JP2013235248A - 静電荷像現像用トナー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】結着樹脂と離型剤とを含有してなる静電荷像現像用トナーであって、前記結着樹脂がフラン環を有するポリエステルAを含有し、離型剤がエステルワックスを含有してなる、静電荷像現像用トナー、並びに少なくとも結着樹脂と離型剤とを含有する静電荷像現像用トナーの製造方法であって、結着樹脂と離型剤を含む成分を、オープンロール型混練機を用いて溶融混練して溶融混練物を得る工程を含み、前記結着樹脂がフラン環を有するポリエステルAを含有し、離型剤がエステルワックスを含有してなる、静電荷像現像用トナーの製造方法。
【選択図】なし
Description
〔1〕 結着樹脂と離型剤とを含有してなる静電荷像現像用トナーであって、前記結着樹脂がフラン環を有するポリエステルAを含有し、離型剤がエステルワックスを含有してなる、静電荷像現像用トナー、並びに
〔2〕 少なくとも結着樹脂と離型剤とを含有する静電荷像現像用トナーの製造方法であって、結着樹脂と離型剤を含む成分を、オープンロール型混練機を用いて溶融混練して溶融混練物を得る工程を含み、前記結着樹脂がフラン環を有するポリエステルAを含有し、離型剤がエステルワックスを含有してなる、静電荷像現像用トナーの製造方法
に関する。
フラン環を有する樹脂は、ガラス転移温度が高いために、軟化点を下げる、すなわち分子量を小さくしても、耐熱保存性や耐高温オフセット性を低下させることなく、低温定着性を向上させることができる。分子量を下げることができるために、さらに、エステルワックスとの相溶性が向上し、耐熱保存性や耐高温オフセット性を低下させることなく、よりいっそう低温定着性が向上するものと考えられる。
本発明のトナーに用いる結着樹脂は、フラン環を有するポリエステルAを含有する。
ポリエステルAは、原料モノマーとして少なくともフラン環を有するカルボン酸化合物を含むカルボン酸成分及び/又はフラン環を有するアルコールを含むアルコール成分を用い、カルボン酸成分とアルコール成分とを縮重合させて得られるポリエステルが好ましく、フラン環としては、式(Ia)又は(Ib):
ここで、樹脂の結晶性は、軟化点と示差走査熱量計による吸熱の最高ピーク温度との比、即ち[軟化点/吸熱の最高ピーク温度]の値で定義される結晶性指数によって表される。結晶性樹脂は、結晶性指数が0.6〜1.4、好ましくは0.7〜1.2、より好ましくは0.9〜1.2であり、非晶質樹脂は1.4を超えるか、0.6未満の樹脂である。樹脂の結晶性は、原料モノマーの種類とその比率、及び製造条件(例えば、反応温度、反応時間、冷却速度)等により調整することができる。なお、吸熱の最高ピーク温度とは、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指す。最高ピーク温度は、軟化点との差が20℃以内であれば融点とし、軟化点との差が20℃を超える場合はガラス転移に起因するピークとする。
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が挙げられる。
本発明のトナーに用いる離型剤は、トナーの低温定着性及び耐熱保存性を向上させる観点からエステルワックスを含有する。
離型剤は、トナーの耐高温オフセット性を向上させる観点から、さらに炭化水素ワックスを含有することが好ましい。
エステルワックス/炭化水素ワックスの重量比[エステルワックス/炭化水素ワックス]は、トナーの低温定着性、耐熱保存性及び耐高温オフセット性を向上させる観点から、90/10〜10/90が好ましく、80/20〜40/60がより好ましく、70/30〜45/55がさらに好ましく、70/30〜55/45がよりさらに好ましい。
本発明のトナーは、エステルワックス及び炭化水素ワックス以外の離型剤を、本発明の効果が損なわれない程度に適宜含有してもよい。エステルワックス及び炭化水素ワックス以外の離型剤としては、シリコーンオイル、ホホバ油等の天然油が挙げられる。
エステルワックスと炭化水素ワックスの合計含有量は、離型剤中、80重量%以上が好ましく、90重量%以上がより好ましく、95重量%以上がさらに好ましく、実質的に100重量%がよりさらに好ましく、100重量%がよりさらに好ましい。
本発明において、着色剤としては、トナー用着色剤として用いられている染料、顔料等のすべてを使用することができ、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、パーマネントブラウンFG、ブリリアントファーストスカーレット、ピグメントグリーンB、ローダミン−Bベース、ソルベントレッド49、ソルベントレッド146、ソルベントブルー35、キナクリドン、カーミン6B、イソインドリン、ジスアゾエロー等を用いることができ、本発明のトナーは、黒トナー、カラートナーのいずれであってもよい。トナー中の着色剤の含有量は、トナーの印字濃度及び定着性を向上させる観点から、結着樹脂100重量部に対して、1〜20重量部が好ましく、2〜10重量部がより好ましく、3〜8重量部がさらに好ましい。
荷電制御剤として、負帯電性荷電制御剤、正帯電性荷電制御剤のいずれも用いることができる。
本発明のトナーは、さらに、トナー中に、磁性粉、流動性向上剤、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、クリーニング性向上剤等の添加剤を適宜含有していてもよい。
本発明のトナーは、溶融混練法、乳化凝集法、重合法等の従来より公知のいずれの方法によって得られたトナーであってもよいが、生産性や離型剤の分散性を向上させる観点から、溶融混練法による粉砕トナーが好ましい。従って、本発明のトナーの製造方法は、結着樹脂と離型剤とを含むトナー成分を、溶融混練して溶融混練物を得る工程を含む方法が好ましく、具体的には、結着樹脂、着色剤、荷電制御剤、離型剤等のトナー成分をヘンシェルミキサー等の混合機で均一に混合した後、溶融混練し、冷却後、粉砕、分級を行ってトナーを製造することができる。一方、トナーの小粒径化の観点からは、重合法や乳化凝集法等によるトナーが好ましい。
本発明のトナーの製造方法は、粉砕、分級工程後、得られたトナー粒子(トナー母粒子)をさらに外添剤と混合する工程を含むことが好ましい。
トナーの体積中位粒径(D50)は、トナーの画像品質を向上させる観点から、3〜15μmが好ましく、4〜12μmがより好ましく、6〜9μmがさらに好ましい。なお、本明細書において、体積中位粒径(D50)とは、体積分率で計算した累積体積頻度が粒径の小さい方から計算して50%になる粒径を意味する。また、トナーが外添剤で処理されている場合には、トナー母粒子の体積中位粒径とする。
フローテスター(島津製作所社製、CFT-500D)を用い、1gの試料を昇温速度6℃/分で加熱しながら、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す。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する。
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10℃/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する。
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、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。次に試料を昇温速度10℃/分で昇温し測定した。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温度とする。
JIS K0070の方法により測定する。但し、測定溶媒のみJIS K0070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。
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、DSC Q20)を用いて昇温速度10℃/分で200℃まで昇温し、その温度から降温速度5℃/分で-10℃まで冷却したサンプルを昇温速度10℃/分で180℃まで昇温し、そこで得られた融解吸熱カーブから観察される吸熱の最高ピーク温度を離型剤の融点とした。
一次粒子の平均粒子径を下記式より求める。
平均粒子径(nm)=6/(ρ×比表面積(m2/g))×1000
式中、ρは外添剤の真比重であり、シリカの場合、2.2である。比表面積は、窒素吸着法により求められたBET比表面積である。疎水化処理された外添剤の場合は、疎水化処理前の原体の比表面積とする。なお、上記式は、粒子径Rの球と仮定して、
比表面積=S×(1/m)
m(粒子の重さ)=4/3×π×(R/2)3×真比重
S(表面積)=4π(R/2)2
から得られる式である。
測定機: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
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)
電解液:アイソトンII(ベックマンコールター社製)
分散液:エマルゲン109P(花王社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、HLB:13.6)を5重量%の濃度となるよう前記電解液に溶解させる。
分散条件:前記分散液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、前記電解液25mlを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させて、試料分散液を調製する。
測定条件:前記電解液100mlに、3万個の粒子の粒径を20秒間で測定できる濃度となるように、前記試料分散液を加え、3万個の粒子を測定し、その粒度分布から体積中位粒径(D50)を求める。
表1に示す原料モノマー及びエステル化触媒・助触媒を、温度計、ステンレス製攪拌棒、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した5リットルの四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にてマントルヒーター中で、180℃まで昇温した後、210℃まで5時間かけて昇温を行った。その後210℃にて反応率が95%以上に到達したのを確認し、40kPaにて表1に記載の軟化点に達するまで反応を行って、樹脂L−1、L−2、H−1、H−2を得た。なお、反応率とは、生成反応水量/理論生成水量×100の値をいう。
攪拌器及び熱電対、窒素導入管を装備した4つ口丸型フラスコにペンタエリスリトール1モルに対してベヘン酸4モルを入れ、窒素雰囲気下130℃で5時間加熱しエステル化反応を行った。反応生成物をメチルエーテルで精製してペンタエリスリトールベヘン酸エステルを得た。なお、酸価は0.4mgKOH/g、水酸基価は1.6mgKOH/gであった。
攪拌器及び熱電対、窒素導入管を装備した4つ口丸型フラスコにベヘニルアルコール1
モルに対してベヘン酸1モルを入れ、窒素雰囲気下130℃で3時間加熱しエステル化反応を行った。反応生成物をメチルエーテルで精製してベヘン酸ベヘニルを得た。なお、酸価は0.1mgKOH/g、水酸基価は1.2mgKOH/gであった。
W−1:カルナウバワックス(加藤洋行社製 カルナウバワックスC1:融点80℃)
W−2:ペンタエリスリトールベヘン酸エステル(融点80℃)
W−3:ベヘン酸ベヘニル(融点75℃)
W−4:パラフィンワックス(日本精蝋社製 HNP-9:融点75℃)
W−5:ポリプロピレンワックス(三井化学社製 三井ハイワックスNP056:融点120℃)
実施例1〜19及び比較例1〜5
表2、表3に示す所定量の結着樹脂、離型剤、正帯電性荷電制御剤「ボントロン N-01」(オリエント化学工業社製、ニグロシン染料)3.0重量部及び着色剤「Mogul-L」(キャボット社製、カーボンブラック)4.0重量部を、ヘンシェルミキサーを用いて1分間混合後、以下に示す条件で溶融混練した。
表4に示す所定量の結着樹脂、離型剤、正帯電性荷電制御剤「ボントロン N-01」(オリエント化学工業社製、ニグロシン染料)3.0重量部及び着色剤「Mogul-L」(キャボット社製、カーボンブラック)4.0重量部を、ヘンシェルミキサーを用いて1分間混合後、以下に示す条件で溶融混練した。
未定着画像を取れる様に改造した、ブラザー工業社製のプリンター「HL-2040」にトナーを充填し、2cm角のベタ画像の未定着画像を印刷した。オイルレス定着方式の「DL-2300」(コニカミノルタ社製)を改造した外部定着装置(定着ロールの回転速度を265mm/秒に設定し、定着装置中の定着ロール温度を可変にした装置)にて、定着温度として定着ロールの温度を100℃から230℃まで5℃ずつ上昇させながら、各温度でこの未定着画像の定着処理を行い、定着画像を得た。各定着温度で得られた画像を、500gの荷重をかけた砂消しゴムで5往復擦り、擦り前後の画像濃度を画像濃度測定器「GREGSPM50」(Gretag社製)を用いて測定し、擦り前後の画像濃度比率(擦り後/擦り前×100)が最初に90%を超える温度を最低定着温度とし、低温定着性の指標とした。最低定着温度が低いほど、低温定着性に優れる。結果を表2、3、4に示す。
未定着画像を取れる様に改造した、ブラザー工業社製のプリンター「HL-2040」にトナーを充填し、2cm角のベタ画像の未定着画像を印刷した。オイルレス定着方式の「DL-2300」(コニカミノルタ社製)を改造した外部定着装置(定着ロールの回転速度を140mm/秒に設定し、定着装置中の定着ロール温度を可変にした装置)にて、定着ロールの温度を上記最低定着温度から230℃まで5℃ずつ上昇させながら、各温度でこの未定着画像の定着処理を行い、定着ローラ汚染が発生して、白紙部分に汚れが発生する温度を高温オフセット発生温度とし、耐高温オフセット性の指標とした。高温オフセット発生温度が高いほど、耐高温オフセット性に優れる。結果を表2、3、4に示す。
20ml容のポリエチレン製のボトルに、4gのトナーを入れた。トナーの入ったボトルを、55℃、相対湿度80%の恒温恒湿槽に入れ、ボトルの蓋をあけた状態で、48時間保存した。放置後のトナーの凝集度を測定し、耐熱保存性の指標とした。この数値が小さいほど、耐熱保存性に優れる。結果を表2、3、4に示す。
凝集度は、パウダーテスタ(ホソカワミクロン社製)を用いて測定する。
150μm、75μm、45μmの目開きの篩を重ね、一番上にトナーを4g載せ、1mmの振動幅で60秒間振動させる。振動後、篩い上に残ったトナー量を測定し、下記の計算式を用いて凝集度の計算を行う。
Claims (14)
- 結着樹脂と離型剤とを含有してなる静電荷像現像用トナーであって、前記結着樹脂がフラン環を有するポリエステルAを含有し、離型剤がエステルワックスを含有してなる、静電荷像現像用トナー。
- フラン環を有するポリエステルAが、原料モノマーとして少なくともフラン環を有するカルボン酸化合物を含むカルボン酸成分及び/又はフラン環を有するアルコールを含むアルコール成分を用い、カルボン酸成分とアルコール成分とを縮重合させて得られるポリエステルである、請求項1記載の静電荷像現像用トナー。
- フラン環を有するカルボン酸化合物とフラン環を有するアルコールとの合計量が、結着樹脂中のすべてのポリエステルのカルボン酸成分とアルコール成分との合計量中、5〜80モル%である、請求項2記載の静電荷像現像用トナー。
- 結着樹脂が、軟化点が125℃を超えて160℃以下であるポリエステルHと、軟化点が90〜125℃であるポリエステルLを含有してなり、ポリエステルHとポリエステルLの軟化点の差が10℃以上であり、ポリエステルH及びポリエステルLの少なくともいずれか一方がフラン環を有するポリエステルAである、請求項1〜3いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- フラン環を有するポリエステルAの含有量が、結着樹脂中、10重量%以上である、請求項1〜4いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- エステルワックスの融点が、60〜100℃である、請求項1〜5いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- 離型剤がさらに炭化水素ワックスを含有する、請求項1〜6いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- フラン環を有するカルボン酸化合物とフラン環を有するアルコールとの合計量が、結着樹脂中のすべてのポリエステルのカルボン酸成分とアルコール成分との合計量中、5モル%以上50モル%以下である、請求項2〜7いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- フラン環を有するポリエステルAの含有量が、結着樹脂中、50重量%以上である、請求項1〜8いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- エステルワックスが、カルナバワックス、炭素数18〜24の1価の脂肪族アルコールと炭素数18〜24の脂肪酸を反応させたエステル、及びペンタエリスリトールと炭素数18〜24の脂肪酸を反応させたエステルからなる群より選ばれた少なくとも1種である、請求項1〜9いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- エステルワックスの含有量が、結着樹脂100重量部に対して、2重量部以上13重量部以下である、請求項1〜10いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- アルコール成分が、脂肪族ジオールを含有する、請求項2〜11いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- 脂肪族ジオールが、第二級炭素原子に結合した水酸基を有する脂肪族ジオールである、請求項12記載の静電荷像現像用トナー。
- 少なくとも結着樹脂と離型剤とを含有する静電荷像現像用トナーの製造方法であって、結着樹脂と離型剤を含む成分を、オープンロール型混練機を用いて溶融混練して溶融混練物を得る工程を含み、前記結着樹脂がフラン環を有するポリエステルAを含有し、離型剤がエステルワックスを含有してなる、静電荷像現像用トナーの製造方法。
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