KR20100087647A

KR20100087647A - 분산제 및 상승제를 갖는 안료화된 상 변화 잉크

Info

Publication number: KR20100087647A
Application number: KR1020100006747A
Authority: KR
Inventors: 레이몬드 더블유. 웡; 제임스 디. 마요; 씨 제프리 알렌; 마르셀 피. 브레튼; 캐롤라인 엠. 투렉
Original assignee: 제록스 코포레이션
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2010-08-05
Also published as: US7776147B1; EP2210923A1; US20100190904A1; CN101914322B; CN101914322A; KR101547368B1

Abstract

상 변화 잉크 조성물은 잉크 전색제 및 적어도 하나의 안료를 포함하며, 상기 잉크 조성물은 실온에서 실질적으로 고체이고, 상기 적어도 하나의 안료용의 적어도 하나의 분산제 및 적어도 하나의 상승제를 포함한다.

Description

분산제 및 상승제를 갖는 안료화된 상 변화 잉크{PIGMENTED PHASE CHANGE INKS WITH DISPERSANT AND SYNERGIST}

본 발명은 잉크 전색제(vehicle) 및 적어도 하나의 안료를 포함하는 상 변화 잉크 조성물에 관한 것으로서, 상기 잉크 조성물은 실온에서 실질적으로 고체이고, 적어도 하나의 분산제 및 적어도 하나의 상승제를 포함한다. 상기 분산제 및 상승제는 잉크의 경도에 불리한 영향을 미치는 일 없이 상기 안료가 고체 상 변화 잉크 조성물 내에 잘 분산되도록 한다. 상기 상 변화 잉크는 잉크젯 인쇄 공정용으로 적합하다.

상 변화 잉크를 도입하는 잉크젯 인쇄 공정에 있어서, 실질적으로 고체인 잉크가 인쇄 장치 내의 히터에 의해 용융되어, 종래 액체 잉크젯 인쇄의 경우와 유사한 방식으로 액체로 분사된다. 알루미늄 드럼과 같은 중간 이동 매질(intermediate transfer medium) 또는 종이 또는 투명 물질과 같은 수용 기판일 수 있는 인쇄 기판과 접촉시 용융된 잉크는 즉시 고체화되고, 바람직하게는 색소(colorant)가 모세관 작용에 의해 기판(예를 들면, 종이) 내로 운반되는 대신에 실질적으로 기판의 표면에 남아 있도록 하는 속도로 고체화되어서, 일반적으로 액체 잉크를 이용하여 얻어지는 것보다 더 높은 인쇄 밀도를 갖게 한다. 따라서, 잉크젯 인쇄에서의 상 변화 잉크의 이점은 잉크 성분 증발이 거의 없거나 없음, 취급시 잉크가 누출될 가능성의 제거, 넓은 범위의 인쇄 밀도 및 품질, 종이의 구김(cockle) 및 비틀림(distortion)의 최소화 및 노즐에 마개를 씌우지 않더라도 노즐이 응고될 위험성 없이 비-인쇄 기간을 무한정으로 할 수 있는 것을 포함한다.

고체 잉크는 전형적으로 색소와 같은 염료를 도입한다. 어떤 염료는 매우 고가로서 잉크 비용의 상당량을 차지하며, 빈약한 내광성, 염료의 이송/블리딩 문제 및/또는 빈약한 용해도를 가질 수 있다. 안료는 염료보다 비용이 현저하게 낮을 수 있으며, 뛰어난 색상 및 열안정성과 개선된 색소 이송 저항 특성을 제공한다.

상 변화 잉크에서, 분산제는 잉크 전색제 내에서 잉크 안료의 분산을 안정화시키는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 상기 안료를 효과적으로 안정화시키기 위하여, 더 높은 분산제 부하(loading), 예를 들면 잉크의 약 5 중량% 이상의 부하량이 사용되어 왔다. 그러나, 분산제의 부하가 더 높아지면 잉크 경도에 불리한 영향을 미쳐서, 상대적으로 연하고(soft) 점성이 있는 특성을 갖는 잉크로 된다. 이러한 잉크로 형성된 인쇄는 더 높은 끈적임 발생과 이미지 형성 공정 동안 사용되는 트랜스퓨즈 드럼(transfuse drum)으로의 이동을 경험할 수 있다. 분산제의 양을 감소시키면 바람직하지 않은 잉크의 연성을 피할 수 있지만, 안료가 잉크 내에서 충분히 안정화되지 않을 수 있고, 이는 장기간의 잉크 안정성과 같은 다른 잠재적인 문제를 발생시켜서 분사의 신뢰성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

바람직한 것은 연하지 않고 점성이 없는 안정화된 안료화 잉크 시스템을 포함하는 상 변화 잉크 조성물이다.

이들 및 다른 목적들이 본 발명에서 달성된다. 구현예에서, 잉크 전색제 및 적어도 하나의 안료를 포함하는 상 변화 잉크 조성물이 개시되며, 상기 잉크 조성물은 실온에서 실질적으로 고체이고, 상기 적어도 하나의 안료용의 적어도 하나의 분산제 및 적어도 하나의 상승제를 포함하며, 120℃에서 30일 동안 보관할 때 상기 잉크 조성물의 평균 입자 크기는 새롭게 만들어진 잉크 조성물의 평균 입자 크기의 20% 이내로 증가한다.

다른 구현예에서, 잉크 전색제 및 적어도 하나의 안료를 포함하는 상 변화 잉크 조성물이 개시되며, 상기 잉크 조성물은 상기 적어도 하나의 안료용의 적어도 하나의 분산제를 상기 잉크 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 1.5 중량%의 양으로, 적어도 하나의 상승제를 상기 잉크 조성물 내의 안료의 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 포함한다.

다른 구현예에서, 잉크 전색제 및 적어도 하나의 안료를 포함하는 상 변화 잉크 조성물이 개시되며, 상기 잉크 전색제는 적어도 하나의 왁스 및 적어도 하나의 아미드 수지를 포함하고, 상기 잉크 조성물은 상기 적어도 하나의 안료용의 적어도 하나의 분산제 및 적어도 하나의 상승제를 포함하며, 상기 적어도 하나의 상승제는 상기 적어도 하나의 안료 표면에 흡착하는 기능기를 포함하고 상기 왁스에서 불용성이며, 상기 적어도 하나의 분산제는 상기 적어도 하나의 상승제와 상호작용하는 부분 및 상기 왁스 내에 가용성인 부분을 포함한다.

본 발명의 상 변화 잉크는 약 20℃ 내지 약 27℃의 온도, 예를 들면 실온에서 실질적으로 고체이고, 구체적으로는 약 40℃ 이하의 온도에서 실질적으로 고체이다. 그러나, 상기 잉크는 가열시 상이 변화하며, 분사 온도에서 용융 상태이다. 따라서, 상기 잉크는 약 50℃ 내지 약 150℃의 온도와 같은 잉크젯 인쇄에 적합한 상승 온도에서 약 1 내지 약 40 센티푸아즈(centipoise, cP), 예컨대 약 5 내지 약 15 cP 또는 약 8 내지 약 12 cP의 점도를 갖는다.

이와 관련하여, 본 발명의 잉크는 저에너지 잉크로 간주될 수 있다. 저에너지 잉크는 약 40℃ 이하의 온도에서 고체이고, 약 50℃ 내지 약 150℃, 예컨대 약 70℃ 내지 약 130℃ 또는 약 60℃ 내지 약 130℃의 분사 온도에서 약 5 내지 약 158 cP의 점도를 갖는다. 상기 잉크는 더 낮은 온도에서 분사하며, 따라서 분사를 위해 더 낮은 양의 에너지를 필요로 한다.

임의의 적합한 잉크 전색제가 도입될 수 있다. 전형적으로, 상 변화 잉크는 적어도 왁스계 전색제를 포함한다.

상기 전색제 내의 왁스는 잉크 내에서 상 변화제로 작용할 수 있다. 구체적으로, 상기 잉크는 실온에서 고체이고 분사 온도에서 용융됨으로써 상 변화를 겪는다. 따라서, 상기 왁스는 분사 온도, 예를 들면 약 75℃ 내지 약 150℃에서 기판 온도, 예를 들면 약 20℃ 내지 약 65℃까지 냉각될 때 잉크의 점도와 경도 증가를 촉진한다.

본 발명에서 사용된 바와 같이, 왁스라는 용어는 예를 들면 천연, 변형된 천연, 합성 왁스 및 복합 왁스(compounded wax)를 포함한다. 천연 왁스는 식물, 동물 또는 광물 기원일 수 있다. 변형된 왁스는 화학적으로 처리되어 그 본질과 특성이 변화된 천연 왁스이다. 합성 왁스는 화학물질의 반응 또는 중합에 의해 제조된다. 복합 왁스는 다양한 왁스의 혼합물 또는 왁스와 수지 또는 다른 첨가되는 화합물의 혼합물이다.

적합한 왁스는 파라핀, 폴리메틸렌, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 올레핀, 미정질(microcrystalline) 왁스, 에스테르 왁스, 지방산 및 다른 왁스성 물질, 지방 아미드 함유 물질, 설폰아미드 물질, 예를 들면 톨오일 로진(tall oil rosin) 및 로진 에스테르와 같이 상이한 천연 원료로부터 제조된 수지성 물질 및 많은 합성 수지, 올리고머, 폴리머 및 코폴리머 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

적합한 상 변화 왁스는 CH₃-(CH₂)_nCH₂OH의 구조를 갖는 탄소 사슬과 유사한 평균 사슬 길이를 갖는 선형의 저분자량 폴리에틸렌의 혼합물과 같은 히드록시-종결성(terminated) 폴리에틸렌 왁스를 포함하는 폴리에틸렌 왁스를 포함하며, 이때 사슬 길이 n은 혼합되어 있고, 평균 사슬 길이는 약 16 내지 약 50의 범위이다. 이러한 왁스의 적합한 예로는 예를 들면 UNILIN 350, UNILIN 425, UNILIN 550 및 UNILIN 700을 포함한다. 이들 왁스는 모두 베이커-페트롤라이트(Baker-Petrolite)로부터 상업적으로 이용할 수 있다.

적합한 특정 잉크 전색제의 예로는 예를 들면 하기 일반식을 갖는 베이커 페트롤라이트로부터 이용할 수 있는 화합물과 같은 에틸렌/프로필렌 코폴리머를 포함한다:

상기에서, x는 약 5 내지 약 150 또는 약 12 내지 약 105와 같은 약 1 내지 약 200의 정수이다. 이들 물질은 약 60℃ 내지 약 150℃, 예컨대 약 70 내지 약 140℃ 또는 약 80℃ 내지 약 130℃의 용융점 및 약 100 내지 약 5,000, 예컨대 약 200 내지 약 4,000 또는 약 400 내지 약 3,000의 수 평균 분자량(Mn)을 가질 수 있다. 이러한 코폴리머의 상업적인 예로는 예를 들면 베이커-페트롤라이트의 POLYWAX®계 왁스를 포함한다.

왁스의 결정화 능력은 그 전체 경도에 기여하며, 잉크에 강도를 부여한다. 결정화 정도는 왁스의 분지화 정도(즉, 불규칙성)를 조절함으로써 조절될 수 있다. 폴리에틸렌 사슬의 선형도 정도가 높으면 높은 결정성의 경성 물질이 산출된다. 잉크의 경성은 또한 왁스 성분의 분자량에 직접적으로 의존하며, 고분자량의 왁스는 상대적으로 더 단단하고 잠재적으로 더 강고한 잉크를 제공한다.

다른 적합한 상 변화 왁스는 예를 들면 수소화 피마자유, 1-옥타데칸올, 1,10-데칸디올, 1,12-도데칸디올, 모노 기능성 알코올 및 구르벳(Guerbet) 알코올과 같은 알코올 왁스를 포함한다.

다른 적합한 상 변화 왁스는 예를 들면 UNICID® 350, UNICID® 425, UNICID® 550 및 UNICID® 700과 같은 카르복시산 왁스를 포함한다. 이들 왁스는 모두 베이커-페트롤라이트로부터 상업적으로 이용할 수 있다.

사용될 수 있는 우레탄 왁스의 예로는 이소시아네이트 및 알코올의 반응 생성물을 포함한다. 적합한 이소시아네이트의 예로는 모노이소시아네이트, 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 디이소시아네이트의 코폴리머, 트리이소시아네이트의 코폴리머, 폴리이소시아네이트(3개 이상의 이소시아네이트 기능기를 가짐) 등 뿐만 아니라 이들의 혼합물을 포함한다.

구현예에서, 상기 왁스는 예를 들면 비닐 에테르; 지환족 에폭사이드, 지방족 에폭사이드 및 글리시딜 에폭사이드와 같은 에폭사이드; 옥세탄; (메타)아크릴레이트, 즉 아크릴레이트 및 메타크릴레이트; 등을 포함하는 하나 이상의 경화성 모이어티(moiety)로 기능화된다.

잉크 전색제로 사용될 수 있는 왁스 물질의 추가 예는 예를 들면 미국 특허 제6,860,930호에 개시되어 있다.

상기 잉크 전색제는 또한 예를 들면 미국 특허 제6,858,070호에 개시되어 있는 것과 같은 모노아미드, 테트라아미드, 이들의 혼합물 등과 같은 지방 아미드를 포함할 수 있다. 적합한 모노아미드는 적어도 약 50℃, 예를 들면 약 50℃ 내지 약 150℃의 용융점을 가질 수 있지만, 상기 용융점은 이들 온도 이상 또는 이하일 수도 있다. 적합한 모노아미드의 특정 예로는 예를 들면 위트코 화학사(Witco Chemical Company)로부터 이용가능한 KEMAMIDE 물질 및 크로다(Croda)로부터 이용가능한 CRODAMIDE와 같은 1차 모노아미드 및 2차 모노아미드를 포함한다.

상 변화 잉크용으로 적합한 잉크 전색제 성분의 추가 예로는 글리세릴 아비에테이트(abietate, KE-100^®)와 같은 로진 에스테르; 폴리아미드; 다이머산 아미드; ARAMID C를 포함하는 지방 아미드; KETJENFLEX MH 및 KETJENFLEX MS80을 포함하는 폴리 설폰아미드; 벨시콜 화학사(Velsicol Chemical Company)로부터 이용가능한 BENZOFLEX S552와 같은 벤조에이트 에스테르 등을 포함한다. 또한, 약 4 내지 약 16개 탄소원자를 갖는 선형의 긴 사슬 설폰도 적합한 잉크 전색제 물질이다.

상기 잉크 전색제는 잉크 중량의 약 25% 내지 약 99.5%, 예를 들면 잉크 중량의 약 30% 내지 약 90% 또는 약 50% 내지 약 75%를 포함할 수 있다.

상기 잉크는 또한 그 내부에 적어도 하나의 아미드 수지를 포함할 수 있다. 상기 아미드 수지는 잉크의 안료(들)용 분산제로 작용할 수 있다. 상기 아미드 수지는 트리아미드 또는 더 높은 차수(order)의 아미드(예컨대, 테트라아미드 등) 수지일 수 있다.

본 발명에서 사용하기 위한 적합한 트리아미드는 3개의 모든 아미드기가 단일 탄화수소 백본(backbone) 내에 함유되어 있는 분자인 선형 트리아미드를 포함한다. 선형 트리아미드의 예로는 하기 식을 갖는 트리아미드를 포함한다:

R은 약 1 내지 약 200개 탄소원자, 예컨대 약 25 내지 150개 탄소원자 또는 약 30 내지 약 100개 탄소원자를 갖는 임의의 탄화수소일 수 있다.

분자를 보통 묘사(normal depiction)할 때에는 아미드기는 상이한 분지(branch)에 있는 것으로 제안하지만, 선형 트리아미드는 3개의 아미드기가 단일 탄화수소 백본 내에 함유되어 있는 것들을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 트리아미드의 한 예는 하기 식으로 표시될 수 있다:

이는 또한 아래와 같이 묘사될 수 있다.

한 구현예에서, 상기 트리아미드는 또한 분지된 트리아미드일 수 있다. 적합한 분지된 트리아미드의 예로는 미국 특허 제6,860,930호에 개시되어 있는 트리아미드를 포함한다. 미국 특허 제6,860,930호에 개시되어 있는 임의의 분지된 트리아미드는 본 발명에서 사용하기에 적합하다.

상기 트리아미드는 잉크의 약 0.5 중량% 내지 약 40 중량%, 예컨대 약 5 중량% 내지 약 18 중량% 또는 약 8 중량% 내지 약 13 중량%의 양으로 잉크 내에 존재한다. 구현예에서, 사용되는 아미드 수지는 이들 범위 밖의 양으로 존재할 수 있으며, 테트라아미드, 펜타아미드 등과 같은 더 높은 차수의 아미드를 포함할 수도 있다.

하나 이상의 우레탄 수지가 상기 잉크 조성물 내에 포함될 수 있다. 적합한 우레탄 수지는 예를 들면 미국 특허 제6,309,453호에 개시되어 있다.

상기 우레탄은 잉크의 약 0.5 중량% 내지 약 40 중량%, 예컨대 약 1 중량% 내지 약 8 중량% 또는 약 1.5 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 잉크 내에 존재할 수 있다.

상기 구현예의 잉크는 종래 첨가제를 추가로 포함하여 이러한 종래 첨가제와 연관된 공지된 기능성의 이점을 취할 수 있다. 첨가제의 예는 아래에 간략하게 설명되어 있다.

가소제가 상기 잉크 내에 포함될 수 있으며, 예를 들면 BENZOFLEX S552(Velsicol Chemical Corporation)로 상업적으로 이용가능한 펜타에리트리톨 테트라벤조에이트를 포함할 수 있고, 잉크의 잉크 전색제 성분의 약 1 내지 100%를 구성할 수 있다. 가소제는 잉크 전색제로 기능하거나, 또는 일반적으로 극성인 잉크 분사제(propellant)와 일반적으로 비극성인 잉크 전색제 사이의 상용성을 제공하기 위한 제제로 작용할 수 있다.

상기 잉크는 2-히드록시벤질 알코올과 같은 선택적인 점도 개질제(viscosity modifier)를 추가로 포함할 수 있다. 존재할 경우, 상기 점도 개질제는 잉크 중량의 약 30% 내지 약 55% 또는 잉크 중량의 약 35% 내지 약 50%와 같은 임의의 효과량으로 잉크 내에 존재한다.

상기 잉크는 산화로부터 이미지를 보호하기 위하여 선택적으로 항산화제를 함유할 수 있고, 또한 프린터 내에서 열용융되어 존재할 때 산화로부터 잉크 성분을 보호할 수 있다. 적합한 항산화제의 예로는 N,N'-헥사메틸렌 비스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로신남아미드)(IRGANOX 1098, 시바-게기사(Ciba-Geigy Corporation)로부터 이용가능함) 등을 포함한다. 존재할 경우, 상기 항산화제는 잉크 중량의 약 0.25% 내지 약 10% 또는 잉크 중량의 약 1% 내지 약 5%와 같은 임의의 바람직한 또는 효과량으로 잉크 내에 존재할 수 있다.

상기 잉크는 또한 선택적으로 UV 흡수제를 함유할 수 있다. 상기 선택적인 UV 흡수제는 1차적으로 UV 열화로부터 생성된 이미지를 보호한다.

존재할 경우, 상기 선택적인 첨가제는 각각 또는 조합하여 잉크 중량의 약 1% 내지 약 10% 또는 잉크 중량의 약 3% 내지 약 5%와 같은 임의의 바람직한 또는 효과량으로 잉크 내에 존재할 수 있다.

본 발명에 개시된 잉크는 적어도 하나의 안료로 임의의 적합한 안료(들)를 함유할 수 있다.

구현예에서, 상기 안료는 잉크의 약 0.5 중량% 내지 약 40 중량%, 예컨대 잉크의 약 1 중량% 내지 약 8 중량% 또는 약 1.5 중량% 내지 약 6 중량% 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 안료는 약 15 ㎚ 내지 약 200 ㎚, 예컨대 약 15 ㎚ 내지 약 100 ㎚ 또는 약 15 ㎚ 내지 약 50 ㎚의 평균 입자 크기를 갖는 입자를 포함한다.

안료를 고체 상 변화 잉크 조성물 내로 포함시키는 몇가지 시도가 있다. 전형적인 잉크 조성물은 안료의 안정화를 저해할 수 있는 상대적으로 비극성인 많은 성분들을 갖고 있다. 동시에, 유기 안료는 이방성(anisotropic)일 수 있고, 잉크 내에서 안료 입자의 안정화를 어렵게 만들 수 있는 낮은 극성을 갖는다. 사용시의 저점도 및 고온은 상기 안료 입자 표면에 충분히 고정된(예컨대 흡착된, 공유적으로 또는 이온적으로 부착된, 또는 그래프트된) 분산제를 필요로 하며, 적어도 상기 분산제의 일부는 낮은 극성의 전색제와 상용성이 있다.

일반적으로, 액체계 매질 내의 안료 입자는 적합한 안정화 메카니즘이 도입되지 않으면 응집하는 경향을 가질 것이다. 비수성 시스템에서, 이것은 상기 안료 입자 표면 위에 잉크 매질 내에 전부 또는 일부가 용해될 수 있고 안료 입자가 서로 너무 가깝게 접근하여 이들이 상호작용 및 응집하는 것을 방지하거나 또는 적어도 저해하는 분자를 흡착시킴으로써 달성될 수 있다. 잉크 분산물의 양호한 열안정성을 달성하기 위하여, 상기 분산제는 안료 표면에 강하게 결합되어서 상승 온도에서 시간이 지남에 따라 안료 표면으로부터 떨어지지 않도록 해야만 한다. 적합한 상승제의 첨가는 상기 안료/분산제 상호작용의 강화에 도움을 준다.

상기 상승제는 안료 입자 표면에 고정 또는 흡착할 수 있는 기능기를 함유한다. 상기 기능기는 극성기일 수 있다. 상기 상승제는, 비록 잉크 전색제의 일부에서 가용성일 수 있지만, 잉크 전색제의 상당 부분에서 불용성일 수 있다.

상기 상승제가 안료 입자에 결합되는 적합한 기능기의 예로는 아민, 아미드, 에스테르, 설포네이트, 카르복시산, 히드록시기, 안하이드라이드, 우레탄, 우레아 및 4차 암모늄염과 같은 염 기, 이들의 조합 등과 같은 기능기를 포함한다. 상기 기들은 예를 들면 상승제가 안료 입자에 흡착, 부착 또는 그래프트되도록 상기 상승제를 안료 입자에 고정시킨다. 상기 기들은 수소 결합, 공유 또는 이온 결합, 산-염기 반응, 반데르발스 상호작용 등과 같은 임의의 적합한 방식으로 상기 안료 입자에 적합하게 고정 또는 흡착할 수 있다.

본 발명에 사용하기에 적합한 상승제의 특정 예로는 예를 들면 예컨대 바람직하게는 파랑, 초록 또는 검정 안료와 사용되는 루브리졸사의 SOLSPERSE® 5000(구리 프탈로시아닌 유도체), 예컨대 바람직하게는 파랑, 초록 또는 검정 안료와 사용되는 루브리졸사의 SOLSPERSE® 12000, 노랑, 오렌지 또는 빨강 안료용의 루브리졸사의 SOLSPERSE® 22000, 바람직하게는 파랑 또는 검정 안료용으로 사용되는 시바-기기사의 EFKA® 6745 및 바람직하게는 노랑, 오렌지 또는 빨강 안료용으로 사용되는 시바-기기사의 EFKA® 6750을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

구현예에서, 상기 잉크 조성물은 잉크 조성물 내에서 안료의 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량%, 예를 들면 잉크 조성물 내에서 안료의 약 0.15 중량% 내지 약 10 중량% 또는 잉크 조성물 내에서 안료의 약 0.5 내지 약 5 중량%의 양으로 적어도 하나의 상승제를 포함한다. 적절한 양의 상승제는 잉크 내에 상승제가 없는 경우와 비교할 때 잉크 내에서 안료를 안정화키기 위해 요구되는 분산제의 양을 감소시키도록, 예를 들면 상승제 없이 분산제의 약 10 내지 약 90 중량%, 예컨대 상승제 없이 분산제의 약 30 내지 약 80 중량% 또는 상승제 없이 분산제의 약 60 내지 약 75 중량%의 양을 떨어뜨리게 하기에 충분하다. 상기 잉크 조성물 내의 분산제의 양은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 잉크 조성물 냉에서 안료의 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량%일 수 있다. 구현예에서, 상기 양은 적어도 하나의 상승제를 사용함으로써 상기 잉크 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 1.5 중량%와 같이 낮을 수 있다.

상기와 같이, 잉크 조성물 내의 분산제의 양은 상승제의 사용 결과로 감소될 수 있다. 이는 상기 분산제가 점성이 있는 경우에 특히 이점이 있을 수 있는데, 그 이유는 점성인 분산제의 양을 줄이게 되면 전체 잉크의 점성이 줄어들게 되고, 이는 중간 이동 부재 또는 이미지 수용 표면이 덜 점성이게 하도록 할 수 있기 때문이다. 그러나, 분산제 양의 감소는 상승제의 사용으로 인하여 상기 잉크 조성물 내에서 안료(들)의 안정성에 불리하게 영향을 미치지는 않는다.

상승제의 첨가를 통한 분산제 양의 감소와 잉크 안정성의 유지 효과는 시간에 따라 측정된 입자 크기의 관점에서 표현될 수 있다. 이러한 측면에서, 입자 크기는 예를 들면 유리 셀 및 Malvern ZetaSizer를 사용하는 것과 같은 임의의 적합한 방식으로 측정될 수 있다. 상기 잉크를 120℃의 오븐에서 보관하면서 30일의 기간에 걸쳐 다양한 시점에서 입자 크기를 측정하면, 잉크 조성물 내에서 분산제의 양이 상기와 같은 양으로 줄어들고 상승제가 첨가될 때, 상기 잉크의 입자 크기는 새롭게 만들어진 잉크의 입자 크기의 20% 이하, 예를 들면 15% 이하로 증가한다. 구현예에서, 만들어진 잉크는 약 150 내지 약 300 ㎚의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.

따라서, 상기 상승제는 안료 위에서 강하게 흡착할 수 있는 기능기를 함유하는 고체이다. 반면, 상기 분산제는 상기 잉크 전색제의 상당한 부분에서 가용성이거나, 적어도 주로 가용성이다. 상기 분산제의 일부는 상기 상승제와 강하게 상호작용하여서, 상승제/분산제의 조합이 상기 안료의 표면에 강하게 결합된다. 따라서, 상기 상승제와 분산제의 조합은 분산제의 부하가 바람직하게 감소하면서 고체 잉크 매질 내에 안료가 효과적으로 분산되고, 상승 온도에서 시간에 따라 입자 크기의 안정성이 유지될 수 있도록 한다. 안료화된 잉크는 상승 온도에서 시간이 경과한 후, 예를 들면 120℃에서 30일 후에 안료의 입자 크기 성장이 15% 이하로 제한될 때 안정한 것으로 간주된다.

따라서, 상기 분산제는 그 자체 내에 잉크 전색제 내에 가용성인 적어도 일부를 포함하며, 이는 상기 상승제에 대한 친화성을 갖는 적어도 하나의 기능기를 포함한다. 전체적으로, 상기 분산제는 상기 매질 내에서 일부 또는 전부 가용성이지만, 상기 분산제의 적어도 하나의 기능기는 상승제와 강하게 상호작용하고, 이때 상기 상승제는 안료의 표면에 강하게 결합된다. 상기 분산제의 가용성 부분은 상기 잉크 매질 내로 연장되어 배리어(barrier)를 제공하며, 따라서 안료 입자의 응집을 방지 또는 저해한다.

상기 분산제는 일반적으로 극성기와 같이 상기 상승제와 상호작용하는 부분 및 예를 들면 사슬과 같이 상기 잉크 전색제와 상용성인 부분을 포함한다. 극성기는 수소 결합, 공유 결합, 산-염기 반응, 반데르발스 상호작용 등과 같은 임의의 적합한 방식으로 상기 상승제와 적합하게 상호작용할 수 있다. 적합한 극성기의 예로는 아민, 아미드, 에스테르, 설포네이트, 카르복시산, 히드록시기, 안하이드라이드, 우레탄, 우레아 및 4차 암모늄염과 같은 염 기 등과 같은 기능기를 포함한다. 상기 잉크 전색제와 상용성인 분산제 부분의 예로는 선형 또는 분지형, 포화 또는 불포화 등일 수 있고, 예를 들면 약 1 내지 약 50 탄소원자의 사슬 길이를 가질 수 있는 알킬 및 알콕시기와 같은 기들을 포함한다.

적합한 분산제의 특정 예로는 미국 특허 제6,702,884호 및 미국 특허 제6,841,590호에 개시되어 있는 것과 같은 폴리에스테르 분산제가 있다. 분산제로는 SOLSPERSE® 16000, SOLSPERSE® 28000, SOLSPERSE® 32500, SOLSPERSE® 38500, SOLSPERSE® 39000, SOLSPERSE® 54000, SOLSPERSE® 17000, SOLSPERSE® 17940, SOLSEPERSE® 13240, SOLSPERSE® 19000 뿐만 아니라 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

적합한 폴리에스테르 분산제의 예는 미국 특허 제3,996,059호에 개시되어 있다. 상기 분산제는 하기 식의 폴리에스테르일 수 있다:

상기에서, 각각의 R₁은, 비록 그 수는 이들 범위 밖일 수도 있지만, 적어도 8개 탄소원자, 예컨대 약 8 내지 약 40개 탄소원자 또는 약 8 내지 약 40개 또는 약 8 내지 약 20개 탄소원자를 함유하는 선형, 분지형, 포화, 불포화, 환형의 포화 및 불포화된 알킬렌기를 포함하는 알킬렌기이고; X는 (ⅰ) 산소원자, 또는 (ⅱ) 산소 또는 질소원자를 통해 카르보닐기에 부착되는 적어도 2개 탄소원자를 갖는 알킬렌기이며; R₂는 (ⅰ) 수소원자, 또는 (ⅱ) 1차, 2차 또는 3차 아민기 또는 그의 산과의 염, 또는 4차 암모늄염 기이고; 및 n은 반복기의 수를 나타내는 정수로서, 예를 들면 2 내지 약 20 또는 약 2 내지 약 10이다.

적합한 분산제의 다른 예로는 미국 특허 제6,858,070호에 개시되어 있는 것과 같은 폴리알킬렌 숙신이미드 분산제를 포함한다. 분산제는 셰브론 오로나이트사(Chevron Oronite Company)로부터 상업적으로 이용가능한 셰브론 오로나이트 OLOA 11000, OLOA 11001, OLOA 11002, OLOA 11005, OLOA 371, OLOA 375, OLOA 411, OLOA 4500, OLOA 46001, OLOA 8800, OLOA 8900, OLOA 9000, OLOA 9200 등 뿐만 아니라 이들의 혼합물도 포함할 수 있다. Byk-Chemie의 다른 적합한 분산제로는 불포화 폴리카르복시산인 BYK P-105, 고분자량 코폴리머의 알킬 암모늄염인 BYK 9076, BYK 9077, 히드록시-기능성 카르복시산 에스테르인 Disperbyk 108, 아크릴레이트 코폴리머인 Disperbyk 116, 2-메톡시-1-메틸에틸 아세테이트 내에서 산 폴리머의 알킬 암모늄염의 용액인 Disperbyk 140, 디카르복시산 에스테르 내에서 고분자량 블록 코폴리머의 용액인 Disperbyk 168, 메톡시프로필 아세테이트 내에서 변형된 아크릴레이트 폴리머의 용액인 Disperbyk 2000, 메톡시프로필 아세테이트, 부틸글리콜 및 메톡시프로판올의 혼합물 내에서 변형된 아크릴레이트 폴리머의 용액인 Disperbyk 2001과 같은 예들을 포함한다.

일부 분산제는 (공급자로부터) 휘발성 용매 내에 분산되고, 따라서 어떤 혼합 장치에서 직접 사용하기에 적합하지 않을 수 있다. 이들 분산제는 휘발성 용매를 제거하기 위해 전처리되어서, 상기 물질이 선택적으로 원하는 혼합 장치 내에서 사용되도록 할 수 있다. 상기 휘발성 용매는 혼합 공정에서 사용되기 전에 휘발성 용매를 제거하기 위하여 상기 분산제를 (선택적으로는 진공 하에) 고온, 예를 들면 120℃에서 가열함으로써 제거될 수 있다.

구현예에서, 바람직한 잉크 조성물은 분산제 및 상승제 이외에 약 40 내지 약 60 중량%의 폴리에틸렌 왁스, 약 8 내지 약 18 중량%의 트라아미드 수지, 예를 들면 스테아릴 스테아르아미드와 같은 약 10 내지 약 20 중량%의 지방 아미드, 약 5 내지 약 15 중량%의 로진 에스테르, 예를 들면 NAUGARD 445와 같은 약 0.01 내지 약 3 중량%의 항산화제 및 약 1 내지 약 7 중량%의 우레탄 수지(미국 특허 제6,309,453호의 실시예 4에 개시되어 있음)를 포함한다.

구현예에서, 후속 렛다운(loetdown)을 위하여 예를 들면 압출기(extruder), 반죽기(kneader), 어트리터(attritor) 등과 같은 적합한 혼합 장치 내에서 농축물로서 안료를 제조하고, 예를 들면 잉크 전색제의 다른 성분과 균질화시키는 높은 전단 혼합과 같은 처리를 수행함으로써 상기 잉크가 제조될 수 있다. 구현예에서는 상기 압출 공정에서 상기 상승제, 안료 및 예를 들면 트리아미드 수지와 같은 잉크 제형 유래의 극성 수지를 상기 압출기에 충진하기 전에 분말 형태로 함께 블렌드한다. 상기 트리아미드 수지가 안료(들)용 분산제로 간주될 수 있지만, 이 단계에서 상기 블렌드물은 선택적으로는 분산제가 없을 수 있다. 이후, 압출 결과물은 다른 잉크 성분들과 함께 가공되어 상 변화 잉크를 형성할 수 있다. 이후, 상기 압출기 내의 내용물은 약 25℃ 내지 약 90℃, 예컨대 약 50℃ 내지 약 85℃ 또는 약 60℃ 내지 약 80℃의 온도에서 약 5 RPM 내지 약 600 RPM, 예컨대 약 25 RPM 내지 약 100 RPM 또는 약 40 RPM 내지 약 65 RPM으로 혼합될 수 있다. 이러한 혼합은 상기 안료 입자를 전단하기에 충분한 토크(torque)를 제공하여서, 상기 상승제의 극성기가 상기 안료 표면에 고정되도록 한다. 이후, 상기 분산제는 압출 공정 후에, 또는 구현예에서는 잉크 제조 공정 동안에 상기 혼합물에 순차적으로 첨가될 수 있다. 상기 내용물은 압출되어서 안료의 압출물을 형성하며, 상기 전단된 안료는 수지, 상승제 및/또는 분산제에 의해 젖게 된다.

상기 압출 공정과는 별개로, 예를 들면 적어도 상기 왁스 성분을 포함하는 잉크 전색제의 다른 성분들이 약 80℃ 내지 약 150℃, 예를 들면 약 80℃ 내지 약 140℃의 온도에서 혼합된다.

이후, 상기 압출물 및 혼합된 잉크 전색제 성분들은 예를 들면 균질기 또는 고속 교반기 등을 이용한 교반 또는 높은 전단 혼합에 의해 가공하여 안정한 안료화된 고체 상 변화 잉크를 형성한다. 본 발명은 상기 잉크 농축물의 제조 동안에 사용되는 잉크 성분의 선택이라는 관점에서 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 어떤 구현예에서, 상기 상승제 및 분산제 모두 상기 잉크 농축물의 제조 동안에 존재할 수 있다.

추가 구현예에서, 상기 압출물과 잉크 전색제의 나머지 성분들의 혼합은 하나 이상의 단계로 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 균질화는 상기 잉크의 상대적으로 극성인 성분(들)과 상기 압출물의 제1 균질화 공정, 및 상기 제1 균질화 공정의 생성물이 상기 잉크의 상대적으로 비극성인 성분 중 적어도 하나와 혼합되는 제2 균질화 공정을 포함할 수 있다. 상기 잉크의 상대적으로 극성인 성분으로는 지방 아미드(예를 들면, KEMAMIDE S180) 및 글리세릴 아비에테이트와 같은 로진 에스테르(예를 들면, KE-100)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 잉크의 상대적으로 비극성인 성분으로는 폴리에틸렌 왁스와 같은 왁스를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 양쪽 균질화 공정 모두는 동일하거나 상이한 온도, 예를 들면 약 60℃ 내지 약 150℃ 또는 약 80℃ 내지 약 120℃의 온도에서 수행될 수 있다.

물론, 다른 공정 또한 상기 잉크를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 분산제는 안료가 첨가되는 혼합물에 존재할 수 있고, 상기 농축물 또는 잉크 자체의 제조 동안에 상승제가 순차적으로 첨가될 수 있다. 이것은 또한, 특히 상기 상승제가 분산제보다 안료 표면에 대한 친화도가 더 강할 때, 상기 잉크 전색제 내에서 안료가 적절하게 안정화되어 분산되도록 할 수 있다. 아울러, 상기 잉크 농축물 및 잉크 자체의 제조 모두에 대해서 또 다른 가공 수단이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 잉크 농축물 또는 잉크는, 스테인리스 스틸 볼, 세라믹 칩 등과 같은 선택적인 분쇄(grinding) 매질이 있거나 없는 채로, 기계적 또는 자력 교반기, 고속 혼합기, 어트리터, 균질기, 초음파기, 미세유동기(microfluidizer) 등을 포함하는 임의의 적합한 수단에 의해 교반 또는 혼합될 수 있다.

형성된 잉크는 임의의 적합한 공정에 의해, 예를 들면 약 90℃ 내지 약 150℃의 온도에서 스크린으로 여과함으로써 여과될 수 있다. 제조된 잉크의 여과는 예를 들면 나일론, 폴리설폰, 및 예를 들면 6 ㎛ 또는 1 ㎛의 절대 등급을 갖는 유리섬유 필터와 같은 다양한 뎁스 필터(depth filter)를 이용하여 수행될 수 있다.

본 발명에 개시된 잉크는 약 100℃ 내지 130℃, 예컨대 약 110℃ 내지 약 120℃에서 약 10^-2 내지 약 10⁴ s^-1, 예컨대 약 10^-1 내지 약 10³ s^-1의 전단 속도에서 뉴턴성 거동을 나타낼 수 있다.

상 변화 잉크젯 공정은 잘 알려져 있으며, 예를 들면 미국 특허 제4,601,777호, 제4,251,824호, 제4,410,899호, 제4,412,224호 및 제4,532,530호에 개시되어 있다.

잉크 분사 장치는 본 기술분야에 알려져 있다. 미국 특허 제6,547,380호에 개시된 바와 같이, 잉크젯 인쇄 시스템은 일반적으로 연속 흐름 및 드롭-온-디맨드(drop-on-demand)의 2가지 유형이다. 연속 흐름 잉크젯 시스템에서, 잉크는 가압 하에 적어도 하나의 오리피스(orifice) 또는 노즐을 통해 연속적인 흐름으로 분출된다. 상기 흐름은 동요되어서(perturbed), 상기 오리피스로부터 고정된 거리에서 액적(droplet)으로 부서지게 된다. 부서지는 시점에서, 상기 액적은 디지털 데이터 신호에 따라 대전되고, 재순환용 홈통 또는 기록 매질 상의 특정한 위치로 향하도록 각각의 액적의 궤적을 조절하는 정전기장을 통과한다. 드롭-온-디맨드 시스템에서, 액적은 디지털 데이터 신호에 따라 오리피스로부터 직접 기록 매질 상의 위치로 배출된다. 액적은 상기 기록 매질 상에 놓여지지 않는 한 형성 또는 배출되지 않는다. 비수성 잉크용으로 상이한 유형의 드롭-온-디맨드 잉크젯 시스템이 존재한다. 한 유형의 드롭-온-디맨드 시스템은 그 주된 성분으로 한 말단의 노즐과 다른 말단 근처의 압력 펄스를 생성하는 압전(piezoelectric) 변환기를 갖는 잉크 충진 채널 또는 통로를 갖는 압전 장치이다. 다른 유형의 드롭-온-디맨드 시스템은 어쿠스틱(acoustic) 잉크 인쇄로 알려져 있다. 알려진 바와 같이, 어쿠스틱 빔은 이것이 부딪치는 대상에게 복사압을 가한다. 따라서, 어쿠스틱 빔이 액체 풀(pool)의 바닥으로부터 자유 표면(즉, 액체/공기 계면)에 부딪칠 때, 상기 풀의 표면에 가하는 복사압은 충분히 높은 레벨에 도달하여서, 표면 장력의 억제력에도 불구하고 상기 풀로부터 개별 액체 액적을 방출할 수 있다. 상기 빔을 풀의 표면 또는 그 근처에 초점을 맞추면 주어진 양의 입력 전력에 대해 가하는 복사압을 강화시킨다.

상기 잉크를 예를 들면 어쿠스틱 잉크젯 장치 또는 압전 잉크젯 장치와 같은 잉크젯 장치 내에 도입시키고, 상기 잉크를 적합한 분사 온도로 가열함과 동시에, 용융된 잉크 액적을 이미지로 인식될 수 있는 중간 이동 매질과 같은 기판 또는 종이나 투명 물질 상에 패턴으로 토출되도록 함으로써 본 발명에서 개시된 잉크를 이용하여 인쇄된 이미지를 생성할 수 있다. 상기 잉크는 전형적으로 임의의 적합한 공급 장치에 의해 토출 채널 및 잉크 토출용 잉크젯 헤드의 오리피스에 연결된 적어도 하나의 저장소 내에 포함된다. 따라서, 상기 상 변화 잉크는 고체 상태로부터 분사용 용융 상태로 변환된다. 압전 잉크젯 장치의 전형적인 디자인에서, 상기 이미지는 잉크젯 헤드에 대해 이미지 수용 부재 또는 중간 이동 부재와 같은 기판이 4 내지 18번 회전(증분 움직임(incremental movement))하는 동안에(즉, 각각의 회전 사이에 상기 기판에 대한 프린트헤드의 작은 변형(translation)이 있게 됨) 적절한 색깔의 잉크를 분사함으로써 도포된다. 이러한 접근법은 프린트헤드 디자인을 단순화시키며, 상기 작은 움직임은 액적의 양호한 기록을 보장한다.

상기 잉크는 또한 간접(오프셋) 인쇄용 잉크젯 애플리케이션(application)에 도입될 수 있으며, 용융된 잉크 액적이 기록 기판 상에 이미지화 패턴으로 토출될 때, 상기 기록 기판은 중간 이동 부재이고, 상기 이미지화 패턴 내의 잉크는 상기 중간 이동 부재로부터 종이 또는 투명판과 같은 최종 기록 기판으로 순차적으로 전달된다.

전술한 구현예들을 하기 실시예에 의해 보다 상세히 설명할 것이다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

아래에 요약한 바와 같이 잉크 농축물 제조용 어트리터를 이용하여 잉크를 제조하였다. 다음과 같이 잉크 농축물 1을 제조하였다: 1/8 인치 스테인리스 스틸 볼이 장착된 Szegvari 01 어트리터를 120℃로 가열하고, 트리아미드 수지 6(113.4 g), SOLSPERSE® 13240 (21.0 g) 및 NAUGARD 445 (0.25 g)를 함유하는 미리 용융된 혼합물을 충진하였다. 교반된 상기 혼합물에 HOSTAPERM Blue B4G(21.0 g)를 천천히 첨가한 후, 상승제로 SOLSPERSE® 5000(0.42 g)을 첨가하였다. 상기 혼합물을 120℃의 온도에서 250 RPM의 속도로 16시간 동안 교반하였다. KE100(36.0 g), KEMAMIDE S-180(40.5 g), 우레탄 수지(12.0 g), NAUGARD 445(0.25 g) 및 폴리에틸렌 왁스(156.0 g)의 희석액을 120℃에서 미리 용융시켰다. 이후, 상기 용융된 희석액을 교반하는 잉크 농축물(55.7 g) 내에 천천히 부었고, 120℃에서 1시간 더 교반하였다.

상기 잉크를 여과한 후, 바로 유리 셀 내에 위치시키고, Malvern ZetaSizer로 입자 크기를 측정하기 위해 사용하였다. 상기 셀은 120℃의 오븐 내에 보관하였다; 입자 크기 측정은 30일 동안 다양한 시점에서 수행하였다. 새롭게 여과된 잉크의 입자 크기는 234 ㎚였고, 120℃에서 30일 동안 경과한 후의 입자 크기는 229 ㎚였다.

실시예 2

상기 상승제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 잉크 2를 제조하였다. 새롭게 여과된 잉크의 입자 크기는 283 ㎚였고, 120℃에서 30일 동안 경과한 후의 입자 크기는 372 ㎚였다.

실시예 3

감소된 양의 SOLSPERSE® 13240(13.7 g)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 잉크 2를 제조하였다. 새롭게 여과된 잉크의 입자 크기는 255 ㎚였고, 120℃에서 30일 동안 경과한 후의 입자 크기는 282 ㎚였다.

명목상의(nominal) 입자 크기 및 입자 크기 안정성의 측면 모두에서 상승제의 효과를 볼 수 있다. 상승제가 없는 잉크는 상승제를 함유하는 잉크보다 더 큰 입자 크기 및 크기 성장을 나타내었다. 아울러, 상승제의 첨가는 입자 크기 및 입자 크기 성장의 측면에서 열안정성을 유지하면서 더 적은 분산제의 사용을 가능하게 하였다.

Claims

잉크 전색제 및 적어도 하나의 안료를 포함하는 상 변화 잉크 조성물로서, 상기 잉크 조성물은 실온에서 실질적으로 고체이고, 상기 적어도 하나의 안료용의 적어도 하나의 분산제 및 적어도 하나의 상승제를 포함하며, 120℃에서 30일 동안 보관할 때 상기 잉크 조성물의 평균 입자 크기는 새롭게 만들어진 잉크 조성물의 평균 입자 크기의 20% 이내로 증가하는 상 변화 잉크 조성물.
잉크 전색제 및 적어도 하나의 안료를 포함하는 상 변화 잉크 조성물로서, 상기 잉크 조성물은 상기 적어도 하나의 안료용의 적어도 하나의 분산제를 상기 잉크 조성물의 약 0.1 중량% 내지 약 1.5 중량%의 양으로, 적어도 하나의 상승제를 상기 잉크 조성물 내의 안료의 약 0.1 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 포함하는 상 변화 잉크 조성물.
잉크 전색제 및 적어도 하나의 안료를 포함하는 상 변화 잉크 조성물로서, 상기 잉크 전색제는 적어도 하나의 왁스 및 적어도 하나의 아미드 수지를 포함하고, 상기 잉크 조성물은 상기 적어도 하나의 안료용의 적어도 하나의 분산제 및 적어도 하나의 상승제를 포함하며, 상기 적어도 하나의 상승제는 상기 적어도 하나의 안료 표면에 흡착하는 기능기를 포함하고 상기 왁스에서 불용성이며, 상기 적어도 하나의 분산제는 상기 적어도 하나의 상승제와 상호작용하는 부분 및 상기 왁스 내에 가용성인 부분을 포함하는 상 변화 잉크 조성물.