JP3797939B2 - トナー用低温定着性、耐ブロッキング性改善剤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真などにおいて、静電荷像の現像に使用するトナーの低温定着性及び耐ブロッキング性を改善する効果を持つポリグリセリン脂肪酸エステル及びこのポリグリセリン脂肪酸エステルを含有するバインダー樹脂及びトナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式による普通紙のコピー機、レーザープリンターなどの現像剤として、トナーが用いられている。トナーの製造方法には、機械的粉砕法、重合法、粉霧乾燥法などがあり、それぞれ特徴を持っている。しかし、安全性、品質の安定性、生産効率の面で、現在ほとんどのトナーは機械的粉砕法で生産されている。機械的粉砕法とは、バインダー樹脂中に結着樹脂や着色剤などの各成分を溶融混練させ、粉砕、分級してトナーを製造する方法であるが、粉砕法で製造されたトナーは、最終的に機械的な力で微粒子化されるため、トナー粒子の粒径が不均一となる。粒径が不均一であると、トナーの流動性や摩擦帯電性が悪化するため、良好な繊細画像は得られにくい欠点を持つ。一方、重合法は粒子の均一性を向上できる方法であり、均一な球形のトナーが得られるため、従来の粉砕法トナーよりも高性能の機能を有するトナーを製造できる。重合法とは、分散安定剤を含有する水系分散媒体中で、重合性単量体、着色剤、帯電制御剤、離型剤などを含有する単量体混合物を重合することによりトナーを得る方法である。
【０００３】
ところで、最近パソコンの普及と共に、レーザープリンター、デジタル複合機用のトナーとして、省エネルギーに寄与できること、印字及び複写の高速化に対応できること、フルカラー化に対応できることなどトナーに要求される項目が高度なものになってきている。コピー機やプリンターで最もエネルギーを消費する部分はトナーの紙への定着工程であるが、省エネルギーのためには定着工程の定着ロール温度を低くすることが必要である。また、定着工程で紙に与えられる熱量に自ずと限界があるため、各種マシンを高速化するためには紙面温度を低下させる必要があり、この点よりも低温定着化が求められる。一方、トナーの紙への定着温度を下げるには、バインダー樹脂のガラス転移温度を低下することで可能となるが、ガラス転移温度を下げることで、マシン内などでトナーが固まってしまうブロッキング問題が起こる。
【０００４】
この低温定着性の付与と、ブロッキング防止の相反する課題を解決する方法として、バインダー樹脂に融点５０〜１５０℃の低分子量エステル化合物を配合する方法（特開昭６３−６６５６３号公報）やポリグリセリン部分エステルを配合する方法（特開平４−１９４９４８公報）などが提案されているが、これらの方法では、熱溶融特性は良くなるものの用紙との接着性が乏しくなり、低温定着性は改善されたとは言えなかった。また、何れのトナーも粉砕法により製造されることを前提としているため、重合法による製造には不向きであった。また、トナー粒子をガラス転移温度の高いポリマーで被覆したコア・シェル構造を有するカプセルトナーが提案されている（特開昭５９−６２８７０号公報、特開平６−１１８６９９公報）。この手法は、粉砕法、重合法何れの方法にも適用可能であるが、定着温度を下げるためにトナー粒子のガラス転移温度を下げるとトナー特性が十分に確保できず、より高い性能や精細な画像の要求には応えきれていないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、トナーの製造方法に関わらず、トナーの定着温度を低下させ、かつブロッキングを防止する効果に優れた低温定着性、耐ブロッキング性改善剤を提供することにある。さらに、本発明は低温定着性、耐ブロッキング性改善剤を含有するバインダー樹脂及びバインダー樹脂を含有し、低温定着性、耐ブロッキング性に優れたトナーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明者が鋭意研究を重ねた結果、構成脂肪酸が炭素数８〜２２の飽和脂肪酸及び不飽和脂肪酸より２種以上からなるポリグリセリン脂肪酸エステルによって、上記の課題を解決することができるという知見を見出した。
【０００７】
また本発明は、上記トナーの低温定着性、耐ブロッキング性改善剤であるポリグリセリン脂肪酸エステルを使用したバインダー樹脂およびこのバインダー樹脂を含んでなるトナーを対象としたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明におけるポリグリセリン脂肪酸エステルの構成脂肪酸は、炭素数８〜２２の飽和脂肪酸及び不飽和脂肪酸であり、好ましくは、１４〜２２の飽和脂肪酸より２種類以上配合したものが良い。
【０００９】
本発明のポリグリセリン脂肪酸エステルに使用するポリグリセリンは、水酸基価から算出した平均重合度２以上であれば良く、好ましくは２〜１５の範囲である。
【００１０】
本発明のポリグリセリン脂肪酸エステルのポリグリセリンに対する脂肪酸のエステル化率は、１０重量％以上であればトナーの低温定着性、耐ブロッキング性を改善する効果を有するが、好ましくは７０重量％以上である。特に、重合法によって製造されるトナーにあっては、９０重量％以上が望ましい。エステル化率が９０重量％未満であると、懸濁重合または乳化重合などの重合工程に影響を及ぼす可能性があり、本発明の効果が期待できない。
【００１１】
また、本発明のポリグリセリン脂肪酸エステルは、バインダー樹脂１００重量部に対し３重量部〜３５重量部が配合される。配合量が３重量部未満ではトナーの低温定着性、耐ブロッキング性がほとんど向上しない。
【００１２】
本発明におけるバインダー樹脂として、スチレン・アクリル共重合樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂などが挙げられるがこれに限定するものではない。
【００１３】
本発明のトナーとは、着色剤や帯電防止剤、離型剤などをバインダー樹脂中に分散させた一般的に「トナー」と呼ばれるものであれば良く、それが１成分トナーまたは２成分トナーであっても良い。さらには磁性を有するものであっても非磁性であっても良い。また、必要であれば二酸化ケイ素、金属石鹸、ポリオレフィンワックスなどのトナー用添加剤を配合しても良い。
【００１４】
また、本発明のポリグリセリン脂肪酸エステルが使用できるトナーの製造方法であるが、機械的粉砕法、粉霧乾燥法、重合法、マイクロカプセル法など限定されることなく適用することができる。
【００１５】
【実施例】
次に、本発明を実施例及び比較例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。尚、今回使用したポリグリセリンは、ジグリセリンS、ポリグリセリン＃５００、＃７５０（いずれも阪本薬品工業(株)製）であり、水酸基価から算出した平均重合度は各々２，６，１０である。以下、本発明の実施例及び比較例を示す。ただし、部及び％は、特に断りのない限り重量基準である。
【００１６】
（ポリグリセリン脂肪酸エステルの合成）
ポリグリセリン＃５００を１００ｇとパルミチン酸１２３ｇ、ベヘン酸３２６ｇを反応容器に入れ、触媒及び窒素気流下、２４０℃で反応させ、エステル化率約９５％のポリグリセリンオクタパルミテート／ベヘネートを得た。以下同様に、脂肪酸の種類及びポリグリセリンに対する脂肪酸のモル比率を変化させて製造したものを表１に示した。
【００１７】
【表１】

【００１８】
（実施例２）スチレン８０．５部及びｎ−ブチルアクリレート１９．５部からなるコア用単量体と、カーボンブラック７部、帯電防止剤１部、ジビニルベンゼン０．３部、ポリメタクリル酸エステルマクロモノマー０．５部、ペンタエリスリトールテトラミリステート１５部、ポリグリセリンテトラステアレート／オレート１５部を添加、混合、溶解してコア用重合性単量体組成物を得た。コア用重合性単量体組成物の調整は全て室温で行った。
【００１９】
他方、室温でイオン交換水２５０部に塩化マグネシウム９．５部を溶解した水溶液に、イオン交換水５０部に水酸化ナトリウム５．８部を溶解した水溶液を攪拌下で徐々に添加して、水酸化マグネシウムコロイド分散液を調整した。この分散液の調整は全て室温で行った。
【００２０】
上記により得られた水酸化マグネシウムコロイド分散液に、室温で上記コア用重合性単量体組成物を投入し、液滴が安定するまで攪拌した。そこに重合開始剤としてｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート６部添加後、エバラマイルダーを用いて１５，０００ｒｐｍの回転数で３０分間高せん断攪拌して、単量体混合物の液滴を造粒した。この造粒した単量体混合物の水分散液を１０Ｌの反応器に入れ、６０℃で重合反応を開始させた。次に、室温でメチルメタクリレート３部とイオン交換水３０部を超音波乳化機にて微分散化処理して、シェル用重合性単量体の水分散液を得た。このシェル用重合性単量体と水溶性開始剤として過硫酸アンモニウム０．３部を蒸留水６５部に溶解し、これを反応器に入れ、４時間重合を継続した後、反応を停止しトナー粒子の水分散液を得た。
【００２１】
上記により得たコア・シェル型重合体粒子の水分散液を室温で攪拌しながら、硫酸により酸洗浄を行い、ろ過により水を分離した後、新たにイオン交換水５００部を加えてスラリー化し、水洗浄を行った。その後、再度脱水と水洗浄を室温で数回繰り返し行って、固形分をろ過した後、乾燥機にて４５℃で一昼夜乾燥を行い、重合体粒子を得た。この重合体粒子１００部に、室温で疎水化処理したコロイダルシリカ０．６部を添加し、ヘンシルミキサーを用いて混合して重合法トナーを調整した。
【００２２】
（参考例１）実施例２において使用したポリグリセリンテトラステアレート／オレートをポリグリセリンオクタパルミテート／ベヘネートに替えた。それ以外は実施例２と同様にしてトナーを得た。
【００２３】
（比較例１）実施例２において使用したポリグリセリンテトラステアレート／オレートをポリグリセリンオクタステアレートに替えた。それ以外は実施例２と同様にしてトナーを得た。
【００２４】
（比較例２）実施例２において使用したポリグリセリンテトラステアレート／オレートをポリグリセリンテトラオレートに替えた。それ以外は実施例２と同様にしてトナーを得た。
【００２５】
（比較例３）実施例２において使用したポリグリセリンテトラステアレート／オレートをポリグリセリンモノパルミテート／ベヘネートに替えた。それ以外は実施例２と同様にしてトナーを得た。
【００２６】
（比較例４）実施例２において使用したポリグリセリンテトラステアレート／オレートをポリグリセリンモノステアレートに替えた。それ以外は実施例２と同様にしてトナーを得た。
【００２７】
（比較例５）実施例２において使用したポリグリセリンテトラステアレート／オレートを用いなかった。それ以外は実施例２と同様にしてトナーを得た。
【００２８】
（実施例４）粉砕トナーの常法により、スチレン成分８０％、メタクリル酸メチル５％、アクリル酸ｎ−ブチル１５％、架橋性モノマーであるジビニルベンゼン０．２％からなるビニル系共重合体を製造した。このビニル系共重合体２５部、ポリグリセリンテトラステアレート／オレート１０部、マグネタイト６０部、ポリプロピレンワックス２部、カーボンブラック２部、帯電防止剤１部をボールミルで粉砕混合した。その後、ロールミルで溶融混練し、冷却、粗粉砕後、ジェットミルで微粉砕してトナー用組成物を得た。さらに、このトナー用組成物に、疎水性シリカ微粉末０．３部を添加して粉砕法トナーを調整した。
【００２９】
（参考例３）実施例４において使用したポリグリセリンテトラステアレート／オレートをポリグリセリンオクタパルミテート／ベヘネートに替えた。それ以外は実施例４と同様にしてトナーを得た。
【００３０】
（比較例６）実施例４において使用したポリグリセリンテトラステアレート／オレートをポリグリセリンオクタステアレートに替えた。それ以外は実施例４と同様にしてトナーを得た。
【００３１】
（比較例７）実施例４において使用したポリグリセリンテトラステアレート／オレートをポリグリセリンモノステアレートに替えた。それ以外は実施例４と同様にしてトナーを得た。
【００３２】
（比較例８）実施例４において使用したポリグリセリンテトラステアレート／オレートを用いなかった。それ以外は実施例４と同様にしてトナーを得た。
【００３３】
（試験方法）
本実施例では、以下の方法で評価した。
（低温定着性）
定着ロール部の温度を変化できるように改造した市販の非磁性一成分現像方式のプリンター（８枚機）を用いて、定着試験を行った。定着試験は、改造プリンターの定着ロールの温度を変化させて、それぞれの温度におけるトナーの定着率を測定し、温度−定着率の関係を求めることにより行った。定着率は、改造プリンターで印刷した試験用紙の黒ベタ領域において、テープ剥離操作前後の画像濃度の比率から計算した。すなわち、テープ剥離前の画像濃度をＩＤ前、テープ剥離後の画像濃度をＩＤ後とすると、定着率は次式から算出することができる。定着率（％）＝（ＩＤ後／ＩＤ前）×１００ここで、テープ剥離操作とは試験用紙の測定部分に粘着テープを貼り、一定圧力で付着させ、その後一定速度で紙に沿った方向に粘着テープを剥離する一連の操作である。また、画像濃度は、反射式画像濃度測定器を用いて測定した。この定着試験において、定着率８０％の定着ロール温度を現像剤の定着温度として評価した。結果を表２に示す。
【００３４】
（耐ブロッキング性）
トナーを密閉可能な容器に入れて密閉した後、この容器を５５℃の温度に保持した恒温水槽中に沈める。８時間経過した後、恒温水槽から容器を取り出し、容器内のトナーを４２メッシュの篩上に移す。この際、容器内でのトナーの凝集構造を破壊しないように、容器内からトナーを静かに取り出し、かつ注意深く篩上に移す。そして、粉体測定機を用いて、強度４．５の条件で３０秒間振動した後、篩上に残ったトナーの状態を観察した。トナー粒子に凝集（ケーキ化）が認められない場合を○で示し、凝集が認められる場合を×で示した。結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
【発明の効果】
表２から明らかなように、本発明のポリグリセリン脂肪酸エステルを添加したトナーは、低温定着性、耐ブロッキング性両方の向上効果に優れていた。従って、本発明のポリグリセリン脂肪酸エステルを特定量配合することにより、低温定着性、耐ブロッキング性に優れたトナーが得られ、高速印刷用画像形成装置に好適に使用できる。

Claims (3)

1. ポリグリセリン脂肪酸エステルの構成脂肪酸が、炭素数８〜２２の飽和脂肪酸及び不飽和脂肪酸からなることを特徴とするトナー用低温定着性、耐ブロッキング性改善剤。
2. 請求項１記載のトナー用低温定着性、耐ブロッキング性改善剤を含有するトナー用のバインダー樹脂。
3. 請求項２記載のバインダー樹脂を用いたトナー。