KR100636160B1

KR100636160B1 - 양으로 대전 코팅된 전자기록 토너 입자

Info

Publication number: KR100636160B1
Application number: KR1020040065382A
Authority: KR
Inventors: 퀴안줄리에; 무드라이로날드제이.; 베이커제임스에이.
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2024-08-19
Also published as: KR20050107274A; EP1594010A2; JP2005321798A; US20050250028A1; CN1694000A; EP1594010A3

Abstract

본 발명은 폴리머 바인더 입자 및 코팅 물질을 포함하는 양으로 대전 코팅된 토너 입자들을 제공한다. 상기 코팅 물질은 상기 폴리머 바인더 입자의 외부 표면상에 코팅되는 하나 이상의 시각 개선 첨가제를 포함한다. 또한, 이러한 입자들을 포함하는 전자기록 토너 조성물, 및 특히 자기 보조 충돌 코팅 (Magnetically assisted impact coating, MAIC) 공정에 의하여 상기 입자들을 제조하는 방법을 제공한다.

폴리머 바인더, 토너 조성물, 시각 개선 첨가제, 코팅 물질, 전자기록

Description

양으로 대전 코팅된 전자기록 토너 입자{Positively charged coated electrographic toner particles}

본 발명은 전자기록 (electrography) 토너들에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 시각 개선 첨가제 (visual enhancement additive)를 포함하는 코팅을 갖는, 양으로 대전된 토너 입자들에 관한 것이다.

토너 조성물은 전자사진 공정 및 정전기적 프린팅 공정 (통칭적으로 '전자기록 공정') 분야에서 사용되어 각각 감광 요소 또는 유전 요소의 표면 상에 정전기적 화상을 형성한다. 이러한 토너 조성물들은 바인더 요소, 시각 개선 첨가제, 및 종종 전하 조절 첨가제 또는 전하 디렉터를 포함한다. 통상적인 토너 제조공정에 있어서, 폴리머 바인더가 형성되어, 상기 시각 개선 첨가제 및 임의의 기타 성분과 균질하게 혼합된다.

특정 제품 기술에 있어서, 입자들은 별도의 코팅으로 제조된다. 이러한 코팅 입자들은 예를 들어, 촉매, 제약 및 화장품 산업에 있어 공지되어 있다.

미국 특허 제6,037,019호는 분말을 기재에 부착하는 방법을 개시하고 있다. 상기 방법은 a) 진동 자기장을 제공하는 단계, b) 코팅 물질, 기재, 및 적어도 상 기 코팅 물질의 유동화 베드 (fluidized bed)를 형성함으로써 상기 코팅 물질을 상기 기재에 부착시키는 수단을 상기 자기장내로 연속적으로 도입하고 상기 코팅 물질이 기재 표면에 부착되기에 충분한 힘을 제공하는 단계, 및 c) 상기 코팅된 기재를 연속적으로 수집하는 단계를 포함한다.

액체를 미립자 기재에 부착하는 방법은 미국 특허 제5,962,082호에 개시되어 있다. 상기 방법은 a) 챔버내에서 진동 자기장을 형성할 수 있는 장치를 제공하는 단계, b) 상기 진동 자기장이 활성화되어 있는 동안 상기 장치의 챔버내에 미립자 자성 물질을 제공하는 단계, c) 진동 자기장내의 챔버 중에 액체 코팅 물질을 넣고, 상기 액체로 미립자 기재를 코팅하는 단계, d) 상기 자기장이 적어도 상기 미립자 자성 물질의 유동화 베드를 형성하게 하고, 상기 액체 코팅 물질로 상기 미립자 기재의 표면을 코팅하는 단계, 및 e) 선택적으로 상기 코팅된 미립자 기재를 연속적으로 수집하는 단계를 포함한다.

본 발명의 목적은, 하나 이상의 시각 개선 첨가제를 포함하는 코팅 물질이 폴리머 바인더 입자의 외부 표면에 코팅되는 양으로 대전 코팅된 토너 입자, 상기 토너 입자의 제조방법, 및 이를 포함하는 토너 조성물을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리머 바인더 입자 및 하나 이상의 시각 개선 첨가제를 포함하는 코팅 물질을 포함하는 양으로 대전 코팅된 특유한 토너 입자를 제공하고, 여기서 상기 코팅 물질은 상기 폴리머 바인더 입자의 외 부 표면상에 코팅된다.

본 발명의 일태양에서, 양으로 대전된 토너 입자는 코팅 물질 및 폴리머 바인더 입자의 혼합물을 제공함으로써 제조되고, 여기서 상기 코팅 물질은 시각 개선 첨가제를 포함하고, 또한 상기 혼합물은 자기 요소를 포함한다. 상기 혼합물은 시간에 따라 방향이 변화하는 자기장에 노출됨으로써, 자기장내의 자기 요소의 운동은 코팅 물질이 폴리머 바인더 입자의 표면에 부착되기에 충분한 힘을 제공하여 양으로 대전 코팅된 토너 입자를 형성한다. 바람직하게는, 코팅 물질 및 폴리머 바인더 입자들의 혼합물은 유동화된다.

본 명세서에 기술된 토너 입자들은 시각 개선 첨가제가 토너 입자들의 표면상에 위치하는 독특한 형태 (configuration)를 갖는다. 이러한 형태는 종래의 토너 형태와 현저하게 상이한데, 상기 시각 개선 첨가제는 폴리머 바인더 물질들과 균질하게 혼합된다. 이러한 독특한 형태는 최종 용도에서 토너의 기능성에 기여하지 않는 (또는 심지어 역효과를 가질 수도 있는) 성분을 부가하지 않고, 토너 입자의 폴리머 바인더 성분이 습도, 화학적 민감도, 및 광감도와 같은 불리한 환경조건으로부터 보호될 수 있는 독특한 보호 요소를 제공한다는 점에서 중요한 잇점을 제공한다. 또한, 폴리머 바인더의 이러한 외부적인 코팅은 특별히 슬립제 (slip agent) 또는 기타 유사 물질을 부가할 필요없이, 입자들 사이에 바람직한 반응집성 (anti-agglomeration) 또는 기타 상호작용성을 제공할 수 있다. 시각 개선 첨가제가 바인더 입자 표면에 위치하여 우수한 채도 (color sturation)를 제공할 수 있고, 따라서 종래기술의 토너와 비교하였을 때 토너 입자에서 시각 개선 첨가제의 전체함량을 증가시키지 않고 뛰어난 광학 밀도를 제공할 수 있다. 놀랍게도, 바인더 입자 표면에 시각 개선 첨가제 및 다른 선택적인 성분들을 위치시키는 것은 화상형성 공정에 있어서 상기 토너 입자들의 최종 기재에 대한 부착성에 불리한 영향을 끼치지 않는다.

특히 바람직한 일구현예에서, 실질적으로 시각 개선 첨가제의 전부가 토너 입자의 표면에 위치한다.

특히 바람직한 다른 일구현예에서, 본 발명의 토너 입자는 하나 이상의 S 물질 부분들 및 하나 이상의 D 물질 부분들을 포함하는 하나 이상의 양쪽성 그래프트 공중합체를 포함하는 바인더로부터 제조된다. 이러한 양쪽성 그래프트 공중합체는 코팅 물질에 의한 폴리머 바인더 입자들의 코팅을 특히 용이하게 할 수 있는 공중합체의 특유한 기하학적 면에서 특별한 잇점을 제공한다. 특히 바람직한 일구현예에서, 양쪽성 그래프트 공중합체의 S 부분은 상대적으로 낮은 T_g를 갖지만, D 부분은 S 부분보다 높은 T_g를 갖는다. 이러한 구현예는 코팅 물질에 의한 코팅을 높은 정도로 수용하는 표면을 갖는 폴리머 바인더 입자를 제공하는 반면, 폴리머 바인더 입자의 전체 T_g는 저장 또는 이용하는 도중에 토너 입자가 막히거나 함께 응집될 정도로 낮지는 않다.

놀랍게도, 선택된 폴리머 물질을 갖는 바인더 입자들을 포함하는 토너 입자들은 자체적으로 발생된 양전하 토너 입자들이 된다. 바람직하게는 본 발명에 기술되어 있는 바와 같은 공정을 사용하여 제조된 양쪽성 그래프트 공중합체로부터 선택되어 제조된 바인더 입자들을 포함하는 토너 입자들은 자체적으로 발생된 양전하 토너 입자들이 된다. 다른 일구현예에 있어서, 본 발명의 토너 입자들은 자체적으로 발생된 양전하 토너 입자들이 되지 않는 선택된 폴리머 물질을 포함하는 바인더 입자로부터 제조될 수도 있다. 특히, 자체적으로 발생된 양전하 토너 입자들이 되지 않는 폴리머 물질군들은 랜덤하게 배향된 폴리머들로 확인되었다. 자체적으로 발생된 양전하 토너 입자가 되지 않는 토너 입자들은 전체가 양으로 대전된 토너 입자들이 되게 하는 전하 디렉터 또는 전하 조절 첨가제를 포함하는 성분들의 선택에 의하여 양전하가 되게 할 수 있다.

본 발명의 양으로 대전 코팅된 토너 입자들은 바람직하게는 바인더 입자의 표면을 실질적으로 커버하기에 충분한 시각 개선 첨가제를 코팅 물질 중에 포함한다. 더욱 바람직하게는, 바인더 입자의 표면을 완전하게 커버하기에 충분한 시각 개선 첨가제를 코팅 물질 중에 포함한다. 사용되는 코팅 물질의 양은 코팅 물질의 첨가에 의하여 얻고자 하는 요구 특성 및 코팅 두께에 의존한다. 코팅 물질에 대한 바인더 입자의 중량비는 바람직하게는 약 100:1 내지 1:20이고, 더욱 바람직하게는 약 50:1 내지 1:1이고, 가장 바람직하게는 약 20:1 내지 5:1이다.

일반적으로, 레이저 회절 입자 크기 측정에 의해 측정된, 토너 입자들의 부피 평균 입자 직경(Dv)은, 바람직하게는 약 0.05 내지 약 50.0 미크론, 더욱 바람직하게는 약 3 내지 약 10 미크론, 가장 바람직하게는 약 5 내지 약 7 미크론의 범위이다. 바람직하게는 상기 코팅 입자에 대한 바인더 입자의 직경비는 약 20보다 크다.

두 가지 유형의 토너가 널리 상업적으로 사용되며, 이는 습식 토너 및 건식 토너이다. 본 발명의 토너 입자들은 화상형성 공정에서 최종 용도용으로 습식 또는 건식 토너 조성물 중의 하나로 이용될 수 있다. "건식 (dry)"이라는 용어는 건식 토너가 전적으로 어떠한 액체 성분들도 포함하지 않는다는 의미는 아니며, 토너 입자들이 임의의 현저한 양의 용매를 포함하지 않는 것, 예를 들어 통상적으로 10 중량%보다 작은 용매 (일반적으로, 건식 토너는 용매 함량의 관점에서 적당하게 실용적일 만큼 건조하다)를 포함하는 것을 의미하고, 또한 마찰전기 전하 (triboelectric charge)를 운반할 수 있는 것을 의미한다. 이는 건식 토너 입자들을 습식 토너 입자들과 구별되게 한다.

본 발명의 양으로 대전 코팅된 토너 입자들은 폴리머 바인더 입자 및 상기 폴리머 바인더 입자의 외부표면상에 코팅된 하나 이상의 시각 개선 첨가제를 포함하는 코팅 물질을 포함한다.

토너 조성물의 바인더는 전자기록 공정 동안 및 이후에 여러 기능들을 수행한다. 가공성과 관련하여, 바인더의 특성은 마찰전기적 대전 및 전하 보유 특성, 토너 입자의 흐름 및 정착 (fusing) 특성들에 영향을 끼친다. 이러한 특성들은 현상, 전사 및 정착 동안 우수한 성능을 달성하는 데 중요하다. 화상이 최종 수용체 상에 형성된 이후에, 바인더의 성질 (예를 들어, 유리전이온도, 용융 점도, 분자량) 및 용융조건 (예를 들어, 온도, 압력 및 용융기 형태)은 내구성 (예를 들어, 내블로킹 및 내소멸성), 수용체에의 부착성, 광택 등에 영향을 준다.

여기에 사용된, "공중합체"라는 용어는 올리고머 및 폴리머 물질 양자를 모 두 포괄하며, 둘 이상의 모노머들을 통합하는 폴리머들을 포괄한다. 여기에 사용된, "모노머"라는 용어는 하나 이상의 중합가능한 기(group)들을 갖는 상대적으로 저분자량인 물질 (즉, 일반적으로 약 500 달톤보다 작은 분자량을 갖는 것)을 의미한다. "올리고머"는 둘 이상의 모노머들을 통합하는 상대적으로 중간 정도 크기의 분자를 의미하며, 일반적으로 약 500 내지 약 10,000 달톤의 분자량을 갖는다. "폴리머"는 둘 이상의 모노머, 올리고머, 및/또는 폴리머 성분들로 이루어진 서브 구조를 포함하는 상대적으로 큰 물질을 의미하며, 일반적으로 약 10,000 달톤보다 큰 분자량을 갖는다.

유리전이온도, T_g는 (공)중합체, 또는 그 부분이, 경질 유리질 물질로부터 연질, 또는 점성 물질로 변화하는 온도를 의미하며, (공)중합체가 가열됨에 따라서 자유 부피 (free volume)가 매우 크게 증가하는 것과 부합된다. T_g는, 고분자량 호모폴리머들에 대한 기지의 T_g값 및 하기 표시된 Fox 식을 사용하여 (공)중합체, 또는 그 부분에 대해서 계산될 수 있다:

1/T_g = w₁/T_g ₁ + w₂/T_g ₂ + ... w_i/T_gi

상기 식에서, 각각의 w_n은 모노머 "n"의 중량 분율이고, 각각의 T_gn은 Wicks, A.W., F.N. Jones & S.P. Pappas, Organic Coatings 1, John Wiley, NY, pp 54-55 (1992)에 서술된 바와 같이, 모노머 "n"의 고분자량 호모폴리머의 절대 유리전이온도 (절대 온도 단위)이다.

본 발명의 실시에 있어서, 비록 전체로서의 공중합체의 T_g는 예를 들어 시차 주사 열량계를 사용하여 실험적으로 결정될 수 있지만, 상기 바인더의 폴리머 또는 이들의 부분(그래프트 공중합체의 D 또는 S 부분과 같은)에 대한 T_g 수치들은 상기 Fox 식을 사용하여 결정된다. S 및 D 부분들의 유리전이온도들 (T_g들)은 넓은 범위에 걸쳐서 변화할 수 있으며, 결과물인 습식 토너 입자들의 생산성 및/또는 성능을 향상시키도록 독립적으로 선택될 수 있다. S 및 D 부분들의 T_g들은 그와 같은 부분들을 구성하는 모노머들의 타입에 크게 의존한다. 결과적으로, 더 높은 T_g를 갖는 공중합체 물질을 제공하기 위해서, 모노머(들)이 사용되는 공중합체 부분 (D 또는 S)의 타입에 대해서 적당한 용해도 특성들을 갖는 하나 이상의 더 높은 T_g를 갖는 모노머들을 선택할 수 있다. 역으로, 더 낮은 T_g를 갖는 공중합체 물질을 제공하기 위해서, 모노머(들)이 사용되는 공중합체 부분의 타입에 대해서 적당한 용해도 특성들을 갖는 하나 이상의 더 낮은 T_g를 갖는 모노머들을 선택할 수도 있다.

폴리머 바인더 입자 조성물의 부분으로 사용되는 경우에는 다양한 적합한 토너 수지들은 본 명세서에 기술된 바와 같이 코팅 물질과 함께 코팅용으로 선택될 수 있다. 전형적인 수지의 예는 폴리아미드, 에폭시, 폴리우레탄, 비닐 수지, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 임의의 적당한 비닐 수지는 호모폴리머 또는 둘 이상의 비닐 모노머의 공중합체를 포함하여 선택될 수 있다. 이러한 비닐 모노머 단위들의 전형적인 예는 하기를 포함한다: 스티렌; 비 닐 나프탈렌; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 이소부틸렌 등과 같은 에틸렌성 불포화 모노-올레핀; 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐 벤조에이트, 비닐 부티레이트 등과 같은 비닐 에스테르; 부타디엔, 이소프렌 등과 같은 에틸렌성 불포화 디올레핀; 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, n-옥틸 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트 등과 같은 불포화 모노카르복실산 에스테르; 아크릴로니트릴; 메타크릴로니트릴; 비닐 메틸 에테르, 비닐 이소부틸 에테르, 비닐 에틸 에테르 등과 같은 비닐 에테르; 비닐 메틸 케톤, 비닐 헥실 케톤, 메틸 이소프로페닐 케톤 등과 같은 비닐 케톤; 및 이들의 혼합물. 또한, 다양한 비닐 수지는 하나 이상의 다른 수지, 바람직하게는 다른 비닐 수지와 혼합하여 토너 수지로서 선택될 수 있고, 이는 우수한 마찰전기적 특성 및 물리적 변성에 대한 균일한 내성을 보장한다. 또한, 개질 페놀포름알데히드 수지, 오일 개질된 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리에테르 수지, 폴리에스테르 수지, 및 이들의 혼합물을 포함하는 비닐 유형이 아닌 열가소성 수지가 사용될 수도 있다.

이러한 폴리머 바인더 입자들은 광범위한 제조기술을 사용하여 제조될 수 있다. 한 가지 널리 사용되는 제조기술은 상기 성분들을 용융혼합하는 단계, 고형체 혼합물을 분쇄하여 입자들을 형성하는 단계, 및 이어서 생성된 입자들을 분류하여 불필요한 입자 크기의 미세하고 큰 물질을 제거하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 폴리머 바인더 입자는 그래프트 양쪽성 공중합체를 포함한다. 폴리머 바인더 입자들은 하나 이상의 S 물질 부분들 및 하나 이상의 D 물질 부분들을 갖는 하나 이상의 양쪽성 공중합체를 포함하는 폴리머 바인더를 포함한다.

여기에 사용된 "양쪽성 (amphipathic)"이라는 용어는 공중합체를 제조하는 데에 사용되는 바람직한 액체 캐리어 중에서 구별되는 용해도 및 분산 특성들을 갖는 부분들의 조합을 갖는 공중합체를 의미하는 것이다. 바람직하게는, 액체 캐리어 (때때로 "캐리어 액체"로 명명되기도 함)는, 공중합체의 최소한 하나의 부분 (여기에서 S 물질 또는 블럭(들)로 명명되기도 함)이 캐리어에 의해서 더욱 잘 용해되는 반면에, 공중합체의 최소한 하나의 다른 부분 (여기에서 D 물질 또는 블럭(들)로 명명되기도 함)은 캐리어 중에서 더욱 분산된 상을 구성하도록 선택된다.

일 관점에서, 폴리머 입자들이 액체 캐리어 중에 분산된 경우에, D 물질은 코어 중에 존재하는 경향이 있는 반면에, S 물질은 셸에 존재하는 경향이 있는 코어/셸 구조를 갖는 것으로 고려될 수도 있다. 따라서, S 물질은 액체 캐리어 중에서 공중합체 입자들의 분산을 안정화시키는데 도움을 주기 위하여 분산 보조제, 입체적 안정화제 또는 그래프트 공중합체 안정화제로서 작용한다. 결과적으로, S 물질은 여기서 "그래프트 안정화제"로 명명될 수도 있다. 바인더 입자들의 코어/셸 구조는 습식 토너 입자들 내로 통합되는 경우에, 입자들이 건조하면 유지되는 경향이 있다.

통상적으로, 오가노졸은 중합성 화합물들 (예를 들어, 모노머들)의 비수성 분산 중합에 의해서 합성되어, 저유전성 탄화수소 용매 (캐리어 액체) 중에 분산된 공중합성 바인더 입자들을 형성한다. 이러한 분산된 공중합체 입자들은, 입체 안 정화제 (예를 들어, 그래프트 안정화제)의 화학적 결합에 의한 응집에 대해서 입체적으로 안정하며, 중합 중에 그들이 형성됨에 따라서, 캐리어 액체에 의해서 분산된 코어 입자들로 용해된다. 그와 같은 입체적 안정화의 메카니즘에 대한 세부사항은 Napper, D.H.에 의한 "콜로이드 분산물의 중합성 안정화 (Polymeric Stabilization of Colloidal Dispersions)", Academic Press, New York, N.Y., 1983에 서술되어 있다. 자가-안정 오가노졸을 합성하는 방법은 "유기 매체 중에서의 분산 중합 (Dispersion Polymerization in Organic Media)", K.E.J. Barrett, ed., John Wiley: New York, N.Y., 1975에 서술되어 있다.

폴리머 바인더 입자의 물질들은 바람직하게는 자체적으로 양전하인 토너 입자들을 제공하도록 선택된다. 일반적인 원칙으로서, 다수의 아크릴레이트 및 메타크릴레이트계 폴리머는 자체적으로 양전하인 토너 입자들을 생성한다. 이러한 바람직한 폴리머는 아크릴산 또는 메타크릴산 모노머의 하나 이상의 C1 내지 C18의 에스테르를 포함하여 형성된 폴리머를 포함한다. 바인더 입자들을 위한, 양쪽성 공중합체 중에 통합되기에 바람직한 특정 아크릴레이트 및 메타크릴레이트는 이소노닐 (메타)아크릴레이트, 이소보르닐 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, 이소부틸 (메타)아크릴레이트, 이소데실 (메타)아크릴레이트, 라우릴 (도데실)(메타)아크릴레이트, 스테아릴 (옥타데실)(메타)아크릴레이트, 베헤닐 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, 헥실 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트 및 이들의 조합 등을 포함한다.

다른 한편으로, 폴리머 바인더 입자의 폴리머는 음전하를 갖는 입자들을 자체적으로 생성하는 데 사용될 수 있다. 일반적인 원칙으로서, 이러한 폴리머는 스티렌, 스티렌 부틸 아크릴레이트, 스티렌 부틸 메타크릴레이트 및 특정 폴리에스테르를 포함한다. 폴리머 바인더 입자에 사용되는 상기 폴리머의 전체적인 경향이 음전하 토너 입자들인 경우에는, 전반적인 양전하를 토너 입자에 부여하기 위하여 효율적인 방식으로, 본 명세서에 기술되어 있는 바와 같이, 양으로 대전된 전하 디렉터 또는 전하 조절 첨가제가 도입될 수 있다. 이러한 양으로 대전된 전하 디렉터 또는 전하 조절 첨가제는 4급 암모늄 관능성 및 다른 양으로 대전된 관능성을 갖는 화합물들을 포함한다. 이러한 양으로 대전된 전하 디렉터 또는 전하 조절 첨가제들의 다른 예로는 실리카 등과 같은 미립자 첨가제 또는 안료들이 포함된다.

상기 기술된 바와 같이, 본 발명의 토너 입자들은 건식 또는 습식 토너 조성물 중의 하나로 사용될 수 있다. 폴리머 바인더 물질의 선택은 상기 토너 입자들이 사용되는 최종 화상 형성 공정에 의하여 부분적으로 결정되어질 것이다. 통상적으로건식 토너 입자들에 사용되는데 적합한 폴리머 바인더 물질들은 정착 이후의 우수한 내블로킹성을 얻기 위하여 최소한 약 50 내지 65℃의 높은 유리전이온도(T_g)를 갖지만, 통상적으로 토너 입자들을 연화 또는 용융시켜 최종 화상형성 수용체에 적합하게 정착시키기 위하여 통상적으로 약 200 내지 250℃의 높은 정착 온도를 필요로 한다. 높은 정착 온도는 장시간의 예열 및 고온의 정착과 관련된 고에너지 소모때문에 건식 토너에 불리하고, 종이의 자체 발화온도(233℃)에 근접하는 온도 에서 종이에 정착되는 관계로 인한 화재의 위험성이 있기 때문에 불리하다.

부가하여, 높은 T_g의 폴리머 바인더를 사용하는 일부의 건식 토너들은 최적 정착 온도보다 높거나 또는 낮은 온도에서, 최종 화상형성 수용체로부터 정착 표면으로 톤 화상의 바람직하지 못한 부분 전사(오프셋)를 나타내므로, 오프셋을 방지하기 위하여 정착기 (fuser) 표면에서 낮은 표면 에너지 물질을 이용하거나 또는 정착기 오일을 적용할 필요가 있는 것으로 알려져 있다. 다른 한편으로, 제조시에 다양한 윤활제 또는 왁스를 건식 토너 입자에 물리적으로 혼합하여 이형제 또는 슬립제(slip agent)로 작용하도록 하여 왔지만, 이러한 왁스들은 폴리머 바인더와 화학적으로 결합되어 있지 않으므로, 토너 입자의 마찰대전에 불리한 영향을 끼칠 수 있고, 토너 입자로부터 이동하여, 감광체, 중간 전사 요소, 정착기 요소, 또는 다른 전자사진 공정에 중요한 표면을 오염시킬 수 있다.

습식 토너 조성물에 사용하기에 적합한 폴리머 바인더 물질은 필요한 T_g 및 용해도 특성을 얻기 위하여 폴리머 성분을 약간 상이하게 선택하여 활용할 수 있다. 예를 들어, 점착성 전사 화상형성 공정에 사용되는 습식 토너 입자들은 "필름-형성 (film-formed)"되어야 하고, 감광체 상에 현상된 이후에 점착 특성을 가져야 하는 반면에, 정전기적 전사 화상 형성 공정에 사용되는 습식 토너들은 현상이후에 감광체 상에 뚜렷한 대전 입자로서 잔존하여야 하기 때문에, 습식 토너 조성물은 사용된 전사의 유형에 따라서 크게 변화할 수 있다.

일반적으로 점착성 전사 공정들에 유용한 토너 입자들은 유효 유리전이온도 가 약 30℃ 미만이고, 부피 평균 입자 직경은 약 0.1 내지 약 1 미크론이다. 이러한 건식 형태에서 이러한 입자들의 저장 및 공정은 입자들이 서로 블로킹 및 부착 (sticking)되는 것을 방지하기 위하여 특별한 취급 문제를 제공하기 때문에, 상대적으로 낮은 T_g값으로 인하여, 일반적으로 그러한 입자들이 본 명세서에 기술된 바와 같은 공정에 불리한 것만은 아니다. 건식형인 경우에, 입자들의 주위 온도를 블로킹 또는 부착이 일어나는 온도 미만으로 유지하는 것과 같은, 특별한 취급 공정들이 본 구현예에서 활용될 수 있다. 부가하여, 점착 전자사진 화상 형성 공정에 사용되는 습식 토너의 경우에는, 캐리어 액체는 일반적으로 감광체, 전사벨트, 및/또는 수용체 시트 상으로 토너가 증착된 이후에 용매가 급속히 증발되는 것을 보장할 수 있을 정도로 충분하게 높은 증기압력을 갖는다. 이는 다양한 컬러가 순차적으로 증착되는 경우 및 중첩되어 단일화상을 형성하는 경우에 특히 그러한데, 이것은 점착 전사 시스템에 있어서 상기 전사는 높은 응착 강도 (cohesive strength) (통상적으로 "필름 형성"으로 언급됨)를 갖는 더 건조한 톤 화상에 의해 촉진되기 때문이다. 일반적으로 톤 화상은 우수한 점착 전사를 나타내기에 충분히 "필름 형성"이 되기 위하여 약 68 내지 74부피%의 고형체보다도 높게 건조되어야 한다. 미국 특허 제6,255,363호는 점착 전사를 이용하는 화상 형성 공정에 사용하기 적합한 습식 전자사진 토너의 제조를 개시한다.

대조적으로, 정전기 전사 공정에서 유용한 토너 입자들은 일반적으로 약 40℃보다 높은 유효 유리전이온도, 및 약 3 내지 10미크론의 부피평균 입자 직경을 갖는다. 정전기 전사 화상형성 공정에 사용되는 습식 토너의 경우에, 우수한 전사를 위해서는 상기 톤 화상은 바람직하게는 약 30%w/w 고형체보다 작다. 따라서, 급속하게 증발하는 캐리어 액체는 정전기 전사를 이용하는 화상형성 공정으로 바람직하지 못하다. 미국 특허 제4,413,048호는 정전기 전사를 이용하는 화상형성 공정에 이용하기에 적합한 습식 전자사진 토너의 한 유형의 제조를 개시하고 있다.

바인더 입자들에 이용되기 위한 바람직한 그래프트 양쪽성 공중합체는 Qian 등에 의한, 2003년 6월 30일에 출원된 미국 가출원 번호 제10/612,243호,"ORGANOSOL INCLUDING AMPHIPATHIC COPOLYMERIC BINDER AND USE OF THE ORGANOSOL TO MAKE DRY TONERS FOR ELECTROGRAPHIC APPLICATIONS" 및 Qian 등에 의한, 2003년 6월 30일에 출원된 미국 가출원 번호 제10/612,535호의 "ORGANOSOL INCLUDING AMPHIPATHIC COPOLYMERIC BINDER HAVING CRYSTALLINE MATERIAL, AND USE OF THE ORGANOSOL TO MAKE DRY TONER FOR ELECTROGRAPHIC APPLICATIONS for dry toner compositions" 및 Qian 등에 의한, 2003년 6월 30일에 출원된 미국 가출원 번호 제10/612,534호의 "ORGANOSOL LIQUID TONER INCLUDING AMPHIPATHIC COPOLYMERIC BINDER HAVING CRYSTALLINE COMPONENT", Qian 등에 의한, 2003년 6월 30일에 출원된 미국 가출원 번호 제10/612,765호, "ORGANOSOL INCLUDING HIGH T_g AMPHIPATHIC COPOLYMERIC BINDER AND LIQUID TONER FOR ELECTROPHOTOGRAPHIC APPLICATIONS", 및 Qian 등에 의한, 2003년 6월 30일에 출원된 미국 가출원 번호 제10/612,533호, "ORGANOSOL INCLUDING AMPHIPATHIC COPOLYMERIC BINDER MADE WITH SOLUBLE HIGH T_g MONOMER AND LIQUID TONERS FOR ELECTROPHOTOGRAPHIC APPLICATIONS for liquid toner compositions"에 개시되어 있고, 이들은 인용에 의하여 본 명세서에 통합되어 있다. 특히 바인더 입자들에 사용되기에 바람직한 그래프트 양쪽성 공중합체는 약 90℃ 이상, 더욱 바람직하게는 약 100℃ 내지 약 130℃의 Fox식 (그래프팅 사이트 성분을 제외)을 이용하여 계산된 유리전이온도를 갖는 S 부분을 포함한다.

일반적으로 시각 개선 첨가제는 상기 물질들을 포함하는 토너 입자들이 수용체 상에 프린트되는 경우, 필요한 시각 효과를 제공하는 임의의 하나 이상의 유체 및/또는 미립자 물질들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 착색제, 형광성 물질, 진주광택 물질, 무지개 빛 물질 (iridescent materials), 금속성 물질, 폭죽 안료 (flip-flop pigment), 실리카, 폴리머 비드, 반사 및 비반사 유리비드, 마이카 (mica), 이들의 조합 등을 포함한다. 바인더 입자 상에 코팅된 시각 개선 첨가제의 함량은 매우 넓은 범위에서 변화될 수 있다. 대표적인 구현예에서, 시각 개선 첨가제에 대한 공중합체의 적합한 중량비는 1/1 내지 20/1, 바람직하게는 2/1 내지 10/1이고, 가장 바람직하게는 4/1 내지 8/1이다.

유용한 착색제는 당업계에 공지되어 있고, Society of Dyers and Colourists (Bradford, England)에 의해 공개되어 있는 컬러 인덱스 (Colour Index)에 열거되어 있으며, 염료, 색소, 및 안료를 포함한다. 바람직한 착색제는 바인더 폴리머를 포함하는 성분과 결합되어 본 명세서에 기술되어 있는 바와 같은 구조를 갖는 건식 토너 입자를 형성할 수 있는 안료이고, 적어도 명목상으로 캐리어 액체에 불용성이고 그와 비반응성이며, 또한 정전기 잠상 (latent electrostatic image)을 가시화 하는데 유용하고 효과적이다. 또한 시각 개선 첨가제들은 서로 물리적 및/또는 화학적으로 상호반응할 수도 있고, 또한 바인더 폴리머와 상호반응도 하여 시각 개선 첨가제의 집합물 및/또는 응집물을 형성할 수 있는 것으로 이해되어 진다. 적합한 착색제의 예들은 하기를 포함한다: 프탈로시아닌 블루 (C.I. Pigment Blue 15:1, 15:2, 15:3 및 15:4), 모노아릴리드 옐로우 (C.I. Pigment Yellow 1, 3, 65, 73 및 74), 디아릴리드 옐로우 (C.I. Pigment Yellow 12, 13, 14, 17 및 83), 아릴아미드 (Hansa) 옐로우 (C.I. Pigment Yellow 10, 97, 105 및 111), 이소인돌린 옐로우 (C.I. Pigment Yellow 138), 아조 레드 (C.I. Pigment Red 3, 17, 22, 23, 38, 48:1, 48:2, 52:1, 및 52:179), 퀴나크리돈 마젠타 (C.I. Pigment Red 122, 202 및 209), 레이크드 로다민 마젠타 (C.I. Pigment Red 81:1, 81:2, 81:3, 및 81:4), 및 미세하게 분할된 탄소와 같은 블랙 안료(Cabot Monarch 120, Cabot Regal 300R, Cabot Regal 350R, Vulcan X72, 및 Aztech ED 8200) 등.

본 발명의 토너 입자들은 바람직하게는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 추가적인 첨가제는 예를 들어, UV 안정화제, 곰팡이 저해제 (mold inhibitors), 항박테리아제 (bactericide), 살균제 (fungicides), 정전기 방지제, 광택 변형제, 기타 폴리머 또는 올리고머 물질, 산화방지제 등을 포함한다.

이러한 첨가제들은 코팅되기 전 바인더 입자 중에 통합될 수 있고, 또는 코팅 물질 중에 통합될 수도 있다. 상기 첨가제들이 코팅전에 바인더 입자 중에 통합되는 경우, 상기 바인더 입자들은 필요한 첨가제와 결합될 수 있고, 이어서 결과물인 조성물에 대해서는 균질화, 미세유동화, 볼-밀링, 마찰 밀링 (attritor milling), 고에너지 비드 (모래) 밀링, 바스킷 밀링 또는 분산물 중에서 입자 크기를 감소시키는 것으로 당업계에 공지된 다른 기술들과 같은 하나 이상의 혼합 공정을 수행된다. 혼합 공정들은 첨가제들이 존재하는 경우, 집합화된 상태의 첨가제 입자들을, 1차적인 입자(바람직하게는 약 0.005미크론 내지 약 5미크론, 더욱 바람직하게는 약 0.05미크론 내지 약 3미크론, 및 가장 바람직하게는 약 0.1미크론 내지 약 1미크론의 직경을 갖는다)들로 미분화하는 기능을 하고, 또한 바인더를 상기 첨가제와 조합할 수 있는 조각으로 부분적으로 분쇄할 수 있다. 본 구현예에 따르면, 이어서 공중합체 또는 공중합체로부터 유도된 조각들은 상기 첨가제와 조합된다. 선택적으로 하나 이상의 시각 개선 첨가제는 바인더 입자의 외부에 코팅될 뿐만 아니라, 바인더 입자내에 통합될 수도 있다.

최종 토너 조성물이 건식 토너가 되는 경우, 하나 이상의 전하 조절제는 필요하다면 당해 혼합 공정의 이전 또는 이후에 첨가될 수 있다.

전하 조절제는 다른 성분들이 자체적으로 필요한 마찰전기적 대전, 또는 전하 보유 특성을 제공하지 않는 경우에 종종 건식 토너에 사용된다.

하나 이상의 전하 조절제가 사용될 수 있다. 전하 조절제의 양은 토너 고형체 100중량부를 기준으로 하여, 일반적으로 0.01 내지 10중량부, 바람직하게는 0.1 내지 5중량부이다.

상기 토너용 양전하 조절제의 예들은 니그로신(nigrosine); 지방산 금속염을 기준으로 하여 개질된 산물들; 트리부틸벤질암모늄-1-히드록시-4-나프토설폰산 또는 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트와 같은 4급 암모늄염; 미국 특허 제 4,298,672호에 개시된 세틸 피리디늄 클로라이드 및 그 외 다른 것들을 포함하는 알킬 피리디늄 할라이드; 미국 특허 제4,560,635호에 개시되어 있는 디스테아릴 디메틸 암모늄 메틸 설페이트를 포함하는 설페이트 및 비설페이트; 미국 특허 제4,937,157호, 미국 특허 제4,560,635호에 개시된 디스테아릴 디메틸 암모늄 비설페이트; 포스포늄염과 같은 4급-암모늄-염에 대한 전구체인 오늄 염(onium salt), 이들의 레이크 안료; 트리페닐메탄 염료, 및 이들의 레이크 안료; 고급 지방산의 금속염; 디부틸 산화주석, 디옥틸 산화주석, 및 디시클로헥실 산화주석과 같은 디오가노 산화주석류; 및 디부틸 붕산염주석, 디옥틸 붕산염주석, 및 디시클로헥실 붕산염주석과 같은 디오가노 붕산염주석을 포함한다.

또한, 하기의 화학식 (1)을 갖는 모노머의 호모폴리머 또는 스티렌, 아크릴산 에스테르, 및 메타크릴산 에스테르와 같은 상기 중합가능성 모노머와의 공중합체가 양전하 조절제로서 사용될 수 있다. 또한, 이 경우에 이 전하 조절제는 (전체 또는 일부의)바인더 수지로서 기능한다.

상기 식에서,

R₁은 H 또는 CH₃이고;

R₂ 및 R₃은 각각 독립적으로, (바람직하게는 탄소수 1 내지 4의) 치환 또는 비치환의 알킬기이다.

상업적으로 구입가능한 양전하 조절제의 예들은 BONTRON N-01, N-04 및 N-21과 같은 아진 화합물; 및 Orient Chemical Company로부터의 BONTRON P-51과 esprix

technologies로부터의 P-12와 같은 4급 암모늄염; 및 Clariant로부터의 "Copy Charge PSY"와 같은 암모늄염을 포함한다.

바람직하게는 양전하 조절제는 무색이므로 전하 조절제는 토너의 필요한 색상의 구현을 방해하지 않는다. 다른 구현예에서, 전하 조절제는 안료와 같은 별도로 제공되는 착색제에 보조제로서 작용할 수 있는 색상을 나타낸다. 다른 한편으로, 전하 조절제는 토너 중에서 유일한 착색제가 될 수 있다. 또 다른 한편으로, 안료에 양전하를 제공하기 위한 방식으로 처리될 수 있다.

색상이 있는 양전하 조절제 또는 양으로 대전된 안료의 예들은 Clariant로부터 구입가능한 Copy Blue PR, 트리페닐메탄을 포함한다.

최종 토너 조성물이 습식 토너가 되는 경우, 필요하다면, 하나 이상의 전하 디렉터가 이러한 혼합 공정 이전 또는 이후에 첨가될 수 있다. 전하 디렉터는 임의의 습식 토너 공정에 사용될 수 있고, 특히 토너 입자들의 정전기 전사 또는 전사 보조 물질로서 사용될 수 있다. 전하 디렉터는 통상적으로 토너 입자들에 필요한 균일한 전하 극성을 제공한다. 달리 말하면, 전하 디렉터는 캐리어 액체 중에 분산된 때 선택된 극성의 전기적인 전하를 토너 입자들에 부여하는 작용을 한다. 바람직하게는, 전하 디렉터는 바인더 입자의 외부에 코팅된다. 선택적으로 또는 부가적으로 전하 디렉터는, 적당한 모노머와 다른 모노머를 공중합하여 공중합체를 제조하는 것, 전하 디렉터를 토너 입자와 화학적으로 반응시키는 것, 전하 디렉터를 토너 입자 상에 화학적으로 또는 물리적으로 흡착시키는 것, 또는 전하 디렉터를 토너 입자에 통합된 관능기에 킬레이트화시키는 것과 같은, 다양한 방법들을 사용하여 토너 입자들에 통합될 수 있다.

당업계에 서술된 임의의 갯수의 전하 디렉터가 토너 입자들상에 양성 전기적 전하를 제공하기 위하여 본 발명의 전사 보조 물질 또는 습식 토너에 사용될 수 있다. 예를 들어, 전하 디렉터는 다가 금속 이온들 및 반대 이온으로서 유기 음이온들로 구성되는 금속 염의 형태로 제공될 수 있다. 적당한 금속 이온들은, 이에 제한되는 것은 아니지만, Ba(Ⅱ), Ca(Ⅱ), Mn(Ⅱ), Zn(Ⅱ), Zr(Ⅳ), Cu(Ⅱ), Al(Ⅲ), Cr(Ⅲ), Fe(Ⅱ), Fe(Ⅲ), Sb(Ⅲ), Bi(Ⅲ), Co(Ⅱ), La(Ⅲ), Pb(Ⅱ), Mg(Ⅱ), Mo(Ⅲ), Ni(Ⅱ), Ag(Ⅰ), Sr(Ⅱ), Sn(Ⅳ), V(Ⅴ), Y(Ⅲ), 및 Ti(Ⅳ)를 포함한다. 적당한 유기 음이온들은 지방족 또는 방향족 카르복실 또는 술폰산들로부터 유도된 카르복실레이트들 또는 술포네이트들을 포함하며, 바람직하게는 스테아르산, 베헨산, 네오데칸산, 디이소프로필살리실산, 옥탄산, 아비에트산, 나프텐산, 옥타논산, 라우르산, 탈산 등과 같은 지방족 지방산들을 포함한다. 바람직한 양전하 디렉터들은 예를 들어 미국특허 제3,411,936호 (여기에 참고문헌으로서 통합)에 서술된 바와 같은, 금속 카르복실레이트(비누)들을 포함한다. 특히 바람직한 양 전하 디렉터는 지르코늄 2-에틸 헥사노에이트이다.

주어진 토너 제제에 대한 전하 디렉터 또는 전하 조절 첨가제의 바람직한 함량은, 폴리머 바인더의 조성을 포함한 여러가지 인자들에 의존한다. 바람직한 폴리머 바인더들은 그래프트 양쪽성 공중합체들이다. 오가노졸 바인더 입자를 사용하는 경우, 전하 디렉터 또는 전하 조절 첨가제의 바람직한 함량은 그래프트 공중합체의 S 부분의 조성, 오가노졸의 조성, 오가노졸의 분자량, 오가노졸의 입자크기, 그래프트 공중합체의 코어/쉘비, 토너 제조시에 사용된 안료, 및 오가노졸의 안료에 대한 비율에 추가적으로 의존한다. 부가하여, 전하 디렉터 또는 전하 조절 첨가제의 바람직한 함량은 전자사진 화상형성 공정의 성질, 특히 현상 하드웨어 및 감광체 요소의 디자인에 의존한다. 그러나, 전하 디렉터 또는 전하 조절 첨가제의 수준은 특별한 적용에 대하여 바람직한 결과를 얻기 위한 다양한 파라미터에 기초하여 조정될 수 있다.

폴리머 바인더 입자들의 제조이후에, 상기 입자들은 코팅용으로 제조된다. 본 발명의 바람직한 코팅 공정에서, 바인더 입자들은 코팅을 위하여 건조된다. 분산액이 건조되는 방식은 생성된 토너 입자들이 응집물 및/또는 집합물이 될 수 있는 정도에 영향을 끼칠 수 있다. 바람직한 구현예에서, 입자들이 건조될 때 건식 토너 입자들이 응집화 및/또는 집합화되는 것을 최소화하기 위하여 상기 입자들은 캐리어 가스 중에서 유동화, 흡입, 현탁화, 또는 부유화되는 (통칭하여 "유동화") 동안 건조된다. 실제로, 유동화 입자들은 낮은 밀도 상태에 있는 동안 건조된다. 이는 상호 입자 충돌을 최소화하는 것으로서 입자들이 다른 입자들로부터 상대적으로 분리되어 건조되는 것을 가능하게 한다. 이러한 유동화는 진동 에너지, 정전기 에너지, 유동 가스, 이들의 조합 등을 이용하여 달성할 수 있다. 상기 캐리어 가스는 일반적으로 불활성 가스 (예를 들어, 질소, 공기, 이산화탄소, 아르곤 등)가 될 수 있는 하나 이상의 가스들을 포함할 수 있다. 다른 한편으로, 캐리어 가스는 하나 이상의 반응성 종을 포함할 수 있다. 예를 들어, 필요하다면 산화 및/또는 환원 종들도 사용될 수 있다. 바람직하게는, 유동화 건조의 산물은 좁은 범위의 입자 크기 분포를 갖는 흐름이 자유로운 (free flowing) 건식 토너 입자들을 구성한다.

유동화 베드 건조기의 하나의 예로서, 습식 토너들은 여과되거나 또는 원심분리하여 웨트 케익 (wet cake)을 형성할 수 있다. 웨트 필터 케익은 유동화 베드 건조기 (예를 들어, Niro Aeromatic, Niro Corp., Hudson, WI로부터 구입가능)의 원뿔형 건조 챔버 중에 위치할 수 있다. 약 35 내지 50℃ 또는 바람직하게는 공중합체의 T_g보다 낮은 온도를 갖는 주변 공기는 건조된 임의의 분말을 끌어올리고, 용기 (즉, 유동화 분말 베드) 내부의 허공에 분말을 부양하는 데 충분한 유량으로 챔버 (바닥에서 끝까지)를 통과할 수 있다. 공기는 가열되거나 또는 달리 예비처리될 수 있다. 용기의 필터백은 상기 분말이 수용되는 동안, 공기가 건조 용기를 이탈하게 할 수 있다. 필터백에 모인 임의의 토너는 필터를 통한 주기적인 역전 공기 흐름에 의하여 씻겨내려갈 수 있다. 샘플들은 용매의 성질 (예를 들어, 비등점), 초기 용매 함량, 및 건조 조건에 따라서 10 - 20분 내지 수시간 동안 어디에서나 건조될 수 있다.

상기 기술된 바와 같이, 특유한 양으로 대전된 입자들은 본 명세서에 기술된 자기 보조 충돌 코팅 (Magnetically assisted impact coating, MAIC) 공정에 의하여 제조될 수 있다. 다른 한편으로, 하나 이상의 시각 개선 첨가제를 포함하는 코팅 물질에 의하여 폴리머 바인더 입자의 외부 표면에 코팅되는 양으로 대전 코팅된 토너 입자들을 제공할 수 있는 다른 코팅 공정들도 사용될 수 있다. 예를 들어, 스프레이 코팅, 용매 증발 코팅 또는 본 명세서에 기술되어 있는 층을 제공할 수 있는 공정들과 같은 코팅 공정들은 당업자에 의해 이해되는 바와 같이 활용될 수 있다.

바람직한 자기 보조 코팅 공정에 있어서, 코팅 물질 및 폴리머 바인더 입자의 혼합물이 제공되고, 여기서 상기 혼합물은 자기 요소들 (magnetic elements)을 포함한다. 이러한 혼합물은 시간에 따라 방향이 변화하는 자기장에 노출되고; 이에 의하여 자기장 중에서 상기 자기 요소의 운동은 코팅 물질이 폴리머 바인더 입자의 표면에 부착되어 양으로 대전 코팅된 토너 입자를 형성하기에 충분한 힘을 제공한다.

바람직하게는, 자기장은 진동 자기장 (oscillating magnetic field)이다. 이러한 진동 자기장은 예를 들어, 진동기 (oscillators), 진동기/증폭기 조합 (oscillators/amplifier combinations), 고체-상태 맥동장치 (solid-state pulsating devices), 및 모터 발생기에 의하여 전원이 공급될 수 있다. 또한, 자기장은 에어코어 또는 라미네이트팅된 금속 코어, 고정자 장치 등에 의하여 제공될 수도 있다. 바람직한 자기장 발생기는 통하여 전류공급을 변화시킴으로써 전원이 공급되는, 하나 이상의 모터 고정기, 즉, 회전자가 제거된 모터에 의해 제공될 수 있다. 부가하여, 금속 스트립은 자기장 발생기의 외부에 위치하여 자기장을 특정 공간의 부피로 한정할 수 있다.

유용한 자기장은 필요한 운동을 일으키기에 충분한 강도이고, 진동 자기장에 의해 움직이게 되는 코팅 물질들 또는 자기 요소들의 자기 특성을 탈자성시키지 않을 정도이다. 바람직하게는 자기장은 약 100 내지 3000 외르스테드(Oersteds), 가장 바람직하게는 약 200 내지 2500 외르스테드(Oersteds)이다.

진동 자기장에서 진동 주파수는 자기장에서 움직이는 요소와, 이동 자기 요소 또는 코팅 물질(자기 특성이 있을 경우)과의 충돌에 의하여 바람직하게는 유동화 (즉, 항상 동작 상태로 유지되는)되는 주위의 입자들 사이에서 발생되는 충돌의 횟수에 영향을 준다. 바람직하게는 자기장의 진동은 꾸준하고, 중단되지 않은 리듬을 갖는다. 다른 한편으로, 자기장의 진동은 불규칙적인 주파수 및/또는 크기로 될 수 있다. 선택적으로, 당업자에 이해되는 공기 흐름의 이용과 같은 부가적인 메카니즘 및 시스템이 입자들의 유동화를 돕기 위하여 활용될 수 있다. 진동 주파수가 너무 높으면, 자기 요소 또는 코팅 물질 (자기 특성이 있을 경우)은 상기 요소의 관성으로 인하여 변화하는 자기장에 맞추어 스핀할 수 없다. 만일 진동 주파수가 너무 낮으면, 입자들을 유동화시키기 위한 자기 요소 또는 코팅 물질 (자기 특성이 있을 경우)에서의 운동이 충분하지 않을 때까지 잔존 시간이 증가된다. 자기장에서의 진동은, 인용에 의하여 본 명세서에 통합된 미국 특허 제3,848,363호; 제3,892,908호; 또는 제4,024,295호에 개시되어 있는 예를 들어, 회전 자기장을 생 성하기 위한 다중상 고정자 (multiphase stator)를 사용하거나, 또는 이극성 (bipolar) 진동 자기장을 생성하기 위하여 매초 특정 사이클에서 AC 전원을 공급하는 단일상 (single phase) 자기장 발생기를 사용하여 발생될 수 있다. 주파수는 5헤르츠 내지 1,000,000헤르츠, 바람직하게는 50 내지 1000헤르츠이고, 또한 더욱 바람직하게는 AC 전원 공급기에서 통상적으로 사용되는, 즉 50헤르츠, 60헤르츠, 및 400헤르츠가 될 수 있다. 이극성 자기장은 사용되는 자기장 발생기가 일반적으로 저렴하고, 또한 회전 자기장을 생성하는 데 사용되는 것보다는 더 구입이 용이하기 때문에 바람직하다.

본 발명의 바람직한 일면에서, 상기 코팅 물질은 건조한 물질로서 제공된다. 코팅 물질은, 미립자 형태인 경우, 예를 들어, 구면, 박편, 및 부정형과 같은 임의의 다양한 형태일 수 있다.

바인더 입자는 응집체들이 자기장 내의 충돌에 의하여 용이하게 파괴되는 경우에는 엉성한 응집체 형태일 수 있다. 그러나, 바인더 입자의 파쇄성은 폭넓게 변화될 수 있으며, 1차 바인더 입자들의 파손없이, 바인더 입자들이 자기 요소로부터의 다수의 충돌이 존재 하에서 개별입자들의 상호작용이 가능할 정도로 충분하게 내구력이 있어야 한다는 것으로 제한된다.

코팅 물질은 코팅 물질 또는 바인더 입자 (자기 특성이 있을 경우)의 작용에 의해, 또는 바인더 입자 상에 코팅 물질의 피닝 (peening)을 일으키는 변화하는 자기장 중의 부가적인 자기 요소 (하기에 기술됨)의 작용에 의해 바인더 입자 상에 코팅된다. 코팅 물질 또는 미립자 바인더가 자성을 갖지 않는 경우, 변화하는 자 기장은 코팅 물질 속으로 자기 요소의 충돌을 일으키고, 이는 상기 코팅 물질이 피닝 작용에 의해 바인더 입자 상에 입혀지도록 한다.

다른 한편으로, 상기 코팅 물질은 액체 형태로 제공될 수 있다. 본 구현예에서, 액체는 코팅되는 미립자 바인더와 독립적으로 (예를 들어, 스프레이, 주입, 적하, 다른 입자 상에 운반, 및 액체를 챔버속으로 제공하는 다른 임의의 방법에 의하여 미세 자성 입자들의 운동 개시 이전, 그 이후 또는 그 동안에, 코팅되는 임의의 비자성 입자들의 임의의 도입 이전, 그와 동시, 또는 그 이후에 첨가되어 이동 입자에 의하여 접촉될 수 있고 또한 코팅 챔버 전반에 걸쳐서 통하여 분산된다) 또는 미립자 물질들과 함께 첨가되어 (예를 들어, 자성 또는 비자성 입자들은 개시 또는 코팅되는 액체 및 입자 운동 공정과 함께 전처리 또는 예비-코팅될 수 있고, 또는 상기 액체가 동일하거나 또는 상이한 삽입수단을 통하여 동시에 첨가될 수 있다) 조성물 속으로 도입될 수 있다. 전처리된 (예비-코팅된) 자기 입자들은 상기 입자들의 운동 이전 또는 운동 동안에 제공될 수 있다. 비자성 입자들은 상기 입자들의 운동 이전 또는 운동 도중에 첨가될 수 있다. 베드 내에서 입자들의 액체 코팅을 달성하는 데 필요로 하는 임의의 것은 입자의 운동 도중의 어떠한 시점에서, 코팅되는 액체 및 코팅하고자 하는 입자들 모두가 상기 시스템 내에 존재한다는 것을 의미한다. 시스템 내에서 작동하는 물리적인 힘은 입자들 및 액체가 적절한 시간 동안 시스템 내에서 잔존하게 된다면, 액체가 입자들 상에 균일하게 퍼지는 것을 보장한다. 시스템이 평형화되는 시간은 수초 내지 수분의 범위가 될 수 있으며, 액체의 점도에 부분적으로 의존한다. 액체의 점도가 높을수록 입자의 표 면 상에서 퍼질 수 있는 시간을 더 필요로 한다. 이러한 시간 인자는 통상적인 실험으로 용이하게 결정될 수 있으며 점도, 입자 크기, 입자 표면에 대한 액체의 상대 습윤능, 및 기타 용이하게 관측가능한 시스템의 특성들로부터 측정될 수 있고, 또한 관련지을 수 있다.

선택적으로, 바인더 입자에 대한 코팅에 있어서 시각 개선 첨가제 및/또는 기타 물질의 점착은 가공 조건의 이용 또는 화학적 결합 기술을 통하여 향상되었다. 예를 들어, 코팅 공정은 다소 높은 온도에서 수행됨으로써 바인더 입자의 표면이 적어도 부분적으로 점성을 갖고 이는 점착 특성에 의하여 코팅 물질이 바인더 입자에 더욱 잘 부착되게 한다. 본 발명의 구현예에서, 가공 온도는 입자의 코팅 공정 동안 바인더 입자들의 불필요한 응집을 최소화하기 위하여, 바인더 입자들 및 코팅 물질 두 가지의 농도 뿐만 아니라, 다른 인자들 (예를 들어, 폴리머의 T_g, 폴리머가 양쪽성 그래프트 공중합체인 경우 특히 S 부분)과 조심스럽게 균형을 이루고 있다. 바람직하게는 코팅 공정은, 코팅 공정이 일어나는 용기 중의 환경 온도에서 수행되며, 이는 폴리머 바인더 입자의 T_g 보다 낮은 약 10℃ 내지 약 35℃정도 낮다. 바람직한 구현예에서, 폴리머 바인더 입자는 S 부분 또는 D부분을 갖는 그래프트 공중합체이고, 용기 중의 환경 온도는 폴리머 바인더의 입자 S 부분의 T_g 보다 약 10 내지 약 35℃ 낮다.

바인더 입자에 대한 코팅에 있어서, 시각 개선 첨가제 및/또는 다른 물질의 점착 향상에 대한 또 다른 구현예에서는, 바인더 입자에 대한 코팅 조성물 중의 하 나 이상의 물질의 화학적 친화도가 점착제와 같은 브릿징 화합물 (bridging chemical)의 이용에 의하여, 또는 공유결합을 형성하거나 또는 친화도를 나타내는 관능기들을 코팅 물질 및 바인더 입자 상에 도입시킴으로써 강화되고, 이는 바인더 입자에 대한 하나 이상의 코팅 물질들의 점착성을 개선한다.

폴리머 바인더 입자에 대한 코팅 물질의 개선된 점착성은 특히 건식 및 습식 토너 환경에 있어서 바람직하다. 건식 토너 조성물에 있어서, 토너의 수송은 약각의 충돌을 발생하게 하여 점착이 되지 않을 수 있다. 이와 유사하게 습식 토너 조성물에서도, 코팅 물질의 약한 점착력은 저장 또는 이용 동안 폴리머 바인더 입자로부터 코팅 물질이 불필요하게 분리되는 것을 야기할 수 있다. 어느 환경에서건, 바인더 입자에 대한 코팅 물질의 부적합한 점착성은 잘못된 부호 토너 문제 (wrong sign toner issues)와 같은 현상 문제를 야기하는 미분들 (fines)을 발생시킬 수 있다.

바람직한 일실시예에서, 코팅 공정은 연속 공정이다. 이러한 공정에서, 소정량의 코팅 물질이 평형 상태에 도달될 때까지 자기 요소 및 반응 챔버를 코팅한다. 일단 평형 상태에 도달되면, 연속적인 코팅 공정이 진행되는 동안에는 상기 평형 상태가 유지된다. 이러한 점에서, 평형의 상태에 도달하는 시간을 갖거나 갖지 못할 수 있으며 시종일관 균일한 코팅을 제공할 수 없고, 시간을 소비하는 배치 공정에 비해서 개선점을 갖는다.

코팅 물질이 자기 분말을 갖는 것과 같이 자기 특성을 갖는 곳에서, 상기 분말은 일반적으로 약 200 내지 5000 외르스테드 범위의 보자력 (coercivity)을 갖는 다.

상기 기술한 바와 같은 자기 요소는 코팅 물질 및 바인더 입자 사이에 충돌을 일으키는 데 사용될 수 있는 개별 정밀 영구 자석이다. 또한 이러한 자기 요소는 일반적으로 200 내지 3000 외르스테드 범위의 보자력을 갖는다. 적합한 자기 요소는 예를 들어, γ산화철, 강바륨 페라이트, 미립 알루미늄-니켈-코발트 합금, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 또한 자기 요소는 Arnold Engineering Co., Norfolk, Nebr로부터 구입가능한 PLASTIFORM^TM Bonded Magnets 분말편과 같은 황 경화 니트릴 고무 중에 함침된 바륨 페라이트와 같은, 폴리머 매트릭스 중에 함침된 자기 분말을 포함할 수 있다. 부가하여, 자기 요소는 예를 들어, 경화 에폭시 또는 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 폴리머 물질로 코팅되어 자기 요소의 표면을 부드럽게 하거나 또는 자기 요소에 더욱 내마모성을 부여할 수 있다. 이러한 특별한 잇점은 백색 분말 코팅 물질로 코팅되는 경우 명백한데, 이는 결과물인 코팅이 공정 중에 백색으로 남아 있고, 탈색, 및/또는 블랙화되지 않기 때문이다.

자기 요소들은 크기에 있어서 코팅되는 코팅 물질의 분말의 크기보다도 작은 크기로부터 코팅되는 상기 바인더 입자의 크기보다 1000배 이상인 크기까지의 범위를 가질 수 있다. 자기 요소가 너무 작으면, 이들은 코팅된 바인더 입자로부터 분리되기 어려울 수 있다. 일반적으로, 상기 자기 요소 크기는 0.005미크론내지 1cm의 범위이다. 또한, 바인더 입자의 여러 배 크기의 길이를 갖는, 자성 물질이 파묻혀진 폴리머의 스트립은 종종 점착성 미립자 폴리머 바인더 입자를 유동화하는데 유용하다. 일반적으로, 자기 스트립은 0.05mm 내지 500mm, 더욱 바람직하게는 0.2mm 내지 100mm이고, 또한 가장 바람직하게는 1.0mm 내지 25mm이다. 자기 요소의 대략적인 크기는 당업자에 의해 용이하게 정해질 수 있다.

자기장에 사용될 수 있는 자기 요소의 양은 잔류 시간, 코팅 형태, 및 코팅 물질 및 바인더 입자들 사이의 충돌을 발생시키는 운동하는 자기 요소의 성능에 의존한다. 바람직하게는, 단지 이러한 충돌을 발생시키기에 필요한, 또한 바람직하게는 혼합물을 유동화하기에 필요한, 자기 요소의 양만이 사용된다. 일반적으로, 자기 요소들의 중량은 주어진 시간에서 자기장 내에서의 혼합물의 중량과 대략적으로 동일하여야 한다.

본 발명에서 유용한 챔버는 부싯돌 유리; 예를 들어, PYREX^TM 유리와 같은 잘 개어진 강화 유리 (tempered glass); 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트 및 나일론과 같은 합성 유기 플라스틱 물질; 및 세라믹 물질과 같은 다양한 비금속 물질일 수 있다. 금속성 물질들도 비록 맴돌이 전류(eddy current)의 발생에도 불구하고 사용될 수 있지만, 이는 진동 자기장에 부정적인 영향을 줄 수 있으며 또한 이러한 영향들을 극복하기 위하여 전력 증가가 요구된다.

챔버벽의 두께는 자기 요소의 충돌에 잘 견디기에 충분하여야 하고 또한 사용되는 물질에 의존한다. 적합한 두께는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 폴리카보네이트가 챔버를 형성하는 데 사용되는 경우, 적합한 벽 두께는 0.1mm 내 지 25mm, 바람직하게는 1mm 내지 5mm, 더욱 바람직하게는 1mm 내지 3mm가 될 수 있다.

자기장이 임의의 형태에 충진될 수 있고, 또한 바람직하게는 챔버 내에 분말을 유동화시킬 수 있기 때문에, 챔버의 형태는 원통형, 구형, 다면 또는 불규칙 형태일 수 있다. 챔버는 예를 들어, 직각, 수평, 각형 (angular), 및 타래송곳 (corkscrew)와 같은 임의의 배향을 가질 수 있다. 바람직한 챔버의 형태는 미국 특허 제6,037,019호 및 제5,962,082호에 개시되어 있으며, 상기 개시 문헌은 특히 인용에 의하여 본 명세서에 명백히 통합되어 있다.

시각 개선 첨가제를 포함하는 코팅 조성물을 갖는 상기 바인더 입자의 코팅 이후에, 결과물인 토너 입자는 선택적으로 구상화소둔 (spheroidizing), 화염처리 (flame treating), 및 불꽃 램프 처리 (flash lamp treating)와 같은 표면처리 또는 추가적인 코팅 공정에 의하여 추가적으로 가공될 수 있다.

이어서, 토너 입자들은 즉시 이용가능한, 토너 조성물로서 제공될 수 있거나 또는 추가적인 성분들과 혼합되어 토너 조성물을 형성할 수 있다.

선택적으로, 액체 캐리어 중에 토너 입자들을 현탁 또는 분산시킴으로써 습식 토너 조성물로서 토너 입자들이 제공될 수도 있다. 정전기 잠상을 방전시키는 것을 피하기 위하여, 액체 캐리어는 통상적으로 도전성이 없는 분산제이다. 습식 토너 입자들은 일반적으로 액체 캐리어 (또는 캐리어 액체) 중에 일정 정도 용해되며, 이러한 액체 캐리어 중에는 통상적으로 저극성, 낮은 유전상수, 실질적으로 비수성 캐리어 용매가 50중량%를 초과한다. 습식 토너 입자들은 일반적으로 캐리어 용매 중에 소산되는 극성기를 이용하여 화학적으로 대전되지만, 액체 캐리어 중에 용해 및/또는 분산되어 있는 동안 마찰전기적 전하를 운반하지는 않는다. 또한, 습식 토너 입자들은 통상적으로 건식 토너 입자들보다 작다. 약 5 미크론 내지 서브 미크론 범위의 작은 입자 크기 때문에, 습식 토너들은 매우 고해상도 톤 화상을 제조할 수 있으며, 따라서 고해상, 다중컬러 프린팅 적용에 바람직하다.

습식 토너 조성물의 액체 캐리어는 바람직하게는 실질적으로 비수성 용매 또는 용매 혼합물이다. 달리 말하면, 단지 액체 캐리어의 소수 성분 (일반적으로, 25중량% 미만)만이 물을 포함한다. 바람직하게는, 실질적으로 비수성 액체 캐리어는 20중량% 미만, 더욱 바람직하게는 10중량% 미만, 더 더욱 바람직하게는 3중량% 미만, 가장 바람직하게는 1중량% 미만의 물을 포함한다. 캐리어 액체는 폭넓은 다양한 물질, 또는 물질들의 조합으로부터 선택될 수 있고, 이들은 당업계에 공지되어 있으나, 바람직하게는 30ml 미만의 카우리-부탄올 (Kauri-butanol) 수치를 갖는다. 상기 액체는 바람직하게는 친유성이고, 여러 가지의 조건 하에서 화학적으로 안정하고, 또한 전기적으로 절연성이다. 전기적으로 절연성이라는 것은 낮은 유전 상수 및 높은 전기적 저항성을 갖는 분산성 액체를 말한다. 바람직하게는 액체 분산제는 5 이하, 더욱 바람직하게는 3 이하의 유전상수를 갖는다. 캐리어 액체의 전기 저항은 통상적으로 10⁹옴-cm; 더욱 바람직하게는 10¹⁰옴-cm보다 크다. 부가하여, 상기 액체 캐리어는 대부분의 구현예에서 토너 입자를 제조하는 데 사용되는 성분에 대해서 바람직하게는 화학적으로 불활성이다.

적당한 액체 캐리어의 예들은 지방족 탄화수소 (n-펜탄, 헥산, 헵탄 등), 시클로지방족 탄화수소 (시클로펜탄, 시클로헥산 등), 방향족 탄화수소 (벤젠, 톨루엔, 크실렌 등), 할로겐화 탄화수소 용매 (염소화된 알칸, 불소화된 알칸, 염화불소화탄소 등) 실리콘 오일 및 이들 용매들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 캐리어 액체는 Isopar^TM G, Isopar^TM H, Isopar^TM K, Isopar ^TM L, Isopar^TM M 및 Isopar^TM V (Exxon Corporation, NJ로부터 구입가능)와 같은 분지형 파라핀 용매 혼합물을 포함하고, 또한 가장 바람직한 캐리어는 Norpar^TM 12, Norpar^TM 13 및 Norpar^TM 15 (Exxon Corporation, NJ로부터 구입가능)와 같은 지방족 탄화수소 용매 혼합물이다. 특히 바람직한 캐리어 액체는 힐데브란트 용해도 패러미터 (Hildebrand solubility parameter)가 약 13 내지 약 15 MPa^1/2이다.

본 발명의 바람직한 건식 토너를 제조하기 위한 전체 조성물의 예시적인 특성들은 예를 들어, Qian 등에 의한 2003년 6월 30일에 출원된 미국 특허출원 제10/612,243호 및 2003년 6월 30일에 출원된 미국 특허출원 제10/612,535호에 기술되어 있다.

본 발명의 바람직한 습식 토너를 제조하기 위한 전체 조성물의 예시적인 특성들은 예를 들어, Qian 등에 의한 2003년 6월 30일에 출원된 미국 특허출원 일련 번호 제10/612,534호; 2003년 6월 30일에 출원된 미국 특허출원 일련 번호 제10/612,765호; 및 2003년 6월 30일에 출원된 미국 특허출원 일련 번호 제10/612,533호에 기술되어 있다.

본 발명의 토너는 전자사진 및 정전기 공정을 포함한 전자기록 공정에 있어서 화상을 형성하는 데 사용되는 바람직한 구현예이다.

전자사진(xerography)으로도 언급되는 전자사진 프린팅에서, 전자사진 기술은 종이, 필름 등과 같은 최종 화상 형성 수용체 상에 화상을 형성하는 데 사용된다. 전자사진 기술은 복사기, 레이저 프린터, 팩스기 등을 포함한 광범위한 장치에 통합되어 있다.

통상적으로 전자사진법은 최종 영구 화상 수용체 상에 전자사진 화상을 제조하는 공정에서, 감광체 (photoreceptor)로 알려져 있는, 재사용 가능하고, 감광성이며, 임시적인 화상 수용체의 사용을 포함한다. 대표적인 전자사진 화상형성 공정은 대전, 노광, 현상, 전사, 정착 및 클리닝 및 제전을 포함하여, 수용체 상에 화상형성을 생성하는 일련의 단계들을 포함한다.

대전 단계에서, 감광체는 통상적으로 코로나 또는 대전 롤러에 의해 음 또는 양 중의 하나인, 원하는 극성의 전하로 덮힌다. 노광 단계에서, 광학 시스템, 통상적으로 레이저 스캐너 또는 다이오드 배열은 최종 화상 수용체 상에 형성되는 목적 화상에 대응하는 화상 방식 (imagewise manner)으로 감광체의 대전 표면을 선택적으로 방전시켜 잠상을 형성한다. 현상 단계에서, 적합한 극성의 토너 입자들은 일반적으로 감광체 상의 잠상과 접촉하는데, 토너 극성에 반대의 포텐셜 극성을 갖는, 통상적으로 전기적으로 편향된 현상기 (developer electrically-biased)를 사용한다. 토너 입자들은 감광체로 이동하고 정전기력에 의해 잠상에 선택적으로 부착되고, 감광체 상에 톤 화상을 형성한다.

전사 단계에서, 톤 화상은 감광체로부터 목적으로 하는 최종 화상 수용체에 전사되는데, 때때로 중간체 전사 요소가 톤 화상의 후속의 전사와 함께 감광체로부터 최종 화상 수용체로의 톤 화상의 전사에 영향을 주기 위하여 이용된다. 정착 단계에서, 최종 화상 수용체 상의 톤 화상은 가열되어 토너 입자들이 연화 또는 용융됨으로써, 톤 화상을 최종 수용체에 정착하게 한다. 다른 하나의 정착 방법은 열을 가하거나 또는 가하지 않는 고압하에서 최종 수용체에 토너를 고정시키는 것을 포함한다. 클리닝 단계에서는 감광체 상에 남아 있는 잔류 토너가 제거된다.

마지막으로, 제전 단계에서는 감광체 전하가 특정 파장 밴드의 광에 노광되어 실질적으로 균일하게 낮은 값으로 감소됨으로써, 본래 잠상의 잔류물이 제거되고 다음의 화상 형성 사이클을 위하여 감광체가 준비된다.

본 발명은 하기의 비제한적인 실시예에 의하여 추가로 기술되어 있다.

실시예

테스트 방법 및 장치

하기 토너 조성물 실시예에서, 그래프트 안정화제 용액, 오가노졸 및 습식 토너 분산액의 고형분 백분율은 알루미늄 중량 측정팬의 중량을 계산한 이후에, 160℃에서 4시간 동안 알루미늄 중량 측정 팬에서 원래의 중량 측정된 샘플을 건조하여 건조된 샘플을 칭량하고, 또한 원래의 샘플 중량에 대한 건조된 샘플 중량의 백분율 비를 계산하여 열중량적으로 측정하였다. 상기 열중량법을 사용하여 고형분 백분율을 각각 측정하는 데 약 2그램의 샘플을 사용하였다.

본 발명을 실시하는데 있어서, 분자량은 통상적으로 중량평균 분자량으로 표 현되는데 반하여, 분자량 다분산성(molecular weight polydispersity)은 수평균 분자량에 대한 중량평균 분자량의 비로 주어진다. 분자량 파라미터는 캐리어 용매로 테트라히드로푸란을 사용하여 겔투과 크로마토그래피(GPC)로 측정하였다. 절대 중량평균 분자량은 Dawn DSP-F 광산란 검출기 (Wyatt Technology Corp., Santa Barbara, Calif.)를 사용하여 측정한 반면, 다분산성은 중량평균 분자량을 Optilab 903 시차 굴절율 검출기(Wyatt Technology Corp., Santa Barbara, Calif.)로 측정한 수평균 분자량 값에 대한 비로 평가하였다.

오가노졸과 습식 토너 입자 크기 분포는 Horiba LA-900 또는 LA-900 레이저 회절 입자 크기 분석기 (Horiba Instrumetns, Inc., Irvine, Calif.)를 사용하여 레이저 회절 광산란법 (laser diffraction light scattering method)으로 측정하였다. 습식 샘플들을 Norpar^TM12에 약 1/10 부피로 희석하고, 사용 설명서에 따른 입자 크기 분석기에서의 측정에 앞서 150watt 및 20kHz에서 1 분동안 초음파 처리하였다. 건식 토너 입자 샘플을 습윤제로서 1% Triton X-100 계면활성제가 부가된 수중에 분산하였다. 입자 크기는 기본(1차) 입자 크기, 및 집합물 또는 응집물의 존재를 나타내기 위하여 수평균 직경(D_n)과 부피 평균직경(D_v) 모두로 표현하였다.

전자사진 토너의 중요한 특성 중 하나는 그램 당 쿠울롱 단위로 주어진, 토너의 정전기적 대전 성능 (또는 비전하(specific charge))이다. 각 토너의 비전하는 블로우-오프(blow-off) 마찰전기-테스터 기구(Toshiba Model TB200, Toshiba Chemical Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 하기의 각 실시예에서 측정되었다. 이 장치를 사용하기 위하여, 상기 토너를 먼저 이것을 캐리어 분말과 결합시킴으로써 정전기적으로 대전시켰다. 캐리어 분말은 대개 폴리머 셀로 코팅된 페라이트 분말이다. 토너 및 코팅된 캐리어 입자들은 함께 결합되어 현상액을 형성하였다. 현상액이 서서히 교반되는 경우, 마찰전기 대전은 성분 분말들 양자 모두가 도일하고, 반대되는 정전기 전하를 얻게 하며, 이러한 정전기 전하의 크기는 대전에 영향을 주기 위해 토너에 일부러 가해진 임의의 화합물들(예를 들어, 전하 조절제)과 더불어, 토너의 특성에 의해 결정된다.

일단 대전되면, 현상액 혼합물은 블로우 오프 마찰전기 테스터 내부의 작은 홀더에 위치한다. 상기 홀더는 민감한 용량계 (capacitance meter)에 부착된, 전하 측정 패러데이 컵 (charge-measuring Faraday cup) 역할을 한다. 컵은 압축 질소 라인에 연결되고, 그 바닥에는 미세 스크린을 갖는데, 이는 하기의 작은 토너 입자들은 통과시키지만, 큰 캐리어 입자들은 잔류시킬 정도의 크기를 갖는다. 가스 라인은 압축되는 경우, 가스 흐름은 상기 컵을 통하여 흐르고 토너 입자들이 미세 스크린을 통하여 컵의 밖으로 나오게 한다. 캐리어 입자들은 패러데이컵 중에 잔류한다. 테스터 중의 용량계는 캐리어의 전하를 측정하고; 제거된 토너 상의 전하는 크기 상으로 동일하고, 부호는 반대이다. 손실된 토너 질량 함량의 측정에 의해서 그램 당 마이크로 쿨롱으로 토너 비전하를 얻을 수 있다.

본 측정을 하기 위하여, 평균 입자 크기가 약 80 내지 100 ㎛인 실리콘 코팅된 페라이트 캐리어 (Vertex Image Systems Type 2)를 사용하였다. 캐리어 분말에 토너를 가하여 현상액 중에 3중량%의 토너 함량을 얻었다. 현상액을 블로우 오프 테스트를 하기 이전에 적어도 45분 동안 롤러 테이블에서 천천히 교반하였다. 각 토너에 대하여 적어도 5회에 걸쳐 비전하 측정을 반복하여, 평균값 및 표준 편차를 얻었다. 블로우 오프 동안 토너의 질량 손실량이 각 샘플에서 예상되는 전체 토너 함량의 50 내지 100% 사이이면 테스트가 유효한 것으로 간주한다. 이러한 값 이외의 질량 손실을 갖는 테스트들은 무시하였다.

합성된 토너 재료용 열전이 데이터는 DSC 냉장된 냉각 시스템 (최소한계온도는 -70℃), 및 건식 헬륨 및 질소 교환 가스를 구비한 TA Instruments Model 2929 시차 주사 열량계 (New Castle, DE)를 사용하여 수집하였다. 상기 열량계는 버전 8.10B 소프트웨어를 사용하는 열분석 2100 웍스테이션 상에서 작동하였다. 빈 알루미늄 팬을 참조치로서 사용하였다. 실험 재료 6.0 내지 12.0mg을 알루미늄 샘플 팬에 놓고, 상부 리드를 절단하여 DSC 테스트용으로 밀봉된 샘플을 제조하였다. 상기 결과물을 질량 당 기준으로 정규화하였다. 각 샘플을 각 가열 또는 냉각램프의 마지막에 5 내지 10분의 등온 중탕을 하는 10℃/분의 가열 및 냉각율을 사용하여 평가하였다. 실험 재료들을 5회로 가열하였다: 첫 가열 램프는 상기 샘플의 이전 열이력을 제거하고 이를 10℃/분 냉각처리로 대체하였고, 후속의 가열 램프는 안정한 유리전이온도값을 얻는데 사용하였다 - 값들은 제3 또는 제4의 열 램프 중의 하나로부터 기록하였다.

재료

본 실시예에서는 하기와 같은 약어를 사용하였다:

EMA: 에틸 메타크릴레이트 (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI로부터 구 입가능)

HEMA: 2-히드록시에틸 메타크릴레이트 (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI로부터 구입가능)

TCHMA: 트리메틸 시클로헥실 메타크릴레이트 (Ciba Specialty Chemical Co., Suffolk, Virginia로부터 구입가능)

TMI: 디메틸-m-이소프로페닐 벤질 이소시아네이트 (CYTEC Industries, West Paterson, NJ로부터 구입가능)

V-601: 디메틸 2, 2'-아조비스이소부티레이트 (WAKO Chemicals U.S.A., Richmond, VA로부터의 V-601과 같이 구입가능한 개시제)

DBTDL: 디부틸 틴 디라우레이트 (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI로부터의 구입가능한 촉매)

명명법

하기 실시예에서 각 공중합체의 상세한 조성은 공중합체를 만드는데 사용되는 모노머의 중량 백분율 비로 요약될 것이다. 그래프팅 사이트 조성(grafting site composition)은 경우에 따라 공중합체 또는 공중합체 전구체를 구성하는 모노머의 중량 백분율로 표현된다. 예를 들면, TCHMA/HEMA-TMI(97/3-4.7)로 명시된 그래프트 안정화제 (공중합체의 S부분의 전구체)는 상대적 기준으로 97중량부의 TCHMA와 3중량부의 HEMA를 공중합하여 만들어지고, 상기 히드록시 관능기를 가진 중합체를 4.7중량부의 TMI와 반응시켰다는 것을 의미한다.

유사하게, TCHMA/HEMA-TMI//EMA (97-3-4.7//100)로 디자인된 그래프트 공중 합체 오가노졸은 상기 지정된 그래프트 안정화제/HEMA-TMI (97/3-4.7)) (S 부분 또는 셀)와 지정된 코어 모노머 EMA(D부분 또는 코어)를 실시예에 기재된 상대 중량에 의하여 측정된 D/S(코어/셀)의 특정비로 공중합하여 제조한다.

1. 오가노졸 입자 제조

응축기, 디지털 온도 조절기에 연결된 열쌍기, 건식 질소 공급원에 연결된 질소 주입 튜브 및 혼합기를 구비한 50갤런 반응기를 201.9 lb의 Norpar^TM12, 66.4 lb의 TCHMA, 2.10 lb의 98% HEMA 및 0.86 lb의 Wako V-601 혼합물로 충진하였다. 상기 혼합물을 교반하는 동안, 반응기를 약 2 리터/분의 유량에서 30분 동안 건식 질소로 퍼지하고, 상기 질소 유량을 약 0.5 리터/분으로 감소하였다. 상기 혼합물을 4시간 동안 75℃로 가열하였다. 전환은 정량적이었다.

혼합물을 100℃로 가열하였고, 상기 온도에서 1시간 동안 유지하여 모든 잔류 V-601을 없애고, 이어서 70℃로 냉각시켰다. 이어서 질소 주입 튜브를 제거하고 0.11 lb의 95% DBTDL를 상기 혼합물에 가하였고 3.23lb의 TMI를 가하였다. 상기 반응 혼합물을 교반하면서 약 5분의 과정에 걸쳐 TMI를 적가하였다. 상기 혼합물을 70℃에서 2시간 동안 반응하게 하였으며, 상기 시간에서의 전환은 정량적이었다.

이어서, 상기 혼합물을 실온으로 냉각하였다. 냉각된 혼합물은 가시적인 불용성 물질을 함유하지 않는 점성의, 투명한 액체이었다. 상기 액체 혼합물의 고형체 백분율은 상기 기술된 할로겐 건조법을 이용하여 25.7%로 측정되었다. 상기 기 술된 GPC법을 이용하여 후속적인 분자량을 측정하였다; 두 개의 독립된 측정을 기초로 하여 공중합체의 M_w은 299,100이고 또한 M_w/M_n은 2.6이었다. 결과물은 TMI의 랜덤 측쇄를 함유하는 TCHMA 및 HEMA의 공중합체였고, 여기에서 TCHMA/HEMA-TMI (97/3-4.7% w/w)로서 명시되어 있고, 오가노졸을 제조하는 데 사용할 수 있다.

응축기, 디지털 온도 조절기에 연결된 열쌍기, 건식 질소 공급원에 연결된 질소 주입 튜브 및 혼합기를 구비한 560갤런 반응기를 1596.5 lb의 Norpar^TM12, 203 lb의 EMA, 상기 @25.7% 폴리머 고형체로부터의 그래프트 안정화제 혼합물 98.6 lb 및 2.28 lb의 V-601 혼합물로 충진하였다. 상기 혼합물을 교반하는 동안, 상기 반응기를 약 2 리터/분의 유량에서 30분 동안 건식 질소로 퍼지하고, 이어서, 상기 질소 유량을 약 0.5 리터/분으로 감소하였다. 상기 혼합물을 5시간 동안 70℃로 가열하였다. 전환은 정량적이다.

n-헵탄 약 190 lb을 냉각된 오가노졸에 가하고, 생성 혼합물을 드라이 아이스/아세톤 응축기를 구비하고, 90℃의 온도 및 약 15mm Hg의 진공에서 작동하는 회전식 증발기를 사용하여 잔류 모노머를 스트립하였다. 스트립된 오가노졸을 실온으로 냉각하고 불투명한 백색 분산액을 생성하였다.

이러한 겔 오가노졸을 TCHMA/HEMA-TMI//EMA (97/3-4.7//100 %w/w)로 명시하였다. 스트립핑한 이후 상기 기술된 할로겐 건조법을 사용하여 측정한 오가노졸 분산물의 고형체 백분율은 12.5%이었다. 후속의 평균 입자 크기의 측정은 상기 기술한 광 분산법을 사용하여 수행하였다; 오가노졸의 부피 평균 직경은 13.8 ㎛이었 다.

오가노졸은 1시간 동안 5000rpm으로 원심분리하였고, Norpar^TM12를 제거하였다. 고도의 공기 순환을 하는 후드하에서 실온으로 농축 오가노졸을 트레이-건조 (tray-dried)하였다. 상기 기술된 바와 같이, DSC를 사용하여 유리전이온도를 측정하였다. 상기 오가노졸 입자들의 T_g는 62.7℃이었다.

2. 오가노졸 상에 안료의 MAIC 코팅에 의한 건식 토너

실시예 2

실시예 1로부터 얻은 건식 오가노졸 입자들을 카본 블랙 (Black Pearls L, Cabot Corporation, Billerica, MA) 12중량% 및 전하 조절제 (Copy Charge N4P, Clariant, Coventry, RI) 2중량%와 결합시켰다. 분말 혼합은 4L 트윈 셀("V")블렌더로 수행하였다. 상기 샘플을 상이한 MAIC 공정 조건에 대하여 4개의 서브샘플로 나누었다. 샘플 조건을 표 1에 요약하였다.

샘플 조건

샘플 ID	안료(중량%)	CCA(중량%)	MAIC 체류시간(분)	MAIC 전원수준(%)
1	12	2.0	20	50
2	12	2.0	20	100
3	12	2.0	60	50
4	12	2.0	60	100

예비혼합된 분말 (오가노졸/안료/전하 조절제)를 약 50g의 소형 영구자석이 있는 밀폐 용기 중에 위치시켰다. MAIC (Magnetically Assisted Impact Coating)의 교류 자기장에 용기를 노출시켜서 소형 자석의 유동화 베드를 셋업하였다. 두 개의 상이한 MAIC 전원 수준 및 두 체류시간을 사용하였고, 평가용으로 4개의 샘플을 얻었다.

3. 토너 입자들의 평가

1) 블로우 오프 테스터에 의한 Q/M

실시예 2로부터 얻어진 MAIC 코팅된 샘플들을 캐리어 분말 (Vertex Image Systems, Type2)과 혼합하였다. 적어도 45분 동안 저속 혼합 이후에, 토너/캐리어를 도시바 블로우 오프 테스터로 분석하여 각 토너의 비전하 (마이크로쿠울롱/그램)를 얻었다. 적어도 세 개의 이러한 측정을 하여, 평균값 및 표준 편차를 얻었다. 상기 데이터를 질적으로, 즉 각 블로우 오프 샘플의 총 토너 함량의 70 내지 100% 내에 속하는 것으로 관측되는 질량 손실을 모니터링하였다. 또한 공지의 대전 특성의 토너들을 테스트 교정 표준으로서 사용하였다.

2) 토너 입자 크기

실시예 2로부터 얻어진 MAIC 코팅된 샘플들을, 1% 에어로졸 OT(디옥틸 소듐 설포숙시네이트, 나트륨염, Fisher Scientific, Fairlawn, NJ)를 함유하는 증류된 DDI(증류화 및 탈이온화)수 중에 분산하였다. 토너 입자 크기는 상기 기술된, Horiba LA-900 레이저 회절 입자 크기 분석기를 사용하여 측정하였다.

MAIC에 의한 건식 토너

토너 ID	Dv(μm)	Q/M(μC/g)
토너 ID	Dv(μm)	평균	SD
1	21.5	14.56	1.58
2	15.2	12.85	0.24
3	17.2	9.84	1.19
4	21.1	10.29	1.23

본 명세서에 인용된 모든 특허, 특허 문헌, 및 공보들은 개별적으로 통합된 것과 같이, 인용에 의하여 통합되어 있다. 달리 지시하지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량에 의하고, 모든 분자량은 중량 평균 분자량이다. 전술한 상세한 설명은 단지 이해를 명확하게 하기 위하여 제공된 것이다. 이로부터 불필요한 제한이 있는 것으로 이해되어져서는 안된다. 본 발명은 기술된 상세한 설명에 제한되지 아니하고, 당업자들에게 명백한 다양한 변화들이 청구범위에 의하여 정해지는 본 발명내에 포함될 것이다.

본 발명은 시각 개선 첨가제를 폴리머 바인더 외부 표면상에 코팅함으로써, 불리한 환경으로부터 토너 입자를 보호할 수 있으며, 토너 입자들이 서로 응집되지 않도록 할 수 있으며, 또한 우수한 채도 및 광학밀도를 제공하는 토너 입자 및 토너 조성물을 제조할 수 있다.

Claims

a) 다수의 폴리머 바인더 입자 및

b) 상기 폴리머 바인더 입자들 외부표면상에 코팅되는 하나 이상의 시각 개선 첨가제를 포함하는 코팅 물질

을 포함하는 양으로 대전 코팅된 토너 입자.
제1항에 있어서, 상기 코팅 물질이 하나 이상의 전하 조절제 (charge control agent) 또는 전하 디렉터 (charge director)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양으로 대전 코팅된 토너 입자.
제1항에 있어서, 상기 코팅 물질이 하나 이상의 유동화제 (flow agent)를 포함하는 것을 특징으로 하는 양으로 대전 코팅된 토너 입자.
제1항에 있어서, 상기 폴리머 바인더 입자들이 랜덤 폴리머들로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 양으로 대전 코팅된 토너 입자.
제1항에 있어서, 상기 폴리머 바인더 입자들이 하나 이상의 S 물질 부분들 또는 하나 이상의 D 물질 부분들을 포함하는 하나 이상의 양쪽성 그래프트 공중합체를 포함하는 폴리머 바인더로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 양으로 대전 코팅된 토너 입자.
제1항에 있어서, 상기 코팅 물질에 대한 상기 바인더 입자의 중량비가 50:1 내지 1:1인 것을 특징으로 하는 양으로 대전 코팅된 토너 입자.
상기 제1항에 있어서, 상기 코팅 물질에 대한 상기 바인더 입자의 중량비가 20:1 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 양으로 대전 코팅된 토너 입자.
제1항에 있어서, 상기 코팅 물질이 자성 (magnetic)인 것을 특징으로 하는 양으로 대전 코팅된 토너 입자.
제1항에 있어서, 상기 폴리머 바인더 입자가 자성인 것을 특징으로 하는 양으로 대전 코팅된 토너 입자.
제1항의 양으로 대전된 다수의 토너 입자들을 포함하는 건식 양전하 전자기록 토너 조성물.
제10항에 있어서, 상기 조성물이 자성 물질 (magnetic material)을 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 양전하 전자기록 토너 조성물.
a) 30ml 미만의 카우리-부탄올 (Kauri-Butanol) 수치를 갖는 액체 캐리어; 및

b) 상기 액체 캐리어 중에 분산된, 제1항의 양으로 대전된 다수의 토너 입자들;

을 포함하는 습식 양전하 전자기록 토너 조성물.
제12항에 있어서, 상기 조성물이 자성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 양전하 전자기록 토너 조성물.
a) 코팅 물질 및 폴리머 바인더 입자의 혼합물을 제공하는 단계로서, 상기 코팅 물질이 시각 개선 첨가제를 포함하고, 상기 혼합물이 자기 요소들 (magnetic elements)을 포함하는 단계;

b) 상기 혼합물을 시간에 따라 방향이 변하는 자기장에 노출되는 단계로서, 이에 의하여 자기장 중에서 상기 자기 요소의 운동은 상기 코팅 물질이 폴리머 바인더 입자의 표면에 부착되어 양으로 대전 코팅된 토너 입자를 형성하기에 충분한 힘을 제공하는 단계;

를 포함하는 시각 개선 첨가제를 폴리머 바인더 입자에 부착하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 자기장이 진동 자기장 (oscillating magnetic field)인 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 진동 자기장이 이극성 (bipolar) 진동 자기장인 것을 특징으로 하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 자기장의 진동이 꾸준하고, 중단되지 않은 리듬인 것 을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 코팅 물질 및 폴리머 바인더 입자들의 상기 혼합물이 유동화되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 폴리머 바인더 입자가 자기 요소인 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 코팅 물질이 자기 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 자기 요소가 코팅 물질 및 폴리머 바인더 입자로부터 독립된 별도의 입자인 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 코팅 물질이 건식 입자의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 코팅 물질이 습식의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 코팅 물질이 하나 이상의 전하 조절제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 코팅 물질이 하나 이상의 유동화제인 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 폴리머 바인더 입자가 랜덤 폴리머로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 폴리머 바인더 입자가 하나 이상의 S 물질 부분들 및 하나 이상의 D 물질 부분들을 포함하는 하나 이상의 양쪽성 그래프트 공중합체를 포함하는 폴리머 바인더로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
a) 코팅 물질 및 폴리머 바인더 입자의 혼합물을 제공하는 단계로서, 상기 코팅 물질이 시각 개선 첨가제를 포함하고, 상기 혼합물이 자기 요소들 (magnetic elements)을 포함하는 단계; 및 b) 상기 혼합물을 시간에 따라 방향이 변하는 자기장에 노출되는 단계로서, 이에 의하여 자기장 중에서 상기 자기 요소의 운동은 상기 코팅 물질이 폴리머 바인더 입자의 표면에 부착되어 양으로 대전 코팅된 토너 입자를 형성하기에 충분한 힘을 제공하는 단계;를 포함하는 시각 개선 첨가제를 폴리머 바인더 입자에 부착하는 방법에 의하여 제조된 토너.