KR0138598B1 - 전자사진용 토너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바인더수지, 하전제어제 및 착색제를 필수 구성성분으로 하는 토너(A)에 하전제어제와 유동성부여제의 비가 5-25:95-75의 중량비로 혼합된 혼합물(B)를 조성비(A):(B)=100:0.1-3.0으로 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]

전자사진용 토너

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 전자사진용 토너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대전안정성이 우수하고, 장기간 사용시에도 내구성이 우수한 전자사진용 토너에 관한 것이다.

지금까지의 전자사진공정으로는 미합중국 특허 2,297,691과 3,666,363 및 4,071,361호에 기재되어 있는 것들을 포함하여 여러가지 방법의 전자사진공정들이 알려져 있다.

일반적으로는 광도전성 물질을 이용하여서, 다양한 방법을 통하여 감광체 위에 정전기적 잠상을 형성시킨 후, 종이 등의 전사재료에 토너화상을 전사시키고, 가열, 압력 등의 방법으로 정착을 시켜서 복사물을 얻는다.

정전잠상을 토너를 이용하여 가시화시키는 방법도 여러가지가 있는데, 예를 들면 미합중국 특허 2,618,552에 기재된 캐스케이드 현상법(cascade development), 미합중국 특허 2,874,063에 기재되어 있는 자기 브러쉬현상법(magnetic brush development) 및 미합중국 특허 3,909,258에 기재된 도전성 자성토너를 이용한 방법 등 다수의 현상법들이 알려져 있다.

이러한 현상방법에 적용되는 토너로는 일반적으로 열가소성 수지에 착색제 등을 혼합분산시킨 후, 미세한 입자로 만든 것이 사용된다.

열가소성 수지로는 폴리스티렌계 수지가 가장 많이 사용되고 있지만 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 등도 사용된다.

착색제로는 카본블랙이 가장 폭넓게 사용되며, 자성토너의 경우에는 산화철계의 흑색 자성분이 많이 사용된다.

소위 2성분계 현상제를 이용하는 경우에는 토너를 철분, 페라이트(ferrite) 등의 캐리어(carrier)와 혼합시켜 사용한다.

토너상을 종이와 같은 전사재료에 영구적으로 정착시키는 정착공정에는 열을 이용한 장치가 가장 많이 사용된다.

일반적으로 현상제가 토너와 캐리어로 된 2성분계의 현상방법에 의한 현상제는 캐리어와의 마찰에 의해 토너를 일정수준의 대전량과 극성을 갖게 대전시켜서, 정전인력을 이용하여 정전잠상을 가시화한다.

따라서 양호한 가시화상을 얻기 위해서는 주로 캐리어와의 관계에서 토너의 마찰대전성이 양호한 것을 필요로 한다.

우수한 마찰대전성을 갖는 토너를 만들기 위해서는 여러 종류의 하전제어제와 유동성 부여제 등을 사용하여 바인더 수지를 개량시킨 방법들이 많이 연구되어져 있다.

하전제어제를 첨가하는 방법에는 여러가지가 제안되어 있다.

예를 들면, 토너를 제조할 때에 바인더 수지와 착색제와 함께 하전제어제를 첨가하는 방법이 있다. 하지만 이 방법은 하전제어제의 균일한 분산을 시키기 어렵다.

또한 실질적으로 대전성에 기대하기 위해서는 토너 입자표면 근처로 하전제어제들이 분포하고 있어야 한다. 이는 토너입자 내부에 존재하는 하전제어제는 대전성에 기여하지 않기 때문에 하전제어제의 첨가량과 표면으로의 분산량 등을 조절하기가 매우 어렵다.

따라서 이렇게 만들어진 토너들은 마찰 대전량이 불안정하며 화상농도가 일정하지 않게 되며, 비화상부에 토너에 의한 오염이 발생하게 된다.

본 발명의 목적은 위에서 기술한 바와 같이 하전제어제가 토너 입자 표면 근처에 분포하지 않아서 생기는 마찰 대전량의 불안정한 문제를 해결한 전자사진용 토너를 제공하는 데에 있다.

즉, 본 발명은 온,습도 등의 환경변화에도 항상 안정한 마찰대전성을 갖는 전사자사진용 토너를 제공하고, 비화상부에도 토너에 의한 오염이 발생하지 않아서 선명한 화상특성을 가지며, 내구성이 우수한 전자사진용 토너를 제공하는 데에 있다.

본 발명자들은 전자사진용 토너의 대전성의 안정화에 관하여 예의 검토한 결과, 하전제어제와 유동성 부여제를 미리 일정한 비율로 혼합한 후 얻은 혼합물을 분쇄로 얻어진 토너와 다시 일정 비율로 혼합하면 안정한 마찰대전성을 갖고 비화상부에도 토너에 의한 오염이 발생되지 않는 것을 발견하여서 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 전자사진용 토너는 바인더 수지와 하전제어제 및 착색제를 필수 구성성분(A)으로 하며, 하전제어제와 유동성 부여제의 비가 5-25:95-75의 중량비로 혼합시킨 후 얻어진 혼합물(B)을 다시 아래와 같은 조성비로 혼합한 것을 특징으로 한다.

(A):(B)=100:0.1-3.0

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 쓰인 바인더 수지로는, 스티렌, 클로로스티렌, 비닐스티렌 등의 스테린류; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 이소프렌 등의 모노올레핀; 프로피온산 비닐, 안식향상 비닐 등의 비닐에스테르; 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산부틸, 아크릴산도데실, 아크릴산옥틸, 아크릴산페닐, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산부틸, 메타크릴산도데실 등의 α-메틸렌지방족 모노카르복실산의 에스테르; 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르, 비닐부틸에테르 등의 비닐에테르; 비닐메틸케톤, 비닐헥실케톤, 비닐이소프로페닐케톤 등의 비닐케톤 등의 단독 중합체 혹은 공중합체가 사용 가능하며, 특히 대표적인 바인더 수지로는 폴리스티렌, 스티렌-아크릴산알킬 공중합체, 스티렌-아크릴로 나이트릴 공중합체, 스티렌 부타디엔 공중합체, 스티렌-무수 말레인산 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌을 들 수 있으며 그 밖에 폴리에스테르, 폴리우레탄, 에폭시수지, 실리콘수지, 폴리아미드, 변성로진, 파라핀류도 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 사용 가능한 하전제어제로는 다음의 것을 들 수 있다.

토너를 부대전성으로 제어하려면 아래와 같은 것을 사용하면 된다. 예를 들면, 금속착체, 킬레이트화합물이 유효하며, 모노아조금속착체, 아세틸렌 아세톤금속착체, 방향족히드록실 카르복실산, 방향족디카르복실산계의 금속착체가 있다.

그밖에, 방향족 히드록실 카르복실산, 방향족 모노 및 폴리카르복실산과 그의 금속염, 무수물, 에스테르류, 비닐페놀 등의 페놀유도체류가 있다.

토너를 정대전성으로 제어하려면 아래와 같은 것을 사용하면 된다.

니그로신 및 지방산 금속염 등에 의한 변성물, 트리부틸헥실 암모늄-1-히드록시-4-나프타설폰산염, 테트라부틸암모늄테트라플로로보레이트 등의 4급 암모늄염, 고급지방산의 금속염, 아세틸렌아세톤 금속착체, 이것을 단독 혹은 2종류 이상 조합하여 사용할 수 있다.

이들중에서도 니그로신계, 4급 암모늄염 등이 특히 좋다.

또한 열롤러정착시에 이형성을 양호하게 할 목적으로 저분자량 폴리에틸렌, 저분자량 폴리프로필렌, 마이크로크리스탈린왁스, 카누바왁스, 파라핀왁스 등의 왁스 물질을 바인더 수지 100중량부에 대하여 0.5-5중량부 정도를 토너에 첨가하면 더욱 좋다.

그리고 본 발명의 토너는 2성분계 현상제로 사용될 경우에는 캐리어 분말과 혼합하여 사용하면 된다.

이 경우에는 토너와 캐리어와의 혼합비를 캐리어 100중량부에 대해 토너 1-20중량부, 좋게는 2-10중량부, 더더욱 좋게는 3-5중량부를 사용하면 된다.

본 발명에 사용되는 캐리어는 공지의 것이 사용가능하다.

예로는 철분, 페라이트, 니켈 등 자성을 지닌 분체, 그리스비드 등 및 그것의 표면에 불소계 수지, 비닐계 수지 혹은 실리콘계 수지 등으로 처리한 것을 들 수 있다.

그리고 본 발명의 토너는 자성재료를 함유시킨 자성토너로도 사용할 수 있다.

이 경우 자성재료는 착색제의 역할을 겸한다.

본 발명의 자성토너 중에 함유되는 자성재료로서는, 마그네타이트, 헤마타이트, 페라이트 등의 산화철; 철, 코발트, 니켈 등의 금속 또는 그들의 금속 알루미늄, 금속합금 등을 말할 수 있다.

이러한 강자성체는 평균입자가 0.1-1μm, 좋게는 0.-10.4μm 정도의 것이 좋으며, 토너중에 함유되는 양은 바인더 수지 100중량부에 대해서 30-180중량부, 특히 좋게는 50-130중량부가 좋다.

본 발명의 토너에 사용되는 착색제로서는 임의의 적당한 안료 또는 염료 등이 있다.

예를 들면 카본블랙, 아닐린블랙, 아세틸렌블랙, 나프탈린옐로우, 아닐린블루, 크롬옐로우, 프탈로시아닌블루 등이 있다.

이것은 정착화상의 화상농도를 유지하는 데에 필요충분한 양이 사용된다.

즉, 수지 100중량부에 대하여 0.5-10중량부, 좋게는 2-8중량부를 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 사용된 유동성 부여제는 소수성 실리카로 한정되며, 이 사용된 소수성 실리카미분말은 BET법으로 측정한 비표면적이 80-350m²/g의 범위내의 것이 좋은 결과를 얻을 수 있었다.

앞에서 말한 하전제어제와 유동성부여제를 중량비가 5-25:95-75가 되게 미리 헨셀 믹서로 고속회전하여 혼합을 한 혼합물(B)을 얻는다.

이렇게 얻은 혼합물 미분체는 트리보전하량의 절대값이 100μC/g에서 400μC/g이 된다.

하전제어제와 유동성 부여제의 중량비가 이들 범위를 벗어나면 대전량이 떨어지거나, 내구 특성에 지장을 초래한다.

본 발명의 전자사진용 토너를 제조하는 방법은 바인더 수지, 착색제, 하전제어제 그 밖에 첨가제 등을 헨셀믹서, 볼-밀 등의 혼합기에 의해 충분히 혼합을 시킨 후, 가열 롤, 니더, 밴버리 믹서 등의 열혼련기를 이용하여 용융혼합한다.

용융혼합시 바인더 수지, 염료, 안료 또는 자성체 등이 잘 분산될 수 있게 하여야 한다.

용융혼합 후 냉각고화시킨 다음 분쇄 및 분급한 토너(A)를 얻는다. 여기서 얻어진 토너(A)에 하전제어제 및 유동성부여제의 혼합물(B)를 토너(A) 100중량부당 0.13.0중량부를 사용하는 것이 좋으며 더욱 좋기로는 0.2-2.0중량부를 사용하는 것이 좋다.

0.1중량부 미만이면 유동성이 나빠진다.

또한 3.0중량부 이상을 사용하면 원하는 마찰 대전량을 얻을 수 있지만 감광체 오염 등 내구특성을 저해한다.

위에서와 같이 형성된 본 발명의 전자사진용 토너는 마찰대전량이 안정하여 화상농도가 일정하게 되며, 비화상부에는 토너에 의한 오염이 발생하지 않게 되고, 온·습도 변화에도 안정한 마찰대전성을 지니며 내구성 또한 우수하다.

본 발명을 좀더 구체적으로 설명하기 위하여 다음의 실시에를 기술하지만 본 발명은 이들에 한정되지는 않는다.

실험에 사용한 외첨제는 표 1과 표 2와 같다.

소수성 실리카와 하전제어제를 표 1과 같이 칭량한 후 헨셀 믹서를 이용하여 고르게 분산이 될때까지 고속회전으로 혼합하였다.

1) 정대전성실리카(BET 비표면적 130m /g, 트리보전하량 250μC/g, 소수화 표면처리제:아민계 실리콘 오일)

1) 부대전성실리카(BET 비표면적 200m /g, 트리보전하량 175μC/g, 소수화 표면처리제:헥사메틸디실라젠)

[제조예 1]

스티렌-n-아크릴산 부틸 공중합체100중량부

(공중합중량비 8:2, 중량평균분자량(Mw)=45만)

자성체미분체(평균입자 0.2μm) 70중량부

정대전성하전제어제(니그로신계 염료) 2중량부

저분자량 폴리프로필렌(Mw=6,000) 4중량부

위의 혼합물을 140℃로 가열된 니더를 이용하여 용융혼합한 후 냉각시켜 조분쇄를 하고, 제트밀로 미분쇄 및 분급을 하여 체적평균 입경 10μm의 자성입자 분급분토너 Ⅰ을 얻었다.

[제조예 2]

스티렌-n-아크릴산 부틸 공중합체100중량부

(공중합중량비 8:2, Mw=45만)

카본블랙 5중량부

정대전성하전제어제(니그로신계 염료) 2중량부

저분자량 폴리프로필렌(Mw=6,000) 3중량부

위의 성분을 제조예 1과 같은 방법으로 하여 흑색입자 분급분토너 Ⅱ를 얻었다.

[제조예 3]

제조예 1과 동일하고 다만 정대전성 하전제어제 대신 부대전성 하전제어제(살리실산계 크롬착체)를 2중량부로 대체하여 자성입자 분급분 토너 Ⅲ을 얻었다.

[제조예 4]

제조예 2와 동일하고 다만 정대전성 하전제어제 대신 부대전성 하전제어제(살리실산계 크롬착체)를 2중량부로 대체하여 흑색입자 분급분 토너 Ⅳ를 얻었다.

[실시예 및 비교예]

표 1,2의 외첨제와 위에서 제조한 토너들을 일정한 비율로 하여 헨셀 믹서로 혼합한 후 복사나 프린트가 진행한 후의 화상농도 변화를 관찰하여으며 드럼오염과 비화상부의 오염도 관찰하여 표 3과 표 4에 나타내었다.

여기서 토너 Ⅱ와 Ⅳ에 대해서는 토너 5중량부에 대하여 페라이트 캐리어(입자경이 약 90μm) 100중량부와 혼합하여 사용하였다.

이렇게 제조된 여러가지 현상제를 토너 Ⅰ과 Ⅲ은 금성사 레이저빔 프린트 GLP-1250을 개조하여 측정하였으며, 토너 Ⅱ와 Ⅳ에 대해서는 금성사 복사기 GCM 8020으로 측정 평가하였다.

화상농도는 미국 맥배스사의 Reflection Densitometer RD-918기기를 이용하여 측정하였고 드럼오염이나 비화상부 오염은 육안으로 관찰하였다.

1) 외첨제 첨가량은 토너 100중량부에 대한 것임

드럼오염 및 비화상부 오염에서 ○의 의미는 오염이 없다는 뜻이고, △는 약간 있지만 무시할 정도를 의미하며 ×는 오염이 심한 것을 말한다.

표 3,4에서 보는 바와 같이 본 발명의 전자사진용 토너는 마찰대전량이 안정하여 온·습도 변화에도 안정한 마찰대전량을 지니며, 비화상부의 토너에 의한 오염 및 드럼 오염이 없어서 내구특성이 우수한 결과를 보였다.

Claims (9)

1. 바인더수지, 하전제어제 및 착색제를 필수 구성성분으로 하는 토너(A)에 하전제어제와 유동성부여제의 비가 5-25:95-75의 중량비로 혼합된 혼합물(B)를 조성비(A):(B)=100:0.1-3.0으로 혼합하여 제조된 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
2. 제1항에 있어서, 바인더수지는 폴리스티렌, 스티렌-아크릴산알킬 공중합체, 스티렌-아크릴로나이트릴 공중합체, 스티렌 부타디엔 공중합체, 스티렌-무수말레인산 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 에폭시수지, 실리콘수지, 폴리아미드, 변성로진, 파라핀류 임을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
3. 제1항에 있어서, 하전제어제는 금속착체, 킬레이트화합물, 니그로신 및 지방산 금속염으로 단독 혹은 2종류 이상 조합하여 사용함을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
4. 제1항에 있어서, 유동성부여제는 비표면적이 80-350m²/g(BET법으로 측정)인 소수성 실리카임을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
5. 제1항에 있어서, 혼합물(B)는 트리보 전하량의 절대값이 100μC/g∼400μC/g임을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
6. 제1항에 있어서, 착색제는 카본블랙, 아닐린블랙, 아세틸렌블랙, 나프탈린옐로우, 아닐린블루, 크롬 옐로우, 프탈로시아닌 블루임을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 착색제의 사용량은 수지 100중량부에 대하여 0.5-10중량부 임을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
8. 제1항에 있어서, 바인더수지 100중량부에 대해 30-180중량부의 자성재료를 추가로 함유할 수 있음을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
9. 제8항에 있어서, 자성재료는 평균입자경이 0.1-1μm인 것으로서 마그네타이트, 헤마타이트, 페라이트임을 특징으로 하는 전자사진용 토너.