JP2018010124A - トナー - Google Patents
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Abstract
Description
従来、トナー用結着樹脂としてはポリエステル樹脂及びビニル系樹脂が主に使用されている。ポリエステル樹脂はその溶融特性により、低温定着性に有利である。一方で、ビニル系樹脂は保存性に有利な構造を有している。これら2つの樹脂の長所を生かすために、ポリエステル樹脂とビニル系樹脂が化学的に結合しているハイブリッド樹脂が広く使用されている。
特許文献1〜6では、ピロガロール化合物との存在下で原料モノマーを縮重合させて得られるトナー用縮重合樹脂が開示されている。これにより、縮重合樹脂の低分子量成分が減少し、低温定着性、保存性向上に効果がある。
しかしながら、ハイブリッド樹脂の低分子量成分はポリエステル樹脂の低分子量成分とビニル系樹脂の低分子量成分からなるため、特許文献1〜6に記載されている技術では、ハイブリッド樹脂の低分子量成分の低減という観点では不十分である。
本発明の目的は、ハイブリッド樹脂の低分子量成分を低減させ、低温定着性、保存性、感光ドラムへのトナー融着及びトナー劣化の抑制に優れたトナーを提供することである。
前記結着樹脂はポリエステルユニットとビニル系重合体ユニットとが化学的に結合したハイブリッド樹脂であり、
前記ビニル系重合体ユニットは、ポリエステルユニット及びその原料の非存在下でビニル系モノマーを重合させて得られるユニットであり、
前記ハイブリッド樹脂は、エステル化触媒と、ピロガロール化合物と前記ビニル系重合体ユニットの存在下で多価カルボン酸及び多価アルコールを縮重合させて得られるハイブリッド樹脂であることを特徴とするトナーに関する。
i)ポリエステルユニットおよびその原材料の非存在下で、塊状重合法や溶液重合法によりビニル系重合体ユニットの重合(付加重合反応)を行う。残存モノマーの低減や、溶液重合の場合には溶媒を除去する為に、適宜減圧蒸留を行い、所望のビニル系重合体ユニットを得る。得られたビニル系重合体ユニットの存在する反応器に、ポリエステルユニットの原料、エステル化触媒、およびピロガロール化合物を添加し、ポリエステルユニットの重合(縮重合反応)を行う。この時、ビニル系重合体に含まれる両反応性モノマー由来の官能基(例えばアクリル酸由来のカルボキシル基)とポリエステルユニットの原料、あるいはポリエステルユニットとの反応も同時に起こり、ビニル系重合体ユニットとポリエステルユニットが化学的に結合したハイブリッド樹脂が得られる。
ii)ビニル系重合体ユニットの重合(付加重合反応)をあらかじめ行っておき、所望のビニル系重合体ユニットを得る。ビニル系重合体ユニットの重合方法としては、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等、任意に選べばよい。得られたビニル系重合体ユニットとポリエステルユニットの原料、エステル化触媒、およびピロガロール化合物を反応器に添加し、ポリエステルユニットの重合(縮重合反応)を行う。この時、i)と同様に、ビニル系重合体ユニットとポリエステルユニットが化学的に結合したハイブリッド樹脂が得られる。
iii)ビニル系重合体ユニットの重合(付加重合反応)と、ポリエステルユニットの重合をあらかじめ行っておく。反応器にビニル系重合体ユニットとポリエステルユニット、ポリエステルモノマー、エステル化触媒、およびピロガロール化合物を添加し、ポリエステルユニットの重合(縮重合反応)を行う。この時、i)と同様に、ビニル系重合体ユニットとポリエステルユニットが化学的に結合したハイブリッド樹脂が得られる。
トナーの重量平均粒径(D4)は、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出する。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れ、この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。尚、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
本発明における結着樹脂のDSC曲線の吸熱ピークは以下の方法で測定される。結着樹脂の吸熱ピークのピーク温度は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によるクロマトグラムの分子量は次の条件で測定される。
トナーを秤量し、円筒ろ紙(例えばNo.86Rサイズ28mm×10mm 東洋ろ紙社製)に入れてソックスレー抽出器にかける。溶媒としてテトラヒドロフラン200mlを用いて、16時間抽出する。このとき、テトラヒドロフランの抽出サイクルが約4乃至5分に1回になるような還流速度で抽出を行う。抽出終了後、円筒ろ紙を取り出し、秤量することによって結着樹脂又はトナーの不溶分を得る。
テトラヒドロフラン不溶分(質量%)=[{W1−(W3+W2)}/(W1−W3)]×100
ビニル系重合体1質量部又はトナー1質量部にテトラヒドロフラン5質量部を加え、超音波で30分、分散、溶解させた後、上澄み液を液体クロマトグラフィー(Prominence、島津製作所製)で分析し、ビニル系重合体中又はトナー中の残存モノマー量を測定した。
・キャピラリカラム(30m×0.249mm,DBWAX,膜厚0.25μm)
・検出器FID,窒素圧0.45kg/cm2
・インジェクション濃度200℃,ディテクター温度200℃とし、カラム温度は50℃から5℃/1分の割合で30分間昇温する。
・検量線の作製
サンプル溶液と同量のDMF、アセトン溶液に対象となるモノマーを加えた標準サンプルについて同様にガスクロマトグラフ測定し、モノマーと内部標準品DMFの質量比/面積比を求める。
ビニル系モノマーとして、スチレン:65質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル:30質量部、アクリル酸:5質量部、開始剤としてジ−t−ブチルパーオキサイド(10時間半減期温度123.7℃):3質量部を混合した。このビニル系モノマー混合物を120℃で5時間かけてビニル系モノマーの重合転化率が98%以上になるまで塊状重合を行った。これを1段目の重合反応とする。
ビニル系モノマーとして、スチレン:65質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル:30質量部、アクリル酸:5質量部、開始剤としてジ−t−ブチルパーオキサイド(10時間半減期温度123.7℃):3質量部を混合した。このビニル系モノマー混合物を120℃で5時間かけてビニル系モノマーの重合転化率が97%以上になるまで塊状重合を行った。これを1段目の重合反応とする。
ビニル系モノマーとして、スチレン:70質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル:25質量部、アクリル酸:5質量部、開始剤としてジ−t−ブチルパーオキサイド(10時間半減期温度123.7℃):5質量部を混合した。このビニル系モノマー混合物を115℃で10時間かけてビニル系モノマーの重合転化率が97%以上になるまで塊状重合を行った。
ビニル系モノマーとして、スチレン:70質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル:25質量部、アクリル酸:5質量部、開始剤としてジ−t−ブチルパーオキサイド(10時間半減期温度123.7℃):5質量部を混合した。このビニル系モノマー混合物を115℃で10時間かけてビニル系モノマーの重合転化率が97%以上になるまで塊状重合を行った。
ビニル系モノマーとして、スチレン:70質量部、アクリル酸2−エチルヘキシル:25質量部、アクリル酸:5質量部、開始剤として2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブタン(10時間半減期温度107℃):2質量部を混合した。このビニル系モノマー混合物を160℃で10時間かけてビニル系モノマーの重合転化率が95%以上になるまで塊状重合を行った。
・ビニル系重合体1を30質量部と下記のポリエステルモノマー原料の混合物70質量部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド(2.2mol付加物):100.0モル部
・テレフタル酸: 65.0モル部
・無水トリメリット酸: 20.0モル部
・フマル酸: 15.0モル部
を4口フラスコに仕込み、減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置及び撹拌装置を装着して窒素雰囲気下にて160℃で撹拌した。その後、230℃に昇温して、エステル化触媒としてテトラ−n−ブチルチタネートをポリエステルモノマー成分の総量100質量部に対し0.5質量部、助触媒として没食子酸をポリエステルモノマー成分の総量100質量部に対して0.1質量部入れて、15時間縮重合反応を行い、結着樹脂1を得た。
表1に示す様に、ビニル系重合体の種類、エステル化触媒と助触媒の種類と添加量を変更する以外は、結着樹脂1の重合例に従い、結着樹脂2〜15を得た。
・メチルエチルケトン:60質量部
・イソプロピルアルコール:140質量部
・水:200質量部
・スチレン:468質量部
・2−エチルヘキシルアクリレート:96質量部
・2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルフォン酸:48質量部
・ラウロイルパーオキサイド:3質量部
上記原料をフラスコに仕込み、撹拌装置、温度測定装置、窒素導入装置を前記フラスコに装着して、窒素雰囲気下80℃で溶液重合させ、所定の粘度になるまで重合した。この後温度を120度に上げ、脱溶媒し、減圧乾燥、粉砕して重量平均分子量が28000、ガラス転移温度(Tg)が73℃の荷電制御樹脂1を得た。
(トナー1の製造例)
・結着樹脂1:100質量部
・磁性酸化鉄粒子:90質量部
(平均粒径0.14μm、Hc(抗磁力)=11.5kA/m、σs(飽和磁化)=90Am2/kg、σr(残留磁化)=16Am2/kg)
・3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物(化合物A:下記式II):1質量部
・荷電制御樹脂1:1質量部
・フィッシャートロプッシュワックス(融点105℃):2質量部
低温定着性の評価は、市販のデジタル複写機(image RUNNER 4251 キヤノン株式会社製)をプロセススピード400mm/sに改造して、低温低湿(15℃、10%RH[L/L])環境下で行った。評価紙はOCE RED LABEL(80g/m2紙、A3)を用いた。20mm×20mmサイズのハーフトーンのパッチをA3用紙に均等に9点書かせて、画像濃度が0.6になるように現像バイアスを設定した。次いで、定着器の加圧ローラーの温度が15℃になるまで冷却した後、20枚片面で連続通紙した。低温定着性評価用のサンプルとして、1枚目、3枚目、5枚目、10枚目、20枚目をサンプリングし、得られた定着画像に、4.9kPaの荷重をかけ、シルボン紙によりその定着画像を5往復摺擦した。5サンプルの内、摺擦前後での前記9点の画像濃度低下率の平均値の最悪値を各温度の画像濃度低下率とした。定着温調を180℃から220℃まで5℃おきに変えて、画像濃度低下率が20%以下となる定着温調を定着開始温度とし、これを基準に低温定着性を評価した。
A(非常に良い):定着開始温度が190℃未満である。
B(良い):定着開始温度が190℃以上200℃未満である。
C(普通):定着開始温度が200℃以上210℃未満である。
D(やや悪い):定着開始温度が210℃以上220℃未満である。
E(悪い):今回の測定範囲では定着しなかった。
トナー5gを100ccのポリカップに計りとり、50℃で72時間放置した。その後、ポリカップ中のトナーの状態を目視で確認し、以下の基準で保存性の評価を行った。
A(非常に良い):トナーが、全く固まっている様子がない。
B(良い):トナーの塊があるが、カップを回すうちにほぐれる。
C(普通):トナーの塊があり、カップを回してもトナーの塊が残る。
D(やや悪い):トナーの大きな塊があり、軽く指で押すと解れる。
E(悪い):トナーの大きな塊があり、軽く指で押して解れない。
常温常湿(23℃、50%RH)環境下において、印字比率が5%の画像を10万枚連続プリントアウトした。評価紙はCS−680(68.0g/m2紙、A4)(キヤノンマーケティングジャパン(株)より販売)を使用した。10万枚出力後に20mm四方のベタ黒パッチが現像域内に5箇所配置されたオリジナル画像を出力し、その5点平均を画像濃度とした。
A:画像濃度1.45以上
B:画像濃度1.40以上1.45未満
C:画像濃度1.35以上1.40未満
D:画像濃度1.30以上1.35未満
E:画像濃度1.30未満
A(非常に良い):カブリが1.0未満
B(良い):カブリが1.0以上2.0未満
C(普通):カブリが2.0以上3.0未満
D(やや悪い):カブリが3.0以上4.0未満
E(悪い):カブリが4.0以上
低温低湿(15.0℃、10%RH)環境下において、印字比率が5%の画像を10万枚連続プリントアウトした。評価紙はCS−680(68.0g/m2紙、A4)(キヤノンマーケティングジャパン(株)より販売)を使用した。10万枚出力後に20mm四方のベタ黒パッチが現像域内に5箇所配置されたオリジナル画像を出力し、その5点平均を画像濃度とした。
A:画像濃度1.40以上
B:画像濃度1.35以上1.40未満
C:画像濃度1.30以上1.35未満
D:画像濃度1.25以上1.30未満
E:画像濃度1.25未満
A(非常に良い):カブリが1.0未満
B(良い):カブリが1.0以上2.0未満
C(普通):カブリが2.0以上3.0未満
D(やや悪い):カブリが3.0以上4.0未満
E(悪い):カブリが4.0以上
高温高湿(35.0℃、80%RH)環境下において、印字比率が2%の横線画像を10万枚連続プリントアウトした。評価紙はCS−680(68.0g/m2紙、A4)(キヤノンマーケティングジャパン(株)より販売)を使用した。10万枚出力後に20mm四方のベタ黒パッチが現像域内に5箇所配置されたオリジナル画像を出力し、その5点平均を画像濃度とした。
A:画像濃度1.40以上
B:画像濃度1.35以上1.40未満
C:画像濃度1.30以上1.35未満
D:画像濃度1.25以上1.30未満
E:画像濃度1.25未満
A(非常に良い):カブリが1.0未満
B(良い):カブリが1.0以上2.0未満
C(普通):カブリが2.0以上3.0未満
D(やや悪い):カブリが3.0以上4.0未満
E(悪い):カブリが4.0以上
(上段のふるいに残ったトナー量)÷5(g)×100 ……………a
(中段のふるいに残ったトナー量)÷5(g)×100×0.6……b
(下段のふるいに残ったトナー量)÷5(g)×100×0.2……c
A(非常に良い):凝集度の差が5未満である。
B(良い):凝集度の差が5以上10未満である。
C(普通):凝集度の差が10以上20未満である。
D(やや悪い):凝集度の差が20以上30未満である。
E(悪い)凝集度の差が30以上である。
市販のデジタル複写機(imageRUNNER ADVANCE 4251 キヤノン株式会社製)をプロセススピード400mm/secに改造して、高温高湿環境(35.0℃、80%RH)下で印字比率が3%の画像を10万枚連続プリントアウトした。10万枚連続プリントした後、ベタ黒画像を出力し、ベタ黒画像上に生ずる白点の発生程度を評価した。評価紙はCS−680(68.0g/m2紙、A4)(キヤノンマーケティングジャパン(株)より販売)を使用した。評価は、下記の基準によって行った。評価紙にCS−680を使用した場合は、A評価であった。続いて、評価紙をタルクを填料として用いている紙(以降、タルク紙と称することもある。タルク量:13.1〜13.7(wt%))に変更して、同様の評価を行った。
B(良い):ドラム表面に汚れが若干認められるが、画像に欠陥は認められない。
C(普通):ドラム表面に汚れが若干認められ、画像上に白点が5個未満発生。
D(やや悪い):ドラム表面の汚れが若干認められ、画像上に白点が5個以上15個未満発生。
E(悪い):ドラム表面の汚れがひどく、画像上に白点が15個以上発生。
(トナー2〜16の製造例)
結着樹脂を変更する及び荷電制御樹脂の種類を変更する以外は、トナー1の製造例に従いトナー2〜16を得た。トナー物性を表2に示す。
<結着樹脂17の製造例>
ビニル系重合体5を30質量部とポリエステルモノマー原料の混合物70質量部を4口フラスコに仕込み、減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置及び撹拌装置を装着して窒素雰囲気下にて160℃で撹拌した。その後、230℃に昇温して、エステル化触媒としてテトラ−n−ブチルチタネートをポリエステルモノマー成分の総量100質量部に対し0.5質量部入れて、ピロガロール化合物は添加しないで、20時間縮重合反応を行い、結着樹脂17を得た。
下記ポリエステルモノマー原料を4口フラスコに仕込み、減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置及び撹拌装置を装着して、窒素雰囲気下にて160℃で撹拌する。
・ビスフェノールAエチレンオキサイド(2.2mol付加物): 30.0モル部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド(2.2mol付加物): 70.0モル部
・テレフタル酸: 70.0モル部
・スチレン: 80質量部
・アクリル酸2−エチルヘキシル: 15質量部
・アクリル酸: 5質量部
・ジタミルパーオキサイド: 4質量部
下記ポリエステルモノマー原料及び2エチルヘキサン酸錫(II)をポリエステルモノマー成分の総量100質量部に対し0.6質量部、没食子酸をポリエステルモノマー成分の総量100質量部に対し0.06質量部を、4口フラスコに仕込み、減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置及び撹拌装置を装着して、窒素雰囲気下にて180℃で撹拌する。
・2,3−ブタンジオール: 50.0モル部
・1,2−プロパンジオール: 50.0モル部
・テレフタル酸: 83.0モル部
その後、180℃から230℃まで10℃/hrで昇温し、その後230℃で10時間縮重合反応させ、さらに230℃、8.0kPaにて1時間反応を行った。160℃まで冷却した後、下記のビニル系モノマーと両反応性モノマー(アクリル酸)及び重合開始剤の混合物を滴下ロートにより1時間かけて滴下した。
・スチレン: 80質量部
・アクリル酸2−エチルヘキシル: 15質量部
・アクリル酸: 5質量部
・ジブチルパーオキサイド 3質量部
表2に表わすように、結着樹脂と荷電制御剤を変更した以外は実施例1と同様にして、トナー17〜20を得た。
Claims (4)
- 結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
前記結着樹脂はポリエステルユニットとビニル系重合体ユニットとが化学的に結合したハイブリッド樹脂であり、
前記ビニル系重合体ユニットは、ポリエステルユニット及びその原料の非存在下でビニル系モノマーを重合させて得られるユニットであり、
前記ハイブリッド樹脂は、エステル化触媒と、ピロガロール化合物と前記ビニル系重合体ユニットの存在下で多価カルボン酸及び多価アルコールを縮重合させて得られるハイブリッド樹脂であることを特徴とするトナー。 - ポリエステルの原料モノマー総量100質量部に対して、ピロガロール化合物の含有量が0.001質量部以上2.0質量部以下である、請求項1または2に記載のトナー。
- エステル化触媒がチタン化合物である請求項1〜3のいずれか一項に記載のトナー。
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