KR20150050652A - 정전 잠상 현상용 토너 - Google Patents

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우승식
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 정전 잠상 현상용 토너는 고분자량 결착수지와 저분자량 결착수지의 적절한 조합, 적절한 함량의 특정 이형제, 및 외첨제로서 실리카 입자와 산화철 입자의 조합을 사용함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉 본 개시에 따른 정전 잠상 현상용 토너는 UFP의 발생량을 감소시키면서도 유동성, 대전 균일성, 대전 안정성, 전사 효율, 정착성, 내구성 및 클리닝성이 모두 향상된 특성을 가질 수 있다.

Description

정전 잠상 현상용 토너{Toner for developing electrostatic latent images}
본 개시는 전자사진용 토너(electrophotographic toner)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 정전 잠상 현상용 토너(toner for developing electrostatic latent images)에 관한 것이다.
예를 들어, 프린터 및 복사기와 같은 인쇄장치에 대하여 극한의 성능(extreme performances)이 요구되고 있다. 극한의 성능을 갖는 프린터는 풀컬러(full color)를 지원한다. 극한의 성능을 갖는 프린터의 인쇄속도는 매우 빠르다. 극한의 성능을 갖는 프린터로 인쇄된 이미지는 우수한 화질을 갖는다. 극한의 성능을 갖는 프린터는 콤팩트하다. 극한의 성능을 갖는 프린터의 가격은 싸다. 극한의 성능을 갖는 프린터는 친환경적이다. 이러한 추세에 부응하기 위한 전자사진용 토너의 물성을 얻는 데 있어서, 토너 입자의 형상, 표면, 및 구성물질을 제어하는 기술이 점차 중요해 지고 있다.
N. Englert. Fine particles and human health - a review of epidemiological studies. Toxicology Letters 149 (2004), pp.235-242.에서 보고된 바와 같이, 실외 및 실내 환경에서 일부 서브 마이크론 크기의 입자들(sub-micrometer particles)이 인체에 심각한 환경 위험 요소가 될 수 있다.
특히, 전형적으로 5 내지 1000 nm 미만의 크기를 갖는 나노 입자의 영역인 초미립자(ultra-fine particles: UFP)는 특히 위험성이 크다. 실내에서 발생하는 UFP 발생원 중에서 프린터가 최근에 가장 관심을 받고 있다. 프린터에서 발생하는 UFP는 프린터 구조, 프린터 수명, 토너 카트리지의 수명, 인쇄 매수, 용지 종류, 토너 종류 등 여러 가지 인자들에 영향을 받는다. 최근의 RAL-UZ-171의 규정은 특정 범위 내의 UFP를 배출할 경우에만 프린터에 "Blue Angel" 라벨을 부여하는 등 프린터의 실내 환경 규제가 강화되고 있다.
환경 문제와 더불어 토너에 요구되는 특성 중 내구성은 프린터의 인쇄속도와 관련이 있다. 일반적으로 프린터의 인쇄속도가 빠를수록, 토너에 전단력(shearing force)이 가해지는 횟수가 증가한다. 따라서, 토너에 대하여 더 높은 내구성이 요구된다. 콤팩트하고 친환경적인 프린터를 실현하기 위해서는, "전사 잔류 토너 (untransfered toner)"의 양이 저감되어야 한다. 이를 위하여, 토너의 대전균일성(charge uniformity)의 향상 및 토너의 전사효율(transferability) 향상이 요구된다. 고화질의 인쇄이미지를 얻기 위해서는, 토너의 대전안정성(charge stability), 토너의 전사효율 및 토너의 클리닝성(cleaning ability)의 향상이 요구된다.
토너 입자에 우수한 대전균일성, 대전안정성, 전사효율 및 클리닝성을 부여하기 위하여 토너 입자의 표면특성의 개선이 요구된다. 토너 입자의 표면특성(surface characteristics)에 영향을 미치는 중요한 요인 중의 하나는, 토너 입자의 표면에 부가되는 외첨제(external additive)이다. 외첨제의 주기능 중의 하나는 토너 입자들이 서로 달라붙는 것을 방지함으로써 토너 분말이 유동성(fluidity)을 유지하도록 하는 것이다. 물론, 외첨제는 대전균일성, 대전안정성, 전사효율 및 클리닝성에도 영향을 미칠 수 있다. 외첨제로서는, 주로, 실리카 분말 또는 산화티탄 분말이 사용되고 있다.
그러나, 종래의 외첨제는 대전균일성 확보 측면에서 불리한 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 가장 널리 사용되고 있는 발연 실리카(fumed silica) 입자는 매우 강한 음극성(negative polarity)을 갖는다. 그에 따라, 발연 실리카로 외첨된 토너에서는, 과도한 전하 축적(charge up) 현상이 매우 빈번하게 발생될 수 있다.
발연 실리카에 의한 과도한 전하축적 현상에 의한 과도한 마찰대전(frictional charging)을 방지하기 위하여 산화티탄 입자를 추가적으로 외첨하는 방안이 시도되었다. 그러나, 산화티탄은 전기저항이 낮고 전하교환성(charge exchangeability)이 좋아서 상대적으로 역대전 또는 약대전 토너(reverse or weak charged toner)를 생성하기 쉽다. 그에 따라, 실리카로 외첨된 경우, 토너의 대전 균일성이 저하될 수 있다.
실리카 입자는 다공성일 수 있다. 또한, 실리카 입자는 친수성 표면을 가질 수 있다. 다공성이 높고 표면의 친수성이 높은 실리카 입자로 외첨된 토너가 고온 고습 환경에서 사용되는 경우, 그러한 토너는 전기전도체 역할을 하는 수분의 과도한 흡수로 인하여 잘 대전되지 않는다. 반면, 실리카 입자로 외첨된 토너는 일반적으로 저온 저습 환경에서는 과도하게 대전된다. 즉, 실리카 입자로 외첨된 토너의 환경에 따른 대전안정성은 매우 불량해질 수 있다.
이러한 수분으로 인한 환경 대전 안정성(environmental charge stability) 저하 문제를 해결하기 위해, 소수성 실리콘 오일(silicone oil) 또는 소수성 실란 커플링제(silane coupling agent)와 같은 표면처리제(surface treating agent)로 표면처리된 실리카 입자 또는 산화티탄 입자가 외첨제로서 사용될 수도 있다. 그러나, 그러한 표면처리제로 처리된 외첨제 입자를 사용할 경우, 토너 입자들의 응집성(cohesiveness)이 강해져서 토너 분말의 유동성이 급격히 저하될 수 있다.
발연 실리카 입자의 제조공정에서는, 실리카 입자들의 응집체(aggregate)가 빈번하게 발생한다. 이러한 응집체는 발연 실리카 분말의 분산성(dispersibility)을 저하시킨다. 그 자체의 분산성이 불량한 외첨제 분말이 사용되는 경우, 그 결과 얻어진 토너의 유동성, 내케이킹성(anti-caking ability), 정착성(fusability) 및 클리닝성도 역시 저하된다.
이와 같이, UFP 배출 문제를 해결할 수 있으면서 유동성, 대전 균일성, 대전 안정성, 전사 효율, 정착성, 내구성 및 클리닝성이 모두 향상된 토너를 제공하는 것은 어렵다.
따라서 본 개시의 하나의 목적은 프린터에서 발생하는 UFP의 양을 감소시키면서도 유동성, 대전 균일성, 대전 안정성, 전사 효율, 정착성, 내구성 및 클리닝성을 모두 향상시킬 수 있는 표면 특성을 갖는 정전 잠상 현상용 토너를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 개시의 일 측면에 따르면,
복수의 토너 입자를 포함하는 정전 잠상 현상용 토너로서,
상기 토너 입자는 결착수지, 착색제 및 이형제를 포함하는 코어 입자; 및
상기 코어 입자의 외부 표면에 부착되어 있는 외첨제로서, 실리카 입자 및 산화철 입자를 포함하는 외첨제를 포함하며,
상기 토너는 상기 토너의 시차 주사 열량(DSC) 측정시 2차 승온 곡선에서 이형제의 용융에 의한 흡열 피크, 및 유리 전이에 해당하는 계단상의 흡열 곡선을 가지며, 상기 흡열 피크의 정점의 위치로 결정되는 용융 온도 Tm, 상기 계단상의 흡열 곡선에서 유리 전이 중의 직선 부분의 중심점으로 결정된 유리 전이 온도 Tg, 및 상기 흡열 피크의 면적으로 결정되는 용융열(heat of melting) △H가 하기 조건을 만족하는 정전 잠상 현상용 토너가 제공된다:
70℃ ≤ Tm ≤ 75℃ (1),
0.2J/g ≤ △H ≤ 0.4J/g (2), 및
58℃ ≤ Tg ≤ 62℃ (3).
본 개시의 일 측면에 따른 정전 잠상 현상용 토너에 있어서, 상기 토너의 연화점 T1 /2, 상기 토너의 점도가 20,000 PaㆍS일 때의 온도 T20K, 및 상기 토너의 점도가 50,000 PaㆍS일 때의 온도 T50K가 하기 조건을 더 만족할 수 있다:
132℃ ≤ T1 /2 ≤136℃ (4),
117℃ ≤ T20K ≤ 121℃ (5), 및
128℃ ≤ T50K ≤ 132℃ (6).
본 개시의 일 측면에 따른 정전 잠상 현상용 토너에 있어서, 상기 토너의 형광 X선 측정에 의한 상기 토너의 철 강도 [Fe] 및 규소 강도 [Si]가 하기 조건을 더 만족할 수 있다:
0.0001 ≤ [Si]/[Fe] ≤ 0.004 (7).
본 개시의 일 측면에 따른 정전 잠상 현상용 토너에 있어서, 상기 토너의 유전 손율이 0.032 내지 0.042일 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 정전 잠상 현상용 토너에 있어서, 상기 결착수지는 수 평균 분자량 약 100,000g/mol 내지 약 500,000g/mol의 고분자량 폴리에스테르 결착 수지 대 수 평균 분자량 약 1,000g/mol 내지 약 100,000g/mol 미만의 저분자량 폴리에스테르 결착 수지의 90:10 내지 10:90 중량비의 혼합물일 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 정전 잠상 현상용 토너에 있어서, 상기 이형제는 카나우바계 왁스일 수 있다.
본 개시의 일 측면에 따른 정전 잠상 현상용 토너는 비자성 1 성분 화상 현상 방법에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 정전 잠상 현상용 토너는 고분자량 결착수지와 저분자량 결착수지의 적절한 조합, 적절한 함량의 특정 이형제, 및 외첨제로서 실리카 입자와 산화철 입자의 조합을 사용함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
즉 본 개시에 따른 정전 잠상 현상용 토너는 UFP의 발생량을 감소시키면서도 유동성, 대전 균일성, 대전 안정성, 전사 효율, 정착성, 내구성 및 클리닝성이 모두 향상된 특성을 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 정전 잠상 현상용 토너에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 정전 잠상 현상용 토너는 복수의 토너 입자를 포함한다. 상기 토너 입자는 결착수지, 착색제 및 이형제를 포함하는 코어 입자; 및 상기 코어 입자의 외부 표면에 부착되어 있는 외첨제를 포함한다.
상기 코어입자는 결착수지, 착색제 및 이형제를 포함한다. 결착수지는, 이에 한정되지 않지만, 예를 들면, 스티렌 수지, 아크릴 수지, 비닐 수지 또는 폴리올레핀 수지, 폴리에테르계 폴리올 수지, 페놀 수지, 실리콘 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 폴리아미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
스티렌 수지는, 예를 들면 폴리스티렌; 예를 들면, 폴리-p-클로로스티렌 또는 폴리비닐톨루엔과 같은, 스티렌 치환체의 단독 중합체; 예를 들면, 스티렌-p-클로로스티렌 공중합체, 스티렌-비닐톨루엔 공중합체, 스티렌-비닐나프탈린 공중합체, 스티렌-아크릴산 에스테르 공중합체, 스티렌-메타크릴산 에스테르 공중합체, 스티렌-α-클로로메타크릴산 메틸 공중합체, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 스티렌-비닐메틸에테르 공중합체, 스티렌-비닐에틸에테르 공중합체, 스티렌-비닐메틸케톤 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-이소프렌 공중합체 또는 스티렌-아크릴로니트릴-인덴 공중합체와 같은, 스티렌계 공중합체; 또는, 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
아크릴 수지는, 예를 들면 아크릴산 중합체, 메타크릴산 중합체, 메타크릴산 메틸에스테르 중합체, α-클로로메타크릴산 메틸에스테르 중합체 또는 이들읜 혼합물을 포함할 수 있다.
비닐 수지 또는 폴리올레핀 수지는, 예를 들면 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐아세테이트 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 폴리에스테르 수지는, 지방족, 지환족, 또는 방향족의 다가 카르복실산 또는 이들의 알킬 에스테르를 직접 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환 반응을 통하여 다가 알콜과 반응시킴으로써 제조할 수 있다. 다가 카르복실산은 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 테트라클로로프탈산, 클로로프탈산, 니트로프탈산、 p-카르복시페닐아세트산、 p-페닐렌2아세트산, m-페닐렌디글리콜산、 p-페닐렌디글리콜산、 o-페닐렌디글리콜산, 디페닐아세트산, 디페닐-p,p'-디카르복실산, 나프탈렌-1,4-디카르복실산, 나프탈렌-1,5-디카르복실산, 나프탈렌-2,6-디카르복실산, 안트라센디카르복실산, 및/또는 시클로헥산디카르복실산을 포함할 수 있다. 또한, 디카르복실산 이외의 다가 카르복실산, 예를 들면 트리멜리트산, 피로멜리트산, 나프탈렌 트리카르복실산, 나프탈렌 테트라카르복실산, 피렌 트리카르복실산, 피렌 테트라카르복실산 등이 사용될 수 있다. 또한, 이들 카르복실산의 카르복실기를 산무수물, 산염화물, 또는, 에스테르 등으로 유도한 것을 사용해도 좋다. 이들 중에서도, 테레프탈산이나 그의 저급 에스테르, 디페닐아세트산, 시클로헥산 디카르복실산 등을 사용하는 것이 바람직하다. 저급 에스테르는 탄소수 1 내지 8의 지방족 알콜의 에스테르를 의미한다. 다가 알코올의 구체적인 예는, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부탄디올, 헥산디올, 네오펜틸글리콜, 글리세린 등의 지방족 디올류; 시클로헥산 디올, 시클로헥산 디메탄올, 수소 첨가 비스페놀 A 등의 지환식 디올류; 비스페놀 A의 에틸렌옥시드 부가물, 비스페놀 A의 프로필렌옥시드 부가물 등의 방향족 디올류를 포함할 수 있다. 이들 다가 알코올의 1종 또는 2종 이상 사용할 수 있다. 이들 다가 알코올 중, 방향족 디올류, 지환식 디올류가 바람직하고, 이 중 방향족 디올이 보다 바람직하다. 또 양호한 정착성을 확보하기 위하여, 가교 구조 또는 분기 구조를 취하기 위하여 디올과 함께 3가 이상의 다가 알코올(글리세린, 트리메틸올프로판, 펜타에리스리톨)을 병용할 수 있다.
결착 수지의 수평균 분자량은, 예를 들면, 약 1,000 내지 약 700,000 g/mol 의 범위, 또는 약 10,000 내지 약 500,000 g/mol의 범위일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 결착 수지는 고분자량 결착 수지와 저분자량 결착 수지의 적절한 비율의 조합일 수 있다. 고분자량 결착 수지의 수평균 분자량은, 예를 들면, 약 100,000 내지 약 500,000 g/mol의 범위일 수 있으며, 저분자량 결착 수지의 수평균 분자량은, 예를 들면, 약 1,000 내지 약 100,000 g/mol 미만의 범위일 수 있다. 이들 서로 다른 분자량의 2종의 결착 수지는 독립적으로 기능을 발휘할 수 있다. 저분자량 결착 수지는 분자쇄 얽힘이 많지 않아서 정착성 및 광택(gloss) 측면에서 기여할 수 있다. 반대로, 고분자량 결착 수지는 분자쇄 얽힘(molecular chain entanglement)이 많아서 고온에서도 일정 수준의 탄성을 유지할 수 있기 때문에 내핫오프셋(anti-hot offset)성에 기여할 수 있다. 이와 같이, 고분자량 결착 수지와 저분자량 결착 수지를 적절한 비율로 혼합함으로써 유리 전이 온도 Tg; 및 연화점 T1 /2, T20K, 및 T50K 등 토너의 유변학적 특성(rheological properties)을 제어하면 대전 균일성, 대전 안정성, 전사 효율, 정착성, 내구성 및 클리닝성을 모두 향상시킬 수 있음을 발견하였다.
착색제는, 예를 들면, 블랙 착색제, 옐로우 착색제, 마젠타 착색제, 시안 착색제, 또는 이들의 조합일 수 있다.
블랙 착색제는, 예를 들면, 카본블랙, 아닐린블랙, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
옐로우 착색제는, 예를 들면, 축합 질소 화합물, 이소인돌리논 화합물, 아트라킨화합물, 아조 금속 착제, 알릴 이미드 화합물, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 더욱 구체적인 비제한적인 예를 들면, 옐로우 착색제는, "C.I. 피그먼트 옐로우" 12, 13, 14, 17, 62, 74, 83, 93, 94, 95, 109, 110, 111, 128, 129, 147, 168 또는 180 일 수 있다.
마젠타 착색제는, 예를 들면, 축합 질소 화합물, 안트라킨 화합물, 퀴나크리돈 화합물, 염기 염료 레이트 화합물, 나프톨 화합물, 벤조 이미다졸 화합물, 티오인디고 화합물, 페릴렌 화합물, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 더욱 구체적인 비제한적인 예를 들면, 마젠타 착색제는, "C.I. 피그먼트 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 일 수 있다.
시안 착색제는, 예를 들면, 구리 프탈로시아닌 화합물 및 그 유도체, 안트라킨 화합물, 염기 염료 레이트 화합물, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 더욱 구체적으로, 예를 들면, 시안 착색제는, "C.I. 피그먼트 블루" 1, 7, 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 60, 62, 또는 66 일 수 있다.
코어입자 중의 착색제의 함량은, 예를 들면, 결착수지 100 중량부를 기준으로 하여, 약 0.1 중량부 내지 약 20 중량부의 범위, 또는 약 2 중량부 내지 약 10 중량부의 범위일 수 있다.
이형제는, 예를 들면, 폴리에틸렌계 왁스, 폴리프로필렌계 왁스, 실리콘계 왁스, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 카나우바계 왁스, 메탈로센계 왁스, 또는 이들읜 혼합물일 수 있다. 왁스의 종류는 UFP 발생량에 영향을 미칠 수 있다. 파라핀계 왁스를 사용하는 경우, 동일한 토너 정착 온도에서 상대적으로 UFP 발생량이 증가하는 경향이 있음을 발견하였다. 카나우바계 왁스를 사용하는 경우, 동일한 토너 정착 온도에서 상대적으로 UFP 발생량이 저하하는 경향이 있음을 발견하였다.
이형제는, 예를 들면, 약 50 ℃ 내지 약 150 ℃의 범위의 융점을 가질 수 있다. 코어입자 중의 이형제의 함량은, 예를 들면, 결착수지 100 중량부를 기준으로 하여, 약 1 중량부 내지 약 20 중량부의 범위, 또는 약 1 중량부 내지 약 10 중량부의 범위일 수 있다.
현재, 화상 형성 장치에서 배출되는 UFP는 주로 나노 사이즈의 외첨제, 열분해에 생성된 저분자량 수지, 왁스 재료, 및 이들의 복합체로부터 유래하는 것으로 추정된다. UFP가 열과 관계가 있다는 사실은 화상 형성 장치의 정착온도를 낮출 경우 배출되는 UFP 함량이 낮아지는 사실로부터 뒷받침된다. 또한 UFP가 토너와 관계가 있다는 사실은 토너를 공급하지 않고 용지만 화상 형성 장치에 공급하여 출력하는 경우, UFP 발생량이 거의 없다는 사실로부터 뒷받침된다. 토너 성분 중에서 왁스는 열에 의해서 중량이 감소할 수 있으며, 왁스는 보통 결정성 수지로 이루어지기 때문에 융점이 낮고 온도가 올라갈수록 기화되는 특성이 있다. 따라서 왁스 함량이 감소할수록 UFP 문제를 해소하는데 유리할 수 있다.
본 개시에서는 토너 내부에 이형제로서 포함되는 특정한 왁스 함량을 저하시킴으로써 이 왁스를 포함하는 토너의 시차 주사 열량(DSC) 측정시 2차 승온 곡선에서 이형제의 용융에 의한 흡열 피크의 면적으로 결정되는 용융열(heat of melting) △H가 0.2 J/g 내지 0.4J/g으로 제어되도록 한다. 토너의 △H가 0.2 J/g 미만인 경우, 토너의 내오프셋성이 악화되며, 토너의 △H가 0.4J/g를 초과하는 경우, UFP 발생량이 증가하는 현상이 발견되었다.
UFP 발생량에 영향을 미치는 인자 중에서 토너 정착 온도도 중요한 인자이다. 동일한 왁스를 사용하는 경우, 토너 정착 온도가 낮을수록 UFP 발생량은 감소하였다. 그러나, 토너 정착 온도는 결착 수지에 주로 지배되며 토너 정착 온도를 낮추기 위해서는 토너의 점도를 낮출 필요가 있다.
상기한 바와 같이, 본 개시에서는 주로 고분자량 결착 수지와 저분자량 결착 수지를 적절한 비율로 혼합함으로써 연화점 T1 /2, T20K, 및 T50K이 아래 조건 (4), (5) 및 (6)을 만족하도록 제어하면 대전 균일성, 대전 안정성, 전사 효율, 정착성, 내구성 및 클리닝성을 모두 향상시킬 수 있음을 발견하였다.
132℃ ≤ T1 /2 ≤136℃ (4),
117℃ ≤ T20K ≤ 121℃ (5), 및
128℃ ≤ T50K ≤ 132℃ (6)
토너의 점성 특성을 대표하는 연화점(T1 /2)이 132℃보다 작은 경우, 토너의 내구성이 악화될 수 있으며, 반대로 연화점이 136℃보다 높은 경우, 저온 정착성이 저하할 수 있다.
토너의 점도가 20,000 PaㆍS일 때의 온도 T20K가 117℃ 미만인 경우, 토너의 내구성이 저하하는 문제가 있을 수 있다. 상기 온도 T20K가 121℃를 초과하면, 저온 정착성이 저하하는 문제가 있을 수 있다. 토너의 점도가 50,000 PaㆍS일 때의 온도 T50K가 128℃ 미만인 경우, 토너의 내구성이 저하하는의 문제가 있을 수 있다. 상기 온도 T50K가 132℃를 초과하면, 토너의 저온 정착성이 저하하는 문제가 있을 수 있다.
코어 입자는, 예를 들면, 분쇄법, 응집법 또는 스프레이법에 의하여 제조될 수 있다. 분쇄법은, 예를 들면, 결착수지, 착색제 및 이형제를 용융혼합한 후 분쇄하는 단계에 의하여 수행될 수 있다. 응집법은, 예를 들면, 결착수지 분산액, 착색제 분산액 및 이형제 분산액을 혼합한 후, 이들 입자들을 응집시킨 다음, 이렇게 얻은 응집체를 융합시키는 단계에 의하여 수행될 수 있다.
코어 입자의 부피평균 입자크기는, 비제한적인 예를 들면, 약 4 ㎛ 내지 약 20 ㎛의 범위, 또는 약 5 ㎛ 내지 약 10 ㎛의 범위일 수 있다.
코어입자의 형상 역시 특별히 제한되지 않는다. 코어입자의 형상이 구형에 가까울수록 토너의 대전안정성 및 인쇄 화상의 도트(dot) 재현성이 더욱 향상될 수 있다. 예를 들면, 코어입자는 약 0.90 내지 약 0.99 범위의 구형도를 가질 수 있다.
코어 입자의 외부 표면에는 외첨제가 부착되어 있다. 외첨제는 실리카 입자 및 산화철 입자를 포함한다.
실리카 입자는, 예를 들면, 발연 실리카, 졸겔 실리카 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 실리카 입자의 1차 입자 크기가 너무 크면, 외첨된 토너 입자가 현상 블레이드(developing blade)를 통과하는 것이 상대적으로 어려워질 수 있다. 그에 따라, 토너의 선택 현상(selection phenomenon)이 발생할 수 있다. 즉, 토너 카트리지의 사용시간이 경과함에 따라, 토너 카트리지에 잔류하는 토너 입자의 입자크기가 점점 증가하게 된다. 그 결과, 토너의 대전량이 낮아져서, 정전 잠상을 현상하는 토너 층의 두께가 증가하게 된다. 또한, 실리카 입자의 1차 입자 크기가 너무 크면, 예를 들어, 공급롤러(feed roller)와 같은 부재로부터 토너 입자에 가해지는 스트레스(stress)에 의해, 코어 입자로부터 실리카 입자가 이탈될 가능성이 상대적으로 증가할 수 있다. 이렇게 이탈된 실리카 입자는 대전부재(charging member) 또는 잠상 담지체(latent image carrier)를 오염시킬 수 있다. 반면에, 실리카 입자의 1차 입자 크기가 너무 작으면, 토너 입자에 가해지는 현상 블레이드의 전단력(shearing stress)으로 인하여, 실리카 입자가 코어 입자의 내부로 매몰될 가능성이 높아질 수 있다. 실리카 입자가 코어 입자의 내부로 매몰되면, 실리카 입자는 외첨제로서의 기능을 상실하게 된다. 그에 따라, 토너 입자와 감광체 표면과의 부착력이 원하지 않게도 증가하게 된다. 이는, 토너의 클리닝성 저하 및 토너의 전사효율 저하로 이어질 수 있다. 예를 들면, 실리카 입자의 부피 평균 1차 입자 크기는 약 5 nm 내지 약 80 nm의 범위, 구체적으로 약 30 nm 내지 약 80 nm의 범위, 또는, 약 60 nm 내지 약 80 nm의 범위일 수 있다.
산화철 입자는 토너의 대전 분포 및 대전 균일성을 향상시킬 수 있으며 실리카 입자의 과도한 전하 축적을 방지할 수 있다. 산화철은 실리카에 비해 상대적으로 전기적 저항이 작기 때문에 토너의 과도한 전하 축적을 방지하는 동시에 입자 사이즈가 상대적으로 크기 때문에 토너 현상 및 토너 전사 효율을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 산화철 입자의 부피 평균 1차 입자 크기는 약 20 nm 내지 약 100 nm의 범위, 약 30 nm 내지 약 90 nm의 범위, 또는, 약 40 nm 내지 약 80 nm의 범위일 수 있다.
상기 외첨제는 예를 들면 약 20 nm 내지 약 100 nm 범위의 부피 평균 1차 입자 크기를 갖는 산화철 입자와 약 5 nm 내지 약 50 nm 범위의 부피 평균 1차 입자 크기를 갖는 소입경 실리카 입자를 포함할 수 있다. 소입경 실리카 입자는 넓은 표면적을 제공함으로써 토너 입자의 대전안정성을 더욱 향상시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 소입경 실리카 입자는 산화철 입자의 사이사이에 배치된 상태로 코어 입자에 부착됨으로써, 토너 입자에 외부로부터의 전단력이 가해지더라도, 소입경 실리카 입자에는 그 전단력이 전달되지 않는다. 즉, 토너 입자에 가해지는 외부로부터의 전단력은 대입경 산화철 입자에 집중된다. 그에 따라, 소입경 실리카 입자는 코어 입자 내부로 매몰되지 않으며, 대전 안정성 향상 효과를 유지할 수 있다.
실리카 입자는, 예를 들면, 실리콘 오일(silicone oils), 실란(silanes), 실록산(siloxanes) 또는 실라잔(silazanes)에 의하여 소수화처리될 수 있다. 실리카 입자 각각의 소수화도는 약 10 내지 약 90의 범위일 수 있다.
상기 토너에 있어서, 사용된 외첨제의 첨가량은 코어입자 100 중량부에 대해 실리카의 첨가량이 약 0.1 중량부 내지 약 3 중량부, 산화철의 첨가량이 약 0.1 중량부 내지 약 0.5 중량부인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 본 개시의 일 측면에 따른 토너는 고분자량 결착수지와 저분자량 결착수지의 적절한 조합, 적절한 함량의 특정 이형제, 및 외첨제로서 실리카 입자와 산화철 입자의 조합을 사용함으로써 상기한 조건 (1), (2), (3)의 열적 특성을 만족한다. 구체적으로, 상기 토너의 시차 주사 열량(DSC) 측정시 2차 승온 곡선에서 이형제의 용융에 의한 흡열 피크, 및 유리 전이에 해당하는 계단상의 흡열 곡선을 가지며, 상기 흡열 피크의 정점의 위치로 결정되는 용융 온도 Tm, 상기 계단상의 흡열 곡선에서 유리 전이 중의 직선 부분의 중심점으로 결정된 유리 전이 온도 Tg, 및 상기 흡열 피크의 면적으로 결정되는 용융열(heat of melting) △H가 하기 조건을 만족한다:
70℃ ≤ Tm ≤ 75℃ (1),
0.2J/g ≤ △H ≤ 0.4J/g (2), 및
58℃ ≤ Tg ≤ 62℃ (3).
상기 토너의 대전균일성, 대전안정성 및 전사효율을 모두 향상시키기 위해서는, 상기 토너의 형광 X선 측정에 의한 상기 토너의 철 강도 [Fe] 및 규소 강도 [Si]는 이하의 조건을 만족하는 것이 유리하다: 0.0001 ≤ [Si]/[Fe] ≤ 0.004. 상기 [Si]/[Fe] 비율이 0.0001보다 작은 경우, 배면 오염(background contamination)이 심하고 현상 및 전사성이 불량할 수 있다. 상기 비율이 0.004보다 큰 경우, 유동성이 저하되어 토너 공급성이 저하될 수 있다. 또한, 대전 부재(charging member) 또는 잠상 담지체(latent image carrier)의 클리닝(cleaning) 불량에 의한 오염이 발생하기 쉽게 된다. 따라서, 토너의 철 함유량 및 규소 함유량은 상기의 조건을 모두 만족하여야 한다.
토너의 철 함유량 및 규소 함유량의 지표인 토너의 철 강도 [Fe] 및 규소 강도 [Si]는 각각 일성분 비자성 토너의 경우 외첨제로 사용된 산화철 및 실리카로부터 주로 유래한다. 따라서, [Si]/[Fe] 강도 비율은 외첨제로 사용된 실리카 및 산화철의 첨가량을 조절함으로써 적절히 선택될 수 있다. 상기 토너의 철 강도 [Fe], 및 규소 강도 [Si]는 아래에서 설명하는 조건하에서 측정될 수 있다.
상기 토너는 코어 입자의 표면에 외첨제 입자를 부착시킴으로써 제조될 수 있다. 코어 입자의 표면에 대한 외첨제 입자의 부착은, 예를 들면, 분말 혼합 장치(powder mixing apparatus)에 의하여 수행될 수 있다. 분말 혼합 장치의 비제한적인 예는 헨쉘 믹서(Henshell mixer), V형 믹서(V-shape mixer), 볼밀(ball mill) 및 나우타 믹서(nauta mixer)를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 정전 잠상 현상용 토너는 0.032 내지 0.042의 유전 손율(dielectric loss factor)을 가질 수 있다. 토너의 유전 손율이 너무 작으면, 저습 환경에서 토너의 대전량이 급격히 높아져 전하 축적을 유발할 수 있고 또한 화상 농도(image density)가 낮아질 수 있다. 토너의 유전 손율이 너무 크면, 토너 대전이 잘 되지 않아서 대전량이 매우 낮거나 대전분포가 넓어질 수 있다. 토너의 유전 손율은 외첨제의 종류 및 첨가량과 밀접한 관련이 있을 수 있다.
토너의 유전 손율은 다음과 같은 조건에서 측정된다. 먼저, 토너 샘플 8g을 준비하고 50mm 디스크용 금형 몰더에서 프레스기를 통해 토너 샘플을 압착한다. 최종 압착된 토너의 두께는 약 3.9mm 정도가 되도록 한다. 준비가 된 시료를 "WAYNE KERR"사의 "Precision Component Analyzer (model:6440B)"을 이용하여 전압 5.00 Vac, 주파수 100KHz에서 측정하였으며 다음의 계산식 (1)에 따라 유전 손율을 계산하였다.
tanδ = ε"/ε' (1)
여기에서 ε"는 유전 손율, tanδ는 손실 정접(loss tangent), ε'는 비유전율이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 정전 잠상 현상용 토너는 약 30 내지 약 60의 소수화도를 가질 수 있다. 토너의 소수화도가 너무 작으면, 습도가 높은 환경에서는 수분이 토너에 부착되어 대전량이 감소하기 때문에 토너 소모량이 많아지고 또한 함습에 의한 유동성이 저하되어 토너의 공급성이 저하될 수 있다. 반대로, 토너의 소수화도가 너무 크면, 과량의 표면 처리제로 인해 감광체 표면에 필밍(filming)을 야기시킬 수 있다. 토너의 소수화도는 외첨제의 표면처리제의 종류및 양에 의해 조절될 수 있다.
토너의 소수화도는 본 기술분야에서 공지된 메탄올 적정법에 의하여 측정된 값을 의미한다. 예를 들면, 토너의 소수화도는 다음과 같이 측정될 수 있다. 이온 교환수 100㎖을 넣은 내경 7㎝, 용량 2ℓ 이상의 유리 비이커에, 소수화도를 측정하는 토너 입자 0.2g을 첨가하고 마그네틱 스터러에 의해 교반한다. 메탄올을 넣은 뷰렛의 선단부를 액중에 넣고, 교반 하에서 메탄올 20㎖을 적하하고, 30초 후에 교반을 정지하고, 교반 정지 1분 후의 상태를 관찰한다. 이 조작을 반복해 행한다. 교반 정지 1분 후에 실리카 입자가 수면에 부유하지 않게 되었을 때의 메탄올의 총첨가량을 Y(㎖)로 했을 때, 하기 식에 의해 구해지는 값을 소수화도로서 산출한다. 비이커 내의 수온은 20℃±1℃로 조정하여 상기 측정을 행한다. 소수화도=[Y/(100+Y)〕×100].
<실시예>
실시예 1: 토너 제조
고분자량 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 H(Samyang Chemical Industries Ltd, 8035TR, 이하 수지 H) 50 중량부, 저분자량 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 L(Samyang Chemical Industries Ltd, 8025TR, 이하 수지 L) 50 중량부, 카나우바 왁스 (Katoyoko, 모델: 특정1호, 이하 왁스 A) 2 중량부, 대전조절제(Charging control agent)(Hodogaya, T77) 2 중량부, 및 카본 블랙(Cabot, Mogul-L) 6 중량부를 Henschel Mixer(제조회사: Misui Mining, 모델: FM20C/1)에서 예비혼합하였다. 이 예비혼합물을 이축 압출기(Ikegai, 모델: PCM 30)의 호퍼에 투입하고 용융 및 혼련(kneading)을 하였다. 혼련물은 연속적으로 노즐을 통해 나오면서 냉각되고 해머 밀(hammer mill)로 조분쇄하였다. 그 이후 조분쇄물을 제트 밀(HOSOKAWA사, 모델: TSG)로 미분쇄하였다. 이 미분쇄물을 분급기(HOSOKAWA사, 모델:TTSP)로 분급하여 부피 평균 입경이 약 8㎛의 코어 입자를 얻었다.
외첨기(대화테크사, KMLS2K)에서 상기 코어 입자 100 중량부에 하기 표 1에 요약한 나노 사이즈의 소수성 실리카 입자 2종 및 나노 사이즈의 산화철 입자를 혼합하고 교반하여 상기 코어 입자의 표면에 외첨제를 부착하였다. 교반은 2000 rpm에서 30초간 그리고 6000 rpm에서 3분간 진행하였다.
제품명 표면적 (m2/g) 제조자 함량
(중량부)
소수성 실리카 입자 1 R972 140 Nippon Aerosil Co. LTD 1.5
소수성 실리카 입자 2 RX50 50 Nippon Aerosil Co. LTD 1
산화철 입자 SMT-02H 30 Cosmo AM&T 0.5
실시예 2-7, 및 비교예 1-2, 5-6: 토너 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 H 및 L의 혼합 비율 및 왁스 A의 첨가량을 아래의 표 3에 종합한 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 외첨된 토너를 제조하였다.
비교예 3-4: 토너 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 H 및 L의 첨가량을 각각 70 중량부 및 30 중량부로 변화시키고, 또한 왁스 A 대신 폴리프로필렌 왁스(Viscol 550P, Sanyo Chemical Industries Ltd, 비교예 3, 이하 왁스 B) 또는 파라핀 왁스(155 Nippon Seiro Co. Ltd, 비교예4, 이하 왁스 C)를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 외첨된 토너를 제조하였다.
실시예 8-9 및 비교예 7-8: 토너 제조
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지 H 및 L의 첨가량을 각각 70 중량부 및 30 중량부로 변화시키고, 또한 외첨제의 첨가량을 아래 표 2에 기재된 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 외첨된 토너를 제조하였다.
실시예 8
(중량부)		 실시예 9
(중량부)		 비교예 7
(중량부)		 비교예8
(중량부)
소수성 실리카 입자 1 1.5 1.5 1.5 1.5
소수성 실리카 입자 2 1 1 1 0
산화철 입자 0.05 1 0 0.5
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 8에서 얻어진 토너 조성 및 이들의 물리적 특성을 표 3 및 표 4에 요약하였다.
수지
H
(중량부)		 수지
L
(중량부)		 왁스A
(중량
부)		 왁스B
(중량부)		 왁스C
(중량부)		 [Si]/
[Fe]		 유전
손율		 △H Tm Tg T1 /2 T20K T50K
실시예1 50 50 2 - - 0.001 0.033 0.3 71~75 62 132 117 128
실시예2 60 40 2 - - 0.001 0.033 0.3 71~75 61 133 118 129
실시예3 70 30 2 - - 0.001 0.033 0.3 71~75 60 134 119 130
실시예4 80 20 2 - - 0.001 0.033 0.3 71~75 59 135 120 131
실시예5 90 10 2 - - 0.001 0.033 0.3 71~75 58 136 121 132
비교예1 100 0 2 - - 0.001 0.033 0.3 71~75 57 137 122 133
비교예2 40 60 2 - - 0.001 0.033 0.3 71~75 63 131 116 127
실시예6 70 30 1 - - 0.001 0.033 0.2 71~75 60 134 119 130
실시예7 70 30 2.5 - - 0.001 0.033 0.4 71~75 60 134 119 130
비교예3 70 30 - 2 - 0.001 0.033 1.7 66~70 60 134 119 130
비교예4 70 30 - - 2 0.001 0.033 3.5 76~80 60 134 119 130
비교예5 70 30 0.5 - - 0.001 0.033 0.1 71~75 60 134 119 130
비교예6 70 30 3 - - 0.001 0.033 0.7 71~75 60 134 119 130
실시예8 70 30 2 - - 0.0001 0.032 0.3 71~75 60 134 119 130
실시예9 70 30 2 - - 0.004 0.042 0.3 71~75 60 134 119 130
비교예7 70 30 2 - - 0 0.031 0.3 71~75 60 134 119 130
비교예8 70 30 2 - - 0.005 0.031 0.3 71~75 60 134 119 130
정착성 내구성 내핫오프셋성 UFP
발생량		 감광체
배경오염		 현상성 전사성 유동성
실시예1 ◎ ○ ○ ○ ○ ◎ ◎ ○
실시예2 ○ ○ ○ ○ ○ ◎ ◎ ○
실시예3 ○ ◎ ○ ○ ○ ◎ ◎ ○
실시예4 △ ◎ ○ ○ ○ ◎ ◎ ○
실시예5 △ ◎ ○ ○ ○ ◎ ◎ ○
비교예1 × ◎ ○ ○ ○ ◎ ◎ ○
비교예2 ◎ × ○ ○ ○ ◎ ◎ ○
실시예6 ○ ◎ △ ○ ○ ◎ ◎ ○
실시예7 ○ ◎ ◎ △ ○ ◎ ◎ ○
비교예3 ○ ◎ ○ × ○ ◎ ◎ ○
비교예4 ○ ◎ ○ × ○ ◎ ◎ ○
비교예5 ○ ◎ × ◎ ○ ◎ ◎ ○
비교예6 ○ ◎ ◎ × ○ ◎ ◎ ○
실시예8 ○ ◎ ○ ○ ○ ◎ ◎ ○
실시예9 ○ ◎ ○ ○ ◎ ◎ ◎ ○
비교예7 ○ ◎ ○ ○ × △ △ ◎
비교예8 ○ ◎ ○ ○ ○ ○ ○ ×
표 3 및 4에 종합된 실시예 1-9 및 비교예 1-7의 토너의 특성은 아래의 시험 방법에 의하여 평가된 결과이다.
<[Si]/[Fe] 강도비 측정>
토너의 철 강도 [Fe] 및 규소 강도 [Si]의 비율은 다음과 같이 형광 X선법(XRF: X-ray fluorescence spectrometry)에 의하여 측정하였다.
우선, 토너 시료 3g±0.01g을 가압 성형기로 하중 2t 및 가압 시간 10초의 조건으로 가압 성형하였다. 시마즈 제작소(SHIMADZU Corporation)의 Energy Dispersive X-Ray Spectrometer(모델: EDX-720)를 사용하여 상기 시료에서 발생한 형광 X선으로부터 철 강도 [Fe](단위: cps/㎂) 및 규소 강도 [Si](단위: cps/㎂)를 측정하였다. 측정 조건은 관(管)전압 50kV 및 관(管)전류 23μA이었다.
<유전손율 측정>
토너의 유전 손율은 다음과 같이 측정하였다. 먼저, 토너 샘플 8g을 준비하고 50mm 디스크용 성형 몰더에서 프레스기로 프레스하여 토너 샘플을 생성한다. 최종 압착된 토너의 두께는 약 3.9mm 정도가 되도록 한다. 준비가 된 시료를 "WAYNE KERR"사의 "Precision Component Analyzer(모델:6440B)"을 이용하여 전압 5.00 Vac, 및 주파수 100KHz에서 측정하였으며 다음의 계산식 (1)에 따라 유전 손율을 계산하였다.
tanδ = ε"/ε' (1)
여기에서 ε"는 유전 손율, tanδ는 손실 정접(loss tangent), ε'는 비유전율이다.
<용융 온도 Tm, 용융열 △H, 및 유리 전이 온도 Tg의 측정>
TA Instrument사제 DSC Q2000 장치를 이용하여 질소 기체 분위기하에서 6~7mg의 분말 형상의 토너 시료에 대하여 다음과 같은 열 이력(heat profile)의 조건하에서 DSC 곡선(thermogram)을 얻었다.
- 1차 가열: 0℃에서 140℃까지 20℃/min의 승온 속도로 가열후 140℃에서 1분간 유지,
- 냉각: 140℃에서 0℃로 -10℃/min의 강온 속도로 강온 후 1분간 유지,
- 2차 가열: 0℃에서 140℃로 10℃/min의 승온 속도로 승온.
이 DSC 곡선중에서 결정 용융을 나타내는 흡열 피크의 꼭지점으로부터 토너의 용융 온도를 결정하였다. 또한, 이 DSC 곡선중에서 유리 전이 현상을 의미하는 계단형 흡열 곡선(소위, 베이스라인 시프트)에서 유리 전이 중의 직선 부분의 중심점으로부터 유리 전이 온도 Tg를 결정하였다. 용융열 △H는 상기 흡열 피크의 면적으로부터 산출되었다.
<연화점 용융점 T1 /2, T20K, 및 T50K의 측정>
유동시험기(flowtester)(SHIMADZU Corporation, 모델:CFD-500D)를 이용하여, 1.5 g의 토너 샘플을 6℃/분의 승온 속도로 가열하고 플런저(plunger)에 의해 1.5 kg의 하중을 인가하여 직경 1.0 mm 및 길이 1.0 mm의 노즐로부터 압출한다. 온도(x 축)의 함수로 FLOWTESTER에서 플런저의 변위 강하량(y 축)을 플롯팅한다. 토너 샘플의 절반이 유출되는 온도를 토너 샘플의 연화점 T1 /2로서 정의하였다.
상기 유동시험에서 온도(x 축)의 함수로 FLOWTESTER에서 토너 시료의 점도 강하량(y 축)을 플롯팅하였다. 상기 토너의 점도가 20,000 PaㆍS일 때의 온도를 T20K, 및 상기 토너의 점도가 50,000 PaㆍS일 때의 온도를 T50K로서 정의하였다.
<정착성 평가>
온도 25℃ 및 상대 습도 55%의 환경실에서 실시예 및 비교예에서 얻은 토너를 비접촉식 비자성 일성분 현상방식의 프린터((주)삼성전자, 모델: CLP-775)의 카트리지에 세트하고, 베타 화상의 현상 토너량이 0.70mg/cm2이 되도록 조정하여 용지상에 미정착 화상(2.5cm×4cm)을 인쇄하였다.
상기 조건에서, Xerox Exclusive 90g/m2 A4 용지상에 생성한 미정착 화상을 상기 프린터(CLP-775)의 정착기 부분을 개조한 치구(jig)를 이용하여 100℃부터 190℃까지 정착 온도를 변화시키면서 정착하였다. 이때 프로세스 스피드는 190mm/sec이었다. 얻어진 정착 화상을 테이프(3M사제 스카치 멘딩 테이프 810-3-15)을 정착 화상면에 붙인 후, 500g 하중의 추로 5회 왕복시키고, 다시 테이프를 100kPa의 일정한 힘으로 테이프를 박리하였다. 테이프 박리 전후의 화상 농도를 맥베스(Macbeth)식 반사 농도계로 측정하였다. 각 온도에서의 화상농도의 변화율이 90% 이상이 된 최저의 정착 온도를 최저 정착 온도(Minimum Fusing Temperature)로 하였다. 토너의 정착성을 이하의 기준에 의해 평가하였다.
◎: 최저 정착 온도 110 ℃ 미만
○: 최저 정착 온도 110℃ 이상 130℃ 미만
△: 최저 정착 온도 130℃ 이상 150℃ 미만
×: 최저 정착 온도 150℃ 이상.
<내핫오프셋성>
내오프셋성의 평가는 상기 최저 정착 온도의 측정에 준하지만, 상기 장치에서 미정착 화상을 생성한 후, 토너상을 전사하여 상기 정착 치구에 의해 정착 처리를 하였다. 이어서 백지의 전사지를 같은 조건하에서 정착 장치에 보내서 전사 지상에 토너 오염이 생기는지 여부를 육안 관찰하는 조작을, 상기 정착 장치의 설정 온도를 순차적으로 상승시키면서 반복하였다. 이때, 토너에 의한 오염이 생긴 최저의 설정 온도를 핫오프셋 발생 온도로 하였다.
◎: 핫오프셋 발생 온도 190 ℃ 이상
○： 핫오프셋 발생 온도 180℃ 이상 190℃ 미만
△： 핫오프셋 발생 온도 170℃ 이상 180℃ 미만
×： 핫오프셋 발생 온도 170℃ 미만.
<내구성(경시변화)>
비접촉식 비자성 일성분 현상방식의 프린터((주)삼성전자, 모델: CLP-775)를 이용하여 7,000 매까지 1% 커버리지로 인쇄하였다. 인쇄를 반복함에 따라 현상 롤러에 부착되는 토너 무게의 변화를 측정하였다. 첫 1 매 인쇄 후의 현상롤러 단위 면적당 토너 무게 대비 7,000 매 인쇄 후의 현상 롤러 단위 면적당 토너 무게의 변동 정도에 따라 다음과 같이 평가하였다.
◎: 7,000 매에서의 현상 롤러 단위 면적당 토너의 무게가 초기 대비 10 % 미만으로 증가
○: 7,000매에서의 현상 롤러 단위면적당 토너의 무게가 초기 대비 10 % 이상 20 % 미만으로 증가
△: 7,000매에서의 현상 롤러 단위면적당 토너의 무게가 초기 대비 20 % 이상 30 % 미만으로 증가
×: 7,000매에서의 현상 롤러 단위면적당 토너의 무게가 초기 대비 30 % 이상 증가.
<UFP 발생량 측정>
접촉식 비자성 일성분 현상방식의 프린터((주)삼성전자, 모델: M4020ND)으로부터의 UFP 발생량을 RAL-UZ 171에 규정된 측정방법에 따라 측정하였다. 사용한 장비는 CPC 377500(TSI Inc.)이었으며 측정 조건은 아래의 표 5에 리스트된 바와 같다.
테스트 챔버 형태 에미션 테스트 챔버
테스트 챔버 부피 (m3) 1
빈 테스트 챔버 온도
(Temperature in the vacant test chamber) (℃)		 23
빈 테스트 챔버 중의 상대습도
(Relative humidity in the vacant test chamber) (%)		 50
예비운전 단계 동안의 테스트 챔버 온도
(Temperature in the test chamber during the pre-operating phase) (℃)		 22.8 ~ 23.1
예비운전 페이즈 동안의 테스트 챔버 상대습도
(Relative humidity in the test chamber during the pre-operating phase) (%)		 50.6 ~ 50.9
인쇄 단계 동안의 테스트 챔버 온도(범위)
(Temperature (range) in the test chamber during the printing phase) (℃)		 22.8 ~ 22.4
인쇄 단계 동안의 테스트 챔버 상대습도
(Relative humidity (range) in the test chamber during the printing phase) (%)		 33.0 ~ 66.7
예비운전 페이즈 동안의 테스트 챔버 공기교환율
(Air exchange rate in the test chamber during the pre-operating phase) (h-1)		 1.0
인쇄 단계 동안의 테스트 챔버 공기교환율
(Air exchange rate in the test chamber during the printing phase) (h-1)		 4.0
공기 교환율 1 h- 1 에서의 빈 테스트 챔버에서의 오존 반감기

(Ozone half-life in the vacant test chamber for n = 1 h-1) (min)		 14.2
공기 압력 (Air pressure) (Pa) 100630
상기 UFP 발생량 측정시 5% 커버리지의 흑색 인쇄 마스터를 테스트 페이지로 사용하였다(A print master in black with 5 % page coverage was used for the test pages).
평가는 다음과 같은 기준에 따라 하였다.
◎: 2.0*1011 중량부icles/10 min 이하
○: 2.0*1011 초과 내지 3.0*1011 중량부icles/10min 이하
△: 3.0*1011 초과 내지 3.5*1011 중량부icles/10min 이하
×: 3.5*1011 중량부icles/10min 초과.
<감광체 배경 오염>
비접촉식 비자성 일성분 현상방식의 프린터((주)삼성전자, 모델: CLP-775)를 이용하여 1% 커버리지로 인쇄하였다. 10매 인쇄후 감광체 드럼 상의 비화상 영역을 3 군데를 테이핑(taping)하였다. 상기 3 위치에서의 광학 밀도(optical density)를 측정하여 그 평균을 계산하였다. 광학 밀도는 "Electroeye" 반사 농도계를 이용하여 측정하였다. 측정한 결과를 하기의 기준에 따라 평가하였다.
◎: 광학 밀도가 0.03 미만
○: 광학 밀도가 0.03 이상 0.05 미만
△: 광학 밀도가 0.05 이상 0.07 미만
×: 광학 밀도가 0.07 이상.
<현상성 평가>
비접촉식 비자성 일성분 현상방식의 프린터((주)삼성전자, 모델: CLP-775)를 이용하여 7,000 매까지 1% 커버리지로 인쇄하였다. 1,000 매 인쇄후, 전자사진 감광체에서 중간 전사체로 토너가 이동하기 전에 상기 감광체 상에 일정한 면적의 화상이 현상되도록 한 다음 필터가 부착된 흡입 장치를 이용하여 전자사진 감광체 면적당 토너의 무게를 측정한다. 이때 현상 롤러 상의 단위 면적당 토너 무게를 동시에 측정하여 다음과 같은 방식으로 현상성을 평가하였다.
현상효율 = 전자사진 감광체의 단위 면적당 토너의 무게 / 현상 롤러의 단위 면적당 토너 무게
◎ : 현상효율 90% 이상
○ : 현상효율 80% 이상 90% 미만
△ : 현상효율 70% 이상 90% 미만
× : 현상효율 60% 이상 70% 미만.
<전사성 평가>
현상성 평가를 통해 전자사진 감광체 단위 면적당 토너의 무게와 전자사진 감광체에서 중간 전사체로 토너를 전사시킨 후 중간전사체의 단위 면적당 토너의 무게비를 이용하여 1차 전사성을 평가하였다. 또한 중간 전사체의 단위 면적당 토너의 무게비와 용지로 토너를 전사시킨 후 용지상의 단위면적당 토너 무게비를 이용하여 2차 전사성을 평가하였다. 이때 전사성은 정착하지 않은 미정착 화상을 이용하여 용지상의 단위면적당 토너의 무게를 측정하였다.
1차 전사효율 = 중간 전사체의 단위 면적당 토너의 무게/ 전자사진 감광체의 단위 면적당 토너의 무게
2차 전사효율 = 용지의 단위 면적당 토너의 무게/ 중간 전사체의 단위 면적당 토너의 무게
전사효율= 1차 전사효율 * 2차 전사효율.
토너의 전사성은 다음 기준에 따라 평가하였다.
◎: 전사효율 90% 이상
○: 전사효율 80% 이상 90% 미만
△: 전사효율 70% 이상 80% 미만
×: 전사효율 60% 이상 70% 미만.
<토너 유동성 평가>
토너의 유동성을 평가하기 위하여 응집도(cohesiveness)를 다음과 같이 측정하였다.
장비: Hosokawa micron powder tester PT-S
시료량: 2g
진폭(Amplitude): 1mm 다이얼 3~3.5
시브(Sieve): 53㎛, 45㎛, 38㎛
진동 시간: 120±0.1초
토너를 상온(20 ℃) 및 상대습도 55±5%의 조건에서 2 시간 보관한 후, 상기 조건하에서 각 시브로 체거름한 후, 체거름 전후의 토너량의 변화를 측정하여, 다음과 같이 토너의 응집도를 계산하였다.
1) [53 ㎛ 시브 상에 잔존하는 분말의 질량 / 2g ] ×100
2) [45 ㎛ 시브 상에 잔존하는 분말의 질량 / 2g ] ×100 ×(3/5)
3) [38 ㎛ 시브 상에 잔존하는 분말의 질량 / 2g ] ×100 ×(1/5)
응집도 (Carr's cohesion) = (1) + (2) + (3).
위와 같이 하여 측정된 응집도로부터 토너의 유동성을 다음과 같은 기준에 따라 평가하였다.
◎ : 응집도 10 이하로 매우 유동성이 양호한 상태
○ : 응집도 10 초과 15 이하로 유동성이 양호한 상태
△ : 응집도 15 초과 20 이하로 유동성이 조금 나쁜 상태
× : 응집도 20 초과로 유동성이 아주 나쁜 상태.
표 3 및 4를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 5의 토너는 수지 H 및 수지 L의 혼합 비율 조정을 통해 T1 /2가 132℃ 내지 136℃로서 정착성 및 내구성을 모두 만족하였으나 수지 H의 혼합 비율이 감소할수록 내구성이 저하되었다. 이는 수지 L보다 수지 H의 분산성이 양호한 것과도 관련이 있다.
실시예 6 내지 실시예 7의 토너는 카나우바 왁스(왁스 A)를 사용함으로써 UFP 발생량을 효과적으로 감소시킬 수 있었으며 왁스 함량이 적을수록 더욱 효과적이었다. 그러나 비교예 5의 토너는 왁스 A의 사용량을 매우 감소시켜서 △H 값을 저하함으로써 UFP 발생량을 현저하게 감소시킬 수 있었지만, 내핫오프셋성이 수용할 수 없는 수준으로 저하하였다.
실시예 8 및 9의 토너의 경우 외첨제 중에서 실리카는 2중량부로 고정하고 산화철의 함량을 조절한 경우이다. 비교예 7의 토너의 경우에는 산화철의 함량이 적어서 배면 오염이 심하게 발생하였지만, 산화철로 외첨할 경우 배면 오염이 감소하였으며, 실시예 9의 토너와 같이 [Si]/[Fi]의 값이 증가할수록 배면 오염 감소 효과가 증대하였다. 그러나 [Si]/[Fi]가 0.005 이상일 경우는 배면 오염 및 전사효율이 증가하는 효과가 있으나 유동성이 감소하여 현상실 내부에서 토너 공급성이 저하할 것으로 예상되며, 특히 고온 고습 조건에서 더욱 저하할 것으로 예상된다.
표 3 및 4의 결과로부터, 본 발명의 일 측면에 따른 정전 잠상 현상용 토너는 고분자량 결착수지와 저분자량 결착수지의 적절한 조합, 적절한 함량의 특정 이형제, 및 외첨제로서 실리카 입자와 산화철 입자의 조합을 사용함으로써 UFP의 발생량을 감소시키면서도 유동성, 대전 균일성, 대전 안정성, 전사 효율, 정착성, 내구성 및 클리닝성이 모두 향상된 특성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (7)

  1. 복수의 토너 입자를 포함하는 정전 잠상 현상용 토너로서,
    상기 토너 입자는 결착수지, 착색제 및 이형제를 포함하는 코어 입자; 및
    상기 코어 입자의 외부 표면에 부착되어 있는 외첨제로서, 실리카 입자 및 산화철 입자를 포함하는 외첨제를 포함하며,
    상기 토너는 상기 토너의 시차 주사 열량(DSC) 측정시 2차 승온 곡선에서 이형제의 용융에 의한 흡열 피크, 및 계단상의 흡열 곡선을 가지며, 상기 흡열 피크의 정점의 위치로 결정되는 용융 온도 Tm, 상기 계단상의 흡열 곡선에서 유리 전이 중의 직선 부분의 중심점으로 결정된 유리 전이 온도 Tg, 및 상기 흡열 피크의 면적으로 결정되는 용융열(heat of melting) △H가 하기 조건을 만족하는 정전 잠상 현상용 토너:
    70℃ ≤ Tm ≤ 75℃ (1),
    0.2J/g ≤ △H ≤ 0.4J/g (2), 및
    58℃ ≤ Tg ≤ 62℃ (3).
  2. 제1항에 있어서, 상기 토너의 연화점 T1 /2, 상기 토너의 점도가 20,000 PaㆍS일 때의 온도 T20K, 및 상기 토너의 점도가 50,000 PaㆍS일 때의 온도 T50K가 하기 조건을 더 만족하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너:
    132℃ ≤ T1 /2 ≤136℃ (4),
    117℃ ≤ T20K ≤ 121℃ (5), 및
    128℃ ≤ T50K ≤ 132℃ (6).
  3. 제1항에 있어서, 상기 토너의 형광 X선 측정에 의한 상기 토너의 철 강도 [Fe] 및 규소 강도 [Si]가 하기 조건을 더 만족하는 정전 잠상 현상용 토너:
    0.0001 ≤ [Si]/[Fe] ≤ 0.004 (7).
  4. 제1항에 있어서, 상기 토너의 유전 손율이 0.032 내지 0.042인 정전 잠상 현상용 토너.
  5. 제1항에 있어서, 상기 결착수지는 수 평균 분자량 약 100,000 내지 약 500,000의 고분자량 폴리에스테르 결착 수지 대 수 평균 분자량 약 1,000 내지 약 100,000 미만의 저분자량 폴리에스테르 결착 수지의 90:10 내지 10:90 중량비의 혼합물인 정전 잠상 현상용 토너.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이형제는 카나우바계 왁스인 정전 잠상 현상용 토너.
  7. 제1항에 있어서, 상기 토너는 비자성 1 성분 화상 현상 방법에 사용되는 정전 잠상 현상용 토너.
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