KR101902598B1 - 고용융 왁스를 포함하는 전자사진 토너, 상기 토너를 이미지 수용 매체에 적용하는 인쇄 시스템 및 상기 토너의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토너 이미지를 현상하기 위한 토너에 관한 것으로, 토너는 바인더 수지, 무기 성분 및 왁스를 포함한다. 왁스는 토너 내에 미세하게 분산되고 용융 전이를 가지고, 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 곡선에서 온도 상승시 용융 전이의 온도 하한치는 110 ℃ ~ 140 ℃ 이다. 본 발명은 또한 이미지 수용 매체에 본 발명에 따른 토너를 적용하기 위한 인쇄 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 토너를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

고용융 왁스를 포함하는 전자사진 토너, 상기 토너를 이미지 수용 매체에 적용하는 인쇄 시스템 및 상기 토너의 제조 방법{ELECTROPHOTOGRAPHIC TONER COMPRISING A HIGH-MELTING WAX, A PRINTING SYSTEM FOR APPLYING SAID TONER ON AN IMAGE RECEIVING MEDIUM AND A METHOD FOR PREPARING SAID TONER}

본 발명은 토너의 인쇄 프로세스에 의해 제공되는 토너 이미지의 견고성 (robustness) 을 개선하기 위한 고용융 왁스를 포함하는 토너에 관한 것이다. 본 발명은 또한 고용융 왁스를 포함하는 토너를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 고용융 왁스를 포함하는 토너를 사용하는 인쇄 시스템에 관한 것이다.

토너가 이미지 수용 수단으로 전달되고 압력 및 온도에 의해 정착되는 토너 기반 인쇄 시스템에서, 이미지 수용 수단에서 토너 이미지의 견고성은 토너의 바인더의 내긁힘성과 내오염성에 의해 제한된다. 특히 인쇄된 토너 이미지의 마무리 프로세스를 위해, 예컨대 여러 이미지 수용 수단을 집속 및 바인딩하기 위해, 이미지의 견고성이 중요하다.

일반적으로, 왁스는 인쇄된 이미지의 견고성을 개선할 수 있는 것으로 알려져 있다. 특히 토너 이미지에 대해, 토너 이미지의 마찰 계수는 토너에서 왁스의 적합한 분포에 의해 감소될 수 있다. 결과적으로 토너 이미지의 견고성이 개선된다. 토너 이미지의 견고성 개선은 이미지 수용 매체 상으로 토너의 정착 프로세스 중 특히 제공되는데, 토너 중 왁스는 적어도 부분적으로 용융되고 토너 이미지의 표면으로 이송된다.

통상적으로, 상승된 온도에서 이미지 수용 매체로 토너의 정착 프로세스 중 왁스가 적어도 부분적으로 용융되고 정착 프로세스의 에너지 소비가 최소화되도록, 전형적으로 110 ℃ 미만에서 시작되는 온도 범위의 낮은 용융 온도 범위를 가지는 토너 이미징 시스템에 적용하기 위해 왁스가 선택된다. 한편, 왁스가 실온과 50 ℃ 사이의 온도에서 이미지 현상 프로세스시 왁스가 토너의 현상 성능을 부여하지 않도록 용융 온도가 50 ℃ 를 초과하게 왁스가 선택된다.

현상 수단과 이미지 수용 매체 사이의 토너 전달이 중간 이미지 지지 수단에 의해 제공되는 토너 기반 인쇄 시스템에서, 인쇄 시스템의 현상 성능 내구성은 왁스 성분을 포함하는 토너의 사용에 더욱 중요한 것으로 나타났다. 마찰 계수를 감소시키고 토너 이미지의 견고성을 높이기 위해 통상적으로 적용되는 왁스는 중간 이미지 지지 수단을 포함하는 인쇄 시스템의 장기 이용시 현상 수단을 오염시키는 것으로 나타나서, 인쇄 시스템의 부품들은 높은 비율로 세척 및/또는 교환되어야 한다. 또한, 흔히 토너 중 폴리올레핀 왁스의 분산성은 폴리올레핀 왁스에 소량의 왁스 화합제 (compatibilizer) 를 첨가함으로써 개선된다. 그러나, 토너에서 왁스 화합제의 사용은 중간 이미지 지지 수단을 포함하는 인쇄 시스템의 장기 이용시 현상 수단을 오염시키는 것으로 또한 나타나서, 인쇄 시스템의 부품들은 높은 비율로 세척 및/또는 교환되어야 한다.

전술한 대로, 토너 이미지의 견고성을 개선하기 위한 왁스를 포함하는 토너의 단점은, 마찰 계수, 인쇄 시스템의 장기적 현상 성능, 정착 성능 및 토너 중 왁스의 분산성의 상충되는 성질에 있다. 이것은 장기적으로 인쇄 시스템의 현상 수단의 오염을 유발할 수도 있어서, 인쇄 시스템의 부품들이 높은 비율로 세척 및/또는 교환되어야 한다.

본 발명의 목적은, 인쇄 시스템에서 토너의 장기적 현상 성능을 보장하면서 토너 이미지의 견고성을 개선하기 위한 토너를 제공하는 것이다. 본 발명의 추가 목적은, 이미지 수용 매체로 토너의 적합한 정착 성능을 보장하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 인쇄 시스템에서 토너의 장기적 현상 성능 및 이미지 수용 매체로 토너의 적합한 정착 성능을 보장하면서, 종래의 기계적 토너의 제조 방법에 의해 왁스가 토너에 균일하게 분산되는 토너를 제공하는 것이다.

본 발명의 추가 목적은, 중간 이미지 지지 수단으로부터 이미지 수용 매체로 토너의 전달 프로세스의 만족스러운 온도 범위를 제공하는 왁스를 포함하는 토너를 제공하는 것이다. 바람직하게, 토너에 의해 제공되는, 중간 이미지 지지 수단으로부터 이미지 수용 매체로 토너의 전달 프로세스의 온도 범위는 한편으로는 토너를 성공적으로 전달할 수 있고 본 기술분야에 공지된 대로 온도가 작은 변화를 나타낼 수 있고 다른 한편으로는 인쇄 시스템이 왁스를 포함하는 토너에 의해 오염되는 것을 방지하도록 충분히 넓어야 한다.

본 발명에 따르면, 이 목적은 토너 이미지를 현상하기 위한 토너에 의해 달성되는데, 상기 토너는, (i) 바인더 수지, (ⅱ) 무기 성분, 바람직하게 자기 성분, 및 (ⅲ) 바인더 수지에 미세하게 분산된 왁스를 포함하고, 왁스는 왁스 용융 전이를 가지는데, 상기 왁스 용융 전이의 온도 하한치는 시차 주사 열량계를 사용하여 측정된 DSC 온도기록도에서 온도 상승시 110 ℃ ~ 140 ℃ 이다. DSC 온도기록도에서 온도 상승시 상기 왁스 용융 전이는 시차 주사 열량계를 사용해 ASTM D3418 표준에 따라 상승시 10 ℃/분의 가열률로 측정되었다. 본원 전체에 걸쳐, "온도 상승시 왁스 용융 전이의 온도 하한치" 는, 달리 설명하지 않는 한, "TA 계기 Q2000 시차 주사 열량계를 사용해 ASTM D3418 표준에 따라 10 ℃/분의 가열률로 DSC 온도기록도에서 온도 상승시 측정되었을 때 최대 10 wt% 의 고체 왁스가 용융되는 온도" 로서 해석되어야 한다.

본 발명의 토너는 적어도 하나의 바인더 수지, 무기 성분 및 적어도 하나의 왁스를 포함한다. 본 발명의 토너는, 일부 서로 상충되는, 토너 이미지의 마찰 계수, 인쇄 시스템의 장기 오염, 토너 이미지의 정착 성능, 및 토너 중 왁스의 분산성은 고용융 전이 온도 범위, 더욱 바람직하게 이 용융 범위 내에서 급격한 용융 전이를 가지는 왁스를 사용함으로써 개선될 수 있는 장점을 제공한다. 본 발명과 관련해, 고용융 전이 온도 범위는, 토너 이미지가 이미지 수용 부재로 정착되는 온도보다 용융 전이 온도 범위가 높은 것을 의미한다. 중간 이미지 지지 수단이 사용되고 이미지화된 토너가 트랜스퓨즈 (transfuse) 단계에서 중간 이미지 지지 수단으로부터 이미지 수용 부재로 전달되는 경우에, 고용융 전이 온도 범위는, 토너 이미지가 이미지 수용 부재로 트랜스퓨즈되는 온도보다 용융 전이 온도 범위가 더 높은 것을 의미한다. 본 발명과 관련해, 용융 전이 온도 범위 내의 급격한 용융 전이는, 용융 전이 온도 범위가 비교적 좁은 것을 의미한다. 예를 들어, 용융 전이 온도 범위는 30 ℃ 이하일 수도 있다. 대안적 실시형태에서, 용융 전이 온도 범위는 20 ℃ 이하일 수도 있다.

고용융 왁스는, 상기 왁스 용융 전이의 온도 하한치가 110 ℃ ~ 140 ℃ 의 온도 범위에 있는 용융 전이를 가진다. 바람직하게, 고용융 왁스 용융 전이의 온도 하한치는 115 ℃ ~ 130 ℃ 의 온도 범위에 있다. 더욱 바람직하게, 고용융 왁스 용융 전이의 온도 하한치는 120 ℃ ~ 125 ℃ 의 온도 범위에 있다. 공지된 인쇄 시스템에서, 토너는 90 ℃ ~ 110 ℃ 의 정착 온도에서 이미지 수용 매체로 정착될 수도 있다. 본원에 사용된 대로, 용어 정착은 또한 트랜스퓨징을 포함할 수도 있다. 상기 고용융 왁스를 포함하는 토너를 사용하면, 인쇄 시스템의 장기 오염 또는 토너의 현상 성능 저하가 관찰되지 않았다. 왁스의 용융 전이가 110 ℃ 보다 낮은 온도에서 시작된다면, 현상 성능의 내구성은 감소한다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 왁스 용융 전이의 하한 온도는 적어도 110 ℃ 이상이다.

본원에서, 용융 전이의 하한 온도는, TA 계기 Q2000 시차 주사 열량계를 사용해 ASTM D3418 표준에 따라 온도 상승시 10 ℃/분의 가열률로 측정되었을 때, 고체 왁스의 최대 10 % 분획이 용융되는 온도로 정의된다. 바람직한 실시형태에서, 동일한 조건하에 측정되었을 때, 110 ℃ 에서 왁스의 용융된 분획은 최대 왁스의 5 % 이다.

왁스는 바인더 수지 중에 미세하게 분산된다. 토너 중 미세하게 분산된 왁스의 장점은, 정착 프로세스 중 왁스를 용융시킬 필요없이 토너 이미지의 마찰 계수가 낮다는 것이다. 결과적으로, 토너 이미지는 90 ℃ ~ 110 ℃ 의 정착 온도에서 이미지 수용 매체로 정착될 수도 있다. 왁스의 용융 전이의 하한 온도가 140 ℃ 보다 높다면, 용융 전이 범위는 지나치게 높아져서 토너에서 왁스의 양호한 분산성을 달성하고 토너의 만족스러운 정착 성능을 달성하기 어렵도록 한다. 왁스가 바인더 수지 중에 미세하게 분산되지 않는 경우에 토너 생산 수율은 감소된다. 토너 입자 중 굵은 왁스 범위는 취성이다. 결과적으로 토너 입자는 종래의 토너 입자의 제조 프로세스 (예컨대, 분류 단계) 중 토너 입자에서 굵은 왁스 범위의 위치에서 쉽게 파괴된다.

게다가, 본 발명의 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 왁스는 시차 주사 열량계를 사용해 측정되었을 때 최대 145 ℃ 의 온도 상한치를 가지는 좁은 왁스 용융 전이를 가질 수도 있고, DSC 온도기록도에서 온도 상승시 왁스 용융 전이는 TA 계기 Q2000 시차 주사 열량계를 사용해 ASTM D3418 표준에 따라 10℃/분의 가열률로 측정되었다. 본원에서, TA 계기 Q2000 시차 주사 열량계를 사용해 ASTM D3418 표준에 따라 온도 상승시 10 ℃/분의 가열률로 측정되었을 때, 고체 왁스의 적어도 90 % 분획이 용융되는 온도로 용융 전이의 상한 온도가 정의된다. 상기 좁은 왁스 용융 전이 범위는 하한 온도인 110 ℃ 와 상한 온도인 145 ℃ 사이에 있다. 110 ℃ ~ 145 ℃ 의 온도 범위에서 왁스의 좁은 용융 전이는, 왁스의 용융 전이 범위에서 피크 온도에 가까운 온도로 기계적 혼합 프로세스시 토너의 바인더 수지에 왁스가 분산될 수 있다는 장점을 제공한다. 결과적으로, 왁스는 종래의 기계적 혼합 프로세스에서 토너의 바인더 수지 중에 미세하게 분산될 수도 있다. 미세하게 분산된 왁스는 정착 프로세스 중 토너 이미지의 표면으로 왁스의 신속한 이동을 향상시킨다. 바람직한 실시형태에서, 왁스는 최대 140 ℃ 의 온도 상한치를 가지는 좁은 왁스 용융 전이를 가질 수도 있다. 더욱 바람직한 실시형태에서, 왁스는 최대 135 ℃ 의 온도 상한치를 가지는 좁은 왁스 용융 전이를 가질 수도 있다.

좁은 용융 왁스를 포함하는 토너는, 낮은 마찰 계수의 토너 이미지를 제공하면서, 왁스 없이 일반 (regular) 토너의 정착 온도와 유사하거나 가까운 온도로 이미지 수용 매체에 정착될 수도 있다. 토너 이미지의 마찰 계수는 정착 프로세스에서 추가로 감소될 수도 있다. 본 발명의 토너는, 인쇄된 토너 이미지의 마무리 프로세스에 충분한 개선된 인쇄 견고성을 제공한다.

본 발명의 토너는 종래의 기계적 프로세스에 의해 제조될 수도 있다. 토너 분말을 제조하는 종래의 방법은 용융물에서 구성성분을 혼합하고, 용융물을 냉각시킨 후, 이를 정확한 입도로 분쇄하여 분류하는 것이다. 왁스를 포함하는 토너는 분쇄에 맞게 되어 있고 인성과 취성에 대한 요건을 충족시킨다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 왁스는 산화 폴리알킬렌 왁스일 수도 있다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 이것의 조합물과 같은 폴리알킬렌 왁스의 사용이 통상적으로 알려져 있다. 폴리알킬렌 왁스는 무극성이고 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄과 같은 중간 극성 바인더 수지와 이 왁스의 화합성은 보통이다. 더욱이, 금속 산화물과 같은 무기 성분과 무극성 왁스의 화합성은 약할 수도 있다. 왁스 화합제의 첨가는 토너 매트릭스에 폴리알킬렌 왁스를 미세 분산시키는데 사용될 수도 있는데, 토너 매트릭스는 바인더 수지와 무기 성분을 포함한다. 그러나, 왁스 화합제는 또한 현상 수단의 장기 오염을 유발할 수도 있음을 발견하였다.

산화 폴리에틸렌 왁스는 더욱 극성이고, 이처럼, 토너 조성물에 왁스 화합제를 첨가하지 않고 바인더 수지에서 왁스의 화합성이 개선된다. 결과적으로, 토너에 미세하게 분산된 산화 왁스는 인쇄 시스템의 현상 수단에 양호한 내구성을 제공한다. 산화 폴리알킬렌 왁스는 카르복실산기와 같은 극성 말단기를 포함할 수도 있다. 극성 말단기는 토너의 매트릭스와 상호작용할 수도 있고, 토너의 매트릭스는 바인더 수지와 무기 성분, 바람직하게 자기 성분을 포함한다. 왁스의 말단기와 매트릭스 사이의 상호작용 때문에, 왁스는 매트릭스 내에 더 강하게 유지된다.

따라서, 왁스가 토너 매트릭스에서 빠져나가는 것을 방지하는 적어도 2 가지 메커니즘이 있다. 첫째로, 토너는 왁스 용융 전이의 온도 하한치 미만의 온도에서 용융되지 않거나 단지 조금만 용융된다. 왁스가 용융되지 않을 때 왁스는 토너 매트릭스에서 더 잘 유지될 수도 있다. 둘째로, 왁스는 토너 매트릭스와 상호작용하여서, 왁스는 토너 매트릭스에서 유지된다. 그 결과, 인쇄 시스템의 현상 수단의 오염은 본 발명에 따른 토너에 의해 효율적으로 방지될 수도 있다.

일 실시형태에서, 본 발명의 토너를 제조하기 위해서, 토너 중 왁스 용융 전이는 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 곡선에서 온도 상승시 흡열 엔탈피를 가지는데, 이것은 TA 계기 Q2000 시차 주사 열량계를 사용해 ASTM D3418 표준에 따라 10 ℃/분의 가열률로 측정된 DSC 곡선에서 온도 상승시 50 ℃ ~ 180 ℃ 의 온도 범위에서 토너 중 왁스 용융 전이의 총 흡열 엔탈피의 실질적으로 100 % 이다.

DSC 곡선에서 온도 상승시 토너 중 왁스의 총 흡열 엔탈피는 50 ℃ ~ 180 ℃ 사이에서 측정된다. 이 실시형태에 따르면 토너에 분산될 때 왁스의 전체 용융 범위가 중요하다. 적어도 110 ℃ 이상의 온도 하한치를 가지는 왁스 용융 전이에서 용융하는 흡열 엔탈피가 50 ℃ ~ 180 ℃ 사이의 온도 범위에서 토너 중 왁스의 총 흡열 엔탈피의 실질적으로 100 % 인 경우에, 토너는 인쇄 시스템에서 내구성 있는 장기 현상 성능을 제공한다.

토너는 적어도 하나의 바인더 수지, 예를 들어 열가소성 폴리머 또는 감압 (pressure-sensitⅳe) 폴리머를 포함한다. 통상의 바인더 수지는, 스티렌 폴리머, 스티렌 아크릴레이트와 같은 스티렌 코폴리머, 스티렌-부타디엔 코폴리머 및 스티렌 말레산 코폴리머, 셀룰로오스 수지, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 에폭시 수지 등이다. 토너 중 수지 바인더는 단일 성분 또는 다양한 바인더 수지의 혼합물일 수도 있다. 바람직하게, 바인더 수지는 200 ~ 100,000 의 중량 평균 분자량, 예를 들어 500 ~ 50,000 의 중량 평균 분자량, 더욱 바람직하게 1,000 ~ 30,000 의 중량 평균 분자량을 갖는다. 이 분자량은, 예를 들어, 이미지의 필요한 기계적 특성에 맞추거나 이미지 형성 프로세스의 고유 특성에 맞출 수도 있다. 바인더 수지의 유리 전이 온도는 45 ℃ ~ 85 ℃ 의 범위, 더욱 바람직하게 50 ℃ ~ 75 ℃ 의 범위, 또는 대안적으로, 55 ℃ ~ 80 ℃ 의 범위에 있다. 더욱더 바람직한 실시형태에서, 바인더 수지의 유리 전이 온도는 60 ℃ ~ 70 ℃ 의 범위에 있다.

예를 들어, 알맞은 에폭시 수지는 Epikote 수지 (Shell), 예로 Epikote 828, Epikote 838 및 Epikote 1001 이 있다. 게다가, 분자당 하나 이상의 에폭시기를 포함하는 많은 다른 에폭시 수지가 사용될 수도 있다. 이 에폭시 수지는 포화 또는 불포화, 지방족, 고리형 지방족, 방향족 또는 헤테로고리형일 수도 있고, 할로겐 원자, 히드록실기, 알킬, 아릴 또는 알카릴기, 알콕시기 등과 같은 치환기로 치환될 수도 있다. 본 발명에 따른 토너 분말에서 알맞은 페놀 화합물은 방향족 핵에 결합된 적어도 하나의 히드록실기를 가지는 화합물들이다. 주로 에테르화는 에폭시 수지와 페놀 화합물간 반응시 일어나서, 에폭시 수지를 형성한다. 그러나, 존재하는 모든 에폭시기가 페놀 화합물과 반응할 수도 있는 것은 아니므로, 수지 내에 미반응 에폭시기가 존재하도록 한다. 예를 들어, 에폭시 작용기의 HSE 효과 때문에, 또는 토너에 존재하는 다른 성분에 대한 수지의 반응성 때문에, 수지 내에 존재하는 유리 에폭시기의 양을 제어하는 것이 바람직할 수도 있다. 유리 에폭시기의 양은 차단제를 첨가함으로써 알맞게 제어될 수도 있다. 차단제는 에폭시기와 반응하는 화합물이어서, 에폭시기는 다른 작용기, 예를 들어 에테르 작용기로 변환된다. 그리하여, 에폭시기의 추가 반응이 방지된다. 예를 들어, 방향족 핵에 결합된 하나의 히드록실기를 가지는 페놀 화합물은 에폭시 수지의 차단 반응시 차단제로서 사용될 수도 있다.

차단제로서 알맞은 페놀의 예로는 페놀, p-큐밀페놀, o-tert.부틸페놀, p-sec.부틸페놀, 옥틸페놀, p-시클로헥실페놀 및 -나프톨이 있다. 다른 차단제로는, 예를 들어, 단일작용기 카르복실산이 또한 알맞다. 알맞은 카르복실산의 예로는 페닐아세트산, 디페닐아세트산 및 p-tert.부틸벤조산이 있다.

특정 폴리에스테르 수지의 선택은 토너 분말의 필요한 용도에 따른다. 알맞은 디올로는, 특히, 에테르화 비스페놀, 예로 폴리옥시에틸렌(2)-2,2-비스(4-히드록시페닐)-프로판, 폴리옥시프로필렌(3)-2,2-비스(4-히드록시페닐)-프로판, 폴리옥시프로필렌(3)-비스(4-히드록시페닐)-술폰, 폴리옥시에틸렌(2)-비스(4-히드록시페닐)-술폰, 폴리옥시프로필렌(2)-비스(4-히드록시페닐)-티오에테르 및 폴리옥시프로필렌(2)-2,2-비스(4-히드록시페닐)-프로판 또는 이 디올의 혼합물이 있고, 비스페놀의 분자당 복수의 옥시알킬렌기가 존재할 수도 있다. 이 개수는 바람직하게 평균적으로 2 ~ 3 개이다. 또한 에테르화 비스페놀과 (에테르화) 지방족 디올, 트리올 등의 혼합물을 사용할 수 있다. 알맞은 카르복실산의 예로는 프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산, 시클로헥산 디카르복실산, 푸마르산, 말레산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산 및 이 산들의 무수물이 있다. 또한 에스테르, 예컨대 이 카르복실산의 메틸 에스테르가 알맞다.

다른 실시형태에서, 바인더 수지는 폴리에스테르 수지와 에폭시 폴리머의 혼합물을 포함한다. 특히 본 발명에 따른 토너에서, 폴리에스테르 수지 및 에폭시 수지와 페놀 화합물의 반응 생성물간 비율은 80 : 20 ~ 20 : 80 사이에서 변할 수도 있고, 예로 70 : 30 ~ 30 : 70 사이에서 변할 수도 있고, 더욱 바람직하게 60 : 40 ~ 40 : 60 사이에서 변할 수도 있다. 본 실시형태에 따른 유리 전이 온도와 토너 분말의 융합 하한치 사이의 온도 차이는, 에폭시 반응 생성물을 첨가하지 않고 폴리에스테르 수지로 제조된 토너 분말의 융합 하한치와 유리 전이 온도 사이의 온도 차이와 비교해 또한 상당히 감소된다. 결과적으로, 분말 안정성이 유지되면서, 이런 토너 분말의 정착 온도는 더 낮아져서 정착을 위한 에너지 소비가 감소된다.

추가 실시형태에서, 폴리에스테르 수지는, 적어도 2,500, 예를 들어 2,500 ~ 250,000, 바람직하게 3,000 ~ 100,000, 더욱 바람직하게 5,000 ~ 50,000 의 수 평균 분자량을 갖는다. 에폭시 수지는 1,200 미만, 예를 들어 100 ~ 1,200, 바람직하게 200 ~ 500 의 수 평균 분자량을 가지고 에폭시 수지의 에폭시기는 적어도 60 %, 예를 들어 60 % ~ 100 %, 바람직하게 65 % ~ 95 %, 더욱 바람직하게 70 % ~ 90 % 에 대해 단일작용기 페놀 화합물에 의해 차단된다.

주로 에톡실화 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 프탈산 및 아디프산의 반응 생성물인 폴리에스테르 수지를 갖는 토너 분말이 특히 바람직하다. 더욱 바람직하게 프탈산은 테레프탈산 또는 이소프탈산이다. 이 종류의 토너 분말은 충분히 높은 유리 전이 온도를 가지고 또한 대단히 낮은 융합 하한치를 가져서, 이 토너 분말로 제조된 토너 이미지를 정착시키는데 필요한 에너지는 비교적 낮다.

추가 실시형태에서, 바인더 수지는 왁스에 대한 강한 친화력을 제공한다. 바인더 수지가 강한 친화력을 제공하는 경우에, 왁스는 토너에 더욱 강하게 유지된다. 더욱이, 바인더 수지가 강한 친화력을 제공하는 경우에, 왁스는 왁스와 더 잘 섞일 수도 있다. 토너 입자에 미세하게 분산된 왁스의 토너 표면을 향한 이동은 토너 중 바인더 수지에 대한 왁스의 친화력에 의해 제한된다. 결과적으로, 왁스를 함유한 토너의 현상 성능의 내구성은 증가된다. 왁스에 대한 바인더 수지의 친화력은 여러 가지 방식으로 관찰될 수도 있다. 예를 들어 왁스가 바인더 수지에 매우 미세하게 분산되는 경우, 왁스가 서브미크론 레벨의 범위를 가지는 경우, 이것은 바인더 수지와 왁스의 강한 친화력을 나타낸다.

다른 실시형태에서, 바인더 수지에서 왁스의 강한 상호작용은 미세하게 분산된 왁스의 용융 전이 범위의 온도 범위에서 토너의 상실 컴플라이언스 (J") 의 편차로 관찰될 수도 있다. 컴플라이언스의 상실은 G' 및 G" 로부터 얻는다. 계수 (G', G") 는 60 ℃ ~ 160 ℃ 의 온도 범위 내에서 그리고 임의의 주파수 범위 내에서 측정된다. 그 후, 발견된 곡선은 하나의 온도, 기준 온도에서 하나의 곡선으로 감소된다. 이 감소된 곡선으로부터 상실 컴플라이언스 (J") 는 주파수에 따라 계산된다. 토너의 상실 컴플라이언스 (J") 가 110 ℃ ~ 140 ℃ 의 용융 전이 범위에서 국부적 최소 피크를 가지는 경우, 바인더 수지는 왁스에 강한 친화력을 가지고 왁스는 토너에 더 양호하게 유지된다.

토너는 추가로 무기 성분을 포함한다. 무기 성분은 착색제, 자기 흡인성 입자 및/또는 전기 전도성 입자일 수도 있다. 무기 성분은 토너에서 안료로서 역할을 할 수도 있고 예컨대 자기 안료일 수도 있다. 무기 성분은 금속 입자, 금속 염의 입자 등일 수도 있다. 토너에서 무기 성분의 적합한 혼합에 의해 토너의 색상, 토너의 자기 특성 및/또는 토너의 전기 특성이 종래의 기계적 프로세스를 사용해 용이하게 조절될 수도 있다. 바람직하게, 무기 성분은 금속 염일 수도 있고, 예로 금속 산화물 또는 금속 황화물이 있지만 이에 국한되지 않는다. 바람직하게, 금속 염은 산화철, 산화니켈, 산화아연, 산화크롬, 산화망간, 산화코발트, 산화은, 황화철, 황화니켈과 같은 전이 금속의 염이다.

바람직하게, 무기 성분은 토너의 바인더 수지에 균일하게 분산되고, 토너의 바인더 수지에 무기 성분의 분산은 10 ㎛ 미만, 바람직하게 10 ㎛ ~ 0.05 ㎛, 더욱 바람직하게 5 ㎛ ~ 0.1 ㎛, 더욱더 바람직하게 2 ㎛ ~ 0.2 ㎛ 의 수 평균 직경을 가진다.

토너로 무기 성분을 첨가하면 토너 입자 내부에 왁스의 수용을 더욱 개선할 수도 있다. 토너 중 무기 성분은 적용된 왁스에 대해 친화력을 제공할 수도 있다. 토너의 표면을 향한 토너 입자에 미세하게 분산된 왁스의 이동은 토너 중 무기 성분에 대한 왁스의 친화력에 의해 제한될 수도 있다. 결과적으로 왁스를 함유한 토너의 현상 성능의 내구성이 증가된다. 어떤 이론에도 얽매이지 않으며, 왁스에 대한 무기 성분의 친화력은 무기 성분을 갖는 왁스 내 극성기들간 상호작용으로부터 유발되는 것으로 생각된다. 산화 폴리알킬렌 왁스는 극성기들, 예를 들어 카르복실산기를 포함할 수도 있다. 금속 산화물과 같은 무기 성분 역시 극성이다. 산화 왁스의 극성기와 무기 성분의 극성기는 상호작용할 수도 있고, 이것은 산화 왁스와 무기 성분 사이에 친화력을 유발할 수도 있다.

선택적으로, 산화 폴리알킬렌기의 카르복실산기는 다른 작용기, 예로 에스테르 작용기 또는 아미드 작용기로 변환될 수도 있다. 에스테르 작용기 또는 아미드 작용기 역시 극성일 수도 있고, 따라서 또한 무기 성분과 상호작용할 수도 있다. 왁스의 모든 카르복실산기가 변환될 수도 있고, 또는 카르복실산 작용기의 일부가 변환되어, 왁스 성분의 말단기를 변경할 수도 있다. 말단기의 성질 및 변환되는 카르복실산기의 퍼센트를 알맞게 선택함으로써, 왁스의 특성이 알맞게 조정될 수도 있다.

왁스에 대한 무기 성분의 친화력은 여러 가지 방식으로 관찰될 수도 있다. 예를 들어 왁스가 토너의 바인더 수지 중 무기 성분과 함께 범위를 형성하는 경우, 이것은 왁스와 무기 성분의 강한 친화력을 명확히 나타낸다.

대안적으로, 왁스의 용융 전이 온도를 초과했을 때 토너 조성물의 레올로지 거동이 친화력을 나타내는데 사용된다. 왁스의 용융 전이 온도를 초과했을 때, 미세하게 분산된 왁스는 용융되고, 이동하여 바인더 수지에 더 큰 왁스 범위를 형성하는 경향을 가질 것이다. 용융 왁스의 더 큰 범위 때문에, 토너 조성물의 상실 컴플라이언스 (J") 는 증가할 것이다. 왁스의 용융 전이 온도보다 높을 때 토너 조성물에 무기 성분을 첨가하여 토너 조성물의 더 안정적인 상실 컴플라이언스 (J") 를 초래하는 경우, 이것은 무기 성분이 토너 중 왁스의 이동을 방지 또는 적어도 지연시키는 것을 나타낸다.

산화 폴리알킬렌 왁스와 무기 성분 사이의 강한 상호작용은, 왁스가 무기 성분을 포함하는 토너 매트릭스에 강하게 유지되도록 한다. 왁스가 토너 매트릭스에 강하게 유지될 때, 인쇄 시스템의 현상 수단의 오염이 감소될 수도 있다.

왁스는 바인더 수지에 미세하게 분산된다. 특히 토너의 바인더 수지에 왁스의 분산시 왁스의 범위는 약 2 ㎛ 미만, 바람직하게 2 ㎛ ~ 0.01 ㎛, 더욱 바람직하게 1 ㎛ ~ 0.05 ㎛, 더욱더 바람직하게 0.5 ㎛ ~ 0.1 ㎛ 의 직경을 가질 수도 있다. 게다가, 토너의 바인더 수지에서 왁스의 분산성은 사용되는 왁스의 종류, 극성, 점도 등에 밀접하게 관련되어서, 바인더 수지에서 분산성이 우수한 고용융 왁스가 사용될 수 있다. 따라서, 고용융 토너의 제조 프로세스와 토너의 내구성은 또한 쉽게 개선될 수 있다.

본 발명에 따른 토너는 토너 이미지를 현상하기에 알맞다. 토너는 단일 성분 토너 또는 토너 미립자와 자기 캐리어를 포함하는 이성분 현상제일 수도 있다.

단일 성분 토너는 자기 흡인성 토너일 수도 있다. 자기 특성은, 자기 성분을 토너로 통합함으로써 토너에 제공될 수도 있다. 자기 성분은 마그네타이트, 페라이트 등일 수도 있다.

게다가, 토너는 카본 블랙, 안료 또는 염료로 이루어질 수도 있는 착색 재료를 또한 함유할 수도 있다. 안료 또는 염료는 무기물 또는 유기물 중 어느 하나일 수도 있다. 토너 분말은 또한 다른 첨가제를 함유할 수도 있는데, 이것의 성질은 토너 분말이 적용되는 방식에 의존한다. 따라서, 잠재된 자기 이미지의 현상을 위한 토너 분말, 자기 운반 수단에 의해 현상될 정전기 이미지로 공급되는 토너 분말, 또는 자기 잉크 문자 인식 (MICR) 적용을 위한 토너 분말은, 보통 30 ~ 70 wt% 의 양으로 자화가능한 또는 자기 재료를 또한 함유해야 할 것이다. 정전기 이미지의 현상에 사용되는 토너 분말은, 분말 입자에 적절한 양으로, 전기 전도성 재료, 예컨대 탄소, 산화주석, 구리 요오드화물 또는 그 밖의 다른 알맞은 전도성 재료를 미세하게 분배함으로써 또는 이를 분말 입자의 표면에 침착함으로써, 그 자체가 공지된 대로 전기 전도성을 또한 가지게 될 수도 있다. 토너의 전기 전도성 표면층은, a) 탄소 미립자, b) 금속 산화물 입자와 같은 전기 전도성 무기 성분, c) 도핑된 복합 전도성 폴리머와 같은 전기 전도성 폴리머, 또는 d) 이들 성분의 조합물로부터 선택된 성분을 포함할 수도 있다.

정전기 이미지의 현상을 위해, 캐리어 입자와 혼합된 토너 분말이 소위 이성분 현상제에서 사용된다면, 마찰 전기 충전시 토너 분말 입자가 현상될 정전기 이미지의 것과 반대인 극성을 가지는 전하를 띠게 하는 전하 제어제를 토너 분말 입자가 또한 함유할 수도 있다. 이 목적으로 알맞은 공지된 재료, 예컨대 철, 페라이트 또는 유리가 캐리어 입자로서 사용될 수 있고, 입자는 캐리어 입자를 완전히 또는 부분적으로 덮는 하나 이상의 층을 구비할 수도 있다.

공지된 재료가 자화가능한 재료 또는 자기 재료, 전기 전도성 재료 또는 전하 제어제에 사용될 수도 있다. 예를 들어 분말 안정성을 증가시키거나 유동 거동을 개선하도록 첨가하는 것이 또한 가능하다. 실리카는 예를 들어 이 목적을 위한 종래의 첨가제이다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 무기 성분이 자기 성분인 것이 바람직하다. 자기 성분을 사용함으로써 자기 단일 성분 현상 시스템에 알맞은 자기 흡인성 토너가 얻어진다. 고용융 왁스를 가지는 자기 단일 성분 토너는 단순하고 콤팩트한 현상 시스템을 제공하고, 현상 성능은 시간에 따라 일정하다. 바람직하게, 자기 성분은 토너의 바인더 수지에 균일하게 분산되고, 토너의 바인더 수지에서 자기 성분의 분산은 10 ㎛ 미만, 더욱 바람직하게 5 ㎛ 미만, 더욱더 바람직하게 2 ㎛ 미만의 수 평균 직경을 가진다.

특히 자기 성분을 포함하는 토너는, 10 mVs/㎖ ~ 50 mVs/㎖ 의 범위, 예로 10 mVs/㎖ ~ 40 mVs/㎖ 의 범위, 바람직하게 10 mVs/㎖ ~ 20 mVs/㎖ 의 범위 또는 대안적으로 25 mVs/㎖ ~ 35 mVs/㎖ 범위의 자화를 가질 수도 있다. 토너의 이 자화 범위는 바인더 수지에 적합한 양의 자기 성분을 분산시킴으로써 얻어질 수도 있음이 알려져 있다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 왁스의 점도는 140 ℃ 에서 적어도 0.5 Pa.s 인 것이 바람직하다. 1 Pa.s 의 하한치는 상승된 온도에서 용융 교반 프로세서 중 토너 혼합물에서 왁스의 분산을 향상시킨다. 점도가 140 ℃ 에서 1 Pa.s 보다 작은 경우에, 이것은 혼합하는 동안 토너의 바인더 수지에 덜 균일하게 분산된 왁스를 초래할 수도 있다.

추가 실시형태에서, 왁스의 점도는 140 ℃ 에서 최대 10 Pa.s 이다. 왁스의 점도가 140 ℃ 에서 10 Pa.s 보다 낮은 경우에, 이 왁스는 특정 인쇄 시스템에서 토너 입자의 기계적 전단 강성을 개선하는 것으로 발견된다.

토너 이미지 현상 프로세스에서 스트리핑 요소에 의한 회전 토너 브러시의 전단 하중처럼, 높은 전단율로 건조 토너 입자가 기계적으로 전단될 수도 있는 특히 고속 인쇄 시스템에서는, 인쇄 시스템에서 고용융 왁스를 포함하는 토너의 현상 성능이 개선될 수도 있다.

그리하여, 용융 온도 미만일 때 고체 왁스의 인성 또는 취성은 용융 온도 초과할 때 왁스의 점도와 관련된다는 관계가 결정되었다. 왁스가 140 ℃ 에서 10 Pa.s 보다 높은 점도를 가지는 경우에, 토너에서 상기 왁스의 사용은 높은 전단율로 필름 형성 (filming) 오염을 유발할 수도 있다. 따라서 토너 중 인성이 높은 고체 왁스는 고속 인쇄 프로세스시 필름 형성 오염을 초래할 수도 있다. 고용융 왁스, 140 ℃ 에서 10 Pa.s 보다 낮은 점도를 가지는 왁스를 토너에서 사용하는 것은, 높은 전단 하중, 예를 들어 왁스를 포함하는 토너가 전달 또는 융합 중 경험하는 전단 하중에서 고체 견고성을 개선하는 장점을 제공한다.

특정 실시형태에서, 왁스의 점도는 140 ℃ 에서 0.5 Pa.s ~ 10 Pa.s 의 범위에 있고, 바람직하게 왁스의 점도는 140 ℃ 에서 1.0 Pa.s ~ 8 Pa.s 의 범위에 있고, 더욱더 바람직하게 왁스의 점도는 140 ℃ 에서 2 Pa.s ~ 5 Pa.s 의 범위에 있다. 왁스의 점도는, CP50-2 기하학적 형상과 600 ㎛ 의 간극, 0.01 s^-1 ~ 1,000 s^-1 의 전달율 및 140 ℃ 의 온도로 Anton Paar MCR 301 기계를 사용해 결정된다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 폴리에틸렌 왁스와 같은 산화 폴리알킬렌 왁스는 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 온도기록도에서 온도 상승시 120 ℃ ~ 135 ℃ 의 온도 범위에서 용융 피크를 가지는 것이 바람직하고, DSC 온도기록도에서 온도 상승시 왁스 용융 전이는 TA 계기 Q2000 시차 주사 열량계를 사용해 ASTM D3418 표준에 따라 10 ℃/분의 가열률로 측정되었다.

본 발명에 따른 왁스의 DSC 온도기록도의 실시예가 도 2a 에 나타나 있다. 여기에서 사용된 왁스는 Honeywell 로부터 상업적으로 이용가능한 AC 330 이다. 온도기록도는 온도에 따라 샘플에 의해 흡수되는 열량을 보여준다. 도 2a 에 나타낸 DSC 온도기록도는 132.87 ℃ 에서 최대값을 가지는 단일 피크를 나타낸다. 이 최대값은 용융 피크이다. 이 온도에서, 샘플이 대부분의 에너지를 흡수하고, 따라서 흡열 에너지는 최대값을 나타낸다.

일 실시형태에서, 산화 폴리알킬렌 왁스는 1.0 ~ 3.5 의 다분산성 (D) 을 갖는다. 다분산성 (D) 은, 왁스의 중량 평균 분자량 (Mw) 과 왁스의 수 평균 분자량 (Mn) 사이의 비율이다. 용융 피크는, 흡열 엔탈피가 최대값을 가지는 DSC 곡선에서 온도 상승시의 온도이다. 약 3.5 미만의 다분산성 (D) 을 갖는 상기 고용융 피크의 조합은 고용융 산화 폴리에틸렌 왁스를 제공하는데, 이것은 110 ℃ 미만에서 실질적으로 왁스를 용융시키지 않는 요건을 충족시킨다. 왁스의 용융 피크 온도는 왁스의 용융 전이 범위의 하한 온도에 가까워서 왁스는 토너에 좁은 용융 전이를 제공한다. 약 3.2 미만의 다분산성을 가지는 상기 왁스의 좁은 용융은 가열될 때 빠른 용융을 제공하고, 또한 용융 점도의 신속한 감소를 야기한다. 이런 식으로 토너의 바인더 수지에서 왁스의 분산성과 토너의 정착 성능의 균형을 맞출 수 있게 되고 현상 수단의 오염을 방지할 수 있게 된다.

추가 실시형태에서, 산화 폴리에틸렌 왁스는 더욱 바람직하게 1.5 ~ 3.5 의 다분산성을 가질 수도 있다. 1.5 보다 낮은 다분산성은 통상적으로 이용가능한 산화 폴리에틸렌 왁스의 부가적인 재분별 프로세스를 요구한다. 이러한 재분별된 왁스는, 또한 더 낮은 생산 수율을 유발하는 왁스의 추가 프로세싱에 의해 얻어지기 때문에 더욱 비경제적일 수도 있고 심지어 경제적으로 실현불가능할 수도 있다. 추가 실시형태에서, 산화 폴리에틸렌 왁스는 더욱 바람직하게 1.5 ~ 3.3 의 다분산성을 가질 수도 있다. 또다른 실시형태에서, 산화 폴리에틸렌 왁스는 더욱 바람직하게 1.5 ~ 3.0 의 다분산성을 가질 수도 있다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 왁스는 5 ~ 50 ㎎ KOH/g 의 산가를 가지는 것이 바람직하다. 바인더 수지에서 분산성, 무기 성분과 왁스의 친화력 및 종래의 기계적 프로세스를 사용함으로써 높은 수율로 토너 조성물을 얻는 것과 같은 특성의 균형을 더욱 개선하도록, 왁스의 산가는 5 ~ 50 ㎎ KOH/g 의 범위 내에 있다. 왁스의 산가가 5 ㎎ KOH/g 보다 낮은 경우에, 토너의 바인더 수지에서 왁스의 분산 크기는 2.0 ㎛ 보다 크게 되고 토너의 생산 수율은 감소된다. 왁스의 산가가 50 ㎎ KOH/g 보다 높은 경우에 토너에서 무기 성분을 분산하는 것이 더 어렵게 된다.

추가 실시형태에서, 왁스의 산가가 10 ~ 40 ㎎ KOH/g 범위 내에 있는 것이 더욱더 바람직하다. 상기 범위의 산가를 가지는 왁스는, 토너 조성물에서 다른 성분들의 혼합을 방해하지 않으면서, 토너 조성물의 더욱 양호하게 균형잡힌 생성 프로세스를 제공하고, 바인더 수지에서 왁스를 적합하게 분산시킨다. 추가 실시형태에서, 왁스의 산가는 20 ~ 35 ㎎ KOH/g 의 범위 내에 있다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 바인더 수지는 5 ㎎ KOH/g ~ 50 ㎎ KOH/g 의 산가를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 바인더 수지는 6 ㎎ KOH/g ~ 40 ㎎ KOH/g, 예로 8 ㎎ KOH/g ~ 25 ㎎ KOH/g 또는 15 ㎎ KOH/g ~ 35 ㎎ KOH/g 의 산가를 가진다. 더욱 바람직하게, 바인더 수지는 7 ㎎ KOH/g ~ 20 ㎎ KOH/g, 예로 7 ㎎ KOH/g ~ 10 ㎎ KOH/g 또는 9 ㎎ KOH/g ~ 16 ㎎ KOH/g 의 산가를 가진다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 상기 왁스 분산은 0.2 ㎛ ~ 3 ㎛ 범위의 수 평균 직경, 예로 0.5 ㎛ ~ 2 ㎛ 범위의 수 평균 직경을 가지는 것이 바람직하다. 평균 직경의 하한치에서, 정착 성능은 더욱 불량하게 된다. 이것은, 왁스의 분산된 크기가 너무 작아진다면, 분산된 왁스는 토너 이미지의 표면으로 이동하는데 더 많은 시간을 필요로 한다는 것을 나타낸다. 더욱이 0.2 ㎛ 보다 작은 직경에서, 왁스는 토너의 표면에 축적되기보다는 루스하게 (loose) 될 수도 있다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 왁스는 0.97 ~ 1.00 g/㎤ 범위의 밀도를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 고밀도 왁스는, 저온에서 고체 왁스가 토너 이미지의 인쇄 견고성을 더 개선시키는 장점을 제공한다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 곡선에서 온도 상승시 왁스가 상기 용융 전이 범위에서 적어도 200 J/g 의 흡열 엔탈피를 가지는 것이 바람직하다. 고용융 왁스의 흡열 엔탈피는 고체 왁스의 결정도에 관련된다. 토너 이미지의 인쇄 견고성과 장기 현상 성능 양자는 적어도 200 J/g 의 높은 흡열 엔탈피를 가지는 왁스에 의해 균형이 맞추어진다. 고용융 왁스의 결정도는 약 294 J/g 인 100 % 결정형 폴리알킬렌 왁스의 흡열 엔탈피 이론을 적용함으로써 추정될 수 있다. 계산 방법 ([엔탈피 열 [Hm] j/g / 294 J/g] x 100 = 결정화도) 을 이용해, 본 발명의 고용융 왁스는 적어도 70 % 이상의 추정된 결정도를 가진다. 예를 들어, 도 2a 에 나타낸 Honeywell 로부터 상업적으로 이용가능한 왁스 AC 330 의 DSC 온도기록도에서, 이 왁스의 엔탈피는 210.7 J/g 인 것을 나타낸다.

본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명의 토너를 제조하기 위해서, 토너의 전체 중량을 기반으로 왁스의 양은 1 wt% ~ 10 wt% 이다.

왁스의 양이 1 wt% 미만인 경우에, 왁스의 충분한 효과를 얻을 수 없다. 다른 한편, 왁스의 양이 10 wt% 이상이라면, 토너 조성물에서 왁스의 미세 분산을 얻지 못할 수도 있다.

바람직하게, 왁스의 양은 토너의 전체 중량을 기반으로 3 wt% ~ 8 wt% 이다. 더욱 바람직하게, 왁스의 양은 토너의 전체 중량을 기반으로 4 wt% ~ 7 wt% 이다.

일 실시형태에서, 무기 성분의 양은 토너의 전체 중량을 기반으로 30 wt% ~ 70 wt% 이다. 무기 성분의 양은 현상 프로세스에 적용된 자기력과 관련된다. 자기 성분의 양이 30 wt% 미만이라면, 현상 성능을 얻지 못할 수도 있다. 다른 한편, 자기 성분의 양이 70 wt% 를 초과하면 자기 성분의 분산이 문제가 있을 수도 있고, 또한 현상 수단에 토너의 축적을 유발할 수도 있다. 더욱 바람직하게, 자기 성분의 양은 40 wt% ~ 60 wt% 이다. 더욱더 바람직하게, 자기 성분의 양은 45 wt% ~ 55 wt% 이다.

게다가, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 토너를 제조하기 위해서, 바인더 수지, 자기 성분 및 왁스가 용융 교반 프로세스에 의해 혼합되는 것이 바람직하다. 본 발명의 좁은 용융 왁스는 왁스의 용융 범위의 피크 온도에 가까운 온도에서 용융 교반 프로세스시 적합하게 혼합할 수 있다. 왁스의 용융 범위의 피크 온도 가까이에서 용융 교반 프로세스는, 왁스의 분산 및 토너의 바인더 수지에서 자기 성분의 혼합을 균형을 맞추도록 충분한 기계적 전단을 제공한다.

본 발명의 다른 양태에서, 본 발명은 이미지 수용 매체에 토너를 적용하기 위한 인쇄 시스템에 관한 것으로, 상기 토너는:

(i) 바인더 수지,

(ⅱ) 무기 성분, 바람직하게 자기 성분, 및

(ⅲ) 바인더 수지에 미세하게 분산된 왁스를 포함하고, 왁스는 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 곡선에서 온도 상승시 110 ℃ ~ 140 ℃ 의 온도 범위에서 왁스 용융 전이를 가지고, 상기 왁스 용융 전이의 온도 하한치는 적어도 110 ℃ 이상이고,

상기 인쇄 시스템은:

(A) 작동시 토너 이미지를 현상하기 위해 구성된 현상 수단,

(B) 작동시 제 1 전달 구간에서 현상 수단으로부터 중간 이미지 지지 수단으로 토너를 전달하고 제 2 전달 구간에서 중간 이미지 지지 수단으로부터 이미지 수용 매체로 토너를 전달하기 위해 구성된 중간 이미지 지지 수단을 포함한다.

고용융 왁스를 선택함으로써, 개선된 토너 이미지 견고성과 현상 성능 유지의 균형을 맞추기 위한 토너 인쇄 시스템이 얻어진다.

본 발명의 토너는 넓은 온도 범위에서 수용 재료에 만족스럽게 전달될 수 있다. 본 발명에 따른 토너가 사용될 수도 있는 인쇄 시스템이 토너를 이미지 수용 매체로 전달하도록 2 단계 절차를 포함하는 경우에, 인쇄 시스템은 중간 이미지 지지 수단을 포함할 수도 있다. 이러한 인쇄 시스템에서, 토너는 제 1 전달 구간에서 중간 이미지 지지 수단으로 전달될 수도 있고 제 2 전달 구간에서 중간 이미지 지지 수단으로부터 이미지 수용 부재로 전달될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 특히 토너 이미지는 현상 수단에 의해 현상될 수도 있고 상기 현상된 토너 이미지는 20 ℃ ~ 60 ℃ 의 온도 범위에서 제 1 전달 구간에서 중간 이미지 지지 수단으로 전달될 수도 있다. 특히, 제 2 전달 구간에서 중간 이미지 지지 수단으로부터 이미지 수용 매체로 토너 이미지의 전달은 80 ℃ ~ 110 ℃ 의 온도 범위에서 수행될 수도 있다. 그러나, 본 발명에 따른 토너는 이미지 수용 매체로 토너를 전달하도록 2 단계 절차를 적용하는 인쇄 시스템에서 단지 사용하기에 알맞은 토너에 제한되지 않는다. 토너는 토너 이미지가 중간 이미지 지지 수단을 사용하지 않으면서 이미지 수용 매체로 전달되는 인쇄 시스템과 같은 다른 인쇄 시스템에서 또한 적용될 수도 있다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 인쇄 시스템은 (C) 정착 압력 및 정착 온도를 적용함으로써 작동시 이미지 수용 매체로 토너를 정착시키도록 구성된 정착 수단을 더 포함한다. 토너의 정착은 중간 이미지 지지 수단으로부터 이미지 수용 매체로 토너의 전달과 동시에 협동 작용하여 수행될 수도 있다. 이 실시형태는 토너를 이미지 수용 매체로 전달 및 정착하기 위한 콤팩트하고 단순한 구성을 가능하게 한다.

다른 실시형태에서, 정착 수단은 제 2 전달 구간으로부터 이격되어 배치되고, 이미지 수용 매체에 토너 이미지의 전달 후 토너 이미지가 이미지 수용 매체로 정착된다. 이 실시형태는 정착 수단을 조절하도록 더 큰 작동 자유도를 제공한다. 예를 들어 더 낮은 전달 온도를 유지하면서, 정착 온도는 증가될 수도 있다. 또한 부가적으로 오일과 같은 유체 이형제는, 정착 온도 관용도 (latitude) 및/또는 정착 속도를 개선하기 위해서 정착 중에 제공될 수도 있다.

바람직한 실시형태에서, 인쇄 시스템은 2 개의 이미지 형성 유닛을 포함하고 2 개의 이미지는 작동시 제 2 전달 구간에서 2 개의 중간 이미지 지지 수단으로부터 이미지 수용 매체의 양쪽 대향면으로 동시에 전달될 수도 있다. 제 2 전달 구간에서 전달 닙은 제 2 전달 구간 가까이에서 2 개의 중간 이미지 지지 수단을 배열함으로써 형성된다. 2 개의 중간 이미지 지지 수단은 제 2 전달 구간에서 이미지 수용 매체와 작동시 접촉하도록 구성된다. 정착 수단은 전달 구간으로부터 이격 배치되고 작동시 이미지 수용 매체의 대향측 중 적어도 하나로 적용된 토너 이미지를 정착하도록 구성된다. 결과적으로 양 토너 이미지는 이미지 수용 매체에 동시에 정착될 수도 있다.

전달 중, 폴딩 (folding) 및 러빙 (rubbing) 과 같은 기계적 하중 하에, 발생하더라도 거의 제거되지 않도록 토너 이미지가 정착될 수도 있다. 이 조건에서 정착 온도는 최소 에너지 소비와 관련해 가능한 한 낮아야 한다. 대안적으로, 토너 이미지는 120 ℃ ~ 180 ℃ 의 온도 범위에서 이미지 수용 매체로 정착될 수도 있다. 바람직하게, 토너 이미지는 125 ℃ ~ 170 ℃ 의 온도 범위에서 이미지 수용 매체로 정착될 수도 있다. 더욱 바람직하게, 토너 이미지는 130 ℃ ~ 160 ℃ 의 온도 범위에서 이미지 수용 매체로 정착될 수도 있다. 상기 정착 온도는, 토너 이미지를 추가로 평탄화시키고 그리고/또는 토너 이미지의 표면에 왁스를 축적함으로써 인쇄 견고성을 더욱더 개선할 수도 있다.

바람직하게, 토너 분말의 동작 범위가 너무 넓어서 정착 스테이션에서 발생하는 임의의 온도 불균등에 주의해야 할 수도 있다. 토너 분말의 동작 범위는 융합 하한치, 즉 토너 이미지가 여전히 충분히 정착되는 가능한 최저 정착 온도와 융합 상한치, 즉 예를 들어 고온 롤 정착 방법을 사용해 정착 롤러 ("고온 롤") 에 토너가 침착되지 않는 최대 정착 온도 사이의 온도 범위로 정의된다.

본 발명의 다른 양태에서, 본 발명은 토너를 제조하는 방법에 관한 것으로, (i) 바인더 수지를 선택하는 단계, (ⅱ) 무기 성분, 바람직하게 자기 성분을 선택하는 단계, (ⅲ) 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 온도기록도에서 온도 상승시 110 ℃ ~ 140 ℃ 의 온도 범위에서 왁스 용융 전이를 가지는 왁스를 선택하는 단계로서, 상기 왁스 용융 전이의 온도 하한치가 적어도 110 ℃ 이상인 단계;

(ⅳ) 80 ℃ 를 초과하는 온도에서 용융 교반 프로세스로 무기 성분 및 바인더 수지를 혼합하여서, 자기 성분이 바인더 수지에 분산되고, 상기 자기 성분 분산은 5 ㎛ 미만, 더욱 바람직하게 2 ㎛ 미만의 수 평균 직경을 가지는 단계,

(v) 110 ℃ ~ 140 ℃ 사이의 용융 온도 범위에서 용융 교반 프로세스로 바인더 수지에 왁스를 혼합하여서, 왁스가 바인더 수지에 미세하게 분산되는 단계를 포함한다.

특히, 토너의 바인더 수지에서 왁스의 분산시 왁스의 범위는 약 2 ㎛ 미만의 직경을 가질 수도 있다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시형태에서, 단계 (ⅳ) 에서 무기 성분이 바인더 수지와 혼합된 후 바인더 수지에 왁스를 혼합하는 단계 (v) 가 수행된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시형태에서, 바인더 수지의 용융물과 왁스를 혼합하는 단계 (v) 보다 낮은 온도에서 무기 성분과 바인더 수지를 혼합하는 단계 (ⅳ) 가 수행된다.

토너의 인쇄 프로세스에 의해 제공되는 토너 이미지의 견고성을 개선하기 위한 고용융 왁스를 포함하는 토너의 실시형태는 주요 성분인 바인더 수지, 무기 성분과 왁스, 선택적 성분인 표면 코팅과 착색제, 및 얻어진 토너의 특성에 대해 이하 구체적으로 설명될 것이다.

본 발명은 하기 실시예를 이용해 상세히 설명될 것이다. 다음 상세한 설명은 단지 예시이고 본 발명의 범위는 달리 명시되지 않는다면 다음 상세한 설명에 의해 제한되지 않음을 당연히 인식할 것이다.

도 1 은 2 개의 이미지 형성 유닛을 포함하는 인쇄기를 보여주는 도면이다.
도 2a 는 실시예 3 의 토너에 사용되는 왁스 가열의 제 1 주사 중 DSC 곡선이다.
도 2b 는 실시예 3 에 따른 토너의 DSC 곡선으로, 토너에서 왁스 AC-330 의 왁스 용융 전이와 토너 바인더 수지의 Tg 를 보여준다.
도 3a 는 실시예 6 의 토너에서 사용되는 왁스 가열의 제 1 주사 중 DSC 곡선이다.
도 3b 는 실시예 6 에 따른 토너의 DSC 곡선으로, 토너에서 왁스 AC-316 의 왁스 용융 전이와 토너 바인더 수지의 Tg 를 보여준다.
도 4 는 비교예 1 의 토너에 사용되는 왁스 가열의 제 1 주사 중 DSC 곡선이다.
도 5 는 비교예 7 의 토너에 사용되는 왁스 가열의 제 1 주사 중 DSC 곡선이다.
도 6 은 비교예 6 의 토너에 사용되는 왁스 가열의 제 1 주사 중 DSC 곡선이다.
도 7 은 100 rad/s 로 측정된 실시예 12 내지 실시예 14 의 토너의 상실 컴플라이언스를 보여준다.

인쇄 시스템

도 1

도 1 은 2 개의 이미지 형성 유닛들 (6, 8) 을 포함하는 인쇄기 (100) 를 보여주는 도면이다. 이 인쇄기는 미국 특허 US 6,487,388 에 공지되어 있다. 이 실시형태에서, 인쇄기는 이미지 수용 매체 (48; 도시됨) 의 루스한 시트에 인쇄하도록 장착된다. 이를 위해, 인쇄기는 클램핑 요소 (44, 46) 를 갖추고 있다. 다른 실시형태에서 (미도시), 인쇄기는 무단 (endless) 이미지 수용 매체에 인쇄하도록 변경되었다. 현상 수단 (6, 8) 은 이미지 수용 매체 (48) 의 전면 (52) 과 후면 (54) 각각에 이미지를 형성하는데 사용될 수도 있고, 상기 이미지는 단일 전달 닙 (50) 의 레벨에서 이 매체로 전달된다.

토너 현상 수단 (6) 은 일렬의 개별 인쇄 요소들 (미도시), 이 실시형태에서는 일렬의 소위 전자 총 (electron guns) 으로 이루어진 기록 헤드 (18; writing head) 를 포함한다. 이 기록 헤드의 적용에 의하여, 잠재된 정전기 전하 이미지가 현상 부재 (10) 의 표면 (11) 에 생성될 수도 있다. 가시적 분말 이미지는 이 생성 터미널 (20) 내부의 토너를 사용해 이 전하 이미지에 생성된다. 이 토너는 소성 변형가능한 수지를 기반으로 한 코어를 가지는 개별 토너 입자로 이루어진다. 토너 입자는 수지 내에 분산되는 자기 성분을 또한 포함한다. 입자는 그것의 충전을 제어하기 위해서 외부에 코팅된다. 일차 전달 닙 (12) 의 레벨에서, 가시 분말 이미지가 중간 이미지 지지 수단 (14) 으로 전달된다. 이 수단 (14) 은 티슈 (tissue) 에 의해 지지되는 실리콘 고무로 이루어진 벨트이다. 표면 (11) 상의 토너 잔류물은 세척 터미널 (22) 의 적용에 의해 제거되고, 그 다음에 충전 이미지는 소거 요소 (16) 에 의해 소거된다. 토너 현상 수단 (8) 의 대응하는 요소는 유닛 (6) 의 요소와 동일한 도면 부호를 사용해 표시되지만 20 단위만큼 증가된다 (언급한 특허에서 상세히 설명한 바와 같음).

중간 이미지 지지 수단 (14, 34) 에 형성된 이미지는 전달 닙 (50) 의 레벨에서 이미지 수용 매체 (48) 로 전달된다. 이를 위해, 중간 이미지 지지 수단 양자는 인쇄 롤러 (24, 25) 의 적용에 의해 이미지 수용 매체와 접촉하도록 구성되고, 이미지는 이 압력, 열 및 전단 응력 때문에 매체 (48) 로 전달되어 융합된다. 이를 위해, 이미지 수용 매체는 터미널 (56) 에서 예열되고 중간 이미지 지지 수단 자체는 롤러 (24, 25) 에 위치한 가열원에 의해 가열될 것이다 (미도시). 전달 닙 (50) 너머에서, 중간 이미지 지지 수단은 냉각 터미널 (27, 47) 에서 냉각된다. 이것은 중간 이미지 지지 수단이 일차 전달 닙 (12, 32) 각각의 레벨에서 너무 뜨거워지는 것을 막는다. 인쇄기가 대기 상태일 때, 중간 이미지 지지 수단의 온도는 닙 (50) 에서 적합한 트랜스퓨즈 단계에 대해서보다 낮다. 다음 이미지 수용 매체를 인쇄할 필요가 있는 시기를 알자마자, 대응하는 중간 이미지 지지 매체를 가열하기 위해서 롤러 (24, 25) 에 위치한 가열 요소로 신호가 통과할 것이다.

US 5,970,295 에 공지된 대로, 이미지 수용 매체 (48) 의 공급 (feed-through) 방향으로 양 이미지는, 양 기록 헤드 (18, 38) 의 기록 순간뿐만 아니라 현상 부재 (10, 30) 및 중간 이미지 지지 수단 (14, 34) 의 회전 속도를 체크함으로써 서로 일치하게 된다.

도시된 실시형태에서, 중간 이미지 지지 수단은 롤러 (26, 46) 를 통하여 구동된다. 따라서 중간 이미지 지지 수단 (14, 34) 의 회전 속도가 제어되고 동일하게 유지될 것이다. 현상 부재 (10, 30) 는 자체 구동 설비를 가지지 않고 전달 닙 (12, 32) 각각에서 중간 수단간 기계적 접촉에 의해 구동된다. 양 세트의 중간 이미지 지지 수단과 이미지 수용 매체는 결코 정확히 동일한 길이가 아니므로, 기록 헤드 (18) 를 사용한 잠재 이미지의 기록과 도시된 구동을 위한 이차 전달 닙 (50) 에서 대응하는 토너 이미지의 전달 사이에 경과한 시간은, 기록 헤드 (38) 를 사용한 잠재 이미지의 기록과 이차 전달 닙 (50) 에서 대응하는 토너 이미지의 전달 사이에 경과한 시간과 항상 상이할 것이다. 이 시간 차이는, 어느 하나의 기록 헤드의 기록 순간을 맞추어줌으로써 보상될 수 있다.

분석

왁스 및 왁스를 포함하는 토너의 DSC 온도기록도는 TA 계기 Q2000 시차 주사 열량계를 사용해 ASTM D3418 표준에 따라 상승시 10 ℃/min 의 가열률로 시차 주사 열량계를 사용해 결정된다. 흡열 엔탈피는 가열의 제 1 주사 및 제 2 주사 중 측정된다. 왁스 용융 전이의 하한 온도와 상한 온도는 가열의 제 1 및 제 2 주사 양자로부터 얻어진다. 가열의 제 2 주사와 비교해, 가열의 제 1 주사 중 측정된 온도 하한치 및/또는 온도 상한치에 편차가 있는 경우, 온도 하한치와 온도 상한치 각각의 두 값의 평균이 사용되었다. 왁스 및 왁스를 포함한 토너의 결정화 엔탈피는 10 ℃/min 의 냉각률로 시차 주사 열량계를 사용해 냉각시 측정된다.

토너 전달의 동작 범위는, 분말 이미지의 완전한 전달 및 양호한 접착이 얻어지는 온도 범위를 측정함으로써 특정 기기에 대해 쉽게 결정될 수 있다. 특정 토너 분말의 동작 범위의 위치 및 크기를 타당하게 표시하는 것은, 토너 분말의 점탄성 특성을 측정함으로써 얻어질 수 있다. 일반적으로 말하면, 토너 분말의 동작 범위는, 본 발명에 따른 프로세스를 수행하는데 사용되는 기기에서 상호 접촉시간의 0.5 배인 주파수로 측정했을 때, 토너 분말의 상실 컴플라이언스 (J") 가 10^-4 ~ 10^-6 ㎡/N 인 온도 범위에 대응한다.

토너 분말의 점탄성 특성은 TA 계기에 의해 ARES 유동계에서 측정되고, 계수 G' 및 G" 는 다수의 다른 온도에서 주파수에 따라 결정된다. 계수 G' 및 G" 는, 60 ℃ ~ 160 ℃ 의 온도 범위, 40 ~ 400 rad s^{- 1} 의 주파수 범위 및 1 % 의 변형률로 측정된다. 그 후, 발견되는 곡선은 하나의 온도, 기준 온도에서 하나의 곡선으로 감소된다. 이 감소된 곡선으로부터, 상실 컴플라이언스 (J") 는 주파수에 따라 계산된다. 그 후, 동작 범위의 융합 하한치 및 융합 상한치 온도 (각각 J" = 10^-6 및 J" = 10^-4 ㎡/N) 의 변위 계수는 상실 컴플라이언스-주파수-곡선으로부터 판독될 수 있다. 그 후, 동작 범위의 융합 하한 온도와 융합 상한 온도는 상이한 온도에서 발견되는 변위 계수에 따르는 WLF 식에 의해 계산될 수 있다.

바인더 수지와 왁스의 중량 평균 분자량은 UV 및 굴절률 검출과 GPC 측정에 의해 결정된다. 왁스에 대한 GPC 측정을 위해, Viscotekk TriSEC 2.7 소프트웨어 및 PL 13 ㎛ 혼합 올렉시스 (olexis) 칼럼을 구비한, Viscotek 220R 점도계를 갖는 Varian PL-GPC220 이 사용되었다. 1,2,4-트리클로로벤젠은 용리제로서 사용되었고 GPC 칼럼 오븐은 160 ℃ 이었다.

폴리에스테르 수지는, Viscotekk TriSEC 3.0 소프트웨어와 일 세트의 4 x PL 겔 혼합-C (5 ㎛) 칼럼 및 PL-겔 보호 칼럼 (5 ㎛) 을 구비한, Viscotek 220R 점도계를 갖는 Varian PL-GPC 220 에 의해 분석되었다. 칼럼 온도는 30 ℃ 이었고 TDA-검출기 온도는 30 ℃ 이었다. 5 wt% 아세트산이 첨가된 THF (Rathburn, HPLC 등급) 는 1 ㎖/분의 유량으로 용리제로서 사용되었다. 에폭시 폴리머는 폴리에스테르 수지로서 분석되었지만, 사용된 칼럼은 2 x PL-겔 혼합 E (3 ㎛) 칼럼 및 PL-겔 보호 칼럼 (5 ㎛) 이었다.

토너 바인더 수지 중 왁스의 분산 특성은 압출된 토너 혼합물의 SEM 화상을 사용함으로써 분석된다. SEM 화상은 SEM JSM 6500 F 기계를 사용해 발생되었다. 왁스 범위의 평균 분산 크기는 압출된 토너 혼합물 및 분류된 토너 입자의 SEM 화상을 사용해 결정된다.

토너 바인더 수지에서 산화철 입자의 분산 특성은 압출된 토너 혼합물의 SEM 화상을 사용함으로써 분석된다. 산화철의 평균 분산 크기는 SEM 화상을 사용해 결정된다. 또한, 바인더 수지 중 분산의 균일성 또는 불균질성에 대해 표시된다.

토너 분말의 자화는 LakeShore 7300 유형의 진동 샘플 자력계를 사용해 결정된다. 포화 자화값은, 포화될 때까지 10 킬로 에르스텟에서 자기장이 자기 분말에 인가되는 조건하에 자기 메모리의 양으로 정의될 수 있다. (자기) 토너 분말의 포화 자화값은 분말의 히스테리시스 곡선을 분석함으로써 계산될 수 있다.

압축된 분말 칼럼의 dc 저항을 측정함으로써 일반적으로 공지된 방식으로 저항이 측정될 수도 있다. 이를 위해, 2.32 ㎠ 의 베이스 표면적 (강 베이스) 과 2.29 ㎝ 의 높이를 가지는 원통형 셀이 사용된다. 토너 분말은 반복적으로 토너를 첨가하고 각각의 첨가 사이에 단단한 표면에서 셀을 10 회 두드려줌으로써 강제로 압축된다. 이 프로세스는, 토너를 더 이상 압축할 수 없을 때까지 (전형적으로 첨가하고 3 회 두드려 준 후) 반복된다. 다음에, 2.32 ㎠ 의 표면적을 가지는 강 도체가 분말 칼럼의 상단에 적용되고 10 V 의 전압이 칼럼을 가로질러 적용되고, 그 후 통과하도록 허용되는 전류의 세기가 측정된다. 이것은 저항계에서 칼럼의 저항을 결정한다.

토너의 제조

실시예 1

88 중량부의 폴리에스테르 수지 (에톡실화 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 프탈산과 아디핀산의 반응 생성물, 산가: 8 ㎎ KOH/g, Tg: 57 ℃) 와 88 중량부의 에폭시 폴리머의 혼합이 추후에 예비혼합기와 용융 교반 혼합기에서 수행되었다. 에폭시 폴리머는 Epikote 828 유도체이다. Epikote 828 수지는 5.32 의 에폭시기 함량을 갖는다. 수지의 에폭시기 함량을 낮추기 위해서, Epikote 828 수지와 파라-페닐페놀을 반응시킴으로써 존재하는 유리 에폭시기의 80 %가 에테르 작용기로 변환되어, 1,100 g/mol 의 Mn 및 1,400 g/mol 의 Mw 및 49 ℃ 의 Tg 를 가지는 수지로서 Epikote 828 유도체를 생성한다. 그러면, 200 중량부의 자기 안료 Bayoxide, LanXess (독일) 로부터의 산화철 (Fe₃0₄) 이 혼합물에 첨가되었고, 바인더 수지에 균질하게 분산되어 혼합되었다. 그 후, Honeywell 로부터의 24 중량부의 고밀도 산화 폴리에틸렌 AC395a 는 혼합물에 첨가되었고 바인더 수지에 균질하게 분산되었다.

그 후, 얻은 혼합물은 제트 분쇄기에서 밀링된 후, 15 ㎛ 의 체적 중간 평균 입도를 가지는 토너 입자를 제공하도록 분류되는데, 이것은 입자의 적어도 80 % 가 10 ㎛ ~ 20 ㎛ 의 입도를 가지도록 분배되었다.

토너의 표면은 100 중량부 토너 입자당 1.6 부분의 탄소 레벨로 카본 블랙 (독일 Degussa 제조) 으로 코팅되었다. 또한, 토너의 표면은 100 부분 토너 입자당 0.3 부분 실리카의 레벨로 소수성 실리카로 코팅되었다. 코팅 프로세스 후 토너 입자의 전기 저항력은 1.0 * 10⁵ Ωm 이었다. 토너 입자의 자화는 30 mVs/㎖ 이었다.

토너는 긴 지속 기간으로 Oce VP6000 토너 이미징 시스템에서 테스트되었다. 300,000 보다 많은 인쇄 후 여전히 현상 성능에 미치는 영향이 관찰되지 않았고, 시스템이 오염되지 않은 것을 나타낸다.

실시예 2 ~ 7

토너는 실시예 1 에 따라 제조되었고, 왁스는 표 1 에 나타난 것처럼 140 ℃ 에서 산가와 점도가 변하는 대안적 산화 폴리에틸렌이다. 고밀도 산화 폴리에틸렌 왁스 AC 307a, AC 316, AC 330, AC 395a, Acumist A6 및 Acumist A12 는 Honeywell 에서 제조된다. 고밀도 산화 폴리에틸렌 왁스 Ceraflour 950 은 Byk 에서 제조된다.

토너 조성물에 첨가되는 왁스의 양은 토너 중량의 전체 양을 기반으로 6 wt% 이었다. 동적 마찰 계수는 실시예 1 내지 7 에 대해 자기 안료를 첨가하지 않고 블랭크 혼합물에 대해 테스트되었다. 동적 계수는 이 왁스들 (실시예 1, 3, 6 및 7) 중에서 선택된 블랙 혼합물에 대해 추가 테스트되어서, 실시예 1 의 자기 안료는 200 부의 바인더 수지당 200 부의 자기 안료의 양으로 압출물에 첨가되었다. 블랙 혼합물의 동적 마찰 계수는 대응하는 블랭크 혼합물과 유사하였다. 바인더 수지 중 왁스의 분산은 압출된 혼합물의 SEM 화상을 사용해 분석되었다. 이 왁스 전부는 약 2 ㎛ 미만의 직경과 일치하게, 바인더 수지에서 왁스의 미세하고 균질한 분산을 제공하였다.

[표 1]

이 왁스의 용융 전이는 시차 주사 열량계를 사용해 측정되었다. 이 왁스 전부는 110 ℃ 를 초과해 시작되는 용융 전이, 129 ~ 133 ℃ 범위의 용융 피크를 가지고 이 왁스 전부는 실온 ~ 110 ℃ 사이에서 용융 전이를 가지지 않는다. 도 2a 및 도 3a 에서, 왁스 AC 330 및 AC 316 에 대해 제 1 가열 주사가 제공되고, 110 ℃ ~ 140 ℃ 사이의 좁은 용융 범위를 나타낸다. 이러한 고용융 왁스가 토너에서 분산되는 경우, 왁스 용융 전이의 온도 범위는 실질적으로 변하지 않고, 토너에서 왁스 용융 전이의 하한 온도는 또한 적어도 110 ℃ 이상이다 (도 2b 및 도 3b). 도 2b 및 도 3b 에서, 토너 바인더의 혼합물의 유리 전이 온도는 또한 대략 55 ℃ 주변에서 나타난다. 실시예 2 내지 실시예 7 에 따른 토너는 긴 지속 기간으로 Oce VP6000 토너 이미징 시스템에서 테스트되었다.

토너 이미징 시스템에서 왁스의 (부분) 용융으로 인한 오염은 관찰되지 않았다.

120 ℃ ~ 135 ℃ 에서 용융 피크를 가지는 여러 고밀도 산화 폴리에틸렌 왁스의 중량 평균 분자량 (Mw), 수 평균 분자량 (Mn) 및 다분산성 (D) 이 표 1.2 에 주어진다.

[표 1.2]

120 ℃ ~ 135 ℃ 범위에서 용융 피크를 가지는 여러 고밀도 산화 폴리에틸렌 왁스의 밀도 및 흡열 엔탈피는 표 1.3 에 주어진다.

[표 1.3]

비교예

비교예로서 여러 왁스가 테스트되었다. 이 중에 산화 폴리에틸렌 왁스가 있다.

비교예 1

블랭크 토너 압출물은, 용융 교반 혼합기에서, 94 중량부의 폴리에스테르 수지 (에톡실화 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판과 프탈산의 반응 생성물, 산가: 8 ㎎ KOH/g, Tg: 57 ℃) 를 혼합함으로써 만들어졌고 94 중량부의 에폭시 폴리머가 첨가되어 혼합되었다. 에폭시폴리머는 Epikote 828 유도체이다. Epikote 828 수지는 5.32 의 에폭시기 함량을 갖는다. 수지의 에폭시기 함량을 낮추기 위해서, Epikote 828 수지와 파라-페닐페놀을 반응시킴으로써 존재하는 유리 에폭시기의 80 % 가 에테르 작용기로 변환되어서, 1,100 g/mol 의 Mn 및 1,400 g/mol 의 Mw 및 49 ℃ 의 Tg 를 가지는 수지로서 Epikote 828 유도체를 생성한다. 다음에, Clariant 사에서 제조하는 12 중량부의 산화 폴리에틸렌 Licowax PED 191 (용융 피크 124 ℃) 가 혼합물에 첨가되었고 바인더 수지에서 균질하게 분산되었다.

비교예 2

블랭크 토너 압출물은, 용융 교반 혼합기에서, 94 중량부의 폴리에스테르 수지 (에톡실화 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 프탈산과 아디핀산의 반응 생성물, 산가: 8 ㎎ KOH/g, Tg: 57 ℃) 를 혼합함으로써 만들어졌고 94 중량부의 에폭시 폴리머가 첨가되어 혼합되었다. 에폭시폴리머는 Epikote 828 유도체이다. Epikote 828 수지는 5.32 의 에폭시기 함량을 갖는다. 수지의 에폭시기 함량을 낮추기 위해서, Epikote 828 수지와 파라-페닐페놀을 반응시킴으로써 존재하는 유리 에폭시기의 80 % 가 에테르 작용기로 변환되어서, 1,100 g/mol 의 Mn 및 1,400 g/mol 의 Mw 및 49 ℃ 의 Tg 를 가지는 수지로서 Epikote 828 유도체를 생성한다. 다음에, Clariant 사에서 제조하는 12 중량부의 산화 폴리에틸렌 Licowax PED 192 (용융 피크 122 ℃) 가 혼합물에 첨가되었고 바인더 수지에서 균질하게 분산되었다.

비교예 1 및 비교예 2 에 대해 자기 안료를 첨가하지 않고 블랭크 혼합물에 대해 동적 마찰 계수가 테스트되었다.

[표 2]

바인더 수지 중 왁스의 분산은 압출된 혼합물의 SEM 화상을 사용해 분석되었다. 이 왁스 둘 다 약 2 ㎛ 미만의 직경과 일치하게, 바인더 수지에서 왁스의 미세하고 균질한 분산을 제공하였다. 그러나, 왁스 둘 다 110 ℃ 미만에서 이미 시작되는 용융 범위를 갖는다. 도 4 에, Licowax PED 191 의 용융 범위가 주어진다. 고온 용융 피크를 갖더라도, 용융 범위의 하한치가 인쇄 시스템의 빠른 오염을 유발할 것이므로 왁스는 사용할 수 없다.

실시예 8 ~ 11 및 비교예 3 과 4

여러 토너의 사용은 고속 인쇄 모드로 (분당 250 페이지) 특정 인쇄 시스템, VP6000 에서 추가로 테스트되었다. 부가적 세트의 토너가 실시예 1 에 따라 제조되었다. 왁스의 유형은 표 3 에 따라 변하였다. 첨가된 왁스의 양은, 토너의 총 중량을 기반으로 6 wt% 이었다. 실시예 8 내지 11 은 고밀도 산화 폴리에틸렌 왁스이다. 비교예 3 과 비교예 4 는 둘 다 매우 높은 점도와 매우 낮은 점도를 각각 가지는 고밀도 미산화 왁스 폴리에틸렌 왁스이다. 왁스는 둘 다 110 ℃ 미만에서 시작되는 용융 피크를 갖는다.

[표 3]

분당 250 페이지의 속도로 수행된 고속 현상 성능 테스트에서, 토너의 필름 형성 거동은 현상 수단의 스트리퍼 요소에서 토너의 필름 형성 빌드업으로 먼저 관찰되었음을 알았다. 현상 수단의 스트리퍼 요소에서 토너의 빌드업은, 32.000 이미지를 만드는 인쇄 시스템 테스트 후 분석되었다.

왁스의 고체 거동은 예리한 칼로 왁스를 절단함으로써 분석되었다. 절단 중 필름 형성이 관찰되었을 때, 왁스는 인성이다. 절단 중 필름 형성이 관찰되지 않고, 절단 중 왁스가 부분적으로 파괴되었을 때, 왁스는 취성이다. 표 3 에서는, 140 ℃ 에서 왁스의 점도가 10 Pa.s 보다 높고 고체 왁스가 인성인 절단 거동을 가지는 경우, 본 발명에 따른 토너가 특정 인쇄 시스템에서 더 많은 필름 형성 거동을 보여주는 것을 나타낸다.

실시예 12 ~ 14

왁스의 분산 특성에 미치는 용융 교반 프로세스의 영향이 왁스 AC-330 에 대해 테스트되었다. Berstorff 사의 용융 교반 혼합기로 52 중량부의 폴리에스테르 수지 (에톡실화 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판 및 프탈산의 반응 생성물, 산가: 8 ㎎ KOH/g, Tg: 57 ℃) 및 43 중량부의 에폭시 폴리머가 첨가되었다. 에폭시폴리머는 Epikote 828 유도체이다. Epikote 828 수지는 5.32 의 에폭시기 함량을 가진다. 수지의 에폭시기 함량을 낮추기 위해서, Epikote 828 수지와 파라-페닐페놀을 반응시킴으로써 존재하는 유리 에폭시기의 80 % 가 에테르 작용기로 변환되어서, 1,100 g/mol 의 Mn 및 1,400 g/mol 의 Mw 및 49 ℃ 의 Tg 를 가지는 수지로서 Epikote 828 유도체를 생성한다. 다음에, Honeywell 사에서 제조하는 6 중량부의 고밀도 산화 폴리에틸렌 AC-330 이 혼합물에 첨가되었다. 조성물은 표 4 에 주어진 온도 범위에 따라 용융 교반 혼합기에서 혼합되었다.

[표 4]

블랭크 토너 압출물의 상실 컴플라이언스 (J") 가 측정되었다. 도 7 에, 실시예 12 내지 14 의 컴플라이언스가 나타나 있다. 왁스의 분산 특성은 SEM 과 광학 현미경법을 이용해 분석되었다. 실시예 12 의 블랭크 토너 압출물 양자는 왁스의 매우 미세한 분산 (서브미크론 범위) 을 가졌고 110 ℃ ~ 130 ℃ 사이 범위에서 상실 컴플라이언스의 최소 피크를 제공하였음을 발견하였다.

비교예 5 ~ 9

비교예로서 여러 미산화 고용융 폴리에틸렌 왁스가 테스트되었다. 왁스는 모두 110 ℃ ~ 140 ℃ 범위의 용융 피크를 가진다. 블랭크 토너 압출물은, 용융 교반 혼합기에서, 94 중량부의 폴리에스테르 수지 (에톡실화 2,2-비스(4-히드록시페닐)프로판, 프탈산과 아디프산의 반응 생성물, 산가: 8 ㎎ KOH/g, Tg: 57 ℃) 를 혼합함으로써 만들어졌고 94 부분의 에폭시 폴리머가 첨가 및 혼합되었다. 에폭시폴리머는 Epikote 828 유도체이다. Epikote 828 수지는 5.32 의 에폭시기 함량을 갖는다. 수지의 에폭시기 함량을 낮추기 위해서, 존재하는 유리 에폭시기의 80 % 는, Epikote 828 수지와 파라-페닐페놀을 반응함으로써 에테르 작용기로 변환되어서, 1,100 g/mol 의 Mn, 1,400 g/mol 의 Mw 및 49 ℃ 의 Tg 를 가지는 수지로서 Epikote 828 유도체를 생성하였다. 다음에, 표 4 의 12 중량부의 왁스는 혼합물에 첨가되었고 용융 교반 프로세스로 바인더 수지에 분산되었다. 동적 마찰 계수 및 바인더 수지 중 왁스의 분산은 (자기 안료의 첨가 없이) 블랭크 혼합물에 대해 분석되었다.

[표 5]

동적 마찰 계수는 약 0.30 이하이다. 그러나, CE 6 ~ CE 9 에 대한 왁스의 분산 범위는 약 2 ㎛ 보다 (훨씬) 크다. Li-스테아레이트는 바인더 수지에 왁스를 더 잘 분산시키도록 Viscol 660P 로 첨가되었다. Viscol 660P 의 분산 범위는 3 ~ 5 ㎛ 의 범위에 있었다. 왁스는 모두 110 ℃ 미만에서 시작하는 용융 전이를 가진다. Viscol 660P 는 110 ℃ 훨씬 아래에서 시작되고 140 ℃ 까지 달하는 매우 넓은 용융 전이를 가진다. Polywax 1000 의 용융 전이는 도 6 에 나타나 있다.

Oce 인쇄 시스템 VP6000 의 오염은 비교예에 따른 토너 5, 6 및 9 에 대해 테스트되었다. Oce VP6000 인쇄 시스템의 오염은 고용융 폴리프로필렌 왁스 Viscol 660P 를 포함하는 토너에 대해 관찰되었다. 이미 15.000 이미지 후 오염이 왁스에 의해 인쇄 시스템에서 발생되어서 토너의 현상 성능을 방해하는 것을 발견하였다.

현상 성능을 방해하는 Oce VP6000 인쇄 시스템의 오염은 1.000 이미지 인쇄 후 Polywax 1000 을 포함하는 토너에 대해 이미 관찰되었다. 현상 성능을 방해하는 Oce VP6000 인쇄 시스템의 오염은 100 ~ 350 이미지 인쇄 후 Sunflower 왁스를 포함하는 토너에 대해 관찰되었다.

본 발명의 상세한 실시형태들이 본원에 개시된다; 그러나, 개시된 실시형태는 다양한 형태로 실시될 수 있는 본 발명의 단지 예시인 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본원에 개시된 특정한 구조적 및 기능적 세부는 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되고, 단지 청구항의 근거로서 그리고 사실상 적절히 상세한 구조로 본 발명을 다양하게 실시하도록 본 기술분야의 당업자에게 알려주기 위한 대표적인 근거로서 해석되어야 한다. 특히, 별도의 종속항으로 제공되고 설명된 특징들은 조합되어 적용될 수도 있고 이러한 청구항의 임의의 조합이 여기에 개시된다. 또한, 본원에 사용된 용어 및 구는 제한하는 것으로 의도되어서는 안 되고; 본 발명의 이해하기 쉬운 설명을 제공하는 것으로 의도된다. 본원에 사용되는 것처럼, "단수" 용어는 하나 또는 하나를 초과하는 것으로 정의된다. 본원에 사용되는 것처럼, "복수" 용어는 둘 또는 둘을 초과하는 것으로 정의된다. 본원에 사용되는 것처럼, "다른" 이라는 용어는 적어도 제 2 이상으로 정의된다. 본원에 사용되는 것처럼, "구비하고" 및/또는 "가지는" 이라는 용어는 "포함하는" (즉, 열린 표현) 으로 정의된다. 본원에 사용되는 것처럼, "결합된" 이라는 용어는, 반드시 직접적이지는 않을지라도, 연결된 것으로 정의된다.

Claims (15)

1. 토너 이미지를 현상 (develop) 하기 위한 토너로서,
   상기 토너는:
   (i) 바인더 수지;
   (ⅱ) 무기 성분; 및
   (ⅲ) 산화 폴리알킬렌 왁스인 왁스를 포함하고, 상기 왁스는 상기 바인더 수지에 미세하게 분산되고, 상기 왁스는 왁스 용융 전이 (wax melting transition) 를 가지고, 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 온도기록도에서 온도 상승시 상기 왁스 용융 전이의 온도 하한치가 110 ℃ ~ 140 ℃ 인, 토너 이미지를 현상하기 위한 토너.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 왁스 용융 전이는, 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 온도기록도에서 온도 상승시 최대 140 ℃ 의 온도 상한치를 가지는, 토너 이미지를 현상하기 위한 토너.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 왁스의 점도는 140 ℃ 에서 1 Pa.s ~ 10 Pa.s 의 범위에 있는, 토너 이미지를 현상하기 위한 토너.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 왁스는 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 온도기록도에서 온도 상승시 120 ℃ ~ 135 ℃ 의 온도 범위에서 용융 피크를 가지는 산화 폴리에틸렌 왁스이고, 상기 왁스는 3.5 미만의 다분산성 (D) 을 가지는, 토너 이미지를 현상하기 위한 토너.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 왁스는 5 ㎎ KOH/g ~ 50 ㎎ KOH/g 의 산가를 가지는, 토너 이미지를 현상하기 위한 토너.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 바인더 수지는 5 ㎎ KOH/g ~ 30 ㎎ KOH/g 의 산가를 가지는, 토너 이미지를 현상하기 위한 토너.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 바인더 수지에서의 상기 왁스의 분산은 0.2 ㎛ ~ 3 ㎛ 범위의 수 평균 직경을 가지는, 토너 이미지를 현상하기 위한 토너.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 왁스는, 상기 용융 전이의 범위에서, 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 온도기록도에서 온도 상승시 적어도 200 J/g 의 흡열 엔탈피를 가지는, 토너 이미지를 현상하기 위한 토너.
9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 무기 성분은 자기 성분을 포함하고,
   상기 왁스의 양은 상기 토너의 전체 중량을 기반으로 1 wt% ~ 10 wt% 이고,
   상기 자기 성분의 양은 상기 토너의 전체 중량을 기반으로 30 wt% ~ 70 wt% 인, 토너 이미지를 현상하기 위한 토너.
10. 이미지 수용 매체에 토너를 적용하기 위한 인쇄 시스템으로서,
    상기 토너는:
    (i) 바인더 수지;
    (ⅱ) 무기 성분; 및
    (ⅲ) 산화 폴리알킬렌 왁스인 왁스를 포함하고, 상기 왁스는 상기 바인더 수지에 미세하게 분산되고, 상기 왁스는 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 온도기록도에서 온도 상승시 110 ℃ ~ 140 ℃ 의 온도 범위에서 왁스 용융 전이를 가지고, 상기 왁스 용융 전이의 온도 하한치는 적어도 110 ℃ 이상이고,
    상기 인쇄 시스템은:
    (A) 작동시 토너 이미지를 현상하도록 구성된 현상 수단,
    (B) 작동시 제 1 전달 (transfer) 구간에서 상기 현상 수단으로부터 중간 이미지 지지 수단으로 상기 토너를 전달하고 제 2 전달 구간에서 상기 중간 이미지 지지 수단으로부터 이미지 수용 매체로 상기 토너를 전달하도록 구성된 중간 이미지 지지 수단을 포함하는, 이미지 수용 매체에 토너를 적용하기 위한 인쇄 시스템.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 전달 구간에서의 전달은 80 ℃ ~ 110 ℃ 의 온도 범위에서 수행되는, 이미지 수용 매체에 토너를 적용하기 위한 인쇄 시스템.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 인쇄 시스템은:
    (C) 작동시 정착 압력과 정착 온도를 적용함으로써 이미지 수용 매체에 상기 토너를 정착시키도록 구성된 정착 수단을 더 포함하고, 상기 정착 온도는 120 ℃ ~ 180 ℃ 의 범위에 있는, 이미지 수용 매체에 토너를 적용하기 위한 인쇄 시스템.
13. 토너의 제조 방법으로서,
    (i) 바인더 수지를 선택하는 단계,
    (ⅱ) 무기 성분을 선택하는 단계로서, 상기 무기 성분은 자기 성분을 포함하는, 상기 무기 성분을 선택하는 단계,
    (ⅲ) 산화 폴리알킬렌 왁스인 왁스를 선택하는 단계로서, 상기 왁스는 시차 주사 열량계를 사용해 측정된 DSC 온도기록도에서 온도 상승시 110 ℃ ~ 140 ℃ 의 온도 범위에서 왁스 용융 전이를 가지고, 상기 왁스 용융 전이의 온도 하한치는 적어도 110 ℃ 이상인, 상기 왁스를 선택하는 단계,
    (ⅳ) 80 ℃ 를 초과하는 온도에서 용융 교반 프로세스로 상기 자기 성분과 상기 바인더 수지를 혼합하여서, 상기 자기 성분이 상기 바인더 수지에 분산되고, 상기 자기 성분의 분산은 5 ㎛ 미만의 수 평균 직경을 가지는, 상기 자기 성분과 상기 바인더 수지를 혼합하는 단계,
    (v) 110 ℃ ~ 140 ℃ 의 용융 온도 범위에서 용융 교반 프로세스로 상기 왁스와 상기 바인더 수지를 혼합하여서, 상기 왁스가 상기 바인더 수지에 미세하게 분산되는, 상기 왁스와 상기 바인더 수지를 혼합하는 단계를 포함하는, 토너의 제조 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 단계 (ⅳ) 에서 상기 자기 성분이 상기 바인더 수지와 혼합된 후, 상기 바인더 수지에 상기 왁스를 혼합하는 상기 단계 (v) 가 수행되는, 토너의 제조 방법.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 자기 성분과 상기 바인더 수지를 혼합하는 상기 단계 (ⅳ) 는, 상기 왁스와 상기 바인더 수지를 혼합하는 상기 단계 (v) 보다 더 낮은 온도에서 수행되는, 토너의 제조 방법.

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