KR20090103800A - 라텍스 가공 - Google Patents

라텍스 가공

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KR20090103800A KR1020090026016A KR20090026016A KR20090103800A KR 20090103800 A KR20090103800 A KR 20090103800A KR 1020090026016 A KR1020090026016 A KR 1020090026016A KR 20090026016 A KR20090026016 A KR 20090026016A KR 20090103800 A KR20090103800 A KR 20090103800A
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사미르 쿠마르
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Abstract

본 발명은 토너 제조에 유용한 라텍스 유화액을 용매를 사용하지 않고서 연속적으로 제조하는 방법을 제공한다.

Description

라텍스 가공{Latex processes}
본 발명은 토너 제조에 유용한 라텍스 수지의 제조방법을 제공한다.
정전기록, 전자사진, 또는 제로그래픽 인쇄 또는 복사 장치에 사용하기 위한 토너 조성물의 제조방법은 종래 기술에 개시되어 있다. 예를 들면, 유화 응집(EA)식 토너의 제조방법이 알려져 있는데, 이 방법에서는 배치식 또는 반연속식 유화 중합에 의해 형성된 라텍스 중합체를 착색제와 함께 응집시켜서 토너를 형성할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, EA식 토너의 형성에 사용되는 라텍스 중합체는 배치식 또는 반연속식 유화 중합에 의해 형성될 수 있다. 수지를 제조하기 위한 배치식 공정은 승온의 배치 반응기 내에서 벌크 중축합 중합을 수행하여 달성할 수 있다. 벌크 재료의 열 전이, 높은 점도 및 질량 전이의 제한으로 인해서 중축합 반응에 오랜 시간이 소요된다. 그런 다음 얻어진 수지를 냉각, 파쇄 및 밀링한 후 용매에 용해시킨다. 이어서 용해된 수지를 상 전환 공정으로 처리하는데, 여기서 폴리에스테르 수지를 수성 상에 분산시켜서 폴리에스테르 라텍스를 제조한다. 이어서, 용매를 증류법에 의해 수성 상으로부터 제거한다.
이 공정에서 용매의 사용은 환경적 문제를 야기할 수 있다. 예를 들면, 용매의 양이 충분히 낮지 않을 경우(< 50ppm) 비용이 많이 드는 폐수 처리 및 용매 복원이 필요할 수 있다.
또한, 배치식 공정을 이용하는 경우 개별적 배치 공정이 부피가 큰 재료의 취급을 포함하기 때문에 토너의 형성, 즉 응집 및/또는 융합에서 각각의 공정을 완료하고 후속 공정으로 이동하는 데 많은 시간이 소요된다. 또한, 하나의 배치와 다른 배치 사이에 변동이 생길 수 있기 때문에 배치마다 일관성을 유지하기가 어려운 경우가 많다.
따라서, 보다 효율적이고 시간이 덜 소요되며 일관성 있는 토너 제품을 생산하고 환경 친화적인, 토너 제품에 사용하기에 적합한 라텍스 수지의 제조방법을 제공하는 것이 유리할 것이다.
본 발명은 라텍스 입자의 제조방법을 제공한다. 여러 양태에서, 본 발명의 방법은 1종 이상의 산 그룹을 갖는 1종 이상의 폴리에스테르 수지를 반응 용기에 제공하는 단계, 상기 수지를 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화리튬, 탄산칼륨, 트리에틸 아민, 트리에탄올아민, 피리딘, 피리딘 유도체, 디페닐아민, 디페닐아민 유도체, 폴리(에틸렌 아민), 폴리(에틸렌 아민) 유도체, 또는 이들의 배합물을 포함하는 염기에 접촉시킴으로써 1종 이상의 산 그룹을 중화시키는 단계, 중화된 수지를 토너 용매의 부재하에 1종 이상의 계면활성제에 접촉시켜서 중화된 수지를 유화시킴으로써 라텍스 입자를 함유한 라텍스 유화액을 제공하는 단계 및 연속해서 라텍스 입자를 회수하는 단계를 포함한다.
본 발명은 토너 조성물의 제조에 사용하기 적합한 수지의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 연속식이며 용매를 사용하지 않는다. 여러 양태에서, 연속적 축합 중합으로 제조된 폴리에스테르의 유화를 촉진시켜서 폴리에스테르 유화액을 형성하기 위하여 중화제를 사용할 수 있다. 생성된 수지는, 여러 양태에서, 토너를 제조하는 데 적합할 수 있다.
본 발명에 따른 토너 조성물의 제조방법은 하나의 연속적 공정으로 라텍스 유화액을 제공하기 위한 연속적 유화 중합 공정(도 1에 개략적으로 도시)을 포함하며, 상기 라텍스 유화액은 이후 토너를 제조하는 데 사용될 수 있다. 이 방법은 용매를 사용하지 않고서 수행될 수 있다.
라텍스를 형성하기 위해 1축 이상의 스크류 압출기를 사용할 수 있다. 여러 양태에서 "1축 이상"은 예를 들면 약 1 내지 약 10축, 또는 약 2 내지 약 10축, 또는 약 2 내지 약 6축을 의미할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 일부 양태에서는 2축 스크류 압출기를 사용하여 라텍스를 제조할 수 있다.
여러 양태에서, 본 발명의 방법은 중축합, 중화 및 유화의 세 가지 상이한 단계를 포함할 수 있다. 미리 제조된 폴리에스테르를 사용하는 다른 양태에서는 중축합 단계를 생략할 수 있어서 본 방법은 중합과 유화를 포함할 수 있다.
본 발명의 라텍스 수지의 제조방법은 보다 효율적이고 시간이 덜 소요되며 일관성 있는 토너 제품을 생산하고 환경 친화적인, 토너 제품에 사용하기에 적합하다.
도 1은 본 발명의 양태에 따른 연속식 유화 중합 방법에 사용하기에 적합한 장치를 개략적으로 보여준다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 수지의 입자 크기를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 수지의 입자 크기를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 수지의 입자 크기를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 수지의 입자 크기를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된, 음파 처리를 거친 수지의 입자 크기를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 수지의 입자 크기를 감소시키기 위한 음파 처리에 필요한 에너지를 보여준다.
여러 양태에서, 본 발명의 방법은 1축 이상의 스크류 압출기를 사용하여 하나의 연속적 공정으로 라텍스 유화액을 제조할 수 있다. 도 1은 라텍스 유화액을 형성하기 위한 스크류 압출기를 사용하는 장치의 개략도이다. 이러한 장치는 균질 라텍스 또는 구조화 중합체 입자를 함유한 라텍스를 포함하는 임의의 중합체 라텍스를 제조하는 데 사용될 수 있다.
도 1을 참조로, 예열된 액상 반응물 또는 이의 혼합물을 하나 또는 다수의 공급구(supply port)(12)를 통해서 스크류 압출기(10)에 투입하여 반응성 반응물과 기질들을 혼합시킬 수 있다. 공급구(12)를 통해 투입되는 반응물로는 목적하는 라텍스의 형성에 유용한 임의의 단량체, 산, 디올, 계면활성제, 개시제, 시드 수지(seed resin), 연쇄이동제, 가교결합제 등이 포함된다. 여러 양태에서, 반응은 질소와 같은 불활성 기체하에 수행될 수 있으며 이 기체는 유입구(14)를 통해서 스크류 압출기(10)에 투입되고 배출구(outlet port)(16)를 통해서 스크류 압출기를 빠져나올 수 있다. 스크류 압출기(10)에는 반응물에 대해 역류하는 수증기와 질소를 제거하기 위한 응축기(18)가 부착될 수도 있다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 스크류 압출기(10)는 압출기 배럴(20), 스크류(30), 스크류 압출기 채널(32), 폴리에스테르 배출구(35), 및 가열/냉각 장치, 열전쌍 및 다른 재료 공급구를 포함하는 임의의 부재들(도시하지 않음)도 포함할 수 있다. 스크류(30)는 구동 모터(도시하지 않음)에 통상적 방식으로 연결된 축(31)에 의해서 구동되며, 스크류(30)는 약 50rpm(분당 회전수) 내지 약 1,500rpm, 또는 약 250rpm 내지 약 1,000rpm의 속도로 회전된다.
라텍스를 형성하기 위하여 임의로 약 80 내지 약 140℃, 또는 약 90 내지 약 120℃의 온도로 예열된 액상 반응물들을 사용할 수 있으며, 이들은 하나 또는 다수의 공급 스트림을 통해서 압출기(10)에 투입된 후 압출기에서 혼합될 수 있다. 스크류(30)의 회전은 중축합 단계를 위한 반응물들의 혼합과, 스크류 압출기(10)를 통한 재료의 이동을 모두 용이하게 한다. 반응은 약 200℃ 이상, 또는 약 200℃ 내지 약 360℃, 또는 약 210℃ 내지 약 325℃, 또는 약 225℃ 내지 약 275℃의 적합한 온도에서 수행되어야 한다. 반응물의 목적하는 체류 시간은 액체 공급 속도 및 스크류 속도를 포함하는 압출기 설계 및 조작을 통해서 달성될 수 있다. 여러 양태에서, 반응물은 중축합 반응 중에 스크류 압출기(10) 내에서 약 1분 내지 약 100분, 또는 약 5분 내지 약 30분 동안 체류할 수 있다.
액상 반응물로는 미리 형성된 폴리에스테르, 또는 폴리에스테르 자체를 형성하는 데 사용되는 반응물들, 예를 들면 목적하는 폴리에스테르의 형성에 유용한 임의의 산, 알코올, 이산(二酸), 디올 등이 포함될 수 있다. 따라서, 에스테르 자체를 스크류 압출기(10)에서 형성하는 경우, 중축합 반응 단계는 에스테르화와 중축합의 두 가지 하위 단계로 나뉠 수 있다. 이러한 경우, 반응물들은 에스테르화 단계에서 스크류 압출기(10)에 투입되고 공급구(12) 쪽에 더 가까운 스크류 압출기(10)의 부분에서 에스테르화되고 수지 배출구(35) 쪽에 더 가까운 스크류 압출기(10)의 말단 부근에서 중축합을 일으킨다.
중축합의 속도는 부분적으로는 용융물로부터의 수증기의 제거 속도를 조절함으로써 제어할 수 있고 중축합 속도의 증가를 가져올 수 있다. 필요에 따라, 약간의 진공을 장치에 인가하여 중축합 반응의 속도를 증가시킬 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 일부 양태에서는 산화 및 다른 부반응을 막기 위하여 반응계에 질소 기체를 유동시킬 수 있다.
중축합 반응의 종결점은 재료의 용융 점도 또는 산가에 관련되는 목적하는 분자량에 의해서 측정할 수 있다. 분자량 및 분자량 분포(MWD)는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정할 수 있다. 분자량은 약 3,000g/몰 내지 약 150,000g/몰, 또는 약 8,000g/몰 내지 약 100,000g/몰, 또는 약 10,000g/몰 내지 약 90,000g/몰일 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 이들 인자들은 공정 중의 온도와 물 제거 속도의 조절을 통해 중축합 속도를 조정함으로써 일정하게 얻을 수 있다.
수지
여러 양태에서, 라텍스 수지는 1종 이상의 중합체를 포함할 수 있다. 여러 양태에서, 1종 이상은 약 1 내지 약 20종, 또는 약 3 내지 약 10종이다. 여러 양태에서, 라텍스의 형성에 사용되는 중합체는 폴리에스테르 수지일 수 있다. 토너는 미국 특허 제6,830,860호에 설명된 바와 같은 비결정성 폴리에스테르 수지와 결정성 폴리에스테르 수지의 혼합물을 포함할 수도 있다.
상술된 바와 같이, 여러 양태에서, 수지는 디올을 임의의 촉매의 존재하에 이산과 반응시키는 중축합 공정에 의해 형성된 폴르에스테르 수지일 수 있다.
결정성 수지는, 예를 들면, 토너 성분의 약 5 내지 약 30중량%, 또는 약 15 내지 약 25중량%의 양으로 존재할 수 있다. 결정성 수지는, 예를 들면, 약 30℃ 내지 약 120℃, 또는 약 50℃ 내지 약 90℃의 다양한 융점을 가질 수 있다. 결정성 수지는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 측정된 수 평균 분자량(Mn)이 예를 들면 약 1,000 내지 약 50,000, 또는 약 2,000 내지 약 25,000이고, 폴리스티렌 표준물을 사용하여 겔 투과 크로마토그래피로 측정한 중량 평균 분자량(Mw)이 예를 들면 약 2,000 내지 약 100,000, 또는 약 3,000 내지 약 80,000일 수 있다. 결정성 수지의 분자량 분포(Mw/Mn)는, 예를 들면, 약 2 내지 약 6, 또는 약 2 내지 약 4일 수 있다.
추가로, 비스페놀 A와 프로필렌 옥사이드 또는 프로필렌 카보네이트의 반응으로부터 얻은 폴리에스테르 수지, 특히 이렇게 얻어진 생성물을 푸마르산과 반응시켜서 얻은 폴리에스테르(미국 특허 제5,227,460호에 기재되어 있음), 및 디메틸테레프탈레이트와 1,3-부탄디올, 1,2-프로판디올 및 펜타에리트리톨의 반응으로부터 얻은 분지형 폴리에스테르 수지를 사용할 수도 있다.
또한, 상술된 중축합 단계가 필요하지 않은 경우에는, 미리 제조된 임의의 폴리에스테르를 사용하여 본 발명의 연속식 무용매 유화 공정에 의해 나머지 단계, 즉 중화 및 유화 단계를 수행하여 수지를 제조할 수 있다. 이러한 폴리에스테르로는, 예를 들면, 상술된 바와 같은 폴리(프로폭실화 비스페놀 A 코-푸마레이트)와 같은 비결정성 및/또는 반결정성 폴리에스테르, 및 A3C 결정성 폴리에스테르(1,4-부탄디올, 푸마르산 및 아디프산의 독점적 배합물, 제조원: Kao Corporation, Japan)와 같은 결정성 폴리에스테르를 포함하는 상술된 임의의 폴리에스테르 또는 다른 수지가 포함된다.
중축합 후에, 생성된 폴리에스테르는 수지의 말단에 산 그룹을 가질 수 있다. 존재할 수 있는 산 그룹으로는 카복실산, 카복실산 무수물, 카복실산 염, 이들의 배합물 등이 포함된다. 출발 재료와 반응 조건의 조절을 통해 카복실산 그룹의 수를 제어함으로써 우수한 유화 특성을 갖는 수지와 환경 내구성을 갖는 토너를 수득할 수 있다.
상기 중축합 공정이 완결된 후, 재료를 약 90℃ 내지 약 105℃, 또는 약 94℃ 내지 약 100℃, 또는 약 96℃의 온도로 냉각시키고, 다음 단계로 이동시킬 수 있다.
중화 및 유화
중축합이 완결되면 재료를 중화 및 유화를 위한 스크류 압출기를 통해서 연속적으로 가공한다. 도 1은 중축합 반응으로부터 얻은 폴리에스테르를 중화 및 유화를 위한 스크류 압출기로 이동시키는 것을 보여주지만, 미리 제조된 폴리에스테르를 얻어 중화 및 유화를 위한 스크류 압출기에 투입할 수도 있다. 따라서, 미리 제조된 폴리에스테르를 사용하는 경우 본 발명의 방법에서 상기 중축합 부분은 생략될 수 있다.
폴리에스테르와 같은 미리 제조된 임의의 수성 상 수지를 본 발명의 나머지 공정에서 처리할 수 있다. 여러 양태에서, 본 발명의 나머지 공정은 용매의 사용을 필요로 하지 않는 상 전환 공정을 포함할 수 있다.
여러 양태에서, 상술된 중축합 공정에 의해 제조된 폴리에스테르, 또는 상술된 바와 같은 미리 제조된 폴리에스테르는 다음과 같이 중화 및 유화 처리될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 중화 및 유화에 적합한 장치는 스크류 압출기(10)로부터 배출되는 중축합 생성물 또는 상술한 바와 같이 예컨대 용융 혼합, 중화, 유화 및 안정화 등에 의해 본 발명에 따른 토너 입자의 형성을 위한 충분히 작은 입자를 갖도록 가공된 미리 제조된 임의의 폴리에스테르를 수용하기 위한 하나 또는 다수의 공급구(112)를 갖는 스크류 압출기(110)를 포함할 수 있다. 여러 양태에서, 중화 단계 중에 중화를 위한 공급구(115)를 통해서 염기를 펌프(113)로 스크류 압출기(100)에 투입할 수 있다. 유화 단계 중에는 공급구(117)를 통해서 안정화제, 예를 들면 수성 안정화제를 펌프(119)로 스크류 압출기(110)에 투입할 수 있다. 중축합 중합 중에 수증기를 제거하기 위하여 스크류 압출기(10)에 응축기(도시하지 않음)를 부착할 수도 있다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 스크류 압출기(110)는 압출기 배럴(120), 스크류(130), 스크류 압출기 채널(132), 유화 폴리에스테르 배출구(135), 및 가열/냉각 장치, 열전쌍 및 다른 재료 공급구를 포함하는 임의의 부재들(도시하지 않음)을 포함할 수도 있다. 스크류(130)는 구동 모터(도시하지 않음)에 통상적 방식으로 연결된 축(131)에 의해서 구동되며, 스크류(130)는 약 50rpm 내지 약 1,500rpm, 또는 약 100rpm 내지 약 1,000rpm의 속도로 회전된다.
중화제
앞서 언급한 바와 같이, 여러 양태에서 중축합 단계에서 제조된 수지 또는 비결정성 및 결정성 폴리에스테르 수지와 같은 미리 제조된 임의의 중합체에는 카복실산 그룹이 존재할 수 있다. 이러한 카복실산 그룹은 중화 단계 중에 중화제, 예를 들면 염기 용액을 투입함으로써 부분적으로 중화될 수 있다.
중화 후에, 수지의 친수성 및 유화성은 이러한 중화 공정을 거치지 않은 수지에 비해서 개선될 수 있다. 여러 양태에서, 중화도는 첨가되는 염기 용액의 농도 및 염기 용액의 공급 속도에 의해 조절될 수 있다. 여러 양태에서, 염기 용액은 약 1중량% 내지 약 20중량%, 또는 약 2중량% 내지 약 10중량%의 농도일 수 있고, 염기 용액의 압출기로의 첨가 속도는 약 10g/분 내지 약 50g/분, 또는 약 11.25g/분 내지 약 22.5g/분일 수 있다. 얻어진 부분 중화된 용융 수지는 pH 약 8 내지 약 13, 또는 약 11 내지 약 12일 수 있다.
이어서, 얻어진 부분 중화된 용융 수지를 스크류 압출기(110)를 통해 유화 대역에서 가공하는데, 여기에 예열된 유화제, 예를 들면 수성 안정화제를 조절된 속도로 첨가할 수 있다. 중화된 수지는 상기 안정화제 중에서 우수한 유화성을 갖기 때문에, 앞서 언급한 바와 같이 본 발명의 방법은 용매의 사용을 필요로 하지 않는다. 여러 양태에서, 예열된 수성 안정화제는 공정 주기 시간을 줄이고 임의의 폴리에스테르 결정화를 최소화하기 위하여 질소 기체와 함께 압력하에 첨가될 수 있다. 압출기를 통한 수지의 적절한 유동과 입자의 충분한 유화를 허용하기 위하여 유화 공정의 온도는 폴리에스테르의 융점보다 약 20℃ 이상 더 높아야 한다. 적합한 유화 온도는 사용되는 폴리에스테르 수지에 따라 달라지겠지만, 약 80℃ 내지 약 180℃, 또는 약 90℃ 내지 약 110℃일 수 있다.
유화제
유화 단계에서 유화제로서 첨가될 수 있는 적합한 안정화제로는 라텍스 수지의 형성에 사용되기 적합한 임의의 계면활성제가 포함된다. 본 발명의 방법으로 라텍스를 제조할 때 유화 단계에서 사용될 수 있는 계면활성제로는 음이온성, 양이온성, 및/또는 비이온성 계면활성제가 포함된다.
바람직한 유화 시간은 압출기 설계, 상술된 바와 같은 스크류(130)의 회전 속도, 상술된 바와 같은 배럴의 온도, 및 수지의 스크류 압출기(110)로의 공급 속도를 포함하는 본 발명의 장치의 특성들을 조절함으로써 수득할 수 있다. 수지의 스크류 압출기(110)로의 공급 속도는 약 1 lb/hr(시간당 파운드) 내지 약 70 lb/hr, 또는 약 5 lb/hr 내지 약 10 lb/hr일 수 있다. 여러 양태에서, 수지는 중화 및 유화 단계 중에 스크류 압출기(110) 내에서 약 30초 내지 약 90초, 또는 약 40초 내지 약 60초 동안 체류할 수 있다.
이렇게 하여 제조되는 최종 폴리에스테르 입자의 크기와 이들의 크기 분포는 카복실 그룹의 중화도, 첨가되는 안정화제의 양, 중화 및 유화 단계에서의 수지의 체류 시간을 조절함으로써 제어할 수 있다. 실제로, 본 발명에 따라 제조된 수지는 약 30㎚ 내지 약 500㎚, 또는 약 40㎚ 내지 약 300㎚의 입자 크기를 가질 수 있다.
연속적인 폴리에스테르의 유화를 위해서, 상기 방법의 여러 단계에서의 체류 시간은 중합체의 유화와 현탁액의 안정성을 보장하도록 충분히 길어야 한다.
얻어진 유화액은 폴리에스테르 배출구(135)를 통해서 스크류 압출기(110)를 빠져나올 수 있다. 유화액을 당업자들에게 공지되어 있는 다른 스크류 압출기 또는 임의의 적합한 혼합 또는 배합 장치를 사용하여 임의로 균질화 단계에서 처리할 수 있으며, 균질화 온도는 약 -10℃ 내지 약 100℃, 또는 약 80℃ 내지 약 95℃이다. 이러한 임의의 균질화 단계 중에 임의의 안정화 수용액을 유화액에 첨가할 수 있다. 안정화제의 양은 최종 유화액 조성물의 약 0.1 내지 약 10중량%, 또는 약 2 내지 약 8중량%일 수 있다.
상기 설명은 도 1에 도시된 바와 같은 2축 스크류 압출기를 포함한 다축 스크류 압출기에 관한 것이나, 유화 대역, 중축합 대역, 중화 대역 및 유화 대역을 포함하는 다수의 대역들을 갖는 단축 스크류 압출기를 사용할 수도 있다. 달리, 다축 스크류 압출기를 중축합과 임의의 에스테르화가 하나의 압출기에서 일어나고 중화는 별개의 압출기에서 일어나며 유화도 별개의 압출기에서 일어나도록 구성할 수도 있다. 균질화를 포함하는 상술된 다른 임의의 단계는 동일한 또는 별개의 스크류 압출기에서 수행될 수 있다.
상술된 바와 같이 중화제와 유화 동안의 계면활성제가 첨가된 후에는, 본 발명의 방법의 중화 및 유화 부분이 완결되고 상술된 바와 같은 라텍스 수지가 얻어질 수 있다.
또한, 여러 양태에서, 제조된 폴리에스테르 입자는 목적하는 나노미터 크기의 입자의 형성을 촉진시키기 위해 음파 처리될 수도 있다. 이러한 음파 처리의 수행 방법은 당업자들에게 공지되어 있으며 예를 들면 초음파의 인가, 압출, 이들의 병용, 및 폴리에스테르 입자를 더 분쇄하여 입자 크기를 줄이기 위한 유사한 음원이 포함된다. 여러 양태에서, 약 15kHz 내지 약 25kHz, 또는 약 17kHz 내지 약 22kHz의 주파수를 갖는 음파를 약 5초 내지 약 5분, 또는 약 30초 내지 약 3.5분 동안 수지 입자에 인가하여 목적하는 크기를 갖는 입자를 제조할 수 있다.
실제로, 본 발명에 따라 제조되고 임의로 상술한 바와 같이 음파 처리된 수지는 약 30㎚ 내지 약 500㎚, 또는 약 50㎚ 내지 약 400㎚의 입자 크기를 가질 수 있다.
이렇게 얻은 본 발명의 라텍스를 당업자들에게 공지된 방법에 의해서 착색제 및 다른 임의의 성분들과 배합하여 토너를 제조할 수 있다. 예를 들면, 라텍스 수지를 착색제 및 임의의 왁스 및 다른 성분들과 배합하고 응집/융합/세척 단계를 거쳐서 토너를 제조할 수 있다.
착색제
본 발명의 토너에 사용될 수 있는 착색제로는 안료, 염료, 안료와 염료의 혼합물, 안료 혼합물, 염료 혼합물 등이 포함된다.
왁스
본 발명의 토너를 수득하기 위하여 라텍스 및 착색제에 왁스 분산액을 첨가할 수도 있다. 적합한 왁스로는, 예를 들면, 물과 이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 또는 이들의 혼합물의 수성 상 중에 현탁된 약 50 내지 약 500㎚, 또는 약 100 내지 약 400㎚의 평균 부피 직경을 갖는 초미세 왁스 입자가 포함된다. 이온성 계면활성제 또는 비이온성 계면활성제는 왁스의 약 0.5 내지 약 10중량%, 또는 약 1 내지 약 5중량%의 양으로 존재할 수 있다.
토너 가공
이어서 라텍스, 착색제 및 임의의 왁스의 혼합물을 융합시킨다. 융합은 약 90℃ 내지 약 99℃의 온도에서 약 0.5 내지 약 6시간, 또는 약 2 내지 약 5시간 동안 교반 및 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 융합은 추가의 교반에 의해서 촉진될 수 있다.
이어서, 산을 사용하여 혼합물의 pH를 예를 들면 약 3.5 내지 약 6, 또는 약 3.7 내지 약 5.5로 감소시켜서 토너 응집체를 융합시킨다. 적합한 산으로는, 예를 들면, 질산, 황산, 염화수소산, 시트르산 또는 아세트산이 포함된다. 첨가되는 산의 양은 혼합물의 약 4 내지 약 30중량%, 또는 약 5 내지 약 15중량%일 수 있다.
혼합물을 냉각, 세척 및 건조시킨다. 냉각은 약 20℃ 내지 약 40℃, 또는 약 22℃ 내지 약 30℃에서 약 1시간 내지 약 8시간, 또는 약 1.5시간 내지 약 5시간 동안 수행될 수 있다.
여러 양태에서, 융합된 토너 슬러리의 냉각은 약 20℃ 내지 약 40℃, 또는 약 22℃ 내지 약 30℃의 온도로의 신속한 냉각을 달성하기 위해 예컨대 얼음, 드라이아이스 등과 같은 냉각 매체를 첨가하여 켄칭시키는 단계를 포함한다. 켄칭은 예를 들면 약 2ℓ 미만, 또는 약 0.1ℓ 내지 약 1.5ℓ와 같은 소량의 토너에 적합할 수 있다. 예컨대 약 10ℓ를 초과하는 대규모 공정에서는 토너 혼합물에 냉각 매체를 투입하거나 재킷기 반응기를 사용하는 냉각에 의해서는 토너 혼합물의 신속한 냉각을 달성할 수 없다.
이어서, 융합된 토너를 세척할 수 있다. 세척은 pH 약 7 내지 약 12, 또는 pH 약 9 내지 약 11에서 수행될 수 있다. 세척 온도는 약 45℃ 내지 약 70℃, 또는 약 50℃ 내지 약 67℃이다. 세척은 토너를 여과하는 단계와 토너 입자를 함유한 여과 케이크를 탈이온수에 재현탁시키는 단계를 포함할 수 있다. 여과 케이크를 탈이온수로 1회 이상 세척하거나, pH 약 4(슬러리의 pH는 산을 사용하여 조절한다)에서 탈이온수로 1회 세척한 후 임의로 1회 이상 탈이온수로 세척할 수 있다.
그런 다음, 세척된 슬러리를 건조시킨다. 건조는 약 35℃ 내지 약 75℃, 또는 약 45℃ 내지 약 60℃의 온도에서 수행될 수 있다. 건조는 입자의 수분 함량이 약 1중량% 미만, 또는 약 0.7중량% 미만이 될 때까지 계속할 수 있다.
응집제
여러 양태에서, 본 발명의 토너 입자를 형성하는 데 응집제가 사용될 수 있다. 착화를 일으킬 수 있는 임의의 응집제가 본 발명의 토너를 형성하는 데 사용될 수 있다. 알칼리 토금속 또는 전이 금속 염 둘 다가 응집제로서 사용될 수 있다.
융합제
토너 조성물의 가공을 보조하기 위하여, 라텍스 내의 임의의 이온성 계면활성제와 반대의 극성을 갖는 이온성 융합제(즉, 짝이온 융합제)를 토너 조성물에 임의로 사용할 수 있다. 융합제는, 예를 들면, 최종 슬러리 내에 미립자의 출현을 억제/최소화하기 위해서 존재한다. 미립자란, 예를 들면, 평균 부피 직경이 약 6㎛ 미만, 또는 약 2㎛ 내지 약 5㎛인 작은 크기의 입자를 의미하는데, 미립자는 토너의 수율에 악영향을 미칠 수 있다. 짝이온 융합제는 유기 또는 무기 물질일 수 있다. 토너에 포함될 수 있는 융합제의 예로는 다금속 할라이드, 다금속 설포실리케이트, 임의로 양이온성 계면활성제와 배합된 일가, 이가 또는 다가 염, 이들의 혼합물 등이 포함된다. 무기 양이온성 융합제로는, 예를 들면, 폴리알루미늄 클로라이드(PAC), 폴리알루미늄 설포실리케이트(PASS), 황산알루미늄, 황산아연 또는 황산마그네슘이 포함된다. 예를 들면, 여러 양태에서 수지 라텍스 분산액의 이온성 계면활성제는 음이온성 계면활성제일 수 있고, 짝이온 융합제는 다금속 할라이드 또는 다금속 설포 실리케이트일 수 있다. 융합제는 존재하는 경우, 토너 조성물의 총 중량의 약 0.02 내지 약 2중량%, 또는 약 0.1 내지 약 1.5중량%의 양으로 사용된다.
첨가제
토너는 임의의 공지된 전하 첨가제를 토너의 약 0.1 내지 약 10중량%, 또는 약 0.5 내지 약 7중량%의 양으로 포함할 수도 있다.
세척 또는 건조 후에 토너에 표면 첨가제를 첨가할 수 있다.
용도
본 발명의 라텍스를 사용하여 제조된 토너 입자는 약 1㎛ 내지 약 20㎛, 또는 약 2㎛ 내지 약 15㎛, 또는 약 3㎛ 내지 약 7㎛의 크기를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 토너는 프린터, 복사기 등을 포함하는 각종 화상형성 장치에 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 토너는 화상형성 공정, 특히 제로그래픽 공정에서 우수하며, 뛰어난 화상 분해능, 허용가능한 신호 대 잡음비 및 화상 균일성을 갖는 고품질의 칼라 화상을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 토너는 디지털 화상형성 장치 및 공정과 같은 전자사진 화상형성 및 인쇄 공정에서도 선택될 수 있다.
본 명세서에 설명된 방법으로 제조된 토너를 강철, 페라이트 등과 같은 피복 캐리어를 포함하는 공지의 캐리어 입자와 함께 혼합하여 현상제 조성물을 제조할 수 있다. 이러한 캐리어로는 미국 특허 제4,937,166호 및 제4,935,326호에 설명된 것들이 포함된다. 캐리어는 토너의 약 2중량% 내지 약 8중량%, 또는 약 4중량% 내지 약 6중량%의 양으로 존재할 수 있다. 캐리어 입자는 도전성 카본 블랙과 같은 도전성 성분이 내부에 분산된, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 중합체 피복물을 갖는 코어도 포함할 수 있다. 캐리어 피복물은 메틸 실세스퀴옥산과 같은 실리콘 수지, 폴리비닐리덴 플루오라이드와 같은 플루오로중합체, 폴리비닐리덴 플루오라이드와 아크릴과 같은 마찰전기 서열에서 매우 근접하지 않은 수지들의 혼합물, 아크릴과 같은 열경화성 수지, 이들의 혼합물 및 다른 공지의 성분들을 포함한다.
본 발명의 토너는 화상형성 방법에서도 사용될 수 있다. 화상형성 방법은 전자 인쇄 자기 화상 캐릭터 인식 장치에서 화상을 생성한 후 본 발명의 토너 조성물로 화상을 현상하는 단계를 포함한다. 정전 수단에 의한 광도전성 재료의 표면 위에 화상을 생성하고 현상하는 방법은 잘 알려져 있다. 기본적인 제로그래픽 공정은 균일한 정전 전하를 광도전성 절연층 위에 배치하는 단계, 층을 광 및 그림자 화상(shadow image)에 노출시켜서 광에 노출된 층의 영역 위의 전하를 방산시키는 단계 및 얻어진 잠재적 정전 화상 위에 미분된 검전기 재료(예: 토너)를 침착시킴으로써 화상을 현상하는 단계를 포함한다. 토너는 통상적으로 전하를 보유한 층의 영역으로 끌어당겨짐으로써 잠재적 정전 화상에 상응하는 토너 화상을 형성할 것이다. 그런 다음 이 분말 화상을 종이와 같은 지지 표면에 전사할 수 있다. 이어서 전사된 화상을 열에 의해 지지 표면에 영구 고정시킬 수 있다. 광도전성 층을 균일하게 대전시킨 후 층을 광 및 그림자 화에 노출시켜서 잠재적 화을 형성하는 대신에, 층을 회상 배치로 직접 대전시켜서 잠재적 화상을 형성할 수도 있다. 이어서, 분말 화상을 분말 화상 전사 없이 광도전성 층에 고정시킬 수 있다. 상술된 열 고정 단계 대신에 용매 또는 상부 피복 처리와 같은 다른 적합한 고정 수단을 사용할 수도 있다.
배치식 공정에 비해 본 발명의 연속식 공정이 갖는 이점은, (1) 배치식 공정에서 요구되는 다량의 재료를 필요로 하지 않고, (2) 보다 우수한 공정의 제어(각 성분 재료들의 정확한 공급 조절, 공정 온도, 전단력, 체류 시간 등의 우수한 조절) 및 우수한 제품 품질의 일관성을 제공하며, (3) 에너지 효율이 높고 용매를 사용하지 않기 때문에 환경 친화적이고, (4) 제조 시간을 크게 단축할 수 있으며, (5) (배치식 공정과 달리) 용매 및 재료를 취급할 필요가 없기 때문에 공정 안정성이 개선될 수 있고, (6) 재료를 곧바로 제품 생산에 투입하기 때문에 재고가 적으며, (7) 동일 반응계 내에서 무용매 폴리에스테르 유화가 가능하고, (8) 분산액의 입자 크기와 크기 분포의 조절이 가능하며, (9) 생산성이 증가하고 단위 제조 비용(UMC)이 적다는 것이다.
또한, 상술된 폴리에스테르 수지의 카복실 그룹을 중화시키는 중화제를 상술된 음이온성 계면활성제와 배합하여 사용함으로써 유화를 촉진시킬 수 있고 비이온성 계면활성제를 사용함으로써 용매를 사용하지 않고서도 뛰어난 안정성을 갖는 유화액을 수득할 수 있다.

Claims (4)

1종 이상의 산 그룹을 갖는 1종 이상의 폴리에스테르 수지를 반응 용기에 제공하는 단계,
상기 수지를 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화리튬, 탄산칼륨, 트리에틸 아민, 트리에탄올아민, 피리딘, 피리딘 유도체, 디페닐아민, 디페닐아민 유도체, 폴리(에틸렌 아민), 폴리(에틸렌 아민) 유도체, 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 염기에 접촉시킴으로써 1종 이상의 산 그룹을 중화시키는 단계,
중화된 수지를 토너 용매의 부재하에 1종 이상의 계면활성제에 접촉시켜서 중화된 수지를 유화시킴으로써 라텍스 입자를 함유한 라텍스 유화액을 제공하는 단계 및
연속해서 라텍스 입자를 회수하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 1종 이상의 이산(二酸)을 1종 이상의 디올, 임의의 시드 수지(seed resin) 및 임의의 개시제에 접촉시켜서 중축합 반응을 수행하여 폴리에스테르 수지를 형성함으로써 1종 이상의 폴리에스테르 수지를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
약 50rpm 내지 약 1,500rpm의 속도로 회전하는 하나 이상의 압출기에서 1종 이상의 이산을 1종 이상의 디올, 임의의 시드 수지 및 임의의 개시제에 접촉시켜서 산 그룹을 갖는 1종 이상의 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계,
하나 이상의 압출기에서 1종 이상의 이산이 1종 이상의 디올, 임의의 시드 수지 및 임의의 개시제와 함께 중축합 반응을 일으키도록 하는 단계,
1종 이상의 폴리에스테르 수지를 염기에 접촉시켜서 중화 반응을 일으킴으로써 중화된 수지를 형성하는 단계,
중화된 수지를 토너 용매의 부재하에 1종 이상의 계면활성제에 접촉시켜서 중화된 수지를 유화시킴으로써 라텍스 입자를 함유한 라텍스 유화액을 제공하는 단계 및
연속해서 하나 이상의 압출기로부터 라텍스 입자를 회수하는 단계를 포함하는 방법.
하나의 압출기에서 1종 이상의 이산을 1종 이상의 디올, 단량체, 임의의 시드 수지 및 임의의 개시제에 접촉시키고 1종 이상의 이산이 1종 이상의 디올, 임의의 시드 수지 및 임의의 개시제와 함께 중축합 반응을 일으키도록 함으로써 산 그룹을 갖는 1종 이상의 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계,
1종 이상의 폴리에스테르 수지를 염기를 사용하여 중화시켜서 중화된 수지를 형성하는 단계,
중화된 수지를 토너 용매의 부재하에 1종 이상의 계면활성제에 접촉시켜서 중화된 수지를 유화시킴으로써 라텍스 입자를 함유한 라텍스 유화액을 제공하는 단계,
연속해서 라텍스 입자를 회수하는 단계,
라텍스 입자를 약 15kHz 내지 약 25kHz의 주파수를 갖는 음파로 약 5초 내지 약 5분간 처리하여 크기가 약 30㎚ 내지 약 500㎚인 라텍스 입자를 수득하는 단계 및
라텍스 입자를 착색제 및 임의의 왁스에 접촉시켜서 토너 입자를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
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