KR20080078416A - 잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록장치 - Google Patents

잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록장치 Download PDF

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KR20080078416A KR1020070018516A KR20070018516A KR20080078416A KR 20080078416 A KR20080078416 A KR 20080078416A KR 1020070018516 A KR1020070018516 A KR 1020070018516A KR 20070018516 A KR20070018516 A KR 20070018516A KR 20080078416 A KR20080078416 A KR 20080078416A
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Abstract

본 발명은 디실라잔계 화합물, 착색제 및 용매를 포함하는 잉크 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 디실라잔계 화합물을 이용하여 잉크젯용 프린터의 동작시 발생하는 카트리지 내 잉크의 거품의 형성을 억제하고, 생성된 거품의 빠른 소멸을 가져올 뿐만 아니라 잉크 유동성이 원활하여 초기 토출 성능이 안정적인 잉크 조성물을 제공할 수 있다.

Description

잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치{Ink composition, ink catridge and inkjet recoding device comprising the same}
도 1은 본 발명의 일구현예에 따른 잉크 카트리지를 구비하는 잉크젯 기록 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일구현예에 따른 잉크 카트리지의 횡단면 측면도이다.
<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>
8…프린터 커버 10…이동성 래치
7…홀 9…고정 래치
14…리세스 11…잉크 카트리지
100…카트리지 112…잉크통
123…수직 장벽 124…제1 챔버
126…제2 챔버 128…잉크통
126a …벤트 홀 140…필터
130… 프린트 헤드의 노즐
본 발명은 디실라잔계 화합물, 착색제 및 용매를 포함하는 잉크 조성물에 관한 것으로서, 구체적으로는 디실라잔계 화합물을 이용하여 잉크젯용 프린터의 동작시 발생하는 카트리지 내 잉크의 거품의 형성을 억제하고, 생성된 거품의 빠른 소멸을 가져올 뿐만 아니라 잉크 유동성이 원활하여 초기 토출 성능이 안정적인 잉크 조성물잉크 조성물에 관한 것이다.
최근, 화상 처리 등의 분야에서 하드 카피의 컬러화에 대한 필요성이 높아지고 있어, 컬러 하드 카피의 생성을 위한 다양한 방법이 개발되어 왔다. 이러한 방법의 예로는 승화형열전사 (dye-sublimation) 기록 방법, 용융열전사 (thermal wax transfer) 기록 방법, 잉크젯 기록 방법, 전자사진 기록 방법 및 열현상은염 (thermally processed silver) 기록 방법 등이 있다.
잉크젯 인쇄에서, 잉크젯 프린터의 기록 헤드에 있는 노즐로부터 잉크 액적을 용지 등의 기록 매체 상에 토출(ejection)함으로써 "도트(dot)"라고 불리우는 점을 형성하여 문자 및 화상을 기록한다. 잉크젯 인쇄는 다른 인쇄 방법에 비해 비용이 적게 들고, 품질이 높으며, 컬러 화상의 형성이 용이하다는 이점을 갖는다.
따라서, 최근에는 가정이나 사무실에서 간단히 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린터가 널리 보급되고 화질도 은염 사진에 필적하는 것이 개발되어 있다．
잉크젯 인쇄에 사용되는 잉크는 수용성 염료 또는 안료를 물 및 수용성 유기 용매를 포함하는 용매 중에 용해 또는 분산시켜 제조한다. 필요에 따라 계면활성제 등의 첨가제를 첨가할 수 있다.
이와 같은 잉크젯 기록용 수성 잉크가 장시간에 걸쳐 양호한 기록을 행하기 위해서는, 점도, 표면 장력 및 밀도 등의 특성치가 적당한 값을 가져야 하고, 잉크젯 기록 장치의 노즐 입구를 막히게 하거나, 열 등에 의해 석출물이 생기거나, 물성치가 변화하지 않고, 기록 화상의 내수성, 내광성 등이 우수해야 하는 등의 조건이 필요하다.
또한, 대량의 잉크 용기를 적용한 잉크젯 시스템에서 장기간 잉크를 보관할 때 잉크 내에 거품이 형성되거나 또는 잉크 내에 거품이 녹아 들어감으로써 잉크가 거품을 발생시킬 수 있는 특성을 내재할 때 또는 프린트 카트리지에 잉크 순환 시스템을 내재하여 프린트 카트리지 내에 형성된 기포를 제거시키고자 할 경우 잉크 내 기포 제거가 용이할 뿐만 아니라 발생 또한 억제 시켜야 함으로 잉크의 소포성 또는 억포성을 향상시키는 것이 요구된다.
하지만, 종래의 기술에 따른 잉크 조성물에서는 잉크의 구성성분 중 포함된 계면활성제로 인하여 거품이 잘 발생하여 상기 잉크 조성물의 요건을 만족하지 못하는 문제점이 발생하고 있다.
따라서, 이러한 문제점을 개선하고자 일본 특허 제 3,078,184호에 따르면, 불소 계열이나 실리콘 계열의 고분자를 잉크에 첨가 하는 시도를 하였다.
그러나, 이러한 고분자는 일단 잉크 내에서 용해도가 부족하여 분산을 시키거나 잘 녹일 수 있는 용매를 적용하는 것이 필요하고, 이러한 용매 및 고분자 첨가제는 기본 잉크를 구성하는 수용성 첨가제와의 혼화성이 떨어지므로, 이를 적용할 경우 잉크 내에서 층 분리 및 고체화가 쉽게 발생하고 장시간 사용하지 않을 때 실리콘 고분자와 잉크의 건조가 빨라지며, 이로 인해 점도가 급상승하여 프린트 헤 드의 노즐 표면에서 잉크가 굳어 노즐 막힘 현상이 발생하였다.
그 결과, 여전히 카트리지 내 잉크의 거품의 형성을 억제하고, 생성된 거품을 빠르게 제거하고 초기 토출 성능이 안정적인 잉크 조성물 및 그에 관한 기술은 아직 제공되지 못하고 있는 것이 현재 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 첫번째 기술적 과제는 잉크젯용 프린터의 동작시 발생하는 카트리지 내 잉크의 거품의 형성을 억제하고, 생성된 거품의 빠른 소멸을 가져올 뿐만 아니라 잉크 유동성이 원활하여 초기 토출 성능이 안정적인 잉크 조성물을 제공을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두번째 기술적 과제는 상기 잉크 조성물을 2 종 이상 포함하는 잉크 세트를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 세번째 기술적 과제는 상기 잉크 세트를 포함하는 잉크젯 기록 장치용 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 네번째 기술적 과제는 상기 잉크젯 기록 장치용 카트리지를 포함하는 잉크젯 기록 장치를 제공하는 것이다.
상기 첫번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
하기 화학식 1로 표시되는 디실라잔계 화합물;
착색제; 및
용매;를 포함하는 잉크 조성물을 제공한다:
<화학식1>
Figure 112007016121877-PAT00001
상기 식에서,
R1 내지 R6은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20의알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 헤테로알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬설폰아마이드기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴설폰아마이드기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 아실아미노기, C1-C20 알킬우레이도(alkylureido)기, C6-C20 아릴우레이도기, C2-C20 알콕시카르보닐기,C2-C20알콕시카르보닐아미노기, 카바모일(carbamoyl)기, 설파모일(sulfamoyl)기, 설포(sulfo)기와 그의 염, 카르복시기와 그의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C20의 하이드록시알킬옥시알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20의 디알킬아미노알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 피리딜알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 피리딜기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 이미다졸릴기, 히드라진기, 히드로존기, C1-C20의 치환 또는 비치환된 피리딜알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴기, 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴옥시기, C6-C20의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴알케닐기, C3-C20의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, C3-C20의 치환 또는 비치환된 헤테로사이클로알킬기를 나타낸다.
본 발명이 이루고자 하는 두번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 잉크 조성물을 2 종 이상 포함하는 잉크 세트를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 세번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 잉크 세트를 포함하는 잉크젯 기록 장치용 카트리지를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 네번째 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 잉크젯 기록 장치용 카트리지를 포함하는 잉크젯 기록 장치를 제공한다.
본 발명은 디실라잔(disilazane)계 화합물을 이용하여 잉크젯용 프린터의 동작시 발생하는 카트리지 내 잉크의 거품의 형성을 억제하고, 생성된 거품의 빠른 소멸을 가져올 뿐만 아니라 잉크 유동성이 원활하여 초기 토출 성능이 안정적인 잉크 조성물을 제공하는데 그 특징이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 디실라잔계 화합물, 착색제 및 용매를 포함하는 잉크 조성물을 제공한다:
<화학식1>
Figure 112007016121877-PAT00002
상기 식에서,
R1 내지 R6은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20의알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 헤테로알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬설폰아마이드기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴설폰아마이드기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 아실아미노기, C1-C20 알킬우레이도(alkylureido)기, C6-C20 아릴우레이도기, C2-C20 알콕시카르보닐기,C2-C20알콕시카르보닐아미노기, 카바모일(carbamoyl)기, 설파모일(sulfamoyl)기, 설포(sulfo)기와 그의 염, 카르복시기와 그의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C20의 하이드록시알킬옥시알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20의 디알킬아미노알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 피리딜알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 피리딜기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 이미다졸릴기, 히드라진기, 히드로존기, C1-C20의 치환 또는 비치환된 피리딜알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴기, 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴옥시기, C6-C20의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴알케닐기, C3-C20의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, C3-C20의 치환 또는 비치환된 헤테로사이클로알킬기를 나타낸다.
일반적으로 잉크 조성물은 유동에 의해 기포가 생성되기 쉽고, 이렇게 생성된 기포는 잉크 조성물에 첨가되는 계면활성제로 인해 안정화 되어 쉽게 사라지지 않는 문제점이 있다.
반면에, 본 발명에 따른 잉크 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 바와 같이 정사면체 구조로서 Si를 양쪽으로 갖는 디실라잔계 화합물을 포함하고, 이때 상기 디실라잔계 화합물은 상기 안정화된 기포막을 쉽게 파괴할 수 있으며 종래의 고분자 형태의 실리콘 소포제에 비해 용해도가 매우 우수한 특성을 가진다. 따라서, 본 발명에 따른 잉크 조성물은 잉크 조성물 내에서 거품 생성을 저하시키고, 또한 생성된 거품의 신속한 제거, 즉 소포성 향상에 기여할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 잉크 조성물에서 사용가능한 상기 화학식 1의 디실라잔계 화합물로는, 하기 화학식 2로 표시되는 헥사메틸디실라잔(HMDS), 하기 화학식 3으로 표시되는 1,3-디부틸-1,1,3,3-테트라메틸디실라잔, 하기 화학식 4로 표시되는 1,3-디-N-옥틸테트라메틸디살라잔, 하기 화학식 5로 표시되는 1,1,3,3-테트라메틸디살라잔, 하기 화학식 6으로 표시되는 1,3-비스(클로로메틸)테트라메틸디살라잔, 하기 화학식 7로 표시되는 1,3-비스(3,3,3-트리플루오로프로필)테트라메틸디살라잔, 하기 화학식 8로 표시되는 1,3-디프로필-1,1,3,3-테트라메틸디살라잔, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 2>
Figure 112007016121877-PAT00003
<화학식 3>
Figure 112007016121877-PAT00004
<화학식 4>
Figure 112007016121877-PAT00005
<화학식 5>
Figure 112007016121877-PAT00006
<화학식 6>
Figure 112007016121877-PAT00007
<화학식 7>
Figure 112007016121877-PAT00008
<화힉식 8>
Figure 112007016121877-PAT00009
본 발명에 따른 잉크 조성물에서, 상기 화학식 1의 디실라잔계 화합물의 함량은 잉크 조성물 100중량부를 기준으로 0.01 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부, 더 바람직하게는 0.5 내지 3 중량부이다. 상기 화학식 1의 디살라 잔계 화합물의 함량이 0.01중량부 미만인 경우에는 잉크젯 잉크의 소포 효과가 부족하고, 잉크 유로에의 초기 도입성이 양호하지 않을 수 있으며 상기 함량이 10중량부를 초과하는 경우에는 기록지에의 침투 정도가 너무 커져 기록지 뒷면에 까지 잉크가 달하게 되고, 잉크 번짐의 문제가 발생할 수 있으며, 노즐 주위를 극단적으로 적셔 버리는 등의 이상을 유발하여, 결과로서 잉크의 안정된 토출이 어려워질 수 있다.
상기 본 발명에 따른 잉크 조성물에 사용되는 착색제는 염료와 안료 모두 사용가능하며 해당 기술분야에서 사용되는 것이라면 어느 것이나 제한 없이 사용할 수 있다. 즉, 물에 녹거나 분산될 수 있는 염료, 분산제와 함께 사용되어 물에 안정하게 분산될 수 있는 안료, 별도의 분산제 없이 물에 안정하게 분산될 수 있는 자가분산 안료 또는 이들의 혼합물 모두 사용이 가능하다.
상기 착색제 중 염료의 구체적인 예로는 푸드 블랙 염료(Food Black dyes), 푸드 레드 염료(Food red dyes), 푸드 옐로우 염료(Food Yellow dyes), 푸드 블루 염료(Food Blue dyes), 애시드 블랙 염료(Acid Black dyes), 애시드 레드 염료(Acid Red dyes), 애시드 블루 염료(Acid Blue dyes), 애시드 옐로우 염료(Acid Yellow dyes), 디렉트 블랙 염료(Direct Black dyes), 디렉트 블루 염료(Direct Blue dyes), 디렉트 옐로우 염료(Direct Yellow dyes), 안트라퀴논 염료(anthraquinone dyes), 모노아조염료(monoazo dyes), 디아조염료(disazo dyes), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 유도체 등을 들 수 있고, 안료의 구체적인 예로는 카본 블랙, 그래파이트, 유리 카본(vitreous carbon), 활성화 차콜, 활성화 탄소, 안트라퀴논, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 디아조스(diazos), 모노아조스(monoazos), 피란트론(pyranthrones), 페릴렌(perylene), 퀴나크리돈(quinacridone), 인디고이드계 안료(indigoid pigments) 등을 들 수 있으며, 자가 분산된 안료로는 카보제트 시리즈(cabojet-series)나 오리엔트 케미칼(Orient Chemical)의 CW-series 등이 있으나, 반드시 이에만 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 착색제는 상기 잉크 조성물 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 10 중량부, 바람직하게는 1 내지 7 중량부, 더 바람직하게는 3 내지 5의 함량으로 사용할 수 있으며, 상기 착색제의 함량이 0.5 중량부 미만이면 충분한 색상 발현이 곤란하며, 10 중량부를 초과하는 경우에는 용해도가 저하되는 고형화 현상이 생겨 바람직하지 않다.
상기 본 발명에 따른 잉크 조성물에서 사용되는 용매는 물과 같은 수계 용매, 유기 용매, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이와 같은 용매는 상기 잉크 조성물 100 중량부를 기준으로 80 내지 99 중량부, 바람직하게는 85 내지 95 중량부로 사용될 수 있다.
상기 용매의 함량이 80 중량부 미만이면 잉크 조성물의 점도가 지나치게 높아져 토출 성능이 저하될 우려가 있으며, 99 중량부 초과하는 경우에는 표면 장력의 증가로 인한 토출 성능의 저하가 발생하여 바람직하지 않다.
상기 용매에 포함되는 유기용매는 알콜계 용매, 케톤계 용매, 에스테르계 용매, 다가알콜계 용매, 함질소계 용매, 디메틸 술폭사이드, 테트라메틸술폰 및 티오글리콜의 함황 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 유기용매로서 사용가능한 알코올계 용매로는 메틸알콜, 에틸 알콜, n-프로필알콜, 이소프로필알콜, n-부틸알콜, sec-부틸알콜, t-부틸알콜 또는 이소부틸알콜이 있고, 상기 케톤계 용매로는 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤 또는 디아세톤알콜이 있고, 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트 또는 에틸 락테이트가 있고, 상기 다가알콜계 용매의 예로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,2,4-부탄트리올, 1,5-펜탄디올, 1,2,6-헥산트리올, 헥실렌글리콜, 글리세롤, 글리세롤 에톡실레이트 또는 트리메틸롤프로판 에톡실레이트이 있다. 유기 용매로서 사용되는 일가 알코올은 잉크의 표면 장력을 조절하여 보통 용지 혹은 전문 용지 등의 기록 매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 특성을 향상시킬 수 있으며, 다가알콜 및 그의 유도체는 쉽게 증발하지 않으며 잉크의 빙점을 낮춤으로써 잉크의 보존 안정성을 향상시켜 노즐의 막힘을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 유기용매로서 사용가능한 함질소계 용매의 예로는, 2-피롤리돈 또는 N-메틸-2-피롤리돈이 있고, 상기 함황계 용매의 예로는 디메틸 술폭사이드, 테트라메틸렌술폰 또는 티오글리콜이 있다.
이와 같은 유기 용매가 물과 같은 수계 용매와 함께 사용되는 경우 유기용매의 함량은 물 100중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 130 중량부, 바람직하게는 10 내지 50 중량부인 것이 바람직한 바, 0.1 중량부 미만이면 잉크가 너무 빨리 증발되어 안정성이 저하될 염려가 있으며 130 중량부를 초과하면 잉크의 점도가 증가하 여 토출성능이 저하되므로 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 상기 잉크 조성물은 그 특성을 강화시키기 위하여 다양한 첨가제를 포함할 수 있으며, 구체적으로는 습윤제, 분산제, 계면활성제, 점도조절제, pH 조절제, 및 항산화제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있고, 상기 첨가제의 함량은 착색제 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 600 중량부, 바람직하게는 5 내지 300 중량부, 더 바람직하게는 10 내지 100 중량부이다. 상기 첨가제의 함량이 0.5 중량부 미만이면 성능발현이 어렵고, 600 중량부 초과이면 저장안정성이 나빠져 바람직하지 않다.
특히, 상기 첨가제 중 계면활성제로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 예컨대 양성 계면활성제, 음이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제, 비이온계 계면활성제 등을 들 수 있다. 이들은 1종 단독으로 사용할 수 있고, 2종 이상을 병용하여도 무방하다.
상기 양성 계면활성제로서는 예컨대, 알라닌, 도데실디(아미노에틸)글리신, 디(옥틸아미노에틸)글리신, N-알킬-N,N-디메틸암모늄베타인 등을 들 수 있다.
상기 음이온계 계면활성제로서는 예컨대, 알킬벤젠술폰산염, α-올레핀술폰산염, 폴리옥시에틸렌알킬에테르아세트산염 계면활성제, 인산에스테르 등을 들 수 있다.
상기 양이온계 계면활성제로서는 예컨대, 알킬아민염, 아미노알콜지방산 유도체, 폴리아민지방산 유도체, 이미다졸린 등 아민염형 계면활성제, 알킬트리메틸암모늄염, 디알킬디메틸암모늄염, 알킬디메틸벤질암모늄염, 피리디늄염, 알킬이소퀴놀리늄염, 염화벤제토늄 등의 4급 암모늄염형 계면활성제 등을 들 수 있다.
상기 비이온계 계면활성제로서는 예컨대, 폴리옥시에틸렌알킬에테르 계면활성제, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르 계면활성제, 아세틸렌글리콜 계면활성제 등을 들 수 있다.
이 중에서 비이온계 계면활성제가 소포 성능이 우수하기 때문에 바람직하다.
바람직한 비이온계 계면활성제로는 아세틸레닉 에톡실레이티드 디올(Acetylenic ethoxylated diol) 구조를 갖는 Air Products 사의 SURFYNOL 계열, 폴리에틸렌 옥사이드 또는 폴리프로필렌 옥사이드 구조를 갖는 Union Carbide 사의 TERGITOL 계열, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르(Polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester) 구조를 갖는 Tween 계열 등이 있다.
상기 본 발명에 따른 잉크 조성물은 최적의 사용상태를 나타내기 위해서는 20℃에서의 표면장력이 15 내지 70 dyne/cm, 바람직하게는 25 내지 55 dyne/cm이고, 20℃에서의 점도는 1 내지 20cps, 바람직하게는 1.5 내지 3.5 cps의 값을 갖는 것이 좋다. 상기 표면 장력의 범위를 벗어나는 경우에는 인쇄 성능이 저하 되고, 상기 점도의 범위를 벗어나는 경우에는 토출이 제대로 이루어지지 않아 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 상기 잉크 조성물은 상이한 조성으로 2종 이상 사용하여 잉크 세트를 구성하게 된다. 이와 같은 잉크 세트는 잉크젯 기록 장치의 잉크 수용부 또는 잉크젯 프린터 카트리지에 제공될 수 있다. 본 발명의 잉크젯 기록 장치는 잉크 조성물을 가열하여 수증기압으로 잉크 액적을 토출시키는 방식의 써멀 헤드(thermal head), 피에조 소자를 이용하여 잉크 액적을 토출시키는 방식의 피에조 헤드(piezo head), 디스포저블 헤드(disposable head) 또는 퍼머넌트 헤드(permanent head)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 잉크젯 기록 장치는 스캐닝형 프린터(scanning type printer) 또는 어레이형 프린터(array type printer)일 수도 있으며, 데스크탑(desktop)용, 텍스타일(textile)용 및 산업용으로도 사용될 수 있다. 상기 본 발명의 잉크젯 기록 장치와 관련한 헤드 타입, 프린터 타입 및 용도는 본 발명의 잉크젯 기록 장치를 보다 상세히 설명하기 위하여 나열한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 잉크 조성물이 사용될 수 있는 잉크젯 기록 장치는 전술한 잉크젯 기록 장치에 한정되지 않고 다양하게 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 화합물의 정의에서 사용된 각 치환기는 다음과 같이 정의될 수 있다.
상기 본 발명에서 사용되는 치환기인 알킬기는 1 내지 20개, 바람직하게는 1 내지 10개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자의 직쇄 또는 분지쇄 포화 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 본 발명에서 사용되는 치환기인 비치환된 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기에 포함되어 있는 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 아미노기(-NH2, -NH(R), -N(R')(R''), R'과 R"은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기임), 아미디노기, 히드라진, 또는 히드라존,기 카르복실기, 술폰산기, 인산기, C1-C20의 알킬기, C1-C20의 할로겐화된 알킬기, C1-C20의 알케닐기, C1-C20의 알키닐 기, C1-C20의 헤테로알킬기, C6-C20의 아릴기, C6-C20의 아릴알킬기, C6-C20의 헤테로아릴기, 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.
상기 본 발명에서 사용되는 치환기인 헤테로알킬기는, 상기 알킬기의 주쇄 중의 탄소원자 중 하나 이상, 바람직하게는 1 내지 5개의 탄소원자가 산소원자, 황원자, 질소원자, 인원자 등과 같은 헤테로 원자로 치환된 것을 의미한다.
상기 본 발명에서 사용되는 치환기인 알케닐기는 1 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 2 내지 20개, 바람직하게는 2 내지 10개, 보다 바람직하게는 2 내지 6개의 탄소 원자의 직쇄 또는 분지쇄 1가 탄화수소 부위를 의미한다. 알케닐기는 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 탄소 원자를 통해 또는 포화된 탄소 원자를 통해 결합될 수 있다. 알케닐기는 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 알케닐기의 예로서 에테닐, 1-프로페닐, 2-프로페닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 펜테닐, 5-헥세닐, 도데세닐 등을 들 수 있다.
상기 본 발명에서 사용되는 치환기인 아릴기는 6 내지 30개, 바람직하게는 6 내지 18개의 고리 원자를 가지는 1가 모노시클릭, 바이시클릭 또는 트리시클릭 방향족 탄화수소 부위를 의미하며, 1 이상의 할로겐 치환체에 의해 임의로 치환될 수 있다. 아릴기의 방향족 부분은 탄소 원자만을 포함한다. 아릴기의 예로서 페닐, 나프탈레닐 및 플루오레닐을 들 수 있고, 상기 아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 헤테로아릴기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로 원자를 포함하고, 나머지 고리 원자가 C인 고리원자수 5 내지 30의 고리 방향족 시스템을 의미하며, 상기 고리들은 펜던트 방법으로 함께 부착되거나 또는 융합(fused)될 수 있다. 그리고 상기 헤테로아릴기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 알콕시기는 라디칼 -O-알킬을 말하고, 이때 알킬은 위에서 정의된 바와 같다. 구체적인 예로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소부틸옥시, sec-부틸옥시, 펜틸옥시, iso-아밀옥시, 헥실옥시 등을 들 수 있고, 상기 알콕시기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 헤테로알콕시기는 1개 이상의 헤테로 원자 예를 들어 산소, 황 또는 질소가 알킬 사슬 내에 존재할 수 있다는 것을 제외하면 본질적으로 상기 알콕시의 의미를 가지며, 예를 들면 CH3CH2OCH2CH2O-, C4H9OCH2CH2OCH2CH2O- 및 CH3O(CH2CH2O)nH 등이다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 아릴알킬기는 상기 정의된 바와 같은 아릴기에서 수소원자중 일부가 저급알킬, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필 등과 같은 라디칼로 치환된 것을 의미한다. 예를 들어 벤질, 페닐에틸 등이 있다. 상기 아릴알킬기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 헤테로아릴알킬기는 헤테로아릴기의 수소 원자 일부가 저급 알킬기로 치환된 것을 의미하며, 헤테로아릴알킬기중 헤테로아릴에 대한 정의 는 상술한 바와 같다. 상기 헤테로아릴알킬기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 아릴옥시기는 라디칼 -O-아릴을 말하고, 이때 아릴은 위에서 정의된 바와 같다. 구체적인 예로서 페녹시, 나프톡시, 안트라세닐옥시, 페난트레닐옥시, 플루오레닐옥시, 인데닐옥시 등이 있고, 아릴옥시기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 헤테로아릴옥시기는 라디칼 -O-헤테로아릴을 말하며, 이때 헤테로아릴은 위에서 정의된 바와 같다. 본 발명에서 사용되는 헤테로아릴옥시기의 구체적인 예로서, 벤질옥시, 페닐에틸옥시기 등이 있고, 헤테로아릴옥시기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 사이클로알킬기는 탄소원자수 5 내지 30의 1가 모노사이클릭 시스템을 의미한다. 상기 사이클로알킬기중 적어도 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 헤테로사이클로알킬기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리원자가 C인 고리원자수 5 내지 30의 1가 모노사이클릭 시스템을 의미한다. 상기 사이클로알킬기중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 잉크젯 기록 장치를 나타낸 도면이다.
이를 참조하면, 잉크젯 기록 장치는 거대 발색단 함유 착색제 및 착색제 유 사 첨가제를 함유하는 잉크 조성물을 포함하는 잉크젯 프린터 카트리지를 구비한다. 프린터 커버(8)은 프린터 (5)의 본체(13)과 연결되어 있다. 이동성 래치(10)의 서로 맞물린 영역은 홀(7)을 통하여 돌출되어 있다. 이동성 래치(10)은 고정 래치(9)와 서로 맞물리게 되어 있고, 고정 래치(9)는 커버가 닫혀질 때 프린터 커버의 내부에 연결된다. 상기 커버는 홀을 통하여 연장된 이동성 래치(10)의 맞물린 영역에 대응되는 리세스(14)를 구비한다. 잉크젯 프린터 카트리지(11)는 잉크젯 프린터 카트리지(11)의 하부를 통과하는 종이(3)에 잉크를 위치하도록 장착된다.
도 2는 본 발명의 잉크 세트를 포함하는 잉크젯 프린터 카트리지의 단면도이다. 상기 잉크젯 프린터 카트리지(100)는 잉크 저장기(112)를 형성하는 카트지리 본체(110), 잉크 저장기(112)의 탑 영역을 커버하는 내부 커버(114), 상기 내부커버(114)와 소정 간격으로 이격되고, 상기 잉크 저장기(112)와 내부 커버(114)를 실링하는 외부 커버(116)를 구비한다.
상기 잉크 저장기(112)는 수직 배리어 벽(123)에 의하여 제1 챔버 (124) 및 제2 챔버(126)이 구획된다. 제1 챔버 (124) 및 제2 챔버 (126)사이에 잉크 통로(ink passage) (128)가 수직 배리어 벽(123)의 바닥에 형성된다. 잉크가 제1챔버(124) 및 스폰지 (129)를 채우고, 잉크는 제2챔버(126)을 채운다. 상기 제2챔버(126)에 대응되는 벤트 홀(126a)에 내부 커버(114)에 형성된다.
필터(14)은 제2챔버(126)의 하부에 형성되어 잉크내의 불순물 및 미세 버블을 여과하여 프린터헤드(13)의 배출 홀(ejection hole)이 글로깅되는 것을 막는다. 후크(142)는 필터(140)의 에지(가장자리 영역)상에 형성되어 스탠드파이프(132)의 탑 영역에 배치(커플링)된다. 잉크 저장기(120)의 잉크가 프린터헤드(130)의 배출 홀을 통과하여 인쇄 매채에 작은 방울 형상으로 배출된다.
이하에서 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 보다 상세히 설명하지만 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다.
- 잉크 조성물의 제조 -
하기와 같은 조성으로 디실라잔계 화합물, 착색제, 물, 유기용매 및 첨가제를 혼합한 후, 이를 교반기에서 30분 이상 충분히 교반하여 균일한 상태로 만들어 주었다. 그 후, 상기 혼합물을 0.45㎛의 필터에 통과시켜 실시예 1 내지 4의 잉크 조성물을 제조하였다.
실시예 1
카본블랙 (FW18, Degussa Co.제조) 5 중량부
글리세롤 2 중량부
디에틸렌글리콜 3 중량부
화학식 2의 화합물 3 중량부
물(탈이온수) 87 중량부
비이온계 계면활성제(상품명: Tween 40, Aldrich 社) 0.6 중량부
실시예 2
카본 블랙(Raven 5250, Columbian Co.제조) 5 중량부
글리세롤 3 중량부
디에틸렌글리콜 2 중량부
에틸렌글리콜 2 중량부
화학식 3의 화합물 3 중량부
물(탈이온수) 85 중량부
비이온계 계면활성제(상품명: Tween 40, Aldrich 社) 0.6 중량부
실시예 3
카본 블랙(Regal 330, Cabot Co.제조) 5 중량부
디에틸렌글리콜 3 중량부
에틸렌글리콜 4 중량부
화학식 4의 화합물 3 중량부
물(탈이온수) 85 중량부
비이온계 계면활성제(상품명: Tween 40, Aldrich 社) 0.6 중량부
실시예 4
카본 블랙(Regal 330, Cabot Co.제조) 5 중량부
디에틸렌글리콜 3 중량부
에틸렌글리콜 4 중량부
화학식 5의 화합물 3 중량부
물(탈이온수) 85 중량부
비이온계 계면활성제(상품명: Tween 40, Aldrich 社) 0.6 중량부
상기 제조된 실시예 1 내지 4의 잉크 조성물의 점도 및 표면 장력을 브룩필드(Brookfield) 점도계 및 표면 장력 측정기 (Kruss 사)를 각각 사용하여 20℃에서 측정하였고, 그 측정 결과를 하기 표 1로 나타내었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
점도 (cps) 2.5 3.0 2.3 2.7
표면 장력 (dyne/cm) 32.18 37.51 33.27 35.62
비교예 1
화학식 2의 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 잉크 조성물을 제조하였다.
비교예 2
화학식 3의 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 조건으로 잉크 조성물을 제조하였다.
비교예 3
화학식 4의 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 조건으로 잉크 조성물을 제조하였다.
비교예 4
화학식 5의 화합물을 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 조건으로 잉크 조성물을 제조하였다.
비교예 5
화학식 4의 화합물 대신 디메틸폴리실록산(dimethylpolysiloxane)을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 조건으로 잉크 조성물을 제조하였다.
<소포성 테스트>
잉크의 거품 생성 정도를 파악하기 위해 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 얻어진 잉크 조성물을 바이알(Vial)에 약 5ml씩 채우고 스터링 바(stirring bar)를 넣고 5분 동안 교반하였다. 교반 직후의 거품 생성 높이에 비해 30초 후 거품 높이를 비교하여 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
H: 30초 후 거품 높이/초기 거품 높이*100 (%)
○ : 0 ≤ H ≤ 20
△ : 20 ＜ H ≤50
X : 50 ＜ H
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5
평가 ○ ○ ○ ○ △ X △ X △
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 디실라잔계 화합물을 포함한 잉크의 경우 소포성이 매우 우수함을 알 수 있다.
<토출 안정성 테스트>
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 얻어진 잉크 조성물을 삼성 잉크 카트리지에 상온(25℃)과 저온(0℃)에서 각각 2주씩 두었다가 프린팅을 하였을 때 노즐이 막히어 토출하지 못하는 정도를 다음과 같이 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
○ : 노즐 청소 3회로 전 노즐 수에 대한 토출 노즐의 비율이 90% 이상
△ : 노즐 청소 3회로 전 노즐 수에 대한 토출 노즐의 비율이 70% 이상
X : 노즐 청소 3회로 전 노즐 수에 대한 토출 노즐의 비율이 70% 미만
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5
평가(상온) ○ ○ ○ ○ ○ △ X △ △
평가(저온) ○ ○ ○ ○ △ X X △ X
상기 표 3을 참조하면, 본 발명의 디실라잔계 화합물을 포함한 잉크의 경우 토출 노즐 비율이 90% 이상으로 노즐 막힘이 발생하지 않아 저장 안정성에서도 문제가 없음을 알 수 있다.
<화상 테스트>
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 5에서 얻어진 잉크 조성물을 삼성 잉크 카트리지에 리필 후(C-60) MJC-3300p(삼성 제조)에서 배경없는 단색의 문자 부분으로 구성되어 있는 화상 샘플을 인쇄 하였다. 화상 샘플의 번짐은 수성 잉크에 의해 기록된 선의 번짐 정도와 문자의 선명함에 의해 아래의 기준에 근거하여 평가하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.였다.
○ : 번짐이 거의 없고, 문자가 선명하다
△ : 번짐이 조금 발생하지만, 문자는 판독할 수 있다.
X : 번짐이 발생하고, 문자도 판독이 어렵다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 1 2 3 4 5
평가 ○ ○ ○ ○ △ △ X △ △
상기 표 4를 참조하면, 본 발명의 디살라잔계 화합물을 포함한 잉크의 경우 착색제의 유동성을 줄이고 용지와의 부착성을 개선하여 인쇄된 화상의 색상간의 번짐성을 최소화하였음을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 디실라잔계 화합물을 이용하여 잉크젯용 프린터의 동작시 발생하는 카트리지 내 잉크의 거품의 형성을 억제하고, 생성된 거품의 빠른 소멸을 가져올 뿐만 아니라 잉크 유동성이 원활하여 초기 토출 성능이 안정적인 잉크 조성물을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 디실라잔계 화합물;
    착색제; 및
    용매;를 포함하는 잉크 조성물:
    <화학식1>
    Figure 112007016121877-PAT00010
    상기 식에서,
    R1 내지 R6은 서로 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20의알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 헤테로알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬설폰아마이드기, 치환 또는 비치환된 C6-C20 아릴설폰아마이드기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 아실아미노기, C1-C20 알킬우레이도(alkylureido)기, C6-C20 아릴우레이도기, C2-C20 알콕시카르보닐기,C2-C20알콕시카르보닐아미노기, 카바모일(carbamoyl)기, 설파모일(sulfamoyl)기, 설포(sulfo)기와 그의 염, 카르복시기와 그의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C20의 하이드록시알킬옥시알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20의 디알킬아미노알킬기, 치환 또는 비치 환된 C6-C20의 피리딜알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C20의 피리딜기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 이미다졸릴기, 히드라진기, 히드로존기, C1-C20의 치환 또는 비치환된 피리딜알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴기, 또는 C6-C20의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C20의 헤테로아릴옥시기, C6-C20의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴알케닐기, C3-C20의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, C3-C20의 치환 또는 비치환된 헤테로사이클로알킬기를 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 화합물이 하기 화학식 2로 표시되는 헥사메틸디실라잔(HMDS), 하기 화학식 3으로 표시되는 1,3-디부틸-1,1,3,3-테트라메틸디실라잔, 하기 화학식 4로 표시되는 1,3-디-N-옥틸테트라메틸디살라잔, 하기 화학식 5로 표시되는 1,1,3,3-테트라메틸디살라잔, 하기 화학식 6으로 표시되는 1,3-비스(클로로메틸)테트라메틸디살라잔, 하기 화학식 7로 표시되는 1,3-비스(3,3,3-트리플루오로프로필)테트라메틸디살라잔, 하기 화학식 8로 표시되는 1,3-디프로필-1,1,3,3-테트라메틸디살라잔 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
    <화학식 2>
    Figure 112007016121877-PAT00011
    <화학식 3>
    Figure 112007016121877-PAT00012
    <화학식 4>
    Figure 112007016121877-PAT00013
    <화학식 5>
    Figure 112007016121877-PAT00014
    <화학식 6>
    Figure 112007016121877-PAT00015
    <화학식 7>
    Figure 112007016121877-PAT00016
    <화힉식 8>
    Figure 112007016121877-PAT00017
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 디실라잔계 화합물의 함량이 잉크 조성물 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 착색제의 함량이 잉크 조성물 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용매의 함량이 잉크 조성물 100 중량부를 기준으로 80 내지 99 중량부인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 용매가 수계 용매, 유기용매, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기 용매가 알콜계 용매, 케톤계 용매, 에스테르계 용매, 다가알콜계 용매, 함질소계 용매, 디메틸 술폭사이드, 테트라메틸술폰 및 티오글리콜의 함황 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 용매가 수계 용매 100중량부 및 유기 용매 0.1 내지 130중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 조성물이 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제가 습윤제, 분산제, 계면활성제, 점도조절제, pH 조절제, 및 항산화제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 조성물이 20℃에서 15 내지 70 dyne/cm의 표면장력을 가지는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 조성물이 20℃에서 1 내지 20cps의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 잉크 조성물을 2종 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 세트.
  14. 제13항에 따른 잉크 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록장치용 카트리지.
  15. 제14항에 따른 잉크젯 기록장치용 카트리지를 구비하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 기록 장치.
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