KR20040084635A - 잉크젯 기록용 수성 잉크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보통지에 대한 잉크젯 기록에 바람직한 수성 잉크에 관한 것으로, 건조 점도를 100 mPaㆍs 이하로 하고, 10 ms에서의 동적 표면 장력을 45 mN/m 이상으로 하며, 1000 ms에서의 동적 표면 장력을 35 mN/m 이하로 한정함으로써 건조성이 우수하고, 번짐이 적으며, 토출 신뢰성이 향상된다.

Description

잉크젯 기록용 수성 잉크{Aqueous Ink for Ink-Jet Recording}

잉크젯 프린터는 낮은 소음, 낮은 운전 비용과 같은 이점을 갖기 때문에 최근 급속하게 보급되고 있다. 특히, 개인용 컴퓨터의 보급에 따라 개인이 컴퓨터에 축적된 보고서 등의 데이타를 잉크젯 프린터로 인자하는 경우도 증가하고, 컬러 복사기의 대체품으로서 사용하는 빈도도 증가되어 왔다. 따라서, 잉크젯 프린터는 보통지에서의 인자 특성이 중요한 상품 특성 중 하나가 되고 있다.

잉크젯 프린터는 건조성, 페더링, 번짐, 컬러 블리드, 토출 신뢰성 등의 여러가지 특성을 모두 만족시키기가 곤란하다. 예를 들면, 일본 특허 공개 (소)55-29546호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 인화지로 잉크의 침투성을 높이면 번짐이 현저하게 발생한다. 이러한 문제점을 해소하기 위해 잉크에 첨가제를 첨가하여 건조성을 개량하는 시도도 이루어지고 있다. 일본 특허 공개 (소)60-23793호 공보에는 디알킬술포숙신산이 잉크의 건조성을 향상시킨다는 기재가 있지만, 종이에 따른 차이가 크고, 보존성에 문제가 있었다. 일본 특허 공개 (평)1-203483호 공보에는 다가 알코올 유도체 및 펙틴을 함유하는 기록액이 제안되어 있다. 그러나, 이것도 펙틴이 비이온성이기 때문에 신뢰성이 결여되어 있었다.

본 발명은 잉크젯 기록용 잉크에 관한 것으로, 특히 보통지에 대한 인자 적성이 양호한 잉크젯 기록용 수성 잉크에 관한 것이다.

본 출원은 일본에서 2002년 2월 8일 출원된 일본 특허 출원 제2002-032873호를 기초로서 우선권을 주장하는 것이며, 참조로서 이 출원을 본 출원에 원용한다.

도 1은 수성 잉크의 프로파일을 나타내는 도면이다.

도 2는 실시예에서 평가에 사용한 프린터의 구성을 나타내는 단면도이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 발명의 수성 잉크는 적어도 착색제 및 계면활성제를 함유하는 잉크젯 기록용 수성 잉크로서, 잉크의 건조 점도가 100 mPaㆍs 이하이고, 10 ms에서의 동적 표면 장력이 35 mN/m 이하이며, 1000 ms에서의 동적 표면 장력이 35 mN/m 이하이다.

잉크의 신뢰성, 특히 토출 특성에 대해서는 잉크의 건조 점도가 중요하다는 것이 판명되었다. 잉크의 건조 점도에 대해서는 직경 30 mm의 컵에 잉크를 넣고, 25 ℃ 50 ％의 분위기에 방치하여 점도의 시간 의존성을 관찰하였다. 시간이 경과함에 따라 점도는 상승하며, 일정 점도부터는 상승이 둔해지고 거의 일정해진다. 이 일정하게 된 값을 건조 점도라고 한다. 이 건조 점도가 100 mPaㆍs보다 크면 잉크가 토출되기 어렵다.

잉크의 번짐, 침투성에 대해서는 동적 표면 장력이 중요하다는 것을 밝혀냈다. 여기서의 동적 표면 장력은 미소 시간에서의 표면 장력을 의미하며, 버블 프레셔법으로 측정을 행한다. 통상의 표면 장력은 1000 내지 2000 ms로 비교적 장시간에서의 표면 장력을 측정하며, 미소 시간에서의 표면 장력을 표현하지는 않는다. 잉크의 흡수는 밀리 초 정도의 크기로 행해진다고 여겨지며, 그 때의 표면 장력이 침투성, 번짐에 관여한다고 여겨진다.

도 1에 전형적인 잉크의 프로파일을 나타내었다. 도 1에서, A는 10 ms 내지 1000 ms로 매우 높은 표면 장력의 상태, B는 10 ms에서는 높은 표면 장력을 나타내지만, 시간의 저하와 함께 급격하게 떨어지는 상태, C는 A와 동일하지만, 낮은 표면 장력의 상태를 나타낸다. 도 1에 나타낸 프로파일로부터 밝혀진 바와 같이, A는 침투성이 극히 나쁘고, B는 침투성 및 번짐이 모두 좋으며, C는 침투성은 좋지만, 번지는 프로파일인 것이 판명되었다. 즉, 침투성과 번짐의 개선을 양립시키기 위해서는 B와 같은 프로파일이 필요하다는 것이 판명되었다.

이 프로파일을 예의 검토한 결과, 동적 표면 장력 10 ms에서의 표면 장력은 45 mN/m 이상이 바람직하고, 45 mN/m보다 작으면 번짐이 악화되며, 50 mN/m 이상인 것이 보다 바람직하였다. 1000 ms의 표면 장력은 35 mN/m 이하가 바람직하며, 35 mN/m보다 크면 침투성이 악화되고, 건조성도 악화되는 것을 알았다. 이와 같이 건조 점도가 낮으면서, 상기와 같은 표면 장력의 프로파일을 가짐으로써 건조성이 우수하고, 번짐이 적으며, 토출 신뢰성이 높아지게 된다.

본 발명의 수성 잉크는 pH를 8 내지 11로 하는 것이 바람직하다. pH가 8보다 작은 산성측으로 하면 사이징제를 용해할 수 없어 침투성이 나쁘고 쉽게 번지게 된다. 또한, pH가 11보다 높으면 손 등에 접촉되었을 경우, 피부에 영향을 미칠 우려가 있다.

본 발명의 수성 잉크는 물을 매체로서 사용하지만, 잉크를 원하는 물성으로 하기 위해, 또는 잉크의 건조를 방지하기 위해, 또는 화합물의 안정성을 향상시키기 위해 하기에 나타낸 수용성 유기 용매를 사용할 수 있다.

즉, 수용성 유기 용매로서는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 글리세롤, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,4-부탄트리올, 1,2,3-부탄트리올, 페트리올 등의 다가 알코올류, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜 모노에틸에테르 등의 다가 알코올 알킬에테르류, 에틸렌글리콜 모노페닐에테르, 에틸렌글리콜 모노벤질에테르 등의 다가 알코올 아릴에테르류, N-메틸-2-피롤리돈, N-히드록시에틸-2-피롤리돈, 1,3-디메틸이미다졸리디논, ε-카프로락탐, γ-부티로락톤 등의 질소 함유 복소환 화합물, 포름아미드, N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드 등의 아미드류, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민 등의 아민류, 디메틸술폭시드, 술포란, 티오디에탄올 등의 황 함유 화합물류, 프로필렌카르보네이트, 탄산에틸렌 등을 들 수 있다. 이들 용매는 물과 함께 단독으로 또는 복수종을 혼합하여 사용된다.

이들 중에서도 바람직한 것으로서는 디에틸렌글리콜, 티오디에탄올, 폴리에틸렌글리콜 200 내지 600, 트리에틸렌글리콜, 글리세롤, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,4-부탄트리올, 페트리올, 1,5-펜타디올, N-메틸-2-피롤리돈, N-히드록시에틸피롤리돈 등을 들 수 있다. 이것들을 사용함으로써, 본 화합물의 높은 용해성과 수분 증발에 의한 분사 특성의 불량 방지에 대하여 우수한 효과를 갖는다.

본 발명에 있어서, 표면 장력을 조정하기 위해 첨가되는 침투제로서 디에틸렌글리콜 모노페닐에테르, 에틸렌글리콜 모노페닐에테르, 에틸렌글리콜 모노알릴에테르, 디에틸렌글리콜 모노페닐에테르, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 프로필렌글리콜 모노부틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 클로로페닐에테르 등의 다가 알코올의 알킬 및 아릴에테르류, 불소계 계면활성제, 에탄올, 2-프로판올 등의 저급 알코올류를 들 수 있다. 그 중에서도 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르가 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 착색제는 pH 4 이하로 수난용성이 되는 카르복실산 염기를 갖는 염료 단독 뿐만 아니라, 그 밖의 염료도 혼합하여 사용할 수 있다. 이들 혼합 사용되는 염료로서는 색지수에서 산성 염료, 직접 염료, 염기성 염료, 반응성 염료, 식용 염료로 분류되는 염료로서 내수성, 내광성을 가진 것이 사용된다. 이들 염료를 이하에 예시한다.

<산성 염료 및 식용 염료>

C.I. 애시드 옐로우 17, 23, 42, 44, 79, 142

C.I. 애시드 레드 1, 8, 13, 14, 18, 26, 27, 35, 37, 42, 52, 82, 87, 89, 92, 97, 106, 111, 114, 115, 134, 186, 249, 254, 289

C.I. 애시드 블루 9, 29, 45, 92, 249

C.I. 애시드 블랙 1, 2, 7, 24, 26, 94

C.I. 애시드 옐로우 3, 4

C.I. 후드 레드 7, 9, 14

C.I. 후드 블랙 1, 2

<직접 염료로서>

C.I. 다이렉트 옐로우 1, 12, 24, 26, 33, 44, 50, 120, 132, 142, 144, 86

C.I. 다이렉트 레드 1, 4, 9, 13, 17, 20, 28, 31, 39, 80, 81, 83, 89, 225, 227

C.I. 다이렉트 오렌지 26, 29, 62, 102

C.I. 다이렉트 블루 1, 2, 6, 15, 22, 25, 71, 76, 79, 86, 87, 90, 98,163, 165, 199, 202

C.I. 다이렉트 블랙 19, 22, 32, 38, 51, 56, 71, 74, 75, 77, 154, 168, 171

<염기성 염료로서>

C.I. 베이식 옐로우 1, 2, 11, 13, 14, 15, 19, 21, 23, 24, 25, 28, 29, 32, 36, 40, 41, 45, 49, 51, 53, 63, 64, 65, 67, 70, 73, 77, 87, 91

C.I. 베이식 레드 2, 12, 13, 14, 15, 18, 22, 23, 24, 27, 29, 35, 36, 38, 39, 46, 49, 51, 52, 54, 59, 68, 69, 70, 73, 78, 82, 102, 104, 109, 112

C.I. 베이식 블루 1, 3, 5, 7, 9, 21, 22, 26, 35, 41, 45, 47, 54, 62, 65, 66, 67, 69, 75, 77, 78, 89, 92, 93, 105, 117, 120, 122, 124, 129, 137, 141, 147, 155

C.I. 베이식 블랙 2, 8

<반응성 염료로서>

C.I. 리액티브 블랙 3, 4, 7, 11, 12, 17

C.I. 리액티브 옐로우 1, 5, 11, 13, 14, 20, 21, 22, 25, 40, 47, 51, 55, 65, 67

C.I. 리액티브 레드 1, 14, 17, 25, 26, 32, 37, 44, 46, 55, 60, 66, 74, 79, 96, 97

C.I. 리액티브 블루 1, 2, 7, 14, 15, 23, 32, 35, 38, 41, 63, 80, 95

상기 염료 중 특히 산성 염료 및 직접 염료가 바람직하게 사용된다.

안료는 유기 안료로서 아조계, 프탈로시아닌계, 안트라퀴논계, 퀴나클리돈계, 디옥사진계, 인디고계, 티오인디고계, 페릴렌계, 이소인돌레논계, 아닐린 블랙, 아조메틴계, 로다민 B 레이크 안료, 카본 블랙 등을 들 수 있으며, 무기 안료로서는 산화철, 산화티탄, 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화알루미늄, 바륨 옐로우, 감청, 카드뮴 레드, 크롬 옐로우, 금속분을 들 수 있다.

안료 분산제로서는 친수성 고분자로서, 천연계에서는 아라비아 검, 트라가칸트 검, 구아 검, 카라야 검, 로커스트 빈 검, 아라비노갈락톤, 펙틴, 퀸스시드 전분 등의 식물성 고분자, 아르긴산, 카라기난, 한천 등의 해초계 고분자, 겔라틴, 카제인, 알부민, 콜라겐 등의 동물계 고분자, 크산텐 검, 덱스트란 등의 미생물계 고분자, 반합성계에서는 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 등의 섬유계 고분자, 전분 글리콜산 나트륨, 전분 인산 에스테르나트륨 등의 전분계 고분자, 아르긴산 나트륨, 아르긴산 프로필렌글리콜에스테르 등의 해초계 고분자, 순합성계에서는 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐메틸에테르 등의 비닐계 고분자, 비가교 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산 및 그의 알칼리 금속염, 수용성 스티렌 아크릴 수지 등의 아크릴계 수지, 수용성 스티렌 말레산 수지, 수용성 비닐 나프탈렌 아크릴 수지, 수용성 비닐 나프탈렌 말레산 수지, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, β-나프탈렌술폰산 포르말린 축합물의 알칼리 금속염, 4급 암모늄이나 아미노기 등의 양이온성 관능기의 염을 측쇄에 갖는 고분자 화합물, 셰락 등의 천연 고분자 화합물 등을 들 수 있다.

본 발명의 수성 잉크는 상기 필수 염료 외의 착색제, 용매 외에 종래부터 알려져 있는 첨가제를 첨가할 수 있다. 예를 들면, 방부 방미제로서 데히드로아세트산 나트륨, 소르브산 나트륨, 2-피리딘티올-1-옥시드나트륨, 벤조산 나트륨, 펜타클로로페놀나트륨 등을 사용할 수 있다.

pH 조정제로서는, 예를 들면 디에탄올아민, 트리에탄올아민 등의 아민류, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 알칼리 금속 원소의 수산화물, 수산화암모늄, 4급 암모늄 수산화물, 4급 포스포늄 수산화물, 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 알칼리 금속의 탄산염 등을 들 수 있다.

킬레이트 시약으로서는, 예를 들면 에틸렌디아민테트라아세트산 나트륨, 니트릴로트리아세트산 나트륨, 히드록시에틸에틸렌디아민트리아세트산 나트륨, 디에틸렌트리아민펜타아세트산 나트륨, 우라밀디아세트산 나트륨 등을 들 수 있다. 방청제로서는, 예를 들면 산성 아황산염, 티오황산나트륨, 티오디글리콜산 암몬, 디이소프로필암모늄니트라이트, 테트라질산 펜타에리스리톨, 디시클로헥실암모늄니트라이트 등을 들 수 있다. 그 밖에 수용성 자외선 흡수제, 수용성 적외선 흡수제, 계면활성제를 첨가할 수 있다.

본 발명의 잉크젯 기록용 수성 잉크는 건조 점도가 100 mPaㆍs 이하이고, 10 ms에서의 동적 표면 장력이 45 mN/m 이상이며, 1000 ms에서의 동적 표면 장력이 35 mN/m 이하로 한정되기 때문에 건조성이 우수하고, 번짐이 적으며, 토출 신뢰성이 높아지게 된다. 이 수성 잉크는 특히 보통지에 대한 잉크젯 기록에 바람직하게 된다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같이 종래 제안되었던 잉크가 가진 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 건조성이 우수하고, 번짐이 적으며, 토출 신뢰성이 높고, 특히 보통지에 대한 잉크젯 기록에 바람직한 수성 잉크를 제공하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 제안되는 본 발명의 잉크젯 기록용 수성 잉크는 건조 점도가 100 mPaㆍs 이하이고, 10 ms에서의 동적 표면 장력이 45 mN/m 이상이며, 1000 ms에서의 동적 표면 장력이 35 mN/m 이하이다.

본 발명의 잉크젯 기록용 수성 잉크에서는 건조 점도 및 동적 표면 장력이 상술한 바와 같이 한정되기 때문에 건조성이 우수하고, 번짐이 적으며, 토출 신뢰성이 높다.

이하, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 행한 실시예 및 비교예에 대하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 구체적인 화합물명이나 수치를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이들 예로 한정되지 않는다.

이하에 나타낸 성분을 물, 글리세린, 불소계 계면활성제, DB199(염료)와 혼합하여 60 ℃에서 교반하고, 실온에서 방치한 후 트리에탄올아민을 첨가하여 pH 9가 되도록 조정하여 수성 잉크를 제조하였다.

<실시예 1>

DB199(염료) 5 중량부

에틸렌글리콜 10 중량부

디에틸렌글리콜 10 중량부

불소계 계면활성제 0.5 중량부

물 74 중량부

트리에탄올아민(pH 조정제) 0.5 중량부

<실시예 2>

DB199(염료) 5 중량부

글리세린 10 중량부

에틸렌글리콜 5 중량부

디에틸렌글리콜 5 중량부

폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르(계면활성제)

0.5 중량부

물 74 중량부

트리에탄올아민(pH 조정제) 0.5 중량부

<실시예 3>

DB199(염료) 3 중량부

에틸렌글리콜 10 중량부

디에틸렌글리콜 10 중량부

물 82 중량부

트리에탄올아민 0.5 중량부

실리콘계 계면활성제 0.5 중량부

<비교예 1>

글리세린(수용성 용제) 10 중량부

2-피롤리돈(수용성 용제) 10 중량부

DB199(염료) 4 중량부

물 75.5 중량부

트리에탄올아민(pH 조정제) 0.5 중량부

<비교예 2>

글리세린(수용성 용제) 3 중량부

B3E(수용성 용제) 22 중량부

DB199(염료) 4 중량부

물 75.5 중량부

트리에탄올아민(pH 조정제) 0.5 중량부

<비교예 3>

글리세린(수용성 용제) 20 중량부

실리콘계 계면활성제 0.5 중량부

DB199(염료) 4 중량부

물 85 중량부

트리에탄올아민(pH 조정제) 0.5 중량부

<비교예 4>

DB199(염료) 5 중량부

글리세린 11 중량부

에틸렌글리콜 5 중량부

디에틸렌글리콜 5 중량부

폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르(계면활성제)

0.5 중량부

물 74 중량부

트리에탄올아민(pH 조정제) 0.5 중량부

<비교예 5>

DB199(염료) 3 중량부

글리세린 10 중량부

트리부틸 모노에틸에테르 10 중량부

물 77 중량부

트리에탄올아민(pH 조정제) 0.5 중량부

<비교예 6>

DB199(염료) 3 중량부

트리부틸 모노에틸에테르 15 중량부

물 82 중량부

트리에탄올아민 0.5 중량부

이상과 같이 하여 제조된 수성 잉크에 대하여, 도 2에 나타낸 가열식 잉크젯 방식의 600 dpi 노즐을 갖는 잉크젯 프린터를 사용하여 건조성, 번짐, 토출 신뢰성에 대한 평가를 행하였다. 이 잉크젯 프린터는 잉크 토출 노즐 (1), 발열 소자 (2), 기판 (3), 노즐판 (4), 잉크액실 (5), 잉크 공급관 (6)을 구비한다.

건조성의 평가는 인화 후의 화상에 일정 조건에서 보통지(리꼬 마이페이퍼 NBS(중성지))를 압착하여 잉크가 보통지에 전사되지 않게 된 시간을 측정하여, 10 초 이내에 건조된 경우를 "○"로서 평가하고, 10 초를 초과하는 경우에는 "×"로서 평가하였다.

번짐의 평가는 일정한 패턴을 인화하여 상태를 육안으로 관찰하였다. 또한, 번지지 않은 경우를 "○"로서 평가하고, 번진 경우를 "×"로서 평가하였다.

토출 신뢰성의 평가는 프린터 헤드의 작동 중 캡, 와이프를 행하지 않고, 25 ℃ 50 ％에서 10 분간 방치하여 토출될 때까지 필요한 발수(복귀 펄스수)를 측정하였다. 1000 발 이내에 토출된 경우에는 "○"로서 평가하고, 1000 발보다 많으면 "×"로서 평가하였다.

동적 표면 장력은 버블 프레셔 텐션 미터 BP2(Bubble Pressure Tension Meter BP2, 크러스사 제조)로 잉크의 동적 표면 장력을 측정하였다.

건조 점도는 직경 30 mm의 컵에 잉크를 넣고, 25 ℃ 50 ％의 분위기하에 방치하여 점도의 시간 의존성을 측정하였다.

실시예 및 비교예의 잉크에 대한 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

표 1로부터 밝혀진 바와 같이, 10 ms에서의 동적 표면 장력이 45 mN/m보다 작은 비교예 2, 5, 6에서는 번짐성이 좋지 못했다. 1000 ms에서의 동적 표면 장력이 35 mN/m보다 큰 비교예 1, 3, 5, 6에서는 침투성이 나쁘고, 건조성이 좋지 못했다. 건조 점도가 100 mPaㆍs보다 큰 비교예 1, 3, 4, 5, 6에서는 잉크가 토출되기 어려워 토출 신뢰성이 부족하였다.

한편, 10 ms에서의 동적 표면 장력이 45 mN/m 이하이고, 1000 ms에서의 동적 표면 장력이 35 mN/m 이상이며, 건조 점도가 100 mPaㆍs 이하인 실시예 1 내지 3의 잉크에서는 번짐성, 건조성, 토출 신뢰성 모두 양호한 특성을 얻을 수 있다는 것을 알았다.

또한, 본 발명은 도면을 참조하여 설명한 상술한 실시예로 한정되지 않으며, 첨부한 청구 범위 및 그 요지를 벗어나지 않는 한 여러가지 변경, 치환 또는 그와 동등한 행위를 행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 수성 잉크의 건조 점도를 100 mPaㆍs 이하로 하고, 10 ms에서의 동적 표면 장력을 45 mN/m 이상으로 하며, 1000 ms에서의 동적 표면 장력을 35 mN/m 이하로 한정함으로써 건조성이 우수하고, 번짐이 적으며, 토출 신뢰성이 높은 잉크를 실현할 수 있다. 이 수성 잉크는 특히 보통지에 대한 잉크젯 기록에 바람직하다.

Claims (2)

1. 건조 점도가 100 mPaㆍs 이하이고, 10 ms에서의 동적 표면 장력이 45 mN/m 이상이며, 1000 ms에서의 동적 표면 장력이 35 mN/m 이하인 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록용 수성 잉크.
2. 제1항에 있어서, pH가 8 내지 11인 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록용 수성 잉크.