JP2011059418A - 電子写真用トナー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭素数3〜9の脂肪族ジオールを含有したアルコール成分と炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含有したカルボン酸成分とを縮重合させて得られる縮重合系樹脂成分を含む結晶性樹脂(A)と非晶質ポリエステル系樹脂(B)との混合物を、イソシアネート基を有するポリエステル(C)で架橋して得られる樹脂混合物を含有してなる電子写真トナー用結着樹脂、該結着樹脂を含有してなる電子写真用トナー及びその製造方法。
【選択図】なし
Description
〔1〕 炭素数3〜9の脂肪族ジオールを含有したアルコール成分と炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含有したカルボン酸成分とを縮重合させて得られる縮重合系樹脂成分を含む結晶性樹脂(A)と非晶質ポリエステル系樹脂(B)との混合物を、イソシアネート基を有するポリエステル(C)で架橋して得られる樹脂混合物を含有してなる電子写真トナー用結着樹脂、
〔2〕 炭素数3〜9の脂肪族ジオールを含有したアルコール成分と炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含有したカルボン酸成分とを縮重合させて得られる縮重合系樹脂成分を含む結晶性樹脂(A)と非晶質ポリエステル系樹脂(B)との混合物を、イソシアネート基を有するポリエステル(C)の存在下、60〜180℃に加熱して得られる樹脂混合物を含有してなる電子写真トナー用結着樹脂、
〔3〕 前記〔1〕又は〔2〕記載の結着樹脂を含有してなる電子写真用トナー、並びに
〔4〕 炭素数3〜9の脂肪族ジオールを含有したアルコール成分と炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含有したカルボン酸成分とを縮重合させて得られる縮重合系樹脂成分を含む結晶性樹脂(A)と、非晶質ポリエステル系樹脂(B)と、イソシアネート基を有するポリエステル(C)とを含むトナー原料を溶融混練する工程を含む、電子写真用トナーの製造方法
に関する。
で表されるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物等の芳香族ジオール;グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン等の3価以上の多価アルコールが挙げられる。
この方法では、縮重合反応に適した反応温度条件下で工程(A)を行い、反応温度を低下させ、付加重合反応に適した温度条件下で工程(B)を行う。スチレン系樹脂成分の原料モノマー及び両反応性モノマーは、付加重合反応に適した温度で反応系内に添加にすることが好ましい。両反応性モノマーは付加重合反応と共に縮重合系樹脂成分とも反応する。
工程(B)の後に、再度反応温度を上昇させ、必要に応じて架橋剤となる3価以上の多価アルコールや多価カルボン酸化合物等の縮重合系樹脂成分の原料モノマー等を重合系に添加し、工程(A)の縮重合反応や両反応性モノマーとの反応をさらに進めることができる。
この方法では、付加重合反応に適した反応温度条件下で工程(B)を行い、反応温度を上昇させ、縮重合反応に適した温度条件下で、工程(A)の縮重合反応を行う。両反応性モノマーは付加重合反応とともに縮重合反応にも関与する。
縮重合系樹脂成分の原料モノマーは、付加重合反応時に反応系内に存在してもよく、縮重合反応に適した温度条件下で反応系内に添加してもよい。前者の場合は、縮重合反応に適した温度でエステル化触媒を添加することで縮重合反応の進行を調節できる。
この方法では、付加重合反応に適した反応温度条件下で工程(A)と工程(B)とを行い、反応温度を上昇させ、縮重合反応に適した温度条件下で、必要に応じて架橋剤となる3価以上の多価アルコールや多価カルボン酸化合物等の縮重合系樹脂成分の原料モノマーを重合系に添加し、工程(A)の縮重合反応をさらに行うことが好ましい。その際、縮重合反応に適した温度条件下では、ラジカル重合禁止剤を添加して縮重合反応だけを進めることもできる。両反応性モノマーは付加重合反応と共に縮重合反応にも関与する。
で表される化合物が好ましい。式中、R7の炭化水素基の炭素数は、1〜8が好ましく、反応活性の観点から、炭素数1〜4がより好ましい。式(II)で表される化合物のなかでは、R4及びR6が水素原子、R5が水素原子又は−COOR7である化合物がより好ましい。具体例としては、ピロガロール(R4〜R6:水素原子)、没食子酸(R4及びR6:水素原子、R5:−COOH)、没食子酸エチル(R4及びR6:水素原子、R5:−COOC2H5)、没食子酸プロピル(R4及びR6:水素原子、R5:−COOC3H7)、没食子酸ブチル(R4及びR6:水素原子、R5:−COOC4H9)、没食子酸オクチル(R4及びR6:水素原子、R5:−COOC8H17)、没食子酸ラウリル(R4及びR6:水素原子、R5:−COOC12H25)等の没食子酸エステル等が挙げられる。トナーの保存性の観点からは、没食子酸及び没食子酸エステルが好ましい。
フローテスター(株式会社島津製作所製、CFT-500D)を用い、1gの試料を昇温速度6℃/minで加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出した。温度に対し、フローテスターのプランジャー降下量をプロットし、試料の半量が流出した温度を軟化点とした。
示差走査熱量計(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、Q-100)を用いて、試料0.01〜0.02gをアルミパンに計量し、室温から降温速度10℃/分で0℃まで冷却しそのまま1分間静止させた。その後、昇温速度50℃/分で測定した。観測される吸熱ピークのうち、最も高温側にあるピークの温度を吸熱の最高ピーク温度とした。最高ピーク温度が軟化点と20℃以内の差であれば融点とした。
示差走査熱量計(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、Q-100)を用いて、試料を0.01〜0.02gをアルミパンに計量し、200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/minで0℃まで冷却したサンプルを昇温速度10℃/minで昇温し、吸熱の最高ピーク温度以下のベースラインの延長線とピークの立ち上がり部分からピークの頂点までの最大傾斜を示す接線との交点の温度をガラス転移点とした。
JIS K 0070の方法に基づき測定する。ただし、測定溶媒のみJIS K 0070の規定のエタノールとエーテルの混合溶媒から、アセトンとトルエンの混合溶媒(アセトン:トルエン=1:1(容量比))に変更する。
以下の方法により、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により分子量分布を測定し、数平均分子量及び重量平均分子量を求める。
(1) 試料溶液の調製
濃度が0.5g/100mlになるように、反応物をテトラヒドロフランに、溶解させる。次いで、この溶液をポアサイズ2μmのフッ素樹脂フィルター(住友電気工業(株)製、FP-200)を用いて濾過して不溶解成分を除き、試料溶液とする。
(2) 分子量測定
下記の測定装置と分析カラムを用い、溶離液としてテトラヒドロフランを、毎分1mlの流速で流し、40℃の恒温槽中でカラムを安定させる。そこに試料溶液100μlを注入して測定を行う。試料の分子量は、あらかじめ作成した検量線に基づき算出する。このときの検量線には、数種類の単分散ポリスチレン(東ソー社製のA-500(5.0×102)、A-1000(1.01×103)、A-2500(2.63×103)、A-5000(5.97×103)、F-1(1.02×104)、F-2(1.81×104)、F-4(3.97×104)、F-10(9.64×104)、F-20(1.90×105)、F-40(4.27×105)、F-80(7.06×105)、F-128(1.09×106))を標準試料として作成したものを用いる。
測定装置:HLC-8220GPC(東ソー社製)
分析カラム:GMHXL+G3000HXL(東ソー社製)
示差走査熱量計(セイコー電子工業社製、DSC210)を用いて200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/分で0℃まで冷却したサンプルを昇温速度10℃/分で昇温し、融解熱の最大ピーク温度を融点とする。
走査電子顕微鏡(SEM)写真から500個の粒子の粒径(長径と短径の平均値)を測定し、それらの平均値を平均粒径とする。
(1) 分散液の調製:分散液[「エマルゲン 109P」(花王株式会社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、HLB:13.6)5重量%水溶液]5mlに測定試料10mgを添加し、超音波分散機にて1分間分散させ、その後、電解質[「アイソトンII」(ベックマンコールター社製)]25mlを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させ分散液を得る。
(2) 測定装置:「コールターマルチサイザーII」(ベックマンコールター社製)
アパチャー径:100μm
測定粒径範囲:2〜40μm
解析ソフト:「コールターマルチサイザーアキュコンプ バージョン 1.19」(ベックマンコールター社製)
(3) 測定条件:ビーカーに電解液100mlと分散液を加え、3万個の粒子の粒径を20秒で測定できる濃度で、3万個の粒子について、体積中位粒径(D50)を求める。
表1、2に示すアクリル酸、セバシン酸及びトリメリット酸以外の縮重合系樹脂成分の原料モノマーを窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、170℃に加熱し、表1、2に示すスチレン系樹脂成分の原料モノマーとアクリル酸、及び重合開始剤(ジグミルパーオキサイド:スチレン系樹脂成分の原料モノマー100重量部に対して6重量部使用)の混合物を滴下ロートにより1時間かけて滴下した。160℃に保持したまま1時間攪拌を続けた後、140℃に下げ、表1、2に示すセバシン酸を投入した。その後、140℃から200℃まで8時間かけて昇温し、反応させた。その後、2-エチルヘキサン酸錫(II)40g及び没食子酸3gを添加し、さらに1時間反応を行った。さらに170℃に温度を下げ、表1、2に示すトリメリット酸を添加して1時間反応を行って、結晶性樹脂を得た。
セバシン酸をドデカン二酸に変更した以外は、表1に示す原料を用い、製造例1と同様にして、結晶性樹脂を得た。
表2に示す配合量の縮重合系樹脂成分の原料モノマーを窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、140℃に加熱、その後、140℃から200℃まで8時間かけて昇温し、反応させた。その後、2-エチルヘキサン酸錫(II)40g及び没食子酸3gを添加し、さらに1時間反応を行って、結晶性樹脂を得た。
表2に示す縮重合系樹脂成分の原料モノマー、ターシャリブチルカテコール5g、及び2-エチルヘキサン酸錫(II)40gを窒素導入間、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、140℃に加熱した。その後、140℃から200℃まで8時間かけて昇温し、反応させて、結晶性樹脂を得た。
表3に示す配合量のBPA−PO、BPA−EO、テレフタル酸及びワックス(ポリエステル成分の原料モノマーとスチレン系樹脂成分の原料モノマーの総量100重量部に対して2重量部)を窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、160℃に昇温し、表3に示すスチレン系樹脂成分の原料モノマーとアクリル酸、及び重合開始剤(ジグミルパーオキサイド:スチレン系樹脂成分の原料モノマー100重量部に対して6重量部使用)の混合物を滴下ロートにより1時間かけて滴下した。160℃に保持したまま1時間攪拌を続けた後、200℃まで昇温させ、8.3kPaで1時間、未反応のスチレン系樹脂成分の原料モノマーの除去を行った。その後、2-エチルヘキサン酸錫(II)40g及び没食子酸3gを添加し、230℃にてテレフタル酸の粒が確認できなくなるまで反応を行った。反応後、190℃に温度を下げ、表3に示すトリメリット酸を添加し、常圧で1時間反応させた後、30kPaにて表3記載の分子量になるまで反応させて、非晶質ハイブリッド樹脂を得た。
表4に示す配合量のBPA−PO、BPA−EO、テレフタル酸及びドデセニル無水コハク酸を窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、160℃まで昇温させ、2-エチルヘキサン酸錫(II)40g及び没食子酸3gを入れ、230℃にてテレフタル酸の粒が確認できなくなるまで反応を行った。反応後、190℃に温度を下げ、表4に示すトリメリット酸を添加し、常圧で1時間反応させた後、30kPaにて表4記載の分子量になるまで反応させて、非晶質ポリエステルを得た。
表4に示す配合量の1,2-プロパンジオール、テレフタル酸及びドデセニル無水コハク酸を窒素導入管、100℃の熱水を通水した精留塔を装備した脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、120℃まで昇温させ、2-エチルヘキサン酸錫(II)40g及び没食子酸3gを入れ、180℃〜210℃まで10時間かけて昇温した後、210℃にてテフタル酸モノマーの粒が確認できなくなるまで反応を行った。反応後、180℃に温度を下げ、表4に示すトリメリット酸を添加し、常圧で1時間反応させた後、40kPaにて表4記載の分子量になるまで反応させて、非晶質ポリエステルを得た。
表4に示すBPA−PO、BPA−EO及びテレフタル酸と、2-エチルヘキサン酸錫(II)40g及び没食子酸3gを窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、230℃にてテレフタル酸の粒が確認できなくなるまで反応を行った。反応後、表4に示すトリメリット酸を添加し、常圧で1時間反応させた後、8kPaにて2時間反応させて、非晶質ポリエステルを得た。
樹脂BC 2kgを窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、イソホロンジイソシアネート400g及び酢酸エチル2500gを添加し、溶解させた後、攪拌しながら昇温し、100℃で5時間反応させた。その後、酢酸エチルを減圧蒸留により留去し、イソシアネート基を有するポリエステルを得た。
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに、イソホロンジアミン2kg及びメチルエチルケトン880gを仕込み、50℃で5時間反応を行い、ケチミン化合物Aを得た。
〔結着樹脂の製造〕
樹脂AA 80重量部、樹脂A 20重量部、樹脂Z 10重量部及びケチミン化合物A 0.5重量部を、ヘンシェルミキサーにてよく攪拌した後、混練部分の全長1560mm、スクリュー径42mm、バレル内径43mmの同方向回転二軸押出機を用いて溶融混練して、結着樹脂αを得た。ロールの回転速度は200r/min、ロール内の加熱温度は90℃であり、混合物の供給速度は10kg/時、混練物温度160℃、平均滞留時間は約18秒であった。その後、室温まで冷却した。架橋時間(60℃以上)は、2 時間であった。
結着樹脂α 100重量部、着色剤「ECB-301」(大日精化社製)5重量部、荷電制御剤「LR-147」(日本カーリット社製)1重量部、芳香族アミド化合物「エヌジェスターNU-100」(新日本理化社製)1重量部及び離型剤「カルナウバワックス C1」(加藤洋行社製、融点:80℃)2重量部を、ヘンシェルミキサーでよく攪拌した後、混練部分の全長1560mm、スクリュー径42mm、バレル内径43mmの同方向回転二軸押出機を用いて溶融混練した。ロールの回転速度は200r/min、ロール内の加熱設定温度は100℃であり、混練物の温度は160℃、混練物の供給速度は10kg/時、平均滞留時間は約18秒であった。その後、冷却ローラーで圧延冷却した後、45℃で4時間静置後、ジェットミルで体積中位粒径(D50)5.5μmのトナー粒子を得た。
表5に示す重量割合で結晶性樹脂と非晶質ポリエステル系樹脂の合計100重量部、樹脂Z 10重量部及びケチミン化合物A 0.5重量部、着色剤「ECB-301」(大日精化社製)5重量部、荷電制御剤「LR-147」(日本カーリット社製)1重量部、芳香族アミド化合物「エヌジェスターNU-100」(新日本理化社製)1重量部及び離型剤「カルナウバワックス C1」(加藤洋行社製、融点:80℃)2重量部を、ヘンシェルミキサーでよく攪拌した後、混練部分の全長1560mm、スクリュー径42mm、バレル内径43mmの同方向回転二軸押出機を用いて溶融混練した。ロールの回転速度は200r/min、ロール内の加熱設定温度は100℃であり、混練物の温度は160℃、混練物の供給速度は10kg/時、平均滞留時間は約18秒であった。得られた混練物を(60〜160℃の架橋反応時間:2時間)放置し、60℃未満で、冷却ローラーで圧延冷却した後、45℃で4時間静置後、ジェットミルで体積中位粒径(D50)5.5μmのトナー粒子を得た。
表5に示す重量割合で結晶性樹脂と非晶質ポリエステル系樹脂の合計100重量部、樹脂Z 5重量部、着色剤「ECB-301」(大日精化社製)5重量部、荷電制御剤「LR-147」(日本カーリット社製)1重量部、芳香族アミド化合物「エヌジェスターNU-100」(新日本理化社製)1重量部及び離型剤「カルナウバワックス C1」(加藤洋行社製、融点:80℃)2重量部を、ヘンシェルミキサーでよく攪拌した後、混練部分の全長1560mm、スクリュー径42mm、バレル内径43mmの同方向回転二軸押出機を用いて溶融混練した。ロールの回転速度は200r/min、ロール内の加熱設定温度は100℃であり、混練物の温度は160℃、混練物の供給速度は10kg/時、平均滞留時間は約18秒であった。得られた混練物を(60〜160℃の架橋反応時間2時間)放置し、60℃未満で、冷却ローラーで圧延冷却した後、45℃で4時間静置後、ジェットミルで体積中位粒径(D50)5.5μmのトナー粒子を得た。以降、実施例1と同様にして外添処理を行い、トナーを得た。
表5に示す重量割合で結晶性樹脂と非晶質ポリエステル系樹脂の合計100重量部、着色剤「ECB-301」(大日精化社製)5重量部、荷電制御剤「LR-147」(日本カーリット社製)1重量部、芳香族アミド化合物「エヌジェスターNU-100」(新日本理化社製)1重量部及び離型剤「カルナウバワックス C1」(加藤洋行社製、融点:80℃)2重量部を、ヘンシェルミキサーでよく攪拌した後、混練部分の全長1560mm、スクリュー径42mm、バレル内径43mmの同方向回転二軸押出機を用いて溶融混練した。ロールの回転速度は200r/min、ロール内の加熱設定温度は100℃であり、混練物の温度は160℃、混練物の供給速度は10kg/時、平均滞留時間は約18秒であった。得られた混練物を冷却ローラーで圧延冷却した後、45℃で4時間静置後、ジェットミルで体積中位粒径(D50)5.5μmのトナー粒子を得た。以降、実施例1と同様にして外添処理を行い、トナーを得た。
複写機「AR-505」(シャープ社製)にトナーを実装し、未定着で画像出しを行った(印字面積:2cm×12cm、付着量:0.5mg/cm2)。前記複写機の定着機をオフラインで、70℃から200℃へ5℃ずつ順次定着温度を上昇させながら、未定着画像を20mm/secで用紙に定着させた。なお、定着紙には、「CopyBond SF-70NA」(シャープ社製、75g/m2)を使用した。
A:最低定着温度が100℃未満である。
B:最低定着温度が100℃以上、110℃未満である。
C:最低定着温度が110℃以上、120℃未満である。
D:最低定着温度が120℃以上である。
試験例1において、オフセットの発生について確認を行った。即ち、70℃から200℃へ5℃ずつ順次昇温させながら、最初にコールドオフセットが確認されなくなった温度をもとに、下記の評価基準に従って、耐コールドオフセット性を評価した。結果を表5に示す。
A:最低定着温度−10℃でコールドオフセットは確認されなかった。
B:最低定着温度−5℃でコールドオフセットは確認されなかった。
C:最低定着温度+15℃でコールドオフセットは確認されなかった。
D:最低定着温度+15℃でも、コールドオフセットが確認された。
各トナーについて、最低定着温度+10℃の温度で、試験例1の未定着画像100枚の定着を行った。定着画像を100枚重ね、その上に2kgの重りを載せ、40℃、湿度50%の環境下で放置した。4時間後、加重を1kg増やし、3kgの重りにし、12時間後、さらに加重を1kg増やし、4kgの重りにし、最終的に24時間まで状態を確認した。以下の評価基準に従って、印字後の紙の保存性を評価した。結果を表5に示す。
A:24時間後でも融着しなかった。
B:12時間後では融着しなかったが、24時間後では、一部融着した。
C:4時間後では融着しなかったか又はトナー層の剥離のみであったが、12時間後では、一部融着した。
D:4時間後でも、紙と紙の間が融着し、はがした際、紙の一部がはがれた。
Claims (9)
- 炭素数3〜9の脂肪族ジオールを含有したアルコール成分と炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含有したカルボン酸成分とを縮重合させて得られる縮重合系樹脂成分を含む結晶性樹脂(A)と非晶質ポリエステル系樹脂(B)との混合物を、イソシアネート基を有するポリエステル(C)で架橋して得られる樹脂混合物を含有してなる電子写真トナー用結着樹脂。
- 炭素数3〜9の脂肪族ジオールを含有したアルコール成分と炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含有したカルボン酸成分とを縮重合させて得られる縮重合系樹脂成分を含む結晶性樹脂(A)と非晶質ポリエステル系樹脂(B)との混合物を、イソシアネート基を有するポリエステル(C)の存在下、60〜180℃に加熱して得られる樹脂混合物を含有してなる電子写真トナー用結着樹脂。
- 結晶性樹脂(A)が、縮重合系樹脂成分とスチレン系樹脂成分とを含む複合樹脂である、請求項1又は2記載の結着樹脂。
- 複合樹脂が、(イ) 炭素数3〜9の脂肪族ジオールを含有したアルコール成分と炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含有したカルボン成分とを含む、縮重合系樹脂成分の原料モノマー、(ロ) スチレン系樹脂成分の原料モノマー、及び(ハ) 縮重合系樹脂成分の原料モノマー及びスチレン系樹脂成分の原料モノマーのいずれとも反応し得る両反応性モノマーを重合させることにより得られる樹脂である、請求項3記載の結着樹脂。
- 両反応性モノマーの使用量が、スチレン系樹脂成分の原料モノマー100モルに対して、2〜25モルである、請求項4記載の結着樹脂。
- 複合樹脂中のスチレン系樹脂成分と縮重合系樹脂成分との重量比(スチレン系樹脂成分の原料モノマーの合計量/縮重合系樹脂成分の原料モノマーの合計量)が、5/95〜40/60である、請求項3〜5いずれか記載の結着樹脂。
- イソシアネート基を有するポリエステル(C)の使用量が、結晶性樹脂(A)と非晶質ポリエステル系樹脂(B)の合計100重量部に対して、1〜50重量部である、請求項1〜6いずれか記載の結着樹脂。
- 請求項1〜7いずれか記載の結着樹脂を含有してなる電子写真用トナー。
- 炭素数3〜9の脂肪族ジオールを含有したアルコール成分と炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含有したカルボン酸成分とを縮重合させて得られる縮重合系樹脂成分を含む結晶性樹脂(A)と、非晶質ポリエステル系樹脂(B)と、イソシアネート基を有するポリエステル(C)とを含むトナー原料を溶融混練する工程を含む、電子写真用トナーの製造方法。
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