KR100481466B1

KR100481466B1 - 정전 잠상 현상용 토너 조성물, 이의 제조방법 및 이를포함하는 정전 잠상 현상제 조성물

Info

Publication number: KR100481466B1
Application number: KR10-2003-0030477A
Authority: KR
Inventors: 김철환; 김경희; 최의준; 윤현남
Original assignee: 주식회사 디피아이 솔루션스
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2005-04-07
Also published as: US20050142476A1; US7208255B2; KR20040098190A

Abstract

본 발명은 중심수지입자로 사용할 수지입자와 착색제와의 정전기적 인력을 이용하거나 선택적으로 보호막수지와의 정전기적 인력을 더 이용함으로써, 좁고 균일한 입자크기 분포와 작은 입자크기를 가지고 착색제를 과량으로 함유하며, 그 착색제가 중심수지입자를 피복하는 형태를 갖는 정전 잠상 현상용 토너 조성물과 이를 포함하는 정전 잠상 현상제 조성물을 제공하며, 건조된 중심수지입자와 착색제를 혼합하고, 선택적으로 보호막수지를 더 혼합하여 수지의 유리전이온도 이상의 온도에서 열처리함으로써 좁고 균일한 입자크기 분포를 가지고 많은 양의 착색제를 함유하며, 착색제가 중심수지입자를 피복하는 형태를 갖는 정전 잠상 현상제 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 생성되는 토너입자가 좁고 균일한 크기분포를 가지며 입자크기가 작고 토너조성물내에 과량의 착색제 배합이 가능하여 높은 해상도를 얻을 수 있는 토너 조성물, 이의 제조방법과 이러한 토너 조성물을 함유하는 현상제 조성물을 제공할 수 있다.

Description

정전 잠상 현상용 토너 조성물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 정전 잠상 현상제 조성물 {Toner composition for developing latent electrostatic images, preparation method thereof and developer composition for developing the images}

본 발명은 전자사진, 정전 기록 및 정전 인쇄 등의 정전 잠상 현상용 토너 조성물, 이의 제조방법 및 이를 함유하는 정전 잠상 현상제 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 중심수지입자로 사용할 수지입자와 착색제와의 정전기적 인력을 이용하거나 선택적으로 보호막수지와의 정전기적 인력을 더 이용함으로써, 좁고 균일한 입자크기 분포와 작은 입자크기를 가지고 착색제를 과량으로 함유하며, 그 착색제가 중심수지입자를 피복하는 형태를 갖는 정전 잠상 현상용 토너 조성물과 이를 포함하는 정전 잠상 현상제 조성물을 제공하며, 건조된 중심수지입자와 착색제를 혼합하고, 선택적으로 보호막수지를 더 혼합하여 수지의 유리전이온도 이상의 온도에서 열처리함으로써 좁고 균일한 입자크기 분포를 가지고 많은 양의 착색제를 함유하며, 착색제가 중심수지입자를 피복하는 형태를 갖는 정전 잠상 현상제 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

정전기적 방법에 의해 광전도성 물질 표면상에서 영상을 현상하고 형성하는 방법은 널리 알려져 있다. 그 일예로서 미국특허 제2,297,691호에는 기본적인 전자사진 영상법이 개시되어 있는데, 먼저 광전도체 또는 광수용체로 알려진 광전도성 절연층에 균일한 정전하를 유도하고, 이어 그 광수용체를 빛에 노출시킨 다음 빛에 노출되었던 부분의 전하를 소실시킨 후, 미세하게 분할된 일렉트로스코픽(electroscopic) 토너물질을 상기 영상에 전착(deposit)시킴으로써 생성된 정전 잠상을 현상하는 것에 의해 이루어진다. 이 때 사용된 토너물질은 통상 광수용체의 전하를 보유하고 있는 부분으로 끌려가게 되어, 정전 잠상에 상응하는 토너 영상을 형성하게 된다. 이렇게 현상된 영상은 종이와 같은 기재로 이동되어, 가열, 가압, 가열·가압의 조합 또는 용매처리나 보호용 코팅처리와 같은 다른 적합한 고정방법을 통해 기재에 영구적으로 고착하게 된다.

상기한 전자사진 영상법에 이용되는 착색입자를 포함하는 토너 및 그 토너를 포함하는 현상제 조성물은 널리 알려져 있다. 널리 사용되는 현상제 조성물로서는 단일성분계 건식 현상제와 2성분계 건식 현상제가 있는데, 이들 중 단일성분계 현상제는 일반적으로 염료 또는 안료와 같은 착색제와 그 착색제가 분산되어 있는 수지를 포함하며 필요에 따라 전하조절제가 더 첨가된 토너로 구성되며, 2성분계 현상제는 상기 토너와 고형 운반체입자를 포함하도록 구성된다.

종래의 현상제 조성물은 미국특허 제4,645,727호, 제4,778,742호, 제5,102,761호, 제5,200,290호, 제5,296,325호, 제5,352,521호, 제5,437,953호, 제5,470,687호 및 제5,500,321호에 기재된 바와 같이, 통상 착색제와 합성수지, 왁스 또는 폴리올레핀, 전하조절제, 유동화제 및 기타 첨가제로 구성된 토너입자들을 포함하고 있다. 전형적인 토너의 조성은 착색제 2 내지 10중량%와 잔량으로서의 수지를 필수성분으로서 함유하며, 그 외 왁스 6중량% 이하, 전하조절제 3중량% 이하, 유동화제 0.25 내지 1중량% 및 기타 첨가제 1중량% 이하의 양으로 더 포함할 수 있다. 수지로는 스티렌-아크릴 공중합체, 스티렌 부타디엔 공중합체 및 폴리에스테르가 주로 사용되며, 착색제로는 시안 염료 또는 안료, 마젠타 염료 또는 안료, 옐로우 염료 또는 안료 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 것이 주로 사용된다.

좀더 구체적으로, 미국특허 제5,102,761호에는 밀링에 의한 칼라 토너의 제조방법에 관하여 개시되어 있다. 상기 방법에서, 폴리아크릴레이트 수지는 안료, 전하조절제 및 선택적으로 왁스와 함께 용융 혼합기에서 혼합된다. 상기 중합체를 기계적으로 분쇄하고 난 후 작은 입자들로 밀링시킴으로써 토너입자가 제조된다. 이러한 방법에 의해 제조된 토너입자들은 통상 불규칙적인 모양과 넓은 입자 크기 분포를 나타내는 문제점이 있다.

한편, 미국 특허 제5,352,521호, 제5,470,687호 및 제5,500,321호에는 분산중합에 의해 입자크기 7㎛ 이하의 작은 토너입자를 제조하는 방법들이 개시되어 있다. 이러한 방법들은 주로 스티렌과 아크릴레이트 등의 단량체, 안료, 전하조절제 및 왁스와 같은 첨가제가 함께 혼합되어 분산액을 형성한다. 이 분산액을 수성 또는 비수성 용매에 분산시킨 후, 단량체들을 반응시켜 토너입자를 형성한다. 이 방법은 단일 공정만으로 직경이 작은 구형의 토너입자를 제조할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 중합과정 중에 물질의 부피가 감소하고 이로 인해 토너입자 중에 분산용매가 포함되게 되며, 완전히 중합을 종결시키기 힘들기 때문에 상당량의 단량체가 토너입자 중에 잔존하게 되는 문제점 또한 있다. 이러한 잔류 단량체와 포함된 분산용매는 입자로부터 분리하기 어렵다. 또한 중합 물질들의 극성이 중합과정 중에 급격히 변하고 첨가제들이 입자 덩어리로부터 스며 나와 표면에 집중되는 경향이 있으며, 토너입자의 전하특성과 그 안정성을 저하시키는 분산안정제와 계면활성제 등이 토너입자의 표면에 남게 되면 이들을 토너입자로부터 제거하기는 매우 힘들게 된다.

토너 조성물을 제조하기 위한 다른 화학적 방법으로서, 미국특허 제5,916,725호 및 제6,268,103호에는 최근에 제록스에서 발표한 에멀젼 어그리게이션(Emulsion Aggregation) 방법이 개시되어 있다. 이는 매우 작은 에멀젼 입자를 제조한 후 이를 뭉치게 하여 토너 조성물을 제조하는 방법으로서, 먼저 1차 입자 조성물을 에멀젼 중합 반응을 통하여 제조한 다음, 이를 응집시키는 과정으로 구성된다. 이러한 방법은 공정이 여러 단계를 거쳐야 하는 단점이 있으며, 또한 초기에 고분자 수지 입자의 크기를 잘 조절해야 하므로 제조가 용이하지 않은 문제점이 있다.

또한, 상기한 두 가지의 화학적 토너 제조방법에는 모두 부가중합이 가능한 스티렌-아크릴 공중합체만이 기본수지로서 사용된다. 이는 수지의 선택에 있어서의 명확한 제한조건이 된다. 일반적으로 칼라 토너 및 고속 프린터용 토너의 경우에는 폴리에스테르 수지가 지닌 우수한 유동성과 화학적 구조에 기인하는 안료의 고른 분산성 때문에 폴리에스테르 수지가 선호되는 점을 고려하여 볼 때, 폴리에스테르 수지를 사용하지 못하는 단점이 있다.

한편, 미국특허 제6,132,919호에는 고해상도 토너를 구현하기 위하여 소위 중합식 코어-쉘 토너가 개시되어 있다. 이 경우 착색제를 포함한 코어용 단량체를 현탁중합하여 코어입자를 만든 후 그 표면에 쉘 단량체를 코어입자가 존재하는 상황하에 현탁중합하여 얻는다. 이러한 코어-쉘 토너의 경우에는 코어 수지의 유리전이온도가 쉘 수지의 유리전이온도보다 낮아야 하며, 내포시킬 수 있는 착색제의 양이 적다는 제약이 있고, 또한 생산공정이 비현실적으로 복잡하다는 단점이 있다.

일반적으로 입자운반체와 함께 사용되어 현상제 조성물을 구성하는 토너입자는 전자사진식 프린터의 작동 시 전하 차징, 정전기적 이송, 융착 등 여러 단계의 복잡한 물리적 변화를 거치게 되는 점을 고려하여 볼 때, 프린터의 원활한 작동을 위해서는 토너입자들이 화학적, 물리적 그리고 기하학적 차원에서 균형이 잘 갖추어진 물성을 가져야 한다. 토너입자가 갖추어야 할 물성에 영향을 끼치는 주인자로는 작고 균일한 입자크기, 빠른 정전기 차징, 신속한 용융성, 고르고 빠른 입자의 유동성, 왁스, 전하조절제 등의 토너 첨가제의 첨가여부 및 그 첨가량 등이 있다.

특히, 영상과 색상의 최적 해상도를 구현하기 위해서는 상기 토너의 물성 중 특히 입자크기 요인이 중요하다. 예를 들어, 토너의 평균입경이 7㎛ 이상인 경우 약 600dots/inch 이상의 해상도를 얻기가 힘들며, 출력된 이미지가 1,200dots/inch의 해상도를 얻기 위해서는 입경이 5㎛ 이하이어야 한다. 즉, 입자크기가 작을수록 그 성능이 우수하다. 그러나, 이와 같이 좁고 균일한 크기 분포를 가지며, 7 내지 10㎛ 이하의 크기를 갖는 입자를 제조하기 위해서는 에너지가 많이 소비되는 문제점이 있으므로 이에 대한 개선안이 요구되어 왔다.

또한, 작은 입경의 토너라도 높은 해상도를 얻기 위해서는 종이 위에서 토너의 두께가 얇아지는 것이 중요하다. 이를 위해서는 작은 입경의 토너에 과량의 착색제를 배합하는 것이 적합하다. 600dpi 해상도를 구현하기 위한 토너입자는 약 8㎛의 입자크기를 지니고 있으며 통상 5 내지 8중량부의 안료를 포함하고 있다. 이에 반하여, 2400dpi의 해상도를 구현하기 위해서는 토너입자크기가 3 내지 4㎛이고 안료 착색제를 15 내지 20중량부 포함해야 하는 것이 일반적이다. 따라서 높은 해상도를 얻기 위하여 과량의 착색제 배합이 가능한 토너 조성물의 개발이 요구되어 왔다.

그러나, 종래 과량의 안료를 배합하여 혼련하는 공정은 혼련이 매우 오랫동안 이루어져야 하므로 비경제적일 뿐만 아니라 수지의 열화 등 변형을 초래하기도 한다. 전술한 공정을 통해 분산된 안료입자는 물리적 가교제로서 작용하기 때문에 혼련된 혼합물을 분쇄와 같은 물리적 방법 또는 화학적 방법에 의해 입자를 제조하는 공정 또한 곤란한 문제점이 있었다.

따라서, 작고 균일한 입자크기를 가지며 동시에 상대적으로 많은 양의 착색제를 갖는 입자로 구성된 고해상도 칼라 토너와 이를 경제적으로 생산할 수 있는 방법의 개선이 지속적으로 요구되어 왔다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 더욱 효율적으로 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 그 목적은 생성되는 토너입자가 좁고 균일한 크기분포를 가지며 입자크기가 작고 토너조성물내에 과량의 착색제 배합이 가능하여 높은 해상도를 얻을 수 있는 동시에, 좁고 균일한 크기분포 및 과량의 착색제 배합시 야기되는 상기한 문제점을 해결할 수 있는 토너 조성물, 이의 제조방법과 이러한 토너 조성물을 함유하는 현상제 조성물을 제공하고자 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 정전 잠상 현상용 토너 조성물은 착색제 3.0 내지 30.0중량%와 잔량으로서 유리전이온도가 40 내지 90℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 수지를 포함하는 중심수지입자를 함유하며, 부피평균입경이 3 내지 12㎛이고 입자 총 중량 중 80%가 부피평균입경의 0.5 내지 1.5배의 범위에 속하며 상기 착색제가 중심수지입자를 피복하는 형태를 가짐을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정전 잠상 현상용 토너 조성물은 상기 성분외에 보호막수지입자로서 유리전이온도가 40 내지 150℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 수지 단일물 또는 수지와 전하조절제와의 혼합물을 더 포함하는 것임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법은, 중심수지입자를 구성하는 수지의 유리전이온도보다 5 내지 60℃ 낮은 온도에서 입자혼합기에 착색제 3.0 내지 30.0중량%와 잔량으로서 유리전이온도가 40 내지 90℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 건조된 수지를 포함하는 중심수지입자를 투입한 다음 5분 내지 1시간동안 방치하여 중심수지입자 표면에 착색제입자를 부착시키는 부착물형성단계; 상기 부착물을 중심수지입자를 구성하는 수지의 유리전이온도보다 10 내지 150℃ 높은 온도에서 1 내지 200분동안 가열하여 중심수지입자에 부착된 착색제입자를 융착시키는 융착물형성단계; 및 상기 융착물을 상온에서 냉각하는 단계를 포함하여 이루어지는 것으로 착색제가 중심수지입자를 피복하는 형태를 가짐을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 또 다른 제조방법은, 중심수지입자를 구성하는 수지의 유리전이온도보다 5 내지 60℃ 낮은 온도에서 입자혼합기에 착색제 3.0 내지 30.0중량%와 잔량으로서 유리전이온도가 40 내지 90℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 건조된 수지를 포함하는 중심수지입자를 투입한 다음, 보호막 수지입자로서 유리전이온도가 40 내지 150℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 수지 단일물 또는 수지와 전하조절제와의 혼합물을 상기 착색제와 중심수지입자의 총 중량에 대하여 0.01 내지 50.0중량부의 양으로 혼합한 후, 5분 내지 1시간동안 방치하여 중심수지입자 표면에 착색제입자와 보호막수지입자를 부착시키는 부착물형성단계; 상기 부착물을 중심수지입자를 구성하는 수지의 유리전이온도보다 10 내지 150℃ 높은 온도에서 1 내지 200분동안 가열하여 중심수지입자에 부착된 착색제입자와 보호막수지입자를 융착시키는 융착물형성단계; 상기 융착물을 상온에서 냉각하는 단계; 및 상기 냉각단계 후 유동화제를 상기 착색제와 중심수지입자의 총 중량에 대하여 0.01 내지 10.0중량부의 양으로 혼합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것으로 착색제와 보호막수지가 중심수지입자를 피복하는 형태를 가짐을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정전 잠상 현상제 조성물은 상기 토너 조성물과 입자운반체를 포함하되, 상기 입자운반체는 표면활성제로 피복된 페라이트, 스틸, 철분말로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물임을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 정전 잠상 현상용 토너 조성물은 중심수지입자 및 착색제를 필수구성요소로 하며, 토너 조성물 총 중량에 대하여 상기 착색제를 3.0 내지 30.0중량%의 양으로 함유하며 잔량으로서 중심수지입자를 포함하도록 구성되는 것이 바람직하다. 착색제 양이 3.0중량% 미만일 경우에는 필요한 색 농도를 가질 수 없는 문제점이 있을 수 있으며, 30.0중량% 초과일 경우에는 중간 색농도의 표현에 제약이 생길 수 있는 문제점이 있다.

이들 필수요소 중 중심수지입자는 비정형 고분자로서 유리전이온도가 40 내지 90℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 수지를 포함하도록 구성되며, 그 외 왁스, 전하조절제 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 수지로서는 형상에 구애됨이 없이 폴리에스테르수지 또는 스티렌 공중합체수지를 사용하는 것이 바람직하며, 부피평균입경이 3 내지 12㎛이고 입자크기분포스팬이 1.0 미만인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 상기 왁스로서는 일반적인 왁스를 모두 사용할 수 있으나, 특히 파라핀왁스, 에스테르왁스, 아미드왁스, 폴리에틸렌왁스, 폴리프로필렌왁스, 카나우바왁스, 비즈왁스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 왁스를 사용하는 것이 바람직하며, 에스테르왁스 또는 파라핀왁스를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이들은 토너 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 30.0중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 왁스를 첨가하게 될 경우 오일을 사용하지 않더라도 수지와 착색제를 융착할 수 있게 되어 바람직하다. 그 첨가량이 30.0중량% 초과일 경우에는 보관시 토너의 뭉침현상이 유발될 수 있는 문제점이 있다. 한편, 상기 전하조절제로는 미국특허 제4,298,672호에 예시된 알킬피리디늄할라이드를 포함한 알킬피리디늄 화합물들, 미국특허 제4,338,390호에 예시된 유기설페이트를 포함한 설포네이트화합물과, 미국특허 제5,114,821호에 예시된 바이설포네이트, 암모늄설페이트, 디스테아릴디메틸암모늄바이설페이트 등이 사용될 수 있으며, 그외, 세틸피리디늄, 테트라플로로보레이트, 디스테아릴디메틸암모늄메틸설페이트, BONTRON E-84 또는 E-88과 같은 알루미늄염 및 전하의 성질을 향상시키는 조제로서 디스테아릴디메틸암모늄바이설페이트, 암모늄설페이트 등과 이미 알려진 전하조절제를 혼합하여 사용할 수 있다. 이들은 토너 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 10.0중량%, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 3.0중량%의 양으로 사용한다. 상기 전하조절제의 양이 적게 첨가될 경우에는 전하량이 적어 기기내에서 토너의 이동이 쉽지 않게 되는 문제점이 있고, 이에 반하여 전하조절제의 양이 많을 경우에는 지나치게 전하가 많아지게 되어 화상에 왜곡이 생기는 문제점이 있을 수 있다. 이러한 중심수지입자의 제조방법에는 특별한 제약이 없으므로, 전술한 물리적 분쇄방법도 사용할 수 있으나, 미세하고 균일도가 높은 입자를 얻기 위해서는 현탁중합, 에멀젼중합, 비수성 분산중합, 에멀젼합착, 화학적 분쇄방법 등이 선호된다.

그 외 필수요소인 착색제로는 상업적으로 흔히 사용되는 안료인 시안 안료, 마젠타 안료, 옐로우 안료, 블랙 안료로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 안료를 색상, 채도, 명도, 내후성, 투명도, 토너 수지와의 정전기적 친화성 등을 고려하여 적의 선택하여 사용할 수 있다. 이들은 고형의 용액상태로도 사용가능하다. 대표적인 시안 안료로는 구리프탈로시아닌 화합물과 구리프탈로시아닌 유도체, 안트라퀴논 화합물 및 염기성 안료 킬레이트 화합물 등이 있으며, C.I. 피그먼트 블루 1, 7, 15, 151, 152, 153, 154, 60, 62, 66 안료가 특히 바람직하다. 대표적인 마젠타 안료로는 아조화합물 축합체, 디케토파이로파이롤 화합물, 안트라퀴논 화합물, 퀴나크리돈 화합물, 염기성 안료 킬레이트 화합물, 나프톨 화합물, 벤지이미다졸 화합물, 티오인디고 화합물, 페릴렌 화합물 등이 있으며, C.I. 피그먼트 레드 2, 3, 5, 6,7, 23, 483, 483, 484, 811, 122, 146, 166, 169, 177, 184, 185, 202, 206, 220, 221, 254 안료가 특히 바람직하다. 또한, 대표적인 옐로우 안료로는 아조화합물 축합체, 이소인돌리논 화합물, 안트라퀴논 화합물, 아조 금속 착화합물, 메틴 화합물, 알릴아미드 화합물 등이 있으며, C.I. 피그먼트 옐로우 12, 13, 14, 15, 17, 62, 74, 83, 93, 94, 95, 109, 110, 11, 128, 128, 147, 168, 180 안료가 특히 바람직하다. 대표적인 블랙 안료로는 카본블랙, 아닐린블랙, 비자성페라이트와 마그네타이트 등이 사용될 수 있다. 또한, 착색제입자는 토너 수지와의 정전기적 인력을 증진시키기 위하여 폴리올레핀, 폴리스티렌, 아크릴계 고분자, 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기물고분자필름으로 코팅하여 사용할 수도 있다. 또한, 착색제의 부피평균입경은 토너 부피평균입경의 1/5이하, 더욱 바람직하게는 1/10이하이다. 착색제의 부피입경이 토너 부피 입경의 1/5 보다 클 경우, 정전기적 인력에 의해 착색제가 중심수지위에 부착되는 것이 어렵게 된다.

일반적으로 안료의 입자크기는 수지 코아 입자크기와의 관계를 고려하여 선택되어야 하는데, 수지 코아에 부착 가능한 최대양을 W라 하면 하기 수학식 1로 표기될 수 있다.

(상기 식중, ρ_p는 안료의 밀도, ρ_r는 수지의 밀도, d는 안료입자의 부피평균입경이며, r은 중심수지입자의 부피평균입경임)

상기 수학식은 안료가 단층으로 코팅된 것으로 가정하여 얻은 것으로, 코팅된 입자와 중심수지입자의 입경의 비가 예를 들어 50인 경우 W는 약 0.1이 되며, 20인 경우에는 약 20중량부의 안료를 토너에 포함시킬 수 있게 된다. 그런데, 중심수지입자에 안료가 코팅되는 것이 바람직하기 때문에 안료입자가 작은 것이 토너의 제조에 있어서 바람직하다. 따라서, 상술한 바와 같이 안료의 부피평균입경은 토너 부피평균입경의 1/5보다 작은 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 1/10보다 작은 것이 좋다.

한편, 본 발명의 정전 잠상 현상용 토너 조성물은 상기 필수구성요소 외에 보호막수지입자, 유동화제 등을 더 포함할 수 있다.

이들 중 보호막수지입자는 유리전이온도가 40 내지 150℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 수지 단일물 또는 수지와 전하조절제와의 혼합물일 수 있으며, 상기 수지는 중심수지입자에 쓰이는 수지가 사용될 수 있고, 중심수지입자와 착색제의 총 중량에 대하여 0.01 내지 50.0중량부, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 25.0중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하며, 상기 전하조절제 또한 상기 중심수지입자에 쓰이는 전하조절제가 사용될 수 있으며, 0.01 내지 7.0중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다.

한편, 유동화제는 칼라 토너로 사용될 입자들의 유동성을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 미세하게 분급된 소수성실리카, 티타늄옥사이드, 아연스테아레이트, 마그네슘스테아레이트, 알루미나, 칼슘티타네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 입자, 폴리스티렌입자, 실리콘 입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있으며, 이들 중 실리카는 헥사 메틸실라젠과 같은 소수성 물질로 훈증처리되어, 일반적으로 10 내지 60분 동안 텀블(tumble) 혼합기 안에서 전하조절제(CCA; Charge Control Agent)로 코팅된 입자들과 혼합되어 제조된 것(상품명: Cab-O-Sil, Cabot사 제품, 일리노이주 투스콜라 소재)을 사용한다. 이들은 상기 토너 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 10.0중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 유동화제의 첨가량이 적을 경우에는 토너가 유동성을 나타낼 수 없는 문제점이 있을 수 있고, 이에 반하여 양이 많을 경우에는 지나치게 유동성이 높아서 인쇄시 비산되거나, 전하발생이 용이하지 않게 되는 문제점이 야기될 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용되는 '부피평균입경(L)'이라는 용어는 Power Technology Handbook(저자 K.Gotoh 등, 2판, 출판사 Marcell Dekker Publications, 1997년)의 제3면 내지 제13면에 정의되어 있는 것을 의미하는 것으로, 본 발명에서는 시판되는 Coulter LS 입자크기분석기(Coulter Electronics Co.,Ltd., 플로리다주 세인트 피츠버그 소재)를 사용하여 측정하며, 본 발명의 토너 조성물에서는 총 수지입자의 80중량% 이상이 0.5×L 내지 1.5×L 범위의 입자크기분포를 갖는 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 좁은 입자크기분포를 갖는 수지입자들이 균일하게 착색되며, 각 토너입자 내에 균일한 양의 전하를 포함하는 토너입자를 제공하고, 또한 고품질의 복사 영상을 제공하며, 현상부위에서의 전하 조절을 용이하게 하여 주기 때문이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 '입자크기분포 스팬값(span value)'은 입자의 크기분포를 규정하는 지수로서, 크기 분포도에서 부피를 기준으로 10%에 해당되는 입경을 d₁₀, 90%에 해당되는 입경을 d₉₀, 그리고 평균치에 해당되는 50% 분포의 입경을 d₅₀으로 정의하고, 상기 세 가지 값을 하기 수학식 2에 적용함으로써 스팬값을 구할 수 있다.

상기 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 스팬값이 작을 수록 좁은 입자분포를 나타내고, 값이 클 수록 넓은 입자분포를 나타내는 지수가 된다.

또한, 본 발명은 상기 미립자 토너 조성물에 통상의 운반체(carrier) 입자를 추가로 포함하는 현상제 조성물을 제공한다. 이때 입자운반체로서는 표면활성제로 피복된 페라이트, 스틸, 철분말로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물이 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 정전 잠상 현상용 토너 조성물은 중심수지입자와 안료입자가 혼합될 때, 서로 다른 입자는 반대부호로 하전되려는 경향을 지니고 있으므로 서로 인력을 끌어당기는 힘이 발생하게 되며, 중심수지입자가 안료입자에 비해 매우 크기 때문에 통상 수지입자 위에 안료입자가 올라가게 되는 점을 이용한 것으로, 중심수지입자 표면에 착색제입자만을 피복시키는 방법과 중심수지입자 표면에 착색제입자뿐만 아니라 보호막수지입자를 피복시키는 방법에 의해 제조될 수 있다.

먼저, 보호막수지입자 사용없이 착색제입자만을 코팅한 형태의 토너 조성물을 제조하는 방법은 부착물형성단계, 융착물형성단계 및 냉각단계로 구성되어 있다. 이들 중 부착물형성단계는 중심수지입자를 구성하는 수지의 유리전이온도보다 5 내지 60℃ 낮은 온도에서 헨셀믹서 등의 일반적인 건식 입자혼합기에 착색제와 유리전이온도가 40 내지 90℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 건조된 수지를 포함하는 중심수지입자를 투입한 다음 5분 내지 1시간동안 방치하여 중심수지입자 표면에 착색제입자를 부착시킨다. 이어, 융착물형성단계는 상기 부착물을 중심수지입자를 구성하는 수지의 유리전이온도보다 10 내지 150℃ 높은 온도에서에서 1 내지 200분동안 가열하여 중심수지입자에 부착된 착색제입자를 융착시킨다. 마지막으로, 상기 융착물을 상온에서 냉각시킴으로써 토너 조성물을 제조할 수 있다. 그 외, 냉각단계 후 건조 혼합, 용매 혼합 등의 방법에 의해 유동화제를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 중심수지입자, 착색제 및 유동화제는 상기 토너 조성물에서와 동일한 종류 및 조성으로 사용될 수 있다.

한편, 중심수지입자 표면에 착색제와 보호막수지입자를 부착시킴으로써 토너 조성물을 제조하는 방법은 부착물형성단계, 융착물형성단계, 냉각단계 및 유동화제 혼합단계로 구성되어 있다. 이들 단계 중 부착물형성단계를 제외하고는 상술한 제조방법에서와 동일한 조건하에서 동일한 방법에 따라 실시한다. 한편, 부착물형성단계는 착색제와 중심수지입자를 상기 방법에서와 동일한 조건 및 방법하에서 입자혼합기에 투입한 다음, 보호막수지입자로서 유리전이온도가 40 내지 150℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 수지 단일물 또는 수지와 전하조절제와의 혼합물을 혼합한 후, 1 내지 200분동안 방치하여 중심수지입자 표면에 착색제입자와 보호막수지입자를 부착시킨다. 상기 보호막수지입자는 50 내지 250℃ 온도에서 유동하는 것을 사용할 수 있으며, 중심수지입자의 부피평균입경의 1/10보다 작은 것이 더욱 바람직하다. 부피평균입경이 1/10보다 클 경우 반데르 발스힘이 약하기 때문에 부착이 공고하지 않게 된다. 또한, 보호막수지입자 융착단계는 수지의 유리전이온도보다 10 내지 150℃ 높은 온도에서 가열된 기체환경에서 행해지거나, 수지의 유리전이온도보다 10 내지 150℃ 높은 온도에서 가열된 비극성 용매에 분산하여 효율적으로 융합시킬 수 있다. 상기 중심수지입자, 착색제, 보호막수지입자 및 유동화제는 상기 토너 조성물에서와 동일한 종류 및 조성으로 사용될 수 있다.

상기한 바와 같이 안료가 코팅된 토너의 중간체를 매우 미세한 수지입자를 이용하여 표면에 보호층을 형성하는 단계 또한 서로 다른 성질의 입자사이에 발생하는 마찰전기를 이용하여 건조 혼합함으로써 이루어지는 것이다. 이성분계 토너는 정전 잠상 현상전에 전하를 발생시키기 위하여 운반체와 오랜 시간 동안 마찰작용을 하는 혼합 공정을 거치게 되는데, 보호층은 토너와 운반체와의 혼합시 코팅된 안료층이 토너입자로부터 분리되는 것을 막아주기 위해서 안료층을 보호하는 것을 그 목적으로 한다. 상술한 안료의 부피평균입경을 제한한 이유와 유사한 이유로 보호막수지입자의 부피평균입경은 안료가 코팅된 중심수지입자의 부피평균입경의 1/5보다 작은 것, 바람직하게는 1/10보다 작은 것이 바잠직하다.

보호막수지입자를 사용한 상기 토너 조성물의 제조방법의 경우, 중심수지입자들, 안료입자들 그리고 보호막수지입자들 사이에 작용하는 정전기력과 반데르발스 힘에 의해 전체 구조가 혼합 공정중에 유지되게 된다. 그런데 프린터 내의 토너입자는 전단력을 받게 된다. 이성분계 토너 시스템에서는 토너입자가 운반체입자와 혼합되어 현상제 시스템이 되고, 현상제는 토너위에 정전기에 의한 전하를 발생시키기 위해 격렬하게 섞이게 된다. 일성분계 현상 시스템에서는 토너입자는 대전 롤이나 대전 바에 의해서 전단력을 받게 된다. 따라서 정전기적 인력에 의해 중심수지입자에 부착된 안료나 보호막수지입자들이 탈착되지 않기 위해서는 입자간의 강한 인력이 요망된다. 이것은 통상 토너 입자간 서로 회합되지 않는 조건하에서 일정시간 이상, 수지의 유리전이온도 이상의 온도에서 입자를 놓아둠으로써 얻어질 수 있다. 실질적으로, 안료와 보호막수지입자로 코팅된 중심수지입자를 지방족탄화수소에 분산시키고 약 100℃의 온도에서 가열하고 교반하면서 약 30분간 방치한 다음 냉각하고, 입자를 여과, 세척함으로써 토너 조성물의 제조가 완결된다.

이하 실시예들을 들어 본 발명을 상세히 설명하지만 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.

제조예 1

7㎛ 부피평균입경을 갖는 백색 중심수지입자의 제조

비이커에 에틸아세테이트(삼전순약 제품, 경기도 평택) 200g을 투입한 후, 온도를 70℃로 설정한 다음, 온도 70℃가 될 때 유리전이온도가 62℃이며 중량평균분자량이 14,000g/mol인 디피아이폴리에스테르 수지(토너 폴리에스테르 레진 No.2, 디피아이솔루션스 제품, 대전) 100g과 용융온도가 55℃인 에스테르왁스(G-32, 헨켈 제품, 독일 뒤셀도르프) 20g을 투입한 다음, 1시간 동안 교반하여 수지-왁스 용융액을 얻었다. 이와 별도로 응축기가 부착된 1ℓ유리반응기에 물 350g을 투입하고 온도 70℃로 설정한 후, 온도가 70℃가 되면 폴리비닐알코올(POLINOL P-24, 동양제철화학 제품, 서울) 5g을 첨가한 다음 200rpm으로 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시켰다. 폴리비닐알코올 입자가 완전히 용해되면 교반속도 350rpm으로 올린 후 먼저 준비한 수지-왁스 용융액을 반응기에 투입하여 1시간 동안 교반시켰다.

응축기의 순환을 멈추고 반응기 온도를 75℃로 상승시켜 에틸아세테이트 60g을 제거한 후, 다시 응축기의 순환을 가동하고 소오듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate, Junsei chemical 제품, 일본 동경) 2.5g을 투입하고 10분간 교반하였다. 다시 응축기의 순환을 멈추고 온도를 95℃까지 서서히 상승시키면서 잔여 에틸아세테이트를 모두 제거하고, 실온으로 냉각시킨 후 증류수로 세척한 다음 여과과정을 5회 반복 실시하였다. 이렇게 얻어진 입자들을 30℃ 오븐에서 48시간 동안 건조시켰다. 이로써, 왁스를 내부에 함유한 평균입경 7㎛이며 스팬값이 0.6(Coulter LS 입자 크기 분석기, Coulter Electronics Co., Ltd. 제품, 플로리다주 세인트 피츠버그 소재)인 구형의 백색 중심수지입자를 얻을 수 있었다. 수득 백색분말은 대략 105g이었으며, DSC(Differential scanning calrorimetry method) 분석 결과 왁스의 함량은 약 18%임을 확인하였다.

제조예 2

7㎛ 부피평균입경을 갖는 백색 중심수지입자의 제조

제조예 1에서 에스테르왁스의 투입시에 전하조절제(Copy-Charge N4P, Clariant 제품, 독일 프랑크푸르트) 0.3g을 동시에 투입한 다음, 교반하여 수지-왁스-전하조절제 용융액을 얻은 점만을 달리하고는 동일한 성분, 조성 및 방법에 따라 실시하여 구형의 백색 중심수지입자를 얻을 수 있었다.

실시예 1

옐로우 토너 조성물의 제조

20℃ 온도에서 상기 제조예 1에서 제조된 백색 중심수지입자 10g과 옐로우 안료(BAYPLAST GELB 5GN 01, Bayer AG 제품, 독일 리버쿠젠) 0.5g을 실험실 테스트용 믹서(MT 2000, ㈜매직타운 제품, 대구)에 투입한 후 15,000rpm으로 5분간 교반하여 상기 안료입자를 백색 중심수지입자 표면에 정착시켰다. 여기에 전하조절제(Copy-Charge N4P, Clariant 제품, 독일 프랑크푸르트) 0.3g을 첨가하여 2분 30초동안 교반하였다. 이후, 교반 속도를 200rpm으로 낮추고 상기 혼합물을 70℃온도에서 20분동안 가열한 후 상온에서 교반하면서 방치하여 냉각시켰다. 마지막으로 유동화제(AEROSIL R805, Degussa-Huls 제품, 독일 프랑크푸르트) 0.1g을 첨가한 후 2분 30초동안 교반하여 단일성분계의 토너 조성물 약 8g을 얻었다.

상기 토너 조성물을 스케닝 전자현미경(XL30SFEG, 필립스 제품, 국립과학원 연구지원팀)으로 분석한 결과, 도 1에 도시한 바와 같이 중심수지입자에 안료입자와 전하조절제가 모두 견고하게 표면에 붙어있음을 확인하였다.

또한, 패러데이 케이지(cage)와 전하량 측정기가 부착된 블로우 오프(blow-off) 타입의 전하량 측정 장치(Vertex Charge Analyzer, Vertex Image Products 제품, 펜실베니아주 유콘 소재)를 이용하여 옐로우 토너 조성물의 정전기적 특성은 측정하였다. Type-22 입자 운반체로 1분간 혼합하여 얻은 전하량은 -27uC/g이었다.

또한, 롤타입의 측정기를 사용하여 종이 위의 정착특성을 시험하였다. 소량의 토너를 종이에 묻힌 후 가열된 롤 사이를 선속 720cm/min으로 통과시켰다. 롤의 온도가 140℃ 이하에서는 콜드 옵셋(cold offset) 현상을 보였으며, 220℃ 이상에서는 핫 옵셋(hot offset)을 나타내었다. 이는 약 80℃의 매우 넓은 정착온도범위(fusing latitude)를 나타내는 것이다.

이 토너를 HP-4500 프린터 카트리지에 넣어 패턴을 인쇄한 결과 5,000매 인쇄 후에도 선명한 선과 솔리드 이미지에서 양호한 인쇄성이 유지되었으며, 색농도가 초기 1.20에서 5,000매 인쇄 후 1.17로 확인되었다. 따라서 본 토너의 인쇄 특성이 매우 우수함을 알 수 있다.

실시예 2

옐로우 토너 조성물의 제조

20℃ 온도에서 상기 제조예 2에서 제조된 전하조절제가 첨가된 백색 중심수지입자 10g과 옐로우 안료(BAYPLAST GELB 5GN 01, Bayer AG 제품, 독일 리버쿠젠) 0.5g을 실험실 테스트용 믹서(MT 2000, ㈜매직타운 제품, 대구)에 투입한 후 15,000rpm으로 5분간 교반하여 상기 안료입자를 백색 중심수지입자 표면에 정착시켰다. 이후, 교반 속도를 200rpm으로 낮추고 상기 혼합물을 70℃ 도에서 20분동안 가열한 후 상온에서 교반하면서 방치하여 냉각시켰다. 마지막으로 유동화제(AEROSIL R805, Degussa-Huls 제품, 독일 프랑크푸르트) 0.1g을 첨가한 후 2분 30초동안 교반하여 단일성분계의 토너 조성물 약 8g을 얻었다.

상기 수득된 옐로우 토너 조성물을, 실시예 1의 전하량 측정 장치를 사용하여, Type-22 입자 운반체로 1분간 혼합하여 얻은 전하량은 -20uC/g이었으며, 정착온도 범위는 140℃에서 210℃까지 약 70℃로서 매우 넓은 것을 확인할 수 있었다.

이 토너를 HP-4500 프린터 카트리지에 넣어 패턴을 인쇄한 결과 5,000매 인쇄 후에도 선명한 선과 솔리드 이미지에서 양호한 인쇄성이 유지되었으며, 색농도가 초기 1.21에서 5,000매 인쇄 후 1.16로 확인되었다. 따라서 본 토너의 인쇄 특성이 매우 우수함을 알 수 있다.

실시예 3

보호막층이 코팅된 블루 토너 조성물의 제조

20℃ 온도에서 상기 제조예 1에서 제조된 백색 중심수지입자 10g과 블루 안료(Hostaperm Blue B2G, Clariant 제품, 독일 프랑크푸르트) 0.5g을 실험실 테스트용 믹서(MT 2000, ㈜매직타운 제품, 대구)에 투입한 후 15,000rpm으로 5분간 교반하여 상기 안료입자를 백색 중심수지입자 표면에 정착시켰다. 여기에 유리전이온도가 65℃이며 중량평균분자량이 14,000g/mol인 디피아이 폴리에스테르 수지 미립자(디피아이솔루션스 제품, 대전) 2g을 추가로 투입하여 2분 30초동안 교반하였다. 얻어진 분말을 아이죠파-엘(ISOPAR-L, Exxon oil 제품, 미국) 20g이 포함된 비이커에 투입하여 분산시키면서 90℃ 온도까지 올려 10분간 교반하여 백색 중심수지입자와 안료입자 그리고 보호막수지입자를 함께 정착시켰다. 이를 상온에서 냉각시킨 후 노르말헥산(n-hexane, 삼전순약 제품, 경기도 평택)으로 3회 세척, 여과하여 건조시킨 후, 전하조절제(Copy-Charge N4P, Clariant 제품, 독일 프랑크푸르트) 0.3g을 첨가하여 2분 30초동안 교반하였다. 마지막으로 유동화제(AEROSIL R805, Degussa-Huls 제품, 독일 프랑크푸르트) 0.1g을 투입한 후 2분 30초동안 교반하여 단일성분계의 토너 조성물 약 11g을 얻었다.

상기 토너 조성물을 스케닝 전자현미경(XL30SFEG, 필립스 제품, 국립과학원 연구지원팀)으로 분석한 결과, 도 2에 도시한 바와 같이 보호층과 안료입자가 모두 견고하게 표면에 붙어있음을 확인하였다.

상기 수득된 블루 토너 조성물을 Type-22 운반체를 이용하여 1분간 혼합한 후 얻은 마찰 대전 전하량은 -8uC/g이었으며, 정착 온도 범위는 160℃에서 200℃까지 약 40℃임을 확인하였다.

실시예 4

마젠타 토너 조성물의 제조

상기 실시예 1에서 옐로우 안료 0.5g을 마젠타 안료(Quindo Magenta RV-6832, Bayer AG 제품, 독일 리버쿠젠) 0.5g으로 교체하고, 나머지 공정은 동일하게 반복하여 마젠타 안료 토너를 제조하였다.

상기 수득된 마젠타 토너 조성물을 Type-22 운반체를 이용하여 1분간 혼합한 후 얻은 마찰 대전 전하량은 -8uC/g이었으며, 정착 온도 범위는 160℃에서 200℃까지 약 40℃임을 확인하였다.

실시예 5

보호막층이 코팅된 블랙 토너 조성물의 제조

상기 실시예 3에서 블루 안료 0.5g을 카본블랙(Spezialschwarz 4, 데구사 제품, 독일 프랑크푸르트) 0.5g으로 교체하고, 나머지 공정을 동일하게 반복하여 블랙 토너 조성물을 제조하였다.

상기 수득된 블랙 토너 조성물을 Type-22 운반체를 이용하여 1분간 혼합한 후 얻은 마찰 대전 전하량은 -5uC/g이었으며, 정착 온도 범위는 160℃에서 200℃까지 약 40℃임을 확인하였다.

실시예 6

보호막층이 코팅된 마그네틱 블랙 토너 조성물의 제조

상기 실시예 3에서 블루 안료 0.5g을 마그네틱 블랙(Treated magnetite MBDS-5, Rockwood Pigment NA, Inc. 제품, 미국 세인트루이스) 1g으로 교체하고, 나머지 공정을 동일하게 반복하여 마그네틱 블랙 안료(MICR) 토너 조성물을 제조하였다.

상기 수득된 마그네틱 블랙 토너 조성물을 Type-22 운반체를 이용하여 1분간 혼합한 후 얻은 마찰 대전 전하량은 -12uC/g이었으며, 정착 온도 범위는 150℃에서 220℃까지 약 70℃임을 확인하였다.

실시예 7

높은 광밀도를 지닌 옐로우 토너 조성물의 제조

상기 실시예 1에서 옐로우 안료입자의 투입양을 0.5g에서 1.0g으로 교체하고, 나머지 공정을 동일하게 반복할 경우 광밀도가 높은 옐로우 안료 토너를 제조할 수 있었다.

이와 같이 제조한 토너의 정착온도 범위는 180℃에서 230℃에 이르는 50℃ 구간이었으며, 이 토너를 HP-4500 프린터 카트리지에 넣어 패턴을 인쇄한 결과 솔리드 이미지의 색농도가 초기 1.65으로 실시예 2의 1.2에 비해 매우 높아짐을 확인할 수 있었다.

실시예 8

높은 광밀도를 지닌 옐로우 토너 조성물의 제조

상기 실시예 1에서 옐로우 안료입자의 투입양을 0.5g에서 2g으로 교체하고, 나머지 공정을 동일하게 반복할 경우 광밀도가 매우 높은 옐로우 안료 토너를 제조할 수 있었다.

이와 같이 제조한 토너의 정착온도 범위는 180℃에서 230℃에 이르는 50℃ 구간이었으며, 이 토너를 HP-4500 프린터 카트리지에 넣어 패턴을 인쇄한 결과 솔리드 이미지의 색농도가 초기 2.28으로 실시예 1의 1.2에 비해 매우 높아졌다. 이로부터 본 발명은 색농도가 높은 토너를 제조하는데 있어서도 매우 유용한 방법임을 확인할 수 있었다.

제조예 3

5㎛ 부피평균입경을 갖는 백색 중심수지입자의 제조

비이커에 에틸아세테이트(삼전순약 제품, 경기도 평택) 200g을 투입한 후 온도를 70℃로 설정한 다음, 온도가 70℃가 되면 여기에 유리전이온도가 62℃이며 중량평균분자량이 14,000g/mol인 디피아이 폴리에스테르 수지(토너 폴리에스테르 레진 No.2, 디피아이솔루션스 제품, 대전) 100g과 용융온도가 55℃인 에스테르왁스(G-32, 헨켈 제품, 독일 뒤셀도르프) 20g을 투입한 다음, 1시간 동안 교반하여 수지-왁스 용융액을 얻었다. 이와 별도로 응축기가 부착된 1ℓ 유리반응기에 물 350g을 투입하고 온도를 70℃로 설정한 후, 온도가 70℃가 되면 폴리비닐알코올(POLINOL P-24, 동양제철화학 제품, 서울) 4.8g을 첨가한 다음 200rpm으로 2시간 동안 교반하여 완전히 용해시켰다. 폴리비닐알코올 입자가 완전히 용해되면 교반속도를 350rpm으로 올린 후 먼저 준비한 수지-왁스 용융액을 반응기에 투입하여 1시간 동안 교반시켰다.

응축기의 순환을 멈추고 반응기의 온도를 75℃로 상승시켜 에틸아세테이트 80g을 제거한 후, 다시 응축기의 순환을 가동하고 소오듐도데실설페이트(Junsei chemical 제품, 일본 동경) 2.3g을 투입하고 10분간 교반하였다. 다시 응축기의 순환을 멈추고 온도를 95℃까지 서서히 올리면서 나머지 에틸아세테이트를 모두 제거한 다음, 실온으로 냉각시킨 후 증류수로 세척한 다음 여과과정을 5회 반복 실시하였다. 이렇게 얻어진 입자들을 30℃ 오븐에서 48시간 동안 건조시켰다. 이로써, 왁스를 내부에 함유한 평균입경 5㎛이며 스팬값이 0.6인 구형의 백색분말을 얻을 수 있었다. 수득 백색분말은 대략 105g이었으며, 왁스의 함량은 DSC 분석 결과 약 18%임을 확인하였다.

실시예 9

5㎛ 부피평균입경을 갖는 옐로우 토너 조성물의 제조

20℃ 도에서 상기 실시예 1에서 7㎛ 입경의 백색분말을 제조예 3의 5㎛ 입경의 백색분말로 교체하고, 나머지 공정을 동일하게 반복할 경우 입경이 작은 옐로우 안료 토너를 제조할 수 있었다.

이와 같이 제조한 토너의 정착온도 범위는 약 160℃에서 200℃에 이르는 40℃ 구간이었으며, 전하량은 Type 22의 운반체를 이용하여 1분간 혼합한 후 측정한 결과 -10uC/g이었다.

이 토너를 HP-4500 프린터 카트리지에 넣어 패턴을 인쇄한 결과 솔리드 이미지의 색농도가 1.25로 관찰되었다.

실시예 10

높은 광밀도를 지닌 옐로우 토너 조성물의 제조

상기 실시예 9에서 옐로우 안료의 함량을 0.5g에서 2g으로 증량하고, 나머지 공정을 동일하게 반복할 경우 입경이 작고 광밀도가 높은 옐로우 안료 토너를 제조할 수 있었다.

이와 같이 제조한 토너의 정착온도 범위는 약 160℃에서 200℃에 이르는 40℃구간이었으며, 전하량은 Type 22의 운반체를 이용하여 1분간 혼합한 후 측정한 결과 -10uC/g 이었다.

이 토너를 HP-4500 프린터 카트리지에 넣어 패턴을 인쇄한 결과 솔리드 이미지의 색농도가 2.4로 관찰되었다. 이로부터 본 발명은 색농도가 높고 입경이 작은 토너를 제조하는데 있어서도 매우 유용한 방법임을 알 수 있다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 정전 잠상 현상용 토너 조성물은 좁은 균일한 입자크기 분포와 작은 입자크기를 갖는 중심수지입자를 사용하고 착색제의 함량을 크게 증가시켜 이들 입자들의 정전기적 인력을 이용함으로써 착색제가 중심수지입자의 표면에 피복된 형태의 고해상도 칼라 토너를 제조할 수 있으며, 또한 종래에 비하여 간단한 방법에 의해 제조될 수 있고 우수한 공정 재성성을 갖고 있어 종래의 방법에 비해 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명의 정전 잠상 현상용 토너 조성물 제조방법에 의해 제조된 토너입자의 주사 전자 현미경 사진이다.

도 2는 본 발명의 또 다른 토너 조성물 제조방법에 의해 제조된 토너입자의 주사 전자 현미경 사진이다.

Claims

착색제 3.0 내지 30.0중량%와 잔량으로서 유리전이온도가 40 내지 90℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 수지를 포함하는 중심수지입자를 함유하고, 부피평균입경이 3 내지 12㎛이고 입자 총 중량 중 80%가 부피평균입경의 0.5 내지 1.5배의 범위에 속하며 상기 착색제가 중심수지입자를 피복하는 형태를 가짐을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물.
제1항에서, 상기 중심수지입자는 수지 단일물 또는 왁스, 전하조절제 중 1종 이상의 첨가제와 수지와의 혼합물이되, 상기 수지는 폴리에스테르수지 또는 스티렌 공중합체수지이며, 상기 왁스는 파라핀왁스, 에스테르왁스, 아미드왁스, 폴리에틸렌왁스, 폴리프로필렌왁스, 카나우바왁스, 비즈왁스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 왁스임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물.
제2항에서, 상기 왁스는 토너 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 30.0중량%이며, 상기 전하조절제는 0.01 내지 10.0중량%임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물.
제1항에서, 상기 착색제는 시안안료, 마젠타안료, 옐로우안료, 블랙안료로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 안료이며, 그 부피평균입경이 토너 부피평균입경의 1/5이하임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물.
제1항에서, 보호막수지입자로서 유리전이온도가 40 내지 150℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 수지 단일물 또는 수지와 전하조절제와의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물.
제5항에서, 상기 수지는 중심수지입자와 착색제의 총 중량에 대하여 0.01 내지 50.0중량부이며, 상기 전하조절제는 0.01 내지 7.0중량부임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물.
제1항 또는 제5항에서, 상기 토너 조성물 총 중량에 대하여 소수성실리카, 티타늄옥사이드, 아연스테아레이트, 마그네슘스테아레이트, 알루미나, 칼슘티타네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 입자, 폴리스티렌입자, 실리콘 입자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유동화제 0.01 내지 10.0중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물.
제1항의 토너 조성물과 입자운반체를 포함하되, 상기 입자운반체는 표면활성제로 피복된 페라이트, 스틸, 철분말로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 화합물임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상제 조성물.
중심수지입자를 구성하는 수지의 유리전이온도보다 5 내지 60℃ 낮은 온도하에서 입자혼합기에 착색제 3.0 내지 30.0중량%와 잔량으로서 유리전이온도가 40 내지 90℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 건조된 수지를 포함하는 중심수지입자를 투입한 다음 5분 내지 1시간동안 방치하여 중심수지입자 표면에 착색제입자를 부착시키는 부착물형성단계;

상기 부착물을 중심수지입자를 구성하는 수지의 유리전이온도보다 10 내지 150℃ 높은 온도에서 1 내지 200분동안 가열하여 중심수지입자에 부착된 착색제입자를 융착시키는 융착물형성단계; 및

상기 융착물을 상온에서 냉각하는 단계

를 포함하여 상기 착색제가 중심수지입자를 피복하는 형태의 토너를 제조함을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제9항에서, 상기 냉각단계 후 유동화제를 토너조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 10.0중량부의 양으로 혼합하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제9항 또는 제10항에서, 상기 중심수지입자는 수지 단일물 또는 왁스, 전하조절제 중 1종 이상의 첨가제와 수지와의 혼합물이되, 상기 수지는 폴리에스테르수지 또는 스티렌 공중합체수지이며, 상기 왁스는 파라핀왁스, 에스테르왁스, 아미드왁스, 폴리에틸렌왁스, 폴리프로필렌왁스, 카나우바왁스, 비즈왁스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 왁스임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제11항에서, 상기 왁스는 토너 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 30.0중량%이며, 상기 전하조절제는 0.01 내지 10.0중량%임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제9항 또는 제10항에서, 상기 착색제는 시안안료, 마젠타안료, 옐로우안료, 블랙안료로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 안료이며, 그 부피평균입경이 토너 부피평균입경의 1/5이하임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제9항 또는 제10항에서, 상기 착색제는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 아크릴계 고분자, 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기물고분자필름으로 코팅된 안료임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
중심수지입자를 구성하는 수지의 유리전이온도보다 5 내지 60℃ 낮은 온도에서 입자혼합기에 착색제 3.0 내지 30.0중량%와 잔량으로서 유리전이온도가 40 내지 90℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 건조된 수지를 포함하는 중심수지입자를 투입한 다음, 보호막수지입자로서 유리전이온도가 40 내지 150℃이며 중량평균분자량이 5,000 내지 40,000g/mol인 수지 단일물 또는 수지와 전하조절제와의 혼합물을 상기 착색제와 중심수지입자의 총 중량에 대하여 0.01 내지 50.0중량부의 양으로 혼합한 후, 5분 내지 1시간동안 방치하여 중심수지입자 표면에 착색제입자와 보호막수지입자를 부착시키는 부착물형성단계;

상기 부착물을 중심수지입자를 구성하는 수지의 유리전이온도보다 10 내지 150℃ 높은 온도에서 1 내지 200분동안 가열하여 중심수지입자에 부착된 착색제입자와 보호막수지입자를 융착시키는 융착물형성단계;

상기 융착물을 상온에서 냉각하는 단계; 및

상기 냉각단계 후 유동화제를 상기 착색제와 중심수지입자의 총 중량에 대하여 0.01 내지 10.0중량부의 양으로 혼합하는 단계

를 포함하여 상기 착색제와 보호막수지가 중심수지입자를 피복하는 형태의 토너를 제조함을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제15항에서, 상기 중심수지입자는 수지 단일물 또는 왁스, 전하조절제 중 1종 이상의 첨가제와 수지와의 혼합물이되, 상기 수지는 폴리에스테르수지 또는 스티렌 공중합체수지이며, 상기 왁스는 파라핀왁스, 에스테르왁스, 아미드왁스, 폴리에틸렌왁스, 폴리프로필렌왁스, 카나우바왁스, 비즈왁스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 왁스임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제16항에서, 상기 왁스는 중심수지입자와 착색제의 총 중량에 대하여 0.01 내지 30.0중량%이며, 전하조절제는 0.01 내지 10.0중량%임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제17항에서, 상기 착색제는 시안안료, 마젠타안료, 옐로우안료, 블랙안료로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 안료이며, 그 부피평균입경이 토너 부피평균입경의 1/5이하임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제17항에서, 상기 착색제는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 아크릴계 고분자, 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유기물로 코팅된 입자임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제15항에서, 상기 보호막수지입자는 50 내지 250℃ 온도에서 유동하는 것임을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제15항에서, 상기 보호막수지입자는 안료가 코팅된 중심수지입자의 부피평균입경의 1/10보다 작음을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제15항에서, 상기 보호막수지입자 융착단계는 수지의 유리전이온도보다 10 내지 150℃ 높은 온도에서 가열된 기체환경에서 행해짐을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.
제15항에서, 상기 보호막수지입자 융착단계는 수지의 유리전이온도보다 10 내지 150℃ 높은 온도에서 가열된 비극성 용매에 분산하여 융합시킴을 특징으로 하는 정전 잠상 현상용 토너 조성물의 제조방법.