KR20160140714A - 프린트헤드 수명 향상을 위한 잉크 배합물 - Google Patents

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Abstract

잉크젯 잉크는 (i) 화학식 I의 디스아조 염료; (ii) 술폴란; (iii) 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 펜타에틸렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 글리콜 화합물; 및 (iv) 물을 포함한다.
[화학식 I]
Figure pct00007

Description

프린트헤드 수명 향상을 위한 잉크 배합물{INK FORMULATIONS FOR IMPROVING PRINTHEAD LIFETIME}
본 발명은 잉크젯 잉크에 관한 것이다. 이는 주로 프린트헤드, 또한 특히 본 출원인의 멤젯(Memjet)® 프린트헤드의 수명 개선을 위해 개발되었다.
본 출원인은, 매체 폭을 가로질러 연장되는 고정식 멤젯® 프린트헤드를 이용하는 다수의 고속 잉크젯 프린터를 개발하였다. 반면, 실질적으로 모든 기타 다른 유형의 잉크젯 프린터는 매체 폭을 가로질러 횡단하는 스캐닝 프린트헤드를 이용한다.
고속 페이지폭 인쇄는 필수적으로 전통적인 유형의 잉크젯 프린트헤드에 비해 프린트헤드의 디자인에 있어 추가적인 요건을 부여한다. 노즐 장치는 자가-냉각 디자인, 높은 잉크 재충전 속도 및 높은 열 효율을 가져야 한다. 이를 위해, 본 출원인은 다양한 열 버블-형성 프린트헤드를 개발하였고, 이는 서스펜딩된 (suspended) 저항 히터 부재를 갖는 것들(예를 들어, US 6,755,509; US 7,246,886; US 7,401,910; 및 US 7,658,977에 기재되어 있으며, 이들의 내용이 본원에 참조로 포함됨) 및 임베딩된("본딩된") 저항 히터 부재를 갖는 것들(예를 들어, US 7,377,623; US 7,431,431; US 2006/250453; 및 US 7,491,911에 기재되어 있으며, 이들의 내용이 본원에 참조로 포함됨)을 포함한다.
서스펜딩된 히터 부재를 갖는 노즐 장치는 히터 부재로부터 잉크로의 효율적인 열 전달 및 자가-냉각 특징의 이점을 제공한다. 그러나, 서스펜딩된 히터 부재가 통상적으로 본딩된 대응물에 비해 덜 강건하기 때문에, 이들은 비교적 짧은 프린트헤드 수명의 단점을 갖는다.
프린트헤드 수명을 개선시키는 하나의 접근은, 히터 부재를 보호 코팅의 층으로 코팅하는 것이다. 예를 들어, US 6,719,406(본 출원인에게 양도됨)에는, 히터 부재의 강건성을 개선시키고 프린트헤드 수명을 개선시키는 컨포멀(conformal) 보호 코팅을 갖는 서스펜딩된 히터 부재가 기재되어 있다. 그러나, 보호 코팅은 많은 이유로 바람직하지 않다(이들은 저항 히터 부재로부터 주변 잉크로의 열 전달 효율을 감소시키고; 이들은 결과적으로 자가-냉각 특징에 영향을 주며; 이들은 추가적인 MEMS 제작 도전을 도입함).
따라서, 프린트헤드 수명의 결과적 감소를 갖는 멤젯® 프린트헤드에 비코팅 ("벗겨진(naked)") 히터 부재를 이용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 어느 정도까지는, 히터 물질의 선택이 비코팅 히터 부재의 사용의 효과를 완화시킬 수 있다. 예를 들어, US 7,431,431에는, 질화티타늄과 같은 보다 통상적인 물질에 비해 개선된 수명을 갖는 자가-패시베이팅 질화티타늄알루미늄 히터 부재의 사용이 기재되어 있다. 그럼에도 불구하고, 멤젯® 프린트헤드, 특히 비코팅 히터 부재를 이용하는 것들의 수명을 개선시킬 필요성이 여전히 존재한다.
특정 잉크는 히트 부재에 대하여 특히 공격적인 것으로 나타났다. 예를 들어, 많은 염료계 잉크는 히터 부재를 부식시켜 단축된 프린트헤드 수명을 초래하는 것으로 나타났다. 다색 프린트헤드(예를 들어, CMYK)에서는, 프린트헤드 수명이, 최단 수명을 갖는 색 채널의 수명에 의해 매우 제한된다. 예를 들어, 흑색 염료계 잉크는 히트 부재에 대하여 특히 부식성인 것으로 나타났고, 따라서 프린트헤드의 수명은, 흑색 채널이 고장일 때 모든 기타 다른 색 채널이 여전히 잘 기능할지라도, 흑색 채널의 수명에 의해 결정될 것이다.
본 명세서에서, 노즐 장치의 "고장"은, 허용불가능한 인쇄 품질을 초래하는 액적 분사 특징의 임의의 변화를 의미한다. 예를 들어, 고장은, 액적 속도의 감소, 불량한 액적 방향성 또는 잉크의 비-분사로 나타날 수 있다. 또한, 고장의 기준은 상이한 색에 있어 상이할 수 있다. 예를 들어, 황색 채널에서의 인쇄 품질 감소는 흑색 채널에서의 상응하는 인쇄 품질 감소에 비해 보다 용인가능할 수 있는데, 이는 흑색 잉크가 인간 눈에 보다 가시적이기(즉, 흑색 잉크는 백지 상에서 보다 높은 휘도를 갖기) 때문이다. 이는, 많은 흑색 염료의 공격적 성질과 조합되어, 멤젯® 프린트헤드 내의 흑색 채널이 프린트헤드 수명에 있어 통상적으로 제한적 색 채널임을 의미한다.
저항 히트 부재를 이용하는 프린트헤드의 수명을 개선시키는 것이 바람직할 것이다. 또한, 프린트헤드의 디자인을 변형시키지 않으면서 이와 같은 프린트헤드의 수명을 개선시키는 것이 바람직할 것이다.
배경기술로서, US2007/0050926 및 US2012/0090503에는, 하기 화학식의 중심 아릴렌 모티프를 갖는 디스아조 염료를 포함하는 잉크젯 잉크가 기재되어 있다:
Figure pct00001
선행 기술에 기재된 이들 디스아조 염료는 에틸렌 글리콜 및 디에틸렌 글리콜 공용매(co-solvent)를 포함하는 잉크 비히클로 배합된다.
2013년 7월 9일에 출원된 US 가출원 번호 61/844,276(그의 내용이 본원에 참조로 포함됨)에는, 프린트헤드 수명 개선을 위한 부식방지 첨가제로서의 에톡실화된 부틴-1,2-디올의 사용이 기재되어 있다.
제1 양태에서, 본 발명은
(i) 화학식 I의 디스아조 염료:
[화학식 I]
Figure pct00002
(상기 식에서, A는 -SO3M, 니트로, 카르복실, 할로겐, 히드록실, 아미노, C1-4 알킬아미노, C1-4 알콕시, C1-4 알킬, C1-4 할로알킬, 시아노, 술폰아미드, 카르바모일, C1-4 알킬아미도 및 C1-4 알콕시카르보닐로 이루어진 군으로부터 선택되는 0 개, 1 개, 2 개, 3 개, 4 개 또는 5 개의 치환체를 갖는 C6-14 아릴 기이고;
B는 -SO3M, 니트로, 카르복실, 할로겐, 히드록실, 아미노, C1-4 알킬아미노, C1-4 알콕시, C1-4 알킬, C1-4 할로알킬, 시아노, 술폰아미드, 카르바모일, C1-4 알킬아미도 및 C1-4 알콕시카르보닐로 이루어진 군으로부터 선택되는 0 개, 1 개, 2 개, 3 개, 4 개 또는 5 개의 치환체를 갖는 C6-14 아릴 기이며;
M은 각각 독립적으로 수소, 리튬, 나트륨, 칼륨, 암모늄 및 4급 암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
화학식 I의 염료는 3 개 이상의 화학식 -SO3M의 기를 포함함);
(ii) 술폴란;
(iii) 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 펜타에틸렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 글리콜 화합물; 및
(iv) 물
을 포함하는 잉크젯 잉크를 제공한다.
디스아조 염료 착색제의 바람직한 구현예를 하기에 보다 상세히 기재한다.
디스아조 염료는 0.01 wt.% 내지 25 wt.% 범위의 양으로 존재할 수 있다. 바람직하게, 디스아조 염료는 1 wt.% 내지 10 wt.%, 또는 바람직하게는 2 wt.% 내지 8 wt.% 범위의 양으로 존재한다.
바람직하게, 디스아조 염료는 흑색 염료이다.
술폴란(2,3,4,5-테트라히드로티오펜-1,1-디옥시드)은 5 wt.% 내지 40 wt.%, 또는 바람직하게는 10 wt.% 내지 30 wt.% 범위의 양으로 존재할 수 있는 공용매이다.
글리콜 화합물은 1 wt.% 내지 20 wt.%, 바람직하게는 1 wt.% 내지 10 wt.%, 또는 바람직하게는 2 wt.% 내지 6 wt.% 범위의 양으로 존재할 수 있는 공용매이다.
바람직하게, 잉크는 고급 글리콜, 예컨대 트리에틸렌 글리콜 또는 테트라에틸렌 글리콜, 보다 바람직하게는 트리에틸렌 글리콜을 포함한다. 본 출원인의 실험에서는, 술폴란과 조합된 고급 글리콜이 프린트헤드 수명 개선에 있어 지속적으로 효과적이며 일반적으로 단지 저급 글리콜을 포함하는 잉크를 능가하는 것으로 나타났다. 또한, 고급 글리콜은 잉크에 기타 다른 유용한 특성, 예컨대 습윤성 및 컬방지(anti-curl) 특성을 부여한다. 고급 글리콜의 컬방지 특성은, 예를 들어 US 5,356,464에 기재되어 있다. 글리콜 화합물의 혼합물도 물론 본 발명의 범주 내에서 고려된다.
바람직하게는, 술폴란의 양은 글리콜 화합물의 양을 초과한다. 바람직하게는, 술폴란 대 글리콜 화합물의 비율은 10:1 내지 2:1, 또는 바람직하게는 8:1 내지 4:1의 범위이다.
바람직하게, 잉크 비히클은 0.1 wt.% 내지 30 wt.%의 하나 이상의 기타 다른 공용매, 즉 상기에 기재된 술폴란 및 글리콜 공용매 이외의 공용매를 포함한다. 기타 다른 공용매의 범위는 특히 제한되지 않으며, 본 발명에서 사용하기에 적합한 일부 기타 다른 공용매를 하기에 보다 상세히 기재한다.
바람직하게, 잉크 비히클은 0.05 wt% 내지 2 wt%의 하나 이상의 계면활성제를 포함한다. 바람직하게, 잉크 비히클은 0.1 wt% 내지 1 wt%의 계면활성제를 포함한다. 계면활성제의 범위는 특히 제한되지 않으며, 본 발명에서 사용하기에 적합한 일부 계면활성제를 하기에 보다 상세히 기재한다. 예를 들어, 계면활성제는 음이온성, 양이온성, 비이온성 또는 쯔비터이온성 계면활성제일 수 있다. 아세틸렌 모이어티를 갖는 비이온성 계면활성제(예를 들어, 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)로부터 입수가능한 수르피놀 (Surfynol)® 계열의 계면활성제)가 일반적으로 바람직하다.
잉크는 부식 억제제를 추가로 포함할 수 있다. 부식 억제제를 이용하여 프린트헤드 수명을 추가로 개선시킬 수 있다. 바람직하게, 부식 억제제는 아세틸렌 화합물, 예컨대 2013년 7월 9일에 출원된 미국 가출원 번호 61/844,276에 기재된 것들을 포함한다. 바람직하게, 부식 억제제는 알콕실화 아세틸렌 디올을 포함한다.
미국 가출원 번호 61/844,276에 기재된 바와 같이, 적합한 알콕실화 아세틸렌 디올은 화학식 A의 화합물을 포함하며,
[화학식 A]
R1-C=C-(CH2)mCH(R2)-(OCH2R3)n-OH
상기 식에서,
R1은 H, C1-3 알킬; 및 -(CH2)PCH(R4)(R5)로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R2는 H 및 C1-3 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되며;
R3은 -CH2- 및 -CH(CH3)-로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R4는 H 및 C1-3 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되며;
R5는 -OH 및 -(OCH2R3)q-OH로 이루어진 군으로부터 선택되고;
m은 0, 1, 2 또는 3이며;
n은 1 내지 50이고;
p는 0, 1, 2 또는 3이며;
q는 1 내지 50이다.
알콕실화 아세틸렌 디올은 에톡실화 부틴디올, 예컨대 화학식 B의 화합물일 수 있으며,
[화학식 B]
R6-C=C-(CH2)(OCH2CH2OH)
상기 식에서,
R6은 -CH2OH 및 -CH2(OCH2CH2OH)로 이루어진 군으로부터 선택된다.
통상적으로, 부식 억제제는, 존재하는 경우, 1,4-비스(2-히드록시에톡시)-2-부틴)을 포함한다.
제2 양태에서는,
상기에 기재된 바와 같은 잉크를, 각각 잉크와 접촉되는 연합된 작동기 (actuator)를 갖는, 프린트헤드의 노즐 챔버에 공급하는 단계; 및
작동기 중 하나 이상을 작동시켜 프린트헤드로부터 잉크를 분사하는 단계
를 포함하는, 잉크젯 프린트헤드의 수명을 개선시키는 방법이 제공된다.
제2 양태에 따른 방법은, 상기에 기재된 잉크에 따르지 않는 디스아조 염료 및 공용매를 포함하는 잉크를 이용하는 방법에 비해 프린트헤드 수명을 현저히 개선시킨다.
바람직하게, 각각의 작동기는, 잉크를 과열시켜 버블을 형성하고 상응하는 노즐 챔버로부터 노즐 개구를 통해 잉크를 분사하는 저항 히터 부재를 포함한다.
바람직하게, 히터 부재는 비코팅되고, 따라서 잉크는 히터 부재 물질과 직접 접촉된다. 히터 부재는 노즐 챔버 내에 서스펜딩되거나 노즐 챔버의 벽(예를 들어, 바닥)에 본딩될 수 있다.
바람직하게는, 히터 부재는 금속 또는 전도성 세라믹 물질, 예컨대 금속 질화물로 구성된다. 본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "금속"은 다수의 상이한 금속을 함유하는 금속 합금을 포함한다. 바람직하게, 히터 부재는, 티타늄 합금(예를 들어, 티타늄-알루미늄 합금); 질화티타늄; 및 티타늄 합금의 질화물(예를 들어, 질화티타늄알루미늄)로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로 구성된다.
제3 양태에서는,
각각 잉크와 접촉되는 연합된 작동기를 갖는 다수의 노즐 챔버를 갖는 잉크젯 프린트헤드; 및
상기에 기재된 바와 같은 잉크를 함유하는, 노즐 챔버와 유체 소통되는 잉크 저장소
를 포함하는 잉크젯 프린터가 제공된다.
제4 양태에서는, 잉크젯 프린트헤드의 수명을 개선시키기 위한, 본원에 기재된 바와 같은 잉크의 용도, 또는 화학식 I의 디스아조 염료의 용도가 제공된다.
제5 양태에서는,
잉크를, 각각 잉크와 접촉되는 비코팅 히터 부재를 갖는, 프린트헤드의 노즐 챔버에 공급하는 단계; 및
히터 부재 중 하나 이상을 작동시켜 프린트헤드로부터 잉크를 분사하는 단계
를 포함하며, 여기서 잉크는
(i) 흑색 디스아조 염료;
(ii) 술폴란;
(iii) 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 펜타에틸렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 고급 글리콜 화합물; 및
(iv) 물
을 포함하는 것인, 잉크젯 프린트헤드의 수명을 개선시키는 방법이 제공된다.
제5 양태에 따르면, 흑색 디스아조 염료는 특히 제한되지 않으며, 예를 들어 화학식 I에 따른 염료 또는 또 다른 디스아조 염료, 예컨대 푸드 블랙(Food Black) 2일 수 있다.
제2, 제3, 제4 및 제5 양태의 바람직한 구현예는 상기 기재로부터 용이하게 명백할 것이다. 바람직한 구현예가 기재되는 경우, 이는 본 발명의 임의의 특정 양태로 제한되도록 의도되지 않는다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "아릴"은 방향족 기, 예컨대 페닐, 나프틸 또는 안트라세닐을 지칭한다. 달리 특정되지 않는 한, 용어 "아릴"은 일반적으로 C6-14 아릴 기를 지칭한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "알킬"은 직선형 및 분지형 형태의 알킬 기를 지칭한다. 달리 특정되지 않는 한, 용어 "알킬"은 일반적으로 C1-4 알킬 기를 지칭한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "할로겐" 또는 "할로"는 임의의 불소, 염소, 브롬 및 요오드를 지칭한다. 보통, 용어 "할로겐"은 염소 또는 불소 치환체를 지칭한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "할로알킬"은 1 개 이상의 할로겐 치환체를 갖는 알킬 기, 예를 들어 트리플루오로메틸을 지칭한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "카르복실"은 양성자화 또는 염 형태의 카르복실산 기를 지칭한다. 일반적으로, 카르복실 기는 -CO2M 기(여기서, M은 상기에 정의된 바와 같음)이다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "알킬아미노"는 모노-알킬아미노 및 디-알킬아미노 기 둘 다를 지칭한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "술폰아미드"는 아미노술포닐 및 알킬아미노술포닐 기를 지칭한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "카르바모일"은 아미노카르보닐 및 알킬아미노카르보닐 기를 지칭한다.
본원에 사용되는 바와 같이, 용어 "암모늄"은 일반적으로 NH4 + 양이온을 지칭한다. 용어 "4급 암모늄"은 일반적으로 화학식 N(Ra)4 +의 양이온(여기서, Ra는 각각 독립적으로 C1-6 알킬, 아릴 및 아릴알킬로 이루어진 군으로부터 선택됨)을 지칭한다. 4급 암모늄 이온의 통상적 예는 테트라메틸암모늄이다.
통상적으로, 술포네이트 기는 상기 화학식 I에서 -SO3M으로서 표시된다. 그러나, 이와 같은 기는 보통 용액 중에서 이온 쌍, 즉 -SO3 -M+로서 존재한다는 것이 물론 인지될 것이다. 따라서, M이 알칼리 금속이라고 언급된 경우, 상응하는 알칼리 금속 이온 M+, 예컨대 Li+, Na+ 또는 K+를 언급한다는 것이 내포된다.
본 발명자들은, 염료 및 공용매 조합을 조사함으로써 프린트헤드 수명을 개선시키는 문제에 대한 해결책을 찾았다. 상기에서 암시된 바와 같이, 잉크 배합은, 프린트헤드의 디자인에 대한 임의의 변형을 필요로 하지 않기 때문에, 프린트헤드 수명의 문제에 대한 매력적인 해결책이다. 그러나, 지금까지, 잉크젯 염료의 부식성은 알칼리 금속 이온, 예컨대 나트륨 및 칼륨의 존재 또는 염료 분자(예를 들어, 씨.아이. 리액티브 블랙(C.I. Reactive Black) 5) 상의 반응성 관능기의 존재와 관련되는 것으로 이해되었다. 그러므로, 프린트헤드 수명을 개선시키기 위한 시도는 보통 공지된 부식 메커니즘을 억제하기 위한 잉크 첨가제에 집중되었다.
술폰화 디스아조 염료는, 탁월한 재수화 특징을 나타내기 때문에, 멤젯® 프린트헤드에 사용하기 위한 염료의 매력적인 부류이다. 탈수된 잉크로 블록킹된 비-기능 프린트헤드 노즐은, 염료가 적합한 재수화 특징을 갖는 경우, 일상적인 보수 작업 동안 다시 기능하게 될 것이다. 반면, 불량한 재수화 특징을 갖는 잉크(예를 들어, 트리스아조 염료를 함유하는 잉크)로 블록킹된 노즐은 보다 문제가 되고, 일상적인 보수 작업 동안 용이하게 회복될 수 없다.
술폰화 디스아조 염료는 널리 공지된 염료의 부류이고, 예를 들어 푸드 블랙 2를 포함한다:
Figure pct00003
그러나, 푸드 블랙 2는 대부분의 용도에서 탁월한 재수화 특징 및 허용가능한 흑색 광학 밀도를 갖지만, 푸드 블랙 2(나트륨 염)으로 배합된 통상의 잉크는 일반적으로 멤젯® 프린트헤드에서 2천만 미만 분사 정도 크기의 매우 불량한 프린트헤드 수명을 나타낸다. 푸드 블랙 2의 나트륨 염을 기타 다른 반대이온, 예컨대 테트라메틸암모늄으로 치환하면 프린트헤드 수명의 현저한 개선이 나타난다. 그러므로, 초기에는, 문헌에서 보고된 기타 다른 가설과 일관성 있게, 잉크의 알칼리 금속 이온 함량이 주로 잉크젯 노즐 장치에서 히터 부식의 원인이 된다고 고려되었다(예를 들어, 개선된 프린트헤드 수명을 위해 5 x 10-3 mo1/1 미만의 알칼리 금속 이온 함량을 지지하는 US 6,252,617 참조).
본 출원인에 의한 실험에서는, 푸드 블랙 2와 연관된 프린트헤드 수명이 나트륨 이온을 테트라메틸암모늄 이온으로 치환함으로써 개선될 수 있는 것으로 나타났지만, 푸드 블랙 2의 비교적 불량한 광 안정성은 본 발명자들이 보고된 바에 따라 개선된 내광성을 갖는 유사한 디스아조 염료를 고려하게 하였다. 예를 들어, US2007/0050926 및 US2012/0090503에는, 푸드 블랙 2가 아닌 다른 중심 아릴렌 모티프를 가지며 탁월한 내광성을 갖는 디스아조 염료가 기재되어 있다.
놀랍게도, 화학식 I의 디스아조 염료와 푸드 블랙 2 염료 둘 다 나트륨 염 형태이며, 둘 다 유사한 고도 술폰화 디스아조 화합물임에도 불구하고, 화학식 I의 디스아조 염료를 포함하는 잉크는 일반적으로, 푸드 블랙 2를 포함하는 잉크에 비해 우수한 프린트헤드 수명을 나타낸다는 것을 발견하였다. 그러므로, 문헌에서의 보고(예를 들어, US 6,252,617)와 달리, 나트륨 이온의 존재 또는 부재가 히터 부식 메커니즘의 주요 조절자가 아닐 수 있고, 사실상, 적어도 본 출원인의 멤젯® 프린트헤드에서 사용되는 경우, 유기 염료 구조의 성질이 보다 중요한 인자인 것으로 보인다.
더욱 놀라운 것은, 잉크 비히클 중의 특정 공용매의 존재가 또한 디스아조 염료를 함유하는 이들 잉크에 대한 프린트헤드 수명에 중요한 영향을 준다는 것이다. 특히, 술폴란 및 글리콜 화합물(예를 들어, 트리에틸렌 글리콜)의 조합된 존재는 개선된 프린트헤드 수명에 있어 명백히 상승작용 효과를 제공하였다. 술폴란만으로 또는 에틸렌 글리콜만으로 배합된 잉크는 조합물과 동일한 개선을 나타내지 않았다. 특정 디스아조 염료와 조합된 특정 공용매의, 개선된 프린트헤드 수명에 있어서의 놀라운 효과는 선행 기술로부터 전혀 예측가능하지 않았다.
따라서, 본 발명은, 개선된 프린트헤드 수명 뿐만 아니라 탁월한 내광성 및 재수화 특징을 나타내는 잉크를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 잉크는, 개선된 프린트헤드 수명을 달성하기 위한 불편하고 잠재적으로 고비용이 드는 알칼리 금속 이온의 치환을 필요로 하지 않는다.
착색제
상기에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크 중의 착색제는 화학식 I의 디스아조 염료이다.
바람직하게, A 및 B는 각각 화학식 -SO3M의 하나 이상의 치환체를 갖고, 따라서 화학식 I의 염료는 4 개 이상의 화학식 -SO3M의 기를 포함한다.
바람직하게, A는 -SO3M, 니트로, 카르복실, 할로겐, 히드록실, 아미노, C1-4 알콕시 및 C1-4 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개, 2 개 또는 3 개의 치환체를 갖는 페닐 또는 나프틸 기이다.
바람직하게, A는 -SO3M, 니트로 및 카르복실로 이루어진 군, 보다 바람직하게는 -SO3M 및 니트로로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개, 2 개 또는 3 개의 치환체를 갖는 페닐 기이다.
바람직하게, A는 -SO3M 및 니트로로 이루어진 군으로부터 선택되는 2 개의 치환체를 갖는 페닐 기이다.
바람직하게, B는 -SO3M, 니트로, 카르복실, 할로겐, 히드록실, 아미노, C1-4 알콕시 및 C1-4 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개, 2 개 또는 3 개의 치환체를 갖는 페닐 또는 나프틸 기이다.
바람직하게, B는 -SO3M, 니트로 및 카르복실로 이루어진 군, 보다 바람직하게는 -SO3M 및 니트로로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개, 2 개 또는 3 개의 치환체를 갖는 페닐 기이다.
바람직하게, B 는 -SO3M 및 니트로로 이루어진 군으로부터 선택되는 2 개의 치환체를 갖는 페닐 기이다.
바람직하게, A 및 B는 서로 상이하다.
바람직하게, M은 나트륨이다.
바람직하게, 디스아조 염료는 화학식 II를 갖는다:
[화학식 II]
Figure pct00004
화학식 I의 디스아조 염료는 개별적으로 또는 이들 2 종 이상의 조합물로서 잉크젯 잉크에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 잉크는 색조 및 채도를 최적화하기 위해 잉크 착색에 사용되는 염료와 같은 기타 다른 착색제를 포함할 수 있다. 적합한 착색 염료는 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.
잉크 비히클
본 발명에서 사용되는 잉크 비히클은 통상적으로 40 wt% 이상의 물, 50 wt% 이상의 물 또는 60 wt% 이상의 물을 포함하는 통상적인 수성 잉크 비히클이다. 보통, 잉크젯 잉크 중에 존재하는 물의 양은 40 wt% 내지 90 wt%의 범위, 또는 선택적으로 50 wt% 내지 70 wt%의 범위이다.
본 발명에 따른 잉크는 공용매로서 적어도 술폴란 및 글리콜 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 잉크는 기타 다른 공용매(보습제, 침투제, 습윤제 등 포함), 계면활성제, 살생물제, 격리제, pH 조정제, 점도 개질제 등을 추가로 포함할 수 있다.
공용매는 통상적으로 수용성 유기 용매이다. 적합한 수용성 유기 용매는 C1-4 알킬 알콜, 예컨대 에탄올, 메탄올, 부탄올, 프로판올, 및 2-프로판올; 글리콜 에테르, 예컨대 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-n-프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-이소프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-이소프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 1-메틸-1-메톡시부탄올, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노-n-프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노-이소프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노-n-프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노-이소프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 및 디프로필렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르; 포름아미드, 아세트아미드, 디메틸 술폭시드, 소르비톨, 소르비탄, 글리세롤 모노아세테이트, 글리세롤 디아세테이트, 글리세롤 트리아세테이트, 및 술폴란; 또는 이들의 조합을 포함한다.
공용매로서 사용될 수 있는 다른 유용한 수용성 유기 용매는, 극성 용매, 예컨대 2-피롤리돈, N-메틸피롤리돈, ε-카프로락탐, 디메틸 술폭시드, 모르폴린, N-에틸모르폴린, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논 및 이들의 조합을 포함한다.
글리콜 화합물에 추가적으로, 잉크젯 잉크는, 잉크 조성물에 수분 보존성 및 습윤 특성을 부여하기 위한 습윤제 또는 보습제로서 작용할 수 있는, 공용매로서의 또 다른 고비점 수용성 유기 용매를 함유할 수 있다. 고비점 수용성 유기 용매의 예는, 2-부텐-1,4-디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 트리프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노에틸 글리콜, 디프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리프로필렌 글리콜, 2000 이하의 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜, 1,3-프로필렌 글리콜, 이소프로필렌 글리콜, 이소부틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 에리트리톨, 펜타에리트리톨 및 이들의 조합이다.
기타 다른 적합한 습윤제 또는 보습제는 사카라이드(모노사카라이드, 올리고사카라이드 및 폴리사카라이드 포함) 및 이들의 유도체(예를 들어, 말티톨, 소르비톨, 자일리톨, 히알루로산 염, 알돈산, 우론산 등)를 포함한다.
잉크젯 잉크는 또한, 수성 잉크의 기록 매체로의 침투를 가속화하기 위해, 공용매 중 하나로서, 침투제를 함유할 수 있다. 적합한 침투제는, 다가 알콜 알킬 에테르 (글리콜 에테르) 및/또는 1,2-알킬디올을 포함한다. 적합한 다가 알콜 알킬 에테르의 예는, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-n-프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-이소프로필 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-이소프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 1-메틸-1-메톡시부탄올, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노-t-부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 모노-n-프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노-이소프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노-n-프로필 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노-이소프로필 에테르, 프로필렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르, 및 디프로필렌 글리콜 모노-n-부틸 에테르이다. 적합한 1,2-알킬디올의 예는, 1,2-펜탄디올 및 1,2-헥산디올이다. 침투제는 또한, 직쇄 탄화수소 디올, 예컨대 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 및 1,8-옥탄디올로부터 선택될 수 있다. 글리세롤이 또한 침투제로서 사용될 수 있다.
통상적으로, 잉크 중에 존재하는 공용매(술폴란, 글리콜 화합물 및 기타 다른 공용매 포함)의 총량은 약 10 wt% 내지 60 wt%, 또는 선택적으로 15 wt% 내지 50 wt%의 범위이다.
잉크젯 잉크는 또한 하나 이상의 표면 활성제("계면활성제"), 예컨대 음이온성 표면 활성제, 쯔비터이온성 표면 활성제, 비이온성 표면 활성제 또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있다. 유용한 음이온성 표면 활성제는 술폰산 유형, 예컨대 알칸술폰산 염, α-올레핀술폰산 염, 알킬벤젠술폰산 염, 알킬나프탈렌술폰산, 아실메틸타우린, 및 디알킬술포숙신산; 알킬황산 에스테르 염, 황산화 오일, 황산화 올레핀, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 황산 에스테르 염; 카르복실산 유형, 예를 들어, 지방산 염 및 알킬사르코신 염; 및 인산 에스테르 유형, 예컨대 알킬인산 에스테르 염, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 인산 에스테르 염, 및 글리세로인산 에스테르 염을 포함한다. 음이온성 표면 활성제의 구체적 예는, 나트륨 도데실벤젠술포네이트, 나트륨 라우레이트, 및 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 술페이트 암모늄 염이다.
쯔비터이온성 표면 활성제의 예는, N,N-디메틸-N-옥틸 아민 옥시드, N,N-디메틸-N-도데실 아민 옥시드, N,N-디메틸-N-테트라데실 아민 옥시드, N,N-디메틸-N-헥사데실 아민 옥시드, N,N-디메틸-N-옥타데실 아민 옥시드 및 N,N-디메틸-N-(Z-9-옥타데세닐)-N-아민 옥시드를 포함한다.
비이온성 표면 활성제의 예는, 에틸렌 옥시드 부가생성물 유형, 예컨대 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬 에스테르, 및 폴리옥시에틸렌 알킬아미드; 폴리올 에스테르 유형, 예컨대 글리세롤 알킬 에스테르, 소르비탄 알킬 에스테르, 및 당 알킬 에스테르; 폴리에테르 유형, 예컨대 다가 알콜 알킬 에테르; 및 알칸올아미드 유형, 예컨대 알칸올아민 지방산 아미드를 포함한다. 비이온성 표면 활성제의 구체적 예는, 에테르, 예컨대 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 도데실페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬알릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르, 및 폴리옥시알킬렌 알킬 에테르(예를 들어, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르); 및 에스테르, 예컨대 폴리옥시에틸렌 올레에이트, 폴리옥시에틸렌 올레에이트 에스테르, 폴리옥시에틸렌 디스테아레이트, 소르비탄 라우레이트, 소르비탄 모노스테아레이트, 소르비탄 모노-올레에이트, 소르비탄 세스퀴올레에이트, 폴리옥시에틸렌 모노-올레에이트, 및 폴리옥시에틸렌 스테아레이트이다.
아세틸렌 글리콜 표면 활성제, 예컨대 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올; 에톡실화 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올; 3,6-디메틸-4-옥틴-3,6-디올 또는 3,5-디메틸-1-헥신-3-올이 또한 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 비이온성 계면활성제의 구체적 예는, 수르피놀® 465 및 수르피놀® 440(에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인코포레이티드로부터 입수가능함)이다.
계면활성제(들)는 통상적으로 수성 잉크젯 잉크 중에 0.05 wt.% 내지 2 wt% 또는 0.1 wt.% 내지 1 wt.%의 양으로 존재한다.
수성 잉크젯 잉크는 또한 pH 조정제 또는 완충제, 예컨대 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 탄산리튬, 인산나트륨, 인산칼륨, 인산리튬, 인산이수소칼륨, 인산수소이칼륨, 옥살산나트륨, 옥살산칼륨, 옥살산리튬, 붕산나트륨, 사붕산나트륨, 프탈산수소칼륨, 및 타르타르산수소칼륨; 암모니아, 및 아민, 예컨대 메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리스(히드록시메틸)아미노메탄 히드로클로라이드, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 디에틸에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 부틸디에탄올아민, 모르폴린, 프로판올아민, 4-모르폴린에탄술폰산 및 4-모르폴린프로판술폰산 ("MOPS")을 포함할 수 있다. 존재하는 경우, pH 조정제의 양은, 통상적으로 0.01 wt.% 내지 2 wt.% 또는 0.05 wt.% 내지 1 wt.%의 범위이다.
수성 잉크젯 잉크는 또한 살생물제, 예컨대 벤조산, 디클로로펜, 헥사클로로펜, 소르브산, 히드록시벤조산 에스테르, 나트륨 데히드로아세테이트, 1,2-벤티아졸린-3-온(아치 케미칼즈, 인코포레이티드(Arch Chemicals, Inc.)로부터 입수가능한 "프록셀(Proxel)® GXL"), 3,4-이소티아졸린-3-온 또는 4,4-디메틸옥사졸리딘을 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 살생물제의 양은, 통상적으로 0.01 wt.% 내지 2 wt.% 또는 0.05 wt.% 내지 1 wt.%의 범위이다.
수성 잉크젯 잉크는 또한 격리제, 예컨대 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)을 함유할 수 있다.
잉크젯 프린트헤드
본 발명에 따른 잉크는 주로 열 잉크젯 프린트헤드와 함께 사용하기 위한 것이지만, 이들은 기타 다른 유형의 프린트헤드, 특히 작동기가 잉크와 접촉하는 것들에 사용될 수 있다. 완전성을 위해, 이제, 미국 특허 번호7,303,930(그의 내용이 본원에 참조로 포함됨)에 기재된 바와 같은, 본 출원인의 열 잉크젯 프린트헤드 중 하나에 대한 간단한 설명이 이어진다.
도 1을 참조로 하면, 다수의 노즐 어셈블리를 포함하는 프린트헤드의 부분이 나타나 있다. 도 2 및 3은 이들 노즐 어셈블리 중 하나를 측면도 및 컷어웨이 사시도로 나타낸 것이다.
각각의 노즐 어셈블리는 실리콘 웨이퍼 기판(2) 상의 MEMS 제작 기법에 의해 형성된 노즐 챔버(24)를 포함한다. 노즐 챔버(24)는 루프(21) 및 루프(21)로부터 실리콘 기판(2)으로 연장되는 측벽(22)에 의해 한정된다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 각각의 루프는 프린트헤드의 분사면을 가로질러 이어지는 노즐 플레이트(56)의 부분에 의해 한정된다. 노즐 플레이트(56) 및 측벽(22)은 동일한 물질로 형성되고, 이는 MEMS 제작 동안 포토레지스트의 희생 스캐폴드 상에서 PECVD에 의해 침착된다. 통상적으로, 노즐 플레이트(56) 및 측벽(21)은 세라믹 물질, 예컨대 이산화규소 또는 질화규소로 형성된다. 이들 경질 물질은 프린트헤드 강건성을 위한 탁월한 특성을 가지며, 이들 고유의 친수성 성질은 모세관 작용에 의한 노즐 챔버(24)로의 잉크 공급에 유리하다.
노즐 챔버(24)의 상세사항으로 돌아가서, 노즐 개구(26)는 각각의 노즐 챔버(24)의 루프 내에 한정된 것이 보일 것이다. 각각의 노즐 개구(26)는 일반적으로 타원형이고, 연합된 노즐 림(25)을 갖는다. 노즐 림(25)은 인쇄 동안 액적 방향성뿐만 아니라, 노즐 개구(26)로부터의 잉크 범람의 적어도 어느 정도 감소를 보조한다. 노즐 챔버(24)로부터의 잉크 분사를 위한 작동기는 노즐 개구(26) 하부에 배치되고 핏(8)을 가로질러 서스펜딩된 히터 부재(29)이다. 기판(2)의 하부 CMOS 층에서의 회로망을 구동하도록 연결된 전극(9)을 통해 히터 부재(29)에 전류가 공급된다. 전류가 히터 부재(29)를 통과하면, 이는 주변 잉크를 급속히 과열시켜 기체 버블을 형성하고, 이는 잉크를 노즐 개구(26)를 통해 강제 이동시킨다. 히터 부재 (29) 서스펜딩에 의해, 노즐 챔버(24)가 프라이밍될 때 이것이 잉크 중에 완전히 침적된다. 이는, 보다 적은 열이 하부 기판(2)으로 소산되고 보다 많은 입력 에너지가 버블 생성에 사용되기 때문에 프린트헤드 효율을 개선시킨다. 통상적으로, 히터 부재는 금속 또는 전도성 세라믹 물질로 구성된다. 적합한 물질의 예는, 질화티타늄, 질화티타늄알루미늄 및 티타늄-알루미늄 합금을 포함한다.
도 1에서 가장 명백히 알 수 있는 바와 같이, 노즐은 줄지어 배열되고, 열을 따라 종방향으로 연장되는 잉크 공급 채널(27)은 잉크를 열 내의 각각의 노즐에 공급한다. 잉크 공급 채널(27)은 잉크를 각각의 노즐에 대한 잉크 주입구 통로(15)로 전달하고, 이는 노즐 챔버(24) 내의 잉크 도관(23)을 통해 노즐 개구(26)의 측면으로부터 잉크를 공급한다.
이와 같은 프린트헤드의 제조를 위한 MEMS 제작 방법은 미국 특허 번호 7,303,930(그의 내용이 본원에 참조로 포함됨)에 상세히 기재되어 있다.
서스펜딩된 히터 부재를 갖는 프린트헤드의 작업은 본 출원인의 US 7,278,717(그의 내용이 본원에 참조로 포함됨)에 상세히 기재되어 있다.
본 출원인은 또한 임베딩된 히터 부재를 갖는 열 기포-형성 잉크젯 프린트헤드를 기재하였다. 이와 같은 프린트헤드는, 예를 들어, US 7,246,876 및 US 2006/0250453(이들의 내용이 본원에 참조로 포함됨)에 기재되어 있다.
본 발명의 잉크젯 잉크는, 상기에 기재된 바와 같은, 본 출원인의 열 잉크젯 프린트헤드와 조합시 최적으로 기능한다. 그러나, 이들의 사용이 본 출원인의 열 프린트헤드로 제한되는 것은 아니다. 본원에 기재된 잉크는 기타 다른 유형의 열 기포-형성 잉크젯 프린트헤드, 압전 프린트헤드 및 열-굽힘 작동 프린트헤드(예를 들어, US 7,926,915; US 7,669,967; 및 US 2011/0050806에 기재되어 있으며, 이들의 내용이 본원에 참조로 포함됨) 등에 사용될 수 있다.
완전성을 위해, 본 출원인의 열 잉크젯 프린트헤드를 포함한 잉크젯 프린터는, 예를 들어, US 7,201,468; US 7,360,861; US 7,380,910; 및 US 7,357,496에 기재되어 있으며, 이들 각각의 내용이 본원에 참조로 포함된다.
도 4는, 본 출원인의 US 8,066,359(그의 내용이 본원에 참조로 포함됨)에 기재된 바와 같은, 열 잉크젯 프린터에 대한 인쇄 엔진(103)을 나타낸다. 인쇄 엔진 (103)은 페이지폭 프린트헤드를 포함하는 제거가능한 인쇄 카트리지(102), 및 사용자-교체가능한 잉크 카트리지(128)의 뱅크를 포함한다. 각각의 색 채널은 통상적으로 그 자체의 잉크 저장소(128) 및 프린트헤드에 공급되는 잉크의 정수압 (hydrostatic pressure) 조절을 위한 상응하는 압력-조절 챔버(106)를 갖는다. 따라서, 인쇄 엔진(103)은 5개의 잉크 저장소(128) 및 5개의 상응하는 압력-조절 챔버(106)를 갖는다. 통상적으로, 이러한 5-채널 인쇄 엔진(103)에 이용되는 잉크 채널("색 채널")은 CMYK1K2이다. 잉크 채널 순서는, US2013/0070024(그의 내용이 본원에 참조로 포함됨)에 기재된 바와 같이, 프린트헤드의 노즐 플레이트에서의 바람직한 잉크 색 혼합 효과를 최적화하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 시안(C)이 가장 먼 하류에 배치되고 황색(Y)이 가장 먼 상류에 배치되는 경우, YK1MK2C의 잉크 채널 순서가 이용될 수 있다.
잉크 카트리지(128) 중 하나 이상은 본원에 기재된 바와 같은 잉크젯 잉크를 포함할 수 있다. 다양한 구성요소 사이의 유체 연결을 도 4에 나타내지는 않았지만, 이들 연결은 예를 들어 US 8,066,359(그의 내용이 본원에 참조로 포함됨)에 기재된 유체공학 시스템에 따라 적합한 호스에 의해 이루어진다는 것이 인지될 것이다.
이제, 본 발명의 다양한 구현예를 첨부된 도면을 참조로 하여 단지 예로서 설명할 것이며, 도면에서
도 1은 열 잉크젯 프린트헤드의 부분의 사시도이고;
도 2는 도 1에 나타낸 노즐 어셈블리 중 하나의 측면도이며;
도 3은 도 2에 나타낸 노즐 어셈블리의 사시도이고;
도 4는 열 잉크젯 프린트 엔진의 사시도이다.
실험 섹션
하기에 기재된 방법에 따라 가속화 프린트헤드 수명 시험을 수행하였다.
서스펜딩된 비코팅 저항 히터 부재를 갖는 노즐 장치를 갖는 멤젯® 프린트헤드 집적 회로(PHIC)를 개조된 인쇄 릭(rig)에서의 작업을 위해 개별적으로 장착하였다. 잉크에 노출된 히터 부재 물질은 질화티타늄알루미늄이다.
장치를 작동시켜 11 kHz의 빈도수로 잉크를 분사하였다. 작동 펄스 폭을 제어하여 다른 개조되지 않은 프린터에서 작동을 반복하였다. 펄스 폭은 통상적으로, 잉크 액적 분사에 필요한 임계 펄스폭 초과의 에너지를 나타내는 "클럭(clock)"으로 기록된다. 각각의 클럭은 7 ns를 나타내고, 장치의 임계 펄스폭은 통상적으로 47 클럭(329 ns)이다. 가속화 프린트헤드 수명 시험에서, 장치를 2 개의 상이한 분사 에너지: "+8 클럭"[329 ns + (8 x 7 ns) = 385 ns] 및 "+10 클럭"[329 ns + (10 x 7 ns) = 399 ns]으로 진행시켰다.
시험 패턴을 주기적으로 인쇄하고, 가시적으로 검사하여 장치의 강건성을 결정하였다. 인쇄 품질이 소정의 임계치 미만으로 떨어지면, PHIC가 그의 수명 종료에 도달한 것으로 간주하고 시험을 중단하였다. 프린트헤드 고장시 분사 수를 기록하여 프린트헤드 수명을 나타내었다.
잉크는 표 1에 기재된 바와 같이 배합하였고, 사용 전에 여과(0.2 마이크로미터)하였다.
[표 1]
가속화 프린트헤드 수명 시험을 위한 잉크 배합물
Figure pct00005
1. MOPS는 3-(N-모르폴리노)프로판술폰산임.
2. 수르피놀® 465는 에톡실화 2,4,7,9-테트라메틸-5-데신-4,7-디올임.
잉크 1 내지 6을 상기에 기재된 개조된 인쇄 릭에서 시험하고, 표준화된 인쇄 품질 시험 패턴의 가시적 검사에 의해 판단된, 프린트헤드 고장 전 분사 수를 측정하였다. 이들 가속화 프린트헤드 수명 시험으로부터의 결과를 표 2에 나타내었다.
가속화 프린트헤드 수명 시험 결과
시험 잉크 고장 전 분사 수(백만)
+8 클럭 +10 클럭
잉크 1 130 80
잉크 2 20 10
잉크 3 170 130
잉크 4 55 40
잉크 5 130 80
잉크 6 60 30
표 2로부터, 하기와 같이 관찰될 수 있다:
(1) 화학식 II의 흑색 염료를 함유하는 잉크 1, 3 및 5는 푸드 블랙 2를 함유하는 잉크 2, 4 및 6에 비해 현저히 더 긴 프린트헤드 수명을 가졌다. 이들의 보다 긴 프린트헤드 수명은 배합물과 관계없이, 그리고 시험된 모든 염료가 나트륨 반대이온을 갖는다는 사실에도 불구하고 일관적으로 관찰되었다.
(2) 화학식 II의 흑색 염료를 함유하는 잉크 중, 술폴란 및 트리에틸렌 글리콜 공용매와 배합된 잉크 3은 일반적으로 잉크 1 및 잉크 5보다 우수하였다.
(3) 푸드 블랙 2를 함유하는 잉크 중, 잉크 4 및 6은 유사한 프린트헤드 수명을 가졌지만, 잉크 2는 매우 불량한 프린트헤드 수명을 가졌다.
(4) 술폴란 및 트리에틸렌 글리콜 공용매를 포함하는 배합물로 화학식 II의 흑색 염료를 함유하는 잉크 3은 모든 기타 다른 잉크를 현저히 능가하였다.
이들 결과로부터, 화학식 II의 염료, 술폴란 및 트리에틸렌 글리콜 사이의 상승작용이 존재하며, 이는 멤젯® 프린트헤드의 수명을 현저히 개선시킨다는 결론을 얻었다.
물론, 본 발명은 단지 예로서 기재된 것이며, 첨부된 청구범위에서 정의되는 본 발명의 범주 내에서 상세사항의 변형이 이루어질 수 있음이 인지될 것이다.

Claims (15)

  1. (i) 화학식 I의 디스아조 염료:
    [화학식 I]
    Figure pct00006

    (상기 식에서, A는 -SO3M, 니트로, 카르복실, 할로겐, 히드록실, 아미노, C1-4 알킬아미노, C1-4 알콕시, C1-4 알킬, C1-4 할로알킬, 시아노, 술폰아미드, 카르바모일, C1-4 알킬아미도 및 C1-4 알콕시카르보닐로 이루어진 군으로부터 선택되는 0 개, 1 개, 2 개, 3 개, 4 개 또는 5 개의 치환체를 갖는 C6-14 아릴 기이고;
    B는 -SO3M, 니트로, 카르복실, 할로겐, 히드록실, 아미노, C1-4 알킬아미노, C1-4 알콕시, C1-4 알킬, C1-4 할로알킬, 시아노, 술폰아미드, 카르바모일, C1-4 알킬아미도 및 C1-4 알콕시카르보닐로 이루어진 군으로부터 선택되는 0 개, 1 개, 2 개, 3 개, 4 개 또는 5 개의 치환체를 갖는 C6-14 아릴 기이며;
    M은 각각 독립적으로 수소, 리튬, 나트륨, 칼륨, 암모늄 및 4급 암모늄으로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    화학식 I의 염료는 3 개 이상의 화학식 -SO3M의 기를 포함함);
    (ii) 술폴란;
    (iii) 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 펜타에틸렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 글리콜 화합물; 및
    (iv) 물
    을 포함하는 잉크젯 잉크.
  2. 제1항에 있어서, 술폴란의 양이 글리콜 화합물의 양을 초과하는 것인 잉크젯 잉크.
  3. 제1항에 있어서, 술폴란 대 글리콜 화합물의 비율이 10:1 내지 2:1의 범위인 잉크젯 잉크.
  4. 제1항에 있어서, 술폴란이 5 wt.% 내지 40 wt.% 범위의 양으로 존재하는 것인 잉크젯 잉크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 글리콜 화합물이 1 wt.% 내지 20 wt.% 범위의 양으로 존재하는 것인 잉크젯 잉크.
  6. 제1항에 있어서, 상기 글리콜 화합물이 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 펜타에틸렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 고급 글리콜인 잉크젯 잉크.
  7. 제1항에 있어서, 글리세롤을 추가로 포함하는 잉크젯 잉크.
  8. 제1항에 있어서, 비이온성 계면활성제를 추가로 포함하는 잉크젯 잉크.
  9. 제1항에 있어서, M이 나트륨인 잉크젯 잉크.
  10. 제1항에 있어서, A가 -SO3M, 니트로, 카르복실, 할로겐, 히드록실, 아미노, C1-4 알콕시 및 C1-4 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개, 2 개 또는 3 개의 치환체를 갖는 페닐 또는 나프틸 기이고; B가 -SO3M, 니트로, 카르복실, 할로겐, 히드록실, 아미노, C1-4 알콕시 및 C1-4 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 개, 2 개 또는 3 개의 치환체를 갖는 페닐 또는 나프틸 기인 잉크젯 잉크.
  11. 제1항에 따른 잉크를, 각각 잉크와 접촉되는 연합된 작동기를 갖는, 프린트헤드의 노즐 챔버에 공급하는 단계; 및
    작동기 중 하나 이상을 작동시켜 프린트헤드로부터 잉크를 분사하는 단계
    를 포함하는, 잉크젯 프린트헤드의 수명을 개선시키는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 각각의 작동기가 저항 히터 부재를 포함하는 것인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 히터 부재가 비코팅된 것인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 히터 부재가
    티타늄 합금;
    질화티타늄; 및
    티타늄 합금의 질화물
    로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로 구성된 것인 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 프린트헤드가 1억 이상 분사의 수명을 갖는 것인 방법.
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