KR20080083452A

KR20080083452A - 토너용 폴리에스테르 수지 조성물 및 토너

Info

Publication number: KR20080083452A
Application number: KR1020070024033A
Authority: KR
Inventors: 우정훈
Original assignee: 우정훈
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-18
Also published as: WO2008111726A1

Abstract

본 발명의 과제로써 샤프 멜트성, 저온 정착성이 우수한 토너를 공급할 수 있는 토너용 바인더 수지 조성물 및 이를 함유하는 토너를 제공한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위해 비스페놀A알킬렌옥사이드 부가물을 포함하는 2가 알콜 성분과, 5-나트륨술포이소프탈산 성분을 함유하는 2염기산 성분으로 이루어진 직쇄상 공중합 폴리에스테르에, OH 말단기 및 COOH 말단기와 부가 반응할 수 있는 화합물을 첨가, 반응하여 얻어지는 토너용 폴리에스테르 수지 조성물 및 이를 함유하는 토너가 제안된다.

토너, 수지, 폴리에스테르, 정착성, 선명

Description

토너용 폴리에스테르 수지 조성물 및 토너 {Polyester resin composition for toner and the toner thereof}

본 발명은 복사기, 프린터, 팩시밀리 등의 전자 사진 프로세스를 이용한 전자 사진 장치에 있어서, 그 현상을 위해서 사용하는 현상용 토너에 사용하는 수지, 및 그 수지를 이용한 토너에 관한 것이다.

전자 사진 인쇄법 및 정전하 현상법에 의해 화상을 얻는 방법에서는, 감광체 상에 형성된 정전하상을 미리 마찰에 의해 대전시킨 토너로 현상한 후, 정착이 이루어진다. 한편, 전자 사진 장치의 고속화, 에너지 절약화가 진행됨에 따라, 토너에는 보다 단시간에 고속으로 보다 저온에서의 정착이 요구되고 있다. 또한, 최근에는 풀컬러 전자 사진 시스템의 보급으로, 보다 선명하고 광택이 있는 화상을 형성하는 토너가 요구되고 있다.

토너에 대한 이러한 요구로부터, 그 바인더 수지로서 저온 정착성이 우수하고, 투명성이 우수하여, 풀컬러 토너용으로 폴리에스테르 수지가 사용되어 왔다. 하지만, 풀컬러용으로서 화상의 선명도가 더욱 요구되어 왔다.

한편, 고속 정착성을 위해서, 바인더 수지가 가능한 한 빨리 녹아 정착하는 것이 요구되어 왔다(샤프 멜트성). 폴리에스테르 수지는 2염기산과 2가 알콜과의 용융 중축합에 의해 제조되는데, 이 때문에 폴리머의 분자량은 필연적으로 어느 분포(소위, "가장 확실한 분포")를 가지고 있어, 연화 온도(SP)도 따라서 분포를 가지고 있기 때문에, 샤프 멜트성이 문제였다.

특허문헌 1 및 2는 폴리에스테르 수지 구성 성분으로 비스페놀A알킬렌옥사이드 부가물, 및 5-나트륨술포이소프탈산 성분을 사용하는 것인데, 샤프 멜트성에는 여전히 문제점을 가지고 있었다.<특허문헌 1: 특개평4-86744, 특허문헌 2: 특개2007-4033>

본 발명의 목적은 샤프 멜트성, 저온 정착성이 우수한 토너를 공급할 수 있는 토너용 바인더 수지 조성물 및 이를 함유하는 토너를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서, 비스페놀A알킬렌옥사이드 부가물을 함유하는 2가 알콜 성분과, 5-나트륨술포이소프탈산 성분을 함유하는 2염기산 성분으로 이루어진 직쇄상 공중합 폴리에스테르에, 폴리에스테르 OH 말단기 및 COOH 말단기와 부가 반응할 수 있는 화합물을 첨가, 반응하여 얻어지는 토너용 폴리에스테르 수지 조성물 및 이를 함유하는 토너를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 설명하기로 한다. 단, 이것은 본 발명의 전형적인 실시형태를 예시하여 설명하는 것으로, 본 발명이 이 실시형태들에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 사용되는 2가 알콜 성분으로는 에틸렌글리콜, 1,2-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜 등의 지방족 디올, 비스페놀A프로필렌옥사이드 부가물, 비스페놀A에틸렌옥사이드 부가물 등의 방향족 디올 등이 있다.

본 발명에 사용되는 2염기산 성분으로는, 5-나트륨술포이소프탈산 성분을 필수로 하고, 그 밖에 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산과 같은 방향족 디카르복실산, 아디프산, 숙신산과 같은 지방족 디카르복실산이 있다. 이들 2염기산은 폴리에스테르 중합일 때에는, 클리콜에스테르 또는 저급 알킬에스테르의 형태로 사용된다.

본 발명의 직쇄상 공중합 폴리에스테르의 합성에 사용하는 촉매는 티타늄테트라알콕시드 및 이 글리콜과의 반응물, 알루미늄킬레이트 화합물, 삼산화안티몬, 산화게르마늄, 칼슘아세테이트 등 통상적인 폴리에스테르 중합 촉매용인 것이 사용된다. 착색 방지제로는 아인산, 트리페닐포스페이트 등, 통상적인 폴리에스테르 중합일 때 사용되는 것이 사용된다.

상기 디올과 디카르복실산의 조합에 의해 5-나트륨술포이소프탈산을 함유하고, 2차 전이 온도(Tg)가 50℃ 이상, 70℃ 이하, 연화 온도(SP)가 90℃ 이상, 140℃ 이하의 폴리에스테르를 얻을 수 있다.

본 발명의 직쇄상 공중합 폴리에스테르는 통상적인 폴리에스테르와 같은 방법으로 합성된다. 100℃~220℃에서 에스테르화 또는 에스테르 교환 반응을 행한 후, 반응 온도를 ~290℃로 올리면서, 진공도 ~1mmHg까지 내리고, 발생되는 글리콜류를 증류시키면서 중합을 행한다. 소정의 중합도에 도달한 후, 계(系)의 진공압을 질소로 상압으로 되돌린다.

본 발명의 폴리에스테르 OH 말단기 및 COOH 말단기와 부가 반응할 수 있는 화합물은, 상기한 상압으로 되돌린 직쇄상 공중합 폴리에스테르에 첨가되어, 혼합 교반된다. 폴리에스테르 OH 말단기 및 COOH 말단기와 부가 반응할 수 있는 화합물로는 옥사졸린기 함유 폴리머, 폴리카복시이미드가 사용된다. 저분자량의 폴리에스테르 폴리머 분자는 보다 많은 말단기를 가지고 있으며, 이들 화합물의 첨가에 의해, 보다 저분자량의 폴리에스테르 폴리머일수록, 그 말단기는 더 빠르며, 부가 반응을 일으킨다. 그 결과, 폴리에스테르가 갖는 필연적인 어느 분자량 분포(소위, "가장 확실한 분포")는 크게 변화되어, 보다 샤프한 분자량 분포, 보다 샤프한 용융 거동을 나타내는 폴리에스테르가 얻어진다. 이 폴리에스테르는 그 후에 용융 공정이 없는 한, 이 보다 샤프한 분자량 분포, 보다 샤프한 용융 거동은 변화되지 않고 유지된다.

본 발명의 폴리에스테르 수지 조성물은, 그 우수한 용융 거동을 유지하기 위해서, 토너에 적용할 때에는 용융 공정을 거치지 않는 토너 제조에 사용해야 한다. 잘 알려져 있는 에멀전 응집법으로 토너를 제조하는 방법에 적용하는 것이 바람직하다. 상기 폴리에스테르 수지 조성물을 희(希)암모니아수 중에서 분산시켜 에멀전을 만든다. 이에 왁스, 안료, 하전 제어제, 필러 등의 에멀전을 혼합하고, 응집제와 함께 고속 혼합하여 미세 구형의 토너 입자를 얻는다.

[실시예]

이하의 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 또한, 실시예 및 비교예에서의 성능 평가는 이하의 방법으로 행하였다.

2차 전이 온도(Tg)

시마츠 제작소(주) 제품인 시차주사열량계(DSC-60)를 사용하여, 승온 속도 5℃/분으로 측정했을 때의 차트의 베이스라인과 2차 전이 온도 근방에 있는 흡열 커브의 접선의 교점을 2차 전이 온도(Tg)로 하였다.

연화 온도(SP)

시마츠 제작소(주) 제품인 플로우 테스터 CFT-500을 사용하여, 1mmΦ × 10mm의 노즐, 하중 294N(30kgf), 승온 속도 3℃/분의 등속 승온 하에서 측정했을 때, 샘플 1.0g 중 1/2이 유출되었을 때의 온도를 연화 온도로 하였다.

샘플 유출 개시온도(T₁)와 유출 종료온도(T₂)의 차이 ΔT = T₂- T₁를 샤프 멜트성의 척도로 했다.

수평균 분자량(Mn), 중량 평균 분자량(Mw)

토요소다 제품인 HLC-802A를 사용하였다.

칼럼:TSK GEL GMH6 2개(토요소다 제품), 측정 온도:25℃

시료 용액:0.5wt% THF 용액, 용액 주입량:200마이크로cc

검출 장치:굴절율 검출기

토너 저온 정착성

실리콘 오일이 도포되지 않은 정착 롤러를 가지고, 롤러 속도 100mm/초로 설정한 온도 변경 가능한 프린터(카시오 계산기(주) 제품 SPEEDIA N4-614)를 사용하여 인쇄하고, 토너를 종이에 정착시켰을 때, 토너가 종이에 정착되기 시작할 때의 최저 온도를 정착 온도로 하고, 이하의 기준으로 측정 및 평가하였다.

◎(매우 양호): 정착 온도가 120℃ 미만

○(양호): 정착 온도가 120℃ 이상, 130℃ 미만

△(사용 가능): 정착 온도가 130℃ 이상, 160℃ 미만

×(열악): 정착 온도가 160℃ 이상

수지 제조 실시예를 표 1에 나타냈다.

[표 1]

여기서 SIPM는 5-나트륨술포이소프탈산(5-sodium sulfodimethyl isophthalate)를 의미한다.

제조한 수지에 폴리에스테르 OH 말단기 및 COOH 말단기와 부가 반응할 수 있는 화합물을 첨가하여 반응시킨 실시에를 표 2에 나타냈다.

[표 2]

	Example　No.	첨가제
No.	（표１）	A	B	Mn/Mw
		Wt.%	Wt.%
1	실시예 1	0	0	1.35
2	실시예 1	2.0		1.15
3	실시예 1		2.0	1.20
4	실시예 3	0	0	1.38
5	실시예 3	1.0		1.25
6	실시예 3		1.0	1.28
7	실시예 5	0	0	1.36
8	실시예 5	2.0		1.17
9	실시예 5		2.0	1.20
10	실시예 7	0	0	1.34
11	실시예 7	1.0		1.20
12	실시예 7		1.0
13	비교예 1	0	0	1.35
14	비교예 2	0	0	1.38

여기서, 첨가제 A(Additive A)는 HMV-8CA(Nisshinbo사 제품)를, 첨가제(Additive B)는 EPOCROS RPS-105(Nippon Shokubai사 제품)를 나타낸다.

표 2의 폴리에스테르 수지 조성물을 사용한 토너를 제조하고, 그 평가 결과를 표 3에 나타냈다.

[표 3]

Example No.	Polyester　Dispersion　A	샤프멜트 Sharp　Melt	정착성	색상	카티온(cationic)
	（표 2의 No.）	T(ΔT）			염료의 색상
실시예 1	1	15	○	선명	매우 선명
실시예 2	2	8	◎	선명	매우 선명
실시예 3	3	10	◎	선명	매우 선명
비교예 1	13	15	△	선명	선명
비교예 2	14	17	△	선명	선명

토너의 제조는 다음과 같이 행하였다.

분산기(Diffuser)에 희암모니아수 1000cc(0.3%)를 넣고, 액체 온도를 80℃로 유지하면서 격력하게 교반하면서, 용융 폴리에스테르 수지 조성물 300g을 20분에 걸쳐서 서서히 첨가하였다. 또한, 10분간 교반을 계속하여, 백색의 폴리에스테르 수지 에멀전을 얻었다. 그 일부를 여과하고 건조시켰다. 입자 지름은 현미경으로 관찰하니 약 200μ이었다.(폴리에스테르 분산액A)

폴리프로필렌 Wax(비스콜 660P, 산요카세이 주식회사 제품) 50g, 어니온 계면 활성제(네오겐 RK, 산쿄세이야쿠) 5g, 이온 교환수 200g을 분산기에 넣고, 80℃에서 10분간 혼합 교반하였다. 그 일부를 여과하고 건조시켰다. 입자 지름은 현미경으로 관찰하니 약 0.5μ이었다.(Wax 분산액B)

퍼머넌트 카민(Permanent Carmine) 3810(적색, 산요 색소 제품) 100g, 아니온 계면활성제(네오겐 RK, 산쿄 세이야쿠) 15g, 이온 교환수 900g을 분산기에 넣고, 80℃에서 10분간 혼합 교반하였다. 그 일부를 여과하고 건조시켰다. 입자 지름은 현미경으로 관찰하니 약 0.5μ이었다.(안료 분산액C)

분산액A:560g, 분산액B:50g, 분산액C:25g, 비이온계 계면활성제(Igepal CA897):0.5g을 강력한 쉐어가 걸리는 교반기(Ultraturrax, 8000rpm) 속에서 30분간 교반하였다. 이어서 응집제(Poly Aluminium Chloride, 10% 질산액) 0.13g을 첨가하였다. 혼합물의 PH를 0.3N 질산과 IN 가성 소다를 사용하여 4.2~4.5로 조정하였다. 이 혼합물을 다시 중합 깡통으로 옮겨 40℃에서 폴리머 입자를 응집, 제조하였다. 입자 지름은 현미경으로 관찰하니 약 5μ이었다.

이어서, 이것에 분산액A 220g을 50℃에서 서서히 첨가하였다. PH:9.0, 6시간 교반한 후, PH:6.5, 실온으로 되돌린 후 필터로 여과하고 건조시켜다. 입자 지름은 현미경으로 관찰하니 약 6μ이었다.

또한, 이 적색 컬러 토너 입자 100g을, 카티온 염료(Cation Red 7BNH 200%) 2g을 녹인 PH:4.0, 50℃의 물에 침지하고, 10분간 교반하였다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

본 발명의 토너용 폴리에스테르 수지 조성물을 사용함으로써, 샤프 멜트성, 저온 정착성이 우수한 토너를 제공할 수 있다.

Claims

비스페놀A알킬렌옥사이드 첨가물을 함유하는 2가 알콜 성분과 5-나트륨술포이소프탈산 성분을 함유하는 2염기산 성분으로 이루어진 직쇄상 공중합 폴리에스테르에, OH 말단기 및 COOH 말단기와 부가 반응할 수 있는 화합물을 첨가, 반응하여 얻어지는 토너용 폴리에스테르 수지 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 폴리에스테르 중 2가 알콜 성분 중의 비스페놀A알킬렌옥사이드 첨가물의 양은 10mol% 이상, 80mol% 이하인 것을 특징으로 하는 토너용 폴리에스테르 수지 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 폴리에스테르 중 2가 알콜 성분 중의 5-나트륨술포이소프탈산 성분의 양은 1mol% 이상, 10mol% 이하인 것을 특징으로 하는 토너용 폴리에스테르 수지 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 직쇄 공중합 폴리에스테르는, 2차 전이 온도(Tg)가 50℃ 이상, 70℃ 이하, 연화 온도(SP)가 90℃ 이상, 140℃ 이하인 것을 특징으로 하는 토너용 폴리에 스테르 수지 조성물.
제 1 항에 있어서,

상기 폴리에스테르 OH 말단기 및 COOH 말단기와 부가 반응할 수 있는 화합물로서, 옥사졸린기 함유 폴리머, 폴리카복시이미드를 사용하는 것을 특징으로 하는 토너용 폴리에스테르 수지 조성물.
제 1 항에 기재된 폴리에스테르 수지 조성물을 함유하는 토너.