KR0132293B1 - 자성토너 - Google Patents

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내용 없음

Description

자성토너

본 발명은 전자사진 방식의 복사에 사용하는 자성토너에 관한 것으로서, 특히 결착수지로서 강한 가교결합을 갖는 스티렌-아크릴레이트 공중합체가 함유되어 있고, 저분자량 폴리에틸렌왁스 및 에스테르화왁스가 첨가되어 있는 1성분계 자성토너에 관한 것이다.

일반적으로 전자사진 방식을 이용하는 복사장치에 있어서, 원본이 복사과정을 살펴보면, 감광체 표면에 현상된 정전잠상이 토너에 의하여 현상되어진 후에 이 토너가 종이 또는 필름등에 전사되고, 적절한 정착기구를 거쳐 원하는 복사본을 얻게 된다.

이 때 종이에 전사되어진 토너를 정착시키는 방식에는 크게 열정착, 압력정착, 용매증기정착등이 있으며, 그 중에서도 열정착방식이 가장 널리 이용되고 있다.

이러한 열정착방식은 토너가 전사되어진 종이가 가열로울러에 통과될 때, 토너성분중의 결착수지가 열에 의해 용융되면서 종이에 정착되는 것으로서, 열정착방식은 로울러의 표면과 토너가 직접 접촉하게 됨으로써 열효율이 우수하고, 정착속도가 빠르기 때문에 고속복사용 정착방식으로 적당하다.

그러나, 이러한 열정착 방식을 이용하는 경우 가열로울러 표면에 용융상태의 토너가 직접 접촉되기 때문에 현상되어진 토너의 상이 부분적으로 뭉쳐지거나, 로울러의 표면에 토너가 일부 부착되어 다음차례에 복사되는 종이의 불필요한 부분에 그 부착된 토너가 전사되기 때문에 종이를 오염시키는 등의 이른바 오프셋(Offset) 현상이 일어나기가 쉽다.

그러므로, 열정착방식을 이용한 복사장치에 있어서 선명한 상을 얻기 위해서는, 이러한 오프셋현상을 방지하는 것이 필수적이며, 그 방법으로 다음의 3가지가 일반적으로 이용되고 있다.

첫째, 가열로울러의 표면을 이형성이 우수한 실리콘고무 또는 플루오르플라스틱 등을 이용하여 제작한 가열로울러를 사용함으로써 이형성을 향상시키는 방법.

둘째, 가열로울러의 표면을 실리콘오일 등을 공급하여 도포시킴으로써 이형성을 증가시키는 방법.

셋째, 토너자체가 오프셋 방지능력을 보유하도록 제조하여 사용하는 방법등을 들 수 있다.

그러나, 이형성이 우수한 물질을 가열로울러의 표면물질로 사용하는 경우, 오프셋현상을 완전히 방지하는 것은 불가능하며, 어느 한도 이상의 온도에서는 역시 오프셋현상이 나타나게 된다.

또한, 실리콘오일을 공급하는 경우에도 실리콘오일이 증발함으로써 냄새가 발생하는 문제점을 갖고 있을 뿐아니라 별도의 오일공급장치가 부착되어야 하므로 정착설비가 복잡해지는 단점을 가지고 있다.

따라서, 근래에는 이형성이 우수한 물질을 이용한 가열로울러를 사용하는 동시에 토너의 열적성질을 개선시켜 줌으로써 높은 온도에서도 오프셋현상이 일어나지 않도록 하는 방법이 개발되어 이용되고 있다.

일반적으로 토너의 결착수지로 많이 사용되어온 대표적인 물질로는 스티렌호모폴리머, 폴리에스테르, 에폭시수지등을 들 수 있다. 이중 스티렌호모폴리머의 경우에는 가격이 저렴하다는 큰 장점을 지니고 있으나, 연화점이 높기때문에 열정착온도 구간이 좁은 단점을 가지고 있다.

반면에, 폴리에스테르는 연화점이 낮기 때문에 낮은온도에서도 정착이 가능하여 에너지소비를 줄일 수는 있으나, 오프셋 발생온도가 낮아 역시 열정착 온도구간이 좁은 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 전자사진 방식을 이용한 복사장치의 현상제로 사용되는 토너를 제조함에 있어, 강한 가교결합을 갖는 수지를 결착수지로 사용하고, 여기에 저분자량 폴리올레핀왁스 및 에스테르화왁스를 첨가하여 줌으로써, 높은 온도에서도 오프셋현상이 일어나지 않고 낮은 온도에서 열정착이 이루어지는 자성토너를 제조하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전자사진방식의 복사장치에 현상제로 사용되는 자성토너에 있어서, 결착수지로서 스티렌-아크릴레이트공중합체가 전체조성의 30~55중량%가 함유되어 있으며, 거기에 폴리올레핀왁스와, 에스테르화왁스가 각각 2~4중량% 함유되어 있는 자성토너를 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서 사용되는 결착수지로는 상당히 높은 온도에서 오프셋현상을 나타내고 유리전이온도가 비교적 높아서 토너의 보관시 보관상태가 양호한 장점을 지니는 스티렌-아크릴레이트 공중합체를 사용한다.

이 때 이러한 결착수지는 중량평균분자량(Mw)과 수평균분자량(Mn)의 비(D=Mw/Mn)가 5.0 이상으로 비교적 강한 가교결합상태를 이루고 있는 것이 적당하며, 특히 연화점은 100℃~170℃, 가장좋기로는 140℃ 정도되는 것이 효과적이다.

이는 연화점이 너무 낮아 100℃ 이하인 경우 분쇄공정시 과도하게 분쇄되어 오히려 미세입자가 감광체를 오염시키는 단점을 나타낼 수 있으며, 170℃ 이상으로 너무 높은 경우 정착과정에서 많은 에너지가 필요한 단점을 가지므로 140℃ 정도의 연화점을 갖는 수지를 사용하는 것이 가장 적당하다.

이러한 결착수지와 더불어 착색제를 첨가하여 원하는 색상을 나타내고, 1성분계 토너를 제조하기 위하여 공지의 자성분말을 첨가한다.

또한, 토너입자가 적절한 수준의 마찰대전량을 지니도록 전하조절제를 첨가한다.

또한, 본 발명에 따르면 낮은 온도에서 정착이 일어나도록 저분자량을 갖는 폴리올레핀왁스 및 에스테르화왁스를 첨가하는데, 이 때 사용되는 폴리올레핀왁스로는 예컨대 폴리에틸렌왁스, 폴리프로필렌왁스를 사용할 수 있다.

또한, 이들 2종의 왁스성분은 각각 2~4중량%로 사용하는 것이 좋지만, 전체 왁스성분이 6중량% 이하가 되도록 첨가하는 것이 가장 바람직한 물성을 나타내는 것으로 밝혀졌다.

이와 같은 본 발명에 따른 1성분계 자성토너로서 가장 적절한 자성토너의 구성성분비는 다음과 같다.

결착수지 30~55중량%

착 색 제 5~10중량%

자성분말 35~55중량%

전하조절제 1~5중량%

폴리올레핀왁스 2~4중량%

에스테르화왁스 2~4중량%

이러한 조성을 갖도록 각 물질을 적절히 혼합한후, 결착수지에 기타 물질이 효과적으로 분산되도록 하기 위하여 혼련기를 이용하여 용융혼련을 실시한다.

이 때 혼련온도가 결착수지의 연화점 부근일 때에는 우수한 혼련효과를 얻을 수 있으며, 이보다 온도가 지나치게 높은 경우에는 오히려 혼련효과는 저하된다.

이렇게하여 얻어진 혼합물을 강제급냉시킨다음, 입경 1~2mm 정도의 입자로 조분쇄한 후, 분쇄기(Jet Mill)를 사용하여 원하는 크기인 평균입경 10μm 내외 즉 5~20μm 범위의 입자로 구성된 토너분말을 제조한다.

이러한 미분쇄공정에서 5μm 이하인 토너입자가 5% 이하, 20μm 이상의 입자가 5% 이하가 되도록 분쇄를 실시하여야 한다. 왜냐하면 5μm 이하와 20μm 이상인 입자는 일반적으로 해상도에 악영향을 미쳐서 선명한 상을 얻기 힘들기 때문이다.

이렇게하여 제조된 토너는 그의 유동성을 향상시키기 위하여 소수성실리카를 이용하여 후처리를 실시한다. 후처리를 실시함에 있어 온도가 지나치게 증가하는 경우 토너표면에 부착되어 유동성 향상효과를 나타내는 실리카 입자가 결착수지 내부로 혼힙됨으로써 유동성 향상효과를 기대할 수 없으므로 후처리시의 온도는 60℃ 이하 특히 40℃ 이하로 하는 것이 효과적이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명한다.

[실시예 1]

표 1과 같은 조성을 갖도록 원재료를 혼합한 후 150℃에서 혼련기(Keneader)를 이용하여 용융혼련시킨다.

상기와 같은 조성으로 용융혼련되어 얻어진 혼합물을 급냉시킨 후, 1~2mm 크기의 입자로 조분쇄하고 이를 다시 분쇄기(Jet-Mill)를 사용해서 평균입경 10μm을 갖는 5~20μm 크기의 토너분말을 제조한다. 이렇게 하여 얻어진 토너분말의 유동성을 향상시키기 위하여 소수성실리카를 전체조성의 0.2중량%가 되게 첨가하여 40℃ 이하에서 후처리시킨다.

[실시예 2]

토너 결착수지로 스티렌-노말부틸메타크릴레이트(Mw≒440,000, Mw/Mn≒11.5, 연화점 150℃, 유리전이 온도 60℃)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시한다.

[실시예 3]

폴리에틸렌왁스 대신 폴리프로필렌왁스(일본 산요화성 Viscol 660P)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시한다.

[비교예 1]

폴리에틸렌왁스(High Wax 220P) 6중량%를 사용하고 에스테르화왁스는 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시한다.

[비교예 2]

폴리에틸렌왁스(High Wax 220P) 1중량%, 고체에스테르화왁스(Carnauba 2442) 5중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시한다.

이상과 같은 실시예와 비교예에 의해 제조된 자성토너의 성능평가를 위해 최저정착온도, 오프셋발생온도 및 보관성을 측정하였는바, 그 결과는 다음 표 2와 같다.

* 최저정착온도는 토너가 전사된 종이가 가열로울러를 통과한 후, 비벼보았을 때 정착상이 충분히 형성되어 토너가 묻어나오지 않는 온도로 정의하고, 가열로울러의 온도를 100℃부터 5℃ 간격으로 올리면서 측정하였다.

* 오프셋발생온도는 가열로울러의 온도를 상승시켰을 때 토너가 가열로울러 표면에 묻거나 상기 일그러지기 시작하는 온도로 정의하고 가열로울러의 온도를 5℃ 간격으로 올리면서 측정하였다.

* 토너의 보관성은 50℃, 절대습도 60% 하에서 48시간 처리시 토너분말의 뭉친상태를 관찰함으로써 측정하였다.

Claims (3)

1. 전자사진 방식의 복사장치에 현상제로 사용되는 자성토너에 있어서, 결착수지로서 스티렌-아크릴레이트 공중합체가 전체조성의 30~55중량% 함유되어 있으며, 거기에 폴리올레핀왁스와 에스테르화왁스가 각각 2~4중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 자성토너.
2. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀왁스로는 폴리에틸렌왁스 또는 폴리프로필렌왁스 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 자성토너.
3. 제1항에 있어서, 폴리올레핀왁스와 에스테르화왁스의 합이 전체조성물의 6중량 이내인 것을 특징으로 하는 자성토너.