KR20080063645A

KR20080063645A - 혼성 토너 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20080063645A
Application number: KR1020070000301A
Authority: KR
Inventors: 김인; 연경열; 심상은
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-01-02
Filing date: 2007-01-02
Publication date: 2008-07-07
Also published as: CN101216687B; US7932008B2; CN101216687A; US20080160441A1

Abstract

혼성 토너 및 그의 제조방법이 제공된다. 구체적으로는 코어-쉘 형태를 형태를 갖는 토너를 제조하여 왁스나 착색제들의 토너 외층 표면으로의 분산문제로 인한 토너 블로킹 현상 및 화상 오염, 저장안정성 문제 등이 개선된 혼성 토너 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 혼성 토너는 폴리에스테르계 수지 100중량부, 왁스 1 내지 20중량부, 착색제 0.1 내지 10중량부 및 대전 제어제 0.1 내지 10중량부를 함유하는 코어; 및 비닐계 수지 5 내지 2,000중량부, 실리카 0.1 내지 10중량부, 금속 산화물 0.1 내지 5중량부 및 폴리머 비드 0.1 내지 10중량부를 함유하는 쉘;을 포함한다.

Description

혼성 토너 및 그의 제조방법 {Hybrid toner and process for preparing the same}

도 1은 본 발명에 따라 제조된 토너를 수용한 화상 형성 장치의 일 구현예를 도시한 것이다.

<도면 부호의 간단한 설명>

1: 감광체 2: 대전수단

3: 노광신호 4: 현상장치

5: 현상롤러 6: 공급롤러

7: 현상제규제 블레이드 8: 현상제

8': 폐토너 9: 전사수단

10: 클리닝 블레이드 12: 전원

13: 인쇄매체

본 발명은 정적기적 전자사진 현상시스템에 사용되는 혼성 토너 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 코어-쉘 형태를 형태를 갖는 토너를 제조하여 왁스나 착색제들의 토너 외층 표면으로의 분산문제로 인한 토너 블로킹 현상 및 화상 오염, 저장안정성 문제 등이 개선된 혼성 토너 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

전자 사진법이나 정전 기록법에 있어서, 정전하상 또는 정전 잠상을 가시화하는 현상제로는 토너와 캐리어 입자로 이루어지는 2성분 현상제와, 실질적으로 토너만으로 이루어져 캐리어 입자를 사용하지 않는 1성분 현상제가 있다. 1성분 현상제에는 자성분을 함유하는 자성 1성분 현상제와 자성분을 함유하지 않는 비자성 1성분 현상제가 있다. 비자성 1성분 현상제에서는 토너의 유동성을 높이기 위하여 콜로이드성 실리카 등의 유동화제를 독립적으로 첨가하는 것이 일반적이다. 토너로는 일반적으로 결착 수지 중에 카본블랙 등의 착색제나 그 외의 첨가제를 분산시켜 입자화한 착색 입자가 사용되고 있다.

토너의 제조방법에는 분쇄법과 중합법이 있다. 분쇄법에서는 합성 수지와 착색제, 필요에 따라 그 외의 첨가제를 용융 혼합한 후 분쇄하고, 이어서 원하는 입경의 입자가 얻어지도록 분급하여 토너를 얻고 있다. 그러나 분쇄건식방식의 토너제조 특성상, 왁스의 함량이 약 2.5중량%를 초과하면 내구성 및 저장안정성에 악영향을 주기 때문에 오프셋 방지 및 정착성 개선을 위한 왁스 함량을 증량하는 것이 곤란하다. 또한 분쇄방식으로 제조한 토너의 경우, 분쇄 공정 중 내첨제 역할을 하는 왁스가 외부로 돌출되어 있는 형태가 존재할 수 밖에 없다. 이는 토너의 블로킹 현상을 유발하여 토너의 화상불량 및 저장안정성 악화를 유발하게 된다.

한편 한편, 중합법에서는 중합성 단량체에, 착색제, 중합 개시제, 필요에 따 라 가교제, 대전방지제 등의 각종 첨가제를 균일하게 용해 내지 분산시킨 중합성 단량체 조성물을 제조한다. 다음으로 분산 안정제를 함유하는 수계 분산 매질 중에 교반기를 이용하여 분산하여 중합성 단량체 조성물의 미세한 액적 입자를 형성시킨다. 이어서 승온시키고 현탁중합하여 원하는 입경을 갖는 착색 중합체 입자인 중합 토너를 얻고 있다. 특히 비닐계 모노머와 개시제를 이용하여 코어를 형성하고 이후 코어입자 동등 이상의 친수성을 가지면서 코어보다 높은 유리전이온도(Tg)를 가지는 비닐계 모노머를 중합하여 쉘을 형성시킨 토너의 제조방법이 있다. 하지만 이 방법에서는 코어-쉘 구조를 명확히 하고, 보존성을 개선하기 위해서 쉘의 두께를 크게하지 않으면 안된다는 문제가 있다.

특히 최근에는 전자사진법, 정전기록법 등을 이용하여 화상의 형성이 이루어지는 전자 사진 복사기, 레이저빔 프린터, 정전기록장치 등에 있어서 정전하상을 현상하기 위한 정전하상 현상용 토너는 고속기 대응에 따른 저온정착용 현상제가 요구되는 바, 이를 구현하기 위한 대책이 필요한 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 제1 기술적 과제는 토너 블로킹 현상 방지, 오프셋 방지 및 정착성 개선을 통하여 저온정착구현이 가능하고 저장안정성이 개선된 정전하상 현상용 토너를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 토너의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 제3 기술적 과제는 상기 토너를 사용하고, 저온 정 착이 가능한 고품질의 화상 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 제4 기술적 과제는 상기 토너를 구비하고, 저온 정착이 가능한 고품질의 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.

상기 제1 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

폴리에스테르계 수지 100중량부, 왁스 1 내지 20중량부, 착색제 0.1 내지 10중량부 및 대전 제어제 0.1 내지 10중량부를 함유하는 코어; 및

비닐계 수지 5 내지 500중량부, 실리카 0.1 내지 10중량부, 금속 산화물 0.1 내지 5중량부 및 폴리머 비드 0.1 내지 10중량부를 함유하는 쉘;을 포함하는 혼성 토너를 제공한다.

상기 제2 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

폴리에스테르계 수지, 왁스, 착색제 및 대전 제어제를 혼합하여 코어를 형성하는 단계;

상기 코어를 수계 용매에 분산시켜 코어 분산액을 형성하는 단계;

상기 코어 분산액에 중합성 단량체를 첨가한 후, 중합하여 쉘을 형성함으로써 코어-쉘 구조를 형성하는 단계; 및

상기 코어-쉘 구조체에 실리카, 금속 산화물 및 폴리머 비드를 외첨하는 단계;를 포함하는 상기 혼성 토너의 제조방법을 제공한다.

상기 제3 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

정전잠상이 형성된 감광체 표면에 상술한 혼성 토너를 부착시켜 가시상을 형 성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법을 제공한다.

상기 제4 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

유기감광체, 유기감광체의 표면을 대전하는 수단, 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 수단, 상술한 바와 같은 혼성 토너를 수용하는 수단, 상기 혼성 토너를 공급하여 유기감광체 표면의 정전 잠상을 현상하여 토너상을 현상하는 수단, 및 상기 토너상을 감광체 표면에서 전사재에 전사하는 수단을 포함하는 화상 형성 장치를 제공한다.

이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 혼성 토너는 토너 블로킹 현상 방지, 오프셋 방지, 정착성 개선을 통한 저온정착구현이 가능하고 저장안정성이 뛰어나므로, 전자사진현상법, 정전기록법 등을 이용하여 화상의 형성이 이루어지는 전자 사진 복사기, 레이저빔 프린터, 정전기록장치 등의 정전하상을 현상하는데 사용하는 것이 가능하다.

상기 본 발명에 따른 혼성 토너는 코어로서 폴리에스테르계 수지를 포함하며, 상기 폴리에스테르는 기존의 분쇄 공정으로 제조한 무외첨 상태의 폴리에스테르계 수지를 코어로서 사용하거나, 중합법에 의하여 폴리에스테르계 코어를 형성할 수 있고, 그 외부에 불포화 비닐계인 스티렌계 또는 아크릴계 수지를 쉘로 형성하는 코어-쉘 구조를 갖는다.

이와 같이 코어에 폴리에스테르 수지를 도입함으로써 저온정착과 그래픽 인쇄에 적합한 광택성을 확보할 수 있으며, 상기 코어의 표면을 비닐계 수지로 이루 어지는 쉘로 캡슐화하게 되어 토너 입자의 내보존성과 대전 특성이 향상될 수 있다.

상기 코어에 포함되는 폴리에스테르계 수지는 폴리에스테르 모이어티(moiety)를 포함하고, 비닐기, 아크릴레이트기 및 메타크릴레이트기 중에서 선택된 반응기를 하나 이상 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어 결정성 폴리에스테르 수지인 ε-카프로락톤(ε-caprolactone), 부틸로락톤(butyrolactone), 카프로락탐-카프로락톤 랜덤공중합체(caprolactam-lactone copolymer), 스티렌, 디비닐벤젠, n-부틸아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 아크릴레이트로 구성된 그룹 중에서 선택된 것을 적어도 하나 이상 포함하는 폴리에스테르계 수지를 단독 또는 2종이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이들 결정성 수지의 녹는점은 30 내지 70℃의 범위 이내이다.

상기 폴리에스테르계 수지의 수평균 분자량은 1,000 내지 120,000이고, 바람직하게는 1,000 내지 50,000이다. 상기 폴리에스테르계 수지의 수평균 분자량이 5,000 미만이 경우에는 토너의 내구성이 감소하여 바람직하지 못하고, 분자량이 120,000을 초과하는 경우에는 토너의 정착성이 감소하여 바람직하지 못하다.

상기와 같은 폴리에스테르계 수지는 왁스, 이형제, 착색제 및 대전 제어제 등의 내첨제와 함께 코어를 형성하게 된다.

상기 토너의 코어 내에 포함되는 왁스는 최종 토너의 목적하는 특성에 따라 임의의 적합한 왁스를 선택할 수 있다. 사용될 수 있는 왁스의 형태의 예들은 이에 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌계 왁스, 폴리프로필렌계 왁스, 실리콘 왁스, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 카르바우나 왁스 및 메탈로센 왁스를 포함한다.

본 발명에 따른 토너에 사용되는 왁스는 특히 융점이 약 50℃ 내지 약 150℃의 범위 이내인 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 융점을 갖는 왁스의 경우 이형성이 효과적으로 발휘할 수 있기 때문이다. 왁스의 융점이 높을수록 토너 입자의 분산성이 떨어지고, 왁스의 융점이 낮을수록 토너 입자의 분산성이 향상되지만, 실제 토너가 사용되는 전자사진장치 내부의 환경적 요인 및 최종 인쇄 화상의 정착성을 고려하여 융점이 약 50℃ 내지 약 150℃의 범위 이내인 것이 바람직하다. 상기 왁스 성분은 토너 입자와 물리적으로 밀착되지만, 토너 입자와 공유적으로 결합하지 않는 것이 바람직하다. 이와 같은 왁스는 최종 화상 수용체 상에 저정착 온도에서 정착되고 우수한 최종 화상 내구성 및 내마모 특성을 나타내는 토너를 제공하게 된다.

상기 왁스의 토너 내 함량은 상기 폴리에스테르계 수지 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부가 바람직하며, 1 내지 10중량부가 더욱 바람직하다. 상기 왁스의 함량이 1중량부 미만이면 이형성 저하와 같은 문제가 있고, 20중량부를 초과하는 경우 내구성 저하와 같은 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기 토너의 코어 내에 내첨되는 이형제는 감광체를 보호하고 현상특성의 열화를 방지하여 고품질의 화상을 얻기 위하여 적절히 사용될 수 있다. 본 발명의 일구현예에 따른 이형제는 고순도 고체 지방산 에스테르계 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면, 저분자량 폴리에틸렌, 저분자량 폴리프로필렌, 저분자량 폴리부틸렌 등의 저분자량 폴리올레핀; 파라핀 왁스; 다관능 에스테르 화합물 등을 들 수 있다. 본 발명에서 이용하는 이형제로는 3 관능 이상의 알코올과 카르복실산 으로 이루어지는 다관능 에스테르 화합물이 바람직하다. 이와 같은 이형제는 상기 폴리에스테르계 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부의 비율로 사용될 수 있는 바, 상기 함량이 10중량부를 초과하는 경우 내구성 저하와 같은 문제가 발생할 수 있으며, 0.1중량부 미만이면 이형성 저하와 같은 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기 토너 내의 코어에 내첨되는 대전제어제는 아연 또는 알루미늄과 같은 금속 함유 살리실산(salicylic acid) 화합물, 비스 디페닐글리콜산(bis diphenyl glycolic acid)의 붕소 착체, 실리케이트(silicate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는 디알킬 살리실산 아연, 보로 비스(1,1-디페닐-1-옥소-아세틸 포타슘염){boro bis (1,1-diphenyl-1-oxo-acetyl potassium salt)} 등이 사용될 수 있다. 이와 같은 대전제어제의 함량은 상기 코어 내의 폴리에스테르계 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부의 함량으로 사용될 수 있는 바, 상기 함량이 0.1중량부 미만이면 대전성 저하와 같은 문제가 있고, 5중량부를 초과하면 과대전으로 인한 현상 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기 토너 내의 코어에 내첨되는 착색제는 흑백 토너의 경우 카본블랙 또는 아닐린블랙을 사용할 수 있으며, 본 발명에 따른 혼성 토너는 칼라 토너를 제조하기 용이하다. 또한 칼라 토너의 경우에는 착색제 중 검은색은 카본 블랙을 이용하고 칼라는 옐로우, 마젠타 및 시안 착색제를 더 포함한다.

상기 옐로우 착색제는 축합 질소 화합물, 이소인돌리논 화합물, 아트라킨화합물, 아조 금속 착제, 또는 알릴 이미드 화합물이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안 료 옐로우 12, 13, 14, 17, 62, 74, 83, 93, 94, 95, 109, 110, 111, 128, 129, 147, 168, 180 등이 사용될 수 있다.

상기 마젠타 착색제는 축합 질소 화합물, 안트라킨, 퀴나크리돈 화합물, 염기 염료 레이트 화합물, 나프톨 화합물, 벤조 이미다졸 화합물, 티오인디고 화합물, 또는 페릴렌 화합물이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 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 254 등이 사용될 수 있다.

상기 시안 착색제는 동 프탈로시아닌 화합물 및 그 유도체, 안트라킨 화합물, 또는 염기 염료 레이트 화합물 등이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 블루 1, 7, 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 60, 62, 또는 66 등이 사용될 수 있다.

이러한 착색제는 단독 또는 2 종 이상의 혼합물로 혼합하여 사용될 수 있으며, 색상, 채도, 명도, 내후성, 토너 중의 분산성 등을 고려하여 선택된다.

이와 같은 착색제의 함량은 토너를 착색하기에 충분한 양이면 무방하고, 바람직하게는 상기 폴리에스테르계 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부의 함량으로 사용될 수 있으며, 상기 함량이 0.1중량부 미만이면 착색 효과가 충분하지 못하여 바람직하지 못하고, 10중량부를 초과하는 경우 토너의 제조원가가 상승하고, 충분한 마찰 대전량을 얻을 수 없어 바람직하지 않다.

코어-쉘 구조를 갖는 본 발명에 따른 혼성 토너를 형성하기 위해서는 상기와 같은 코어의 외면 상에 쉘을 형성하게 되는 바, 이와 같은 쉘은 당업계에 알려져 있는 중합성 단량체를 사용하여 형성할 수 있다. 상기 중합성 단량체의 예로서는 스티렌계 단량체, (메타)아크릴산계 단량체, (메타)아크릴레이트계 단량체 등을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직한 예로서는 스티렌, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌의 스티렌계 단량체; (메타)아크릴레이트, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, (메타)아크릴로니트릴, (메타)아크릴아미드 등의 (메타)아크릴이트계 단량체; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌의 에틸렌성 불포화 모노올레핀계 단량체; 염화비닐, 염화비닐리덴, 불화비닐의 할로겐화비닐계 단량체; 아세트산비닐, 프로피온산비닐의 비닐에스테르계 단량체; 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르의 비닐에테르계 단량체; 비닐메틸케톤, 메틸이소프로페닐케톤의 비닐케톤계 단량체; 2-비닐피리딘, 4-비닐피리딘, N-비닐피롤리돈의 질소 함유 비닐계 단량체 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게는 스티렌계 단량체, (메타)아크릴레이트계 단량체 또는 이들의 혼합물을 예로 들 수 있다.

쉘을 형성하는 이와 같은 비닐계 수지는 상기 코어의 중량에 대비하여 적절한 함량으로 형성될 수 있으며, 특히 폴리에스테르계 수지 100중량부를 기준으로 5 내지 500중량부, 바람직하게는 100 내지 250중량부의 함량으로 형성될 수 있다. 상기 비닐계 수지가 5중량부 미만이면 쉘의 형성이 불충분해지고, 500중량부를 초과하면 쉘 두께가 지나치게 두꺼워지는 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기 혼성 토너를 구성하는 쉘은 상기 비닐계 수지를 주성분으로 하여, 다양한 외첨 성분을 추가적으로 더 포함할 수 있다. 이와 같은 외첨제로서는 실리카, 금속 산화물, 폴리머 비드 등이 있다.

상기 외첨제 중 하나인 실리카는 그 함량이 상기 폴리에스테르계 수지 100중량부에 대해서 0.1 내지 10중량부의 범위로 사용하는 것이 바람직하며, 상기 함량이 0.1중량부 미만이면 유동성 저하와 같은 문제가 있고, 10중량부를 초과하면 화상오염 및 현상불량과 같은 문제가 있다.

이와 같은 실리카는 흔히 제습제로 사용되는 물질이지만, 그 입자 크기에 따라서 역할이 달라질 수 있다. 실리카는 1차 입자의 크기가 대략 30nm 이상인 경우를 대입자 실리카, 1차 입자 크기가 30nm 미만인 경우를 소입자 실리카라고도 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어인 "1차 입자(primary particle)"는 중합, 결합 등이 일어나지 않은 화합물의 단위 입자를 의미한다. 소입자 실리카는 주로 토너 입자의 유동성을 향상시키기 위해서 첨가되며, 대입자 실리카는 토너 입자에 대전성을 부여하기 위해서 첨가된다. 본 발명에 따른 외첨제에 포함되는 실리카는 소입자 실리카와 대입자 실리카가 일정한 성분비로 포함되는 것이 바람직하다. 즉, 1차 입자 크기가 5nm 내지 20nm의 범위 이내인 소입자 실리카의 함량은 상기 폴리에스테르계 수지 100중량부를 기준으로 0.1중량부 내지 5중량부의 범위이고, 1차 입경이 30nm 내지 200nm의 범위 이내인 대입자 실리카는 그 함량이 상기 폴리에스테르계 수지 100중량부를 기준으로 0.1중량부 내지 5중량부의 범위인 것이 바람직하다.

토너 조성물의 외첨제에 포함되는 소입자 실리카 및 대입자 실리카의 1차 입자의 크기는 토너 입자와의 상용성 및 토너 입자 자체의 크기를 고려해서 결정된다. 전체 실리카의 함량이 상기 폴리에스테르계 수지 100중량부를 기준으로 0.1중 량부보다 작으면 실리카에 의한 토너의 유동성과 대전성을 기대하기 곤란하고, 전체 실리카의 함량이 10중량부보다 많으면 대전성이 과다하여 토너 입자에 부여되는 대전량의 조절에 문제가 있을 수 있으므로 이를 고려하여 적절한 함량을 선택하는 것이 좋다.

상기 외첨제 중 하나인 금속 산화물은 산화티탄을 포함한다. 산화티탄의 함량은 상기 폴리에스테르계 수지 100중량부를 기준으로 0.1중량부 내지 5중량부인 것이 바람직하다. 상기 산화티탄은 TiO₂ 외에 여러 가지 산가를 가진 형태가 존재하지만 그 중에서도 TiO₂의 형태가 가장 일반적이다. 산화티탄은 알칼리와 용해하여 티탄산알칼리로 된다. 산화티탄은 은폐력이 큰 백색안료(티탄화이트)로 다량 쓰여지며 그 용도로는 자기 원료, 연마제, 의약품, 화장품 등으로도 많이 사용된다. 본 발명에 따른 외첨제에서 산화티탄은 실리카만 함유했을 경우 발생하는 과다한 대전성을 조절하는 기능을 한다. 본 발명에 사용되는 산화티탄은 알루미나와 오가노폴리실록산으로 표면 처리된 것이 바람직하고, 그 1차 입자 크기가 10 내지 200nm의 범위 이내인 것이 바람직하다. 산화티탄의 입경은 실리카와 마찬가지로 토너 입자의 사이즈 및 토너와의 상용성을 고려하여 결정할 수 있다. 표면 처리된 산화티탄은 BET 표면적이 20㎡/g 내지 100 ㎡/g인 것이 바람직하다.

상술한 금속 산화물과 실리카 외에도 상기 혼성 토너의 쉘은 외첨제로서 폴리머 비드를 더 포함할 수 있다. 상기 폴리머 비드로서는 스티렌계 수지, 메타크릴산메틸, 스티렌-메타크릴산메틸 공중합체, 아크릴계 수지, 아크릴-스티렌 공중합체 등이 단독 또는 혼합되어 사용되고 있다. 이러한 수지 비드는 현탁중합 등의 중합공정을 통해 제조되기 때문에 구형의 형상을 가지고 있으며, 입자 크기는 서브미크론에서 수십 미크론까지 다양한 범위를 갖는다. 이와 같은 폴리머 비드는 상기 폴리에스테르계 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 3중량부의 함량으로 상기 쉘 내에 포함될 수 있다. 상기 폴리머 비드의 함량이 0.1중량부 미만이면 대전 저하와 같은 문제가 있고, 3중량부를 초과하면 화상 오염과 같은 문제가 있어 바람직하지 않다.

상술한 바 외에도 본 발명에 따른 혼성 토너는 기능성의 향상을 위해 여러가지 다양한 내첨제 혹은 외첨제를 더 함유할 수 있다. 예를 들면, UV 안정화제, 방미제, 살세균제, 살진균제, 대전 방지제, 광택 개질제, 산화 방지제, 실란 또는 실리콘-개질 실리카 입자와 같은 응결 방지제 등을 단독으로 또는 2종 이상 선택하여 내첨제 또는 외첨제로서 토너 조성물에 첨가할 수 있으며, 이들의 함량은 상기 폴리에스테르계 수지 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부의 함량으로 사용할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 혼성 토너는 평균입경이 4.0 내지 12.0㎛인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 혼성 토너는 다음과 같이 제조할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 혼성 토너는 폴리에스테르계 수지 단독 또는 2종의 수지 블렌드물을 토너용 바인더로 사용하고 내첨제인 왁스, 착색제, 대전 제어제를 혼합하고 이를 압출기 내에서 용융 및 혼합 후, 냉각 고화하여 분쇄 및 분급함으로써 코어를 형성한다. 얻어진 코어를 수계 용매에 분산시켜 코어 분산액 을 형성한 후, 중합성 단량체를 첨가 후, 이를 중합하여 쉘을 형성함으로써 코어-쉘 구조체를 형성한다. 이어서, 형성된 코어-쉘 구조를 갖는 무외첨 혼성 토너에 다양한 첨가제, 예를 들어 실리카, 금속 산화물, 폴리머 비드 등을 부가하여 외첨을 실시하여 본 발명에 따른 혼성 토너를 제조하게 된다.

상기 제조방법에 사용된 각종 성분의 경우, 이미 상술한 바와 같은 폴리에스테르계 수지, 왁스, 착색제, 대전제어제, 중합성 단량체, 실리카, 금속 산화물, 폴리머 비드 등을 상술한 함량비로 사용하는 것이 가능하다.

우선, 상기 코어 형성 단계는 코어 형성 물질들을 압출기 내에서 용융 및 혼합한 후, 이를 냉각시키고나서 분쇄 및 분급하는 공정을 포함한다. 상기 압출기 및 용융/혼합 과정은 당업계에 알려져 있는 방법을 사용할 수 있으며, 그에 대한 제한은 없다. 상기 분쇄 과정은 2단계로 나누어 수행할 수 있으며, 1단계에서는 냉각된 입자를 수mm 수준으로 중분쇄하게 되며, 2단계는 중분산된 입자를 수 내지 수십 ㎛ 크기로 미분쇄하게 된다. 이와 같이 미분쇄된 입자는 분급과정을 거치게 되는 바, 4 내지 10㎛ 수준, 바람직하게는 6 내지 8㎛ 수준으로 분급하게 된다.

상기 코어 형성 물질 중 하나인 폴리에스테르계 수지는 입자형태의 수지 1종 또는 2종 이상의 블렌드물을 사용하는 것도 가능하나, 다가알콜 또는 그의 유도체와 디카르복실산 화합물을 중합하여 형성하는 것도 가능하다. 상기 다가알콜로서는 디올이 바람직하며, 다가알콜과 디카르복실산 화합물의 당량비는 1:1 내지 1:2이 바람직하다. 상기 디올로서는 에틸렌 글리콜류, 비스페놀 유도체 등을 예로 들 수 있고, 상기 디카르복실산 화합물로서는 테레프탈산, 아디프산, 이소프탈산 등을 예 로 들 수 있다.

상기 폴리에스테르계 수지는 상술한 바와 같이 착색제, 안료 및 왁스 등의 코어 형성 물질과 함께 입자 형태로 사용하여 분쇄 및 분급 과정을 거치는 것도 가능하나, 상기 폴리에스테르계 수지를 유기 용매에 분산제와 함께 분산시키고, 기타 코어 형성 물질과 함께 혼합한 후, 여기에 물 등의 수계 용매를 첨가하여 침전시킴으로써 코어 입자를 형성하는 것도 가능하다. 이와 같은 공정을 사용하는 경우에는 혼합 용액 상에서 미세 입자가 형성되므로 별도의 분쇄, 분급 과정이 필요하지 않다는 장점을 갖는다. 상기 폴리에스테르계 수지를 분산시키는 유기 용매로서는 메틸렌 클로라이드, 테트로하이드로퓨란, 디메틸술포닉옥사이드 등을 사용할 수 있다.

상기 코어 형성 단계에서 얻어진 코어는 수계 용매에 분산되어 코어 분산액을 형성하게 되며, 여기에 중합성 단량체를 가하게 된다. 중합성 단량체는 이미 상술한 바와 같은 다양한 종류, 예를 들어 스티렌계 단량체, (메타)아크릴레이트계 단량체 등을 사용할 수 있으며, 이들에 함량비는 이미 상술한 바와 같다.

이와 같이 중합성 단량체를 포함하는 코어 분산액에, 분산제, 거대 단량체, 안정화제, 개시제 등을 첨가한 후, 중합공정을 수행함으로써 상기 코어 외부에 비닐계 수지로 이루어진 쉘을 형성하게 된다. 즉 코어를 포함하는 수계 용매 내에서 중합성 단량체를 중합하여 비닐계 수지를 생성할 경우, 상기 비닐계 수지가 수계 용매를 포함하는 코어 분산액 내에서 불용성이므로 상기 비닐계수지는 침전 형태로 석출된다. 이와 같이 석출된 비닐계 수지는 분산액에 존재하는 코어 입자에 동시에 흡착되어 쉘 구조를 형성하게 되고, 그 결과 코어-쉘 구조체를 형성하게 된다.

상기 쉘 형성 공정에서 코어 분산액을 형성하는데 사용하는 수계 용매는 상기 폴리에스테르계 수지로 구성된 코어 입자에 불용성이라면 어떠한 것이라도 제한없이 사용할 수 있다. 상기 수계 용매는 자체적으로 전하를 갖는 용매를 의미하며, 단지 물을 포함하는 용매를 의미하는 것만은 아니다. 이와 같은 수계 용매로서는 예를 들어 물, 알코올류 또는 이들의 혼합물을 예로 들 수 있다. 이들의 함량은 상기 코어 입자를 분산시키는데 충분한 양이면 족하고, 그에 따른 제한은 없다.

상기 쉘 형성 공정에서 사용되는 분산제는 중합된 비닐계 수지가 서로 응집하지 않고, 코어의 표면에 용이하게 흡착될 수 있도록 하며, 그 종류로서는 당업계에 통상적으로 사용되는 것이라면 아무 제한없이 사용될 수 있으나, 반응성 분산제로서 알킬폴리에톡시 아크릴레이트(alkyl polyethoxy acrylate), 알킬폴리에톡시 메타크릴레이트(alkyl polyethoxy methacrylate), 아릴폴리에톡시 아크릴레이트(aryl polyethoxy acrylate), 또는 아릴폴리에톡시 메타크릴레이트(aryl polyethoxy methacrylate) 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는 HS-10, RN-10(상품명, Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd사 제조) 등이 좋다. 이와 같은 분산제는 당업계에 알려져 있는 적절한 함량으로 사용할 수 있다.

상기 쉘 형성공정에서 거대 단량체를 사용하여 반응 중이나 반응 후 입자들을 안정화시킬 수 있으며, 본 발명에 따른 거대 단량체는 친수성기 및 소수성기를 모두 가지는 양쪽성 물질이며, 하나 이상의 반응성 관능기(reactive fuctional group)을 갖는 폴리머 또는 올리고머가 바람직하다. 거대 단량체의 친수성기는 매 질과 반응하여 단량체의 수분산성을 향상시키고, 소수성기는 토너 입자의 표면에 존재하여 유화중합 반응을 촉진시킬 수 있다. 이들은 상기 중합성 단량체와 그래프트화, 분지화, 또는 가교결합 등의 다양한 형태로 결합되어 공중합체를 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 거대 단량체를 사용함으로써 토너 입자의 내구성 및 내오프셋(anti-offset) 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 거대 단량체는 유화중합시에 안정한 미셸(Micelle)을 형성하여 안정화제로서 작용할 수 있다. 이와 같은 거대 단량체는 상기 중합성 단량체 100중량부를 기준으로 0.1 내지 100중량부의 함량으로 사용할 수 있다.

거대 단량체의 중량평균 분자량은 100 내지 100,000, 바람직하게는 1,000 내지 10,000이다. 거대 단량체의 중량평균 분자량이 100 미만인 경우에는 완성된 토너의 물성이 향상되지 않거나 안정제로서의 역할이 좋지 않을 수도 있어 바람직하지 못하다. 중량평균 분자량이 100,000을 초과하는 경우에는 반응 전환율이 낮아질 수도 있기 때문에 바람직하지 못하다.

본 발명에 따른 거대 단량체는 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-에틸에테르 메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-개질우레탄, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-개질폴리에스테르, 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에틸렌글리콜(PEG)-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 헥사관능성 폴리에스테르 아크릴레이트, 수지상(dendritic) 폴리에스테르 아크릴레이트, 카르복시 폴리에스테르 아크릴레이트, 지방산 개질 에폭시 아크릴레이트, 및 폴리에스테르 메타크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 쉘 형성 공정에서 사용하는 안정화제는 공정중, 혹은 공정 후 입자를 안정화시키기 위한 것으로서, 그 예로서는 폴리(비닐알코올), 폴리(비닐피롤리돈), 히드록실 프로필셀룰로오스, 폴리(아크릴산) 등을 사용할 수 있으며, 이들은 상기 중합성 단량체 100중량부를 기준으로 0.1 내지 100중량부의 함량으로 사용할 수 있다.

상기 쉘 형성 공정에서 중합공정은 개시제에 의하여 라디칼이 발생되고, 라디칼이 상기 중합성 단량체와 반응하는 것이 바람직하다. 라디칼은 중합성 단량체 및 상기 거대 단량체의 반응성 관능기와 반응하여 공중합체를 형성할 수 있다.

라디칼 중합 개시제로는, 과황산칼륨, 과황산암모늄 등의 과황산염; 4,4-아조비스(4-시아노길초산), 디메틸-2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 2,2-아조비스(2-아미디노프로판)이염산염, 2,2-아조비스-2-메틸-N-1,1-비스(히드록시메틸)-2-히드록시에틸프로피오아미드, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 1,1'-아조비스(1-시클로헥산카르보니트릴) 등의 아조 화합물; 메틸에틸퍼록시드, 디-t-부틸퍼록시드, 아세틸퍼록시드, 디쿠밀퍼록시드, 라우로일퍼록시드, 벤조일퍼옥시드, t-부틸퍼록시-2-에틸헥사노에이트, 디-이소프로필퍼옥시디카르보네이트, 디-t-부틸퍼옥시이소프탈레이트 등의 과산화물 등을 예시할 수 있다. 또한 이들 중합 개시제와 환원제를 조합한 산화-환원 개시제를 예로 들 수 있다.

본 발명은 또한 상기와 같은 제조방법에 의해 얻어지는 토너를 제공한다.

본 발명은 또한 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법에 있어서, 상기 토너가 상술한 바와 같은 본 발명의 제조방법에 의해 얻어진 코어-쉘 구조를 가지며, 상기 코어는 폴리에스테르 수지로 이루어지고, 상기 쉘이 비닐계 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법을 제공한다.

대표적인 전자사진 화상 형성 공정은 대전, 노광, 현상, 전사, 정착, 클리닝 및 제전 단계를 포함하여, 수용체 상에 화상을 형성하는 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. "광"으로 언급할 수 있는 전자기 조사는, 예를 들어 적외선 조사, 가시광선, 및 자외선 조사를 포함할 수 있다.

현상 단계에서, 적합한 극성의 토너 입자들은 일반적으로 감광체 상의 잠상과 접촉하는데, 토너 극성에 동일한 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 유기감광체, 유기감광체의 표면을 대전하는 수단, 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 수단, 토너를 수용하는 수단, 상기 토너를 공급하여 유기감광체 표면의 정전 잠상을 현상하여 토너상을 현상하는 수단, 및 상기 토너상을 감광체 표면에서 전사재에 전사하는 수단을 포함하는 화상 형성 장치에 있어서, 상기 토너는 상술한 바와 같은 본 발명의 제조방법에 의해 얻어진 코어-쉘 구조를 가지며, 상기 코어는 폴리에스테르 수지로 이루어지고, 상기 쉘이 비닐계 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 토너를 수용한 비접촉 현상방식의 화상 형성 장치의 일 구현예를 도시한 것으로서 하기에 작동 원리를 설명한다.

비자성 1성분 현상제는 폴리우레탄 폼, 스폰지 등의 탄성부재로 구성된 공급롤러(6)에 의해 현상제(8)가 현상롤러(5) 상으로 공급된다. 상기 현상롤러(5) 상으 로 공급된 현상제(8)는 현상롤러(5)의 회전에 따라 현상제 규제블레이드(7)와 현상롤러(5)의 접촉부에 도달한다. 상기 현상제 규제블레이드(7)는 금속, 고무 등의 탄성부재로 구성되어 있다. 현상제 규제블레이드(7)와 현상롤러(5)의 접촉부 사이를 현상제가 통과시 현상제(8)의 층이 일정한 층으로 규제되어 박층이 형성되고 현상제를 충분히 대전시키게 된다. 박층화된 현상제(8)는 현상롤러(5)에 의하여 잠상 담지체인 감광체(1)의 정전잠상에 현상제(8)가 현상되는 현상영역으로 이송된다.

상기 현상롤러(5)는 감광체(1)와 일정한 간격을 두고 접촉하지 않고 서로 마주보고 위치하고 있다. 현상롤러(5)는 시계회전 반대방향으로 회전하고 감광체(1)는 시계회전방향으로 회전한다. 현상영역으로 이송된 현상제(8)는 현상롤러(5)에 인가된 DC 중첩된 AC 전압과 감광체(1)의 잠상전위와의 전위차에 의해 발생된 전기력에 따라 감광체(1)의 정전잠상으로 현상된다.

감광체(1)에 현상된 현상제(8)는 감광체(1)의 회전방향에 따라 전사수단(9)의 위치에 도달한다. 감광체(1)에 현상된 현상제는 코로나 방전 또는 롤러형태로 현상제(8)에 대한 역극성 고전압이 인가된 전사수단(9)에 의하여 인쇄용지(13)가 통과하면서 인쇄용지로 현상제가 전사되어 화상이 형성된다.

인쇄용지에 전사된 화상은 고온, 고압의 정착기(미도시)를 통과하면서 인쇄용지에 현상제가 융착되어 화상이 정착된다. 한편 현상롤러(5) 상의 미현상된 잔류 현상제는 상기 현상롤러(5)와 접촉되어 있는 공급롤러(6)에 의해 회수된다. 상기 과정이 반복된다.

하기 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하지만 본 발명이 이에 한정 되는 것은 아니다.

하기 실시예에서 사용되는 폴리에스테르계 수지는 (주)삼양사에서 제조된 것으로, 유리전이온도(Tg): 69℃, 연화온도(Ts):135℃, Gel함량 3-5%, 수평균분자량(Mn): 8,000-9,000, 분자량 다분산 지수(MWD): 5-10 인 TM1과 유리전이온도(Tg): 60℃, 연화온도(Ts):153℃, Gel함량 24-26%, 수평균분자량(Mn): 5,000-6,000, 분자량 다분산지수(MWD): 7-10 인 P1과 유리전이온도(Tg): 54℃, 연화온도(Ts):99℃, Gel함량 0.0%, 수평균분자량(Mn): 4,000-6,000, 분자량 다분산지수(MWD): 2-5 TLA1을 80:20(wt.%)과 70:30(wt.%) 블렌딩 한 것을 각각 이용하였다.

<실시예 1>

- 폴리에스테르 코어(core) 형성 단계

TM1 88중량부, 폴리에스테르 왁스 6중량부, 카본블랙 3중량부, MPT 313(상품명, 이시하라사 제조) 3중량부를 헨젤 믹서(Henschel mixer)에서 예비혼합하였다. 이어서 두 영역의 니딩 블록(kneading block)을 구비한 모듈러 코로테이팅 트윈 스크류 압출기(modular corotating twin screw extruder)에서 공급 속도 3 rpm, 스크류 속도 200 rpm, 스크류 토크 80%, 수지 온도 130 내지 140℃에서 평균 잔류시간 4kg/hr로 압출 하였다. 이후 냉각과정을 거쳐 조분쇄하고, 반탐 밀(Bantam Mill)을 이용하여 1 내지 2 mm 수준으로 중분쇄한 후, TR-15 (NISSHIN사 제조)의 분쇄-분급기에서 수 내지 수십 ㎛ 크기로 미분쇄 후, 6 내지 8㎛ 수준으로 분급하여 폴리에스테르 함유 코어를 제조하였다.

- 불포화 비닐계인 스티렌계 수지를 이용한 코어-쉘(shell)형성 단계

얻어진 6 내지 8 ㎛ 사이의 입경을 가진 폴리에스테르 함유 코어 10g을 불용성 용매인 알코올 및 물의 혼합용매(중량비 1:1) 100g에 가한 후, 교반속도는 500rpm으로 교반 및 분산시켜 코어 분산액을 제조하였다.

이어서 스티렌 단량체 10ml를 폴리에스테르 코어 입자가 분산되어 있는 상기 분산액에 가하였다. 또한 이 분산액에 계면활성제인 HS-10(Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd 사 제조) 0.1g과 거대 단량체인 폴리에틸렌 글리콜-에틸에테르 메타크릴레이트(PEG-FEM) 0.3g을 가하였다. 또한 상기 분산액에 폴리(비닐알코올) 0.5g을 가하였다. 이와 더불어 중합개시제로서 아조계 화합물인 AIBN (α-α'-아조비스이소부티로니트릴) 10mg을 첨가하고, 이후 온도는 고분자 합성온도인 85℃ 이내로 승온시켜 중합 공정을 수행하여 코어-쉘 구조의 혼성 토너를 제조하였다.

- 외첨설계 단계

대실리카 1.2중량부, 소실리카 1.0중량부, TiO₂ 0.1중량부, 멜라민계폴리머 비드 0.1중량부를 3000rpm, 6분 동안 상기 코어-쉘 구조체 180중량부와 혼합하여 본 발명에 따른 혼성 토너를 제조하였다.

실시예 2

- 폴리에스테르 코어(core) 형성 단계

TM1:TLA1(80:20 중량비) 91중량부, 폴리에스테르 왁스 5중량부, 카본블랙 2중량부, MPT 313 2중량부를 헨젤 믹서(Henschel mixer)에서 예비혼합하였다. 이어서 두 영역의 니딩 블록(kneading block)을 구비한 모듈러 코로테이팅 트윈 스크류 압출기(modular corotating twin screw extruder)에서 공급 속도 3 rpm, 스크류 속도 200 rpm, 스크류 토크 80%, 수지 온도 130 내지 140℃에서 평균 잔류시간 4kg/hr로 압출 하였다. 이후 냉각과정을 거쳐 조분쇄하고, 반탐 밀(Bantam Mill)을 이용하여 1 내지 2 mm 수준으로 중분쇄한 후, 분쇄-분급기에서 수 내지 수십 ㎛ 크기로 미분쇄 후, 6 내지 8㎛ 수준으로 분급하여 폴리에스테르 함유 코어를 제조하였다.

이어서 스티렌 단량체 17.5g 및 부틸 아크릴레이트 22.3g을 폴리에스테르 코어 입자가 분산되어 있는 상기 분산액에 가하였다. 또한 이 분산액에 계면활성제인 HS-10 (0.1g, Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd 제조)과 거대 단량체인 폴리에틸렌 글리콜-에틸에테르 메타크릴레이트(PEG-FEM) 0.3g을 가하였다. 또한 상기 분산액에 폴리(비닐알코올) 0.5g을 가하였다. 이와 더불어 중합개시제로서 아조계 화합물인 AIBN (α-α'-아조비스이소부티로니트릴) 10mg을 첨가하고, 이후 온도는 고분자 합성온도인 85℃ 이내로 승온시켜 중합 공정을 수행하여 코어-쉘 구조의 혼성 토너를 제조하였다.

- 외첨설계 단계

대실리카 1.0중량부, 소실리카 1.0중량부, TiO₂ 0.2중량부, 멜라민계 폴리머 비드 0.3중량부를 3000rpm, 6분 동안 상기 코어-쉘 구조체와 혼합하여 본 발명에 따른 혼성 토너를 제조하였다.

실시예 3

- 폴리에스테르 코어(core) 형성 단계

에틸렌 글리콜 및 테레프탈산를 당량비 1:1.3으로 반응기에 투입하여 혼합하였다. 상기 단량체들에 대하여 80ppm인 테트라에틸암모늄하이드록사이드를 첨가하여 중성을 유지함으로써 지방족 디올의 이량체 등의 부반응을 억제하였다. 상압 및 220℃에서 4시간동안 에스테르화반응을 수행하였다. 이후 얻어진 폴리에스테르의 분자량을 증가시키기 위하여 안티몬 트리옥사이드 300ppm, 트리메틸포스페이트 100ppm을 반응기에 넣고, 0.1torr 감압하에 250℃로 승온하여 4시간동안 중축합반응을 수행하였다. 수평균 분자량이 4,360이고 분자량 분포지수가 2.7인, 유리전이온도(Tg) 64℃인 선형의 폴리에스테르수지를 제조하였다. 이후, 얻어진 폴리에스테르 수지 88중량부를 메틸렌 클로라이드에 녹이고 HS-10(0.1중량부, Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd 제조) 및 폴리(비닐)알코올 0.5중량부를 가하여 균일한 분산액을 만든 후, 폴리에스테르 왁스 6중량부, 카본블랙 3중량부, MPT313 3중량부를 첨가하여 2000rpm으로 기계적으로 교반하였다. 이후, 물을 이용하여 침전 및 세척을 하여 5 내지 10㎛크기의 폴리에스테르계 코어 입자를 제조하였다.

얻어진 5 내지 10 ㎛ 사이의 입경을 가진 폴리에스테르 함유 코어 10g을 불용성 용매인 알코올 및 물의 혼합용매(중량비 1:1) 100g에 가한 후, 교반속도는 500rpm으로 교반 및 분산시켜 코어 분산액을 제조하였다.

이어서 스티렌 단량체 10ml를 폴리에스테르 코어 입자가 분산되어 있는 상기 분산액에 가하였다. 또한 이 분산액에 계면활성제인 HS-10 (0.1g, Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd 과 거대 단량체인 폴리에틸렌 글리콜-에틸에테르 메타크릴레이트(PEG-FEM) 0.3g을 가하였다. 또한 상기 분산액에 폴리(비닐알코올) 0.5g을 가하였다. 이와 더불어 중합개시제로서 아조계 화합물인 AIBN (α-α'-아조비스이소부티로니트릴) 10mg을 첨가하고, 이후 온도는 고분자 합성온도인 85℃ 이내로 승온시켜 중합 공정을 수행하여 코어-쉘 구조의 혼성 토너를 제조하였다.

- 외첨설계 단계

대실리카 0.8중량부, 소실리카 1.0중량부, TiO₂ 0.1중량부, 멜라민계 폴리머 비드 0.3중량부를 3500rpm, 6분 동안 상기 코어-쉘 구조체 180중량부와 혼합하여 본 발명에 따른 혼성 토너를 제조하였다.

실시예 4

- 폴리에스테르 코어(core) 형성 단계

TM1:TLA1(70:30 중량비) 88중량부, 폴리에스테르 왁스 6중량부, 카본블랙 3중량부, MPT313 3중량부를 헨젤 믹서(Henschel mixer)에서 예비혼합하였다. 이어서 두 영역의 니딩 블록(kneading block)을 구비한 모듈러 코로테이팅 트윈 스크류 압 출기(modular corotating twin screw extruder)에서 공급 속도 3 rpm, 스크류 속도 200 rpm, 스크류 토크 80%, 수지 온도 130 내지 140℃에서 평균 잔류시간 4kg/hr로 압출 하였다. 이후 냉각과정을 거쳐 조분쇄하고, 반탐 밀(Bantam Mill)을 이용하여 1 내지 2 mm 수준으로 중분쇄한 후, 분쇄-분급기에서 수 내지 수십 ㎛ 크기로 미분쇄 후, 6 내지 8㎛ 수준으로 분급하여 폴리에스테르 함유 코어를 제조하였다.

이어서 스티렌 단량체 10ml를 폴리에스테르 코어 입자가 분산되어 있는 상기 분산액에 가하였다. 또한 이 분산액에 폴리(비닐알코올) 0.5g을 가하였다. 이와 더불어 중합개시제로서 산화환원 개시제인 포타슘 퍼설페이트/p-메틸벤즈알데히드 소듐 비설파이트를 0.01g, 및 도데실 벤젠 소듐 설포네이트를 가하고 상온에서 500rpm으로 중합 공정을 수행하여 코어-쉘 구조의 혼성 토너를 제조하였다.

- 외첨설계 단계

대실리카 1.0중량부, 소실리카 0.7중량부, TiO₂ 0.2중량부, 멜라민계폴리머 비드 0.2중량부를 3500rpm, 5분 동안 상기 코어-쉘 구조체 180중량부와 혼합하여 본 발명에 따른 혼성 토너를 제조하였다.

상기 실시예 1 내지 4에서 제조한 코어-쉘 구조를 가지는 혼성토너를 현상기 에 넣고 접촉 및 비접촉 방식의 현상방식의 프린터에 테스트해 본 결과, 5000매 프린트해도 내구성과 정착성이 매우 양호한 고품질의 화상을 얻을 수 있었다.

본 발명은 코어로서 폴리에스테르계 수지를 사용하고, 쉘로서 비닐계 수지를 사용하는 코어-쉘 구조의 혼성 토너를 제공하며, 상기 혼성 토너는 이들 수지의 장점을 모두 가지면서 코어인 폴리에스테르계 수지 내 분산된 왁스나 착색제들의 토너 외층 표면으로의 분산문제로 인한 토너 블로킹 현상 및 화상오염, 저장안정성 문제 등을 근본적으로 규제 향상시킬 수 있다. 또한 거대 단량체를 이용한 쉘의 도입으로 내구성 및 정착성을 통한 고품질 화상을 얻을 수 있다.

Claims

폴리에스테르계 수지 100중량부, 왁스 1 내지 20중량부, 착색제 0.1 내지 10중량부 및 대전 제어제 0.1 내지 10중량부를 함유하는 코어; 및

비닐계 수지 5 내지 500중량부, 실리카 0.1 내지 10중량부, 금속 산화물 0.1 내지 5중량부 및 폴리머 비드 0.1 내지 10중량부를 함유하는 쉘;을 포함하는 혼성 토너.
제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 수지가 비닐기, 아크릴레이트기 및 메타크릴레이트기로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 수지가 ε-카프로락톤, 부틸로락톤(butyrolactone), 카프로락탐-카프로락톤 공중합체, 스티렌, 디비닐벤젠, n-부틸아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르계 수지의 수평균 분자량이 1,000 내지 120,000인 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제1항에 있어서, 상기 왁스의 융점이 50℃ 내지 150℃인 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제1항에 있어서, 상기 착색제가 카본블랙, 아닐린블랙, 옐로우 착색제, 마젠타 착색제, 시안 착색제인 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제1항에 있어서, 상기 비닐계 수지가 스티렌계 단량체, (메타)아크릴레이트계 단량체, 에틸렌성 불포화 모노올레핀계, 할로겐화비닐계 단량체, 비닐 에스테르계 단량체, 비닐에테르계 단량체, 비닐케톤계 단량체 및 질소함유 비닐계 단량체로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제7항에 있어서, 상기 비닐계 수지가 거대 단량체의 존재하에 스티렌계 단량체, (메타)아크릴레이트계 단량체, 에틸렌성 불포화 모노올레핀, 비닐 에스테르계 단량체, 비닐에테르계 단량체, 비닐케톤계 단량체 및 질소함유 비닐계 단량체로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 단량체를 공중합하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제8항에 있어서, 상기 거대 단량체가 폴리에틸렌 글리콜-메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜-에틸에테르 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜-디메타크릴레이 트, 폴리에틸렌 글리콜-개질우레탄, 폴리에틸렌 글리콜-개질폴리에스테르, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 헥사관능성 폴리에스테르 아크릴레이트, 수지상 폴리에스테르 아크릴레이트, 카르복시 폴리에스테르 아크릴레이트, 지방산 개질 에폭시 아크릴레이트, 및 폴리에스테르 메타크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제7항에 있어서, 상기 중합성 단량체가 분산제, 중합 개시제 및 안정화제의 존재하에 중합공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제1항에 있어서, 상기 실리카가 30nm 이상의 크기를 갖는 대입자 실리카 및 30nm 미만의 크기를 갖는 소입자 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제1항에 있어서, 상기 금속 산화물이 TiO₂인 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제1항에 있어서, 상기 폴리머 비드가 구형의 스티렌계 수지, 메타크릴산메틸, 스티렌-메타크릴산메틸 공중합체, 아크릴계 수지 및 아크릴-스티렌 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제1항에 있어서, 상기 혼성 토너의 평균입경이 4.0 내지 12.0㎛인 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
폴리에스테르계 수지, 왁스, 착색제 및 대전 제어제를 혼합하여 코어를 형성하는 단계;

상기 코어를 수계 용매에 분산시켜 코어 분산액을 형성하는 단계;

상기 코어 분산액에 중합성 단량체를 첨가한 후, 중합하여 쉘을 형성함으로써 코어-쉘 구조를 형성하는 단계; 및

상기 코어-쉘 구조체에 실리카, 금속 산화물 및 폴리머 비드를 외첨하는 단계;를 포함하는 혼성 토너의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 코어 형성단계가 폴리에스테르계 수지 단독 또는 2종 이상의 수지 블렌드물에 왁스, 착색제 및 대전 제어제를 혼합한 후, 이를 압출기 내에서 용융 및 혼합하고, 이를 냉각 고화하여 분쇄 및 분급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 토너의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 코어 형성 단계가 폴리에스테르계 수지를 유기 용매에 분산시킨 분산액에 왁스, 착색제 및 대전제어제를 혼합한 후, 이를 수계 용매로 침전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 토너의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 수계 용매가 물, 알코올 또는 이들의 혼합 용매인 것을 특징으로 하는 혼성 토너의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 쉘 형성 단계에서 거대 단량체를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 혼성 토너의 제조방법.
제19항에 있어서, 상기 거대 단량체가 폴리에틸렌글리콜-메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜-에틸에테르 메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜-디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜-개질우레탄, 폴리에틸렌글리콜-개질폴리에스테르, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 헥사관능성 폴리에스테르 아크릴레이트, 수지상 폴리에스테르 아크릴레이트, 카르복시 폴리에스테르 아크릴레이트, 지방산 개질 에폭시 아크릴레이트, 및 폴리에스테르 메타크릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 혼성 토너의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 쉘 형성 단계에서 분산제, 안정화제 또는 양자를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 혼성 토너의 제조방법.
제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 혼성 토너.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 혼성 토너를 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법.
유기감광체, 유기감광체의 표면을 대전하는 수단, 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 수단, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 혼성 토너를 수용하는 수단, 상기 혼성 토너를 공급하여 유기감광체 표면의 정전 잠상을 현상하여 토너상을 현상하는 수단, 및 상기 토너상을 감광체 표면에서 전사재에 전사하는 수단을 포함하는 화상 형성 장치.