JP3090755B2 - 画像形成トナー用架橋ポリエステル樹脂 - Google Patents

画像形成トナー用架橋ポリエステル樹脂

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JP3090755B2
JP3090755B2 JP04008416A JP841692A JP3090755B2 JP 3090755 B2 JP3090755 B2 JP 3090755B2 JP 04008416 A JP04008416 A JP 04008416A JP 841692 A JP841692 A JP 841692A JP 3090755 B2 JP3090755 B2 JP 3090755B2
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等 岩崎
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子写真法、静電記録法
や静電印刷法などにおいて、静電荷像または磁気潜像の
現像に用いる乾式トナーとして有用なポリエステル樹脂
に関する。さらに詳しくは、低温定着性に優れ耐オフセ
ット性に優れたポリエステル樹脂に関する。
【0002】
【従来の技術】静電荷像より恒久的な顕像を得る方法に
おいては、光導電性感光体または静電記録体上に形成さ
れた静電荷像を、あらかじめ摩擦により帯電させたトナ
ーによって、現像したのち定着される。磁気潜像の場合
は、磁気ドラム上の潜像を磁性体を含むトナーによって
現像した後、定着される。定着は光導電性感光体または
静電記録体上に現像によって得られたトナー像を直接融
着させるか、又は紙やフィルム上にトナー像を転写した
後、これを転写シート上に融着させることによって行わ
れる。トナー像の融着は溶剤蒸気との接触、加圧及び加
熱によって行われ、加熱方式には電気オーブンによる無
接触加熱方式と加圧ローラーによる圧着加熱方式がある
が、最近では主として定着工程の高速化が要請される後
者が用いられている。
【0003】乾式現像方式で使用されるトナーには、1
成分系トナーと2成分系トナーがある。2成分系トナー
は、先ず樹脂、着色剤、荷電制御剤およびその他必要な
添加剤を溶融混練して十分に分散させた後、次いで粗粉
砕、微粉砕し、所定の粒度範囲に分級して製造される。
1成分系トナーは、上記の2成分系のトナーの各成分の
他に、磁性鉄粉を添加して同様に製造される。
【0004】樹脂はトナー配合中の主成分であるため、
トナーに要求される性能の大部分を支配するトナー用樹
脂には、トナー製造においては溶融混練工程での着色剤
の分散性、粉砕工程での粉砕性の良い事などが要求さ
れ、またトナーの使用においては定着性、オフセット
性、ブロッキング性及び電気的性質が良いことなど多用
な性能が要求される。トナーの製造に用いられる樹脂と
しては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレ
ン樹脂、メタクリル系樹脂などが公知であるが、圧着加
熱定着方式用は主にスチレンと(メタ)アクリル酸エス
テルの共重合体が用いられてきた。しかしより低温で定
着が可能であることや、定着されたトナー像の耐塩ビ可
塑剤性が優れていることから、ポリエステル樹脂が注目
されている。
【0005】ポリエステル樹脂は2価のカルボン酸また
はその低級アルキルエステルとジオールを直接エステル
化するか、エステル交換による縮合反応により製造され
るが、トナー用ポリエステル樹脂においては、定着工程
における耐オフセット性付与するため、上記の他に3価
以上のカルボン酸やアルコールを共縮合して、弱い架橋
構造を持たせる事が提案されている。
【0006】しかしながら、3価以上の多価カルボン酸
や多価アルコールを用いて弱い架橋構造を持たせる方法
では、分子量分布の広がりに限りが有り、ポリエステル
が本来持っている定着性に優れ、また、低分子量の重合
体を得易いという性質が充分に生かされていない。高い
定着性に高い非オフセット性を付与する方法として、分
子量分布を広げるため多価カルボン酸や多価アルコール
を多量に使用する方法が提案されているが、この方法は
工業的に製造が困難であり、製造できたとしても、安定
的に一定の物性を得るのは困難であり、製造コストも上
がる。
【0007】また、分子量分布を広げる他の方法とし
て、架橋高分子ポリマーと低分子ポリマーをブレンドす
る方法も提案されているが、均一混合が非常に困難であ
る為、トナーにした場合、飛散性の悪化、帯電特性の悪
化につながる。ポリエステルはスチレンに比べ、そのS
P値が定着ローラーに塗布してあるテフロンとかけはな
れていることより、耐高温オフセット性においても優れ
た特性を持つ。従って、上記提案方法によってもスチレ
ン系並あるいはそれ以上の定着領域を持つことができ
る。しかしながら、ポリエステル本来がもつ性質からす
れば、更なる定着領域の拡大は可能であり、その様な定
着領域の広いバインダー樹脂の出現が熱望されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らの目的とす
るところは、従来技術において定着性が良好で尚かつ高
温オフセット性にすぐれた樹脂を与えることにある。更
に詳しくは、従来の架橋ポリエステル樹脂をシリコンで
変性することにより、テフロンローラーからの離型性を
付与し、低温定着性が良好で、なおかつ優れた耐高温オ
フセット性を付与することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らはこれらの問
題を解決するために鋭意検討したところ、定着性と高温
オフセット性が良好でなおかつ耐オフセット性の良好な
ポリエステル樹脂を見いだし、本発明を完成した。本発
明は、(a)芳香族ジカルボン酸またはその低級アルキ
ルエステル成分の少なくとも一種、(b)3価以上の多
価カルボン酸及び/または多価アルコール成分若しくは
その低級エステル成分の少なくとも一種、(c)下記の
式(1)で表される芳香族ジオール成分の少なくとも一
種、(d)シロキサン結合を有する下記の式(2)で表
される化合物からなり、成分(a)が全カルボン酸成分
に対して60モル%以上、成分(d)が全縮合ポリエス
テルに対して20wt%以下含まれ且つガラス転移点Tg
が40℃以上であることを特徴とする画像形成トナー用
架橋ポリエステル樹脂に関する。
【0010】
【化3】
【0011】
【化4】
【0012】(ここで、R,R1 ,R2 ,X,Y,x,
y及びnは、既でに述べたものと同じである。)本発明
でいう芳香族ジカルボン酸とは、テレフタル酸、イソフ
タル酸およびその低級アルキルエステルから導入された
成分である。それらの低級アルキルエステルには、テレ
フタル酸ジメチル、イソフタル酸ジメチル、テレフタル
酸ジエチル、イソフタル酸ジエチル、テレフタル酸ジブ
チル、イソフタル酸ジブチル等があるが、コストおよび
ハンドリングの点でテレフタル酸ジメチル及びジテレフ
タル酸ジメチルが好ましい。芳香族は、Tgを上げ耐ブ
ロッキング性に寄与し、それの持つ疎水性のため耐湿性
にも効果がある。従って、芳香族ジカルボン酸は全酸成
分に対して60モル%以上、好ましくは70モル%以上
使用する必要がある。その中でもテレフタル酸系はTg
アップに効果があり、イソフタル酸系は反応性を高める
効果があるので、目的によってその使用バランスを変え
れば良い。
【0013】又、本発明において、3価以上の多価カル
ボン酸、及び多価アルコール成分とは、3価以上の多価
カルボン酸および多価アルコールより導入された成分を
言う。多価カルボン酸の使用例としては、トリメリット
酸、ピロメリット酸、1,2,4−シクロヘキサントリ
カルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、
1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,5−
ヘキサントリカルボン酸、1,2,7,8−オクタンテ
トラカルボン酸及びこれらの酸無水物がある。多価アル
コールの例としては、ソルビトール、1,2,3,6−
ヘキサンテトラロール、1,4−ソルビタン、ペンタエ
リスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエ
リスリトール、庶糖、1,2,4−ブタントリオール、
1,2,5−ペンタトリオール、グリセロール、2−メ
チルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブ
タントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロー
ルプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼ
ンなどが挙げられ、単独または混合で用いられる。この
ような多官能基モノマーは、樹脂のTgを高める効果が
あると共に、樹脂に凝集性を付与し、耐オフセット性を
高める効果があるので、架橋度は使用複写機の定着温度
及び、複写スピードにあわせて自由に設定すればよい。
【0014】本発明において使用される芳香族ジオール
は、既に述べた式(1)に表わされるもので例を挙げれ
ば、ポリオキシエチレン−(2.0)−2,2−ビス
(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロ
ピレン−(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフ
ェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.2)−
ポリオキシエチレン−(2.0)−2,2−ビス(4−
ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン
(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロ
パン、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス
(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロ
ピレン−(2.4)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフ
ェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3.3)−
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンなど
である。これらは、単独または混合で使用されても良
い。芳香族ジオールはTgを上げる効果があるため、耐
ブロッキング性が良好と成る。
【0015】これらの芳香族ジオールは、反応性が乏し
く全酸成分に対して80モル%以上用いると反応性が極
めて低下し、生産性が悪化する。また、芳香族ジオール
は高価なもので、このようなモノマーを多量に使用する
ことは、一般に大衆化されている複写機に使用するトナ
ーには適していない。従って、これらの芳香族ジオール
は全酸成分に対して80モル%以下が好ましい。
【0016】本発明に関して特に重要なことは、耐オフ
セット性を向上せしめるために、シリコンをポリマー中
に導入することである。式(2)にしめすシロキサンを
含む化合物を、全ポリマーに対して20wt%以下の割合
で導入する。20wt%以上導入させようとすると、シロ
キサンがポリエステルと相溶性がわるいため、2層に分
離してしまう危険性がある。
【0017】従って、式(2)のシロキサン化合物は、
全ポリマーに対して20wt%以下であるのが好ましい。
又、トナーにシリカ等の無機粉末を加えると、耐ブロッ
キング性の改良に有効であり、バインダーのTgが低い
場合、その効果は特に顕著である。又、Tgが50℃以
上では、無機粉末を添加しなくとも耐ブロッキング性は
良好である。従って、Tgは40℃以上が良く、好まし
くは50〜70℃である。
【0018】本発明において、上記モノマー以外のモノ
マーは、その必要性能に応じて組み替えて使用すること
ができる。一般に、ポリエステルの原料として公知のモ
ノマーは、本発明の効果を保つ範囲で、使用してさしつ
かえない。例えば、ジカルボン酸においては、セバシン
酸、イソデシル琥珀酸、マレイン酸、フマル酸、アジピ
ン酸、及びこれらのモノメチル、モノエチル、ジメチ
ル、ジエチルエステルなどが挙げられる。これらの2価
カルボン酸およびその低級エステルは、トナーの定着性
及び耐ブロッキング性に影響を与える。一般に脂肪族系
のセバシン酸やアジピン酸は、定着性は向上するが、反
面Tgの低下をもたらすため耐ブロッキング性の低下に
つながる。脂肪族酸の場合、長鎖のモノマーになる程こ
のような傾向は強い。
【0019】ジオールの使用例としては、脂肪族及び芳
香族ジオールが用いられる。脂肪族ジオールの例とし
て、エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ブ
タンジオール、ポリエチレングリコール、シクロヘキサ
ンジメタノール、水添ビスフェノールAなどが挙げら
れ、定着性の点からエチレングリコール、ネオペンチル
グリコール、ブタンジオールが好ましい。又、芳香族ジ
オールの使用例としては、1,4−ビス(2−ヒドロキ
シエトキシ)ベンゼン、1,4−ビス(2−ヒドロキシ
ブトキシ)ベンゼン、1,4−ビス(2−ヒドロキシチ
ル)ベンゼン等があり、耐湿性に効果がある。
【0020】本発明では、前記モノマーを反応釜に仕
込、加熱昇温することにより、エステル化反応または、
エステル交換反応を行う。この場合必要に応じて硫酸、
チタンブトキサイド、ジブチルスズオキシド、酢酸マグ
ネシウム、酢酸マンガン等の通常のエステル化反応また
はエステル交換反応で使用されるエステル化触媒、また
はエステル交換触媒を使用することができる。次いで常
法に従って、該反応で生じた水またはアルコールを除去
する。
【0021】本発明に関しては、引き続き重合反応を実
施するが、このとき150mmHg以下の真空下で、ジオー
ル成分を留出除去させながら重合を行うのが好ましい。
又、重合に際しては通常公知の重合触媒、例としてチタ
ンブトキサイド、ジブチルスズオキシド、酢酸スズ、酢
酸亜鉛、2硫化スズ、3酸化アンチモン、2酸化ゲルマ
ンニウム、等を用いることができる。又、重合温度、触
媒量については特に限定されるものではなく、必要に応
じて任意に設定すれば良い。
【0022】本発明中のTgとは、島津製DSCにて昇
温5℃/min で測定した時の、Tg近傍の吸熱カーブの
接線とベースラインとの接点とした。また、本発明でい
う架橋構造とは、重合時、反応系のトルクが急激に上昇
する点を越えた樹脂が有する構造を言う。また、本発明
中の実施例における組成分析は、樹脂をヒドラジンで加
水分解し、液体クロマトグラフィーで定量した。
【0023】又、シロキサン誘導体の分析はNMRで定
量した。次に、実施例により本発明を説明するが、本発
明の実施態様はこれによって限定されるものではない。
実施例中特に指示のない含有量は、モル部を表す。
【0024】
【実施例1】表1に従い、テレフタル酸、イソフタル
酸、トリメリット酸、エチレングリコール、ポリオキシ
プロピレン(2.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシ
フェニル)プロパンを蒸留塔を有する反応容器に投入し
た。さらに、計算上の合成ポリマー量に対して5wt%の
反応性シロキサン誘導体と触媒であるジブチルスズオキ
シドを全酸成分に対して0.03重量部添加し、内温を
260℃、攪拌回転数200rpm に保ち、常圧下で5時
間エステル化反応させたのち、反応系内を30分かけて
1.0mmHgまで減圧し、内温260℃に保ち、エチレン
グリコールを留出せしめながら縮合反応を2時間行い、
白色の樹脂R−1を得た。得られた樹脂は、Tgが6
4.2℃であった。得られた樹脂の組成分析結果及び樹
脂物性値を表2に示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】(単位はモル部である) *ジオールA:ポリオキシプロピレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジメチル
シロキサン誘導体Aは次式の化合物である。
【0028】
【化5】
【0029】得られた樹脂94重量%に対して、カーボ
ンブラック(三菱化成#40)5重量%、ボントロンS
−34(オリエント化学工業)1重量%をヘンシェルミ
キサーでプレミキシングし、次いでインターナルミキサ
ー(栗本鉄工)を用いて170℃、65rpm の条件で溶
融混練を行った。溶融混練物を室温迄冷却後、ハンマー
ミルで粗粉砕した後、ジェットミルを用いて22μm以
下まで粉砕した。その後、風力分級機(日本ニューマチ
ック社)を用いて、粒径5〜22μmにし、トナーT−
1を得た。トナーT−1の耐オフセット性及び耐ブロッ
キング性の試験結果を表3に示す。
【0030】
【表3】
【0031】耐オフセット性は、紙の上にトナーを均一
にふりかけ(ID=1.0±0.3)、温度可変式の定
着ローラーに通してローラーの温度を上げていった時、
トナーローラーに付着したかどうかを目視で観察する。
そして、トナーがローラーに付着し始めた温度を高温オ
フセット開始温度とした。定着ローラーのスピードは1
00mm/sec に設定し、ニップ幅は8.0mmに設定して
評価した。オフセット開始温度が200℃以上のものが
良好である。また、耐ブロッキング性の評価は、50ml
のガラス製サンプル瓶中にトナー5gを入れ、50℃の
高温漕中に50時間放置した後、その凝集度を観察し
た。その凝集度合いは次のように設定した。
【0032】50℃に50時間放置したサンプル瓶を室
温まで冷却し、凝集度を観察した。 A:サンプル瓶を逆さにしただけでトナーが落ちる。 B:サンプル瓶を逆さにし、軽く振っただけでトナーが
落ちる。 C:サンプル瓶を逆さにし、軽くたたくとトナーが落ち
る。 D:サンプル瓶を逆さにし、強い振動を与えてやるとト
ナーが落ちる。
【0033】E:サンプル瓶を逆さにし、強い振動を与
えてもトナーは落ちない。 (凝集度A,B,Cに関して使用可能と判断した。)表
3よりトナーT−1は耐オフセット性が良好で、耐ブロ
ッキング性が良好であることがわかる。
【0034】
【実施例2〜4】モノマー仕込組成を表4のようにする
以外は、実施例1と同様の操作を行い、樹脂R−2〜R
−4を得た。樹脂R−2〜R−4の組成分析結果及び樹
脂物性値を表5に示す。
【0035】
【表4】
【0036】*ジオールA:ポリオキシプロピレン
(2.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)
プロパン **ジオールB:ポリオキシエチレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
【0037】
【表5】
【0038】(単位はモル部である) *ジオールA:ポリオキシプロピレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン **ジオールB:ポリオキシエチレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン シロキサン誘導体B,C,Dはいづれも次式の化合物で
ある。
【0039】
【化6】
【0040】
【化7】
【0041】
【化8】
【0042】更に、実施例1と同様の操作を行い、樹脂
R−2〜R−4に対応するトナーT−2〜T−4を得
た。T−2〜T−4の耐オフセット性試験及び耐ブロッ
キング性試験の結果を表6に示す。
【0043】
【表6】
【0044】表6より、トナーT−2〜T−4は、耐オ
フセット性が良く、耐ブロッキング性が良好であること
が分かる。
【0045】
【実施例5〜6】モノマー仕込組成を表7のようにする
以外は、実施例1と同様の操作を行い、樹脂R−5〜R
−6を得た。樹脂R−5〜R−6の組成分析結果及び樹
脂物性値を表8に示す。
【0046】
【表7】
【0047】*ジオールA:ポリオキシプロピレン
(2.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)
プロパン **ジオールB:ポリオキシエチレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン シロキサン誘導体Eは次式の化合物である
【0048】
【化9】
【0049】
【表8】
【0050】(単位はモル部である) *ジオールA:ポリオキシプロピレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン **ジオールB:ポリオキシエチレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン 更に、実施例1と同様の操作を行い、樹脂R−5〜R−
6に対応するトナーT−5〜T−6を得た。T−2〜T
−4の耐オフセット性試験及び耐ブロッキング性試験の
結果を表9に示す。
【0051】
【表9】
【0052】表9より、トナーT−5〜T−6は、耐オ
フセット性が良く、耐ブロッキング性が良好であること
が分かる。
【0053】
【比較例1〜3】モノマー仕込組成を表10のようにす
る以外は、実施例1と同様の操作を行い、樹脂R−7〜
R−9を得た。樹脂R−7〜R−9の分析結果及び樹脂
物性値を表11に示す。
【0054】
【表10】
【0055】*ジオールA:ポリオキシプロピレン
(2.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)
プロパン **ジオールB:ポリオキシエチレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
【0056】
【表11】
【0057】(単位はモル部である) *ジオールA:ポリオキシプロピレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン **ジオールB:ポリオキシエチレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
【0058】
【表12】
【0059】実施例1と同様の操作を行い、それぞれ対
応するトナーT−7〜T−9を得た。R−7〜R−9は
実施例2〜4よりシロキサン誘導体を削除したものであ
る。表6と比較して耐オフセット性が低下していること
がわかる。
【0060】
【比較例4〜7】モノマー仕込組成を表13にする以外
は実施例1と同様の操作を行い樹脂R−10〜R−14
を得た。樹脂R−10〜R−14の分析結果および物性
値を表14に示す。
【0061】
【表13】
【0062】*ジオールA:ポリオキシプロピレン
(2.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)
プロパン **ジオールB:ポリオキシエチレン(2.3)−2,
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
【0063】
【表14】
【0064】(単位はモル部である)実施例1と同様の
操作を行い、それぞれ対応するトナーT−10〜T−1
3を得た。T−10〜T13のトナー評価結果を表15
に示す。
【0065】
【表15】
【0066】表15よりT−10でTgが低下すれば耐ブ
ロッキング性が低下し、トナーとしてふさわしくない。
また、T−11より芳香族ジオールを多量に用いると、
反応時間をかけてもゲル化点まで達しない。T−12で
芳香族ジオールを多量に用い、架橋剤であるトリメリッ
ト酸を多量に用い反応させたところ、ゲル化点は超える
が、反応の制御が困難で安定した物性のポリマーを得る
ことができなかった。
【0067】T−13では、ゲル化点に達する前に樹脂
を吐出し、トナー化したが、シリコンを添加しても充分
な耐オフセット性は得られなかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 陽一 愛知県豊橋市牛川通4丁目1番地の2 三菱レイヨン株式会社豊橋事業所内 (56)参考文献 特開 平3−46668(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 9/087

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)芳香族ジカルボン酸またはその低
    級アルキルエステル成分の少なくとも一種、(b)3価
    以上の多価カルボン酸及び/または多価アルコール成分
    若しくはその低級エステル成分の少なくとも一種、
    (c)下記の式(1)で表される芳香族ジオール成分の
    少なくとも一種、(d)シロキサン結合を有する下記の
    式(2)で表される化合物からなり、成分(a)が全カ
    ルボン酸成分に対して60モル%以上、成分(d)が全
    縮合ポリエステルに対して20wt%以下含まれ、且つガ
    ラス転移点Tgが40℃以上であることを特徴とする画
    像形成トナー用架橋ポリエステル樹脂。 【化1】 (ここで、Rは炭素数3以下のアルキル基、そしてx及
    びyについては、2≦x+y≦7である。) 【化2】 (ここで、nは1〜50、R1 及びR2 は炭素数3以下
    のアルキル基、そしてX及びYは分子量1000以下の
    エステル結合形成基を有するアルキル基である。)
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