KR101223643B1 - 전자사진용 토너 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

전자사진용 토너 및 그의 제조방법이 제공되며, 상기 토너는 라텍스, 착색제 및 왁스를 포함하는 전자사진용 토너로서, 상기 토너가 3 내지 1,000ppm의 Si 및 Fe를 포함하며, 상기 Si 및 Fe의 몰비가 0.1 내지 5이다.

Description

전자사진용 토너 및 그의 제조방법{Electrophotographic toner and process for preparing the same}

본 발명은 전자사진용 토너 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 환경 및 인체에 대한 유해성을 감소시킬 수 있으며, 내구성 및 저온 정착성이 우수하고 소입경화가 가능한 전자사진용 토너를 제공하며, 효과적인 응집이 가능한 토너의 제조방법을 제공한다.

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 일이 많다. 토너로는 일반적으로 라텍스 중에 카본블랙 등의 안료나 그 외의 첨가제를 분산시켜 입자화한 착색 입자가 사용되고 있다.

토너의 제조방법에는 분쇄법과 중합법이 있다. 분쇄법에서는 합성 수지와 안 료, 필요에 따라 그 외의 첨가제를 용융 혼합한 후 분쇄하고, 이어서 원하는 입경의 입자가 얻어지도록 분급하여 토너를 얻고 있다. 중합법에서는 중합성 단량체에, 안료, 중합 개시제, 필요에 따라 가교제, 대전방지제 등의 각종 첨가제를 균일하게 용해 내지 분산시킨 중합성 단량체 조성물을 제조하고, 이어서 분산 안정제를 함유하는 수계 분산 매질 중에 교반기를 이용하여 분산하여 중합성 단량체 조성물의 미세한 액적 입자를 형성시키고, 이어서 승온시키고 현탁중합하여 원하는 입경을 갖는 착색 중합체 입자인 중합 토너를 얻고 있다.

전자사진 장치나 정전 기록 장치 등의 화상 형성 장치에 있어서, 균일하게 대전시킨 감광체상에 상 노광을 행하여 정전 잠상을 형성하고, 상기 정전 잠상에 토너를 부착시켜 토너상으로 하여 상기 토너상을 전사지 등의 전사재상에 전사하고, 이어서 미정착의 토너상을 가열, 가압, 용제 증기 등 여러 가지 방식에 의해, 전사재상에 정착시키고 있다. 정착 공정에서는 대부분의 경우 정착롤과 가압롤 사이에 토너상을 전사한 전사재를 통하고, 토너를 가열 압착하여 전사재상에 융착시키고 있다.

전자 사진 복사기 등의 화상 형성 장치에 의해 형성되는 화상에는 정밀하고 미세함의 향상이 요구되고 있다. 종래, 화상 형성 장치에 이용되는 토너로는 분쇄법에 의해 얻어진 토너가 주류였다. 분쇄법에 의하면 입경 분포가 넓은 착색 입자가 형성되기 쉬우므로, 만족할 수 있는 현상 특성을 얻기 위해서는 분쇄품을 분급하여 어느 정도 좁은 입경 분포로 조정할 필요가 있다. 그러나 전자사진 공정이나 정전 기록 공정에 적합한 토너 입자를 제조시 통상적인 혼련/분쇄 공정은 입도 및 입도 분포의 정밀 제어가 어렵고, 소입경 토너 제조시 분급에 따른 토너 제조의 수율이 저하된다. 또한 대전 특성 및 정착 특성을 위한 토너 설계의 변경/조절이 제한된다는 문제점이 있다. 따라서, 최근에 입경 제어가 용이하고, 분급 등의 번잡한 제조 공정을 거칠 필요가 없는 중합 토너가 주목 받게 되었다.

이와 같은 중합법에 의하여 토너를 제조하면, 분쇄나 분급을 실시하지 않고, 원하는 입경과 입경 분포를 갖는 중합 토너를 얻을 수 있다. 그러나 이와 같은 중합법을 사용하더라도 라텍스와 착색제의 응집이 효율적이지 않고, 응집제로서 사용되는 알루미늄계 물질이 환경 및 인체에 유해하다는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 제1 과제는 내구성 및 저온정착성이 개선되며, 인체 및 환경에 대한 유해성이 저감된 전자사진용 토너를 제공하는 것이다.

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

본 발명이 이루고자 하는 제3 과제는 상기 전자사진용 토너를 채용한 화상 형성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 제4 과제는 상기 전자사진용 토너를 채용한 화상 형성 장치를 제공하는 것이다.

상기 제1 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

라텍스, 착색제 및 왁스를 포함하는 전자사진용 토너로서,

상기 토너가 3 내지 1,000ppm의 Si 및 Fe를 포함하며,

상기 Si 및 Fe의 몰비가 0.2 내지 0.8인 전자사진용 토너를 제공한다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 토너의 평균입도는 3 내지 8㎛이 바람직하다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 토너의 평균 원형도는 0.940 내지 0.970이 바람직하다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 토너의 평균입도 2㎛ 및 5㎛의 평균 원 형도 차이가 0.020 이하가 바람직하다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 토너의 GSDp 및 GSDv 값은 1.25 이하가 바람직하다.

상기 제2 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

왁스를 포함하는 1차 라텍스 입자를 안료 분산액과 혼합하고 Si과 Fe를 포함하는 금속염을 첨가하여 1차 응집 토너를 제조하는 단계

하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 제조되는 2차 라텍스를 상기 1차 응집 토너 상에 피복하여 2차 응집 토너를 제조하는 단계;를 포함하는 전자사진용 토너의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 제조방법은 하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 제조되는 3차 라텍스를 상기 2차 응집 토너 상에 피복하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 1차 라텍스 입자는 폴리에스테르 입자,하나 이상의 중합체를 중합하여 얻어지는 중합체 또는 이들의 혼합물로서 왁스를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제3 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,

정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법을 제공하며, 상기 토너는 라텍스, 착색제 및 왁스를 포함하는 전자사진용 토너로서, 3 내지 1,000ppm의 Si 및 Fe를 포함하며, 상기 Si 및 Fe의 몰비는 0.2 내지 0.8이다.

상기 제4 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,

유기감광체; 상기 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상형성 수단; 토너를 수용하는 수단; 상기 유기감광체의 표면에서 정전 잠상을 토너상으로 현상하기 위해 상기 토너를 유기감광체의 표면에 공급하는 토너 공급 수단; 및 상기 토너상을 유기감광체 표면에서 전사재에 전사하는 토너 전사 수단;을 포함하는 화상 형성 장치를 제공하며, 상기 토너는 라텍스, 착색제 및 왁스를 포함하는 전자사진용 토너로서, 3 내지 1,000ppm의 Si 및 Fe를 포함하며, 상기 Si 및 Fe의 몰비는 0.2 내지 0.8이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 토너 제조에 사용되는 금속염 응집제로서 Si 및 Fe을 포함하는 금속염을 사용하여, 보다 낮은 온도에서 보다 적은 함량으로 효율적인 응집이 가능해짐으로써 잔여물이 적어 인체 및 환경에 무해하고, 유색 안료 성분, 특히 로다민 계열의 안료 응집에 효과적이며, 내구성 및 저온 정착성이 개선되고 소입경화가 가능한 전자사진용 토너 및 그의 제조방법을 제공하는 것이 가능해진다.

본 발명에 따른 전자사진용 토너는 라텍스, 착색제 및 왁스를 포함하는 전자사진용 토너로서, 3 내지 1,000ppm의 Si 및 Fe를 포함하며, 상기 Si 및 Fe의 몰비는 0.2 내지 0.8이다.

상기 전자사진용 토너는 Si 및 Fe을 포함하는 금속염을 토너 제조공정에서 응집제로 사용함으로 인해 3 내지 1,000ppm의 농도를 갖는 Si 및 Fe을 각각 포함하게 된다. 상기 Si 및 Fe의 농도가 3ppm 미만이면 본 발명에서 목적하는 효과를 얻 기 어려우며, 1,000ppm을 초과하는 경우 토너의 대전성 저하와 같은 문제가 있어 바람직하지 않다.

상기 Si 및 Fe 성분의 몰비(Si/Fe)는 0.1 내지 5가 바람직하며, 0.15 내지 3이 더욱 바람직하다. 상기 몰비가 0.1 미만이면 응집력이 저하되는 문제가 있으며, 5를 초과하면 토너의 대전성이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.

상기와 같은 Si 및 Fe 함유 금속염을 토너 제조공정에서 응집제로서 사용함으로써 소입경화가 가능하며, 입자 형태의 제어도 가능해진다. 그에 따라 본 발명에 따른 전자사진용 토너는 평균입도가 3 내지 8㎛이며, 평균 원형도는 0.940 내지 0.970의 범위를 갖게 된다. 특히 토너의 입도 분포 중 2㎛과 5㎛인 경우의 평균 원형도 차이가 0.020 이하로서, 입자의 균일성이 개선된다. 특히 GSD(p,v)값이 1.25 이하, 바람직하게는 1.23 내지 1.2의 값을 갖는다.

상술한 전자사진용 토너는 상술한 바와 같은 Si 및 Fe 함유 금속염을 응집제로 사용함으로써 효율적인 응집을 달성할 수 있는 토너의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 전자사진용 토너의 제조방법은 왁스를 포함하는 1차 라텍스 입자를 안료 분산액과 혼합하고 Si 및 Fe 함유 금속염을 첨가하여 1차 응집 토너를 제조하는 단계; 및 하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 제조되는 2차 라텍스를 상기 1차 응집 토너 상에 피복하여 2차 응집 토너를 제조하는 단계;를 포함한다.

상기 제조공정에서 Fe 및 Si 함유 금속염을 첨가함으로써 증가된 이온 강도(ionic strength)와 입자간의 충돌 등에 의해 1차 응집 토너의 크기가 증가하게 된다. 그 예로서는 폴리실리카철(Poly Silica Iron)을 예로 들 수 있으며, 구체적 으로는 제품명 PSI-025, PSI-050, PSI-075, PSI-100, PSI-200, PSI-300 (주식회사 수도기공) 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 PSI-025, PSI-050, PSI-075의 물성 및 조성을 하기 표 1에 기재하였다.

[표 1]

종류		PSI-025	PSI-050	PSI-075
Silica/Fe 몰비(Si/Fe)		0.25	0.5	0.75
주성분 농도	Fe(wt%)	5.0	3.5	2.5
	SiO2(wt%)	1.4	1.9	2.0
pH(1w/v%)		2-3
비중(20°C)		1.14	1.13	1.09
점도(mPa.S)		2.0이상
평균분자량(Dalton)		500,000
외관		외관상 황갈색 투명 액체

상기 제조방법에서, 1차 라텍스 입자는 폴리에스테르를 단독으로 사용하거나, 하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 제조되는 중합체를 사용할 수 있으며, 또는 이들의 혼합물(하이브리드 타입)을 사용할 수 있다. 상기 중합체를 사용하는 경우, 중합과정에서 왁스와 함께 중합하거나 별도로 왁스를 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 중합 공정은 유화 중합 분산으로서 1㎛ 이하, 바람직하게는 100 내지 300nm의 크기를 갖는 왁스 함유 라텍스를 제조하게 된다.

여기서 사용되는 중합성 단량체는 스티렌, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌의 스티렌계 단량체; 아크릴산, 메타크릴산; 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산프로필, 아크릴산부틸, 아크릴산 2-에틸헥실, 아크릴산디메틸아미노에틸, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산프로필, 메타크릴산부틸, 메타크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산디메틸아미노에틸, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴아미드, 메타크릴아미드의 (메타)아크릴산의 유도체; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌의 에틸렌성 불포화 모노올레핀; 염화비닐, 염화비닐리덴, 불화비닐의 할로겐화비닐; 아세트산비닐, 프로피온산비닐의 비닐에스테르; 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르의 비닐에테르; 비닐메틸케톤, 메틸이소프로페닐케톤의 비닐케톤; 2-비닐피리딘, 4-비닐피리딘 및 N-비닐피롤리돈의 질소 함유 비닐 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.

상기 1차 라텍스 제조 공정에서 사용되는 왁스는 최종 화상 수용체 상에 저정착 온도에서 정착되고, 우수한 최종 화상 내구성 및 내마모 특성을 나타내는 토너를 제공하는 역할을 한다. 상기 왁스의 예들은 이에 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌계 왁스, 폴리프로필렌계 왁스, 실리콘 왁스, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 카르바우나 왁스, 메탈로센(metallocene) 왁스를 포함한다. 바람직하게는 상기 왁스는 융점은 약 50 내지 약 150℃이다. 왁스 성분은 토너 입자와 물리적으로 밀착되지만, 토너 입자와 공유적으로 결합하지 않는 것이 좋다.

상기 왁스의 함량은 중합성 단량체 100 중량부를 기준으로 1 내지 20중량부를 사용할 수 있으며, 왁스의 함량이 1중량부 미만이면 저온 정착성이 불량하며, 20중량부를 초과하는 경우 경제성이 저하되어 바람직하지 않다.

상기 1차 라텍스 제조공정에서는 효율적인 중합을 위해 중합개시제 및 연쇄 이동제가 사용될 수 있다.

상기 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 들 수 있다.

상기 연쇄이동제(chain transfer agent)는 연쇄 반응에 있어서 연쇄 운반체의 종류가 변화되도록 하는 물질을 말한다. 새로운 연쇄가 전의 것에 비해 현저하게 활성을 감소시킨 것을 포함한다. 연쇄이동제를 통하여 모노머의 중합도를 감소하게 할 수 있고 새로운 사슬을 개시하게 할 수 있다. 연쇄이동제를 통하여 분자량의 분포를 조절할 수 있게 된다.

상기 연쇄이동제의 예로는 이에 한정되지 않지만, 황 함유 화합물, 예컨대 도데칸티올(dodecanethiol), 티오글리콜산, 티오아세트산 및 메르캅토에탄올; 아인산(phosphorous acid) 화합물, 예컨대 아인산 및 아인산나트륨; 차인산(Hypophosphorous acid) 화합물, 예컨대 차인산 및 차인산나트륨; 및 알콜, 예컨대 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜 및 n-부틸알콜 등이 있다.

상기 1차 라텍스 입자는 대전제어제를 더 포함할 수 있으며, 본 발명에 사용되는 대전제어제는 부대전성 대전 제어제 및 정대전성 대전 제어제를 모두 사용할 수 있으며, 상기 부대전성 대전 제어제로는 크롬 함유 아조 착제(azo dyes) 또는 모노아조 금속 착체와 같은 유기 금속 착체 또는 킬레이트 화합물; 크롬, 철, 아연과 같은 금속 함유 살리실산 화합물; 및 방향족 히드록시카르복실산과 방향족 디카르복실산의 유기 금속 착체가 사용될 수 있으며, 공지의 것이면 특별히 제한되지는 않는다. 또한 정대전성 대전 제어제로서는 니그로신과 그의 지방산 금속염 등으로 개질된 생성물, 트리부틸벤질암모늄 1-히드록시-4-나프토술포네이트 및 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트 등의 4급 암모늄염을 포함하는 오늄염 등을 단독으로, 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이와 같은 대전제어제는 토너를 정전기력에 의해 현상롤러 위에 안정되게 지지하므로, 상기와 같은 대전제어제를 사용함으로써 안정적이고 빠른 대전 속도가 가능해진다.

상기와 같이 얻어진 1차 라텍스는 안료 분산액과 혼합되는 바, 안료 분산액은 블랙, 시안, 마젠타, 옐로우 등의 안료와 유화제를 포함하는 조성물을 초음파 분산기 또는 Micro fludizer 등을 사용하여 균질하게 분산시켜 얻어진다.

상기 안료 분산액에 사용되는 안료 중 검은색은 카본 블랙 또는 아닐린블랙을 이용하고, 칼라는 옐로우, 마젠타 및 시안 안료 중에서 선택된 하나 이상을 더 포함한다.

상기 옐로우 안료는 축합 질소 화합물, 이소인돌리논 화합물, 아트라킨 화합물, 아조 금속 착제, 또는 알릴 이미드 화합물이 사용된다. 구체적으로 C.I. 안료 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 안료는 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 안료는 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 안료는 단독 또는 2 종 이상의 혼합물로 혼합하여 사용될 수 있으며, 색상, 채도, 명도, 내후성, 토너 중의 분산성 등을 고려하여 선택된다.

상기한 바와 같은 안료의 함량은 중합성 단량체 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 20 중량부인 것이 바람직하다. 상기 안료의 함량은 토너를 착색하기에 충분한 양이면 무방하나, 중합성 단량체 100 중량부를 기준으로 하여 0.1 중량부 미만일 경우에는 착색효과가 충분하지 않기 때문에 바람직하지 못하고, 20 중량부를 초과하는 경우에는 토너의 제조원가가 상승되기 때문에 충분한 마찰 대전량을 얻을 수 없어 바람직하지 못하다.

상기 안료 분산액에 사용되는 유화제로서는 당업계에 알려져 있는 유화제를 사용할 수 있으며, 음이온성 반응성 유화제나 비이온성 반응성 유화제 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 음이온성 반응성 유화제로서는 HS-10(Dai-ich kogyo사 제조), Dawfax 2-A1(로디아사 제조) 등을 예로 들 수 있으며, 비이온성 반응성 유화제로서는 RN-10 (Dai-ichi kogyo사 제조)등을 예로 들 수 있다.

상술한 바와 같이 얻어진 1차 라텍스 입자 및 안료 분산액을 혼합한 후, 상기 Si 및 Fe 함유 금속염을 첨가하여 응집 토너를 제조하게 된다. 보다 구체적으로는 상기 1차 라텍스 입자 및 상기 안료 분산액을 혼합한 후, pH 1 내지 4의 조건하에 상기 Si 및 Fe 함유 금속염을 첨가하여 코어로서 작용하는 2.5㎛ 이하의 1차 응집 토너를 형성한 후, 여기에 2차 라텍스를 첨가하고 시스템 내의 pH를 6 내지 8로 조절한 후, 입자 크기가 일정시간 동안 일정하게 유지되면 90 내지 96℃의 범위로 승온하고, pH를 6 내지 5.8으로 낮춰 합일시키면 2차 응집 토너를 제조할 수 있다.

상기 2차 라텍스는 상술한 바와 같은 하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 얻어질 수 있으며, 이와 같은 중합은 유화 중합 분산으로서 1㎛ 이하, 바람직하게는 100 내지 300nm의 크기를 갖는 라텍스를 제조하게 된다. 이와 같은 2차 라텍스도 2차 라텍스와 마찬가지로 왁스를 포함할 수 있으며, 상기 왁스는 중합과정에서 상기 2차 라텍스에 포함될 수 있다.

한편, 상기 2차 응집 토너 상에 추가적으로 상술한 바와 같은 하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 얻어지는 3차 라텍스를 피복할 수 있다.

이와 같이 2차 라텍스 또는 3차 라텍스로 쉘층을 형성함으로써 토너의 내구성을 높이며, 적재(Shipping) 및 취급(Handling) 상에서 토너의 보관성 문제를 해결하는 것이 가능해진다. 이때 새로운 라텍스 입자가 생성되지 않도록 중합방지제를 추가로 첨가하기도 하고, 또한 단량체 혼합액이 토너에 코팅이 잘되도록 스타브드-피딩 (starved-feeding) 조건으로 반응을 진행하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 얻어진 2차 응집 토너 혹은 3차 응집 토너를 여과하여 토너 입 자를 분리하고 건조시키는 공정을 거치게 된다. 건조된 토너에는 실리카 등을 사용하여 외첨처리하며, 대전 전하량 등을 조절하여 최종적인 건식 토너를 얻게 된다.

상기 방법을 통하여 얻어진 토너의 코어에 위치하는 1차 라텍스 입자는 저온정착에 유리하도록 분자량과 Tg가 조절되고, 유변학적(rheological) 특징이 조절되는 것이 바람직하다.

상기 제조된 토너 입자의 부피 평균 입경은 3 내지 8㎛, 바람직하게는 5 내지 8 ㎛이다. 상기 평균 입경이 3 ㎛ 미만인 경우 감광체 클리닝 문제 및 양산 수율 저하문제가 존재하고, 8 ㎛ 초과인 경우 대전이 불균일하고, 토너의 정착성이 저하되며, 닥터 블레이드(Dr-Blade)가 토너층을 규제하는 것이 곤란하여 바람직하지 않다.

본 발명의 다른 일 구현예에 의하면, 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법에 있어서, 상기 토너는 라텍스, 착색제 및 왁스를 포함하는 전자사진용 토너로서, 3 내지 1,000ppm의 Si 및 Fe를 포함하며, 상기 Si 및 Fe의 몰비는 0.2 내지 0.8인 전자사진용 토너인 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.

상기 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 제거되 고 다음의 화상 형성 사이클을 위하여 감광체가 준비된다.

본 발명의 다른 일 구현예에 의하면, 유기감광체; 상기 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상형성 수단; 토너를 수용하는 수단; 상기 유기감광체의 표면에서 정전 잠상을 토너상으로 현상하기 위해 상기 토너를 유기감광체의 표면에 공급하는 토너 공급 수단; 및 상기 토너상을 유기감광체 표면에서 전사재에 전사하는 토너 전사 수단;을 포함하는 화상 형성 장치를 제공하며, 상기 토너는 라텍스, 착색제 및 왁스를 포함하는 전자사진용 토너로서, 3 내지 1,000ppm의 Si 및 Fe를 포함하며, 상기 Si 및 Fe의 몰비는 0.2 내지 0.8인 전자사진용 토너이다.

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

현상장치(4)의 비자성 1 성분 현상제는 폴리우레탄 폼, 스폰지 등의 탄성부재로 구성된 공급롤러(6)에 의해 현상제(8)를 현상롤러(5)상으로 공급된다. 상기 현상롤러(5) 상으로 공급된 현상제(8)은 현상롤러(5)의 회전에 따라 현상제 규제블레이드(7)과 현상롤러(5)의 접촉부에 도달한다. 상기 현상제 규제블레이드(7)은 금속, 고무 등의 탄성부재로 구성되어 있다. 현상제 규제블레이드(7)과 현상롤러(5)의 접촉부 사이를 현상제가 통과시 현상제(8)의 층이 일정한 층으로 규제되어 박층이 형성되고 현상제를 충분히 대전시킨다. 박층화된 현상제(8)은 현상롤러(5)에 의하여 잠상 담지체인 감광체(1)의 정전잠상에 현상제(8)가 현상되는 현상영역으로 이송되게 된다. 이때, 상기 전정잠상은 상기 감광체(1)에 광(3)을 주사함으로써 형성된다.

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.

상기 감광체(1)의 현상영역으로 이송된 현상제(8)는 현상롤러(5)에 인가된 DC 중첩된 AC 전압과, 대전수단(2)에 의해 대전된 감광체(1)의 잠상전위와의 전위차에 의해 발생된 전기력에 의해 상기 감광체(1)에 형성된 정전잠상을 현상하여 토너 화상을 형성한다.

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 현상제(8')는 상기 현상롤러(5)와 접촉되어 있는 공급롤러(6)에 의해 회수되고, 감광체(1) 상의 미현상된 잔류 현상제(8')는 클리닝 블레이드(10)에 의해 회수된다. 상기의 과정이 반복된다.

본 발명의 토너 제조시 사용한 응집제는 소량 사용으로 토너 제조가 가능하며, 응집 온도를 낮출 수 있어 공정상 유리하며, 유색 안료 성분, 특히 로다민 계열의 안료의 응집에 효과적이며, 쉘층을 형성함으로써 내구성과 저온 정착성이 우 수하고, 우수한 응집 효율로 인해 소입경화에 유리하므로, 각종 화상 형성 방법 및 화상 형성장치에 유용하게 사용할 수 있다.

발명은 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

<1차 라텍스의 합성 >

왁스와 중합체의 분산액을 다음과 같은 처방으로 제조하였다.

단량체 혼합액 (스타이렌 234g, n-부틸 아크릴레이트 96g, 메타크릴산 14g, 폴리에틸렌 글리콜 - 에틸 에테르 메타크릴레이트 6.5g)과 연쇄 이동제(CTA)인 1-도데칸티올 5g을 첨가하고, 이 단량체 혼합액에 왁스 45g을 용해하고, HS-10 수용액 (0~4%)에 부어 초음파 균질화기로 60 내지 70℃에서 유화시켰다. 제조된 왁스/중합체 분산액을 반응온도 80℃로 가열된 반응기에 투입하고, 중합개시제인 KPS 3.2% 수용액 760g을 투입하여 2시간 질소 기류 하에서 반응시켰다. 반응이 끝나면 단량체 혼합액 (스타이렌 145g, n-부틸 아크릴레이트 66g, 메타크릴산 9g) 과 1-도데칸티올 3.3g을 반응기에 스타브드 피딩방식으로 60분간 투입하여 6시간 추가로 반응시킨 후, 자연 냉각시켰다. 반응 후 토너 라텍스 입자의 크기는 Light scattering 방식 (Horiba 910)으로 측정하였으며 그 결과는 200nm였다. 얻어진 라텍스 입자의 SEM 사진을 도 2에 도시하였다.

<안료 분산액의 제조>

음이온성 반응성 유화제(HS-10;DAI-ICH KOGYO)와 비이온성 반응성 유화제 (RN-10;DAI-ICH KOGYO)를 아래의 표 2와 같은 비율로 총 10g을 취하여 블랙 안료 60g과 함께 밀링 배쓰(Milling bath)에 넣고 0.8 내지 1mm 직경의 글래스 비드 400g을 투입하여 상온에서 밀링하여 분산액을 제조하였다. 분산기는 초음파 분산기를 사용하였다.

<응집 및 토너의 제조>

1L 반응기에 탈이온수 500g, 코어용 상기 1차 라텍스 150g과 상기 안료 분산액 35g을 넣은 혼합액에 15g의 질산(0.3mol)에 PSI-(025)(주식회사 수도기공) 15g 혼합액을 넣고 균질화기(Homogenizer)를 이용하여 11,000rpm에서 6분간 교반하여 1.5 내지 2.5㎛의 응집체를 얻었다. 1L용 이중 자켓 반응기에 혼합액을 넣고 상온에서 분당 0.02℃로 50℃(라텍스의 Tg-5도)까지 승온하였다. 약 5.5㎛, 3㎛ 이하의 입자가 부피 대비 2% 이하에 도달하면 폴리스티렌계 중합성 단량체를 중합하여 얻어진 2차 라텍스를 추가로 50g 가하고, D50(Volume)이 5.8㎛이 되면 NaOH(1mol)를 첨가하여 pH를 7로 조절하였다. 10분간 입자사이즈 D50(Volume)의 값이 일정하게 유지되면, 96℃까지 승온(0.5℃/min)하였다. 96℃ 도달 후 질산(0.3mol)을 첨가하여 pH를 6.6로 맞춘 후, 3-5시간 합일하면 5-6㎛의 포테이토 형상의 2차 응집 토너를 얻었다. 이어서 응집 반응액을 Tg 아래로 식힌 다음 여과과정을 거쳐 토너입자를 분리하고 건조시켰다.

건조된 토너입자 100중량부에 NX-90 0.5 중량부 (Nippon Aerosil), RX-200 1.0 중량부 (Nippon Aerosil), SW-100 0.5 중량부 (Titan Kogyo)를 첨가하여 믹 서(Piccolo, Kawata)에서 3,000rpm, 5분간 교반하여 외첨하였다. 이에 D50(Volume)이 5.8인 토너를 얻었다. 얻어진 토너의 SEM 사진을 도 3에 도시하였다.

상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.23, 1.22였다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 PSI-025 대신에 PSI-100을 사용하여 토너를 제조하였다. 얻어진 토너의 SEM 사진을 도 4에 도시하였다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.23, 1.22였다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 PSI-025 대신에 PSI-300을 사용하여 토너를 제조하였다. 얻어진 토너의 SEM 사진을 도 5에 도시하였다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.23, 1.21였다.

실시예 4

상기 실시예 1과 동일하나, 블랙안료 대신 하기 표 2의 시안 안료를 사용하여 토너를 제조하였다. 얻어진 토너의 SEM 사진을 도 6에 도시하였다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.24, 1.21였다.

실시예 5

상기 실시예 1과 동일하나, 블랙안료 대신 하기 표 2의 마젠타 안료(로다민계)를 사용하여 토너를 제조하였다. 얻어진 토너의 SEM 사진을 도 7에 도시하였다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.24, 1.21였다.

실시예 6

상기 실시예 1과 동일하나, 블랙안료 대신 하기 표 2의 옐로우 안료를 사용하여 토너를 제조하였다. 얻어진 토너의 SEM 사진을 도 4에 도시하였다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.23, 1.20였다.

[표 2]

색상	안료	HS-10 : RN-10 (중량비)
블랙	Mogul-L	100 : 　　0
		80 : 　20
		0 : 100
옐로우	PY-74	100 : 　　0
		50 : 　50
		0 : 100
마젠타	PR-122	100 : 　　0
		50 : 　50
		0 : 100
시안	PB 15:4	100 : 　0
		80 : 20
		70 : 30

비교예 1

상기 실시예 1과 동일하나, 응집제를 폴리 실리카철 응집제인 PSI-025 대신 MgCl2 30g을 사용하며, 반응온도는 상온에서 95℃에서 4시간 진행하며, NaCl 투입 후 쉘용 라텍스를 투입하고 8시간 동안 응집하여 토너를 제조하였다.

비교예 2

상기 실시예 1과 동일하나, 응집제를 폴리 실리카철 응집제인 PSI-025 대신 PAC 1g을 사용하여 토너를 제조하였다.

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

도 2는 실시예 1에서 얻어진 1차 라텍스 입자의 SEM 사진을 나타낸다.

도 3은 실시예 1에서 얻어진 응집 토너의 SEM 사진을 나타낸다.

도 4는 실시예 2에서 얻어진 응집 토너의 SEM 사진을 나타낸다.

도 5는 실시예 3에서 얻어진 응집 토너의 SEM 사진을 나타낸다.

도 6은 실시예 4에서 얻어진 응집 토너의 SEM 사진을 나타낸다.

도 7은 실시예 5에서 얻어진 응집 토너의 SEM 사진을 나타낸다.

도 8은 실시예 6에서 얻어진 응집 토너의 SEM 사진을 나타낸다.

<도면 부호의 간단한 설명>

1: 감광체 2: 대전수단

3: 광 4: 현상장치

5: 현상롤러 6: 공급롤러

7: 현상제규제 블레이드 8: 현상제

8': 잔류토너 9: 전사수단

10: 클리닝 블레이드 12: 전원

13: 인쇄매체

Claims (12)

1. Si과 Fe를 포함하는 금속염, 라텍스, 착색제 및 왁스를 포함하는 전자사진용 토너로서,

   상기 토너가 3 내지 1,000ppm의 Si 및 Fe를 포함하며,

   상기 Si 및 Fe의 몰비(Si/Fe)가 0.1 내지 5인 전자사진용 토너.
2. 제1항에 있어서,

   상기 토너의 평균입도가 3 내지 8㎛인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
3. 제1항에 있어서,

   상기 토너의 평균 원형도가 0.940 내지 0.970인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
4. 제1항에 있어서,

   상기 토너의 평균입도 2㎛ 및 5㎛의 평균 원형도 차이가 0.02 이하인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
5. 제1항에 있어서,

   상기 토너의 GSDv 및 GSDp 값이 각각 1.25 이하인 것인 특징으로 하는 전자사진용 토너.
6. 왁스를 포함하는 1차 라텍스 입자를 안료 분산액과 혼합하고 Si과 Fe를 포함하는 금속염을 첨가하여 1차 응집 토너를 제조하는 단계; 및

   하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 제조되는 2차 라텍스를 상기 1차 응집 토너 상에 피복하여 2차 응집 토너를 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 1차 라텍스 입자가 폴리에스테르 단독; 하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 얻어지는 중합체; 혹은 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
8. 제6항에 있어서,

   하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 제조되는 3차 라텍스를 상기 2차 응집 토너 상에 피복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
9. 제6항에 있어서,

   상기 Si과 Fe를 포함하는 금속염이 폴리실리카철인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 중합성 단량체가 스티렌, 비닐톨루엔, α-메틸스티렌의 스티렌계 단량체; 아크릴산, 메타크릴산; 아크릴산메틸, 아크릴산에틸, 아크릴산프로필, 아크릴산부틸, 아크릴산 2-에틸헥실, 아크릴산디메틸아미노에틸, 메타크릴산메틸, 메타크릴산에틸, 메타크릴산프로필, 메타크릴산부틸, 메타크릴산 2-에틸헥실, 메타크릴산디메틸아미노에틸, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴아미드, 메타크릴아미드의 (메타)아크릴산의 유도체; 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌의 에틸렌성 불포화 모노올레핀; 염화비닐, 염화비닐리덴, 불화비닐의 할로겐화비닐; 아세트산비닐, 프로피온산비닐의 비닐에스테르; 비닐메틸에테르, 비닐에틸에테르의 비닐에테르; 비닐메틸케톤, 메틸이소프로페닐케톤의 비닐케톤; 2-비닐피리딘, 4-비닐피리딘 및 N-비닐피롤리돈의 질소 함유 비닐 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
11. 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법으로서, 상기 토너가 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 전자사진용 토너인 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
12. 유기감광체; 상기 유기감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상형성 수단; 토너를 수용하는 수단; 상기 유기감광체의 표면에서 정전 잠상을 토너상으로 현상하기 위해 상기 토너를 유기감광체의 표면에 공급하는 토너 공급 수단; 및 상기 토너상을 유기감광체 표면에서 전사재에 전사하는 토너 전사 수단;을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 토너가 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 토너인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.

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