KR20210067398A - 정전하상 현상용 토너 - Google Patents

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KR20210067398A
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윤세영
최경환
정우철
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

정전하상 현상용 토너가 개시된다. 복수의 토너 입자를 포함하는 정전하상 현상용 토너로서, 상기 토너 입자는 결착수지, 착색제, 및 이형제를 함유하는 코어 입자; 및 상기 코어 입자의 표면에 부착되어 있는 외첨제로서, 실리카 입자 및 산화주석 입자를 포함하는 외첨제;를 포함하고, X선 회절분석기(XRD: X-ray Diffractometer)에 의하여 측정된 상기 토너의 X-ray 회절 강도 2θ (단위: cps)가 청구항 1에 기재된 조건식 (1) 내지 조건식 (3)을 만족하는 정전하상 현상용 토너가 제공된다.

Description

정전하상 현상용 토너 {TONER FOR DEVELOPING ELECTROSTATIC IMAGE}
프린터의 풀 컬러화, 고속화, 고화질화 경향과 더불어 소형(경량)화, 저가격화, 및 친환경화 추세에 대응하기 위해 전자사진 공정에 요구되는 토너의 물성을 만족하기 위해 토너의 형상 및 표면제어 기술이 점차 중요해 지고 있다.
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.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 개시되는 주제의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
이하, 본 개시의 일 실시형태에 따른 정전하상 현상용 토너에 대하여 상세히 설명한다.
본 개시의 일 실시형태에 따른 정전하상 현상용 토너는 복수의 토너 입자를 포함한다. 상기 토너 입자는 코어 입자, 및 상기 코어 입자의 표면에 부착되어 있는 외첨제를 포함한다.상기 코어 입자는 결착수지, 착색제 및 이형제를 포함한다. 상기 코어 입자의 표면에 부착되어 있는 외첨제는 실리카 입자 및 산화주석 입자를 포함한다.
X선 회절분석기(XRD: X-Ray Diffractometer)에 의하여 측정된 상기 토너의 X-ray 회절 강도 2θ (단위: cps)가 하기 조건식 (1) 내지 조건식 (3)을 만족하는 정전하상 현상용 토너가 제공된다:
0.4<[2θ=26.6±0.2°, 2θ=33.8±0.2°, 2θ=51.8±0.2°의 강도]<500 (1)
0≤[2θ=25.3±0.2˚, 2θ=48.0±0.2˚의 강도]<10 (2)
0≤[2θ=27.4±0.2˚, 2θ=36.1, 2θ=54.3±0.2˚의 강도]<10 (3)
여기서 X선 회절분석기(XRD: X-Ray Diffractometer)는 Rigaku ULTIMA IV X-ray Diffractometer(XRD)일 수 있다.
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 수지의 비제한적인 예는 폴리스티렌; 예를 들면, 폴리-p-클로로스티렌 또는 폴리비닐톨루엔과 같은, 스티렌 치환체의 단독 중합체; 예를 들면, 스티렌-p-클로로스티렌 공중합체, 스티렌-비닐톨루엔 공중합체, 스티렌-비닐나프탈렌 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 수지의 비제한적인 예는 아크릴산 중합체, 메타크릴산 중합체, 메타크릴산 메틸 에스테르 중합체, α-클로로메타크릴산 메틸 에스테르 중합체 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
비닐 수지 또는 폴리올레핀 수지의 비제한적인 예 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐아세테이트 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
폴리에스테르 수지는, 지방족, 지환족, 또는 방향족의 다가 카르복시산 또는 이들의 알킬 에스테르를 직접 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환 반응을 통하여 다가 알코올과 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
다가 카르복시산은 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, 디카르복시산 이외의 다가 카르복시산, 예를 들면 트리멜리트산, 피로멜리트산, 나프탈렌 트리카르복실산, 나프탈렌 테트라카르복실산, 피렌 트리카르복실산, 피렌 테트라카르복실산 등이 사용될 수 있다. 또한, 이들 카르복시산의 카르복시기를 산무수물, 산염화물, 또는, 에스테르 등으로 유도한 것을 사용해도 좋다. 이들 중에서도, 테레프탈산이나 그의 저급 에스테르, 디페닐아세트산, 시클로헥산 디카르복실산 등을 사용할 수 있다. 저급 에스테르는 탄소수 1 내지 8의 지방족 알코올의 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 디올류를 사용할 수 있으며, 이 중 방향족 디올을 사용할 수 있다. 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 수 평균 분자량은, 예를 들면, 약 700 내지 약 1,000,000 g/mol의 범위, 또는 약 10,000 내지 약 500,000 g/mol의 범위일 수 있다. 본 개시에서 사용되는 결착 수지는 고분자량 결착 수지와 저분자량 결착 수지의 적절한 비율의 조합일 수 있다. 고분자량 결착 수지의 수 평균 분자량은, 예를 들면, 약 100,000 내지 약 500,000 g/mol의 범위일 수 있으며, 저분자량 결착 수지의 수 평균 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.
착색제는, 예를 들면, 블랙 착색제, 옐로우 착색제, 마젠타 착색제, 시안 착색제, 또는 이들의 조합일 수 있다.
블랙 착색제는, 예를 들면, 카본 블랙, 아닐린 블랙, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
옐로우 착색제는, 예를 들면, 축합 질소 화합물, 이소인돌리논 화합물, 안트라킨화합물, 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 180일 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 254일 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 66일 수 있다.
코어 입자 중의 착색제의 함량은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 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, 이에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리에틸렌계 왁스, 폴리프로필렌계 왁스, 실리콘계 왁스, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 카나우바계 왁스, 메탈로센계 왁스, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
이형제는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 약 50 ℃ 내지 약 150 ℃의 범위의 융점을 가질 수 있다. 코어 입자 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. 이형제는 토너 입자가 정착기의 가열 롤러(heating roller)에 부착하지 않도록 하는 역할을 할 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.
코어 입자의 형상 역시 특별히 제한되지 않는다. 코어 입자의 형상이 구형에 가까울수록 토너의 대전안정성 및 인쇄 화상의 도트(dot) 재현성이 더욱 향상될 수 있다. 예를 들면, 코어 입자는 약 0.90 내지 약 0.99 범위의 구형도를 가질 수 있다.
코어 입자의 표면에는 외첨제가 부착되어 있다.
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 주된 기능 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.
본 발명자는 또한 토너의 대전량 변화를 일으키는 주원인 중 하나로서 외첨제의 거동에 주목하였다. 특히, 본 발명자는 외첨제로서 실리카 입자 및 산화주석 입자를 포함하는 외첨제를 사용하되, X선 회절분석기(XRD: X-ray Diffractometer)에 의하여 측정된 상기 토너의 X-ray 회절 강도 2θ (단위: cps)가 하기 조건식 (1) 내지 조건식 (3)을 만족하는 정전하상 현상용 토너를 제공하는, 실리카 입자 및 산화주석 입자를 포함하는 외첨제에 주목하였다:
0.4<[2θ=26.6±0.2°, 2θ=33.8±0.2°, 2θ=51.8±0.2°의 강도]<500 (1)
0≤[2θ=25.3±0.2˚, 2θ=48.0±0.2˚의 강도]<10 (2)
0≤[2θ=27.4±0.2˚, 2θ=36.1, 2θ=54.3±0.2˚의 강도]<10 (3)
즉, 본 개시의 일 측면에 따른 정전하상 현상용 토너는 상기한 조건식 (1) 을 만족하도록, 경우에 따라서는 상기한 조건식 (1) 내지 (3)을 모두 만족하도록, 외첨제로서 실리카 입자 및 산화주속 입자를 조합하여 사용함으로써, 토너의 표면 특성을 개질한 것이다. 상기한 조건식 (1) 내지 (3)을 만족하도록 외첨제로서 실리카 입자 및 산화주속 입자를 조합하여 사용하는 경우, 환경 대전성, 전사성, 현상성, 감광체 배경오염, 및 현상 내구성에서 모두 양호한 특성을 나타낼 수 있다.
나아가, 형광 X선 분광법(XRF: X-ray fluorescence spectrometry)에 의하여 측정된 상기 토너의 산화주석 형광 X선 강도 [Sn](단위: kcps), 및 상기 토너의 규소 형광 X선 강도 [Si](단위: kcps)가 하기 조건식 (4)를 더 만족하도록, 외첨제로서 실리카 입자 및 산화주속 입자를 조합하여 사용할 수 있다:
0.00 < [Sn]/[Si] ≤ 1000 (4)
이러한 외첨제의 조합을 사용함으로써 본 개시의 일 측면에 따른 정전하상 현상용 토너는 다음과 같은 효과를 발휘할 수 있다.
우선, 상기 토너는 실리카 입자만을 사용했을 경우와 비교하여 고온고습 조건 및 저온저습 조건에서의 대전량 차이가 적어 환경 대전안정성이 우수하다. 또한, 상기 토너는 현상성, 전사성, 감광체 배경오염 방지 및 현상 내구성이 실리카 입자만을 사용했을 경우와 비교하여 월등히 개선될 수 있다. 이 토너는 장기간 보관하여도 화상 농도 유지성 및 대전 유지성 등의 경시특성이 우수하다.
이와는 달리, 상기한 조건식들을 만족하지 못하는 경우, 토너에 요구되는 특성, 예를 들면, 환경 대전성, 전사성, 현상성, 감광체 배경오염, 및 현상 내구성 측면 중 하나 이상의 특성이 원하는 효과를 나타내지 못할 수 있다.
예를 들면, 상기한 조건식들을 만족하지 못하는 경우, 하기 결과들 중 어느 하나의 결과가 나타날 수 있다.
환경 대전성 측면에서, 고온 고습 조건에서 방치한 대전량/저온저습 조건에서 방치한 대전량 비율이 0.7 미만이어서 환경 대전량 비율의 차이가 매우 많이 나는 상태일 수 있다. 현상성 측면에서, 현상효율 (전자사진 감광체의 단위 면적당 토너의 무게 / 현상 롤러의 단위 면적당 토너 무게 × 100 (%))이 70% 미만일 수 있다. 전사성 측면에서, 하기와 같이 계산되는 전사 효율이 70% 미만일 수 있다:
1차 전사효율 = 중간 전사체의 단위 면적당 토너의 무게/ 전자사진 감광체의 단위 면적당 토너의 무게 × 100 (%)
2차 전사효율 = 용지의 단위 면적당 토너의 무게/ 중간 전사체의 단위 면적당 토너의 무게 × 100 (%)
전사효율= 1차 전사효율 × 2차 전사효율.
감광체 배경 오염 측면에서, 1,000매 인쇄후 감광체 드럼상의 비화상 영역을 테이핑(taping)하여 세 군데 위치에서의 광학밀도가 0.07 이상이어서, 토너의 감광체 배경 오염 방지 성능이 매우 불량할 수 있다. 현상 내구성 측면에서, 5,000매를 프린트하여 각 1,000매당 경시성 화상농도와 캐리어 현상 정도를 측정하여 인쇄매수가 증가함에 따라 초기에 비하여 변동 정도를 평가할 때, 초기 대비 5,000매에서의 초기 대비 화상농도 변동폭이 40% 이상이고, 토너가 매우 불량한 내구성을 가질 수 있다.
따라서 본 개시의 일 측면에 따른 토너는 예를 들면 산화티탄(TiO2)과 같은 첨가제를 사용하지 않고서도, 산화티탄과 같은 첨가제를 사용하는 경우보다 환경 변화 및 시간 경과에 관계없이 도트 재현성이 양호하여 우수한 품질의 화상을 안정적으로 제공할 수 있다.
토너의 X선 회절강도 2θ (단위: cps)가 상기 조건식 (1) 내지 조건식 (3)를 모두 만족하도록 외첨제로서 산화주석 입자와 실리카 입자를 사용하면, 장기간에 걸쳐서 대전안정성, 현상성, 전사성, 감광체 배경오염 방지 및 현상 내구성이 모두 일정 수준 이상으로 유지될 수 있다. 따라서 이 토너를 이용하면 적절하고 균일한 토너 농도, 배경 오염 감소, 토너 비산 오염 저하, 및 적절한 토너 소모량의 효과를 얻을 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 개시의 일 실시형태에 따른 코어 입자의 표면에는 실리카 입자 및 산화주석 입자를 포함하는 외첨제가 부착되어 있다.
실리카 입자는, 예를 들면, 발연 실리카(fumed silica), 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 선택현상(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, 정전잠상을 현상시키는 토너 층의 두께가 증가하게 된다. 또한, 실리카 입자의 1차입자 크기가 너무 크면, 예를 들어, 공급롤러(feed roller)와 같은 부재로부터 토너 입자에 가해지는 스트레스에 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 되며, 그에 따라, 토너 입자와 감광체 표면과의 부착력이 원하지 않게도 증가하게 된다. 이는, 토너의 클리닝성 저하 및 토너의 전사효율 저하로 이어지게 된다. 예를 들면, 실리카 입자는 부피평균 입자크기 D50이 약 5 nm 이상 약 50nm 미만의 범위, 예를 들면, 약 5 nm 이상 약 40nm 미만의 범위, 약 5 nm 이상 약 30nm 미만의 범위, 약 5 nm 이상 약 20nm 미만의 범위의 소입경 실리카 입자, 예를 들면 소입경 발연 실리카 입자일 수 있다. 여기에서 평균입경 D50은 부피 분포를 기준으로 상기 실리카 입자들의 누적 분포 곡선에서 누적 백분율이 50%에 해당하는 입경을 나타낸다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 이러한 소입경 실리카 입자만을 사용하는 경우의 단점을 보완하기 위하여 대입경 실리카 입자가 추가적으로 사용될 수 있다. 대입경 실리카 입자는 부피 평균 입자크기 D50이 약 50 nm 이상 약 300nm 이하, 약 50 nm 이상 약 150nm 이하, 예를 들면 약 50 nm 이상 약 120 nm 이하, 약 50 nm 이상 약 100 nm 이하, 또는 약 60 nm 이상 약 80 nm 이하의 범위의 대입경 실리카 입자일 수 있다. 대입경 실리카 입자는 대입경 졸겔 실리카 입자를 포함할 수 있다. 예를 들면 대입경 실리카 입자는 단분산 대입경 졸겔 실리카 입자일 수 있다. 본 개시의 일 측면에 따르면, 상기 실리카 입자는 대입경 실리카 입자 및 소입경 실리카입자의 조합을 포함할 수 있다.
대입경 실리카의 첨가량은 토너 입자 100 중량부를 기준으로 약 0.1 중량부 이상 약 3 중량부 이하, 예를 들면 약 0.5 중량부 이상 약 2.5 중량부 이하, 또는 약 1 중량부 이상 약 2.5 중량부 이하, 또는 약 1 중량부 이상 약 2 중량부 이하일 수 있다. 소입경 실리카의 첨가량이 토너 입자 100 중량부를 기준으로 약 0.1 중량부 이상 약 2 중량부 이하, 예를 들면 약 0.5 중량부 이상 약 1.5 중량부 이하, 또는 약 0.5 중량부 이상 약 1.5 중량부 이하, 또는 약 0.5 중량부 이상 약 1 중량부 이하일 수 있다.
소입경 실리카 입자만을 사용하면 대전안정성은 높지만 토너 입자 내부로 매몰될 가능성이 높아지고, 대입경 실리카 입자만을 사용하면 토너 입자 표면에 공극이 많아 대전안정성이 떨어지고 또한 실리카 입자가 토너 표면에서 이탈될 가능성이 높아진다. 입경이 서로 다른 소입경 및 대입경 실리카 입자들을 함께 사용함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. 즉, 소입경 실리카 입자들이 대입경 실리카 입자들 사이의 작은 공극 사이에 위치하여 공극을 채움으로써 대전 안정성이 높아지고 소입경 실리카 입자가 토너 입자 내부로 매몰되는 것을 방지하여 장기 출력시에도 토너의 유동성이 유지되어 화상 유지성이 높아질 수 있다.
소입경 실리카 입자는 분산성이 높다. 실리카는 표면처리에 의해 응집(aggregation)되기 쉽다. 이러한 응집은 외첨제의 표면적을 감소시켜 같은 실리카 입자를 토너 입자 표면에 처리했을 때 상대적으로 부착량이 적어진다. 따라서 상대적으로 응집성이 작은 실리카를 사용하여 분산성을 개선시킴으로써 토너의 유동성과 대전안정성을 향상시킬 수 있다. Horiba 입도측정기와 같은 입도측정기를 이용하여 실리카 입자의 입도분포를 측정하면, 일반적인 실리카 입자들은 단정(unimodal) 형태에 가까운 것에 입도 분포를 나타내는데 비하여, 본 개시의 일 실시형태에 따른 토너에서는 실리카 응집체의 평균 크기가 약 5 내지 약 20㎛이며, 약 1㎛ 이하 및 약 5㎛ 이상에서 두 개의 피크를 가지는 이정(bimodal) 형태에 가까운 것에 입도 분포를 나타내는 것일 수 있다.
대입경 실리카 입자는 현상 부재 및 전사 부재 표면에 대한 토너의 부착력을 감소시켜 현상 및 전사효율을 향상시킬 수 있다. 이는 또한 단분산 형태로 존재하기 때문에 외첨제 성능을 향상시킬 수 있으며 소입경 실리카 입자의 토너 입자로부터 이탈 및 매몰을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있다. 높은 비중(즉, 낮은 다공성)을 갖는 대입경 실리카를 사용함으로써, 고온고습 환경 및 저온저습 환경에 대한 토너의 환경 저항성을 증가시킬 수 있다.
특히, 고온고습 조건하에서 실리카의 밀도가 낮은 경우, 수분이 실리카 내부의 공극으로 쉽게 침투할 수 있다. 이 경우, 수분은 비교적 높은 전기전도성을 가지므로, 토너의 대전성능이 저하될 수 있다. 그에 따라, 화상의 농도가 상승하고, 배경오염이 악화되며, 실리카 입자의 탈락이 용이하여 토너의 내구성이 떨어지게 된다. 그에 따라, 대입경 실리카 입자는 약 2 이상의 비중을 갖도록 선택될 수 있다. 실리카 입자의 다공성이 낮아질수록 실리카 입자의 비중이 증가할 것이다. 따라서, 달성가능한 낮은 다공성에 의하여 실리카 입자의 비중이 제한될 것이므로, 대입경 실리카 입자의 비중의 상한치는 특별히 제한되지 않는다. 대입경 실리카 입자의 비중의 상한치는, 예를 들면, 약 2.5 일 수 있다.
상기 토너의 표면에 부착된 외첨제는 대입경 및 소입경 실리카 입자 이외에 산화주석 입자를 더 포함할 수 있다. 산화주석 입자는 SiO2 입자일 수 있다. 산화주석 입자는 전하 축적 현상을 개선함으로써 토너의 현상성, 전사성, 고온고습 환경 및 저온저습 환경에서의 대전안정성을 향상시킬 수 있다.
소입경 발연 실리카 입자는 소수화 표면처리될 수 있다. 산화주석 입자는 소수화 표면처리될 수 있다. 소입경 발연 실리카 입자 및 산화주석 입자 중 하나 이상이 소수화 표면처리 되는 경우, 이들 각각의 소수화도는 약 10 내지 약 90의 범위, 예를 들면 약 30% 이상일 수 있다. 대입경 실리카 입자는 상기한 소수성 표면처리제로 처리될 수도 있고 처리하지 않고 사용될 수도 있다. 소입경 발연 실리카 입자 및 산화주석 입자 중 하나 이상이 소수화 표면처리 되는 경우, 보다 양호한 토너의 물성을 나타낼 수 있다.
상기한 소입경 발연 실리카 입자 및 산화주석 입자의 소수화 처리에 사용될 수 있는 소수성 표면처리제는, 예를 들면, 실리콘 오일(silicone oils), 실란(silanes), 실록산(siloxanes) 또는 실라잔(silazanes)일 수 있다. 이들의 구체적인 예는 디메틸디에톡시 실록산(dimethyldiethoxy siloxane; DMDES), 헥사메틸디메틸 실록산(hexamethyldimethyl siloxane; HMDS), 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane; PDMS), 디에틸디메틸 실록산(diethyldimethyl siloxane; DDS), 디메틸트리메톡시 실란(dimethyltrimethoxy silane; DTMS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 산화주석 입자의 부피 평균 입경 D50은 약 5 nm 이상 약 200nm 이하, 예를 들면 약 10 nm 이상 약 150nm 이하, 또는 약 20 nm 이상 약 100nm 이하일 수 있다. 여기에서 평균입경 D50은 부피 분포를 기준으로 상기 산화주석 입자들의 누적 분포 곡선에서 누적 백분율이 50%에 해당하는 입경을 나타낸다. 산화주석 입자의 부피 평균 입경 D50이 약 5 nm 미만, 또는 약 200nm 초과인 경우, 산화주석 입자의 효과가 충분하지 않거나, 입자의 크기가 과도하게 커서 토너에 사용되기 적합하지 않을 수 있다.
상기 산화주석 입자의 첨가량은 상기 조건식과 관련있을 수 있다. 상기 산화주석 입자의 첨가량은 토너 입자 100 중량부를 기준으로 약 0.1 중량부 이상 약 3 중량부 이하, 예를 들면 약 0.3 중량부 이상 2.5 중량부 이하, 또는 약 0.3 중량부 이상 2 중량부 이하, 또는 약 0.3 중량부 이상 약 1.5 중량부 이하, 또는 약 0.3 중량부 이상 약 1.5 중량부 미만일 수 있다.
산화주석 입자의 첨가량이 약 0.1 중량부 미만 또는 약 3 중량부 초과인 경우, 상기한 조건식들을 만족하지 못할 수 있다. 즉, 산화주석 입자의 첨가량이 토너 입자 100 중량부를 기준으로 약 0.1 중량부 이상 약 3 중량부 이하를 벗어나는 경우, 토너에 요구되는 특성, 예를 들면, 환경 대전성, 전사성, 현상성, 감광체 배경오염, 및 현상 내구성 측면 중 하나 이상의 특성이 원하는 효과를 나타내지 못할 수 있다.
토너의 코어 입자의 표면에 외첨제 입자를 부착하는 것은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 분말 혼합 장치(powder mixing apparatus)에 의하여 수행될 수 있다. 구체적인 비제한적인 분말 혼합 장치로서는, 헨쉘믹서(Henshell mixer), V형 믹서(V-shape mixer), 볼밀(ball mill) 또는 나우타 믹서(nauta mixer)가 사용될 수 있다.
본 개시의 다른 측면에 따른 카트리지는 상기한 본 개시의 일 측면에 따른 정전하상 현상용 토너를 수용하고, 화상 형성 장치에 탈착 가능한 카트리지이다.
본 개시의 다른 측면에 따른 토너 공급 수단은 상기한 본 개시의 일 측면에 따른 정전하상 현상용 토너를 채용한 토너 공급 수단이다. 예를 들면, 상기 토너 공급 수단은 토너를 저장하는 토너 탱크; 상기 토너 탱크의 내측으로 돌출되며, 저장된 토너를 외부로 공급하는 공급부; 및 상기 토너 탱크의 내부에 회전할 수 있도록 설치되며, 상기 공급부의 상부를 포함하는 상기 토너 탱크의 내부 전 공간에 있는 토너를 교반할 수 있는 토너 교반 부재;를 포함하며, 상기 토너가 상기한 본 개시의 일 측면에 따른 토너인 토너 공급 수단일 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 화상 형성 장치는 상기한 본 개시의 일 측면에 따른 정전하상 현상용 토너를 채용한 화상 형성 장치이다. 예를 들면, 상기 화상 형성 장치는 상담지체; 상기 상담지체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상 형성 수단; 토너를 저장하는 수단; 상기 상담지체의 표면에서 정전 잠상을 가시상으로 현상하기 위해 상기 토너를 상담지체의 표면에 공급하는 토너 공급 수단; 및 상기 가시상을 상담지체 표면에서 화상 수용 부재에 전사하는 토너 전사 수단;을 포함하며, 상기 토너가 상기한 본 개시의 일 측면에 따른 토너인 화상 형성 장치일 수 있다.
본 개시의 또 다른 측면에 따른 화상 형성 방법은 정전 잠상이 형성된 상담지체 표면, 예를 들면 전자사진 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고, 상기 가시상을 화상 수용 부재, 예를 들면 전사재에 전사하는 공정을 포함하며, 상기 토너가 상기한 본 개시의 일 측면에 따른 토너인 화상 형성 방법이다.
상기 화상 형성 방법은 전자사진법일 수 있다. 전자사진 공정은 일반적으로 정전잠상 담지체 표면을 균일하게 대전을 시키기 위한 대전공정, 대전시킨 정전잠상 담지체 상에 다양한 광전도성 물질을 사용하여 정전기적 잠상(electrostatic latent image)을 형성하는 노광과정, 잠상에 토너 등의 현상제를 부착시켜 가시상(즉, 토너 이미지)을 현상하는 현상과정, 가시상을 종이와 같은 전사재 위에 이송하는 전사과정, 전사되지 않고 남은 토너를 정전잠상 담지체로부터 제거하는 클리닝 과정, 정전잠상 담지체의 잔류 전하를 제거하는 제전과정, 및 열이나 압력에 의해 가시상을 정착시키는 정착과정으로 이루어진다. 이때 본 개시에 관한 토너는 이러한 전자사진법에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 참조하여 본 개시내용을 더욱 상세히 설명하지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
[졸겔 실리카의 제조]
에탄올 60.3g과 증류수 5.5g에 28% 암모니아수 2.2g를 교반기로 10분간 교반하였다. 얻어진 용액을 온도 45℃로 유지하고 그 후 TEOS(tetraethoxy silane, 분자량 208.33g) 143.1g을 적하후 28% 암모니아수 20.7g 및 증류수 50.3g을 6 시간, 4 시간 각각 적하하였다. 적하가 종료된 후 3분 가량 교반을 계속하면 졸겔 실리카를 얻었다. 그 후 에탄올을 온도를 가열하여 증류제거하여 친수성 졸겔 실리카를 얻었다. 이때 얻어진 졸겔 실리카의 사이즈는 평균 약 70nm이었다. 이후 얻어진 실리카 10g에 DTMS(decyl trimethoxysilane) 5g을 첨가하여 소수성 졸겔 실리카를 얻었다.
[산화주석입자의 제조]
산화주석 입자는 주석 화합물을 용해한 후 적정한 PH조절을 통하여 필요한 SIZE의 입자를 얻는 방식으로 가수분해법을 이용, 제조하였다. 합성한 산화주석 입자는 세정, 건조, 소성 해쇄, 코팅, 건조 과정을 거쳐 얻어진다.
실시예
아래에서 특별히 언급이 없는 경우 %는 중량%를 의미한다.
제조예 1
1. L-타입 라텍스의 제조
3L 비이커에 중합성 단량체 혼합액 (스티렌825g, n-부틸 아크릴레이트 175g)과 베타-카르복시에틸아크릴레이트 30g과 연쇄이동제(CTA)로 1-도데칸티올 17g을 넣고 유화제로 소디움 도데실 설페이트 (Aldrich) 수용액 (물 대비 2%) 418g을 넣고 교반하여 중합성 단량체 유화액을 제조하였다. 약 75℃로 가열된 3L 이중 자켓 반응기에 개시제인 암모늄 퍼설페이트(APS) 16g 및 유화제로 소디움 도데실 설페이트 (Aldrich) 수용액 (물 대비 0.4%) 696g을 넣고 교반하면서 위의 제조된 중합성 단량체 유화액을 2시간 이상 동안 적가하여 서서히 첨가하였다. 반응온도 약 75℃에서 8시간 동안 반응하였다. 제조된 수지 라텍스 입자의 크기는 광산란(Light scattering) 방식(Mictotrac)으로 측정하였으며 약 180nm ~ 약 250nm이었다. 건조감량법으로 측정된 라텍스의 고형분 함량은 약 42%이었다. 테트라히드로푸란(THF) 가용분의 겔투과 크로마트그래피(GPC)법에 의한 분자량 측정에서 중량 평균 분자량(Mw)이 약 25,000 g/mol이었다. DSC (PerkinElmer)법을 이용하여 10℃/min의 승온 속도로 제2회째 스캔시에 측정된 유리전이 온도는 약 62℃이었다.
2. H-타입 라텍스의 제조
3L 비이커에 중합성 단량체 혼합액 (스티렌685g, n-부틸 아크릴레이트 315g)과 베타-카르복시에틸아크릴레이트 (Sipomer, Rhodia) 30g 및 유화제로 소디움 도데실 설페이트 (Aldrich) 수용액 (물 대비 2%) 418g을 넣고 교반하여 중합성 단량체 유화액을 제조하였다. 약 60℃로 가열된 3L 이중 자켓 반응기에 개시제인 암모늄 퍼설페이트(APS) 5g 및 유화제로 소디움 도데실 설페이트 (Aldrich) 수용액 (물 대비 0.4%) 696g을 넣고 교반하면서 위의 제조된 중합성 단량체 유화액을 3시간 이상 동안 적가하여 서서히 첨가하였다. 반응온도 약 75℃에서 8시간 동안 반응하였다. 제조된 라텍스의 입자의 크기는 광산란 방식 (Horiba 910)으로 측정하였으며 약 180nm 내지 약 250nm이었다. 건조감량법으로 측정된 라텍스의고형분 함량은 약 42%이었다. 테트라히드로푸란(THF) 가용분의 겔투과 크로마트그래피(GPC)법에 의한 분자량 측정에서 중량 평균 분자량(Mw)이 약 250,000g/mol이었다. DSC (PerkinElmer)법을 이용하여 10℃/min의 승온 속도로 제2회째 스캔하여 측정된 유리전이 온도는 약 53℃이었다.
3. 안료 분산액의 제조
음이온성 반응성 유화제(sodium dodecyl sulfate)를 10g을 취하여 카본 블랙 안료 60g과 함께 밀링 배스에 넣고 0.8~1mm 직경의 유리 비드400g을 투입하여 상온에서 밀링하여 분산액을 제조하였다. 분산기는 초음파 분산기 또는 Micro fludizer를 사용할 수 있다. 안료 분산 입경은 광산란 방식 (Horiba 910)으로 측정하였으며 약 180nm ~ 약 200nm 이었다. 제조된 안료 분산액의 고형분 함량은 약 18.5%이었다.
4. 응집 토너의 제조
7L 반응기에 탈이온수 3000g, 코어 입자용 라텍스 혼합액(L-타입 라텍스 95%와 H-타입 라텍스 5 %의 혼합물) 700g, 상기 안료 분산액 195g 및 왁스 분산액(P787, 중경유지, 고형분 약 30.5%) 237g을 넣었다. 이 혼합액에 364g의 질산(0.3mol)과 폴리실리케이트 인듐(polysilicate indium: Aldrich) 182g의 혼합액을 넣고 균질화기(Homogenizer)를 이용하여 약 11,000rpm에서 6분간 교반한 후, 상기 라텍스 혼합액 417g을 추가로 투입하고 다시 6분간 교반하여 약 1.5㎛ 내지 약 2.5㎛의 응집체를 얻었다.
7L 이중 자켓 반응기에 상기 혼합액을 넣고 상온에서 분당 0.5℃의 속도로 약 55℃(라텍스의 Tg-5도)까지 승온하였다. 입자 크기 D50(Volume)이 약 6.0㎛에 도달하면 라텍스 혼합액 (L-타입 라텍스 90%와 H-타입 라텍스 10 %의 혼합물) 442g을 추가로 서서히 약 20분 동안 첨가하고, D50(Volume)이 약 6.8㎛이 되면 NaOH(1mol)를 첨가하여 pH를 약 7로 조절하였다. 10분간 입자 크기 D50(Volume)의 값이 일정하게 유지되면, 약 96℃까지 승온하였다. 96℃ 도달 후 pH를 약 6.0으로 맞춘 후, 3-5시간 합일하여 D50(Volume)이 약 6.5㎛ ~ 약 7.0㎛의 포테이토 형상의 2차 응집 토너를 얻었다. 이어서 응집 반응액을 Tg 아래로 식힌 다음 여과과정을 거쳐 토너 입자를 분리하고 건조시켰다.
실시예 1: 외첨된 토너의 제조
건조된 토너 모입자에 표면에 무기 미립자를 외첨하기 위해 상기 토너 모입자 100 중량부를 외첨기(한국 "대화테크"사, KM-LS2K)에 주입한 다음, 하기 표 1에 기재된 사양을 갖는 1차 입자 크기가 약 70nm이며 겉보기 밀도가 약 220g/L인 졸겔 실리카 2.0 중량부(주식회사 석경, SG50), 1차 입자 크기가 약 16nm이며 디에틸디메틸 실록산(DDS)으로 소수화 처리된 소입경 발연 실리카 1.0 중량부(Evonik, AEROSIL®R972), 및 산화주석(석경㈜, SG-SNO10)을 함께 더 첨가한 다음 2L 교반기에서 약 2000rpm에서 30초간 혼합한 후 그리고 약 6000rpm에서 3분간 교반하여 외첨된 토너 입자를 제조하였다.
상기 토너 입자의 부피 평균 입경 D50(Volume)이 약 6.5 내지 약 7.0㎛인 토너를 얻었다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.282 및 1.217였다. 상기 토너의 평균 원형도는 0.971였다.
실시예 2 ~ 7 및 비교예 1 ~ 2: 외첨된 토너의 제조
외첨제, 즉 대입경 구상 졸겔 실리카 입자, 소입경 실리카 입자, 및 산화주석 입자의 종류 및/또는 함량을 표 2에 표시한 바와 같이 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시예 2 ~ 7 및 비교예 1 ~ 2의 토너를 제조하였다.
입자 크기
(nm)		 표면적
(m2/g)		 공급원
(상품명)		 함량
(기준: 토너 모입자 100중량부)
대입경 졸겔 실리카입자 70 50 Sukgyung,Korea,
(SG50)		 2.0
소입경 실리카 입자 16 130 Evonik Industries, Germany
(AEROSIL®R972)		 1.0
산화주석 입자 45 60 Sukgyung, Korea, (SG-SNO10) 0.6
　
 대입경 구상
졸겔 실리카 입자		 소입경 실리카
입자		 산화주석 또는 산화티탄
입경
크기
(nm)		 표면적
(m2/g)		 첨가량
(중량부)		 입경
크기
(nm)		 표면적
(m2/g)
 소수화
표면
처리제		 첨가량
(중량부)		 물질/입경
크기(nm)		 표면적
(m2/g)		 소수화
표면
처리제		 첨가량
(중량부)
실시예
1		 70 50 2.0 16 130 DDS* 1.0 산화주석/
28nm		 60 DMDES**
20%		 0.3
실시예 2 70 50 2.0 16 130 DDS 1.0 산화주석/
28nm		 60 DMDES
20% 		0.6
실시예3 70 50 2.0 16 130 DDS 1.0 산화주석/
28nm		 60 DMDES
20%		 0.9
실시예
4		 70 50 2.0 16 130 DDS 1.0 산화주석/
28nm		 60 DMDES
20%		 1.2
실시예
5		 70 50 2.0 16 130 DDS 1.0 산화주석/
28nm		 60 PDMS***
20%		 1.0
실시예
6		 70 50 2.0 16 130 DDS 1.0 산화주석/
28nm		 60 HMDS****
20%		 1.0
실시예
7		 70 50 2.0 16 130 DDS 1.0 산화주석/
28nm		 60 DMDES
20%		 1.5
비교예1 70 50 2.0 16 130 DDS 1.0 산화주석/
28nm		 60 DMDES
20%		 0.0
비교예2 70 50 2.0 16 130 DDS 1.0 산화 티탄/
28nm		 60 DMDES
20%		 0.6
* DDS: 디에틸디메틸 실록산** DMDES: 디메틸디에톡시 실록산
***PDMS: 폴리디메틸 실록산
****HMDS: 헥사메틸디메틸 실록산
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 및 2의 토너의 물성을 표 3에 나타냈다.
실시예 환경
대전성		 전사성 현상성 감광체
배경오염		 현상
내구성
실시예1 ◎ ○ ◎ ◎ ◎
실시예2 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
실시예3 ◎ ◎ ◎ ○ ◎
실시예4 ○ ◎ ◎ ○ ○
실시예5 ◎ ○ △ ○ ◎
실시예6 ○ ◎ ◎ △ ○
실시예7 ○ △ △ ◎ ○
비교예1 × ○ ○ △ △
비교예2 △ ○ ○ × ◎
표 3에 종합된 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 및 2의 토너의 특성은 아래의 시험 방법에 의하여 평가된 결과이다.
XRF/XRD
　		 Sn 강도 Si강도 XRF
[Sn] 강도, [Si] 강도, [Sn]/[Si]		 XRD
Sn intensity (cps)
Sn/Si 2θ=26.6/33.8 /51.8
실시예 14.9 0.0897 165.57 86±2/26±2/5±2
1
실시예 31.06 0.0941 330.14 124±2/86±2/46±2
2
실시예 46.3 0.0858 539.69 192±2/128±2/87±2
4
<평가방법>
[Sn] 강도, [Si] 강도, [Sn]/[Si] 강도비 측정
토너의 Sn 강도 [Sn], Si 강도 [Si]는 다음과 같은 절차에 따르는 형광 X선 분광법(XRF: X-ray fluorescence spectrometry)에 의하여 측정되었다.
XRF 측정 방법은 EDX-720장비를 이용하여 Ti-U 모드로 50s, Na-Sc 모드로 50s 간 분석을 진행하였다.
X선 회절분석기(XRD: X-ray Diffractometer, 산화티탄, 산화주석)의 회절 강도(2θ)토너에 포함된 산화티탄 / 산화주석의 측정은 Rigaku ULTIMA IV X-ray Diffractometer(XRD)를 사용하여 Cu Ka(λ=1.5148Å) 40Kv, 40 mA에서 분석하였다.
산화주석이 포함된 토너는 회절 강도 2θ=26.6˚/ 33.8˚/51.8˚ 에서 특유의 Peak가 나타난다.
계속하여 실시예 및 비교예의 토너의 특성을 평가하기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
1성분 현상방식의 프린터(삼성전자, CLP-680)를 이용하여 5,000 매까지 1% 커버리지(coverage)로 인쇄하여, 인쇄 환경 조건에 따른 현상성, 전사성, 화상농도, 화상오염, 경시성(인쇄매수에 따른 현상롤러상의 토너 층 및 화상 농도 변화)을 측정하였다.
환경 대전안정성
측정장비로서 EPPING q/m meter를 이용하고 전압 105V, 공기 유량 2.0 L/min의 조건에서 다음과 같은 절차를 통하여 평가하였다.
토너 0.5g 및 캐리어 9.5g을 200cc 병에 넣은 다음 TURBULAR 믹서로 약 3분간 혼합하여 토너 시료를 제작하였다. 토너 시료를 저온저습(LL) 조건(10℃, 상대습도 10%) 및 고온고습(HH) 조건(30℃, 상대습도 80% 조건)에서 각각 방치한 후, 대전성 평가를 진행하며 각 환경에서의 대전량을 측정하고, 다음과 같은 기준으로 대전안정성을 평가하였다.
◎ : HH/LL의 대전량 비율이 0.9 이상 1.0(환경 대전량 비율의 차이가 거의 나지 않는 매우 양호한 상태)
○ : HH/LL의 대전량 비율이 0.8 이상 0.9 미만(환경 대전량 비율의 차이가 조금 발생하는 양호한 상태)
△ : HH/LL의 대전량 비율이 0.7 이상 0.8 미만(다소 환경 대전량 비율이 차이가 많이 나는 상태)
× : HH/LL의 대전량 비율이 0.7 미만(환경 대전량 비율의 차이가 매우 많이 나는 상태)
현상성
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 × 100 (%)
◎ : 현상효율 90% 이상
○ : 현상효율 80% 이상 90% 미만
△ : 현상효율 70% 이상 90% 미만
× : 현상효율 60% 이상 70% 미만.
전사성(1차 및 2차)
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 × 100 (%)
2차 전사효율 = 용지의 단위 면적당 토너의 무게/ 중간 전사체의 단위 면적당 토너의 무게 × 100 (%)
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.
감광체 배경 오염
1,000매 인쇄후 감광체 드럼상의 비화상 영역을 테이핑(taping)하여 세 군데 위치에서의 광학밀도(optical density)를 측정하여 그 평균을 확인하였다. 광학밀도는 "Electroeye" 반사 농도계를 이용하여 측정하였다. 감광체 배경 오염 방지 성능을 하기의 기준에 따라 분류하였다.
◎: 광학밀도가 0.03 미만(토너의 감광체 배경 오염 방지 성능이 매우 우수한 것을 의미한다)
○: 광학밀도가 0.03 이상 0.05 미만(토너의 감광체 배경 오염 방지 성능이 우수한 것을 의미한다)
△: 광학밀도가 0.05 이상 0.07 미만(토너의 감광체 배경 오염 방지 성능이 불량한 것을 의미한다)
×: 광학밀도가 0.07 이상(토너의 감광체 배경 오염 방지 성능이 매우 불량한 것을 의미한다)
현상 내구성(경시변화)
5,000매를 프린트하여 각 1,000매당 경시성 화상농도와 캐리어 현상 정도를 측정하여 인쇄매수가 증가함에 따라 초기에 비하여 변동 정도를 평가하였다. 측정한 결과를 하기의 기준에 따라 분류하였다.
◎: 초기 대비 5,000매에서의 초기 대비 화상농도 변동폭이 10% 미만(토너가 매우 우수한 현상 내구성을 갖는 것을 의미한다)
○: 초기 대비 5,000매에서의 초기 대비 화상농도 변동폭이 10% 이상 20% 미만(토너가 우수한 내구성을 갖는 것을 의미한다)
△: 초기 대비 5,000매에서의 초기 대비 화상농도 변동폭이 20% 이상 30% 미만(토너가 불량한 내구성을 갖는 것을 의미한다)
×: 초기 대비 5,000매에서의 초기 대비 화상농도 변동폭이 40% 이상(토너가 매우 불량한 내구성을 갖는 것을 의미한다)
표 3을 참조하면, [La] 강도, [St] 강도, [La]/[Si] 강도비, [Sr]/[Si] 강도비 측정가 상기 조건 (1), (2), (3) 및 (4)를 모두 만족하는 실시예 1 내지 7의 토너는 환경 대전안정성, 현상성, 전사성, 및 현상 내구성 특성이 모두 우수하고 감광체 배경 오염이 저하된 것을 확인할 수 있다.
본 개시에 따르면, 정착성, 유동성, 대전 안정성 및 현상성이 모두 우수하고 감광체 배경오염 문제를 효과적으로 억제할 수 있는 정전 잠상 현상용 토너를 얻을 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로, 재료 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 본 개시의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구 범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (13)

  1. 복수의 토너 입자를 포함하는 정전하상 현상용 토너로서,
    상기 토너 입자는 결착수지, 착색제, 및 이형제를 함유하는 코어 입자; 및
    상기 코어 입자의 표면에 부착되어 있는 외첨제로서, 실리카 입자 및 산화주석 입자를 포함하는 외첨제;를 포함하고,
    X선 회절분석기(XRD: X-ray Diffractometer)에 의하여 측정된 상기 토너의 X-ray 회절 강도 2θ (단위: cps)가 하기 조건식 (1) 내지 조건식 (3)을 만족하는 정전하상 현상용 토너:
    0.4<[2θ=26.6±0.2°, 2θ=33.8±0.2°, 2θ=51.8±0.2°의 강도]<500 (1)
    0≤[2θ=25.3±0.2˚, 2θ=48.0±0.2˚의 강도]<10 (2)
    0≤[2θ=27.4±0.2˚, 2θ=36.1, 2θ=54.3±0.2˚의 강도]<10 (3)
  2. 제1항에 있어서,
    형광 X선 분광법(XRF: X-ray fluorescence spectrometry)에 의하여 측정된 상기 토너의 산화주석 형광 X선 강도 [Sn](단위: kcps), 및 상기 토너의 규소 형광 X선 강도 [Si](단위: kcps)가 하기 조건식 (4)를 더 만족하는 정전하상 현상용 토너:
    0.00 < [Sn]/[Si] ≤ 1000 (4)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화주석 입자의 첨가량은 토너 입자 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 이상 3 중량부 이하인 정전하상 현상용 토너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화주석 입자는 소수화 표면처리제로 소수화 표면처리된 산화주석 입자를 포함하는 정전하상 현상용 토너.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 소수화 표면처리제는 디메틸디에톡시 실록산(dimethyldiethoxy siloxane; DMDES), 헥사메틸디메틸 실록산(hexamethyldimethyl siloxane; HMDS), 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane; PDMS), 디에틸디메틸 실록산(diethyldimethyl siloxane; DDS), 디메틸트리메톡시 실란(dimethyltrimethoxy silane; DTMS) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 정전하상 현상용 토너.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 입자는 소수화 표면처리된 실리카 입자를 포함하는 정전하상 현상용 토너.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실리카 입자는 대입경 실리카 입자 및 소입경 실리카 입자의 조합을 포함하고,
    상기 대입경 실리카 입자의 부피 평균 입경 D50은 50 nm 이상 300nm 이하의 범위이고, 상기 소입경 실리카 입자의 부피 평균 입경 D50은 5 nm 이상 50nm 미만의 범위이고,
    평균입경 D50은 부피 분포를 기준으로 상기 실리카 입자들의 누적 분포 곡선에서 누적 백분율이 50%에 해당하는 입경을 나타내는 정전하상 현상용 토너.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 소입경 실리카 입자는 소수화 표면처리된 소입경 실리카 입자를 포함하는 정전하상 현상용 토너.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 대입경 실리카 입자는 대입경 구상 졸겔 실리카 입자를 포함하는 정전하상 현상용 토너.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 산화주석 입자의 부피 평균 입경 D50은 20 nm 이상 100nm 이하의 범위이고,
    평균입경 D50은 부피 분포를 기준으로 상기 산화주석 입자들의 누적 분포 곡선에서 누적 백분율이 50%에 해당하는 입경을 나타내는 정전하상 현상용 토너.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 정전하상 현상용 토너를 수용하고, 화상 형성 장치에 탈착 가능한 카트리지.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 정전하상 현상용 토너를 채용한 화상 형성 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 화상 형성 장치는,
    상담지체; 상기 상담지체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상 형성 수단; 토너를 저장하는 수단; 상기 상담지체의 표면에서 정전 잠상을 가시상으로 현상하기 위해 상기 토너를 상담지체의 표면에 공급하는 토너 공급 수단; 및 상기 가시상을 상담지체 표면에서 화상 수용 부재에 전사하는 토너 전사 수단;을 포함하는 화상 형성 장치.
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