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KR20090055966A - 유기 실리카 미세입자 및 정전하상 현상용 토너 외첨제 - Google Patents

유기 실리카 미세입자 및 정전하상 현상용 토너 외첨제 Download PDF

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KR20090055966A
KR20090055966A KR1020070122872A KR20070122872A KR20090055966A KR 20090055966 A KR20090055966 A KR 20090055966A KR 1020070122872 A KR1020070122872 A KR 1020070122872A KR 20070122872 A KR20070122872 A KR 20070122872A KR 20090055966 A KR20090055966 A KR 20090055966A
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KR
South Korea
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fine particles
organic silica
silica fine
particles
producing organic
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KR1020070122872A
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임형섭
임형준
유영철
권오성
허두양
문윤철
Original Assignee
(주)석경에이.티
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by (주)석경에이.티 filed Critical (주)석경에이.티
Priority to KR1020070122872A priority Critical patent/KR20090055966A/ko
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Abstract

본 발명은 유기 실리카 미세입자 및 이를 포함하는 현상용 토너 외첨제에 관한 것으로, 특히 입자의 크기가 균일하며, 입자끼리의 응집이 없는 단분산 입자로의 제조가 가능하며, 고도의 소수화 처리된 유기 실리카 미세입자를 사용함으로서 균일한 코팅이 가능하며, 토너의 대전량 및 대전량 분포를 유지하여 고화질의 화상을 얻을 수 있는 유기 실리카 미세입자 및 이를 포함하는 현상용 토너 외첨제에 관한 것이다.
토너 외첨제, 유기 실리카 미세입자, 소수화

Description

유기 실리카 미세입자 및 정전하상 현상용 토너 외첨제 {Organo-silica microparticle and toner additive for developing}
본 발명은 유기 실리카 미세입자 및 이를 포함하는 현상용 토너 외첨제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 코팅이 가능하며, 토너의 대전량 및 대전량 분포를 유지하여 고화질의 화상을 얻을 수 있는 유기 실리카 미세입자와 그 제조방법 및 정전하상 현상용 토너 외첨제에 관한 것이다.
전자 사진법 등으로 사용하는 건식 현상제는 말단 수지 중에 착색제를 분산시킨 토너 그 자체를 이용하는 한 성분 현상제와, 그 토너에 캐리어(career)를 혼합한 2성분 현상제로 구분할 수 있다. 이러한 현상제를 이용하여 카피하는 경우, 프로세스 적합성을 가지기 위해서는 현상제가 유동성, 내케이킹성, 정착성, 대전성, 클리닝(cleaning)성 등이 우수해야만 한다.
상기 유동성, 내케이킹성, 정착성, 클리닝성 등을 높이기 위해 토너에 무기 미립자를 첨가하여 사용해 왔다.
지금까지의 토너 외첨제로 사용되는 일반적인 제품은 흄드 실리카(fumed silica)이었다. 상기 흄드 실리카는 대량생산이 가능하며, 입자를 나노크기로 만들 수 있고, 입자의 형태를 구형으로 만들 수 있으며, 소수성을 나타내는 표면처리가 용이하다는 장점이 있다.
그러나, 상기 흄드 실리카의 경우 합성원료로 실리콘 테트라클로라이드(silicon tetrachloride)를 사용하여 1000 ℃ 이상의 온도에서 합성하므로 1차 입경은 20∼30 ㎚ 정도이고, 이러한 1차 입자(primary particle)가 합성과정 중 응집되어 2차 입자를 만들고, 다시 상기 2차 입자들끼리 뭉쳐 sub-micro 크기의 3차 입자를 만들게 된다는 문제점이 있다. 즉, 흄드 실리카는 입자의 응집이 심하여 단분산 입자를 얻기가 불가능하고, 입자끼리의 네트웍(network)이 심하여 단일 입자로 만들기 어려우며, 구조적으로 연결되어 있는 형태를 갖고 있어 표면처리를 해도 그 구조를 그대로 갖고 있다는 단점이 있다.
또한, 상기 흄드 실리카를 토너용 외첨제로 사용할 경우 토너를 이루는 수지의 표면에 균일한 코팅을 하기 어려워 궁극적으로 인쇄 질이 떨어지고, 인쇄시 토너 입자 하나하나의 응집으로 인한 구멍생김(인쇄가 되지 않은 부분) 등의 불량이 발생하게 된다는 문제점이 있다.
상기와 같이 흄드 실리카는 토너(color, blac/white)의 외첨제용으로 사용하기에 부적합하나, 이에 대한 대체품이 없어 그 사용이 불가피한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 입자의 크기가 균일하며, 입자끼리의 응집이 없는 단분산 입자로의 제조가 가능하며, 고도의 소수화 처리된 유기 실리카 미세입자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 균일한 코팅이 가능하며, 토너의 대전량 및 대전량 분포를 유지하여 고화질의 화상을 얻을 수 있는 현상용 토너 외첨제를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
(1) 용매 중에서 2 종 이상의 유기 실란에 산을 첨가하여 유기 실란의 가수분해를 수행하는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 얻어진 유기 실란 가수분해물을 함유하는 용액에 염기성 촉매를 첨가하여 유기 실란 가수분해물을 축중합하여 미세입자를 제조하는 단계; 및
(3) 상기 단계 (2)에서 얻어진 미세입자를 소수화 처리를 수행하는 단계
를 포함하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 단분산 구형의 유기 실리카 미세입자를 제공한다.
상기 유기 실리카 미세입자는 그 평균입경이 30 내지 200 ㎚이고, 물에 대한 접촉각이 100 내지 170 °이고, 비표면적이 10 내지 100 ㎡/g인 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 유기 실리카 미립자로부터 얻어진 현상용 토너(Toner) 외첨제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 토너 외첨제와 토너 입자를 포함하는 현상제를 제공한다.
본 발명에 따르면 입자의 크기가 균일하며, 입자끼리의 응집이 없는 단분산 입자로의 제조가 가능하며, 고도의 소수화 처리된 유기 실리카 미세입자를 제조할 수 있으며, 상기 유기 실리카 미세입자로부터 얻어진 현상용 토너 외첨제를 사용하면 균일한 코팅이 가능하며, 토너의 대전량 및 대전량 분포를 유지하여 고화질의 화상을 얻을 수 있다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
이하 본 명세서에서 설명하는 토너(Toner)는 칼라 토너(Color Tonor)와 블랙/화이트(Black Bhite Toner)를 총칭하는 것이다. 또한, 구형이란 완전구형뿐만 아니라, 통상 구형 때가 0.6∼1의 범위에 있는 약간 비뚤어진 구형도 포함한다. 또한, 구형 때란 실제의 입자와 동일체적을 가지는 공의 표면적/실제의 입자 표면적을 의미한다.
본 발명의 유기 실리카 미세입자는 구형 실리카 입자의 합성공정기술의 연구 로 균일한 크기의 입자로 제조할 수 있으며, 이러한 단분산 구형 입자의 표면을 하이드로포빅(hydrophobic)한 성질의 물질로 코팅함으로서 종래 흄드 실리카를 토너용 외첨제로 사용했을 때 나타나는 입자끼리의 응집을 인한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 토너용 외첨제로 사용되는 유기 실리카 미세입자는 2 종 이상의 유기 실란을 원료로 하여 액상에서 이들 원료의 가수분해와 축중합을 순차적으로 수행한 후, 얻어진 유기 실리카 미세입자 표면을 소수화 처리하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 제법을 각 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.
<단계 (1)>
본 발명의 단계 (1)에서는, 용매 중에서 서로 다른 관능기를 갖는 2 종 이상의 유기 실란에 산을 첨가함으로써 유기 실란 원료들의 가수분해를 유도한다. 이때, 상기 가수분해 반응은 상온 내지 100 ℃에서 10 초 내지 1 시간 동안 수행할 수 있다.
상기 유기 실란으로는 3-머캅토프로필트라이메톡시실란(MPTMS), 페닐트라이메톡시실란(PTMS), 비닐트라이메톡시실란(VTMS), 메틸트라이메톡시실란(MTMS), 3-아미노프로필트라이메톡시실란(APTMS), 3-글리시딜옥시프로필트라이메톡시실란(GPTMS), (3-트라이메톡시실릴)프로필메타크릴레이트(TMSPMA), 3-머캅토프로필트라이메톡시실란(MPTMS), 3-(트라이메톡시실릴)프로필아이소시아네이트(TMSPI) 등을 사용할 수 있다. 상기 유기 실란은 제조하고자 하는 유기 실리카 미세입자의 구조에 따라서 사용하는 유기 실란 2 종 이상의 혼합비를 적절히 선택할 수 있다.
상기 용매로는 물, 알콜 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
또한 상기 산으로는 통상적인 무기산 또는 유기산을 사용할 수 있으며, 그의 대표적인 예로는 질산, 염산, 황산, 아세트산 등을 들 수 있다. 상기 산은 유기 실란 원료 100 중량부를 기준으로 1.0 내지 4 중량부의 양으로 사용할 수 있으며, 산의 첨가를 통해 용액의 pH를 1 내지 3 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
<단계 (2)>
본 발명의 단계 (2)에서는, 상기 단계 (1)에서 얻어진 유기 실란 가수분해물을 함유하는 용액에 염기성 촉매를 첨가하여 유기 실란 가수분해물의 축중합을 유도함으로써 목적하는 2 종 이상의 유기 관능기를 함유하는 유기 실리카 미세입자를 제조한다. 이때, 상기 축중합 반응은 상온 내지 100 ℃에서 10 분 내지 10 시간 동안 수행할 수 있다.
상기 염기성 촉매는 아민기와 하이드록시기를 함유하는 화합물 또는 이의 수용액이 적합하며, 아민기와 하이드록시기를 함유하는 물질의 대표적인 예로는 암모니아, 수산화나트륨, 알킬아민 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 상기 염기성 촉매는 유기 실란 원료 100 중량부를 기준으로 50 내지 300 중량부의 양으로 사용할 수 있으며, 염기의 첨가를 통해 용액의 pH를 9 내지 13 범위로 조절하는 것이 바람직하다.
<단계 (3)>
이어, 본 발명의 단계 (3)에서는, 상기 단계(2)에서 얻어진 유기 실리카 미세입자를 소수화 처리하여 최종 표면이 소수화처리된 유기 실리카 미세입자를 제조 한다.
상기 소수화 처리는 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilanzane, HMDS), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane, MTMS), 디메틸디에톡시실란(dimethyldiethoxysilane, DMDES), 트리메틸에톡시실란(trimethylethoxysilane, TMES), 디메틸디메톡시실란(DMDMS), r-MPS, TEOS 등의 소수화제를 사용하여 수행될 수 있다.
상기 소수화제는 유기 실리카 미세입자(고형분 함량 대비) 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 10 중량부의 양으로 사용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 의해 제조된 유기 실리카 미세입자는 내부와 외부에 균질하게 2 종 이상의 유기 관능기를 함유하며, 거의 동일한 크기를 갖는 단분산 구형의 형태를 가지며, 이러한 단분산 구형 입자의 표면을 하이드로포빅(hydrophobic)한 성질의 물질로 코팅함으로서 토너용 외첨제로 유용하게 사용될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에 따른 3종의 관능기를 갖는 유기 실리카 미세입자의 모식도를 도 1에 나타내었다.
이렇게 제조된 본 발명의 유기 실리카 미세입자는 평균입경이 30 내지 200 ㎚의 크기로, 입자의 중심값이 50 ㎚, 100 ㎚, 150 ㎚, 200 ㎚인 구형의 형태를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유기 실리카 미세입자는 물에 대한 접촉각이 100 내지 170 °이고, 비표면적이 10 내지 100 ㎡/g인 것이 바람직하다. 상기 유기 실리카 미세입자의 물에 대한 접촉각이 상기 범위 내인 경우 토너의 인쇄성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한 비표면적이 상기 범위 내인 경우 토너의 인쇄성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 유기 실리카 미세입자는 토너 외첨제, 특히 정전하상 현상용 토너 외첨제로 사용된다. 상기 토너 외첨제는 단일 또는 2 종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다.
상기 유기 실리카 미세입자가 토너 외첨제로 사용될 경우 그 배합량은, 토너 입자 100 중량부에 대하여 0.01 내지 20 중량부로 사용되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 중량부로 사용되는 것이다. 그 배합량이 상기 범위내일 경우 토너 입자에의 부착이 충분히 일어나고, 양호한 유동성을 얻을 수 있을 뿐 아니라, 토너 입자의 대전성 향상에도 좋다.
상기 유기 실리카 미세입자는 토너 입자 표면에 단순히 기계적으로 부착될 수도 있고, 표면에 완만하게 고정되어 있어도 좋다. 또한, 토너 입자의 전 표면을 커버하고 있을 수도 있고, 일부를 커버하고 있을 수도 있다.
상기와 같이 유기 실리카 미세입자가 토너 외첨제로 사용된 정전하상 현상용 토너는, 단일 성분 현상제로서 사용할 수 있지만, 이를 캐리어로 혼합하여 2 성분 현상제로도 사용할 수 있다. 2 성분 현상제로 사용하는 경우, 토너 외첨제는 미리 토너 입자에 첨가하지 않고, 토너 입자와 캐리어의 혼합시 첨가하고, 토너 입자의 표면 피복을 수행하는 것이 좋다. 이때, 캐리어로는 철분 등 공지의 것을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 2 종의 관능기를 갖는 유기 실리카 미세입자 제조
250 ㎖ 플라스크에 물(156 ㎖), 페닐트라이메톡시실란(PTMS)(7 ㎖) 및 3-머캅토프로필트라이메톡시실란(MPTMS)(1 ㎖)을 넣은 후, 여기에 질산(60 중량%, 0.2 ㎖, 2.6 mmol)을 첨가하고 60 ℃에서 1 분 동안 유지하여 유기 실란 원료의 가수분해를 수행하였다. 이어, 반응용액에 암모니아수(30 중량%, 40 ㎖, 308 mmol)를 첨가하고 60 ℃에서 3 시간 동안 교반하여 유기 실란 가수분해물의 축중합반응을 수행하였다. 이 결과 생성된 반응물을 여과 및 건조시켜 유기 실리카 미세입자 분말을 수득하였다. 상기 수득한 유기 실리카 미세입자(고형분 함량 대비)에 실란처리량을 5 중량부의 디메틸디에톡시실란(DMDES)를 투입하고, 이를 refluxing하여 소수화처리하여, 유기 실리카 미세입자를 얻었다.
실시예 2 내지 8. 2 종의 관능기를 갖는 유기 실리카 미세입자 제조
사용되는 유기 실란 원료의 종류를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 목적하는 유기 실리카 미세입자를 얻었다.
실시예 9. 3 종의 관능기를 갖는 유기 실리카 미세입자 제조
250 ㎖ 플라스크에 물(156 ㎖), 페닐트라이메톡시실란(PTMS)(7 ㎖), 3-아미노프로필트라이메톡시실란(APTMS)(1 ㎖) 및 3-글리시딜옥시프로필트라이메톡시실란(GPTMS)(1 ㎖)을 넣은 후, 여기에 질산(60 중량%, 0.2 ㎖, 2.6 mmol)을 첨가하고 상온에서 1 분 동안 유지하여 유기 실란 원료의 가수분해를 수행하였다. 이어, 반응용액에 암모니아수(30 중량%, 40 ㎖, 308 mmol)를 첨가하고 40 ℃에서 3 시간 동안 교반하여 유기 실란 가수분해물의 축중합반응을 수행하였다. 이 결과 생성된 반응물을 여과 및 건조시켜 유기 실리카 미세입자 분말을 수득하였다. 상기 수득한 유기 실리카 미세입자(고형분 함량 대비)에 5 중량부의 헥사메틸디실라잔(HMDS)를 투입하고, 이를 refluxing하여 소수화처리하여, 목적하는 유기 실리카 미세입자를 얻었다.
실시예 10 내지 15. 3 종의 관능기를 갖는 유기 실리카 미세입자 제조
사용되는 유기 실란 원료의 종류를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 9와 동일한 방법을 수행하여 목적하는 유기 실리카 미세입자를 얻었다.
구분 사용한 유기 실란 원료 (㎖) 소수화처리 (중량부)
실시예 1 PTMS(7) MPTMS(1) DMDES (5)
실시예 2 PTMS(7) APTMS(1) DMDES (5)
실시예 3 PTMS(7) GPTMS(1) DMDES (5)
실시예 4 PTMS(7) TMSPMA(1) DMDES (5)
실시예 5 VTMS(7) MPTMS(1) DMDES (5)
실시예 6 VTMS(7) APTMS(1) DMDES (5)
실시예 7 VTMS(7) GPTMS(1) DMDES (5)
실시예 8 VTMS(7) TMSPMA(1) DMDES (5)
실시예 9 PTMS(7) APTMS(1) GPTMS(1) DMDES (5)
실시예 10 PTMS(7) APTMS(1) TMSPMA(1) DMDES (5)
실시예 11 PTMS(7) GPTMS(1) TMSPMA(1) DMDES (5)
실시예 12 PTMS(7) APTMS(1) TMSPI(1) DMDES (5)
실시예 13 VTMS(7) APTMS(1) MPTMS(1) DMDES (5)
실시예 14 VTMS(7) TMSPMA(1) MPTMS(1) DMDES (5)
실시예 15 MPTMS(1) APTMS(1) TMSPI(1) DMDES (5)
[주]·MPTMS: 3-머캅토프로필트라이메톡시실란 ·PTMS: 페닐트라이메톡시실란 ·VTMS: 비닐트라이메톡시실란 ·MTMS: 메틸트라이메톡시실란 ·APTMS: 3-아미노프로필트라이메톡시실란 ·GPTMS: 3-글리시딜옥시프로필트라이메톡시실란 ·TMSPMA: (3-트라이메톡시실릴)프로필메타크릴레이트 ·MPTMS: 3-머캅토프로필트라이메톡시실란 ·TMSPI: 3-(트라이메톡시실릴)프로필아이소시아네이트 ·DMDES : 디 메틸 디에톡시 실란
상기 실시예 1 내지 15에서 제조된 유기 실리카 미세입자 각각의 구조 모식도, 주사전자현미경(SEM) 사진, 적외선 흡수분광도(IR spectroscopy) 및/또는 고체 핵자기공명도(CP-MAS C13 NMR)를 각각 도 2 내지 16에 나타내었다.
도 2 내지 16에 도시된 분석 결과로부터, 본 발명 방법에 따른 실시예 1 내지 15를 통해 목적하는 2 종 또는 3 종의 관능기를 갖는 유기 실리카 미세입자가 균일한 크기로 얻어졌음을 확인할 수 있다.
구체적으로, 도 2 내지 5의 적외선 흡수분광도에서 3069 ㎝-1, 1431 ㎝-1 및 1123 ㎝-1의 피크는 각각 방향족 화합물의 C-H, C=C 및 Si-O-Si 결합을 나타내고, 2925 ㎝-1의 피크는 지방족 화합물의 C-H 결합을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한, 도 3의 적외선 흡수분광도에서 3365 ㎝-1의 피크는 N-H 결합을, 도 5의 적외선 흡수분광도에서 1723 ㎝-1의 피크는 C=O 결합을 나타냄을 확인할 수 있었다.
도 6 내지 9의 적외선 흡수분광도에서, 3062 ㎝-1, 2953 ㎝-1, 1411 ㎝-1 및 1123 ㎝-1의 피크는 각각 지방족 화합물의 C-H, C-H, C=C 및 Si-O-Si 결합을 나타내을 확인할 수 있었다. 또한, 도 7의 적외선 흡수분광도에서 3361 ㎝-1의 피크는 N-H 결합을, 도 9의 적외선 흡수분광도에서 1719 ㎝-1의 피크는 C=O 결합을 나타냄을 확인할 수 있었다. 도 9의 고체 핵자기공명도에서 VTMS의 비닐기를 130 내지 140 ppm의 피크로, TMSPMA의 MMA를 160 ppm, 70 ppm 및 25 내지 0 ppm의 피크로 확인할 수 있다.
도 10 내지 12의 적외선 흡수분광도에서 3069 ㎝-1, 1431 ㎝-1 및 1123 ㎝-1의 피크는 각각 방향족 화합물의 C-H, C=C 및 Si-O-Si 결합을 나타내고, 2925 ㎝-1의 피크는 지방족 화합물의 C-H 결합을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한, 도 10과 11의 적외선 흡수분광도에서 3365 ㎝-1의 피크는 N-H 결합을, 도 11과 12의 적외선 흡수분광도에서 1723 ㎝-1의 피크는 C=O 결합을 나타냄을 확인할 수 있었다.
도 13의 적외선 흡수분광도에서 3069 ㎝-1, 1431 ㎝-1 및 1123 ㎝-1의 피크는 각각 방향족 화합물의 C-H, C=C 및 Si-O-Si 결합을 나타내고, 2925 ㎝-1의 피크는 지방족 화합물의 C-H 결합을 나타내고, 3365 ㎝-1의 피크는 지방족 화합물의 N-H 결합을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한, 도 13의 고체 핵자기공명도에서 페닐기를 130 내지 140 ppm의 피크로, 프로필아민과 프로필티올의 카본 피크를 0 내지 50 ppm에서 확인할 수 있다.
도 14의 적외선 흡수분광도에서 3062 ㎝-1, 2953 ㎝-1, 1411 ㎝-1 및 1123 ㎝-1의 피크는 각각 지방족 화합물의 C-H, C-H, C=C 및 Si-O-Si 결합을 나타내고, 3361 ㎝-1의 피크는 지방족 화합물의 N-H 결합을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한, 도 14의 고체 핵자기공명도에서 비닐기를 130 내지 140 ppm의 피크로, 프로필아민과 프로필티올의 카본 피크를 0 내지 50 ppm에서 확인할 수 있다.
도 15의 적외선 흡수분광도에서 3062 ㎝-1, 2953 ㎝-1, 1411 ㎝-1 및 1123 ㎝-1의 피크는 각각 지방족 화합물의 C-H, C-H, C=C 및 Si-O-Si 결합을 나타내고, 1719 ㎝-1의 피크는 지방족 화합물의 C=O 결합을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한, 도 15의 고체 핵자기공명도에서 비닐기를 130 내지 140 ppm의 피크로 확인할 수 있으며, 프로필아민과 프로필티올의 카본 피크를 0 내지 50 ppm에서, 1750 ppm(C=O)과 60 pm(C-O) 부근에서 MMA 특성 C13 피크를 확인할 수 있다.
도 16의 적외선 흡수분광도에서 2953 ㎝-1 및 1123 ㎝-1의 피크는 각각 지방족 화합물의 C-H 및 Si-O-Si 결합을 나타내고, 3361 ㎝-1의 피크는 N-H 결합을, 1650 ㎝-1의 피크는 C=O 결합을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한, 도 16의 고체 핵자기공명도에서 프로필아민, 프로필티올 및 프로필아이소시아네이트의 카본 피크를 0 내지 50 ppm에서, 아이소시아네이트(NCO)의 C=O 피크를 160 ppm 부근에서 확인할 수 있다.
또한, 상기 실시예 1 내지 15에서 제조한 유기 실리카 미세분말의 평균입경, 물에 대한 접촉각 및 비표면적을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 평균입경 (㎚) 물에 대한 접촉각 ( °) 비표면적 (㎡/g)
실시예 1 30 153 63
실시예 2 50 157 47
실시예 3 50 162 45
실시예 4 100 149 21
실시예 5 80 133 28
실시예 6 100 149 23
실시예 7 150 152 17
실시예 8 200 140 13
실시예 9 80 142 27
실시예 10 200 148 12
실시예 11 80 147 27
실시예 12 200 147 12
실시예 13 200 129 13
실시예 14 100 140 23
실시예 15 100 139 22
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3종의 관능기를 갖는 유기 실리카 미세입자의 모식도이다.
도 2 내지 16은 각각 본 발명의 실시예 1 내지 15에 따라 제조된 유기 실리카 미세입자의 구조 모식도, 주사전자현미경(SEM) 사진, 적외선 흡수분광도(IR spectroscopy) 및/또는 고체 핵자기공명도(CP-MAS C13 NMR)이다.

Claims (16)

  1. (1) 용매 중에서 2 종 이상의 유기 실란에 산을 첨가하여 유기 실란의 가수분해를 수행하는 단계;
    (2) 상기 단계 (1)에서 얻어진 유기 실란 가수분해물을 함유하는 용액에 염기성 촉매를 첨가하여 유기 실란 가수분해물을 축중합하여 미세입자를 제조하는 단계; 및
    (3) 상기 단계 (2)에서 얻어진 미세입자를 소수화 처리를 수행하는 단계
    를 포함하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (1)의 유기 실란은 3-머캅토프로필트라이메톡시실란(MPTMS), 페닐트라이메톡시실란(PTMS), 비닐트라이메톡시실란(VTMS), 메틸트라이메톡시실란(MTMS), 3-아미노프로필트라이메톡시실란(APTMS), 3-글리시딜옥시프로필트라이메톡시실란(GPTMS), (3-트라이메톡시실릴)프로필메타크릴레이트(TMSPMA), 3-머캅토프로필트라이메톡시실란(MPTMS) 및 3-(트라이메톡시실릴)프로필아이소시아네이트(TMSPI)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (1)의 용매는 물, 알콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (1)의 산은 질산, 염산, 황산, 아세트산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (1)의 산은 유기 실란 원료 100 중량부를 기준으로 1.0 내지 4 중량부로 사용되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (1)의 가수분해가 상온 내지 100 ℃에서 10초 내지 1시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (2)의 염기성 촉매는 아민기와 하이드록시기를 함유하는 화합물 또는 이의 수용액인 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아민기와 하이드록시기를 함유하는 화합물은 암모니아, 수산화나트륨, 알킬아민 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (2)의 염기성 촉매는 유기 실란 원료 100 중량부를 기준으로 50 내지 300 중량부로 사용되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (2)의 축중합이 상온 내지 100 ℃에서 10분 내지 10시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (3)의 소수화 처리는 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilanzane, HMDS), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane, MTMS), 디메틸디에톡시실란(dimethyldiethoxysilane, DMDES), 트리메틸에톡시실란(trimethylethoxysilane, TMES), 디메틸디메톡시실란(DMDMS), r-MPS, TEOS 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 소수화제로 수행되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단계(3)의 소수화제는 유기 실리카 미세입자(고형분 함량 대비) 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 10 중량부로 사용되는 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자의 제조방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 단분산 구형 형태의 유기 실리카 미세입자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유기 실리카 미세입자는 그 평균입경이 30 내지 200 ㎚이고, 물에 대한 접촉각이 100 내지 170°이고, 비표면적이 10 내지 100 ㎡/g인 것을 특징으로 하는 유기 실리카 미세입자.
  15. 제14항 기재의 유기 실리카 미립자로부터 얻어진 현상용 토너(Toner) 외첨제.
  16. 제15항 기재의 토너 외첨제와 토너 입자를 포함하는 현상제.
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