JP2015131944A - ポリエステル系トナー用結着樹脂の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
高画質化及び高速化に対応して、特に熱特性を改善するために、トナー用結着樹脂として、組成の調整が容易であるポリエステル樹脂が汎用されており、さらにその組成や製造方法を調整して、樹脂物性等を最適化する試みがなされている。
〔1〕 脂肪族ジオールを含有するアルコール成分と、フラン環を有するカルボン酸化合物を含有するカルボン酸成分を、反応率が70〜99%に達するまで重縮合する工程1、及び工程1で得られた重縮合物にさらにスルホ基を有する有機化合物を添加し、重縮合する工程2を有する、ポリエステル系トナー用結着樹脂の製造方法、
〔2〕 前記〔1〕記載の製造方法により得られたポリエステル系トナー用結着樹脂、並びに
〔3〕 前記〔2〕記載のポリエステル系トナー用結着樹脂を含有した静電荷像現像用トナー
に関する。
脂肪族ジオールを含有するアルコール成分と、フラン環を有するカルボン酸化合物を含有するカルボン酸成分を、反応率が70〜99%に達するまで重縮合する工程1、及び
工程1で得られた重縮合物にさらにスルホ基を有する有機化合物を添加し、重縮合する工程2
を有する。
<3> スルホ基を有する有機化合物の使用量が、工程1に供するアルコール成分とカルボン酸成分の総量100質量部に対して、0.01〜0.5質量部である、前記<1>又は<2>記載の製造方法。
<4> 工程2の反応温度が160〜240℃である、前記<1>〜<3>いずれか記載の製造方法。
<5> スルホ基を有する有機化合物がアルキルベンゼンスルホン酸である、前記<1>〜<4>いずれか記載の製造方法。
<6> フラン環を有するカルボン酸化合物がフランジカルボン酸である、前記<1>〜<5>いずれか記載の製造方法。
<7> 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を含有する、前記<1>〜<6>いずれか記載の製造方法。
<8> 工程1で使用するスズ触媒又はチタン触媒と、工程2で使用するスルホ基を有する有機化合物の質量比(スズ触媒又はチタン触媒/スルホ基を有する有機化合物)が1/2〜50/1である、前記<2>〜<7>いずれか記載の製造方法。
<9> スズ触媒又はチタン触媒がスズ触媒である、前記<2>〜<8>いずれか記載の製造方法。
<10> スズ触媒が、Sn−C結合を有していない錫(II)化合物である、前記<2>〜<9>いずれか記載の製造方法。
<11> 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の炭素数が3〜5である、前記<7>〜<10>いずれか記載の製造方法。
<12> アルコール成分が、さらに炭素数4〜25のα,ω−脂肪族ジオールを含有する、前記<1>〜<11>いずれか記載の製造方法。
<13> カルボン酸成分が、3価以上の多価カルボン酸化合物を含有する、前記<1>〜<12>いずれか記載の製造方法。
<14> カルボン酸成分が、炭素数8〜26のアルケニル基を有するアルケニルコハク酸化合物を含有する、前記<1>〜<13>いずれか記載の製造方法。
<15> 前記<1>〜<14>いずれか記載の製造方法により得られたポリエステル系トナー用結着樹脂。
<16> ポリエステル系トナー用結着樹脂の数平均分子量が3000以上10000以下である、前記<15>記載のポリエステル系トナー用結着樹脂。
<17> ポリエステル系トナー用結着樹脂が非晶質である、前記<15>又は<16>記載のポリエステル系トナー用結着樹脂。
<18> ポリエステル系トナー用結着樹脂のガラス転移温度が40〜90℃である、前記<15>〜<17>いずれか記載のポリエステル系トナー用結着樹脂。
<19> ポリエステル系トナー用結着樹脂の軟化点が90〜160℃である、前記<15>〜<18>いずれか記載のポリエステル系トナー用結着樹脂。
<20> 前記<15>〜<19>いずれか記載のポリエステル系トナー用結着樹脂を含有した静電荷像現像用トナー。
フローテスター(島津製作所、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分間静止させる。その後、昇温速度50℃/分で測定する。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(セイコー電子工業社製、DSC210)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℃/分で0℃まで冷却したサンプルを昇温速度10℃/分で昇温し、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温度とする。
JIS K0070の方法に基づき測定する。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。
JIS K0070の方法に基づき測定する。
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、数平均分子量を求める。
(1) 試料溶液の調製
濃度が0.5g/100mlになるように、試料をテトラヒドロフランに、25℃で溶解させる。次いで、この溶液をポアサイズ0.2μmのフッ素樹脂フィルター(ADVANTEC社製、DISMIC-25JP)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。
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:50μm
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)5%電解液
分散条件: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、電解液25mlを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させる。
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、3万個の粒子を測定し、その粒度分布から体積中位粒径(D50)を求める。
平均粒子径は、個数平均粒子径を指し、外添剤の走査型電子顕微鏡(SEM)写真から測定した、500個の粒子の粒径の平均値をいう。長径と短径がある場合は長径を指す。
樹脂製造例1〔樹脂1〜9〕
表1、2に示す原料モノマー及びエステル化触媒1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70%以上に到達したのを確認し、エステル化触媒2を加えた。その後、220℃まで昇温し、8.0kPaにて表1、2に示す軟化点に達するまで反応を行い、非晶質ポリエステル(樹脂1〜9)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。
表2に示す原料モノマー及びエステル化触媒1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、220℃まで昇温し、8.0kPaにて表2に示す軟化点に達するまで反応を行い、非晶質ポリエステル(樹脂10、11)を得た。
表2に示す原料モノマー及びエステル化触媒1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70%に達する前の段階で、エステル化触媒2を加えた。その後、220℃まで昇温し、8.0kPaにて表2に示す軟化点に達するまで反応を行い、非晶質ポリエステル(樹脂12)を得た。
表2に示す原料モノマー、エステル化触媒1、及びエステル化触媒2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、220℃まで昇温し、8.0kPaにて表2に示す軟化点に達するまで反応を行い、非晶質ポリエステル(樹脂13)を得た。
表に示す原料モノマー、及びエステル化触媒1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、8.0kPaにて表2に示す反応率に達するまで反応を行った。その後常圧(大気圧)に戻し、エステル化触媒2を加え、220℃まで昇温し1時間反応した。その後、8.0kPaにて表2に示す軟化点に達するまで反応を行い、非晶質ポリエステル(樹脂14)を得た。
実施例1〜10及び比較例1〜3
表3に示す結着樹脂100質量部、着色剤「Regal 330R」(キャボット社製、カーボンブラック)5質量部、離型剤「三井ハイワックスNP055」(三井化学社製、ポリプロピレンワックス、融点:125℃)2質量部、及び負帯電性荷電制御剤「ボントロン E-81」(オリエント化学工業社製)1質量部をヘンシェルミキサーで十分混合した後、同方向回転二軸押出し機を用い、ロール回転速度200r/min、ロール内の加熱温度80℃で溶融混練した。得られた溶融混練物を冷却、粗粉砕した後、ジェットミルにて粉砕し、分級して、体積中位粒径(D50)が8μmのトナー粒子を得た。
複写機「AR-505」(シャープ(株)製)の定着機を装置外での定着が可能なように改良した装置にトナーを実装し、シャープ(株)製の紙[CopyBond SF-70NA(75g/m2)]上に、未定着の状態で紙上に画像を得た。総定着圧が40kgfになるように調整した定着機(定着速度390mm/sec)を用い、定着ローラーの温度を100℃から240℃へと10℃ずつ順次上昇させながら、各温度で未定着画像の定着試験を行った。定着画像に「ユニセフセロハン」(三菱鉛筆社、幅:18mm、JISZ-1522)を貼り付け、30℃に設定した定着ローラーに通過させた後、テープを剥がした。テープを貼る前と剥がした後の光学反射密度を反射濃度計「RD-915」(マクベス社製)を用いて測定し、両者の比率(剥離後/貼付前×100)が最初に90%を越える定着ローラーの温度を最低定着温度とし、低温定着性を評価した。結果を表3に示す。
トナー4gを温度55℃、湿度60%の環境下で72時間放置した。放置後、トナー凝集の発生程度を24時間毎に目視にて観察し、以下の評価基準に従って、保存性を評価した。結果を表3に示す。
A:72時間後も凝集は認められない。
B:72時間後で凝集が認められる。
C:48時間後で凝集が認められる。
D:24時間後で凝集が認められる
「ページプレスト N-4」(カシオ計算機社製、定着:接触定着方式、現像:非磁性一成分現像方式、現像ロール径:2.3cm)にトナーを実装し、温度32℃、湿度85%の環境下にて黒化率5.5%の斜めストライプのパターンを連続して印刷した。途中、500枚ごとに黒ベタ画像を印字し、画像上のスジの有無を確認した。印刷は、画像上にスジが発生した時点で中止し、最高6000枚まで行った。画像上にスジが目視にて観察された時点までの印字枚数を、現像ロールにトナーが融着・固着したことによりスジが発生した枚数とし、耐久性を評価した。即ち、スジの発生しない枚数が多いほど、トナーの耐久性が高いものと判断できる。結果を表3に示す。
複写機「AR-505」(シャープ(株)製)の定着機を装置外での定着が可能なように改良した装置にトナーを実装し、未定着画像を得た。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を用いて、定着ロールの回転速度を265mm/secに設定し、定着装置中の定着ロール温度を170℃に設定して、定着処理を行い、定着画像を得た。その定着画像を用いて光沢度を測定した。光沢度は光沢度計「PG-1」(日本電色工業株式会社)を用い、光源を60°に設定して測定を行い、グロスを評価した。結果を表3に示す。光沢度の数値が大きいほど、グロスが良好であることを示す。
Claims (10)
- 脂肪族ジオールを含有するアルコール成分と、フラン環を有するカルボン酸化合物を含有するカルボン酸成分を、反応率が70〜99%に達するまで重縮合する工程1、及び工程1で得られた重縮合物にさらにスルホ基を有する有機化合物を添加し、重縮合する工程2を有する、ポリエステル系トナー用結着樹脂の製造方法。
- 工程1をスズ触媒又はチタン触媒の存在下で行う、請求項1記載の製造方法。
- スルホ基を有する有機化合物の使用量が、工程1に供するアルコール成分とカルボン酸成分の総量100質量部に対して、0.01〜0.5質量部である、請求項1又は2記載の製造方法。
- 工程2の反応温度が160〜240℃である、請求項1〜3いずれか記載の製造方法。
- スルホ基を有する有機化合物がアルキルベンゼンスルホン酸である、請求項1〜4いずれか記載の製造方法。
- 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を含有する、請求項1〜5いずれか記載の製造方法。
- 工程1で使用するスズ触媒又はチタン触媒と、工程2で使用するスルホ基を有する有機化合物の質量比(スズ触媒又はチタン触媒/スルホ基を有する有機化合物)が1/2〜50/1である、請求項2〜6いずれか記載の製造方法。
- 請求項1〜7いずれか記載の製造方法により得られたポリエステル系トナー用結着樹脂。
- ポリエステル系トナー用結着樹脂の数平均分子量が3000以上10000以下である、請求項8記載のポリエステル系トナー用結着樹脂。
- 請求項8又は9記載のポリエステル系トナー用結着樹脂を含有した静電荷像現像用トナー。
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