KR20130114846A - 고체형 투명 잉크 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체형 투명 잉크의 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조방법은 베이스 오일로 팜 커널 오일 25~30중량부 및 팜 커널 올레인 5~10중량부와, 탄소수 12~18인 지방족 유기산 40~50중량부를 가성소다 용액 15~20 중량부(농도 40% 기준)와 반응시켜 비누화 반응과 및 지방족 유기산의 소디움 솔트화 반응을 함께 유도한 다음, 글리세린 3~5 중량부, 투명화제로 에탄올 10~15중량부, 투명화 보조제로서 당류를 1~3중량부, 염료 0.1~1.0중량부를 투입하여 80~90℃의 온도에서 용해 혼합시킨 후 냉각시키는 것으로 구성되며, 본 발명의 고체형 잉크조성물은 필기감, 투명도, 번짐성이 우수하고 필기 후 찌꺼기의 발생량이 최소화 되었다.
[색인어]
잉크조성물, 투명성, 이형성, 비누화 반응, 필기감, 지방족 유기산, 소디움 솔트화 반응

Description

고체형 투명 잉크 조성물 및 그 제조방법 {Composition of Transparent Solid type Inks for Writing Instrument}

본 발명은 고체형 투명 잉크 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하기로는 투명성과 필기감, 안정성 및 필기시 잔류 잔존물이 남지 않는 우수한 고체형 투명 잉크 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 사무환경에서 통상적으로 많이 사용되는 필기구는 필기용 필기구와 주요부분에 중점적인 강조를 위하여 사용하는 언더라인(Under-Line)용 펜으로 구별된다.

이와 같은 언더라인용 펜은 이미 많은 종류의 제품이 출시되어 있으며, 다양한 제품이 꾸준히 사용되고 있다. 또한 이와 같은 펜의 경우 안료 및 염료를 이용하여 착색한 수성타입의 펜이 그 주종을 이룬다.

그러나 이와 같은 액상의 펜은 사용 중 몇 가지 불편한 상용상의 문제점이 있다. 즉 수성 액상 잉크를 사용함으로 인한 건조 및 휘발성으로 인한 보관성의 문제와 최근 들어 많은 수요와 사용이 이루어지고 있는 잉크젯 잉크 및 수성 잉크를 이용한 출력물에 대한 사용상의 불편함이 그것이라 할 수 있다.

수성 액상 잉크의 경우 필기구의 기밀성 및 치수안정성에 의한 마름현상과 사용 시 개봉에 의한 필기부의 마름 현상에 의한 불편함이 항시 존재한다. 또한 최근 들어 사용량이 많이 증가하는 수성 잉크 및 필기구를 비롯하여 광범위한 사용이 이루어지고 있는 수성 잉크젯을 이용한 출력물에 있어서는 종래의 수성 필기구를 이용한 마킹작업의 경우 동종의 수성용매로 인한 색상의 용출 현상 및 색 번짐 현상이 발생하는 불편함도 항시 존재한다.

이와 같은 문제점을 해결한 기술로는 한국 공개특허 제10-2009-0123631호를 들 수 있다. 여기에는 “탄소 수가 8~36개인 지방족 카르본산의 알칼리 금속염 또는 암모늄염으로 이루어지는 겔 형성물질 10~70 중량%, 투명화제 2~30 중량%, 투명화 보조제 2~30 중량%, 환원전분당화물 1~30 중량%, 염료 0.1~10 중량% 및 오일 2~30 중량%”로 구성되는 잉크 조성물이 기재되어 있다.

이 기술에 의하여 상술한 종래기술들의 문제점들은 대부분 극복이 되었으나, 이 기술은 투명화제로서 트리에탄올 아민(알콜실화질소)를 사용하고 있으며, 이와 같은 트리에탄 아민은 연약한 피부에 자극이 있는 것으로 알려져 있다.

이 외에, 상기 기술에 의한 잉크 조성물은 강도와 투명도가 다소 부족하며, 필기 후 찌꺼기가 종이의 표면에 다소 부착하게 되는 문제점을 가지고 있다.

이와 같은 문제점을 해결한 기술로는 본 발명자에 의한 한국 공개특허 제10-2010-1028769호에서 그 해결 방안을 제시하고 있다. 그러나 필기시 보다 더 부드럽고 매끄럽우며, 필기시 잔존물이 남지 않는 우수한 품질의 투명 고체형 필기용 왁스의 개발 필요성은 남아 있다.

본 발명은 상기 선행기술들의 불편함을 개선하기 위한 것으로, 사용이 편리하고 선명한 색상을 구현할 수 있으며, 투명화제로서 지방족아미노알콜(알콜실화질소)을 사용하지 않으므로 보다 친환경적이며, 견고하고 투명하며, 필기시 보다 부드럽고 매끄러운 필기감을 지니고, 필기 후 잔류 찌꺼기가 종이의 표면에 남지 않는 신규 고체형 펜용 잉크조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것으로 목적으로 한다.

본 발명의 제조방법은 베이스 오일로 팜 커널오일 25~30중량부 및 팜 커널 올레인 5~10중량부, 탄소수 12~18인 지방족 유기산 40~50중량부를 가성소다 용액 15~20중량부(농도 40% 기준)와 반응시켜 비누화 반응과 및 지방족 유기산의 소디움 솔트화 반응을 함께 유도한 다음, 글리세린 3~5중량부, 에탄올 10~15 중량부, 당류 1~3중량부, 염료 0.1~1.0중량부를 투입하여 80~90℃의 온도에서 용해 혼합시킨 후 냉각시키는 것으로 구성된다.

본 발명의 잉크 조성물은 상기 제조방법에 의하여 제조되며, 고형 성분으로 비누상 물질을 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용되는 베이스 오일은 가성소다와 접촉하여 비누화 반응을 일으킬 수 있는 것이며, 구체적으로는 팜 커널오일 및 팜 커널 올레인이다. 다른 베이스 오일도 가성소다와 접촉하여 비누화 반응을 일으킬 수는 있으나 본 발명에서 목적으로 하는 보다 선명하고 투명하며 필기감을 향상 시키기에는 부적합 하다.

사용량은 팜 커널 오일은 25~30 중량부이며, 이 범위를 초과할 경우에는 투명도가 저하하는 한 문제점이 발생하며, 이 범위 미만의 경우에는 강도 및 필기감이 저하하는 문제점이 발생하게 된다. 팜 커널 올레인의 사용량은 5~10 중량부가 적당하며, 이 범위를 초과할 경우에도 역시 투명도가 저하하는 문제점이 발생하게 되며, 이 범위 미만에는 퍼짐성과 필기감 시 부드러움이 저하하는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명에서 사용되는 지방족 유기산은 탄소수 12~18개의 것이 적절하며, 이 범위 미만의 경우에는 적절한 강도의 발현이 어렵고, 이 범위를 초과하는 경우에는 투명성이 저하되고 지나치게 경도가 높아지게 된다.

사용가능한 지방족 유기산의 예로는, 스테아릭 산, 라우릴 산, 팔미틱 산(Palmitic acid), 미리스틱 산(Myristic acid)등을 들 수 있다. 이들 역시 단독 사용도 가능하며 2종 이상 혼합되어 사용될 수도 있다.

베이스 오일과 지방족 유기산의 사용비율은 중량비로 30~40 : 40~50이 적절하다. 베이스 오일의 비율이 상기 범위를 초과하게 되면 반응 후 경화시간이 지나치게 길어지며, 지방족 유기산의 사용비율이 상기 범위를 초과하게 되면 투명도와 필기감이 저하하게 된다.

비누화 반응 후에는 부산물로 글리세린이 생성되며 이는 지방족 유기산의 소디움 솔트와 자연스럽게 혼합되어 투명성을 높이는 투명화제로서의 역할을 하게 된다.

이후, 부족분의 글리세린과 3~5중량부, 에탄올 10~15중량부, 당류 1~3중량부 및 염료 0.1~1.0중량부를 투입하여 80~90℃의 온도에서 용해 혼합시킨 후 냉각시키게 되면 본 발명의 잉크조성물이 얻어지게 된다.

상기 에탄올은 글리세린과 함께 투명도를 높이기 위한 투명화제로 작용을 하게 되며, 농도 95% 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

색상을 부여하기 위한 염료는 특별히 제한 받지는 않으나 수용성 염료 또는 수용성 형광염료의 사용이 바람직하다. 그 이유는 이러한 염료들이 다른 구성 성분들과 혼합성이 우수하기 때문이다. 사용 가능한 염료는 산성 레드 4, 산성 레트 52, 산성 레드 87, 산성레드 91, 산성 레드 92,산성 레드 98, 산성 레드 388,산성 오렌지 14, 산성오렌지 87, 산성 옐로우 7,산성 옐로우 73, 산성 블루 9, 염기성 레드 1, 염기성 레드 59, 염기성 바이올렛 10, 염기성 옐로우 40, 염기성 바이올렛 11, 염기성 바이올렛 16, 유용성 염료 그린 7, 식용색소 그린 8번, 식용색소 적색 104호, 식용색소 옐로우 7번, 식용색소 옐로우 8번 등이다. 이외 다양한 솔벤트 염료를 사용할 수 있다.

투명성을 높이기 위해서는 투명화 보조제로 당류를 1~3중량부 추가하며, 사용가능한 당류로는 설탕, 물엿, 솔비톤, 말티톨, 말토트리톨, 락티톨, 자일리톨, 만니톨, 이소말트, 말티톨 시럽, 폴리글리시톨 시럽 및 분자량 1500~2000의 폴리에틸렌글리콜 류 들 수 있다.

이와 같은 본 발명의 고체형 잉크조성물은 종래의 잉크조성물과는 달리 투명성이 매우 뛰어나며, 수용성 염료, 수용성 형광염료 및 솔벤트 염료와 매우 잘 혼합되므로 혼합 이후의 이행성 및 안정성이 매우 우수하며 필기감이 매우 부드럽고 매끄럽다 또한 필기시 잔류 찌꺼기가 잔존하지 않는 특징이 있다. 또한 잉크젯트 등과 같은 수성 잉크를 사용하여 출력된 출력물에 대한 색상의 번짐성이 없으며 휘도 역시 우수하다. 가공의 형태는 종래의 색연필, 크레파스, 립스틱형태, 연필 등과 같은 형태로 용도에 맞추어 가공하여 사용 할 수 있다.

팜커널 오일 28g, 팜커널 올레인 7g이 혼합된 베이스 오일 35g과, 지방족 유기산으로 스테아릭 산5g, 라우릴 산 5g, 팔미틱 산(Palmitic acid) 25g, 미리스틱 산(Myristic acid) 5g을 중탕 용기에 함께 투입하여 80~85℃ 온도에서 용해시켰다. 용해된 오일상의 반응물에 40% 가성소다용액 20g을 서서히 투입하여 2시간 동안 서서히 일정한 방향으로 저어주었다. 이때 온도는 85~90℃를 유지하여 베이스 오일의 비누화 반응과 지방족 유기산의 소디움 솔트화 반응을 진행 시켰다.

이후 글리세린 5g과 95% 에탄올 10g에 식용색소 그린8번 염료 0.5%g 을 투입하여 혼합액을 제조하고, 앞의 반응액에 서서히 투입하여 착색 시켰다. 이후 다시 온도를 80~85℃로 상승시켜 투명화 보조제로서 솔비톨 3g을 완전히 용해 혼합시켰다. 이후 1~2 시간 가량 계속 가열하면서 10~15 g의 증류물을 가열하면서 냉각 응축하여 제거하였다.

이와 같이 제조된 왁스를 성형틀에 부어 필기구를 얻었다. 얻어진 필기구에 대한 물성 평가 결과는 아래의 표1과 같았다.

실시예 1과 동일하게 시행하되, 팜커널 오일을 30g으로 중량시키고, 팜커널 올레인을 5g으로 감량시켰다.

[비교예 1]

스테아린산 나트륨 19.5g, 라우릴산나트륨 10g, 미리스틴산 나트륨 10g, 트리에탄올 아민 10g, 글리세린 10g, 환원전분당 화합물로서 PO-40 20g, 유동파라핀 20g, Basic Red 1 0.5g을 교반기에 넣고 90℃에서 한시간 동안 교반한 후 용융된 재료를 형틀에 넣고 냉각 고화하여 분홍색의 고형상 잉크조성물을 얻었다.

상기 실시예와 비교예에서 얻어진 내용물을 냉각 고형화 하여 필기구의 형태로 제조한 이후 통상적인 필기를 시행함으로서 비교하였다. 그 결과는 아래의 표1과 같았으며, 시험방법은 아래와 같다.

*투명성시험방법 : 가로, 세로 각각 1cm, 높이 3cm인 형틀에 제조된 액상을 부어 냉각 고형화시킨 후 고형화 형성된 샘플의 투명도를 육안으로 비교함.

*번짐성 시험 방법 : 유성 및 수성잉크를 일반적인 복사용지에 필기를 먼저 시행 하고, 여기에 실시예 및 비교예에서 얻은 필기구를 각각 2회식 동일 압력으로 필기한 이후, 40 ℃ 오븐에서 1일 방치하여 필기면의 번짐성을 관찰 하였다.

*일반적인 복사용지 위에 동일거리(10cm)를 동일한 압력으로 왕복 4회 반복시킨 이후, 도포면의 찌꺼기를 육안으로 관찰하였다.

평가	실시예 1	실시예 2	비교예 1
필기감	◎	○	○
투명도	◎	◎	○
번짐성	◎	◎	◎
필기후 미부착물(찌꺼기)	◎	◎	○

* 범례 : ◎ ; 매우 우수, ○ ; 우수

Claims (5)

1. 베이스 오일로 팜 커널 오일 25~30중량부 및 팜 커널 올레인 5~10중량부와, 탄소수 12~18인 지방족 유기산 40~50중량부를 가성소다 용액 15~20 중량부(농도 40% 기준)와 반응시켜 비누화 반응과 및 지방족 유기산의 소디움 솔트화 반응을 함께 유도한 다음, 글리세린 3~5 중량부, 투명화제로 에탄올 10~15중량부, 투명화 보조제로서 당류를 1~3중량부, 염료 0.1~1.0중량부를 투입하여 80~90℃의 온도에서 용해 혼합시킨 후 냉각시키는 고체형 잉크조성물의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 당류는 설탕, 물엿, 솔비톤, 말티톨, 말토트리톨, 락티톨, 자일리톨, 만니톨, 이소말트, 말티톨 시럽, 폴리글리시톨 시럽을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체형 잉크 조성물의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 당류는 분자량 1500~2000의 폴리에틸렌글리콜류를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체형 잉크 조성물의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 염료는 안료를 제외한 일반적인 수용성 염료 및 유용성 염료(솔벤트염료)인 것을 특징으로 하는 고체형 잉크조성물의 제조방법.
5. 제1항 기재의 방법으로 제조되며, 고형 성분으로 비누상 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체형 잉크조성물.