JP4672598B2 - トナー用樹脂およびトナー組成物 - Google Patents

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Description

本発明は電子写真、静電記録、静電印刷等に用いられるトナー用樹脂およびトナー組成物に関する。
トナーの低温定着性能を向上させる目的で、バインダーとしてポリエステル樹脂を用いることが従来より知られている(特許文献1、2等)。また、低温定着性改良の目的で、結晶性樹脂を含有させる方法も提案されている(特許文献3等)。
特開昭62−78568号公報 特開昭62−178278号公報 特開2003−337443号公報
しかし、トナーの低温定着性をさらに向上させるためには、分子量を下げる必要があるが、そうした場合、高温高湿度下でのトナーの耐ブロッキング性が劣るという問題点を有していた。また、結晶性樹脂を含有させた場合、粉砕が悪化するという問題点を有している。
本発明者はこれらの問題点を解決するべく鋭意検討した末、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、〔1〕ポリオール成分とポリカルボン酸成分が重縮合されてなり、ポリオール成分が、その30〜100モル%の炭素数2〜6の脂肪族ジオールと、必要によりビスフェノール類の炭素数2〜3のアルキレンオキサイド付加物であり、ポリカルボン酸成分が、芳香族ポリカルボン酸と脂肪族ポリカルボン酸とからなり、芳香族ポリカルボン酸を60モル%以上含有し、酸価が6mgKOH/g以下かつ水酸基価が10〜65mgKOH/gのポリエステル樹脂(a)と、2価以上の芳香族カルボン酸、並びにその酸無水物および低級アルキル(炭素数1〜4)エステルからなる群から選ばれる1種以上のカルボン酸(b)が反応されてなるポリエステル樹脂(A)からなり、(a)と(b)の反応時の(a)に由来する水酸基の当量をOHa、(b)に由来するカルボキシル基の当量をCOOHbとするとき、当量比OHa/COOHb=0.55〜1.0であり、ポリエステル樹脂(A)の酸価が13〜50mgKOH/gかつ水酸基価が8mgKOH/g以下であるトナー用樹脂;並びに、〔2〕上記のトナー用樹脂と、着色剤、並びに、必要により離型剤、荷電制御剤、および流動化剤から選ばれる1種以上の添加剤からなるトナー組成物;である。上記以外は参考発明である。
本発明のトナー用樹脂を用いることにより低温定着性に優れるトナーとすることができ、トナーの耐ブロッキング性も良好である。また、トナー製造時の樹脂の粉砕性に優れることから、工業生産時に経済的にトナーを生産することができる。
以下、本発明を詳述する。
本発明のトナー用樹脂は、特定酸価および特定水酸基価を有するポリエステル樹脂(a)と、脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、並びにそれらの酸無水物および低級アルキル(炭素数1〜4)エステルからなる群から選ばれる1種以上のカルボン酸(b)を反応させることで得られるポリエステル樹脂(A)からなる。
ポリエステル樹脂(a)としては、1種以上のポリオール成分と、1種以上のポリカルボン酸成分を重縮合して得られるものが好ましい。
ポリオール成分のうち30〜100モル%が、炭素数2〜6の脂肪族ジオールであるのが保存安定性の点から好ましい。さらに好ましくは40〜100モル%、とくに好ましくは50〜100モル%、もっとも好ましくは80〜100モル%である。
なお、ポリエステル樹脂(A)は、ポリエステル樹脂(a)にカルボン酸(b)を反応させて得られるものであるから、(A)を構成するポリオール成分としても、上記のものが好ましい。
炭素数2〜6の脂肪族ジオールとしては、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、2,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,3−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,3−ヘキサンジオール、3,4−ヘキサンジオール、およびネオペンチルグリコール等のアルカンジオールなどが挙げられ、2種以上を併用してもよい。これらの中で好ましくは、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、およびネオペンチルグリコールであり、さらに好ましくはエチレングリコール、および1,2−プロピレングリコールであり、とくに好ましくは1,2−プロピレングリコールである。
炭素数2〜6の脂肪族ジオール以外のポリオール成分のうち2価アルコール(ジオール)としては、炭素数7〜36の脂肪族ジオール(1,7−ヘプタンジオール、ドデカンジオール等);炭素数4〜36のポリアルキレンエーテルグリコール(ジ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およびポリプロピレングリコール等);上記炭素数2〜36の脂肪族ジオールの炭素数2〜4のアルキレンオキシド(以下AOと略記する)〔エチレンオキシド(以下EOと略記する)、プロピレンオキシド(以下POと略記する)およびブチレンオキシド等〕付加物(付加モル数2〜30);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、水素添加ビスフェノールA等);上記脂環式ジオールの炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールFおよびビスフェノールS等)の炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
ポリオール成分のうち3〜8価またはそれ以上のポリオールとしては、炭素数3〜36の3〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコール(グリセリン、トリエチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールおよびソルビトール等);上記脂肪族多価アルコールの炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30);トリスフェノール類(トリスフェノールPA等)の炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30);ノボラック樹脂(フェノールノボラックおよびクレゾールノボラック等:平均重合度3〜60)の炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。
これらの炭素数2〜6の脂肪族ジオール以外のポリオール成分の中で、好ましくは、炭素数4〜36のポリアルキレンエーテルグリコール、炭素数6〜36の脂環式ジオール、炭素数6〜36の脂環式ジオールの炭素数2〜4のAO付加物、ビスフェノール類の炭素数2〜4のAO付加物、およびノボラック樹脂の炭素数2〜4のAO付加物であり、さらに好ましくビスフェノール類の炭素数2〜3のAO(EOおよび/またはPO)付加物、およびノボラック樹脂の炭素数2〜3のAO(EOおよび/またはPO)付加物である。
ポリカルボン酸成分のうち脂肪族(脂環式を含む)ジカルボン酸としては、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、およびセバシン酸等)、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、およびグルタコン酸等)、などが挙げられる。
芳香族ジカルボン酸としては、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、およびナフタレンジカルボン酸等)などが挙げられる。
ポリカルボン酸成分のうち、3〜6価またはそれ以上の脂肪族(脂環式を含む)ポリカルボン酸としては、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[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):450〜10000](α−オレフィン/マレイン酸共重合体等)等が挙げられる。
ポリカルボン酸成分のうち、3〜6価またはそれ以上の芳香族ポリカルボン酸としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、およびピロメリット酸等)、不飽和カルボン酸のビニル重合体[Mn:450〜10000](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、およびスチレン/フマル酸共重合体等)等が挙げられる。
ポリカルボン酸成分として、これらのポリカルボン酸の、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、イソプロピルエステル等)を用いてもよい。
これらのポリカルボン酸成分のうち好ましいものは、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、および炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸であり、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、およびこれらの併用であり、とくに好ましくは、アジピン酸、テレフタル酸、トリメリット酸、およ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。
また、ポリカルボン酸成分としては、芳香族ポリカルボン酸と脂肪族ポリカルボン酸とからなり、芳香族ポリカルボン酸を60モル%以上含有するものが好ましい。芳香族ポリカルボン酸の含有量は、さらに好ましくは70〜99モル%、とくに好ましくは80〜98モル%である。芳香族ポリカルボン酸が60モル%以上含有されていることで、樹脂強度が上がり、低温定着性がさらに向上する。
本発明においてポリエステル樹脂(a)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もできる。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、シュウ酸チタニルカリウム、テレフタル酸チタン、テレフタル酸チタンアルコキシド、および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)とその分子内重縮合物〕、ジルコニウム含有触媒(例えば酢酸ジルコニル)、および酢酸亜鉛等が挙げられる。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。
ポリオール成分とポリカルボン酸成分との反応比率は、水酸基とカルボキシル基の当量比[OH]/[COOH]として、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.2/1〜1/1、とくに好ましくは1.1/1〜1/1である。なお、上記反応比率は、反応中に系外へ除去される成分があるときは、その分を除外した比率である。
ポリエステル樹脂(a)は、酸価が6(mgKOH/g、以下の酸価も同様)以下かつ水酸基価が10〜80(mgKOH/g、以下の水酸基価も同様)である。酸価は、好ましくは5以下、さらに好ましくは4以下であり、水酸基価は、好ましくは15〜65、さらに好ましくは20〜58である。酸価が6より多い場合、あるいは水酸基価が80より多い場合は、ポリエステル樹脂(a)の重縮合が不十分で、低分子量成分が多いこと示しており、保存安定性が悪化する。また水酸基価が10より小さい場合は、カルボン酸(b)との反応効率が悪くなる。
ポリエステル樹脂(a)の酸価、水酸基価をこれらの範囲とするには、ポリオール成分とポリカルボン酸成分との反応比率で調整するのが有効である。
上記および以下においてポリエステル樹脂の酸価および水酸基価は、JIS K0070(1992年版)に規定の方法で測定される。
なお、試料に架橋にともなう溶剤不溶解分がある場合は、以下の方法で溶融混練後のものを試料として用いる。
混練装置 : 東洋精機(株)製 ラボプラストミル MODEL30R150
混練条件 : 130℃、70rpmにて30分
ポリエステル樹脂(a)の分子量は、ピークトップ分子量(以下Mpと記載)が2000〜10000であることが好ましく、Mpが2500〜9000であることがさらに好ましい。
上記および以下において、ポリエステル樹脂の分子量(MpおよびMn)は、GPCを用いて以下の条件で測定される。
装置(一例) : 東ソー(株)製 HLC−8120
カラム(一例): TSK GEL GMH6 2本 〔東ソー(株)製〕
測定温度 : 40℃
試料溶液 : 0.25重量%のTHF溶液
溶液注入量 : 100μl
検出装置 : 屈折率検出器
基準物質 : 東ソー製 標準ポリスチレン(TSKstandard POLYSTYRENE)12点 (Mw 1050 2800 5970 9100 18100 37900 96400 190000 355000 1090000 2890000 4480000)
得られたクロマトグラム上最大のピーク高さを示す分子量をピークトップ分子量(Mp)と称する。また、トナー用樹脂粒子の分子量の測定は、トナー用ポリエステル樹脂中の任意の粒子1粒を取り出し、これをTHFに溶解し、不溶解分をグラスフィルターでろ別したものを試料溶液とした。この測定を10粒子について測定した。
ポリエステル樹脂(A)は、ポリエステル樹脂(a)と、カルボン酸(b)を、反応時の混合比が、(a)に由来する水酸基の当量をOHa、(b)に由来するカルボキシル基の当量をCOOHbとするとき、OHa/COOHb=0.55〜1.0の当量比で反応させて得られる。OHa/COOHbは、好ましくは0.58〜0.9であり、さらに好ましくは0.6〜0.85である。OHa/COOHbが0.55を下回ると分子量が十分に上がらないので、トナー化時の耐ホットオフセット性が低下する。1.0を超えると樹脂の流動性が低下し、トナー化時の低温定着性が低下する。
カルボン酸(b)としては、モノカルボン酸、ポリカルボン酸のいずれも使用可能であるが、モノカルボン酸とポリカルボン酸の比率は、反応に使用するカルボン酸の全カルボキシル基の当量を100とするとき、モノカルボン酸由来のカルボキシル基とポリカルボン酸由来のカルボキシル基の当量比が、(0〜50)/(50〜100)が好ましく、(0〜20)/(80〜100)がさらに好ましい。モノカルボン酸由来のカルボキシルの比率が50以下であると架橋が不足せず、樹脂の強度が十分に得られる。また、反応生成物の酸価を所定範囲に調整しやすい。
また、カルボン酸成分として、酸無水物および、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、イソプロピルエステル等)を用いてもよい。
カルボン酸(b)として用いるモノカルボン酸のうち、脂肪族(脂環式を含む)モノカルボン酸としては、炭素数1〜50のアルカンモノカルボン酸(ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、イソブタン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチル酸、パルミチン酸、ステアリン酸等)、炭素数3〜50のアルケンモノカルボン酸(アクリル酸、メタクリル酸、オレイン酸、リノール酸等)などが挙げられる。
芳香族モノカルボン酸としては、炭素数7〜36の芳香族モノカルボン酸(安息香酸、メチル安息香酸、フェニルプロピオン酸、およびナフトエ酸等)などが挙げられる。
(b)として用いるポリカルボン酸のうち、脂肪族(脂環式を含む)ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、3〜6価またはそれ以上の脂肪族(脂環式を含む)ポリカルボン酸、および3〜6価またはそれ以上の芳香族ポリカルボン酸としては、前記ポリエステル樹脂(a)に用いるものと同様のものが挙げられる。
これらの中で、2価以上の芳香族カルボン酸が好ましく、3〜6価またはそれ以上の芳香族ポリカルボン酸がさらに好ましく、トリメリット酸、および無水トリメリット酸がとくに好ましい。
ポリエステル樹脂(A)は、下記の範囲の酸価および水酸基価を有するように調整する以外は、ポリエステル樹脂(a)と同様の製造法で得ることができる。
(A)の酸価は、13〜50であり、好ましくは15〜40である。また水酸基価は、8以下であり、好ましくは6以下である。
酸価が13を下回ると定着の強度が弱まる。また水酸基価が8を超える、あるいは酸価が50を超えると、環境条件の影響を受けやすくなり、安定性が悪化する。
ポリエステル樹脂(A)のTHF不溶解分は、1〜50重量%が好ましく、2〜35重量%がさらに好ましい。THF不溶解分が1重量%以上であると耐ホットオフセット性が良好であり、50重量%以下であると低温定着性が良好である。
上記および以下においてポリエステル樹脂のTHF不溶解分は、以下の方法で求めたものである。
試料0.5gに50mlのTHFを加え、3時間撹拌還流させる。冷却後、グラスフィルターにて不溶解分をろ別し、グラスフィルター上の樹脂分を80℃で3時間減圧乾燥する。グラスフィルター上の乾燥した樹脂分の重量と試料の重量比から、不溶解分を算出する。
ポリエステル樹脂(A)の分子量は、Mpが4500〜15000であることが好ましく、Mpが5000〜12000であることがさらに好ましい。
本第1発明の樹脂と同様の製法により得ることができるポリエステル樹脂の中でも、酸価が13〜50mgKOH/g、水酸基価が8mgKOH/g以下、かつTHF不溶解分が1〜50重量%であるポリエステル樹脂であって、それを構成するポリオール成分の30〜100モル%(好ましくは80〜100モル%)が炭素数2〜6の脂肪族ジオール(好ましくは1,2−プロピレングリコール)であり、構成するカルボン酸成分が3価以上の芳香族ポリカルボン酸を含有するポリエステル樹脂(A’)は、3価以上の芳香族カルボン酸が架橋剤として作用し、十分な樹脂強度が得られるためトナー用樹脂として特に適
している。
カルボン酸成分中の3価以上の芳香族ポリカルボン酸の含有量は、好ましくは1〜30モル%、さらに好ましくは2〜20モル%である。30モル%以下であると、樹脂の流動性が良好で、トナー化時の低温定着性が向上する。
なお、ポリエステル樹脂(A’)を構成する原料の組成と好ましいもの、(A’)の分子量、並びに酸価、水酸基価、およびTHF不溶解分の好ましい範囲は、ポリエステル樹脂(A)と同様である。
本発明のトナー用樹脂中には、ポリエステル樹脂(A)と共に、THF不溶解分を含まない(A)以外のポリエステル樹脂(B)を含有してもよい。なお、以下、ポリエステル樹脂(A)は、ポリエステル樹脂(A’)を含む意味で用いる。
ポリエステル樹脂(B)は、通常、1種以上のポリオール成分と、1種以上のポリカルボン酸成分を重縮合して得られる。
ポリオール成分のうち、ジオールとしては、炭素数2〜6の脂肪族ジオール、炭素数7〜36の脂肪族ジオール、炭素数4〜36のポリアルキレンエーテルグリコール、炭素数2〜36の脂肪族ジオールの炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30)、炭素数6〜36の脂環式ジオール、炭素数6〜36の脂環式ジオールの炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30)、およびビスフェノール類の炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。これらの具体例としては、前述のポリエステル樹脂(a)に用いるものと同様のものが挙げられる。
ポリオール成分のうち、3〜8価またはそれ以上のアルコールとしては、炭素数3〜36の3〜8価またはそれ以上の脂肪族多価アルコール、脂肪族多価アルコールの炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30)、トリスフェノール類の炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30)、ノボラック樹脂の炭素数2〜4のAO付加物(付加モル数2〜30)等が挙げられ、2種以上を併用してもよい。これらの具体例としては、前述のポリエステル樹脂(a)に用いるものと同様のものが挙げられる。
これらポリオール成分中好ましいものは、炭素数2〜6の脂肪族ジオール、炭素数4〜36のポリアルキレンエーテルグリコール、炭素数6〜36の脂環式ジオール、炭素数6〜36の脂環式ジオールの炭素数2〜4のAO付加物、ビスフェノール類の炭素数2〜4のAO付加物、およびノボラック樹脂の炭素数2〜4のAO付加物であり、さらに好ましくは、炭素数2〜6の脂肪族ジオール、ビスフェノール類の炭素数2〜3のAO(EOおよびPO)付加物、およびノボラック樹脂の炭素数2〜3のAO(EOおよびPO)付加物である。
ポリカルボン酸成分のうち、脂肪族(脂環式を含む)ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、3〜6価またはそれ以上の脂肪族(脂環式を含む)ポリカルボン酸、および3〜6価またはそれ以上の芳香族ポリカルボン酸としては、前記ポリエステル樹脂(a)に用いるものと同様のものが挙げられる。
ポリカルボン酸成分として、これらのポリカルボン酸の、無水物、低級アルキル(炭素数1〜4)エステルを用いてもよい。
これらのポリカルボン酸成分のうち好ましいものは、前記ポリエステル樹脂(a)に用いるポリカルボン酸と同様である。
ポリエステル樹脂(B)の酸価は、2〜80が好ましく、5〜50がさらに好ましく、10〜30がとくに好ましい。
また水酸基価は、60以下が好ましく、50以下がさらに好ましく、5〜45がとくに好ましい。
ポリエステル樹脂(B)の分子量は、Mpが3000〜10000であることが好ましく、Mpが3500〜9000であることがさらに好ましい。
本発明においてポリエステル樹脂(B)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、前述のポリエステル樹脂(a)の製造法と同様の方法が挙げられる。
ポリオール成分とポリカルボン酸成分との反応比率は、水酸基とカルボキシル基の当量比[OH]/[COOH]として、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1.3/1〜1/1.2である。
本発明のトナー用樹脂は、ポリエステル樹脂(A)単独でも優れた定着性を示すが、ポリエステル樹脂(A)と共にポリエステル樹脂(B)を含有することでさらに優れた定着性が得られる。この時、(A)と(B)の重量比は、(A)と(B)の合計を100としたとき、(20〜100)/(0〜80)が好ましく、(30〜99)/(1〜70)がさらに好ましく、(40〜90)/(10〜60)がとくに好ましい。ポリエステル樹脂(A)の比率が、20以上であると樹脂強度が上昇し、高温域での定着性が良好である。
本発明のトナー用樹脂は、ポリエステル樹脂(A)のみ、またはポリエステル樹脂(A)とポリエステル樹脂(B)のみからなることが好ましいが、本発明のトナー用樹脂の特性を損なわない範囲で、他の樹脂を含有してもよい。他の樹脂としては、(A)、(B)以外のポリエステル樹脂、ビニル系樹脂[スチレンとアルキル(メタ)アクリレートの共重合体、スチレンとジエン系モノマーとの共重合体等]、エポキシ樹脂(ビスフェノールAジグリシジルエーテル開環重合物等)、ウレタン樹脂(ジオールおよび/または3価以上のポリオールとジイソシアネートの重付加物等)などが挙げられる。
他の樹脂のMnは、1000〜100万が好ましい。他の樹脂の含有量は、好ましくは10重量%以下、さらに好ましくは5重量%以下である。
ポリエステル樹脂を2種以上併用する場合、および少なくとも1種のポリエステル樹脂と他の樹脂を混合する場合、予め粉体混合または溶融混合してもよいし、トナー化時に混合してもよい。
溶融混合する場合の温度は、好ましくは80〜180℃、さらに好ましくは100〜170℃、とくに好ましくは120〜160℃である。
混合温度が低すぎると充分に混合できず、不均一となることがある。2種以上のポリエステル樹脂を混合する場合、混合温度が高すぎると、エステル交換反応による平均化などが起こるため、トナーバインダーとして必要な樹脂物性が維持できなくなる場合がある。
溶融混合する場合の混合時間は、好ましくは10秒〜30分、さらに好ましくは20秒〜10分、とくに好ましくは30秒〜5分である。2種以上のポリエステル樹脂を混合する場合、混合時間が長すぎると、エステル交換反応による平均化などが起こるため、トナーバインダーとして必要な樹脂物性が維持できなくなる場合がある。
溶融混合する場合の混合装置としては、反応槽などのバッチ式混合装置、およ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。連続式混合装置としては、エクストルーダー、コンティニアスニーダー、3本ロールなどが挙げられる。これらのうちエクストルーダーおよびコンティニアスニーダーが好ましい。
粉体混合する場合は、通常の混合条件および混合装置で混合することができる。
粉体混合する場合の混合条件としては、混合温度は、好ましくは0〜80℃、さらに好ましくは10〜60℃である。混合時間は、好ましくは3分以上、さらに好ましくは5〜60分である。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、およ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。
本発明のトナー組成物は、バインダー樹脂となる本発明のトナー用樹脂と、着色剤、および必要により、離型剤、荷電制御剤、流動化剤等の1種以上の添加剤を含有する。
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およびオイルピンクOP等が挙げられ、これらは単独でまたは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も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、本発明のポリエステル樹脂100部に対して、好ましくは1〜40部、さらに好ましくは3〜10部である。なお、磁性粉を用いる場合は、好ましくは20〜150部、さらに好ましくは40〜120部である。上記および以下において、部は重量部を意味する。
離型剤としては、軟化点が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。
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。
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。
本発明のトナー組成物の組成比は、トナー重量に基づき、本発明のトナー用樹脂が、好ましくは30〜97重量%、さらに好ましくは40〜95重量%、とくに好ましくは45〜92重量%;着色剤が、好ましくは0.05〜60重量%、さらに好ましくは0.1〜55重量%、とくに好ましくは0.5〜50重量%;添加剤のうち、離型剤が、好ましくは0〜30重量%、さらに好ましくは0.5〜20重量%、とくに好ましくは1〜10重量%;荷電制御剤が、好ましくは0〜20重量%、さらに好ましくは0.1〜10重量%、とくに好ましくは0.5〜7.5重量%;流動化剤が、好ましくは0〜10重量%、さらに好ましくは0〜5重量%、とくに好ましくは0.1〜4重量%である。また、添加剤の合計含有量は、好ましくは3〜70重量%、さらに好ましくは4〜58重量%、とくに好ましくは5〜50重量%である。トナーの組成比が上記の範囲であることで帯電性が良好なものを容易に得ることができる。
本発明のトナー組成物は、混練粉砕法、乳化転相法、重合法等の従来より公知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。
本発明のトナー組成物は、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ー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。トナーとキャリアー粒子との重量比は、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。
本発明のトナー組成物は、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。
以下実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例および比較例で得られたトナー用ポリエステル樹脂の性質の測定法を次に示す。1.酸価および水酸基価
JIS K0070(1992年版)に規定の方法。
なお、試料に架橋にともなう溶剤不溶解分がある場合は、以下の方法で溶融混練後のものを試料として用いた。
混練装置 : 東洋精機(株)製 ラボプラストミル MODEL4M150
混練条件 : 130℃、70rpmにて30分
2.軟化点の測定
フローテスターを用いて、下記条件で等速昇温し、その流出量が1/2になる温度をもって軟化点とした。
装置 : 島津(株)製 フローテスター CFT−500
荷重 : 20kg
ダイ : 1mmΦ−1mm
昇温速度 : 6℃/min.
実施例1
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、1,2−プロピレングリコール(以下プロピレングリコールと記載)950部(12.5モル)、テレフタル酸ジメチルエステル922部(4.8モル)、アジピン酸37部(0.25モル)、および縮合触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、180℃で窒素気流下に、生成するメタノールを留去しながら8時間反応させた。次いで230℃まで徐々に昇温しながら、窒素気流下に、生成するプロピレングリコール、水を留去しながら4時間反応させ、さらに5〜20mmHgの減圧下に反応させ、軟化点が85℃になった時点で取り出した。回収されたプロピレングリコールは521部(6.9モル)であった。取り出した樹脂を室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。これをポリエステル樹脂(a1)とする。
ポリエステル樹脂(a1)の酸価は2、水酸基価は57、Mnは2000、Mpは3500であった。
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ポリエステル樹脂(a1)500部、無水トリメリット酸40部(0.21モル)、および触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、系内の気相を窒素置換したのち、180℃で常圧密閉下2時間反応後、220℃で、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、軟化点が180℃になった時点で取り出し、室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。反応時のOHa/COOHb=0.81であった。これをポリエステル樹脂(A1)とする。
ポリエステル樹脂(A1)の酸価は17、水酸基価は2、Mnは5200、Mpは9400、THF不溶解分は34重量%であった。
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・EO2モル付加物379部(1.2モル)、ビスフェノールA・PO2モル付加物447部(1.3モル)、テレフタル酸332部(2.0モル)および縮合触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら5時間反応させた。次いで5〜20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が2以下になった時点で180℃に冷却し、無水トリメリット酸40部(0.21モル)を加え、常圧密閉下2時間反応後取り出し、室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。これをポリエステル樹脂(B1)とする。
ポリエステル樹脂(B1)の酸価は21、水酸基価は37、Mnは2000、Mpは4200、THF不溶解分は0重量%であった。
ポリエステル樹脂(A1)500部とポリエステル樹脂(B1)500部を、コンティニアスニーダーにて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混合した。溶融樹脂を室温まで冷却後、粉砕機にて粉砕し、粒子化して本発明のトナー用樹脂(1)を得た。
実施例2
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、実施例1で得たポリエステル樹脂(a1)500部、無水トリメリット酸50部(0.26モル)、および触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、系内の気相を窒素置換したのち、180℃で常圧密閉下2時間反応後、220℃で、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、軟化点が160℃になった時点で取り出し、室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。反応時のOHa/COOHb=0.65であった。これをポリエステル樹脂(A2)とする。
ポリエステル樹脂(A2)の酸価は27、水酸基価は1、Mnは4500、Mpは8000、THF不溶解分は20重量%であった。
ポリエステル樹脂(A2)500部と実施例1記載のポリエステル樹脂(B1)500部を、コンティニアスニーダーにて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混合した。溶融樹脂を室温まで冷却後、粉砕機にて粉砕し、粒子化して本発明のトナー用樹脂(2)を得た。
実施例3
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、プロピレングリコール950部(12.5モル)、ビスフェノールA・EO2モル付加物158部(0.5モル)、テレフタル酸ジメチルエステル824.5部(4.3モル)、アジピン酸109.5部(0.75モル)、および縮合触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、180℃で窒素気流下に、生成するメタノールを留去しながら8時間反応させた。次いで230℃まで徐々に昇温しながら、窒素気流下に、生成するプロピレングリコール、水を留去しながら4時間反応させ、さらに5〜20mmHgの減圧下に反応させ、軟化点が85℃になった時点で取り出した。回収されたプロピレングリコールは577.6部(7.6モル)であった。取り出した樹脂を室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。これをポリエステル樹脂(a2)とする。
ポリエステル樹脂(a2)の酸価は1、水酸基価は34は、Mnは3000、Mpは6100であった。
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ポリエステル樹脂(a2)500部、無水トリメリット酸30部(0.16モル)、および触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、系内の気相を窒素置換したのち、180℃で常圧密閉下2時間反応後、220℃で、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、軟化点が170℃になった時点で取り出し、室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。反応時のOHa/COOHb=0.65であった。これをポリエステル樹脂(A3)とする。
ポリエステル樹脂(A3)の酸価は18、水酸基価は2、Mnは5000、Mpは8700、THF不溶解分は28重量%であった。
ポリエステル樹脂(A3)500部と実施例1記載のポリエステル樹脂(B1)500部を、コンティニアスニーダーにて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混合した。溶融樹脂を室温まで冷却後、粉砕機にて粉砕し、粒子化して本発明のトナー用樹脂(3)を得た。
実施例4
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた加圧可能な反応槽中に、プロピレングリコール1064部(14.0モル)、テレフタル酸498部(3.0モル)、アジピン酸29部(0.2モル)、および縮合触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、系内の気相を窒素置換してから、150℃まで昇温した後、系内を窒素にて0.3MPaに加圧した。230℃で生成する水とプロピレングリコールを留去しながら8時間反応させた後に、系内の圧力を常圧に戻した。次いで230℃で、5〜20mmHgの減圧下で生成する水とプロピレングリコールを留去しながら反応させ、軟化点が90℃になった時点で取り出した。回収されたプロピレングリコールは798部(10.5モル)であった。取り出した樹脂を室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。これをポリエステル樹脂(a3)とする。
ポリエステル樹脂(a3)の酸価は1、水酸基価は45、Mnは2200、Mpは4800であった。
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ポリエステル樹脂(a3)500部、無水トリメリット酸40部(0.21モル)、および触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、系内の気相を窒素置換したのち、180℃で常圧密閉下2時間反応後、220℃で、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、軟化点が170℃になった時点で取り出し、室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。反応時のOHa/COOHb=0.64であった。これをポリエステル樹脂(A4)とする。
ポリエステル樹脂(A4)の酸価は25、水酸基価は2、Mnは5200、Mpは8900、THF不溶解分は24重量%であった。
ポリエステル樹脂(A4)500部と実施例1記載のポリエステル樹脂(B1)500部を、コンティニアスニーダーにて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混合した。溶融樹脂を室温まで冷却後、粉砕機にて粉砕し、粒子化して本発明のトナー用樹脂(4)を得た。
実施例5
実施例2記載のポリエステル樹脂(A2)を本発明のトナー用樹脂(5)とした。
比較例1
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、実施例1記載のポリエステル樹脂(a1)500部、無水トリメリット酸70部(0.36モル)、および触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、系内の気相を窒素置換したのち、180℃で常圧密閉下2時間反応後、220℃で、5〜20mmHgの減圧下に反応させたが、軟化点は110℃以上にはならなかったので取り出し、室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。反応時のOHa/COOHb=0.46であった。これをポリエステル樹脂(C1)とする。
ポリエステル樹脂(C1)の酸価は55、水酸基価は1、Mnは2800、Mpは3500、THF不溶解分は0重量%であった。
ポリエステル樹脂(C1)500部と実施例1記載のポリエステル樹脂(B1)500部を、コンティニアスニーダーにて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混合した。溶融樹脂を室温まで冷却後、粉砕機にて粉砕し、粒子化して比較用のトナー用樹脂(6)を得た。
比較例2
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、実施例1記載のポリエステル樹脂(a1)500部、無水トリメリット酸30部(0.16モル)、および触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、系内の気相を窒素置換したのち、180℃で常圧密閉下2時間反応後、220℃で、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、軟化点が180℃になった時点で取り出し、室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。反応時のOHa/COOHb=1.08であった。これをポリエステル樹脂(C2)とする。
ポリエステル樹脂(C2)の酸価は4、水酸基価は4、Mnは4400、Mpは7500、THF不溶解分は41重量%であった。
ポリエステル樹脂(C2)500部と実施例1記載のポリエステル樹脂(B1)500部を、コンティニアスニーダーにて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混合した。溶融樹脂を室温まで冷却後、粉砕機にて粉砕し、粒子化して比較用のトナー用樹脂(7)を得た。
比較例3
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた加圧可能な反応槽中に、プロピレングリコール1292部(17.0モル)、テレフタル酸714部(4.3モル)、アジピン酸44部(0.3モル)、および縮合触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、系内の気相を窒素置換してから、150℃まで昇温した後、系内を窒素にて0.3MPaに加圧した。230℃で生成する水とプロピレングリコールを留去しながら4時間反応させた後に、系内の圧力を常圧に戻した。次いで230℃で、5〜20mmHgの減圧下で生成する水とプロピレングリコールを留去しながら反応させ、軟化点が80℃になった時点で取り出した。回収されたプロピレングリコールは876部(11.5モル)であった。取り出した樹脂を室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。これをポリエステル樹脂(a’1)とする。
ポリエステル樹脂(a’1)の酸価は1、水酸基価は93、Mnは1200、Mpは2500であった。
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ポリエステル樹脂(a’1)500部、無水トリメリット酸70部(0.36モル)、および触媒としてテトラブトキシチタネート3部を入れ、系内の気相を窒素置換したのち、180℃で常圧密閉下2時間反応後、220℃で、5〜20mmHgの減圧下に反応させ、軟化点が145℃になった時点で取り出し、室温まで冷却後、粉砕し粒子化した。反応時のOHa/COOHb=0.75であった。これをポリエステル樹脂(C3)とする。
ポリエステル樹脂(C3)の酸価は33、水酸基価は9、Mnは2300、Mpは4100、THF不溶解分は49重量%であった。
ポリエステル樹脂(C3)500部と実施例1記載のポリエステル樹脂(B1)500部を、コンティニアスニーダーにて、ジャケット温度150℃、滞留時間3分で溶融混合した。溶融樹脂を室温まで冷却後、粉砕機にて粉砕し、粒子化して比較用のトナー用樹脂(8)を得た。
実施例〔6〜10〕・比較例〔4〜6〕
本発明のトナー用樹脂(1)〜(5)および比較のトナー用樹脂(6)〜(8)それぞれ100部に対して、カーボンブラックMA−100[三菱化学(株)製]8部、カルナバワックス5部、荷電制御剤T−77[保土谷化学(製)]1部を加え下記の方法でトナー化した。
まず、ヘンシェルミキサー[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、粒径D50が8μmのトナー粒子を得た。ついで、トナー粒子100部にコロイダルシリカ(アエロジルR972:日本アエロジル製)0.5部をサンプルミルにて混合して、本発明のトナー組成物(T1)〜(T5)、および比較用のトナー組成物(T6)〜(T8)を得た。
下記評価方法で評価した評価結果を表1に示す。
[評価方法]
〔1〕最低定着温度(MFT)
市販複写機(AR5030;シャープ製)を用いて現像した未定着画像を、市販複写機(AR5030;シャープ製)の定着機を用いて評価した。定着画像をパットで擦った後
の画像濃度の残存率が70%以上となる定着ロール温度をもって最低定着温度とした。
〔2〕ホットオフセット発生温度(HOT)
上記MFT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。ホットオフセットが発生した定着ロール温度をもってホットオフセット発生温度とした。
〔3〕トナーの耐ブロッキング性試験
上記トナー組成物を、50℃・85%R.H.の高温高湿環境下で、48時間調湿した。同環境下において該現像剤のブロッキング状態を目視判定し、さらに市販複写機(AR5030:シャープ製)でコピーした時の画質を観察した。
判定基準
◎:トナーのブロッキングがなく、3000枚複写後の画質も良好。
○:トナーのブロッキングはないが、3000枚複写後の画質に僅かに乱れが観察さ
れる。
△:トナーのブロッキングが目視でき、3000枚複写後の画質に乱れが観察される

×:トナーのブロッキングが目視でき、3000枚までに画像が出なくなる
〔4〕粉砕性
二軸混練機で混練、冷却したトナー粗粉砕物(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]により下記条件で微粉砕した。
粉砕圧:0.5MPa
アジャスターリング:15mm
ルーバーの大きさ:中
粉砕時間:10分
これを分級せずに、体積平均粒径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、粉砕性のテストとした。本測定法では、体積平均粒径が12μm以下であると、粉砕性が良好であると言える。
本発明のトナー組成物およびトナー用樹脂は、低温定着性、耐ホットオフセット性に優れる静電荷像現像用トナーおよびトナー用樹脂として有用である。

Claims (5)

  1. ポリオール成分とポリカルボン酸成分が重縮合されてなり、ポリオール成分が、その30〜100モル%の炭素数2〜6の脂肪族ジオールと、必要によりビスフェノール類の炭素数2〜3のアルキレンオキサイド付加物であり、ポリカルボン酸成分が、芳香族ポリカルボン酸と脂肪族ポリカルボン酸とからなり、芳香族ポリカルボン酸を60モル%以上含有し、酸価が6mgKOH/g以下かつ水酸基価が10〜65mgKOH/gのポリエステル樹脂(a)と、2価以上の芳香族カルボン酸、並びにその酸無水物および低級アルキル(炭素数1〜4)エステルからなる群から選ばれる1種以上のカルボン酸(b)が反応されてなるポリエステル樹脂(A)からなり、(a)と(b)の反応時の(a)に由来する水酸基の当量をOHa、(b)に由来するカルボキシル基の当量をCOOHbとするとき、当量比OHa/COOHb=0.55〜1.0であり、ポリエステル樹脂(A)の酸価が13〜50mgKOH/gかつ水酸基価が8mgKOH/g以下であるトナー用樹脂。
  2. ポリエステル樹脂(A)のTHF不溶解分が1〜50重量%である請求項1記載のトナー用樹脂。
  3. ポリエステル樹脂(A)を構成するポリオール成分中の炭素数2〜6の脂肪族ジオールが、1,2−プロピレングリコールである請求項1または2記載のトナー用樹脂。
  4. ポリエステル樹脂(A)と共に、THF不溶解分を含まない(A)以外のポリエステル樹脂(B)を含有する請求項1〜3のいずれか記載のトナー用樹脂。
  5. 請求項1〜4のいずれか記載のトナー用樹脂と、着色剤、並びに、必要により離型剤、荷電制御剤、および流動化剤から選ばれる1種以上の添加剤からなるトナー組成物。
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