KR100945060B1 - 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

환경 친화적이고, 비흡수성의 재질의 필기판에서 자국이나 얼룩이 잔존하지 않으며, 인체 및 환경에 무해한 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물이 개시되어 있다. 이를 위하여, 증류수, 반합성 셀룰로오스계 고분자, 식용글리세린 및 폴리소르베이트로 구성된 유화제, 황산알루미늄칼륨, 폴리에틸렌글리콜, 백색 안료, 분산제, 침강방지제 및 이형제를 포함하는 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물을 제공한다. 본 발명에 의하면, 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물을 사용하면 인체에 무해할 뿐만 아니라, 환경친화적인 장점이 있다. 또한, 녹색칠판, 화이트 보드, 유리, 표면이 고운 우드목이나 플라스틱판 등의 물체의 필기판에 필기가 가능하고, 건조 후 지우개로 지우면 깨끗이 소거되며, 필기한 후 오랜 시간이 경과되어도 소거성이 뛰어나다.

Description

식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물 및 그 제조방법{AQUEOUS INK COMPOSITION USING FOOD MATERIAL FOR MARKER PEN AND METHOD OF PREPARING THE SAME}

본 발명은 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식품소재를 사용하여 환경 친화적이고, 인체 및 환경에 무해하며, 오랜 시간이 경과한 후에도 소거성이 뛰어난 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래로부터 학교의 교실, 세미나실, 회의실 및 사무실 등에 사용되고 있는 흑판은 통상 흑색 또는 녹색의 표면을 가지고 있으며, 근래에는 시력보호 차원에서 녹색의 흑판을 사용하고 있고, 상기 흑판 표면에는 분필을 사용하여 문자 등을 기재하여 왔다.

그러나 상기 흑판에 분필을 이용하여 문자 등을 기재하거나 문자를 지우는 과정에서 다량의 분필가루가 발생함으로써 실내가 오염되고, 특히 상기 발생된 분 필가루가 호흡과정에서 인체 내로 침투하여 각종 폐질환의 원인으로 작용하는 문제점이 발생하였다.

상기 문제점으로 인해 화이트 보드 등에 사용되는 유색 마커펜이 공지되어 있으며, 상기 마커펜은 내부에 잉크용액을 내재하여 그 잉크 용액이 마커펜 내부의 마커펜촉에 설치되는 스폰지 등의 흡수재에 의해 흡수되어 펜촉을 통해 외부로 유출되게 함으로써 필기구의 기능을 갖도록 하고 있다.

상기 화이트 보드는 백색 바탕색을 갖고 있으며, 그 표면에 필기하는 마커펜은 소거성이 좋은 다양한 색을 사용하여 필기하고 있으나, 일반적으로 바탕색이 흰색인 경우 빛의 반사로 눈이 쉽게 피로해져 시각장애로 인한 학습효과가 떨어진다는 문제점이 발생하였다.

이에, 상기 문제점을 해결하기 위하여 다양한 기술들이 개발되어 왔다.

이러한 일예로서, 일본국 특허공보 제 2524689호(1995년4월25일 공개)에는 9 내지 12 중량%의 산화티탄과 0.9 내지 1.2 중량%의 탄산칼륨, 1.8 내지 2.2 중량%의 비닐수지, 30 내지 40 중량%의 이소프로필알코올, 8 내지 11 중량%의 이소옥틸스테아레이트, 2.8 내지 3.2 중량%의 폴리옥실에칠렌타우릴에텔, 0.8 내지 1.2 중량%의 폴리옥시에틸렌올레인세틸에텔, 30 내지 40 중량%의 에칠알코올 및 7 내지 8.5 중량%의 디옥틸아디페이트 등으로 구성되는 것을 특징으로 하는 흑판용 잉크 조성물이 개시되어 있다.

그리고 대한민국 특허공보 제 0133125호(1995년12월22일 공개)에는 산화티탄 9 내지 12 중량%와 탄산칼슘 1 내지 1.5 중량%를 혼합 분쇄한 후 여기에 비닐레진 1.5 내지 1.8 중량%, 이소프로필알코올(IPA) 50 내지 60 중량%를 혼합하여 95 내지 110℃에서 약 20 내지 30분간 중탕으로 가열하여 점액상태의 원액을 일차생성한 후, 이소옥시스테아레이트(IOS) 8 내지 11 중량%, 폴리옥시에틸렌 라우릴에텔 2.8 내지 3.2 중량%, 폴리옥시에틸렌 올레인세틸에텔 0.8 내지 1.2 중량% 및 아세톤 10 내지 12 중량%를 첨가 혼합한 다음 디옥틸아디페이트(DOA) 7 내지 8.5 중량%를 첨가 혼합하여서 되는 것을 특징으로 하는 마커펜용 백색잉크의 제조방법이 개시되어 있다.

그러나 상기 발명들은 칠판에 마커펜으로 필기한 후 단시간 내에 잉크를 소거할 경우에는 잉크가 용이하게 소거될 수 있으나, 소정 시간이 경과된 후에는 잉크에 포함된 유연제인 준휘발성 성분의 폴리옥시에틸렌올레인세틸에텔, 이소옥틸스테아레이트 등이 휘발 및 건조되어 잉크가 용이하게 소거되지 않는다는 문제점이 있다. 또한, 녹색 칠판에 필기할 경우, 아세톤 용제 및 이소프로필알코올의 기능에 의하여 백색도가 저하되어 잉크가 선명하지 않고 흐리게 유출되므로 짙은 녹색을 충분히 은폐하기 어렵게 됨에 따라 선명한 필기가 되지 않는 문제점이 있다.

전술한 문제점을 해소하기 위하여 일반적으로 잉크 조성물에 이산화티타늄(TiO₂)이 9 내지 12 중량%로 포함되는 것을 20 내지 30 중량%로 증량하여 분산제 등으로 조정하면, 백색도는 향상되나, 잉크의 점도가 높아져 펜촉에서 유출되기 어렵고, 비흡수성 칠판에서 용이하게 소거되지 않으며, 마커펜의 잉크 안료와 바인더가 단시간 내에 층상 분리되고, 필기 후 소거하는 과정에서 유연제 성분이 휘발되 어 안료만이 칠판의 미세한 요철에 침투되므로 잉크 조성물이 깨끗이 소거되지 않는 문제점들이 있다.

따라서, 본 발명의 제 1 목적은 환경 친화적이고, 비흡수성을 갖는 어떠한 재질에서도 자국이나 얼룩이 잔존하지 않으며, 인체 및 환경에 무해한 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 환경 친화적이고, 비흡수성을 갖는 어떠한 재질에서도 자국이나 얼룩이 잔존하지 않으며, 인체 및 환경에 무해한 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 의하면 증류수 30 내지 40 중량%; 반합성 셀룰로오스계 고분자 3 내지 7 중량%; 백색 안료 12 내지 18 중량%; 식용글리세린 및 폴리소르베이트의 혼합물로 구성된 유화제 20 내지 30 중량%; 황산알루미늄칼륨 1 내지 3 중량%; 폴리에틸렌글리콜 3 내지 7 중량%; 분산제 3 내지 7 중량%; 침강방지제 2 내지 4 중량%; 및 이형제 3 내지 7 중량%를 포함하는 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물을 제공한다.

상술한 본 발명의 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 의한 제조방법은 (ⅰ) 증류수 30 내지 40 중량%와 반합성 셀룰로오스계 고분자 3 내지 7 중량%를 혼합하고, 60 내지 80℃로 8 내지 9시간 동안 교반하는 단계; (ⅱ) 단계 (ⅰ)를 통해 생성된 혼합물에 백색 안료 12 내지 18 중량%를 첨가하고, 분쇄하는 단계; (ⅲ) 단계 (ⅱ)를 통해 분쇄된 혼합물에 식용글리세린 및 폴리소르베이트의 혼합물 20 내지 30 중량%를 첨가하고, 1 내지 3시간 동안 교반하는 단계; 및 (ⅳ) 단계 (ⅲ)를 통해 생성된 혼합물에 폴리에틸렌글리콜 3 내지 7 중량%, 분산제 3 내지 7 중량%, 침강방지제 2 내지 4 중량%, 이형제 3 내지 7 중량% 및 황산알루미늄칼륨 1 내지 3 중량%를 첨가하고, 3 내지 5시간 동안 교반하는 단계를 포함하는 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물을 사용하면 인체에 무해할 뿐만 아니라, 환경친화적인 장점이 있다. 또한, 녹색칠판, 화이트 보드, 유리, 표면이 고운 우드목이나 플라스틱판 등의 물체의 필기판에 필기가 가능하고, 건조 후 지우개로 지우면 깨끗이 소거되며, 필기한 후 오랜 시간이 경과되어도 소거성이 뛰어나다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물(이하, "수성 잉크 조성물"이라 한다.) 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 실시예는 수성 잉크 조성물에 관한 것으로서 그 내부의 함유 성분을 대별하면, 수성 잉크 조성물의 점도 및 건조성을 조절하는 증류수와, 상기 증류수와 결합하여 상기 수성 잉크 조성물의 점도를 증가시키는 반합성 셀룰로오스계 고분자와, 색상을 나타내는 백색 안료와, 상기 수성 잉크 조성물을 유연하게 하는 유화제인 식용글리세린 및 폴리소르베이트의 혼합물과, 상기 수성 잉크 조성물의 변색을 방지하며 백색도를 향상시키는 황산알루미늄칼륨과, 펜촉에서 수성 잉크 조성물의 클로깅(clogging)을 방지하는 폴리에틸렌글리콜과, 상기 수성 잉크 조성물의 백색 안료가 뭉치지 않고 분산되도록 하는 분산제와, 상기 수성 잉크 조성물의 점도를 증가시켜 침전물 발생을 방지하는 침강방지제, 및 상기 수성 잉크 조성물이 칠판과 잘 분리되도록 하는 이형제가 사용된다.

이러한 각각의 성분들은 안료처럼 단일의 기능을 수행하는 것도 있지만, 서로 화학적인 작용을 통하여 공동으로 기능을 수행할 수도 있는데, 이는 화학 물질의 특성상 당연한 것이다. 따라서, 본 발명은 특정 기능 성분에만 의존 한다기보다는 여러 조성의 조합과 그 조합량에 특이성이 있다고 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의한 수성 잉크 조성물은 증류수를 포함한다.

상기 증류수는 수성 잉크 조성물의 용매로서, 상기 수성 잉크 조성물의 점도 및 건조성을 조절하며, 수성 잉크 조성물의 전사 성능을 조절한다. 알코올 등을 용매로 사용하지 않고, 인체에 무해한 증류수를 용매로 사용함으로서, 인체에 무해하고 환경친화적인 성질의 수성 잉크 조성물을 제조할 수 있다. 이때, 증류수는 다른 구성요소의 종류 및 그 사용량이나, 목적으로 하는 수성 잉크 조성물의 점도 등에 따라 조절될 수 있다. 상기 증류수의 사용량은 넓은 범위, 예컨대 20 내지 60 중량% 정도의 범위로부터 선택할 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 40 중량%를 사용하는 것이 좋다.

상기 수성 잉크 조성물에 증류수의 함량이 30 중량% 미만으로 사용되면 잉크의 점도가 적정 점도 이상으로 상승하여 펜촉을 통한 필기판에 필기가 어려워지고, 40 중량% 초과로 사용되면 잉크의 점도가 감소되어 잉크가 과량 유출되거나 백색 안료 및 반합성 셀룰로오스계 고분자의 분리 속도가 적정수준의 증류수가 포함된 수성 잉크 조성물보다 빨라져 장기보관하기 어려워진다. 또한, 증류수가 과량 사용될 경우에는 필기 후에 사용된 잉크의 건조 속도가 적정수준의 증류수가 포함된 수성 잉크 조성물보다 느려진다.

본 발명의 일실시예에 의한 수성 잉크 조성물은 반합성 셀룰로오스계 고분자를 포함한다.

상기 반합성 셀룰로오스계 고분자는 상기 증류수와 혼합됨으로써 수지 형태로 변환되어 안료의 분산을 촉진하고 안료의 침전을 방지하며, 필기판에 접착력을 부여하는 것으로서, 필기판에 수성 잉크 조성물이 일정하게 코팅되도록 하고, 수성 잉크 조성물을 일정 점도로 유지한다. 또한, 상기 반합성 셀룰로오스계 고분자의 사용량은 특별히 제한되지 않고, 수성 잉크 조성물의 구성 성분에 따라 사용량이 조절될 수 있지만, 바람직하게는 약 3 내지 7 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 반합성 셀룰로오스계 고분자의 함량이 3 중량% 미만인 경우에는 백색 안료가 수성 잉크 조성물 내에서 균일하게 분포되지 않고, 일 방향으로 집중되어 필기 시에 백색 안료가 다량 유출되거나 유출되지 않으며, 점도가 묽어져 백색 안료의 침전으로 안료와 반합성 셀룰로오스계 고분자의 분리가 촉진될 수 있다. 또한, 반합성 셀룰로오스계 고분자의 함량이 7 중량% 초과인 경우에는 점도가 증가되어 백색 안료의 분리는 어느 정도로 방지되지만 수성 잉크 조성물 내에서 백색 안료의 유동성이 저하되어 펜촉을 통한 잉크의 유출이 균일하지 아니하므로 필기판에서 필기가 불충분하게 되는 동시에 필기된 수성 잉크 조성물이 용이하게 소거되지 않는다.

이때, 반합성 셀룰로오스계 고분자로는 메틸셀룰로오스(methyl cellulose), 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 히드록시프로필에틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 메틸셀룰로오스를 사용하는 것이 좋다.

상기 메틸셀룰로오스는 알칼리 존재하에서 셀룰로오스에 디메틸황산을 작용시켜 합성하는데, 제조 조건에 따라 치환도가 다른 여러 가지 메틸셀룰로오스가 생성된다. 일반적으로 백색 고체이나, 메틸화 정도에 따라 약간의 차이가 발생한다. 치환도 0.1 내지 0.9(OCH₃이 2 내지 16%)의 메틸셀룰로오스는 4 내지 10% 수산화나트륨 수용액에 용해되고, 치환도 1.6 내지 2.0(OCH₃이 26.5 내지 32.6%)의 메틸셀룰로오스는 찬물에 용해되며, 용해도 2.4 내지 2.6(OCH₃이 34 내지 38%)의 메틸셀룰로오스는 유기용매에 용해되어 점성을 갖는 용액이 된다.

본 발명의 일실시예에 의한 수성 잉크 조성물은 백색 안료를 포함한다.

상기 백색 안료는 수성 잉크 조성물에 백색을 부여하기 위해 첨가되는 것으로서, 인체와 환경에 무해한 백색 안료라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 이산화티타늄, 산화아연, 리토폰, 연백 또는 이들의 2 이상의 혼합물이 사용되는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 이산화티타늄을 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 백색 안료는 약 12 내지 18 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 백색 안료의 함량이 12 중량% 미만인 경우에는 수성 잉크 조성물의 색상이 선명하지 못하고, 필기된 수성 잉크 조성물이 용이하게 소거되지 않으며, 백색 안료의 함량이 18 중량% 초과인 경우에는 색상은 선명하나 수성 잉크 조성물의 점도가 증가되어 수성 잉크 조성물이 펜촉을 통해 균일하게 유출되지 아니한다.

상기 이산화티타늄은 착색력 및 은폐력이 백색 안료 중에서 가장 크고, 내산성, 내알칼리성, 내광성, 내열성 등이 있고, 그 사용량이 백색 안료 중 가장 많으며, 도료, 고무, 인쇄잉크, 제지, 인견, 합성수지, 그림물감, 화장품, 법랑(琺瑯) 등 그 용도가 다양하다.

상기 산화아연(zinc white)은 아연백(亞鉛白)이라고도 지칭되고, 내열성, 내광성, 내용성은 있으나 은폐력은 크지 않으며, 고무, 도료, 유리, 그림물감, 의약 등에 사용된다.

상기 리토폰(lithopone)은 알칼리, 황화수소에 침식되지 않지만 햇빛에 변색되며, 도료, 리놀륨, 고무 등에 사용된다.

상기 연백(鉛白)은 산, 진한 알칼리에 용해되며, 황화수소에 검게 변색되고 독성이 있으며, 도료, 도자기 채색, 염화비닐 안정제, 전선피복용 고무 등에 사용된다.

본 발명의 일실시예에 의한 수성 잉크 조성물은 유화제를 포함한다.

상기 유화제는 상기 수성 잉크 조성물을 유연하게 함으로써 도포막을 형성하는데 도움을 주고, 상기 수성 잉크 조성물에 소거성을 부여하는 것으로서, 식용글리세린 및 폴리소르베이트로 구성되며, 상기 유화제는 약 20 내지 30 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 유화제의 함량이 20 중량% 미만인 경우에는 수성 잉크 조성물의 유동성이 저하될 수 있으며, 유화제의 함량이 30 중량% 초과인 경우에는 수성 잉크 조성물의 유연성은 향상되지만 수성 잉크 조성물의 점성 저하로 인해 백색 안료가 서로 엉겨 침강되고, 필기 후 잔류물이 글자에 잔존하여 수성 잉크 조성물이 번지거나 흘러내려 필기면에 얼룩이 발생될 수 있다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 유화제는 유화제 100 중량%를 기준으로 상기 식용글리세린이 50 내지 70 중량% 및 상기 폴리소르베이트 30 내지 50 중량%로 구성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 수성 잉크 조성물은 황산알루미늄칼륨을 포함한다.

상기 황산알루미늄칼륨은 상기 수성 잉크 조성물의 변색을 방지하며 백색도를 향상시키는 것으로서, 백색 안료와 혼합되어 상기 황산알루미늄칼륨이 포함되지 않은 수성 잉크 조성물에 비해 백색도가 약 20%정도 향상된다. 이때, 상기 황산알루미늄칼륨은 약 1 내지 3 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 필요에 따라, 상기 수성 잉크 조성물에는 백색도를 향상시키기 위해 탄산칼슘이 더 포함될 수 있다.

여기서, 상기 황산알루미늄칼륨의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 수성 잉크 조성물의 백색도가 향상되지 않고 시간의 경과에 따라 변색되며, 상기 황산알루미늄칼륨의 함량이 3 중량% 초과인 경우에는 그 함량이 1 내지 3 중량%인 경우에 비해 백색도가 향상되지 않고 도리어 다른 물성에 나쁜 영향을 미칠 우려가 있다.

상기 황산알루미늄칼륨의 결정물은 명반 또는 백반, 건조물은 소명반이라고 하며, 덩어리 또는 투명한 결정이거나 백색의 분말로서 냄새가 없고 맛은 달며 수렴성이 있다. 황산알루미늄칼륨은 물에 용해되고, 알코올에는 용해되지 않으나, 글리세린에는 용이하게 용해된다. 특히, 온도가 증가될수록 용해도가 증가되고, 10% 수용액의 pH는 3.0 내지 4.0이며, 탄화수소나트륨 1g의 반응당량은 1.88g이다.

본 발명의 일실시예에 의한 수성 잉크 조성물은 폴리에틸렌글리콜을 포함한다.

상기 폴리에틸렌글리콜은 펜촉에서 수성 잉크 조성물이 클로깅되는 것을 방지하기 위해 사용되는 것으로서, 수성 잉크 조성물의 유화안정성을 증가시켜 백색 안료와 반합성 셀룰로오스계 고분자가 단시간 내에 층상 분리되는 것을 방지한다. 이때, 상기 폴리에틸렌글리콜은 약 3 내지 7 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 폴리에틸렌글리콜의 함량이 3 중량% 미만인 경우에는 백색 안료와 반합성 셀룰로오스계 고분자가 단시간 내에 층상 분리되어 수성 잉크 조성물이 펜촉에서 클로깅될 수 있고, 에틸렌글리콜의 함량이 7 중량% 초과인 경우에는 그 함량이 3 내지 7 중량%인 경우에 비해 유화안전성은 향상되지 않고 도리어 다른 물성에 나쁜 영향을 미칠 우려가 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 수성 잉크 조성물은 분산제를 포함한다.

상기 분산제는 안료의 분산을 촉진하여 안료의 침전 및 반합성 셀룰로오스계 고분자와의 분리 현상을 억제하고, 색의 발색과 저장성을 지속시켜주는 것으로서, 바람직하게는 지방족 카르복실산 에스테르, 고급 탄화수소, 고급 알코올, 폴리아크릴레이트 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋고, 특정적으로는 독일 BYK-Chemie GmbH사의 Disperbyk-191을 사용하는 것이 좋다.

상기 지방족 카르복실산 에스테르로는 일염기성 카르복실산 에스테르, 이염기성 카르복실산 에스테르, 이가 알코올의 모노에스테르, 디에스테르, 및 삼가 알코올의 모노에스테르, 디에스테르, 트리에스테르를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 일염기성 카르복실산 에스테르, 특히 고급 지방산 에스테르로는 프로필 미리스테이트, 부틸 팔미테이트 또는 부틸 스테아레이트가 사용될 수 있고, 지방족 이염기성 산 디에스테르로는 도데칸디온산 디옥틸 에스테르, 디프로필 아디페이트, 디옥틸 세바케이트 또는 디옥틸 아젤레이트가 사용될 수 있으며, 이가 알코올 에스테르로는 프로필렌글리콜 모노스테아레이트 또는 프로필렌글리콜 디데카노에이트가 사용될 수 있고, 삼가 알코올 에스테르로는 천연 또는 합성 지방산 트리글리세리드가 사용될 수 있으며, 트리메틸올프로판 트리에스테르로는 트리이소스테아레이트를 사용할 수 있다.

상기 분산제로서 사용되는 고급 탄화수소는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 액체 파라핀, 스쿠알렌 또는 산화된 폴리에틸렌 왁스를 사용하는 것이 좋다.

상기 분산제로서 사용되는 고급 알코올 또한 특별히 제한되는 것은 아니지만, 헥실 알코올, 옥틸 알코올 또는 라우릴 알코올을 사용하는 것이 좋다.

이러한, 지방족 카르복실산 에스테르, 고급 탄화수소 또는 고급 알코올의 수성 에멀젼은 종래의 에멀젼 방법으로 제조할 수 있고, 시판되고 있으며, 상기 에멀젼은 단독 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.

이때, 상기 분산제는 약 3 내지 7 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 분산제의 함량이 3 중량% 미만인 경우에는 안료의 분산 효력이 저하됨에 따라 안료가 분리되어 잉크의 저장성과 수명이 단축되고, 마커펜으로부터 안료가 균일하게 유출되지 않을 수 있으며, 상기 분산제의 함량이 7 중량% 초과인 경우에는 폴리비닐알코올과 반응하여 잉크가 겔화되어 변질될 위험성이 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 수성 잉크 조성물은 침강방지제를 포함한다.

상기 침강방지제는 수성 잉크 조성물의 점도를 증가시키는 것으로서, 바람직하게는 에틸하이드록시에틸셀룰로오스, 하이드록시메틸셀룰로오스, 카르복실 메틸셀룰로오스, 변성우레아, N-메틸-2-피롤리돈, 염화리튬, 또는 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 변성우레아와 N-메틸-2-피롤리돈 및 염화리튬의 혼합물을 사용하는 것이 좋으며, 특정적으로는 BYK-Chemie GmbH사의 BYK-420을 사용하는 것이 좋다.

이때, 상기 침강방지제는 약 2 내지 4 중량%가 포함되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 침강방지제의 함량이 2 중량% 미만인 경우에는 침전물이 형성되어 잉크의 조성이 비균일하게 되어 잉크의 은폐력, 예컨대 백색도가 떨어지며, 침강방지제의 함량이 3 중량% 초과인 경우에는 점도를 증가시켜 펜촉을 통한 잉크 유출이 어려워진다.

본 발명의 일실시예에 의한 수성 잉크 조성물은 이형제를 포함한다.

상기 이형제는 필기판에 형성된 수성 잉크 조성물의 코팅이 지우개에 의해 용이하게 소거될 수 있도록 수성 잉크 조성물 코팅의 소거성을 향상시키는 것으로 서, 상기 반합성 셀룰로오스계 고분자 및 유화제와 함께 소거성에 중요한 역할을 수행하는 물질이다. 상기 이형제로는 지방족 카르복실레이트, 디부칠프탈레이트, 에칠올레이트, 부칠라우레이트, 액상파라핀, 다가변성알코올, 또는 이들의 2 이상의 혼합물을 사용할 수 있고, 특정적으로는 물왁스를 사용하는 것이 좋다. 이때, 상기 이형제는 약 3 내지 7 중량%가 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 이형제의 함량이 3 중량% 미만인 경우에는 잉크의 이형 효과가 미약하여 지우개에 의해 용이하게 소거되지 않고, 이형제의 함량이 7 중량% 초과인 경우에는 투여된 분산제와 반응하여 겔화됨으로써 잉크의 유출을 방해하고 도리어 소거성이 떨어지게 된다.

본 발명은 전술한 구성을 갖는 수성 잉크 조성물의 제조방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 수성 잉크 조성물의 제조방법의 제조 공정을 순서도로 표시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 수성 잉크 조성물의 제조방법은 다음과 같다.

먼저, 증류수 30 내지 52 중량%와 반합성 셀룰로오스계 고분자 3 내지 7 중량%를 혼합하고, 60 내지 80℃로 8 내지 9시간 동안 교반하여 제 1 혼합물을 제조한 후 상기 제 1 혼합물에 백색 안료 12 내지 18 중량%를 첨가하고, 이를 분쇄하여 제 2 혼합물을 제조한다.

그 다음, 분쇄된 제 2 혼합물에 식용글리세린 및 폴리소르베이트의 혼합물 20 내지 30 중량%를 첨가하고, 1 내지 3시간 동안 교반하여 제 3 혼합물을 제조한 후 상기 제 3 혼합물에 폴리에틸렌글리콜 3 내지 7 중량%, 분산제 3 내지 7 중량%, 침강방지제 2 내지 4 중량%, 이형제 3 내지 7 중량% 및 황산알루미늄칼륨 1 내지 3 중량%를 첨가하고, 3 내지 5시간 동안 교반하여 수성 잉크 조성물을 제조한다.

첫 번째 단계는 증류수 30 내지 40 중량%와 반합성 셀룰로오스계 고분자 3 내지 7 중량%를 혼합하는 단계로서, 상기 증류수와 반합성 셀룰로오스계 고분자를 교반기에 투입하고, 60 내지 80℃의 온도범위에서 8 내지 9시간 동안 혼합시켜 제 1 혼합물을 형성한다. 이때, 교반기의 교반속도는 1,000 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다.

두 번째 단계는 첫 번째 단계를 통해 생성된 제 1 혼합물에 백색 안료 40 내지 50 중량%를 첨가하는 단계로서, 상기 제 1 혼합물에 백색 안료를 첨가시켜 제 2 혼합물을 형성한 후 상기 제 2 혼합물을 분쇄기로 분쇄한다. 이때, 상기 분쇄기로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 삼본롤밀(3 roll mill), 스텐드밀, 제트밀(jetmill) 등을 사용하는 것이 좋다.

상기 삼본롤밀을 사용하여 제 2 혼합물을 분쇄하는 경우에, 상기 제 2 혼합물은 삼본롤밀을 2 내지 4회, 바람직하게는 2회를 수행하여 분쇄하는 것이 좋다.

상기 스텐드밀 또는 제트밀을 사용하여 제 2 혼합물을 분쇄하는 경우에, 상기 제 2 혼합물은 1 내지 3시간, 바람직하게는 약 2시간 동안 분쇄시키는 것이 좋다.

세 번째 단계는 두 번째 단계를 통해 분쇄된 제 2 혼합물에 식용글리세린 및 폴리소르베이트의 혼합물 20 내지 30 중량%를 첨가하는 단계로서, 상기 제 2 혼합물에 상기 식용글리세린 및 폴리소르베이트를 첨가하고, 상온에서 1 내지 3시간 동안 교반하는 혼합시켜 제 3 혼합물을 형성한다. 이때, 교반기의 교반속도는 1,000 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다.

네 번째 단계는 세 번째 단계를 통해 생성된 제 3 혼합물에 폴리에틸렌글리콜 3 내지 7 중량%, 분산제 3 내지 7 중량%, 침강방지제 2 내지 4 중량%, 이형제 3 내지 7 중량% 및 황산알루미늄칼륨 1 내지 3 중량%를 첨가하는 단계로서, 상기 제 3 혼합물에 폴리에틸렌글리콜, 분산제, 침강방지제, 이형제 및 황산알루미늄칼륨을 첨가하고, 상온에서 3 내지 5시간 동안 교반하여 혼합시킨다. 이때, 교반기의 교반속도는 1,000 내지 1,500rpm으로 수행될 수 있다.

이하, 본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 다음에서 구체적으로 상세하게 설명한다. 단, 다음의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것이며, 이것만으로 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

1. 50℃ 1기압 하에서, 증류수 35㎏과 메틸셀룰로오스[Viscochem, 중국] 5㎏을 반응기에 투입하고 1,300 rpm으로 8시간 교반하여 제 1 혼합물을 형성하였다.

2. 상온 1기압 하에서, 상기 제 1 혼합물에 이산화티타늄[R-906, 듀폰, 미 국] 15㎏을 첨가하여 제 2 혼합물을 형성한 후 삼본롤밀을 이용하여 상기 제 2 혼합물을 2번 분쇄하였다.

3. 상온 1기압 하에서, 상기 분쇄된 제 2 혼합물에 폴리소르베이트 60[Rheodol TW-S120, 카오 코포레이션, 일본] 10㎏ 및 식용글리세린[동양케미컬, 한국] 15㎏을 첨가하여 제 3 혼합물을 형성하고, 1,300 rpm으로 2시간 교반하여 제 3 혼합물을 형성하였다.

4. 상온 1기압 하에서, 상기 제 3 혼합물에 폴리에틸렌글리콜[PEG-1500, Sanyo, 일본] 5㎏과 분산제인 폴리아크릴레이트 용액[BYK-191, BYK-Chemie GmbH, 독일]과 침강방지제인 변성우레아 용액[BYK-420, BYK-Chemie GmbH사, 독일], 물왁스[T-36, B.T.O사, 미국] 및 황산알루미늄칼륨[명반 K, (주)광일, 한국]을 첨가하고, 1,300 rpm으로 3시간 교반하여 마커펜용 수성 잉크 조성물을 제조하였다.

[실험예]

<소거성 시험>

상온, 습도 60 내지 70%에서, 비흡성이면서 표면이 거친 깨끗한 녹색 칠판을 준비하여 바닥에서 70ㅀ각도로 세워놓고, 본 발명에 의해 제조된 후 30일이 경과된 잉크 조성물을 펜에 주입하여 직경 30cm 정도의 원을 필기한 후 20분 경과한 다음 전용지우개를 이용하여 약 200g 하중으로 지웠을 때 필기된 잉크가 완전히 제거되는지의 여부로 판단함.

<필기된 선의 건조속도>

상온, 습도 60 내지 70%에서, 상기 소거성 시험을 한 녹색 칠판과 스톱워치를 준비하고, 본 발명에 의해 제조된 잉크 조성물을 펜에 주입한 후 상기 펜으로 필기된 선이 몇 초만에 완전 건조되는지 시간을 측정함.

<필기된 선의 건조성>

상온 습도 60 내지 70%에서, 상기 녹색 칠판에 선을 필기한 후 약 20초간 건조한 다음 전용지우개를 이용하여 약 80g 정도의 하중으로 지웠을 때, 글자가 바로 소거되는지 칠판에 잉크가 오염되면서 소거되는지의 여부를 확인함.

상기 실시예 1을 통해 제조된 잉크 조성물을 전술한 물성시험 방법에 따라 시험한 결과, 상기 잉크 조성물은 오랜 시간이 경과된 후에 사용하여도 소거성이 우수하고, 필기 시 잉크의 유출성이 좋으며, 인체에 무해한 것으로 평가되었다.

상기에서 설명 드린 바와 같이 본 발명은 상기 실시예를 통해 그 물성의 우수성이 입증되었지만 본 발명은 상기의 실시예에 의해서만 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물의 제조 공정을 나타내는 순서도이다.

Claims (7)

1. 증류수 30 내지 40 중량%;

   반합성 셀룰로오스계 고분자 3 내지 7 중량%;

   백색 안료 12 내지 18 중량%;

   식용글리세린 및 폴리소르베이트의 혼합물로 구성된 유화제 20 내지 30 중량%;

   황산알루미늄칼륨 1 내지 3 중량%;

   폴리에틸렌글리콜 3 내지 7 중량%;

   분산제 3 내지 7 중량%;

   침강방지제 2 내지 4 중량%; 및

   이형제 3 내지 7 중량%

   를 포함하는 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 유화제가 상기 식용글리세린 50 내지 70 중량% 및 상기 폴리소르베이트 30 내지 50 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물.
3. 제 1항에 있어서, 상기 반합성 셀룰로오스계 고분자는 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 히드록시프로필에틸셀룰로오스, 카복시메틸셀룰로오스 또는 이들의 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물.
4. 제 1항에 있어서, 상기 분산제는 프로필 미리스테이트, 부틸 팔미테이트, 부틸 스테아레이트, 도데칸디온산 디옥틸 에스테르, 디프로필 아디페이트, 디옥틸 세바케이트, 디옥틸 아젤레이트, 프로필렌글리콜 모노스테아레이트, 프로필렌글리콜 디데카노에이트, 천연 또는 합성 지방산 트리글리세리드, 트리이소스테아레이트, 액체 파라핀, 스쿠알렌, 산화된 폴리에틸렌 왁스, 헥실 알코올, 옥틸 알코올, 라우릴 알코올, 폴리아크릴레이트 또는 이들의 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물.
5. 제 1항에 있어서, 상기 침강방지제는 변성 우레아, N-메틸-2-피롤리돈 및 염화리튬의 혼합물인 것을 특징으로 하는 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물.
6. 제 1항에 있어서, 상기 이형제는 물왁스, 지방족 카르복실레이트, 디부칠프탈레이트, 에칠올레이트, 부칠라우레이트, 액상파라핀, 다가변성알코올, 또는 이들의 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물.
7. (ⅰ) 증류수 30 내지 40 중량%와 반합성 셀룰로오스계 고분자 3 내지 7 중량%를 혼합하고, 60 내지 80℃로 8 내지 9시간 동안 교반하는 단계;

   (ⅱ) 단계 (ⅰ)를 통해 생성된 혼합물에 백색 안료 12 내지 18 중량%를 첨가하고, 분쇄하는 단계;

   (ⅲ) 단계 (ⅱ)를 통해 분쇄된 혼합물에 식용글리세린 및 폴리소르베이트의 혼합물 20 내지 30 중량%를 첨가하고, 1 내지 3시간 동안 교반하는 단계; 및

   (ⅳ) 단계 (ⅲ)를 통해 생성된 혼합물에 폴리에틸렌글리콜 3 내지 7 중량%, 분산제 3 내지 7 중량%, 침강방지제 2 내지 4 중량%, 이형제 3 내지 7 중량% 및 황산알루미늄칼륨 1 내지 3 중량%를 첨가하고, 3 내지 5시간 동안 교반하는 단계를 포함하는 식품소재를 이용한 마커펜용 수성 잉크 조성물의 제조방법.

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