JP2016053654A - 電子写真用トナー - Google Patents
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Landscapes
- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Abstract
【解決手段】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60モル%以上含有するアルコール成分と、ロジン及び/又は変性ロジンを含有するカルボン酸成分とを重縮合して得られる非晶質ポリエステル(A)、数平均分子量が2500以上10000以下の結晶性ポリエステル(B)、及びイソシアネート基を有するポリエステル(C)を含有する混合物を40℃以上160℃以下の範囲内の温度で加熱する工程を含む方法により得られる、電子写真用トナー、及びその製造方法。
【選択図】なし
Description
(a)少なくとも1つの二酸、酸エステルまたはジエステルと;
(b)少なくとも1つのジオールとの重縮合生成物を含み、
(i)少なくとも1つの二酸、酸エステルまたはジエステルが、ロジン二酸、ロジン酸エステルまたはロジンジエステルを含むか、または、
(ii)少なくとも1つのジオールが、ロジンジオールを含む、ポリエステル樹脂
が開示されている。
〔1〕 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60モル%以上含有するアルコール成分と、ロジン及び/又は変性ロジンを含有するカルボン酸成分とを重縮合して得られる非晶質ポリエステル(A)、数平均分子量が2500以上10000以下の結晶性ポリエステル(B)、及びイソシアネート基を有するポリエステル(C)を含有する混合物を40℃以上160℃以下の範囲内の温度で加熱する工程を含む方法により得られる、電子写真用トナー、並びに
〔2〕 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60モル%以上含有するアルコール成分と、ロジン及び/又は変性ロジンを含有するカルボン酸成分とを重縮合して得られる非晶質ポリエステル(A)、数平均分子量が2500以上の結晶性ポリエステル(B)、及びイソシアネート基を有するポリエステル(C)を含有する混合物を40℃以上160℃以下の範囲内の温度で加熱する工程を含む、電子写真用トナーの製造方法
に関する。
により算出される。ここで、SP値とは、後述の環球式自動軟化点試験器で測定される軟化点を意味する。また、飽和SP値とは、(メタ)アクリル酸とロジンとの反応を、得られる(メタ)アクリル酸変性ロジンのSP値が飽和値に達するまで反応させたときのSP値を意味する。式(Aa)の分子は、(メタ)アクリル酸で変性したロジンのSP値の上昇度を意味するものであり、式(Aa)の値が大きいほど変性の度合いが高いことを示す。
により算出する。ここで、SP値とは、後述の環球式自動軟化点試験器で測定される軟化点を意味する。式(Aa)により算出される(メタ)アクリル酸変性度と同様に、式(Af)の分子は、フマル酸で変性したロジンのSP値の上昇度を意味するものであり、式(Af)の値が大きいほど変性の度合いが高いことを示す。
により算出する。ここで、SP値とは、後述の環球式自動軟化点試験器で測定される軟化点を意味する。また、飽和SP値とは、マレイン酸とロジンとの反応を、得られるマレイン酸変性ロジンのSP値が飽和値に達するまで反応させたときのSP値を意味する。式(Aa)により算出される(メタ)アクリル酸変性度と同様に、式(Am)の分子は、マレイン酸又は無水マレイン酸で変性したロジンのSP値の上昇度を意味するものであり、式(Am)の値が大きいほど変性の度合いが高いことを示す。
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を含有するアルコール成分と、カルボン酸成分とを重縮合して得られる非晶質ポリエステルが好ましい。
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、ジスアゾエロー等が用いることができ、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。着色剤の含有量は、トナーの画像濃度及び低温定着性を向上させる観点から、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上が好ましく、2質量部以上がより好ましい。また、40質量部以下が好ましく、10質量部以下がより好ましい。
フローテスター「CFT-500D」(島津製作所製)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「Q-100」(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製)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℃/min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10℃/min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頂点の温度を吸熱の最高ピーク温度とする。
示差走査熱量計「DSC210」(セイコー電子工業社製)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℃/minで0℃まで冷却する。次に試料を昇温速度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の方法により測定する。
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、試料をクロロホルムに、40℃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「DISMIC-25JP」(ADVANTEC社製)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、溶離液としてクロロホルムを、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)
溶融した状態の試料2.1gを所定のリングに流し込んだ後、室温まで冷却後、JIS B7410に基づき、下記の条件で測定を行う。
測定機:環球式自動軟化点試験器 ASP-MGK2((株)メイテック製)
昇温速度:5℃/min
昇温開始温度:40℃
測定溶剤:グリセリン
(1) 試料の調製
ロジン10gを、170℃で2時間ホットプレートで溶融する。その後、開封状態で温度25℃、相対湿度50%の環境下で1時間自然冷却させ、コーヒーミル(National MK-61M)で10秒間粉砕する。
(2) 測定
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℃/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のノズルから押出する。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。
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))に変更した。
示差走査熱量計「DSC210」(セイコー電子工業社製)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℃/minで0℃まで冷却する。次に試料を昇温速度10℃/minで昇温し、融解熱の最大ピーク温度を融点とする。
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個の粒子の粒径の数平均値をいう。長径と短径がある場合は長径を指す。
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(グリフィン):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。
分留管、還流冷却器及び受器を装備した1000ml容のフラスコに未精製トールロジン(SP値:77.0℃、軟化点:74.3℃、酸価:169mgKOH/g)332g(1モル)とアクリル酸72g(1モル)を加え、160℃から230℃に8時間かけて昇温し、230℃にてSP値が上がらなくなったことを確認した後に、5.3kPaの減圧下で未反応のアクリル酸及び低沸点物の留去を行い、アクリル酸変性ロジンを得た。得られたアクリル酸変性ロジンのSP値、即ち未精製ロジンを使用したアクリル酸変性ロジンの飽和SP値は110.1℃であった。
分留管、還流冷却器及び受器を装備した10L容のフラスコに未精製トールロジン(SP値:76.8℃)6084g(18モル)とアクリル酸907.9g(12.6モル)を加え、160℃から220℃に8時間かけて昇温し、220℃にて2時間反応させた後、さらに5.3kPaの減圧下で蒸留を行い、アクリル酸変性ロジンAを得た。アクリル酸変性ロジンAのSP値は110.4℃、アクリル酸変性度は100であった。
分留管、還流冷却器及び受器を装備した1000ml容のフラスコに未精製トールロジン(SP値:77.0℃)332g(1モル)、フマル酸81g(0.7モル)及びt-ブチルカテコール0.4gを加え、160℃から200℃に2時間かけて昇温し、200℃にて2時間反応させた後、さらに5.3kPaの減圧下で蒸留して未反応のフマル酸及び低沸点物を留去し、フマル酸変性ロジンを得た。得られたフマル酸変性ロジンのSP値は130.6℃であった。
分留管、還流冷却器及び受器を装備した10L容のフラスコに未精製トールロジン(SP値:76.8℃)5408g(16モル)、フマル酸928g(8モル)及びt-ブチルカテコール0.4gを加え、160℃から200℃に2時間かけて昇温し、200℃にて2時間反応させた後、さらに5.3kPaの減圧下で蒸留を行い、フマル酸変性ロジンAを得た。フマル酸変性ロジンAのSP値は130.8℃、ガラス転移温度は74.4℃、フマル酸変性度は100であった。
表1、2に示すアルコール成分、無水トリメリット酸以外のカルボン酸成分及びエステル化触媒を、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、無水トリメリット酸を投入し、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A1〜A7、A9)を得た。
表2に示すアルコール成分、カルボン酸成分及びエステル化触媒を、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、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A8)を得た。
表3に示すアルコール成分、カルボン酸成分及びエステル化触媒を、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、140℃まで昇温した後、200℃まで8時間かけて昇温を行った。その後、8.0kPaにて表3に示す軟化点に達するまで反応を行い、結晶性ポリエステル(樹脂B1〜B4)を得た。
表4に示すアルコール成分、カルボン酸成分及びエステル化触媒を、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、230℃にて8時間かけて反応を行った。その後、8.0kPaにて表4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(プレポリマーc1)を得た。
表4に示すアルコール成分、カルボン酸成分及びエステル化触媒を、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、220℃まで昇温し、8.0kPaにて表4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(プレポリマーc2)を得た。
プレポリマーc1 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、100℃で5時間反応させ、酢酸エチルを取り除き、イソシアネート基を有するポリエステル(樹脂C1)を得た。プレポリマーc2を用いた以外は、同様にして、イソシアネート基を有するポリエステル(樹脂C2)を得た。なお、プレポリマーの水酸基1モルに対するイソホロンジイソシアネートのイソシアネート基は、樹脂C1の製造においては0.60モル、樹脂C2の製造においては0.72モルであった。
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Dを得た。
表5に示す使用量で、非晶質ポリエステル、結晶性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステル、及びケチミン化合物Dと、着色剤「ECB-301」(大日精化社製)5質量部、荷電制御剤「LR-147」(日本カーリット社製)1質量部、エチレンビスステアリン酸アミド「カオーワックスEB-P」(花王株式会社製)1質量部及び離型剤「カルナウバワックス C1」(加藤洋行社製、融点:80℃)2質量部を、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90℃であり、混練物の温度は140℃、混練物の供給速度は10kg/h、平均滞留時間は約18秒であった。得られた混練物を140℃から50℃まで1.5時間で冷却し、50℃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。
ケチミン化合物Dを使用しなかった以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
イソシアネート基を有するポリエステル及びケチミン化合物Dを使用しなかった以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
結晶性ポリエステルを使用しなかった以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
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、未定着画像を得た。
その後、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)で、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)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、以下の評価基準に従って、低温定着性を評価した。結果を表5に示す。なお、定着試験に用いた紙は、シャープ(株)製のCopyBond SF-70NA(75g/m2)である。最低定着温度が低いほど、低温定着性に優れ、最低定着温度は、130℃以下が好ましく、120℃以下がより好ましく、110℃以下がさらに好ましい。
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5に示す。
A:48時間後及び72時間後も凝集は全く認められない。
B:48時間後で凝集は認められないが72時間後ではわずかに凝集が認められる。
C:48時間以内で既に凝集が認められる。
「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℃、相対湿度90%の条件下にて黒化率5.5%の斜めストライプのパターンにて、耐刷を行った。途中、500枚ごとに黒ベタ画像を印字し、画像上のスジを確認した。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て、耐久性を評価した。結果を表5に示す。スジが発生した枚数が多いほど、トナーの耐久性に優れ、その枚数は、3000枚以上が好ましく、4000枚以上がより好ましく、5000枚以上がさらに好ましい。
温度25℃、相対湿度50%の環境下で、トナー0.6gと、体積平均粒径60μmのシリコーンコートフェライトキャリア(関東電化工業社製)9.4gを20mL容の円柱状のポリエチレン製の容器に入れ、容器をターブラシェイカーミキサー中に固定し、90r/minの速度にて回転させた。経時での帯電量(混合時間1分、3分、5分、10分での帯電量)をq/mメータ(Epping社製)にて測定し、各混合時間(1分、3分、5分、10分)での帯電量の平均値(帯電量平均値)から、以下の評価基準に従って帯電安定性を評価した。結果を表5に示す。
メッシュ サイズ:400メッシュ(ステンレス製)
ソフトブロー吸引時間(ブロー圧 1050V):90秒
帯電量(μC/g)=トナー吸引時間90秒後の総電気量(μC)/吸引されたトナー量(g)
A:帯電量平均値と各混合時間の帯電量差が全て2μC/未満
B:帯電量平均値と各混合時間の帯電量差の少なくとも1つが2μC/g以上、5μC/g未満
C:帯電量平均値と各混合時間の帯電量差の少なくとも1つが5μC/g以上
(但し、BとCの両方に該当する場合は、Cとする)
実施例1と実施例7の比較により、実施例7で、高湿下での耐久性や帯電安定性が低下するのは、結晶性ポリエステルの分子量がやや低く、トナー表面への露出し易くなったためと考えられる。
実施例1と実施例9、10の比較により、実施例9で、結晶性ポリエステルが多いと、保存性、高湿下での耐久性、帯電安定性が低下し、実施例10で、結晶性ポリエステルが少ないと低温定着性が低下することがわかる。
比較例2は、イソシアネート基を有するポリエステルを用いていないため、高分子量体が少なく、保存性、高湿下での耐久性が低下するが、高分子量体が少ないため、結晶性ポリエステルは、分散し易く、帯電安定性には優れる。
比較例3は、低軟化点樹脂と高軟化点樹脂とを用いているため、保存性に加えて、高軟化点樹脂に含まれる高分子量体により耐久性も良好であるが、イソシアネート基を有するポリエステルを用いた場合と異なって、高分子量体が不均一に存在するため、結晶性ポリエステルの分散が十分とはならず、帯電安定性が低下したと考えられる。
比較例4は、結晶性ポリエステルを用いておらず、低温定着性に低下したと考えられる。
比較例5は、結晶性ポリエステルの数平均分子量が低く、高湿下での耐久性、帯電安定性が低下したのは、結晶性ポリエステルの低分子量体が、トナー表面に露出し易くなったためと考えられる。
比較例6は、非晶質ポリエステルに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が用いられていないため、保存性、高湿下での耐久性が低下したと考えられる。
比較例7は、非晶質ポリエステルに用いられた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が、アルコール成分中、50モル%であるため、保存性、高湿下での耐久性が低下したと考えられる。
Claims (8)
- 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60モル%以上含有するアルコール成分と、ロジン及び/又は変性ロジンを含有するカルボン酸成分とを重縮合して得られる非晶質ポリエステル(A)、数平均分子量が2500以上10000以下の結晶性ポリエステル(B)、及びイソシアネート基を有するポリエステル(C)を含有する混合物を40℃以上160℃以下の範囲内の温度で加熱する工程を含む方法により得られる、電子写真用トナー。
- 非晶質ポリエステル(A)のカルボン酸成分中、ロジン及び変性ロジンの合計量が、1モル%以上70モル%以下である、請求項1記載の電子写真用トナー。
- 非晶質ポリエステル(A)と結晶性ポリエステル(B)の質量比(非晶質ポリエステル(A)/結晶性ポリエステル(B))が、60/40以上98/2以下である、請求項1又は2記載の電子写真用トナー。
- イソシアネート基を有するポリエステル(C)と、非晶質ポリエステル(A)と結晶性ポリエステル(B)との合計量の質量比(イソシアネート基を有するポリエステル(C)/非晶質ポリエステル(A)と結晶性ポリエステル(B)との合計量)が、2/100以上30/100以下である、請求項1〜3いずれか記載の電子写真用トナー。
- 結晶性ポリエステル(B)が、炭素数2以上12以下の脂肪族ジオールを含有するアルコール成分と炭素数4以上14以下の脂肪族ジカルボン酸化合物を含有するカルボン酸成分とを重縮合して得られる樹脂である、請求項1〜4いずれか記載の電子写真用トナー。
- 混合物が、さらに、ケチミン化合物(D)を含有する、請求項1〜5いずれか記載の電子写真用トナー。
- 非晶質ポリエステル(A)のカルボン酸成分が、芳香族ジカルボン酸化合物を40モル%以上含有する、請求項1〜6いずれか記載の電子写真用トナー。
- 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60モル%以上含有するアルコール成分と、ロジン及び/又は変性ロジンを含有するカルボン酸成分とを重縮合して得られる非晶質ポリエステル(A)、数平均分子量が2500以上の結晶性ポリエステル(B)、及びイソシアネート基を有するポリエステル(C)を含有する混合物を40℃以上160℃以下の範囲内の温度で加熱する工程を含む、電子写真用トナーの製造方法。
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