KR101902019B1 - 전하조절제―처리된 스페이서 입자를 포함하는 토너 조성물 - Google Patents

전하조절제―처리된 스페이서 입자를 포함하는 토너 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쉘 및 코어를 포함하는 토너 입자로서, 상기 쉘은 상기 토너 입자 표면으로부터 돌출부를 형성시키는, 전하조절제가 처리된 스페이서 입자를 포함하는 토너 입자를 제공한다.

Description

전하조절제―처리된 스페이서 입자를 포함하는 토너 조성물{TONER COMPOSITION WITH CHARGE CONTROL AGENT-TREATED SPACER PARTICLES}
본 발명은 일반적으로 토너 공정, 보다 구체적으로는 에멀젼 응집 및 합체 공정과, 상기 공정에 의해 형성된 토너 조성물 및 상기 토너를 이용한 현상 공정에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 토너 입자의 이미지이다.
본 발명은 코어 및 쉘을 포함하고, 상기 쉘은 토너 입자 표면으로부터 돌출부를 형성시키는, 전하조절제가 처리된 스페이서 입자를 포함하는 토너 입자를 제공한다. 상기 돌출부, 및 상기 전하조절제가 처리된 스페이서 입자의 존재는 토너의 수명 동안 보다 일관된 충전 특성(charging property)을 제공하는데, 이는 상기 토너 카트리지의 수명이 다하기 전에 다른 첨가제들이 상기 토너 입자 표면으로 충돌된 경우에 까지도 상기 전하조절제 화학종들(species)이 토너 입자의 외부 표면 상에 접근 가능한 채로 남아있기 때문이다. 구현예에서, 상기 토너 입자는 모든 온도/습도 환경에서 보다 나은 인쇄 성능 및 일관성을 나타낸다.
본 발명은 또한, 코어 및 쉘을 갖는 토너 입자를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 쉘은 토너 입자 표면으로부터 돌출부를 형성시키는, 전하조절제가 처리된 스페이서 입자를 포함하는 토너 입자 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 수지를 포함하는 제1 에멀젼, 선택적으로 왁스, 선택적으로 착색제, 선택적으로 계면활성제, 선택적으로 응고제, 및 선택적으로 양전하 또는 음전하 조절제를 함께 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
상기 슬러리를 가열하여 상기 슬러리 내에서 응집된 코어 입자를 형성하는 단계;
상기 슬러리에 수지를 포함하는 제2 에멀젼을 첨가하여 상기 응집된 코어 입자 상에 쉘을 형성하는 단계;
상기 쉘을 형성하는 단계 동안, 상기 슬러리에 전하조절제가 처리된 스페이서 입자를 첨가하여 상기 쉘에 돌출부를 형성하는 단계;
pH를 조절하여 상기 입자의 응집체를 동결시키는 단계;
상기 슬러리 내의 상기 응집된 입자를 가열하여 상기 입자를 토너 입자로 합체시키는 단계; 및
선택적으로 상기 토너 입자를 세척 및 건조하는 단계를 포함하는 토너 입자 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 공정은 폴리에스터, 선택적으로 왁스 및 선택적으로 착색제와 같은, 결정질 및/또는 비결정질 중합체성 수지를 포함하는 입자와 같은 입자를 응고제(coagulant)의 존재 하에서 응집시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전하조절제가 처리된 스페이서 입자는 상기 쉘 형성 단계의 적절한 시점에 상기 쉘에 결합되어, 상기 토너 입자 표면에 바람직한 크기의 돌출부를 형성시킨다.
상기 공정 및 토너 조성물에 의해 제조된 토너와 관련하여, 많은 이점들이 이하에서 상술된다. 예를 들어, 본 발명의 상기 토너 입자는 A 영역(80℉, 상대 습도 80-85%)에서 약 35 μC/gm 이상, B 영역(70℉, 상대 습도 50%)에서 약 65 μC/gm 이상, 및 J 영역(70℉, 상대 습도 10%)에서 약 85 μC/gm 이상과 같이, 광범위한 온도 및 습도 환경에 걸쳐 향상된 충전 성능을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 토너 입자는 향상된 수명을 가질 수 있다. 즉, 상기 토너 조성물은 상기 스페이서 입자에 의하여 첨가제들의 급속한 압착(impaction)으로부터 보호되기 때문에, 많은 횟수의 이미징 사이클 또는 인쇄에 걸쳐, 종래의 토너 조성물에 비해 상기와 같은 향상되고 더욱 일관된 토너 입자 충전을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 토너 입자는 적어도 30,000 페이지, 적어도 40,000 페이지, 또는 적어도 50,000 페이지 또는 그 이상과 같은 20,000 페이지 이상의 향상된 수명을 가질 수 있다.
상기 토너의 표면에 돌출되는 상기 스페이서 입자를 구비함으로써, 상기 토너 입자의 표면적이 증가한다. 한편으로, 이는 극히 구형인 디자인의 토너에 특히 유용한데, 상기 스페이서 입자의 존재는 상기 토너 입자의 매끈한 구형 성질을 감소시켜 상기 토너의 표면적을 넓히고 청결도를 향상시키기 때문이다. 또한, 상기 표면에 상기 스페이서 입자를 구비함으로써, 다른 첨가제들은 주로 상기 토너 표면의 보다 덜 중요한 부위에 부착되어, 상기 충전 표면이 항상 이용가능하다. 따라서, 상기 충전은 상기 인쇄 사이클의 수명 동안 일관된 상태로 남아있는 반면, 상기 첨가제들은 카트리지의 수명이 다하기 전에는 충돌하지 못하게 되는 바, 모든 환경에서 향상된 인쇄 성능과 일관성, 및 향상된 카트리지 수명을 나타낸다.
또한, 본 발명의 상기 토너 입자는 종래의 토너에 비해, 다른 시각적 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 상기 전하조절제가 처리된 스페이서 입자에 의해 형성되는 상기 돌출부는 상기 토너 입자 형상을 상대적으로 매끈한 표면에서 상대적으로 울퉁불퉁한 표면으로 변화시킬 수 있다.
본 발명의 토너는 토너를 형성하는데 이용되기에 적절한 모든 수지를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 수지는 모든 적절한 단량체로 구성될 수 있다. 상기 수지를 형성하는데 유용한 적절한 단량체는 아크릴로니트릴, 디올, 이산, 디아민, 디에스터, 디이소시아네이트, 그들의 조합 및 그와 동등한 것들을 포함하나, 이에 한정되지 아니한다. 채택되는 모든 단량체들은 이용되는 특정 중합체에 따라 선택될 수 있다.
구현예에서, 상기 수지를 형성하는데 이용되는 상기 중합체는 폴리에스터 수지일 수 있다. 적합한 폴리에스터 수지는, 예를 들어, 설폰화된(sulfonated), 비-설폰화된, 결정질, 비결정질, 그들의 조합 및 그와 동등한 것들을 포함한다. 상기 폴리에스터 수지는 선형, 분지형, 그들의 조합 및 그와 동등한 것들을 포함할 수 있다. 구현예에서, 폴리에스터 수지는 미국 특허 제6,593,049호 및 제6,756,176호에 개시된 수지들을 포함할 수 있다. 또한, 적합한 수지는 미국 특허 제6,830,860호에 개시된 바와 같은 비결정성 폴리에스터 수지 및 결정성 폴리에스터 수지의 혼합물을 포함한다.
하나, 둘, 또는 그 이상의 수지가 토너를 형성하는데 이용될 수 있다. 둘 이상의 수지가 이용되는 구현예에서, 상기 수지는 예를 들어, 약 1%(제1 수지)/99%(제2 수지) 내지 약 99%(제1 수지)/1%(제2 수지), 구현예에서 약 10%(제1 수지)/90%(제2 수지) 내지 약 90%(제1 수지)/10%(제2 수지)와 같은 모든 적절한 비율(예, 중량 비율)로 존재할 수 있다.
구현예에서, 본 발명의 적절한 토너는 하나 또는 그 이상의 비결정질 폴리에스터 수지 및 결정질 폴리에스터 수지를 포함할 수 있다. 상기 수지의 중량 비율은 약 98%(비결정질 수지)/2%(결정질 수지) 내지 약 70%(비결정질 수지)/30%(결정질 수지), 구현예에서 약 90%(비결정질 수지)/10%(결정질 수지) 내지 약 85%(비결정질 수지)/25%(결정질 수지)일 수 있다.
상기 수지는 에멀젼 응집 방법들에 의해 형성될 수 있다. 상기 방법들을 이용하여, 상기 수지는 다른 성분들 및 첨가제들과 혼합되어 본 발명의 토너를 형성할 수 있는 수지 에멀젼 상태로 존재할 수 있다.
상기 수지는 고체 기반의 상기 토너 입자(즉, 외부 첨가제들을 배제한 토너 입자)의 약 65 내지 95 중량%, 또는 약 70 내지 90 중량%, 또는 약 75 내지 85 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 상기 결정질 수지 대 비결정질 수지의 비율은 약 5:95 내지 약 35:65, 10:90 내지 30:70, 약 15:75 내지 약 30:70, 20:80 내지 약 25:75, 약 25:75 내지 약 30:70과 같은 약 1:99 내지 약 40:60의 범위일 수 있다.
결정질 수지가 이용되는 경우, 상기 결정질 수지는 선택적인 촉매의 존재 하에서 디올을 이산 또는 디에스터와 반응시킴으로써 형성된 폴리에스터 수지일 수 있다. 결정질 폴리에스터를 형성함에, 적합한 유기 디올은 1,2-에탄디올, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,7-헵탄디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 1,10-데칸디올, 1,12-도데칸디올, 에틸렌 글리콜, 그들의 조합 및 그와 동등한 것들처럼, 약 2 내지 약 36개의 탄소 원자를 갖는 지방족 디올을 포함한다. 상기 지방족 디올은 예를 들어, 상기 수지의 약 40 내지 60 몰%, 구현예에서 약 42 내지 55 몰%, 또는 약 45 내지 53 몰%의 양으로 선택될 수 있다.
상기 결정질 수지의 제조를 위해 선택되는 유기 이산 또는 디에스터의 예는 옥살산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 수베르산, 아젤라산, 푸마르산, 말레산, 도데칸이산, 세바식산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 나프탈렌-2,6-디카복실산, 나프탈렌-2,7-디카복실산, 사이클로헥산 디카복실산, 말론산 및 메사콘산, 디에스터 또는 그들의 무수물, 및 그들이 조합을 포함한다. 상기 유기 이산은 예를 들어, 상기 수지의 약 40 내지 60 몰%, 구현예에서 약 42 내지 55 몰%, 예를 들어, 약 45 내지 53 몰%의 양으로 선택될 수 있다.
결정질 수지의 예는 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부티레이트, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-비닐 아세트산 공중합체, 폴리프로필렌, 그들의 혼합물, 및 그와 동등한 것들을 포함한다. 특정 결정질 수지는 폴리(에틸렌-아디프산), 폴리(프로필렌-아디프산), 폴리(부틸렌-아디프산), 폴리(펜틸렌-아디프산), 폴리(헥실렌-아디프산), 폴리(옥틸렌-아디프산), 폴리(에틸렌-숙신산), 폴리(프로필렌-숙신산), 폴리(부틸렌-숙신산), 폴리(펜틸렌-숙신산), 폴리(헥실렌-숙신산), 폴리(옥틸렌-숙신산), 폴리(에틸렌-세바식산), 폴리(프로필렌-세바식산), 폴리(부틸렌-세바식산), 폴리(펜틸렌-세바식산), 폴리(헥실렌-세바식산), 폴리(옥틸렌-세바식산), 알칼리 코폴리(5-설포이소프탈로일)-코폴리(에틸렌-아디프산), 폴리(데실린-세바식산), 폴리(데실렌-데칸산), 폴리(에틸렌-데칸산), 폴리(에틸렌-도데칸산), 폴리(노닐렌-세바식산), 폴리(노닐렌-데칸산), 폴리(노닐렌-도데칸산), 코폴리(에틸렌-푸마르산)-코폴리(에틸렌-세바식산), 코폴리(에틸렌-푸마르산)-코폴리(에틸렌-데칸산), 코폴리(에틸렌-푸마르산)-코폴리(에틸렌-도데칸산), 및 그들의 조합과 같은 폴리에스터계일 수 있다.
상기 결정질 폴리에스터를 위해 이용될 수 있는 중축합 촉매는 테트라알킬 티탄산, 디부틸틴 옥사이드와 같은 디알킬틴 옥사이드, 디부틸틴 디라우르산과 같은 테트라알킬틴 및 부틸틴 옥사이드 하이드록사이드와 같은 디알킬틴 옥사이드 하이드록사이드, 알루미늄 알콕사이드, 알킬 아연, 디알킬 아연, 아연 옥사이드, 제1 주석 옥사이드, 또는 그들의 조합을 포함한다. 상기 촉매는 상기 폴리에스터 수지를 생성하는데 이용되는 시작 이산 또는 디에스터를 기준으로 예를 들어, 약 0.01 몰% 내지 약 5 몰%의 양이 이용될 수 있다.
상기 결정질 수지는 예를 들어, 약 30℃ 내지 약 120℃, 구현예에서 약 50℃ 내지 약 90℃의 다양한 용융점을 가질 수 있다. 상기 결정질 수지는 폴리스티렌 표준 물질을 이용하여 GPC(gel permeation chromatography)로 측정된 약 1,000 내지 약 50,000, 구현예에서 약 2,000 내지 약 25,000의 수 평균 분자량(Mn)을 가질 수 있고, 예를 들어, 약 2,000 내지 약 100,000, 구현예에서 약 3,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 결정질 수지의 분자량 분포(Mw/Mn)는 예를 들어, 약 2 내지 약 6, 구현예에서 약 3 내지 약 4일 수 있다.
마찬가지로, 상기 비결정질 수지는 디올을 선택적인 촉매의 존재 하에서 이산 또는 디에스터와 반응시킴으로써 형성되는 폴리에스터 수지일 수 있다. 적합한 촉매는 상술된 중축합 촉매를 포함한다.
비결정질 폴리에스터의 제조를 위해 선택되는 이산 또는 디에스터의 예는 테레프탈산, 프탈산, 이소프탈산, 푸마르산, 말레산, 숙신산, 이타콘산, 숙신산 무수물, 도데실숙신산, 도데실숙신산 무수물, 도데세닐숙신산, 도데세닐숙신산 무수물, 글루타르산, 글루타르산 무수물, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 도데칸이산, 디메틸 테레프탈레이트, 디에틸 테레프탈레이트, 디메틸이소프탈레이트, 디에틸이소프탈레이트, 디메틸프탈레이트, 프탈산 무수물, 디에틸프탈레이트, 디메틸숙시네이트, 디메틸푸마레이트, 디메틸말레이트, 디메틸글루타레이트, 디메틸아디페이트, 디메틸 도데실숙시네이트 및 그들이 조합과 같은 디카복실산 또는 디에스터를 포함한다. 상기 유기 이산 또는 디에스터는 예를 들어, 상기 수지의 약 40 내지 약 60 몰%, 구현예에서 상기 수지의 약 42 내지 약 55 몰%, 구현예에서 상기 수지의 약 45 내지 약 53 몰%의 양으로 존재할 수 있다.
상기 비결정질 폴리에스터를 생산하는데 이용되는 디올의 예는 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 펜탄디올, 헥산디올, 2,2-디메틸프로판디올, 2,2,3-트리메틸헥산디올, 헵탄디올, 도데칸디올, 비스(하이드록시에틸)-비스페놀 A, 비스(2-하이드록시프로필)-비스페놀 A, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 1,3-사이클로헥산디메탄올, 자일렌디메탄올, 사이클로헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 비스(2-하이드록시에틸) 옥사이드, 디프로필렌 글리콜, 디부틸렌 및 그들의 조합을 포함한다. 상기 선택된 유기 디올의 양은 변할 수 있고, 예를 들어, 상기 수지의 약 40 내지 약 60 몰%, 구현예에서 상기 수지의 약 42 내지 약 55 몰%, 구현예에서 상기 수지의 약 45 내지 약 53 몰%의 양으로 존재할 수 있다.
구현예에서, 적절한 비결정질 수지는 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리이소부티레이트, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-비닐 아세트산 공중합체, 폴리프로필렌, 그들의 조합 및 그와 동등한 것들을 포함한다. 이용될 수 있는 비결정질 수지의 예는 알칼리 설폰화-폴리에스터 수지, 분지형 알칼리 설폰화-폴리에스터 수지, 알칼리 설폰화-폴리이미드 수지 및 분지형 알칼리 설폰화-폴리이미드 수지를 포함한다. 구현예에서, 코폴리(에틸렌-테레프탈산)-코폴리(에틸렌-5-설포-이소프탈산), 코폴리(프로필렌-테레프탈산)-코폴리(프로필렌-5-설포-이소프탈산), 코폴리(디에틸렌-테레프탈산)-코폴리(디에틸렌-5-설포-이소프탈산), 코폴리(프로필렌-디에틸렌-테레프탈산)-코폴리(프로필렌-디에틸렌-5-설포-이소프탈산), 코폴리(프로필렌-부틸렌-테레프탈산)-코폴리(프로필렌-부틸렌-5-설포-이소프탈산), 및 코폴리(프로폭실화 비스페놀-A-푸마르산)-코폴리(프로폭실화 비스페놀 A-5-설포-이소프탈산)의 금속 또는 알칼리 염과 같은 알칼리 설폰화 폴리에스터 수지는 유용하다.
구현예에서, 본 발명의 토너에 이용되는 적합한 비결정질 수지는 약 12,000 내지 약 75,000, 구현예에서 약 15,000 내지 약 30,000과 같은 약 10,000 내지 약 100,000의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다.
구현예에서, 상술된 수지 에멀젼의 비결정질 폴리에스터 수지 및 결정질 폴리에스터 수지와 같은 상기 수지는 토너 조성물을 형성하는데 이용될 수 있다. 상기와 같은 토너 조성물들은 선택적으로 착색제, 왁스 및 다른 첨가제들을 포함할 수 있다. 토너는 이에 특별히 한정되지 아니하나, 에멀젼 응집 방법들과 같은 당업자의 이해 범위 내의 모든 방법들을 이용하여 형성될 수 있다.
구현예에서, 토너 조성물을 형성하기 위해 이용되는 착색제, 왁스 및 다른 첨가제들은 계면활성제를 포함하는 분산물의 형태일 수 있다. 더욱이, 토너 입자는 상기 수지 및 상기 토너의 다른 구성 성분들이 하나 이상의 계면활성제 내에 배치되는 에멀젼 응집 방법들에 의해 형성될 수 있고, 에멀젼이 형성되고, 토너 입자가 응집, 합체, 선택적으로 세척 및 건조, 및 회수된다.
하나, 둘 또는 그 이상의 계면활성제가 이용될 수 있다. 상기 계면활성제는 이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로부터 선택될 수 있다. 음이온성 계면활성제 및 양이온성 계면활성제는 용어 "이온성 계면활성제"로 통칭된다. 구현예에서, 상기 계면활성제가 이용되어 상기 토너 조성물의 약 0.01 중량% 내지 약 5 중량%, 예를 들어, 상기 토너 조성물의 약 0.75 중량% 내지 4 중량%, 구현예에서 상기 토너 조성물의 약 1 중량% 내지 약 3 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
상기 착색제가 첨가되는 경우, 염료, 색소, 염료의 혼합물, 색소의 혼합물, 염료와 색소의 혼합물, 및 그와 동등한 것들과 같은, 다양하게 알려진 적절한 착색제가 상기 토너에 포함될 수 있다. 상기 착색제는 예를 들어, 상기 토너의 약 0.1 내지 약 35 중량%, 상기 토너의 약 1 내지 약 15 중량%, 상기 토너의 약 3 내지 약 10 중량%의 양으로 상기 토너에 포함될 수 있다.
또한, 중합체 바인더 수지와 함께, 본 발명의 상기 토너는 선택적으로 왁스를 포함할 수 있고, 상기 왁스는 단일 유형의 왁스 또는 둘 이상의 다른 왁스들의 혼합물일 수 있다. 단일 왁스는 토너 제형에 첨가되어, 예를 들어, 특별한 토너 특성, 예컨대 토너 입자 형태, 상기 토너 입자 표면 상에 왁스의 존재 및 양, 충전 및/또는 정착 특성, 광택, 스트리핑(stripping), 오프셋 특성 및 그와 동등한 것들을 향상시킬 수 있다. 대신에, 왁스의 조합은 첨가되어 상기 토너 조성물에 다양한 특성을 제공할 수 있다.
또한, 선택적으로, 왁스는 토너 입자를 형성할 때, 상기 수지와 혼합될 수 있다. 상기와 같이 왁스가 포함되는 경우, 상기 왁스는 예를 들어, 상기 토너 입자의 약 1 중량% 내지 약 25 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 25 중량%, 또는 상기 토너 입자의 약 5 중량% 내지 약 20 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
또한, 상기 토너 입자는 일반적으로 상기 토너 입자 쉘에, 상기 토너 입자 표면으로부터 돌출부를 형성시키는, 전하조절제가 처리된 스페이서 입자를 포함한다. 상기 입자는 일반적으로 전하조절제 화학종들로 처리된 스페이서 입자를 포함한다. 상기 전하조절제 화학종들은 공유 결합 또는 수소 결합 또는 그와 동등한 것들에 의해 부착됨으로써 상기 스페이서 입자에 화학적으로 부착(attached) 또는 결합(associated)될 수 있고, 상기 전하조절제 화학종들은 상기 스페이서 입자에 물리적으로 충돌되거나 흡착됨으로써 상기 스페이서 입자에 물리적으로 결합될 수 있다. 상기 전하조절제 화학종이 상기 스페이서 입자 상에 유효하게 남아, 상기 토너 입자에 바람직한 충전 특성을 제공할 수 있도록 하는 임의의 연결이 이용될 수 있다.
모든 적절한 스페이서 입자가 이용될 수 있다. 상기 스페이서 입자의 예는 라텍스 또는 중합체 스페이서 입자, 알킬 트리-알콕시 실란, 및 그와 동등한 것들을 포함한다. 예시적인 스페이서 입자는 미국 특허 제7,452,646호 및 미국 특허 출원 공개 제2004-0137352A1호에 개시된 것들을 포함한다.
일 구현예에서, 상기 스페이서 입자는 라텍스 또는 중합체 입자를 포함할 수 있다. 모든 적절한 라텍스 입자가 제한없이 이용될 수 있다. 예로서, 상기 라텍스 입자는 고무, 아크릴성, 스티렌 아크릴성, 폴리아크릴성, 플루오라이드, 또는 폴리에스터 라텍스를 포함할 수 있다. 상기 라텍스는 공중합체 또는 가교된 중합체일 수 있다. 특정 예는 Nippon Paint 사의 45 내지 550 ㎚ 범위의 입자 직경과 65℃ 내지 102℃ 범위의 유리 전이 온도를 갖는 아크릴성, 스티렌 아크릴성 및 플루오라이드 라텍스(예, FS-101, FS-102, FS-104, FS-201, FS-401, FS-451, FS-501, FS-701, MG151 and MG-152)를 포함한다. 상기 라텍스 입자는 당업계의 모든 종래의 방법에 의해 수득될 수 있다. 적절한 중합 방법은 예를 들어, 당업자에 잘 알려진 에멀젼 중합, 현탁 중합 및 분산 중합을 포함할 수 있다. 상기 제조 방법에 따라, 상기 라텍스 입자는 매우 좁은 크기 분포 또는 넓은 크기 분포를 가질 수 있다. 후자의 경우, 상기 제조된 라텍스 입자는 분급되어, 상술된 스페이서 입자로서 작용하기에 적절한 크기를 가질 수 있다. Nippon Paint 사로부터 상업적으로 입수 가능한 라텍스 입자는 매우 좁은 크기 분포를 가져, (비록, 필요한 경우 금지되지는 않으나) 후처리 분급이 필요하지 않다. 상기 스페이서 입자를 형성하는데 이용될 수 있는 중합체 입자의 다른 예는, 예를 들어, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 예컨대, 500 내지 1500K 사이의 분자량 및 120℃에서 유리 전이 온도 시작을 갖는 Soken Chemical Engineering Co., Ltd.의 150 nm MP1451 또는 300 nm MP116, 플루오르화 PMMA, KYNAR® (폴리비닐리덴 플루오라이드), 예컨대, Pennwalt의 300 nm, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 예컨대, Daikin의 300 nm L2, 또는 멜라민, 예컨대, Nippon Shokubai의 300 nm EPOSTAR-S®를 포함한다.
일 구현예에서, 상기 스페이서 입자는 큰 크기의 실리카 입자이다. 따라서, 상기 스페이서 입자는 실리카 및 티타니아 외부 첨가제들과 같은, 상기 토너 조성물에서 이용되는 다른 모든 외부 첨가제들의 평균 입자 크기보다 큰 평균 입자 크기를 갖는다. 예를 들어, 본 구현예의 상기 스페이서 입자는 졸-겔 실리카이다. 상기 졸-겔 실리카의 예는, 예를 들어, Shin-Etsu Chemical Co., Ltd로부터 입수가능한, 헥사메틸렌디시라잔으로 표면 처리된 150 nm 졸-겔 실리카 X24를 포함한다.
알킬 트리-알콕시 실란 및 알킬 테트라-알콕시 실란 또한 상기 스페이서 입자로서 이용될 수 있다. 상기 실란 물질들은, 예를 들어, 테트라 알콕시 실란의 1-3 알콕시 기들이 알킬 기 및 그들의 부분적 및 전체 가수분해 생성물로 치환된 모노-알킬 트리-알콕시 실란, 디-알킬 디-알콕시 실란, 및 트리-알킬 모노-알콕시 실란을 포함할 수 있다. 상기 실란 물질의 예는 메틸트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 테트라메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라-n-프로폭시 실란, 테트라-i-프로폭시 실란, 테트라-n-부톡시 실란, 테트라-sec-부톡시 실란, 테트라-tert-부톡시 실란, 및 그와 동등한 것들을 포함한다.
상기 스페이서 입자는 전하조절제로 처리되어, 상기 전하조절제가 처리된 스페이서 입자를 제공한다. 상기 처리는, 예를 들어, 상기 전하조절제를 적절한 용매 내에서 상기 스페이서 입자와 단순히 혼합함으로써 수행될 수 있다. 이용되는 경우, 상기 전하조절제가 처리된 스페이서 입자는 원래의 용매에 남아 있을 수도 있고, 상기 입자는 상기 용매로부터 제거(건조 등에 의해)되어 계면활성제 내에 재-분산될 수도 있다.
상기 스페이서 입자를 처리함에, 상기 토너 조성물의 바람직한 특성에 맞게, 모든 바람직한 전하조절제가 이용될 수 있다. 예시적인 전하조절제는 미국 특허 제3,944,493호; 제4,007,293호; 제4,079,014호; 제4,394,430호, 제4,560,635호, 및 제7,833,684호에 개시된 것들을 포함한다.
적절한 전하조절제의 예는 알킬 피리디늄 할라이드를 포함하는 4차 암모늄 화합물; 미국 특허 제4,298,672호에 개시된 것들을 포함하는 알킬 피리디늄 화합물; 미국 특허 제4,338,390호에 개시된 것들을 포함하는 유기 황산염 및 설폰산염 화합물; 테트라플루오로붕산 세틸피리디늄, 메틸황산 디스테아릴디메틸암모늄; BONTRON E84TM 또는 E88TM(Hodogaya Chemical)와 같은 알루미늄염; 아연염; 그들의 조합 및 그와 동등한 것들을 포함한다. 또한, 페놀 기, 하이드록실 기, 티올 기, 카복실산 기, 설폰산 기, 아미노 기, 및/또는 그들의 조합을 갖는 트리아릴아민이 적절하다. 적절한 트리아릴아민의 예는 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-하이드록시페닐)-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민(DHTBD); N,N-비스(p-메틸페닐), N-(4-하이드록실페닐)아민; N,N-비스(p-메틸페닐), N-(4-카복시페닐) 아민; N,N-비스(4-하이드록실페닐), N-(4-메틸페닐)아민; 5-(N,N-비스(4-메틸페닐)아미노) 살리실 산; 트리스(4-하이드록실페닐)아민; N-(4-메틸페닐), N-(4-하이드록실페닐), N-(3-카복시, 4-하이드록실페닐)아민; N-(4-하이드록실페닐), N-(4-카복시페닐), N-(3-카복시, 4-하이드록실페닐) 아민; 트리스(4-카복시페닐)아민; N-(2-메틸, 4-하이드록실페닐), N-(3-메틸, 4-카복시페닐), N-(3-카복시, 4-하이드록실페닐) 아민; N,N'-비스(4-에틸페닐)-N,N'-비스(3-카복실 4-하이드록실페닐) [1,1'-비페닐] 4,4'-디아민; N,N'-비스(4-메틸페닐)-N,N'-비스(4-하이드록실페닐) [1,1-비페닐] 4,4'-디아민; N,N'-비스(1,1-비페닐)-N,N'-비스(3-카복시, 4-하이드록실페닐)[1,1'-비페닐] 4,4'디아민; N,N'-비스(4-에틸페닐)-N,N'-비스(3-메틸, 4-하이드록실페닐) [1,1'-비페닐] 4,4'-디아민; N,N'-비스(3-메틸페닐, 4-카복시)-N,N'-비스(3-카복시페닐) [1,1'-비페닐] 4,4'-디아민; N,N'-비스(3,4-디메틸페닐)-N,N'-비스(3-카복시, 4-하이드록실페닐) [1,1'-비페닐] 4,4'-디아민; N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스(3-카복시페닐) [1,1'-비페닐] 4,4'-디아민; N,N'-비스(3-메틸페닐, 4-카복시)-N,N'-비스(3-카복시, 4-하이드록실페닐) [1,1'-비페닐]4,4'-디아민; N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-하이드록실페닐)[p-테르페닐] 4,4'-디아민; N,N'-디페닐-N-(3-카복시메틸페닐), N'-(3-카복시에틸페닐) [1,1'-비페닐] 4,4'-디아민; N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-하이드록실, 4-카복시페닐) [p-테르페닐] 4,4'-디아민; N,N'-비스(3-하이드록실페닐)-N,N'-비스(3-니트로페닐) [1,1'-비페닐] 4,4'-디아민; 이들의 유도체들 및 그들의 조합을 포함하나, 이에 한정되지 아니한다.
구현예에서, 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자는 하나 이상의 조절제 화학종 및 하나 이상의 스페이서 입자 화학종의 모든 바람직한 조합을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나, 둘, 셋, 넷, 또는 그 이상의 전하조절제 및/또는 스페이서 입자 화학종이 이용될 수 있다.
모든 적절한 그리고 바람직한 양의 전하조절제가 이용되어, 바람직한 충전 특성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 전하조절제는, 예를 들어, 상기 토너 입자의 약 0.01 내지 약 10 중량%와 같은, 상기 토너 입자의 약 0.001 내지 약 20 중량%의 유효량으로 존재할 수 있다.
상기와 같이 수득되어지는 전하조절제-처리된 스페이서 입자는 적절하고 바람직한 크기와 모양을 가질 수 있다. 구현예에서, 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자는 일반적으로 구형이고, 약 100 내지 1200 ㎚ 또는 약 200 내지 약 900 ㎚와 같은 약 50 내지 약 1500 ㎚의 평균 입자 크기 및 직경을 가진다.
상기 토너 입자는 당업자의 이해 범위 내의 모든 방법에 의해 제조될 수 있다. 구현예에서, 토너 조서물 및 토너 입자는 작은 크기의 수지 입자들이 적절한 토너 입자 크기로 응집된 다음 합체되어, 최종 토너-입자 모양(shape) 및 형태(morphology)로 되는 응집 및 합체 공정에 의하여 제조될 수 있다. 종래의 공정은 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자의 결합을 제공하여 상기 토너 입자 표면으로부터 돌출부를 형성시키기 위해 변형되어 진다.
구현예에서, 토너 조성물은 선택적인 왁스 및 다른 적당한 또는 필수 첨가제들의 혼합물과 상술한 수지들을 포함하는 에멀젼을, 선택적으로 상술한 바와 같은 계면활성제 내에서 응집시킨 다음, 상기 응집 혼합물들을 합체하는 단계를 포함하는 공정들과 같은 에멀젼-응집 공정들을 통해 제조될 수 있다. 혼합물은 계면활성제를 포함하는 분산물 내에 존재할 수 있는 선택적인 왁스 또는 다른 물질들을 상기 수지를 포함하는 둘 이상의 에멀젼의 혼합물일 수 있는 상기 에멀젼에 첨가함으로써 제조될 수 있다. 상기 생성되는 혼합물의 pH는 예를 들어, 아세트산, 질산 또는 그와 동등한 것들과 같은 산에 의해 조절될 수 있다. 구현예에서, 상기 혼합물의 pH는 약 2 내지 약 4.5로 조절될 수 있다. 추가적으로, 구현예에서, 상기 혼합물은 균질화된다. 상기 혼합물이 균질화되는 경우, 균질화는 약 600 내지 약 8000 rpm에서 혼합됨으로써 수행될 수 있다. 균질화는, 예를 들어, IKA ULTRA TURRAX T50 프로브 균질기를 포함하는 모든 적절한 수단에 의해 수행될 수 있다.
상기 혼합물을 제조한 다음, 응집제(aggregating agent)가 상기 혼합물에 첨가될 수 있다. 토너를 형성하는데 모든 적절한 응집제가 이용될 수 있다. 적절한 응집제는, 예를 들어, 2가 양이온 또는 다가 양이온 물질의 수용액을 포함한다. 구현예에서, 상기 응집제는 상기 수지의 유리 전이 온도(Tg) 아래의 온도에서 상기 혼합물에 첨가될 수 있다.
토너를 형성, 상기 응집제는 예를 들어, 상기 혼합물 내 상기 수지의 약 0.1 중량% 내지 8 중량%, 일 구현예에서 약 0.2 중량% 내지 5 중량%, 다른 구현예에서 약 0.5 중량% 내지 5 중량%의 양으로 상기 혼합물에 첨가될 수 있으나, 상기 양은 상기 범위를 벗어날 수도 있다. 이는 충분한 양의 응집제를 제공한다.
토너의 광택은 상기 입자 내에 보유된 Al3+와 같은 금속 이온의 양에 영향을 받을 수 있다. 보유된 금속 이온의 양은 EDTA와 같은 물질의 첨가에 의하여 추가적으로 조정될 수 있다. 구현예에서, 본 발명의 토너 입자에 보유된 가교제, 예를 들어, Al3+의 양은 약 0.1 pph 내지 약 1 pph, 구현예에서 약 0.25 pph 내지 0.8 pph, 구현예에서 약 0.5 pph일 수 있다.
상기 입자의 응집과 합체를 조절하기 위해서, 상기 혼합물 내 응집제는, 구현예에서 일정 시간 동안 계량될 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합물 내의 응집제는 약 5 내지 약 240분, 구현예에서 약 30분 내지 200분의 시간 동안 계량될 수 있으나, 그 이상 또는 그 이하의 시간이 임의적으로 또는 필수적으로 이용될 수도 있다. 또한, 상기 응집제는 상기 혼합물이 교반되는 조건, 구현예에서 약 50 rpm 내지 약 1,000 rpm, 다른 구현예에서 약 100 rpm 내지 약 500 rpm, 및 상술된 바와 같이 상기 수지의 유리 전이 온도보다 낮은 온도에서, 구현예에서 약 30℃ 내지 약 90℃, 구현예에서 약 35℃ 내지 약 70℃에서 유지되는 동안 첨가될 수 있다.
상기 입자는 미리 결정된 바람직한 입자 크기로 될 때까지 응집될 수 있다. 미리 결정된 크기는 형성 전에 결정된 바와 같이 수득될 바람직한 입자 크기, 및 그러한 입자 크기에 다다를 때 까지 성장 공정 동안 모니터링 되는 입자 크기를 의미한다. 샘플이 상기 성장 공정 동안 선택되어, 예를 들어, Coulter Counter로 평균 입자 크기 측정가 분석될 수 있다. 따라서, 상기 응집은 계속 교반하면서, 상승된 온도를 유지하거나, 또는 천천히 온도를, 예를 들어, 약 40℃ 내지 약 100℃로 상승시키고, 상기 혼합물을 그 온도에서 약 0.5시간 내지 약 6시간, 구현예에서 약 1시간 내지 약 5시간 동안 교반하면서 유지시킴으로써 진행되어 응집된 입자를 제공할 수 있다. 일단, 상기 미리 결정된 바람직한 입자 크기에 다다르면, 상기 성장(growth) 공정은 중지된다. 구현예에서, 상기 미리 결정된 바람직한 입자 크기는 상술된 상기 토너 입자 크기 범위들 내이다.
상기 응집제의 첨가에 이은, 상기 입자의 성장 및 성형은 모든 적합한 조건 하에서 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기 성장 및 성형은 합체와 별도로 응집이 일어나는 조건에서 수행될 수 있다. 개별 응집 및 합체 단계들에서, 상기 응집 공정은 상승된 온도, 예들 들어 상술된 상기 수지의 유리 전이 온도 보다 낮을 수 있는, 약 40℃ 내지 약 90℃, 구현예에서 약 45℃ 내지 약 80℃에서 전단 조건 하에서 수행될 수 있다.
구현예에서, 쉘은 형성된 응집 토너 입자에 도포된다. 비록 비결정질 수지가 바람직하지만, 구현예에서 코어 수지로서 적합한 것으로 상술된 모든 비결정질 수지가 상기 쉘 수지로 이용될 수 있다. 상기 쉘 수지는 당업자의 이해 범위 내의 모든 방법에 의하여 상기 응집된 입자에 도포될 수 있다. 구현예에서, 상기 쉘 수지는 상술된 계면활성제를 포함하는 에멀젼 내에 존재할 수 있다. 상술된 상기 응집된 입자는 상기 에멀젼과 혼합되어, 상기 수지는 상기 형성된 응집체 위에 쉘을 형성할 수 있다. 구현예에서, 비결정질 폴리에스터는 상기 응집체 위에 쉘을 형성하여 코어-쉘 형태를 갖는 토너 입자를 형성하는데 이용될 수 있다.
상기 쉘-형성 공정에서 이용되는 상기 수지 에멀젼은 일반적으로 약 100 ㎚ 내지 약 260 ㎚, 구현예에서 약 105 ㎚ 내지 155 ㎚, 또는 약 110 ㎚의 입자 크기를 갖는 입자들을 포함하고, 일반적으로 약 10 중량% 고형분 내지 약 50 중량% 고형분, 구현예에서 약 15 중량% 고형분 내지 약 40 중량% 고형분, 구현예에서 약 35 중량% 고형분의 고형분 부하를 가진다. 물론, 다른 에멀젼 또한 이용될 수 있다.
상기 쉘 형성 공정 동안, 바람직한 시점에서, 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자가 상기 쉘 상에 결합되어 상기 쉘 형성이 완료될 수 있다. 상기 결합은 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자를 상기 쉘-형성 에멀젼에 첨가함으로써 수행될 수 있고, 여기서, 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자는 상기 에멀젼에 직접 첨가되거나, 또는 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자를 포함하는 바람직한 용액 또는 에멀젼이 상기 쉘-형성 에멀젼에 첨가될 수도 있다.
바람직한 입자 형태를 제공하기 위해, 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자을 상기 쉘-형성 에멀젼으로 첨가하는 것은 상기 쉘-형성 공정 중의 모든 시점에 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자는 상기 쉘-형성 에멀젼과 함께 첨가되어 쉘을 형성할 수도 있고, 또는 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자는 상기 쉘 두께가 목표 쉘 두께의 약 10 내지 약 80%에 다다랐을 때 첨가될 수도 있다. 상기 첨가 시점을 조절하는 것은 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자가 상기 토너 입자의 쉘로 묻히는 깊이를 조절하고, 따라서 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자가 쉘 형성이 완료된 후 상기 토너 입자의 표면으로부터 돌출부를 형성하는 범위도 조절한다.
일단, 토너 입자가 바람직한 최종 크기에 다다르면, 상기 혼합물의 pH는 염기를 이용하여 약 6 내지 약 10, 구현예에서 약 6.2 내지 약 9.2의 값으로 조절될 수 있다. 상기 pH의 조절은 토너 성장을 동결, 즉 중지시키는데 이용될 수 있다. 토너 성장을 중지시키는데 이용되는 염기는 예를 들어, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 암모늄, 그들의 조합 및 그와 동등한 것들과 같은 알칼리 금속 하이드록사이드와 같은 모든 적절한 염기들을 포함할 수 있다. 상기 염기는 상기 혼합물의 약 2 내지 약 25 중량%, 구현예에서 상기 혼합물의 약 4 내지 약 10 중량%의 양으로 첨가될 수 있다.
상술된 선택적 쉘의 형성으로 인해 바람직한 입자 크기로 응집된 다음, 상기 입자는 바람직한 최종 형태로 합체될 수 있고, 상기 합체는 예를 들어, 상기 혼합물을 상기 결정질 수지의 용융점보다 낮아 가소화가 방지되는 약 55℃ 내지 약 100℃, 구현예에서 약 65℃ 내지 약 95℃, 구현예에서 약 90℃의 온도로 가열함으로써 달성될 수 있다. 더 높거나 또는 더 낮은 온도가 이용될 수 있고, 상기 온도들은 상기 바인더로 이용되는 수지와 상관관계가 있음이 알려져 있다.
합체는 약 0.1 내지 약 9시간, 구현예에서 약 0.5 내지 약 4시간 동안 진행되어 달성될 수 있고, 상기 범위를 벗어나는 시간도 이용될 수 있다.
합체 후, 상기 혼합물은 약 20℃ 내지 약 25℃와 같은 실온으로 냉각될 수 있다. 상기 냉각은 바람직하게 급속하게 또는 천천히 수행될 수 있다. 적절한 냉각 방법은 반응기 주위의 자켓(jacket)에 냉수를 주입하는 것을 포함할 수 있다. 냉각 후에, 상기 토너 입자는 선택적으로 물로 세척된 후 건조될 수 있다. 건조는, 예를 들어, 동결-건조를 포함하는 모든 적절한 건조 방법에 의하여 수행될 수 있다.
구현예에서, 상기 토너 입자는 또한 임의적으로 또는 필수적으로 다른 선택적 첨가제들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 토너는 상술한 전하조절제-처리된 스페이서 입자와는 별도로, 양전하 또는 음전하조절제를, 예를 들어, 상기 토너의 약 0.1 내지 약 10 중량%, 구현예에서 상기 토너의 약 1 내지 약 3 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 상기와 같은 전하조절제는 상술된 쉘 수지와 동시에 또는 상기 쉘 수지의 도포 후에 도포될 수 있다.
또한, 상기 토너 입자는 흐름 보조 첨가제들을 포함하는 외부 첨가제 입자들과 혼합될 수도 있고, 상기 첨가제들은 상기 토너 입자의 표면 상에 존재할 수 있다. 다시, 상기 첨가제들은 상술된 쉘 수지와 동시에, 도는 상기 쉘 수지의 도포 후에 도포될 수 있다.
상기 토너 입자의 특성들은 모든 적절한 기술 및 장비들로 측정될 수 있다. 부피 평균 입자 직경 D50v, GSDv, 및 GSDn은 제조사의 지시에 따라 작동되는 Beckman Coulter Multisizer 3와 같은 측정 장비로 측정될 수 있다. 대표 샘플링은 다음과 같이 수행할 수 있다: 적은 양의 토너 샘플, 약 1 g,을 수득하여 25 마이크로미터 스크린을 통해 여과한 다음, 등장성 용액에 넣어 약 10%의 농도로 조절한 후, 상기 샘플을 Beckman Coulter Multisizer 3에 주입한다. 본 발명에 따라 제조된 토너들은 극한의 상대 습도(RH) 조건에 노출되었을 때, 우수한 충전 특성을 가질 수 있다. 상기 저-습도 영역(C 영역)은 약 10℃/15% RH인 반면, 상기 고-습도 영역(A 영역)은 약 28℃/85% RH일 수 있다. 또한, 본 발명의 토너는 약 -3 μC/gm 내지 약 -45 μC/gm, 구현예에서 약 -10 μC/gm 내지 약 -40 μC/gm의 중량당 모체 토너 전하(parent toner charge per mass)의 비(Q/M) 및 약 -10 μC/gm 내지 약 -45 μC/gm의 표면 첨가제 혼합 후의 최종 토너 충전을 갖는다. 구현예에서, 상기 토너 입자는 A-영역(80℉, 상대 습도 80-85%)에서 약 35 μC/gm 이상, 예컨대 약 35 μC/gm 내지 약 80 μC/gm; B-영역(70℉, 상대 습도 50%)에서 약 65 μC/gm 이상, 예컨대 약 65 μC/gm 내지 약 100 μC/gm; 및 J-영역(70℉, 상대 습도 10%)에서 약 80 μC/gm 이상, 예컨대 약 80 μC/gm 내지 약 120 μC/gm의 중량당 모체 토너 전하(parent toner charge per mass)의 비(Q/M)를 가질 수 있다.
본 발명의 방법을 이용하여, 바람직한 광택도가 수득될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 본 발명의 토너는 ggu(Gardner Gloss Units)로 측정된 광택도가 약 10 ggu 내지 약 100 ggu, 구현예에서 약 50 ggu 내지 약 95 ggu, 구현예에서 약 15 ggu 내지 약 65 ggu의 광택을 가질 수 있다.
구현예에서, 외부 표면 첨가제를 배제한 상기 건조 토너 입자는 하기와 같은 특징을 가질 수 있다:
(1) 약 2.5 내지 약 20 마이크론, 구현예에서 약 2.75 내지 약 10 마이크론, 다른 구현예에서 약 3 내지 약 9 마이크론의 부피 평균 직경(또한 "부피 평균 입자 직경"으로도 일컬어짐).
(2) 약 1.05 내지 약 1.55, 구현예에서 약 1.1 내지 약 1.4의 수 평균 기하학적 표준 편차(GSDn) 및/또는 부피 평균 기하학적 표준 편차(GSDv).
(3) 약 0.9 내지 약 1, 구현예에서 약 0.93 내지 약 0.99, 다른 구현예에서 약 0.95 내지 약 0.98의 진원도(circularity)(예를 들어, Sysmex FPIA 2100 분석기로 측정된).
(4) 약 45℃ 내지 약 60℃의 유리 전이 온도.
(5) 상기 토너 입자는 잘 알려진 BET 방법으로 측정된, 약 1.3 내지 약 6.5 m2/g의 표면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 청록색, 노랑색 및 검정색 토너 입자들의 경우, 상기 BDT 표면적은 1 m2/g 이하, 약 0.8 내지 약 1.8 m2/g일 수 있다.
구현예에서, 상기 토너 입자는 DSC로 측정되었을 때, 개별적으로 결정질 폴리에스터 및 왁스 용융점, 및 비결정질 폴리에스터 유리전이 온도를 가지는 것이 바람직하고, 상기 용융 온도 및 유리 전이 온도는 상기 비결정질 또는 결정질 폴리에스터의 가소화 또는 모든 선택적인 왁스에 의해 실질적으로 저하되지 않는 것이 바람직하다. 비-가소화를 달성하기 위해, 상기 결정질 성분 및 왁스 성분의 용융점보다 낮은 합체 온도에서 상기 에멀젼 응집을 수행하는 것이 바람직하다.
일부 구현예에서, 상기 토너 입자는, 예를 들어, 별도의 담체 없이 단일 성분 현상제로서 직접 이용될 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 형성되는 토너 입자는 현상제 조성물로 제형화될 수 있다. 상기 토너 입자는 담체 입자와 혼합되어 2-원(two-component) 현상제 조성물로 제조될 수 있다. 상기 현상제 내 토너 농도는 상기 현상제의 전체 중량의 약 1 중량% 내지 약 25 중량%, 구현예에서 상기 현상제의 전체 중량의 약 2% 내지 약 15%일 수 있다.
상기 토너는 미국 특허 제4,295,990호에 개시된 바를 포함하는 전자사진 공정(electrophotographic processes)에 이용될 수 있다. 구현예에서, 모든 알려진 유형의 상 현상 시스템이 예를 들어, 자기 브러쉬 현상(magnetic brush development), 점핑 단일-성분 현상(jumping single-component development), 하이브리드 스캐벤지리스 현상 (hybrid scavengeless development, HSD) 및 그와 동등한 것들을 포함하는 이미지 현상 장치에 이용될 수 있다. 이러한 현상 시스템 및 유사 현상 시스템은 당업자의 이해 범위 내이다.
실시예
실시예 1
전하조절제-처리된 스페이서 입자는 하기와 같이 제조되었다. 하기 일반식의 3% 알킬 트리-알콕시 실란 스페이서 입자(500 ㎚의 평균 입자 크기 또는 직경)를 1% 알루미늄 3,5-디터셔리부틸 살리실산에 넣고, 완전히 분산될 때까지 혼합하였다.
Figure 112013020407629-pat00001
상기 처리된 스페이서 입자를 오븐, 회전 증발기, 동결 건조기 또는 다른 건조 방법 등으로 건조하였다. 그 결과, 상기 실란 입자 표면에 알루미늄 3,5-디터셔리부틸 살리실산 전하조절제 입자가 존재하는 알킬 트리-알콕시 실란 스페이서 입자를 포함하는 전하조절제-처리된 스페이서 입자가 생성되었다.
실시예 2
상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자를 포함하는 토너 입자를 다음과 같이 제조하였다. 상기 실시예 1의 입자를 탈이온화수에 용해된 1.5% 나트륨 라우릴 설페이트 계면활성제의 용액에 재-분산하였다. 먼저 스티렌/부틸아크릴레이트 수지 라텍스를 20-30℃ 정도에서, 색소 분산물, 파라핀 왁스 분산물 및 폴리염화알루미늄(PAC)와 함께 균질화시켜, 에멀젼/응집 입자를 제조하였다. 그런 다음, 상기 혼합물을 혼합하면서, 상기 수지의 Tg보다 약간 낮은 온도(45-65℃)까지 가열하여, 입자 코어를 바람직한 크기(4.8-5.8㎛)로 성장시켰다. 그런 다음, 상기 외부 쉘을 첨가하여, 적절한 입자 크기(목표 최종 입자 크기에 따라)를 수득하였다. 3/4의 상기 쉘이 첨가된 다음, 1/4의 실시예 1과 같이 처리된 스페이서가 결합된 쉘을 첨가하였다. 상기 외부 쉘의 첨가 후, 수산화 나트륨 용액을 첨가하여 상기 입자의 추가적인 성장을 막고, 반응기의 온도를 증가시켜 합체를 유도하였다. 0.963-0.973의 진원도에서, 염기를 첨가하여 pH를 증가시키고, 20분 동안 정치시킨 다음, 냉각시켰다. 입자를 체에 걸러 여과 및 세척한 후, 건조시켰다. 상기 전하조절제와에 영향을 주지 않기 위해, 보다 적은 양의 산을 이용하도록 주의하였다. 그런 다음, 상기와 같이 수득된 입자를 벤치 과정으로 충전 시험하였다. 입자는 도 1에 도시된 바와 같은 형태를 가졌다.
비교예 1
실시예 1의 상기 전하조절제-처리된 스페이서 입자를 비처리된 스페이서 입자(전하조절제가 처리되지 않은 동일한 입자)로 대체한 것을 제외하고, 실시예 2와 같은 방법으로 토너 입자를 제조하였다.
비교예 2
실시예 1의 전하조절제-처리된 스페이서 입자를 생략한 것을 제외하고, 실시예 2와 같은 방법으로 토너 입자를 제조하였다.
첨가제에 따른 전하 측정(Measurement of Charge with Additives)
A 및 B 영역에서 실시예 2와 비교예 1 및 2의 토너 입자 샘플의 충전 특성을 시험하였다. 한 샘플은 80℉, 80-85% RH의 A-영역 환경에서 두고, 다른 샘플은 70℉, 50% RH의 B-영역 환경에서 두었다. 상기 샘플은 각각의 환경에서 하룻밤동안 유지시켜, 완전히 평형이 되도록 하였다. 다음날, 상기 샘플들 각각의 영역에서 Turbula 믹서로 상기 샘플들을 60분간 교반시켜 상기 토너를 충전하였다. 상기 토너 입자 상의 q/d 전하는 전하 분광기를 사용하여 측정하였다. 상기 토너 전하는 CSG로부터 토너 전하 트레이스의 중심점으로서 측정하였다. Q/d는 제로선으로부터의 밀리미터 변위로 나타내었다. 또한, 상기 샘플에 대해, μC/g에서 해당하는 Q/d도 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
설명 A 영역 (μC/gm) B 영역 (μC / gm )
대조군 24.03 79.7
표면 상의 토스펄(Tospearl) 33.24 82.2
표면 상의 CCA 코팅된 토스펄 37.47 100.23

Claims (12)

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  8. 수지를 포함하는 제1 에멀젼, 선택적으로 왁스, 선택적으로 착색제, 선택적으로 계면활성제, 선택적으로 응고제, 및 선택적으로 양전하 또는 음전하 조절제를 함께 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
    상기 슬러리를 가열하여 상기 슬러리 내에서 응집된 코어 입자를 형성하는 단계;
    상기 슬러리에 수지를 포함하는 제2 에멀젼을 첨가하여 상기 응집된 코어 입자 상에 쉘을 형성하는 단계;
    상기 쉘을 형성하는 단계 동안, 상기 슬러리에 전하조절제가 처리된 스페이서 입자를 첨가하여 상기 쉘에 돌출부를 형성하는 단계;
    pH를 조절하여 상기 입자의 응집체를 동결시키는 단계;
    상기 슬러리 내의 상기 응집된 입자를 가열하여 상기 입자를 토너 입자로 합체시키는 단계; 및
    선택적으로 상기 토너 입자를 세척 및 건조하는 단계를 포함하는 토너 입자 제조 방법으로서,
    상기 토너 입자는 코어 및 쉘을 포함하며,
    상기 쉘은 상기 토너 입자 표면으로부터 돌출부를 형성시키는, 전하조절제가 처리된 스페이서 입자를 포함하고, 상기 스페이서 입자는 라텍스 입자, 중합체 입자 및 알킬 트리-알콕시 실란 입자로 구성된 군에서 선택되며, 상기 중합체 입자는 폴리메틸 메타크릴레이트, 플루오르화 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 멜라민으로 구성된 군에서 선택되는 물질을 포함하고, 상기 전하조절제는 상기 토너 입자의 0.001 내지 20 중량%이며;
    상기 전하조절제가 처리된 스페이서 입자는 일반적으로 구형이고, 50 내지 1500 ㎚의 평균 직경을 가지며;
    상기 토너 입자는 80℉ 및 상대 습도 80-85%의 환경에서 35 μC/gm 이상, 70℉ 및 상대 습도 50%의 환경에서 65 μC/gm 이상, 및 70℉ 및 상대 습도 10%의 환경에서 85 μC/gm 이상의 입자 전하를 수용하는 토너 입자 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전하조절제가 처리된 스페이서 입자는 쉘 형성 단계에서 상기 쉘의 일부가 형성된 후, 완전한 쉘이 형성되기 전에, 상기 슬러리에 첨가되는 토너 입자 제조 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 전하조절제가 처리된 스페이서 입자는 쉘 형성 단계에서 상기 쉘의 10% 내지 80%가 형성된 후 상기 슬러리에 첨가되는 토너 입자 제조 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 전하조절제는 4차 암모늄 화합물, 유기 황산염 및 설폰산염 화합물, 테트라플루오로붕산 세틸피리디늄, 메틸황산 디스테아릴디메틸암모늄, 알루미늄염, 아연염 및 트리아릴아민으로 구성된 군에서 선택되는 토너 입자 제조 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 전하조절제가 처리된 스페이서 입자는 용매 내에서 스페이서 입자와 전하조절제를 혼합함으로써 형성되는 토너 입자 제조 방법.
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