KR20080037584A

KR20080037584A - 상 변화 잉크

Info

Publication number: KR20080037584A
Application number: KR1020070107971A
Authority: KR
Inventors: 캐롤린 엠. 투렉; 레이몬드 더블유. 웡; 아델라 고레데마; 크리스토퍼 에이. 와그너
Original assignee: 제록스 코포레이션
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2008-04-30
Also published as: JP2008106275A; DE602007013341D1; US20080098929A1; JP5388437B2; EP1916281A1; CN101168632B; MX2007013157A; CN101168632A; CA2607097C; BRPI0703774A; EP1916281B1; CA2607097A1

Abstract

본 발명은, 잉크 비히클, 하나 이상의 착색제, 하나 이상의 트리아미드 및 하나 이상의 비스-우레탄을 포함하는 상 변화 잉크, 이러한 상 변화 잉크와 잉크 젯 장치를 포함하는 잉크 젯 시스템, 및 압출 단계와 용융 혼합 단계를 포함하는 잉크의 형성방법에 관한 것이다.

상 변화 잉크, 트리아미드, 비스-우레탄, 잉크 비히클, 잉크 젯 시스템.

Description

상 변화 잉크{Phase change inks}

본 발명은, 비극성 잉크 비히클 속에 전체적으로 실질적으로 고르게 분포된 착색제를 갖는 상 변화 또는 열용융(hot melt) 잉크에 관한 것이다.

본원에서 양태들로 예시된 상 변화 잉크 조성물은 실온에서, 예를 들면, 약 20℃ 내지 약 27℃에서 고체이고, 잉크 젯 인쇄 공정, 특히 압전 및 음향 잉크 젯 인쇄 공정에 적합하다.

양태들에서, 상 변화 잉크는 잉크 비히클, 착색제, 및 하나 이상의 트리아민드 및 하나 이상의 비스-우레탄을 포함하는 하나 이상의 분산제를 포함한다. 또한, 이러한 상 변화 잉크의 제조방법을 기술한다.

잉크 젯 장치는 당해 분야에 공지되어 있다. 미국 특허 제6,547,380호에 기술된 바와 같이, 잉크 젯 인쇄 시스템은 통상 2가지 형태, 즉 연속유동형(continuous stream) 및 요구적출형(drop-on-demand)이다. 연속유동형 잉크 젯 시스템에서, 잉크는 하나 이상의 오리피스 또는 노즐을 통해 가압하에 연속 스트림 으로 방출된다. 요구적출형 시스템에서, 액적은 오리피스로부터 디지탈 데이타 시그널에 따라 기록 매체 상의 소정 위치로 직접 방출된다. 요구적출형 시스템의 한 형태는, 주요 부품으로서, 한쪽 말단에 노즐을 갖는 잉크 충전 채널 또는 경로를 갖고 다른 쪽 말단 근처에 압력 펄프를 생성하기 위한 압전 변환기를 갖는 압전 장치이다. 요구적출형 시스템의 또 다른 형태는 음향 잉크 프린팅으로서 공지되어 있다. 공지된 바와 같이, 음향 빔은 투사될 물체를 향해 방사선 압력을 발휘한다. 요구적출형 시스템의 또 다른 형태는 열적 잉크 젯 또는 버블 젯으로 공지되어 있으며, 고속 액적을 생성한다. 디지탈 정보를 나타내는 인쇄 시그널은 오리피스 또는 노즐 근처의 각각의 잉크 경로 내부의 저항층에 전류 펄스를 일으켜서, 근접한 잉크 비히클(통상, 물)을 거의 즉각적으로 증기화시켜 버블을 형성시킨다. 오리피스에서의 잉크는 버블이 팽창함에 따라 추진된 액적으로서 압출된다.

본 발명은 실온에서 고체이고, 잉크 젯 인쇄 공정, 특히 압전 및 음향 잉크 젯 인쇄 공정에 적합한 상 변화 잉크 조성물을 제공하고자 한다.

양태들 중에, 잉크 비히클, 하나 이상의 착색제, 하나 이상의 트리아미드 및 하나 이상의 비스우레탄을 포함하는 상 변화 잉크가 본원에 기재되어 있다.

추가의 양태들에서, 제1 콘테이너 속에서 잉크 비히클을 약 90℃ 내지 약 150℃의 온도에서 혼합함으로써 잉크 비히클을 제조하는 단계, 제2 콘테이너 속에서 하나 이상의 분산제 및 하나 이상의 착색제를 혼합하여 혼합물을 형성함으로써 안료 분산제 혼합물을 제조하는 단계, 당해 혼합물을 이축 압출기 속으로 도입하는 단계, 당해 혼합물을 약 45℃ 내지 약 110℃의 온도에서 추가로 압출하는 단계, 압출된 혼합물을 제1 비이커로부터의 잉크 비히클을 포함하는 기타 잉크 성분들과 용융 혼합 및 전단 혼합하여 잉크를 형성하는 단계를 포함하는 잉크의 제조방법이 기술된다. 제1 비이커 속의 잉크 비히클은 하나 이상의 비스-우레탄을 포함할 수 있으며, 제2 비이커 속의 분산제는 하나 이상의 트리아미드일 수 있다. 다른 양태들에서, 제2 비이커 중의 분산제는 하나 이상의 비스-우레탄과 하나 이상의 트리아미드를 포함한다.

또 다른 추가의 양태에서, 잉크 비히클, 하나 이상의 착색제, 하나 이상의 비스 우레탄 및 하나 이상의 트리아미드를 갖는 하나 이상의 상 변화 잉크를 포함하는 잉크 젯 시스템과, 하나 이상의 상 변화 잉크용 하나 이상의 채널 및 하나 이상의 상 변화 잉크를 함유하는 하나 이상의 저장소로부터 잉크 젯 헤드의 하나 이상의 채널로 하나 이상의 상 변화 잉크를 제공하는 공급 경로를 포함하는 잉크 젯 장치가 기재된다.

본원 발명에 따르는 상 변화 잉크는 잉크젯 인쇄 장치의 인쇄 헤드에서 위핑(weeping) 경향을 나타내지 않는다.

당해 상 변화 잉크는 약 20℃ 내지 약 27℃의 온도에서, 예를 들면, 실온에서 고체인, 특히 약 40℃ 미만의 온도에서 고체인 잉크 비이클을 포함한다. 그러나, 잉크는 가열시 상이 변하여 젯팅 온도에서 용융 상태이다. 따라서, 잉크의 점도는 잉크 젯 인쇄에 적합한 승온에서, 예를 들면, 약 50 내지 약 150℃의 온도에서 약 1 내지 약 40센티포이즈(cP), 예를 들면, 약 5 내지 약 15cP 또는 약 8 내지 약 1cP이다.

이와 관련하여, 본원에서 잉크는 저에너지 잉크일 수 있다. 저에너지 잉크는 약 40℃ 미만의 온도에서 고체이고, 약 50 내지 약 150℃, 예를 들면, 약 70 내지 약 130℃ 또는 약 80 내지 약 130℃의 젯팅 온도에서 약 5 내지 약 15cP의 점도 를 갖는다. 당해 잉크는 보다 저온에서 젯팅되므로 보다 낮은 젯팅 에너지를 필요로 한다.

임의의 적합한 잉크 비히클이 사용될 수 있다. 적합한 비히클은 파라핀, 미세결정질 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 에스테르 왁스, 지방산 및 기타 왁스상 물질, 지방 아미드 함유 물질, 설폰아미드 물질; 상이한 천연 공급원(예: 톨유 로진 및 로진 에스테르)으로부터 제조한 수지상 물질; 추가로 후술되는 바와 같은 다수의 합성 수지, 올리고머, 중합체 및 공중합체; 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

적합한 특정한 잉크 비히클의 예는, 예를 들면, 화학식

을 갖는 베이커 페트롤라이트(Baker Petrolite)로부터 시판되는 것들(여기서, x는 약 1 내지 약 200, 예를 들면, 약 5 내지 약 150 또는 약 12 내지 약 105의 정수이다)과 같은 에틸렌/프로필렌 공중합체를 포함한다. 이들 물질은 융점이 약 60 내지 약 150℃, 예를 들면, 약 70 내지 약 140℃ 또는 약 80 내지 약 130℃이고 분자량(Mn)이 약 100 내지 약 5,000, 예를 들면, 약 200 내지 약 4,000 또는 약 400 내지 약 3,000이다. 이러한 공중합체의 상업적인 예는, 예를 들면, PETROLITE CP-7(Mn=650) 및 PETROLITE CP-11(Mn = 1,100), PETROLITE CP-12(Mn=1200) 등을 포함한다. 왁스 잉크 비히클의 예는, 약 110℃에서 증류되지 않은 POLYWAX^R 400의 점도보다 약 10 내지 약 100% 더 높은 점도를 갖는 양태에서, POLYWAX 400(Mn 약 400), 증류된 POLYWAX 400; 약 110℃에서 증류되지 않은 POLYWAX^R 500의 점도보다 약 10 내지 약 100% 더 높은 점도를 갖는 양태에서, POLYWAX 500(Mn 약 500), 증류된 POLYWAX 500; 약 110℃에서 증류되지 않은 POLYWAX^R 655의 점도보다 약 10 내지 약 50% 더 낮은 점도를 갖는 양태에서, 그리고 약 110℃에서 증류되지 않은 POLYWAX^R 655의 점도보다 약 10 내지 약 50% 더 높은 점도를 갖는 양태에서, POLYWAX 655(Mn 약 655), 증류된 POLYWAX 655; POLYWAX 850(Mn 약 850); 및 POLYWAX 1000(Mn 약 1,000) 등을 포함한다.

잉크 비히클의 또 다른 형태는, 탄소수가 통상 약 5 내지 약 100, 예를 들면, 약 20 내지 약 180 또는 약 30 내지 약 60인 n-파라핀, 분지된 파라핀 및/또는 방향족 탄화수소일 수 있으며, 이는 일반적으로 분자량(Mn)이 약 100 내지 약 5,000, 예를 들면, 약 250 내지 약 1,000 또는 약 500 내지 약 800인 BE SQUARE 185 및 BE SQUARE 195와 같은 천연 탄화수소의 정제에 의해 제조되며, 예를 들면, 베이커 페트롤라이트부터 시판 중인 것들이 있다.

VYBAR 253(Mn = 520), VYBAR 5013(Mn=420) 등을 포함하는 베이커 페트롤라이트로부터 시판 중인 VYBAR 물질과 같은 올레핀 중합에 의해 전형적으로 제조되는 고분지된 탄화수소가 사용될 수도 있다. 또한, 잉크 비이클은, 베이커 페트롤라이트로부터 시판 중인 화학식

을 갖는 것과 같은 에톡실화 알콜(여기서, x는 약 1 내지 약 50, 예를 들면, 약 5 내지 약 40 또는 약 11 내지 약 24의 정수이고, y는 약 1 내지 약 70, 예를 들면, 약 1 내지 약 50 또는 약 1 내지 약 40이다)일 수 있다. 이들 물질은 융점이 약 60 내지 약 150℃, 예를 들면, 약 70 내지 약 120℃ 또는 약 80 내지 약 110℃이고 분자량(Mn)이 약 100 내지 약 5,000, 예를 들면, 약 500 내지 약 3,000 또는 약 500 내지 약 2,500이다.

추가의 예로서, 모노아미드, 테트라아미드 및 이들의 혼합물 등과 같은 지방 아미드로 이루어질 수 있다. 적합한 모노아미드는 융점이 약 50℃ 이상, 예를 들면, 약 50 내지 약 150℃일 수 있으나, 융점이 이러한 온도보다 더 낮을 수 있다. 적합한 모노아미드의 특정 예는, 예를 들면, 1급 모노아미드 및 2급 모노아미드를 포함한다. KEMAMIDE S(제조원: Witco Chemical Company) 및 CRODAMIDE S(제조원: Croda)와 같은 스테아르아미드; KEMAMIDE B(제조원: Witco) 및 CRODAMIDE BR(제조원: Croda)와 같은 베헨아미드/아라키드아미드; KEMAMIDE U(제조원: Witco) 및 CRODAMIDE OR(제조원: Croda)와 같은 올레아미드; KEMAMIDE O(제조원: Witco), CRODAMIDE O(제조원: Croda) 및 UNISLIP 1753(제조원: Uniqema)와 같은 공업용 올레아미드; 및 KEMAMIDE E(제조원: Witco) 및 CRODAMIDE ER(제조원: Croda)와 같은 에루크아미드는 적합한 1급 아미드의 일부 예이다. KEMAMIDE EX666(제조원: Witco)와 같은 베헤닐 베헨아미드; KEMAMIDE S-180 및 KEMAMIDE EX-672(제조원: Witco)와 같은 스테아릴 스테아르아미드; KEMAMIDE E-180(제조원: Witco) 및 CRODAMIDE 212(제조원: Croda)와 같은 스테아릴 에루크아미드; KEMAMIDE E-221(제조원: Witco)와 같은 에루실 에루크아미드; KEMAMIDE P-181(제조원: Witco) 및 CRODAMIDE 203(제조원: Croda)과 같은 올레일 팔미트아미드; 및 KEMAMIDE S-221(제조원: Witco)과 같은 에루실 스테아르아미드가 적합한 2급 아미드의 몇몇 예이다. 추가의 적합한 아미드 물질은 KEMAMIDE W40(N,N'-에틸렌비스스테아르아미드), KEMAMIDE P181(올레일 팔미트아미드, KEMAMIDE W45(N,N'-에틸렌비스스테아르아미드) 및 KEMAMIDE W20(N,N'-에틸렌비스올레아미드)를 포함한다.

베이커 페트롤라이트로부터 시판 중인 화학식

을 갖는 물질들(여기서, x는 약 1 내지 약 50, 예를 들면, 약 5 내지 약 35 또는 약 11 내지 약 23의 정수이다)과 같은 고분자량 선형 알콜이 잉크 비히클로서 사용될 수도 있다. 이들 물질은 융점이 약 50 내지 약 150℃, 예를 들면, 약 70 내지 약 120℃ 또는 약 75 내지 약 110℃이고 분자량(Mn)이 약 100 내지 약 5,000, 예를 들면, 약 200 내지 약 2,500 또는 약 300 내지 약 1,500이다.

또 다른 예는,

베이커 페트롤라이트로부터 시판 중인 화학식

을 갖고 융점이 50 내지 약 150℃, 예를 들면, 약 60 내지 약 120℃ 또는 약 70 내지 약 100℃인 것들(여기서, R은 탄소수 약 1 내지 약 50, 예를 들면, 약 5 내지 약 35 또는 약 6 내지 약 28의 알킬 그룹이고, R'는 에틸 그룹, 프로필 그룹, 이소 프로필 그룹, 부틸 그룹, 이소부틸 그룹, 또는 탄소수 약 5 내지 약 500, 예를 들면, 약 10 내지 약 300 또는 약 20 내지 약 200인 알킬이고, x는 약 9 내지 13의 정수이고, y는 약 1 내지 약 50, 예를 들면, 약 5 내지 약 25 또는 약 9 내지 약 13의 정수이다);

베이커 페트롤라이트로부터 시판 중인 화학식

을 갖는 것들(여기서, x는 약 1 내지 50, 예를 들면, 약 5 내지 약 25 또는 약 9 내지 약 13이고, y는 1 또는 2이고, z는 약 1 내지 약 50, 예를 들면, 약 5 내지 약 25 또는 약 9 내지 약 13의 정수이다);

베이커 페트롤라이트로부터 시판 중인 화학식

을 갖고 융점이 약 70 내지 약 150℃, 예를 들면, 약 80 내지 약 130℃ 또는 약 90 내지 약 125℃인 것들(여기서, R₁ 및 R₃은 탄화수소 그룹이고, R₂는 화학식

및

중의 어느 하나 또는 이들의 혼합물(여기서, R'는 이소프로필 그룹이다)이다)과 같은 그래프트 중합에 의해 제조된 폴리올레핀의 개질된 말레산 무수 물 탄화수소 부가물을 포함하며, 개질된 말레산 무수물 공중합체의 예는 세라머(CERAMER) 67(Mn = 655, Mw/Mn = 1.1) 및 세라머 1608(Mn = 700, Mw/Mn = 1.7) 등을 포함한다.

상 변화 잉크용으로 적합한 잉크 비히클의 추가 예는 글리세릴 아비에테이트(KE-100)^R와 같은 로진 에스테르; 폴리아미드; 이량체 산 아미드; 지방산 아미드; 에폭시 수지; 유체 파라핀 왁스; 유체 미세결정질 왁스; 피셔-트롭쉬 왁스; 폴리비닐 알콜 수지; 폴리올; 셀룰로즈 에스테르; 셀룰로즈 에테르; 폴리비닐 피리딘 수지; 지방산; 지방산 에스테르; 폴리설폰아미드; 벤조에이트 에스테르; 프탈레이트 가소제; 시트레이트 가소제; 말리에이트 가소제; 폴리비닐 피롤리디논 공중합체; 폴리비닐 피롤리디논/폴리비닐 아세테이트 공중합체; 노볼락 수지; 및 천연 생성물 왁스; 선형 1차 알콜과 탄소수 약 6 내지 약 24인 것들을 포함하는 선형 장쇄 아미드 또는 지방산 아미드(예: 프로필렌 글리콜 모노하이드록시스테아레이트, 글리세롤 모노하이드록시스테아레이트, 에틸렌 글리콜 모노하이드록시 스테아레이트, N(2-하이드록시에틸)-12-하이드록시스테아르아미드, N,N'-에틸렌-비스-12-하이드록시스테아르아미드, N,N'-에틸렌-비스-리시놀아미드)와의 혼합물 등을 포함한다. 추가로, 탄소수 약 4 내지 약 16의 선형 장쇄 설폰이 적합한 잉크 비히클 물질이다.

당해 잉크 비히클은 상술한 적합한 비히크 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "하나 이상" 및 "적어도 하나"는, 예를 들면, 본원에 기술된 임의의 주어진 특징이 1 내지 약 10, 예를 들면, 1 내지 약 8 또는 1 내 지 약 5임을 지칭한다.

당해 잉크 비히클은 잉크의 약 25 내지 약 99.5중량%, 예를 들면, 약 30 내지 약 90중량% 또는 약 50 내지 약 85중량%를 포함할 수 있다.

본원에서 논의된 잉크 이미지는 임의의 이러한 적합한 상 변화 잉크로부터 형성될 수 있다.

본원에 기재된 잉크는 하나 이상의 안료를 포함할 수 있는 임의의 적합한 착색제를 함유할 수 있다. 본원에 사용되는 용어 "착색제"는 안료, 염료, 염료 혼합물, 안료 혼합물, 염료와 안료의 혼합물 등을 포함할 수 있다.

양태들에서, 착색제/안료는 잉크의 약 0.5 내지 약 40중량%, 예를 들면, 약 1 내지 약 8중량% 또는 약 1.5 내지 약 6중량%일 수 있다. 본원에서 사용하기에 적합한 착색제는 평균 입자 크기가 약 15nm 내지 약 200nm, 예를 들면, 약 15 내지 약 100nm 또는 약 15 내지 약 50nm인 착색제 입자들을 포함한다.

양태들에서, 본원에서 사용하기에 적합한 착색제는 불랙, 예를 들면, 카본 블랙일 수 있다. 그러나, 다수의 상 변화 잉크는 잉크젯 인쇄 장치의 인쇄 헤드에서 위핑 경향을 나타낸다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이, 잉크 비히클에 분산되고 전혀 위핑을 나타내지 않는 착색제(예: 안료)를 갖는 상 변화 잉크를 제조하는 것이 여전히 요구된다.

위핑은 잉크 젯 인쇄 장치의 인쇄 헤드의 정면에 잉크 젯 인쇄 장치의 노즐로부터의 잉크 유동이 제어되지 않는 상태를 지칭하며, 예를 들면, 퍼지 사이클 동안 노즐 또는 잉크 젯 헤드를 통해 보다 넓은 블레이드의 경로를 따라 발생할 수 있다. 위핑의 일부 분기는 과도한 잉크 퍼지 용적을 포함하며, 젯에서의 색상 혼합이 후속적인 인쇄시 색 재현을 불량하게 하고 잠재적인 젯팅 신뢰도/견고도 문제를 야기한다.

특히, 카본 블랙 입자를 갖는 것들과 같은 안료계 잉크에서, 위핑이 관찰될 수 있다. 현재의 색 변화 잉크 비히클에서 안료를 효과적으로 분산시키는 데에는 몇몇 문제가 있다. 예를 들면, 잉크 비히클에서의 비극성 성분들은 잉크에서 안료 안정성을 방해할 수 있다. 전형적으로, 분산제는 비극성 잉크 비히클에서 안료 입자들을 안정화시키는 데 사용될 수 있지만, 일부 분산제는 안정성을 보조하는 한편 위핑을 해결하지 못한다.

액체 비히클에서 안료 착색제를 분산시키기 위해, 당해 분산제는 통상 안료 입자에 분산제를 고정시키는 제1 관능성 그룹과 잉크 비히클에 혼화성인 제2 관능성 그룹을 포함한다. 제1 관능성 그룹은 수소 결합, 화학 결합, 산-염기 반응 및 반 데어 발스 상호작용 등과 같은 임의의 적합한 방식으로 안료 입자를 적합하게 고정 또는 흡착할 수 있다. 따라서, 안료 입자에 분산제를 고정시키는 적합한 제1 관능성 그룹의 예는 에스테르, 아미드, 카복실산, 하이드록실 그룹, 무수물, 우레탄, 우레아, 아민, 아미드 및 염 그룹(예: 4급 암모늄 염) 등과 같은 관능성 그룹을 포함한다. 제1 관능성 그룹은 분산제를 착색제 입자에 고정시켜, 분산제가, 예를 들면, 안료 입자에 고정되거나 그래프트된다. 마찬가지로, 잉크 비히클과 혼화성인 제2 관능성 그룹의 예는 직쇄 또는 분지쇄, 포화 또는 불포화 등일 수 있는 알킬 그룹과 같은 그룹들을 포함한다. 이들 제2 관능성 그룹은 특히 저극성 잉크 비히클 성분들과 혼화성이다.

잉크에서 위핑을 감소시키는, 본원에서 사용하기에 적합한 분산제는 하나 이상의 트리아미드와 하나 이상의 비스-우레탄과의 배합물을 포함한다. "위핑 감소"란, 본원에 기재된 분산제를 포함하는 잉크기 거의 위핑을 나타나지 않음을 의미한다. 본원에서 사용된 "적어도 하나"란, 예를 들면, 트리아미드와 비스-우레탄 각각에 대해 0.5 내지 40, 예를 들면, 1 내지 약 20 또는 1 내지 약 10을 지칭한다. 양태들에서, 잉크는 하나 이상의 트리아미드 및 하나 이상의 비스-우레탄을 포함할 수 있다.

본원에서 사용하기에 적합한 트리아미드는, 3개의 모든 아미드 그룹이 동일한 분자쇄 또는 분지쇄에 유도되는 분자들인 선형 트리아미드를 포함한다. 선형 트리아미드의 예는 하기 화학식을 갖는 트리아미드를 포함한다:

위의 화학식에서,

R은 탄소수 약 1 내지 약 200, 예를 들면, 약 25 내지 150 또는 약 30 내지 약 100인 탄화수소일 수 있다.

선형 트리아미드는 상이한 라인을 유도할 수도 있기는 하지만 한개의 라인이 3개의 아미드 그룹을 통해 유도될 수 있는 것들을 포함한다. 이러한 트리아미드의 한 예는 하기 화학식으로 나타낼 수 있다.

상기 화학식의 화합물은 하기 화학식으로서 유도될 수도 있다.

양태들에서, 트리아미드는 또한 분지된 트리아미드일 수 있다. 본원에서 사용하기에 적합한 분지된 트리아미드의 예는 미국 특허 제6,860,930호에 기재된 바와 같은 화학식

및

을 갖는 것들을 포함한다. 이러한 분지된 트리아미드에서, R₁ 및 R₂는 (i) 탄소수가 약 3 내지 약 200, 예를 들면 약 15 내지 약 150 또는 약 21 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 알킬렌 그룹(이는, 선형, 분지형, 포화, 불포화, 사이클릭, 치환 및 비치환 알킬렌 그룹을 포함하고, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 알킬렌 그룹에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), (ii) 탄소수가 약 6 내지 약 200, 예를 들면 약 10 내지 약 150 또는 약 14 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 아릴렌 그룹(이는, 치환 및 비치환 아릴렌 그룹을 포함하고, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 아릴렌 그룹에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), (iii) 탄소수가 약 7 내지 약 200, 예를 들면 약 8 내지 약 150 또는 약 9 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 아릴알킬렌 그룹(이는, 비치환 및 치환 아릴알킬렌 그룹을 포함하며, 당해 아릴알킬렌 그룹의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화, 불포화 및/또는 사이클릭일 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 아릴알킬렌 그룹 중의 알킬 부분, 아릴 부분 또는 이들 두 부분 다에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), 예를 들면, 벤질렌 등, 또는 (iv) 탄소수가 약 7 내지 약 200, 예를 들면 약 8 내지 약 150 또는 약 9 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 알킬아릴렌 그룹(이는, 비치환 및 치환 알킬아릴렌 그룹을 포함하며, 당해 알킬아릴렌 그룹의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화, 불포화 및/또는 사이클릭일 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 알킬아릴렌 그룹 중의 알킬 부분, 아릴 부분 또는 이들 두 부분 다에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), 예를 들면, 톨릴렌 등이다. R_a, R_b, R_c, R_g, R_h, R_j, R_k, R_p 및 R_q는 각각 독립적으로 (i) 수소 원자, (ii) 탄소수가 약 1 내지 약 200, 예를 들면 약 6 내지 약 150 또는 약 10 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 양태들에서의 알킬 그룹(이는, 선형, 분지형, 포화, 불포화, 사이클릭, 치환 및 비치환 알킬렌 그룹을 포함하고, 산소, 질 소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 알킬 그룹에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), (iii) 탄소수가 약 6 내지 약 200, 예를 들면 약 10 내지 약 150 또는 약 14 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 아릴 그룹(이는, 치환 및 비치환 아릴 그룹을 포함하고, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 아릴 그룹에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), (iv) 탄소수가 약 6 내지 약 200, 예를 들면 약 7 내지 약 150 또는 약 8 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 아릴알킬 그룹(이는, 비치환 및 치환 아릴알킬 그룹을 포함하며, 당해 아릴알킬 그룹의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화, 불포화 및/또는 사이클릭일 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 아릴알킬 그룹 중의 알킬 부분, 아릴 부분 또는 이들 두 부분 다에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), 예를 들면, 벤질 등, 또는 (v) 탄소수가 약 6 내지 약 200, 예를 들면 약 7 내지 약 150 또는 약 8 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 알킬아릴 그룹(이는, 비치환 및 치환 알킬아릴 그룹을 포함하며, 당해 알킬아릴 그룹의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화, 불포화 및/또는 사이클릭일 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 알킬아릴 그룹 중의 알킬 부분, 아릴 부분 또는 이들 두 부분 다에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), 예를 들면, 톨릴 등이다. R_d, R_e 및 R_f는 각각 독립적으로 (i) 상술한 바와 같은 알킬 그룹, (ii) 상술한 바와 같은 아릴 그룹, (iii) 상술한 바와 같은 아릴알킬 그룹 또는 (iv) 상술한 바와 같은 알킬아릴 그룹이다.

트리아미드는 잉크 중에서 잉크의 약 0.5 내지 약 40중량%, 예를 들면, 약 5 내지 약 18중량% 또는 약 8 내지 약 13중량%의 양으로 존재한다.

본원에서 사용하기에 적합한 비스-우레탄은 하기 화학식을 갖는 비스-우레탄을 포함한다.

위의 화학식에서,

R₁은 각각 독립적으로 (i) 탄소수가 약 1 내지 약 200, 예를 들면 약 6 내지 약 150 또는 약 10 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 알킬 그룹(이는, 선형, 분지형, 포화, 불포화, 사이클릭, 치환 및 비치환 알킬 그룹을 포함하고, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 알킬 그룹에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), (ii) 탄소수가 약 6 내지 약 200, 예를 들면 약 10 내지 약 150 또는 약 14 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 아릴 그룹(이는, 치환 및 비치환 아릴 그룹을 포함하고, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 아릴 그룹에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), (iii) 탄소수가 약 6 내지 약 200, 예를 들면 약 7 내지 약 150 또는 약 8 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 아릴알킬 그룹(이는, 비치환 및 치환 아릴알킬 그룹을 포함하며, 당해 아릴알킬 그룹의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화, 불포화 및/또는 사이클릭일 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 아릴알킬 그룹 중의 알킬 부분, 아릴 부분 또는 이들 두 부분 다에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), 예를 들면, 벤질 등, 또는 (iv) 탄소수가 약 6 내지 약 200, 예를 들면 약 7 내지 약 150 또는 약 8 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 알킬아릴 그룹(이는, 비치환 및 치환 알킬아릴 그룹을 포함하며, 당해 알킬아릴 그룹의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화, 불포화 및/또는 사이클릭일 수 있으며, 산소, 질소, 황, 규소 및 인 등과 같은 헤테로 원자가 당해 알킬아릴 그룹 중의 알킬 부분, 아릴 부분 또는 이들 두 부분 다에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다), 예를 들면, 톨릴 등이고,

R₂는 (i) 탄소수가 약 3 내지 약 200, 예를 들면 약 15 내지 약 150 또는 약 21 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 알킬렌 그룹(이는, 선형, 분지형, 포화, 불포화, 사이클릭, 치환 및 비치환 알킬렌 그룹을 포함한다), (ii) 탄소수가 약 6 내지 약 200, 예를 들면 약 10 내지 약 150 또는 약 14 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 아릴렌 그룹(이는, 치환 및 비치환 아릴렌 그룹을 포함한다), (iii) 탄소수가 약 7 내지 약 200, 예를 들면 약 8 내지 약 150 또는 약 9 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 아릴알킬렌 그룹(이는, 비치환 및 치환 아릴알킬렌 그룹을 포함하며, 당해 아릴알킬렌 그룹의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화, 불포화 및/또는 사이클릭일 수 있다), 또는 (iv) 탄소수가 약 7 내지 약 200, 예를 들면 약 8 내지 약 150 또는 약 9 내지 약 100이지만 이 범위를 벗어날 수도 있는 알킬아릴렌 그룹(이는, 비치환 및 치환 알킬아릴렌 그룹을 포함하며, 당해 알킬아릴렌 그룹의 알킬 부분은 선형, 분지형, 포화, 불포화 및/또는 사이클릭일 수 있다)이다.

양태들에서, R₁은 산화된 석유 또는 합성 왁스로부터 유도되며, R₂는 화학식

이다.

본원에서 사용하기에 적합한 상업적인 비스-우레탄의 예는 베이커 페트롤라이트로부터 시판 중인 PETROLITE^R CA-11, PETROLITE^R WB-5 및 PETROLITE^R WB-17을 포함한다.

비스-우레탄은 잉크 중에서 잉크의 약 0.5 내지 약 40중량%, 예를 들면, 약 1 내지 약 8중량% 또는 약 1.5 내지 약 5중량%의 양으로 존재할 수 있다.

임의로, 분사제가 상 변화 잉크에 함유될 수 있다. 유효한 양으로, 예를 들면, 잉크의 약 10 내지 90중량%, 예를 들면, 약 20 내지 약 50중량%로 존재하는, 상 변화 잉크용으로 적합한 분사제의 융점은 통상 약 50 내지 약 150℃, 예를 들면, 약 80 내지 약 120℃이다. 또 다른 양태에서, 분사제는 통상 비점이 약 180 내지 약 250℃, 예를 들면, 약 200 내지 약 230℃이다. 추가로, 잉크의 작동 온도에서 액체 상태인 분사제의 표면장력은 재충전 속도, 종이 습윤 및 색상 혼합을 개선시키기 위해 약 20 내지 약 65dyne/cm, 예를 들면, 약 40 내지 약 65dyne/cm일 수 있다. 또한, 분사제는 재충전, 젯팅 적성 및 기질 침투성을 개선시키기 위해 작동 온도에서의 점도가 이상적으로는 약 1 내지 약 20cP, 예를 들면 약 1 내지 약 15cP이다. 당해 분사제는 또한 용융 상태에서 열적으로 안정성일 수 있으므로, 기상 생성물을 제공하거나 히터 침착물을 형성하는 분해를 겪지 않는다.

양태들의 잉크는 추가로 통상적인 첨가제를 포함하여, 이러한 통상적인 첨가제와 관련된 공지된 관능성을 이용한다. 이러한 첨가제는, 예를 들면, 살생물제, 탈포제, 슬립 및 균염제, 가소제, 점도 개질제, 산화방지제 및 자외선 흡수제 등을 포함할 수 있다.

존재하는 경우, 임의의 첨가제는 각각 또는 혼합하여, 임의의 바람직하거나 효과적인 양으로, 예를 들면, 잉크의 약 1 내지 약 10중량% 또는 약 3 내지 약 5중량%의 양으로 잉크 중에 존재할 수 있다.

양태들에서, 잉크는 제1 콘테이너 속에서 잉크 비히클의 성분들을 약 90℃ 내지 약 150℃, 예를 들면, 약 100 내지 약 145℃ 또는 약 110 내지 약 140℃의 온도에서 혼합함으로써 잉크 비히클을 먼저 제조함으로써 제조될 수 있다. 별도의 콘테이너 속에서, 분말 형태의 트리아미드, 분말 형태의 비스-우레탄 및 분말 형태의 안료가 모두 함께 혼합된다. 이어서, 당해 분말 혼합물을 압출기 등(예: 이축 압출기) 속에 도입할 수 있다. 이어서, 압출기 속의 내용물을 약 45℃ 내지 약 90℃, 예를 들면, 약 50 내지 약 85℃ 또는 약 60 내지 약 80℃의 온도에서와 약 10 내지 약 200RPM, 예를 들면, 약 25 내지 약 100RPM 또는 약 40 내지 약 65RPM에서 혼합할 수 있다. 이어서, 당해 내용물을 압출시키고, 제1 콘테이너 속의 잉크 비히클과 함께 용융 혼합하여 잉크를 형성할 수 있다. 내용물이 용융 혼합되는 경우, 이들은 또한 고전단 혼합될 수 있다.

추가의 양태에서, 잉크는 제1 콘테이너 속에서 잉크 비히클의 성분들과 비스-우레탄을 약 90℃ 내지 약 150℃, 예를 들면, 약 100 내지 약 145℃ 또는 약 110 내지 약 140℃의 온도에서 혼합함으로써 잉크 비히클을 먼저 제조함으로써 제조될 수 있다. 별도의 콘테이너 속에서, 분말 형태의 트리아미드 및 분말 형태의 안료가 모두 함께 혼합된다. 이어서, 당해 분말 혼합물을 압출기 등(예: 이축 압출기) 속에 도입할 수 있다. 이어서, 압출기 속의 내용물을 약 45℃ 내지 약 110℃, 예를 들면, 약 50 내지 약 85℃ 또는 약 60 내지 약 80℃의 온도에서와 약 10 내지 약 200RPM, 예를 들면, 약 25 내지 약 100RPM 또는 약 40 내지 약 65RPM에서 혼합할 수 있다. 이어서, 당해 내용물을 압출시키고, 제1 콘테이너 속의 잉크 비히클과 함께 용융 혼합하여 잉크를 형성할 수 있다. 내용물이 용융 혼합되는 경우, 이들은 또한 고전단 혼합될 수 있다.

추가의 양태들에서, 분말 혼합물이 압출기에 도입되지 않는 점을 제외하고는 상술한 바와 같이 잉크를 제조할 수 있다. 환언하면, 분말 혼합물은 잉크 비히클과 용융 혼합하기 전에 압출되지 않는다. 다른 양태에서와 같이, 잉크 내용물이 용융 혼합되는 경우, 이들 역시 고전단 혼합될 수 있다.

본원에 기재된 잉크는, 약 10^-2 내지 약 10⁴s^-1, 예를 들면, 약 10^-1 내지 약 10³s^-1의 전단율에서, 뉴톤 거동이 약 100 내지 130℃, 예를 들면, 약 110 내지 약 120℃이다.

잉크를 잉크 젯 장치, 예를 들면, 열적 잉크 젯 장치, 음향 잉크 젯 장치 또는 압전 잉크 젯 장치 속에 혼입시키고, 혼입된 잉크를 잉크 젯 온도로 가열함과 동시에, 용융된 잉크의 액적을, 종이 또는 투명한 물질과 같은 기질 위에, 이미지 로서 인식될 수 있는 패턴으로 분사함으로써 본원에 기재된 잉크를 사용하여 인쇄된 이미지들을 생성할 수 있다.

당해 잉크들은 또한 간접(오프셋) 인쇄 잉크 젯 용도에서 사용될 수 있으며, 이때 용융된 잉크의 액적이 기록 기질 위에 이미지 형성 패턴으로 사출되는 경우, 기록 기질은 중간의 전사 부재이고, 이미지 형성 패턴의 잉크는 후속적으로 중간 전사 부재로부터 최종 기록 기질(예: 종이 또는 투명 물질)로 전사된다.

상술한 양태들은 이제 다음 실시예에 의해 추가로 예시될 것이다.

안료 분산액, 압출물 A의 제조

트리아미드 수지(본원에 전문이 참조로 인용되는 미국 특허 제6,860,930호에 기재된 트리아미드)는 블렌더를 통해 가공되어 분말을 형성한다. 이어서, 분말화 트리아미드 수지 750.72g 및 NIPEX 150 카본 블랙(제조원: Degussa Canada, 캐나다 온타리오 거링턴 소재) 239.7g을 리틀포드(LITTLEFORD) M5 블렌더에서 30분 동안 혼합하였다. 이어서, 당해 분말 혼합물을 0.8lb/hr의 속도로 DAVO 카운터-회전 이축 압출기(모델 VS 104, 제조원: Deutsche Apparate-Vertrieborganisation GmbH & Co, 독일 트로이스도르프 소재)에 첨가하였다. 이어서, 압출기 속의 내용물을 70℃ 및 50RPM에서 혼합하였다. 배출구 온도는 75℃로 설정하였다. 이어서, 압출된 분산액(압출물 A)를 다른 잉크 성분들과 함께 용융 혼합하여 잉크를 형성하였다.

잉크 실시예 1

압출물 A(19.70g) 및 베이커 페트롤라이트로부터의 PETROLITE CA-11(비스-우레탄)(5.92g)을 250ml 비이커(A) 속에 계량하여 공급한다. KEMAMIDE S180(제조원: Crompton Corp.)(22.79g)(스테아르아미드), KE100 수지(제조원: Arakawa Chemical Industries Ltd.)(16.28g)(글리세릴 아비에테이트) 및 NAUGARD N445(제조원: Crompton Corp.)(0.18g)(산화방지제)를 별개의 250ml 비이커(B) 속에 계량하여 공급하였다. 최종적으로, 베이커 페트롤라이트로부터 시판 중인 X1197 폴리에틸렌 왁스(81.39g) 및 미국 특허 제6,309,453호의 실시예 4에 기재된 우레탄 수지(3.74g)을 제3의 250ml 비이커(C)에 계량하여 공급하였다. 비이커 A, B 및 C를 130℃ 오븐 속에 배치하고 약 3시간 동안 가열하였다. 2시간 동안 가열한 후, 비이커 B 속의 성분들을 가열된 스파튤라로 교반하여 혼합물의 용융 및 용해를 보조하였다. 가열된 스파튤라를 사용한 교반은 이후 30분 반복하였다. 일단 비이커 B 중의 혼합물이 완전히 분해 및 용융되면, 비이커 B 중의 내용물을 비이커 A에 부었다.

이어서, 초음파 분쇄기(Sonic Dismembrator) 모델 500 초음파처리기를 사용하여 비이커 A 속의 성분들을 초음파처리하였다. 당해 초음파처리기는 잉크를 30초 동안 초음파처리하고 당해 공정을 5회 반복하여 총 초음파처리 공정 시간이 3분이 되도록 프로그래밍하였다. 초음파처리하면서, 당해 비이커를 회전시켜, 혼합물 전체에 걸쳐서 130℃ 미만으로 유지되는 온도로 균일하게 가공되도록 하였다. 처음 3분간의 초음파처리 공정이 비이커 A에 대해 종결되면, 비이커를 30분에 걸쳐서 다시 110℃ 오븐 속에 넣어 두었다. 이어서, 동일한 초음파처리 공정을 비이커 A 속의 내용물에 반복하였다. 이어서, 비이커 C 속의 내용물을, 비이커 A에 대해 수행된 세 번째 초음파처리 공정의 첫 번째 30초 초음파처리 간격 전체에 걸쳐서 서서히 비이커 A 속에 부었다. 이와 같이 제조한 카본 블랙 잉크는 AR2000 레오미터(제조원: TA Instruments)에서 측정된 점도가 10.8cP이었다.

이어서, 잉크를 100℃에서 15psi의 압력을 적용하면서 1㎛ 유리 섬유 디스크 필터에 이어서 0.45㎛ 유리 섬유 디스크 필터를 통해 여과시켰다. 이어서, 최종 잉크를 실온, 즉 약 25℃로 냉각시키고, 압전 잉크 젯 인쇄기에 대해 위핑을 시험하였다.

잉크 실시예 2

베이커 페트롤라이트로부터 시판 중인 비스-우레탄인 WB-5를 PETROLITE CA-11 대신 사용하는 점을 제외하고는 잉크 실시예 1에서와 같이 카본 블랙 잉크를 제조하였다. 당해 잉크의 조성은 표 1에 제시하였다.

잉크 실시예 3

베이커 페트롤라이트로부터 시판 중인 비스-우레탄인 WB-17을 PETROLITE CA-11 대신 사용하는 점을 제외하고는 잉크 실시예 1에서와 같이 카본 블랙 잉크를 제조하였다. 당해 잉크의 조성은 표 1에 제시하였다.

잉크 실시예 4

압출물 A 대신 트리아미드 수지와 NIPEX 150 카본 블랙을 분말 형태로 비이커 A에 첨가하고 WB-17을 PETROLITE CA-11 대신 사용하는 점을 제외하고는 잉크 실시예 1에서와 같이 카본 블랙 잉크를 제조하였다. 당해 잉크의 조성은 표 1에 제시하였다.

잉크 실시예 5

압출물 A를 첨가하고 트리아미드 수지를 첨가하지 않는 점을 제외하고는 잉크 실시예 1에서와 같이 카본 블랙 잉크를 제조하였다. NIPEX 150 카본 블랙을 입자 형태로, PETROLITE CA-11 대신 사용되는 WB-17과 함께, 비이커 A에 첨가하였다. 당해 잉크의 조성은 표 1에 제시하였다.

당해 잉크는 제록스 PHASER^R 8400 인쇄기에서 인쇄되었다. 잉크 실시예 1 및 2가 인쇄된 경우, 인쇄헤드 정면에서 전혀 잉크가 관찰되지 않는데, 이는 위핑이 없었음을 나타낸다. 잉크 실시예 3, 4 및 5는 2개의 퍼지 사이클을 사용하여 시험하였으며, 위핑은 종이상의 각각의 인쇄에 대한 오염된 젯의 개수를 계수하여 시험하였다. 표 2는 처음 세 장의 페이지에 대한 잉크 실시예 3, 4 및 5의 위핑 결과를 나타낸다.

표 2에서, "페이지 번호"는 인쇄 순서에 따라 인쇄된 3장의 페이지를 지칭한다. "퍼지 1" 및 "퍼지 2"는 개시시 인쇄 헤드로부터의 공기를 청소하거나 표준 공정 동안 전개될 수 있는 취약하거나 분실된 젯을 청소하기 위해 수행되는 퍼지 사이클을 복제하는 것을 지칭한다.

잉크 실시예 3은 트리아미드 및 WB-17(비스-우레탄)을 둘 다 포함하며, 압출 방법을 사용하여 제조된다. 당해 잉크는 세 번째 인쇄 페이지에 오염된 젯을 생성시키지 않는데, 이는 위핑이 거의 없음을 나타낸다.

잉크 실시예 4는 또한 트리아미드 및 WB-17(비스-우레탄)을 포함한다. 그러나, 당해 잉크는 압출방법을 사용하여 제조하지 않는다. 대신, 트리아미드 및 안료가 분말 형태로 사용된다. 당해 잉크는 세 번째 인쇄 페이지에 어느 정도 오염된 젯을 생성시키며, 이는 잉크 실시예 3에 비해 미량의 위핑이 있음을 나타낸다.

잉크 실시예 5는 WB-17(비스 우레탄)만을 함유하고 트리아미드는 함유하지 않는 비교용 잉크이다. 안료는 잉크 실시예 4에서와 같이 분말 형태로 첨가된다. 당해 잉크는 세 번째 인쇄 페이지에 가장 많은 수의 오염된 젯을 가지며, 이는 잉크 실시예 3 및 4에 비해 현저하게 위핑됨을 나타낸다.

이러한 결과는, 잉크 중의 카본 블랙 안료를 완전히 분산시키기 위해, 트리아미드와 WB-17이 둘 다 요구됨을 나타낸다. 또한, 압출방법에 의해 제조된 잉크는 보다 안정한 잉크를 제공한다.

Claims

잉크 비히클, 하나 이상의 착색제, 하나 이상의 트리아미드 및 하나 이상의 비스-우레탄을 포함하는, 상 변화 잉크.
잉크 비히클, 하나 이상의 착색제, 하나 이상의 분산제 및 하나 이상의 비스-우레탄을 갖는 상 변화 잉크 하나 이상과, 잉크 젯 헤드를 포함하는 잉크 젯 장치를 포함하는, 잉크 젯 시스템.
하나 이상의 트리아미드, 하나 이상의 비스-우레탄 및 하나 이상의 착색제를 혼합시켜 혼합물을 형성함으로써 하나의 콘테이너 안에서 안료 분산액 혼합물을 제조하고 혼합물을 압출기 속에 도입하여 혼합물을 압출시킴을 포함하는 압출 단계 및

압출된 혼합물을, 잉크 비히클을 포함하는 다른 잉크 성분들과 함께 용융 혼합하여 잉크를 형성시키는 용융 혼합 단계를 포함하는, 잉크의 형성방법.