KR100662914B1 - 토너 조성물의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

토너 조성물의 제조 방법이 개시된다. 본 토너 조성물의 제조 방법은 착색제 분산액과 라텍스 용액 및 응집제를 혼합하고 가열하여 토너 입자의 코어를 형성하는 단계; 및 상기 코어를 함유하는 용액에 광중합 개시제와 모노머의 혼합물을 첨가하고 광을 조사하여 상기 코어 입자 표면에서 중합 반응시켜서 쉘을 형성하는 단계;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 코어/쉘 구조를 갖는 토너가 내구성이 높으면서도 토너의 형상 구현이 용이한 토너 조성물을 간단한 공정으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

토너, 광중합, 코어/쉘

Description

토너 조성물의 제조 방법 {Preparation of toner composition}

본 발명은 토너 조성물의 제조 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 유화 중합을 통해서 제조하는 건식 토너에 있어서, 토너의 내구성을 향상시키고 토너의 제조 공정을 단축하여 제조 비용을 절감할 수 있는 토너 조성물의 제조 방법에 대한 것이다.

화상 인쇄에 있어서 고속화, 장치의 경량화, 인쇄 화상의 선명도 등을 요구하는 최근의 추세에 맞추어 전자사진방식 화상형성장치가 일반화되고 있다. 이러한 전자사진방식 화상형성장치로는 예를 들면, 팩시밀리, LED, LCS 프린터, 디지탈 프린터, 레이저 프린터 또는 레이저 복사기 등이 있다. 이러한 장치의 현상제 또는 토너는 사용 환경에 따라서 크게 습식과 건식으로 구분되고, 건식 토너는 다시 제조 방법에 따라서 분쇄형 토너와 중합형 토너로 구분된다.

분쇄형 토너는 제조 공정이 단순하고 양산이 효과적인 장점이 있지만, 구형의 토너 입자를 형성하기가 곤란하고 분쇄시 토너 비산이 발생하는 문제점이 있다. 따라서, 토너 비산의 문제가 야기되지 않고, 구형의 토너 입자 제조가 용이한 중합형 토너의 제조에 대한 관심이 높아지고 있다.

중합형 토너는 중합 방식에 따라서 현탁 중합과 유화 중합으로 크게 구분된다.

유화 중합을 이용하는 토너는 일반적으로 라텍스 상으로 존재하는 결합제 수지, 착색제 및 이형제를 응집시켜서 코어를 형성한 다음, 2차 응집 및 용융 과정을 거쳐서 코어 외부에 쉘을 형성함으로써 최종 토너 입자를 제조할 수 있다.

미국 특허 제 6,120,967호는 왁스 에멀전, 안료 분산액, 라텍스 수지를 각각 미리 제조한 다음 이들을 혼합하고 여기에 응집제를 첨가하여 응집시켜서 토너를 제조하는 방법에 대해 개시하고 있다.

미국 특허 제 5,863,696호는 안료 분산액을 제조한 다음 이를 중합성 모노머와 혼합하여 안료를 포함하는 고분자를 중합하는 방법에 대해서 개시하고 있다.

상술한 특허에서는 중합 토너의 코어/쉘 구조에서 토너의 정착성과 내구성을 위하여 코어에는 낮은 연화점을 갖는 결합제 수지를 사용하고, 쉘에는 내구성이 높은, 즉 분자량이 높은 결합제 수지를 사용하였다. 그러나 내구성을 위해서 쉘에 높은 분자량의 라텍스를 사용하면 용융 과정에서 토너로서의 형상을 구현하는 것이 곤란하다. 토너로서의 형상을 구현하기 위해 및 토너 입자 표면을 매끄럽게 하기 위해서는 긴 용융 시간과 높은 용융 온도를 필요로 한다. 그러나 이렇게 제조할 경우 비용이 많이 들고 높은 내구성을 가진 쉘의 형성이 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 코어/쉘 구조가 아닌 토너의 경우에는 정착성의 향상을 위하여 낮은 분자량을 갖는 결합제 수지를 사용하면 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 코어/쉘 구조를 갖는 유화 중합 방법을 통해서 토너를 제조하는 경우, 코어의 표면에서 중합 반응을 통해서 쉘부를 형성하도록 함으로써 토너의 내구성을 유지하면서도 매끄러운 입자 표면을 갖는 토너 조성물을 보다 단순한 공정으로 제조할 수 있는 토너 조성물의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토너 조성물의 제조 방법은 착색제 분산액과 라텍스 용액 및 응집제를 혼합하고 가열하여 토너 입자의 코어를 형성하는 단계; 및 상기 코어를 함유하는 용액에 광중합 개시제와 모노머의 혼합물을 첨가하고 광을 조사하여 상기 코어 입자 표면에서 중합 반응시켜서 쉘을 형성하는 단계;를 포함한다.

상기 광중합 개시제는 벤조인 부틸 에테르계 화합물, 벤질 디메틸 케탈계 화합물, α-아미노아세토페논계 화합물, 디메톡시페닐아세토페논계 화합물, 에톡시아세토페논계 화합물, 디메틸에탄올 아민계 화합물, 아실옥심 에스테르계 화합물, 염소화 아세토페논계 화합물, 하이드록시아세토페논계 화합물, 페닐포스핀 옥사이드계 화합물, 아실포스핀 옥사이드계 화합물, 포스핀 옥사이드계 화합물, 벤조페논계 화합물, 마이클러 케톤(Michlars ketone)계 화합물, 디벤조수베론계 화합물, 2-에틸안트라퀴논계 화합물, 이소프로필티오크산톤계 화합물, 이소부틸티오크산톤계 화 합물, 벤질계 화합물, 티오크산톤계 화합물로 구성된 그룹 중에서 선택된다.

상기 광중합 개시제는 UV선에 반응하는 광중합 개시제인 것이 바람직하다.

상기 토너 입자의 코어의 크기는 0.5㎛ 내지 4㎛의 범위 이내가 되는 것이 바람직하다.

상기 토너 입자의 부피평균크기는 1㎛ 내지 10㎛의 범위 이내가 되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 참고하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 토너 입자가 코어/쉘로 구성되고, 쉘이 코어 입자 표면에서 중합반응을 통해서 형성되도록 제조하는 것을 특징으로 한다. 먼저, 착색제 분산액과 라텍스 용액을 혼합하고 여기에 응집제를 첨가한다. 그 다음, 이 혼합물을 가열해서 토너 입자의 코어를 형성한다.

착색제 분산액은 착색제를 분산제와 함께 밀링 장비를 이용해서 초순도수에 분산시켜서 준비한다.

착색제는 토너 조성물 중에서 색상을 구현시키기 위해서 첨가되는 물질로서 염료계 착색제 또는 안료계 착색제가 있다. 전자사진방식 화상형성장치에서는, 열 안정성 및 내광성에서 우수한 안료계 착색제가 일반적으로 많이 사용된다.

착색제는 예를 들면, 아조계 안료, 프탈로시아닌계 안료, 염기성 염료계 안료, 퀴나트리돈계 안료, 디옥사신계 안료, 축합 아조계 안료, 카본 블랙, 크롬산염, 페로시안화물, 산화물, 황화물 셀렌화물, 황산염, 규산염, 탄산염, 인산염 및 금속분말 등을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 본 발명에 사 용할 수 있는 착색제가 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 사용할 수 있는 유색 안료를 색상별로 구분하면 다음과 같다.

청색 및/또는 녹색 안료로는 구리 프탈로시아닌, C.I.P.B.(C.I.Pigment Blue) 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16(무금속 프탈로시아닌) 또는 중심 금속으로서 알루미늄, 니켈 또는 바나듐을 갖는 프탈로시아닌, Si-브리징된 프탈로시아닌과 같이 브리징된 프탈로시아닌 이량체/올리고머 등이 있다.

오렌지색 안료로는 P.O. 5, 13, 34, 36, 43, 62, 71, 72가 있다.

황색 안료로는 P.Y.12, 17, 74, 83, 93, 97, 122, 146, 155, 174, 180, 185등이 있다.

적색 안료로는 P.R.48, 57, 122, 146, 147, 176, 184, 186, 202, 207, 238, 254, 255, 269, 270, 272 등이 있다.

보라색 안료로는 P.V.1, 19, 23 등이 있다.

혼합 안료의 예를 들면, P.V.19/P.R.122 또는 P.R.146/146 등이 있다.

분산제로는 흔히 계면 활성제를 사용한다. 본 발명에 사용할 수 있는 계면 활성제는 소듐 도데실 설페이트, 소듐 도데실 벤젠 술포네이트, 소듐 도데실나프탈렌 설페이트, 디알킬벤젠알킬, 설페이트, 술포네이트를 포함하는 음이온성 계면 활성제; 디알킬 벤젠 알킬 암모늄 클로라이드, 알킬 벤질 메틸 암모늄 클로라이드, 알킬 벤질 디메틸 암모늄 브로마이드, 벤즈알코늄 클로라이드, 세틸 피리디늄 브로마이드, 도데실벤질 트리에틸 암모늄 클로라이드, 라우릴 아민 아세테이트, 스테아릴 아민 아세테이트, 및 라우릴 트리메틸 암모늄 클로라이드를 포함하는 양이온성 계면 활성제; 라우릴 디메틸아민옥사이드를 포함하는 양성 이온성 계면 활성제; 라우릴 디메틸아민옥사이드를 포함하는 양성 이온성 계면 활성제; 및 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴산, 메타로오스, 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 프로필 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 트리스티릴페놀 에톡실레이트 포스페이트 에스테르, 폴리옥시에틸렌세틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르, 디알킬페녹시 폴리(에틸렌옥시)에탄올을 포함하는 비이온성 계면 활성제; 중에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 계면 활성제를 혼합하여 사용할 수 있다. 그러나 본 발명에 사용할 수 있는 분산제가 이에 한정되는 것은 아니다.

상업적으로 이용할 수 있는 분산제의 예를 들면, 다우 케미칼사제의 다우팩스(Dowfax), 터지톨(Tergitol), 트리톤(Triton) 등의 제품이 있다.

밀링에 사용할 수 있는 밀링 장비로는 볼 밀, 다이노 밀, EIGER MILL 250, 또는 디스퍼멧(Dispermat) 등이 있다. 이러한 밀링 장비로 안료와 분산제로 사용되는 계면 활성제를 초순도수에 넣고 2000rpm 내지 10000rpm의 회전수로 유리 비드와 함께 1시간 내지 5시간 동안 밀링하여 착색제 분산액을 제조한다. 초순도수는 질소 가스로 버블링하여 탈산소화시킨 초순도수를 이용한다.

착색제 분산액을 통해서 토너 조성물에 함유되는 착색제의 함량은 1phr 내지 20phr의 범위 이내가 되도록 착색제 분산액의 함량을 조절하는 것이 바람직하다.

착색제의 함량이 1phr보다 작으면 색상을 구현하는데 있어서 곤란한 점이 있 고, 착색제의 함량이 20phr보다 크면 분산성이 떨어져서 바람직하지 못하기 때문이다.

착색제 분산액을 제조하는 것과 동일한 방법으로 왁스 분산액을 제조할 수 있다. 착색제 분산액과 왁스 분산액을 각각 준비하여 라텍스 용액과 혼합할 수도 있고, 착색제와 왁스를 함께 분산시킨 분산액을 제조하여 라텍스 용액과 혼합할 수도 있다.

라텍스 용액은 라텍스를 형성하는 모노머를 유화 중합으로 제조하여 사용한다. 본 발명에 사용되는 라텍스 용액은 모노머와 왁스를 함께 유화 중합으로 합성하여 사용할 수 있다. 이 경우, 라텍스 입자가 왁스를 내포(encapsulating)하게 된다. 라텍스 수지는 본 발명의 토너 조성물에서 결합제로 사용되고, 왁스는 이형제로 사용된다.

라텍스 수지용 모노머와 왁스를 함께 유화 중합으로 합성하여 라텍스 용액을 제조하는 경우, 라텍스 수지에 사용할 수 있는 모노머는 중합성 모노머로서, 예를 들면 다음과 같다. 스티렌, 메틸스티렌, 클로로스티렌, 디클로로스티렌, p-terr-부틸스티렌, p-n-부틸스티렌 및 p-n-노닐스티렌을 포함하는 스티렌계 모노머; 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 베타 카르복시 아크릴레이트, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 에틸헥실 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트 및 에틸헥실 메타크릴레이트를 포함 하는 (메타)아크릴산 에스테르계 모노머; 아크릴산, 이타코닉산, 메타크릴산, 말레산, 푸마르산, 신남산을 포함하는 카르복실기를 갖는 모노머; 술폰화 스티렌을 포함하는 술폰산기를 갖는 모노머; 아미노 스티렌 및 그의 4차 암모늄염; 비닐피리딘, 비닐피롤리돈을 포함하는 질소 함유 헤테로 고리를 함유하는 모노머; 아크릴로니트릴, 부타디엔, 이소프렌, 및 디비닐벤젠; 등 중에서 선택하여 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 다만, 사용할 수 있는 모노머가 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 모노머와 왁스를 함께 혼합하고, 모노머의 Tg이상의 온도로 용융하는 과정을 거쳐서 왁스를 내포하는 라텍스 입자가 분산된 라텍스 수지 용액을 제조하여 사용할 수 있다.

본 발명의 토너 조성물은 착색제 분산액, 왁스 분산액 및 라텍스 수지를 혼합해서 사용할 수도 있다. 이 경우에 사용할 수 있는 라텍스 수지는 폴리(스티렌 부타디엔), 폴리(파라-메틸 스티렌 부타디엔), 폴리(메타-메틸 스티렌 부타디엔), 폴리(에틸메타크릴레이트-부타디엔), 폴리(프로필메타크릴레이트 부타디엔), 폴리(부틸메타크릴레이트-부타디엔), 폴리(메틸아크릴레이트 부타디엔), 폴리(에틸아크릴레이트 부타디엔), 폴리(프로필아크릴레이트 부타디엔), 폴리(부틸아크릴레이트 부타디엔), 폴리(스티렌 이소프렌), 폴리(파라-메틸 스티렌 이소프렌), 폴리(메타-메틸 스티렌 이소프렌), 폴리(알파-메틸 스티렌 이소프렌), 폴리(메틸메타크릴레이트 이소프렌), 폴리ㅑ에틸메타크릴레이트 이소프렌), 폴리(프로필아크릴레이트 이소프렌), 폴리(쿠틸아크릴레이트 이소프렌), 폴리(스티렌 부타디엔 아크릴산), 폴리(스티렌 부타디엔 메타크릴산), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌테레프 탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리펜틸테레프탈레이트, 폴리헥살렌테레프탈레이트, 폴리헵타덴테레프탈레이트, 폴리옥탈렌테레프탈레이트 등이 있다.

이형제는 토너 화상이 기록 매체로 전사되어 정착될 때 폴러와 토너 사이의 이형성을 향상시켜서 토너 오프셋을 방지하고, 토너로 인하여 기록 매체가 롤러에 들러 붙어서 기록 매체의 걸림 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해서 토너 조성물에 첨가된다. 본 발명에 사용할 수 있는 왁스는 상업적으로 이용가능 한 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들면, 카나우바 왁스, 베이베리 왁스를 포함하는 식물성 천연왁스 및 비즈왁스, 쉘락 왁스, 및 슈페르마세티 왁스를 포함하는 동물성 천연왁스를 포함하는 천연 왁스; 몬탄 왁스, 오조케라이트 왁스, 세레신 왁스를 포함하는 미네랄 왁스; 파라핀 왁스, 마이크로 크리스탈린 왁스를 포함하는 석유계 왁스; 및 피셔-트롭쉐 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 아크릴레이트 왁스, 지방산 아미드 왁스, 실리콘 왁스 및 폴리테트라 플루오로에틸렌 왁스를 포함하는 합성 왁스; 중에서 선택된 왁스를 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.

라텍스 용액에 포함되는 왁스의 함량은 1phr 내지 50phr의 범위 이내인 것이 바람직하다. 왁스의 함량이 1phr보다 작으면 이형제로서의 기능을 기대하기 곤란하고, 50phr보다 크면 분산성이 떨어지기 때문이다.

여기서, 함량을 나타내는 단위, phr은 part per hundreds of resin의 약칭으로서 수지 100부에 대한 대상 첨가제의 질량 단위를 나타낸다.

착색제 분산물과 라텍스 용액을 혼합한 다음, 응집제를 첨가하여 응집반응을 시킨다. 혼합은 일반적으로 혼합에 사용되는 방법을 사용할 수 있다.

응집제는 라텍스 용액 중 분산제로 첨가되는 계면 활성제의 하전과 반대 하전을 갖는 응집제를 사용하여 응집시킨다. 첨가하는 응집제의 양은 토너의 물성에 영향을 미치지 않는 정도의 범위 내에서 입자들을 응집시키기에 충분한 양으로 조절한다. 응집제는 유기물질 또는 무기물질 어느 것이라도 가능하다.

본 발명에 사용할 수 있는 응집제의 예를 들면 다음과 같다. 폴리-알루미늄 클로라이드, 알루미늄 설페이트, 징크 설페이트, 마그네슘 설페이트, 마그네슘 클로라이드 등이 있으며 이를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용하거나 이 외의 다른 응집제와 혼합하여 사용할 수 있다.

이러한 응집제를 첨가하여 라텍스 입자와 착색제 입자가 응집하여 0.5㎛ 내지 4㎛ 정도의 크기를 갖는 입자, 즉 코어 입자가 형성되면 응집된 입자들을 가열하여 용융시킨다. 가열하는 온도는 코어 입자의 Tg이상의 온도이다. 코어 입자의 약 90%이상을 차지하는 것이 라텍스 수지이므로 코어 입자의 Tg는 라텍스 수지의 Tg로 볼 수 있으며, 대개 80℃ 내지 100℃ 정도의 온도로 가열한다. 코어 입자의 Tg 이상의 온도로 가열하면 응집된 코어 입자 중의 각 입자들이 용융되어 결합하게 된다. 용융하여 결합하는 반응의 시간은 0.5 내지 2시간의 범위 이내로 조정한다.

이렇게 하여 코어 입자를 형성한 다음, 코어 입자들이 분산되어 있는 용액에 광중합 개시제와 쉘을 형성할 중합성 모노머를 첨가한다. 먼저, 중합성 모노머를 혼합한 용액에 광중합 개시제를 용해한 다음, 상술한 코어 입자들이 분산되어 있는 용액에 이 광중합 개시제가 용해된 용액을 천천히 첨가한다.

쉘을 형성할 중합성 모노머는 코어 입자 표면에 적용(diffusion)되고, 따라서 코어가 팽창하여 쉘층을 형성하게 된다.

쉘을 형성할 중합성 모노머는 예를 들면, 스티렌, 메틸스티렌, 클로로스티렌, 디클로로스티렌, p-terr-부틸스티렌, p-n-부틸스티렌, p-n-노닐스티렌, 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아클리레이트, 이소부틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 베타 카르복시 아크릴레이트, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 에틸헥실 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 프로필 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 에틸헥실 메타크릴레이트, 아크릴산, 이타코닉산, 메타크릴산, 말레산, 푸마르산, 신남산, 술폰화 스티렌, 아미노 스티렌 및 그의 4차 암모늄염, 비닐피리딘, 비닐피롤리돈, 아크릴로니트릴, 부타디엔, 이소프렌 및 디비닐 벤젠으로 구성된 그룹 중에서 선택할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.

광중합 개시제는 광반응성 촉매라고도 하며, 특정 파장대의 광선(또는 방사선)에 의해서 자유 라디칼을 생성하는 라디칼 광중합 개시제가 바람직하다. 광중합 개시제는 라디칼 광중합 개시제, 양이온성 광중합 개시제, 및 음이온성 광중합 개시제로 구분될 수 있으며, 이들은 목적하는 광중합성 수지의 성분에 따라서 선택적으로 사용될 수 있다.

광중합 개시제는 크게 두 가지로 분류되며, P₁ 타입 및 P₂ 타입으로 구분된 다.

P₁ 타입은 분자내 광분해가 일어나는 것으로서 그 대표적인 광중합 개시제는 다음 [화학식 1]의 아세토페논(acetophenone) 구조이다.

아세토페논 구조의 광반응성 촉매는 71 내지 73kcal/mol의 에너지로 분자내 화학결합을 분해시키기에 충분하며, 3중항 상태에 있는 광중합 개시제는 개시제 자체가 분자내 분해하여 라디칼을 형성한다. 이러한 광중합 개시제는 점도의 영향을 거의 받지 않는 장점이 있다. 이러한 P₁ 타입의 광중합 개시제로는 벤조인 부틸 에테르계 화합물(R=H, R₁=OC₄H₉, R₂=H, R₃=C ₆H₅), 벤질 디메틸 케탈계 화합물(R=H, R₁=OCH₃, R₂=OCH₃, R₃=C₆H₅ ), 에톡시아세토페논계 화합물(R=H, R₁=OC₂H₅, R₂=C ₂H₅, R₃=H), 아실옥심 에스테르계 화합물(R=H, R₁=NOCO, R₂=CH₃, R₃=C₆H₅ 또는 R=H, R₁=NOCO, R₂=OC₂H₅, R₃=CH₃), 염소화 아세토페논계 화합물(R=C₄H₉, R₁=Cl, R₂=Cl, R₃=Cl), 하이드록시아세토페논계 화합물(R=H, R₁=OH, R₂=CH₃ , R₃=CH₃), 아실포스핀 옥사이드계 화합물, α-아미노아세토페논계 화합물, 디메톡시페닐아세토페논계 화합물, 염소화 아세토페논계 화합물, 페닐포스핀 옥사이드계 화합물, 포스핀 옥사이드 계 화합물 등이 있다.

P₂ 타입은 다음 [화학식 2]로 대표되는 티오크산톤 구조를 가지며, 에너지가 69kcal/mol인 경우 분자 결합의 분해를 일으키기에 불충분 하여 3중항 상태에 있는 광중합 개시제가 수소 공여체(hydrogen donor)와 복합체(complex)를 형성하고, 수소 원자가 광중합 개시제 화합물 분자로 이동하여 라디칼을 형성한다.

이러한 P₂ 타입의 광중합 개시제의 수소 공여체는 주로 아민류가 되며, 이는 분자 구조에 따라서 그 효과가 결정된다. 이 타입의 광반응성 촉매는 P₁ 타입에 비해서 아민의 양이 충분할 경우 산소에 의한 장해가 없는 장점이 있지만, 중합이 느리게 일어나고 수지 조성물의 저장 안정성이 저해될 수 있으며, 점도의 영향을 받으므로 점도가 높으면 확산 속도가 늦어져서 반응 속도가 감소하는 단점이 있다. 이러한 P₂ 타입의 광중합 개시제로는 벤조페논계 화합물(X=C, R=R, R₁=H), 마이클러 케톤계 화합물(X=C, R=(CH₃)₂N, R₁=(CH₃)₂N), 디벤조수베론계 화합물(X=CH₂-CH₂, R=H, R₁=H), 디메틸에탄올 아민계 화합물, 2-에틸안트라퀴논계 화합물(X=C=O, R=H, R₁=2-C₂H₅), 이소부틸티오크산톤계 화합물(X=S, R=H, R₁=2-1-C₃H ₇), 이소프로필티오크산톤 계 화합물, 벤질계 화합물 등이 있다.

상업적으로 이용 가능한 광중합 개시제는 시바 스페셜티사(Ciba specialty co.)제의 이르가큐르 184(IRGACURE 184), 이르가큐르 369, 이르가큐르 500, 이르가큐르 651, 이르가큐르 727LP, 이르가큐르 819, 이르가큐르 907, 이르가큐르 1000, 이르가큐르 1700, 이르가큐르 1800, 이르가큐르 2005, 이르가큐르 2010, 이르가큐르 2959, 다로큐르 1173(DAROCUR 1173), 다로큐르 4265, 다로큐르 BP, 다로큐르 MBF 등이 있으며, 이들 중에서 하나 또는 2종 이상을 선택하여 혼합해서 사용할 수 있다.

상술한 광중합 개시제가 광선을 조사 받으면 라디칼을 생성하고, 이 라디칼이 상술한 바와 같이 코어의 표면에 형성된 쉘층의 모노머와 순간적으로 반응하여 표면 중합하여 경화됨으로써 코어보다 내구성이 우수한 쉘층을 형성할 수 있게 된다.

상술한 광중합 개시제를 활성화시킬 수 있는 광원은 자외선, 전자빔, X선, 적외선, 가시광선 및 그 외 다양한 레이저(엑시머 레이저, CO₂ 레이저, 아르곤 레이즈 등)가 있지만, 특히 자외선을 조사하는 것이 바람직하다. 광중합 개시제의 활성화에 필요한 에너지 및 광 조사후 토너 입자에 미치는 물성의 변화 등을 고려하여 200nm 내지 500nm 파장대의 자외선을 사용하는 것이 바람직하기 때문이다.

광중합 반응은 대략 수 초 내지 2시간 이내이고, 반응시간이 경과하면 실온에서 자연 냉각시켜서 토너 조성물을 얻을 수 있다.

이렇게 해서 형성되는 토너 입자는 쉘의 내구성이 우수하므로 토너 입자의 내구성이 우수하게 된다. 또한 광조사에 의해서 순간적으로 중합 반응이 일어나므로 반응 시간을 단축시킬 수 있고 따라서 공정을 단순화하여 토너 조성물의 양산에 있어서 효과적이다. 제조된 토너 입자는 코어가 용융이 잘 되지 않는 모노머, 착색제, 왁스를 포함하는 경우라 하더라도 그 표면이 부드럽게 제조될 수 있는 장점이 있다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

{실시예}

실시예 1

토너 입자의 코어 제조

P.B.15:3 30g과 초순도수 100g 및 다우팩스 2A-1 10g을 200g의 유리 비드와 함께 디스퍼멧을 이용하여 1시간 동안 3000rpm의 속도로 밀링하여 안료 분산액을 제조하였다.

한편, 스티렌, 부틸 아크릴레이트, 아크릴산을 7:2:1로 혼합한 모노머 혼합물 100g과 사슬이동제(chain transfer agent)인 1-도데칸티올(1-dodecanthiol)을 전체 라텍스 용액 100중량%에 대해서 1중량%와 에스테르 왁스를 전체 라텍스 용액 100중량%에 대해서 10중량%를 가열 혼합하여 왁스를 함유하는 라텍스 용액을 제조하였다.

그 다음, 다우팩스 2A-1 6g이 용해된 초순도수 1500㎖에 상기 제조된 안료 분산액 50g과 라텍스 용액 900g을 혼합하였다. 이 용액에 응집제로 폴리 알루미늄 클로라이드 15g을 초순도수 40g에 희석한 용액을 적정기(dropping funnel)로 천천히 적가하였다. 반응 수조의 온도를 천천히 증가시켜서 라텍스의 Tg 이상의 온도로 약 30분간 가열하였다. 그 다음, 온도를 95℃로 가열하여 입자를 용융시켰다. 이 때의 반응 임펠러(impeller)의 RPM은 200rpm이고, 용융시간은 2시간이었다. 이렇게 하여 제조된 응집된 코어의 크기는 3.5㎛였다.

토너 입자의 제조

상술한 제조된 코어가 분산된 용액의 온도가 70℃가 되도록 내렸다. 광중합 개시제로서 2-이소프로필티오크산톤(2-isopropylthioxanthone, ITX), N,N-디메톡시-2-페닐아세토페논(N,N-dimethoxy-2-phenylacetophenone), N,N-디메틸에탄올아민(N,N-dimethylethanolamine)을 각각 1g, 2,5g, 1.5g을 초순도수 40g에 용해시킨 용액을 적정기를 이용하여 반응 용액으로 첨가하였다.

한편, 스티렌, 부틸 아크릴레이트, 아크릴산을 7.5:1:0.5의 비율로 혼합한 다음 적정기를 이용해서 반응 용액 중으로 약 30분간에 걸쳐서 첨가하였다. 이 때 반응 수조의 RPM은 500rpm이 되도록 하였다.

그 다음, 반응 용액에 UV램프를 약 10분간 조사하였다.

이 반응 용액을 1시간 동안 가열하면서 교반시킨 다음 자연 냉각시키고, 외첨 처리 전에 필터링과 세척을 한 후 진공 오븐에서 건조시켰다.

이렇게 하여 제조된 표면 중합된 토너 입자의 부피 평균 크기는 6.5㎛였다.

상술한 토너 입자에 일반적인 외첨 처리를 통해서 토너 조성물을 제조하였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 왁스 함유 라텍스 용액 900g을 사용하는 대신에 라텍스 용액 750g과 에스테르 왁스 에멀전 150g의 혼합 용액을 사용하여 토너 입자의 코어를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 토너 조성물을 제조하였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 응집제인 폴리 알루미늄 클로라이드를 사용하는 대신에 마그네슘 클로라이드를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 토너 조성물을 제조하였다.

실시예 4

상기 실시예 1에서 왁스 함유 라텍스 용액 900g 대신에 라텍스 750g과 카나우바/폴리에틸렌 혼합 왁스 에멀전 150g을 혼합해서 사용하여 토너 입자의 코어를 제조하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 토너 조성물을 제조하였다.

실시예 5

상기 실시예 1에서 P.B.15:3 대신 P.Y.180을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 토너 조성물을 제조하였다.

실시예 6

상기 실시예 1에서 P.B.15:3 대신 P.R.122을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 토너 조성물을 제조하였다.

실시예 7

상기 실시예 1에서 P.B.15:3 대신 카본 블랙(Nipex 70)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 토너 조성물을 제조하였다.

실시에 8

상기 실시예 1에서 아크릴산 대신 메타크릴산을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 토너 조성물을 제조하였다.

실시예 9

상기 실시예 1에서 다우팩스 2A-1 10g 대신 소듐 도데실 설페이트 4g을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해서 토너 조성물을 제조하였다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 코어/쉘 구조를 갖는 토너 입자에 있어서 코어 표면에서 순간적인 광중합 반응으로 쉘을 형성함으로써 내구성이 높으면서도 토너의 형상 구현이 가능한 토너 조성물을 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이에 의해서 용융이 잘 되지 않는 입자도 중합 반응에 의해서 부드러운 표면을 가질 수 있으며, 광중합을 이용하여 반응 시간을 단축시킴으로써 공정을 단축하고 비용을 절감할 수 있다. 또한, 토너의 코어 부분이 왁스 및 착색제를 포함할 수 있어서 토너의 입도 분포가 좁고 왁스, 착색제 및 라텍스 입자간 결합도가 향상된 토너를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 착색제 분산액과 라텍스 용액 및 응집제를 혼합하고 가열하여 토너 입자의 코어를 형성하는 단계; 및

   상기 코어를 함유하는 용액에 광중합 개시제와 모노머의 혼합물을 첨가하고 광을 조사하여 상기 코어 입자 표면에서 중합 반응시켜서 쉘을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토너 조성물 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광중합 개시제는 벤조인 부틸 에테르계 화합물, 벤질 디메틸 케탈계 화 합물, α-아미노아세토페논계 화합물, 디메톡시페닐아세토페논계 화합물, 에톡시아세토페논계 화합물, 디메틸에탄올 아민계 화합물, 아실옥심 에스테르계 화합물, 염소화 아세토페논계 화합물, 하이드록시아세토페논계 화합물, 페닐포스핀 옥사이드계 화합물, 아실포스핀 옥사이드계 화합물, 포스핀 옥사이드계 화합물, 벤조페논계 화합물, 마이클러 케톤(Michlars ketone)계 화합물, 디벤조수베론계 화합물, 2-에틸안트라퀴논계 화합물, 이소프로필티오크산톤계 화합물, 이소부틸티오크산톤계 화합물, 벤질계 화합물, 티오크산톤계 화합물로 구성된 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 토너 조성물 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광중합 개시제는 UV선에 반응하는 광중합 개시제인 것을 특징으로 하는 토너 조성물 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 토너 입자의 코어의 크기는 0.5㎛ 내지 4㎛의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 토너 입자의 부피평균크기는 1㎛ 내지 10㎛의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조 방법.