KR20050076328A - 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스 및 그의제조 방법 - Google Patents

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Abstract

결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스가 개시된다. 본 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스는 결정성 고분자, 기본 모노머, 분산제, 개시제 및 증류수를 포함하고, 상기 결정성 고분자를 코아로 하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 낮은 녹는점을 갖는 결정성 고분자를 형성하여 이를 코아로 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스를 토너에 이용하면 고온 및 고속 분산기 없이도 이형제를 함유하는 고분자 라텍스 수지를 용이하게 제조할 수 있고, 또한 토너 입자 중에서 이형제인 결정성 고분자의 다른 토너 입자와의 응집 효과를 향상시키며, 화상형성장치에 사용시에 정착온도를 낮출 수 있는 효과가 있다.

Description

결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스 및 그의 제조 방법{Core-shell latex polymer comprising crystalline polymer and preparation of the same}
본 발명은 고분자 라텍스에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 전자사진방식 화상형성장치용 토너 조성물에 제공될 수 있으며 결정성 고분자를 포함하여 코아-쉘 형태를 갖는 고분자 라텍스에 대한 것이다.
전자사진방식 화상형성장치는 감광성 물질을 전기적으로 대전시키고 정전기적 잠상을 형성하기 위해서 감광성 물질을 화상형성광원에 노출시킨 다음, 현상 전압을 적용시켜서 화상에 토너(또는 잉크)를 현상시키고, 이 토너 화상을 종이 등의 기록 매체로 전사시켜서 화상을 형성하여 고정하여 작동한다. 이러한 전자사진방식 화상형성장치로는 복사기, 프린터, 팩시밀리 등이 있다.
화상형성장치에 사용되는 토너는 일반적으로 착색제, 결합제 수지, 대전 조절제를 포함하며 이 외에 필요에 따라서 기능성을 부가한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
착색제는 색상을 나타내는 것으로 염료계 착색제 또는 안료계 착색제를 사용할 수 있으며, 안료계 착색제가 흔히 사용된다. 착색제의 예를 들면, 카본 블랙, 아닐린 블루(aniline blue), 프탈로시아닌 블루(phthalocyanine blue), 프탈로시아닌 그린(phthalocyanine green), 로다민(rhodamin) 염료 또는 안료, 크롬 옐로우, 퀴나크리돈(quinacridone), 벤지딘 옐로우(benzidine yellow), 로즈벤갈(rose bengal), 트리알릴메탄(triallylmethane), 모노아조 염료 또는 안료, 디스아조 염료 또는 안료 등이 있다.
결합제 수지는 토너 전체의 약 90% 정도를 차지하며 토너 입자를 기록 매체 상으로 정착시키는 역할을 한다. 결합제 수지로 사용될 수 있는 고분자 물질은 여러 가지가 있지만, 2계의 성분이 입자상으로 분산된 콜로이드 겔상의 고분자 라텍스 형태를 결합제 수지로 이용할 수 있다. 고분자 라텍스 수지는 이온성 계면 활성제, 바람직하게는 음이온 계면 활성제 및 선택적으로 비이온 계면 활성제를 함유하는 수성 매질에 분산된 수지 입자를 포함하는 것이 바람직하다.
라텍스 형태로 사용될 수 있는 수지 입자의 예를 들면, 폴리(스티렌부타디엔)(poly(styrenebutadiene)), 폴리(파라-메틸 스티렌부타디엔), 폴리(메타-메틸 스티렌부타디엔), 폴리(알파-메틸 스티렌-부타디엔), 폴리(메틸메타크릴레이트-부타디엔), 폴리(에틸메타크릴레이트-부타디엔), 폴리(프로필메타크릴레이트-부타디엔), 폴리(부틸메타크릴레이트-부타디엔), 폴리(메틸아크릴레이트-부타디엔), 폴리(에틸아크릴레이트-부타디엔), 폴리(스티렌-이소프렌)(poly(styrene-isoprene), 폴리(파라-메틸 스티렌-이소프렌), 폴리(메타-메틸 스티렌 이소프렌), 폴리(메타-메틸 스티렌 이소프렌), 폴리(알파-메틸스티렌-이소프렌), 폴리(메틸메타크릴레이트-이소프렌), 폴리(에틸메타크릴레이트-부타디엔), 폴리(프로필아크릴레이트-부타디엔), 폴리(부틸아크릴레이트-부타디엔), 폴리(스티렌-이소프렌), 폴리(파라-메틸 스티렌-이소프렌), 폴리(메타-메틸 스티렌 이소프렌), 폴리(메틸메타크릴레이트-이소프렌), 폴리(에틸메타크릴레이트-이소프렌), 폴리(프로필메타크릴레이트-이소프렌), 폴리(부틸메타크릴레이트-이소프렌), 폴리(메틸아크릴레이트-이소프렌), 폴리(에틸아크릴레이트-이소프렌), 폴리(프로필아크릴레이트-이소프렌), 폴리(부틸아크릴레이트-이소프렌), 폴리(스티렌-부타디엔-아크릴산), 폴리(스티렌-부타디엔메타크릴산), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리프로필렌-테레프탈레이트, 폴리부틸렌-테레프탈레이트, 폴리펜틸렌-테레프탈레이트(polypentylene-terephthalate), 폴리헥살렌-테레프탈레이트(polyhexalenterephthalate), 폴리헵타덴-테레프탈레이트(polyheptadene-terephthalate), 폴리옥탈렌-테레프탈레이트 (polyoctalene-terephthalate) 등이 있다.
대전 조절제(charge control agent)는 토너 입자에 대전되는 전하량을 조절하여 토너 입자가 효율적으로 화상을 형성할 수 있도록 하는 역할을 한다.
기능성 첨가제로서 이형제(releasing agent)가 토너 조성물에 일반적으로 첨가된다. 이형제는 토너 화상이 기록 매체로 전사되어 정착될 때 롤러와 토너 사이에 이형성을 향상시켜서 토너 오프셋(toner offset)을 방지하고, 토너로 인하여 기록 매체가 롤러에 들러 붙어서 걸림 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해서 토너 조성물에 첨가된다. 이형제로서 흔히 윤활제(lubricants) 또는 왁스(waxes)를 사용하는 것이 일반적이다.
상술한 첨가제들을 분쇄법 또는 중합법을 이용해서 토너 조성물을 제조할 수 있다.
라텍스 수지 및 이형제로서 왁스를 사용한 종래 토너 입자의 제조는 착색제, 대전 제어제, 라텍스 수지 및 왁스를 포함하며, 토너 입자 중의 라텍스 수지와 왁스는 다른 입자들과 함께 응집을 통해서 토너 입자를 형성하였다. 이렇게 하여 제조된 토너 입자는 응집 과정시에 필요한 가열 과정으로 인하여 충분히 낮은 녹는점을 갖는 왁스의 사용이 어렵다. 또한 각 입자들의 응집 과정에서 충분히 응집이 이루어지지 않는 단점도 있다.
미국 특허 제 6,120,967호는 왁스 에멀전과 라텍스를 별도로 제조한 다음, 왁스 에멀전과 라텍스를 혼합해서 여기에 응집제를 가해서 응집시키는 과정을 거쳐서 토너 조성물을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이렇게 해서 제조된 토너 입자의 크기는 5㎛ 내지 15㎛이다. 동 특허에서는 응집제로서 폴리알루미늄 클로라이드(polyaluminium chloride)를 사용하였다. 그러나, 동 특허에 개시된 발명에서 응집제를 이용해서 왁스 에멀전과 라텍스를 응집시킬 경우 이종 입자간의 충분한 응집 효과를 기대하기가 어렵고, 응집 과정시에 필요한 가열 과정에 의해서 충분히 낮은 녹는점을 갖는 왁스의 사용이 어렵다.
미국 특허 제 6,506,532호는 왁스 에멀전을 제조하고, 이를 모노머 혼합물과 혼합하여 중합시키고 응집제 없이 응집시켜서 토너 입자를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 동특허에 개시된 발명 역시 왁스 에멀전과 모노머 혼합물을 중합시키기 위해서 사용하는 양이온성 계면 활성제가 고가이며 분산효과도 저하되는 단점이 있다.
또한, 종래 이형제로서 상업화된 왁스를 이용하는 경우에는 왁스나 유화제의 자유로운 선택 및 사용이 곤란하고, 설계가 어려운 단점이 있다. 따라서, 상업화된 왁스의 녹는점을 조절할 수 없기 때문에 화상형성장치의 정착 온도를 조절할 수 없다는 단점이 있다.
또한, 왁스 에멀전을 직접 제조하는 경우에는 고체로 된 기존의 왁스를 물에 매우 작은 입자로 분산시켜서 사용해야 하므로 왁스의 녹는점 이상의 높은 온도와 고속의 분산기가 필요하며 제조가 용이하지 못한 단점도 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 토너 조성물에 제공되는 이형제로서 결정성 고분자를 사용하고, 이 결정성 고분자를 코아로 포함하는 코아-쉘 형태의 고분자 라텍스 수지를 결합제로 사용함으로써 결정성 고분자와 고분자 라텍스 수지간의 결합도를 향상시키고 이를 사용한 토너의 정착온도를 낮출 수 있는 결정성 고분자를 포함하는 고분자 라텍스 및 중합법을 이용하는 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스는 결정성 고분자, 기본 모노머, 분산제, 개시제 및 증류수를 포함하고, 상기 결정성 고분자를 코아로 하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기본 모노머는 스티렌, 디비닐 벤젠, n-부틸 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 아크릴산으로 구성된 그룹 중에서 선택된 것을 적어도 하나 이상 포함한다.
상기 결정성 고분자는 결정성 모노머를 중합시켜서 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 결정성 모노머는 녹는점이 30℃ 내지 70℃의 범위 이내이고 탄소수가 18개 이상인 모노머 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 결정성 고분자의 함량은 1phr 내지 50phr의 범위 이내인 것이 바람직하다.
상기 고분자 라텍스의 입자 크기는 0.2㎛ 내지 5㎛의 범위 이내인 것이 바람직하다.
상기 개시제는 과산화황산 암모늄, 과산화황산 칼륨, 과산화 벤조일, 과산화 라우릴로 구성된 그룹 중에서 선택되는 개시제를 적어도 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 두 번째 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스를 제조하는 방법은,
분산제와 증류수를 포함하는 수성상, 결정성 모노머를 포함하는 유기상 및 개시제를 혼합하여 중합 반응시켜서 결정성 고분자를 형성하는 단계;
기본 모노머를 포함하는 유기상, 분산제와 증류수를 포함하는 제 1 수성상, 상기 결정성 고분자와 증류수를 포함하는 제 2 수성상 및 개시제를 혼합하여 중합 반응시키는 단계;를 포함한다.
상기 결정성 고분자를 형성하는 단계의 중합 반응 온도는 50℃ 내지 80℃의 범위 이내인 것이 바람직하다.
상기 결정성 고분자의 크기는 0.05㎛ 내지 3㎛의 범위 이내인 것이 바람직하다.
상기 기본 모노머는 스티렌, n-부틸 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴산 및 디비닐 벤젠으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 모노머를 적어도 하나 이상 포함한다.
이하 본 발명에 따른 실시예를 참고하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 결정성 고분자 물질을 포함하는 고분자 라텍스는 토너 조성물에 있어서 결합제 수지로 제공될 수 있다. 라텍스(latex)는 크기가 약 1㎛이하인 미세한 천연 또는 합성의 고분자 입자가 2계의 성분으로 형성되어 입자상으로 용매 중에 분산되어 있는 것을 의미한다. 고분자 라텍스를 형성하기 위해서 모노머, 계면 활성제, 개시제 등을 유화 중합을 실행한다. 유화 중합이란 모노머나 고분자, 계면 활성제, 개시제 등이 수성상 중에 함유되어 있을 때 계면 활성제가 어느 일정한 농도를 넘어 섰을 때 스스로 작은 콜로이드 상의 입자인 마이셀(micelle)을 형성하는 중합이다. 수성상(aqueous phase) 중에서 개시제가 라디칼화 되면서 라디칼이 모노머와 결합해서 마이셀 내부로 포집(encapsulated)되는 것이 유화중합의 전형적인 형태이다.
본 발명에서 사용된 용어인 코아-쉘 고분자 라텍스는 각 이산 입자(discrete particle)가 쉘로 포집된 코아를 갖는 고분자 입자를 의미한다. 본 발명의 코아-쉘 고분자 라텍스는 결정성 고분자를 코아로 함유하며, 쉘은 결정성 고분자를 코아로 하여 기본 모노머와 중합 반응을 통해서 형성된다.
본 발명의 코아-쉘 고분자 라텍스의 코아를 형성하는 결정성 모노머는 녹는점이 30℃ 내지 70℃의 범위 이내이고, 탄소수가 18개 이상인 모노머 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 모노머의 녹는점과 함량은 결정성 고분자의 녹는점을 결정할 수 있는 중요한 인자이므로 이를 고려하여 필요로 하는 결정성 고분자의 녹는점으로 조절하기 위해서 중합시킬 결정성 모노머의 녹는점의 범위를 선택한다.
바람직한 결정성 고분자의 녹는점은 토너를 사용하는 화상형성장치의 이미징 방법의 특징에 따라 크게 좌우되고, 토너의 저장안정성, 분산안정성, 현상특성, 전사성, 정착성 및 인쇄된 화상의 강도 등에 따라 결정된다. 결정성 고분자의 녹는점이 높은 경우에는 정착하는 데 많은 에너지가 소모되는 문제점 및 예열시간이 길어지는 문제점이 있을 수 있다. 따라서 전자사진방식 화성형성장치에 이형제로서 사용되는 결정성 고분자의 녹는점은 낮을 수록 바람직하다. 다만, 이러한 결정성 고분자의 녹는점은 결정성 고분자가 이용되는 화상형성장치에 따라서 다르게 조절될 수 있다.
본 발명에 사용될 결정성 고분자 중합성 모노머는 탄소수가 18개 이상이어야 하며, 이 중에서 옥타데실 아크릴레이트(octadecyl acrylate, ODA), 베헤닐 아크릴레이트(behenyl acrylate, BHA)가 바람직하다.
본 발명에 코아-쉘 고분자 라텍스의 코아인 결정성 고분자 물질은 1phr 내지 50phr의 범위 이내인 것이 바람직하다. 1phr보다 그 함량이 작을 경우 이형제로서의 역할을 수행하기 곤란하고, 50phr보다 그 함량이 클 경우 화상형성장치에서의 토너 중에 사용되어 정착과정을 거친 경우 정착성이 떨어지고 화상의 형성이 어렵기 때문이다.
코아인 결정성 고분자는 결정성 모노머의 중합을 통해서 형성한다. 먼저 계면 활성제와 증류수를 포함하는 수성상을 준비하고, 결정성 모노머를 포함하는 유기상을 준비하여 이 수성상과 유기상을 혼합하고 여기에 중합을 개시시키는 개시제를 첨가하여 중합시켜서 결정성 고분자를 형성한다.
구체적으로는, 결정성 모노머를 10g 내지 40g을 가열해서 용해하여 유기상(organic phase)를 준비한다. 결정성 모노머는 녹는점을 가지고 중합이 가능한 모노머를 의미한다. 그 다음, 증류수에 분산제를 넣고 가열해서 용해하여 수성상을 준비한다. 이 때 증류수는 질소가스로 버블링(bubbling)해서 제조된 초순도수(de-ionized water)를 탈산소화시킨 것을 이용한다.
준비된 수성상을 유기상과 함께 1ℓ 반응기에 넣고 혼합한 뒤에 균질기를 이용해서 균질화한다. 균질화 시간은 1분 내지 10분 사이가 바람직하고 회전수는 1000RPM 내지 7000RPM이 바람직하다. RPM은 단위 분당 회전수를 의미한다(Rotation Per Minute). 이 균질된 용액을 반응 수조에 넣고 100RPM 내지 800RPM 으로 교반시키면서 50℃ 내지 80℃까지 가열한다. 반응 수조의 온도가 이에 다다르면 개시제를 투입해서 중합 반응을 시키고 질소 가스로 반응 수조 내부를 퍼징(purging)시킨다. 중합 반응을 시키는 시간은 5시간 내지 24시간이내이며, 반응이 끝난 후에는 실온에서 자연 냉각시킨다. 이 냉각된 용액을 1ℓ 샘플병에 넣어서 보관한다.
결정성 고분자로 중합 반응시키는 온도는 중합되는 결정성 모노머의 녹는점보다 상온이다. 따라서 중합 반응의 온도는 사용되는 결정성 모노머의 종류 및 함량에 따라서 달라지게 된다.
상술한 바에 따라 제조된 결정성 고분자를 코아로 하여 기본 모노머와 중합 반응시켜서 코아-쉘 고분자 라텍스를 제조한다.
본 발명의 코아-쉘 고분자 라텍스의 기본 모노머는 스티렌(styrene), 디비닐 벤젠(divinyl benzene), n-부틸 아크릴레이트(n-butyl acrylate), 메타크릴레이트((meth)acrylate) 및 아크릴산(acrylic acid)으로 구성된 그룹 중에서 선택된 모노머를 단독으로 또는 2 종 이상 혼합해서 사용할 수 있다. 그러나 본 발명에 사용 가능한 기본 모노머가 이에 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 메틸 아크릴레이트(methyl acrylate), 에틸 아크릴레이트(ethyl acrylate), 메틸(메타)크릴레이트(methyl(meth)acrylate), 이소부틸(메타)크릴레이트 (isobutyl(meth)acrylate), 이소데실(메타)크릴레이트(isodecyl(meth)acrylate), 사이클로헥실(메타)크릴레이트(cyclohexyl(meth)acrylate), 비닐 에스테르(vinyl ester), 디사이클로펜테닐(메타)크릴레이트(dicyclopentenyl(meth)acrylate), 노르보르닐(메타)크릴레이트 (norbornyl(meth)acrylate), 이소보르닐(메타)크릴레이트 (isobornyl(meth)acrylate), 아크릴 메타크릴산(acrylic (meth)acrylic acid), 하이드록시알킬(메타)크릴레이트 (hydroxyalkyl(meth)acrylate), N-알킬아크릴아미드(N-alkylacrylamide), N,N-디알킬 아미노 모노알킬(메타)크릴레이트(N,N-dialkyl amino monoalkyl(meth)acrylate), N-알킬 아미노 알킬(메타)크릴레이트(N-alkyl amino alkyl(meth)acrylate), 하이드록시에틸아크릴레이트(hydroxyethylacrylate), N-메틸아크릴아미드(N-methylacrylamide), n-부틸메타크릴아미드(n-butylmethacrylamide), N-메틸올아크릴아미드(N-methylolacrylaminde), N-부틸아미노에틸(메타)크릴레이트(N-butylaminoethyl(meth)acrylate), N,N'-디에틸아미노에틸(메타)크릴레이트(N,N'-diethylaminoethyl(meth)acrylate), N,N'-디메틸 아미노에틸(메타)크릴레이트(N,N'-dimethyl amino ethyl (meth)acrylate), 이소부톡시(메타)크릴아미드(isobutoxy(meth)acrylamide) 등이 사용될 수 있다. 상술한 모노머들은 단독으로 또는 2종 이상의 모노머를 혼합하여 사용할 수 있다.
분산제는 음이온 계면 활성제(anionic surfactant)계, 양이온 계면 활성제(cationic surfactant) 및 비이온 계면 활성제(non-ionic surfactant)계로 구분될 수 있으며, 본 발명에 사용되는 분산제는 이 중 음이온 계면 활성제 및 비이온 계면 활성제이다. 본 발명에 사용할 수 있는 음이온 계면 활성제의 예를 들면, 소듐 도데실설페이트(sodium dodecylsulfate, SDS), 소듐 도데실벤젠 술포네이트(sodium dodecylbenzene sulfonate), 소듐 도데실나프탈렌설페이트(sodium dodecylnaphthalenesulfate), 디알킬 벤젠알킬(dialkyl benzenealkyl), 황산염(sulfates), 술폰산염(sulfonates) 등이 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 사용할 수 있는 비이온 계면 활성제(non-ionic surfactant)는 예를 들면, 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose), 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose), 프로필 셀룰로오스(propyl cellulose), 하이드록시 에틸 셀룰로오스(hydroxy ethyl cellulose), 카르복시 메틸 셀룰로오스 (carboxymethyl ellulose), 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르(polyoxyethylene cetyl ether), 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르(polyoxyethylene lauryl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸 에테르(polyoxyethylene octyl ether), 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르(polyoxyethylene octylphenyl ether), 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르 (polyoxyethylene stearyl ether), 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르 (polyoxyethylene nonylphenyl ether), 에톡실레이트(ethoxylate), 포스페이트 노닐페놀(phosphated nonylphenol)계의 세르복실(serboxyl) DPNZ 20/100 또는 트리톤(Triton), 로네-파울렌크(Rhone-Poulenc)사의 IGEPAL CA-210TM, IGEPAL CA-520TM, IGEPAL CA-720TM, IGEPAL CO-890TM, IGEPAL CO-720TM , IGEPAL CO-290TM, ANTAROX 890TM 및 ANTAROX 897TM 과 같은 디알킬페녹시폴리(에틸렌옥시)에탄올 (dialkylphenoxypoly(ethyleneoxy)ethanol) 등이 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 음이온 계면 활성제 및 비이온 계면 활성제는 단독으로 또는 2종 이상을 일정 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.
여기서 분산제는 계면 활성제와 같은 의미로 사용되며, 2계의 상으로 형성되어 입자를 형성할 수 있는 물질이다.
개시제는 중합 반응을 개시할 수 있는 물질로서 수용성 개시제(water soluble initiator) 및 지용성 개시제(oil soluble initiator)로 구분할 수 있으며, 본 발명에서는 수용성 개시제 또는 지용성 개시제 어느 것이라도 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 개시제는 과산화황산칼륨(potassium persulfate), 과산화황산암모늄(ammonium persulfates), 과산화벤조일(benzoyl peroxide) 및 과산화라우릴(lauryl peroxide) 중에서 하나를 선택하여 단독으로 또는 2 이상을 선택하여 혼합하여 사용할 수 있다.
그 외에도 본 발명에 사용될 수 있는 개시제로는 예를 들면, 과산화황산나트륨(sodium persulfate), 과산화수소(hydrogen peroxides), t-부틸 하이드로페록사이드(t-butyl hydroperoxide), 큐멘 하이드로페록사이드(cumene hydroperoxide), 파라-멘탄 과산화염(para-mentane peroxides), 및 페록시 카보네이트(peroxy carbonates) 등이 있으며, 상기 예시한 개시제를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 개시제의 종류는 결정성 고분자의 녹는점을 결정할 수 있는 중요한 요소이므로, 원하는 결정성 고분자의 녹는점을 고려하여 개시제와 함께 사용될 결정성 모노머의 종류, 함량 등을 고려하여 개시제를 종류를 결정하는 것이 바람직하다.
상술한 개시제는 모노머를 적가하기 전에, 모노머의 적가와 동시에 또는 모노머를 적가한 후에 적가할 수 있다.
투입되는 개시제의 함량은 1phr 내지 5phr의 범위 이내인 것이 바람직하다. 개시제의 함량은 반응할 결정성 모노머 및 기본 모노머의 함량에 의존해서 결정된다.
상술한 결정성 고분자를 코아로 하여 이를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스를 제조하는 방법을 상술하면 다음과 같다.
먼저 기본 모노머를 준비한다. 2종 이상의 기본 모노머를 혼합해서 준비할 경우 일정 비율로 혼합하여 모노머 혼합물인 유기상(orgarinc phase)을 준비한다. 유기상의 준비와는 별개로 증류수에 분산제를 가열하고 용해하여 제 1 수성상을 준비한다. 증류수는 결정성 고분자의 제조시와 마찬가지로 초순도수를 사용한다. 분산제는 상술한 바와 같이 음이온 또는 비이온 계면 활성제를 사용한다. 이렇게 준비된 제 1 수성상을 유기상과 함께 1ℓ 반응기에 넣고 혼합한 다음 균질기(homogenizer)를 이용하여 균질화한다. 균질화시키는 시간은 1분 내지 10분 이내의 범위이고, 회전수는 1000RPM 내지 7000RPM 이내의 범위이다.
미리 제조된 결정성 고분자를 초순도수와 혼합하여 제 2 수성상을 준비하여 반응 수조에 넣는다. 그 다음, 상술한 제 1 수성상과 유기상의 혼합물을 반응수조에 넣고 100RPM 내지 800RPM으로 교반시키면서 50℃ 내지 80℃까지 가열한다. 이 반응 수조내의 내부 온도가 이에 다다르면 개시제를 반응 수조에 첨가하여 질소 가스로 반응기 내부를 퍼징시킨다. 이 반응 시간은 5시간 내지 24시간의 범위 이내이고, 반응이 완료되면 실온에서 냉각시킨다. 이 냉각된 최종 용액을 1ℓ 샘플병에 넣고 보관한다.
상술한 바와 같이 제조한 코아-쉘 고분자 라텍스의 입자 크기는 약 0.2㎛ 내지 5㎛의 범위 이내가 되며, 코아-쉘 고분자 라텍스는 이형제인 결정성 고분자를 함유하고 있으므로 본 발명에 따른 코아-쉘 고분자 라텍스를 결합제 수지로 사용할 경우 토너의 정착성을 향상시키며 토너의 오프셋 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
{실시예}
실시예 1
결정성 고분자의 제조
옥타데실 아크릴레이트(octadecyl acrylate) 100g을 가열해서 용해시켜서 유기상을 준비하였다. 초순도수 200g에 음이온 계면 활성제 1.5g과 비이온 계면 활성제 1.5g을 용해시킨 수성상을 준비하였다. 상기 유기상과 상기 수성상을 1ℓ 반응기에 넣고 혼합한 다음 균질기를 이용하여 균질화시켰다. 이 때 사용한 균질기는 IKA 울트라 터렉스(IKA ultra turrex) 제품이다. 균질화시킨 시간은 10분이며 회전수는 7000RPM이었다.
그 다음, 균질화된 혼합물을 반응 수조에 넣고 100RPM으로 교반시키면서 60℃까지 가열하였다. 반응 수조의 내부 온도가 60℃에 다다르면 개시제로서 과산화황산 암모늄을 첨가하고 질소 가스로 반응 수조 내부를 퍼징시켰다. 반응시킨 시간은 7시간이며 반응이 끝난 다음 실온에서 냉각시켰다.
이렇게 하여 제조된 결정성 고분자의 녹는점을 DSC(differential scanning calorimeter)로 측정한 결과 녹는점은 50℃였다.
코아-쉘 고분자 라텍스의 제조
스티렌 30 중량부, 부틸 아크릴레이트 8중량부 및 아크릴산 2 중량부를 혼합하여 유기상을 준비하였다. 그 다음, 초순도수 100중량부에 Triton계 분산제 1중량부를 용해시켜서 제 1 수성상을 준비하였다. 상기 준비된 유기상과 상기 준비된 제 1 수성상을 혼합하여 균질기에 넣고 균질화하였다. 균질기는 IKA 울트라 터렉스 제품을 사용하였다. 균질화시킨 시간은 5분이고 회전수는 7000RPM이었다.
상기 제조된 결정성 고분자 에멀전 15중량부와 초순도수 100중량부를 혼합하여 제 2 수성상을 준비하였다. 그 다음, 이를 상기 균질화된 혼합 용액에 섞고, 전체 혼합물을 반응 수조에 넣어서 150RPM으로 교반시키면서 80℃까지 가열하였다. 반응 수조의 내부 온도가 80℃에 이르렀을 때 개시제 2중량부를 첨가하고 질소 가스로 반응 수조 내부를 퍼징시켰다. 이 반응 시간은 3시간이며 반응이 완료된 다음 용액을 실온에서 냉각시켰다.
이렇게 하여 제조된 코아-쉘 고분자 라텍스 입자의 부피평균크기는 2.6㎛였다.
실시예 2
결정성 고분자의 제조
옥타데실 아크릴레이트를 사용하는 것 대신에 베헤닐 아크릴레이트(Behenyl acrylate)를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 결정성 고분자를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 결정성 고분자를 DSC로 측정한 결과 녹는점은 63℃였다.
코아-쉘 고분자 라텍스의 제조
상기 베헤닐 아크릴레이트로 제조된 결정성 고분자를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코아-쉘 고분자 라텍스를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 코아-쉘 고분자 라텍스 입자의 부피평균크기는 3.6㎛였다.
실시예 3
결정성 고분자의 제조
반응시간을 7시간 대신 10시간으로 하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 결정성 고분자를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 결정성 고분자를 DSC로 측정한 결과 녹는점은 55℃였다.
코아-쉘 고분자 라텍스의 제조
상기 반응시간을 10시간으로 하여 제조된 결정성 고분자를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코아-쉘 고분자 라텍스를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 코아-쉘 고분자 라텍스 입자의 부피평균크기는 3.1㎛였다.
실시예 4
결정성 고분자의 제조
개시제로서 황산 암모늄 대신에 과산화 벤조일을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 결정성 고분자를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 결정성 고분자를 DSC로 측정한 결과 녹는점은 49℃였다.
코아-쉘 고분자 라텍스의 제조
상기 개시제를 과산화 벤조일로 하여 제조된 결정성 고분자를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코아-쉘 고분자 라텍스를 제조하였다.
이렇게 하여 제조된 코아-쉘 고분자 라텍스 입자의 부피평균크기는 2.9㎛였다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 중합형 결정성 모노머의 종류, 중합도 및 개시제 종류 등에 따라서 녹는점이 조절될 수 있는 결정성 고분자를 코아로 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스를 제공함으로써 화상형성장치의 토너에 이용할 경우 정착온도를 낮추어 에너지를 절약하고 예열시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스는 별도의 왁스를 사용하지 않고 또한 제어가 어려운 응집 과정 대신 제어가 용이한 공중합 과정을 통하여 고온 및 고속 분산기 없이도 간단한 제조 공정으로 이형제인 결정성 고분자를 제공할 수 있으며, 또한 이를 포함하여 제공될 토너 입자의 입도 및 입도 분포를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 청구 범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (11)

  1. 결정성 고분자, 기본 모노머, 분산제, 개시제 및 증류수를 포함하고,
    상기 결정성 고분자를 코아로 하여 형성되는 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기본 모노머는 스티렌, 디비닐 벤젠, n-부틸 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 아크릴산으로 구성된 그룹 중에서 선택된 것을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결정성 고분자는 결정성 모노머를 중합시켜서 형성되는 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 결정성 모노머는 녹는점이 30℃ 내지 70℃의 범위 이내이고 탄소수가 18개 이상인 모노머 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 결정성 고분자의 함량은 1phr 내지 50phr의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자 라텍스의 입자 크기는 0.2㎛ 내지 5㎛의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 개시제는 과황산 암모늄, 과황산 칼륨, 과산화 벤조일, 과산화 라우릴로 구성된 그룹 중에서 선택되는 개시제를 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스.
  8. 분산제와 증류수를 포함하는 수성상, 결정성 모노머를 포함하는 유기상 및 개시제를 혼합하여 중합 반응시켜서 결정성 고분자를 형성하는 단계;
    기본 모노머를 포함하는 유기상, 분산제와 증류수를 포함하는 제 1 수성상, 상기 결정성 고분자와 증류수를 포함하는 제 2 수성상 및 개시제를 혼합하여 중합 반응시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스를 제조하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 결정성 고분자를 형성하는 단계의 중합 반응 온도는 50℃ 내지 80℃의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스를 제조하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 결정성 고분자의 크기는 0.05㎛ 내지 3㎛의 범위 이내인 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스를 제조하는 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 기본 모노머는 스티렌, n-부틸 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴산 및 디비닐 벤젠으로 구성된 그룹 중에서 선택되는 모노머를 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 결정성 고분자를 포함하는 코아-쉘 고분자 라텍스를 제조하는 방법.
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