KR20080055534A - 고대전성 토너 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고대전성 토너 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토너의 대전성을 높이기 위하여 코어 부분과 전하조절제가 밀집한 얇은 두께의 쉘(shell)으로 이루어진 토너 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일측면으로서 2중 구조를 가지는 본 발명의 토너는 현탁 중합법으로 토너 코어를 제조하는 단계; 상기 코어의 표면에 강성(rigid)인 쉘을 형성시켜서 코너-쉘 구조를 가진 토너 입자의 현탁액을 형성하는 단계; 및 상기 현탁액으로부터 토너 입자를 회수하는 후처리 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
토너, 고대전성, 전하조절제, 코어, 쉘, 2중 구조
Description
본 발명은 고대전성 토너 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토너의 대전성을 높이기 위하여 코어 부분과 전하조절제가 밀집한 얇은 두께의 쉘(shell)으로 이루어진 토너 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 사무실내 PC 보급율의 향상과 사무 자동화 등으로 복사기 및 레이져 프린트 등에 대한 수요는 점점 증가하고 있다. 상기 복사기 및 레이져 프린터는 인쇄용지에 원하는 화상을 표현하기 위하여 토너를 전사하는 형태의 화상형성장치로서 화상형성에 토너를 필수적으로 이용하는 장치이다.
일반적으로 토너는 전자 사진 현상 및 정전기적 프린터, 복사기 등에 사용되는 것으로서, 전사작업시 피전사물에 화상을 현상하는 도료를 말한다. 프린터나 복사기 등에서 토너를 사용하여 인쇄 또는 복사 작업이 수행되는 과정은 다음과 같다.
1. 우선, 드럼 표면을 균일하게 대전하는 대전 과정이 수행된다. 상기 드럼으로는 유기감광체(OPC, Organic Photo Conductor) 드럼 등을 사용하는 것이 일반적이다. 대전은 상기 드럼 표면에 충전용 레이온 솔 등을 이용하여 정전기를 발생시키는 방식으로 이루어진다.
2. 이후, 드럼의 표면을 노광하여 정전 잠상을 형성하는 노광 과정이 후속된다. 균일하게 대전된 드럼 표면의 유기감광체 등과 같은 대전체는 빛이 조사되지 않을 경우에는 부도체가 되지만, 빛이 존재할 경우에는 대전된 전하를 흘려보내는 도체와 같은 역할을 수행하므로 레이져 등의 빛에 의해 드럼 표면을 조사하면 조사된 부분만 전하가 제거된 상태가 된다.
3. 상기 드럼 표면의 대전과 별도로 현상 롤러의 표면에 토너를 부착시키는 과정이 진행된다. 본 과정은 이후 토너를 대전 드럼으로 형성시키기 위한 준비 단계이다.
4. 다음으로는 앞에서 준비된 현상 롤러의 표면에 형성된 토너를 이용하여 드럼의 표면에 형성된 잠상에 토너를 현상하여 화상을 얻는 현상 공정이 수행된다. 상술하였듯이, 드럼 표면을 노광시킬 경우에는 노광된 부분은 대전되지 않은 상태로 되는데, 토너를 드럼의 대전 상태와 동일한 상태로 대전시킬 경우 노광되지 않은 부분은 토너에 척력을 작용하여 토너가 부착되지 어렵게 하지만, 상기 노광된 부분은 토너에 척력을 작용하지 않으므로 토너가 원하는 화상 형태로 부착될 수 있게 되는 것이다.
5. 상기 현상공정 이후에는 드럼 표면의 토너 화상을 피전사지(즉, 인쇄용 지)에 전사하는 전사공정이 수행된다. 전사는 피전사지의 표면을 토너와 반대의 전하로 대전되도록 하여 토너와 전사지간에 인력이 작용하도록 하고, 전사가 용이하도록 드럼과 피전사지를 가까이 위치시킴으로써 이루어진다.
6. 상기 전사공정에 의해 비록 토너가 피전사지에 전사는 되었지만, 피전사지와 토너가 영구 결합된 것은 아니므로 상기 피전사지에 전사된 토너 화상을 정착하는 정착공정이 후속된다. 상기 정착공정은 일빈적으로 가열 롤러와 압착 롤러로 이루어진 한쌍의 롤러 사이에 토너 화상이 형성된 피전사지를 통과시킴으로써 열과 압력에 의해 토너가 압착되고 토너 내부에 포함된 바인더가 토너 외곽의 코팅층을 형성하도록 함으로써 완성된다.
7. 마지막으로 드럼에 다음번 충전작업을 실시할 수 있도록 하기 위해, 충전전에 표면에 잔류하는 토너를 제거하는 클리닝 공정이 후속된다.
상기, 토너를 이용한 인쇄 또는 복사과정으로부터 알 수 있듯이, 인쇄 또는 복사에서 적용되는 중요한 원리는 대전된 토너를 이용한다는 것이다. 즉, 토너가 현상롤러와 닥터 블레이드에 의해 대전됨에 따라 그 표면에 전하를 띄게 되고, 상기 대전된 토너는 감광 드럼 표면의 대전상태에 따라 인쇄될 형태의 패턴으로 감광 드럼으로 현상되게 되며, 감광 드럼으로부터 피전사지로 전사되는 과정을 거친다. 만일, 토너의 대전성이 우수하지 않을 경우에는 이러한 현상 또는 전사과정이 원활하지 않아 원하는 화면이 높은 해상도로 구현되기 어렵게 된다.
따라서, 높은 대전성을 가진 토너를 제공하는 것은 토너 제조분야에서 매우 중요한 일이다.
토너의 대전성은 토너에 포함된 전하 조절제(Charge Control Agent, 간략히 CCA)에 의해 구현된다. 상기 전하 조절제와 닥터 블레이드 등과의 마찰이 원활히 진행되어야 토너의 대전성이 우수해지는 것이다.
토너를 제조하는 방법은 크게 두가지 방법으로 나뉜다. 그 중 하나는 토너 원료를 용융 및 혼합(혼련)한 후 상기 혼합물을 기계적으로 미세하게 분쇄하여 미세한 입자크기를 가진 토너를 제조하는 방법으로서 용융-혼합법이라 불리는 방법이며, 나머지 하나는 물과 같은 분산매에 토너 원료를 미세하게 분산시켜 현탁액을 제조한 후 상기 현탁된 콜로이드 입자를 중합시켜 토너입자를 제조하는 방법으로서 이러한 방법을 중합법이라고 한다.
현재까지는 용융-혼합 공정이 가장 널리 알려졌는데, 상기 용융-혼합 공정에 의해 제조된 토너 입자는 그 크기와 형태가 불규칙할 뿐만 아니라, 뾰족한 모서리를 가지는 등 매우 불규칙한 형상을 가진다. 토너 입자가 이렇게 불규칙한 형태를 가질 경우 닥터 블레이드로부터 토너 입자에 가해지는 압력이 입자마다 달라지게 되고, 따라서 그 결과 발생하는 마찰력이 입자마다 상이하게 된다. 그러므로 상기 용융-혼합법에 의해 제조된 토너입자는 하전성이나 흐름성이 좋지 않다는 문제점이 있다.
중합법은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서 상기 용융-혼합법에 의해 제조된 입자보다 훨씬 더 균일하고 구형인 입자를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 이러한 중합법에 의해 토너 입자를 제조하더라도 토너입자 내에 포함된 전하 조절제는 토너입자의 위치에 상관없이 고루 분포되어 있게 되는 것이 일반적이다. 그러나, 토너의 대전은 토너 표면에 위치한 전하 조절제와 닥터 블레이드사이의 마찰에 의해 이루어지는 것이므로, 상기와 같이 균일한 전하 조절제 분포를 가진 토너를 사용할 경우 먼 중심쪽에 분포된 전하조절제는 토너 입자의 도전에 관여하지 못하게 되어 전하 조절제의 효율이 크게 떨어진다.
물론, 사용되어지는 전하 조절제의 구조 및 성질에 따라 토너의 표면으로 많이 분포될 수도 있고, 그렇지 않고 일부분만 토너 표면에 위치하는 경우도 있다. 그러나, 이렇게 토너 표면에 집중적으로 분포하는 토너를 종래의 방법으로 제조하기 위해서는 사용되는 전하 조절제의 종류를 제어할 필요가 있으므로 그에 맞는 전하 조절제를 개발할 필요가 있으며, 또한 설사 이러한 전하 조절제를 개발한다 하더라도 표면 쪽에 분포되는 전하 조절제의 양이 중심부 보다 많다는 것이지 모든 전하 조절제가 표층부에만 존재한다는 것은 아니므로 여전히 전하조절제의 효용성에는 문제가 있을 수 있다.
따라서, 본 발명은 새로운 종류의 전하 조절제를 사용하지않고 기존의 전하 조절제를 이용하여 중합법으로 토너를 제조할 때 전하조절제의 투입시기와 방법을 개선함으로써 사용된 전하 조절제가 토너의 바깥쪽에 모두 위치하게 조절하여 토너의 대전 특성을 높이는 방법을 제공하는 것과 이러한 방법으로 제조된 2중 구조를 가지는 고 대전성 토너를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면으로서 2중 구조를 가지는 본 발명의 토너는 현탁 중합법으로 토너 코어를 제조하는 단계; 상기 코어의 표면에 강성(rigid)인 쉘을 형성시켜서 코너-쉘 구조를 가진 토너 입자의 현탁액을 형성하는 단계; 및 상기 현탁액으로부터 토너 입자를 회수하는 후처리 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 토너 코어를 제조하는 단계는 토너 코어용 원료가 중합전에 미세한 콜로이드 입자로 존재할 수 있도록 하는 분산제 및 필요에 따라 투입되는 음이온성 계면활성제 등을 수용액에 첨가하고, 이와 별도의 과정으로 단량체 복합체를 준비하는 단계; 상기 단량체 복합체를 상기 수용액에 첨가하는 단계; 및 상기 수용액에 포함된 단량체 복합체에 전단력을 가하여 상기 단량체 복합체를 미세한 콜로이드 입자로 분쇄하면서 중합시키는 과정;을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분산제는 인산 칼슘염, 마그네슘염, 친수성 실리카, 소수성 실리카 및 콜로이달 실리카와 같은 무기분산제; 또는 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시알킬렌 알킬페놀에테르, 소비탄지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리비닐 알코올, 알킬 셀룰로오스 및 폴리 비닐 피롤리돈과 같은 비이온성 고분자 분산제; 및 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 아민 N-옥사이드, 폴리비닐 암모늄염, 폴리디알킬디알릴 암모늄염, 폴리아크릴산, 폴리스티렌 설폰산, 폴리아크릴산염, 폴리스티렌 설폰산염 및 폴리아미노알킬 아크릴산염과 같은 이온성 고분자 분산제;로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 분산제는 상기 수용액에 0.1~10 중량% 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 음이온성 계면활성제는 지방산염, 알킬 황산에스테르염, 알킬아릴 황산 에스테르염, 디알킬 설포숙신산염 및 알킬 인산염으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 음이온성 계면활성제는 상기 수용액 중 0~20 중량% 포함되는 것이 효과적이다.
그리고, 상기 단량체 복합체는 방향족 비닐계 단량체 30~90중량%, 아크릴레이트계 단량체, 메타크릴레이트계 단량체 및 디엔계 단량체 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 5~30중량%, 산성 또는 염기성 올레핀계 단량체 0~30중량%, 분자량 조절제 0.1~8중량%, 컬러 안료 또는 카본블랙 1~20중량%, 왁스 0.01~30중량%, 극성 그라프팅제 0.001~10중량% 및 중합개시제 0.01~5중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌, 디메틸스티렌 등을 들 수 있는데, 이들을 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 아크릴레이트계 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 등을 들 수 있고, 메타크릴레이트계 단량체로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 등을 들 수 있으며, 디엔계 단량체로는 부타디엔, 이소프렌 등을 들 수 있는데, 이들을 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 산성 올레핀계 단량체로는 카르복실기를 가진 α, β-에틸렌 화합물 등 을 들 수 있고, 염기성 올레핀계 단량체로는 아민기나 4차 암모늄기를 가진 지방족 알콜의 메타크릴산 에스테르계, 메타크릴 아미드계, 비닐 아민계, 디알릴 아민계, 그의 암모늄염 등을 들 수 있는데, 이들을 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 분자량 조절제는 메르캅탄계 화합물로서, t-도데실 메르캅탄 및 n-도데실 메르캅탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 효과적이다.
그리고, 상기 안료는 금속 분말형 안료, 금속물 산화형, 카본형, 황화물형, 크롬염형 및 페로 시아니드형와 같은 무기 안료; 및 아조형, 산성 염료형, 염기성 염료형, 모단트 염료형, 프탈로시아니, 퀴나크리돈형 및 디옥산형과 같은 유기안료; 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 왁스는 파라핀 왁스, 아이크로크리스탈린 왁스 및 세레신 왁스와 같은 석유 정제 왁스; 카르누바 왁스와 같은 천연 왁스; 및 폴리 에틸렌 및 폴리 프로필렌과 같은 합성 왁스; 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 좋다.
그리고, 상기 극성 그라프팅제는 에틸렌 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,6 헥사메틸렌 디아크릴레이 트, 알릴 메타크릴레이트, 1,1,1,-트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 및 트릴알릴아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 중합개시제는 유용성 개시제와 수용성 개시제를 사용할 수 있다. 구체적인 예로는 비스이소부티로니트릴, 아조비스디메틸발레로니트릴 등의 아조계 개시제; 벤조일퍼록사이드, 라우로일퍼록사이드 등의 유기 퍼록사이드; 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 통상적인 수용성 개시제이다.
또한, 상기 단량체 복합체는 상기 중합개시제를 제외한 나머지 성분들을 먼저 혼련한 다음 현탁 중합 직전에 중합개시제를 추가로 첨가하여 혼련 하여 준비하는 것이 좋다.
또한, 상기 쉘은 상기 코어가 형성된 현탁액에 토너 코어 100 중량부당 1~20중량부의 단량체(추가로 투입되는 단량체), 0~5중량부의 가교제 및 0.01~20중량부의 전하조절제(CCA)와 상기 단량체 100 중량부당 0.01~5중량부의 중합개시제를 투입하여 교반 및 반응시킴으로서 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 단량체는 방향족 비닐계와 아크릴레이트계, 또는 메타크릴레이트계 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌, 디메틸스티렌 중에서 선택되는 것이 효과적이다.
또한, 상기 아크릴레이트계 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 중에서 선택되는 것이 좋다.
그리고, 상기 메타크릴레이트계 단량체는 메틸 메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 중에서 선택되는 것이 효과적이다.
또한, 상기 단량체는 단량체의 함량은 토너 코어 100중량부당 1~20중량부 포함되는 것이 보다 바람직하다.
그리고, 상기 가교제는 디비닐벤젠 및 아릴메타아크릴레이트 중 하나 또는 이들 모두인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 전하 조절제는 니그로신형의 염료, 고지방족의 금속염, 알콕시 아민, 킬레이트, 4차 암모늄염, 알킬아미드, 불소 처리 활성제 및 나프탈렌산의 금속염과 같은 양이온성 전하 조절제; 염소화된 파라핀, 폴리에스테르, 구리 프탈로 시아닌의 설포닐아민, 설폰산기를 포함한 스티렌-아크릴계 고분자와 같은 음이온성 전하 조절제; 및 함크롬의 아조금속 착체, 실리실산 금속 착화합물 및 함크롬 유기 염료와 같은 무기 음이온성 전하조절제 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 효과적이다.
또한, 상기 중합개시제는 비스이소부티로니트릴 및 아조비스디메틸발레로니트릴 등과 같은 아조계 개시제 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 후처리는 제조된 코어-쉘 구조의 토너를 포함하는 현탁액 중 분산제를 세척하는 단계와 여과하는 단계를 반복하여 토너를 분리한 후, 진공오븐을 이용하여 건조하는 과정으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 일측면으로서 본 발명의 고대전성 토너는 토너 코어와 상기 토너 코어의 표면에 형성된 쉘층으로 이루어진 토너-쉘 이중구조를 가진다.
이때, 상기 토너 코어는 비닐계 단량체 30~90중량%, 아크릴레이트계 단량체, 메타크릴레이트계 단량체 및 디엔계 단량체 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 5~70중량%, 산성 또는 염기성 올레핀계 단량체 0~30중량%, 분자량 조절제 0.1~8중량%, 컬러 안료 또는 카본블랙 1~20중량%, 왁스 0.01~30중량%, 극성 그라프팅제 0.001~10중량% 및 중합개시제 0.01~5중량%를 포함하는 단량체 복합체를 중합하여 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 토너 쉘 층은 토너 코어 100 중량부당 1~20중량부의 단량체(추가로 투입되는 단량체), 0~5중량부의 가교제 및 0.01~20중량부의 전하조절제(CCA)와 상기 단량체 100 중량부당 0.01~5중량부의 중합개시제가 상기 토너 코어에 코팅되어 중합되어 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 발명자들은 토너를 중합할 때, 전하조절제와 토너의 모든 원료를 함께 첨가할 경우에는 전하 조절제 중 상당량이 토너 중심부에 위치하는 것을 효과적으로 방지하기 어렵다는 사실에 착안하여 연구를 거듭한 결과 토너를 코어와 쉘층으로 나눈 2중구조를 가지도록 하고 그렇기 위해서 일단 코어부터 중합한 후 쉘을 형성시킬 경우 전하조절제가 거의 포함되어 있지 않은 토너 코어와 전하조절제의 밀도가 높은 쉘으로 이루어진 토너를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
이러한, 토너를 얻기 위해서는 우선 현탁 중합법으로 토너 코어를 제조한 후, 상기 코어의 표며에 강성(rigid)인 쉘을 형성시키는 방식으로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 토너 제조방법을 보다 자세하게 설명하기 위하여, 토너 코어 제조단계와 쉘 형성단계로 나누어 설명한다.
토너 코어 제조단계는 토너 코어용 원료(단량체 혼합물)가 중합 전에 일정한 크기의 액적으로 수계에 분산 할 수 있도록 분산제 및 필요에 따라 투입되는 음이온성 계면활성제 등을 반응기 안의 물에 첨가 수성상(aqueous phase)을 제조하고, 이와 별도의 과정으로 단량체 혼합물을 준비한 후, 상기 단량체 복합체를 상기 수성상에 첨가한 후, 전단력을 가하면서 중합시키는 과정으로 이루어진다. 이러한 중합방식을 현탁중합법이라고 한다. 이때, 상기 현탁중합법의 일례로서는 반응 온도 60℃, 100rpm의 전단력을 가하여 10 시간동안 중합시키는 과정을 들 수있다.
상기 분산제로는 인산 칼슘염, 마그네슘염, 친수성 실리카, 소수성 실리카 및 콜로이달 실리카와 같은 무기분산제; 또는 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시알킬렌 알킬페놀에테르, 소비탄지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리비닐 알코올, 알킬 셀룰로오스 및 폴리 비닐 피롤리돈과 같은 비이온성 고분자 분산제; 및 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 아민 N-옥사이드, 폴리비닐 암모늄염, 폴리디알킬디알릴 암모늄염, 폴리아크릴산, 폴리스티렌 설폰산, 폴리아크릴산염, 폴리스티렌 설폰산염 및 폴리아미노알킬 아크릴산염과 같은 이온성 고분자 분산제;로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 상기 분산제는 수용액 기준으로 0.1~10 중 량% 첨가되는 것이 바람직하다. 만일 상기 분산제가 0.1중량% 미만 첨가될 경우에는 충분한 분산효과를 얻기 어려우므로 바람직하지 않으며, 반대로 10중량%를 초과하여 포함될 경우에는 부반응(side reaction)의 증가로 현탁입자가 증가하여 최종 토너의 특성에 나쁜 영향을 미친다.
또한, 상기 필요에 따라 첨가되는 음이온성 계면활성제는 지방산염, 알킬 황산에스테르염, 알킬아릴 황산 에스테르염, 디알킬 설포숙신산염 및 알킬 인산염으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 상기 음이온성 계면활성제는 상기 수용액 중 0~20 중량% 포함되는 것이 바람직하다.
계면 활성제가 20%를 초과하면 역시 side 반응물의 생성이 크게 증가하여 바람직하지 못하다.
또한, 단량체 복합체는 방향족 비닐계 단량체 30~90중량%, 아크릴레이트계 단량체, 메타크릴레이트계 단량체 및 디엔계 단량체 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 5~30중량%, 산성 또는 염기성 올레핀계 단량체 0~30중량%, 분자량 조절제 0~8중량%, 컬러 안료 또는 카본블랙 1~20중량%, 왁스 0.01~30중량%, 극성 그라프팅제 0.001~10중량% 및 중합개시제 0.01~5중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단량체 복합체를 이루는 각 성분과 그들의 함량을 정한 이유를 아래에서 설명한다.
여기서, 상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌, 디메틸스티렌 등을 들 수 있는데, 이들을 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 방향족 비닐계 단량체는 단량체 혼합물 전체에 대하여 30~90중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 방향족 비닐계 단량체의 함량을 30~90중량%로 제한하는 이유는 중합된 토너의 유리화 온도(Tg)를 맞추기 위한 것으로 일반적으로 방향족 비닐계 단량체를 30중량% 미만으로 함유하는 경우에는 토너의 유리화 온도(Tg)가 너무 낮게 나와 인쇄시 토너가 퓨징 롤러(fusing roller)에 달라 붙게 되고, 이로 인하여 hot-offset과 같은 문제가 발생할 수 있으며, 반대로 90중량%를 초과하는 경우에는 토너의 유리화 온도(Tg)가 너무 높게 되어 인쇄시 토너가 충분히 녹지 않아 종이 위로의 정착성이 많이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 상기 아크릴레이트계 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 등을 들 수 있고, 메타크릴레이트계 단량체로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 등을 들 수 있으며, 디엔계 단량체로는 부타디엔, 이소프렌 등을 들 수 있는데, 이들을 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 단량체는 단량체 혼합물 전체에 대하여 5~30중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 여기에서 5~30중량%로 한정한 이유도 위의 방향족 비닐계 단량체에서 언급했듯이 토너의 유리화 온도를 적정 수준에 맞추어 인쇄시 발생할 수 있는 문제 점을 방지하기 위함이다.
상기 산성 올레핀계 단량체로는 카르복실기를 가진 α, β-에틸렌 화합물 등을 들 수 있고, 염기성 올레핀계 단량체로는 아민기나 4차 암모늄기를 가진 지방족 알콜의 메타크릴산 에스테르계, 메타크릴 아미드계, 비닐 아민계, 디알릴 아민계, 그의 암모늄염 등을 들 수 있는데, 이들을 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 산성 올레핀계 단량체와 염기성 올레핀계 단량체는 단량체 혼합물 전체에 대하여 0~30중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 산성 올레핀계 단량체와 염기성 올레핀계 단량체는 표면의 대전특성을 향상을 위하여 첨가되어 지는데 30중량%를 넘어서게 되면 토너 중합 시 반응 안정성에 나쁜 영향을 미치게 되어 중합 후 많은 양의 응집이 발생하게 되는 문제점이 있다.
분자량 조절제는 분자량을 낮춤으로 토너 모입자의 유리화 온도를 조절하여 인쇄시 토너의 정착성을 더욱 향상시키기 위하여 첨가되어 지는데 이는 필요에 따라 넣지않을 수도 있으며, 토너의 정착성이 양호하지 않을 경우에 그 정도에 따라 분자량 조절제의 함량은 결정되며, 상술한 바와 같이 그 함량을 특별히 정할 필요는 없다. 다만, 통상적인 경우에는 0~8중량% 정도 첨가되는 것이 일반적이다. 분자량 조절제를 너무 과다하게 첨가할 경우에는 너무 낮게 되어 인쇄시 hot-offset이 발생하게 된다. 상기 분자량 조절제로는 메르캅탄계 화합물로서, t-도데실 메르캅탄 및 n-도데실 메르캅탄으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택되 는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 컬러 안료 또는 카본 블랙과 같은 착색제는 토너에 색채를 부여하기 위한 것이다. 상기 착색제는 토너 모입자의 유리화 온도에 큰 영향을 미치지 않는 것이기 때문에, 착색제의 함량은 원하는 색상을 나타내는 정도이면 특별히 제한하지는 않으나 통상적으로는 0.1~20중량% 포함되어 사용된다. 상기 안료로는 금속 분말형 안료, 금속물 산화형, 카본형, 황화물형, 크롬염형 및 페로 시아니드형와 같은 무기 안료; 및 아조형, 산성 염료형, 염기성 염료형, 모단트 염료형, 프탈로시아니, 퀴나크리돈형 및 디옥산형과 같은 유기안료; 중에서 1종 또는 2종 이상 선택하여 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 왁스는 토너가 인쇄된 후 인쇄면에 광택을 부여하고, 토너의 융점을 낮추어 저온정착을 가능하도록 하기 위하여 첨가되는 것이다. 상기 왁스의 함량은 토너에 따라 특별히 정해지지는 않으며, 상술한 바와 같이 필요에 따라 적절히 정해지면 되는 것이나, 통상 0.01~30중량% 포함되는 것이 일반적이다. 상기 왁스로는 파라핀 왁스, 아이크로크리스탈린 왁스 및 세레신 왁스와 같은 석유 정제 왁스; 카르누바 왁스와 같은 천연 왁스; 및 폴리 에틸렌 및 폴리 프로필렌과 같은 합성 왁스; 중에서 1종 또는 2종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
상기 극성 그라프팅제는 가교역할과 동시에 코어-쉘형성시 쉘을 잘 형성하기 위하여 첨가하는 것으로서 0.001~10중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 극성 그라프팅제로는 에틸렌 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,6 헥사메틸렌 디아크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 1,1,1-트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 트릴알릴아민 등을 들 수 있는데, 이들을 단독 또는 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 0.001중량% 미만인 경우에는 코어 위에 만들어지는 딱딱한 부분의 쉘을 형성하지 못하며 10중량%를 초과하는 경우에는 코어에서 젤화가 많이 이루어져 프린팅시 토너의 정착성이 떨어지는 문제점이 발생한다.
중합개시제로는 유용성 개시제와 수용성 개시제를 사용할 수 있다. 구체적인 예로는 비스이소부티로니트릴, 아조비스디메틸발레로니트릴 등의 아조계 개시제; 벤조일퍼록사이드, 라우로일퍼록사이드 등의 유기 퍼록사이드; 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 통상적인 수용성 개시제이다. 중합개시제의 양은 단량체 혼합물 전체에 대하여 0.01 내지 5중량%로 사용하는 것이 바람직한데, 0.01중량부 미만일 경우에는 미반응 물질이 남으며 5중량%를 초과하는 경우에는 반응 속도가 너무 빨라 반응 안정성이 저하되는 문제가 발생한다.
이러한 조성의 상기 단량체 복합체를 이용하여 토너 모입자를 제조하는 방법은 통상의 현탁중합법에 준한다. 이때, 모든 성분들을 한번에 혼합(혼련)하여 상기 단량체 복합체를 준비하여도 무방하나, 현탁 중합 전에 중합이 개시되는 것을 방지하기 위해서는 우선 상기 중합개시제를 제외하고 나머지 성분들을 함께 혼합(혼련)한 다음 현탁 중합 직전에 중합개시제를 추가로 첨가하여 혼합시키는 것이 보다 바람직하다.
상기 수용액과 단량체 복합체가 준비되었으면, 상기 단량체 복합체를 수용액 내에서 전단력을 가하여 분쇄하여 현탁시키면서 중합하는 단계가 후속한다. 이때, 전단력은 임펠러(impeller)를 적당한 회전속도로 반응기내에서 돌려주는 방식으로 가할 수 있다. 상기 중합시 온도는 중합개시제에 따라 다르지만, 통상 50~90℃ 정도로 유지하면 된다. 또한, 전단력을 가하기 위해 임펠러를 회전할 때의 회전 속도는 10-700rpm으로 설정하는 것이 일반적이다. 이후, 후처리 과정으로서 상기 현탁액으로부터 토너 입자를 얻는 단계가 후속될 필요가 있다.
상술한 방법에 의할 경우 본 발명에서 목적하는 토너 코어를 얻을 수 있다. 이후 상기 토너 코어 위에 전하조절제가 밀집된 리지드한 쉘을 형성시키는 것이 필요하다.
리지드(rigid)한 쉘은 상기 코어가 형성된 현탁액에 토너 코어 100 중량부당 1~20중량부의 단량체(추가로 투입되는 단량체), 0~5중량부의 가교제 및 0.01~20중량부의 전하조절제(CCA)와 상기 단량체 100 중량부당 0.01~5중량부의 중합개시제를 투입하여 교반, 반응을 시킴으로서 쉘 형상으로 형성시킬 수 있다. 그 결과 코어- 쉘 구조를 가지는 토너를 얻을 수 있다. 이때, 상기 추가로 투입되는 단량체, 가교제, 전하조절제, 중합개시제 등은 상기 현탁액에 투입하기전에 미리 혼합하여 준비하는 것이 바람직하다.
여기서, 단량체로는 방향족 비닐계와 아크릴레이트계, 또는 메타크릴레이트계 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 방향족 비닐계 단량체로는 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌, 디메틸스티렌 등을 들 수 있으며, 상기 아크릴레이트계 단량체로는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 등을 들 수 있고, 그리고 메타크릴레이트계 단량체로는 메틸 메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 등을 들 수 있다. 본 발명의 토너 쉘을 형성하기 위해서는 상기한 단량체 중에서 선택된 1종만 단독으로 사용할 수도 있으며, 2종 이상 혼합하여 사용하여도 무방하다.
상기, 단량체들은 토너 코어의 쉘을 형성하는 주된 성분이 되는데, 상기 단량체들로 인하여 소수성(Hydrophobic) 쉘 층이 형성된다. 이러한 소수성 쉘 층의 존재는 전하조절제를 쉘에만 형성되도록 하는 위치조절의 역할뿐만 아니라, 토너가 수분을 흡수하면 대전성이 저하되는데, 상기 소수성 쉘층의 존재로 인하여 토너의 장기 보존시 토너의 수분흡수는 효과적으로 방지될 수 있다.
이때, 상기 추가로 투입되는 단량체의 함량은 토너 코어 100중량부당 1 내지 20중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 추가로 투입되는 단량체의 함량을 1~20중량부로 제한하는 이유는 중합된 토너의 쉘 두께는 추가로 투입되는 단량체의 양에 의하여 결정 되어지기 때문이다. 즉, 상기 단량체 함량이 20중량부를 초과하는 경우에는 쉘 층이 너무 두꺼워져 인쇄시 전하조절제가 현상 롤러 내에서 효과적으로 마찰에 의해 대전특성을 발휘하지 못한다. 또한, 상기 단량체의 함량이 토너 코어 100중량부당 1중량부 미만일 경우에는 쉘이 토너 표면에 충분히 만들어지지 못한다.
상기 가교제는 토너의 쉘(외곽층)을 가교시켜 보관시 수분에 대한 저항력을 증가시키거나 또한 현상기 내부에서 토너가 닥터 블레이드를 통과할 때 국지적인 마찰열로 인한 토너의 용융현상을 방지하기 위하여 첨가된다. 가교제로는 디비닐벤젠, 아릴메타아크릴레이트 등을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 가교제는 토너 코어 100 중량부당 0~5중량부포함되는 것이 바람직하다. 상기 가교제의 함량이 토너 코어 100 중량부당 5중량부를 초과하는 경우에는 토너의 젤화가 많이 이루어져 프린팅시 토너의 정착성이 떨어지는 문제점이 발생하므로 상기 가교제의 함량은 5중량부 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 가교제는 선택적으로 첨가될 수 있으므로 그 함량의 하한은 0중량부로 정한다.
상기 전하 조절제로는 양이온성 전하 조절제로서 니그로신형의 염료, 고지방족의 금속염, 알콕시 아민, 킬레이트, 4차 암모늄염, 알킬아미드, 불소 처리 활성제, 나프탈렌산의 금속염 등이나 음이온성 전하 조절제로서 염소화된 파라핀, 폴리에스테르, 구리 프탈로시아닌의 설포닐아민, 설폰산기를 포함한 스티렌-아크릴계 고분자 등, 또는 무기 음이온성 전하조절제로서 함크롬의 아조금속 착체, 실리실산 금속 착화합물, 함크롬 유기 염료 등을 들 수 있는데, 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 전하 조절제는 토너 코어 100중량부에 대하여 0.01 내지 20중량부가 바람직하다. 0.01중량부 미만인 경우에는 인쇄시 충분한 전하밀도를 가지지 못하며 20중량부를 초과하는 경우에는 필요 이상으로 높은 전하밀도를 가지게 되어 인쇄시시 화상이 오히려 저하되는 현상을 가져온다.
중합반응에 의해 쉘을 형상하기 위한 중합개시제로는 단량체에 녹을 수 있는 유용성 개시제를 사용할 수 있으며, 그 바람직한 예로는 비스이소부티로니트릴, 아조비스디메틸발레로니트릴 등의 아조계 개시제를 들 수 있다. 중합개시제의 양은 추가되는 단량체 100중량부에 대하여 0.01~5중량부로 사용하는 것이 바람직한데, 0.01중량부 미만일 경우에는 미반응 물질이 남으며 5중량부를 초과하는 경우에는 반응 속도가 너무 빨라 반응 안정성이 저하되는 문제가 발생한다.
상기 과정을 통하여 토너 코어 위에 쉘 층이 형성된(토너-쉘 구조의) 토너 입자가 현탁된 현탁액을 얻을 수 있다. 이후, 후처리 과정으로서 상기 현탁액으로 부터 토너 입자를 얻는 단계가 후속될 필요가 있다.
후처리 과정으로는 전단계에서 제조된 코어-쉘 구조의 토너를 포함하는 현탁액에서 분산제를 증류수를 사용하여 연속적으로 세척하는 방식으로 제거하고, 이를 세정공정과 필터링 공정을 반복하여 토너를 분리한 후, 진공 오븐을 이용하여 상온에서 건조하여 최종 토너 입자를 얻는다. 건조는 토너 모입자의 수분함량이 0.7% 정도가 될 때까지 실시되며, 그 시간은 가교정도나 물질에 따라 달라진다. 통상적인 경우의 건조시간은 24~28시간의 범위에서 결정되는 것이 보통이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 과정을 통하여 제조된 본 발명의 토너 입자는 토너 코어와 상기 토너 코어의 표면에 형성된 쉘층으로 이루어진 토너-쉘 이중구조를 가진 토너이다.
상기 토너 코너 층은 상술한 바와 같이 비닐계 단량체 30~90중량%, 아크릴레이트계 단량체, 메타크릴레이트계 단량체 및 디엔계 단량체 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 5~70중량%, 산성 또는 염기성 올레핀계 단량체 0~30중량%, 분자량 조절제 0.1~8중량%, 컬러 안료 또는 카본블랙 1~20중량%, 왁스 0.01~30중량%, 극성 그라프팅제 0.001~10중량% 및 중합개시제 0.01~5중량%를 포함하는 단량체 복합체를 중합하여 제조되는 것이다. 상기 토너 코어를 제조하기 위하여 첨가되는 각 성분에 대해서는 이미 설명하였다.
또한, 본 발명의 토너 입자에 포함되는 토너 쉘 층은 토너 코어 100 중량부당 1~20중량부의 단량체(추가로 투입되는 단량체), 0~5중량부의 가교제 및 0.01~20중량부의 전하조절제(CCA)와 상기 단량체 100 중량부당 0.01~5중량부의 중합개시제가 상기 토너 코어에 코팅되어 중합됨으로써 얻어질 수 있다. 마찬가지로, 상기 토너 쉘 층을 형성하기 위하여 첨가되는 각 성분에 대하여도 이미 설명하였다.
그 결과 토너 코어에는 전하 조절제가 거의 분포되어 있지 않는 반면 쉘층에 전하 조절제가 집중 분포되어 있으므로, 고대전성 토너를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 토너는 그 외부 표면에 토너제조를 위하여 첨가되는 각종 외첨제가 첨가될 수 있다는 것은 당업자에게는 너무나 자명한 일이다. 상기 외첨제는 현재까지 개발되어 제시된 것이라면 그 종류에 상관없이 상기 외첨제의 용도에 맞추어 사용할 수 있다.
이하에서는, 보다 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 토너와 그 제조방법에 대하여 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시한 본 발명의 예시일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것은 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1과 같은 조건을 전하조절제를 준비하였다. 이하에서는 하기 표 1에 기재된 전하조절제를 전하조절제 A 및 전하조절제 B로 구분하여 기재하기로 한다.
| 전하조절제 구분 | 종류 | 비고 |
| 전하조절제 A | 알루미늄 아조 금속착체 | Negative |
| 전하조절제 B | 스티렌-아크릴계 고분자 | Negative |
실시예 1: 전하조절제 A 사용례
(1) 토너의 코어 제조 단계
내용적 500ml의 반응기에 분산제로 콜로이달 실리카 10g을 증류수 400g으로 녹인 수용액을 준비하고, 반응온도인 70℃의 온도로 높였다.
또한, 다른 용기에 스티렌 160g, 부틸 아크릴레이트 36g, 알릴메타크릴레이트 4g, 카본블랙 10g 을 넣고 비드밀로 2,000rpm의 속도로 2시간 동안 교반한 후, 비드를 제거하여 단량체 혼합물 105g을 준비하였다. 준비한 혼합물을 70℃의 물 중탕에 넣어 온도를 높인 후, 파라핀 왁스 5g을 넣고 20분 동안 교반하여 충분히 녹였다. 충분히 녹인 단량체 혼합물에 중합개시제인 아조비스이소부티로니트릴 2g을 넣고 5분 동안 교반시켜 토너 코어 제조용 원료를 준비하였다.
상기 원료를 앞에서 준비한 수용액에 투입하여 호모게나이저(homogenizer)로 10,000rpm의 속도로 20분 동안 교반하면서 반응을 지속시켰다. 20분 후에 일반 교반기로 600rpm의 속도로 15시간 동안 교반 및 현탁중합하여 코어를 제조하였다.
(2) 쉘 층 형성 단계
단량체로 스티렌 20g, 가교제로 디비닐벤젠 0.12g 및 중합개시제로 아조비스이소부티로니트릴 0.4g, 전하조절제 A 2g을 비이커에 넣어 충분히 마그네틱 바를 이용하여 교반시킨 후 내용적 500ml의 반응기에 (1) 단계에서 제조한 토너코어가 들어있는 500ml의 반응기 용액에 투입하여 일반 교반기로 600rpm의 속도로 70℃에서 10시간 동안 교반하여 쉘을 형성시킴으로써 최종 토너를 제조하였다.
(3) 후처리 단계
최종 토너를 물로 충분히 세정-필터링을 반복하여 분산제를 제거하고 진공 건조하여 토너를 제조하였다.
실시예 2 : 전하조절제 B 사용례
전하 조절제로 전하 조절제 B를 사용한 것과는 실시예 1과 동일한 방식으로 토너를 제조하였다.
비교예 1 : 전하조절제 A 사용례
(1) 토너의 코어 제조 단계
본 비교예는 쉘층을 형성하지 않고 전하조절제 A를 바로 코어에 넣어서 중합한 제조예이다.
내용적 500ml의 반응기에 분산제로 콜로이달 실리카 10g을 증류수 400g으로 녹인 수용액을 준비하고, 반응온도인 70℃의 온도로 높였다.
또한, 다른 용기에 스티렌 160g, 부틸 아크릴레이트 36g, 알릴메타크릴레이트 4g, n-도데실 메르캅탄 0.02g, 전하 조절제A 2g 카본블랙 10g 을 넣고 비드밀로 2,000rpm의 속도로 2시간 동안 교반한 후, 비드를 제거하여 단량체 혼합물 105g을 준비하였다. 준비한 혼합물을 70℃의 물 중탕에 넣어 온도를 높인 후, 파라핀 왁스 5g을 넣고 20분 동안 교반하여 충분히 녹였다. 충분히 녹인 단량체 혼합물에 중합개시제인 아조비스이소부티로니트릴 2g을 넣고 5분 동안 교반시켜 반응물을 준비하였다. 반응물을 위에서 준비한 수용액에 투입하여 호모게나이저로 10,000rpm의 속도로 20분 동안 교반하면서 반응을 지속시켰다. 20분 후에 일반 교반기로 600rpm의 속도로 15시간 동안 교반하여 코어를 제조하였다.
(2) 후처리 단계
최종 토너를 물로 충분히 세정-필터링을 반복하여 분산제를 제거하고 진공 건조하여 토너를 제조하였다.
비교예 2 : 전하조절제 B를 코어에 투입하여 토너 제조
설폰산기를 포함한 스티렌-아크릴계 고분자전하조절제(전하조절제 B)를 전하조절제로 사용하는 것 외에는 비교예1과 동일한 방법으로 토터 입자를 제조하였다.
각 실시예 및 비교예의 화상 특성 평가
동일한 전하 조절제를 사용한 실시예 1과 비교예1 ,실시예2와 비교예2 별로 제조된 토너에 외첨제로 표면처리된 실리카를 2 중량부 첨가하여 3000rpm에서 3분간 블렌더(blender)에서 혼합(mixing)하여 코팅한 후 HP4600프린터(휴렛팩커드사 제품)의 토너 카트리지에 토너를 충진한 후, 닥터 블레이드와 현상롤러에 의해 대전된 토너를 흡입하여 흡입된 물질의 대전량을 측정하는 흡입법(suction method)으로 전하를 측정 하였으며 그에 따른 화상특성을 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 전하량(μC/g) | 전사효율(%,1000매기준) | Fog (background) |
| 실시예 1 | -15 | 88.3 | B |
| 비교예 1 | -8.2 | 67.5 | D |
| 실시예 2 | -25 | 96.7 | A |
| 비교예 2 | -16.2 | 88.2 | B |
화상의 fog(background)현상은 비화상부를 광학 현미경으로 통해 육안으로 측정하여 평가 한 것이다. 백그라운드의 정도는 D에서 A로 갈수록 적게 나타나는데, A는 백그라운드가 전혀 발생하지 않은 것을 반대로 D는 백그라운드가 확연히 나타나는 경우를 의미한다.
상기 표2에서와 같이 쉘 층에 전하조절제를 첨가하는 실시예1 및 실시예2의 결과에서는 비교예와 동일한 양의 전하조절제가 토너에 첨가되어도 비교예보다 훨씬 효과적으로 토너의 표면에 집중되게 되어 대전시 높은 전하밀도를 나타내게 되며 그 결과 우수한 전사효율과 낮은 백그라운드를 나타낸다는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 토너 입자 중합시 고분자 전하조절제를 다른 성분과 함께 일괄 첨가하지 않고 토너 코어를 중합한 후 리지드한 쉘 층을 형성하는 단량체 속에 상기 전하조절제를 첨가하는 방식으로 전하조절제를 토너의 가장 바깥쪽 얇은 쉘 층에 모두 위치시킴으로써 효과적으로 고대전 특성을 가지는 토너를 제조할 수 있음을 보여주고 있다. 이러한 방식은 기존 중합설비를 고치지 않고도 응용할 수 있어 산업상으로도 용이하게 접근할 수 있을 것이다.
Claims (31)
- 현탁 중합법으로 토너 코어를 제조하는 단계;상기 코어의 표면에 강성(rigid)인 쉘을 형성시켜서 코너-쉘 구조를 가진 토너 입자의 현탁액을 형성하는 단계; 및상기 현탁액으로부터 토너 입자를 회수하는 후처리 단계;로 이루어진 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 토너 코어를 제조하는 단계는토너 코어용 원료가 중합전에 미세한 콜로이드 입자로 존재할 수 있도록 하는 분산제 및 필요에 따라 투입되는 음이온성 계면활성제 등을 수용액에 첨가하고, 이와 별도의 과정으로 단량체 복합체를 준비하는 단계;상기 단량체 복합체를 상기 수용액에 첨가하는 단계; 및상기 수용액에 포함된 단량체 복합체에 전단력을 가하여 상기 단량체 복합체를 미세한 콜로이드 입자로 분쇄하면서 중합시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 분산제는 인산 칼슘염, 마그네슘염, 친수성 실리카, 소수성 실리카 및 콜로이달 실리카와 같은 무기분산제; 또는 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시알킬렌 알킬페놀에테르, 소비탄지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리비닐 알코올, 알킬 셀룰로오스 및 폴리 비닐 피롤리돈과 같은 비이온성 고분자 분산제; 및 폴리아크릴 아미드, 폴리비닐 아민, 폴리비닐 아민 N-옥사이드, 폴리비닐 암모늄염, 폴리디알킬디알릴 암모늄염, 폴리아크릴산, 폴리스티렌 설폰산, 폴리아크릴산염, 폴리스티렌 설폰산염 및 폴리아미노알킬 아크릴산염과 같은 이온성 고분자 분산제;로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 분산제는 상기 수용액에 0.1~10 중량% 첨가되는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 음이온성 계면활성제는 지방산염, 알킬 황산에스테르염, 알킬아릴 황산 에스테르염, 디알킬 설포숙신산염 및 알킬 인산염으로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 음이온성 계면활성제는 상기 수용액 중 0~20 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 단량체 복합체는 방향족 비닐계 단량체 30~90중량%, 아크릴레이트계 단량체, 메타크릴레이트계 단량체 및 디엔계 단량체 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 5~30중량%, 산성 또는 염기성 올레핀계 단량체 0~30중량%, 분자량 조절제 0.1~8중량%, 컬러 안료 또는 카본블랙 1~20중량%, 왁스 0.01~30중량%, 극성 그라프팅제 0.001~10중량% 및 중합개시제 0.01~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌 및 디메틸스티렌로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 아크릴레이트계 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트 및 2-에틸헥실아크릴레이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 메타크릴레이트계 단량체는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트 및 2-에틸헥실 메타크릴레이트로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 디엔계 단량체는 부타디엔 및 이소프렌으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 산성 또는 염기성 올레핀계 단량체로는 카르복실기를 가진 α, β-에틸렌 화합물, 아민기 또는 4차 암모늄기를 가진 지방족 알콜의 메타크릴산 에스테르계, 메타크릴 아미드계, 비닐 아민계, 디알릴 아민계 및 이들의 암모늄염으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 분자량 조절제는 메르캅탄계 화합물로서, t-도데실 메르캅탄 및 n-도데실 메르캅탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너.
- 제 7 항에 있어서, 상기 안료는 금속 분말형 안료, 금속물 산화형, 카본형, 황화물형, 크롬염형 및 페로 시아니드형와 같은 무기 안료; 및 아조형, 산성 염료형, 염기성 염료형, 모단트 염료형, 프탈로시아니, 퀴나크리돈형 및 디옥산형과 같은 유기안료; 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 왁스는 파라핀 왁스, 아이크로크리스탈린 왁스 및 세레신 왁스와 같은 석유 정제 왁스; 카르누바 왁스와 같은 천연 왁스; 및 폴리 에틸렌 및 폴리 프로필렌과 같은 합성 왁스; 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 극성 그라프팅제는 에틸렌 디메타크릴레이트, 에틸 렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,6 헥사메틸렌 디아크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 1,1,1,-트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 및 트릴알릴아민 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중합개시제는 비스이소부티로니트릴 및 아조비스디메틸발레로니트릴을 포함하는 아조계 개시제; 벤조일퍼록사이드 및 라우로일퍼록사이드를 포함하는 유기 퍼록사이드; 과황산칼륨 및 과황산암모늄을 포함하는 수용성 개시제 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법..
- 제 7 항에 있어서, 상기 단량체 복합체는 상기 중합개시제를 제외한 나머지 성분들을 먼저 혼련한 다음 현탁 중합 직전에 중합개시제를 추가로 첨가하여 혼련 하여 준비하는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 쉘은 상기 코어가 형성된 현탁액에 토너 코어 100 중량부당 1~20중량부의 단량체(추가로 투입되는 단량체), 0~5중량부의 가교제 및 0.01~20중량부의 전하조절제(CCA)와 상기 단량체 100 중량부당 0.01~5중량부의 중합개시제를 투입하여 교반 및 반응시킴으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 단량체는 방향족 비닐계와 아크릴레이트계, 또는 메타크릴레이트계 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 20 항에 있어서, 상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌, 디메틸스티렌 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 20 항에 있어서, 상기 아크릴레이트계 단량체는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 20 항에 있어서, 상기 메타크릴레이트계 단량체는 메틸 메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 21 항 내지 제 23 항에 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단량체는 단량체의 함량은 토너 코어 100중량부당 1~20중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 가교제는 디비닐벤젠 및 아릴메타아크릴레이트 중 하나 또는 이들 모두인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 전하 조절제는 니그로신형의 염료, 고지방족의 금속염, 알콕시 아민, 킬레이트, 4차 암모늄염, 알킬아미드, 불소 처리 활성제 및 나프탈렌산의 금속염과 같은 양이온성 전하 조절제; 염소화된 파라핀, 폴리에스테르, 구리 프탈로시아닌의 설포닐아민, 설폰산기를 포함한 스티렌-아크릴계 고분자와 같 은 음이온성 전하 조절제; 및 함크롬의 아조금속 착체, 실리실산 금속 착화합물 및 함크롬 유기 염료와 같은 무기 음이온성 전하조절제 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 중합개시제는 비스이소부티로니트릴 및 아조비스디메틸발레로니트릴 등과 같은 아조계 개시제 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 후처리는 제조된 코어-쉘 구조의 토너를 포함하는 현탁액 중 분산제를 세척하는 단계와 여과하는 단계를 반복하여 토너를 분리한 후, 진공오븐을 이용하여 건조하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너의 제조방법.
- 토너 코어와 상기 토너 코어의 표면에 형성된 쉘층으로 이루어진 토너-쉘 이중구조를 가진 고대전성 토너.
- 제 29 항에 있어서, 상기 토너 코어는 비닐계 단량체 30~90중량%, 아크릴레이트계 단량체, 메타크릴레이트계 단량체 및 디엔계 단량체 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 5~70중량%, 산성 또는 염기성 올레핀계 단량체 0~30중량%, 분자량 조절제 0.1~8중량%, 컬러 안료 또는 카본블랙 1~20중량%, 왁스 0.01~30중량%, 극성 그라프팅제 0.001~10중량% 및 중합개시제 0.01~5중량%를 포함하는 단량체 복합체를 중합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너.
- 제 29 항에 있어서, 상기 토너 쉘 층은 토너 코어 100 중량부당 1~20중량부의 단량체(추가로 투입되는 단량체), 0~5중량부의 가교제 및 0.01~20중량부의 전하조절제(CCA)와 상기 단량체 100 중량부당 0.01~5중량부의 중합개시제가 상기 토너 코어에 코팅되어 중합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 고대전성 토너.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20061215 |
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| A201 | Request for examination | ||
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20080118 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20061215 Comment text: Patent Application |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20090709 Patent event code: PE09021S01D |
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20091127 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20090709 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |