KR20040101382A - 용매계 및 그로부터 제조된 잉크 - Google Patents

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KR20040101382A
KR20040101382A KR10-2004-7015627A KR20047015627A KR20040101382A KR 20040101382 A KR20040101382 A KR 20040101382A KR 20047015627 A KR20047015627 A KR 20047015627A KR 20040101382 A KR20040101382 A KR 20040101382A
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섹스톤마틴엔.
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샌포드, 엘.피.
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Abstract

본 발명은 니트로 용매를 포함하는 잉크용 용매계; 추가로 필름 형성 수지, 안료 또는 염료, 및 선택적으로 기재 습윤화제를 포함하는 잉크; 및 상기 잉크를 함유하는 마킹 기구에 관한 것이다.

Description

용매계 및 그로부터 제조된 잉크{SOLVENT SYSTEM AND INK MADE THEREFROM}
일반적으로, 영구적인 마커 잉크와 같은 용매계 잉크(solvent-based ink)용 용매계는 잉크 내의 일차 비용매 성분들인 필름 형성 수지 및 착색제에 대한 용해력(solvency)이 균형을 이루도록 선택된다. 즉, 색상 강도(color strength), 내구성, 관능적 특성(예를 들어, 냄새) 및 활용 폭(예를 들어, 비다공질 표면 및/또는 습윤한 표면에 필기할 수 있는 기능)면에 있어서 조화를 이루며, 바람직한 용해력을 제공하기 위해, 통상의 용매계로는 주로 자일렌 및/또는 톨루엔 등의 방향족 용매, 또는 각종 알코올을 이용해 왔다.
금속 잉크를 공급하는 필기구는 통상적으로 프리-플로잉(free-flowing) 잉크로 충전된 중공형 저장조(hollow reservoir) 및 상기 금속 잉크의 금속 입자들을 분산시키도록 잉크를 혼합하는 기계적인 수단을 사용해 왔다. 이 같은 잉크의 금속 입자들을 혼합하는 수단을 이용하지 않는 경우에는, 상기 입자들이 액체로부터침강하여, 필기구의 끝(nib)이 막히거나 잉크가 고르지 않게 나오는 경향이 있었다. 잉크를 혼합한 후, 필기구 끝에 잉크가 고갈된 경우에는 상기 필기구 끝과 저장조 사이의 밸브를 열어서 필기구의 끝에 반복적으로 잉크를 공급하였다. 이 같은 기구들은 가격이 비싸고, 조립하기 복잡하고, 시간을 요하며, 조작이 번거로워 이용하는데 불편하였다(이를테면, 잉크의 누출 및/또는 잉크에 의한 막힘).
모세관 작용을 통해, 화이버 저장조로부터 금속 잉크를 공급하는 또 다른 유형의 필기구가 공개된 바 있으나, 이 같은 필기구는 특수한 재료를 이용하여 제조한 것, 그리고 상기 기구에 이용할 수 있는 특수한 잉크를 이용한 것에 국한된 것이었다. 이에 따라, 산업적 측면에 있어서 전술한 특성 중 어느 것이든 개선이 필요한 실정이다.
본 발명은 용매계 및 그로부터 제조된 잉크에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 니트로 용매 및 탄화수소 용매를 포함하는 용매계에 관한 것이다. 본 발명의 용매계는 예를 들어, 모세관 작용형 마커(capillary-action marker)에 이용될 수 있는 염료 또는 미립자를 포함하는 잉크를 제조하는데 유용하다.
도 1은 모세관 작용에 의해 닙에 커플링된 저장조, 및 본 발명의 상세한 설명에 따른 잉크를 포함하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마커를 부분 절취하여 도시한 도면.
본 발명의 일면은 탄화수소 용매 및 니트로 용매를 포함하는 잉크용 용매계에 관한 것이다.
본 발명의 다른 면은 상기 용매계 및 안료 또는 염료를 포함하는 잉크에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 면은 잉크를 저장하기 위한 것으로서, 다공질 닙과 유체 소통되어 연결되며 전술한 잉크를 함유하는 저장조를 포함하는 마킹 기구(marking instrument)에 관한 것이다.
본 발명의 다른 면 및 이점들은 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 통해 동 기술 분야의 당업자들에게 명백하게 이해될 수 있다. 또한, 본 발명의 잉크는다양한 구현예에 따라 다양하게 허용될 수 있으며, 이하의 상세한 설명은 특정 구현예를 포함하나, 이하에 기재된 구현예는 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 것으로, 이들 구현예에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현예로서, 탄화수소 용매 및 니트로 용매를 포함하는 잉크용 용매계를 제공한다.
상기 탄화수소 용매는 실온에서 액상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 탄화수소 용매는 적어도 1종의 C5∼C15의 탄화수소를 포함하는 것이 바람직할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 적어도 1종의 C6∼C12의 탄화수소를 포함할 수 있다. 본 발명에 바람직한 탄화수소 용매를 예시하면 이소파라핀, 사이클로파라핀 및 지방족 탄화수소를 들 수 있다. 이들 중에서도 지방족 탄화수소가 바람직하며, 알칸이면 더욱 바람직하다. 본 발명에 바람직한 알칸을 예시하면 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 운데칸 및 도데칸을 들 수 있다.
본 발명의 탄화수소 용매는 화학 물질들, 예를 들면, 페트롤륨으로부터 유래된 화학 물질의 블렌드일 수 있다. 본 발명에 바람직한 탄화수소 용매는 비점이 약 20℃ 내지 약 300℃의 범위, 바람직하게는 약 80℃ 내지 약 200℃의 범위인 것을 특징으로 한다. 이러한 탄화수소 용매를 예시하면 미네랄 스피리트(mineral spirit) 및 나프타(naphtha)를 들 수 있다. 상기 탄화수소 용매는 방향족의 함량이 낮은 것, 예를 들면, 상기 방향족의 함량이 상기 탄화수소 용매의 전체 중량(wt%)에 대해 35 중량% 미만, 더욱 바람직하게는 10 중량% 미만, 가장 바람직하게는 1 중량% 미만인 것이 좋다. 본 발명에 바람직한 탄화수소 용매를 예시하면, 나프타(예: "Rule 66") 또는 방향족 함량이 낮은 미네랄 스피리트(예를 들면, 방향족의 함량이 1 중량% 미만)로서, 증발률이 1(부틸 아세테이트=1)인 VM&P Naphtha 66(CAS 번호: 8032-32-4, 오클라호마, 털사 소재의 Citgo Petroleum으로부터 입수 가능함)을 들 수 있다.
상기 탄화수소 용매는 매질 증발률(예를 들면, 부틸 아세테이트와 유사한 증발률)을 갖는 것이 바람직하며, 상기 증발률이 약 0.1 내지 약 3이면 바람직하고, 더욱 바람직하게는 약 0.8 내지 약 2.0이다.
상기 니트로 용매는 상기 탄화수소 용매와 결합하여, 잉크 성분, 특히 수지에 적절한 용해력을 제공한다. 이러한 니트로 용매로는 니트로파라핀 용매 및 니트릴 용매가 포함된다. 본 발명에서는 상기 니트로 용매로서 니트로파라핀 용매가 바람직하다. 상기 니트릴 용매를 예시하면 아세토니트릴, 아디포니트릴, 벤조니트릴, n-부티로니트릴, 이소부티로니트릴, 말로노니트릴, 프로피오니트릴 및 발레로니트릴을 들 수 있다. 이들 중에서도 본 발명에 바람직한 니트릴 용매는 아세토니트릴, n-부티로니트릴 및 이소부티로니트릴이다. 또한, 상기 니트로 용매는 무취 및 무독성 프로파일을 갖는 것이 바람직하다. 상기 니트로 용매는 대략 실온에서 본 발명의 잉크를 사용하여 남긴 표시로부터 증발될 수 있도록, 충분히 낮은 저분자량인 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 니트로 용매가 매질 증발률(예를 들면, 부틸 아세테이트와 유사한 증발률)을 갖는 것이 바람직하고, 상기 증발률이 약 0.5 내지 약 3의 범위인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 0.8 내지 약 2.0이다.
습윤한 표면 또는 물에서 필기하는데 바람직한 잉크에 있어서는 상기 니트로 용매로서 물과 상용성이 없는 것을 선택할 수 있다. 예를 들면, 니트로 용매 내 물의 용해도가 약 5 중량% 이하일 수 있으며, 바람직하게는 약 2 중량% 이하, 이를테면, 1 중량% 이하일 수 있다.
어떤 특정 이론으로 한정하고자 하는 것은 아니지만, 상기 니트로파라핀 용매는 기재 상에 존재하는 수분의 단분자막을 대체할 수 있어, 습윤한 또는 수분이 있는 표면 상에 연속적으로 마크의 형성 및 결합을 촉진할 수 있는 것으로 여겨진다. 아울러, 상기 니트로파라핀 용매는 알루미늄 입자 상에 존재하는 수분의 단분자막을 대체할 수도 있어, 알루미늄과 같은 금속 안료에서의 광택의 감소 또는 광택의 상실을 억제할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 금속 안료를 포함하는 잉크는 안정성 및 금속 광택성이 장기간 동안 우수할 수 있다. 본 발명에서는 상기 니트로파라핀의 분자량이 약 150 미만인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 니트로파라핀 용매가 극성인 것이 바람직하다. 이처럼, 바람직한 니트로파라핀은 통상적으로 화학식 CnH2n+1NO2또는 CnH2 nNO2X로서 표시되는 것(단, 상기 각각의 화학식에서, n은 1 내지 8(더욱 바람직하게는 1 내지 4)의 정수이고, X는 할로겐(바람직하게는 염소) 및 NO2로부터 선택됨)이 바람직할 수 있다. 이러한 니트로파라핀 화합물을 예시하면, 니트로메탄, 니트로에탄, 1-니트로프로판, 2-니트로프로판, 1-니트로부탄, 2-니트로부탄, 1,3-디니트로프로판 및 1-클로로니트로프로판을 들 수 있다. 전술한 니트로파라핀 중에서도 니트로프로판 및 니트로에탄이 바람직하다. 그런데, 순수한 니트로메탄은 충격에 민감할 수 있으므로, 이를 사용하는 경우에는 고급 니트로파라핀과 블렌드하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 적절한 니트로파라핀 용매는 니트로메탄과 1-니트로프로판의 블렌드로서, 부피로 산정한 증발률이 0.95(단, n-부틸 아세테이트=1)인 상품명 NIPAR 820(일리노이, 버펄로 그로브 소재의 Angus Chemical Company로부터 시판됨)을 예로 들 수 있다. 전술한 바람직한 니트로파라핀 용매는 20℃에서의 증기압이 12.4 ㎜Hg이고, 20/20℃에서의 비중이 약 1.01이고, 좋은 냄새가 나며, 양호한 독성 프로파일을 갖고, 상기 용매에서의 물의 용해도가 약 0.6 중량%이다.
또한, 바람직한 니트로 용매는 fd+ fp+ fh=100인, fd(분산력 기여도), fp(쌍극성 기여도) 및 fh(수소 결합 기여도)의 부분 용해도 파라미터(fractional solubility parameter)를 이용하여 나타낼 수도 있다. 바람직한 니트로 용매는 부분 용해도 파라미터의 쌍극성 기여도 수치가 약 36 내지 약 47의 범위일 수 있다. 또한, 바람직한 니트로 용매의 용해도 파라미터는 fd가 약 39 내지 52, fp가 약 36 내지 약 47, 및 fh가 약 12 내지 약 16인 것이 더욱 바람직할 수 있다. 나아가, 바람직한 니트로 용매의 용해도 파라미터에 있어서, fd가 약 48 내지 52, fp가 약 36 내지 약 40, 및 fh가 약 12 내지 약 14인 것이 가장 바람직할 수 있다.
그리고, 본 발명의 잉크 성분에 적합한 용해 특성을 얻기 위해, 상기 탄화수소 용매를 상기 니트로 용매와 블렌드한다. 상기 탄화수소 용매는 본 발명의 잉크제제에 대해 적어도 20 중량%의 양으로 이용되는 것이 바람직하다. 또한, 냄새 특성을 조절하기 위해 상기 탄화수소 용매를 약 60 중량% 이하의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 상기 탄화수소 용매가 약 30 중량% 내지 약 50 중량% 범위의 양으로 사용된다.
다른 구현예로서, 본 발명에서는 상기 탄화수소 용매 이외에 또는 상기 탄화수소 용매를 대신하여, 1종 이상의 알코올 및 에스테르 용매가 사용된다. 상기 알코올 또는 에스테르는 사용된 수지, 특히 페놀 수지에 추가의 용해력을 부여할 수 있으며, 우선적으로 용해도 파라미터 및 증발률에 기초하여 선택될 수 있다. 본 발명에 바람직한 알코올 용매를 예시하면 1-부탄올 및 디아세톤 알코올을 들 수 있고, 그 중에서도 1-부탄올이 가장 바람직하다. 또한, 본 발명에 바람직한 에스테르를 예시하면 아밀 아세테이트 및 부틸 아세테이트를 들 수 있다. 상기 알코올 또는 에스테르 용매는 잉크를 사용하여 만든 표시에 존재하는 상기 수지의 연화점에 대해서는 영향을 끼치지 않는 것이 바람직할 수 있다. 상기 알코올 또는 에스테르 용매를 사용 시에는 약 5 중량% 내지 약 15 중량%, 더욱 바람직하게는 약 7 중량% 내지 약 10 중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 니트로 용매는 약 20 중량% 내지 약 60 중량%의 양으로 이용되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 25 중량% 내지 약 40 중량%의 양으로 이용된다. 상기 니트로 용매의 사용량이 적은 경우에는 상기 탄화수소 용매의 냄새가 더욱 뚜렷해지고, 상기 니트로 용매의 사용량이 많은 경우에는 솔벤트 염료에 대한 상기 용매 블렌드의 용해도가 향상된다.
본 발명의 잉크를 습윤한 표면에 또는 물에서 이용하고자 하면, 물과 상용성이 있는 용매를 사용하지 않아야 한다. 가령, 상기 유기 용매는 물에 용해될 수 있기 때문에, 비수용성 수지가 마커(marker)의 끝에 잔존하게 되어 마커의 끝이 막힐 수도 있다.
일 구현예로서, 상기 니트로 용매에 대한 탄화수소 용매의 비가 약 0.3 내지 약 3의 범위이고, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 1.2의 범위, 예를 들면, 약 0.75이다.
상기 탄화수소 용매와 니트로 용매를 전체적으로 조합함으로써, 자일렌 또는 톨루엔과 같은 방향족 탄화수소 용매와 유사한 특성을 갖되, 전술한 방향족 탄화수소 용매가 갖는 불쾌한 냄새와 기타 유해한 성질은 갖지 않는 용매 블렌드를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 바람직한 용매 블렌드의 용해도 파라미터는 쌍극성 기여도 수치가 약 4 내지 약 8의 범위일 수 있다. 특히, 바람직한 용매 블렌드의 용해도 파라미터는 fd가 약 78 내지 85, fp가 약 4 내지 약 8, 및 fh가 약 12 내지 약 14인 것이 더욱 바람직할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일면은 약 5 중량% 이하, 바람직하게는 1 중량% 이하의 자일렌 및/또는 톨루엔을 포함하는, 또는 실질적으로 자일렌 및/또는 톨루엔을 포함하지 않는(예를 들면, 자일렌 및/톨루엔을 불순물로서만 포함하는) 잉크에 관한 것이다. 본 명세서에 기재된 용매계는 본 명세서에 기재된 필름 형성 수지 및 착색제와 함께 본 명세서에 기재된 바와 같은 적절한 양으로 이용될 수 있고, 또는또 다른 잉크 제제에서의 모든 혹은 일부의 유기 용매계를 대신할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 용매계는 자일렌 및/또는 톨루엔과 유사한 성질을 갖되 불쾌한 냄새와 독성을 감소시킨 잉크를 얻기 위해, 공지된 잉크 제제 내의 자일렌 및/또는 톨루엔을 대신하여 이용될 수 있다.
상기 탄화수소 용매와 니트로 용매의 블렌드는 중간 수치의 증발률(예를 들면, 부틸 아세테이트와 유사한 증발률), 바람직하게는 약 0.4 내지 약 1.5 범위, 더욱 바람직하게는 약 0.7 내지 약 1.2 범위의 증발률을 갖는 것이 바람직하다. 상기 용매 블렌드의 증발률이 약 0.4 미만으로 저하되는 경우에는 비다공질 표면에서 잉크가 건조되는 시간이 길어지게 되고, 상기 증발률이 약 1.5보다 큰 경우에는 캡을 제거한 상태에서 이용 가능한 마커의 수명이 단축된다. 증발률이 낮을수록, 예를 들어, 증발률이 약 0.5 내지 약 1인 경우, 캡 제거 시의 마커의 이용 수명이 길어져 바람직하다. 알루미늄 안료와 같은 산화되기 쉬운 금속 안료와 함께 이용하는 경우에는, 상기 용매의 수분 함량이 매우 낮은 것이 바람직할 수 있다. 금속 안료와 함께 이용 시에 바람직한 용매 비히클(vehicle)은 니트로-파라핀 용매와 알코올 용매의 혼합물, 및 선택적으로 탄화수소 용매를 포함한다.
마킹 기구(예: 모세관 작용형 마커)를 통해 전달되는데 적절한 잉크를 형성하기 위해서는 상기 잉크가 필름 형성 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 솔벤트 염료 기재 잉크에서는 상기 필름 형성 수지에 의해, 비다공질 표면과 같은 기재에 부착된 색상을 띄는 마크가 제공된다. 안료화 시스템에 있어서는, 잉크가 모세관 작용에 의해 마킹 팁(marking tip)으로 당겨져 마킹(예를 들면, 필기구)으로 공급될 때, 상기 필름 형성 수지가 상기 용매 비히클과 함께 임의의 미립자 물질을 끌어당기는 작용을 한다. 상기 필름 형성 수지는 마킹할 기재 상에 고형이고 광택성이 있으며 염료로 염색된 필름을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 필름 형성 수지로서는 동 기술 분야에 공지된 것을 포함하여 임의의 적절한 필름 형성 수지를 사용할 수 있다. 바람직한 필름 형성 수지로는 말레산 수지 및 페놀 수지가 포함된다. 본 발명의 잉크에 이용하는데 적절한 기타 수지로는 아크릴 수지, 알키드 수지, 아미노 수지, 탄화수소 수지, 케톤 수지, 폴리아미드 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 로진 및 로진 변성 수지가 포함되나, 이에 제한되지 않는다.
상기 페놀 수지는 금속 안료와 같은 분산된 미립자 물질을 함유하는 잉크에 이용하는데 바람직하다. 이러한 페놀 수지는 비교적 비반응성이고, 속성으로 건조되며, 내후성, 내알칼리성, 내수성 및 내마모성을 나타낼 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 페놀 수지는 알코올 용해성이 양호하며, 우수한 색상 유지성 및 표면 경도를 제공할 수 있다. 상기 페놀 수지의 기본 원료로서는 대부분 임의의 반응성 페놀 또는 알데히드가 사용될 수 있으며, 이러한 기본 원료로서 포름알데히드 및 페놀이 포함된다. 상업적으로 이용되는 페놀로서는 페놀, 크레졸, 자일레놀, p-t-부틸페놀, p-페닐페놀, 비스페놀 및 리소시놀(resorcinol)이 포함된다. 본 발명에 이용되는 상기 알데히드로는 포름알데히드 및 푸르푸랄(furfural)이 포함된다. 본 발명에 바람직한 열경화성 순수 페놀계 필름 형성 수지를 예시하면, Lawter International (Wisconsin, Pleasant Prairie 소재)에서 시판하는 상품명 K-1111을들 수 있다. 전술한 순수 페놀계 수지는 융점이 140℃이고, 산가(acid value)가 75이고, 비중이 1.07, 점도 등급이 Z6(Gardner-Holdt; 자일렌에서 60%)이며, 실질적으로 완전 경화되는 것으로 간주된다. 열경화성 수지는 고온 환경에서 이용될 마크에 보다 적절할 수 있다. 본 발명의 잉크에 이용되는 또 다른 바람직한 페놀 수지로서는 Georgia Pacific Resins, Inc. (Georgia, Decatur 소재)에서 상품명 CK-2103으로 시판하는 노볼락(a.k.a. 노볼락) 수지(산 촉매와 과량의 페놀을 이용하여 얻은 열가소성 페놀포름알데히드 수지)가 있다.
솔벤트 가용성(solvent-soluble) 염료를 함유하는 잉크에 사용하는데 바람직한 수지를 예시하면, Arizona Chemical Company (Florida, Jacksonville 소재)로부터 입수 가능한 SYLVAPRINT 7200(이전에는 Union Camp Corporation으로부터 입수했던 UNIREZ 7200)을 들 수 있으며, 상기 수지는 연화점이 35℃이고 산가가 33인 산 불용성(acid-insoluble) 말레산이다.
상기 수지의 로딩량이 약 3 중량% 미만으로 감소하는 경우에는 얻어지는 마크의 영구성이 저하되고, 상기 수지의 로딩량이 약 35 중량%보다 크게 증가하는 경우에는 잉크의 점성이 더욱 증가하게 된다. 따라서, 상기 필름 형성 수지는 잉크 내에 약 3 중량% 내지 약 35 중량%의 범위의 양으로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 약 15 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로, 가장 바람직하게는 적어도 약 10 중량%, 예를 들면, 8 중량 또는 9 중량%보다 큰 양으로 포함된다. 모세관 작용형 마커에 사용될 잉크에 있어서는 상기 필름 형성 수지가 상기 잉크 내에 약 10 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 양으로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 15 중량% 내지 약 20 중량% 범위의 양으로 포함된다. 컬러 안료, 및 금속 안료와 같은 다른 미립자 안료를 둘 다 이용하는 경우에는 상기 잉크의 점도를 유용한 범위로 유지시키기 위해서 상기 수지의 함량을 감소시킬 수 있다(예를 들면, 약 5 중량% 이하의 함량). 수지에 대한 안료(안료를 사용하는 경우, 예를 들면, 금속 안료 및 컬러 안료)의 비율은 약 0.5 내지 1.7의 범위인 것이 바람직하다. 본 명세서에 기재된 용매계는 놀라울 정도로 높은 수지 로딩 특성을 나타낸다. 따라서, 용매로서 자일렌을 이용하는 일반 잉크의 수지 로딩량이 약 6 중량% 또는 약 8 중량% 이하로 제한적인데 반해, 본 발명의 잉크는 더욱 큰 로딩량의 수지를 가질 수 있기 때문에, 더 짙은 색상의, 보다 내구성 있는 마크를 형성할 수 있다.
육안으로 식별이 가능한 마크를 제공하기 위해 본 발명의 잉크는 착색제(colorant)를 포함할 수 있다. 본 발명에 적절한 착색제로서는 유기 안료, 및 솔벤트 염료(solvent dye), 분산 염료(disperse dye) 및 염기성 염료(basic dye)와 같은 유기 염료, 및 종래 기술에 공지된 것이 포함되나, 이에 제한되지 않는다. 상기 유기 안료를 예시하면 프탈로 블루(예: 구리 프탈로시아닌), 프탈로 그린(예: 염화구리 프탈로시아닌), 디아릴라이드 옐로우(예: 디아릴아닐라이드 옐로우; C32H26Cl2N6O4), 나프톨 레드(예: 아조플록신(azophloxine)) 및 디옥사진 바이올렛(예:카르바졸 바이올렛; C34H22Cl2N4O2)을 들 수 있다. 이러한 유기 안료는 미리 분산시킨 화합물로서 적용하는 것이 쉽다. 본 발명에서는 염기성 염료가 사용될 수 있으나, 수분 또는 습윤한 기재 상에서 잉크를 사용하는 경우, 몇몇 염기성 염료는 블리딩(bleeding)을 일으킬 수 있다.
일 구현예로서, 상기 착색제로서 솔벤트 염료가 바람직하다. 솔벤트 염료는, 상기 염료를 용해할 수 있으며 상기 염료를 기재로 전달할 수 있는 1종 이상의 유기 용매(상기 염료를 용해할 수 있는 유기 용매의 예: 니트로 용매 또는 탄화수소 용매)에서 적어도 약간의 용해성을 갖는 염료이다. 이러한 솔벤트 염료는 완전히 또는 실질적으로 물에서 혼합될 수 없다. 솔벤트 염료의 분류 및 그에 대한 보다 상세한 설명은 Colour Index International, 3rd ed.(1996)를 참조한다. 본 발명에서는 잉크에 임의의 바람직한 컬러를 실질적으로 제공하기 위해, 잉크 내의 각각의 착색제 비율을 조절하여, 2종 이상의 솔벤트 염료의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 솔벤트 염료를 예시하면, 모노아조, 디스아조 및 테트라아조의 금속화된 또는 비금속화 변형체를 포함하는 아조 염료; 프탈로시아닌에서 유래된 염료; 및 모노치환, 디치환 및 혼합된 치환 아릴아미노 타입 외에도 모노치환, 디치환 및 혼합된 치환 알킬아미노 유도체를 포함하는 안트라퀴논을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 특히, 상기 솔벤트 염료를 구체적으로 예시하면, Solvent Black 3(CAS 번호: 4197-25-5), Solvent Black 7(CAS 번호: 8005-03-5), Solvent Brown 22, Solvent Violet 9(CAS 번호: 467-63-0), Solvent Blue 58, Solvent Blue 70(CAS 번호: 12237-24-0), Solvent Blue 100(CAS 번호: 71819-50-6), Solvent Orange 97(CAS 번호: 92257-04-0), Solvent Red 18, Solvent Red 49(CAS 번호:509-34-2) 및 Solvent Red 160을 들 수 있다.
착색제, 특히 솔벤트 염료는 본 발명의 잉크 내에 약 1 중량% 내지 약 15 중량% 범위, 바람직하게는 약 7 중량% 내지 약 13 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 약 9 중량% 내지 약 11 중량%의 양으로 포함된다. 통상적으로, 상기 솔벤트 염료는, 염료 강도를 표준화하여 본 명세서에 기재된 수치에 가깝게 하기 위해 증량제(extender)(예: 각종 염)를 포함하는 파우더로서 공급될 수 있다. 착색제의 함량이 감소되는 경우에는 얻어지는 마크의 색상 강도가 저하되고, 착색제의 함량이 증가하는 경우에는 잉크의 점도가 증가하고, 캡을 벗긴 상태에서 잉크가 굳을 우려가 커진다(예를 들면, 용매의 증발로 인하여).
본 명세서에 기재된 상기 용매계는 놀라울 정도로 높은 착색제 로딩 특성을 나타내므로, 특히 높은 로딩량의 수지를 이용하는 경우, 분명하고도 짙은 색상의 마크를 얻을 수 있다. 이하에 기재할 잉크는 통상의 용매(예를 들면, 자일렌 및 톨루엔)를 사용하는 유사 잉크에 비해 색상 강도가 더욱 높다.
본 발명의 다른 구현예로서, 전술한 바와 같은 유기 용매 혼합물 내에 금속 안료와 필름 형성 수지의 분산물을 포함하는 잉크를 제공한다. 상기 금속 안료는 리핑형(leafing type)(통상적으로 박편형) 또는 논-리핑(non-leafing)형일 수 있다. 리핑형 안료를 사용하는 경우에는 잉크가 기재 표면에 평행한 안료층을 형성하여, 금속 광택성이 높으면서 매우 불투명한 표시가 바람직한 경우(예를 들면, 어두운 색상의 종이에 사용하는 경우)에 이용하는 것이 바람직하다. 논-리핑형 안료를 사용하는 경우에는 잉크의 반짝거리는 효과가 더욱 크며 덜 불투명한 표시를 나타낸다. 상기 금속 안료는 알루미늄, 구리, 브론즈(bronze), 이들의 산화물, 이들의 산화피막 형성물(anodize) (예를 들면, 진주색 마무리(iridescent finish)를 위해) 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 금속 안료인 것이 바람직하다. 본 발명에 적합한 금속 안료를 예시하면, MD-Both Industries(일리노이주 웨스트 시카고 소재)로부터 입수 가능한 안료를 들 수 있다. 또한, 상기 금속 안료는 펄제(pearlscent agent)(예를 들면, 비스무트 옥시클로라이드(BiOCl))와 같은, 금속과 같은 외관 또는 진주색의 외관을 제공할 수 있는 광택성 비금속 물질을 포함하는 것으로 정의되며, 상기 광택성 비금속 물질을 금속성 안료에 추가하여 또는 상기 금속 안료를 대신하여 이용할 수 있다.
상기 금속 안료의 입자 크기(예를 들면, 평균 입자 크기, 더욱 바람직하게는 중간 입자 크기, 가장 바람직하게는 최대 입자 크기)는 약 8 ㎛ 미만, 또는 약 2 ㎛ 내지 약 7.5 ㎛의 범위인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 2 ㎛ 내지 약 6 ㎛의 범위, 예를 들면, 약 4 ㎛ 내지 약 6 ㎛의 범위이다. 따라서, 이를테면, 중간 입자 크기가 약 4 ㎛ 내지 약 6 ㎛인 금속 안료를 사용할 수 있으며, 최대 입자 크기로 인해 저장조 또는 닙이 잉크로 실질적으로 막히는 현상(clogging)이 유발되지 않도록(예를 들면, 잉크의 공급을 방해하지 않고 및/또는 저장조 내에 다량의 잉크가 공급될 수 있도록), 상기 안료의 입자 크기 분포가 좁은 분포인 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 잉크에 상기 금속 안료를 사용하는 경우에는 상기 금속 안료가 상기 잉크 내에 약 7 중량% 내지 약 30 중량% 범위의 양으로 포함되는 것이 바람직하고, 색소(color agent)를 사용하는 경우에는 전체 점도가 적절한 수준이 되도록 그 미만의 양으로 이용한다. 본 발명의 잉크 내에 상기 금속 안료의 함량이 약 7 중량% 미만인 경우에는 잉크를 공급하여 얻은 마크가 흐릿하고 불투명도가 떨어지며, 상기 금속 안료의 함량이 약 30 중량%를 초과하는 경우에는 상기 잉크가 점성을 띄게 되어 모세관형 마커로부터 잉크를 공급하는 것이 어려워질 수 있다. 일 구현예로서, 본 발명은 상기 잉크 내에 상기 금속 안료가 10 중량% 미만의 양, 예를 들면, 9.75 중량%의 양으로 존재하는 것을 제공한다. 상기 잉크에 색소가 사용되는 경우에는 상기 색소가 논-리핑형 안료인 것이 바람직하다. 본 발명의 잉크에 사용하는데 바람직한 논-리핑형 안료로는 리핑 효과를 부여하는 알루미늄 안료를 들 수 있으며, 상기 알루미늄 안료를 예로 들면, 미네랄 오일 내에 65 중량% 고형분 페이스트로서, 중간 입자 직경(D50)이 4.0 ㎛ 내지 6.0 ㎛인 상품명 METAGLOSS 1500 (MD-Both Industries에서 시판)을 들 수 있다. 전술한 METAGLOSS 알루미늄 안료는 스테아르산으로 표면 처리되어 있다. 이러한 안료는, 미네랄 오일에서 적용하는 경우, 또는 잉크 내에서 수지 용매와 같은 또 다른 캐리어를 대신하여 미네랄 오일을 이용하는 경우에 이용될 수 있다. 선택적으로, 상기 유기 용매 캐리어 내에는 고형분 내 금속화된 안료(예: 펠릿(pellet))가 형성될 수 있다.
금속 안료에 색상을 배합하기 위해 본 발명의 잉크 내에 색소를 포함하는 경우에는, 유기 안료를 사용하고 그 분산물에 결합제(linking agent)를 첨가하여, 금속 안료와 색소를 결합시킨다. 예를 들어, 황색 안료를 알루미늄 금속 안료와 함께, 바람직하게는 금색을 나타내는 금속 안료가 제공되도록 적절한 결합제와 함께사용할 수 있다. 금속 안료와 함께 사용하는 경우에는 상기 잉크 내에 상기 색소가 약 2 중량% 내지 약 30 중량% 범위의 양으로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 7 중량% 내지 약 25 중량% 범위의 양으로 포함된다.
마킹할 기재(예를 들면, 종이)에 의한 금속 안료의 우선적인 흡수를 방지하기 위해, 적절한 결합제를 이용하여 색소를 금속 안료 입자와 결합시킬 수 있다. 예를 들면, 극성 말단 및 비극성 말단을 갖는 결합제를 이용하여 비극성 안료를 극성 금속 표면(예: 금속성 안료)과 결합시킬 수 있다. 본 발명에 이용되는 결합제는 양친성(amphiphilic) 코폴리머, 다관능성 카르보디이미드, 인산염 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. (소수성 유닛 및 친수성 유닛을 둘 다 갖는) 적절한 양친성 코폴리머를 예시하면, 상품명 STYLEZE 2000(CAS 번호 831, International Specialty Products(뉴저지주 웨인 소재)에서 시판)의 폴리(비닐피롤리돈/아크릴레이트/라우릴 메타크릴레이트)를 들 수 있다. 상기 다관능성 카르보디이미드로는 상품명 UCARLNK XL-29SE (Union Carbide Corp.(코네티컷주 단베리 소재)에서 시판)가 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 금속 기재에 대한 유기 안료의 부착을 촉진하는데 유용한 기타 시약(예: 금속화된 필름에 프린트하기 위한 잉크에 이용되는 시약)을 본 발명의 잉크 내에 결합제로서 이용하는 것도 적절할 수 있다. 상기 결합제로서 모노에탄올아민을 이용하는 경우에는 상기 결합제가 상기 잉크 내에 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%, 예를 들면, 약 0.3 중량% 내지 약 1 중량%의 양으로 포함되는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 잉크에는 솔벤트 잉크에 통상적으로 이용되는 각종 선택적 성분을 이용할 수 있다. 이러한 선택적 성분을 예시하면 계면활성제, 알코올 공용매(alcohol co-solvent) 및 유동성 개질제(rheology modifier)를 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 잉크에 이용되는 바람직한 선택적 성분으로는 기재 습윤화제(substrate wetting agent)가 있으며, 이는 기재를 습윤화하여 기재 상에 잉크의 접촉각을 감소시킴으로써, 평탄하고 연속적인 마크를 제공할 수 있다. 이러한 기재 습윤화제로는 유기실리콘 계면활성제(예: 실록산)가 바람직하며, 상기 유기실리콘 계면활성제를 예시하면 상품명 SILWET(Witco Chemical Company로부터 입수 가능함)를 들 수 있다. 바람직한 유기실리콘 계면활성제를 예시하면, SILWET L-7001(Witco Chemical Company로부터 입수 가능함)를 들 수 있다.
기타 유기실록산 계면활성제를 예시하면, ACTION 99 (Growmark Inc.에 의해 시판됨, 폴리알킬렌옥사이드 개질된 헵타메틸트리실록산 및 비이온성 계면활성제); CLASS CELOXONE (Class-Cenex에 의해 시판됨, 비이온성 실리콘 계면활성제); CLASS SILKIN (Class-Cenex에 의해 시판됨, 비이온성 실리콘 계면활성제); ETH-N-GARD(Wilfarm, L.L.C.에 의해 시판됨, 헵타메틸트리실록산 및 에틸화 시드 오일(ethylated seed oil)); EXCEL 2000 (Coastal Chemical Corp.에 의해 시판됨, 폴리에테르 폴리메틸실록산 코폴리머); FREEWAY (Loveland Industries에 의해 시판됨, 실리콘 폴리에테르 코폴리머 및 알코올 에톡실레이트); IMPACT (Jay-Mar, Inc.에 의해 시판됨, 폴리알킬렌옥사이드, 개질된 헵타메틸트리실록산 및 비이온성 계면활성제의 상품 블렌드); KINETIC (Helena Chemical Co.에 의해 시판됨, 폴리알킬렌옥사이드 개질된 폴리디메틸실록산과 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 블록 코폴리머의 상품 블렌드); KINETIC DC (Helena Chemical Co.에 의해 시판됨, EO/PO 블록 코폴리머와 유기실리콘 계면활성제의 블렌드); KINETIC HV (Helena Chemical Co.에 의해 시판됨, 폴리알킬렌옥사이드 개질된 폴리디메틸실록산과 폴리옥시프로필렌-폴리옥시에틸렌 블록 코폴리머의 상품 블렌드); MATRIXX (Coastal Chemical Corp.에 의해 시판됨, 폴리메틸실록산 코폴리머 및 폴리에톡시 에테르); MOTION (Loveland Industries에 의해 시판됨, 실리콘 폴리에테르 코폴리머 및 알코올 에톡실레이트); RAINFAST (Conklin Co., Inc.에 의해 시판됨, 폴리에테르-폴리메틸실록산 코폴리머, 유기 계면활성제 및 소포제); RAPID SPREAD (Cannon Packaging Co. Inc.에 의해 시판됨, 프리미엄 계면활성제와 실리콘의 배합물); SIL ENERGY (Brewer International에 의해 시판됨, "유기 실리콘"); SIL-FACT HV (Drexel Chemical Co.에 의해 시판됨, 유기실리콘 계면활성제와 알코올 에톡실레이트의 블렌드); SILKIN (Riverside-Cenex에 의해 시판됨, 폴리알킬렌옥사이드 개질된 헵타메틸트리실록산 및 비이온성 계면활성제); SILMES (100 Drexel Chemical Co.에 의해 시판됨, 유기실리콘, 메틸화 시드 오일, 알코올 에톡실레이트 및 NIS의 블렌드); SILWET L-77 (Helena Chemical Co.에 의해 시판됨, 폴리알킬렌옥사이드 개질된 헵타메틸실록산); SPEED (Precision Labs, Inc.에 의해 시판됨, 폴리에테르 폴리디메틸실록산 코폴리머의 상품 블렌드); SYLGARD 309 (Wilfarm, L.L.C.에 의해 시판됨, 헵타메틸트리실록산); THOROUGHBRED (Estes, Inc.에 의해 시판됨, 폴리알킬렌옥사이드, 개질된 폴리디메틸실록산 및 비이온성 계면활성제의 상품 블렌드); 및 TEGO(Goldschmidt Chemical Company에 의해 시판됨)를 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 상기 기재 습윤화제를 이용하는 경우, 상기 기재 습윤화제를 본 발명의 잉크 제제에 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%의 양으로, 바람직하게는 약 0.3 중량% 내지 약 0.8 중량%의 양, 예를 들면, 0.5 중량%의 양으로 첨가할 수 있다.
상기 용매, 상기 필름 형성 수지, 상기 안료 또는 착색제 및 기타 첨가제는 본 발명의 잉크가 바람직한 색상 및 안정성을 갖도록 하는데 충분한 양으로 이용될 수 있다. 본 발명의 잉크를 모세관 작용형 마커에 이용하는 경우, 상기 잉크는 상기 마커 구성 요소의 모세관 작용에 적합한 점도를 가질 수 있다. 이에 따라, 모세관 작용형 마커에서는 본 발명의 잉크의 점도가 약 10 센티푸와즈(cP) 미만, 통상적으로는 약 1.7 cP 내지 약 8 cP 범위의 점도, 더욱 바람직하게는 약 6 cP 이하, 가장 바람직하게는 약 2 cP 내지 약 6 cP 범위이다. 본 발명의 잉크에 금속 안료가 이용되는 경우에는 상기 잉크의 점도가 약 3 cP 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 잉크는 비다공질 기재, 습윤한 기재, 유성 기재, 그리고 물에서까지 짙고 광택성이 있는 마크를 제공하도록, 제제화될 수 있다. 아울러, 본 발명의 잉크는 불쾌한 냄새 또는 음성의 독성 프로파일을 갖지 않으면서 전술한 특성을 제공하도록 제제화될 수 있다.
본 발명의 잉크는 표준 잉크 가공법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 필름 형성 수지, 착색제, 용매 및 선택적 첨가제를 균일한 혼합물이 형성될 때까지 완전히 블렌드함으로써, 본 발명의 잉크를 제조할 수 있다. 또한, 수지 및/또는 착색제의 매스터배치(masterbatch)를 이용할 수 있다. 금속 안료를 이용하는 경우에는 상기 금속 안료를 저전단, 그리고 저온 상태에서 제1 용매 또는 용매 혼합물의 제1 부분에 분산시키고, 상기 필름 형성 수지를 가열하면서 제2 용매 또는 용매 혼합물의 제2 부분에 용해시킨 다음 냉각시키고, 이어서 상기 두 혼합물을 합하여 블렌드하는 것이 바람직하다. 이러한 한 방법으로서, 잉크를 제조하기 앞서, 용매에 분산시킨 수지의 매스터배치를 제조하여 냉각시킨 다음, 금속 안료와 혼합하고, 이어서 잉크 저장조에 충전시킬 수 있다.
본 발명에 따른 마커는 통상적으로 잉크를 저장하기 위한 저장조를 포함하며, 상기 저장조는 다공질 닙(nib)과 유체 소통되어 연결된다. 본 발명에 따른모세관 작용형 마커는 다공질 닙에 모세관 커플링(capillary coupling) 관계로 결합되며, 잉크를 저장하기 위한 다공질 저장조를 포함하는 것이 바람직하다. 참조 도면은 통(barrel)(14)에 배치되고 모세관 작용에 의해 닙(16)에 연결된 저장조(12)를 포함하는, 본 발명에 따른 마커(10)의 실시예를 부분 절취하여 도시한 도면이다. 통(14)은 마개(20)로 밀봉되어, 상기 저장조의 위치를 유지하도록 할 수 있으며, 용매의 증발을 방지할 수 있다. 모세관 커플링이란, 상기 저장조와 닙이, 모세관 작용을 통해 상기 저장조와 닙 사이에서 상기 잉크의 이동이 가능하도록 배치되는 것을 의미하며, 예를 들면, 압력의 변화(닙에서의 또는 저장조 내에서의 압력 변화)를 통해 커플링 영역(22)에서 상기 닙과 저장조 사이의 계면으로 잉크를 당길 수 있도록 배치되는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 마커는 본 발명의 잉크 및 다공질 화이버 닙을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 통은 금속, 나일론, 어떤 경우에는 폴리프로필렌 또는 기타 폴리머와 같은, 사용된 용매 혼합물과 상용성이 있는 재료로 제조된다.
상기 저장조는 프리-플로잉 잉크를 수용하기 위한 개방 부피(open volume)일 수 있고, 또는 다공질 재료, 바람직하게는 선형 폴리에스테르 화이버와 같은 선형 화이버 재료로 제조될 수 있다. 기타 저장조 재료로는 펠트(felt), 셀룰로오즈 아세테이트 및 상기 용매계와 상용 가능한 기타 화이버(예를 들면, 상기 용매계에 의해 용매화되거나 팽윤하지 않는 화이버)가 포함된다. 다공질 저장조는 상기 잉크 내에 임의의 미립자 물질이 존재하는 경우, 잉크를 상기 저장조로부터 끌어당길 때에 상기 미립자 물질이 실질적으로 여과되는 것을 방지하기에 충분한 공극률을 가져야 한다. 상기 저장조에서의 공극들이 비틀린 경로(tortuous pathway)를 갖는 경우에는 상기 미립자 물질의 이동이 정지되어 상기 미립자 물질이 여과될 수 있기 때문에, 상기 공극은 실질적으로 선형인 경로(예: 잔물결형 경로)를 갖는 것이 바람직하다.
화이버 저장조와 같은 상기 저장조의 밀도는 상기 저장조의 공극률에 근사한 값으로 제공될 수 있다. 본 발명의 잉크로서 미립자 안료가 포함된 것을 이용하는 경우, 상기 저장조의 밀도는 약 140 ㎎/㎤ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 약 110 ㎎/㎤ 미만, 예를 들면, 약 100 ㎎/㎤ 미만이다. 또한, 중간 입자 크기가 약 4 ㎛ 내지 약 6 ㎛인 금속 안료를 사용하는 경우에는 상기 저장조의 밀도가 약 120 ㎎/㎤ 미만인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 약 100 ㎎/㎤ 이하이다. 상기 저장조로서 화이버가 이용되는 경우에는 상기 화이버의 dpf(denier-per-fiber) 수치가 약 6 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 약 1 dpf 내지 약 4 dpf의 범위, 예를 들면, 약 3 dpf이다. 본 발명에서는 바람직한 표면 에너지를 제공하기 위해, 상기 저장조 재료를 개질(예를 들면, 플라즈마 또는 코로나 처리)할 수 있다. 본 발명에 이용되는 적절한 폴리에스테르 화이버 저장조를 예시하면, 밀도가 103 ㎎/㎤이고 압출 폴리프로필렌 필름으로 포장된 No. 22868 폴리에스테르 화이버 저장조(버지니아주 리치몬드 소재의 Filtrona Richmond, Inc.로부터 입수 가능함)를 들 수 있다.
상기 저장조의 크기 및 형태는 마킹 기구의 물리적인 치수에 의해 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 바람직한 일 구현예로서, 본 발명의 마커가 손에 쥐고 이용하기 위한, 종래의 마커 크기를 갖는 실린더형 마커에 이용되는 경우에, 상기 저장조의 직경이 약 5 ㎜ 내지 약 15 ㎜이고, 길이가 약 70 내지 약 120 ㎜인 것이 바람직하다. 본 발명에서는 상기 저장조의 형태를 한정하고 조절 특성상의 편의를 제공하기 위해, 상기 저장조에 외부의 포장재를 제공할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 저밀도 폴리에스테르 화이버 저장조의 형태를 적어도 한쪽 끝이 노출되는(즉, 포장재로 포장되지 않은) 실린더형으로 한정하기 위해서, 상기 저장조를 플라스틱(예: 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르) 필름으로 포장할 수 있다. 본 발명은 임의의 특별한 크기 또는 특별한 형태의 저장조를 사용하는 것으로 제한되지 않으며, 동 기술 분야의 당업자들이라면 기타 적절한 크기 및 형태의 저장조를 선택하여 사용할 수 있다. 가령, 상기 다공질 저장조는 상기 저장조와 통 사이에 탈기구를 형성하기 위한 1개 이상의 압입부(indentation)가 포함된 형태일 수 있다.
상기 저장조는 본 발명의 잉크를 포함하는 것이 바람직하다. 일 구현예로서, 상기 저장조는 선택적으로 기재 습윤화제와 함께, 탄화수소 용매 및 니트로 용매를 포함하는 유기 용매 비히클 내의 필름 형성 수지 및 솔벤트 염료를 포함한다. 다른 구현예로서, 상기 저장조는 결합제와 함께 또는 결합제 없이, 선택적으로 색소와 함께, 유기 용매 비히클 내에 금속 안료와 필름 형성 수지의 분산물을 포함한다. 예를 들어, 상기 잉크는 단일 오리피스 니들(orifice needle)을 통해 저장조로 충전되고, 상기 니들이 상기 저장조를 빠져 나오면 잉크가 공급된다. 선택적으로, 복수 개의 오리피스를 가지며 저장조를 관통하는 니들이 사용될 수 있으며, 잉크를 단일 단계로 주입한 다음, 상기 니들을 뺀다. 상기 잉크를 분산시키기 위해, 상기 저장조 및/또는 얻어진 마커를 고속 회전시킬 수 있다.
상기 닙(nib)은 나일론, 폴리에스테르 및 아크릴과 같은 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있다. 잉크 내에 임의의 입자가 존재하는 경우에는 상기 닙이, 상기 입자가 실질적으로 여과되지 않도록 하는 잉크 경로를 제공하는데 충분한 다공질인 것이 바람직하다. 상기 닙의 공극률은 공극이 약 40 부피% 내지 약 80 부피% 범위인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 약 55 부피% 내지 약 75 부피%이다.
솔벤트 염료가 사용된 일 구현예로서, 상기 닙이 나일론으로 제조된 것이 바람직하다. 상기 닙으로서 적절한 선형 아크릴 화이버/멜라민 수지 재료를 예시하면, 일본 도쿄 소재의 Teibow Hanbai Co., Ltd.로부터 입수 가능한 것(예를 들면, 상품명 ACE-546V; 공극률 62%), 및 상품명 HA45N 과 WA45P(일본 도쿄 소재의 Aubex Corp.로부터 입수 가능함)를 들 수 있다.
금속 안료가 사용된 일 구현예로서, 상기 닙이 다공질, 실질적으로 선형 아크릴 화이버로 제조된 것이 바람직하다. 이러한 아크릴 닙은 우수한 용매 내성을 갖고, 공극률이 높아도 단단한 필기감을 나타내며, 양호한 연마 내성을 갖는다. 본 발명의 잉크에 명목상의 평균 입자 크기가 약 4 ㎛ 내지 약 6 ㎛ 범위인 금속 안료를 사용하는 경우, 상기 닙의 공극률이 적어도 약 55 부피%인 것이 바람직하고, 상기 닙의 공극률이 약 60 부피%인 것이 더욱 바람직하다. 상기 닙에 이용되는 재료로서, 적절히 높은 공극률을 갖는, 실질적으로 선형의 아크릴 화이버/멜라민 수지 재료를 예시하면, Teibow Hanbai Co., Ltd.(일본 도쿄 소재)로부터 입수 가능한 상품명 ACE-346V(공극률 66.3%), ACE-446V(공극률 63.8%) 및 ACE-546V(공극률 62%), 그리고 Aubex Corp.(일본 도쿄 소재)로부터 입수 가능한 상품명 HA45N 및 WA45P를 들 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같은 금속 잉크와 함께 아크릴 닙을 이용하는 경우에는, 화학적 상용성을 촉진시킬 수 있고, 입자 크기가 큰 안료 입자의 여과로 인해 상기 닙의 표면에서 모세관 통로가 폐색되는 것을 억제하여, 물품의 적절한 작용성 및 이용 수명을 확보할 수 있다.
상기 닙의 크기 및 형태는 상기 저장조의 크기 및 형태에 따라, 그리고 실용적인 측면을 고려하여 특별히 제한될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 상기 필기구의 단부인 닙은 넓은 폭으로 또는 좁은 폭으로 마킹하는데 유용한 치즐 포인트(chisel-point)형일 수 있다. 상기 저장조에 모세관 커플링 관계로 배치된(즉, 도 1에서 커플링 영역(22)), 닙의 반대쪽 단부는 상기 저장조의 전체 단면으로부터 잉크를 뽑아 쓰기 유용하도록, 상기 저장조 단면적의 치수(예를 들면, 직경)의 적어도 약 1/3의 단면적을 갖는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 저장조 단면적 치수의 적어도 약 1/2, 또는 실질적으로 상기 저장조와 동일한 치수의 단면적을 갖는다.
하기 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 제한되지 않는다.
실시예 1-블랙 잉크
하기에 나타낸 성분 및 함량에 따라 블랙 잉크를 제조하였다.
성분 작용 함량
NIPAR 820 용매 42.0 중량%
RM SYLVAPRINT 7200 필름 형성 수지 18.0 중량%
VM & P naphtha 66 용매 30.5 중량%
RM Oil Black HZ(Color Index Solvent Black 3) 착색제 5.7 중량%
RM Oil Brown 54(Color Index Solvent Brown 22) 착색제 3.3 중량%
RM 실리콘 L7001 기재 습윤화제 0.5 중량%
상기 잉크의 물성을 평가한 결과, 고형분 함량이 29.1 중량%이고, 비중이 0.93, 표면 장력(Cahn Model DCA-312에서의 DuNuoy법으로 측정)이 22.8 dynes/㎝, 점도(SC-18 스핀들을 이용하여 200 rpm, 25℃에서 측정)가 3.8 cP이며, VOC가 678.9 g/ℓ로 나타났다. 상기 잉크에 대해 50℃에서 4주간 가속 노화 시험을 수행한 결과, 안정성 측면에 있어서 아무런 변화가 나타나지 않았다. 이로써, 상기 잉크는 통상의 사용 조건 하에서 적어도 3년 간 안정할 것으로 기대된다.
상기 잉크를 아크릴 닙 및 폴리에스테르 화이버 저장조를 포함하는 모세관 작용형 마커에 충전하였다. 상기 마커를 이용하여 각각 습윤한 기재, 유성 기재 및 물에서 필기를 하고, 기재에 적용 시에 짙은 검정색의 광택성 있는 마크를 남겼다.
실시예 2- 레드 잉크
하기에 나타낸 성분 및 함량에 따라 레드 잉크를 제조하였다.
성분 작용 함량
NIPAR 820 용매 41.0 중량%
RM SYLVAPRINT 7200 필름 형성 수지 18.0 중량%
VM & P naphtha 66 용매 29.5 중량%
Neozapon Red 365(Color Index Solvent Red 160) 착색제 7.0 중량%
Oil Scarlet 308(Color Index Solvent Red 18) 착색제 4.0 중량%
RM 실리콘 L7001 기재 습윤화제 0.5 중량%
상기 잉크의 물성을 평가한 결과, 고형분 함량이 31.8 중량%이고, 비중이 0.944, 표면 장력(Cahn Model DCA-312에서의 DuNuoy법으로 측정)이 22.6 dynes/㎝, 점도(SC-18 스핀들을 이용하여 200 rpm, 25℃에서 측정)가 5.3 cP이며, VOC가 670.24 g/ℓ로 나타났다. 상기 잉크에 대해 50℃에서 4주간 가속 노화 시험을 수행한 결과, 안정성 측면에 있어서 아무런 변화가 나타나지 않았다. 이로써, 상기 잉크는 통상의 사용 조건 하에서 적어도 3년 간 안정할 것으로 기대된다.
상기 잉크를 아크릴 닙 및 폴리에스테르 화이버 저장조를 포함하는 모세관 작용형 마커에 충전하였다. 상기 마커를 이용하여 각각 습윤한 기재, 유성 기재및 물에서 필기를 하고, 기재에 적용 시에 짙은 레드 컬러의 광택성 있는 마크를 남겼다.
실시예 3- 블루 잉크
하기에 나타낸 성분 및 함량에 따라 블루 잉크를 제조하였다.
성분 작용 함량
NIPAR 820 용매 39.0 중량%
RM SYLVAPRINT 7200 필름 형성 수지 18.0 중량%
VM & P naphtha 66 용매 32.5 중량%
Spectra Oil Blue ZV(Color Index Solvent Blue 58) 착색제 5.0 중량%
Spectra Blue FLE(Color Index Solvent Blue 70) 착색제 5.0 중량%
RM 실리콘 L7001 기재 습윤화제 0.5 중량%
상기 잉크의 물성을 평가한 결과, 고형분 함량이 29.1 중량%이고, 비중이 0.924, 표면 장력(Cahn Model DCA-312에서의 DuNuoy법으로 측정)이 23.0 dynes/㎝,점도(SC-18 스핀들을 이용하여 200 rpm, 25℃에서 측정)가 3.9 cP이며, VOC가 665.28 g/ℓ로 나타났다. 상기 잉크에 대해 50℃에서 4주간 가속 노화 시험을 수행한 결과, 안정성 측면에 있어서 아무런 변화가 나타나지 않았다. 이로써, 상기 잉크는 통상의 사용 조건 하에서 적어도 3년 간 안정할 것으로 기대된다.
상기 잉크를 아크릴 닙 및 폴리에스테르 화이버 저장조를 포함하는 모세관 작용형 마커에 충전하였다. 상기 마커를 이용하여 각각 습윤한 기재, 유성 기재 및 물에서 필기를 하고, 기재에 적용 시에 짙은 블루 컬러의 광택성 있는 마크를 남겼다.
실시예 4-은색 잉크
하기에 나타낸 성분 및 함량에 따라 은색 잉크를 제조하였다.
성분 작용 함량
METAGLOSS 1500 금속 안료 15 중량%
NIPAR 820 용매 30 중량%
VM & P naphtha 66 용매 30 중량%
페놀 수지 K-1111 필름 형성제 15 중량%
1-부탄올 용매 10 중량%
상기 수지를 가열 하에 나프타 및 1-부탄올에 용해한 다음, 냉각시켰다. 알루미늄 파우더 페이스트를 니트로-파라핀 용매에 분산시킨 다음, 이 2종의 혼합물을 배합하였다.
상기 잉크를 단일 오리피스 시린지를 통해 Filtrona-Richimond No. 22868 폴리에스테르 화이버 저장조(직경 7.9 ㎜, 길이 93.2 ㎜) 내에 충전하였다. 상기 저장조를 Teibow ACE-346V 아크릴 닙(두(head)의 직경 4.24 ㎜, 섕크(shank)의 직경 3.25 ㎜, 약 3 ㎜로 테이퍼된 형태, 길이 30.5 ㎜)에 커플링하였다. 상기 저장조는 폴리프로필렌 필름에 포장되어 있고, 필터(상기 닙 단부 반대쪽) 후면으로 공기의 배출을 용이하게 하기 위해 상기 저장조 길이 부분을 따라 2개의 압입부를 포함한다. 상기 닙을 상기 저장조 내로 프레싱 하여, 상기 저장조가 상기 닙과 폴리에스테르 화이버 재료 사이를 관통하는 형태로 끼워 맞춘다. 상기 저장조와 닙을 나일론 통 마커 내로 로딩한다. 상기 마커를 이용하여, 모세관 작용에 의해 상기 저장조로부터 상기 닙을 거쳐 상기 기재 상에 금속 잉크를 공급하여, 광택이 있는 은색의 불투명한 마크를 남겼다.
전술한 설명을 통해 본 발명을 명확하게 이해할 수 있으며, 동 기술 분야의 당업자들이라면 전술한 설명에 구애받지 않고 본 발명의 범위 내에서 본 발명을 변형할 수 있다. 이를테면, 본 발명의 용매계를 적절한 염료 및/또는 안료와 배합하여, 그라비어 인쇄(gravure printing), 플렉소그래픽 인쇄(flexographic printing), 리소그래픽 인쇄(lithographic printing), 스크린 인쇄, 젯트 인쇄 및 기타 코팅 용도에 적합한 잉크로 제제화할 수 있다.

Claims (20)

  1. 니트로 용매, 필름 형성 수지, 및 1종 이상의 안료 및 염료를 포함하는 잉크로서, 상기 니트로 용매가 상기 잉크의 전체 중량에 대해 적어도 약 20 중량%의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 잉크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 니트로 용매가 상기 잉크의 전체 중량에 대해 약 20 중량% 내지 약 60 중량% 범위의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 잉크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 니트로 용매가 CnH2n+1NO2및 CnH2 nNO2X로 표시되는 화학식(단, 상기 화학식들에서, n은 1 내지 8의 정수이고, X는 할로겐 및 NO2로부터 선택됨)으로부터 선택되는 니트로파라핀인 것을 특징으로 하는 잉크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필름 형성 수지가 상기 잉크의 전체 중량에 대해 적어도 약 10 중량%의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 잉크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필름 형성 수지가 말레산 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 잉크.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 필름 형성 수지가 페놀 수지이고, 상기 잉크가 금속 안료를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 잉크의 전체 중량에 대해 약 20 중량% 내지 약 60 중량% 범위의 양으로 탄화수소 용매를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 잉크의 전체 중량에 대해 약 0 중량% 내지 약 5 중량% 범위의 양으로 자일렌 및 톨루엔 중 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 잉크의 전체 중량에 대해 약 5 중량% 내지 약 15 중량% 범위의 양으로 1종 이상의 알코올 및 에스테르 용매를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  10. 제1항에 있어서,
    솔벤트 염료를 약 1 중량% 내지 약 15 중량% 범위의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  11. 제1항에 있어서,
    중간 입자 크기가 약 8 ㎛ 미만인 금속 안료를 약 7 중량% 내지 약 30 중량% 범위의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  12. 제11항에 있어서,
    양친성(amphiphilic) 코폴리머, 다관능성 카르보디이미드, 인산염 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 결합제(linking agent)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 결합제가 모노에탄올아민 포스페이트인 것을 특징으로 하는 잉크.
  14. 제1항에 있어서,
    기재 습윤화제로서 유기실리콘 계면활성제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  15. 다공질 닙(nib)과 모세관 커플링 관계로 결합된 다공질 저장조에 제1항 기재의 잉크를 포함하는 모세관 작용형 마커(capillary-action marker).
  16. 제15항에 있어서,
    상기 잉크가 금속 안료를 포함하고, 상기 닙이 다공질의, 실질적으로 선형 아크릴 화이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 잉크가 솔벤트 염료를 포함하고, 상기 닙이 나일론 화이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 마커.
  18. 약 20 중량% 내지 약 60 중량%의 탄화수소 용매, 약 20 중량% 내지 약 60 중량%의 니트로 용매, 약 3 중량% 내지 약 35 중량%의 말레산 수지, 약 1 중량% 내지 약 15 중량%의 솔벤트 염료, 및 기재 습윤화제로서 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%의 유기실리콘 계면활성제를 포함하는 잉크.
  19. 약 20 중량% 내지 약 60 중량%의 탄화수소 용매, 약 20 중량% 내지 약 60 중량%의 니트로 용매, 약 5 중량% 내지 약 15 중량%의 알코올 용매, 약 3 중량% 내지 약 35 중량%의 페놀 수지, 및 약 7 중량% 내지 약 30 중량%의 금속 안료를 포함하는 금속 잉크.
  20. 제19항에 있어서,
    약 2 중량% 내지 약 30 중량% 범위의 함량의 유기 안료, 및 결합제를 추가로 포함하는 잉크.
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