KR20160076652A - 정밀 인쇄가 가능한 레이저 프린터용 분체 토너 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 100㎚∼10㎛의 평균 입경을 갖는 분말 상태의 세라믹 무기안료 표면에 유기화합물계 실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질이 코팅되어 있고, 상기 유기화합물계 실란은 감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, GN-옥틸트리에톡시실란, 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드, 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 및 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 중에서 선택된 1종 이상의 실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 세라믹 무기안료에 정전기 유도물질을 코팅하여 레이저 프린터에 필요한 정전기력을 제공할 수 있고, 기계적 특성(mechanical properties)이 우수하며, 높은 해상도와 우수한 정밀도를 구현할 수 있다.

Description

정밀 인쇄가 가능한 레이저 프린터용 분체 토너 및 그 제조방법{Powder toner of laser printer for precise printing and manufacturing method of the same}

본 발명은 레이저 프린터용 분체 토너 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세라믹 무기안료에 정전기 유도물질을 코팅하여 레이저 프린터에 필요한 정전기력을 제공할 수 있고, 높은 해상도와 우수한 정밀도를 구현할 수 있는 레이저 프린터용 분체 토너 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재 국내 도자기 업체들은 전사지법으로 이미지를 디자인하고 있다. 현재 상용되는 도자기 전사지는 대부분 실크스크린 인쇄(silk screen printing)법에 의하여 제조되고 있다.

그러나, 실크스크린 인쇄법은 해상도가 최대 150dpi급으로 낮은 해상도이고, 색상별 실크스크린 제작 및 스퀴즈 공정으로 인해 제품 생산력이 저하되기 마련이다. 또한, 공정이 복잡하고 정밀도가 떨어지는 문제가 있다.

실크스크린 인쇄법을 이용하는 전사지법으로는 디자인 경쟁력이 저하될 수밖에 없다. 도자기 전사지 제작을 위한 실크스크린 공정이 복잡하고, 별색, 4색 분해에 의한 다수의 실크스크린 공정으로 저해상도의 도자기 전사지가 제작될 수밖에 없으며, 실크스크린 공정에서 다수의 화학물질 사용으로 도자기 전사지 산업이 쇠퇴하고 있는 실정이다.

이러한 문제점들을 개선하기 위하여 레이저 프린팅용 무기안료를 개발하여 도자기 장식 디자인의 다양성을 구현하고, 도자기 전사지의 해상도 및 품질을 개선할 필요가 있다.

대한민국 특허등록공보 10-1105372

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 세라믹 무기안료에 정전기 유도물질을 코팅하여 레이저 프린터에 필요한 정전기력을 제공할 수 있고, 높은 해상도와 우수한 정밀도를 구현할 수 있는 레이저 프린터용 분체 토너 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은, 100㎚∼10㎛의 평균 입경을 갖는 분말 상태의 세라믹 무기안료 표면에 유기화합물계 실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질이 코팅되어 있고, 상기 유기화합물계 실란은 감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, GN-옥틸트리에톡시실란, 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드, 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 및 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 중에서 선택된 1종 이상의 실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너를 제공한다.

상기 유기화합물계 실란과 상기 폴리에스터는 1:0.01∼1의 중량비를 이루는 것이 바람직하다.

상기 정전기 유도물질은 상기 세라믹 무기안료 지름 대비 0.001∼10%의 두께를 갖도록 코팅되어 있는 것이 바람직하다.

상기 세라믹 무기안료는 CoAl₂O₄계 분말, Mg_{1 - x}Co_xAl₂O₄(0.1≤x≤1)계 분말, Mg_1-xNi_xAl₂O₄(0.1≤x≤1)계 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 청색 안료이거나, CaSn_1-xCr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말을 포함하는 적색 안료이거나, Zr_{1 - x}Ce_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말, Zr_{1 - x}Pr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말, Zr_{1 - x}Ta_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 노란색 안료이거나, Co(Fe_{1 - x}Cr_x)₂O₄(0.01≤x≤0.5) 분말을 포함하는 검정색 안료일 수 있다.

또한, 본 발명은, 100㎚∼10㎛의 평균 입경을 갖는 분말 상태의 세라믹 무기안료를 준비하는 단계와, 유기용매에 유기화합물계 실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질을 첨가하여 정전기유도 용액을 형성하는 단계와, 상기 정전기유도 용액에 상기 세라믹 무기안료를 혼합하여 상기 세라믹 무기안료 표면에 유기화합물계 실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질이 코팅되게 하는 단계 및 상기 정전기 유도물질이 코팅된 세라믹 무기안료를 건조하는 단계를 포함하며, 상기 유기화합물계 실란은 감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, GN-옥틸트리에톡시실란, 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드, 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 및 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 중에서 선택된 1종 이상의 실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너의 제조방법을 제공한다.

상기 유기화합물계 실란은 상기 정전기유도 용액에 0.1∼30중량% 함유되게 용해하는 것이 바람직하고, 폴리에스터 비드가 벤젠에 용해된 폴리에스터 용액을 상기 유기용매에 첨가하여 상기 정전기유도 용액을 형성하며, 상기 유기화합물계 실란과 상기 폴리에스터는 1:0.01∼1의 중량비를 이루는 것이 바람직하다.

상기 정전기 유도물질은 상기 세라믹 무기안료 지름 대비 0.001∼10%의 두께를 갖도록 코팅되는 것이 바람직하다.

상기 세라믹 무기안료는 CoAl₂O₄계 분말, Mg_{1 - x}Co_xAl₂O₄(0.1≤x≤1)계 분말, Mg_1-xNi_xAl₂O₄(0.1≤x≤1)계 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 청색 안료이거나, CaSn_1-xCr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말을 포함하는 적색 안료이거나, Zr_{1 - x}Ce_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말, Zr_{1 - x}Pr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말, Zr_{1 - x}Ta_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 노란색 안료이거나, Co(Fe_{1 - x}Cr_x)₂O₄(0.01≤x≤0.5) 분말을 포함하는 검정색 안료일 수 있다.

본 발명에 의하면, 세라믹 무기안료에 정전기 유도물질을 코팅하여 레이저 프린터에 필요한 정전기력을 제공할 수 있고, 기계적 특성(mechanical properties)이 우수하며, 높은 해상도와 우수한 정밀도를 구현할 수 있다.

본 발명의 레이저 프린터용 분체 토너가 적용된 레이저 프린터는 높은 해상도와 우수한 정밀도를 갖는 도자기 전사지를 제조하는데 사용될 수 있다.

도 1은 실험예 1에 따라 음전하로 대전시킨 분말이 샬레에 담긴 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 실험예 1에 따라 양전하로 대전된 아크릴판 부분을 음전하로 대전시킨 분말이 담긴 샬레 위에 덮어두고 분말이 붙는 정도를 확인한 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 유기화합물계 실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이다.
도 4는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이다.
도 5는 감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이다.
도 6은 GN-옥틸트리에톡시실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이다.
도 7은 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이다.
도 8은 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이다.
도 9는 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이다.
도 10은 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이다.
도 11은 실험예 2에서 사용된 블랙 무기안료의 사진이다.
도 12는 정전기 유도물질을 코팅하기 전의 무기안료 분말을 보여주는 투과전자현미경(TEM; transmission election microscope) 사진이다.
도 13은 실험예 2에 따라 정전기 유도물질을 코팅한 후의 무기안료 분말을 보여주는 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 14는 실험예 2에 따라 정전기 유도물질을 코팅한 후의 무기안료의 X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 패턴이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

레이저 프린터는 레이저 광선으로 감광 드럼에 프린트 이미지를 기록하고, 용지에 전사하는 프린터로서, 빛에 반응하는 드럼 위에 레이저 광선으로 문자나 그림을 만들고, 토너를 뿌려서 현상하고, 이것을 용지에 옮기고 열에 의해서 정착하는 구조로 되어 있다.

레이저 프린터는 감광에 따라 정전기에 의한 전자상을 만드는 드럼 위에 레이저 광선을 패턴에 따라 주사시키며, 드럼 위에는 프린트할 패턴에 대응한 정전기상이 생기므로, 그 정전기의 힘을 이용하여 토너라는 분말 상태를 부착시켜 그것을 종이와 같은 용지에 전사하고 열로 고정하는 것을 말한다. 이러한 레이저 프린터는 일반적으로 잘 알려져 있는 장치이므로 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.

레이저 프린터기에서 용지가 인쇄되는 과정은 일반적으로 대전-노광-현상-전사-정착-클리닝(Cleaning)-이레이징(Erasing) 순으로 총 7단계로 이루어져 있다.

이를 더욱 구체적으로 설명하면, 대전롤러(charging Roller)는 OPC 드럼(Organic Photo-Conduction Drum) 표면이 일정한 음전위(예컨대, -850∼-750V DC)를 가질 수 있도록 대전시키는 역할을 한다.

OPC 드럼 표면상에 이미지가 생성되어야 할 위치는 레이저빔으로 노광되어 이전의 음전위를 잃게 된다.

음전위로 이온화되어 있는 토너는 현상롤러(Development Roller; DR)를 통해 회전하는 OPC 드럼 표면상의 노광된 잠상의 위치에 안착한다.

노광된 위치의 전위(예컨대, -50∼-40V DC)와 그렇지 않은 곳의 전위(예컨대, -850∼-750V DC) 차이로 인해 토너 입자가 노광된 부분으로 이동한다.

OPC 드럼 상의 토너는 강한 양극(예컨대, 500∼4000V DC)을 띄고 있는 전사롤러(Transfer Roller)로 인해 용지로 이동한다. OPC 드럼 표면에 있는 토너는 전사롤러에 이끌려 용지 위로 이동함으로써 인쇄용지 위에 토너에 의한 모습이 보이게 된다.

전사로 인해 이미지를 형성하고 있는 용지가 히트(Heaat) 롤러와 압착(Pressure) 롤러 사이를 지나면서 토너는 왁스 형태로 녹아서 용지 위에 화상이 정착된다.

OPC 드럼에 남아있는 토너 및 이물질을 클리닝 블레이드(Cleaning Blade)를 이용해서 제거한다.

OPC 드럼 표면에 이레이즈 램프(Erase Lamp)를 이용하여 빛을 비춰서 OPC 드럼에 남아 있는 잔류 전위를 제거한다.

정전기 발생 원리를 살펴보면, 물질이 마찰이나, 박리, 접촉, 충돌, 변형, 이온흡착 등에 의해서 최외곽 전자가 떨어져 나가 다른 쪽 물질에 전자가 붙으면서 한쪽은 전자가 부족한 (+) 상태가 되고, 다른 한쪽은 전자의 수가 많은 (-) 상태가 된다.

이러한 정전기 발생에는 접촉대전, 마찰대전, 박리대전, 유동대전, 분출대전, 충돌대전이 있다.

1. 접촉대전

서로 다른 물질이 접촉하게 되면 전하이동을 해서 접촉면 표면에 전기이중층이 형성이 된다. 전기이중층이 형성된 상태에서 두 물질을 서로 분리시키면 전하 분리에 의해서 정전기가 발생한다.

2. 마찰대전

물체가 마찰에 의하여 접촉위치가 이동해 전하가 분리되면서 정전기가 발생한다. 마찰대전은 마찰대전-접촉-분리 과정을 거친다.

3. 박리대전

밀착되어 있는 물체가 떨어질 때 전하 분리가 일어나서 정전기가 발생한다. 박리대전은 마찰대전보다 큰 정전기가 발생한다. 밀착되어 있는 물체가 동일한 물질이라도 표면상태(표면의 부식, 평활도)에 따라서 정전기가 발생할 수 있다.

4. 유동대전

유동성이 있는 분체나 액체 물질이 파이프를 따라 흘러갈 때 전기이중층이 형성되어서 전하의 일부가 유동성에 의해서 이동하므로 정전기가 발생된다. 분체 및 액체의 이동속도에 의해서 정전기의 크기가 좌우된다.

5. 분출대전, 충돌대전

액체 및 분체가 좁은 개구부로 이동하면서 마찰에 의해 정전기가 발생한다. 또한 마찰에 의한 정전기 발생 이외에도 분체 및 액체 간의 충돌에 의해 정전기가 발생한다.

충돌대전은 분체류와 같은 입자와 입자 간 혹은 입자와 고체와의 충돌에 의해 빠른 접촉, 분리가 일어나서 정전기가 발생한다.

본 발명은 도자기 전사 등에 사용될 수 있는 레이저 프린터용 분체 토너를 제시하며, 세라믹 무기안료에 정전기 유도물질을 코팅하여 레이저 프린터에 필요한 정전기력을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 프린터용 분체 토너는, 100㎚∼10㎛의 평균 입경을 갖는 분말 상태의 세라믹 무기안료 표면에 유기화합물계 실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질이 코팅되어 있고, 상기 유기화합물계 실란은 감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, GN-옥틸트리에톡시실란, 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드, 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 및 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 중에서 선택된 1종 이상의 실란을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 프린터용 분체 토너의 제조방법은, 100㎚∼10㎛의 평균 입경을 갖는 분말 상태의 세라믹 무기안료를 준비하는 단계와, 유기용매에 유기화합물계 실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질을 첨가하여 정전기유도 용액을 형성하는 단계와, 상기 정전기유도 용액에 상기 세라믹 무기안료를 혼합하여 상기 세라믹 무기안료 표면에 유기화합물계 실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질이 코팅되게 하는 단계 및 상기 정전기 유도물질이 코팅된 세라믹 무기안료를 건조하는 단계를 포함하며, 상기 유기화합물계 실란은 감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, GN-옥틸트리에톡시실란, 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드, 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 및 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 중에서 선택된 1종 이상의 실란을 포함한다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 프린터용 분체 토너 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.

무기안료는 유기 안료에 비해 일반적으로 불투명하고 농도가 불충분하며, 유기안료에 비해 색의 선명도·착색력과 인쇄적성이 떨어지는 단점이 있지만, 내광성 및 내열성이 양호하고, 유기용매에 녹지 않고 안정하며, 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 이러한 무기안료로서 아연, 구리, 철, 납, 크롬, 코발트 등의 산화물이 많이 알려져 있다.

세라믹 무기안료는 세라믹으로 이루어진 안료로서, 다양한 색상을 가지는 안료일 수 있으며, 블랙(black; K), 시안(cyan; C), 마젠타(magenta; M) 및 옐로우(yellow; Y)의 4원색 중에서 선택된 1종 이상의 색상을 발현하는 안료일 수 있다.

더욱 구체적으로 살펴보면, 세라믹 무기안료로서 CoAl₂O₄는 스피넬 구조를 가지며, 열적, 화학적으로 안정하고, 청색(blue)(시안)을 내는 무기안료로 사용될 수 있다. 이러한 청색계 세라믹 무기안료로 Mg_{1 - x}Co_xAl₂O₄(0.1≤x≤1)계 분말, Mg_{1 -x}Ni_xAl₂O₄(0.1≤x≤1)계 분말 또는 이들의 혼합물 등도 있다.

적색(마젠타)계 세라믹 무기안료로는 CaSn_{1 - x}Cr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말 등을 그 예로 들 수 있다.

노란색(옐로)계 세라믹 무기안료로는 Zr_{1 - x}Ce_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말, Zr_1-xPr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말, Zr_{1 - x}Ta_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말 또는 이들의 혼합물 등을 그 예로 들 수 있다.

검정색(블랙)계 세라믹 무기안료로는 Co(Fe_{1 - x}Cr_x)₂O₄(0.01≤x≤0.5)계 분말 등을 그 예로 들 수 있다.

상기 세라믹 무기안료는 100㎚∼10㎛의 평균 입경을 갖는 분말 상태의 안료를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 무기안료의 평균 입경이 100㎚ 미만일 경우에는 제조가 어렵고 비싸기 때문에 경제적이지 못하며, 상기 세라믹 무기안료의 평균 입경이 10㎛를 초과하는 경우에는 인쇄 후에 표면이 거칠고 용지에 대한 부착성이 떨어질 수 있으며 우수한 정밀도를 갖는 문양 형성에 어려움이 있을 수 있다.

본 발명에서는 정전기 유도물질로 유기화합물계 실란과 폴리에스터의 혼합물을 사용하고, 이러한 정전기 유도물질을 세라믹 무기안료에 코팅하여 정전기력(electrostatic charging)이 발현될 수 있음을 확인하고자 한다.

일반적으로 실란(silane)은 수소화 규소 Si_nH_{2n ＋2}의 총칭을 의미한다.

단순히 실란이라 할 때는 n=1의 화합물인 SiH₄를 지칭한다. SiH₄는 특이한 냄새가 나는 무색 기체로, 녹는점 －184.7℃, 끓는점 －112℃이다. 공기 중에서는 자연 발화한다. 수산화 알칼리 용액과 작용하여 수소를 발생하고 규산알칼리가 된다. 가열하면 분해하여 수소와 규소가 되고, 상온에서는 안정하다.

n = 2, 3 등의 화합물은 디실란, 트리실란 등이라 한다.

SiH₄의 수소 원자가 탄화수소기 등으로 치환된 유기 화합물을 총칭할 때도 실란이란 명칭이 사용된다. 어느 것이나 공기 중에서는 자연 발화하지만 공기를 차단하고 보존하면 상온에서도 안정하다. 대응하는 파라핀계 탄화수소에 비해서 뚜렷하게 불안정하여, 물·수산화 알칼리 용액 등과 반응하거나 열분해를 받기 쉽다. 보통은 마그네슘의 분말과 규사의 고운 분말의 혼합물에 점화하여 생기는 규소화 마그네슘 Mg₂Si를 산으로 분해시키면 수소와 함께 혼합물이 생긴다. 수소를 알킬기·할로겐·수산기 등으로 치환한 유도체를 만든다.

정전기 유도물질로서 수소 원자가 탄화수소기로 치환된 유기화합물계 실란(silane)을 사용하며, 이러한 유기화합물계 실란으로는 감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란(Gamma-methacryloxypropyltrimethoxy silane), 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란(3-(N-Phenylamino) propyltrimethox silane), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-Glycidoxypropyltrimethoxy silane), GN-옥틸트리에톡시실란(GN-Octyltriethoxy silane), 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드(Bis(3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide), 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란(Pheny tris(methylethylketoximino)silane), 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란(Methyltris(methylethylketoximino)silane) 또는 이들의 혼합물을 사용한다.

상기 세라믹 무기안료에 정전기 기능성을 부여하기 위하여 정전기 유도물질을 코팅한다. 상기 정전기 유도물질은 상기 세라믹 무기안료 지름 대비 0.001∼10%의 두께를 갖도록 코팅되는 것이 바람직하다. 정전기 유도물질과 유기용매를 혼합하여 정전기유도 용액을 형성하고, 상기 정전기유도 용액에 상기 세라믹 무기안료를 혼합하여 세라믹 무기안료에 정전기 유도물질이 코팅되게 한다. 상기 정전기 유도물질은 유기화합물계 실란과 폴리에스터(Polyester)를 혼합하여 사용한다.

에탄올과 같은 유기용매에 유기화합물계 실란을 첨가하여 용해하고, 여기에 폴리에스터 용액을 첨가하여 정전기유도 용액을 형성한다.

유기화합물계 실란은 용해가 잘 되지 않기 때문에 유기용매에 첨가하고 소정 시간 이상(예컨대, 10분 이상)을 교반하여 주는 것이 바람직하다. 상기 교반은 10∼1,000rpm 정도의 회전속도로 수행하는 것이 바람직하다. 상기 유기화합물계 실란은 상기 정전기유도 용액에 0.1∼30중량% 함유되게 용해하는 것이 바람직하다.

폴리에스터는 수용성이 아니기 때문에 벤젠과 같은 용제에 용해하여 폴리에스터 용액으로 형성하여 사용한다.

유기용매에 유기화합물계 실란과 폴리에스터 용액을 혼합하고, 상기 유기화합물계 실란과 폴리에스터가 혼합된 정전기유도 용액에 상기 세라믹 무기안료를 혼합하여 세라믹 무기안료에 유기화합물계 실란과 폴리에스터가 코팅되게 한다.

상기 유기화합물계 실란과 상기 폴리에스터는 1:0.01∼1의 중량비를 이루는 것이 바람직하다.

상기 세라믹 무기안료에 정전기 기능성을 부여하기 위하여 정전기 유도물질을 코팅한 후에, 정전기 유도물질이 코팅된 세라믹 무기안료를 건조한다. 상기 건조는 40∼150℃ 정도의 온도에서 용매 성분이 충분히 휘발될 수 있는 시간(예컨대, 10분∼48시간) 동안 수행하는 것이 바람직하다.

건조된 후에는 분말 입자들이 응집되어 있을 수 있으므로 분쇄 공정을 수행하거나 체가름 공정을 수행할 수도 있다.

이렇게 제조된 레이저 프린터용 분체 토너는 100㎚∼10㎛의 평균 입경을 갖는 분말 상태의 세라믹 무기안료에 정전기 유도물질이 코팅되어 있는 구조를 갖는다.

본 발명의 레이저 프린터용 분체 토너가 적용된 레이저 프린터는 높은 해상도와 우수한 정밀도를 갖는 도자기 전사지를 제조하는데 사용될 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<실험예 1>

토너에 음전하를 띠게 하기 위해 정전기를 유발시키는 7개의 유기화합물계 실란을 안료에 첨가하여 정전기 발생 정도를 측정하였다.

비이커에 에탄올과 유기화합물계 실란을 첨가하고, 에그바를 이용하여 비이커 속의 유기화합물계 실란 용액을 약 10분간 450rpm으로 교반하여 정전기유도 용액을 형성하였다. 에탄올에 유기화합물계 실란을 각각 0.1중량%, 0.5중량%, 1.0중량%, 3중량%, 5중량%, 7중량%, 10중량%, 20중량%, 30중량% 혼합시켜서 정전기유도 용액을 제조하였다.

감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란
에탄올 첨가량	50g	50g	50g	30g	30g	30g	30g	30g	30g
실란 첨가량	0.05g	0.25g	0.5g	0.9g	1.5g	2.1g	3g	6g	9g
실란 농도	0.1wt%	0.5wt%	1wt%	3wt%	5wt%	7wt%	10wt%	20wt%	30wt%

3-글리시독시프로필트리메톡시실란
에탄올 첨가량	50g	50g	50g	30g	30g	30g	30g	30g	30g
실란 첨가량	0.05g	0.25g	0.5g	0.9g	1.5g	2.1g	3g	6g	9g
실란 농도	0.1wt%	0.5wt%	1wt%	3wt%	5wt%	7wt%	10wt%	20wt%	30wt%

메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란
에탄올 첨가량	50g	50g	50g	30g	30g	30g	30g	30g	30g
실란 첨가량	0.05g	0.25g	0.5g	0.9g	1.5g	2.1g	3g	6g	9g
실란 농도	0.1wt%	0.5wt%	1wt%	3wt%	5wt%	7wt%	10wt%	20wt%	30wt%

페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란
에탄올 첨가량	50g	50g	50g	30g	30g	30g	30g	30g	30g
실란 첨가량	0.05g	0.25g	0.5g	0.9g	1.5g	2.1g	3g	6g	9g
실란 농도	0.1wt%	0.5wt%	1wt%	3wt%	5wt%	7wt%	10wt%	20wt%	30wt%

비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드
에탄올 첨가량	50g	50g	50g	30g	30g	30g	30g	30g	30g
실란 첨가량	0.05g	0.25g	0.5g	0.9g	1.5g	2.1g	3g	6g	9g
실란 농도	0.1wt%	0.5wt%	1wt%	3wt%	5wt%	7wt%	10wt%	20wt%	30wt%

GN-옥틸트리에톡시실란
에탄올 첨가량	50g	50g	50g	30g	30g	30g	30g	30g	30g
실란 첨가량	0.05g	0.25g	0.5g	0.9g	1.5g	2.1g	3g	6g	9g
실란 농도	0.1wt%	0.5wt%	1wt%	3wt%	5wt%	7wt%	10wt%	20wt%	30wt%

3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란
에탄올 첨가량	30g	30g	30g	30g	30g	30g	30g	30g	30g
실란 첨가량	0.05g	0.25g	0.5g	0.9g	1.5g	2.1g	3g	6g	9g
실란 농도	0.1wt%	0.5wt%	1wt%	3wt%	5wt%	7wt%	10wt%	20wt%	30wt%

시안, 마젠타, 예로우, 블랙 무기안료는 가격이 다소 비싸므로 대전성 테스트 실험 시 분말을 안료 대신 사용해서 유기화합물계 실란의 대전량을 파악하였다. 상기 분말은 평균 입경이 1㎛인 규석 분말을 사용하였다.

분말을 샬레에 5g을 담아두고 정전기유도 용액 7g을 첨가하였다.

분말과 정전기유도 용액의 혼합물을 건조기에 넣고 건조하여(건조기 온도: 80℃) 에탄올을 증발시켰다.

건조시킨 물질(유기화합물계 실란으로 코팅된 분말)을 325 메쉬(mesh)에 체질을 한 후, 코팅지 내부에 양전하(+) 띠는 부분을 분말이 담긴 샬레 위에 덮어주어서 분말이 양전하를 띄는 코팅지(아크릴판)에 교착하는지를 확인하였다. 더욱 구체적으로 설명하면, 건조시킨 물질(유기화합물계 실란으로 코팅된 분말)을 건조기에서 15시간 건조시킨 후 325 메쉬로 체질을 한 후, 체질한 분말을 종이봉투에 넣은 후 밀봉해서 충분히 흔들어(대략 40회) 음전하로 대전시킨 다음에, 음전하로 대전시킨 분말을 샬레에 옮겨 담고(도 1 참조), 아크릴판을 폴리에틸렌에 20회 정도 비벼서 아크릴판을 양전하로 대전시킨 후, 양전하로 대전된 아크릴판 부분을 음전하로 대전시킨 분말이 담긴 샬레 위에 덮어두고 분말이 붙는 정도를 확인하였다(도 2 참조).

도 3은 유기화합물계 실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이다. 도 4는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이고, 도 5는 감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이며, 도 6은 GN-옥틸트리에톡시실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이고, 도 7은 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이며, 도 8은 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이고, 도 9는 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이며, 도 10은 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란의 농도별 정전기 발생을 보여주는 그래프이다.

도 3 내지 도 10을 참조하면, 정전기력을 정성적으로 평가한 결과, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란이 7wt% 첨가된 정전기유도 용액을 이용하여 코팅한 분말과, 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란이 5wt% 첨가된 정전기유도 용액을 이용하여 코팅한 코팅 분말에서 정전기력이 강하게 나타났다.

정전기유도 용액의 농도별 정전기 발생 정도를 비교해본 결과, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란이 첨가된 정전기유도 용액을 코팅한 분말은 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란의 농도가 1wt% 이상부터 정전기가 조금씩 발생되었다.

유기화합물계 실란의 농도(첨가량)이 10wt% 이상이 되면, 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드과 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란이 코팅된 분말에 점성이 생기는 것을 확인하였다. 반면 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란은 0.5wt%부터 정전기가 조금씩 발생하였고, 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 농도가 7wt% 이상이 되면 분말이 샬레에 달라붙는 경우가 발생해서 분말을 수집하기가 어렵다. 이런 증상은 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란과 GN-옥틸트리에톡시실란에서도 5wt% 이상부터 샬레에 분말이 붙는 현상이 나타났다.

유기화합물계 실란을 에탄올에 용해시킨 정전기유도 용액에 코팅하여 정전기력을 평가해본 결과, 7종류의 유기화합물계 실란 모두 0.1∼7wt% 사이에서 정전기가 다소 발생하는 것을 확인하였다. 그 중에서 아미노계 실란인 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란과 옥신계 실란인 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란이 각각 7wt%와 5wt%에서 강한 정전기가 발생하였다.

위 결과를 토대로 실제로 사용할 무기안료에 유기화합물계 실란을 코팅하여 레이저 프린터용 분체 토너로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

<실험예 2>

아래의 표 8에 나타낸 함량으로 비이커에 에탄올, 유기화합물계 실란(3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란) 및 폴리에스터 용액을 첨가하고, 에그바를 이용하여 비이커 속의 용액을 약 10분간 450rpm으로 교반하여 정전기유도 용액을 형성하였다. 상기 폴리에스터 용액은 폴리에스터 비드(bead)를 벤젠에 용해한 용액이다.

3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란
에탄올	30g	30g	30g	30g	30g	30g	30g	30g	30g
Silane	0.05g	0.25g	0.5g	0.9g	1.5g	2.1g	3g	6g	9g
Polyester	0.005g	0.025g	0.05g	0.09g	0.15g	0.21g	0.31g	0.60g	0.90g

아래의 표 9에 나타낸 바와 같은 성분을 갖는 검정색(블랙) 무기안료를 준비하였다. 블랙 무기안료는 평균 입경이 0.5㎛인 것을 사용하였으며, 도 11에 사용된 블랙 무기안료의 사진을 나타내었다.

성분 (%)	블랙 무기안료
SiO2	0.24
Al2O3	0.09
Fe2O3	0.01
CaO	0.05
MgO	0.05
K2O	0.06
Na2O	0.09
TiO2	0.02
MnO	0.04
P2O5	22.10
ZrO2	0.01
CuO	28.60
Cr2O3	48.60
강열감량	0.04

블랙 무기안료와 정전기유도 용액을 혼합하였다. 혼합 방법은 초음파 분산을 3분간 하여 혼합하였다. 이때 정전기유도 용액과 무기안료가 혼합된 슬러리의 점도는 약 20,000cp 정도였다.

초음파 분산으로 3분간 혼합한 정전기유도 용액을 진공 상태에서 탈포처리 하였다. 이 공정은 무기안료 입자 사이에 정전기유도 용액을 침투시키기 위함이다. 탈포는 5분간 진행하였다.

탈포를 끝낸 후 80℃ 오븐에서 15시간 동안 건조시켰다.

건조된 분말은 흄후드에서 습도 30%를 유지하며 325 메쉬로 체가름하였다.

3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질이 코팅된 무기안료 분말은 종이봉투에 넣은 후 양전하로 대전시켰다.

다시 염화비닐을 사용하여 음전하로 대전시켰다.

음전하로 대전된 정전기 유도물질이 코팅된 무기안료 분말을 유리바트에 옮긴 후 15mm 간격 위에 아크릴판을 올려서 정전기력으로 무기안료 분말이 아크릴판에 붙는 정도를 확인하였다.

도 12는 정전기 유도물질을 코팅하기 전의 무기안료 분말을 보여주는 투과전자현미경(TEM; transmission election microscope) 사진이고, 도 13은 실험예 2에 따라 정전기 유도물질을 코팅한 후의 무기안료 분말을 보여주는 투과전자현미경(TEM) 사진이며, 도 14는 실험예 2에 따라 정전기 유도물질을 코팅한 후의 무기안료의 X-선회절(XRD; X-ray diffraction) 패턴이다.

정전기 유도물질을 코팅하기 전의 블랙 무기안료와 정전기 유도물질을 코팅한 후의 무기안료는 색상 변화가 없었으며, X-선회절 패턴에서도 변화가 없는 것으로 나타났다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (8)

100㎚∼10㎛의 평균 입경을 갖는 분말 상태의 세라믹 무기안료 표면에 유기화합물계 실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질이 코팅되어 있고,
상기 유기화합물계 실란은 감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, GN-옥틸트리에톡시실란, 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드, 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 및 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 중에서 선택된 1종 이상의 실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너.

제1항에 있어서, 상기 유기화합물계 실란과 상기 폴리에스터는 1:0.01∼1의 중량비를 이루는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너.

제1항에 있어서, 상기 정전기 유도물질은 상기 세라믹 무기안료 지름 대비 0.001∼10%의 두께를 갖도록 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너.

제1항에 있어서, 상기 세라믹 무기안료는 CoAl₂O₄계 분말, Mg_{1 - x}Co_xAl₂O₄(0.1≤x≤1)계 분말, Mg_{1 - x}Ni_xAl₂O₄(0.1≤x≤1)계 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 청색 안료이거나,
CaSn_{1 - x}Cr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말을 포함하는 적색 안료이거나,
Zr_{1 - x}Ce_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말, Zr_{1 - x}Pr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말, Zr_{1 -x}Ta_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 노란색 안료이거나,
Co(Fe_{1 - x}Cr_x)₂O₄(0.01≤x≤0.5) 분말을 포함하는 검정색 안료인 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너.

100㎚∼10㎛의 평균 입경을 갖는 분말 상태의 세라믹 무기안료를 준비하는 단계;
유기용매에 유기화합물계 실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질을 첨가하여 정전기유도 용액을 형성하는 단계;
상기 정전기유도 용액에 상기 세라믹 무기안료를 혼합하여 상기 세라믹 무기안료 표면에 유기화합물계 실란과 폴리에스터를 포함하는 정전기 유도물질이 코팅되게 하는 단계; 및
상기 정전기 유도물질이 코팅된 세라믹 무기안료를 건조하는 단계를 포함하며,
상기 유기화합물계 실란은 감마-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-(N-페닐아미노)프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, GN-옥틸트리에톡시실란, 비스(3-트리에톡시릴프로필)테트라설파이드, 페닐트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 및 메틸트리스(메틸에틸케톡시미노)실란 중에서 선택된 1종 이상의 실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너의 제조방법.

제5항에 있어서, 상기 유기화합물계 실란은 상기 정전기유도 용액에 0.1∼30중량% 함유되게 용해하고,
폴리에스터 비드가 벤젠에 용해된 폴리에스터 용액을 상기 유기용매에 첨가하여 상기 정전기유도 용액을 형성하며,
상기 유기화합물계 실란과 상기 폴리에스터는 1:0.01∼1의 중량비를 이루는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너의 제조방법.

제5항에 있어서, 상기 정전기 유도물질은 상기 세라믹 무기안료 지름 대비 0.001∼10%의 두께를 갖도록 코팅되는 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너의 제조방법.

제5항에 있어서, 상기 세라믹 무기안료는 CoAl₂O₄계 분말, Mg_{1 - x}Co_xAl₂O₄(0.1≤x≤1)계 분말, Mg_{1 - x}Ni_xAl₂O₄(0.1≤x≤1)계 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 청색 안료이거나,
CaSn_{1 - x}Cr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말을 포함하는 적색 안료이거나,
Zr_{1 - x}Ce_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말, Zr_{1 - x}Pr_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말, Zr_{1 -x}Ta_xSiO₄(0.01≤x≤0.5)계 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 노란색 안료이거나,
Co(Fe_{1 - x}Cr_x)₂O₄(0.01≤x≤0.5) 분말을 포함하는 검정색 안료인 것을 특징으로 하는 레이저 프린터용 분체 토너의 제조방법.

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