KR20000009649A - 토너 융착방지를 위한 세라믹 분말 외첨 토너 - Google Patents

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Abstract

토너의 융착방지를 위한 세라믹 분말 외첨 토너에 관한 것으로서, 바인더 수지, 대전제어제, 자성체 또는 카본 블랙, 외첨제인 실리카 및 외첨제인 세라믹 분말을 포함하는 전자사진용 자성 및 비자성 토너는 세라믹 분말을 외첨하여 토너의 표면 특성을 조절함으로써 토너의 융착에 의한 드럼 오염 및 화상 오염을 방지할 수 있으므로, 복사시 깨끗한 고화질을 얻을 수 있고, 장기간의 복사시에도 화상 농도 및 화질의 저하를 방지할 수 있다.

Description

토너 융착방지를 위한 세라믹 분말 외첨 토너
[산업상 이용분야]
본 발명은 토너의 융착방지를 위한 세라믹 분말 외첨 토너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유기 광전도성 드럼 표면에 토너가 융착되어 생기는 화상 오염 및 이로 인한 장기적인 화상 저하의 문제를 개선한 세라믹 분말 외첨 토너에 관한 것이다.
[종래 기술]
토너를 사용하는 전자사진 복사기는 10㎛ 정도의 크기를 가지는 미세 토너 입자들을 마그네틱 롤러와 직접 접촉시키거나 현상제를 이용하여 접촉시킴으로써 마찰을 통하여 대전시킨 후, 대전된 입자들을 적절한 바이어스(bias)를 사용하여 광도전성 물질로 구성되는 드럼에 형성된 정전 잠상에 정전기적인 힘으로 선별 이동시켜 토너상을 형성하고, 이 토너상을 드럼보다 높게 대전된 종이 등의 매체로 이동시킨 후, 열과 압력에 의해 정착시킴으로서 영구적 화상을 얻는 것이다. 이러한 일련의 과정 중에서 최종 화상의 해상도 및 화질은 대전된 토너 입자들이 정전 잠상이 형성된 드럼으로 이동하는 현상 과정에서 거의 결정된다.
즉 정전 잠상은 이온으로 구성되어 있어 반대 극성의 적정 하전을 띤 토너 입자들만을 선택적으로 취하므로 깨끗한 고화질을 얻기 위해서는 토너 입자들이 균일하고 적절한 하전량을 가져야 한다. 극성이 다르거나 과도하게 낮거나 높은 하전을 띤 입자들이 존재하는 경우에는 배경부 오염, 화상 농도의 저하 및 토너 산란 등의 현상이 발생하게 되어 화상이 떨어지며, 초기의 화질이 우수한 경우에도 장기적인 복사시에 점차적으로 화상 농도 및 화질이 저하된다. 이러한 화상 농도 및 화질의 저하는 현상 장치의 특성에 의해서도 발생하지만, 대부분의 경우에는 토너 입자들의 대전 특성의 문제로 인해 발생하므로 고성능 토너의 제조시 고려해야 할 중요한 인자로서 토너 입자들의 적정 하전량 및 좁은 하전 분포도를 들 수 있다.
이와 같이 양질의 화상을 얻기 위하여 복사기용 토너가 갖추어야 할 중요한 성능 중의 하나가 균일한 대전 능력이며, 토너 입자들의 입경 분포가 균일하지 못하여 너무 크거나 작은 입자들이 많이 존재하는 경우에는 입자당 하전량이 달라져 양질의 화상을 얻을 수 없으므로, 균일한 대전 능력을 얻기 위해서 입경 분포를 제어하는 방법 등이 사용되고 있다. 그 중 한가지 예로 미국특허 제5,298,950호에서는 입경 분포를 제어하여 화상을 개선하는 방법을 제시하고 있지만, 단순한 입경 분포의 조절만으로는 만족할 만큼의 고화질의 화상을 얻을 수 없다는 문제가 있다.
토너 입자의 대전 특성 이외에 최종 화상에 영향을 주는 요소로는 유기 광도전성 드럼에 토너가 융착되는 현상을 들 수 있다. 이는 자성 또는 비자성 토너에 관계없이 토너의 주성분의 하나인 바인더 수지, 왁스 등에 의해서 발생하며, 토너가 드럼 표면에 융착되면 드럼 위의 클리닝 블레이드에 의해서 드럼이 클리닝되지 않고 계속적으로 토너가 축적되므로, 양질의 화상이 형성되는 것이 방해받는다. 따라서, 이러한 드럼 표면의 오염을 방지하여 양질의 화상을 얻기 위한 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 토너의 표면 특성을 조절하여 드럼에 토너가 융착되는 현상을 방지함으로써 복사시 깨끗한 고화질을 얻을 수 있고, 장기간의 복사시에도 화상 농도 및 화질의 저하를 방지할 수 있는 토너를 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 바인더 수지, 대전제어제, 자성체 또는 카본 블랙, 외첨제인 실리카 및 외첨제인 세라믹 분말을 포함하는 전자사진용 자성 및 비자성 토너를 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 전체 토너의 입경 분포와 그에 따른 대전 특성이 화상 특성에 큰 영향을 미치며, 이러한 토너의 대전 특성은 토너의 표면 구성 물질에 따라 달라지게 되므로, 화상은 토너 입자 표면에 외첨된 물질에 의해서 크게 영향을 받는다. 이러한 관점에서 본 발명은 유기 도전성 드럼의 표면과 토너에 사용된 수지의 접촉을 줄이고, 클리닝 블레이드의 역할을 극대화시킴으로써 토너의 융착에 의한 드럼의 오염을 방지하고 기존의 융착된 토너도 더 이상 증가하지 않거나 감소되도록 하여 양질의 화상을 만들기 위하여, 외첨 세라믹 분말의 종류, 입도 및 외첨량을 변화시켜 토너의 표면 특성을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 토너는 바인더 수지, 대전제어제, 자성체 또는 카본 블랙 및 표면에 외첨된 실리카와 세라믹 분말을 포함한다.
바인더 수지로는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐계수지, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 열가소성 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴, 멜라민 수지 등을 사용할 수 있고, 대전제어제로는 금속함유 염료, 4급 암모늄염, 니그로신계 염료를 사용할 수 있으며, 자성체로는 가네트, 페라이트, 마그네타이트, 감마-산화철 등을 사용한다.
외첨제는 거의 모든 건식 토너에 분말 흐름성 향상을 목적으로 사용되며, 이러한 목적 이외에 토너 입자들의 대전 특성을 크게 좌우하여 제2의 대전제어제 역할을 한다. 외첨제로는 주로 실리카가 사용되며, 이러한 실리카들은 목적에 따라 적절한 대전 특성을 갖도록 표면처리되기도 한다. 본 발명은 외첨제로 이러한 실리카 이외에 세라믹 분말을 추가로 사용하여 토너의 융착에 의한 드럼 오염 및 화상 오염을 방지하는 것을 특징으로 한다. 토너의 표면 특성이 토너 전체의 하전 특성에 지배적인 영향을 미치기 때문에 외첨된 세라믹 분말의 종류, 입경 분포 및 첨가량 또한 전체 토너의 특성에 지배적인 영향을 미치게 된다.
본 발명에서 외첨용 세라믹 분말로 사용되는 물질은 유전율이 50 이상인 것이 바람직하고, 바륨타이타네이트(BaTiO3), 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 칼슘타이타네이트(CaTiO3), 리드타이타네이트(PbTiO3), 타이타늄디옥사이드(TiO2), 틴디옥사이드(SnO2), 칼슘옥사이드(CaO), 마그네슘옥사이드(MgO), 알루미늄옥사이드(Al2O3), 산화철(Fe2O3), 감마 산화철, 마그네슘실리케이트(MgSiO3), 마그네타이트(Fe3O4), 지르코니아(ZrO2), 보론옥사이드(B2O3), 실리카(SiO2), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 니켈페라이트, 징크페라이트, 니켈징크페라이트, 바륨페라이트(BaFe2O4) 등을 사용할 수 있으며, 60㎚ 내지 3㎛의 입경을 가지는 것이 바람직하다. 입경이 상기 범위에 포함되는 물질을 토너에 외첨했을 때 토너 입자들의 융착이 현저하게 줄어들게 되며, 입경이 60㎚ 미만이면 배경부 오염이 심하게 발생하고, 입경이 3㎛를 초과하면 대전 장치인 슬리브에 토너가 융착되는 것을 방지하는 효과가 떨어지고, 지나치게 드럼의 표면을 마모시켜 드럼의 수명을 단축시키는 경향을 나타낸다.
이러한 외첨용 세라믹 분말은 pH 3.0-5.0의 범위를 가지고, 비표면적이 40-80㎡/g인 것이 바람직하다. 또한, 외첨하는 세라믹 분말의 양에 따라서도 토너의 표면 특성이 변화하며, 외첨제의 양은 0.2 내지 3중량부인 것이 바람직하다. 외첨제의 양이 0.2중량부 미만이거나 3중량부를 초과하면 토너 융착 방지 효과가 감소하여 화상이 저하된다. 본 발명의 세라믹 분말은 자성 및 비자성 토너에 모두 적용될 수 있으며, 각각의 경우에 동일한 효과를 나타낸다.
본 발명의 토너는 분말 혼합, 용융 혼련, 조분쇄, 미분쇄, 분급 및 외첨 과정을 거쳐 제조되며, 각각의 경우에 예를 들어 분말 혼합시에는 헨셀 혼합기를, 용융 혼련시에는 부스니더를, 분쇄 및 분급 과정에서는 알파인 장치를 사용할 수 있고, 제조된 입자들의 부피 평균 입경 및 입경 분포도는 쿨터 카운터를 이용하여 측정할 수 있다.
[실시예]
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예 및 비교예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1-12
표 1의 성분을 가지는 자성 및 비자성의 토너 각각 100중량부에 대하여 정대전성 실리카인 데구사의 R504를 0.5중량부 외첨한 후, 표 2에 나타낸 것과 같은 세라믹 분말을 표 3 및 표 4의 비율로 외첨하여 토너를 제조하였다.
비자성 토너 자성 토너
성분 성분비(중량부) 성분 성분비(중량부)
스티렌 아크릴 공중합체 86 스티렌 아크릴 공중합체 46
정대전 제어제 2 정대전 제어제 2
카본 블랙 10 마그네타이트계 자성체 50
왁스 2 왁스 2
입경분포 pH 비표면적
세라믹 분말 1 10㎚-50㎚ 4.0-6.6 100±15㎡/g
세라믹 분말 2 60㎚- 1㎛ 3.5-5.0 40-80㎡/g
세라믹 분말 3 1㎛- 3㎛ 3 - 4 50±15㎡/g
세라믹 분말 4 5㎛-13㎛ 4.5-7.5 50-100㎡/g
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
비자성 토너 100 100 100 100 100 100
세라믹 분말 2 1.0 2.0 3.0
세라믹 분말 3 1.0 2.0 3.0
실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12
자성 토너 100 100 100 100 100 100
세라믹 분말 2 1.0 2.0 3.0
세라믹 분말 3 1.0 2.0 3.0
비교예 1-12
실시예 1-12에서 표 2의 세라믹 분말 2, 3 대신 세라믹 분말 1, 4를 사용하여 각각 표 5, 6에 나타낸 것과 같은 비율로 외첨한 것을 제외하고는 실시예 1-12와 같은 방법으로 토너를 제조하였다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
비자성 토너 100 100 100 100 100 100
세라믹 분말 1 1.0 2.0 3.0
세라믹 분말 4 0.1 3.0 4.0
비교예 7 비교예 8 비교예 9 비교예 10 비교예 11 비교예 12
자성 토너 100 100 100 100 100 100
세라믹 분말 1 1.0 2.0 3.0
세라믹 분말 4 0.1 3.0 4.0
실시예 및 비교예에 따라 제조된 전자사진용 토너를 리코사의 복사기(FT-4418) 및 캐논사의 복사기(NP2020)에 적용하여 화상 실험을 하였고, 토너의 융착에 의한 오염 정도를 1-5로 나누어 표 7에 나타내었다.
토너 융착에 의한 드럼 표면의 오염 및 화상 오염 정도
100매 5000매 10000매
실시예 1 N N Y(1)
실시예 2 N N N
실시예 3 N N N
실시예 4 N N N
실시예 5 N N N
실시예 6 N N N
실시예 7 N N Y(1)
실시예 8 N N N
실시예 9 N N N
실시예 10 N N N
실시예 11 N N N
실시예 12 N N N
비교예 1 Y(4) Y(5) Y(5)
비교예 2 Y(3) Y(4) Y(5)
비교예 3 Y(3) Y(4) Y(5)
비교예 4 Y(4) Y(5) Y(5)
비교예 5 Y(3) Y(4) Y(5)
비교예 6 N Y(3) Y(4)드럼수명 저하
비교예 7 Y(4) Y(5) Y(5)
비교예 8 Y(3) Y(4) Y(5)
비교예 9 Y(3) Y(4) Y(5)
비교예 10 Y(4) Y(5) Y(5)
비교예 11 Y(3) Y(3) Y(5)
비교예 12 N Y(3) Y(4)드럼수명 저하
N: 오염관찰 안됨, Y: 오염 관찰됨, 상태: 1(우수)-5(불량)
표 7의 결과로부터 본 발명의 토너는 드럼의 오염에 의한 화상 오염이 나타나지 않는다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 토너는 세라믹 분말을 외첨하여 토너의 표면 특성을 조절함으로서 토너의 융착에 의한 드럼 오염 및 화상 오염을 방지할 수 있으므로, 복사시 깨끗한 고화질을 얻을 수 있고, 장기간의 복사시에도 화상 농도 및 화질의 저하를 방지할 수 있다.

Claims (7)

  1. 바인더 수지;
    대전제어제;
    자성체 또는 카본 블랙;
    외첨제인 실리카; 및
    외첨제인 세라믹 분말을;
    포함하는 전자사진용 자성 및 비자성 토너.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 분말은 60㎚-3㎛의 입경을 가지며, pH가 3.0-5.0이고, 비표면적이 40-80㎡/g인 것인 토너.
  3. 제1항에 있어서, 상기 외첨제의 양은 0.2-3중량부인 토너.
  4. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 분말은 바륨타이타네이트, 스트론튬타이타네이트, 칼슘타이타네이트, 리드타이타네이트, 타이타늄디옥사이드, 틴디옥사이드, 칼슘옥사이드, 마그네슘옥사이드, 알루미늄옥사이드, 산화철, 감마 산화철, 마그네슘실리케이트, 마그네타이트, 지르코니아, 보론옥사이드, 실리카, 실리콘카바이드, 실리콘 나이트라이드, 니켈페라이트, 징크페라이트, 니켈징크페라이트 및 바륨페라이트로 이루어진 군에서 선택되는 것인 토너.
  5. 제1항에 있어서, 바인더 수지는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐계 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트 열가소성 폴리에스테르, 폴리아크릴로니트릴 및 멜라민 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 것인 토너.
  6. 제1항에 있어서, 대전제어제는 금속함유 염료, 4급 암모늄염 및 니그로신계 염료로 이루어진 군에서 선택되는 것인 토너.
  7. 제1항에 있어서, 자성체는 가네트, 페라이트, 마그네타이트 및 감마-산화철로 이루어진 군에서 선택되는 것인 토너.
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