가 측정되었으며, pH(수소이온농도)는 7.5~8.5, 점도(viscosity)는 2~4 센티푸아즈(centipoise), 표면장력은 45~60 dyne/cm로 측정되었다.
또한, 상기 실시예 1 내지 실시예 5에 의해 제조된 잉크를 각 프린터 제조회사별 잉크 카트리지에 주입한 후 프린터에 장착하여 용지에 출력해본 결과, 인쇄물에서의 번짐이 없고, 건조성과 장기안전성에서 우수하며, 토출안정성과 노즐에서의 인쇄가 부드럽게 출력됨을 확인 하였다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 잉크 조성물은 저장 안정성과 노즐 막힘 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 내수성 및 내광성을 만족시키고, 토출안정성이 우수하여 여러 프린터 제조회사별 잉크 카트리지에 범용으로 적용될 수 있는 효과가 기대된다.

Claims (5)

  1. 안료 또는 염료 중 선택된 어느 하나의 성분 0.5~5 wt%와, 수용성 고분자 0.1~5 wt%와, 보습제 10~30 wt%와, 초순수 55~90 wt%를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안료는 검정색 무기안료로서, 카본블랙인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 염료는 다이렉트 블랙과, 블랙 다이로 구성된 검정색 염료와;
    다이렉트 옐로우와, 옐로우 다이로 구성된 노란색 염료와;
    다이렉트 시안과, 시안 다이로 구성된 파란색 염료와;
    다이렉트 마젠타로 구성된 붉은색 염료;로 부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용성 고분자는 잉크 조성물의 일정 점도 유지를 위한 수용성 블록 코폴리머인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보습제에는 디에칠렌 글리콜과, 글리세린과, 2-피롤리돈으로 부터 선택된 하나 이상의 성분이 포함된 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
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