KR20100076782A - 전자사진용 토너 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

전자사진용 토너 및 그의 제조방법이 제공되며, 상기 토너는 라텍스, 착색제 및 이형제를 포함하는 전자사진용 토너로서 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가진다.

Description

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

전자사진용 토너 및 그의 제조방법이 개시된다.

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 안료, 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 여전히 중합 토너를 사용하더라도 인쇄 시 우수한 인쇄 성능 및 화질을 확보하기 위해서는 토너의 정착성 및 내구성 등의 기능적인 물성 확보가 선행되어야 하고, 이를 위해서는 유변 특성이 최적화된 토너의 개발이 요구된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면,

라텍스, 착색제 및 이형제를 포함하는 전자사진용 토너로서,

상기 토너가 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가진다

상기 토너는 약 3 내지 약 1,000ppm의 Si 및 Fe를 포함할 수 있다.

상기 이형제는 파라핀계 왁스와 에스테르계 왁스의 혼합물; 또는 에스테르기 함유 파라핀계 왁스;일 수 있다.

상기 이형제 분산액의 에스테르기 함량은 전체 이형제 중량 기준으로 약 2 내지 약 10 중량% 일 수 있다.

상기 토너의 평균입도는 약 3 내지 약 8㎛일 수 있다.

상기 토너의 원형도의 평균값은 약 0.940 내지 약 0.980일 수 있다.

상기 토너의 GSDv 및 GSDp 값은 각각 약 1.25 이하일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면,

1차 라텍스 입자, 안료 분산액 및 이형제 분산액을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계;

상기 혼합액에 응집제를 첨가하여 1차 응집 토너를 제조하는 단계; 및

하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 제조되는 2차 라텍스를 상기 1차 응 집 토너 상에 피복하여 2차 응집 토너를 제조하는 단계를 포함하는 전자사진용 토너의 제조방법으로서,

상기 토너가 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가진다

상기 1차 라텍스 입자는 폴리에스테르 단독; 하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 얻어지는 중합체; 혹은 이들의 혼합물일 수 있다.

하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 제조되는 3차 라텍스를 상기 2차 응집 토너 상에 피복하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 중합성 단량체는 스티렌계 단량체; 아크릴산, 메타크릴산; (메타)아크릴산의 유도체; 에틸렌성 불포화 모노올레핀; 할로겐화비닐; 비닐에스테르; 비닐에테르; 비닐케톤; 및 질소 함유 비닐 화합물 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 이형제 분산액은 파라핀계 왁스와 에스테르계 왁스의 혼합물; 또는 에스테르기 함유 파라핀계 왁스;를 포함할 수 있다.

상기 응집제는 Si과 Fe 함유 금속염일 수 있다.

상기 응집제는 폴리실리카철을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면,

정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법으로서, 상기 토너가 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가진다

본 발명의 다른 실시예에 따르면,

토너가 저장되는 토너 탱크; 상기 토너 탱크의 내측으로 돌출되며, 저장된 토너를 외부로 공급하는 공급부; 및 상기 토너 탱크의 내부에 회전할 수 있도록 설치되며, 상기 공급부의 상부를 포함하는 상기 토너 탱크의 내부 전 공간에 있는 토너를 교반할 수 있는 토너 교반부재;를 포함하는 토너 공급 수단으로서, 상기 토너가 상기 토너가 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가진다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면,

상담지체; 상기 상담지체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상형성 수단; 토너를 수용하는 수단; 상기 상담지체의 표면에서 정전 잠상을 토너상으로 현상하기 위해 상기 토너를 상담지체의 표면에 공급하는 토너 공급 수단; 및 상기 토너상을 상담지체 표면에서 전사재에 전사하는 토너 전사 수단;을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 토너가 상기 토너가 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가지는화상 형성 장치를 제공한다.

이상과 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 고광택의 우수한 화상 특성을 구현하고, 넓은 정착 영역을 확보하는 토너를 제조할 수 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 전자사진용 토너는 라텍스, 착색제 및 이형제를 포함하는 전자사진용 토너로서, 상기 토너는 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가진다

상기 dG'/dG"의 수치는 손실 탄성율 (Pa) (dG")에 대한 저장 탄성율 (Pa) (dG')의 주파수 영역 0.1 내지 100rad/s에서의 기울기로서, 상기 토너의 dG'/dG"는 두개의 원형 디스크 형태의 레오미터(Rheometer) (ex. TA ARES)에서 특정온도 주파수 스캔(Scan)으로부터 구할 수 있다.

이때, 상기 dG'/dG"의 수치를 측정하는 주파수 영역은 측정의 신뢰성을 나타내는 구간으로 0.1rad/s 미만의 경우 온도에 따라 시료가 기기 감도의 적정영역에 못미칠 수 있거나 데이터의 신뢰성을 갖기 어려운 경우도 있고, 100rad/s 초과의 주파수의 경우는 또한 시료가 두개의 원형 디스크 사이에서 이탈되어 신뢰성있는 데이터를 얻기 곤란할 수 있다.

상기 dG'/dG"는 토너 멜팅(toner melting)이후 (약 100℃ 이후) 분자량 및 온도에 의존성이 없는 파라미터로서, 단일성분의 경우 분자량 분포 및 사슬 형 탠(chain conformation)등에 의존하여 변화하게 되고, 첨가제의 분산상태나 첨가제의 특성에 따른 약간의 변화는 있지만 가장 크게는 라텍스의 분자량 분포와 구조특성에 의존하는 함수이다.

선형 단일물질의 경우 dG'/dG"이 약 2 이하 정도의 숫치를 갖게 되며 분지(branch)나 사슬의 구조가 변화하여 선형구조에서 벗어남에 따라 그 숫치가 줄어들게 된다. 따라서, dG'/dG"을 통하여 이러한 라텍스의 구조적인 특성을 숫치화할 수 있고, 토너의 정착온도 범위와 광택도(Glossiness)를 예측할 수 있으며, 이런 구조적인 변화에 따른 숫치의 변화는 비록 작지만 첨가제 특히 왁스와의 상용 상태 및 고온에서의 이형 성능을 간접적으로 파악할 수도 있다.

즉, 상기 dG'/dG"의 숫치는 분자량 분포가 넓거나 분산상태가 불량한 경우 감소하는 경향이 있다. 분자량 분포가 큰 경우 정착을 하게 되면 점도의 거동이 온도에 따라 완만하게 감소하는 경향을 가지며 넓은 정착영역을 가질 수 있지만 상대적으로 광택도는 감소하는 경향을 갖는다. 동일 분자량 분포의 라텍스로 만든 경우라면 분산 불량으로 인한 미미한 dG'/dG" 숫치 감소를 볼 수 있는데 이러한 경우 표면 왁스, 혹은 다른 첨가제의 분산 불량으로 인한 대전/보관성 불량의 경우로 나타날 수 있게 된다.

라텍스의 분자량 분포를 dG'/dG"로 판단하는 것과 GPC로 측정하는 것과의 차별점은 기계적 측정을 통하여 시료에 포함된 겔이나 전처리에 따른 실험오차를 없앨 수 있고 정착과 유사한 환경에서 평가가능함으로써 현상을 정확이 예측할 수 있는 점에서 유리하다고 볼 수 있다.

상기 dG'/dG"는 예를 들면 약 1.10 내지 약 1.25, 약 1.10 내지 약 1.20, 약 1.15 내지 약 1.20 이고, 상기 dG'/dG"가 약 1.10 미만인 경우에는 온도에 따른 정착거동이 예민하여 균일한 화상을 얻기 힘들고, 광택도가 떨어지거나 첨가제의 분산상태가 불량하여 보관성에 취약한 경향이 있고, 약 1.25 초과인 경우에는 좁은 정착영역을 가지거나 제조상의 수율, 생산성이 저하될 수 있다.

상기 토너는 예를 들면 약 50,000 내지 약 80,000, 약 60,000 내지 약 80,000, 약 70,000 내지 약 80,000 중량 평균 분자량을 가지고, 상기 중량 평균 분자량이 약 50,000 미만이면 내구성에 취약할 수 있고, 약 80,000 초과이면 정착의 범위가 상향되어 기기 내구성에 취약할 수 있다.

또한 상기 토너의 복소점도는 예를 들면, 100 내지 140℃에서 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (), 1.5 x 10³ 내지 약 4.5 x 10⁴ (Pa·s)이다. 이때, 상기 복소점도가 1 x 10³ (Pa·s)미만이면 오프셋(Offse)t이나 랩 잼(Wrap Jam) 또는 광택도가 저하될 수 있고, 5 x 10⁴ (Pa·s) 초과이면 160℃ 이하 온도에서 적정한 정착강도 및 광택도를 얻기 어려울 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현에 의하면, 1차 라텍스 입자, 안료 분산액 및 이형제 분산액을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계; 상기 혼합액에 응집제를 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 포함하는 전자사진용 토너의 제조방법으로서, 상기 토너가 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가지는 전자사진용 토너의 제조방법을 제공한다.

상기 응집제로 사용되는 예로는, NaCl, MgCl₂, MgCl₂ㆍ8H₂0, [Al₂(OH)_nCl_6-n]_m (Al₂(SO₄)₃ㆍ18H₂O, PAC(폴리알루미늄 클로라이드), PAS(폴리알루미늄 설페이트), PASS(폴리알루미늄 설페이트 실리케이트), 황산제1철, 황산제2철, 염화제2철, 소석회, 탄산칼슘, Si 및 Fe 함유 금속염 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 응집제의 함량은 1차 라텍스 입자 100 중량부를 기준으로 예를 들면 약 3 내지 약 16 중량부, 약 5 내지 약 12 중량부이다. 이때, 상기 응집제의 함량이 3 약 중량부 미만이면 응집효율이 떨어지고, 약 16 중량부 이상이면 토너의 대전성 저하된다 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전자사진용 토너는 Si 및 Fe 함유 금속염을 토너 제조공정에서 응집제로 사용하고, 그 결과 제조된 토너에 포함된 Si 및 Fe 함량은 예를 들면, 약 3 내지 약 1,000ppm, 약 300 내지 약 800 ppm 이다. 이때, 상기 Si 및 Fe 함량이 약 3 ppm 미만이면 첨가의 효과를 얻기 어려우며, 약 1,000ppm을 초과하는 경우에는 토너의 대전성이 저하되어 적정한 현상능력을 갖지 못하게 할 수 있다.

상기 Si 및 Fe 함유 금속염은 예를 들면, 폴리실리카철을 포함하고, 특히, 본원 발명에 따른 토너의 제조공정에서 Si 및 Fe 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, 구체적으로는 제품명 PSI-025, PSI-050, PSI-085, PSI-100, PSI-200, PSI-300 (주식회사 수도기공) 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 PSI-025, PSI-050, PSI-085의 물성 및 조성을 하기 표 1에 기재하였다.

종류		PSI-025	PSI-050	PSI-085	PSI-100	PSI-200	PSI-300
Silica/Fe 몰비(Si/Fe)		0.25	0.5	0.85	1	2	3
주성분 농도	Fe(wt%)	5.0	3.5	2.5	2.0	1.0	0.7
	SiO2(wt%)	1.4	1.9	2.0	2.2
pH(1w/v%)		2-3
비중(20℃)		1.14	1.13	1.09	1.08	1.06	1.04
점도(mPa·S)		2.0이상
평균분자량 (Dalton)		500,000
외관		외관상 황갈색 투명 액체

상기 Si 및 Fe 함유 금속염을 토너 제조공정에서 응집제로서 사용함으로써 소입경화가 가능하며, 입자 형태의 제어도 가능해진다.

그에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 전자사진용 토너의 부피 평균 입경은 예를 들면, 약 3 내지 약 8㎛, 약 5 내지 약 7 ㎛이며, 원형도의 평균값은 예를 들면, 약 0.940 내지 약 0.980, 약 0.95 내지 약 0.975이다.

일반적으로, 토너 입자가 작으면 작을수록, 높은 해상도 및 고화질을 얻는 것이 더욱 유리하지만, 동시에, 전사 속도 및 세정력의 관점에서 볼 때는 불리하기 때문에 적정한 입경을 갖는 것이 중요하다.

토너의 부피 평균 입경은 광산란법에 의하여 측정할 수 있다.

토너의 부피 평균 입경이 약 3㎛ 미만인 경우 감광체 클리닝 문제 및 양산 수율 저하문제가 존재하고, 비산으로 인해 인체 유해하고, 약 8㎛ 초과인 경우 높은 해상도 및 고질의 화상을 얻은 것이 어려우며, 대전이 불균일하고, 토너의 정착성이 저하되며, 닥터 블레이드(Dr-Blade)가 토너층을 규제하는 것이 곤란할 수 있다.

토너의 원형도의 평균값이 약 0.940 미만인 경우, 전사재 상에 현상된 화상은 큰 높이를 가지며, 토너 소비량이 많아지게 되고, 토너간의 공극이 너무 커져서 또한 전사재 상에 현상된 화상 상의 충분한 피복률을 얻을 수 없게 될 수 있고, 따라서 필요한 화상 농도를 얻기 위해 보다 다량의 토너가 요구되어 토너 소비량이 많아지게 된다. 토너의 원형도의 평균값이 약 0.980 초과인 경우, 토너는 과다하게 현상 슬리브 상으로 공급되어 슬리브가 토너와 함께 그 위에 불균일하게 피복되어 오염이발생할 수 있다.

토너의 원형도는 토너의 SEM 사진에서 50개를 선택한 후, 이미지 자료 정량분석을 위한 소프트웨어 Image J 소프트웨어 1.33u (National Institutes of Health, USA)를 이용하여 아래식에 의거하여 계산할 수 있다.

<계산식>

원형도 (Circularity) = 4π×(면적/둘레²)

상기 원형도 값은 0 내지 1 사이의 값이고, 상기 원형도 값이 1에 가까울수록 구형에 가까워진다.

토너 입자 분포의 지표로는 이하와 같은 체적 평균 입도 분포 지표 GSDv, 또는 수평균 입도 분포 지표 GSDp를 사용할 수 있고, 이는 하기와 같이 측정하여 산출한다.

우선, 콜터 멀티사이저II(베크만-콜터사제) 측정기를 사용해서 측정된 토너의 입도 분포를 분할된 입도 범위(채널)에 대하여, 개개의 토너 입자의 체적 및 수에 대해서 소경(小徑)측으로부터 누적 분포를 그려, 누적 16%가 되는 입경을 체적 평균 입자경 D16v, 및, 수평균 입자경 D16p라 정의하고, 누적 50%가 되는 입경을 체적 평균 입자경 D50v, 및, 수평균 입자경 D50p라 정의한다. 마찬가지로, 누적 84%가 되는 입경을 체적 평균 입자경 D84v, 및, 수평균 입자경 D84p라 정의한다.

이 때, 체적 평균 입도 분포 지표(GSDv)는 D84v/D16v로서 정의되고, 수평균 입도 지표(GSDp)는 D84p/D16p로서 정의되는 이들의 관계식을 이용하여, 체적 평균 입도 분포 지표(GSDv) 및 수평균 입도 지표(GSDp)를 산출할 수 있다.

이때, 상기 GSDv 및 GSDp의 값은 예를 들면, 약 1.25 이하, 약 1.20 내지 약 1.25이다. 상기 GSDv 및 GSDp의 값이 약 1.25를 초과하는 경우에는 입자경이 불균일하게 될 수 있다.

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 같은 이형제와 함께 중합하거나 별도로 이형제를 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 중합 공정은 유화 중합 분산으로서 예를 들면 약 1㎛ 이하, 약 100 내지 약 300nm 의 크기를 갖는 1차 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 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 중합성 단량체의 중합도를 감소하게 할 수 있고 새로운 사슬을 개시하게 할 수 있다. 연쇄이동제를 통하여 분자량의 분포를 조절할 수 있게 된다.

상기 연쇄이동제의 함량은 예를들면, 하나 이상의 중합성 단량체 100 중량부를 기준으로 약 0.5 내지 약 1.0 중량부, 약 0.6 내지 약 0.8 중량부이다. 상기 연쇄이동제의 함량이 약 0.5 중량부 미만이면 분자량이 너무 높아져서 정착온도가 상승하고, 약 1.0 중량부 초과이면 분자량이 너무 낮아져서 내구성에 취약할 수 있다.

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 분산액 및 이형제 분산액과 혼합하여 혼합액을 제조하게 된다. 상기 안료 분산액은 블랙, 시안, 마젠타, 옐로우 등의 안료와 유화제를 포함하는 조성물을 초음파 분산기 또는 마이크로 플루다이저(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 토너를 착색하기에 충분한 양이면 무방하나, 예를 들면, 중합성 단량체 100 중량부를 기준으로 하여 약 3 내지 약 10 중량부, 약 4 내지 약 9 중량부이다. 상기 안료의 함량이 중합성 단량체 100 중량부를 기준으로 하여 약 3 중량부 미만일 경우에는 착색효과가 충분하지 않을 수 있고, 약 10 중량부를 초과하는 경우에는 토너의 제조원가가 상승되기 때문에 충분한 마찰 대전량을 얻지 못할 수 있다.

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.

상기 토너의 제조 공정에서 사용되는 이형제 분산액은 이형제, 물, 유화제 등을 포함한다

이때, 상기 이형제는 최종 화상 수용체 상에 저정착 온도에서 정착되고, 우수한 최종 화상 내구성 및 내마모 특성을 나타내는 토너를 제공하므로, 이형제의 종류 및 함량은 토너의 특성을 결정하는데 중요한 역할을 함을 알 수 있다.

사용될 수 있는 이형제의 형태의 예들은 이에 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌계 왁스, 폴리프로필렌계 왁스, 실리콘 왁스, 파라핀계 왁스, 에스테르계 왁스, 카르나우바 왁스 및 메탈로센(metallocene) 왁스를 포함한다. 바람직하게는 이형제는 융점은 약 50 내지 약 150℃이다. 이형제 성분은 토너 입자와 물리적으로 밀착되지만, 토너 입자와 공유적으로 결합하지 않는다. 최종 화상 수용체 상에 저정착 온도에서 정착되고 우수한 최종 화상 내구성 및 내마모 특성을 나타내는 토너를 제공한다.

상기 이형제의 함량은 예를 들면 하나 이상의 중합성 단량체 100 중량부를 기준으로 약 5 내지 약 10 중량부, 약 7 내지 약 10 중량부를 사용할 수 있으며, 이형제의 함량이 약 5 중량부 미만이면 저온 정착성이 불량하고 정착 온도 범위가 협소해지고, 약 10 중량부를 초과하는 경우 보관성 및 경제성이 저하될 수 있다.

상기 이형제로는 에스테르기를 포함하는 왁스가 바람직한데, 그 예로는 (1) 에스테르계 왁스 및 비에스테르계 왁스의 혼합물; 또는 (2) 비에스테르계 왁스에 에스테르기를 함유 시킨 에스테르기 함유 왁스가 있다.

이는 에스테르기가 토너의 라텍스 성분과의 친화성이 높기 때문에, 토너 입자 중에서 왁스를 균일하게 존재시킬 수 있어 왁스의 작용을 효과적으로 발휘할 수 있게 하고, 비에스테르계 왁스 성분은 라텍스와의 이형 작용에 의하여 에스테르계 왁스 만으로 구성되는 경우의 과도한 가소작용을 억제할 수 있어, 결과적으로 토너의 양호한 현상성을 장기간 유지할 수 있게 하기 때문이다.

상기 에스테르계 왁스로는 예를 들어, 베헨산 베헤닐, 스테아르산 스테아릴, 펜타에리트리톨의 스테아르산 에스테르, 몬탄산 글리세리드 등의, 탄소수 15~30 의 지방산과 1~5 가의 알코올의 에스테르가 바람직하다. 또, 에스테르를 구성하는 알코올 성분으로서는, 1 가 알코올의 경우에는 탄소수 10~30 인 것이 바람직하고, 다가 알코올의 경우에는 탄소수 3~10 인 것이 바람직하다.

또한, 비에스테르계 왁스로는 폴리에틸렌계 왁스, 파리판 왁스 등이 있다.

상기 에스테르기를 포함하는 왁스의 예로는 파라핀계 왁스와 에스테르계 왁스의 혼합물; 또는 에스테르기 함유 파라핀계 왁스;가 있으며, 구체적인 예로서는 제품명 중경유지 사의 P-280, P-318, P-319 등을 사용할 수 있다.

상기 이형제의 에스테르기 함량은 예를 들면 전체 이형제 중량기준으로 약 2 내지 약 10 중량%, 약 5 내지 약 7 중량%이다. 상기 에스테르기 함량이 2 중량% 미만인 경우는 라텍스와의 상용성이 저하되고, 10 중량% 초과인 경우는 토너의 가소성이 과도해져 현상성의 장기 유지가 곤란할 수 있다.

상기 이형제 분산액에 사용되는 유화제로서는 안료 분산액에서 사용되는 유화제와 마찬가지로 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.

상기 방법을 통하여 1차 라텍스 입자는 저온정착에 유리하도록 분자량과 T_g가 조절되고, 유변학적(rheological) 특징이 조절되는 것이 바람직하다.

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

상기 응집제로는 Si 및 Fe 함유 금속염 중에서 선택된 하나 이상을 사용하였다. 상기 Si 및 Fe 함유 금속염은 폴리실리카철을 포함한다.

상기 2차 라텍스는 상술한 바와 같은 하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 얻어질 수 있으며, 이와 같은 중합은 유화 중합 분산으로서 약 1㎛ 이하, 바람직하게는 약 100 내지 약 300nm의 크기를 갖는 라텍스를 제조하게 된다. 이와 같은 2차 라텍스도 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 입자를 분리하고 건조시키는 공정을 거치게 된다. 건조된 토너에는 외첨제를 사용하여 외첨처리하며, 대전 전하량 등을 조절하여 최종적인 건식 토너를 얻게 된다.

상기 외첨제로는 실리카, TiO₂ 등을 사용하고, 그 함량은 예를 들면 무외첨 토너 100 중량부를 기준으로 약 1.5 내지 약 4 중량부, 약 2 내지 약 3 중량부로 포함될 수 있다. 상기 외첨제의 함량이 약 1.5 중량부 미만인 경우 토너간의 응집력에 따른 서로 들어붙는 현상인 케이킹(Caking)이 발생하고 대전량이 불안정하고, 약 4 중량부 초과인 경우 과량의 외첨 성분이 롤러를 오염시킬 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예에 의하면, 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법을 제공하고, 상기 토너는 라텍스, 착색제 및 이형제를 포함하는 전자사진용 토너로서, 상기 토너가 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가지는 전자사진용 토너이다.

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 제거되고 다음의 화상 형성 사이클을 위하여 감광체가 준비된다.

본 발명의 다른 일 구현예에 의하면, 토너가 저장되는 토너 탱크; 상기 토너 탱크의 내측으로 돌출되며, 저장된 토너를 외부로 공급하는 공급부; 및 상기 토너 탱크의 내부에 회전할 수 있도록 설치되며, 상기 공급부의 상부를 포함하는 상기 토너 탱크의 내부 전 공간에 있는 토너를 교반할 수 있는 토너 교반부재;를 포함하는 토너 공급 수단을 제공하며, 상기 토너는 라텍스, 착색제 및 이형제를 포함하는 전자사진용 토너로서, 상기 토너가 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가지는 전자사진용 토너이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토너 공급 수단을 도시한 것으로서, 이하 설명한다.

토너공급장치(100)는 토너탱크(101), 공급부(103), 토너이송부재(105), 토너교반부재(110)를 포함한다.

토너탱크(101)는 일정량의 토너를 저장하는 것으로서, 대략 중공의 원통형으로 형성된다.

공급부(103)는 토너탱크(101)의 내측 하부에 설치되며, 토너탱크(101)에 저장된 토너를 외부로 배출한다. 즉, 공급부(103)는 토너탱크(101)의 저면에서 내측으로 반원 단면을 갖는 기둥형상으로 돌출된다. 공급부(103)의 외주면에는 토너가 배출되는 토너배출구(미도시)가 형성되어 있다.

토너이송부재(105)는 토너탱크(101)의 내측 하부에, 공급부(103)의 일측에 설치된다. 토너이송부재(105)는 코일 스프링 형상으로 성형되며, 그 일단이 공급부(103)의 내측까지 연장되어 있기 때문에, 토너이송부재(105)가 회전하면 토너탱크(101)의 토너가 공급부(103)의 내측으로 이송된다. 토너이송부재(105)에 의해 이송된 토너는 토너배출구를 통해 외부로 배출된다.

토너교반부재(110)는 토너탱크(101)의 내측에 회전할 수 있도록 설치되며, 토너탱크(101)에 저장된 토너가 아래쪽으로 이동되도록 한다. 즉, 토너교반부재(110)가 토너탱크(101)의 중앙에서 회전하면 토너탱크(101)에 저장된 토너가 교반되어 토너가 굳지 않게 된다. 그러면, 토너는 자중에 의해 아래쪽으로 이동하게 된다. 이러한 토너교반부재(110)는 회전축(112)과 토너교반필름(120)을 포함한다. 회전축(112)은 토너탱크(101)의 중앙에서 회전할 수 있도록 설치되며, 토너탱크(101)의 일측으로 돌출된 일단에는 구동기어(미도시)가 동축 상에 설치되어 있다. 따라서, 구동기어가 회전하면 회전축(112)이 일체로 회전하게 된다. 또한, 회전축(112)에는 토너교반필름(120)의 설치가 용이하도록 날개판(114)을 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 날개판(114)은 회전축(112)을 중심으로 대략 대칭을 이루도록 형성하는 것이 바람직하다. 토너교반필름(120)은 토너탱크(101)의 내부 길이에 대응되는 폭을 가지며, 토너탱크(101)의 내측의 돌출물, 즉 공급부(103)를 따라 변형될 수 있는 탄성을 갖는다.

토너교반필름(120)은 토너교반필름(120)의 끝단에서 회전축(112) 쪽으로 일정 길이 절단하여 제1교반부(121)와 제2교반부(122)로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 감광체; 상기 감광체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상형성 수단; 토너를 수용하는 수단; 상기 감광체의 표면에서 정전 잠상을 토너상으로 현상하기 위해 상기 토너를 감광체의 표면에 공급하는 토너 공급 수단; 및 상기 토너상을 감광체 표면에서 전사재에 전사하는 토너 전사 수단;을 포함하는 화상 형성 장치를 제공하며, 상기 토너는 라텍스, 착색제 및 이형제를 포함하는 전자사진용 토너로서, 상기 토너가 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 갖는 전자사진용 토너이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 따라 제조된 토너를 수용한 비접촉 현상방식의 화상 형성 장치의 일 구현예를 도시한 것으로서 하기에 작동 원리를 설명한다.

현상장치(204)의 비자성 1 성분 현상제는 폴리우레탄 폼, 스폰지 등의 탄성부재로 구성된 공급롤러(206)에 의해 현상제(208)를 현상롤러(205)상으로 공급된다. 상기 현상롤러(205) 상으로 공급된 현상제(208)은 현상롤러(205)의 회전에 따라 현상제 규제블레이드(207)과 현상롤러(205)의 접촉부에 도달한다. 상기 현상제 규제블레이드(207)은 금속, 고무 등의 탄성부재로 구성되어 있다. 현상제 규제블레이드(207)과 현상롤러(205)의 접촉부 사이를 현상제가 통과시 현상제(208)의 층이 일정한 층으로 규제되어 박층이 형성되고 현상제를 충분히 대전시킨다. 박층화된 현상제(208)는 현상롤러(205)에 의하여 상담지체인 감광체(201)의 정전잠상에 현상제(208)가 현상되는 현상영역으로 이송되게 된다. 이때, 상기 정전잠상은 상기 감광체(201)에 광(203)을 주사함으로써 형성된다.

현상롤러(205)는 감광체(201)와 일정한 간격을 두고 접촉하지 않고 서로 마주보고 위치하고 있다. 현상롤러(205)는 시계회전 반대방향으로 회전하고 감광체(201)는 시계회전방향으로 회전한다.

상기 감광체(201)의 현상영역으로 이송된 현상제(208)는 현상롤러(205)에 인가된 DC 중첩된 AC 전압과, 대전수단(202)에 의해 대전된 감광체(201)의 잠상전위와의 전위차에 의해 발생된 전기력에 의해 상기 감광체(201)에 형성된 정전잠상을 현상하여 토너 화상을 형성한다.

감광체(201)에 현상된 현상제(208)는 감광체(201)의 회전방향에 따라 전사수단(209)의 위치에 도달한다. 감광체(201)에 현상된 현상제는 코로나 방전 또는 롤러형태로 현상제 (208)에 대한 역극성 고전압이 인가된 전사수단(209)에 의하여 인쇄용지(213)가 통과하면서 인쇄용지로 현상제가 전사되어 화상이 형성된다.

인쇄용지에 전사된 화상은 고온, 고압의 정착기(미도시)를 통과하면서 인쇄용지에 현상제가 융착되어 화상이 정착된다. 한편 현상롤러(205) 상의 미현상된 잔류 현상제(208')는 상기 현상롤러(205)와 접촉되어 있는 공급롤러(206)에 의해 회수되고, 감광체(201) 상의 미현상된 잔류 현상제(208')는 클리닝 블레이드(210)에 의해 회수된다. 상기의 과정이 반복된다.

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

이하 제조된 토너의 형상을 SEM 사진으로 확인하였고, 토너의 SEM 사진에서 50개를 선택한 후, 이미지 자료 정량분석을 위한 소프트웨어 Image J 소프트웨어 1.33u (National Institutes of Health, USA)를 이용하여 아래식에 의거하여 토너의 원형도를 계산하였다.

<계산식>

원형도 (Circularity) = 4π×(면적/둘레²)

상기 원형도 값은 0 내지 1 사이의 값이고, 상기 원형도 값이 1에 가까울수록 구형에 가까워 진다.

실시예 1

<1차 라텍스의 합성 >

3L 비커에 단량체 혼합액 (스티렌 970g, n-부틸 아크릴레이트 192g, b-carboxyethylacrylate 36g, 가교제 A-Decadiol diacrylate 4.2g)과 연쇄이동제인 (CTA) 1-도데칸티올 (Aldrich) 18.8g (단량체 100 중량부 기준으로 0.7 중량부)을 넣고 sodium dodecyl sufide (Aldrich) 수용액 (물대비 2%) 500g에 부어 교반하여 단량체 유화액을 제조하였다. 제조된 단량체 유화액을 반응 온도 75℃로 가열된 3L 이중 자켓 반응기에 투입하고, 개시제인 포타슘퍼설페이트(KPS) 18g과 유화제 sodium dodecyl sufide (Aldrich) 수용액 (물대비 0.13%) 1160g을 투입하여 유화액을 2시간 이상 동안 dropping하여 서서히 첨가한다. 반응온도에서 8시간 반응하며 반응이 종료되면, 단량체 혼합액 (스티렌 145g, n-부틸 아크릴레이트 66g, 메타크릴산 9g)과 1-도데칸티올 (Aldrich) 3.3g을 반응기에 스타브드 피팅 방식으로 60 분간 투입하여 6 시간 추가로 반응시킨 후 냉각시켰다. 반응 후 얻어진 1차 라텍스 입자의 크기는 광산란(Light scattering) 방식 (Horiba 910)으로 측정하였으며 평균 170 nm 였다.

<안료 분산액의 제조>

음이온성 반응성 유화제(HS-10; DAI-ICH KOGYO) 10g을 취하여 시안 안료 60g과 함께 밀링 배스(Milling bath)에 넣고 0.8 내지 1mm 직경의 글래스 비드 400g을 투입하여 상온에서 밀링하여 분산액을 제조하였다. 분산기는 초음파 분산기(Sonic and materials, VCX750)를 사용하였다.

<응집 및 토너의 제조>

1L 반응기에 탈이온수 500g, 코어용 상기 1차 라텍스 150g, 시안 안료 분산액 (HS-10 100%) 35g 및 왁스 분산액 P-280(중경유지) 28g을 넣은 혼합액에 15g의 질산(0.3mol) 및 응집제로 PSI-025(주식회사 수도기공) 11% 용액 136.4g (응집제 고형분 15g)을 포함하는 혼합액을 넣고 균질화기(Homogenizer)를 이용하여 11,000rpm에서 6분간 교반하여 부피 평균 입경이 1.5 내지 2.5㎛의 1차 응집 토너를 얻었다. 1L용 이중 자켓 반응기에 혼합액을 넣고 상온에서 분당 0.5℃로 50℃(라텍스의 T_g-5도)까지 승온하였다. 상기 1차 응집 토너의 부피 평균 입경이 약 5.8 크기에 도달하면 폴리스티렌계 중합성 단량체를 중합하여 얻어진 2차 라텍스를 추가로 50g 가하고, 부피 평균 입경이 6.0㎛이 되면 NaOH(1mol)를 첨가하여 pH를 8로 조절하였다. 10분간 부피 평균 입경의 값이 일정하게 유지되면, 96℃까지 승온(0.5℃/min)하였다. 96℃ 도달 후 질산(0.3mol)을 첨가하여 pH를 6.6로 맞춘 후, 4 시간 합일하면 부피 평균 입경이 5 내지 6㎛의 포테이토 형상의 2차 응집 토너를 얻었다. 이어서 응집 반응액을 T_g 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 믹서(KM-LS2K, 대화테크)에서 8,000rpm, 4 분간 교반하여 외첨하였다. 이에 부피 평균 입경이 5.9㎛ 인 토너를 얻었다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.25 및 1.2였다. 또한, 상기 토너의 평균 원형도는 0.97였다.

실시예 2

연쇄 이동제(CTA)인 1-도데칸티올을 단량체 100 중량부 기준으로 0.7 중량부를 첨가하고, KPS 1.7% 수용액 860g을 투입하여 70분 질소 퍼징하에서 반응시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 토너를 얻었다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.23 및 1.21였다. 또한, 상기 토너의 평균 원형도는 0.95였다.

실시예 3

연쇄 이동제(CTA)인 1-도데칸티올을 단량체 100 중량부 기준으로 0.7 중량부를 첨가하고, KPS 1.5% 수용액 860g을 투입하여 120분 질소 퍼징하에서 반응시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 토너를 얻었다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.23 및 1.21였다. 또한, 상기 토너의 평균 원형도는 0.97였다.

실시예 4

연쇄 이동제(CTA)인 1-도데칸티올을 단량체 100 중량부 기준으로 0.7 중량부를 첨가하고, KPS 1.5% 수용액 860g을 투입하여 150분 질소 퍼징하에서 반응시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 토너를 얻었다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.21 및 1.20 였다. 또한, 상기 토너의 평균 원형도는 1.96였다.

비교예 1

연쇄 이동제(CTA)인 1-도데칸티올을 단량체 100 중량부 기준으로 0.7 중량부를 첨가하고, KPS 1.5% 수용액 860g을 투입하여 90분 질소 퍼징하에서 반응시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 토너를 얻었다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.25 및 1.22였다. 또한, 상기 토너의 평균 원형도는 0.94였다.

비교예 2

연쇄 이동제(CTA)인 1-도데칸티올을 단량체 100 중량부 기준으로 0.7 중량부를 첨가하고, KPS 2.5% 수용액 860g을 투입하여 60분 질소 퍼징하에서 반응시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 토너를 얻었다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.25 및 1.23였다. 또한, 상기 토너의 평균 원형도는 0.96였다.

비교예 3

연쇄 이동제(CTA)인 1-도데칸티올을 단량체 100 중량부 기준으로 0.7 중량부를 첨가하고, KPS 2.3% 수용액 860g을 투입하여 30분 질소 퍼징하에서 반응시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 토너를 얻었다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.23 및 1.20였다. 또한, 상기 토너의 평균 원형도는 0.97였다.

비교예 4

연쇄 이동제(CTA)인 1-도데칸티올을 단량체 100 중량부 기준으로 0.7 중량부를 첨가하고, KPS 2.5% 수용액 860g을 투입하여 30분 질소 퍼징하에서 반응시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 토너를 얻었다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.26 및 1.22였다. 또한, 상기 토너의 평균 원형도는 0.94였다.

비교예 5

연쇄 이동제(CTA)인 1-도데칸티올을 단량체 100 중량부 기준으로 0.7 중량부를 첨가하고, KPS 2.1% 수용액 860g을 투입하여 120분 질소 퍼징하에서 반응시킨 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 토너를 얻었다. 상기 토너의 GSDp 및 GSDv값은 각각 1.27 및 1.25였다. 또한, 상기 토너의 평균 원형도는 0.94였다.

토너의 평가 방법

<중량 평균 분자량 측정>

중량 평균 분자량 (Mw)은 겔투과 크로마토그래피(GPC) (Waters 2414)로 측정한다.

<복소점도 측정>

직경 8mm 상온압축 시편을 TA ARES를 이용하여 측정한다. 이때 갭(Gap)은 2mm 이내로 설정하고 40℃에서 2℃/분으로 승온하며 6.28rad/s으로 주파수를 고정시키고 측정한다. 이때 스트레인(strain)은 시료의 선형(linear)구간을 확인한 후 설정한다.

<dG'/dG"의 측정>

직경 25mm 상온압축 시편을 TA ARES를 이용하여 측정한다. 갭은 2mm 이내로 설정하고 온도는 시료의 유리전이온도(T_g) 혹은 녹는점(T_m)보다 높은 온도에서 측정하며, 각기 다른 3개의 온도 (ex. 100, 120, 140C)에서 0.1-100rad/s 의 주파수에서 측정한다. 이때 스트레인(strain)은 시료의 선형(linear)구간을 확인한 후 설정한다.

<정착 특성 평가>

장비 : Belt-type 정착기 (제조사: 삼성전자, 제품명: 컬러레이저 660 모델의 정착기)

- 테스트용 미정착 화상 : 100% pattern

- 테스트 온도 : 100 ~ 200℃ (10℃ 간격)

- 정착 속도 : 160mm/sec

- 정착 시간 : 0.08sec

상기 조건으로 실험 진행 후, 정착된 화상의 정착성을 다음과 같이 평가하였다.

정착화상의 OD를 측정한 후, 화상 부위에 3M 810 테이프를 붙이고 500g 추를 이용하여 5회 왕복 이동한 후 테이프를 제거한다. 테이프 제거 후의 OD를 측정한다.

정착성(%) = (OD_테이프 필링(Peeling) 후/OD_테이프 필링 전) x 100

정착성 90% 이상인 정착온도 영역을 토너의 정착영역으로 간주한다.

MFT : Minimum Fusing Temperature [저온 오프셋(Cold-offset) 없이 정착성 90% 이상이 되는 최저 온도]

HOT : HOT Offset Temperature [고온 오프셋(Hot-offset) 발생하는 최저 온도]

<광택도(Gloss) 평가>

광택도 측정기인 글로스미터(Glossmeter) (제조사: BYK Gardner, 제품명: micro-TRI-gloss)를 이용하여 상기 정착기 사용 온도인 160℃에서 측정한다.

측정 각도 : 60^o

측정 패턴 : 100% 패턴

<고온 보존성 평가 >

토너 100g을 외첨한 후, 현상기(제조사: 삼성전자, 제품명: 컬러레이저 660 모델의 현상기)에 투입하여 포장상태로 항온 항습 오븐에서 다음과 같이 보관한다.

23℃, 55% RH(Relative Humidity) 2시간

=> 40℃, 90% RH 48시간

=> 50℃, 80% RH 48 시간

=> 40℃, 90% RH 48 시간

=> 23℃, 55% RH 6 시간

상기 조건 보관 후, 현상기 내 토너의 케이킹(Caking) 여부를 육안으로 파악하고 100% 화상을 출력하여 화상 결점(defect)를 평가한다.

- 평가 기준

◎ : 화상 양호, 케이킹 없음(No-Caking), 응집도 10 이하

○ : 화상 양호, 케이킹 없음(No-Caking), 응집도 10-20

△ : 화상 불량, 케이킹 없음

X : 케이킹 발생

토너의 응집도 평가 (Carr's Cohesion)

- 장비: Hosokawa micron powder tester PT-S

- 시료량: 2g (외첨 또는 무외첨 토너)

- 진폭(Amplitude): 1mm_다이얼 3~3.5

- 시브(Sieve): 53, 45, 38 ㎛

- 진동 시간: 120 초

23℃, RH 55%에서 2시간 보관 후, 상기 조건으로 각 크기 별 시브의 전후 변화량을 측정하여 다음과 같이 계산한다.

(1) [(가장 큰 시브 상에 잔존하는 분말의 질량)/2g] x 100

(2) [(중간 크기의 시브 상에 잔존하는 분말의 질량)/2g] x 100 x (3/5)

(3) [(가장 작은 시브 상에 잔존하는 분말의 질량)/2g] x 100 x (1/5)

응집도(Carr's Cohesion) = (1) + (2) +(3)

- 평가 기준

◎ : 응집도 10 이하

○ : 응집도 10-20

△ : 응집도 20-40

X : 응집도 40 이상

<내구성 평가>

내구성은 컬러레이저 프린터기(제조사: 삼성전자, 제품명: 컬러레이저 660 모델의 정착기)를 이용하여, 20PPM 운전 조건에서 500매 0% 인쇄 후 화상 스트리크(Streak)와 현상기 DR(Developing Roller)상 발생 여부로 판단하여, 오염 발생하지 않은 경우는 ○, 오염 발생하였으나 화상 영향이 없는 경우는 △, 화상에 오염의 영향이 나타나는 경우는 ×로 표기하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	중량 평균 분자량 (Mw)	dG'/dG"	광택도	복소점도 (100 ~ 140℃) (Pa·s)	정착 특성			유 동 성	내 구 성	고 온 보 존 성
					160mm/s MFT	80mm/s HOT	온도차
실시예 1	68,000	1.22	7.1	1.5 x 103 ~ 4.5 x 104	150℃	210℃	60	◎	◎	◎
실시예 2	72,000	1.12	6.3	1.7 x 103 ~ 4.8 x 104	150℃	200℃	50	◎	○	◎
실시예 3	51,000	1.17	8.8	1.0 x 103 ~ 3.5 x 104	130℃	190℃	60	◎	○	○
실시예 4	77,000	1.23	6.0	2.0 x 103 ~ 5.0 x 104	140℃	220℃	60	○	◎	◎
비교예 1	83,000	1.19	3.7	3.5 x 103 ~ 6.0 x 104	170℃	210℃	40	△	○	◎
비교예 2	35,000	1.13	6.7	2.0 x 102 ~ 2.7 x 104	130℃	170℃	40	△	△	△
비교예 3	75,000	1.05	4.3	2.3 x 103 ~ 5.0 x 104	140℃	190℃	50	△	△	△
비교예 4	65,000	0.98	4.7	1.5 x 103 ~ 4.3 x 104	140℃	190℃	50	○	△	△
비교예 5	47,000	1.23	10.5	7.0 x 102 ~ 3.3 x 104	140℃	180℃	40	○	△	○

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 5의 경우 50,000 내지 80,000의 분자량, 1.10 내지 1.25의 dG'/dG"를 나타내고, 160mm/s에서 MFT가 150℃ 이하이고 광택도 5.0 이상의 토너를 제공하며, 이들 토너는 유동성, 내구성, 고온 보존성 등 면에서 모두 우수함을 확인할 수 있다.

한편, 비교예 1의 경우 분자량이 너무 높아 MFT < 160℃ 조건을 만족시키지 못하며 dG'/dG" 숫치가 상대적으로 유사한 정도의 분자량 분포를 갖는 샘플보다 낮은 특성을 보이며, 그 결과 유동성의 저하의 문제가 있음을 알 수 있다. 또한 점도 범위가 너무 높은 경우로 MFT가 타른 토너에 비하여 많이 상향되었음을 볼수 있다.

비교예 2의 경우 dG'/dG"은 상대적으로 높은 숫치로 분산 상태 및 분자량 분포가 좋은 것으로 추정되나 낮은 분자량으로 인하여 고온 보관성, 내구성에서 취약한 경향을 보였다. 또한 140℃ 점도의 범위가 낮아 정착속도에 따른 적정 온도 구간을 조절하기 힘들다.

비교예 3 및 4의 경우 dG'/dG"은 상대적으로 낮은 숫치로 분자량 분포가 적정하지 않거나 분산 상태가 취약한것으로 추정되며, 그 결과 토너 표면에 왁스가 존재하여 토너의 고온 보관성, 내구성 면에서 취약한 경향을 보임을 확인할 수 있다.

비교예 5의 경우 dG'/dG"은 상대적으로 적정 숫치로 분산 상태가 좋은 것으로 추정되나 낮은 분자량으로 인하여 고온 보관성, 내구성에서 취약한 경향을 보였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 토너 공급 수단을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 토너를 수용한 화상 형성 장치의 일 구현예를 도시한 것이다.

<도면 부호의 간단한 설명>

100; 토너공급장치 101; 토너탱크

103; 공급부 105; 토너이송부재

110; 토너교반부재 112; 회전축

114; 날개판 120,130; 토너교반필름

121,131; 제1교반부 122,132; 제2교반부

201: 감광체 202: 대전수단

203: 광 204: 현상장치

205: 현상롤러 206: 공급롤러

207: 현상제규제 블레이드 208: 현상제

208': 잔류토너 209: 전사수단

210: 클리닝 블레이드 212: 전원

213: 인쇄매체

Claims (17)

1. 라텍스, 착색제 및 이형제를 포함하는 전자사진용 토너로서,

   약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가지는 전자사진용 토너.
2. 제1항에 있어서,

   상기 토너가 약 3 내지 약 1,000ppm의 Si 및 Fe를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
3. 제1항에 있어서,

   상기 이형제가 파라핀계 왁스와 에스테르계 왁스의 혼합물; 또는 에스테르기 함유 파라핀계 왁스;인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
4. 제3항에 있어서,

   상기 이형제의 에스테르기 함량이 전체 이형제 중량 기준으로 약 2 내지 약 10 중량% 인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
5. 제1항에 있어서,

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

   상기 토너의 원형도의 평균값이 약 0.940 내지 약 0.980인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너.
7. 제1항에 있어서,

   상기 토너의 GSDv 및 GSDp 값이 각각 약 1.25 이하인 것인 특징으로 하는 전자사진용 토너.
8. 1차 라텍스 입자, 안료 분산액 및 이형제 분산액을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계;

   상기 혼합액에 응집제를 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 포함하는 전자사진용 토너의 제조방법으로서,

   상기 토너가 약 50,000 내지 약 80,000의 중량 평균 분자량, 100 내지 140℃ 에서 약 1 x 10³ 내지 약 5 x 10⁴ (Pa·s)의 복소점도, 및 약 1.10 내지 약 1.25의 dG'/dG"를 가지는 전자사진용 토너의 제조방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 1차 라텍스 입자가 폴리에스테르 단독; 하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 얻어지는 중합체; 혹은 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
10. 제8항에 있어서,

    하나 이상의 중합성 단량체를 중합하여 제조되는 3차 라텍스를 상기 2차 응집 토너 상에 피복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 중합성 단량체가 스티렌계 단량체; 아크릴산, 메타크릴산; (메타)아크릴산의 유도체; 에틸렌성 불포화 모노올레핀; 할로겐화 비닐; 비닐에스테르; 비닐에테르; 비닐케톤; 및 질소 함유 비닐 화합물 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
12. 제8항에 있어서,

    상기 이형제 분산액이 파라핀계 왁스와 에스테르계 왁스의 혼합물; 또는 에스테르기 함유 파라핀계 왁스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
13. 제8항에 있어서,

    상기 응집제가 Si과 Fe 함유 금속염인 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
14. 제8항에 있어서, 상기 응집제가 폴리실리카철을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자사진용 토너의 제조방법.
15. 정전잠상이 형성된 감광체 표면에 토너를 부착시켜 가시상을 형성하고 상기 가시상을 전사재에 전사하는 공정을 포함하는 화상 형성 방법으로서, 상기 토너가 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전자사진용 토너인 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법.
16. 토너가 저장되는 토너 탱크; 상기 토너 탱크의 내측으로 돌출되며, 저장된 토너를 외부로 공급하는 공급부; 및 상기 토너 탱크의 내부에 회전할 수 있도록 설치되며, 상기 공급부의 상부를 포함하는 상기 토너 탱크의 내부 전 공간에 있는 토 너를 교반할 수 있는 토너 교반부재;를 포함하는 토너 공급 수단으로서, 상기 토너가 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전자사진용 토너인 것을 특징으로 하는 토너 공급 수단.
17. 상담지체; 상기 상담지체의 표면에 정전 잠상을 형성하는 화상형성 수단; 토너를 수용하는 수단; 상기 상담지체의 표면에서 정전 잠상을 토너상으로 현상하기 위해 상기 토너를 상담지체의 표면에 공급하는 토너 공급 수단; 및 상기 토너상을 상담지체 표면에서 전사재에 전사하는 토너 전사 수단;을 포함하는 화상 형성 장치로서, 상기 토너가 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전자사진용 토너인 것을 특징으로 하는 화상 형성 장치.

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