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KR100534008B1 - 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물 - Google Patents

잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물 Download PDF

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KR100534008B1
KR100534008B1 KR10-2000-0043399A KR20000043399A KR100534008B1 KR 100534008 B1 KR100534008 B1 KR 100534008B1 KR 20000043399 A KR20000043399 A KR 20000043399A KR 100534008 B1 KR100534008 B1 KR 100534008B1
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이선율
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Abstract

본 발명은
안료 2-5 중량%,
보습제 5-30 중량%,
수용성 고분자 수지 0.1-5 중량% 및
초 순수 물 60-92.9중량%
를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물에 관한 것으로서, 본 발명에 의하여 제조된 안료형 잉크 조성물은 종래 기술과는 달리 수용성 고분자 수지를 사용하였기 때문에 노즐의 막힘 현상과 출력물의 표면 탈리 현상이 방지되어 잉크젯 프린터용 잉크 조성물로서 유용하다.

Description

잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물{PIGMENT INK COMPOSITION FOR INKJET PRINTER}
본 발명은 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용제에 불용성인 안료, 보습제 및 수용성 고분자를 사용하여 제조된, 노즐 막힘 현상 및 출력물의 표면 탈리 현상이 방지된 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린터용 잉크는 수용성 매체와 염료를 포함하는 염료형(dye) 잉크를 의미한다. 그러나 이와 같은 염료형 잉크는 수용성 염료가 본래 가지고 있는 성질, 즉 물과 열에 대한 내구성이 떨어진다는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 해결하기 위한 하나의 방편으로서 염료 대신 안료를 사용하는 방법이 제시되었다. 상기 잉크젯 프린터용 잉크는 다음과 같은 성질을 보유하여야 한다. 장기간 보관시 물리적 성질이 변하지 않아야 하고, 사용시 노즐을 막히게 만들지 않아야 하며, 해상도가 높아야 하고, 내수성 및 내광성등의 기본적인 성질을 갖추어야 한다. 특히 안료형 잉크는 저장 안정성이 높아야 한다. 즉, 장기 보관시에도 안료의 분산 상태가 유지되어야 하고, 장기간 사용하지 않았다가 새로이 출력할 때 프린터의 노즐을 막히게 만들지 않아야 한다.
잉크젯 프린터용 안료형 잉크 관련 특허로서는 다음과 같은 것들이 있다. 즉, 일본 특허 제 1426호(1987년)에서는 수지 에멀젼과 안료를 분산시키는 것을 특징으로 하는 잉크 제조 방법에 관하여 개시되어 있는데, 여기에서는 물에 불용성인 합성 수지 에멀젼을 사용함으로써 안료형 잉크의 저장 안정성을 이룰수는 있었으나 상기 수지가 프린터의 노즐 부분에서 응고되어 노즐이 막히는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 개발된 발명이 일본 특허 공개 공보 제 217088호(1989년)에 개시되어 있는데, 여기에서는 특별한 온도에서 필름을 형성시키는 수지를 사용함으로써 안료형 잉크의 유동성과 안정성을 향상시킬 수는 있었으나, 이보다 저온 또는 고온에서 역시 노즐이 막히게 된다는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라 일본 특허 공개 공보 제 18427호(1990년)에서는 이노시톨을 첨가하는 발명이 개시되어 있는데, 여기에서는 노즐이 막히는 현상은 개선되었으나 이노시톨이 수분에 매우 민감하기 때문에 내수성이 떨어진다는 문제점, 즉 출력물의 표면을 손으로 문지를 경우 상기 표면이 탈리된다는 문제점이 있었다. 또한 염료형 잉크에서는 찾아볼 수 없었던 안료형 잉크 출력의 상태가 불균일하다는 문제점도 발생하였다.
그러므로 이와 같은 문제점들을 해결할 수 있는 잉크 조성물의 개발이 절실히 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 종래 기술과는 달리 수용성 고분자 수지를 사용하였기 때문에 노즐의 막힘 현상과 출력물의 표면 탈리 현상이 방지되도록 제조된 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은
안료 2-5 중량%,
보습제 5-30 중량%,
수용성 고분자 수지 0.1-5 중량% 및
초 순수 물 60-92.9중량%
를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물
을 제공하는 것이다.
이하 본 발명의 잉크 조성물을 이루는 각 성분들에 관하여 상세히 설명하고자 한다.
본 발명에서 사용되는 안료는 친수성이 뛰어나며 내광성이 우수한 것으로서, 입도는 바람직하게는 10㎛이하이며, 더욱 바람직하게는 0.1㎛이하이다.
본 발명에서는 상기와 같은 안료를 분산제를 사용하여 안료 분산액으로 제조하여 사용하였다.
상기 안료 분산액을 구성하는 분산제로서는 지방산염, 고급 알킬설페이트, 고급 알코올설페이트에스테르염, 4급 암모늄염, 폴리옥시에틸렌알킬에스테르, 솔비탄알킬에스테르등의 계면 활성제 ; 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 아크릴산-아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴산-아크릴에스테르 공중합체, 스티렌-아크릴 공중합체등의 고분자형 합성수지 분산제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산제일 수 있다.
상기 분산제의 함량은 바람직하게는 전체 안료 100중량부에 대하여 0.06-3중량부이고, 더욱 바람직하게는 전체 안료 함량에 대하여 0.125-3중량부이다. 상기 함량 범위를 벗어날 경우에는 목적으로 하는 정도의 저장 안정성과 해상도를 얻을 수 없게 되어 좋지 않다.
상기 안료 분산액의 농도는 색상별로 차이가 있지만 일반적으로 15-20%로 조절하여 사용한다. 또한 상기 안료는 본 발명의 전체 조성물에 대하여 2-5중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 만일 상기 함량 범위를 벗어날 경우에는 본 발명의 목적을 달성할 수 없게 되어 좋지 않다.
본 발명에서 사용된 보습제는 칼라별로 상이하게 사용되는 분산제 시스템의 성질을 가장 잘 유지시켜주는 역할을 한다. 상기 보습제로서는 프로필렌글리콜, 글리세린, 1,4-부탄디올, 1,2-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 이소프로판올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜등의 알코올 ; 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드등의 아미드 ; 에틸렌글리콜모노메틸, 모노에틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸 또는 모노에틸에테르등의 에테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 보습제일 수 있다.
상기 보습제는 본 발명의 전체 조성물에 대하여 5-30중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 만일 상기 함량 범위를 벗어날 경우에는 본 발명의 목적, 즉 저장 안정성을 개선시킴과 동시에 노즐이 막히는 현상을 방지하는 것을 이룰수 없게 되어 좋지 않다.
본 발명에서 사용된 수용성 고분자 수지는 상기 안료 분산액에 최적으로 사용될 수 있는 것으로서, 출력물의 표면 탈리 현상을 개선시키는 역할을 한다. 상기 수용성 고분자 수지로서는 일반적으로 아크릴 수지, 비닐아세테이트 수지, 스티렌-부타디엔 수지, 폴리염화수지, 아크릴-스티렌 수지, 폴리부타디엔 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택된 수지가 사용될 수 있으며, 상기 수지들은 에멀젼의 형태로 필요에 따라서는 계면 활성제와 혼합하여 사용될 수 있다. 본 발명에서는 상업적으로 손쉽게 구할 수 있고 가격이 저렴하며 상기 안료 분산액과의 친화력이 뛰어난 수용성 고분자 수지, 예를 들어 AquahydeTM, SucrolTM, ElvacitTM, ZinpolTM, NeocrylTM, CarbosetTM, JoncrylTM등의 수지를 사용하였는데, 이들 중 아크릴-스티렌 계열의 수지인 JoncrylTM 수지가 가장 적합하다.
상기 수용성 고분자 수지의 분자량은 2000-20,000인 것이 바람직한데, 만일 상기 분자량의 범위를 벗어나는 경우에는 본 발명의 목적을 달성할 수 없게 되어 바람직하지 못하다.
상기 수용성 고분자 수지는 본 발명의 전체 조성물에 대하여 0.1-5중량% 사용하는 것이 바람직하다. 상기 함량 범위를 벗어날 경우에는 본 발명의 목적, 즉 출력물의 표면 탈리 현상 및 노즐이 막히는 현상을 방지할 수 없어서 좋지 않다. 색상별로 상기 수용성 고분자 수지의 함량을 달리하여 최적 조건을 결정하였다. 즉, 흑색 잉크 조성물의 경우는 상기 수용성 고분자 수지의 함량을 본 발명의 전체 조성물에 대하여 0.1-3중량%, 적색 잉크 조성물의 경우는 0.1-1중량%, 청색 잉크 조성물의 경우는 0.1-1중량%, 황색 잉크 조성물의 경우는 0.1-5중량%로 결정하였다.
상기 수용성 고분자 수지는 물에 5-10%의 농도로 용해시킨후에 사용되는데, 상기 수용성 고분자 수지 용액 제조시 혼합 온도는 50-60℃로 하며 6시간 동안 교반후 원하는 용액을 제조하여 사용하였다. 또한 물에 대한 용해력을 높이기 위하여 통상적으로는 수산화나트륨, 수산화칼륨등의 강염기성 물질을 사용하여 수용성 고분자의 카르복실기 말단 염을 생성시켜 용해도를 높임으로써 원하는 물질을 만들 수 있다.
이와 같은 성분 물질들을 사용하여 다음의 방법에 따라서 본 발명의 잉크 조성물을 제조할 수 있다.
즉, 15-20%의 농도로 안료 분산액을 제조한후 상기 분산액을 제외한 다른 물질들을 초 순수 물에 혼합시켜 제조한 용액을 첨가한후 상온에서 교반 속도 100-150rpm, 약 2시간 동안 교반시켜 본 발명의 잉크 조성물을 제조하였다. 결과로 수득된 잉크 조성물을 직렬 배치된 1.25㎛/0.5㎛ 크기의 필터로 여과시켜 최종 산물을 수득하였다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체화할 것이며, 다음의 실시예는 어디까지나 본 발명을 예시하기 위하여 기재된 것이지 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
흑색 안료 분산액 용액(농도 15%) 20g에 하기와 같이 수용성 고분자 수지를 전체 조성물 100중량부에 대하여 3중량부 포함하며 하기 조성의 성분들을 포함하는 용액을 가하여 교반시킨후 여과시켜 본 발명의 잉크 조성물을 제조하였다.
카본 블랙(Carbo-O-Jet 300, 15%) 20g
Joncryl HPD 671(아크릴-스티렌 계열의 수지; 분자량 17,250) 3g
2-피롤리돈 4g
부틸카비톨 4g
1,5-펜탄디올 10g
BYK-346(분산제) 1g
초 순수 물 58g
실시예 2
적색 안료 분산액 용액(농도 20%) 10g에 하기와 같이 수용성 고분자 수지를 전체 조성물 100중량부에 대하여 0.5중량부 포함하며 하기 조성의 성분들을 포함하는 용액을 가하여 교반시킨후 여과시켜 본 발명의 잉크 조성물을 제조하였다.
C.I. 적색 안료(P.R.-122, 20%) 10g
Joncryl 678(아크릴-스티렌 계열의 수지; 분자량 8,500) 0.5g
2-피롤리돈 4g
부틸카비톨 4g
글리세린 20g
초 순수 물 61.5g
실시예 3
청색 안료 분산액 용액(농도 20%) 10g에 하기와 같이 수용성 고분자 수지를 전체 조성물 100중량부에 대하여 1중량부 포함하며 하기 조성의 성분들을 포함하는 용액을 가하여 교반시킨후 여과시켜 본 발명의 잉크 조성물을 제조하였다.
C.I. 적색 안료(P.B.-153, 20%) 10g
Joncryl 678(아크릴-스티렌 계열의 수지; 분자량 8,500) 1.0g
부틸카비톨 4g
글리세린 20g
초 순수 물 65g
실시예 4
황색 안료 분산액 용액(농도 15%) 20g에 하기와 같이 수용성 고분자 수지를 전체 조성물 100중량부에 대하여 1중량부 포함하며 하기 조성의 성분들을 포함하는 용액을 가하여 교반시킨후 여과시켜 본 발명의 잉크 조성물을 제조하였다.
C.I. 황색 안료(P.Y.-155, 15%) 20g
Joncryl 678(아크릴-스티렌 계열의 수지; 분자량 8,500) 1.0g
2-피롤리돈 4g
부틸카비톨 4g
글리세린 20g
이소프로필 알코올 2g
초 순수 물 49g
비교예 1
흑색 안료 분산액 용액(농도 15%) 20g에 하기와 같이 수용성 고분자 수지를 포함하지 않으며 하기 조성의 성분들을 포함하는 용액을 가하여 교반시킨후 여과시켜 본 발명의 잉크 조성물을 제조하였다.
카본 블랙(Carbo-O-Jet 300, 15%) 20g
2-피롤리돈 4g
부틸카비톨 4g
1,5-펜탄디올 10g
BYK-346(분산제) 1g
초 순수 물 61g
비교예 2-4
수용성 고분자 수지를 사용하지 않았다는 것을 제외하고는 실시예 2-4와 동일하게 수행하였다.
상기 실시예 및 비교예의 결과물로 다음과 같이 시험하여 노즐 막힘 현상 및 출력물 표면 탈리 현상에 관한 평가를 수행하였다.
노즐 막힘 현상 및 출력물 표면 탈리 현상 시험
실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 결과물을 220ml들이 카트리지에 주입시킨후 Roland社의 Hi-Fi Jet(Piezo 방식) 프린터에 장착하여 본 시험을 수행하였다.
일본산 Yupo紙에 1440dpi의 해상도로 약 1시간 동안 연속 출력하였다. 이후 1주일 동안 출력하지 않고 방치시킨 다음, 재차 인쇄하였다.
수용성 고분자 수지를 가하여 제조된 잉크는 토출시 아무런 문제가 없었으나 상기 수용성 고분자 수지를 가하지 않고 제조된 잉크는 프린터의 크리닝 모드(cleaning mode)에서 10회정도 크리닝시킨후 사용해야 겨우 토출이 되었다.
뿐만 아니라 출력물을 24시간 동안 공기중에 방치하여 건조시킨후 손가락으로 출력물 표면을 문질렀을 경우, 수용성 고분자 수지를 가하여 제조된 잉크의 경우는 표면 탈리 현상이 전혀 발생하지 않았으나, 상기 수용성 고분자 수지를 가하지 않고 제조된 잉크의 경우는 출력물의 화상이 모두 지워질 정도로 표면 탈리 현상이 심하게 발생하였다.
상기 실시예 및 시험 결과를 통하여 확인되는 바와 같이, 본 발명의 잉크 조성물은 수용성 고분자 수지를 사용함으로써 노즐의 막힘 현상을 방지할 수 있었을 뿐만 아니라 출력물의 표면 탈리 현상을 방지할 수 있는 이점을 갖는다.

Claims (6)

  1. 안료 2-5 중량%,
    보습제 5-30 중량%,
    수용성 고분자 수지 0.1-5 중량% 및
    초 순수 물 60-92.9중량%
    를 포함하고, 상기 수용성 고분자 수지는 아크릴 수지, 비닐아세테이트 수지, 스티렌-부타디엔 수지, 폴리염화수지, 아크릴-스티렌 수지 및 폴리부타디엔 수지로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 안료가 지방산염, 고급알킬설페이트, 고급 알코올설페이트에스테르염, 4급 암모늄염, 폴리옥시에틸렌알킬에스테르, 솔비탄알킬에스테르등의 계면 활성제 ; 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 아크릴산-아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴산-아크릴에스테르 공중합체, 스티렌-아크릴 공중합체등의 고분자형 합성수지 분산제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 분산제를 사용하여 분산되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 분산제는 안료 100중량부에 대하여 0.06-3중량부 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 보습제가 프로필렌글리콜, 글리세린, 1,4-부탄디올, 1,2-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 이소프로판올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜등의 알코올 ; 2-피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드등의 아미드 ; 에틸렌글리콜모노메틸, 모노에틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸 또는 모노에틸에테르등의 에테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 보습제인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 수용성 고분자 수지가 평균 중량 분자량이 2000-20,000인 아크릴-스티렌 수지인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 안료형 잉크 조성물.
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