KR100349775B1 - 전자사진용토너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 균일한 전체화상을 얻고, 장기 복사, 프린팅시에도 화상농도가 높게 유지되며 비화상부의 오염이 적은 전자사진용 토너를 제조하기 위한 것으로, 수지, 하전제어제및 착색제를 필수 구성성분으로 하는 토너에 유동성부여제와, 소수성 실리카로 표면처리된 지방산 금속염의 미세분말 또는 지방산 금속염과 수지를 용융혼합하여 얻은 미세분말을 소수성 실리카로 표면처리하여 외첨함을 특징으로 한다.

Description

전자사진용 토너

본 발명은 전자사진용 토너에 관한 것으로서 더 상세하게는 표면처리한 지방산 금속염을 외첨하여 장기 복사 또는 프린팅시에도 화상이 안정되고 감광체(광전도성 드럼)의 표면에 오염이 발생하지 않고 마그네틱 롤러 혹은 캐리어가 오염되지 않는 전자사진용 토너에 관한 것이다.

지금까지의 전사사진공정은 미합중국 특허 2,297,691과 3,666,363및 4,071,361호에 기제되어 있는 것을 포함하여 여러가지 방법이 알려져 있다. 일반적으로는 광전도성 물질로 된 감광체위에 정전기적 잠상을 형성시킨 후 잠상위로 토너를 이동시키고 이 토너를 종이등의 매체위에 전사시킨 후 열과 압력을 이용하여 정착시켜 최종 화상을 얻는다.

이 과정중 감광체 위의 토너는 전부 종이로 이동하지 않고 일부는 감광체위에 남아 있는 것이 일반적이다. 남아 있는 토너는 감광체위에 새로운 화상을 형성 시킬 때 방해가 되므로 이 토너를 제거하는 공정이 추가된다.

감광체위에 잔류된 토너를 제거하는 방법으로는 고압을 발생시키는 코로나 와이어를 이용하고 청소용 블래이드로 감광체를 긁어내는 방법이 널리 이용되고 있다. 최근에는 기계장치의 단순화, 소형화, 그리그 오존 발생의 최소화를 위해 코로나 와이어의 사용은 점차로 줄고 있으며, 감광체위의 잔류토너제거를 위해 청소용 블레이드만을 이용하는 방법이 점차 늘고 있다.

그러나 청소용 블레이드만을 이용한 방법은 코로나 와이어를 이용하는 방법에 비해 감광체위의 잔류토너 제거효을이 낮다. 감광체가 잔류토너로 오염될 경우 새로운 정전기적 잠상의 형성이 방해되어 화상의 농도가 낮아지고, 감광체의 비화상 부분에 목적하지 않은 잠상이 발생하여 최종 화상의 비화상부 오염이 심해진다. 이러한 현상은 토너는 감광체와는 달리 빛에 의한 전도성이 없어 감광체위에 잔류되었을 때 감광체 표면의 전하층 형성과 전하층 제거과정을 방해하기 때문이다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 감광체의 표면을 특수한 물질로 처리하여 토너와의 접착력을 감소시키고 청소용 블레이드를 개량하는 기술이 개발되고 있다. 또한 토너차체를 개선하여 감광체 오염을 없애는 기술이 필요하게 되었다.

현재는 감광체표면의 잔류토너 제거를 위해 토너제조시 내첨 또는 외첨제로 여려가지 물질을 첨가하는 방법이 알려저 있다. 첨가 물질로는 실리카, 산화세륨, 스트론튬, 티타네이트, 알미늄 옥사이드, 지방산 금속염, 그리고 각종 고분자의 미세 분말이 이용되고 있다. 이러한 물질들은 대부분 일종의 마모제를 작용하여 감광체위의 잔류토너를 마찰에 의해 긁어내는 역할을 한다. 지방산 금속염은 일종의 윤활제로 작용하여 청소용 블래이드아 감광체의 사이에서 청소용 블레이드의 작용을 도와주고, 그자체가 감광체위에 매우 얇은 막을 형성하여 토너와 감광체의 접착력을 감소시켜 감광체의 토너에 의한 오염을 줄여준다.

지방산 금속염은 이중작용에 의해 청소용 블래이드는 감광체 표면 청소의 효과를 증진시키나 부수되는 단점도 가진다. 단점은 화상의 농도가 불균일해지고, 장기복사, 프린팅시 화상농도가 낮아지고, 비화상부분에 오염이 발생하는 경우가 생기는 것이다. 이러한 현상의 원인은 지방산 금속염이 토너의 마찰대전을 방해하여 적정전하를 갖는 토너생성을 억제하고 역극성 토너의 발생을 증가시킴에 기인한 것으로 추정된다. 특히 이런 현상은 지방산 금속염의 분말 크기가 클 때 심해진다. 또한 장기복사 또는 프린팅후에 마그네틱롤러 혹은 캐리어 위에 지방산 금속염에 의한 오염이 발생하여 상기의 단점이 심화된다. 지방산 금속염이 마그네틱 롤러 혹은 캐리어위에 오염되면 토너와 마그네틱 롤러 혹은 캐리어의 적접적인 마찰을 방해하여 토너의 마찰대전을 방해하게 된다.

일반적으로 적정 전하이상의 전하를 갖는 토너는 마그네틱 롤러 혹은 캐리어에서 감광체위로 이동하지 못하고, 마그네틱 롤러 혹은 캐리어 표면에 계속 달라 붙어 있게된다. 이런 토너는 마그네틱 롤러 혹은 캐리어 위로 새로 공급되는 토너의 마그네틱롤러 혹은 캐리어의 마찰을 방해하여 화상을 흐리게하고 비화상 부분의 오염을 증가시킨다. 최근에 많이 사용되고 있는 마그네틱 롤러의 경우는 마그네틱 롤러에 카본블랙과 같은 전도성 물질을 넣어 마그네틱 롤러 표면에 직접 붙어 있는 토너의 높은 전하를 방전시킴으로써 그 전하를 낮추어 쉽게 토너가 마그네틱 롤러에서 떨어져 나가게 한다. 또한 캐리어의 경우에는 토너와의 마찰에 의해 캐리어 위에 토너 전하와는 반대되는 전하를 띠게 된다. 이 전하는 캐리어끼리의 접촉에 의해 결국은 기기의 몸체로 방전된다.

그리나 지방산 금속염이 마그네틱 롤러 혹은 캐리어위에 피막을 형성하여 마그네틱 롤러 혹은 캐리어의 표면이 토너와 접촉하는 것을 방해하면, 마그네틱 롤러 혹은 캐리어의 전하 방전을 방해하여 높은 전하를 갖는 토너가 계속 마그네틱 롤러 혹은 캐리어위에 접착되어 화상을 흐리게하고 비화상부분의 오염을 증가시킨다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상기에서 기술한 지방산 금속염의 단점을 없애 균일한 전체화상을 얻고 장기복사, 프린팅시에도 화상농도가 놓게 유지되며 비화상부의 오염이 적은 토너를 제조하는 것을 목적으로 한다.

즉 본 발명은 지방산 금속염에 의한 토너 마찰대전 방해현상을 일어나지 않게 하고. 지방산 금속염의 장점을 살려 청소용 블래이드에 의한 감광체위의 잔류토너제거를 효과적으로 하며, 지방산 금속염에 의한 마그네틱 롤러 혹은 캐리어의 표면이 오염되는 것을 방지하기 위하여 지방산 금속염의 표면을 특별하게 처리함을 특징으로 하는 것으로, 소수성 실리카에 의해 코팅된 지방산 금속염을 토너와 혼합시 그 혼합이 더욱 효과적으로 된다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 지방산 금속염의 표면을 소수성 실리카로 처리하여 지방산 금속염과 마그네틱 롤러 혹은 캐리어의 접착력을 감소시켜 지방산금속염이 마그네틱 롤러 혹은 캐리어위에 붙어 있지 않게 되고 그 결과 장기 복사, 프린팅시에도 우수한 화상이 얻어지게 하기 위하여 지방산 금속염 100 중량부에 대해 소수성 실리카를 0.01 에서 30 중량부까지, 더욱 바람직하게는 0.1에서 10까지 혼합하여 고속에서 회전하여, 소수성 실리카가 지방산 금속염위에 균일하계 코팅되도록 한다.

또한 본 발명에서는 크기가 큰 지방산 금속염이 상기의 단점을 심하게 유발시킨다는 점에 주목하여 지방산 금속염의 크기를 조절하여 20마이크로미터 이하의 지방산 금속염을 사용하여 소수성 실리카를 코팅한다. 토너제조시 20 마이크로미터 이하의 지방산 금속염, 더욱 바람직하게는 10 마이크로미터 이하의 지방산 금속염을 소수성 실리카로 처리한 후 토너 100 중량부에 대해 0.01 중량부에서 5중량부까지, 바람직하게는 0.02에서 2 중량부를 다른 외첨제와 함께 외첨하여 사용한다.

사용된 지방산 금속염의 지방산은 탄소수가 10에서 50사이에 해당하는 직선사슬 혹은 가지달린 사슬로 된 것으로 이중 결합의 갯수가 0에서 10사이에 해당하는 것을 포함한다. 지방산 금속염의 금속으로는 아연, 마그네슘, 바륨, 칼슘등 지방산과 결합가능한 금속류를 모두 망라한다. 외첨의 방법은 단독외첨 또는 다른 외첨제와 혼합사용하였으며, 여러가지 외첨제 사용시 외첨순서는 토너에 모든 외첨제를 동시외첨 후 고속 회전을 하여 혼합하는 방법 또는 지방산 금속염과 토너를 섞어 고속회전 후 다른 외첨제를 섞어 고속회전하는 방법, 역으로 다른 외첨제와 토너를 고속회전으로 섞은후 지방산 금속염을 외첨하여 고속회전하는 방법등을 포함하는 일반적인 토너제조시 사용하는 혼합방법을 사용할 수 있다.

본 발명에서는 지방산 금속염의 크기를 조절하는 방법으로서 다양한 방법을 사용할 수 있는데 사용방법에 무관하게 20마이크로미터 이하의 지방산 금속염을, 더욱 바람직하게는 10 마이크로미터 이하의 지방산 금속염을 이용하였을 때 발명의 목적을 달성할 수 있다.

상업적으로 판매되는 지방산 금속염은 평균크기도 다양하고 크기 분포도 넓어 그대로 사용시 지방산 금속염에 의한 상기의 여러가지 단점이 발생하므로 지방산 금속염의 크기를 조절해야 한다. 지방산 금속염의 크기를 조절하는 방법으로는 상업적으로 판매되는 지방산 금속염을 분급기를 통하여 미세한 입자와 큰 입자를 분리하여 미세한 입자를 사용하는 방법, 고분자 수지와 지방산 금속염을 섞어 고온에서 용융 혼합후 저온에서 밀링, 조분쇄, 분급을 하여 미세한 분말을 얻는 방법, 지방산금속염을 용매에 녹인후 이용액을 수용액이나 메탄올에 떨어뜨려 미세한 입자를 얻는 방법 등이 사용된다. 지방산 금속염과 수지를 용융혼합하여 미세분말을 얻을 때에 수지의 혼합 비율은 지방산 금속염 100중량부에 대해 1에서 200중량부이다.

본 발명에 사용된 수지로는 스티렌류, 올레핀류, 비닐 에스테르류, 알파-메틸렌 지방족 모노 카르본산의 에스테르류등의 단독중합체 혹은 공중합체를 포함하며, 대표적인 수지로는 폴리스티렌, 스터렌-아크릴산 알킬 공중합체, 스티렌-아크릴로 니트릴 공중합체, 스티렌-부틸 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-무수 말레인산 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌, 폴리 에스테르, 폴리 우레탄등이 사용될 수 있다.

또한 하전제어제로는 다음과 같은 것들을 사용할 수 있는데, 먼저 부대전성 토너에서는 금속착체, 킬레이트화합물이 유효하며, 모노아조 금속착체, 아세틸렌 아세톤 금속착체, 방향족 하이드록시 카르본산, 방향족 디카르본산계의 금속착체, 방향족 모노 및 폴리 카르본산과 그것의 금속염 무수물, 에스테르류, 비닐 페놀 유도체류가 사용된다. 정대전성 토너에서는 니그로신 및 지방산 금속염에 의한 변성물, 트리부틸 헥실 암모니움-1-하이드록시-4-나트피설폰산염, 테트라 부틸 암모늄 테트라부틸폴로로 보레이트 등의 4급 암모늄염, 고급 지방산의 금속염, 아세틸렌 아세톤 금속착체등이 있다. 상기의 정전성과 부대전성 하전제어제는 단독 혹은 둘 이상을 섞어 사용하여 원하는 전하를 가진 토너를 만들 수 있다.

본 발명의 토너에는 열롤러에 의한 토너 정착시 발생할 수 있는 옵셋을 방지하기 위해 저분자량 폴리에틸렌, 저분자량 폴리프로필렌, 마이크로크리스탈린 왁스, 카누바왁스, 파라핀왁스 등의 왁스물질을 수지 100중량부에 대해 0.5 - 5중량부 정도를 첨가한다.

본 발명에서는 자성체를 내첨하여 사용할 수도 있다. 이 경우 자성체는 착색제의 역할을 겸한다. 이 때 자성체로는 마그네타이트, 헤마타이트, 페라이트등의 산화철, 철, 코발트, 니켈등의 금속 또는 그들의 금속알루미늄, 금속합금등이 사용될 수 있다. 이러한 자성체는 평균 입자크기가 0.1 - 1 마이크로미터, 더 적절하게는 0.1 - 0.4 마이크로미터인 것이 바람직하며 토너중에 함유되는 양은 수지 100 중량부에 대해 30 - 180 중량부, 바람직하게는 50 -130 중량부에다. 본 발명의 토너가 2 성분계 현상제로 사용될 때에는 캐리어 분말과 혼합하여 사용하는데, 이 때 토너의 양은 캐리어의 1 - 20 중량부, 바람직하게는 2 - 10 중량부, 더욱 바람직하게는 3 - 5중량부로 한다.

본 발명에서 사용된 캐리어로는 공지의 것이 가능하다. 예를 들명 철분, 페라이트, 니켈등 자성을 지닌 분체, 유리분체 및 그것의 표면에 불소계 수지, 비닐계 수지 혹은 실리콘계 수지등을 처리한 것을 들 수 있다.

본 발명의 토너에 사용되는 착색제로는 공지의 안료와 염료가 있다. 예를 들면 카본블랙, 아닐린 블랙, 아세틸렌 블랙, 나프탈 옐로우, 아닐린 블루, 크롬 옐로우, 프탈로시아닌 블루가 있다. 이러한 물질을 수지 100중량부에 대해 0.5 - 10중량부, 바람직하게는 2 - 8 중량부를 사용하면 화상농도를 높게 할수 있다.

본 발명에 사용된 유동성 부여제로는 소수성 실리카가 사용되며, 이 소수성 실리카는 BET 법으로 측정한 표면적이 단위 그램당 80 - 350 제곱미터인 것이다.

본 발명에서 전자사진용 토너를 제조하는 방법은 공지의 방법과 같이 수지, 착색제, 하전제어제, 자성체, 그밖의 첨가제들을 헨셀 믹서,롤밀등의 혼합기에서 혼합시킨후 가열롤, 니더, 밴버리믹서 등의 혼련기를 이용하여 용융 혼합하면 된다. 용융 혼합된 토너를 냉각 시킨 후 분쇄 및 분급을 통해 원하는 입자크기로 만들고 이 입자와 유동성 부여제, 지방산 금속염, 그러고 기타 첨가제를 섞어 토너제품을 만든다.

이하에서 실시예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(제조예 1)

스티렌-n-아크릴산 부틸 공중합체 100 중량부

(공중합체 중량비 8 : 2, 중량편균 분자량 50만)

자성체 분말(평균입경 0.2㎛) 70 중량부

정대전성 하전 제어제 (니그로신계 염료) 2 중량부

폴리프로필렌 (중량평균 분자량 6천) 4 중량부

위의 혼합물을 상기한 토너 제조과정을 통해 평균 입경 8㎛ 로 만들었다. 단 외첨제는 넣지 않았다(토너 A).

(제조예 2)

스티렌-n-아크릴산 부틸 공중합체 100 중량부

(공중합 중량비 8 : 2, 중량평균 분자량 50만)

자성체 분말(평균입경 0.2㎛) 70 중량부

부대전성 하전 제어제(살리실산계 크롬착체) 2 중량부

폴리프로필렌(중량평균 분자량 6천) 4 중량부

위의 혼합물을 상기한 토내제조과정을 통해 평균입경 10㎛로 만들었다. 단 외첨제는 넣지 않았다(토너 B).

(제조예 3)

평균입경 30㎛ 인 칼슘 팔미테이트를 분급을 하여 평균입경 10㎛(지방산 금속염1)와 평균 입경 40㎛ 인(지방산 금속염 2)시료를 얻었다. 평균입경 10㎛인 칼슘 팔미테이트 100 중량부와 소수성 실리카인 데구사의 R972 1 중량부를 헨셀 믹서로 고속회전 하여 지방산 금속염 3을 만들고, 평균입경 10㎛인 칼슘팔미테이트 100중량부와 소수성 실리카인 데구사의 R504 1 중량부를 헨셀 믹서로 고속회전하여 지방산 금속염 4를 만들었다.

(제조예 4)

평균입경 25㎛인 마그네슘 스테아레이트를 분급을 하여 평균입경 5㎛(지방산 금속염 5)와 평균입경 20㎛인(지방산 금속염 6) 시료를 얻었다. 평균입경 5㎛인 마그네슘 스테아레이트 100 중량부와 소수성 실리카인 데구사의 R972 3 중량부를 헨셀 믹서로 고속회전하여 지방산 금속염 7을 만들고, 평균입경 5㎛인 마그네슘 스테아레이트 100 중량부와 소수성 실리카인 데구사의 R504 3 중량부를 헨셀믹서로 고속회전하여 지방산 금속염 8을 만들었다.

(제조예 5)

평균입경 30㎛인 바륨 스테아레이트를 스티렌-n-아크릴산 부틸 공중합체(공중합중량비 8 : 2, 중량평균 분자량 50만)와 1 : 1로 섞어 헨셀 믹서, 롤밀 등의 혼합기에서 혼합시킨후 가열 롤, 니더, 밴버리 믹서 등의 열 훈련기를 이용하여 용융 혼합하였다. 용융 혼합된 토너를 냉각시킨후 분쇄 및 분급을 통해 평균입경 3㎛와(지방산 금속염 9) 평균입평 15㎛인(지방산 금속염 10)시료를 얻었다.

평균입경 3㎛인 바륨 스테아레이트 100 중량부와 소수성 실리카인 데구사의 R972 5 중량부를 헨셀믹서로 고속회전하여 지방산 금속염 11을 만들고 평균입경 3 ㎛ 인 바륨 스테아레이트 100중량부와 소수성 실리카인 데구사의 R504 5 중량부를 헨셀믹서로 고속회전하여 지방산 금속염 12를 만들었다.

(실시예 및 비교예)

상기의 방법으로 제조한 토너와 소수성 실리카, 지방산 금속염을 헨셀 믹서로 혼합한 후 복사나 프린터를 실시하였다. 이 때 사용된 소수성 실리카로 정대전성 토너에는 데구사의 R504, 부대전성 토너에는 데구사의 R972를 사용하였으며, 그 사용량은 토너 100중량부에 대해 0.7 중량부였다.

이렇게 만든 토너를 금성사의 레이저빔 프린터 마이레이저 660 과 캐논사의NP2020 에 적용하여 화상을 얻었다. 화상농도는 미국 멕배스사의 Reflection Densito meter RD-918 기기를 이용하여 측정하였고 감광체 표면오염과 화상의 균일성, 비화상부 오염은 육안으로 관찰하였다.

( 실 시 예 )

실시예에서 ○ 기호는 매우좋은 수준, △는 만족할 수준은 아니나 사용가능한 수준, X 기호는 나쁨을 의미한다.

( 비 교 예 )

상기의 실시예와 비교예에서 보듯이 지방산 금속염을 본 발명의 방법으로 소수성 실리카로 표면처리한 결과 균일한 전체 화상을 얻고 장기복사, 프린팅시에도 화상농도가 높게 유지되며 비화상부의 오염이 적은 토너를 제조할 수 있었다.

Claims (6)

1. 기재수지, 토너에 대전성을 부여하기 위한 하전제어제 및 토너용 착색제를 포함하는 전자사진용 토너에, 소수성 실리카로 표면처리된 지방산 금속염 미세분말, 또는 지방산 금속염과 수지의 용융 혼합물을 실리카로 표면처리한 미세분말이 토너 100 중량부에 대해 0.01 내지 5 중량부의 양으로 첨가된 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
2. 제 1 항에 있어서,

   소수성 실리카의 비표면적이 80 - 350 m2/g(BET 법 측정)인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
3. 제 1 항에 있어서,

   소수성 실리카를 지방산 금속염 100 중량부에 대해 0.01 내지 30중량부 사용하는 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
4. 제 1 항에 있어서,

   수지가 스티렌류. 올레핀류, 비닐 에스테르류 및 알파-메틸렌 지방족 모노 카르본산의 에스테르류로 이루어진 군에서 선택된 단량체의 단독 중합체 또는 공중합체임을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
5. 제 1 항에 있어서.

   지방산 금속염과 용융혼합되는 수지의 사용량이 지방산 금속염 100 중량부에 대해 1 내지 200 중량부임을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
6. 제 1 항에 있어서,

   지방산 금속염의 미세분말 및 지방산 금속염과 수지의 용융 혼합물의 크기가 20 마이크로미터 이하임을 특징으로 하는 전자사진용 토너.