KR101254842B1

KR101254842B1 - 액체 토너용 전하 디렉터

Info

Publication number: KR101254842B1
Application number: KR1020087030066A
Authority: KR
Inventors: 야코브 알모그; 아비 콜러; 엘리아드 실코프; 알버트 테이세브; 야파 이스라엘리; 게리 라르손; 루페이 린
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2013-04-15
Also published as: KR20090008470A; CN101473275A; US9417545B2; EP2016467B1; EP2016467A1; CN101473275B; JP4937342B2; US20090311614A1; US20120018683A1; WO2007130069A1; US20160170320A1; US9353267B2; JP2009536750A

Abstract

본 발명은 (a) 단순 염의 나노입자; 및 (b) 하기 화학식 a의 설포숙신에이트 염을 포함하는, 액체 토너를 대전하기 위한 전하 디렉터 물질에 관한 것이다:

화학식 a

MA_n

상기 식에서,

M은 금속이고; n은 M의 원자가이고; A는 하기 화학식 I의 이온이고:

화학식 I

[R₁-O-C(O)CH₂CH(SO₃ ^-)C(O)-O-R₂]

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.

상기 전하 디렉터 물질은, 상기 화학식 I에서 R₁ 및 R₂중 하나 또는 둘다가 수소이되 이들중 하나만이 수소인 경우 다른 것은 알킬 기인 산을 실질적으로 함유하지 않는다.

Description

액체 토너용 전하 디렉터{CHARGE DIRECTOR FOR LIQUID TONER}

본 발명은 액체 전자사진에서의 전하 디렉터, 이러한 전하 디렉터로서 유용한 일부 화학 물질, 및 이러한 물질을 제조하고 사용하는 방법에 관한 것이다.

많은 프린팅 시스템에서, 광전도성 표면을 사용함으로써 이미지의 하드카피를 현상하는 것이 통상적인 수단이다. 광전도성 표면은 이미지와 배경 구역을 갖는 정전 잠상을 사용하여 선택적으로 대전된다. 담체 액체내에 대전된 토너 입자를 포함하는 액체 현상액은 선택적으로 대전된 광전도성 표면에 접촉된다. 대전된 토너 입자는 잠상의 이미지 구역에 부착되는 반면, 배경 구역은 투명하게 남아 있다. 하드카피 물질(예: 종이)은 잠상을 전송하기 위하여 광전도성 표면과 직접적으로 또는 간접적으로 접촉하게 된다. 이러한 방법의 변형은 광수용체 또는 유전 물질상에 정전 잠상을 형성하기 위한 상이한 방식을 사용한다.

전형적으로, 액체 현상액(본원에서 잉크 또는 토너로도 지칭됨)은 토너 입자(본원에서 잉크 입자로도 지칭됨)용 기제로서 열가소성 수지(중합체), 및 토너 입자가 분산되는 담체 액체로서 비-극성 액체를 포함한다. 일반적으로, 토너 입자 는 안료와 같은 착색제를 포함한다.

전하 디렉터(전하 조절제 또는 조영제(imaging agent)로도 지칭됨)를 또한 분산액에 첨가하여 입자상에 전하를 유도한다. 당업계에 공지된 바와 같이, 전하 보조제는 전하 디렉터의 대전 효과를 증가시키도록 첨가될 수 있다.

그 개시내용을 본원에 참고로 인용하는 미국특허출원공개 제2004/0241567호는 이미지 형성 장치를 위한 액체 현상액을 기술하고, "사용되는 다른 전하 조절제는 다음과 같은 것을 포함한다: 다이알킬 설포숙신에이트의 금속 염 ..."이라고 언급한다.

그 개시내용을 본원에 참고로 인용하는 미국특허 제4,585,535호 및 이의 분할특허 제4,719,026호는 전기영동적으로 강자성 물질을 테이프상에 침착시켜 고밀도 기록 매질을 제조하는 방법에 관한 것으로, "2개의 명백히 상이한 종류의 전하 디렉터가 존재한다. 첫 번째로, 이소파르(Isopar)중 전하 디렉터는 토너 입자와 혼합되는 경우에 수득된 전도성보다 큰 1kHz에서 측정된 전도성을 가진다. 예로는 레시틴 및 바륨 페트로네이트가 있다. 두 번째 경우로, 이소파르중 전하 디렉터는 거의 전도성을 가지지 않는다. ... 바륨 설포숙신에이트(BaOT) 및 비스트라이데실 설포숙신에이트의 염이 이러한 경우의 예이다"라고 설명하고 있다.

동일한 음이온의 나트륨 염으로부터의 다이-2-에틸-헥실-설포숙신에이트 염의 다양한 금속 염의 합성은 그 개시내용을 본원에 참고로 인용하는 문헌[Bull. Soc. Chim. Belg. 1979, 88(1-2), 31-36]에 기술되어 있다.

비스트라이데실 설포숙신에이트의 염과 관련된 다른 문헌은 미국특허 제6,669,984호, 제6,270,884호, 제5,246,916호, 제UW 4,990,416호, 제6,958,091호, 제6,946,028호, 제6,899,757호, 제6,897,251호, 제6,235,100호, 제5,889,162호, 제5,679,724호, 제5,595,723호, 제5,558,855호 및 제4,766,061호이며, 이들의 모든 개시내용을 본원에 참고로 인용한다.

발명의 요약

본 발명의 일부 양태의 양상은 액체 전자사진 시스템에 사용하기 위한 신규한 전하 디렉터 물질의 제공이다. 이러한 양상에 따른 전하 디렉터는 하나의 화학적인 대전 성분을 가진다. 다수의 종래 기술의 전하 디렉터는 상이한 화학적 성질을 갖는 수개의 전하 디렉터 성분의 혼합물이다.

전하 디렉터로서 물질의 혼합물을 사용하는 것의 가능한 단점은 잉크 입자의 표면상에 특정 전하 디렉터 성분의 선택적인 흡착의 가능성이다. 이는 잉크 입자에 대한 이의 친화성에 민감한 성분의 차별적인 소모를 야기할 수 있다. 따라서, 연속적인 프린팅 공정 동안 전하 디렉터 조성물내의 제어가능하지 않은 변화가 예상될 수 있다. 이는 전하 디렉터의 장기 특성에 불리한 영향을 줄 수 있고, 열화된 프린트 품질을 초래한다.

하나의 전하 디렉터 성분을 함유하는, 전기적으로 안정화된 전하 디렉터의 시스템은 상기 기술된 결점이 존재하지 않을 수 있고, 이에 따라, 담체 액체내의 전하 디렉터 농도는 용이하게 제어될 수 있다. 다른 가능한 단점은 프레스내에서의 단기 또는 장기 프린팅 조작 동안의 화학적인 안정성이다.

다수의 종래 기술의 전하 디렉터는 대두 추출물에 기초한 성분을 포함한다. 이러한 종래 기술의 전하 디렉터는 광전도체 표면상으로의 대두 추출물의 점진적인 비가역적인 접착의 문제점이 있을 수 있고, 이는 광전도체상의 측면 전도성에 영향을 미칠 수 있고, 열화된 프린트 품질을 야기한다. 다수의 비-합성 전하 디렉터 성분은 물에 매우 민감하고, 이에 따라, 이를 포함하는 잉크 또는 토너는 습도의 변화에 따라 전도성이 변할 수 있다.

본 발명의 일부 양태의 양상은 하나 이상의 미셀(micelle) 형성 염 및 단순 염의 나노입자를 포함하는 전하 디렉터 물질의 제공이다. 단순 염은 미셀 형성 염을 갖는 미셀을 위한 핵을 형성할 수는 있지만, 스스로 미셀을 형성하지는 않은 염이다. 이를 구성하는 이온은 모두 친수성이다. 단순 염의 양이온 및 음이온의 비제한적인 예는 Mg⁺², Ca⁺², Ba⁺², NH₄ ⁺, Li⁺, Al⁺³, 테트라부틸 암모늄, Cl^-, Br^-, I^-, SO₄ ^-2, PO₄ ^-3, CO₃ ^-2, HPO₄ ^-2, H₂PO₄ ^-, 트라이플루오로아세테이트 또는 TiO₃ ^-4이다.

선택적으로, 미셀 형성 염은 숙신산의 다이알킬 에스터의 염이다. 본 발명의 일부 양태에서, 전하 디렉터 물질은 다이에스터의 산성 가수분해 생성물이 존재하지 않는다. 이러한 양태에서, 가수분해의 알콜성 생성물은 용인될 수 있고, 일부 경우에는 심지어 이로운 반면, 산성 가수분해 생성물은 가수분해의 결과로서 나타나든지, 또는 임의의 다른 이유에 의해 나타나든지 간에, 존재하지 않는 것이 매우 유리한 것으로 나타난다. 산성 가수분해 생성물의 부재는 전하 디렉터의 대전을 증가시키고, 이의 저장 수명을 증가시키고, 습도 및 일부 안료에 대한 전하 디렉터 민감성을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일부 양태의 양상에서, 미셀 형성 염은 하기 화학식 a의 구조를 가진다:

MA_n

삭제

상기 식에서,

M은 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

A는 하기 화학식 I의 이온이고:
[R₁-O-C(O)CH₂CH(SO₃ ^-)C(O)-O-R₂]
여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.

삭제

예시적인 양태에서, 전하 디렉터 물질은, R₁ 및 R₂중 하나 또는 둘다가 수소인 화학식 I의 산이 실질적으로 존재하지 않는 것을 또한 특징으로 한다.

일부 양태에서, A가 상기 정의된 바와 같은 산 HA가 존재하지 않는 전하 디렉터 물질을 갖는 것이 또한 유리하다. 이는 전하 디렉터 물질의 저장 수명을 증 가시키고, 이의 대전 용량을 증가시키고, 프린트 품질을 개선시킬 수 있다.

예시적인 양태에서, 전하 디렉터 물질은 미셀 형성 염의 미셀, 또는 단순 염의 나노입자를 에워싸는 미셀을 포함한다.

본 발명의 일부 양태의 양상은 다이알킬 설포숙신에이트의 금속 염으로부터 전하 디렉터 물질을 제조하는 방법이다. 이러한 방법은 금속 염을 강 산과 반응시켜 다이알킬 설포숙신산을 수득하는 단계, 및 수득된 산을 강 염기와 반응시켜 전하 디렉터 물질을 제조하는 단계를 포함한다.

이러한 방법에서, 당업자는 시스템내의 모든 양성자를 반응시키는데 필요한 것보다 적은 양의 강 염기를 사용함으로써, 산성 가수분해 생성물이 존재하지 않는 전하 디렉터 물질을 제조할 수 있다. 미반응된 양성자의 보다 약한 염기와의 추가 반응에 의한 유의미한 가수분해를 일으키지 않고 완전한 중화가 달성될 수 있다.

이러한 방법의 재현성을 개선하기 위하여, 강 산의 음이온이 염기가 첨가되기 전에 제거되도록, 염기와 반응시키기 전에 숙신산을 후처리하는 것이 제안될 수 있다. 놀랍게도, 이러한 방식으로 제조된 화합물이 불량한 전하 디렉터임이 밝혀졌다. 대전을 개선하기 위하여, 불량한 전하 디렉터에 단순 염의 나노입자를 첨가하거나 달리 제공하는 것이 가능하다. 추가적으로 또는 선택적으로, 염기와의 반응은 염기와 반응하여 나노입자를 제공할 수 있는 다른 이온성 물질(다이알킬 설포숙신에이트의 금속 염이 아님)의 존재하에 수행될 수 있다.

본 발명의 한 양태에서, 나노입자는 안정화된 상태로, 예를 들어, 이를 안정화시키는 미셀 형성 물질과 함께 제공된다.

본 발명의 일부 양태의 다른 양상은 나노입자 공급원, 예컨대 부분적으로 가용성인 염의 존재하에, 극성 용매중에서 금속 전이(transmetallation)시킴으로써, 전하 디렉터 물질을 제조하는 방법이다.

본 발명의 일부 양태의 다른 양상은 본 발명에 따른 전하 디렉터 물질을 포함하는 액체 현상액이다. 이 예시적인 양태에서, 액체 현상액은, 미국특허 제5,346,796호에 개시된 종류이되(이 특허의 개시내용을 본원에 참고로 인용한다) 이 특허에 개시된 전하 디렉터를 본 발명의 전하 디렉터로 대체시킨 것이다. 본원에 개시된 전하 디렉터를 갖는 현상액은, 정확히 종래 기술에 따라 제조된 현상액에 비해 많은 이점을 갖는다. 이는 보다 적은 배경 프린팅, 보다 섬세한 가장자리를 갖는 이미지, 및 분석된 훨씬 더 적은 수-민감성을 제공한다. 또한, 본 발명의 액체 현상액은 종래 기술의 전하 디렉터를 사용하여 수득된 것보다 훨씬 더 많은 개수로 로우 커버리지 인쇄물(low coverage impression)을 프린팅하면서, 일정한 잉크 입자 전하를 보유할 수 있었다.

본 발명의 일부 양태의 다른 양상은 본 발명에 따른 전하 디렉터를 포함하는 액체 현상액으로 프린팅된 기재이다.

본 발명의 양태에 따라서, (a) 단순 염의 나노입자; 및 (b) 하기 화학식 a의 설포숙신에이트 염을 포함하는, 액체 토너를 대전하기 위한 전하 디렉터 물질이 제공된다:

화학식 a

MA_n

삭제

상기 식에서,

M은 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

A는 하기 화학식 I의 이온이고:
화학식 I
[R₁-O-C(O)CH₂CH(SO₃ ^-)C(O)-O-R₂]

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.
상기 전하 디렉터 물질은, R₁ 및 R₂중 하나 또는 둘다가 수소이되 이들중 하나만이 수소인 경우 다른 것은 알킬 기인 화학식 I의 산을 실질적으로 함유하지 않는다.

본 발명의 양태에 따라서, (a) 단순 염의 나노입자; (b) 하기 화학식 a의 설포숙신에이트 염인 제 1 미셀 형성 물질; 및 (c) 제 2 미셀 형성 물질을 포함하는, 액체 토너를 대전하기 위한 전하 디렉터 물질이 또한 제공된다:

화학식 a

MA_n

상기 식에서,

삭제

M은 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.

본 발명의 한 양태에서, 제 2 미셀 형성 화합물은 염기성 바륨 페트로네이트이다.

선택적으로, 전하 디렉터 물질은 산 HA가 실질적으로 존재하지 않는다.

본 발명의 한 양태에서, 전하 디렉터 물질은 나노입자를 에워싸는 설포숙신에이트 염의 미셀을 포함한다.

선택적으로, 나노입자의 평균 크기는 200nm 이하이다. 선택적으로, 나노입자의 평균 크기는 2nm 이상이다.

본 발명의 양태에서, 단순 염은 Mg⁺², Ca⁺², Ba⁺², NH₄ ⁺, 3급-부틸 암모늄, Li⁺ 및 Al⁺³으로 이루어진 군, 및 이의 임의의 부분-군(sub-group)으로부터 선택된 양이온을 갖는다.

본 발명의 양태에서, 단순 염은 SO₄ ^-2, PO₄ ^-3, NO₃ ^-, HPO₄ ^-2, CO₃ ^-2, 아세테이트, 트라이플루오로아세테이트(TFA), Cl^-, Br^-, I^-, ClO₄ ^- 및 TiO₃ ^-4로 이루어진 군, 및 이의 임의의 부분-군으로부터 선택된 음이온을 갖는다.

본 발명의 양태에서, 제 1 염은 CaCO₃, Ba₂TiO₃, Al₂(SO₄)₃, Al(NO₃)₃, Ca₃(PO₄)₂, BaSO₄, BaHPO₄, Ba₂(PO₄)₃, CaSO₄, (NH₄)₂CO₃, (NH₄)₂SO₄, NH₄OAc, 3급-부틸 암모늄 브로마이드, NH₄NO₃, LiTFA, Al₂(SO₄)₃, LiClO₄ 및 LiBF₄로 이루어진 군, 및 이의 임의의 부분-군으로부터 선택된다.

본 발명의 양태에서, 단순 염은 BaSO₄ 또는 BaHPO₄이다. 선택적으로, 단순 염은 BaHPO₄이다.

선택적으로 전하 디렉터는 염기성 바륨 페트로네이트(BBP)를 추가로 포함한다.

본 발명의 양태에 따라서, 다이-2-에틸-헥실-설포숙신에이트가 아닌 다이알킬 설포숙신에이트의 금속 염을 포함하는 미셀내에 에워싸인 단순 염의 나노입자를 포함하는 화학 물질이 추가로 제공된다.

본 발명의 양태에서, 단순 염은 하기 화학식 b의 구조를 갖는다:

M''_pα_q

상기 식에서,

M''는 M과 동일하거나 상이한 금속이고;

α는 음이온이고;

p 및 q는 염이 전기적으로 균형을 이루게 하는 화학양론적 계수이고;

산 Hα는 1 미만의 pK_a를 갖는 양성자를 갖지 않는다.

선택적으로, 단순 염은 BaHPO₄이다. 선택적으로, 단순 염은 BaCO₃이고, 미셀의 적어도 일부가 염기성 바륨 페트로네이트를 포함한다.

선택적으로, R₁ 및 R₂는 각각 지방족 알킬 기이다.

선택적으로, R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 C_6-25 알킬이다.

선택적으로, 지방족 알킬 기는 선형이다. 선택적으로, 지방족 알킬 기는 분지형이다. 선택적으로, 지방족 알킬 기는 6개 초과의 탄소 원자의 선형 쇄를 포함한다.

본 발명의 양태에서, R₁ 및 R₂는 동일하다.

선택적으로, R₁ 및 R₂중 하나 이상은 C₁₃H₂₇이다.

본 발명의 양태에서, M은 Na, K, Cs, Ca 또는 Ba이다.

본 발명의 양태에 따라서, 액체 현상액내의 전하 디렉터로서, 본 발명에 따른 물질의 용도가 추가로 제공된다.

본 발명의 양태에 따라서, (i) 하기 화학식 c의 설포숙신에이트 염을 제공하는 단계; 및 (ii) 단순 염의 존재하에 극성 용매중에서 화학식 c의 염을 하기 화학식 d의 염과 반응시키는 단계를 포함하는, (a) 단순 염의 나노입자; 및 (b) 하기 화학식 a의 설포숙신에이트 염을 포함하는 물질을 극성 용매중에서 제조하는 방법이 추가로 제공된다:

M'A_n'

M_pX_q

화학식 a

MA_n

삭제

상기 식에서,

M은 금속이고;

M'는 M이 아닌 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

n'는 M'의 원자가이고;
X는 음이온이고;
p 및 q는 염이 전기적으로 균형을 이루게 하는 화학양론적 계수이고;

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.

삭제

본 발명의 양태에서, 극성 용매중에서 하기 화학식 a의 염의 용해도가 (a) 동일한 용매중에서 하기 화학식 c의 염의 용해도보다 낮고, (b) 동일한 용매중에서 하기 화학식 d의 염의 용해도보다 낮다:

화학식 a

MA_n

화학식 c

M'A_n'

화학식 d

M_pX_q

선택적으로, 하기 화학식 c의 염과 하기 화학식 d의 염의 반응은 CaCO₃, CaSO₄, (NH₄)₂CO₃, (NH₄)₂SO₄, NH₄OAc, 3급-부틸 암모늄 브로마이드, NH₄NO₃, 바륨 티탄에이트, LiTFA, Al(NO₃)₃, Al₂(SO₄)₃, Ca₃(PO₄)₂, LiClO₄ 및 LiBF₄로 이루어진 군으로부터 선택된 단순 염의 존재하에 수행된다:

화학식 c

M'A_n'

화학식 d

M_pX_q

선택적으로, X는 NO₃ ^- 또는 ClO₄ ^-이다.

선택적으로, 극성 용매는 메탄올, 물, 또는 이들의 혼합물이다.

본 발명의 한 양태에서, 제조된 전하 디렉터 물질은 하기 정의된 화학식 I의 산이 실질적으로 존재하지 않는다:

화학식 I

[R₁-O-C(O)CH₂CH(SO₃ ^-)C(O)-O-R₂]

상기 식에서,

R₁ 및 R₂중 하나 또는 둘다는 수소이고, 이들중 하나만이 수소인 경우 다른 것은 알킬 기이다.

본 발명의 양태에서, 제조된 전하 디렉터 물질은 나노입자를 에워싸는 설포숙신에이트 염의 미셀을 포함한다.

본 발명의 한 양태에 따라서, (i) 하기 화학식 c의 설포숙신에이트 염을 제공하는 단계; (ii) 강 산을 첨가하여 산 HA를 수득하는 단계; (iii) 강 염기를 첨가하여 산의 30 내지 85%를 중화시키는 단계를 포함하는, (a) 단순 염의 나노입자; 및 (b) 하기 화학식 a의 설포숙신에이트 염을 포함하는 물질을 제조하는 방법이 추가로 제공된다:

화학식 c

M'A_n'

화학식 a

MA_n

삭제

상기 식에서,

M은 금속이고;

M'는 M이 아닌 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

n'는 M'의 원자가이고;

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.

선택적으로, 강 염기는 산의 50 내지 80%를 중화시키도록 첨가된다.

선택적으로, 상기 방법은 (iv) 용매를 증발시켜 고체 형태인 물질을 수득하고, 선택적으로 수득된 고체에 대한 수성 후처리를 수행하는 단계를 추가로 포함한다.

선택적으로, 상기 방법은 (iv) 여과하여 고체 생성물을 수득하고, 선택적으로 수득된 고체에 대한 수성 후처리를 수행하는 단계를 추가로 포함한다.

선택적으로, 강 산은 1 미만의 pK_a를 갖는 하나 이상의 양성자를 갖는다.

본 발명에 따라서, (i) 하기 화학식 c의 설포숙신에이트 염을 제공하는 단계; (ii) 1 미만의 pK_a를 갖는 하나 이상의 양성자를 갖는 강 산을 첨가하여 설폰산 HA를 함유하는 제 1 반응 혼합물을 수득하는 단계; (iii) 수득된 반응 혼합물을 후처리하여 실실적으로 순수한 산 HA를 수득하는 단계; 및 (iv) 이온성 물질의 존재하에 하기 화학식 e의 염기를 사전결정된 양으로 첨가하여 하기 화학식 f의 화학 물질을 함유하는 제 2 반응 혼합물을 수득하는 단계를 포함하는, 반응 혼합물 형태의 화학식 f의 화학 물질을 제조하는 방법이 추가로 제공된다:

화학식 c

M'A_n'

M(OH)_n

M_pX_q·MA_n

상기 식에서,

M은 금속이고;

M'는 M이 아닌 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

n'는 M'의 원자가이고;
X는 음이온이고;
p 및 q는 M_pX_q이 전기적으로 균형을 이루게 하는 화학양론적 계수이고;

A는 하기 화학식 I의 화합물이고:
화학식 I
[R₁-O-C(O)CH₂CH(SO₃ ^-)C(O)-O-R₂]

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.

삭제

선택적으로, 염기의 소정량은, R₁ 및 R₂중 하나 또는 둘다가 수소이고 이들중 하나만이 수소인 경우 다른 것은 알킬 기인 화학식 I의 산이 실질적으로 존재하지 않도록 하는 양이다.

선택적으로, 염기의 소정량은 중성 제 2 반응 혼합물을 수득하는데 필요한 양의 30 내지 85%이다.

선택적으로, 강 산은 H₂SO₄이다.

선택적으로, 이온성 물질은 산이다. 선택적으로, 이온성 물질은 H₂SO₄또는 H₃PO₄이다.

선택적으로, 단계 (ii)에서 실질적으로 모든 설포숙신에이트 염은 산으로 전환된다.

본 발명의 양태에서, 상기 방법은 또한 잔류하는 산 HA를 비-하이드록실 염기와 반응시키는 단계를 포함한다. 선택적으로, 비-하이드록실 염기는 트라이에틸 아민, 바륨 이소프로폭사이드, 알루미늄 이소프로폭사이드, 또는 이들의 혼합물이다.

본 발명에 따라서, (i) 하기 화학식 a의 설포숙신에이트 염인 제 1 미셀 형 성 물질을 제공하는 단계; 및 (ii) 제 2 미셀 형성 물질에 의해 안정화된 단순 염의 나노입자를 상기 제 1 미셀 형성 물질에 첨가하는 단계를 포함하는, 액체 토너용 전하 디렉터 물질을 제조하는 방법이 추가로 제공된다:

화학식 a

MA_n

삭제

상기 식에서,

M은 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.

선택적으로, 단순 염은 BaCO₃이다.

선택적으로, 제 2 미셀 형성 물질은 염기성 바륨 페트로네이트이다.

선택적으로, R₁ 및 R₂는 각각 지방족 알킬이다.

선택적으로, R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 C_6-25 알킬이다.

선택적으로, 지방족 알킬은 선형이다.

선택적으로, 지방족 알킬은 분지형이다.

선택적으로, 지방족 알킬 기는 6개 초과의 탄소 원자의 선형 쇄를 포함한다.

선택적으로, R₁ 및 R₂는 동일하다. 선택적으로, R₁ 및 R₂는 각각 C₁₃H₂₇이다.

본 발명의 양태에서, M은 Na, K, Cs, Ca 또는 Ba이다.

선택적으로, M'는 Na이다.

본 발명의 양태에서, 염은 Mg⁺², Ca⁺², Ba⁺², NH₄ ⁺, Li⁺ 및 Al⁺³으로 이루어진 군, 및 이의 임의의 부분-군으로부터 선택된 양이온을 갖는다.

본 발명의 양태에서, 염은 SO₄ ^-2, PO₄ ^-3, CO₃ ^-2 및 TiO₃ ^-4로 이루어진 군, 및 이의 임의의 부분-군으로부터 선택된 음이온을 갖는다.

선택적으로, 염은 CaCO₃, Ba₂TiO₃, Al₂(SO₄)₃, Al(NO₃)₃, Ca₃(PO₄)₂, BaSO₄, BaHPO₄ 및 Ba₂(PO₄)₃으로 이루어진 군, 및 이의 임의의 부분-군으로부터 선택된다.

본 발명의 양태에 따라서, 본 발명에 따른 전하 디렉터 물질, 또는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 전하 디렉터 물질에 의해 대전된 토너 입자 및 담체 액체를 포함하는 토너가 추가로 제공된다.

본 발명의 양태에 따라서, 본 발명에 따른 토너를 사용하여 기재를 프린팅하는 단계를 포함하는, 프린팅된 기재를 제조하는 방법이 추가로 제공된다.

본 발명에 따른 토너를 사용하여 프린팅된 이미지를 포함하는 기재가 추가로 제공된다.

본 발명의 예시적이고 비제한적인 양태가 본원에 첨부된 도면을 참조하여 하기 발명의 상세한 설명에 기술되어 있다. 도면에 도시된 구성요소 및 특징부의 치수는 제공의 편의성과 명확성을 위해 주로 선택되었고, 일정한 비율로 만들 필요는 없다.

도 1 내지 4는 본 발명의 예시적인 양태에 따른 전하 디렉터 화합물을 제조하는 방법의 흐름도이다.

도 5는 도 1에 기술된 방법에 따라 제조된 전하 디렉터를 사용하여 완성된 전하 입자를 도시하는, 전하 디렉터를 제조하는 동안 강 염기를 사용하여 적정된 산의 백분율의 함수인 그래프이다.

도 6은 본 발명의 일부 양태에 따른 전하 디렉터 물질을 포함하는 잉크를 사용하여 프린팅하는 프린팅 기기의 개념도이다.

본 발명을 더욱 잘 이해시키고 실제로 수행될 수 있는 방법을 제시하기 위하여, 일부 예시적인 양태가 단지 비제한적인 예로서 본원에 상세히 기술된다.

본원에서, TR은 다이-비스트라이데실설포숙신에이트 음이온을 나타내도록 사용되고, OT는 다이옥틸설포숙신에이트 음이온을 나타내도록 사용된다. 하기 인용된 모든 반응에서의 용매는 달리 언급되지 않는 한 이소파르-L(엑손(Exxon))이다.

용어 후처리는 당해 분야에 사용되는 바와 같이 본원에서 수성 후처리를 지칭한다. 예를 들어, 후처리된 물질의 물을 사용한 세정, 수 불혼화성 유기 용매의 첨가, 상의 분리, 유기 액체의 증발, 다른 유기 용매의 첨가, 및 증발을 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 양태에 따라서, 단순 염의 나노입자를 에워싸는 미셀 형성 염을 포함하는 전하 디렉터 물질이 제공된다. 이러한 양태에서, 미셀 형성 염은 다이-2-에틸-헥실-설포숙신에이트가 아닌 다이알킬설포숙신에이트의 염이다.

단순 염의 나노입자는 바람직하게는 1㎛ 이하(sub-micron) 크기의 입자이다. 약 2nm 내지 약 200nm의 가중 평균 직경을 갖는 입자가 바람직하다.

예시적인 양태에서, 미셀 형성 염은 숙신산의 다이알킬 에스터의 염이고, 전하 디렉터 물질은 다이에스터의 가수분해 생성물이 존재하지 않는다.

특정 화합물이 물질의 대전 용량, 이의 저장 수명, 잉크 대전 안정성 및/또는 이의 생산의 재현성에 실질적으로 영향을 주지 않는 양으로 물질에 존재하는 경우, 물질은 상기 화합물이 존재하지 않거나, 실질적으로 존재하지 않는 것으로 간주된다. 정량적으로, 이는 화합물이 다이알킬 설포숙신에이트 염 또는 산에 비례하여 1%, 2% 또는 5% 중량/중량 이하를 구성하는 것을 일반적으로 의미한다.

1% 가수분해 생성물을 갖는 전하 디렉터의 대전 용량은 가수분해 생성물을 갖지 않는 동일한 전하 디렉터의 대전 용량보다 약 5% 낮은 것이 밝혀졌다. 5% 가수분해 생성물의 존재는 대전에서 약 25% 감소를 야기하는 반면, 약 8%의 존재는 전하 디렉타가 실용적으로 효과적이지 못하게 할 수 있다.

예시적인 양태에서, 유기 염은 하기 화학식 a의 구조를 갖는다:

화학식 a

MA_n

삭제

상기 식에서,

M은 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.

이러한 양태에서, 상기 산성 가수분해 생성물은 R₁ 및 R₂중 하나 이상이 수소인 동일한 화학식 I의 구조를 갖는다.

A가 상기 정의된 바와 같은 설폰산 HA가 존재하지 않는 전하 디렉터 물질을 갖는 것이 더욱 유리할 수 있다.

이러한 양태에 따른 전하 디렉터 물질은 미셀 형성 염의 미셀을 포함하는 것으로 밝혀졌고, 이러한 미셀(또는 이들중 적어도 일부)은 단순 염의 나노입자를 에워싼다.

금속 M의 비제한적인 예는 Na, K, Cs, Ca 및 Ba이다.

다이알킬 에스터에 관하여, 이것이 함유하는 2개의 알킬 기는 동일하거나 상이할 수 있고, 예시적인 양태에서, 약 6 내지 약 25개의 탄소 원자를 갖는다. 알킬 기는 선형 또는 분지형일 수 있고, 환형 부분을 포함할 수 있다. 알킬 기의 각각의 하나는 이의 골격의 일부 또는 치환기로서 지방족일 수 있거나, 방향족 기를 포함할 수 있다. 각각의 알킬 기는 선택적으로 치환되고, 가능한 치환기의 비제한적인 예는 F, CI, Br 및 I와 같은 할라이드, 하이드록시, C_1-6 알콕시, C_1-6 알킬 설폰에이트, C_1-6 불화 알킬, CF₃ 및 NO₂이다.

8개 이상의 탄소 원자의 선형 쇄를 갖는 알킬 기는 이들 쇄가 더 짧은 알킬로 치환되든지 치환되지 않든지 6개 이하의 탄소 원자의 선형 쇄를 갖는 알킬 기보다 바람직하다. 예를 들어, 5mg CD/g 고체의 농도에서, Ba(TR)₂는 토너 입자를 약 350pS/cm의 입자 전하로 대전하는 반면, Ba(OT)₂는 유사한 토너 입자를 단지 약 50pS/cm로 대전한다. 다른 금속을 사용하는 경우, OT 염에 대한 TR 염의 이점은 더욱 더 명백하다. TR은 12개의 탄소 원자의 선형 쇄를 갖는 반면, OT의 가장 긴 선형 쇄는 6개의 탄소 원자이다.

하기 표 1은 본 발명에 따른 일부 전하 디렉터 물질을 사용하여 측정된 전도성을 요약한다. 표 1에 열거된 예에서, 나노입자는 설페이트 염이고, 이의 양이온은 미셀 형성 염의 양이온이다.

LF는 저자장(low field) 전도성을 나타내고, DC는 잔류 직류 전도성을 나타내고, PC(입자 전하)는 고자장(high field)과 저자장 전도성 사이의 차이로서 정의된다. 고자장 전도성은 1500V/mm의 전기장에서 측정된다. 당업계에는, 액체 잉크 시스템에서 효과적인 전하 디렉터가 되기 위해서는 전하 디렉터가 다음과 같은 특징을 가져야 한다고 일반적으로 인식되어 있다: 약 70 내지 약 400pS/cm의 PC, 약 15 내지 약 110pS/cm의 LF 및 20pS/cm 미만의 DC.

본 발명의 한 양태에 따라서, 그 개시내용을 본원에 참고로 인용하는 미국특허 제5,192,638호, 제5,923,929호 및 제6,479,205호에 따라 제조된 토너 입자에 전하 디렉터의 잉크 고체 g 당 1 내지 100mg의 전하 디렉터를 첨가함으로써 토너를 제조한다.

본 발명의 양태에서, 전하 디렉터는 하기 화학식 c의 미셀 형성 염의 산성화, 및 이어지는 산성화 생성물의 적정에 의해 제공된다:

화학식 c

M'A_n'

이러한 합성 경로를 기술하는 흐름도는 도 1에 제공된다. 제조된 전하 디렉터 물질은 미셀 형성 염 MA의 미셀내에 에워싸인 단순 염의 나노입자를 포함한다. 전하 디렉터 물질은 상기 화학식 c의 염(도 1의 단계 (A))으로부터 산 HA를 수득하기 위한 강 산(단계 (B)), 예를 들어 황산을 사용하는 산성화에 의해 수득된다. 이어서, 산 HA를 강 염기, 예를 들어, Ba(OH)₂와 반응시켜 전하 디렉터 물질을 수득한다(단계 (C)). 가수분해 생성물의 형성을 방지하기 위하여, 산 HA의 일부만을 강 염기와 반응시킨다. 산의 나머지를 보다 약한 염기와 반응시킴으로써 추가의 중화를 달성할 수 있다. 통상적인 보호 수단, 예컨대 반응을 빙욕에서 수행하고, 무수 시약을 사용하고, 시약을 점진적으로 첨가하는 것은 실질적으로 가수분해를 방지하지 못한다. 완전해질 때까지 추가의 중화가 수행되는 경우, 제조된 전하 디렉터는 산 HA를 실질적으로 함유하지 않는다. 적정 후, 생성물은 당업계에 본래 공지되어 있는 임의의 방식으로 단리될 수 있다. 예를 들어, 여과하고(단계 (D1)), 고체 여액을 후처리하여(단계 (D2)) 투명한 전하 디렉터 물질을 수득할 수 있다. 선택적으로, 용매를 증발시키고(단계 (E1)), 잔류 물질을 후처리하여(단계 (E2)) 투명한 전하 디렉터 물질을 제조할 수 있다.

이러한 양태에 따른 합성의 완전한 프로토콜은 다음과 같다:

10g의 NaTR(0.017몰)을 20분 동안 200ml의 에탄올에 용해시켰다. 용액이 투명하지 않은 경우, 여과하였다.

이어서, 40ml의 에터중 0.84g의 농축 H₂SO₄를 첨가하였다.

용액을 밤새 냉동 장치에 저장하였다.

고체 잔사를 여과하고, 투명한 용액을 (메탄올중) 0.1M Ba(OH)₂ 용액으로 약 6의 pH(58㎖의 Ba(OH)₂)까지 적정하였다.

톨루엔 및 헥산중에서의 반복적인 용해/증발에 의해 용액을 증발시키고, 잔사를 건조하였다.

이러한 합성 경로는 하기 반응식 1에 예시된다.

본 발명의 양태에 따른 일부 전하 디렉터 물질은 나노입자의 공급원일 수 있는 염의 존재하에 극성 용매중에서 미셀 형성 염의 금속 전이에 의해 제조될 수도 있다. 반응은 염인 3개의 출발 물질, 즉, 미셀 형성 염, 양이온 대체 염, 및 나노 입자 공급원 염을 포함한다. 앞의 2개는 바람직하게는 극성 용매에 가용성인 반면, 후자는 바람직하게는 이에 불용성이거나 단지 약간 가용성이다. 미셀 형성 염이 극성 용매중에서 10^-8 이하의 K_sp를 가지는 형태인 경우, 반응은 더 높은 수율을 가질 것으로 기대된다.

이러한 방법은 설포숙신에이트 염(예를 들어, 시판중인 것)을 제공하는 단계, 및 여기에 2개의 염을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 염들중 하나의 양이온은, 미셀 형성 염의 음이온과 조합되는 경우, 극성 용매중에서 매우 낮은 용해도를 갖는 생성물을 형성한다. 다른 염은 전하 디렉터 물질에 필요한 나노입자를 제공하도록 선택된다. 2개의 염은 동일할 수 있지만, 종종 2개의 상이한 염을 사용하여 반응을 수행하는 것이 더욱 용이하다. 예를 들어, 미셀 형성 염은 하기 화학식 c의 설포숙신에이트 염일 수 있다:

화학식 c

M'A_n'

상기 식에서,

M'는 상기 정의된 M이 아닌 금속이고;

n'는 M'의 원자가이다.

이러한 경우, 상기 방법은 본원에서 나노입자 형성 염으로 지칭되는 다른 염의 존재하에, 극성 용매중에서 상기 화학식 c의 염을 하기 화학식 d의 염과 반응시키는 단계를 포함한다. 화학식 d의 염은 극성 용매중에서 이의 용해도가 바람직하 게는 극성 용매중에서 하기 화학식 a의 염의 용해도보다 낮도록 선택된다:

화학식 a

MA_n

화학식 d

M_pX_q

상기 식에서,

X는 음이온이고;

p 및 q는 염이 전기적으로 균형을 이루게 하는 화학양론적 계수이다.

상기 방법에 사용하기에 적합한 극성 용매의 비제한적인 예는 메탄올, 물, 및 이들의 혼합물이다.

예시적인 양태에서, M'는 Na이고, M은 K, Cs, Ca, Ba 또는 Al이다. Na는 설포숙신산의 일부 다이알킬 에스터의 시판중인 나트륨 염으로서 선택되었지만, 염이 이용가능한 경우 다른 양이온이 또한 사용될 수 있다.

나노입자 형성 염의 양이온 및 음이온의 비제한적인 예는 Mg⁺², Ca⁺², Ba⁺², NH₄ ⁺, 3급-부틸 암모늄, Li⁺ 및 Al⁺³, 및 SO₄ ^-2, PO₄ ^-3, CO₃ ^-2, NO₃ ^-, 트라이플루오로아세테이트 및 TiO₃ ^-4를 포함한다. 나노입자 형성 염의 비제한적인 예는 CaCO₃, CaSO₄, (NH₄)₂CO₃, (NH₄)₂SO₄, NH₄OAc, 3급-부틸 암모늄 브로마이드, NH₄NO₃, 바륨 티 탄에이트, LiTFA, Al(NO₃)₃, Al₂(SO₄)₃, Ca₃(PO₄)₂, LiClO₄ 및 LiBF₄를 포함한다.

나노입자 형성 염은 분말로서 첨가되고, 염이 일부 티탄에이트 염과 같이 나노입자의 형태에서 안정한 경우, 이러한 형태로 첨가하는 것이 바람직하다.

미셀 형성 염과 반응시키기 위한 양이온 대체기로서 적당한 염의 비제한적인 예는 Ba(ClO₄)₂ 및 Ba(NO₃)₂이다.

금속 전이 양태에 따른 방법은 도 2의 흐름도로 요약될 수 있는데, 이때, (A)는 극성 용매중에서 나노입자 형성 염의 분산 단계이고, (B)는 (A)에서 수득된 분산액에 다이알킬 설포숙신에이트를 첨가하는 단계이고, (C)는 설포숙신에이트 염의 양이온을 대체하여야 하는 양이온을 갖는 염, 예를 들어 바륨 염의 첨가 단계이고, (D)는 수성 후처리 단계이다.

금속 전이에 의한 전하 디렉터 물질의 제조를 위한 예시적인 완전한 프로토콜은 다음과 같다:

2g의 CaCO₃를 가능한 한 미세하게 분쇄하고, 물중 50% 메탄올 200㎖에 첨가하고, 20분 동안 격렬하게 교반하였다(용액은 불균질한 상태로 남아 있는다).

0.4g의 고체 NaTR을 첨가하고, 혼합물을 용해될 때까지 교반하였다. 0.14g의 Ba(ClO₄)₂(시그마(Sigma))를 첨가하고 혼합물을 1 내지 2시간 동안 교반하였다. 수득된 용액을 3회 이상 75㎖의 헥산(프루아트롬(Fruatrom), 알드리치(Aldrich) 또는 바이오랩(BioLab))으로 추출하고, 황산 나트륨(메르트(Merck))을 사용하여 건조 하고, 증발 건조시켜 CaCO₃·Ba(TR)₂를 수득하였다.

반응에 사용하기 위한 NaTR을 수득하기 위하여, 시판중인 에어로졸(Aerosol) TR-70(NaTR, 사이텍(Cytec))을 증발시키고, 동결건조기(약 0.2토르)에서 건조시키고, 40℃에서 진공화시켜(약 20토르) 고체 NaTR을 수득하였다.

금속 전이 과정은 하기 반응식 2로 요약된다.

이러한 과정은 가수분해 생성물 또는 설포숙신산 HA의 어떠한 형성도 개시하지 않는다. 따라서, 제조된 전하 디렉터 물질은 이들이 실질적으로 존재하지 않는다.

하기 표 II는 모두 고체 g 당 20mg의 전하 디렉터 물질의 농도로 다양한 나노입자 형성 염을 사용하여, 반응식 2에 제시된 방법에 의해 제조된 전하 디렉터 물질을 사용하여 측정된 전도성을 요약한다. 미셀 형성 염은 Ba(TR)₂이었다. 어떠한 염의 첨가 없이, 순수한 Ba(TR)₂가 수득되었고, 대전 효과는 무시할 정도인 것으로 밝혀졌다.

부가적으로 또는 선택적으로, 본 발명의 양태에 따른 전하 디렉터 물질은 (1) 다이알킬설포숙신에이트 염(M'A)을 강 산과 반응시켜 다이알킬숙신에이트 설폰산 HA를 함유하는 반응 혼합물을 수득하는 단계; (2) 수득된 반응 혼합물을 후처리하여 실질적으로 순수한 산 HA를 수득하는 단계; 및 (3) 실질적으로 순수한 산을 이온성 물질, 예컨대 산 또는 금속 염의 존재하에 소정량의 강 염기(M(OH)_n)와 반응시키는 단계에 의해 수득될 수 있다. 상기 방법에서 수득된 나노입자의 양은 사용된 이온성 물질의 양을 증가시키거나 감소시킴으로써 증가하거나 감소될 수 있다.

필요한 나노입자는 이온성 물질의 음이온 및 염기의 양이온으로부터 형성되는 것으로 여겨진다. 일부 양태에서, 염기의 양은 어떠한 가수분해 생성물도 염기-산 반응 동안에 생성되지 않도록 사전결정된다. 설포숙신산 HA가 존재하지 않는 전하 디렉터 물질을 제조하는 것이 바람직한 경우, 강 염기와 반응하지 않은 (초기) 산은 보다 약한 염기와 추가로 반응할 수 있고, 이는 에스터의 가수분해를 아마도 덜 촉매화할 것이다. 이러한 맥락에서, 강 염기는 하이드록실 염기를 갖는 염기이고, 약 염기는 알콕시 또는 아미노 염기를 갖는다. 적합한 약 염기의 비제한적인 예는 트라이에틸 아민, 피리딘, 모르폴린, 알루미늄 이소프로폭사이드, 바륨 이소프로폭사이드, 바륨 3급-부톡사이드 및 칼슘 이소프록사이드이다.

도 3의 흐름도에 도시된 바와 같이, 이러한 방법은 (i) 하기 화학식 c의 설포숙신에이트 염을 제공하는 단계; (ii) 상기 설포숙신에이트 염을 강 산과 반응시켜 설폰산 HA를 함유하는 제 1 반응 혼합물을 수득하는 단계; (iii) 수득된 반응 혼합물을 후처리하여 실질적으로 순수한 산 HA를 수득하는 단계; (iv) 이온성 물질을 첨가하는 단계; 및, 선택적으로 (v) 수득된 실질적으로 순수한 산 HA를 단계 (iv)에서 첨가된 이온성 물질의 존재하에 사전결정된 양의 하기 화학식 e의 염기와 반응시켜 유기 염 MA 및 염의 나노입자를 함유하고, 산성 가수분해 생성물이 실질적으로 존재하지 않는 제 2 반응 혼합물을 수득하는 단계를 포함할 수 있다:

화학식 c

M'A_n'

화학식 e

M(OH)_n

상기 식에서,

M은 금속이고;

M'는 M이 아닌 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

n'는 M'의 원자가이고;

A는 상기한 바와 같다.

상기 제 2 반응 혼합물은 도 3의 단계 (F)에 도시된 바와 같이 후처리되어 무수 전하 디렉터 물질을 제공할 수 있다. 일부 양태에서, 후처리(단계 (F)) 전에 제 2 반응 혼합물을 도 3의 단계 (G)에 도시된 바와 같이 약한 염기를 사용하여 적정한다. 이러한 적정은 반응 혼합물내에 1% 미만의 HA를 남기도록 할 수 있다. 이어서, 반응 혼합물을 후처리할 수 있다(단계 (H)).

도 3에 기술된 종류의 반응의 목적을 위해서, 산은, 1 이하, 바람직하게는 -1 이하의 pK_a를 갖는 하나 이상의 양성자를 갖는 경우에 강 산으로 간주된다. 적합한 강 산의 비제한적인 예는 HCl, HBr 및 H₂SO₄를 포함한다. 염기와 반응하여 염을 제공할 수 있는 임의의 물질이 이온성 물질로서 사용될 수 있다. 이들은 예를 들어, 산 및 금속 염을 포함한다. 나노입자의 형성에 효율적으로 음이온을 제공하기 위하여 산은 충분히 강해야 하고, 염은 충분히 가용성이어야 한다. 그럼에도 불구하고, 산은 출발 물질의 산성화에 사용된 산보다 덜 강할 수 있다. 예를 들어, 인산은 이온성 물질로서 매우 만족스러울 수 있지만, 일반적으로 강 산으로서 간주되지 않는다. 따라서, 본 발명의 일부 양태에 따르면, 미셀에 에워싸인 단순 염의 나노입자를 포함하는 물질(단순 염의 짝산이 상기 정의된 바와 같은 강 산이 아님)이 제공된다.

제 1 반응 혼합물의 후처리는, 예를 들어 반응 혼합물의 여과, 여액의 농축, 건조, 용매중의 용해, 및 다양한 용매를 사용한 상기 단계의 반복을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 후처리는 산의 결정화를 포함할 수도 있다. 후처리를 용이하게 하기 위하여, 선행 단계에서 실질적으로 모든 염 MA가 산 HA로 전환되는 경우가 도움이 될 수 있다. 이는 실질적으로 과량의 강 산을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 황산의 경우, 3당량의 산이 필요할 수 있다.

이러한 방법과 관련하여, 설포숙신산 HA는 강 산의 임의의 음이온이 존재하지 않는 경우 실질적으로 순수한 것으로 간주된다.

일부 양태에서, 염기를 사용한 산 HA의 완전한 중화는 에스터의 부분적인 가수분해를 야기한다. 일부 양태에서, 소정량의 염기는 바람직하게는, 염기가 반응하여야 하는 모든 양성자의 1당량 미만, 예를 들어, 0.5 내지 0.85당량이다.

이온성 물질은 산, 금속 염, 이들의 혼합물, 또는 염기와 반응하여 염을 형성하는 임의의 다른 화합물일 수 있다. 적합한 산의 비제한적인 예는 H₂SO₄, H₃PO₄, H₂CO₃, 폼산 및 HClO₄를 포함하고, 적합한 염의 비제한적인 예는 Na₂SO₄, Na₂HPO₄, NaHCO₃, NaCl, NaBr, NaI, 및 K, Ca, Mg 또는 Zn를 갖는 유사한 염을 포함한다.

(도 3에 따른) 상기 방법에 따른 전하 디렉터 물질을 제조하기 위한 예시적인 프로토콜을 다음과 같다:

(A) 증발기를 사용하여 시판중인 에어로졸 TR-70(NaTR, 사이텍)을 증발시킨다. 동결건조기(약 0.2토르)내에서 건조시키거나, 또는 40℃에서 진공화시켜(약 20토르) 고체 NaTR을 제공한다. 에탄올(500㎖, 절대적인 AR; 알드리치, 플루카(Fluka), 프루타롬)중에 NaTR(25g)을 용해시킨다. 필요한 경우, 용액을 여과한다. 에터(30㎖, 메르크 "무수")중에 H₂SO₄(4㎖, 96% 프루타롬, 플루카) 용액을 적가한다. 침전물을 1 내지 2시간 동안 냉동 장치에서 침강시킨다. 혼합물을 중량 측정에 의해 여과하고 약 5㎖로 증발시킨다. 잔사를 200㎖의 에터에 용해시키고, 50㎖의 물로 2회 세정하고, 무수 Na₂SO₄(무수; 알드리치, 메르크)를 사용하여 건조하고, 증발시켜 HTR(약 95%)을 수득한다. 수득된 HTR을 5% 에탄올계 용액으로서 저장할 수 있다.

(B) 물중 85% H₃PO₄(메르크) 용액 345mg을 단계 (A)에서 수득된 에탄올중 5% HTR 용액 100g에 첨가한다. 0.1M Ba(OH)₂(팔수화물; 메르크, 알드리치 또는 시그마)를 사용하여 약 6의 pH까지 적정한다. 이러한 양의 염기를 HTR 및 인산의 양성자를 비롯한, 혼합물중 양성자 약 80%와 반응시키고, 약 65㎖의 Ba(OH)₂ 용액이 필요할 수 있다. 용액을 증발 건조시키고, 잔사를 100㎖의 톨루엔(프루타롬)에 용해시키고, 증발 건조시키고, 잔사를 100㎖ n-헥산(프루타롬)에 용해시키고, 증발 건조시켜 최종 생성물(약 94%)을 수득한다. 생성물은 이소파르-L(엑손) 5% 용액으로서 저장된다.

상기 과정은 하기 반응식 3에 요약된다.

설포숙신산 HTR이 존재하지 않는 유사한 전하 디렉터 물질을 제조하기 위한 예시적인 프로토콜은 다음과 단계를 포함한다:

69mg(41㎕)의 85% H₃PO₄ 용액(0.6mmol)을 에탄올중 5% HTR(1.8mmol) 20g의 용액에 첨가한다. 메탄올중 0.1M Ba(OH)₂ 14.4㎖를 천천히 첨가한다.

에터중 10% NEt₃ 0.72g을 첨가하고 5분 동안 교반한다. 용액을 증발 건조시키고, 잔사를 60㎖의 톨루엔에 용해시키고, 증발 건조시키고, 잔사를 60㎖의 헥산에 용해시키고, 증발 건조시킨다.

본 발명의 다른 양태, 즉 도 4에 도시된 흐름도에 따라서, 전하 디렉터 물질은 다이알킬 설포숙신에이트 염을 제공하는 단계(단계 (A)), 및 이에 단순 염의 안정화된 나노입자를 첨가하는 단계(단계 (B))에 의해 제조된다. 안정화된 나노입자 는, 예를 들어, 염기성 바륨 페트로네이트(BBP; 크롬프톤 앤 위트코(Crompton and Witco))내의 BaCO₃일 수 있다.

BBP중 BaCO₃은 자체가 전하 디렉터로서 공지되어 있고, 본 발명에 이르러, Ba(TR)₂와 함께 이를 포함하는 전하 디렉터는 하기 표 III에 요약된 바와 같이 상승 효과를 가질 수 있음이 밝혀졌다.

상기 충전 디렉터를 제조하기 위한 예시적인 완전한 프로토콜은 다음과 같다: 이소파르-L중에서 토너 입자의 2%(중량/중량)의 혼합물을 제조하고, 소정량의 Ba(TR)₂ 용액을 첨가하고, 이어서 소정량의 BBP 용액을 첨가한다. 실온에서 밤새 배양하고, 전도성 값을 측정한다.

전하 디렉터 물질 BaSO₄·Ba(TR)₂를 전하 디렉터로서 이소파르중에 분산된 2%(중량/중량) 토너 입자를 포함하는 잉크로 전하 디렉터로서 도입하였다. 상기 잉크를, 본 발명의 전하 디렉터의 사용을 제외하고는, 개시내용을 본원에 참고로 인용하는, 2005년 2월 28일자로 출원된 미국특허출원 제11/068,620호 및 국제특허공개공보 제WO97/01111호에 기술된 바와 같이 제조되었다. 상기 잉크를 사용하여 HP 인디고(Indigo) 시리즈 II 프레스, 모델 5000, 3050 및 3000에서 프린팅하였다. 동일한 과정을 또한 BaHPO₄·Ba(TR)₂를 사용하여 수행하였다.

도 5는 상이한 양의 염기를 사용하여, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 전하 디렉터를 사용하여 수득된 입자 전하를 도시한다. 그래프는 높은 전하가 50 내지 85% 중화시 수득되고, 최고 전하는 약 75%의 양성자가 적정되는 경우 수득됨을 도시한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 토너 또는 CD를 사용하는 프린트를 제조하기 위해 사용된 종류의 프린팅 장치(500)의 다수의 구성요소의 상관 관계을 증명하기 위해 개념도가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 프린팅 장치(500)(자체로는 신규한 것이 아님)는 본 발명이 임의의 액체 토너 프린터 또는 복사기상에서 수행될 수 있음을 예시하기 위한 순수하게 도식적인 것이다. 본 발명의 토너는 하나의 색 분해에 의해 최종 기재에 토너를 전송하는 임의의 시스템, 및 모든 분해물을 중간 전송 부재에 전송하고, 이어서 분해물의 군을 최종 기재에 함께 전송하는 프린팅 장치에 적용될 수 있다. 또한, 정확한 현상 방식은 본 발명의 실시에 중요하지 않고, 고농축 토너의 이원 (층상) 전송에 의해, 또는 토너를 잠상에 접촉시키는 공지된 수많은 방법중 임의의 방법을 사용하는 전기영동 현상에 의해 현상될 수 있다.

프린팅 장치(500)는 통상적인 구성요소, 예컨대 이에 부착되거나 결합된 광수용체 및 실린더가 주위를 회전하는 축을 갖는 광수용체 이미지화 실린더(518), 현상된 이미지를 직접적으로, 또는 중간 전송 부재를 통해 기재에 전송하기 위한 이미지 전송 구역(524), 대전기(520), 및 광수용체(518)상에 잠상을 발생시키는 스캐닝 레이저 빔(526)을 제공하는 레이저 장치(514), 잠상을 현상하기 위한 현상액(512)을 포함하고, 선택적으로, 세척 스테이션(522)이 광수용체(518)의 주변에 위치된다.

도 6과 관련하여 기술된 요소가 구비된 프린팅 장치는 본원에 기술된 전하 디렉터 물질을 포함하는 토너 또는 잉크를 사용하기에 유용하다. 제어기(502)는, 본 발명의 예시적인 양태에서, 프린팅 장치 요소에 명령을 내리고, 프린팅 장치 요소로부터 데이터를 수용하고, 프린팅 장치 요소 데이터를 처리하기 위해, 및/또는 프린팅 장치 조작을 제어하기 위해 프린팅 장치에 제공된다. 선택적으로, 프린팅 장치 요소는 요소를 제어하기 위한 기록 파라미터, 예컨대, 현상액(512) 및/또는 레이저(514)를 포함한다. 선택적으로, 프린팅 장치는 프린팅 물질을 저장하기 위한 저장 탱크, 예컨대 토너 저장기(506)를 포함한다.

이러한 프린팅 장치는 전하 디렉터 물질 또는 성분의 임의의 첨가 없이 50,000만큼의 프린트를 프린팅할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 비교를 위해, 본 발명의 토너와 유사하게 표준 토너를 사용하지만 레시틴, 염기성 바륨 페트로네이트 및 알킬 아릴 설폰에이트를 포함하는 삼-성분 전하 디렉터를 사용하여 동일한 기계로 프린팅하는 경우, 커버리지에 따라서 각각 약 5,000 인쇄 후 전하 디렉터 물질이 첨가되어야 한다. 종래 기술의 전하 디렉터를 사용하여 동일한 잉크로 프린팅되는 경우 종종 발생하는 것과 반대로, 본원에 기술된 전하 디렉터가 사용되는 경우 단일 픽셀 크기 도트가 형성되고 양호하게 전송되는 것이 또한 밝혀졌다. 종래 기술의 CD에 비해 본원에 기술된 잉크가 가질 수 있는 다른 이점은 광전도 플레이트를 저하시키지 않는다는 것이다. 본원에 기술된 전하 디렉터를 갖는 잉크는 또한 매우 적은 백그라운드(background)를 가진다(일부 공지된 전하 디렉터에 의해 수득된 60 내지 100pS/cm에 비해 약 20pS/cm). 이는, 백그라운드 잉크 현상의 의미있는 감소 및 이미지 윤곽의 선명도의 개선을 야기한다.

본 발명은 실시예에 의해 제공되고, 본 발명의 범위를 제한하려는 목적이 아닌, 이의 양태의 비제한적인 상세한 설명을 사용하여 기술되었다. 한 양태에 관해 기술된 특징 및/또는 단계는 다른 양태에 사용될 수 있고, 본 발명의 모든 양태가 하나의 양태에 관해 기술된 특징 및/또는 단계의 모두를 가지는 것이 아님이 이해되어야 한다. 기술된 양태의 변형이 당업자에게 떠오를 수 있다. 또한, 용어 "포함하다", "함유하다" 및 "갖다" 및 이의 변형은 발명의 상세한 설명 및/또는 청구의 범위에 사용되는 경우, "포함하지만, 필수적으로 이로 제한하는 것이 아니다"를 의미한다.

상기 기술한 양태의 일부는 본 발명자들에게 고려된 최선의 방식을 기술할 수 있고, 따라서, 본 발명에 필수적이지 않을 수 있고 예로서 기술된 구조, 작용, 또는 구조 및 작용의 세부 사항을 포함할 수 있음을 주의한다. 본원에 기술된 구조 및 작용은 당업계에 공지된 바와 같이 상기 구조 또는 작용이 상이할 지라도 동일한 기능을 수행하는 등가물에 의해 대체가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 사용된 요소 및 한정에 의해서만 제한된다.

Claims

(a) 단순 염의 나노입자;

(b) 하기 화학식 a의 설포숙신에이트 염인 제 1 미셀 형성 물질; 및

(c) 제 2 미셀 형성 물질

을 포함하는, 액체 토너를 대전하기 위한 전하 디렉터 물질로서,

상기 단순 염은, 미셀 형성 물질을 갖는 미셀을 위한 핵을 형성할 수는 있지만 스스로 미셀을 형성하지는 않는 염으로서, 하기 화학식 b의 구조를 갖는 염인, 전하 디렉터 물질:

화학식 a

MA_n

화학식 b

M''_pα_q

상기 식에서,

M은 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

M''는 M과 동일하거나 상이한 금속이고;

α는 음이온이고;

p 및 q는 염이 전기적으로 균형을 이루게 하는 화학량론적 계수이고;

산 Hα는 1 미만의 pK_a를 갖는 양성자를 갖지 않으며;

A는 하기 화학식 I의 이온이고:

화학식 I

[R₁-O-C(O)CH₂CH(SO₃ ^-)C(O)-O-R₂]

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.
제 1 항에 있어서,

제 2 미셀 형성 물질이 염기성 바륨 페트로네이트(BBP)인 전하 디렉터 물질.
제 1 항에 있어서,

HA로 나타내어지는 산이 존재하지 않는 전하 디렉터 물질.
제 1 항에 있어서,

나노입자를 에워싸는 설포숙신에이트 염의 미셀을 포함하는 전하 디렉터 물질.
제 1 항에 있어서,

단순 염이 BaSO₄ 또는 BaHPO₄인 전하 디렉터 물질.
(i) 하기 화학식 c의 설포숙신에이트 염을 제공하는 단계;

(ii) 강 산을 첨가하여 산 HA를 수득하는 단계;

(iii) 강 염기 M(OH)_n을 첨가하여 상기 산의 30 내지 85%를 중화시키는 단계

를 포함하는, (a) 단순 염의 나노입자 및 (b) 하기 화학식 a의 설포숙신에이트 염을 포함하는 물질을 제조하는 방법으로서, 이때

상기 단순 염은, 미셀 형성 물질을 갖는 미셀을 위한 핵을 형성할 수는 있지만 스스로 미셀을 형성하지는 않는 염으로서, 하기 화학식 b의 구조를 갖는 염인, 방법:

화학식 c

M'A_n'

화학식 a

MA_n

화학식 b

M''_pα_q

상기 식에서,

M은 금속이고;

M'는 M이 아닌 금속이고;

M''는 M과 동일하거나 상이한 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

n'는 M'의 원자가이고;

α는 음이온이고;

p 및 q는 염이 전기적으로 균형을 이루게 하는 화학량론적 계수이고;

산 Hα는 1 미만의 pK_a를 갖는 양성자를 갖지 않으며;

A는 하기 화학식 I의 이온이고:

화학식 I

[R₁-O-C(O)CH₂CH(SO₃ ^-)C(O)-O-R₂]

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.
제 6 항에 있어서,

강 염기를 첨가하여 산의 50 내지 80%를 중화시키는 방법.
제 6 항에 있어서,

(iv) 용매를 증발시켜 고체 형태의 물질을 수득하고, 수득된 고체에 대한 수성 후처리(workup)를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 6 항에 있어서,

(iv) 여과하여 고체 생성물을 수득하고, 수득된 고체에 대한 수성 후처리를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제 6 항에 있어서,

강 산이 1 미만의 pK_a의 하나 이상의 양성자를 갖는 방법.
(i) 하기 화학식 c의 설포숙신에이트 염을 제공하는 단계;

(ii) 하나 이상의 1 미만의 pK_a를 갖는 강 산을 첨가하여, HA로 나타내어지는 설폰산을 함유하는 제 1 반응 혼합물을 수득하는 단계;

(iii) 수득된 반응 혼합물을 후처리하여 순수한 HA를 수득하는 단계; 및

(iv) 이온성 물질의 존재하에 하기 화학식 e의 염기를 사전결정된 양으로 첨가하여, 하기 화학식 f의 화학 물질을 함유하는 제 2 반응 혼합물을 수득하는 단계

를 포함하는, 반응 혼합물 형태의 화학식 f의 화학 물질을 제조하는 방법:

화학식 c

M'A_n'

화학식 e

M(OH)_n

화학식 f

M_pX_q·MA_n

상기 식에서,

M은 금속이고;

M'는 M이 아닌 금속이고;

n은 M의 원자가이고;

n'는 M'의 원자가이고;

X는 음이온이고;

p 및 q는 M_pX_q가 전기적으로 균형을 이루게 하는 화학양론적 계수이고;

A는 하기 화학식 I의 화합물이고:

화학식 I

[R₁-O-C(O)CH₂CH(SO₃ ^-)C(O)-O-R₂]

여기서, R₁ 및 R₂는 각각 알킬 기이다.
제 11 항에 있어서,

염기의 사전결정된 양이, R₁ 및 R₂중 하나 또는 둘다가 수소이되 이들중 하나만이 수소인 경우 다른 것은 알킬 기인 화학식 I의 산이 존재하지 않도록 하는 양인 방법.
제 11 항에 있어서,

염기의 사전결정된 양이, 중성 제 2 반응 혼합물을 수득하는데 필요한 양의 30 내지 85%인 방법.
제 11 항에 있어서,

잔류하는 산 HA를 비-하이드록실 염기와 반응시키는 단계를 포함하는 방법.
제 14 항에 있어서,

비-하이드록실 염기가 트라이에틸 아민, 바륨 이소프로폭사이드, 알루미늄 이소프로폭사이드, 또는 이들의 혼합물인 방법.
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