KR20110132512A

KR20110132512A - 블랙 잉크 조성물

Info

Publication number: KR20110132512A
Application number: KR20110036178A
Authority: KR
Inventors: 첸-밍 첸; -테 린; 첸-웬 리; 웬-친 린
Original assignee: 에버라이트 유에스에이, 인코오포레이티드
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2011-12-08
Also published as: US8475579B2; ITTO20110427A1; TW201144270A; US20110297040A1; JP2011252150A; DE102011100940A1; TWI477484B

Abstract

블랙 잉크 조성물이 제공된다. 상기 블랙 잉크 조성물은 분산성 흑색 염료; 블랙 잉크 조성물 전체 중량을 기준으로 1중량% 미만의 디에틸렌 글리콜 화합물; 용매; 및 물을 포함한다. 본 발명의 블랙 잉크 조성물은 계면활성제가 없으며, 우수한 노즐에 대한 친화성을 가지며, 그리하여 인쇄시 양호한 평탄성 및 고품질의 이미지를 제공한다.

Description

블랙 잉크 조성물{BLACK INK COMPOSITION}

본 발명은 블랙 잉크 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 계면활성제가 없는 블랙 잉크 조성물에 관한 것이다.

잉크젯 인쇄 기술은 비충격식 인쇄(non-impact printing)이고, 선명하고, 비 페더링 이미지(non-feathering images)를 제공하며, 그리고 수 견뢰도(water-fastness), 광 견뢰도(light-fastness), 광학밀도(optical density), 저장 안정성(storage stability) 및 막힘 없음(non-clogging)과 같은 우수한 특성을 갖는다.

일반적으로, 잉크의 표면 장력과 점도가 잉크젯 스피드의 안정성, 2가지 잉크 낙하의 간격, 액적 사이즈(drop size) 및 적하 흐름 속도(drop flow velocity)에 상당히 영향을 끼친다. 컬러 잉크젯 시스템에 있어서, 잉크의 표면장력은 계면활성제에 의해 제어된다. 예를 들어, 미국 특허번호 제6695443호는 음이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제를 포함하는 잉크 조성물을 개시한다. 미국특허번호 제6737449호는 아세틸렌 글리콜 계면활성제를 포함하는 조성물을 개시한다. 그러나, 이전의 조성물에서 상기 계면활성제들은 쉽게 분해되지 않아 환경오염을 야기한다. 미국특허 번호 제6004389호는 디에틸렌 글리콜 모노-n-부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-n-부틸에테르, 프로필렌 글리콜 모노-n-부틸에테르 또는 디프로필렌 글리콜 모노-n-부틸에테르와 같은 폴리옥시에틸 글리세린 에테르 화합물을 포함하는 잉크 조성물을 개시한다. 그러나, 이러한 조성물은 계면활성제로 사용되는 폴리옥시에틸 글리세린 에테르 화합물을 3중량% 초과로 갖는다. 폴리옥시에틸 글리세린 에테르 화합물의 첨가로 인해, 상기 잉크는 쉽게 인쇄지로 침투하게 되고, 이로 인해 잉크 액적이 인쇄지에 번지게 되고, 인쇄 품질에 악영향을 끼친다.

따라서, 본 기술분야에서의 상기와 같은 단점을 극복할 시급한 필요성이 제기되고 있다.

본 발명은 분산성 흑색 염료; 블랙 잉크 조성물 전체 중량을 기준으로 1중량% 미만의 글리콜 에테르 화합물; 용매; 및 물을 포함하는 블랙 잉크 조성물을 제공한다.

본 발명의 상기 분산성 흑색 염료는 카본블랙(컬러 인덱스 블랙 7, PBk7)이며, 이는 카르보닐, 카르복실, 히드록실, 술포닐 또는 그 염인 적어도 하나의 작용기를 갖도록 처리된다.

종래의 잉크 조성물과 비교하여, 본 발명의 상기 블랙 잉크 조성물은 계면활성제가 없고, 그리하여 유기체 및 환경에 대한 피해가 없다.

본 발명의 블랙 잉크 조성물에 있어서 디에틸렌글리콜 화합물은 에틸렌글리콜 모노-부틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노-부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노-메틸에테르 및 디프로필렌글리콜 메틸에테르로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상이다. 상기 블랙 잉크 조성물은 블랙잉크 조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 1중량%의 디에틸렌글리콜 화합물을 포함하며, 47 내지 54mN/m 범위의 표면장력을 갖는다.

종래의 잉크 조성물과 대비하여, 본 발명의 상기 블랙 잉크 조성물은 상당히 높은 표면 장력을 가지며, 그로 인해 침투력을 제거하고, 인쇄효과 및 이미지 품질을 향상시킨다. 상기 잉크 조성물의 표면 장력을 향상시키는 것에 나아가, 본 발명의 블랙 잉크 조성물의 디에틸렌글리콜은 잉크가 노즐에 대하여 보다 친화성을 갖도록 노즐을 적시며, 잉크 건조를 촉진하며, 그리고 잉크 안정성을 유지시킨다.

도 1 내지 3은 본 발명의 블랙 잉크 조성물, HP #27 잉크 및 비교예 1 및 2의 잉크를 사용하여 글자 크기 2로 문자 B, M 및 R을 Paper On, Double A 및 HP Office 페이퍼 상에 인쇄한 인쇄 이미지를 현미경으로 촬영한 사진이다.

본 발명을 설명하기 위해 다음의 구체적인 실시예를 사용한다. 본 분야에서 숙련된 자는 본 발명의 다른 이점 및 효과를 쉽게 인식할 것이다.

본 발명은 분산성 흑색 염료; 블랙잉크 조성물 전체 중량을 기준으로 1중량% 미만의 글리콜 에테르 화합물; 용매; 및 물을 포함하는 블랙 잉크 조성물을 제공한다.

상기 블랙 잉크 조성물에 있어서, 상기 흑색 염료는 Mitsubishi 소재의 Columbian Chemicals Company 또는 Evonik Degussa로부터 구입할 수 있는 카본블랙과 같은 상업적으로 입수 가능한 흑색 염료일 수 있다. 상기 카본블랙은 카르보닐, 카르복실, 히드록실, 술포닐 또는 그 염인 적어도 하나의 작용기를 갖도록 처리된다. 일반적으로 블랙 잉크 조성물은 블랙 잉크 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 10중량%, 바람직하게는 3 내지 6중량%의 흑색 염료를 포함한다.

상기 블랙 잉크 조성물은 침투제(penetrating agent), 보습제(moisturizing agent) 또는 이들의 조합을 더욱 포함한다. 상기 침투제는 이에 한정하는 것은 아니지만, N-메틸피롤리돈 및 1,3-부틸렌 글리콜의 적어도 하나일 수 있다. 상기 보습제는 이에 한정하는 것은 아니지만, 글리세린 및 디에틸렌글리콜의 적어도 하나일 수 있다.

상기 블랙 잉크 조성물은 상기 침투제를 블랙 잉크 조성물 전체 중량을 기준으로 2 내지 20중량%, 바람직하게는 5 내지 20중량%, 그리고 더 바람직하게는 5 내지 15중량% 포함한다. 예를 들어, 블랙 잉크 조성물은 5 내지 15중량%의 N-메틸피롤리돈을 포함한다. 선택적으로, 상기 블랙 잉크 조성물은 1,3-부틸렌 글리콜 2 내지 10중량%, 바람직하게는 2 내지 8중량%를 포함할 수 있다.

상기 블랙 잉크 조성물은 보습제를 블랙잉크 조성물 전체 중량을 기준으로 2 내지 20중량%를 포함한다. 예를 들어, 블랙 잉크 조성물은 2 내지 8중량%의 글리세린을 포함한다. 선택적으로, 상기 블랙 잉크 조성물은 5 내지 20중량%, 바람직하게는 10 내지 18중량%의 디에틸렌글리콜을 포함한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 블랙 잉크 조성물은 에틸렌글리콜 모노-부틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노-부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노-메틸에테르 및 디프로필렌글리콜 메틸에테르로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 글리콜 에테르 화합물을 1중량% 미만으로 포함한다. 바람직하게는, 글리콜에테르 화합물은 에틸렌 글리콜 모노-부틸 에테르이다. 상기 본 발명의 블랙 잉크 조성물은 약 적어도 0.1중량%의 글리콜 에테르 화합물을 포함하며, 블랙 잉크 조성물의 표면 장력은 47 내지 54mN/m 범위이다.

상기 성분들에 더하여, 블랙 잉크 조성물의 나머지 부분은 물일 수 있다. 일반적으로 상기 물은 순수, 탈이온수 또는 정제수일 수 있다.

상기 블랙 잉크 조성물은 임의로 항균제와 같은 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 예를 들어, 항균제는 NUOSEPT(NudeX, Inc., a division of Huls America), UCARCIDE (Union Carbide), VANCIDE (RTVanderbilt Co.) 또는 PROXEL XL2 (ICI Americas Inc.)일 수 있다.

상기 블랙 잉크 조성물에서 상기 첨가제의 농도에 대한 특별한 한정은 없다. 일 구현예로서, 상기 블랙 잉크 조성물은 0.1 내지 0.5중량%의 항균제를 포함한다.

본 발명의 특징 및 효과를 다음의 구현예로 설명하지만, 이에 한정되는 것이 아니다.

블랙 잉크 조성물의 제조

블랙 잉크 조성물의 성분들을 표 1 및 표 2에 열거한다. 성분들을 실온에서 교반, 혼합하여 실시예 1-28의 블랙 잉크 조성물을 형성하였다. 블랙 잉크 조성물에서 각 성분들의 단위는 중량%이다.

블랙 잉크 조성물의 성분
성분/실시예	GLY	NMP	DEG	EGMBE	Proxel GXL	J1008503	물
1	8	5	14	0.2	0.2	19.78	전체 중량이 100g으로 되도록 첨가됨.
2	4	5	18	0.2	0.2	19.78
3	4	5	14	0.2	0.2	19.78
4	2	5	14	0.2	0.2	19.78
5	8	5	10	0.2	0.2	19.78
6	4	5	10	0.2	0.2	19.78
7	2	5	10	0.2	0.2	19.78
8	8	15	14	0.2	0.2	19.78
9	4	15	18	0.2	0.2	19.78
10	4	15	14	0.2	0.2	19.78
11	2	15	14	0.2	0.2	19.78
12	8	15	10	0.2	0.2	19.78
13	4	15	10	0.2	0.2	19.78
14	2	15	10	0.2	0.2	19.78

블랙 잉크 조성물의 성분
성분/실시예	1,3-BG	NMP	DEG	EGMBE	Proxel GXL	J1008503	물
15	8	5	14	0.2	0.2	19.78	전체 중량이 100g으로 되도록 첨가됨.
16	4	5	18	0.2	0.2	19.78
17	4	5	14	0.2	0.2	19.78
18	2	5	14	0.2	0.2	19.78
19	8	5	10	0.2	0.2	19.78
20	4	5	10	0.2	0.2	19.78
21	2	5	10	0.2	0.2	19.78
22	8	15	14	0.2	0.2	19.78
23	4	15	18	0.2	0.2	19.78
24	4	15	14	0.2	0.2	19.78
25	2	15	14	0.2	0.2	19.78
26	8	15	10	0.2	0.2	19.78
27	4	15	10	0.2	0.2	19.78
28	2	15	10	0.2	0.2	19.78

GLY: 글리세린

1,3-BG: 1,3-부틸렌글리콜

NMP: N-메틸피롤리돈

DEG: 디에틸렌글리콜

EGMBE: 에틸렌글리콜 모노-부틸에테르

Proxel GXL: 항균제(ICI Americas Inc.)

J1008503: 카본블랙 염료(BK-A15; Everlight Chemical Industrial Corp.)

혼탁도 테스트

상기 실시예의 카본블랙 염료를 물로 대신하여 관찰을 용이하게 하였다. 미국 특허번호 제6004389 호에 개시된 상기 잉크 조성물을 이 혼탁도 테스트에서의 비교 샘플로서 선택하였다. 표 3은 계면활성제를 포함하거나 포함하지 않는 비교 샘플의 성분을 나타낸다.

혼탁도 테스트에서, 샘플 50g을 실온에서 105℃로 가열하고, 샘플 용액에서 혼탁이 발생한 온도를 기록하였다.

미국특허번호 제6004389호에 기재된 잉크 조성물의 성분
	비교예 1	비교예 2
DEGMBE	10.00	10.00
1,6-헥산디올	5.00	5.00
트리프로필렌 글리콜	2.00	2.00
DMI	2.00	2.00
Surfynol 104	0.80	0.00
Surfynol 465	0.40	0.00
물	79.80	81.00

상기 혼탁도 테스트에 있어서, 본 발명의 블랙 잉크 조성물 및 계면활성제를 포함하지 않는 비교 샘플에서 혼탁이 발생한 온도는 모두 100℃보다 높았다. 그러나, 계면활성제를 포함하는 비교 샘플에서 혼탁이 발생한 온도가 약 21℃ 이었다. 따라서, 본 발명의 블랙 잉크 조성물은 대단한 안정성을 갖는다. 그리하여 잉크 조성물의 성분은 열 처리 중에 침전하지 않을 것이다.

침투 테스트

본 발명의 블랙잉크 조성물 및 표 3의 비교 샘플을 각각 왁스 필름을 포함하거나 포함하지 않는 유리 기판 위에 떨어뜨리고, 액적과 기판 사이의 접촉각을 접촉각 측정장치(contact angle meter)로 측정하였다. 그 결과를 표 4 및 5에 나타내었다.

왁스 필름을 갖는 유기 기판상에서의 테스트 결과
	접촉각	바닥 표면의 직경	표면 장력
비교예 1	27.88	8.22	27.5
비교예 2	51.17	6.93	36.7
실시예 19	78.54	6.40	52

왁스 필름을 갖지 않는 유리 기판상에서의 테스트 결과
	접촉각	바닥 표면의 직경	표면 장력
비교예 1	9.11	11.76	27.5
비교예 2	17.03	10.56	36.7
실시예 19	43.34	8.58	52

표 4 및 5에 나타낸 바와 같이, 블랙 잉크 조성물은 비교예에 비하여 상당히 큰 접촉각을 형성하였다. 다른 말로, 본 발명의 블랙 잉크 조성물은 기판에 대하여 보다 작은 접촉면적을 가져, 기판상에서 얼룩을 회피할 수 있다. 그러므로, 미국 특허번호 제6004389호에 기재된 잉크 조성물과 비교하여, 본 발명의 블랙 잉크 조성물은 상당히 높은 표면장력을 가지며, 그러므로, 기재 내로 침투하여 이미지를 흐리게 하는 것을 제거할 수 있다. 나아가, 부가적인 적하 테스트에서, 본 발명의 블랙 잉크 조성물은 보다 높은 내부 수축력(internal shrinking force)에 의해 보다 큰 액적을 형성하였다. 대조적으로, 통상적인 잉크 조성물은 쉽게 외력에 영향을 받아 위성과 같은 액적(satellite drops)을 형성하였다.

해상도 테스트

본 발명의 블랙 잉크 조성물, HP #27 잉크 및 비교예 1 및 2를 사용하여 다음 테스트를 위해, 글자 크기 "2"로 문자 B, M 및 R을 Paper On, Double A 및 HP Office 페이퍼 상에 인쇄하여 테스트하였다.

인쇄 이미지를 관찰하고, 현미경으로 촬영하고, 그 결과를 도 1 내지 3에 나타내었다.

선분(Line segment) 해상도 테스트

본 발명의 블랙 잉크 조성물, HP #27 잉크 및 비교예 1 및 2를 사용하여 다음 테스트를 위해 Paper On, Double A 및 HP Office 페이퍼 상에 프린트하여 테스트하였다.

라인 폭의 사이즈는 0.01이었고, 인쇄 이미지를 라인 폭 측정기(lime width meter, PERSONAL IAS, Quality Engineering Associates, Inc.)로 3회 측정하여 탐지하였다. 3회 측정의 평균값을 표 6에 나타내었으며, 여기서 가장 좋은 해상도에서부터 가장 나쁜 해상도까지의 인쇄 이미지를 ☆, ◎, ○ 및 △로 각각 나타내었다.

해상도 테스트 결과
	문자의 해상도	선분의 해상도
HP #27 ink	◎	◎
비교예 1	△	△
비교예 2	○	○
실시예 19	☆	☆

본 발명의 블랙 잉크 조성물이 상당히 낮은 인공위성과 같은 액적을 형성하였으며, 그로 인해 상당히 큰 해상도를 나타내었음을 도 1 내지 도 3 및 표 6에 HP #27 잉크 및 미국 특허번호 제6004389호에 개시된 잉크 조성물과 대비하여 나타낸다. 그러므로, 보다 높은 표면 장력을 갖는 본 발명의 블랙 잉크 조성물은 기판 상에 보다 작은 접촉 면적을 형성한다. 라인 폭 해상도와 관련하여, 본 발명의 블랙 잉크 조성물은 통상적인 잉크 조성물에 비하여 보다 얇은 라인 폭 및 보다 양호한 해상도를 제공한다. 따라서, 본 발명의 블랙 잉크 조성물은 우수한 인쇄 품질을 제공한다.

요약하면, 본 발명의 블랙 잉크 조성물은 보다 높은 표면 장력을 가지며, 기판 내부로 거의 투과하지 않으며, 기판상에 얼룩을 형성하지 않아, 인쇄지 상에 우수한 해상도 및 품질로 보다 얇은 선폭을 인쇄한다.

본 발명은 대표적인 보다 바람직한 구현예를 사용하여 기술하였다. 그러나, 본 발명의 범위는 개시된 배합으로 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 그러므로, 청구의 범위는 가장 넓게 해석에 일치되어야 하며, 그러한 개조 및 유사한 배열을 모두 포함한다.

Claims

분산성 흑색 염료;
블랙잉크 조성물 전체 중량의 1중량% 미만의 디에틸렌 글리콜 화합물;
용매; 및
물을 포함하는 블랙 잉크 조성물.
제 1항에 이어서, 상기 분산성 흑색 안료가 카본블랙인 블랙 잉크 조성물.
제 1항에 있어서, 디에틸렌 글리콜 화합물은 에틸렌글리콜 모노-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-메틸에테르 및 디프로필렌 글리콜 메틸에테르로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나인 블랙 잉크 조성물.
제 3항에 있어서, 블랙 잉크 조성물 전체 중량을 기준으로 디에틸렌 글리콜 화합물 0.1 내지 1중량%를 포함하는 블랙 잉크 조성물.
제 1항에 있어서, 침투제, 습윤제 또는 이들의 조합을 더욱 포함하는 블랙 잉크 조성물.
제 5항에 있어서, 상기 침투제는 N-메틸피롤리돈 및 1,3-부틸렌글리콜 중 적어도 하나인 블랙 잉크 조성물.
제 5항에 있어서, 상기 습윤제는 글리세린 및 디에틸렌글리콜 중 적어도 하나인 블랙 잉크 조성물.
제 1항에 있어서, 7 내지 54mN/m의 표면장력을 갖는 블랙 잉크 조성물.
제 8항에 있어서, 계면활성제를 포함하지 않는 블랙잉크 조성물.
제 9항에 있어서, 상기 디에틸렌 글리콜 화합물이 에틸렌 글리콜 모노-부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-부틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노-메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노-메틸 에테르 및 디프로필렌 글리콜 메틸 에테르로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나인 블랙 잉크 조성물.