KR101298566B1 - 폴리에스테르 수지 및 이를 포함하는 토너 - Google Patents

Abstract

전자 사진복사 공정 또는 정전 인쇄 공정에 있어서, 정전기록 물질 또는 기록 매체로의 정착성, 저장 안정성 및 화상농도가 우수한 토너용 폴리에스테르 수지 및 이를 포함하는 토너가 개시된다. 상기 토너용 폴리에스테르 수지는 폴리에스테르 수지 85 내지 98.5중량% 및 폴리에틸렌 왁스 1.5 내지 15중량%를 포함하며, 상기 폴리에스테르 수지는 전체 산 성분에 대하여, 방향족 디카르복실산 80 내지 99.5몰% 및 3가 이상의 다가 카르복실산 0.5 내지 20몰%를 포함하는 산 성분 및; 전체 산 성분 100몰에 대하여, 지방족 디올 10 내지 80몰 및 비스페놀 A 유도체를 함유하는 방향족 디올 10 내지 90몰을 포함하는 알코올 성분으로 이루어진다.

토너, 폴리에스테르, 폴리에틸렌 왁스

Description

폴리에스테르 수지 및 이를 포함하는 토너{Polyester resin and toner including the same}

본 발명은 폴리에스테르 수지 및 이를 포함하는 토너에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자 사진복사 공정 또는 정전 인쇄 공정에 있어서, 정전기록 물질 또는 기록 매체로의 정착성, 저장 안정성 및 화상농도가 우수한 토너용 폴리에스테르 수지 및 이를 포함하는 토너에 관한 것이다.

전자 사진복사 공정 또는 정전 인쇄 공정은, (1) 정전기록물질의 표면에 기록될 상(image)에 상응하는 정전기적으로 하전된 상(statically charged image) 또는 전자 전도성 상(이하, "정전 잠상(latent image)"이라 한다.)을 형성하고, (2) 정전 잠상을 하전된 토너로 현상 및 가시화하며, (3) 현상된 토너상을 종이, 기록 필름 등의 기록 매체로 전사시키고, (4) 기록 매체에 전사된 상을 고정시키는 과정을 포함한다. 이와 같은 상-형성 공정은 인쇄물을 고속으로 수득할 수 있고, 기록 물질의 표면에 형성되는 상의 조정 안정성이 우수하며, 상-형성 장치의 조작이 용 이하다는 장점이 있으므로, 복사기 및 프린터 분야에 널리 사용되고 있다. 보다 구체적으로, 상-형성 공정은 광 전도성 및 광 민감성 물질이 도포된 드럼(Organic photoconductor Drum: OPC) 위에 전하를 띄게 하는 대전공정, 원본에서 반사된 반사광에 의해 드럼 위에 정전 잠상을 형성하는 노광 공정, 현상기에서 마찰 대전된 토너를 드럼에 정전기적으로 부착시키는 현상 공정, 종이의 뒷면을 대전시켜서 종이를 드럼에 밀착시킴과 동시에 드럼에 부착되어 있는 토너를 종이로 전사시키는 전사 공정, 전사된 토너를 열압착 롤러로 가열 및 압축하여 종이에 고정시키는 정착 공정, 드럼에 잔류한 토너를 제거하는 클리닝 공정, 및 드럼 전면에 빛을 비추어 잔류 전하를 제거하는 제전 공정으로 이루어진다.

현상 공정에 있어서, 건식 현상에 사용되는 토너는 1성분계 토너, 2성분계 토너 등으로 구분된다. 2성분계 토너는, 결합제(바인더) 수지, 착색제, 하전제어제 및 기타 첨가제와 함께, 드럼 위에 형성된 정전 잠상을 현상하고 전사하기 위한 자성체를 포함하며, 상기 토너 성분들을 용융, 혼련, 분산시키고, 미세하게 분쇄 및 분급함으로서 입자 형태로 제조된다. 일반적으로, 가교 결합된 폴리에스테르를 결합제로서 포함하는 토너가 상술한 전자 사진 복사 공정 또는 정전 인쇄 공정의 현상 공정에 사용된다. 복사기 또는 인쇄기의 작동 효율을 증가시키기 위해, 상-형성 처리는 고속으로 수행되어야 하므로, 상-형성 속도를 증가시키기 위한 다양한 시도가 이루어졌다. 상-형성 처리를 고속으로 수행할 경우의 중요한 문제점은 정전 잠상을 가시화하는 토너상을 기록 물질의 표면에 고정시키는 속도를 증가시키는 것이 다. 토너가 고속으로 기록 물질의 표면에 고정되기 위해서는 우수한 저온 및 고온 정착 특성을 가짐으로써 광 전도성 및 광 민감성 물질의 표면상에 형성된 정전 잠상이 뚜렷하게 가시화되어야 하나, 결합제로서 폴리에스테르를 포함하는 통상의 토너로는 이러한 요구를 만족시킬 수 없다. 토너의 저온 정착 특성은 연화점이 낮은 폴리에스테르 결합제를 사용함으로써 향상시킬 수 있지만, 상기 연화점이 낮은 폴리에스테르를 결합제로 포함하는 토너는 정착 공정 시 토너의 전사성이 불량하기 때문에, 토너가 전사 열간 압연기 등의 표면상에 잔존하며, 오프셋(offset)현상, 즉 후속 전사지의 오염이 유발되는 문제점이 있다.

향상된 오프셋 방지 특성을 가진 토너의 결합제로서, 에스테르화된 비스페놀 A를 디카르복실산과 반응시켜 선형 폴리에스테르를 수득하고, 수득한 선형 폴리에스테르를 트리멜리트산 무수물과 같이 3가 또는 그 이상의 작용기를 가진 다작용성 카르복실산과 반응시켜 수득한 가교 결합된 폴리에스테르가 알려져 있으나, 상기 폴리에스테르의 연화점이 높기 때문에, 토너의 저온 정착성이 부족하여 고속 고정 특성이 만족스럽지 못하다. 예를 들어, 정전 사진 복사 공정에서 상기 토너를 사용하여 약 50시트(sheet)/분의 고정속도로 복사 조작을 수행할 경우, 토너의 고정 특성은 불량하며, 만족스러운 토너 고정 강도를 가진 복사물이 수득될 수 없다. 우수한 오프셋-방지 특성 및 우수한 저온 고정 특성을 가진 토너로서 사용될 수 있는, 감소된 연화점을 갖는 폴리에스테르는 장쇄지방족 탄화수소 단위가 혼입된 가교결합으로 얻어질 수 있지만, 이는 가교 결합된 폴리에스테르의 유리전이온도(Tg)가 너무 낮기 때문에, 저장시 토너 입자들의 응집이 발생된다. 즉 토너의 저장 안정성 이 불량한 문제점이 있다.

또한 미국 특허 제4,804,622호, 제4,849,495호, 제5,057,596호 등은 저장 안정성과 저온 정착 특성 및 고온 정착 특성 향상을 위한 오프셋 방지 특성을 가진 토너의 결합제로서, 디카르복실산, 디올 및 3가 또는 그 이상의 원자가를 가진 디카르복실산 및 3가 또는 그 이상의 원자가를 가진 다가알코올로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 가교결합 성분 및 특히 디올 성분 중에 비스페놀 A 유도체를 함유한 폴리에스테르를 주성분으로 하는 폴리에스테르를 개시하였다. 하지만 통상적으로 상기 폴리에스테르가 토너의 결합제로 사용되기 위해서는, 오프셋 방지제인 왁스와 함께 사용되어야 하는데, 이 경우 왁스의 분산이 균일하지 않기 때문에, 토너의 물성 및 화상이 불량한 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 균일하게 분산된 폴리에틸렌 왁스를 함유하는 토너용 폴리에스테르 수지를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저장 안정성이 우수하고, 정전기록 물질 또는 기록 매체로의 정착성과 화상농도가 우수한 토너를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리에스테르 수지 85 내지 98.5중량% 및 폴리에틸렌 왁스 1.5 내지 15중량%를 포함하는 토너용 폴리에스테르 수지를 제공한다. 여기서, 상기 폴리에스테르 수지는 전체 산 성분에 대하여, 방향족 디카르복실산 80 내지 99.5몰% 및 3가 이상의 다가 카르복실산 0.5 내지 20몰%를 포함하는 산 성분 및; 전체 산 성분 100몰에 대하여, 지방족 디올 10 내지 80몰 및 비스페놀 A 유도체를 함유하는 방향족 디올 10 내지 90몰을 포함하는 알코올 성분으로 이루어진다. 상기 폴리에스테르 수지는 전체 산 성분에 대하여, 지방족 디카르복실산 0.1 내지 30몰% 및 전체 산 성분 100몰에 대하여, 3가 이상의 다가 알코올 0.5 내지 50몰을 더욱 포함할 수 있다. 또한 상기 토너용 폴리에스테르 수지는 연화온도가 130 내지 190℃이고, 유리전이온도가 50 내지 70℃이며, 산가는 1 내지 25 KOHmg/g이고, 상기 폴리에틸렌 왁스의 최대 입자경은 20 내지 300㎛인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 토너용 폴리에스테르 수지는 폴리에스테르 수지 85 내지 98.5중량% 및 폴리에틸렌 왁스 1.5 내지 15중량%를 포함한다.

상기 폴리에스테르 수지는 산 성분 및 알코올 성분으로 이루어지며, 상기 산 성분은 방향족 디카르복실산 성분 및 3가 이상의 다가 카르복실산 성분을 포함한다. 상기 방향족 디카르복실산 성분으로는 테레프탈산, 이소프탈산 등의 이염기산 또는 상기 이염기산의 저급 알킬 에스테르를 예시할 수 있으며, 상기 이염기산의 저급 알킬 에스테르로는 디메틸테레프탈레이트, 디메틸이소프탈레이트, 디에틸테레프탈레이트, 디에틸이소프탈레이트, 디부틸테레프탈레이트, 디부틸이소프탈레이트 등을 예시할 수 있다. 상기 방향족 디카르복실산과 이의 알킬 에스테르는 단독 또는 둘 이상이 배합된 형태로 사용될 수 있다. 상기 방향족 디카르복실산 성분은 소수성이 높은 벤젠환을 포함하므로, 토너의 내습성을 향상시키고, 생성되는 수지의 유리전이온도(이하,“Tg”라고 함)를 증가시키며, 결과적으로 토너의 저장 안정성을 향상시킨다. 상기 방향족 디카르복실산 성분의 사용량은, 전체 산 성분(방향족 디카르복실산 및 3가 이상의 다가 카르복실산)에 대하여, 80 내지 99.5몰%(즉, 전체 산 성분 100몰 중, 방향족 디카르복실산의 사용량이 80 내지 99.5몰), 바람직하게는 90 내지 99몰%이다. 또한 상기 테레프탈산 화합물은 수지의 인성과 Tg를 상승시키고, 이소프탈산 화합물은 반응성을 증가시키므로, 목적하는 바에 따라 이의 사용 비율을 변화시켜 사용할 수 있다.

본 발명에 사용되는 3가 이상의 다가산 성분의 비한정적인 예는, 트리멜리트산, 피로멜리트산, 1,2,4-사이클로헥산트리카르복실산, 2,5,7-나프탈렌트리카르복실산, 1,2,4-나프탈렌트리카르복실산, 1,2,5-헥산트리카르복실산, 1,2,7,8-옥탄테트라 카르복실산, 이들의 알킬 에스테르 및/또는 산무수물(acid anhydride)을 포함한다. 이러한 3가 이상의 다가 카르복실산 성분은 단독 또는 둘 이상이 배합된 형태로 사용될 수 있고, 생성된 수지의 Tg를 상승시킴과 동시에, 수지에 응집성을 부여하여, 토너의 비오프셋성을 향상시키는 효과가 있다. 상기 다가산 성분의 사용량은 전체 산 성분에 대하여 0.5 내지 20몰%, 바람직하게는 1 내지 10몰%이다. 상기 다가산 성분의 함량이 0.5몰% 미만이면, 폴리에스테르 수지의 분자량 분포가 적어 토너의 정착 온도 영역이 좁아지고, 20몰%를 초과하면, 폴리에스테르 수지의 제조 과정에서 겔화의 제어가 어려워져, 원하는 물성의 수지를 수득하기 어려운 단점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 토너용 폴리에스테르 수지를 구성하는 산 성분은, 필요에 따라, 지방족 디카르복실산, 이의 알킬 에스테르 및/또는 이들의 산무수물을 더욱 포함할 수 있다. 상기 지방족 디카르복실산 성분의 비한정적인 예로는 프탈산, 세박산, 이소데실 숙신산, 말레산, 푸마르산, 아디프산 등의 지방족 디카르복실산, 이들의 모노메틸, 모노에틸, 디메틸 또는 디에틸에스테르, 이들의 산 무수물 등을 예시할 수 있다. 상기 지방족 디카르복실산 성분은 토너의 정착성과 저장 안정성에 영향을 미치므로, 수지의 요구되는 성능에 따라, 발명의 목적을 해치지 않는 범위 내에서, 전체 산 성분(방향족 디카르복실산, 3가 이상의 다가 카르복실산 및 지방족 디카르복실산)에 대하여 30몰% 이하, 예를 들면 0.1 내지 30몰%로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 토너용 폴리에스테르 수지를 구성하는 알코올 성분은 지방족 디올 및 비스페놀 A 유도체를 함유하는 방향족 디올을 포함한다.

상기 지방족 디올로는 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부탄디올 등을 예시할 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상이 배합된 형태로 사용될 수 있다. 이러한 지방족 디올은 중축합 반응 속도를 향상 시키는 효과를 나타내며, 정착성 면에서는 이들 중에서 에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜 및 부탄디올을 사용하는 것이 바람직하다. 지방족 디올은 수지에 가소성을 부여하고 정착성에 기여하나, 또한 Tg를 낮추고 저장 안정성에 악영향을 미칠 수 있으므로, 토너가 사용되는 기종에 따라 적절히 설정되는 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 지방족 디올의 함량은 전체 산 성분 100몰에 대하여 10 내지 80몰, 바람직하게는 15 내지 75몰이다.

상기 비스페놀 A 유도체를 포함하는 방향족 디올은 수지의 Tg를 상승시키고, 토너의 저장 안정성을 향상시키며, 저온 및 고온 정착성을 향상시키는 기능을 한다. 상기 비스페놀 A 유도체를 포함하는 방향족 디올의 예로는 폴리옥시에틸렌 -(2,0)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(2,0)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(2,2)-폴리옥시에틸렌-(2,0)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시에틸렌-(2,3)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(6)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(2,3)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(2,4)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시프로필렌-(3,3)-3,3-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시에틸렌-(3,0)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판, 폴리옥시에틸렌-(6)-2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판 등을 예시할 수 있으며, 이러한 방향족 디올은 단독으로 또는 둘 이상이 배합된 형태로 사용할 수 있다. 비스페놀 A 유도체를 포함하는 방향족 디올의 함량은 전체 산 성분 100몰에 대하여 10 내지 90몰, 바람직하게는 15 내지 85몰이다. 상기 비스페놀 A 유도체를 포함하는 방향족 디올의 함량 이 10몰 미만인 경우 반응성이 적어 Tg 상승 및 저장 안정성 효과가 만족스럽지 못하고, 90몰을 초과할 경우 중합반응시 반응시간이 길어지고, 높은 연화온도를 갖는 수지를 확득하기 어렵게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 토너용 폴리에스테르 수지를 구성하는 알코올 성분은, 필요에 따라 3가 이상의 다가 알코올을 더욱 포함할 수 있으며, 상기 3가 이상의 다가 알코올의 비한정적인 예로는 소르비톨, 1,2,3,6-헥산테트롤, 1,4-소르비탄, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 트리펜타에리트리톨, 수크로오즈, 1,2,4-부탄트리올, 1,2,5-펜탄트리올, 글리세롤, 2-메틸프로판트리올, 2-메틸-1,2,4-부탄트리올, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 1,3,5-트리하이드록시메틸벤젠 등을 예시할 수 있으며, 이러한 다가 알코올은 단독 또는 둘 이상이 배합된 형태로 사용될 수 있다. 이러한 3가 이상의 다가 알코올은 생성되는 수지의 Tg를 상승시키면서, 수지에 응집성을 부여하고, 토너의 저장 안정성을 향상시키는 효과를 나타낸다. 상기 3가 이상의 다가 알코올의 함량은 전체 산 성분 100몰에 대하여 0.5 내지 50몰, 바람직하게는 1 내지 25몰이다. 상기 다가 알코올의 함량이 0.5몰 미만일 경우에는 상기 언급한 효과가 충분히 발휘되지 못하고, 50몰을 초과할 경우에는 폴리에스테르 수지를 제조하는 동안에 폴리에스테르 수지의 겔화 제어가 어려워져서 바람직한 수지를 수득하기 곤란한 문제점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 토너용 폴리에스테르 수지는 폴리에틸렌 왁스를 1.5 내지 15중량% 포함한다. 상기 폴리에틸렌 왁스는 폴리에스테르 수지에 균일하게 분산되어 있으며, 토너용 폴리에스테르 수지내에 분산된 상기 폴리에틸렌 왁스의 최대 입자경은 20 내지 300㎛인 것이 바람직하다. 폴리에틸렌 왁스의 최대 입자경이 20㎛ 미만일 경우, 토너용 폴리에스테르 수지 제조 시 장시간의 폴리에틸렌 왁스 분산이 요구되므로, 수지의 열화에 따른 고온에서의 오프셋 및 불량한 화상이 발생되는 문제점이 있고, 300㎛을 초과할 경우, 수지와 토너내의 왁스 분산성 및 토너의 내구성이 불량해져, 불량한 화상이 발생되는 문제점이 있다. 또한 토너용 폴리에스테르 수지에 분산된 폴리에틸렌 왁스의 함량이 1.5중량% 미만일 경우, 토너의 화상이 불량해지고, 폴리에틸렌 왁스의 함량이 15중량%를 초과할 경우, 폴리에스테르 수지 및 토너내 폴리에틸렌 왁스의 분산이 불량해져, 양호한 토너 내구성 및 화상을 얻을 수 없다.

본 발명의 실시예에 따른 폴리에스테르 수지는, 통상적인 폴리에스테르 수지와 같이, 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응, 및 중축합 반응의 2단계로 제조될 수 있다. 먼저 상기 산 성분 및 알코올 성분을 반응기에 충전시키고, 가열하여 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응을 수행한다. 상기 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응은 통상적인 티탄 부톡사이드, 디부틸주석 옥사이드, 마그네슘 아세테이트 또는 망간 아세테이트 등의 에스테르화 반응 촉매 또는 에스테르화 교환반응 촉매의 존재 하에서 수행될 수 있다. 상기 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응은, 질소 기류 하에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 반응에 연속해 서 중축합 반응을 수행할 수 있다. 이 경우 100mmHg 이하의 진공 하에서 반응물로부터 생성된 물 또는 알코올을 통상적인 방법으로 제거할 수 있다. 상기 중축합 반응 역시 통상적인 폴리에스테르 수지의 중축합 반응 조건에서 수행될 수 있으며, 예를 들면 250℃ 이하의 온도, 바람직하게는 240℃ 이하의 온도 및 30mmHg 이하의 진공하에서 수행될 수 있다. 또한 상기 중축합반응은 티탄 부톡사이드, 디부틸주석 옥사이드, 주석 아세테이트, 아연 아세테이트, 이황화주석, 삼산화안티몬, 이산화게르마늄 등의 중축합반응 촉매의 존재 하에서 수행될 수 있다. 상기 중축합 반응의 온도가 250℃를 초과할 경우 반응속도가 빨라져서 겔화 제어가 어려운 문제가 있다. 본 발명의 실시예에 따른 토너용 폴리에스테르 수지는 상기 폴리에스테르 수지의 에스테르화 반응 또는 에스테르 교환반응, 및 중축합 반응중에 폴리에틸렌 왁스를 투입하고, 30 내지 450분 동안 분산시켜 제조할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라 제조된 토너용 폴리에스테르 수지의 연화온도는 130 내지 190℃인 것이 바람직하고, 140 내지 180℃이면 더욱 바람직하다. 만일 상기 연화온도가 130℃ 미만인 경우 Tg 및 저장 안정성이 저하되므로, 저장 도중 토너 입자의 응집 및 고온에서 오프셋이 발생할 우려가 있고, 연화온도가 190℃를 초과할 경우 토너의 저온 정착성이 저하되어 오프셋이 발생할 우려가 있다. 또한 토너용 폴리에스테르 수지의 Tg는 50 내지 70℃인 것이 바람직하다. 만일 Tg가 50℃ 미만이면 토너의 분쇄성 및 저장 안정성이 저하될 우려가 있고, 70℃를 초과하면 토너의 저온 정착성이 불량하며, 우수한 화상을 얻지 못할 우려가 있다. 또한 토너 용 폴리에스테르 수지의 산가는 1 내지 25 KOHmg/g인 것이 바람직하며, 5 내지 20 KOHmg/g이면 더욱 바람직하다. 만일 산가가 1 KOHmg/g 미만이면 현상 또는 전사가 불량해져, 원하는 화상을 형성하기 곤란하며, 25 KOHmg/g를 초과하면 폴리에스테르의 저장 운반 시 그리고 현상기 내에서 저장 안정성이 불량해질 우려가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 토너용 폴리에스테르 수지는 토너 결합제 수지의 주성분으로서 사용되나, 필요한 경우, 스티렌계 수지 또는 스티렌-아크릴계 수지와 같은 다른 수지를 병용할 수도 있다. 토너 중의 결합제 수지의 함량은 30 내지 95중량%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 35 내지 90중량%이다. 만일 결합제 수지 함량이 30중량% 미만이면, 토너의 비오프셋성을 저하시키는 경향이 있고, 95중량%를 초과하면, 토너의 대전 안정성이 열화될 우려가 있다. 본 발명의 실시예에 따른 토너용 폴리에스테르 수지는 통상적인 토너의 착색제 성분과 병용될 수도 있다. 이와 같은 착색제의 예로는 카본 블랙, 니그로신 염료, 램프 블랙, 수단 블랙 SM, 네이블 옐로우, 미네랄 패스트 옐로우, 리톨 레드, 퍼머넌트 오렌지 4R 등을 예시할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 제조된 토너용 폴리에스테르 수지는 토너의 타성분인 하전 제어제, 오프셋 방지제, 자성 분말 등의 자성체와 같은 통상적인 첨가제와 병용할 수 있다. 상기 하전 제어제의 예로는 니그로신, 알킬 함유 아진계 염료, 염기성 염료, 모노아조염료 및 이의 금속 착물, 살리실산 및 이의 금속 착물, 알킬 살리실산 및 이의 금속 착물, 나프토산 및 이의 금속 착물 등이 있고, 상기 오프셋 방지제의 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-폴리프로필렌 공중 합체 등이 있으며, 상기 자성 분말의 예로는 페라이트, 마그네타이트 등이 있다. 본 발명에 의해 제조된 폴리에스테르 수지를 포함하는 토너는 통상적인 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면 결합제 수지의 연화온도보다 15 내지 30℃ 높은 온도에서 결합제 수지, 착색제 및 기타 첨가제를, 일축 압출기, 이축 압출기, 믹서 등의 혼련기를 사용하여 혼련하고, 혼련된 혼합물을 분쇄하여 입자형태의 토너를 제조할 수 있다. 제조된 토너 입자의 평균 입자 크기는 통상 5 내지 20㎛이고, 8 내지 15㎛이면 바람직하며, 입자크기가 5㎛ 이하인 미립자가 전체의 3중량% 미만으로 존재하면 더욱 바람직하다.

이하, 실시예 및 비교예에 의거하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

하기 실시예 및 비교예에서 사용한 성능 평가 방법은 다음과 같다.

(1) Tg(유리전이온도, ℃): 시차주사열량계(제조원: TA Instruments)를 사용하여, 시료를 용융 급냉시킨 후에 10℃/분으로 승온시켜 측정한다. 흡열 곡선 부근의 베이스 라인과 각 접선의 중앙값(mid value)을 Tg로 한다.

(2) 연화 온도(℃): 유동 시험기(CFT-500D, 제조원: Shimadzu Laboratories)를 사용하여, 1.0Φ X 10mm(높이) 노즐, 10kgf 하중 및 6℃/분의 온도 상승률의 조건 하에서, 1.5g 시료의 절반이 흘러나오는 온도를 연화온도(℃)라고 한다.

(3) 수지내 왁스 분산성: 수지 제조 완료 후 용융물을 자연 냉각 후 파단면 을 광학 현미경으로 관찰 후 육안 평가한다. ◎ : 왁스 분산이 양호하고 왁스의 최대 입자경이 300㎛ 이하, ○ : 왁스 분산이 양호하나 왁스의 최대 입자경이 300㎛ 이상, X : 왁스 분산이 불량.

(4) 토너내의 왁스 분산성: 토너 압출물의 단면을 광학 현미경으로 관찰 후 육안 평가한다. ◎ : 왁스 분산이 양호하고 왁스 입자경이 3㎛ 이하, ○ : 왁스 분산이 양호하나 왁스 입자경이 3㎛ 이상, X : 왁스 분산이 불량하고 왁스 입자경이 3㎛ 이상.

(5) 토너 내구성: 제조된 토너를 카트리지에 충진 후 3,000매를 흰색용지에 인쇄 후 인쇄용지 오염을 육안 평가한다. ◎ : 인쇄용지의 오염이 전혀 없음, ○ : 2,000매 인쇄 이후 미세한 오염 있음, X : 2,000매 인쇄 이전이 오염 발생.

(6) 최소 정착온도 및 오프셋 온도: 제조된 토너를 흰 종이위에 코팅 후 실리콘 오일로 도포된 히트 롤러를 200mm/초의 속도로 통과시킨 후 90% 이상의 정착 효율을 유지하는 히트 롤러의 최소온도를 최소 정착온도, 최대 온도를 오프셋온도로 정의하며, 히트 롤러 온도를 50℃에서 220℃까지 조절하여 최소 정착온도와 오프셋 온도를 측정한다.

(7) 저장 안정성: 제조된 토너를 100g 유리병에 넣은 후, 밀폐하고, 50℃에서 48시간 경과 후, 토너간의 응집정도를 육안으로 다음과 같이 평가한다. ◎ : 응집이 전혀 없고, 저장 안정성 양호, ○ : 미세한 응집이 있으나 저장 안정성 양호, X : 응집이 심하며 저장 안정성 불량.

(8) 토너 화상 평가: 실리콘 오일로 도포된 히트 롤러를 포함하고 온도 변화 가 자유롭고 인쇄속도가 80sheet/분인 흑백 복사기를 사용하여 OHP 필름 또는 종이위에 복사했을 때의 화상 흐름과 화상 정밀도를 다음의 기준에 따라서 육안으로 평가한다. ◎ : 화상 흐림이 전혀 없고, 화상 정밀도가 양호, ○ : 화상 흐림이 거의 없고, 화상 정밀도가 양호, X : 화상 흐림이 현저하고, 화상 정밀도가 불량.

* 알코올 성분(몰부): 전체 산성분 100몰에 대한 알코올 성분의 몰수

* 분산시간 : 폴리에스테르 제조를 위한 반응중 반응기 내 왁스 체류 시간(min)

* 왁스 함량 : 폴리에스테스 수지 대비 폴리에틸렌 왁스 함량(중량%)

* 왁스 입자경 : 토너용 폴리에스테르 수지내 왁스의 최대 입자경(㎛)

[실시예 1 내지 7, 비교예 1 내지 9]

A. 토너용 폴리에스테르 수지의 제조

반응기에 전체 산 성분에 대하여 테레프탈산 60몰%, 이소프탈산 25몰%, 아디프산 5몰%, 무수트리멜리트산 10몰%의 산 성분 및 전체 산 성분 100몰에 대하여 에틸렌글리콜 50몰, 네오펜틸글리콜 10몰, 트리메틸올프로판 15몰, 폴리옥시프로필렌-(2,0)- 2,2-비스(4-하이드록시페닐)프로판 50몰의 알코올 성분을 투입한 후, 통상의 방법에 따라 에스테르화 및 중축합 반응시키면서, 폴리에스테르를 제조 하였고, 표 1 및 2에 기재된바와 같이 폴리에틸렌 왁스를 투입하고, 분산시켰다. 반응이 완료된 후, 토너용 폴리에틸렌 수지내 왁스 분산성, 수지의 연화온도 및 유리전이온도(Tg)를 측정하여 표 1 및 2에 나타내었다.

B. 토너의 제조

제조된 토너용 폴리에스테르 수지 90중량부, 착색제인 카본블랙 9중량부 및 하전제어제인 아조 염료계 금속착물 1중량부를 혼합기를 사용하여 혼합하고, 압출기에서 용융, 혼련한 다음, 제트 밀 분쇄기로 미분쇄하고, 풍력 분급기로 분급하여, 체적 평균입자경이 8 내지 9㎛인 토너 입자를 제조하였다. 제조된 토너 입자의 최소정착온도, 오프셋 발생온도, 저장 안정성, 토너 내구성 및 토너화상농도 평가결과를 하기 표 1 및 2에 나타내었다.

표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3에서 전체 폴리에스테르 수지 대비 폴리에틸렌 왁스 함량을 10중량%로 동일하게 고정하여 반응시 폴리에틸렌 왁스의 분산시간을 조절하여 폴리에틸렌 왁스의 입자경이 20 내지 300㎛에서 최소 정착온도, 오프셋 발생온도, 저장 안정성, 토너 내구성 및 토너 화상이 양호한 결과를 나타내었다. 비교예 1 및 2의 경우, 왁스 입자경이 너무 커서, 수지와 토너내 왁스 분산성이 불량하게 되어 양호한 토너 내구성 및 토너 화상을 얻을 수 없었다. 비교예 3의 경우 폴리에틸렌 왁스 분산시간을 700분까지 분산 시켜도 폴리에틸렌 왁스의 입자경이 더 작아지지 않았고, 수지와 토너내 왁스 분산성은 양호하였으나, 분산시간이 너무 길어지게 되어 수지의 열화에 따른 오프셋 발생온도가 불량하고, 토너 내구성이 부족하고 불량한 화상 결과를 나타내었다.

표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 4 내지 7의 경우 폴리에틸렌 왁스 함량이 1.5 내지 15중량%에서 최소 정착온도, 오프셋 발생온도, 저장 안정성, 토너 내구성 및 토너 화상이 양호한 결과를 나타내었다. 비교예 4의 경우 왁스 입자경이 20 내지 300㎛을 만족 하였으나, 폴리에틸렌 왁스 함량이 낮아서 실시예에 비하여 토너 화상 및 오프셋 발생온도가 만족스럽지 못하였고, 비교예 5 내지 6의 경우 또한 왁스 입자경이 20 내지 300㎛을 만족 하였으나, 폴리에틸렌 왁스 함량이 낮아서 오프셋 발생온도가 낮은 문제와 토너 화상이 불량한 결과를 나타내었다. 비교예 7 내지 9의 경우 왁스 입자경은 20 내지 300㎛을 만족 하였으나, 폴리에틸렌 왁스 함량이 너무 높아서 수지와 토너내 왁스분산성이 불량하였고, 토너 내구성 및 토너 화상 또한 불량한 결과를 나타내었다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 토너용 폴리에스테르 수지는 균일하게 분산된 폴리에틸렌 왁스를 함유하므로, 이를 포함하는 토너는 저장 안정성이 우수하고, 정전기록 물질 또는 기록 매체로의 정착성과 화상농도가 우수하다.

Claims (7)

1. 폴리에스테르 수지 85 내지 98.5중량% 및 폴리에틸렌 왁스 1.5 내지 15중량%를 포함하는 토너용 폴리에스테르 수지에 있어서,

   상기 폴리에스테르 수지는 전체 산 성분에 대하여, 방향족 디카르복실산 80 내지 99.5몰% 및 3가 이상의 다가 카르복실산 0.5 내지 20몰%를 포함하는 산 성분 및; 전체 산 성분 100몰에 대하여, 지방족 디올 10 내지 80몰 및 비스페놀 A 유도체를 함유하는 방향족 디올 15 내지 85몰을 포함하는 알코올 성분으로 이루어지며,

   상기 폴리에스테르 수지의 유리전이온도는 50 내지 70℃인 것인 토너용 폴리에스테르 수지.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지는 전체 산 성분에 대하여, 지방족 디카르복실산 0.1 내지 30몰%를 더욱 포함하는 것인 토너용 폴리에스테르 수지.
4. 제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르 수지는 전체 산 성분 100몰에 대하여, 3가 이상의 다가 알코올 0.5 내지 50몰을 더욱 포함하는 것인 토너용 폴리에스테르 수지.
5. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌 왁스의 최대 입자경이 20 내지 300㎛인 것인 토너용 폴리에스테르 수지.
6. 제1항에 있어서, 상기 토너용 폴리에스테르 수지의 연화온도가 130 내지 190℃이고, 산가는 1 내지 25 KOHmg/g인 것인 토너용 폴리에스테르 수지.
7. 제1항에 따른 토너용 폴리에스테르 수지를 포함하는 토너.