KR101407524B1

KR101407524B1 - 대전성이 향상된 토너

Info

Publication number: KR101407524B1
Application number: KR1020090127797A
Authority: KR
Inventors: 박주용; 김종은; 정재식; 한성재
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2014-06-16
Also published as: KR20110071278A

Abstract

본 발명은 대전성이 향상된 토너에 관한 것으로, 내첨제로 입경이 0.1 ~ 1.0㎛인 플루오린기를 포함하는 유기 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면 일정 범위의 입경 및 플루오린기를 가진 유기 분말을 내첨하는 방법으로 토너에서 대전 특성에 관여하는 왁스 도메인(domain)의 크기를 조절함으로써 토너의 초기 대전 특성을 향상시켜 초기에 발생하는 백그라운드(BG)를 해결할 수 있다.

토너, 대전성, 백그라운드, 플루오린기, 유기 분말

Description

대전성이 향상된 토너{TONER HAVING IMPROVED CHARGABILITY}

본 발명은 대전성이 향상된 토너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 분말을 내첨하여 토너의 초기 대전 특성을 향상시켜 비화상 부분의 오염인 백그라운드(BG)를 감소시킨 토너에 관한 것이다.

프린터의 소형화에 따라 토너를 대전시켜주는 현상 롤러 등의 부품들도 소형화되고 이에 따라 토너의 초기 대전 특성이 저하되어 비화상 부분이 오염되는 백그라운드(BG)가 발생하게 된다. 초기에 발생하는 이러한 BG를 해결하기 위하여 토너의 대전 특성을 향상시키려는 시도가 있어왔다.

토너의 초기 대전 특성을 개선하는 방법은 내첨을 조절하는 방법과 외첨을 조절하는 방법으로 구분되는데, 기존의 내첨에 의해 대전 특성을 개선하는 방법으로는 전하 조절제의 함량 조절 또는 이형제로 사용되는 왁스의 함량 감소가 일반적인 방법이었다.

먼저, 왁스의 함량 감소에 대해 살펴본다. 왁스를 과량 사용하게 되면 대전 특성이 저하되어 BG가 많이 발생하게 된다. 중합토너의 경우 왁스를 10% 이상 사용하지만 토너 표면으로는 노출이 되지 않아 대전 특성에 영향을 주지 않는 반면, 분쇄토너의 경우는 분쇄 과정에서 왁스 또는 전하 조절제가 왁스 도메인이나 전하 조절제의 계면을 따라 부서지면서 토너 표면으로 노출되어 대전 특성에 영향을 주게 된다.

즉, 표면에 노출된 왁스의 함량이 많아지면 토너의 대전 특성이 저하되는 것이다. 이를 개선하기 위해서 왁스의 함량을 감소하는 것이 일반적인 방법이지만 왁스의 감량은 이형제 역할의 감소로 정착성 문제를 발생시킬 수 있다.

이를 보완하기 위해 전하 조절제 함량을 증가하는 방법으로 토너의 대전 특성을 향상시켜 BG를 해결하고 있다. 그러나, 토너 제조상 토너의 구성성분 중 하나인 전하 조절제의 함량을 과도하게 늘리는 데에는 한계가 존재한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일정 입도 분포 및 플루오린기를 가지는 유기 분말을 내첨하여 왁스 도메인의 크기를 조절함으로써 토 너의 대전 특성을 향상시켜 비화상 부분에의 오염원이 되는 BG를 감소시키는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 바인더 수지, 전하 조절제, 왁스, 및 안료를 포함하는 토너에 있어서, 내첨제로 입경이 0.1 ~ 1.0㎛인 플루오린기를 포함하는 유기 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 토너를 제공한다.

또한, 상기 유기 분말은 전체 토너 중 1 ~ 3 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 유기 분말은 입경 0.1 ~ 0.4㎛인 것 30 ~ 70 중량%, 입경 0.5 ~ 1.0㎛인 것 30 ~ 70 중량%의 입도 분포를 가지는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 유기 분말은 불소수지인 것을 특징으로 하며, 구체적으로 상기 불소수지는 폴리불화비닐리덴(PVDF)인 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 바인더 수지는 폴리에스테르계, 스티렌/아크릴레이트계 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전하 조절제는 중량평균분자량(M_W)이 2,000 ~ 15,000인 음이온성 전하 조절제인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 왁스는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 안료는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 황색(Yellow), 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.

더불어, 실리카, 산화티탄, 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 중에서 선택되는 1종 이상의 외첨제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명 대전성이 향상된 토너에 의하면, 토너의 대전 특성을 향상시켜 초기에 발생하는 비화상 부분의 BG를 감소시킬 수 있다.

본 발명은 바인더 수지, 전하 조절제, 왁스, 및 안료를 포함하는 토너에 있어서, 내첨제로 입경이 0.1 ~ 1.0㎛인 플루오린기를 포함하는 유기 분말을 포함하 는 것을 특징으로 하는 토너에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

토너의 경우, 초기 대전 특성이 부족하여 초기 화상의 비화상 부분에 BG가 발생하는 원인이 된다. 그러나, 계속해서 프린팅을 하면 대전 특성이 개선되어 BG가 사라지게 된다.

본 발명은 초기 비화상 부분의 BG 감소를 위해 일정 범위의 입도 분포를 가지고 플루오린을 관능기로 지니는 유기 분말을 일정 함량으로 첨가함으로써 왁스 도메인의 크기를 조절하여 토너 분쇄시 토너 표면에 존재하는 왁스의 함량을 감소시키고 토너의 대전 특성을 개선시키는 것이다.

상기 유기 분말은 기존의 토너 제조시 첨가제를 외첨제로 사용하는 것과는 달리, 토너 제조시 내첨제로 사용함으로써 분산을 통해 왁스 도메인의 크기를 조절하는 것이다. 즉, 본 발명은 토너 입자 형성 후 외부에 코팅하는 방식을 통해 대전 특성, 흐름성 및 오염성 등을 조절하는 외첨 방식이 아니고, 토너 입자의 Core를 만들 때부터 그 내부에 상기 특징을 가진 유기 분말을 첨가함으로써 내첨 방식에 의해 토너의 대전 특성을 향상시키게 되는 것이다.

상기 유기 분말은 0.1 ~ 1.0㎛의 입도 분포를 가지고, 관능기로 플루오린(Fluorine)기를 포함하는 유기 분말을 사용한다. 유기 분말의 입경이 1㎛를 초과 하는 것을 사용하면 분쇄 과정에서 유기 분말을 따라 분쇄가 되고 토너 표면으로 노출되어 토너의 대전 특성을 저하시켜서 BG를 발생시키는 원인이 된다. 또한, 0.1㎛보다 작은 유기 분말을 사용하면 믹싱 과정에서 분산이 잘 되지 않아 분쇄 과정에서 유기 분말 덩어리로 존재하게 되고, 유기 분말 덩어리 계면으로 분쇄되어 토너 표면에 유기 분말이 존재하여 대전 특성이 저하되고 BG가 더 증가하게 된다.

한편, 유기 분말의 입도 분포가 일정하게 유지되어야 믹싱 과정에서 분산의 효과로 왁스 도메인의 크기를 작게 만들 수 있고, 이에 따라 토너 표면에 존재하는 왁스 감소에 의해 토너의 초기 대전 특성을 향상시켜서 초기 BG를 개선할 수 있다.

구체적으로는, 상기 유기 분말로 입경이 0.1 ~ 0.4㎛인 것을 30 ~ 70 중량%, 입경이 0.5 ~ 1.0㎛인 것을 30 ~ 70 중량% 함유하도록 입도 분포를 형성하여 0.1 ~ 1.0㎛의 범위 내에서 유기 분말의 입경크기가 고르게 분포하도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 내첨제로서 유기 분말은 전체 토너 중 1 ~ 3 중량%로 포함되도록 사용함이 바람직하다.

1 중량% 미만인 경우 분산의 효과가 적어 왁스 도메인 조절이 어렵게 되므로 토너의 초기 대전 특성에 영향을 주지 않아 BG 문제가 개선되지 않는다. 3 중량%를 초과하는 경우는 유기 분말이 너무 많아 분쇄과정에서 유기 분말을 따라 분쇄가 되어 토너 표면에 유기 분말이 존재하게 되므로 토너의 대전 특성이 저하되고 BG를 유발하게 된다.

상기 플루오린기를 가진 유기 분말로는 내후성, 내구성, 내열성 및 내화학성이 우수하고 고광택을 부여하는 재료인 불소수지가 사용될 수 있고, 구체적인 예로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐(PVF) 등이 있다.

바람직하게는, 내후성이 매우 뛰어나면서도 융점이 170~185℃로서 불소수지 중 가장 낮아 저온 정착에 유리한 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 사용한다.

상기 바인더 수지로는 폴리에스테르계, 폴리아미드, 폴리우레탄, 에폭시, 비닐수지, 스티렌/아크릴레이트계(St/Ac) 등 토너 제조에 있어서 일반적으로 쓰이는 것들이 사용될 수 있다.

바람직하게는 충분한 미세 계면(상분리 계면)을 제공하는 폴리에스테르계나 스티렌/아크릴레이트계를 단독 또는 혼합 사용한다.

상기 전하 조절제로는 니그로신계 화합물, 4차 암모늄염, 킬레이트 등의 양이온성 전하 조절제와 전자 받개 유기착물, 염소화된 파라핀, 염소화된 폴리에스테르 등의 음이온성 전하 조절제가 사용될 수 있다.

바람직하게는, 중량평균분자량(M_W)이 2,000 ~ 15,000 정도로 작은 음이온성 전하 조절제를 사용함으로써 바인더 수지와의 상용성 향상에 기여할 수 있다.

상기 왁스로는 파라핀 왁스, 세레신 왁스 등의 석유 정제 왁스와 카르누바 왁스 등의 천연 왁스 및 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌, 에스테르 화합물 등의 합성 왁스가 사용될 수 있다.

바람직하게는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 저분자량의 폴리올레핀계를 단독 또는 혼합 사용함으로써 인쇄 후 화상에 광택을 부여하고 모입자의 융점을 낮추는 역할을 할 수 있다.

상기 안료로는 금속 분말형, 금속물 산화형, 카본형, 황화물염, 크롬염 등의 무기염료와 아조형, 산성 염료형, 염기성 염료형 등의 유기 염료가 사용될 수 있다. 또한, 칼라로서 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 황색 (Yellow), 및 카본블랙 등의 안료가 단독 또는 혼합 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 대전성이 향상된 토너는 외첨제로서 미세 무기 분말, 산화금속 분말 등을 더 포함할 수 있으며, 상기 외첨제에는 대전능력 향상을 위해 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 스테아레이트계 등의 유기 분말이 함유될 수 있다.

바람직하게는, 실리카, 산화티탄 및 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA)을 단독 또는 혼합하여 사용한다.

또한, 상기 유기 분말은 전사효율 향상을 위해 구형으로 된 것 또는 표면처 리 된 것을 사용함이 더욱 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명한다.

하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위는 하기의 특허청구범위 기재 및 이와 균등한 범위 내의 치환, 변경을 포함하는 것으로, 하기 실시예의 범위로 한정되지 않는다.

실시예

실시예 1-1 ~ 1-3

바인더 수지로서 폴리에스테르 89 중량%, 전하 조절제로서 니그로신 N-01(일본 오리엔트사 제조) 1.5 중량%, 왁스로서 폴리에틸렌 1.5 중량%, 안료로서 시안(Cyan) 4 중량%, 내첨제로서 입경이 각 0.2, 0.5, 0.8㎛인 PVDF 1 중량%, 분산제 등 기타 첨가제 3 중량%의 함량으로 토너를 제조하였다. 이 때, 토너의 평균 입경(D50)은 8㎛로 제조하였다.

실시예 2-1 ~ 2-3

내첨제로서 입경 각 0.2, 0.5, 0.8㎛인 PVDF 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

실시예 3-1 ~ 3-3

내첨제로서 입경이 각 0.2, 0.5, 0.8㎛인 PVDF 3 중량%, 기타 첨가제 1 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

실시예 4-1 ~ 4-3

내첨제로서 입경 각 0.2, 0.5, 0.8㎛인 PTFE 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

실시예 5-1 ~ 5-3

내첨제로서 입경 각 0.2, 0.5, 0.8㎛인 PCTFE 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

실시예 6-1 ~ 6-3

내첨제로서 입경 각 0.2, 0.5, 0.8㎛인 PVF 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

비교예

비교예 1

내첨제로서 입경 1.2㎛인 PVDF 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

비교예 2

내첨제로서 입경 0.05㎛인 PVDF 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

비교예 3

내첨 대신 외첨만을 하고 외첨제로서 입경 0.3㎛인 PMMA 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

비교예 4

내첨 대신 외첨을 하고 외첨제로서 입경 0.75㎛인 PMMA 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

비교예 5

내첨 대신 외첨을 하고 외첨제로서 입경 0.25㎛인 PMMA 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

비교예 6

내첨 대신 외첨을 하고 외첨제로서 입경 0.75㎛인 PMMA-ST 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다. 여기서 PMMA-ST란 PMMA와 스테아레이트계를 혼합한 외첨제를 의미한다.

비교예 7

내첨 대신 외첨을 하고 외첨제로서 입경 0.25㎛인 PMMA-ST 2 중량%, 기타 첨가제 2 중량%의 함량으로 한 것을 제외하고, 실시예 1-1과 모두 동일한 방법으로 토너를 제조하였다.

실험예

상기 실시예 및 비교예의 토너에 대하여 초기 BG 발생여부를 평가하였으며, 그 결과는 표 1과 같았다.

초기 화상의 BG는 HP2600을 이용하여 초기 1매 화상으로 비교하였다.

BG가 없는 것을 A, 조금 있는 것을 B, 있는 것을 C, 심한 것을 D로 구분하였다.

실시예 및 비교예	유기분말 내첨여부	내첨(외첨) 성분 및 함량	유기 분말 입경(㎛)	초기 BG 평가
실시예 1-1	O	PVDF 1%	0.2	A
실시예 1-2	O	PVDF 1%	0.5	A
실시예 1-3	O	PVDF 1%	0.8	A
실시예 2-1	O	PVDF 2%	0.2	A
실시예 2-2	O	PVDF 2%	0.5	A
실시예 2-3	O	PVDF 2%	0.8	A
실시예 3-1	O	PVDF 3%	0.2	A ~ B
실시예 3-2	O	PVDF 3%	0.5	A
실시예 3-3	O	PVDF 3%	0.8	A
실시예 4-1	O	PTFE 2%	0.2	A ~ B
실시예 4-2	O	PTFE 2%	0.5	A
실시예 4-3	O	PTFE 2%	0.8	A ~ B
실시예 5-1	O	PCTFE 2%	0.2	B
실시예 5-2	O	PCTFE 2%	0.5	A ~ B
실시예 5-3	O	PCTFE 2%	0.8	A ~ B
실시예 6-1	O	PVF 2%	0.2	A ~ B
실시예 6-2	O	PVF 2%	0.5	A
실시예 6-3	O	PVF 2%	0.8	A ~ B
비교예 1	O	PVDF 2%	1.2	B ~ C
비교예 2	O	PVDF 2%	0.05	B ~ C
비교예 3	X	PMMA 2% (외첨)	0.3	C
비교예 4	X	PMMA 2% (외첨)	0.75	C
비교예 5	X	PMMA 2% (외첨)	0.25	C
비교예 6	X	PMMA-ST 2% (외첨)	0.75	D
비교예 7	X	PMMA-ST 2% (외첨)	0.25	D

상기 표에 나타난 바와 같이, 입도 분포가 0.1 ~ 1.0㎛인 플루오린기를 포함하는 유기 분말을 내첨 방식에 의해 분산시켰을 때 초기 화상의 BG가 낮게 평가되었다.

Claims

바인더 수지, 전하 조절제, 왁스, 및 안료를 포함하는 토너에 있어서, 내첨제로 입경이 0.1 ~ 1.0㎛인 플루오린기를 포함하는 유기 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 토너.
제 1항에 있어서,

상기 유기 분말은 전체 토너 중 1 ~ 3 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 토너.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 유기 분말은 입경 0.1 ~ 0.4㎛인 것 30 ~ 70 중량%, 입경 0.5 ~ 1.0㎛인 것 30 ~ 70 중량%의 입도 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 토너.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 유기 분말은 불소수지인 것을 특징으로 하는 토너.
제 4항에 있어서,

상기 불소수지는 폴리불화비닐리덴(PVDF)인 것을 특징으로 하는 토너.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 바인더 수지는 폴리에스테르계, 스티렌/아크릴레이트계 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 토너.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 전하 조절제는 중량평균분자량(M_W)이 2,000 ~ 15,000인 음이온성 전하 조절제인 것을 특징으로 하는 토너.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 왁스는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 토너.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 안료는 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 황색(Yellow), 및 카본블랙으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 토너.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

실리카, 산화티탄 및 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 중에서 선택되는 1종 이상의 외첨제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토너.