KR101752681B1 - Aqueous ceramic blue ink for ink-jet printing - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 잉크젯 프린팅에 사용되는 수계 청색 잉크로서, 스피넬 구조를 갖는 청색 세라믹 무기안료 30∼40중량%와, 상기 세라믹 무기안료의 비표면적 대비 음이온성 고분자전해질 0.1∼2.0 mg/㎡와, 상기 청색 세라믹 무기안료 100중량부에 대하여 잉크의 표면장력을 조절하기 위한 표면장력 개질제(Surface tension modifier) 0.01∼2.0중량부와, 상기 청색 세라믹 무기안료 100중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌옥사이드 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼6.0중량부를 포함하며, 상기 잉크의 표면장력이 20 ∼ 45 mN·m-1 범위이고, 상기 잉크의 점도가 2 ∼ 20 mPa·s 범위이며, 상기 잉크의 pH가 5 < pH < 10 범위인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅용 수계 청색 세라믹 잉크에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 휘발성 유기화합물(VOCs)에 대한 규제와 유기용매로 인한 잉크젯 헤드의 수명단축 등의 문제가 없고, 도기기 원료(raw material) 등에 사용되던 청색 세라믹 무기안료를 이용하여 분산안정성을 가지면서 잉크젯 프린팅 시 노즐 막힘 현상이 없으며, 수계를 기반으로 하여 환경 친화적이다.The present invention relates to an aqueous blue ink for use in inkjet printing, which comprises 30 to 40% by weight of a blue ceramic inorganic pigment having a spinel structure, 0.1 to 2.0 mg / m 2 of an anionic polyelectrolyte relative to the specific surface area of the ceramic inorganic pigment, 0.01 to 2.0 parts by weight of a surface tension modifier for adjusting the surface tension of the ink with respect to 100 parts by weight of the blue ceramic inorganic pigment, 1 part by weight of a polyethylene glycol and polyethylene oxide per 100 parts by weight of the blue ceramic inorganic pigment, Wherein the ink has a surface tension in the range of 20 to 45 mN · m -1 and a viscosity in the range of 2 to 20 mPa · s and the pH of the ink is in the range of 5 to pH ≪ 10. ≪ / RTI > The present invention relates to an aqueous blue ceramic ink for inkjet printing. According to the present invention, there are no problems such as restriction of volatile organic compounds (VOCs) and shortening of the lifetime of the inkjet head due to organic solvents, and the dispersion stability can be improved by using blue ceramic inorganic pigments used for raw materials of pottery No nozzle clogging occurs during inkjet printing, and it is eco-friendly based on water system.
Description
본 발명은 잉크젯 프린팅용 수계 청색 세라믹 잉크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 청색 세라믹 무기안료를 이용하여 분산안정성을 가지면서 잉크젯 프린팅 시 노즐 막힘 현상이 없는 수계를 기반으로 하는 환경 친화적인 청색 세라믹 잉크 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a water-based blue ceramic ink for ink-jet printing, and more particularly, to a water-based blue ceramic ink composition having a dispersion stability and free of nozzle clogging during ink-jet printing using blue ceramic inorganic pigment .
금속이나 유기 재료에 비해 내열성, 내마모성, 내식성이 우수한 세라믹 재료는 전통세라믹 분야에서 생활자기, 위생도기, 타일 등의 제품으로 활용되고 있으며, 근래에는 감성 디자인 제품에 대한 관심 및 수요 증가로 인해 다양한 디자인과 색상의 세라믹 제품 개발이 요구되고 있다. 이러한 세라믹 제품의 디자인에 있어서, 잉크젯 프린팅 기술은 많은 장점을 가지고 있음에도 불구하고 잉크젯 프린팅에 적합한 세라믹 안료와 잉크 개발의 요구로 인하여 오랜 시간 동안 적용되지 못하였다. Ceramic materials, which are superior in heat resistance, abrasion resistance and corrosion resistance compared to metals and organic materials, are used in products such as living porcelain, sanitary ware, and tile in the field of traditional ceramics. In recent years, And color ceramic products are required to be developed. In the design of such ceramic products, although the ink-jet printing technique has many advantages, it has not been applied for a long time due to the demand for the development of ceramic pigments and inks suitable for ink-jet printing.
잉크젯 프린팅(Ink-jet printing) 기술은 PC(Personal Computer)의 문석출력용 프린터를 목적으로 개발된 기술이다. 기존의 고소음 충격식 접촉인쇄방식의 도트매트릭스(dot matrix) 프린터 이후에 혁신적인 전환을 가져온 인쇄기술로, 프린터 헤드 내의 노즐을 통하여 잉크 형태의 유체를 미세액적 형상으로 고속 분사하여 기판에 이미지를 형성하는 기술이다. 극미량의 유체가 디지털 신호에 의하여 원하는 시점과 공간 위에 분사가 되기 때문에 컴퓨터의 가상공간에서 디자인된 다양한 형상을 자유롭게 직접묘화(Direct-Write)할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 유체가 기판으로부터 비접촉 방식으로 증착되기 때문에 종이를 비롯해 직물, 금속, 세라믹, 폴리머 등 다양한 기판 위에 자유롭게 형상을 인쇄할 수 있고, 수 십 마이크로미터에서 수 평방미터 이상의 대면적까지 인쇄가 가능하다.Ink-jet printing technology is a technology developed for the purpose of PC (personal computer) printing output printer. It is a printing technology that has revolutionized the existing dot-matrix printer with a high-impact impact contact printing method. By jetting ink-like fluids in a micro-liquid form through nozzles in a printer head, . Since a very small amount of fluid is injected on a desired point and space by a digital signal, it has the advantage of being able to freely direct-write various shapes designed in a virtual space of a computer. Since the fluid is deposited from the substrate in a non-contact manner, the shape can be freely printed on various substrates such as paper, fabric, metal, ceramics, and polymers, and printing can be performed from several tens of micrometers to a large area of several square meters or more .
잉크젯 프린팅 기술은 포토리소그래피(photolithography)와 같은 기존의 패터닝 기술에서 필요한 현상, 에칭 등의 공정이 필요 없기 때문에 화학적 영향으로 기판이나 재료의 특성이 변성되는 경우가 없고, 공정상에서 폐기품이 없기 때문에 매우 친환경적인 패터닝 기술이다. 또한, 원하는 곳에 필요한 만큼의 물질을 패터닝 할 수 있는 패턴 온 디맨드(pattern on demand) 공정이 가능하여 극히 단순한 공정으로 미세패턴을 제작할 수 있어 재료의 이용 효율이 100%에 가깝고, 고가의 진공장비가 소요되지 않아 비용절감에 따른 제품 가격 경쟁력이 매우 우수한 장점을 가지고 있다. 이와 같은 잉크젯 프린팅 기술의 우수성 때문에 현재에는 문서 인쇄기술로서의 활용뿐만 아니라 수 십 ㎛의 패턴공정이 필요한 디스플레이, 전자회로, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems), 바이오칩 등의 분야에서 응용연구가 활발하게 이루어지고 있다.Ink-jet printing technology does not require processes such as development, etching, and the like required in conventional patterning techniques such as photolithography, so that the characteristics of the substrate or material are not changed due to chemical effects, It is an environmentally friendly patterning technology. In addition, pattern on demand process that can pattern as much material as required is possible, and it is possible to fabricate fine pattern with extremely simple process, and the utilization efficiency of material is close to 100%, and expensive vacuum equipment It is very cost effective and competitive price. Due to the superiority of such ink-jet printing technology, application studies are actively carried out in the fields of displays, electronic circuits, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), and bio-chips, which are required not only for document printing technology but also pattern processing of several tens of microns have.
잉크젯 프린팅 시스템은 4원색(CMYK; Cyan, Magenta, Yellow, blacK)을 통하여 모든 색을 구현할 수 있으며, 디지털 파일을 통한 패턴화로 대량 생산 체제하에서도 다양한 제품군을 생산 가능하며, 기존의 다른 공정들과 비교했을 때 공정시간이 매우 짧게 이루어진다. 또한, 잉크젯 프린팅 시스템은 디지털 신호에 의해 원하는 위치에만 잉크를 토출하여 높은 잉크효율을 갖게 되어 생산비용의 절감을 가져올 수 있다.The inkjet printing system can realize all colors through 4 primary colors (CMYK; Cyan, Magenta, Yellow, blacK) and it can produce various product groups under mass production system by patterning through digital files. When compared, the process time is very short. In addition, the inkjet printing system discharges ink only at a desired position by a digital signal, and has a high ink efficiency, thereby reducing the production cost.
현재 상용화된 나노 세라믹 잉크는 분산안정성 확보에 상대적으로 유리한 유기용매를 적용하고 있다. 그러나, 휘발성 유기화합물(VOCs)에 대한 규제와 유기용매로 인한 잉크젯 헤드의 수명단축 등의 문제로 수계 시스템에 대한 관심이 증가하고 있다.Currently commercialized nanoceramic inks use organic solvents that are relatively favorable for ensuring dispersion stability. However, interest in aqueous systems has been increasing due to problems such as the regulation of volatile organic compounds (VOCs) and the shortening of the lifetime of the ink jet head due to organic solvents.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 휘발성 유기화합물(VOCs)에 대한 규제와 유기용매로 인한 잉크젯 헤드의 수명단축 등의 문제가 없고, 청색 세라믹 무기안료를 이용하여 분산안정성을 가지면서 잉크젯 프린팅 시 노즐 막힘 현상이 없는 수계를 기반으로 하는 환경 친화적인 청색 세라믹 잉크를 제공함에 있다. A problem to be solved by the present invention is that there are no problems such as restriction of volatile organic compounds (VOCs) and shortening of the life of the inkjet head due to organic solvents, and the use of blue ceramic inorganic pigments for dispersion stability, The present invention provides an environmentally friendly blue ceramic ink based on a water-free environment.
본 발명은, 잉크젯 프린팅에 사용되는 수계 청색 잉크로서, 스피넬 구조를 갖는 청색 세라믹 무기안료 30∼40중량%와, 상기 세라믹 무기안료의 비표면적 대비 음이온성 고분자전해질 0.1∼2.0 mg/㎡와, 상기 청색 세라믹 무기안료 100중량부에 대하여 잉크의 표면장력을 조절하기 위한 표면장력 개질제(Surface tension modifier) 0.01∼2.0중량부와, 상기 청색 세라믹 무기안료 100중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌옥사이드 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼6.0중량부를 포함하며, 상기 잉크의 표면장력이 20 ∼ 45 mN·m-1 범위이고, 상기 잉크의 점도가 2 ∼ 20 mPa·s 범위이며, 상기 잉크의 pH가 5 < pH < 10 범위인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅용 수계 청색 세라믹 잉크를 제공한다.The present invention relates to an aqueous blue ink for use in inkjet printing, which comprises 30 to 40% by weight of a blue ceramic inorganic pigment having a spinel structure, 0.1 to 2.0 mg /
상기 음이온성 고분자전해질은 폴리아크릴산을 포함할 수 있다.The anionic polyelectrolyte may include polyacrylic acid.
상기 폴리아크릴산은 Na+ 염(salt)을 가진 폴리아크릴산을 포함할 수 있다.The polyacrylic acid may comprise polyacrylic acid with Na + salt.
상기 Na+ 염(salt)을 가진 폴리아크릴산은 1200∼15000 g/mol의 분자량을 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the polyacrylic acid having Na + salt has a molecular weight of 1200 to 15000 g / mol.
상기 음이온성 고분자전해질은 Na+ 염(salt)을 가진 폴리메타크릴산을 포함할 수 있다.The anionic polyelectrolyte may include polymethacrylic acid having Na + salt.
상기 세라믹 무기안료의 비표면적 대비 상기 Na+ 염(salt)을 가진 폴리메타크릴산 0.01∼0.2 mg/㎡을 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the ceramic inorganic pigment contains 0.01 to 0.2 mg /
상기 Na+ 염(salt)을 가진 폴리메타크릴산은 8000∼400K g/mol의 분자량을 갖는 것이 바람직하다. The polymethacrylic acid having Na + salt preferably has a molecular weight of 8000-400 K g / mol.
상기 표면장력 개질제는 소수성 실리카(Hydrophobic silica), 폴리디메틸록산(Polydimethyloxane) 및 폴리실록산(Polysiloxane) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The surface tension modifier may include at least one material selected from hydrophobic silica, polydimethyloxane, and polysiloxane.
상기 폴리에틸렌글리콜은 10K 내지 35K g/mol의 분자량을 갖는 것이 바람직하다.The polyethylene glycol preferably has a molecular weight of 10K to 35K g / mol.
상기 폴리에틸렌옥사이드는 80K 내지 300K g/mol의 분자량을 갖는 것이 바람직하다.The polyethylene oxide preferably has a molecular weight of 80 to 300 K g / mol.
상기 청색 세라믹 무기안료는 Co2SiO4, (Co,Zn)2SiO4, CoAl2O4, Co2SnO4, (Co,Zn)Al2O4, Co(Al,Cr)3O4, (Co,Mg)Al2O4 및 (Co,Zn)TiO3, 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The blue ceramic inorganic pigments include Co 2 SiO 4, (Co, Zn) 2 SiO 4, CoAl 2 O 4,
상기 청색 세라믹 무기안료는 50∼500㎚의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.The blue ceramic inorganic pigment preferably has an average particle diameter of 50 to 500 nm.
상기 잉크젯 프린팅용 수계 청색 세라믹 잉크는 오네소지 수의 역수(Oh-1=Z)가 3 < Z < 14의 범위이다.The water-based blue ceramic ink for ink-jet printing has an inverse number (Oh -1 = Z) of Onespoke number in the range of 3 < Z <
본 발명에 의하면, 도기기 원료(raw material) 등에 사용되던 청색 세라믹 무기안료를 이용하여 분산안정성을 가지면서 잉크젯 프린팅 시 노즐 막힘 현상이 없으며, 수계를 기반으로 하여 환경 친화적이다.According to the present invention, blue ceramic inorganic pigments used for raw materials of pottery are used to provide dispersion stability, nozzle clogging does not occur during ink jet printing, and environmentally friendly, based on water.
본 발명에 의하면, 휘발성 유기화합물(VOCs)에 대한 규제와 유기용매로 인한 잉크젯 헤드의 수명단축 등의 문제가 없다. According to the present invention, there are no problems such as restrictions on volatile organic compounds (VOCs) and shortening of the life of the inkjet head due to organic solvents.
도 1은 잉크젯 프린팅의 유체 한정 범위를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실험예에서 사용된 CoAl2O4 안료의 광학 사진과 주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope) 사진이다.
도 3은 실험예에서 사용된 CoAl2O4 안료의 X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 패턴을 보여주는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 실험예에 따라 고형분 35wt% CoAl2O4 슬러리에 음이온성 고분자전해질의 첨가량을 증가시키면서 전단속도(Shear rate)에 따른 정상상태 흐름(Steady state flow)을 분석하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 실험예에 따라 겉보기 점도를 이용하여 음이온성 고분자전해질의 첨가량에 대한 점도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 음이온성 고분자전해질에 따른 pH 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7은 실험예에 따라 표면장력 개질제(Surface tension modifier)의 첨가량에 따른 표면장력 감소를 보여주는 그래프이다.
도 8은 실험예에 따라 표면장력 개질제를 첨가하지 않은 잉크의 토출 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 실험예에 따라 표면장력을 조절한 잉크의 토출 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 실험예에 따라 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 10K g/mol을 첨가한 잉크의 토출 테스트 결과를 보여주는 도면이다.
도 11은 실험예에 따라 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 100K g/mol을 첨가한 잉크의 토출 테스트 결과를 보여주는 도면이다.
도 12는 잉크 유체의 일반적인 제한 범위를 보여주는 그래프이다.Figure 1 is a graph showing the fluid confinement range for inkjet printing.
2 is an optical photograph and a scanning electron microscope (SEM) photograph of the CoAl 2 O 4 pigment used in Experimental Example.
3 is a view showing an X-ray diffraction (XRD) pattern of the CoAl 2 O 4 pigment used in Experimental Example.
4A to 4D are graphs showing steady state flow according to shear rate while increasing the amount of anionic polyelectrolyte added to a 35 wt% CoAl 2 O 4 slurry in a solid content of 35 wt% .
FIG. 5 is a graph showing the change in viscosity with respect to the addition amount of an anionic polyelectrolyte using the apparent viscosity according to Experimental Example.
6 is a graph showing a change in pH according to an anionic polyelectrolyte.
7 is a graph showing a decrease in surface tension according to an addition amount of a surface tension modifier according to an experimental example.
8 is a diagram showing the results of ejection test of an ink to which no surface tension modifier is added according to Experimental Example.
FIG. 9 is a view showing a result of ejection test of an ink whose surface tension is adjusted according to an experimental example.
FIGS. 10A to 10D are diagrams showing ejection test results of an ink containing 10K g / mol of polyethylene glycol (PEG) Mw according to Experimental Example.
11 is a view showing a discharge test result of an ink to which polyethylene glycol (PEG) Mw of 100 K g / mol was added according to Experimental Example.
12 is a graph showing a general limit range of the ink fluid.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.
본 발명은 CoAl2O4와 같은 나노 사이즈의 세라믹 무기안료를 이용하여 분산안정성을 가지면서 잉크젯 프린팅 시 노즐 막힘 현상이 없는 수계를 기반으로 하는 환경 친화적인 세라믹 잉크를 제시한다. The present invention discloses an environmentally friendly ceramic ink based on a water-based ceramic ink having nano-sized ceramic inorganic pigments such as CoAl 2 O 4 , which has dispersion stability and does not cause nozzle clogging during inkjet printing.
잉크젯 기술은 잉크젯 프린트 헤드, 잉크 및 시스템(system)/펌웨어(firmware)의 3가지 기술과 이들 기술을 종합할 수 있는 통합 기술을 요한다. 이중에서 특히, 핵심기술인 잉크 기술은 유체 시스템이 복잡하게 얽힌 메커니즘으로서 최종 배합된 잉크의 유변 거동을 조절하는 기술이 요구된다. 이는 잉크 토출(ejection) 시 잉크 액적의 크기와 분포가 잉크 유변학(Rheology)의 함수인 경우가 많기 때문인데, 예를 들어 고점도 잉크의 경우 노즐(Nozzle) 끝에서의 압력이 커지고 미세 패턴을 형성하기가 어려워진다. 유변학(Rheology)이 잉크의 안정성의 표시(indicator)로 이용될 수도 있다. 따라서, 잉크젯 기술의 폭넓은 활용과 적용을 할 수 있도록 하는 연구의 수행이 필요하다.Inkjet technology requires three technologies, inkjet printhead, ink and system / firmware, and integrated technology that can synthesize these technologies. In particular, ink technology, which is a core technology, requires a technique to control the rheological behavior of the final compounded ink as a complex interlocking mechanism of the fluid system. This is because the size and distribution of ink droplets are often a function of ink rheology at the time of ink ejection. For example, in the case of high viscosity ink, the pressure at the end of a nozzle becomes large and forms a fine pattern . Rheology may be used as an indicator of the stability of the ink. Therefore, it is necessary to carry out research that enables wide application and application of ink jet technology.
세라믹타일 잉크젯 프린팅 기술은 디지털 4원색(CMYK; Cyan, Magenta, Yellow, blacK)을 통하여 모든 색을 구현할 수 있으며, 디지털 파일을 통한 패턴화로 대량 생산체제하에서도 다양한 제품군의 생산이 가능하다. 기존의 다른 공정들과 비교했을 때 공정시간이 매우 짧게 이루어지며, 세라믹 타일용 잉크젯 프린팅 시스템은 디지털 이미지를 빠르고 정확하게 프린팅 후 1000℃ 이상의 고온에서 소결하여 지워지거나 변색, 탈색이 없고, 소재가 긁히지 않아 반영구적인 수명을 갖게 된다. Ceramic tile inkjet printing technology can realize all colors through digital four primary colors (CMYK; Cyan, Magenta, Yellow, blacK) and it is possible to produce various product groups under mass production system by patterning through digital files. Compared with other processes, the process time is very short. Inkjet printing system for ceramic tiles can print digital images quickly and precisely, and then sintered at a high temperature of 1000 ° C or higher to avoid erasure, discoloration, It has a semi-permanent lifetime.
세라믹 제품의 생산을 위해 사용되는 잉크젯 프린팅용 안료는 소성 공정에 따른 고온에서의 열안정성이나 내화학성이 매우 중요한 요소이다. 이를 고려하여 1000℃ 이상의 고온에서 안정한 발색을 나타내는 스피넬 구조의 무기안료를 사용한다. The pigment for inkjet printing used for the production of ceramic products is a very important factor in the thermal stability and chemical resistance at high temperature according to the firing process. In consideration of this, an inorganic pigment having a spinel structure which exhibits stable color development at a high temperature of 1000 占 폚 or higher is used.
스피넬 구조를 갖는 무기안료는 넓은 영역의 색을 구현해 낼 뿐만 아니라, 열적, 화학적으로도 안정한 특징을 가지고 있으며, 화학식은 AB2O4 이다. 스피넬 구조의 무기안료는 A2+이온이 4면체 위치에, B3+이온이 8면체 위치에 오며, A와 B 자리에 발색원소를 치환함으로써 다양한 색을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 파란색을 발색하는 무기안료의 조성으로는 Co2SiO4(Olivine), (Co,Zn)2SiO4(Willemite), CoAl2O4(Spinel), Co2SnO4, (Co,Zn)Al2O4, Co(Al,Cr)3O4, (Co,Mg)Al2O4, (Co,Zn)TiO3,이들의 혼합물 등이 있다.Inorganic pigments having a spinel structure not only realize a wide range of colors but also have thermal and chemical stability, and the formula is AB 2 O 4 . The inorganic pigments of the spinel structure have the advantage of obtaining various colors by substituting A 2+ ions at the tetrahedral positions and B 3+ ions at the octahedral positions and substituting the coloring elements at the A and B positions. In the proportion of the inorganic pigment to color blue is Co 2 SiO 4 (Olivine), (Co, Zn) 2 SiO 4 (Willemite), CoAl 2 O 4 (Spinel),
일반적으로 잉크의 점도와 표면장력이 세터라이트(satellite) 생성 등 액적형성 거동을 결정하는 주요 인자로 알려져 있다. 특히, 점성은 유동의 저항을 유발하는 면에서 액적 토출 시 불리하게 작용하며, 잉크젯 헤드의 구동부에 높은 부하로 작용하고, 노즐 면에서 떨어지는 순간 꼬리를 길게 만들어 세터라이트의 생성 가능성이 높아진다. 따라서, 적당한 범위에서의 점도를 유지할 필요가 있다. 이러한 점도에 의한 액적 토출 현상의 이해를 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다.In general, the viscosity and surface tension of ink are known to be the main factors determining droplet formation behavior such as satellite generation. Particularly, viscosity tends to adversely affect droplet ejection in terms of inducing flow resistance, and acts as a high load on the driving portion of the ink jet head. Therefore, it is necessary to maintain the viscosity in an appropriate range. Various studies have been carried out to understand the phenomenon of droplet discharge by this viscosity.
잉크젯 프린팅 공정 시 잉크 내 입자의 침전에 의한 노즐 막힘 현상을 방지하기 위해 점도는 2 ∼ 20 mPa·s로 유지되는 것이 바람직하다. In order to prevent nozzle clogging due to sedimentation of particles in the ink during the inkjet printing process, the viscosity is preferably maintained at 2 to 20 mPa · s.
잉크의 점도와 함께 표면장력도 액적의 토출 특성을 결정하는 주요한 물성 중의 하나이다. 표면장력에 의한 모세관력(capillarity force)이 노즐에 작용해 액적이 토출된 후, 압력 챔버 내에 잉크가 다시 채워지게 된다. 잉크의 표면장력이 증가하면 공기와 접촉한 잉크의 표면적을 줄여 표면에너지를 낮추려고 하는 경향 때문에 빠른 시간 내에 액적의 형태를 만들어 분리시간과 분리거리가 감소한다. 프린팅 시 안정한 액적 토출을 유지하기 위해서는 적절한 값을 유지하여야 한다. 표면장력은 잉크의 수계시스템과 유기용매 시스템의 큰 차이점 중 하나로 볼 수 있는데, 물의 높은 표면장력으로 인하여 수계 시스템에서는 필수적으로 표면장력 개질제(Surface tension modifier)를 통한 표면장력 제어가 요구된다. 안정한 액적 토출을 위해 잉크젯 프린팅에서 요구되는 표면장력의 적정 범위로써 20 ∼ 45 mN·m-1 정도인 것이 바람직하다. The surface tension along with the viscosity of the ink is one of the main properties determining the discharge characteristics of the droplet. The capillarity force due to the surface tension acts on the nozzle to eject the droplet, and then the ink is replenished in the pressure chamber. As the surface tension of the ink increases, the tendency to lower the surface energy of the ink in contact with the air reduces the separation time and separation distance due to the tendency to lower the surface energy. Proper values should be maintained to maintain stable droplet ejection during printing. Surface tension can be regarded as one of the major differences between an ink system and an organic solvent system. Due to the high surface tension of water, surface tension control through a surface tension modifier is essential in an aqueous system. It is preferable that the surface tension is in a suitable range of 20 to 45 mNm < -1 > for stable droplet ejection.
최근 산업분야에서 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 다양한 물질들의 패터닝 기술에 대한 필요성에 의한 유체의 물성에 따른 액적 토출 특성을 세밀하게 이해할 필요가 있다.In recent years, there is a need to understand the droplet discharge characteristics according to physical properties of fluids by necessity of patterning technology of various materials using inkjet printing technology in industry.
유체는 크게 뉴토니안(Newtonian) 유체와 비-뉴토니안(Non-Newtonian) 유체로 분류된다. 뉴토니안(Newtonian) 유체는 주어진 온도와 압력에서 전단속도에 관계없이 점도가 항상 일정한 유체를 의미한다. 전형적인 뉴토니안 유체로는 물과 오일이 있으며, 분산체를 제외한 순수한 유체는 대부분 뉴토니안(Newtonian) 유체에 해당된다. 비-뉴토니안(Non-Newtonian) 유체는 전단속도 변화에 따라서 다양하게 전단응력이 변하게 되는데 이러한 점도를 겉보기 점도(Apparent viscosity)라고 부른다. 전단희박(Shear thinning) 유체는 전단속도가 증가함에 따라 겉보기 점도가 감소하는 현상을 보이며, 전단속도가 커지면 빙햄(Bingham) 유체와 유사한 거동을 보이기 때문에 의소성(pseudoplastic) 유체라고도 한다. 전단농화(Shear thickening) 유체는 전단속도가 증가에 따라 겉보기 점도가 증가하는 현상을 나타낸다.Fluids are largely classified as Newtonian fluids and Non-Newtonian fluids. Newtonian fluids are fluids whose viscosity is always constant regardless of shear rate at a given temperature and pressure. Typical Newtonian fluids are water and oil, and pure fluids except dispersants are mostly Newtonian fluids. Non-Newtonian fluids vary in shear stresses with varying shear rates. This viscosity is called the apparent viscosity. Shear thinning fluids show a decrease in apparent viscosity as the shear rate increases and are sometimes referred to as pseudoplastic fluids because they behave like Bingham fluids when shear rates increase. Shear thickening fluids exhibit an apparent viscosity increase with increasing shear rate.
일반적으로 유체의 점도와 표면장력이 세터라이트(satellite) 생성을 결정하는 주요인자가 된다고 알려졌다. 특히, 점도가 높아지면 잉크젯 헤드의 구동부에 높은 부하로 작용하고 노즐 면에서 떨어지는 순간 꼬리를 길게 만들어 세터라이트의 생성 가능성이 높아진다. 유체의 높은 점도는 고속 프린팅 시 메니스커스의 불안정을 초래할 수 있는 요인이 될 수 있다. 따라서, 적당한 구간 내에서 점도를 유지할 필요가 있다. It is generally known that fluid viscosity and surface tension are the main factors in determining satellite generation. Particularly, when the viscosity is increased, a high load is applied to the driving part of the ink jet head and the tail is made longer at the moment of falling from the nozzle surface, thereby increasing the possibility of generating the setter. The high viscosity of the fluid can be a cause of meniscus instability during high speed printing. Therefore, it is necessary to maintain the viscosity within a proper range.
최근 잉크젯 프린팅 기술을 이용하는 많은 응용분야에서 다양한 조성을 가지는 잉크를 이용함에 따라 액적의 생성과 토출에 관련된 물리적인 현상이 복잡하고 다양화 되었다. 폴리머가 첨가되면 잉크는 비-뉴토니언(Non-Newtonian) 유체의 거동을 보이게 된다. 그리고, 첨가제에 따라 잉크의 유동성에 영향을 미쳐 액적 생성 시 다른 거동을 보이게 된다. Recently, in many applications using inkjet printing technology, physical phenomena related to droplet generation and ejection have been complicated and diversified by using inks having various compositions. When the polymer is added, the ink will exhibit the behavior of non-Newtonian fluids. In addition, depending on the additive, the fluidity of the ink is affected, and other behaviors are exhibited when droplets are generated.
점도의 조절에는 증점제(Thickener)를 통하여 점도를 조정하게 된다. 점도의 증가는 분산입자의 안정화에 영향을 미치며, 저장 중 안료의 침강방지, 재분산성 향상, 흐름방지 등의 효과가 있으며, 잉크젯 프린팅에 적용을 위해서는 필수적으로 조정이 필요하다. The viscosity is adjusted through the thickener to adjust the viscosity. The increase of the viscosity affects the stabilization of the dispersed particles, and has effects such as prevention of settling of the pigment during storage, improvement of redispersibility, prevention of flow, and necessary adjustment for application to inkjet printing.
액체 표면에 있는 분자에 불균형한 인력이 작용하여 액체 표면으로부터 아래쪽 직각 방향으로만 작용하게 되는 표면적을 최소로 하려는 힘을 표면장력이라고 하는데, 상대적으로 높은 표면장력을 가진 수계의 경우, 계면활성제나 알코올류를 비롯한 물에는 녹지만 물보다 낮은 표면장력을 가지는 물질을 첨가하는 방식을 사용하여 표면장력을 조절한다. The surface tension is the force that minimizes the surface area that acts only on the downward perpendicular direction from the liquid surface due to unbalanced pulling force on the molecules on the liquid surface. In the case of a water system having a relatively high surface tension, The surface tension is controlled by adding a material having a lower surface tension than water but soluble in water including water.
잉크의 토출에 있어서 표면장력은 중요한 물성 중 하나이다. 표면장력에 의한 모세관력이 노즐에 작용하여 액적이 토출된 후에 압력 챔버 내에 잉크가 다시 채워지게 되는데, 표면장력이 높을수록 노즐로부터 액적이 분리되는 순간에 공기 중으로 노출된 잉크는 표면적을 줄여서 표면에너지를 낮추려는 경향 때문에 빠른 시간 내에 액적의 형태를 만들어 분리시간과 분리거리가 감소하여 액적의 꼬리가 짧아지게 된다. 이러한 경향은 메니스커스의 안정화에는 유리하게 작용하지만 액적의 체적과 속도가 감소하므로 점도와 마찬가지로 적절한 값을 유지하는 것이 중요하다. The surface tension in ejecting the ink is one of important physical properties. The capillary force due to the surface tension acts on the nozzle to repel the ink in the pressure chamber after the droplet is ejected. As the surface tension increases, the ink exposed to the air at the moment when the droplet is separated from the nozzle reduces the surface area, Due to the tendency to lower the separation time and separation distance by making the shape of droplets in a short time, the tail of the droplet is shortened. This tendency is advantageous for the stabilization of the meniscus, but it is important to maintain the same value as the viscosity because the volume and velocity of the droplet decrease.
양(Yang)은 강한 모세관력으로 인한 높은 표면장력은 액적이 더 빠르게 구형의 형태를 갖추게 하고, 고점도의 유체는 비교적 느린 분리시간과 액적속도를 갖게 되는 잉크의 물성이 액적의 토출 성능에 미치는 영향을 고찰하였다.(Yang) indicates that the high surface tension due to strong capillary force causes the liquid droplet to have a spherical shape sooner, and the viscosity of the high viscosity liquid has relatively slow separation time and droplet velocity, Respectively.
레이놀즈 수(Reynolds number)는 영국의 유체역학자 오. 레이놀즈(O. Reynolds)가 발견하였다. 레이놀즈 수(Reynolds number)는 유체가 유동할 때 흐름이 한 형태에서 다른 형태로 바뀌는 임계속도는 관경, 액체의 점도, 밀도, 평균유속에 따라 좌우되는데, 이를 조합하여 다음의 수학식 1로 정의한 것을 레이놀즈 수(Reynolds number)라고 한다.Reynolds number is the fluid mechanist of the United Kingdom. It was discovered by O. Reynolds. The Reynolds number depends on the diameter of the liquid, the viscosity of the liquid, the density, and the average flow rate. The critical velocity at which the flow changes from one form to another as the fluid flows is defined by the following equation It is called the Reynolds number.
[수학식 1][Equation 1]
유체의 표면장력을 γ, 밀도를 ρ, 유속을 v, 노즐의 직경을 α로 정의한다. 유체의 흐름을 연구하는 데 중요한 것으로서, 이 값이 작을 때는 흐름이 규칙적인 층류가 형성되지만, 어떤 값 이상이 되면 난류가 된다. 일반적으로 이와 같은 난류와 층류의 경계가 되는 R의 값을 임계 레이놀즈 수(Reynolds number)라 한다. 2,100 이하는 층류 구간이며, 4,000 이상은 난류 구간으로 나타나며, 2,100∼4,000 사이는 전이영역으로 입구의 상태와 입구로부터의 거리에 따라 층류가 되기도 하고 난류가 되기도 한다.The surface tension of the fluid is defined as γ, the density as ρ, the flow velocity as v, and the diameter of the nozzle as α. It is important to study the fluid flow. When this value is small, a regular laminar flow is formed, but when it is more than a certain value, it becomes turbulent. In general, the value of R, which is the boundary between turbulence and laminar flow, is called the critical Reynolds number. Below 2,100 is a laminar section, more than 4,000 is a turbulent section, and between 2,100 and 4,000 is a transition region, which is laminar or turbulent depending on the state of the inlet and the distance from the inlet.
웨버 수(Weber number)는 두 유체 사이에 경계면이 존재하는 유체들의 흐름을 분석하기에 매우 유용하며, 다음 수학식 2와 같이 정의된다.The Weber number is very useful for analyzing the flow of fluids having an interface between two fluids, and is defined by the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
웨버 수(Weber number)는 각각의 유체요소에 작용하는 표면장력에 대한 관성력의 지표를 나타낸다. 박막 액체의 유동과 액적, 거품의 형성을 분석하는데 매우 유용할 수 있다.The Weber number represents an indicator of the inertial force on the surface tension acting on each fluid element. It can be very useful for analyzing the flow of thin film liquids and the formation of droplets and bubbles.
유체의 점도와 표면장력에 따른 액적 토출특성은 서로 다른 경향을 나타내는데, 이 두 가지 물성을 오네소지 수(Ohnesorge number)는 유체의 Navier-stokes equation을 풀어 잉크젯 공정의 유체역학 모델을 세우기 위해 유체 물성치의 무차원수로 이용한 것이다. 오네소지 수(Ohnesorge number)(Z)는 아래의 수학식 3과 같이 레이놀즈 수(Raynolds number)와 웨버 수(Weber number)의 제곱근 사이의 비로 정의된다.The Ohnesorge number solves these two properties by solving the Navier-Stokes equation of the fluid to establish a fluid dynamics model for the ink jet process. The fluid properties As a non-dimensional number. The Ohnesorge number (Z) is defined as the ratio between the Reynolds number and the square root of the Weber number, as shown in
[수학식 3]&Quot; (3) "
유체의 점도를 η, 밀도를 ρ, 유속을 ν, 노즐의 직경을 α, 표면장력을 γ로 정의한다. 오네소지 수(Ohnesorge number)는 그 역수(Z)를 취하여 비교하게 되는데, 일반적으로 상용 DOD 방식 프린팅 잉크는 1에서 10사이의 값을 나타낸다. The viscosity of the fluid is defined as η, the density as ρ, the flow velocity as ν, the diameter of the nozzle as α, and the surface tension as γ. The Ohnesorge number is compared by taking the reciprocal (Z) thereof. Generally, the commercial DOD printing ink exhibits a value between 1 and 10.
도 1과 같이 오네소지 수(Ohnesorge number)를 통하여 유체의 인쇄능력(Printability)을 예측할 수 있다. Z값이 1보다 작을 때는 점도가 지배적인 요소가 되어 액적의 토출을 위해 큰 압력이 필요하게 되고 액적의 속도가 떨어지며 액적의 꼬리(tail)가 길어지는 경향이 나타나는데, 이 영역에서 점도의 영향은 증가하고 상대적으로 표면장력의 영향은 감소한다. 이는 토출 후에 해상도를 저하시키는 새터라이트 액적(Satellite droplet)을 형성하는 원인이 된다. 반면 10 이상의 큰 값을 가지게 되면, 표면장력이 증가하게 되어 액적의 꼬리가 짧아지고 액적도 빠른 시간 내에 형성된다. The printability of the fluid can be predicted through the Ohnesorge number as shown in FIG. When the Z value is less than 1, the viscosity becomes the dominant factor, requiring a large pressure for discharging the droplet, decreasing the velocity of the droplet and increasing the tail of the droplet. In this region, And the influence of the surface tension relatively decreases. This causes the formation of satellite droplets that degrade resolution after ejection. On the other hand, if the value is greater than 10, the surface tension is increased, and the tail of the droplet is shortened and the droplet is formed within a short time.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린팅용 수계 청색 세라믹 잉크는, 잉크젯 프린팅에 사용되는 수계 청색 잉크로서, 스피넬 구조를 갖는 청색 세라믹 무기안료 30∼40중량%와, 상기 세라믹 무기안료의 비표면적 대비 음이온성 고분자전해질 0.1∼2.0 mg/㎡와, 상기 청색 세라믹 무기안료 100중량부에 대하여 잉크의 표면장력을 조절하기 위한 표면장력 개질제(Surface tension modifier) 0.01∼2.0중량부와, 상기 청색 세라믹 무기안료 100중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌옥사이드 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼6.0중량부를 포함하며, 상기 잉크의 표면장력이 20 ∼ 45 mN·m-1 범위이고, 상기 잉크의 점도가 2 ∼ 20 mPa·s 범위이며, 상기 잉크의 pH가 5 < pH < 10 범위이다. Aqueous blue ink for inkjet printing according to a preferred embodiment of the present invention is an aqueous blue ink for use in inkjet printing comprising 30 to 40% by weight of a blue ceramic inorganic pigment having a spinel structure and a specific surface area of the ceramic inorganic pigment 0.01 to 2.0 parts by weight of a surface tension modifier for adjusting the surface tension of the ink to 100 parts by weight of the blue ceramic inorganic pigment and 0.1 to 2.0 parts by weight of the blue ceramic inorganic pigment 0.01 to 6.0 parts by weight of at least one material selected from the group consisting of polyethylene glycol and polyethylene oxide per 100 parts by weight of the ink, wherein the surface tension of the ink is in the range of 20 to 45 mNm -1 and the viscosity of the ink is in the range of 2 to 20 mPa · S, and the pH of the ink is in the range of 5 <pH <10.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린팅용 수계 청색 세라믹 잉크는 물(H2O)을 기반으로 하는 수계 잉크로서, 상기 청색 세라믹 무기안료, 상기 음이온성 고분자전해질, 상기 표면장력 개질제, 상기 폴리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌옥사이드 중에서 선택된 1종 이상의 물질 이외의 함량은 용매인 물(H2O)로 구성된다.The aqueous blue ceramic ink for inkjet printing according to a preferred embodiment of the present invention is an aqueous ink based on water (H 2 O), wherein the blue ceramic inorganic pigment, the anionic polyelectrolyte, the surface tension modifier, the polyethylene glycol And polyethylene oxide are composed of water (H 2 O) as a solvent.
상기 음이온성 고분자전해질은 폴리아크릴산을 포함할 수 있다.The anionic polyelectrolyte may include polyacrylic acid.
상기 폴리아크릴산은 Na+ 염(salt)을 가진 폴리아크릴산을 포함할 수 있다.The polyacrylic acid may comprise polyacrylic acid with Na + salt.
상기 Na+ 염(salt)을 가진 폴리아크릴산은 1200∼15000 g/mol의 분자량을 갖는 것이 바람직하다.It is preferable that the polyacrylic acid having Na + salt has a molecular weight of 1200 to 15000 g / mol.
상기 음이온성 고분자전해질은 Na+ 염(salt)을 가진 폴리메타크릴산을 포함할 수 있다.The anionic polyelectrolyte may include polymethacrylic acid having Na + salt.
상기 세라믹 무기안료의 비표면적 대비 상기 Na+ 염(salt)을 가진 폴리메타크릴산 0.01∼0.2 mg/㎡을 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the ceramic inorganic pigment contains 0.01 to 0.2 mg /
상기 Na+ 염(salt)을 가진 폴리메타크릴산은 8000∼400K g/mol의 분자량을 갖는 것이 바람직하다. The polymethacrylic acid having Na + salt preferably has a molecular weight of 8000-400 K g / mol.
상기 표면장력 개질제는 소수성 실리카(Hydrophobic silica), 폴리디메틸록산(Polydimethyloxane) 및 폴리실록산(Polysiloxane) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The surface tension modifier may include at least one material selected from hydrophobic silica, polydimethyloxane, and polysiloxane.
상기 폴리에틸렌글리콜은 10K 내지 35K g/mol의 분자량을 갖는 것이 바람직하다.The polyethylene glycol preferably has a molecular weight of 10K to 35K g / mol.
상기 폴리에틸렌옥사이드는 80K 내지 300K g/mol의 분자량을 갖는 것이 바람직하다.The polyethylene oxide preferably has a molecular weight of 80 to 300 K g / mol.
상기 청색 세라믹 무기안료는 Co2SiO4, (Co,Zn)2SiO4, CoAl2O4, Co2SnO4, (Co,Zn)Al2O4, Co(Al,Cr)3O4, (Co,Mg)Al2O4 및 (Co,Zn)TiO3, 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The blue ceramic inorganic pigments include Co 2 SiO 4, (Co, Zn) 2 SiO 4, CoAl 2 O 4,
상기 청색 세라믹 무기안료는 50∼500㎚의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.The blue ceramic inorganic pigment preferably has an average particle diameter of 50 to 500 nm.
상기 잉크젯 프린팅용 수계 청색 세라믹 잉크는 오네소지 수의 역수(Oh-1=Z)가 3 < Z < 14의 범위이다.The water-based blue ceramic ink for ink-jet printing has an inverse number (Oh -1 = Z) of Onespoke number in the range of 3 < Z <
이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention will be specifically shown, and the present invention is not limited by the following experimental examples.
나노 사이즈의 CoAl2O4 무기안료를 이용하여 분산안정성을 가지면서 잉크젯 프린팅 시 노즐 막힘 현상이 없는 수계를 기반으로 하는 청색 세라믹 잉크를 제조하였다. A blue ceramic ink based on a water - based inkless printing inkjet printing method was prepared using nano - sized CoAl 2 O 4 inorganic pigments.
이를 위하여 음이온성 고분자전해질(Anionic Polyelectrolyte)을 사용한 잉크의 분산안정성 실험을 통하여 최적의 음이온성 고분자전해질 첨가량을 정의하였다. 폴리실록산(Polysiloxane) 계열의 계면활성제(surfactant)를 표면장력 개질제(Surface tension modifier)로 사용하여 분산된 잉크의 표면장력을 조절하였다. 최종적으로 폴리에틸렌글리콜(PEG; Polyethylene glycol)과 폴리에틸렌옥사이드(PEO; Polyethylene oxide)를 이용하여 점도를 조절하였다. 잉크의 물성을 조절하여 액적 관측기(drop watcher) 측정을 통해 잉크의 액적 형성 거동을 확인하였다. 실험에 사용된 모든 잉크의 레이놀즈 수(Reynolds number), 웨버 수(Weber number), 오네소지 수(Ohnesorge number) 계산을 통해 잉크의 물성과 액적형성 거동 결과와의 상관관계를 해석하고자 하였다.For this purpose, the optimum amount of anionic polyelectrolyte added was defined through the dispersion stability test of an ink using anionic polyelectrolyte. The surface tension of the dispersed ink was controlled by using a polysiloxane surfactant as a surface tension modifier. Finally, the viscosity was controlled by using polyethylene glycol (PEG) and polyethylene oxide (PEO). The droplet formation behavior of the ink was confirmed by controlling the physical properties of the ink and measuring a drop watcher. The relationship between the physical properties of the ink and the droplet formation behavior was investigated by calculating the Reynolds number, Weber number, and Ohnesorge number of all the inks used in the experiment.
본 발명의 실험예에서 사용된 청색 세라믹 무기안료 CoAl2O4는 한일세라믹의 상용화된 제품을 구매하여 사용하였다. 청색 세라믹 무기안료는 X선 회절 분석기(XRD, Rigaku, D/MAX2500, Japan)을 이용하여 결정구조를 분석하였으며, FE-SEM(Jeol, JSM-6390, Japan)을 이용하여 입자사이즈 및 형상을 관찰하였다. 또한, 비표면적 측정기(BET, TRISTA II 3020, Micromeritics, USA)를 이용하여 BET 표면적(surface area) 값을 얻었다. 청색 세라믹 무기안료는 스피넬(Spinel) 결정구조를 갖고, 입자의 평균직경이 200nm, 밀도는 4.4430g/㎤, 그리고 비표면적 값은 5.5483㎡/g을 갖는다. 이 안료의 미세구조 및 특성은 도 2 에 나타내었으며, X-선회절 패턴을 도 3에 나타내었다. The blue ceramic inorganic pigment CoAl 2 O 4 used in the experimental examples of the present invention was obtained by using commercialized products of Korean-Japanese ceramics. The crystal structure of blue ceramic inorganic pigments was analyzed using an X-ray diffraction analyzer (XRD, Rigaku, D / MAX2500, Japan) and the particle size and shape were observed using FE-SEM (Jeol, JSM-6390, Japan) Respectively. BET surface area values were also obtained using a specific surface area meter (BET, TRISTA II 3020, Micromeritics, USA). The blue ceramic inorganic pigment has a spinel crystal structure, and has an average particle diameter of 200 nm, a density of 4.4430 g /
청색 세라믹 무기안료의 분산을 위해 음이온성 고분자전해질(Anionic Polyelectrolyte)을 통해 분산특성을 확인하고자 하였다. 음이온성 고분자전해질은 Na+ 염(salt)을 가진 폴리아크릴산(Poly(acrylic acid)(Na-PAA)(분자량 1200, 8100, 15000 g/mol), 그리고 Na+ 염(salt)을 가진 폴리메타크릴산(Poly(methacrylic acid)(Na-PMAA)(분자량 9500 g/mol)(Aldrich, Korea)을 선정하여 분자량에 따라 다른 체인 길리(Chain length)의 영향을 비교하고자 하였다. 이들의 화학구조는 아래의 구조식 1과 구조식 2에 나타내었다. In order to disperse blue ceramic inorganic pigments, anionic polyelectrolytes were used to determine the dispersion characteristics. The anionic polyelectrolyte is polyacrylic acid (Poly (acrylic acid) (Na -PAA) ( molecular weight 1200, 8100, 15000 g / mol ), and polymethylmethacrylate having a Na + salt (salt) having a Na + salt (salt) The chemical structure of the poly (methacrylic acid) (Na-PMAA) (molecular weight 9500 g / mol) (Aldrich, Korea) (1) and (2).
[구조식 1] Na+ 염(salt)을 가진 폴리아크릴산(Na-PAA)[Structural Formula 1] Polyacrylic acid (Na-PAA) having Na + salt [
[구조식 2] Na+ 염(salt)을 가진 폴리메타크릴산(Na-PMAA)[Structural Formula 2] Polymethacrylic acid (Na-PMAA) having Na + salt [
표면장력 개질제(Surface tension modifier)로는 소수성 실리카(Hydrophobic silica) 계열의 첨가제(BYK-12, BYK)와 폴리디메틸록산(Polydimethyloxane) 계열의 첨가제(BYK-19, BYK), 그리고 폴리실록산 계열의 첨가제(BYK-28, BYK)를 이용하여 표면장력 변화를 관찰하였다. Surface tension modifiers include hydrophobic silica-based additives (BYK-12, BYK), polydimethyloxane-based additives (BYK-19, BYK), and polysiloxane-based additives -28, BYK) was used to observe the surface tension change.
점도 조절제로써 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 10K g/mol, 35K g/mol, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) Mw 100K g/mol, 200K g/mol, 400K g/mol(Aldrich, Korea) 등의 증점제(Thickener)를 사용하여 각 첨가제별 점도 조절 범위를 정의하였다.Thickeners such as polyethylene glycol (PEG) Mw 10K g / mol, 35K g / mol, polyethylene oxide (PEO) Mw 100K g / mol, 200K g / mol and 400K g / mol (Aldrich, Korea) Were used to define the viscosity control range for each additive.
세라믹 무기안료의 수계 분산을 위해 가장 적합한 음이온성 고분자전해질과 첨가량을 찾기 위해 음이온성 고분자전해질인 Na-PAA(분자량 1200, 8100, 15000 g/mol)와 Na-PMAA(분자량 9500 g/mol)의 총 7가지를 사용하였다. The anionic polymer electrolytes Na-PAA (molecular weight 1200, 8100, 15000 g / mol) and Na-PMAA (molecular weight 9500 g / mol), which are the most suitable anionic polyelectrolytes for the aqueous dispersion of ceramic inorganic pigments, A total of 7 samples were used.
각각의 음이온성 고분자전해질을 3차 증류수에 세라믹 무기안료의 비표면적 대비 0 ∼ 2.0 mg/m2 (0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0 mg/m2)의 범위에서 첨가하고, 2시간 동안 교반(Stirring)하여 물과 음이온성 고분자전해질이 화학적 평형상태를 이루게 한 이후, 세라믹 무기안료 CoAl2O4(HANIL, P-521, Korea)를 첨가하였다. 고형분 35wt%의 슬러리를 지르코니아 볼을 이용하여 72시간 동안 밀링하여 입자가 충분히 섞이고, 습윤할 수 있도록 하여 잉크를 제조하였다. 제조된 잉크는 지르코니아 볼을 제거한 후 계속 롤링(Rolling)하여 응집을 방지하였고, 평형상태를 이루기 위해 24시간 이후 측정을 진행하였다. 이렇게 제조된 잉크의 레올로지, pH 테스트를 통하여 가장 효과적인 분산을 나타내는 음이온성 고분자전해질과 첨가량의 조성을 정의하고자 하였다. 레올로지의 측정은 회전식 레오미터(Rotational Rheometer)(HAAKE MARS III, Thermo Fisher Scientific Inc., Germany)를 사용하여 정상상태 전단(Steady-state shear)와 오실레이션 전단(Oscillation shear) 측정을 통하여 잉크의 레올로지 특성 및 점도를 확인하였다. 모든 유변학적인 측정의 기하학(Geometry)은 저 점도(Low viscosity)와 낮은 전단율(Low Shear rates) 영역에서 정확한 결과를 얻을 수 있고, 증발을 방지할 수 있는 Cup & Bob(Coaxial Cylinders) type의 CC10DIN Ti을 사용하여, 25℃에서 동일조건하에 진행하였다. 정상상태 전단(Steady-state shear)은 회전 단계(Rotation Step)으로 10-4에서 102s-1의 전단율(Shear rates) 범위에서 CR(Controlled Rate) 모드(mode)를 통해 진행되었다. Each anionic polyelectrolyte was added to the third distilled water in a range of 0 to 2.0 mg / m 2 (0, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0 mg / m 2 ) relative to the specific surface area of the ceramic inorganic pigment , And the mixture was stirred for 2 hours to form a chemical equilibrium state between the water and the anionic polyelectrolyte. Then, a ceramic inorganic pigment CoAl 2 O 4 (HANIL, P-521, Korea) was added. The slurry having a solid content of 35 wt% was milled using zirconia balls for 72 hours to allow the particles to sufficiently mix and wet to prepare an ink. The prepared ink was rolled after removing the zirconia balls to prevent aggregation, and the measurement was performed after 24 hours to achieve equilibrium. The rheology and the pH test of the ink thus prepared were used to define the composition of the anionic polyelectrolyte and the amount of addition which exhibited the most effective dispersion. The measurement of rheology was carried out using a steady-state shear and an oscillation shear measurement using a rotary rheometer (HAAKE MARS III, Thermo Fisher Scientific Inc., Germany) Rheological properties and viscosity were confirmed. The geometry of all rheological measurements can be used to obtain accurate results in the low viscosity and low shear rates areas and the CC10DIN of Cup & Bob (Coaxial Cylinders) type which can prevent evaporation. Ti under the same conditions at 25 캜. The steady-state shear was performed in a controlled rate (CR) mode in shear rates ranging from 10 -4 to 10 2 s -1 in the rotation step.
pH의 측정은 pH meter(HI-4521, HANNA Inc., USA)를 통하여 측정하였고, 침강(Sedimentation) 테스트는 메스실린더를 이용하여 두 달간의 침전거동을 육안으로서 침전부피를 관찰하였다.The pH was measured with a pH meter (HI-4521, HANNA Inc., USA) and the sedimentation test was carried out using a measuring cylinder to observe the sedimentation volume visually for two months.
잉크젯 프린팅용 세라믹 잉크로 사용하기 위해서는 특정한 물성이 요구되는데 가장 중요한 두 가지 물성은 표면장력(Surface Tension)과 점도(Viscosity)이다. 이 두가지 물성은 액적의 형성에도 큰 영향을 미친다. 특히 수계시스템에 있어서 표면장력의 조절은 가장 중요한 부분이다.Specific properties are required for use as a ceramic ink for inkjet printing. The two most important physical properties are surface tension and viscosity. These two properties have a great influence on the formation of droplets. The control of the surface tension is the most important part in the water system in particular.
음이온성 고분자전해질을 이용하여 분산한 잉크의 표면장력을 조절하기 위하여 소수성 실리카(Hydrophobic silica), 폴리디메틸록산(Polydimethyloxane) 그리고 폴리실록산 계열의 표면장력 개질제(Surface tension modifier)를 이용하였다. 잉크의 고형분 대비 0.1, 0.5, 1.0 wt%를 첨가하여 잉크를 제조한 후 표면장력을 확인하였다. Hydrophobic silica, polydimethyloxane and polysiloxane type surface tension modifier were used to control the surface tension of ink dispersed using anionic polyelectrolyte. The ink was prepared by adding 0.1, 0.5 and 1.0 wt% to the solid content of the ink, and then the surface tension was confirmed.
잉크의 표면장력 조절에 따른 액적 형성 거동을 확인하기 위하여 Na-PAA(Mw 15000g/mol) 0.8mg/m2, 잉크의 고형분 대비 폴리실록산 0.1wt%을 첨가한 기본 잉크를 제조한 후에 폴리에틸렌옥사이드(PEO)(분자량 100K, 200K, 400K g/mol)를 잉크의 고형분 대비 각각 2wt% 첨가한 잉크를 제조하여 폴리실록산 0.1%를 첨가 전, 후의 액적형성 거동을 비교하였다. In order to confirm the droplet formation behavior according to the control of the surface tension of the ink, a basic ink containing Na-PAA (Mw of 15000 g / mol) 0.8 mg / m 2 and 0.1 wt% of polysiloxane relative to the solids content of the ink was prepared and then polyethylene oxide ) (Weight average molecular weight: 100K, 200K, 400K g / mol) was added to each ink in an amount of 2 wt% based on the solid content of the ink, and the droplet formation behavior before and after the addition of the polysiloxane of 0.1% was compared.
잉크의 점도변화에 따른 액적형성 거동을 확인하고자 Na-PAA(Mw 15000g/mol) 0.8mg/m2, 잉크의 고형분 대비 폴리실록산 0.1wt%을 첨가한 기본 잉크를 제조한 후에 폴리에틸렌글리콜(PEG) 분자량 10K, 35K g/mol을 잉크의 고형분 대비 각각 3, 5wt%, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 분자량 100K, 400K g/mol을 잉크의 고형분 대비 각각 2, 4, 6wt% 첨가하였다.In order to confirm the droplet formation behavior according to the viscosity change of the ink, a basic ink containing Na-PAA (Mw of 15000 g / mol) 0.8 mg / m 2 and 0.1 wt% of polysiloxane based on the solids content of the ink was prepared and then polyethylene glycol (PEG) 10, and 35 Kg / mol were added to the solid content of the ink in an amount of 3, 5 wt%, and polyethylene oxide (PEO) molecular weight of 100 K and 400 Kg / mol, respectively, relative to the solid content of the ink.
잉크의 물성에 따른 잉크젯 프린팅 시의 액적 형성 거동을 확인하기 위하여 액적상태로 공기 중에서 평가하는 액적 관찰기(Drop watcher)(STI Co., Korea)를 사용하였다. 본 실험에서 사용한 잉크젯 시스템은 DOD 피에조(piezo) 방식의 헤드와 헤드 드라이버(Pressure pulse generating system) 그리고 CCD(charge coupled device) 카메라와 시스템 컴퓨터로 구성되어 있다. A drop watcher (STI Co., Korea) was used to evaluate the droplet formation behavior during inkjet printing according to the physical properties of the ink. The inkjet system used in this experiment consists of a DOD piezo head, a pressure pulse generating system, a CCD (charge coupled device) camera and a system computer.
프린팅 조건으로 온도는 25℃로 진행하였으며, 모든 시료에 대해서 구동전압(voltage)은 70 ∼ 75 V 범위로 하였고, 상승구간(rising time)과 하강구간(fall time)은 각각 1.5㎲, 그리고 유지구간(dwell time)은 13 ∼ 15㎲ 범위에서 측정을 하였다. 분산된 모든 잉크의 분산상태를 유지시키기 위해 계속 롤링(Rolling)을 하며 측정을 진행하였다. 액적의 이미지는 20㎲ 간격으로 측정하여 노즐을 출발하여 비행하는 액적의 토출형태와 분리거리를 확인할 수 있었다. As a printing condition, the temperature was increased to 25 ° C. and the driving voltage was set to 70 to 75 V for all the samples. The rising time and the falling time were 1.5 μs, (dwell time) was measured in the range of 13 ~ 15 ㎲. Rolling was continued to maintain dispersion of all dispersed inks. The droplet images were measured at intervals of 20 μs, and the ejection pattern and separation distance of the droplets flying from the nozzle were confirmed.
음이온성 고분자전해질을 이용하여 CoAl2O4 세라믹 무기안료를 분산시키고자 하였다. 음이온성 고분자전해질의 첨가량을 증가시키면서 CoAl2O4 슬러리의 유변학적 거동을 분석하였다. 입자의 표면에 흡착한 음이온성 고분자전해질은 유변학적 거동과 분산안정성에 큰 영향을 미친다. Anionic polyelectrolytes were used to disperse CoAl 2 O 4 ceramic inorganic pigments. The rheological behavior of the CoAl 2 O 4 slurry was investigated with increasing the amount of anionic polyelectrolyte. The anionic polyelectrolyte adsorbed on the surface of the particles has a great influence on the rheological behavior and dispersion stability.
고형분 35wt% CoAl2O4 슬러리에 음이온성 고분자전해질의 첨가량을 증가시키면서 전단속도(Shear rate)에 따른 정상상태 흐름(Steady state flow)을 분석하여 도 4a 내지 도 4d에 나타내었다. 도 4a는 음이온성 고분자전해질로 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 첨가한 경우이고, 도 4b는 음이온성 고분자전해질로 Na-PAA Mw 8100 g/mol을 첨가한 경우이며, 도 4c는 음이온성 고분자전해질로 Na-PAA Mw 15000 g/mol을 첨가한 경우이고, 도 4d는 음이온성 고분자전해질로 Na-PMAA Mw 9500 g/mol을 첨가한 경우이다. 도 4a 내지 도 4d에서 'PAA1200-0'은 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 안료의 비표면적 대비 0 mg/m2 를 첨가한 경우이고, 'PAA1200-0.1'은 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 안료의 비표면적 대비 0.1 mg/m2 를 첨가한 경우이며, 'PAA1200-0.2'은 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 안료의 비표면적 대비 0.2 mg/m2 를 첨가한 경우이고, 'PAA1200-0.4'은 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 안료의 비표면적 대비 0.4 mg/m2 를 첨가한 경우이며, 'PAA1200-0.6'은 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 안료의 비표면적 대비 0.6 mg/m2 를 첨가한 경우이고, 'PAA1200-0.8'은 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 안료의 비표면적 대비 0.8 mg/m2 를 첨가한 경우이며, 'PAA1200-1.0'은 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 안료의 비표면적 대비 1.0 mg/m2 를 첨가한 경우이고, 'PAA1200-1.5'은 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 안료의 비표면적 대비 1.5 mg/m2 를 첨가한 경우이며, 'PAA1200-2.0'은 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 안료의 비표면적 대비 2.0 mg/m2 를 첨가한 경우이며, 이와 같은 예에 따른 음이온성 고분자전해질과 그 첨가량은 도 4b 내지 도 4d에 나타낸 그래프에도 유사하게 적용된다. The steady state flow according to the shear rate was analyzed while increasing the amount of the anionic polyelectrolyte added to the solid content 35 wt% CoAl 2 O 4 slurry and is shown in FIGS. 4A to 4D. FIG. 4A shows the case where Na-PAA Mw of 1200 g / mol is added to the anionic polymer electrolyte, FIG. 4B shows the case where Na-PAA Mw of 8100 g / mol is added to the anionic polymer electrolyte, FIG. 4D shows a case where Na-PMAA Mw of 9500 g / mol is added as an anionic polymer electrolyte. 4A to 4D, 'PAA1200-0' represents the case where 0 mg / m 2 of Na-PAA Mw of 1200 g / mol is added to the specific surface area of the pigment, 'PAA 1200-0.1' represents Na-PAA Mw of 1200 g / and if it is the mol was added to 0.1 mg / m 2 over a specific surface area of the pigment, "PAA1200-0.2 'is Na-PAA Mw 1200 g / mol case where the addition of 0.2 mg / m 2 over a specific surface area of the pigment," PAA1200-0.4 'was obtained by adding 0.4 mg / m 2 of Na-PAA Mw of 1200 g / mol to the specific surface area of the pigment, and' PAA1200-0.6 'was obtained by adding Na-PAA Mw of 1200 g / mol to the specific surface area and when the addition of 0.6 mg / m 2, 'PAA1200-0.8 ' is Na-PAA Mw 1200 g / mol, and the case of adding 0.8 mg / m 2 over a specific surface area of the pigment, 'PAA1200-1.0' is Na- PAA Mw of 1200 g / mol was added to 1.0 mg / m 2 of the specific surface area of the pigment, and 'PAA1200-1.5' was added to the pigment of 1.5 mg / m 2 of the specific surface area of the PAA Mw of 1200 g / and if it is, 'PAA1200-2.0' is Na-PAA Mw 1200 g / mol by the addition of a specific surface area compared to 2.0 mg / m 2 of the pigment Right, and this anionic polyelectrolyte according to the example, such as the addition amount is applied, similar to the graph shown in Figure 4b to Figure 4d.
낮은 전단속도(<100s- 1)에서 샘플 간 점도의 차이는 분산성의 차이를 의미한다. 모든 시료에서 전단속도에 따라 일정한 점도 값을 나타내지 않는 비-뉴토니안 흐름(Non-Newtonian flow)을 나타냈으며, 전단박화(Shear thinning) 거동을 관찰할 수 있었다. 이 전단박화 거동의 정도를 통해서 분산성을 확인할 수 있다. Na-PAA는 분자량과 첨가량의 차이에 따른 경향성 없이 모두 비슷한 정도를 나타냈고, Na-PMAA는 Na-PAA보다 분산성이 좋지 않았고, 0.6 mg/m2 이하의 음이온성 고분자전해질 첨가량에서는 음이온성 고분자전해질을 첨가하지 않은 샘플과 비슷한 점도를 나타내었다. Low shear rates (<100s - 1) samples of the difference in viscosity between means a difference of dispersibility. The non-Newtonian flow, which does not show a constant viscosity value according to the shear rate, was observed in all samples and the shear thinning behavior was observed. The dispersibility can be confirmed by the degree of shear thinning behavior. Na-PAA is showed a similar all without the tendency of the difference in molecular weight and addition amount, Na-PMAA did dispersibility than Na-PAA good, 0.6 mg / m 2 the anionic polyelectrolyte added amount in the anionic polymer the following And showed similar viscosity to the sample without the electrolyte added.
정상상태 흐름(Steady-state flow)의 그래프를 이용하여 전단율(Shear rate)이 1/s 일 때의 점도를 겉보기 점도(apparent viscosity)로 정의하였다. 겉보기 점도를 이용하여 음이온성 고분자전해질의 첨가량에 대한 점도 변화 그래프를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 'PAA1200'은 음이온성 고분자전해질로 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 첨가한 경우이고, 'PAA8100'은 음이온성 고분자전해질로 Na-PAA Mw 8100 g/mol을 첨가한 경우이며, 'PAA15000'은 음이온성 고분자전해질로 Na-PAA Mw 15000 g/mol을 첨가한 경우이고, 'PMAA9500'은 음이온성 고분자전해질로 Na-PMAA Mw 9500 g/mol을 첨가한 경우이다. 도 5를 참조하면, 음이온성 고분자전해질을 통한 분산잉크에서 Na-PAA(Mw 15000 g/mol) 첨가량 0.8 mg/m2에서 가장 낮은 점도를 나타냈다. 가장 점도가 낮아진 첨가량 조건을 가장 효과적인 분산특성을 나타내는 조건으로 결정하였다. Using a graph of steady-state flow, the viscosity at
세라믹 잉크를 잉크젯 프린팅에 적용하기 위해서는 pH의 조절이 필요로 한다. 잉크는 5 < pH < 10의 범위조건인 것이 바람직하며, 이는 잉크젯 프린팅시 헤드의 부식으로 인한 수명에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.In order to apply ceramic ink to inkjet printing, it is necessary to adjust the pH. The ink is preferably in the range of 5 < pH < 10, because it may affect the life due to corrosion of the head during inkjet printing.
음이온성 고분자전해질을 이용한 분산중 Na-PMAA 분산잉크는 0.2mg/m2부터 허용가능 pH 최대값 10을 넘어가는 것으로 나타났고, Na-PAA 분산 잉크는 pH 9.2 ∼ 10의 범위로 모두 음이온성 고분자전해질 첨가 이후 모든 조건에서 pH 범위에 부합하는 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이를 도 6에 나타내었다. 도 6에서 'PAA1200'은 음이온성 고분자전해질로 Na-PAA Mw 1200 g/mol을 첨가한 경우이고, 'PAA8100'은 음이온성 고분자전해질로 Na-PAA Mw 8100 g/mol을 첨가한 경우이며, 'PAA15000'은 음이온성 고분자전해질로 Na-PAA Mw 15000 g/mol을 첨가한 경우이고, 'PMAA9500'은 음이온성 고분자전해질로 Na-PMAA Mw 9500 g/mol을 첨가한 경우이다.The Na-PMAA dispersed ink in the dispersion using anionic polyelectrolytes exceeded the allowable maximum value of 10 from 0.2 mg / m 2 , and the Na-PAA dispersed ink has the pH in the range of 9.2 to 10, It was confirmed that the values correspond to the pH range at all conditions after the addition of the electrolyte. This is shown in Fig. In FIG. 6, 'PAA1200' is an anionic polyelectrolyte added with Na-PAA Mw of 1200 g / mol, 'PAA8100' is an anionic polyelectrolyte containing Na-PAA Mw of 8100 g / PAA15000 'is an anionic polyelectrolyte with Na-PAA Mw of 15000 g / mol and' PMAA9500 'is an anionic polyelectrolyte with Na-PMAA Mw of 9500 g / mol.
수계 시스템의 특성상 기본적으로 높은 표면장력으로 인해 잉크 토출 시 노즐에 모세관력이 작용하며, 노즐로부터 액적이 분리되는 순간 빠른 시간 내에 표면적을 줄여 구형을 갖추고 액적의 꼬리가 짧아지게 된다. 그러나 잉크젯 프린팅에서 일반적으로 요구되는 표면장력의 적정 범위로써 20 ∼ 45 mN·m-1을 유지하는 것이 중요하다. Due to the nature of the water-based system, the capillary force acts on the nozzle during ink ejection due to its high surface tension. As soon as the droplet is separated from the nozzle, the surface area is shortened within a short period of time. However, it is important to maintain 20 to 45 mN · m -1 as an appropriate range of surface tension generally required for inkjet printing.
음이온성 고분자전해질을 이용한 분산실험을 통해 선정한 Na-PAA(Mw=15000 g/mlo) 0.8mg/m2으로 안료를 분산시킨 후 표면장력 개질제(Surface tension modifier)를 첨가하여 표면장력 실험을 진행하였다. 표면장력 개질제(Surface tension modifier)는 표면에너지를 낮추고 기포를 제거하는 역할을 한다. 소수성 실리카(Hydrophobic silica), 폴리디메틸록산(Polydimethyloxane), 폴리실록산 계열의 첨가제를 잉크의 고형분 대비 0.1, 0.5, 1.0 wt%를 첨가하여 잉크를 제조하였다.The surface tension test was carried out by adding a surface tension modifier after dispersing the pigment with 0.8 mg / m 2 of Na-PAA (Mw = 15000 g / mlo) selected through dispersion experiment using an anionic polyelectrolyte . Surface tension modifiers serve to lower surface energy and remove bubbles. Hydrophobic silica, polydimethyloxane and polysiloxane additive were added to the ink in an amount of 0.1, 0.5 and 1.0 wt% based on the solid content of the ink.
도 7에 나타난 바와 같이 표면장력 개질제의 첨가량에 따른 표면장력 감소를 확인하였다. 소수성 실리카(Hydrophobic silica)의 경우 1wt% 첨가에서 표면장력이 32mN/m으로 가장 표면장력의 감소가 적었고, 폴리디메틸록산(Polydimethyloxane)은 1wt% 첨가에서 23mN/m로 표면장력 저하능력에 있어서 가장 효과적이었지만 층이 분리되는 잉크와의 호환성 문제가 발생하였다. 폴리실록산(polysiloxane)은 1wt% 첨가 시 25mN/m로 폴리디메틸록산(Polydimethyloxane)에 비하여 표면장력 저하능력은 떨어지지만 잉크와의 호환성에 문제가 없어 최적의 표면장력 개질제(Surface tension modifier)로 선정하였다. 폴리실록산의 경우 0.1wt%의 첨가만으로도 적정범위에 부합하는 표면장력 값을 얻을 수 있었다.As shown in FIG. 7, surface tension was decreased according to the addition amount of the surface tension modifier. Hydrophobic silica showed the lowest surface tension reduction with a surface tension of 32mN / m at 1wt% addition, and 23mN / m at 1wt% addition of polydimethyloxane. But there was a compatibility problem with the ink in which the layer was separated. The polysiloxane was 25 mN / m when added at 1 wt%, and its surface tension lowering ability was lower than that of polydimethyloxane. However, the surface tension modifier was selected as an optimal surface tension modifier because there is no problem in compatibility with the ink. In the case of polysiloxane, the surface tension value corresponding to the appropriate range was obtained by adding 0.1 wt%.
잉크젯 프린팅 시 액적 형성 거동은 유체에 적용된 압력에 반응하는 시스템과 연관되어 있다. 잉크젯 프린팅 시 전달되는 압력 진동(pressure pulse)의 전달과 반동은 유체의 물리적, 유변학적인 특성, 프린팅 헤드의 특성에 따라 많은 변동이 있으며, 그것은 액적 형성 메커니즘에 큰 영향을 미치게 된다. 잉크젯 프린팅 시 구동 전압 조건을 70 ∼ 75V로 고정한 후, 유체의 물성에 따른 액적 형성 거동을 살펴보고, 인쇄능력(Printability)과의 연관성에 대해서 관찰하고자 하였다.During inkjet printing, droplet formation behavior is associated with systems that respond to pressure applied to the fluid. The transfer and recoil of the pressure pulse delivered during inkjet printing varies greatly depending on the physical and rheological characteristics of the fluid and the characteristics of the printing head, which has a large influence on the droplet formation mechanism. After fixing the driving voltage condition at 70 ~ 75V during inkjet printing, we investigated the droplet formation behavior according to the physical properties of the fluid and observed the relation with printability.
표면장력 개질제(Surface tension modifier) 첨가 유, 무에 따른 액적형성 거동을 비교하고자 Na-PAA(Mw = 15,000 g/mol) 0.8mg/m2 을 첨가하고 안료를 분산시킨 후 폴리실록산을 첨가하거나 첨가하지 않은 잉크를 제조하였다. 두 경우 모두 잉크 자체의 점도가 너무 낮아 폴리에틸렌옥사이드(PEO)(Mw=100K, 200K, 400K g/mol) 2%를 첨가하여 조절하였다. 제조한 잉크의 조성과 물리적 특성은 표 1에 나타내었다. In order to compare the droplet formation behavior with the addition of surface tension modifier, the addition of 0.8 mg / m 2 of Na-PAA (Mw = 15,000 g / mol) and the addition of polysiloxane . In both cases, the viscosity of the ink itself was too low to control by adding 2% of polyethylene oxide (PEO) (Mw = 100K, 200K, 400K g / mol). The composition and physical properties of the ink thus prepared are shown in Table 1.
[표 1][Table 1]
표면장력 개질제(Surface tension modifier)를 첨가하지 않은 잉크의 토출 테스트 결과, 도 8에 나타난 바와 같이 0∼20㎲에서 볼록한 형태의 메니스커스가 형성되고, 40∼60㎲일 때까지 전달된 압력 진동에 의해 액적이 늘어졌으며, 80㎲에서 주 액적이 분리되었으나 액적에서 분리된 작은 세터라이트가 생성되었다. As a result of the ejection test of the ink without adding the surface tension modifier, a meniscus of a convex shape was formed at 0 to 20 mu s as shown in Fig. 8, and a pressure oscillation And the droplet was separated at 80 μs, but the small setter was separated from the droplet.
높은 표면장력으로 인해 꼬리의 길이가 짧았고, 오네소지 수의 역수 Z는 각각 12.72, 10.18, 4.24로 일반적인 DOD 프린팅 잉크의 1<Z<10 범위보다 약간 높게 형성되었다. 또한, 폴리에틸렌옥사이드(PEO)에 따른 점도가 4.35, 5.43, 12.9로 증가에 따라 세터라이트간의 거리가 가까워지는 거동을 확인할 수 있었다. The length of the tail was short due to the high surface tension, and the inverse Z of Onegi number was 12.72, 10.18, 4.24, respectively, which was slightly higher than 1 <Z <10 of the general DOD printing ink. Also, it was confirmed that the distance between the setterite approaches to that of polyethylene oxide (PEO) as the viscosity increases to 4.35, 5.43, and 12.9.
폴리실록산 0.1%를 첨가하여 표면장력을 62mN/m에서 32.5mN/m로 조절하였다. 제조한 잉크의 조성과 물리적 특성은 아래의 표 2에 나타내었다. The surface tension was adjusted from 62 mN / m to 32.5 mN / m by adding 0.1% polysiloxane. The composition and physical properties of the ink thus prepared are shown in Table 2 below.
[표 2][Table 2]
표면장력을 조절한 잉크의 토출 테스트 결과, 도 9에 나타난 바와 같이 0∼20㎲에서 메니스커스가 형성되고, 40∼60㎲일 때까지 액적이 늘어졌으며, 80㎲에서 단일액적으로 분리되었다. Z값은 각각 8.6, 6.75, 3.06으로 일반적인 Z값 범위에 부합하였고, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) Mw 400K에서 가장 안정한 형태의 토출 특성을 나타냈다.As shown in Fig. 9, a meniscus was formed at 0 to 20 占 결과, and the droplet was stretched to 40 to 60 占 퐏 and separated into a single droplet at 80 占 퐏. Z values were 8.6, 6.75 and 3.06, respectively, which corresponded to the general Z value range, and exhibited the most stable type of discharge characteristics at polyethylene oxide (PEO) Mw 400K.
잉크의 점도변화에 따른 액적형성 거동을 확인하고자 Na-PAA(Mw 15000g/mol) 0.8mg/m2, 잉크의 고형분 대비 폴리실록산 0.1wt%을 첨가하여 기본 잉크를 제조한 후 여기에 폴리에틸렌글리콜(PEG) 분자량 10K, 35K g/mol을 잉크의 고형분 대비 각각 3, 5wt%, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 분자량 100K, 400K g/mol을 잉크의 고형분 대비 각각 2, 4, 6wt% 첨가하였다. 폴리에틸렌옥사이드(PEO)를 첨가한 잉크의 조성과 물리적 특성은 표 3에 나타내었고, 폴리에틸렌글리콜(PEG)를 첨가한 잉크의 조성과 물리적 특성은 표 4 및 표 5에 나타내었다. The basic ink was prepared by adding 0.8 wt / m 2 of Na-PAA (Mw 15000 g / mol) and 0.1 wt% of polysiloxane to the solid content of the ink to confirm the droplet formation behavior according to the viscosity change of the ink, and then polyethylene glycol (PEG ) 3, 5 wt%, and polyethylene oxide (PEO) molecular weight of 100K and 400K g / mol, respectively, were added to the solids of the inks by 2, 4, and 6 wt%, respectively, relative to the solids content of the inks. The composition and physical properties of the ink added with polyethylene oxide (PEO) are shown in Table 3, and the composition and physical properties of the ink containing polyethylene glycol (PEG) are shown in Tables 4 and 5.
[표 3][Table 3]
[표 4][Table 4]
[표 5][Table 5]
폴리에틸렌글리콜(PEG) 분자량 10K를 이용하여 점도를 조절한 잉크는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 10K의 첨가량에 각각 2.85, 3.13 mPa·s의 점도를 나타내었고, 폴리에틸렌글리콜(PEG) 35K는 각각 3.82, 5.31 mPa·s의 점도를 나타냈다. 폴리에틸렌글리콜(PEG) 첨가 잉크 모두에서 2.8, 5.2 mPa·s의 점도범위를 형성할 수 있었다. Polyethylene glycol (PEG) The viscosity of the inks prepared by using 10K of molecular weight was 2.85 and 3.13 mPa · s at the addition amount of polyethylene glycol (PEG) 10K, respectively. The polyethylene glycol (PEG) 35K was 3.82 and 5.31 mPa The viscosity of s was expressed. The viscosity range of 2.8 and 5.2 mPa · s could be formed in all of the polyethylene glycol (PEG) added inks.
도 10a 내지 도 10d는 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 10K g/mol을 첨가한 잉크의 토출 테스트 결과를 보여주는 도면이다. 도 10a는 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 10K g/mol을 잉크의 고형분 대비 3wt% 첨가한 경우이고, 도 10b는 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 10K g/mol을 잉크의 고형분 대비 5wt% 첨가한 경우이며, 도 10c는 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 35K g/mol을 잉크의 고형분 대비 3wt% 첨가한 경우이고, 도 10d는 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 35K g/mol을 잉크의 고형분 대비 5wt% 첨가한 경우이다. FIGS. 10A to 10D are diagrams showing results of ejection tests of an ink containing 10K g / mol of polyethylene glycol (PEG) Mw. 10A shows a case where 10 wt% of polyethylene glycol (PEG) Mw is added in an amount of 3 wt% based on the solid content of the ink, and FIG. 10B shows a case where 10 wt% of polyethylene glycol (PEG) Fig. 10C shows a case where 35 wt% of polyethylene glycol (PEG) Mw is added in an amount of 3 wt% based on the solid content of the ink, and Fig. 10D shows a case where 35 wt% of polyethylene glycol (PEG) Mw is added in an amount of 5 wt% based on the solid content of the ink.
토출 테스트 결과, 도 10a 내지 도 10d에 나타난 바와 같이 3, 5wt% 모두에서 단일액적을 형성하였다. 5wt%에서는 세터라이트가 형성되었다가 140㎲ 이후 액적이 다시 합쳐져 단일 액적을 형성하는 형태를 확인할 수 있었다. 하지만, 이러한 액적의 경우 형성과정에서 액적내부에 공기 유입으로 인하여 해상도를 저해하는 요소가 될 수 있다. 폴리에틸렌글리콜(PEG) 35K의 경우 3wt% 첨가한 경우에 세터라이트가 형성되었으며, 5wt%에서는 단일 액적을 형성함을 확인할 수 있었다. 폴리에틸렌글리콜(PEG) 10K의 경우 Z값 14.73, 13.52으로 일반적인 범위보다 약간 높은 값을 나타내었다.As a result of the discharge test, a single droplet was formed at 3 and 5 wt% as shown in Figs. 10A to 10D. At 5wt%, the setter was formed, and after 140μs, the liquid droplets were rejoined to form a single droplet. However, in the case of such a droplet, it may be an element that hinders the resolution due to air inflow into the droplet during the formation process. In the case of polyethylene glycol (PEG) 35K, the addition of 3wt% formed the setterite and the formation of 5wt% single droplet. In the case of polyethylene glycol (PEG) 10K, Z value was 14.73, 13.52, which was slightly higher than the general range.
폴리에틸렌옥사이드(PEO) 분자량 100K는 첨가량에 따라 각각 4.63, 7.27, 11.41 mPa·s의 점도를 나타냈으며, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 분자량 400K는 첨가량에 따라 각각 13.57 ∼ 329.14 mPa·s의 큰 점도변화를 나타내었다. 도 11은 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 100K g/mol을 첨가한 잉크의 토출 테스트 결과를 보여주는 도면이다. 도 11에서 (a)는 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 100K g/mol을 잉크의 고형분 대비 2wt% 첨가한 경우이고, (b)는 폴리에틸렌글리콜(PEG) Mw 100K g/mol을 잉크의 고형분 대비 4wt% 첨가한 경우이다. 이에 따른 토출 테스트 결과, 도 11에 나타난 바와 같이 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 분자량 400K의 경우 지나치게 높은 점도로 인하여 잉크가 토출되지 않았으며, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 분자량 100K의 경우 2wt%에서만 유일하게 토출이 되었고, 단일액적의 형성을 확인할 수 있었다. The polyethylene oxide (PEO) molecular weight of 100K exhibited a viscosity of 4.63, 7.27 and 11.41 mPa · s, respectively, depending on the amount added. The polyethylene oxide (PEO) molecular weight of 400K exhibited a large viscosity change of 13.57 ~ 329.14 mPa · s . 11 is a view showing a discharge test result of an ink containing 100 kg / mol of polyethylene glycol (PEG) Mw. 11 (a) shows a case in which 2 wt% of polyethylene glycol (PEG) Mw is added in an amount of 2 wt% based on the solid content of the ink, and FIG. 11 (b) shows a case in which 100 kg / mol of polyethylene glycol (PEG) . As a result of the discharge test, as shown in FIG. 11, the polyethylene oxide (PEO) molecular weight of 400 K did not cause ink ejection due to an excessively high viscosity, and the polyethylene oxide (PEO) , Formation of a single droplet was confirmed.
오네소지 수의 역수(Z)는 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 400K의 경우 토출이 되지 않아 액적의 직경과 속도를 잉크의 평균값을 임의로 적용하여 오네소지 수를 계산하였지만 높은 점도로 각각 3.14, 0.7, 0.13의 너무 낮은 Z값을 나타내면서 액적을 형성하지 못하였다. 하지만, 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 100K에서는 각각 9.02, 5.65, 3.68의 Z값을 확인할 수 있었고, 전체적으로 일반적인 Z값 범위 부합하는 값이 나타났지만 액적은 2wt%에서만 형성할 수 있었다. 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌글리콜(PEG)를 통한 점도 조절에는 성공하였으나 높은 점도 범위로 인하여 Z값이 너무 낮아지게 되어 액적 형성에 어려움이 있었다.The inverse number (Z) of One Soil water was not ejected in the case of polyethylene oxide (PEO) 400K, and the number and density of droplets were calculated by arbitrarily applying the average value of the ink droplet diameter and velocity. However, the viscosity was 3.14, 0.7 and 0.13 The droplet could not be formed while exhibiting a too low Z value. However, the Z values of polyethylene oxide (PEO) 100K were 9.02, 5.65, and 3.68, respectively, and the values agreed with the general Z value range were observed, but the droplet was formed only at 2 wt%. The viscosity control through polyethylene oxide (PEO) and polyethylene glycol (PEG) was successful, but the Z value was too low due to the high viscosity range, making it difficult to form droplets.
폴리에틸렌옥사이드(PEO)와 폴리에틸렌글리콜(PEG)를 통한 점도조절에 따른 액적형성 거동을 확인한 결과, 폴리에틸렌옥사이드(PEO)의 분자량이 크고 첨가량이 많은 경우에 지나치게 높은 점도를 나타내어 토출에 어려움이 있으며, 폴리에틸렌글리콜(PEG)는 적합한 점도 범위로 조절이 가능함을 확인할 수 있었다. As a result of checking the droplet formation behavior by controlling the viscosity through polyethylene oxide (PEO) and polyethylene glycol (PEG), the polyethylene oxide (PEO) has a high molecular weight and an excessively high viscosity when it is added in a large amount, It was confirmed that glycol (PEG) can be adjusted to a suitable viscosity range.
DOD 잉크젯 프린팅에서 프린팅이 가능한 유체의 오네소지 수의 범위는 1< Z < 10인 것이 바람직하다. 도 12의 초록색 영역에 해당하는 수치에 들어가야 프린팅이 가능하다. Z값이 낮아지면 낮은 에너지로 인하여 프린팅이 어렵고, Z값이 높아지면 스플래싱(Splashing)이 발생한다. Preferably, the range of the number of printable fluids in the DOD inkjet printing is 1 < Z < 10. It is necessary to enter the numerical value corresponding to the green area of FIG. 12 to perform printing. When Z value is low, printing is difficult due to low energy, and when Z value is high, splashing occurs.
도 12는 본 실험예에서 제조한 잉크의 액적 토출 형태별로 일반적인 DOD의 오네소지 수의 역수(Z)의 범위에 대입한 그래프이다. 이를 통해 오네소지 역수와 제조한 잉크의 토출특성을 비교한 결과, 본 실험예에서 제조한 잉크의 프린팅 가능 범위는 3 < Z < 14인 것으로 나타났다. 이것은 오네소지 수를 통한 유체의 시뮬레이션으로서 유체의 프린팅 가능범위를 평가할 수 있으나, 이는 이론적 범위로써 절대적인 잉크 프린팅 가능 범위의 지표로 삼을 수는 없고, 잉크젯 프린팅 헤드나 유체의 특성에 따라서 범위가 달라질 수 있음을 확인할 수 있었다.12 is a graph obtained by substituting the inverse number (Z) of the number of Oneso of a general DOD according to the droplet ejection form of the ink prepared in this Experimental Example. As a result, it was found that the printable range of the ink prepared in this experiment was 3 < Z < 14. It is possible to evaluate the printable range of the fluid by simulation of the fluid through the onyse water, but it can not be used as an index of the absolute ink printable range as a theoretical range, and the range may vary depending on the characteristics of the inkjet printing head or fluid .
따라서, 일반적인 Z의 범위에 부합하지만 세터라이트가 형성되기도 하고, 범위에서 벗어남에도 불구하고 단일액적이 형성될 수도 있다고 생각된다.Thus, it is believed that a settler is formed, although a general Z range is met, and a single droplet may be formed, even though it is out of range.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실험예에서는 수계 시스템으로 환경 친화적인 잉크젯 프린팅용 수계 CoAl2O4 나노 세라믹 잉크를 제조하고자 하였다. 그에 따라 크게 잉크젯 프린팅, 분산특성, 물성제어, 액적형성거동으로 나누어 실험을 진행하였다. As described above, in the experimental example of the present invention, an aqueous CoAl 2 O 4 nanoceramic ink for environmentally friendly inkjet printing was prepared by using an aqueous system. As a result, the experiment was divided into ink jet printing, dispersion property, physical property control, and droplet formation behavior.
수계에서 최적의 음이온성 고분자전해질 첨가량 조건을 정의하기 위하여 음이온성 고분자전해질(Anionic Polyelectrolyte)를 사용하여 제조한 잉크에 대하여 그 함량에 따른 분산 상태를 관찰하기 위해 유변학적 특성 및 pH, 침강(Sedimentation)을 측정하였다.In order to define the optimal condition of addition of anionic polyelectrolyte in the water system, the rheological properties and pH, sedimentation rate of the ink prepared by using the anionic polyelectrolyte, Were measured.
유변학적 특성은 정상상태 흐름(Steady state flow)의 전단희박 거동(Shear thinning behavior)의 차이를 통해 분산성을 평가하였고, 음이온성 고분자전해질을 통한 분산잉크는 첨가량에 의한 전단희박(Shear thinning)의 정도는 대부분 비슷하게 나타나 경향성을 볼 수 없었지만 회귀방정식을 이용한 전단율(Shear rate) 1/s에서의 점도그래프를 통해 비교하였을 때, Na-PAA (Mw 15,000 g/mol) 첨가량 0.8 mg/m2에서 최적의 점도 저하 효과를 나타냈다. The rheological properties were evaluated by the difference of shear thinning behavior in the steady state flow and the dispersed ink through the anionic polymer electrolyte was evaluated by shear thinning (Mw 15,000 g / mol) was added at a dose of 0.8 mg / m 2 as measured by a
pH의 측정에서 잉크젯 프린팅 헤드의 수명에 영향을 주지 않는 잉크의 pH 범위 5 < pH < 10 에 대부분의 잉크에서 부합하는 pH값을 나타냈고, Na-PMAA 0.2mg/m2부터 pH 범위를 벗어나 잉크헤드 수명에 대한 영향으로 인하여 적합하지 않음을 확인하였다.pH range that does not affect the life of the ink jet printing head in the measurement of the ink pH 5 <pH <showed a pH value in line with most of the
수계잉크는 높은 표면장력으로 인해 잉크젯 프린팅시 액적이 빠르게 구형을 형성하며, 꼬리를 짧아지게 하여 적당한 범위 내에서의 표면장력 조절을 필요로 하는데, 세라믹 잉크젯 프린팅에서 요구되는 표면장력(20 ∼ 45 mN·m-1) 요건을 구현하기 위하여 표면장력 개질제(Surface tension modifier)로 사용하여 분산된 잉크의 표면장력을 조절하였다. Water-based inks are required to adjust the surface tension within a proper range by shortening the tail, and the surface tension required for ceramic ink-jet printing (20 to 45 mN · M -1 ) was used as a surface tension modifier to control the surface tension of the dispersed ink.
세라믹 무기안료 함량(Pigment content) 35wt%와 음이온성 고분자전해질 Na-PAA(Mw15,000 g/mol) 0.8mg/m2을 통한 분산 후 잉크의 고형분 대비 폴리실록산 0.1wt%를 첨가하여 표면장력을 조절한 잉크를 최적의 기본 잉크 조성으로 정의하였다. 점도 조절을 위한 증점제로 폴리에틸렌글리콜(PEG)과 폴리에틸렌옥사이드(PEO)를 이용함으로써 요구되는 점도(4 ∼ 40 mPa·s) 요건에 맞게 잉크의 점도를 조절하였다.The surface tension was adjusted by adding 0.1wt% polysiloxane to the solids content of the ink after dispersing through 35wt% of ceramic inorganic pigment and 0.8mg / m 2 of anionic polyelectrolyte Na-PAA (Mw 15,000g / mol) One ink was defined as the optimum basic ink composition. The viscosity of the ink was adjusted to meet the required viscosity (4 ~ 40 mPa · s) requirement by using polyethylene glycol (PEG) and polyethylene oxide (PEO) as thickeners for viscosity control.
액점 관측기(Drop watcher) 측정을 통해 잉크의 물성변화에 따른 액적형성 거동을 확인하였고, 실험에 사용된 모든 잉크의 레이놀즈 수(Reynolds number), 웨버 수(Weber number), 오네소지 수(Ohnesorge number) 계산을 통해 잉크의 물성과 액적형성 거동 결과와 비교를 통해 일반적인 DOD 방식의 잉크젯 프린팅이 가능한 오네소지 수의 역수 범위 1 < Z < 10과 달리 제조한 잉크에서는 오네소지 수의 역수(Oh-1=Z)가 3 < Z < 14의 범위에서 단일액적이 형성되는 물성 범위임을 확인하였다. 이로써 잉크의 물성을 조절함으로써 오네소지 수의 역수를 3 < Z < 14의 범위에 부합시킴으로 단일액적의 형성 가능성을 크게 높일 수 있다. The droplet formation behavior was confirmed by changing the physical properties of the ink through the drop watcher measurement. The Reynolds number, Weber number, Ohnesorge number, through the calculation and the physical properties of the droplet formation behavior and the results compared to the inverse range of typical DOD inkjet printing, the number of possible carry over of the ink arose 1 the inverse of the number of the manufactured ink arose possession Unlike <Z <10 (Oh -1 = Z) was in the range of 3 < Z < 14 in which a single droplet was formed. Thus, by adjusting the physical properties of the ink, the reciprocal number of the Onegi paper is matched to the range of 3 < Z < 14, thereby greatly increasing the possibility of forming a single droplet.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, This is possible.
Claims (12)
스피넬 구조를 갖는 청색 세라믹 무기안료 30∼40중량%;
상기 세라믹 무기안료의 비표면적 대비 음이온성 고분자전해질 0.1∼2.0 mg/㎡;
상기 청색 세라믹 무기안료 100중량부에 대하여 잉크의 표면장력을 조절하기 위한 표면장력 개질제(Surface tension modifier) 0.01∼2.0중량부;
상기 청색 세라믹 무기안료 100중량부에 대하여 폴리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌옥사이드 중에서 선택된 1종 이상의 물질 0.01∼6.0중량부를 포함하며,
상기 잉크의 표면장력이 20 ∼ 45 mN·m-1 범위이고,
상기 잉크의 점도가 2 ∼ 20 mPa·s 범위이며,
상기 잉크의 pH가 5 < pH < 10 범위인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅용 수계 청색 세라믹 잉크.
As an aqueous blue ink used for inkjet printing,
30 to 40 wt% of a blue ceramic inorganic pigment having a spinel structure;
0.1 to 2.0 mg / m 2 of an anionic polyelectrolyte relative to the specific surface area of the ceramic inorganic pigment;
0.01 to 2.0 parts by weight of a surface tension modifier for adjusting the surface tension of the ink to 100 parts by weight of the blue ceramic inorganic pigment;
0.01 to 6.0 parts by weight of at least one material selected from polyethylene glycol and polyethylene oxide based on 100 parts by weight of the blue ceramic inorganic pigment,
The surface tension of the ink is in the range of 20 to 45 mNm -1 ,
The viscosity of the ink is in the range of 2 to 20 mPa 占 퐏,
Wherein the pH of the ink is in the range of 5 < pH < 10.
The aqueous blue ceramic ink for inkjet printing according to claim 1, wherein the anionic polyelectrolyte comprises polyacrylic acid.
The aqueous blue ceramic ink for ink jet printing according to claim 2, wherein the polyacrylic acid comprises polyacrylic acid having Na + salt.
4. The aqueous blue ceramic ink for inkjet printing according to claim 3, wherein the polyacrylic acid having Na + salt has a molecular weight of 1200 to 15000 g / mol.
The aqueous blue ceramic ink for inkjet printing according to claim 1, wherein the anionic polyelectrolyte comprises polymethacrylic acid having Na + salt.
The aqueous blue ceramic ink for ink-jet printing according to claim 5, which comprises 0.01 to 0.2 mg / m 2 of polymethacrylic acid having the Na + salt as the specific surface area of the ceramic inorganic pigment.
The aqueous blue ceramic ink for ink-jet printing according to claim 5, wherein the polymethacrylic acid having Na + salt has a molecular weight of 8000-400 K g / mol.
The aqueous blue ceramic ink for inkjet printing according to claim 1, wherein the surface tension modifier comprises at least one material selected from the group consisting of hydrophobic silica, polydimethyloxane and polysiloxane.
상기 폴리에틸렌옥사이드는 80K 내지 300K g/mol의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린팅용 수계 청색 세라믹 잉크.
2. The composition according to claim 1, wherein the polyethylene glycol has a molecular weight of from 10K to 35K g / mol,
Wherein the polyethylene oxide has a molecular weight of 80K to 300K g / mol.
The method of claim 1, wherein the blue ceramic inorganic pigments include Co 2 SiO 4, (Co, Zn) 2 SiO 4, CoAl 2 O 4, Co 2 SnO 4, (Co, Zn) Al 2 O 4, Co (Al, Cr) 3 O 4, (Co , Mg) Al 2 O 4 , and (Co, Zn) TiO 3, a blue water-based ceramic ink for ink-jet printing comprising the one or more materials that are selected from.
The aqueous blue ceramic ink for ink-jet printing according to claim 1, wherein the blue ceramic inorganic pigment has an average particle diameter of 50 to 500 nm.
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Citations (1)
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