[논문]폴리에스터용 잉크젯 잉크의 분산안정성 개선에 관한 연구

최재홍; 지병철; 서인석

문제 정의

Disperse Yellow 54, Disperse Red 60을 보편적으로 가장 많이 사용하는데, 이 중에서 특히 Disperse Red 60을 사용한 Magenta 잉크는 분산 안정성이 상대적으로 가장 취약하여 잉크젯 프린팅 적용성이 가장 떨어지는 문제가 있어서, 본 연구에서는 Disperse Red 60을 사용한 잉크의 분산 안정성을 개선하고자 하였다.
특히 분자량과 VOC 함량에서 큰 차이를 보이고 있음을 알 수 있다. 따라서 이러한 물성차이에 따른 분산제의 효율을 본 실험을 통해 확인을 하였다.
잉크젯 방식은 크게 Drop-on-Demand 방식과 Continuous 방식이 있으며, Drop-on-Demand 방식은 다시 피에조 방식과 Thermal(Bubble jet) 방식으로 세분할 수 있다. 본 연구는 이들 중에서 가장 중요한 피에조 방식 프린터에 적용성을 목표로 하였고, 피에조 방식에서 요구하는 잉크점도 10-20 cPs를 효율적으로 조절하는 기술은 최종 잉크의 Jet 발생효율 및 분산 안정성 등을 확보하는데 매우 중요하다. 2종류의 점증제를 사용하였는데, 먼저 xanthan gunr을 0.
고체 입자의 콜로이드나 에멀젼 상태에서 침전 현상을 나타내는 Stokes law가 있는데13) 이때 분 산매체의 점도 (n)가 높아지거나, 입자 반경 (r)이 적을수록 입자의 침전속도 (r)는 줄어든다. 본 연구에서는 최종 잉크의 여러 가지 물성 중에서 분산 안정성에 기여할 수 있는 요인인 분산액점도 의 효율적인 조절 방법을 모색하였다.
첫 단계는 순수한 분산염료를 적합한 분산제 존재 하에서 평균입도 300nm 미만의 나노 입자화 하는 공정(밀링공정)이며, 다음 단계는 분산 안정성과 노즐 적용성 등을 핵심기술로 하는 잉크 배합 공정이다. 세계적으로도 일부 업체를 제외하고는6*)기술개발이 제대로 이루어지지 않 은 분야이며, 특히 밀링공정시 분산제에 따른 염 료 평균입도 영향성 및 잉크 제조시 분산 안정성 에 대한 체계적인 연구결과가 보고되어 있지 않다⑵ 따라서 본 연구에서는, 세계적으로 차세대 시장으로 각광받는 섬유용 잉크젯잉크 제조기술 중에서 기술적으로 가장 어렵고 관련 연구개발이 시급히 요구되는 분산염료를 사용한 잉크 제조시 분산제에 의한 밀링효율 및 분산 안정성에 관한 체계적인 연관성을 연구함으로서, 새로운 이론적인 성과뿐만 아니라 실제 산업계에서 요구하는 기반기술의 발굴을 목적으로 하였다. 현재까지 상업화되어 있는 폴리에스터용 잉크젯잉크는 C.

제안 방법

본 연구는 이들 중에서 가장 중요한 피에조 방식 프린터에 적용성을 목표로 하였고, 피에조 방식에서 요구하는 잉크점도 10-20 cPs를 효율적으로 조절하는 기술은 최종 잉크의 Jet 발생효율 및 분산 안정성 등을 확보하는데 매우 중요하다. 2종류의 점증제를 사용하였는데, 먼저 xanthan gunr을 0.2% — 1.0% 수용액으로 희석하여 잉크 무게의 1, 3, 5 및 】%를 사용한 경우의 최종 잉크의 점도의 변화를 Fig. 5에 나타냈다. 전반적으로 xanthan gum의 사용량이 많아질수록 잉크 점도가 지속적으로 증가하였으나, 0.
배합 완료된 잉크의 저장 안정성을 평가하기 위해 원심분리기를 사용하였으며, 3, 600rpm에서 20 분 동안 원심분리하고, 원심분리후 잉크 상하층간의 염료 최대흡수 파장인 515nm에서의 UV 흡수도 값의 차이를 통해 저장안정성을 간접적으로 평가하였다. 또한 분산 안정성이 상대적으로 우수한 분산제 2종을 선정하여 21일 동안 실제 저장시 시간이 경과함에 따른 잉크의 UV 흡수도 값의 변화를 관찰함으로서 잉크의 가장 중요한 물성인 저 장 안정성을 평가하였다.
이러한 액상을 잉크젯 프린터에 사용할 수 있는 잉크상태로 만들기 위해 적절한 조제와 물성 조절제를 추가로 혼합시켜 최적의 물 성을 가진 잉크를 제조하였다. 먼저 deionized water와 잉크 원액을 1:1로 섞어서 1시간 교반시킨 후, UV-Vis Spectrophotometer 측정을 통해 잉크농도를 확인하고, 점도 및 표면장력 조절제 등의 첨 가제를 가입하여 제반 물성을 측정하였다.
잉크의 점도는 프린팅시에 중요한 물성으로서, 점도를 조절하는 여러 가지 조제들이 있지만, 본 연구에서는 gum을 사용하여 잉크의 점도조절을 시도하였다. 먼저xanthan gum을(시약급) 0.2~1%의 농도로 수용액을 만든 다음, 잉크용액의 1, 3, 5, 7%의 비율로 가입하여 최종잉크를 만들었다. 또mey gum은 0.
배합 완료된 잉크의 저장 안정성을 평가하기 위해 원심분리기를 사용하였으며, 3, 600rpm에서 20 분 동안 원심분리하고, 원심분리후 잉크 상하층간의 염료 최대흡수 파장인 515nm에서의 UV 흡수도 값의 차이를 통해 저장안정성을 간접적으로 평가하였다. 또한 분산 안정성이 상대적으로 우수한 분산제 2종을 선정하여 21일 동안 실제 저장시 시간이 경과함에 따른 잉크의 UV 흡수도 값의 변화를 관찰함으로서 잉크의 가장 중요한 물성인 저 장 안정성을 평가하였다.
본 연구에서는 보편적으로 많이 사용되고 있는 상업화된 분산제들 중에서 화학적 인 특성에 따라 6 종의 분산제를 선정하여 밀링공정을 통해 C. I. Disperse Red 60을 각각 미세입자화 하였는데, Table 1은 분산제 6종에 대한 염료와 분산제와의 비율을 나타내었다. 분산제로는 polystyrene^], styrene/ maleic anhydride 공중합물, 나프탈렌계, 리그닌계 2 종(SD-60 및 Ultrazine Na)을 사용하였고, 분산제의 종류와 사용비에 따른 밀링효율을 파악하기 위하여, 분산제 비율을 염료대비 50%, 67% 및 100%로 각각 실험을 하였다.
Disperse Red 60을 각각 미세입자화 하였는데, Table 1은 분산제 6종에 대한 염료와 분산제와의 비율을 나타내었다. 분산제로는 polystyrene^], styrene/ maleic anhydride 공중합물, 나프탈렌계, 리그닌계 2 종(SD-60 및 Ultrazine Na)을 사용하였고, 분산제의 종류와 사용비에 따른 밀링효율을 파악하기 위하여, 분산제 비율을 염료대비 50%, 67% 및 100%로 각각 실험을 하였다. 리그닌계 분산제인 경우 일반 적으로 분산염료 대비 분산제 사용비율이 약 33%가 최적인 것으로 알려져 있으나, 다른 종류의 분산제와의 동일한 실험조건을 유지하기 위하여 최소 비율 50%의 분산제를 사용하였다.
분쇄공정을 통해 만들어진 액상 염료는 점도 및 염료농도가 높다. 이러한 액상을 잉크젯 프린터에 사용할 수 있는 잉크상태로 만들기 위해 적절한 조제와 물성 조절제를 추가로 혼합시켜 최적의 물 성을 가진 잉크를 제조하였다. 먼저 deionized water와 잉크 원액을 1:1로 섞어서 1시간 교반시킨 후, UV-Vis Spectrophotometer 측정을 통해 잉크농도를 확인하고, 점도 및 표면장력 조절제 등의 첨 가제를 가입하여 제반 물성을 측정하였다.
잉크의 점도는 프린팅시에 중요한 물성으로서, 점도를 조절하는 여러 가지 조제들이 있지만, 본 연구에서는 gum을 사용하여 잉크의 점도조절을 시도하였다. 먼저xanthan gum을(시약급) 0.
효율적인 밀링공정을 위하여 먼저 염료(press cake)와 분산제 그리고 deionized water를 사용하여 충분히 혼합을 시켜주었다. 이때 deionized water를 비이커에 넣고 mechanical 교반장치를 사용하여 교반하면서 분산제를 가입한 다음 3~4시간 정도 추가 교반하여 분산제를 완전히 용해시킨다.
흡수도 값을 각각 측정하였다. 분산제 A의 경우, 저장 5일후부터 고체성분의 침전이 많이 발생됨에 따라 상층 잉크의 염료성분 함량이 급격히 떨어져 21일 후에는 저장전과 비교하여 약 50% 정도의 고체성분이 침전되어 실제 잉크젯용 잉크로 사용하기에 부적합한 수준이였다.

대상 데이터

C. I. Disperse Red 60( 1 - Amino-2-bromo-4- hydroxyanthraquinone, 경인양행) 을 분산제가 포함되지 않은 press cake 상태로 사용하였다.
잉크제조에 사용되는 분산제로는 화학구조가 상이한 상업화된 6종을 사용하였고, 물은 deionized water를 사용하여 제조하였으며, 점도 및 표면장력을 조절하는 첨가제들은 시약 1급을 사용하였다. 잉크의 점성실험에 사용된 xanthan gum과 mey gum은 알드리치사의 시약용을 사용하였다.
잉크제조에 사용되는 분산제로는 화학구조가 상이한 상업화된 6종을 사용하였고, 물은 deionized water를 사용하여 제조하였으며, 점도 및 표면장력을 조절하는 첨가제들은 시약 1급을 사용하였다. 잉크의 점성실험에 사용된 xanthan gum과 mey gum은 알드리치사의 시약용을 사용하였다.

이론/모형

0.3mm 지르코늄 비드를 사용하였으며, 분쇄공 정에 사용된 장비는 NETZSCH사의 분쇄기를 사용 하였고, 입도분석기기는 오츠카전자의 동적 광산 란법을 이용하는 particle size analyzer로 측정하였다. 분쇄시간은 같은 조건하에서 실험을 하기위해 8시간을 하였다.
5, 5, 7%의 수용액을 만든 다음, 잉크용액의 1, 3, 5 및 7% 비율로 가입하여 최종잉크를 만들었다. 점도 측정은 Brookfield 점도계를 사용하였다.

성능/효과

8% 미만의 xanthan gum 희석 수용액은 원하는 10 cPs 이상의 점도를 얻을 수가 없었다. 0.8% 및 1.0% 희석액인 경우에도 잉크용액의 5% 이상을 가입하여야 점도가 10 cPs 이상으로 증가하였다. 다음으로 두 번째 점증제인 Mey gum을 사용한 잉크의 점도 변화실 험 결과를 Fig.
1) 6종의 분산제 중에서 styrene/maleic anhydride copolymer계 분산제의 밀링효율이 가장 떨어 지며, 나머지 5종 분산제는 유사한 효율성을 보여 평균입도 200nm 미만의 나노입자를 제조할 수가 있다.
2) 염료대비 분산제 사용량이 증가하면 밀링시 염료 평균입도가 커지는 경향을 보인다. 이는 과량의 분산제 입자들 간의 접촉이 증대되면서 염료 입자의 분쇄 효율이 약해지기 때문 이다.
3) 최종 잉크의 분산 안정성을 원심분리 방법 및 실제 21일 동안 실온 저장하여 평가한 결과, 6종의 분산제 중에서 분자량이 큰 poly- styrene계 분산제가 가장 우수한 안정성을 나타내며 이때 침전발생이 거의 일어나지 않았다. 이것은 분산제의 입체효과에 의하여 염료입자들 간의 응집을 효율적으로 방지하기 때 문이다.
4) 분산액의 점도 조절이 잉크 배합시가 장 중요한 기술 중 하나인데, 피에조 방식에 적합한 10 cPs 이상의 점도를 얻기 위하여 점증제로서 xanthan gum이 가장 효율적이며, 0.8% 이상의 희석액을 잉크무게 대비 5% 이상을 가입하여야 한다.
0% 희석액인 경우에도 잉크용액의 5% 이상을 가입하여야 점도가 10 cPs 이상으로 증가하였다. 다음으로 두 번째 점증제인 Mey gum을 사용한 잉크의 점도 변화실 험 결과를 Fig. 6에 정리하였는데, xanthan gum과 는 달리 5.0% 미만의 희석액을 사용하면 잉크 점 도 5 cPs 이상을 얻을 수가 없었고, 7.0% 희석 수용액을 사용하여 잉크용액의 5% 혹은 7% 가입시 6 cPs 이상으로 점도가 증가하였다. 하지만 xanthan gum과 비교할때 점증효과는 상대적으로 매우 낮았다.
반면에 나머지 5종의 분산제인 경우 70% 이상의 수치를 나타내고 있는데, 이 중에서 분산제 F는 95%이상의 높은 분산 안정성을 가진 것으로 평가되었다. 또한 동일한 polystyrene계인 분산제 A와 분산제 F를 비교해 보면, 분산제 A가 분산제 비율에 따라 72% 및 77%의 낮은 분산 안정성을 보여 주고 있는데, Table 2에 정리된 것과 같이 두 분산제의 가장 큰 차이점은 분자량이며, 분산제 F가 분산제 A 대비 약 2배의 분자량을 가진다. 일반적으로 분산제가 분산액의 안정성에 미치는 가장 중요한 두 가지 요인이 electrostatic repulsion 및 steric stabilization 인데1즈, 높은 분자량의 분산제 F가 분산제 A 보다 상대적으로 염료입자를 효율적으로 둘러싸 염료입 자간의 응집현상을 억제하는 에너지 장벽을 보다 높게 형성하는 것으로 판단된다.
특히, 분산제 B인 경우 분산제 비율 50% 및 67% 경우 모두 원심분리 후 잉크상층의 염료성분이 원심분리 전 대비 40%이하의 아주 낮은 비율을 나타내어 저장안정성이 가장 떨어졌다. 반면에 나머지 5종의 분산제인 경우 70% 이상의 수치를 나타내고 있는데, 이 중에서 분산제 F는 95%이상의 높은 분산 안정성을 가진 것으로 평가되었다. 또한 동일한 polystyrene계인 분산제 A와 분산제 F를 비교해 보면, 분산제 A가 분산제 비율에 따라 72% 및 77%의 낮은 분산 안정성을 보여 주고 있는데, Table 2에 정리된 것과 같이 두 분산제의 가장 큰 차이점은 분자량이며, 분산제 F가 분산제 A 대비 약 2배의 분자량을 가진다.
일반적으로 분산제가 분산액의 안정성에 미치는 가장 중요한 두 가지 요인이 electrostatic repulsion 및 steric stabilization 인데1즈, 높은 분자량의 분산제 F가 분산제 A 보다 상대적으로 염료입자를 효율적으로 둘러싸 염료입 자간의 응집현상을 억제하는 에너지 장벽을 보다 높게 형성하는 것으로 판단된다. 분산염료를 사용한 기존의 상업화된 잉크를 원심분리 방법으로 저장 안정성 평가 시 90% 이상의 분산 안정성을 나타내면 매우 우수한 것으로 판단되는 사실을 감안할 때, 본 연구에서 발굴된 분산제 F는 분산 안정성 측면에서 보다 진일보한 물성 개선효과를 이룬 것으로 사료된다.
Disperse Red 60을 8시간 밀링한 후 측정한 평균입도이다. 분산제 B를 제외한 나머지 분산제 5종인 경우 거의 유사한 평균 입자 크기 분포를 보였으며, 특히 분산제 F를 염료대비 50% 사용시 가장 미세한 158nm의 평균입도를 나타내었다. 분산제 B인 경우 420nm 이하의 미세입 자화는 진행되지 않았다.
분산제 B인 경우 420nm 이하의 미세입 자화는 진행되지 않았다. 분산제 사용비율에 따른 염료 평균입도는 큰 차이를 보이진 않았으나, 분산제의 비율이 높아질수록 평균입도가 전반적으로 약간 커지는 경향을 보이고 있다. 이는 과량의 분 산제 사용시 분산제가 염료입자를 분쇄하는 것보 다는 분산제 입자들 간의 작용이 오히려 많아져서 분쇄효율이 떨어지는 것으로 판단된다.
반면에, 분산제 F인 경우 21일 저장 후에도 염료성분의 침전이 거의 발생하지 않았다. 이는 원심분리 방법에 의하여 평가된 분산 안정성 결과(Fig. 2 및 Fig. 3)와 정확하게 일치하는 결과로서, 동일한 polystyrene계 분산제이지만 분자량의 차이가 잉크의 저장안정성 에 결정적인 영향을 주는 것으로 판단된다. Fig 2 및 Fig.
5에 나타냈다. 전반적으로 xanthan gum의 사용량이 많아질수록 잉크 점도가 지속적으로 증가하였으나, 0.8% 미만의 xanthan gum 희석 수용액은 원하는 10 cPs 이상의 점도를 얻을 수가 없었다. 0.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

폴리에스터용 잉크젯 잉크의 분산안정성 개선에 관한 연구
Improvement of Dispersion Stability of Ink-jet Ink for Polyester Fiber 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

폴리에스터용 잉크젯 잉크의 분산안정성 개선에 관한 연구 Improvement of Dispersion Stability of Ink-jet Ink for Polyester Fiber 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

최재홍 (22) 지병철 (30)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

폴리에스터용 잉크젯 잉크의 분산안정성 개선에 관한 연구
Improvement of Dispersion Stability of Ink-jet Ink for Polyester Fiber 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper