KR20170016353A - 잉크 조성물 - Google Patents

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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

잉크 조성물은 착색제, 보조 용매, 계면활성제 시스템 및 물을 포함한다. 계면활성제 시스템은 산, 리튬 및 비이온성 계면활성제로 이루어진다. 산은 올레산, 리놀레산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 비이온성 계면활성제는 리튬과 상호작용하는 친수성 헤드 기 및 계면활성제 시스템에 의해 형성되는 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않는 소수성 꼬리부를 포함한다. 비이온성 계면활성제는 또한 어떠한 에틸렌옥시기도 포함하지 않는다.

Description

잉크 조성물{INK COMPOSITION}
잉크 인쇄 또는 기록 시스템은 통상적으로 종이 같은 인쇄 매질 상에 이미지를 생성시키는 효과적인 방법으로서 이용된다. 일반적으로, 잉크젯 인쇄 시스템에 의해 노즐로부터 인쇄 매질 상으로 잉크 소적이 방출되어 그 위에 이미지를 생성시킨다. 잉크젯 인쇄 시스템의 예는 열 잉크젯 프린터 및 압전 잉크젯 프린터를 포함한다.
본 발명의 일 실시양태는, 착색제; 보조 용매; 올레산, 리놀레산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산; 리튬; 및 리튬과 상호작용하는 친수성 헤드 기 및 계면활성제 시스템에 의해 형성되는 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않는 소수성 꼬리부를 포함하고 에틸렌옥시기를 갖지 않는 비이온성 계면활성제로 이루어진 계면활성제 시스템; 및 물을 포함하는 잉크 조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 실시양태는, 유체 저장고; 상기 유체 저장고와 유체 연통되는 유체 발사기; 상기 유체 발사기와 유체 연통되는 노즐; 상기 유체 저장고에 존재하는 잉크 조성물; 상기 노즐의 구멍에서 공기와 잉크 조성물 사이의 계면에 존재하는 증발 방지 층을 포함하는 인쇄 카트리지로서, 이 때 상기 잉크 조성물이 착색제; 보조 용매; 올레산, 리놀레산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산, 리튬, 및 리튬과 상호작용하는 친수성 헤드 기 및 계면활성제 시스템에 의해 형성되는 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않는 소수성 꼬리부를 포함하고 에틸렌옥시기를 갖지 않는 비이온성 계면활성제로 이루어진 계면활성제 시스템; 및 물을 포함하고, 상기 증발 방지 층이 캡핑 없는 미사용 상태 동안 형성됨으로써 잉크 조성물로부터의 물의 증발을 감소시키는 인쇄 카트리지를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시양태는, 올레산, 리놀레산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산; 리튬; 및 리튬과 상호작용하는 친수성 헤드 기 및 계면활성제 시스템에 의해 형성되는 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않는 소수성 꼬리부를 포함하고 에틸렌옥시기를 갖지 않는 비이온성 계면활성제로 이루어진 계면활성제 시스템을 선택하고; 착색제, 보조 용매 및 물을 포함하는 혼합물에 선택된 계면활성제 시스템을 혼입시킴을 포함하는, 잉크 조성물의 디캡(decap)을 개선하는 방법을 제공한다.
본원의 예의 특징 및 이점은 하기 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 명백해질 것이며, 도면에서 유사한 인용 번호는 유사한(아마도 동일하지는 않더라도) 구성요소에 상응한다.
도 1은 예시적인 인쇄 카트리지의 확대 절단 단면 사시도이다.
도 2는 본원의 예에 따른 방법의 일례를 예시하는 흐름도이다.
본원에 개시되는 잉크 조성물의 예는 바람직한 인쇄 신뢰도 및 디캡(decap) 성능(이로써 우수한 노즐 청결을 유지함)을 나타낸다.
본원에서 인용되는 용어 "디캡 성능"은 장시간 공기에 노출될 때 인쇄 헤드로부터 용이하게 방출되는 잉크젯 잉크의 능력을 의미한다. 디캡 시간은 아마도 노즐/발사 챔버의 소적 형성 영역으로부터의 착색제의 폐색(clogging), 막힘(plugging) 또는 퇴축(retraction)으로 인해 프린터 노즐이 더 이상 적절하게 발사되지 못하기 전에 인쇄 헤드가 캡핑 없이(uncapped) 미사용 상태로 내버려둬질 수 있는 시간의 양으로서 측정된다. 허용가능한 품질의 잉크 소적을 형성하기 위해 방출이 필요해지기 전에 열 잉크젯 펜이 캡핑 없이 미사용 상태로 남아있을 수 있는 시간의 길이가 디캡 시간 또는 제 1 소적 디캡 시간으로 불린다. 다른 디캡 척도["지속적인 디캡" 또는 "스핏 온 페이지(spit on page)"(SoP) 디캡]는 특정 시간 간격에서 펜을 청결하게 유지하는데 필요한 발사의 횟수이다. SoP 디캡의 예로서, 대형 정지형 인쇄 바를 포함하는 대형 규모의 잉크젯계 프린터가 비교적 긴 시간(예컨대, 약 10분 내지 약 8시간)동안 캡핑 없이 미사용 상태로 있을 수 있으며, 각 노즐을 매 수초마다 무작위적으로 방출함으로써 노즐을 청결하게 유지하고자 시도할 수 있다. 임의의 소정 디캡 시간에서 요구되는 허용가능한 제 1 소적 품질 또는 최소 방출 횟수를 제공하는 가장 긴 디캡 시간이 임의의 소정 잉크에 바람직하다.
일반적으로, 잉크 배합물로부터 물이 증발됨에 따라, 잉크중 유기 성분의 백분율이 증가한다. 잉크중 유기 보조 용매 및 다른 비휘발성 성분이 더욱 풍부해짐에 따라, 매우 친수성인 착색제(예를 들어, 분산된 안료)는 전체 수성 상 내로 물러나고/퇴축된다.
본원의 예는 안료 퇴축 정도/속도를 효율적이고 비용 효과적인 방식으로 제어하는데 도움을 준다. 안료 퇴축은 본원에서 "안료 잉크 비히클 분리"(PIVS)로 불린다.
잉크젯 인쇄 헤드에서 착색된 잉크가 건조됨에 따라, 급속한 PIVS가 이루어질 수 있는데(예컨대, 약 1 내지 4초 내에), 이는 착색제를 실질적으로 함유하지 않는 노즐 및/또는 잉크 채널을 야기할 수 있다. 이로써, PIVS의 급속한 속도는 일반적으로 너무 짧은 유휴(또는 디캡) 시간 때문에 바람직하지 못하다. PIVS를 해결하기 위하여, 잉크젯 프린터는 인쇄 헤드가 유휴 시간 후에 일정하게 특수 흡수 패드/타구 상으로 방출하도록 할 수 있다(예를 들면, 노즐 1개당 소정 빈도로 소정 횟수만큼 방출함으로써 인쇄 동안 유휴 노즐의 노즐 청결을 유지할 수 있다). 방출 속도는 PIVS의 속도에 의해 실질적으로 제어된다. 매우 빈번한 방출은 통상 바람직하지 못한데, 왜냐하면 방출하는 동안 잉크가 소비되고 인쇄가 느려지기 때문이다.
대조적으로, PIVS의 느린 속도(예컨대, 약 4초 내지 약 60초)는 일반적으로 예컨대 인쇄 헤드가 캡핑 없는 상태로 저장되는 경우 인쇄 헤드의 기능에 유리한데, 왜냐하면 노즐의 바람직하지 못한 폐색 또는 노즐로부터의 착색제의 퇴축을 방지하기 때문이다. 또한, 몇몇 경우에는, 인쇄 시스템이 매우 느린 PIVS(예컨대, 1분 내지 수 시간)를 나타내는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 본원에 따른 잉크 조성물의 예는 또한 염료계 잉크에 개선된 디캡 성능을 제공한다. 기존에 알려진 안료계 잉크 및 염료계 잉크 둘 다의 경우에, 물이 증발함에 따라, 몇몇 경우에 노즐에서 점성 플러그가 형성될 수 있다. 후속 잉크 소적은 이 점성 플러그를 통해 방출되어야 하고, 이로써 처음 몇 개의 소적은 구멍 밖으로 방출되지 않거나 적절하게 방출되지 않을 수 있다. 잉크에 따라, 2회 발사 후에 성공적으로 방출될 수 있다. 대조적으로, 본원의 잉크 조성물의 예는 이 점성 플러그의 형성(안료계 잉크 또는 염료계 잉크에서)을 방지할 뿐만 아니라 PIVS를 억제하는(안료계 잉크에서) 것으로 보인다.
임의의 특정 이론에 얽매이지 않으면서, 본원의 잉크 조성물의 예중 계면활성제 시스템의 예는 노즐의 구멍에서 공기와 잉크 조성물 사이의 계면에서 캡핑 없는 미사용 상태 동안 증발 방지 층을 형성하고, 이에 의해 잉크 조성물로부터의 물의 증발을 감소시키는 것으로 생각된다. 증발 방지 층은 캡핑 없는 미사용 상태에서 약 2초 이하 내에 형성될 수 있다. 이 증발 방지 층은 본원에 개시된 잉크의 디캡 시간을 개선하는데 기여한다.
잉크에 계면활성제를 첨가하는 것은 흔히 잉크의 표면 장력 및 습윤 특징을 변화시키는데 바람직하지만, 본 발명자들은 몇몇 계면활성제가 증발 방지 층의 형성에 유해하게 영향을 끼치고, 따라서 디캡 성능에 불리하게 영향을 끼치는 것을 발견하였다. 이로써, 본원에 개시되는 예에서는, 증발 방지 층을 형성하는데 도움을 줄 뿐만 아니라 표면 장력을 낮추고 바람직한 습윤 특징을 제공하는 점에서 허용가능한 계면활성제 성능과 비슷하거나 그를 능가하는 계면활성제 시스템이 확인되었다. 계면활성제 시스템은 리튬, 특정 산 및 특정 비이온성 계면활성제의 조합으로 이루어진다. 특정 비이온성 계면활성제는 그의 친수성 헤드 기가 리튬 이온과 상호작용하여 그의 소수성 꼬리부가 지방산의 소수성 꼬리부와 불리하게 상호작용하지 않도록(즉, 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않도록) 선택된다. 특정 비이온성 계면활성제는 또한 에틸렌옥시기(즉, 폴리옥시에틸렌기)를 포함하지 않는다. 특정 비이온성 계면활성제는 증발 방지 층의 리튬 염(라우르산리튬, 올레산리튬 등)과 상승작용적인 상호작용을 나타내는 것으로 보인다(이는 디캡 성능을 개선시킴).
본원에 개시되는 예에서, 특정 비이온성 계면활성제는 증발 방치 층의 형성에 기여할(따라서 디캡을 개선할) 뿐만 아니라 바람직한 표면 장력을 갖는 잉크에 기여하는 것으로 밝혀졌다.
종래의 증발 방지 층(들)은 예를 들어 지방산의 리튬 염을 포함한다. 하나의 예는 하기 화학식 I에 개략적으로 도시된다:
[화학식 I]
Figure pct00001
상기 식에서, R은 지방산 꼬리부이고, 점선은 지방산의 카복실레이트 이온과 리튬 이온 사이의 이온 쌍 상호작용을 나타낸다.
상기 언급한 바와 같이, 본 발명자들은 몇몇 계면활성제가 화학식 I의 이 증발 방지 층 또는 유사한 증발 방지 층의 형성에 유해하게 영향을 끼침을 발견하였다. 구체적으로, 설포네이트 헤드를 함유하는 계면활성제(예컨대, 소듐 도데실 설페이트) 및 임의의 에틸렌옥시기를 함유하는 계면활성제는 증발 방지 층의 형성을 방해할 수 있고(또는 적어도 디캡 성능에 불리하게 영향을 끼칠 수 있고), 따라서 본원에 개시된 잉크 조성물에 적합하지 않다
특히 에틸렌옥시기를 함유하는 계면활성제와 관련하여, 에틸렌옥시기 6몰이 리튬 이온 1몰과 배위될 수 있다. 아래에 도시된 예에서, 화학식 II의 에톡실화된 계면활성제는 Li 이온에 결합하는 6개의 에틸렌옥시기를 함유한다. 이 예에서, R1 은 추가적인 에틸렌옥시기를 함유할 수 있는 소수성 꼬리부일 수 있고, R2는 수소 원자 또는 몇몇 다른 작용기일 수 있다.
[화학식 II]
Figure pct00002
화학식 II의 이 유형의 계면활성제는 하기 개략적인 도식에 도시되는 바와 같이 화학식 I의 증발 방지 층을 방해할 수 있다:
[화학식 III]
Figure pct00003
화학식 III에서, 화학식 II의 계면활성제의 에틸렌옥시기는 소수성 꼬리부, 즉 기 R1으로 끝나는 흑색 선으로 표시된다. 도시된 바와 같이, 계면활성제는 공기-잉크 계면에 도달하고, 그의 에틸렌옥시기가 우선적으로 리튬 이온에 결합하여, 증발 방지 층의 형성을 방해한다.
에틸렌옥시기 또는 설포네이트 헤드를 함유하는 계면활성제와는 달리, 본원에 개시되는 특정 비이온성 계면활성제는 리튬 이온과 상호작용할 수 있는 친수성 헤드 기를 포함하고, 또한 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않는 소수성 꼬리부를 포함한다. 이들 비이온성 계면활성제는 에틸렌옥시기를 갖지 않는다.
본원에 개시되는 비이온성 계면활성제의 친수성 헤드 기와 리튬 이온 사이의 상호작용은 수소 결합 상호작용과 유사하다. 이 상호작용이 가능한 적합한 친수성 헤드 기의 예는 하이드록실(OH)기(들) 또는 피롤리딘온(들)을 포함한다.
소수성 꼬리부는 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않는다. 달리 말해, 소수성 꼬리부는 i) 비이온성 계면활성제가 지방산과 함께 증발 방지 층 내로 맞춰지는 것을 방해하지 않는 적절한 쇄 길이를 갖고/갖거나 ii) 비이온성 계면활성제가 지방산과 함께 증발 방지 층 내로 맞춰지는 것을 방해하지 않는 적절한 기를 함유한다. 비이온성 계면활성제 소수성 꼬리부의 몇몇 예는 에스터기(들), C11 내지 C13 포화 알킬 쇄, 또는 C18 단일 또는 다중 불포화 알킬 쇄를 포함한다. 비이온성 계면활성제의 소수성 꼬리부의 쇄 길이는 적어도 부분적으로 친수성 헤드 기에 따라 달라진다. 한 예에서, 비이온성 계면활성제의 소수성 꼬리부의 쇄 길이는 비이온성 계면활성제가 단일 하이드록실 헤드 기를 포함하는 경우 지방산의 소수성 부위의 쇄 길이와 비슷할 수 있다. 구체적인 예로서, 도데칸산(즉, 라우르산)이 지방산으로서 선택되는 경우에는 1-도데칸올(즉, 라우릴 알콜)이 비이온성 계면활성제로서 선택될 수 있으며, 예컨대 시스-옥타데크-9-엔산(즉, 올레산)이 지방산으로서 선택되는 경우에는 옥타데크-9-엔-1-올(즉, 올레일 알콜)이 비이온성 계면활성제로서 선택될 수 있다. 다른 예에서는, 비이온성 계면활성제의 소수성 꼬리부의 쇄 길이는 비이온성 계면활성제가 디하이드록실 헤드 기를 포함하는 경우 지방산의 소수성 부위의 쇄 길이보다 더 짧을 수 있다. 구체적인 예로서, 아세틸렌 디올 또는 더 작은 길이의 알콜의 타르트레이트 에스터가 도데칸산 또는 옥타데센산과 짝을 이룰 수 있다.
본원에 개시되는 잉크 조성물에 사용될 수 있는 비이온성 계면활성제의 몇몇 구체적인 예는 아세틸렌 디올, 비스-타르트레이트 에스터, 1,2-헥산디올, 모노 알콜, N-알킬피롤리딘온 및 이들의 조합을 포함한다. 아세틸렌 디올의 일례는 펜실베이니아주 앨런타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.) 제품인 설피놀(SURFYNOL)® 104이다. 적합한 비스-타르트레이트 에스터의 예는 디이소아밀 타르트레이트, 디부틸 타르트레이트, 디벤질 타르트레이트 및 디이소프로필 타르트레이트를 포함한다. 적합한 모노 알콜의 몇몇 예는 라우릴 알콜(즉, 1-도데칸올), 올레일 알콜(즉, 옥타데크-9-엔-1-올), 스테아릴 알콜(즉, 1-옥타데칸올), 및 이들의 조합을 포함한다. N-알킬피롤리딘온의 예는 N-옥틸피롤리딘온 및 N-도데실피롤리딘온이다. 몇몇 시판중인 N-알킬피롤리딘온은 설파돈(SURFADONE)® LP-100(옥틸피롤리딘온) 및 설파돈® LP-300(도데실피롤리딘온)을 포함하고, 이들 둘은 모두 켄터키주 코빙턴 소재의 애쉴랜드 인코포레이티드(Ashland Inc.)에서 구입할 수 있다.
본원에 개시된 잉크 조성물의 일례에서, 비이온성 계면활성제는 잉크 조성물의 총 중량의 약 0.01중량% 내지 약 0.3중량%의 양으로 존재한다. 다른 예에서, 잉크 조성물중 비이온성 계면활성제의 예는 약 0.05중량% 내지 약 0.3중량%이다. 다수개의 비이온성 계면활성제가 포함되는 경우, 모든 비이온성 계면활성제의 총량이 소정 범위 내에 있음을 알아야 한다.
상기 언급한 바와 같이, 계면활성제 시스템의 예는 또한 올레산(하나의 시스 이중 결합), 리놀레산(2개의 시스 이중 결합), 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산 및 이들의 조합으로부터 선택되는 산(예를 들어, 지방산 계면활성제)과 리튬으로 구성된다.
지방산 계면활성제는 카복실레이트 헤드 및 긴 알킬 꼬리부를 갖는다(예를 들어, 카복실레이트 헤드를 포함하는 탄소 원자 11 내지 13개의 포화 지방산, 또는 탄소 원자 18개의 쇄 길이를 갖는 불포화 지방산). 카복실레이트기는 증발 방지 층을 형성하는데 도움을 주고, 따라서 우수한 디캡에 기여하는 것으로 보인다. 또한, 알킬 꼬리부는 1개 또는 2개의 시스 이중 결합을 갖는다. 탄소 14개 이상을 갖는 상응하는 완전 포화 지방산 또는 트랜스 이중 결합을 갖는 것들은 일반적으로 디캡 성능을 향상시키는 동일한 이점을 제공하지 않는 것으로 밝혀졌다. 이로써, 본원의 잉크 조성물의 예는 스테아르산(탄소 18개의 완전 포화 지방산), 엘라이드산(올레산의 트랜스 이성질체), 리놀렌산(3개의 시스 이중 결합), 탄소 11개 미만의 탄소 쇄를 갖는 선형(분지형과는 대조됨) 포화 지방산, 및 탄소가 13개보다 많은 탄소 쇄를 갖는 선형 포화 지방산, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 산을 포함하지 않는다.
한 예에서, 선택되는 산은 도데칸산(라우르산으로도 알려짐)이다.
산은 잉크 조성물의 총 중량%의 약 0.03중량% 내지 약 1.0중량%의 양으로 존재한다. 다른 예에서, 잉크 조성물에 존재하는 산의 양은 약 0.1중량% 내지 약 1.0중량%이다.
리튬은 용액중 이온으로서 또는 산의 리튬 염으로서 조성물에 존재할 수 있음을 알아야 한다. 예로서, 리튬은 다수의 그의 염, 예컨대 염화리튬, 브롬화리튬, 요오드화리튬, 수산화리튬, 아세트산리튬, 벤조산리튬, 질산리튬 또는 이들의 조합의 형태로 잉크 조성물에 첨가될 수 있다. 그러나, 탄산리튬은 통상 바람직하지 못한데; 왜냐하면 이는 몇몇 경우에 디캡 성능을 열화시키는 것으로 보이기 때문이다.
또한, 다른 알칼리금속, 예를 들어 나트륨 및/또는 칼륨이 잉크 조성물의 예에 존재할 수 있다. 그러나, 리튬이 증발 방지 층을 형성하는데 도움을 주는데 반해, 존재할 수 있는 다른 알칼리금속은 증발 방지 층의 형성에 도움을 주는 기능을 하지도 않고 증발 방지 층의 형성을 방해하지도 않음을 알아야 한다.
한 예에서, 잉크 조성물은 리튬 약 50ppm 내지 약 400ppm을 포함한다.
아래에는 본원에 개시되는 계면활성제 시스템을 잉크 조성물에 사용하여 형성될 수 있는 증발 방지 층의 몇몇 예가 기재된다. 화학식 IV의 증발 방지 층의 제 1 예는 리튬, 산, 및 비이온성 계면활성제로서의 디올(예컨대, 설피놀® 104 또는 타르타르산의 디에스터)로 제조되며, 아래에서 R은 선택된 산의 소수성 꼬리부이고, R1 및 R2는 선택된 디올의 소수성 꼬리부이다:
[화학식 IV]
Figure pct00004
화학식 V의 증발 방지 층의 제 2 예는 리튬, 산, 및 비이온성 계면활성제로서의 N-알킬피롤리딘온으로 제조되며, 아래에서 R은 선택된 산의 소수성 꼬리부이다:
[화학식 V]
Figure pct00005
화학식 VI의 증발 방지 층의 제 3 예는 리튬, 산, 및 비이온성 계면활성제로서의 모노 알콜(예컨대, 라우릴 알콜, 올레일 알콜 및/또는 스테아릴 알콜)로 제조되며, 아래에서 R은 선택된 산의 소수성 꼬리부이고, R1은 선택된 모노 알콜의 소수성 꼬리부이다:
[화학식 VI]
Figure pct00006
계면활성제 시스템은 리튬, 산의 하나 이상의 예, 및 비이온성 계면활성제의 하나 이상의 예로 구성될 수 있음을 알아야 한다. 예로서, 계면활성제 시스템은 리튬에 덧붙여, 도데칸산 및 아세틸렌 디올(예컨대, 설피놀® 104); 또는 도데칸산 및 N-알킬피롤리딘온(예를 들어, 설파돈® LP-100 또는 설파돈® LP-300); 또는 도데칸산 및 올레산, 및 아세틸렌 디올 및 N-알킬피롤리딘온으로 구성될 수 있다. 계면활성제 시스템은 리튬, 산의 하나의 예, 및 둘 이상의 비이온성 계면활성제의 조합으로 이루어질 수 있음을 또한 알아야 한다. 예로서, 계면활성제 시스템은 리튬에 덧붙여, 도데칸산, 아세틸렌 디올 및 모노 알콜; 또는 도데칸산, 아세틸렌 디올 및 비스-타르트레이트 에스터; 또는 도데칸산, 아세틸렌 디올 및 N-알킬피롤리딘온; 또는 도데칸산, 아세틸렌 디올, N-알킬피롤리딘온 및 모노 알콜로 구성될 수 있다.
상기 언급한 바와 같이, 계면활성제 시스템은 증발 방지 층의 형성에 도움을 줄 뿐만 아니라 적합한 습윤 특징도 제공한다. 계면활성제 시스템은 표면 장력을 낮추는 면에서 허용가능한 계면활성제 성능과 비슷하거나 또는 그를 능가하는 것으로 생각된다(예컨대, 에틸렌옥시기를 포함하는 계면활성제에 비해).
계면활성제 시스템에 덧붙여, 본원에 개시되는 잉크 조성물의 예는 착색제, 보조 용매 및 나머지량의 물을 포함한다. 살생물제 또는 중합체 결합제 같은 다른 첨가제도 잉크 조성물에 첨가될 수 있다.
착색제는 자가-분산되는 안료, 중합체 분산되는 안료, 염료 및 이들의 조합중 임의의 것일 수 있다.
카본 블랙은 본 잉크 조성물의 예에서 착색제로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 램프 블랙, 퍼니스 블랙 또는 가스 블랙 유형의 카본 블랙을 사용할 수 있다. 이들 카본 블랙은 산화를 통해, 카본 블랙 공정을 통해 또는 카본블랙 제조 후 처리(예컨대, 오존화)를 통해, 특성상 수용성 또는 수분산성인 소분자, 올리고머 또는 중합체 물질(예를 들어, p-아미노벤조산, 아크릴산 또는 메타크릴산 및 이들의 에스터 같은 단량체로부터 제조되는 아크릴계 올리고머 또는 중합체, 및/또는 폴리우레탄 올리고머 또는 중합체)과 카본 블랙 표면의 반응에 의해 수분산성이 될 수 있다. 이들 카본 블랙은 또한 앞서 언급된 아크릴, 메타크릴 또는 폴리우레탄 조성물의 올리고머 또는 중합체의 흡착을 통해 물에 분산성으로 될 수 있다. 카본 블랙은 예를 들어 아크릴산, 아크릴산 에스터, 메타크릴산, 메타크릴산 에스터, 스티렌 또는 비닐 아세테이트로 이루어진 라텍스 중합체를 사용한 안료의 캡슐화를 통해 또한 분산성이 될 수 있다. 이들 물질은 중합체 내에 다양한 작용기(예를 들어, 카복실레이트, 설포네이트, 포스페이트 또는 에틸렌 옥사이드 유도체)를 포함시킴으로써 분산성이 될 수 있다.
일부 적합한 자가-분산되는 카본 블랙 및 중합체 분산되는 안료는 이.아이. 듀퐁 드 네모아 앤드 캄파니(E.I. du Pont de Nemours and Co.; 델라웨어주 윌밍턴), 센시언트 테크놀로지즈 코포레이션(Sensient Technologies Corporation; 위스콘신주 밀워키), 및 캐봇 코포레이션(Cabot Corporation; 매사추세츠주 보스턴)으로부터 구입할 수 있다.
색상 또는 화학적 조성에 대한 제한 없이 다른 안료를 사용할 수 있는데, 이들 안료의 일부 예는 PY74, PY155, PY128, PY185, PR122, PR254, PR178, PV19, PB15:2, PB15:3 및 PB15:4를 포함한다. 이들 착색제는 또한 소분자, 올리고머 또는 중합체 부착, 올리고머 또는 중합체 물질의 흡착, 또는 캡슐화(예컨대, 카본 블랙에 대해 기재된 바와 같음) 같은 다양한 수단에 의해 물에 분산성이 될 수 있다.
임의의 적합한 염료를 본 잉크 조성물의 예에 사용할 수 있다.
본원에 개시된 예에서, 착색제는 잉크 조성물의 총 중량%의 약 2중량% 내지 약 7중량%의 양으로 존재할 수 있다. 다른 예에서, 착색제는 잉크 조성물의 총 중량%의 약 4중량% 내지 약 4.5중량%의 양으로 존재할 수 있다. 중합체 결합제와 함께 착색제가 높은 고형분 함량(즉, 착색제와 결합제 모두의 총량)을 갖는 잉크 조성물이 되도록 하는 양으로 포함될 수 있음을 알아야 한다. 한 예에서, 착색제 로딩 및 중합체 결합제 로딩은 잉크 조성물의 총 (높은) 고형분 함량이 잉크 조성물의 총 중량%의 약 4.5중량% 내지 약 9.0중량%가 되도록 선택된다. 중합체 결합제 양의 예는 아래에 기재된다.
보조 용매는 2-피롤리딘온; 설폴란; 디에틸렌글리콜 디메틸 에터; 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리딘온(HE2P); 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜; 테트라에틸렌 글리콜; 트리프로필렌 글리콜; 1-(2-하이드록시에틸)-2-이미다졸리딘온; 디-(2-하이드록시에틸)-5,5-디메틸히단토인[뉴저지주 앨런데일 소재의 론자, 인코포레이티드(Lonza, Inc.)에서 단토콜(DANTOCOL)® DHE로서 시판중임]; 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에터; 테트라글라임; 글리세롤 폴리옥시에틸 에터; 2-메틸-1,3-프로판디올; 2-에틸-2-(하이드록시메틸)-1,3-프로판디올(EHPD)(트리메틸올프로판으로도 알려짐); 글리세롤; 디프로필렌글리콜; 3-메틸-1,3-부탄디올; 3-메틸-1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 1,5-펜탄디올; 및 이들의 조합일 수 있다. 보조 용매의 적합한 조합의 한 가지 구체적인 예는 2-하이드록시에틸-2-피롤리딘온과 2-피롤리딘온을 포함한다. 보조 용매의 적합한 조합의 다른 구체적인 예는 2-하이드록시에틸-2-피롤리딘온, 2-피롤리딘온 및 설폴란을 포함한다.
잉크 조성물에 존재하는 보조 용매(들)의 총량은 약 10중량% 내지 약 30중량%이다. 단일 보조 용매가 포함되는지 또는 둘 이상의 보조 용매의 조합이 포함되는지에 상관없이, 보조 용매 총량은 제공되는 범위 내이다.
본원의 잉크 조성물의 예는 살생물제, 중합체 결합제(들) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
살생물제가 사용되는 경우, 살생물제의 적합한 양은 약 0.05중량% 내지 약 0.5중량%일 수 있다. 살생물제(들)의 상한은 살생물제의 유형 및 그의 독성 효과 및/또는 규제 조건에 따라 달라질 수 있음을 알아야 한다. 적합한 살생물제는 예를 들어 프록셀(PROXEL)™ GXL, 코덱(KORDEK)™ MLX[더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Co.)], 비오반(BIOBAN)™ CS-1246(더 다우 케미칼 캄파니) 및/또는 액티사이드(ACTICIDE)® B20 및/또는 M20[토르 게엠베하(Thor GmbH)]을 포함한다.
중합체 결합제는 폴리우레탄 공중합체 결합제 또는 아크릴레이트 유형의 중합체 결합제일 수 있다. 포함되는 경우, 잉크 조성물중 중합체 결합제의 양은 잉크 조성물의 총 중량%의 약 1중량% 내지 약 3중량%일 수 있다. 다른 예에서, 중합체 결합제의 양은 약 1.7중량% 내지 약 2.0중량%이다. 상기 언급된 바와 같이, 착색제 로딩 및 중합체 결합제 로딩은 잉크 조성물중 총 (높은) 고형분 함량이 잉크 조성물의 총 중량%의 약 4.5중량% 내지 약 9.0중량%가 되도록 선택될 수 있다. 높은 고형분 함량이 이용되는 경우, 생성되는 인쇄된 이미지는 바람직한 광학 밀도 및 바람직한 내구성을 나타낼 수 있다.
한 예에서, 본원에 개시된 잉크 조성물에 사용되는 결합제는 디이소시아네이트와 셋 이상의 디올의 중합으로부터 형성되는 폴리우레탄 공중합체 결합제이다. 한 예에서, 셋 이상의 디올은 친수성 안정화 기를 함유하는 제 1 디올, 및 2개의 하이드록실기 사이의 주쇄에 8개 미만의 원자를 갖는 하나 이상의 제 2 디올[이는 짧고 단단한 구획(아래 화학식 X에 도시됨)의 형성을 야기함]을 포함한다. 다른 예에서, 셋 이상의 디올은 제 1 디올, 제 2 디올, 및 화학식 OH-R-OH(여기에서, R은 폴리에터, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-코-폴리에스터 및 아크릴로 이루어진 군으로부터 선택됨)를 갖는 제 3 디올을 포함한다. 또 다른 예에서, 셋 이상의 디올은 제 1 디올, 제 2 디올 및 화학식 OH-R4-OH(여기에서, "R4"는 아래 화학식 X에서 정의됨)를 갖는 제 3 디올을 포함한다. 예로서, R4는 C1-C7 알킬, 또는 C6-C40 아릴, 또는 C1-C10 알킬에 의해 치환된 C9-C40 아릴일 수 있다. 각 디올의 예는 아래에 제공된다.
본원에 개시되는 예에서, 폴리우레탄 공중합체 결합제는 이소시아네이트와 디올의 반응으로부터 형성되고, 따라서 경질 구획과 연질 구획을 포함한다. 경질 구획은 2개의 인접한 카바메이트기 사이에서 이들 둘을 포함하는 구획이다. 연질 구획은 고분자량 디올 또는 폴리올로부터 형성된다. 연질 구획은 이동성이고, 코일 형상으로 존재할 수 있다. 한 중합체 쇄 상의 우레탄기는 이웃한 중합체 쇄 상의 동일하거나 유사한 기와 수소 결합을 형성하여, 폴리우레탄 망상조직을 형성한다. 많은 경우, 연질 연속 상은 폴리우레탄 망상조직에서 경질 반결정질 영역을 둘러싼다.
폴리우레탄에서, 경질 구획은 연질 구획에 공유 결합된다. 경질 구획 및 연질 구획의 조정은 목적하는 탄성 및 인성 수준을 갖는 폴리우레탄 공중합체를 제공할 수 있다. 다수의 폴리우레탄에서는, 이온화가능한 기가 경질 구획 내로 혼입되어 폴리우레탄을 수 분산성으로 만든다. 그러나, 이온화가능한 기는 분자내 수소 결합을 방해할 수 있고, 따라서 본원에 개시되는 예에서 이온화가능한 기는 생성되는 폴리우레탄 공중합체의 짧은 경질 구획(예컨대 아래 화학식 X 참조) 내에 포함되지 않는다. 이는 폴리우레탄 공중합체를 강화시킨다. 이온화가능한 기를 짧은 경질 구획으로부터 분리하면, 반결정질 영역 형성에 필요한 시간을 감소시키면서(이는 다시 건조 시간을 감소시킴) 산 함량을 더욱 우수하게 제어할 수 있다.
본원에 개시된 예에서, 이소시아네이트 대 디올의 비는 1:1보다 크다. 한 예에서, 이소시아네이트 대 디올의 비는 약 1.05;1 내지 약 1.5:1이다.
한 예에서, 폴리우레탄 공중합체 결합제는 하기 화학식 VII의 구조를 갖는다:
[화학식 VII]
Figure pct00007
상기 식에서, Q1, Q2 및 Q3은 각각, Q1, Q2 및 Q3이 하나 이상의 VIII, 하나 이상의 IX 및 하나 이상의 X을 함유하는 한, 하기 화학식 VIII 내지 X으로부터 독립적으로 선택된다:
[화학식 VIII]
Figure pct00008
[화학식 IX]
Figure pct00009
[화학식 X]
Figure pct00010
화학식 VIII, IX 및/또는 X에서는, 아래 내용이 적용될 수 있다:
● 각 R1은 C1-C20 알킬, C3-C20 치환된 알킬, C3-C10 사이클로알킬, C3-C20 치환된 사이클로알킬, 또는 C6-C40 아릴 또는 디이소시아네이트로부터의 C9-C40 치환된 아릴이고;
● 각 R2는 독립적으로 C3-C20 치환된 알킬, C3-C20 치환된 사이클로알킬 또는 C9-C40 치환된 아릴이고;
● 각 R3은 독립적으로 C9-C20 알킬, C1-C10 알킬 또는 C6-C15 아릴에 의해 치환된 C9-C20 알킬, C9-C40 아릴, C1-C10 또는 C6-C20 아릴에 의해 치환된 C9-C40 아릴, 또는 -(R11-O-R10-O-R11)-이거나; 또는 HO-R3-OH는 폴리에터, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-코-폴리에스터 또는 아크릴을 혼입하는 디올이며;
● 각각의 R4는 독립적으로 C1-C7 알킬, C1-C10 알킬 또는 C6-C15 아릴에 의해 치환된 C3-C20 알킬, C6-C40 아릴, C1-C10 알킬 또는 C6-C20 아릴에 의해 치환된 C9-C40 아릴이나, 단 화학식 IV에서 두 산소 원자를 연결하는 쇄를 형성하는 R4 상의 주쇄 원자는 8개 미만이며;
● n, m 및 p는 1 내지 200의 정수이고;
● 캡핑제는 R5CHR6OH, R5CHR6SH, R6R7NH, H-(OR8)q-OH 및 에폭사이드 CH2OCR6R7로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 일원이고;
● 각각의 R5는 H, C1-C20 알킬, C1-C10 알킬 또는 C6-C15 아릴에 의해 치환된 C3-C20 알킬, C6-C40 아릴, C1-C10 알킬 또는 C6-C20 아릴에 의해 치환된 C9-C40 아릴이고;
● 각 R6은 H, C1-C20 알킬, C6-C40 아릴 또는 -R9OR8이고;
● 각 R7은 H, -R9OR8, C1-C20 알킬, C1-C10 알킬 또는 C6-C15 아릴에 의해 치환된 C3-C20 알킬, C6-C40 아릴, C1-C10 알킬 또는 C6-C20 아릴에 의해 치환된 C9-C40 아릴이나, 단 R6이 H인 경우 R7은 H가 아니며;
● R6 및 R7은 질소 원자와 함께 취하여 환상 아민 또는 이 환상 아민 상의 C 원자를 O 또는 S 원자로 대체한 치환된 환상 아민을 형성할 수 있으며;
● 각 R8은 C1-C20 알킬 또는 C6-C20 아릴이고;
● 각 R9는 C1-C20 알킬, C1-C10 알킬 또는 C6-C15 아릴에 의해 치환된 C3-C20 알킬이고;
● 각 R10은 독립적으로 C4-C20 알킬, C1-C10 알킬 또는 C6-C15 아릴에 의해 치환된 C4-C20 알킬, C9-C40 아릴, C1-C10 알킬 또는 C6-C20 아릴에 의해 치환된 C9-C40 아릴이고;
● 각 R11은 독립적으로 C1-C20 알킬, C1-C10 알킬 또는 C6-C15 아릴에 의해 치환된 C4-C20 알킬이며;
● q는 1 내지 20의 정수이다.
본원에 개시된 예에서, 이소시아네이트는 디이소시아네이트이다. 적합한 디이소시아네이트는 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트(TMDI), 2,4-톨루엔 디이소시아네이트(2,4-TDI), 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(2,6-TDI), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI), 4,4-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI), 3,3'-디메틸-4,4'-비페닐 디이소시아네이트(TODI), 도데칸 디이소시아네이트(C12DI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), m-테트라메틸렌 자일릴렌 디이소시아네이트(TMXDI), 1,4-벤젠 디이소시아네이트, 트랜스-사이클로헥산-1,4-디이소시아네이트 및 4,6-자일릴렌 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
친수성 안정화 기를 포함하고 궁극적으로 화학식 VIII의 단량체의 일부를 형성하는 제 1 디올의 몇몇 예는 디메틸올 아세트산, 2,2'-디메틸올 부탄산, 2,2'-디메틸올 프로피온산(DMPA) 및 2,2'-디메틸올 부티르산을 포함한다.
2개의 하이드록실기 사이의 주쇄에 8개 미만의 원자를 갖고 궁극적으로 화학식 X의 단량체의 일부를 형성하는 제 2 디올의 몇몇 예는 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 에틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,2-헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 2-메틸-1,3-프로판디올, 3-메틸-1,5-펜탄 디올 및 이들의 조합을 포함한다.
포함되는 경우, 제 3 디올의 예는 소수성 구획을 갖고 궁극적으로 화학식 IX의 단량체의 일부를 형성한다. 이 제 3 디올의 몇몇 예는 화학식 OH-R-OH을 갖고, 이 때 R은 폴리에터, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트-코-폴리에스터 및 아크릴로 이루어진 군으로부터 선택된다. 제 3 디올의 다른 예는 화학식 OH-R4-OH를 갖는다. R4는 C1-C7 알킬, 또는 C6-C40 아릴, 또는 C1-C10 알킬에 의해 치환된 C9-C40 아릴 같은 앞서 주어진 임의의 예일 수 있다.
이소시아네이트와 셋 이상의 디올을 반응시키는 임의의 적합한 방법을 이용하여 폴리우레탄 공중합체를 형성시킬 수 있다. 중합을 종결시키는 것이 바람직한 경우, 이미 언급된 캡핑제를 첨가할 수 있다. 사용되는 캡핑제의 양은 선중합체중 미반응 이소시아네이트기에 대략 상응해야 한다. 쇄 종결제중 아민기로부터의 활성 수소 대 선중합체중 이소시아네이트기의 비는 당량 기준으로 약 1.0:1 내지 약 1.2:1, 또는 약 1.0:1.1 내지 약 1.1:1, 또는 약 1.0:1.05 내지 약 1.1:1이다.
최종 폴리우레탄 공중합체 결합제에서, 제 2 디올의 몰 백분율은 폴리우레탄 공중합체 결합제중 디올 단량체의 총 몰 백분율의 30% 이상이다. 폴리우레탄 공중합체 결합제의 산가는 50 내지 70이고, 폴리우레탄 공중합체의 수평균(Mn) 분자량은 약 3,500 내지 약 10,000이다. 다른 예에서, 폴리우레탄 공중합체 결합제의 Mn은 약 5,000 내지 약 8,500이다.
상기 언급한 바와 같이, 중합체 결합제는 아크릴레이트 유형의 중합체일 수 있다. 적합한 아크릴레이트 중합체는 약 2000 내지 약 200,000의 분자량, 약 30 내지 약 180의 산가를 갖는 중합체로 구성될 수 있다. 적합한 단량체의 일부 예는 아크릴산, 메타크릴산, 및 아크릴산 및 메타크릴산의 에스터를 포함한다.
아크릴레이트 유형의 중합체 결합제 또는 폴리우레탄 공중합체 결합제를 사용하는 경우, 보조 용매(들)는 잉크 조성물 전체에 결합제를 바람직하게 분산시키도록 선택될 수 있음을 알아야 한다.
본원에 개시된 임의의 예에서, 조성물의 나머지(100중량%가 되도록 하는)는 물이다.
잉크 조성물의 예의 pH는 통상 약 7 내지 약 11이다. 잉크 조성물이 7 내지 12의 염기성 pH를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 생성되는 잉크 조성물의 초기 pH가 산성, 중성 또는 중성에 가까운 염기성(예를 들어, 7.1 내지 8의 pH를 가짐)인 경우, 생성되는 잉크 조성물의 pH를 염기성 또는 더욱 염기성 pH로 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 첨가되는 염기가 잉크 조성물의 다른 바람직한 특성을 방해하지 않는 한, 임의의 적합한 염기를 첨가하여 pH를 조정할 수 있다. 적합한 염기의 일부 예는 NaOH 또는 KOH를 포함한다. 첨가되는 염기의 양은 적어도 부분적으로 잉크 조성물의 초기 pH 및 잉크 조성물의 목적하는 최종 pH에 따라 달라진다. 하나의 예에서, pH는 약 9 내지 약 10으로 조정되며, 이 pH가 수득될 때까지 적합한 양의 염기를 첨가한다.
또한, 본원에 개시되는 잉크 조성물은 약 2kHz 내지 약 36kHz의 소적 빈도를 갖는 임의의 잉크젯 인쇄 시스템에 특히 적합할 수 있음을 알아야 한다. 고속 인쇄의 예에서, 소적 빈도는 약 24kHz 내지 약 36kHz에 이를 수 있다. 잉크젯 인쇄 시스템은 열 또는 압전일 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 인쇄 카트리지가 (10)에 대략적으로 도시되어 있다. 인쇄 카트리지(10)는 본원에 개시된 잉크 조성물(20)의 예를 함유하는 저장고(14)에 작동가능하게 연결되는 하우징(12)(이는 하나 이상의 상이한 물질 층을 포함할 수 있음)을 포함한다. 유체 경로/잉크 채널(24)은 저장고(14)를 유체 발사기(16)로 연결한다. 열 잉크젯 인쇄 카트리지에서, 유체 발사기(16)는 열을 형성시켜 잉크 조성물(20)을 기화시키는 가열 요소이고, 이는 잉크 조성물(20)을 [소적(22)의 형태로] 유체 발사기(16)와 정렬된 노즐(18)의 구멍(26) 밖으로 밀도록 팽창하는 기포를 형성한다. 단일 유체 발사기(16) 및 노즐(18)이 도시되어 있지만, 단일 인쇄 카트리지(10)가 다수개(예를 들어, 400개 또는 일부 다른 바람직한 수)의 유체 발사기(16) 및 노즐(18)을 포함할 수 있음을 알아야 한다. 도시되지는 않았으나, 바람직한 유체 발사기(들)(16) 및 노즐(들)(18)로부터 잉크 소적(22)을 발사하여 바람직한 매질 상에 이미지를 생성시키기 위하여, 인쇄 카트리지(10)는 신호(예를 들어, 적합한 컴퓨터 판독 명령을 구동시킬 수 있는 프로세서로부터의)를 상기 유체 발사기(들)(16) 및 노즐(들)(18)로 연결하는 집적 회로를 포함함을 알아야 한다.
인쇄 카트리지(10)는 단일 노즐로 도시되고, 단일 인쇄 카트리지가 다수개의 노즐을 포함함을 알아야 한다. 페이지 폭의 어레이를 포함하는 고속 잉크젯 인쇄 시스템에 포함되는 경우, 각각 1,000개 이상의 노즐을 포함하는 수 개의 인쇄 카트리지(10)(즉, 다이)가 함께 배열됨을 알아야 한다. 도시되지는 않았지만, 고속 잉크젯 인쇄 시스템은 또한 자동화된 써비스 스테이션을 포함할 수 있음을 알아야 한다. 이 써비스 스테이션은 인쇄 카트리지(10)가 자동적으로 캡핑, 디캡핑, 및 시스템 중단 시간을 최소로 하면서 세정되도록 프로그래밍될 수 있다. 이는 또한 향상된 인쇄 품질에도 기여한다.
상기 언급한 바와 같이, 잉크 조성물(20)중 계면활성제 시스템의 예는 노즐(18)의 구멍(26)에서 공기와 잉크 조성물(20) 사이의 계면(I)에서 캡핑 없이 사용되지 않는 동안 증발 방지 층을 형성함으로써 잉크 조성물(20)로부터의 물의 증발을 감소시킨다.
이제 도 2를 참조하면, 본원에 따른 잉크 조성물(20)의 디캡 성능을 개선하는 방법의 일례가 (200)에 개략적으로 도시된다. 이 방법(200)은 참조 번호(202)로 보여지는 바와 같이 계면활성제 시스템을 선택함을 포함한다. 계면활성제 시스템은 산(올레산, 리놀레산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산 및 이들의 조합); 리튬; 및 리튬과 상호작용하는 친수성 헤드 기 및 계면활성제 시스템에 의해 형성되는 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않는 소수성 꼬리부를 포함하는 비이온성 계면활성제로 이루어진다. 앞서 기재된 바와 같이, 선택되는 비이온성 계면활성제는 임의의 에틸렌옥시기를 포함하지 않는다. 참조 번호(204)로 도시되는 바와 같이, 방법(200)은 착색제, 보조 용매 및 물을 포함하는 혼합물 내로 선택된 계면활성제 시스템을 혼입함을 추가로 포함한다.
본원을 추가로 예시하기 위하여, 실시예를 본원에 제공한다. 이들 실시예는 예시 목적으로 제공되며 본원의 영역을 한정하는 것으로 간주되어서는 안됨을 알아야 한다.
실시예
본원에 개시된 계면활성제 시스템의 예를 포함하는 24개의 실시예 잉크(잉크 1 내지 20, 22, 23, 28 및 29)를 제조하였다. 5개의 대조용 잉크(잉크 21 및 24 내지 27)도 제조하였다. 계면활성제 시스템을 갖지 않는 하나의 대조용 잉크(잉크 30)도 제조하였다.
실시예 잉크 및 대조예 잉크 각각에서, 착색제는 자가-분산 카본 블랙 분산액(C K)이었고, 보조 용매는 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리딘온(HE2P) 및 2-피롤리딘온(2P)이었으며, 중합체 결합제는 폴리우레탄(PU) 분산액(설폰란중 폴리우레탄 공중합체 결합제의 예를 포함함)이었다. 대조용 잉크 21 및 24 내지 27, 및 잉크 20, 22, 23, 28 및 29중의 폴리우레탄 공중합체 결합제는 이소포론 디이소시아네이트(IPDI)와 1,3-프로판디올, 하이드로퀴논 비스(2-하이드록시에틸)에터(HQEE) 및 디메틸올 프로피온산(DMPA)의 반응으로부터 형성되었다. 대조용 잉크 30 및 잉크 1 내지 19중 폴리우레탄 공중합체 결합제는 이소포론 디이소시아네이트(IPDI)와 1,3-프로판디올, 1,2-프로판디올 및 디메틸올 프로피온산(DMPA)의 반응으로부터 제조되었다.
실시예 잉크중 일부(20, 22, 23, 28 및 29) 및 대조예 잉크중 일부(21 및 24 내지 27)에서는, 자가-분산 카본 블랙 분산액과 폴리우레탄 분산액을 블렌딩하고, 임의의 용매를 제거한 후, 잉크 또는 대조용 잉크 조성물에 첨가하였다. 이로써, 이들 잉크 및 대조용 잉크는 설폴란을 포함하지 않는다. 다른 실시예 잉크 및 대조용 잉크(30)에서는, 폴리우레탄 분산액을 잉크 조성물에 첨가하고, 따라서 최종 조성물은 설폴란을 포함하였는데, 이 설폴란중 적어도 일부는 폴리우레탄 분산액으로부터 유래하였다(표 1에 도시된 바와 같음).
실시예 잉크중 계면활성제 시스템은 도데칸산(DA, 산으로서), 리튬(Li), 및 본원에 제공되는 비이온성 계면활성제중 하나 또는 이들의 조합을 포함하였다. 대조용 잉크 각각의 계면활성제 시스템은 도데칸산, 리튬, 및 적어도 에틸렌옥시기를 포함하는 계면활성제를 포함하였다.
잉크 및 대조용 잉크의 배합물이 표 1에 표시된다. 잉크 및 대조용 잉크에 사용되는 비이온성 계면활성제 및 양도 표 1의 "계면활성제 시스템"이라는 명칭의 란에 구체적으로 기재되며, 여기에는 각 비이온성 계면활성제(NI Surf) 명칭 및 비이온성 계면활성제의 중량%가 제공된다. 나머지량은 물이었다. 잉크 및 대조용 잉크 각각의 pH는 8 내지 11이었다.
잉크 HE2P
중량%		 2P
중량%		 C K
중량%		 PU
중량%		 설폴란
중량%		 DA
중량%		 Li
ppm		 계면활성제 시스템
NI Surf 명칭(중량%)
잉크 1 12.0 6.0 4.5 1.7 4.0 0.18 205 설피놀® 104 (0.05)
잉크 2 12.0 6.0 4.5 1.7 3.7 0.18 205 설피놀® 104 (0.05)
잉크 3 12.0 6.0 4.4 1.9 1.9 0.18 205 설파돈® LP 100 (0.05)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 4 12.0 6.0 4.4 1.9 1.9 0.18 205 라우릴 알콜 (0.1)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 5 12.0 6.0 4.4 1.9 1.9 0.18 205 올레일 알콜 (0.1)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 6 12.0 6.0 4.4 1.9 1.9 0.18 205 스테아릴 알콜 (0.1)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 7 12.0 6.0 4.4 1.9 1.9 0.18 205 디이소프로필 타르트레이트 (0.1)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 8 12.0 6.0 4.4 1.9 1.9 0.18 205 디벤질 타르트레이트 (0.1)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 9 12.0 6.0 4.4 1.9 1.9 0.18 205 디부틸 타르트레이트 (0.1)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 10 12.0 8.0 4.4 1.7 1.7 0.18 205 라우릴 알콜 (0.1)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 11 12.0 8.0 4.4 1.7 1.7 0.18 205 라우릴 알콜 (0.05)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 12 12.0 8.0 4.4 1.7 1.7 0.18 205 라우릴 알콜 (0.02)
설파돈® LP 100 (0.03)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 13 12.0 8.0 4.4 1.7 1.7 0.18 205 라우릴 알콜 (0.03)
설파돈® LP 100 (0.02)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 14 12.0 6.0 4.4 1.9 1.9 0.18 205 라우릴 알콜 (0.1)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 15 12.0 8.0 4.4 1.7 1.7 0.18 205 올레일 알콜 (0.1)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 16 12.0 8.0 4.4 1.7 1.7 0.18 205 올레일 알콜 (0.05)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 17 12.0 8.0 4.4 1.7 1.7 0.18 205 올레일 알콜 (0.05)
설파돈® LP 100 (0.05)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 18 12.0 8.0 4.4 1.7 1.7 0.18 205 올레일 알콜 (0.02)
설파돈® LP 100 (0.03)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 19 12.0 6.0 4.4 1.9 1.9 0.18 205 올레일 알콜 (0.1)
설피놀® 104 (0.05)
잉크 20 12.0 6.0 4.5 2.0 없음 0.36 94 설피놀® 104 (0.25)
대조용 잉크 21 12.0 6.0 4.5 2.0 없음 0.36 94 설피놀® 465* (0.2)
설피놀® 104 (0.2)
잉크 22 12.0 6.0 4.5 2.0 없음 0.36 94 설파돈® LP 100 (0.25)
잉크 23 12.0 6.0 4.5 2.0 없음 0.36 94 설피놀® 104 (0.25)
대조용 잉크 24 12.0 6.0 4.5 2.0 없음 0.36 94 설피놀® 420* (0.25)
Figure pct00011
실시예 잉크 및 대조용 잉크 각각의 표면 장력을 측정하였다. 결과가 표 2에 기재된다. 크루스(Kruss) 표면 장력계 K11 상에서 윌헬미(Wilhelmy) 플레이트 방법을 이용하여 표면 장력을 측정하였다.
실시예 잉크 및 대조용 잉크의 디캡 성능을 평가하였다. 이 실시예에 사용되는 인쇄 시스템은 페이지 상에 소적을 방출한다(인쇄 청결을 유지하기 위하여)("스핏 온 페이지"(SoP)). 잉크 및 대조용 잉크를 HP 940 카트리지 내로 채우고, HP 오피스젯 프로(OfficeJet Pro) 8000 씨리즈 프린터를 이용하여 노즐 체크 패턴을 인쇄하였다. 시험을 개시하기 직전에, 노즐을 준비하였고, 노즐 체크 패턴을 실행하여 모든 노즐이 허용가능하게 발사되고 있는지를 확인하였다. 페이지를 가로지르는 각 스캐닝 동안, 펜은 약 1/16인치 떨어진 151개의 수직선(초기 0초 기준선 포함)의 패턴을 인쇄한다. 하나의 소적을 발사하는 모든 노즐에 의해 수직선을 형성시켰다. 이로써, 각 선은 소적 하나의 폭 및 약 7/8인치의 높이를 가졌다(이는 인쇄 헤드 상의 노즐 어레이의 길이에 상응함). 각 스캐닝시 제 1 수직선은 대기 시간 없이 각 노즐로부터 발사된 최초의 소적이고, 제 2 선은 약 4초의 디캡 시간 후에 인쇄되며, 제 3 선은 추가적인 4초의 디캡 시간 후에 인쇄되고, 151개의 선 모두에 대해 이렇게 수행되었다. "불량한" 디캡은 대부분의 노즐이 빠지거나 잘못 발사됨을 나타내는 반면, "우수한" 디캡은 151개의 선 모두에서 노즐이 적절하게 발사함을 나타낸다.
잉크 표면 장력(다인/cm) 디캡
잉크 1 36.8 우수
잉크 2 37.3 우수
잉크 3 35.7 우수
잉크 4 23.1 우수
잉크 5 29.3 우수
잉크 6 36.8 우수
잉크 7 36.6 우수
잉크 8 39.8 우수
잉크 9 37.1 우수
잉크 10 23.8 우수
잉크 11 26.1 우수
잉크 12 34.3 우수
잉크 13 32.6 우수
잉크 14 23.5 우수
잉크 15 29.8 우수
잉크 16 30.2 우수
잉크 17 29.9 우수
잉크 18 34.1 우수
잉크 19 29.4 우수
잉크 20 30.1 우수
대조용 잉크 21 30.6 불량
잉크 22 33.6 우수
잉크 23 29.4 우수
대조용 잉크 24 30.2 불량
대조용 잉크 25 31.8 불량
대조용 잉크 26 36.3 불량
대조용 잉크 27 39.3 불량
잉크 28 32.2 우수
잉크 29 31.2 우수
잉크 30 44.2 우수
도 2에 기재된 표면 장력 결과는 본원에 개시된 예시적인 계면활성제 시스템(임의의 에틸렌옥시기를 갖지 않음)을 포함하는 잉크의 표면 장력이 에틸렌옥시기를 갖는 계면활성제를 포함하는 대조용 계면활성제 시스템에 필적할만하고, 몇몇 경우에는 더 낮음을 보여준다. 어떠한 계면활성제 시스템도 갖지 않는 대조용 잉크(30)의 표면 장력이 가장 높았다.
도 2에 도시된 디캡 결과는 에틸렌옥시기를 포함하는 계면활성제가 포함되는 경우, 디캡 성능이 유해하게 영향을 받음을 보여준다. 대조적으로, 에틸렌옥시기를 포함하지 않는 본원에 개시된 계면활성제 시스템의 상이한 예를 포함하는 다양한 실시예 잉크는 우수한 디캡 성능을 나타낸다.
대조용 잉크(30)(계면활성제 시스템을 갖지 않음)는 우수한 디캡을 나타내기는 했지만, 표면 장력이 바람직하지 못하게 높았다. 또한, 대조용 잉크(30)(계면활성제 시스템을 갖지 않음)는 또한 불량한 노즐 청결을 가졌고 노즐이 사용 후 더러운 것으로 관찰되었다. 이로써, 본원에 개시된 계면활성제 시스템 없이는, SoP 디캡과 다른 인쇄 특징(예컨대, 펜/노즐 습윤, 건조 시간, 인쇄 품질 등) 사이에서 트레이드오프(tradeoff)가 이루어져야 한다.
명세서 전체에 걸쳐 "하나의 예", "다른 예", "한 예" 등의 인용은 예와 관련하여 기재된 특정 요소(예컨대, 특색, 구조 및/또는 특징)가 본원에 기재된 하나 이상의 예에 포함되고 다른 예에 존재하거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한, 임의의 예에 대해 기재된 요소는 문맥상 명백하게 달리 해석되지 않는 한 다양한 예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있음을 알아야 한다.
본원에 제공되는 범위는 언급된 범위 및 언급된 범위 내의 임의의 값 또는 더 작은 범위를 포함함을 알아야 한다. 예를 들어, 50ppm 내지 약 400ppm의 범위는 50ppm 내지 약 400ppm의 명시적으로 인용된 한도뿐만 아니라 53ppm, 104.25ppm, 350ppm 등과 같은 개별적인 값 및 약 150ppm 내지 약 375ppm, 125ppm 내지 약 300ppm 등과 같은 더 작은 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 하나의 값을 기재하기 위하여 "약" 또는 "실질적으로"가 사용되는 경우, 이는 언급된 값에서 약간 변하는 값(+/-10% 이하)을 포괄하는 의미이다.
본원에 개시된 예를 기재 및 특허청구함에 있어서, 단수형은 문맥상 명백하게 달리 해석되지 않는 한 복수개의 인용물을 포함한다.
몇 가지 예를 상세하게 기재하였으나, 개시된 예는 변형될 수 있음을 알아야 한다. 그러므로, 전술한 기재내용은 비한정적인 것으로 생각되어야 한다.

Claims (15)

  1. 착색제;
    보조 용매;
    올레산, 리놀레산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산; 리튬; 및 리튬과 상호작용하는 친수성 헤드 기(head group) 및 계면활성제 시스템에 의해 형성되는 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않는 소수성 꼬리부(tail)를 포함하고 에틸렌옥시기를 갖지 않는 비이온성 계면활성제로 이루어진 계면활성제 시스템; 및
    물
    을 포함하는 잉크 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비이온성 계면활성제가 아세틸렌 디올, 비스-타르트레이트 에스터, 1,2-헥산디올, 모노 알콜, N-알킬피롤리딘온 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 잉크 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비스-타르트레이트 에스터가 디부틸 타르트레이트, 디벤질 타르트레이트 및 디이소프로필 타르트레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는, 잉크 조성물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 모노 알콜이 라우릴 알콜, 올레일 알콜, 스테아릴 알콜 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 잉크 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계면활성제 시스템이 리튬 및 하기중 하나로 구성되는, 잉크 조성물:
    도데칸산 및 아세틸렌 디올;
    도데칸산, 아세틸렌 디올, 및 라우릴 알콜, 올레일 알콜 및 스테아릴 알콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 모노 알콜;
    도데칸산, 아세틸렌 디올, 및 디부틸 타르트레이트, 디벤질 타르트레이트 및 디이소프로필 타르트레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 비스-타르트레이트 에스터;
    도데칸산, 아세틸렌 디올 및 N-알킬피롤리딘온;
    도데칸산, 아세틸렌 디올, N-알킬피롤리딘온, 및 라우릴 알콜, 올레일 알콜 및 스테아릴 알콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 모노 알콜; 또는
    도데칸산 및 N-알킬피롤리딘온.
  6. 제 1 항에 있어서,
    리튬 외에는 증발 방지 층을 형성시키는 알칼리 금속 염을 갖지 않는 잉크 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크 조성물의 pH가 약 7 내지 약 11인, 잉크 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 착색제가 자가-분산되는 안료, 중합체 분산되는 안료, 염료 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 잉크 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 용매가 2-피롤리딘온; 설폴란; 디에틸렌글리콜 디메틸 에터; 1-(2-하이드록시에틸)-2-피롤리딘온; 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜; 트리프로필렌글리콜; 테트라에틸렌 글리콜; 1-(2-하이드록시에틸)-2-이미다졸리딘온; 디-(2-하이드록시에틸)-5,5-디메틸히단토인; 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에터; 테트라글라임; 글리세롤 폴리옥시에틸 에터; 2-메틸-1,3-프로판디올; 2-에틸-2-(하이드록시메틸)-1,3-프로판디올; 글리세롤디프로필렌글리콜; 3-메틸-1,3-부탄디올; 3-메틸-1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 1,5-펜탄디올; 및 이들의 조합을 포함하는, 잉크 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    살생물제, 폴리우레탄 결합제, 아크릴레이트 중합체 결합제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는 잉크 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 결합제가, 친수성 안정화 기를 함유하는 제 1 디올 및 2개의 하이드록실기 사이의 주쇄에 8개 미만의 원자를 갖는 제 2 디올을 포함하는 셋 이상의 디올과 디이소시아네이트의 중합으로부터 형성되는 폴리우레탄 공중합체 결합제이고,
    상기 제 2 디올의 몰 백분율이 폴리우레탄 공중합체 결합제중 디올 단량체의 총 몰 백분율의 30% 이상이고,
    상기 폴리우레탄 공중합체의 산가가 50 내지 70인, 잉크 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 착색제가 약 2중량 내지 약 7중량%의 양으로 존재하고; 상기 보조 용매가 약 10중량% 내지 약 30중량%의 양으로 존재하며; 상기 산이 약 0.03중량% 내지 약 1.0중량%의 양으로 존재하고; 상기 비이온성 계면활성제가 약 0.01중량% 내지 약 0.3중량%의 양으로 존재하고; 상기 리튬이 약 50ppm 내지 약 400ppm의 양으로 존재하고; 상기 조성물의 나머지량이 물인, 잉크 조성물.
  13. 유체 저장고;
    상기 유체 저장고와 유체 연통되는 유체 발사기(ejector);
    상기 유체 발사기와 유체 연통되는 노즐;
    상기 유체 저장고에 존재하는 잉크 조성물;
    상기 노즐의 구멍(orifice)에서 공기와 잉크 조성물 사이의 계면에 존재하는 증발 방지 층
    을 포함하는 인쇄 카트리지로서, 이 때
    상기 잉크 조성물이 착색제; 보조 용매; 올레산, 리놀레산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산, 리튬, 및 리튬과 상호작용하는 친수성 헤드 기 및 계면활성제 시스템에 의해 형성되는 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않는 소수성 꼬리부를 포함하고 에틸렌옥시기를 갖지 않는 비이온성 계면활성제로 이루어진 계면활성제 시스템; 및 물을 포함하고,
    상기 증발 방지 층이, 캡핑 없는 미사용 상태 동안 형성됨으로써 잉크 조성물로부터의 물의 증발을 감소시키는, 인쇄 카트리지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 계면활성제 시스템이 리튬 및 하기중 하나로 구성되는, 인쇄 카트리지:
    도데칸산 및 아세틸렌 디올;
    도데칸산, 아세틸렌 디올, 및 라우릴 알콜, 올레일 알콜 및 스테아릴 알콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 모노 알콜;
    도데칸산, 아세틸렌 디올, 및 디부틸 타르트레이트, 디벤질 타르트레이트 및 디이소프로필 타르트레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 비스-타르트레이트 에스터;
    도데칸산, 아세틸렌 디올 및 N-알킬피롤리딘온;
    도데칸산, 아세틸렌 디올, N-알킬피롤리딘온, 및 라우릴 알콜, 올레일 알콜 및 스테아릴 알콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 모노 알콜; 또는
    도데칸산 및 N-알킬피롤리딘온.
  15. 올레산, 리놀레산, 운데칸산, 도데칸산, 트리데칸산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 산; 리튬; 및 리튬과 상호작용하는 친수성 헤드 기 및 계면활성제 시스템에 의해 형성되는 증발 방지 층의 형성을 입체적으로 방해하지 않는 소수성 꼬리부를 포함하고 에틸렌옥시기를 갖지 않는 비이온성 계면활성제로 이루어진 계면활성제 시스템을 선택하고;
    선택된 계면활성제 시스템을, 착색제, 보조 용매 및 물을 포함하는 혼합물에 혼입시킴
    을 포함하는, 잉크 조성물의 디캡(decap)을 개선하는 방법.
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