대전제어제를 이용하여 양과 음의 전하량을 가지는 토너 입자를 제조하였다. polymer bead와 대전제어제를 각각 용매에 녹인 후 중합하였으며 토너 입자의 크기는 약 $8{\mu}m$로 제조되었고 제조된 토너 입자의 전하질량비를 측정하기 위하여 polymer bead의 전하량과 대전제어제가 중합된 토너 입자의 전하질량비를 측정하여 비교하였다. 양의 전하량을 갖는 토너 입자는 약 34.12uC/g로 측정되었고, 음의 전하량을 갖는 토너 입자는 약 -22.5uC/g으로 측정되었으며, 또한 대전제어제가 가지는 양과 음의 특성에 따라 polymer bead의 특성 또한 바뀌는 것을 관찰 할 수 있었다.
사무용 고지의 상당량을 차지하는 복사고지는 열과 압력으로 융착된 합성고분자 물질인 토너를 함유하고 있으며 이들 토너는 펄핑 후 크고 판상 형태의 잉크 입자를 형성하 여 기존의 부유부상법으로 제거가 곤란한 문제점을 지니고 있었다. 이러한 문제점을 극복하 는 방안으로 응집제를 이용하는 방법을 검토하였다. 복사기용 인쇄 잉크로 널리 사용되는 토너 업자는 낮은 표면에너지를 가지는 소수 성 물질이므로 같은 표면 특성을 가지는 소수성 물질과 서로 잘 결합한다. 따라서 소수성의 응집제를 이용하면 분리된 토너 잉크업자를 응집시킬 수 있으며, 응집된 토너 응집체는 스 크린 또는 클리닝 같은 정선 공정을 이용하여 제거가 가능할 것이다. 따라서 복사고지를 효 과적으로 재활용할 수 있는 탈묵방법으로 응집제를 이용하여 토너 입자를 조대한 웅집체로 형성시키고 이를 기존 탈묵방법인 스크린처리로 제거하는 방법을 검토하였다. 본 연구에서는 고급알코올의 하나언 1 -octadecanol을 이용하여 기존의 탈묵 방법 인 부유부상법으로는 제거가 곤란한 토너 잉크의 업자를 웅집시켜 구형의 조대한 응집체로 형성시켜 이를 제거하는 기술에 대하여 연구하였다. 펄핑 시의 온도를 70C의 고온으로 설 정한 경우 토너 입자가 유리전이온도에 이르게 되며 이들 토너 입자는 응집제에 의하여 웅 집되어 구형으로 성장하는 특정이 뚜렷하였으며, 토너 응집체의 크기는 최대 800 µm에 이 르기까지 조대하게 성장하였다. 또한 슬롯 폭 $250\mu\textrm{m}$의 진동 스크린 처리에 의한 토너 제 거 효율 측정 결과 역시 이들 토너 업자 웅집체의 형태가 구형임을 보여주었다. 해리 및 응 집 처 리 시 의 pH를 3으로 조정 하였을 때 토너 입 자가 웅집 제인 1 -octadecanol에 의 해 가장 효과적으로 구형의 조대한 웅집체를 이루는 것으로 나타났으며, 스크련을 통한 토너 웅집체 제거효율이 향상되었다. 복사고지 내에 포함되어 있는 전분 또는 사이즈제는 웅집 효과를 떨어뜨리는 주요 인으로 나타났다.
대전제어제를 이용하여 전하량을 가지는 토너 입자를 제조하고, 입자의 유동성을 부여하기 위하여 입자의 표면처리를 하였다. 제조된 토너 입자의 크기는 약 $8{\mu}m$정도이며, 표면 처리를 위해 크기가 약 14nm 정도인 nano-silica를 사용하였다. 대전제어제가 첨가된 토너 입자의 평균 전하질량비는 30.9uC/g이고, 표면처리를 한 입자의 전하질랑비는 외첨 시간이 증가함에 따라 점차적으로 감소하는 것을 관찰 할 수 있었다. 또한 표면처리가 된 입자의 유동성은 표면처리를 하지 않은 입자 보다 우수하다는 것을 관찰 할 수 있었다.
전하가 다른 두 종류의 토너입자를 ITO 기판에 격벽 높이의 차이를 두어 제작한 패널을 사용하였다. 토너입자를 충전할 때 동일한 격벽 높이의 패널을 사용하는 것과 서로 다른 패널을 사용하여 합착, 2가지 type을 제작하였다. 제작된 패널을 전압별로 구동하고 각 구동전압에서의 광특성을 측정하였다. 셀 내부에 충전되어 있는 입자보다 운동량이 적은, 즉 셀 내부에서도 격벽 표면에 흡착되어 있는 토너입자들이 구동과 광특성에 어떠한 영향을 미치는지 평가하였다.
최근 디지털 장비의 발전에 발맞추어 고속, 고화질의 컬러 문서가 요구됨에 따라 레이저 프린터의 보급 또한 급속도로 성장하고 있는 실정이다. 토너는 고속, 고화질의 컬러 문서 인쇄에 가장 중요한 역할을 하는 것으로, 크게 분쇄법과 중합법에 의해 제조 되고 있다. 그러나 그 중 분쇄법 토너는 근본적으로 해결되지 않는 문제점들이 있다. 즉, 중합된 수지를 사용함으로 인한 단가상승과 수지와 내첨제를 용융혼합하는 과정에서의 분산의 한계성, 그리고 인쇄 품질의 좋지 않은 것이 그 대표적인 예이다. 이에 본 실험에서는 고속, 고화질의 컬러 프린터에 적합한 중합법에 의한 토너 제조시 하이드록시아파타이트가 토너 제조에 미치는 영향에 대해서 연구하였다. Ca/P의 몰비에 따라 제조된 하이드록시아파타이트가 토너의 입자형성에 크게 영향을 주었으며, 이에 따라 토너의 물성에도 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한 pH에 따라서도 토너중합에 많은 영향을 주는 것으로 나타났다. 토너 입자 형성에 적절한 Ca/P의 몰비 및 pH가 존재 하며, 이를 최적으로 조절하면 양질의 토너를 제조 할 수 있을 것으로 판단된다.
본 논문에서는 토너입자를 사용하여 패널을 제작하였다. 실리카가 코팅되어 있는 입자를 사용하여 낮은 충전 전압을 사용하여 입자의 주입층을 제작하였다. 제작한 패널의 전기 및 광학특성을 평가하였으며 cell gap과 구동전압과의 관계와 구동 전과 구동 후의 패널의 반사율을 측정하여 데이터를 추출하였다. 색의 변화를 알아 보기위해 CIE를 측정하여 분석을 하였다.
토너 입자 내부의 카본블랙의 분산성이 우수한 스타이렌 기반 현탁중합토너를 제조하기 위하여 카본블랙의 표면을 개질하였다. 산화반응을 통해 카본블랙 표면에 도입된 히드록시기와 유기산(올레산, 팔미트산, 아크릴산)의 카르복시기 사이의 에스터화 반응을 통해 표면이 유기화 개질된 카본블랙을 제조하였다. 카본블랙의 표면개질을 확인하기 위하여 FTIR을 이용하였다. 바인더 수지 모노머 혼합물에 대한 카본블랙의 가시적인 분산성 실험을 진행하였으며 입도분석기를 이용해 분산된 카본블랙의 입자 크기를 측정하였다. 광학현미경 사진을 분석한 결과 표면이 올레산으로 개질된 카본블랙을 사용할 경우 토너 입자 내부의 카본블랙의 분산성이 크게 향상되었다. 올레산으로 개질된 카본블랙을 이용해 제조한 중합토너는 입경 및 입경분포도 토너로서 이상적이었다.
본 연구에서는 유기현탁제로 폴리비닐알콜(PVA: Poly(vinyl alcohol)을 사용하여 현탁중합토너를 제조하였다. 스타이렌과 부틸아크릴레이트 모노머를 동시에 사용하고 카본블랙을 첨가하여, 좁은 입경분포를 갖는 미세 구형 중합토너를 제조하였다. 최적의 현탁중합조건을 설정하기 위하여 카본블랙이 배제된 예비입자 중합실험을 먼저 수행하였다. 예비입자는 다양한 중합조건에서 제조하였으며, 각각의 특징을 비교 분석하여 최적의 중합조건을 결정하였다. 최적화된 중합조건을 선택하여 제조된 흑색중합토너는 입경 및 형상이 우수하였으며 유리전이온도도 $53.6^{\circ}C$인 것으로 나타나 열적 특성 및 인쇄특성도 우수한 것으로 관찰되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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