JP2010197979A - トナー用ワックス - Google Patents

Abstract

【課題】低温定着を達成し、さらにワックスベーパーによる複写機等の内部の汚染も抑制することができ、良好な定着画像を得ることができるトナー用ワックスを提供する。
【解決手段】トナーに配合される離型剤としてのワックスであって、第２級アルコールを主成分とする酸化ワックスの金属塩であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、トナーの離型剤としてのワックスに関するものである。

従来、複写機およびプリンター用のトナーにおいて、複写機の高速化、省エネルギー化が要望されている。これに対応すべく、低温定着性に優れたトナーの開発が進められている。低温定着を達成するためには、トナーの離型剤ワックスとして融点が低いものを用いる必要があり、低融点ワックスを用いたトナーが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、これら低融点ワックスを用いたトナーを使用した複写機において、連続印刷を行った際に、ワックスベーパーにより複写機内の光学系部品などが汚染され、画像欠陥が発生するという問題が発生している。

一般に、低温定着性に優れる離型剤ワックスとして、炭素数分布がシャープで、平均炭素数も小さめであるパラフィンワックスが使用される。これらの沸点は充分に高いが、加熱融解した状態の液表面部分で、ワックス分子の熱運動が分子間力に打ち勝つことで揮発が起こる。揮発性はワックスの蒸気圧や粘度の影響を受ける。

パラフィンワックスの揮発を抑えるためには、分子量を大きくすることが有効であるが、同時に融点も高くなり、低温定着性とは逆行する結果となる。また、蒸留精製により、低沸点成分を除去することで揮発性をある程度低減できるが、カット率の割には効果が小さく、満足できるレベルではない。

また、ワックスベーパー対策として、マイクロクリスタリンワックスを用いることも提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、ワックスベーパー抑制のための高い効果を得るためには、高度精製したマイクロクリスタリンワックスを使用する必要がある。その場合、樹脂との相溶性が悪く、トナーの粉体流動性や保存性に悪影響を及ぼし、画像欠陥が発生する危険性がある。
特開平１１−３２７１９３号公報 特開２００７−２０６１７８号公報

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、低温定着を達成し、さらにワックスベーパーによる複写機等の内部の汚染も抑制することができ、良好な定着画像を得ることができるトナー用ワックスを提供することを課題としている。

この出願の発明者らは、トナーの離型剤用ワックスについての上記現状に鑑み、ワックスベーパーの発生が少ない、低揮発性のトナー用ワックスに関して種々検討した。
その結果、２級アルコールを主成分とする酸化ワックスの金属塩が、原料ワックスの融解挙動を維持したまま、ワックスベーパーの発生が少なく、極性樹脂への相溶性が良好であることを見出し本発明を完成するに至った。

本発明のワックスによれば、低温定着を達成し、トナーの保存性、粉体流動性が良好であり、さらにワックスベーパーによる複写機等の内部の汚染も抑制することができ、良好な定着画像を得ることができる。

以下、本発明を詳細に説明する。

まず本発明のワックスについて説明する。

本発明のワックスは脂肪族炭化水素をホウ酸および無水ホウ酸の存在下で分子状酸素含有ガスで液状酸化して得られる第２級アルコールを主成分とした酸化ワックスのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩である。

前記の第２級アルコールを主成分とした酸化ワックスは特公平３−０５１７４５号公報に記載されている方法で製造することが出来る。

この方法によると、脂肪族炭化水素をホウ酸および無水ホウ酸の存在下で分子状酸素含有ガスで液相酸化することにより、脂肪族炭化水素を高い転化率で第２級アルコールに変換できる。

反応原料となる脂肪族炭化水素の具体例としては、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス、オレフィン、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックスなどが挙げられるが、シャープメルトで、トナー性能に優れるという点で、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスが特に適している。

パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスの具体例としては、日本精蝋製のＨＮＰ−１１、ＨＮＰ−９、ＨＮＰ−１０、ＦＴ−００７０、ＨＮＰ−５１、ＦＮＰ−００９０などが挙げられる。

前記の方法で作成された酸化ワックスにアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の水酸化物を加えて反応させることで、アルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩を製造する。

アルカリ金属の具体例としては、ナトリウム、カリウムが挙げられる。

アルカリ土類金属の具体例としては、マグネシウム、カルシウムが挙げられる。

本発明のトナー用ワックスはヒドロキシル価が３０［ｍｇＫＯＨ／ｇ］以上で酸価が１５［ｍｇＫＯＨ／ｇ］以下ある。ヒドロキシル価が３０［ｍｇＫＯＨ／ｇ］以下では未反応の脂肪族炭化水素の含有量が多く、ワックスベーパーの低減効果が小さい。また、酸価が１５［ｍｇＫＯＨ／ｇ］以上では、低融点成分が多くトナーの保存性に問題がある。

本発明のトナー用ワックスのＤＳＣで測定される吸熱曲線において、最大吸熱ピークのピークトップ温度が、５０〜９５℃であるが、５０℃以下では、トナーに配合した際に熱凝集を起こしやすく、保存性に問題がある。一方で９５℃以上であると、定着温度が高くなり、低温定着の目的に逆行するため好ましくない。

本発明のワックスは、単独でトナー用ワックスとしてもよく、あるいは他の低揮発性ワックスと併用してトナー用ワックスとしてもよい。また、パラフィンワックスに添加した場合、劇的な効果は期待できないが、相対的に揮発成分を低減できるので、パラフィンワックスの揮発性低減の目的で併用することが可能である。

本発明により製造されるトナー用ワックスと共に用いられるトナーの定着用樹脂としては、トナーの定着用樹脂として一般に用いられているものを使用でき、その具体例としては、スチレン・アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、環状構造を有するポリオレフィン樹脂などが挙げられる。

スチレン・アクリル樹脂の具体例としては、スチレン・アクリル酸共重合体、スチレン・ジエチルアミノ・エチルメタアクリレート共重合体、スチレン・ブタジエン・アクリル酸エステル共重合体、スチレン・メチルメタアクリレート共重合体、スチレン・ブチルメタアクリレート共重合体、スチレン・ブチルメタアクリレート・無水マレイン酸共重合体、スチレン・ブチルメタアクリレート・アクリル酸共重合体などが挙げられる。

ポリエステル樹脂の共重合単量体としては、次のものを挙げることができる。酸成分の具体例としては、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、ダイマー酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロテレフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、ジメチルテトラヒドロフタル酸、ナフタレンテトラカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸などが挙げられる。これらは１種単独で、あるいは２種以上を併用して用いられる。アルコール成分の具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、イソペンチルグリコール、水添ビスフェノールＡ、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。これらは１種単独で、あるいは２種以上を併用して用いられる。

環状構造を有するポリオレフィン樹脂の具体例としては、エチレン、プロピレン、ブチレンなどのアルファオレフィンと、シクロヘキセン、ノルボルネンなどの二重結合を有する脂環式化合物との共重合体などが挙げられる。

本発明により製造されるワックスを用いたトナーの製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、溶融混練による粉砕法、懸濁重合法、乳化重合法、ミニエマルジョン重合凝集法、ポリエステル鎖伸長法、その他の公知の方法などにより製造することができる。

本発明により製造されるワックスを用いたトナーは、モノクロトナーおよびカラートナーのいずれであってもよく、トナーの用途に応じて着色剤が含有される。着色剤としては、通常用いられる顔料および染料を用いることができる。

本発明により製造されるワックスを用いたトナーの定着方法は、特に限定されるものではなく、例えば、オーブン式定着法、フラッシュ式定着法、加熱・加圧定着法、その他の公知の方法などが挙げられる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

以下の実施例および比較例における測定方法、調製方法は次のとおりである。

［低融点成分含有率］
ＤＳＣ測定（ＳＩＩ製 ＤＳＣ６２２０）により、ＪＩＳ Ｋ ７１２２に準拠し、全融解熱量を測定する。融解熱量のうち、０〜５０℃の間の熱量の全融解熱量に対する百分率を、低融点成分含有率とする。

［減量率］
加熱減量分析（ＳＩＩ製ＴＧ／ＤＴＡ２０２０）により、２５０℃および３００℃の設定で１時間ホールドを行った際の減量率を測定した。実際の試料温度は２５０℃の設定で２１６℃、３００℃の設定で２６４℃であったため、それぞれ２１６℃減量率、２６４℃減量率とした。

［減量開始温度］
前述加熱減量分析にて、減量率が０．２％となる温度を、減量開始温度とした。

［樹脂混練物］
ポリエステル樹脂１００質量部、ワックス５質量部を小型二軸混練機（ＨＡＡＫＥ製ミニラボ）により１００℃、１００ｒｐｍで３０分間混練して試料を得た。

［分散粒子径］
上記樹脂混練物を走査電子顕微鏡ＳＥＭ（日本電子製 ＪＳＭ５２００）にて観察し、分散粒子の平均粒子径を算出した。

（実施例１）
パラフィンワックス（日本精蝋製 ＨＮＰ−９）１２００ｇをガラス製の円筒反応器に入れ、空気を少量吹き込みながら１４０℃まで昇温した。ホウ酸２３．２ｇ／無水ホウ酸１７．２ｇの混合触媒を加えた後、空気を（２２リットル／分）吹き込みながら１７０℃で１２０分反応を行った。反応終了後に当量の温水を加え、反応混合物を加水分解して第２級アルコールワックスを得た。

前記第２級アルコールワックス５００ｇを９０℃で溶融撹拌しながら、水酸化カルシウム５．８ｇを水でスラリー化して投入し、１００℃にて３時間反応させた。脱水して本発明のワックスを得た。

（実施例２）
実施例１で得た第２級アルコールワックス５００ｇを９０℃で溶融撹拌しながら、水酸化カリウム４．１ｇを水溶液にして投入し、１００℃にて３時間反応させた。脱水して本発明のワックスを得た。

（比較例１）
パラフィンワックス（日本精蝋製 ＨＮＰ−９）を直接評価に用いた。

（比較例２）
実施例１で得た第２級アルコールワックスを直接評価に用いた。

（比較例３）
パラフィンワックス（日本精蝋製 ＨＮＰ−９）１２００ｇをガラス製の円筒反応器に入れ、空気を少量吹き込みながら１７０℃まで昇温し、１７０℃にて空気（２２リットル／分）を吹き込みながら無触媒にて１２０分反応を行い、酸化ワックスを得た。

前記酸化ワックス５００ｇを９０℃で溶融撹拌しながら、水酸化カルシウム２４．８ｇを水でスラリー化して投入し、１００℃にて３時間反応させた。脱水して本発明のワックスを得た。

実施例および比較例におけるワックスの融解ピークトップ温度、ヒドロキシル価、酸価、低融点成分含有率、減量開始温度、２６４℃減量率、樹脂混練物の分散粒子径の測定結果を表１に示す。

なお、上記の減量率の測定において、２６４℃は測定温度が高過ぎて現実的ではないが、温度が変動した際の影響確認とワックス間の差を明確に出す目的で測定した。ワックス単独での加熱減量分析の結果は２１６℃と２６４℃の測定で高い相関があり、測定温度の影響は小さいといえる。

表１より、比較例１のノルマルパラフィンでは加熱減量率が高く、ワックスベーパーによる悪影響があることが確認できる。

比較例２の第２級アルコールでは、若干減量率が低下しているが、不十分である。一方で、減量開始温度が低くなっている。分散粒子径に差がなく、極性基導入による樹脂との相溶性向上効果は小さかった。

比較例３の空気酸化ワックスのカルシウム塩では、低融点成分がかなり多くなり、減量開始温度もかなり低くなっている。酸化反応で発生した低分子カルボン酸が多いことが原因である。

実施例１の第２級アルコールワックスのカルシウム塩では、加熱減量率が原料であるノルマルパラフィンの半分以下の値まで低減している。また、低融点成分含有率は低く、分散粒子径が小さい。

実施例２の第２級アルコールワックスのカリウム塩では、カルシウム塩と同様に、加熱減量率が低下し、低融点成分含有率は低く、分散粒子径が小さい。

以上の結果から明らかなように、ノルマルパラフィンを第２級アルコールワックスに変換することで、揮発性が低下し、減量率が低下する。しかし、副生成物である低分子カルボン酸の揮発性が高いため、アルコール変性のみでは、ワックスベーパー対策として不十分である。低分子カルボン酸を金属塩として固定化することで、減量率を大きく低減することができる。同時に、金属塩がつなぎとなり、樹脂との相溶性も向上するという効果も期待できる。

すなわち、複写機内でのベーパーの発生を抑えることが出来るので、光学系部品等が汚染され、画像欠陥が発生するという問題を解決できる。また、樹脂との相溶性が向上するので、トナーの保存性、粉体流動性といった特性が向上する。

Claims (3)

1. トナーに配合される離型剤であるワックスであって、第２級アルコールを主成分とする酸化ワックスの金属塩であることを特徴とするトナー用ワックス。
2. ヒドロキシル価が３０［ｍｇＫＯＨ／ｇ］以上で酸価が１５［ｍｇＫＯＨ／ｇ］以下あることを特徴とする請求項１に記載のトナー用ワックス。
3. ＤＳＣで測定される吸熱曲線において、最大吸熱ピークのピークトップ温度が、５０〜９５℃であることを特徴とする請求項１に記載のトナー用ワックス。