KR950011868B1 - 토너 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

토너

제1도는 공극형성의 설명도.

제2도는 결합제 수지의 보존 모듈러스(stroge modulus)(125℃, 200℃)를 나타내는 그래프.

제3도는 상기 결합제 수지의 용융점도(125℃, 200℃)를 나타내는 그래프.

본 발명은 예를들어 전자 사진에서 정전 잠상을 현상하는데 사용되는 토너에 관한 것이다.

전자사진분야에서는, 미국특허 2297691호 명세서에 개시된 방법이 널리 사용된다. 이 방법에서는, 코로나 충전에 의하여 균일한 정전하가 광도전 절연체(포토콘드럼(photocondrum)등에 공급되고, 각종 수단을 사용한 광에 의하여 정전잠상이 형성된 후, 미세분말 즉 토너가 잠상에 정전기적으로 흡착되어 화상을 현상하고 가시화하며, 필요에 따라서, 종이등의 기록매체상에 토너화상이 전사되고, 예를들어, 압착, 가열, 용매중기 라스팅(blastion) 또는 광조사에 의하여 상기 기록매체에 고정된다.

정전잠상을 현상하는데 사용되는 토너로서는, 천연 또는 합성 고분자 물질로 된 결합제 수지중에 분산 착색제, 예를들어 카본블랙을 분산시킨 것을 분쇄하여 얻은 입자가 사용된다. 통상, 토너의 입도는 약 5~20㎛이다.

이러한 입자들은 토너 단독으로, 또는 철분 및 유리 구슬 등의 담체와 혼합하여 정전잠상의 현상에 사용한다.

현상방법은, 1성분 현상방법과 2-성분 현상방법으로 분류된다. 상기 전자의 방법에 사용되는 토너는 통상, 자성분말을 함유하며, 이 분말은 현상장치의 벽부나 현상롤러 표면과의 마찰에 의해 마찰대전되고, 상기 롤러에 포함된 자석의 자력에 의해 상기 현상롤러상에 보지된다. 상기 토너는, 상기 롤러의 회전에 의해서 감광 절연체 광도전 절연체의 잠상부에 현상됨으로써, 전기적인력에 의해서 대전된 토너만이 상기 잠상에 부착되어 화상의 현상을 행한다.

상기 후자의 현상방법에서는, 토너와 담체로 구성된 현상제를 현상장치내에서 혼합, 교반에 의하여 마찰대전시키고, 이 토너를 담체에 담지된 상태에서 광도전 절연체의 잠상부로 수송하고, 여기서, 대전된 토너만이 전기적 인력에 의하여 잠상에 선택적으로 부착되어 화상의 현상을 행한다.

종래에는 핫(hot) 롤러고정법이 채용되나, 크세논램프에 의해 발생된 광에너지를 이용한 플래시(flash)고정법이 하기의 특성들을 갖는 이유로 현재 주목되고 있다.

(1) 플래시 고정법은 비접촉 고정법이므로, 화상의 해상도를 저하시키지 않는다.

(2) 전원이 일단 꺼진후에 대기시간이 불필요하므로, 즉각적인 재개시가 가능하다.

(3) 복사기등의 기록매체가 장치고장으로 인하여 퓨저(fuser)내에서 막히는 경우에도, 타지 않는다.

(4) 접착지(adhesive paper), 예비인쇄(preprinted)된 것, 상이한 두께의 용지 쉬트등과 같이 용지재질 및 두께에 관계없이 사용할 수 있다.

상기 플래시고정법에 의하여 기록매체에 토너를 고정하는 방법을 설명한다. 기록매체에 전사된 토너는 분말상태로 상기 매체에 부착되어, 화상을 형성한다. 이 단계에서 손으로 문지르면 화상을 없앨 수 있다.

크세논 램프에 의해서 상기 하상에 광을 조사하면, 토너가 광의 에너지를 흡수한다. 따라서 토너의 온도가 높아져서 토너가 연화 용융되어 기록매체에 접착된다.

광이 없어진 후, 토너의 온도가 떨어지고, 따라서 토너가 고화됨으로써 고정된 화상이 형성된다.

토너에 필요한 조건은 토너가 비교적 저온에서 연화되는 동시에, 토너에 의해 형성된 화상이 토너가 용융상태 일때도 변형되지 않을 것이다.

그러나, 상기 토너와 같은 고체가 용융되면, 그의 점도가 떨어지고, 표면장력에 의하여 용융된 토너가 응집되어 변형된다.

이 경우 토너에 의해 형성된 화상이 변형된다. 종래 토너용으로 사용되는 결합제 수지로서는 통상 저융점 및 양호한 열안정성으로 인하여, 올리고머라고 하는 저분자량 중합체가 사용되었다.

그러나, 상기 올리고머는 그 올리고머로 형성된 고정된 화상이 상기 올리고머의 낮은 용용점도 및 보존 모듈러스로 인하여 쉽게 변형되어, 하질이 떨어지는 결함이 있다.

또한 상기 토너에 의해 흡수된 광에너지가 너무 크면, 폭발성(explosive)고정이 발생하기 쉬어서, "화상공극"이라 불리는 흰 공극이 나타남으로써, 화상의 사진농도가 떨어진다.

제1a, b 도 및 제1c도는, 어떻게 공극이 형성되는가를 설명한다. 이 도면들은, 기록용지(2)의 1쉬트상에 복수의 열로 배열된 토너(1)(도면에서 (a))에 강한 광(3)(도면에서 (b))이 조사되면, 토너(1)가 그의 저연화온도로 인하여 용이하게 용융되고, 다음과 같은 이유로 토너 내부에 공극(5)이 형성된다.

제1도에서 "4"는 고정된 화상임을 주목해야 한다.

토너(1)의 일부의 온도가 그의 분해온도까지 상승되면, 이 분해에 의하여 가스가 발생되고, 따라서 공극(5)이 형성된다.

상기 토너입자들간의 빈공간내의 공기가 열팽창되어, 그에 의하여 돌출되어 공극(5)이 형성된다.

토너(1)가 용융용되기에 충분한 강도의 에너지를 흡수하는 경우에도, 결합제 수지(1)의 용융점도와 보존을 모듈러스가 그 표면장력에 비해 충분히 낮으면, 일단 용융된 토너(1)가 고상화되기전에 토너가 그 표면장력에 의해 응집하여, 공극(5)이 형성될 수 있다. 고정시간이 짧을수록, 즉 프린터 또는 복사기의 인쇄속도가 빠를수록, 고정을 행하는데 단시간에 더욱 많은 양의 에너지량을 요하며, 따라서 상기 공극형성 현상이 더욱 자주 발생한다. 이러한 현상은 처리속도가 700mm/sec 이상인 고속기계를 사용하는 경우에 현저해진다.

상기의 문제를 해결하는 수단으로서 단순히 결합제 수지의 분자량을 크게하는 방법이 있다. 토너(1)의 용융점도와 보존 탄성율이 더욱 높아지기는 하나 그의 융점 또한 더 높아져서, 토너(1)의 고정성이 악화된다.

즉, 광고정에서 축적된 토너(1)의 상부에 순간적으로 광에너지가 공급되므로, 이 에너지에 의해 발생된 열이 토너(1)의 하부에 전달되고, 토너하부의 용융에 의해 고정이 행하여진다(일본 특허공보 55-140860호 참조) 즉, 토너(1)의 상하부간에 온도차가 발생하고, 토너(1)의 하부가 비교적 저온이 된다.

따라서 토너(1)의 융점이 상승되면 토너(1)의 하부가 실질상 용융되지 않는다. 따라서, 고정성이 극히 불량하다. 현상에 의한 축적된 토너(1)의 두께가 두꺼워지고, 상기 현상이 더욱 현저해진다. 고정후 토너(1)의 두께가 20㎛를 초과하는 경우, 양호한 고정성이 유지될 수 없다. 그러나, 항상 토너(1)가 일정치의 두께로 현상되도록 유지하는 것은 곤란하다.

또한 상기 광고정용 토너(1)로서는, 핫 롤러고정용 토너(1)에 사용되는 중합체 결합제 수지보다 낮은 연화온도를 갖는 저분자량 수지가 통상사용되며, 따라서 고온환경에 노출시에 토너표면이 연화되어 토너등이 융합되는 블로킹(blocking)현상이 발생할 수 있다.

상기 블로킹 현상이 발생하면, 토너(1)의 유동성이 극히 낮아져서, 현상기에의 토너 공급이 원활치 않을 뿐만 아니라, 그이 입도도 변화되어, 그의 대전성이 또한 변화되어, 양호한 현상화상을 얻을 수 없다.

따라서, 그 토너(1)의 양이 변화되도 양호한 고정성을 나타내며, 공극(5)형성 및 블록킹 형성도 발생되지 않는 토너(1)의 개발이 요망되었다.

상기 설명한 바와같이, 광고정 방식에서 그의 결합제로서 채용되는 전자사진용 토너수지로서는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르등에 의해 대표되는 에폭시수지가 통상 사용되었다. 이러한 수지가 결합제 수지로서 사용되는 경우, 낮은 연화온도, 즉 비교적 작은 분자량을 갖으며 양호한 고정성을 나타내는 올리고머를 사용해야 했다. 이러한 올리고머는 그의 열분해로 인하여 폭발성 고정을 야기하기 쉽고, 그의 표면장력과 용융점도가 높아서 토너입자들의 응집으로 인해 공극들이 형성되고 화질이 저하되는 결함이 있다. 또한 토너가 고온환경하에 노출되면 블로킹 현상이 발생한다.

상기 문제를 해결하기 위하여 결합제 수지의 용융점도를 높일 것과 결합제 수지의 이동으로 인해서 흰 공극이 전연 발생치 않을 것이 요구된다. 상기 결합제 수지의 용융점도를 높이는 수단으로서, 하기 방법들을 고려할 수 있다.

(1) 결합제 수지의 중합도를 높임.

(2) 탄소수 4이상의 비교적 긴 측쇄를 주쇄(mainchain)구조내에 도입함.

(3) 상기 결합제 수지의 주쇄구조 간에 가교를 도입함.

그러나, 상기 방법(1)과 (3)에서는 결합제 수지의 용융점도가 높아지고, 그 융점이 높아지기는 하나, 고정성이 악화되는 경우가 자주 있다.

상기 방법(2)에서는 결합제 수지의 융점이 높아지지 않고 그 용융점도가 높아질 수는 있으나, 내블록킹성이 크게 악화되는 경우가 많고, 이 경우 결합제 수지의 유리전이 온도가 저하된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이며, 본 발명의 목적은 고정성과 내블록킹성이 악화되지 않고, 공극형성내성이 우수한 토너를 제공하는데 있다. 본 발명자들은 상기의 문제점들을 연구하였으며, 이러한 문제점들은, 소정의 물성치를 갖는 결합제 수지를 채용함으로써 해결할 수 있음을 밝혀냈다. 본 발명에 의하면, 200℃에서 측정한 표면장력이 15dyne/cm 이하, 용융점도가 30poise 이상인 것이 특징인 하나 이상의 결합제 수지와 표면장력감소제를 포함하는 토너가 제공된다.

즉, 본 발명자들의 연구결과, 비교적 낮은 용융점도를 갖는 결합제 수지를 사용하여, 결합제 수지의 고정성의 저하 및 이에 동반하는 그 융점 상승을 방지하는 경우에도, 결합제 수지의 표면장력 또는 결합제 수지를 구성하는 분자들간에 작용하는 분자간의 힘을 저하시키는 1종 이상 물질을 채용함으로써, 즉 결합제 수지에 표면장력 감소제를 분산시킴으로써 표면장력이 감소된 토너를 채용함으로써, 응집으로 인한 공극형성을 방지할 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 결합제 수지를 함유하는 토너에 관한 것이며, 표면장력 저하제가 함유돼 있고, 이 표면장력 저하제로서 비이온성 계면활성제가 사용된다.

표면장력 저하제로서 사용되는 중합체로서는 친수기 및 소수기를 가지며 계면활성을 나타내는 계면활성제, 즉, 하기 일반식들로 표시되는 폴리디메틸실록산-폴리에테르, 폴리디메틸실록산-폴리에스테르와,

R : 알칼기 또는 H, 0.1< b/a<10

R : 알킬기 또는 H, 0.1<b/a<10

또는, 하기식으로 표시되는 불소중합체등을 사용할 수 있다 :

R : 알킬기 또는 H, 0.1<b/a<10,

R : 알킬리 또는 H, 0.1<b/a<10,

단량체들로부터 결합제 수지를 중합하는 단계에서, 또는 토너구성물질들을 용융 및 혼련하는 단계에서, 표면장력 저하제로서 사용되는 실리콘 중합체를 결합제 수지에 첨가할 수 있다. 그러나 결합제 수지의 중합단계에서 표면장력 저하제를 상기 결합제 수지들에 첨가하는데 있어서, 상기 표면장력 저하제는, 중합제 수지의 중합을 저해치 않고 2차 반응을 유도하지 않는 물질에 한정된다.

또한, 상기 실리콘 중합체의 수평균 분자량은 5×10²~5×10⁴이 바람직하며, 이 수평균 분자량이 증가되면, 실리콘 중합체의 결합제 수지에의 분산성이 저하된다.

상기 표면장력 저하제의 첨가량은 상기 표면장력 저하제의 재료와 결합제 수지의 표면장력에 따라 결정되기는 하나, 폴리에스테르수지(폴리에틸렌 테레프탈레이트)를 사용하는 경우, 표면장력은 바람직하게는 200℃에서 15dyne/cm 이하이며, 이 값은 토너중량에 대해 0.01~2.00중량%에 상당한다. 실리콘 중합체 첨가량이 2.00중량% 이하여야 하는 이유는 결합제 수지의 용융점도를 저하시키는 상기 표면장력 저하제의 효과로 인하여, 그 용융점도가 너무 낮아져서 공극형성 방지력이 저하되기 때문이다. 또한 실리콘 중합체 첨가량의 하한이 0.01중량%여야 하는 이유는, 이 값 이하이면, 표면장력 저하에 의한 공극형성 방지력을 얻을 수 없기 때문이다.

상기 펜던드(pendant)형 실리콘 중합체 이외의 비이온성 계면활성제로서는, 하기식

(식에서, R과 R'은 각각 알킬기 또는 수소 원자이고, 40≥n≥10), 또는 하기식

(식에서, R과 R'는 각각 알킬기 또는 수소원자를 나타내며, 40 ≥ n ≥10)으로 표시되는 폴리에틸렌 글리콜에테르 또는 폴리에틸렌 글리콜 에스테르를 사용할 수 있다. 이러한 지방족 비이온성 계면활성제들을 사용하는 경우, 이들을 5중량% 이상(통상 약 10~ 약 20중량%의 범위)의 비율로 첨가하여 표면장력을 충분히 저하시켜야 한다. 이 경우, 상기 비이온성 계면활성제의 첨가와 동시에 표면장력이 저하되나, 용융점도가 또한 현저히 저하됨으로써 공극형성 방지력 또한 저하된다. 그러므로, 폴리에틸렌 글리콜 에테르 또는 폴리에틸렌 글리콜 에스테르의 양은 50중량% 이하여야 한다.

상기 표면장력 저하제로서 사용되는 폴리에틸렌 글리콜에테르 또는 폴리에틸렌 글리콜 에스테르는 고온조건하에서 가수분해되므로, 이것을 결합제 수지합성시 첨가해서 결합제 수지중에 분산시키는 것이 곤란하다.

또한 표면장력 저하제로서, 하기 일반식

(식에서, R은 수소원자 또는 CH₃기임)으로 표시되는 폴리에틸렌왁스 및 폴리프로필렌왁스(수평균 분자량 : 2×10³~2×10⁴)을 사용할 수도 있다.

상기의 경우에서, 표면장력을 충분히 저하시켜 공극형성을 방지키 위해서는, 표면장력 저하제 첨가량은 2~20중량%이어야 한다.

본 발명에서 사용되는 토너 결합제 수지로서는 스티렌아크릴, 에폭시수지, 폴리에스테르 수지 등 전자사전에 사용되는 것들을 단독으로 또는 조합해서 사용할 수 있다. 표면장력 저하제가 분산돼 있는 결합제 수지를 다른 결합제 수지와 조합하는 경우, 결합제 수지 혼합물 전체에 대해서 필요량의 표면장력 저하제가 첨가되는 한, 단지 한 결합제 수지에만 표면활성 저하제가 가해진 결합제 수지 혼합물을 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 토너는 공지방법에 의하여 제조할 수 있다. 즉, 결합제 수지, 착색제, 표면장력 저하제, 탄소, 대전제어제 등을 압력혼련기, 롤밀, 압출기 등에 의해서 용융 및 혼련하여 균일 분산시키고, 이 균일 분산된 혼합물을 제트 밀(jt mill)등에 의하여 미세하게 분쇄하여 얻어진 분말을 공기식 분급기등에 의해 분급하여 원하는 토너를 얻느다.

각종 물성들은 하기 측정방법에 의해서 측정했다.

(1) 표면장력

온도제어범위가 ±0.5℃인 정온(constent tempernture)샘플 홀더를 구비한 월휄미(Whlhelimie)식 표면장력 측정장치 "디지오매틱(Difriomatic)ESB-V"(교와 학꼬사제)를 사용하여 200℃에서 측정했다.

(2) 용융점도/보존 모듈러스

콘 플레이트(cone plate)형 동적 점탄성 측정장치 "NR-3 솔리퀴드미터[포네틱](Soligude Meter[phontic])"(레올로지사제)를 사용하여 질소분위중에서, 50℃로부터 10℃/분의 승온속도로 250℃까지 승온시켜 측정했다.

[실시예 1]

먼저, 결합제 수지로서 에폭시수지(비스페놀 A 글리시딜 에테르, 에폭시당량 900~1000) 92 중량부에, 표면장력 저하제로서 펜단트형 실리콘 중합체(니혼 유니티카사제) 0.5중량부, 착색제로서 카본블랙(카보트사제 "블랙 펄즈 L" 평균입도 : 0.024㎛, 비표면적 : 138 m²/g) 5 중량부 및 니그로신 염료(오리엔트 가꾸사제 오일블랙) 3중량부를 가하고, 얻어진 혼합물을 가압 혼련기로 30분간 130℃에서 용융, 혼련하여, 토너 괴상물을 얻고, 이 토너 괴상물을 냉각하고, 로토프렉스 분쇄기에 의해서 분쇄하여 입도가 약 2mm인 조립상 토너를 얻었다.

다음, 상기 조립상 토너를 제트 밀(저팬 뉴메틱 사제 "PJM 분쇄기")에 의하여 미세하게 분쇄하여 얻은 분말을 공급 분급기(일편사제)로 분급하여 입도가 5~20㎛인 양전하 대전된 토너를 얻었다.

다음, 담체로서, 토너 A 5중량부, 비정질 철분 " TSV 100/200"(니혼 데뿐사제) 95중량부로 구성된 현상제를 제조하고, 이 현상제에 대하여, 레이저 프린터 "FACOM-6715"를 사용하여 인쇄시험을 행하고 얻어진 화상의 광학적 농도를 측정했다. 공극형성 상태를 목측 판정했다. 이 토너의 표면장력을 표면장력 측정장치(교와 가가꾸사제 " 디지오매틱 ESB-V")를 사용하여 200℃에서 측정했다.

상기 인쇄시험결과, 상기 토너 A는 공극방지성이 우수하고, 인쇄농도가 1.1이며, 표면장력이 15dyne/cm 임이 밝혀졌다(하기표 참조)

[실시예 2]

먼저, 결합제 수지로서 폴리에스테르(폴리에틸렌 테레프탈레이트 ; 중량 평균 분자량 : 1000) 92중량부에 (이 수지에는 실리콘 중합체 1.0중량부가 첨가되어 있음) 착색제로서 카본블랙 5중량부 , 및 니그로신 염료 3중량부를 가하고, 얻어진 혼합물을 가압 혼련기로 30분간 130℃에서 용융, 혼련하여 토너 괴상물을 얻고, 이 토너 괴상물을 냉각하고, 로토프렉스 분쇄기에 의해서 분쇄하여 입도가 약 2mm인 조립상 토너를 얻었다.

다음 상기 조립사 토너를 제트 밀에 의하여, 미세하게 분쇄하여 얻은 분말을 공기 분급기로 분급하여 입도가 5~20㎛인 양전하 대전된 토너를 얻었다.

인쇄평가결과, 상기 토너 B는 공극방지성이 우수하였고, 광학적 농도는 1.2였고, 토너 B의 표면장력은 13dyne/cm 였다(표 참조)

[실시예 3]

먼저, 결합제 수지로서, 수지중에 실리콘 중합체가 2.0중량부 첨가된 스티렌 아크릴 6%중량부, 폴리에스테르 수지(폴리에틸렌 테레프탈레이트; 중량 평균 분자량; 1000) 30 중량부(실리콘 중합체 첨가안된 것)에 착색제로서 카본블랙(블랙펄즈 L) 3중량부 및 니그로신 염료 3중량부를 더 가하고, 얻어진 혼합물을 가압 혼련기로 130℃에서 30분간 용융, 혼련하여 토너 괴상물을 얻었다.

다음 얻어진 토너 괴상물을 냉각하고, 로토프렉스 분쇄기로 입도가 약 2mm인 조립상 토너로 분쇄했다.

다음, 얻어진 조립상 토너를 제트 밀(PJM 분쇄기)로 미세하게 분쇄하고, 얻어진 미세분말을 공기분급기(알핀사제)로 분급하여, 입도가 5~20㎛ 양전하 대전된 토너 C를 얻었다.

인쇄시험 결과, 상기 토너C는 공극 방지성이 우수했고, 광학적 농도는 1.3, 표면장력은 10dyne/cm 였다(표 참조)

[비교예 1]

토너의 용융 및 혼련시에 표면장력 저하제로서 실리콘 중합체를 첨가치 않은 외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 토너D을 얻었다.

실시예 1과 동일한 방법으로 상기 토너의 인쇄 시험 및 표면장력 측정을 행하였으며, 토너의 인쇄시험 중 다수의 공극이 형성되었으며, 인쇄농도는 0.8이었다. 토너D의 표면장력은 25dyne/cm 였다(표 참조)

[비교예 2]

표면장력 저하제로서 실리콘 중합체를 가하지 않은 외는 실시예 2와 동일하게 실시하여 토너 E를 얻었다. 실시예 1과 동일한 방법으로, 상기 토너의 인쇄시험과 표면장력 측정을 행하였으며, 토너의 인쇄시험중 다수의 공극이 형성되었으며, 인쇄농도는 0.7이었다. 토너 E의 표면장력은 23dyne/cm이었다(표 참조)

[비교예 3]

결합제 수지로서 에폭시수지 92 중량부를 가하고, 표면장력 저하제로서 실리콘 중합체 3중량부를 가한외에는 실시예 1과 동일하게 실시하여 토너 F를 얻었다. 실시예 1과 동일한 방법으로 상기 토너의 인쇄시험과 표면장력 측정을 행하였으며, 토너의 인쇄시험중 다수의 공극이 형성되었으며, 인쇄농도는 0.7이었다. 토너F의 표면장력은 9dyne/cm이었다(표 참조)

[비교예 4]

표면장력 저하제로서 스티렌 아크릴 가하지 않은 외는 실시예 3과 동일하게 실시하여 토너 G를 얻었다. 실시예 1과 동일한 방법으로 상기 토너의 인쇄시험과 표면장력 측정을 행하였으며, 토너의 인쇄시험중 다수의 공극이 형성되었으며, 인쇄농도는 0.6이었다.

토너 G의 표면장력은 33dyne/cm이었다(표 참조)

[표 1]

* 200℃에서의 측정치.

상기 나타난 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고정성과 내블록킹성을 악화시키지 않고 공극방지성이 우수한 토너를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 섬광에 의해 토너를 고정시켜주는 섬광 고정장치에 사용하기 위한 중합성 표면장력 저하제와 결합제 수지를 함유하는 토너에 있어서, 상기 섬광고정장치에 의해 고정되는 토너중의 상기 결합제 수지의 용융점도와 표면장력이 각각 200℃에서 30poise 이상과 15dyne /cm 이하인 것이 특징인 토너.
2. 제1항에 있어서, 상기 표면장력 저하제가 비이온선 계면활성제인 것이 특징인 토너.
3. 제2항에 있어서, 상기 비이온성 계면활성제가 실리콘 중합체 또는 불소중합체인 것이 특징인 토너.