KR20200117009A - 레이저 프린팅 방법 - Google Patents
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Abstract
프린팅될 기판을 잉크 층을 갖는 잉크 캐리어 반대측에 배치하며, 잉크 층은 레이저 빔에 의해 국소적으로 조사되고, 상기 층은 기판 방향으로 레이저 빔의 흡수에 의해 가속화되는 프린팅 방법으로서, 레이저 흡수를 위해 잉크 층을 반사성 입자들 및 250,000 g/mol 초과의 중량 평균 (Mw) 분자량을 갖는 가용성 중합체와 혼합하는 프린팅 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 프린팅 방법 및 잉크의 용도에 관한 것이다.
잉크-코팅된 캐리어로부터 프린팅될 기판 상으로 잉크의 점적들을 투척하는 기판의 프린팅 방법은 예를 들어 US 6,241,344 B1로부터 공지되어 있다. 잉크를 전달하기 위해, 기판이 프린팅될 위치에서 캐리어 상의 잉크 내로 캐리어를 통해 에너지를 도입한다. 이로 인해 잉크의 일부가 기화되어 잉크가 캐리어로부터 분리된다. 잉크의 증기압에 의해, 이와 같이 분리된 잉크의 점적이 기판 상으로 투척된다.
여기서 유향 방식으로 에너지를 도입함으로써, 잉크를 프린팅하고자 하는 패턴에 따라 기판 상으로 전달하는 것이 가능하다. 잉크를 전달하는데 필요한 에너지는 예를 들어 레이저에 의해 도입된다. 도포되는 잉크를 보유하는 캐리어는, 예를 들어, 잉크가 프린팅 영역에 앞서 도포 장치에 의해 도포되는 순환 리본이다. 순환 리본의 내부에 레이저가 위치하므로, 레이저는 잉크의 반대쪽을 향하는 측면 상의 캐리어에 작용한다. 잉크 캐리어에의 잉크의 도포는, 예를 들어, 잉크 저장고에 침지된 롤에 의해 달성된다.
이러한 종류의 프린팅기는 또한 예를 들어 US 5,021,808 A로부터 공지되어 있다. 이 문헌의 교시내용에 따라 또한, 잉크는 도포 장치를 사용하여 저장고 용기로부터 순환 리본으로 도포되고, 순환 리본 내에 레이저가 위치하며 이에 의해 잉크가 지정 위치에서 기화되고 그에 준해서 프린팅될 기판 상으로 투척된다. 이러한 경우 리본은 레이저에 대해 투명한 재료로 제조된다. 잉크의 표적 기화를 위해, 순환 리본을 흡수 층으로 코팅하는 것이 가능하며, 여기서 레이저 광이 흡수되고 열로 전환되어, 잉크가 레이저에 노출된 위치에서 기화된다.
아울러, 공개 명세서 DE 102 10 146 A1을 통해, 작은 레이저-흡수 입자들을 사용함으로써, 레이저-유도 프린팅 방법의 효율을 증진시키는 것이 가능함이 공지되어 있다. 이는 기재된 방법의 생산성의 유의한 증가를 가능케 한다는 점에서 중요하다.
흡수 입자들을 사용하는 경우 한 가지 단점은, 이들 입자가 가시광선 파장 스펙트럼 또한 매우 종종 흡수하여, 프린팅되는 잉크 (액체 잉크)의 다소 강한 변색을 초래한다는 것이다.
추가 단점은, 입자들의 레이저-유도 분출이 프린팅 결과물의 품질을 저하시키는 수많은 방해 위성들(disruptive satellites)의 방출을 수반할 수 있다는 것이다.
그에 반해 본 발명의 목적은 적어도 종래 기술의 적시된 단점들을 감소시키는 것이다. 일반적으로 목표는 양호한 프린팅 결과물을 달성하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 프린팅 방법에 의해 이미 달성되었다.
본 발명의 바람직한 실시양태들 및 개발체들은 종속항들의 대상, 및 설명으로부터 명백하다.
본 발명은, 프린팅될 기판을 잉크 층을 갖는 잉크 캐리어 반대측에 배치하며, 잉크 층은 레이저 빔에 의해 국소적으로 조사되는, 프린팅 방법에 있어서, 잉크 층이 반사성 입자들, 및 250,000 g/mol 초과의 중량 평균 (Mw) 분자량을 갖는 가용성 중합체 (여기서, 가용성 중합체의 분자량의 중량 평균 (Mw)은 DIN 55672-2: 2016-3에 따라 결정됨)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법에 관한 것이다. 이러한 방식으로 특히, 잉크의 액적들이 잉크 층으로부터 추출되고 기판 상으로 전달된다.
잉크 층은 잉크 리본을, 반사성 입자들, 가용성 중합체, 염료들 및/또는 안료들, 및 용매를 포함하는 잉크로 코팅함으로써 형성될 수 있다. 가용성 중합체는, 잉크 조성물용 용매로서 사용되는 용매에 용해가능한 중합체이다.
본 발명에 따라, 본 발명의 방법에 사용되는 잉크는, 잉크 층의 일부 상에서의 레이저 흡수를 위해서 반사성 입자들과 혼합된다.
반사성 입자들은, 레이저 빔, 특히 사용된 레이저의 파장 범위, 보다 특히 300 내지 3000 nm의 범위의 것에 대해 흡착 특성을 또한 가질 수 있다. 그러나, 카본 블랙 입자들과 같은 흡수 입자들과 달리, 반사성 입자들은 가시광선 파장 스펙트럼에 대해 반사 특성도 갖는다.
사용된 레이저의 파장, 보다 특히 300 내지 3000 nm에 대해 높은 반사율을 갖는 입자들이 사용될 수 있다.
예를 들어, 종래 기술로부터 공지된 흡수 입자들 (예컨대, 카본 블랙)과 달리, 반사성 입자들은 잉크 층에 의해 나타나는 색감에 있어서 실질적으로 중성일 수 있다.
사용될 수 있는 입자들은 먼저, 예를 들어, 금속 또는 금속-코팅된 캐리어 재료의 입자들이다. 이들 입자는 미러링(mirroring) 표면들을 기초로 반사를 생성한다. 특히, 효과 안료(effect pigment)라 불리우는 것, 바람직하게는 광택성 안료를 사용하는 것이 가능하다.
반사성 입자들은 특히, 잉크 층에 사용되는 잉크에 1 중량% 초과 및/또는 10 중량% 미만의 양으로 첨가될 수 있다.
추가로, 전반사에 의해 미러링 효과를 야기하는 투명한 입자들이 사용될 수 있다. 광학 간섭 코팅을 갖는 입자들이 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시양태에 따라, 0.1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 1 내지 5 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 입자들이 사용된다.
입자 크기는 레이저 회절 측정에 의해 결정될 수 있다. 이는 예를 들어 시마즈(Shimadzu)® SALD-2201 레이저 크기 분석기를 측정 기구로서 사용하여 수행될 수 있다.
이러한 방식으로, 특히 효과적인 흡수가 달성될 수 있다.
높은 반사 효과를 달성하기 위해, L*a*b* 색공간에서 L* 값이 50 초과, 바람직하게는 70 초과, 보다 바람직하게는 80 초과인 입자들이 사용될 수 있다.
추가로, 입자들은 색이 중성일 수 있다. 한 실시양태에서, L*a*b* 색공간에서 입자들은 a* 및/또는 b* 값이 +/- 30이다. 보다 특히, L*a*b* 색공간에서 a* 및/또는 b* 값이 +/- 5 미만, 바람직하게는 +/- 3인 입자들을 사용할 수 있다.
L*a*b* 색공간에서의 값들은 예를 들어 DTM 1045® 분광광도계를 사용하여 결정될 수 있다.
본 발명은 추가로, 프린팅될 기판을 잉크 층을 갖는 잉크 캐리어 반대측에 배치하며, 잉크 층은 레이저 빔에 의해 국소적으로 조사되고, 상기 층은 기판 방향으로 레이저 빔의 흡수에 의해 가속화되며, 여기서 레이저 흡수는 입자들에 의해 발생되는 프린팅 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라, 잉크 층에 사용되는 잉크의 용매에 첨가제로서 250,000 g/mol 초과의 분자량 Mw를 갖는 가용성 중합체가 첨가된다.
분자량의 상기 중량 평균 (Mw)은 DIN 55672-2: 2016-3에 따라 결정되며, N,N-디메틸아세트아미드가 용리 용매로서 사용된다.
부가적인 실제 측정 세부사항: 특히 PSS-SDV-겔 (거대다공성 스티렌-디비닐벤젠 공중합체 망상구조) 컬럼 사용. (보다) 특히 4개의 PSS-SDV-겔 (거대다공성 스티렌-디비닐벤젠 공중합체 망상구조) 컬럼의 조합 사용; 치수: 컬럼 당 300 mm * 8 mm ID; 입자 크기: 5 또는 10 ㎛; 기공 크기: 1*105 Å; 1*104 Å; 1*103 Å; 1*500 Å.
잉크는 특히 용매, 염료, 보다 특히 안료, 및 또한 레이저 광의 흡수를 증진시키는 입자들, 보다 특히 상기 기재된 반사성 입자들을 포함한다.
용매에 가용성인 중합체를 첨가함으로써 위성(스플래쉬(splash))들의 형성 위험을 유의하게 감소시키는 것이 가능한 것으로 드러났다.
이론에 얽매이고자 하는 의도는 없지만, 이는 아마도, 그와 같이 개질된 잉크의 일부 상에서의 더 큰 탄성을 포함한 요인들에 기인할 것이다.
가용성 중합체의 비율은 본 발명의 한 실시양태에 따라 총 잉크 혼합물의 0.05 - 2 중량%이다. 가용성 중합체의 비율은 바람직하게는 총 잉크 혼합물의 0.05 중량% 초과 및/또는 1 중량% 미만, 전형적으로 0.1 중량% 초과 및/또는 0.8 중량% 미만이다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시양태에 따라 사용되는 가용성 중합체는 셀룰로스 에스테르, 셀룰로스 니트레이트, 셀룰로스 에테르, 보다 특히 히드록시프로필셀룰로스, 폴리우레탄 또는 비닐 중합체를 포함한다.
특히 히드록시프로필셀룰로스 (즉, 히드록실 기들 중 일부가 히드록시프로필 기들과 에테르로서 연결되어 있는 셀룰로스 에테르)가 본 발명의 효과에 특히 적합한 것으로 보인다.
본 발명은 추가로, 상기 기재된 바와 같은 프린팅 방법을 위한, 반사성 입자들, 및 250,000 g/mol 초과의 분자량을 갖는 가용성 중합체를 함유하는 잉크의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 대상을 도 1의 도면을 참조하여 하기에서 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 방법에 사용되는 프린팅기의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 방법에 사용되는 프린팅기의 개략도이다.
도면의 상세한 설명
도 1은 본 발명의 프린팅기(1)의 하나의 예시적 실시양태의 개략도이다.
프린팅기(1)는 순환 잉크 리본을 잉크 캐리어(4)로서 포함한다.
잉크 리본은 균일하게 전 영역에 걸쳐 잉킹 유닛(inking unit)(8)에 의해 잉크(2)로 코팅된다. 후속적으로 잉크 리본은 화살표 방향으로 프린팅 닙(nip)(10)으로 이동한다. 잉크 캐리어(4)는 프린팅될 기판(6)으로부터 소정 간격만큼 이격되어 있다. 바람직하게는 상기 간격의 폭은 조정가능하고 및/또는 연속적으로 조절된다. 이는 예를 들어 개작가능한 이격 롤들(5)에 의해 수행될 수 있다.
프린팅 닙(10)에서는, 레이저 스캐너(11)를 사용하여 레이저 빔(3)이, 레이저 광에 대해 투과가능한 잉크 캐리어(4)를 통해 잉크(2)로 집속된다. 레이저 빔(3)에 의한 잉크(2)의 일부의 국소적이고 표적화된 가열은, 잉크(2)의 작은 영역의 폭발적인 기화를 야기하여, 프린팅 잉크(2)의 일부가 잉크 리본으로부터 반대측 기판(6) 상으로 전달된다.
이격 롤들(5) 및 편향 롤러들(7)에 의해 제어되는 잉크 리본은 후속적으로 다시 잉킹 유닛(8)의 방향으로 이동한다. 잉킹 유닛(8)과 잉크 리본 간의 접촉 시에, 소비된 잉크(2)를 보충한다.
잉킹 유닛(8) 내의 과잉의 잉크(2)는 바닥의 잉크 트로프(trough)(9)에 수집되고, 프린팅 작업에 반복하여 연속적으로 첨가된다.
금속 및 금속-코팅된 중합체 입자들로 구성된 반사성 재료들을 사용하는 것이 가능하다.
프린트 품질의 개선을 위한 추가 양태는, 방해 스플래쉬가 전혀 형성되지 않거나 또는 상당히 감소된 정도로만 형성되는 방식으로, 프린팅될 잉크의 레올로지(rheology)를 개질시키는 것을 포함한다. 약 Mw: 250,000 g/mol 내지 약 1,500,000 g/mol의 평균 분자량 범위의 가용성 중합체들의 낮은 수준의 혼합은 잉크의 프린트 거동에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.
이들 혼화물은 잉크의 탄성이라 불리우는 것을 개질시킨다. 더 낮은 Mw 범위 (Mw: 10,000 g/mol 내지 대략 100,000 g/mol) 주변의 가용성 중합체들의 혼화물은 단지 증점 효과 및 단지 약간의 스플래쉬방지(anti-splash) 특성만을 갖는다. 반면, 더 높은 Mw 값 (> 1,500,000 g/mol)을 갖는 중합체들은 스플래쉬방지 특성의 추가 개선은 유발하지 않으나, 단지 용해도를 추가로 저해한다. 따라서, 2,500,000 g/mol 미만, 보다 바람직하게는 1,500,000 g/mol 미만의 분자량 (Mw)을 갖는 중합체를 사용하는 것이 바람직하다.
하기 목록에는, 프린팅 산업 내의 통상적인 다양한 용매와 적합한 가용성 중합체 혼화물의 예, 및 총 잉크 혼합물에서 전형적으로 사용되는 양 (중량%)이 나타나 있다:
본 발명에 의해 위성들의 형성 위험을 감소시키는 것이 가능했으며, 이는 프린팅 결과물의 품질을 개선시킨다.
사용된 가용성 중합체의 분자량의 영향은 상기한 프린팅 방법 내 중합체 용액의 분무방지(anti-spray) 효과로 하기에 부가적으로 나타나 있다.
상기한 방법에 따라 다양한 잉크 혼합물들을 프린팅하였다. 여기서, 첨가제가 없는 순수한 프린팅에서는 프린팅된 점에 많은 수의 산란된 스플래쉬가 나타남을 관찰할 수 있었다.
이와 같은 많은 수의 스플래쉬는 잉크에 소량의 고분자 가용성 첨가제들을 첨가함으로써 유의하게 감소시킬 수 있었다.
이와 관련하여, 0.05 내지 2%의 총 비율과 > 250,000 Mw의 적합한 분자량을 갖는 화학 물질 군들 "셀룰로스 에스테르", "셀룰로스 니트레이트", "셀룰로스 에테르", "폴리우레탄" 및 "비닐 중합체"로부터의 첨가제가 탁월한 분무방지 첨가제인 것으로 입증되었다.
하기 표 형태의 평가 (총 비율 (중량%); 3-에톡시-1-프로판올을 용매로서 사용하고, 반사성 알루미늄 입자들 사용, 산란된 스플래쉬들은 현미경으로 카운트하였음)는 상응하는 실험예를 제공한다.
셀룰로스 에테르 Mw
총 비율
산란된 스플래쉬 %
중합체 아님
100% (비교예)
100,000
1%
약 90% (비교예)
300,000
1%
약 70%
800,000
1%
약 10%
1,200,000
1%
약 10%
<도 1과 관련한 도면 부호의 목록>
1. 프린팅기
2. 잉크
3. 레이저 빔
4. 잉크 캐리어
5. 이격 롤
6. 기판
7. 편향 롤러
8. 잉킹 유닛
9. 잉크 트로프
10. 프린팅 닙
11. 레이저 스캐너
1. 프린팅기
2. 잉크
3. 레이저 빔
4. 잉크 캐리어
5. 이격 롤
6. 기판
7. 편향 롤러
8. 잉킹 유닛
9. 잉크 트로프
10. 프린팅 닙
11. 레이저 스캐너
Claims (11)
- 프린팅될 기판을 잉크 층을 갖는 잉크 캐리어 반대측에 배치하며, 잉크 층은 레이저 빔에 의해 국소적으로 조사되는, 프린팅 방법에 있어서, 잉크 층이 반사성 입자들, 및 250,000 g/mol 초과의 중량 평균 (Mw) 분자량을 갖는 가용성 중합체 (여기서, 가용성 중합체의 분자량의 중량 평균 (Mw)은 DIN 55672-2: 2016-3에 따라 결정됨)를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
- 제1항에 있어서, 가용성 중합체는 250,000 g/mol 내지 2,500,000 g/mol의 중량 평균 (Mw) 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 가용성 중합체는 250,000 g/mol 내지 1,500,000 g/mol의 중량 평균 (Mw) 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가용성 중합체의 비율이 총 잉크 혼합물의 0.05 내지 2 중량%를 차지하는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 가용성 중합체의 비율이 총 잉크 혼합물의 0.05 내지 1 중량%를 차지하는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가용성 중합체의 비율이 총 잉크 혼합물의 0.1 내지 0.8 중량%를 차지하는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 사용된 가용성 중합체는 셀룰로스 에스테르, 셀룰로스 니트레이트, 셀룰로스 에테르, 보다 특히 히드록시프로필셀룰로스, 폴리우레탄 또는 비닐 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 반사성 입자들이 금속 또는 금속-코팅된 캐리어 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 사용된 반사성 입자들이 0.1 내지 10 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 사용된 반사성 입자들이 L*a*b* 색공간에서 L* 값이 50 초과, 바람직하게는 70 초과, 보다 바람직하게는 80 초과인 입자들이고, L*a*b* 색공간에서 a* 및/또는 b* 값이 +/- 5 미만, 바람직하게는 +/- 3 미만인 입자들인 것을 특징으로 하는 프린팅 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 프린팅 방법에서의, 반사성 입자들 및 250,000 g/mol 초과의 중량 평균 (Mw) 분자량을 갖는 가용성 중합체를 포함하는 잉크의 용도.
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