KR102077685B1 - 황색 중합 토너 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황색 중합 토너 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 황색 중합 토너는 바인더 수지 및 상기 바인더 수지에 분산된 황색(Yellow) 안료, 안료분산제, 전하 조절제 및 왁스를 포함하는 토너 입자를 포함하고, 상기 토너 입자 내에 형성된 황색 안료 응집체의 평균 입경이 500nm 이하다.
상기한 구성에 의해 본 발명은 높은 화상농도 및 전사 효율의 구현이 가능하여 전자 사진의 현상 등의 적용 분야에서 매우 우수한 성능을 발휘할 수 있는 황색 중합 토너를 제조할 수 있다.

Description

황색 중합 토너 및 그 제조방법{YELLOW POLYMERIZED TONER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 황색 중합 토너 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 화상농도 및 전사 효율의 구현이 가능하여 전자 사진의 현상 등의 적용 분야에서 매우 우수한 성능을 발휘할 수 있는 황색 중합 토너 및 그 제조방법에 관한 것이다.

토너는 전자 사진 현상 및 정전기적 프린터, 복사기 등에 사용되는 것으로, 피 전사물에 전사 및 정착되어 원하는 패턴을 형성할 수 있는 도료를 말한다. 최근 컴퓨터를 이용한 문서작성 등이 일반화됨에 따라 프린터와 같은 화상 형성 장치의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 이에 따라 토너의 사용량 또한 증가되고 있는 실정이다.

일반적으로 토너를 제조하는 방법으로는 분쇄를 이용한 제조방법과 중합을 이용한 제조방법이 있다. 가장 널리 알려진 방법인 분쇄를 이용한 제조 방법은 용융-혼합 공정을 통해 수지와 안료를 함께 넣고 용융-혼합 혹은 압출한 후 분쇄하고 분급하여 토너 입자를 제조한다.

그러나 이러한 공정에 의해 제조된 토너 입자는 입경의 분포가 넓고, 뾰족한 모서리를 가지는 등 매우 불규칙한 형상을 가지기 때문에 대전성이나 흐름성이 좋지 않은 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 중합법에 의해 구형의 토너 입자를 제조하는 방법이 제시되었다. 이같이 중합법에 의한 토너의 제조 방법으로는 에멀젼중합법(응집법)과 현탁 중합법이 알려져 있는데, 에멀젼 중합법은 입자의 크기 분포를 제어하기 어렵고 제조된 토너의 품질 재현성에 문제가 있기 때문에, 현탁 중합에 의한 토너 제조방법이 좀더 선호되고 있다.

이같이 현탁 중합에 의하여 제조되는 토너는 바인더 수지용 단량체 및 안료, 왁스, 전하조절제 또는 개시제 등의 각종 첨가제를 균일하게 분산시켜 단량체 혼합물을 제조하고, 이러한 단량체 혼합물을 수계 분산액에 미세한 액적의 형태로 분산시킨후 후 중합 과정을 거치게 된다.

그러나 이러한 현탁 중합에 의한 중합 토너에서 황색(Yellow)을 구현하기 위하여 황색 안료를 사용하는 경우에, 화상 농도를 높이기 위하여 황색 안료의 토너 입자 내의 함량을 증가시키면 도전성을 가지고 있는 황색 안료의 영향으로 전사효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.

따라서, 황색 안료를 함유하는 경우에도 매우 균일한 대전성(chargeability)을 발현하여 높은 화상 농도와 우수한 전사효율의 구현이 가능한 중합 토너 개발에 대한 연구가 필요하다.

국내등록특허 제10-1314173호(2013년 09월 26일 등록) 국내등록특허 제10-1406898호(2014년 06월 05일 등록) 국내등록특허 제10-1215949호(2012년 12월 20일 등록)

본 발명은 바인더 수지 및 상기 바인더수지에 분산된 황색 안료, 안료분산제, 전하조절제 및 왁스를 포함하는 토너 입자를 포함하고, 상기 토너 입자 내에 형성된 황색 안료 응집체의 평균 입경 및 분포 비율을 500nm 이하로 유지함으로써, 높은 화상농도 및 전사 효율의 구현이 가능하여 전자 사진의 현상 등의 적용 분야에서 매우 우수한 성능을 발휘할 수 있는 황색 중합 토너 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 황색 중합 토너는 바인더 수지 및 상기 바인더 수지에 분산된 황색(Yellow) 안료, 안료분산제, 전하 조절제 및 왁스를 포함하는 토너 입자를 포함하고, 상기 토너 입자 내에 형성된 황색 안료 응집체의 평균 입경이 500nm 이하다.

상기 황색(Yellow) 안료는 평균 입경이 20 내지 50nm일 수 있다.

상기 황색(Yellow) 안료는 금속 분말형 안료, 금속 산화물형, 카본형, 황화물형, 크롬염형, 산성염료형, 염기성 염료형, 모단트 염료형, 프탈로시아닌, 퀴나크리돈형 및 디옥산형으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 안료가 사용될 수 있다.

상기 토너 입자는 바인더 수지 70 내지 90 중량부, 황색(Yellow) 안료 5 내지 10 중량부, 안료분산제 1 내지 8 중량부, 전하 조절제 0.5 내지 5 중량부 및 왁스 0.1 내지 20 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.

상기 토너 입자는 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액이 더 포함되고, 상기 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액은 토너 입자 100 중량부에 대해 1 내지 3 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명은 바인더 수지 및 상기 바인더수지에 분산된 황색 안료, 안료분산제, 전하조절제 및 왁스를 포함하는 토너 입자를 포함하고, 상기 토너 입자 내에 형성된 황색 안료 응집체의 평균 입경 및 분포 비율을 500nm 이하로 유지함으로써, 높은 화상농도 및 전사 효율의 구현이 가능하여 전자 사진의 현상 등의 적용 분야에서 매우 우수한 성능을 발휘할 수 있는 황색 중합 토너를 제조할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상의 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 황색 중합 토너에서 황색(Yellow) 안료 응집체의 개략적인 단면을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 토너의 TEM 이미지를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 토너의 TEM 이미지를 나타낸 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 황색 중합 토너에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 황색 중합 토너에서 황색(Yellow) 안료 응집체의 개략적인 단면을 보여주는 단면도이다.

본 발명에 따른 황색 중합 토너는 바인더 수지 및 상기 바인더 수지에 분산된 황색(Yellow) 안료, 안료분산제, 전하 조절제 및 왁스를 포함하는 토너 입자를 포함하고, 상기 토너 입자 내에 형성된 황색 안료 응집체의 평균 입경이 500nm 이하인 중합 토너를 제공한다.

본 발명에서 상기 황색(Yellow) 안료 응집체는 상기 바인더 수지에 분산되어 있으며, 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy) 사진 등에 의하여 확인될 수 있는 20 내지 50nm 크기의 황색(Yellow) 안료 1차 입자가 응집되어 수십에서 수백 nm의 크기를 가질 수 있는 원형, 구형 또는 다각형의 응집체를 의미한다.

본 발명은 토너 내의 황색(Yellow) 안료 응집체의 크기 범위를 소정의 범위로 유지함으로써, 이러한 중합 토너가 인쇄에 적용시 높은 화상 농도를 가질 수 있을 뿐만 아니라 높은 전사 효율 또한 구현할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 중합 토너는 균일한 화상의 구현을 요구하는 전자 사진의 현상 등의 적용 분야에 적용 가능하고, 이를 이용하면 뛰어난 품질의 인쇄 결과물을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 중합 토너 입자 내에 형성된 황색(Yellow) 안료 응집체의 평균 입경은 500nm 이하이며, 바람직하게는 300nm 이하가 될 수 있다. 본 발명의 중합 토너 입자 내에서 황색(Yellow) 안료 및 황색(Yellow) 안료 응집체는 가능한 한 가장 작은 크기로 분산되는 것이 바람직하다. 상기 황색(Yellow) 안료 응집체의 평균 입경이 500nm를 초과하는 경우에는 토너입자에 균일한 분산이 이루어지지 않아 화상 농도가 떨어지고 전사 효율도 현저히 저하될 수 있다.

본 발명에서 바인더 수지용 단량체는 중합법으로 제조되는 토너에 사용되는 모든 단량체를 사용할 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 단량체의 예로는 스티렌계단량체, 아크릴레이트계단량체, 메타크릴레이트계단량체 또는 디엔계단량체 등을 들 수 있으며, 이들 중에서 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 단량체에 선택적으로 산성 올레핀계단량체 또는 염기성 올레핀계단량체를 1종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.

상기 바인더 수지는 스티렌계단량체, 아크릴레이트계단량체, 메타크릴레이트계단량체, 디엔계단량체, 산성 올레핀계단량체 또는 염기성 올레핀계단량체, 또는 이들 혼합물의 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 현탁중합법으로 제조되는 토너의 형성을 위하여 사용 가능한 것으로 알려진 다양한 단량체를 별다른 제한 없이 사용할 수 있으며, 이러한 단량체로부터 중합 토너의 바인더 수지로 되는 중합체 또는 공중합체를 형성할 수 있다.

상기 바인더 수지는 (a) 스티렌계단량체; 및 (b) 아크릴레이트계단량체, 메타크릴레이트계단량체 및 디엔계단량체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상 선택된 단량체의 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 중합체는, 상기 (a)의 단량체 및 (b)의 단량체를 합한 100 중량부에 대하여, 상기 (a)의 단량체의 30 내지 95 중량부와 상기 (b)의 단량체의 5 내지 70 중량부를 중합한 것을 포함할 수 있다.

또한, 이러한 중합체는 상기 (a)의 스티렌계단량체와, (b) 아크릴레이트계단량체, 메타크릴레이트계단량체 및 디엔계단량체로 이루어진 군에서 1종 이상 선택된 단량체와, (c) 산성 올레핀계단량체 및 염기성 올레핀계단량체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 단량체를 중합한 것으로 될 수 있다. 이때, 상기 (c)의 단량체는 상기 (a)의 단량체 및 (b)의 단량체를 합한 100 중량부에 대하여 0.1 내지 30 중량부로 중합될 수 있다.

상기 바인더 수지의 형성을 위한 스티렌계단량체로는 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌, 디메틸스티렌 등이 있으며, 상기 아크릴레이트계단량체로는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 등이 있다. 그리고, 메타크릴레이트계단량체로는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 도데실메타크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트 등이 있으며, 상기 디엔계단량체로는 부타디엔, 이소프렌 등이 있다.

또한, 상기 산성 올레핀계단량체로는 카르복실기를 가진 α,β에틸렌 불포화 화합물 등을 사용할 수 있고, 염기성올레핀계단량체로는 아민기나 4차 암모늄기를 가진 지방족 알콜의 메타크릴산에스테르계, 메타크릴아미드계, 비닐 아민계, 디알릴아민계나 이의 암모늄염 등을 사용할 수 있다.

상기 황색(Yellow) 안료로는 금속 분말형 안료, 금속 산화물형, 카본형, 황화물형, 크롬염형, 페로 시아니드형 등의 무기 안료나아조형, 산성염료형, 염기성 염료형, 모단트 염료형, 프탈로시아닌, 퀴나크리돈형, 디옥산형 등의 유기 안료 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.

예를 들어, 상기 황색 안료로는 C.I. Pigment Yellow 24, 81, 83, 93, 95, 97, 108, 109, 110, 117, 123, 128, 137, 138, 139, 150, 153, 154, 166, 168, 180 및 185로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 황색계 안료가 사용될 수 있다.

또는, 상기 황색 안료로는 하기의 [화학식 1]로 표시되는 화합물이 이용될 수 있는데, 하기의 [화학식 1]로 표시되는 화합물은 황색 안료로서 분산성 및 분산 안정성이 탁월하고 용매와의 상용성을 현저하게 향상시킬 수 있다.

[화학식 1]

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 아세토아세트아미노벤조옥사졸기 또는 치환되거나 치환되지 않은 피리돈기이며, R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 할로, 히드록시, C₁-C₂₀알킬, C₁-C₂₀알콕시, C₆-C₂₀아릴C₁-C₂₀알킬, 히드록시C₁-C₂₀알킬, 할로C₁-C₂₀알킬, C₃-C₂₀사이클로알킬, C₃-C₂₀헤테로사이클로알킬, C₆-C₂₀아릴 또는 C₆-C₂₀헤테로아릴이며, m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, 상기 m 또는 n이 2 이상의 정수인 경우 상기 R3 또는 R4는 동일하거나 상이할 수 있으며, 상기 치환은 할로, 히드록시, 시아노, C₁-C₂₀알킬, C₁-C₂₀알콕시, 할로C₁-C₂₀알킬, C₃-C₂₀사이클로알킬, C₃-C₂₀헤테로사이클로알킬, C₆-C₂₀아릴 또는 C₆-C₂₀헤테로아릴이며, 상기 헤테로사이클로알킬 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 B, N, O, S, Se, -P(=O)-, -C(=O)-, Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.

상기 안료분산제는 안료의 분산성이 우수하고 점도 안정성이 뛰어난 물질을 사용할 수 있는데, 상기 안료분산제로는 하기의 [화학식 2]으로 나타내는 화합물을 사용할 수 있다.

[화학식 2]

여기서, X 및 X'는 수소원자 또는 벤조일아미노기이며, Z는 수소원자이고, R1 내지 R4는 같거나 다를 수 있고 메틸기 또는 에틸기이며, n 및 m은 2 또는 3을 의미한다.

구체적으로, 상기 안료분산제는 하기의 [화학식 3] 내지 [화학식 5]로 나타낼 수 있는 안료분산제를 사용할 수 있다.

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

상기 전하조절제로는 양이온성 전하조절제, 음이온성 전하조절제, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 양이온성 전하조절제로는 니그로신형 염료, 고지방족의 금속염, 알콕시 아민, 킬레이트, 4차 암모늄염, 알킬아미드, 불소 처리 활성제, 나프탈렌산의 금속염 또는 이들의 혼합물 등이 있고, 상기 음이온성 전하조절제로는 염소화된 파라핀, 염소화된 폴리에스테르, 산을 함유한 폴리에스테르, 구리 프탈로시아닌의 설포닐아민, 설폰산기 또는 이들의 혼합물 등이 있다.

또한, 상기 전하조절제로 설폰산기를 갖는 공중합체를 사용하는 것이 바람직한데, 보다 바람직하게는 중량평균분자량이 2,000 내지 200,000인 설폰산기를 갖는 공중합체를 사용할 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 산가가 1 내지 40mg KOH/g이고, 유리전이온도는 30 내지 120℃인 설폰산기를 갖는 공중합체를 사용할 수 있다.

상기 산가가 1 미만이면 전하조절제의 역할을 하지 못하며, 40 이상이면 단량체 혼합물의 계면특성에 영향을 미쳐 중합안정성을 악화시킨다. 또한, 상기 유리전이온도가 30℃미만이면 표면에 노출되어 있는 전하조절제의 낮은 유리전이온도로 인해 인쇄시 토너 대 토너의 마찰-용융을 발생시켜 블록킹 현상을 유발할 수 있고, 120℃ 초과하면 토너의 표면을 과도로 단단하게 하여 코팅성 및 정착성의 물성에 바람직하지 못하다.

그리고 상기 중량평균분자량이 2,000 미만이면 바인더 수지와의 높은 상용성으로 표면 농도가 저하되어 전하조절제의 기능을 하지 못할 수 있으며, 200,000 이상이면 높은 분자량으로 인한 단량체 혼합물의 점도 증가로 중합 안정성과 입도 분포에 바람직하지 못하다. 상기 설폰산기를 갖는 공중합체의 구체적인 예로는 설폰산기를 갖는 스티렌-아크릴계 공중합체, 설폰산기를 갖는 스틸렌-메타크릴계공중합체 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은아니다.

상기 왁스로는 파라핀 왁스, 미정질 왁스(microcrystalline wax), 또는 세레신 왁스 등의 석유 정제 왁스; 카르누바 왁스 등의 천연 왁스; 또는 폴리에스테르계 왁스, 폴리에틸렌계 왁스, 또는 폴리프로필렌계 왁스 등의 합성 왁스 또는 이들의 혼합물을 1종 이상 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 황색 중합 토너에서 상기 토너 입자는 바인더 수지 및 상기 바인더 수지에 분산된 황색(Yellow) 안료, 안료분산제, 전하 조절제 및 왁스를 포함하는데, 상기 토너 입자는 바인더 수지 70 내지 90 중량부, 황색(Yellow) 안료 5 내지 10 중량부, 안료분산제 1 내지 8 중량부, 전하 조절제 0.5 내지 5 중량부 및 왁스 0.1 내지 20 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 황색 중합 토너는 상기 중합 토너에 발향 기능을 부여하기 위하여 향기 추출액이 더 포함될 수 있는데, 상기 향기 추출액은 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액이 사용되고, 상기 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액은 토너 입자 100 중량부에 대해 1 내지 3 중량부의 중량 비율로 포함될 수 있다.

본 발명에서 상기 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액이 1 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 발향 기능의 효과가 충분히 나타나지 않을 수 있고, 3 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 발향 기능이 과도하여 토너의 물성 및 기호도를 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서 상기 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액은 하기의 제조방법으로 제조된 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액이 사용될 수 있는데, 먼저, 오일 용해 파트(Oil Soluble Part)에서는 감귤 과육 및 과피를 채취하고 1 내지 3(w/w)% 농도 범위 및 30 내지 35℃의 온도를 가지는 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이 용해된 정제수로 3 내지 5분 동안 세척하여 상기 과육 및 과피에 부착되어 있는 이물질을 제거할 수 있다.

다음으로, 상기 세척된 과육 및 과피를 압착 추출하여 얻어낸 추출액을 원심 분리 하여 상층의 오일 성분을 추출한다. 그 다음으로, 상기 분리된 시트러스 오일(Citrus Oil)을 자당 지방산 에스테르(Sucrose Fatty Acid ester)와 에틸알코올(Ethyl Alcohol)에 혼합한 후 90℃에서 10분간 가열하여 오일 용해 파트(Oil Soluble Part)를 제조할 수 있다.

상기 오일 용해 파트(Oil Soluble Part)는 40℃의 온도에서 24 내지 45시간 동안 안정화함으로써 오일 용해 파트(Oil Soluble Part)를 제조할 수 있다.

이어서, 수용 용해 파트(Water Soluble Part)는 아라비아 검(Arabic Gum) 15 중량%와 정제수 85 중량%를 혼합한 후 98℃에서 30분간 가열하여 수용 용해 파트(Water Soluble Part)를 제조할 수 있다. 상기 수용 용해 파트(Water Soluble Part)는 40℃의 온도에서 24 내지 45시간 동안 안정화함으로써 수용 용해 파트(Water Soluble Part)를 제조할 수 있다.

이어서, 상기 오일 용해 파트(Oil Soluble Part)와 수용 용해 파트(Water Soluble Part)를 혼합하여 호모 믹서(Homo mixing)에서 30,000rpm의 속도로 30분간 혼합 후 상기 혼합액에 글리세린(Glycerine)과 D-소르비톨(D-Sorbitol)을 투입한 후 균질기(homogenizer) 45,000rpm의 속도로 40분간 균질 및 유화시키면 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액를 제조 할수 있다.

본 발명은 상기와 같이 시트러스 오일(Citrus Oil)을 유화, 균질에 침지시킨 후 추출함으로써, 토너 입자와 결합성을 증대시키고 향의 발현 시간 및 지속성을 증가 시키며 균일한 향기를 지속적으로 유지 할수 있는 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 황색 중합 토너의 제조방법은 분산제를 포함하는 수계 분산액을 형성하는 단계; 바인더 수지용단량체, 황색(Yellow) 안료, 안료분산제, 전하조절제 및 왁스를 포함하는 단량체 혼합물을 형성하는 단계; 및 상기 단량체 혼합물을 상기 수계 분산액에 첨가하고 현탁 중합을 통하여 토너 입자를 형성하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 황색 중합 토너에 대한 바람직한 실시예 및 비교예를 들어 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

[실시예 1]

중합 토너의 제조

물 500g에 0.1M 인산나트륨 수용액 686g과 1M 염화칼슘 100g을 혼합하고 반응온도 70℃에서 20분간 교반하여, 인산칼슘 결정이 석출된 형태의 수계 분산액을 제조하였다. 상기 수계 분산액에서 인산칼슘의 함량은 하기의 단량체 혼합물 100 중량부에 대하여 3 중량부가 되도록 하였다.

스티렌 160g, n-부틸아크릴레이트 36g, 및 아크릴산 4g의 바인더 수지용단량체, 가교제로 알릴메타크릴레이크 4g, 분자량 조절제로 n-도데실메르캅탄 0.4g, 안료 분산제 3g, 및 중량평균분자량이 16,500인 설폰산기를 포함한 스티렌-아크릴계 고분자 전하조절제(Styrene/2EHA/anionic functional monomer copolymer, FCA 1001 NS, 후지쿠라카세이) 4g를 혼합하고 1L 용기에 넣어 충분히 녹이고, 여기에 황색(Yellow) 안료(PV Fast Yellow H4G, Clariant社) 10g과 안료 분산제 2g을 넣고 황색(Yellow) 안료가 단량체에 함침되게 한 후, 0.3mm의 지르코늄 비드를 70g 첨가한 후 10,000rpm의 속도로 교반하며 60분 동안 밀링(milling)을 실시한 후 200 mesh를 이용하여 비드를 제거하였다.

상기 비드가 제거된 혼합물에, 파라핀 왁스(Fisher) 20g을 추가로 첨가하고 교반하여 상기 혼합물에 왁스가 완전히 용해되게 하였고, 아조니트릴계개시제(Azo nitrile; V65, Waco Chemical) 5g을 첨가하고 5 분간 추가로 교반하여 단량체 혼합물을 제조하였다. 이때, 단량체 혼합물의 중량은 246.4 g이였다.

그리고 상기 수계 분산액에 상기 단량체 혼합물을 첨가하고, 호모게나이저(Homogenizer)를 이용하여 13,000rpm의 속도로 전단력을 가하여 상기 수계 분산액에 상기 단량체 혼합물을 미세한 액적 형태로 분산시켜 균질화하였다. 상기 균질화를 통하여 미세한 액적 형태로 상기 수계 분산액에 분산된 단량체 혼합물을 패들 형식의 교반기로 200rpm에서 교반하면서 60℃에서 10시간 동안 반응시키고, 90℃로 승온하여 3시간 동안 추가로 반응시켜 슬러리에 포함된 형태로 중합 토너를 제조하였다.

토너 입자 세척 및 건조

상기 중합 토너가 포함된 슬러리에 염산을 첨가하여 pH를 2 이하로 조정하고, 인산칼슘을 용해시켰다. 그리고 여과 장치를 이용하여 물을 제거한 후, 전체 중량 대비 2배의 증류수를 첨가하여 희석하고, 호모게나이저로 전단력을 가하여 균질화한 후, 원심분리장치(Beckman J2-21M, Rotor JA-14)를 사용하여 3,000rpm에서 15분간 원심분리하였다. 이러한 희석, 균질화 및 원심 분리 과정을 3회 반복하여 토너 표면의 인산칼슘 및 기타 불순물을 제거하였다.

최종적으로 여과를 통해 수분을 제거한 후, 토너 케익을 진공 오븐에 넣고 48시간 상온에서 진공 건조하여 중합 토너 코어를 제조하였다. 제조된 중합 토너 코어의 체적 평균 입경이 7㎛이고 체적 평균 입경과 개수 평균입경의 비(표준편차)는 1.26으로 나타났다. 이 때, 상기 코어의 체적평균입경은 쿨터 카운터(Coulter counter:Multisizer 3, Beckman coulter)를 이용하여 측정하였다.

외첨제 코팅

헨쉘 믹서를 사용하여 상기 중합 토너 코어 100 중량부에 대하여 실리카 2 중량부를 첨가한 후, 5,000rpm의 속도로 7분 동안 고속 교반하여 중합토너 코어 표면에 외첨제를 코팅하였다.

[실시예 2]

황색(Yellow) 안료의 중량을 13g으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 중합 토너를 제조하였다.

[실시예 3]

안료 분산제의 중량을 1g으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 중합 토너를 제조하였다.

[실시예 4]

안료 분산제의 중량을 3g으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 중합 토너를 제조하였다.

[비교예 1]

안료 분산제를 첨가하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 중합 토너를 제조하였다.

[비교예 2]

황색(Yellow) 안료의 중량을 13g으로 하고 안료 분산제를 첨가하지 않은 것 이외는, 실시예 1과 동일한 방법으로 중합 토너를 제조하였다.

[실험예]

상기 실시예 1~2 및 비교예 1~4에 따라 제조된 중합 토너에 대하여, 하기와 같이 물성 평가를 수행하였다.

토너의 전사효율

레이저 프린터(HP4600, 제조사: 휴렛팩커드) 카트리지의 공급부에 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~4에 따라 제조된 중합 토너를 채운 후, 공급부 전체의 무게를 측정하였다. 가로 19cm, 세로 1.5cm의 직사각형을 A4지에 1,000매 인쇄한 후 다시 공급부의 무게를 측정하여, 하기 계산식 1과 같이 토너 소모량을 계산하였다.

[계산식 1]

소모량(g) = 1,000매 인쇄 전 공급부 무게 - 1,000매 인쇄 후 공급부 무게

또한, 공급부와 분리가 가능한 드럼부의 무게를 인쇄 전 측정하고 인쇄 후 측정하여, 종이 전사되지 못하고 허비되는 토너의 양을 하기 계산식 2와 같이 계산하였다.

[계산식 2]

허비되는 토너량(g) = 1,000매 인쇄 후 드럼부 무게 - 1,000매 인쇄 전 드럼부 무게

상기와 같이 소모되고 허비되는 토너의 양을 산측한 후에, 하기 계산식 3과 같이 전사효율을 구하였다.

[계산식 3]

전사효율 (%) = {(소모량 - 허비되는 토너량)/소모량} * 100

화상 농도 측정

레이져 프린터(HP2600, 제조사: 휴렛팩커드)로 A4 크기의 용지에 전면 인쇄한 후, 화상농도측정기(RD918,acbath)를 이용하여 인쇄용지의 모서리 부분 4곳과 중앙 부분 1곳의 화상 농도를 측정하여 평균값을 취하였다.

투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy) 분석

상기 실시예 1~2 및 비교예 1~4에 따라 제조된 중합 토너에서, 황색(Yellow) 안료 응집체의 크기를 화상 분석방법으로 측정하였다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 토너의 TEM 이미지를 나타낸 사진이고, 도 3은 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 토너의 TEM 이미지를 나타낸 사진이다.

구분	평가 조건		평가 결과
	황색(Yellow) 안료 및 중량	안료분산제 및 중량부	안료 응집체의 크기	빨간색 부분에 위치하는 안료의 분율	전사효율 (%)	화상농도
실시예 1	Yellow 10g	2	400nm	52	97	1.2
실시예 2	Yellow 13g	2	450nm	53	95	1.4
실시예 3	Yellow 10g	1	430nm	50	96	1.2
실시예 4	Yellow 10g	3	380nm	48	95	1.2
비교예 1	Yellow 10g	-	1000nm	75	90	1.2
비교예 2	Yellow 13g	-	1200nm	80	83	1.3

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (5)

1. 바인더 수지 및 상기 바인더 수지에 분산된 황색(Yellow) 안료, 안료분산제, 전하 조절제 및 왁스를 포함하는 토너 입자를 포함하되,
   상기 토너 입자 내에 형성된 황색 안료 응집체는 상기 바인더 수지에 응집되어 있고, 평균 입경이 500nm 이하이며, 상기 황색 안료 응집체는 평균 입경이 20 내지 50nm인 황색(Yellow) 안료 입자가 응집되어 형성되고,
   상기 바인더 수지는 (a) 스티렌계단량체; 및 (b) 아크릴레이트계단량체, 메타크릴레이트계단량체 및 디엔계단량체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상 선택된 단량체의 중합체 또는 공중합체를 포함하되, 상기 중합체는, 상기 (a)의 단량체 및 (b)의 단량체를 합한 100 중량부에 대하여, 상기 (a)의 단량체 30 내지 95 중량부와 상기 (b)의 단량체 5 내지 70 중량부를 중합한 것을 포함하고,
   상기 바인더 수지의 형성을 위한 스티렌계단량체로는 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌 및 디메틸스티렌을 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 이용되고, 상기 아크릴레이트계단량체로는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실아크릴레이트 및 2-에틸헥실아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 이용되며, 상기 메타크릴레이트계단량체는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 도데실메타크릴레이트 및 2-에틸헥실 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나가 이용되고, 상기 디엔계단량체는 부타디엔 또는 이소프렌에서 선택된 어느 하나가 이용되며,
   상기 황색 안료로는 하기의 [화학식 I]로 표시되는 화합물이 사용되고,
   [화학식 I]
   

   

   
   (여기서, R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 아세토아세트아미노벤조옥사졸기 또는 치환되거나 치환되지 않은 피리돈기이며, R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 할로, 히드록시, C₁-C₂₀알킬, C₁-C₂₀알콕시, C₆-C₂₀아릴C₁-C₂₀알킬, 히드록시C₁-C₂₀알킬, 할로C₁-C₂₀알킬, C₃-C₂₀사이클로알킬, C₃-C₂₀헤테로사이클로알킬, C₆-C₂₀아릴 또는 C₆-C₂₀헤테로아릴이며, m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고, 상기 m 또는 n이 2 이상의 정수인 경우 상기 R3 또는 R4는 동일하거나 상이할 수 있으며, 상기 치환은 할로, 히드록시, 시아노, C₁-C₂₀알킬, C₁-C₂₀알콕시, 할로C₁-C₂₀알킬, C₃-C₂₀사이클로알킬, C₃-C₂₀헤테로사이클로알킬, C₆-C₂₀아릴 또는 C₆-C₂₀헤테로아릴이며, 상기 헤테로사이클로알킬 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 B, N, O, S, Se, -P(=O)-, -C(=O)-, Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.)
   상기 안료분산제는 하기의 [화학식 II] 내지 [화학식 IV]로 나타내는 안료분산제 중에서 선택된 어느 하나가 사용되며,
   [화학식 II]
   

   

   
   
   [화학식 III]
   

   

   
   
   [화학식 IV]
   

   

   
   상기 전하조절제는 중량평균분자량이 2,000 내지 200,000이며, 산가가 1 내지 40mg KOH/g이고, 유리전이온도는 30 내지 120℃인 설폰산기를 갖는 공중합체를 사하며, 상기 설폰산기를 갖는 공중합체는 설폰산기를 갖는 스티렌-아크릴계 공중합체, 설폰산기를 갖는 스틸렌-메타크릴계공중합체 또는 이들의 혼합물을 사용하고,
   상기 토너 입자는 바인더 수지 70 내지 90 중량부, 황색(Yellow) 안료 5 내지 10 중량부, 안료분산제 1 내지 8 중량부, 전하 조절제 0.5 내지 5 중량부 및 왁스 0.1 내지 20 중량부의 중량 비율로 포함되며,
   상기 토너 입자는 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액이 더 포함되고, 상기 시트러스 오일(Citrus Oil) 향기 추출액은 토너 입자 100 중량부에 대해 1 내지 3 중량부의 중량 비율로 포함되되,
   상기 시트러스 오일 향기 추출액은, 오일 용해 파트(Oil Soluble Part)에서 감귤 과육 및 과피를 채취하고 1 내지 3(w/w)% 농도 범위 및 30 내지 35℃의 온도를 가지는 탄산수소나트륨(NaHCO₃)이 용해된 정제수로 3 내지 5분 동안 세척하여 상기 과육 및 과피에 부착되어 있는 이물질을 제거하고, 상기 세척된 과육 및 과피를 압착 추출하여 얻어낸 추출액을 원심 분리하여 상층의 시트러스 오일 성분을 추출하고, 상기 분리된 시트러스 오일(Citrus Oil)을 자당 지방산 에스테르(Sucrose Fatty Acid ester)와 에틸알코올(Ethyl Alcohol)에 혼합한 후 90℃에서 10분간 가열하여 오일 용해 파트(Oil Soluble Part)를 제조하되, 상기 오일 용해 파트(Oil Soluble Part)는 40℃의 온도에서 24 내지 45시간 동안 안정화함으로써 오일 용해 파트(Oil Soluble Part)를 제조하며, 수용 용해 파트(Water Soluble Part)는 아라비아 검(Arabic Gum) 15 중량%와 정제수 85 중량%를 혼합한 후 98℃에서 30분간 가열하여 수용 용해 파트(Water Soluble Part)를 제조하되, 상기 수용 용해 파트(Water Soluble Part)는 40℃의 온도에서 24 내지 45시간 동안 안정화함으로써 수용 용해 파트(Water Soluble Part)를 제조하고, 상기 오일 용해 파트(Oil Soluble Part)와 수용 용해 파트(Water Soluble Part)를 혼합하여 호모 믹서(Homo mixing)에서 30,000rpm의 속도로 30분간 혼합하여 혼합액을 제조한 후 상기 혼합액에 글리세린(Glycerine)과 D-소르비톨(D-Sorbitol)을 투입한 후 균질기(homogenizer) 45,000rpm의 속도로 40분간 균질화시키는 과정을 거쳐 제조된 것을 특징으로 하는 황색 중합 토너.
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