KR20090061286A - 입도분포가 균일한 토너 제조 방법 및 이에 의해 제조된토너 - Google Patents

입도분포가 균일한 토너 제조 방법 및 이에 의해 제조된토너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바인더 수지 단량체, 왁스, 분산제, 분자량 조절제, 안료, 전하 조절제, 극성 그라프팅제를 포함하여 이루어지는 토너에 있어서, 막유화 중합법을 이용하여 균일한 입도분포를 가지는 것을 특징으로 하는 토너의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 막유화 중합법을 이용하면 균일한 입도분포를 가지는 토너를 제조할 수 있으며 특히 극성 그라프팅제를 사용할 시, 토너의 균일한 입도분포성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
토너, 막유화 중합법

Description

입도분포가 균일한 토너 제조 방법 및 이에 의해 제조된 토너{METHOD OF MANUFACTURING TONER HAVING UNIFORM PARTICLE DISTRIBUTION AND THE TONER MANUFACTURED BY USING THE METHOD}
본 발명은 전자 사진 현상에 사용되는 토너에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전하 조절제, 안료, 왁스, 분산제, 극성 그라프팅제를 바인더 수지 단량체에 분산시킨 후, 막유화를 통해 입도분포가 균일한 토너를 제조하는 것에 관한 것이다.
일반적으로 토너란 전자 사진 현상 등에 사용되는 착색, 하전된 미세 분말을 말하는 것으로, 바인더 수지와 전하 조절제, 안료, 왁스 등의 첨가제로 이루어져 있다. 토너를 제조하는 방법은 크게 분쇄법과 중합법으로 구분되는데, 이중 분쇄법은 화학적 중합법으로 제조된 바인더 수지에 안료, 전하조절제, 왁스 등의 첨가제를 넣고 용융-혼합하거나 압출한 후, 이를 기계적으로 분쇄하여 토너를 제조하는 방법을 말한다. 상기와 같은 분쇄법으로 토너를 제조하는 경우, 중합, 용융-혼합, 분쇄 등 여러 단계를 거쳐야 하기 때문에 제조 공정이 복잡하고, 에너지 소비가 많 다는 단점이 있다. 또한 기계적 분쇄를 이용해 토너 입자의 크기를 조절하기 때문에, 입경 분포가 넓고, 형상이 불규칙하다. 또한, 고화질의 화상을 형성하기 위해서는 토너 입자를 마이크로미터 수준으로 소형화할 필요가 있는데, 기계적 분쇄법으로 토너 입자의 크기를 소형화하는 데에는 한계가 있다.
중합법은 기계적 분쇄를 이용하지 않고, 바인더 수지와 첨가제들을 중합하여 토너 입자를 제조하는 방법으로, 공정이 간단하고, 토너 구조의 제어가 용이하다는 장점이 있다. 하지만, 중합법에 의해 제조된 토너는 입자크기를 조절하는데 용이 하지만, 입자크기 분포가 다분산적이라는 단점을 가지고 있다.
전자 사진 복사기 등의 화상 형성 장치에 의하여 형성되는 화상에는, 정밀하면서 미세한 화상 형성 기술의 향상이 요구되고 있다. 종래의 토너 제조법에 의하면, 입자크기 분포가 넓은 착색 입자가 형성되기 쉽기 때문에, 만족스런 현상 특성을 얻기 위해서는 제조된 토너를 인위적으로 분급하여 입자크기 분포를 좁게 조정할 필요가 있다. 이러한 경우, 분급에 의한 토너 제조 수율이 저하되고, 번잡한 제조 공정이 늘어나는 단점을 지니게 된다. 따라서, 최근에는 입자 크기 제어가 용이하고 분급 등의 번잡한 제조 공정을 거치지 않는 토너의 제조방법이 요구되고 있다.
따라서 본 발명은 종래의 제조법의 문제점을 해결하기 위해 막유화를 통한 중합법을 이용하여 균일한 입도분포를 가지는 토너의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 막을 통해 토너 수지의 단량체 혼합물을 포함하는 분산상을, 분산제를 용해시킨 수계 분산액을 포함하는 연속상으로 통과시켜 막유화시킴으로써 토너 수지를 중합하는 것을 특징으로 하는 토너의 제조 방법을 제공한다.
또한, 상기 단량체 혼합물은 바인더 수지 단량체, 전하 조절제, 안료, 왁스 및 분자량 조절제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 막은 다공성 알루미나, 다공성 지르코니아 및 다공성 글래스 에스피지로 이루어진 그룹에서 선택되는 것으로, 0.5 내지 5마이크로 크기의 기공을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 막유화시 분산상에 대해 10 내지 500 kPa의 압력을 가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단량체 혼합물은 에틸렌 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,6-헥사메틸렌디아크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 1,1,1-트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 및 트릴알릴아민으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 극성 그라프팅제를 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 20중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분산제는 인산 칼슘염, 마그네슘염, 친수성 실리카, 소수성 실리 카 및 콜로이달 실리카로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 무기 분산제; 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시알킬렌 알킬페놀에테르, 소비탄지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리비닐 알코올, 알킬 셀룰로오스 및 폴리 비닐 피롤리돈으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 비이온성 고분자 분산제; 및 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 아민 N-옥사이드, 폴리비닐 암모늄염, 폴리디알킬디알릴 암모늄염, 폴리아크릴산, 폴리스티렌 설폰산, 폴리아크릴산염, 폴리 스티렌 설폰산염 및 폴리아미노알킬 아크릴산염으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 이온성 고분자 분산제; 중에서 1종 이상 선택되는 것으로서, 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 10 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바인더 수지 단량체는 방향족 비닐계, 아크릴레이트계, 메타크릴레이트계, 디엔계, 산성 올레핀계 및 염기성 올레핀계 단량체로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것으로서, 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 20 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전하 조절제는 염소화된 파라핀, 염소화된 폴리에스테르, 산을 함유한 폴리에스테르, 설폰산기를 포함한 스티렌-아크릴계 수지, 함크롬의 아조금속 착제, 실리실산 금속 착화합물, 함크롬 유기 염료 및 알루미늄 아조 금속 착제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것으로서, 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 20 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 안료는 금속 분말형, 금속물 산화형, 카본형, 황화물형, 크롬염 형 및 페로 시아니드형 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 무기 염료; 및 아조형, 산성 염료형, 염기성 염료형, 모단트 염료형, 프탈로시아니, 퀴나크리돈형 및 디옥산형의 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 유기 염료; 중에서 1종 이상 선택되는 것으로서, 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 왁스는 파라핀 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스 및 세레신 왁스로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 석유 정제 왁스; 카르누바 왁스인 천연 왁스; 폴리 에틸렌 및 폴리 프로필렌으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 합성 왁스; 중에서 1종 이상 선택되는 것으로서, 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 30 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 상기 분자량 조절제는 t-도데실 메르캅탄 및 n-도데실 메르캅탄으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것으로서, 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 8중량% 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 중합 반응이 끝난 후 분산제를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 토너를 제공한다.
또한, 상기 토너의 입자 크기는 2 내지 10마이크로 범위이고, 변동계수의 값이 15% 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 막유화 중합법에 의한 토너의 제조방법으로 균일한 입도분포를 가지는 토너를 제조할 수 있다.
본 발명은 토너 입자의 제조에 있어서, 막유화 중합법을 이용하는 제조방법을 제공한다. 본 발명의 막유화 중합법을 도면을 통해 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 막유화 중합법에 사용되는 장치는 가온 장치(3)가 설치되어 있으며, 단량체와 안료 등을 담을 수 있는 분산상 탱크(1)에 분산상을 투입하고, 막이 설치된 모듈(6)을 통해 분산 안정제가 용해된 연속상(5)이 담긴 연속상 탱크(4)로 가압(9)하여 분산시킨다. 연속상 탱크(4) 아래에 가온이 가능한 스터러장치(8)를 이용하여 스터러바(7)를 교반하게 된다.
도 2는 상기 모듈의 막을 통과하여 입자가 생성되는 기구를 개념적으로 표시한 것이다.
상기 막유화에 사용 가능한 막의 재질로는 다공성 알루미나, 다공성 지르코니아, 다공성 글래스 에스피지 등이 있으며, 바람직하게는 다공성 글래스 에스피지(SPG: Shirasu Porous Glass)막을 사용한다. 막의 가공 크기는 제조하고자 하는 입자의 크기에 따라 다르며, 바람직하게 0.5 내지 5마이크로의 막 가공 크기를 가지는 다공성 글래스 에스피지를 사용한다.
막유화 중합법은 분산상을 막이 설치된 모듈(6)에 적절한 압력으로 통과시키 는데, 이때 압력은 10 내지 500 kPa이 바람직하다. 10 kPa 이하의 경우, 분산상이 막을 통과 하지 못하며, 500 kPa 이상이면, 막이 파괴되게 된다. 따라서, 10 내지 500 kPa 사이의 압력을 가하여 균일하게 연속상을 막을 통해 배출시킴으로써, 안정된 크기의 입자를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 토너 제조방법에 사용되는 화합물 또는 토너의 구성성분에 대하여 설명한다. 본 발명의 토너는 바인더 수지 단량체, 왁스, 분산제, 분자량 조절제, 안료, 전하 조절제를 포함하며, 필요에 따라 극성 그라프팅제를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 바인더 수지 단량체로는 방향족 비닐계, 아크릴레이트계, 메타크릴레이트계, 디엔계, 산성 올레핀계 및 염기성 올레핀계 단량체로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택하여 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 방향족 비닐계 단량체로는 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸 스티렌, 디메틸스티렌 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 방향족 비닐계 단량체의 함량은 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 30 내지 90 중량%인 것이 바람직하다. 방향족 비닐계 단량체의 함량을 30 내지 90 중량%로 한정하는 이유는 토너의 유리전이온도를 맞추기 위한 것으로, 함량이 30 중량% 미만인 경우에는 토너의 유리 전이 온도가 너무 낮아져, 프린팅시 토너가 퓨징 롤러(fusing roller)에 달라붙는 오프셋 현상이 발생할 수 있으며, 함량이 90 중량%를 초과하는 경우에는 토너의 유리 전이 온도가 너무 높아져 정착성이 나빠지기 때문이다.
상기 아크릴레이트계 단량체로는 메틸아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트 등이 있으며, 상기 메타크릴레이트계 단량체로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 옥틸 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 등이 있으며, 상기 디엔계 단량체로는 부타디엔, 이소프렌 등을 들 수 있다. 상기 아크릴레이트계, 메타크릴레이트계, 디엔계 단량체는 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 그 함량은 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 5 내지 70 중량%인 것이 바람직하다. 이처럼 함량을 한정하는 것은 방향족 비닐계 단량체의 경우와 마찬가지로 토너의 유리 전이 온도를 적정 수준으로 맞추기 위함이다.
한편, 상기 산성 올리핀계 단량체로는 카르복실기를 가진 α, β-에틸렌 화합물 등이 있으며, 상기 염기성 올리핀계 단량체로는 아민기나 4차 암모늄기를 가진 지방족 알콜의 메타크릴산 에스테르계, 메타크릴 아미드계, 비닐 아민계, 디아릴 아민계, 그의 암모늄염 등이 있다. 상기 산성 올리핀계 단량체와 염기성 올리핀계 단량체는 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 그 함량은 단량체 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 20 중량%인 것이 바람직하다. 산성 올리핀계 단량체와 염기성 올리핀계 단량체는 표면의 대전 특성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로 20 중량%를 넘어서게 되면 토너 중합시 반응 안정성이 나빠져 토너 입자들이 서로 응집하는 현상이 발생할 수 있다.
상기 안료로는 금속 분말형, 금속물 산화형, 카본형, 황화물형, 크롬염형 및 페로 시아니드형 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 무기 염료; 또는 아조형, 산성 염료형, 염기성 염료형, 모단트 염료형, 프탈로시아니, 퀴나크리돈형 및 디옥산형 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 유기 염료; 중에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다. 안료의 함량은 단량체 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량% 인 것이 바람직하다. 안료가 1 중량% 미만인 경우에는 원하는 색을 충분히 구현할 수 없고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 단량체와 안료 사이의 분산에 어려움이 있기 때문이다.
상기 왁스로는 석유 정제 왁스, 천연 왁스, 합성 왁스 등을 사용할 수 있다. 석유 정제 왁스에는 파라핀 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스 및 세레신 왁스 등이 있으며, 천연 왁스에는 카르누바 왁스 등이 있고, 합성 왁스에는 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌 등이 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 왁스들은 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용될 수 있으며, 함량은 단량체 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.01 내지 30 중량%인 것이 바람직하다. 함량이 0.01 중량% 미만인 경우에는 프린팅시 정착성이 떨어지고, 토너 표면이 번지는 현상이 발생할 수 있으며, 30 중량% 를 초과하는 경우에는 반응 안정성에 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
상기 분산제는 인산 칼슘염, 마그네슘염, 친수성 실리카, 소수성 실리카 및 콜로이달 실리카로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 무기 분산제; 폴리옥 시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시알킬렌 알킬페놀에테르, 소비탄지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리비닐 알코올, 알킬 셀룰로오스 및 폴리 비닐 피롤리돈으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 비이온성 고분자 분산제; 또는 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 아민 N-옥사이드, 폴리비닐 암모늄염, 폴리디알킬디알릴 암모늄염, 폴리아크릴산, 폴리스티렌 설폰산, 폴리아크릴산염, 폴리 스티렌 설폰산염 및 폴리아미노알킬 아크릴산염 등으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 이온성 고분자 분산제; 중에서 1종 이상 선택되며, 그 함량은 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여, 0.01 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 분산제의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우에는 중합시 반응 안정성이 깨지며, 10 중량부를 초과하는 경우에는 부반응물(에멀젼 입자)의 형성이 증가한다.
상기 분자량 조절제는 메르캅탄계 화합물로서, t-도데실 메르캅탄 및 n-도데실 메르캅탄으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되며, 함량은 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 8중량% 인 것이 바람직하다. 분자량 조절제는 분자량을 낮춤으로써 저온 토너의 정착성을 향상시키기 위한 것으로 경우에 따라 넣지 않아도 무관하다. 그러나 함량이 8중량%를 초과하면 분자량이 너무 낮아져 오프셋이 발생할 수 있다.
상기 전하조절제가 니그로신형의 전자 받개 염료, 고지방족의 금속염, 알콕 시 아민, 킬레이트, 4차 암모늄염, 알킬아미드, 불소 처리 활성제 및 나프탈렌산의 금속염으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 양이온성 전하조절제; 또는 전자 받개 유기착물, 염소화된 파라핀, 염소화된 폴리에스테르, 산을 함유한 폴리에스테르, 구리 프탈로시아닌의 설포닐아민 및 설폰산기를 포함한 스티렌-아크릴계 고분자로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 음이온성 전하조절제 중에서 1종 이상 선택되며, 함량이 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 20중량부일 수 있다.
또한, 본 발명의 토너는 극성 그라프팅제를 포함하는 것이 바람직하다.
극성 그라프팅제는 토너 표면에서 단단한 쉘을 형성함으로써 유화로 생성된 액적의 계면 안정성을 증가 시킬 수 있다.
상기 극성 그라프팅제는 에틸렌 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,6-헥사메틸렌 디아크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 1,1,1-트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 및 트릴아릴아민으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되며, 그 함량은 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.001 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 함량이 0.001 중량% 미만인 경우에는 토너 표면에 단단한 쉘을 형성할 수 없으며, 10중량%를 초과하는 경우에는 토너 중심 부분까지 젤화가 진행되어 토너의 정착성이 저하될 우려가 있기 때문이다.
본 발명의 토너는 막유화 중합법에 의해 제조되며, 그 제조 방법을 구체적으 로 살펴보면 다음과 같다.
먼저 분산제를 물에 녹여 수계 분산액을 준비하고(수계 분산액 준비 단계), 바인더 수지 단량체, 전하 조절제, 안료, 왁스, 분자량 조절제, 극성 그라프팅제 등을 혼합하여 단량체 혼합물 준비한 후(단량체 혼합물 준비 단계), 상기 수계 분산액에 상기 단량체 혼합물을 투입하고 막유화 장치를 이용하여 토너 조성물을 형성한다(막유화 중합 단계). 다음으로 상기 토너 조성물을 물로 세정하고 필터링하여, 분산제를 제거하고(분산제 제거 단계), 상기 분산제가 제거된 토너 조성물을 진공 건조(건조 단계)하여 최종 토너를 얻는다.
이하에서는 본 발명의 토너 제조 방법을 각 단계별로 구체적으로 살펴보기로 한다.
(1) 제1 단계: 수계 분산액 준비 단계
증류수에 분산제를 녹여 수계 분산액을 준비한다. 상기 분산제는 무기 분산제 또는 수용성 유기 분산제 중에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있으며, 선택적으로 음이온성 계면 활성제를 첨가할 수도 있다.
무기 분산제와 수용성 유기 분산제의 구체적인 예와 함량은 상기에 기재된 것과 동일하다.
상기 음이온 계면 활성제로는 지방산염, 알킬 황산 에스테르염, 알킬아릴 황산 에스테르염, 디알킬 설포숙신산염, 알킬 인산염 등을 사용할 수 있으며, 그 함량은 수계 분산액 전체를 100중량부로 보았을 때, 0.001 내지 20 중량부인 것이 바 람직하다. 함량이 0.001 중량부 미만일 경우에는 중합시 반응 안정성이 좋지 않은 영향을 미칠 수 있으며, 20 중량부 이상일 경우에는 부반응물(에멀젼 입자)의 형성이 증가하고, 토너입자 크기가 원하는 것보다 작게 형성될 수 있기 때문이다.
(2) 제 2 단계: 단량체 혼합물 준비 단계
바인더 수지 단량체, 왁스, 안료, 전하 조절제를 혼합하여 중합의 원료가 되는 단량체 혼합물을 준비하도록 한다.
바인더 수지 단량체, 왁스, 안료, 전하 조절제, 극성 그라프팅제의 구체적인 예와 함량은 상기에 기재된 것과 동일하다.
(3) 제 3 단계: 막유화 중합 단계
도1의 막유화 장치에 상기 제1단계에서 준비한 수계 분산액을 연속상 탱크(4)에 넣고, 상기 제2단계에서 준비한 단량체 혼합물에 추가로 중합 개시제를 넣은 단량체 혼합물을 분산상 탱크(1)에 투입한다. 상기 단량체 혼합물을 가압함으로써 상기 수계 분산액에 투입하고, 중합을 실시한다.
상기 중합 개시제로는 비스이소부티로니트릴, 아조비스디메틸발레로니트릴 등의 아조계 개시제, 벤조일퍼록사이드, 라우로일퍼록사이드 등의 유기 퍼록사이드, 과황산칼슘, 과황산 암모늄 등의 수용성 개시제가 사용될 수 있으며, 사용되는 개시제의 반감기 온도는 왁스의 바인더 수지 단량체의 용융 온도보다 높은 것을 사용한다. 개시제의 반감기 온도가 왁스 용융 온도보다 낮을 경우, 분산상의 중합이 진행되어 막유화시 균일한 액적 입자가 얻어지기 어렵다.
(4) 제 4 단계: 분산제 분리 단계
중합이 완료되면, 제조된 토너 조성물을 물로 세정하고 필터링하여 분산제를 분리한다. 분산제가 완전히 분리될 때까지 상기 과정을 반복한다.
(5) 제 5 단계: 건조 단계
분산제가 토너와 완전히 분리되면, 토너 입자를 진공 오븐 넣어 건조시켜 최종 토너 입자를 얻는다.
상기와 같은 과정을 거쳐 제조된 토너는 기존의 제조법으로 만들어진 토너에 비해 균일한 입자 크기 분포를 가짐을 확인할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 토너 제조방법을 설명하고, 상기 방법에 의해 제조된 토너와 종래의 토너를 비교하는 시험을 수행하였다.
[실시예1]
100ml의 비이커에 증류수 80g에 분산제로 콜로이달 실리카 2g을 녹인 수계 분산액을 준비하고, 온도를 반응 온도인 70℃로 높였다.
다른 용기에 스티렌 160g, 부틸 아크릴레이트 36g, 알릴메타크릴레이트 4g, n-도데실 메르캅탄 0.02g, 시안 안료 10g, 전하 조절제 2g을 넣고 비드밀 2,000rpm 속도로 2시간 동안 교반한 후 비드를 제거하였다. 상기 교반된 혼합물을 필터링 키트를 통과시켜 이중 20g을 70℃의 물 중탕에 넣어 온도를 높인 후, 파라핀 왁스 1g을 넣고 20분 동안 교반하여 충분히 녹임으로써 단량체 혼합물을 준비하였다.
상기 단량체 혼합물에 중합 개시제인 벤조일퍼록사이드 0.4g을 넣고, 5분 동안 교반시킨 후, 상기 수계 분산액에 막유화 장치를 통해 100kPa 압력으로 유화시켰다. 이때, 사용되는 막의 세공크기는 2.1 마이크로였다. 유화가 끝나면 85℃로 유지된 반응기를 이용하여 10시간 동안 반응시켰다.
제조된 토너를 물로 충분히 세정하고 필터링하는 과정을 반복함으로써 분산제를 제거한 후, 진공 오븐에 넣어 건조시켜 토너 중합체를 얻었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 알릴메타크릴레이트를 제외하고 동일한 방법으로 중합을 실시함으로써 토너 중합체를 얻었다.
[비교예 1]
실시예 1에서의 동일한 배합을 이용하여 호모게나이저로 10,000rpm의 속도로 20분간 교반하여 현탁중합액을 만들어 10시간 동안 현탁 중합을 실시함으로써 토너 중합체를 얻었다.
[시험예]
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 중합체의 입자 크기를 멀티사이저 쿨터 카운터를 이용하여 측정하였으며, 입자 크기 분포는 다음의 식을 이용하여 계산하였다.
변동계수(CV: Coefficient of Variation)(%)=
표준편차(SD: Standard Deviation)/ 수평균 입자크기(dn: Number average particle size)X 100
구분 dn SD CV(%)
실시예 1 6.15 0.54 8.8
실시예 2 5.81 0.71 12.2
비교예 1 6.29 1.41 22.4
상기 표에 도시된 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 실시예 1, 2의 토너 중합체의 경우, 종래의 방식으로 제조된 비교예 1의 토너 중합체보다 입자크기 분포가 개선되었으며, 특히 실시예 1의 경우, 비교예에 비하여 변동계수의 값이 작아 훨씬 균일한 입자크기 분포를 나타냄을 확인할 수 있다.
또한, 극성 그라프팅제를 사용한 실시예1의 경우가 사용하지 않는 실시예2에 비해 입자크기의 변동계수가 적게 나타났다. 상술한 바와 같이 극성 그라프팅제는 유화로 생성된 액적 표면에 단단한 쉘을 형성하여 계면 안정성을 증가 시킴으로써 입자크기를 조절할 수 있다.
도1은 본 발명의 막유화 중합법에 사용되는 장치의 단면도이다.
도2는 본 발명의 막유화 중합법에서 입자의 생성을 나타낸 모식도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 기호의 설명 *
[도1]
1: 분산상 탱크 2: 분산상(단량체 혼합물) 3: 가온장치
4: 연속상 탱크 5: 연속상(수계 분산액) 6: 막이 설치된 모듈
7: 스터러바 8:스터러 장치
[도2]
10: 분산상
20: 연속상
30: 막

Claims (14)

  1. 막을 통해 토너 수지의 단량체 혼합물을 포함하는 분산상을, 분산제를 용해시킨 수계 분산액을 포함하는 연속상으로 통과시켜 막유화시킴으로써 토너 수지를 중합하는 것을 특징으로 하는 토너의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단량체 혼합물은 바인더 수지 단량체, 전하 조절제, 안료, 왁스 및 분자량 조절제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 막은 다공성 알루미나, 다공성 지르코니아 및 다공성 글래스 에스피지로 이루어진 그룹에서 선택되는 것으로, 0.5 내지 5마이크로 크기의 기공을 포함하는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 막유화시 분산상에 대해 10 내지 500 kPa의 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단량체 혼합물은 에틸렌 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,6-헥사메틸렌디아크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 1,1,1-트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 및 트릴알릴아민으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 극성 그라프팅제를 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 20중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 분산제는 인산 칼슘염, 마그네슘염, 친수성 실리카, 소수성 실리카 및 콜로이달 실리카로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 무기 분산제;
    폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시알킬렌 알킬페놀에테르, 소비탄지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리비닐 알코올, 알킬 셀룰로오스 및 폴리 비닐 피롤리돈으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 비이온성 고분자 분산제; 및
    폴리아크릴 아미드, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 아민 N-옥사이드, 폴리비닐 암모늄염, 폴리디알킬디알릴 암모늄염, 폴리아크릴산, 폴리스티렌 설폰산, 폴리아크릴산염, 폴리 스티렌 설폰산염 및 폴리아미노알킬 아크릴산염으로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 이온성 고분자 분산제; 중에서 1종 이상 선택되는 것으 로서,
    단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 10 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 바인더 수지 단량체는 방향족 비닐계, 아크릴레이트계, 메타크릴레이트계, 디엔계, 산성 올레핀계 및 염기성 올레핀계 단량체로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것으로서, 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 20 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전하 조절제는 염소화된 파라핀, 염소화된 폴리에스테르, 산을 함유한 폴리에스테르, 설폰산기를 포함한 스티렌-아크릴계 수지, 함크롬의 아조금속 착제, 실리실산 금속 착화합물, 함크롬 유기 염료 및 알루미늄 아조 금속 착제로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것으로서, 단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 20 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 안료는 금속 분말형, 금속물 산화형, 카본형, 황화물 형, 크롬염형 및 페로 시아니드형 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 무기 염료;
    및 아조형, 산성 염료형, 염기성 염료형, 모단트 염료형, 프탈로시아니, 퀴나크리돈형 및 디옥산형의 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 유기 염료; 중에서 1종 이상 선택되는 것으로서,
    단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 1 내지 20 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  10. 제 2항에 있어서, 상기 왁스는 파라핀 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스 및 세레신 왁스로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 석유 정제 왁스;
    카르누바 왁스인 천연 왁스;
    폴리 에틸렌 및 폴리 프로필렌으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 합성 왁스; 중에서 1종 이상 선택되는 것으로서,
    단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 30 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  11. 제 2항에 있어서, 상기 분자량 조절제는 t-도데실 메르캅탄 및 n-도데실 메르캅탄으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택되는 것으로서,
    단량체 혼합물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 8중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 중합 반응이 끝난 후 분산제를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 토너의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 토너.
  14. 제13항에 있어서, 상기 토너의 입자 크기는 2 내지 10마이크로 범위이고, 변동계수의 값이 15% 이하인 것을 특징으로 하는 토너.
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