KR20000032227A - 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌, 그의 제조방법 및 이 결정을포함하는 전자사진방식의 감광체 - Google Patents

결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌, 그의 제조방법 및 이 결정을포함하는 전자사진방식의 감광체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌, 그의 제조방법 및 이 결정을 포함하는 전자사진방식의 감광체에 관한 것이다.
본 발명의 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌은 무정형 또는 결정형의 옥소티타닐 프탈로시아닌을 산-페이스트법 처리 후 유기용매/물의 용매조건으로 처리하여서 제조되는 X-선 회절분석(CuKα)에서 브랙각(2θ±0.2°)으로 7.4°, 10.3°, 12.7°, 16.5°, 22.4°, 24.3°, 25.4°, 27.3°, 28.5°의 주요 회절 피크를 가지는 것을 특징으로 하며, 이를 전자사진방식의 유기 감광체로 포함시켜서 사용한다.
본 발명의 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌 및 전자사진방식의 감광체는 전자사진방식의 레이져 프린트 및 팩스밀리 등의 감광체에 적용되면서, 우수한 감도특성 및 광피로 현상에 대한 우수한 저항성을 제공한다.

Description

결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌, 그의 제조방법 및 이 결정을 포함하는 전자사진방식의 감광체
본 발명은 X-선 회절분석에서 특정 결정구조를 가지는 옥소티타닐 프탈로시아닌(Oxotitanyl phthalocyanine), 그의 제조방법 및 이 결정을 포함하는 전자사진방식의 감광체에 관한 것이다.
종래의 전자사진방식의 감광체(Electrophotographic Photoreceptor)로는 진공증착법에 의해 전도성 물질인 알루미늄등의 기판 위에 조성된 셀렌(Se)계, 황화 카드미늄(Cd-S)계 및 산화아연(ZnO)등의 무기계 감광체가 사용되었다. 이들 무기계 감광체는 내구성이 우수하고 감도특성이 우수한 반면, 복잡한 제조공정, 높은 제조원가 및 환경 안정성 저하 등 많은 단점을 가지기 때문에 현재 전자사진방식의 감광체로 거의 사용되지 않고 있다.
최근 들어 레이저 다이오드(Laser Diode)의 파장영역인 800㎚ 주위에서 빛을 흡수하는 프탈로시아닌 안료가 전하발생물질로써 적용되면서 이를 사용한 감광체의 실용화가 확대되었다. 프탈로시아닌 화합물의 흡수 스펙트럼 및 광전도성은 중심금속에 따라 다른 성질을 가지지만 또한, 결정형태의 변화에도 각각 다른 물리적 성질을 나타낸다. 이에 따라 이들 프탈로시아닌 화합물, 특히 옥소티타닐 프탈로시아닌의 여러 형태의 결정구조를 특징으로 하는 전자사진방식의 감광체가 사용되어지고 있다. 예를 들어 α-결정형(또는 B형)은 일본공개특허공보 소61-217,050호, 미국특허 제4,728,592호 ; β-결정형(또는 A형)은 미국특허 제 4,664,997호 ; C-결정형은 일본공개특허공보 소62-256,865호 : D-결정형은 일본공개특허공보 소62-67,094호, 미국특허 제5,183,886호 ; Y-결정형은 일본공개특허공보 소64-17,066호 : γ-결정형은 일본공개특허공보 평1-299,874호 : ω-결정형은 일본공개특허공보 평2-99,969호 등에 각각 공개되고 있으며, D-, Y- 및 γ-결정형들은 X-선 회절 분석에서 27.2°주위의 브랙(Bragg) 각에서 강한 피크(Peak)를 가진다.
한편, 전자사진방식의 감광체를 사용한 레이져 프린트, 팩스밀리 및 복사기(디지털 방식)는 기기 자체가 가지는 고유의 특성 때문에 이에 적합한 감도, 대전성, 암감쇄 및 잔류전위 등 정전특성을 가져야 하고, 최적의 화상을 나타내기 위해서는 감광체에 적용되는 전하발생물질과 전하수송물질의 조화가 중요하다. 이러한 모든 성질은 알루미늄 등 전도성 지지체 위에 조성되는 각각의 감광층의 물성에 따라 좌우되지만, 특히 전하발생물질의 종류 및 결정구조에 따라 크게 좌우된다.
따라서, 최근에는 상기의 특정한 결정구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌을 단독으로 사용하는것 이외에 레이져 프린터, 팩스밀리 및 복사기의 기기 고유의 특성에 적합한 감광층을 조성하기 위한 여러 가지 시도가 있었는데, 무금속 프탈로시아닌(미국특허 제 5,595,846호), 치환기를 가진 프탈로시아닌(미국특허 제 5,283,146호), 할로겐화 금속 프탈로시아닌(미국특허 제 5,292,604호 및 제5,449,581호) 및 디스아조(미국특허 제 5,576,131호)등을 옥소티타닐 프탈로시아닌에 혼합한 형태가 주목을 받고 있다.
그러나, 상기의 옥소티타닐 프탈로시아닌에 중심금속이 다른 프탈로시아닌 또는 디스아조계 혼합물을 혼합하여 조성하는 조성물은 다른 두 가지 이상의 화합물을 혼합해야 하는 단점이 있고, 2종류 이상의 프탈로시아닌의 단순혼합에 의한 저장 안정성 저하 또는 장기 광 노출시의 화상특성을 저하시키는 광피로 현상이 발생하는 단점을 가진다.
따라서, 본 발명에서는 옥소티타닐 프탈로시아닌에 화학식이 다른 프탈로시아닌을 혼합하는 것이 아니라 동일한 화학구조식을 가지지만 결정형이 다른 두 가지 이상의 프탈로시아닌이 혼합된 형태를 가진 조성물을 특징으로 한다.
본 발명의 목적은 우수한 감도특성, 안정된 잔류전위 및 반복 사용할 경우에도 우수한 정전기적 안정성을 가지는 전자사진방식의 감광체를 제조하는 데 적합한 옥소티타닐 프탈로시아닌을 함유하는 특정 결정구조를 가진 옥소티타닐 프탈로시아닌 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반복사용시에도 우수한 감도특성, 안정된 잔류전위 및 반복 사용할 경우에도 우수한 정전기적 안정성을 가지는 전자사진방식의 감광체를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 상기의 목적 조성물 및 제품을 개발하기 위하여 수많은 노력을 기울인 결과로 옥소티타닐 프탈로시아닌의 여러 가지 결정구조를 연구하였고, 이에 따라 우수한 감도특성, 안정된 잔류전위 및 광피로 현상이 크게 개선된 결정 조성물 및 이를 포함하는 전자사진방식의 감광체를 개발하게 되었다. 즉, 특정 결정구조를 가지는 옥소티타닐 프탈로시아닌의 최적의 혼합비를 도출하여 우수한 정전특성을 가지도록 하였고, 이러한 혼합비를 가지기 위해서는 두 가지의 특정 결정구조를 각각 제조한 후 일정한 비율로 혼합하는 제조방법이 가능하지만, 본 발명에서는 독자적인 결정화 방법에 의해 직접 특정구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌의 제조하는 방법을 개발하였다.
도 1은 유사(Pseudo)-B형 결정구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌의 X-선 회절분석 스펙트럼 이다.
도 2는 D형 결정구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌의 X-선 회절분석 스펙트럼이다.
도 3은 무정형 구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌의 X-선 회절분석 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 1에서 제조한 프탈로시아닌의 X-선 회절분석 스펙트럼(유사-B형 + D형의 옥소티타닐 프탈로시아닌 결정)이다.
도 5는 실시예 4에서 제조한 프탈로시아닌의 X-선 회절분석 스펙트럼(유사-B형 + D형의 옥소티타닐 프탈로시아닌 결정)이다.
도 6은 비교예 5에서 제조한 프탈로시아닌 조성물의 X-선 회절분석 스펙트럼(유사-B형 + D형의 옥소티타닐 프탈로시아닌 결정)이다.
본 발명은 전하발생물질로써 X-선 회절분석에서 7.4°의 최대 브랙각(2θ±0.2°)에서 주피크를 가지는 결정성의 옥소티타닐 프탈로시아닌, 그의 제조방법 및 이 결정을 포함하는 전자사진방식의 감광체를 제공하기 위한 것이다.
즉, 본 발명은 7.4°, 10.3°, 12.7°, 16.5°, 22.4°, 24.3°, 25.4°, 27.3°, 28.5°의 브랙각(2θ±0.2°)을 주요 회절 피크로 가지는 옥소티타닐 프탈로시아닌, 즉 유사-B형 결정 구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌과 D형 결정 구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌, 그의 제조방법 및 이 결정 조성물을 포함하는 전하발생층을 가지는 전자사진방식의 감광체를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 사용되는 옥소티타닐 프탈로시아닌 화합물의 합성은 기존에 알려진 방법에 따라 1,2-디시안화벤젠(1,2-Dicyanobenzene) 및 사염화티타늄(TiCl4)을 적당한 용매조건하에서 반응시키는 방법과 디이미노이소인돌린(Diiminoisoindoline) 및 티타늄테트라알콕사이드(Ti(OR)4)를 적당한 유기 용매조건 하 반응시켜서 제조할 수 있다.
상기 유사-B형 결정 구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌과 D형 결정 구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌의 조성비율에서 유사-B형 옥소티타닐 프탈로시아닌의 함량은 바람직하기로는 50% 내지 99중량%, 더욱 바람직하기로는 70 내지 99중량%의 범위로 하는 것이 감도특성, 잔류전위 및 광피로 현상에서 우수한 특성을 나타낸다. 유사-B형 이 50% 이하이면 초기전위의 상승이 거의 일어나지 않고 99%이상이면 광피로현상이 크게 나타나는 단점이 있다.
본 발명에 따른 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌을 제조하는 방법은 각각의 결정구조를 가지는 옥소티타닐 프탈로시아닌을 제조한 후 이들 화합물을 물리적인 방법으로 단순혼합하여 제조할 수 있지만, 이 때에는 두 가지 결정구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌의 제조에 따른 비효율성 및 단순혼합에 의한 분산안정성 저하가 일어나고, 또한 비균일 분산에 따른 감광체의 특성에 대한 내구성이 저하하는 단점을 가진다. 따라서 본 발명에서는 상기 합성된 무정형 또는 결정구조의 프탈로시아닌을 산-페이스트(Acid-Paste)법에 의해 무기산에 용해시킨 후 일정한 비율의 유기용매/물의 조건에서 처리하여 분자구조적 단계에서 하나의 결정형을 가지는 특정 결정구조의 옥소티타닐 프탈로시아닌을 제조하는 방법을 이용하게 된다.
즉, 본 발명에서 사용하는 산-페이스트법에 의하면, 옥소티타닐 프탈로시아닌의 무정형 또는 결정형 화합물을 무기산에 녹인 후 0 내지 5℃로 유지되는 유기용매/증류수의 혼합용매에 서서히 떨어뜨리면서 재침전시킨다. 침전물을 증류수로 세척시킨 후 묽은 암모니아수로 세척하고, 다시 세정수가 pH 6 내지 7이 유지되도록 증류수로 세척한다.
상기 무기산으로는 진한 황산(35 V/V%)을 사용하고, 유기용매 및 증류수의 혼합용매가 상용성이 떨어지는 경우에는 충분히 교반하면서 황산용액을 떨어뜨려야 균일한 입자와 일정한 구조의 결정형을 얻을 수 있다. 만약, 충분한 혼합이 이루어지지 못하면 특정구조의 결정형이 많이 생성되거나 원하지 않은 결정형이 생성될 수 있고 결정의 입자크기에도 영향을 줄 수 있다.
상기의 산-페이스트법으로 처리 후 X-선 회절분석에서 7.4°의 브랙각에서 최대의 피크를 가지는 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌을 제조하기 위하여 재침전시키게 되는 유기용매/증류수의 조건에서 적절한 유기용매로는 에테르류, 즉 디에틸에테르, 디옥산, 테트라히드로퓨란(THF), n-부틸에테르, 이소부틸에테르등; 케톤류 즉, 아세톤, 시클로헥사논, 2-에틸메틸케톤 등; 탄화수소류 즉 헥산, 옥탄, 시클로헥산 등으로 어떤 특정한 용매에 한정되지 않지만, 본 발명에서의 프탈로시아닌 결정조성물을 제조하는 데에 가장 적합한 용매로는 에테류와 케톤류이다.
본 발명에서의 상기의 혼합용매에 있어서의 유기용매의 함량은 일정한 결정구조를 제조하는데 중요한 역할을 하는데, 유기용매의 함량이 1내지 50중량%의 범위가 바람직하고, 3 내지 30중량%가 더욱 바람직하다. 만약 유기용매가 첨가되지 않으면 일반적으로 알려져 있는 증류수형 구조 또는 그 유사결정구조가 얻어지고, 유기용매가 과다하게 포함되면 여러 가지 혼합형태의 결정구조가 일정하지 않게 생성되는 단점이 있다. 상기 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌은 X-선 회절분석(CuKα)에서 7.4°, 10.3°, 12.7°, 16,5°, 22.4°, 24.3°, 25.4°, 27.3°, 28.5°의 브랙각(2θ±0.2°)을 주요 회절 피크로 갖는다.
본 발명에 따르면 전자사진 방식의 감광체로 전도성을 가지는 물질의 표면 위에 X-선 회절분석(CuKα)에서 7.4°, 10.3°, 12.7°, 16,5°, 22.4°, 24.3°, 25.4°, 27.3°, 28.5°의 브랙각(2θ±0.2°)을 주요 회절 피크로 가지는 옥소티타닐 프탈로시아닌 조성물을 유기감광물질로써 포함하는 감광층을 가지는 유기 감광체를 제공한다. 본 발명에서의 옥소티타닐 프탈로시아닌 결정 조성물은 전자사진방식의 감광체에서 전하발생물질로 유용하게 사용되며 우수한 감도특성, 안정한 잔류전위 및 반복 사용 시에도 안정된 정전특성을 가지게 된다.
본 발명에서의 조성된 옥소티타닐 프탈로시아닌 결정 조성물을 사용한 감광체는 적층형 구조로써 전도성 지지체 위에 하도층 또는 전도층/하도층을 조성하고, 차례대로 전하발생층과 전하수송층을 조성한다. 그리고, 필요시에는 최외층을 조성할 수 있는데, 이것은 감광체의 내구성을 더욱 확보하기 위하여 보호층을 두게 되는 것이다.
전자사진방식의 감광체에 있어서, 전도성 지지체로는 전도성 물질인 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 스테인레스, 니켈 등; 플라스틱 표면 위에 알루미늄, 알루미늄 합금, 인디움 옥사이드 등이 조성된 것; 플라스틱 또는 종이 위에 전도성 고분자 또는 전도성을 가지는 입자를 증착시킨 것이 사용된다.
본 발명의 감광체에서는 전도성 지지체와 전하발생층 사이에 접착력 강화 및 전하이동의 장벽 역할을 하는 프라이머층 또는 하도층을 두고 있다. 하도층은 카세인, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 폴리아마이드, 폴리우레탄 등의 물질로 조성되며, 하도층의 두께는 0.1 내지 10㎛가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 3㎛의 두께이다.
전도성 지지체와 하도층 사이에는 지지체 표면의 결함이나 레이저 빛에 의해 화상입력이 될 때 산란에 의해 발생할 수 있는 간섭현상을 방지하기 위하여 전도성층이 조성되기도 한다. 전도성층은 주로 카본블랙, 금속가루, 금속산화물과 적당한 수지로써 구성되며, 5 내지 40㎛의 두께가 바람직하고 10 내지 30㎛의 두께가 더욱 바람직하다.
또한, 전자사진방식의 감광체를 보호하기 위하여 최외층에 수지층 또는 전도성층을 조성할 수 있고, 바람직하기로는 0.1 내지 5㎛의 두께로 조성되며, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 3㎛이다.
전하발생층은 본 발명에서의 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌과 결합용 수지로 구성된다. 결합용 수지로는 여러 가지 고분자 수지 중에서 선정할 수 있으며, 폴리비닐부티랄, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리비닐아세테이트, 폴리아마이드, 에폭시수지, 우레탄수지, 카세인, 폴리비닐알코올 등을 사용할 수 있다. 필요할 경우에는 결합용 수지가 사용될 때 가소제, 산화방지제, 흐름성증가제 및 핀홀(Pin-Hole)제거제 등의 첨가제들을 추가적으로 사용할 수 있다.
전하발생층은 전도성 지지체 위에 본 발명에서의 옥소티타닐 프탈로시아닌 결정 조성물을 유기용매에 용해되는 결합용 수지의 용액에 균일하게 분산시켜 조성된 감광약품을 코팅함으로써 얻어진다. 이때 결합용 수지는 프탈로시아닌에 대하여 0 내지 200중량%를 사용하고, 10 내지 100중량%의 범위가 바람직하다. 만약 프탈로시아닌 조성물의 비율이 높으면 전하발생층용 감광약품의 분산 안정성이 크게 떨어지고, 반대로 너무 낮으면 전하발생층의 감도특성이 크게 부족하게 되어 감광체로서의 제 역할을 할 수 없게 된다. 그리고, 상기에서 사용 언급된 첨가제는 프탈로시아닌에 대하여 0.1 내지 5중량%를 첨가하는 것이 바람직하고, 0.1 내지 2중량%의 범위를 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.
전하발생층용 감광약품에 사용되는 용매는 전하발생층이 조성될 때 하도층을 녹이는 성질이 떨어지는 것이 바람직하다. 이에 적합한 유기용매로는 알코올류 즉 메탄올, 에탄올, 이소프로판놀, n-부탄올, 2-에톡시에탄올, 1-에톡시-2-프로판올등; 케톤류 즉, 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등; 아마이드류 즉, N,N-디메틸아세트아마이드, N,N-디메틸포름아마이드 등; 에테르류 즉 테트라히드로퓨란, 디옥산 등; 에스테르류 즉, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트등; 탄화수소류 즉, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥산 등을 포함한다.
전하발생층용 감광약품을 코팅하여 전하발생층을 조성하는데, 코팅방법으로는 이미 알려져 있는 침강코팅(Dip-Coat), 스프레이 코팅(Spray-Coat), 스핀코팅(Spin-Coat), 와이어 바 코팅(Wire-Bar Coat)등이 가능하다. 코팅 후 건조조건은 가능하면 고온에서 실시하는 것이 바람직하고, 고온건조 조건은 50 내지 200℃에서 5분 내지 2시간 이내에 실시하는 것이 바람직하다. 그리고, 전하발생층은 대개 0.05 내지 5㎛의 두께로 조성되고, 0.05 내지 2㎛의 두께가 바람직하다. 전하발생층의 두께가 0.05㎛ 이하로 구성되면 균일한 층을 조성할 수 없고, 전하발생층으로서의 제 역할을 다할 수가 없다. 반면, 5㎛ 이상으로 두께가 조성되면 정전기적 특성, 즉 대전성이 크게 저하되게 된다.
적층형 구조의 감광체에서 전하수송층은 전하수송물질과 결합용 수지로 구성된다. 전하수송물질로는 옥사디아졸류, 트리페닐아민류, 히드라존류, 부타디엔류, 스틸벤류 및 벤지딘류등의 화합물이 적용된다. 아래에 주로 사용되는 전하수송물질의 구조식을 예시하였다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
전하수송층에 사용되는 결합용 수지는 전하발생층에 사용되는 수지와 동일하게 적용될 수 있다. 전하수송층은 상기에서 언급한 전하수송물질, 결합용 수지 및 이미 코팅된 전하발생층을 잘 녹이지 않는 용매를 포함하는 전하수송층용 감광약품을 전도성 지지체 위에 조성한 전하발생층 위에 코팅법에 의해 형성한다. 용매와 코팅법은 앞선 전하발생층의 조성방법과 동일하다.
상기의 전하수송물질을 적용한 전하수송층에서 결합용 수지는 전하수송물질에 대하여 50 내지 500%의 범위가 바람직하며, 50 내지 300%의 범위가 더욱 바람직하다. 전하수송층의 두께는 5 내지 50㎛가 바람직하고, 10 내지 40㎛가 더욱 바람직하다. 만약 두께가 5㎛ 미만으로 조성되면 초기 대전성이 저하하게 되고, 50㎛를 초과할 경우애는 감도특성이 급격히 저하하는 단점이 있다.
앞서 언급한 가소제로는 파라핀 할라이드, 디메틸나프탈렌 또는 디부틸프탈레이트가 사용되고, 산화방지제로는 Alkanox 240(상품명, 미원상사), ADK STAB AO-50(상품명, 트러스트상사) 또는 Anox IC-14(상품명, 미원상사)등이 사용될 수 있고, 흐름성 증가제로는 Modaflow(상품명, Monsanto Chemical Co.)또는 Akulonal 4F(상품명, BASF Co.), 및 핀홀 제거제로는 벤조인과 디메틸프탈레이트가 적용될 수 있다. 이들 첨가제들은 필요시 선정되어 사용되고, 첨가제의 함량은 적절히 선정된다.
이하 본 발명을 실시예에 근거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제조예
유사-B형 옥소티타닐 프탈로시아닌의 제조
미국특허 제 5,593,805호를 근거로 하여 제조하였는데, 질소분위기에서 1,2-디시안화벤젠 5g이 들어있는 4-구 플라스크에 100㎖의 α-염화나프탈렌(α-Chloronaphthalene)을 가해주고, 사염화티타늄 2g을 서서히 떨어뜨려 주었다. 이 후에 반응기의 온도를 200℃로 상승시키고 약 3시간동안 교반하였다. 반응 후 반응용액은 약 50℃까지 냉각한 후 정제과정을 거치고, 디메틸포름알데히드 100㎖에 침전물을 넣고 100℃로 가열 및 교반하고 정제를 하였다. 그리고, 약 60℃의 메탄올로 여러번 세척을 하고 증류수로 세척하여 주었다. 그 후 황산 150g에 얻어진 침전물을 녹이고 약 0℃로 유지되는 증류수에 서서히 떨어뜨려 재침전시켰다. 이때 생성된 티타닐프탈로시아닌을 에탄올 40㎖에 넣고 15시간 동안 분쇄하였다. 이후에 증류수로 세척하여 1.8g의 유사-B형의 옥소티타닐 프탈로시아닌을 얻었다. (도 1: 유사-B형 결정구조의 TiOPc의 X-선 회절분석 스펙트럼).
D형 옥소티타닐 프탈로시아닌의 제조
미국특허 제 5,272,264에 공개된 방법으로 실시되었는데, 질소 분위기에서 1,2-디시안화벤젠 18.4g이 들어있는 4-구 플라스크에 120㎖의 α-염화나프탈렌(α-Chloronaphthalene)을 가해주고, 사염화티타늄 4㎖을 서서히 가하면서 온도를 200℃까지 가열해 주었다. 5시간 동안 가열 및 교반을 한 후 약 120℃까지 냉각시키고, α-염화나프탈렌 100㎖로 세척하여 준다. 그리고, 300g의 페놀에 넣고 110℃에서 5시간 동안 가열 및 교반하고 정제를 한 후 50℃의 메탄올로 세척하였다. 얻어진 침전물은 90~100℃의 증류수에서 교반하여 주고 정제를 하여 프탈로시아닌을 얻었다. 그 후 40㎖의 이염화벤젠에 넣고 교반하면서 300㎖의 증류수를 가해주고 교반한 후 정제를 실시하고 최종적으로 메탄올로 세척하여 D형 옥소티타닐 프탈로시아닌을 얻었다 (도 2: D형 결정구조의 TiOPc의 X-선 회절분석 스펙트럼).
무정형 옥소티타닐 프탈로시아닌의 제조
일반적으로 알려진 A형, B형, C형 및 D형 등의 티타닐 옥소티타닐 프탈로시아닌 6g 및 유리 구슬(Glass Bead) 100g을 250㎖ 병에 넣고 페인트 진탕기(Paint Shaker)로 20시간 동안 건조상태에서 분쇄한 후 티타닐 프탈로시아닌을 메탄올에 의해 회수하고 감압건조하여 무정형의 프탈로시아닌을 얻었다(도 3: 무정형의 TiOPc의 X-선 회절분석 스펙트럼).
실시예 1
상기 제조예에서 제조한 유사-B형 옥소티타닐 프탈로시아닌 1g을 30㎖의 황산에 넣고 완전히 용해시켰다. 그 후 0 내지 5℃로 유지되는 500㎖의 THF/증류수(1/9, 무게비)에 서서히 떨어뜨리면서 재침전시켰다. 침전물을 증류수로 세척하고, 묽은 암모니아수로 처리한 후 다시 세정수가 pH 6 내지 7이 될 때까지 수회 증류수로 세척한 후 감압상태에서 건조하여 X-선 회절분석 피크를 가지는 0.9g의 옥소티타닐 프탈로시아닌 결정 조성물을 얻었다(도 4: X-선 회절분석 스펙트럼). 표 1에 결과를 정리하였다.
실시예 2 내지 9 및 비교예 1 내지 4
표 1에 나타낸 조건에 따라 상기 실시예 1에서 실시한 방법과 동일하여 결정화 과정을 실시하여 X-선 회절분석 피크를 가지는 옥소티타닐 프탈로시아닌 결정 조성물을 얻었다. 상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 4의 결과를 표 1에 나타내었다.
구분 TiOPc 결정형 용매조건(무게비) X-선 회절분석
유기용매 증류수
실시예 1 유사-B THF, 10 90 도 4
실시예 2 유사-B THF, 20 80 〃
실시예 3 유사-B THF, 30 70 〃
실시예 4 D형 시클로헥산, 10 90 도 5
실시예 5 D형 시클로헥산, 20 80 〃
실시예 6 D형 시클로헥산, 30 70 〃
실시예 7 무정형 MEK, 10 90 〃
실시예 8 무정형 MEK, 20 80 〃
실시예 9 무정형 MEK, 30 70 〃
비교예 1 유사-B - 100 도 2와 동일
비교예 2 D형 MeOH, 10 90 〃
비교예 3 D형 MeOH, 25 75 〃
비교예 4 D형 MeOH, 50 50 〃
비교예 5
상기 제조예에서 제조된 유사-B형 옥소티타닐 프탈로시아닌 0.9g과 D형 옥소티타닐 프탈로시아닌 0.1g을 물리적으로 단순하게 혼합한 상태에서 옥소티타닐 프탈로시아닌 혼합안료의 결정물을 얻었다(그림 6: X-선 회절분석 스펙트럼).
실시예 10
상기 실시예 4의 방법과 동일하게 결정화 과정을 실시하되, 출발물질을 D형 옥소티타닐 프탈로시아닌을 사용하지 않고 유사-B형 옥소티타닐 프탈로시아닌을 사용하여 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌을 얻었다(그림 5와 동일).
실시예 11
실시예 4의 방법과 동일하게 결정화 과정을 실시하되, 출발물질을 D형 옥소티타닐 프탈로시아닌을 사용하지 않고 무정형 옥소티타닐 프탈로시아닌을 사용하여 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌을 얻었다 (도 5와 동일).
실시예 12
전자사진방식의 감광체는 원통형 알루미늄(지름: 30㎜, 길이: 2.43㎜)을 전도성 지지체로 사용하였다. 하도층용 코팅용액은 700g의 메탄올과 250g의 1-부탄올의 혼합용매에 50g의 폴리아마이드 수지 Amilan CM-8000[상품명, 일본 도레이(주)]를 용해시켜 제조하였고, 디핑에 의해 하도층을 알루미늄 원통 위에 조성한 다음 약 30분 동안 120℃에서 건조하였다. 이때 조성된 하도층의 두께는 0.5㎛이었다.
상기 실시예 1에서 얻어진 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌 15g, 폴리비닐부티랄 Denka butyral #6,000-C[상품명, Denki Kagaku Kogyo(주)] 10g 및 975g의 1-메톡시-2-프로판올을 혼합하고 1㎜의 유리구슬 2,000g을 첨가하여 볼-밀(Ball-Mill)에 의해 10시간 동안 분쇄하여 분산시켰다. 제조된 전하발생층 감광약품을 사용하여 하도층이 조성된 알루미늄 원통을 침강시켜 코팅하였고 140℃에서 30분간 건조시켰다. 이때 조성된 전하발생층의 두께는 0.4㎛이었다.
상기에서 언급한 전하수송물질 1번(No.1)과 3번(No.3)을 각각 50g씩 및 폴리카보네이트 수지 Panlite TS-2050[상품명, 일본 제인화성(주)] 100g를 800g의 THF에 넣고 충분히 교반하여 용해시켜서 전하수송층 감광약품을 제조하였다. 코팅법은 상기에서 실시한 침강코팅법에 의해 전하발생층이 조성된 알루미늄 원통에 전하수송층을 조성하였고 30분간 120℃에서 건조과정을 거쳤다. 이때 조성된 전하수송층의 두께는 18㎛이었다.
상기에서 제조된 전하발생층 감광약품의 분산안정성은 각각 35℃ 및 -10℃의 온도를 24시간마다 반복하는 항온기 내에서 90일간 방치한 후 프탈로시아닌 결정이 혼합액의 하부로 가라앉는 현상을 관측하였는데, 본 실시예 12에서 제조한 감광약품의 분산은 가라앉지 않고 안정한 상태를 나타내었다 (표 2). 그리고, 본 발명에서 제조된 전자사진방식의 감광체 드럼의 감광층에 대한 물성특성은 레이져 빔 프린터(Xerox 사의 DocuPrint 4508, 상품명)에 상기에서 제조한 감광체드럼을 장착하여 측정하였다. 이 감광체 드럼은 암실조건에서 -1.4kV의 대전롤러를 사용하여 대전시킬 때 초기에 감광체 드럼에 대전되는 초기전위는 -805이였고 연속 화상출력 1,000매 출력 직후위 표면전위는 -795V로 광피로 현상에 대한 저항성이 우수하였다. 또한, 감도 및 잔류전위는 정전기 측정장비인 Cynthia 91 KSE(상품명, Gentec)에 의해 측정하였는데, 감도(E100)는 초기 전위가 -100V인 전위수준으로 떨어지는데 필요한 빛 에너지로서 1.12μJ/㎠를 나타냈고, 잔류전위는 1.0μJ/㎠s의 빛 에너지로 노출시켰을 때 4초 후에 나타나는 드럼표면의 전위 값을 의미하는데 -11V를 나타냈다 (표 2).
실시예 13 내지 14 및 비교예 6 내지 9
표 2에 나타낸 바와 같이 실시예 12에서의 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌 대신에 실시예 13 내지 실시예 14 및 비교예 6내지 비교예 9에 나타낸 옥소티타닐 프탈로시아닌 및 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌을 적용하여 실시예 12와 동일하게 전자사진방식의 감광체 드럼을 제조하였고, 그 결과를 표 2에 나타냈다.
구분 프탈로시아닌 분산안정성 초기 대전전위(-V) 연속 1kP후 대전전위(-V) 감도(E100, μJ/㎠) 잔류전위(-V)
실시예 12 실시예 1 안정 805 795 1.12 11
실시예 13 실시예 4 〃 800 790 1.15 9
실시예 14 실시예 7 〃 800 790 1.13 10
비교예 6 유사-B 〃 805 755 1.32 16
비교예 7 D 형 〃 765 755 0.55 10
비교예 8 비교예 1 〃 760 755 0.57 9
비교예 9 비교예 5 불안정 790 765 1.23 25
실시예 13 및 실시예 14는 감광약품의 안정성, 감도특성 및 대전성이 우수하고 광피로 현상에도 강한 내구성을 가졌고 잔류전위도 안정하였다. 그러나, 비교예 6의 유사-B형 단독 사용 시에는 광피로 현상에 대한 저항성이 떨어지는 단점이 있었고, 비교예 7 및 8은 강도특성은 아주 양호하지만 초기전위가 떨어지는 단점이 있었다. 특히 비교예 9에서는 옥소티타닐 프탈로시아닌의 분산력이 크게 저하되는 단점이 발생하였다.
실시예 15
전하발생층 감광약품의 제조는 실시에 12처럼 본 발명의 실시예 5에서 얻어진 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌 15g을 사용하였고, 결합용 수지로는 폴리비닐부티랄 S-LEC BM-S[상품명, 일본 적수화학(주)] 5g 및 975g의 1-메톡시-2-프로판올을 혼합하고 1㎜의 유리 구슬 2,000g을 첨가하여 볼-밀에 의해 10시간 동안 분쇄하여 분산시켰다. 제조된 전하발생층 감광약품을 사용하여 하드층이 조성된 알루미늄 원통을 침강시켜 코팅하였고 140℃에서 30분간 건조시켰다. 이때 조성된 전하발생층의 두께는 0.3㎛였다.
전하수송층은 실시예 12에서 사용한 전하수송물질 1번(No.1) 및 3번(No.3)의 혼합물 대신에 전하수송물질 2번(No.2)을 사용하였고 결합용 수지로 폴리카보네이트 Panlite TS-2050 대신에 폴리카보네이트 수지 Upilon S-3000[상품명, 미쯔비시가스화학(주)]를 사용하여 전하수송층 감광약품을 제조하였고 실시예 12에 따라 감광체 드럼을 제조 및 제 특성을 측정하였다 (표 3).
실시예 16 내지 17 및 비교예 10 내지 12
표 3에 나타낸 바와 같이 실시예 15에서 적용한 프탈로시아닌의 조성물 대신에 실시예 16 내지 17 및 비교예 10내지 12에 나타낸 프탈로시아닌 조성물을 적용하여 실시예 15와 동일하게 전자사진방식의 감광체 드럼을 제조하였고, 그 결과를 표 3에 나타냈다.
구분 프탈로시아닌 분산안정성 초기 대전전위(-V) 연속 1kP후 대전전위(-V) 감도(E100, μJ/㎠) 잔류전위(-V)
실시예 15 실시예 5 안정 805 795 1.13 11
실시예 16 실시예 10 안정 805 795 1.14 9
실시예 17 실시예 11 안정 800 790 1.13 8
비교예 10 유사-B 안정 810 760 1.40 17
비교예 11 비교예 4 안정 770 760 0.62 10
비교예 12 비교예 5 불안정 795 765 1.27 33
상기에서 기술한 바와 같이 유사-B형을 단독 사용한 비교예 10은 광피로현상에 대한 저항력이 크게 부족하였고, D형 TiOPc를 사용한 비교예 11에서는 본 발명에서 사용한 레이져 프린트에서 대전성이 크게 부족하였다. 또한 비교예 12의 경우에는 장기적인 분산안정성 저하 및 정전특성이 부족하였다.
상기의 표 1 내지 표 3에서 예시한 것들은 본 발명의 일부에 지나지 않고, 대표적인 조성 및 결과만 예시한 것이다. 예시하지 않은 조성에서도 본 발명에 부합되는 결과를 보여주었다
본 발명은 X-선 회절분석(CuKα)에서 7.4°, 10.3°, 12.7°, 16.5°, 22.4°, 24.3°, 25.4°, 27.3°, 28.5° 브랙각(2θ±0.2°)을 주요 회절 피크로 가지는 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌, 그의 제조방법 및 이 결정을 포함하는 전자사진방식의 감광체에 대한 것으로, 본 발명의 프탈로시아닌은 분산 안정성이 매우 우수한 전하발생층 감광약품을 제조할 수 있고, 또한 이를 포함하는 감광체는 전자사진방식의 레이져 프린트 및 팩스밀리 등에 활용시 우수한 초기대전성 및 감도특성, 반복 사용 시에도 우수한 광안정성을 제공하여 고내구성을 가지는 장점이 있다.

Claims (13)

  1. X-선 회절분석(CuKα)에서 브랙각(2θ±0.2°)으로 7.4°, 10.3°, 12.7°, 16.5°, 22.4°, 24.3°, 25.4°, 27.3°, 28.5°의 주요 회절 피크를 가지며 7.4°의 주요 회절 피크의 크기가 27.3° 또는 그 이상의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌 중 유사-B형 결정구조의 함량은 50 내지 99중량%의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌.
  3. 무정형 및 결정형의 옥소티타닐 프탈로시아닌을 무기산으로 처리한 후 유기용매 및 물의 혼합용매에서 재침전시켜서 되는 것을 특징으로 하는 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌 중 유사-B형 결정구조의 함량은 50 내지 99중량%의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 무기산으로는 황산을 사용하여 제조한 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌의 제조방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 유기용매로는 에테르류, 케톤류 및 탄화수소류로 이루어진 군에서 적어도 하나를 선택하여서 되는 것을 특징으로 하는 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌의 제조방법.
  7. X-선 회절분석(CuKα)에서 브랙각(2θ±0.2°) 으로 7.4°, 10.3°, 12.7°, 16.5°, 22.4°, 24.3°, 25.4°, 27.3°, 28.5°의 주요 회절 피크를 가지며, 7.4°의 브랙각에서 주요 회절 피크가 27.3° 또는 그 이상의 크기를 가지는 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌을 전하발생물질로써 포함하는 감광층을 가지는 전자사진 방식의 감광체.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 조성물은 무정형 및 결정형의 옥소티타닐 프탈로시아닌을 무기산으로 처리한 후 유기용매/물의 혼합용매에서 재침전시켜서 제조된 것을 특징으로 하는 전자사진방식의 감광체.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 옥소티타닐 프탈로시아닌의 결정 조성물 중 유사-B형 결정구조의 함량을 50 내지 99중량%의 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 전자사진방식의 감광체.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 무기산으로 황산을 사용하고, 상기 유기용매로는 에테르류, 케톤류 및 탄화수소류의 용매를 사용하여서 된 것을 특징으로 하는 전자사진방식의 감광체.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 감광층은 상기 결정 조성물을 결합용 수지에 분산시켜서 조성된 것을 특징으로 하는 전자사진방식의 감광체.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 감광층은 전하수송물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진방식의 감광체.
  13. 제 7항에 있어서, 상기 감광체는 상기 결정성 옥소티타닐 프탈로시아닌을 적용하여 전하발생층을 조성하고, 전하수송물질을 적용하여 전하수송층을 조성하여서 된 적층형 구조인 것을 특징으로 하는 전자사진방식의 감광체.
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