JP4666072B2 - 電子写真用トナー及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真用トナー及びその製造方法に係り、特に、結着樹脂中にポリ乳酸を含む電子写真用トナー及びその製造方法に関する。

電子写真方式による画像形成は、静電荷像をトナーにより現像して可視化し、得られたトナー像を用紙に転写した後、熱と圧力により定着させることにより行う。このような画像形成に用いるトナーとしては、結着樹脂に着色剤や帯電制御剤などを配合した混合物を混練し、粉砕して所定の粒度分布に調整したものが使用される。

従来、トナーに用いる結着樹脂としては、スチレン・アクリル樹脂や、ポリエステル樹脂などの石油由来の樹脂が使用されている。しかし、近年、環境への配慮から、廃棄時に環境への負荷の少ない生分解性樹脂、特に、再生可能資源からつくられるバイオマス由来の生分解性樹脂であるポリ乳酸をトナー用結着樹脂として用いる方法が提案されている。

しかし、ポリ乳酸は軟化点が１７０℃と高く、定着温度を高く設定しなくてはならないため、そのままではトナー用結着樹脂として用いることが出来ない。

この問題を改善するため、ポリ乳酸に他種の樹脂をブレンドすることにより、軟化点を低下させることが提案されている（例えば、特許文献１、２、及び３）。しかし、これらの提案はポリ乳酸の添加量を下げることにより問題の解決を図っており、環境への負荷低減という目的に合致しない。

また、ポリ乳酸に低軟化点物質を混合すると、溶融混練においてポリ乳酸と低軟化点物質との粘度差が大きく、均一な分散が困難な状況となる。
特開２００６−９１２７８号公報 特開２００６−２０８４５５号公報 特開２００７−２８５１５０号公報

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされ、環境負荷が低く、定着性に優れた電子写真用トナー及び電子写真トナーの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、所定の軟化点および分子量のポリ乳酸を結着樹脂として含む原料に、1つ以上の水酸基を有する化合物であるネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、エチレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスロトールの中から選ばれた少なくとも１種の解重合剤を前記ポリ乳酸１００質量部に対し０．５〜５質量部混合し該混合物を混練する混練工程、及び得られた混練物を粉砕及び分級する工程を経て得られたトナーであって、前記混練工程において前記解重合剤により前記ポリ乳酸が解重合されて、少なくとも軟化点が低減されていることを特徴とする電子写真用トナーを提供する。

本発明の第２の態様は、所定の軟化点および分子量のポリ乳酸を結着樹脂として含む原料に、1つ以上の水酸基を有する化合物であるネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、エチレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスロトールの中から選ばれた少なくとも１種の解重合剤を前記ポリ乳酸１００質量部に対し０．５〜５質量部混合し該混合物を混練する混練工程、及び得られた混練物を粉砕及び分級する工程を具備し、前記混練工程において前記解重合剤により前記ポリ乳酸を解重合させて、少なくとも軟化点を低減させたことを特徴とする電子写真用トナーの製造方法を提供する。

本発明によると、環境負荷が低く、定着性に優れた電子写真用トナー及びその製造方法が提供される。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーは、所定の軟化点および分子量のポリ乳酸を結着樹脂として含む原料に、1つ以上の水酸基を有する化合物であるネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、エチレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスロトールの中から選ばれた少なくとも１種の解重合剤を前記ポリ乳酸１００質量部に対し０．５〜５質量部混合し該混合物を混練する混練工程、及び得られた混練物を粉砕及び分級する工程を経て得られたトナーであって、前記混練工程において前記解重合剤により前記ポリ乳酸が解重合されて、少なくとも軟化点が低減されていることを特徴とする。

本実施形態において結着樹脂として用いられるポリ乳酸は、下記の構造式を有する樹脂である。

（ＯＣＨ（ＣＨ_３）ＣＯ）_ｎ
ポリ乳酸は、乳酸がエステル結合により結合したポリマーであり、近年、環境に優しい生分解性プラスティックとして注目を集めている。即ち、自然界には、エステル結合を切断する酵素（エステラーゼ）が広く分布していることから、ポリ乳酸は環境中でこのような酵素により徐々に分解されて、単量体である乳酸に変換され、最終的には二酸化炭素と水になる。

ポリ乳酸の製造方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。例えば、原料となるとうもろこし等の澱粉を発酵し、乳酸を得た後、乳酸モノマーから直接脱水縮合する方法や、乳酸から環状二量体ラクチドを経て、触媒の存在下で開環重合によって合成する方法がある。乳酸には光学異性体が存在し、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸があるが、これら単独または混合物のいずれの乳酸を使用しても良い。

なお、市販されているポリ乳酸は、耐熱性向上等のため、より高分子量が得られる開環重合法により合成されたものであり、その数平均分子量は１００,０００以上のものが主流である。このような高分子量のポリ乳酸では、軟化点が高すぎて定着性が悪く、また粉砕性も悪い。そのため、ポリ乳酸を解重合し、分子量を低減させる必要があるのである。

ポリ乳酸は、混練時に１つ以上の水酸基を有する化合物からなる解重合剤により解重合される。即ち、１つ以上の水酸基を有する化合物は、ポリ乳酸のための解重合剤として作用し、ポリ乳酸の分子量を低減し、軟化点を低下させる。

解重合剤として使用される１つ以上の水酸基を有する化合物としては、例えば１価又は多価アルコールを用いることができる。その具体例としては、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、エチレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスロトール等が挙げられる。これらのうち、特にトリメチロールプロパン、ネオペンチルグリコール等が好適に使用される。

解重合剤の使用量は、解重合後のポリ乳酸の分子量により適宜決定されるが、通常、ポリ乳酸１００質量部当り０．５〜５質量部である。

解重合剤の使用量が０．５質量部未満では、解重合の程度が弱く、軟化点を所望の値に低下させることが困難となる。一方、５質量部を越えると、トナーのガラス転移点が低下し耐久性に影響を与えることとなり、望ましくない。

このように、混練の際に、解重合剤の作用によりポリ乳酸は解重合され、分子量が低減されるとともに、軟化点が低下される。軟化点１７０℃のポリ乳酸は、例えば１４０℃以下の軟化点に低下されるのが望ましい。その結果、結着樹脂として解重合されたポリ乳酸を含むトナーは、耐久性、オフセット性、及び定着性のいずれにおいても優れており、低温定着対応トナーとして好適に用いることが出来る。

以下、本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーの製造方法について、より具体的に説明する。

まず、ポリ乳酸、着色剤、及び解重合剤を含むトナー原料を、混合機により混合する。混合機としては、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、Ｖ型ブレンダー、ナウターミキサー等、任意のものを用いることが出来る。

原料混合物は、次いで混練機に供給され、そこで溶融混練される。混練機としては、連続式２本ロールミル、連続式３本ロールミル及びバッチ式ロールミル等のオープンロール型混練機に限らず、二軸押出し混練機及び単軸押出し混練機等の押出し混練機を用いることが出来る。

図１は、オープンタイプの連続式２本ロールミルを示す正面図である。オープンタイプの連続式２本ロールミルは、オープンタイプの平行に配置された二本のロール１２，１３と、混練物が排出される排出部１４とを具備している。ロール１２，１３の表面には、混練物を輸送するためのらせん状の溝が形成されている。

ロール１２，１３の間に供給された原料混合物は、ロール１２，１３の表面に巻き付いた状態で、ロール１２，１３の回転により繰り返し圧縮され、混練され、ロール１２，１３の表面の溝によって排出部１４側に移動し、そこから混練物が排出される。

図２は、二軸押出混練機の一例を示す側面図である。この二軸押出混練機は、原料混合物が供給されるホッパー２１、複数のゾーンＣ１〜Ｃ８に区分されたシリンダー２２、及び溶融混合物が排出されるダイノズル２３を具備している。シリンダー２２の各ゾーンＣ１〜Ｃ８は、ヒーター（図示せず）により所定の温度に加熱されており、またシリンダー２２内には、その軸が平行又は所定の角度となるように配置された二本の円筒状のスクリュー（図示せず）が配置されている。スクリューは、同方向に又は反対方向に回転する。

ホッパー２１から供給された原料混合物は、シリンダー２２内に導入され、スクリュー間の間隙において、加熱されているシリンダー２２からの熱により溶融されるとともに、スクリューの回転による圧縮力及びせん断力により混合され、スクリューのらせん状の羽根に沿ってダイノズル２３の側に移動し、ダイノズル２３から排出される。

上述したように、これらの混練機による混練においては、混練剤の作用によりポリ乳酸は解重合され、その結果、分子量が低減され、軟化点が低下される。

混練機からの溶融混練物は、通常、トナーの製造に用いられる方法に従って、冷却され、粉砕され、所定の粒度に分級されて、電子写真用トナーが得られる。冷却手段、粉砕手段及び分級手段は、特に限定されず、通常トナーの製造に用いられるものを採用することが出来る。例えば、冷却は、圧延や空気流の吹き付けによる冷却手段を用いることができ、粉砕は、衝突板式粉砕機等の気流粉砕機を用いることができ、分級は、様々な気流分級機を用いることができる。

以上のようにして、軟化点が低下した電子写真用トナーが製造される。

以上説明した本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーの製造方法に使用可能な着色剤として、以下のものを使用することが出来る。

例えば、黒の着色剤としては、カーボンブラック、青系の着色剤としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ１５：３、赤系の着色剤としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ５７：１、１２２、２６９、黄色系の着色剤としては、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ７４、１８０、１８５等が挙げられる。本発明の目的の一つである環境への影響を考慮すると、着色剤単体で安全性が高いものが好ましい。これら着色剤の含有量は、トナー全体に対して、１〜１０質量％であることが好ましい。また、着色剤は、予め樹脂と着色剤を高濃度に分散したマスターバッチの形としても良い。

トナーの粒径は特に限定されないが、通常５〜１０μｍとなるように調整される。このようにして得られたトナーに対し、流動性向上、帯電性調整、耐久性向上のため、外添剤を添加することができる。外添剤としては、無機微粒子が一般的であり、シリカ、チタニア、アルミナ等が挙げられ、そのうち疎水化処理されたシリカが好ましく、日本アエロジル社、ＣＡＢＯＴ社等で市販されている。１次粒子径として、７〜４０ｎｍのものが良く、機能向上のため２種類以上を混ぜ合わせても良い。

本実施形態に係るトナーには、必要に応じて、従来公知の離型剤を添加することができる。そのような離型剤としては、例えば、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のオレフィン系ワックスや、カルナウバワックス、ライスワックス、カイガラムシワックス等の天然ワックス、合成エステルワックス等が挙げられる。低温定着性や高速印字性能を向上させるには、離型剤の融点は６０〜１００℃程度と比較的低い方が好ましく、具体的には、カルナウバワックスや、合成エステルワックスが好ましい。環境への影響を考慮すると、天然物系のカルナウバワックスがより好ましい。離型剤の添加量は、トナー全体に対して、１〜１０質量％であることが好ましい。

本実施形態に係るトナーには、必要に応じて、従来公知の帯電制御剤を添加することができる。例えば、正帯電制御剤として、４級アンモニウム塩、アミノ基を含有する樹脂等が、負帯電制御剤として、サルチル酸の金属錯塩、ベンジル酸の金属錯塩、カリックスアレン型のフェノール系縮合物、カルボキシル基を含有する樹脂などがある。帯電制御剤の配合量は、トナー全体に対して、０．１〜５質量％であることが好ましい。

以下、本発明の実施例と比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。

実施例１
ポリ乳酸樹脂（三井化学（株）製：Ｔｇ：６１℃、Ｔｍ：１７０℃、Ｍｎ：１６００００）１００質量部、電荷制御剤「ＬＲ−１４７」（日本カーリット（株）製）１質量部、着色剤ＰＲ−５７．１「ＥＣＲ−１０１」（大日精化（株）製）５質量部、離型剤「カルナバワックス」３質量部、及び解重合剤としてネオペンチルグリコール１質量部をヘンシェルミキサーで予備混合した。

得られた原料混合物をオープンロール型連続混練機（三井鉱山（株）製、商品名：ニーデックス）に供給して連続混練を行い、混練物を得た。この混練物をフェザーミル（（株）ホソカワミクロン製、ＦＭ−１）にて粉砕し、更に衝突板式粉砕機「ＩＤＳ−２」（日本ニューマチック（株）製）にて微粉砕した後、気流式分級機「ＤＳＸ−２」（日本ニューマチック（株）製）で分級をおこない、重量平均粒径約９μｍの着色微粒子を得た。

得られた着色微粒子１００質量部に外添剤として、「Ｒ９７２」（日本アエロジル（株）製：疎水性シリカ）を２質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合してトナーを得た。この際に使用したオープンロール型連続混練機は、ロール外径０．１６〔ｍ〕、有効ロール長０．７〔ｍ〕のものである。

実施例２
ネオペンチルグリコールの量を５質量部としたことを除いて、実施例１と同様にして、トナーを得た。

実施例３
ネオペンチルグリコールの量を０．５質量部とし、混練をオープンロール型連続混練機（三井鉱山（株）製、商品名：ニーデックス）の代わりに連続押出混練機（池貝（株）製、商品名：ＰＣＭ−４３）により行ったことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

実施例４
ネオペンチルグリコールの量を５質量部とし、混練をオープンロール型連続混練機（三井鉱山（株）製、商品名：ニーデックス）の代わりに連続押出混練機（池貝（株）製、商品名：ＰＣＭ−４３）により行ったことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを得た。

実施例５
解重合剤としてネオペンチルグリコールの代わりに１，６−ヘキサンジオールとしたことを除いて、実施例１と同様にして、トナーを得た。

実施例６
解重合剤としてネオペンチルグリコールの代わりにエチレングリコールとしたことを除いて、実施例１と同様にして、トナーを得た。

実施例７
解重合剤としてネオペンチルグリコールの代わりにトリメチロールプロパンとしたことを除いて、実施例１と同様にして、トナーを得た。

実施例８
解重合剤としてネオペンチルグリコールの代わりにグリセリンとしたことを除いて、実施例１と同様にして、トナーを得た。

実施例９
解重合剤としてネオペンチルグリコールの代わりにペンタエリスロトールとしたことを除いて、実施例１と同様にして、トナーを得た。

比較例１
ネオペンチルグリコールの量を０質量部とし実施例1と同様にしてトナーを得た。

比較例２
ネオペンチルグリコールの量を０．２質量部とし実施例1と同様にしてトナーを得た。

比較例３
ネオペンチルグリコールの量を５．５質量部とし実施例1と同様にしてトナーを得た。

以上の実施例及び比較例で得られたトナーについて、軟化点及び分子量の測定を行い、また、カラープリンター「スピーディア：Ｖ２」（カシオ計算機（株）製）にて印刷試験を行い、耐久性、オフセット及び定着性について評価した。

１．軟化点の測定
試料１ｇについて、装置としてフローテスター（島津製作所（株）製、ＣＦＴ−５００Ｄ）を用いて、１／２法により試料の半分が流出した温度を軟化点とした。測定条件は、下記の通りである。

昇温速度：６℃／分
荷重：２０ｋｇ
ノズル：直径１ｍｍ、長さ１ｍｍ
２．分子量の測定
装置：ＧＰＣ（島津製作所（株）製）、検出器ＲＩ
分子量Ｍｎは、分子量既知のポリスチレン試料によって作成した検量線を標準としてＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）にて測定される数平均分子量である。

３．耐久性
上記カラープリンターにトナーを実装し、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、印字率５％画像を連続印字し、１００００枚印字した後、ベタ画像を印字したときのトナーがドクターブレードに融着することに起因する白スジの発生を目視で評価した。プロセス速度は３４．１ｍｍ／ｓｅｃ、定着温度は１５０℃で行った。

（評価基準）
○：白スジ発生なし。

△：数本確認できる。

×：白スジを瞬時に確認できる。

４．オフセット（ワックスの分散性）
上記カラープリンターの定着部分の温度を可変できるように改造し、定着試験器とする。試験１で用いた装置で未定着画像を得た後、前記定着試験器にて上ロールの定着温度を１００〜２００℃の範囲で１０℃毎に可変し、未定着画像を定着器に通した。その際、下ロールの温度を上ロールの設定温度に対し１０℃低い温度に設定した。画像サンプルのコールドオフセット、ホットオフセット、剥離爪跡を目視で観察し、非オフセット領域を求め、下記のように評価した。

プロセス速度は１２９．３ｍｍ／ｓｅｃ、用紙はＸＥＲＯＸ Ｐ紙Ａ４サイズ（質量６４ｇ／ｍ² ）で行った。また、定着器のオイル供給ロールは外して行った。

（評価基準）
○：非オフセット領域が２０℃以上である。

△：非オフセット領域が１０℃以上、２０℃未満である。

×：非オフセット領域が１０℃未満である。

５．定着性（軟化点）
測定した軟化点により、下記の基準で評価した。

（評価基準）
○：軟化点１４０℃以下
×：軟化点１４０℃を越える。

以上の測定及び評価結果を下記表１及び表２に示す。

上記表１及び表２に示すように、ポリ乳酸をネオペンチルグリコールのような１つ以上の水酸基を有する化合物からなる解重合剤とともに混練して得た実施例１〜９に係るトナーは、いずれも軟化点が１４０℃以下と低く、耐久性、オフセット及び定着性のいずれにおいても優れていることがわかる。

これに対し、解重合剤の量が所定の範囲にない比較例１〜３は、耐久性、オフセット及び定着性のいずれかが劣っている。

オープンロール型連続混練機を示す図である。 連続押出混練機を示す図である。

符号の説明

１１，２１…ホッパー、１２，１３…ロール、１４…排出部、２２…シリンダー、２３…ダイノズル。

Claims (2)

1. 所定の軟化点および分子量のポリ乳酸を結着樹脂として含む原料に、1つ以上の水酸基を有する化合物であるネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、エチレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスロトールの中から選ばれた少なくとも１種の解重合剤を前記ポリ乳酸１００質量部に対し０．５〜５質量部混合し該混合物を混練する混練工程、及び得られた混練物を粉砕及び分級する工程を経て得られたトナーであって、
   前記混練工程において前記解重合剤により前記ポリ乳酸が解重合されて、少なくとも軟化点が低減されている
   ことを特徴とする電子写真用トナー。
2. 所定の軟化点および分子量のポリ乳酸を結着樹脂として含む原料に、1つ以上の水酸基を有する化合物であるネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、エチレングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスロトールの中から選ばれた少なくとも１種の解重合剤を前記ポリ乳酸１００質量部に対し０．５〜５質量部混合し該混合物を混練する混練工程、及び得られた混練物を粉砕及び分級する工程を具備し、
   前記混練工程において前記解重合剤により前記ポリ乳酸を解重合させて、少なくとも軟化点を低減させる
   ことを特徴とする電子写真用トナーの製造方法。

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