KR20150126604A - 백색 잉크 - Google Patents

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KR20150126604A
KR20150126604A KR1020157023135A KR20157023135A KR20150126604A KR 20150126604 A KR20150126604 A KR 20150126604A KR 1020157023135 A KR1020157023135 A KR 1020157023135A KR 20157023135 A KR20157023135 A KR 20157023135A KR 20150126604 A KR20150126604 A KR 20150126604A
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크리스토퍼 오리아키
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후지필름 이미징 컬러런츠 아이엔씨.
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Abstract

잉크로서, (a) 1 내지 20 부의 표면처리된 이산화티타늄; (b) 20 내지 70 부의 점도조절제; (c) 5 내지 30 부의 1 종 이상의 수혼화성 극성 유기 용매(들); (d) 0.1 내지 3 부의 계면활성제; (e) 0.001 내지 5 부의 살생물제; (f) 0 내지 20 부의 폴리머 입자; (g) 100 부로 맞추기 위한 잔량의 물;을 포함하고, 점도가 16 mPa.s보다 작은 지 또는 큰 지 여부에 따라 3 또는 12 rpm에서 브룩필드 스핀들(Brookfield spindle) S00을 사용하여 32℃에서 측정하였을 때 상기 잉크가 10 내지 25 mPa.s 범위의 점도를 갖는 잉크. 또한 잉크젯 인쇄 공정, 인쇄된 기재, 잉크 용기 및 잉크젯 프린터.

Description

백색 잉크{White ink}
본 발명은 백색 잉크, 잉크젯 인쇄 공정, 잉크젯 잉크 용기 및 잉크젯 프린터에 관한 것이다.
투명 및 색깔이 있는 표면(coloured surface) 위에 인쇄되는 경우 우수한 가시성(visibility)을 제공하기 위하여 백색 잉크가 사용된다. 이들 표면 위에의 백색 인쇄는 콤퓨터 산업(인쇄 회로 기판, 컴퓨터 칩), 기록 산업(테이프, 필름 등), 패키징 및 자동차 코팅과 같은 수많은 최종 용도에서 바람직하다. 백색 잉크는 자동차에 뿐만 아니라 트럭, 항공기 및 기차와 자전거 등을 포함하는 다른 모터 수송 기관에 세부 장식을 하고 전사도안(decal)을 부가하기 위해서 사용된다. 백색 잉크는 또한 플라스틱, 목재, 금속, 글래스, 텍스타일, 폴리머 필름 및 피혁과 같은 다른 표면 위에서도 실용적 뿐만 아니라 장식 목적으로 유용할 수 있다.
백색 잉크를 도포하는 데 선호되는 수단은 잉크 젯 인쇄이다.
잉크젯 인쇄는 노즐을 기재에 접촉시키지 않고 잉크 액적이 미세한 노즐을 통해서 기재 위로 분사되는 비충격식 인쇄 기술이다. 잉크젯 인쇄에는 기본적으로 세 개의 유형이 있다:
i) 연속식 잉크젯 인쇄는 노즐로부터 잉크 액적의 연속적인 흐름을 생성하는 가압 잉크 소스(pressurized ink source)를 사용한다. 잉크 액적은 노즐로부터 명목상으로 일정한 거리에서 열적으로 또는 정전기적 수단에 의하여 지향(指向)된다. 성공적으로 편향되지 않은 액적들은 거터(gutter)를 통하여 잉크 저장고로 재순환된다.
ii) 잉크가 캐트리지 내에 저장되고 가압 작동기((pressurization actuator): 보통 열식 또는 압전식)를 이용하여 프린트헤드 노즐로부터 분사(firing)되는 요구적출형(drop-on-demand) 잉크젯 인쇄. 요구적출형 인쇄에서는 인쇄에 필요한 액적들 만이 생성된다.
iii) 잉크가 프린트헤드에서 연속적으로 재순환되고 (요구적출형 인쇄에서와 같이) 인쇄에 필요한 액적들만이 노즐로 인출되는 재순환(re-circulating) 잉크젯 인쇄.
이들 유형의 각각의 잉크젯 인쇄는 독특한 도전을 제기한다. 따라서, 연속식 잉크젯 인쇄 잉크에서는 비행 시간(노즐 분사와 거터 재순환 사이의 시간) 동안 및 과잉 공기(미사용 액적을 재순환할 때 저장고 내로 끌여 당겨짐)가 제거되는 통기 과정으로부터의 용매 증발에 대항하기 위하여 적극적인 용매 모니터링 및 통제가 요구된다.
요구적출형 인쇄에서 잉크는 장기간 동안 캐트리지 내에 보관될 수 있으며, 이때 잉크는 열화되어 침전물을 형성할 수 있으며, 이는 사용중 프린트헤드에서 미세 노즐을 막을 수 있다. 현탁된 안료가 가라앉을 수 있는 안료 잉크에서 이 문제는 특히 첨예하다.
재순환 잉크젯 인쇄는 이들 문제를 회피한다. 잉크가 끊임없이 순환하기 때문에 침전물이 형성되는 기회가 감소하며 잉크는 요구되는 대로 노즐로만 제거되기 때문에 용매 증발은 최소화된다.
잉크젯 프린터를 재순환하는 것은 산업 분야에서 특별한 유용성을 발견하였다. 산업용 잉크젯 프린터는 고속도로 작동하는 것이 요구된다. 최적으로 산업용 잉크젯 프린터용 프린트헤드는 1회 통과 인쇄(single-pass printing)를 가능하도록 고밀도로 배열된 다수의 노즐을 가질 것이다.
모든 형태의 잉크젯 인쇄를 위한 잉크 배합물은 극히 힘들다. 이들 고속도 1회 통과 프린트헤드에서 작동할 수 있는 잉크를 배합하는 것은 특히 어렵다.
잉크젯 인쇄에서 백색 잉크를 사용하는 것과 관련하여 특별한 문제점이 존재한다. 예를 들면, 이산화티타늄은 통상적인 백색 잉크 안료이며 다른 칼라의 잉크를 위한 안료보다 일반적으로 세배 내지 네배 무겁다. 따라서, 이산화티타늄과 같은 안료는 침전하고 잉크젯 시스템의 노즐을 막는 훨씬 더 큰 경향성을 갖는다.
이산화티타늄을 함유하는 잉크를 안정화하는 하나의 수단은 점도를 증가시키는 것이다. 그러나 그러한 잉크는 분사(jetting) 전에 희석되어야 한다.
본 발명자들은 이산화티타늄 안료가 침전하는 것을 방지하기에 충분히 점성이 있지만 분사(jetting) 전에 희석될 필요가 없는 잉크 배합물을 고안하였다.
따라서, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 잉크로서,
(a) 1 내지 20 부의 표면처리된 이산화티타늄;
(b) 20 내지 70 부의 점도조절제;
(c) 5 내지 30 부의 1 종 이상의 수혼화성 극성 유기 용매(들);
(d) 0.1 내지 3 부의 계면활성제;
(e) 0.001 내지 5 부의 살생물제;
(f) 0 내지 20 부의 폴리머 입자;
(g) 100 부로 맞추기 위한 잔량의 물;을 포함하고,
점도가 16 mPa.s보다 작은 지 또는 큰 지 여부에 따라 3 또는 12 rpm에서 브룩필드 스핀들(Brookfield spindle) S00을 사용하여 32℃에서 측정하였을 때 상기 잉크가 10 내지 25 mPa.s 범위의 점도를 갖는 잉크가 제공된다.
여기서, 모든 부 및 백분율은 (달리 명시하지 않는 한) 중량부 및 중량 백분율이다.
상기 표면처리된 이산화티타늄 안료에 존재하는 이산화티타늄은 루타일 또는 아나타제 형태 또는 상기 두 종의 형태의 혼합물일 수 있다.
상기 이산화티타늄 입자는, 잉크의 소망되는 최종 용도 분야에 따라, 약 1 마이크론 이하의 매우 다양한 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
상기 이산화티타늄 안료는 그 자체가 그리고 자연적으로 백색 칼라이다.
높은 은폐력 또는 장식적인 인쇄 응용을 요구하는 분야의 경우, 상기 이산화티타늄 입자는 바람직하게는 1 마이크론(1000 nm) 미만의 Z 평균 입경(Z average mean particle diameter)을 갖는다. 바람직하게는, 상기 입자는 50 내지 950 nm, 더욱 바람직하게는 75 내지 750 nm, 및 더더욱 바람직하게는 100 내지 500 nm의 Z 평균 입경을 갖는다. 상기 이산화티타늄 입자가 125 내지 350 nm 및 더 특별하게는 150 내지 300 nm의 Z 평균 입경을 갖는 것이 특히 바람직하다. Z 평균 입경은 Malvern Instruments의 Zetasizer
Figure pct00001
를 사용하여 용이하게 측정될 수 있다. 이러한 크기의 이산화티타늄 입자는 통상적으로 색소 이산화티타늄(pigmentary titanium dioxide)으로 지칭된다.
어느 정도의 투명성을 갖는 백색 칼라를 요구하는 응용 분야의 경우, 상기 안료 선호도는 "나노" 이산화티타늄이다. "나노" 이산화티타늄 입자는 전형적으로 약 10 내지 약 200 nm, 바람직하게는 약 20 내지 약 150 nm, 및 더 바람직하게는 약 35 내지 약 75 nm 범위의 Z 평균 입경을 갖는다. 나노 이산화티타늄을 포함하는 잉크는 광 퇴색(light fade)에 대한 우수한 저항성 및 적당한 색조 각도(hue angle)를 여전히 보유하면서도 개선된 채도 및 투명성을 제공할 수 있다.
게다가, 불투명성 및 UV 보호와 같이, 다중 입자 크기(multiple particle size)로 독특한 장점이 실현될 수 있다. 색소 그레이드 및 나노 그레이드 이산화티타늄을 모두 첨가함으로써 이들 다중 크기가 달성될 수 있다.
Malvern Instruments의 Zetasizer를 사용하여 측정된, 잉크 중의 이산화티타늄 입자의 Zetasizer 다분산도 지수(Zetasizer polydispersity index)는 바람직하게는 0.2 미만이다.
상기 이산화티타늄은 바람직하게는 슬러리 농축 조성물(slurry concentrate composition)을 통하여 잉크 배합물 내로 혼입될 수 있다. 상기 슬러리 농축 조성물 내에 존재하는 이산화티타늄의 양은 바람직하게는 총 슬러리 중량을 기준으로 약 20 wt % 내지 약 80 wt %이다.
상기 이산화티타늄 안료는 실질적으로 순수한 이산화티타늄일 수 있거나 또는 다른 금속 산화물을 포함할 수 있다. 이들 다른 금속 산화물은 바람직하게는 실리카, 알루미나, 지르코니아 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이다. 다른 금속 산화물은, 예를 들면, 티타늄 화합물을 다른 금속 화합물과 공동산화(co-oxidizing) 또는 공동침전(co-precipitating) 시킴으로써 상기 안료 입자내로 혼입될 수 있다. 상기 이산화티타늄 안료가 공동산화 또는 공동침전된 금속을 포함하는 경우, 이들은 금속 산화물로서 바람직하게는 상기 이산화티타늄 안료 총중량을 기준으로 0.1 wt % 내지 20 wt %, 더 바람직하게는 0.5 wt % 내지 5 wt %, 및 더더욱 바람직하게는 0.5 wt % 내지 1.5 wt %의 양으로 존재한다.
바람직한 일 구현예에서, 상기 표면처리된 이산화티타늄의 표면은 실리카, 알루미나, 알루미나-실리카 또는 지르코니아로 이루어진 그룹으로부터 선택된 무기 화합물로 코팅된다. 더 바람직하게는, 상기 표면처리된 이산화티타늄의 표면은 알루미나, 실리카, 또는 이들의 혼합물로 코팅된다. 그러한 코팅은 상기 이산화티타늄의 총중량을 기준으로 0.1 wt % 내지 10 wt %, 및 더 바람직하게는 0.5 wt % 내지 3 wt %의 양으로 존재할 수 있다.
상기 표면처리된 이산화티타늄의 표면은 또한 1 종 이상의 유기 표면 코팅을 가질 (carry) 수 있다. 유기 표면 코팅은, 예를 들면, 카르복시산, 실란, 실록산 및 탄화수소 왁스 및 이들의 반응 생성물로부터 선택된다. 유기 표면 코팅의 양은 일반적으로 상기 이산화티타늄의 총중량을 기준으로 0.01 wt % 내지 6 wt %, 더 바람직하게는 0.1 wt % 내지 3 wt %, 및 더 바람직하게는 0.5 wt % 내지 1.5 wt %의 범위이다.
표면처리된 이산화티타늄을 위한 바람직한 표면 처리는 알루미나, 실리케이트, 메티콘, 폴리디메틸실록시에틸 디메티콘, 트리에톡시실릴에틸 폴리디메틸실록시에틸 디메티콘, PEG-10 디메티콘, PEG-9 폴리디메틸실록시에틸 디메티콘, PEG-8 메틸 에테르 트리에톡시실란, 이소프로필 티타늄 트리이소스테아레이트 및 트리에톡시카프릴릴실란을 포함한다. 표면처리된 이산화티타늄을 위한 바람직한 표면 처리는 또한 폴리히드록시스테아르산과 실란(특히 트리에톡시카프릴릴실란과 폴리히드록시스테아르산), 이소프로필 티타늄 트리이소스테아레이트와 알루미나와 트리에톡시실릴에틸 폴리디메틸실록시에틸 디메티콘, 이소프로필 티타늄 트리이소스테아레이트와 트리에톡시실릴에틸 폴리디메틸실록시에틸 디메티콘과 같이 혼성 처리(hybrid treatment)일 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에서 상기 표면처리된 이산화티타늄은 친수성 특성을 갖도록 처리된다.
하나의 바람직한 구현예에서 상기 표면처리된 이산화티타늄의 표면은 알루미나, 실리카 또는 이들의 혼합물로 처리된다.
바람직하게는 상기 표면처리된 이산화티타늄은 화장품 등급 재료(cosmetic grade material)이다.
상기 표면처리된 이산화티타늄은 바람직하게는 1 내지 12 부, 3 내지 11 부의 범위 내에 존재하며, 및 더 바람직하게는 6 내지 10 부의 범위 내에 존재한다.
이산화티타늄과 다른 표면 처리제의 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
성분 (b)인 점도조절제는 글리세롤, (폴리에틸렌 글리콜 및 폴리(에틸렌 옥사이드)와 같은) 폴리에테르, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 및 카르복시메틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 폴리머, 수용성 아크릴 수지, 수용성 폴리에스테르, 수용성 폴리우레탄, 2-에틸-옥사졸린의 호모폴리머(예를 들면, 폴리-2-에틸-2-옥사졸린), 폴리(비닐 알코올) 및 폴리(비닐피롤리돈) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 바람직하게 선택된다.
하나의 바람직한 구현예에서 본 발명의 잉크에서 성분 (b)는 20 내지 60 부의 글리세롤 또는 글리세롤과 폴리에틸렌 글리콜의 혼합물(특히 15 내지 45 부의 글리세롤과 1 내지 4 부의 폴리에틸렌 글리콜 20K)을 포함한다.
성분 (c)는 임의의 적당한 수혼화성 용매 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
바람직한 수혼화성 유기 용매는 C1-6-알칸올, 바림직하게는 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, sec-부탄올, tert-부탄올, n-펜탄올, 시클로펜탄올 및 시클로헥산올; 선형 아미드, 바람직하게는 디메틸포름아미드 또는 디메틸아세트아미드; 케톤 및 케톤-알코올, 바람직하게는 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 시클로헥산온 및 디아세톤 알코올; 수혼화성 에테르, 바람직하게는 테트라히드로퓨란 및 디옥산; 디올, 바람직하게는 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 디올, 예를 들면 펜탄-1,5-디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜틸렌 글리콜, 헥실렌 글리콜 및 티오디글리콜 및 올리고- 및 폴리-알킬렌글리콜, 바람직하게는 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 및 폴리프로필렌 글리콜; 트리올, 바람직하게는 1,2,6-헥산트리올; 디올의 모노-C1-4-알킬 에테르, 바람직하게는 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 디올의 모노-C1-4-알킬 에테르, 특히 2-메톡시에탄올, 2-(2-메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)-에탄올, 2-[2-(2-메톡시에톡시)에톡시]에탄올, 2-[2-(2-에톡시에톡시)-에톡시]-에탄올 및 에틸렌 글리콜 모노알릴 에테르; 환상 아미드, 바람직하게는 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, N-에틸-2-피롤리돈, 카프로락탐 및 1,3-디메틸이미다졸리돈; 환상 에스테르, 바람직하게는 카프로락톤; 설폭사이드, 바람직하게는 디메틸 설폭사이드; 및 설폰을 포함한다.
바람직한 수혼화성 유기 용매는 환상 아미드, 특히 2-피롤리돈, N-메틸-피롤리돈, N-에틸-피롤리돈; 디올, 특히 1,5-펜탄 디올, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 및 트리에틸렌 글리콜; 및 디올의 모노-C1-4-알킬 및 C1-4-알킬 에테르, 더욱 바람직하게는 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 디올의 모노-C1-4-알킬 에테르, 특히 2-메톡시-2-에톡시-2-에톡시에탄올이다.
특히 바람직한 용매는 2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜을 포함한다.
바람직하게는 성분 (c)는 2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜에서 선택된 1 내지 3종의 용매를 포함한다.
바람직하게는 성분 (c)는 5 내지 20 부의 범위로 존재한다.
성분 (d)로서 사용된 계면활성제는 이온성 또는, 더 바람직하게는, 비이온성일 수 있다. 아세틸렌성 계면활성제(acetylenic surfactant), 플루오로 계면활성제 및 실리콘 계면활성제가 바람직하다. 플루오로 계면활성제의 예는 DuPont사로부터의 Zonyl® 및 Capstone® 등급, 예를 들면 Zonyl® FSO, FSN 및 FSA 및 Chemguard사로부터 입수할 수 있는 Chemguard S-103A와 같은 단쇄(short-chain) 퍼플루오로계 음이온성 플루오로 계면활성제를 포함한다. 아세틸렌성 계면활성제가 더욱 바람직한데, 특히 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올 및 이의 에틸렌 옥사이드 축합물, 예를 들면 Air Products사로부터 입수가능한 Surfynol® 및 Dynol® 계면활성제가 바람직하다. 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올의 에틸렌 옥사이드 축합물이 특히 바람직하다. 다른 계면활성제들을 함유하는 혼합물이 사용될 수 있다. 혼합 계면활성제는 같은 유형의 혼합물, 예를 들면 2종의 비이온성 계면활성제의 혼합물일 수 있고 다른 유형의 혼합물, 예를 들면 이온성 계면활성제와 비이온성 계면활성제의 혼합물일 수 있다.
성분 (d)는 바람직하게는 상기 조성물 내에 0.001 내지 2.5 부, 더 바람직하게는 0.01 내지 2 부, 특히 0.05 내지 1.5 부, 더욱 특히 0.1 내지 1.2 부 및 특별히 0.5 내지 1.0 부의 양으로 존재한다.
성분 (e)로서 상기 잉크 내에서 안정한 어떠한 살생물제 (또는 살생물제의 혼합물)라도 사용될 수 있다. 상기 살생물제가 Lonza사로부터 Proxel® GXL이라는 상표명으로 20% 활성용액으로서 상업적으로 입수가능한 1,2-벤즈이소티아졸린-3-온 및 Dow Chemical Company로부터의 Bioban®, DXN (2,6-디메틸-1,3-디옥산-4-일 아세테이트)를 포함하는 것이 특히 선호된다.
상기 잉크는 선택적으로 폴리머 입자(성분 (f))를 포함할 수 있다. 어떠한 종류의 폴리머 (또는 코폴리머) 입자라도 제한없이 사용될 수 있다. 상기 폴리머 입자 중의 폴리머는 폴리스티렌계 폴리머, 폴리(메트)아크릴계 폴리머, 폴리-코-스티렌계-(메트)아크릴계 폴리머, 폴리에스테르계 폴리머, 폴리에테르 폴리머, 폴리우레탄 폴리머, 폴리카보네이트 폴리머 또는 폴리아미드 폴리머일 수 있으며, 그것들의 그래프트 및 물리적 블렌드를 포함한다. 상기 폴리머는 또한 셀룰로오스계, 단백질 또는 왁스와 같은 천연 폴리머일 수 있다.
바람직하게는, 상기 폴리머 입자는 1 마이크로미터 이하의 평균 입경을 가지며, 더욱 바람직하게는 10 내지 500 nm, 및 특별하게는 100 내지 200 nm, 그리고 가장 특별하게는 30 내지 150 nm의 평균 입경을 갖는다. 상기 폴리머 입자의 입자 크기를 규명하기 위해서 선호되는 방법은 광자 상관 분광법(photon correlation spectroscopy)이다.
존재하는 경우에, 상기 폴리머 입자는, 기재에 상기 표면처리된 이산화티타늄을 결합하는데 도움을 주기 위해, 또는 최종 인쇄물의 광택을 개선하기 위해, 사용될 수 있다. 상기 폴리머 입자는 전형적인 희석 수준에서 잉크의 유변학적 특성에 거의 영향을 미치지 않는 경향이 있다.
특히 바람직한 폴리머 입자는 에틸렌성 불포화 모노머(특히 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 스틸렌계 등)를 중합하여 제조된 것들이다. 다른 유용한 폴리머 입자에는 폴리에스테르 및 폴리우레탄이 포함된다. 상기 폴리머 입자는 물속에서 5 wt% 미만, 더욱 바람직하게는 1 wt% 미만의 용해도를 갖는 경향이 있다.
본 발명자들은, 폴리머 입자가 더 많은 양으로 존재하는 것은 잉크젯 작동성 및 대기시간(latency)에 해로울 수 있다는 것을 밝혀냈다. 그러므로, 상기 잉크 중의 폴리머 입자의 양은 15 중량부 이하이고, 더욱 바람직하게는 12 중량부 이하, 특별하게는 10 중량부 이하, 더욱 특별하게는 5 중량부 이하, 그리고 가장 특별하게는 3 중량부 이하인 것이 바람직하다. 일부 경우에 있어서, 상기 잉크 중의 폴리머 입자의 양은 0.1 내지 15 중량부, 더욱 바람직하게는 1 내지 12 중량부, 그리고 특별하게는 3 내지 10 중량부이다. 본 발명자들은 이러한 양의 폴리머 입자는, 기재에 인쇄된 최종 잉크의 접착력 및 습윤 견뢰도(wet-fastness) 특성을 향상시키는 경향이 있는 것을 밝혀냈다.
일부 경우에 있어서, 폴리머 입자들이 잉크에 부존재하는 것이 바람직하다.
폴리머 입자는 용액 분산, 용융 분산, 현탁 및 특별하게는 에멀전 중합 방법을 포함하는 많은 가능한 방법들에 의해 제조될 수 있다.
상기 폴리머 입자들은, 흡착된 계면활성제에 의해, 및/또는, 폴리머 입자 구조의 일부분인 수 분산성 기(water-dispersing groups)에 의해, 콜로이드 안정화될 수 있다.
점도가 16 mPa.s보다 큰 지 또는 작은 지 여부에 따라 3 또는 12 rpm에서 브룩필드 스핀들(Brookfield spindle) S00을 사용하여 32℃에서 측정하였을 때, 바람직하게는 상기 잉크의 점도는 10 내지 20 mPa.s, 더 바람직하게는 11 내지 18 mPa.s의 범위이며, 상기 잉크의 점도는 12 내지 16 mPa.s의 범위인 것이 특히 바람직하다.
Kruss K-11 Tensiometer (Wilhelmy Plate 방법)를 이용하여 25℃에서 측정하였을 때, 상기 잉크는 바람직하게는 20 내지 65 dynes/cm, 더 바람직하게는 20 내지 50 dynes/cm, 특히 25 내지 40 dynes/cm의 표면장력을 갖는다.
바람직하게는, 상기 잉크 조성물은 10 마이크론 미만의, 더욱 바람직하게는 5 마이크론 미만의, 그리고 특별하게는 1 마이크론 미만의 평균 기공 크기를 갖는 필터를 통해 여과되었다.
바람직하게는, 상기 잉크는 7 내지 9 범위의 pH를 갖는다. pH는 적당한 완충제(buffer)에 의하여 조정될 수 있다.
위에서 언급한 성분들 이외에, 상기 잉크 조성물은 1종 이상의 첨가제를 선택적으로 포함할 수 있다. 잉크젯 인쇄 잉크를 위한 적당한 바람직한 첨가제는 코게이션 방지제(anti-kogation agent), 유변학적 조정제, 부식 방지제 및 킬레이팅제이다. 바람직하게는 모든 그러한 첨가제의 총량은 10 중량부 이하이다. 이들 첨가제는 상기 잉크에 첨가되는 물, 즉 성분 (g)에 첨가되어 성분 (g)의 일부를 구성한다.
하나의 바람직한 구현예에서, 상기 잉크는
(i) 1 내지 12 부의 표면처리된 이산화티타늄;
(ii) 20 내지 60 부의 글리세롤 또는 글리세롤과 폴리에틸렌 글리콜의 혼합물;
(iii) 2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜로부터 선택된 1 내지 3 종으로 이루어진 수혼화성 유기 용매 5 내지 20 부;
(iv) 0.05 내지 1.5 부의 아세틸렌성 계면활성제;
(v) 1 내지 12 부의 폴리머 입자;
(vi) 100 부로 맞추기 위한 잔량의 물;을 포함하고,
점도가 16 mPa.s보다 작은 지 또는 큰 지 여부에 따라 3 또는 12 rpm에서 브룩필드 스핀들 S00을 사용하여 32℃에서 측정하였을 때 상기 잉크는 10 내지 20 mPa.s 범위의 점도를 갖는다.
본 발명의 백색 잉크는 색깔을 갖는(coloured), 투명 및 반투명 기재에 인쇄하는데 특별한 가치를 갖는다. 이들 표면 상에서의 백색 인쇄는 콤퓨터 산업(인쇄 회로 기판, 컴퓨터 칩), 기록 산업(테이프, 필름 등), 패키징 및 자동차 코팅과 같은 수많은 최종 용도에서 바람직하다. 백색 잉크는 또한 플라스틱, 목재, 금속, 글래스, 텍스타일, 폴리머 필름 및 피혁과 같은 다른 표면 위에서도 실용적 뿐만 아니라 장식 목적으로 유용하다.
본 발명의 제2 측면은 잉크젯 인쇄 공정을 제공하며, 여기에서 본 발명의 제1 측면에 따른 잉크가 잉크 젯 프린터에 의하여 기재 위에 인쇄된다. 바람직하게는 재순환 프린트헤드를 갖는 잉크젯 프린터를 사용한다.
본 발명의 공정은 잉크 재순환 프린트헤드를 갖는 잉크젯 프린터를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 프린터헤드는 잉크 공급 시스템 내에 잉크 재순환 채널을 갖는다. 이 채널은 새로운 잉크가 분사(jetting)를 위하여 이용될 수 있는 것을 허용하며 잉크 공급 시스템 또는 심지어는 노즐 플레이트의 뒤에서 이어지는 특수하게 엔지니어링된 채널의 일부가 될 수 있다. 잉크 공급 시스템은 노즐 플레이트의 뒤에서 이어지는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이것이 재시작/대기시간 거동을 손상시키지 않고 더 휘발성 잉크를 사용하는 것을 가능하게 하기 때문이다. 후방 노즐 플레이트 재순환(behind nozzle plate re-circulation)은 Samba® 또는 SG1024®와 같은 상업적으로 입수가능한 Fujifilm Dimatix 프린터헤드에서 예시된다.
본 발명의 제3 측면은 본 발명의 제1 측면에서 설명된 잉크를 사용하여 본 발명의 제2 측면에서 설명된 잉크젯 인쇄 공정에 의하여 인쇄된 기재를 제공한다. 이 기재는 본 발명의 제1 측면에서 설명된 바와 같으며 본 발명의 제1 측면에서 설명된 것이 선호된다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에서 정의된 바와 같은 잉크를 함유하는 잉크젯 프린터 잉크 용기(예를 들면, 카트리지 또는 더 큰 잉크 탱크)가 제공된다.
본 발명의 제5 측면은 본 발명의 제1 측면에서 설명된 잉크를 함유하는 재순환 프린터 헤드를 갖는 잉크젯 프린터를 제공한다.
본 발명은 이하의 실시예에 의하여 더욱 예시되며, 여기에서 모든 부 및 백분율은 달리 진술되지 않는 한 중량부 및 중량 백분율이다.
실시예 1 및 2
실시예 잉크 1 및 2의 조성
이산화티타늄 분산액을 제외한 모든 성분들을 혼합하여 실시예 잉크 1 및 2를 제조하였다. pH를 측정하였고 5% 수산화 암모늄 용액으로 pH를 pH 8.0 내지 8.3으로 조정하여 예비잉크 혼합물(pre-ink mixture)을 얻었다. 소량의 예비잉크 혼합물로 이산화티타늄 분산액을 희석하였고 이어서 이를 안료 분산액에 서서히 첨가하였다. pH를 다시 측정하였고 pH가 8.0 아래로 떨어지면 조정하였다. 그 결과의 잉크를 1.0 마이크론 시린지 필터를 통하여 여과하였다.
성분 실시예 잉크 1 실시예 잉크 2
이산화티타늄 8 8
에틸렌 글리콜 10 10
Surfynol 465 0.6 0.4
글리세롤 30 50
2-피롤리돈 5 5
PEG 20,000 2.65 0
Proxel GXL 0.02 0.02
물 100 부로 맞추기 위한 잔량 100 부로 맞추기 위한 잔량
표면처리된 이산화티타늄은 Kobo Products사의 GLW75PFSP 이었다.
실시예 잉크 1 및 2의 성질
성질 실시예 잉크 1 실시예 잉크 2
표면 장력 (dyne/cm) 34 34.1
점도 (mPa.s) 14.9 13.5
밀도(g/cm3) 1.163 1.207
전도도 0.048 0.022
입자 크기 (nm) 290 290
표면 장력을 Kruss K-11 Tensiometer (Wilhelmy Plate 방법)를 이용하여 25℃에서 측정하였다.
점도가 16 mPa.s보다 작은 지 또는 큰 지 여부에 따라 3 또는 12 rpm에서 UL-조정기(adapter) 및 물 재킷 및 스핀들 S00을 갖는 Brookfield DV-II 또는 DV-II+ 디지탈 점도계를 사용하여 32℃에서 점도를 측정하였다.
잉크의 밀도(비중)는 비중병(pycnometer)을 사용하여 측정하였다.
전도도는 Orion 전도도 측정기(conductivity meter)를 사용하여 측정하였다.
입자 크기는 Malvern Instruments사로부터의 Zetasizer를 사용하여 측정하였다.
실시예 잉크 1 및 2의 안정성
잉크 샘플들을 실온, 40 ℃ 및 60 ℃에서 4 주 동안 저장하였다. 매주 후에 재분산성 뿐만 아니라 pH, 점도, 동적 광산란(DLS)에 의한 입자 크기, 후방산란 광(Turbiscan®)에 의한 침강에 관한 콜로이드 안정성 시험을 실시하였다. 상기 잉크들은 입자 크기 및 재분산성에 대하여 현저한 안정성을 실증하였다. 고온에서 pH의 하향 이동 및 점도의 상향 경향을 관찰하였다. 별도의 실험에서 샘플들을 실온, 40 ℃ 및 60 ℃에서 6 주 동안 저장하여 가속 저장수명(shelf-life) 연구를 실시하였다. 샘플들을 격주로 수거하여 pH, 표면 장력, 전도도, 입자 크기 및 점도에 대하여 특성분석을 하였다. 이들 측정은 샘플들이 최소한의 변동성을 나타내는 것을 나타냈다. 잉크가 교반(agitation)이 거의 없거나 아주 없는 상태에서 약 12 개월의 저장 수명을 가질 것으로 예상된다.
실시예 잉크 1 및 2의 인쇄
실시예 잉크 1 및 2를 1.0 마이크론 시린지 필터(~ 300 g 이하의 적은 잉크 샘플의 경우)를 통하여 또는 Chipwich 필터(1.0 L 이하 또는 그보다 많은 샘플 부피의 경우)를 통하여 여과하였고, 이어서 개개의 잉크 카트리지에 넣었다. 이 카트리지들을 프린터에 장착하기 전에 하룻밤 동안 상태조절(conditioning)하였고, 10페이지의 칼라 용지(coloured paper) 또는 잉크젯 슬라이드 위에 인쇄하였다. 양 경우에 프린터의 분사 성능(jetting performance)은 수용가능하였다.
실시예 3 내지 16
성분 실시예 잉크 3 실시예 잉크4
이산화티타늄 12.00 12.00
에틸렌 글리콜 10.00 10.00
Chemguard S-103A 0.06
Dynol 810 0.19
글리세롤 20.00 20.00
2-피롤리돈 5.00 5.00
PEG 20,000 2.00 2.00
NeoAcryl A2980 8.00 8.00
Proxel GXL 0.02 0.02
물 100 부로 맞추기 위한 잔량 100 부로 맞추기 위한 잔량
성분 실시예 잉크5 실시예 잉크6
이산화티타늄 12.00 12.00
에틸렌 글리콜 10.00 10.00
Dynol 810 0.19 0.30
글리세롤 20.00 30.00
2-피롤리돈 5.00 5.00
PEG 20,000 2.00 2.00
Rovene 6102 6.00
NeoRez R551 3.00
Rovene 5499 3.00
Proxel GXL 0.02 0.02
물 100 부로 맞추기 위한 잔량 100 부로 맞추기 위한 잔량
성분 실시예 잉크 7 실시예 잉크 8
이산화티타늄 12.00 12.00
에틸렌 글리콜 10.00 10.00
Dynol 810 0.19
Chemguard S-103A 0.06
글리세롤 20.00 20.00
2-피롤리돈 5.00 5.00
PEG 20,000 2.00 2.00
Rovene 6102 8.00
NeoAcryl A2980 5.60
NeoRez R551 2.40
Proxel GXL 0.02 0.02
물 100 부로 맞추기 위한 잔량 100 부로 맞추기 위한 잔량
성분 실시예 잉크 9 실시예 잉크 10
이산화티타늄 12.00 12.00
에틸렌 글리콜 10.00 10.00
Dynol 810 0.15
Chemguard S-103A 0.06
글리세롤 26.00 26.00
2-피롤리돈 5.00 5.00
PEG 20,000 2.00 2.00
NeoAcryl A2980 4.00 4.00
Proxel GXL 0.02 0.02
물 100 부로 맞추기 위한 잔량 100 부로 맞추기 위한 잔량
성분 실시예 잉크 11 실시예 잉크 12
이산화티타늄 12.00 8.00
에틸렌 글리콜 10.00 10.00
Chemguard S-103A 0.05 0.06
글리세롤 24.00 30.00
2-피롤리돈 5.00 5.00
PEG 20,000 2.00 2.00
NeoAcryl A2980 2.00 4.00
NeoRez R551 3.00
Proxel GXL 0.02 0.02
물 100 부로 맞추기 위한 잔량 100 부로 맞추기 위한 잔량
성분 실시예 잉크 13 실시예 잉크 14
이산화티타늄 12.00 12.00
에틸렌 글리콜 10.00 10.00
Dynol 810 0.05
Chemguard S-103A 0.05
Triton HW-1000 0.22
글리세롤 26.00 26.00
2-피롤리돈 5.00 5.00
PEG 20,000 2.00 2.00
NeoAcryl A2980 4.00 4.00
Proxel GXL 0.02 0.02
물 100 부로 맞추기 위한 잔량 100 부로 맞추기 위한 잔량
성분 실시예 잉크 15 실시예 잉크 16
이산화티타늄 12.00 12.00
에틸렌 글리콜 10.00 10.00
Surfynol 465 1.00
Dynol 810 0.51
글리세롤 25.00 24.00
2-피롤리돈 5.00 5.00
PEG 20,000 2.00 2.00
NeoAcryl A2980 4.00
NeoRez R600 4.00
Proxel GXL 0.02 0.02
물 100 부로 맞추기 위한 잔량 100 부로 맞추기 위한 잔량
Surfynol® 465은 Air Products사의 에톡실화 아세틸렌성 계면활성제이다.
Dynol® 810 Air Products사의 에톡실화 아세틸렌성 계면활성제이다.
Chemguard S-103A는 Chemguard사로부터의 단쇄 퍼플루오로계 음이온성 플루오로계면활성제이다.
NeoRez® R551는 Neo Resins사로부터의 폴리우레탄 분산액이다.
NeoRez R600은 Neo Resins사로부터의 폴리우레탄 분산액이다.
NeoCryl® A2980은 Neo Resins사로부터의 아크릴수지 분산액이다.
Incorez W835/177은 Incorez사로부터의 폴리우레탄 분산액이다. Incorez W835/177의 유리 전이 온도(Tg)는 시차 주사 열량계에 의하여 결정되었으며 -15.3℃인 것이 밝혀졌다.
Rovene® 5499는 Mallard Creek Polymers사로부터의 스티렌 부타디엔 분산액이다. Rovene® 5499의 Tg는 0℃이다.
Rovene® 6102는 Mallard Creek Polymers사로부터의 스티렌 아크릴 분산액이다. Rovene® 6102의 Tg는 20℃이다.
Proxel® GXL은 Lonza사로부터의 디프로필렌 글리콜 중의 1,2-벤즈이소티아졸린-3-온의 20% 용액이다.
실시예 잉크 pH 표면 장력, dynes/cm 32℃에서의 점도, mPa.s
3 8.5 36.4 ND
4 8.5 35 12.6
5 ND 34.6 12.8
7 ND 35 ND
8 8.5 33.9 12.6
9 8.5 36.6 12.4
10 8.6 35.6 12.3
11 8.6 35.1 12.8
12 8.5 35.1 12.4
13 8.5 33.2 12.9
14 8.6 33.6 12.8
15 8.5 33.9 12.5
16 8.4 33.8 12.0
*ND = 결정되지 않음.
잉크 3 및 8 내지 16은 Fujifilm Dimatix사로부터의 StarFire® SG1024 재순환 프린트헤드를 통하여 인쇄되었다. 모든 잉크들은 어떠한 문제도 없이 인쇄되어 고품질 인쇄물을 제공하였다.

Claims (11)

  1. 잉크로서,
    (a) 1 내지 20 부의 표면처리된 이산화티타늄;
    (b) 20 내지 70 부의 점도조절제;
    (c) 5 내지 30 부의 1 종 이상의 수혼화성 극성 유기 용매(들);
    (d) 0.1 내지 3 부의 계면활성제;
    (e) 0.001 내지 5 부의 살생물제;
    (f) 0 내지 20 부의 폴리머 입자;
    (g) 100 부로 맞추기 위한 잔량의 물;을 포함하고,
    점도가 16 mPa.s보다 작은 지 또는 큰 지 여부에 따라 3 또는 12 rpm에서 브룩필드 스핀들(Brookfield spindle) S00을 사용하여 32℃에서 측정하였을 때 상기 잉크가 10 내지 25 mPa.s 범위의 점도를 갖는 잉크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면처리된 이산화티타늄의 표면은 실리카, 알루미나, 알루미나-실리카 또는 지르코니아로 이루어진 그룹으로부터 선택된 무기 화합물로 코팅된 것을 특징으로 하는 잉크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 표면처리된 이산화티타늄의 표면은 알루미나, 실리카, 또는 이들의 혼합물로 처리된 것을 특징으로 하는 잉크.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    성분 (b)는 20 내지 60 부의 글리세롤 또는 글리세롤과 폴리에틸렌 글리콜의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    성분 (c)는 2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜로부터 선택된 용매 1 내지 3 종을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    성분 (d)는 아세틸렌성 계면활성제(acetylenic surfactant)를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    (i) 1 내지 12 부의 표면처리된 이산화티타늄;
    (ii) 20 내지 60 부의 글리세롤 또는 글리세롤과 폴리에틸렌 글리콜의 혼합물;
    (iii) 2-피롤리돈, 에틸렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜로부터 선택된 1 내지 3 종으로 이루어진 수혼화성 유기 용매 5 내지 20 부;
    (iv) 0.05 내지 1.5 부의 아세틸렌성 계면활성제;
    (v) 1 내지 12 부의 폴리머 입자;
    (vi) 100 부로 맞추기 위한 잔량의 물;을 포함하고,
    점도가 16 mPa.s보다 작은 지 또는 큰 지 여부에 따라 3 또는 12 rpm에서 브룩필드 스핀들 S00을 사용하여 32℃에서 측정하였을 때 상기 잉크가 10 내지 20 mPa.s 범위의 점도를 갖는 잉크.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 잉크가 잉크 젯 프린터에 의하여 기재 위에 인쇄되는 잉크젯 인쇄 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 잉크를 사용하여 제8항에 따른 잉크젯 인쇄 방법에 의하여 인쇄된 기재.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 잉크를 함유하는 잉크젯 프린터 잉크 용기.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 잉크를 함유하는 재순환 프린터 헤드(re-circulating printer head)를 갖는 잉크젯 프린터.
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