KR20050061265A - 항균성 폼재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 인쇄 장치용카트리지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄 장치용 카트리지에 사용되는 폼재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 은 나노 입자가 상기 폼재의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5.0 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 폼재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 탈취, 항균 및 살균의 기능을 갖는 인쇄 장치용 카트리지를 제공할 수 있다.

Description

항균성 폼재, 그 제조방법 및 이를 포함하는 인쇄 장치용 카트리지{An antibacterial foam, a method for preparing the same, and a printer catridge comprising the same}

본 발명은 인쇄 장치용 카트리지에 사용되는 폼재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 은 나노 입자가 폼재의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5.0 중량% 포함됨으로써, 탈취, 항균 및 살균의 기능을 갖는 폼재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 잉크젯 프린터는 피코리터급의 잉크 방울을 열 전사 등의 방법을 통해서 종이에 분사함으로써 텍스트 및 화상을 출력하는 장치이며, 상기한 잉크 방울을 분사하기 위해서는 매우 미세하게 작동하는 헤드가 필요하게 된다. 한편, 상기 헤드는 카트리지와 연결된 잉크 공급 케이스에서 잉크를 공급받으며, 이와 같은 카트리지는 헤드에 적정량의 잉크를 공급함과 아울러 잉크 누설을 방지하고 잉크 방울이 생성되기에 용이한 구조로 제작된다.

도 1에는 종래에 통상적으로 사용되는 잉크젯 프린팅 방식의 인쇄 장치에 사용되는 카트리지가 도시되어 있다. 카트리지는 케이스 (10), 상기 케이스 (10)에 충진되어 잉크를 보유할 수 있는 폼 (foam)재 (11), 상기 폼재 (11)에서 헤드로 잉크를 공급하도록 설치된 공급부 (12), 상기 공급부 (12)에서 잉크를 토출할 때 잉크를 필터링하는 필터 (13), 및 상기 케이스 (10)에 외부 공기를 연통시켜 상기 폼재 (11)에서 잉크가 용이하게 빠져 나오도록 하는 연통구 (14)로 구성되어 있다.

즉, 미세한 기공을 갖고 있는 상기 폼재 (11)를, 압축시킨 상태에서 케이스 (10)에 수납하고, 여기에 일정량의 잉크를 충진시킴으로써, 상기 폼재 (11)의 미세 기공에서 발생되는 모세관력에 의해서 부압이 발생되고 유지되는 구조를 갖는다.

한편, 잉크젯 프린터용 잉크 조성물은 기본적으로 착색제, 용매 및 첨가제로 구성되며, 기대되는 제팅 (jetting) 물성 및 제팅된 후 기대되는 흡착 또는 흡수 특성을 보유하여야 한다. 따라서, 이러한 잉크 조성물은 점도, 표면장력, 화상 선명성, 제팅 안정성, 건조 시간, 번짐성, 저장 안정성, 칼라 구현성, 프린터 헤드 및 기록 매체와의 친화성, 내마찰 번짐성 및 화상의 내수성 등에서 적절한 특성을 나타내어야 하며, 항균, 탈취 및 살균 특성도 이러한 중요한 특성들 중의 하나이다.

따라서, 종래의 항균성 잉크젯 프린터는 항균, 탈취 및 살균의 기능을 갖도록 하기 위해서 잉크 조성물 자체에 은 입자를 첨가하고 있다. 예를 들어, 국제특허출원 공개번호 제03/038002호, 대한민국 공개특허공보 제2003-49007호 및 일본국 공개특허공보 평7-331151호에서는 잉크 조성물에 미세 크기의 은 입자를 첨가하여 항균 효과를 얻고자 한다.

그러나, 현재 잉크젯 프린팅 방식은 고해상도의 프린팅 품질을 얻기 위해서 잉크의 드롭 (drop)량을 점차 줄여나가는 추세이며, 이에 따라 잉크 분사 노즐도 점점 작아지는 추세이다. 따라서, 상기 종래기술에서와 같이 잉크 조성물에 첨가된 은 입자는 미세화된 노즐에 클로깅 (clogging)을 야기하여 결과적으로 인쇄 화상의 품질을 저하시키는 문제점을 야기한다.

따라서, 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하여, 잉크 조성물 자체에 은 입자를 첨가하는 것이 아니라, 카트리지 내부의 폼재에 은 나노 입자를 외첨시킴으로써, 항균, 탈취 및 살균 특성을 지닐 뿐만 아니라, 노즐의 클로깅 현상 없이 고품질의 화상을 얻을 수 있는, 항균성 폼재를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위해서, 일 구현예에서, 은 나노 입자가 외첨된 것을 특징으로 하는 폼재를 제공한다.

본 발명은 다른 구현예에서,

a) 예비 중합체, 폴리올, 중합 촉매, 은 나노 입자, 정포제 및 셀 조절제를 혼합하여 원료 조성물을 제조하는 단계;

b) 상기 원료 조성물을, 터널 형태의 측벽이 길이 방향으로 설치된 컨베이어 상부에 연속적으로 주입시키는 단계;

c) 상기 주입물을 상기 컨베이어를 따라 이동시킴으로써 택 프리 (tack free) 상태의 발포체를 성형하는 단계; 및

d) 상기 발포체를 컨베이어 바닥면에 대해서 수직 방향으로 절단하는 단계

를 포함하는 폼재의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 다른 구현예에서, 상기 폼재를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치용 카트리지를 제공한다.

또한, 본 발명은 또 다른 구현예에서, 상기 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 일 구현예에서, 은 나노 입자가 외첨된 것을 특징으로 하는 폼재를 제공한다.

바람직하게는 상기 은 나노 입자의 함량은 폼재의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5.0 중량% 포함된다. 상기 은 나노 입자의 함량이 0.1 중량%에 미달되는 경우에는 항균 효과가 나타나지 않는 문제점이 있으며, 5.0 중량%를 초과하는 경우에는 항균 효과가 충분히 나타남에도 불구하고 과량의 은 나노 입자를 포함함으로써 경제적으로 불리하게 되는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.

또한, 바람직하게는 상기 은 나노 입자의 1차 입경은 30 nm 내지 100 ㎛이다. 상기 은 나노 입자의 입경이 30 nm보다 작은 경우에는 은 나노 입자를 제조하기 어렵다는 문제점이 있으며, 100 ㎛보다 큰 경우에는 은 입자를 폼재 내부에 고르게 분산시키기 어렵다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.

상기 폼재는 당업계에서 카트리지의 제조에 사용되는 통상적인 재질의 폼재가 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 아미노 수지, 알키드 수지, 페놀계 수지, 에폭시 수지, 이소시아네이트 수지, 폴리실록산 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폼재일 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄 폼재가 사용될 수 있다.

본 발명은 다른 구현예에서, a) 예비 중합체, 폴리올, 중합 촉매, 은 나노 입자, 정포제 및 셀 조절제를 혼합하여 원료 조성물을 제조하는 단계; b) 상기 원료 조성물을, 터널 형태의 측벽이 길이 방향으로 설치된 컨베이어 상부에 연속적으로 주입시키는 단계; c) 상기 주입물을 상기 컨베이어를 따라 이동시킴으로써 택 프리 상태의 발포체를 성형하는 단계; 및 d) 상기 발포체를 컨베이어 바닥면에 대해서 수직 방향으로 절단하는 단계를 포함하는 폼재의 제조방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 원료 조성물은 예비 중합체 100 중량부에 대해서, 폴리올 10 내지 100 중량부, 중합 촉매 0.01 내지 20 중량부, 은 나노 입자 0.1 내지 20 중량부, 정포제 0.1 내지 50 중량부, 및 셀 조절제 0.1 내지 20 중량부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 예비 중합체는 톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐렌메탄디이소시아네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

바람직하게는, 상기 폴리올 성분으로는 폴리에스테르계 폴리올 및/또는 폴리에테르계 폴리올 등이 사용될 수 있으며, 잉크젯 프린터용 폼재의 제조에 있어서는 내수성이 우숫한 폴리에테르계 폴리올이 더욱 바람직하다. 상기 폴리올 성분의 함량은 예비 중합체 100 중량부에 대해서 10 내지 100 중량부인 것이 바람직하며, 함량이 10 중량부에 미달되는 경우에는 중합체가 불완전하게 형성되는 문제점이 있어서 바람직하지 않으며, 함량이 100 중량부를 초과하는 경우에는 미반응 물질의 잔류량이 많아지는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.

상기 원료 조성물은 또한 예비 중합체의 중합 반응을 촉매하기 위한 중합 촉매를 포함한다. 예를 들어, 폴리우레탄 폼재의 제조에 있어서는 유기 폴리이소시아네이트와 방향족계 모노올의 반응으로부터 생성된 프리폴리머의 이소시아네이트-3량화 반응을 촉매하는 중합 촉매가 사용될 수 있다. 본 발명에서는 상기와 같은 이소시아네이트-3량화 촉매 이외에도 선택된 폼재의 재질에 따라서 다양한 종류의 중합 촉매들이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 디메틸헥실아민, 디메틸시클로헥실아민, 펜타메틸디에틸렌트리아민, 디메틸에탄올아민, 테트라메틸에틸렌디아민, 테트라메틸헥사메틸렌디아민, 트리에틸렌디아민 및 테트라메틸프로판디아민과 같은 3차 아민, 및 이들의 카르복실레이트 또는 4차 암모늄염, 그리고 유기 금속 화합물, 예를 들면 디부틸주석 디라우레이트, 납 옥틸레이트, 칼륨 아세테이트 및 칼륨 옥틸레이트가 사용될 수 있다. 이러한 촉매들은 단독으로 사용할 수도 있으며, 둘 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.

중합 촉매의 함량은 예비 중합체 100 중량부에 대해서 0.01 내지 20 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 원료 조성물은 또한 예비 중합체 100 중량부에 대해서 은 나노 입자 0.1 내지 20 중량부를 포함한다. 은 나노 입자의 함량은 최종 완성체 폼재의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5.0 중량% 포함될 수 있는 함량으로 포함되는 것이 바람직하며, 따라서 상기 예비 중합체 100 중량부에 대해서 0.1 내지 20 중량부 포함되는 것이 바람직하다. 상기 서술한 바와 같은 이유로, 상기 은 나노 입자의 1차 입경은 30 nm 내지 100 ㎛인 것이 바람직하다.

상기 은 나노 입자는 기계적 그라인딩 (grinding) 방법, 공침법, 분무법, 졸-겔법 등의 다양한 방법에 의해서 제조될 수 있으며, 바람직하게는 은염 수용액에, 환원제 및 계면활성제의 수용액을 서서히 첨가하여 줌으로써 제조될 수 있다. 상기 환원제로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 히드라진, NaBH₄, LiAlBH₄, 옥소화합물 또는 그 혼합물이 사용될 수 있다. 또한, 상기 계면활성제는 은 입자의 크기 및 크기 분포를 고려하여 다양한 종류 및 농도의 계면활성제가 사용될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양쪽성의 탄화수소계 계면활성제, 실리콘계 계면활성제 또는 플로로카본계의 계면활성제가 사용될 수 있다.

상기 원료 조성물은 또한 고탄성 폼재의 제조를 위한 셀 개방용 실리콘 정포제 및 셀 조절제 등을 포함한다. 상기 용도로 적합한 정포제로는 트리클로로플루오로메탄, 클로린, 플르오르, 및 메탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 정포제를 예로 들 수 있으며, 셀 조절제로는 스태노스 옥토에이트와 같은 올라노틴 화합물이 사용될 수 있으며, 이외에도 특성에 따라 여러 종류의 셀 조절제가 사용될 수 있다.

상기 정포제의 함량은 상기 예비 중합체 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 50 중량부인 것이 바람직하며, 함량이 0.1 중량부에 미달되는 경우에는 개방 셀 형성이 잘 되지 않는 문제점이 있어서 바람직하지 않고, 함량이 50 중량부를 초과하는 경우에는 개방 셀이 너무 많아져서 물성이 나빠지는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.

상기 셀 조절제의 함량은 상기 예비 중합체 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 20.0 중량부인 것이 바람직하며, 함량이 0.1 중량부에 미달되는 경우에는 중합속도가 너무 느린 문제점이 있어서 바람직하지 않고, 함량이 20.0 중량부를 초과하는 경우에는 반응에 참여하지 않는 조절제의 량이 많은 문제점이 있어서 바람직하지 않다.

개방 셀 폼재를 제조하는 방법은, 개방 셀 폼재를 발포시킴으로써 다수의 타원형 셀이 성장 배열되도록 소정 크기의 발포체를 성형하는 성형 단계, 및 성형 단계에서 성형된 발포체를 성장된 셀의 단축 방향으로 소정 두께를 가지도록 셀의 장축 방향으로 절단하는 절단 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 폼재의 제조방법에 있어서, 폼재의 성형 단계는 상기 원료 조성물을 직사각형 등과 같은 형태의 터널을 형성하는 컨베이어의 상부에 연속적으로 주입함으로써 개시되며, 주입된 원료 조성물은 터널의 측벽 내부를 지나면서 발포 성형되고, 기둥 모양의 발포체를 형성하게 된다. 즉, 상기 원료 조성물을 발포기 헤드를 통하여 터널 측벽의 입구측에 발포하게 되면, 컨베이어를 따라서 이동하면서 시간이 경과됨에 따라 점차 팽창하게 되며, 이는 크림 상태보다 더 부풀어 약간의 점성을 가지는 젤 상태가 되고, 이러한 젤 상태를 지나 점성이 없어지는 택 프리 (tack free) 상태로 변화되면서 기둥 모양의 발포체로 성형된다. 이때, 원료가 발포되면서 측벽의 천장 쪽으로 이산화탄소 가스가 방출되며, 이로 인하여 폼 내부의 개방 셀들은 바닥면에서 천장쪽으로 팽창하여 Ag 입자가 함유된 폼재가 형성되게 된다. 최종 폼재는 성형 단계에서 성형된 발포체를 일정 두께를 갖도록 컨베이어 바닥면에 대해서 수직 방향으로 절단함으로써 완성된다.

상기 컨베이어 상의 원료 조성물의 이동 시간은 10분 내지 2시간인 것이 바람직하며, 이동 시간이 10분 미만인 경우에는 폼 형성이 완전히 이루어지지 않는 문제점이 있어서 바람직하지 않고, 2시간을 초과하는 경우에는 작업 시간이 길어져서 양산성에 문제가 있기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명은 다른 구현예에서, 상기 폼재를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치용 카트리지를 제공한다. 카트리지 내부에는 본 발명에 따라서 제조된 항균성 폼재가 충진되며, 이와 더불어 당업계에서 통상적으로 사용되는 인쇄용 잉크가 통상의 함량으로 충진된다.

본 발명은 또한 상기 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치를 제공한다. 이와 같은 인쇄 장치로는 프린터, 팩시밀리 또는 복합기 등의 다양한 형태의 장치들을 예로 들 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.

실시예 1. 은 나노 입자의 제조

계면활성제로서 1.25g의 폴리옥시에틸렌 (20몰) 소르비탄모노라우레이트 (Tween 20), 환원제로서 0.07g의 히드라진이 용해된 수용액 100g을 교반하면서, 여기에 0.04g의 AgNO₃가 용해된 수용액 5g을 서서히 첨가하였다. 결과물로서, 평균 직경 50 nm의 미세 은 나노 입자를 얻었다.

실시예 2. 본 발명에 따른 폼재의 제조

예비 중합체로서 유기 폴리이소시아네이트 50g 및 방향족계 모노올 50g을 반응시킴으로써 생성된 프리폴리머와 폴리올로서 폴리에테르트리올 60g, 중합 촉매로서 이소시아네이트 3량화 촉매 2g, 평균 1차 입경 100 nm의 은 나노 입자 2g, 정포제로서 트리클로로플루오로메탄 20g, 및 셀 조절제로서 스태노스 옥토에이트 3g을 혼합하여 원료 조성물을 제조하였다. 상기 원료 조성물을, 직사각형 터널 형태 (가로 20cm, 세로 20cm, 높이 20cm)의 측벽이 길이 방향으로 설치된 컨베이어 상부에 연속적으로 주입시켰다. 상기 주입물을 상기 컨베이어를 따라 1시간 동안 이동시킴으로써 택 프리 (tack free) 상태의 발포체를 성형하였으며, 상기 발포체를 컨베이어 바닥면에 대해서 가로 1m, 높이 1m의 직사각형 기둥 모양으로 절단함으로써 본 발명에 따른 폼재를 제조하였다.

실시예 3. 항균실험 결과

실시예 2에 따른 폼재를 충진시킨 카트리지 및 비교예로서 은 나노 입자를 포함하지 않는 종래의 통상적인 방식에 따른 카트리지 각각에 대해서, 솔리드 패턴 (solid pattern) 및 하프톤 패턴 (halftone pattern) 화상에 대한 항균 실험을 수행하였으며, 하기 표 1과 같은 결과를 얻었다.

	박테리아 감소율 (%)
	솔리드 패턴	하프톤 패턴
실시예 2	99.8%	99.8%
비교예	26.0%	26.0%

항균 시험은 다음과 같이 시행하였다. 균주 (Staphylococcus aureus ATCC 6538)를 35±1℃ 시험용액에서 24시간 배양하여 균수를 측정하였다. 초기 균수는 1.4 ×10⁵개/ml이었으며 24시간 배양하면 균수가 16.4 ×10⁶개/ml로 증가하였다. 24시간 배양된 용액을 솔리드패턴과 하프톤 패턴으로 인쇄된 용지위에 떨어뜨렸다. 용지의 크기는 60cm²을 사용하였다. 24시간 후 균수를 측정하여 초기 균수 대비 감소된 수를 상기 표 1과 같이 백분율로 나타내었다.

상기 표 1의 결과로부터, 본 발명에 따른 카트리지는 은 나노 입자를 함유하지 않은 종래기술에 따른 카트리지에 비해서 월등한 항균 효과를 나타냄을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 항균, 탈취 및 살균 특성을 지닐 뿐만 아니라, 노즐의 클로깅 현상 없이 고품질의 화상을 얻을 수 있는, 인쇄 장치용 카트리지 및 이를 채용한 인쇄 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래에 통상적으로 사용되는 잉크젯 프린팅 방식의 인쇄 장치에 사용되는 카트리지로서, 내부에 폼재가 충진된 카트리지를 도시한 것이다.

<도면 부호에 대한 설명>

10: 카트리지 케이스

11: 폼재

12: 잉크 공급부

13: 필터

14: 연통구

Claims (15)

1. 은 나노 입자가 외첨된 것을 특징으로 하는 폼재.
2. 제1항에 있어서, 상기 은 나노 입자의 함량은 상기 폼재의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5.0 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 폼재.
3. 제1항에 있어서, 상기 은 나노 입자의 1차 입경은 30 nm 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 폼재.
4. 제1항에 있어서, 상기 폼재는 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 아미노 수지, 알키드 수지, 페놀계 수지, 에폭시 수지, 이소시아네이트 수지, 폴리실록산 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 폼재인 것을 특징으로 하는 폼재.
5. 제1항에 있어서, 상기 폼재는 폴리우레탄 수지 폼재인 것을 특징으로 하는 폼재.
6. a) 예비 중합체, 폴리올, 중합 촉매, 은 나노 입자, 정포제 및 셀 조절제를 혼합하여 원료 조성물을 제조하는 단계;

   b) 상기 원료 조성물을, 터널 형태의 측벽이 길이 방향으로 설치된 컨베이어 상부에 연속적으로 주입시키는 단계;

   c) 상기 주입물을 상기 컨베이어를 따라 이동시킴으로써 택 프리 (tack free) 상태의 발포체를 성형하는 단계; 및

   d) 상기 발포체를 컨베이어 바닥면에 대해서 수직 방향으로 절단하는 단계

   를 포함하는 폼재의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 원료 조성물은 예비 중합체 100 중량부에 대해서, 폴리올 10 내지 100 중량부, 중합 촉매 0.01 내지 20 중량부, 은 나노 입자 0.1 내지 20 중량부, 정포제 0.1 내지 50 중량부, 및 셀 조절제 0.1 내지 20 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폼재의 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 예비 중합체는 상기 예비 중합체는 톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐렌메탄디이소시아네이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 폼재의 제조방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 폴리올은 폴리에스테르계 폴리올 및 폴리에테르계 폴리올로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 폼재의 제조방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 은 나노 입자의 1차 입경은 30 nm 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 폼재의 제조방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 정포제는 트리클로로플루오로메탄, 클로린, 플르오르, 및 메탄으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 폼재의 제조방법.
12. 제6항에 있어서, 상기 셀 조절제는 올라노틴 화합물인 것을 특징으로 하는 폼재의 제조방법.
13. 제6항에 있어서, 상기 c) 단계의 이동 시간은 10분 내지 2시간인 것을 특징으로 하는 폼재의 제조방법.
14. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 따른 폼재를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치용 카트리지.
15. 제14항에 따른 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 장치.