KR20090088820A - 수지 에멀젼을 제조하기 위한 무용매 상 역전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산 그룹을 갖는 수지를 수지의 유리전이 온도를 초과하는 온도에서 용융 혼합하고, 수지의 용융 혼합 전, 용융 혼합 동안 또는 용융 혼합 후 임의로 계면활성제를 가하고, 염기성 중화제 및 물을 수지에 가하여 에멀젼을 형성함을 포함하는, 토너 입자를 형성하는 데 사용하기에 적합한 수지 에멀젼의 제조방법에 관한 것이다. 양태에서, 이렇게 제조된 수지 에멀젼은 토너를 형성하는 데 이용될 수 있다.
Figure P1020090011953
수지 에멀젼, 무용매 상 역전방법, 토너 입자, 계면활성제, 중화제, 물.

Description

수지 에멀젼을 제조하기 위한 무용매 상 역전방법{Solvent-free phase inversion process for producing resin emulsions}
본 발명은 정전기록 장치(electrostatographic apparatuse)에 적합한 토너를 제조하기에 유용한 수지 에멀젼의 제조방법에 관한 것이다.
다수의 공정이 토너 제조 분야의 숙련가의 이해 범위 내에 있다. 유화 응집(EA)은 이러한 한 가지 공정이다. 당해 토너는 유화 중합에 의하여 형성된 라텍스 중합체와 착색제를 응집시켜 형성할 수 있다.
폴리에스테르 EA 토너 또한 용매 함유 공정, 예를 들면, 용매 플래쉬 유화 및 용매계 상 역전 유화법으로 제조한 에멀젼을 이용하여 제조하여 왔다. 두 경우 모두, 다량의 유기 용매, 예를 들면, 케톤 또는 알코올이 수지를 용해시키는 데 사용되었다. 용매는 유화 종료시 증발시킬 필요가 있는데, 이는 통상적으로 완료하기에 장시간이 소요된다. 당해 공정의 기타 단점은, 1) 용매 함유 공정은 친환경적이지 않고, 2) 폐기물 처리 및 용매 회수로 인하여 EA 토너 공정에 추가의 비용 이 들며, 3) 용매의 잔여량이 다양하여, 토너 공정 및 당해 공정으로 제조된 토너 둘 다에 영향이 미친다는 것이다.
단계 및 재료의 수를 감소시킨 토너의 개선된 제조방법이 여전히 바람직하다. 이러한 방법은 이러한 토너의 제조 비용을 절감할 수 있으며, 친환경적일 수 있다.
본 발명은 토너의 제조방법을 제공한다. 양태에서, 본 발명의 방법은 유기 용매의 부재하에 수지를 용융 혼합하고, 임의로 계면활성제를 수지에 가하고, 수지에 염기성 제제와 물을 가하여 수지 입자의 에멀젼을 형성함을 포함한다.
다른 양태에서, 본 발명의 방법은 유기 용매의 부재하에 수지를 용융 혼합하고, 임의로 계면활성제를 수지에 가하고, 임의로 토너 조성물의 하나 이상의 추가 성분을 수지에 가하고, 수지에 염기성 제제와 물을 가하여 상 역전시켜 용융 수지와 토너 조성물의 임의의 성분을 포함하는 토너-크기의 액적(toner-sized droplet)을 포함하는 분산 상을 포함하는 상 역전된 에멀젼을 생성시키고, 토너-크기의 액적을 응고시켜 토너 입자를 수득함을 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명의 방법은 유기 용매의 부재하에 산 그룹을 갖는 폴리에스테르 수지를 용융 혼합하고, 계면활성제를 수지에 가하고, 수지에 염기성 중화제와 물을 가하여 에멀젼을 형성함을 포함할 수 있다.
본 발명의 방법은 토너의 제조 비용을 절감시키고 친환경적일 수 있다.
수지
어떠한 토너 수지라도 본 발명의 공정에 이용할 수 있다. 이러한 수지는 차례로, 임의의 적합한 중합방법을 통하여 임의의 적합한 단량체(들)로도 제조할 수 있다. 양태에서, 수지는 유화 중합 이외의 방법으로 제조할 수 있다.
양태에서, 수지는 디올을 임의의 촉매의 존재하에 이산(diacid)과 반응시켜 형성된 폴리에스테르 수지일 수 있다. 결정성 폴리에스테르를 형성하기 위하여, 적합한 유기 디올은 탄소수 약 2 내지 약 36의 지방족 디올을 포함한다. 지방족 디올은 예를 들면, 수지 약 40 내지 약 60mol%, 양태에서는 약 42 내지 약 52mol%, 다른 양태에서는 약 45 내지 약 50mol%의 양으로 선택될 수 있고, 알칼리 설포-지방족 디올은 수지 약 0 내지 약 10mol%, 양태에서는 수지 약 0.5 내지 약 4mol%의 양으로 선택될 수 있다. 추가의 양태에서는, 알칼리 설포-지방족 그룹의 존재가 토너의 습윤 민감성을 유발할 수 있으므로, 폴리에스테르 수지에 알칼리 설포-지방족 그룹이 부족할 수 있다.
결정성 수지는 융점이 예를 들면, 약 30 내지 약 120℃, 양태에서는 약 50 내지 약 90℃로 다양할 수 있다. 결정성 수지는 폴리스티렌 표준물을 사용한 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정한 수평균 분자량(Mn)이, 예를 들면, 약 1,000 내 지 약 50,000, 양태에서는 약 2,000 내지 약 25,000이고, 중량평균 분자량(Mw)이 예를 들면, 약 2,000 내지 약 100,000, 양태에서는 약 3,000 내지 약 80,000이다. 결정성 수지의 분자량 분포(Mw/Mn)는 예를 들면, 약 2 내지 약 6, 양태에서는 약 2 내지 약 4일 수 있다.
양태에서, 불포화 폴리에스테르 수지가 토너 수지로서 이용될 수 있다.
양태에서, 적합한 폴리에스테르 수지는 화학식 1의 폴리(프로폭시화 비스페놀 A 코-푸마레이트) 수지일 수 있다:
Figure 112009009088862-PAT00001
위의 화학식 1에서,
m은 약 5 내지 약 1000, 양태에서는 약 10 내지 약 500, 다른 양태에서는 약 15 내지 약 200일 수 있다.
1종, 2종 또는 그 이상의 토너 수지가 사용될 수 있다. 2종 이상의 토너 수지가 사용되는 양태에서, 토너 수지는 임의의 적합한 비(예: 중량 비), 예를 들면, 약 10%(제1 수지)/90%(제2 수지) 대 약 90%(제1 수지)/10%(제2 수지)일 수 있다.
염기성 제제
수지는, 일단 수득되면, 승온에서 용융 혼합될 수 있고, 염기 또는 염기성 제제가 여기에 첨가될 수 있다. 염기는 고체이거나, 양태에서는, 수용액의 형태로 첨가될 수 있다. 양태에서, 본 발명에 따르는 수지 에멀젼을 형성시키는 데 이용되는 알칼리 수용액은 물, 양태에서는 탈이온수(DIW), 및 알칼리성 pH를 갖는 알칼리 수용액을 제공하는 하나 이상의 염기성 제제를 포함한다.
위의 염기성 중화제와 함께 산 그룹을 갖는 수지를 이용하여, 약 50 내지 약 300%, 양태에서는 약 70 내지 약 200%의 중화 비가 달성될 수 있다. 양태에서, 중화 비는 다음 수학식 1을 사용하여 계산할 수 있다:
10% NH3의 당량에서의 중화 비/수지(g)/수지 산 값/ 0.303*100
위에서 주목한 바와 같이, 산 그룹을 갖는 수지에 염기성 중화제를 가할 수 있다. 따라서, 염기성 중화제는 산 그룹을 갖는 수지를 포함하는 에멀젼의 pH를 약 5 내지 약 9, 양태에서는 약 6 내지 약 8로 상승시킬 수 있다. 산 그룹의 중화는, 양태에서, 에멀젼의 형성을 향상시킬 수 있다.
계면활성제
양태에서, 본 발명의 공정은 수지를 승온에서 용융 혼합하기 전, 용융 혼합하는 동안 또는 용융 혼합한 후에 계면활성제를 가함을 임의로 포함한다. 양태에서, 계면활성제는 수지를 승온에서 용융 혼합시킨 후에 가할 수 있다. 수지 에멀젼은, 이용되는 경우, 1종, 2종 또는 그 이상의 계면활성제를 포함할 수 있다. 계면활성제는 이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제로부터 선택될 수 있다. 음 이온성 계면활성제와 양이온성 계면활성제가 "이온성 계면활성제"라는 용어에 포함된다. 양태에서, 계면활성제는 약 5 내지 100중량%(순수한 계면활성제), 또는 약 30 내지 100중량%의 농도를 갖는 수용액으로서 첨가할 수 있다. 양태에서, 계면활성제는 수지의 약 0.01 내지 약 20중량%, 예를 들면, 약 0.1 내지 약 10중량%, 양태에서는 약 1 내지 약 8중량%의 양으로 존재하도록 이용될 수 있다.
가공
위에서 주목한 바와 같이, 본 발명의 방법은 수지를 승온에서 용융 혼합함을 포함하며, 여기서 유기 용매는 당해 방법에 이용되지 않는다. 1종 이상의 수지가 수성 에멀젼을 형성하는 데 이용될 수 있다.
따라서, 양태에서, 수성 에멀젼의 제조방법은 하나 이상의 수지를 승온으로 가열하고, 혼합물을 교반하고, 온도를 승온에서 유지시키면서, 알칼리성 수용액, 임의의 계면활성제 및/또는 물을, 상 역전이 발생하여 상 역전된 수성 에멀젼을 형성할 때까지, 혼합물로 계량 투입함을 포함한다.
양태에서, 계면활성제는 수지 조성물의 하나 이상의 성분에, 용융 혼합 전, 용융 혼합 동안 또는 용융 혼합 후에 가하여, 본 발명의 상 역전된 에멀젼의 형성을 향상시킬 수 있다. 알칼리성 수용액, 임의의 계면활성제 및/또는 물을 가하면 계면활성제 및/또는 물 조성물의 액적을 갖는 분산 상과 수지의 용융 성분을 포함하는 연속 상을 포함하는 에멀젼이 형성된다.
양태에서, 상 역전된 에멀젼이 형성될 수 있다. 상 역전은 알칼리성 수용 액, 임의의 계면활성제 및/또는 물 조성물을 계속해서 가하여 수지 조성물의 용융 성분들을 갖는 액적을 포함하는 분산 상과 계면활성제 및/또는 물 조성물을 포함하는 연속 상을 포함하는 상 역전된 에멀젼을 생성함으로써 달성할 수 있다.
양태에서, 본 발명의 방법은 수지 조성물의 하나 이상의 성분을 승온으로 가열하고, 수지 조성물을 교반하고, 온도를 승온에서 유지시키면서, 임의로 알칼리 수용액 중의 염기와 임의의 계면활성제를 혼합물로 가하여 분산 상과 수지 조성물을 포함하는 연속 상을 포함하는 에멀젼의 형성을 향상시키고, 알칼리성 수용액과 임의의 계면활성제를 상 역전이 발생하여 상 역전된 에멀젼을 형성할 때까지 계속해서 가함을 포함할 수 있다.
위에서 언급한 가열에서, 승온으로의 가열은 약 30 내지 약 300℃, 양태에서는 약 50 내지 약 200℃, 다른 양태에서는 약 70 내지 약 150℃일 수 있다. 가열은 일정한 온도에서 유지시킬 필요는 없고 변할 수 있다.
온도가 위에서 언급한 범위에서 유지되는 동안, 수성 알칼리 조성물과 임의의 계면활성제는 적어도 상 역전이 달성될 때까지 가열된 혼합물로 계량 투입할 수 있다.
상 역전된 에멀젼의 형성을 향상시키는 데 교반을 이용할 수 있다. 어떠한 적합한 교반 장치라도 이용될 수 있다. 교반 속도는 일정할 필요는 없고, 변화될 수 있다. 양태에서, 교반은 분당 약 10회전(rpm) 내지 약 5,000rpm, 양태에서는 약 20 내지 약 2,000rpm, 다른 양태에서는 약 50 내지 약 1,000rpm에서 수행될 수 있다.
양태에서, 본 발명의 방법은 용융 상태로 가열하는 동안 약 50 내지 약 200rpm의 속도에서, 임의의 계면활성제와 수성 알칼리 조성물을 가하는 동안 약 600 내지 약 1,000rpm의 속도에서 교반하여 상 역전을 수행함을 포함할 수 있다.
위에서 주목한 바와 같이, 본 발명에 따라, 알칼리 수용액을 용융 혼합 후에 수지에 가할 수 있다. 이용된 수지가 산 그룹을 갖는 양태에서는, 알칼리 수용액의 첨가가 유용할 수 있다. 알칼리 수용액은 수지의 산 그룹을 중화시켜, 상 역전된 에멀젼의 형성 및 토너 조성물의 형성에 사용하기에 적합한 입자의 형성을 향상시킬 수 있다.
첨가 전에, 염기성 중화제는 약 20 내지 약 25℃의 실온을 포함하는 어떠한 적합한 온도에서라도, 또는 승온, 예를 들면, 위에서 언급한 승온에서 존재할 수 있다.
방법이, 염기성 중화제와 임의의 계면활성제를 첨가한 후 물을 가하는 공정을 추가로 포함하는 양태에서, 물은 매 10분마다 수지의 약 0.01 내지 약 10중량%, 양태에서는 약 0.5 내지 약 5중량%, 다른 양태에서는 약 1 내지 약 4중량%의 속도로 혼합물로 계량 투입할 수 있다. 물의 첨가 속도는 일정할 필요는 없고, 변할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 수지와 계면활성제(들)의 혼합물 700g에 대하여, 물은 매 10분마다 약 0.07 내지 약 70g, 양태에서는 약 3.5 내지 약 35g, 다른 양태에서는 약 7 내지 약 28g의 속도로 가할 수 있다.
상 역전 시점은 에멀젼의 성분, 가열 온도, 교반 속도 등에 따라 변할 수 있지만, 상 역전은 염기성 중화제, 임의의 계면활성제 및 임의의 물을 가하여 수득한 수지가 에멀젼의 약 30 내지 약 70중량%, 양태에서는 약 35 내지 약 65중량%, 다른 양태에서는 약 40 내지 약 60중량%의 양으로 존재하도록 하는 경우에 발생할 수 있다.
상 역전시, 수지 입자는 수성 상 내에서 유화되고 분산되게 된다. 즉, 수성 상 중의 수지 입자의 수중유 에멀젼이 형성된다. 상 역전은, 예를 들면, 문헌[참조: Z. Yang et al., "Preparation of Waterborne Dispersions of Epoxy Resin by the Phase-Inversion Emulsification Technique," Colloid Polym Sci, vol. 278, pgs 1164-1171 (2000)]에 기재된 기술 중의 어느 것을 통해서라도 측정하여 확인할 수 있다.
수성 에멀젼은 예를 들면, 상 역전을 수반한 공정으로 형성된다. 이러한 방법은 에멀젼이 에멀젼의 수지의 조기 가교결합을 피하는 온도에서 형성될 수 있도록 한다.
상 역전 후, 추가의 계면활성제, 물 및/또는 알칼리성 수용액을 임의로 가하여 상 역전된 에멀젼을 희석시킬 수 있지만, 필수적이지는 않다. 어떠한 추가의 계면활성제, 물 또는 알칼리 수용액이라도 위의 계량 투입 속도보다 신속한 속도로 가할 수 있다. 상 역전 후, 상 역전된 에멀젼은 실온, 예를 들면, 약 20 내지 약 25℃로 냉각시킬 수 있다.
수성 매질 중의 유화 수지 입자는 마이크론 이하의 크기, 예를 들면, 약 1㎛ 이하, 양태에서는 약 500㎚ 이하, 예를 들면, 약 10 내지 약 500㎚, 양태에서는 약 50 내지 약 400㎚, 다른 양태에서는 약 100 내지 약 300㎚, 일부 양태에서는 약 200㎚일 수 있다.
본 발명에 따라, 본원에서의 공정은 출발 수지, 양태에서는 에멀젼을 형성하는 데 이용되는 벌크 또는 예비 제조된 수지의 동일한 분자량 특성을 보유하는 유화 수지 입자를 생성할 수 있다고 밝혀졌다.
추가의 양태에서는, 본 발명은 또한 유기 용매의 부재하에 토너 입자를 제조하는 방법을 제공한다. 양태에서, 본 발명의 방법은 위에서 논의한 유기 용매의 부재하에 승온에서 수지를 용융 혼합시키고, 수지의 용융 혼합 전, 용융 혼합 동안 또는 용융 혼합 후, 임의로 계면활성제를 가하고, 임의로 토너 조성물의 하나 이상의 추가 성분, 예를 들면, 착색제, 왁스 및 기타 첨가제를 가하고, 염기성 제제 및 물을 가하고, 상 역전을 수행하여 용융 수지를 포함하는 토너-크기의 액적과 토너 조성물의 임의의 성분을 포함하는 분산 상을 포함하는 상 역전된 에멀젼을 생성하고, 토너-크기의 액적을 응고시켜 토너 입자를 수득함을 포함한다.
양태에서, 착색제, 왁스 및 기타 첨가제를 포함하는 토너 조성물의 임의의 추가 성분은 수지의 용융 혼합 전, 용융 혼합 동안 또는 용융 혼합 후에 첨가할 수 있다. 추가의 성분은, 임의의 계면활성제의 첨가 전, 첨가 동안 또는 첨가 후에 가할 수 있다. 추가의 양태에서, 착색제는 임의의 계면활성제의 첨가 전에 가할 수 있다.
액적은 상 역전된 에멀젼의 분산 상 중에서 토너-크기일 수 있기 때문에, 양태에서, 액적을 응고시켜 토너 입자를 수득하기 전에 액적을 응집시켜 이의 크기를 증가시킬 필요가 없을 수 있다. 그러나, 액적의 이러한 응집/유착(coalescence)은 임의적이고, 기재된 응집/유착 기술을 포함하는, 본 발명의 양태에 사용될 수 있다.
촉매
양태에서, 상 역전된 에멀젼은 또한 수지를 가교결합시키기 위한 경화제 또는 촉매를 내부에 포함시킬 수도 있다. 촉매는 열 가교결합 촉매, 예를 들면, 160℃ 이하, 예를 들면, 약 50 내지 약 160℃, 또는 약 100 내지 약 160℃의 온도에서 가교결합을 개시하는 촉매일 수 있다.
촉매가 사용되는 경우, 촉매는 예를 들면, 상 역전 전에 용융 혼합시킴으로써 토너 조성물로 혼입시킬 수 있다. 다른 양태에서, 촉매는 상 역전 후에 토너 조성물에 가할 수 있다.
양태에서, 상 역전된 에멀젼은 우수한 저장 안정성을 가지며, 예를 들면, 실온 조건하에 시간 경과에도 실질적으로 안정한 상태로 잔존할 수 있다.
토너
위에서 기재된 바와 같이 형성된 에멀젼은 토너 조성물을 형성하는 데 이용될 수 있다. 이러한 토너 조성물은 임의의 착색제, 왁스 및 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 토너는 당업자의 이해 범위 내에서 어떠한 방법을 이용해서라도 형성될 수 있다.
착색제
첨가되는 착색제로서, 다양한 공지된 착색제, 예를 들면, 염료, 안료, 염료의 혼합물, 안료의 혼합물, 염료와 안료의 혼합물 등을 토너에 포함시킬 수 있다. 착색제는 토너의 중량을 기준으로 하여, 토너의 약 0.1 내지 약 35중량%, 또는 약 1 내지 약 20중량%, 또는 약 3 내지 약 15중량%의 양으로 포함시킬 수 있다.
왁스
임의로, 왁스를 또한 수지 에멀젼과 포함시키거나, 토너 입자를 형성시 수지 및 착색제와 배합할 수 있다. 왁스는, 포함되는 경우, 토너 입자의 중량을 기준으로 하여, 약 1 내지 약 30중량%, 양태에서는 약 5 내지 약 25중량%의 양으로 존재할 수 있다.
선택될 수 있는 왁스는 중량평균 분자량이 예를 들면, 약 500 내지 약 20,000, 양태에서는 약 1,000 내지 약 10,000인 왁스를 포함한다.
토너 제조
양태에서, 본 발명의 수지 에멀젼으로 제조한 토너는, 수지, 임의로 착색제(토너 조성물은 착색제가 사용되지 않는 경우, "무색" 또는 "투명"이라고 언급함), 임의로 왁스 및 임의로 전하 조절제를 포함할 수 있다. 양태에서, 위에서 기재한 상 역전을 수행하기 전에, 모든 토너 성분들, 예를 들면, 수지, 알칼리 수용액, 왁스, 착색제 및 전하 조절제는, 토너 입자가 상 역전시 형성되도록 배합할 수 있다. 다른 양태에서는, 상 역전을 위에서 기재한 바와 같이 수행하여 수지 에멀젼을 제조하고, 그 다음 나머지 토너 성분들을 에멀젼에 가하여 당업자의 이해 범위 내의 어떠한 적합한 방식에 의해서라도 토너 입자를 형성할 수 있다.
따라서, 양태에서, 상 역전을 수행하기 전에, 수지, 착색제, 왁스 및 내부 전하 조절제를 포함하는 "내부" 토너 성분들이 혼합물에 존재할 수 있으며, 상 역전을 수행하기 전에 "외부" 토너 성분들을 포함시키는 것은 임의적이다. 용어 "내부" 및 "외부"는 토너 성분들이 수득한 토너 입자 전체에 나타나는지 또는 이의 표면 위에서만 나타나는지를 말한다. 양태에서, 상 역전을 수행하기 전에, 토너 조성물의 성분들은 약 60 내지 약 200℃의 어떠한 적합한 온도에서라도 약 10분 내지 약 10시간의 시간 동안 약 100 내지 약 800rpm의 교반 속도에서 용융 혼합시켜 블렌딩할 수 있다.
상 역전된 에멀젼에 대하여, 토너 조성물의 성분(들)은 상 역전된 에멀젼의 약 5 내지 약 35중량%, 양태에서는, 약 5 내지 약 20중량%, 다른 양태에서는 약 10 내지 약 20중량%의 양으로 존재할 수 있다.
다른 양태에서, 토너는 착색제, 임의로 왁스 및 임의의 기타 목적하거나 필요한 첨가제, 및 수지를 포함하는 상 역전된 에멀젼의 혼합물을 응집시킨 다음, 임의로 응집된 입자들을 유착시킴을 포함하는 공정으로 제조할 수 있다.
양태에서, 수지를 포함하는 토너 입자의 제조방법은 위에서 기재된 수지의 상 역전된 에멀젼 및 착색제 분산액, 임의의 왁스 분산액 및 기타 첨가제를 혼합 및 가열하고, 이를 응집제를 함유하는 수용액에 가하고, 임의로 냉각시키고, 임의 로 왁스 및 기타 첨가제를 가함을 포함할 수 있다.
토너 입자를 형성하기 위하여, 출발 상 역전된 수지 에멀젼의 고형분 함량은 상 역전된 에멀젼의 약 5 내지 약 50%, 양태에서는 약 5 내지 약 20%, 다른 양태에서는 약 10 내지 약 30%일 수 있다. 이러한 고형분 함량을 달성하기 위하여, 상 역전된 에멀젼은 위에서 논의한 바와 같이 형성 동안 희석시킬 수 있거나, 추가의 물을 위에서 논의한 바와 같이 가하여 토너 입자 형성 공정 동안 희석시킬 수 있다.
외부 표면 첨가제가 배제된 건조 토너 입자는 용적 평균 직경이 약 3 내지 약 25㎛, 약 3 내지 약 12㎛, 또는 약 5 내지 약 10㎛일 수 있다. 당해 입자는 또한 기하 크기 분포(GSD: geometric size distribution)(수 및/또는 용적)가 예를 들면, 약 1.05 내지 약 1.35, 예를 들면, 약 1.10 내지 약 1.30, 또는 약 1.15 내지 약 1.25일 수 있다. 여기서, 기하 크기 분포는, 예를 들면, D84를 D16으로 나눈 값의 제곱근을 말하며, 콜터 카운터(Coulter Counter)로 측정한다. 예를 들면, 입자의 16%의 누적 백분율이 달성되는 입자 직경은, 용적 및/또는 수 D16이라고 하고, 84%의 누적 백분율이 달성되는 입자 직경은 용적 및/또는 수 D84라고 한다.
응집 및 유착
양태에서, 예를 들면, 에멀젼 중의 결합제 수지의 마이크론 이하 크기의 입자를 응집제 또는 응고제의 존재하에 토너 입자 크기로 응집시키는, 유화 응집방법을 이용하여 약 100℃ 이하, 예를 들면, 약 30 내지 약 100℃, 양태에서는 약 40 내지 약 90℃의 온도에서 토너 입자를 제조할 수 있다.
토너를 형성하는 데 이용되는 혼합물에, 응집제를 혼합물 중의 수지의 중량을 기준으로 하여, 예를 들면, 약 0.1 내지 약 8중량%, 양태에서는 약 0.2 내지 약 5중량%, 다른 양태에서는 약 0.5 내지 약 5중량%의 양으로 가할 수 있다. 이는 응집용 제제의 충분량을 제공한다.
입자의 응집 및 유착을 조절하기 위하여, 양태에서 응집제는 혼합물로 시간 경과에 따라 계량 투입할 수 있다. 예를 들면, 상기 제제는 약 5 내지 약 240분, 양태에서는 약 30 내지 약 200분 동안 혼합물로 계량 투입할 수 있지만, 목적하거나 요구되는 다소의 시간이 사용될 수 있다. 상기 제제의 첨가가 또한 수행될 수 있고, 그 동안 혼합물은 교반 조건하에, 양태에서는 약 50 내지 약 1,000rpm, 다른 양태에서는 약 100 내지 약 500rpm하에, 위에서 논의된 승온에서 유지시킨다.
입자는 소정의 목적하는 입자 크기가 수득될 때까지 응집 및/또는 유착시킬 수 있다. 소정의 목적하는 크기는 형성 전에 결정된 대로 수득되는 목적하는 입자 크기를 말하고, 입자 크기는 입자 크기가 달성될 때까지 성장 공정 동안 모니터링된다. 샘플은 성장 공정 동안 채취하여, 예를 들면, 평균 입자 크기의 경우 콜터 카운터로 분석할 수 있다. 따라서, 응집/유착은, 승온에서 유지시키거나, 온도를, 예를 들면, 약 30 내지 약 100℃로 서서히 상승시키거나, 혼합물을 이 온도에서 약 0.5 내지 약 10시간 동안, 양태에서는 약 1 내지 약 5시간 유지시키면서 교반을 유지시켜 진행시켜, 응집된 입자를 제공한다. 일단, 소정의 목적하는 입자 크기가 달성되면, 성장 공정이 중단된다. 양태에서, 소정의 목적하는 입자 크기는 위에서 언급한 토너 입자 크기 범위 내에 있다.
응집제의 첨가 후에 어떠한 적합한 조건하에서라도 입자의 성장 및 성형을 달성할 수 있다. 예를 들면, 성장 및 성형은 유착과는 별도로 응집이 발생하는 조건하에 수행될 수 있다. 개별적인 응집 및 유착 단계의 경우, 응집 공정은 승온, 예를 들면, 위에서 논의된 수지의 유리전이 온도 미만일 수 있는, 약 40 내지 약 90℃, 양태에서는 약 45 내지 약 80℃에서 전단 조건하에 수행할 수 있다.
목적하는 입자 크기로의 응집 후, 입자는 이어서, 목적하는 최종 형상으로 유착시킬 수 있으며, 유착은 예를 들면, 혼합물을 수지의 유리전이 온도 이상인, 약 50 내지 약 105℃, 양태에서는 약 65 내지 약 100℃의 온도로 가열하고/하거나, 교반 속도를 예를 들면, 약 400 내지 약 1,000rpm, 양태에서는 약 500 내지 약 800rpm으로 증가시켜 달성된다. 그보다 높거나 낮은 온도가 사용될 수 있으며, 온도는 결합제에 사용되는 수지의 함수임을 이해한다. 유착은 약 0.01 내지 약 10시간, 양태에서는 약 0.1 내지 약 6시간에 걸쳐 달성될 수 있다.
응집 및/또는 유착 후, 혼합물은 실온, 예를 들면, 약 20 내지 약 25℃로 냉각시킬 수 있다. 냉각은 목적하는 바와 같이 신속하거나 느릴 수 있다. 적합한 냉각방법은 냉수를 반응기 주위의 재킷으로 도입함을 포함할 수 있다. 냉각 후, 토너 입자는 물로 임의로 세척한 다음, 건조시킬 수 있다. 건조는 예를 들면, 동결 건조를 포함하는 건조에 대한 어떠한 적합한 방법에 의해서라도 달성될 수 있다.
첨가제
양태에서, 토너 입자는 목적하는 바와 같이 또는 필요한 만큼 임의의 첨가제를 함유할 수도 있다. 예를 들면, 토너는 양전하 또는 음전하 조절제를, 예를 들면, 토너의 약 0.1 내지 약 10중량%, 양태에서는 약 1 내지 약 3중량%의 양으로 포함할 수 있다.
또한, 토너 입자의 표면에 존재할 수 있는 유동 보조 첨가제를 포함하는 토너 입자 외부 첨가제 입자와 블렌딩될 수 있다.
양태에서, 외부 표면 첨가제를 제외한 건조 토너 입자는 다음의 특성을 가질 수 있다:
(1) 용적 평균 직경("용적 평균 입자 직경"이라고도 함) 약 3 내지 약 25㎛, 양태에서는 약 5 내지 약 15㎛, 다른 양태에서는 약 7 내지 약 12㎛.
(2) 수 평균 기하 크기 분포(GSDn) 및/또는 용적 평균 기하 크기 분포(GSDv) 약 1.05 내지 약 1.45, 양태에서는 약 1.1 내지 약 1.4.
(3) 원형도 약 0.9 내지 약 1(예를 들면, 시스멕스(Sysmex) FPIA 2100 분석기로 측정함).
양태에서, 위의 토너 입자 특성은 토너-크기의 액적을 응고시켜 토너 입자를 수득한 다음, 여과 등의 어떠한 임의의 공정 후에 측정할 수 있다.
토너 입자의 특성은 어떠한 적합한 기술 및 장치에 의해서라도 측정할 수 있다. 용적 평균 입자 직경 D50v, GSDv 및 GSDn은 제조자의 지시에 따라 작동되는, 벡크만 콜터 멀티사이저(Beckman Coulter Multisizer) 3 등의 측정 기구에 의하여 측정할 수 있다. 대표적인 샘플링은 다음과 같이 수행할 수 있다: 소량의 토너 샘플 약 1g을 수득하고 25㎛ 스크린을 통하여 여과시킨 다음, 등장성 용액에 넣어 약 10% 농도를 수득하며, 샘플은 이어서 벡크만 콜터 멀티사이저 3 속에서 측정된다.
현상제
토너 입자를 현상제 조성물로 배합시킬 수 있다. 토너 입자는 캐리어 입자와 혼합하여 2성분 현상제 조성물을 달성할 수 있다. 현상제 중의 토너 농도는 현상제의 총 중량의 약 1 내지 약 25중량%, 양태에서는 약 2 내지 약 15중량%일 수 있다.
캐리어
선택된 캐리어 입자는 피복하거나 피복하지 않고 사용될 수 있다.
양태에서, PMMA는 수득한 공중합체가 적합한 입자 크기를 보유하는 한, 어떠한 목적하는 공단량체로도 임의로 공중합될 수 있다. 캐리어 입자는, 중합체가 기계적 충격 및/또는 정전기 인력에 의하여 캐리어 코어에 접착될 때까지, 캐리어 코어를 피복된 캐리어 입자의 중량을 기준으로 하여, 약 0.05 내지 약 10중량%, 양태에서는 약 0.01 내지 약 3중량%의 양의 중합체와 혼합하여 제조할 수 있다.
캐리어 입자는 토너 입자와 다양한 적합한 배합으로 혼합될 수 있다. 농도는 토너 조성물의 약 1 내지 약 20중량%일 수 있다. 그러나, 상이한 토너 및 캐리어 백분율이 사용되어 목적하는 특성을 갖는 현상제 조성물을 달성할 수 있다.
화상형성
토너는 미국 특허 제4,295,990호에 기재된 것을 포함하는, 정전기록용 또는 제로그래피용 공정에 대하여 이용될 수 있다. 양태에서, 어떠한 공지된 유형의 화상 현상 시스템이라도 예를 들면, 자기 브러쉬 현상, 점핑 단일 성분 현상, 혼합형 무포착 현상(HSD: hybrid scavengeless development) 등을 포함하는, 화상 현상 장치에 사용될 수 있다. 이들 및 유사한 현상 시스템은 당업자의 이해 범위 내에 있다.
화상형성 공정은, 예를 들면, 하전 성분, 화상형성 성분, 광전도 성분, 현상 성분, 전달 성분 및 접합 성분을 포함하는 제로그래피 장치로 화상을 제조함을 포함한다. 양태에서, 현상 성분은 캐리어를 본원에서 기재한 토너 성분과 혼합하여 제조한 현상제를 포함할 수 있다. 제로그래피 장치는 고속 프린터, 흑백 고속 프린터, 컬러 프린터 등을 포함할 수 있다.
일단 화상이 위에서 언급한 방법 중의 어느 하나와 같은 적합한 화상 현상법을 통하여 토너/현상제로 형성되면, 화상은 이어서 화상 수용 매체, 예를 들면, 종이 등으로 전달될 수 있다. 양태에서, 토너는 퓨저 로울 구성원(fuser roll member)을 이용하는 화상-현상 장치에서 화상을 현상시키는 데 사용할 수 있다. 퓨저 로울 구성원은 당업자의 이해 범위 내에 있는 접촉 접합 장치이며, 여기서 로울로부터의 열과 압력이 토너를 화상 수용 매체로 접합시키는 데 사용될 수 있다. 양태에서, 퓨저 구성원은 화상 수용 기판 위로의 용융 후 또는 용융 동안, 토너의 접합 온도 초과, 예를 들면, 약 70 내지 약 210℃, 양태에서는 약 80 내지 약 205℃, 다른 양태에서는 약 90 내지 약 200℃의 온도로 가열될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 제조한 수지의 입자 크기를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조한 수지의 입자 크기를 나타내는 그래프이다.

Claims (4)

  1. 수지를 유기 용매의 부재하에 용융 혼합하고,
    임의로 계면활성제를 상기 수지에 가하고,
    상기 수지에 염기성 제제와 물을 가하여 수지 입자의 에멀젼을 형성함을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 수지가 무정형 수지, 결정성 수지 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 산 그룹을 갖는 폴리에스테르 수지를 포함하고, 수지가 무정형 수지이고 용융 혼합이 수지의 유리 전이 온도를 초과하는 온도에서 수행되고, 염기성 제제가 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화리튬, 탄산칼륨, 오가노아민 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 계면활성제가 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 계면활성제가 수지의 중량을 기준으로 하여, 약 0.01 내지 약 20중량%의 양으로 존재하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 염기성 제제가 수용액의 형태로 첨가되는 방법.
  4. 수지를 유기 용매의 부재하에 용융 혼합하고,
    임의로 계면활성제를 상기 수지에 가하고,
    임의로 토너 조성물의 하나 이상의 추가 성분을 상기 수지에 가하고,
    상기 수지에 염기성 제제와 물을 가하고,
    상 역전을 수행하여 용융 수지와 토너 조성물의 임의의 성분을 포함하는 토너-크기의 액적(toner-sized droplet)을 포함하는 분산 상을 포함하는 상 역전된 에멀젼을 생성하고,
    토너-크기의 액적을 응고시켜 토너 입자를 수득함을 포함하는 방법.
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