KR20100059889A - 제트 인쇄에 호환 가능한 나노입자 기반의 조성물 및 이를 위한 방법 - Google Patents

제트 인쇄에 호환 가능한 나노입자 기반의 조성물 및 이를 위한 방법 Download PDF

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Abstract

기판에 대한 물질의 도포를 제어하는 장치 및 방법은 기판으로부터 물질을 차단하거나 또는 물질을 기판으로 잡아당기는 나노입자 기반의 게이트제를 사용하는 것을 포함한다. 본 발명의 장치 및 방법은 게이트제를 직접 기판 또는 중간 표면에 도포하기 위해 잉크젯 기술을 이용할 수 있다.

Description

제트 인쇄에 호환 가능한 나노입자 기반의 조성물 및 이를 위한 방법 {NANOPARTICLE-BASED COMPOSITIONS COMPATIBLE WITH JET PRINTING AND METHODS THEREFOR}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2007년 8월 20일자로 출원된 미국 가특허 출원 번호 60/965,361, 2007년 8월 21일자로 출원된 60/965,634, 2007년 8월 22일자로 출원된 60/965,753, 2007년 8월 23일자로 출원된 60/965,861, 2007년 8월 22일자로 출원된 60/965,744, 및 2007년 8월 22일자로 출원된 60/965,743을 우선권으로 주장한다. 위에서 언급한 출원 모두는 그 전체 내용이 본 명세서 내에 참고자료로 원용되어 있다.
본 출원은 제트 인쇄에 호환 가능한 나노입자 기반의 조성물 및 이를 위한 방법에 관한 것이다.
평판 인쇄(lithographic) 및 그라비아(gravure) 인쇄 기술은 수많은 해를 거쳐 개량 및 개선이 이루어지고 있다. 평판 인쇄의 기본 원리는 잉크를 잉크 수용(ink-receptive) 영역 및 잉크 반발(ink-repellent) 영역 모두를 갖는 표면으로부터 전사시키는 단계를 포함한다. 오프셋 인쇄는 잉크의 중간 전사(intermediate transfer)를 행한다. 예를 들어, 오프셋 평판 인쇄기는 잉크를 플레이트 실린더(plate cylinder)에서 블랭킷 실린더(blanket cylinder)로 전사할 수 있으며, 그런 다음 블랭킷 실린더가 이미지를 표면(예컨대, 종이 웹(paper web))으로 전사시킨다. 그라비아 인쇄에서는, 잉크가 들어있는 오목부가 새겨져 있는 실린더(cylinder with engraved ink well)가 종이 웹과 접촉하게 되며, 잉크를 종이에 전사하는 것이 전하(電荷)에 의해 촉진된다.
평판 인쇄 기술의 초기 장치는 플레이트에 인쇄될 이미지의 부조(relief)를 활용하여 잉크가 돌출된 부분에만 부착되도록 하였다. 현재의 평판 인쇄 공정은 재료 과학의 원리를 활용한다. 예를 들어, 인쇄될 부분이 친수성을 갖도록, 인쇄될 이미지가 친수성 플레이트(hydrophilic plate)에 에칭된다. 잉크를 도포하기 전에 플레이트를 물로 적시면, 유성 잉크(oil-based ink)는 플레이트의 소수성 부분(즉, 습윤 공정에 의해 적셔지지 않은 플레이트 부분)에만 부착된다.
그러나, 종래에는 이 모든 인쇄 기술에 유사한 한계가 있다. 그것은 바로 동일한 이미지가 중첩하여 반복적으로 인쇄된다는 것이다. 이것은 종래의 평판 인쇄가 부조 이미지, 에칭된 소수성 이미지 등등의 고정(영구적인) 이미지가 있는 플레이트를 사용하기 때문이다. 그라비아 인쇄 또한 실린더의 잉크가 들어있는 오목부(ink well)에 새겨진 고정 이미지를 사용한다. 평판 인쇄에 사용되는 플레이트 또는 그라비아 인쇄에 사용되는 실린더/실린더 슬리브의 제작에는 상당한 간접비가 필요하다. 그렇기 때문에 인쇄 사본의 수가 소량(즉, 단기 납기 작업)일 경우 평판 또는 그라비아 인쇄로 인쇄 작업을 하는 것은 비용면에서 효율성이 없다. 또한, 종래의 평판 인쇄 및 그라비아 인쇄는, 이러한 인쇄가 비용이 많이 소요되고 속도가 낮기는 하지만 잉크젯 헤드로 개량된 경우를 제외하고는, 가변 데이터(예컨대, 대금청구서, 재무제표, 타겟 광고 등)를 인쇄하기 위해 이용되지 않는다. 통상적으로, "단기 납기(short-run)" 인쇄 작업 및/또는 인쇄 내용을 자유롭게 변화시킬 필요가 있는 인쇄 작업은 레이저(정전 토너 등의) 프린터 및/또는 잉크젯 프린터에 의해 행하여졌다.
종래에는, 서적 및 잡지와 같은 다수의 인쇄물들은 상당한 양의 인쇄후 처리를 필요로 하는 공정을 사용하여 인쇄되어왔다. 예를 들어, 잡지의 한 페이지 또는 페이지의 세트가 5,000회 인쇄될 수 있다. 그리고 둘째 페이지 또는 둘째 페이지의 세트도 5,000회 인쇄될 수 있다. 잡지의 모든 페이지가 인쇄될 때까지 각각의 페이지 또는 페이지의 세트에 이 공정이 반복된다. 그런 다음 모든 페이지 또는 페이지의 세트가 인쇄후 처리로 보내져서 재단 및 제본을 거쳐 최종 인쇄물로 완성된다.
이러한 통상적인 작업 흐름은 시간 및 노동력이 많이 소요된다. 만약 가변 이미지(즉, 페이지 또는 페이지 세트 간에 바뀌는 이미지)가 평판 인쇄 이미지의 품질과 속도로 인쇄될 수 있다면, 잡지는 페이지(또는 페이지 세트) 순서대로 인쇄될 수 있기 때문에 인쇄가 끝나는 대로 잡지가 완성될 수 있다. 이것은 인쇄 속도를 현저히 높일 뿐만 아니라, 잡지 인쇄 비용을 큰 폭으로 절감시키게 된다.
잉크젯 인쇄 기술은 가변 기능을 갖는 프린터를 제공하고 있다. 잉크젯 기술은 크게 더멀젯(thermal jet) 방식, 즉 버블젯 방식, 압전 방식, 및 연속 방식의 것이 있다. 이들 기술에서는 미세한 잉크 방울(droplet of ink)이 인쇄 페이지로 분사된다(분무된다). 더멀젯 프린터에서는 열원이 잉크를 증발시켜서 버블로 만든다. 부풀어지는 버블은 작은 잉크 방울을 만들고, 그 잉크 방울이 프린트 헤드에서 분출된다. 압전 기술은 잉크 저장소 뒤쪽에 있는 압전성 결정(piezo crystal)을 이용한다. 그리고 압전성 결정을 진동시키기 위해 교류 전기 전위가 사용된다. 결정의 앞뒤 움직임은 하나의 잉크 방울을 만드는 데 필요한 잉크를 충분히 끌어당기고 그 잉크를 인쇄 용지에 분출시킨다. 연속 잉크젯 시스템에서는, 노즐이 연속적으로 분사하며, 노즐이 인쇄하고 있지 않을 때에는 각각의 노즐과 관련된 전극이 방울을 수집용 거터(gutter for collection)를 향해 편향시킨다. 노즐이 인쇄하고 있을 때에는, 전극은 비활성화되고, 방울이 기판에 건네질 것이다.
고속 컬러 잉크젯 인쇄의 품질은 일반적으로 오프셋 평판 인쇄 및 그라비아 인쇄보다 수준이 떨어진다. 또한, 가장 빠른 잉크젯 프린터의 속도도 통상적으로 평판 또는 그라비아 인쇄보다 훨씬 느리다. 또한, 종래의 잉크젯 인쇄는 수성 잉크를 종이에 도포하는 과정에서 불편한 점들이 많다. 수성 잉크를 사용하면 종이를 적시게 되어 인쇄 웹에 주름이 생기고 구겨질 수 있고, 이러한 웹 또한 습기에 대한 노출에 의해 쉽게 손상될 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위해, 잉크젯 프린터는 특수 종이 또는 코팅을 사용하게 되며, 이러한 종이는 대부분 상업용 인쇄에 사용되는 종래의 웹 종이보다 매우 비싸다.
또한, 컬러 인쇄에 잉크젯 기술을 사용할 경우, 잉크의 피복 면적 및 물의 흡수량이 증가할 수 있다. 이것은 컬러 이미지를 생성하기 위해 4-컬러 처리가 이용되기 때문이다. 4-컬러 처리에서는 청록색, 마젠타색, 황색 및 흑색(즉, CMYK) 잉크의 도포량을 조절함으로써 페이지 상의 색상을 형성한다. 이 때문에, 그 페이지의 일부분에 원하는 색상을 생성하기 위해 4가지 컬러가 모두 필요할 경우에는 4색 모두의 잉크의 층이 중첩된다. 또한, 잉크젯 프린터에 의해 형성되는 도트(dot)가 번져서 흐릿한 이미지가 생성될 수 있다. 또한, 잉크젯 프린터에 사용되는 잉크는 통상적인 평판 인쇄 또는 그라비아 인쇄에 사용되는 잉크에 비해 극히 고가이다. 이러한 경제적인 요인에 의해 잉크젯 기술은 상업적인 인쇄 어플리케이션, 특히 장기 납기 어플리케이션의 대부분을 충족하지 못하고 있다.
현재, 레이저 인쇄 역시 고속 가변 인쇄의 실용적인 대안이 되지 않을 것이다. 그 이유는 레이저 인쇄의 생산 속도는 아직도 오프셋 및 그라비아 인쇄보다 훨씬 느리고, 재료비(예를 들어, 토너 등)가 상업적인 오프셋 잉크 또는 그라비아 잉크 가격에 비해 매우 높기 때문이다. 레이저 컬러도 인쇄된 페이지를 접을 때 크랙이 발생하기 때문에 잡지 및 기타 제본 출판물(bound publication)에 사용하기에는 곤란하다.
인쇄 기술은 트랜지스터 및 기타 소자를 포함하는 전기 부품과 같은 다른 제조 물품의 생산에 유용한 것으로 판명되었다. 또한, 종이가 아닌 플라스틱 필름, 금속 기판 등과 같은 기판 상에 표식(indicia) 또는 다른 마킹이 인쇄된다. 이들 인쇄 기술은 종이 기판을 인쇄하기 위해 전술한 것을 이용할 수 있으며, 그 경우 이들 기술은 동일한 단점을 갖게 된다. 다른 경우에, 철판 인쇄(flexography)가 이용될 수 있으며, 평판 인쇄와 마찬가지로 플레이트의 인쇄전(prepress) 준비를 필요로 한다.
본 발명의 일특징에 의하면, 나노입자 기반의 게이트제(gating agent) 조성물은, 약 5％ 내지 약 20％의 물에 분산 가능한 성분(water dispersible component)과, 약 5％ 내지 약 15％의 아민과, 약 75％ 내지 약 95％의 물을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 고속의 가변 인쇄 작업에 사용하기 위한 디바이스는, 하나 이상의 표면을 갖는 하우징과, 하나의 상기 표면에 장착되고, 각각 요구에 따라 방울(drop)을 방출할 수 있는 일련의 방출 노즐과, 상기 방출 노즐과 연통하는 게이트제의 소스를 포함한다. 상기 게이트제는, 약 8％ 내지 약 10％의 표면 활성제와, 게이트제 조성물 잔량의 물을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 고속의 가변 인쇄 방법은, 게이트제 조성물을 일정한 패턴으로 기판 상에 분사하는 단계를 포함한다. 상기 게이트제 조성물은, 약 0.05 내지 약 10 중량％의 차단제(blocking agent)와, 최대 약 3 중량％의 표면 장력 개질 화합물과, 상기 게이트제 조성물이 약 1 내지 14 mPa.s의 범위 내의 점도를 갖도록 하는 최대 약 8 중량％의 점도 조절제와, 상기 게이트제 조성물 잔량의 솔벤트를 포함하며, 상기 게이트제는 약 60 dynes/cm 미만의 동적 표면 장력을 갖는다. 또한, 상기 방법은, 상기 게이트제의 패턴에 의해 덮여지지 않은 영역에 인쇄 이미지를 형성하기 위해 인쇄 물질을 상기 기판에 도포하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에서, 고속의 가변 인쇄 작업에 사용하기 위한 디바이스는, 하나 이상의 표면을 갖는 하우징과, 하나의 상기 표면에 장착되고, 각각 요구에 따라 방울을 방출할 수 있는 일련의 방출 노즐과, 상기 방출 노즐과 연통하는 게이트제의 소스를 포함한다. 상기 게이트제는, 약 0.05 내지 약 10 중량％의 차단제(blocking agent)와, 최대 약 3 중량％의 표면 장력 개질 화합물과, 상기 게이트제의 조성물이 약 1 내지 14 mPa.s의 범위 내의 점도를 갖도록 하는 최대 약 8 중량％의 점도 조절제와, 상기 게이트제 조성물 잔량의 솔벤트를 포함한다. 상기 게이트제는 약 60 dynes/cm 미만의 동적 표면 장력을 갖는다.
기판에 대한 물질의 도포를 제어하는 장치 및 방법의 추가의 특징, 이들의 특성 및 다양한 이점이 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래 기술의 인쇄 시스템의 측면도.
도 2는 기판에 대한 물질의 도포를 제어하는 장치의 예시 실시예의 측면도.
도 3은 기판에 대한 물질의 도포를 제어하는 장치의 예시 실시예의 측면도.
도 4는 도 3에 도시된 장치에 따른 가능한 출력의 예시도.
도 5는 본 발명의 디바이스의 일실시예의 개략도.
도 6은 도 5의 디바이스의 일부분의 확대도.
도 1은 종래의 오프셋 평판 인쇄 데크(offset lithographic printing deck)(100)를 도시하고 있다. 종래의 평판 인쇄 공정에서, 인쇄될 이미지는 친수성 플레이트(102)에 에칭되어 플레이트에 소수성 부분을 형성하며, 이 소수성 부분에 잉크가 부착될 것이다. 친수성 플레이트(102)는 플레이트 실린더(104)에 장착되고, 습윤 시스템(106)과 잉크 시스템(108)을 경유하여 회전된다. 습윤 시스템(106)에는 물 공급기(107)가 포함될 수 있으며, 잉크 시스템(108)에는 잉크 소스(109)가 포함될 수 있다. 플레이트(102)의 친수성 부분은 습윤 시스템(106)에 의해 젖게 된다. 유성 잉크를 사용하면, 잉크는 오직 플레이트의 소수성 부분(102)에만 부착된다.
예를 들어 블랭킷 실린더(110)와 같은 블랭킷 실린더가 사용되는 경우, 잉크 이미지가 플레이트 실린더(104)에서 블랭킷 실린더(110)로 전사될 수 있다. 그런 다음, 이미지는 블랭킷 실린더(110)와 임프레션 실린더(impression cylinder)(114) 사이의 웹(112)(예를 들어, 종이)에 다시 전사될 수 있다. 임프레션 실린더(114)를 사용하면, 인쇄될 이미지와 웹(112) 사이에 실질적으로 동등한 압력이나 힘을 가함으로써 이미지를 웹(112)에 전사할 수 있다. 플레이트 실린더(104)와 웹(112) 사이에 고무 블랭킷이 매개체로 사용될 때, 이 공정은 종종 "오프셋 인쇄"로 지칭된다. 플레이트(102)가 에칭되고나서 플레이트 실린더(104)에 장착되기 때문에, 동일한 이미지를 반복적으로 인쇄하기 위해 평판 인쇄기가 사용된다. 평판 인쇄는 인쇄 품질이 높기 때문에 매우 바람직하다. 4개의 인쇄 데크가 일렬로 장착되었을 때, 잡지 수준의 4-컬러 이미지가 인쇄될 수 있다.
도 2에 예시된 일특징에 따라, 기판에 대한 물질의 도포를 제어하는 장치 및 방법은 물질을 기판으로부터 차단하거나 또는 물질을 기판을 향하여 잡아당기는 나노입자 기반의 게이트제의 사용을 포함한다.
본 발명의 다른 특징은 기판에 과도적으로(transiently) 도포된 나노입자 기반의 게이트제를 이용한 고속의 가변 인쇄 방법을 제공한다. 이 방법은, 기판을 제공하는 단계와, 기판 상에 이미지의 형성을 가능하게 하기 위해 기판 상으로 분사될 수 있는 게이트제 조성물을 기판에 도포하는 단계를 포함한다.
본 명세서에 개시된 장치 및 방법은 게이트제를 기판에 직접 도포하거나 또는 중간 표면에 도포하기 위해 분사 기술을 이용할 수 있다. 잉크의 도포를 원하는 바대로 차단하는 어떠한 약제(agent)도 이용될 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예가 차단 조성물(blocking composition) 및 전사 보조 조성물(transfer-aiding composition) 중의 하나(또는 양자)를 사용하거나 또는 이러한 두 가지 특성을 갖는 하나 이상의 조성물을 사용하는 것을 포함하고 있으므로, 이하에서는 주요 물질에 대하여 이들 기능 중의 하나 또는 양자를 가질 수 있는 게이트제(gating agent)를 참조하여 설명될 것이다. 구체적으로, 게이트제는 주요 물질의 전체, 실질적으로 전체, 또는 일부분의 전사를 차단할 수 있다. 게이트제는 이와 달리 또는 이에 추가하여 주요 물질의 전체, 실질적으로 전체, 또는 일부분의 전사를 보조하거나, 또는 주요 물질의 일부분은 차단하고 다른 부분의 전사는 보조할 수도 있다. 주요 물질의 예는, 평판 인쇄 잉크, 염료, 단백질(예컨대, 항체), 효소, 프리온, 핵산(예컨대, DNA 및/또는 RNA 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide)), 소형 분자(예컨대, 무기 분자 및/또는 유기 분자), 생물학적 샘플(예컨대, 세포 및/또는 바이러스 용해물 및 이들의 일부분), 제약(항생제 및/또는 다른 약물 및 염(salt), 선구체, 및 이들의 프로드럭(prodrug)을 포함), 세포(예컨대, 원핵 세포, 이유박테리얼(eubacterial) 세포, 및/또는 진핵 세포), 및 금속(예컨대, 산화규소, 도전성 금속, 및 이들의 산화물)을 포함한다. 도 2에서, 주요 물질은 잉크이고, 기판은 종이 웹이며, 주요 물질의 선택적 부분은 이미지 영역이다.
도 2는 인쇄 데크(200)를 도시하며, 인쇄 데크는 평판 인쇄 업계에서 알려진 바와 같이 잉크 시스템(202), 플레이트(204), 플레이트 실린더(206), 블랭킷 실린더(208), 및 임프레션 실린더(210)를 포함할 수 있다. 플레이트(204)는 전체적으로 친수성의 것일 수 있다(예들 들어, 표준 알루미늄 평판 인쇄 플레이트). 그러나, 도 1의 습윤 시스템(106)은 도 2에서는 세척 시스템(212)과 수용액 제트 시스템(214)으로 교체되어 있다.
수용액 제트 시스템(214)은 일련의 잉크젯 카트리지(예를 들어, 버블젯 카트리지, 더멀젯 카트리지, 압전 카트리지, 연속 잉크젯 시스템 등)를 갖고 있다. 버블젯은 히터에 의해 가열될 때 잉크 방울을 분출할 수 있다. 압전 시스템은 압전 작동기에 의해 가동될 때 잉크 방울을 분출할 수 있다. 이 잉크 방울은 잉크젯 카트리지의 미세한 구멍에서 방출된다. 카트리지는 다양한 숫자의 구멍을 가질 수 있으며, 일반적으로, 잉크젯 카트리지에는 600개의 구멍이 있으며, 한 줄에 300개씩 두 줄로 배열되는 경우가 있다. 수용액 제트 유닛으로는 HP, Lexmark, Spectra, Canon 등에 의해 제조된 것과 같은 공지의 인쇄 카트리지 유닛이 가능하다. 제트 카트리지 및 제트 헤드의 예는 Murakami 등에게 허여된 미국 특허 번호 7,240,998에 개시되어 있으며, 이 특허는 본 명세서에 참고자료로 원용되어 있다. 연속 시스템은 Kodak에서 제조한 상표명 Versamark로부터 이용 가능하다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 수용액 제트 시스템(214) 또는 임의의 제트 시스템은 잉크젯 카트리지로부터 게이트제 또는 주요 물질을 방출하기 위해 이용될 수 있다. 일실시예에서, 게이트제 및/또는 주요 물질은 수용액 또는 비수용성 용액을 포함할 수 있다. 수용액은 물, 물에 용해 가능한 유기 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나의 특정 실시예는 물 및 코솔벤트(co-solvent)를 이용한다. 코솔벤트는 통상적으로 균질한 조성물을 형성하기 위해 물에 용해 가능하거나 또는 물과 혼합할 수 있는 화합물일 것이다. 코솔벤트를 게이트제에 포함시키는 한 가지 이유는 표면 장력 조절제로서 작용하기 때문이다. 공정의 시간 크기가 단축되므로, 표면 장력의 현저한 변화가 바람직하지만 계면활성제를 단독으로 이용하여서는 얻을 수 없다. 조성물이 도포 시에는 특정한 표면 장력 특성을 갖도록 하고, 궁극적인 인쇄 표면 또는 매체 상에 이미지가 형성될 시에는 상이한 표면 장력 특성을 갖도록 하는 것이 바람직할 것이다. 예컨대, 제트 헤드 간의 작은 갭을 채우기 위해 조성물을 침적한 직후에 소량의 확산이 이루어지도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 표면 장력은 형성된 이미지의 에지가 굳어져 깔끔하게 되도록 이미지가 형성될 시에 즉각적으로 변경될 필요가 있다. 코솔벤트는 게이트제의 표면 장력을 특정의 레벨로 조절할 수 있다. 차단 공정의 시간 크기로 인해, 계면활성제에 따라서는, 계면으로의 이동(migration)이 표면 장력을 요구된 레벨로 조정하기에는 불충분할 수도 있다.
적합한 물에 용해 가능하거나 또는 물과 혼합할 수 있는 화합물은, 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, 이소프로필 알콜, n-부틸 알콜, sec-부틸 알콜, 또는 tert-부틸 알콜 등의 알콜; 디메틸포름아미드 또는 디메틸아세트아미드 등의 아미드; 카르복실산; 에틸 아세테이트, 메틸 락테이트, 에틸 락테이트, 프로필 락테이트 및 에틸렌 카르보네이트 등의 에스테르; 2-부톡시에탄올, 테트라하이드로퓨란 또는 디옥산 등의 에테르; 글리세린; 프로필렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜 등의 글리콜; 글리콜 에스테르; 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르 등의 글리콜 에테르; 아세톤, 디아세톤 또는 메틸 에틸 케톤 등의 케톤; N-이소프로필 카프로락탐 또는 N-에틸 발레로락탐, 2-피로리디논, N-메틸피로리디논 등의 락탐; 부티로락톤 등의 락톤; 오르가노설파이드; 디메틸술폰 등의 술폰; 디메틸 술폭사이드 또는 테트라메틸렌 술폭사이드 등의 오르가노술폭사이드; 및 이들의 유도체와 혼합물을 포함한다.
본 명세서에 개시된 다른 실시예에서, 게이트제는 표면에 도포되도록 형성되는 나노입자와 같은 물에 분산 가능한 성분을 포함할 수 있다. 나노입자 기반의 게이트제는 예컨대 기판 및/또는 플레이트, 및/또는 본 명세서에 상세하게 설명된 롤을 포함한 어떠한 표면에도 도포될 수 있다.
일부 실시예에서, 나노입자 기반의 게이트제는 실리카를 기반으로 할 수 있다. 다른 실시예에서, 나노입자 기반의 게이트제로는 알루미나, 지르코니아, 산화아연, 콜로이드 산화세륨(colloidal ceria), 산화안티몬, 또는 다른 유사 재료가 가능하다. 본 명세서에 구체적인 나노입자가 나열되어 있지만, 표면에 요구된 성질을 부여하는 다른 나노입자가 유용할 수도 있다.
유용할 수도 있는 적합한 실리카 기반의 나노입자는 Snowtex O®을 포함한 Nissan Chemical(텍사스 휴스톤에 소재)에 의해 제공되는 나노입자, 및/또는 Nyacol Nexil 20A를 포함한 Nyacol Nanotechnolies에 의해 제공되는 나노입자를 포함한다. 실리카 나노입자는 구체 형상의 입자, 타원형 입자로서 제공될 수도 있고, 및/또는 어떠한 다른 형태로 제공될 수도 있다.
본 발명에 유용한 나노입자는 약 1 내지 약 10 나노미터, 또는 약 5 내지 약 15 나노미터, 또는 약 3 내지 약 30, 또는 50 미만, 또는 100 나노미터 미만의 전체적인 크기 특성을 가질 수 있다.
예시적으로, 실리카 기반 나노입자는 크기 특성을 가질 수 있으며, 실리카 중량 퍼센트는 실리카 입자의 약 1％ 내지 약 50％, 또는 약 5％ 내지 약 20％ 중량 퍼센트 사이이다. 구체 입자의 크기는 약 3 내지 약 100 나노미터, 또는 약 5 내지 약 20 나노미터 사이이다. 타원 형상의 입자의 크기는 약 3 내지 약 50 나노미터 사이의 폭과 약 50 내지 약 150 나노미터 사이의 길이를 갖거나, 또는 약 9 내지 약 15 나노미터 사이의 폭과 약 80 내지 약 100 나노미터 사이의 길이를 갖는다.
나노입자가 공급기로부터 수용되기 전 및/또는 후에 나노입자에 다른 구성요소가 추가될 수도 있다. 예컨대, 나노입자는 나트륨 이온, 또는 다른 알카리 이온을 약 3 중량％ 미만, 또는 약 1 중량％ 미만, 또는 약 0.05 중량％ 미만, 또는 약 0.05 중량％ 미만으로 포함할 수 있다. 나노입자가 공급기로부터 수용되기 전 및/또는 후에 요구된 특성을 부여하는 추가의 구성요소가 어떠한 다른 유용한 중량 퍼센트로 추가될 수도 있다.
일부 실시예에서, 나노입자는 에톡시레이트(EO), 프로폭시레이트(PO), 및/또는 아민을 포함하는 에톡시레이트/프로폭시레이트(EO/PO) 소량체(moiety)를 이용하여 가능화될 수 있다. 예컨대, 아민의 Sulfonamine® 시리즈 및 구체적으로 B-60, B-30, B-200을 포함한 Huntsman International LLC로부터 이용 가능한 아민 에톡시레이트가 본 발명에 유용할 것이다. 대표적인 예의 EO/PO 소량체로는 하나의 에톡시기 및 9개의 프로폭시기를 포함하는 아민 에톡시레이트가 있다. 에톡시기 및 프로폭시기의 개수의 현저한 변동은 요구된 HLB(hydrophilic-lipophilic balance; 친수성-친지성 균형) 및 홀드아웃(holdout) 특성을 조절하는 것을 용이하게 할 수 있다. HLB는 약 2 내지 약 18의 범위 내에 있을 수 있지만, 나노입자가 원하는 특성을 부여하기 위해 이 범위에서 벗어나는 HLB를 달성하도록 기능화될 수도 있다.
다른 실시예에서, 나노입자는 다른 작용기를 포함하는 소량체를 이용하여 기능화될 수 있다. 예컨대, 지방산 에톡시레이트 또는 폴리에테르 아민이 사용될 수 있다. Jeffamine® 시리즈를 포함한 Huntsman International LLC로부터 이용 가능한 폴리에테르 아민이 본 발명에 유용할 수 있다. Huntsman International LLC에 의한 Teric™ 및 Ecoteric™ 라인과 같은 지방산 에톡시레이트가 본 발명에 유용할 수 있다. 다른 작용기 또한 요구된 특성을 부여하기 위해 이용될 수 있다.
어떠한 이론에 얽매이지 않고서, EO/PO 아민은 프로톤 부가(protonation)를 통해 실리카 입자의 표면 또는 다른 적합한 나노입자 베이스에 정전적으로 흡수되어 소량체에 양전하를 제공하는 것으로 생각된다. 나노입자의 표면은 입자표면의 화학적 성질로 인해 순수 음전하(net negative charge)를 가질 것으로 예상된다. 또한, 기능화된 나노입자는 조정 가능한 용지 홀드아웃 성질과 함께 EO/PO로 인한 자체 계면활성 성질을 갖는다. 실리카 코어 또는 아민 에톡시레이트를 갖는 나노입자 코어를 통해, EO/PO가 코어 주변에 층 또는 쉘(shell) 구조를 형성할 것으로 예상된다. EO/PO 아민의 크기를 조정함으로써 요구된 화학적 성질 및 입체 성질(steric property)을 부여할 수 있다.
예로써, 본 발명에 유용한 나노입자는 이하의 공정을 이용하여 기능화될 수 있다. 먼저, 1 리터의 유리 비이커에 50 그램의 Surfonamine® B-60을 첨가한다. 이 비이커에 150 그램의 2차 이온화된 물(di-ionized water)을 첨가한다. 비이커를 자기 교반기(magnetic stirrer)에 넣고, 2차 이온화된 물이 첨가된 후에 교반기를 작동시킨다. 표준 실험 pH 계측기를 이용하여 혼합물의 pH를 측정하였으며, 그 값은 약 11인 것으로 판명되었다. 이 혼합물에 1.5N HCl(JT Baker®로부터 이용 가능함)을 서서히 첨가함으로써 혼합물의 pH를 약 4로 조정하였다. 분별 깔때기(separatory funnel)(VWR로부터 이용 가능함)를 이용하여 50 그램의 20% Nissan Snowtex-O®을 350 그램의 2차 이온화된 물과 함께 비이커에 첨가하였다. 이와 동시에, Snowtex-O® 나노입자를 혼합물에 첨가하여 pH를 모니터링하였다. 실리카 나노입자의 첨가가 완료된 후의 pH는 약 4이었다. 이 혼합물을 실온에서 하루 동안 교반시켰다. 약 100 그램의 표백된 Diatomaceous Earth를 혼합물에 첨가하여 약 5 분 동안 교반하였다. 그 결과의 혼합물을 Whatman® Grade 3(150 mm) 필터 용지를 이용하는 흡인 여과기(buchner funnel)를 사용하여 필터링하였다. 여과액을 모아서, 0.22 노미널 Versapor® 멤브레인 디스크 프리필터를 갖는 1 마이크론 고성능 폴리에스테르 필터(absolute polyester filter)를 통해 필터링하였다. 그 결과의 여과액을 1 리터 용량의 Nalgene® 병에 모았다.
다른 실시예에서, 나노입자는 더 큰 작용기를 이용하여 기능화될 수 있다. 예컨대, 폴리에테르가 본 발명에 유용할 수도 있다. 예컨대 Triton™ X-100과 같은 Triton™ 시리즈로 Dow®에 의해 판매되는 에톡시화된 노닐 페놀이 본 발명에 유용한 폴리에테르의 대표적인 예가 될 것이다. 본 실시예의 나노입자는 전술한 것과 유사한 방식으로 기능화될 수 있다. 또한 더 큰 작용기를 이용하여 나노입자를 기능화함으로써 게이트제에 고유의 화학적 성질을 부여할 수 있는 것으로 생각된다. 기능화의 결과, 게이트제는 예컨대 "자체-계면활성" 및/또는 "자체-레벨링(self-leveling)" 성질과 같은 화학적 성질을 획득할 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 게이트제는 최대 약 15％, 또는 약 8％ 내지 약 10％ 사이, 또는 약 3％ 내지 약 5％ 사이의 양으로 제공되는 계면활성제를 포함할 수 있다. 계면활성제 또는 표면 개질제는 예컨대 폴록사머(poloxamer), 에톡시화된 아세틸렌디올, 또는 다른 에톡시화된 계면활성제와 같은 비이온성 계면활성제(nonionic surfactant)를 포함할 수 있다. 음이온 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양이온 계면활성제, 또는 다른 유형의 계면활성제를 포함한 어떠한 유형의 계면활성제도 원하는 성질을 부여하기 위해 게이트제에 포함되도록 이용될 수 있다. 추가로, 레벨링제(leveling agent) 또한 표면 개질제로서 작용할 수 있다. 다른 부류의 표면 개질제는 하나 이상의 친수성 부분 및 하나 이상의 소수성/소지성(lipophobic) 부분을 갖고 있는 다작용기 화합물(multifunctional compound)(예컨대, 3M으로부터 이용 가능한 Novec 등의 불소계면활성제)을 포함한다. 이 부류의 화합물은 물에 용해 가능한 차단제를 평판 인쇄 잉크를 반발시키는 경향이 있는 친지성 부분을 갖는 기판 상으로 분사할 수 있다.
추가의 적합한 비이온성 계면활성제는 Dow Chemical로부터 이용 가능한 예컨대 15-S와 같은 Tergitol 등의 2차 에톡시화된 알콜, C11-C15 리니어 에톡시화된 알콜, 옥실페놀 에톡시레이트, 에톡시화된 아세틸레닉 디올, 및 N-옥틸-2-피로리돈을 포함한다. 전술한 바와 같이, 약 2 내지 약 18 사이의 HLB를 갖는 조합된 계면활성제 효과를 제공하기 위해 다양한 비이온성 계면활성제의 혼합물이 이용될 수 있다.
사용에 적합한 폴록사머는 HO(CH2CH2O)x(CH2CHCH3O)y(CH2CH2O)zH로 표현되며, 여기서 x, y 및 z는 2 내지 130, 특히 15 내지 100의 정수이고, x와 z는 동일하지만 y에 대해 독립적으로 선택된다. 이들 중에서, x=75, y=30 및 z=75인 BASF의 상표명 Lutrol® F 68(대안으로는 Pluronic® F 68)으로 이용 가능한 폴록사머 188, x=19, y=30, z=19인 폴록사머 185(ISP로부터의 Lubrajel® WA), x=27, y=39, z=27인 폴록사머 235(BASF로부터의 Pluronic® F 85), x=97, y=39, z=97인 폴록사머 238(BASF로부터의 Pluronic® F 88), BASF로부터의 Pluronic® 123, 및/또는 x=106, y=70, z=106인 BASF로부터의 Pluronic® 127인 폴록사머 407이 이용될 수 있다. 추가로, 폴록사머 101, 108, 124, 181, 182, 184, 217, 231, 234, 237, 282, 288, 331, 333, 334, 335, 338, 401, 402 및 403이 각각 게이트제에 포함될 수 있으며, 이것은 일부만을 언급한 것이다.
사용에 적합한 에톡시화된 아세틸렌디올은 Air Product의 Surfynol® 400 시리즈 계면활성제, 즉 Surfynol® 420, 440, 465 및 485를 포함한다. Surfynol® 400 시리즈 계면활성제는 다양한 양의 에틸렌 산화물을 2개의 대칭적 소수성기의 중앙에 있는 친수성 부분을 갖는 비이온성 분자인 2,4,7,9-테트라-메틸-5-데킨-4,7-디올(Air Product의 Surfynol® 104)과 반응시킴으로써 생산된다. 추가의 적합한 계면활성제는 OSI Specialities, Inc.(미국 커넥티컷주의 댄버리에 소재하고, 이전 명칭은 Union Carbide Organo Silicon Products, Systems, and Services)로부터 이용 가능한 실록산 블록 폴리머인 SILWET™ 7200을 포함한다. 다른 적합한 게이트제 성분은 말레산/올레핀 공중합체인 BASF의 Sokalan®이다. 다른 유용한 재료는 대략 1200 분자 중량을 갖는 폴리에틸렌이민(PEI), 대략 50,000 분자 중량을 갖는 에톡시화된 PEI, 헥사데실 트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB), 폴리옥시알킬렌 에테르, 폴리(옥시에틸렌)세틸 에테르(예컨대, Atlas Chemicals로부터의 Brij® 56 또는 Brij® 58)를 포함한다
계면활성제는 방향족 아민을 포함한 입체적으로 큰 아민과 반응하여 희석 농도에서 사용될 수 있는 유기염을 형성한다, 본 발명에 유용한 아민은 디시클로헥실 아민, 시클로헥실 아민, 및/또는 부틸 아민을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 필요한 경우, 게이트제 조성물은 또한 1 내지 14 mPa.s의 범위 내의 점도를 달성하기 위해 점도 조절제를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 점도는 1 내지 8 mPa.s, 가장 바람직하게는 1 내지 4 mPa.s로 설정된다. 점도제(viscosity agent)는, 몇몇을 예를 들자면, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 셀룰로오스 재료(예컨대, CMC), 크산탄 수지(xanthan gum), BASF로부터의 Johncryl® 60, Johncryl® 52, Johncryl® 61, Johncryl® 678, Johncryl® 682 용액 폴리머, 미국 뉴저지주의 웨인에 소재하는 International Specialities Products로부터 이용 가능한 PVP K-12 내지 K-90, 및 폴리글리콜 15-200을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 게이트제는 약 0.05 내지 약 10％의 차단 화합물을 포함한다. 적합한 차단 화합물의 예는 미국 뉴저지주의 웨인에 소재하는 International Specialities Products로부터 이용 가능한 Gantrez S-96-BF 및 Gantrez AN-110와 같은 폴리비닐메틸렌/말레산 공중합체, 부탄 테트라 카르복실산, GP217 폴리머와 같은 실리콘 폴리올, quaterium 8과 같은 음이온 실리콘 폴리올; AQ 48 Ultrapolymer와 같은 술폰화된 폴리에스테르, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
다른 실시예에서, 확산을 감소시키기 위해 표면 장력 조절제가 사용된다. 바람직하게는, 동적 표면 장력은 60 dynes/cm 미만으로 설정된다. 보다 구체적으로, 46 dynes/cm 미만의 동적 표면 장력이 달성된다. 표면 장력 조절제는 폴록사머(예컨대, BASF의 Pluronic®) 또는 Air Product의 Surfynol®(예컨대, Surfynol® 400 시리즈 계면활성제), BYX-381, BYK-333, 및 BYK-380N과 같은 레벨링제, 미국 커넥티컷주의 월링포드에 소재한 BYK-Chemie에 의해 제조되는 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 게이트제 조성물은 수용 표면 개질제를 포함한다. 수용 표면(예컨대, 종이) 개질제는 차단된 잉크 또는 다른 주요 물질이 수용 표면에 전사되는 것을 촉진한다. 수용 표면 개질제는 금속 분말 및 코르크 분말 등과 같은 표면 살포 분말(surface dusting powder)을 포함할 수 있다. 표면 개질 화합물의 다른 예는 폴리에틸렌이민 및 에톡시화된 폴리에틸렌이민(10 내지 80％ 에톡시레이션)을 포함한다.
게이트제에서 추가로 고려되는 성분은, 솔벤트, 방부제, 뒤틀림 방지제, 게이트제 앵커(gating agent anchor), 습윤제(예컨대, 프로필렌 글리콜), 살균제, 살생물제(biocide), 착색제, 방향제, 계면활성제, 폴리머, 소포제(defoaming agent), 레벨링제, 염, 무기 화합물, 유기 화합물, 물, pH 조절제, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.
수용액 제트 시스템(214)은 인쇄될 이미지의 포지티브 이미지(또는 네거티브 이미지) 또는 그 일부분을 플레이트 실린더(206)에 "인쇄" 또는 분사하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이미지 제어 장치가 데이터 시스템으로부터 이미지 데이터를 수신할 수 있다. 이미지 데이터는 인쇄될 이미지 또는 인쇄될 네거티브 이미지를 나타낼 수 있다. 이미지 데이터에는 비교적 자주 바뀌는(예를 들어, 각 인쇄 페이지 마다) 가변 이미지 데이터, 비교적 덜 자주 바뀌는(예들 들어, 100매의 인쇄 페이지 마다) 준고정(semi-fixed) 이미지 데이터, 변하지 않는 고정 이미지 데이터, 및 이들 이미지 데이터들의 조합이 포함될 수 있다. 이미지 데이터 중의 일부 또는 모두가 이진 데이터(binary data), 비트맵 데이터, 페이지 기술 코드, 또는 이들의 조합으로 저장될 수 있다. 예를 들어, 포스트스크립트(PostScript) 또는 프린터 커맨드 랭귀지(Printer Command Language, PCL)와 같은 페이지 기술 언어(PDL)를 사용하여 일부 실시예에서 이미지 데이터를 정의 및 해석할 수 있다. 그런 다음, 데이터 시스템은 전자적으로 수용액 제트 시스템(214)을 제어하여 다른 유형의 이미지 데이터(또는 그 일부분)의 일부 또는 전부에 의해 표시되는 이미지(또는 네거티브 이미지)를 수용액으로 플레이트 실린더(206) 상에 인쇄한다. 네거티브 이미지는 종이에서 잉크가 부착되지 않는 모든 부분의 이미지이다. 그러므로, 플레이트 실린더(206) 상의 한 지점이 수용액 제트 시스템(214)을 통과한 후, 그 지점에 수용액의 방울이 떨어져 있지 않은 경우, 해당 지점만이 잉크 시스템(202)의 잉크가 부착될 것이다. 일부 실시예에서, 진공원 또는 열원(215)을 수용액 제트 시스템(214) 바로 옆 또는 부근에 위치시킬 수 있다. 플레이트 실린더(206)가 회전을 완료하여 이미지를 블랭킷 실린더(208)에 전사한 후, 세척 시스템(212)을 통과하게 되며, 세척 시스템은 잉크 및/또는 수용액 잔류물을 제거하여, 다음 회전 동안(또는 일정한 횟수의 회전 후) 수용액 제트 시스템(214)에 의해 플레이트 실린더(206)가 다시 이미지 인쇄될 수 있도록 한다.
일부 실시예에서, 플레이트 실린더(206)는 종래의 평판 인쇄 기법을 이용해서 플레이트(204)에 에칭된 특정 인쇄 작업을 위한 고정 데이터의 전체를 가질 수 있다. 그러므로, 수용액 제트 시스템(214)은 가변 이미지 데이터 또는 준고정 이미지 데이터로 표시되는 인쇄 작업의 변동 부분만을 플레이트(204)의 특정 부분에 이미지화하기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서는 플레이트(204)가 사용되지 않을 수도 있다. 그 대신, 본 발명이 속한 기술 분야에서 이해할 수 있는 바와 같이, 수용액 제트 시스템(214)으로부터의 수용액을 수용하도록 플레이트 실린더(206)의 표면을 처리, 가공 또는 연마할 수 있다. 또한, 플레이트 실린더(206)는 고정 데이터를 포함하도록 처리, 가공 또는 연마될 수 있고, 또한 가변 데이터를 통합하기 위해 수용액을 수용할 수 있도록 될 수 있다. 본 발명의 위에 설명된 실시예와 기타 실시예에서, 필요에 따라, 블랭킷 실린더(208)를 생략하고, 이미지를 웹(216)에 직접 전사하여도 된다.
전술한 바와 같이, 게이트제는 하나 이상의 잉크젯 헤드를 이용하여 플레이트에 도포되거나 또는 블랭킷 실린더에 직접 도포되며, 그 후 잉크가 비선택적 방식(non-selective fashion)으로 플레이트 또는 블랭킷 실린더에 도포되며, 그리고나서 잉크가 플레이트 또는 블랭킷 실린더 상의 이미지 영역으로부터 종이 웹에 전사될 수 있다. 게이트제 및 잉크가 블랭킷 실린더에 직접 도포되는 경우, 플레이트 실린더는 사용될 필요가 없다. 이점을 가질 수도 있는 특정 인쇄 적용 작업에는, 고정 인쇄 작업(구체적으로 단기 납기 작업, 그러나 이것으로만 한정되지는 않음), 또는 어떠한 크기의 예컨대 타겟 우편물, 고객 주문서, 벽지, 주문 제작 포장 용지 등의 변동 가능한 또는 주문 제작 가능한 인쇄 작업이 포함된다.
게이트제는 분사 장치 또는 정밀하게 제어 가능한 다른 분무 또는 도포 기술을 이용하여 직접 기판 상에, 중간 표면 상에, 또는 직접 주요 물질 상에 선택적으로 분무됨으로써 예컨대 수용성 유체로서 도포될 수도 있다. 수용성 유체는 일반적으로 낮은 점도 및 감소된 장애(clog)를 형성하는 성향을 가질 수 있으며, 그에 따라 잉크젯 헤드와 함께 사용하기에 이롭다. 그러나, 게이트제는 분사 기술을 이용하여 수용성 유체 이외의 형태로 도포될 수도 있다. 그 예로는 UV 경화 가능한 시스템 및 비수용성 실록산 시스템이 포함된다. 또한, 게이트제는 유체로만 한정되지 않으며, 예컨대 박막, 페이스트, 겔, 기포(foam), 또는 모체(matrix)와 같은 고형으로서 도포될 수도 있다. 게이트제는 반대 정전 전하에 의해 대전되거나 제위치에 고정되어 주요 물질의 도포를 방지하거나 보조하는 분말 고체를 포함할 수 있다.
전술한 시스템 모두는 상이한 방울 크기의 게이트제의 형성이 가능하도록 수정될 수 있다. 일반적으로, 300 dpi 또는 그 이상을 갖는 그리드(grid)인 고해상도 그리드는, 부합되는 드롭 크기와 함께, 잉크와 같은 주요 물질의 차단 또는 전사/수집을 향상시킨다. 또한, 그리드의 dpi가 증가함에 따라, 가장 효과가 있는 방울의 크기는 더 작아지게 된다. 더 큰 드롭 크기는 이미징될 영역의 강제 습윤에 더욱 민감하다. 이러한 강제 습윤은 이미지가 표면들(플레이트와 블랭킷 사이의 닙 영역(nip area)에서와 같은) 간에 전사될 때에 인접한 분사된 방울의 통합을 발생시킬 수 있고, 인쇄 밀도의 감소로 인한 이미지 퀄리티의 저하를 야기할 수 있다. 이러한 강제 습윤은 하나 이상의 구성요소의 추가/제거에 의해 및/또는 게이트제의 하나 이상의 물리적 특성을 변경 또는 조정함으로써 최소화될 수 있다. 예컨대, 특정의 계면활성제를 감소시킴으로써 고스트 현상(ghosting)을 감소시킬 수 있는 한편, 다른 계면활성제를 이용, 추가 및/또는 대체함으로써 이미지 퀄리티를 향상시킬 수 있다. 이와 달리, 실린더에 도포된 게이트제의 전하에 대해 극성이 반대인 정전 전하를 실린더에 도포할 수 있다. 그 결과의 정전 인력이 강제 습윤을 감소시키거나 제거할 수 있다.
게이트제는, 이미지 영역 또는 비이미지 영역에서 주요 물질을 제거하거나 차단하거나 도포하거나, 비이미지 영역에서 보조제(aiding agent)를 제거하거나, 특정 영역 또는 모든 영역에서 주요 물질의 도포를 방지하거나, 게이트제 또는 주요 물질의 도포에 영향을 주기 위해 게이트제 또는 주요 물질의 물리적 또는 화학적 성질을 변경시키거나(게이트제 또는 주요 물질의 점도 또는 표면 장력을 변경시키는 것과 같은), 전술한 것들의 어떠한 조합을 이용하거나, 또는 임의의 다른 적합한 방법에 의하여, 주요 물질의 도포의 차단 또는 지원을 달성하기 위해 이용될 수 있다.
다른 실시예에서, 기판에 도포되는 주요 물질의 양은 게이트제를 장벽 형태로 사용하거나 또는 장벽 성질을 갖는 차단제를 사용함으로써 변화될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판에 대한 주요 물질의 도포가 완전히 또는 부분적으로 차단될 수 있어, 장벽 또는 장벽 성질을 갖는 차단제가 허용하는 만큼, 주요 물질이 기판에 중간 레벨로 도포될 수 있으며, 이로써 원하는 중간 레벨의 주요 물질 도포에 따라 기판 상의 주요 물질의 밀도 구배(density gradient)에 영향을 준다.
추가의 실시예는, 표면에 도포되기 전에 또는 후에 표면 또는 다른 기판 상의 주요 물질에 선택적으로 도포되는 주요 물질을 포함한다. 예컨대, 차단제는 특정 실시예에서 사용되는 주요 물질과의 친화력(affinity)에 저항하는 재료가 그 안에 분산되어 있을 수도 있다. 그리고나서, 차단제가 비이미지 영역 내의 표면에 도포되어, 차단제 내에 분산되어 있는 재료가 표면 내에 흡수되거나, 및/또는 표면 상에 부착되어 유지될 수 있다. 그 후, 표면이 주요 물질이 위에 위치되어 있는 추가의 표면에 인접한 상태로 통과될 수 있으며, 차단제 내에 분산되어 있는 재료가 비이미지 영역에의 주요 물질의 도포를 방해하기 때문에, 차단제를 포함하고 있지 않은 영역에서만 주요 물질이 최초 언급 표면으로 전사될 수 있다.
수용액 제트 시스템으로 인쇄되는 보호성 네거티브 이미지와 인쇄 매체 사이에 바람직한 상호작용을 달성하기 위해 게이트제의 특성 및 인쇄 매체(예를 들어, 백상지, 광택지, 또는 각종 코팅 기술을 이용한)의 특성이 변화될 수 있다. 예를 들어, 샤프한 이미지를 원하는 경우, 인쇄 매체에 의해 전혀 흡수되지 않는 수용액을 선택하는 것이 유리할 수 있다. 하지만 수용액 제트 시스템의 출력으로 덮여지는 부분으로부터도 약간의 잉크 전사가 필요한 경우, 수용액이 신속히 흡수되어, 덮여진 부분으로부터 일부 잉크 전사가 발생할 수 있는 인쇄 매체를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 또한, 이미지 영역과 비이미지 영역 사이의 경계가 유지되도록, 게이트제의 점도 및/또는 그 표면 장력을 증가시키거나, 및/또는 비이미지 영역과 이미지 영역을 위한 지지제(supporting agent) 및/또는 지지 구조체를 이용함으로써, 확산을 감소시켜 퀄리티를 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 게이트제의 점도를 1 내지 4 cP(또는 mPa.s)로 함으로써, 플러딩(flooding), 즉 에지 및 라인을 울퉁불퉁하게 하고 이미지를 손상시키는 강제 습윤이 방지될 뿐만 아니라 고스트 현상(ghosting)이 최소화된다. 고스트 현상은 잉크가 실린더의 비이미지 영역으로 이동할 때, 또는 잔여 잉크 또는 게이트제가 이전의 임프레션으로부터 실린더 상에 잔류할 때에 발생할 수 있다. 게이트제의 점도가 14 cP(또는 mPa.s) 미만의 값으로 유지되어 게이트제가 더멀 젯 헤드로부터 방출될 수 있도록 하는 것이 중요하다. 이 효과를 감소시키거나 제거하기 위해 다른 화학적 및/또는 재료 과학적 특성이 이용될 수 있다. 게이트제는 또한 압력 또는 교반 하에서 점도를 변경시키는 요변성 유체(thixotropic fluid)를 포함할 수 있다. 게이트제의 표면 장력을 조작함에 의해서도 확산을 감소시킬 수 있다.
또한, 다양한 특성을 갖는 계면활성제 블록 공중합체를 각종 재료 특성을 갖는 이미징 실린더와 함께 사용하여, 선택적인 친유성(oleophilic) 및 친수성 표면을 갖는 이미징 실린더를 만들 수 있다. 계면활성제와 이미징 실린더 표면 간에 생성된 물리적 결합은, 이미징 실린더가 동일한 이미지를 여러 번 반복하거나 이미징 실린더의 일정한 회전에서 이미지를 선택적으로 변경할 수 있도록 한다. 이미징 실린더와 블록 공중합체 계면활성제의 재료 특성을 이용하면, 내구적이고, 변동 가능하며, 종래의 평판 인쇄 기술의 품질을 갖는 이미징 시스템을 만들 수 있다.
또 다른 처리 변수는 기판 자체이다. 종이 기판의 경우, 적절한 크기, 중량, 밝기 등의 종래의 코팅된 인쇄 용지가 이용될 수 있다. 클레이(clay)와 같은 하나 이상의 코팅이 이 용지에 도포되어 주요 물질 및/또는 게이트제의 흡수를 지연 또는 방지할 수 있다. 인쇄 블랭킷, 인쇄 플레이트, 인쇄 실린더, 회로 기판, 플라스틱 시트, 필름, 직물 또는 다른 시트, 벽의 평면 또는 곡면, 또는 다른 부재 등과 같은 다른 기판의 경우에, 주요 물질이 도포되는 표면은 필요하거나 바람직한 경우에 적합하게 준비, 처리, 취급, 가공, 직물 또는 기타 변형되어, 필요에 따라 주요 물질의 일부분의 전사를 지원 및/또는 차단할 수 있다.
요구된 결과를 얻기 위해 잉크 또는 다른 주요 물질의 유형, 물리적 특성, 및/또는 화학적 조성이 선택되거나 개질될 수 있다. 예컨대, 잉크의 표면 장력을 조절함으로써, 종이의 반대측 상의 색상간 번짐(color-to-color bleed) 및 쑈쓰루(showthrough)가 제거될 수 있다. 다른 예로서, 플레이트로부터 종이로의 잉크의 전사를 차단하거나 촉진시키기 위해, 분사된 게이트제(수용성의 여부에 상관 없이)와 함께, 워터리스 인쇄 어플리케이션에 사용되는 하나 이상의 잉크가 채용될 수 있다. 수용성 게이트제와 함께 워터리스 인쇄 잉크가 사용되는 경우, 게이트제의 조성은, 게이트제가 필요한 경우 또는 바람직한 경우에 잉크를 끌어당기거나 및/또는 반발하는 분자 구조를 갖도록, 이러한 잉크의 친지성 특성의 면에서 조정될 수 있다. 이와 달리, 친수성 플레이트에 먼저 도포된 분사된 게이트제는, 플레이트와 결합되는 하나 이상의 친수성 성분, 및 잉크 분자와 결합하거나 반발하는 하나 이상의 다른 성분을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 물질 차단 또는 전사/수집을 방지하거나 및/또는 촉진시키기 위해, 게이트제 및 주요 물질 중의 하나 또는 양자의 상 변화(phase change)가 채용될 수 있다. 예컨대, 게이트제는 플레이트와 같은 표면 상에 선택적으로 분사될 수 있으며, 게이트제가 도포된 표면에 주요 물질이 도포될 수 있으며, 그 결과 분사된 게이트제와 접촉하는 주요 물질의 일부분이 겔 또는 고체로 변환될 수 있다. 이와 달리, 주요 물질이 무작위(즉, 비선택적인) 방식으로 플레이트에 도포될 수 있으며, 게이트제가 그 후 이지밍되지 않은 플레이트의 부분(즉, 비이미징 영역)에 선택적으로 도포될 수 있으며, 그 결과 분사된 부분 내의 주요 물질이 겔 또는 고체로 변환된다. 또한, 2(또는 그 이상의) 성분의 게이팅 용액이 이용될 수 있으며, 이들 성분은 개별적으로 연속하여 선택 도포될 수 있으며, 각각의 성분이 개별적으로 분사 가능하지만, 동일한 지점에 도포될 때에는, 에폭시 타입 및 공유 결합, 이온 결합 등의 다른 화학적 결합과, 수소 결합, 반데어 발스 힘(Van der Waals force)과 같은 물리적 상호작용과 유사하거나 동일하게 반응하여 이로운 게이팅 특성을 촉진시킨다. 잉크와 같은 주요 물질은 하나 이상의 게이트제 성분이 도포되기 전에 도포될 수도 있고, 또는 게이트제 성분이 도포된 후에 도포될 수도 있다. 전술한 어떠한 예에서도, 기판(종이 웹과 같은)은 플레이트에 의해 이미징될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 3은 본 발명이 속한 기술 분야에서 알려진 평판 데크(1000)(예를 들어, 잉크 시스템(1002), 플레이트 실린더(1006), 블랭킷 실린더(1008), 및 임프레션 실린더(1010))를 도시하고 있다. 그러나, 평판 데크(1000)의 상류측에는, 코팅 시스템(1016) 및 수용액 제트 시스템(1014)이 설치되어 있다. 도 3에 도시된 것과 같은 실시예에서는, 표준 평판 인쇄 플레이트를 소정의 인쇄 작업을 위한 고정 정보로 에칭할 수도 있고, 또는 완전하게 잉크 수용성이 되도록 할 수도 있다. 일실시예에서, 플레이트의 일부분은 가변 정보용으로 지정될 수 있다(예를 들어, 플레이트(1100)에는 도 4에 도시된 박스(1102 및 1104)와 같은 하나 이상의 가변 이미지 박스가 포함될 수 있다). 가변 이미지 박스에 대응하는 평판 인쇄 플레이트의 해당 부분은, 가변 이미지 박스의 전체 표면에 걸쳐 잉크 수용성의 것이 되도록 형성될 수 있다(즉, 평판 인쇄 플레이트의 가변 이미지 박스 부분이 잉크 시스템을 통과할 때, 전체 직사각형 영역이 잉크를 받아들일 것이다). 다른 실시예에서는, 전체 플레이트가 잉크를 수용할 수 있게 되고, 수용성 제트 시스템이 전체 웹(1012)을 가로질러 차단 유체를 제공할 수 있다.
가변 이미지를 생성하기 위해, 가변 이미지의 네거티브 이미지가 수용액 제트 시스템(1014)에 의하여 게이트제로 웹(1012)에 직접 도포될 수 있다. 웹(1012)이 수용액 제트 시스템(1014)에 도달하기 전에, 일부 실시예에서는 웹(1012)을 코팅하여 웹(1012)이 수용액을 흡수하는 것을 방지할 수 있다. 다른 실시예에서는, 수용액 제트 시스템(1014)에 의해 도포된 게이트제가 이미지를 전체 웹(1012)에 전사할 수 있도록, 웹(1012)을 코팅되지 않은 상태로 유지한다. 그러므로, 가변 이미지를 수용할 웹(1012)의 부분이 가변 이미지에 사용되는 잉크를 전사하는 블랭킷 실린더(1008)의 부분과 접촉할 때, 웹(1012)은 수용액 제트 시스템(1014)에 의해 이전에 인쇄되지 않은 부분에서만 선택적으로 잉크를 수용한다. 표준 평판 인쇄 데크는 마치 동일한 이미지를 반복적으로 인쇄하는 것처럼 작동한다(예를 들어, 실선 직사각형). 그러나, 수용액 제트 시스템(1014)에 의해 먼저 네거티브로 이미징된 웹(1012)은 블랭킷 실린더(1008)의 실선 직사각형 내의 잉크만 선택적으로 수용하여 웹(1012)에 가변 이미지를 생성한다. 코팅 시스템(1016)은 자신의 전체 데크가 코팅을 가할 수도 있다. 이와 달리, 코팅 시스템(1016)은 웹(1012)에 코팅을 가하여 웹이 게이트제를 흡수하는 성능을 저하시키는 어떠한 적합한 다른 수단도 가능하다. 예를 들어, 코팅 시스템(1016)은 웹(1012)에 적절한 용액을 분무하는 분무기를 포함할 수 있다. 이 용액은 웹(1012)이 게이트제의 전부 또는 일부분을 흡수하지 못하도록 할 수 있다.
위의 모든 실시예에서, 블랭킷 실린더와 플레이트 실린더의 조합을 단일 이미징 실린더로 교체할 수 있으며, 그 반대로 하는 것도 가능하다. 또한, 실시예에서의 수용액 제트 시스템, 세척 시스템, 스트리핑 시스템, 및 진공 또는 가열 시스템 중의 하나 이상의 데이터 시스템을 통해 제어될 수 있다.
또한, 주요 물질이 기판에 도포되도록 하는 롤러의 선압(nip pressure) 및 롤러의 압축률(compressability) 특성은, 닙 롤러(nip roller)의 압축률 특성과 마찬가지로 이미지 퀄리티를 조절하기 위해 변경될 수 있다. 또한, 직물 표면을 갖는 롤 또는 실린더가 필요에 따라 주요 물질을 기판에 도포하는 것을 조절하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 또는 이에 부가하여, 게이트 유체의 방울의 볼륨은 각각의 셀 내로 전사되는 잉크의 양을 조절하도록 조정되어 그레이스케일(grayscale)에 영향을 줄 수 있다.
하나 이상의 처리 파라미터 중의 온도를 조정/제어할 수도 있다. 예컨대, 게이트제의 점착성을 향상시키고 및 분산을 용이하게 하기 위해 게이트제를 표면에 도포할 때에 게이트제의 온도를 상승시킬 수 있다. 이와 달리 또는 이에 추가하여, 점착성, 방울 형상/크기 등을 제어하기 위해 게이트제의 도포 동안에 표면을 먼저 가열할 수도 있거나, 및/또는 게이트제의 점도가 증가되도록 게이트제가 도포된 후의 공정에서의 일부 시점에서 표면을 냉각함으로써, 비습윤 상태의 영역 내로의 게이트제의 확산을 감소시킬 수 있다.
함께 도포될 시에 점착성, 점도 및/또는 다른 원하는 특성이 향상된 게이트제를 생성하는 별도의 잉크 장치에 의해 분산된 복수의 상이한 액체를 이용할 수도 있다. 이 액체는 상이하거나 동일한 온도, 압력, 유량 등에서 도포될 수 있다.
다른 실시예는 게이트제를 단독으로 선택적으로 도포하거나 또는 게이트 용액을 표면의 하나 이상의 영역에 선택적으로 도포하고 또한 옵션으로 잉크를 표면의 하나 이상의 나머지 영역에 선택적으로 도포하기 위한 2개 이상의 어레이 또는 잉크젯 헤드를 사용하는 것을 포함하며, 여기서 하나 이상의 어레이는 인쇄기가 동작하고 있는 동안 독립적으로 제거 및 스위칭되거나 또는 다음 후속 작업(예컨대, 지역적인 주문 제작이 요구되는)을 위해 재구성(위치의 측면에서)될 수 있다.
인쇄 유닛 간의 잉크 접착성의 변동으로 인해, 각각의 유닛에 의한 잉크 전사를 효과적으로 최적화하기 위해 인쇄 유닛 간에서 게이트제 특성을 연속적으로 개질할 수도 있다. 다른 개질은 인쇄 표면을 구축하기 위해 상변화 재료를 사용하는 것이 수반된다.
다른 실시예에서, 기판에의 주요 물질의 도포를 제어하기 위해 사용되는 게이트제는, 차단제와 보조제의 조합일 수도 있다. 일례에서, 주요 물질은 표면 상에 배치되고, 기판에 대한 주요 물질의 도포를 차단하는 차단제에 의해 비이미지 영역으로 덮여진다. 이미지 영역에서, 주요 물질은 기판 상에의 도포에 도움을 주기 위해 주요 물질과의 결합을 형성하는 보조제에 의해 덮여진다. 이와 달리, 게이트제는 표면 상에 배치되고 주요 물질에 의해 덮여질 수 있다. 일례에서, 친지성 차단제가 표면의 비이미지 영역 상에 선택적으로 위치되고, 친수성 보조제가 표면의 이미지 영역 상에 선택적으로 배치된다. 그 후, 주요 물질이 양자의 게이트제에 의해 생성된 층의 상면에 배치된다. 최초의 표면 상에 일정한 높이를 갖는 양자의 게이트제의 층은 주요 물질과 보조제 간의 이동(migration)을 방지할 수 있다. 표면이 기판에 인접하는 상태로 이동될 때, 차단제는 주요 물질이 기판에 도포되지 못하도록 하는 한편, 보조제는 기판에 대한 주요 물질의 도포를 가능하게 한다.
다른 실시예에서, 표면은 기판에 가변 구성의 주요 물질을 도포함으로써 기판에 대한 주요 물질의 도포를 제어하기 위해 사용될 수 있는 부분을 갖는 평판 인쇄 플레이트, 실린더 등이 될 수 있다. 이러한 실시예에서, 가변 기호 기술(variable symbology), 인코딩, 어드레싱, 넘버링, 또는 다른 가변 태그 기술(variable tagging technology)이 주요 물질의 도포를 제어하기 위해 지정된 표면 부분에 이용될 수 있다. 주요 물질은 먼저 표면 상에 무작위로 배치된다. 기판이 주요 물질의 도포를 위해 표면 가까이에 통과되기 전에, 차단제는 표면의 지정된 부분이 후속하여 기판에 인접하는 상태로 이동될 영역 내에서 기판에 선택적으로 도포되어 주요 물질의 원하는 구성 또는 이미지가 기판에 도포되도록 한다. 더욱 일반적인 실시예에서, 기판은 유사하거나 상이한 주요 물질이 그 위에 위치되어 있는 하나 이상의 표면에 인접하게 될 수 있으며, 여기서 차단제 및/또는 보조제가 지정된 부분 내의 표면으로부터 기판으로 선택적으로 전사된다. 일실시예에서, 자성 잉크(magnetic ink)가 이들 표면 중의 하나로부터 기판(예컨대, 종이 웹)으로 전사된다. 하나 이상의 비자성 잉크가 동일한 표면으로부터 또는 하나 이상의 추가의 표면으로부터 전사될 수 있다. 게이트제는 전술한 차단제 및 보조제를 사용하기 위한 임의의 기술을 이용하여 지정된 부분 내에서 원하는 구성으로 종이 웹에 대한 자성 잉크의 도포를 차단하거나 보조하기 위해 사용될 수 있다. 그 결과물은 임프레션 간에 변경될 수 있는 자기 잉크의 마킹(MICR 마킹 또는 다른 인코딩된 정보와 같은)을 갖는 인쇄된 종이 웹이 된다. 또 다른 예는 도전성 잉크의 사용을 통해 인코딩된 RFID 회로를 가변 인쇄 공정의 일부로서 도포하는 것이다. 이것은 인쇄후 프로그래밍을 불필요하게 한다.
다른 실시예에 따라, 게이트제는 하나 이상의 잉크젯 헤드에 의해 수용 표면에 선택적으로 도포되고, 부착 표면에 무작위로 도포되지만 게이트제에 의해 게이트되는 종래의 습수액(fountain solution)과 같은 중간 유체를 끌어당기거나 차단하며, 이로써 습수액이 잉크의 도포 전에 수용 표면에 선택적으로 부착된다. 이 실시예에서, 게이트 용액은 잉크를 제어하는 것과는 반대로 습수액과 상호작용하여 습수액을 제어하도록 형성된다. 추가의 실시예는 습수액을 중성화하거나 또는 절충시키거나, 또는 수용 표면으로부터의 습수액의 제거를 선택적으로 가능하게 한다. 보다 일반적으로, 이들 실시예는 무작위로 도포된 습수액 및 잉크와 함께 선택적으로 도포된 게이트 용액을 사용하는 것을 포함하며, 여기서 게이트제는 습수액이 유지되는 위치를 제어한다.
전술한 바와 같이, 게이트제는 고품질 이미지를 생성하는데 바람직한 방울 크기 및 점도 특성을 발생시키기 위해 하나 이상의 계면활성제를 포함하거나 또는 온도 또는 진공이 제어될 수 있다. 그러나, 이미지의 품질은 당업자에게 고스트 현상으로 알려진 현상에 의해 영향을 받게 될 것이며, 이것은 연속적인 이미지가 차이점이 있는 경우에 특히 심각한 문제가 된다.
고스트 현상은 이미지 영역과 비이미지 영역이 연속적인 임프레션 사이에서 잉크 및/또는 임의의 게이트제의 세척이 이루어지도록 함으로써 축소될 수 있다. 전술한 세척 시스템에 대하여 설명한 바와 같이 잉크의 도포 후마다 실린더를 세척하는 것이 실린더를 청결하게 하는 한 가지 방법이다. 게이트제의 조성물은 세척 시스템에 의해 더욱 완전한 세척을 촉진함으로써 고스트 현상을 감소시키도록 구성될 수 있다.
고스트 현상을 축소시키기 위한 다른 방법은 실린더 상의 이미지 영역에서 비이미지 영역으로의 잉크의 이동을 방지하는 것이다. 친지성 용액이 이미지 영역에 정밀하게 도포되어 이미지 영역으로 잉크를 끌어당기고 또한 이미지 영역으로부터의 잉크의 이동을 방지할 수 있다. 친지성 용액과 독립적으로 또는 친지성 용액과 조합하여, 소지성 용액이 실린더의 비이미지 영역에 정밀하게 도포되어 비이미지 영역으로의 잉크의 이동을 금지할 수 있다.
여기서 설명된 바와 같은 가변 인쇄 작업 및 고정 인쇄 작업을 처리하기 위한 개념을 이용하는 장점 중의 하나는 종래의 평판 인쇄용 인쇄기와 관련된 고유의 속도이다. 실제로, 종래의 평판 인쇄용 인쇄기에 비교되는 인쇄 속도는 이미지 영역이 생성될 수 있는 속도에 의해 제한되며, 그에 따라 이미지 영역의 생성 방법에 좌우된다. 이러한 방법은 본 명세서에서는 이미지 영역을 생성하기 위한 게이트제의 도포를 포함하는 것으로 설명하였다. 게이트제는 친지성 용액, 친수성 용액, 또는 정전 전하가 가해질 수 있는 일부 다른 용액이 될 수 있다. 게이트제는 또한 실린더의 일부분에 가해진 정전 전하가 될 수 있다. 이들 게이트제의 임의의 것이 인쇄기의 하나 이상의 실린더에 가해지는 최대 속도는 인쇄기의 동작 속도를 제한할 것이다.
잉크젯 카트리지가 정상적인 잉크젯 인쇄에서 사용될 수 있는 최상의 동작 조건을 위해서는, 카트리지로부터의 방울의 방출은 타겟 기판 상의 소정 크기의 잉크의 스폿을 발생하는 순간적인 이벤트인 것으로 고려된다. 그러나, 실제로는, 잉크젯 카트리지로부터의 방울의 방출은 순간적인 이벤트가 아니고, 개시, 중간 및 종료를 갖는 과도적인 이벤트이다. 타겟 기판이 고속으로 이동하고 있다면, 잉크 방울이 기판을 때리게 되어, 기판의 행정의 방향의 반대 방향으로 스폿으로부터 이어지는 꼬리(a tail trailing the spot)를 갖는 잉크의 스폿을 형성할 수도 있다. 테일링으로 알려져 있는 이 현상은 방울 생성의 과도적인 성질의 직접적인 결과이다. 높은 인쇄기 속도에서의 테일링은 인쇄 품질 문제로 인해 인쇄기의 유효 속도를 제한할 수 있다. 그러나, 어떠한 게이트제는 특정의 잉크젯 카트리지와 사용될 때에는 방출된 방울의 테일링을 방지하거나 경감시키며, 이로써 최대 인쇄기 속도에 대한 제한 요소가 되는 이 효과를 제거한다.
다른 실시예에서, 수용액 제트 시스템은 수용액 또는 다기능성 포텐셜(multifucntional potential)을 갖는 다른 조성물을 패턴 기판 상으로 인쇄하거나 분사할 수 있다. 일실시예에서, 예컨대, 이 조성물은 2기능성 포텐셜을 가질 수 있지만, 본 발명에서는 어떠한 수의 기능성도 고려된다. 예컨대, 다작용기 조성물은 각각 다기능성 포텐셜을 갖는 하나 이상의 화합물 또는 각각 단기능성 포텐셜을 갖는 복수의 화합물을 포함할 수 있다. 기능성 포텐셜은 예컨대 특정 화학 소량체(specific chemical moiety)에 기인할 수 있는 화합물의 기능성 부분, 및/또는 예컨대 친수성 영역, 친지성 영역, 수용체/인가 영역(receptor/recognition region)(예컨대, 파라토프(paratope)), 이온 영역, 및 본 기술 분야에 알려져 있는 기타의 것과 같은 화합물에 부착성 및/또는 반발성을 제공하는 화합물의 구조적 영역을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 하나의 기능성은 패턴 기판에 부착 성능을 제공하고, 제2 기능성은 패턴 기판에 도포될 수 있는 하나 이상의 주요 물질에 부착 성질을 제공한다.
다른 실시예에서, 다작용기 조성물은 하나보다 많은 다작용기 화합물을 포함하며, 각각의 종류의 다작용기 화합물이 다른 다작용기 화합물과 공통되는 적어도 하나의 기능성 및 다른 기능성 화합물과 상이한 적어도 하나의 기능성을 갖는다. 이 예에서, 제1 다작용기 화합물 및 제2 다작용기 화합물은 제1 다작용기 화합물의 제2 기능성을 통해 유사한 패턴 기판 상에 각각 인쇄될 수 있으며, 제2 다작용기 화합물은, 주요 물질이 기능성 중의 하나의 유형에만 반응하는 것으로 가정하면, 제1 또는 제2 다작용기 화합물 중의 하나에 부착될 수 있는 주요 물질에 대한 상이한 특이성(specificity)을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 다기능성 포텐셜을 갖는 화합물은 단일의 다작용기 화합물의 다기능성과 유사한 다기능성을 갖는 복합체(complex)를 형성하도록 상호작용할 수 있다. 이 실시예에서, 단일 작용기 화합물(monofunctional compound)은 한꺼번에 패턴 기판에 침적되는 단일 조성물에 포함되거나, 동시에 침적되는 별도의 조성물에 포함되거나, 또는 패턴 기판 상에 순차적으로 침적되는 별도의 조성물들 내에 포함될 수도 있다.
본 명세서에서 고려되는 다작용기 화합물의 일례는 친수성일 수도 있는 하나의 기능성 및 친지성일 수도 있는 제2 기능성을 갖는 화합물을 포함한다. 다작용기 조성물은 친수성 또는 친지성 표면 중의 하나를 갖는 기판 상으로 원하는 패턴을 이용하여 분사될 수 있으며, 이에 의해 표면과 조성물 간의 유사 기능성이 조성물을 기판에 부착시키는 것과 연관되고, 조성물의 반대 기능성이 표면으로부터 반발되어 표면에 부착된 조성물의 패턴을 제공한다.
유사 기능성(예컨대, 친수성 또는 친지성)을 갖거나, 또는 표면에 부착되지 않는 다작용기 조성물의 제2 기능성에 선택적으로 인력을 받으며, 또한 기판의 노출 표면으로부터 반발되거나 부착 가능하지 않은 제2 조성물, 예컨대 주요 물질은, 분사, 디핑(dipping), 분무, 브러싱, 롤링 또는 당업자에게 공지된 기타 다른 방식에 의해 표면에 추가될 수 있다. 주요 물질의 추가는 다작용기 조성물의 패턴에 대응하는 주요 물질의 패턴을 제공하며, 이로써 주요 물질이 다작용기 조성물의 제2 기능성을 통해 표면에 유일하게 부착된다. 주요 물질의 도포 후, 예컨대 세척 단계를 포함한 하나 이상의 추가의 단계를 수행하여, 다작용기 조성물의 제2 기능성에 대한 주요 물질의 위치특이성 부착(regiospecific attachment)이 이루어지도록 하는 것을 고려할 수 있다. 세척 단계와 유사한 고려될 수 있는 또 다른 단계는 살균(sterilization) 단계를 포함한다. 그 후, 주요 물질은 이미지를 인쇄 매체에 전사할 중간 롤러를 포함한 제2 기판으로 전사되거나, 또는 원하는 인쇄 이미지를 높은 정확도 및 선명한 방식으로 제공하기 위해 인쇄 매체에 직접 전사될 수 있다. 이러한 방식으로, 선택된 패턴이 다작용기 조성물을 이용하여 기판 상에 분사될 수 있으며, 이 다작용기 조성물에는 주요 물질이 후속하여 부착된 후에 인쇄 매체에 전사되어 영구적으로 또는 일시적으로 고착될 수 있다.
본 발명에서 고려되는 다작용기 조성물의 예는 폴록사머(poloxamer) 또는 전술한 에톡시화된 아세틸렌디올(acetylenediol ethoxylated)과 같은 하나 이상의 친수성 부분과 하나 이상의 친지성 부분을 갖는 폴리머를 포함한다. 추가의 예는 알킬실록산, 산화물 상의 지방산, 알칸에티올레이트, 알킬 카르복실레이트 등과 같은 자기 조립 단분자막(self-assembled monolayer)의 형성과 관련된 재료를 포함한다. 본 기술 분야의 당업자에게 알려진 다른 다작용기 화합물이 본 발명에서 고려된다.
본 명세서에 개시된 장치 및 방법은 또한 다른 산업 및 다른 기술, 예컨대 직물, 제약, 생의학, 및 전자 산업 등에도 연관된다. 가변적으로 주문 제작 가능한 그래픽 또는 텍스트, 또는 향상된 밀봉 특성, 방수성 또는 내연성을 갖는 주요 물질이 의류 또는 러그(rug)의 제조에 이용될 수도 있는 직물의 웹에 선택적으로 도포될 수 있다. 제약 산업에서는, 예컨대 주요 물질이 잉크 이외에 약물, 치료 물질, 진단 물질 또는 마킹 물질이거나 또는 어떠한 다른 물질을 위한 캐리어가 될 것이다. 생의학 응용분야에서는, 예컨대, 주요 물질은 생물학적 재료 또는 생체에 적합한 폴리머일 것이다. 전자 산업 분야에서는, 주요 물질은 기판 상의 하나 이상의 층에 선택적으로 도포될 수 있는 전기 도전성 또는 전기 절연성 재료일 것이다. 다른 전자 산업에서의 응용예에는 물품 상의 무선 주파수 식별("RFID") 태그의 생산을 포함한다. 기판에 대한 주요 물질의 선택적 도포는 다른 산업에도 유용할 수 있다. 예컨대, 주요 물질은 예컨대 열교환기, 조리 기구, 또는 단열 가능한 커피 머그컵과 같은 제조 품목의 요소 위에 선택적으로 도포되는 열전도성 또는 단열성 재료가 될 수 있다. 주요 물질은 또한 향상된 흡수성, 향상된 반사성 또는 향상된 방사성을 갖는 재료일 수도 있으며, 이들 특성의 일부 또는 전부는 예컨대 주요 물질이 오븐, 램프 또는 선글래스의 요소에 선택적으로 도포될 때와 같은 다른 제조 품목에서 유용할 수도 있다. 주요 물질에 대한 다른 사용예에는 주문 제작 가능한 패키징 필름 또는 홀로그램(이미지 형성 전에 굴절성 오목부의 선택적인 채워짐을 통한)이 포함될 수 있다. 또한, 본 기술은 연료 전지 제조에도 적용될 수 있으며, 주요 물질은 기능성 고분자, 접착제, 및 3-D 상호연결 구조체(3-D interconnect structure)를 포함할 수 있다. 미소 광학 소자의 제조를 위한 응용에서는, 주요 물질은 광학적 접착제 또는 UV 경화 폴리머가 될 수 있다. 또한, 다른 응용예는 주요 물질이 고분자 발광 다이오드 재료가 되는 디스플레이 제조 분야가 될 수 있다. 또한, 특정의 응용으로, 본 명세서에 개시된 장치 및 고속의 가변 인쇄 방법은 다수의 평판 인쇄 어플리케이션에 사용될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 개시된 장치 및 방법은 다이렉트 메일링, 광고, 계산서 및 청구서와 같은 고품질의 일대일 마케팅 어플리케이션을 위해 이상적인 것이 될 수 있다. 본 명세서에 설명된 시스템 및 방법은 맞춤 서적, 정기 간행물, 출판물, 포스터 및 디스플레이의 생산을 포함한 기타 어플리케이션에도 적합하다. 본 명세서에 개시된 고속의 가변 인쇄 시스템 및 방법은 또한 전술한 제품의 후처리(예컨대, 제본 및 마무리)를 용이하게 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 게이트제는 디바이스(1200)를 이용하여 분사될 수 있다. 디바이스(1200)는 표면(1204)을 갖는 하우징(1202)을 포함하며, 표면(1204)은 복수의 제트 노즐(1206, 1208)을 갖는다. 도 5 및 도 6에는 두 개의 행의 노즐(1206, 1208)이 도시되어 있지만, 이 디바이스는 요구되는 해상도에 따라 하나 또는 그 이상의 행의 노즐을 가질 수 있다. 하우징(1202)은 튜브 또는 다른 연통 매체(1212)를 통해 노즐 및 분사제(1210)와 연통하는 챔버(도시하지 않음)를 포함한다. 이 디바이스(1200)는 본 기술 분야에 널리 알려진 어떠한 적합한 인쇄 제어 장치가 이용될 수 있는 제어 유닛(1214)에 의해 제어된다.
이하의 예는 본 발명을 추가로 예시하지만, 본 발명을 제한하는 것은 아니라는 것은 자명하다.
예 1
본 발명에 유용한 나노입자 기반의 차단 게이트제 형성을 위해 다음과 같이 준비하였다:
7.11 중량％의 Huntsman B-60
Nissan Chemicals로부터의 7.11 중량％의 Snowtex-O®
JT Baker로부터의 0.43 중량％의 염화수소산
85.35 중량％의 DI 물
예 2
본 발명에 유용한 제2 차단 게이트제 형성을 위해 다음과 같이 준비하였다:
3.8 중량％의 폴리비닐 피로리돈(K12)
4.8 중량％의 폴리옥시에틸렌(12) 트리데실 에테르
91.3 중량％의 DI 물
예 3
본 발명에 유용한 제3 차단 게이트제 형성을 위해 다음과 같이 준비하였다:
10 중량％의 폴리옥시에틸렌(12) 트리데실 에테르
90 중량％의 DI 물
예 4
본 발명에 유용한 제4 차단 게이트제 형성을 위해 다음과 같이 준비하였다:
72.5 중량％의 탈이온화된 물
10 중량％의 GP 217(Genesee Polymer - 실리콘 개질 폴리머)
2.5 중량％의 BKY 333
15 중량％의 N-메틸-2-피로리돈
예 5
본 발명에 유용한 제5 차단 게이트제 형성을 위해 다음과 같이 준비하였다:
92.42 중량％의 탈이온화된 물
4.74 중량％의 quaterium 8(SilSense Q-plus)
0.94 중량％의 Surfynol® 485
0.2 중량％의 Surfynol® 440
예 6
본 발명에 유용한 제6 차단 게이트제 형성을 위해 다음과 같이 준비하였다:
3.55 중량％의 Huntsman B-60
Nissan Chemicals로부터의 7.11 중량％의 Snowtex-O®
JT Baker로부터의 0.43 중량％의 염화수소산
88.91 중량％의 DI 물
예 7
본 발명에 유용한 제7 차단 게이트제 형성을 위해 다음과 같이 준비하였다:
7.11 중량％의 Huntsman B-60
Nissan Chemicals로부터의 14.22 중량％의 Snowtex-O®
JT Baker로부터의 0.43 중량％의 염화수소산
78.24 중량％의 DI 물
예 1 내지 예 7에서 형성된 것의 전부가 차단제 또는 게이트제로서 유용하며, 최소의 고스트 현상, 테일링, 플러딩 또는 백그라운드 컬러를 갖는 양질의 인쇄물을 생산하였다.
이상의 설명은 단지 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법의 원리를 예시하는 것이며, 이러한 시스템 및 방법의 사상 및 요지에서 벗어나지 않고 당업자에 의해 다양한 수정이 이루어질 수 있다. 예컨대, 설명된 과정에서의 일부 단계의 순서는 필수적이지 않으며, 필요에 따라 변경될 수 있다. 또한, 다양한 기술에 의해 다양한 단계가 수행될 수 있다. 또한, 전술한 조성물 및 방법의 한 가지 장점은 가변 이미지를 생성하기 위해 표준 평판 인쇄 잉크를 사용할 수 있다는 점이다. 이들 잉크는 통상적으로 잉크젯 잉크를 이용하여 생산될 수 있는 고품질의 출판물을 생산할 수 있다. 이 기술 이전까지는 진정한 가변 평판 인쇄물을 생산하기가 매우 곤란하였다.
본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 실시예가 본 발명을 수행하기 위해 알려져 있는 최상의 모드와 함께 설명되어 있다. 이들 바람직한 실시예의 변형이 본 명세서를 참조하는 당업자에 의해 이루어질 수 있음은 명백할 것이다. 본 발명의 발명자는 당업자가 이러한 변형을 적합하게 채용할 수 있을 것으로 예상하며, 본 발명을 본 명세서에 구체적으로 설명된 것 이외의 방식으로 실시될 수 있도록 설명하였다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법에 의해 허용된 바와 같이 청구범위에 의해 한정되는 기술 요지의 변형예 및 등가물 모두를 포함한다. 또한, 가능한 변형예 모두에서의 전술한 요소의 어떠한 조합도 본 명세서에서 그와 다른 언급이 없다면 본 발명에 포함된다.

Claims (19)

  1. 표면에 도포되도록 구성되는 나노입자 기반의 게이트제(gating agent)로서, 상기 게이트제가,
    약 5％ 내지 약 20％의, 물에 분산 가능한 성분(water dispersible component);
    약 5％ 내지 약 15％의 아민; 및
    약 75％ 내지 약 95％의 물
    을 포함하는, 나노입자 기반의 게이트제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 물에 분산 가능한 성분이, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 산화아연, 콜로이드 산화세륨(colloidal ceria), 산화안티몬, 및 이들의 조합 중의 하나를 포함하는, 나노입자 기반의 게이트제.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 물에 분산 가능한 성분이 약 20 나노미터 미만의 크기 특성을 갖는, 나노입자 기반의 게이트제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아민은 아민 에톡시레이트인, 나노입자 기반의 게이트제.
  5. 제1항에 있어서,
    HLB가 약 2 내지 약 18 사이인, 나노입자 기반의 게이트제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노입자 기반의 게이트제가 약 4 내지 약 6 사이의 pH를 갖는, 나노입자 기반의 게이트제.
  7. 제1항에 있어서,
    필요한 경우의 성분으로 pH 조절제가 포함되는, 나노입자 기반의 게이트제.
  8. 고속의 가변 인쇄 작업에 사용하기 위한 디바이스에 있어서,
    하나 이상의 표면을 갖는 하우징;
    하나의 상기 표면에 장착되고, 각각 요구에 따라 방울(drop)을 방출할 수 있는 일련의 방출 노즐; 및
    상기 방출 노즐과 연통하는 게이트제의 소스
    를 포함하며,
    상기 게이트제는,
    약 8％ 내지 약 10％의 표면 활성제; 및
    게이트제 조성물 잔량의 물
    을 포함하는, 고속의 가변 인쇄 작업에 사용하기 위한 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 표면 활성제는 비이온성 계면활성제를 포함하는, 나노입자 기반의 게이트제.
  10. 고속의 가변 인쇄 방법에 있어서,
    게이트제 조성물을 일정한 패턴으로 기판 상에 분사하는 단계; 및
    상기 게이트제의 패턴에 의해 덮여지지 않은 영역에 인쇄 이미지를 형성하기 위해 인쇄 물질을 기판에 도포하는 단계
    를 포함하며,
    상기 게이트제 조성물은,
    약 0.05 내지 약 10 중량％의 차단제(blocking agent);
    최대 약 3 중량％의 표면 장력 개질 화합물;
    상기 게이트제 조성물이 약 1 내지 14 mPa.s의 범위 내의 점도를 갖도록 하는 최대 약 8 중량％의 점도 조절제; 및
    상기 게이트제 조성물 잔량의 솔벤트
    를 포함하며,
    상기 게이트제는 약 60 dynes/cm 미만의 동적 표면 장력을 갖는,
    고속의 가변 인쇄 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 게이트제 조성물은 상기 인쇄 물질의 도포 전에 상기 기판 상으로 분사되며, 상기 게이트제 조성물은 상기 게이트제가 분사된 영역 내의 상기 기판에 상기 인쇄 물질이 부착되는 것을 방지하는, 고속의 가변 인쇄 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기판은 상기 인쇄 이미지가 위에 형성되는 매체인, 고속의 가변 인쇄 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 기판은 상기 인쇄 이미지를 최종 인쇄 매체에 전사하는 중간 표면인, 고속의 가변 인쇄 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 게이트제 조성물은 상기 인쇄 물질의 도포에 후속하여 상기 기판 상으로 분사되며, 상기 게이트제 조성물은 상기 게이트제가 분사된 영역에서는 상기 인쇄 물질이 최종 인쇄 매체로 전사되는 것을 차단하는, 고속의 가변 인쇄 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 기판이 인쇄 실린더인, 고속의 가변 인쇄 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 게이트제 조성물이 약 1 내지 약 3 mPa.s 범위의 점도를 갖는, 고속의 가변 인쇄 방법.
  17. 고속의 가변 인쇄 작업에 사용하기 위한 디바이스에 있어서,
    하나 이상의 표면을 갖는 하우징;
    하나의 상기 표면에 장착되고, 각각 요구에 따라 방울을 방출할 수 있는 일련의 방출 노즐; 및
    상기 방출 노즐과 연통하는 게이트제의 소스
    를 포함하며,
    상기 게이트제는,
    약 0.05 내지 약 10 중량％의 차단제(blocking agent);
    최대 약 3 중량％의 표면 장력 개질 화합물;
    상기 게이트제의 조성물이 약 1 내지 14 mPa.s의 범위 내의 점도를 갖도록 하는 최대 약 8 중량％의 점도 조절제; 및
    상기 게이트제 조성물 잔량의 솔벤트
    를 포함하며,
    상기 게이트제가 약 60 dynes/cm 미만의 동적 표면 장력을 갖는,
    고속의 가변 인쇄 작업에 사용하기 위한 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 표면 개질 화합물이 약 11과 30 사이의 친수성-친지성 균형(hydrophilic-lipophilic balance)을 갖는 비이온성 계면활성제인, 고속의 가변 인쇄 작업에 사용하기 위한 디바이스.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 게이트제 조성물이 약 1 내지 약 3 mPa.s 범위의 점도를 갖는, 고속의 가변 인쇄 작업에 사용하기 위한 디바이스.
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