KR100490400B1 - 습식 현상제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 20∼45℃에서 대전제어제를 첨가하여 밀링/혼합하는 것에 의해 토너 입자의 대전특성을 우수하게 할 수 있는 습식 현상제의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의해 제조된 습식현상제는 전도도(pMho/cm) 및 단위면적 당 현상된 액체 토너의 질량(M/A)이 기존의 습식현상제에 비하여 우수하다.

Description

습식 현상제의 제조방법{Method for manufacturing liquid composition for developing latent electrostatic images}

본 발명은 습식 현상제의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 20∼45℃에서 대전제어제를 첨가하여 밀링/혼합하는 것에 의해 토너 입자의 대전특성을 우수하게 할 수 있는 습식 현상제의 제조 방법에 관한 것이다.

현재 사무실환경에서 많이 사용하고 있는 프린터로는 레이저를 이용하여 감광체에 잠상을 만든 후 전위차를 이용하여 감광체 상의 잠상에 토너를 이동시키고 이를 종이에 전사해 화상을 맺도록 하는 레이저 프린터가 주류를 이루고 있다. 잉크젯 프린터도 많이 사용되고 있으나, 이는 개인용 프린터에 적합하며, 사무실 환경에서는 여러 컴퓨터와 네트워크로 연결되어 많은 용량의 프린터를 수행하는 레이저 프린터가 향후에도 계속 시장을 넓힐 것으로 바라보고 있다.

현재까지 주로 개발/판매되고 있는 레이저 프린터는 주로 흑백의 건식 프린터였다. 이는 토너에 마찰대전을 일으켜 공기 중에서 감광체(OPC) 상의 잠상으로 토너가 이동하도록 하는 방법으로 토너가 분말 상태로 존재하는 이유로 발생하는 분진 등에 의한 환경 문제 및 화상 품질에 한계가 있는 것으로 알려져 있다. 이런 환경 상의 문제 및 화상 품질을 일보 향상시킬 수 있는 방법으로 습식 프린터에 대한 연구가 진행되고 있다. 습식 프린터는 토너를 분말상태가 아닌 용매에 분산시킨 용액상태로 존재하는 것으로 감광체(OPC)상의 잠상으로 토너가 이동할 때 용매가 매체가 되는 이유로 공기에서와는 다르게 외부 요인 (온도/습도 등)에 영향을 받지 않을 뿐 아니라 분진 발생과 같은 환경문제를 극복할 수 있으며, 토너의 입자 크기의 한계 또한 건식 타입(6㎛이상)에 비해 상당히 극복함으로써 우수한 화상품질을 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이 미국특허 제5,407,771호에 개시되어 있는 액체 토너의 대표적인 제조 방법은 다음과 같다. 안료, 분산제 및 수지를 용매와 함께 혼합한 후 65℃ 내지 100℃에서 구성요소들이 고르게 섞일 때까지 교반을 한다. 모든 구성요소들이 고르게 섞이게 되면 반응조의 온도를 서서히 낮추면서 용융된 수지가 다시 고체로 석출되도록 한다. 수지의 석출로 인해 잉크가 고체로 굳어진 것을 절단기나 파쇄기 등을 이용해 잘게 분쇄한 후 용매와 함께 분쇄기에서 습윤분쇄를 75시간 동안 하여 액체 토너를 완성하게 된다. 이 때 액체 토너에 대전 특성을 부여하는 대전 제어제 (Charging Control Agent:CCA)는 습윤분쇄가 끝난 후나 습윤분쇄 중에 첨가하게 된다. 상기 공정은 고온에서 혼합하고, 장시간 밀링을 거치게 되므로 복잡하고, 제조 비용이 상승하게 되는 단점이 있다.

한편, 도 2에 나타낸 바와 같이 공용매를 사용하여 액체 토너를 제조하는 방법이 미국 특허 제 5,876,896에 소개되어 있다. 이 방법은 안료, 수지, 공용매, 용매 및 분산제를 반응조에 넣고 수지가 공용매와 용매에 의해 녹을 수 있는 온도 (75℃)를 유지하는 가운데 교반을 한 후 서서히 온도를 낮추면서 수지가 안료를 중심으로 석출이 되게 하여 토너 입자가 형성되도록 한다. 이후 공용매를 탄화수소 계열의 용매로 교체한 후 대전제어제를 첨가하여 토너를 완성하도록 하고 있다.

상기에 언급한 액체 토너의 제조방법은 액체 토너의 입자가 만들어진 후 습윤분쇄과정이나 액체 토너의 희석 과정에서 특별한 온도 콘트롤없이 단순히 대전제어제를 첨가하여 액체 토너의 구성성분과 혼합하거나 밀링을 하여 액체 토너에 대전특성을 주고 있다. 위와 같은 방법으로 대전제어제를 액체 토너에 첨가할 경우 구성 성분간의 혼합과정 또는 밀링과정 중 열이 발생하며 이러한 열에 의해 액체 토너의 전기적 특성이 상당히 나빠지며 혼합이나 밀링시 회전하는 임펠러의 회전속도가 증가할수록 발생하는 열도 증가하기 때문에 반응조 내에서 급격히 온도가 상승하여 액체 토너의 전도도(PMho/cm)나 단위면적당 현상된 액체 토너의 질량 (M/A)이 저하된다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 종래기술의 문제점을 극복하여 우수한 전기적 특성을 유지하는 습식 현상제의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여

(a) 캐리어로서 파라핀계 탄화수소 용제, 공용매로서 -OH기를 갖는 유기용제를 혼합하는 단계;

(b) 상기 혼합용매에 바인더 수지, 안료, 분산제 및 글래스 비드를 혼입하고 용해 및 밀링하는 단계;

(c) 상기 혼합용액을 상온에서 교반하며 냉각시켜 토너 입자를 얻는 단계;

(d) 상기 토너 입자 분산용액을 여과하여 공용매를 제거하는 단계; 및

(e) 상기 용액에 대전제어제로서 지르코늄을 갖는 금속염 및 탄화수소계 용제를 첨가하고 반응기의 온도를 20∼45℃로 제어하며 밀링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 현상제의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 파라핀계 탄화수소 용제는 전기적 저항값이 10¹⁰Ω·cm, 카우리-부탄올 값이 30 이하, 유전상수가 5 이하인 탄화수소계 용제인 것이 바람직하다.

또한 상기 공용매는 에탄올 또는 톨루엔인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 안료는 선패스트 마젠타, 선패스트 블루, 벤지딘 옐로우, 퀴나크리돈, 카본블랙 및 페릴렌 그린으로 이루어진 군에서 선택된 혼합물인 것이 바람직하다.

또한 상기 분산제는 아크릴레이트 코폴리머 또는 아민계 화합물인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 에틸렌계 공중합 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌-비닐아세테이트, 폴리에틸렌-비닐아세테이트/산 삼원공중합체, 스티렌-아크릴산알킬 공중합체, 스티렌 부타디엔 공중합체, 스티렌-무수말레인산 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리아미드, 변성로진 및 파라핀으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한 상기 대전제어제는 지르코늄을 갖는 금속염인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 안료와 분산제의 질량비가 1:1∼2:1인 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 의해 제조된 습식 현상제는 액체 토너의 컬러를 결정하고, 액체 토너의 전기적인 특성에 상당한 영향을 끼치는 안료, 상기 안료를 코팅하며 액체 토너의 전기적인 특성에 상당한 영향을 주고, 용매내 분산상태 및 프린팅시 현상/전사 특성을 결정하는 수지, 상기 수지 및 안료를 용매내에 분산시키는 분산제 및 액체 토너의 분산매 역할을 하며, 전기적으로 부전도성의 특징을 가지고 있어 전기장에서 분산되어 있는 토너 입자만의 이동을 가능하게 해주는 캐리어 용매, 수지의 용해도를 우수하게 향상시켜주는 -OH기를 가지는 공용매, 액체 토너에 전기적인 특성을 주는 대전제어제를 포함한다.

도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 습식 현상제의 제조방법은 공용매를 사용함으로써 수지의 용해시 높은 온도를 요하지 않는다. 본 발명에 따르면 우선 캐리어와 공용매를 6:4∼8:2의 질량비로 혼합하며, 질량비가 6:4인 경우가 더 바람직하다. 상기 질량비를 벗어나는 경우에는 용해도가 적절하지 못해서 원하는 크기의 입자를 얻을 수 없기 때문에 바람직하지 않다. 이때 공용매는 밀링시 높은 온도에 따른 휘발을 막기 위해 끓는 점이 110℃ 이상이어야 하며, 에탄올 이외에도 톨루엔 등을 사용할 수 있으나 인체에 무해한 에탄올을 사용하는 것이 환경문제를 일으키지 않는다는 관점에서 바람직하다. 이러한 혼합용매에 수지, 안료 및 분산제를 넣고 이를 Dispermat(VMA GETZMANN)을 이용하여 용해 및 분산시킨다. 캐리어는 Isopar G, Isopar H, Isopar K, Isopar L, Isopar M, Isopar V, Norpar 12, Norpar 13, Norpar 15, Isodecane 또는 IP solvent 1620을 사용할 수 있으며, 수지로는 에틸렌계 공중합체 중에서 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체를 축중합하여 만든 고기능성 고분자를 사용할 경우 (+) 대전특성을 우수하게 부여할 수 있어 바람직하다. 안료의 경우, 각 색깔별로 예를 들면, 옐로우의 경우, Hansa brilliant(PY74, Clariant), 마젠타(magenta)는 Permanent Rubine F6B(PR184, Clariant), 시안(cyan)은 PB15:4(Sun Chemical), 마지막으로 블랙(black)은 monarch 120(carbon black, cabot) 등을 사용한다. 분산제로는 아크릴레이트 코폴리머계 또는 아민계 화합물을 사용하고 아크릴레이트 코폴리머계의 예로써는 Disperbyk 116(BYK chemie사제조) 이 있으며 아민계 화합물로는 solsperse series(Avecia사 제조)가 있다. 상기에서 안료와 분산제의 질량비는 1:1∼2:1인 것이 바람직하며, 1.4:1인 것이 더 바람직하다. 최소값 미만인 경우에는 수지와 안료의 분산특성이 저하되며 최대값을 초과하는 경우에는 현상제의 전기적 특성이 열화될 염려가 있기 때문에 바람직하지 않다. 상기 재료들과 글래스 비드(0.5 mm)를 용기에 담고, 약 40℃∼60℃에서 1∼2시간 동안 Dispermat를 이용하여 수지를 용해하며 분산한다. 다음으로, 상온에서 약 2-3시 동안 교반하며 냉각시키면 온도에 따른 용해도 차이에 의해 부비 평균 크기가 약 4 ㎛인 토너 입자를 얻을 수 있다. 이렇게 얻은 토너 입자 분산용액에 필터링 공정을 통해 케톤계 공용매를 제거하여 순수한 파라핀계 탄화수소 용매로 교체한다. 다음으로 대전제어제와 캐리어를 추가로 첨가하는 단계에서 지르코늄 비드(0.5mm)와 함께 반응기의 온도를 20∼45℃로 제어하며 1∼2시간 동안 밀링하면 정대전성 습식 현상제를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 대전제어제로서 지르코늄을 갖는 금속염을 사용할 수 있으며 예컨대, 지르코늄 옥토에이트, 지르코늄 헥셈, 지르코튬 나프테네이트 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서 밀링은 Torus mill/attrition mill(Getzmann사 제조)을 사용하여 수행하였다.

상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 습식 현상제의 경우 (+) 대전특성이 우수하며, 특히 비접촉 현상 방식의 습식 레이저 프린터에 우수한 현상 특성을 나타낸다.

이하 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

Isopar M과 공용매로서 에탄올을 8:2의 비율로 혼합한 공용매에 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합 수지를 전체 용액의 3중량%로 혼입한 후 안료로서 PR81:4 마젠타와 분산제로서 solsperse 13940을 1:1의 질량비로 혼합하고 0.5mm의 글래스 비드를 함께 넣은 후 75℃에서 1.5시간 동안 바스켓형 밀링기(Torus mill,Getzmann사 제조)을 이용하여 용해 및 분산시켰다. 교반을 계속하며 서서히 상온까지 냉각시켜 수지가 안료를 중심으로 석출되도록 하여 부피평균크기가 약 4㎛인 토너입자가 생성되도록 하였다. 그 다음으로 상기에서 얻어진 토너 입자 분산용액에서 필터링 공정을 통해 에탄올을 제거하여 순수한 Isopar M만 남도록 하였다. 이처럼 제조된 액체 토너에 대전제어제로서 지르코늄 헥셈을 및 Isopar M을 추가로 첨가한 후 지르코늄 비드(0.5mm)를 넣고 25℃의 온도에서 1시간 동안 밀링하여 습식 현상제를 얻었다.

실시예 2

안료와 분산제를 1.4:1로 혼합한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 습식 현상제를 제조하였다.

실시예 3

Isopar M과 공용매의 혼합비율이 6:4(질량비)인 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 습식 현상제를 제조하였다.

비교예 1

반응 용기의 온도를 75℃로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 습식 현상제를 제조하였다.

실험예

상기 실시예 1-3 및 비교예에 의해 제조된 습식 현상제의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

습식 현상제	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비고
지정 온도	40℃	25℃	30℃	-	-
반응 온도	38∼42℃	23∼27℃	28∼35℃	70∼80℃	-
현상후의Mass/Area	245	222	240	69.5	최적 영역:200∼250
전도도(pMho/cm)	15.1	24	19	70.1	최적 영역:10∼30

상기 결과에서 알 수 있듯이 본 발명에 의해 제조된 습식 현상제의 특성이 우수한 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 습식현상제는 전도도(pMho/cm) 및 단위면적 당 현상된 액체 토너의 질량(M/A)이 기존의 습식현상제에 비하여 우수하다.

도 1은 종래기술에 의한 현상제의 제조방법에 대한 개략도이다.

도 2는 또다른 종래기술에 의한 현상제의 제조방법에 대한 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 현상제의 제조방법에 대한 개략도이다.

Claims (8)

1. (a) 캐리어로서 파라핀계 탄화수소 용제, 공용매로서 -OH기를 갖는 유기용제를 혼합하는 단계;

   (b) 상기 혼합용매에 바인더 수지, 안료, 분산제 및 글래스 비드를 혼입하고 용해 및 밀링하는 단계;

   (c) 상기 혼합용액을 상온에서 교반하며 냉각시켜 토너 입자를 얻는 단계;

   (d) 상기 토너 입자 분산용액을 여과하여 공용매를 제거하는 단계; 및

   (e) 상기 용액에 대전제어제로서 지르코늄을 갖는 금속염 및 탄화수소계 용제를 첨가하고 반응기의 온도를 20∼45℃로 제어하며 밀링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 현상제의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 파라핀계 탄화수소 용제는 전기적 저항값이 10¹⁰Ω·cm, 카우리-부탄올 값이 30 이하, 유전상수가 5 이하인 탄화수소계 용제인 것을 특징으로 하는 습식 현상제의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 공용매는 에탄올 또는 톨루엔인 것을 특징으로 하는 습식 현상제의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 안료는 선패스트 마젠타, 선패스트 블루, 벤지딘 옐로우, 퀴나크리돈, 카본블랙 및 페릴렌 그린으로 이루어진 군에서 선택된 혼합물인것을 특징으로 하는 습식 현상제의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 분산제는 아민기를 가지는 화합물인 것을 특징으로 하는 습식 현상제의 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 에틸렌계 공중합 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌-비닐아세테이트, 폴리에틸렌-비닐아세테이트/산 삼원공중합체, 스티렌-아크릴산알킬 공중합체, 스티렌 부타디엔 공중합체, 스티렌-무수말레인산 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리아미드, 변성로진 및 파라핀으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 습식 현상제의 제조방법.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서, 상기 안료와 분산제의 질량비가 1:1∼2:1인 것을 특징으로 하는 습식 현상제의 제조방법.