KR100602193B1

KR100602193B1 - 폴리에스테르 수지 제조방법

Info

Publication number: KR100602193B1
Application number: KR1020040075700A
Authority: KR
Inventors: 김상우; 연경열; 오성근; 이영호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2006-07-19
Also published as: CN1752124A; EP1637555A1; KR20060026826A; CN100445314C; US7271236B2; US20060063088A1

Abstract

본 발명에서는 (a) 해중합 반응을 수행하기 위한 조건하에서, 폴리에스테르 수지, 수지용해제 및 축중합촉매를 혼합하여 폴리에스테르 수지를 해중합시키는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 반응 혼합물에 제 1 중합단량체를 첨가하는 단계; (c) 중합반응을 수행하기 위한 조건하에서, 제 2 중합단량체를 상기 (b) 단계의 반응 혼합물에 첨가하여 상기 해중합된 폴리에스테르 수지를 중합시키는 단계; 및 (d) 상기 (c)단계의 중합 반응물에 중화제를 첨가하여 중화시키는 단계;를 포함하는 폴리에스테르 수지 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지를 사용하여 미립자 분산액을 제조한 뒤, 건식 토너용 결착제 수지로 사용하면, 비친환경적인 유기용매의 사용을 회피할 수 있고, 폴리에스테르 수지를 사용함에도 불구하고 유화중합법에 의하여 토너를 제조할 수 있는 효과가 있다.

폴리에스테르, 수지용해제, 계면활성제

Description

폴리에스테르 수지 제조방법{Method for preparation of polyester resin}

본 발명은 폴리에스테르 수지 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프린터용 건식 토너 제조에 사용되는 폴리에스테르 수지 미립자 제조방법에 관한 것이다.

레이져 빔 프린터에 사용되는 토너는 크게 건식토너와 액체토너로 분류할 수 있다. 건식토너의 경우 결착제 수지, 착색제, 및 기타 첨가제를 포함한다.

결착제 수지는 전체 토너 중량의 약 90 중량% 정도에 달하고, 토너 입자를 종이위에 고착시키는 역할을 하기 때문에 토너 성능에 가장 큰 영향을 미치는 구성요소라 할 수 있다. 결착제 수지로 사용되는 것은 토너의 제조방법에 따라 각각 달라진다.

착색제는 토너의 색상을 나타낸다. 착색제란 보통 염료 또는 안료에 분산제, 수지, 안정제 등을 가하여 사용을 보다 편리하게 한 2차 가공품을 의미한다. 염료는 염료(dyestuff)는 섬유에 대한 친화성, 즉 염착성이 있는 색소를 말하며, 주로 방향족 고리를 포함한다. 안료(pigment)는 물과 기름에 불용성인 백색 또는 유색의 분말형태의 색소 물질이다. 안료의 특성인 색상은 화학적 구조나 입자에 의하여 가 시광선 조건하에서 반사되거나 투과되어 시각적으로 느끼게 하는 것이다. 안료는 극히 작은 입자를 가지고 있으나, 염료와 달리 보통 용매에의 불용성 때문에 분산제(vehicle)에 분산되어 사용된다. 일반적으로 토너를 제조하기 위해 사용되는 착색제는 안료이다.

착색제는 카본 블랙 및 여러 색깔의 안료, 즉 파랑, 갈색, 시안, 녹색, 보라. 마젠타, 빨강, 노랑 및 이들의 혼합색이다. 사용될 수 있는 안료의 구체적인 예로서는 안트라퀴논, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 디아조스, 모노아조스, 피란트론, 페릴렌, 퀴나크리돈, 인디고이드계 안료 등이 있다.

토너는 전술한 기본 구성요소 이외에도 토너의 여러가지 물성을 향상시키기 위한 목적을 위해 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 첨가제 중 이형제(reasing agent)가 있는데, 이형제는 화상이 기록매체로 전사되어 정착될 때 롤러와 토너 사이의 이형성을 향상시켜 오프셋(offset)을 방지하고, 기록매체가 토너에 의해 롤러에 의해 부착되어 기록매체의 걸림 현상이 나타나는 것 또한 방지하는 역할을 한다. 이형제로 주로 사용되는 것은 왁스(wax)이다.

건식토너의 제조방법에는 여러가지가 있다. 토너의 경우 그 입자의 특성이 기록매체 상에 나타나는 화상의 해상도와 밀접한 관련이 있기 때문에 고해상도의 화상을 얻기 위해서는 토너입자의 모양이 구형일수록, 또한 토너의 입자크기가 작고 균일할수록 유리하다. 따라서, 보다 구형이고 입자의 크기가 가능한한 미세하며 또한 입자의 크기분포가 균일한 토너의 제조에 대한 관심이 높아져 가고 있는 추세이다.

건식토너의 제조방법은 일반적으로 분쇄법, 중합법 및 기타 화학적 방법으로 분류할 수 있다. 분쇄법은 결착제 수지, 착색제, 대전제어제 기타 첨가제를 균일하게 예비 혼합하고 균일하게 분산시키고 분산 후 다시 분쇄시키는 제조방법이다.

전술한 바람직한 토너입자 특성에 대한 요청관점에서 볼 때 분쇄법에 의해 토너를 제조하면 마지막 분쇄과정의 수율이 좋지 않고 분쇄과정의 결과로 얻어진 토너입자의 크기는 비교적 미세하지 않으며 균일하지 않고 토너입자의 모양 또한 구형으로 제조하기 쉽지 않다는 문제점이 발생한다.

이러한 분쇄법의 단점을 고려하면, 토너입자를 제조하는 방법으로는 중합법이 더 바람직하다 할 것이다. 중합법은 재료물질을 혼합하여 화학적으로 중합시켜 제조하는 방법이고, 중합법에는 현탁 중합법(suspension polymerization)과 유화 중합법(emulsion polymerization)이 있다.

현탁 중합법은 수불용성 단량체를 지름 10 ㎛정도의 기름방울로 만들어 수중에 분산시켜 중합시키는 방법인데, 친유성의 중합개시제를 사용하며, 기름 방울을 안정화시키기 위한 분산제를 필요로 한다.

유화 중합법에서는 유용성의 단량체를 유화제(emulsifying agent)에 의해 유화시켜 수용성 개시제를 사용하여 중합시킨다. 유화제는 서로 혼합하지 않는 2종의 액체를 안정된 에멀션으로 만들기 위해 사용하는 물질을 총칭하는 용어로서, 물과 물에 용해되지 않는 유기체와의 에멀션을 만들 때 사용하는 계면활성제를 포함하는개념이다. 계면활성제(surfactant)는 계면에 흡착하기 쉬운 특성과 임계 미셀농도 이상에서 미셀(micelle)을 형성하는 특성이 있는 첨가제이다.

유화중합은 단량체가 도입된 미셀내에서 이루어지며 일반적으로 고중합도(high degree of polymerization)의 고분자가 얻어진다. 계면활성제의 농도가 임계 미셀농도 이상일 때 형성되는 미셀은 계면활성제의 분자 또는 이온이 수성상(aqueous phase) 중에서 형성하는 집합체를 일컫는다. 수성상 중에서 중합개시제가 라디칼(radical)화 되고 라디칼화된 개시제와 결합한 단량체가 미셀내부로 포집되어 중합이 개시된다. 미셀내에서 단량체의 중합이 이루어지기 때문에 유화중합법은 디비닐체 단독 또는 비닐 화합물과의 공중합으로 가교된 극미소(지름이 약 수십 nm) 마이크로 겔(micro gel)을 합성하는 데에도 또한 이용되고 있다.

유화중합법에 의한 토너제조시 결착제 수지로 라텍스를 사용할 수 있다. 라텍스(latex)의 본래 의미는 파라 고무나무에서 채취되는 천연고무의 유상분비액으로서 고무 입자는 물을 분산매로 하여 콜로이드(colloid) 상으로 분산되어 부유하고 있다. 현재는 천연고무 라텍스 이외에도 합성고무 및 고무계 이외의 합성수지 에멀션을 총칭하는 용어로 사용되고 있다. 라텍스를 제조하는데 사용되는 단량체로는 스티렌, 디비닐벤젠, n-부틸 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 아크릴산을 예로 들 수 있다.

미국 특허 제 6,120,967호에는, 라텍스를 결착제 수지로 사용하여 유화중합법을 이용하여 토너를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 동특허에 따르면 토너제조방법은 먼저, 단량체로 스티렌, 부틸 아크릴레이트 및 아크릴산을 선택하여 음이온성 계면활성제 및 개시제를 혼합하여 중합온도에서 중합시켜 결착제 수지인 라텍스를 얻는 단계를 수행한다. 이에 따라 제조된 라텍스를 착색제 및 이형제로서 사용 되는 왁스와 혼합시킨다. 그 다음에 응집제를 첨가하여 응집반응을 진행시키고 응집된 입자를 용융시켜 최종적으로 토너를 얻을 수 있다.

라텍스를 사용하는 유화중합방법은 전술한 대로 다른 제조방법보다 더 미세하고 크기는 균일하며 보다 구형인 입자를 얻을 수 있게 한다. 사용할 수 있는 단량체의 종류는 다양하고, 특히 상업적으로 이용이 용이한 종류가 많으나, 그 중에서도 대표적으로 스티렌/아크릴레이트 계로 제조한 라텍스가 많은 비중을 차지하고 있다.

스티렌은 수지·합성 고무·도료 등의 화학 공업의 원료로 널리 사용되는 범용 원료이고, 아크릴산은 프로필렌의 직접 산화 또는 아크릴로니트릴의 황산에 의한 가수분해에 의해 얻어지는 중합되기 쉬운 원료이다. 따라서, 라텍스의 제조에 스티렌 및 (메타)아크릴산을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 스티렌/(메타)아크릴레이트 계 라텍스 수지의 경우는 토너에 사용하기 위해 열적인 면이나, 또는 기계적인 면에서 좀더 높은 수준의 물성을 갖을 것이 요청되었으며, 또한 스티렌/(메타)아크릴레이트 계 수지는 투명성이 낮아 토너의 색 표현에 문제가 있어 이를 해결할 필요가 있었다. 이에 따라 폴리에스테르 수지를 결착제 수지로 사용하는 방법이 나타나게 되었다.

미국 특허 제 6,203,957호에는 폴리에스테르 수지를 결착제 수지로 사용하여 토너를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 동특허에 따르면, 먼저 단량체로 중합하여 물에 자체 분산성이 있는 폴리에스테르 수지를 제조하게 된다. 제조된 폴리에스테르 수지는 수지를 용해시킬 수 있는 유기용매에 용해되고, 중화제로서 암모니아수 가 투입된다. 혼합물은 산을 포함하는 수성매체(aqueous medium)로 적하시켜 입자를 형성하도록 한다. 이를 여과 및 건조하여 착색제 및 기타 첨가제를 넣어 토너입자를 제조하게 된다.

폴리에스테르 수지가 기존의 일반적인 라텍스 수지인 스티렌/아크릴레이트 결착제 수지보다 열적·기계적 물성이 우수하고, 또한 스티렌/아크릴레이트 결착제 수지를 사용한 토너의 경우보다 우수한 색 표현력을 갖추었으나, 그 제조방법에 있어서는 문제가 있다. 전술한 미국 특허 제 6,203,957호에서는 폴리에스테르 수지를 제조하여 이를 용해시킬 수 있는 유기용매에 용해를 시키고 그 후에 수성매체에 분산시키는 방법을 사용하고 있고, 폴리에스테르 수지를 사용하는 토너제조방법에서는 이러한 과정을 포함하는 것이 주를 이룬다. 유기용매는 예를 들면 테트라히드로퓨란(THF)을 들 수 있는데, 이러한 유기용매의 사용은 인체에 유해할 가능성이 있으며, 환경 오염 문제를 일으킬 여지가 있다.

또한 기존 폴리에스테르 결착제 수지를 이용한 화학적 토너 제조방법의 경우, 분산액을 제조하면 1 ㎛ 미만의 미세입자를 제조하기 어려워, 전술한 유화 중합법을 이용하기 어렵다는 단점이 있다.

따라서, 건식토너의 제조에 사용되는 결착제 수지로 폴리에스테르 수지를 사용하여 제조하는 경우에 비환경친화적 과정인 유기용매에 용해시키는 과정을 제거하는 것과, 토너 제조 방법 중 유화중합법을 사용할 수 있도록 하는 제조방법이 요청되게 되었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 폴리에스테르 수지 입자 제조시 유기용매를 사용하지 않고, 수지용해제를 사용하여 폴리에스테르 수지 입자를 용해시켜, 다시 중합시킨 뒤 계면활성제를 사용하여 분산시켜 폴리에스테르 미립자를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의하면, (a) 해중합 반응을 수행하기 위한 조건하에서, 폴리에스테르 수지, 수지용해제 및 축중합촉매를 혼합하여 폴리에스테르 수지를 해중합시키는 단계; (b) (a) 단계의 반응 혼합물에 제 1 중합단량체를 첨가하는 단계; (c) 중합반응을 수행하기 위한 조건하에서, 제 2 중합단량체를 (b) 단계의 반응 혼합물에 첨가하여 상기 해중합된 폴리에스테르 수지를 중합시키는 단계; 및 (d) (c)단계의 중합 반응물에 중화제를 첨가하여 중화시키는 단계;를 포함하는 폴리에스테르 수지 제조방법이 제공된다.

폴리에스테르 수지는 비스페놀-A 계 폴리에스테르 수지 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)계 폴리에스테르 수지로 구성된 중에서 선택되는 것이 바람직하고, 수지용해제는 검로진, 우드로진, 탈로진, 로진에스테르, 및 C5 내지 C9 계 석유수지로 구성된 군 중에서 선택되는 것이 바람직하다.

축중합촉매는 주석산디부틴(DBTO)인 것이 바람직하고, 각각의 중합단량체는 축중합 단량체이고 제 1 중합단량체는 말레산, 무수프탈산, 이소프탈산, 및 테레프탈산으로 구성된 군 중에서 선택되는 것이 바람직할 것이다.

제 2 중합단량체는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 및 비스페놀 A 알킬렌 옥 사이드로 구성된 군 중에서 선택될 수 있다.

또한 중화제는 염기성 화합물이고, 염기성 화합물은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화칼슘, 탄산나트륨, 및 암모니아로 구성된 군 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 수지용해제는 폴리에스테르 수지에 대하여 1:9 내지 9:1의 중량비율로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 전술한 제조방법에 따라 제조된 폴리에스테르 수지가 제공된다.

본 발명의 또다른 실시예에 의하면 전술한 방법에 의해 제조된 폴리에스테르 수지, 역중화제, 및 계면활성제를 포함하는 폴리에스테르 미립자 분산액이 제공된다.

역중화제는 산(acid)이고, 바람직하게는 염산이며, 계면활성제는 도데실황산나트륨, 4-도데실벤젠술폰산 나트륨, 트윈 20

(Tween 20

), 트리톤 X-100

(Triton X-100

)으로 구성된 군 중에서 선택되는 것이 바람직하다.

또한 폴리에스테르 미립자는 50 nm 내지 1000nm 크기를 갖고, 40 ℃ 내지 100 ℃의 유리전이온도를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 실시예에 의하면, 폴리에스테르 수지에 역중화제를 첨가하여 역중화를 수행하는 단계; 및 역중화된 혼합물에 계면활성제를 첨가하는 단계;를 포함하는 폴리에스테르 미립자 분산액 제조방법이 제공된다.

이하 본발명에 따른 실시예를 참고하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 폴리에스테르 수지를 제조하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 종래의 폴리에스테르 수지를 제조하는 방법과는 달리, 인체에 유해할 수 있고, 환경을 오염시킬 염려가 있는 유기용매를 사용을 회피할 수 있다. 유기용매를 사용하는 이유는 폴리에스테르 수지를 용해시키기 위한 것인데, 그 대신에 본 발명에서는 폴리에스테르 수지를 해중합시켜 용해시킬 수 있는 수지용해제를 사용하여 수지를 용해시킨다.

본 발명에서 폴리에스테르 미립자를 제조하기 위하여 사용할 수 있는 기본 폴리에스테르 수지는 비스페놀-A 계 폴리에스테르 수지 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)계 폴리에스테르 수지로 구성된 중에서 선택되는 것이 바람직하지만, 기타 다른 적절한 폴리에스테르 수지도 포함한다.

수지용해제는 로진(rosin)으로서, 로진은 주로 소나무(송진)에서 채취되는 천연수지로서 주로 아비에탄산으로 구성되어 있다. 연화점이 낮고 산기가 높아 각종 유도체로서 사용되는 수지산 성분을 갖는 물질이다. 사용될 수 있는 수지용해제로는 검로진(gum rosin), 우드로진(wood rosin), 탈로진, 로진에스테르, 및 C5 내지 C9 계 석유수지(petroleum resin) 등이 있으나 반드시 이에 한정되지는 않는다. 수지용해제를 사용하여 폴리에스테르 수지를 해중합시킨다.

폴리에스테르 수지 및 수지용해제를 넣고 축중합촉매를 첨가하여 혼합시킨다. 이 때 사용되는 축중합촉매로는 주석산디부틴(DBTO) 기타 축중합촉매로서 사용하기에 적절한 것을 포함한다. 해중합반응을 수행하기 위한 적절한 조건에서 수지용해제에 의해 해중합반응이 진행되고, 해중합된 수지는 혼합된 축중합 촉매 및 중 합단량체를 사용하여 다시 중합되게 된다.

해중합된 수지와 축중합 촉매가 포함된 혼합물에 다염기산을 사용한 제 1 중합단량체를 첨가하게 된다. 제 1 중합단량체로서 다염기산을 사용하게 되는데, 뒤이은 단계에서 제 2 중합단량체로서 다가알코올을 사용하여 축중합반응으로 다시 폴리에스테르 수지로 중합되게 된다. 제 1 중합단량체로서 사용될 수 있는 다염기산으로는 말레산, 무수프탈산, 이소프탈산, 및 테레프탈산이 있으며, 제 1 중합단량체로 사용될 수 있는 기타 적절한 동종의 다염기산도 포함한다.

제 1 중합단량체를 첨가한 후, 반응물 내로 제 2 중합단량체가 도입된다. 이 과정은 폴리에스테르 수지를 유기용매를 사용하지 않고 용해시키기 위해 수지용해제를 사용하여 해중합시킨 수지를 다시 폴리에스테르 수지로 만들기 위한 것이다. 사용될 수 있는 중합단량체는 제 1 중합단량체에 사용된 다염기산에 대응하는 다가알코올로서, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 및 비스페놀 A 알킬렌 옥사이드이며, 기타 적절한 다가알코올을 포함한다. 중합반응은 축합중합(polycondensation)으로 수행된다.

제조된 새로운 폴리에스테르 수지에는 중화를 위하여 중화제(neutralizing agent)를 첨가한다. 중화제는 특히 염기성 화합물이고, 사용될 수 있는 염기성 화합물로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 수산화칼슘, 탄산나트륨, 및 암모니아가 있으며, 기타 적절한 염기성 화합물도 포함한다.

보다 상술하자면, 폴리에스테르 수지를 제조하기 위해 먼저 폴리에스테르 수지와 로진, 그리고 DBTO를 반응기에 넣고 반응온도에서 교반하면서 충분한 시간동 안 해중합 반응을 수행한다. 반응 혼합물이 투명해지면 온도를 낮추고 제 1 중합단량체를 반응기에 투입한 뒤, 온도를 반응온도까지 올린 후 일정시간동안 반응을 지속하여 제 1 중합단량체를 첨가한다.

반응시간이 지난 후에 제 2 중합단량체를 투입하고 반응온도에서 소정의 시간동안 반응시킨다. 축중합이 어느정도 일어난 후 온도를 낮춘 후 중화제를 투입한 후 소정의 시간동안 교반하면 수용성 폴리에스테르 수지 분산액을 얻을 수 있다.

이러한 제조과정을 거치면, 초기 반응개시물질로 사용된 폴리에스테르 수지는 용해되어 수용성 수지 분산액을 구성하게 된다. 제조된 폴리에스테르 수지는 유기 용매를 사용하지 않고, 용해되어 토너 제조용 결착제 수지를 제조하기 위한 미립자를 형성하게 된다.

본 발명은 전술한 제조방법에 의해 제조된 폴리에스테르 수지를 더 제공한다. 폴리에스테르 수지 분산액은 폴리에스테르 수지, 수지용해제, 중합단량체, 및 중화제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 유기용매를 사용하지 않고 제조된 수용성 폴리에스테르 수지 분산액을 사용하여 폴리에스테르 미립자 분산액을 제조할 수 있다.

염기성 화합물인 중화제로 중화된 수지 분산액은 이를 다시 산(acid)으로 역중화시키고, 계면활성제를 첨가하여 폴리에스테르 수지 입자의 표면에 음전하를 띠게 한다. 역중화의 의미는 먼저 수용성 폴리에스테르 수지 분산액을 제조할 때 마지막 단계에서 중화제인 염기성 화합물을 사용하여 중화를 시켰는데, 이에 대하여 계면활성제를 사용하기 위하여 다시 역중화제를 사용하여 그 반대로 중화를 시킨다는 것이다. 사용될 수 있는 역중화제는 산(acid)으로서, 염산 기타 수용성 폴리에스테르 수지 분산액을 역중화하기에 적절한 어떠한 산이라도 사용할 수 있다.

계면활성제는 유화제의 일종으로서, 본 발명에 사용될 수 있는 계면활성제로는 도데실황산나트륨, 4-도데실벤젠술폰산 나트륨, 트윈 20

(Tween 20

), 트리톤 X-100

(Triton X-100

)으로 구성된 군 중에서 선택될 수 있으나 반으시 이에 한정되는 것은 아니다. 수지 미립자를 분산시키기 위한 분산매로는 탈이온수가 사용된다.

역중화된 폴리에스테르 수지 입자는 계면활성제에 의해 둘러싸이게 되어 전체적으로 음전하를 띠게 된다. 음전하를 띠게 되므로 응집제를 사용하여 응집을 시킬 수 있게 된다. 또한, 수지 입자의 크기는 nm 단위로 존재하게 되어 종래의 폴리에스테르 수지 제조방법에 따라 제조한 분산액의 입자크기가 1 ㎛ 미만이 되기 어려운 것과 비교되는 장점을 나타내게 된다. 따라서, 전술한 유화중합법에서 사용되는 라텍스와 같은 상태가 되어 응집제 기타 첨가제를 첨가하여 토너입자를 형성할 수 있게 되는 것이다.

제조된 폴리에스테르 미립자의 크기는 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50 nm 내지 1000 nm 이다. 또한 수지 미립자는 40 ℃ 내지 100 ℃의 유리전이온도를 갖는 것이 바람직한데, 왜냐하면, 유리전이온도가 40 ℃ 이하인 경우에는 제조된 폴리에스테르 미립자를 사용하여 제조한 토너는 열저항 점착성이 불 충분하게 된다. 이와는 반대로 100 ℃ 이상이면, 최종적으로 제조된 토너를 조악한 고정능력을 나타내게 되기 때문이다.

보다 상술하자면, 역중화제 및 계면활성제를 증류수에 용해시켜 산성수용액을 만들고, 소정의 온도를 유지하면서 앞에서 제조된 수용성 폴리에스테르 수지 분산액을 고속교반하면서 산성수용액을 서서히 첨가하면, 계면 활성제가 입자 크기를 제어하는 역할을 하여 1 ㎛ 미만의 폴리에스테르 미립자를 얻을 수 있다.

제조된 폴리에스테르 미립자에 착색제, 대전제어제, 응집제 기타 첨가제를 첨가하여 혼합하면, 적절한 조건 하에서 본 발명에 따른 폴리에스테르 수지를 포함하는 건식 토너를 제조할 수 있다.

본 발명의 폴리에스테르 수지 및 그의 미립자를 제조하는 방법과 이를 포함하는 액체토너를 제조하는 방법을 구체적인 실시예를 통해서 설명한다.

실시예

이하에서는 폴리에스테르 수지 분산액 및 이를 사용한 미립자 분산액을 제조하는 방법을 상술하고, 실시예 1 중 계면활성제를 다르게 하여 폴리에스테르 수지미립자 분산액을 제조하는 방법을 각각 실시예 2내지 실시예 4에 서술하였다.

실시예 1

폴리에스테르 결착제 수지 100 g과 로진 100 g, 그리고 DBTO 0.5 g을 반응기에 넣고 235 ℃ 내지 245 ℃에서 250 rpm의 교반속도로 2시간동안 반응시키면서 해중합 반응을 시킨다. 내용물이 투명해지면 온도를 150 ℃로 낮추고 말레산 40 g을 반응기에 투입하고 온도를 235 ℃ 내지 245 ℃까지 올린 후 3시간동안 반응을 지속하여 2차 해중합을 진행시킨다.

반응시간이 지난 후에 비스페놀 A-EO 35 g을 투입하고 235 ℃ 내지 245 ℃에서 5시간 반응한다. 축중합이 어느정도 일어난 후 온도를 85 ℃까지 낮춘 후 증류수 200 g에 수산화나트륨 35 g을 용해시킨 염기성 수용액을 투입한 후 400 rpm의 교반속도로 30분동안 교반하여 수용성 폴리에스테르 수지 분산액을 제조한다.

HCl 40 g과 0.8 내지 40 g의 도데실황산나트륨를 증류수 800 g에 용해시켜 산성수용액을 만들고 25 ℃로 온도를 유지하면서 위에서 제조된 폴리에스테르 수지분산액을 고속교반하면서 서서히 첨가하면 미세입자를 얻을 수 있다. 이때 얻어진 입자의 부피 평균 크기는 253 nm 이다.

실시예 2

계면활성제로서 도데실황산나트륨 대신 0.8 내지 40 g의 4-도데실벤젠술폰산 나트륨을 사용하는 것 이외에는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 미립자를 제조한다. 이때 얻어진 입자의 부피 평균 크기는 180 nm 이다.

실시예 3

계면활성제로서 실시예 1에서 도데실황산나트륨 대신 0.8 내지 40 g의 트윈 20

을 사용하는 것 이외에는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 미립자를 제조한다. 이때 얻어진 입자의 부피평균 크기는 151 nm 이다.

실시예 4

계면활성제로서 실시예 1에서 도데실황산나트륨 대신 0.8 내지 40 g의 트리톤 X-100

을 사용하는 것 이외에는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 미립자를 제조한다. 이때 얻어진 입자의 부피평균 크기는 165 nm 이다.

평가

입자 부피평균크기 측정

Horiba사의 입자 사이즈 분포 분석계(Particle Size Distribution Analyzer)인 Horiba910을 사용하여 토너입자의 직경을 측정하였다. 그 측정 결과가 표 1에 나타나 있다.

	계면활성제	입자의 부피평균크기(nm)
실시예 1	도데실황산나트륨	253
실시예 2	4-도데실벤젠술폰산 나트륨	180
실시예 3	트윈 20	151
실시예 4	트리톤 X-100	165

표 1에서, 본 발명에 따라 제조한 폴리에스테르 수지를 사용하여 폴리에스테 르 미립자 분산액을 제조할 때 계면활성제를 포함시키는 경우, 제조된 미립자의 크기는 모두 nm 단위로 측정되었음을 알 수 있었다. 입자 크기는 계면활성제의 종류에 따라 다르나 모두 nm 단위의 크기를 갖으므로 계면활성제에 의해 그 크기가 제어되었음을 알 수 있다.

따라서, 종래의 폴리에스테르 수지를 사용한 결착제 수지의 경우와 비교할 때 유화중합법을 이용할 수 있도록 1 ㎛이하 즉, nm 단위의 크기를 갖는 미립자를 제조할 수 있었다.

이상에서 서술한 것과 같이 구성된 본 발명에 따르면, 토너제조시 사용되는 결착제 수지로 폴리에스테르 수지를 사용하면서, 수지를 용해시키기 위한 유기용매를 사용하지 않고 수지용해제를 사용하여 수지를 용해시켜 인체에 유해하고 비환경친화적인 유기용매 사용을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 1 ㎛ 미만의 폴리에스테르 미립자 분산액 제조가 가능하여 유화중합법을 이용한 토너 제조에 이용이 가능하다는 효과가 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니라, 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 당업자들에 의해 가능한 본 발명에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경과 수정 및 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

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(a) 해중합 반응을 수행하기 위한 조건하에서, 폴리에스테르 수지, 수지용해제 및 축중합촉매를 혼합하여 폴리에스테르 수지를 해중합시키는 단계;

(b) 상기 (a) 단계의 반응 혼합물에 제 1 중합단량체를 첨가하는 단계;

(c) 중합반응을 수행하기 위한 조건하에서, 제 2 중합단량체를 상기 (b) 단계의 반응 혼합물에 첨가하여 상기 해중합된 폴리에스테르 수지를 중합시키는 단계; 및

(d) 상기 (c)단계의 중합 반응물에 중화제를 첨가하여 중화시키는 단계;를 포함하는 폴리에스테르 수지 제조방법에 의해 제조된 폴리에스테르 수지, 역중화제, 및 계면활성제를 포함하는

폴리에스테르 미립자 분산액.
제 12항에 있어서,

상기 역중화제는 산(acid)인 것인

폴리에스테르 미립자 분산액.
제 13항에 있어서,

상기 산은 염산인 것인

폴리에스테르 미립자 분산액.
제 12항에 있어서,

상기 계면활성제는 도데실황산나트륨, 4-도데실벤젠술폰산 나트륨, 트윈 20
(Tween 20
), 트리톤 X-100
(Triton X-100
)으로 구성된 군 중에서 선택된 것인

폴리에스테르 미립자 분산액.
제 12항에 있어서,

상기 폴리에스테르 미립자는 50 nm 내지 300 nm의 크기를 갖는 것인

폴리에스테르 미립자 분산액.
제 12항에 있어서,

상기 폴리에스테르 미립자 분산액은 40 ℃ 내지 100 ℃의 유리전이온도를 갖는 것인

폴리에스테르 미립자 분산액.
제 12항에 있어서,

상기 폴리에스테르 미립자의 입자 부피평균 크기는 50 nm 내지 300 nm인 것인

폴리에스테르 미립자 분산액.
(a) 해중합 반응을 수행하기 위한 조건하에서, 폴리에스테르 수지, 수지용해제 및 축중합촉매를 혼합하여 폴리에스테르 수지를 해중합시키는 단계;

(b) 상기 (a) 단계의 반응 혼합물에 제 1 중합단량체를 첨가하는 단계;

(c) 중합반응을 수행하기 위한 조건하에서, 제 2 중합단량체를 상기 (b) 단계의 반응 혼합물에 첨가하여 상기 해중합된 폴리에스테르 수지를 중합시키는 단계; 및

(d) 상기 (c)단계의 중합 반응물에 중화제를 첨가하여 중화시키는 단계;를 포함하는 폴리에스테르 수지 제조방법에 따른 폴리에스테르 수지에 역중화제를 첨가하여 역중화를 수행하는 단계;

및 상기 역중화된 혼합물에 계면활성제를 첨가하는 단계;를 포함하는 폴리에스테르 미립자 분산액 제조방법.