KR100481747B1

KR100481747B1 - 잉크젯용잉크조성물및이를사용하는인쇄방법

Info

Publication number: KR100481747B1
Application number: KR1019970709521A
Authority: KR
Inventors: 히사토 하야시; 고조 이소베
Original assignee: 제네라루가부시기가이샤
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2005-08-01
Also published as: HK1005246A1; EP0834538A1; CN1076373C; DE69731924T2; TW360690B; KR19990028210A; ATE284929T1; WO1997040109A1; DE69731924D1; EP0834538A4; CN1189180A; JP4058111B2; EP0834538B1

Abstract

본 발명은 가열함으로써 잉크의 액적을 노즐로부터 토출시키는 온-디맨드형잉크젯 기록방식에 사용되는 잉크에 있어서, 착색제(i), 금속 이온에 결합되어 수용성 착물을 형성하는 킬레이트제(ii) 및 물 또는 물과 수용성 유기 용매와의 혼합물(iii)을 포함하고, 킬레이트제가 잉크 속의 금속 이온을 착물로 변환시키는 데 충분한 양으로 함유되어 있는 동시에 pH가 6 내지 10임을 특징으로 하는 잉크젯용 잉크에 관한 것이며, 이에 따라 금속 이온으로부터 유도되는 불용성 물질이 가열헤드 위에 부착되어 노즐이 막히거나 인쇄 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

잉크젯용 잉크 조성물 및 이를 사용하는 인쇄방법

본 발명은 잉크젯용 잉크 및 이를 사용하는 인쇄방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 온-디맨드형 잉크젯 기록방식(on-demand type ink jet printing syStem)에 있어서, 순간적으로 가열함으로써 잉크의 액적이 노즐로부터 토출되는 써멀젯 방식(thermal-jet system)[버블젯 방식(bubble-jet system)]에 사용되는 잉크젯용 잉크 및 이를 사용하는 인쇄방법에 관한 것이다.

최근에 잉크젯 기록방식은 종래의 연속형을 대신하여 온-디맨드형이 광범위하게 사용되고 있다. 온-디맨드형은 노즐로부터 연속적으로 방출되는 잉크의 액적에 전하 또는 자장을 걸어 이러한 액적을 인쇄 매체의 소정 위치에 비산시켜 인쇄를 실시하는 연속형과는 달리, 인쇄 기록시에만 노즐로부터 잉크를 토출시키는 형식이다.

일반적으로, 잉크젯용 잉크는 염료 또는 안료를 물 등의 용매에 용해시키거나 분산시킨 것을 사용한다. 그러나, 온-디맨드형 잉크젯용 잉크는, 잉크의 토출 및 정지가 반복하여 빈번하게 실시되므로, 연속형보다 노즐이 막히기 쉬운 특징이 있다, 따라서, 잉크젯용 잉크는 점도 등의 물성 및 각종 불순물의 허용량 등에서 연속형보다도 엄격한 조건이 요구된다.

온-디맨드형 잉크젯 기록방식은 피에조 소자(piezoelectric element)를 사용하는 이른바 피에조 방식(압전소자 방식)과 써멀젯 방식(버블젯 방식)으로 분류된다. 이중에서, 써멀젯 방식은 프린터를 소형화할 수 있는 동시에 잉크 토출량이 적으며, 또한 번짐이 적은 고밀도 화상을 수득할 수 있고, 고속 인쇄가 가능한 것과 같은 각종 이점이 있으므로 온-디맨드형 중에서 특히 주목되고 있다.

써멀젯 방식은 가열 헤드(히터)를 사용하는 순간적인 가열로 잉크 속에 기포를 발생시켜 잉크를 토출시켜 인쇄를 실시한다.

도 1은 써멀젯 방식에서의 잉크 토출원리를 도시하고 있다. 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 노즐(1) 내부에는 잉크(2)가 채워져 있으며, 이러한 상태에서 가열 헤드(3)의 급격한 가열이 개시된다. 그 결과, 가열 헤드(3)의 표면에 기포(버블)(4)가 발생되고[도 1의 (b)], 또한 이러한 기포가 성장하여 당해 압력에서 잉크가 토출구(5)로부터 외부로 압출되며[도 1의 (c)], 마침내 잉크(2)의 액적(6)이 방출된다[도 1의 (d) 내지 (g)]. 잉크(2)의 방출과 거의 동시에 가열 헤드(3)로 전기가 통과하는 것이 정지되므로, 기포(4)는 자연적으로 수축되어 [도 1의 (e)내지 (f)] 소멸되며, 재가열에 대비한다[도 1의 (g)].

가열 헤드(3)의 표면은 순간적으로 1000℃ 정도까지 가열된다. 가열시간은 통상적으로 3 내지 5μs(마이크로초) 정도이다. 즉, 써멀젯 방식에서 잉크 액적(6)을 토출시켜 1도트를 인쇄하는 시간은 수 μs 정도이다.

도 1에 도시하는 방식에서는 노즐(1)의 축방향에 대해 가열 헤드(3)가 수직방향으로 설치된다.

한편, 도 2에 도시된 기타 방식에서는 노즐(7)의 배후에 가열 헤드(8)가 설치된다. 이 방식에서는, 도 2에 도시된 방식에 따라, 기판(9)와 오리피스 플레이트(10) 사이에 또는 노즐(7)의 내부에 잉크(2)가 채워지고, 위에서 기술한 바와 동일한 방식으로 잉크(2)가 노즐로부터 토출된다. 각각 노즐(7)과 (7) 사이는 차단막(11)으로 차단되어 있다.

도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같은 써멀젯 방식의 프린터에 사용되는 잉크(2)는, 불순물을 다량 함유하는 경우, 가열 헤드(3) 및 (8)의 표면에 이물질이 부착되어 노즐(1) 및 (7)을 막히게 하거나 인쇄 불량 등이 쉽게 발생할 수 있다. 따라서, 써멀젯 방식에 사용되는 잉크는 불순물이 적을 것이 요구된다. 상기한 불순물로서는 잉크 속에 함유된 다가 금속 이온(예: 알루미늄 이온, 칼슘 이온, 철 이온, 마그네슘 이온, 망간 이온 등)을 들 수 있다. 그리고, 이들 불순물이 불용성화되어 가열 헤드의 표면에 고찰되는 현상은 코게이션(kogation)이라 한다. 이러한 코게이션이 발생되면, 잉크의 재토출 안정성이 나빠진다. 이러한 문제는 잉크가 노즐 내부에 머무는 시간이 긴 온-디맨드형에서 특히 현저하다. 따라서, 잉크중의 다가 금속 이온의 함량을 적게 하는 것이 요청된다[참조: 일본 특허공보 제(평)3-48950호 내지 48953호].

그러나, 잉크 속의 불순물, 특히 다가 금속 이온의 함량을 적게 하는 것은 대단히 곤란하며, 잉크의 정제에 많은 시간과 비용이 들므로 잉크 단가도 높아지는 결점이 있다. 또한, 착색제의 대부분은 다가 금속 이온을 함유하므로 다가 금속 이온의 제거에는 고도의 기술이 필요하다. 따라서, 다가 금속 이온의 함량이 낮은 착색제를 사용하는 경우, 사용가능한 착색제가 한정되므로, 풀칼러용 잉크(full-color ink)에서는 원하는 색조를 얻을 수 없는 경우도 있다.

발명의 요약

본 발명의 주된 목적은 금속 이온을 다량 함유하는 경우에도, 금속 이온으로부터 유도되어 가열 헤드의 표면에 부착되는 불용성 물질의 발생을 방지할 수 있으며, 따라서 온-디맨드형 써멀젯 방식에 사용하기에 적합한 잉크젯용 잉크 및 이를 사용하는 인쇄방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 사용하는 착색제의 종류나 함량이 제한되지 않는 온-디맨드형 잉크젯용 잉크 및 이를 사용하는 인쇄방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 보존성, 재토출 안정성 등의 제반 특성이 우수한 온-디맨드형 잉크젯용 잉크 및 이를 사용하는 인쇄방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상기한 문제를 해결하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 잉크 속에 존재하는 금속 이온을 킬레이트제와 결합시켜 마스킹하면, 금속 이온이 불용성화되어 가열 헤드의 표면에 부착되는 것을 방지할 수 있으므로, 보존성 및 재토출 안정성 등의 제반 특성이 우수하고, 온-디맨드형 잉크젯 기록방식에 특히 적합한 잉크를 제공할 수 있다는 새로운 사실을 밝혀내어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 잉크젯용 잉크는 가열함으로써 잉크의 액적을 노즐로부터 토출시키는 온-디맨드형 잉크젯 기록방식에 사용되며, (i) 착색제, (ii) 금속 이온과 결합하여 수용성 착물(킬레이트)을 형성하는 킬레이트제 및 (iii) 물 또는 물과 수용성 유기 용매와의 혼합물을 함유하고, 킬레이트제가 잉크 속의 금속 이온을 착물로 변환시키는 데 충분한 양으로 함유되는 동시에 pH가 6 내지 10임을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에서는 금속 이온 등으로부터 유도되는 불용성 물질이 가열 헤드의 표면에 고착되어 잉크의 재토출 안정성을 손상시키는 문제를, 번잡한 정제 수단을 사용하지 않고, 간단하면서 확실하게 해소할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 다량의 금속 이온을 함유하는 착색제라 하더라도 이의 사용이 제한되지 않는다. 그러므로, 착색제로서 각종 수용성 염료나 안료를 사용할 수 있게 된다. 또한, 형성된 착물은 수용성인 동시에 가열시에도 안정하다.

또한, 노즐이 막히는 것을 방지하기 위해서는 잉크의 pH값을 6 내지 10의 범위로 하는 것이 바람직하다. pH값이 6 미만이면, 킬레이트제에 의해 형성된 착물이 분해되어 금속 이온을 발생시키거나, 잉크가 산성액으로 되어 잉크젯 노즐에 사용되는 금속판(특히 가열판)을 부식시키거나, 착색제(특히 알칼리성 염료)를 변색시키는 등의 문제가 발생될 염려가 있다. 한편, PH값이 10을 초과하면, PH값이 6 미만일 때와 동일하게 킬레이트제에 의해 형성된 착물이 분해되어 금속 이온을 발생시키거나, 노즐에 사용되는 금속판(특히 가열판)을 부식시키거나, 착색제(특히 산성 염료)를 변색시키는 등의 문제가 발생될 염려가 있다. 이들 문제가 발생하는 것을 확실하게 방지하기 위해서는 잉크의 pH값을 특히 7 내지 9로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 잉크는 기록시에 가열 헤드에 의해 가열되므로, 착물은 열안정성이 뛰어난 것이 바람직하며, 구체적으로는 착물의 열분해 온도가 300℃ 이상인 것이 바람직하다. 본 명세서에서 「열분해 온도」란 원래부터 용해성이 높은 착물이 용해성을 상실하여 불용성 물질로 전환되는 온도를 말한다. 또한, 열분해온도를 300℃ 이상으로 하는 것은 하기의 이유에 따른다. 즉, 상기와 같이, 가열 헤드(3)의 표면은 1000℃ 정도까지 가열되지만, 잉크가 물을 용매로 하는 수계 잉크인 경우에는 물의 가열 한계 온도가 약 300℃이다. 또한, 잉크에 함유되는 착색제나 첨가물, 물 이외의 용매의 가열 한계 온도는 300℃ 이하이다. 따라서, 잉크가 300℃ 이상으로 가열되는 것은 아니기 때문이다.

제1도는 써멀젯 방식의 잉크 토출원리를 설명하기 위한 설명도이고,

제2도는 제1도와 상이한 기타 써멀젯 방식을 도시한 개략 단면도이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태

본 발명의 킬레이트제로서는 수용성인 동시에 열안정성이 뛰어나고 금속 이온과 결합하여 금속 이온의 반응성을 억제하는 것이면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 특히, 가열 헤드로부터의 열에 대해 안정한 착물을 형성하는 킬레이트제가 바람직하다.

즉, 킬레이트제가 금속 이온과 결합하여 형성되는 착물은 히터면의 최고 온도가 700℃, 주기 2kHz(이것은 1/2000초마다 발열을 반복하는 것을 의미한다) 및 가열시간 1초로 잉크를 가열할 때의 착물의 열분해율이 24% 이하인 것이 가열 헤드의 표면에 금속 이온으로부터 유도되는 불용성 물질이 부착되는 것을 방지하는 데 바람직하다. 통상적인 써멀 잉크젯 프린터에서는, 가열 헤드의 가열면 온도가 1000℃ 정도이며 가열 주기가 20kHz(이것은 1/20000초마다 발열을 반복하는 것을 의미한다)인 조건에서 인쇄가 실시된다. 따라서, 상기와 같이 700℃에서 주기 2kHz라는 것은 실제의 프린터보다 가혹한 조건에서의 가열에 대해 금속 착물이 안정하면, 가열 헤드에 불용성 물질이 부착되는 것을 방지할 수 있다는 것을 의미한다.

착물의 열분해율의 측정은 하기의 평가시험에 기재된 방법에 따라 실시한다. 즉, 소정량의 잉크를 펄스형 가열면 히터를 사용하여 가열면 최고 온도 700℃, 주기 2kHz 및 가열시간 1초로 하여 잉크를 가열한다. 그리고, 가열 전의 잉크 중의 금속 이온 농도(ppm)에서 가열 후의 잉크 중의 금속 이온 농도(ppm)를 빼서 가열에의해 불용분으로 되는 금속 이온 양을 구하고, 이것을 가열 전의 금속 이온 농도로 나누면 착물의 열분해율이 구해진다. 잉크 중의 금속 이온 양은 원자 흡광 분석 등으로 측정할 수 있다.

가열 헤드에서 고착을 발생시킬 수 있는 금속 이온의 대표적인 예로서는 칼슘, 철, 마그네슘, 실리콘 및 망간을 들 수 있다.

이들 각 금속 이온이 킬레이트제와 결합하여 형성하는 착물의 열분해율은 모두 가열면 최고 온도 700℃, 주기 2kHz 및 가열시간 1초로 잉크를 가열할 때에 4.0% 이하인 것이 바람직하며, 4.0% 이하이면 상기와 같은 가열 헤드에서 고착되는 현상이 발생하지 않는다고 생각된다. 즉, 칼슘 이온을 100ppm의 농도로 함유하는 잉크에 과잉량의 킬레이트제를 첨가하여 칼슘 이온을 모두 착물로 변환시킨다고 가정하면, 비록 인쇄할 때의 열분해로 인해 착물 중의 약간이 열분해를 받는다고 해도, 열분해율이 4.0% 이하이면, 가열 헤드에서 불순물의 고착은 발생되지 않는다.

그리고, 잉크가 각종 금속 이온을 함유하는 경우, 가열면 최고 온도 700℃, 주기 2kHz 및 가열시간 l초로 잉크를 가열할 때에 각 금속 이온의 열분해율의 합계가 24% 이하, 보다 바람직하게는 10% 이하인 것이 양호하다.

킬레이트제로서는, 예를 들면, EDTA(에틸렌디아민 테트라아세트산), NTA(니트릴로트리아세트산), UDA(우라실디아세트산), 1,10-페난트롤린 등의 폴리아미노카복실산류; 글리콜산, 글리세린산, 락트산, 말산, 타르타르산, 시트르산, 만델산, 살리실산 등의 옥시카복실산류; 폴리인산 등의 축합 인산류 또는 이들의 염 등을 들 수 있다. 이중에서 특히, EDTA 또는 이의 염(예 알칼리염 등)을 사용하는 것이 금속 이온과 결합하여 수용성의 안정한 착물을 형성하는 데 바람직하다.

킬레이트제의 첨가량은 적어도 킬레이트제가 잉크 속의 금속 이온을 착물로 변환시키는 데 충분한 양이다. 일반적으로, 킬레이트제는 잉크에 함유되어 있는 금속 이온의 총량을 기준으로 하여 필요한 화학량론적 양보다도 과잉량으로 함유시키는 것이 양호하다. 일반적으로, 충분하게 정제되지 않은 잉크젯용 잉크에서는, 금속 이온의 함량이 수백 ppm을 초과하므로, 이와 동일한 몰 수 또는 이보다도 과잉량의 킬레이트제를 첨가하는 것이 양호하다. 즉, 킬레이트제는 잉크 속에 함유된 금속 이온의 몰 양을 기준으로 하여 1 내지 4배몰 양, 바람직하게는 1 내지 2배몰 양이 양호하다.

또한, 잉크에 첨가되는 킬레이트제의 농도는 잉크의 토출성을 고려하면15000ppm 이하가 양호하다.

착색제로서는, 특별히 제한되지 않으며, 종래부터 공지된 각종 안료나 염료이외에 종래부터 가열 헤드를 사용하는 잉크젯 방식에서는 사용이 곤란하다고 하는 금속계 안료도 사용할 수 있다. 이때, 착색제는 정밀한 정제 조작을 필요로 하지않고, 예를 들면, 어느 정도 정제된 것을 여과하여 불용성 물질을 제거시킨 것이면 양호하며, 본 발명에서는, 이에 의해 신규한 금속 산화물, 금속 수산화물의 콜로이드 등의 불용성 물질이 발생하지 않으므로, 잉크젯용 잉크의 제조를 용이하면서 저렴하게 실시할 수 있다.

본 발명에서 사용할 수 있는 안료로서는, 예를 들면, 모노크롬(흑백) 인쇄용 으로는 퍼니스 블랙, 램프 블랙, 아세틸렌 블랙, 채널 블랙 등의 카본블랙류 또는 구리, 철, 산화티타늄 등의 금속류나 금속 산화물, 오르토니트로아닐린 블랙 등의 유기 안료를 들 수 있다. 또한, 칼러 인쇄용 안료로는 톨루이딘 레드, 퍼머넌트카민 FB, 퍼스트 옐로 AAA, 디스아조 오렌지 PMP, 레이크 레드 C, 브릴리언트 카민6B, 프탈로시아닌 블루, 퀴나크리돈 레드, 디옥산 바이오레트, 빅토리아 퓨어 블루, 알칼리 블루 토우너, 페스트 옐로 10G, 디스아조 옐로 AAMX, 디스아조 옐로 AAOT, 디스아조 옐로 AAOA, 황색 산화철, 디스아조 옐로 HR, 오르토니트로아닐린 오렌지, 디니트로아닐린 오렌지, 발칸 오렌지, 톨루이딘 레드, 염소화 파라 레드, 브릴리언트 페스트 스칼렛, 나프톨 레드 23, 피라졸론 레드, 바륨 레드 2B, 칼슘 레드 2B, 스트론튬 레드 2B, 망간 레드 2B, 바륨 섬 레드, 피그먼트 스칼렛 레드 3B 레이크, 레이크 볼도 10B, 안소신 3B 레이크, 안소신 5B 레이크, 로다민 6G, 에오신 레이크, 벤가라, 파프톨 레드 FGR, 로다민 B 레이크, 메틸 바이오레트 레이크, 디옥사진 바이오레트, 베이직 블루 5B 레이크, 베이직 블루 6G 레이크, 페스트스카이 블루, 알칼리 블루 R 토우너, 피코크 블루 레이크, 감청, 군청, 리플렉스 블루 2G, 리플렉스 블루 R, 브릴리언트 그린 레이크, 다이아몬드 그린 티오플라빈 레이크, 프탈로시아닌 그린 G, 그린 골드, 프탈로시아닌 그린 Y, 산화철 분말, 붉은녹 분말, 아연화, 산화티타늄, 탄산칼슘, 클레이, 황산바륨, 알루미나 화이트, 알루미늄 분말, 브론즈 분말, 주간 광선 색조 형광 안료, 펄 안료, 나프톨 카민 FB, 나프톨 레드 M, 퍼먼넌트 카민 FB, 페스트 옐로 G, 디스아조 옐로 AAA, 디스아조 오렌지 PMP, 레이크 레드 C, 디옥산 바이오레트, 알칼리 블루 G 토우너 등, 기타 안료 표면을 수지로 처리하여 제조한 그래프트 카본 등의 가공 안료 등을 사용할 수 있다. 사용되는 안료는 미분쇄하여 입자 직경이 5μ m 이하, 바람직하게는 0.1μ m 이하로 조정하는 것이, 노즐이 막히는 것을 방지하는 데 적당하다.

본 발명에서 사용할 수 있는 수용성 염료로서는, 예를 들면, 아크리딘 염료, 아닐린 블랙 염료, 안트라퀴논 염료, 아진 염료, 아조메틴 염료, 벤조퀴논 염료, 나프토퀴논 염료, 인디고이드 염료, 인도페놀 염료, 인도아닐린 염료, 인다민 염료, 류코 염료, 나프탈이미드 염료, 니그로신 염료, 인듈린 염료, 니트로 염료, 니트로소 염료, 옥사진 염료, 디옥사진 염료, 산화 염료, 프탈로시아닌 염료, 폴리메틴 염료, 퀴노프탈론 염료, 트리아크릴메탄 염료, 디아크릴메탄 염료, 티아진 염료, 티아졸 염료, 크산텐 염료, 시안 염료 등을 들 수 있다.

착색제의 첨가량은, 잉크 총량을 기준으로 하여, 1 내지 30중량%이며, 바람직하게는 3 내지 12중량%이다.

본 발명에서, 착색제 등을 용해시키는 용매로서는 물, 바람직하게는 초순수를 사용하지만, 다가 금속 이온을 함유하는 것도 사용할 수 있다.

또한, 물은 단독으로 사용하는 이외에 수용성 유기 용매와 혼합하여 사용할 수 있다. 이러한 수용성 유기 용매로서는, 예를 들면, 메틸 알콜, 에틸 알콜, n-프로필 알콜, 이소프로필 알콜, n-부틸 알콜, 2급-부틸 알콜, 3급-부틸 알콜, 이소부틸 알콜, n-펜탄올 등의 탄소수 1 내지 5의 알킬 알콜류, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 아세톤, 디아세톤 알콜 등의 케톤 또는 케톤 알콜류; 디옥산 등의 에테르류; 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 등의 폴리알킬렌 글리콜류; 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,2,6-헥산트리올, 티오디글리콜, 헥실렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 등의 알킬렌 그룹이 2 내지 6개의 탄소원자를 함유하는 알킬렌 글리콜류; 글리세린; 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 등의 다가 알콜의 저급 알킬 에테르류; 트리에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디에틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디에틸 에테르 등의 다가 알콜의 저급 디알킬 에테르류; 설폴란, N-메틸-2-피롤리돈, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논등을 들 수 있다.

본 발명에 따르는 잉크에서, 당해 잉크 중의 상기한 수용성 유기 용매의 함량은 일반적으로 잉크 총량의 0 내지 80중량%, 바람직하게는 2 내지 80중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 70중량%, 이중에서도 특히 4 내지 60중량%이다. 본 발명의 잉크에서, 적절한 액상 매질로서 사용하는 물의 함량은 일반적으로 잉크 총량의 10 중량% 이상, 바람직하게는 10 내지 97.5중량%, 보다 바람직하게는 35 내지 97.5중 량%, 이중에서 특히 45 내지 97.5중량%이다. 잉크 중의 수용성 유기 용매의 양이 80중량%를 초과하거나 잉크 중의 물의 양이 10중량% 미만으로 되면, 형성된 기록 화상중에 저휘발성 유기 용매라 다량 잔류하여 화상이 번지는 등의 문제가 발생한다.

본 발명의 잉크는 상기한 성분 이외에, 필요에 따라, pH 조정제, 점도 조정제, 표면장력 조정제, 결합제, 습윤제, 곰팡이 방지제 등을 적당하게 함유할 수 있다. pH 조정제로서는, 예를 들면, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 등의 각종 유기 아민이나 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화칼륨 등의 알칼리 금속의 수산화물 등과 같은 무기 알칼리제를 들 수 있다.

본 발명의 잉크는 pH가 6.0 내지 10.0, 바람직하게는 7 내지 9인 것이 가열헤드의 부식을 방지하는 동시에 착색제 등의 안정성을 높이고 이들의 침전을 방지하는 데 적당하다.

본 발명에 따르는 잉크는 R형 점도계로 측정한 25℃에서의 점도가 1 내지2OmP·s, 바람직하게는 1 내지 15mP·s, 보다 바람직하게는 1 내지 5mP·s이고, 표면장력이 20dyn/cm 이상, 바람직하게는 20 내지 65dyn/cm, 보다 바람직하게는 30 내지 65dyn/cm이다. 또한, 본 발명에 따르는 잉크는 밀도가 약 1g/cm³ 또는 그 부근에 있는 것이 양호하다.

본 발명의 잉크는 제1도 및 제2도에 도시된 바와 같은 온-디맨드형 잉크젯 기록방식, 특히 써멀젯 방식(버블젯 방식)의 인쇄방법에 적절하게 사용할 수 있다. 즉, 이러한 인쇄방법에서는, 잉크를 노즐 내부에 채우고, 가열 헤드의 표면을 순간적으로 가열하여 노즐 내부에 기포를 형성시키고, 기포의 압력으로 잉크의 액적을 노즐로부터 토출시켜 기록지 위에 기록을 실시한다.

이러한 인쇄방법에 본 발명의 잉크를 사용함으로써 가열 헤드의 표면에 금속이온으로부터 유도되는 불용성 물질이 부착되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 잉크의 재토출 안정성이 우수하고 노즐이 막히거나 인쇄 불량 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 킬레이트제가 다가 금속 이온과 반응하여 수용성의 안정한 착물을 형성하므로, 금속 이온으로부터 유도되는 불용성 물질이 가열 헤드의 표면에 부착되는 것이 현저하게 감소되며, 따라서 노즐이 막히거나 인쇄 불량 등의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 킬레이트제의 첨가에 따른 pH 변화가 작고, 색조 변화도 거의 없으며, 재토출 안정성, 보존 안정성 등이 양호하다. 따라서, 본 발명의 잉크는 가열에 의해 잉크의 액적을 노즐로부터 토출시키는 온-디맨드형 잉크젯 기록방식에 사용하는데 적절하다.

또한, 본 발명에서는 잉크 성분인 용매, 착색제, 기타의 첨가물에 함유되는 금속량을 정밀하게 제거하거나 제어할 필요가 없으므로 잉크젯용 잉크의 제조를 용이하면서 저렴하게 실시할 수 있다.

실시예 1 내지 6

표 1에 기재된 배합 비율에 따라 잉크젯용 잉크를 각각 제조한다. 각 실시예의 잉크는, 착색제(염료 또는 안료), 수용성 용매 등의 잉크 성분의 종류와 첨가량은 동일하게 하고 다가 금속(Fe, Mg, Ca, Mn, Si)의 1000ppm 용액의 첨가량은 변경시킴으로써 잉크 중의 금속 농도를 실시예마다 변경한 다음, 이들 금속과 동일한 몰 수의 킬레이트제(EDTA·2Na)를 첨가한 것이다.

실시예 1 내지 5에서 사용하는 염료는 흑색의 아조계 염료이며 고형분 23%의 수성액의 형태로 사용한다. 실시예 6에서 사용하는 안료 분산액은 카본블랙계 안료(입자 직경 0.05μm)의 수분산액(고형분 20%)이다. 또한, 표면장력 조정제로는 비이온 계면활성제(아세틸렌 글리콜의 에틸렌옥사이드 부가물)를 사용한다. 곰팡이 방지제로는 메틸올계 혼합물을 사용한다.

표 1에 기재된 각 금속 원소의 1000ppm 용액 및 pH 조정제는 하기와 같이 제조한다.

Fe : FeCl₃6H₂O를 초순수 물에 용해시켜 Fe의 농도가 1000ppm으로 되도록 용액을 제조한다.

Mg : MgCl₃6H₂O를 초순수 물에 용해시켜 Mg의 농도가 1000ppm으로 되도록 용액을 제조한다.

Ca : CaCl₂를 초순수 물에 용해시켜 Ca의 농도가 1000ppm으로 되도록 용액을 제조한다.

Mn : MnCl₂4H₂O를 초순수 물에 용해시켜 Mn의 농도가 1000ppm으로 되도록 용액을 제조한다.

Si : Na₂SiO₃를 초순수 물에 용해시켜 Si의 농도가 1000ppm으로 되도록 용액을 제조한다.

pH 조정제 : 인산이수소칼륨 0.102g, 0.1몰/ℓ NaOH수용액 7.02g 및 초순수 물 7.878g을 교반 혼합하여 제조한다.

수득된 잉크에 대해 25℃에서의 pH값, 저항치, 표면장력 및 점도를 측정한다. 저항치는 CM-40S 전기전도도계(도아덴히사제)로 측정한다. 표면장력은 Digital Tensiometer K10ST(Kruss사제)로 측정한다. 점도는 R형 점도계(도키산교사제)로 측정한다. 이들 물성치도 표 1에 기재한다.

비교 실시예 1

EDTA·2Na를 첨가하지 않은 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여 각 금속 첨가 농도가 20ppm으로 되도록 조제한 잉크를 제조한다. 배합 조성 및 물성치를 표1에 기재한다.

비교 실시예 2

잉크의 pH값을 약 10으로 조정하는 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여 각 금속 첨가 농도가 20ppm이고 소정량의 EDTA·2Na를 첨가한 잉크를 제조한다. 배합조성 및 물성치를 표 1에 기재한다. 또한, 표 l에서 각 성분의 배합량의 단위는 중량부이다.

[표 1]

평가 시험 1

실시예 1 내지 6 및 비교 실시예 1, 2에서 수득한 잉크젯용 잉크 각 0.5ml를 펄스형 전열면 히터(가열면적 : 0.1mm²)를 사용하여 가열면 최고 온도 700℃, 주기2kHz 및 가열시간 1초로 가열한다. 가열 후에, 잉크 중의 각 금속 이온의 농도(ppm)를 원자 흡광 측정 장치(시마쓰세이사쿠쇼제의 「AA 6400」)로 측정한다. 그리고, 하기 일반식으로부터 열분해율 H(%)를 구한다.

H = [(Ⅰ₁-Ⅰ₂)/Ⅰ_1] x 100

Ⅰ₁ : 가열 전의 잉크 중의 금속 이온 농도

Ⅰ₂ : 가열 후의 잉크 중의 금속 이온 농도

측정 결과를 표 2에 기재한다.

[표 2]

표 2로부터, 실시예 1 내지 6에서는 각 금속 이온의 열분해율 모두가 사용되는 원자 흡광 측정 장치의 검출한계 이하이므로 불용성 물질이 거의 발생하지 않으며, 따라서 잉크 속의 착물이 안정함을 알 수 있다. 이에 비해, 비교 실시예 1에서는 킬레이트제를 함유하지 않으므로 각 금속 이온의 열분해율이 높았다.

한편, 표 2의 실시예 3과 비교 실시예 2를 비교하면, 잉크의 pH를 10 이상으로 하면, 특히 Fe, Mn 및 Ca가 불용성화되기 쉬운 것을 알 수 있다.

평가 시험 2

실시예 1 내지 6 및 비교 실시예 1, 2에서 수득한 각 잉크를 사용하여 잉크전 방식에 의해 인쇄를 실시한다. 사용하는 프린터는 버블젯 방식을 채용하는 Canon BJ-220 JC II(캐논사제)이다. 또한, 사용하는 잉크 카트리지는 Canon BC-02(캐논사제)이다. 평가용지는 XEROX P지(제록스사제)를 사용한다. 평가 시험은 실온에서 실시한다.

평가방법은, 카트리지에 잉크를 약 2Oml 충전하여 프린터에서 인쇄를 반복하고, 수득된 기록 화상의 상황을 육안으로 관찰하는 동시에 노즐 체크 패턴을 관찰하여 노즐의 상태를 조사한다. 잉크가 없어지면 다시 잉크를 약 20ml 충전하여 동일한 평가를 반복한다. 이러한 충전 작업을 5회까지 실시하여 1회째의 충전을 리필 1회째, 2회째 이후를 리필 2회째, 리필 3회째 ...로 한다.

그 결과, 실시예 1 내지 실시예 4 및 실시예 6에 대해서는 리필 5회까지의 인쇄 상황에 문제가 없으며, 노즐이 막히지 않았다. 실시예 5에 대해서는 리필 3회까지 문제가 없지만, 4회째와 5회째에 가끔 인쇄 글짜가 누락되는 잉크 누락과 노즐 막힘이 약간 발생한다. 이때, 프린터측의 노즐 클리닝 조작을 실시하면 이러한 불편함이 해소된다.

비교 실시예 1 및 비교 실시예 2에 대해서는 리필 1회째부터 인쇄의 스친 자국이 눈에 띠고 노즐이 막히는 문제도 발생하여 실제 사용에 적합하지 못하다고 판단된다. 이러한 불편함은 프린터측의 노즐 클리닝 조작을 실시해도 회복되지 않는다.

이들 실험 결과를 표 3에 기재한다.

[표 3]

표 3으로부터, 킬레이트 시약을 첨가함으로써 특정한 금속이 함유되어도 불용성 물질이 가열 헤드에 고착되지 않고, 따라서 노즐이 막히는 것이 방지되며, 장기간에 걸쳐 양호한 인쇄를 실시할 수 있는 것을 알 수 있다.

Claims

가열함으로써 잉크의 액적을 노즐로부터 토출시키는 온-디맨드형 잉크젯 기록방식에 사용되는 잉크 조성물에 있어서,

안료 및 염료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 착색제(i),

금속 이온에 결합되어 수용성 착물을 형성하는, 폴리아미노카복실산, 옥시카복실산, 축합 인산 및 이들의 알칼리염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 킬레이트제(ii) 및

물 또는 물과 탄소수 1 내지 5의 알킬 알콜류, 아미드류, 케톤 또는 케톤 알콜류, 에테르류, 폴리알킬렌 글리콜류, 알킬렌 그룹이 2 내지 6개의 탄소원자를 함유하는 알킬렌 글리콜류, 다가 알콜의 저급 알킬 에테르류, 다가 알콜의 저급 디알킬 에테르류, 설폴란, N-메틸-2-피롤리돈 및 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 수용성 유기 용매와의 혼합물(iii)을 포함하고,

착색제가, 잉크 조성물 총량을 기준으로 하여, 1 내지 30중량%의 양으로 함유되어 있으며,

물이, 잉크 조성물 총량을 기준으로 하여, 10 내지 97.5중량%의 양으로 함유되어 있고,

수용성 유기 용매가, 잉크 조성물 총량을 기준으로 하여, 2 내지 80중량%의 양으로 함유되어 있으며,

킬레이트제가, 잉크 속에 함유된 금속 이온의 몰 양을 기준으로 항, 1 내지 4배몰 양으로 함유되어 있고,

pH가 6 내지 10임을 특징으로 하는, 잉크젯용 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 착색제가 수용성 염료 또는 안료인 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 착물의 열분해 온도가 300℃ 이상인 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 킬레이트제가 금속 이온과 결합하여 형성되는 착물의 열분해율이, 가열면 최고 온도 700℃, 주기 2kHz, 가열 시간 1초의 가열에서 24% 이하인 잉크 조성물.
제4항에 있어서, 킬레이트제가 금속 이온과 결합하여 형성되는 착물의 열분해율이 10%이하인 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 킬레이트제가 칼슘 이온과 결합하여 형성되는 착물의 열분해율이, 가열면 최고 온도 700℃, 주기 2kHz, 가열 시간 1초의 가열에서 4.0% 이하인 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 킬레이트제가 철 이온과 결합하여 형성되는 착물의 열분해율이, 가열면 최고 온도 700℃, 주기 2kHz, 가열 시간 1초의 가열에서 4.0% 이하인 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 킬레이트제가 마그네슘 이온과 결합하여 형성되는 착물의 열분해율이, 가열면 최고 온도 700℃, 주기 2kHz, 가열 시간 1초의 가열에서 4.0%이하인 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 킬레이트제가 실리콘 이온과 결합하여 형성되는 착물의 열분해율이, 가열면 최고 온도 700℃, 주기 2kHz, 가열 시간 1초의 가열에서 4.0% 이하인 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 킬레이트제가 망간 이온과 결합하여 형성되는 착물의 열분해율이, 가열면 최고 온도 700℃, 주기 2kHz, 가열 시간 1초의 가열에서 4.0% 이하인 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 킬레이트제가 에틸렌디아민테트라아세트산, 니트릴로트리아세트산, 우라실디아세트산, 1,10-페난트롤린, 글리콜산, 글리세린산, 락트산, 말산, 타르타르산, 시트르산, 만델산, 살리실산 및 폴리인산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상 또는 이의 알칼리염인 잉크 조성물.
제11항에 있어서, 킬레이트제가 에틸렌디아민테트라아세트산 또는 이의 알칼리염인 잉크 조성물.
제1항에 있어서, 킬레이트제가 잉크 속의 금속 이온과 동일한 물량 또는 그이상의 비율로 잉크에 함유되어 있는 잉크 조성물.
안료 및 염료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 착색제(i), 금속 이온에 결합되어 수용성 착물을 형성하는, 폴리아미노카복실산, 옥시카복실산, 축합 인산 및 이들의 알킬리염으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 킬레이트제(ii) 및 물 또는 물과 탄소수 1 내지 5의 알킬 알콜류, 아미드류, 케톤 또는 케톤 알콜류, 에테르류, 폴리알킬렌 글리콜류, 알킬렌 그룹이 2 내지 6개의 탄소원자를 함유하는 알킬렌 글리콜류, 다가 알콜의 저급 알킬 에테르류, 다가 알콜의 저급 디알킬 에테르류, 설폴란, N-메틸-2-피롤리돈 미 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 수용성 유기 용매와의 혼합물(iii)을 포함하고, 킬레이트제가, 잉크 속에 함유된 금속 이온의 몰 양을 기준으로 하여, 1 내지 4배몰 양으로 함유되어 있으며, pH가 6내지 10인 잉크 조성물을 노즐 속에 채우는 단계,

가열 헤드의 표면을 순간적으로 가열하여 노즐 속에 기포를 형성시키는 단계및

기포의 압력으로 잉크의 액적을 노즐로부터 토출시키는 단계를 포함하는, 온-디맨드형 잉크젯 방식에 적용가능한 인쇄방법.