KR20080063813A

KR20080063813A - 잉크젯 인쇄

Info

Publication number: KR20080063813A
Application number: KR1020087010588A
Authority: KR
Inventors: 샤운 크리스토퍼 헤이즐우드; 나타샤 제레믹
Original assignee: 제니아 테크놀로지 리미티드
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-07-07
Also published as: US20090232988A1; CN101283060B; GB0519941D0; JP5702520B2; KR101335933B1; EP1928962B1; EP1928962A1; JP2009510210A; WO2007036692A1; CN101283060A; US8071665B2

Abstract

열 잉크젯 인쇄에 적당한 단일상 수용성 조성물은 둘 이상의 경화성 올리고머를 포함하는 경화성 물질의 혼합물; 및 상기 경화성 물질에 대한 하나 이상의 공동 용매(co-solvent)를 포함한다.

Description

잉크젯 인쇄{Inkjet Printing}

본 발명은 잉크젯 인쇄, 특히 열 잉크젯 인쇄, 및 열 잉크젯 인쇄에 적당한 조성물에 관한 것이다.

잉크젯 인쇄 공정은 두 주요 양식에 속한다: 연속 공정 및 열전사(drop-on-demand, DOD) 공정. 연속 공정은 전기장에 의해 기재상의 적당한 위치로 편향되는 전기적으로 하전된 잉크의 방울의 흐름을 만들기 위해 전기 전도성 잉크를 사용한다. DOD 공정에서, 잉크의 개개의 방울들은 압전 구동기의 진동(압전기 잉크젯 인쇄에서) 또는 버블을 형성하도록 잉크를 가열함(버블 젯 인쇄로도 알려진, 열 잉크젯 인쇄에서)에 의해 프린트 헤드의 노즐로부터 분출된다. 열 잉크젯 인쇄는 저렴한 프린터 및 프린트 헤드 및 더 우수한 해상도를 달성할 수 있는 인쇄 공정으로 인해 잉크젯 인쇄보다 장점을 가진다.

잉크젯 잉크는 다음을 포함하는 수많은 필요 조건을 만족해야할 필요가 있다:

● 점도는 적당해야만 한다. DOD 잉크는 압전기 인쇄보다 열 인쇄를 위한 잉크에 대해 더욱 제한이 있으며, 열 잉크젯 인쇄를 수행하기 위해서는 일반적으로 잉크에 대해 프린트 헤드 수행 온도(통상적으로 40-50℃)에서 약 4 mPa.s 미만의 점도(그것은 주로 실온(25℃)에서 6.5 mPa.s 미만의 점도와 같다)를 가지도록 하는 것이 필요하다. 이 명세서에서 모든 점도 값은 다르게 특정하지 않는 한 25℃에서의 값이다.

● 잉크는 용인할 수 없는 수준의 인쇄 노즐의 막힘 또는 차단을 야기하지 않아야 한다.

● 잉크는 프린트 헤드의 작업 수명 동안 열 잉크젯 프린트 헤드의 분출 히터 상에 침전물이 용인할 수 없는 수준으로 형성되면 안된다("코게이션(kogation)"으로 알려진 공정).

● 잉크는 물질의 침전 형성이나 응고없이 저장소에서 안정하여야 한다.

● 결과적 인쇄물은 수분 고착성(water fastness), 스크래치 저항성, 내구성, 수축성(shrinkage)의 결여, 크랙킹의 결여, 유연성(flexibility), 광학 밀도(색 잉크에 대해), 침전의 균일성을 포함하는 가능한 관련 인자와 함께, 사용되는 분야에 따른 바람직한 특성을 만족시킬 것이 요구된다.

경화성(curable) DOD 잉크는 공지되었다. 이들은 통상적으로 자외선(UV), 적외선(IR) 또는 열과 같은 적당한 조건에서 반응하여 경화되는 하나 이상의 단량체 등을 포함한다.

미국 특허 제5,623,001호(싸이텍스)는 물(20-75%) 및 물-혼화성(water-miscible) UV-경화성(UV-curable) 단량체 및/또는 올리고머(예를 들면, 아크릴 물질)(20-60%)를 포함하는 UV-경화성 DOD 잉크젯 잉크, 특히 압전 인쇄를 위한 잉크를 개시하고 있다. 상기 문서는 열 잉크젯 인쇄에 대해 참조로 되지 않으며, 열 잉크젯 인쇄에 적당한 6.5 mPa.s 미만의 점도를 가진 잉크를 어떻게 제조할 것인지에 대해 교시하지 않고 있고, 코게이션을 어떻게 방지할 것인지에 대해서도 교시하고 있지 않다.

미국 특허 제5,952,401호(캐논)은 경화성 단량체를 사용하는 압전기 및 버블 젯 인쇄를 위한 경화성 수성(curable water-based) 잉크를 개시하고 있다. 상기 문서는 경화성 물질에 의해 초래되는 코게이션 방지의 문제를 제기하지 않는다.

미국 특허 제6,294,592호(바스프)는 UV-경화성 폴리우레탄 분산제에 의해 예시된 경화성 잉크젯 잉크를 개시하고 있다. 상기 문서는 점도 또는 코게이션의 방지의 문제를 제기하지 않는다.

경화성 단량체 및 올리고머는 물에서 용해도/혼화성이 제한되는 경향이 있으며, 바람직하지 않은 상 분리를 겪지 않고, 인쇄 노즐의 막힘 또는 차단을 야기하지 않으며, 코게이션의 허용되지 않는 수준이라는 결과를 나타내지 않고, 적당하고, 유용한 특성을 가진 프린트를 제조하는 열 잉크젯 인쇄에 사용될 수 있는 충분히 낮은 점도(6.5 mPa.s 미만)를 가진 수성(water-based) 잉크 제조에 있어서는 많은 실제적인 문제점이 발생한다.

우리는 신중하게 선택된 경화성 물질의 혼합물과 함께 상기 경화성 물질에 대한 친수성(water-compatible) 용매(공동 용매(co-solvent)로 나타냄)의 사용으로, 잉크젯 인쇄에 적당한 낮은 점도의 조성물을 제조할 수 있다는 사실을 발견하였다. 우리는 또한 여기서 항코게이션제(anti-kogation agent)로서 나타낸, 코게이션을 방지하거나 감소시키는데 효과적인 다양한 물질을 발견하였다.

한 측면에서, 본 발명은 둘 이상의 경화성 올리고머를 포함하는 경화성 물질의 혼합물; 및 상기 경화성 물질에 대한 하나 이상의 공동 용매를 포함하는, 열 잉크젯 인쇄에 적당한 단일상 수용성 조성물을 제공한다.

상기 조성물은 열 잉크젯 인쇄에 적당하며 일반적으로 6.5 mPa.s(25 ℃에서) 미만의 점도를 가진다.

용어 "단일상"은 경화성 물질이 용액 내에서 물 및 공동 용매에 완전히 용해되거나 그것과 함께 완전히 혼화되는 것을 의미하는데 사용된다. 상 분리 또는 침전은 일어나지 않는다. 그럼에도 불구하고 단일상 조성물은 필요한 적용 특성을 달성하기 위해 고체 형태에서 다른 물질을 운반할 수 있다. 예를 들면, 안료의 미세 입자는 통상적인 방법으로 색을 제공하기 위해 분산으로 운반될 수 있다.

경화성 물질은 주로 필름의 형태에서 인쇄되는 물질을 형성하기 위해 인쇄된 후, 적당한 경화 자극제, 예를 들어, UV, 열 또는 적외선(적당한 개시제가 함께 사용됨)에 노출된 다음 경화되어 굳어진다.

두 개의 올리고머는 예를 들어, 서로 다른 사슬 길이, 분자량 등을 가지는 같은 물질의 서로 다른 급(grades)보다는 차라리 화학적 군이 서로 다른, 화학적으로 별개인 것이 바람직하다.

바람직한 경화성 올리고머는 하나 이상의 알콕시화된(alkoxylated) 트리메틸롤프로판 아크릴레이트를 포함한다. 이들은 조성물의 중량의 1-10 중량%, 바람직하게는 3-6 중량%의 양으로 적절히 존재한다.

바람직한 경화성 올리고머는 하나 이상의 폴리알켄 글리콜 아크릴레이트를 포함한다. 이들은 조성물의 중량의 3-15 중량%, 바람직하게는 4-10 중량%의 양으로 적절히 존재한다.

우수한 결과는 하나 이상의 알콕시화된 트리메틸롤프로판 아크릴레이트 및 하나 이상의 폴리알켄 글리콜 아크릴레이트의 혼합물을 사용하여 얻어졌다. 제 1 군 내 올리고머는 적당한 물 용해도를 가지며, 예를 들어 경도 및 방수의 측면에서 우수한 특성을 갖지만, 상대적으로 높은 점도를 가지는 인쇄된 필름을 생성한다. 제 2 군 내 올리고머는 높은 물 용해도 및 낮은 점도를 갖지만, 더 부드럽고, 더 수분에 민감한 필름을 생성한다. 두 가지 군의 올리고머의 혼합물의 사용에 의해 전체적으로 우수한 특성의 밸런스를 얻을 수 있다.

알콕시화된 트리메틸롤프로판 아크릴레이트 올리고머는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 및 디메타크릴레이트, 트리메타크릴레이트 등을 포함하는 다관능성(multifunctional) 메타크릴레이트를 포함한다. 더 높은 관능성 물질은 높은 수축성, 높은 방수성/내화학성 및 우수한 내구성을 가진 필름을 생성한다는 점에서 관능기의 수는 경화되는 필름의 특성에 영향을 준다. 높은 관능성은 또한 빠른 경화 반응(cure response)을 제공한다: 물질과 1 또는 2 관능기는 주로 천천히 경화/고분자화되고 경화 조건에 있어서 더욱 높은 개시제의 비율 및 더욱 긴 노출을 요구한다. 매우 높은 관능성(5 이상)을 가진 물질의 일부 단점은 그들이 매우 높은 점도를 가지며 그들이 매우 높은 수축성 및 낮은 유연성을 가진 필름을 생성한다는 점이다. 4 관능성을 가진 물질은 가교 결합 밀도(cross linking density), 및 인쇄된 필름의 내화학성 및 스크래치 저항성을 증가시키지만, 높은 점도를 가지므로, 줄여서 사용되어야 한다(일반적으로 1-2 중량%에서). 트리메타크릴레이트가 일반적으로 그들의 특성의 밸런스에 대해 바람직하다.

알콕시화된 트리메틸롤프로판 아크릴레이트 올리고머는 에톡시화, 프로폭시화 등이 될 수 있으며, 에톡시화된 올리고머는 일반적으로 그들이 우수한 물 용해도를 가지기 때문에 선호된다. 더 높은 수준의 알콕시화는 물에 더 잘 용해될 수 있는 올리고머 및 수분 민감성 인쇄물을 생성한다는 점에서, 알콕시화의 연장은 올리고머의 물 용해도, 또한 결과적으로 인쇄된 물질의 수분 민감성에 영향을 준다. 우수한 특성의 밸런스를 위해 더 낮은 에톡시화의 수준을 가진 물질의 더 적은 양과 조합될 수 있는 20 에틸렌 옥사이드 유니트(20 EO)를 가진 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 우수한 결과가 에톡시화된 (20 EO) 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트(TMPTA)로서 달성되었다. 이 물질은 우수한 물 용해도, 빠른 경화 반응 및 낮은 피부 자극성을 가지며, 우수한 방수 및 내용매성 및 취약성(brittleness)의 결여, 즉, 우수한 연성(ductility)을 포함하는 우수한 특성을 가진 인쇄된 필름을 제조한다.

상업적으로 입수 가능한 적당한 물질은 사토머(Sartomer)로부터 구입 가능한 다음의 UV-경화성 물질이다: SR 415(EO 20 TMPTA), CN 435 및 SR 9015(EO 15 TMPTA). 이 군에서 유용한 다관능성 물질은 SR 494(EO 4 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트(pentaerythritol tetraacrylate - EO 4 PETA)이다.

우수한 결과는 3.5 중량% EO 20 TMPTA(SR 415) 및 1 중량% EO 4 PETA(SR 494)의 혼합물로서 달성된다.

폴리알켄 글리콜 아크릴레이트 올리고머는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 및 디메타크릴레이트, 트리메타크릴레이트 등을 포함하는 다관능성 메타크릴레이트를 포함한다. 디아크릴레이트가 일반적으로 바람직하다. 디아크릴레이트와 비교하여, 메타크릴레이트 및 디메타크릴레이트는 더 낮은 점도를 갖지만(이것은 장점이다), 더 느린 경화 반응을 가진다(이것은 단점이다). 폴리알켄은 폴리에틸렌 글리콜이 유리하다는 점에서 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 될 수 있다. 일반적으로 바람직한 물질은, 따라서 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(PEG DA)이다. PEG DA는 서로 다른 분자량을 가진 서로 다른 급의 영역에서 이용할 수 있다. 바람직한 물질은 물 용해도, 안료 친화성, 점도 및 경화 반응 속도와 같은 인자를 고려하면 PEG 400 DA(예를 들어, 사토머로부터 SR 344의 형태에서)이다. PEG 200 DA(예를 들어, 사토머로부터 SR 259)는 PEG 400 DA(더 낮은 분자량 때문에)보다 더 낮은 점도를 가지지만 상대적으로 낮은 물 용해도를 가지며 낮은 안정성 및 짧은 저장 수명(shelf life)을 가지는 단점을 가진다. PEG 600 DA(예를 들어, 사토머로부터 SR 610)는 완전히 물에 혼화될 수 있으며 결과적으로 매우 유연성인 인쇄가 된다. PEG 600 DA의 단점은 PEG 400 DA 및 PEG 200 DA와 비교하여 인쇄물의 더 높은 점도 및 더 높은 수분 민감성이다.

우수한 결과는 7 중량% PEG 400 DA(SR 344)를 포함하는 조성물로서 달성된다.

다관능성 올리고머는 결과물인 필름의 가교 결합 밀도를 증가시키고 반응성 및 스크래치 저항성을 개선하기 위해 선택적으로 적은 양(그들이 높은 점도를 가지므로 통상적으로 1-2 중량% 및 4 중량% 이하)으로 조성물에 포함될 수 있다. 이러한 종류의 가능한 물질은 다음을 포함한다:

● 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트(PETA)(예를 들어, 사토머로부터 SR 295). 이 물질은 높은 점도를 가진다. 그것은 또한 실온에서 고체이므로, 그것의 분출성(jettability)에 영향을 주어, 조성물의 점도를 상당히 증가시킨다.

● 디메틸롤프로판 테트라아크릴레이트(DMPTA)(예를 들어, 사토머로부터 SR 355). 이것은 경화된 필름에 뛰어난 특성을 주지만, 높은 점도를 가진다.

● 디펜타에리스리톨 펜타아크릴레이트(DPEPA)(예를 들어, 사토머로부터 SR 399). 이것은 친수성이지만 매우 점성이다. 그것은 인쇄된 필름의 수분 고착성을 상당히 개선시키지만 조성물 점도에는 악영향을 미친다.

● 위에서 언급한 바와 같은 EO 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트(PETA)(예를 들어, 사토머로부터 SR 494). 이것은 반응성, 다관능성, 내화학성, 수분 고착성 및 점도 사이의 우수한 절충성(compromise)을 제공한다.

바람직한 조성물은 하나 이상의 경화성 단량체 물질을 포함한다. 이들은 일반적으로 낮은 점도를 가지므로, 조성물의 점도를 감소시키는 작용을 한다. 그들은 분출 안정성(jetting stability) 및 인쇄 신뢰성에 도움을 주며 노즐 상의 건조를 방지하는 경화 습윤제(humectants)로서 작용한다. 그들은 올리고머와 함께 경화되어, 필름 두께를 증가시킨다. 그들이 올리고머와 함께 경화되는 이유는, 경화 전후에 인쇄로부터 제거되지 않아도 되기 때문이다. 우수한 결과가 나타났기 때문에, n-비닐 단량체 물질, 바람직하게는 n-비닐 아세트아미드를 사용하는 것이 바람직하다. N-비닐 피롤리돈(NVP) 또한 유용하지만, 건강 및 안전을 이유로 피하는 것이 바람직하다. 다른 가능한 물질은 n-메틸-n-비닐 아세트아미드를 포함한다. N-아크릴로일 몰포린(이것은 또한 경화될 수 있다)은 n-비닐 단량체 물질과 조합하여 유용한 물질이 된다. n-비닐 아세트아미드 및 n-아크릴로일 몰포린의 조합은 우수한 결과를 얻음이 발견되었다. 경화성 단량체 물질, 특히 n-비닐 물질은, 또한 공동-용매로서 기능할 수 있다. n-비닐 단량체는 또한 놀랍게도 코게이션을 방지하거나 감소시키는데 유용하며, 항코게이션제로 작용함이 발견되었다. 단량체 물질은 조성물의 전체 중량의 약 40 중량%까지의 양으로 사용될 수 있지만, 통상적으로 25 중량% 이하의 수준에서 사용된다.

예를 들어, 우수한 결과는 오로지 공동 용매(아래에서 논의될)로서 기능하는 다른 물질과 조합한 5 중량% n-비닐 아세트아미드 및 5 중량% n-아크릴로일 몰포린의 혼합물로서 달성된다.

다양한 UV-경화성 물질(물질의 공급원으로부터 얻어진)에 대한 점도값은 아래 표에 주어진다.

상업적 명칭	화합물 이름	점도 ( mPa .s) @ 25℃
상업적 명칭	화합물 이름	범위	정량
SR 252	PEG (600) DM	55-85	70
SR 259	PEG (200) DA	15-35	25
SR 295	PETA	200-500 @ 38℃	350@38℃
SR 344	PEG (400) DA	40-75	60
SR 355	DMPTA	450-900	700
SR 399	DPEPA	7000-21000	14000
CN 435 또는 SR 9015	BO 15 TMPTA	100-240	170

SR 415	EO 20 TMPTA	150-300	230
SR 494	EO 4 PETA	100-200	150
CD 550	메톡시 PEG (350) MM	28	22
CD 552	메톡시 PEG (550) MM	39	39
SR 603 OP	PEG (400) DM	20-70	45
SR 604	PPG MM	25-40	33
SR 610	PEG (600) DA	50-110	80
NVP	N-비닐 피롤리돈	2.4 @ 20℃	2.4@20℃
NAM	N-아크릴로일 몰포린	12	12
NVC	N-비닐 카프로락탐	고체	고체
HEMA	(2-하이드록시에틸 메타크릴레이트) 2-(2- 에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트	5	5

우리는 또한 테트라 부틸 암모늄 브로마이드(TBAB)가 항코게이션제로서 효율적이며, 조성물의 나머지와 융화한다는 사실을 발견하였다. 이 물질은 적은 양으로 존재하여야 하며, 통상적으로 5 중량% 미만이다. 우수한 결과는 3.5 중량%에서 TBAB를 포함하는 조성물로서 달성된다.

따라서, 본 발명의 더 이상의 범위에서, 하나 이상의 경화성 물질; 상기 경화성 물질에 대한 하나 이상의 공동 용매; 및 n-비닐 아세트아미드, 테트라 부틸 암모늄 브로마이드, n-메틸-n-비닐 아세트아미드, n-비닐 피롤리돈 및 그들의 혼합물로부터 선택되는 항코게이션제를 포함하는, 열 잉크젯 인쇄에 적당한 단일상 수용성 조성물이 제공된다.

우수한 결과는 n-비닐아세트아미드 및 TBAB의 혼합물을 포함하는 항코게이션제로서 달성된다.

본 발명의 이 측면의 다른 특징은 본 발명의 다른 측면과 관련된 어떤 곳에서 특정되는 것이 바람직하다.

공동 용매는 경화성 물질에 대한 용매로서 기능한다. 이상적인 공동 용매는 물과 우수한 친화성 및 낮은 점도를 가진다. 공동 용매는 통상적으로 알코올, 티올, 에테르 등을 포함하는 물-가용성 유기 용매로부터 선택된다. 글리콜 에테르는 공동 용매로서 뿐만 아니라, 우수한 물 친화성, 낮은 점도 및 높은 끓는점을 가짐으로써 기능한다. 또한, 글리콜 에테르는 습윤제로서 기능하여, 프린트 헤드 노즐이 건조되는 것을 막는다. 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(EGMBE)가 특히 바람직하다. 가능한 공동 용매의 제한되지 않는 목록은 다음을 포함한다: 이소프로필 알코올(IPA)(우수한 분출을 준다), n-메틸 피롤리돈(NMP), 메톡시 프로필 아세테이트(MPA)(낮은 점도를 가진다), 디아세톤 알코올(DAA), 메톡시 프로판올(MeOPr), 메틸 알코올, 에틸 알코올, 메틸 락테이트, 에틸 락테이트, 2-피롤리돈, 1,4-부탄디올, 디메틸 설폭사이드(DMSO), 글리콜 에테르, 특히 프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 2-메틸-1,3-프로판디올, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 에틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜 n-부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르(또는 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(EGMBE)), 디에틸렌 글리콜 n-부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 메틸 에테르.

앞에서 나타낸 바와 같이, 어떤 경화성 단량체는 또한, 예를 들어, n-비닐 아세트아미드, n-비닐 피롤리돈, n-메틸-n-비닐 아세트아미드, 등과 같은 n-비닐 단량체 물질, 및 n-아크릴로일 몰포린과 같은 공동 용매로서 기능한다.

본 발명의 특별한 구체예에서, 조성물은 단량체 물질로서 기능하지는 않는 공동 용매를 포함한다. 이러한 공동 용매는 경화성 단량체 물질과 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 특별한 구체예에서, 조성물은 단지 공동 용매를 포함하며, 그것은 또한 단량체 물질로서 기능한다. 특히 관심있는 것은, 가능한 다른 공동 용매 물질없이, 단량체 및 공동 용매로서 n-비닐 아세트아미드를 사용하는 조성물이다.

바람직한 측면에서, 본 발명은 둘 이상의 경화성 올리고머를 포함하는 경화성 물질의 혼합물(여기서, 상기 경화성 올리고머는 알콕시화된 트리메틸롤프로판 아크릴레이트 및 폴리알켄 글리콜 아크릴레이트를 포함한다); 및 상기 경화성 물질에 대한 하나 이상의 공동 용매를 포함하는, 열 잉크젯 인쇄에 적당한 단일상 수용성 조성물이 제공된다.

또한, 본 발명의 바람직한 측면은, 둘 이상의 경화성 올리고머를 포함하는 경화성 물질 및 하나 이상의 경화성 단량체의 혼합물(여기서, 상기 경화성 올리고머는 알콕시화된 트리메틸롤프로판 아크릴레이트 및 폴리알킬렌 글리콜 아크릴레이트를 포함하며, 상기 단량체는 n-비닐 화합물을 포함한다); 및 상기 경화성 물질에 대한 하나 이상의 공동 용매를 포함하는, 열 잉크젯 인쇄에 적당한 단일상 수용성 조성물이 존재한다.

이 측면에서, n-비닐 아세트아미드는 바람직하게 단량체 및 공동 용매로서 모두 기능한다.

다른 측면에서 본 발명은, 둘 이상의 경화성 올리고머를 포함하는 경화성 물질 및 경화성 n-비닐 단량체의 혼합물; 및 상기 경화성 물질에 대해 비-경화성(non-curable) 공동 용매를 포함하는, 열 잉크젯 인쇄에 적당한 단일상 수용성 조성물이 제공된다.

비-경화성 공동 용매의 예들은, 위에서 목록화된 것과 같이, EGMBE, NMP, IPA 등을 포함한다.

물질의 혼합물은 공동 용매로서 사용될 수 있다. 한 바람직한 공동 용매는 n-아크릴로일 몰포린(경화되고, 높은 끓는점 및 적당한 점도를 가지는) 및 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르의 혼합물을 포함한다. n-아크릴로일 몰포린은 조성물의 중량의 5%의 양에서 알맞게 존재하며 EGMBE은 조성물의 중량의 약 16%를 포함한다.

공동 용매는 통상적으로 전체 조성물의 중량의 15 내지 30 중량% 범위의 양으로 존재한다.

조성물은 습윤을 개선하기 위해 선택적으로 적은 양(1 중량% 까지)으로 계면 활성제를 포함한다. 적당한 계면 활성제는 인쇄되는 조성물 상의 기재를 고려하여 선택될 수 있다. 적당한 계면 활성제는 다음을 포함한다:

상업적 명칭	화합물 이름	공급자
BYK 333	폴리에테르 개조된 폴리-디메틸-실록산	BYK Chemie GmbH
BYK 381	폴리아크릴릭 공중합체의 이온성 용액	BYK Chemie GmbH
FC 4430	플루오로서펙턴트	3M
FC 4432	플루오로서펙턴트	3M
다이놀(Dynol) 604	비이온성 아세틸레닉 글리콜-기재 계면활성제	Air Products
설파돈(Surfadone) LP 100	N-알킬 피롤리돈	ISP

예를 들어 FC 4430 및 FC 4432인 플루오로서펙턴트는, 예를 들어 0.2 중량%의 양이 일반적으로 알맞다.

조성물은 통상적으로, 예를 들어 열 개시제, 광개시제 등의 경화성 물질에 알맞는 적당한 개시제를 포함한다. 적당한 개시제는, 적당한 수준의 사용(통상적으로 약 5 중량% 미만)으로서, 당업자에게 공지되었다. 광개시제의 예들은 Irgacure 2959, Irgacure 184, 651, 127, 1800, 819(Ciba), Darocure 1173 등을 포함한다(Irgacure 및 Darocure는 상표이다). 열 개시제의 예들은 와코 화학(Wako Chemicals)으로부터의 VA 044(2,2'-아조비소[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판]디하이드로클로라이드), VA 057(2,2'-아조비소[N-(2-카복시에틸)-2-메틸-프로피온아미딘]을 포함한다. 일부 경화성 물질은, 예를 들어 전자 빔에 노출되어 반응되는(e-빔 경화로 알려진) 것과 같이, 개시제의 존재 없이 경화될 것이다.

조성물은 또한 약 35 중량% 이상, 더욱 일반적으로는 약 45 중량% 이상의 양으로 물을 포함한다.

조성물은 메틸하이드로퀴논과 같은 안정제를 선택적으로 포함할 수 있다.

조성물은 예를 들어 기재상의 클리어 코팅 또는 층 또는 필름을 인쇄하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 조성물은 예를 들어 텍스트 또는 이미지의 인쇄에 대해 공지된 방법에서 용액 내 염료 또는 분산된 안료를 운반하기 위한 비히클로써 사용될 수 있다. 적당한 안료는 잘 알려져 있다. 예를 들면, 블랙 텍스트 또는 이미지를 인쇄하기 위해서는, AcryJet 170(Rohm and Haas), Hostajet(Clariant), Cab-O-Jet 300 및 Cab-O-Jet 200(Cabot Corp.)와 같은 카본 블랙의 수용성 분산을 사용하는 것이 적당하다. 분산 목적을 위해 Cab-O-Jet 200은 안료의 표면에서 설포네이트된 기를 가지며 Cab-O-Jet은 300은 안료의 표면에서 카복실레이트 기를 가진다. AcryJet, Hostajet 및 Cab-O-Jet는 상표이다.

인쇄 잉크 및 그들의 사용에 대한 전통적이고 임의적 성분의 더욱 자세한 기술은, 예를 들어 미국 특허 제6,294,592호에서 주어진다.

본 발명의 조성물은 열 잉크젯 프린터를 사용하는 전통적인 방법에 사용된다. 조성물은 의도하는 기재상에 인쇄되며, 예를 들어 UV 광, 열 등에 노출됨을 포함하는, 경화성 물질의 성질에 의존하는 적절한 경화 방식에 노출된다. 예를 들어 마이크로파 노출을 사용하는 것과 같은 건조 단계가 또한 필수적일 수 있다. UV-경화성 물질에 대해 우리는, 예를 들어 적외선 광원에 노출하는 것과 같은 간결한 건조 단계와 함께 경화를 진행하는 것이 유리할 수 있다는 점을 발견하였으며, 이것은 습착성(wet-fastness) 및 내구성이 개선된 필름을 제조하는 것으로 밝혀졌다.

조성물은 다양한 기재상에 인쇄될 수 있으며, 금속, 플라스틱(예를 들어 폴리에틸렌 테트라프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스터, 저밀도(LD) 폴리에틸렌, 편향된 폴리스티렌, 고밀도(HD) 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리카보네이트, 폴리이미드 필름 등) 등과 같은 비다공성(non-porous) 및 반다공성(semi-porous) 기재과의 특별한 용도도 발견할 수 있다.

비다공성 기재를 취급하는 것이 어렵다고 하더라도, 본 발명은 건조가 빠르고 높은 내구성의 우수한 질의 인쇄물을 제조하는 조성물을 제공할 수 있다. 특히, 결과적인 인쇄물은 우수한 스크래치 저항성, 수분 고착성, 유연성 및 광학 밀도(색깔 잉크에 대해)의 요구를 만족시킬 수 있다. 조성물은 비다공성 기재상의 산업적 인쇄에서 특별한 적용을 발견하였다.

본 발명은 다음의 실시예들 및 수반하는 도면을 참조하고, 설명에 의해 더 기술될 것이다:

도 1은 하나의 잉크 포뮬레이션 H17의 풀(full) 카트리지 인쇄 후, 히터 및 잉크 경로와 관련된 4 프린트 헤드 노즐을 보여주는 잉크젯 프린트 헤드의 부분의 사진이며;

도 2는 두 개의 잉크 포뮬레이션 H45b의 풀 카트리지 인쇄 후, 프린트 헤드에 대한 것이며, 도 1과 유사하다.

특별히 언급하지 않는 한, 실시예에서 모든 양은 중량%이다.

다음의 UV-경화 잉크 포뮬레이션은 특정한 성분의 혼합에 의해 제조된다.

조성물	H4	H17	H37	H38	H39	H45b	H50	H51
SR494	-	1	1	1	1	1	1	1
SR344	9	7	7	7	7	7	7	7
SR415	4.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5
n-비닐 피롤리돈	24.8	-	-	-	-	-	-	-
n-아크릴로일 몰포린	-	5	5	5	5	5	5	5
물	44.9	52.3	43.3	54.8	57.3	46.05	46.05	49.55
Cab -O- Jet 300	12.5	9	9	9	9	-	-	-
Cab -O- Jet 200	-	-	-	-	-	6.75	6.75	6.75
Irgacure 2959	4	3	3	3	3	3	3	3
EGMBE	-	16	-	16	16	16	16	16
DMSO	-	-	15	-	-	-	-	-
이소프로필 알코올	-	3	5	3	3	3	3	3
n-비닐 아세트아미드	-	-	5	3	3	5	-	5
n- 메틸 -n-비닐 아세트아미드	-	-	-	-	-	-	5	-

n-비닐 카프로락탐	-	-	3	3	3	-	-	-
TBAB	-	-	-	3.5	-	3.5	3.5	-
암모늄 나이트레이트	-	-	-	-	1	-	-	-
FC4430	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2	0.2
점도 ( mPa .s)	4.2	3.6	4.1	4.8	3.7	6.1	5.1	4.9

분출 신뢰성	4	1	3	4	3	5	4	4
습착성	2	4	5	5	5	5	5	5

모든 잉크는 분산된 안료를 운반하는 열 잉크젯 인쇄에 적당한 단일상 수용성 조성물의 형태이다.

점도 측정은 25℃의 온도에서 60 rpm의 회전 속도와 함께 수행되는 브룩필드 DV-II+ 비스코미터를 사용하여 수행된다. 간단히 말해, 17.5 ml의 잉크 조성물은 챔버로 옮겨지며, 온도가 안정화되는 동안, 적당한 스핀들(spindle)은 챔버 내로 낮추어진 다음 떠난다. 재생할 수 있는 점도 리딩(reading)이 얻기까지, 측정은 매 30, 60, 120 및 300 초에서 측정된다.

조성물은 HP45A 카트리지(43 ml 잉크의 용량과 함께)를 사용하는 월크(Wolke는 상표명) 프린터로부터 600 x 600 dpi에서 서로 다른 영역의 기재상에 인쇄된다. 인쇄된 물질은 적외선 램프(300 와트 전구)에 1 초간 노출됨에 의한 선-경화(pre-cure) 가열/건조 단계를 필요로 하며 다음에 30 m/min의 선속도에서 IR 램프 및 UV 시스템 아래로 운반되어 'H' 전구와 함께 500 Watt Fusion Light Hammer 6 system으로부터 UV 노출됨에 의해 경화된다(Fusion Light Hammer 6은 상표명).

분출 신뢰성은 프린터 카트리지의 수명을 통해 통상의 간격에서 인쇄질(print quality)을 관찰하는 것에 의해 평가되었다. 생성물은 인쇄질이 떨어지기 전에 적어도 전체 카트리지의 잉크를 분출할 수 있어야 한다. 습착성은 잉크의 손실에 대한 습포로 닦아냄 및 인쇄물 검사에 의해 평가되었다. 분출 신뢰성 및 습착성은 1 내지 5의 스케일로 평가되었다. 조성물이 실용적으로 사용되기 위해서는, 적어도 4의 분출 신뢰성 평점을 가져야 한다. 일부 습착성이 중요하지 않은 곳에서의 적용이 있지만, 습착성이 중요한 곳에서의 적용을 위해, 조성물은 적어도 4의 습착성 평점을 가져야 한다.

도 1 및 2는 잉크 포뮬레이션 H17 및 H45b으로 각각 인쇄한 후의 프린트 헤드를 보여준다. 잉크 H17에서는 상당한 침전이 관찰될 수 있었으며, 계산된 분출 신뢰성 평점은 1이다. 이 수행은 항코게이션제의 부재가 원인이다. 대조적으로, 잉크 H45b과 함께는, 두 개의 풀 카트리지 인쇄 후라도 상당한 침전이 관찰되지 않았다.

다양한 기재상에 잉크 H45b를 사용한 시험의 결과의 요약을 아래에 나타내었다.

물질	주관적 인쇄질	터치 드라이?	3M 테이프 시험	습식 마모 시험
		(경화 후)	(% 제거)	(% 제거)
폴리카보네이트	√	√	0	80
HD 폴리에틸렌	√	√	0	0
PET	√	√	0	80
LD 폴리에틸렌	√	√	100	100
메디컬 Tyvek	x 번짐(bleeds)	√	0	0
클리어 PVC	√	√	10	50
편향된 폴리스티렌	√	√	40	100
폴리프로필렌	√	√	100	100
CIS 고체 표백 보드 (코팅된)	√	x 흐림 (smudges)	50	100
잉크 시스템 S/F-HD-Gloss OP 바니시(varnish)	√	√	0	90
120 센츄라(Centura) 상에 다이아몬드 바니시	√	√	20	80
120 센츄라 상에 수용성 코크 글로스(Aqueous Cork Gloss)	√	√	0	30
120 센츄라 상에 스털링 울트라커버 글로스(Sterling Ultracover Gloss)	√	x 흐림 (smudges)	70	100
120 센츄라 상에 간스 스페셜 둘 바니시(Gans Special Dull Varnish)	x 번짐(bleeds)	√	0	20
120 센츄라 상에 코팅 없음	√	√	50	95
120 센츄라 상에 UV 코팅	x 번짐(bleeds)	√	20	100
아크릴릭 코팅된 멜리넥스	√	√	0	0
120 센츄라 상에 수용성 Ni 코팅 Hi 글로스	√	√	0	70

시험 방법:

1. 3M 테이프 시험(3M은 상표이다). 한 장의 3M 616 테이프를 충분한 압력(firm pressure)에 적용시켰다. 1 분간 기다린 후 상기 테이프를 제거하고 % 필름 제거를 기록하였다.

2. 습식 마모 시험(Wet abrasion test). 시험 샘플을 물에 담그고 충분한 엄지 압력으로 20번 문질렀다. % 필름 제거를 기록하였다.

조성물 H45b는 바람직한 포뮬레이션이다. 뛰어난 분출 신뢰성 및 습착성 뿐만 아니라, 우수한 시작-정지 수행을 보여준다(즉, 카트리지가 계속적 인쇄의 주기 후 사용되지 않고 방치될 수 있고 재시작 인쇄가 쉽게 회복될 수 있는 곳에서). 조성물 H45b의 두 개의 풀 카트리지 인쇄 후 프린트 헤드 히터 상에 상당한 침전 물질은 없었다. 조성물 H4 및 H38은 또한 짧은 기간 인쇄 기회에 대한 잠재적 이익이며, 더욱 최적화될 수 있다.

더 나아간 실험에서, 두 개의 공지된 항코게이션제 Dequest 2016(1-하이드록시에틸리덴-1,1-디포스포닉 산 테트라 소듐염) 및 Dequest 2054(헥사메틸렌디아민 테트라(메틸렌 포스포닉 산)(미국 출원 제2003/0015119호에 개시된 바와 같은)을, 각각 1.2% 및 0.5%의 수준에서, TBAB 대신에 H45b에 근거한 조성물에서 시험하였다. 그러나, 두 물질은 모두 잉크에 대한 첨가에서 굳어지므로, 이 목적에 적당하지 않다.

Claims

둘 이상의 경화성(curable) 올리고머를 포함하는 경화성 물질의 혼합물; 및 상기 경화성 물질에 대한 하나 이상의 공동 용매(co-solvent)를 포함하는, 열 잉크젯 인쇄에 적당한 단일상 수용성 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 경화성 올리고머가 하나 이상의 알콕시화된(alkoxylated) 트리메틸롤프로판 아크릴레이트 및 하나 이상의 폴리알켄 글리콜 아크릴레이트를 포함하는 조성물.
제 2 항에 있어서, 상기 알콕시화된 트리메틸롤프로판 아크릴레이트 올리고머가 트리메타크릴레이트(tri(meth)acrylate)를 포함하는 조성물.
제 3 항에 있어서, 상기 알콕시화된 트리메틸롤프로판 아크릴레이트 올리고머가 에톡시화된 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트를 포함하는 조성물.
제 4 항에 있어서, 상기 알콕시화된 트리메틸롤프로판 아크릴레이트 올리고머가 에톡시화된 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트를 더 포함하는 조성물.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리알켄 글리콜 아크 릴레이트 올리고머가 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트를 포함하는 조성물.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화성 물질의 혼합물이 하나 이상의 경화성 단량체를 더 포함하는 조성물.
제 7 항에 있어서, 상기 경화성 단량체가 n-비닐 단량체 물질을 포함하는 조성물.
제 8 항에 있어서, 상기 경화성 단량체가 n-비닐 아세트아미드를 포함하는 조성물.
제 9 항에 있어서, 상기 경화성 단량체가 n-비닐 피롤리돈의 부재하에 n-비닐 아세트아미드를 포함하는 조성물.
제 8 항, 제 9 항 또는 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화성 단량체가 n-비닐 아세트아미드 및 n-아크릴로일 몰포린을 포함하는 조성물.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동 용매가 물-가용성(water-soluble) 유기 용매인 조성물.
제 12 항에 있어서, 상기 공동 용매가 글리콜 에테르, 바람직하게는 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르를 포함하는 조성물.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물이 항코게이션제(anti-kogation agent)를 포함하는 조성물.
제 14 항에 있어서, 상기 항코게이션제가 테트라 부틸 암모늄 브로마이드를 포함하는 조성물.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 약 35 중량% 이상의 양으로 물을 포함하는 조성물.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 염료 또는 안료를 더 포함하는 조성물.
하나 이상의 경화성 물질; 상기 경화성 물질에 대한 하나 이상의 공동 용매; 및 n-비닐 아세트아미드, 테트라 부틸 암모늄 브로마이드, n-메틸-n-비닐 아세트아미드, n-비닐 피롤리돈 및 그들의 혼합물로부터 선택되는 항코게이션제를 포함하는, 열 잉크젯 인쇄에 적당한 단일상 수용성 조성물.
제 18 항에 있어서, 상기 항코게이션제가 n-비닐 아세트아미드 및 테트라 부틸 암모늄 브로마이드를 포함하는 조성물.
기재(substrate) 상에 제 1 항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 열 잉크젯 인쇄하는 단계를 포함하는 인쇄 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 기재는 비다공성(non-porous)인 방법.