KR101282342B1

KR101282342B1 - 기계적 혼합에 의한 정전하상 현상용 토너의 제조방법

Info

Publication number: KR101282342B1
Application number: KR1020110029395A
Authority: KR
Inventors: 유재광; 조호근
Original assignee: 주식회사 파캔오피씨
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2013-07-04
Also published as: KR20120111097A

Abstract

본 발명은 토너 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 소량의 전하제어제의 사용으로도 충분한 대전량을 가지고, 착색성이 우수하며, 정착성에 문제가 없어 고품질의 화상을 획득할 수 있는 토너 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명은 중합성 단량체, 착색제, 분산안정제, 전하제어제, 중합개시제, 경도조절제, 왁스 또는 외첨제를 포함하는 토너 조성물에 있어서, (1) 입자의 표면경도가 중합물 입자의 표면경도보다 높은 전하제어제를 제조하는 공정; (2) 상기 전하제어제의 입자보다 입자의 표면경도가 낮은 중합물을 제조하는 공정; (3) 상기 전하제어제와 중합물을 고속 혼합기에 의해 혼합하는 공정; 및 (4) 상기 (3)공정에 의해 제조된 토너에 대전성 및 유동성을 부여하기 위한 외첨 공정;을 거쳐서 제조되는 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법을 제공한다.

Description

기계적 혼합에 의한 정전하상 현상용 토너의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR ELECTROSTATIC IMAGE DEVELOPING TONER BY MECHANICAL MIXING}

본 발명은 토너 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 소량의 전하제어제의 사용으로도 충분한 대전량을 가지고, 착색성이 우수하며, 정착성에 문제가 없어 고품질의 화상을 획득할 수 있는 토너 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 전자기술의 비약적인 발전에 따라 전자사진 복사기 및 프린터 등의 화상 형성장치의 용도가 확대되고, 특히 디지털 화상 입력 장치의 보급의 증가와 고급화질의 표현력이 우수한 문서의 작성이 요구되고 있다. 더불어서 프리젠테이션 소프트웨어의 보급과 발달에 의하여 인쇄화상의 결함이 없고, 고화질의 출력화상이 요구되어지고 있다.

이와 같은 요구에 힘입어, 전자사진법 등 다수의 토너 제조방식이 제안되고 있다.

종래 기술 중 전자사진법에 의하면, 광도전성 재료를 활용하여 각종 수단에 의해 감광부재 상에 정전잠상을 형성하고, 여기에 토너를 사용하여 잠상을 현상한 후, 토너상을 필요에 따라 종이와 같은 전사매체로 전사하며, 열, 압력, 열과 압력, 또는 용매 증기의 작용에 의해 정착시킴으로써 복사화상 또는 프린트화상을 얻을 수 있다. 전사되지 않고 감광 부재에 남아있는 토너는 각종 수단에 의해 클리닝한 다음 위의 과정을 반복하게 된다.

또한, 토너를 사용하여 정전하상을 현상하는 방법 또는 토너 화상을 정착하는 방법으로 각종 방법들이 제안되어 있다. 종래 이러한 목적으로 사용되는 토너는 열가소성 수지 중에 염료 또는 안료로 이루어진 착색제를 용융 혼합하여 균일하게 분산시킨 후 미분쇄후 분급하여 소망하는 입경을 갖는 토너를 얻는 것으로써 제조되는 이른바 분쇄토너가 일반적이었다.

이와 같은 제조 방법에 의하여 양호한 수준의 토너를 얻을 수 있지만, 화상품질의 면에서 어느 정도 제한이 있다. 예를 들면, 착색제가 분산된 수지 조성물이 경제적으로 가능한 제조장치에 의해 미분쇄되기에 충분할 정도로 부서지기 쉬워야 한다. 그러나 이와 같은 수지 조성물은 실질적으로 고속에서 미분쇄하는 경우 넓은 입경범위의 입자를 형성하기 쉬우며, 특히 비교적 작은 입자가 그 입자들 중에 존재하여 문서오염 등의 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 원하지 않는 입자를 제거하는 분급공정이 있지만, 넓은 입도분포로 인해 토너 제조시 수율의 저하가 발생하여 높은 제조비용이 소요되는 문제가 발생한다.

이러한 분쇄법에 의해 제조된 토너의 문제점을 극복하기 위하여, 현탁중합법에 의해 토너를 제조하는 방법이 제시되어 있다.

현탁중합법에 의하면, 공정 중 분쇄단계가 없기 때문에 연질의 재료를 사용할 수 있고, 토너 입자의 표면에 착색제가 노출되지 않기 때문에, 토너 입자는 균일한 마찰 대전성을 가질 수 있게 된다. 또한 분급단계를 생략할 수 있기 때문에 에너지 절약, 제조시간 단축, 공정수율 향상 등의 면에서 비용절감에 매우 효과적이다.

그러나, 현탁중합법을 사용하여도, 토너 입경이 더 미세하게 된다면, 착색제가 토너 입자의 표면에 도달하기 쉬워져서 토너 성능에 악영향을 미친다. 그 결과 균일한 대전성이 저하되어 토너의 현상성에 변동을 일으킬 수 있다.

이와 같은 문제점은 고온 다습한 환경에서 복사 또는 프린팅을 할 때 두드러지며, 균일한 대전성을 얻기 위해 토너 입자의 표면층을 수지로 도포하는 방법이 제안되었으나, 도포층의 두께가 두꺼워서 착색제에 의하여 영향 받는 균일한 대전성이 저하되는 현상을 방지할 수는 있지만, 토너가 전하 제어성을 갖는 성분을 거의 함유할 수 없으므로 전하량의 절대값이 작아질 수 있는 또 다른 문제점을 발생시킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 전하 제어제를 토너 표면위에 부착시키는 방법이 제안되어 있으나, 복사 또는 프린팅이 반복되는 경우 필요한 토너의 내구성을 고려하여 전하제어제를 토너 입자의 표면으로부터 떨어뜨려야 하므로 운전성에 문제를 일으킬 수 있다.

또한, 폴리에스테르 수지를 함유하는 중합성 단량체 조성물을 수성 매질에 분산시켜 조립화를 행하는 현탁 중합법에 의하여 제조된 토너 입자를 함유하는 정전하상 현상용 토너를 사용하는 것이 제안되어 있으나, 더 우수한 마찰대전성, 다수매 운전성, 내고온 오프셋성 및 투광성을 갖는 정전하상 현상용 토너가 요구되고 있다.

프린터와 복사기에 의하여 고속처리 및 풀 칼라 프린팅을 수행하려면, 저온정착성의 향상이 중요한 요인으로 된다. 이러한 관점에서 입경분포가 샤프하고, 입경이 매우 작은 토너 입자를 비교적 용이하게 얻을 수 있는 중합법에 의하여 얻어지는 토너가 바람직하다. 풀 칼라 복사기 또는 풀 칼라 프린터에 사용되는 토너는 각 칼라 토너가 정착 단계의 혼색을 잘 견디는 것이 필요하므로, 색재현성을 향상시키거나, OHP 화상의 투명성을 유지하는 것이 중요하다. 또한 칼라 토너는 흑백 토너보다 용융 특성이 보다 양호하고 분자량이 더 낮은 수지로 형성되는 것이 바람직하다.

흑백 토너의 이형제로는 정착시의 내고온 오프셋성을 향상시킬 목적으로 폴리에틸렌 왁스 및 폴리프로필렌 왁스로 예시되는 비교적 결정화도가 높은 왁스들이 사용된다. 그러나, 풀 칼라 토너는 왁스의 고결정화도로 인하여 OHP를 통한 출력시 화상은 투명도가 낮게 되고, 고속처리 및 저온정착성에 심각한 문제가 발생하게 된다.

따라서 통상 저온 정착성이 향상될 수 있도록 저결정화도 및 저융점의 왁스를 첨가하지 않으면 안된다. 따라서 중합법에 의해 제조되는 토너, 특히 칼라 토너에 있어서 전술한 현상성 및 정착성에 관한 문제점을 해결할 수 있는 토너가 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 소량의 전하제어제의 사용으로도 충분한 대전량을 가지고, 착색성이 우수하며, 정착성에 문제가 없어 고품질의 화상을 획득할 수 있는 토너 조성물 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 중합성 단량체, 착색제, 분산안정제, 전하제어제, 중합개시제, 경도조절제, 왁스 또는 외첨제를 포함하는 토너 조성물에 있어서, (1) 입자의 표면경도가 중합물 입자의 표면경도보다 높은 전하제어제를 제조하는 공정; (2) 입자의 표면경도가 상기 전하제어제의 입자보다 낮은 중합물을 제조하는 공정; (3) 상기 전하제어제와 중합물을 고속 혼합기에 의해 혼합하는 공정; 및 (4) 상기 (3)공정에 의해 제조된 토너에 대전성 및 유동성을 부여하기 위한 외첨 공정;을 거쳐서 제조되는 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법을 제공한다.

상기 (1)공정은 유화 중합법에 의해 수행될 수 있으며, 상기 (2)공정은 현탁 중합법에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 (3)공정은 고속혼합기에 의한 기계적 전단력을 부가하여 수행될 수 있는데, 하나의 중합물 입자에 다수의 전하제어제의 입자를 결합시켜 토너를 제조하게 된다.

상기 (1)공정은 i) 중합성 단량체(Monomer), CCA, 경도조절제(가교제) 및 중합개시제를 이용하여 유상을 제조하고, ii) H₂O와 유화제를 이용하여 수상을 제조한 후, 수세과정 및 건조과정을 거쳐서 CCA 중합입자, 즉 전하제어제의 제조를 완성하게 된다.

상기 (2)공정은 I) 중합성 단량체(Monomer), 경도조절제(가교제), 착색제(Pigment) 및 왁스(Wax)를 이용하여 유상을 제조하고, ii) H₂O와 중합안정제를 이용하여 수상을 제조한 후, 수세과정 및 건조과정을 거쳐서 중합물의 모(母)입자의 제조를 완성하게 된다.

상기 (3)공정은 상기 중합물의 모(母)입자에 다수의 전하제어제의 입자를 결합시키는 과정으로 소형의 고속혼합기로 고속회전시켜 공정을 수행하게 된다.

상기 (4)공정도 상기 중합물과 전하제어제의 혼합입자에 유동성 부여제를 고속혼합기를 이용하여 혼합하여 토너에 대전성 및 유동성을 부여하게 된다.

이하, 본 발명의 각각의 공정에 사용되는 재료 및 그 특색을 중심으로 기술하고자 한다.

본 발명에 이용되는 중합성 단량체(monomer)는, i) 스티렌, 클로로 스티렌, 디클로로 스티렌, p-tert-브틸 스티렌, p-n-브틸 스티렌 등의 스틸렌 단량체류, ii) 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 프로필, 아크릴산 n-브틸, 아크릴산 iso 부틸, 아크릴산 히드록시 에틸, 아크릴산 에틸헥실 등의 아크릴산 에스테르 단량체류, iii) 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 프로필, 메타크릴산 n-브틸, 메타크릴산 iso 브틸, 메타크릴산 히드록시 에틸, 메타크릴산 에틸 헥실 등의 메타크릴산 에스테르계 단량체류, iv) 아크릴아미드 N-프로필, 아크릴아미드 N,N-디메틸, 아크릴아미드 N,N-디프로필, 아크릴아미드 N,N-디부틸 등의 아크릴아미드 단량체류, v) 아크릴로 니트릴, 메타크릴로니트릴 등의 단량체 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 단량체를 이용할 수 있다.

이러한 중합성 단량체는 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있지만, 스티렌계 단량체를 단독으로 이용하거나, 스티렌계 단량체에 아크릴산 에스테르계 단량체 또는 메타 아크릴산 에스테르 단량체 중에서 선택되는 적어도 1종의 단량체 또는 2종이상의 단량체를 혼합하여 사용하는 것이 현상특성 및 내구성 등이 양호한 토너입자를 얻는 면에서 더욱 바람직할 것이다.

또한, 중합성 단량체는 이론 유리전이 온도(Tg)가 40℃ 내지 75℃를 나타내도록 단독 또는 적절 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이론 유리전이온도가 40℃ 미만이면 토너의 보존 안정성이나 내구 안정성면에서 문제가 발생하기 쉬우며, 75℃를 넘는 경우에는 토너의 정착점의 상승을 가져오게 된다. 특히 풀컬러 화상을 형성하기 위한 컬러 토너의 경우에 있어서는 각각의 색깔별 토너 정착시의 혼색성이 저하되고, 색재현성이 부족하며 또한 OHP 화상의 투명성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명에 이용되는 전하 제어제(CCA)는 중합 저해성이 낮고 수계 분산매에의 가용화물이 없는 전하 제어제가 특히 바람직하다.

상기 전하 제어제는 i) 살리실산, 알킬 살리실산, 디알킬 살리실산, 나프토에산, 디카르본산과 같은 방향족 카르본산의 금속 화합물, ii) 아조 염료 또는 아조 안료의 금속염 또는 금속 착제, iii) 술폰산 또는 카르본산기를 측쇄에 가지는 고분자형 화합물, 붕소 화합물, 요소 화합물, 규소 화합물, 카릭스아레움 등을 들수 있고, iv) 포지계 전하 제어제로서는 니그로신계 화합물, 4급 암모늄염, 4급 암모늄염을 측쇄에 가지는 고분자형 화합물, 구아니딘 화합물, 이미다졸 화합물 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 이용할 수 있다.

본 발명의 전하 제어제는 중합성 단량체 100 중량부 대비 0.5 내지 10중량부를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 이용되는 중합개시제는 수용성 개시제와 중합반응시에 반감기가 0.5 내지 30시간인 유용성 개시제를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 i) 과산화수소, 과황산칼륨 등의 과황산염류, ii) 벤조일퍼옥시드, 아우릴퍼옥시드 등의 유기 과산화물류, iii) 2,2'-아조비스 이소부티로니트릴, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)등의 아조계 화합물류, iv) 레독스계 개시제 등을 들 수 있다. 본 발명에서는 특히 상기 아조계 화합물류 또는 유기 과산화물류가 바람직하다.

이들 중합개시제는 단독 또는 2종이상이 통상 중합성 단량체 100 중량부 대비 0.1 내지 20중량부 정도의 양을 사용하여 중량평균 분자량이 1만 내지 30만 사이에 극대를 가지는 중합체를 얻고, 토너입자에 바람직한 강도 및 적당한 용융특성을 부여하는 것이 가능하다.

중합개시제의 반감기 및 첨가량이 상기 범위를 크게 이탈한다면 중합성 단량체의 중합이 불충분하거나 또는 중합한 결착수지의 양호한 물성이 손상될 수 있다.

상기 중합개시제는 중합성 단량체 첨가전, 중합성 단량체 첨가후 또는 중합성 단량체 첨가와 동시에 첨가하는 것도 가능하며, 발명의 필요에 따라 첨가 전후에 따른 첨가방법을 조합시켜 수행하는 것도 가능하다.

본 발명에서는 전하제어제의 입자 및 중합물 입자의 표면 경도를 조절하기 위해 경도조절제를 첨가할 수 있다.

상기 경도조절제로서는 주로 2개 이상의 중합가능한 이중결합을 가지는 화합물이 이용될 수 있다. 예컨대, i) 디비닐벤젠, 디비닐나프탈렌등과 같은 방향족 디비닐화합물과, ii) 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,3-부탄디올디메타크릴레이트 등과 같은 이중결합을 2개 가지는 카르본산 에스테르, iii) 디비닐 아닐린, 디비닐 에테르, 디비닐 설파이드, 디비닐 술폰등의 디비닐 화합물등 3개 이상의 비닐기를 가지는 화합물 등이 단독 혹은 혼합물로서 이용될 수 있다.

경도조절제 첨가시 중합성 단량체 100중량부 대비 0.001% 내지 15%가 바람직할 것이다. 경도조절제의 첨가량이 상기범위보다 적으면 충분한 효과가 발휘되지 않으며, 상기 범위보다 너무 많으면 결착수지의 물성에 악영향을 미칠수 있다.

본 발명에서는 분산안정제로서 소정의 유화제에 유기/무기 분산제를 병용하여 이용할 수 있다.

수상 분산안정제로 사용되는 유화제로서는 공지인 것을 사용할 수 있으며, 여기에 양이온(Cation)성 계면활성제, 음이온(Anion)성 계면활성제, 비이온(Nonionic)성 계면활성제로부터 선택되는 1종류 또는 2종류 이상의 계면활성제를 병용하여 이용할 수 있다.

i) 양이온성 계면활성제로서는, 도데실 암모늄 클로라이드, 도데실 암모늄 브로마이드, 도데실 트리메틸 암모늄 브로마이드, 도데실 피리디늄 클로라이드, 도데실 피리디늄 브로마이드, 헥사 데실 트리메틸 암모늄 브로마이드 등을 이용할 수 있을 것이다.

ii) 음이온성 계면활성제로서는, 스테아린산 나트륨, 도데칸산 나트륨등의 지방산 염, 황산 도데실 나트륨, 황산 도데실 벤젠 나트륨, 아우릴 유산 나트륨 등을 이용할 수 있을 것이다.

iii) 비이온성 계면활성제로서는, 폴리 옥시에틸렌 도데실 에테르, 폴리 옥시에틸렌엑사데실에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄에테르 등을 이용할 수 있을 것이다.

유화제의 사용량은 통상 중합성 단량체 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 유화제에 부분 또는 완전 감화 폴리비닐 알코올 등의 폴리비닐 알코올류, 하이드록시 에틸 셀룰로오스등의 셀룰로오스 유도체류, 인산마그네슘, 인산수소 마그네슘, 인산2수소마그네슘, 인산 알루미늄, 인산아연, 인산삼칼슘, 인산수소칼슘, 인산2수소칼슘, 히드록시인회석등의 무기분산제 등을 1종류 또는 2종류 이상을 보호 콜로이드로 병용하여 사용할 수 있다.

본 발명에 이용되는 착색제는 흑색안료, 옐로우안료, 마젠타안료 또는 시안안료를 이용할 수 있을 것이다.

i) 흑색안료로는 카본블랙, 아닐린 블랙, 비자성의 페라이트 또는 마그네타이트 등을 사용할 수 있다.

상기 흑색안료로서 카본블랙은 상당히 미세한 1차 입자의 응집체로서 존재하고, 안료 분산체로서 분산시킬 때 재응집에 의한 입자의 조대화가 발생하기 쉽다. 카본블랙 입자의 재응집 정도는 카본블랙 중에 포함되어 있는 불순물량(미분해 유기물량의 잔류정도)의 다소와 관계가 있으며, 중합에 방해가 되지 않을 정도의 불순물량을 함유한 것이 특히 바람직하다. 본 발명에 이용되는 카본블랙은 퍼낸스(Furnace)법으로 제조되는 것이 바람직하다.

ii) 옐로우안료로는 축합질소화합물, 이소인돌리논화합물, 아조금속 착화합물, 아릴아민화합물 등이 사용될 수 있다. 구체적으로는 C.I.안료 옐로우 12,13,14,15,17,62,74,83,93,94,95,109,110,111,128,147,150,155,168,180,194등이 사용될 수 있으며, 상기 옐로우 안료를 1종 또는 혼색을 위해서 2종 이상 혼합 사용하는 것도 가능하다.

iii) 마젠타안료로는 축합질소화합물, 피롤 화합물, 안트라퀴논, 퀴나크리돈 화합물, 나프톨 화합물, 벤조이미다조론 화합물, 티오 인디고 화합물, 페릴렌 화합물 등이 사용될 수 있다.

보다 구체적으로 C.I.안료 레드2,3,5,6,7,23,48:2,48:3,48:4,57:1,81:1,122,144,166,169,17.3,184,185,202,206,207,209,220,221,238,254, C.I.안료 바이올렛 19 등이 사용될 수 있을 것이다. 이중에서 C.I.안료 레드122,202,207,209, C.I.안료 바이올렛 19로 나타나는 퀴나크리돈계 안료가 바람직하며, 상기 퀴나크리돈계 안료중에서는 특히 C.I.안료 레드 122를 이용하는 것이 바람직할 것이다.

iv) 시안안료로서는 구리프탈로시아닌화합물 및 그 유도체, 안트라퀴논화합물 등을 이용할 수 있다. 구체적으로는 C.I.안료 블루 1,15,15:1,15:2,15:3,15:4,60,62,66등과 C.I.안료 그린 7,36등이 이용될 수 있을 것이다.

전술한 착색제들은 발명의 필요에 따라 단독으로 사용되거나, 혼합물 형태 또는 고용체 상태로 사용될 수 있으며, 색깔, 색포화도, 명도, 내후성, OHP투명도 및 토너입자내 분산성 등을 고려하여 적절히 선택하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에 사용되는 이형제로서 사용 가능한 왁스(Wax)로는, i) 파라핀왁스 또는 스티렌 변성 파라핀왁스, 마이크로 결정체 왁스, 페트로락탐 등의 석유계 왁스 및 그 유도체, ii) 몬탄계 왁스 및 그 유도체, iii) 피셔트롭법에 의한 탄화 수소 왁스 및 그 유도체, iv) 폴리 에틸렌으로 대표되는 폴리올레핀 왁스 및 그 유도체, v) 카르나우바 왁스, 캔데릴라 왁스 등 천연 왁스 및 그 유도체 등을 이용할 수 있으며, 상기 유도체에는 산화물이나 비닐계 모노머와의 블록 공중합물, 그라프트 변성물을 포함할 수 있다.

또한, 이에 그치지 않고 발명의 필요에 따라 고급 지방족 알코올, 스테아린산, 파르미틴산 등의 지방산, 또는 그 화합물, 산아미드 왁스, 에스테르 왁스, 식물계 왁스, 동물계 왁스 등도 이용할 수 있을 것이다.

이러한 왁스 성분은 시차주 차이 열량계(DSC)에 의하여 측정되는 곡선에 있어서, 승온시에 40℃ 내지 110℃의 영역에 최대 흡열피크를 가지는 것이 바람직하다. 상기 온도 영역에서 최대 흡열 피크를 가지는 것에 의해 저온정착 효과가 크면서 '이형성'도 효과적으로 발휘될 수 있다. 이에 비해 상기 최대 흡열피크가 110℃를 넘으면, 정착온도가 높아지고 저온 오프셋이 발생하여 바람직하지 않다.

왁스성분의 최대 흡열피크 온도의 측정은 DSC 200F3(네취사 제조)을 이용할 수 있다. 장치 검출부의 온도 보정은 인듐과 아연의 융점을 이용하고, 열량의 보정은 인듐의 융해열을 이용한다. 측정샘플은 알루미늄 셀을 이용하고 승온속도는 10℃/분 단위로 측정을 행한다.

이형제로서의 왁스 성분의 함유량은, 중합성 단량체 대비 0.1중량% 내지 30중량%의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 20중량%가 바람직하다. 함유량이 0.1중량% 미만에서는 이형성이 저하되어, 저온 오프셋(Off-Set) 억제효과가 불충분하고, 30중량% 초과시에는 다른 재료의 분산성이 나빠지거나 토너 유동성의 악화나 화상특성이 저하되는 결과를 초래하게 된다.

본 발명의 토너입자에는 유동성이나, 현상성을 제어하기 위해 토너입자표면에 외첨제가 배합된 토너를 포함한다.

상기 외첨제로서는 i) 알루미나, 실리카, 이산화티타늄, 산화아연, 산화지르코늄, 산화세륨, 활설, 하이드로탈사이트 등의 금속 산화물이나, ii) 수산화물, 티탄산 칼슘, 티탄산 스트론튬, 티탄산바륨 등의 티탄산 금속염, iii) 질화티탄, 질화규소 등의 질화물, 탄화티탄, 탄화규소 등의 탄화물아크릴계 수지나 iv) 멜라민 수지 등의 유기입자 등이 이용될 수 있으며, 이들을 혼합하여 이용하는 것도 가능할 것이다.

특히 본 발명에서는 상기의 외첨제 중에서 실리카, 이산화티타늄 또는 알루미나를 이용하는 것이 특히 바람직하고, 실란 커플링제 또는 실리콘 오일 등으로 표면처리 되는 것이 보다 바람직할 것이다.

삭제

상기 외첨제 배합량의 총량은 토너입자 100중량부에 대해서 0.05 내지 10중량부의 범위가 바람직하고, 보다 바람직한 것은 0.1 내지 5중량부이다.

본 발명에 의하면, 소량의 전하제어제의 사용으로도 충분한 대전량을 가지고, 착색성이 우수하며, 정착성에 문제가 없어 고품질의 화상을 획득할 수 있는 토너 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 토너 조성물의 제조순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 중합물 모입자의 SEM 사진도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 중합물 모입자 및 전하제어제 입자가 혼합된 모습의 SEM 사진도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 이하의 예로 "부" 라고 명기된 것은 "중량부" 를 의미한다.

본 발명은 비교적 소량의 전하제어제의 사용으로도 충분한 대전량을 가지고, 착색성 및 정착성이 우수한 토너조성물 및 그 제조방법을 제안한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 "CCA 입자 유화중합 공정(전하제어제 제조공정) - 모입자 현탁중합 공정(중합물 제조공정) - 혼합 공정 - 외첨 공정"의 단계별 공정을 도시하고 있다.

먼저 CCA 입자 유화중합 공정(전하제어제 제조공정)은 유화중합법을 이용하여 표면 경도가 상대적으로 높고 그 직경이 100nm 내지 500nm의 구형의 전하제어제 입자를 제조하게 된다.

상기 모(母)입자 현탁중합 공정(중합물 제조공정)은 착색제 및 이형제(왁스)를 포함한 중합물을 현탁중합법을 적용하여, 표면 경도가 상대적으로 낮고, 그 직경이 5μm 내 지10μm의 구형의 입자로 각각 제조하게 된다.

상기 현탁중합법은 중합성 단량체, 착색제, 중합개시제, 또한 필요에 따라서 경도조절제, 전하조절제 및 기타 첨가제를 균일하게 용해 또는 분산시켜서 단량체 조성물을 형성시키고, 이 단량체 조성물을 분산 안정제를 함유하는 수상매질 중에 분산시킨 후, 중합성 단량체를 중합시켜서 원하는 입경을 갖는 토너 입자를 얻는 방식이라고 할 수 있다.

이어서, 표면 경도와 크기가 다른 두 종류의 입자, 즉 전하제어제(CCA)의 입자와 중합물의 입자를 고속으로 혼합하여 강한 전단력을 가하면, 사이즈가 작고 표면 경도가 높은 입자인 전하제어제의 입자가, 사이즈가 크고 표면 경도가 낮은 중합물의 모입자에 결착하게 되어 토너가 완성된다.

이어서, 상기 토너에 소정의 유동성 부여제를 첨가하여 고속 혼합기를 이용하여 혼합시키는 외첨 공정이 이어지게 된다.

참고로, 전하제어제 및 중합물 입자의 표면 경도는 폴리머(Polymer) 경도측정계의 일종인 Rockwell Hardness로 측정할 수 있다.

즉 전하제어제 입자(CCA 중합입자)의 표면 경도가 너무 클 경우 정착성에 문제가 발생하고, 중합물 모입자의 표면 경도가 너무 작을 경우 모입자간의 응집이 발생하게 되며, 전하제어제 입자와 중합물 모입자간 표면 경도차가 적으면 모입자 표면에 전하제어제 입자가 결착되는 확률이 줄어들어 충분한 대전량을 가질 수 없게 된다.

따라서, 전하제어제 입자 및 중합물 모입자의 표면 경도를 이러한 점을 고려하여 결정되어야 하며, 본 발명에서 바람직한 CCA 중합 입자의 경도는 M90~M110 (Rockwell Hardness (ASTMD785) 기준)이고, 중합물 모입자의 표면 경도는 M40~M60(Rockwell Hardness (ASTMD785) 기준)이 바람직할 것이다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 기술하기로 한다.

[ 실시예 1]

전하제어제 입자( CCA 중합 입자) 제조법

○ 유상의 제조

Monomer Styrene 100부

CCA Bontron E-108 10부

경도조절제 DivinylBenzene 1.0부

중합개시제 V-60 5부

○ 수상의 제조

H2O 이온교환수 500부

유화제 Sodium Sodecyl Sulfate 1.0부

10% Polyvinylalcohol수용액 50부

질소도입/교반기/ 리플럭스 콘덴서(Reflux Condenser)/온도측정기를 포함하는 반응기에 상기 처방의 유상과 수상을 유화기(TK-Homomixer)를 이용하여 60℃에서 10분간 10,000rpm으로 고속 혼합하여 CCA 유화 입자를 제조한다. 이후 60℃에서 12시간(hour) 동안 중합 후 수세과정 및 건조과정을 거쳐 CCA중합입자를 제조 완료한다.

이렇게 해서 획득한 CCA 중합입자의 분자량은 250,000 MW 이고, 이론 유리전이온도(Tg)는 90℃이며, 표면 경도는 M95(Rockwell Hardness)였다.

중합물 입자의 제조법

○ 유상의 제조

Monomer Styrene 80부

N- butyl acrylate 20부

경도조절제 DivinylBenzene 0.1부

Pigment Fastogen blue gctf 5부

WAX WE-4 10부

위와 같은 재료를 Atrittor를 이용하여 3시간(hour) 동안 800Rpm으로 교반 후, 평균 입경이 약 200nm인 Pigment Blue 안료 분산액을 제조하였다.

○ 수상의 제조

H2O 이온교환수 500부

중합안정제 Ca3(PO4)2 10부

질소도입/교반기/ 리플럭스 콘덴서(Reflux Condenser)/온도측정기를 포함하는 반응기에 분산 안정제를 포함한 수상을 고속 교반기(TK-Homomixer)를 이용하여 60'c / 40분간 고속 혼합하여 분산 안정제를 제조한다.

이어서, 안료 분산액을 투입하여 10분간 추가로 교반하여 현탁물을 제조한다. Styrene 10부 개시제2,2'-Azobisisobutyronitrile(V-60; Wako specialty chemical) 5부 용해액을 투입하여 1분간 추가 교반한 다음 조립을 마무리 한다. 60℃에서 12시간(hour) 동안 중합 후 수세과정 및 건조과정을 거쳐 중합물 모입자의 제조를 완료한다.

이렇게 해서 획득한 중합물 입자의 분자량은 150,000 MW 이고, 이론 유리전이온도(Tg)는 68℃이며, 표면 경도는 M50(Rockwell Hardness)였다. 도 2는 이와 같은 방식으로 형성된 중합물 입자의 SEM 이미지를 나타내고 있다.

따라서, 상기의 전하제어제 입자(CCA 중합 입자) 제조법에 의한 전하제어제 입자는 중합물 모입자보다 표면 경도가 크며, 사이즈가 작은 구형으로 형성되므로, 하나의 중합물 모입자에 다수의 전하제어제 입자가 달라붙기 쉬운 구조를 형성할 수 있다.

전하제어제 입자 및 중합물 입자의 기계적 혼합

○ 혼합 방법

중합물 모입자 100g

전하제어제 입자(CCA 중합입자): 2.6g(모입자 표면의 20%)

3.9g(모입자 표면의 30%)

6.5g(모입자 표면의 50%)

기제조된 200nm 전하제어제 입자(CCA 중합입자)에 상기한 바와 같은 3가지 패턴의 6um 중합물 모입자를 소형 고속 혼합기(MP5B) FM Tank에 첨가 하여 50℃에서 20분간 고속회전하여 혼합한다. 이후, 전자사진 현미경(SEM)을 이용하여 토너의 표면상태를 관찰하였다.

도 3은 이와 같은 전하제어제 입자 및 중합물 모입자가 혼합된 입자의 SEM 이미지를 도시하고 있다.

외첨 공정

○ 외첨 방식

기제조된 전하제어제 입자/중합물 입자의 혼합 입자: 300g

유동성 부여제 Fumed Silica RX200: 6g

상기의 혼합입자 및 유동성 부여제를 소형 고속 혼합기(MP5B) 표준 Tank에 첨가 하여 25℃에서 10분간 혼합하여 유동성을 부여하고 토너 제조를 완료하였다.

[비교예 1]

중합물 입자의 제조법

○ 유상의 제조

Monomer Styrene 80부

N- butyl acrylate 20부

경도조절제 DivinylBenzene 0.5부

Pigment Fastogen blue gctf 5부

WAX WE-4 10부

상기 경도조절제인 Divinylbenzene 함량을 0.5부로 증량하고 난 후, 위와 같은 재료를 Atrittor를 이용하여 3시간(hour) 동안 800Rpm으로 교반 후, 평균 입경이 약 200nm인 Pigment Blue 안료 분산액을 제조하였다.

[비교예 2]

전하제어제 입자(CCA 중합 입자) 제조법

○ 유상의 제조

Monomer Styrene 100부

CCA Bontron E-108 10부

경도조절제 DivinylBenzene 2.0부

중합개시제 V-60 5부

○ 수상의 제조

H2O 이온교환수 500부

유화제 Sodium Sodecyl Sulfate 1.0부

10% Polyvinylalcohol수용액 50부

실시례 1에 비해 경도조절제인 DivinylBenzene을 2.0부로 증량하였다.

상기의 세 가지 패턴의 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 의해 제조된 토너는 HP CP1215 Color Printer를 이용하여 그 화상을 평가하였고, 그 결과는 하기의 표 1과 같이 나타났다. 결과적으로 비교예 1 및 비교예 2의 경우보다 세 가지 패턴의 실시예 1의 경우가 토너의 화상품질이 더 우수한 것으로 나타났다.

표면 경도 : Rockwell Hardness

혼합비 : 중합물 모입자 표면의 CCA입자 혼합율(%).

정착성 : 육안 관찰

대전량 : Q/m Meter

상기 표 1에서 정착성 및 화상평가 항목의 부호 중 "◎는 매우 우수, ○는 우수, △는 보통, X는 불량함"을 나타낸다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

Claims

중합성 단량체, 착색제, 분산안정제, 전하제어제, 중합개시제, 경도조절제, 왁스 또는 외첨제를 포함하는 토너 조성물의 제조방법에 있어서,
(1) 입자의 표면경도가 중합물 입자의 표면경도보다 높은 전하제어제를 제조하는 공정;
(2) 상기 전하제어제의 입자보다 입자의 표면 경도가 낮은 중합물을 제조하는 공정;
(3) 상기 전하제어제와 중합물을 고속 혼합기에 의해 혼합하는 공정; 및
(4) 상기 (3)공정에 의해 제조된 토너에 대전성 및 유동성을 부여하기 위한 외첨 공정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 (1)공정은,
유화 중합법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 전하제어제 입자의 표면 경도는,
M90 내지 M110 (Rockwell Hardness 기준)인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 전하제어제의 입자는,
상기 중합물의 입자보다 직경이 작은 구형의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 전하제어제의 입자는,
그 직경이 100nm 내지 500nm인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 (2)공정은,
현탁 중합법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 중합물의 표면 경도는,
M40 내지 M60 (Rockwell Hardness 기준)인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 중합물의 입자는,
상기 전하제어제의 입자보다 직경이 큰 구형의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 중합물의 입자는,
그 직경이 5μm 내지 10μm인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 (3)공정은,
하나의 중합물 입자에 다수의 전하제어제의 입자를 결합시켜 토너를 제조하는 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 전하제어제는,
살리실산, 디부틸 살리실산, 나프토에산, 디카르본산, 디부틸 살리실산 알루미늄 화합물, 알킬 살리실산, 디알킬 살리실산, 디부틸 살리실산 아연 화합물, 디부틸 살리실산 지르코늄 화합물, 디부틸 살리실산 크롬 화합물, 카릭스아레움, 니그로신계 화합물, 4급 암모늄염, 구아니딘 화합물 및 이미다졸 화합물로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 전하제어제의 양은,
중합성 단량체 100 중량부 대비 0.5 중량부 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 착색제는,
흑색안료, 옐로우안료, 마젠타안료 또는 시안안료 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 안료인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 중합성 단량체는,
스티렌, 클로로 스티렌, 디클로로 스티렌, p-tert-브틸 스티렌, p-n-브틸 스티렌, 아크릴산 메틸, 아크릴산 에틸, 아크릴산 프로필, 아크릴산 n-브틸, 아크릴산 iso 부틸, 아크릴산 히드록시 에틸, 아크릴산 에틸헥실, 메타크릴산 메틸, 메타크릴산 에틸, 메타크릴산 프로필, 메타크릴산 n-브틸, 메타크릴산 iso 브틸, 메타크릴산 히드록시 에틸, 메타크릴산 에틸 헥실, 아크릴아미드 N-프로필, 아크릴아미드 N,N-디메틸, 아크릴아미드 N,N-디프로필, 아크릴아미드 N,N-디부틸, 아크릴로 니트릴 및 메타크릴로니트릴로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 왁스는,
파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 마이크로 결정체 왁스, 몬탄계 왁스, 피셔트롭 왁스, 폴리 에틸렌 왁스, 폴리 프로필렌 왁스 및 카르나우바 왁스로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 왁스인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 왁스의 양은,
중합성 단량체 100 중량부 대비 0.5 중량부 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 왁스의 DSC 최대 흡열 피크는,
40℃ 내지 110℃ 인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 분산안정제는,
양이온(Cation)성 계면활성제, 음이온(Anion)성 계면활성제 또는 비이온(Nonionic)성 계면활성제 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 계면활성제인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 경도조절제는,
디비닐벤젠, 디비닐나프탈렌, 에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 1,3-부탄디올디메타크릴레이트, 디비닐 아닐린, 디비닐 에테르, 디비닐 설파이드 및 디비닐 술폰으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 경도조절제의 양은 중합성 단량체 100 중량부 대비 0.001 중량부 내지 15 중량부인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 중합개시제는,
과산화수소, 과황산칼륨, 벤조일퍼옥시드, 아우릴퍼옥시드, 2,2'-아조비스 이소부티로니트릴, 2,2'-아조비스(2,2'-디메틸발레로니트릴) 및 레독스계 개시제로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 중합개시제는,
중합성 단량체 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 20중량부인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 외첨제는,
알루미나, 실리카, 이산화티타늄, 산화아연, 산화지르코늄, 산화세륨, 하이드로탈사이트 , 티탄산 칼슘, 티탄산 스트론튬, 티탄산바륨, 질화티탄, 질화규소, 탄화물아크릴계 수지 또는 멜라민 수지 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 외첨제는,
토너입자 100중량부에 대해서 0.1 중량부 내지 5중량부 인 것을 특징으로 하는 토너 조성물의 제조방법.
삭제