KR20060027119A - 염료가 흡착된 친수성 미립자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 염료를 금속 산화물과 수산화물을 포함하는 미립자 표면에 흡착시키고, 여기에 이온기를 가진 친수성 유기 화합물을 이온 결합시킨 친수성 착색 미립자, 그 제조 방법 및 그를 포함하는 잉크에 관한 것으로, 본 발명에 따른 친수성 착색 미립자를 포함한 잉크는 염료의 낮은 내수성과 번짐성 등이 개선된다.

Description

염료가 흡착된 친수성 미립자 및 그 제조 방법{Dye-adsorbed hydrophilic fine particles and preparation thereof}
본 발명은 염료가 흡착된 친수성 미립자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 수성 잉크에 관한 것이다.
잉크젯 기록법은 작은 잉크 방울이 노즐로부터 기록 매체에 분출되어 글자나 그림을 형성하는 방식이다. 잉크젯 잉크는 일반적으로 착색제와 용매 등으로 구성되어 있고, 상기 용매는 물과, 비교적 낮은 표면 장력을 갖는 액체로 이루어진다. 잉크젯 잉크는 안정성, 냄새 등의 이유로 수성 잉크가 기본적으로 사용되고 있다.
착색제는 염료와 안료로 구분되어 지는데, 물에 용해되는 염료는 색의 투명성, 명확성, 재현성 등에서 우수하지만 내수성, 내마찰 번짐성, 색간 번짐성, 그리고 내광성 등이 약한 단점이 있다.
한편, 물에 용해되지 않는 안료는 분산제를 첨가하거나 안료가 친수성 성질을 갖게 만드는 조치가 필요하다. 수성 매체에 분산된 안료를 함유한 잉크는 수용성 염료를 사용한 잉크보다 인쇄 화상의 내수성과 내광성 면에서 우수하다.
안료 함유 잉크젯 잉크는 장기 저장에 물성이 변하지 않고, 분산 상태가 유 지되어 노즐 입구를 막지 않아야 하고, 인쇄물이 높은 광학 밀도를 유지하여야 한다.
유기 안료나 카본 블랙을 함유한 잉크는 상기 유기 안료나 카본 블랙을 미세하고 안정적으로 분산하여야 하는데, 이를 위해 유기 안료나 카본 블랙의 입자 크기를 매우 작게 만드는 것은 기계적으로 많은 에너지를 필요로 하고, 이차 응집을 막고 분산 안정성을 유지하기 위해선 다양한 노력을 필요로 한다.
이러한 문제들을 해결하기 위해 염료를 착색제로 이용한 잉크의 제조 방법들이 제시되었다.
미국 특허 제4,246,154 호에는 비닐계 고분자의 미립자가 염료로 착색되고 음이온으로 안정화된 잉크가 개시되어 있다. 이러한 잉크는 밝은 색상이 기재 위에 재현되고, 열 안정성과 내수성이 우수한 것을 특징으로 한다. 그러나, 음이온으로 안정화된 잉크는 분산이 안정한 pH 범위가 좁고 선택할 수 있는 염료가 한정된다는 문제가 있다.
미국 특허 제5,100,471 호에는 고분자 코어(core)와 실리카 쉘(shell)로 이루어진 입자에 염료가 공유 결합으로 연결된 입자를 포함하는 잉크가 개시되어 있다. 이러한 분산 잉크는 안료의 분산 안정성 면에서는 우수하지만, 기재 표면 위에서 착색제가 뭉칠 수 있는 방법이 없어서 충분한 광학 밀도를 제공하지 못한다.
일본 특개평 3-240586 호에는 레진에 코팅된 착색제 입자가 케로센(kerosene)에 분산된 비수계 잉크가 개시되어 있다. 이 잉크는 화상 번짐과 잉크 노즐 막힘을 방지하는데에 효과적이라고 제시하고 있다. 그러나 비수계 잉크는 분산매로 케로센 을 사용함으로 안정성과 냄새에 있어서 문제가 된다.
일본 특개평 9-71732 호에는 염료를 다공성 세라믹 미립자에 흡착하여 만든 착색 입자가 개시되어 있다. 염료를 다공성 세라믹 입자에 흡착시키기 위해 졸-겔 방법으로 만든 입자 응집체를 분쇄하여 사용하였다. 이러한 경우, 매우 작은 입자 크기와 좁은 입도 분포를 갖는 착색 입자를 얻기가 어렵다. 게다가 염료가 흡착된 입자가 액체 매질에 분산되어 있을 때 염료는 단지 물리적 흡착에 의해 붙어있으므로 액체 매질의 pH 변화나 계면활성제의 첨가 등으로 탈착될 수 있다. 또한 염료가 흡착되어 잉크로 사용될 때, 계면활성제가 첨가될 수 있는데, 이 경우 계면활성제는 단지 물리적으로 입자에 흡착되어 액체 매질의 pH 변화에 역시 탈착될 수 있다. 이러한 탈착은 잉크로서의 성능을 떨어뜨린다.
일본 특개평13-192582호와 미국 특허 6,527,843 호에는 금속 산화물 및 금속 수산화물로 이루어지고, 표면을 염료와 이온성기를 가지는 유기 화합물로 작용시켜 둘러싼 미립자가 개시되어 있다. 이러한 착색 미립자는 용이하게 분산이 가능하고, 입자로부터 염료의 용출이 없고 분산 안정성이 양호한 잉크를 제공하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 소수성 유기 화합물로 미립자 표면을 둘러싸서 기본적으로 유성 용매에서 분산이 가능하고, 수성 용매에서 사용하기 위해서는 별도의 계면활성제의 첨가를 필요로 하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수용액에서 우수한 분산성을 갖는 친수성 착색 미립자, 이의 제조 방법 및 이를 포함한 잉크를 제공하는 것이 다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 금속 산화물 (metal oxide)과 금속 수산화물 (metal hydroxide)을 포함하는 미립자;
염료; 및
이온기를 가진 친수성 유기 화합물을 포함하는 나노미터 크기의 친수성 착색 미립자를 제공한다.
또한 본 발명에서는 금속염의 수용액을 제조하는 단계;
상기 수용액의 pH를 조절하여 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 미립자의 하이드로졸을 제조하는 단계;
상기 미립자 표면에 염료를 흡착시키는 단계; 및
상기 염료가 흡착된 미립자 표면에 이온기를 가진 친수성 유기 화합물을 결합시키는 단계를 포함하는 상기와 같은 친수성 착색 미립자의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서는 금속염의 수용액을 제조하는 단계;
상기 수용액의 pH를 조절하고 염료를 첨가하여, 염료가 흡착된 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 미립자의 하이드로졸을 제조하는 단계; 및
상기 염료가 흡착된 미립자 표면에 이온기를 가진 친수성 유기 화합물을 결합시키는 단계를 포함하는 상기와 같은 친수성 착색 미립자의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서는 금속염의 수용액을 제조하는 단계;
상기 수용액의 pH를 조절하여 금속산화물과 금속수산화물을 포함하는 미립자의 하이드로졸을 제조하는 단계;
상기 미립자 표면에 이온기를 가진 친수성 유기 화합물을 결합시키는 단계; 및
상기 친수성 유기 화합물이 결합된 상기 미립자 표면에 염료를 흡착시키는 단계를 포함하는 상기와 같은 친수성 착색 미립자의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명에서는 상기와 같은 친수성 착색 미립자; 및
수성 매체를 포함하는 수성 잉크를 제공한다.
이러한 친수성 착색 미립자는 수성 매체에서 쉽게 분산이 가능하고, 염료는 입자에서 탈착되지 않아서 우수한 색 재현성, 투명성 그리고 분산 안정성을 갖는 잉크를 얻을 수 있다.
이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 무기물 미립자 표면이 염료와 이온기를 가진 친수성 유기 화합물로 둘러싸인 나노미터 크기를 갖는 친수성 착색 미립자에 관한 것이다. 상기 무기물 미립자의 표면과 친수성 유기 화합물의 이온기는 전기적으로 상호 작용하여 이온 결합을 형성하고, 친수성 사슬 부분이 상기 무기물 미립자를 둘러싸게 된다.
금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 무기물 미립자는 흡착된 물이나 수산화기 같은 활성 작용기(active site)를 표면에 갖는다. 상기 미립자 중 표면이 산성을 띠는, 즉 등전위점 (isoelectric point)의 pH가 7 이하인 입자는 술폰산나트륨 또는 카르복실산나트륨 같은 음이온기를 갖는 염료를 강하게 흡착한다.
한편, MgO, γ-Al2O3, ZnO 같이 표면이 염기성을 띠는 무기물 미립자는 산성을 띠는 것보다 흡착력이 약하여 염료가 잘 흡착되지 않는다. 이러한 미립자를 친수성 착색 미립자의 코어로 사용하기 위해서는 폴리아민 등과 같은 염료 고정제를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 금속 산화물 및 금속 수산화물을 포함하는 무기물 미립자는 표면에 수산화기를 가지므로 클로로트리아진, 비닐술폰, 클로로피리미딘 같은 반응성 염료의 반응 작용기와 공유 결합할 수 있다.
또한 보에마이트(Boehmite) 구조의 알루미나 졸은 양이온성 콜로이드이어서 술폰산나트륨 구조의 화합물이 직접 반응한다. 마찬가지로 실리카도 등전위점이 낮아 반응한다.
본 발명의 친수성 착색 미립자의 평균 입자 크기는 1 내지 500 nm, 바람직하게는 5 내지 150 nm이다. 1 nm보다 작으면 색 발현과 내광성에서 문제를 야기시키고, 500 nm보다 크면 잉크젯 잉크로의 응용에서 잉크젯 헤드의 노즐을 막을 수 있다.
본 발명에서 염료는 수성 또는 유성 염료 모두 사용될 수 있다. 수성 염료를 사용할 경우에는 금속 산화물과 금속 수산화물을 함유한 미립자의 전하에 따라 염료를 선택하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 미립자가 양전하를 가질 때는 산성 염료 를, 음전하를 가질 때는 염기성 염료를 선택한다.
본 발명에 실제 유용한 염료의 예로는 C.I. Direct Black 17, 19, 62 그리고 154, C.I. Food Black 2, C.I. Reactive Black 5 등의 검정 염료, C.I. Direct Yellow 11, 44, 86 그리고 142, C.I. Reactive Yellow 2 등의 노랑 염료, C.I. Direct Red 227, C.I. Acid Red 52, C.I. 45100 등의 마젠타 염료, C.I. Direct Blue 15, 199, C.I. 42090, C.I. Acid Blue 9, C.I. Reactive Blue 5 등의 시안 염료로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 염료를 사용할 수 있다. 또한 수용성 작용기를 줄임으로써 내수성이 향상된 염료와 용해도가 pH에 민감한 염료들도 사용될 수 있다.
염료의 함량은 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함한 무기물 미립자 100 중량부를 기준으로 1 내지 60 중량부, 바람직하게는 3 내지 50 중량부이다. 상기 염료의 함량이 1 중량부 미만일 때는 착색 효과가 불충분하고, 60 중량부를 초과할 때는 모든 염료를 다 흡착시키기 어렵다.
본 발명의 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함한 무기물 미립자에서 금속으로는 티타늄, 알루미늄, 지르코늄, 철, 아연 및 세륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 이온기를 가진 친수성 유기 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 가진다.
Figure 112004043172656-PAT00001
상기 화학식에서,
X는 -OA, -COOA, -SO2A, -SO2NH2, -SO3A, -PO3NH 2, -PO3A2, 또는 -NH2 를 포함하며, 여기서 A는 수소, 알칼리 금속 또는 Q1, Q2, Q3 및 Q4가 각각 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기 또는 C6-C20 아릴기인 N(Q1)(Q 2)(Q3)(Q4)이고;
n은 1 내지 150의 정수이다.
이온기를 갖는 친수성 유기 화합물의 함량은 염료가 흡착된 무기물 미립자 100 중량부 기준으로 1 내지 30 중량부가 바람직하다. 1중량부보다 적으면 염료의 분산이 잘 이루어지지 않아 응집이 일어나기 쉬운 문제점이 발생할 수 있고, 30중량부를 초과하면 염료의 양이 상대적으로 너무 적어져 원하는 색상의 구현이 어려운 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
이하에서는 상기와 같은 친수성 착색 미립자의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 친수성 착색 미립자는 금속염의 수용액을 제조하는 단계; 상기 수용액의 pH를 조절하여 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 미립자의 하이드로졸을 제조하는 단계; 상기 미립자 표면에 염료를 흡착시키는 단계; 및 상기 염료가 흡착된 미립자 표면에 이온기를 가진 친수성 유기 화합물을 결합시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 친수성 착색 미립자는 금속염의 수용액을 제조하는 단계;
상기 수용액의 pH를 조절하고 염료를 첨가하여, 염료가 흡착된 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 미립자의 하이드로졸을 제조하는 단계; 및
상기 염료가 흡착된 미립자 표면에 이온기를 가진 친수성 유기 화합물을 결합시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
또한 본 발명의 친수성 착색 미립자는 금속염의 수용액을 제조하는 단계;
상기 수용액의 pH를 조절하여 금속산화물과 금속수산화물을 포함하는 미립자의 하이드로졸을 제조하는 단계;
상기 미립자 표면에 이온기를 가진 친수성 유기 화합물을 결합시키는 단계; 및
상기 친수성 유기 화합물이 결합된 상기 미립자 표면에 염료를 흡착시키는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 방법들은 제조 공정중에 염료의 첨가 시기에 따라 구분될 수 있다.
먼저, 금속의 염화물, 수산화물, 질산염, 황산염 및 아세트산염으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속염의 수용액을 만든다. 여기서 수용액이라 함은 금속염의 물 또는 물과 친수성 유기 용매와의 혼합물을 용매로 하는 용액을 말한다.
첫번째 방법은, 상기 금속염의 수용액의 pH를 조절하여 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 미립자의 하이드로졸을 형성한 후, 염료 용액을 첨가하여 혼합하고 건조한 후 응집체를 다시 분쇄함으로써 염료가 흡착된 무기물 미립자를 얻는다.
그런 다음 상기 착색된 미립자에 이온 작용기를 가진 친수성 유기 화합물을 첨가하여 상기 미립자 표면에 전기적 상호작용으로 결합시킨다.
두번째 방법은, 상기 금속염의 수용액의 pH를 조절하고 염료 용액을 첨가하여 혼합함으로써 염료가 흡착된 미립자의 하이드로졸을 형성한다. 그런다음 이를 건조시키고, 생성된 응집체를 분쇄함으로써 염료가 흡착된 무기물 미립자를 얻는다.
그런 다음 상기 착색된 미립자에 이온 작용기를 가진 친수성 유기 화합물을 첨가하여 상기 미립자 표면에 전기적 상호작용으로 결합시킨다.
세번째 방법은, 상기 금속염의 수용액의 pH를 조절하여 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 미립자의 하이드로졸을 제조한 후, 이온기를 가진 친수성 유기 화합물을 첨가하여 상기 미립자 표면에 결합시킨 다음, 여기에 염료의 수용액을 첨가 혼합하여 건조 후 다시 분쇄함으로써 착색 미립자를 제조하게 된다.
친수성 착색 미립자는 염료를 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 미립자 표면에 흡착시키고, 이온기를 갖는 친수성 유기 화합물로 정전기적 상호 작용 또는 이온 결합을 통해 코팅하여 만든다.
예를 들면, 염화알루미늄의 수용액에 염기를 섞어 pH를 조절하면, 알루미늄 산화물과 수산화물이 나노미터 크기의 미립자로 생성된다. 염료를 상기 미립자 표면에 흡착시키고, 설포네이트 이온기를 갖는 친수성 유기 화합물을 첨가하면 생성된 무기물 미립자 표면에 잔존하는 클로라이드 이온과 술포네이트 이온기를 갖는 친수성 유기 화합물간에 치환 반응이 일어난다. 결과로 술포네이트 이온기를 갖는 친수성 유기 화합물이 이온 결합된 입자를 얻을 수 있다.
이와 같이 얻어진 친수성 착색 미립자는 입자 표면이 유기물로 피복되고 안정화되기 때문에 수성 매체 중에 용이하게 재분산 될 수 있고, 수성 매체중에서도 나노미터 크기의 입경 및 좁은 입자 분포를 유지하고 있고, 외계 변화에 따라 염료가 용출하지 않는 안정한 잉크가 얻어진다.
친수성 유기 화합물이 염료가 흡착된 무기물 미립자에 결합되었는지 여부는, 얻은 입자를 알코올에 분산시키고 원심 분리로 입자를 회수한 후 액체에 남아 있는 유기 화합물을 분석함으로써 알 수 있다. 유기 화합물이 입자 표면에 이온 결합되었으면 용매에서 거의 검출되지 않는다. 반면에 유기 화합물이 입자 표면에 단지 물리적으로 흡착되어 있다면, 이 화합물은 탈착되어 용매에서 검출된다. 또한 제타 포텐셜(Zeta-potential)의 측정과 고체 NMR 측정을 통해서도 유기 화합물이 색소 입자에 결합되어 있는지를 확인할 수 있다.
또한 본 발명에서는 수성 매체와 상기 친수성 착색 미립자를 포함하는 잉크를 제공한다. 상기 잉크는 잉크젯 프린터 및 기타 프린터에 사용될 수 있다.
친수성 착색 미립자의 함량은 잉크 100 중량부 기준으로 0.5 내지 60 중량부, 특히 2 내지 20 중량부가 바람직하다.
수성 매체로는 물을 단독으로 사용하거나, 물과 1종 이상의 유기 용매를 혼합하여 사용할 수 있다. 이때 유기 용매의 총 함량은 잉크 100중량부에 대하여 2 내지 50 중량부인 것이 바람직하다. 이와 같이 수성 매체로 유기 용매를 함께 사용하면 잉크의 점도 및 표면 장력을 적정 범위로 조절할 수 있다.
상기 유기 용매로는 특별히 제한되지는 않으나, 메틸알콜, 에틸알콜, n-프로필알콜, 이소프로필알콜, n-부틸알콜, sec-부틸알콜, t-부틸알콜, 이소부틸알콜 등의 알콜류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 디아세톤알콜 등의 케톤류; 에틸아세테이트, 에틸 락테이트 등의 에스테르류; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,2,4-부탄트리올, 1,5-펜탄디올, 1,2-헥산디올, 1,6-헥산디올, 1,2,6-헥산트리올, 헥실렌글리콜, 글리세롤, 글리세롤 에톡실레이트, 트리메틸올프로판 에톡실레이트 등의 다가알콜류; 에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌글리콜 메틸 에테르, 디에틸렌글리콜 에틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르 등의 저급알킬 에테르; 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 카프로락탐 등의 함질소 화합물; 디메틸 술폭사이드, 테트라메틸렌술폰, 티오글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 탄화수소 용매를 사용할 수 있다.
본 발명의 잉크는 경우에 따라서는 점도 조절제, 습윤제, 계면활성제, 금속 산화물 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 잉크의 표면장력을 조절하여 노즐에서의 제팅 성능을 안정화시키는 역할을 수행한다. 이러한 기능을 수행하는 계면활성제로는 음이온성 계 면활성제나 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있다.
계면활성제의 함량은 통상적인 수준으로서 잉크 100 중량부 기준으로 0.1 내지 5.0 중량부를 사용한다.
상기 점도 조절제는 원활한 제팅이 유지될 수 있도록 점도를 조절하는 물질로서, 폴리비닐알콜, 카세인, 카르복시메틸셀룰로오즈 중에서 선택된 하나를 사용할 수 있다. 여기서 점도조절제의 함량은 잉크 100 중량부 기준으로 하여 0.1 내지 5.0 중량부인 것이 바람직하다.
본 발명의 잉크는 산 또는 염기를 더 포함할 수 있다. 산 또는 염기는 용매에 대한 습윤제의 용해도를 증가시키고, 착색제를 안정화시키는 역할을 하며, 그 함량은 잉크 100중량부 기준으로 0.1 내지 20 중량부가 바람직하다.
상술한 바와 같은 조성을 갖는 잉크를 제조하는 방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
잉크젯 잉크를 제조하는 방법은 본 발명의 친수성 착색 미립자를 만들어, 이를 수성 용매를 함유한 액체 매질에 옮기는 과정을 포함한다. 먼저, 수성 매체에 본 발명의 친수성 착색 미립자, 점도 조절제, 계면활성제 등을 부가하여 혼합한 다음, 교반기로 충분히 교반하여 균일한 상태로 만들어 준다. 그 후, 상기 결과물을 필터에 통과시켜 여과함으로써 본 발명에 따른 잉크를 얻게 된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
친수성 착색 미립자로부터 만든 잉크를 적당한 농도로 희석하여 잉크젯 프린 터에 적용하여 일반 복사 용지 위에 화상을 인쇄한 후 성능을 평가하였다.
테스트 방법
저장 안정성(Storage stability)
친수성 유기 화합물이 결합된 착색 미립자의 분산물을 포함하는 잉크를 5 내지 20 중량% 고체 농도로 만들었다. 상기 고체는 계면활성제 및 분산제와 같은 임의의 기타 비휘발성 첨가제를 포함한다. 여과를 수행한 후, 얻은 상기 조성물을 유리 바이알에 저장한 다음, 입구를 밀봉하여 60℃ 오븐에서 2달 동안 교란시키지 않고 방치해 두었다. 방치 후 상기 조성물중 안료 분산물의 직경을 초미립자 분석기(Horiba Ltd., 상표명 LA-910)로 측정하여 하기 기준에 따라 평가하였다:
○ : 150 nm 미만
△ : 150 ~ 250 nm
X : 250 nm 초과
내수성( Waterfastness )
출력한 지 1시간 경과후 출력물을 물에 담갔을 때 잉크 조성물 성분이 물에 다시 녹아나오는 정도를 조사하기 위하여 물에 담그기 전후의 광학 밀도 변화를 측정하였다.
○ : 광학 밀도의 변화가 10% 미만임
△ : 광학 밀도의 변화가 10~30 % 정도임
X : 광학 밀도의 변화가 30 %를 초과함
내마찰번짐성 ( Smearfastness )
출력한 지 1시간 경과 후 출력물을 피셔 사이언티픽사 (Fisher Scientific Co.)에서 제조한 라텍스 검사 글러브(Latex examination glove)를 착용한 손가락으로 문질러 번짐 여부를 판단하였다.
○ : 번짐이 없음
△ : 번짐이 약간 발생함
X : 심하게 번짐
토출성 ( Jettability )
잉크를 기존의 잉크젯 프린터의 잉크 카트리지 용기에 담아 인쇄를 실시하여 인쇄 가능 여부를 측정하였다.
○ : 토출이 잘 됨
X : 노즐 막힘으로 인쇄가 되지 않음
하기 실시예에서 사용되는 모든 재료들은, 다른 언급이 없다면 미국 위스콘신주 밀워키에 소재하는 알드리치 케미칼 컴퍼니에서 구입한 것들이다.
이온기를 가진 친수성 유기 화합물의 합성
이온기를 가진 친수성 유기 화합물로는 엑스. 왕(X. Wang) 등에 의해 J.Appl.Polym.Sci. 2000, 77, 184에 공지된 방법대로 화학식 2의 화합물을 합성하여 사용하였다.
Figure 112004043172656-PAT00002
구체적으로, 디메틸푸마레이트와 NaHSO3를 메탄올과 물에 녹이고 8시간 동안 가열 환류한 후 용매를 제거하고 정제하여 생성물을 얻고, 여기에 폴리에틸렌옥사이드 (PEO)와 촉매를 첨가하고 175℃에서 5시간 가열하여 화학식 2의 술폰산나트륨 측쇄를 가진 폴리에틸렌옥사이드(sodium sulfonate side chain PEO; SPEO)를 얻었다. 사용한 PEO의 분자량이 400인 경우 SPEO 400이라고 표시한다.
제조예 1: 미세 검정 입자 ( 착색제 A)
10% Na2CO3 수용액 5ml을 10% AlCl3.6H2O 수용액 90ml에 넣고 교반하였다. 용액의 pH를 3.0~4.0으로 맞추어 알루미나 수분산물을 만든 후, C.I. Basic Black 2 0.9 g을 첨가하여 알루미늄 산화물에 흡착시켰다. 여기에 5% SPEO 400 수용액 40ml를 첨가하고 생성된 입자를 물에서 분리하여 60℃ 진공 오븐에서 건조하여 Al2O3-SPEO 400/염료 입자를 얻었다.
제조예 2: 미세 노랑 입자 ( 착색제 B)
10% Al(OH)3/10% KOH 수용액 100ml에 1N HCl 수용액을 첨가하여 용액의 pH를 8.0~9.0으로 맞추어 알루미나 수분산물을 만든 후, C.I. Direct Yellow 44 1 g을 첨가하여 알루미늄 산화물에 흡착시켰다. 여기에 5% SPEO 600 수용액 50ml를 첨가 하고 생성된 입자를 물에서 분리하여 60℃ 진공 오븐에서 건조하여 Al2O3-SPEO 600/염료 입자를 얻었다.
제조예 3: 미세 마젠타 입자 ( 착색제 C)
10% Na2CO3 수용액 10ml를 5% TiCl4 수용액 100ml에 넣고 교반하였다. 용액의 pH를 1.0~2.0으로 맞추어 산화티타늄 수분산물을 만든 후, C.I. Direct Red 227 0.5 g을 첨가하여 산화티타늄에 흡착시켰다. 여기에 5% SPEO 600 수용액 30ml를 첨가하고 생성된 입자를 물에서 분리하여 60℃ 진공 오븐에서 건조하여 TiO2-SPEO 600/염료 입자를 얻었다.
제조예 4: 미세 시안 입자 ( 착색제 D)
10% Na2CO3 수용액 10ml를 5% TiCl4 수용액 100ml에 넣고 교반하였다. 용액의 pH를 1.0~2.0으로 맞추어 산화티타늄 수분산물을 만든 후, C.I. Basic Blue 26 0.5 g을 첨가하여 산화티타늄에 흡착시켰다. 여기에 5% SPEO 800 수용액 30ml를 첨가하고 생성된 입자를 물에서 분리하여 60℃ 진공 오븐에서 건조하여 TiO2-SPEO 800/염료 입자를 얻었다.
실시예 1
본 발명의 착색제 A 3 g을 물 10 g에 현탁시키고, 글리세린/물 (10/90) 혼합물로 희석시켜 고체 함량이 약 6 중량%인 잉크를 얻었다.
실시예 2
본 발명의 착색제 B 2.6 g을 물 10 g에 현탁시키고, IPA/EG/물 (5/7/88) 혼합물로 희석시켜 고체 함량이 약 6 중량%인 잉크를 얻었다.
실시예 3
본 발명의 착색제 C 2.5 g을 물 10 g에 현탁시키고, 1,5-펜탄디올/물 (12/88) 혼합물로 희석시켜 고체 함량이 약 6 중량%인 잉크를 얻었다.
실시예 4
본 발명의 착색제 D 3.2 g을 물 10 g에 현탁시키고, IPA/물 (10/90) 혼합물로 희석시켜 고체 함량이 약 6 중량%인 잉크를 얻었다.
상기 실시예 1-4에 따라 제조된 잉크 조성물의 특성 평가 결과는 하기 표 1과 같다.
구분 저장 안정성 내수성 내마찰 번짐성 토출성
실시예 1 ○ ○ ○ ○
실시예 2 ○ ○ ○ ○
실시예 3 ○ ○ ○ ○
실시예 4 ○ ○ ○ ○
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 염료를 표면에 흡착시키고 친수성 유기 화합물을 이온 결합시킨 미립자를 포함한 잉크는 저장 안정성, 내수성, 내마찰 번짐성 및 토출성이 우수하였다.
염료를 흡착시키고 친수성 유기 화합물을 결합시켜 저장 안정성과 내수성을 개선한 친수성 착색 미립자는 특히, 잉크젯 프린터용 잉크에 적합하며 우수한 화 질의 인쇄 화상을 제공하였다.

Claims (5)

  1. 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 미립자;
    염료; 및
    이온기를 갖는 친수성 유기 화합물을 포함하는 나노미터 크기를 갖는 친수성 착색 미립자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 금속이 티타늄, 알루미늄, 지르코늄, 철, 아연 및 세륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 착색 미립자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 이온기를 가진 친수성 유기 화합물이 하기 화학식 1의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 착색 미립자:
    [화학식 1]
    Figure 112004043172656-PAT00003
    상기 화학식에서,
    X는 -OA, -COOA, -SO2A, -SO2NH2, -SO3A, -PO3NH 2, -PO3A2, 또는 -NH2 를 포함 하며, 여기서 A는 수소, 알칼리 금속 또는 Q1, Q2, Q3 및 Q4 가 각각 독립적으로 수소, C1-C20 알킬기 또는 C6-C20 아릴기인 N(Q1)(Q 2)(Q3)(Q4)이고;
    n은 1 내지 150의 정수이다.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 이온기를 갖는 친수성 유기 화합물의 함량은 상기 염료가 흡착된 미립자 100 중량부 기준으로 1 내지 30 중량부인 것을 특징으로 하는 착색 미립자.
  5. 금속염의 수용액을 제조하는 단계;
    상기 수용액의 pH를 조절하여 금속 산화물과 금속 수산화물을 포함하는 미립자의 하이드로졸을 제조하는 단계;
    상기 미립자 표면에 염료를 흡착시키는 단계; 및
    상기 염료가 흡착된 미립자 표면에 이온기를 가진 친수성 유기 화합물을 결합시키는 단계를 포함하는 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 친수성 착색 미립자의 제조 방법.
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