KR20080066481A - 토너 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 토너 - Google Patents

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Abstract

분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하는 단계; 상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하는 단계를 포함하는 토너의 제조 방법 및 이를 이용한 토너에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 폴리에스테르계 단량체 및 비닐계 단량체의 우수한 물성을 모두 나타내고 광택성, 내구성, 저온정착성 및 저장성이 우수한 토너를 제공할 수 있고, 토너의 형태와 크기를 용이하게 조절할 수 있다.

Description

토너 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 토너{Method for preparing toner and toner prepared by using the method}
도 1은 본 발명에 따라 제조된 토너를 수용한 화상 형성 장치의 일 구현예를 도시한 것이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 고분자 라텍스의 입도 분석 결과 그래프이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 고분자 라텍스의 SEM 사진이다.
도 4는 실시예 1에서 제조한 고분자 라텍스의 사차주사열량계(DSC) 분석 결과 그래프이다.
도 5는 실시예 1에서 제조한 토너의 SEM 사진이다.
도 6은 실시예 2에서 제조한 토너의 SEM 사진이다.
도 7은 실시예 3에서 제조한 토너의 SEM 사진이다.
도 8은 실시예 4에서 제조한 고분자 라텍스의 입도 분석 결과 그래프이다.
도 9는 실시예 4에서 제조한 고분자 라텍스의 SEM 사진이다.
도 10은 실시예 4에서 제조한 고분자 라텍스의 사차주사열량계(DSC) 분석 결과 그래프이다.
도 11은 실시예 4에서 제조한 토너의 SEM 사진이다.
도 12는 실시예 5에서 제조한 토너의 SEM 사진이다.
도 13은 실시예 6에서 제조한 토너의 SEM 사진이다.
도 14는 실시예 7에서 제조한 고분자 라텍스의 입도 분석 결과 그래프이다.
도 15는 실시예 7에서 제조한 고분자 라텍스의 SEM 사진이다.
도 16은 실시예 7에서 제조한 고분자 라텍스의 사차주사열량계(DSC) 분석 결과 그래프이다.
도 17은 실시예 7에서 제조한 토너의 SEM 사진이다.
<도면 부호의 간단한 설명>
1: 감광체 2: 대전수단
3: 광 4: 현상장치
5: 현상롤러 6: 공급롤러
7: 현상제규제 블레이드 8: 현상제
8': 잔류토너 9: 전사수단
10: 클리닝 블레이드 12: 전원
13: 인쇄매체
본 발명은 토너의 제조방법 및 이를 이용한 토너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에스테르계 단량체 및 비닐계 단량체의 우수한 물성을 모두 나타내고 광택성, 내구성, 저온정착성 및 저장성이 우수한 토너를 제공할 수 있고, 토너의 형태와 크기를 용이하게 조절할 수 있는 토너의 제조방법, 이를 이용한 토너, 상기 토너를 이용한 화상 형성 방법 및 상기 토너를 수용한 화상 형성 장치에 관한 것이다.
전자 사진법이나 정전 기록법에 있어서, 정전하상 또는 정전 잠상을 가시화하는 현상제로는 토너와 캐리어 입자로 이루어지는 2성분 현상제와, 실질적으로 토너만으로 이루어져 캐리어 입자를 사용하지 않는 1성분 현상제가 있다. 1성분 현상제에는 자성분을 함유하는 자성 1성분 현상제와 자성분을 함유하지 않는 비자성 1성분 현상제가 있다. 비자성 1성분 현상제에서는 토너의 유동성을 높이기 위하여 콜로이드성 실리카 등의 유동화제를 독립적으로 첨가하는 일이 많다. 토너로는 일반적으로 결착 수지 중에 카본블랙 등의 안료나 그 외의 첨가제를 분산시켜 입자화한 착색 입자가 사용되고 있다.
토너의 제조방법에는 분쇄법과 중합법이 있다. 분쇄법에서는 합성 수지와 안료, 필요에 따라 그 외의 첨가제를 용융 혼합한 후 분쇄하고, 이어서 원하는 입경의 입자가 얻어지도록 분급하여 토너를 얻고 있다. 중합법에서는 중합성 모노머에, 안료, 중합 개시제, 필요에 따라 가교제, 대전방지제 등의 각종 첨가제를 균일하게 용해 내지 분산시킨 중합성 모노머 조성물을 제조하고, 이어서 분산 안정제를 함유하는 수계 분산 매질 중에 교반기를 이용하여 분산하여 중합성 모노머 조성물의 미세한 액적 입자를 형성시키고, 이어서 승온시키고 현탁중합하여 원하는 입경을 갖는 착색 중합체 입자인 중합 토너를 얻고 있다.
전자사진 장치나 정전 기록 장치 등의 화상 형성 장치에 있어서, 균일하게 대전시킨 감광체상에 상 노광을 행하여 정전 잠상을 형성하고, 상기 정전 잠상에 토너를 부착시켜 토너상으로 하여 상기 토너상을 전사지 등의 전사재상에 전사하고, 이어서 미정착의 토너상을 가열, 가압, 용제 증기 등 여러 가지 방식에 의해, 전사재상에 정착시키고 있다. 정착 공정에서는 대부분의 경우 정착롤과 가압롤 사이에 토너상을 전사한 전사재를 통하고, 토너를 가열 압착하여 전사재상에 융착시키고 있다.
전자 사진 복사기 등의 화상 형성 장치에 의해 형성되는 화상에는 정밀하고 미세함의 향상이 요구되고 있다. 종래, 화상 형성 장치에 이용되는 토너로는 분쇄법에 의해 얻어진 토너가 주류였다. 분쇄법에 의하면 입경 분포가 넓은 착색 입자가 형성되기 쉬우므로, 만족할 수 있는 현상 특성을 얻기 위해서는 분쇄품을 분급하여 어느 정도 좁은 입경 분포로 조정할 필요가 있다. 그러나 전자사진 공정이나 정전 기록 공정에 적합한 토너 입자를 제조시 통상적인 혼련/분쇄 공정은 입도 및 입도 분포의 정밀 제어가 어렵고, 소입경 토너 제조시 분급에 따른 토너 제조의 수율이 저하된다. 또한 대전 특성 및 정착 특성을 위한 토너 설계의 변경/조절이 제한된다는 문제점이 있다. 따라서, 최근에 입경 제어가 용이하고, 분급 등의 번잡한 제조 공정을 거칠 필요가 없는 중합 토너가 주목받게 되었다.
한편, 폴리에스테르계 단량체를 이용하면 중합된 토너에 고광택 및 높은 입자 균일성이 부여될 수 있는 효과가 있어, 주로 분쇄토너에 사용되고 있다. 하지만, 폴리에스테르계 단량체는 용매에 용해하기 어렵다는 특징과 용액 내에서 중합 이 용이하지 않은 특성 때문에, 예를 들면, 스티렌 단량체와 같이 일반적인 중합성 단량체가 토너입자용 수지로 사용될 뿐, 폴리에스테르계 단량체는 중합 토너 제조 방법에서는 사용빈도가 높지 않은 것이 현실이다.
따라서, 분쇄토너 제조방법에 비하여 우수한 특성을 나타내는 중합토너 제조방법을 이용하면서, 토너 제조시 우수한 물성을 나타낼 수 있는 폴리에스테르계 단량체를 효과적으로 이용할 수 있는 방법이 요청되게 되었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 폴리에스테르계 단량체 및 비닐계 단량체의 우수한 물성을 모두 나타내고 광택성, 내구성, 저온정착성 및 저장성이 우수한 토너를 제공할 수 있고, 토너의 형태와 크기를 용이하게 조절할 수 있는 토너 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 토너 제조방법에 의하여 얻어지는 토너를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 형태와 크기의 제어가 용이하고 , 광택성, 내구성, 저온정착성 및 저장성이 우수한 토너를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 형태와 크기의 제어가 용이하고 , 광택성, 내구성, 저온정착성 및 저장성이 우수한 토너를 사용하여 고화질의 저온 정착이 가능한 화상 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 형태와 형태와 크기의 제어가 용이하고 , 광택성, 내구성, 저온정착성 및 저장성이 우수한 토너를 수용한 고 화질의 저온 정착이 가능한 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하는 단계;
상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하는 단계를 포함하는 토너의 제조 방법을 제공한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하고, 상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 토너를 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법에 있어서, 상기 토너는 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하고, 상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하여 얻어지는 특징으로 하는 화상 형성 방법을 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
유기감광체; 상기 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상형성 수단; 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하고, 상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 토너를 수용하는 수단; 상기 유기감광체의 표면에서 정전 잠상을 토너상으로 현상하기 위해 상기 토너를 유기감광체의 표면에 공급하는 토너 공급 수단; 및 상기 토너상을 유기감광체 표면에서 전사재에 전사하는 토너 전사 수단;을 포함하는 화상 형성 장치를 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 중합토너 (CPT) 제조법에 관한 것으로, 새롭고 간단한 중합공정으로 폴리에스테르의 장점인 고광택과 놓은 모듈러스를 부여할 수 있음과 동시에 중합성 모노머의 조성을 변화시킴으로 인하여 정착온도를 낮출 수 있고, 저장성과 내구성, 정착성 등의 물성이 우수한 고화질의 저온정착 고속 프린터용 중합토너의 제조를 특징으로 한다.
본 발명은 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하는 단계; 상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하는 단계를 포함하는 토너의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 토너의 제조 방법은 지금까지 시도되지 않은 새로운 방법으로 폴리에스테의 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입하도록 화학적으로 개질하여 폴리에스테르-매크로모노머를 제조하고 이러한 매크로모노머를 하나 이상의 중합성 모노머와 함께 현탁시킨 후, 수용액상에서 유화중합을 이용하여 토너 입자를 제조하는 방법이다.
상기 유화중합은 입자크기 분포도가 극히 균일한 입자를 제조하는데 유용한 방법으로 널리 사용되고 있으며, 통상적으로 수상(aqueous phase)에서 물에 불용성인 소수성 단량체와 친수성의 중합 개시제를 사용하여 라텍스를 중합하여 제조하는 방법이다. 유화응집방식에 따르면, 토너 입자의 크기와 모양조절이 용이하여, 화상형성 시 토너의 전사효율이 높은 장점을 가진다.
본 발명에서 사용되는 매크로모노머라 함은 사슬 말단에 하나 이상의 반응성이 있는 작용기가 치환되어 있는 고분자를 칭한다. 이러한 매크로모노머는 다른 고분자 중합 시에 중합반응에 하나의 모노머로 참가하여, 다른 종류의 특징을 지닌 이종의 고분자 사슬이 화학적으로 결합되어진 구조, 즉 하이브리드 수지 (Hybrid resin)을 생성시킨다. 이는 서로 다른 이종의 고분자가 존재하게 됨으로써 서로 다른 고분자의 물성을 복합적으로 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 화학적으로 이종의 고분자가 결합되어 있어 상용성 (compatibility)의 증가로 인한 화학적, 기계적, 열적 특성을 증대시키는 장점을 구현할 수 있다.
또한, 폴리에스테르-매크로모노머와 통상적인 중합성 모노머의 화학반응에 의한 결정성 폴리에스테르계열의 상용성 (compatibility) 증가는 결정성 폴리에스테르의 첨가를 용이하게 하여, 최종 토너의 저온 정착성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 사용된 폴리에스테르 계열의 수지는 비스페놀 A 등과 같은 2가 알코올과 테레프탈산, 트리메틸릭 안하이드리드, 푸말산 또는 숙신산 유도체 등을 사용하는 중합되어, 주사슬에 에스테르 결합(-COO-)이 있는 중합체를 말한다.
폴리에스테르 자체는 단량체의 중합으로 생성된 중합체이나, 본 발명에서는 중합토너 제조방식에 사용되기 위하여 하나 이상의 중합성 모노머와 중합되는 일종의 단량체로서 사용된다. 본 발명에 사용되는 폴리에스테르는 토너용으로 사용될 수 있는 폴리에스테르라면 어떤 것이든 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이 폴리에스테르 단량체는 토너입자에 고광택 및 높은 입자 균일성과 같은 장점을 부여할 수 있음에도 불구하고, 용매에 용해하기 어렵다는 특징과 용액내에서 중합이 용이하지 않은 특성이 있기 때문에 중합토너 제조방식에는 많이 사용되지 않았다.
따라서, 본 발명에서는 폴리에스테르를 중합토너 제조방식을 이용한 토너조성물의 제조에 사용하고자, 이중 결합을 도입하는 방법을 사용한다.
본 발명에 따른 토너의 제조 방법에서 사용되는 폴리에스테르-메크로모노머 에 대해서 설명하면 다음과 같다.
상기 폴리에스테르-매크로모노머의 제조에 사용되는 폴리에스테르는, 이중 결합의 도입에 필요한 반응기로서, 사슬 말단에 히드록시기를 포함하는 것이 바람직하다. 중합토너용 수지조성물의 중합 단량체로서 폴리에스테르는 분자량이 1,000 내지 100,000 이내의 범위이고, 유리전이온도가 40℃ 내지 80℃인 것이 바람직하다.
바람직하게, 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)이다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 통상 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 중축합(축합중합)하여 얻을 수 있는 포화 폴리에스테르이다.
이중 결합을 포함하는 화합물은 폴리에스테르에 이중 결합을 도입할 수 있는 화합물이면 어떤 것이든 사용할 수 있다. 수지 조성물을 제조할 때, 중합과정을 거치기 때문에 폴리에스테르의 말단에 중합에 필요한 이중 결합을 갖는 반응기를 도입할 수 있는 화합물인 것이 바람직하다.
이중 결합은 비닐계 이중 결합인 것이 바람직하다. 이중 결합이 도입된 폴리에스테르는 스티렌계 단량체와 중합되어 폴리에스테르 및 스티렌의 장점을 나타낼 수 있는 수지조성물을 제조하게 되므로 스티렌계 단량체의 비닐기와 중합가능한 비닐계 이중 결합인 것이 바람직하게 된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 폴리에스테르-매크로모노머는 폴리에스테르에 디이소시아네이트기를 포함하는 화합물 및 이중 결합을 포함하는 모노머를 순차적으로 첨가하여 제조될 수 있다.
폴리에스테르의 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입하는 방법으로, 먼저 디이소시아네이트기를 포함하는 화합물과 폴리에스테르를 반응시켜 폴리에스테르의 말단에 이소시아네이트기를 도입한다. 말단에 이소시아네이트기를 포함하는 폴리에스테르는 다시 이중 결합을 포함하는 모노머와 반응시킨다. 폴리에스테르의 이소시아네이트기는 이중 결합을 포함하는 모노머의 이중 결합으로 치환되어 종국적으로 폴리에스테르의 말단에는 이중 결합이 도입되게 된다.
이러한 폴리에스테르에 이중 결합을 도입하는 방법의 예가 이하의 반응식 1에 나타나 있다. 반응식 1에서는 폴리에스테르의 예로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 사용된다.
Figure 112007003477721-PAT00001
반응식 1에서 폴리에스테르인 PET는 헥사메틸렌 디이소시아네이 트(Hexamethylene diisocyanate, HDI)와 반응시킨다. PET는 HDI와 반응하여 PET의 말단에는 히드록시기 대신 이소시아네이트기가 도입되게 된다.
여기에 제2 비닐계 단량체로서, 메타크릴아미드(Methacrylamide, MAAm)를 첨가하여 PET의 이소시아네이트기가 MAAm 말단의 비닐기로 치환되게 된다. 따라서, PET 말단에는 MAAm로부터 기인한 비닐기(a 및 a')가 존재하게 되고 원하는 바대로, 비닐계 이중 결합이 도입된 PET를 얻게 된다.
디이소시아네이트기를 포함하는 화합물은, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌비스시클로헥실 이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌비스페닐 이소시아네이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 이중결합을 포함하는 모노머로는, 아크릴 아미드, 메타크릴 아미드 및 히드록시메틸 아크릴 아미드 중 어느 하나인 아크릴 아미드계 단량체; 히드록시메틸 아크릴레이트, 히드록시에틸 아크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트, 히드록시메틸 메타크릴아미드, 히드록시 페녹시프로필 아크릴레이트, 히드록시 프로필 아크릴레이트, 및 히드록시 프로필 메타크릴레이트 중 어느 하나인 히드록시 아크릴레이트계 단량체; 및 아릴아민계 단량체;로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 토너의 제조방법 중 폴리에스테르와 반응시키는 이중 결합을 포함하는 화합물은 실란커플링제(silane coupling agent)일 수 있다.
실란 커플링제는 아미노계 실란커플링제, 에폭시계 실란커플링제, 아크릴계 실란커플링제, 비닐계 실란 커플링제 및 기타 실란 커플링제로 분류될 수 있다. 아미노계 실란 커플링제는 아미노기를 포함하는 유기 관능기와 알콕시기와 같은 가수분해성기를 포함하고 있고 에폭시계, 아크릴계, 비닐계, 기타 실란 커플링제는 알콕시기와 같은 가수분해성기와 아크릴기, 에폭시기, 비닐기 및 머캅토기와 같은 유기 관능기를 포함하고 있어 레진 등의 유기질 재료와 실리카, 유리, 금속 등의 무기질 재료간의 결합을 도와 재료의 물성을 개선할 수 한다.
바람직하게, 실란커플링제는 비닐계 이중 결합을 포함한다. 따라서, 비닐계 실란커플링제인 것이 바람직하다.
이러한 폴리에스테르에 이중 결합을 포함하는 실란커플링제를 이용하여 이중 결합을 도입하는 방법의 예가 이하의 반응식 2에 나타나 있다. 반응식 2에서는 폴리에스테르의 예로서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 사용된다.
Figure 112007003477721-PAT00002
반응식 2에서 PET는 실란커플링제인 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란(Methacryloxypropyltrimethoxysilane, MPTMS)와 반응시킨다. PET는 MPTMS와 반응하여 PET의 말단에는 히드록시기 대신 비닐기(b 및 b')가 도입되게 된다.
본 발명에 따른 폴리에스테르-매크로모노머의 중량평균 분자량은 1,000 내지 100,000, 바람직하게는 5,000 내지 30,000이다. 상기 폴리에스테르-매크로모노머의 중량평균 분자량이 1,000 미만인 경우에는 완성된 토너의 물성이 향상되지 않거나 안정제로서의 역할이 좋지 않을 수도 있어 바람직하지 못하고, 100,000을 초과하는 경우에는 반응 전환율이 낮아질 수도 있기 때문에 바람직하지 못하다.
본 발명에 따른 토너 조성물에 포함되는 중합성 모노머는 비닐계 모노머, 카르복실기를 갖는 극성 모노머, 불포화 폴리에스테르기를 갖는 모노머 및 지방산기를 갖는 모노머 중에서 선택될 수 있다.
상기 중합성 모노머는 이에 한정되는 것은 아니지만, 스티렌, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌의 스티렌계 모노머; 아크릴산, 메타크릴산; 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산프로필, 아크릴산부틸, 아크릴산 2-에틸헥실, 아크릴산디메틸아미노에틸, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산프로필, 메타크릴산부틸, 메타크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산디메틸아미노에틸, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴아미드, 메타크릴아미드의 (메타)아크릴산의 유도체; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌의 에틸렌성 불포화 모노올레핀; 염화비닐, 염화비닐리덴, 불화비닐의 할로겐화비닐; 아세트산비닐, 프로피온산비닐의 비닐에스테르; 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르의 비닐에테르; 비닐메틸케톤, 메틸이소프로페닐케톤의 비닐케톤; 2-비닐 피리딘, 4-비닐피리딘 및 N-비닐피롤리돈의 질소 함유 비닐 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 토너 조성물은 중합성 모노머 100 중량부를 기준으로 폴리에스테르-매크로모노머 0.1 내지 80 중량부, 바람직하게는 1 내지 50 중량부, 더 바람직하게는 5 내지 25 중량부를 포함한다.
상기 폴리에스테르-매크로모노머의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우에는 토너의 물성 개선 효과가 없어서 바람직하지 않고, 80 중량부를 초과하는 경우에는 입자 형성이 불균일해지기 때문에 바람직하지 못하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 매질은 수용액이거나, 유기용매, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 응집 단계는 기존의 중합토너 공정과는 다르게 매크로모노머가 매질 상에서 고분자 라텍스의 안정성을 유지함으로써 계면활성제나 유화제가 존재하지 않는 상태에서 수행될 수 있다.
즉, 본 발명의 고분자 라텍스의 응집단계에서 사용되는 매크로모노머는 친수성기 및 소수성기를 모두 가지는 양쪽성 물질(amphiphilic material)이며 말단에 하나 이상의 반응성 관능기(reactive functional group)을 갖는 폴리머 또는 올리고머 형태를 갖는다.
입자 표면에 화학적으로 결합된 매크로모노머의 친수성기는 입체적 안정화(steric stabilization)에 의하여 응집 단계에서 고분자 라텍스의 안정성(long term stability)을 높일 수 있다.
본 발명에 따른 매크로모노머의 중량평균 분자량은 100 내지 100,000, 바람직하게는 1,000 내지 10,000이다. 매크로모노머의 중량평균 분자량이 100 미만인 경우에는 완성된 토너의 물성이 향상되지 않거나 안정제로서의 역할이 좋지 않을 수도 있어 바람직하지 못하고, 100,000을 초과하는 경우에는 반응 전환율이 낮아질 수도 있기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 매크로모노머는 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-에틸에테르 메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-개질우레탄, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-개질폴리에스테르, 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에틸렌글리콜(PEG)-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 헥사관능성 폴리에스테르 아크릴레이트, 덴드리틱 폴리에스테르 아크릴레이트, 카르복시 폴리에스테르 아크릴레이트, 지방산 개질 에폭시 아크릴레이트 및 폴리에스테르 메타크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 토너는 안료를 포함할 수 있는 바, 흑백 토너의 경우에는 안료로서 카본블랙 또는 아닐린블랙을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 비자성 토너는 칼라 토너를 제조하기 용이하다는 장점을 갖는다. 이와 같은 칼라 토너의 경우에는 안료 중 검은색은 카본 블랙 또는 아닐린블랙을 이용하고, 칼라는 옐로우, 마젠타 및 시안 안료 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함한다.
상기 옐로우 안료는 축합 질소 화합물, 이소인돌리논 화합물, 아트라킨 화합물, 아조 금속 착제, 또는 알릴 이미드 화합물이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 옐로우 12, 13, 14, 17, 62, 74, 83, 93, 94, 95, 109, 110, 111, 128, 129, 147, 168, 180 등이 사용될 수 있다.
상기 마젠타 안료는 축합 질소 화합물, 안트라킨, 퀴나크리돈 화합물, 염기 염료 레이트 화합물, 나프톨 화합물, 벤조 이미다졸 화합물, 티오인디고 화합물, 또는 페릴렌 화합물이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 레드 2, 3, 5, 6, 7, 23, 48:2, 48:3, 48:4, 57:1, 81:1, 122, 144, 146, 166, 169, 177, 184, 185, 202, 206, 220, 221, 또는 254 등이 사용될 수 있다.
상기 시안 안료는 동 프탈로시아닌 화합물 및 그 유도체, 안트라킨 화합물, 또는 염기 염료 레이트 화합물 등이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 블루 1, 7, 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 60, 62, 또는 66 등이 사용될 수 있다.
이러한 안료는 단독 또는 2 종 이상의 혼합물로 혼합하여 사용될 수 있으며, 색상, 채도, 명도, 내후성, 토너 중의 분산성 등을 고려하여 선택된다.
상기한 바와 같은 안료의 함량은 중합성 모노머 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 20 중량부인 것이 바람직하다. 상기 안료의 함량은 토너를 착색하기에 충분한 양이면 무방하나, 중합성 모노머 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 중량부 미만일 경우에는 착색효과가 충분하지 않기 때문에 바람직하지 못하고, 20 중량부를 초과하는 경우에는 토너의 제조원가가 상승되기 때문에 충분한 마찰 대전량을 얻을 수 없어 바람직하지 못하다.
또한, 무기염을 고분자 라텍스 입자와 안료 분산액의 혼합액에 추가하여 응집 반응을 일으킴으로써 토너를 제조하게 된다. 즉, 무기염의 첨가에 의하여 증가 된 이온 강도(ionic strength)와 입자간의 충돌 등에 의해 토너의 크기가 증가하게 된다.
구체적으로는 무기염의 농도가 임계 응고 농도(Critical Coagulation Concentration; CCC)보다 진하면 정전기적 반발력이 상쇄되어 상기 고분자 라텍스 입자의 브라운 운동(Brownian motion)에 의해 급격히 응집이 일어나게 되며, 상기 임계 응고 농도보다 낮은 농도에서는 응집의 속도가 느려지게 되므로, 입자의 응집을 제어하는 것이 가능해진다. 이때 사용 가능한 무기염으로서는 NaCl, MgCl2ㆍ8H20, [Al2(OH)nCl6-n]m ((1≤n≤5, 1≤m≤10) 및 (Al2(SO4)3ㆍ18H2O 으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 토너 조성물은 개시제, 왁스, 연쇄이동제, 대전제어제, 및 이형제 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하여 수행될 수 있다.
상기 제조공정에서 토너 조성물은 개시제(initiator)에 의하여 라디칼이 발생되고, 라디칼이 상기 중합성 모노머와 반응하는 것이 바람직하다. 라디칼은 중합성 모노머 및 상기 폴리에스테르-매크로모노머의 이중결합과 반응하여 공중합체를 형성할 수 있다.
라디칼 중합 개시제로는, 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 과황산염; 4,4-아조비스(4-시아노길초산), 디메틸-2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 2,2-아조비스(2-아미디노프로판)이염산염, 2,2-아조비스-2-메틸-N-1,1-비스(히드록시메틸)-2-히드록시에틸프로피오아미드, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아 조비스이소부티로니트릴, 1,1'-아조비스(1-시클로헥산카르보니트릴) 등의 아조 화합물; 메틸에틸퍼록시드, 디-t-부틸퍼록시드, 아세틸퍼록시드, 디쿠밀퍼록시드, 라우로일퍼록시드, 벤조일퍼옥시드, t-부틸퍼록시-2-에틸헥사노에이트, 디-이소프로필퍼옥시디카르보네이트, 디-t-부틸퍼옥시이소프탈레이트 등의 과산화물 등을 예시할 수 있다. 또한, 이들 중합 개시제와 환원제를 조합한 산화-환원 개시제를 들 수 있다.
연쇄이동제(chain transfer agent)는 연쇄 반응에 있어서 연쇄 운반체의 종류가 변화되도록 하는 물질을 말한다. 새로운 연쇄가 전의 것에 비해 현저하게 활성을 감소시킨 것을 포함한다. 연쇄이동제를 통하여 모노머의 중합도를 감소하게 할 수 있고 새로운 사슬을 개시하게 할 수 있다. 연쇄이동제를 통하여 분자량의 분포를 조절할 수 있게 된다.
상기 연쇄이동제의 예로는 이에 한정되지 않지만, 황 함유 화합물, 예컨대 도데칸티올(dodecanethiol), 티오글리콜산, 티오아세트산 및 메르캅토에탄올; 아인산(phosphorous acid) 화합물, 예컨대 아인산 및 아인산나트륨; 차인산(Hypophosphorous acid) 화합물, 예컨대 차인산 및 차인산나트륨; 및 알콜, 예컨대 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜 및 n-부틸알콜 등이 있다.
상기 이형제는 감광체를 보호하고 현상특성의 열화를 방지하여 고품질의 화상을 얻기 위하여 적절히 사용될 수 있다. 본 발명의 일구현예에 따른 이형제는 고순도 고체 지방산 에스테르계 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면, 저분자량 폴리에틸렌, 저분자량 폴리프로필렌, 저분자량 폴리부틸렌 등의 저분자량 폴리올레핀; 파라핀 왁스; 다관능 에스테르 화합물 등을 들 수 있다. 본 발명에서 이용하는 이형제로는 3관능 이상의 알코올과 카르복실산으로 이루어지는 다관능 에스테르 화합물이 바람직하다.
상기 이형제의 일예인 3관능 이상의 다가 알코올로는 예를 들면 글리세린, 펜타에리트리톨, 펜타글리세롤 등의 지방족 알코올; 클로로글리시톨, 크엘시톨, 이노시톨 등의 지환족 알코올; 트리스(히드록시메틸)벤젠 등의 방향족 알코올; D-에리트로오스, L-아라비노오스, D-만노오스, D-갈락토오스, D-프럭토오스, L-라무노오스, 사카로오스, 말토오스, 락토오스 등의 당; 에리트리트, D-트레이트, L-아라비트, 아드닛트, 키시릿트 등의 당 알코올 등을 들 수 있다.
상기 이형제의 일예인 카르복실산으로는 예를 들면 아세트산, 부티르산, 카프론산, 에난트산, 카푸릴산, 페라르곤산, 카푸린산, 운데칸산, 라우린산, 미리스틴산, 스테아린산, 마르가린산, 아라키딘산, 셀로틴산, 메리키신산, 엘리카산, 부라시딘산, 소르빈산, 리놀산, 리놀렌산, 베헤르산, 테트롤산, 키시메닌산 등의 지방족 카르복실산; 시클로헥산카르복실산, 헥사히드로이소프탈산, 헥사히드로테레프탈산, 3,4,5,6-테트라히드로프탈산 등의 지환족 카르복실산; 벤조산, 트루일산, 쿠민산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 트리메신산, 트리멜리트산, 헤미멜리트산 등의 방향족 카르복실산 등을 들 수 있다.
상기 대전제어제는 아연 또는 알루미늄과 같은 금속 함유 살리실산(salicylic acid) 화합물, 비스 디페닐글리콜산(bis diphenyl glycolic acid)의 붕소 착체, 실리케이트(silicate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직 하다. 더욱 구체적으로는 디알킬 살리실산 아연, 보로 비스(1,1-디페닐-1-옥소-아세틸 포타슘염){boro bis (1,1-diphenyl-1-oxo-acetyl potassium salt)} 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 라텍스의 제조, 안료 분산액과의 혼합 및 응집 단계를 포함하는 토너의 제조 방법의 구체적인 공정은 다음과 같다.
먼저, 상술한 바와 같은 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조한다. 보다 구체적으로는, 극성 용매에 폴리에스테르-매크로모노머를 용해하고, 여기에 하나 이상의 중합성 모노머를 혼합하여 균일상의 용액을 제조한다. 또한, 증류수에 유화제를 녹인 용액을 제조하고, 상기 토너 조성물에 혼합하여 초음파 등을 이용하여 교반하면서 혼합하여 토너 조성물을 제조한다
상기 토너 조성물 상에서 수용액 상에 폴리에스테르-매크로모노머와 중합성 모노머가 안정한 형태로 존재하는 액적이 형성되면, 반응기 내부를 질소가스 등으로 퍼지하면서 온도를 승온시킨 후, 반응기 내부의 온도가 적정수치에 달하면 개시제를 첨가한다. 상기 반응기 내부의 온도로는 60 내지 85 ℃ 가 바람직하다. 개시제 첨가한 이후, 2 내지 8 시간 동안 150 내지 350 rpm 으로 교반하면서 중합 반응을 진행한다. 본 발명에 있어서, 중합 반응 시간은 온도, 실험조건, 반응속도, 및 전환율 등을 측정하여 개별적으로 결정할 수 있다.
반응 후 토너의 내구성이나 기타 물성 등을 조절하기 위하여 추가로 모노머를 투입하여 고분자 라텍스를 제조할 수 있다.
본 발명에서, 상기 고분자 라텍스는 하나 이상의 중합성 모노머를 왁스에 분산시킨 분산액으로 형성된 왁스층을 포함할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같은 하나 이상의 중합성 모노머를 용매에 혼합시킨 혼합액에 왁스를 분산시켜 얻어진 분산액을 상기 1차 라텍스가 형성된 반응기 내에 투여하고 개시제 등을 추가적으로 투입하여 왁스층을 형성시키게 된다. 왁스층이 형성된 이후에는 하나 이상의 중합성 모노머를 상기 반응기 내에 추가적으로 첨가함으로써 쉘층을 더 형성할 수 있다. 이때 새로운 라텍스 입자가 생성되지 않도록 중합방지제(inhibitor)를 추가로 첨가할 수 있다. 또한 중합성 모노머 혼합액이 코어입자에 코팅이 잘 되도록 스타브드-피딩 조건으로 반응을 진행하는 것이 좋다.
상기 고분자 라텍스 상에 형성되는 왁스층은 최종 토너 조성물의 목적 수행 특성을 제공하는 임의의 적합한 왁스를 선택하여 형성될 수 있다. 사용될 수 있는 왁스의 형태의 예들은 이에 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌계 왁스, 폴리프로필렌계 왁스, 실리콘 왁스, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 카르바우나 왁스 및 메탈로센(metallocene) 왁스를 포함한다. 바람직하게는 상기 왁스는 융점은 약 50 내지 약 150℃이다. 왁스 성분은 토너 입자와 물리적으로 밀착되지만, 토너 입자와 공유적으로 결합하지 않는 것이 좋다. 최종 화상 수용체 상에 저정착 온도에서 정착되고, 우수한 최종 화상 내구성 및 내마모 특성을 나타내는 토너를 제공한다.
상기와 같이 고분자 라텍스를 제조한 후, 매크로모노머를 이용하여 안료를 분산시키는데, 이는 상기 매크로모노머가 친수성기 및 소수성기를 모두 가지고 있어 분산능이 유지되기 때문이다. 이때 사용가능한 분산장비로는 밀링(milling) 또 는 균질화기(homogenizer) 등을 제한없이 사용할 수 있으며, 이렇게 얻어진 안료 분산액에 무기염을 첨가하여 응집과정을 통해 토너를 제조한다.
이후 상기 제조된 토너 입자를 여과하여 토너 입자를 분리하고 건조시키는 공정을 거치게 된다. 건조된 토너에는 실리카 등을 사용하여 외첨처리하며, 대전 전하량 등을 조절하여 최종적인 건식 토너를 얻게 된다. 일반적으로 토너의 외첨처리는 대입경의 실리카, 소입경의 실리카, 티타니아(titania)의 3종류로 이루어지며, 이때, 대입경의 실리카는 입자의 유동성 및 대전성, 소입경의 실리카는 대전성, 티타니아는 대전 안정성의 확보를 위해 첨가한다.
본 발명에서 사용된 매크로모노머가 수용액 상에서 라텍스의 안정성을 유지함으로써 고분자 라텍스 입자의 응집과정은 계면활성제가 존재하지 않는 상태에서 수행될 수 있다.
따라서, 제조된 토너 입자의 분리 및 여과 공정에서 세척공정을 최소화할 수 있다. 세척공정을 최소화함으로써 제조공정을 단순화하여 토너의 제조원가를 줄일 수 있으며, 배출되는 오폐수의 양을 줄임으로써 환경적인 측면에서도 매우 유리하다. 또한 계면활성제를 사용하지 않음으로써 높은 습도에서의 민감성, 낮은 마찰전하, 유전성 감소, 약한 토너 흐름 등의 문제점을 제거할 수 있으며 토너의 저장 안정성(storage stability)을 현저히 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하고, 상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성 기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 토너를 제공한다.
상기 제조된 토너 입자의 부피 평균 입경은 3 내지 20 ㎛, 바람직하게는 5 내지 10 ㎛이다.
상기 폴리에스테르-매크로모노머는 폴리에스테르에 디이소시아네이트기를 포함하는 화합물 및 이중결합을 포함하는 모노머를 순차적으로 첨가하여 제조될 수 있다.
상기 안료를 분산시키는데 사용되는 매크로모노머의 중량평균 분자량은 100 내지 100,000, 바람직하게는 1,000 내지 10,000이다. 매크로모노머는 이에 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-에틸에테르 메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-개질우레탄, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-개질폴리에스테르, 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에틸렌글리콜(PEG)-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 헥사관능성 폴리에스테르 아크릴레이트, 덴드리틱 폴리에스테르 아크릴레이트, 카르복시 폴리에스테르 아크릴레이트, 지방산 개질 아크릴레이트, 및 폴리에스테르 메타크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 의하면, 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법에 있어서, 상기 토너는 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리 에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하고, 상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법을 제공한다.
대표적인 전자사진 화상 형성 공정은 대전, 노광, 현상, 전사, 정착, 클리닝 및 제전 단계를 포함하여, 수용체 상에 화상을 형성하는 일련의 단계들을 포함한다.
상기 대전 단계에서, 감광체는 통상적으로 코로나 또는 대전 롤러에 의해 음 또는 양 중의 하나인, 원하는 극성의 전하로 덮힌다. 노광 단계에서, 광학 시스템, 통상적으로 레이저 스캐너 또는 다이오드 배열은 최종 화상 수용체 상에 형성되는 목적 화상에 대응하는 화상 방식(imagewise manner)으로 감광체의 대전 표면을 선택적으로 방전시켜 잠상을 형성한다. "광"으로 언급할 수 있는 전자기 조사는, 예를 들어 적외선 조사, 가시광선, 및 자외선 조사를 포함할 수 있다.
현상 단계에서, 적합한 극성의 토너 입자들은 일반적으로 감광체 상의 잠상과 접촉하는데, 토너 극성에 동일한 포텐셜 극성을 갖는, 통상적으로 전기적으로 편향된 현상기(developer electrically-biased)를 사용한다. 토너 입자들은 감광체로 이동하고 정전기력에 의해 잠상에 선택적으로 부착되고, 감광체 상에 톤 화상을 형성한다.
전사 단계에서, 톤 화상은 감광체로부터 목적으로 하는 최종 화상 수용체에 전사되는데, 때때로 중간체 전사 요소가 톤 화상의 후속의 전사와 함께 감광체로부터 최종 화상 수용체로의 톤 화상의 전사에 영향을 주기 위하여 이용된다.
정착 단계에서, 최종 화상 수용체 상의 톤 화상은 가열되어 토너 입자들이 연화 또는 용융됨으로써, 톤 화상을 최종 수용체에 정착하게 한다. 다른 하나의 정착 방법은 열을 가하거나 또는 가하지 않는 고압하에서 최종 수용체에 토너를 고정시키는 것을 포함한다.
클리닝 단계에서는 감광체 상에 남아 있는 잔류 토너가 제거된다.
마지막으로, 제전 단계에서는 감광체 전하가 특정 파장 밴드의 광에 노광되어 실질적으로 균일하게 낮은 값으로 감소됨으로써, 본래 잠상의 잔류물이 제거되고 다음의 화상 형성 사이클을 위하여 감광체가 준비된다.
본 발명의 다른 일 구현예에 의하면, 유기감광체, 유기감광체의 표면을 대전하는 수단, 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 수단, 토너를 수용하는 수단, 상기 토너를 공급하여 유기감광체 표면의 정전 잠상을 현상하여 토너상을 현상하는 수단, 및 상기 토너상을 감광체 표면에서 전사재에 전사하는 수단을 포함하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 토너는 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하고, 상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 토너를 수용한 비접촉 현상방식의 화상 형성 장치의 일 구현예를 도시한 것으로서 하기에 작동 원리를 설명한다.
현상장치(4)의 비자성 1 성분 현상제는 폴리우레탄 폼, 스폰지 등의 탄성부재로 구성된 공급롤러(6)에 의해 현상제(8)를 현상롤러(5)상으로 공급된다. 상기 현상롤러(5) 상으로 공급된 현상제(8)은 현상롤러(5)의 회전에 따라 현상제 규제블레이드(7)과 현상롤러(5)의 접촉부에 도달한다. 상기 현상제 규제블레이드(7)은 금속, 고무 등의 탄성부재로 구성되어 있다. 현상제 규제블레이드(7)과 현상롤러(5)의 접촉부 사이를 현상제가 통과시 현상제(8)의 층이 일정한 층으로 규제되어 박층이 형성되고 현상제를 충분히 대전시킨다. 박층화된 현상제(8)은 현상롤러(5)에 의하여 잠상 담지체인 감광체(1)의 정전잠상에 현상제(8)가 현상되는 현상영역으로 이송되게 된다. 이때, 상기 전정잠상은 상기 감광체(1)에 광(3)을 주사함으로써 형성된다.
현상롤러(5)는 감광체(1)와 일정한 간격을 두고 접촉하지 않고 서로 마주보고 위치하고 있다. 현상롤러(5)는 시계회전 반대방향으로 회전하고 감광체(1)는 시계회전방향으로 회전한다.
상기 감광체(1)의 현상영역으로 이송된 현상제(8)는 현상롤러(5)에 인가된 DC 중첩된 AC 전압과, 대전수단(2)에 의해 대전된 감광체(1)의 잠상전위와의 전위차에 의해 발생된 전기력에 의해 상기 감광체(1)에 형성된 정전잠상을 현상하여 토너 화상을 형성한다.
감광체(1)에 현상된 현상제(8)는 감광체(1)의 회전방향에 따라 전사수단(9) 의 위치에 도달한다. 감광체(1)에 현상된 현상제는 코로나 방전 또는 롤러형태로 현상제 (8)에 대한 역극성 고전압이 인가된 전사수단(9)에 의하여 인쇄용지(13)가 통과하면서 인쇄용지로 현상제가 전사되어 화상이 형성된다.
인쇄용지에 전사된 화상은 고온, 고압의 정착기(미도시)를 통과하면서 인쇄용지에 현상제가 융착되어 화상이 정착된다. 한편 현상롤러(5) 상의 미현상된 잔류 현상제(8')는 상기 현상롤러(5)와 접촉되어 있는 공급롤러(6)에 의해 회수되고, 감광체(1) 상의 미현상된 잔류 현상제(8')는 클리닝 블레이드(10)에 의해 회수된다. 상기의 과정이 반복된다.
발명은 하기의 제조예 및 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제조예 -이중결합이 도입된 폴리에스테르-매크로모노머의 제조
제조예 1
50ml 메틸에틸 케톤(Methyl ethyl ketone, MEK) 용매에 폴리에스테르로서 PET 1g을 녹인 후, 0.12g 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 첨가한 후, 65 ℃에서 6시간 동안 반응시켜 양 말단이 이소시아네이트로 치환된 폴리에스테르인 PET를 합성하였다.
이에 0.05g 메타크릴아미드를 투입하여 25 ℃에서 24시간 동안 반응시켜 양 말단에 비닐계 불포화 탄화수소(이중결합)로 치환된 폴리에스테르-매크로모노머를 합성하였다. 이때 이소시아네이트와 OH기와 반응에 부반응을 억제하기 위하여 디부틸린 디라우레이트(dibutyltin dilaurate, DBTDL)를 소량 첨가하였다.
제조예 2
50ml 톨루엔에 폴리에스테르로서 PET 1g을 녹인 후, 실란 커플링제로서 메타크릴옥시프로필 트리메톡시 실란 0.18g을 첨가한다. 70 ℃에서 24시간 동안 반응시켰다.
이때 PET에 MPTMS의 이중결합을 도입시키는 반응은 상온에서도 가능하며 50℃ 이상의 온도에서 히드로퀴논(hydroquinone)을 소량 첨가하여 MPTMS의 이중결합이 고온에서 중합되어 소실되지 않도록 할 수도 있다.
실시예 1
<고분자 라텍스의 제조>
상기 제조예 1에서 제조된 폴리에스테르-매크로모노머 0.5g을 메틸렌 클로라이드(methylene chloride) 용매 5ml에 녹인 후, 10g의 스티렌 단량체와 혼합하여 균일상의 용액을 제조하였다. 또한 증류수 100g에 소디움 도데실 술페이트(sodium dodecyl sulfate, SDS) 0.3g을 녹인 용액을 제조하였다. 이 두 용액을 혼합하여 초음파를 통하여 5분간 분산시켜, 수용액상에 폴리에스테르-매크로모노머와 스티렌 단량체가 안정한 형태로 존재하는 액적을 제조하였다. 질소가스로 퍼징하면서 온도를 70℃ 로 승온시킨 후 개시제로 과황산칼륨 (potassium persulfate, KPS) 0.1g을 첨가하여 350rpm으로 교반하였다. 반응시간은 24시간이고, 반응이 끝나면 교반하면서 자연 냉각시켰다. 반응 후 고분자 라텍스의 평균 부피 입경은 120 nm였으며, 전환율은 약 95 %이었다.
상기 제조된 고분자 라텍스 입자의 입도 분석결과 (Coulter LS230 이용)와 SEM 사진을 도 2 및 도 3에 나타내었다.
상기 제조되어진 고분자 라텍스 입자의 DSC 분석결과를 도 4에 나타내었고,이를 참조하면, 폴리에스테르에서 기인하는 유리전이온도인 71.7℃와 폴리스티렌의 유리전이온도 95.0℃가 관찰되어 하이브리드 타입의 입자가 제조됨을 확인할 수 있었다.
<응집 및 토너의 제조>
1L 반응기에 탈이온수 316g과 상기에 제시된 라텍스 제조 공정에 의해 합성한 고분자 라텍스 입자 307g을 넣고 350 rpm으로 교반하였다. 교반 하면서 매크로모노머인 (HS-10(DAI-ICHI-KOGYO)) 10 g에 카본블랙 60g을 분산시킨 안료액 중 30g을 투입하였다. pH를 11로 맞춘 다음 MgCl2 30g을 넣고 단계별로 95℃까지 가열하였다. 95℃에서 2시간 반응 후 NaCl을 넣고 6시간 반응 뒤 Tg 아래의 25℃로 식힌 다음 여과과정을 거쳐 토너입자를 분리하고 건조 시켰다. 건조된 토너는 대입경의 실리카인 NX-90 (Nippon Aerosil), 소입경의 실리카인 RX-200 (Nippon Aerosil), 티타니아(Titania)인 SW-100 (Titan Kogyo)을 사용하여 외첨 처리하였다. 외첨 처리에 사용한 비율은 토너 100 중량부에 대하여 NX-90 3.0 중량부, RX-200 2.1 중량부, SW-100 0.4 중량부이었다.
이에 의해 합성된 토너는 감자의 형태로 부피평균 입경이 약 5.6 ㎛ 였고, 도 5에 SEM 사진을 나타내었다.
실시예 2
고분자 라텍스의 제조시 소디움 도데실 술페이트(SDS) 0.6g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 토너를 제조하였다. 이에 의해 제조된 토너는 감자 형태로서 부피 평균 입경이 약 5.8㎛ 였고, 도 6에 SEM 사진을 나타내었다.
실시예 3
고분자 라텍스의 제조시 소디움 도데실 술페이트(SDS) 0.9g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 토너를 제조하였다. 이에 의해 제조된 토너는 감자 형태로서 부피 평균 입경이 약 5.4㎛ 였고, 도 7에 SEM 사진을 나타내었다.
실시예 4
<고분자 라텍스의 제조>
상기 제조예 1에서 제조된 폴리에스테르-매크로모노머 0.5g을 메틸렌 클로라이드(methylene chloride) 용매 5ml에 녹인 후, 10g의 스티렌 단량체 및 0.3g의 헥사데칸(hexadecane, HD)과 혼합하여 균일상의 용액을 제조하였다. 또한 증류수 100g에 소디움 도데실 술페이트(SDS) 0.3g을 녹인 용액을 제조하였다. 이 두 용액을 혼합하여 초음파를 통하여 5분간 분산시켜, 수용액상에 폴리에스테르-매크로모노머와 스티렌 단량체가 안정한 형태로 존재하는 액적을 제조하였다. 질소가스로 퍼징하면서 온도를 70℃ 로 승온시킨 후 개시제로 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 (AIBN) 0.02g을 첨가하여 350rpm 으로 교반하였다. 반응시간은 24시간이고, 반응이 끝나면 교반하면서 자연 냉각시켰다. 반응 후 고분자 라텍스의 평균 부피 입경은 170 nm였으며, 전환율은 약 95 %이었다.
상기 제조된 고분자 라텍스 입자의 입도 분석결과 (Coulter LS230 이용)와 SEM 사진을 도 8 및 도 9에 나타내었다.
상기 제조되어진 고분자 라텍스 입자의 DSC 분석결과를 도 10에 나타내었고,이를 참조하면, 폴리에스테르에서 기인하는 유리전이온도인 72.1℃와 폴리스티렌의 유리전이온도 101.8.0℃가 관찰되어 하이브리드 타입의 입자가 제조됨을 확인할 수 있었다.
<응집 및 토너의 제조>
1L 반응기에 탈이온수 316g과 상기에 제시된 라텍스 제조 공정에 의해 합성한 고분자 라텍스 입자 307g을 넣고 350 rpm으로 교반하였다. 교반 하면서 매크로모노머인 (HS-10(DAI-ICHI-KOGYO)) 10 g에 카본블랙 60g을 분산시킨 안료액 중 30g을 투입하였다. pH를 11로 맞춘 다음 MgCl2 30g을 넣고 단계별로 95℃까지 가열하였다. 95℃에서 2시간 반응 후 NaCl을 넣고 6시간 반응 뒤 Tg 아래의 25℃로 식힌 다음 여과과정을 거쳐 토너입자를 분리하고 건조 시켰다. 건조된 토너는 대입경의 실리카인 NX-90 (Nippon Aerosil), 소입경의 실리카인 RX-200 (Nippon Aerosil), 티타니아(Titania)인 SW-100 (Titan Kogyo)을 사용하여 외첨 처리하였다. 외첨 처리에 사용한 비율은 토너 100 중량부에 대하여 NX-90 3.0 중량부, RX-200 2.1 중량부, SW-100 0.4 중량부이었다.
이에 의해 합성된 토너는 감자의 형태로 부피평균 입경이 약 6 ㎛ 였고, 도 11에 SEM 사진을 나타내었다.
실시예 5
고분자 라텍스의 제조시 소디움 도데실 술페이트(SDS) 0.6g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 조건으로 토너를 제조하였다. 이에 의해 제조된 토너는 감자 형태로서 부피 평균 입경이 약 6.3 ㎛ 였고, 도 12에 SEM 사진을 나타내었다.
실시예 6
고분자 라텍스의 제조시 소디움 도데실 술페이트(SDS) 0.9g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 조건으로 토너를 제조하였다. 이에 의해 제조된 토너는 감자 형태로서 부피 평균 입경이 약 5.2 ㎛ 였고, 도 13에 SEM 사진을 나타내었다.
실시예 7
고분자 라텍스의 제조시 스티렌 10g 대신에 스티렌 8g 및 부틸아크릴레이트 2g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 고분자 라텍스를 제조하였다. 고분자 라텍스의 평균 부피 입경은 170 nm였으며, 전환율은 약 96 %이었다.
상기 제조된 고분자 라텍스 입자의 입도 분석결과 (Coulter LS230 이용)와 SEM 사진을 도 14 및 도 15에 나타내었다.
상기 제조되어진 고분자 라텍스 입자의 DSC 분석결과를 도 16에 나타내었고,이를 참조하면, 폴리에스테르에서 기인하는 유리전이온도와 폴리스티렌/폴리부틸아크릴레이트 공중합체의 유리전이 온도가 71.8℃에서 하나로 관찰되어 부틸아크릴레 이트를 이용하여 유리전이온도를 원하는대로 조절할 수 있음을 확인하였다
이후, 상기 제조된 고분자 라텍스를 이용하여 실시예 1과 동일한 조건으로 토너를 제조하였다. 이에 의해 제조된 토너는 구형 형태로서 부피 평균 입경이 약 5.2 ㎛ 였고, 도 17에 SEM 사진을 나타내었다.
본 발명에 따르면, 폴리에스테르계 모노머 및 비닐계 모노머의 우수한 물성을 모두 나타내고 광택성, 내구성, 저온정착성 및 저장성이 우수한 토너를 제공할 수 있고, 토너의 형태와 크기를 용이하게 조절할 수 있다.

Claims (24)

  1. 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하는 단계;
    상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하는 단계를 포함하는 토너의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 토너 조성물이 하나 이상의 중합성 모노머 100 중량부를 기준으로 폴리에스테르-매크로모노머 0.1 내지 80 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 토너의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르-매크로모노머가 폴리에스테르에 디이소시아네이트기를 포함하는 화합물 및 이중결합을 포함하는 모노머를 순차적으로 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 토너의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 폴리에스테르가 1,000 내지 100,000 범위의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 토너의 제조 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 폴리에스테르가 유리전이온도가 40℃ 내지 80℃인 것을 특징으로 하는 토너의 제조 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 폴리에스테르가 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)인 것을 특징으로 하는 토너의 제조 방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 디이소시아네이트기를 포함하는 화합물이 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌비스시클로헥실 이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트, 메틸렌비스페닐 이소시아네이트 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 토너의 제조 방법.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 이중결합을 포함하는 모노머가 아크릴 아미드, 메타크릴 아미드 및 히드록시메틸 아크릴 아미드 중 어느 하나인 아크릴 아미드계 모노머; 히드록시메틸 아크릴레이트, 히드록시에틸 아크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트, 히드록시메틸 메타크릴아미드, 히드록시 페녹시프로필 아크릴레이트, 히드록시 프로필 아크릴레이트, 및 히드록시 프로필 메타크릴레이트 중 어느 하나인 히드록시 아크릴레이트계 모노머; 및 아릴아민계 모노머로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 토너의 제조 방법.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 이중결합을 포함하는 화합물이 실란커플링제(silane coupling agent)인 것을 특징으로 하는 것을 토너의 제조 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리에스테르-매크로모노머의 중량 평균 분자량이 1,000 내지 100,000 것을 특징으로 하는 토너 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 중합성 모노머가 비닐계 모노머, 카르복실기를 갖는 극성 모노머, 불포화 폴리에스테르기를 갖는 모노머, 및 지방산기를 갖는 모노머 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 토너 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 중합성 모노머가 스티렌, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌의 스티렌계 모노머; 아크릴산, 메타크릴산; 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산프로필, 아크릴산부틸, 아크릴산 2-에틸헥실, 아크릴산디메틸아미노에틸, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산프로필, 메타크릴산부틸, 메타크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산디메틸아미노에틸, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴아미드, 메타크릴아미드의 (메타)아크릴산의 유도체; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌의 에틸렌성 불포화 모노올레핀; 염화비닐, 염화비닐리덴, 불화비닐의 할로겐화비닐; 아세트산비닐, 프로피온산비닐의 비닐에스테르; 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르의 비닐에테르; 비닐메틸케톤, 메틸이소프로페닐케톤의 비닐케톤; 2-비닐피리딘, 4-비닐피리딘, N-비닐피롤리돈의 질소 함유 비닐 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 토너 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 매크로모노머가 폴리에틸렌글리콜(PEG)-메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-에틸에테르 메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-개질우레탄, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-개질 폴리에스테르, 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에틸렌글리콜(PEG)-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 헥사관능성 폴리에스테르 아크릴레이트, 덴드리틱 폴리에스테르 아크릴레이트, 카르복시 폴리에스테르 아크릴레이트, 지방산 개질 에폭시 아크릴레이트, 및 폴리에스테르 메타크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 토너 제조방법.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 매크로모노머의 중량 평균 분자량이 100 내지 100,000인 것을 특징으로 하는 토너 제조방법.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 안료가 옐로우, 마젠타, 시안, 및 블랙 안료 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 토너 제조방법.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 무기염이 NaCl, MgCl2ㆍ8H20, [Al2(OH)nCl6-n]m ((1≤n≤5, 1≤m≤10), 및 (Al2(SO4)3ㆍ18H2O) 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 토너 제조방법.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 토너 조성물이 개시제, 왁스, 연쇄이동제, 대전제어제, 및 이형제 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토너 제조방법.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 얻어진 토너.
  19. 분자 사슬 말단에 이중 결합을 도입한 폴리에스테르-매크로모노머 및 하나 이상의 중합성 모노머를 포함하는 토너 조성물을 중합하여 고분자 라텍스를 제조하고, 상기 고분자 라텍스를 친수성기와 소수성기를 가지고 하나 이상의 반응성 관능기를 함유하는 매크로모노머에 의해 분산된 안료 분산액과 혼합하고 무기염을 첨가하여 응집하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 토너.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 토너의 부피 평균 입경이 3 내지 20 ㎛인 것을 특징으로 하는 토너.
  21. 제 19항에 있어서,
    상기 폴리에스테르-매크로모노머가 폴리에스테르에 디이소시아네이트기를 포함하는 화합물 및 이중결합을 포함하는 모노머를 순차적으로 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 토너.
  22. 제 19항에 있어서,
    상기 토너가 연쇄이동제, 대전제어제, 및 이형제 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토너.
  23. 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법에 있어서, 토너로서 제 19항 내지 제 22항 중 어느 한 항의 토너를 사용하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
  24. 유기감광체;
    상기 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상형성 수단;
    제 19항 내지 제 22항 중 어느 한 항의 토너를 수용하는 수단;
    상기 유기감광체의 표면에서 정전 잠상을 토너상으로 현상하기 위해 상기 토너를 유기감광체의 표면에 공급하는 토너 공급 수단; 및
    상기 토너상을 유기감광체 표면에서 전사재에 전사하는 토너 전사 수단;을 포함하는 화상 형성 장치.
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