JP2017129856A - トナーバインダーおよびトナー - Google Patents

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Abstract

【課題】低温定着性と光沢性および耐ホットオフセット性に優れ、トナーの流動性、耐熱保存性、帯電安定性、粉砕性、画像強度、耐折り曲げ性およびドキュメントオフセット性のすべてを満足するトナーバインダーおよびトナーを提供することを目的とする。【解決手段】酸価が5〜80KOHmg/gであるポリエステル樹脂(A)と、酸価が5KOHmg/g未満であるポリエステル樹脂(B)と、オキサゾリン化合物(D1)、カルボジイミド化合物(D2)およびアジリジン化合物(D3)からなる群から選ばれる1種以上の伸長剤(D)とを反応させてなる樹脂組成物(C)を含有するトナーバインダーを使用する。【選択図】なし

Description

本発明は、トナーバインダーおよびトナーに関する。詳しくは電子写真法、静電記録法や静電印刷法等において、静電荷像または磁気潜像の現像に用いられるトナー組成物およびトナーバインダーに関する。
近年、電子写真システムの発展に伴い、複写機やレーザープリンター等の電子写真装置の需要は急速に増加しており、それらの性能に対する要求も高度化している。一般に、電子写真方式では、感光体上に静電荷像(潜像)を形成した後、トナーを用いて潜像を現像し、トナー画像を形成する。そのトナー画像を紙等の記録媒体上に転写した後、加熱等の方法で定着する。
これらのプロセスを問題なく通過するためには、トナーはまず安定した帯電量を保持することが必要であり、次に紙への定着性が良好であることが必要とされる。また、装置は定着部に加熱体を有するため、装置内で温度が上昇することから、トナーは、装置内でブロッキングしないことが要求される。
さらに、電子写真装置の小型化、高速化、高画質化の促進とともに、定着工程における消費エネルギーを低減するという省エネルギーの観点から、トナーの低温定着性の向上が強く求められている。
トナーの定着温度を低くする手段として、結着樹脂のガラス転移点を低くする技術が一般的に使用されている。しかしながら、ガラス転移点を低くし過ぎると、粉体の凝集(ブロッキング)が起り易くなりトナーの保存性が低下するため、ガラス転移点の下限は実用上50℃である。このガラス転移点は、結着樹脂の設計ポイントであり、ガラス転移点を下げる方法では、更に低温定着可能なトナーを得ることはできない。
また、別の手段として、分子量を小さくすることが行われている。しかしながら、分子量を小さくしすぎると、トナー画像を熱ロール定着方式により定着する場合には定着時に熱ロールと溶融状態のトナーとが直接接触するが、このとき熱ロール上に移行したトナーが次に送られてくる転写紙等を汚す、いわゆるオフセット現象が生じ易いという欠点がある。
このような問題を解決するための手段として、例えば(特許文献1)には、架橋剤と分子量調節剤を用いて適度に架橋されたビニル系重合体からなるトナーが提案されており、(特許文献2)には重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比Mw/Mnが3.5〜40になるように分子量分布を広くしたトナーが提案されている。確かにこれらのトナーは、従来の分子量分布の狭い未架橋の単一樹脂に比べ、定着可能範囲、すなわちオフセット発生温度と定着下限温度との温度範囲は拡大するものの、まだ十分とはいえない。
さらに、高分子化用樹脂とポリエステル樹脂の混合物とイソシアネートとの反応生成物を用いたトナーが提案されている。(特許文献3〜9)
この方法でも同様に定着可能範囲は拡大するものの、同時に定着下限温度も上昇するため低温定着が困難となり、未だ高速化、省エネルギー化の要求には十分に答えられていない。また、イソシアネートと高分子化用樹脂が反応する際、凝集力の高いウレタン結合やウレア結合が生成し、そのためにトナー定着画像の光沢が低くなる問題が発生したり、低温定着性と粉砕性の両立が難しくなったりする。
一方で、オキサゾリン化合物を用いたトナーが提案されている。(特許文献10〜12)
しかしながら、この方法でも同様に高温でのオフセット現象はある程度防止できても、同時に定着下限温度も上昇するため低温定着が困難となり、未だ高速化、省エネルギー化の要求には十分に答えられていない。
特公昭51−2334号公報 特公昭55−6805号公報 特開昭63−56659号公報 特開平1−154068号公報 特開平2−166464号公報 特開平2−308175号公報 特開平4−211272号公報 特開平11−282203号公報 特開平11−305481号公報 特開2000−292968号公報 特開2000−292979号公報 特開2010−32564号公報
本発明は、低温定着性、光沢性および耐ホットオフセット性に優れ、トナーの流動性、耐熱保存性、帯電安定性、粉砕性、画像強度、耐折り曲げ性およびドキュメントオフセット性のすべてを満足するトナーバインダーおよびトナーを提供することを目的とする。
本発明者らは、これらの問題点を解決するべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。
すなわち本発明は、酸価が5〜80KOHmg/gであるポリエステル樹脂(A)と、酸価が5KOHmg/g未満であるポリエステル樹脂(B)と、オキサゾリン化合物(D1)、カルボジイミド化合物(D2)およびアジリジン化合物(D3)からなる群から選ばれる1種以上の伸長剤(D)とを反応させてなる樹脂組成物(C)を含有するトナーバインダー;およびこのトナーバインダー及び着色剤を含有するトナーである。
本発明のトナーバインダーおよびトナーは、低温定着性と光沢性および耐ホットオフセット性を両立しつつ、トナーの流動性、耐熱保存性、帯電安定性、粉砕性、画像強度、耐折り曲げ性およびドキュメントオフセット性に優れるという効果を奏する。
本発明のトナーバインダーは、酸価が5〜80KOHmg/gであるポリエステル樹脂(A)と、酸価が5KOHmg/g未満であるポリエステル樹脂(B)と、オキサゾリン化合物(D1)、カルボジイミド化合物(D2)およびアジリジン化合物(D3)からなる群から選ばれる1種以上の伸長剤(D)とを反応させてなる樹脂組成物(C)を含有する。
さらには、本発明の樹脂組成物(C)は、アルコール成分(y)とカルボン酸成分(x)を重縮合しエステル基で結合したポリエステル樹脂の一部に、オキサゾリン化合物(D1)およびカルボジイミド化合物(D2)からなる群から選ばれる伸長剤(D)で重付加して得られた、アミドエステル基、アシルウレア基、アミノエステル基を導入した樹脂組成物である。
この重付加反応で、伸長剤(D)は、酸価が5〜80KOHmg/gのポリエステル樹脂(A)と、酸価が5KOHmg/g未満のポリエステル樹脂(B)のどちらと反応してもよいが、耐熱保存性と低温定着性の点からポリエステル樹脂(A)と反応するほうが好ましい。
以下に、構成原料としてのポリエステル樹脂(A)、ポリエステル樹脂(B)、伸長剤(D)とこれらを反応させて得られる樹脂組成物(C)とその製造方法を順次説明する。
本発明のポリエステル樹脂(A)とポリエステル樹脂(B)は、その酸価の範囲が異なり、ポリエステル樹脂(A)の酸価が5〜80KOHmg/gであるのに対して、ポリエステル樹脂(B)の酸価は5KOHmg/g未満である。
ポリエステル樹脂(A)は、オキサゾリン基と反応したときに得られるアミドエステル由来のアミド基を形成するために、分子内にカルボキシル基を有することが必要である。
ポリエステル樹脂(A)の酸価5〜80KOHmg/gであり、好ましくは15〜65mgKOH/g、さらに好ましくは20〜50mgKOH/gである。酸価が5mgKOH/g以上であると耐ホットオフセット性が良好になり、酸価が80mgKOH/g以下であるとトナーとして用いた時の低温定着性、光沢性がより良好となる。
一方、ポリエステル樹脂(B)の酸価は、5KOHmg/g未満であり、好ましくは0.001〜4mgKOH/g、さらに好ましくは0.01〜1mgKOH/gである。酸価が5mgKOH/g以下であると、ポリエステル樹脂(B)の反応点が少なくなり、ポリエステル樹脂(B)を低粘度にすることができ、トナーとして用いた時の低温定着性、光沢性が良好となる。
なお、ポリエステル樹脂(A)、ポリエステル樹脂(B)、トナーバインダーなどの酸価は、JIS K0070(1992年版)に規定の方法で測定する。
なお、酸価は、以下の方法で測定する。
1)試料を精秤し、その重さをS(g)とする。
2)200ml三角フラスコに試料を入れ、THF50mlを加え、フェノールフタレイン指示薬を数滴加え、0.1規定のKOH・THF溶液を用いて滴定する。この時のKOH溶液の量をA(ml)とする。同時にブランクテストをし、この時のKOH溶液量をB(ml)とする。
3)次式により酸価を計算する。
酸価=(A−B)×f×5.61÷S(f:KOH溶液の力価)
本発明のトナーバインダーの樹脂組成物(C)を製造するに当たり、樹脂組成物(C)を構成する、樹脂(A)と樹脂(B)の重量比(A)/(B)は低温定着性と耐ホットオフセット性、光沢性の両立の観点から、好ましくは10/90〜30/70であり、更に好ましくは15/85〜25/75である。
本発明におけるポリエステル樹脂(A)とポリエステル樹脂(B)としては、1種類以上のカルボン酸成分(x)と1種類以上のアルコール成分(y)を重縮合して得られる。
カルボン酸成分(x)としては、ジカルボン酸(x1)および/または 、3〜6価若しくは3価以上のポリカルボン酸(x2)が挙げられる。
ジカルボン酸(x1)としては、炭素数2〜50のアルカンジカルボン酸(シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、レパルギン酸及びセバシン酸等)、炭素数4〜50のアルケンジカルボン酸(ドデセニルコハク酸等のアルケニルコハク酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸及びグルタコン酸等)、炭素数8〜36の芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸及びナフタレンジカルボン酸等)、不飽和カルボン酸のビニル重合体[数平均分子量(以下Mnと記載、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による):450〜10,000](α−オレフィン/マレイン酸共重合体等)等が挙げられる。
3〜6価又はそれ以上の価数のポリカルボン酸(x2)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸及びピロメリット酸等)、炭素数6〜36の脂肪族トリカルボン酸(ヘキサントリカルボン酸等)、不飽和カルボン酸のビニル重合体[Mn:450〜10,000](スチレン/マレイン酸共重合体、スチレン/アクリル酸共重合体、及びスチレン/フマル酸共重合体等)等が挙げられる。
カルボン酸成分(x)として、これらのカルボン酸の、無水物、低級アルキル(炭素数1〜4)エステル(メチルエステル、エチルエステル及びイソプロピルエステル等)を用いてもよいし、これらのカルボン酸と併用してもよい。
これらのカルボン酸成分(x)のうち、低温定着性と耐ホットオフセット性の両立の観点から好ましいものは、炭素数2〜50のアルカンジカルボン酸、炭素数4〜50のアルケンジカルボン酸、炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸、及び炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸である。
保存安定性の観点からさらに好ましくは、アジピン酸、炭素数16〜50のアルケニルコハク酸、テレフタル酸、イソフタル酸、マレイン酸、フマル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、及びこれらの併用である。
特に好ましくは、アジピン酸、テレフタル酸、トリメリット酸、及びこれらの併用である。これらの酸の無水物や低級アルキルエステルも、同様に好ましい。
カルボン酸成分(x)として、効果に影響のない範囲で、モノカルボン酸を使用してもよい。
アルコール成分(y)としては、ジオール(y1)、3〜8価またはそれ以上のポリオール(y2)が挙げられる。
ジオール(y1)としては、炭素数2〜36のアルキレングリコール(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、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール及び1,12−ドデカンジオール等);
炭素数4〜36のアルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール及びポリテトラメチレンエーテルグリコール等);炭素数6〜36の脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール及び水素添加ビスフェノールA等);
上記脂環式ジオールの(ポリ)オキシアルキレン〔アルキレン基の炭素数2〜4(オキシエチレン及びオキシプロピレン等)以下のポリオキシアルキレン基も同じ〕エーテル〔オキシアルキレン単位(以下、「オキシアルキレン」をAOと略記することがある。)の数1〜30〕;
2価フェノール〔単環2価フェノール(例えばハイドロキノン)、ビスフェノール類のポリオキシアルキレンエーテル(AO単位の数2〜30);等が挙げられる。
ビスフェノール類のポリオキシアルキレンエーテルは、通常、ビスフェノール類にアルキレンオキサイド(以下、「アルキレンオキサイド」をAOと略記することがある。)を付加して得られる。
ビスフェノール類としては、下記一般式(1)で示されるものが挙げられる。
OH−Ar−X−Ar−OH (1)
[式中、Xは炭素数1〜3のアルキレン基、−SO−、−O−、−S−、または直接結合を表し;Arは、ハロゲン原子または炭素数1〜30のアルキル基で置換されていてもよいフェニレン基を表す。]
ビスフェノール類としては具体的には、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールB、ビスフェノールAD、ビスフェノールS、トリクロロビスフェノールA、テトラクロロビスフェノールA、ジブロモビスフェノールF、2−メチルビスフェノールA、2,6−ジメチルビスフェノールA及び2,2’−ジエチルビスフェノールFが挙げられ、これらは2種以上を併用することもできる。
これらビスフェノール類に付加するアルキレンオキサイドとしては、炭素数が2〜4のアルキレンオキサイドが好ましく、具体的には、エチレンオキサイド(以下、EOと略記することがある。)、プロピレンオキサイド(以下、POと略記することがある。)、1,2−、2,3−、1,3−又はイソブチレンオキサイド、テトラヒドロフラン及びこれらの2種以上の併用が挙げられる。
これらの中で好ましくはEO及び/又はPOである。AOの付加モル数は、好ましくは2〜30モル、さらに好ましくは2〜10モルである。
ビスフェノール類のポリオキシアルキレンエーテルのうち、トナーの定着性の観点から好ましいものは、ビスフェノールAのEO及び/又はPO付加物(平均付加モル数2〜4、特に2〜3)である。
3〜8価またはそれ以上の価数のポリオール(y2)としては、炭素数3〜36の3〜8価又はそれ以上の脂肪族多価アルコール(アルカンポリオール及びその分子内又は分子間脱水物、例えばグリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ソルビタン、ポリグリセリン及びジペンタエリスリトール);
糖類及びその誘導体、例えばショ糖及びメチルグルコシド);
上記脂肪族多価アルコールの(ポリ)オキシアルキレンエーテル(AO単位の数1〜30);
トリスフェノール類(トリスフェノールPA等)のポリオキシアルキレンエーテル(AO単位の数2〜30);
ノボラック樹脂(フェノールノボラック及びクレゾールノボラック等、平均重合度3〜60)のポリオキシアルキレンエーテル(AO単位の数2〜30)等が挙げられる。
これらのアルコール成分(y)のうち、低温定着性と耐ホットオフセット性の両立の観点から好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコール、ビスフェノール類のポリオキシアルキレンエーテル(AO単位の数2〜30)、3〜8価又はそれ以上の脂肪族多価アルコール、及びノボラック樹脂のポリオキシアルキレンエーテル(AO単位の数2〜30)である。
保存安定性の観点からさらに好ましいものは、炭素数2〜10のアルキレングリコール、ビスフェノール類のポリオキシアルキレンエーテル(AO単位の数2〜5)、ノボラック樹脂のポリオキシアルキレンエーテル(AO単位の数2〜30)である。
特に好ましくは、炭素数2〜6のアルキレングリコール、ビスフェノールAのポリオキシアルキレンエーテル(AO単位の数2〜5)であり、最も好ましくは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ビスフェノールAのポリオキシアルキレンエーテル(AO単位の数2〜3)である。
アルコール成分(y)として、効果に影響のない範囲で、モノオールを使用してもよい。
本発明で使用する伸長剤(D)は、オキサゾリン化合物(D1)、カルボジイミド化合物(D2)およびアジリジン化合物(D3)からなる群から選ばれる化合物である。
オキサゾリン化合物(D1)中のオキサゾリン基とポリエステル樹脂(A)またはポリエステル樹脂(B)のカルボキシル基との反応は下記の反応式で表される。
Figure 2017129856
なお、Rは樹脂(A)および/または樹脂(B)からカルボキシル基を除いた残基を表し、Rはオキサゾリ化合物(D1)からオキサゾリン基を除いた残基を表す。
また、オキサゾリン化合物(D1)のオキサゾリン基の含有量は耐ホットオフセット性および耐熱保存性の観点からオキサゾリン化合物(D1)の重量に基づいて好ましくは3〜10ミリモル/gである。
オキサゾリン化合物(D1)としては、オキサゾリン環を1個含有する化合物(D11)、または2個以上有する化合物(D12)が挙げられる。
オキサゾリン環を1個有する化合物(D11)としては、たとえば、2−ビニル−2−オキサゾリン、2−ビニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−ビニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−4−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−メチル−2−オキサゾリン、2−イソプロペニル−5−エチル−2−オキサゾリン等が挙げられる。これらは、それぞれ単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
オキサゾリン環を2個以上有する化合物(D12)としては、たとえば、2,2’−ビス(2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(4−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(5−メチル−2−オキサゾリン)、2,2’−ビス(5,5’−ジメチルオキサゾリン)、2,2’−ビス(4,4,4’,4’−テトラメチル−2−オキサゾリン)、1,2−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)エタン、1,4−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ブタン、1,6−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ヘキサン、1,8−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)、1,4−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)シクロヘキサン、1,2−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、1,3−ビス(4,5−ジヒドロ−2−オキサゾリル)ベンゼン、1,3−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、1,4−ビス(2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、1,2−ビス(5−メチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、1,3−ビス(5−メチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、1,4−ビス(5−メチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼン、1,4−ビス(4,4’−ジメチル−2−オキサゾリン−2−イル)ベンゼンなどのビスオキサゾリン化合物、および、これらのビスオキサゾリン化合物のオキサゾリン基2化学当量と多塩基性カルボン酸(たとえばマレイン酸、琥珀酸、イタコン酸、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、メチルヘキサヒドロフタル酸、クロレンド酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸など)のカルボキシル基1化学当量とを反応させて得られる末端オキサゾリン基を有する化合物などを挙げることができる。
また、オキサゾリン化合物は、オキサゾリン環を開環させないで付加重合などの重合体から得られる1分子中に少なくとも2つ以上のオキサゾリン基を有するポリマー化した化合物でもよい。
具体的に例示すると市販品では、エポクロス(日本触媒株式会社製)WS−500、WS−700、K−1010E、K−2010E、K−1020E、K−2020E、K−1030E、K−2030E、RPS−1005などが挙げられる。
本実施形態に用いられるオキサゾリン化合物としては、分子中に2個以上のオキサゾリン基を有する化合物(D12)を用いることが耐ホットオフセット性、耐熱保存性の点で好ましい。
カルボジイミド化合物(D2)としては、分子内にカルボジイミド基を有し、ポリエステル樹脂(A)および/またはポリエステル樹脂(B)のカルボキシル基との反応によって、アシルウレア結合を形成するものであれば、特に限定されるものではないが、
本発明のN−アシルウレア基は、カルボキシル基とカルボジイミド基が下記の化学式で示される反応で得られるN−アシルウレア基のことである。
Figure 2017129856
なお、Rは樹脂(A)および/または樹脂(B)からカルボキシル基を除いた残基を表し、RとRはカルボジイミド化合物(D2)からカルボジイミド基を除いた残基を表す。
また、カルボジイミド化合物(D2)のカルボジイミド基の含有量は耐ホットオフセット性および耐熱保存性の観点からカルボジイミド化合物(D2)の重量に基づいて好ましくは1〜10ミリモル/gである。
カルボジイミド化合物(D2)としては、カルボジイミド基を1個含有する化合物(D21)、または2個以上有する化合物(D22)が挙げられる。
カルボジイミド基を1個有する化合物(D21)としては、たとえば、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、ジメチルカルボジイミド、ジイソブチルカルボジイミド、ジオクチルカルボジイミド、t−ブチルイソプロピルカルボジイミド、ジフェニルカルボジイミド、ジ−t−ブチルカルボジイミド、ジ−β−ナフチルカルボジイミド、N−イソプロピル−N’−[2−(メタクリロイルオキシ)エチル]カルボジイミド等が挙げられる。
カルボジイミド基を2個以上有する化合物(D22)としては、たとえば、ポリカルボジイミド樹脂が挙げられる。
ポリカルボジイミド樹脂は、原材料であるイソシアネート化合物を、3−メチル−1−フェニル−2−フォスフォレンオキシド、1−フェニル−2−フォスフォレン−1−オキシドなどのカルボジイミド化触媒の存在下、120〜150℃の反応温度で、加圧下で行うか、脂肪族アセテート系、ハロゲン系、脂環式エーテルなどの溶媒中で行うことによる脱炭酸縮合反応で得られる。
ポリカルボジイミド樹脂を製造するための原材料のイソシアネート化合物としては、2価のジイソシアネート化合物(E1)と3〜8価のポリイソシアネート化合物(E2)が挙げられる。
2価のジイソシアネート化合物(E1)としては、脂肪族ジイソシアネート化合物、脂環族ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート化合物が挙げられる。
脂肪族ジイソシアネート化合物としては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート,1,2−プロピレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなどが挙げられる。
脂環族ジイソシアネート化合物としては、例えば、1,3−シクロペンテンジイソシアネート,1,3−シクロへキサンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート,水素添加トリレンジイソシアネート、水素添加テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどが挙げられる。
芳香族ジイソシアネート化合物としては、例えば、フェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソソアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、2,2’一ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−トルイジンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートなどが挙げられる。
3〜8価のポリイソシアネート化合物(E2)としては、イソシアネート基を3〜8個有する化合物であれば特に限定されないが、トリイソシアネート、テトライソシアネート、イソシアヌレート、ビウレットの化学構造を含む化合物などが挙げられる。
トリイソシアネート化合物としては、例えば、下記の化学式(1)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2017129856
[式中、Rはアルキル基、Rはアルキレン基を表す。]
テトライソシアネート化合物としては、例えば、下記の化学式(2)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2017129856
[式中、Rはアルキレン基を表す。]
イソシアヌレート構造を有する化合物としては、例えば、イソシアヌレート3量体、イソシアヌレート5量体が挙げられ、また、イソシアヌレート7量体、9量体以上の多量体も存在する。
イソシアヌレート3量体とは、ジイソシアネートモノマー3分子からなり、イソシアヌレート基を有するポリイソシアネートであり、例えば、下記の化学式(3)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2017129856
[式中、Rはジイソシアネートモノマーからイソシアネート基を1つ除いた残基を表す。]
また、イソシアヌレート5量体とは、ジイソシアネートモノマー6分子からなる、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネートであり、例えば、下記の化学式(4)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2017129856
[式中、Rはジイソシアネートモノマーからイソシアネート基を1つ除いた残基を表す。]
ビウレット構造を有する化合物とはウレアとイソシアネート基から形成され、例えば、下記の化学式(5)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2017129856
[式中、Rはジイソシアネートモノマーからイソシアネート基を1つ除いた残基を表す。]
上記の原材料より得られるポリカルボジイミド樹脂としては、ポリtert−ブチルカルボジイミド、ポリテトラメチルキシリレンカルボジイミド、ポリ2,4−トリレンカルボジイミド、ポリ2,6−トリレンカルボジイミド、ポリo−トリレンカルボジイミド、ポリ4,4−ジフェニルメタンカルボジイミド、ポリ4,4−ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド、ポリ4,4−ジフェニルエーテルカルボジイミド、ポリ3,3−ジメトキシ−4,4−ビフェニルカルボジイミド、ポリp−フェニレンカルボジイミド、ポリナフチレン−1,5−カルボジイミド、ポリm−キシリレンカルボジイミド、ポリ水添キシリレンカルボジイミド、ポリヘキサメチレンカルボジイミド、ポリトリメチルヘキサメチレンカルボジイミド、ポリイソホロンカルボジイミドなどが挙げられる。
また、カルボジイミド基を2個以上有する化合物(D22)は、カルボジイミド基を反応させないで付加重合などの重合体から得られる1分子中に少なくとも2つ以上のカルボジイミド基を有するポリマー化した化合物でもよい。具体的に例示すると市販品では、カルボジライト(日清紡ケミカル株式会社製)V−02B、V−03、V−05、V−09、E−02などが挙げられる。
本実施形態に用いられるカルボジイミド化合物(D2)としては、カルボジライト(日清紡ケミカル株式会社製)V−02B、V−09を用いることが耐ホットオフセット性、耐熱保存性の点で好ましい。
本発明で使用するアジリジン化合物(D3)としては、分子内にアジリジン基を有し、ポリエステル樹脂(A)またはポリエステル樹脂(B)のカルボキシル基との反応によって、アミノエステル結合を形成するものであれば、特に限定されるものではない。
本発明のアジリジン化合物(D3)は、分子内のアジリジン基がカルボキシル基と下記の化学式に示されるように反応する。
Figure 2017129856
なお、Rは樹脂(A)または樹脂(B)からカルボキシル基を除いた残基を表し、RとRはアジリジン化合物(D3)からアジリジン基を除いた残基を表す。
また、アジリジン化合物(D3)のアジリジン基の含有量は耐ホットオフセット性および耐熱保存性の観点からアジリジン化合物(D3)の重量に基づいて好ましくは4.0〜10.0ミリモル/gである。
アジリジン化合物(D3)としては、例えば、アジリジン基を2個含有する化合物(D31)としては4,4−ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン[ケミタイト(日本触媒製)DZ22E]、アジリジン基を3個以上含有する化合物(D32)としては2,2−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス[3−(1−アジリジニル)プロピオネート][ケミタイト(日本触媒製)DZ33]などが挙げられる。
ポリエステル樹脂(A)のカルボキシル基とポリエステル樹脂(B)のカルボキシル基のモル数の合計(p)と、オキサゾリン化合物(D1)のオキサゾリン基のモル数(q)とが下記関係式(1)を満足する。
0.40≦q/p≦1.60 (1)
この範囲にあると分子量が十分大きくなることで耐ホットオフッセット性が良好となる。
ポリエステル樹脂(A)のカルボキシル基とポリエステル樹脂(B)のカルボキシル基のモル数の合計(p)と、カルボジイミド化合物(D2)のカルボジイミド基のモル数(r)とが下記関係式(2)を満足する。
0.40≦r/p≦1.60 (2)
この範囲にあると分子量が十分大きくなることで耐ホットオフッセット性が良好となる。
ポリエステル樹脂(A)のカルボキシル基とポリエステル樹脂(B)の合計のカルボキシル基のモル数の合計(p)と、アジリジン化合物(D3)のアジリジン基のモル数(s)とが下記関係式(3)を満足する。
0.40≦s/p≦1.60 (3)
この範囲にあると分子量が十分大きくなることで耐ホットオフッセット性が良好となる。
本発明において(A)、(B)各々のポリエステル樹脂は、通常のポリエステル製造法と同様にして製造することができる。
例えば、不活性ガス(窒素ガス等)雰囲気中で、反応温度が好ましくは150〜280℃、さらに好ましくは160〜250℃、とくに好ましくは170〜235℃で反応させることにより行うことができる。また反応時間は、重縮合反応を確実に行う観点から、好ましくは30分以上、とくに好ましくは2〜40時間である。
このとき必要に応じてエステル化触媒を使用することができる。エステル化触媒の例には、スズ含有触媒(例えばジブチルスズオキシド)、三酸化アンチモン、チタン含有触媒〔例えばチタンアルコキシド、シュウ酸チタン酸カリウム、テレフタル酸チタン、テレフタル酸チタンアルコキシド、特開2006−243715号公報に記載の触媒〔チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート)、チタニウムモノヒドロキシトリス(トリエタノールアミネート)、チタニルビス(トリエタノールアミネート)及びそれらの分子内重縮合物等〕、及び特開2007−11307号公報に記載の触媒(チタントリブトキシテレフタレート、チタントリイソプロポキシテレフタレート、及びチタンジイソプロポキシジテレフタレート等)]、ジルコニウム含有触媒(例えば酢酸ジルコニル)、及び酢酸亜鉛等が挙げられる。これらの中で好ましくはチタン含有触媒である。反応末期の反応速度を向上させるために減圧することも有効である。
また、ポリエステル重合安定性を得る目的で、安定剤を添加してもよい。安定剤としては、ハイドロキノン、メチルハイドロキノン、ヒンダードフェノール化合物などが挙げられる。
ポリオール成分(x)とポリカルボン酸成分(y)との反応比率は、水酸基とカルボキシル基の当量比[OH]/[COOH]として、分子量制御の観点から好ましくは2/1〜1/2、さらに好ましくは1.5/1〜1/1.3、とくに好ましくは1.4/1〜1/1.2である。
本発明のトナーバインダーは、オキサゾリン化合物(D1)を用いた場合、耐ホットオフセット性および耐熱保存性の観点からアミド基の含有量がトナーバインダーの重量に基づいて好ましくは0.07〜3.00ミリモル/g、より好ましくは0.09〜2.00ミリモル/g、さらに好ましくは 0.12〜1.00ミリモル/gである。
ここでアミド基とは、−NHCO−結合のことである。アミド基の含有量(ミリモル/g)は、単位質量あたりのトナーバインダーに含まれるアミド結合の数である。本発明のアミド基は、上記の反応式に示されるカルボキシル基とオキサゾリン基が反応して生成したアミド基のことである。
アミド基の含有量が0.07ミリモル/g未満であると凝集力が低下し、耐ホットオフセット性が悪化し、3.00ミリモル/gより大きいと凝集力が高すぎるため、光沢性、低温定着性が悪化する。
本発明のトナーバインダーのアミド基の含有量C(ミリモル/g)の定量方法としては、特に制限されないが、例えば、以下の(1)から(3)の方法が挙げられ、任意に選ぶことができる。
(1)トナーバインダー中の酸価を、JIS K0070(1992年版)に規定の方法で測定し、定量を行い以下の計算式に従って算出され得る方法。
C(ミリモル/g)={(樹脂(A)の酸価×樹脂(A)の重量比)+(樹脂(B)の酸価×樹脂(B)の重量比)−トナーバインダーの酸価}/56100×1000
(2)トナーバインダー中のオキサゾリン化合物をTHFやメタノールなどの有機溶媒に抽出させ高速液体クロマトグラフ質量分析計(LC−MS)で測定し、オキサゾリン化合物の定量を行い以下の計算式に従って算出され得る方法。
C(ミリモル/g)={(使用したオキサゾリン化合物の量(g)−トナーバインダー中のオキサゾリン化合物の量(g))/使用したオキサゾリン化合物の量}×反応前の理論オキサゾリン基量(ミリモル/g)/トナーバインダーの重量(g)
(3)トナーバインダー中のアミド基由来の−NH−プロトンを核磁気共鳴装置(NMR)で測定し、化学組成の同定と定量を行う方法。
本発明のトナーバインダー中のオキサゾリン化合物の含有量は、以下の方法で測定することができる。
(1)<サンプル調製>トナーバインダー200mgをスクリュー管に秤量し、メタノール25mlを入れ30分超音波を当てオキサゾリン化合物を抽出する。その後、遠心分離をかけ、上澄みをサンプリングし、ろ過して測定用サンプルを調製する。
(2)測定条件は以下の通り。
分析装置:LCMS−8030(島津製作所製)
カラム:InertSustainSwift(GLサイエンス社製)粒子径1.9μm、内径2.1mm、長さ50mm
移動相:A(酢酸アンモニウム水溶液/メタノール=80/20) Bメタノール A/B=40/60
流速:0.3mL/分
注入量:0.2μl
イオン源:ESI(±)
本発明のトナーバインダーは、カルボジイミド化合物(D2)を用いた場合、耐ホットオフセット性および耐熱保存性の観点からトナーバインダーの重量に基づいてN−アシルウレア基の含有量が好ましくは0.14〜1.50ミリモル/g、好ましくは0.15〜1.00ミリモル/g、さらに好ましくは0.20〜0.50ミリモル/gである。
N−アシルウレア基の含有量(ミリモル/g)は、単位重量あたりのトナーバインダーに含まれるN−アシルウレア基の数である。
本発明のN−アシルウレア基は、上記の反応式に示されるカルボキシル基とカルボジイミド基が反応したときに得られるアミドエステル由来のN−アシルウレア基のことである。
N−アシルウレア基濃度が0.14ミリモル/g未満であると凝集力が低下し、耐ホットオフセット性が悪化し、1.50ミリモル/gより大きいと凝集力が高すぎるため、光沢性、低温定着性が悪化する。
本発明のトナーバインダーのN−アシルウレア基濃度C(mmol/g)の定量方法としては、特に制限されないが、例えば、以下の(1)の方法が挙げられる。
(1)トナーバインダー中の酸価を、JIS K0070(1992年版)に規定の方法で測定し、定量を行い以下の計算式に従って算出され得る方法。
C(mmol/g)={(樹脂(A)の酸価×樹脂(A)の重量比)+(樹脂(B)の酸価×樹脂(B)の重量比)−トナーバインダーの酸価}/56100×1000
本発明のトナーバインダーは、アジリジン化合物(D3)を用いた場合、耐ホットオフセット性および耐熱保存性の観点からアミノ基の含有量がトナーバインダーの重量に基づいて好ましくは0.07〜3.00ミリモル/g、より好ましくは0.09〜2.00ミリモル/g、さらに好ましくは0.12〜1.00ミリモル/gである。
アミノ基の含有量(ミリモル/g)は、単位重量あたりのトナーバインダーに含まれるアミノ基の数である。
本発明のアミノ基は、上記の反応式に示されるカルボキシル基とアジリジン基が反応したときに生成するアミノ基のことである。
本発明のトナーバインダーのアミノ基の含有量C(ミリモル/g)の定量方法としては、特に制限されないが、例えば、以下の(1)の方法が挙げられる。
(1)トナーバインダー中の酸価を、JIS K0070(1992年版)に規定の方法で測定し、定量を行い以下の計算式に従って算出され得る方法。
C(ミリモル/g)={(樹脂(A)の酸価×樹脂(A)の重量比)+(樹脂(B)の酸価×樹脂(B)の重量比)−トナーバインダーの酸価}/56100×1000
本発明のトナーバインダー中のポリエステル樹脂(A)のガラス転移温度は−35℃以上45℃未満好ましく、さらに好ましくは、−10℃以上40℃未満である。
−35℃未満の場合は、耐熱保存性が不十分である。
本発明のトナーバインダー中のポリエステル樹脂(B)のガラス転移温度は45℃以上80℃以下好ましく、さらに好ましくは、50℃以上75℃未満である。
80℃を超えると定着性が不十分である。
なお、ガラス転移温度(Tg)は、ASTM D3418−82に規定の方法(DSC法)で示差走査熱量測定され、DSCによるチャートでガラス転移温度(Tg)を示す変曲点を確認することができる。例えばセイコーインスツル(株)製DSC20、SSC/580を用いて測定できる。
具体的には 試料5mgをDSC装置の容器に入れ,ガラス転移終了時より約30℃高い温度まで毎分20℃で加熱し、ガラス転移温度より約50℃低い温度まで毎分60℃で冷却した後、ガラス転移終了時より約30℃高い温度まで毎分20℃で加熱する。
上記測定から吸発熱量と温度とのグラフを描き、そのグラフの低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線の勾配が最大になるような点で引いた接線との交点の温度をガラス転移温度(Tg)とする。
本発明のトナーバインダーの酸価は20mgKOH/g以下であることが好ましい。さらに好ましくは15mgKOH/g以下、最も好ましくは10mgKOH/g以下である。酸価が20mgKOH/g以下であるとトナーとして用いた時の低温定着性、帯電性がより良好となる。
樹脂組成物(C)を製造する方法としては、特に制限されないが、例えば、以下の(1)〜(3)の方法が挙げられ、任意に選ぶことができる。
(1)予めポリエステル樹脂(A)と伸長剤(D)を重付加反応した後に、ポリエステル樹脂(B)と混合する方法。
(2)予めポリエステル樹脂(B)と伸長剤(D)を重付加反応した後に、ポリエステル樹脂(A)と混合する方法。
(3)ポリエステル樹脂(A)とポリエステル樹脂(B)の混合物と伸長剤(D)を重付加反応する方法。
これらのうち、ポリエステル樹脂(A)とポリエステル樹脂(B)の混合物と伸長剤(D)を重付加反応する(3)の方法が反応速度の制御や樹脂の均一性の点で好ましい。
この伸長剤(D)を混合して重付加反応を行うための方法は、特に限定されず、以下に説明するトナーバインダーの製造中に行っても良く、反応容器で溶融混合反応してもよいし、二軸押出機で加熱溶融反応させてもよい。
トナーバインダーの製造方法について説明する。
トナーバインダーは、樹脂組成物(C)を含有していればとくに限定されず、たとえば2種類の樹脂や添加剤を混合する場合、混合方法は通常行われる公知の方法でよく、粉体混合、溶融混合、溶剤混合のいずれでもよい。また、トナー化時に混合してもよい。この方法の中では、均一に混合し、溶剤除去の必要のない溶融混合が好ましい。
粉体混合する場合の混合装置としては、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、及びバンバリーミキサー等が挙げられる。好ましくはヘンシェルミキサーである。
溶融混合する場合の混合装置としては、反応槽等のバッチ式混合装置、及び連続式混合装置が挙げられる。適正な温度で短時間で均一に混合するためには、連続式混合装置が好ましい。連続混合装置としては、エクストルーダー、コンティニアスニーダー、3本ロール等が挙げられる。
溶剤混合の方法としては、2種類の樹脂を溶剤(酢酸エチル、THF及びアセトン等)に溶解し、均一化させた後、脱溶剤、粉砕する方法や、2種類の樹脂を溶剤(酢酸エチル、THF及びアセトン等)に溶解し、水中に分散させた後、造粒、脱溶剤する方法などがある。
この溶融混合を行うための具体的方法としては樹脂(A)と樹脂(B)との混合物を二軸押出機に一定速度で注入し、同時にオキサゾリン化合物(D1)も一定速度で注入し、100〜200℃の温度で混練搬送しながら反応を行わせるなどの方法がある。
このとき、二軸押出機に投入または注入される反応原料である樹脂(A)と樹脂(B)は、それぞれ樹脂反応溶液から冷却することなくそのまま直接押出機に注入するようにしてもよいし、また一旦製造した樹脂を冷却、粉砕したものを二軸押出機に供給することにより行ってもよい。
また、溶融混合する方法がこれら具体的に例示された方法に限られるわけではなく、例えば反応容器中に原料を仕込み、溶液状態となる温度に加熱し、混合するような方法など適宜の方法で行うことができることはもちろんである。
本発明のトナーは、本発明のトナーバインダー及び着色剤を含有する。
着色剤としては、トナー用着色剤として使用されている染料、顔料等のすべてを使用することができる。
具体的には、カーボンブラック、鉄黒、スーダンブラックSM、ファーストイエローG、ベンジジンイエロー、ピグメントイエロー、インドファーストオレンジ、イルガシンレッド、パラニトロアニリンレッド、トルイジンレッド、カーミンFB、ピグメントオレンジR、レーキレッド2G、ローダミンFB、ローダミンBレーキ、メチルバイオレットBレーキ、フタロシアニンブルー、ピグメントブルー、ブリリアントグリーン、フタロシアニングリーン、オイルイエローGG、カヤセットYG、オラゾールブラウンB及びオイルピンクOP等が挙げられ、これらは単独で又は2種以上を混合して用いることができる。また、必要により磁性粉(鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属の粉末若しくはマグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の化合物)を着色剤としての機能を兼ねて含有させることができる。
着色剤の含有量は、本発明のトナーバインダー100重量部に対して、好ましくは1〜40重量部、さらに好ましくは3〜10重量部である。なお、磁性粉を用いる場合は、好ましくは20〜150重量部、さらに好ましくは40〜120重量部である。
本発明のトナーは、トナーバインダー、着色剤以外に、必要により、離型剤、荷電制御剤、流動化剤等から選ばれる1種以上の添加剤を含有する。
離型剤としては、フローテスターによる軟化点〔Tm〕が50〜170℃のものが好ましく、ポリオレフィンワックス、天然ワックス、炭素数30〜50の脂肪族アルコール、炭素数30〜50の脂肪酸およびこれらの混合物等が挙げられる。
ポリオレフィンワックスとしては、オレフィン(例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブチレン、1−ヘキセン、1−ドデセン、1−オクタデセンおよびこれらの混合物等)の(共)重合体[(共)重合により得られるものおよび熱減成型ポリオレフィンを含む]、オレフィンの(共)重合体の酸素および/またはオゾンによる酸化物、オレフィンの(共)重合体のマレイン酸変性物[例えばマレイン酸およびその誘導体(無水マレイン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノブチルおよびマレイン酸ジメチル等)変性物]、オレフィンと不飽和カルボン酸[(メタ)アクリル酸、イタコン酸および無水マレイン酸等]および/または不飽和カルボン酸アルキルエステル[(メタ)アクリル酸アルキル(アルキルの炭素数1〜18)エステルおよびマレイン酸アルキル(アルキルの炭素数1〜18)エステル等]等との共重合体、およびサゾールワックス等が挙げられる。
天然ワックスとしては、例えばカルナウバワックス、モンタンワックス、パラフィンワックスおよびライスワックスが挙げられる。炭素数30〜50の脂肪族アルコールとしては、例えばトリアコンタノールが挙げられる。炭素数30〜50の脂肪酸としては、例えばトリアコンタンカルボン酸が挙げられる。
離型剤はトナー重量に基づき、好ましくは0〜30重量%、より好ましくは0.5〜20重量%、特に好ましくは1〜10重量%である。
荷電制御剤としては、ニグロシン染料、3級アミンを側鎖として含有するトリフェニルメタン系染料、4級アンモニウム塩、ポリアミン樹脂、イミダゾール誘導体、4級アンモニウム塩基含有ポリマー、含金属アゾ染料、銅フタロシアニン染料、サリチル酸金属塩、ベンジル酸のホウ素錯体、スルホン酸基含有ポリマー、含フッ素系ポリマー、ハロゲン置換芳香環含有ポリマー等が挙げられる。
荷電制御剤はトナー重量に基づき、好ましくは0〜20重量%、より好ましくは0.1〜10重量%、特に好ましくは0.5〜7.5重量%である。
流動化剤としては、コロイダルシリカ、アルミナ粉末、酸化チタン粉末、炭酸カルシウム粉末等が挙げられる。
流動化剤はトナー重量に基づき、好ましくは0〜10重量%、より好ましくは0〜5重量%、特に好ましくは0.1〜4重量%である。
本発明のトナーは、公知の混練粉砕法、乳化転相法、重合法等のいずれの方法により得られたものであってもよい。
例えば、混練粉砕法によりトナーを得る場合、流動化剤を除くトナーを構成する成分を乾式ブレンドした後、溶融混練し、その後粗粉砕し、最終的にジェットミル粉砕機等を用いて微粒化して、さらに分級することにより、体積平均粒径(D50)が好ましくは5〜20μmの微粒とした後、流動化剤を混合して製造することができる。
なお、粒径(D50)はコールターカウンター[例えば、商品名:マルチサイザーIII(コールター社製)]を用いて測定される。
また、乳化転相法によりトナーを得る場合、流動化剤を除くトナーを構成する成分を有機溶剤に溶解または分散後、水を添加する等によりエマルジョン化し、次いで分離、分級して製造することができる。トナーの体積平均粒径は、3〜15μmが好ましい。
本発明のトナーは、必要に応じて鉄粉、ガラスビーズ、ニッケル粉、フェライト、マグネタイト、および樹脂(アクリル樹脂、シリコーン樹脂等)により表面をコーティングしたフェライト等のキャリア粒子と混合されて電気的潜像の現像剤として用いられる。トナーとキャリア粒子との重量比は、通常1/99〜100/0である。また、キャリア粒子の代わりに帯電ブレード等の部材と摩擦し、電気的潜像を形成することもできる。
本発明のトナーは、複写機、プリンター等により支持体(紙、ポリエステルフィルム等)に定着して記録材料とされる。支持体に定着する方法としては、公知の熱ロール定着方法、フラッシュ定着方法等が適用できる。
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。
<製造例1> [ポリエステル樹脂(A−1)の製造]
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールA・PO3モル付加物(三洋化成工業製ハイマーBP−3P)649部、フェノールノボラック102部、テレフタル酸120部、アジピン酸88部、フマル酸13部、縮合触媒としてジブチル錫オキシド0.6部を入れ、220℃で窒素気流下に、生成する水を留去しながら4時間反応させた。さらに、0.5〜2.5kPaの減圧下に10時間反応させ、酸価が1未満になった時点で180℃まで冷却した後、無水トリメリット酸82部を入れ、常圧で1時間反応させて取り出し、ポリエステル樹脂(A−1)を得た。
ポリエステル樹脂(A−1)の酸価は40、Tgは40℃、重量平均分子量Mwは8120だった。
<製造例2〜4> [ポリエステル樹脂(A−2)〜(A−4)の製造]
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、表1に記載したアルコール成分とカルボン酸成分を仕込み、それ以外は製造例1と同様に反応を行い、ポリエステル樹脂(A−2)〜(A−4)を得た。
表1に酸価、Tg、Mwを記載した。
Figure 2017129856
<比較製造例1> [ポリエステル樹脂(A’−1)の製造]
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、表1に記載したアルコール成分とカルボン酸成分を仕込み、それ以外は製造例3と同様に反応を行い、ポリエステル樹脂(A’−1)を得た。
なお、アルコール成分としてビスフェノールA・EO2モル付加物(三洋化成工業製ニューポールBPE−20)三洋化成工業製ハイマーBP−2P)を用いた。
ポリエステル樹脂(A’−1)は酸価が93のため、本発明のポリエステル樹脂(A)には該当しない。
<製造例5> [ポリエステル樹脂(B−1)の製造]
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールA・PO2モル付加物(三洋化成工業製ハイマーBP−2P)608部、ビスフェノールA・PO3モル付加物170部、テレフタル酸280部、縮合触媒としてジブチル錫オキシド1.5部を入れ、220℃で窒素気流下に、生成する水を留去しながら4時間反応させた。さらに、0.5〜2.5kPaの減圧下に10時間反応させ、酸価が5未満になった時点で取り出し、ポリエステル樹脂(B−1)を得た。
ポリエステル樹脂(B−1)の酸価は1、Tgは57℃、重量平均分子量Mwは4980だった。
<製造例6〜8> [ポリエステル樹脂(B−2)〜(B−4)の製造]
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、表2に記載したアルコール成分とカルボン酸成分を仕込み、それ以外は製造例3と同様に反応を行い、ポリエステル樹脂(B−2)〜(B−4)を得た。
表2に酸価、Tg、Mwを記載した。
Figure 2017129856
<実施例1> [トナーバインダー(TB−1)の製造]
ポリエステル樹脂(A−1)30部とポリエステル樹脂(B−1)70部、同時に伸長剤のオキサゾリン化合物(D1)として1,3−ビス(4,5−ジヒドロ−2−オキサゾリル)ベンゼン(D1−1)2.5部を重量比で(A−1)/(B−1)/(D1−1)=30/70/2.5となるように二軸混練器(栗本鉄工所製,S5KRCニーダー)に供給して反応温度190℃で滞留時間6分反応を行った。得られたものを冷却し、樹脂組成物(C−1)を含有するトナーバインダー(TB−1)を得た。
トナーバインダー(TB−1)のアミド基含有量は0.22ミリモル/gであった。
また、オキサゾリン基含有量はオキサゾリン化合物(D1)の重量に基づいて9.3ミリモル/gであった。
<実施例2> [トナーバインダー(TB−2)の製造]
実施例1において、伸長剤のオキサゾリン化合物(D1−1)2.5部を伸長剤のカルボジイミド化合物(D2)としてカルボジライトV−02B[日清紡ケミカル株式会社 製](D2−1)13.6部に変更し、重量比で(A−1)/(B−1)/(D1−1)=30/70/13.6となるように二軸混練器に供給した以外は、実施例1と同様な操作を行い、樹脂組成物(C−2)を含有するトナーバインダー(TB−2)を得た。
トナーバインダー(TB−2)のN−アシルウレア基含有量は0.20ミリモル/gであった。
また、カルボジイミド基含有量はカルボジイミド化合物(D2)の重量に基づいて1.7ミリモル/gであった。
<実施例3> [トナーバインダー(TB−3)の製造]
実施例1において、ポリエステル樹脂(A−1)30部をポリエステル樹脂(A−2)30部に変更し、ポリエステル樹脂(B−1)70部をポリエステル樹脂(B−2)70部に変更し、オキサゾリン化合物(D1−1)2.5部をオキサゾリン化合物(D1−1)2.0部に変更し、重量比で(A−2)/(B−2)/(D1−1)=30/70/2.0となるように二軸混練器に供給した以外は、実施例1と同様な操作を行い、樹脂組成物(C−3)を含有するトナーバインダー(TB−3)を得た。
トナーバインダー(TB−3)のアミド基含有量は0.18ミリモル/gであった。
また、オキサゾリン基含有量はオキサゾリン化合物(D1)の重量に基づいて9.3ミリモル/gであった。
<実施例4> [トナーバインダー(TB−4)の製造]
実施例1において、ポリエステル樹脂(A−1)30部、ポリエステル樹脂(B−1)70部を、それぞれポリエステル樹脂(A−1)10部、ポリエステル樹脂(B−1)90部に変更し、オキサゾリン化合物(D1−1)2.5部を、(D1)としてオキサゾリン化合物(D1−1)3モルに対してトリメリット酸を1モル反応させたもの(D1−2)4.1部に変更し、重量比で(A−1)/(B−1)/(D1−1)=10/90/4.1となるように二軸混練器に供給した以外は、実施例1と同様な操作を行い、樹脂組成物(C−4)を含有するトナーバインダー(TB−4)を得た。
トナーバインダー(TB−4)のアミド基含有量は0.14ミリモル/gであった。
また、オキサゾリン化合物(D1)に基づいたオキサゾリン基含有量は3.5ミリモル/gであった。
<実施例5> [トナーバインダー(TB−5)の製造]
実施例1において、ポリエステル樹脂(A−1)30部をポリエステル樹脂(A−3)30部に変更し、ポリエステル樹脂(B−1)70部をポリエステル樹脂(B−3)70部に変更し、伸長剤のオキサゾリン化合物(D1−1)2.5部を伸長剤のカルボジイミド化合物(D2)としてカルボジライトV−09B[日清紡ケミカル株式会社 製](D2−2)4.2部に変更し、重量比で(A−3)/(B−3)/(D2−2)=30/70/4.2となるように二軸混練器に供給した以外は、実施例1と同様な操作を行い、樹脂組成物(C−5)を含有するトナーバインダー(TB−5)を得た。
トナーバインダー(TB−5)のN−アシルウレア基含有量は0.20ミリモル/gであった。
また、カルボジイミド化合物(D2)に基づいたカルボジイミド基含有量は4.9ミリモル/gであった。
<実施例6> [トナーバインダー(TB−6)の製造]
実施例1において、ポリエステル樹脂(A−1)30部をポリエステル樹脂(A−4)20部に変更し、ポリエステル樹脂(B−1)70部をポリエステル樹脂(B−4)80部に変更し、伸長剤のオキサゾリン化合物(D−1)2.5部を伸長剤のアジリジン化合物(D3)としてケミタイトDZ22E[日本触媒株式会社 製](D3−1)2.8部に変更し、重量比で(A−4)/(B−4)/(D3−1)=20/80/2.8となるように二軸混練器に供給した以外は、実施例1と同様な操作を行い、樹脂組成物(C−6)を含有するトナーバインダー(TB−6)を得た。
トナーバインダー(TB−6)のアミノ基濃度は0.16ミリモル/gであった。
また、アジリジン基含有量はアジリジン化合物(D3)に基づいて6.0ミリモル/gであった。
Figure 2017129856
<比較例1> [トナーバインダー(TB’−1)の製造]
実施例1において、ポリエステル樹脂(A−1)30部をポリエステル樹脂(A’−1)30部に変更し、オキサゾリン化合物(D1−1)2.5部をオキサゾリン化合物(D1−1)4.6部に変更し、重量比で(A’−1)/(B−1)/(D1−1)=30/80/4.6となるように二軸混練器(栗本鉄工所製,S5KRCニーダー)に供給した以外は、実施例1と同様な操作を行い、樹脂組成物(C’−1)を含有するトナーバインダー(TB’−1)を得た。
トナーバインダー(TB’−1)のアミド基含有量は0.41ミリモル/gであった。
また、オキサゾリン基含有量はオキサゾリン化合物(D1)の重量に基づいて9.3ミリモル/gであった。
<比較例2> [トナーバインダー(TB’−2)の製造]
実施例1において、ポリエステル樹脂(B−1)は用いず、ポリエステル樹脂(A−1)30部をポリエステル樹脂(A−1)100部のみに変更し、オキサゾリン化合物(D1−1)2.5部をオキサゾリン化合物(D1−1)8.1部に変更し、重量比で(A−1)/(D1−1)=100/8.1となるように二軸混練器に供給した以外は、実施例1と同様な操作を行い、樹脂組成物(C’−2)を含有するトナーバインダー(TB’−2)を得た。
トナーバインダー(TB’−2)のアミド基含有量は0.69ミリモル/gであった。
また、オキサゾリン基含有量はオキサゾリン化合物(D1)の重量に基づいて9.3ミリモル/gであった。
<比較例3> [トナーバインダー(TB’−3)の製造]
実施例1において、ポリエステル樹脂(A−1)は用いず、ポリエステル樹脂(B−1)70部をポリエステル樹脂(B−1)100部のみに変更し、オキサゾリン化合物(D1−1)2.5部をオキサゾリン化合物(D1−1)0.1部に変更し、重量比で(B−1)/(D1−1)=100/0.1となるように二軸混練器に供給した以外は、実施例1と同様な操作を行い、樹脂組成物(C’−3)を含有するトナーバインダー(TB’−3)を得た。
トナーバインダー(TB’−3)のアミド基含有量は0.01ミリモル/gであった。
また、オキサゾリン基含有量はオキサゾリン化合物(D1)の重量に基づいて9.3ミリモル/gであった。
<比較例4> [トナーバインダー(TB’−4)の製造]
実施例1において、伸長剤のオキサゾリン化合物(D1−1)を用いず、重量比で(A−1)/(B−1)=30/70となるように二軸混練器に供給した以外は、実施例1と同様の操作を行い、樹脂組成物(C’−4)を含有するトナーバインダー(TB’−4)を得た。
トナーバインダー(TB’−4)のアミド基濃度は0.00ミリモル/gであった。
<実施例7> [トナー(T−1)の製造]
トナーバインダー(TB−1)85部に対して、顔料のカーボンブラックMA−100[三菱化学(株)製]6部、離型剤のカルナバワックス4部、荷電制御剤T−77[保土谷化学(製)]4部を加え下記の方法でトナー化した。
まず、ヘンシェルミキサ[三井三池化工機(株)製 FM10B]を用いて予備混合した後、二軸混練機[(株)池貝製 PCM−30]で混練した。ついで超音速ジェット粉砕機ラボジェット[日本ニューマチック工業(株)製]を用いて微粉砕した後、気流分級機[日本ニューマチック工業(株)製 MDS−I]で分級し、体積平均粒径D50が8μmのトナー粒子を得た。
ついで、トナー粒子100部に流動化剤としてコロイダルシリカ[アエロジルR972:日本アエロジル製]1部をサンプルミルにて混合して、本発明のトナー(T−1)を得た。
<実施例8〜12> [トナー(T−2)〜(T−6)の製造]
表4に記載した原料の配合部数で、実施例7と同様にトナーを製造し、本発明のトナー(T−2)〜(T−6)を得た。
Figure 2017129856
<比較例5〜8> [トナー(T’−1)〜(T’−4)の製造]
表4に記載した原料の配合部数で、実施例7と同様にトナーを製造し、本発明のトナー(T’−1)〜(T’−4)を得た。
[評価方法]
以下に得られたトナーの低温定着性、光沢性、耐ホットオフセット性、流動性、耐熱保存性、帯電安定性、粉砕性、画像強度、耐折り曲げ性、ドキュメントオフセット試験の測定方法、評価方法およびそれらの判定基準を説明する。
<低温定着性>
トナーを紙面上に0.8mg/cmとなるよう均一に載せる。このとき粉体を紙面に載せる方法は、熱定着機を外したプリンターを用いる。上記の重量密度で粉体を均一に載せることができるのであれば他の方法を用いてもよい。
この紙を加圧ローラーに定着速度(加熱ローラ周速)213mm/sec、定着圧力(加圧ローラ圧)10kg/cmの条件で通した時のコールドオフセットの発生温度(MFT)を測定した。
コールドオフセットの発生温度が低いほど、低温定着性に優れることを意味する。
この測定条件では140℃以下、好ましくは130℃以下が必要とされる。
<光沢性>
低温定着性と同様に定着評価を行う。画像の下に白色の厚紙を敷き、光沢度計(株式会社堀場製作所製、「IG−330」)を用いて、入射角度60度にて、印字画像の光沢度(%)を測定した。光沢度が高いほど、光沢性に優れることを意味する。
この測定条件では一般に5%以上が必要とされる。
<耐ホットオフセット性(ホットオフセット発生温度)>
低温定着性と同様に定着評価し、定着画像へのホットオフセットの有無を目視評価した。
加圧ローラー通過後、ホットオフセットが発生した温度を耐ホットオフセット性(℃)とした。
この測定条件では175℃以上、好ましくは180℃以上が必要とされる。
<流動性>
ホソカワミクロン製パウダーテスターでトナーのかさ密度(g/100ml)を測定し、流動性を下記の判定基準で判定した。
[判定基準]
○:30以上
△:25以上30未満
×:25未満
<耐熱保存性>
トナーを45℃の雰囲気で24時間静置し、ブロッキングの程度を目視で判断し、下記判定基準で耐熱保存性を評価した。
[判定基準]
○:ブロッキングが発生していない。
△:一部にブロッキングが発生している。
×:全体にブロッキングが発生している。
<帯電安定性>
トナー0.5gとフェライトキャリア(パウダーテック社製、F−150)20gとを50mlのガラス瓶に入れ、これを23℃、(1)相対湿度50%と(2)相対湿度85%で8時間以上調湿する。
ターブラーシェーカーミキサーにて50rpm×60分間摩擦攪拌し、それぞれの湿度での帯電量(μC/g)を測定した。
測定にはブローオフ帯電量測定装置[東芝ケミカル(株)製]を用いた。
「相対湿度85%での帯電量/相対湿度50%での帯電量」の比を計算し、これを帯電安定性の指標とした。
[判定基準]
○:0.5以上
△:0.3以上0.5未満
×:0.3未満
<粉砕性>
二軸混練機で混練、冷却した粗粉砕物(8.6メッシュパス〜30メッシュオンのもの)を、超音速ジェット粉砕機ラボジェット[日本ニューマチック工業(株)製]により下記の条件で微粉砕した。
粉砕圧:0.5MPa
粉砕時間:10分
アジャスターリング:15mm
ルーバーの大きさ:中
これを分級せずに、体積平均粒径(μm)をコールターカウンター−TAII(米国コールター・エレクトロニクス社製)により測定し、下記の判定基準で粉砕性を評価した。
[判定基準]
○:10μm未満
△:10μm以上12μm未満
×:12μm以上
<画像強度>
低温定着性の評価で定着した画像を、JIS K5600に準じて、斜め45度に固定した鉛筆の真上から10gの荷重をかけ引っ掻き試験を行い、傷のつかない鉛筆硬度から画像強度を評価した。
鉛筆硬度が高いほど画像強度に優れることを意味する。
この測定条件では一般にはH以上が必要とされる。
<耐折り曲げ性>
低温定着性の評価で定着した画像を画像面が内側になるように紙を折り曲げる。紙を広げて、画像上の折り曲げたあとの白すじの有無を目視で判定した。
[判定基準]
○:白すじなし
△:わずかに白すじあり
×:白すじあり
<ドキュメントオフセット性>
低温定着性の評価で得られた画像が定着されたA4の紙2枚を、定着面同士で重ね合わせ、420gの加重(0.68g/cm)をかけ、50℃で30分間静置する。
重ね合わせた紙同士を引き離したときの状態について、下記の判定基準でドキュメントオフセット性を評価した。
[判定基準]
○:抵抗なし
△:パリパリと音がするが、紙面から画像は剥がれない
×:紙面から画像が剥がれる
表4の評価結果から明らかなように、本発明の実施例4〜6のトナーはいずれもすべての性能評価が優れた結果が得られた。
一方、酸価が80KOHmg/gを超える(A’−1)を用いた比較例5のトナーは耐熱保存性、帯電安定性が不良であった。
樹脂(B)を用いない比較例6のトナーは耐ホットオフセット性、耐熱保存性、ドキュメントオフセット性が不良であり、流動性も不十分であった。また、樹脂(A)を用いない比較例7のトナーは耐ホットオフセット性、ドキュメントオフセット性が不良であり、流動性も不十分であった。さらに、伸長剤(D)を用いない比較例8のトナーは光沢度、耐熱保存性、帯電安定性が不良であった。
本発明のトナーバインダー及びトナーは、低温定着性と光沢性と耐ホットオフセット性および耐熱保存性を両立しつつ、トナーの流動性、帯電安定性、粉砕性、画像強度、耐折り曲げ性およびドキュメントオフセット性に優れ、電子写真、静電記録、静電印刷等に用いる静電荷像現像用トナー及びトナーバインダーとして好適に使用できる。
さらに、塗料用添加剤、接着剤用添加剤、電子ペーパー用粒子などの用途の感光性樹脂組成物として好適である。

Claims (11)

  1. 酸価が5〜80KOHmg/gであるポリエステル樹脂(A)と、酸価が5KOHmg/g未満であるポリエステル樹脂(B)と、オキサゾリン化合物(D1)、カルボジイミド化合物(D2)およびアジリジン化合物(D3)からなる群から選ばれる1種以上の伸長剤(D)とを反応させてなる樹脂組成物(C)を含有するトナーバインダー。
  2. ポリエステル樹脂(A)とポリエステル樹脂(B)の重量比(A)/(B)が10/90〜30/70である請求項1記載のトナーバインダー。
  3. ポリエステル樹脂(A)のカルボキシル基とポリエステル樹脂(B)のカルボキシル基のモル数の合計(p)と、オキサゾリン化合物(D1)のオキサゾリン基のモル数(q)とが下記関係式(1)を満足する請求項1または2記載のトナーバインダー。
    0.40≦q/p≦1.60 (1)
  4. オキサゾリン化合物(D1)のオキサゾリン基の含有量が(D1)の重量に基づいて3〜10ミリモル/gである請求項1〜3いずれかに記載のトナーバインダー。
  5. アミド基の含有量がトナーバインダーの重量に基づいて0.07〜3.00ミリモル/gである請求項1〜4いずれかに記載のトナーバインダー。
  6. ポリエステル樹脂(A)のカルボキシル基とポリエステル樹脂(B)のカルボキシル基のモル数の合計(p)と、カルボジイミド化合物(D2)のカルボジイミド基のモル数(r)とが下記関係式(2)を満足する請求項1〜5いずれか記載のトナーバインダー。
    0.40≦r/p≦1.60 (2)
  7. カルボジイミド化合物(D2)のカルボジイミド基の含有量が(D2)の重量に基づいて1〜10ミリモル/gである請求項1〜6いずれかに記載のトナーバインダー。
  8. N−アシルウレア基の含有量がトナーバインダーの重量に基づいて0.14〜1.50ミリモル/gである請求項1〜7いずれかに記載のトナーバインダー。
  9. ポリエステル樹脂(A)のガラス転移温度が−35℃以上45℃未満である請求項1〜8いずれかに記載のトナーバインダー。
  10. ポリエステル樹脂(B)のガラス転移温度が45℃以上80℃以下である請求項1〜9いずれかに記載のトナーバインダー。
  11. 請求項1〜10いずれかに記載のトナーバインダー及び着色剤を含有するトナー。
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