KR20100124219A

KR20100124219A - 저분자량 4차 암모늄염 분산제를 함유하는 안료 상 변화 잉크

Info

Publication number: KR20100124219A
Application number: KR1020100046067A
Authority: KR
Inventors: 아델라 고어드마; 씨 제프리 알렌; 캐롤라인 엠. 투렉; 크리스토퍼 에이. 와그너; 레이몬드 더블유. 웡; 마리아 비라우; 쇼 브이. 카오
Original assignee: 제록스 코포레이션
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2010-11-26
Also published as: EP2253680A1; EP2253680B1; US8118922B2; JP5572003B2; KR101590196B1; CN101891985B; CN101891985A; US20100288162A1; JP2010265457A; CA2703442C; CA2703442A1

Abstract

본 발명은 잉크 전색제, 분산제, 및 안료 입자를 포함하는 안료 상 변화 잉크 조성물에 관한 것으로, 상기 분산제는 하기 식의 화합물이다:

상기 식에서 R₁은 적어도 23개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 아릴기, 알킬아릴기 또는 아릴알킬기이고, R₂는 적어도 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌기, 아릴렌기, 알킬아릴렌기 또는 아릴알킬렌기이며, X는 4차 암모늄염이다. 상기 잉크는 용융시 및 동결 융해 주기에 노출되었을 때에도 실질적인 응집 및 침전에 대한 내성이 있을 수 있다.

Description

저분자량 4차 암모늄염 분산제를 함유하는 안료 상 변화 잉크{PIGMENTED PHASE CHANGE INKS CONTAINING LOW MOLECULAR WEIGHT QUATERNARY AMMONIUM SALT DISPERSANTS}

본 발명은 다수의 복사 및 인쇄 장치에서 사용될 수 있는, 고체 상 변화 또는 핫멜트 잉크와 같은 잉크에 관한 것이다.

다양한 분산제를 포함하는 안료 상 변화 잉크 조성물 (pigmented phase change ink composition)이 알려져 있다. 예를 들어 SOLSPERSE™ 분산제를 포함하는 안료 상 변화 잉크 조성물이 WO 99/42523 및 미국 특허 공개 제2003/0127021호에 기재되어 있다.

공지의 조성물 및 공정은 그 의도된 목적에 적합하지만 개선된 착색 (colored) 상 변화 잉크 조성물에 대한 요구가 여전히 있다. 예를 들어, 안료 착색제 (pigment colorant)를 포함하며 안료 입자가 잉크 내에서 안정하고 잘 분산되어 있는 상 변화 잉크, 개선된 이미지 품질, 개선된 일광 견뢰도 (light fastness) 및 감소된 쇼스루 (show through)를 갖는 상 변화 잉크, 잉크가 장기간 고온에 노출될 때 착색제가 잉크 내의 덩어리화 (agglomeration) 및 침전 (settling)을 감소시키는 안료 상 변화 잉크, 및 프린트헤드 내 분사 막힘이 감소된 안료 상 변화 잉크에 대한 요구가 여전히 있다.

본 발명은 저분자량 4차 암모늄염 분산제를 함유하는 개선된 안료 상 변화 잉크, 이러한 분산제로 작용하는 신규한 화합물 및 이들 화합물을 제조하는 방법을 제공함으로써 상기 및 다른 요구를 다룬다.

본 발명은 잉크 전색제, 안료 입자, 및 분산제를 포함하는 잉크로서,

상기 분산제는 상기 안료 입자를 안정화시키고;

상기 분산제는 하기 식을 갖는 화합물인 잉크를 제공한다:

상기 식에서, R₁은 알킬기, 아릴기, 아릴알킬기 또는 알킬아릴기이고, R₂는 알킬렌기, 아릴렌기, 아릴알킬렌기 또는 알킬아릴렌기이며; X는 4차 암모늄염이다.

도 1은 비교 잉크 실시예 1과 비교한, 분산제 실시예 3을 포함하는 상 변화 잉크 실시예 1 및 2의 시간 경과에 따른 안료 Z-평균 입자 크기를 보여준다.
도 2는 비교 잉크 실시예 2와 비교한, 분산제 실시예 3을 포함하는 상 변화 잉크 실시예 1의 시간 경과에 따른 안료 Z-평균 입자 크기를 보여준다.
도 3은 비교 잉크 실시예 1과 비교한, 분산제 실시예 3 및 1을 각각 포함하는 상 변화 잉크 실시예 1 및 3의 안료 Z-평균 입자 크기를 보여준다.
도 4a는 비교 실시예의 분산제를 포함하는 상 변화 잉크로 제조된 인쇄물의 광학 밀도를 보여준다.
도 4b는 본 발명에 따른 분산제를 포함하는 상 변화 잉크로 제조된 인쇄물의 광학 밀도를 보여준다.

분산제 화합물

하기 식을 갖는 화합물이 상 변화 잉크 내에서 분산제로 사용될 수 있다. 일반적으로, 화합물은 하기 식으로 나타낼 수 있다:

상기 식에서 R₁은

(i) 선형 또는 분지형, 고리형 또는 비고리형, 치환 또는 비치환될 수 있고, 산소, 질소, 황, 규소, 인 등과 같은 헤테로 원자가 알킬기 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며, 한 구현예에서 적어도 약 1개의 탄소 원자, 또는 적어도 약 16개의 탄소 원자, 또는 적어도 약 23개의 탄소 원자를 가지고, 또는 약 200개 이하의 탄소 원자, 또는 약 150개 이하의 탄소 원자, 또는 약 100개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬기,

(ⅱ) 치환 또는 비치환될 수 있고, 아릴알킬기의 알킬 부분이 선형 또는 분지형, 고리형 또는 비고리형, 치환 또는 비치환될 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소, 인 등과 같은 헤테로 원자가 아릴알킬기의 아릴 또는 알킬 부분 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며, 한 구현예에서 적어도 약 6개의 탄소 원자를 가지고, 다른 구현예에서 적어도 약 23개의 탄소 원자를 가지며, 또는 약 200개 이하의 탄소 원자, 또는 약 150개 이하의 탄소 원자, 또는 약 100개 이하의 탄소 원자를 가지는 아릴알킬기, 또는

(ⅲ) 치환 또는 비치환될 수 있고, 알킬아릴기의 알킬 부분이 선형 또는 분지형, 고리형 또는 비고리형, 치환 또는 비치환될 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소, 인 등과 같은 헤테로 원자가 알킬아릴기의 아릴 또는 알킬 부분 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며, 한 구현예에서 적어도 약 6개의 탄소 원자, 또는 적어도 약 23개의 탄소 원자를 가지고, 약 200개 이하의 탄소 원자, 또는 약 150개 이하의 탄소 원자, 또는 약 100개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬아릴기이고,

R₂는

(i) 선형 또는 분지형, 포화 또는 불포화, 고리형 또는 비고리형, 치환 또는 비치환될 수 있고, 산소, 질소, 황, 규소, 인 등과 같은 헤테로 원자가 알킬렌기 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며, 한 구현예에서 적어도 약 1개의 탄소 원자, 또는 적어도 약 2개의 탄소 원자를 가지고, 또는 약 20개 이하의 탄소 원자, 또는 약 10개 이하의 탄소 원자, 또는 약 8개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬렌기,

(ⅱ) 치환 또는 비치환될 수 있고, 산소, 질소, 황, 규소, 인 등과 같은 헤테로 원자가 아릴렌기 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며, 한 구현예에서 적어도 약 6개의 탄소 원자, 또는 적어도 약 7개의 탄소 원자를 가지고, 또는 약 20개 이하의 탄소 원자, 또는 약 15개 이하의 탄소 원자, 또는 약 10개 이하의 탄소 원자를 가지는 아릴렌기,

(ⅲ) 치환 또는 비치환될 수 있고, 아릴알킬렌기의 알킬 부분이 선형 또는 분지형, 포화 또는 불포화, 고리형 또는 비고리형, 치환 또는 비치환될 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소, 인 등과 같은 헤테로 원자가 아릴알킬렌기의 아릴 또는 알킬 부분 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며, 한 구현예에서 적어도 약 7개의 탄소 원자, 또는 적어도 약 8개의 탄소 원자를 가지고, 또는 약 20개 이하의 탄소 원자, 또는 약 15개 이하의 탄소 원자, 또는 약 10개 이하의 탄소 원자를 가지는 아릴알킬렌기, 또는

(ⅳ) 치환 또는 비치환될 수 있고, 알킬아릴렌기의 알킬 부분이 선형 또는 분지형, 포화 또는 불포화, 고리형 또는 비고리형, 치환 또는 비치환될 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소, 인 등과 같은 헤테로 원자가 알킬아릴렌기의 아릴 또는 알킬 부분 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있으며, 한 구현예에서 적어도 약 7개의 탄소 원자, 또는 적어도 약 8개의 탄소 원자를 가지고, 또는 약 20개 이하의 탄소 원자, 또는 약 15개 이하의 탄소 원자, 또는 약 10개 이하의 탄소 원자를 가지는 알킬아릴렌기이며,

X는 4차 암모늄염이다.

특정 구현예에서, R₁은 식 CH₃(CH₂)_n- 의 선형 알킬 사슬일 수 있다. 한 구현예에서 n은 평균값 28개의 탄소 및 약 20 내지 약 40개의 범위를 가지고, 또는 n은 평균값 36 및 약 34 내지 약 40개의 범위를 가지고, 또는 n은 평균값 46개 및 약 46 내지 약 52개의 범위를 가진다.

아미드기와 4차 암모늄염 기 사이의 R₂ 기는 일반적으로 임의의 알킬렌, 아릴렌 등일 수 있다. 일반적으로, 알킬렌 또는 아릴렌기는 2차 탄소 원자를 말한다. 구현예에서 R₂는 2 내지 4개 사이의 탄소 원자를 갖는 선형 알킬렌기일 수 있다. 예를 들어 R₂는 2, 3 또는 4개 탄소 원자의 선형 알킬렌기이다. 일반적으로 R₂ 기의 길이는 후술하는 바와 같이 카르복시산과 반응하는 전구체 화합물의 특성에 의해 결정된다. 한 구현예에서, R₂는 식 -CH₂CH₂CH₂- 이다.

4차 암모늄염 기 "X"는 일반적으로 염 이온에 이온 결합된 임의의 4차 암모늄 작용기일 수 있다. 상기 "X" 기를 일반적으로 분산제 화합물의 "앵커 (anchor)"로 칭한다. 구현예에서 4차 암모늄염은 하기 염 기 중 임의의 것일 수 있다:

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분산제 화합물의 제조 방법

전술한 분산제 화합물은 2가지 일반적인 반응 공정에 따라 합성될 수 있다. 첫 번째 반응 공정은 "투 폿 (two pot)" 반응 공정으로, 이 공정에서는 중간체가 형성된 다음 추가 반응 단계 전에 단리된다. 두 번째 반응 공정은 "원 폿 (one pot)" 반응 공정으로, 이 공정에서는 모든 반응 단계가 중간체 단리 없이 일어난다.

첫 번째 반응 공정 (본 명세서에서 "투 폿 공정"이라 칭함)은 일반적으로 하기 여섯 단계를 포함한다: (1) 불활성 대기 하에서 식 CH₃(CH₂)_nCOOH인 카르복시산 약 1몰 당량을 용융하는 단계; (2) 불활성 대기 하 및 약 170 내지 약 200℃와 같은 상승 온도에서, 용융된 카르복시산과 하기 식의 디아민 약 1 몰 당량을 반응시켜

(상기 식에서, R₃는 후술한다)

하기 식의 전구체 아미드 화합물을 형성하는 단계;

(3) 전구체 아미드 화합물을 냉각하는 단계; (4) 불활성 대기 하에서 전구체 아미드 화합물을 유기 용매에 용해시키는 단계; (5) 비극성 용매 내 및 불활성 대기 하에서, 약 0.85 몰 당량 디메틸 설페이트 또는 메틸 p-톨루엔 설포네이트를 약 1몰 당량의 용해된 전구체 아미드와 약 90 내지 약 120℃ 사이와 같은 상승 온도에서 반응시켜 원하는 화합물을 형성하는 단계; 및 (6) 분산제 화합물을 분리 및 단리하는 단계. 투 폿 공정은 하기와 같이 진행된다:

상기 식에서 MeY는 염화제 (salting agent)이다.

구현예에서, 투 폿 공정은 추가 공정 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어 단계 (2)는 증발을 통해서와 같이 물의 제거를 포함할 수 있다. 또한, 투 폿 공정의 단계 (6)은 증류, 용매의 진공 제거 및 예를 들어 잔류 디메틸 설페이트 또는 메틸 p-톨루엔 설포네이트의 진공 제거를 포함할 수 있다.

구현예에서, 투 폿 공정은 당업자의 지식에 따라 임의의 추가 화학 합성 공정을 포함할 수 있고, 또는 투 폿 공정은 상기 나열된 여섯 단계를 필수적으로 포함하거나 상기 나열된 여섯 단계만을 포함한다.

카르복시산은 일반적으로, 결과 화합물이 적어도 23개의 탄소 원자를 포함하는 선형 알킬기 R₁을 갖도록 임의의 카르복시산일 수 있다. 결과 분산제 화합물 내 R₁ 기는 카르복시산 알킬 사슬로부터 형성되므로 R₁의 원하는 길이에 기초하여 특정 카르복시산이 선택된다. 예를 들어 카르복시산은 전술한 탄소 원자수를 갖는 알킬 사슬을 갖는 카르복시산일 수 있다.

불활성 대기는 화학 공정 중의 화합물들과 반응할 화합물을 함유하지 않는 임의의 대기일 수 있다. 예를 들어 불활성 대기는 아르곤과 같은 희가스 (noble gas)로 구성된 대기일 수 있다.

디아민은 상기 작용기를 갖는 임의의 화합물일 수 있다. 즉, 디아민은 적어도 하나의 1차 아민 -NH₂ 기 및 적어도 하나의 3차 아민 -N(R₃)₂ 기를 가져야 한다. 일반적으로, 디아민은 일반식 NH₂-R₂-N(R₃)₂ 를 갖는 임의의 화합물일 수 있으며, 여기서 R₂는 전술한 바와 같고 R₃은 (i) 선형 또는 분지형, 고리형 또는 비고리형, 치환 또는 비치환될 수 있고, 헤테로 원자가 알킬기 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있는 알킬기; (ⅱ) 치환 또는 비치환될 수 있고, 알킬아릴기의 알킬 부분이 선형 또는 분지형, 고리형 또는 비고리형, 치환 또는 비치환될 수 있으며, 헤테로 원자가 알킬아릴기의 아릴 또는 알킬 부분 내에 존재하거나 존재하지 않을 수 있는 알킬아릴기와 같은 임의의 적합한 아민 치환체이다. 구현예예서 디아민은 3-(디메틸아미노)-1-프로필아민 또는 아미노프로필모르폴린일 수 있다.

단계 (4)에서 사용되는 비극성 용매는 일반적으로 임의의 비극성 유기 용매일 수 있다. 예를 들어 유기 용매는 톨루엔, 디클로로메탄, 메틸 에틸 케톤, 테트라히드로푸란 또는 다른 적합한 유기 용매일 수 있다.

단계 (1)-(4)에 의해 형성된 결과 전구체 아미드는 디메틸 설페이트 또는 p-톨루엔 설포네이트와 반응하여 3차 아미드기로부터 4차 암모늄염 기를 형성한다. 예를 들어 디메틸 설페이트 또는 메틸 p-톨루엔 설포네이트가 적합하게 선택되는데, 이는 이들 화합물이 적당한 가열 (moderate heating) 하에서 4차 암모늄염 기를 형성할 것이기 때문이다.

전구체 아미드 및 염화제 (MeY)는, 한 구현예에서 아미드 전구체 1 몰당 염화제 적어도 약 0.50 몰, 또는 염화제 적어도 약 0.65 몰 또는 염화제 적어도 약 0.85 몰, 또는 염화제 약 1 몰 이하, 또는 염화제 약 0.95 몰 이하와 같은 임의의 원하는 또는 유효 상대량 (effective relative amount)으로 존재한다.

단계 (3) 및 (6)의 냉각 및 단리 단계는 알려져 있다.

단계 (2)에서 아미드 전구체 및 염화제 (MeY)는, 한 구현예에서 아미드 전구체 1 몰당 염화제 적어도 약 0.50 몰 또는 염화제 적어도 약 0.65 몰 또는 염화제 적어도 약 0.85 몰, 및 아미드 전구체 0.99 몰당 염화제 약 1 몰 이하, 또는 아미드 전구체 몰당 염화제 약 0.95 몰 이하, 또는 아미드 전구체 1 몰당 염화제 약 1 몰 이하와 같은 임의의 원하는 또는 유효 상대량으로 존재한다.

아미드 전구체는 단리된 4차 암모늄염 내에 존재할 수도 있는데, 한 구현예에서 아미드 전구체는 최종 산물 내에 약 1 mol% 또는 약 5 mol% 또는 약 15 mol% 수준으로, 또는 약 50 mol% 이하 또는 약 35 mol% 이하 또는 약 25 mol% 이하 존재할 수 있다.

단계 (1)에서의 카르복시산과 디아민 사이의 반응은 임의의 원하는 또는 유효한 시간 동안 수행될 수 있고, 한 구현예에서 적어도 약 1시간, 또는 적어도 약 2시간, 또는 적어도 약 3시간, 또는 약 10시간 이하이다.

단계 (2)에서 염화제 (MeY)와 아미드 전구체 사이의 반응은 임의의 원하는 또는 유효한 시간 동안 수행될 수 있고, 한 구현예에서 적어도 약 0.2시간, 또는 적어도 약 0.5시간, 또는 약 1시간, 또는 약 5시간 이하이다.

두 번째 반응 공정 (본 명세서에서 "원 폿 공정"이라 칭함)은 일반적으로 하기 다섯 단계를 포함한다: (1) 불활성 대기 하에서 식 CH₃(CH₂)_nCOOH인 카르복시산 약 1몰 당량을 용융하는 단계; (2) 불활성 대기 하 및 약 170 내지 약 200℃와 같은 상승 온도에서, 용융된 카르복시산과 하기 식의 디아민 약 1 몰 당량을 반응시켜

하기 식의 전구체 아미드 화합물을 형성하는 단계;

(3) 온도를 예컨대 약 130 내지 160℃로 낮추는 단계; (4) 불활성 대기 하에서, 약 0.85 몰 당량의 디메틸 설페이트 또는 메틸 p-톨루엔 설포네이트를 전구체 아미드 화합물과 약 130 내지 약 160℃와 같은 상승 온도에서 반응시키는 단계; 및 (5) 분산제 화합물을 단리하는 단계. 디메틸 설페이트와 같은 과잉의 염화제를 효과적으로 중화하기 위하여 산물의 단리 전에 온도를 약 150 내지 약 180℃와 같이 선택적으로 증가하는 것이 고려될 수 있다. "원 폿 공정"은 하기와 같이 진행된다:

아미드 전구체 및 염화제 (MeY)는, 한 구현예에서 아미드 전구체 1 몰당 염화제 적어도 약 0.50 몰 또는 염화제 적어도 약 0.65 몰 또는 염화제 적어도 약 0.85 몰, 및 아미드 전구체 1 몰당 염화제 약 1 몰 이하 또는 염화제 약 0.98 몰 이하 또는 염화제 약 0.95 몰 이하와 같은 임의의 원하는 또는 유효 상대량으로 존재한다.

단계 (1)에서의 카르복시산과 디아민 사이의 반응은 임의의 원하는 또는 유효한 시간 동안 수행될 수 있고, 한 구현예에서 적어도 약 1시간 또는 적어도 약 2시간 또는 다른 구현예에서 적어도 약 3시간, 또는 10시간 이하일 수 있다.

단계 (2)에서의 염화제 (MeY)와 아미드 전구체 사이의 반응은 임의의 원하는 또는 유효한 시간 동안 수행될 수 있고, 한 구현예에서 적어도 약 0.2시간 또는 적어도 약 0.5시간 또는 1시간, 또는 5시간 이하일 수 있다.

구현예에서, 원 폿 공정은 추가 공정 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어 단계 (2)는 물의 제거를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서 원 폿 공정은 잔류 디메틸 설페이트 또는 메틸 p-톨루엔 설포네이트를 증류하는 단계를 포함할 수 있다.

구현예에서, 원 폿 공정은 임의의 추가 화학 합성 공정을 포함할 수 있다. 원 폿 공정은, 공정이 상기 나열된 다섯 단계를 필수적으로 포함하고 전술한 투 폿 공정에서의 단계 (3)과 같은 임의의 중간체 분리 단계를 포함하지 않는 경우에 특히 유용하다.

잉크

전술한 분산제 화합물은 상 변화 잉크 내 분산제로 사용될 수 있다. "분산제로 사용"이라는 문구는 분산제 화합물이 안료 입자가 더 큰 덩어리로 엉기는 것을 저지하여 침전을 지연시킴으로써 잉크 전색제 내 안료 입자를 안정화시킨다는 것을 의미한다. 일반적으로, 분산제 화합물은 안료 입자에 접착되어 입체 안정화 (steric stabilization)를 제공함으로써 이러한 기능을 달성한다. 분산제 화합물은 예를 들어 흡수, 부착 또는 그래프트됨으로써 안료 입자에 접착한다. 구현예에서 분산제 화합물은 잉크의 약 0.1 내지 약 25 중량%의 양, 또는 약 1 내지 약 10 중량%의 양, 또는 약 1 내지 약 5 중량%의 양으로 잉크 내에 존재할 수 있다.

본 발명의 상 변화 잉크의 실시예는 약 23℃ 내지 약 27℃, 예를 들어 실온의 온도에서 고체이거나 60℃ 이하의 온도에서 고체인 잉크 전색제를 포함하는 잉크이다. 그러나 가열시 잉크 상 변화는 분사 온도에서 용융 상태이다. 따라서, 잉크는 잉크젯 인쇄에 적합한 상승 온도, 예를 들어 약 60℃ 내지 약 150℃의 온도에서 약 1 내지 약 20 센티푸아즈 (cP), 또는 약 5 내지 약 15 cP, 또는 약 8 내지 약 12 cP의 점도를 갖는다.

이런 점에서, 본 발명의 잉크는 저에너지 잉크이거나 고에너지 잉크일 수 있다. 저에너지 잉크는 약 40℃ 이하의 온도에서 고체이고, 약 80 내지 약 125℃와 같은 약 60 내지 약 125℃, 예를 들어 약 100 내지 약 120℃의 분사 온도에서 약 5 내지 약 15 cP와 같은 약 1 내지 20 cP, 예를 들어 약 8 내지 약 12 cP의 점도를 갖는다. 고에너지 잉크는 약 40℃ 이하의 온도에서 고체이고, 약 100 내지 약 180℃, 예를 들어 약 120 내지 약 160℃ 또는 약 125 내지 약 150℃의 분사 온도에서 약 5 내지 약 15 cP의 점도를 갖는다.

잉크 전색제

잉크 전색제가 비수성이기만 하면 임의의 적합한 잉크 전색제가 사용될 수 있다. 예를 들어 잉크 전색제는 왁스 또는 비극성 용매일 수 있다. 적합한 전색제는 후술하는 바와 같이 파라핀, 마이크로크리스탈린 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 에스테르 왁스, 아미드, 약 30개 탄소를 갖는 긴 사슬 산, 지방산 및 기타 왁스성 물질, 지방 아미드 (fatty amide) 함유 물질, 설폰아미드 물질, 상이한 천연원 (예를 들어 톨유 로진 및 로진 에스테르)으로 제조된 수지상 물질, 및 많은 합성 수지, 올리고머, 폴리머 및 코폴리머일 수 있다.

고체 잉크 조성물에 사용될 수 있는 다른 적합한 전색제 물질은 예를 들어 우레탄 이소시아네이트-유도 물질, 우레아 이소시아네이트-유도 물질, 우레탄/우레아 이소시아네이트-유도 물질, 그들의 혼합물 등과 같은 이소시아네이트-유도 수지 및 왁스를 포함한다.

상 변화 잉크용 잉크 전색제는 예를 들어 현미경 핫 스테이지 (microscope hot stage)에서 관찰 및 측정에 의해 결정될 때 약 60 내지 약 150℃, 또는 약 80 내지 약 120℃, 또는 약 85 내지 약 110℃의 녹는점을 가질 수 있고, 이때 결합제 물질이 유리 슬라이드에서 가열되고 현미경에 의해 관찰된다.

또한, 충전 속도 (refill rate) 및 색 혼합을 향상시키기 위하여 잉크의 작동 (분사) 온도에서 잉크의 표면장력은 약 20 내지 약 40 dynes/cm, 또는 약 40 내지 약 65 dynes/cm이어야 한다. 상 변화 잉크의 작동, 즉 분사 온도는 일반적으로 약 60 내지 약 150℃이다. 잉크의 작동 온도에서 잉크의 점도는 일반적으로 약 1 내지 약 20 cP, 또는 약 1 내지 약 15 cP, 또는 약 5 내지 약 15 cP이다.

잉크 조성물 전체는 일반적으로 잉크 전색제 (즉 안료 입자 등은 제외)를 잉크 중량의 약 25 중량% 내지 99.5 중량%, 예를 들어 약 30 중량% 내지 약 90 중량%, 또는 약 50 중량% 내지 약 85 중량% 양으로 포함한다.

안료

본 발명의 상 변화 잉크는 적어도 하나의 안료를 함유한다. 안료는 임의의 원하는 양으로, 전형적으로는 잉크 전색제 또는 잉크 전색제/분사제 (propellant) 혼합물 중량에 대하여 약 0.5 내지 약 30 중량%, 예를 들어 잉크 전색제 또는 잉크 전색제/분사제 혼합물 중량에 대하여 약 1 내지 약 50 중량%의 양으로 존재한다. 한 구현예에서, 잉크는 적어도 2개의 상이한 안료를 포함할 수 있다.

잉크 내 기타 성분

선택적으로, 분사제가 상 변화 잉크 내에 함유될 수 있다. 잉크의 약 10 내지 약 90 중량% 또는 약 20 내지 약 50 중량%와 같은 양으로 존재하는 상 변화 잉크에 적합한 분사제는 일반적으로 약 50 내지 약 150℃, 또는 약 80 내지 약 120℃의 녹는점을 갖는다. 다른 구현예에서, 분사제는 일반적으로 약 180 내지 약 250℃, 또는 약 200 내지 약 230℃의 끓는점을 갖는다. 또한, 충전 속도, 용지 습윤 (paper wetting) 및 색 혼합을 향상시키기 위하여 잉크의 작동 온도에서 분사제의 액체 상태에서의 분사제의 표면장력은 약 20 내지 약 65 dynes/cm, 또는 약 40 내지 약 65 dynes/cm일 수 있다. 또한, 충전 및 분사성 (jettability)을 향상시키기 위하여 분사제는 잉크의 작동 온도에서 약 1 내지 약 20 cP, 또는 약 1 내지 약 5 cP의 점도를 이상적으로 갖는다. 분사제는 분해되어 기체상 산물을 얻거나 히터 퇴적물 (heater deposit)을 형성하지 않도록 용융 상태에서 열적으로 안정할 수도 있다.

잉크는 산화방지제를 함유할 수도 있다. 잉크 조성물의 산화방지제는 잉크 제조 및 분사 공정의 가열 부분 동안 잉크 성분이 산화되는 것을 방지한다.

본 발명의 잉크는 수지 및 왁스를 함유할 수도 있다.

구현예의 잉크는 종래의 첨가제를 추가로 포함하여 이들 종래의 첨가제와 관련된 알려진 기능성을 이용할 수 있다. 이러한 첨가제는 소포제, 평활성 및 표면 조정제 (slip and leveling agent), 가소제, 안료 분산제 등을 포함할 수 있다.

안료 상 변화 잉크 조성물의 제조는 상기 성분들을 이용하여 알려진 방법에 의해 완성될 수 있다.

안료 잉크는 뛰어난 여과성 (filterability)을 갖는 것을 포함하는 특정 성질을 가지고, 몇 번의 연이은 동결 융해 주기 (freeze thaw cycle) 후에도 안정성을 유지하며, 120℃에서 적어도 10일 동안 뛰어난 유변학적 안정성 (rheological stability) 갖는 것이 바람직하다. 또한, 잉크는 120℃에서 7일 후 또는 120℃에서 14일 후에도 임의의 현저한 침전을 보이지 않는다. 구현예에서 본 발명의 잉크는 개선된 안정성에 더하여 뉴톤성 (Newtonian) 레올로지 특성을 나타낸다. 본 발명의 안료 잉크는 약 100℃ 내지 약 150℃ 범위의 온도에 걸쳐서 인쇄될 수 있지만, 에너지 소비를 감소하여 인쇄 비용을 추가로 줄이기 위해서 상대적으로 낮은 온도에서 인쇄하는 것이 유리하다. 이러한 특성은 잉크가 잘 분산된 안료 입자를 포함하며 안료 입자 엉김 및 침전의 흔적은 없음을 나타낸다. Malvern Zetasizer와 같은 임의의 수의 적합한 동적 광 산란 (Dynamic Light Scattering) 장치를 이용하여 안료 잉크 안정성을 모니터한다. 예를 들어 시간 경과에 따른 Z-평균 입자 크기를 모니터하여, 잉크가 약 120℃와 같은 상승 온도에서 유지되는 동안 잉크 내 안료 입자의 안정성을 평가 (gauge)할 수 있다.

[실시예]

분산제의 합성

하기 분산제 화합물은 하기와 같이 합성되었다:

실시예 #	n 평균	디아민	염 소스	합성 공정
1	28	N,N-디메틸-1-프로필 아민	디메틸 설페이트	투 폿 공정
2	36	N,N-디메틸-1-프로필 아민	디메틸 설페이트	투 폿 공정
3	46	N,N-디메틸-1-프로필 아민	디메틸 설페이트	투 폿 공정
4	46	N,N-디메틸-1-프로필 아민	디메틸 설페이트	원 폿 공정
5	46	N,N-디메틸-1-프로필 아민	메틸 p-톨루엔 설포네이트	투 폿 공정
6	46	아미노프로필모르폴린	디메틸 설페이트	투 폿 공정

분산제 실시예 1

가열 맨틀 (heating mantle), 기계식 교반기, 딘-스탁 트랩, 환류 응축기 및 온도 감지기가 장착된 2리터 수지 케틀 (resin kettle) 내에 246.05g의 Unicid 425™ (Baker Petrolite사의 식 CH₃(CH₂)_nCOOH인 모노산으로 이때 n은 28개 탄소의 평균값을 가지며 약 20 내지 약 40개의 범위를 갖는다고 여겨진다) 및 N,N-디메틸-1-프로필 아민 (35.76g) (Aldrich)을 넣었다. 아르곤 하에서 상기 케틀 내의 온도를 90℃로 올리고, 수지를 용융되도록 하였다. 수지가 완전히 용융되면 교반하면서 온도를 180℃까지 점차 올리고, 반응이 5시간 동안 진행되도록 하였다. 물 (4 ml)이 딘-스탁 트랩 내에 수집되었다. 반응을 멈추고, 120℃로 냉각시키고 알루미늄 트레이에 배출하여 243g의 전구체 아미드를 얻었다. 가열 맨틀, 기계식 교반기, 딘-스탁 트랩, 환류 응축기 및 온도 감지기가 장착된 2 L 수지 케틀에 전구체 아미드 (150g)를 가하였다. 반응 플라스크에 톨루엔 (300 ml)을 가하였다. 아르곤 하에서, 전구체 아미드가 용해되는 동안 온도를 100℃까지 점차 올렸다. 디메틸 설페이트 (16.8g)를 주사기를 통해 천천히 첨가하였다. 반응은 100℃에서 3시간 동안 유지하였다. 온도를 130℃로 올리고 톨루엔을 증류 제거하기 시작했다. 온도를 180℃에 도달할 때까지 서서히 올렸다. 30분 동안 진공을 적용하여 과잉의 톨루엔 및 디메틸 설페이트를 제거하였다. 진공을 아르곤으로 교체하고, 반응을 멈추어 Al 트레이에 배출하여 염을 연한 갈색 고체로 얻었다 (146g; 산가 14.86, 아민가 4.10).

분산제 실시예 2

Unicid 425™ 대신에 Unicid 550™ (Baker Petrolite사의 식 CH₃(CH₂)_nCOOH인 모노산으로 이때 n은 36개 탄소의 평균값을 가지며 약 34 내지 약 40개의 범위를 갖는다고 여겨진다)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 분산제 실시예 1의 과정을 이용하여 다음과 같은 규모 (scale)로 분산제 실시예 2를 제조하였다: Unicid 550 (250g), N,N-디메틸-1-프로필 아민 (32.83g), 아미드 전구체 (200g), 디메틸 설페이트 (23.4g), 톨루엔 (240 ml). 산물을 연한 갈색 고체로 얻었다 (208g; 산가 8.49, 아민가 1.14).

분산제 실시예 3

Unicid 425™ 대신에 Unicid 700™ (Baker Petrolite사의 식 CH₃(CH₂)_nCOOH인 모노산으로 이때 n은 46개 탄소의 평균값을 가지며 약 40 내지 약 52개의 범위를 갖는다고 여겨진다)을 사용하는 것을 제외하고는 상기 분산제 실시예 1의 과정을 이용하여 다음과 같은 규모로 분산제 실시예 3을 제조하였다: Unicid 700 (481.15g), N,N-디메틸-1-프로필 아민 (48.02g), 아미드 전구체 (452g), 디메틸 설페이트 (34.2g), 톨루엔 (500 ml). 산물을 연한 갈색 고체로 얻었다 (486g; 산가 9.96, 아민가 6.54). ¹H NMR 분석 (C₆D₆, 500 MHz, 70℃에서)은 11 mol%에서 아미드 전구체가 존재함을 보여주었다.

분산제 실시예 4

분산제 실시예 4는 원 폿 공정으로 제조되었다. 가열 맨틀, 기계식 교반기, 딘-스탁 트랩, 환류 응축기 및 온도 감지기가 장착된 1리터 수지 케틀 내에 259g의 Unicid 700™ 수지 및 26.5g의 N,N-디메틸-1-프로필 아민 (Huntsman)을 넣었다. 아르곤 하에서 상기 케틀의 온도를 90℃로 올리고, 수지를 용융되도록 하였다. 수지가 완전히 용융되면 교반하면서 온도를 180℃까지 점차 올리고, 반응이 3시간 동안 진행되도록 하였다. 물 (7.8 ml)이 딘-스탁 트랩 내에 수집되었다. 180℃에서 3시간의 반응 후, 케틀 내 온도를 150℃로 낮추었다. 온도가 150℃에 도달하면 21.2g의 디메틸 설페이트를 약 1 ml/분의 속도로 15분의 기간에 걸쳐 상기 혼합물에 적가하였다. 첨가 마지막에 150℃에서 반응을 1시간 동안 교반되도록 하였다. 온도를 180℃로 올리고, 케틀을 따뜻한 채로 비웠다. 염을 연한 갈색 고체로 얻었다 (275g 산물; 산가 9.39, 아민가 8.59).

분산제 실시예 5

디메틸 설페이트 대신에 메틸 p-톨루엔 설포네이트를 사용한 것을 제외하고는 상기 분산제 실시예 3의 과정을 이용하여 다음과 같은 규모로 분산제 실시예 5를 제조하였다: 아미드 전구체 (200g), 메틸 p-톨루엔 설포네이트 (29.0g), 톨루엔 (240 ml). 산물을 연한 갈색 고체로 얻었다 (231g; 산가 5.87, 아민가 4.24).

분산제 실시예 6

N,N-디메틸-1-프로필 아민 대신에 아미노프로필모르폴린을 사용한 것을 제외하고는 상기 분산제 실시예 3의 과정을 이용하여 다음과 같은 규모로 분산제 실시예 6을 제조하였다: Unicid 700™ (200g), 아미노프로필모르폴린 (28.17g), 아미드 전구체 (150g), 디메틸 설페이트 (12.53g), 톨루엔 (180 ml). 산물을 연한 갈색 고체로 얻었다 (157g; 산가 13.9, 아민가 < 1).

분산제 실시예 1-6은 하기 성질을 갖는 것으로 밝혀졌다.

실시예	IR (암모늄염 피크) (cm ^-1 )	결정화 개시 (℃)	결정화 피크 (℃)	용융 피크 (℃)	용융 끝 (℃)
1	1223	92.4	89.7	87.7	107.6
2	1229	99.8	96.4	102.4	109.9
3	1224	100	95.6	104.6	117.8
4	1125	97.6	94.8	100.5	112.1
5	1190	98.3	96.2	103.5	108.5
6	1221	100.2	94	105.6	114

잉크의 제조

비교 실시예 1

분사 가능한 고체 잉크를 제조하기 위하여 하기 성분들이 사용되었고, 그들의 양은 달리 언급이 없으면 중량부로 제시된다. 하기 성분들을 용융시켜 혼합함으로써 잉크 농축물 베이스를 제조하고, 이들을 오버헤드 교반기를 사용하여 120℃에서 함께 균질하게 블렌드하였다: 37.53 중량부의 증류된 폴리에틸렌 왁스 (Baker Petrolite), 20.00 중량부 트리아미드 왁스 (미국 특허 제6,860,930호에 기재된 트리아미드), 20.00 중량부 S-180 (스테아릴 스테아르아미드) (Crompton Corporation), 20.00 중량부 KE-100 수지 (Arakawa Corporation), 수소화된 아비에트 (로진)산의 트리글리세리드 (Arakawa Chemical Industries, Ltd.), 2.26 중량부의 Foral®. 85, 수소화된 수지의 에스테르 (Hercules Incorporated), 0.21 중량부 Naugard 445 (Crompton Corporation), 및 3.23 중량부 Solsperse 17000 (Lubrizol Corporation). 110℃로 예열된 Szegvari 01 아트리터 (attritor)에 120℃로 예열된 1/8" 440 C Grade 25 스테인리스 스틸 볼 (Hoover Precision Products, Incorporated) 1800g을 충전시켰다. 아트리터를 30분 동안 평형을 유지하도록 하고, 4.84 중량부의 Permanent Rubine L5B 01 안료 (Clariant GmbH)를 잉크 베이스에 서서히 첨가하였다. 다음, 다단 임펠러 (multi-staged impeller)를 아트리터에 부착하고 임펠러 팁 (tip) 속도가 약 7 cm/s로 되도록 조절하였다. 안료 혼합물을 19시간 동안 밤새 마모 (attrite)되도록 하였고, 결과물인 잉크 안료 농축물은 용융 상태로 스틸 볼로부터 배출 및 분리될 때 뛰어난 자유-유동 (free-flowing) 거동을 보였다.

다음, 비교 실시예 1의 잉크가 전술한 잉크 안료 농축물로부터 제조되었다. 구체적으로, 하기 성분의 혼합물의 용융 균질 용액 70.1g이 제조되었다: 72.98 중량부의 증류된 폴리에틸렌 왁스 (Baker Petrolite), 3.70 중량부 트리아미드 왁스, 17.11 중량부 S-180 (스테아릴 스테아르아미드) (Crompton Corporation), 5.20 중량부 KE-100 수지 (Arakawa Corporation), 수소화된 아비에트 (로진)산의 트리글리세리드 (Arakawa Chemical Industries, Ltd.), 0.23 중량부 Naugard 445 (Crompton Corporation), 및 0.78 중량부 Solsperse 17000 (Lubrizol Corporation). 이 용액을 400 RPM으로 교반하면서 120℃의 오븐에서 비교 실시예 1의 잉크 안료 농축물 74.9 g에 서서히 첨가하였다. 결과 안료 잉크를 120℃에서 6 미크론 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 거칠게 (coarsely) 여과하였다. 상기 잉크는 1 미크론 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 여과되었다. RFS3 유량계 (Rheometrics Scientific)에서 원추-평판 (cone and plate) 방법을 이용하여 잉크가 1 미크론 스며들었을 때의 전단속도 점도 (shear rate viscosity)를 115℃에서 측정하였다. 잉크는 뉴톤성이었고, 1 및 100 s^-1에서 각각 10.0 및 9.9 cP의 전단속도 점도를 가졌다.

비교 실시예 2

Solsperse 17000 대신에 분산제 실시예 3의 아미드 전구체 3.23 중량부를 사용한 것을 제외하고는 비교 실시예 1과 동일한 방식으로 잉크 안료 농축물을 제조하였다.

이 잉크 안료 농축물로부터 잉크를 제조하였다. Solsperse 17000 대신에 분산제 실시예 3의 아미드 전구체 0.78 중량부를 사용한 것을 제외하고는 비교 실시예 1과 동일한 방식으로 잉크 농축물의 제조를 진행하였다. 결과 안료 잉크를 120℃에서 6 ㎛ 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 거칠게 여과하였다. 상기 잉크는 1 미크론 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 여과되었다. RFS3 유량계 (Rheometrics Scientific)에서 원추-평판 방법을 이용하여 잉크가 1 미크론 스며들었을 때의 전단속도 점도를 115℃에서 측정하였다. 잉크는 뉴톤성이었고, 1 및 100 s^-1에서 각각 14.7 및 11.2 cP의 전단속도 점도를 가졌다.

실시예 1

Solsperse 17000 대신에 3.23 중량부의 분산제 실시예 3을 사용한 것을 제외하고는 비교 실시예 1과 동일한 방식으로 잉크 안료 농축물을 제조하였다.

이 잉크 안료 농축물로부터 잉크를 제조하였다. Solsperse 17000 대신에 0.78 중량부의 분산제 실시예 3을 사용한 것을 제외하고는 비교 실시예 1과 동일한 방식으로 잉크 농축물의 제조를 진행하였다. 결과 안료 잉크를 120℃에서 6 ㎛ 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 거칠게 여과하였다. 상기 잉크는 1 미크론 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 여과되었다. RFS3 유량계 (Rheometrics Scientific)에서 원추-평판 방법을 이용하여 잉크가 1 미크론 스며들었을 때의 전단속도 점도를 115℃에서 측정하였다. 잉크는 뉴톤성이었고, 1 및 100 s^-1에서 각각 10.3 및 10.5 cP의 전단속도 점도를 가졌다.

실시예 2

실시예 2는 실시예 1에 기재된 잉크의 제조와는 상이한 과정으로 진행하였다. 우선, 하기 과정에 따라 안료 압출물이 제조되었다.

트리-아미드 수지인 Tri-A-37은 미국 특허 제6860930호에 기재된 대로 제조되었다. 원래 조각 또는 덩어리 (chips or chunks) 형태로 이는 분쇄기를 통해 분말 형태로 가공된다. 이후, 700.55 중량부의 분쇄된 트리-아미드 수지, 155.13 중량부의 Permanent Rubine L5B 01 안료 (Clariant GmbH) 및 126.95 중량부의 분산제 실시예 3 (분쇄기를 통해 분말 형태로 가공됨)을 0.8A에서 30분 동안 LITTLEFORD M5 블렌더에서 혼합하였다. 이어서, 분말 혼합물을 70℃로 가열된 DAVO 역회전 (counter-rotating) 2축 압출기 (Model VS 104 (Deutsche Apparate-Vertrieborganisation GmbH & Co.))에 0.8 lbs/hr의 속도로 첨가하였다. 그런 다음, 압출기 내 용융 성분을 50 RPM으로 혼합하고 75℃에서 스트랜드 다이 (strand die)를 통해 배출하였다. 최종적으로, 압출된 분산물, 압출물 X는 다른 잉크 성분과 용융-혼합되어 잉크를 형성하였다.

다음, 안료 압출로 잉크를 하기와 같이 제조하였다. 하기 성분들을 2L 비커 (A) 내 125℃에서 용융시키고 교반-혼합시켰다: 전술한 압출물 X (158.4 중량부), Foral®. 85, 수소화된 수지의 에스테르 (Hercules Incorporated) (2.8 중량부), Kemamide S180 (Crompton Corporation) (186.89 중량부), KE100 수지 (Arakawa Chemical Industries Ltd.) (120.10 중량부) 및 Naugard N445 (Crompton Corp.) (2.10 중량부 g). 비커 (A)에 가열 맨틀과 기계식 교반기를 장착시켰다. 안료 분산물을 가열하고 120℃에서 90분 동안 교반하였다. 비커 (A)에서 안료 분산물을 제조하면서 폴리에틸렌 왁스 X1197 (Baker Petrolite) (529.75 중량부)를 가열 맨틀과 기계식 교반기가 장착된 비커 (B) 내에서 용융시켰다. 비커 (B) 내 수지 분산물을 가열하고 120℃에서 1시간 동안 교반하여 수지가 완전히 용융-혼합되도록 하였다.

그런 다음 IKA Ultra Turrax T50 균질기를 이용하여 균질화 동안 온도를 120℃로 유지하면서 18분 동안 비커 (A) 내의 성분을 균질화시켰다. 다음 120℃로 유지되었던 비커 (B) 내의 용융 수지를 비커 (A) 내 균질화된 안료 분산물에 첨가하였다. 비커 (A) 내 결과물인 혼합 잉크 분산물을 추가 36분 동안 추가로 균질화시켰다. 결과 잉크를 1 미크론 Parker 필터로 여과한 후 잉크를 실온으로 냉각한 다음 AR 2000 유량계를 이용하여 잉크의 레올로지를 측정하였다. RFS3 유량계 (Rheometrics Scientific)에서 원추-평판 방법을 이용하여 잉크가 1 미크론 스며들었을 때의 전단속도 점도를 115℃에서 측정하였다. 잉크는 뉴톤성이었고, 1 및 100 s^-1에서 각각 9.05 및 9.22 cP의 전단속도 점도를 가졌다.

실시예 3

잉크 안료 농축물을 제조하는 동안 분산제 실시예 3 대신에 분산제 실시예 1 3.23 g을 사용하고, 상기 농축물로부터 잉크를 제조하는 동안 분산제 실시예 3 대신에 분산제 실시예 1 0.78 g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 과정에 따라 실시예 3을 진행하였다. 결과 안료 잉크를 120℃에서 6 ㎛ 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 거칠게 여과하였다. 상기 잉크는 1 미크론 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 여과되었다. RFS3 유량계 (Rheometrics Scientific)에서 원추-평판 방법을 이용하여 잉크가 1 미크론 스며들었을 때의 전단속도 점도를 115℃에서 측정하였다. 잉크는 뉴톤성이었고, 1 및 100 s^-1에서 각각 10.3 및 10.5 cP의 전단속도 점도를 가졌다.

실시예 4

잉크 안료 농축물을 제조하는 동안 분산제 실시예 3 대신에 3.23 g의 분산제 실시예 2를 사용하고, 상기 농축물로부터 잉크를 제조하는 동안 분산제 실시예 3 대신에 0.78 g의 분산제 실시예 2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 과정에 따라 실시예 4를 진행하였다. 결과 안료 잉크를 120℃에서 1 미크론 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 여과되었다. RFS3 유량계 (Rheometrics Scientific)에서 원추-평판 방법을 이용하여 잉크가 1 미크론 스며들었을 때의 전단속도 점도를 115℃에서 측정하였다. 잉크는 뉴톤성이었고, 1 및 100 s^-1에서 각각 9.7 및 10.0 cP의 전단속도 점도를 가졌다.

실시예 5

분산제 실시예 3 대신에 분산제 실시예 5를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 과정에 따라 실시예 5를 진행하였다. 결과 잉크를 1 미크론 Parker 필터로 여과한 후 잉크를 실온으로 냉각하였다. RFS3 유량계 (Rheometrics Scientific)에서 원추-평판 방법을 이용하여 잉크가 1 미크론 스며들었을 때의 전단속도 점도를 115℃에서 측정하였다. 잉크는 뉴톤성이었고, 1 및 100 s^-1에서 각각 8.1 및 9.6 cP의 전단속도 점도를 가졌다.

실시예 6

잉크 안료 농축물을 제조하는 동안 분산제 실시예 3 대신에 분산제 실시예 6 3.23 g을 사용하고, 상기 농축물로부터 잉크를 제조하는 동안 분산제 실시예 3 대신에 분산제 실시예 6 0.78 g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2에 기재된 과정에 따라 실시예 6을 진행하였다. 결과 안료 잉크를 120℃에서 6 ㎛ 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 거칠게 여과하였다. 상기 잉크는 1 미크론 유리 섬유 필터 (Pall Corporation)를 통과하여 여과되었다. RFS3 유량계 (Rheometrics Scientific)에서 원추-평판 방법을 이용하여 잉크가 1 미크론 스며들었을 때의 전단속도 점도를 115℃에서 측정하였다. 잉크는 뉴톤성이었고, 1 및 100 s^-1에서 각각 11.4 및 9.9 cP의 전단속도 점도를 가졌다.

시간 경과에 따른 안료 덩어리화 정도를 결정하기 위하여 전술한 잉크 중 일부를 테스트하였다. 4개의 잉크 (비교 실시예 1 및 2, 실시예 1 및 실시예 2)를 120℃ 오븐에서 노화 (aged)시키고 Malvern Zetasizer 입자 크기 분석기를 이용하여 112℃에서 Z-평균 입자 크기 (입자 크기)를 측정하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 2개의 잉크 (실시예 1 및 실시예 2)는 14일이 지나도 안정한 입자 크기를 가졌다. 더욱이, 실시예 2의 잉크를 120℃에서 3달이 넘는 기간 동안 추가로 노화시켰는데 여전히 입자 크기 성장이 거의 보이지 않거나 전혀 보이지 않았다. 대조적으로, 판매되는 분산제로 제조된 비교 실시예 1은 120℃에서 단지 2일 후인데도 광범위한 입자 크기 성장이 나타났다.

바로 위에 기재된 테스트와 유사한 방식으로 실시예 1을 비교 실시예 2와 비교하였다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 3의 아미드 전구체로 제조된 비교 실시예 2의 잉크는 약 8일 후에 안료 입자 성장 (덩어리화)을 겪었다. 이것은 안료 입자 덩어리화를 막기 위해서는 분산제 앵커기 (anchor group)의 특성이 필수적이라는 것을 가리켰다. 그럼에도 불구하고, 비교 실시예 2는 여전히 비교 실시예 1보다는 성능이 우수한데 (6일 후에 시판되는 분산제의 입자 크기가 1000 nm인데 비해 10일 후에 200 nm 이하의 입자 크기), 이는 또한 분산제 사슬 길이가 입자 크기 안정성에 중요하다는 것을 강조한다.

전술한 테스트와 유사한 방식으로 실시예 3을 비교 실시예 1 및 실시예 1과 비교하였다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 3의 잉크는 빠르게 안료 입자 성장 (즉 덩어리화)을 겪었다. 이것은 덩어리화를 막기 위해서는 사슬 길이가 중요하다는 것을 가리킨다.

마지막으로, 프린트헤드에 의해 적용된 잉크의 안정성도 테스트되었다. 비교 실시예 1 및 실시예 2의 각 잉크를 112℃에서 최대 10일까지 프린터 내에서 노화시키고, 이 시간 동안 매일 인쇄를 하였으며, 도 4a 및 도 4b에 나타낸 바와 같이 인쇄물의 광학 밀도를 측정하였다. 비교 실시예 1의 잉크로 제조된 인쇄물은 밴딩 (banding)으로 알려진 현상을 보였다. 밴딩은 페이지를 가로질러 광학 밀도가 감소되도록 하는 불균일한 분사이다. 도 4a에 보이는 바와 같이, 비교 실시예 1로 제조된 인쇄물의 광학 밀도는 프린터 내에서 5일 동안 노화시킨 후에 현저하게 감소하였다. 대조적으로, 도 4b에 보이는 바와 같이, 실시예 2에 따른 잉크는 프린터 내에서 10일 동안 노화한 후에 광학 밀도에 현저한 변화는 보이지 않았다.

이들 결과는 신규한 분산제로 제조된 잉크가 오븐 내 및 프린터 내 모두로부터 측정되었을 때 안정한 입자 크기를 보였다는 것을 가리켰다. 신규한 분산제는 고온 하 비극성 잉크 매체 내에서 마젠타 Pigment Red 57:1 입자를 안정화시킬 수 있다. 이 새로운 분산제는 왁스성 잉크 전색제와 상용성이 있고, 4차 암모늄염은 안료 마젠타 57.1에 대한 강한 앵커링기 (anchoring group)이므로 고온 하에서 입자를 안정화시킬 수 있다.

이들 연구는 120℃에서와 같은 상승하는 온도에서 안료 입자의 덩어리화, 응집 및 침전에 대한 내성이 있는 인쇄가능하고 안정한 잉크를 나타낸다.

Claims

잉크 전색제,
안료 입자, 및
분산제를 포함하는 잉크로서;
상기 분산제는 상기 안료 입자를 안정화시키고;
상기 분산제는 하기 식을 갖는 화합물인 잉크:

상기 식에서, R₁은 알킬기, 아릴기, 아릴알킬기 또는 알킬아릴기이고, R₂는 알킬렌기, 아릴렌기, 아릴알킬렌기 또는 알킬아릴렌기이며; X는 4차 암모늄염이다.