KR20150078915A - 토너의 제조방법 - Google Patents

Abstract

토너의 제조방법이 개시된다. 개시된 토너의 제조방법은, 반응기에 제1 결착수지 분산액, 착색제 분산액, 왁스 분산액 및 응집제를 투입한 다음, 반응기 내용물을 1차 승온시켜 토너 코어부를 형성하는 단계(S10), 상기 토너 코어부 형성단계를 거친 반응기 내용물을 2차 승온시켜 합일된 토너 코어부를 얻는 단계(S20), 상기 합일된 토너 코어부를 함유하는 반응기 내용물에 제2 결착수지 분산액 및 응집제를 더 첨가하여 상기 합일된 토너 코어부를 둘러싸는 쉘부를 형성하는 단계(S40), 및 상기 쉘부 형성단계를 거친 반응기 내용물을 3차 승온시켜 합일된 토너 입자를 얻는 단계(S50)를 포함한다.

Description

토너의 제조방법{Method of preparing toner}

토너의 제조방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 코어부 형성 후의 합일단계 및 쉘부 형성 후의 합일단계를 포함하는 코어-쉘 구조의 토너의 제조방법이 개시된다.

일반적으로 토너는 결착수지로 작용하는 열가소성 수지에 착색제 및 왁스 등을 첨가함으로써 제조된다. 또한, 토너에 대전성을 부여하고 이를 유지시키는 대전제어제, 화상형성장치의 정착부와의 이형 작용을 위한 왁스 등의 이형제, 토너에 유동성 및 현상성을 부여하거나 드럼 클리닝성 등의 물성을 향상시키기 위한 외첨제가 토너에 첨가될 수 있다. 이러한 토너의 제조방법으로는 분쇄법 등의 물리적인 방법과, 현탁중합법, 유화응집법, 화학 밀링법 및 분산중합법 등의 화학적인 방법이 있다.

이 중 유화응집법(미국등록특허 제5,916,725호, 제6,268,103호 등 참조)은 유화 중합 반응을 통해 미세 에멀젼 수지 입자 조성물을 제조하는 단계, 및 상기 조성물을 별도의 분산액에서 착색제 등과 함께 응집시키는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 분쇄법에 있어서의 고비용, 넓은 입도 분포 등의 문제점을 개선하고, 응집 조건을 조절함으로써 토너 입자를 구형으로 만들 수 있는 잇점이 있다.

그러나, 종래의 유화응집법에 의해 제조된 토너 입자는 코어부와 쉘부가 부분적으로 서로 뒤섞여 그 경계가 뚜렷하지 않다. 이에 따라, 상기 토너 입자의 사용시 코어부에 있던 왁스 중의 일부가 쉘부쪽으로 이동하여 토너 입자의 표면에 노출됨으로써 토너의 내구성과 환경 안정성이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명의 일 구현예는 코어부 형성 후의 합일단계 및 쉘부 형성 후의 합일단계를 포함하는 코어-쉘 구조의 토너의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면은,

반응기에 제1 결착수지 분산액, 착색제 분산액, 왁스 분산액 및 응집제를 투입한 다음, 반응기 내용물을 1차 승온시켜 토너 코어부를 형성하는 단계(S10);

상기 토너 코어부 형성단계를 거친 반응기 내용물을 2차 승온시켜 합일된 토너 코어부를 얻는 단계(S20);

상기 합일된 토너 코어부를 함유하는 반응기 내용물에 제2 결착수지 분산액 및 응집제를 더 첨가하여 상기 합일된 토너 코어부를 둘러싸는 쉘부를 형성하는 단계(S40); 및

상기 쉘부 형성단계를 거친 반응기 내용물을 3차 승온시켜 합일된 토너 입자를 얻는 단계(S50)를 포함하는 토너의 제조방법을 제공한다.

상기 토너의 제조방법은 상기 단계(S20)와 상기 단계(S40) 사이에, 상기 합일된 토너 코어부를 함유하는 반응기 내용물을 냉각하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 결착수지 및 상기 제2 결착수지는 서로 독립적으로 24,000~79,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.

상기 1차 승온은 상기 코어부 형성단계에 투입된 상기 제1 결착수지의 유리전이온도 보다 2~20℃ 낮은 온도까지 진행될 수 있다.

상기 2차 승온은 상기 코어부 형성단계에 투입된 상기 제1 결착수지의 유리전이온도 보다 10~40℃ 높은 온도까지 진행될 수 있다.

상기 3차 승온은 상기 쉘부 형성단계에 첨가된 제2 결착수지의 유리전이온도 보다 10~40℃ 높은 온도까지 진행될 수 있다.

상기 코어부 형성단계(S10)에 첨가되는 상기 제1 결착수지의 함량 및 상기 쉘부 형성단계(S40)에 첨가되는 상기 제2 결착수지의 함량은 상기 제1 결착수지 및 상기 제2 결착수지의 총 첨가량 100중량부에 대하여 각각 65~85중량부 및 15~35중량부일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 토너의 제조방법에 의하면, 내구성 및 환경 안정성이 우수한 토너를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 토너의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 토너의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 토너의 제조방법을 상세히 설명한다.

상기 토너의 제조방법은, 반응기에 제1 결착수지 분산액, 착색제 분산액, 왁스 분산액 및 응집제를 투입한 다음, 반응기 내용물을 1차 승온시켜 토너 코어부를 형성하는 단계(S10), 상기 토너 코어부 형성단계를 거친 반응기 내용물을 2차 승온시켜 합일된 토너 코어부를 얻는 단계(S20), 상기 합일된 토너 코어부를 함유하는 반응기 내용물에 제2 결착수지 분산액 및 응집제를 더 첨가하여 상기 합일된 토너 코어부를 둘러싸는 쉘부를 형성하는 단계(S40), 및 상기 쉘부 형성단계를 거친 반응기 내용물을 3차 승온시켜 합일된 토너 입자를 얻는 단계(S50)를 포함한다. 상기 각 단계는 1개의 반응기에서 모두 진행될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 4개의 단계 중 1개 이상의 단계 및 2개 이상의 단계가 2개 이상의 반응기에 나누어 진행될 수도 있다.

상기 토너의 제조방법은 상기 단계(S20)와 상기 단계(S40) 사이에, 상기 합일된 토너 코어부를 함유하는 반응기 내용물을 냉각하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 결착수지 및 상기 제2 결착수지는 서로 독립적으로 24,000~79,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.

상기 반응기는 교반기, 가열수단(예를 들어, 히터), 가압수단 및/또는 감압수단(예를 들어, 진공배관 및 진공펌프)을 구비할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 각 결착수지 분산액, 상기 착색제 분산액 및 상기 왁스 분산액은 각각 한국공개특허 제2010-0048071호에 개시된 라텍스 분산액, 착색제 분산액 및 왁스 분산액과 동일하거나 유사한 방법으로 제조된 것일 수 있다. 한국공개특허 제2010-0048071호는 인용에 의하여 전문이 본 명세서에 통합된다.

다른 구현예에서, 상기 각 결착수지 분산액, 상기 착색제 분산액 및 상기 왁스 분산액은 각각 한국공개특허 제2010-0115148호에 개시된 폴리에스테르 수지 분산액, 착색제 분산액 및 왁스 분산액과 동일하거나 유사한 방법으로 제조된 것일 수 있다. 한국공개특허 제2010-0115148호는 인용에 의하여 전문이 본 명세서에 통합된다.

상기 제1 결착수지 분산액에 포함된 제1 결착수지의 유리전이온도 및 상기 제2 결착수지 분산액에 포함된 제2 결착수지의 유리전이온도는 각각 서로 독립적으로 54~65℃일 수 있다. 상기 각 결착수지의 유리전이온도가 상기 각 범위이내이면, 상기 각 결착수지를 이용하여 형성한 토너는 우수한 정착 특성을 가질 수 있다.

상기 착색제 분산액의 제조에 사용되는 착색제는 상업적으로 흔히 사용되는 안료인 블랙 안료, 시안 안료, 마젠타 안료, 옐로우 안료 및 이들의 혼합물일 수 있다.

상기 단계(S10)에 첨가되는 착색제의 함량은 상기 제1 결착수지 및 상기 제2 결착수지의 총 첨가량 100중량부에 대하여 3~20중량부일 수 있다.

상기 왁스 분산액의 제조에 사용되는 왁스는 공지의 왁스일 수 있다. 예를 들어, 카르나우바 왁스, 라이스 왁스 등의 천연 왁스; 폴리프로필렌 왁스, 폴리에틸렌 왁스 등의 합성 왁스; 몬탄 왁스 등의 석유계 왁스; 알코올계 왁스; 및 에스테르계 왁스 등이 사용될 수 있다. 상기 왁스는 1종이 단독으로 사용될 수도 있고, 2종 이상이 함께 사용될 수도 있다.

또한, 상기 왁스는 파라핀계 왁스 및 폴리에스테르 왁스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 파라핀계 왁스는 C₂₀~C₃₆의 직쇄형 포화 탄화수소를 주체로 포함하는 것으로서, 30~500의 중량평균분자량 및 40~80℃의 용융점을 가질 수 있다.

상기 왁스는 상기 파라핀계 왁스와 상기 폴리에스테르 왁스의 혼합 왁스, 예를 들어, HNP-9 또는 HNP-11왁스일 수 있다.

상기 응집제로는 NaCl, KCl, 또는 PSI(Poly Silicato Iron)와 같은 Fe-폴리실리케이트가 사용될 수 있다.

상기 단계(S10)에 첨가되는 응집제의 함량 및 상기 단계(S40)에 첨가되는 응집제의 함량은 상기 제1 결착수지 및 상기 제2 결착수지의 총 첨가량 100중량부에 대하여 각각 3.5~28중량부 및 1.5~12중량부일 수 있다.

상기 단계(S10)에 첨가되는 상기 왁스의 함량은 상기 제1 결착수지 및 상기 제2 결착수지의 총 첨가량 100중량부에 대하여 5~20중량일 수 있다.

상기 1차 승온은 상기 코어부 형성단계(S10)에 투입된 제1 결착수지의 유리전이온도(Tg₁) 보다 2~20℃ 낮은 온도까지 진행될 수 있다. 상기 1차 승온시의 온도가 상기 범위(Tg₁ - 2~20℃)이내이면, 입자별로 고른 응집이 일어난다.

상기 단계(S10)(즉, 1차 승온에 의한 코어부 응집 공정)는 토너의 입경이 5.0~6.0㎛가 될 때까지 진행될 수 있다.

상기 2차 승온은 상기 코어부 형성단계(S10)에 첨가된 상기 제1 결착수지의 유리전이온도(Tg₁) 보다 10~40℃ 높은 온도까지 진행될 수 있다. 상기 2차 승온시의 온도가 상기 범위(Tg₁ + 10~40℃)이내이면, 왁스 성분들끼리 뭉쳐 왁스 덩어리를 형성한 후 상기 왁스 덩어리가 토너 표면으로 돌출되는 현상을 방지할 수 있다.

상기 단계(S20)(즉, 2차 승온에 의한 코어부 합일 공정)는 토너의 입경이 6.1~6.5㎛가 될 때까지 진행될 수 있으며, 이에 의하여 입경 및 형상이 거의 균일한 토너 코어부를 얻을 수 있다.

상기 단계(S30)는 상기 합일된 토너 코어부를 함유하는 반응기 내용물이 상온(약 25℃)으로 냉각될 때까지 진행될 수 있다. 상기 단계(S30)에서 냉각속도는 특별히 한정되지 않는다.

상기 3차 승온은 상기 쉘부 형성단계(S40)에 첨가된 상기 제2 결착수지의 유리전이온도(Tg₂) 보다 10~40℃ 높은 온도까지 진행될 수 있다. 상기 3차 승온시의 온도가 상기 범위(Tg₃ + 10~40℃)이내이면, 매끄럽고 균일한 표면을 갖는 쉘부를 형성할 수 있다.

상기 단계(S50)(즉, 3차 승온에 의한 토너 입자 합일 공정)는 토너의 입경이 6.6~7.2㎛가 될 때까지 진행될 수 있으며, 이에 의하여 입경 및 형상이 거의 균일한 토너 입자를 얻을 수 있다.

상기 단계(S10) 및 상기 단계(S40)에 사용되는 상기 각 결착수지들은 동종의 결착수지일 수 있다.

상기 코어부 형성단계(S10)에 첨가되는 상기 제1 결착수지의 함량 및 상기 쉘부 형성단계(S40)에 첨가되는 상기 제2 결착수지의 함량은 상기 제1 결착수지 및 상기 제2 결착수지의 총 첨가량 100중량부에 대하여 각각 65~85중량부 및 15~35중량부일 수 있다. 상기 각 단계에서 사용되는 상기 각 결착수지의 함량이 상기 각 범위이내이면, 정착 특성이 우수하면서도 강도 및 내구성도 우수한 토너를 얻을 수 있다.

상기 토너의 제조방법은 상기 합일 공정에서 얻은 토너 입자를 물로 세척하고 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 먼저, 토너 입자를 포함하는 반응기 내용물을 실온까지 냉각한 후 여과하고, 상기 여과액을 제거한 다음, 얻어진 토너 입자를 물로 세척한다. 상기 세척에는 전도도가 10uS/cm 이하인 순수한 물이 사용될 수 있으며, 상기 세척은 토너를 세척한 여과액의 전도도가 50uS/cm 이하가 될 때까지 진행될 수 있다. 순수한 물을 이용한 토너의 세척은 배치식으로 진행될 수도 있고 연속적으로 진행될 수도 있다. 순수한 물을 이용한 토너의 세척은 토너의 대전성에 영향을 줄 수 있는 불순물 및 응집에 관여하지 않는 불필요한 응집제 등 토너 성분 이외의 불필요한 성분을 제거하기 위해 수행될 수 있다.

상기 세척 단계 후 얻어진 토너를 유동층 건조기, 플래시 젯 건조기 등을 이용하여 건조할 수 있다. 또한, 건조하여 얻어진 토너에 원하는 외첨제를 추가할 수 있다. 상기 외첨제는 토너의 유동성을 향상시키거나 대전특성을 조절하기 위한 것으로서, 이러한 외첨제로는 대입경 실리카(입경≥40nm), 소입경 실리카(7nm≤입경≤30nm), 폴리머 비즈 또는 이들 중 2 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.

이하, 전술한 토너의 제조방법을 도 1을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 토너의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 단계(S10)에 의해 토너 코어부(10)가 형성된다(미도시). 상기 토너 코어부(10)는 서로 약하게 응집된 제1 결착수지(11), 착색제(12) 및 왁스(13)를 포함한다. 이어서, 상기 단계(S20)에 의해, 합일된 토너 코어부(10')가 형성된다. 상기 합일된 토너 코어부(10')는 구성성분들이 서로 단단히 응집되어 있기 때문에 매끄러운 표면 및 균일한 구조를 갖는다. 이후, 선택적으로 상기 단계(S30)에 의해, 상기 합일된 토너 코어부(10')가 냉각된다(미도시). 이어서, 상기 단계(S40)에 의해, 상기 합일된 토너 코어부(10')를 둘러싸는 쉘부(20)가 형성된다. 상기 쉘부(20)는 서로 약하게 응집된 제2 결착수지들(21)을 포함한다. 이후, 상기 단계(S50)에 의해, 상기 합일된 토너 코어부(10')를 둘러싸는 합일된 쉘부(20')가 형성된다. 결과로서, 합일된 토너 입자(10'+20')를 얻는다. 상기 합일된 토너 입자(10'+20')는 구성성분들이 서로 단단히 응집되어 있으며, 토너 코어부(10')와 쉘부(20')의 경계가 뚜렷하여 매끄러운 표면 및 균일한 구조를 갖는다. 이에 따라, 상기 합일된 토너 입자(10'+20')는 장시간 사용되거나 주변 온도 및 습도가 변화될 경우에도 왁스의 표면 노출과 같은 문제점이 발생하지 않아 우수한 내구성 및 환경 안정성을 갖는다.

쉘부(20')의 표면에는 외첨제(미도시)가 더 분포될 수 있다.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 상기 토너의 제조방법과의 비교를 위해, 도 2를 참조하여 종래기술에 따른 토너의 제조방법을 상세히 설명한다.

도 2는 종래기술에 따른 토너의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 먼저, 토너 코어부(100)가 형성된다(미도시). 상기 토너 코어부(100)는 서로 약하게 응집된 제1 결착수지(110), 착색제(120) 및 왁스(130)를 포함한다. 이어서, 단계(S100)에 의해 토너 코어부(100)를 불규칙하게 둘러싸는 쉘부(200)가 형성된다. 쉘부(200)는 서로 약하게 응집된 제2 결착수지(210)를 포함한다. 또한, 코어부(100)와 쉘부(200)는 부분적으로 뒤섞여 그 경계가 불분명하다. 구체적으로, 쉘부(200)를 형성하는 제2 결착수지(210) 중의 일부가 코어부(100)내에 위치한다. 이후, 단계(S200) 또는 단계(S300)에 의해 합일된 토너 코어부(100' 또는 100″) 및 이를 둘러싸는 합일된 쉘부(200' 또는 200″)가 형성된다. 결과로서, 합일된 토너 입자(100'+200' 또는 100″+200″)를 얻는다. 상기 합일된 토너 입자(100'+200' 또는 100″+200″)는 구성성분들이 서로 단단히 응집되어 있기는 하지만, 토너 코어부(100' 또는 100″)와 쉘부(200' 또는 200″)가 일부 뒤섞여 그 경계가 불분명하기 때문에 표면이 거칠고 불균일한 구조를 가지며, 왁스의 표면 노출과 같은 문제점이 발생한다. 이에 따라, 상기 합일된 토너 입자(100'+200' 또는 100″+200″)는 열악한 내구성 및 환경 안정성을 갖는다.

쉘부(200' 또는 200″)의 표면에는 외첨제(미도시)가 더 분포될 수 있다.

이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.

실시예

제조예 1: 결착수지 분산액의 제조

교반기, 온도계 및 콘덴서가 설치된 부피가 30 리터인 반응기를 오일조내에 설치하였다. 이와 같이 설치된 반응기 내에 증류수 및 계면활성제(Dowfax 2A1)를 각각 6,600g 및 32g씩 투입하여 반응기 온도를 70℃까지 증가시키고 100rpm의 교반속도로 교반시켰다. 이후, 모노머, 즉 스티렌 8,380g, 부틸 아크릴레이트 3,220g, 2-카르복시에틸 아크릴레이트 370g 및 1,10-데칸디올 디아크릴레이트 226g과, 증류수 5,075g, 계면활성제(Dowfax 2A1) 226g, 마크로모노머로서 폴리에틸렌글리콜 에틸에테르 메타크릴레이트 530g, 사슬이동제로서 1-도데칸티올 188g의 유화혼합물을 디스크 타입 임펠러로 450rpm으로 30분 동안 교반한 다음, 상기 반응기에 1시간 동안 천천히 투입하였다. 이후, 약 8시간 동안 반응을 진행시킨 다음 상온(25℃)까지 천천히 냉각시켜 반응을 완료하였다. 결과로서, 결착수지를 얻었다.

반응 완료 후 시차주사열량계(DSC)를 이용하여 상기에서 얻어진 결착수지의 유리전이온도(Tg)를 측정한 결과, 상기 온도는 57℃이었다. 또한, 폴리스티렌(Polystyrene) 기준 시료를 사용하여 GPC(gel permeation chromatography)에 의해 상기 결착수지의 중량평균분자량을 측정하였고, 그 결과 상기 중량평균분자량은 45,000이었다.

제조예 2: 착색제 분산액의 제조

교반기, 온도계 및 콘덴서가 설치된 부피 5리터인 반응기에 시안 안료(ECB303, 일본의 대일정화주식회사 제품) 540g, 계면활성제(Dowfax 2A1) 27g 및 증류수 2,450g을 넣은 후, 10시간 동안 천천히 교반시키면서 예비분산을 수행하였다. 10시간 동안의 예비분산을 수행한 후, 비즈밀(독일 Netzsch사, Zeta RS)을 사용하여 4시간 동안 분산시켰다. 결과로서, 착색제 분산액을 얻었다.

분산 완료후, 멀티사이저 2000(Malvern사 제품)을 사용하여 시안 안료 입자의 입도를 측정한 결과, D50(v)가 170nm이었다. 여기서, D50(v)은 부피평균입경을 기준으로 50%에 해당되는 입경, 즉 입경을 측정하여 작은 입자부터 부피를 누적할 경우 총부피의 50%에 해당하는 입경을 의미한다.

제조예 3: 왁스 분산액의 제조

교반기, 온도계 및 콘덴서가 설치된 부피 5 리터 반응기에 계면활성제 (Dowfax 2A1) 65g 및 증류수 1,935g을 투입한 후, 상기 혼합액을 95℃에서 약 2시간 동안 천천히 교반하면서 왁스(일본 중경유지社, P-778) 1,000g을 상기 반응기에 투입하였다. 상기 혼합액을 압력 토출형 호모게나이저(Homogenizer, 일본 정밀기계)를 사용하여 30분간 분산시켰다. 결과로서, 왁스 분산액을 얻었다.

분산 완료 후, 멀티사이저 2000(Malvern사 제품)을 사용하여 분산된 왁스 입자의 입도를 측정한 결과, D50(v)이 200nm이었다.

실시예 1: 코어-쉘 구조의 토너 입자의 제조

(코어부 형성단계)

70 리터 반응기에 상기 제조예 1에서 제조된 결착수지 분산액, 상기 제조예 2에서 제조된 착색제 분산액 및 상기 제조예 3에서 제조된 왁스 분산액을 투입한 다음, 25℃에서 약 15분간 1.21m/sec의 교반속도로 교반하여 혼합하였다. 여기에, 응집제로서 PSI(Poly Silcato Iron)와 질산 수용액(농도=1.88wt%)의 혼합 용액(PSI/질산 수용액=1/2(중량비))을 첨가하고, 호모게나이저(IKA社, T-50)를 사용하여 25℃에서 10,000rpm의 교반속도로 30분간 반응기 내용물을 교반시켰다. 이때, 상기 반응기 내용물의 pH는 1.6이었다. 이후, 반응기의 온도를 53℃로 1차 승온시킨 다음, 140rpm으로 교반하여 토너 입자의 D50(v)이 5.3㎛가 될 때까지 응집을 계속하였다.

(코어부 합일단계)

상기 코어부 형성단계 후, 상기 반응기에 4중량% 수산화나트륨 수용액을 투입하여 pH가 4가 될 때까지는 115rpm으로 교반시키고, pH가 7이 될 때까지는 100rpm으로 교반시켰다. 상기 교반 중에 반응기의 온도를 96℃로 2차 승온시켜 상기 코어부가 합일되도록 하였다. 이때, FPIA-3000(sysmex사 제품, 일본 소재)을 이용하여 원형도를 측정하였을 때, 상기 측정된 원형도가 0.980이 될 때까지 반응기의 온도를 96℃로 유지시켜 합일을 계속하였다.

(냉각단계)

상기 코어부 합일단계 후, 반응기 내용물을 상기 반응기의 외부에 설치된 워터 자켓내에 7℃의 냉각수를 순환시켜 25℃로 냉각하였다.

(쉘부 형성단계)

상기 냉각단계 후, 상기 반응기에 상기 제조예 1에서 제조된 결착수지 분산액을 약 30분에 걸쳐 투입하였다. 여기에, 응집제로서 PSI(Poly Silcato Iron)와 질산 수용액(농도=1.88wt%)의 혼합 용액(PSI/질산 수용액=1/2(중량비))을 첨가하고, 호모게나이저(IKA社, T-50)를 사용하여 25℃에서 10,000rpm의 교반속도로 30분간 반응기 내용물을 교반하였다. 이후, 반응기의 온도를 53℃로 유지시킨 상태에서 토너 입자의 D50(v)이 6.8㎛가 될 때까지 교반을 계속하였다.

(토너 입자 합일단계 및 후속단계)

상기 쉘부 형성단계 후, 상기 반응기에 4중량% 수산화나트륨 수용액을 투입하여 pH가 4가 될 때까지는 115rpm으로 교반시키고, pH가 7이 될 때까지는 100rpm으로 교반시켰다. 상기 교반 중에 반응기의 온도를 96℃로 3차 승온시켜 토너 입자가 합일되도록 하였다. 이후, FPIA-3000(sysmex사 제품, 일본 소재)을 이용하여 원형도를 측정하였을 때, 상기 측정된 원형도가 0.980일 경우 반응기의 온도를 40℃로 냉각하고, 반응기 내용물의 pH를 9.0으로 조정하여 Nylon mesh (pore size: 16㎛)를 사용하여 토너 입자를 분리시킨 다음, 상기 분리된 토너 입자를 증류수로 4회 세척한 후, 1.88중량%의 질산 수용액을 증류수와 혼합하여 제조한 pH가 1.5인 혼합액으로 재세척하고, 이후 증류수로 4회 재세척하여 계면활성제 등을 모두 제거하였다. 이후, 세척이 완료된 토너 입자를 유동층 건조기에서 40℃의 온도에서 5시간 동안 건조하여 건조된 토너 입자를 얻었다.

비교예 1: 코어-쉘 구조의 토너 입자의 제조

(코어부 형성단계)

70 리터 반응기에 상기 제조예 1에서 제조된 결착수지 분산액, 상기 제조예 2에서 제조된 착색제 분산액 및 상기 제조예 3에서 제조된 왁스 분산액을 투입한 다음, 25℃에서 약 15분간 1.21m/sec의 교반속도로 교반하여 혼합하였다. 여기에, 응집제로서 PSI(Poly Silcato Iron)와 질산 수용액(농도=1.88wt%)의 혼합 용액(PSI/질산 수용액=1/2(중량비))을 첨가하고, 호모게나이저(IKA社, T-50)를 사용하여 25℃에서 10,000rpm의 교반속도로 30분간 반응기 내용물을 교반시켰다. 이때, 상기 반응기 내용물의 pH는 1.6이었다. 이후, 반응기의 온도를 53℃로 1차 승온시킨 다음, 140rpm으로 교반하여 토너 입자의 D50(v)이 5.3㎛가 될 때까지 응집을 계속하였다

(셀부 형성단계)

상기 코어부 형성단계 후, 상기 반응기에 상기 제조예 1에서 제조된 결착수지 분산액을 30분에 걸쳐 투입하였다. 이후, 반응기의 온도를 53℃로 유지시킨 상태에서 토너 입자의 D50(v)이 6.8㎛가 될 때까지 교반을 계속하였다.

(토너 입자 합일 단계 및 후속단계)

상기 쉘부 형성단계 후, 상기 반응기에 4중량% 수산화나트륨 수용액을 반응기에 투입하여 pH가 4가 될 때까지는 115rpm으로 교반시키고, pH가 7이 될 때까지는 100rpm으로 교반시켰다. 이후, 상기 교반속도를 유지하면서 반응기의 온도를 96℃로 2차 승온시켜 토너 입자가 합일되도록 하였다. 이후, FPIA-3000(sysmex사 제품, 일본 소재)을 이용하여 원형도를 측정하였을 때, 상기 측정된 원형도가 0.980일 경우 반응기의 온도를 40℃로 냉각하고, 반응기 내용물의 pH를 9.0으로 조정하여 Nylon mesh (pore size: 16㎛)를 사용하여 토너 입자를 분리시킨 다음, 상기 분리된 토너 입자를 증류수로 4회 세척한 후, 1.88중량%의 질산 수용액을 증류수와 혼합하여 제조한 pH가 1.5인 혼합액으로 재세척하고, 이후 증류수로 4회 재세척하여 계면활성제 등을 모두 제거하였다. 이후, 세척이 완료된 토너 입자를 유동층 건조기에서 40℃의 온도에서 5시간 동안 건조하여 건조된 토너 입자를 얻었다.

상기 실시예 1 및 비교예 1에서 사용된 성분들의 함량을 하기 표 1에 나타내었다.

		결착수지 분산액(A)(g)	착색제 분산액(g)	왁스 분산액 (g)	응집제(g)
실시예 1	코어부 형성단계	8,380	670	860	2,750
	쉘부 형성단계	3,180	0	0	1,070
비교예 1	코어부 형성단계	8,380	670	860	3,820
	쉘부 형성단계	3,180	0	0	0

토너입자의 부피평균입경 ( D50 (v)) 측정

벡크만사(Beckman Coulter Inc.)의 멀티사이저(Multisizer™ 3 Coulter Counter^®)를 사용하여 토너입자의 부피평균입경(D50(v))을 측정하였다. 상기 멀티사이저에서 애퍼처(aperture)는 100㎛을 이용하고, 전해액인 ISOTON-II(Beckman Coulter사) 50~100ml에 계면활성제(Dowfax 2A1)를 적정량 첨가하고, 여기에 측정 시료 10~15mg을 첨가한 후 초음파 분산기에 5분간 분산 처리함으로써 샘플을 제조하였다.

토너 입자의 원형도 측정

FPIA-3000(Sysmex사 제품, 일본 소재)을 이용하여 토너 입자의 원형도(circularity)를 측정하였다. FPIA-3000을 이용한 원형도 측정에 있어서 측정 시료의 제조는 증류수 50~100ml에 계면활성제(Dowfax 2A1)를 적정량 첨가하고, 여기에 토너 입자 10~20mg을 첨가한 후 초음파 분산기에서 1분간 분산 처리함으로써 이루어졌다.

원형도는 하기 수학식 1에 의해 FPIA-3000에서 자동으로 구해진다.

[수학식 1]

원형도(circularity) = 2×(면적×π)^1/2/페리미터

상기 식에서 면적(area)은 투영된 토너의 면적을 의미하고, 페리미터(perimeter)는 투영된 토너의 둘레 길이를 의미한다. 이 값은 0~1 값을 가질 수 있으며, 1에 가까울수록 구형을 의미하게 된다.

평가예

상기 실시예 1　및 비교예 1에서 제조된 각각의 토너의 내구성, 마찰대전량 및 환경 안정성을 아래와 같이 평가하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

내구성 평가

상기 각 실시예 및 비교예에서 제조된 각 토너 입자 200g, 실리카 (TG 810G; Cabot사 제품) 1.2g, 및 실리카 (RX50; Degussa사 제품) 1.0g을 혼합하여 제조한 외첨 토너를 사용하여 화상농도를 평가하였다. 화상농도 평가는 디지털 풀 컬러 프린터기인 HP2025(HP社)를 개조한 장치로 현상하여 실시하였다. 화상농도는 분광 측색 농도계인 Spectroeye (GretagMacbeth社)를 사용하여 측정하였다.

상기 각 외첨 토너를 사용하여 연속 베타 인쇄를 수행하고, 100장 인쇄후의화상농도와 1,000장 인쇄 후의 화상농도를 측정한 후, 100장 인쇄 후의 화상농도에 대한 1,000장 인쇄 후의 화상농도의 백분율을 구한 다음, 하기 기준에 따라 내구성을 평가하였다.

◎: 상기 화상농도의 백분율이 95%이상

○: 상기 화상농도의 백분율이 85%이상, 95% 미만

△: 상기 화상농도의 백분율이 75%이상, 85% 미만

×: 상기 화상농도의 백분율이 75% 미만

마찰 대전량 평가

토너의 마찰 대전량은 q/m meter (Epping社, 독일)를 사용하여 측정하였다. 상기 각 실시예 및 비교예에서 제조된 토너 0.7g, 및 캐리어(100㎛, 일본화상학회) 9.3g를 100mL 광구병에 투입한 다음 H/H 조건(35℃, RH 85%)에서 15시간 동안 방치하였다. 이어서, Turbula mixer(WAB社, 스위스)를 사용하여 96rpm으로 5분간 혼합하였다. 혼합이 끝나면 시료 0.1g을 q/m meter의 측정 cell에 넣고 80ml/min 및 1,000 voltage의 조건하에서 스캔하여 대전량을 측정하였다. 주위 온도 및 상대 습도(RH) 조건을 제외하고는, 상기 마찰 대전량 평가 시험과 동일한 시험을 N/N 조건(25℃, RH 50%) 및 L/L 조건(10℃, RH 10%)에서도 각각 실시하였다.

환경 안정성 평가

상기 측정된 토너의 대전량으로부터 하기 수학식 2를 이용하여, 토너 대전 성능의 환경 변동률을 계산하였다. 여기서, 환경 변동률이 작을수록 환경 안정성이 우수한 것을 의미한다.

[수학식 2]

환경 변동률(%)=[토너의 마찰 대전량(L/L 조건)-토너의 마찰 대전량(H/H 조건)]/토너의 마찰 대전량(L/L 조건)×100

	내구성	마찰 대전량 (uC/g)			환경 변동률(%)
		H/H 조건 (35℃, RH 85%)	N/N 조건 (25℃, RH 50%)	L/L 조건 (10℃, RH 10%)
실시예 1	◎	-38	-41	-47	19
비교예 1	○	-35.5	-41	-50.5	30

상기 표 2를 참조하면, 실시예 1에서 제조된 토너는 비교예 1에서 제조된 토너에 비해 내구성 및 환경 안정성이 모두 우수한 것으로 나타났다. 한편, 실시예 1에서 제조된 토너는 비교예 1에서 제조된 토너와 마찰 대전량이 서로 비슷한 것으로 나타났다.

본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10, 10', 100, 100', 100″: 코어부 11, 110: 결착수지
12, 120: 착색제 13, 130: 왁스
20, 20', 200, 200', 200″: 쉘부

Claims (7)

1. 반응기에 제1 결착수지 분산액, 착색제 분산액, 왁스 분산액 및 응집제를 투입한 다음, 반응기 내용물을 1차 승온시켜 토너 코어부를 형성하는 단계(S10);
   상기 토너 코어부 형성단계를 거친 반응기 내용물을 2차 승온시켜 합일된 토너 코어부를 얻는 단계(S20);
   상기 합일된 토너 코어부를 함유하는 반응기 내용물에 제2 결착수지 분산액 및 응집제를 더 첨가하여 상기 합일된 토너 코어부를 둘러싸는 쉘부를 형성하는 단계(S40); 및
   상기 쉘부 형성단계를 거친 반응기 내용물을 3차 승온시켜 합일된 토너 입자를 얻는 단계(S50)를 포함하는 토너의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단계(S20)와 상기 단계(S40) 사이에, 상기 합일된 토너 코어부를 함유하는 반응기 내용물을 냉각하는 단계(S30)를 더 포함하는 토너의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 결착수지 및 상기 제2 결착수지는 서로 독립적으로 24,000~79,000의 중량평균분자량을 갖는 토너의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 1차 승온은 상기 코어부 형성단계에 투입된 상기 제1 결착수지의 유리전이온도 보다 2~20℃ 낮은 온도까지 진행되는 토너의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 2차 승온은 상기 코어부 형성단계에 투입된 상기 제1 결착수지의 유리전이온도 보다 10~40℃ 높은 온도까지 진행되는 토너의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 3차 승온은 상기 쉘부 형성단계에 첨가된 제2 결착수지의 유리전이온도 보다 10~40℃ 높은 온도까지 진행되는 토너의 제조방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 코어부 형성단계(S10)에 첨가되는 상기 제1 결착수지의 함량 및 상기 쉘부 형성단계(S40)에 첨가되는 상기 제2 결착수지의 함량은 상기 제1 결착수지 및 상기 제2 결착수지의 총 첨가량 100중량부에 대하여 각각 65~85중량부 및 15~35중량부인 토너의 제조방법.

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