JP2011197193A - トナー用結着樹脂 - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた低温定着性を保ちつつ、耐キャリア汚染性及び帯電率に優れたトナー用結着樹脂、並びに該結着樹脂を含有する電子写真用トナーを提供する。
【解決手段】コア部が、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含む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%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる結晶性ポリエステルと、アルコール成分とアルキル(炭素数9〜18)コハク酸及びアルケニル(炭素数9〜18)コハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を3〜60モル%含有するカルボン酸成分とを縮重合させて得られる非晶質樹脂(A)とを含み、シェル部が、カルボン酸成分と炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを80モル%以上含有したアルコール成分とを縮重合させて得られる非晶質樹脂(B)である、コアシェル粒子からなるトナー用結着樹脂。
【選択図】なし

Description

本発明は、トナー用結着樹脂、並びに該結着樹脂を含有する電子写真用トナー及びトナーの製造方法に関する。
結晶性ポリエステルは、ポリエチレン等の他の結晶性樹脂と異なり、非晶質ポリエステルとの相容性が高く、分散が容易であるという特徴や、結晶部分が発現する明確な融点を有するという特徴により、トナーの低温定着性向上に適した結着樹脂として、近年注目されている。
特許文献1には、低温定着性に優れ、かつ高湿環境下でも良好な帯電性能を有する静電荷現像用トナーを提供することを課題として、少なくとも結晶性樹脂、第1の結着樹脂、離型剤および着色剤を含むコア層と、第2の結着樹脂を含むシェル層と、を有するコア−シェル型のトナー粒子を含み、前記結晶性樹脂の吸熱ピーク温度が25〜50℃であり、前記トナー粒子中の結晶性樹脂総含有割合が3〜15wt%であり、前記トナー粒子の酸価が20mg/KOH以下である静電荷現像用トナーが開示されている。
特許文献2には、高温高湿条件下においても、低温定着性を維持しつつ、高濃度画像が得られ、かぶりを抑制できる静電荷像現像用トナーを提供することを課題として、結晶性ポリエステル樹脂及び着色剤を少なくとも含有し、30℃90%RHにおける0.1Hz、500Vでの誘電損失率ε''が、0.1以下である静電荷現像用トナーが開示されている。
特開2009−139588号公報 特開2009−075342号公報
炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含む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%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる結晶性ポリエステルを含むコアシェルトナー粒子は、低温定着性に優れるものの、キャリアの汚染や帯電率の低下という課題があった。
特許文献1及び2は、いずれも結晶性ポリエステルを含むコアシェルトナー粒子を開示しているが、上記の問題点及びその解決手段については何ら開示していない。
本発明の課題は、上記問題を解決し、優れた低温定着性を保ちつつ、耐キャリア汚染性及び帯電率に優れたトナー用結着樹脂、並びに該結着樹脂を含有する電子写真用トナーを提供することである。
本発明者等は、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含む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%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる、比較的長鎖の脂肪族ジカルボン酸化合物を用いた結晶性ポリエステルが優れた低温定着性を有するものの、トナーの耐キャリア汚染性及び帯電率に課題があることを見出し、検討を行った。その結果、コア部の樹脂にアルキル(炭素数9〜18)コハク酸及びアルケニル(炭素数9〜18)コハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を酸成分として用いた非晶質樹脂(A)と、シェル部の樹脂に炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを用いた非晶質樹脂(B)を用いたコアシェル粒子のコア部に、前記結晶性ポリエステルを含有させることで前記課題を解決することを見出した。
これは、コア部に含有させた前記結晶性ポリエステルが、コア部の非晶質樹脂と相溶性が高く、コア部の非晶質樹脂に微分散するとともに、前記結晶性ポリエステルがシェル部の非晶質樹脂とは相溶性が低いため、前記結晶性ポリエステルのシェル部への移行が抑制され、トナー粒子表面への前記結晶性ポリエステルの露出が低減されたためと考えられる。
本発明は、下記[1]〜[3]に関する。
[1]コア部が、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含む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%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる結晶性ポリエステルと、アルコール成分とアルキル(炭素数9〜18)コハク酸及びアルケニル(炭素数9〜18)コハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を3〜60モル%含有するカルボン酸成分とを縮重合させて得られる非晶質樹脂(A)とを含み、シェル部が、カルボン酸成分と炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを80モル%以上含有したアルコール成分とを縮重合させて得られる非晶質樹脂(B)である、コアシェル粒子からなるトナー用結着樹脂。
[2]前記[1]に記載のトナー用結着樹脂を含有する、電子写真用トナー。
[3]下記工程1〜工程4を含む、トナーの製造方法。
工程1:炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含む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%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる結晶性ポリエステルを含む水系分散液と、アルコール成分とアルキル(炭素数9〜18)コハク酸及びアルケニル(炭素数9〜18)コハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を含有するカルボン酸成分とを縮重合させて得られる非晶質樹脂(A)を含む水系分散液とを混合し、次いで凝集させて、樹脂粒子Aの水系分散液を得る工程。
工程2:カルボン酸成分と炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを80モル%以上含有したアルコール成分とを縮重合させて得られた非晶質樹脂(B)を含む水系分散液を得る工程。
工程3:工程1で得られた樹脂粒子Aの水系分散液と工程2で得られた非晶質樹脂(B)の水系分散液とを混合し凝集させて、樹脂粒子Bの水系分散液を得る工程。
工程4:工程3で得られた樹脂粒子Bを合一することにより、合一粒子を得る工程。
本発明のトナー用結着樹脂を含有するトナーは、低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率に優れる。
[結着樹脂]
本発明のトナー用結着樹脂はコアシェル粒子からなり、コア部が、結晶性ポリエステルと非晶質樹脂(A)とを含み、シェル部が非晶質樹脂(B)である。
(結晶性ポリエステル)
本発明において、結晶性ポリエステルとは、後述する測定方法において、軟化点と吸熱の最大ピーク温度の比(軟化点(℃)/吸熱の最大ピーク温度(℃))が0.6〜1.3、好ましくは0.9〜1.2、より好ましくは1より大きく1.2以下である樹脂をいう。
また非晶質樹脂とは、軟化点と吸熱の最大ピーク温度の比(軟化点(℃)/吸熱の最大ピーク温度(℃))が1.3より大きいか、0.6未満の樹脂をいい、好ましくは1.3より大きく4以下、更に好ましくは1.5〜3である。
本発明の結着樹脂のコア部に含まれる結晶性ポリエステルは、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含む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%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる。
<アルコール成分>
結晶性ポリエステルの原料モノマーであるアルコール成分は、ポリエステルの結晶性を高める観点から、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含有する。
炭素数2〜12の脂肪族ジオールとしては、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、ネオペンチルグリコール及び1,4−ブテンジオール、等が挙げられる。これらの中でも、低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点からは、炭素数4〜9の脂肪族ジオールが好ましく、炭素数4〜6の脂肪族ジオールがより好ましく、また、結晶性の観点からは、α,ω−直鎖アルカンジオールが好ましく、低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点からは、1,6−ヘキサンジオールが更に好ましい。
上記炭素数2〜12の脂肪族ジオールの含有量は、低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点、並びに結晶性ポリエステルの結晶性をより高める観点から、アルコール成分中、好ましくは70モル%以上、より好ましくは80〜100モル%、更に好ましくは90〜100モル%である。1種類のα,ω−直鎖アルカンジオールのアルコール成分中における含有量は、好ましくは70モル%以上、より好ましくは70〜100モル%、更に好ましくは90〜100モル%である。
アルコール成分として使用し得る、炭素数2〜12の脂肪族ジオール以外の多価アルコール成分としては、例えば、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのポリオキシプロピレン付加物、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのポリオキシエチレン付加物等を含む下記式(I)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価以上のアルコールが挙げられる。
Figure 2011197193
(式中、Rは、炭素数2又は3のアルキレン基を示す。x及びyは、正の数を示し、xとyの和は、1〜16、好ましくは1.5〜5である。)
<カルボン酸成分>
結晶性ポリエステルの原料モノマーであるカルボン酸成分としては、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を使用する。
なお、本発明においては、カルボン酸並びにその酸無水物及びそのアルキル(炭素数1〜3)エステル等の誘導体等を、カルボン酸化合物と総称する。尚、アルキルエステルのアルキル基は炭素数には含めない。
炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物としては、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,10−デカンジカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、炭素数10〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物が好ましく、セバシン酸がより好ましい。
炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量は、カルボン酸成分中、70〜100モル%であり、好ましくは90〜100モル%、特に好ましくは実質的に100モル%である。当該含有量が、カルボン酸成分中、70モル%未満であると、低温定着性が低下する。
本発明では、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物以外のカルボン酸成分を併用することができる。例えば、芳香族ジカルボン酸化合物、炭素数2〜7の脂肪族ジカルボン酸化合物、3価以上の芳香族多価カルボン酸化合物等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
芳香族ジカルボン酸化合物には、縮合反応により芳香族ジカルボン酸由来の構成単位と同じ構成単位となり得る芳香族ジカルボン酸誘導体も含まれる。芳香族ジカルボン酸化合物の具体例としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸及びこれらの酸の無水物、並びにそれらのアルキル(炭素数1〜3)エステルが好ましく挙げられる。該アルキルエステル中のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基及びイソプロピル基が挙げられる。
炭素数2〜7の脂肪族ジカルボン酸化合物としては、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アジピン酸等;それらの酸の無水物及びそれらの酸のアルキル(炭素数1〜3)エステル等が挙げられる。
3価以上の多価カルボン酸化合物としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸等の芳香族カルボン酸、及びこれらの酸無水物、アルキル(炭素数1〜3)エステル等の誘導体が挙げられる。
<アルコール成分とカルボン酸成分とのモル比>
アルコール成分とカルボン酸成分とのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)は、トナーの低温定着性及び加圧保存性を向上させるために、好ましくは1.01〜1.20であり、より好ましくは1.03〜1.15であり、更に好ましくは1.03〜1.10である。
<複合樹脂>
更に、(i)スチレン系樹脂の原料モノマー、及び(ii)該スチレン系樹脂の原料モノマーと前記アルコール成分のいずれとも反応し得る両反応性モノマーを反応系に添加することにより、縮重合反応に加えて付加重合反応に付すことにより、結晶性ポリエステルを複合樹脂の形態で用いることもできる。
スチレン系樹脂成分の原料モノマーとしては、スチレン、又はα−メチルスチレン、ビニルトルエン等のスチレン化合物(以下、スチレンとスチレン化合物をまとめて「スチレン化合物」と称する)が用いられる。
スチレン化合物以外に用いられるスチレン系樹脂成分の原料モノマーとしては、(メタ)アクリル酸アルキルエステル;エチレン、プロピレン等のエチレン性不飽和モノオレフィン類;ブタジエン等のジオレフィン類;塩化ビニル等のハロビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類;(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル等のアミノ基を含有する不飽和モノマー;ビニルメチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニリデンクロリド等のビニリデンハロゲン化物;N−ビニルピロリドン等のN−ビニル化合物類等が挙げられる。
上記スチレン系樹脂成分の原料モノマーは、2種以上を組み合わせて使用することができる。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸及び/又はメタクリル酸を意味する。
スチレン系樹脂の原料モノマーと前記アルコール成分のいずれとも反応し得る両反応性モノマーとしては、分子内に、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、第1級アミノ基及び第2級アミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基を有する化合物が挙げられる。これらの中でも、水酸基及び/又はカルボキシル基を有する化合物が好ましく、カルボキシル基とエチレン性不飽和結合とを有する化合物がより好ましい。このような両反応性モノマーを用いることにより、分散相となる樹脂の分散性をより向上させることができる。
両反応性モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸及び無水マレイン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種が更に好ましく、縮重合反応及び付加重合反応の反応性の観点から、アクリル酸、メタクリル酸又はフマル酸がさらにより好ましい。
両反応性モノマーを使用する場合、その使用量は、スチレン系樹脂成分の分散性の観点、並びにトナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、前記アルコール成分100モルに対して、2〜25モルが好ましく、3〜20モルがより好ましく、5〜18モルが更に好ましく、8〜15モルがより更に好ましい。また、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モルが好ましく、3〜20モルがより好ましく、5〜18モルが更に好ましく、6〜13モルがより更に好ましい。
<結晶性ポリエステルの製造方法>
本発明の結着樹脂のコア部に含まれる結晶性ポリエステルは、前記アルコール成分と前記カルボン酸成分とを縮重合することで得ることができ、下記工程a〜工程cを有する製造方法により製造することが好ましい。
工程a:前記アルコール成分と前記カルボン酸成分とを縮重合反応に付す工程。
工程b:工程aで得られたポリエステルを40℃以下になるまで冷却する工程。
工程c:工程bで冷却したポリエステルを、40℃を超える温度であって、「吸熱の最大ピーク温度(℃)−40℃」〜「吸熱の最大ピーク温度(℃)−5℃」で加熱処理する工程。
なお、本明細書では、単に吸熱の最大ピーク温度という場合には、実施例に記載の方法により測定した値を示す。
〔工程a;縮重合反応〕
工程aは、前記アルコール成分と前記カルボン酸成分とを縮重合反応に付す工程である。該縮重合反応は、エステル化触媒の存在下で行うことが好ましく、貯蔵弾性率の高い結晶性ポリエステルを得る観点から、エステル化触媒とピロガロール化合物の共存在下で行うことがより好ましい。
縮重合に好適に用いられるエステル化触媒としては、チタン化合物及びSn−C結合を有していない錫(II)化合物が挙げられ、これらはそれぞれ単独で使用又は両者を併用することができる。
チタン化合物としては、Ti−O結合を有するチタン化合物が好ましく、総炭素数1〜28のアルコキシ基、アルケニルオキシ基又はアシルオキシ基を有する化合物がより好ましい。
チタン化合物の具体例としては、チタンジイソプロピレートビストリエタノールアミネート〔Ti(C6143N)2(C37O)2〕、チタンジイソプロピレートビスジエタノールアミネート〔Ti(C4102N)2(C37O)2〕、チタンジペンチレートビストリエタノールアミネート〔Ti(C6143N)2(C511O)2〕、チタンジエチレートビストリエタノールアミネート〔Ti(C6143N)2(C25O)2〕、チタンジヒドロキシオクチレートビストリエタノールアミネート〔Ti(C6143N)2(OHC816O)2〕、チタンジステアレートビストリエタノールアミネート〔Ti(C6143N)2(C1837O)2〕、チタントリイソプロピレートトリエタノールアミネート〔Ti(C6143N)1(C37O)3〕、及びチタンモノプロピレートトリス(トリエタノールアミネート)〔Ti(C6143N)3(C37O)1〕等が挙げられる。これらの中では、チタンジイソプロピレートビストリエタノールアミネート、チタンジイソプロピレートビスジエタノールアミネート、及びチタンジペンチレートビストリエタノールアミネートが好ましく、これらは、例えば株式会社マツモト交商の市販品としても入手可能である。
他の好ましいチタン化合物の具体例としては、テトラ−n−ブチルチタネート〔Ti(C49O)4〕、テトラプロピルチタネート〔Ti(C37O)4〕、テトラステアリルチタネート〔Ti(C1837O)4〕、テトラミリスチルチタネート〔Ti(C1429O)4〕、テトラオクチルチタネート〔Ti(C817O)4〕、ジオクチルジヒドロキシオクチルチタネート〔Ti(C817O)2(OHC816O)2〕、及びジミリスチルジオクチルチタネート〔Ti(C1429O)2(C817O)2〕等が挙げられる。これらの中では、テトラステアリルチタネート、テトラミリスチルチタネート、テトラオクチルチタネート、及びジオクチルジヒドロキシオクチルチタネートが好ましく、これらは、例えばハロゲン化チタンを対応するアルコールと反応させることにより得ることもできるが、ニッソー株式会社等の市販品としても入手可能である。
Sn−C結合を有していない錫(II)化合物としては、Sn−O結合を有する錫(II)化合物、Sn−X(Xはハロゲン原子を示す)結合を有する錫(II)化合物等が好ましく挙げられ、Sn−O結合を有する錫(II)化合物がより好ましい。
Sn−O結合を有する錫(II)化合物としては、シュウ酸錫(II)、ジ酢酸錫(II)、ジオクタン酸錫(II)、ジラウリル酸錫(II)、ジステアリン酸錫(II)、及びジオレイン酸錫(II)等の炭素数2〜28のカルボン酸基を有するカルボン酸錫(II);ジオクチロキシ錫(II)、ジラウロキシ錫(II)、ジステアロキシ錫(II)、及びジオレイロキシ錫(II)等の炭素数2〜28のアルコキシ基を有するジアルコキシ錫(II);酸化錫(II);硫酸錫(II)等が挙げられる。
Sn−X(Xはハロゲン原子を示す)結合を有する化合物としては、塩化錫(II)、臭化錫(II)等のハロゲン化錫(II)等が挙げられる。これらの中では、帯電立ち上がり効果及び触媒能の点から、(R1COO)2Sn(式中、R1は、炭素数5〜19のアルキル基又はアルケニル基を示す)で表される脂肪酸錫(II)、(R2O)2Sn(式中、R2は、炭素数6〜20のアルキル基又はアルケニル基を示す)で表されるジアルコキシ錫(II)、及びSnOで表される酸化錫(II)が好ましく、(R1COO)2Snで表される脂肪酸錫(II)及び酸化錫(II)がより好ましく、ジオクタン酸錫(II)、ジステアリン酸錫(II)、及び酸化錫(II)が更に好ましい。
上記チタン化合物及び錫(II)化合物は、1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記エステル化触媒の存在量は、アルコール成分とカルボン酸成分の総量100重量部に対して、0.01〜1重量部が好ましく、0.1〜0.6重量部がより好ましい。
また、工程aにおいてスチレン系樹脂成分の原料モノマーを使用する場合、重合開始剤として、例えばベンゾイルパーオキシド;ターシャリーブチルパーオキシベンゾエート;ジイソプロピルパーオキシド;ジクミルパーオキシド;ターシャリーブチルパーオキシジイソプロピルカーボネート;1,3−ビス(ターシャリーブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン;2,2−ジターシャリーブチルパーオキシブタン等の公知の有機化酸化物を併用することができる。
また、ピロガロール化合物は、互いに隣接する3個の水素原子が水酸基で置換されたベンゼン環を有するものであり、ピロガロール、没食子酸、没食子酸エステル、2,3,4−トリヒドロキシベンゾフェノン、2,2’,3,4−テトラヒドロキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン誘導体、エピガロカテキン、エピガロカテキンガレート等のカテキン誘導体等が挙げられる。
縮重合反応におけるピロガロール化合物の存在量は、縮重合反応に供されるアルコール成分とカルボン酸成分の総量100重量部に対して、0.001〜1重量部が好ましく、0.005〜0.4重量部がより好ましく、0.01〜0.2重量部が更に好ましい。ここで、ピロガロール化合物の存在量とは、縮重合反応に供したピロガロール化合物の全配合量を意味する。
ピロガロール化合物とエステル化触媒の重量比(ピロガロール化合物/エステル化触媒)は、樹脂の耐久性の観点から、0.01〜0.5が好ましく、0.03〜0.3がより好ましく、0.05〜0.2が更に好ましい。
また、触媒は、縮重合反応の反応率(理論反応水量の排出時を反応率100%とした場合に、排出された反応水量から計算された縮重合反応の反応率。以下同じ。)が70%以上になった時に加えることが、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性、及び帯電性の観点から好ましい。触媒は反応水により失活することがあり、反応初期から使用している触媒が失活したものが、反応後期に加える触媒の作用を阻害したり、結晶性ポリエステルの結晶性を阻害したりすることがあり、上記の観点から、反応初期に使用する触媒量は抑えることが好ましい。
縮重合反応の反応率70%以上、好ましくは縮重合反応の反応率70〜90%において加える触媒量は、前記の観点から、好ましくは触媒全量の50重量%以上、より好ましくは70重量%以上、更に好ましくは80重量%以上である。
縮重合反応の反応率90%以上で、12kPa以下の減圧下で、好ましくは減圧時間1時間以上、より好ましくは1〜10時間、更に好ましくは1〜5時間縮重合反応させることが、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性、及び帯電性の観点から好ましい。
アルコール成分とカルボン酸成分との縮重合反応は、例えば、錫化合物、チタン化合物等のエステル化触媒、重合禁止剤等の存在下、不活性ガス雰囲気中で行うことができ、温度条件は、120〜250℃が好ましく、最終到達温度としては、180〜250℃が好ましく、190〜230℃がより好ましい。
また、昇温の過程にて、120〜160℃、好ましくは130〜150℃の温度範囲で、好ましくは3〜12時間反応、より好ましくは3〜10時間反応、更に好ましくは3〜8時間反応させることが好ましい。すぐに高温で反応させた場合に比べ、モノマー成分が十分に反応するため、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性、及び帯電性を向上させることができる。
縮重合反応の終点は、撹拌装置を用いない反応槽中で終了する場合は、反応槽から結晶性ポリエステルを取り出した時であり、撹拌装置を用いる反応槽中で終了する場合は、撹拌を実質上停止した時である。なお、縮重合反応の終点は、求められる樹脂の性能に依存するが通常縮重合反応の反応率が90%以上である。縮重合反応中の撹拌速度は、好ましくは50〜1000rpm程度であり、より好ましくは100〜500rpm程度である。
〔工程b;冷却〕
工程bは、前記工程aで得られたポリエステルを40℃以下になるまで冷却する工程である。トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、好ましくは35℃以下、より好ましくは30℃以下になるまで冷却する。該冷却操作によって、結晶を十分に析出させることができる。冷却が不十分であると、結晶の析出が不十分となり、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率が悪化する傾向にある。冷却工程は、空冷、水冷などの冷却方法を用いることができる。実機ではスチールベルトクーラー(日本ベルティング株式会社製、サンドビック株式会社製)、ドラムクーラー(菱化テクノ株式会社製、三井三池化工機株式会社製)等の冷却装置を使用してもよい。
結晶を十分に析出させるため、目安として、結晶性ポリエステルの縮重合反応終了時の温度から40℃になるまでの冷却時間が1〜24時間であることが好ましく、低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、より好ましくは3〜18時間、更に好ましくは5〜12時間である。40℃になるまでにかける冷却時間が上記範囲であれば、結晶化が十分に進み、低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率がより良好になる。なお、冷却速度は、好ましくは5〜100℃/時、より好ましくは10〜85℃/時である。一定の速度で冷却することが好ましく、冷却操作中、冷却速度の緩急は、±20℃/時の範囲内(好ましくは±10℃/時の範囲内、より好ましくは±5℃/時の範囲内、更に好ましくは±3℃/時の範囲内)に抑えることが好ましい。
トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、工程bの後、後述する加熱処理の工程cを行うまで(以下、「工程bから工程cへの移行所要時間」と称する)の間に、好ましくは1日以上、より好ましくは1〜30日、更に好ましくは1〜15日設け、工程bで得られたポリエステルを前記冷却後の温度以下(40℃以下)、好ましくは0〜40℃、より好ましくは5〜35℃、更により好ましくは5〜30℃にて放置しておく。結晶性ポリエステルを工程bにおいて冷却した後にも結晶が進行するため、工程bから工程cへの移行所要時間を設け、十分に結晶が進んでから加熱処理を施すことが上記観点から好ましい。
〔工程c;加熱処理〕
工程cは、工程bで冷却したポリエステルを、40℃を超える温度であって、「吸熱の最大ピーク温度(℃)−40℃」〜「吸熱の最大ピーク温度(℃)−5℃」で加熱処理する工程である。加熱処理は、実質的に結晶性ポリエステルのみで行なう。ここで、上記の吸熱の最大ピーク温度は、前記工程bにて冷却した結晶性ポリエステルを室温(20℃)まで冷却し、実施例に記載の条件にて示差走査熱量計(DSC)で測定した値である。吸熱の最大ピーク温度(℃)は、工程bから工程cへの移行所要時間経過時に測定した温度であり、該温度は、工程bから工程cへの移行所要時間の変動によって本質的に変化しない。
加熱温度は、結晶を均一化し、水系分散液にした際の粒径を小さくし、結晶性ポリエステル粒子の粒度分布の変動係数(CV値)を小さくする観点、並びにトナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、好ましくは「吸熱の最大ピーク温度(℃)−35℃」〜「吸熱の最大ピーク温度(℃)−10℃」、より好ましくは「吸熱の最大ピーク温度(℃)−30℃」〜「吸熱の最大ピーク温度(℃)−10℃」、更に好ましくは「吸熱の最大ピーク温度(℃)−25℃」〜「吸熱の最大ピーク温度(℃)−10℃」、より更に好ましくは「吸熱の最大ピーク温度(℃)−25℃」〜「吸熱の最大ピーク温度(℃)−14℃」である。
加熱処理時間は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、0.5〜48時間が好ましく、1〜24時間がより好ましく、3〜18時間が更に好ましく、5〜15時間がより更に好ましい。加熱処理時間がこの範囲であれば、結晶が均一化されると考えられる。
工程cにおける加熱処理には、オーブン等を用いることができる。例えば、オーブンを用いる場合、工程bで得られたポリエステルをそのままオーブン内に入れ、前記温度に保持することにより、加熱処理を簡便に行なうことができる。
<結晶性ポリエステルの物性>
以上のようにして得られる結晶性ポリエステルは、トナー用の結晶性ポリエステルとして有用である。本発明に用いられる結晶性ポリエステルの物性は以下の通りである。
本発明に用いられる結晶性ポリエステルの数平均分子量は、特に制限されるものではないが、通常好ましくは1,000以上、より好ましくは1,500以上である。ただし、結晶性ポリエステルの生産性を考慮すると、数平均分子量は6,000以下が好ましく、5,000以下がより好ましく、4,500以下が更に好ましい。上記観点から、本発明に用いられる結晶性ポリエステルの数平均分子量は、1,000〜6,000が好ましく、1,000〜5,000がより好ましく、1,500〜4,500が更に好ましい。
また、重量平均分子量も、数平均分子量と同様の観点から、好ましくは3,000以上、より好ましくは5,000以上、更に好ましくは8,000以上であり、好ましくは100,000以下、より好ましくは50,000以下、更に好ましくは30,000以下、より更に好ましくは20,000以下である。上記観点から、本発明に用いられる結晶性ポリエステルの重量平均分子量は、3,000〜100,000が好ましく、5,000〜50,000がより好ましく、5,000〜30,000が更に好ましく、8,000〜20,000がより更に好ましい。
なお、本発明において、結晶性ポリエステルの数平均分子量及び重量平均分子量は、いずれもクロロホルム可溶分を測定した値をいう。
なお、結晶性ポリエステルを前記複合樹脂とした場合には、結晶性ポリエステル中のスチレン系樹脂成分の数平均分子量は、複合樹脂である結晶性樹脂における分散性の観点から、400〜7,000が好ましく、1,000〜4,000がより好ましく、1,500〜3,000が更に好ましい。本発明において、スチレン系樹脂の数平均分子量は、テトラヒドロフラン(THF)可溶分を測定した値をいう。
また、本発明に用いられる結晶性ポリエステルの軟化点は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、60〜160℃が好ましく、60〜120℃がより好ましく、65〜100℃が更に好ましく、65〜90℃がより更に好ましい。
本発明に用いられる結晶性ポリエステルの融点は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、好ましくは60〜130℃、より好ましくは65〜110℃、更に好ましくは65〜90℃である。
結晶性ポリエステルの酸価は、水系分散液中における結晶性ポリエステルの分散を良好なものとする観点より、1〜40mgKOH/gが好ましく、2〜35mgKOH/gがより好ましく、3〜30mgKOH/gが更に好ましい。
なお、数平均分子量、軟化点、融点及び酸価は、原料モノマー組成、重合開始剤、分子量、触媒量等の調整又は反応条件の選択により容易に調整することができる。
(非晶質樹脂(A))
本発明の結着樹脂のコア部に含まれる非晶質樹脂(A)は、アルコール成分とアルキル(炭素数9〜18)コハク酸及びアルケニル(炭素数9〜18)コハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物(以下、単位コハク酸化合物ともいう)を含有するカルボン酸成分とを縮重合させて得られる。本発明の結着樹脂は、コア部に前記非晶質樹脂(A)を含むことで、前記結晶性ポリエステルがコア部で微分散し、結晶性ポリエステルがコア部に留まることでシェル部への移行が抑制され、トナー粒子の表面への前記結晶性ポリエステルの露出が低減し、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率を向上させることができると考えられる。
<カルボン酸成分>
非晶質樹脂(A)の原料モノマーであるカルボン酸成分は、前記結晶性ポリエステルを微分散し、コアシェル内部に封入し、トナーの耐キャリア汚染性及び帯電率を高める観点から、アルキル(炭素数9〜18)コハク酸及びアルケニル(炭素数9〜18)コハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を含有する。なお、コハク酸化合物は、アルキルコハク酸及びアルケニルコハク酸の無水物や炭素数1〜3の低級アルキルエステルであってもよい。
アルキルコハク酸及びアルケニルコハク酸におけるアルキル基又はアルケニル基の炭素数は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、9〜18であり、好ましくは9〜14、更に好ましくは10〜12である。それらのアルキル基及びアルケニル基は、直鎖であっても分岐鎖であってもよいが、耐キャリア汚染性及び帯電率を高める観点から、分岐鎖であることが好ましい。
更に、トナーの低温定着性及び耐キャリア汚染性及び帯電率を高める観点から、コハク酸化合物は、炭素数9〜18の分岐鎖のアルキル基を有するアルキルコハク酸、及び炭素数9〜18の分岐鎖のアルケニル基を有するアルケニルコハク酸からなる群から選ばれる2種類以上からなるものが好ましい。ここでいう「種類」は、アルキル基又はアルケニル基に由来するもので、アルキル基又はアルケニル基の炭素数の鎖長が異なるものや構造異性体は異なる種類のアルキルコハク酸又はアルケニルコハク酸として扱う。
したがって、コハク酸化合物は、好ましくは炭素数9〜18、より好ましくは9〜14の分岐鎖のアルキル基を有するアルキルコハク酸の2種以上からなるもの、好ましくは炭素数9〜18、より好ましくは9〜14の分岐鎖のアルケニル基を有するアルケニルコハク酸の2種以上からなるもの、又は前記アルキルコハク酸及び前記アルケニルコハク酸の各々1種以上からなるものが好ましい。炭素数の異なる、分岐鎖のアルキル基及び/又はアルケニル基を有するコハク酸化合物を併用することにより、得られる樹脂は、示差走査熱量分析(DSC)におけるガラス転移点付近の吸熱ピークがブロードとなるため、トナー用結着樹脂として、非常に広範囲な定着領域を有するものとなる。
分岐鎖を有する炭素数9〜18のアルキル基及びアルケニル基としては、具体的には、イソドデセニル基、イソドデシル基等が挙げられる。
トナーの耐キャリア汚染性及び帯電率及び低温定着性を向上させる観点から、アルキルコハク酸及びアルケニルコハク酸は、アルキレン基を有する化合物(アルキレン化合物)と、マレイン酸、フマル酸及びそれらの酸無水物から選ばれる少なくとも1種とから得られるものであることが好ましい。
アルキレン化合物としては、炭素数が9〜18、好ましくは9〜14のものが好ましく、具体的には、エチレン、プロピレン、イソブチレン、ノルマルブチレン等から得られるもの、例えばこれらのトリマー、テトラマー等が好ましく用いられる。アルキレン化合物の合成に使用される好適な原料としては、構造異性体数を増やす観点から、分子量の小さいプロピレンが好ましい。また、アルキレン化合物は、コハク酸化合物を用いて得られる縮重合系樹脂が、トナー用結着樹脂として、非常に広範囲な定着領域を有する観点から、ガスクロマトグラフィー質量分析において、後述の測定条件で、炭素数9〜18、好ましくは9〜14のアルキレン化合物に相当するピークを2以上有することが好ましく、10以上がより好ましく、20以上が更に好ましく、30以上がより更に好ましく、また、80以下が好ましく、60以下がより好ましい。
アルキレン化合物の合成に使用される好適な触媒としては、液体リン酸、固体リン酸、タングステン、三フッ化ホウ素錯体等が挙げられる。なお、構造異性体の数の制御容易性の観点から、ランダム重合した後に、蒸留により調整する方法が好ましい。
一方、マレイン酸、フマル酸及びそれらの酸無水物のなかでは、反応性の観点から、無水マレイン酸が好ましい。
アルキルコハク酸及びアルケニルコハク酸は、任意の製造方法により得ることができるが、例えば、アルキレン化合物と、マレイン酸、フマル酸及びそれらの酸無水物から選ばれる少なくとも1種とを混合し、加熱することで、エン反応を利用することにより得られる(特開昭48−23405号公報、特開昭48−23404号公報、米国特許第3,374,285号明細書等を参照)。
コハク酸化合物の含有量は、トナーの低温定着性、保存性及び高温高湿下での帯電安定性の観点から、カルボン酸成分中、3〜60モル%が好ましく、5〜45モル%がより好ましく、10〜40モル%が更に好ましい。
カルボン酸成分には、コハク酸化合物以外に、ジカルボン酸化合物や3価以上の多価カルボン酸化合物が含有されていてもよい。
ジカルボン酸化合物としては、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸等の脂肪族ジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;及びこれらの酸の無水物、アルキル(炭素数1〜3)エステル等が挙げられる。本発明において、上記のような酸、これらの酸の無水物、及び酸のアルキルエステルを、本明細書では総称してカルボン酸化合物と呼ぶ。
カルボン酸成分は、トナーの帯電率の観点から、芳香族ジカルボン酸化合物を含有することが好ましい。カルボン酸成分中、芳香族ジカルボン酸化合物の含有量は、トナーの低温定着性及び帯電率の観点から、好ましくは30〜90モル%、より好ましくは40〜90モル%、更に好ましくは50〜85モル%である。
3価以上の多価カルボン酸化合物としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸等の芳香族カルボン酸、及びこれらの酸無水物、アルキル(炭素数1〜3)エステル等の誘導体が挙げられる。
その他のカルボン酸化合物として、ロジン;フマル酸、マレイン酸、アクリル酸等で変性されたロジン等も挙げられる。
本発明において、カルボン酸成分は、樹脂の分子量を上げ、トナーの耐キャリア汚染性及び保存性を高める観点から、3価以上の多価カルボン酸化合物、好ましくはトリメリット酸化合物、より好ましくは無水トリメリット酸を含有していることが好ましい。3価以上の多価カルボン酸化合物の含有量は、カルボン酸成分中、0.1〜30モル%が好ましく、1〜25モル%がより好ましく、5〜25モル%が更に好ましい。
<アルコール成分>
非晶質樹脂(A)の原料モノマーであるアルコール成分としては、非晶質樹脂(A)と非晶質樹脂(B)との親和性を向上させ、トナーの低温定着性及び帯電率を高める観点から、好ましくは炭素数2〜5、より好ましくは炭素数3〜4の脂肪族ジオールである。アルコール成分として前記結晶性ポリエステルと相溶性が低い短鎖の脂肪族アルコールであっても、前述のカルボン酸成分として前記コハク酸化合物を用いることにより、結晶性ポリエステルを微分散することができると考えられる。
前記の炭素数2〜5の脂肪族ジオールとしては、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,3−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、2,3−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール等が挙げられる。上記の観点から、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、2,3−ブタンジオール、オペンチルグリコールからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、1,2−プロパンジオール、2,3−ブタンジオールがより好ましい。
炭素数2〜5の脂肪族ジオールの含有量は、トナーの低温定着性及び帯電率の観点から、アルコール成分中、好ましくは80〜100モル%、より好ましくは90〜100モル%、更に好ましくは95〜100モル%である。
他のアルコールとしては、下記式(II)で表わ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又は脂肪族ジオールが好ましく、トナーの保存性の観点から、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物がより好ましい。
Figure 2011197193
(式中、R2O及びOR2はオキシアルキレン基であり、R2はエチレン及び/又はプロピレン基であり、x及びyはアルキレンオキサイドの付加モル数を示し、それぞれ正の数であり、xとyの和の平均値は1〜16が好ましく、1〜8がより好ましく、1.5〜4が更に好ましい。)
前記式(II)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の具体例としては、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのポリオキシプロピレン付加物、及び2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのポリオキシエチレン付加物等のビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。
前記ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物の含有量は、トナーの保存性の観点から、アルコール成分中、好ましくは20〜100モル%、より好ましくは30〜100モル%、更に好ましくは50〜100モル%である。
(非晶質樹脂(B))
本発明の結着樹脂のシェル部を構成する非晶質樹脂(B)は、カルボン酸成分と炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを80モル%以上含有したアルコール成分とを縮重合させて得られる。
シェル部の非晶質樹脂(B)は、前記結晶性ポリエステルと相溶性が低く、前記結晶性ポリエステルをコア部内に閉じ込めることで、トナーの耐キャリア汚染性と帯電率を向上させる役割を果たすと考えられる。
<アルコール成分>
非晶質樹脂(B)の原料モノマーであるアルコール成分としては、非晶質樹脂(A)と非晶質樹脂(B)との親和性を向上させるとともに、前記結晶性ポリエステルとの相溶性が低く、前記結晶性ポリエステルをコアシェル粒子内に封入する観点から、好ましくは炭素数2〜5、より好ましくは炭素数3〜4の脂肪族ジオールである。
非晶質樹脂(B)の原料モノマーであるアルコール成分は、非晶質樹脂(A)の原料モノマーであるアルコール成分として説明したものと同様であり、好ましい化合物も同じでり、1,2−プロパンジオール、2,3−ブタンジオールが好ましい。
炭素数2〜5の脂肪族ジオールの含有量は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、アルコール成分中、好ましくは80〜100モル%、より好ましくは90〜100モル%、更に好ましくは95〜100モル%である。
<カルボン酸成分>
非晶質樹脂(B)の原料モノマーであるカルボン酸成分としては、コア部と同様のジカルボン酸化合物や3価以上の多価カルボン酸化合物が含有されていてもよい。
カルボン酸成分は、トナーの帯電率の観点から、芳香族ジカルボン酸化合物を含有することが好ましい。カルボン酸成分中、芳香族ジカルボン酸化合物の含有量は、トナーの低温定着性及び帯電率の観点から、好ましくは30〜90モル%、より好ましくは50〜90モル%である。
また、樹脂の分子量を上げ、トナーの耐キャリア汚染性及び保存性を高める観点から、3価以上の多価カルボン酸化合物、好ましくはトリメリット酸化合物、より好ましくは無水トリメリット酸を含有していることが好ましい。3価以上の多価カルボン酸化合物の含有量は、カルボン酸成分中、0.1〜30モル%が好ましく、1〜25モル%がより好ましく、5〜25モル%が更に好ましい。
ただし、前記結晶性ポリエステルとの相溶性を低下させ、前記結晶性ポリエステルをコアシェル粒子内に封入する観点から、非晶質樹脂(B)の原料モノマーであるカルボン酸成分が、アルキルコハク酸及びアルケニルコハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を本質的に含有しないことが好ましい。ここで、「本質的に含有しない」とは、カルボン酸成分中、2モル%以下、好ましくは1モル%以下、好ましくは0.5モル%以下、好ましくは0.1モル%以下、より好ましくは0モル%であることを意味する。
アルキルコハク酸及びアルケニルコハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を本質的に含有しないこと以外は、非晶質樹脂(B)の原料モノマーであるカルボン酸成分は、非晶質樹脂(A)の原料モノマーであるカルボン酸成分として説明したものと同様である。
<非晶質樹脂(A)及び(B)の物性>
非晶質樹脂(A)及び(B)の数平均分子量はそれぞれ独立に、1,000〜6,000が好ましく、2,000〜5,000がより好ましい。また、非晶質樹脂(A)及び(B)の重量平均分子量はそれぞれ独立に、好ましくは10,000以上、より好ましくは30,000以上であり、好ましくは1,000,000以下である。なお、非晶質樹脂の数平均分子量及び重量平均分子量は、いずれもテトラヒドロフラン可溶分を測定した値をいう。
非晶質樹脂(A)及び(B)の軟化点はそれぞれ独立に、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、好ましくは70〜180℃、より好ましくは90〜150℃である。なお、本発明に用いられる非晶質樹脂(A)及び(B)は、軟化点の高い樹脂(以下、高軟化点樹脂と称する)と軟化点の低い樹脂(以下、低軟化点樹脂と称する)とを併用することで、トナーの低温定着性の点においてより優れるものとなる。高軟化点樹脂と低軟化点樹脂とを併用する場合、一方又は両者を2種以上用いてもよい。
一般に、コアシェル粒子を用いた場合、結晶性ポリエステルをコア部に封入させるには、シェル部の非晶質樹脂の軟化点を高くすることが多い。これに対し、本発明では、コア部とシェル部に特定の樹脂を用いているため、シェル部の非晶質樹脂(B)の軟化点を、コア部の非晶質樹脂の軟化点(A)より低くしても、結晶性ポリエステルをコア部に封入させることができ、それによりトナーの低温定着性や帯電率を高めることができる。
上記の観点から、シェル部の非晶質樹脂(B)の軟化点がコア部の非晶質樹脂の軟化点(A)より低いことが好ましく、更に好ましくは10℃以上、より好ましくは15℃以上、更により好ましくは20℃以上低いことが好ましく、上限は50℃以下が好ましい。
従って、コア部の非晶質樹脂の軟化点(A)は、好ましくは115〜150℃、更に好ましくは115〜140℃であり、シェル部の非晶質樹脂(B)の軟化点は、好ましくは90℃以上115℃未満、更に好ましくは95〜110℃である。
非晶質樹脂のガラス転移温度(Tg)は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、好ましくは45〜80℃、より好ましくは55〜75℃である。
非晶質樹脂の酸価は、水系分散液中における非晶質樹脂の分散を良好なものとする観点より、1〜40mgKOH/gが好ましく、2〜35mgKOH/gがより好ましく、3〜30mgKOH/gが更に好ましい。
なお、数平均分子量、軟化点、Tg及び酸価は、原料モノマー組成、重合開始剤、分子量、触媒量等の調整又は反応条件の選択により容易に調整することができる。
<変性非晶質樹脂>
本発明に用いられる非晶質樹脂(A)及び(B)は、変性非晶質樹脂を含んでいてもよい。
変性非晶質樹脂としては、例えば、樹脂がウレタン結合で変性されたウレタン変性ポリエステル、ポリエステルがエポキシ結合で変性されたエポキシ変性ポリエステル、及びポリエステル成分を含む2種以上の樹脂を有するハイブリッド樹脂等が挙げられる。
非晶質樹脂として、前記ポリエステル樹脂とその変性非晶質樹脂は、いずれか一方でも、両者が併用されてもよく、具体的には、ポリエステル、及び/又はポリエステルとスチレン系樹脂とを有するハイブリッド樹脂であってもよい。
(トナー用結着樹脂)
本発明のトナー用結着樹脂はコアシェル粒子からなる。
コア部における結晶性ポリエステル及び非晶質樹脂(A)の重量比[結晶性ポリエステル/非晶質樹脂(A)]は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、5/95〜40/60が好ましく、6/94〜30/70がより好ましく、7/93〜25/75が更に好ましい。
コアシェル粒子における結晶性ポリエステル及び非晶質樹脂[(A)+(B)]の重量比[結晶性ポリエステル/非晶質樹脂[(A)+(B)]]は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、5/95〜40/60が好ましく、6/94〜30/70がより好ましく、7/93〜25/75が更に好ましい。
非晶質樹脂(A)及び非晶質樹脂(B)の重量比[非晶質樹脂(A)/非晶質樹脂(B)]は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、50/50〜95/5が好ましく、60/40〜95/5がより好ましく、70/30〜90/10が更に好ましい。
また、結着樹脂の酸価は、トナーの帯電性及び耐加水分解性の観点より、1〜40mgKOH/gが好ましく、2〜35mgKOH/gがより好ましく、3〜30mgKOH/gが更に好ましい。
また、結着樹脂の軟化点は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、80〜160℃が好ましく、80〜150℃がより好ましく、90〜140℃が更に好ましい。また、トナーのガラス転移温度は、上記同様の観点から、45〜80℃が好ましく、50〜70℃がより好ましい。
本発明のトナー用結着樹脂は、後述する製造方法により得られるものが好ましい。
上記結着樹脂を含有する本発明の電子写真用トナーは、本発明の効果を損なわない範囲で、前記結着樹脂とは異なる公知のトナー用結着樹脂、例えば、ポリエステル、スチレン−アクリル樹脂等のスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン等の樹脂を含有していてもよい。
本発明の電子写真用トナーにおいて、本発明のトナー用結着樹脂の含有量は、全結着樹脂中、50重量%以上が好ましく、70重量%以上がより好ましく、80重量%以上がより好ましく、90重量%以上が更に好ましく、実質的に100重量%であることがより更に好ましい。
[トナーの製造方法]
本発明のトナーは、下記工程1〜工程4を含む製造方法により製造することができる。
工程1:炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含む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%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる結晶性ポリエステルを含む水系分散液と、アルコール成分とアルキル(炭素数9〜18)コハク酸及びアルケニル(炭素数9〜18)コハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を含有するカルボン酸成分とを縮重合させて得られる非晶質樹脂(A)を含む水系分散液とを混合し、次いで凝集させて、樹脂粒子Aの水系分散液を得る工程。
工程2:カルボン酸成分と炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを80モル%以上含有したアルコール成分とを縮重合させて得られた非晶質樹脂(B)を含む水系分散液を得る工程。
工程3:工程1で得られた樹脂粒子Aの水系分散液と工程2で得られた非晶質樹脂(B)の水系分散液とを混合し凝集させて、樹脂粒子Bの水系分散液を得る工程。
工程4:工程3で得られた樹脂粒子Bを合一させて、合一粒子を得る工程。
上記方法により、コア部が結晶性ポリエステル及び非晶質樹脂(A)を含み、シェル部が非晶質樹脂(B)である、コアシェル粒子を結着樹脂として含むトナーを製造することができる。なお、本発明の効果を損なわない限り、シェル部に他の樹脂を含んでいてもよい。
<工程1>
工程1は、結晶性ポリエステルを含む水系分散液及び非晶質樹脂(A)を含む水系分散液を別々に製造し、混合して、凝集させて、樹脂粒子Aの水系分散液を得る工程である。
結晶性ポリエステル及び非晶質樹脂(A)の製造方法についてはそれぞれ前記説明と同じである。
本明細書中、「水系」とは、有機溶剤等の溶剤を含有していてもよいが、水を好ましくは50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは90重量%以上、更に好ましくは99重量%以上含有するものをいう。また、以下、単に「樹脂」と記載する場合には、結晶性ポリエステルと非晶質樹脂の両方を指す。
結晶性ポリエステルを含む水系分散液は、結晶性ポリエステル、有機溶剤及び水、更に必要に応じて中和剤や界面活性剤を混合し、撹拌した後、蒸留等によって有機溶剤を除去することにより得られる。好ましくは、結晶性ポリエステル及び必要に応じて界面活性剤を有機溶剤に溶解した後、水、更に必要に応じて中和剤を混合する。なお、混合物を撹拌する際には、アンカー翼等の一般に用いられている混合撹拌装置を用いることができる。
有機溶剤としては、エタノール、イソプロパノール、及びイソブタノール等のアルコール系溶媒;アセトン、2−ブタノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、及びジエチルケトン等のケトン系溶媒;ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、及びジオキサン等のエーテル系溶媒;酢酸エチルが挙げられる。これらの中では、結晶性ポリエステルの分散性の観点から、酢酸エチル、2−ブタノンが好ましい。
中和剤としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウム等のアルカリ金属;アンモニア、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、及びトリブチルアミン等の有機塩基が挙げられる。
界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系(例えばアルキルエーテルカルボン酸塩等)等のアニオン性界面活性剤;アミン塩型、第4級アンモニウム塩型等のカチオン性界面活性剤;後述の非イオン性界面活性剤等が挙げられる。界面活性剤を使用する場合、その使用量は、結晶性ポリエステル100重量部に対して、好ましくは0.1〜20重量部、より好ましくは0.5〜10重量部である。
結晶性ポリエステルと混合する有機溶剤量は、結晶性ポリエステル100重量部に対して、100〜1000重量部が好ましい。結晶性ポリエステルと混合する水の量は、有機溶剤100重量部に対して、100〜1000重量部が好ましい。
結晶性ポリエステルを有機溶剤と混合する際の温度は、30〜90℃が好ましく、40〜80℃がより好ましい。
結晶性ポリエステルを含む水系分散液の固形分濃度は、適宜水を加えることにより、好ましくは3〜50重量%、より好ましくは5〜30重量%、更に好ましくは7〜15重量%に調整する。
また、有機溶剤を使用せずに、分散液とすることもできる。樹脂は、非イオン性界面活性剤と混合することにより、得られる混合物の粘度が低下して、非イオン性界面活性剤が樹脂に相溶し、樹脂の軟化点が見掛け上、低下するために分散液を得ることができる。この現象を利用して、非イオン性界面活性剤が相溶した樹脂の見かけ上の軟化点を水の沸点以下に下げることができ、樹脂単独では100℃以上の融点又は軟化点を有する樹脂でも、常圧で水を滴下することにより、樹脂が水中に分散した分散液を得ることができる。
この方法は、少なくとも水と非イオン性界面活性剤があればよいため、有機溶剤に不溶な樹脂にも適用できる他、有機溶剤の回収や作業環境維持のための設備負担が不要であり、また機械的手段を利用する場合に必要とされる特別な装置も不要であるため、経済的に樹脂粒子分散液を製造できるという利点も有する。
非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル類;ポリオキシエチレンオレイルエーテル、及びポリオキシエチレンラウリルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、及びポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート等のポリオキシエチレンソルビタンエステル類;ポリエチレングルコールモノラウレート、ポリエチレングルコールモノステアレート、及びポリエチレングルコールモノオレエート等のポリオキシエチレン脂肪酸エステル類;オキシエチレン/オキシプロピレンブロックコポリマー等が挙げられる。また、非イオン性界面活性剤にアニオン性界面活性剤やカチオン性界面活性剤を併用してもよい。
非イオン性界面活性剤としては、樹脂との相溶性のよいものを選択することが好ましい。安定な樹脂の分散液を得るためには、非イオン性界面活性剤のHLBは12〜18であることが好ましく、樹脂の種類によっては2種以上の異なるHLBの非イオン性界面活性剤を用いることがより好ましい。たとえば、親水性が高い樹脂の場合は、HLBが12〜18の非イオン性界面活性剤を少なくとも1種用いればよいが、疎水性の高い樹脂の場合は、HLBの低いもの、例えば7〜10程度のものと、HLBの高いもの、例えば14〜20ものを併用して、両者のHLBの加重平均を12〜18に調整することが好ましい。この場合、主としてHLBが7〜10程度のものは樹脂を相溶化させることができ、HLBの高いものは水中での樹脂の分散を安定化させることができると推定される。
非イオン性界面活性剤の曇点は、常圧、水中で樹脂を微粒化させる場合には、70〜105℃が好ましく、80〜105℃がより好ましい。
非イオン性界面活性剤の使用量は、樹脂の融点を下げる観点から、結晶性ポリエステル100重量部に対して、5重量部以上が好ましく、トナーに残存する非イオン性界面活性剤を制御する観点からは、80重量部以下が好ましい。したがって、これらを両立させる観点から、非イオン性界面活性剤の使用量は、結晶性ポリエステル又は非晶質樹脂100重量部に対して、5〜80重量部が好ましく、10〜70重量部がより好ましく、20〜60重量部が更に好ましい。
コア形成用樹脂粒子の水系分散液中のコア形成用樹脂粒子の体積中位粒径(中和度90%)は、工程3で均一に凝集させる観点から、50〜1,000nmが好ましく、50〜500nmがより好ましく、50〜300nmが更に好ましく、80〜200nmがより更に好ましい。体積中位粒径は、後述するレーザー回折型粒径測定機等により測定できる。
非晶質樹脂(A)を含む水系分散液も結晶性ポリエステルと同様にして製造することができ、好ましい範囲も同じである。
次に、結晶性ポリエステルを含む水系分散液と、非晶質樹脂(A)を含む水系分散液とを混合し、次いで凝集させて、樹脂粒子Aの水系分散液を得る。
更に例えば着色剤、荷電制御剤、離型剤、導電性調整剤、体質顔料、繊維状物質等の補強充填剤、酸化防止剤、及び老化防止剤等の添加剤を添加してから凝集させてもよい。該添加剤は、水系分散液としてから使用することもできる。
着色剤としては、特に制限はなく公知の着色剤が挙げられ、目的に応じて適宜選択することができる。具体的には、カーボンブラック、無機系複合酸化物、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、及びマラカイトグリーンオクサレート等の種々の顔料;アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、インジコ系、チオインジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアジン系、及びチアゾール系等の各種染料が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。着色剤を添加する場合、その添加量は、コア形成用樹脂粒子である、結晶性ポリエステル及び非晶質樹脂(A)の総量100重量部に対して、0.1〜20重量部が好ましく、1〜10重量部がより好ましい。
荷電制御剤としては、クロム系アゾ染料、鉄系アゾ染料、アルミニウムアゾ染料、及びサリチル酸金属錯体等が挙げられる。各種荷電制御剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。荷電制御剤を添加する場合、その添加量は、コア形成用樹脂粒子である、結晶性ポリエステル及び非晶質樹脂(A)の総量100重量部に対して、0.1〜8重量部が好ましく、0.3〜7重量部がより好ましい。
離型剤としては、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、及びステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;カルナバロウワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、及びホホバ油等の植物系ワックス;ミツロウ等の動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、マイクロクリスタリンワックス、及びフィッシャートロプシュワックス等の鉱物・石油系ワックス等のワックス;ポリオレフィンワックス、パラフィンワックス及びシリコーン類等が挙げられる。離型剤は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。離型剤の融点は、低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、60〜140℃が好ましく、60〜100℃がより好ましい。
離型剤を添加する場合、その添加量は、コア形成用樹脂粒子である、結晶性ポリエステル及び非晶質樹脂(A)の総量100重量部に対して、樹脂中への分散性の観点から、0.5〜10重量部が好ましく、1〜8重量部がより好ましく、1〜7重量部が更に好ましい。
結晶性ポリエステルと非晶質樹脂(A)との好ましい混合重量比は、前述のトナー用結着樹脂に関する記載中に示した重量比の通りである。
凝集工程において、系内の固形分濃度は、均一な凝集を起こさせるために、5〜50重量%が好ましく、5〜30重量%がより好ましく、5〜20重量%が更に好ましい。
凝集工程における系内のpHは、混合液の分散安定性と、樹脂粒子の凝集性とを両立させる観点から、2〜10が好ましく、2〜9がより好ましく、3〜8が更に好ましい。
同様の観点から、凝集工程における系内の温度は、「コアの結着樹脂の軟化点−60℃」(軟化点より60℃低い温度、以下同様)以上、且つコアの結着樹脂の軟化点以下であることが好ましい。本発明では、コアの結着樹脂として結晶性ポリエステルと非晶質樹脂(A)とを用いるので、結晶性ポリエステルの軟化点と非晶質樹脂(A)の軟化点を加重平均した温度を、「コアの結着樹脂の軟化点」とする。また、マスターバッチを使用する場合は、それに用いた樹脂をも含めて加重平均した温度を、混合樹脂の軟化点とする。
また、着色剤、荷電制御剤等の添加剤は、樹脂粒子を調製する際に結晶性ポリエステル又は非晶質樹脂(A)に予め混合してもよく、別途各添加剤を水等の分散媒中に分散させた分散液を調製して、樹脂粒子と混合し、凝集工程に供してもよい。樹脂粒子を調製する際に結晶性ポリエステル又は非晶質樹脂(A)に添加剤を予め混合する場合には、予め結晶性ポリエステル又は非晶質樹脂(A)と添加剤とを溶融混錬することが好ましい。
溶融混練には、オープンロール型二軸混練機を使用することが好ましい。オープンロール型二軸混練機は、2本のロールが並行に近接して配設された混練機であり、各ロールに熱媒体を通すことにより、加熱機能又は冷却機能を付与することができる。したがって、オープンロール型二軸混練機は、溶融混練する部分がオープン型であり、また加熱ロールと冷却ロールを備えていることから、従来用いられている二軸押出機と異なり、溶融混練の際に発生する混練熱を容易に放熱することができる。
凝集工程においては、凝集を効果的に行うために凝集剤を添加することができる。凝集剤としては、有機系では、4級塩のカチオン性界面活性剤、及びポリエチレンイミン等が用いられ、無機系では、無機金属塩、無機アンモニウム塩及び2価以上の金属錯体等が用いられる。
無機金属塩としては、例えば、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、及び硫酸アルミニウム等の金属塩;ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、及び多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体が挙げられる。無機アンモニウム塩としては、例えば硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム等が挙げられる。
凝集剤を添加する場合、その添加量は、トナーの耐環境特性の観点から、コアの結着樹脂100重量部に対して、60重量部以下が好ましく、55重量部以下がより好ましく、50重量部以下が更に好ましい。
凝集剤は、水系媒体に溶解させて添加することが好ましく、凝集剤の添加時及び添加終了後は十分撹拌することが好ましい。
結晶性ポリエステルを含む水系分散液及び非晶質樹脂(A)を含む水系分散液と必要に応じて用いられる各種添加剤との混合物を均一に分散させる観点から、好ましくはコアの結着樹脂の軟化点未満の温度、より好ましくは「該コアの結着樹脂の軟化点−30℃」以下の温度で分散処理を行う。具体的には、好ましくは65℃以下、より好ましくは55℃以下であり、また、媒体の流動性及び樹脂の水系分散液の製造エネルギーの観点から、分散処理は0℃より高い温度で行なうことが好ましく、10℃以上で行うことがより好ましい。
これらの観点から、好ましくは0〜65℃、より好ましくは10〜55℃程度の温度で撹拌して分散処理する等の通常の方法により、均一な樹脂分散液を調製することができる。
分散処理の方法としては、ウルトラディスパー(浅田鉄工株式会社製、商品名)、エバラマイルダー(株式会社荏原製作所製、商品名)、及びTKホモミクサー(プライミクス株式会社製、商品名)等の高速撹拌混合装置;高圧ホモゲナイザー(株式会社イズミフードマシナリ製、商品名)、ミニラボ8.3H型(Rannie社製、商品名)に代表されるホモバルブ式の高圧ホモジナイザー;マイクロフルイダイザー(Microfluidics社製、商品名)、及びナノマイザー(ナノマイザー株式会社製、商品名)等のチャンバー式の高圧ホモジナイザー等が挙げられる。
工程1で得られるコア形成用樹脂粒子Aの体積中位粒径は、続く工程3で均一に合一させ、トナー粒子を製造する観点から、1〜10μmが好ましく、2〜8μmがより好ましく、3〜7μmが更に好ましい。
<工程2>
工程2は、非晶質樹脂(B)を含む水系分散液を得る工程である。非晶質樹脂(B)の製造方法は、前述のとおりである。また、水系分散液を得る方法及び好ましい物性については、前記工程1と同じである。
<工程3>
工程3は、前記工程1で得られたコア形成用樹脂粒子Aの水系分散液と前記工程2で得られた非晶質樹脂(B)の水系分散液とを混合し凝集させて、樹脂粒子Bの水系分散液を得る工程である。
工程3においては、混合する非晶質ポリエステルを含む水系分散液の体積中位粒径は、均一なコアシェル粒子を製造する観点から、前述のものを用いることが好ましい。
工程1で得られた樹脂粒子A100重量部に対して、混合する非晶質樹脂(B)は、好ましくは5〜200重量部が好ましく、より好ましくは10〜100重量部、更に好ましくは10〜50重量部である。
工程1で得られた樹脂粒子A中の非晶質樹脂(A)と非晶質樹脂(B)との重量比は、前述の非晶質樹脂(A)及び非晶質樹脂(B)の重量比のとおりである。
工程3で得られる樹脂粒子Bの平均粒径は、続く工程4で均一に合一させ、トナー粒子を製造する観点から、体積中位粒径で1〜10μmが好ましく、2〜8μmがより好ましく、3〜7μmが更に好ましい。凝集条件は、前述の工程1と同じである。
<工程4>
工程4は、前記工程3で得られた樹脂粒子Bの水系分散液に必要に応じて凝集停止剤を加えた後、合一工程に付すことにより、水系分散液中の樹脂粒子Bを合一させて、合一粒子の水系分散液を得る工程である。
工程4では、前記工程3で得られた凝集粒子を、加熱することにより合一粒子とすることができる。
工程4における系内の温度は、目的とするトナーの粒径、粒度分布、形状制御及び粒子の融着性の観点から、「結着樹脂の軟化点−30℃」以上、「該軟化点+10℃」以下が好ましく、「該軟化点−25℃」以上、「該軟化点+10℃」以下がより好ましく、「該軟化点−20℃」以上、「該軟化点+10℃」以下が更に好ましい。具体的には、好ましくは40〜90℃、より好ましくは50〜80℃に維持することが好ましい。また、撹拌速度は、凝集粒子が沈降しない速度が好ましい。ここでの結着樹脂の軟化点は、非晶質樹脂(A)の軟化点、非晶質樹脂(B)の軟化点、結晶性ポリエステルの軟化点を加重平均した温度を、「結着樹脂の軟化点」とする。
なお、凝集停止剤を用いる場合、凝集停止剤として界面活性剤を用いることが好ましく、アニオン性界面活性剤を用いることがより好ましい。アニオン性界面活性剤のうち、アルキルエーテル硫酸塩、アルキル硫酸塩、及び直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることが更に好ましい。
合一冷却後、トナーの低温定着性及び保存安定性を両立させる観点から、更に、「結晶性ポリエステルの融点−10℃」〜「結晶性ポリエステルの融点−30℃」で且つ、40℃〜「合一温度−10℃」の温度に昇温することが、好ましい。
[電子写真用トナー]
前記工程4により得られた合一粒子を、適宜、ろ過等の固液分離工程、洗浄工程、乾燥工程に供することにより、本発明の電子写真用トナー(単にトナーと称することがある)を得ることができる。
洗浄工程では、トナーとして十分な帯電特性及び信頼性を確保する目的から、トナー表面の金属イオンを除去するため、酸を用いることが好ましい。また、添加した非イオン性界面活性剤も洗浄により完全に除去することが好ましく、非イオン性界面活性剤の曇点以下での水系溶液での洗浄が好ましい。洗浄は複数回行うことが好ましい。
また、乾燥工程では、振動型流動乾燥法、スプレードライ法、冷凍乾燥法、フラッシュジェット法等、任意の方法を採用することができる。トナーの乾燥後の水分含量は、帯電性の観点から、好ましくは1.5重量%以下、更には1.0重量%以下に調整することが好ましい。
以上のようにして得られたトナーは、外添処理時の融着性が低いため、流動化剤等の助剤を外添剤としてトナー粒子表面に容易に添加することができる。外添剤としては、表面を疎水化処理したシリカ微粒子、酸化チタン微粒子、アルミナ微粒子、酸化セリウム微粒子、及びカーボンブラック等の無機微粒子;ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、及びシリコーン樹脂等のポリマー微粒子等、公知の微粒子が使用できる。
外添剤の個数平均粒子径は、好ましくは4〜200nm、より好ましくは8〜30nmである。外添剤の個数平均粒子径は、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて求められる。
外添剤を添加する場合、その添加量は、帯電度の環境安定性及び加重保存安定性の観点から、外添剤による処理前のトナー100重量部に対して、0.8〜5重量部が好ましく、1〜5重量部がより好ましく、1.5〜3.5重量部が更に好ましい。ただし、外添剤として疎水性シリカを用いる場合は、外添剤による処理前のトナー100重量部に対して、疎水性シリカを0.8〜3.5重量部、好ましくは1〜3重量部用いることで、前記所望の効果が得られる。
(電子写真用トナーの物性)
本発明の電子写真用トナーの体積中位粒径は、トナーの高画質化及び生産性の観点から、1〜10μmが好ましく、2〜8μmがより好ましく、3〜7μmが更に好ましい。
また、トナーの軟化点は、トナーの低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率の観点から、80〜160℃が好ましく、80〜150℃がより好ましく、90〜140℃が更に好ましい。また、トナーのガラス転移温度は、上記同様の観点から、45〜80℃が好ましく、50〜70℃がより好ましい。
本発明の電子写真用トナーは、一成分系現像剤として、又はキャリアと混合して二成分系現像剤として使用することができる。
樹脂等の各物性値については次の方法により測定した。
<樹脂の軟化点>
フローテスター(株式会社島津製作所製、商品名:「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。
<樹脂の吸熱の最大ピーク温度、融点>
示差走査熱量計(DSC;ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、商品名:「Q−100」)を用いて、室温(20℃)から降温速度10℃/分で0℃まで冷却した試料をそのまま1分間静止させ、その後、昇温速度10℃/分で180℃まで昇温しながら測定した。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大ピーク温度とし、最大ピーク温度が軟化点と20℃以内の差であれば、その結晶性ポリエステルの融点とした。
<非晶質樹脂のガラス転移温度>
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、商品名:「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、吸熱の最大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温度とした。
<樹脂の酸価>
樹脂の酸価は、JIS K 0070の方法に基づき測定した。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))に変更した。
<樹脂粒子、着色剤微粒子、離型剤微粒子及び荷電制御剤微粒子の体積中位粒径(D50)>
レーザー回折型粒径測定機(株式会社堀場製作所製、商品名、「LA−920」)を用いて、測定用セルに蒸留水を加え、吸光度が適正範囲になる濃度で体積中位粒径(D50)を測定した。
製造例1
(アルキレン化合物Aの製造)
新日本石油株式会社製のプロピレンテトラマー(商品名:ライトテトラマー)を用いて、183〜208℃の加熱条件で分留してアルキレン化合物Aを得た。得られたアルキレン化合物Aは、後述するガスクロマトグラフィー質量分析において、40個のピークを有していた。アルキレン化合物の分布は、C918:0.5重量%、C1020:4重量%、C1122:20重量%、C1224:66重量%、C1326:9重量%、C1428:0.5重量%であった。
〔アルキレン化合物Aの質量分析ガスクロマトグラフィーによる分析〕
質量分析ガスクロマトグラフ(GC/MS)にCIイオンソースと下記分析カラムを取り付け、立ち上げを行った。なお、CI反応ガス(メタン)を流し、MS部の真空排気作業から24時間経過後にチューニングを行った。
(1)GC
ガスクロマトグラフ:
Agilent社製、商品名:HP6890N
分析カラム:
HP社製、Ultra 1(商品名、カラム長50m、内径0.2mm、膜厚0.33μm)
GCオーブン昇温条件:
初期温度 100℃(0min)
第1段階昇温速度 1℃/min(150℃まで)
第2段階昇温速度 10℃/min(300℃まで)
最終温度 300℃(10min)
サンプル注入量: 1μL
注入口条件:
注入モード スプリット法
スプリット比 50:1
注入口温度 300℃
キャリアガス:
ガス ヘリウム
流量 1ml/min(定流量モード)
(2)検出器
質量分析器: Agilent社製、商品名:5973N MSD
イオン化法: 化学イオン化法
反応ガス: イソブタン
温度設定:
四重極 150℃
イオン源 250℃
検出条件: スキャン
スキャン範囲 : m/z 75〜300
検出器ON時間: 5min
キャリブレーション(質量校正及び感度調整):
反応ガス メタン
キャリブラント PFDTD(ペルフルオロ−5,8−ジメチル−3,6,9−トリオキシドデカン)
チューニング法 オートチューニング
(3)試料調製
プロピレンテトラマーを、5重量%の濃度でイソプロピルアルコールに溶解させて調製した。
(データ処理法)
炭素数が9〜14の範囲にある各炭素数のアルケン成分について、それぞれ分子イオンに該当する質量数によるマスクロマトグラムを抽出し、S/N(シグナル/ノイズ比)>3の条件下で、表2〜5に示した成分毎の積分条件に従い積分を実行した。表1に示す検出結果から、特定アルキル鎖長成分の割合を以下の式により計算した。
Figure 2011197193
Figure 2011197193
(4)積分条件
成分:C918
Figure 2011197193
成分:C1020
Figure 2011197193
成分:C1122、C1224及びC1326
Figure 2011197193
成分:C1428
Figure 2011197193
本発明において、炭素数9〜14に相当するアルキレン化合物とは、ガスクロマトグラフィー質量分析において、分子イオンに対応するピークのことをいう。
製造例2
(アルケニル無水コハク酸Aの製造)
1Lの日東高圧製オートクレーブにアルキレン化合物A 542.4g、無水マレイン酸157.2g、チェレックス−O(堺化学工業(株)社製、商品名)0.4g、ブチルハイドロキノン0.1gを仕込み、加圧窒素置換(0.2MPaG)を3回繰り返した。60℃で撹拌開始後、230℃まで1時間かけて昇温して6時間反応を行った。反応温度到達時の圧力は、0.3MPaGであった。反応終了後、80℃まで冷却し、常圧(101.3kPa)に戻して1Lの4つ口フラスコに移しかえた。180℃まで撹拌しながら昇温し、1.3kPaにて残存アルキレン化合物を1時間で留去した。ひきつづき、室温(25℃)まで冷却後、常圧(101.3kPa)に戻して目的物のアルケニル無水コハク酸A 406.1gを得た。酸価より求めたアルケニル無水コハク酸Aの平均分子量は268であった。
製造例3、5、6及び8
(非晶質樹脂A1、B1、B2及びB4の製造)
表6に示す無水トリメリット酸以外の原料、並びにオクチル酸錫40g及び没食子酸2gを、窒素導入管、98℃の熱水を通した分留管を装備した脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、180℃から210℃まで10℃/hrで昇温し、その後210℃で反応率が90%に到達するまで縮重合反応させた。その後、無水トリメリット酸を添加して、210℃で1時間常圧にて反応させた後、20kPaにて表6に記載の軟化点に達するまで反応させ、非晶質樹脂A1、B1、B2及びB4を得た。
製造例4及び7
(非晶質樹脂A2及びB3の製造)
表6に示す無水トリメリット酸以外の原料、並びにオクチル酸錫40g及び没食子酸2gを窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱伝対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、230℃で8時間かけ反応させた後、8.3kPaにて1時間反応させた。さらに、210℃にて無水トリメリット酸を加え表6に記載の軟化点に達するまで反応させ、非晶質樹脂A2及びB3を得た。
Figure 2011197193
製造例9
(結晶性ポリエステルaaの製造)
表7に示す原料単量体を、窒素導入管、98℃の熱水を通した分留管を装備した脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、140℃に加熱6時間反応させた後、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させた。200℃にて反応率80%まで反応させた後、2−エチルヘキサン酸錫20gを加えて、更に200℃にて2時間反応を行った。更に8kPaにて2時間反応を行い、樹脂を得た。得られた樹脂を、40℃まで、2時間かけて冷却した。次に、再び昇温し、60℃50%RHの恒温槽に8時間保持し、結晶性ポリエステルを得た。
製造例10〜12
(結晶性ポリエステルbb〜ddの製造)
表7に示す原料単量体を窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱伝対を装備した10L容の四つ口フラスコに入れ、140℃に加熱6時間反応させた後、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させた。200℃にて反応率80%まで反応させた後、2−エチルヘキサン酸錫20gを加えて、更に200℃にて2時間反応を行った。更に8kPaにて2時間反応を行い、樹脂を得た。得られた樹脂を、40℃まで、2時間かけて冷却した。次に、再び昇温し、60℃50%RHの恒温槽に8時間保持し、結晶性ポリエステルを得た。
製造例13
(結晶性ポリエステルeeの製造)
表7に示す原料単量体を、窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、140℃に加熱6時間反応させた後、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させた。200℃にて反応率80%まで反応させた後、2−エチルヘキサン酸錫20gを加えて、更に200℃にて2時間反応を行った。更に8kPaにて2時間反応を行い、樹脂を得た。
Figure 2011197193
製造例14〜24
(樹脂粒子分散液の調製)
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート、温度計及び窒素導入管を備えた5L容の容器にメチルエチルケトン600gを投入し、上記製造例3〜13で製造した非晶質樹脂A1、A2、及びB1〜B4並びに結晶性ポリエステルaa〜eeそれぞれについて200gを60℃にて添加し、溶解させた。得られた各溶液に、水酸化ナトリウム4gを添加して中和し、続いてイオン交換水2000gを添加した後、250r/minの撹拌速度で、減圧下、50℃以下の温度でメチルエチルケトンを留去し、自己分散型の水系樹脂粒子分散液(樹脂含有量:9.6重量%(固形分換算))を得た。得られた樹脂粒子分散液中に分散する樹脂粒子の体積平均粒径はいずれも約0.3μmであった。
製造例25
(着色剤分散液の調製)
銅フタロシアニン(大日精化工業株式会社社製、型番:ECB−301)50g、ノニオン性界面活性剤(エマルゲン150、商品名、花王株式会社製)5g及びイオン交換水200gを混合し、銅フタロシアニンを溶解させ、ホモジナイザーを用いて10分間分散させて、着色剤分散液を得た。体積平均粒径は120nmであった。
製造例26
(ワックス分散液の調製)
パラフィンワックス(HNP0190、商品名、日本精蝋株式会社製、融点:85℃)50g、カチオン性界面活性剤(サニゾールB50、商品名、花王株式会社製)5g及びイオン交換水200gを95℃に加熱して、ホモジナイザーを用いて、パラフィンワックスを分散させた後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、ワックス分散液を得た。パラフィンワックスの体積平均粒径は550nmであった。
製造例27
(荷電制御剤分散液の調製)
荷電制御剤(ボントロンE−84、商品名、オリエント化学工業株式会社製)50g、ノニオン性界面活性剤(エマルゲン150、商品名、花王株式会社製)5g及びイオン交換水200gを混合し、ガラスビーズを使用し、サンドグラインダーを用いて10分間分散させて、荷電制御剤分散液を得た。荷電制御剤の体積平均粒径は500nmであった。
実施例1〜8並びに比較例1及び2
(コアシェル樹脂粒子の分散液及びトナーの製造)
表8に示す組合せのコア樹脂分散液440g、結晶性ポリエステル分散液60g、着色剤分散液20g、ワックス分散液5g、荷電制御剤分散液4g、及びカチオン性界面活性剤(サニゾールB50、商品名、花王株式会社製)1.5gを、丸型のステンレス製フラスコ中でホモジナイザーを用いて混合し、分散させた後、加熱用オイルバス中でフラスコ内を撹拌しながら48℃まで加熱した。更に48℃で1時間保持して、凝集粒子を形成した。このときの凝集粒子の体積中位平均粒径は5.1μmであった。その後、表8に示すシェル樹脂分散液100gを加え、撹拌して分散させることにより、カプセル化したコアシェル粒子である凝集粒子を得た。
コアシェル凝集粒子が形成された凝集粒子分散液に、アニオン性界面活性剤(ペレックスSS−L、商品名、花王株式会社製)3gを添加した後、前記ステンレス製フラスコに還流管を装着し、撹拌を継続しながら、0.1℃/minの速度で80℃まで加熱し、2時間保持して、凝集粒子を合一し、融合させた。その後、30℃まで冷却し、20分間保持後、50℃まで昇温し、2時間保持した。その後、再度冷却し融合粒子をろ過し、イオン交換水で十分に洗浄した後、乾燥させることにより着色樹脂微粒子粉末を得た。得られた着色樹脂微粒子粉末の体積中位粒径(D50)はいずれも約5.0μmであった。
トナー母粒子100重量部に対し、外添剤「アエロジル R−972」(疎水性シリカ、日本アエロジル社製、商品名)0.5重量部を添加し、ヘンシェルミキサーで3600r/min、5分間混合することにより、外添剤処理を行い、トナー粒子(体積中位粒径D50=5.0μm)からなるトナーを得た。
[評価]
(低温定着性)
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)。更に同じ紙に対し2度画像出しを行い、層厚1.5mg/cm2とした。
前記複写機の定着機をオフラインで、90℃から240℃へ5℃ずつ順次定着温度を上昇させながら、300mm/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、商品名、75g/m2)を使用した。
500gの荷重をかけた底面が15mm×7.5mmの砂消しゴムで、定着機をとおして定着された画像を5往復擦り、擦る前後の光学反射密度を反射濃度計「RD−915」(マクベス社製、商品名)を用いて測定し、両者の比率(擦り後/擦り前)が最初に80%を超える定着ローラーの温度を最低定着温度とした。なお、層厚が厚い条件下では結晶分散が不十分で溶けきっていない部分が存在すると剥がれが生じやすい。
測定された最低定着温度について、以下の評価基準に基づいてスコアをつけた。なお、スコア3以上が実用上許容される範囲である。
5:最低定着温度が125℃未満である。
4:最低定着温度が125以上、130℃未満である。
3:最低定着温度が130以上、140℃未満である。
2:最低定着温度が140℃以上である。
(耐キャリア汚染性)
トナー3重量部と平均粒子径90μmのシリコンコートフェライトキャリア(関東電化工業社製)97重量部とを混合して得られた現像剤を複写機「プリテール50」(リコー社製、商品名)に実装し、印字率5%の画像を2時間連続印刷した後、トナーを取り出し得られた混合物を目開き32μmの篩を用いてトナー部分を吸引し、キャリア部分だけにした。得られたキャリアの炭素量を炭素分析装置「EMIA−110」(堀場製作所製、商品名)を用いて測定し、あらかじめトナーと混合する前に測定しておいたキャリアの炭素量との差を求め、以下の評価基準に基づいて耐キャリア汚染性として評価した。即ち、炭素量の差が大きいほど、キャリアに多量のトナーが付着していると判断できる。なお、スコア3以上が実用上許容される範囲である。
5:0.15以下
3:0.15を超え、0.3未満
1:0.3以上
(帯電率)
トナー0.6g及びフェライトキャリア19.4gをPPサンプラボトル広口 50ml(株式会社サンプラテック社製、商品名)に入れ、ボールミルにて20分撹拌した後、帯電量測定器(エッピング社製、商品名:q−test)により帯電量分布を測定した。
測定条件は
Toner Flow(ml/min): 160
Electrode Voltage(V): 4000
Deposition Time(s): 2
で行い、得られた結果のq/d−0.4(fc/10μm)〜0.4を直線で結び、帯電量分布のグラフを作成した。
帯電量分布において−1.0〜1.0の弱帯電の割合について、以下の評価基準に基づいてスコアをつけた。なお、スコア3以上が実用上許容される範囲である。
5:3%未満
4:3%を超えて〜5%未満
3:5%を超えて〜10%未満
2:10%以上
Figure 2011197193
シェル部の非晶質樹脂として、アルコール成分が炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを含有しない樹脂B3を用いた比較例1及び2のトナーは、コア部の結晶性ポリエステルとシェル部の非晶質樹脂との相容性が高く、コア部の結晶性ポリエステルがシェル部に移行してしまうため、耐キャリア汚染性に劣ると考えられる。
これに対し、実施例1〜8のトナーはいずれも、低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率に優れることがわかる。実施例2及び5を対比すると、シェル部の非晶質樹脂の軟化点がコア部の非晶質樹脂の軟化点より低い場合、低温定着性及び帯電率が更に優れることがわかる。また、実施例2及び6を対比すると、コア部の非晶質樹脂のアルコール成分が炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを80モル%以上含有する場合、低温定着性及び帯電率が更に優れることがわかる。
本発明の結着樹脂を含有するトナーは、低温定着性、耐キャリア汚染性及び帯電率に優れるという特性を有するため、電子写真法、静電記録法、静電印刷法等に用いられる電子写真用トナーとして好適に使用できる。

Claims (7)

  1. コア部が、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含む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%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる結晶性ポリエステルと、アルコール成分とアルキル(炭素数9〜18)コハク酸及びアルケニル(炭素数9〜18)コハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を3〜60モル%含有するカルボン酸成分とを縮重合させて得られる非晶質樹脂(A)とを含み、シェル部が、カルボン酸成分と炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを80モル%以上含有したアルコール成分とを縮重合させて得られる非晶質樹脂(B)である、コアシェル粒子からなるトナー用結着樹脂。
  2. 前記のコア部の非晶質樹脂(A)のアルコール成分が、炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを80モル%以上含有する、請求項1に記載のトナー用結着樹脂。
  3. 前記のシェル部の非晶質樹脂(B)のカルボン酸成分が、アルキル(炭素数9〜18)コハク酸及びアルケニル(炭素数9〜18)コハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を本質的に含有しない、請求項1又は2に記載のトナー用結着樹脂。
  4. 前記のシェル部の非晶質樹脂(B)の軟化点が、前記のコア部の非晶質樹脂(A)の軟化点より低い、請求項1〜3のいずれかに記載のトナー用結着樹脂。
  5. 前記結晶性ポリエステルが、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含むカルボン酸成分とを縮重合反応に付した後、40℃以下になるまで冷却後、40℃を超える温度であって、「DSC測定における吸熱の最大ピーク温度(℃)−40℃」〜「DSC測定における吸熱の最大ピーク温度(℃)−5℃」で加熱処理して得られたものである、請求項1〜4のいずれかに記載のトナー用結着樹脂。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のトナー用結着樹脂を含有する、電子写真用トナー。
  7. 下記工程1〜工程4を含む、トナーの製造方法。
    工程1:炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含む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%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる結晶性ポリエステルを含む水系分散液と、アルコール成分とアルキル(炭素数9〜18)コハク酸及びアルケニル(炭素数9〜18)コハク酸から選ばれる少なくとも1種のコハク酸化合物を含有するカルボン酸成分とを縮重合させて得られる非晶質樹脂(A)を含む水系分散液とを混合し、次いで凝集させて、樹脂粒子Aの水系分散液を得る工程。
    工程2:カルボン酸成分と炭素数2〜5の脂肪族ジアルコールを80モル%以上含有したアルコール成分とを縮重合させて得られた非晶質樹脂(B)を含む水系分散液を得る工程。
    工程3:工程1で得られた樹脂粒子Aの水系分散液と工程2で得られた非晶質樹脂(B)の水系分散液とを混合し凝集させて、樹脂粒子Bの水系分散液を得る工程。
    工程4:工程3で得られた樹脂粒子Bを合一することにより、合一粒子を得る工程。
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