KR100385730B1 - 내구성이 우수한 자성 토너 조성물 - Google Patents

내구성이 우수한 자성 토너 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내구성이 우수한 자성 토너 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 바인더 수지 및 자성체를 포함하는 자성 토너 모체, 상기 자성 토너 모체 표면에 첨가되는 산화아연, 산화주석, 티탄산 스트론튬, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 지르콘산 스트론튬, 지르콘산 칼슘, 탄산칼슘, 탄산 마그네슘, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 평균 입경 0.1 내지 4.0 ㎛의 무기물 미분말, 및 비표면적 100 내지 240 m2/g의 소수성 실리카를 포함하는 내구성이 우수한 자성 토너 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 토너 조성물은 잠상 담지체 위에 필르밍(filming)을 방지하고 클리닝(cleaning) 성이 양호하여 내구성이 우수하다.

Description

내구성이 우수한 자성 토너 조성물{A MAGNETIC TONER COMPOSITION HAVING EXCELLENT DURABILITY}
본 발명은 내구성이 우수한 자성 토너 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 토너 모체 표면에 무기물 미분말이 첨가됨으로 인하여 필르밍(filming)을 방지하고 클리닝(cleaning)성이 양호하여 내구성이 우수한 자성 토너에 관한 것이다.
자성 토너는 전자 사진법, 정전 기록법, 정전 인쇄법 등에 있어서 형성된 정전하상을 현상하기 위해 사용된다.
최근 컴퓨터, OA 기기 등의 발전과 함께 여러 가지 정보의 출력 기기로서 각종 프린터 및 복사기가 시판되고 있다. 이들 각종 프린터 및 복사기의 화상 형성방법으로서 정전하상을 이용하는 방법이 폭 넓게 이용되고 있다.
일반적으로, 화상 형성 포로세스는 광도전성 재료로 된 감광층을 보유한 잠상 담지체에 일정한 정전하를 부여하는 대전공정, 원고의 노광 또는 레이져 등에 의하여 해당하는 잠상 담지체 표면 위에 원고에 대응되는 정전하상을 형성시키는 노광공정, 상기 정전하상을 현상제에 의하여 현상하여 토너 상을 형성하는 현상공정, 해당 토너 상을 종이 등의 전사재에 전사시키는 전사공정, 종이 등의 전사재에전사된 토너를 가열 또는 가압에 의하여 정착시키는 정착공정 및 전사되지 않고 잠상 담지체 위에 잔류한 토너 및 부착물을 클리닝하는 클리닝 공정으로 이루어지며, 이러한 각 공정을 반복하여 원하는 복사물이나 프린터 출력물이 얻어진다.
상기 클리닝 공정에서는 일반적으로 클리닝 블레이드(blade)에 의한 클리닝 방식이 사용되고 있다. 잠상 담지체 위에 잔류한 부착물로서는 토너 및 지분 등이 일반적으로 알려져 있다. 또한, 잔류된 부착물들이 잠상 담지체에 부착한 상태에서 공기중의 수분을 흡수하여 잠상 담지체의 표면 저항을 저하시키고, 그 결과, 화상 형성 프로세스에 있어서 표면에 전류가 미약하나마 흐르게 되어 잠상 담지체 표면 위에 전하의 이동이 발생하여 화상 불량의 원인이 된다.
또한, 화상 형성 프로세스에서는 토너 입자가 잠상 담지체의 표면에 직접 접촉하기 때문에 토너 구성 성분에 의하여 잠상 담지체의 표면에 필르밍(filming) 현상이 발생하고 잠상 담지체 특성이 열화되기 쉽다. 또한, 최근 토너의 미세화 (소입경화) 및 저온 정착화로 인한 바인더(binder) 수지 분자량의 저하 등에 의하여 필르밍 현상, 클리닝 저하 등이 발생하기 쉬운 경향을 보이고 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해 잠상 담지체 또는 토너에 필르밍 방지 특성을 부여하는 것 또는 토너에 잠상 담지체가 열화된 부분을 연마하는 성능을 부여하는 것이 요구되어 왔다.
종래에는 코로나 생성물이나 토너 필르밍을 제거하기 위하여 현상제 중에 연마제를 함유시켜 클리닝 장치의 작용부에 있어 잠상 담지체의 표면을 연마하는 방법이 제안되었다. 예를 들면, 클리닝제로서 유기 미분말을 첨가하는 기술이나 수지 금속염을 첨가하는 기술 또는 복합 미립자를 함유시키는 기술 등이 각 특허에 개시되어 있다.
그러나, 유기 미분말을 첨가하는 기술에 있어서는 클리닝 블레이트와 잠상 담지체와의 접촉 영역에 유기 미립자가 끼게 되고, 화상의 형성을 되풀이함에 따라 잠상 담지체의 표면에 토너 구성 성분이 부착되고 축적되어 잠상 담지체의 특성이 조기에 열화되는 문제점이 있다. 또한, 수지 금속염을 첨가하는 기술에 있어서는 캐리어 입자의 표면 또는 현상 슬리브(sleeve) 표면이 오염되기 쉽고 그 결과 마찰 대전성이 악화되어 토너 비산 및 비화상부(background) 오염이 발생되며 또한 화상 농도가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 복합 미립자를 함유시키는 기술에 있어서는 적어도 수지와 발색제로 된 착색 입자와 복합 미립자와의 비중이 크게 다르기 때문에 복합 미립자가 현상 유니트(unit) 아래에 축적되며 고속 인쇄의 경우 잠상 담지체로부터 비산되기 때문에 잠상 담지체의 표면을 연마하는 연마성이 저하되고, 화상의 형성을 되풀이함에 따라 잠상 담지체의 표면에 토너 구성 성분이 부착되고 축적되어 잠상 담지체의 특성이 조기에 열화되는 문제점 및 화상 품질의 저하가 생기는 문제점이 있다.
따라서, 잠상 담지체상의 생성물이나 토너 필르밍을 잠상 담지체에 흠을 내지 않고 양호하게 제거하고 잠상 담지체로부터의 비산을 적게 할 수 있는 내구성이 우수한 정전하상 현상용 자성 토너가 요구되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명자들은 토너모체 표면에 무기물 미분말을 첨가함으로써 잠상 담지체 위의 토너의 필르밍을 방지할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 잠상 담지체 표면의 토너 필르밍을 방지할 수 있고 클리닝성이 양호하여 우수한 내구성을 가지는 토너 조성물을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은a)i) 바인더 수지, 및ii) 자성체를 포함하는 자성 토너 모체 100 중량부;b) 상기 자성 토너 모체 표면에 첨가되는 산화아연, 산화주석, 티탄산 스트론튬, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 지르콘산 스트론튬, 지르콘산 칼슘, 탄산칼슘, 탄산 마그네슘, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 평균 입경 0.1 내지 4.0 ㎛의 무기물 미분말 0.05 내지 0.45 중량부;및c) 상기 자성 토너 모체 표면에 첨가되는 비표면적 100 내지 240 m2/g의 소수성 실리카 0.5 내지 2.0 중량부를 포함하는 내구성이 우수한 자성 토너 조성물을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 토너 조성물은 바인더 수지 및 자성체를 함유한 정전하상 현상용 자성 토너 모체 표면에 평균 입경 0.1 내지 4.0 ㎛의 무기물 미분말을 외첨한 것을 특징으로 한다.
자성 토너 모체 표면에 0.1 내지 4.0 ㎛의 평균입경을 가지는 무기물 미분말을 외첨한 1 성분계 현상제를 사용하면 현상 슬리브(sleeve) 표면 부근에 무기물 미분말이 선택적으로 도포되고, 무기물 미분말의 상당히 얇은 층이 형성되어 그 층 위에 1 성분계 현상제의 도포층이 형성된다. 따라서, 자성 토너는 현상 슬리브(sleeve) 표면과 직접적으로 접촉하지 않기 때문에 자성 토너의 현상 슬리브 표면으로의 정착을 막는 것이 가능하고, 장기간에 걸쳐 사용하는 현상 슬리브에서도 현상제에 의해 일어나는 화상 오염이 발생하지 않는다.
또한, 자성 토너와 반대의 대전 극성으로 대전양이 작은 무기물 미분말을 첨가하면 현상시에 현상 바이어스에서 자성 토너로부터 무기물 미분말이 분리되므로 자성 토너의 대전양을 높이는 작용을 부여할 수 있다. 따라서, 0.1 내지 4.0 ㎛의 평균입경의 무기물 미분말을 자성 토너에 외첨함에 의하여 자성 토너의 대전양을 높이고 높은 대전양의 자성 토너라도 현상 슬리브 표면에는 무기물 미분말이 존재하기 때문에 자성 토너의 현상 슬리브 표면에의 정착을 방지할 수 있다.
무기물 미분말의 평균 입경은 0.1 내지 4.0 ㎛, 바람직하게는 0.2 내지 3.0 ㎛이다. 무기물 미분말의 평균 입경이 0.1 ㎛ 미만이면 무기물 미분말의 지름이 너무 작아져서 자성 토너 표면에의 부착력이 커지므로 자성 토너 표면에서의 분리가 잘 이루어지지 않게 되어 연마 효과가 저감하고 잠상 담지체 위의 토너의 필르밍을 방지하는 효과를 얻을 수 없다. 또한, 무기물 미분말의 평균 입경이 4.0 ㎛ 보다 크면 자성 토너와의 혼합성이 불충분해지고 슬리브 표면에서 비산하기 쉽고 대전장치의 대전 롤러를 오염시켜서 화상 농도 저하의 원인으로 되기 쉽다. 또한, 잠상 담지체상의 토너의 필르밍 방지 효과는 얻을 수 있지만 더욱 경도가 높은 지름이 큰 무기물 미분말은 잠상 담지체인 감광체 표면에 상처를 내기 쉬워 바람직하지 못하다.
상기 무기물 미분말은 상기 자성 토너 모체 100 중량부에 대하여 0.05 내지 0.45 중량부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.40 중량부의 양으로 첨가되는 것이 바람직하다. 무기물 미분말의 첨가량이 0.05 중량부 미만이면 현상 슬리브 위의 무기물 미분말 층의 형성이 불충분하여 잠상 담지체 위의 토너의 필르밍을 방지하는 효과를 발휘하기 어렵다. 한편, 첨가량이 0.45 중량부 보다 많으면 현상 슬리브 위의 무기물 미분말의 층이 두꺼워져서 자성 토너와 현상 슬리브와의 사이의 마찰 대전이 일어나기 어려워져 화상 농도가 낮은 빈약한 화상밖에 얻을 수 없게 되며, 잠상 담지체 상의 토너의 필르밍을 방지하는 효과를 얻을 수 있지만 잠상 담지체에 찰과상을 입힐 가능성이 커지고 토너 모체 표면에 정착되지 않는 무기물 미분말이 현상 유니트 아래에 축적되어 고속 인쇄의 경우에 잠상 담지체로부터 무기물 미분말이 비산되는 문제가 발생한다.
본 발명의 자성 토너는 종래의 클리닝제를 첨가한 토너와 비교하면, 무기물 미분말의 입자 형상이 2차 입자 응집체로 되어 있기 때문에 잠상 담지체 위의 잔류 토너를 양호하게 클리닝 할 수 있고 또한 잠상 담지체 위로부터 무기물 미분말의 비산을 방지할 수 있다.
상기 무기물 미분말로서 무기물 산화물의 미분말과 탄산염 화합물의 미분말 등을 사용할 수 있다. 무기물 산화물의 예로서 산화아연, 산화 주석과 같은 산화물; 티탄산 스트론튬, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 지르콘산 스트론튬, 지르콘산 칼슘 등과 같은 이중산화물; 탄산 칼슘 및 탄산 마그네슘과 같은 탄산염 화합물을 들 수 있다. 이들 중 산화티탄의 이중 산화물, 특히 티탄산 스트론튬의 미분말이 뛰어난 효과를 발휘하므로 바람직하다.
또한, 본 발명의 자성 토너는 자성 토너 모체 표면에 무기물 미분말 이외에 100 내지 240 m2/g의 비표면적을 가지는 소수성 실리카를 함께 외첨한 것을 특징으로 한다. 이는 자성 토너 모체에 무기물 미분말만을 외첨할 경우 토너 입자의 유동성 및 대전능력이 저하되기 때문이다.
상기 소수성 실리카는 100 내지 240 m2/g, 보다 바람직하게는 130 내지 200 m2/g의 비표면적을 가진다. 실리카의 비표면적이 100 m2/g 미만이면 토너에 유동성 향상을 부여하는 효과가 부족하여 솔리드(solid) 화상을 다수 출력하는 경우 솔리드 화상에 얼룩이 지는 화상 오염이 생긴다. 한편, 실리카의 비표면적이 240 m2/g을 초과하면 토너 입자의 표면에 실리카가 매몰되어 버리기 때문에 토너에 유동성 향상 부여 효과가 저하되어 무기물 미분말 외첨 효과 또한 함께 저하된다.
토너 입자 표면에 대한 소수성 실리카의 첨가량은 토너 입자 100 중량에 대하여 0.5 내지 2.0 중량부가 바람직하다. 소수성 실리카의 부착량이 0.5 중량부 미만이면 토너에 유동성을 부여하는 효과가 부족하여 본 발명의 효과를 얻을 수 없게 되며, 2.0 중량부를 초과하면 토너 입자의 표면에 부착되고 남은 실리카의 영향으로 정착성이 저하된다.
상기 자성 토너 모체는 바인더 수지 및 자성체를 함유한 것이며, 필요에 따라 착색제 및 각종 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지로서는 종래 공지인 것들이 사용 가능하다. 구체적인 예로서 폴리에스테르 수지, 스티렌계 수지, 아크릴계 수지, 스티렌 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 스티렌 초산 비닐 수지 등을 들 수 있으며, 이들의 혼합 사용이 가능하다.
상기 자성체로서는 강 자성의 원소 및 이러한 원소의 합금이나 화합물, 자성체로서 알려져 있는 입상 자성분, 침상 자성분 등이 사용된다. 자성체의 구체적인 예로서 마그네타이트, 페마타이트, 페라이트 등과 같은 철, 코발트, 니텔, 망간 등의 합금이나 화합물, 그 밖의 강 자성 합금, 자성 산화물 등을 들 수 있다. 이들 자성체는 평균 지름 1 ㎛ 이하의 미분말로서 정전하상 현상용 자성 토너 모체에 20 내지 70 중량%의 비율로 첨가한 것을 사용할 수 있다.
상기 착색제로서는 카본 블랙, 스플릿 블랙, 니구로신 염료, 아닐린 블루, 크롬 옐로, 프탈로시아닌 블루, 램프블랙, 로즈 벤갈, 군청색 블루, 메틸렌 블루 클로라이드 등을 예시할 수 있다.
상기 첨가제로서는 종래부터 사용되고 있는 전하 조정제, 정착 보조제, 폴리테트라 플루오로에틸렌(테플론), 폴리 불화 비닐리덴 및 지방산 금속염과 같은 윤활제, 산화세륨 및 탄화규소와 같은 연마제, 실리콘 오일, 각종 변성 실리콘 오일 및 실레인 커플링제와 같은 표면처리제로 표면 처리된 이산화티타늄, 산화알미늄과 같은 유동성 부여제, 케이킹(caking) 방지제, 카본 블랙 및 저분자량 폴리에틸렌과 같은 정착 조제를 사용할 수 있으며, 열 롤러 정착시의 이형성을 좋게 할 목적으로 저분자량 폴리에틸렌, 저분자량 폴리프로필렌, 카나우바왁스와 같은 이형제를 사용할 수 있다.
자성 토너 모체의 평균 입경은 종래 사용되고 있는 것과 같이 5 내지 12 ㎛ 정도의 것이 적합하다.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 비교예를 참조로 하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
토너 모체 바인더 수지로서 스티렌 아크릴 수지 분말 64 중량부, 폴리프로필렌 수지 분말 5 중량부, 착색제로서 금속 착염 염료 분말 1 중량부 및 자성체로서 마그네타이트 40 중량부를 헨쉘 믹서를 이용하여 균일하게 혼합하고, 압출기를 이용하여 용융 혼련하였다. 용융 혼련된 제품을 시트상으로 연신시키고 냉각시킨 후 햄머 믹서에 의해 수 mm의 크기로 조 분쇄하여 젯트 밀에 의해 미분쇄하고, 분급기로 분급하여 평균 입경 7.5 ㎛의 자성 토너 모체를 얻었다.
[실시예 1-11 및 비교예 1-6]
티탄산 스트론튬(평균입경㎛, 중량부) 실리카 (R972)(중량부)
실시예 1 0.2, 0.05 0.5
실시예 2 0.2, 0.05 1.0
실시예 3 0.2, 0.05 2.0
실시예 4 0.2, 0.3 0.5
실시예 5 0.2, 0.3 1.0
실시예 6 0.2, 0.3 2.0
실시예 7 0.2, 0.45 0.5
실시예 8 0.2, 0.45 1.0
실시예 9 0.2, 0.45 2.0
실시예 10 0.1, 0.3 1.0
실시예 11 4.0, 0.3 1.0
비교예 1 0.0 1.0
비교예 2 0.05, 0.3 1.0
비교예 3 5.0, 0.3 1.0
비교예 4 0.2, 0.03 1.0
비교예 5 0.2, 0.6 1.0
비교예 6 0.2, 0.3 0.0
감광체 표면 융착(필르밍)* 감광체 표면 상처(유:O, 무:X) 기기내 비산오염(유:O,무:X)
실시예 1 A X X
실시예 2 A X X
실시예 3 A X X
실시예 4 A X X
실시예 5 A X X
실시예 6 A X X
실시예 7 A X X
실시예 8 A X X
실시예 9 A X X
실시예 10 A X X
실시예 11 A X X
비교예 1 B X X
비교예 2 B O O
비교예 3 A O O
비교예 4 B O O
비교예 5 C O O
비교예 6 A X O
*A) 10,000 장 프린트해도 감광체에의 토너의 융착이 없음.B) 2,000 장 프린트한 시점에서 감광체에의 토너의 융착이 보임.또한, 토너 모체 표면으로부터 무기물 미분말이 탈락하고 현상기 하부에 무기물 미분말이 축적됨.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 바인더 수지와 자성체를 함유한 토너 모체 표면에 무기물 미분말의 외첨에 의하여 잠상 담지체 위의 생성물이나 토너 필르밍을 잠상 담지체에 흠을 내지 않고 양호하게 제거할 수 있으며, 잠상 담지체로부터의 비산을 적게 하여 토너의 내구성을 높일 수 있다.

Claims (14)

  1. (정정) a)i) 바인더 수지, 및
    ii) 자성체
    를 포함하는 자성 토너 모체 100 중량부;
    b) 상기 자성 토너 모체 표면에 첨가되는 산화아연, 산화주석, 티탄산 스트
    론튬, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 지르콘산 스트론튬, 지르콘산 칼슘, 탄
    산칼슘, 탄산 마그네슘, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되
    는 평균 입경 0.1 내지 4.0 ㎛의 무기물 미분말 0.05 내지 0.45 중량부;
    및
    c) 상기 자성 토너 모체 표면에 첨가되는 비표면적 100 내지 240 m2/g의 소
    수성 실리카 0.5 내지 2.0 중량부
    를 포함하는 내구성이 우수한 자성 토너 조성물.
  2. (삭제)
  3. (정정) 제 1항에 있어서, 상기 무기물 미분말이 상기 토너 모체 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.4 중량부의 양으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 토너 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 무기물 미분말이 0.2 내지 3.0 ㎛의 평균입경을 가지는 것을 특징으로 하는 토너 조성물.
  5. (삭제)
  6. (정정) 제 1항에 있어서, 상기 무기물 미분말이 티탄산 스트론튬인 것을 특징으로 하는 토너 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 소수성 실리카가 130 내지 200 m2/g의 비표면적을 가지는 것을 특징으로 하는 토너 조성물.
  8. (삭제)
  9. 제 1항에 있어서, 상기 바인더 수지가 폴리에스테르 수지, 스티렌계수지, 아크릴계 수지, 스티렌 아크릴계수지, 에폭시 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 스티렌 초산 비닐 수지 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 토너 조성물.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 자성체가 철, 코발트, 니켈, 망간, 이들의 합금 및 산화물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 토너 조성물.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 자성 토너 모체가 20 내지 70 중량%의 자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 토너 조성물.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 자성 토너 모체가 착색제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 토너 조성물.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 자성 토너 모체가 전하 조정제, 정착 보조제, 윤활제, 연마제, 유동성 부여제, 케이킹 방지제, 정착 조제, 이형제 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 첨가제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 토너 조성물.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 자성 토너 모체가 5 내지 12 ㎛의 평균 입경을 가지는 것을 특징으로 하는 토너 조성물.
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