KR101385968B1 - 잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록장치 - Google Patents

잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 착색제와 용매, 그리고 계면 활성제와 산소 흡수제를 함유함으로써, 잉크내 용존 산소 농도를 항상 매우 낮게 유지하고 잉크가 높은 온도 환경에서 방치되어도 기포를 형성하거나, 가스 발생을 하지 않아 잉크 유동성이 원활하여 고속 인쇄시에도 토출 성능이 안정적인 잉크 조성물을 제공한다. 상기 산소 흡수제는 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물과 히드록실아민 화합물을 포함한다.

Description

잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 잉크젯 기록 장치{Ink composition, ink cartridge and ink jet recording apparatus including the same}
본 발명은 잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 상기 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 기록 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크내 용존 산소 농도를 낮게 유지함으로써, 상기 잉크가 높은 온도 환경에 놓여져도 기포를 형성하거나, 가스 발생을 하지 않아 잉크 유동성이 원활하여 고속 인쇄시에도 토출 성능이 안정적인 잉크 조성물, 이를 포함한 잉크 카트리지 및 상기 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 기록 장치에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 인쇄용으로 사용되는 잉크로서는 염료(dyes)를 수성 매체 혹은 비수성 매체에 용해시킨 잉크; 안료(pigments)를 수성 혹은 비수성 매체 중에 분산시킨 잉크; 또는 열융해 가능한 고체 잉크 등 다양한 종류의 잉크가 제안되어 있거나 실용화 단계에 있다. 그 중에서 현재 주로 이용되고 있는 잉크는 염료를 수성 매체에 용해시킨 잉크로서 발색이 아름답고 인체 및 환경에 대한 안전성이 높은 특징을 갖고 있다.
특히, 근래는 가정이나 사무실에서 간단히 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린터가 널리 보급되고 화질도 은염 사진에 필적하는 것이 개발되어 있다.
이와 같은 잉크젯 기록용 수성 잉크가 장시간에 걸쳐 양호한 기록을 행하기 위해서는, 점도, 표면 장력 및 밀도 등의 특성치가 적당한 값을 가져야 하고, 잉크젯 기록 장치의 노즐 입구를 막히게 하거나, 열 등에 의해 석출물이 생기거나, 물성치가 변화하지 않고, 기록 화상의 내수성, 내광성 등이 우수해야 하는 등의 조건이 필요하다.
한편, 잉크에 있어서 요구되는 주요 품질 중 하나로서, 고속 인쇄에 적용 가능한 특성이다. 프린터의 인쇄 속도에 있어서 헤드 구조 관점에서 많은 연구가 이루어져 왔으나, 높은 주파수 구동에서의 토출 안정성에 대한 잉크 측면에서의 연구는 많지 않았다. 높은 주파수 구동 조건에서의 안정적인 토출 성능은 열 헤드의 히터 부근 또는 노즐 끝부분에서 발생되어 노즐 옆면에 달라붙는 미세 기포에 의해 크게 영향을 받는다.
또한, 잉크젯 수성 잉크는 프린터 헤드의 잉크 유로에서는 초기 도입성이 우수한 것이 요구된다. 그런데 근래 잉크젯 프린터용 헤드는 소형화가 진행되고 있고, 좁고 복잡한 유로가 형성되어 있어 유로의 굴곡부나 틈 등에 기포가 잔류하기 쉬어, 잉크를 유로내에 원활히 도입시키기 어렵다. 잉크 경로 중에 기포가 발생한 경우, 잉크의 유동과 동시에 기포도 흘러 인쇄 헤드부에 도달하면 노즐로부터 잉크의 토출을 할 수 없게 되어 인쇄 불능이 된다.
특히, 써멀(thermal) 잉크젯 프린터에서 온도의 상승시 잉크 조성내에 용존 되어 있던 기체에 의해 기포가 생성되기 쉽다. 써멀 잉크젯에서 전달되는 잉크는 평균적으로 25에서 80℃까지 가열된다. 이 온도 범위에서 잉크내에서 용존하는 기체의 용해도는 상당히 감소되고, 과포화 상태가 되어 기체 방울이 형성된다. 잉크 내의 기포 형성은 잉크 유로 내부를 막음으로써 잉크의 이송을 방해하는 결과를 초래한다.
공기나 다른 기체의 잉크내 용해는 보통 잉크 제조 과정 중에 발생하며 피하기 어렵다. 기체는 잉크의 교반 과정 중에 녹게 되거나, 잉크 성분간 반응으로 인한 다양한 기체 부산물이 발생되거나, 또는 인쇄 시스템의 특정 부품을 통한 기체 확산을 통해 발생하게 된다.
이에 대해 종래로부터 잉크젯 잉크는 제조의 최종 공정에서 탈기되거나, 고정밀도 여과를 행하여 기포 핵을 제거한 후, 공기 투과성이 낮은 용기에 보관되어 왔지만, 이 같은 처리는 초기에는 효과가 있지만, 점차적으로 그 효과가 없어진다는 문제가 있다. 특히 잉크를 넣는 용기가 높은 온도 환경에서 방치되는 경우, 잉크가 초기에 탈기되어 있어도 잉크 자체로부터 가스가 발생하고 기포를 형성하여, 그 기포가 잉크젯 프린터에는 치명적인 도트 누락의 원인이 된다.
일반적으로 잉크젯 기록용 잉크 중에 용해되어 있는 가스에 의해 기포가 형성된다. 이러한 기포는 잉크에 녹아있는 산소를 제거함으로써 줄일 수 있다. 용존 산소의 제거는 물리적인 방법과 화학적인 방법에 의해 수행된다. 물리적인 방법으로서는, 예를 들어 가열하거나 감압하면 산소가 제거된다. 그러나 지속적으로 이런 처리를 수행하거나 효과를 장기간 유지하는 것은 어렵다는 문제가 있다.
따라서 용존 산소를 효과적으로 제거하기 위한 화학적인 방법으로 잉크 품질에 영향을 미치지 않는 산소 흡수제를 도입하였다. 잉크 속의 용존 산소와 화학적으로 반응하는 산소 흡수제로 철이나 소듐 설파이트(Sodium sulfite), 암모늄 설파이트(Ammonium sulfite), 포타슘 설파이트(Potassium sulfite) 등의 아황산염(sulfite), 파이로갈롤(pyrogallol)과 같은 페놀류, 그리고 소듐 트리티오나이트(sodium trithionite), 히드라진(hydrazine)과 같은 환원제 등의 다양한 화합물이 사용될 수 있다.
그러나 이러한 물질들이 효과적으로 사용되기 위해서는 잉크에 쉽게 용해되어야 하고, 잉크의 색을 바꾸지 않아야 하며, 산소와의 반응으로 질소 가스 등을 발생시키지 않아야 하며, 침전물을 생성시키지 않아야 한다.
일본 공개 특허 52-74406에서는 잉크에 아황산염을 첨가함으로써, 잉크 중의 용존 산소를 환원하여 잉크 중의 가스 농도를 저하시켰다. 그러나 아황산염은 일반적으로 잉크 성분 중 습윤제로 작용하는 다가 알코올(polyhydric alcohol) 등에 쉽게 녹지 않기 때문에 노즐 입구를 막을 수 있다는 문제가 있다.
또한 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물이나, 히드록실아민 화합물은 우수한 환원 작용으로 잉크내의 용존 산소를 효율적으로 제거하는 특징을 가지나, 이들이 각각 단독으로 사용시 산소 흡수 속도가 느리고, 아울러 단위 중량당 산소 흡수량이 적기 때문에 많은 첨가량을 필요로 하는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 용존 산소 농도를 항상 매우 낮게 유지함으로써, 잉크가 높은 온도 환경에 놓여져도 기포를 형성하거나, 가스 발생을 하지 않아 잉크 유동성이 원활하여 고속 인쇄시에도 토출 성능이 안정적인 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자는 하는 제2 과제는 상기 잉크 조성물을 포함하는 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자는 하는 제3 과제는 상기 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 인쇄용 기록장치를 제공하는 것이다.
상기 제1 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
착색제; 용매; 계면 활성제; 및 산소 흡수제를 함유하며,
상기 산소 흡수제가 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물 및 히드록실아민계 화합물을 포함하는 잉크 조성물을 제공한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로고리 화합물로서는 N-아미노몰포린, 1-아미노-4-메틸피페라진, N-아미노헥사메틸렌이민, 1-아미노피롤리돈 및 1-아미노피페리딘으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 히드록실아민계 화합물은 하기 화학식 1의 화합물을 나타낸다:
<화학식 1>
Figure 112008036893764-pat00001
식중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 혹은 치환 또는 비치환된 C1-10의 알킬기를 나타낸다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 히드록실아민계 화합물로서는 히드록실아민, N,N-디에틸히드록실아민 및 N-이소프로필아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물의 함량은 상기 잉크조성물 전체 중량에 대하여 0.001 내지 1중량%이다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 히드록실아민계 화합물의 함량은 상기 잉크조성물 전체 중량에 대하여 0.001 내지 1중량%이다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로고리 화합물(a) 및 히드록실아민계 화합물(b)의 중량비(a/b)는 0.01 내지 100이다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 계면활성제는 비이온계 계면활성제이며, 그 함량은 상기 잉크 조성물 전체 중량에 대하여 0.05 내지 3중량%를 사용할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 착색제는 직접 염료, 산성 염료, 식용 염료, 알칼리성 염료, 반응 염료, 분산 염료, 유성 염료, 또는 안료 등을 사용할 수 있으며, 그 함량은 상기 잉크 조성물 전체 중량에 대하여 0.5 내지 10중량%를 사용할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 용매는 물, 또는 물과 수용성 유기용매의 혼합용매를 사용할 수 있으며, 그 함량은 상기 잉크 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 40중량%를 사용할 수 있다.
상기 제2 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 잉크 조성물을 포함하는 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지를 제공한다.
상기 제3 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 인쇄용 기록장치를 제공한다.
본 발명에 따른 잉크 조성물은 산소 흡수제로서 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물 및 히드록실아민계 화합물을 포함함으로써 잉크 내의 용존 산소 농도를 항상 매우 낮게 유지함으로써, 상기 잉크가 높은 온도 환경에 두어져도 기포를 형성하거나, 가스 발생을 하지 않아 잉크 유동성이 원활하여 잉크젯 잉크의 안정 토출에 효과가 있다.
본 발명은 용존 기체의 대부분인 공기에 의한 기체 방출 및 기포 형성을 억제 하기 위해 잉크에 산소 흡수제를 첨가하여 잉크의 기체 용해도를 증가시키고자 한 것으로서, 상기 산소 흡수제는 용존 산소 농도를 항상 매우 낮게 유지함으로써, 잉크가 높은 온도 환경에 놓여져도 기포 형성 및 가스 발생이 거의 없게 된다. 그에 따라 상기 산소 흡수제는 잉크 내에 산소의 용해도를 증가시킴으로써 연속적으로 끊임이 없는 잉크 흐름 및 안정된 토출을 유지시키게 된다.
즉, 본 발명에 따른 잉크 조성물은 탈기 작용으로 효과적인 산소 흡수제를 이용하며, 상기 산소 흡수제를 사용하여 잉크내 용존 산소 농도를 낮게 유지시킴으로써 탈산소된 잉크의 연속적인 공급이 가능해진다.
또한 본 발명의 산소 흡수제로 사용된 물질은 잉크의 다른 성분과 반응이 없어 변색이나 물성 변화를 일으키지 않으며 노즐 구멍을 막지 않는다는 특징을 갖는다.
본 발명에 따른 잉크 조성물은 착색제; 용매; 계면 활성제; 및 산소 흡수제를 함유하며, 상기 산소 흡수제로서 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물과 히드록실아민계 화합물을 사용한다. 상기 산소 흡수제로서 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물과 히드록실아민계 화합물의 병용에 따른 상승 효과로 소량의 산소 흡수제만으로 우수한 산소 흡수 효과가 발휘된다.
상기 산소 흡수제 중 하나인 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물로서는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들면 하기 화학식 2의 N-아미노몰포린, 화학식 3의 1-아미노-4-메틸피페라진, 화학식 4의 N-아미노헥사메틸렌이민, 화학식 5의 1-아미노피롤리돈, 화학식 6의 1-아미노피페리딘 등이 해당된다.
<화학식 2>
Figure 112008036893764-pat00002
<화학식 3>
Figure 112008036893764-pat00003
<화학식 4>
Figure 112008036893764-pat00004
<화학식 5>
Figure 112008036893764-pat00005
<화학식 6>
Figure 112008036893764-pat00006
상기 산소 흡수제 중 하나인 히드록실아민계 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
<화학식 1>
Figure 112008036893764-pat00007
식중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 혹은 치환 또는 비치환된 C1-10의 알킬기를 나타낸다.
상기 화학식 1의 히드록실아민계 화합물로서는 특별히 한정되지는 않고, 예를 들면 히드록실아민, N,N-디에틸히드록실아민, N-이소프로필아민 등이 해당된다.
산소 흡수제인 상기 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물 및 히드록실아민 화합물은 모두 각각 1종의 화합물이 단독으로 이용되어도 좋고, 2종 이상이 병용되어도 좋다.
본 발명에 따른 잉크 조성물에 있어서, 상기 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물 및 히드록실아민 화합물의 함유량은 상기 잉크 조성물 전체 중량에 대해 0.001 내지 1중량%, 바람직하게는 0.001 내지 0.5중량%를 사용할 수 있다. 상기 함유량이 0.001 중량% 미만이라면 본 발명의 잉크 조성물의 산소 흡수 효과가 부족하고, 1중량%를 초과하면 잉크의 점도가 상승되어 정상적인 토출이 곤란해질 우려가 있다.
본 발명에 따른 잉크 조성물에 있어서, 상기 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물(a)과 히드록실아민 화합물(b)의 첨가량의 중량비(a/b)는 0.01 내지 100이고, 보다 바람직한 것은 0.1 내지 10이다. 상기 중량비가 상기 범위를 벗어나 는 경우에는 산소 흡수 속도가 느리고, 아울러 단위 중량당 산소 흡수량이 적어지므로 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 잉크 조성물을 구성하는 계면활성제로는 양이온, 음이온 또는 비이온계 등이 있으며, 이 중에서 비이온계 계면활성제가 소포 성능이 우수하기 때문에 바람직하다. 바람직한 비이온계 계면활성제로는 아세틸렌계 에톡실화 디올(acetylenic ethoxylated diol) 구조를 갖는 Air Products 사의 SURFYNOL 계열, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 옥사이드 구조를 갖는 Union Carbide 사의 TERGITOL 계열, 폴리옥시에틸렌 솔비탄 지방산 에스테르(Polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester) 구조를 갖는 Tween 계열 등이 있다. 상기 계면활성제의 함량은 상기 잉크 조성물 전체 중량에 대하여 0.05 내지 3 중량%인 것이 바람직하다. 상기 계면활성제의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 충분한 소포 성능을 발휘하지 못하거나 경제성이 저하되어 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 잉크 조성물을 구성하는 착색제로는 직접 염료, 산성 염료, 식용 염료, 알칼리성 염료, 반응 염료, 분산 염료, 유성 염료, 각종 안료를 들 수 있다. 이 염료로는 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 인디고 염료, 프탈로시아닌 염료, 카르보닐 염료, 퀴논 이민 염료, 메틴 염료, 퀴놀린 염료, 니트로 염료 등이 있고, 여기에 사용 가능한 무기 안료로는 산화 티탄, 벵갈라, 안티몬 레드, 카드뮴 레드, 카드뮴 옐로, 코발트 블루, 카본 블랙, 흑연 등을 예로 들 수 있으며, 유기 안료로서는 아조 안료 등이 있다. 상기 착색제의 함유량은 용매의 종류, 잉크에 요구되는 특성 등에 의해 결정되지만, 일반적으로 잉크 조성물 전체 중량에 대하여 0.5 내지 10 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직한 것은 1 내지 7 중량%이다. 상기 착색제의 함량이 0.5중량% 미만이면 충분한 착색 성능을 발휘하기 어려우며, 10중량%를 초과하는 경우에는 초과 함량으로 인한 경제적 이익이 적어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 잉크 조성물은 용매 또는 분산매로서 물을 포함한다. 본 발명에 있어서 물은 특별히 한정되지는 않으나 탈이온수인 것이 바람직하다. 본 발명의 잉크 조성물에서 물의 함량은 잉크 조성물 전체 중량에 대하여 10 내지 98 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직한 것은 40 내지 95 중량%이다. 상기 물의 함량이 10 중량% 미만인 경우 잉크 조성물의 점도를 증가시켜 토출 성능을 저하시키는 문제가 있고, 98 중량%를 초과하는 경우 잉크의 표면 장력이 지나치게 상승하여 보통 용지 또는 전문 용지 등의 인쇄매체에 인쇄할 경우 상기 인쇄매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 성능 등의 인쇄 특성이 좋지 않게 되는 문제가 있어 바람직하지 않다.
본 발명의 잉크 조성물은 용매 또는 분산매로서 상기 물 이외에 수용성 유기 용매를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 수용성 유기 용매의 함량은 상기 잉크 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 40 중량%인 것이 바람직하다. 상기 수용성 유기 용매의 함량이 잉크젯 잉크 전중량부에 대하여 1 중량% 미만인 경우 잉크의 표면 장력이 지나치게 상승하여 보통 용지 또는 전문 용지 등의 인쇄매체에 인쇄할 경우 상기 인쇄매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 성능 등 인쇄 특성이 좋지 않을 수 있고, 40 중량%를 초과하는 경우에는 잉크 조성물의 점도가 지나치게 증가하여 토출 성능이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 수용성 유기 용매의 예로는 지방족 1가 알콜, 지방족 다가 알콜 및 지방족 다가 알콜 유도체를 들 수 있다. 수용성 유기 용매가 더 포함되는 경우 물과 상기 수용성 유기 용매의 중량비는 1:0.02 내지 1인 것이 바람직하다. 상기 수용성 유기 용매의 물에 대한 중량비가 0.02 미만이면 잉크 조성물의 표면 장력이 지나치게 상승하여 인쇄 매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 성능이 좋지 않을 수 있고, 1 이상이면 점도가 지나치게 상승하여 잉크 조성물의 토출 성능이 저하될 수 있는 문제가 있어 바람직하지 않다.
본 발명에서 상기 지방족 1가 알콜은 잉크 조성물의 표면 장력을 조절하여 인쇄 매체 상에서의 침투성, 도트 형성능 및 인쇄된 화상의 건조 성능을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 본 발명에서 상기 지방족 다가 알콜 및 그 유도체는 쉽게 증발하지 않고, 잉크 조성물의 빙점을 낮춤으로써 저온에서도 잉크 조성물의 보존 안정성을 향상시켜 노즐의 막힘을 방지하는 역할을 한다.
본 발명에서 상기 지방족 1가 알콜의 예로는 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, i-프로필 알콜, n-부틸 알콜, s-부틸 알콜 및 t-부틸 알콜 등의 C1 내지 C10 저급 알콜을 들 수 있다. 특히, 에틸 알콜, i-프로필 알콜 및 n-부틸 알콜이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 지방족 다가 알콜의 예로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜 및 글리세롤 등의 알킬렌글리콜류; 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜류; 티오디글리콜류; 및 그 혼합물을 들 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 지방족 다가 알콜 유도체의 예로는 상기 지방족 다가 알콜의 저급 알킬에테르류 및 상기 지방족 다가 알콜의 저급 카르복실산에스테르류를 들 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 지방족 다가 알콜의 저급 알킬에테르의 예로서 에틸렌글리콜디메틸에테르를 들 수 있고, 상기 지방족 다가 알콜의 저급 카르복실산에스테르의 예로서 에틸렌글리콜디아세테이트를 들 수 있다.
본 발명의 잉크 조성물은 상기 성분 이외에 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잉크 조성물에 통상적으로 사용되는 분산제, 점도 조절제, pH 조절제, 방부제 또는 킬레이트제 등의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 잉크 조성물은 그 용도가 특별하게 제한되지는 않으며, 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지 외에도 토너 조성물, 각종 도료 및 코팅액 등에도 사용될 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 잉크 조성물은 어레이 헤드(array head)를 채용한 잉크젯 프린터 카트리지에 유용하게 사용될 수 있다. 어레이 헤드를 채용한 잉크젯 프린터는 1개의 칩을 이송하여 인쇄하는 셔틀형 잉크젯 프린터와는 달리 다수의 칩을 이용하여 고속으로 인쇄하므로 기록장치의 처리량을 증가시킬 수 있으며 본 발명에 따른 잉크 조성물을 사용할 경우 효과적으로 인쇄할 수 있다.
본 발명은 상기 잉크 조성물을 포함하는 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지를 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지를 첨부된 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 잉크 조성물을 포함하는 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지의 측면 단면도를 나타낸다.
상기 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지(100)는 잉크통(112)을 형성하는 잉크 카트리지 본체(110), 잉크통(112)의 상부를 덮는 내부 커버(114), 잉크통(112)과 상기 내부 커버(114)를 밀폐하기 위해서 내부 커버(114)로부터 소정의 간격으로 이격된 외부 커버(116)를 구비한다.
상기 잉크통(112)은 수직 장벽(123)에 의하여 제1챔버(124) 및 제2챔버(126)로 구획된다. 제1챔버(124) 및 제2챔버(126) 사이의 잉크 통로(128)는 상기 수직 장벽(123)의 최하부에 형성되어 있다. 제1챔버(124)는 잉크로 채워져 있고, 제2챔버(126)는 스폰지 및 잉크로 채워져 있다. 상기 제2챔버(126)에 대응하는 벤트 홀 (vent hole)(126a)은 내부 커버(114) 상에 형성되어 있다. 또한, 필터(140)가 제2챔버(126) 하부에 장치되어 잉크의 불순물과 미세한 거품들을 여과하여, 프린트 헤드의 노즐(130)이 막히는 것을 막아준다. 훅(142)은 상기 필터(140)의 에지(테두리 부분)에 형성되어 스탠드파이프(standpipe)(132)의 최상부 상에 배치되어 있다. 본 발명의 잉크 조성물은 제1챔버(124) 및 제2챔버(126)에 저장되어 있다가 기록장치가 작동할 때 필터(140)를 통과하고 프린트 헤드의 노즐(130)을 통과하여 상기 잉크통(112)으로부터 잉크가 액적 형태로 인쇄 매체 상으로 토출된다.
또한, 본 발명은 상기 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 인쇄용 기록장치를 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄용 기록장치는 첨부된 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 잉크 조성물을 포함하는 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 기록장치의 사시도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 잉크젯 인쇄용 기록장치(5)는 산소 흡수제, 계면활성제, 착색제 및 용매를 포함하는 잉크 조성물을 포함하는 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지(11)를 구비하고 있다. 기록장치 커버(8)는 기록장치(5)의 본체(13)에 힌지로 연결되어 있다. 이동성 래치(10)의 서로 맞물리는 영역이 홀(7)을 관통하여 돌출되어 있다. 상기 이동성 래치(10)는 고정 래치(9)와 맞물리는데, 상기 고정 래치(9)는 기록장치 커버(8)가 닫히면, 기록장치 커버(8) 안에서 결착한다. 상기 기록장치 커버(8)는 홀(7)을 통하여 연장된 이동성 래치(10)의 맞물림 부분에 대응하는 리세스(14)를 갖는다. 잉크 카트리지(11)는 상기 잉크 카트리지(11)의 하부를 통과하는 종이(3) 상에 잉크를 도포할 수 있도록 장치된다.
이상, 본 발명에 따른 잉크 조성물, 상기 잉크 조성물을 포함하는 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지, 상기 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 인쇄용 기록매체에 관하여 설명하였다. 본 발명에 따른 잉크 조성물은 산소 흡수제를 함유하여, 잉크 유로 내에 기포의 발생을 억제함으로써 잉크젯 잉크의 안정 토출에 효과가 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
하기 실시예 1 내지 5에 나타나는 성분을 믹서로 완전히 혼합하여 실시예 1 내지 5의 잉크 조성물을 제조하였으며, 전체 중량은 100중량부로 하였다.
실시예 1
C.I. Basic Black 2 5 중량부
글리세롤 2 중량부
디에틸렌글리콜 3 중량부
비이온계 계면활성제 0.5 중량부
(상품명: Surfynol 440, Air Products 社)
N-아미노몰포린 0.02 중량부
히드록실아민 0.03 중량부
물(탈이온수) 나머지
실시예 2
C.I. Direct Yellow 44 3 중량부
글리세롤 3 중량부
디에틸렌글리콜 2 중량부
에틸렌글리콜 2 중량부
비이온계 계면활성제 0.4 중량부
(상품명: Tween 20, Aldrich 社)
1-아미노-4-메틸피페라진 0.03 중량부
N,N-디에틸히드록실아민 0.04 중량부
물(탈이온수) 나머지
실시예 3
C.I. Basic Blue 26 2 중량부
디에틸렌글리콜 3 중량부
에틸렌글리콜 4 중량부
비이온계 계면활성제 0.3 중량부
(상품명: Surfynol 465, Air Products 社)
N-아미노헥사메틸렌이민 0.05 중량부
N-이소프로필아민 0.05 중량부
물(탈이온수) 나머지
실시예 4
C.I. Direct Red 227 3 중량부
글리세롤 3 중량부
디에틸렌글리콜 2 중량부
에틸렌글리콜 4 중량부
비이온계 계면활성제 0.6 중량부
(상품명: Tween 40, Aldrich 社)
1-아미노피롤리딘 0.07 중량부
N,N-디에틸히드록실아민 0.04 중량부
물(탈이온수) 나머지
실시예 5
Carbon Black 6 중량부
(상품명: FW 200, Degussa 社)
아크릴레이트 분산제 5 중량부
(상품명: Joncryl 61, Johnson Polymer 社)
글리세롤 3 중량부
디에틸렌글리콜 4 중량부
에틸렌글리콜 4 중량부
비이온계 계면활성제 0.3 중량부
(상품명: Tergitol NP-30, Union Carbide 社)
1-아미노피페리딘 0.005 중량부
N,N-디에틸히드록실아민 0.009 중량부
물(탈이온수) 나머지
비교예
하기 비교예 1 내지 5에 나타나는 성분을 믹서로 완전히 혼합하여 비교예 1 내지 5의 잉크젯 기록용 잉크 조성물을 제조하였다. 전체 중량은 100중량부로 하였다.
비교예 1
C.I. Basic Black 2 5 중량부
글리세롤 2 중량부
디에틸렌글리콜 3 중량부
비이온계 계면활성제 0.5 중량부
(상품명: Surfynol 440, Air Products 社)
물(탈이온수) 나머지
비교예 2
C.I. Direct Yellow 44 3 중량부
글리세롤 3 중량부
디에틸렌글리콜 2 중량부
에틸렌글리콜 2 중량부
비이온계 계면활성제 0.4 중량부
(상품명: Tween 20, Aldrich 社)
1-아미노-4-메틸피페라진 0.07 중량부
물(탈이온수) 나머지
비교예 3
C.I. Basic Blue 26 2 중량부
디에틸렌글리콜 3 중량부
에틸렌글리콜 4 중량부
비이온계 계면활성제 0.3 중량부
(상품명: Surfynol 465, Air Products 社)
N-이소프로필아민 0.1 중량부
물(탈이온수) 나머지
비교예 4
C.I. Direct Red 227 3 중량부
글리세롤 3 중량부
디에틸렌글리콜 2 중량부
에틸렌글리콜 4 중량부
비이온계 계면활성제 0.6 중량부
(상품명: Tween 40, Aldrich 社)
1-Aminopyrrolidine 0.11 중량부
물(탈이온수) 나머지
비교예 5
Carbon Black 6 중량부
(상품명: FW 200, Degussa 社)
아크릴레이트 분산제 5 중량부
(상품명: Joncryl 61, Johnson Polymer 社)
글리세롤 3 중량부
디에틸렌글리콜 4 중량부
에틸렌글리콜 4 중량부
비이온계 계면활성제 0.3 중량부
(상품명: Tergitol NP-30, Union Carbide 社)
N,N-디에틸히드록실아민 0.014 중량부
물(탈이온수) 나머지
평가 실험
잉크내 산소 농도
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5에서 얻어진 각각의 잉크 조성물 중의 용존 산소 농도를 용존 산소계를 사용하여 측정한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
구분 잉크 중 용존 산소 농도 (mg/L)
실시예 1 0.8
실시예 2 1.1
실시예 3 1.3
실시예 4 2.2
실시예 5 1.0
비교예 1 7.3
비교예 2 7.2
비교예 3 7.1
비교예 4 7.5
비교예 5 7.9
상기 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 산소 흡수제를 포함한 실시예 1 내지 5의 잉크는 비교예 1 내지 5와 비교하여 산소 농도가 상당히 감소된 상태로 유지되었다.
또한, 실시예 1 내지 5의 잉크 조성물을 잉크젯 인쇄에 사용하는 경우는 산 소흡수제를 전혀 사용하지 않은 비교예 1의 경우, 또는 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물이나 히드록실아민 화합물을 단독으로 사용한 비교예 2 내지 5의 경우에 비하여 인쇄시 도트(Dot)의 누락이 적음을 확인할 수 있었다.
이상의 결과로부터, N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물과 히드록실아민 화합물과의 병용에 의해 산소 흡수에 있어서 우수한 상승 효과가 발휘되는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 산소 흡수제를 함유한 잉크 조성물을 사용하여 고속 인쇄시에도 안정적으로 토출을 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 실시예를 통하여 설명되었지만, 본 발명의 기술 사상의 범위 안에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 잉크 조성물을 포함하는 잉크 카트리지의 측면 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 잉크 조성물을 포함하는 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 기록장치의 사시도이다.
<도면의 주요부호에 대한 간단한 설명>
7…홀(hole) 8…프린터 커버
9…고정 래치(latch) 10…이동성 래치
11…잉크 카트리지 14…리세스(recsss)
100…카트리지 112…잉크통
123…수직 장벽 124…제1챔버
126…제2챔버 126a…벤트홀
128…잉크통로 130… 프린트 헤드 노즐
140…필터

Claims (12)

  1. 착색제; 용매; 계면 활성제; 및 산소 흡수제를 함유하며,
    상기 산소 흡수제가 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물 및 히드록실아민계 화합물을 포함하는 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로고리 화합물이 N-아미노몰포린, 1-아미노-4-메틸피페라진, N-아미노헥사메틸렌이민, 1-아미노피롤리돈 및 1-아미노피페리딘으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히드록실아민계 화합물이 하기 화학식 1의 화합물인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물:
    <화학식 1>
    Figure 112008036893764-pat00008
    식중, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소 원자, 혹은 치환 또는 비치환된 C1-10의 알킬기를 나타낸다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히드록실아민계 화합물이 히드록실아민, N,N-디에틸히드록실아민 및 N-이소프로필아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로 고리 화합물의 함량이 상기 잉크조성물 전체 중량에 대하여 0.001 내지 1중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 히드록실아민계 화합물의 함량이 상기 잉크조성물 전체 중량에 대하여 0.001 내지 1중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 N-치환 아미노기를 갖는 헤테로고리 화합물(a) 및 히드록실아민계 화합물(b)의 중량비(a/b)가 0.01 내지 100인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 계면활성제가 비이온계 계면활성제이며, 그 함량이 상기 잉크 조성물 전체 중량에 대하여 0.05 내지 3중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 착색제가 직접 염료, 산성 염료, 식용 염료, 알칼리성 염료, 반응 염료, 분산 염료, 유성 염료, 또는 안료이며, 그 함량이 상기 잉크 조성물 전체 중량에 대하여 0.5 내지 10중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 용매가 물, 또는 물과 수용성 유기용매의 혼합용매이며, 그 함량이 상기 잉크 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 잉크 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 잉크 조성물을 함유하는 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지.
  12. 제11항에 따른 잉크젯 인쇄용 잉크 카트리지를 구비한 잉크젯 인쇄용 기록 장치.
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