KR100483770B1

KR100483770B1 - 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조 방법

Info

Publication number: KR100483770B1
Application number: KR10-2000-0071808A
Authority: KR
Inventors: 윤현남
Original assignee: 맷사이 솔루션스 인코포레이티드
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2005-04-19
Also published as: US6287742B1; JP3931241B2; KR20010106083A; JP2001356528A

Abstract

칼라 토너에 적용하기 적합한 미소구(microspheric) 토너 입자를 제조하는 방법은 1종 이상의 안료와 선택적으로 전하조절제를 포함하는 무정형 중합체의 굵은 입자들을 생성하는 단계, 그 후 고해상도 정전 영상용 토너로서 적합한 크기로 입자 크기를 감소시키는 단계를 포함한다. 입자를 분쇄하는 단계는 액상 유기 매질 중의 입자 분산액을 생성하는 단계와 계면활성제의 존재하에 전단력을 가하는 단계를 포함한다. 또 다른 구현예로서, 본 발명에는 평균 직경이 약 2 내지 약 10 마이크론 범위인 실질적으로 무정형인 미소구 입자들을 생성하는 방법이 개시되어 있다. 수지는 무정형 폴리에스테르 수지와 에틸렌/노보넨 공중합체를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING TONER COMPOSITIONS FOR DEVELOPING LATENT ELECTROSTATIC IMAGES}

본 발명은 전자사진, 정전 기록 및 정전 인쇄 등의 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고해상도 칼라 전자사진, 정전 기록, 정전 인쇄에 사용하기 위한 착색제 및 다른 성분들을 포함하고 있는 적당한 크기의 수지 입자를 제조하는 방법에 관한 바람직한 구현예에 관한 것이다. 수지는 무정형 폴리에스테르 수지 및 에틸렌/노보넨 공중합체가 바람직하다.

정전기적 방법에 의해 광전도성 물질 표면상에서 영상을 현상하고 형성하는 방법은 잘 알려져 있다. 기본적인 전자사진 영상법(미국 특허 제2,297,691호)은 광전도체 또는 광수용체로 알려진 광전도성 절연층에 균일한 정전하를 유도하고, 그 광수용체를 빛에 노출시킨 다음 빛으로부터 영상을 가려서 광수용체의 빛에 노출되었던 부분의 전하를 소실시킨 후, 미세하게 분할된 일렉트로스코픽(electroscopic) 토너 물질을 상기 영상에 전착(deposit)시킴으로써 생성된 정전 잠상을 현상하는 것으로 이루어진다. 이런 토너는 통상 광수용체의 전하를 보유하고 있는 부분으로 끌려가게 되어, 정전 잠상에 상응하는 토너 영상을 형성하게 된다. 이렇게 현상된 영상은 종이와 같은 기재로 이동된다. 그 다음 이동된 영상은 가열, 가압, 가열-가압의 조합 또는 용매 처리나 보호용 코팅(overcoating) 처리와 같은 다른 적합한 고정 방법을 통해 기재에 영구적으로 고착된다.

또한 그런 정전 영상들을 현상하는 기술도 잘 알려져 있다. 현상제는 하전된 칼라 토너 입자가 분산된 운반체이다. 정전 잠상을 담고 있는 광수용체는 현상제와 접촉한다. 현상제 중의 하전된 토너 입자들은 상기 접촉을 통해 광수용체의 하전된 영역으로 이동되어 잠상을 현상하게 된다. 그 다음 하전된 칼라 입자들이 영상 형태로 잠상에 고착되면서 광수용체가 현상된다. 상기 현상된 영상은 통상 종이, 투명 필름과 같은 적절한 기재로 이동되며, 선택적으로 가열, 가압 또는 기타 적당한 방법에 의해 기재에 고정될 수 있다.

전자사진 광전도체와 정전 기록 매체에 형성된 정전 영상들은 일반적으로 (i) 염료 또는 안료와 같은 착색제와 그 착색제가 분산되어 있는 수지를 포함하며 필요에 따라 전하조절제가 첨가된 토너로 구성된 단일 성분 타입의 건식 현상제 또는 (ii) 상기 토너와 고형 담체 입자를 포함하는 2 성분계 건식 현상제를 사용하여 현상된다. 착색된 입자를 포함하는 토너 및 현상제 조성물은 잘 알려져 있다. 이에 관해서는 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,352,521 호; 제 4,778,742호 ; 제 5,470,687 호; 제 5,500,321 호; 제 5,102,761 호; 제 4,645,727 호; 제 5,437,953 호; 제 5,296,325 호 및 제 5,200,290 호를 참조할 수 있다. 종래의 조성물은 통상 착색제와 합성 수지, 왁스 또는 폴리올레핀, 전하조절제, 유동성 향상제 및 기타 첨가제로 구성된 토너 입자들을 포함하고 있다. 전형적인 토너의 조성은 약 90 내지 95 중량 %의 수지, 약 2 내지 10 중량 %의 착색제, 0 내지 약 6 중량 %의 왁스, 0 내지 약 3 중량 %의 전하조절제, 약 0.25 내지 1 중량 %의 유동성 향상제 및 0 내지 약 1 중량 %의 기타 첨가제를 포함한다. 사용되는 주요 수지는 스티렌-아크릴 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체 및 폴리에스테르이다. 착색제는 일반적으로 시안 염료 또는 안료, 마젠타 염료 또는 안료, 옐로우 염료 또는 안료 및 이들의 혼합물 중에서 선택된다.

종래의 칼라 토너들은 예를 들어 전술된 미국 특허 제 5,102,761 호에 기재된 밀링(milling) 방법에 의해 제조한다. 상기 방법에서, 폴리아크릴레이트 수지는 안료, 전하조절제(charge control agent; "CCA") 및 선택적으로 왁스와 함께 용융혼합기에서 혼합된다. 상기 중합체를 기계적으로 분쇄하고 난 후 작은 입자들로 밀링시킨다. 종래의 토너 입자들은 통상 불규칙적인 모양과 넓은 입자 크기 분포를 나타낸다. 영상과 색상의 최적 해상도를 구현하기 위해서는 입자의 크기가 작을 수록 성능이 우수하다. 따라서, 예를 들어 평균 입자의 직경이 7 마이크론 이상인 경우 약 600 dots/inch 이상의 해상도를 얻기가 힘들다. 1200 dots/inch의 해상도를 얻기 위해서는 입자의 직경이 5 마이크론 이하이어야 한다. 작은 입자를 제조하기 위해서는 에너지가 많이 소비되기 때문에 종래의 방법들로는 좁고 균일한 크기 분포를 가지며, 7 내지 10 마이크론 이하의 크기를 가지는 입자를 제조하기 어렵다.

이전부터 이러한 문제를 개선하기 위한 시도가 있어 왔다. 예를 들어 전술한 미국 특허 제 5,352,521호, 제 5,470,687호 및 제 5,500,321호에는 분산 중합에 의해 토너 입자를 제조하는 방법들이 개시되어 있다. 이러한 방법들은 단량체(주로 스티렌과 아크릴레이트) 및 안료, CCA와 왁스와 같은 첨가제가 함께 혼합되어 분산액을 형성한다. 이 분산액을 수성 또는 비수성 용매에 분산시킨 후, 단량체들을 반응시켜 토너 입자를 형성한다. 이 방법이 다른 방법들보다 우수한 점은 단일 공정만으로 직경이 작은 구형 토너 입자를 제조할 수 있다는 것이다. 그러나 중합과정 중에 물질의 부피가 감소하고 이로 인해 토너 입자 중에 분산 용매가 포함되게 된다. 또한 완전히 중합을 종결시키기 힘들기 때문에 상당량의 단량체가 토너 입자 중에 남아있게 된다. 잔류 단량체와 포함된 분산 용매는 입자로부터 분리하기 어렵다. 또한 중합 물질들의 극성이 중합 과정 중에 급격히 변하고 첨가제들이 입자 덩어리로부터 스며 나와 표면에 집중되는 경향이 있다. 또한 토너 입자의 전하 특성과 그 안정성을 저하시키는 분산안정제와 표면활성제 등이 토너 입자의 표면에 남게 되며 이들을 토너 입자로부터 제거하기는 매우 힘들다.

따라서, 고해상도 칼라 전자 사진용 토너를 제조하기 위한 새롭고 향상된 방법들을 개발하는데 지속적인 관심이 있어 왔다.

본 발명의 목적은 안료와 다른 첨가제들을 중합체 수지 중에 분산시키고, 강한 전단 조건하에서 계면활성제를 포함하고 있는 분산 매질 중에 혼련된 중합체 수지를 분산시킴으로써 입자 직경이 작은 구형 토너 입자들을 형성시켜 전자사진 영상 시스템에 사용하기 위한 우수한 특성들이 조합된 고해상도 칼라 토너 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 발명의 설명 및 실시예에 의해 명백해질 것이다.

본 발명의 제 1 측면에 따라 하기 단계들을 포함하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물을 제조하는 방법이 제공된다; a) 안료 성분과 선택적으로 전하조절제를 용융상태로 수지 성분 중에 분산 혼합하고, 상기 혼합물을 냉각 후 분쇄하여, 평균입경이 50마이크론 내지 200마이크론 범위이며 상기 수지 성분과 상기 안료성분과, 선택적으로 상기 전하조절제를 포함하는 제1 미립자 수지 조성물을 제조하는 단계; b) 계면활성제를 포함하며 상기 수지가 용해되지 않는 유기 매질 중에 상기 제1 미립자 안료 수지 조성물을 분산시키는 단계; c) 상기 수지 성분의 유리전이온도보다 30 내지 150℃ 높은 온도에서 전단력을 가하여 상기 유기 매질 중의 상기 제1 미립자 수지 조성물을 분쇄하는 단계; 및 d) 상기 유기 매질로부터 분쇄된 미립자 토너 조성물을 회수하는 단계. 토너 입자들은 형태상 실질적으로 구형이며 부피 평균 직경이 약 1 내지 약 10 마이크론 범위이고, 95 % 이상의 입자들의 입자 크기가 약 2 내지 약 15 마이크론 범위인 것이 특히 바람직하다. 통상 제 1 미립자 수지 조성물 중의 수지 성분의 유리전이온도보다 약 30℃ 내지 약 150℃ 높은 온도에서 입자들을 분쇄시킨다. 적합한 임의의 중합체 수지를 사용할 수 있다. 폴리에스테르 수지, 사이클로올레핀 공중합체 수지 및 스티렌계 수지들이 특히 바람직하다. 폴리에스테르 수지를 사용할 경우에는 대부분 중합체 수지의 분자량은 약 5,000 내지 약 40,000 g/mol 범위이고, 유리전이온도는 약 40 내지 약 90 ℃ 범위인 무정형 수지가 일반적이다.

제 1 미립자 수지 조성물은 통상 수지와 안료, 선택적으로 전하조절제를 용융 혼합하여 제조한다. 통상 안료 성분은 시안 안료, 옐로우 안료, 마젠타 안료 및 블랙 안료들 중에서 선택된다. 안료 성분은 안료가 중합체에 미리 분산되어 있는 마스터 배치(master batch)일 수도 있다. 마스터 배치는 안료, 용매 및 수지의 혼합물로부터 용매가 흘러나오게 하는 것과 같은 임의의 적합한 기술로 제조할 수 있다. 전하조절제는 용융 상태로 수지 중에 분산될 수 있고, 양전하조절제 또는 음전하조절제일 수 있다. 제 1 미립자 수지 조성물은 용융 혼합하여 제조할 수 있는데, 이때 혼합물을 냉각시킨 후 분쇄하여 평균 크기가 약 50 내지 약 200 마이크론 범위인 상대적으로 굵은 입자들을 생성할 수 있으며, 이때 분쇄된 미립자 토너 조성물의 부피 평균 입자 크기는 통상 약 2 내지 약 10 마이크론 범위이다. 토너 조성물용으로는 부피 평균 입자 크기가 약 2내지 약 4 마이크론이며, 그 토너 조성물의 부피 평균 입자 크기가 약 5 내지 약 8 마이크론인 것들이 특히 바람직하다. 일반적으로 토너 조성물 입자의 약 80% 이상이 토너 조성물의 평균 입자 크기의 약 0.5 내지 약 1.5배 이내에 존재한다.

일반적으로 유기 매질의 용해도 지수는 수지 성분의 용해도 지수와 적어도 약 1 정도 차이가 있다. 바람직한 구현예로서, 유기 매질의 용해도 지수는 수지 성분과 적어도 약 2 정도 크거나 작아야 한다. 수지 성분을 용해시키지 않는 적합한 임의의 유기 매질을 사용할 수 있다. 파라핀 용매류와 폴리(에틸렌 글리콜)을 포함하는 용매가 특히 바람직하다. 또한 유기 매질은 에텔렌 옥사이드 또는 프로필렌 옥사이드를 이용하여 만들 수 있는 비이온 계면활성제와 같은 계면활성제를 포함하고 있다.

일반적으로 계면활성제는 존재하는 용매를 기준으로 약 0.2 내지 약 15 중량 %이며, 통상 존재하는 용매량을 기준으로 약 1 내지 약 10 중량 %이다.

일반적으로 제 1 미립자 수지 조성물은 입자들을 분쇄하는 단계 동안 유기 매질 중의 수지 성분을 합한 부피의 약 10 내지 약 70 부피 %이다. 유기 매질 중의 제 1 미립자 수지 조성물을 합한 부피의 약 20 내지 약 50 부피 %가 보다 일반적이다.

입자들을 분쇄하는 단계 동안에는 유기 매질을 제 1 미립자 조성물의 수지 성분의 유리전이온도보다 높은 온도로 유지한다. 임의의 적절한 승온을 이용할 수 있으나, 제 1 미립자 수지 조성물의 수지 성분의 유리전이온도보다 약 30℃ 높은 온도가 바람직하다. 통상 입자를 분쇄하는 동안 약 5 내지 60분 정도 이 온도를 유지한다.

일반적으로 입자들을 분쇄한 후, 훈증처리된 실리카(fumed silica)와 같은 유동성 향상제를 토너 조성물에 첨가할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면으로는 입자들이 실질적으로 용해되지 않는 유기 매질 중에서 승온하에 전단력을 가하면서 전구(precusor) 조성물을 분쇄함으로써, 입자가 형태상 구형이며, 평균 직경이 약 1 내지 약 10 마이크론이고, 약 95 % 이상의 입자들의 부피 평균 직경이 약 2 내지 약 15 마이크론의 범위인 안료처리된 토너 수지 입자를 포함하는 미립자 토너 조성물을 제공하는 것이다. 수지는 폴리에스테르 수지, 사이클로올레핀 공중합체 또는 스티렌계 수지일 수 있다. 사이클로올레핀 공중합체 수지를 사용할 경우에 특히 바람직한 수지는 에틸렌/노보넨 공중합체이다. 현상제 조성물은 담체 입자들을 추가로 포함할 수 있다. 통상 이런 입자들은 그 위에 표면활성제가 코팅된 페라이트, 스틸, 철 분말 및 그 혼합물로 구성된 군중에서 선택된다.

본 발명의 또 다른 측면은 안료 성분과 폴리에스테르 수지 성분을 포함하는 미립자 토너 조성물을 제공하는 것으로서, 이때 입자들은 형태상 실질적으로 구형이며, 부피 평균 직경이 약 1 내지 약 10 마이크론이고, 약 95 % 이상의 입자들의 부피 평균 직경이 약 2 내지 약 15 마이크론의 범위이며, 상기 폴리에스테르 수지 성분은 중량 평균 분자량이 약 40,000 g/mol 이하인 폴리에스테르 수지를 포함한다.

본 발명의 또 다른 측면은 사이클로올레핀 공중합체 수지 성분과 안료 성분을 포함하는 미립자 토너 조성물을 제공하는 것으로서, 이때 입자들은 형태상 실질적으로 구형이며, 부피 평균 직경이 약 1 내지 약 10 마이크론이고, 약 95 % 이상의 입자들의 부피 평균 직경이 약 2 내지 약 15 마이크론의 범위이며, 상기 사이클로올레핀 공중합체 수지 성분은 중량 평균 분자량이 약 40,000 g/mol 이하인 사이클로올레핀 공중합체 수지를 포함한다. 노보넨계 공중합체를 포함하는 사이클로올레핀 공중합체 수지가 특히 바람직하다.

바람직한 구현예의 상세한 설명

본 발명의 토너와 현상제 조성물 및 토너용으로 선택될 수 있는 적절한 토너 수지의 구체적인 예로는 폴리아미드, 폴리올레핀, 스티렌 아크릴레이트, 스티렌 메타크릴레이트, 스티렌 부타디엔, 가교된 스티렌 중합체, 에틸렌-사이클로올레핀 공중합체들 및 에폭시, 폴리우레탄, 단독중합체 또는 2 이상의 비닐 단량체의 공중합체를 포함하는 비닐 수지 및 디카르복실산 및 디페놀을 비롯한 디올의 중합 에스테르화 생성물과 같은 선형 폴리에스테르로 알려진 폴리에스테르(본 명세서에서 참고로 인용된 미국 특허 제 3,590,000호에 개시된 폴리에스테르)와 같은 열가소성 수지 등이 포함된다. 상기 수지들 중에서 폴리에스테르 공중합체, 스티렌-아크릴 공중합체 및 에틸렌-사이클로올레핀 공중합체가 본 발명에 사용하기에 보다 바람직하다.

본 발명의 공정에 적합한 폴리에스테르는 하기 일반식의 반복 단위체를 갖는 선형 폴리에스테르이다:

-[P¹]_a-[P²]_b-[P³]_c-

상기 식에서, P¹은 디카르복실산 잔기를 나타내는 단량체이고, P²는 디올 잔기를 나타내는 단량체이며, P³는 하이드록시카르복실산 잔기를 나타내는 단량체이다. 상기 단위 a, b 및 c는 각 단량체 성분들의 몰 %를 나타내며, a와 b는 각각 20 내지 49.5 몰 % 이고, c는 0 내지 99 몰 % 이다.

P¹을 형성하는 디카르복실 성분은 당업계에 잘 알려져 있는 바와 같이 예를 들어 디카르복실산, 산염화물, 에스테르 등과 같은 여러 원료 중에서 선택된다. P¹에 적합한 디카르복실산의 예로는 테레프탈산, 이소프탈산, 퓨마르산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 세바스산, 사이클로헥산 디카르복실산, 나프탈렌 디카르복실산, 1,2-비스(4-카르복시-페녹시)-에탄 및 그 혼합물 등이 포함되나 이에 제한되지는 않는다. 폴리에스테르의 P² 성분을 형성하는 디올 성분은 다양한 디올 원료 중에서 선택된다. 적당한 디올 성분의 예로는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 이성질체, 부틸렌 글리콜의 이성질체, 펜탄 디올의 이성질체, 헥산 디올의 이성질체, 사이클로헥산 디메탄올의 이성질체, 2-메틸-1,3-프로판디올, 5-네오펜틸 글리콜, 비스페놀 A-에틸렌 옥사이드 축합체, 비스페놀 A-프로필렌 옥사이드 축합체 및 그 배합물등이 포함되지만 이에 제한되지는 않는다.

하이드록시카르복실산 성분 P³는 예를 들어 글리콜산, 락트산, ε-카프롤락톤, γ-부티롤락톤, 6-부티롤락톤, 프로피올락톤, 히드록실피발산, 하이드록시피발산의 락톤 및 그 배합물로부터 유도된다.

바람직한 토너 수지로는 노스캐롤라이나주 27709, 리서치 트라이엥글 파크에 소재하는 Reichhold Chemicals 인코포레이티드에서 시판하는 Fine Tone^TM폴리에스테르와 같이 디페놀 함유 디올과 디카르복실산의 에스테르화 생성물을 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 수지들은 일반적으로 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제3,590,000호에 기재되어 있다. 다른 특정 토너 수지들로는 스티렌-메타크릴레이트 공중합체 및 스티렌-부타디엔 공중합체; 분산 중합된 스티렌-부타디엔; 에틸렌-사이클로올레핀 공중합체; 비스페놀 A와 프로필렌 옥사이드의 반응으로 생성되는 폴리에스테르 수지; 상기 생성된 폴리에스테르 수지와 퓨마르산의 반응 생성물 및 디메틸테레프탈레이트, 1,3-부탄디올, 1,2-프로판디올, 및 펜타에리트리톨의 반응으로 생기는 분지쇄 폴리에스테르 수지 및 그 혼합물들이 포함된다.

또한 미국 특허 제 5,376,494호 및 제 5,227,460호에 예시되어 있는 폴리에스테르 혼합물도 토너 수지로서 선택할 수 있다. 보다 구체적으로 이들 폴리에스테르 수지들은 가교부와 선형부로 구성되어 있으며, 가교부의 필수 구성성분인 마이크로겔 입자의 평균 부피 입자 직경은 0.1 마이크론 이하이며, 약 0.005 내지 약 0.1 마이크론이 바람직하고, 마이크로겔 입자들은 선형부 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분산되어 있어야한다. 구현예로서 혼합된 폴리에스테르는 마이크로겔 입자, 바람직하게는 평균 부피 입자 크기가 약 0.1 마이크론 이하인 마이크로겔 입자를 필수성분으로 포함하는 가교부로 구성되어 있다.

본 발명과 관련하여 적당한 임의의 사이클로올레핀 공중합체 수지를 사용할 수 있다. 적절한 사이클로올레핀 중합체들은 통상 노보넨계 구조, 특히 노보넨 또는 테트라사이클로도데칸을 갖는 폴리사이클릭 올레핀의 중합 단위체를 들 수 있다. 또한 이 중합체들은 알파올레핀들과 같은 아크릴 올레핀들의 중합 단위체를 가진다. 특히 바람직한 알파올레핀은 에틸렌이다. 어떤 경우 수지들은 예를 들어 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,866,662호에 개시되어 있는 것과 같이 탄소 원자가 3개 이상인 올레핀계의 불포화된 말단기를 가진다. 특히 바람직한 구현예에 있어서 이들 수지들은 중량 평균 분자량이 약 40,000 g/mol 이하이며, 약 20,000 g/mol 이하인 것이 보다 바람직하다.

임의의 구현예에 있어서, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정된 토너 수지의 수평균 분자량(M_n)은 통상 약 1,000 내지 20,000 g/mol 범위이며, 약 2,000 내지 약 5,000 g/mol인 것이 더욱 바람직하다. 선형부의 중량 평균 분자량(M_w)은 통상 약 2,000 g/mol 내지 약 40,000 g/mol의 범위이며, 약 4,000 g/mol 내지 약 15,000 g/mol의 범위가 더욱 바람직하다. 선형부의 분자량 분포(M_w/M_n)는 통상 약 1.5 내지 약 6이며, 약 2 내지 약 4가 더욱 바람직하다. 선형부의 디퍼런셜 스캐닝 칼로리미터(differential scanning calorimetry;DSC)로 측정된 유리전이온도 개시점은 통상 약 50℃ 내지 약 90℃이며, 약 50 ℃ 내지 약 70 ℃가 더욱 바람직하다. 동력학 분광계(dynamic mechanical spectrometer)를 이용하여 10 radians/초의 조건하에서 측정된 수지의 용융 점도는 100℃에서 약 5,000 내지 약 200,000 poise이며, 약 20,000 내지 약 100,000 poise가 더욱 바람직하고, 온도가 100℃에서 140℃로 증가됨에 따라 약 100 내지 약 5,000 poise, 바람직하게는 약 400 내지 약 2,000 poise로 급격히 감소한다.

또한 본 명세서에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 토너 조성물에는 Eastman Chemical Products, Inc.에서 EPOLENE N-l5^TM이라는 상품명으로 시판되는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같은 저분자량 왁스 및 그와 유사한 왁스들이 포함될 수 있다. 선택된 시판되는 폴리에틸렌들은 분자량이 약 1,000 g/mol에서 약 1,500 g/mol인 반면, 시판되는 폴리프로필렌은 분자량이 약 4,000 g/mol 내지 약 7,000 g/mol인 것이 본 발명토너 조성물에 유용한 것으로 여겨진다.

저분자량의 왁스 물질은 본 발명 토너 조성물 중에 다양한 양으로 존재하나, 일반적으로 이 왁스들은 토너 조성물 중에 약 0 내지 약 15 중량%로 존재하며, 약 2 내지 약 10 중량 %가 바람직하다.

본 발명에 사용되는 착색제로는 일반적으로 공지된 안료들을 사용할 수 있다. 블랙 안료의 예시로는 카본 블랙, 아닐린 블랙, 반자성 페라이트 및 마그네타이트를 들 수 있다. 시안 안료의 예시로는 구리 프탈로시아닌 화합물 및 그 유도체, 안트라퀴논 화합물 및 염기성 염료 킬레이트 화합물을 들 수 있다. 시안 안료로는 C.I. 피그먼트 블루 1, 7, 151, 152, 153, 154, 60, 62, 및 66이 특히 바람직하다. 마젠타 안료의 예시로는 축합 아조 화합물, 디케토피로피롤 화합물, 안트라퀴논 화합물들, 퀴나크리돈 화합물, 염기성 염료 킬레이트 화합물, 나프톨 화합물들, 벤즈이미다졸 화합물, 티오인디고 화합물 및 페릴렌 화합물이 포함된다. 마젠타 안료로는 C.I. 피그먼트 레드 2, 3, 5, 6, 7, 23, 482, 483, 484, 811, 122, 146, 166, 169, 177, 184, 185, 202, 206, 220, 221 및 254가 특히 바람직하다. 옐로우 안료들의 예시로는 축합 아조 화합물, 이소인돌리논 화합물, 안트라퀴논 화합물, 아조 금속 착물, 메틴 화합물 및 알릴아미드 화합물을 들 수 있다. 옐로우 안료로는 C.I. 피그먼트 옐로우 12, 13, 14, 15, 17, 62, 74, 83, 93, 94, 95, 109, 110, 111, 128, 129, 147, 168 및 180이 특히 바람직하다.

착색제들은 색조, 채도, 명암, 내후성, 투명도, 토너 수지 중에서의 분산도를 고려하여 선택한다. 착색제들은 단독으로, 혼합물의 형태로 또는 고형 용액 상태로 사용할 수 있다. 또한 착색제 입자들은 입자들의 토너 수지중에서의 분산을 용이하게 하기 위해 중합체 필름으로 코팅할 수 있다. 착색제들은 수지 100 중량부에 대해 1 내지 20 중량부로 첨가할 수 있다.

적합하고 효과적인 여러 공지된 양전하 또는 음전하 조절 첨가제(CCA)들을 본 발명의 토너 조성물에 혼입시킬 수 있으며, 그 양은 약 0.1 내지 약 10 중량 % 범위가 바람직하고, 약 1 내지 약 3 중량 %가 더욱 바람직하다. 그 예로서는 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제 4,298,672호의 알킬 피리디늄 할로겐화물, 알킬 피리디늄 화합물을 포함하는 4차 암모늄 화합물; 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제 4,338,390호의 유기 설페이트와 설포네이트 조성물; 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,114,821호의 바이설포네이트, 암모늄 설페이트(DDAES); 디스테아릴 디메틸 암모늄 바이설페이트(DDAMS); 세틸 피리디늄 테트라플루오로보레이트; 디스테아릴 디메틸 암모늄 메틸 설페이트, BONTRON E84^TM또는 E88^TM(Oriental Chemicals)과 같은 암모늄염; 4차 암모늄 니트로벤젠 설포네이트; DDAMS 및 DDAES 와 같은 전하 증강제의 혼합물; 기타 공지된 전하 첨가제 등을 들 수 있다. 또한, 공지된 효과적인 내외 첨가제들을 본 발명 토너에 사용하기 위해 선택할 수 있다.

본 발명에 있어서, 토너 입자에 필요한 전하량 또는 토너 입자에 사용하는 현상 방법에 따라 그 비율은 달라질 수 있지만, 토너 입자의 트리보일렉트릭 (triboelectric) 전하 특성과 영상 고정 성능을 적당히 조절하기 위해서는 염색된 수지 입자 100 중량부에 대해 CCA의 양은 0.1 내지 10 중량부가 바람직하다.

고해상도 칼라 토너를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 (1) 안료와 전하조절제 같은 첨가제를 중합체 수지 중에 용융 상태에서 분산시키는 단계; (2) 상기 혼합된 수지를 굵은 입자들로 분쇄하는 단계; (3) 수지가 용해되지 않는 유기 용매와 표면활성제의 혼합물을 포함하는 용기를 준비하는 단계; (4) 상기 용기내에서 상기 수지 입자를 분산시키는 단계; (5) 평균 입자 직경이 표면활성제의 양에 의해 결정되는 평형상태에 도달할 때까지 강한 전단 조건에서 승온하에 상기 분산액을 유지하는 단계; 및 (6) 분산액에서 유기 용매를 제거하는 단계를 포함한다.

수지, 착색제 및 전하조절제를 균일하게 분산시키고 혼합하기 위한 통상의 공지된 방법으로는 밀봉된 니더(kneader)에서 용융-반죽하는 방법 및 이중 스크류 압출기에서 용융 혼합하는 방법이 있다.

반죽되거나 혼합된 혼합물을 냉각시킨 후 볼밀, 헤머밀 또는 에어제트밀을 사용하여 평균 크기가 100 마이크론 정도인 굵은 입자로 분쇄할 수 있다. 상기 굵은 수지 입자들을 상기 수지가 용해되지 않는 용매와 적절한 계면활성제를 포함하는 용매 중에 분산시켜 형태상 구형이고 3 내지 15 마이크론 범위로 입자 직경이 작은 착색된 입자들을 얻을 수 있다.

본 발명의 입자 제조 과정에서는 수지 입자가 용해되지 않거나 또는 수지 입자들을 약간 팽윤시키는 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 용매들의 용해도 지수는 수지 입자들의 용해도 지수와 1.0 이상 다른 것이 바람직하며 2.0 이상 차이가 나는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들어 파라핀, 파라핀 에스테르, 파라핀 아미드 및 파라핀 에테르와 같은 용해도 지수가 낮은 비극성 유기 용매들을 폴리에스테르 입자들과 함께 사용하는 것이 바람직하다. 반면, 물, 메탄올, 프로판올 및 아세톤 등 극성이 강한 용매들을 입자 제조 공정에서 용매로 사용할 경우에는 입자들의 합체 현상이 상당히 발생한다. 한편, 에틸렌-사이클로올레핀 공중합체와 같은 비극성 수지를 토너의 결합제 수지로 사용하는 경우에는 수평균 분자량이 1,000 이하인 폴리에틸렌 글리콜과 같은 극성 용매를 사용하는 것이 좋다. 파라핀, 파라핀 에스테르, 파라핀 아미드 및 파라핀 에테르와 같은 비극성 용매를 비극성 사이클로올레핀 공중합체들의 입자 제조 공정에 사용하면 실제적으로 입자의 팽윤 및 합체 현상이 발생한다.

본 발명의 입자 제조 공정에는 전술한 비-용매와 함께 계면활성제를 사용한다. 계면활성제는 작은 토너 입자들을 성공적으로 제조하는데 있어서 두 가지 중요한 작용을 한다. 첫 번째로 본 공정 중에 수지 입자들이 뭉치는 것을 방지한다. 본 발명 방법에 있어서, 제조 공정은 일반적으로 수지의 유리전이온도보다 실질적으로 높은 온도에서 수행된다. 따라서 계면 활성제가 존재하지 않으면 입자들은 용융상태에서, 제어할 수 없는 방식으로 뭉치기 때문에 고해상도 토너에 적합한 정도로 입자 크기를 감소시킬 수 없다. 두 번째로 용기 안에 있는 수지 입자의 양에 대한 계면활성제의 상대적인 양이 입자 크기를 결정한다. 계면활성제들은 그 화학적 구조 때문에 비-용매와 용융된 미립자 수지의 경계면에 집중되는 경향이 있다. 따라서, 계면활성제의 양이 많을 수록 작은 입자를 형성하게 되고, 계면활성제의 양이 적을 수록 큰 입자를 형성하게 된다. 계면활성제는 음이온계, 양이온계 또는 비이온계일 수 있다. 본 발명에서는 비이온 계면활성제가 바람직하다.

비극성 용매에 대한 계면활성제의 중량비는 공정에 사용되는 수지 입자들의 양 및 원하는 입자 크기에 따라 선택할 수 있다. 하지만 일반적으로 계면활성제의 양은 비극성 용매 100 중량부에 대해 0.1 내지 10 중량부의 범위로 존재한다. 염색하고자 하는 수지에 대한 염료조 중의 전체 액상 매질의 양은 필요한 만큼 선택할 수 있다. 하지만 용매의 양은 처리되는 수지 입자 100 중량부에 대해 50 내지 1000 중량부의 범위로 존재하는 것이 일반적이다.

본 발명에서 고해상도 토너에 적합한 작은 입자들은 분산 공정을 통해 제조된다. 전술한 1 종 이상의 비-용매와 계면활성제를 포함하는 분산액에 상기 굵은 입자들을 상온에서 분산시킨다. 분산기구로는 Henschel 믹서(텍사스주 휴스턴에 소재하는 Henschel Mixer America, 4500 S. Pinemont)와 같은 임펠러형이 바람직하다. 그 다음 분산액은 강한 전단 작용을 받는 동안 수지의 유리전이온도보다 실질적으로 높은 온도로 상승된다. 유리전이온도보다 약 30 내지 150 ℃ 높은 온도가 본 발명에 바람직하다. 온도가 원하는 수준에 도달하면, 분산액을 강한 전단 작용하에서 장기간 유지시킨다. 이 고온에서 수지 입자가 용융된다. 전단 작용은 용융된 수지 입자들을 작은 입자들로 깨뜨리고, 계면활성제 분자들은 작은 입자들의 표면에 코팅되어 입자들이 큰 입자로 뭉치는 것을 방지한다. 입자 크기가 분산액 중의 총 수지 양에 대한 계면활성제의 상대적인 양에 의해 결정되는 평형값에 도달할 때까지 계속 입자들이 작은 입자로 분쇄된다. 그 후 분산액는 유리전이온도 이하로 냉각되고 전단 작용이 중단된다. 상기 토너 입자를 여과하고, 탄화수소 용매를 이용하여 혼입된 분산제를 세척한 다음 세척 용매를 건조시켜 입자들은 분리함으로써 본 발명의 토너를 제조한다.

그 다음 토너 입자들을 적당한 유동성 향상제로 코팅시킬 수 있다. 일반적으로 이 과정은 칼라 토너로서 사용할 때 입자들의 유동성을 높이는데 기여한다. 적절한 유동성 향상제는 예를 들어 건조 혼합, 용매 혼합과 같은 공정들에 적용할 수 있는 소수성 실리카, 티타늄 옥사이드, 아연 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트 등의 미세 분할된 입자들이다. 통상의 방법에서, 소수성 훈증 실리카(일리노이주 투스콜라에 소재하는 Cabot Corporation에서 Cab-O-Sil? T-530 라는 상품명으로 시판되는 헥사메틸디실라잔과 같은 계면활성제로 전처리됨)를 CCA로 코팅된 입자들과 혼합시키고, 텀블 믹서에서 약 10 내지 60분 동안 잘 혼합시켜 유동성 향상제로 코팅된 토너 입자들을 얻는다.

본 발명에서는 부피 평균 입자 크기(L)가 3 내지 15 마이크론 범위인 작은 토너 입자를 생성하는 것이 바람직하다. "부피 평균 입자 크기"라는 용어는 예를 들어, Powder Technology Handbook, 2판, K. Gotoh et 등, Marcell Dekker Publications (1997), 제 3면 내지 제 13면에 정의되어 있다. 보다 구체적으로 총 입자 중량의 85 중량 %가 0.75xL 내지 1.25xL 범위내에 존재하는 입자 크기 분포를 갖는 토너 입자들을 제조하는 것이 바람직하다. 이는 입자 크기 분포가 좁은 토너 입자들이 각 토너 입자에 있어 전하량이 균일한 토너 입자를 제공할 수 있으며, 고품질의 복사 영상을 제공할 수 있고, 현상 단위체에서 전하 조절이 용이하기 때문이다.

본 발명에서 입자 크기 분포는 시판되는 Coulter LS Particle Size Analyzer (플로리다주 세인트 피츠버그에 소재하는 Coulter Electronics Co., Ltd.에서 제조됨)로 측정한다.

본 발명의 토너는 담체 입자들과 혼합함으로써 현상제 조성물에 포함되도록 제조할 수 있다. 토너 조성물과 혼합하는데 선택될 수 있는 담체의 대표적인 예시로는 토너 입자들의 전하와 반대되는 극성의 전하를 마찰을 통하여 얻을 수 있는 담체들이 포함된다. 따라서, 구현예에서, 담체 입자들은 음극성 또는 양극성이 되도록 즉, 토너 입자가 양전하 또는 음전하를 띄도록 선택되어 담체 입자에 부착되거나 담체 입자를 둘러싸게 된다. 담체의 대표적인 예시로는 과립 지르콘, 과립 실리콘, 유리, 스틸, 철, 니켈, 구리 및 아연, 구리 아연 페라이트, 구리 마그네슘 페라이트 및 스트론튬 헥사페라이트와 같은 페라이트, 실리콘 디옥사이드 등을 들 수 있다. 한 구현예로서, 미국 특허 제 4,937,166호 및 제 4,935,326호에 예시되어 있는 바와 같이 KYNAR? 및 PMMA와 같은 코팅 혼합물, 3종 중합체의 혼합물, 4종 중합체의 혼합물, 각 쌍이 전도성 담체 코팅물과 절연 어너(earner) 코팅물을 함유하고 있는 중합체 혼합물 등이 선택될 수 있다. 담체 코팅물은 예를 들어 약 0.1 중량% 내지 약 10 중량 %, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 3 중량 %와 같이 그 유효량은 다양하게 선택될 수 있다. 또한 구현예로서, 담체 코어는 그 표면에 전체적으로 코팅되거나 부분적으로 코팅될 수 있다.

또한 담체 입자의 입자 크기는 통상 약 50 마이크론 내지 약 1,000 마이크론이고, 약 60 내지 약 100 마이크론이 보다 바람직한데, 이는 충분한 밀도와 관성을 가짐으로서 현상 공정 중에정전 영상에 부착되는 것을 방지한다. 담체 성분은 담체 약 100 내지 약 200 중량부에 대해 토너 약 1 내지 약 5 중량부 정도와 같이 적절한 비로 다양하게 혼합할 수 있다.

본 발명의 특징들은 하기 실시예의 설명을 통해 명백해질 것이다. 단, 하기 실시예는 단지 발명의 예시로서 제시된 것으로서, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

실시예 1

칼라 인텍스 콘스티튜션 번호가 74160호인 C.I. 피그먼트 블루(노스캐롤라이나주 샤롯테에 소재하는 BASF 코포레이션에서 시판되는 Heliogen^TMBlue D7100)와 음전하조절제(뉴저지주 스프링필드에 소재하는 Orient Chemical Corporation에서 시판되는 Bontron^TME-88)를 하기 공정에 따라 프로폭실레이트화된 비스페놀 A 폴리에스테르 수지(노스캐롤라이나주 리서치 트라이앵글 파크에 소재하는 Reichold Chemicals, Incorporated에서 시판되는 Fine Tone^TM382ES) 중에 분산시킨다. 2 마력의 직렬 기어 모터와 전면의 블레이드의 속도가 60 RPM로 설정되고 후면 블레이드 속도가 34 RPM로 설정된 시그마 디자인의 혼합 블레이드가 장착된 Aaron Process Company lab mixer에 폴리에스테르 수지 2,000g을 채우고 140℃까지 가열하여 수지가 완전히 용해되어 자유롭게 흐르도록 한다. C.I. 피그먼트 블루 15:3 입자를 용융된 수지에 3번으로 나누어 첨가한다. 총 100g의 C.I. 피그먼트 블루 15:3을 상기 수지에 첨가한다. Bontron E-88 전하조절제 20g을 수지/안료 혼합물에 첨가한다. 수지/안료/전하조절제 혼합물을 140℃에서 추가로 1시간동안 혼합한다. 그 후 혼합물을 냉각시키고 볼밀(뉴저지주 07424, 리틀 폴에 소재하는 Paul O. Abbe, Inc에서 시판됨)에서 분쇄하여 수평균 크기가 약 70 마이크론인 굵은 입자들로 만든다.

임펠러형 교반기가 장착된 2000-ml 용량의 둥근바닥 플라스크에 500g의 Isopar-L?과, 12.5g의 Ganex V-220 및 상기에서 제조된 굵은 입자 500g을 채운다. 이 혼합물을 140℃로 가열하고, 100 RPM으로 교반하면서 60분간 이 온도를 유지한다. 상기 혼합물이 유백색 분산액을 형성하면, 이 분산액이 상온까지 냉각되도록 방치한다. 상기 처리된 입자들을 여과시켜 반응 혼합물로부터 분리하고, 필터 케이크를 이소헥산 중에 분산시켜 필터 케이크에 혼입된 용매를 세척하여 분리한다. 상기 여과된 입자들은 40℃ 진공하에서 16시간동안 건조시킨다. 건조된 입자 100 중량부에 대해 Cab-O-Sil? TG-308F(일리노이주 투스콜라에 소재하는 Cabot Corporation에서 시판되는 유동성 향상제로서 작용하는 훈증처리된 실리카) 1 중량부와 롤밀에서 15분간 혼합한다. 본 발명에 따른 시안 토너 No. 1이 얻어진다.

그 결과 생성된 시안 토너는 95.3 중량 %의 폴리에스테르 수지와 4.7 중량 % 의 C.I. 피그먼트 블루 15:3을 포함하며, 이 안료는 투과전자현미경으로 측정했을 때 평균 입자 크기가 0.1 마이크론이다. 상기 입자 크기가 결정되면, 수평균 입자 크기는 4.2 마이크론로 상당히 감소한다. 주사전자현미경으로 토너 입자를 검사해보면, 상기 입자들이 매끄러운 표면 조직을 갖는 구형임을 확인할 수 있다.

실시예 2

임펠러형의 교반기가 장착된 2000-ml 둥근바닥 플라스크에 500 g의 Isopar-L?, 7.5 g의 Ganex V-220 및 실시예 1의 굵은 수지 500 g을 채운다. 이 혼합물을 실시예 1에서와 같은 과정으로 처리하여 본 발명에 따른 시안 토너 No. 2를 생성한다.

그 결과 생성된 시안 토너 No. 2는 95.3 중량 %의 폴리에스테르 수지와 4.7 중량 %의 C.I. 피그먼트 블루 15:3를 포함하며, 이때 투과전자현미경으로 안료를 측정하면 평균 입자 직경이 0.1 마이크론이다. 입자 크기가 결정되면, 수평균 입자 크기는 7.4 마이크론로 상당히 감소한다.

실시예 3

마젠타 토너는 C.I. 피그먼트 블루 15:3 대신에 C.I. 피그먼트 레드 81:3 (뉴저지주 엘리자베스에 소재하는 Magruder Color Company에서 시판되는 Rhodamine YS PMA)를 사용하여 실시예 1에서와 같이 제조한다.

그 결과 생성된 마젠타 토너는 95.3 중량 %의 폴리에스테르 수지와 4.7 중량 % 의 C.I. 피그먼트 레드 81:3을 함유하고 있다. 주사전자현미경으로 토너 입자들을 검사해보면 입자들이 거의 구형이며 수평균 직경이 4.4 마이크론임을 확인할 수 있다.

실시예 4

실시예 1의 과정을 반복하여, C.I. 피그먼트 블루 15:3 대신에 C.I. 피그먼트 옐로우 185(노스캐롤라이나주 샤롯테에 소재하는 BASF 코포레이션에서 시판되는 Enceprint Yellow 1155)을 사용하여 옐로우 토너를 제조한다.

그 결과 생성된 옐로우 토너는 95.3 중량 %의 폴리에스테르 수지와 4.7 중량 %의 C.I. 피그먼트 옐로우 185를 함유하고 있다. 주사전자현미경으로 토너 입자들을 검사해보면 입자들이 거의 구형이며 수평균 직경이 4.4 마이크론임을 확인할 수 있다.

실시예 5

블랙 토너는 실시예 1과 같은 방법에 따라 제조한다. C.I. 피그먼트 블랙 7 (델라웨어주 뉴워크에 소재하는 ICI America에서 시판되는 Carbon Black V)를 C.I. 피그먼트 블루 15:3 대신에 사용한다.

그 결과 생성된 블랙 토너는 95.3 중량 %의 폴리에스테르 수지와 4.7 중량 %의 카본 블랙을 포함하고 있다. 상기 토너 입자들의 수평균 직경은 4.7 마이크론이다.

실시예 6

칼라 인텍스 콘스티튜션 번호가 74160호인 C.I. 피그먼트 블루(노스캐롤라이나주 샤롯테에 소재하는 BASF 코포레이션에서 시판되는 Heliogen^TMBlue D7100)와 음전하조절제(뉴저지주 스프링필드에 소재하는 Orient Chemical Corporation에서 시판되는 Bontron^TME-88)를 사이클로올레핀 공중합체 수지(노보넨과 에틸렌의 몰비가 60:40이고, 중량 평균 분자량이 11,000이며, 수평균 분자량 5,900이고 유리전이온도가 65℃인 노보넨과 에틸렌의 공중합체) 중에 다음의 공정에 따라 분산시킨다.

2 마력의 직렬 기어 모터와 전면의 블레이드의 속도가 60 RPM으로 설정되고 후면 블레이드 속도가 34 RPM으로 설정된 시그마 디자인의 혼합 블레이드가 장착된 Aaron Process Company lab mixer에서 사이클로올레핀 공중합체 수지 1,600g과 톨루엔 160g을 혼합한 후, 80℃로 가열하여 수지를 완전히 용해시킨다.

상기 혼합물에 C.I. 피그먼트 블루 15:3을 3번으로 나누어 첨가하여, C.I. 피그먼트 블루 15:3과 물의 중량비가 50:50인 습윤 케이크 형태로 혼합물을 형성한 다음 C.I. 피그먼트 블루 15:3 습윤 케이크(물 50% 함유) 1,000g을 수지와 톨루엔 혼합물에 첨가한다. 습윤 케이크 안료로부터의 물을 따라내어 상기 수지/톨루엔 용액으로 대체하고 따라낸 물은 버린다. 567g의 또 다른 동일한 습윤 케이크를 상기 혼합물에 첨가하여 혼합한 후, 안료로부터 물을 분리하여 버린다. 마지막으로 습윤 케이크 567 g을 첨가하여 상기 수지/톨루엔과 혼합한 후, 세번째로 물을 상기 안료로부터 분리하여 버린다. 수지/톨루엔/안료의 혼합물을 80℃에서 1시간동안 더 혼합시킨다. 그 후, 상기 혼합물을 진공 대기하에서 유지하여 수지/안료 혼합물로부터 톨루엔과 잔류된 물을 제거한다. 그 후 혼합물을 냉각시켜 분말로 분쇄한다. 그 결과 생성된 C.I. 피그먼트 블루 15:3 마스터 배치는 중량비가 60:40인 수지와 안료를 포함한다.

상기에서 제조된 마스터 배치는 상기 사이클로올레핀 공중합체 수지와 Haake 2축 혼합기(뉴저지주 파라무스에 소재하는 Haake Fison, Inc에서 시판됨)를 사용하여 혼합한다. 사이클로올레핀 공중합체 수지 90 중량부와 C. I. 피그먼트 블루 15:3 마스터 배치 10 중량부의 혼합물을 하기 공정 조건에 따라 혼합한다: 베럴 온도 140℃, 다이 헤드 온도 140℃, 스크류 속도 250 RPM 및 평균체류시간 약 5분. 그 다음 상기 혼합물을 냉각시키고 볼밀(뉴저지주 07424 리틀 폴에 소재하는 Paul O. Abbe, Inc.에서 시판됨)에서 분쇄하여 수평균 크기가 약 70 마이크론인 굵은 입자로 얻는다.

임펠러형 교반기가 장착된 2000-ml 둥근바닥 플라스크에 수평균 분자량이 400인 폴리에틸렌 글리콜(위스콘신주 밀워키에 소재하는 Aldrich Chemical Company에서 시판됨) 500g, 비이온 계면활성화제인 Genapol-26-L-1(노스캐롤라이나주 샤롯테에 소재하는 Clariant Corporation에서 시판됨) 12.5g 및 상기에서 제조한 굵은 입자 500 g을 채운다. 그 후 상기 혼합물을 140℃로 가열하고 그 온도에서 100 RPM으로 교반하면서 60분간 유지한다. 이 혼합물은 유백색 분산액을 형성하는데, 상기 분산액을 상온으로 냉각되도록 방치한다. 상기 처리된 입자들을 반응혼합물에서 여과시켜 분리하고 여과 케이크를 메탄올에 분산시켜 잔류된 용매를 세척하여 버리고 다시 여과한다. 상기 여과된 입자들은 40℃ 진공하에서 16시간동안 건조시킨다. 건조 입자 100 중량부를 Cab-O-Sil? TG-308F(일리노이주 투스콜라에 소재하는 Cabot Corporation에서 시판되는 유동성 향상보조제로 작용하는 훈증처리된 실리카) 1 중량부와 롤밀에서 15분간 혼합하여 본 발명에 따른 시안 토너 No.3을 얻는다.

그 결과 생성된 시안 토너는 96 중량 %의 폴리에스테르 수지와 4 중량 % 의 C.I. 피그먼트 Blue 15:3를 포함하는 사이클로올레핀 결합제 수지를 가지고 있으며, 상기 안료의 입자 크기는 투과전자현미경으로 측정했을 때 평균 입자 크기가 0.1마이크론이다. 입자 크기가 결정되면, 수평균 입자 크기는 40 마이크론으로 현격히 감소한다. 상기 토너 입자들을 주사전자현미경으로 검사해보면 이 입자들이 매끈한 표면을 가지는 구형임을 확인할 수 있다.

비교예

상기 분산 공정을 고분자량 수지 또는 고용융점도 수지에 적용하면, 굵은 입자들이 미세한 입자들로 분할되지 않는다. 예를 들어 고분자량 프로폭실레이트화된 비스페놀 A 폴리에스테르 수지(노스캐롤라이나주 리서치 트라이앵글 파크에 소재하는 Reichold Chemicals, Incorporated에서 시판되는 중량 평균 분자량이 81700인 Fine Tone^TM382ES-HMW)를 볼밀(뉴저지주 07424 리틀 폴에 소재하는 Paul O. Abbe, Inc.에서 시판됨)에서 분쇄하여 수평균 입자 크기가 약 70 마이크론인 굵은 입자를 얻는다.

임펠러형 교반기가 장착된 2000-ml의 둥근바닥 플라스크에, 500 g의 Isopar-L?, 12.5 g의 Ganex V-220 및 상기에서 얻은 굵은 입자 500 g을 채운다. 그 후 이 혼합물을 140℃로 가열한 다음 100 RPM으로 교반하면서 그 온도에서 60분간 유지한다. 이 혼합물은 유백색 분산액을 형성하는데, 이 혼합물을 상온으로 냉각될 때까지 방치한다. 상기 처리된 입자들을 반응혼합물로부터 여과시켜 분리하고 여과 케이크를 이소헥산에 분산시켜 여과 케이크 중에 포함된 용매를 세척하여 버리고 다시 여과한다. 상기 여과된 입자들을 40℃ 진공하에서 16시간 건조한다.

그 결과 생성된 입자들은 수평균 직경이 54 마이크론인데, 이는 전단 작용과 계면활성제가 고해상도 토너에 적용하기 적합한 수준까지 입자 크기를 현격히 감소시킬 수 없다는 것을 나타낸다.

본 발명의 구현예들은 여러 구현예들과 함께 예시되고 설명되었지만, 본 명세서에 첨부된 특허청구범위에 의해 제시되는 본 발명의 사상과 범위에 속하는 여러 가지 변형이 가능하다는 것이 당업자들에게는 명백할 것이다.

본 발명에 따라 안료와 다른 첨가제들을 중합체 수지 중에 분산시키고, 강한 전단 조건하에서 계면활성제를 포함하고 있는 분산 매질 중에 혼련된 중합체 수지를 분산시킴으로써 입자 직경이 작은 구형 토너 입자들을 형성시켜 전자사진 영상 시스템에 사용하기 위한 우수한 특성들이 조합된 고해상도 칼라 토너 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims

a) 안료 성분과 선택적으로 전하조절제를 용융상태로 수지 성분 중에 분산 혼합하고, 상기 혼합물을 냉각 후 분쇄하여, 평균입경이 50마이크론 내지 200마이크론 범위이며 상기 수지 성분과 상기 안료성분과, 선택적으로 상기 전하조절제를 포함하는 제1 미립자 수지 조성물을 제조하는 단계;

b) 계면활성제를 포함하며 상기 수지가 용해되지 않는 유기 매질 중에 상기 제1 미립자 안료 수지 조성물을 분산시키는 단계;

c) 상기 수지 성분의 유리전이온도보다 30 내지 150℃ 높은 온도에서 전단력을 가하여 상기 유기 매질 중의 상기 제1 미립자 수지 조성물을 분쇄하는 단계; 및

d) 상기 유기 매질로부터 분쇄된 미립자 토너 조성물을 회수하는 단계;

를 포함하는 미세 분할되고, 분쇄된 정전 잠상 현상용(latent electrostatic images) 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 분쇄된 토너 조성물의 토너 입자가 형태상 구형이며 부피 평균 직경이 1 내지 10 마이크론이고, 상기 입자의 95% 이상의 직경이 2 내지 15 마이크론인 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
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제 1항에 있어서,

상기 수지가 폴리에스테르 수지이고, 상기 폴리에스테르 수지는 유리전이온도가 40 내지 90℃인 무정형 폴리에스테르 수지이며, 이때 상기 수지의 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 수지가 에틸렌/노보넨 공중합체인 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 수지가 스티렌 공중합체 수지인 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
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제 1항에 있어서,

상기 안료 성분이 시안 안료, 옐로우 안료, 마젠타 안료 및 블랙 안료 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
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제1항에 있어서,

상기 전하조절제가 양전하조절제와 음전하 조절제 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
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제2항에 있어서,

상기 분쇄된 미립자 토너 조성물의 부피 평균 입자 크기가 2 내지 10 마이크론인 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 분쇄된 미립자 토너 조성물의 80% 이상의 입자가 상기 분쇄된 미립자 토너 조성물의 부피 평균 입자 크기의 0.5 내지 1.5배 이내인 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 유기 매질의 용해도 지수가 상기 수지 성분의 용해도 지수와 1 내지 20만큼 차이가 나는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 유기 매질이 파라핀 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 유기 매질이 폴리(에틸렌 글리콜)을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 계면활성제가 비이온 계면활성제인 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 17항에 있어서,

상기 비이온 계면활성제가 에틸렌 옥사이드 잔기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 유기 매질이 유기 용매와 계면활성제를 포함하고, 상기 계면활성제의 양이 존재하는 용매량에 대해 0.2 내지 15중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 제1 미립자 수지 조성물을 분쇄하는 단계 동안에 상기 제1 미립자 수지 조성물의 양이 상기 제1 미립자 수지 조성물과 상기 유기 매질을 합한 부피의 10 내지 70 부피%로 존재하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 20항에 있어서,

상기 제1 미립자 수지 조성물을 분쇄하는 단계 동안에 상기 제1 미립자 수지 조성물의 양이 상기 제1 미립자 수지 조성물과 상기 유기 매질을 합한 부피의 20 내지 50 부피%로 존재하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
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제 1항에 있어서,

상기 분쇄된 미립자 토너 조성물에 유동성 향상제를 혼입시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
제 24항에 있어서,

상기 유동성 향상제가 훈증처리된 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 미립자 토너 조성물을 제조하는 방법.
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