수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물

수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물{INK COMPOSITION FOR AQUOUS DYESTAFF POLYMER INKJET}

본 발명은 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물에 관한 것으로서, 더 상세히는 특수한 염료 고분자를 발색단으로 함과 동시에 염료의 양호한 발색성과 선명도를 구비하며, 또한 고분자 재료의 인입으로 염료의 염색 견뢰도가 증가하므로 프린팅기에 적용하여 방직재료 상에 직접 프린팅할 수 있고, 얻어진 패턴은 가열 및 건조처리를 거친 후, 소핑(soaping), 수세(washing) 등 여러 단계를 이용하지 않고도 염료 잉크와 비견할 수 있는 산뜻한 빛깔과 광택 결과를 얻을 수 있기에 응용범위가 광범위하다. 일반적인 종이 외에 면포, 리넨, 비단, 양모, 데이크론(Dacron), 나일론 또는 레이온 등 대부분 방직품을 포함할 수 있고, 후속 진행되는 가열 건조의 제조 공정도 상대적으로 간단하며, 길고 복잡한 수세처리 공정이 없기 때문에 대량의 공업폐수의 발생이 없게 되고, 잉크의 응용이 디지털 방직의 중소형화와 보급화를 실현하는데 적합한 발명이다.

디지털 프린팅과 잉크젯 프린터의 작업원리는 기본적으로 동일하나, 잉크젯 프린팅 기술은 1884년에 개발되어 1960년에 실용 단계에 진입하였다. 1990년대에 컴퓨터 기술이 보편화되기 시작하였고, 1995년에는 필요에 따라 잉크젯 디지털 프린팅이 나타났으며, 현재 디지털 프린팅 기술의 발전은 백가쟁명, 백화제방의 추세를 보여주고 있다. 사람들은 모든 보이는 풍경을 디지털 프린팅을 통하여 신속하고 정확하게 방직재료 상에 나타내 개성있는 작품을 만들 수 있다. 젯 프린팅기의 발명은 매개인으로 하여금 방직 상품 디자이너로 되게 할 수 있다.

또한, 디지털 프린트는 전통적인 날염기보다 차지하는 면적이 적고(약 1/20), 이산화탄소 배출량도 적으며(전통적인 날염기의 약 10∼30％), 뿐만 아니라 색상 변화가 다양하고 풍부(16만 7천 가지에 달함)하기 때문에 하프톤(halftone)을 제작할 필요가 없고, 즉시 패턴을 수정하며, 소량 생산, 신속한 납품기일, 인력 절약 등의 우수한 점이 있다. 따라서, 이러한 디지털 프린팅의 우수한 점으로 인해 방직 날염 공업과 의상업계 디자이너들의 총애와 긍정을 받아왔다.

따라서, 디지털 프린팅 잉크는 디지털 방직 날염 기술의 번영 발전과 더불어 진보한다. 하기와 같은 4종의 잉크를 다양하게 선택할 수 있다. 첫째, 분산 염료 잉크젯 잉크(열전사 잉크를 함유): 이는 반드시 고온 처리되여야만 산뜻하고 생생하게 날염을 표현할 수 있는데 데이크론에만 응용된다. 둘째, 반응성 염료 잉크젯 잉크: 이는 반복적인 전처리와 후처리가 필요할 뿐만 아니라 대량의 폐수도 동반 생성되나, 산뜻하고 생생하게 날염을 표현할 수 있으며, 면포, 리넨, 비단과 양모 상에 응용될 수 있다. 셋째, 산성 염료 잉크젯 잉크: 이는 반복적인 전처리와 후처리가 필요할 뿐만 아니라, 대량의 폐수도 동반 생성되고 산뜻하고 생생하게 날염을 표현할 수 있으나, 염색 견뢰도가 좋지 않고, 비단, 양모와 나일론 상에 응용될 수 있다. 넷째, 수성 염료 잉크젯 잉크: 이는 가열 건조 처리만 하면 되고 또한 면포, 리넨, 비단, 양모, 데이크론, 나일론과 레이온 등 대부분의 방직품 상에 사용될 수 있지만, 가장 큰 문제는 날염 표현이 어둡고 선명하지 못하며, 프린팅 헤드가 막히는 것이다. 그러므로, 산뜻하고 생생한 잉크젯 잉크를 제조하면 번거로운 후처리와 대량 폐수의 발생이 없이 대부분 방직품 재료 상에 응용 가능하기 때문에 이상적인 신세대 디지털 프린팅 잉크젯 잉크로 될 수 있다.

따라서 염료 고분자 분산 유액, 수용성 유기용매, 적어도 하나의 첨가제 및 물을 포함하는 창의적인 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물이 시급한 상황이다. 이는 유기 합성 방법으로 고분자 중의 친전자성 관능기와 친핵성 관능기를 함유한 염료의 첨가 반응을 이용하여 고분자형 염료로 되고, 그 밖에도, 이소시아네이트계와 다가 알코올계를 폴리우레탄 수지로 배합할 때, 반응형 염료를 첨가함으로써 다르게 응용되는 폴리우레탄염료 고분자를 얻을 수 있다. 이러한 고분자 사슬을 함유한 염료들의 분산성은 고분자 특성에 따라 개변되어 발색성을 증가하고, 동시에 고분자의 인입으로 하여 염료분자의 분자량을 증가하며, 이는 간접적으로 염료와 방직품 섬유의 반 델 발스 힘(van der Waals force), 수소 결합 등 결합력을 증가하기 때문에, 염료의 염색 견뢰도를 증가하며, 또한 이러한 염료 고분자를 유화 분산하여 디지털 프린팅 잉크젯 잉크에 응용할 수 있고, 이를 이용하여 상기 기존기술의 문제를 해결하고자 한다.

본 발명의 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물은 염료 고분자 분산 유액은 전체 수성 잉크젯 잉크 조성물의 2~30중량%를 함유하고, 수용성 유기용매는 15~65중량%를 함유하며, 첨가제는 2중량% 이하를 함유하고, 또한 물은 증류수나 탈이온수를 사용할 수 있으며, 물은 염료 고분자 분산 유액, 수용성 유기용매 및 첨가제를 희석 또는 분산시킨다. 본 발명은 안정적이고, 분사 노즐을 쉽게 막히게 하지 않는 특징이 있고, 또한 길고 복잡한 후속 처리 세정 절차가 필요하지 않기에 공업 폐수의 대량 발생을 방지할 수 있으며, 높은 열원이 필요하지 않아 많은 양의 전력을 낭비할 필요가 없기에 진정으로 디지털 방직의 중소형화와 보급화를 실현할 수 있다.

본 발명의 주요한 목적은 염료 고분자 분산 유액, 수용성 유기용매, 적어도 하나의 첨가제 및 물을 포함하고, 예하면 젯 프린팅기 등의 잉크젯 용용 분야에 사용하며 필요한 패턴을 다양한 방직재료 상에 프린팅함으로써 패턴을 가열 건조시킨 후, 염료 잉크와 비견할 수 있는 산뜻한 빛깔과 광택 결과를 갖게 하는 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물을 제공하는 것이다. 본 잉크젯 잉크 중의 염료 고분자 분산 유액은 전체 수성 잉크젯 잉크 조성물의 2~30중량%를 함유하고, 수용성 유기용매는 수성 잉크젯 잉크 조성물의 15~65중량%를 함유하며, 또한 적어도 하나의 첨가제는 수성 잉크젯 잉크 조성물의 2중량% 이하를 함유하고, 물은 증류수나 탈이온수를 사용할 수 있으며, 물은 염료 고분자 분산 유액, 수용성 유기용매 및 첨가제를 희석 또는 분산시킨다.

염료 고분자 분산 유액이란 각각의 단색이나 다색의 염료와 유기 단량체 또는 올리고머의 반응으로 취합되고 다시 분산 유화 가공 작업을 거쳐 형성되는 것을 말한다. 이러한 염료 고분자의 주체는 폴리우레탄, 나일론, 에폭시수지, 폴리에스테르와 아크릴 등 고분자 폴리머나 공중합체의 취합을 이용하여 얻는다. 구체적으로, 염료 고분자 분산 유액은 적어도 하나의 염료 고분자 및 유화제를 포함할 수 있고, 여기서 염료 고분자는 전체 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물의 1~20중량%를 함유하고, 상기 염료 고분자의 평균 입경(D ₅₀ )은 100nm보다 작다. 또한 염료 고분자는 폴리우레탄 고분자, 폴리아미드 고분자, 에폭시수지 고분자, 폴리에스테르 고분자, 아크릴 고분자, 페놀 고분자, 폴리에테트 고분자 및 멜라민 고분자 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이밖에도, 수용성 유기용매는 1가 알코올 용매, 2가 알코올 용매, 글리세린, 에리스리톨(Erythritol), 크실리톨(Xylitol), 헥산헥솔(hexanehexol), 당알코올(Sugar alcohol) 용매, 에테르 알코올(Ether alcohol) 용매, 피롤리돈(pyrrolidone) 용매, 술폭시드(sulfoxide) 중의 적어도 1종을 포함할 수 있다.

더 나아가, 1가 알코올 용매는 에탄올, n-프로필 알코올 및 이소프로필 알코올 중의 적어도 하나를 포함하고, 2가 알코올 용매는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 펜틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 트리프로필렌글리콜 중의 적어도 하나를 포함한다. 에테르 알코올 용매는 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜부틸에테르, 메틸 카르비톨, 카르비톨, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노메틸, 트리에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜부틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜부틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노 n-부틸에테르, 프로필렌글리콜부틸에테르, 프로필렌글리콜 프로필렌 에테르 및 트리프로필렌글리콜부틸에테르 중의 적어도 하나를 포함하고, 피롤리돈 용매는 2-피롤리돈 및 N-메틸 피롤리돈 중의 적어도 하나를 포함한다. 이 밖에도, 술폭시드는 디메틸술폭시드를 포함한다.

상기 적어도 하나의 첨가제는 살균제, 증점제, 계면 활성제, 소포제, 산도 조절제 및 킬레이트화제 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 증점제는 섬유소계 및 합성 고분자 중의 적어도 하나를 포함할 수 있고, 여기서 섬유소계는 메틸 섬유소를 포함할 수 있으며, 합성 고분자는 폴리아크릴산나트륨, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴아미드, 폴리우레탄증점제, 폴리아크릴산, 카르보머와 폴리아크릴레이트의 취합 유액 중의 적어도 하나일 수 있다. 계면 활성제는 실리콘계, 실란계 및 아세틸렌계 중의 적어도 하나를 포함하고, 산도 조절제는 트리에탄올아민을 포함하며, 킬레이트화제는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)을 포함한다.

여기서 상기 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물은 25℃이하에서 2~20cps 사이의 점도 및 18~40 dyne/cm 사이의 표면 장력을 구비한다.

본 발명의 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물은 안정적이고, 분사 노즐을 쉽게 막아버리지 않는 특징이 있고, 상세히는 특수한 염료 고분자를 발색단으로 하는 동시에 염료의 양호한 발색성과 선명도를 구비하였으며, 또한 고분자재료의 인입으로 염료의 염색 견뢰도를 증가하였기 때문에 프린팅기에 적용하여 방직재료 상에 직접 프린팅 할 수 있고, 얻어진 패턴은 가열 및 건조처리를 거친 후, 소핑, 수세 등 여러 단계를 이용하지 않고도 염료 잉크와 비견할 수 있는 산뜻한 빛깔과 광택 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 응용범위가 더욱 광범위해졌는 바, 일반적인 종이 외에도 대부분의 방직품, 예컨대, 면포, 리넨, 비단, 양모, 데이크론, 나일론 또는 레이온 등에 응용되고, 후속 진행되는 가열 건조의 과정도 상대적으로 간단하며, 길고 복잡한 수세처리 단계가 없기에 대량 공업 폐수의 발생이 없기에 잉크의 응용은 진정으로 디지털 방직의 중소형화와 보급화를 실현할 수 있다.

하기에 반응을 배합하여 본 발명의 실시방식에 대하여 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자들은 본 명세서를 구독 후에 이에 근거하여 실시할 수 있다.

본 발명의 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물은 주요하게 염료 고분자 분산 유액, 수용성 유기용매, 적어도 하나의 첨가제 및 물을 포함하고, 여기서 물은 주요한 용매로 사용되며, 증류수나 탈이온수를 사용할 수 있고, 염료 고분자 분산 유액, 수용성 유기용매 및 첨가제를 희석 또는 분산시킬 수 있으며 염료 고분자 분산 유액은 전체 수성 잉크젯 잉크 조성물의 1~30중량%의 범위이고, 수용성 유기용매는 수성 잉크젯 잉크 조성물의 15~65중량%의 범위이며, 첨가제는 수성 잉크젯 잉크 조성물의 2중량% 이하를 차지한다.

그리고, 각각의 단색이나 다색의 염료와 유기 단량체 또는 올리고머의 반응으로 취합되고, 다시 분산 유화 가공 작업을 거쳐 염료 고분자 분산 유액을 얻는다. 예를 들면 폴리우레탄, 나일론, 에폭시수지, 폴리에스테르와 아크릴 등 고분자 폴리머나 공중합체의 취합 후에 다시 분산 유화 가공하여 얻는다.

구체적으로, 염료 고분자 분산 유액은 적어도 하나의 염료 고분자 및 유화제를 포함할 수 있고, 여기서 염료 고분자는 전체 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물의 １~20중량%의 범위이고, 친핵성 치환기를 함유한 염료 발색단이나 친전자성 치환기를 함유한 염료 발색단(또는 반응형 염료라고 칭함)이 유기물 단량체와 단량체, 단량체와 올리고머 또는 올리고머와 올리고머의 중합 반응에 참가하여 다시 고분자의 메인 사슬이나 분기쇄에 부가되어 얻어질 수 있다. 고분자로 분류하면, 염료 고분자는 폴리우레탄 고분자, 폴리아미드 고분자, 에폭시수지 고분자, 폴리에스테르 고분자, 아크릴 고분자, 페놀 고분자, 폴리에테트 고분자 및 멜라민 고분자 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상세히는, 이러한 염료 고분자는 순화를 거친 후, 염료 고분자 분산액으로 유화 분산되거나 취합 후에 바로 분산제와 물을 넣어 염료 고분자 분산 유액을 얻을 수 있다. 이러한 염료 고분자 분산 유액은 평균 입경(D ₅₀ )이 반드시 500nm보다 작아야 하고, 평균 입경(D ₅₀ )이 200nm보다 작은 것이 바람직하며, 염료 고분자의 양호한 발색성과 프린팅 후 패턴의 색감 생동성을 고려하여 평균 입경(D ₅₀ )이 100nm보다 작은 것이 가장 바람직하다.

폴리우레탄 고분자를 예로 들면, 반응형 염료, 이소시아네이트계와 2가 알코올 또는 다가 알코올계의 중합을 이용하여 당해 반응형 염료의 첨가 순서를 제어하면 구조 강도가 다른 폴리우레탄 염료 고분자를 얻을 수 있으며, 반응식 1과 같다.

(식중, DYE는 반응형 염료의 발색단이고, A, B는 알킬기 또는 아릴기이며, G는 비닐설폰기 또는 클로로트리아진기(chlorotriazine group)이다. 또한, 히드록시기를 함유한 염료 분자와 디이소시아네이트를 함유한 프리폴리머 또는 올리고머의 첨가 반응을 이용하여, 염료형 폴리우레탄 고분자를 얻을 수 있으며, 또한 아미노기(NH ₂ )를 함유한 염료분자에 적용할 수도 있으며, 반응식 2와 같다.

(식중, DYE는 염료 발색단이고, C는 디이소시아네이트를 함유한 프리폴리머의 중복 단위이고, X는 산소 또는 이미노기(NH)이다. 에폭시수지 고분자에 관해서는, 히드록시기를 함유한 염료분자와 에폭시드 프리폴리머 또는 올리고머의 반응을 이용하여 에폭시수지 고분자를 얻는 바, 아미노기(NH ₂ )를 함유한 염료분자의 반응식에 적용할 수도 있고, 반응식 3과 같다.

(식중, DYE는 염료 발색단이고, C는 에폭시드 프리폴리머 또는 올리고머의 중복 단위이고, Y는 산소 또는 이미노기(NH)이다. 다음, 반응형 염료, 이산과 디아민계의 공중합을 이용하여 폴리아미드 고분자(나일론 고분자라고도 함)를 얻고 또는 반응형 염료, 이산과 디올계를 공중합하여 폴리에스테르 고분자를 얻을 수 있으며, 이는 반응식 4와 같다.

(식중, DYE는 반응형 염료의 발색단이고, H, J는 알킬기 또는 아릴기이며, G는 비닐설폰기 또는 클로로트리아진기이다.)

또한 히드록시기를 함유한 염료분자와 이산을 함유한 프리폴리머 또는 올리고머의 첨가 반응을 이용하여 폴리에스테르 고분자를 얻는 바, 아미노기(NH ₂ )를 함유한 염료분자의 반응식에 적용할 수도 있으며, 이는 반응식 5와 같다.

(식중, DYE는 염료 발색단이고, K는 디카르복실산 프리폴리머의 중복 단위이며, Z는 산소 또는 이미노기(NH)이다. 아조화합물을 이용하여 에틸렌 관능기를 함유한 염료 발색단의 반응형 염료를 형성한 뒤, 다른 종류의 아크릴 중합 반응을 이용하여 다른 특성의 아크릴 고분자를 얻을 수 있으며, 이는 화학식 6과 같다.

(식중, DYE는 염료 발색단이고, R ₁ -R ₅ 는 수소 또는 알킬기이다.)

상기 발색단은 화합물 분자 구조 중의 색상이 있는 부분을 말하고, 예를 들면, 염료의 색상은 그 분자구조에 의해 결정되기에 여러 가지 색상이 있다. 염료분자의 발색단 중 불포화 짝염기(예를 들어 －C＝C－, －C≡C－ 또는 －N＝N－)의 일단은 전자 공여체기(예를 들어 -OH, -NH ₂ )를 함유하고, 타단은 전자 구인성기(예를 들어 -NO ₂ , ＞C=O)의 그룹과 연결되며, 화합물 분자가 소정 파장의 광을 흡입한 후, 국재화가 발생하고, 또한 전자들이 다른 에너지 공간 내에서 움직여 다른 색상을 이룬다.

일반적으로, 염료분자 구조에 있어서, 공액 사슬의 길이가 길수록 색상이 더 진하고, 전자 공여체기의 전자를 미는 능력이 더 강하거나 전자 구인성기의 당기는 힘이 더 크기에 이런 분자가 흡수하는 광의 파장도 더 길며 따라서 발색 광파의 길이도 더 길다.

이하 염료 고분자의 반응형 염료의 제조 방식에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첫째 유형의 염료 고분자의 반응형 염료의 제조 방식은, 비닐설폰 염료, 모노클로로트리아진 염료, 디클로로트리아진 또는 더블 비닐설폰 염료, 더블 모노클로로트리아진 염료, 더블 디클로로트리아진 염료 등을 사용하는데 각 반응형 염료의 반응 컬러 인덱스가 다르며 이들의 관능기에 의해 결정된다. 예를 들면, 반응성 황색 17, 37, 81, 84, 85, 86, 135, 145, 160, 176, 202이고 반응성 레드 2, 120, 141, 180, 195, 198, 231, 241, 250이며, 반응성 블루 2, 4, 15, 16, 19, 28, 49, 81, 109, 150, 171, 198, 222, 225이고, 반응성 오렌지 5, 7, 13, 16, 72, 84, 86, 91, 122, 125이며, 반응성 그린 5, 8, 19이고, 반응성 블랙 5, 8, 31, 39, 42 등이고, 여기서 단일 활성 관능기의 반응형 염료는 측쇄나 분기쇄가 있는 친핵성 고분자에 적용되며, 더블 활성 관능기의 반응형 염료는 고분자 중합 반응에 참가하여 얻을 수 있으며, 상기 반응식 1, 4에 도시된 바와 같다.

둘째 유형의 염료 고분자 제조 방식은 친핵성(아미노기, 히드록시기)을 함유한 염료와 친전자성 관능기 단량체 또는 프리폴리머, 올리고머의 첨가 반응으로 얻을수 있으며, 상기 반응식 2, 3, 5 에 도시된 바와 같다.

셋째 유형의 염료 고분자 제조 방식은 에틸렌 관능기를 함유한 염료와 기타 에틸렌 관능기를 함유한 단량체 또는 올리고머의 라디칼 중합 반응을 통하여 얻을 수 있으며, 반응식 7과 같다.

(식중, R ₆ , R ₉ , R ₁₀ 은 수소 또는 알킬기이고, R ₇ , R ₈ 은 수소, 알킬기 또는 아릴기 유도체이며, CHP는 발색단이다.)

상기 본 발명의 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물은 물을 주요한 용매로 잉크의 비점과 잉크젯 헤드의 보습성과 프린팅의 유창성을 제어하기 위하여 수용성 유기용매를 첨가한다. 본 발명에서 사용되는 유기용매는 1가 알코올 용매, 2가 알코올 용매, 글리세린, 에리스리톨, 크실리톨, 헥산헥솔, 당알코올 용매, 에테르 알코올 용매, 피롤리돈 용매, 술폭시드 중의 적어도 하나를 포함하여 물에 완전히 용해될 수 있다.

더 나아가, 1가 알코올 용매는 에탄올, n-프로필 알코올 및 이소프로필 알코올 중의 적어도 하나를 포함하고, 2가 알코올 용매는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 펜틸렌글리콜, 헥실렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리에틸렌글리콜 및 트리프로필렌글리콜 중의 적어도 하나를 포함한다. 에테르 알코올 용매는 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 에틸렌글리콜부틸에테르, 메틸카르비톨, 카르비톨, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노메틸, 트리에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 테트라에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜부틸에테르, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 프로필렌글리콜부틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노 n-부틸에테르, 프로필렌글리콜부틸에테르, 프로필렌글리콜 프로필렌에테르 및 트리프로필렌글리콜부틸에테르 중의 적어도 하나를 포함하고, 피롤리돈 용매는 2-피롤리돈 및 N-메틸 피롤리디논 중의 적어도 하나를 포함한다. 이 밖에도, 술폭시드는 디메틸술폭시드를 포함한다.

이 밖에도, 본 발명의 첨가제는 살균제, 증점제, 계면 활성제, 소포제, 산도 조절제 및 킬레이트화제 중의 적어도 하나를 포함할 수 있고, 여기서, 살균제는 주요하게 잉크 중의 곰팽이 포자의 발아와 생장을 억제하고 잉크젯 잉크의 보존기간을 증가시키며, 증점제는 잉크의 점도를 증가시키지만 잉크젯 잉크의 안정성에 영향주지 않고, 계면 활성제는 이러한 잉크젯 잉크 조성물의 표면 장력을 증가시킴과 동시에 잉크의 삼투성을 증가시킨다.

더욱 구체적으로, 상기 증점제는 섬유소계 및 합성 고분자 중의 적어도 하나를 포함하고, 여기서 섬유소계는 메틸셀룰로스를 포함할 수 있으며, 합성 고분자는 폴리아크릴산나트륨, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴아미드, 폴리우레탄증점제, 폴리아크릴산, 카르보머와 폴리아크릴레이트의 취합한 유액 중의 하나를 포함할 수 있다. 계면 활성제는 실리콘계, 실란계 및 아세틸렌계 중의 적어도 하나를 포함하고, 산도 조절제는 트리에탄올아민을 포함하며, 킬레이트화제는 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA)을 포함한다.

본 발명의 특징을 더 이해할 수 있도록 첨부된 예시적 실시예와 배합방식을 참조한다. 하기의 실시예는 참고로 사용될 뿐 본 발명에서 보호하고자 하는 청구항의 내용을 한정하고자 함이 아니다.

이하 염료 고분자 분산 유액의 조제법에 관하여 설명한다.

진공에서 수분을 제거한 후, 폴리테트라메틸렌글리콜(PTMG)을 소량의 N-메틸피롤리돈(NMP)에 용해하고 기계적 교반기, 냉각관, 온도계 및 차징 호퍼가 설치되어 있는 500㎖의 4구 플라스크 반응용기에 넣고, 질소 기체하에, 60℃에서 이소포론 디이소시아네이트(IPDI)의 아세톤 용액을 넣은 후, 15분 동안 교반하고, 다시 디히드록시메틸프로피온산(DMPA)의 아세톤 용액을 넣고, 15분 동안 교반하고, 이어서 촉매제인 디부틸주석디라우레이트(DBTDL제)를 넣고, 70℃까지 가열한 후, 계속하여 120분 동안 교반하고, 아세톤을 넣어 희석하고, 다시 트리에틸아민(TEA)과 중화시켜 수성 폴리우레탄인 프리폴리머를 얻는다. 이러한 프리폴리머와 (N-2-히드록시에틸)에틸렌디아민(HEDA)을 실온하에 60분 동안 반응시키면 측쇄에 히드록시기가 있는 수성 폴리우레탄폴리머(1)를 얻을 수 있다. 이를 일반식으로 표시하면 하기와 같다.

이 측쇄는 히드록시기가 있는 수성 폴리우레탄폴리머(1)와 비닐설폰을 함유한 반응형 염료(반응성 황색 145)를 50℃, 염기성 조건하에(pH 9) 진행되는 공유결합으로 수성 염료 폴리우레탄 (2)(하기 반응식으로 나타낸 바와 같이)을 생성한다. 이러한 폴리우레탄 고분자는 적당량의 아세톤으로 희석하고, 고속 교반하면서 유화제를 함유한 수용액을 첨가한 후, 지속적으로 빠른 속도로 60분 동안 교반한 후, 감압 증류기로 저비점의 아세톤을 제거하여 노란색의 수성 폴리우레탄 고분자 분산 유액을 얻는다. 그의 수득량은 26.5%이고, 평균입경은 75nm, 점도는 10cps이었다.

측쇄에 히드록시기가 있는 수성 폴리우레탄폴리머(1)와 비닐설폰을 함유한 반응형 염료 (반응성 레드 195)는 50℃, 염기성(pH 9) 조건하에서 공유결합을 하여 수성 염료 폴리우레탄(3)(아래 도면에 도시한 바와 같이)을 얻는다. 이러한 폴리우레탄 고분자는 적당한 아세톤으로 희석하고 고속 교반하면서 유화제를 함유한 수용액을 넣고 지속적으로 60분 동안 교반한 후, 감압 증류하는 방식으로 비점이 낮은 아세톤을 제거하여 마젠타 수성 폴리우레탄 고분자 분산 유액을 얻으며, 그 수득량은 25%이고, 평균 입경은 46nm, 점도는 9.5cps이었다.

측쇄에 히드록시기가 있는 수성 폴리우레탄폴리머(1)와 이중 비닐설폰을 함유한 반응형 염료(반응성 블루250)를 65℃, 염기성 조건하에(pH 9) 진행되는 공유결합으로 수성 염료 폴리우레탄(4)(아래 반응식에 도시한 바와 같이)을 얻는다. 이러한 폴리우레탄 고분자는 적당량의 아세톤으로 희석하고 고속 교반하면서 유화제를 함유한 수용액을 넣고 지속적으로 60분 동안 교반한 후, 감압 증류하는 방식으로 비점이 낮은 아세톤을 제거하여 수성 블루 폴리우레탄 고분자 분산 유액을 얻을수 있다. 그의 수득량은 23.5%이고, 평균 입경은 90nm이고, 점도는 14.5cps이었다.

측쇄에 히드록시기가 있는 수성 폴리우레탄폴리머(1)와 더블 비닐설폰 반응형 염료(반응성 블랙 5)는 65℃, 염기성 조건하에(pH 9) 진행되는 공유결합으로, 수성 폴리우레탄(5)(아래 반응식으로 도시한 바와 같이)을 생성하며 이러한 폴리우레탄 고분자는 적당량의 아세톤과 고속 교반하면서 유화제를 함유한 수용액을 넣고 지속적으로 60분 동안 교반한 후, 감압 증류하는 방식으로 비점이 낮은 아세톤을 제거하여 블랙의 수성 폴리우레탄 고분자 분산 유액을 얻었다. 그의 수득량은 25%이었고, 평균입도는 60nm이며, 점도는 15cps이었다.

이하, 염료 고분자 잉크젯 잉크의 조제법에 관해 설명한다.

실시예1: 폴리비닐피롤리돈과 에틸렌디아민테트라아세트산을 탈이온수에 용해시키고, 이 혼합액을 30분 동안 교반한 다음, 수용성 유기용매를 순차적으로 혼합용액 중에 넣고, 실온하에 15분 동안 교반한 다음, 표 1에 나타낸 순서에 따라 폴리우레탄증점제(Anfong TW-710), 폴리실록산 계면 활성제(BYK-378), 아세틸렌 계면 활성제(Surfynol 465)와 트리에탄올아민을 넣고 실온하에서 회전속도를 600rpm/분으로 설정한 고속 전단 유화기를 사용하여 30분 동안 교반한 후, 수성 염료 폴리우레탄 고분자 분산 유액을 첨가하고 지속적으로 1시간 동안 교반한 후, 홀 직경이 0.8㎛인 필터로 필터링한 후, 각종 색상의 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크를 얻었다. 이를 표 1에 나타낸다.

잉크 평가 테스트 항목은 하기와 같은 것을 포함한다.

1. 잉크젯 잉크 조성물의 점도 테스트는 Brookfield DV-E모델의 회전 점도계를 이용하여 25℃로 온도를 제어한다.

2. 잉크젯 잉크 조성물의 표면장력 테스트는 일본 교와계면과학기술주식회사 CBVP-A3 이 제조한 표면 장력기를 이용한다.

3. 잉크젯 잉크 조성물의 청결 테스트는 EPSON DX-5 프린팅 헤드와 Mutoh 1304모델을 이용하여 청결능력테스트를 진행한다. 기계청결모드를 이용하여 매번 프린팅 헤드를 청결한 후 프린팅 홀 텍스트에 한번 프린트하고 모두 20회를 진행하며 끊어짐이 발생할 경우 즉시 테스트를 중단한다.

A: 20회 모두 끊어짐이 없고 빗나간 프린팅이 없다.

B: 10회 내지 20회 내에 끊어짐이 없고 빗나간 프린팅이 없다.

C: 10회 내에 끊어짐이 있고 빗나간 프린팅이 있다.

4. 잉크젯 잉크 조성물의 프린팅 건조 방지 테스트는 EPSON DX-5 프린팅 헤드, Mutoh 1304모델을 이용하여 테스트를 하고 10m 프린팅한 후 노즐을 검사하며, 프린팅 헤드가 먹물 흡입 베이스를 이동하거나 멈추지 않고(청결기능을 실시하지 않음), 30분, 1시간 간격으로 프린팅 헤드의 프린팅 테스트를 하여 노즐의 먹물 상태, 즉 막히거나 빗나가는 현상의 발생 여부를 관찰한다.

A: 1시간 간격으로 끊어짐이 없고 빗나간 프린팅이 없다.

B: 30분 간격으로 끊어짐이 없고 빗나간 프린팅이 없다.

C: 30분 간격으로 끊어짐이 있고 빗나간 프린팅이 있다.

5. 잉크젯 잉크 조성물의 프린팅 안정성 테스트는 EPSON DX-5프린팅 헤드, Mutoh 1304모델을 이용하여 잉크젯 테스트를 진행하고, 80m 종이 상에 프린팅하여 끊어짐 여부, 빗나간 프린팅, 먹물 튀김 형태를 관찰한다.

A: 80m 테스트 구간 내에서 끊어짐이 5번 이내이고, 먹물이 튀기지 않고 프린팅이 미세하게 빗나거나 빗나가지 않았다.

B: 80m 테스트 구간 내에서 끊어짐이 10번(10번 포함) 이내이고, 먹물이 튀기지 않고 프린팅이 중등 수준으로 빗나갔다.

C: 80m 테스트 구간 내에서 끊어짐이 10번 이상이고, 먹물이 튀겼고 프린팅 빗나감이 심각하다.

6. 잉크젯 잉크 조성물의 프린팅 패턴 표현 테스트는 패턴의 형상을 관찰한다.

A: 먹물이 번지는 현상이 없고, 표현된 패턴이 매우 또렷하다.

B: 먹물이 반복되는 곳에 적당한 번짐이 있고 표현된 패턴이 괜찮다.

C: 번짐이 심하고 표현된 패턴이 불량이다.

7. 잉크젯 잉크 조성물의 고온 안정성 테스트는 잉크를 넓은 병속에 넣고 45℃의 항온 환경하에 8주일 동안 방치한 후, 상온으로 회복했을 때의 점도와 입도 분석을 행한다.

A: 잉크 점도와 입경의 측량값 변화가 5%보다 작다.

B: 잉크 점도와 입경의 측량값 변화가 10%보다 작다.

C: 잉크 점도와 입경의 측량값 변화가 10%보다 크다.

8. 잉크젯 잉크 조성물의 저온 안정성 테스트는 잉크를 넓은 병속에 넣고 -10℃의 항온 환경하에 8주일 동안 정치한 후, 상온으로 회복했을 때의 점도와 입도 분석을 진행한다.

A: 잉크 점도와 입경의 측량값 변화가 5%보다 작다.

B: 잉크 점도와 입경의 측량값 변화가 10%보다 작다.

C: 잉크 점도와 입경의 측량값 변화가 10%보다 크다.

수성 염료 고분자 잉크젯 잉크의 평가 테스트, 예를 들어 잉크 청결능력, 잉크 프린팅 건조 방지 테스트, 잉크 프린팅 안정성 테스트, 프린팅 표현 테스트, 잉크 고온 안정성 테스트, 잉크 저온 안정성 테스트의 결과는 표 2에 모두 나타냈다.

표 2의 테스트에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 샘플은 테스트 항목을 모두 만족시킬 수 있다. 테스트 샘플 1에는 비점이 낮은 에탄올을 첨가하였고, 프린팅 헤드가 너무 빨리 마르고 프린팅 청결능력이 약하며 프린팅 길이가 부족한 등 문제는 고비점의 에테르계 용제를 넣어 개선할 수 있으며, 샘플 2~7과 같다. 샘플 8~15에 있어서는 피롤리돈 용매와 에어 프로닥트(미국 APCI사의 surfynol의 상품명) surfynol(465)을 첨가한 후, 프린팅 헤드를 매번 청결한 후, 프린팅 홀 텍스트에 한번 프린트하여 20회 모두 끊어짐이 없고, 빗나간 프린팅이 없었으며, 80m 테스트 구간 내에서 끊어짐이 5번 이내이고, 먹물이 튀기지 않고, 프린팅이 미세하게 빗나거나 빗나가지 않았으며, 1시간 간격으로 끊어짐이 없고 빗나간 프린팅이 없다는 결과를 얻었다. 이 밖에도, 폴리우레탄증점제를 첨가하여 샘플 7~15과 같이 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크의 저온 안정성을 증가할 수 있다. 수성 잉크젯 잉크 조성물의 염료 고분자인 분산 유액이 다른 색으로 개변되면 수용성 유기용매의 종류와 양을 적당하게 조절하여 샘플 10과 11, 샘플 12와 13, 샘플 14와 15의 비교와 같이 최적의 잉크 표현능력에 도달하게 해야 한다.

더 나아가서, 본 발명의 수성 염료 고분자 잉크젯 잉크 조성물은 예컨대, 프린트기 등 잉크젯 응용 분야에 응용될 수 있다. 프린트기를 통해 잉크를 이용하여 필요한 패턴을 종이 상에 프린트하는 것 외에, 필요한 패턴을 직접적으로 각종 방직재료 상에 프린팅할 수 있으며, 각종 방직재료 상에 프린팅한 후 가열 건조하여 색감이 염료 잉크와 같은 효과를 얻을 수 있으며, 이러한 수성 염료 잉크젯 잉크 조성물을 프린팅한 방직 반제품은 소핑, 수세 등 번거로운 단계가 필요없이 산뜻하고 생생한 프린팅 패턴을 얻고 대량의 폐수의 발생도 방지할 수 있기에 면포, 리넨, 비단, 양모, 데이크론, 나일론과 레이온 등 대부분의 방직품에 응용 가능하다. 상세히는 본 발명의 잉크젯 잉크는 저온 저장 안정성이 좋고 프린팅이 쉽게 프린팅 헤드를 막지 않으며 잉크 청결능력이 좋은 특점을 갖고 있다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니며, 동일한 발명 사상하에서 수정 또는 변경한 본 발명은 본 발명이 보호하고자 하는 범위에 포함되어야 한다.