KR20190022302A

KR20190022302A - 컬러 입자를 포함하는 마이크로 캡슐 및 이를 포함하는 인쇄 매체.

Info

Publication number: KR20190022302A
Application number: KR1020180067835A
Authority: KR
Inventors: 주재현; 한승훈; 류지영
Original assignee: 주식회사 나노브릭
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2019-03-06
Also published as: CN112105348A; EP3806830B1; WO2019238855A1; EP3806830A1; JP2021526664A; US20210189139A1

Abstract

본 발명은 투명한 캡슐 벽 재료로 이루어진 마이크로 캡슐로서, 상기 마이크로 캡슐 내에 컬러 자성 안료 입자 또는 컬러 안료 입자 중에서 선택되는 컬러 입자, 자기 색 가변 입자 및 용매가 함유됨으로써 종래의 마이크로 캡슐에 비해 구조색 발현 효과가 우수하며 풀컬러를 구현할 수 있어 인쇄매체로 활용할 수 있는 효과를 나타낸다.

Description

컬러 입자를 포함하는 마이크로 캡슐 및 이를 포함하는 인쇄 매체.{MICROCAPSULE COMPRSING COLOR PARTICLES AND PRINTED ARTICLES HAVING THE SAME}

본 발명은 컬러 자성 안료 입자 또는 컬러 안료 입자 중에서 선택되는 컬러 입자를 포함하는 마이크로 캡슐 및 이를 포함하는 인쇄 매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 외력에 의해 캡슐 내부에 포함되는 컬러 자성 안료 입자가 편향되거나 캡슐 내부에 포함되는 자기 색 가변 입자가 재배열되게 함으로써 풀컬러의 구조색을 표현할 수 있는 컬러 자성 안료 입자를 포함하는 마이크로 캡슐 및 이를 포함하는 인쇄 매체에 관한 것이다.

전기장, 자기장, 중력 등의 외력의 인가에 의해 색이 가변되는 소재를 이용한 다양한 정품인증 또는 위조방지용 매체가 개발되고 있다. 이러한 매체는 대한민국 등록특허공보 10-1340360호에서와 같이 인가되는 자기장의 방향 또는 세기에 따라 색이 조절되는 색 가변 물질을 포함하는 색 가변 영역이 적어도 일부분에 형성된 제1 구성부, 및 자기장을 발생시키는 자기장 발생 영역이 적어도 일부분에 형성된 제2 구성부를 포함하여 자기장의 방향이나 세기의 변화에 따라 색 가변 영역의 색이 조절되는 장치를 들 수 있다.

이러한 색 가변 물질의 외력(전기장, 자기장, 중력 등)에 의한 재배열은 색 가변 장치를 구동시키는 가장 핵심적인 원리인데 이를 효율적으로 제어함으로써 원하는 색 가변 효과를 얻을 수 있기 때문에 다양한 설계변경을 통해 보다 효율적인 색 가변 장치를 개발하고 있다.

이러한 색 가변 효과를 일으키기 위하여 자기 색 가변(magnetically color turnable photonic crystal, MTX) 소재가 적용되고 있다. 이러한 자기 색 가변 소재는 입자나 마이크로 캡슐을 포함하는 잉크 형태로 사용되는데 외력에 의해 입자가 재배열되는 광결정의 특성을 이용한 것인데, 이러한 자기 색 가변 입자를 인쇄한 매체에서 해결해야 할 과제는 색 가변에 따른 대비를 크게 하여 시각적 효과를 향상시키는 점이나 풀컬러의 구현을 들 수 있다.

이러한 색 가변 효과를 향상시키기 위하여 출원인은 다양한 개념의 보안 매체를 개발하고 있다. 예를 들어, 특허출원 10-2018-0065206호에서는 관찰각에 따라 색, 패턴, 이미지 및/또는 데이터가 변경되어 나타나도록 함으로써 코드화된 보안정보를 인코딩하는 보안매체를 개시하고 있으며, 특허출원 10-2018-0040206호에서는 자기 색 가변 안료를 포함하는 홀로그램 호일을 이용하여 홀로그램 효과와 색 가변 효과를 동시에 구현하는 보안매체를 개시하고 있다.

이러한 다양한 구조의 보안매체는 색 가변 효과를 구현하는 구조의 최적화를 통해 다양한 보안 용도에 사용할 수 있으나, 풀컬러의 구조색을 발현하는 데에는 한계가 있고 색 대비의 시각적 효과가 불충분한 문제가 여전히 남아있다.

대한민국 등록특허공보 10-1340360호

본 발명은 상기와 같은 종래기술을 감안하여 안출된 것으로, 색 가변 효과를 나타내는 인쇄매체에 있어서, 자기 색 가변 입자와 컬러 자성 안료 입자 또는 컬러 안료 입자 중에서 선택되는 컬러 입자를 포함하는 마이크로 캡슐을 함유하도록 함으로써 외력의 인가에 의한 광 결정 배열 효과와 구조색 발현 효과를 동시에 구현하여 색 대비를 향상시키고 풀컬러의 구현이 가능한 인쇄매체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 상기와 같은 색 대비 효과와 풀컬러 구현 효과를 달성하기 위한 컬러 입자를 포함하는 마이크로 캡슐을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마이크로 캡슐은 투명한 캡슐 벽 재료로 이루어지며, 상기 마이크로 캡슐 내에 컬러 자성 안료 입자 또는 컬러 안료 입자 중에서 선택되는 컬러 입자, 자기 색 가변 입자 및 용매가 함유되는 것을 특징으로 한다.

이러한 마이크로 캡슐은 외력을 인가하는 경우, 상기 컬러 자성 안료 입자는 외력이 인가되는 방향으로 편재되며, 상기 자기 색 가변 입자는 재배열되어 결정 구조를 형성하게 된다.

또한, 상기 마이크로 캡슐은 형광 안료, 시온 안료 중 어느 하나 또는 그 이상을 추가적으로 포함할 수 있고, 광 중합 개시제 또는 열 중합 개시제를 추가적으로 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 인쇄매체는 상기 마이크로 캡슐을 포함하는 것으로서 인쇄용 잉크 또는 적층체일 수 있다.

본 발명에 따른 색 가변 효과를 나타내는 마이크로 캡슐은 자기 색 가변 입자와 컬러 자성 안료 입자 또는 컬러 안료 입자 중에서 선택되는 컬러 입자를 포함함으로써 외력의 인가에 의한 광 결정 배열 효과와 구조색 발현 효과를 동시에 구현하여 색 대비를 향상시키고 풀컬러의 구현하는 효과를 나타낸다.

또한, 상기 마이크로 캡슐을 적용한 인쇄매체를 통해 색 대비 효과가 향상되고 풀컬러를 구현할 수 있으므로 다양한 보안매체 또는 정품인증용 매체에 적용할 수 있는 효과를 나타낸다.

도 1은 MTX 입자를 함유하는 종래의 마이크로 캡슐(a), 컬러 자성 안료 입자를 포함하는 마이크로 캡슐(b), 컬러 안료 입자를 포함하는 마이크로 캡슐(c) 및 블랙 자성 안료 입자를 포함하는 마이크로 캡슐(d)의 색 가변 효과를 나타내는 과정을 도시한 개념도이다.
도 2는 컬러 자성 안료 입자로서 그린 안료를 적용했을 때(a) 및 종래의 마이크로 캡슐(b)의 색 순도를 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 캡슐(좌) 및 종래의 마이크로 캡슐(우)을 적용하여 시트 위에 인쇄했을 때 자기장 인가 전(a), 자기장 인가 후(b), 및 UV 조사에 의한 경화 후(c)의 색 가변 효과를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 캡슐을 인쇄용 잉크에 적용할 경우를 예시한 것으로서, 잉크 카트리지가 장착된 필기도구의 작동원리를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 캡슐을 적용한 보안매체(a), (b)와 종래의 마이크로 캡슐을 적용한 보안매체(b)의 적층 구조를 비교한 단면도이다.
도 6은 광 흡수층의 블랙 정도에 따른 구조색의 발현도를 나타낸 사진이다.
도 7은 마이크로 캡슐 내에 함유되는 블랙 입자의 함량에 따른 구조색의 발현도를 나타낸 사진이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 마이크로 캡슐은 투명한 캡슐 벽 재료로 이루어지며, 상기 마이크로 캡슐 내에 컬러 자성 안료 입자 또는 컬러 안료 입자 중에서 선택되는 컬러 입자, 자기 색 가변 입자 및 용매가 함유되는 것을 특징으로 한다.

이러한 마이크로 캡슐은 외력의 인가에 의해 색 가변 효과를 발생하는데, 이는 도 1에 도시된 바와 같다.

도 1(a)는 종래의 마이크로 캡슐을 나타낸 것으로, 자기 색 가변 입자를 포함하는 것이다. 상기 자기 색 가변 입자는 MTX 입자로도 불리며, 광 결정(photonic crystal)을 형성함으로써 특정 파장의 반사광을 형성함으로써 색 가변 효과를 일으킨다. 자기 색 가변 입자의 광 결정 효과에 의한 결정 구조 형성 만으로 특정 파장의 반사광의 형성되므로 색 가변 효과를 구현할 수 있다.

이에 대하여 본 발명에 따른 마이크로 캡슐은 도 1(b)에서와 같이 컬러 자성 안료 입자가 마이크로 캡슐의 일면에 편재됨으로써 배경색이나 광 흡수색을 구현하게 됨으로써 상기 자기 색 가변 입자의 광 결정 효과에 의한 구조색의 발현도가 높아지게 된다.

즉, 마이크로 캡슐에 외력(자기장)이 인가될 때의 색 가변 효과를 나타낸 개념도로서, 상기 마이크로 캡슐 내에 함유된 용매에 컬러 자성 안료 입자와 자기 색 가변 입자가 무작위로 분산되어 있는 상태에서 상기 마이크로 캡슐의 하부에서 자기장이 인가되면 상기 컬러 자성 안료 입자는 자기장이 인가되는 방향으로 이동하게 되므로 상기 마이크로 입자의 하부에 편재되며, 이와 동시에 상기 자기 색 가변 입자는 광 결정 효과에 의해 일정한 결정 구조를 형성하게 된다.

따라서 본 발명에 따른 마이크로 캡슐은 도 1(b)에서와 같이 컬러 자성 안료 입자가 마이크로 캡슐의 일면에 편재됨으로써 배경색이나 광 흡수색을 구현하게 됨으로써 상기 자기 색 가변 입자의 광 결정 효과에 의한 구조색의 발현도가 높아지게 된다.

또한, 도 1(c)에는 컬러 안료를 포함하는 마이크로 캡슐이 색 가변 효과를 일으키는 과정을 예시하고 있다. 상기 마이크로 캡슐에는 컬러 안료와 자기 색 가변 입자가 무작위로 분포되어 있는데, 외부 자기장이 인가되면 상기 자기 색 가변 입자가 재배열하여 광 결정 구조를 형성하며, 상기 광 결정의 사이로 상기 컬러 안료 입자가 분포하게 된다. 이에 따라, 광 결정 내에 분포하는 컬러 안료 입자의 색 순도가 증가되는 효과를 나타내게 된다.

또한, 도 1(b)에서는 컬러 자성 안료 입자를 포함하고 있으나, 도 1(d)에서는 블랙 자성 안료 입자를 포함하는 경우를 예시하고 있다. 이 경우, 블랙 자성 안료 입자가 마이크로 캡슐의 하부에 편재됨으로써 배경색으로 작용하게 된다. 따라서 자기 색 가변 입자의 배열에 따라 특정 파장의 반사광이 형성되는데, 상기 자기 색 가변 입자의 광 결정 배열은 자기장의 세기에 따라 변경되므로 외부에서 인가되는 자기장을 조절함으로써 목적하는 고유색을 구현할 수 있다. 도 1(d)에서와 같은 마이크로 캡슐은 블랙 자성 안료 입자가 배경색으로 작용하면서 고유색이 구현되기 때문에 자기 색 가변 입자만을 포함하는 마이크로 캡슐에 비하여 구조색의 발현도가 크게 향상되며 색 대비 효과가 증대되게 된다.

상기 자기 색 가변 입자는 나노 입자, 컬러 나노 입자, 컬러 나노 복합체, 또는 상기 나노 입자, 컬러 나노 입자, 컬러 나노 복합체를 포함하는 마이크로 캡슐과 같이 전자기장에 반응하는 입자를 이용하여 이러한 효과를 구현할 수 있다.

본 발명에서는 광 결정 효과를 구현할 수 있는 나노 입자, 컬러 나노 입자, 컬러 나노 복합체를 포함하는 마이크로 캡슐을 적용하고 있는데, 이는 마이크로 캡슐 내에 상기 MTX 입자 외에 컬러 자성 안료 입자 등의 부가적인 성분이 함유되기 때문이다.

상기 컬러 나노 복합체는 나노 복합체 내에 포함된 착색제 입자로 인한 입자의 고유색을 통해 구현될 수 있기 때문에 단색만 구현이 가능한 나노 입자에 비해 색상의 선택폭이 넓은 장점이 있다. 이와 동시에, 전기장 또는 자기장의 외부로부터의 인가에 의해 나노 입자와 마찬가지로 상기 나노 복합체가 재배열되거나 전하 상태가 변함으로써 특정 파장의 광을 투과 또는 반사하여 색상을 구현할 수도 있다. 즉, 상기 컬러 나노 복합체는 입자의 재배열 또는 전하 상태의 변화를 통한 색상 구현을 위해 매우 균일한 입자 크기를 가지며 매질 내의 이동성이 높아 재배열이 용이한 특성을 가져야 한다.

상기 자기 색 가변 입자는 매체에 분산되어 있거나, 전하를 갖는 입자의 형태로 매체에 분산되어 존재할 수 있고, 코어-셀 구조나 멀티 코어-셀 구조로 구성될 수 있다. 이러한 분산을 위하여 상기 자기 색 가변 안료는 입자 크기가 50 내지 1,000㎚, 바람직하게는 100 내지 500㎚, 더욱 바람직하게는 100 내지 300㎚의 범위에서 균일한 크기를 나타내는 것이 바람직하다. 다만, 상기 입자가 착색제를 포함할 때 입자 크기보다는 입자의 균일성이 더 중요한 요인이 될 수 있으므로, 상기 입자 크기의 범위를 벗어날 수도 있다.

또한, 상기 나노 입자는 전도성 입자, 금속 입자, 유기금속 입자, 금속산화물 입자, 자성 입자, 소수성 유기고분자 입자일 수 있고, 외부 에너지의 인가에 의해 입자의 배열, 간격에 규칙성이 부여되는 광 결정 특성을 나타내는 입자일 수 있다. 예를 들면, 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pb), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 아연(Zn), 지르코늄(Zr) 중 어느 하나 또는 그 이상의 금속 또는 이들의 질화물 또는 산화물로 이루어질 수 있다.

또한, 유기물질 나노 입자로서 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 고분자 물질로도 이루어질 수 있으며, 탄화수소기를 갖는 유기화합물에 의하여 표면이 수식된 입자, 카르복실기, 에스테르기, 아실기 중 어느 하나 또는 그 이상을 갖는 유기화합물에 의하여 표면이 수식된 입자, 할로겐 원소를 포함하는 착 화합물에 의하여 표면이 수식된 입자, 아민, 티올, 포스핀을 포함하는 배위화합물에 의하여 표면이 수식된 입자, 표면에 라디칼을 형성하여 전하를 갖는 입자를 들 수 있다.

또한, 상기 나노 입자는 전기 분극 특성을 부여한 입자일 수 있다. 즉, 매개체와의 분극을 위하여 외부 자기장 또는 전기장이 인가됨에 따라 이온 또는 원자의 분극이 추가 유발되어 분극량이 크게 증가하고, 외부 자기장 또는 전기장이 인가되지 않는 경우에도 잔류 분극량이 존재하며 자기장 또는 전기장 인가 방향에 따라 이력(hysteresis)이 남는 강유전성(ferroelectric) 물질을 포함할 수 있고, 외부 자기장 또는 전기장이 인가됨에 따라 이온 또는 원자 분극이 추가 유발되어 분극량이 크게 증가하지만, 외부 자기장 또는 전기장이 인가되지 않는 경우에는 잔류 분극량과 이력(hysteresis)이 남지 않는 상유전성 물질, 초상유전성(superparaelectric) 물질을 포함할 수 있다.

이러한 물질로는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 즉, ABO₃ 구조를 갖는 물질로서 PbZrO₃, PbTiO₃, Pb(Zr,Ti)O₃, SrTiO₃, BaTiO₃, (Ba, Sr)TiO₃, CaTiO₃, LiNbO₃ 등의 물질을 그 예로 들 수 있다.

또한, 상기 나노 입자는 단일 또는 이종의 금속이 함유된 입자, 산화물 입자 또는 광결정성 입자로도 이루어질 수 있다.

금속의 경우, 금속 나이트레이트계 화합물, 금속 설페이트계 화합물, 금속 플루오르아세토아세테이트계 화합물, 금속 할라이드계 화합물, 금속 퍼클로로레이트계 화합물, 금속 설파메이트계 화합물, 금속 스티어레이트계 화합물 및 유기 금속 계열 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 자성 선구물질과 알킬트리메틸암모늄할라이드계 양이온 리간드, 알킬산, 트리알킬포스핀, 트리알킬포스핀옥사이드, 알킬아민, 알킬티올 등의 중성 리간드, 소듐알킬설페이트, 소듐알킬카복실레이트, 소듐알킬포스페이트, 소듐아세테이트 등의 음이온 리간드로 이루어진 군에서 선택되는 리간드를 용매에 첨가하여 녹임으로써 비정질 금속 겔을 제조하고, 이를 가열하여 결정성 입자로 상전이시킴으로써 제조할 수 있다.

이때 이종의 선구물질을 함유함으로써 최종적으로 얻어지는 입자의 자기적 특성이 증강되거나, 초상자성, 상자성, 강자성, 반강자성, 페리자성, 반자성 등의 다양한 자성 물질을 얻을 수 있다.

상기 자기 색 가변 입자는 용매에 분산된 상태로 있다가 전기장 또는 자기장의 인가에 의해 재배열되는데, 상기 용매로는 극성 또는 비극성 용매를 사용할 수 있다. 또한, 상기 컬러 자성 나노 입자 역시 상기 용매에 분산되어 전기장 또는 자기장의 인가에 의해 이동하여 편재되게 된다.

상기 용매의 구체예로는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 프로필렌카보네이트, 톨루엔, 벤젠, 헥산, 클로로포름, 할로카본오일, 퍼클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 아이소파라핀 오일의 일종인 isopar-G, isopar-M, isopar-H 중 어느 하나 또는 그 이상을 들 수 있다.

또한, 상기 자기 색 가변 입자는 자기장이 인가됨에 따라 자성을 갖게 되는, 즉, 자화되는 되는 물질을 포함할 수 있다. 또한, 외부에서 자기장이 인가되지 않는 경우에 자성을 지닌 입자끼리 뭉치는 현상을 방지하기 위하여 외부 자기장을 인가하면 자화(magnetization)가 일어나지만 외부 자기장이 인가되지 않는 경우에는 잔류 자화(remnant magnetization)가 일어나지 않는 초상자성(superparamagnetic) 물질을 이용할 수도 있다.

또한, 상기 나노 입자가 용매에 잘 분산되고 응집되지 않도록 하기 위해서 입자 표면을 동일한 부호의 전하로 코팅할 수 있고, 입자가 용매 내에서 침전되지 않도록 하기 위해서 입자 표면을 해당 입자와 비중이 다른 물질로 코팅하거나 용매에 해당 입자와 비중이 다른 물질을 혼합할 수도 있다.

또한, 상기 나노 입자는 특정 파장의 광을 반사시킬 수 있도록, 즉, 특정 컬러를 갖도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 입자는 산화수 조절 또는 무기 안료, 안료 등의 코팅을 통하여 특정 컬러를 갖게 될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 입자에 코팅되는 무기 안료로는 발색단을 포함하는 Zn, Pb, Ti, Cd, Fe, As, Co, Mg, Al 등이 산화물, 유화물, 유산염의 형태로 사용될 수 있고, 본 발명에 따른 입자에 코팅되는 염료로는 형광 염료, 산성 염료, 염기성 염료, 매염 염료, 황화 염료, 배트 염료, 분산 염료, 반응성 염료 등이 사용될 수 있다.

또한, 상기 나노 입자는 서로 동일한 전하를 갖도록 전하를 갖는 물질로 코팅될 수도 있다.

상기 자기 색 가변 입자 및 컬러 자성 안료 입자를 함유하는 마이크로 캡슐은 투명한 캡슐 벽으로 이루어지는데, 이러한 캡슐 벽을 구성하는 재료로는 아지네이트(aginate), 젤라틴(gelatin), 에틸 셀룰로오스 (ethyl cellulose), 폴리아마이드(polyamide), 멜라민-포름알데히드(melamine formaldehyde) 수지, 폴리비닐 피리딘(poly(vinyl pyridine)), 폴리스티렌(polystyrene), 우레탄 결합을 포함하는 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 중 적어도 어느 하나를 들 수 있다. 이러한 투명한 고분자로 캡슐 벽을 구성하면 자기장의 인가에 의해 재배열되는 컬러 자성 안료 입자, 자기 색 가변 입자로 인해 구현되는 특정 파장의 반사광을 도출하게 되어 구조색을 표현할 수 있게 된다.

이와 같은 마이크로 캡슐로는 출원인이 개발한 대한민국 공개특허공보 10-2017-0124028호에 개시된 마이크로 캡슐이나, 대한민국 공개특허공보 10-2015-0031197호, 10-2015-0017796, 10-2015-0020491호에 개시된 마이크로 캡슐을 모두 이용할 수 있으며, 전기 영동 방식이나 자기장 인가 방식에 모두 적용할 수 있어 외부로부터 인가되는 전자기장에 대해 모두 반응할 수 있게 된다.

또한, 상기 마이크로 캡슐은 컬러 자성 안료 입자, 자기 색 가변 입자 외에도 용매에 분산될 수 있는 컬러 안료, 형광 안료, 시온 안료 중 어느 하나 또는 그 이상을 추가적으로 포함할 수 있다.

이러한 추가적인 성분은 전기장이나 자기장과 같은 외력 외에도 열 에너지, 광 에너지, 중력 등의 외력에도 반응할 수 있도록 하기 위한 것으로 이러한 추가성분들의 배합에 의해 더욱 다양한 색 가변 효과를 구현할 수 있게 된다.

예를 들어, 컬러 안료를 추가적으로 함유할 경우, 용매와의 비중 차이를 둠으로써 중력에 의해 일방으로 편재되는 효과를 구현할 수 있으며, 이 경우 컬러 자성 안료 입자와 함께 혼합되어 새로운 색을 구현할 수 있게 된다.

또한, 상기 마이크로 캡슐에 외력을 인가하여 특정한 고유색이 구현된 상태에서 경화되도록 하여 색 가변이 발생되지 않도록 할 수도 있다. 이를 위하여 상기 마이크로 캡슐 내에 광 중합 개시제 또는 열 중합 개시제를 추가적으로 포함할 수 있다.

상기 광 중합 개시제로는 자외선에 의해 반응하는 벤조페논, 벤조페논 유도체, 아세토페논, 아세토페논 유도체, 벤질 케톤, α-알콕시 벤질 케톤, 모노머 하이드록시 케톤, 폴리머 하이드록시 케톤, α -아미노 케톤, 알콕시 케톤, 아실 포스핀 산화물, 메탈로센, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, α-하이드록시알킬페논, α-아미노알킬페논, 아실포스핀 등을 들 수 있으며, 열 중합 개시제로는 아조계 화합물, 유기 과산화물, 과산화수소 등을 들 수 있다.

도 1(c)에서와 같이 컬러 안료 입자와 MTX 입자를 포함하는 마이크로캡슐은 종래의 마이크로 캡슐(도 1(a))과 비교하기 위하여, 도 2에서와 같이 그린 안료 입자를 포함하는 마이크로 캡슐(도 2(a))과 MTX 입자를 포함하는 마이크로 캡슐(도 2(b))의 광 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 그 결과를 살펴보면, 종래의 마이크로 캡슐은 550㎚ 이상에서 넓은 shoulder 피크가 관찰되나, 도 1(c)의 마이크로 캡슐에서는 550㎚의 피크 톱에서 샤프한 형태의 피크를 이루는 것을 확인할 수 있다. 이러한 분석 결과는 상기 마이크로 캡슐의 색 순도가 향상되는 것을 나타내는 결과로서, 이러한 반사광의 파장 균일성이 높은 마이크로 캡슐을 적용할 때 색 대비 효과와 구조색 구현 효과가 더 우수할 것을 예상할 수 있다.

이를 확인하기 위하여 도 3에서와 같이 상기 2 종류의 마이크로 캡슐을 포함하는 잉크를 시트 위에 인쇄한 후 색 가변 효과를 확인하였다. 상기 도 3을 살펴보면, 도 1(c)에 따른 마이크로 캡슐은 자기장 인가 후 도 3(b)(좌측)에서와 같이 MTX 입자를 포함하는 도 1(a)의 마이크로 캡슐(도 3(b)(우측))에 비해 외곽 링의 경계선이 더 뚜렷하여 색 대비 효과가 더 우수한 것을 확인할 수 있다.

또한, 상기 자기장 인가 상태에서 자외선을 조사하여 경화하면 본 발명에 따른 마이크로 캡슐의 경우 링의 외곽선이 뚜렷하게 남아 있는데 반하여(도 3(c)(좌측)), MTX 입자를 포함하는 마이크로 캡슐(도 3(c)(우측))의 경우 색 대비가 명확하지 않아 링의 경계선을 쉽게 확인할 수 없다.

따라서 상기 컬러 입자로서 컬러 자성 안료 입자를 포함하여 캡슐 내에서 컬러 입자의 편재 효과를 이용하는 마이크로 캡슐에서도 향상된 색 대비 효과를 얻을 수 있지만, 컬러 안료 입자를 포함하는 마이크로 캡슐에서도 MTX 입자의 광 결정 효과에 의한 색 대비 효과의 향상을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

이와 같이 구조색 발현의 효과가 우수한 본 발명의 마이크로 캡슐은 다양한 인쇄매체에 적용할 수 있는데, 인쇄용 잉크 또는 적층체 형태의 인쇄매체로 활용할 수 있다.

인쇄용 잉크로 사용할 경우, 카트리지 형태로 잉크를 저장하여 인쇄장치 또는 펜에 활용할 수 있다. 도 4에서는 본 발명에 따른 마이크로 캡슐을 인쇄용 잉크에 적용할 경우를 예시하고 있다.

즉, 도 4에서는 인쇄용 잉크를 카트리지 형태로 장착하고 있는 휴대용 펜을 개시하고 있는데, 마이크로 캡슐 잉크 카트리지가 상기 휴대용 펜의 내부에 장착되어 인쇄 매체의 표면에 상기 마이크로 캡슐을 흡착시켜 인쇄할 수 있다. 또한, 상기 조성물이 상기 인쇄 매체의 표면에 흡착된 후 경화될 수 있도록 상기 노즐이나 펜의 첨단부에 UV 램프 또는 가열 장치를 구비할 수 있다.

상기 UV 램프 또는 가열 장치는 토출되는 잉크에 에너지를 인가하거나 차단함으로써 잉크가 고정적인 상태(예를 들면, 고체 상태, 경화 상태, 반경화 상태 등)로 변화시키고, 이에 따라 조성물 내에 포함된 마이크로 캡슐 내의 전하를 갖는 입자들을 고정시켜 형성된 색상을 고착함으로써 구조색을 구현할 수 있다.

또한, 상기 잉크 카트리지에서 토출되는 잉크에 자기장을 인가하도록 펜의 첨단부에 자석을 구비할 수 있는데, 인가되는 자기장의 세기에 따라 입자의 간격이 변하며 이에 따라 반사광의 특정 파장이 달라지기 때문에 상기 자석의 간격을 조절함으로써 자기장의 인가되는 세기를 조절할 수 있다.

또한, 상기 자석은 상기 잉크가 인쇄될 기재의 표면에 흡착되기 전에 자기장을 발생시켜 입자의 배열을 확정한 후 이를 기재 표면에 흡착할 수도 있으나, 기재 표면에 일단 상기 잉크를 흡착시킨 후 상기 펜에서 자기장을 인가하여 표면에 흡착된 상기 잉크에 포함되는 마이크로 입자 내의 자성체들의 배열이나 배치를 조절할 수도 있다.

이 경우, 상기 자석은 상기 잉크를 흡착하기 직전에 광 결정용 입자의 배열을 확정하고 이를 경화시켜 토출할 수도 있으나, 일단 잉크를 기재의 표면에 흡착시킨 후 자기장 인가에 의해 입자의 배열을 조절하고 동시에 에너지를 발생시켜 배열된 입자를 고정하는 과정을 통해 인쇄 작업을 수행할 수도 있다.

또한, 본 발명의 마이크로 캡슐을 인쇄매체로 하여 적층체를 구성할 수도 있는데, 이 경우 도 5에서와 같은 형태로 구성될 수 있다.

즉, 종래의 마이크로 캡슐을 적용한 적층체(보안매체)의 경우 기재 상에 광 흡수층을 형성하고 그 위에 자기 색 가변층을 구성하고 있다(도 5(c)). 상기 광 흡수층이 필요한 이유는 MTX 입자의 재배열에 의해 형성되는 반사광의 파장의 폭이 넓어 특정 구조색을 충분히 구현하지 못하기 때문이다. 즉, 상기 광 흡수층이 배경색으로 작용함으로써 마이크로 캡슐을 통해 구현되는 색상의 색 선명도를 향상시킬 수 있다.

이에 대하여, 본 발명의 마이크로 캡슐의 경우 도 5(a)에서와 같이 광 흡수층이 없어도 되며, 또한, 필요에 따라서, 도 5(b)에서와 같이 광 흡수층을 부가할 수도 있다.

광 흡수층이 없는 경우에는 마이크로 캡슐의 하부로 편재되는 컬러 자성 안료 입자에 의해 배경색이 형성되기 때문에 자기 색 가변 입자에 의해 발생되는 반사광의 파장 폭이 크더라도 일정한 수준의 색 선명도를 구현할 수 있으며, 광 흡수층을 형성하는 경우 이러한 색 선명도의 향상은 더욱 뚜렷하게 된다.

예를 들어, MTX 입자와 블랙 자성 안료 입자를 포함하는 마이크로 캡슐의 경우, 자석을 기재에 접근시키면 자화값이 높은 블랙 자성 안료 입자가 마이크로 캡슐의 하부에 편재되기 때문에 기존의 인쇄 방식에 비해 더 높은 색 발현도가 나타나게 되며, 광 흡수층 없이도 인쇄가 가능하기 때문에 인쇄 공정의 단축 및 다양한 기재에 대한 직접 인쇄가 가능해진다.

광 흡수층의 블랙 정도에 따른 구조색의 발현도를 확인하기 위하여 도 6에서와 같이 블랙도 25%에서 100%까지의 광 흡수층을 형성하고 동일한 마이크로 캡슐을 포함하는 잉크를 도포하였다. 그 결과를 살펴보면, 블랙 정도가 높아져도 본 발명에 따른 마이크로 캡슐의 구조색 발현도가 뚜렷이 확인된다. 이에 반하여 MTX 입자만을 포함하는 마이크로 캡슐의 경우 3번째 열의 사진에서와 같이 블랙 정도에 따른 구조색의 구별이 모호하여 색 발현도가 매우 낮은 것을 확인할 수 있다.

또한, 마이크로 캡슐 자체의 색 발현도를 측정하기 위하여 도 7에서와 같이 본 발명의 마이크로 캡슐에 포함되는 블랙 자성 안료 입자의 비율을 5%와 10%로 하여 MTX 입자만을 포함하는 마이크로 캡슐(ref)과 비교하였다.

그 결과, 블랙 자성 안료 입자의 비율이 증가함에 따라 선형 패턴의 경계선이 뚜렷이 확인되어 색 발현도가 향상되는 것을 확인할 수 있다. 특히, MTX 입자만을 포함하는 마이크로 캡슐과 비교할 때 색 발현도의 현저한 차이를 확인할 수 있어, 본 발명에 따른 마이크로 캡슐의 우수한 구조색 발현 효과를 확인할 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로 캡슐을 적용할 때의 색 대비 효과를 확인하기 위하여 흰색 용지를 기재로 하여 컬러 자성 안료 입자 및 자기 색 가변 입자를 포함하는 마이크로 캡슐 잉크를 인쇄한 인쇄 매체(a) 및 흰색 용지의 기재 상에 블랙 잉크로 광 흡수층을 형성한 후 그 위에 마이크로 캡슐 잉크를 인쇄한 인쇄 매체(b)를 제조하였다.

도 8에서는 위와 같은 2가지 인쇄 매체에 인쇄된 마이크로 캡슐 잉크의 색 대비 효과를 나타내고 있다. Reference는 MTX 입자를 포함하는 종래의 마이크로 캡슐 잉크를 인쇄한 것인데, MTX 입자로 산화철을 사용하고 있어 브라운 색상을 나타내며, 광 흡수층이 형성된 경우 반사광의 파장이 변하게 되므로 그린 계통의 색상을 나타낸다. 상기 Reference의 (a)와 (b)를 비교해보면, 광 흡수층이 인쇄된 경우에는 선형 패턴이 명확하게 드러나고 있으나, 광 흡수층 없이 기재 상에 직접 인쇄한 경우에는 선형 패턴을 전혀 확인할 수 없어 색 대비 효과가 매우 낮은 것을 알 수 있다.

이와 대비하여, 레드, 그린, 블루 및 블랙 잉크로 인쇄한 인쇄 매체를 살펴보면, 광 흡수층 없이 기재 상에 직접 인쇄한 (a)의 경우에도 선형 패턴을 시각적으로 확인할 수 있어 색 대비 효과가 향상되는 것을 알 수 있다. 특히, 블루와 블랙 잉크가 인쇄된 인쇄 매체의 경우, 광 흡수층이 없는 상태에서의 선형 패턴의 식별력이 매우 우수하여 종래의 마이크로 캡슐 잉크를 적용할 때에 비해 색 대비 효과가 가장 크게 향상되는 것으로 나타났다.

상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하며, 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims

투명한 캡슐 벽 재료로 이루어진 마이크로 캡슐로서,
상기 마이크로 캡슐 내에 컬러 자성 안료 입자 또는 컬러 안료 입자 중에서 선택되는 컬러 입자, 자기 색 가변 입자 및 용매가 함유되는 것을 특징으로 하는 마이크로 캡슐.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 캡슐에 외력을 인가하는 경우,
상기 컬러 자성 안료 입자는 외력이 인가되는 방향으로 편재되며,
상기 자기 색 가변 입자는 재배열되어 결정 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 캡슐.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 캡슐은 형광 안료, 시온 안료 중 어느 하나 또는 그 이상을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 캡슐.
청구항 1에 있어서,
상기 마이크로 캡슐은 광 중합 개시제 또는 열 중합 개시제를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 캡슐.
청구항 1에 따른 마이크로 캡슐을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄매체.
청구항 5에 있어서,
상기 인쇄매체는 인쇄용 잉크 또는 적층체인 것을 특징으로 하는 인쇄매체.