KR20110063345A

KR20110063345A - 향상된 특성을 위해 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 도입한 고체 잉크

Info

Publication number: KR20110063345A
Application number: KR1020100121661A
Authority: KR
Inventors: 캐롤라인 엠. 투렉; 그윈 이. 맥애니니-라넨; 씨 제프리 알렌; 에버릿 네스
Original assignee: 제록스 코포레이션
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2011-06-10
Also published as: DE102010061931A1; US20110130502A1; DE102010061931B4; CA2722282C; CN102086322B; CN102086322A; US8002399B2; JP2011116984A; JP5649929B2; KR101623216B1; CA2722282A1

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 착색제 및 잉크 전색제를 포함하는 고체 상 변화 잉크에 관한 것이다. 잉크 전색제는 하기 식의 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 적어도 하나 추가로 포함한다:

상기 식에서, R은 수소 원자, 탄화수소기, 헤테로원자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, n은 1 내지 약 35,000의 반복 단위 수를 나타내며, x는 1 내지 약 5의 정수를 나타낸다.

Description

향상된 특성을 위해 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 도입한 고체 잉크{SOLID INKS INCORPORATING A POLYHYDROXYALKANOATE COMPOUND FOR ENHANCED PROPERTIES}

본 발명은 적어도 하나의 착색제 및 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 적어도 하나 함유하는 잉크 전색제를 포함하는 고체 상 변화 잉크에 관한 것이다.

상 변화 잉크 (때때로 "고체 잉크" 및 "핫 멜트 잉크"로 칭하기도 함)는 다양한 액체 증착 기법에 사용되어 왔다. 상 변화 잉크는, 주위 온도에서는 잉크를 고체상으로 존재하게 하지만 잉크젯 인쇄 장치의 상승하는 작동 온도에서는 액체상으로 존재하게도 하는 "상 변화제"를 종종 함유한다.

카트리지 없는 디자인, 최소 포장, 폐기물이 거의 없는 인쇄 공정 및 안전하고 독소 없는 고체 잉크 스틱 때문에 고체 잉크는 인쇄를 위한 환경 친화적인 방식이라고 생각된다. 그러나 고체 잉크는 (1) 비생분해성 물질의 축적 및/또는 온실 가스의 축적 증가 및 (2) 버블 젯 라인의 형성에 의해 야기되는 잉크 수축 [초과 잉크의 퍼징 (purging)]과 같은 특정 문제를 일으킬 수도 있다. 이들 문제는 고체 잉크 내의 왁스와 같은 석유계 제품이 존재하기 때문일 수 있는데, 이는 안 좋은 내마모성, 안 좋은 접착성 및 안 좋은 내접힙성을 초래한다.

현재의 상 변화 잉크는 그들의 의도된 목적에 유용하지만, 잉크의 상당 부분이 재생 가능한 자원에서 유래되고, 따라서 환경 친화적인 고체 상 변화 잉크가 제공되는 것이 바람직하다.

본 발명은 적어도 하나의 착색제; 및 적어도 하나의 식 (1)의 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 포함하는 잉크 전색제를 포함하는 고체 상 변화 잉크 조성물을 제공한다:

상기 식에서, R은 수소 원자, 탄화수소기, 헤테로원자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,

n은 1 내지 약 35,000의 반복 단위 수를 나타내며,

x는 1 내지 약 5의 정수를 나타낸다.

또한, 본 발명은 적어도 하나의 착색제; 적어도 하나의 분지형 트리아미드, 모노아미드, 이소시아네이트 유래 물질, 수소화된 아비에트산의 트리글리세라이드 및 적어도 하나의 식 (1)의 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 포함하는 잉크 전색제를 포함하는 고체 상 변화 잉크 조성물을 제공한다:

n은 1 내지 약 35,000의 반복 단위 수를 나타내며,

x는 1 내지 약 5의 정수를 나타내고,

적어도 하나의 폴리히드록시알카노에이트 화합물은 3-히드록시프로피오네이트, 3-히드록시부티레이트, 3-히드록시발레레이트, 3-히드록시헥사노에이트, 3-히드록시헵타노에이트, 3-히드록시옥타노에이트, 3-히드록시노나노에이트, 3-히드록시데카노에이트, 3-히드록시운데카노에이트, 3-히드록시도데카노에이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 모이어티로 이루어진 호모폴리머 또는 코폴리머이며, 상기 적어도 하나의 모이어티는 동일하거나 상이한 반복 단위 수를 가진다.

또한, 본 발명은 상 변화 잉크를 수용하는 적어도 하나의 잉크 보유 저장기, 잉크젯 헤드, 및 상 변화 잉크를 잉크젯 헤드에 제공하는 잉크 공급 라인을 포함하고,

상기 상 변화 잉크는 적어도 하나의 착색제, 및 적어도 하나의 식 (1)의 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 포함하는 잉크 전색제를 포함하는 잉크젯 장치를 제공한다:

n은 1 내지 약 35,000의 반복 단위 수를 나타내며,

x는 1 내지 약 5의 정수를 나타낸다.

이러한 점에서, 사용하기에 적합한 모든 잉크는 저에너지 잉크로 특징지워질 수 있다. 저에너지 잉크는 약 40℃ 미만의 온도에서 고체이고 약 5 내지 약 15 센티푸아즈의 전단 속도 점도 (약 80 s^-1 내지 120 s^-1의 전단 속도에서의 cP)를 갖는다.

본 발명의 잉크 전색제는 적어도 하나의 폴리히드록시알카노에이트 (PHA) 화합물을 함유한다. 구현예에서, 적어도 하나의 폴리히드록시알카노에이트 화합물은 식 (1)로 나타낼 수 있다:

상기 식에서, R은 수소 원자, 탄화수소기, 헤테로원자일 수 있고, n은 반복 단위 수로서 1 내지 약 35,000, 예컨대 약 2 내지 약 30,000, 약 5 내지 약 10,000, 약 5 내지 약 8,000, 약 5 내지 약 2,000, 약 5 내지 약 1,000, 약 8 내지 약 500, 약 10 내지 약 200, 또는 약 10 내지 약 75이며, x는 반복 메틸 단위 수로서 1 내지 약 5, 예컨대 1 내지 약 4, 2 내지 약 4, 또는 1 내지 약 3이다.

달리 언급이 없으면, 치환기 R의 정의에서 "탄화수소기"라는 문구는 비치환된 탄화수소기 및 치환된 탄화수소기를 모두 포함한다. 탄화수소기는 포화 또는 불포화 탄화수소기일 수 있다. 비치환된 탄화수소기는 예를 들어 1 내지 약 20개 탄소 원자, 1 내지 약 15개 탄소 원자, 1 내지 약 15개 탄소 원자, 및 1 내지 약 13개 탄소 원자를 함유할 수 있고, 선형, 분지형 또는 환형일 수 있다. 비치환된 탄화수소기의 예는, 예를 들어 직쇄 알킬기, 분지형 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 알킬아릴기, 아릴알킬기, 직쇄 알케닐기, 분지형 알케닐기를 포함할 수 있다. 비치환된 탄화수소기는 분지형 또는 직쇄 알킨일 수도 있다. 알킬기의 예는, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸 및 이들의 이성체 형태를 포함할 수 있다.

치환된 탄화수소기는 예를 들어, 1 내지 약 25개 탄소 원자, 1 내지 약 15개 탄소 원자, 1 내지 약 15개 탄소 원자, 및 1 내지 약 13개 탄소 원자를 함유할 수 있으며, 하나 이상의 탄소 원자는 예를 들어 불소, 브롬, 염소, 요오드, 황, 아미노, 니트로, 히드록실, 시아노, 알콕시 또는 이들의 조합으로 치환된다. 치환된 탄화수소기의 치환된 부분은, 예를 들어 헤테로원자를 포함하는 직쇄 알킬기, 분지형 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 알킬아릴기, 아릴알킬기, 직쇄 알케닐기, 분지형 알케닐기일 수 있다. 치환된 탄화수소기는 분지형 또는 직쇄 알킨일 수도 있다. 알킬기의 예는, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸 및 이들의 이성체 형태를 포함할 수 있다. 구현예에서 탄화수소기는 선택적으로 치환된 알킬 및 선택적으로 치환된 아릴일 수 있다.

달리 언급이 없으면, 치환기 R의 정의에서 "헤테로원자"라는 용어는 수소, 불소, 브롬, 염소, 요오드, 황, 질소, 산소 또는 이들의 조합을 포함한다. 또한, 헤테로원자는 예를 들어 염소 또는 불소와 같은 단일 원자, 또는 예를 들어 아미노 화합물 (NH₂) 내의 질소 원자 (N) 및 SO₂ 화합물 내 황 원자 (S)와 같이 화합물 내에 함유되는 단일 원자일 수 있다.

PHA 폴리머 화합물은 고밀도로 성장하는 박테리아의 세포 내부에서 제조될 수 있는 천연 폴리에스테르 물질이다. PHA 화합물은 박테리아 세포 내에 90 건조 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 더욱이, 폴리히드록시알카노에이트는 특히 미생물학적 방법의 발효 산물일 수 있는데, 이에 의해 미생물이 정상 또는 조작된 성장 중에 폴리히드록시알카노에이트를 축적한다 (lay down). 세포 증식에 필요한 하나 이상의 영양소를 제거하거나 제공하지 않음으로써 조작할 수 있다. 미생물은 야생형이거나 돌연변이이거나 예를 들어 재조합 DNA 기법의 임의의 방법에 의해 그 내부에 필요한 유전 물질이 도입되게 할 수 있다. 폴리히드록시알카노에이트-생성 생물이 미생물이어야 할 필요는 없다는 것이 강조되어야 하지만 요즘은 이러한 생물이 바람직하다.

PHA의 기본 구조는 주로 히드록시알카노에이트 (HA)의 반복 모노머 단위로 구성된다. 한 모노머의 히드록실기가 에스테르 결합에 의해 다른 모노머의 카르복실기에 부착되어 긴 사슬형 폴리에스테르 축적을 형성한다. 폴리히드록시알카노에이트 화합물의 예는 미국 특허 제5,534,616호, 미국 특허 제6,521,429호, 미국 특허 출원 공개 제2008/0299627호 및 WO 1995020614에 기재된 것들을 포함한다. PHA의 코폴리머는 적어도 2개의 불규칙 반복 모노머 단위 (randomly repeating monomer unit: RRMU)를 포함한다. 예를 들어 PHA 코폴리머의 일반 구조는 하기 일반식을 갖는 제1 RRMU:

및 하기 일반 구조를 갖는 제2 RRMU로 이루어질 수 있다:

상기 식에서, R₁ 및 R₂는 수소 원자, 탄화수소기, 헤테로원자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고, n 및 o는 독립적으로 1 내지 약 35,000의 반복 단위 수를 나타내며, x 및 y는 독립적으로 1 내지 약 5의 정수를 나타낸다. PHA가 동일하거나 상이한 반복 단위 수를 가지도록 3개, 4개, 6개 등의 RRMU와 같은 추가 RRMU가 PHA 내에 포함될 수도 있다.

PHA는 엄청나게 다용도이며, 100개나 되는 상이한 PHA 구조가 확인되었다. PHA 구조는 두 가지 면에서 다를 수 있다. 첫째, PHA는 펜던트기의 구조에 따라 다를 수 있는데, 이 펜던트기는 전형적으로 (D)-입체 화학을 갖는 탄소 원자에 부착된다. 이 펜던트기는 PHA 탄소 골격에 기여하지 않는 히드록시알칸산의 측쇄를 형성한다. 둘째, PHA는 그 반복 단위 수 및 유형에 따라 다를 수 있다. PHA 구조의 이러한 변화는 그들의 물리적 특징에 변화를 일으킬 수 있다. 이들 물리적 특징은 PHA를 상업적으로 가치 있을 수 있는 많은 제품에 유용하게 한다.

예를 들어 PHA는 C3 또는 β-위치 내 알킬기의 유형에 따른 상기 두 번째 방법에 의해 분류될 수 있다. 예를 들어 상기 식 (1)에서, x는 1이고 R은 수소이면 PHA는 폴리(3-히드록시프로피오네이트) ("P(3HP)")이고, x는 1이고 R은 메틸기이면 PHA는 폴리(3-히드록시부티레이트) ("P(3HB)")이며, x는 1이고 R은 에틸기이면 PHA는 폴리(3-히드록시발레레이트) ("P(3HV)")이고, x는 1이고 R은 프로필기이면 PHA는 폴리(3-히드록시카프로에이트) ("P(3HC)")이며, x는 1이고 R은 부틸기이면 PHA는 폴리(3-히드록시헵타노에이트) ("P(3HH)")이고, x는 1이고 R은 펜틸기이면 PHA는 폴리(3-히드록시옥타노에이트) ("P(3HO)")이며, x는 1이고 R은 헥실기이면 PHA는 폴리(3-히드록시노나노에이트) ("P(3HN)")이고, x는 1이고 R은 헵틸기이면 PHA는 폴리(3-히드록시데카노에이트) ("P(3HD)")이며, x는 1이고 R은 옥틸기이면 PHA는 폴리(3-히드록시운데카노에이트) ("P(3HUD)")이고, x는 1이고 R은 노닐기이면 PHA는 폴리(3-히드록시도데카노에이트) ("P(3HDD)")이다. 또한, 상기 식 (1)에서, x는 2이고 R은 수소 원자이면 PHA는 폴리(4-히드록시부티레이트) ("P(4HB)")이고, x는 2이고 R은 메틸기이면 PHA는 폴리(4-히드록시발레레이트) ("P(4HV)")이며, x는 3이고 R은 수소이면 PHA는 폴리(5-히드록시발레레이트) ("P(5HV)")이다.

구현예에서, 폴리히드록시알카노에이트 화합물은 3-히드록시프로피오네이트, 3-히드록시부티레이트, 3-히드록시발레레이트, 3-히드록시헥사노에이트, 3-히드록시헵타노에이트, 3-히드록시옥타노에이트, 3-히드록시노나노에이트, 3-히드록시데카노에이트, 3-히드록시운데카노에이트, 3-히드록시도데카노에이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 모이어티로 이루어진 호모폴리머 또는 코폴리머이다.

폴리히드록시알카노에이트 화합물은 1 내지 약 15개 폴리히드록시알카노에이트 모노머로 이루어질 수 있다. 폴리히드록시알카노에이트 화합물은 코폴리머, 터폴리머, 또는 임의의 원하는 수의 폴리히드록시알카노에이트 모노머 내에 3개 이상의 화학적으로 상이한 모노머를 함유하는 코폴리머로 존재할 수 있다. 폴리(3-히드록시알카노에이트) 코폴리머의 예는 3-히드록시부티레이트 및 3 내지 12개 탄소 원자를 갖는 다른 히드록시알카노에이트의 코폴리머를 포함한다. 추가의 폴리히드록시알카노에이트 화합물의 예는 (3-히드록시부티레이트)-(3-히드록시프로피오네이트) 코폴리머, (3-히드록시부티레이트)-(3-히드록시프로피오네이트)-(4-히드록시부티레이트) 코폴리머, (3-히드록시부티레이트)-(3-히드록시발레레이트) 코폴리머, (3-히드록시부티레이트)-(3-히드록시발레레이트)-(3-히드록시헥사노에이트)-(3-히드록시헵타노에이트) 코폴리머, (3-히드록시부티레이트)-(3-히드록시발레레이트)-(3-히드록시헥사노에이트)-(3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시옥타노에이트) 코폴리머, (3-히드록시부티레이트)-(3-히드록시헥사노에이트)-(3-히드록시옥타노에이트) 코폴리머, (3-히드록시프로피오네이트)-(3-히드록시발레레이트)-(3-히드록시헥사노에이트)-(3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시옥타노에이트)-(3-히드록시노나노에이트)-(3-히드록시데카노에이트) 코폴리머, (3-히드록시프로피오네이트)-(3-히드록시부티레이트)-(3-히드록시발레레이트)-(3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시옥타노에이트) 코폴리머, (3-히드록시부티레이트)-(3-히드록시발레레이트)-(3-히드록시헥사노에이트)-(3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시옥타노에이트)-(3-히드록시노나노에이트)-(3-히드록시데카노에이트)-(3-히드록시운데카노에이트)-(3-히드록시도데카노에이트) 코폴리머, (3-히드록시부티레이트)-(4-히드록시부티레이트) 코폴리머 및 이들의 조합을 포함한다.

폴리(3-히드록시알카노에이트) 코폴리머의 추가 예는 3-히드록시헵타노에이트 및 3 내지 12개 탄소 원자를 갖는 다른 히드록시알카노에이트의 코폴리머를 포함한다. 예는 (3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시프로피오네이트) 코폴리머, (3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시프로피오네이트)-(4-히드록시부티레이트) 코폴리머, (3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시발레레이트) 코폴리머, (3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시발레레이트)-(3-히드록시헥사노에이트) 코폴리머, (3-히드록시부티레이트)-(3-히드록시발레레이트)-(3-히드록시헥사노에이트)-(3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시옥타노에이트) 코폴리머, (3-히드록시부티레이트)-(3-히드록시헥사노에이트)-(3-히드록시헵타노에이트) 코폴리머, (3-히드록시프로피오네이트)-(3-히드록시발레레이트)-(3-히드록시헥사노에이트)-(3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시옥타노에이트)-(3-히드록시노나노에이트)-(3-히드록시데카노에이트) 코폴리머, (3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시옥타노에이트) 코폴리머, (3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시노나노에이트) 코폴리머 및 (3-히드록시헵타노에이트)-(3-히드록시데카노에이트) 코폴리머 및 이들의 조합을 포함한다.

PHA의 생산 방법은 미국 특허 출원 공개 제2005/0228168호, 제2006/0105440호 및 제2005/0239998호에 기재되어 있다.

폴리히드록시알카노에이트 화합물은 임의의 원하는 양, 전형적으로 잉크 전색제 또는 잉크 전색제 혼합물의 약 0.5 내지 약 20 중량%, 예를 들어 잉크 전색제 또는 잉크 전색제 혼합물의 약 1 내지 약 15 중량%의 양으로 잉크 내에 존재할 수 있다.

구현예에서, 잉크 전색제 내 폴리히드록시알카노에이트의 극성 성질 때문에 잉크 전색제 내에 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 포함하는 것은 다음을 의도한다: (1) 고체 상태로 있는 동안 상 변화 잉크 조성물의 응집력을 향상시키고 강고성을 증가시키고, (2) 잉크 전색제 내 석유 성분의 양 및 전체 성분의 전체 수를 감소시킨다. 다양한 응력을 받았을 때 고체 잉크가 부서지지 (shatter) 않고 단지 변형되었기 때문에 상기 강고성이 증가됨이 분명하다.

잉크 전색제 내에 추가의 물질이 포함될 수도 있다. 적합한 물질의 예는 미정질 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 에스테르 왁스, 적어도 30개 탄소를 갖는 긴 사슬 산, 지방산, 지방 아미드, 에틸렌/프로필렌 코폴리머, 산화된 합성 또는 석유 왁스의 우레탄 유도체, n-파라핀계 탄화수소, 분지형 파라핀계 탄화수소, 나프텐계 탄화수소, 고분지형 탄화수소, 에톡시화 알코올, 선형 알코올, 탄화수소계 왁스, 그래프트 공중합에 의해 제조되는 폴리올레핀의 개질된 말레산 무수물 탄화수소 부가물, 모노아미드, 디아미드, 트리아미드 및 테트라아미드의 혼합물, 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

상 변화 잉크용의 적합한 잉크 전색제의 추가 예는 폴리아미드; 다이머산 아미드; ARAMID C를 포함하는 지방산 아미드; Riechold Chemical Company로부터 입수할 수 있는 EPOTUF 37001과 같은 에폭시 수지; 유동성 파라핀 왁스; 유동성 미정질 왁스; 피셔-트롭쉬 왁스; 폴리비닐 알코올 수지; 폴리올; 셀룰로오스 에스테르; 셀룰로오스 에테르; 폴리비닐 피리딘 수지; 지방산; 지방산 에스테르; KETJENFLEX MH 및 KETJENFLEX MS80을 포함하는 폴리설폰아미드; Velsicol Chemical Company로부터 입수할 수 있는 BENZOFLEX S552와 같은 벤조에이트 에스테르; 프탈레이트 가소제; 시트레이트 가소제; 말레에이트 가소제; 폴리비닐 피롤리디논 코폴리머; 폴리비닐 피롤리돈/폴리비닐 아세테이트 코폴리머; Occidental Chemical Company로부터 입수할 수 있는 DUREZ 12 686과 같은 노볼락 수지; 및 밀랍, 몬탄 왁스, 칸데릴라 왁스, GILSONITE (American Gilsonite Company) 등과 같은 천연 산물 왁스; PARICIN 9 (프로필렌 글리콜 모노히드록시스테아레이트), PARICIN 13 (글리세롤 모노히드록시스테아레이트), PARICIN 15 (에틸렌 글리콜 모노히드록시스테아레이트), PARICIN 220 (N-(2-히드록시에틸)-12-히드록시스테아르아미드), PARICIN 285 (N,N'-에틸렌-bis-12-히드록시스테아르아미드), FLEXRICIN 185 (N,N'-에틸렌-bis-리시놀레아미드) 등을 포함하고, 약 6 내지 약 24개 탄소 원자를 갖는 것들과 같은 선형 긴 사슬 아미드 또는 지방산 아미드와 선형 1차 알코올의 혼합물을 포함한다.

고분자량 선형 알코올, 탄화수소계 왁스, 에틸렌/프로필렌 코폴리머 및 그래프트 공중합에 의해 제조되는 폴리올레핀의 개질된 말레산 무수물 탄화수소 부가물과 같은 추가의 물질이 상 변화 잉크 조성물의 잉크 전색제 내에 포함될 수 있다. Petrolite로부터 입수할 수 있으며 하기 일반식을 가지는 것들과 같은 산화된 합성 또는 석유 왁스의 우레탄, 요소, 아미드 및 이미드 유도체가 잉크 전색제로 사용될 수도 있다:

상기 식에서 R은 식 CH₃(CH₂)_n의 알킬기이고, n은 약 5 내지 약 400, 예를 들어 약 10 내지 약 300 또는 약 20 내지 약 200의 정수이며, R'는 톨릴기이다.

본 발명의 폴리히드록시알카노에이트 화합물과 함께 잉크 전색제 내에 포함될 수 있는 다른 추가 물질의 추가 예는 로진 에스테르; 폴리아미드; 다이머산 아미드; ARAMID C를 포함하는 지방산 아미드; Riechold Chemical Company로부터 입수할 수 있는 EPOTUF 37001과 같은 에폭시 수지; 유동성 파라핀 왁스; 유동성 미정질 왁스; 피셔-트롭쉬 왁스; 폴리비닐 알코올 수지; 폴리올; 셀룰로오스 에스테르; 셀룰로오스 에테르; 폴리비닐 피리딘 수지; 지방산; 지방산 에스테르; KETJENFLEX MH 및 KETJENFLEX MS80을 포함하는 폴리설폰아미드; Velsicol Chemical Company로부터 입수할 수 있는 BENZOFLEX S552와 같은 벤조에이트 에스테르; 프탈레이트 가소제; 시트레이트 가소제; 말레에이트 가소제; 디페닐 설폰, n-데실 설폰, n-아릴 설폰, 클로로페닐 메틸 설폰과 같은 설폰; 폴리비닐 피롤리디논 코폴리머; 폴리비닐 피롤리돈/폴리비닐 아세테이트 코폴리머; Durez Corporation으로부터 입수할 수 있는 DUREZ 12 686과 같은 노볼락 수지; 및 밀랍, 몬탄 왁스, 칸데릴라 왁스, GILSONITE (American Gilsonite Company) 등과 같은 천연 산물 왁스; Vertellus에서 입수할 수 있는 PARICIN 9 (프로필렌 글리콜 모노히드록시스테아레이트), PARICIN 13 (글리세롤 모노히드록시스테아레이트), PARICIN 15 (에틸렌 글리콜 모노히드록시스테아레이트), PARICIN 220 (N-(2-히드록시에틸)-12-히드록시스테아르아미드), PARICIN 285 (N,N'-에틸렌-bis-12-히드록시스테아르아미드), FLEXRICIN 185 (N,N'-에틸렌-bis-리시놀레아미드) 등을 포함하고, 약 6 내지 약 24개 탄소 원자를 갖는 것들과 같은 선형 긴 사슬 아미드 또는 지방산 아미드와 선형 1차 알코올의 혼합물을 포함한다.

또한, 미국 특허 제6,906,118호에 기재된 잉크 전색제가 사용될 수도 있다. 예를 들어 미국 특허 제5,122,187호에 기재된 것과 같은 액정 물질도 잉크 전색제로 적합하다.

추가의 수지 및 왁스는 미국 특허 제5,782,966호에 기재된 대로 제조되며, 2 당량의 ABITOL® E 히드로아비에틸 알코올 및 1 당량의 이소포론 디이소시아네이트의 반응으로부터 얻어지는 우레탄 수지; 3 당량의 스테아릴 이소시아네이트와 글리세롤계 알코올의 부가물인 우레탄 수지; 미국 특허 제6,309,453호의 실시예 4에 기재된 대로 제조되는 것; 예를 들어 디아미드, 트리아미드, 테트라-아미드, 시클릭 아미드 등을 포함하는 적합한 아미드로 이루어진 군으로부터 추가로 선택될 수 있다. 예를 들어 미국 특허 제4,889,560호, 제4,889,761호, 제5,194,638호, 제4,830,671호, 제6,174,937호, 제5,372,852호, 제5,597,856호 및 제6,860,930호 및 영국 특허 GB 2 238 792에 기재된 것들; 및 미국 특허 제6,620,228호에 기재된 것과 유사한 것들과 같은 잉크 전색제 내에 모노아미드, 테트라-아미드 및 이들의 혼합물을 포함하는 지방 아미드가 포함될 수도 있다.

본 발명에서 사용하기에 적합한 추가 수지는 트리아미드를 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 트리아미드는 선형 트리아미드를 포함하며, 이는 3개의 아미드기가 모두 동일한 분자 사슬 또는 가지에 있는 분자이다.

잉크 전색제는 전술한 또는 후술하는 적합한 물질 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용한 대로 "하나 이상" 및 "적어도 하나"는 본 명세서에 기재된 임의의 주어진 특징의 1 내지 약 10, 예컨대 1 내지 약 8 또는 1 내지 약 5를 의미한다.

잉크 전색제는 잉크의 약 60 중량% 내지 약 99.5 중량%를 구성할 수 있다.

상 변화 잉크의 많은 잉크 전색제는 본래 0의 전기 전도도를 갖는다. 따라서, 잉크에 일관된 전도도를 제공하기 위해서 잉크 전색제에 전도도 향상제가 첨가될 수 있다. 전도도는 잉크젯 장치의 잉크 저장기 내 레벨 센서에 대한 입력 신호로 이용된다.

상 변화 잉크의 전기 전도도에 기여할 수 있는 상 변화 잉크의 이전 성분은 안료 및 염료와 같은 착색제, 및 본 명세서에 참조로서 병합된 미국 특허 제6,015,847호에 기재된 바와 같이 도데실 벤젠 설폰산 (DDBSA)이다.

구현예에서, 전도도 향상제는 유기 염기 및 산으로부터 형성된 유기 염이다. 전도도 향상제는, 다른 전도도 향상제 (예를 들어 DDBSA)와 마찬가지로 임의의 프린터 부품 (예를 들어 잉크젯 장치의 프린트헤드 또는 저장기)에 불리하게 영향을 미치지 않는다.

전도도 향상제인 유기 염의 유기 염기는 유기 아민일 수 있고 적어도 하나의 긴 탄화수소 사슬을 갖는다. "긴 탄화수소 사슬"이란 예를 들어 약 10개 탄소 내지 약 50개 탄소를 갖는 선형 또는 분지형 탄소 알킬 또는 아릴을 의미한다.

본 발명에 사용하기에 적합한 유기 염기의 예는 하기 일반식을 갖는 3차 아민으로부터 유래되며, 트리-헥사데실 아민 (ARMEEN^® 316, 분자량 689)을 포함할 수 있다:

.

구현예에서 유기 염기는 트리옥타데실 아민, 트리도데실 아민, 트리테트라데실 아민, 트리에이코실 아민, 트리도코실아민, 트리테트라코실아민, 디도데실 옥타데실 아민, 디도코실 테트라코실 아민, 디테트라코실 테트라데실 아민 등과 같은 혼합 형태, 및 하기 식의 디(1-데실-4-노닐-페닐)도코실 아민:

또는 하기에 나타낸 4-노닐페닐 디옥타데실아민과 같은 아릴-지방족 화합물로부터 유래될 수 있다:

.

구현예에서, 유기 염기는 1차, 2차 또는 3차 아민일 수 있다. 적합한 1차 아민의 예는 하기 일반식으로 나타낼 수 있다:

상기 식에서, x는 약 1 내지 약 50, 예컨대 약 10 내지 약 40 또는 약 12 내지 약 30의 정수이고, 예를 들어 헥사데실 아민이다. 적합한 2차 아민의 예는 하기 일반식으로 나타낼 수 있다:

상기 식에서, x는 약 1 내지 약 50, 예컨대 약 10 내지 약 40 또는 약 12 내지 약 30의 정수이고, 예를 들어 디-옥타데실 아민이다.

약 120℃의 일정한 온도 하에서 유기 염의 추정 반감기는 약 15일 내지 약 250일, 예컨대 약 20일 내지 약 225일 또는 약 20일 내지 약 200일이다.

본 발명의 상 변화 잉크는 하나의 유기 염을 함유하거나, 예를 들어 약 1 내지 약 10개의 유기 염과 같이 하나 이상의 적합한 유기 염의 혼합물을 함유할 수 있다. 각 유기 염은 임의의 효과적인 양, 예를 들어 약 0.001 중량% 내지 약 8 중량%의 양으로 잉크 내에 존재한다.

본 발명의 유기 염은 높은 이온 이동도를 갖는 분자 이온으로 충분히 해리됨으로써 상 변화 잉크에 높은 전기 전도도를 부여한다. 구체적으로, 잉크젯 장치가 작동하는 동안 유기 염은 이온, 즉 양이온과 음이온으로 해리되어 상 변화 잉크에 높은 전기 전도도를 제공할 것이다.

내부에 전도도 향상제를 갖는 상 변화 잉크의 전도도는 약 0.01μS/㎝ 내지약 5μS/㎝일 수 있다. 전도도는 임의의 알려진 방법으로 측정될 수 있으며, 본 발명에서는 용융 잉크에 티탄 전극을 놓고 60Hz 진동수에서 로즈마운트 모델 (Rosemount Model) 1054B LC 전도도 측정기에서 비저항 출력을 기록함으로써 약 120℃ 용융 조건 하에서 측정된다. 일반적으로, 물질의 전도도는 비저항의 역수로 측정될 수 있는데, 이는 전기 저항에 대한 물질 특이적이고 온도 의존적인 측정이다.

구현예의 잉크는 이러한 종래의 첨가제와 관련되어 알려진 기능성을 이용하기 위해 종래의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 예를 들어 적어도 하나의 이소시아네이트 유래 물질, 산화 방지제, 소포제, UV 흡수제, 평활성 및 표면 조정제, 청정제, 점착제, 접착제, 가소제 등을 포함할 수 있다.

잉크 캐리어는 안정화제 물질로 적어도 하나의 이소시아네이트 유래 물질을 포함할 수도 있다. 이소시아네이트 유래 물질은, 예를 들어 미국 특허 제5,782.966호의 실시예 1에 기재된 바와 같이 히드로아비에틸 알코올과 같은 알코올 2 당량과 이소시아네이트 또는 디이소시아네이트 (이소포론 디이소시아네이트) 1 당량을 반응시킴으로써 얻어진 우레탄 수지일 수 있다. 이소시아네이트 유래 물질은 잉크 캐리어의 적어도 약 2 중량%, 예컨대 잉크 캐리어의 약 2 중량% 내지 약 99 중량%와 같이 잉크 캐리어 내에 존재할 수 있다. 다른 적합한 이소시아네이트-유래 물질은 미국 특허 제6,309,453호의 실시예 4에 기재된 대로 제조되며, 글리세롤계 알코올과 3 당량의 스테아릴 이소시아네이트의 부가물인 우레탄 수지를 포함한다.

잉크는 이미지가 산화되는 것을 막기 위해 산화 방지제를 선택적으로 함유할 수 있으며, 잉크 저장기 내에 가열된 용융물로 존재하는 동안 잉크 성분의 산화를 막을 수도 있다. 산화 방지제는 존재한다면, 예컨대 잉크의 약 0.25 중량% 내지 약 10 중량%와 같은 임의의 원하는 또는 효과적인 양으로 잉크 내에 존재할 수 있다.

잉크는 FORAL 85, 수소화된 아비에트 (로진) 산의 글리세롤 에스테르 (Eastman으로부터 구입 가능), ARAKAWA KE-311 및 KE-100 수지, 수소화된 아비에트 (로진) 산의 트리글리세라이드 (Arakawa Chemical Industries, Ltd.로부터 구입 가능)와 같은 선택 가능한 점착제를 추가로 함유할 수 있다. 점착제는 잉크의 약 0.01 중량% 내지 잉크의 약 98 중량%와 같이 임의의 효과적인 양으로 잉크 내에 존재할 수 있다.

VERSAMID 757, 759 또는 744 (Cognis로부터 구입 가능)와 같은 접착제가 잉크의 약 0.01 중량% 내지 잉크의 약 98 중량%, 및 잉크의 약 0.1 중량% 내지 잉크의 약 50 중량%로 잉크 내에 존재할 수 있다.

잉크는 선택적으로 UV 흡수제를 함유할 수도 있다. 선택적인 UV 흡수제는 주로 생성된 이미지가 UV 열화되는 것을 막는다. 존재할 경우 선택적인 UV 흡수제는 잉크의 약 1 중량% 내지 약 10 중량%와 같은 임의의 원하는 또는 효과적인 양으로 잉크 내에 존재할 수 있다.

UNIPLEX 250과 같은 가소제가 잉크 내에 존재할 수도 있다. 가소제는 잉크의 약 0.01 중량% 내지 잉크의 약 98 중량%의 양으로 존재할 수 있다.

잉크 조성물의 습식 특성을 조절하고 안료를 안정화하는 것과 같은 알려진 특성을 위해 잉크는 하나 이상의 분산제 및/또는 하나 이상의 계면활성제를 함유할 수도 있다.

존재할 경우 선택적인 첨가제는 각각 또는 조합하여 잉크의 약 1 중량% 내지 약 10 중량%와 같은 임의의 원하는 또는 효과적인 양으로 잉크 내에 존재할 수 있다.

구현예에서 본 발명의 잉크 조성물은 적어도 하나의 착색제를 포함할 수도 있다. 임의의 원하는 또는 효과적인 착색제는, 착색제가 잉크 캐리어 내에 용해되거나 분산될 수 있으면 염료, 안료, 이들의 혼합물 등을 포함하여 잉크 조성물 내에 이용될 수 있다. 잉크 캐리어 내에 분산 또는 용해될 수 있고 다른 잉크 성분들과 상용성이 있으면 임의의 염료 또는 안료가 선택될 수 있다.

본 발명의 상 변화 잉크 내 착색제의 양은, 코어, 쉘 또는 이들 모두 중 어디에 있던지 잉크 전색제 또는 잉크 전색제 혼합물의 0.5 중량% 내지 약 20 중량%일 수 있다.

구현예에서 상 변화 잉크의 잉크 캐리어는 예를 들어 결합제 물질이 유리 슬라이드 위에서 가열되고 현미경으로 관찰되는 현미경 핫 스테이지 (microscope hot stage) 위에서 관찰 및 측정될 때 약 60 내지 약 150℃의 녹는점을 가질 수 있다. 더 높은 녹는점도 허용 가능하지만 프린트헤드 수명은 150℃보다 높은 온도에서 감소될 수 있다. 더욱이, 저에너지 잉크는 약 9 내지 약 13 cP의 분사 점도 (jetting viscosity)를 가지지만 점도 및 온도 값은 이들 범위를 벗어날 수 있다.

잉크 조성물은 임의의 원하는 또는 적합한 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 잉크 캐리어의 각 성분은 함께 섞인 다음 가열되어 혼합물은 적어도 그의 녹는점, 예를 들어 약 60℃ 내지 약 150℃, 80℃ 내지 약 120℃ 및 85℃ 내지 약 110℃까지 가열될 수 있다. 착색제는 잉크 성분이 가열되기 전이나 잉크 성분이 가열된 후에 첨가될 수 있다. 잉크 캐리어 내에 착색제를 분산시키기 위하여 용융 혼합물을 아트리터 또는 볼 밀 기기 내에서 분쇄할 수 있다. 다음, 가열된 혼합물을 약 5초 내지 약 10분 이상 동안 교반하여 실질적으로 균질하고 균일한 용융물을 얻은 다음, 주위 온도 (전형적으로 약 20℃ 내지 약 25℃)까지 잉크를 냉각하였다. 상기 잉크는 주위 온도에서 고체이다. 특정 구현예에서, 형성 공정 동안 용융 상태인 잉크를 몰드에 부은 다음 냉각 및 고화하여 잉크 스틱을 형성하였다. 적합한 잉크 제조 기법은 미국 특허 제7,186,762호에 기재되어 있으며, 이는 그 전체가 참조로서 본 명세서에 병합된다.

상기 잉크는 직접 인쇄 잉크젯 공정용 기기 및 간접 (오프셋) 인쇄 잉크젯 애플리케이션에 이용될 수 있다. 본 발명의 상 변화 잉크를 인쇄하는데 적합한 기기의 예는 상 변화 잉크를 저장하거나 수용하는 적어도 하나의 잉크 보유 저장기, 잉크를 인쇄하는 잉크젯 헤드, 및 상 변화 잉크를 잉크젯 헤드에 제공하는 잉크 공급 라인으로 구성되는 기기를 포함한다.

본 발명의 다른 구현예는, 본 발명의 잉크를 잉크젯 인쇄 기기 내에 도입하는 단계, 상기 잉크를 용융시키는 단계 및 용융된 잉크 액적이 기록 기재 위에 이미지화된 패턴으로 토출되게 하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 직접 인쇄 방법은 예를 들어 미국 특허 제5,195,430호에도 기재되어 있다. 본 발명의 또 다른 구현예는 본 발명의 잉크를 잉크젯 인쇄 기기 내에 도입하는 단계, 상기 잉크를 용융시키는 단계, 용융된 잉크 액적이 중간 전사 부재 위에 이미지화된 패턴으로 토출되게 하는 단계 및 상기 잉크를 중간 전사 부재로부터 최종 기록 기재로 이미지화된 패턴으로 전사하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 특정 구현예에서 중간 전사 부재는 최종 기록 시트의 온도보다 높고 인쇄 기기 내 용융된 잉크의 온도보다 낮은 온도로 가열된다. 다른 특정 구현예에서, 중간 전사 부재와 최종 기록 시트는 모두 가열되고; 이 구현예에서 중간 전사 부재와 최종 기록 시트는 모두 인쇄 기기 내 용융된 잉크의 온도보다 낮은 온도로 가열되며; 이 구현예에서 중간 전사 부재와 최종 기록 시트의 상대 온도는 다음과 같을 수 있다: (1) 중간 전사 부재는 최종 기록 기재의 온도보다 높고 인쇄 기기 내 용융된 잉크의 온도보다 낮은 온도로 가열되거나; (2) 최종 기록 기재는 중간 전사 부재의 온도보다 높고 인쇄 기기 내 용융된 잉크의 온도보다 낮은 온도로 가열되거나; 또는 (3) 중간 전사 부재와 최종 기록 시트가 대략 동일한 온도로 가열된다. 오프셋 또는 간접 인쇄 방법은 예를 들어 미국 특허 제5,389,958호에도 기재되어 있다. 한 특정 구현예에서 인쇄 기기는 압전 인쇄 방법을 이용하는데, 여기서 잉크 액적은 압전 진동 요소의 진동에 의해 이미지화된 패턴으로 토출된다. 본 발명의 잉크는 핫 멜트 어쿠스틱 잉크젯 인쇄, 핫 멜트 열 잉크젯 인쇄, 핫 멜트 연속 스트림 또는 디플렉션 (deflection) 잉크젯 인쇄 등과 같은 다른 핫 멜트 인쇄 방법에도 이용될 수 있다. 본 발명의 상 변화 잉크는 핫 멜트 잉크젯 인쇄 방법 외의 인쇄 방법에도 사용될 수 있다.

XEROX 4200 용지, XEROX 이미지 시리즈 용지, Courtland 4024 DP 용지, 괘선 노트 용지, 본드지와 같은 일반 용지, Sharp Company 실리카 코팅 용지, 주조 용지 (JuJo paper), 해머밀 레이저프런트 (HAMMERMILL LASERPRINT) 용지 등과 같은 실리카 코팅 용지, 투명 재료, 직물, 섬유 제품, 플라스틱, 폴리머 필름, 금속과 목재와 같은 무기 기재 등을 포함하는 임의의 적합한 기재 또는 기록 시트가 이용될 수 있다.

본 발명의 잉크는 하기 실시예에 더욱더 설명된다. 달리 언급이 없으면 모든 부 및 백분율은 중량에 의한 것이다.

실시예

실시예 1a: 안료 극성 농축 잉크 ( Pigmented Polar Concentrate Ink )의 제조

(a) KE-100 수지 (Arakawa Chemical Industries Ltd.의 수소화된 아비에트 (로진) 산의 트리글리세라이드) 19.11 중량부, (b) Crompton Corp.의 NAUGARD N445 산화 방지제 0.25 중량부, (c) UNILIN 425 [고분자량 선형 알코올 (Baker Petrolite로부터 구입 가능)] 91.10 중량부, (d) KEMAMIDE E-180 (Chemtura Corporation에서 입수할 수 있는 스테아릴 에루카미드) 12.23 중량부, (e) SOLSPERSE 13240 분산제 (Lubrizol로부터 입수 가능) 12.27 중량부 및 (f) SOLSPERSE 5000 상승제 (Lubrizol로부터 입수 가능) 0.04 중량부로 이루어진 혼합물을 120℃로 가열하고, 1/8 인치 스틸 볼 (steel ball)이 설치된 Szegvari 01 아트리터에 충전시켰다. 이 혼합물에, 15 중량부의 HOSTAPERM Blue B4-G (Clariant Corporation으로부터 입수 가능)를 서서히 첨가하고 250 rpm에서 18시간 동안 밤새 마모시켰다.

실시예 1b: 생물 유래 수지 ( 폴리히드록시알카노에이트 )를 도입한 극성 잉크의 제조

실시예 1a에 기재된 안료 극성 농축 잉크 8 중량부를 100mL 비커에 첨가하였다. 상기 비커 내부에 교반 막대 (stirrer bar)를 넣고 이 비커를 120℃로 설정된 가열 교반기 핫 플레이트 위에 놓았다. 이 교반된 농축물에 미리 혼합된 균질 용액을 첨가하였다. 균질 용액은 폴리(3-히드록시헵타노에이트-co-3-히드록시노나노에이트) (Polyferm Canada, Inc.로부터 얻은 박테리아 유래 폴리히드록시알카노에이트) 4 중량부, KE-100 4.48 중량부, UNILIN 425 22.40 중량부, E-180 3.20 중량부 및 NAUGARD 445 0.08 중량부로 이루어져 있다. 2시간 교반한 후 새로 형성된 잉크를 1 미크론 필터를 통해 여과하였다. 여과된 잉크를 평평한 원반 몰드 (flat disc mold) 및 긴 막대 몰드 (long rod mold)에 붓고 1시간 동안 냉각시켰다. 그 모양에 반하여 (against) 손으로 가로 응력 (lateral stress)을 가했을 때 그 형상은 파괴되지 않고 구부러졌으며 부서지지 않았다. 잉크의 레올로지는 원추-평판 방법에 의해 Rheometrics Scientific (지금의 TA Instruments)의 RFS-3 레오미터를 이용하여 측정하였고, 이때 115℃ 및 100 s^-1의 전단 속도에서 전단 속도 점도는 14.4 cP였다.

비교예 1: 생물 유래 수지가 없는 안료 잉크의 제조

실시예 1a에 기재된 안료 극성 농축 잉크 8 중량부를 100mL 비커에 첨가하였다. 상기 비커 내부에 교반 막대를 넣고 이 비커를 120℃로 설정된 가열 교반기 핫 플레이트 위에 놓았다. 이 교반된 농축물에 미리 혼합된 균질 용액을 첨가하였다. 균질 용액은 KE-100 4.56 중량부, UNILIN 425 22.78 중량부, E-180 3.25 중량부 및 NAUGARD 445 0.08 중량부로 이루어져 있으며, 폴리히드록시알카노에이트 수지는 전혀 함유하지 않았다. 2시간 동안 교반한 후 새로 형성된 잉크를 1 미크론 필터를 통해 여과하였다. 여과된 잉크를 평평한 원반 몰드 및 긴 막대 몰드에 붓고 1시간 동안 냉각시켰다. 그 모양에 반하여 손으로 실시예 1b와 동일한 가로 응력을 가했을 때 그 형상은 다소 구부러지다가 이어서 부서지거나 파괴되었다. 잉크의 레올로지는 원추-평판 방법에 의해 Rheometrics Scientific (지금의 TA Instruments)의 RFS-3 레오미터를 이용하여 측정하였고, 이때 115℃ 및 100 s^-1의 전단 속도에서 전단 속도 점도는 9.9 cP였다.

비교예 2: 생물 유래 수지가 없는 안료 잉크의 제조

이 비교예에서는 KE-100의 총량이 증가되도록 실시예 1a에서 형성된 농축물로부터 다른 잉크를 제조하였다. 실시예 1a에 기재된 안료 극성 농축 잉크 8 중량부를 100mL 비커에 첨가하였다. 상기 비커 내부에 교반 막대를 넣고 이 비커를 120℃로 설정된 가열 교반기 핫 플레이트 위에 놓았다. 이 교반된 농축물에 미리 혼합된 균질 용액을 첨가하였다. 균질 용액은 KE-100 6.48 중량부, UNILIN 425 22.40 중량부, E-180 3.20 중량부 및 NAUGARD 445 0.08 중량부로 이루어져 있었다. 2시간 동안 교반한 후 새로 형성된 잉크를 1 미크론 필터를 통해 여과하였다. 여과된 잉크를 평평한 원반 몰드 및 긴 막대 몰드에 붓고 1시간 동안 냉각시켰다. 그 모양에 반하여 손으로 실시예 1b와 동일한 가로 응력을 가했을 때 그 형상은 다소 구부러지다가 이어서 부서지거나 파괴되었다. 잉크의 레올로지는 원추-평판 방법에 의해 Rheometrics Scientific (지금의 TA Instruments)의 RFS-3 레오미터를 이용하여 측정하였고, 이때 115℃ 및 100 s^-1의 전단 속도에서 전단 속도 점도는 10.5 cP였다.

비교예 3: 생물 유래 수지가 없는 청록색 염료 잉크의 제조

오버헤드 교반기를 이용하여 하기 성분들을 용융하고 함께 균질하게 블레드하여 하기 성분들을 혼합함으로써 잉크 베이스를 제조하였다: Baker Petrolite의 증류된 폴리에틸렌 왁스 50.17g, 트리아미드 왁스 (이 트리아미드 왁스는 미국 특허 제6,860,930호에 기재되어 있으며, 이는 그 전체가 참조로서 본 명세서에 병합된다) 13.95 중량부, S-180 15.14 중량부, KE-100 수지 12.42 중량부, 미국 특허 제6,309,453호의 실시예 4에 기재된 대로 제조되며, 3 당량의 스테아릴 이소시아네이트와 글리세롤계 알코올의 부가물인 우레탄 수지 4.42 중량부, 및 NAUGUARD 445 0.17 중량부.

이렇게 제조된 용액에 3.55g의 청록색 착색제를 첨가했다. 2시간 동안 교반한 후 새로 형성된 잉크를 1 미크론 필터를 통해 여과하였다. 여과된 잉크를 평평한 원반 몰드 및 긴 막대 몰드에 붓고 1시간 동안 냉각시켰다. 그 모양에 반하여 손으로 실시예 1b와 동일한 가로 응력을 가했을 때 그 형상은 다소 구부러지다가 이어서 부서지거나 파괴되었다. 잉크의 레올로지는 원추-평판 방법에 의해 Rheometrics Scientific (지금의 TA Instruments)의 RFS-3 레오미터를 이용하여 측정하였고, 이때 115℃ 및 100 s^-1의 전단 속도에서 전단 속도 점도는 9.5 cP였다.

비교예 4: 생물 유래 수지가 없는 극성 노란색 염료 잉크의 제조

제록스 코포레이션 소유의 노란색 염료를 함유하는 극성 잉크는 하기 방식으로 제조하였다. 600mL 비커에 KE-100 14.95 중량부, UNILIN 425 71.09 중량부, E-180 9.97 중량부 및 NAUGARD 445 0.19 중량부를 첨가하고, 이 용액을 120℃에서 3시간 동안 용융시키고, 30분 동안 기계적 교반에 의해 부드럽게 교반하여 용액을 얻었다. 이 교반한 용액에 제록스 맞춤형 노란색 염료 3.79 중량부를 첨가하고, 이렇게 새로 형성된 잉크를 2시간 동안 계속하여 교반하였다. 이 잉크를 Parker-Hannefin Corporation에서 입수할 수 있는 1 미크론 필터를 통과하여 여과하였다. 다음, 용융된 잉크를 평평한 원반 몰드 및 긴 막대 몰드에 부었다. 약 1시간 후에 몰드로부터 잉크 모양을 제거하고, 그 모양에 반하여 손으로 실시예 1b와 동일한 가로 응력을 가하였다. 이 형상은 전혀 구부러지지 않았고 이어서 부서지거나 파괴되었다.

응력 및 유연성 테스트

고체 잉크 조성물 내에 폴리히드록시알카노에이트를 도입한 것의 하중 응력 (인성) 및 유연성의 상대 비교로서, 실시예 1b, 비교예 1 및 비교예 2에 기재된 조성물을 갖는 잉크를 용융시키고 120℃ 온도를 갖는 오븐 내의 실리콘 몰드에 부었다. 본 발명의 잉크 조성물은 약 6,000 gm·F/cm 내지 약 10,000 gm·F/cm, 약 6,500 gm·F/cm 내지 약 9,000 gm·F/cm 및 6,500 gm·F/cm 내지 약 8,750 gm·F/cm의 파괴점을 가질 수 있다.

잉크를 함유한 몰드 (몰드 잉크 샘플)를 제거하고 주위 조건 하에서 냉각시켰다. 제조된 각각의 몰드 잉크 샘플은 밀리미터 (mm)로 24+24+24+12+12+12+24+24+24+12+12+12의 인접 주변 치수 (adjacent perimeter dimension)를 갖는 대칭 I-모양 구조 (I-shaped geometry)를 가졌다. 샘플의 두께는 약 2 내지 약 2.5mm 달라지는 것이 허용되었고 Heidenhain Corporation의 MT 60M 두께 측정기를 이용하여 측정되었다. 샘플 두께에 따른 파괴 저항의 의존성 및 재현성을 평가하기 위하여 3개의 고체 잉크 조성물 각각에 대해 2개의 복제품을 부었다. 모든 몰드 잉크 샘플을 주위 조건, 전형적으로 24℃, 50% 상대 습도 하에서 5일 에이징시킨 다음 하기 방식으로 수동 응력 테스트를 수행하였다.

몰드 잉크 샘플 중 하나를 한계 하중이 4.1kg인 Ohaus 저울에 부착함으로써 수동 응력 테스트를 시작하였는데, 상기 Ohaus 저울은 50mm 높이의 플라스틱 지지물 2개에 부착된 8mm 지름의 스틸 막대를 갖는다. 몰드 잉크 샘플을 막대 위 적절한 자리에서 손으로 수평을 유지한 다음 샘플에 대해 표준인, 그램 포스로 전형적으로 50 내지 70 g/sec로 하중이 점차 적용되었고, 시간 경과에 따라 500ms 간격으로 RS-232 인터페이스를 통해 컴퓨터로 기록되었다. 표 1은 잉크 샘플의 파괴를 유도하는데 필요한 적용된 힘 (gm·F/cm 단위로 주어짐)을 정리했다.

표 2는 표 1에서의 결과를 선형 보간법을 이용하여 계산했을 때 2.0 및 2.5mm의 표준화된 샘플 두께에 대하여 잉크 샘플의 파괴를 유도하는데 필요한 적용된 힘 (gm·F/cm로 주어짐)이 요약되어 있다.

상기 결과는 실시예 1b의 폴리히드록시알카노에이트 바이오수지로 제조된 잉크 샘플의 강고성 및 인성이 예기치 못하게 개선되었음을 증명하는데, 비교예 1의 폴리히드록시알카노에이트 수지가 함유되지 않은 안료 잉크에 비해 잉크의 파괴력에 있어서 인자 증가 (factor increase)는 샘플 두께에 따라 약 6 내지 약 17배 사이였다. 비교예 3의 PHA 바이오수지가 함유되지 않은 안료 없는 잉크에 비해 실시예 1b의 PHA 바이오수지로 제조된 잉크 샘플의 파괴력에 있어서 인자 증가는 샘플 두께에 따라 약 4 내지 약 8배 사이였다.

Claims

적어도 하나의 착색제; 및 적어도 하나의 식 (1)의 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 포함하는 잉크 전색제를 포함하는 고체 상 변화 잉크 조성물:

상기 식에서, R은 수소 원자, 탄화수소기, 헤테로원자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
n은 1 내지 35,000의 반복 단위 수를 나타내며,
x는 1 내지 5의 정수를 나타낸다.
적어도 하나의 착색제; 적어도 하나의 분지형 트리아미드, 모노아미드, 이소시아네이트 유래 물질, 수소화된 아비에트산의 트리글리세라이드 및 적어도 하나의 식 (1)의 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 포함하는 잉크 전색제를 포함하는 고체 상 변화 잉크 조성물:

상기 식에서, R은 수소 원자, 탄화수소기, 헤테로원자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
n은 1 내지 35,000의 반복 단위 수를 나타내며,
x는 1 내지 5의 정수를 나타내고,
적어도 하나의 폴리히드록시알카노에이트 화합물은 3-히드록시프로피오네이트, 3-히드록시부티레이트, 3-히드록시발레레이트, 3-히드록시헥사노에이트, 3-히드록시헵타노에이트, 3-히드록시옥타노에이트, 3-히드록시노나노에이트, 3-히드록시데카노에이트, 3-히드록시운데카노에이트, 3-히드록시도데카노에이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 모이어티로 이루어진 호모폴리머 또는 코폴리머이며, 상기 적어도 하나의 모이어티는 동일하거나 상이한 반복 단위 수를 가진다.
상 변화 잉크를 수용하는 적어도 하나의 잉크 보유 저장기, 잉크젯 헤드, 및 상 변화 잉크를 잉크젯 헤드에 제공하는 잉크 공급 라인을 포함하고,
상기 상 변화 잉크는 적어도 하나의 착색제, 및 적어도 하나의 식 (1)의 폴리히드록시알카노에이트 화합물을 포함하는 잉크 전색제를 포함하는 잉크젯 장치:

상기 식에서, R은 수소 원자, 탄화수소기, 헤테로원자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고,
n은 1 내지 35,000의 반복 단위 수를 나타내며,
x는 1 내지 5의 정수를 나타낸다.