KR102580601B1 - 표면 첨가제 적외선 타간트 토너 - Google Patents

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Abstract

토너 조성물은 수지 및 착색제를 갖는 토너 입자를 포함하며, 이 조성물은 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 추가로 포함한다. 토너 조성물의 제조 방법은 수지 및 착색제를 갖는 토너 입자를 포함하며, 이 조성물은 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 추가로 포함하고, 본 방법은 적외선 발광 타간트를 포함하는 표면 첨가제 패키지와 토너 입자를 블렌딩하는 단계를 포함한다. 물품은 물품 상에 배치된 인쇄된 이미지를 포함하며, 인쇄된 이미지는 수지 및 착색제를 갖는 토너 입자를 포함하는 토너 조성물로 제조되고, 조성물은 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 추가로 포함하고, 인쇄된 이미지는 적외선 발광 타간트의 적외선 검출에 의한 물품의 인증을 가능하게 한다.

Description

표면 첨가제 적외선 타간트 토너{Surface additive infrared taggant toner}
본 발명은 토너에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 보안 응용을 위한 타간트(taggant) 재료를 포함하는 토너 첨가제에 관한 것이다.
보안을 가능하게 하는 인쇄 기술의 개발은 위조 방지, 브랜드 보호, 및 보안 패키징 응용에 바람직하다. 그러한 응용을 위한 타간트 재료를 포함하는 다양한 수단이 개발되어 왔다. 예를 들어, 적외선 타간트 재료는 에멀젼 응집(emulsion aggregation) 공정 동안 코어 토너 입자 구조 내에 혼입되어 왔다. 타간트 재료를 혼입시키는 다른 수단은 토너 입자를 타간트 재료로 캡슐화하는 것 또는 토너와 함께 타간트 입자 응집체를 사용하는 것을 포함한다.
일부 태양에서, 본 발명의 실시 형태는 수지 및 착색제를 포함하는 토너 입자를 포함하는 토너 조성물에 관한 것이며, 이 토너 조성물은 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 추가로 포함한다.
일부 태양에서, 본 발명의 실시 형태는 수지 및 착색제를 포함하는 토너 입자를 포함하는 토너 조성물의 제조 방법에 관한 것이며, 이 토너 조성물은 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 추가로 포함하고, 본 방법은 적외선 발광 타간트를 포함하는 표면 첨가제 패키지와 토너 입자를 블렌딩하는 단계를 포함한다.
일부 태양에서, 본 발명의 실시 형태는 물품 상에 배치된 인쇄된 이미지를 포함하는 물품에 관한 것이며, 이 인쇄된 이미지는 수지 및 착색제를 포함하는 토너 입자를 포함하는 토너 조성물로 제조되고, 이 토너 조성물은 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 추가로 포함하고, 이 인쇄된 이미지는 적외선 발광 타간트의 적외선 검출에 의한 물품의 인증을 가능하게 한다.
도 1a는 상이한 온도/습도 조건 A(26.7℃/RH 80%), B(21.1℃/RH 50%), J(21.1℃/RH 10%) 하에 3가지 상이한 타간트 농도 CL-IR-00 = 0%, CL-IR-01 = 0.05 중량%, CL-IR-02 = 0.1 중량%의 투명 토너의 3가지 샘플에 대한 마찰 대전(triboelectric charging); 수직축(μC/g)의 그래프를 나타낸다.
도 1b는 상이한 온도/습도 조건 A(26.7℃/RH 80%), B(21.1℃/RH 50%), J(21.1℃/RH 10%) 하에 3가지 상이한 타간트 농도 Y-IR-00 = 0%, Y-IR-01 = 0.05 중량%, Y-IR-02 = 0.1 중량%의 황색 토너의 3가지 샘플에 대한 마찰 대전; 수직축(μC/g)의 그래프를 나타낸다.
도 1c는 상이한 온도/습도 조건 A(26.7℃/RH 80%), B(21.1℃/RH 50%), J(21.1℃/RH 10%) 하에 3가지 상이한 타간트 농도 M-IR-00 = 0%, M-IR-01 = 0.1 중량%, M-IR-02 = 0.5 중량%의 마젠타 토너의 3가지 샘플에 대한 마찰 대전; 수직축(μC/g)의 그래프를 나타낸다.
도 1d는 상이한 온도/습도 조건 A(26.7℃/RH 80%), B(21.1℃/RH 50%), J(21.1℃/RH 10%) 하에 5가지 상이한 타간트 농도 C-IR-00 = 0%, C-IR-01 = 0.1 중량%, C-IR-02 = 0.5 중량%, C-IR-03 = 1 중량%, C-IR-04 = 2 중량%의 시안 토너의 5가지 샘플에 대한 마찰 대전; 수직축(μC/g)의 그래프를 나타낸다.
도 1e는 상이한 온도/습도 조건 A(26.7℃/RH 80%), B(21.1℃/RH 50%), J(21.1℃/RH 10%) 하에 5가지 상이한 타간트 농도 K-IR-00 = 0%, K-IR-01 = 0.1 중량%, K-IR-02 = 0.5 중량%, K-IR-03 = 2 중량%, K-IR-04 = 5 중량%의 흑색 토너의 5가지 샘플에 대한 마찰 대전; 수직축(μC/g)의 그래프를 나타낸다.
도 2는 표 1에 열거된 타간트를 포함하는 다양한 착색된 토너에 대한 퍼센트 반사율 대 파장의 플롯을 나타낸다.
본 발명의 실시 형태는 타간트 재료가 표면 상에 배치된 토너 입자를 포함하는 토너 조성물을 제공한다. 타간트 재료는 무기 적외선 발광 세라믹 입자를 포함할 수 있다. 유리하게는, 타간트 입자는 토너 대전을 방해하지 않으며, 검출에 필요한 임계 로딩 수준에서 색에 대해 본질적으로 영향을 나타내지 않는다. 더욱이, 타간트는 전하 제어제(charge control agent)와 같은 다른 표면 첨가제가 첨가될 때 토너 입자의 정상적인 블렌드 가공 동안 용이하게 혼입되므로, 추가의 공정 단계를 필요로 하지 않는다.
실시 형태들에서, 수지 및 착색제를 포함하는 토너 입자, 및 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 포함하는 토너 조성물이 제공된다. 실시 형태들에서, 토너 입자는 화학적 공정에 의해 제조된다. 예를 들어, 토너 입자는 에멀젼/응집(EA) 공정의 생성물일 수 있다. 토너 입자 형성을 위한 다른 화학적 공정은, 제한 없이, 현탁 중합, 폴리에스테르 연신 중합, 및 화학적 밀링(milling)을 포함한다. 실시 형태들에서, 토너 입자는 통상적인 방법에 의해, 예를 들어 용융 혼합 및 분쇄(pulverization)(및/또는 밀링)에 의해 제조될 수 있다.
실시 형태들에서, 타간트는 세라믹이다. 실시 형태들에서, 세라믹은 규소, 이트륨, 리튬, 이테르븀, 및 세륨의 산화물을 포함한다.
실시 형태들에서, 타간트는 나노미립자이다.
실시 형태들에서, 타간트는 토너 입자 100부당 약 0.05부 내지 약 5부의 양으로 존재한다. 실시 형태들에서, 토너 색은 투명하거나 황색이고 타간트는 토너 입자 100부당 약 0.05부 내지 약 0.1부의 범위의 농도로 존재한다. 실시 형태들에서, 토너 색은 마젠타이고 타간트는 토너 입자 100부당 약 0.5부로 존재한다. 실시 형태들에서, 토너 색은 시안이고 타간트는 토너 입자 100부당 약 1 내지 약 2부로 존재한다. 실시 형태들에서, 토너 색은 흑색이고 타간트는 토너 입자 100부당 약 5부로 존재한다.
실시 형태들에서, 토너 입자는 스티렌-아크릴레이트 중합체, 비정질 폴리에스테르, 결정질 폴리에스테르, 또는 이들의 조합을 포함한다.
실시 형태들에서, 수지 및 착색제를 포함하는 토너 입자를 포함하는 토너 조성물의 제조 방법이 제공되며, 토너 조성물은 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 추가로 포함하고, 방법은 적외선 발광 타간트를 포함하는 표면 첨가제 패키지와 토너 입자를 블렌딩하는 단계를 포함한다.
실시 형태들에서, 표면 첨가제 패키지는 전하 제어제를 추가로 포함한다.
실시 형태들에서, 타간트는 규소, 이트륨, 리튬, 이테르븀 및 세륨의 산화물을 포함하는 나노미립자 세라믹이다.
실시 형태들에서, 타간트는 토너 입자 100부당 약 0.05부 내지 약 5부의 양으로 존재한다.
실시 형태들에서, 물품 상에 배치된 인쇄된 이미지를 포함하는 물품이 제공되며, 이 인쇄된 이미지는 수지 및 착색제를 포함하는 토너 입자를 포함하는 토너 조성물로 제조되고, 이 토너 조성물은 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 추가로 포함하고, 이 인쇄된 이미지는 적외선 발광 타간트의 적외선 검출에 의한 물품의 인증을 가능하게 한다.
실시 형태들에서, 물품은 신분 확인 배지(identification badge)이다. 실시 형태들에서, 물품은 일종의 통화(currency)이다. 다른 물품에는, 제한 없이, 브랜드 제품을 위한 라벨, 비가시적 암호화 정보를 갖는 문서, 및 텍스타일 천 또는 중합체 필름 상에 인쇄된 적외선 센서에 대한 응용이 포함된다.
실시 형태들에서, 타간트는 규소, 이트륨, 리튬, 이테르븀, 알루미늄, 티타늄 세륨, 아연 및 지르코늄의 산화물을 포함하는 나노미립자 세라믹이다.
실시 형태들에서, 타간트는 토너 입자 100부당 약 0.05부 내지 약 5부의 양으로 존재한다.
실시 형태들에서, 착색제를 포함하는 토너 입자 및 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 포함하는 토너 조성물로 기재(substrate) 상에 이미지를 인쇄하는 단계를 포함하는 방법이 제공되며, 여기서 타간트는 기재를 인증하기 위한 보안 수단을 제공한다.
수지
실시 형태들에서, 토너 입자는 수지를 포함할 수 있다. 수지는 폴리에스테르, 스티렌-아크릴레이트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 실시 형태들에서, 폴리에스테르는 비정질, 결정질, 또는 이들의 조합이다. 실시 형태들에서, 수지는 고분자량 비정질 폴리에스테르, 저분자량 비정질 폴리에스테르, 및 결정질 폴리에스테르를 포함한다. 본 발명의 토너는 안료와 조합된 라텍스 수지를 포함할 수 있다. 라텍스 수지는 당업자의 이해의 범위 내에서 임의의 방법에 의해 제조될 수 있지만, 실시 형태들에서 라텍스 수지는 반-연속 유화 중합을 포함하는 유화 중합 방법에 의해 제조될 수 있으며, 토너는 에멀젼 응집 토너를 포함할 수 있다. 에멀젼 응집은 1 마이크로미터 미만의 라텍스 및 안료 입자 둘 모두를 토너 크기 입자로 응집시키는 것을 포함하며, 여기서 입자 크기의 성장은, 예를 들어, 약 1 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터이다.
토너에 사용하기 위한 라텍스를 제조하는 데 적합한 임의의 단량체가 이용될 수 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 실시 형태들에서 토너는 에멀젼 응집에 의해 생성될 수 있다. 라텍스 에멀젼을 형성하는 데 유용한 적합한 단량체, 및 따라서 라텍스 에멀젼 중의 생성된 라텍스 입자는 스티렌, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 부타다이엔, 아이소프렌, 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴로니트릴, 이들의 조합 등을 포함하지만 이로 한정되지 않는다.
실시 형태들에서, 라텍스의 수지는 적어도 하나의 중합체를 포함할 수 있다. 실시 형태들에서, 적어도 하나는 약 1 내지 약 20일 수 있고, 실시 형태들에서, 약 3 내지 약 10일 수 있다. 예시적인 중합체에는 스티렌 아크릴레이트, 스티렌 부타다이엔, 스티렌 메타크릴레이트, 및 더욱 구체적으로, 폴리(스티렌-알킬 아크릴레이트), 폴리(스티렌-1,3-다이엔), 폴리(스티렌-알킬 메타크릴레이트), 폴리(스티렌-알킬 아크릴레이트-아크릴산), 폴리(스티렌-1,3-다이엔-아크릴산), 폴리(스티렌-알킬 메타크릴레이트-아크릴산), 폴리(알킬 메타크릴레이트-알킬 아크릴레이트), 폴리(알킬 메타크릴레이트-아릴 아크릴레이트), 폴리(아릴 메타크릴레이트-알킬 아크릴레이트), 폴리(알킬 메타크릴레이트-아크릴산), 폴리(스티렌-알킬 아크릴레이트-아크릴로니트릴-아크릴산), 폴리(스티렌-1,3-다이엔-아크릴로니트릴-아크릴산), 폴리(알킬 아크릴레이트-아크릴로니트릴-아크릴산), 폴리(스티렌-부타다이엔), 폴리(메틸스티렌-부타다이엔), 폴리(메틸 메타크릴레이트-부타다이엔), 폴리(에틸 메타크릴레이트-부타다이엔), 폴리(프로필 메타크릴레이트-부타다이엔), 폴리(부틸 메타크릴레이트-부타다이엔), 폴리(메틸 아크릴레이트-부타다이엔), 폴리(에틸 아크릴레이트-부타다이엔), 폴리(프로필 아크릴레이트-부타다이엔), 폴리(부틸 아크릴레이트-부타다이엔), 폴리(스티렌-아이소프렌), 폴리(메틸스티렌-아이소프렌), 폴리(메틸 메타크릴레이트-아이소프렌), 폴리(에틸 메타크릴레이트-아이소프렌), 폴리(프로필 메타크릴레이트-아이소프렌), 폴리(부틸 메타크릴레이트-아이소프렌), 폴리(메틸 아크릴레이트-아이소프렌), 폴리(에틸 아크릴레이트-아이소프렌), 폴리(프로필 아크릴레이트-아이소프렌), 폴리(부틸 아크릴레이트-아이소프렌), 폴리(스티렌-프로필 아크릴레이트), 폴리(스티렌-부틸 아크릴레이트), 폴리(스티렌-부타다이엔-아크릴산), 폴리(스티렌-부타다이엔-메타크릴산), 폴리(스티렌-부타다이엔-아크릴로니트릴-아크릴산), 폴리(스티렌-부틸 아크릴레이트-아크릴산), 폴리(스티렌-부틸 아크릴레이트-메타크릴산), 폴리(스티렌-부틸 아크릴레이트-아크릴로니트릴), 폴리(스티렌-부틸 아크릴레이트-아크릴로니트릴-아크릴산), 폴리(스티렌-부타다이엔), 폴리(스티렌-아이소프렌), 폴리(스티렌-부틸 메타크릴레이트), 폴리(스티렌-부틸 아크릴레이트-아크릴산), 폴리(스티렌-부틸 메타크릴레이트-아크릴산), 폴리(부틸 메타크릴레이트-부틸 아크릴레이트), 폴리(부틸 메타크릴레이트-아크릴산), 폴리(아크릴로니트릴-부틸 아크릴레이트-아크릴산), 및 이들의 조합이 포함된다. 중합체는 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 또는 교호 공중합체일 수 있다. 또한, (개시 내용이 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된 미국 특허 제5,227,460호에 개시된 바와 같이) 비스페놀 A와 프로필렌 옥사이드 또는 프로필렌 카르보네이트의 반응 생성물로부터 얻어지며, 특히 생성된 생성물과 푸마르산의 반응 후의 그러한 폴리에스테르를 포함하는 폴리에스테르 수지, 및 다이메틸테레프탈레이트와 1,3-부탄다이올, 1,2-프로판다이올, 및 펜타에리트리톨의 반응으로부터 생성되는 분지형 폴리에스테르 수지가 또한 사용될 수 있다.
실시 형태들에서, 폴리(스티렌-부틸 아크릴레이트)가 라텍스로서 이용될 수 있다. 이러한 라텍스의 유리 전이 온도는 약 35℃ 내지 약 75℃, 실시 형태들에서 약 40℃ 내지 약 70℃일 수 있다.
토너 조성물은 비정질 폴리에스테르 수지를 포함하는 코어 입자를 포함할 수 있다. 비정질 폴리에스테르 수지는 선택적인 촉매의 존재 하에 다이올을 이산과 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 비정질 폴리에스테르의 제조에 이용되는 비닐 이산 또는 비닐 다이에스테르를 포함하는 이산 또는 다이에스테르의 예에는 다이카르복실산 또는 다이에스테르, 예를 들어 테레프탈산, 프탈산, 아이소프탈산, 푸마르산, 다이메틸 푸마레이트, 다이메틸 이타코네이트, 시스, 1,4-다이아세톡시-2-부텐, 다이에틸 푸마레이트, 다이에틸 말레에이트, 말레산, 석신산, 이타콘산, 석신산, 석신산 무수물, 도데실석신산, 도데실석신산 무수물, 글루타르산, 글루타르산 무수물, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 도데칸 이산, 다이메틸 테레프탈레이트, 다이에틸 테레프탈레이트, 다이메틸아이소프탈레이트, 다이에틸아이소프탈레이트, 다이메틸프탈레이트, 프탈산 무수물, 다이에틸프탈레이트, 다이메틸석시네이트, 다이메틸푸마레이트, 다이메틸말레에이트, 다이메틸글루타레이트, 다이메틸아디페이트, 다이메틸 도데실석시네이트, 및 이들의 조합이 포함된다. 유기 이산 또는 다이에스테르는, 예를 들어 수지의 약 40 내지 약 60 몰%, 실시 형태들에서 수지의 약 42 내지 약 52 몰%, 실시 형태들에서 수지의 약 45 내지 약 50 몰%의 양으로 존재할 수 있다.
비정질 폴리에스테르를 생성하는 데 이용될 수 있는 다이올의 예에는 1,2-프로판다이올, 1,3-프로판다이올, 1,2-부탄다이올, 1,3-부탄다이올, 1,4-부탄다이올, 펜탄다이올, 헥산다이올, 2,2-다이메틸프로판다이올, 2,2,3-트라이메틸헥산다이올, 헵탄다이올, 도데칸다이올, 비스(하이드록시에틸)-비스페놀 A, 비스(2-하이드록시프로필)-비스페놀 A, 1,4-사이클로헥산다이메탄올, 1,3-사이클로헥산다이메탄올, 자일렌다이메탄올, 사이클로헥산다이올, 다이에틸렌 글리콜, 비스(2-하이드록시에틸) 옥사이드, 다이프로필렌 글리콜, 다이부틸렌, 및 이들의 조합이 포함된다. 선택된 유기 다이올의 양은 다양할 수 있으며, 예를 들어 수지의 약 40 내지 약 60 몰%, 실시 형태들에서 수지의 약 42 내지 약 55 몰%, 실시 형태들에서 수지의 약 45 내지 약 53 몰%의 양으로 존재할 수 있다.
결정질 또는 비정질 폴리에스테르를 형성하는 데 이용될 수 있는 중축합 촉매에는 테트라알킬 티타네이트, 다이알킬주석 옥사이드, 예를 들어 다이부틸주석 옥사이드, 테트라알킬주석, 예를 들어 다이부틸주석 다이라우레이트, 및 다이알킬주석 옥사이드 하이드록사이드, 예를 들어 부틸주석 옥사이드 하이드록사이드, 알루미늄 알콕사이드, 알킬 아연, 다이알킬 아연, 산화아연, 산화제1주석, 또는 이들의 조합이 포함된다. 그러한 촉매는, 폴리에스테르 수지를 생성하는 데 사용되는 출발 이산 또는 다이에스테르를 기준으로, 예를 들어 약 0.01 몰% 내지 약 5 몰%의 양으로 이용될 수 있다.실시 형태들에서, 적합한 비정질 수지에는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리아이소부티레이트, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리프로필렌, 이들의 조합 등이 포함된다. 이용될 수 있는 비정질 수지의 예에는 알칼리 설폰화-폴리에스테르 수지, 분지형 알칼리 설폰화-폴리에스테르 수지, 알칼리 설폰화-폴리이미드 수지, 및 분지형 알칼리 설폰화-폴리이미드 수지가 포함된다. 알칼리 설폰화 폴리에스테르 수지는 코폴리(에틸렌-테레프탈레이트)-코폴리(에틸렌-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(프로필렌-테레프탈레이트)-코폴리(프로필렌-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(다이에틸렌-테레프탈레이트)-코폴리(다이에틸렌-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(프로필렌-다이에틸렌-테레프탈레이트)-코폴리(프로필렌-다이에틸렌-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(프로필렌-부틸렌-테레프탈레이트)-코폴리(프로필렌-부틸렌-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(프로폭실화 비스페놀-A-푸마레이트)-코폴리(프로폭실화 비스페놀 A-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(에톡실화 비스페놀-A-푸마레이트)-코폴리(에톡실화 비스페놀-A-5-설포-아이소프탈레이트), 및 코폴리(에톡실화 비스페놀-A-말레에이트)-코폴리(에톡실화 비스페놀-A-5-설포-아이소프탈레이트)의 금속 또는 알칼리 염과 같은 실시 형태들에 유용할 수 있으며,
여기서 알칼리 금속은 예를 들어 나트륨, 리튬 또는 칼륨 이온이다.
실시 형태들에서, 상기에 언급된 바와 같이, 불포화 비정질 폴리에스테르 수지가 라텍스 수지로서 이용될 수 있다. 예시적인 불포화 비정질 폴리에스테르 수지에는 폴리(프로폭실화 비스페놀 코-푸마레이트), 폴리(에톡실화 비스페놀 코-푸마레이트), 폴리(부틸옥실화 비스페놀 코-푸마레이트), 폴리(코-프로폭실화 비스페놀 코-에톡실화 비스페놀 코-푸마레이트), 폴리(1,2-프로필렌 푸마레이트), 폴리(프로폭실화 비스페놀 코-말레에이트), 폴리(에톡실화 비스페놀 코-말레에이트), 폴리(부틸옥실화 비스페놀 코-말레에이트), 폴리(코-프로폭실화 비스페놀 코-에톡실화 비스페놀 코-말레에이트), 폴리(1,2-프로필렌 말레에이트), 폴리(프로폭실화 비스페놀 코-이타코네이트), 폴리(에톡실화 비스페놀 코-이타코네이트), 폴리(부틸옥실화 비스페놀 코-이타코네이트), 폴리(코-프로폭실화 비스페놀 코-에톡실화 비스페놀 코-이타코네이트), 폴리(1,2-프로필렌 이타코네이트), 및 이들의 조합이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
실시 형태들에서, 적합한 폴리에스테르 수지는 하기 화학식 I을 갖는 폴리(프로폭실화 비스페놀 A 코-푸마레이트) 수지와 같은 비정질 폴리에스테르일 수 있다:
[화학식 I]
Figure 112019100343410-pat00001
상기 식에서, m은 약 5 내지 약 1000일 수 있다.
라텍스 수지로서 이용될 수 있는 선형 프로폭실화 비스페놀 A 푸마레이트 수지의 예는 브라질 상파울로 소재의 레사나 에스/에이 인더스트리아스 퀴미카스(Resana S/A Industrias Quimicas)로부터 상표명 SPARII로 입수가능하다. 이용될 수 있으며 구매가능한 다른 프로폭실화 비스페놀 A 푸마레이트 수지에는 일본 소재의 카오 코포레이션(Kao Corporation)으로부터의 GTUF 및 FPESL-2, 및 미국 노스캐롤라이나주 리서치 트라이앵글 파크 소재의 리치홀드(Reichhold)로부터의 EM181635가 포함된다.
실시 형태들에서, 수지 결합제로서 이용되는 수지는 유리 전이 온도가 약 30℃ 내지 약 80℃, 실시 형태들에서 약 35℃ 내지 약 70℃일 수 있다. 추가의 실시 형태들에서, 수지 결합제로서 이용되는 수지는 용융 점도가 약 130℃에서 약 10 내지 약 1,000,000 Pa*S, 실시 형태들에서 약 20 내지 약 100,000 Pa*S일 수 있다.
다수의 공급처로부터 입수가능한 결정질 수지는 중축합 촉매의 존재 하에 유기 다이올 및 유기 이산을 반응시킴으로써 중축합 공정에 의해 제조될 수 있다. 일반적으로, 화학량론적 등몰비의 유기 다이올 및 유기 이산이 이용되지만, 유기 다이올의 비점이 약 180℃ 내지 약 230℃인 일부 경우에, 중축합 공정 동안 과량의 다이올이 이용되고 제거될 수 있다. 이용되는 촉매의 양은 다양하며, 예를 들어 수지의 약 0.01 내지 약 1 몰%의 양으로 선택될 수 있다. 부가적으로, 유기 이산 대신에, 유기 다이에스테르가 또한 선택될 수 있으며, 이에 의해 알코올 부산물이 생성된다.
유기 다이올의 예에는 약 2 내지 약 36개의 탄소 원자를 갖는 지방족 다이올, 예를 들어, 1,2-에탄다이올, 1,3-프로판다이올, 1,4-부탄다이올, 1,5-펜탄다이올, 1,6-헥산다이올, 1,7-헵탄다이올, 1,8-옥탄다이올, 1,9-노난다이올, 1,10-데칸다이올, 1,12-도데칸다이올 등; 알칼리 설포-지방족 다이올, 예를 들어, 소디오 2-설포-1,2-에탄다이올, 리티오 2-설포-1,2-에탄다이올, 포타시오 2-설포-1,2-에탄다이올, 소디오 2-설포-1,3-프로판다이올, 리티오 2-설포-1,3-프로판다이올, 포타시오 2-설포-1,3-프로판다이올, 이들의 혼합물 등이 포함된다. 지방족 다이올은 예를 들어 수지의 약 45 내지 약 50 몰%의 양으로 선택되고, 알칼리 설포-지방족 다이올은 수지의 약 1 내지 약 10 몰%의 양으로 선택될 수 있다.
결정질 폴리에스테르 수지의 제조를 위해 선택되는 유기 이산 또는 다이에스테르의 예에는 옥살산, 석신산, 글루타르산, 아디프산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 프탈산, 아이소프탈산, 테레프탈산, 나프탈렌-2,6-다이카르복실산, 나프탈렌-2,7-다이카르복실산, 사이클로헥산 다이카르복실산, 말론산 및 메사콘산, 이들의 다이에스테르 또는 무수물; 및 알칼리 설포-유기 이산, 예를 들어 다이메틸-5-설포-아이소프탈레이트, 다이알킬-5-설포-아이소프탈레이트-4-설포-1,8-나프탈산 무수물, 4-설포-프탈산, 다이메틸-4-설포-프탈레이트, 다이알킬-4-설포-프탈레이트, 4-설포페닐-3,5-다이카르보메톡시벤젠, 6-설포-2-나프틸-3,5-다이카르보메톡시벤젠, 설포-테레프탈산, 다이메틸-설포-테레프탈레이트, 5-설포-아이소프탈산, 다이알킬-설포-테레프탈레이트, 설포에탄다이올, 2-설포프로판다이올, 2-설포부탄다이올, 3-설포펜탄다이올, 2-설포헥산다이올, 3-설포-2-메틸-펜탄다이올, 2-설포-3,3-다이메틸펜탄다이올, 설포-p-하이드록시벤조산, N,N-비스(2-하이드록시에틸)-2-아미노 에탄 설포네이트의 소디오, 리티오 또는 칼륨 염, 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 유기 이산은 예를 들어 수지의 약 40 내지 약 50 몰%의 양으로 선택되고, 알칼리 설포지방족 이산은 수지의 약 1 내지 약 10 몰%의 양으로 선택될 수 있다. 제3 라텍스 분지형 비정질 수지를 위해, 알칼리 설폰화 폴리에스테르 수지가 선택될 수 있다. 적합한 알칼리 설폰화 폴리에스테르 수지의 예에는 코폴리(에틸렌-테레프탈레이트)-코폴리(에틸렌-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(프로필렌-테레프탈레이트)-코폴리(프로필렌-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(다이에틸렌-테레프탈레이트)-코폴리(다이에틸렌-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(프로필렌-다이에틸렌-테레프탈레이트)-코폴리(프로필렌-다이에틸렌-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(프로필렌-부틸렌-테레프탈레이트)-코폴리(프로필렌-부틸렌-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(프로폭실화 비스페놀-A-푸마레이트)-코폴리(프로폭실화 비스페놀 A-5-설포-아이소프탈레이트), 코폴리(에톡실화 비스페놀-A-푸마레이트)-코폴리(에톡실화 비스페놀-A-5-설포-아이소프탈레이트), 및 코폴리(에톡실화 비스페놀-A-말레에이트)-코폴리(에톡실화 비스페놀-A-5-설포-아이소프탈레이트)의 금속 또는 알칼리 염이 포함되며, 여기서 알칼리 금속은 예를 들어 나트륨, 리튬 또는 칼륨 이온이다.
결정질 기반 폴리에스테르 수지의 예에는 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코-폴리(에틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(프로필렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(부틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(펜틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(옥틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(에틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(프로필렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코-폴리(부틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(펜틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(헥실렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(옥틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(에틸렌-석시네이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일-코폴리(부틸렌-석시네이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(헥실렌-석시네이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(옥틸렌-석시네이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(에틸렌-세바케이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(프로필렌-세바케이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(부틸렌-세바케이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(펜틸렌-세바케이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(헥실렌-세바케이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(옥틸렌-세바케이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(에틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(프로필렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(부틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(펜틸렌-아디페이트), 알칼리 코폴리(5-설포-아이소프탈로일)-코폴리(헥실렌-아디페이트), 폴리(옥틸렌-아디페이트)가 포함되며, 여기서 알칼리는 나트륨, 리튬 또는 칼륨 등의 금속이다. 실시 형태들에서, 알칼리 금속은 리튬이다.
결정질 수지는, 예를 들어 토너 성분의 약 5 내지 약 50 중량%, 실시 형태들에서 토너 성분의 약 10 내지 약 35 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 결정질 수지는, 예를 들어, 약 30℃ 내지 약 120℃, 실시 형태들에서 약 50℃ 내지 약 90℃의 다양한 융점을 가질 수 있다. 결정질 수지는, 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정할 때 수 평균 분자량(Mn)이, 예를 들어, 약 1,000 내지 약 50,000, 실시 형태들에서 약 2,000 내지 약 25,000이고, 폴리스티렌 표준물을 사용하는 겔 투과 크로마토그래피에 의해 결정할 때 중량 평균 분자량(Mw)이, 예를 들어, 약 2,000 내지 약 100,000, 실시 형태들에서 약 3,000 내지 약 80,000이다. 결정질 수지의 분자량 분포(Mw/Mn)는, 예를 들어, 약 2 내지 약 6, 실시 형태들에서 약 3 내지 약 4일 수 있다.
계면활성제
실시 형태들에서, 라텍스는 계면활성제 또는 보조 계면활성제(co-surfactant)를 함유하는 수성상 중에서 제조될 수 있다. 라텍스 분산물을 형성하기 위해 수지와 함께 이용될 수 있는 계면활성제는 약 0.01 내지 약 15 중량%의 고형물, 및 실시 형태들에서 약 0.1 내지 약 10 중량%의 고형물의 양의 이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제일 수 있다.
이용될 수 있는 음이온성 계면활성제에는 설페이트 및 설포네이트, 소듐 도데실설페이트(SDS), 소듐 도데실벤젠 설포네이트, 소듐 도데실나프탈렌 설페이트, 다이알킬 벤젠알킬 설페이트 및 설포네이트, 산, 예를 들어 알드리치(Aldrich)로부터 입수가능한 아비에트산, 다이이치 코교 세이야쿠 컴퍼니, 리미티드(Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.)로부터 입수되는 네오젠(NEOGEN) R™, 네오젠 SC™, 이들의 조합 등이 포함된다. 다른 적합한 음이온성 계면활성제에는, 실시 형태들에서, 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Company)로부터의 알킬다이페닐옥사이드 다이설포네이트인 다우팩스(DOWFAX)™ 2A1, 및/또는 분지형 소듐 도데실 벤젠 설포네이트인, 타이카 코포레이션(Tayca Corporation; 일본 소재)으로부터의 타이카 파워(TAYCA POWER) BN2060이 포함된다. 이들 계면활성제와 임의의 전술한 음이온성 계면활성제의 조합이 실시 형태들에 이용될 수 있다.
양이온성 계면활성제의 예에는 암모늄, 예를 들어, 알킬벤질 다이메틸 암모늄 클로라이드, 다이알킬 벤젠알킬 암모늄 클로라이드, 라우릴 트라이메틸 암모늄 클로라이드, 알킬벤질 메틸 암모늄 클로라이드, 알킬 벤질 다이메틸 암모늄 브로마이드, 벤즈알코늄 클로라이드, C12, C15, C17 트라이메틸 암모늄 브로마이드, 이들의 조합 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 다른 양이온성 계면활성제에는 세틸 피리디늄 브로마이드, 4차화 폴리옥시에틸알킬아민의 할라이드 염, 도데실벤질 트라이에틸 암모늄 클로라이드, 알카릴 케미칼 컴퍼니(Alkaril Chemical Company)로부터 입수가능한 미라폴(MIRAPOL) 및 알카쿼트(ALKAQUAT), 카오 케미칼스(Kao Chemicals)로부터 입수가능한 사니솔(SANISOL)(벤즈알코늄 클로라이드), 이들의 조합 등이 포함된다. 실시 형태들에서, 적합한 양이온성 계면활성제에는 주로 벤질 다이메틸 알코늄 클로라이드인, 카오 코포레이션으로부터 입수가능한 사니솔 B-50이 포함된다.
비이온성 계면활성제의 예에는 알코올, 산 및 에테르, 예를 들어 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴산, 메탈로스(methalose), 메틸 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스, 프로필 셀룰로오스, 하이드록실 에틸 셀룰로오스, 카르복시 메틸 셀룰로오스, 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르, 다이알킬페녹시 폴리(에틸렌옥시)에탄올, 이들의 조합 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 실시 형태들에서, 롱-프랑(Rhone-Poulenc)로부터 구매가능한 계면활성제, 예를 들어 이게팔(IGEPAL) CA-210™, 이게팔 CA-520™, 이게팔 CA-720™, 이게팔 CO-890™, 이게팔 CO-720™, 이게팔 CO-290™, 이게팔 CA-210™, 안타록스(ANTAROX) 890™ 및 안타록스 897™이 이용될 수 있다.
특정 계면활성제 또는 이들의 조합의 선택뿐만 아니라 사용될 각각의 양은 당업자의 이해의 범위 내에 있다.
유화 중합에 의해 제조되는 라텍스
개시제
실시 형태들에서, 라텍스의 형성을 위해 개시제가 첨가될 수 있다. 적합한 개시제의 예에는 과황산암모늄, 과황산나트륨 및 과황산칼륨과 같은 수용성 개시제, 및 바조(Vazo) 퍼옥사이드, 예를 들어 바조 64™, 2-메틸 2-2′-아조비스 프로판니트릴, 바조 88™, 2-2′-아조비스 아이소부티르아미드 탈수물, 및 이들의 조합을 포함하는 유기 퍼옥사이드 및 아조 화합물을 포함하는 유기 용해성 개시제가 포함된다. 이용될 수 있는 다른 수용성 개시제에는 아조아미딘 화합물, 예를 들어 2,2′-아조비스(2-메틸-N-페닐프로피온아미딘)다이하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[N-(4-클로로페닐)-2-메틸프로피온아미딘]다이-하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[N-(4-하이드록시페닐)-2-메틸-프로피온아미딘]다이하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[N-(4-아미노-페닐)-2-메틸프로피온아미딘]테트라하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[2-메틸-N(페닐메틸)프로피온아미딘]다이하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[2-메틸-N-2-프로페닐프로피온아미딘]다이하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[N-(2-하이드록시-에틸)2-메틸프로피온아미딘]다이하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[2-(5-메틸-2-이미다졸린-2-일)프로판]다이하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[2-(2-이미다졸린-2-일)프로판]다이하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[2-(4,5,6,7-테트라하이드로-1H-1,3-다이아제핀-2-일)프로판]다이하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[2-(3,4,5,6-테트라하이드로피리미딘-2-일)프로판]다이하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스[2-(5-하이드록시-3,4,5,6-테트라하이드로피리미딘-2-일)프로판]다이하이드로클로라이드, 2,2′-아조비스{2-[1-(2-하이드록시에틸)-2-이미다졸린-2-일]프로판}다이하이드로클로라이드, 이들의 조합 등이 포함된다.
개시제는 적합한 양으로, 예를 들어 단량체들의 약 0.1 내지 약 8 중량%, 및 실시 형태들에서 약 0.2 내지 약 5 중량%로 첨가될 수 있다.
사슬 이동제
실시 형태들에서, 사슬 이동제가 또한 라텍스를 형성하는 데 이용될 수 있다. 적합한 사슬 이동제는, 본 발명에 따라 유화 중합을 수행할 때 중합체의 분자량 특성을 제어하기 위하여, 단량체들의 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 10%, 실시 형태들에서 약 0.2 내지 약 5%의 양으로 도데칸 티올, 옥탄 티올, 사브롬화탄소, 이들의 조합 등을 포함한다.
안정제
실시 형태들에서, 라텍스 입자를 형성할 때 안정제를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 적합한 안정제에는 카르복실산 작용기를 갖는 단량체가 포함된다. 그러한 안정제는 하기 화학식 I의 것일 수 있다:
[화학식 I]
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상기 식에서, R1은 수소 또는 메틸 기이고; R2 및 R3은 독립적으로 약 1 내지 약 12개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 기 또는 페닐 기로부터 선택되고; n은 약 0 내지 약 20, 실시 형태들에서 약 1 내지 약 10이다. 그러한 안정제의 예에는 베타 카르복시에틸 아크릴레이트(β-CEA), 폴리(2-카르복시에틸)아크릴레이트, 2-카르복시에틸 메타크릴레이트, 이들의 조합 등이 포함된다. 이용될 수 있는 다른 안정제에는, 예를 들어, 아크릴산 및 그 유도체가 포함된다.
실시 형태들에서, 카르복실산 작용기를 갖는 안정제는 또한 더 우수한 유화 중합 결과를 달성하기 위해 나트륨, 칼륨 및/또는 칼슘과 같은 소량의 금속 이온을 함유할 수 있다. 금속 이온은 카르복실산 작용기를 갖는 안정제의 약 0.001 내지 약 10 중량%, 실시 형태들에서 카르복실산 작용기를 갖는 안정제의 약 0.5 내지 약 5 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
존재하는 경우, 안정제는 토너의 약 0.01 내지 약 5 중량%, 실시 형태들에서 토너의 약 0.05 내지 약 2 중량%의 양으로 첨가될 수 있다.
토너 제형화 공정에 이용될 수 있는 추가 안정제에는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 및 선택적으로 이들의 조합을 포함하는 금속 수산화물과 같은 염기가 포함된다. 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 탄산칼슘, 탄산칼륨, 탄산암모늄, 이들의 조합 등이 안정제로서 또한 유용하다. 실시 형태들에서, 안정제는 수산화나트륨 중에 용해된 규산나트륨을 함유하는 조성물을 포함할 수 있다.
유화 중합 공정에서는, 반응물들을 혼합 용기와 같은 적합한 반응기에 첨가할 수 있다. 적절한 양의 적어도 2종의 단량체, 실시 형태들에서 약 2 내지 약 10종의 단량체, 안정제, 계면활성제(들), 개시제(존재하는 경우), 사슬 이동제(존재하는 경우), 및 왁스(존재하는 경우) 등을 반응기 내에서 조합할 수 있고, 에멀젼 응집 공정이 시작되게 둘 수 있다. 적합한 왁스는 토너 입자의 형성에서 첨가되는 성분으로서 하기에 더욱 상세하게 기재되어 있으며; 그러한 왁스는, 실시 형태들에서, 라텍스를 형성하는 데 또한 유용할 수 있다. 유화 중합 공정을 수행하기 위해 선택되는 반응 조건은 예를 들어 약 45℃ 내지 약 120℃, 실시 형태들에서 약 60℃ 내지 약 90℃의 온도를 포함한다.
예를 들어 마이크로트랙(Microtrac)/나노트랙(Nanotrac) 입자 분석기에 의해 결정할 때 부피 평균 직경이 약 50 nm 내지 약 800 nm, 실시 형태들에서 부피 평균 직경이 약 100 nm 내지 약 400 nm인 나노미터 크기 입자가 형성될 수 있다.
라텍스 입자의 형성 후에, 라텍스 입자는 토너를 형성하는 데 이용될 수 있다. 실시 형태들에서, 토너는 본 발명의 라텍스 입자와 착색제 및 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 계면활성제, 응결제(coagulant), 왁스, 표면 첨가제, 및 선택적으로 이들의 조합과의 응집 및 융합에 의해 제조되는 에멀젼 응집 유형 토너일 수 있다.
착색제
착색제 분산물은, 예를 들어, 약 50 내지 약 500 나노미터의 부피 평균 직경, 실시 형태들에서 약 100 내지 약 400 나노미터의 부피 평균 직경의 크기를 갖는, 예를 들어, 1 마이크로미터 미만의 착색제 입자를 포함할 수 있다. 착색제 입자는 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 또는 이들의 조합을 함유하는 수성 수상 중에 현탁될 수 있다. 실시 형태들에서, 계면활성제는 이온성일 수 있으며, 착색제의 약 1 내지 약 25 중량%, 실시 형태들에서 약 4 내지 약 15 중량%일 수 있다.
본 발명에 따라 토너를 형성하는 데 유용한 착색제에는 안료, 염료, 안료와 염료의 혼합물, 안료들의 혼합물, 염료들의 혼합물 등이 포함된다. 착색제는, 예를 들어, 카본 블랙, 시안, 황색, 마젠타, 적색, 주황색, 갈색, 녹색, 청색, 보라색, 또는 이들의 조합일 수 있다. 실시 형태들에서, 안료가 이용될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 안료는 선택적인 색 흡수의 결과로서 그것이 반사시키는 광의 색을 변화시키는 재료를 포함한다. 실시 형태들에서, 일반적으로 수용액에 적용될 수 있는 염료와는 대조적으로, 안료는 일반적으로 불용성이다. 예를 들어, 염료는 운반 비히클(결합제)에 용해성일 수 있지만, 안료는 운반 비히클에 불용성일 수 있다.
착색제가 안료인 실시 형태들에서, 안료는, 예를 들어, 카본 블랙, 프탈로시아닌, 퀴나크리돈, 적색, 녹색, 주황색, 갈색, 보라색, 황색, 로다민(RHODAMINE) B™ 유형을 포함하는 형광 착색제 등일 수 있다.
착색제는 토너의 약 1 내지 약 25 중량%의 양으로, 실시 형태들에서 토너의 약 2 내지 약 15 중량%의 양으로 본 발명의 토너에 존재할 수 있다.
예시적인 착색제에는 리갈(REGAL) 330(등록상표) 마그네타이트와 같은 카본 블랙; MO8029™, MO8060™을 포함하는 모베이(Mobay) 마그네타이트; 콜럼비안(Columbian) 마그네타이트; 마피코 블랙스(MAPICO BLACKS)™ 및 표면 처리된 마그네타이트; CB4799™, CB5300™, CB5600™, MCX6369™을 포함하는 피저(Pfizer) 마그네타이트; 베이페록스(BAYFERROX) 8600™, 8610™을 포함하는 바이엘(Bayer) 마그네타이트; NP-604™, NP-608™을 포함하는 노던 피그먼츠(Northern Pigments) 마그네타이트; 폴 울리히 앤드 컴퍼니, 인크.(Paul Uhlich and Company, Inc.)로부터 입수가능한 TMB-100™, 또는 TMB-104™, 헬리오겐 블루(HELIOGEN BLUE) L6900™, D6840™, D7080™, D7020™, 파이람 오일 블루(PYLAM OIL BLUE)™, 파이람 오일 옐로(PYLAM OIL YELLOW)™, 피그먼트 블루(PIGMENT BLUE) 1™을 포함하는 마그녹스(Magnox) 마그네타이트; 캐나다 온타리오주 토론토 소재의 도미니언 컬러 코포레이션, 리미티드(Dominion Color Corporation, Ltd.)로부터 입수가능한 피그먼트 바이올렛(PIGMENT VIOLET) 1™, 피그먼트 레드(PIGMENT RED) 48™, 레몬 크롬 옐로(LEMON CHROME YELLOW) DCC 1026™, 이.디. 톨루이딘 레드(E.D. TOLUIDINE RED)™ 및 본 레드(BON RED) C™; 회히스트(Hoechst)로부터의 노바펌 옐로(NOVAPERM YELLOW) FGL™, 호스타펌 핑크(HOSTAPERM PINK) E™; 및 이.아이. 듀폰 디 네모아 앤드 컴퍼니(E.I. DuPont de Nemours and Company)로부터 입수가능한 신콰시아 마젠타(CINQUASIA MAGENTA)™가 포함된다. 다른 착색제에는 컬러 인덱스(Color Index)에서 Cl 60710으로서 확인되는 2,9-다이메틸-치환된 퀴나크리돈 및 안트라퀴논 염료, CL 디스퍼스드 레드(Dispersed Red) 15, 컬러 인덱스에서 Cl 26050으로서 확인되는 다이아조 염료, Cl 솔벤트 레드(Solvent Red) 19, 구리 테트라(옥타데실 설폰아미도)프탈로시아닌, 컬러 인덱스에서 Cl 74160으로서 열거되는 x-구리 프탈로시아닌 염료, Cl 피그먼트 블루(Pigment Blue), 컬러 인덱스에서 Cl 69810으로서 확인되는 안트라트렌 블루(Anthrathrene Blue), 스페셜 블루(Special Blue) X-2137, 다이아릴리드 옐로 3,3-다이클로로벤지덴 아세토아세트아닐리드, 컬러 인덱스에서 Cl 12700으로서 확인되는 모노아조 안료, Cl 솔벤트 옐로 16, 컬러 인덱스에서 포론 옐로(Foron Yellow) SE/GLN으로서 확인되는 니트로페닐 아민 설폰아미드, Cl 디스퍼스드 옐로 33, 2,5-다이메톡시-4-설폰아닐리드 페닐아조-4′-클로로-2,5-다이메톡시 아세토아세트아닐리드, 옐로 180 및 퍼머넌트 옐로(Permanent Yellow) FGL이 포함된다. 이용될 수 있는 색역(color gamut)의 목적을 위해 고순도를 갖는 유기 용해성 염료에는 네오펜 옐로(Neopen Yellow) 075, 네오펜 옐로 159, 네오펜 오렌지(Neopen Orange) 252, 네오펜 레드(Neopen Red) 336, 네오펜 레드 335, 네오펜 레드 366, 네오펜 블루(Neopen Blue) 808, 네오펜 블랙(Neopen Black) X53, 네오펜 블랙 X55가 포함되며, 염료는 다양한 적합한 양으로, 예를 들어 토너의 약 0.5 내지 약 20 중량%, 실시 형태들에서 약 5 내지 약 18 중량%로 선택된다.
실시 형태들에서, 착색제 예에는 컬러 인덱스 구성 번호가 74160인 피그먼트 블루 15:3, 컬러 인덱스 구성 번호가 45160:3인 마젠타 피그먼트 레드 81:3, 컬러 인덱스 구성 번호가 21105인 옐로 17, 및 공지된 염료, 예를 들어, 식품 염료, 황색, 청색, 녹색, 적색, 마젠타 염료 등이 포함된다.
다른 실시 형태들에서, 마젠타 안료, 피그먼트 레드 122(2,9-다이메틸퀴나크리돈), 피그먼트 레드 185, 피그먼트 레드 192, 피그먼트 레드 202, 피그먼트 레드 206, 피그먼트 레드 235, 피그먼트 레드 269, 이들의 조합 등이 착색제로서 이용될 수 있다. 피그먼트 레드 122(때때로 본 명세서에서 PR-122로 지칭됨)는 그의 독특한 마젠타 색조로 인해 토너, 플라스틱, 잉크 및 코팅의 착색에 널리 사용되어 왔다.
응결제
실시 형태들에서, 응결제는 라텍스 및 수성 착색제 분산물을 응집시키는 동안 또는 그 이전에 첨가될 수 있다. 응결제는 가공 조건에 따라 약 1분 내지 약 60분, 실시 형태들에서 약 1.25분 내지 약 20분의 기간에 걸쳐 첨가될 수 있다.
적합한 응결제의 예에는 폴리알루미늄 할라이드, 예를 들어 폴리알루미늄 클로라이드(PAC), 또는 상응하는 브로마이드, 플루오라이드, 또는 요오다이드, 폴리알루미늄 실리케이트, 예를 들어 폴리알루미늄 설포 실리케이트(PASS), 및 염화알루미늄, 아질산알루미늄, 황산알루미늄, 황산알루미늄칼륨, 아세트산칼슘, 염화칼슘, 아질산칼슘, 칼슘 옥실레이트, 황산칼슘, 아세트산마그네슘, 질산마그네슘, 황산마그네슘, 아세트산아연, 질산아연, 황산아연, 이들의 조합 등을 포함하는 수용성 금속 염이 포함된다. 한 가지 적합한 응결제는 PAC인데, 이는 구매가능하며 수산화나트륨에 의한 염화알루미늄의 제어된 가수분해에 의해 제조될 수 있다. 일반적으로, PAC는 2 몰의 염기를 1 몰의 염화알루미늄에 첨가함으로써 제조될 수 있다. 이 화학종은, pH가 약 5 미만인 경우 산성 조건 하에서 용해되고 저장될 때 용해성이며 안정하다. 용액 중의 이 화학종은 단위당 약 7개의 양전하를 갖는 화학식 Al13O4(OH)24(H2O)12를 함유하는 것으로 여겨진다.
실시 형태들에서, 적합한 응결제에는 예를 들어, 폴리알루미늄 클로라이드(PAC), 폴리알루미늄 브로마이드, 또는 폴리알루미늄 설포실리케이트와 같은 폴리금속 염이 포함된다. 폴리금속 염은 질산의 용액, 또는 황산, 염산, 시트르산 또는 아세트산과 같은 다른 희석된 산 용액 중에 존재할 수 있다. 응결제는 토너의 약 0.01 내지 약 5 중량%, 실시 형태들에서 토너의 약 0.1 내지 약 3 중량%의 양으로 첨가될 수 있다.
왁스
왁스 분산물이 또한 에멀젼 응집 합성에서 라텍스 또는 토너의 형성 동안 첨가될 수 있다. 적합한 왁스는, 예를 들어, 물 및 이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 또는 이들의 조합의 수성상 중에 현탁된 약 50 내지 약 1000 나노미터, 실시 형태들에서 약 100 내지 약 500 나노미터의 부피 평균 직경의 크기 범위의 1 마이크로미터 미만의 왁스 입자를 포함한다. 적합한 계면활성제에는 상기에 기재된 것들이 포함된다. 이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제는 왁스의 약 0.1 내지 약 20 중량%, 실시 형태들에서 약 0.5 내지 약 15 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 왁스 분산물은, 예를 들어, 천연 식물성 왁스, 천연 동물성 왁스, 미네랄 왁스, 및/또는 합성 왁스를 포함할 수 있다. 천연 식물성 왁스의 예에는, 예를 들어 카나우바 왁스, 칸델릴라 왁스, 재팬(Japan) 왁스, 및 베이베리(bayberry) 왁스가 포함된다. 천연 동물성 왁스의 예에는, 예를 들어 밀랍, 퓨닉 왁스(punic wax), 라놀린, 라크 왁스(lac wax), 셸락 왁스, 및 경랍(spermaceti) 왁스가 포함된다. 미네랄 왁스에는, 예를 들어 파라핀 왁스, 미정질 왁스, 몬탄 왁스, 지랍(ozokerite) 왁스, 세레신 왁스, 페트롤라텀(petrolatum) 왁스, 및 석유 왁스가 포함된다. 본 발명의 합성 왁스에는, 예를 들어 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 왁스, 아크릴레이트 왁스, 지방산 아미드 왁스, 실리콘 왁스, 폴리테트라플루오로에틸렌 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 및 이들의 조합이 포함된다.
폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 왁스의 예에는 얼라이드 케미칼(Allied Chemical) 및 베이커 페트롤라이트(Baker Petrolite)로부터 구매가능한 것들, 미켈만 인크.(Michelman Inc.) 및 다니엘스 프로덕츠 컴퍼니(Daniels Products Company)로부터 입수가능한 왁스 에멀젼, 이스트만 케미칼 프로덕츠, 인크.(Eastman Chemical Products, Inc.)로부터 구매가능한 에폴렌(EPOLENE) N-15, 산요 카셀 케이. 케이.(Sanyo Kasel K.K.)로부터 입수가능한 저 중량 평균 분자량 폴리프로필렌인 비스콜(VISCOL) 550-P, 및 유사한 재료가 포함된다. 실시 형태들에서, 구매가능한 폴리에틸렌 왁스는 분자량(Mw)이 약 100 내지 약 5000, 실시 형태들에서 약 250 내지 약 2500이며, 구매가능한 폴리프로필렌 왁스는 분자량이 약 200 내지 약 10,000, 실시 형태들에서 약 400 내지 약 5000이다.
실시 형태들에서, 왁스는 작용화될 수 있다. 왁스를 작용화시키기 위해 첨가되는 기의 예에는 아민, 아미드, 이미드, 에스테르, 4차 아민, 및/또는 카르복실산이 포함된다. 실시 형태들에서, 작용화된 왁스는 아크릴 중합체 에멀젼, 예를 들어 모두 존슨 다이버시, 인크(Johnson Diversey, Inc)로부터 입수가능한 존크릴(JONCRYL) 74, 89, 130, 537, 및 538, 또는 얼라이드 케미칼, 베이커 페트롤라이트 코포레이션 및 존슨 다이버시, 인크로부터 구매가능한 염소화된 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌일 수 있다.
왁스는 토너의 약 0.1 내지 약 30 중량%, 실시 형태들에서 약 2 내지 약 20 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
실시 형태들에서, 적절한 용융 특성을 갖는 왁스는 폴리메틸렌 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 또는 피셔-트롭쉬 왁스일 수 있다. 실시 형태들에서, 임의의 전술한 왁스들의 조합이 이용될 수 있다. 왁스는 토너의 코어 및/또는 쉘 입자 내에 포함될 수 있다. 왁스는 에멀젼 응집 토너 조성물에 통상적으로 사용되는 다양한 왁스 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 왁스의 적합한 예에는 폴리에틸렌, 폴리메틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌/아미드, 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌, 및 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌/아미드가 포함된다. 다른 예에는, 예를 들어 폴리올레핀 왁스, 예를 들어 선형 폴리에틸렌 왁스 및 분지형 폴리에틸렌 왁스를 포함하는 폴리에틸렌 왁스, 및 선형 폴리프로필렌 왁스 및 분지형 폴리프로필렌 왁스를 포함하는 폴리프로필렌 왁스; 파라핀 왁스; 피셔-트롭쉬 왁스; 아민 왁스; 실리콘 왁스; 메르캅토 왁스; 폴리에스테르 왁스; 우레탄 왁스; 개질된 폴리올레핀 왁스(예를 들어, 카르복실산-종결된 폴리에틸렌 왁스 또는 카르복실산-종결된 폴리프로필렌 왁스); 아미드 왁스, 예를 들어 지방족 극성 아미드 작용화된 왁스; 하이드록실화된 불포화 지방산의 에스테르로 이루어진 지방족 왁스; 고 산(high acid) 왁스, 예를 들어 고 산 몬탄 왁스; 미정질 왁스, 예를 들어 원유의 증류로부터 유래된 왁스 등이 포함된다. "고 산 왁스"는 산 함량이 높은 왁스 재료를 의미한다. 왁스는 원하는 대로 결정질 또는 비결정질일 수 있다. "결정질 중합체 왁스"란, 왁스 재료가 결정질 융점 전이 온도, Tm에 의해 특징지어질 수 있는, 중합체 매트릭스 내의 중합체 사슬들의 규칙적인 어레이를 함유함을 의미한다. 결정질 용융 온도는 중합체 샘플의 결정질 도메인(domain)의 용융 온도이다. 이는, 중합체 내의 비정질 영역에 대해 중합체 사슬이 유동하기 시작하는 온도를 특징짓는 유리 전이 온도 Tg와는 대조적이다. Tg 및 Tm은 전형적으로 시차 주사 열량법(DSC)에 의해 측정된다.
왁스를 토너 내에 혼입하기 위하여, 왁스는 물 중 고체 왁스의 하나 이상의 수성 에멀젼 또는 분산물의 형태인 것이 바람직하며, 여기서 고체 왁스 입자 크기는 보통 약 100 내지 약 500 nm의 범위이다.
토너 조성물은 건조 기준으로 임의의 양으로, 예를 들어 토너의 약 3 내지 약 15 중량%로 왁스를 함유할 수 있다. 예를 들어, 토너는 약 5 내지 약 11 중량%의 왁스를 함유할 수 있다.
pH 조정제
일부 실시 형태들에서, 에멀젼 응집 공정의 속도를 제어하기 위해 pH 조정제가 첨가될 수 있다. 본 발명의 방법에 이용되는 pH 조정제는 생성되는 생성물에 악영향을 주지 않는 임의의 산 또는 염기일 수 있다. 적합한 염기에는 금속 수산화물, 예를 들어 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 및 선택적으로 이들의 조합이 포함될 수 있다. 적합한 산에는 질산, 황산, 염산, 시트르산, 아세트산, 및 선택적으로 이들의 조합이 포함된다.
응집제(Aggregating Agent)
착화를 야기할 수 있는 임의의 응집제가 본 발명의 토너를 형성하는 데 사용될 수 있다. 알칼리 토금속 또는 전이 금속 염이 응집제로서 이용될 수 있다. 실시 형태들에서, 알칼리 (II) 염은 소듐 설폰화 폴리에스테르 콜로이드를 착색제와 응집시켜 토너 복합체의 형성을 가능하게 하도록 선택될 수 있다. 그러한 염에는, 예를 들어, 염화베릴륨, 브롬화베릴륨, 요오드화베릴륨, 아세트산베릴륨, 황산베릴륨, 염화마그네슘, 브롬화마그네슘, 요오드화마그네슘, 아세트산마그네슘, 황산마그네슘, 염화칼슘, 브롬화칼슘, 요오드화칼슘, 아세트산칼슘, 황산칼슘, 염화스트론튬, 브롬화스트론튬, 요오드화스트론튬, 아세트산스트론튬, 황산스트론튬, 염화바륨, 브롬화바륨, 요오드화바륨, 및 선택적으로 이들의 조합이 포함된다. 응집제로서 이용될 수 있는 전이 금속 염 또는 음이온의 예에는 바나듐, 니오븀, 탄탈럼, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철, 루테늄, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 카드뮴 또는 은의 아세테이트; 바나듐, 니오븀, 탄탈럼, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철, 루테늄, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 카드뮴 또는 은의 아세토아세테이트; 바나듐, 니오븀, 탄탈럼, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철, 루테늄, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 카드뮴 또는 은의 설페이트; 및 알루미늄 염, 예를 들어, 알루미늄 아세테이트, 알루미늄 할라이드, 예를 들어, 폴리알루미늄 클로라이드, 이들의 조합 등이 포함된다.
이어서, 선택적으로 분산물 상태인 라텍스, 착색제 분산물, 선택적인 왁스, 선택적인 응결제, 및 선택적인 응집제의 생성된 블렌드를 약 0.2시간 내지 약 6시간, 실시 형태들에서 약 0.3시간 내지 약 5시간의 기간 동안, 라텍스의 Tg 미만의 온도, 실시 형태들에서 약 30℃ 내지 약 70℃, 실시 형태들에서 약 40℃ 내지 약 65℃로 교반 및 가열하여, 부피 평균 직경이 약 3 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터, 실시 형태들에서 부피 평균 직경이 약 4 마이크로미터 내지 약 8 마이크로미터인 토너 응집체를 생성할 수 있다.
실시 형태들에서, 응집된 입자 상에 쉘이 형성될 수 있다. 라텍스 수지를 형성하는 데 이용되는 상기에 언급된 임의의 라텍스가 쉘 라텍스를 형성하는 데 이용될 수 있다. 실시 형태들에서, 스티렌-n-부틸 아크릴레이트 공중합체가 쉘 라텍스를 형성하는 데 이용될 수 있다. 실시 형태들에서, 쉘을 형성하는 데 이용되는 라텍스는 유리 전이 온도가 약 35℃ 내지 약 75℃, 실시 형태들에서 약 40℃ 내지 약 70℃일 수 있다.
존재하는 경우, 쉘 라텍스는 디핑(dipping), 분무 등을 포함하는, 당업자의 이해의 범위 내의 임의의 방법에 의해 적용될 수 있다. 쉘 라텍스는 토너 입자의 원하는 최종 크기, 실시 형태들에서 약 3 마이크로미터 내지 약 12 마이크로미터, 다른 실시 형태들에서 약 4 마이크로미터 내지 약 8 마이크로미터가 달성될 때까지 적용될 수 있다.
일단 토너 입자의 원하는 최종 크기가 달성되면, 염기를 사용하여 혼합물의 pH를 약 3.5 내지 약 7, 실시 형태들에서 약 4 내지 약 6.5의 값으로 조정할 수 있다. 염기에는, 예를 들어 수산화나트륨, 수산화칼륨, 및 수산화암모늄과 같은, 예를 들어 알칼리 금속 수산화물과 같은, 임의의 적합한 염기가 포함될 수 있다. 알칼리 금속 수산화물은 혼합물의 약 0.1 내지 약 30 중량%, 실시 형태들에서 혼합물의 약 0.5 내지 약 15 중량%의 양으로 첨가될 수 있다.
후속하여, 라텍스, 착색제 및 선택적인 왁스의 혼합물을 유착(coalescing)시킨다. 유착은 약 80℃ 내지 약 99℃, 실시 형태들에서 약 85℃ 내지 약 98℃의 온도에서, 약 0.5시간 내지 약 12시간, 실시 형태들에서 약 1시간 내지 약 6시간의 기간 동안 교반 및 가열하는 것을 포함할 수 있다.
이어서, 토너 응집체를 유착시키기 위해, 예를 들어, 산을 이용하여, 혼합물의 pH를 약 3.5 내지 약 6, 실시 형태들에서 약 3.7 내지 약 5.5로 낮출 수 있다. 적합한 산에는, 예를 들어 질산, 황산, 염산, 시트르산 또는 아세트산이 포함된다. 첨가되는 산의 양은 혼합물의 약 0.1 내지 약 30 중량%, 실시 형태들에서 혼합물의 약 1 내지 약 20 중량%일 수 있다.
혼합물을 냉각 또는 냉동 단계에서 냉각한다. 냉각은 약 20℃ 내지 약 40℃, 실시 형태들에서 약 22℃ 내지 약 30℃의 온도에서 약 1시간 내지 약 8시간, 실시 형태들에서 약 1.5시간 내지 약 5시간의 기간에 걸쳐 일어날 수 있다.
실시 형태들에서, 유착된 토너 슬러리를 냉각하는 것은, 예를 들어 얼음, 드라이아이스 등과 같은 냉각 매질을 첨가하여, 약 20℃ 내지 약 40℃, 실시 형태들에서 약 22℃ 내지 약 30℃의 온도로의 급속 냉각(rapid cooling)을 달성함으로써 급랭(quenching)하는 것을 포함한다.
이러한 냉각 후에, 응집체 현탁액을 라텍스의 Tg 이상의 온도로 가열할 수 있다. 입자가 코어-쉘 구성을 갖는 경우, 가열은 쉘 라텍스를 코어 라텍스와 융합시키기 위해, 코어를 형성하는 데 사용되는 제1 라텍스의 Tg 및 쉘을 형성하는 데 사용되는 제2 라텍스의 Tg보다 높은 온도에서 수행될 수 있다. 실시 형태들에서, 응집체 현탁액을 약 1시간 내지 약 6시간, 실시 형태들에서 약 2시간 내지 약 4시간의 기간 동안 약 80℃ 내지 약 90℃, 실시 형태들에서 약 83℃ 내지 약 86℃의 온도로 가열할 수 있다.
이어서, 토너 슬러리를 세척할 수 있다. 세척은 약 7 내지 약 12의 pH, 실시 형태들에서 약 9 내지 약 11의 pH에서 수행될 수 있다. 세척은 약 30℃ 내지 약 70℃, 실시 형태들에서 약 40℃ 내지 약 67℃의 온도에서 수행될 수 있다. 세척은 여과하는 것 및 토너 입자를 포함하는 필터 케이크(filter cake)를 탈이온수 중에 재슬러리화하는 것을 포함할 수 있다. 필터 케이크는 탈이온수로 1회 이상 세척될 수 있거나, 또는 약 4의 pH에서 1회 탈이온수 세척에 의해 세척될 수 있으며, 여기서 슬러리의 pH는 산으로 조정되고, 이어서 선택적으로 하나 이상의 탈이온수 세척이 뒤따른다.
건조는 약 35℃ 내지 약 75℃, 실시 형태들에서 약 45℃ 내지 약 60℃의 온도에서 수행될 수 있다. 건조는 입자의 수분 수준이 약 1 중량%의 설정 목표 미만, 실시 형태들에서 약 0.7 중량% 미만이 될 때까지 계속될 수 있다.
전하 제어제
실시 형태들에서, 토너 조성물 표면 첨가제는 원하는 대로 전하 제어제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 토너는 양전하 제어제 또는 음전하 제어제를 임의의 원하는 양 또는 유효량으로, 일 실시 형태에서 토너의 약 0.1 중량% 이상, 다른 실시 형태에서 토너의 약 1 중량% 이상, 일 실시 형태에서 토너의 약 10 중량% 이하, 다른 실시 형태에서 토너의 약 3 중량% 이하의 양으로 포함할 수 있다. 적합한 전하 제어제의 예에는 알킬 피리디늄 할라이드를 포함하는 4차 암모늄 화합물; 바이설페이트; 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제4,298,672호에 개시된 것들을 포함하는 알킬 피리디늄 화합물; 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제4,338,390호에 개시된 것들을 포함하는 유기 설페이트 및 설포네이트 조성물; 세틸 피리디늄 테트라플루오로보레이트; 다이스테아릴 다이메틸 암모늄 메틸 설페이트; 알루미늄 염, 예를 들어, 본트론(BONTRON) E84™ 또는 E88™(호도가야 케미칼(Hodogaya Chemical)) 등뿐만 아니라 이들의 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 그러한 전하 제어제는 상기에 기재된 쉘 수지와 동시에 또는 쉘 수지의 적용 후에 적용될 수 있다.
기타 표면 첨가제
토너와 조합될 수 있는 추가의 선택적인 첨가제에는 토너 조성물의 특성을 향상시키기 위한 임의의 첨가제가 포함된다. 표면 첨가제, 색 향상제 등이 포함된다. 세척 또는 건조 후에 토너 조성물에 첨가될 수 있는 표면 첨가제에는, 예를 들어, 금속 염, 지방산의 금속 염, 콜로이드성 실리카, 금속 산화물, 스트론튬 티타네이트, 이들의 조합 등이 포함되며, 이들 첨가제는 각각 일반적으로 토너의 약 0.1 내지 약 10 중량%, 실시 형태들에서 토너의 약 0.5 내지 약 7 중량%의 양으로 존재한다. 다른 첨가제에는 데구사(Degussa)로부터 입수가능한 에어로실(AEROSIL) R972(등록상표) 및 아연 스테아레이트가 포함된다. 미국 특허 제6,190,815호 및 미국 특허 제6,004,714호의 코팅된 실리카가 또한, 예를 들어 토너의 약 0.05 내지 약 5 중량%, 실시 형태들에서 토너의 약 0.1 내지 약 2 중량%의 양으로 선택될 수 있다. 이들 첨가제는 응집 동안 첨가될 수 있거나 형성된 토너 제품 내로 블렌딩될 수 있다.
본 발명의 라텍스를 이용하여 생성되는 토너 입자는 약 1 마이크로미터 내지 약 20 마이크로미터, 실시 형태들에서 약 2 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터, 실시 형태들에서 약 3 마이크로미터 내지 약 7 마이크로미터의 크기를 가질 수 있다. 본 발명의 토너 입자는 약 0.9 내지 약 0.99, 실시 형태들에서 약 0.92 내지 약 0.98의 원형도(circularity)를 가질 수 있다.
타간트 표면 첨가제
실시 형태들에서, 타간트 표면 첨가제는 다양한 금속 산화물을 포함하는 세라믹 재료를 포함한다. 실시 형태들에서, 세라믹 재료는 실리카, 산화이트륨, 산화리튬, 산화이테르븀, 및 산화세륨을 포함한다. 예시적인 세라믹 재료는 스타더스트 머티리얼즈 엘엘씨(Stardust Materials LLC; 미국 워싱턴주 밴쿠버 소재)로부터 IR 발광 안료로서 입수가능하다. 다른 비제한적인 예시적인 타간트 재료는 유에스 리서치 나노머티리얼즈, 인크.(US Research Nanomaterials, Inc.; 미국 텍사스주 휴스턴 소재)로부터 입수가능한, Al2O3, MgO, ZnO, ZrO2, SiO2 등과 같은 산화물들의 조합으로부터 제조되는 원적외선 나노분말/나노입자이다.
용도
본 발명에 따른 토너는 프린터, 복사기 등을 포함하는 다양한 이미징 장치에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 생성되는 토너는 이미징 공정, 특히 제로그래픽(xerographic) 공정에 우수하며, 우수한 이미지 해상도, 허용가능한 신호-대-잡음비, 및 이미지 균일성을 갖는 고품질 컬러 이미지를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 토너는 디지털 이미징 시스템 및 공정과 같은 전자사진(electrophotographic) 이미징 및 인쇄 공정을 위해 선택될 수 있다.
본 명세서에 개시된 공정으로 얻어지는 토너를 강(steel), 페라이트(ferrite) 등과 같은 코팅된 담체를 포함하는 공지의 담체 입자와 혼합함으로써 현상제(developer) 조성물을 제조할 수 있다. 담체는 토너의 약 1 중량% 내지 토너의 약 10 중량%, 실시 형태들에서 토너의 약 4 중량% 내지 약 6 중량%로 존재할 수 있다. 담체 입자는 또한 전도성 카본 블랙과 같은 전도성 성분이 내부에 분산되어 있는, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 중합체 코팅을 위에 갖는 코어를 포함할 수 있다. 캐리어 코팅은 실리콘 수지, 예를 들어 메틸 실세스퀴옥산, 플루오로중합체, 예를 들어 폴리비닐리디엔 플루오라이드, 트라이비닐리디엔 플루오라이드와 아크릴과 같은 대전열(triboelectric series)에 아주 근접하지는 않는 수지들의 혼합물, 아크릴과 같은 열경화성 수지, 이들의 조합 및 다른 공지의 성분을 포함한다.
현상은 방전 영역 현상을 통해 일어날 수 있다. 방전 영역 현상에서는, 광수용체를 대전시키고, 이어서 현상될 영역을 방전시킨다. 현상 필드(development field) 및 토너 전하는, 광수용체 상의 대전된 영역에 의해 토너가 반발되고 방전된 영역으로 끌어당겨지도록 하는 것이다. 이러한 현상 공정은 레이저 스캐너에서 사용된다.
현상은 미국 특허 제2,874,063호에 개시된 자기 브러시 현상 공정에 의해 달성될 수 있다. 이 방법은 본 발명의 토너 및 자기 담체 입자를 함유하는 현상제 재료를 자석에 의해 운반하는 것을 수반한다. 자석의 자기장은 브러시 유사 구성으로 자기 담체들의 정렬을 야기하고, 이러한 "자기 브러시"는 광수용체의 정전식 이미지(electrostatic image) 담지 표면과 접촉하게 된다. 토너 입자는 광수용체의 방전된 영역으로의 정전기적 인력에 의해 브러시로부터 정전식 이미지로 끌어당겨지고, 이미지의 현상이 이루어진다. 실시 형태들에서, 전도성 자기 브러시 공정이 사용되는데, 이 경우 현상제는 전도성 담체 입자를 포함하고 담체 입자를 통해 광수용체로 바이어스 자석(biased magnet) 사이에서 전류를 전도할 수 있다.
이미징
본 명세서에 개시된 토너 조성물은 제로그래픽 이미징 장치 또는 전자사진 이미지 형성 장치로서 통상적으로 알려진 것과 같은 다양한 이미징 시스템에서 광수용체와 같은 전자사진 이미징 부재와 함께 사용될 수 있다. 그러한 이미징 부재는 가시광, 근적색광(near-red light) 및/또는 적외광을 갖는 이미징 및 인쇄 시스템을 위해 선택될 수 있다. 이미징 부재를, 순차적으로 또는 동시에, 음으로 또는 양으로 대전시키고, 고체 레이저(solid state laser), 예를 들어, 비화물-유형 레이저에 의해 생성되는 것과 같은 약 700 내지 약 900 나노미터의 파장을 갖는 광에 노출시키고, 그 후에, 생성된 이미지를 현상하고 이를 슬라이드(transparency) 또는 종이와 같은 인쇄 기재로 전사할 수 있다. 추가적으로, 이미징 부재는 가시광을 이용한 이미징 및 인쇄 시스템을 위해 선택될 수 있다. 이미징 부재를 음으로 또는 양으로 대전시키고, 약 400 내지 약 700 나노미터의 파장을 갖는 광에 노출시키고, 그 후에 공지된 토너로 현상하고, 이어서 이미지를 인쇄 기재 상에 전사 및 정착시킬 수 있다.
일반적으로, 이미징 부재를 먼저 코로트론(corotron), 디코로트론(dicorotron), 스코로트론(scorotron), 핀 대전 장치, 바이어스 대전 롤(BCR) 등과 같은 코로나 대전 장치로 대전시킬 수 있다. 이어서, 정전식 이미지 형성 장치를 이용하여 이미징 부재 상에 정전식 이미지를 생성한다. 후속적으로, 예를 들어 수지 입자, 안료 입자, 전하 제어제 및 담체 입자를 포함하는 첨가제 등으로 구성된 조성물과 같은 현상제 조성물을 적용하는 하나 이상의 현상 스테이션에서 공지의 현상 장치에 의해 정전식 이미지를 현상한다. 이어서, 현상된 정전식 이미지를 이미지 전사 스테이션에서 종이 또는 슬라이드와 같은 적합한 인쇄 기재로 전사하고, 기재에 부착한다. 이미지의 현상은 하이브리드 스캐빈지리스 현상(hybrid scavengeless development), 자기 브러시 등과 같은 다수의 방법에 의해 달성될 수 있다.
현상된 이미지의 인쇄 기재로의 전사는, 코로트론 또는 바이어스 롤을 선택하는 것을 포함하는 임의의 적합한 방법에 의해 이루어질 수 있다. 정착 단계는 플래시 융합, 열 융합, 압력 융합, 증기 융합 등과 같은 임의의 적합한 방법에 의해 수행될 수 있다.
이미징 부재 표면으로부터의 현상된 이미지의 전사 후에, 이미징 부재는 표면 상에 남아 있는 임의의 잔류 현상제가 세정될 수 있고, 또한 추가 또는 다음 이미지의 현상을 위해 대전되기 전에 임의의 잔류 정전기 전하가 세정될 수 있다.
실시예
하기 실시예는 본 발명의 실시 형태를 예시하기 위해 제출된다. 이들 실시예는 단지 예시적인 것으로 의도되며, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 달리 지시되지 않는 한, 부 및 백분율은 중량 기준이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "실온"은 약 20℃ 내지 약 25℃의 온도를 지칭한다.
실시예 1
본 실시예는 본 명세서에 기재된 실시 형태에 따른 타간트를 포함하는 토너의 제조 및 특성화를 설명한다.
표 1에 나타나 있는 바와 같이, 투명, 황색, 마젠타, 시안, 및 흑색을 포함하는 일련의 토너 제형을 제조하였다.
[표 1]
Figure 112019100343410-pat00003
각각의 토너 색을 실리카(34%), 산화이트륨(32%), 산화리튬(16%), 산화이테르븀(12%), 및 산화세륨(6%)을 포함하는 소량의 세라믹 적외선 타간트(미국 워싱턴주 밴쿠버 소재의 스타더스트 머티리얼즈 엘엘씨로부터 입수가능한 IR 발광 안료)와 블렌딩하였다.
토너 첨가제 블렌딩
75 그램의 토너 입자를 벤치탑 블렌더(benchtop blender)에 첨가한 후에, 3.5 중량%의 실리카 첨가제 RY50(니폰 에어로실(Nippon Aerosil)로부터 입수가능함), 1.6%의 티타니아 첨가제 SMT5103(타이카 코포레이션으로부터 입수가능함), 0.5%의 아연 스테아레이트 첨가제(페로 코포레이션(Ferro Corporation)으로부터 입수가능함), 0.1%의 실리카 첨가제 H2050EP(와커 케미(Wacker Chemie)로부터 입수가능함) 및 0.1%의 타간트 분말(스타더스트 머티리얼즈 엘엘씨)을 첨가하였다. 이어서, 내용물을 약 15,000 rpm에서 2.5분 동안 블렌딩하여 본 명세서에서의 최종 블렌딩된 토너를 제공하였다.
도 1a 내지 도 1e는 대조군과 함께 타간트를 포함하는 다양한 토너에 대한 마찰 대전을 나타낸다.
토너 대전 측정: 표면 첨가제 및 IR 타간트를 갖는 블렌딩된 토너 입자에 대해 토너 대전을 수집하였다. 4.5 그램의 토너 및 100 그램의 제록스 소켄(Xerox Soken) MP-116 담체를 60 mL 유리병에서 혼합하여, 담체 중 4.5 pph의 토너를 제조하였다. 샘플을 3일 동안 21.1℃ 및 10% RH의 저습도 구역(J 구역)에서 컨디셔닝하였고, 별도의 샘플을 약 28℃/85% 상대 습도의 고습도 구역(A 구역)에서 컨디셔닝하였다. 모(parent) 토너 입자를 갖는 현상제를 터뷸라(Turbula) 혼합기에서 10분 동안 대전시키고, 첨가제 블렌딩된 토너를 갖는 현상제를 터뷸라 혼합기에서 60분 동안 대전시켰다.
토너 전하를, 트라이보(tribo)로도 지칭되는, 질량당 전하비(Q/M)로서 측정하였으며, 공기의 스트림에서 블로우-오프(blow-off)에 의해 토너를 제거한 후에 현상제를 함유하는 패러데이 케이지에서 전하를 측정하는 전체 블로우-오프 전하 방법(total blow-off charge method)에 의해 결정하였다. 케이지에서 수집된 전체 전하를, 블로우-오프 전 및 후에 케이지를 칭량하여 얻어지는, 블로우-오프에 의해 제거된 토너의 질량으로 나누어, Q/M 비 또는 트리보 결과를 제공한다.
도 2는 다양한 지시된 토너들에 대한 색 특성화를 나타낸다. 샘플을 계면활성제로 적시고 물 중에 현탁시켰다. 이어서, 막을 통해 여과하여 균일한 침착물을 달성하였다. 이어서, 색 분광광도계에 의한 분석을 위해 막들을 건조시키고 합쳤다. 여과되는 샘플의 양은 임의의 TMA(토너 질량 면적)로 조정할 수 있으며, 연속하여 샘플링할 수 있다. X-라이트(X-Rite) 939에 의한 측정은 색 값 L*, a*, b*, C*, 및 h*에 대한 데이터뿐만 아니라 400 내지 700 nm의 스펙트럼 데이터를 제공한다.

Claims (20)

  1. 수지 및 착색제를 포함하는 토너 입자를 포함하는 토너 조성물로서,
    상기 토너 조성물은 상기 토너 입자의 표면 상에 배치된 세라믹 산화물을 포함하는 적외선 발광 타간트(taggant)를 추가로 포함하고, 상기 타간트는 토너 입자 100부당 0.05부 내지 5부의 양으로 존재하고,
    상기 타간트는 규소, 이트륨, 리튬, 이테르븀, 및 세륨의 산화물을 포함하는 토너 조성물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 타간트는 나노미립자인 토너 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    토너 색은 투명하거나 황색이고, 상기 타간트는 토너 입자 100부당 0.05부 내지 1부의 범위의 농도로 존재하는 토너 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    토너 색은 마젠타이고, 상기 타간트는 토너 입자 100부당 0.5 내지 2부로 존재하는 토너 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    토너 색은 시안이고, 상기 타간트는 토너 입자 100부당 1 내지 5부로 존재하는 토너 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    토너 색은 흑색이고, 상기 타간트는 토너 입자 100부당 5부로 존재하는 토너 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 토너 입자는 스티렌-아크릴레이트 중합체, 비정질 폴리에스테르, 결정질 폴리에스테르, 또는 이들의 조합을 포함하는 토너 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 토너 입자는 화학적 공정에 의해 제조되는 토너 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 토너 입자는 용융 혼합 및 분쇄(pulverization)에 의해 제조되는 토너 조성물.
  11. 수지 및 착색제를 포함하는 토너 입자를 포함하는 토너 조성물의 제조 방법으로서,
    상기 토너 조성물은 상기 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 추가로 포함하고, 상기 방법은
    상기 적외선 발광 타간트를 포함하는 표면 첨가제 패키지와 토너 입자를 블렌딩하는 단계를 포함하며,
    여기서 상기 타간트는 세라믹 산화물을 포함하고, 토너 입자 100부당 0.05부 내지 5부의 양으로 존재하고,
    상기 타간트는 규소, 이트륨, 리튬, 이테르븀, 및 세륨의 산화물을 포함하는 토너 조성물의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 표면 첨가제 패키지는 전하 제어제(charge control agent)를 추가로 포함하는 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 타간트는 규소, 이트륨, 리튬, 이테르븀 및 세륨의 산화물을 포함하는 나노미립자 세라믹인 방법.
  14. 삭제
  15. 물품 상에 배치된 인쇄된 이미지를 포함하는 물품으로서,
    상기 인쇄된 이미지는 수지 및 착색제를 포함하는 토너 입자를 포함하는 토너 조성물로 제조되고, 상기 토너 조성물은 상기 토너 입자의 표면 상에 배치된 적외선 발광 타간트를 추가로 포함하고, 상기 인쇄된 이미지는 상기 적외선 발광 타간트의 적외선 검출에 의한 상기 물품의 인증을 가능하게 하며, 여기서 상기 타간트는 세라믹 산화물을 포함하고, 토너 입자 100부당 0.05부 내지 5부의 양으로 존재하고,
    상기 타간트는 규소, 이트륨, 리튬, 이테르븀, 및 세륨의 산화물을 포함하는 물품.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 물품은 신분 확인 배지(identification badge) 또는 통화(currency)의 형태인 물품.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 타간트는 규소, 이트륨, 리튬, 이테르븀, 및 세륨의 산화물을 포함하는 나노미립자 세라믹인 물품.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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