KR0143796B1 - 정전하상 현상용 토너 및 화상 형성방법 - Google Patents

정전하상 현상용 토너 및 화상 형성방법

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KR0143796B1 KR1019950014104A KR19950014104A KR0143796B1 KR 0143796 B1 KR0143796 B1 KR 0143796B1 KR 1019950014104 A KR1019950014104 A KR 1019950014104A KR 19950014104 A KR19950014104 A KR 19950014104A KR 0143796 B1 KR0143796 B1 KR 0143796B1
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Abstract

본 발명은 적어도 결착 수지, 착색제 및 에스테르 왁스로 이루어지고, 상기 에스테르 왁스가 결착 수지 100중량부 당 3 내지 40중량부를 함유하고, 일반식 R1-COO-R2(여기서, R1및 R2는 독립적으로 탄소 원자수 15 내지 45인 탄화수소기를 나타냄)로 표시되는 에스테르 화합물로 이루어지고, 총 탄소 원자수가 동일한 에스테르 화합물을 50 내지 95중량% 함유하는 정전하상 현상용 토너에 관한 것이다. 본 발명의 토너는 저온 정착성, 넓은 비오프셋 온도범위, 양호한 색 혼합 특성 및 투명도를 특징으로 한다.

Description

정전하상 현상용 토너 및 화상 형상 방법
제1도는 나중에 기재하는 실시예1에서 얻은 토너 입자의 현미경적 도식 단면도.
제2도는 본 발명에 따른 화상 형성 방법의 일 태양을 수행하는데 적합한 화상 형성 장치의 도식도.
제3도 및 제4도는 각각 본 발명에서 사용되는 에스테르 왁스의 가스 크로마토그램.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:감광부재 2:대전롤러
2a:전도성탄성층 2b:코어금속
4:현상장치 5:중간전사부재
5a:중저항탄성층 5b:코어금속
6:피전사재료 7:전사롤러
11:정착장치
본 발명은 전자 사진법, 정전 기록법 등에 따른 토너상 형성에 적합한 정전하상을 현상하고, 피전사 재료 상에 토너상을 효율적으로 정착하기 위한 토너에 관한 것이다.
최근에 제안된 전색(full-color) 복사 장치에서는 4개의 감광 부재 및 벨트 전사 부재가 사용되고, 각 감광 부재 상에 형성된 정전하상이 각각 시안 (cyan)토너, 마젠타(margenta) 토너, 옐로우 토너 및 블랙 토너로 현상되며, 피전사 재료가 감광 부재와 벨트 전사 부재 사이에 이송되어 직로로 전사되는 전색 화상 형성방법 및 전사 수용 부재가 그립퍼와 같은 정전력 또는 기계력의 작용에 의해 감광부재에 대향하여 배치된 전사 부재의 표면 둘레로 권취되고, 현상-전사 단계가 4회 수행되는 전색 화상 형성 방법이 사용되고 있다.
상기 전색 복사 장치에 사용되는 토너는 양호한 색 재현성 및 오버헤드 프로젝터(OHP) 화상에 요구되는 투명성을 손상시킴이 없이 열압 정착 단계에서 각 색들간의 충분한 색 혼합 특성이 요구된다. 통상의 단색 복사 장치에 대한 블랙 토너와 비교하여, 전색 화상 현상용 토너는 바람직하게는 급격한 용융 특성을 갖는 저분자량 결착 수지로 이루어진다. 그러나, 통상의 급격한 용융 특성을 갖는 결착 수지는 단지 낮은 자체 부착력을 보이기 때문에 토너가 열압 정착 단계에서 고온 오프셋 방지 특성에 문제를 일으키기 쉽다. 단색 복사 장치를 위한 통상의 블랙 토너에서, 폴리에틸렌 왁스 또는 폴리프로필렌 왁스로 대표되는 비교적 높은 결정성을 갖는 왁스 성분은 예를 들면 일본국특허 공고 제52-3304호, 동 제52-3305호 및 일본국 특허 공개 제57-52574호에 제한된 바와 같이 이형제로 사용된다. 그러나, 전색 화상 형성용 토너에서, 이형제 자체의 높은 결정성 또는 OHP 지로부터의 굴절률의 차이로 인하여, 투영상의 투명성이 손상되어 표화도 및 휘도가 낮은 투영상이 얻어진다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 일본국 특허 공개 제4-149559호 및 동제 4-107467호에서는 왁스의 결정성을 저하시키기 위해 왁스와 함께 핵형성제를 사용하는 것이 제안되었다. 또한, 저 결정성 왁스의 사용이 일본국 특허 공개 제4-301853호 및 동 제5-61238호에 제안되었다. 비교적 양호한 투명성 및 낮은 융점을 갖는 왁스로서, 몬탁 왁스는 일본국 특허 공개 제 1-185660호, 동 제1-185661호, 동 제1-185662호, 동 제1-185663호 및 동 제1-238672호에 공지되어 사용되는 것이 제안되었다. 그러나, 이들 왁스는 OHP지에 대한 투명성 및 저온 정착성 및 열압 정착에서 필요한 고온 오프셋 방지 특성을 충분히 충족시키지 못한다. 이러한 이유로, 통상의 칼라 토너 에서, 이형제의 사용은 최소화되고, 고온 오프셋 방지 특성 및 OHP 에 대한 투명성을 향상시키기 위해 열정착 롤러 상에 실리콘유 또는 불소함유 오일 등의 오일을 사용하여 왔다. 그러나, 상기 정착 화상은 그의 표면에 과잉의 오일을 보유한다. 또한, 오일은 감광 부재에 달라 붙어 더럽히고, 정착 롤러를 팽창시켜 정착 롤러의 수명을 단축시킨다. 또한, 정착 화상 상의 오일 줄무늬를 방지하기 위해 정착롤러 상에 균일하고 일정 속도로 오일을 공급하는 것이 필요함에 따라, 보다 큰 정착 장치를 요구하는 경향이 있다.
이로 인하여, 고온 오프셋 방지용 오일을 사용하지 않거나, 약간 사용하여 열 정착 수단에서 오프셋을 효과적으로 방지할 수 있고, 투명성이 우수한 정착 화상을 제공할 수 있는 토너를 제공하는 것이 요망된다.
본 발명의 일반 목적은 정전하상 현상용 토너 및 상기 언급한 문제를 해결하는 화상 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 목적은 투명성이 우수한 OHP지를 제공할 수 있고, 고온 오프셋 방지 특성이 우수한 정전하상 현상용 토너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 저온 정착성이 우수한 정전하상 현상용 토너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 블록킹 방지 특성이 우수한 정전하상 현상용 토너를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 적어도 결착 수지, 착색제 및 에스테르 왁스로 이루어지고, 상기 에스테르 왁스가 결착 수지 100중량부 당 3 내지 40중량부를 함유하고, 일반식 R1-COO-R2(여기서, R1및 R2는 독립적으로 탄소 원자수 15 내지 45인 탄화수소기를 나타냄)로 표시되는 에스테르 화합물로 이루어지고, 총 탄소 원자수가 동일한 에스테르 화합물을 에스테르 왁스의 50 내지 95중량% 함유하는 정전하상 현상용 토너를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 태양에 따르면, 정전하상 보유 부재 상에 정전하상을 형성하는 단계, 정전하상을 상기한 바와 같이 토너로 현상하여 정전하상 보유 부재 상에 토너상을 형상하는 단계, 토너상을 정전하상 보유 부재로부터 피전사 재료로 직접적으로 또는 중간전사 부재를 통하여 전사시키는 단계, 및 토너상을 피전사 재료 상에 열압하에 정착시키는 단계로 이루어지는 화상형성 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 잇점은 첨부 도면과 함께 다음에 기재하는 바람직한 실시 태양을 참작하면 더욱 명료해 질 것이다.
저온 정착성 및 오프셋 방지 특성을 개선시키고, 투명성이 향상된 필름 상의 정착 화상을 제공하기 위해서, 토너는 일반식 R1-COO-R2(여기서, R1및 R2는 독립적으로 탄소 원자수 15 내지 45인 탄화수소기를 나타냄)로 표시되는 에스테르 화합물을, 총 탄소 원자수가 동일한 에스테르 화합물이 에스테르 왁스의 50내지 95중량%을 차지하는 비율로 함유한다.
탄소 원자수가 동일한 에스테르 화합물의 양은 가스 크로마토그래피(GC)로 측정될 수 있고, 본 명세서에서 기재하는 수치는 GC-17A(Shimazu Seisakusho K.K 사 제품)를 사용하여 다음의 방법에 따라 측정된 값이다.
사료를 미리 1중량% 농도로 톨루엔 중에 용해하여, 용액 1 μ1를 온-컬럼 주입기가 장착된 장치 내로 주입한다. 사용된 칼럼은 0.5mm 직경 × 10m 길이의 크기를 갖는 울트라 알로이(Ultra Alloy-1)(HT)이다. 칼럼은 먼저 40℃에서 200℃로 40℃/분의 속도로 가열한 후, 이어서 350℃까지 15℃/분, 이어서 450℃까지 7℃/분의 속도로 가열시킨다. 헬륨 가스는 담체 가스로서 50KPa의 압력으로 유동시킨다. 에스테르 화합물은 동일한 장치에 의해 미리 제조된 공지된 탄소 원자수를 갖는 알칸의 크로마토그램 및 그의 가스화 성분의 질량 스펙트럼 크로마토 그래피의 결과와 비교하여 확인된다. 에스테르 화합물의 함량은 시료왁스의 크로마토그램에서 피크의 총면적에 대한 그의 피크 면적의 비율로서 산출한다.
에스테르 왁스의 가스 크로마토그램의 한 예를 제3도에 나타내었다. 제3도는 에스테르 왁스가
1)CH3-(CH2)18-COO-(CH2)17-CH3및 CH3-(CH2)16-COO-(CH2)17-CH3로 표시되는 총탄소 원자수 38의 에스테르 화합물 약 0.6중량%
2)CH3-(CH2)18-COO-(CH2)19-CH3, CH3-(CH2)20-COO-(CH2)17-CH3, 및 CH3-(CH2)16-COO-(CH2)21-CH3로 표시되는 총 탄소 원자수 40의 에스테르 화합물 약 5.8중량%
3)CH3-(CH2)22-COO-(CH2)17-CH3, CH3-(CH2)18-COO-(CH2)21-CH3, 및 CH3-(CH2)20-COO-(CH2)19-CH3로 표시되는 총 탄소 원자수 42의 에스테르 화합물 약 19.0중량%
4)CH3-(CH2)22-COO-(CH2)19-CH3및 CH3-(CH2)20-COO-(CH2)21-CH3로 표시되는 총 탄소 원자수 44의 에스테르 화합물 약 72.9중량%, 및
5) CH3-(CH2)22-COO-(CH2)21-CH3로 표시되는 총 탄소 원자수 46의 에스테르 화합물 약 1.7중량%를 함유함을 보여준다.
이와 같이, 시료 에스테르 왁스는 주성분으로서, CH3-(CH2)20-COO-(CH2)21-CH3로 표시되는 총 탄소 원자수 44의 에스테르 화합물 약 72.6중량%를 함유함이 밝혀졌다.
본 발명에서 사용된 에스테르 왁스는 일반적으로 고급 알코올 성분 및 고급카르복실산 성분으로부터 합성된다. 고급 알코올 및 고급 카르복실산 성분은 대부분의 경우 천연 산물로부터 얻어지고, 일반적으로 탄소 원자수가 짝수인 성분의 혼합물로 구성된다. 혼합물이 그 자체로 에스테르화된 경우, 생성된 에스테르화 생성물은 목적 에스테르 화합물에 추가하여 유사 구조의 각종 부산물을 함유하여 얻어진 토너의 다양한 성능에 불리한 영향을 주기 쉽다. 이러한 이유로, 본 발명에서 사용된 에스테르 왁스는 출발 물질 및 생성물을 용매 추출 또는 감압 증류하여 수득할 수 있다.
동일한 탄소 원자수의 에스테르 화합물의 함량이 50중량% 미만인 경우, 복잡 다양한 결정 형태 및 고화점의 저하로 인하여 기본적으로 토너의 블로킹 방지 특성 및 현상 성능에 불리한 영향을 주기 쉽다. 보다 구체적으로, 단일 성분 현상계에서, 토너 융착이 현상 슬리브에 발생되기 쉬워, 슬리브의 원주 방향으로 연장하여 얻어지는 화상에서 줄무늬형 화상 결함을 발생시키기 쉽다. 또한, 2성분 현상계에서, 왁스에 기인하는 필름화가 감광 부재 표면 상의 담체 입자 상에 발생되기 쉬워, 토너 대전 마찰 전하를 감소시키고, 충분한 대전 마찰 전하를 연속적으로 제공할 수 없게 된다.
총 탄소 원자수가 동일한 에스테르 화합물은 바람직하게는 에스테르 왁스의 55 내지 95중량%, 보다 바람직하게는 60 내지 95중량%를 구성하여, 칼러 토너상의 양호한 투명성 및 소정의 색조를 제공한다. 상기한 동일 수(주 에스테르 화합물 중의 탄소 원자수)의 2 범위내의 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물이 바람직하게는 에스테르 왁스의 80 내지 95중량%, 보다 바람직하게 는 90 내지 95중량%을 함유하는 것이다.
총 탄소 원자수 44의 R1´-COO-R2´(여기서, R1´ 및 R2´ 은 독립적으로 탄소원자수 15 내지 45의 직쇄 장쇄 알킬기를 나타냄)로 표시되는 에스테르 화합물이 에스테르 왁스의 50 내지 95중량%를 차지하는 것이 특히 바람직하다.
R1-COO-R2로 표시되는, 에스테르 왁스를 구성하는 에스테르 화합물 중에서 포화된 탄화수소기, 특히 직쇄 알킬기인 R1및(또는) R2기를 포함하는 화합물이 바람직하다. 탄소 원자수 15 내지 45의 직쇄 알킬의 R1기 및 탄소 원자수 16 내지 44의 직쇄 알킬의 R2기를 포함하는 에스테르 화합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 에스테르 화합물의 바람직한 예로는 하기 일반식으로 표시되는 화합물을 들수 있다.
CH3(CH2)16COO(CH2)17CH3
CH3(CH2)18COO(CH2)17CH3
CH3(CH2)16COO(CH2)19CH3
CH3(CH2)18COO(CH2)19CH3
CH3(CH2)20COO(CH2)17CH3
CH3(CH2)16COO(CH2)21CH3
CH3(CH2)22COO(CH2)17CH3
CH3(CH2)18COO(CH2)21CH3
CH3(CH2)20COO(CH2)19CH3
CH3(CH2)22COO(CH2)19CH3
CH3(CH2)20COO(CH2)21CH3
CH3(CH2)22COO(CH2)21CH3
CH3(CH2)14COO(CH2)44CH3
CH3(CH2)27COO(CH2)21CH3
CH3(CH2)43COO(CH2)21CH3
에스테르 화합물 R1-COO-R2로 이루어지는 에스테르 왁스는 얻어진 토너의 저온 정착성 및 오프셋 방지 특성의 측면에서, ASTM D3418-8에 따라 얻어진 흡열곡선 상에서의 메인 피크 온도(이하 융점으로 명명함)가 바람직하게는 40 내지 90℃, 보다 바람직하게는 55 내지 85℃이다.
40℃미만의 융점을 갖는 에스테르는 약한 자체 접착력을 보여 열악한 고온 오프셋 방지 특성을 보이기 쉽다. 한편, 90℃를 초과하는 융점을 보이는 에스테르 왁스는 높은 정착 온도를 요구하여 정착상 표면을 적당히 평활시키기가 어렵고, 저하된 색 혼합 특성을 보이기 쉽다. 또한, 수용 매질 중의 입자형성 및 중합화를 포함하는 직접 중합화를 통하여 토너 입자를 제조하는 경우, 고융점을 갖는 에스테르 왁스는 침전되기 쉽고, 명확한 입도 분포를 제공하기 어렵게 만든다.
ASTM D3418-8에 따른 융점 측정은 시차 주사 열량계(예를 들면, Perkin Elmer Co.의 제품인 DSC-7)를 사용하여 수행될 수 있다. 검출기의 온도 보정은 인듐 및 아연의 융점을 사용하여 수행할 수 있고, 열용량 보정은 인듐의 용해열을 사용하여 수행할 수 있다. 사료는 알루미늄 팬 중에 위치시키고 빈 팬을 참조용으로 준비한다. 측정은 10℃/분의 온도 상승률로 수행될 수 있다.
본 발명에서 사용된 에스테르 왁스는 바람직하게는 0.5 내지 5.0의 경도를 갖는다. 본 명세서에서 언급하는 경도는 동적 초미세 경도계(DHU-200, Simazu Swisakusho K. K 제품)에 의해 측정되는 직경 20mm 및 두께 5mm의 원통형 펠렛으로 성형한 에스테르 왁스 시료의 비커즈(Vickers) 경도를 가리킨다. 측정은 0.5g의 부하 및 9.67 mg/초의 부하 속도하에서 수행되어 10um의 변위를 발생시키며, 이어서 15초 동안 유지시켜 생성된 공동의 형상을 측정하여 비커즈 경도를 특정한다.
0.5 미만의 경도를 갖는 에스테르 왁스는 정착 압력 및 공정 속도에 크게 의존하는 정착 성능을 보임에 따라, 열악한 고온 오프셋 방지 특성을 제공하기 쉽다. 한편, 5.0을 초과하는 경도는 토너의 낮은 저장 안정성 및 에스테르 왁스 그 자체의 낮은 자체 접착력을 유도하여, 낮은 고온 오프셋 방지 특성을 제공한다.
에스테르 왁스는 바람직하게는 200 내지 2,000 보다 바람직하게는 300 내지 1,000의 중량 평균 분자량(Mw), 및 150 내지 2,000 보다 바람직하게는 250 내지 1,000의 수 평균 분자량(Mn)을 갖는다. Mw가 200 미만이고, Mn이 150 미만인 경우, 얻어진 토너는 낮은 블록킹 방지 특성을 갖기 쉽다. Mw가 2,000을 초과하고, Mn이 2,000을 초과하는 경우, 에스테르 왁스 그 자체는 결정이 커지고, 투명성이 저하되기 쉽다.
왁스의 분자량 분포는 예를 들면, 하기 조건하에서 GPC(겔 투과 크로마토그래피)에 의해 측정한 것에 기초하여 얻을 수 있다.
장치: GPC-150C(Waters Co. 제품)
칼럼: GMH-HT 30 cm-바이너리(Toso K. K 제품)
온도:135℃
용매: 0.1%의 이오놀을 함유하는 0-디클로로벤젠
유속:1.0 ml/min
시료: 0.15% 시료 1.4 ml
상기 GPC측정에 기초하여, 시료의 분자량 분포는 일단 단분산 폴리스티렌 표준 시료에 의해 만들어진 검량 곡선에 기초하여 얻고, 마르크-하우윙크(Mark-Houwink) 점도식에 기초한 전환식을 사용하여 폴리에틸렌의 분포에 대응하는 분포로 재산출한다.
에스테르 왁스는 시트의 이중 또는 양면 상에 정착성을 얻는 경우에 있어서, 결착 수지 100중량부 당 3 내지 40중량의 양으로 첨가될 수 있다. 양면-정착면에서, 정착상은 전사지 시트의 제1면 상에 형성시킨 후, 추가 정착상을 시트의 제2면 상에 형성시킨다. 이 경우, 1회 정착된 포면 토너상은 재차 정착 장치를 통과함으로, 토너의 고온 오프셋 방지 특징에 더욱 주의가 요구된다. 또한, 상기 목적을 위해서, 본 발명에 따른 토너는 바람직하게는 비교적 다량의 에스테르 왁스를 함유할 수 있다.
3 중량부 미만인 경우, 고온 오프셋 방지 특성을 저하되기 쉽고, 양면 정착방법에서, 제2면의 화상은 오프셋이 발생되기 쉽다. 40중량부를 초과하는 경우, 융착이 분쇄 공정에 따른 토너 제조 장치에서 발생되기 쉽다. 또한, 증합 공정에 따른 토너 제조에서, 토너 입자 형성 단계 중의 토너 입자의 결합이 발생되어 넓은 입자 분포를 갖는 토너를 생성하기 쉽다. 또한, 40중량%를 초과하는 경우, 토너는 낮은 내구성을 보이기 쉽다.
에스테르 왁스의 3 내지 40중량부, 바람직하게는 5 내지 35중량부를 함유하는 토너는 감광 부재 상의 상기 토너 입자로 형성된 현상된 토너상이 중간 전사부재로 전사되고, 중간 전사 부재 상의 토너상이 전압이 공급되는 전사롤러가 접착하여 위치하는(보통지와 같은) 피전사 재료 상으로 정전하적으로 전사되고, 피전사 재료 상의 토너상이 열압 인가 수단에 의해 재료 상에 정착되는 전색 화상 방법에서, 감광 부재 또는 중간 전사 부재 상으로의 억제된 토너 융착 및 필름 형성을 보일 수 있다.
본 발명에서, 결착 수지는 스티렌-(메트)아크릴레이트 공증합체, 폴리에스 테르 수지, 에폭시 수지 및 스티렌-부타디엔 공중합체와 같은 각종 수지로 이루어진다.
중합화 공정을 통하여 토너 입자를 직접 제조하는 경우, 단량체는 바람직하게는 비닐계 단량체일 수 있으며, 그 예로는 스티렌 및 그의 유도체 예를 들면, 스티렌, o-, m- 또는 p-메틸스티렌 및 m- 또는 p-에틸스티렌;(메트)아크릴산 에스테르 예를 들면, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트, 옥틸 (메트)아크릴레이트도데실 (메트)아크릴레이트, 도데실(메트)아크릴레이트, 2-에틱헥실 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 베헤닐 (메트)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트, 및 디에틸아미노에틸 (메트)아크릴레이트; 부타디엔; 이소프렌; 시클로헥센; (메트)아크릴로니트릴 및 아크릴아미드를 들 수 있다. 이들 단량체는 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.
상기 단량체는 40 내지 75℃의 이론적 유리 전이점(Tg)(POLYMERT HANDBOOK, 제2판, III-p139-192: John Willey Sons Co. 발행)이 제공되도록 단독으로 또는 적당한 혼합물로서 사용될 수 있다. 이론적 유리 전이점이 40℃미만인 경우, 얻어진 토너 입자는 저장 안정성 및 내구성이 낮다. 한편, 이론적 유리 전이점이 75℃를 초과하는 경우, 토너 입자의 정착 온도는 증가됨으로써 각각의 토너 입자는 전색 화상 형성의 경우 불충분한 색 혼합 특성을 갖는다. 그 결과로서, 얻어진 토너 입자는 불량한 색 재현성을 가지며, OHP 필름 화상의 투명성이 저하되어 바람직하지 못하다.
본 발명에서, 결착 수지의 분자량 분포는 다음과 같이 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정될 수 있다. 토너 입자는 미리 속슬레 추출기를 사용하여 20시간 동안 톨루엔으로 추출한 후, 추출액으로부터 용매(톨루엔)을 증류 제거하여 고상물을 회수한다. 에스테르 왁스가 용해되지만, 결착 수지가 용해되지 않는 유기 용매(예를 들면, 클로로포름)를 고상물에 첨가하고, 이와 함께 충분히 세척하여 잔류 생성물을 얻는다. 잔류 생성물은 테트라히드로푸란(THF) 중에 용해시켜 0.3um의 공극 크기를 갖는 내용매성 막 필터를 사용하여 여과하여 시료 용액(THF 용액)을 수득한다. 시료 용액은 A-801,802,803,804,805,806 및 807의 칼럼(Showa Denko K. K)을 조립하여 사용하여 GPC 장치(GPC-150C, Waters Co.사 제품)에 주입한다. 시료분자량 및 그의 분자량 분포의 확인은 단분산 폴리스티렌 표준 시료를 사용하여 얻은 검량선에 기초하여 수행한다. 본 발명에서, 결착 수지(THF 용해성)는 바람직하게는 5,000 내지 1,000,000의 수 평균 분자량(Mn) 및 2 내지 100의 중량 평균 분자량(Mw) 대 Mn의 비(Mw/Mn)의 비를 가진다.
본 발명에서, 에스테르 왁스는 결착 수지내 포함되는 것이 특히 바람직하다. 이러한 목적을 위해서, 토너 입자 중에 극성 수지를 첨가하는 것이 특히 바람직하다. 상기 극성 수지의 바람직한 예로는 스티렌-(메틸)아크릴레이트 공중합체, 말레산 기재 공중합체, 포화 폴리에스테르 수지 및 에폭시 수지를 들 수 있다. 극성 수지는 특히 바람직하게는 결착 수지 또는 비닐 단량체로 구성된 결착 수지와 반응시킬 수 있는 불포화기를 포함하지 않을 수 있다. 이는 극성 수지가 불포화기를 갖는 경우, 불포화기가 비닐 단량체와 가교 반응할 수 있기 때문이며, 따라서, 불량한 색 혼합 특성을 보이는 토너를 제공하는 결착 수지를 생성한다.
본 발명에서 사용된 착색제의 예로는 블랙 착색제, 옐로우 착색제, 마젠타착색제 및 시안 착색제를 들 수 있다.
블랙 착색제의 예로는 카본 블랙, 자성 물질, 및 하기하는 바와 같은 옐로우/마젠타/시안 착색제의 색혼합에 의해 블랙을 나타내는 착색제를 들 수 있다.
옐로우 착색제의 예로는 축합 아조 화합물, 이소인돌리논 화합물, 안트라퀴논 화합물, 아조 금속 착물, 메틴 화합물 및 아릴아미드 화합물을 들 수 있다. 이들의 구체적 예로는 C.I. 피그먼트 옐로우 12, 13, 14, 15, 16, 17, 62, 74, 83, 93, 94, 95, 109, 110, 111, 120, 127, 128, 129, 147, 168, 174, 176, 180, 181, 및 191을 들 수 있다.
마젠타 착색제의 예로는 중합 아조 화합물, 디케토피롤피를 화합물, 안트라퀴논 화합물, 퀸아크리돈 화합물, 염기성 염료 레이크 화합물, 나프롤 화합물, 벤즈이미다졸 화합물, 티오인디고 화합물, 페릴렌 화합물을 들 수 있다.
이들의 구체적 예로는 피그먼트 레드 2, 3, 5, 6, 7, 23, 48:2, 48:4, 57:1, 81:1, 144, 146, 166, 169, 177, 184, 185, 202, 206, 220, 221 및 254를 들수 있다.
시안 착색제의 예로는 구리 프랄로시아닌 화합물 및 그의 유도체, 안트라퀴논 화합물 및 그의 유도체, 안트라퀴논 화합물 및 염기성 염료 레이크 화합물을 들 수 있다. 그의 구체적 바람직한 예로는 C. I. 피그먼트 블루 1, 7, 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 60, 62 및 66를 들 수 있다.
이들 착색제는 단독으로 또는 2종 이상을 조합한 혼합물로서 또는 고상 용액의 상태로 사용될 수 있다. 상기 착색제는 색조, 색 포화, 색도, 내후성, OHP 필름의 투명성, 및 토너 입자 중의 분산성의 측면에서 적당히 선택한다. 상기 착색제는 바람직하게는 결착 수지 100중량부 당 1 내지 20중량부의 비율로서 사용될 수 있다. 자성 물질로 이루어지는 블랙 착색제는 다른 착색제와는 달리 바람직하게는 결착 수지 100중량부 당 40 내지 150중량부의 비율로서 사용될 수 있다.
본 발명에서 필요할 경우 사용되는 전하 조절제는 바람직하게는 무색이며 보다 높은 대전 속도 및 소정의 전하량을 안전하게 보유할 수 있는 특성을 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 토너 입자를 제조하기 위한 직접 중합을 사용하는 경우, 전하 조절제는 특히 바람직하게는 중합 억제 성질이 없고, 수용성 매질 중에 용해되는 성분을 함유하지 않는 것이다.
본 발명에서 사용된 전하 조절제는 음 전하형 또는 양 전하형일 수 있다. 음 전하 조절제의 구체적 예로서는 살리실산, 알킬살리실산, 디알킬살리실산, 나프토산, 다카르복실산, 및 이들 산의 유도체 등의 산을 포함하는 금속 함유 산 기재 화합물; 술폰산 또는 카르복실산을 포함하는 측쇄 함유 중합성 화합물; 붕소 화합물; 요소 화합물; 실리콘 화합물; 및 칼릭사렌을 들 수 있다. 양 전하 조절제의 구체적 예로서는 사금 암모늄염으로 이루어지는 측쇄 보유 중합성 화합물; 구아디닌 화합물; 및 이미다졸 화합물을 들 수 있다.
전하 조절제는 바람직하게는 결착 수지 100중량부 당 0.5 내지 10중량부의 비율로 사용될 수 있다. 그러나, 전하 조절제는 본 발명에서 토너의 필수 성분은 아니다. 전하 조절제는 특정 경우에 있어서 선택적 첨가제로서 사용될 수 있다. 2성분 현상법을 사용하는 경우, 담체를 사용하여 마찰전기 전하를 사용하는 것이 가능하다. 비자성 1 성분 블레이드 코딩 현상법의 경우, 블레이드 부재 또는 슬리이브 부재와의 마찰을 통한 마찰전기 전하를 확실하게 사용함으로써 전하 조절제를 생략하는 것이 가능하다.
직접 중합에서 사용 가능한 중합 개시제의 예로는 아조-또는 디아조-계중합 개시제, 예를 들면, 2,2'-아조비스-(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스 이소부틸로니트릴, 1,1'-아조비스(시클로핵산-2-카르보니트릴), 2,2'-아조비스-4-메톡시-2,4-디메틸발레로니트릴, 아조비스이소부티로니트릴; 및 퍼옥시드계 중합화개시제 예를 들면 벤조일 퍼옥시드, 메틸 에틸 케톤 퍼옥시드, 디이소프로필 퍼옥시카르보네이트, 쿠멘 히드로퍼옥시드, 2,4-디클로로벤조일 퍼옥시드 및 라우로일퍼옥시드를 들 수 있다.중합 개시제의 첨가량은 얻어지는 중합 정도에 따라 변화될 수 있다. 중합 개시제는 일반적으로 중합성 단량체의 중량 기준으로 약 0.5내지 20중량%의 범위로 사용될 수 있다. 중합 개시제는 다소 중합 공정에 따라 변화될 수 있으며, 10시간의 반감기, 온도를 참조하여 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다.
얻어진 결합제 수지의 분자량을 조절하기 위해서, 또한 가교제, 사슬 이동제, 중합 억제제 등을 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 토너 입자는 (i) 결착 수지, 에스테르 왁스, 착색제, 전하 조절제 등으로 이루어지는 토너 조성물이 분산 장치, 예를 들면 압축 혼련기 또는 압출기에 의해 균일하게 분산되고, 기계적 힘 또는 제트 공기 스트림의 작용에 의해 표적에 대한 토너 조성물의 충돌에 의해 목적하는 토너 입자의 크기로 미분쇄된 후, 분급되어 명확한 입도 분포를 갖는 토너 입자를 얻는 분쇄 및 분급 방법; (ii) 토너 성분의 용융 혼합물이 디스크 또는 유동성 다중 노즐을 사용하여 공기 중에 분무되어 구형 토너 입자(일본국 특허 공고 제56-13945호에 기재됨)를 얻는 융용 분사 방법; (iii) (a) 일본국 특허 공고 제36-10231호, 일본국 특허 공개 제59-53856호 및 동 제59-61482호에 기재된 바와 같은 토너 입자를 직접적으로 제공하기 위한 현탁 중합, (b) 단량체는 용해되지만 중합제는 용해되지 않는 수성 유기용매가 토너 입자를 직접적으로 얻기 위해 사용되는 분산 중합, 및 (c) 중합성 단량체 조성물이 수용성 극성 중합 개시제의 존재하여 중합화되어 토너 입자를 제공하는 비누 제거 중합과 같은 에멀젼 중합을 포함하는 직접 중합 방법을 포함하는 각종 방법에 의해 제조될 수 있다.
그러나, 상기 제조 방법 중에서, 분쇄 및 분급 방법에 의해 얻어진 토너 입자의 형상을 조절하는 것은 어렵다. 용융 분자 방법에서, 얻어진 토너 입자는 폭넓은 입도 분포를 갖기 쉬고, 다량의 에너지가 용융 단계에서 소모되며, 따라서, 이 방법은 효율적인 에너지 이용 측면에서 바람직하지 않다. 분산 중합에서, 얻어지는 토너 입자는 매우 명확한 입도 분포를 보이지만, 제조 장치는 사용되는 물질 선택의 폭의 협소, 폐용매 처분 및 사용되는 용매의 가연성 측면에서 복잡해진다. 에멀젼 중합 또는 비누 제거 중합은 비교적 균일한 입도 분포를 제공하는 데 효과적이지만, 토너 입자 표면에서 유화제 또는 중합 개시제의 존재로 인하여 열악한 환경 특성이 발생되기 쉽다.
본 발명에 따른 토너는 특히 바람직하게는 작은 입자 크기가 3 내지 8㎛인 입자 토너가 균일하게 조절된 형태 및 명확한 입도 분포로 용이하게 제조될 수 있는 현탁 중합법을 사용하여 제조할 수 있다. 또한, 일단 얻어진 중합 입자가 단량체를 흡착하고, 더욱이 중합 개시제의 존재하에서 중합되는 종자 중합법을 적당히 이용하는 것도 가능하다. 또한, 분산 또는 용해에 의해 흡착된 단량체 중에 극성 화합물을 포함시키는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 토너가 현탁 중합에 의해 제조되는 경우, 토너 입자는 다음과 같은 방법으로 직접적으로 제조될 수 있다. 중합성 단량체에, 에스테르 왁스, 착색제, 전하 조절제, 중합 개시제 및 또다른 임의의 첨가제를 첨가하고, 호모제나이저 또는 초음파 분산 장치를 사용하거나 분산시켜 중합성 단량체 조성물을 형성하고, 이어서 이를 바람직하게는 중합성 단량체 조성물의 방울이 교반 속도 및(또는) 교반 시간을 조절하여 생성된 토너 입자의 목적하는 입도를 가질 수 있는 조건하에서, 분산 안정제를 함유하는 분산 매질 중에서 통상의 교반기 또는 호모믹서 또는 호모제나이저에 의해 분산되고 입자로 형성될 수 있다. 이어서, 교반은 상기 형성된 중합성 단량체 조성물의 입자를 보유하고, 입자의 침전을 방지할 수 있을 정도로 지속될 수 있다. 중합은 40 ℃ 이상, 일반적으로는 50 내지 90℃의 온도에서 수행할 수 있다. 온도는 중합 후기 단계에서 상승될 수 있다. 또한, 수성계의 일부분을 중합의 후기 단계 또는 중합 후에 증류시켜 이미 중합된 중합성 단량체의 일부 및 토너 정착 단계에서 악취의 원인일 수 있는 부산물을 제거할 수 있다. 반응 후, 제조된 토너 입자는 세척되고, 여과 제거되고 건조된다. 현탁 중합에서, 일반적으로 단량체 조성물 100중량부 당 분산 매질로서 물 300 내지 3,000중량부을 사용하는 것이 바람직하다.
분산 안정제를 사용하여 현탁 중합에 의해 토너 입자의 제조에서, 수성 분산 매질 중에 무기 및(또는) 유기 분산 안정제를 사용하는 것이 바람직하다. 무기 분산 안정제의 예로는 인산삼칼슘, 인산마그네슘, 인산알루미늄, 인산아연, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 칼슘 메타실리케이트, 황산칼슘, 황산바륨, 벤토나이트, 실리카 및 알루미나를 들 수 있다. 유기 분산 안정제의 예로는 폴리비닐, 알코올, 젤라틴, 메틸 셀룰로오스, 메틸 히드로시 프로필 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 나트륨염, 폴리아크릴산 및 그의 염 및 전분을 들 수 있다. 이들 분산 안정제는 바람직하게는 중합성 단량체 혼합물 100중량부 당 0.2 내지 20중량부의 양으로 수성 분산 매질 중에 사용될 수 있다.
무기 분산 안정제를 사용하는 경우, 시판되는 제품은 그대로 사용될 수 있지만, 또한 그의 미립자를 얻기 위해서 분산 매질 중에서 반응 내에서 안정제를 형성하는 것도 가능하다. 예를 들면, 인산 삼칼슘의 경우, 현탁 중합에 적합한 수성 매질 중의 인산삼칼슘 입자를 제조하기 위해서, 강한 교반하에서 인산 나트륨 수용액과 염화칼슘 수용액과 불렌딩하면 충분하다.
분산 안정제의 미세 분산을 수행하기 위해서, 0.001 내지 0.1중량%의 계면 활성제를 조합하여 사용하는 것이 효율적이며, 이것으로 인해 안정제의 소정의 기능을 촉진시킬 수 있다. 계면 활성제의 예로는 소듐 도데실벤젠술포네이트, 소듐테트라실 술페이트, 소듐 펜타데실 술페이트, 소듐 옥틸 술페이트, 소듐 올레에이트, 소듐 라우레이트, 소듐 스테아레이트 및 칼슘 올레아에트를 들 수 있다.
본 발명에 따른 토너는 바람직하게는 100 내지, 160, 특히 100 내지 150의 형태 인자 SF-1을 갖는다. 본 명세서에 인용하는 형태 인자 SF-1은 다음과 같은 방법으로 측정한 값에 기초한 것이다.
전장 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM)(S-800, Hitach Seisakusho K.K. 제품)을 사용하여 예를 들면 500배율로 관찰한 토너 입자 100개의 화상을 무작위로 샘플링하고, 토너상의 화상 데이타를 화상 분석기(예를 들면, Luzex III, Nireco K.K. 제품)로 분석을 위해 인터페이스를 통해 입력하여, 형태 인자 SF-1는 다음과 같은 식으로 산출된다.
상기 식 중에서, MXLNG는 토너 입자의 최대 직경을 나타내고, AREA는 토너 입자의 투영 면적을 나타낸다. 본 명세서에 인용하는 형태 인자 SF-1은 무작위로 선택한 100개의 토너 입자에 대해 상기 방법으로 산출한 SF-1값의 수 평균값으로서 정의된다. 형태 인자가 더 작을 수록(100에 보다 근사한 경우), 실제 구에 유사한 형태를 나타낸다.
형태 인자 SF-1이 160보다 큰 경우, 토너 입자는 실질적으로 구 형태로부터 벗어나, 무정형 또는 불규칙 형태의 입자에 접근하며, 이 대응하여 전사 효율(또는 전사 속도)의 저하를 보인다.
특히, 다양한 피전사 제료에 응용할 수 있도록 중간 전사 부재를 사용하는 경우, 실질적으로 두 개의 전사 단계를 포함하고, 따라서 더 낮은 전사비는 토너 이용 효율이 더 낮아지게 된다. 또한 최근에 디지찰 전색 복사기 또는 디지탈 전색 프린터는 색 화상 원본을 미리 B(청색), G(녹색) 및 R(적색) 필터를 사용하여 색 분리를 시키는 것이 필요하며, 20 내지 70㎛의 도트 잠상이 감광 부재 상에 형성되어, 각각 Y(옐로우), M(마젠타), C(시안) 및 B(블랙)의 색으로 각 토너를 현상시켜 토너의 색 혼합 감축에 의해 원본 또는 색 데이터에 충실한 다색 화상을 재생한다. 이 경우, CRT로부터 원본 또는 색 데이터에 대응하는 다량의 Y, M, C 및 B 토너는 감광 부재 또는 중간 전사 부재 상에 존재하고, 본 발명에 사용된 각 토너 입자는 매우 높은 전사력을 요구한다. 상기 양호한 전사력을 유지하기 위해서, 토너는 바람직하게는 상기 언급한 에스테르 왁스 및 100 내지 160의 형태 인자 SF-1을 포함하여야 한다.
또한, 고화질을 제공하기 위한 미세한 잠상 도트를 충실히 재생하기 위해서, 본 발명에 따른 토너는 바람직하게는 중량 평균 입도가 3 내지 8㎛이고, 입도의 수기준 편차율이 35%이하인 것이다. 3㎛ 미만의 중량 평균 입도를 갖는 토너는 낮은 전사율을 보이기 쉬어 감광 부재 또는 중간 전사 부재 상에 많은 전사 잔류 토너를 발생시키고, 전사 실패로 인해 흐림 현상(fog) 및 화상 불규칙의 원인이 된다. 8㎛를 초과하는 중량 평균 입도를 갖는 토너는 낮은 분해능 및 도트 재생성을 발생시키고, 포함되는 각종 부재 상에 융착되기 쉽다. 이러한 문제는 토너가 35%를 초과하는 수기준 입도 편차율을 갖는 경우 촉진된다.
본 발명의 토너를 구성하는 토너 입자는 적합하게는, 이후 투과 전자 현미경(TEM)을 통해 관찰되는 실시예 1의 토너 입자의 현미경 사진에 기초한 개략도인 제1도에 나타낸 바와 같이 결착 수지의 외부 셀 A 내에 봉입된 에스테르 왁스의 코어 B로 이루어지는 캡슐 구조를 가질 수 있다. 토너의 캡슐 구조가 토너의 저온 정착성, 블록킹 방지 특성 및 내구성 간의 양호한 균형을 제공하기 위해서 바람직하다.
에스테르 왁스 봉입 구조를 갖지 않는 토너의 경우, 그의 분쇄에 의해 제조는 특별한 동결 분쇄 기법을 사용하지 않고는 수행될 수 없기 때문에, 토너는 단지 넓은 입도 분포를 제공할 수 있고, 장치 상에 바람직하지 않은 융착을 발생시킬 수 있다. 한편, 동결 분쇄는 수분 응축을 방지하기 위해 정교한 장치가 요구되고, 작업성이 특정 경우에 건조 단계를 요구하는 토너의 수분 흡수로 인해 저하되기 쉽다는 문제를 수반한다. 에스테르 왁스를 봉하는 구체적 방법으로서, 기본적으로 결착 수지 및 소량의 극성 중합체 또는 수성 매질 중에 보다 큰 극성을 보이는 중합체를 제공하는 단량체의 조합을 사용하는 중합법을 적용하는 가능하며, 이로써,큰 극성을 갖는 에스테르 왁스가 결착 수지의 외부 셀 내에 캡슐화될 수 있는 코어-셀 구조를 갖는 토너를 제공할 수 있다. 조절된 입도 및 조절된 그의 분포를 갖는 본 발명에 따른 소정의 토너는 난수용성염 또는 보호 클로이드성 기능을 갖는 분산제의 적당한 선택, 및 그의 첨가량의 조정, 장치 조건의 조절, 예를 들면, 회전자 주변 속도, 패스(pass)의 수 및 교반 블레이드 형상과 같은 교반 조건, 용기형태 및 수성 매질 중의 고상물 함량의 조정에 의해 얻을 수 있다.
토너 입자의 단면적은 다음과 같은 방법으로 관측할 수 있다. 토너 입자 시료는 냉 경화 에폭시 수지 중에 충분히 분산된 후, 40℃에서 2일 동안 경화된다. 경화된 생성물은 임의로 트리오스뮴 테트라옥시드와 함께 트리루테늄 테트라옥시드로 염색하고, 다이아몬드 커터를 갖는 마이크로톰에 의해 박편으로 절단한다. 얻어진 박편 시료를 투과 전자 현미경으로 관측하여 토너 입자의 단면 구조를 확인한다. 트리루테늄 테트라옥시드에 의한 염색은 바람직하게는 저연화점 화합물과 외부 수지 간의 결정성 차이를 이용하여 이들 간에 콘트라스트를 제공하기 위해서 사용할 수 있다. 전형적인 바람직한 토너 입자의 단면은 에스테르 왁스 B가 외부 셀 수지 A내에 봉인된 것으로 제2도에 나타내었다.
본 발명에 따른 토너는 바람직하게는 외부 첨가제, 예를 들면 폴리테트라풀루오로에틸렌 분말, 아연 스테아레이트 분말 및 폴리비닐리덴 플루오라이드 분말과 같은 윤활제 분말, 산화 세슘, 탄화 규소 및 스트론튬 티타네이트와 같은 연마제, 실리카, 산화 티타늄 및 산화 알루미늄 같은 유동 개선제, 내점결제, 및 카본 블랙, 산호 아연 및 산화 주석과 같은 전도성 부여제와 함께 배합될 수 있다.
실리카, 산화 티타늄 또는 산화 알루미늄의 미세 분말과 같은 무기 미세 분말을 첨가하는 것이 특히 바람직하다. 무기 미분이 실란 결합제, 실리콘 오일 또는 이들의 혼합물과 같은 수소성 부여제로 소수성화된 것이 바람직하다.
상기 외부 첨가제는 보통 토너 입자 100중량부 당 0.1-5 중량부의 양으로 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 토너는 일성분 현상제 또는 이성분 현상제를 구성하는데 사용될 수 있다.
일성분 현상제를 구성하기 위해서는 자성 물질이 토너 입자에 혼힙되어 자성토너를 구성할 수 있다. 일성분 현상법에서, 상기 자성 토너는 자석을 포함하고 있는 현상 슬리브 상으로 전달되어 운반 및 대전될 수 있다. 또다른 현상법에서, 자성 물질을 함유하지 않는 비자성 토너는 토너를 코딩 블레이드, 코딩 룰러 또는 퍼어 브러쉬에 의해 현상 슬리브에 부여하여 마찰전기로 강하게 대전시킴으로써, 대전된 토너층을 현상 슬리브 상에 형성 및 운반한다.
본 발명에 따른 토너가 이성분 현상제를 구성하는데 사용되는 경우, 토너는 담체와 함께 사용된다. 담체는 특별히 제한될 필요는 없으나, 주로 철, 구리, 아연, 니켈, 코발트, 망간 및 크로뮴과 같은 군의 자성 페라이트, 또는 상기 페라이트의 자성 복합체로 이루어질 수 있다. 담체 입자는 자기 포화 및 전기 저항을 고려하여 구형, 평평한 형태 또는 불규칙한 형태로 성형될 수 있다. 또한 표면의 불균일성과 같은 담체 입자는 자기 포화 및 전기 저항을 고려하여 구형, 평평한 형태 또는 불규칙한 형태로 성형될 수 있다. 또한 표면의 불균일성과 같은 담체 표면의 미시적인 구조도 바람직하게 조절될 수 있다. 일반적으로, 상기 무기 산화물 또는 페라이트는 하소하여 코어 입자로 형성한 후, 수지로 코팅할 수 있다. 그러나, 무기 산화물 및 수지를 교반한 후, 미분하고 분급화하여 토너 상의 담체 부하율을 감소시킴으로써 저밀도의 분산성 타입 담체를 제조하거나, 또는 무기 산화물 및 단량체의 혼합물을 수성 매질 중에서 현탁 미분시킴으로써 정구형(正球形) 분산성 담체를 제조하는 것이 가능하다.
수지로 코팅된 담체를 제조하는 것이 특히 바람직하다. 코팅은 예를 들면 코팅 수지를 용매 중에 용해 또는 분산시킨 후, 담체 상에 부착시키거나, 또는 코팅 수지와 담체를 분말 혼합하여 수행할 수 있다.
담체 코어 입자 상에 단단히 도포된 코팅 물질의 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 모노클로로트리플루오로에틸렌 중합체, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 스티렌 수지, 아크릴 수지, 폴리아미드, 폴리비닐 부티랄, 니그로신 및 아미노아크릴레이트 수지가 있다. 이들 코팅 물질은 단독으로 또는 복수 종류의 혼합물로 사용될 수 있다.
코팅 물질은 담체 코어 입자를 기준으로 0.1 - 30 중량%, 바람직하게는 0.5 - 20 중량% 비율로 코어 입자 상에 도포될 수 있다. 담체는 바람직하게는 10 - 100㎛, 보다 바람직하게는 20 - 50㎛의 평균 입자 크기를 갖는다.
특히 바람직한 유형의 담체는 표면이 불소 함유 수지 또는 스티렌 기재 수지로 코팅된 Cu-Zn-Fe 삼성분 페라이트와 같은 자성 페라이트의 입자로 이루어질 수 있다. 바람직한 코팅 물질에는 불소 함유 수지 및 스티렌 공중합체의 혼합물, 예를 들면 폴리비닐리덴 플루오라이드 및 스티렌-메틸 메트아크릴레이트 수지의 혼합물 및 폴리테트라플루오로에틸렌 및 스티렌-메틸 메트아크릴레이트 수지의 혼합물이 있다. 또한 불소 함유 수지는 비닐리덴 플루오라이드/테트라플루오에틸렌(10/90 - 90/10) 공중합체와 같은 공중합체일 수 있다. 스티렌-기재 수지의 다른 예로는 스티렌/2-에틸헥실 아크릴레이트(20/80-80/20) 공중합체 및 스티렌/2-에틸헥실 아크릴레이트/메틸 메트아크릴레이트(20-60/5-30/10/50) 공중합체가 있다. 불소함유 수지 및 스티렌 기재 수지는 90:10 - 20:80, 바람직하게는 70:30 - 30:70의 중량비로 배합될 수 있다.
상기 코팅된 자성 페라이트 담체는 본 발명에 따른 토너를 위한 바람직한 마찰 전기 대전 성능을 나타내고, 전자사진 성능이 개선된 이성분 현상제를 제공한다.
본 발명의 따른 토너 및 담체는 토너의 농도가 2 - 15 중량%, 바람직하게는 4 - 13중량%가 되는 비율로 배합함으로써, 일반적으로 양호한 결과를 얻을 수 있다.
담체는 바람직하게는 고질의 화상 형성을 위해 30-300 emu/㎤, 보다 바람직하게는 100 - 250 eum/㎤의 자기 포화(δ1000) 이후에 1000 오에스테드(Oersted)의 자화도를 갖는다. 300 eum/㎤를 초과하는 경우, 고질의 토너상을 얻기 어려워지는 경향이 있다. 30 eum/㎤ 미만의 경우, 자성 제한이 감소됨에 따라 담체가 부착되기 쉽다.
하기에, 본 발명에 따른 화상 형성 방법이 특히 제2도를 참고로 하여 설명될 것이다.
제2도에서, 화상 형성 장치는 원칙적으로 정전하 화상 보유 부재로서의 감광부재(1), 대전 수단으로서의 대전 롤러(2), 4개의 현상 유닛(4-1), (4-2), (4-3) 및 (4-4)로 이루어지는 현상 장치(4), 중간 전사 부재(5), 전사 수단으로서의 전사 롤러(7) 및 정착 수단으로서의 정착 장치(11)를 포함한다.
시안 토너 입자, 마젠타 토너 입자, 옐로우 토너 입자 및 블랙 토너 입자로 이루어진 4가지 현상제를 각각 현상 유닛(4-1) 내지 (4-4) 각각에 혼입한다. 정전 화상이 감광 부재(1) 상에 형성되면 마젠타 브러쉬 현상 시스템 또는 비마젠타 일성분 현상 시스템과 같은 현상 방법에 의한 4가지의 착색 토너 입자로 현상되어 각 토너상이 감광 부재(1) 상에 형성된다. 광전도성 부재(1)은 지지체(1a), 및 그 위의 a-Si, CdS, ZnO2, OPC(유기 광전도체) 및 a-Si(무정형 실리콘)으로 이루어진 광전도성 절연 물질로 이루어진 감광층(1b)으로 이루어진다. 감광 부재(1)은 바람직하게는 a-Si 감광층 또는 OPC 감광층을 함유할 수 있다. 감광 부재(1)은 구동 수단(나타나지 않음)에 의해 화살표 방향으로 회전한다.
유기 감광층은 전하 생성 물질 및 전하 운반 물질로 이루어지는 단일층으로 이루어지거나 또는 전하 생성층 및 전하 운반층으로 이루어진 기능 분리형 감광층일 수 있다. 기능 분리형 감광층은 바람직하게는 전도성 지지체, 전하 생성층 및 전하 운반층의 순서로 이루어질 수 있다. 유기 감광층은 바람직하게는 폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르 수지 또는 아크릴 수지와 같은 결착 수지로 이루어질 수 있는데, 이는 결착 수지가 전사성 및 세정 특성을 개선하는데 효과적이면서 토너로하여금 감광 부재에 부착되거나 외부 첨가제가 필름을 형성하게 하지 않기 때문이다.
본 발명에서, 대전 단계는 감광 부재(1)과 접촉하지 않는 코로나 대전기를 사용하거나 또는 대전 롤러와 같은 접촉 대전기를 사용하여 수행할 수 있다. 균일한 대전 효율, 단순성 및 낮은 오존 생성 특성을 고려할 때, 제2도에 나타난 것과 같은 접촉 대전을 사용하는 것이 바람직하다. 대전 롤러(2)는 코어 금속(2b) 및 코어 금속(2b)의 외부를 둘러싼 전도성 탄성층(2a)로 이루어진다. 대전 롤러(2)는 소정의 압력(압력)으로 감광 부재(1)에 대하여 가압하고 감광 부재(1)의 회전과 맞추어 회전한다.
대전 롤러를 사용한 대전 단계는 AC 전압 및 DC 전압을 중첩하여 가하는 경우 롤러의 압력이 5-500 g/cm, AC 전압이 0.5 - 5 kVpp, AC 주파수가 50 - 5 ㎑ 및 DC 전압이 ±0.2 - ±1.5 kV이고, DC 전압만을 가하는 경우에는 롤러의 압력이 5-500 g/cm이고 DC 전압이 ±0.2 -±1.5 kV인 공정 조건 하에서 수행되는 것이 바람직하다.
기타 대전 수단으로는 대전 블레이드 또는 전도성 브러쉬를 사용한 수단이 있다. 상기 접촉 대전 수단은 고전압을 생략하거나 오존의 발생을 감소시키는데 효과적이다. 접촉 대전 수단으로서 사용되는 대전 롤러 및 대전 블레이드는 바람직하게는 각각 전도성 고무로 이루어질 수 있고 임의로 그의 표면 위에 이형 필름을 함유할 수 있다. 이형 필름은 예를 들면 나일론 기재 수지, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC)로 이루어질 수 있다.
감광 부재 상에 형성된 토너상은 전압(예를 들면, ±0.1 - ±5 kV)이 가해지는 중간 전사 부재(5)로 전사된다. 또한 감광 부재 상의 토너상을 상기 중간 전사 부재를 통하지 않고 전사 수용 부재에 직접 전사하는 것도 가능하다.
중간 전사 부재(5)는 파이프형의 전도성 코어 금속(5b) 및 코어 금속(5b)의 외부를 둘러싼 중저항 탄성층(5a)(예를 들면, 탄성 롤러)로 이루어진다. 코어 금속(5b)는 전도성 플레이팅으로 코팅된 플라스틱 파이프로 이루어질 수 있다. 중저항 탄성층(3a)는 전기 저항 또는 용적 저항을 105- 1011ohm,cm, 특히 107- 1010ohm,cm의 중저항 수준으로 조절하기 위해 카본 블랙, 산화 아연, 산화 주석 또는 탄화 규소와 같은 전도성 부여 물질을 실리콘 고무, 테플론 고무, 클로로프렌 고무, 우레탄 고무 또는 에틸렌-프로필렌-디엔 삼중합체(EPDM)와 같은 탄성 물질과 혼합 및 이에 분산시킨 고체층 또는 기포 물질층일수 있다. 중간 전사 부재(5)는 축(또는 샤프트)이 감광 부재(1)의 측과 평행하며 감광 부재(1)과 접촉하도록 감광 부재(1)하에 배치되어 있다. 중간 전사 부재(5)는 감광 부재(1)의 주변 속도와 동일한 속도로 화살표 방향(시계 반대 방향)으로 회전한다.
각 착색 토너상은 전사 닙 부위를 통과할 때 감광 부재(1) 및 중간 전사 부재(5) 사이의 전사 닙 부위에 가함으로써 형성된 탄성대에 의해 중간 전사 부재(5)의 주변 표면으로 연속적으로 중간 전사된다.
각 토너상이 중간 전사된 후, 중간 전사 부재(5)의 표면은 바람직하다면 화상 형성 장치에 부착되거나 또는 부착되어 있지 않을 수 있는 세정 수단(10)에 의해 세정된다. 토너상이 중간 전사 부재(5) 위에 배치되어 있는 경우, 세정 수단(10)은 중간 전사 부재(5)의 표면에 부착되어 있지 않거나 방출됨으로써 토너상을 방해하지 않도록 한다.
전사 수단(예를 들면, 전사 롤러)(7)은 그 축(또는 샤프트)이 중간 전사 부재(5)의 축과 평행하게 배치되어 있으며 중간 전사 부재(5)와 접촉하도록 중간 전사 부재(5)하에 배치된다. 전사 수단(롤러)(7)은 중간 전사 부재(5)의 주변 속도와 동일한 속도로 화살표 방향(시계 반대 단향)으로 회전한다. 전자 롤러(7)은 중간 전사 부재(5)와 직접 접촉되어 있거나 또는 벨트 등을 통해 중간 전사 부재(5)와 접촉되도록 배치될 수 있다. 전사 롤러(7)은 코어 금속(7b)의 주변 표면 상에 배치된 전도성 탄성층(7a)로 이루어질 수 있다.
중간 전사 부재(5) 및 전사 롤러(7)은 일반적으로 사용되는 것과 같은 공지된 물질로 이루어질 수 있다. 본 발명에서, 중간 전사 부재(5)의 탄성층(5a)의 용적 저항을 전사 롤러의 탄성층(7b)의 용적 저항보다 높게 설정함으로써, 전사 롤러(7)에 가해지는 전압을 경감시킬 수 있다. 따라서, 양호한 토너상이 피전사 재료 상에 형성되고 피전사 재료가 중간 전사 부재(5) 주위에 감기는 것을 방지한다. 중간 전사 부재(5)의 탄성층(5a)는 전사 롤러(7)의 탄성층(7b)의 10배 이상의 용적 저항을 갖는다.
중간 전사 부재(5)는 바람직하게는 JIS K-6301로 측정하였을 때 경도가 10-40인 탄성층(5a)으로 이루어질 수 있다. 반면에, 전사 롤러(7)은 피전사 재료가 중간 전사 부재(5) 주위에 감기는 것을 방지하기 위해 중간 전사 부재(5)의 탄성층(5a)보다 높은 경도, 바람직하게는 JIS K-6301로 측정했을 때 41-80의 경도를 갖는 탄성층(7a)로 이루어지는 것이 바람직하다. 전사 롤러(7)의 탄성층(7a)의 경도가 중간 전사 부재(5)의 탄성층(5a)보다 낮을 경우, 전사 롤러 쪽으로 오목한 면(또는 리세스)가 형성됨으로써 중간 전사 부재(5) 주위에 피전사 재료가 감기게 되기 쉽다.
전사 롤러(7)은 중간 전사 부재(5)의 주변 속도와 동일 또는 상이한 속도로 회전할 수 있다. 피전사 재료(6)은 중간 전사 부재(5) 및 전사 롤러(7) 사이의 닙으로 운반되고, 여기서 토너 입자의 정전기 전하와 반대되는 극성을 갖는 전사 바이어스를 전사 롤러(7)에 가함으로써 중간 전사 부재(5) 상의 토너상이 피전사 재료(6)의 전면으로 전사된다.
전사 롤러(7)은 대전 롤러(2)를 구성하는 것과 유사한 물질로 이루어질 수 있다. 전사 단계는 전사 롤러의 압력이 5-500g/cm이고 DC 전압이 ±0.2-±10kV인 조건 하에서 수행될 수 있다. 보다 구체적으로는, 전사 롤러(7)은 코어 금속(7b), 및 폴리우레탄 또는 에닐렌-프로필렌-디엔 삼중합체(EPDM)과 같은 용적 저항이 106-1010ohm.cm인 탄성 물질 및 그에 분산된 카본과 같은 전도성 물질로 이루어지는 전도성 탄성층(7a)로 이루어질 수 있다. 특정 바이어스 전압(예를 들면, 바람직하게는 ±0.2-±10kV)을 일정 전압 공급에 의해 코어 금속(7b)에 가한다.
이어서 피전사 재료(6)을 가열 부재(예를 들면, 할로겐 가열기)를 포함한 고온 롤러 및 소정의 압력으로 고온 롤러에 대하여 가압하는 가압 롤러의 2개의 롤러로 이루어지는 정착 장치(11)로 전달된다. 피전사 재료(6) 상의 토너상은 고온 롤러 및 가압 롤러 사이를 통과하면서 열 및 압력의 부하하에 피전사 재료(6)상의 토너상을 정착시키게 된다. 또한 정착 단계는 필름을 매질로 한 가열기에 의해 토너상에 열을 가하여 수행될 수 있다.
착색 토너상을 중간 부재(5)로부터 피전사 재료(6)에 전사한 후, 전사 롤러(7) 상에 잔류한 토너 입자는 퍼어-브러쉬 세정기와 같은 세정 부재로 세정할 수 있다. 본 발명에서, 성형 인자 SF-1이 100-160(바람직하게는 100-150, 특히 100-125)인 토너 입자를 사용함으로써 보다 높은 전사 효율(전사 속도)을 얻을 수 있고, 따라서 세정 부재를 생략할 수 있다.
본 발명에 따른 에스테르 왁스 및 비교용 에스테르 왁스의 제조 방법의 예가 설명될 것이다.
[에스테르 왁스(본 발명에 따른 것)의 제조 방법]
각 에스테르 왁스를 하기 방법으로 제조하였다.
딤로스(Dimroth) 환류 응축기 및 딘-스타크(Dean-Stark) 수분 분리기를 갖춘 4-네크 플라스크에 벤젠 1740 중량부, 장쇄 알킬-카르복시산 1300 중량부, 장쇄 알킬 알콜 1200 중량부 및 p-톨루엔황산 120 중량부를 충전시키고 충분히 용해되도록 교반하였다. 이어서, 계를 5시간 동안 환류시킨 후 수분 분리기의 밸브를 열어서 공비 증류시켰다. 증류한 후, 플라스크 내의 내용물을 탄산수소나트륨으로 충분히 세척하고, 건조시키고, 이어서 벤젠을 증류해 내었다. 생성 화합물을 재결정화시키고, 세척하고 정제하여 에스테르 왁스를 얻었다.
카르복시산 및 알콜의 총량은 각가 일정하게 유지하면서, 장쇄 알킬-카르복시산 성분 및 장쇄 알킬 알콜 성분의 종류 및 두가지 성분의 상대적인 양을 변화시켜서 다양한 타입의 왁스(에스테르 왁스(A) 내지 (H)를 제조하였다. 장쇄 알킬 카르복시산 성분 및 장쇄 알킬 알콜 성분은 하기한 바와 같이 사용하였고, 생성되는 에스테르 왁스의 서너가지 특성을 하기 표 1에 기재하였으며, 여기서 함유된 에스테르 화합물은 그들의 총 탄소 원자수로 나타내었다. 예를 들어, 에스테르 왁스(A)는 제 4도에 나타난 바와 같은 가스 크로마토그램을 제공하였다.
장쇄 알킬-키르복실산 성분
팔미트산 C16H32O2
스테아르산 C18H36O2
아라키드산 C20H40O2
베헨산 C22H40O2
리그노세르산 C24H48O2
장쇄 알킬 알콜 성분
팔리틸 알콜 C16H34O
스테아릴 알콜 C18H38O
아라키딕 알콜 C20H42O
베헤닉 알콕 C22H46O
[비교용 에스테르 왁스의 제조 방법]
비교용 에스테르 왁스(a)
비교용 에스테르 왁스(a)를 상기와 유사하게 제조하였으나, 에스테르 화합물의 임의의 총 탄소 원자수가 생성되는 에스테르 왁스의 50 중량% 미만이 되도록 장쇄 알킬-카르복시산 성분 및 장쇄 알킬 알콜 성분을 변화시켰다(일반적으로 베헨산 및 베헤닐 알콜의 양을 감소시킴).
비교용 에스테르 왁스(b)
비교용 에스테르 왁스(b)를 전체 산 성분으로서 베헨산을 사용하고 전체 알콜 성분으로서 베헤닐 알콜을 사용한 것을 제외하고는 상기와 유사하게 제조하였다.
에스테르 왁스(a) 및 (b)의 특성 및 조성, 및 에스테르 화합물의 함량을 표 2에 나타내었다.
[실시예 1]
본 실시예에 사용되는 시안 토너를 하기 방법으로 제조하였다.
고속 교반 장치(TK 호모믹서(homomixer), 도꾸슈 기까 고오교 가부시끼가이샤(Tokushu Kika Kogyo K.K)사 제품)을 장착한 2 리터 4-넥 플라스크에 탈이온수 710 중량부 및 0.1M NaPO450 중량부를 가하였다. 혼합물을 12000 rpm에서 교반하고 65℃로 가온하였다. 추가로, 1.0M CaCl수용액 68 중량부를 여기에 첨가하여 Ca(PO)(수용성이 거의 없는 미세 분산 안정화제)를 함유하는 수성 분산 매질을 형성하였다.
상기 성분들을 3시간 동안 마멸기로 분산시켰다. 혼합물에 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)(중합화 개시제) 10 중량%를 첨가한 후, 중합화 단량체 성분을 제조하였다. 중합화 단량체 성분을 상기 수성 분산 매질에 첨가하고 고속 교반 장치로 15분간 12000 rpm에서 교반하여 중합화 단량체 성분을 입자 중에 분산시켰다. 혼합물을 60℃로 유지하고 프로펠러 블레이드 교반 장치로 10 시간 동안 200 rpm에서 교반하여 중합화를 완료하였다. 중합화 후, 생성된 슬러리를 냉각시키고, 이어서 희석 염산을 첨가하여 분산 안정화제를 제거하고, 세척 및 건조하여 용적 저항(Rv)이 10 ohm.cm 이상이고, 중량 평균 입자 크기(Dw)가 6㎛이며, 수 기준 입자 크기 변이 효율(A)가 23%이고, SF-1이 115인 전기 절연 시안 토너 입자를 회수하였다.
시안 토너 입자의 단면을 투과 전자 현미경(TEM)을 통해 관찰하였다. 시안 토너 입자의 단면은 에스테르 왁스(B)가 외부 수지(A)(중량 평균 분자량(Mw)이 61,000이고 수평균 분자량(Mn)이 14,500임)로 코팅되어 있는 코어-외피 구조(제1도에 개략적으로 나타나 있음)임을 나타내었다.
[실시예 2-4]
전기 절연 옐로우 토너(실시예 2), 마젠타 토너(실시예 3) 및 블랙 토너(실시예 5를 착색제를 C.I. 피그먼트 옐로우 17, C.I. 피그먼트 레드 202 및 그래프트 카본 블랙으로 각각 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 1-4에서 제조된 토너의 서너가지 특성을 하기 표 3에 나타내었다.
[비교예 1-4]
시안, 옐로우, 마젠타 및 블랙의 4가지의 착색 토너를 에스테르 왁스(A) 대신 파라핀 왁스(Mw=550)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-4와 동일한 방법으로 제조하였다. 이들 비교용 토너의 특성을 하기 표 4에 나타내었다.
[비교예 5-8]
시안, 옐로우, 마젠타 및 블랙의 4가지 착색 토너를 에스테르 왁스(A) 대신 폴리에틸렌 왁스(Mw=1000)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-4와 동일한 방법으로 제조하였다. 이들 비교용 토너의 특성을 하기 표 5에 나타내었다.
[비교예 9-12]
시안, 옐로우, 마젠타 및 블랙의 4가지 착색 토너를 에스테르 왁스(A) 대신 폴리프로필렌 왁스(Mw=1100)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-4와 동일한 방법으로 제조하였다. 이들 비교용 토너의 특성을 하기 표 6에 나타내었다.
[비교예 13-16]
시안, 옐로우, 마젠타 및 블랙의 4가지 착색 토너를 에스테르 왁스(A) 대신 주로 R-COO(CH-CH)nOOCR(여기서, R및 R는 독립적으로 탄소 원자수19-20의 직쇄 알킬을 나타내고, n은 정수를 나타냄)으로 나타낼 수 있는 에스테르 화합물로 이루어지는 몬탄 에스테르 왁스(몬탄(Montan) 에스테르 왁스 E, 훽스트 악티엔게젤샤프트(Hoechst A.G.)사 제품)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-4와 동일한 방법으로 제조하였다. 이들 비교용 토너의 특성을 하기 표 7에 나타내었다.
[비교예 17]
시안 토너를 에스테르 왁스(A)의 첨가량을 4 중량부를 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 생성된 시안 토너는 결착 수지 100 중량부 당 에스테르 왁스(A) 1.9 중량부를 함유하였다.
[비교예 18]
시안 토너를 에스테르 왁스(A)의 첨가량을 110 중량부로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 생성된 시안 토너는 결착 수지 100 중량부 당 에스테르 왁스(A) 52 중량부를 함유하였다.
[비교예 19]
시안 토너를 에스테르 왁스(A) 대신 비교용 에스테르 왁스(a)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
[비교예 20]
시안 토너를 에스테르 왁스(A) 대신 비교용 에스테르 왁스(b)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
[실시예 5]
시안 토너, 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 블랙 토너 각각을 소수성 산화 티타늄 미세 입자 2 중량%와 외부 배합하여 유동성이 개선된 4가지의 착색 토너를 얻었다. 또한, 이렇게 얻은 4가지의 각 착색 토너 6 중량부의 양을 4가지의 이성분 착색 현상제를 제조하기 위해 평균 입자 크기 50㎛인 수지 코팅된 마젠타 페라이트 담체 94 중량부와 배합하였다.
이렇게 제조한 4가지의 착색 현상제를 단면도가 제2도에 나타난 바와 같고 중간 전사 부재(5)를 포함한 화상 형성 장치의 현상 장치(4-1), (4-2), (4-3) 및 (4-4)에 각각 충전시켰다.
제2도에서, 지지체(1a) 및 그 위에 배치된 유기 광반도체를 함유하는 감광층(1b)로 이루어지는 감광 부재(1)은 화살표 방향으로 회전하고, 대전 롤러(2)(전도성 탄성층(2a) 및 코어 금속(2b)으로 이루어짐)에 의해 약 -600V의 표면 전위를 갖도록 대전시켰다. 광선(노출)부분 전위가 -100V이고 암흑 부분 전위가 -600V인 정전 화상을 다각 거울을 통한 디지를 화상 정보를 기준으로 하여 온 앤드 오프 효과를 주는 화상 노출 수단을 사용하여 감광 부재(1)를 광화상(3)에 노출시킴으로써 감광 부재 상에 형성시켰다. 정전 화상을 가역 현상을 사용하여 복수의 현상 유닛(4-1) 내지 (4-4)에 함유되어 있는 옐로우 토너 입자, 마젠타 토너 입자, 시안 토너 입자 또는 블랙 토너 입자로 현상시켜 감광 부재(1) 상에 착색 토너를 형성시켰다. 각 착색 토너상을 중간 전사 부재(5)(탄성층(5a) 및 지지체로서 코어 금속(5b)로 이루어짐)로 전사하여 그위에 중첩된 4가지의 착색 화상을 형성시켰다. 전사 후 감광 부재(1) 상에 잔류한 토너 입자를 토너 용기(9) 중에 함유하기 위해 세정 부재(8)에 의해 회수하였다. 간단한 바이어스 롤러를 사용하거나 또는 문제를 일으키지 않도록 세정 부재를 사용하지 않고 세정 단계를 수행할 수 있는데, 이는 본 발명에 사용되는 구형 토너 입자가 불규칙한 형태의 토너 입자보다 높은 전사 효율을 제공하기 때문이다.
중간 전사 부재(5)를 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)에 충분히 분산된 카본 블랙(전도성 부여 물질)로 이루어지는 탄성충(5a)를 위한 코팅 액체를 파이프형 코어 금속(5b) 상에 도포하여 형성시켰다. 중간 전사 부재(5)의 탄성층(5a)의 경도는 JIS K-6301로 측정했을 때 30도였고 용적 저항(Rv)는 10 ohm.cm였다. 약 5μA의 필요한 전사 전류를 제공하기 위해, 전력 공급원으로부터 +500V의 전압을 코어 금속(5b)에 가함으로써 광감성 부재(1)로부터 중간 전사 부재(5)로의 전사을 수행하였다.
이어서 중첩된 4가지의 착색 화상을 직경이 20mm인 전사 롤러(7)을 사용하여 피전사 재료(6)으로 전사하였다. 전사 롤러(7)은 기포 에틸렌-프로필렌-디엔 삼중합체(EPDM)중에 충분히 분산된 카본(전도성 부여 물질로서)로 이루어진 탄성층(7a)를 위한 코팅 액체를 10mm 직경의 코어 금속(7b)에 가함으로써 수행하였다. 전사 롤러(7)의 정전 화상(7a)의 경도는 JIS K-6301로 측정했을 때 35도였고 용적 저항은 10 ohm.cm였다. 15μA의 전사 전류를 제공하기 위해 전사 롤러(7)에 전압을 가함으로써 중간 전사 부재(5)로부터 피전사 재료(6)으로서의 전사를 수행하였다.
따라서, 상기 조건 하에서 각 현상 유닛(4-1) 내지 (4-4)에 함유된 각 착색 현상제에 의해 각 착색 토너상을 형성시켰다. 각 착색 토너는 -15 내지 -18μc/g의 정전기 대전을 나타내었다.
감광 부재(1) 상에 형성된 각 토너상을 연속적으로 중간 전사 부재(5)에 전사하고, 추가로 피전사 재료(6)(기초 중량 199 g/m 안 보통지)로 전사시켜 피전사 재료(6) 상에 중첩된 4가지의 착색 토너상을 형성시켰다. 중간 전사 부재(5)로부터 피전사 재료(6)으로 상기 착 착색 토너를 전사시킨 후, 중간 전사 부재(5)의 표면을 세정 부재(10)로 연속적으로 세정하였다. 전사된 중첩된 4가지의 착색 토너상을 열 및 압력을 가하는 정착 수단(10)을 사용하여 열 정착시켰다.
이렇게 형성된 4가지의 착색 토너상 각각은 전사 속도(T1)(감광 부재로부터 화상 전사 부재로의 전사)가 95-98%이고, 전사 속도(T)(중간 전사 부재로부터 피전사 재료로의 전사)는 99%이며, 전체 전사 속도(t)(감광 부재로부터 중간 전사 부재를 거쳐 피전사 재료로의 전사)이 94.1-97.0%로서 높은 전사 효율을 나타내었다. 또한 생성된 토너상은 색 혼합 특성이 우수하였고, 공동 전사 실패가 없는 고질의 화상이었다. 또한, 이중면 화상 형성을 수행하는 경우, 피전사 재료의 양면상에서 오프셋(offset) 현상의 발생이 관찰되지 않았다. 50,000장의 복사 시험(내구성 시험)을 수행했을 때, 생성된 화상의 화상 농도는 초기 단계 내지 내구성 시험후에 변화하지 않았으며, 화상 형성 장치의 각 부재 상의 토너 부착이 초래되지 않았다.
[실시예 6]
각각 실시예 1-4에서 제조한 시안 토너, 옐로우 토너, 마젠타 토너 및 블랙 토너를 사용하여 실시예 5와 동일한 방법으로 자성 브러쉬 현상을 위한 4가지의 이성분 착색 현상제를 제조하고, 디지틀 전색 복사기(CLC-500, 캐논 가부시끼가이샤(Canon K.K.)제품)의 현상 장치에 충전 및 사용하여 단색 모드 및 전색 모드에 따라 보통지 및 OHP 필름 상에 화상을 형성시켜 토너의 정착성, 오프셋 방지 특성, 색혼합 온도 범위 및 투명도(명료도)를 평가하였다. 각 항목에 대해 하기 방법으로 평가하였다.
1) 정착성, 오프셋 방지 특성 및 색 혼합 범위:
현상제를 시판되는 복사기(즉, 캐논 제품인 CLC-500)에 사용하여 아직 정착되지 않은 화상을 형성시켰다.
토너가 블랙 토너인 경우, 정착되지 않은 토너상을 오일 외용기를 장착하지 않은 외부 고온 롤러 정착 장치에 의해 정착시킨 후, 토너의 정착성 및 오프셋 방지 특성을 평가하였다.
토너가 단색 또는 전색 화상을 제공하기 위한 착색 토너인 경우, 정착되지 않은 화상을 오일 외용기를 장착하지 않은 외부 고온 롤러 정착 장치에 의해 정착시키거나, 또는 소량의 오일(예를 들면, 0.02g/A4 크기)을 정착 롤러 에 도포하면서 시판되는 전색 복사기(즉, 캐논 가부시끼가이샤에서 시판하는 CLC-500)의 정착 장치로 정착시킨 후, 토너의 정착성, 오프셋 방지 특성 및 색 혼합 범위를 평가하였고, 투명도를 평가하기 위한 정착된 토너상을 얻었다.
정착 롤러는 불소 함유 수지 표층을 갖는다. 고온 롤러 정착 장치에는 각 롤러의 직경이 약 60mm이고 불소 함유 수지로 표면이 코팅된 하부 롤러 및 상부 롤러가 있다. 보통지(예를 들면, SK지, 니폰 세이시 가부시끼가이샤(Nippon Seishi K.K)사 제품)상의 정착을 위한 정착 조건은 닙이 6.5mm 및 공정 속도가 10.5mm/초였고, OHP 시트(예를 들면 CG3200, 쓰리엠(3M)사 제품) 상의 정착을 위해서는 닙이 6.5mm 및 공정 속도가 25mm/초였다. 보통지 상의 정착 시험은 80-230℃범위의 온도에서 수행하였고, 그동안 온도를 5℃의 증분으로 변화시켰다. OHP필름 상의 정착 시험은 150℃의 일정한 온도에서 수행하였다.
정착성은 정착된 토너상(어떤 의미에서는 저온 오프셋이 초래된 화상을 포함한 것)을 렌즈 세정지(Dasper (R), 오쯔 페이퍼, 코포레이션, 리미티드(Ozu PaperCo. Ltd.)사 제품)로 50 g/cm 의 부하도로 문질러서 평가하였는데, 정착성은 문지른 후 화상의 밀도 감소가 10% 미만인 정착 개시 온도 T(℃)이상의 온도로 환산하여 평가하였다.
오프셋 방지 특성은 각각 육안으로 관찰하여 오프셋이 관찰되지 않는 하한 이상의 온도(오프셋 개시 하한 온도) 및 오프셋이 관찰되지 않는 상한 미만의 온도(오프셋 종결 상한 온도)로 환산하여 평가하였다.
색 혼합 범위는 수동 광택 측정기(IG-310, 호리바 세이사꾸쇼 가부시끼가이샤(Horiba Seisakusho K.K)제품)에 의해 비오프셋 부위에서 얻은 정착된 화상의 광택을 측정하여 평가하였는데, 광택도가 7 이상이 되는 하한 온도 내지 상한 온도 사이의 범위로 환산하여 평가하였다.
2) 투명도(또는 명료도)
다양한 화상 농도의 정착된 토너상에 관한 투명도 및 헤이즈를 측정하고, 투명도를 화상 농도 1.2에서의 투명도 Tp[%] 및 헤이즈[-]에 의해 평가하였다. 투명성 Tp[%] 및 헤이즈[-]를 하기 방법으로 측정하였다.
OHP 화상의 투명성 Tp[%]를 각 토너에 대한 최대 흡수 파장(즉, 마젠타 토너에 대해서는 650nm, 시안 토노에 대해서는 500nm 및 옐로우 토너에 대해서는 600nm)에서 자동 기록 분광기를 사용하여 Tp=100%인 OHP 시트 자체의 투명성에 대하여 측정하였다.
헤이즈[-]는 헤이즈 미터(NDH-300A, 니폰 하쇼꾸 고오교 가부시끼가이샤(Nippon Hasshoku Kogyo K.K)사 제품)을 사용하여 측정하였다.
평가 결과를 하기 표 8-10에 나타내었다.
비교용 토너의 평가
자성 브러쉬 현상을 위한 다양한 색상의 이성분 형상제를 비교예 1-20의 착색 토너를 실시예 5와 동일한 방법으로 사용하여 제조하고, 실시예 6과 동일한 방법으로 평가하였다.
색 혼합 특성을 4가지 세트의 토너, 즉 비교예 A(비교예 1-4의 4가지 착색 토너), 비교예 B(비교예 5-8), 비교예(9-12) 및 비교예 D(비교예 13-16)를 사용하여 평가하였다.
비교예 17-20의 시안 토너는 단색 모드에 따라서만 평가하였다.
또한 평가 결과를 표8-10에 나타내었다.
[실시예 7-13]
에스테르 왁스(A) 대신 에스테르 왁스(B) 내지 (H)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 시안 토너를 제조하였다. 생성된 시안 토너를 각각 자성 브러쉬 현상을 위한 이성분 착색 현상제로 제조하고 실시예 6과 동일한 방법으로 평가하였다. 결과를 하기 표 11 및 12에 나타내었다.

Claims (67)

  1. 적어도 결착 수지, 착색제 및 에스테르 왁스로 이루어지고, 상기 에스테르 왁스가 결착 수지 100 중량부 당 3 내지 40 중량부를 함유하고, 일반식 R1-COO-R2(여기서, R1및 R2는 독립적으로 탄소 원자수 15 내지 45인 탄화수소기를 나타냄)로 표시되는 에스테르 화합물로 이루어지고, 총 탄소 원자수가 동일한 에스테르 화합물을 50 내지 95중량% 함유하는 정전하상 현상용 토너.
  2. 제1항에 있어서, R1이 포화 탄화수소기를 의미하는 것인 토너.
  3. 제2항에 있어서, R1이 알킬기를 의미하는 것인 토너.
  4. 제1항에 있어서, R2가 포화 탄화수소기를 의미하는 것인 토너.
  5. 제1항에 있어서, R2가 알킬기를 의미하는 것인 토너.
  6. 제1항에 있어서, R1및 R2가 각각 탄화수소기를 의미하는 것인 토너.
  7. 제6항에 있어서, R1및 R2가 각각 알킬기를 의미하는 것인 토너.
  8. 제1항에 있어서, R1이 탄소원자수 15 내지 45 직쇄 알킬기이고, R2가 탄소 원자수 15 내지 44의 직쇄 알킬기를 의미하는 것인 토너.
  9. 제1항에 있어서, 에스테르 왁스가 40 내지 90℃의 융점을 가지는 것인 토너.
  10. 제9항에 있어서, 에스테르 왁스가 55 내지 85℃의 융점을 갖는 것인 토너.
  11. 제1항에 있어서, 에스테르 왁스가 0.5 내지 5.0의 경도를 갖는 것인 토너.
  12. 제1항에 있어서, 에스테르 왁스가 결착 수지 100 중량부 당 5 내지 35 주량부의 양으로 함유되는 토너.
  13. 제1항에 있어서, 에스테르 옥스가 200 내지 2,000의 중량 평균 분자량(Mw) 및 150 내지 2,000의 수 평균 분자량(Mn)을 갖는 것인 토너.
  14. 제1항에 있어서, 에스테르 왁스가 동일한 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 55 내지 95 중량% 함유하는 것인 토너.
  15. 제14항에 있어서, 에스테르 왁스가 동일한 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 60 내지 95 중량% 함유하는 것인 토너.
  16. 제1항에 있어서, 에스테르 왁스가 상기 동일수의 ±2의 범위의 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 에스테르 왁스의 총 80 내지 95%중량 함유하는 것인 토너.
  17. 제16항에 있어서, 에스테르 왁스가 상기 동일수의 ±2의 범위의 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 에스테르 왁스의 총 90 내지 95중량% 함유하는 것인 토너.
  18. 제1항에 있어서, 에스테르 왁스가 총 탄소 원자수 44의 R1'-COO-R2'(여기서, R1' 및 R2'은 독립적으로 탄소 원자수 15 내지 45의 직쇄 장쇄 알킬기를 나타냄)로 표시되는 에스테르 화합물을 에스테르 왁스의 50 내지 90중량% 함유하는 것인 토너.
  19. 제1항에 있어서, 상기 결착 수지가 5×103내지 106의 수 평균 분자량(Mn) 및 2 내지 100의 중량 평균 분자량(Mw)/수 평균 분자량(Mn)의 비(Mw/Mn)를 가지는 텐트라히드로푸란(THF) 가용 함량을 함유하는 토너.
  20. 제1항에 있어서, 에스테르 왁스가 결착 수지내에 봉입되는 것인 토너.
  21. 제1항에 있어서, 착색제가 시안 착색제로 이루어지는 것인 토너.
  22. 제1항에 있어서, 착색제가 마젠타 착색제로 이루어지는 것인 토너.
  23. 제1항에 있어서, 착색제가 옐로우 착색제로 이루어지는 것인 토너.
  24. 제1항에 있어서, 수성 매질 중에 적어도 결착 수지를 제공하는 중합성 단량체, 착색제, 에스테르 왁스 및 중합 개시제로 이루어지는 단량체 조성물로부터 직접적으로 제조된 토너 입자 형태인 토너.
  25. 제24항에 있어서, 토너 입자가 시안 토너 입자로 이루어지는 것인 토너.
  26. 제24항에 있어서, 토너 입자가 마젠타 토너 입자로 이루어지는 것인 토너.
  27. 제24항에 있어서, 토너 입자가 옐로우 토너 입자로 이루어지는 것인 토너.
  28. 제24항에 있어서, 에스테르 왁스가 동일한 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 55 내지 95중량% 함유하는 것인 토너.
  29. 제28항에 있어서, 에스테르 왁스가 동일한 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 60 내지 95중량% 함유하는 것인 토너.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 에스테르 왁스가 각각 총 탄소 원자수 44의 R1'-COO-R2'(여기서, R1' 및 R2'은 독립적으로 탄소 원자수 15 내지 45의 직쇄 장쇄 알킬기를 나타냄)로 표시되는 전체 에스테르 화합물을 에스테르 왁스의 50 내지 95중량% 함유하는 것인 토너.
  31. 제1항에 있어서, 100 내지 160의 형태 인자 SF-1을 갖는 것인 토너.
  32. 제31항에 있어서, 100 내지 150의 형태 인자 SF-1을 갖는 것인 토너.
  33. 제1항에 있어서, 3 내지 8㎛의 중량 평균 입도 및 35%이하의 수 기준 입도 편차율을 갖는 것인 토너.
  34. 정전하상 보유 부재 상에 정전하상을 형성하는 단계, 정전하상을 토너로 현상하여 정전하상 보유 부재 상에 토너상을 형성하는 단계, 토너상을 정전하상 보유 부재로부터 피전사 재료로 직접적으로 또는 중간 전사 부재를 통하여 전사시키는 단계, 및 토너상을 피전사 재료 상에 열압하에 정착시키는 단계로 이루어지고, 상기 토너가 적어도 결착 수지, 착색제 및 에스테르 왁스로 이루어지고, 상기 에스테르 왁스가 결착 수지 100중량부 당 3 내지 40중량부를 함유하고, 일반식 R1-COO-R2(여기서, R1및 R2는 독립적으로 탄소 원자수 15 내지 45인 탄화수소기를 나타냄)로 표시되는 에스테르 화합물로 이루어지고, 총 탄소 원자수가 동일한 에스테르 화합물을 50 내지 95중량% 함유하는 화상 형성 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 피전사 재료가 시안, 마젠타, 옐로우 및 블랙으로 이루어지는 군에서 선택되는 2종 이상의 토너상을 보유할 수 있는 방법.
  36. 제34항 또는 제35항에 있어서, R1이 포화 탄화수소기를 의미하는 것인 방법.
  37. 제36항에 있어서, R1이 알킬기를 의미하는 것인 방법.
  38. 제34항 또는 제35항에 있어서, R2가 포화 탄화수소기를 의미하는 것인 방법.
  39. 제38항에 있어서, R2가 알킬기를 의미하는 것인 방법.
  40. 제34항 또는 제35항에 있어서, R1및 R2가 각각 탄화수소기를 의미하는 것인 방법.
  41. 제40항에 있어서, R1및 R2가 각각 알킬기를 의미하는 것인 방법.
  42. 제34항 또는 제35항에 있어서, R1이 탄소 원자수 15 내지 45의 직쇄 알킬기이고, R2가 탄소 원자수 15 내지 44의 직쇄 알킬기를 의미하는 것인 방법.
  43. 제34항 또는 제35항에 있어서, 에스테르 왁스가 40 내지 90℃의 융점을 가지는 것인 방법.
  44. 제43항에 있어서, 에스테르 왁스가 55 내지 85℃의 융점을 갖는 것인 방법.
  45. 제34항 또는 제35항에 있어서, 에스테르 왁스가 0.5 내지 5.0의 경도를 갖는 것인 방법.
  46. 제34항 또는 제35항에 있어서, 에스테르 왁스가 결착 수지 100중량부 당 5 내지 35중량부의 양으로 함유되는 방법.
  47. 제34항 또는 제35항에 있어서, 에스테르 왁스가 200 내지 2,000의 중량 평균 분자량(Mw) 및 150 내지 2,000의 수 평균 분자량(Mn)을 갖는 것인 방법.
  48. 제34항 또는 제35항에 있어서, 에스테르 왁스가 동일한 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 55 내지 95중량% 함유하는 것인 방법.
  49. 제48항에 있어서, 에스테르 왁스가 동일한 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 60 내지 95중량% 함유하는 것인 방법.
  50. 제34항 또는 제35항에 있어서, 에스테르 왁스가 상기 동일수의 ±2의 범위의 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 에스테르 왁스의 총 80 내지 95중량% 함유하는 것인 방법.
  51. 제50항에 있어서, 에스테르 왁스가 상기 동일수의 ±2의 범위의 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 에스테르 왁스의 총 90 내지 95중량% 함유하는 것인 방법.
  52. 제34항 또는 제35항에 있어서, 에스테르 왁스가 총 탄소 원자수 44의 R1'-COO-R2'(여거서, R1' 및 R2'은 독립적으로 탄소 원자수 15 내지 45의 직쇄 장쇄 알킬기를 나타냄)로 표시되는 에스테르 화합물을 에스테르 왁스의 50 내지 90중량% 함유하는 것인 방법.
  53. 제34항 또는 제35항에 있어서, 상기 결착 수지가 5×103내지 106의 수 평균 분자량(Mn) 및 2 내지 100의 중량 평균 분자량(Mw)/수 평균 분자량(Mn)의 비(Mw/Mn)를 가지는 테트라히드로푸란(THF) 가용 함량을 함유하는 방법.
  54. 제34항 또는 제35항에 있어서, 에스테르 왁스가 결착 수지내에 봉입되는 것인 방법.
  55. 제34항 또는 제35항에 있어서, 착색제가 시안 착색제로 이루어지는 것인 방법.
  56. 제34항 또는 제35항에 있어서, 착색제가 마젠타 착색제로 이루어지는 것인 방법.
  57. 제34항 또는 제35항에 있어서, 착색제가 옐로우 착색제로 이루어지는 것인 방법.
  58. 제34항 또는 제35항에 있어서, 수성 매질 중에 적어도 결착 수지를 제공하는 중합성 단량체, 착색제, 에스테르 왁스 및 중합 개시제로 이루어지는 단량체 조성물로부터 직접적으로 제조된 토너 입자 형태인 방법.
  59. 제58항에 있어서, 토너 입자가 시안 토너 입자로 이루어지는 것인 방법.
  60. 제58항에 있어서, 토너 입자가 마젠타 토너 입자로 이루어지는 것인 방법.
  61. 제58항에 있어서, 토너 입자가 옐로우 토너 입자로 이루어지는 것인 방법.
  62. 제58항에 있어서, 에스테르 왁스가 동일한 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 55내지 95중량% 함유하는 것인 방법.
  63. 제62항에 있어서, 에스테르 왁스가 동일한 총 탄소 원자수를 갖는 에스테르 화합물을 60 내지 95중량% 함유하는 것인 방법.
  64. 제62항에 있어서, 에스테르 왁스가 각각 총 탄소 원자수 44의 R1'-COO-R2'(여기서, R1' 및 R2'은 독립적으로 탄소 원자수 15 내지 45의 직쇄 장쇄 알킬기를 나타냄)로 표시되는 전체 에스테르 화합물을 에스테르 왁스의 50 내지 95중량% 함유하는 것인 방법.
  65. 제34항 또는 제35항에 있어서, 100 내지 160의 형태 인자 SF-1을 갖는 것인 방법.
  66. 제65항에 있어서, 100 내지 150의 형태 인자 SF-1을 갖는 것인 방법.
  67. 제34항 또는 제35항에 있어서, 3 내지 8㎛의 중량 평균 입도 및 35% 이하의 수 기준 입도 편차율을 갖는 것인 방법.
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