JP2008129188A - 電子写真用トナー - Google Patents

Abstract

【課題】 画像品質を低下させることなく、製造時及び廃棄時における環境負荷が極めて低い電子写真用トナーを提供すること。
【解決手段】 生分解性ポリマーからなる結着樹脂、植物系天然ワックスからなる離型剤、食品用色素からなる着色剤、及び天然鉱物からなる帯電制御剤を含有することを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子写真用トナーに係り、特に、製造時及び廃棄時における環境負荷が極めて低い電子写真用トナーに関する。

近年、プラスチックは膨大な量が使用されているが、その廃棄物は、景観の阻害、海洋生物への脅威、環境汚染等の深刻な地球的環境問題を引き起こしている。電子写真方式や静電記録方式のプリンターに用いられる静電荷像現像用トナー（以下、トナーと記載する）においても同様であり、トナーを廃棄処分する場合、あるいはトナーで印刷された印刷物を廃棄する場合等における環境に対する影響が問題となっている。

このようなトナーに使用される結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレンアクリル、ポリエステル、エポキシ、スチレンブタジエン等の樹脂が使用され、これらの樹脂を含むトナーの処分は、焼却や埋立により行われている。しかしながら、このようなトナーを焼却や埋立により処分することには問題がある。例えば、焼却する場合には、上記トナーに含まれる樹脂は燃焼カロリーが高いため、炉を痛め易く、炉の寿命を短くしてしまう。また、埋立処分をする場合においても、上記樹脂は、化学的安定性が高いため、原形をとどめたまま半永久的に残留する事が知られており、環境への影響が懸念される。自然環境中に廃棄された場合には、その安定性のために長期にわたって土中に存在し、海洋生物、鳥類等が誤って捕食する可能性が高く、生態系破壊の一因となる。

これらの問題を解決するために、近年、トナーに使用する樹脂においても生分解性樹脂を使用することが盛んに検討されており、また、樹脂以外のトナー構成成分（ワックス、顔料、帯電制御剤）についても同様に製造時、廃棄時の環境負荷低減のために天然物系の材料を使用することが提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。

なお、近年、高画質、低消費量のトナーに対する顧客の強い要求に対し、小粒径化（６μｍ）技術が進んでいる。小粒径化のため、粉砕トナーにおいては粉砕を補助するための粉砕助剤が開発されているが、これまでトナー特性を満足させつつ、環境負荷の少ないものは限られていた。
特開２００４−１５１３１５公報 特開２００４−１５１３１６公報 特開２００４−１５１４５７公報 特許第２５９７４５２号公報 特開平８−２６２７９６号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、画像品質を低下させることなく、製造時及び廃棄時における環境負荷が極めて低い電子写真用トナーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、 生分解性ポリマーからなる結着樹脂、植物系天然ワックスからなる離型剤、食品用色素からなる着色剤、及び天然鉱物からなる帯電制御剤を含有することを特徴とする電子写真用トナーを提供する。

本発明の第２の態様は、生分解性ポリマーからなる結着樹脂、植物系天然ワックスからなる離型剤、食品用色素からなる着色剤、天然鉱物からなる帯電制御剤、及びセルロース又はその誘導体からなる粉砕助剤を含有することを特徴とする電子写真用トナーを提供する。

本発明の第１の態様によると、製造時及び廃棄時における環境負荷が極めて低く、安全性の高い電子写真用トナーを得ることができる。

また、本発明の第１の態様によると、製造時及び廃棄時における環境負荷が極めて低く、安全であるとともに、製造時において粉砕性が良好な電子写真用トナーを得ることができる。

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の第１の実施形態に係る電子写真用トナーは、結着樹脂として生分解性ポリマーを用い、離型剤として植物系天然ワックスを用い、着色剤として食品用色素を用い、帯電制御剤として天然鉱物を用いることを特徴とする。即ち、従来、石油系合成樹脂、例えばポリエステルを用いていた結着樹脂として生分解性樹脂を用い、合成系顔料を用いていた着色剤として食品用色素を用い、石油系合成ワックスを用いていた離型剤として植物系天然物ワックスを用い、合成系帯電制御剤を用いていた帯電制御剤として天然鉱物を用い、合成系樹脂を用いていた粉砕助剤として植物性天然物を用いることを特徴とする。

結着樹脂である生分解性樹脂としては、例えば、ポリカプロラクトン、ポリ酪酸、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエチレンアジベード、脂肪族ポリエステル、ポリグリコリド、脂肪族ポリグリコール酸、ポリヒドロキシブチレートおよびその誘導体、プルラン、３−ヒドロキシブチレート−３−ヒドロキシバリレート共重合体、３−ヒドロキシブチレート−４−ヒドロキシバリレート共重合体、３−ヒドロキシブチレート−４−ヒドロキシブチレート共重合体、ポリカプロラクタム−ポリエチレンブレンド共重合体、ポリカプロラクタム−ポリプロピレンブレンド共重合体、ポリカプロラクタム−６−ナイロンブレンド共重合体、脂肪族ポリエステル−芳香族ポリエステル共重合体、脂肪族ポリエステル−ポリアミド共重合体、グリコリドーラクチド共重合体、水溶性ポリ−α−アミノ酸、６−ナイロンオリゴマー、エチレンイソフタレート−カプロラクタム共重合体、アミド−脂肪族ポリエステルブロック共重合体、澱粉を混合したエチレン−アクリル酸共重合体、ゼラチン化した澱粉を混合したエチレン−アクリル酸共重合体、炭酸ガス−酸化エチレン共重合体、澱粉−ポリエチレンブレンド複合体、澱粉−ポリプロピレンブレンド複合体、セルロース−キトサン混合物、セルロースエステル、アミロースエステル、針葉樹グルコマンナン、ガラクトグルコマンナン、針葉樹４−Ｏ−メチルグルクロノアラビノキシラン、広葉樹４−Ｏ−グルクロノキシラン、広葉樹リグニン、木粉のエステル化物などを挙げることができる。これらは、単独または２種以上混合して用いられ得る。

生分解性樹脂の含有量は、トナー全体に対し、５５〜９８質量％であるのが好ましい。

離型剤である植物系天然ワックスとしては、ライスワックス、水添ホホバ油ワックス、木ロウ、キャンデリラワックス、カルナウバワックス等を挙げることができる。これらは、単独または２種以上混合して用いられ得る。

植物系天然ワックスの含有量は、トナー全体に対し、１〜１５質量％であるのが好ましい。

着色剤である食品用色素としては、通常、食品用添加物として使用される非水溶性食用色素がある。非水溶性食用色素としては、タール色素などの公知の油溶性食用色素、水溶性食用色素の金属塩、水溶性食用色素の金属塩を基質に吸着させた食用レーキなどが挙げられる。

これらの中で、１）水、油脂、および有機溶媒にほとんど不溶であり、２）１次粒子径が１０μｍ以下の微粒子であるため着色性が高く、３）原料である水溶性の食用色素に比べて堅牢性に優れている点で、食用レーキが好ましい。食用レーキを構成する水溶性の食用色素としては、食用赤色４０号、食用赤色２号、食用赤色３号、食用赤色１０６号、食用黄色５号、食用黄色４号、食用青色１号、食用青色２号などが用いられ得る。

水溶性の食用色素と塩を生成する金属としては、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カリウム、カルシウム、鉄、亜鉛、バリウムなどが用いられ得る。安全性などの点でアルミニウムが好ましい。金属塩を吸着させる基質としては、水酸化アルミニウムなどの吸着性の体質顔料が用いられ得る。食用レーキとしては、食用赤色４０号アルミニウムレーキ、食用赤色２号アルミニウムレーキ、食用赤色３号アルミニウムレーキ、食用赤色１０６号アルミニウムレーキ、食用黄色５号アルミニウムレーキ、食用黄色４号アルミニウムレーキ、食用青色１号アルミニウムレーキ、食用青色２号アルミニウムレーキなどが用いられ得る。これらは、単独または２種以上組み合わせて用いられ得る。また、必要に応じて上記食用レーキの他に、上記油溶性食用色素、水溶性食用色素、水溶性食用色素の金属塩、またはこれらの混合物も用いられ得る。

上記色の異なる食用レーキを任意の配合比で混合することにより、様々な色味を調製し得る。例えば、黒色は、食用赤色４０号アルミニウムレーキ、食用黄色５号アルミニウムレーキ、および食用青色１号アルミニウムレーキを混合することにより調製され得る。

着色剤の含有量は、トナー全体に対し、０．１〜１０質量％であるのが好ましい。

帯電制御剤である天然鉱物としては、有機ベントナイトを含有する物質を用いることができる。有機ベントナイトとは、有機カチオン形成性化合物とベントナイトを主成分として製造される物質であり、ベントナイトとは、主としてＳｉＯ_２とＡｌ_２ Ｏ_３からなるモンモリロン石を主成分とした層状構造を有する粘度鉱物である。このような天然の層状化合物であるベントナイトは、イオン交換などによって有機分子を層間に取り込むことができる。ベントナイトの層間には、本来、ナトリウムやカリウムなどの無機の金属カチオンが存在するが、これをイオン交換することによってアルキルアンモニウムイオンなど、有機カチオンをインターカレート（包接）し、有機物と無機物が交互に積層した複合体（層間化合物）が生じる。本発明において帯電制御剤として使用する有機ベントナイトは、ベントナイト中の無機カチオンを有機カチオン形成性化合物から生じる有機カチオンで交換したものである。

有機ベントナイトを製造するための有機カチオン形成性化合物としては、公知の化合物を使用できる。例えば、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルアンモニウムクロライド、ドデシルアンモニウムブロマイド、ジメチルジステアリルアンモニウムクロライド、ステアリルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラペンチルアンモニウムフルオロフォスフェート、テトラエチルアンモニウムベンゾエート、テトラエチルアンモニウムアセテート、テトラブチルアンモニウムアイオダイド、トリエチルメチルアンモニウムアイオダイド、等の４級アンモニウム塩が挙げられる。

また、イソプロピルピリジニウムクロライド、ブチルピリジニウムクロライド、ヘプチルピリジニウムクロライド、デシルピリジニウムクロライド、ドデシルピリジニウムブロマイド、セチルピリジニウムクロライド、等のピリジウム塩が挙げられる。

更に、ポリエチレンイミン等のポリアルキレンイミン、ポリ−（４−ビニルピリジン）、ポリアリルアミン、アミノアセチル化されたポリビニルアルコール、ポリ−（Ｌ）−リジン、キトサン、ポリピロール、あるいはジエチルアミノエチルメタクリレート等のアミノ基含有アクリレートを含有するビニルモノマーとの共重合体、等から得られるポリマー性アンモニウム塩が挙げられる。

有機ベントナイトを製造するための有機カチオン形成性化合物のアニオン成分は、特に限定されるものではないが、安全性あるいは環境保護という観点からは、クロム、コバルト、銅、ニッケル、モリブデン、鉛、水銀、等の金属を含まないアニオンであることが好ましい。

本発明で使用する有機ベントナイトを調製するための方法は、特に限定されるものではなく、従来用いられているイオン交換操作により製造することができる。例えば、水、水と有機溶媒の混合物、あるいは有機溶媒中にベントナイトを浸漬し、これに有機カチオン形成性化合物を添加して、一定時間放置した後、これを濾過し、次いで洗浄し、乾燥することにより得ることができる。

帯電制御剤である天然鉱物の含有量は、トナー全体に対し、０．１〜５．０質量％であるのが好ましい。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る電子写真用トナーによると、自然界に由来する材料を用いているため、製造時、廃棄時に環境負荷が極めて低く、安全性が高く、しかも従来の合成系の材料を用いたトナーと同様の画像品質を得ることができる。

本発明の第２の実施形態に係る電子写真用トナーは、上述した本発明の第１の実施形態に係る電子写真用トナーのように、結着樹脂として生分解性ポリマーを用い、離型剤として植物系天然ワックスを用い、着色剤として食品用色素を用い、帯電制御剤として天然鉱物を用いることとともに、更に、粉砕助剤としてセルロース又はその誘導体を用いることを特徴とする。

即ち、従来、粉砕助剤として合成樹脂を用いていたが、これを植物に由来するセルロース又はその誘導体を用いたものである。セルロース誘導体としては、脂肪酸セルロース、エチルセルロース、及び酢酸セルロースからなる群から選ばれた少なくとも１種を用いることができる。

粉砕助剤であるセルロース又はその誘導体の含有量は、トナー全体に対し、１〜１５質量％であるのが好ましい。

以上のように、本発明の第２の実施形態に係る電子写真用トナーによると、本発明の第１の実施形態に係る電子写真用トナーと同様、自然界に由来する材料を用いているため、製造時、廃棄時に極めて環境負荷が極めて低く、安全性が高く、しかも従来の合成系の材料を用いたトナーと同様の画像品質を得ることができるという効果とともに、粉砕助剤としてセルロース又はその誘導体を含有するため、製造工程中の混練粗砕物に対する粉砕性が良好であるという効果が得られる。

以下、本発明の実施例を示し、本発明についてより具体的に説明する。

実施例１
結着樹脂として３−ヒドロキシ酪酸と３−ヒドロキシ吉草酸の共重合体（３−ヒドロキシ吉草酸成分を２２モル％含有）を９１質量％、顔料として食用黄色アルミニウムレーキを４質量％、帯電制御剤を：１質量％、及び離型剤としてカルナバワックス（（株）加藤洋行販売）を４質量％をヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）を用いて混合した後、二軸押出し機にて溶融混練し、衝突板式粉砕機（ＩＤＳ１０）、気流式分級機（ＤＳＸ１０）にて、粉砕分級し、重量平均粒径約９μｍの着色微粒子を得た。

なお、帯電制御剤は、ジメチルジステアリルアンモニウムクロライド１５質量部をメタノール１３５質量部に溶解し、これに平均粒径が０．５ミクロンのベントナイト２５質量部を加えて１時間撹拌し、濾別し、脱イオン水で繰り返し洗浄した後、６０℃に保った乾燥機により減圧下で２４時間乾燥することにより製造した。

得られた着色微粒子１００質量部に外添剤として、「Ｒ９７２」（日本アエロジル（株）製：疎水性シリカ）を１質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、トナーを得た。

実施例２
結着樹脂として３−ヒドロキシ酪酸と３−ヒドロキシ吉草酸の共重合体（３−ヒドロキシ吉草酸成分を２２モル％含有）を８１質量％、顔料として食用黄色アルミニウムレーキを４質量％、帯電制御剤を１質量％、離型剤としてカルナバワックス（（株）加藤洋行販売）４質量部、粉砕助剤としてセルロース（チッソ（株）製：celluflowＣ−２５）を１０質量部をヘンシェルミキサー（三井鉱山（株）製）を用いて混合した後、二軸押出し機にて溶融混練し、衝突板式粉砕機（ＩＤＳ１０）、気流式分級機（ＤＳＸ１０）にて、粉砕分級し、重量平均粒径約６μｍの着色微粒子を得た。

なお、帯電制御剤は、ジメチルジステアリルアンモニウムクロライド１５質量部をメタノール１３５質量部に溶解し、これに平均粒径が０．５ミクロンのベントナイト２５質量部を加えて１時間撹拌し、濾別し、脱イオン水で繰り返し洗浄した後、６０℃に保った乾燥機により減圧下で２４時間乾燥することにより製造した。

得られた着色微粒子１００質量部に外添剤として、「Ｒ９７２」（日本アエロジル（株）製：疎水性シリカ）を１質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、トナーを得た。

比較例
結着樹脂として環状ポリオレフィン樹脂（軟化点１４３℃、ガラス転移点６２℃）を９１質量％、着色剤としてＣ．Ｉピグメントレッド５７：１を４質量部、荷電制御剤として「Ｅ−８４」（オリエント化学（株）製：サルチル酸系金属錯体）を１質量部、離型剤として「低分子量ポリエチレンＨＷ１００Ｐ」（三井鉱山（株）製）を４質量部をヘンシェルミキサー（三井鉱山（株）製）を用いて混合した後、二軸押出し機にて溶融混練し、衝突板式粉砕機にて、粉砕分級し、重量平均粒径約９μｍの着色微粒子を得た。

得られた着色微粒子１００質量部に外添剤として、「Ｒ９７２」（日本アエロジル（株）製：疎水性シリカ）を１質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、トナーを得た。

以上のようにして製造された実施例及び比較例に係るトナーについて、カラープリンター「スピーディア：Ｖ２」（カシオ計算機（株）製）にて印刷試験を行った。その結果を下記表１に示す。

次に、以下の評価方法により、粉砕性を評価した。その結果を下記表１に示す。

粉砕性は、粉砕機（ＩＤＳ１０：空気圧０．６ＭＰａ）、分級機（ＤＳＸ１０）にて混練粗砕物を粉砕する際、６．０μｍの平均粒径、４μｍ以下の個数割合が２５％以下、１６μｍ以上の体積割合が１％以下のトナー母体を製造するときの粗砕品のフィード量を粉砕性指数とし、その大小により判断した。

実状として、粉砕性指数が２０ｋｇ／ｈｒ以上であれば問題ないので、粉砕性指数が２０ｋｇ／ｈｒ以上の場合を粉砕性良好○、粉砕性指数が２０ｋｇ／ｈｒ未満の場合を粉砕性不良×と評価した。

粒度分布測定器としては、コールター（株）製のマルチサイザーII（アパーチャーサイズ１００μｍ）を使用した。

上記表１から、実施例１及び２に係るトナーを用いて印刷された画像は、比較例に係るトナーを用いて印刷された画像と同等の画像品質が得られることがわかる。

特に、粉砕助剤としてセルロースを用いた実施例２に係るトナーは、実施例１及び比較例に係るトナーに比べ、粉砕性に優れていることがわかる。

Claims (2)

1. 生分解性ポリマーからなる結着樹脂、植物系天然ワックスからなる離型剤、食品用色素からなる着色剤、及び天然鉱物からなる帯電制御剤を含有することを特徴とする電子写真用トナー。
2. 生分解性ポリマーからなる結着樹脂、植物系天然ワックスからなる離型剤、食品用色素からなる着色剤、天然鉱物からなる帯電制御剤、及びセルロース又はその誘導体からなる粉砕助剤を含有することを特徴とする電子写真用トナー。