KR20070039721A - 고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체를 포함하는잉크젯 잉크 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물, 착색제, 및 고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체를 포함하는 잉크젯 잉크 조성물, 이를 포함하는 잉크 카트리지 및 상기 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 기록 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 상기 잉크 조성물은 잉크의 장기저장안정성이 향상되며, 종이에서의 잉크의 흡수를 향상시킴으로써 잉크의 건조시간을 1초 내로 유지할 수 있다.

Description

고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체를 포함하는 잉크젯 잉크 조성물 {Ink jet ink composition containing di-thiobis derivatives having cyclic type substituents}
본 발명은 착색제와의 강화된 상호작용으로 잉크의 장기저장안정성이 향상되며, 종이 위에서의 잉크의 흡수를 향상시킴으로써 잉크의 건조시간이 단축된 잉크젯 잉크 조성물, 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록장치에 관한 것이다.
잉크젯 인쇄에서는, 잉크젯 프린터의 기록 헤드에 있는 노즐로부터 잉크 액적을 용지 등의 인쇄 매체 상에 토출(ejection)함으로써 "도트(dot)"라고 불리우는 점을 형성하여 문자 및 화상을 기록한다. 잉크젯 인쇄에 사용되는 잉크 조성물은 수용성 염료 또는 안료를 물과 같은 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한다.
잉크젯 프린터는, 잉크 액적을 토출시키는 방법에 따라, 압전 (piezoeletric) 소자를 이용하여 잉크를 토출시키는 압전 방식 및 발열 소자를 이용하여 잉크를 토출시키는 열 방식으로 분류할 수 있다.
잉크젯 프린터에서 노즐은 직경이 매우 작으므로 잉크가 노즐을 막지 않아야하며, 노즐 막힘은 증발에 의한 비이클의 손실로 인하여 점도가 증가함으로써 초래 된다.
잉크 조성물은 인쇄 매체, 특히 종이와 상호작용할 수 있어 지나친 번짐으로 인한 화상 품질 저하 없이 매체를 투과할 수 있어야 한다. 또한 번짐성이 일어나지 않도록 인쇄된 문자는 신속하게 건조되어야 한다.
상기한 성질들을 모두 만족하는 잉크 조성물에 대한 연구가 끊임없이 있어왔다.
잉크 조성물의 빠른 건조 특성은 침투제(penetrant)를 첨가함으로서 개선될 수 있다. 침투제는 준계면활성제(quasisurfactant)일 수 있다.
미국 특허 제 5,540,765호에서는 잉크의 건조 특성을 향상시키기 위하여 탄소수 4 내지 6의 알킬기를 갖는 알킬술폭사이드를 계면활성제로 포함하는 잉크 조성물이 개시되어 있다.
또한 미국 특허 제 5,814,138호에서는 포름에탄올아민, 아세틸텔에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리메틸올프로판, 티오디에탄올, 설포란 및 1,3-디메틸이미다졸리디논, 에틸렌글리콜을 공용매로 포함하는 잉크젯 잉크 조성물이 개시되어 있다.
상기와 같은 잉크 조성물은 조성물 내에 포함된 설포란, 설폭사이드 등에 포함된 황 원자에 의해 수성 잉크의 극성을 감소시킴으로써 인쇄 매체에의 잉크 흡수를 용이하게 할 수 있다. 그러나 황 원자가 산소 원자에 이중결합으로 연결되어 있어서 히터 표면을 구성하는 금속-하이드록사이드의 OH기와의 반응이 용이하여, 잉크젯 카트리지를 장기간 사용할 경우 코게이션(kogation)을 유발하게 된다. 또한 설포란이나 설폭사이드는 흡습성이 떨어지므로 노즐 표면에서 건조가 빨라 막힘 을 유발하는 경향이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인쇄 매체 표면에서 잉크의 흡수를 용이하게 할 뿐만 아니라 인쇄 매체 층 내에서 잉크의 이동을 균일하게 유지시켜 줌으로 잉크의 블러(blur)를 최소화할 뿐만 아니라 잉크의 도트 사이즈를 조절하고 페더링을 동일하게 유지할 수 있는 잉크 조성물, 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 태양에서는
물;
착색제;
및 하기 화학식 1의 고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체를 포함하는 잉크젯 잉크 조성물을 제공한다:
<화학식 1>
Figure 112005057135505-PAT00001
상기 화학식에서
R1은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 8의 지방족 또는 지환족 탄화수소기, 탄소수 4 내지 10의 헤테로시클릭 탄화수소기, 탄소수 5 내지 15의 방향족 탄화수소기 또는 헤테로 방향족탄화수소기이다.
본 발명의 한 구현예에 따르면 본 발명에 따른 잉크젯 잉크 조성물은 착색제 100중량부에 대하여 상기 화학식 1의 화합물 1 내지 1000중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면 상기 화학식 1의 고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체는 하기 화합물중 어느 하나일 수 있다:
Figure 112005057135505-PAT00002
본 발명의 제 2 태양에서는 상기 잉크 조성물을 포함하는 잉크 카트리지를 제공한다.
본 발명의 제 3 태양에서는 상기 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 기록 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 잉크젯 잉크 조성물은 노즐에서의 건조가 일어나지 않고, 인 쇄 매체에의 침투성이 뛰어나고 블러를 최소화하고 페더링을 동일하게 유지할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 잉크젯 잉크 조성물은 물; 착색제 및 하기 화학식 1의 고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체를 포함한다:
<화학식 1>
Figure 112005057135505-PAT00003
상기 화학식에서
R1은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 8의 지방족 또는 지환족 탄화수소기, 탄소수 4 내지 10의 헤테로시클릭 탄화수소기, 탄소수 5 내지 15의 방향족 탄화수소기 또는 헤테로 방향족탄화수소기이다.
R1이 지방족 또는 지환족 탄화수소기인 경우, 알킬기, 시클로알킬기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 시클로알키닐기 등이 있으며, 보다 바람직하게는 부틸기, t-부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥세닐기 등이다.
R1이 헤테로시클릭 탄화수소기인 경우, 헤테로시클릭알킬기, 헤테로시클릭알케닐기, 헤테로시클릭알키닐기 등이 있으며, 보다 바람직하게는 피페리디닐기, 옥사졸리닐기 등이다.
R1이 헤테로방향족 탄화수소기인 경우, 벤조티아졸릴기, 피리디닐기 등이 바 람직히다.
본 발명의 잉크젯 잉크 조성물에 포함되는 상기 화학식 1의 고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체는 하기 화합물 중 어느 하나인 것이 특히 바람직하다.
Figure 112005057135505-PAT00004
상기 화학식 1의 고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체는 황 원자가 고리형 치환기에 붙어 있으므로 히터 표면과의 반응성 보다는 착색제의 방향족 고리와의 상호 작용을 향상시키는데 기여하므로 저장안정성이 향상된다. 또한 인쇄 매체를 구성하는 셀룰로스와 구조가 유사하여 인쇄 매체와의 혼화성을 향상시킴으로써 잉크의 모세관 현상에 의한 이동성을 균일하게 유지시켜 잉크의 도트 사이즈를 조절하고 페더링을 동일하게 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 잉크 조성물중 상기 화학식 1의 고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체의 함량은 착색제 100중량부에 대하여 1 내지 1000중량부, 바람직하게는 50 내지 300중량부이다.
상기 함량이 1중량부보다 적으면 원하는 효과를 얻을 수가 없고, 상기 함량이 1000중량부를 초과하면 광학 밀도가 저하되어 바람직하지 못하다.
본 발명의 잉크젯 기록용 잉크 조성물은 액상 매질로서 물을 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 잉크젯 잉크 조성물은 액상 매질로서 물 외에 수용성 유기 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 수용성 유기 용매의 예로는 지방족 1가 알콜, 다가 알콜 및 다가 알콜 유도체를 들 수 있다.
지방족 1가 알콜은 잉크 조성물의 표면 장력을 조절하여, 보통 용지 또는 전문 용지 등의 기록 매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 특성을 향상시킬 수 있다. 다가 알콜 및 그의 유도체는 쉽게 증발하지 않으며 잉크 조성물의 빙점을 낮춤으로써 잉크 조성물의 보존 안정성을 향상시켜 노즐의 막힘을 방지할 수 있다.
상기 지방족 1가 알콜의 예로는 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, i-프로필 알콜, n-부틸 알콜, s-부틸 알콜 및 t-부틸 알콜 등의 C1-C10 저급 알콜을 들 수 있다. 특히, 에틸 알콜, i-프로필 알콜 및 n-부틸 알콜이 바람직하다.
상기 다가 알콜의 예로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜 및 글리세롤 등의 알킬렌글리콜류, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜류, 티오디글리콜류 또는 그 혼합물을 들 수 있다.
상기 다가 알콜 유도체의 예로는 상술한 다가 알콜의 저급 알킬에테르류 및 다가 알콜의 저급 카르복실산에스테르류를 들 수 있다. 여기에서, 상기 다가 알콜의 저급 알킬에테르의 예로서 에틸렌글리콜디메틸에테르가 있고, 상기 다가 알콜의 저급 카르복실산에스테르의 예로서 에틸렌글리콜디아세테이트가 있다.
본 발명에서 사용되는 착색제로는 자가분산 염료, 자가분산 안료 또는 분산제가 통상적으로 사용되는 안료가 사용될 수 있다. 착색제의 예로서, C.I. Basic Black 2, C.I. Direct Yellow 44, C.I. Basic Blue 26, C.I. Direct Red 227 또는 Projet Fast Cyan 2 (Zeneca 社), Projet Fast Magenta 2 (Zeneca 社), Projet Fast Yellow 2 (Zeneca 社), Projet Fast Black 2 (Zeneca 社) 등이 있으나 이러한 염료에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 잉크젯 잉크 조성물은 계면활성제, pH 조절제, 방부제 또는 킬레이트제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 여기에서 첨가제의 총 함량은 착색제 100중량부를 기준으로 50 내지 500 중량부이다.
본 발명의 잉크젯 기록용 잉크 조성물은, 착색제, 물, 및 상기 화학식 1의 디티오비스 유도체를 통상의 기술에 의해 균일하게 혼합함으로써 제조할 수 있다.
바람직하게는 본 발명의 잉크 조성물은 어레이 헤드 (array head)를 채용한 잉크젯 프린터 카트리지에 유용하게 사용될 수 있다.
어레이 헤드를 채용한 잉크젯 프린터는 1개의 칩을 이송하여 인쇄하는 셔틀형 잉크젯 프린터와는 달리 다수의 칩을 이용하여 고속으로 인쇄하므로 프린터의 처리량을 증가시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 잉크 조성물을 포함하는 잉크 카트리지를 잉크젯 기록장치에 사용할 수 있다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
하기와 같은 조성으로 착색제, 디티오비스 유도체 및 기타 첨가제를 혼합한 다음 물을 첨가하여 최종 100g으로 만들고, 이를 교반기에서 30분 이상 충분히 교반하여 균일한 상태로 만들어 주었다. 그 후, 상기 혼합물을 염료인 경우 0.45㎛의 필터에, 안료인 경우 0.80㎛의 필터에 통과시켜 잉크 조성물을 제조하였다.
하기 표에서 괄호안의 숫자는 중량부를 나타낸다.
착색제 침투제 기타 첨가제 물
실시예1 카본 블랙 (100) 1,1-디티오비스피페리딘 (300) DEG (130) EG (150) Tween 20 (40) 탈이온수(500)
실시예2 D.Y 132 (100) 2,2-디티오비스(벤조티아졸)(260) 글리세린 (200) 카프로락탐 (100) 탈이온수(350)
실시예3 Cabot IJX 253 (100) 6,6-디티오디니코틴산 (200) DEG (200) EG (150) Tergitol (20) 탈이온수(400)
비교예1 D.B 199 (100) 디에틸 에테르(100) DEG (120) Glycerin (80) Surfynol 465 (16) 탈이온수(400)
비교예2 Cabot IJX 266 (100) DEG-MBE(200) DEG (200) EG (50) Tween 20 (20) 탈이온수(350)
비교예3 카본블랙 (100) IPA(300) DEG (150) EG (100) Tween 20 (30) 탈이온수(500)
<실험예 1: 잉크 저장 안정성>
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~3에서 얻어진 잉크 조성물을 내열성 유리병에 100ml씩 담은 다음 입구를 밀봉하고 60℃ 항온조에 2개월 동안 저장한 후 바닥의 침전 유무와 층분리 여부를 확인하여 다음과 같이 평가하고, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
○ : 침전 없음, 층분리 없음.
△ : 침전 없음, 층분리 있음.
X : 침전 발생
실시예 비교예
No. 1 2 3 1 2 3
저장안정성 △ ○ △ ○ X X
<실험예 2: 내문지름성>
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~3에서 얻어진 잉크 조성물을 M-50 및 C-60 카트리지에 리필하여 MJC-3300P 삼성 프린터를 이용하여 문자 및 solid 화상을 일반용지에 인쇄하여 공기중에 24시간 말린 후, 25℃ 50% RH 환경에서 인쇄화상을 손으로 문지르고 육안으로 판정하였다.
○ : 화상이 얼룩지지 않음
△ : 화상이 약간 얼룩지지만, 문자를 읽을 수는 있음.
X : 화상이 얼룩져서 문자를 읽을 수 없음.
실시예 비교예
No. 1 2 3 1 2 3
내문지름성 △ ○ △ △ △ X
<실험예 3: 내수성 테스트>
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~3에서 얻어진 잉크 조성물을 M-50 및 C-60 카트리지에 리필하여 프린터(MJC-3300p, 삼성사 제조)에서 막대 그림(2*10cm)을 인쇄하고 5분후에 5방울의 물을 떨어뜨리고 이를 24시간 동안 말린 후 물이 흘러 내려 가며 감소한 OD를 원막대 그림의 OD와 비교하여 백분율로 나타내어 다음과 같이 평가하여 그 결과를 조사하였다.
A = (물이 흘러내린후 화상 OD/원 막대 그림의 OD)ㅧ100(%)
○ : A > 95
△: 90 ≤ A < 95
X : A < 90
그 결과, 실시예 1~3 및 비교예 1~3의 잉크 조성물을 이용하는 경우, A > 95 이상으로 내수성이 향상된다는 것을 확인할 수 있었다.
실시예 비교예
No. 1 2 3 1 2 3
내수성 ○ △ ○ △ X X
<실험예 4: 노즐 막힘 테스트>
상기 실시예 1-3 및 비교예 1-3에서 얻어진 잉크 조성물 중 칼라 잉크는 잉크 카트리지 C-60(삼성전자)에, 블랙 잉크는 잉크 카트리지 M-50(삼성전자)에 리필하고 상온(25℃), 저온(-18℃)에서 2주씩 두었다가 프린팅을 하였을 때 정상 인쇄가 가능하는 데 필요한 노즐청소 횟수를 측정하고 다음과 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
◎ : 노즐청소 1회 시 정상 인쇄 가능
○ : 노즐청소 2~4회 시 정상 인쇄 가능
△ : 노즐청소 5~10회 시 정상 인쇄 가능
X: 노즐청소 10회 해도 정상 인쇄 불가
실시예 비교예
No. 1 2 3 1 2 3
노즐 막힘 △ ○ △ ○ X △
<실험예 5: 색간 번짐(Bleeding) Test>
상기 실시예 1-3 및 비교예 1-3에서 얻어진 잉크 조성물 중 칼라 잉크는 잉크 카트리지 C-60(삼성전자)에, 블랙 잉크는 잉크 카트리지 M-50(삼성전자)에 리필하고 막대그림(칼라) 바탕 위에 문자(블랙)가 있는 블리딩 패턴을 인쇄하여 문자와 바탕 경계면에서의 색간 번짐 정도를 평가하였다.
○ : 화상이 번지지 않음
△ : 화상이 약간 번지지만, 문자를 읽을 수는 있음.
X : 화상이 번져서 문자를 읽을 수 없음.
시료 시료 A 시료B 시료C 시료 D
잉크 실시예1 실시예2 실시예1 비교예2 비교예3 실시예3 비교예3 비교예3
색간번짐 ○ △ △ X
본 발명에 따른 잉크 조성물은 고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체를 포함하므로, 황 원자가 고리 원자에 붙어 있어 히터 표면과의 반응성보다는 착색제의 방향족 고리와의 상호작용을 향상시키는데 기여하므로 반응 안정성도 향상되게 된다. 또한 종이를 구성하는 셀룰로즈와 구조가 유사하여 인쇄 매체 표면과의 혼화성을 향상시키므로 잉크의 모세관 현상에 의한 이동성을 균일하게 유지시켜 잉크의 도트 사이즈를 조절하고 페더링을 동일하게 유지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 물;
    착색제; 및
    하기 화학식 1의 고리형 치환기를 갖는 디티오비스 유도체를 포함하는 잉크젯 잉크 조성물:
    <화학식 1>
    Figure 112005057135505-PAT00005
    상기 화학식에서
    R1은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 4~8의 지방족 또는 지환족 탄화수소기, 탄소수 4 내지 10의 헤테로시클릭 탄화수소기, 탄소수 5 내지 15의 방향족 탄화수소기 또는 헤테로 방향족탄화수소기이다.
  2. 제1항에 있어서, 착색제 100중량부에 대하여 상기 화학식 1의 화합물 1 내지 1000중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물이 하기 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 조성물:
    Figure 112005057135505-PAT00006
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 잉크 조성물을 포함하는 잉크 카트리지.
  5. 제4항에 따른 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 기록 장치.
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