KR20040037201A - 토너 제제 - Google Patents

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마이클 토마스 무어
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조디 린 왈시
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Abstract

본 발명은 건조한 분말의 정전기 토너에 관한 것으로, 이는 결합제인 폴리에스테르 수지와, 착색제인 안료와, 방출 작용제인 전하 제어 성분 폴리에틸렌 왁스와, 유동을 개선하고 닥터 블레이드를 문지르기 위한 초 미립자 요소를 갖고, 하나의 초 미립자 요소는, 산화 알루미늄 표면 처리를 한 친수성의 금홍석 바늘 모양 산화 티타늄이고, 두 개의 이산화규소는 토너의 벌크 내에서 혼합되며, BET 표면적 중 하나는 약 30㎡/g이고, BET 표면적 중 다른 하나는 약 380㎡/g이고, 유기 붕소 착화합물 음 전하 제어 작용제는 알루미노 실리케이트 화합물 음 전하 제어 작용제의 4차 암모늄염과 혼합된다. 토너로서 향상된 기능이 실현된다.

Description

토너 제제{TONER FORMULATIONS}
다색 이미지화에 적합한 토너는 어두운 색이 의도한 색을 가리기 때문에, 어두운 성분을 사용하는 것을 피한다. 탄화규소(SiC)는 어둡고 심지어 소량이라도 사용될 수 없으며 대체로 토너 입자 표면의 성분 {종종 초 미립자 첨가제(extra particulate additive, EPA)로 불림}으로 사용된다.
종래 토너에서 탄화규소의 기능은 닥터 블레이드(doctor blade)의 접촉 표면을 문지르는 연마제였다. 탄화규소 대신, 본 발명은 EPA만큼 아주 새롭다고 믿어지는 물질을 사용한다. 상기 물질은 산화 알루미늄 표면 처리를 한 금홍석의 바늘 모양 산화 티타늄(rutile acicular titanium oxide)이다.
본 출원에서 상세하게 기술된 실시예는 슬라이드(transparency) 상에 다색 이미지화를 가능하게 하기 위하여 상대적으로 낮은 용융 온도에서 작동한다. 그러한 낮은 온도에 맞추어, 용융제(fuser)로부터 토너를 방출하기 위한, 토너의 왁스 성분은 상대적으로 낮은 분자량(Mn)(본 실시예에서는 500)을 가질 수 있다. 게다가,본 실시예는 벌크 내에 2개의 비결정질 이산화규소(silica) 입자들을 포함한다. 약 30 ±15㎡/g의 BET 비 표면적(specific surface area)을 갖는, 제 1 입자는 소수성이 된다. 약 380㎡/g의 BET 비 표면적을 갖는, 제 2 입자는 표면처리 되지 않는다. 토너의 벌크 내에 이러한 입자들을 결합하면, 토너는 경화(caking) 또는 막힘(blocking) 및 이와 관련된 인쇄 품질의 결합 없이, 저장 및 선적 중에 온도와 습도의 한계를 견디어 낸다. 이러한 것은, 세계 시장을 공략하기 위해서, 토너(특히, 낮은 온도 용융 토너)가 선적 및 저장 조건에 강해야되기 때문에 바람직하다.
본 출원의 상기 실시예는 전하 제어 작용제들의 혼합물, 구체적으로 유기 붕소 착화합물 음 전하 제어 작용제 (organoboron complex negative charge agent) 및 알루미노 실리케이트 음 전하 제어 작용제의 4차 암모늄 염 (quaternary ammonium salt of an aluminosilicate negative charge agent)을 사용할 수 있는데, 이러한 조합은 결합제로 가지가 있는 폴리에스테르 수지를 갖는 토너의 일관된 유동을 제공한다. 이러한 토너 유동의 일관성은 토너의 수명을 통해서, 또 서로 다른 색상의 토너를 사용하는 두 가지 모든 경우에, 인쇄 환경(온도 및 습도)과 무관하게 유지된다. 이는 감하는 색상(subtractive color)을 갖는 토너들이 서로 층을 이룬 색상 어플리케이션(color applications)을 위한 다층 균일성 (multilayer uniformity)을 제공한다.
본 발명은, 다색 및 단색 또는 검정색 이미지화(imaging)에 적합한 건조한 분말 전자사진용 토너에 관련된다.
결합제인 폴리에스테르 수지와, 착색제인 안료와, 전하 제어 성분과, 방출 작용제인 왁스와, 또한 유동을 개선하고 닥터 블레이드 같은 접촉 요소를 문지르기위한 초 미립자 첨가제(EPAs)를 갖는, 일반적으로 종래 기술인, 건조한 미립자 정전기 토너에 있어서, 1) 하나의 EPA는 산화 알루미늄 표면 처리를 한 친수성의 금홍석 바늘 모양 산화 티타늄이고, 2) 하나는 작은 표면적을 갖고 하나는 넓은 표면적을 갖는 두 개의 이산화규소는, 토너의 벌크 내에서 혼합되며, 3) 전하 제어 요소는 유기 붕소 착화합물 음 전하 제어 작용제와 알루미노 실리케이트 화합물의 4차 암모늄염의 혼합물이다.
상기 바늘 모양 산화 티타늄은 보다 신뢰할 수 있는 토너 유동의 새로운 이점 {토너 "결핍(starving)을 제거함}을 제공하고, 이러한 문지르는 기능뿐만 아니라, 이러한 이점은 카본 블랙 또는 자철광, 또는 이 모두를 안료로 갖는 검정 토너와 함께 바늘 모양 산화 티타늄을 사용하여 비슷하게 실현된다. 비슷하게, 바늘 모양 산화 티타늄에 대한 비슷한 기능은, 상기 이중 이산화규소 또는 상기 전하 제어 작용제들을 함유하지 않는 토너로 발견된다.
비슷하게도, 이중, 혼합 이산화규소의 포함은, 이산화규소의 크기와 표면 처리 기능을 하고, 이에 따라 다양한 범위의 토너에 적용할 수 있는 것으로 생각된다.
마지막으로, 전하 제어 작용제의 혼합은, 일관된 토너 유동을 제공하기 위하여 다른 요소들에 의존하지 않는 폴리에스테르 결합제와 상승 상호작용을 나타내는 것으로 믿어진다. 이러한 효능은, 2 대 1 내지 1 대 2인, 유기 붕소 착화합물 대 알루미노 실리케이트의 중량비로 증명된다.
아래의 상세한 실시예의 성분들은 기계적으로 쉽게 혼합되고, 분말로 분쇄된 다음, 분류되는 고형물이다.
본 발명에 따른 청록색의 토너용 제제는 다음과 같다.
물질 기능 중량%
12345678 가지가 있는 폴리에스테르 수지선형 폴리에스테르 수지청록색 안료폴리에틸렌 왁스 (Mn500)유기붕소 착화합물알루미노 실리케이트 화합물의 4차 암모늄염비결정질 소수성 이산화규소비결정질 이산화규소 결합제결합제착색제방출 작용제전하 제어 작용제전하 제어 작용제토너 특성 변화제토너 특서 변화제 83.1257.2252.1530.51.02.01
앞의 성분들은 용융 혼합에 의해서 완전하게 혼합된 다음, 분쇄되고, 크기에 따라 분류되어 분말을 형성한다. 매우 표준적인 방법들이 사용될 수 있기 때문에, 이것은 본 발명의 일부를 형성하지 않는다.
다음 3개의 요소는, 요소 첨가 뒤 혼합함으로써 분말에 가해진다.
물질 기능 중량%
91011 비결정질 소수성 이산화규소비결정질 소수성 이산화규소바늘 모양의 산화 티타늄 유동 작용제유동 작용제세정 및 기아 감소 0.70.20.4
상기 물질들은 아래와 같이 추가 기술된다 (동일 번호가 해당됨).
1. 가지가 있는 폴리에스테르 수지: KAO 주식회사의 TUFTONE NE-701; CAS 번호는 없음, 특허 매약.
2. 선형 폴리에스테르 수지: NE-701보다 더 높은 Tg (유리 변환 온도)의 비스페놀(bisphenol)A 타입인, 미쯔비씨 레이온의 DIACRON ER-561; CAS 번호 148556-68.7.
3. 청록색 안료: Clariant 사의 HOSTACOPPY BG C 106 (PB 15:3): 40 중량%의 선형 폴리에스테르 수지 ER-561 (위에 있는); CAS 번호 147-14-8 (안료) 및 148556-68-7(수지).
4. 폴리에틸렌 왁스 분자량(Mn) 500: Baker-Petrolite 사의 POLYWAX 500: CAS 번호 9002-88-4.
5: 유기붕소 착화합물: Japan Carlit 사의 LR-147; CAS 번호 114803-11-1.
6: 알루미노 실리케이트 화합물의 4차 암모늄 염: Clariant 사의 COPYCHARGE N4P; CAS 번호 없음, 특허 매약.
7: 비결정질 소수성 이산화규소: Nippon Aerosil 사의 AEROSIL RY-50; 약 30 ±15㎡/g의 BET 비 표면적; CAS 번호 67762-90-7.
8. 비결정질 이산화규소: Degussa-Huls 사의 AEROSIL 380; 약 380㎡/g의 BET 비 표면적; CAS 번호 112945-52-5 및 7631-86-9.
9. 비결정질 소수성 이산화규소: Degussa-Huls 사의 AEROSIL R 812; 약 260㎡/g의 BET 비 표면적; CAS 번호 68909-20-6.
10. 비결정질 소수성 이산화규소: Nippon Aerosil 사의 AEROSIL NY50; 약 30 ±15㎡/g의 BET 비 표면적; CAS 번호 67762-90-7.
11. 바늘모양 산화 티타늄: Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd.의 FTL110; 산화 알루미늄 표면 처리된 친수성의 금홍석 바늘모양 산화 티타늄; 약 10-20㎡/g의 BET비 표면적; 130-170nm의 주 입자; pH 6-8; CAS 번호 114803-11-1.
보통, 이 토너는, 토너의 표면 층이 있는 현상 롤러 (developer roller)와 접촉하여 정전기 이미지를 운반하는 광전도 드럼에 가해진다. 종래의 방식대로, 토너는 현상 롤러에 가해지고, 광전도 드럼에 도달하기 전 닥터 블레이드와 접촉하여 통과한다.
이 토너의 산화 티타늄 바늘은, 닥터 블레이드로부터 토너를 효과적으로 문질러서, 계속해서 잘 작용할 수 있다. 비슷한 기능이 과거에는 탄화규소 EPA에 의해 달성되었지만, 탄화규소는 검정 이외의 다른 색에 사용하는데는 지나치게 어둡다. 또한, 티타늄 바늘은 토너 결핍을 억제한다. 티타늄 바늘은 토너 결핍을 피하기 위해 압력 하에서 토너 유동을 높이는데 효과적일 수 있지만, 이 기능은 탄화규소에서는 관찰되지 않는다. 결핍 억제 (starvation suppression)의 정확한 메커니즘은 알려져 있지 않다 (결핍 제어는 실험식으로는 증명되었으나, 구체적으로 상기 상세한 실시예에 대해서는 증명되지 않았다).
FTL110 바늘모양 이산화 티타늄은, 칼라 토너에서 탄화규소의 대체물인 것으로 밝혀졌다. 바늘모양 이산화 티타늄이 부족한 토너는, 허용되지 않는 결핍을 나타낸다. 다른 이산화 티타늄을 포함한 다른 물질들은, 폴리에스테르 칼라 토너에서 EPA로 충분한 것으로 밝혀졌다. FTL110 바늘모양 이산화 티타늄은 다양한 판매업자로부터 구매할 수 있는 다양한 유형의 폴리에스테르 수지에 효과가 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 바늘모양 이산화 티타늄의 사용은, 전하 제어 작용제, 충전제, 색 (CMYK를 포함한 안료), 또는 왁스를 선택하는데 민감해 보이지는 않는데, 이는 바늘 모양의 이산화 티타늄이 이러한 제제 성분에서 서로 다른 색 토너의 다양한 개발 세대 (multiple development generation)에 대한 탄화규소 대체물과 결핍 억제제로 작용하기 때문이다. 다른 EPAs는, FTL110 바늘모양의 이산화 티타늄이 전하 또는 분말 유동 작용제로 전혀 효력을 나타내지 못했기 때문에, 특정한 개발 물질 (development system)로 적합한 토너의 전하와 유동을 최적화하기 위해 사용된다. 이산화 티타늄은 효과를 나타내기 위해 토너 표면에 완전히 부착될 필요가 없다.
토너 벌크 내의 2개의 이산화규소 {하나는 낮은 비(specific) BET를 갖는 소수성이며 다른 하나는 높은 비 BET를 갖고 미 처리됨}는, 토너가 저장 및 선적 중에 경화 또는 막힘 없이 온도와 습도의 한계를 견디도록 작용한다.
추가로, 2개의 전하 제어 요소는 토너의 수명 동안, 다른 색상의 토너와 함께, 토너 유동의 일관성을 제공하기 위해 함께 작용하는 것으로 관찰되었다 (이는 실험식으로 증명되었으나, 구체적으로 상기 상세한 실시예에 대해서는 증명되지 않았다).
앞에서 열거된 성분들에 대해 많은 대안적인 성분들이 사용될 수 있다. 앞에서 구체적으로 기술된 양상은 넓게는 새로운 것으로 믿어진다. 상기 상세한 제제는 다른 안료를 갖는 다른 토너 제제의 예로 생각되어야 한다. 구체적으로, 상기 청록색 토너 외에, 유사한 검정색 토너뿐 아니라, 자홍색 안료를 갖는 매우 유사한 토너와 노랑색 안료를 갖는 매우 유사한 토너가 사a용된다. 청록, 자홍 및 노랑 안료는 감해지고, 토너는 종래와 같이 일정 범위의 색을 형성하기 위해 서로 가해진다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 경화(caking) 또는 막힘(blocking) 및 이와 관련된 인쇄 품질의 결합 없이, 저장 및 선적 중에 온도와 습도의 한계를 견디어낼수 있는 건조한 분말 전자사진용 토너를 제조하는데 사용된다.

Claims (10)

  1. 초 미립자 코팅으로서,
    친수성의 금홍석 바늘모양 산화 티타늄 입자 (hydrophilic rutile acicular titanium oxide)를 갖는, 건조한 분말 정전기 토너.
  2. 제 1항에 있어서, 초 미립자 코팅으로 소수성 이산화규소를 더 포함하는, 건조한 분말 정전기 토너.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 토너는 폴리에스테르 결합제 수지를 갖는, 건조한 분말 정전기 토너.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 토너는 폴리에스테르 결합제 수지를 갖는, 건조한 분말정전기 토너.
  5. 건조한 분말 정전기 토너로서,
    가지가 있는 폴리에스테르 수지 결합제와, 상기 토너에 있는왁스 방출 작용제와, 상기 토너에 혼합된 2개의 미립자 이산화규소를 갖고, 상기 2개의 이산화규소 중 하나는 낮은 BET 비 표면적을 갖고 소수성이며, 상기 2개의 이산화규소 중 다른 하나는 높은 BET 비 표면적을 갖는, 건조한 분말 정전기 토너.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 왁스는 분자량(Mn)이 500인 폴리에틸렌인, 건조한 분말 정전기 토너.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 하나의 이산화규소는 약 30㎡/g의 BET 비 표면적을 갖고, 상기 다른 이산화규소는 약 380㎡/g의 BET 비 표면적을 갖는, 건조한 분말 정전기 토너.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 하나의 이산화규소는 약 30㎡/g의 BET 비 표면적을 갖고, 상기 다른 이산화규소는 약 380㎡/g의 BET 비 표면적을 갖는, 건조한 분말 정전기 토너.
  9. 가지가 있는 폴리에스테르 수지 결합제와, 음 전하 제어 작용제인 유기 붕소 착화합물과, 전하 제어 작용제인 알루미노 실리케이트의 4차 암모늄염을 갖는, 건조한 분말 정전기 토너.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 유기 붕소 착화합물은, 2 대 1 내지 1 대 2의, 알루미노 실리케이트 중 상기 4차 암모늄염의 중량에 대한 중량의 양인, 건조한 분말 정전기 토너.
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