JP4987920B2 - トナー用バインダー樹脂の製造方法、トナー用バインダー樹脂及びトナー - Google Patents
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Description
(1) DSC測定において測定される結晶融解熱量が5J/g以上であり、且つ融解ピ
ーク温度が60〜120℃である。
(2) 180℃での貯蔵弾性率(G')が100Pa以上である。
(3) Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法を用いて行うパルスNMR測定において、求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナ
ル強度を100%としたとき、20msの相対シグナル強度が30%以下で、且つ80m
sの相対シグナル強度が20%以下である。
小さな大きさで、トナー粒子中に均一に形成させることで、トナー粒子間の品質差が少ない、安定なトナー特性を発現することができる。
以下のサイズで分布している。(c)結晶性樹脂がランダムに分散しているのではなく、連続相もしくは部分的な連続相を構成する成分の1つとして存在している。(a)の特徴
によって結晶に成長できない結晶性樹脂が非晶質部へ残存する可能性は低下し、更に(b)の特徴によって結晶性樹脂と非晶性樹脂の界面が保存性改善効果のある高分子量、もしくは高Tgの樹脂によって保護されるため十分な保存性を維持することが可能となる。また、(b)の特徴によって結晶性樹脂は1μm以下のサイズで分散するためトナー特性の
安定性を確保することが可能となる。また、一般的に複数成分より構成されるポリマーブレンドにおいては、そのブレンド物が固体から高粘度溶融物、そして低粘度溶融物へと溶融する特性(溶融特性)は、特に高粘度の溶融状態において、連続相を構成する成分の本来有する溶融特性が支配的に寄与する。そのため、(c)の特長によって、少ない結晶性樹脂導入量で樹脂全体の溶融特性を改良することができ、定着性を改善することができる。結果的には、結晶性樹脂の導入量が少量となるため、十分な保存性を維持すること及びトナー特性の安定性を確保することを解決できる。
(1) DSC測定において測定される結晶融解熱量が5J/g以上であり、且つ融解ピーク温度が60〜120℃である。
(2) 180℃での貯蔵弾性率(G')が100Pa以上である。
(3) Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法を用いて行うパルスNMR測定において、求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナ
ル強度を100%としたとき、20msの相対シグナル強度が30%以下で、且つ80m
sの相対シグナル強度が20%以下である。
(A)、(B)、及び原料となる樹脂物性から示され、(c)「結晶性樹脂がランダムに分散しているのではなく、連続相もしくは部分的な連続相を構成する成分の1つとして存
在している」が(B)、(C)、及び原料となる樹脂物性から示される。また、(a)「溶融状態で結晶性樹脂と非晶性樹脂とは非相溶の関係にあり、両成分は混ざり合わない」については原料となる樹脂物性から示される。
満では定着性改善効果が見られず、50J/g以上ではトナー特性が不安定となる。また
、融解ピーク温度が50℃未満では保存性に悪影響を及ぼし、130℃以上では定着性改善効果が見られない。
a、更に好ましくは300〜2,000Paである。G'が50Pa未満では十分な耐オ
フセット性が得られず、10,000Pa以上では定着性を悪化させる。
マー鎖の運動性が低いほど緩和時間は短くなるため、シグナル強度の減衰は早くなり、初期シグナル強度を100%としたときの相対シグナル強度は少ない時間で低下する。また
、ポリマー鎖の運動性が高いほど緩和時間は長くなるため、シグナル強度の減衰は遅くなり、初期シグナル強度を100%としたときの相対シグナル強度は長時間かけて緩やかに
低下する。Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法により、測
定温度160℃、観測パルス幅2.0μsec、繰り返し時間4secで行うパルスNMR測定において、求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナル強度を
100%としたとき、20msの相対シグナル強度が3〜40%、好ましくは3〜30%、更に好ましくは3〜20%であり、且つ80msの相対シグナル強度が0.5〜30%、好ましくは0.5〜20%、更に好ましくは0.5〜10%である。20msの相対シグナル強度が3%未満、且つ80msの相対シグナル強度が0.5%未満では定着性改善効果が見られず、20msの相対シグナル強度が40%以上、且つ80msの相対シグナル強度が30%以上ではトナー特性が不安定となる。
を及ぼし、2μm以上ではトナー特性が不安定となる。また、当該THF不溶分の結晶融解熱量が樹脂全体の結晶融解熱量に対して1.2倍未満でも、トナー特性が不安定となる。当該THF不溶分が多孔構造を有し、かつ当該THF不溶分の結晶融解熱量が樹脂全体の
結晶融解熱量の1.5倍以上であることで、当該結晶性樹脂を一成分とするネットワーク構造の特徴である(c)「結晶性樹脂がランダムに分散しているのではなく、連続相もしくは部分的な連続相を構成する成分の1つとして存在している」をより確かなものとして
確認できる。
うち、溶液重合が好ましい。溶液重合では、多くの官能基を導入した樹脂や比較的分子量の小さい樹脂を得やすい。
1万以上、官能基を有するモノマーが仕込み総モノマー当たり5%以上、好ましくはピー
ク分子量2万以上、官能基を有するモノマーが仕込み総モノマー当たり8%以上、更に好ましくはピーク分子量3万以上、官能基を有するモノマーが仕込み総モノマー当たり10%以上の非晶性樹脂(X)である。更に、もう1成分ははピーク分子量12,000未満,官能基を有するモノマーが仕込み総モノマー当たり8%以下、好ましくはピーク分子量10,000以下、官能基を有するモノマーが仕込み総モノマー当たり5%以下、更に好ましくはピーク分子量8,000以下、官能基を有するモノマーが仕込み総モノマー当たり3%以下の非晶性樹脂(Y)である。
ットB、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、酸化チタン、亜鉛華等の公知の有機および無機顔料が挙げられる。その量は通常、本発明のトナー用バインダー樹脂100重量部に対して5〜250重量部である。
示差走査熱量計(TA Instruments製、DSC−Q1000)を用いて、
トナーもしくはバインダー樹脂、及びそれらのTHF不溶分の結晶融解ピーク温度、結晶融解熱量、ガラス転移温度を求めた。10℃/minで20℃から170℃まで昇温後、10℃/minで0℃まで降温して、再度10℃/minで170℃まで昇温する過程において、2度
目の昇温時における融解ピーク温度、及びガラス転移温度を、JISK7121「プラスチックの転移温度測定方法」に習い算出した。ガラス転移温度は補外ガラス転移開始温度をもって測定値とした。また、2度目の昇温時における結晶融解熱の熱量はJISK71
22「プラスチックの転移熱量測定方法」に習い、吸熱ピーク面積から算出した。
粘弾性測定装置(レオロジカ社製、STRESS TECH)を用い、以下の条件でト
ナー及びバインダー樹脂の粘弾性測定を行った。
測定モード: Oscillation StrainControl
ギャップ長: 1mm
周波数: 1Hz
プレート: パラレルプレート
測定温度: 50℃から200℃
昇温速度: 2℃/min
測定は150℃の測定ステージ上に、粉体の樹脂サンプルを溶融させ、厚さ1mmのパ
ラレルプレートサイズに成形した後に、50℃まで降温して測定を開始した。上記測定より、180℃での貯蔵弾性率(G')を求めた。
固体NMR測定装置(日本電子製、HNM-MU25)を用い、以下の条件でトナー及び
バインダー樹脂のパルスNMR測定を行った。
サンプル形状: 粉体
測定手法: Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法
観察核: 1H
測定温度: 160℃
観測パルス幅: 2.0μsec
繰り返し時間: 4sec
積算回数: 8回
求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナル強度を100%とし、20ms及び80ms後の相対シグナル強度を求めた。
走査電子顕微鏡(日立製作所製、S−800)を用い、任意の倍率でトナー及びバインダー樹脂のTHF不溶分をSEM観察に供した。また、透過型電子顕微鏡(日立製作所製、H−7000)を用い、任意の倍率でトナー及びバインダー樹脂のTEM観察を行った。TEM観察の測定試料は冷却下、ウルトラミクロトームを用いて超薄膜切片を作成し、ルテニウム染色を施して測定に供した。本染色方法では、結晶性ポリエステルは染色されず白く観察される。白く観察されるドメインサイズのうち、最も大きなものの直径(楕円体の場合は長径)を測定し、結晶サイズとした。また、0.5μm以上のドメインが観察されなかった場合には、結晶サイズを<0.5μmとした。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(JASCO製、TWINCLE HPLC
)を用いて、以下の条件でトナー及びバインダー樹脂の分子量分布を測定した。
検出器: RI検出器(SHODEX製、SE−31)
カラム: GPCA−80M×2本+KF−802×1本(SHODEX製)
移動層: テトラヒドロフラン
流量: 1.2ml/min
単分散標準ポリスチレンより作成した検量線を用いて、樹脂サンプルのピーク分子量を算出した。
全自動滴点装置(メトラー製、FP5/FP53)を用いて、以下の条件でバインダー樹脂の軟化点を測定した。
滴下口径: 6.35mm
昇温速度: 1℃/min
昇温開始温度: 100℃
反応器より取り出した溶融状態のサンプルを、サンプリングホルダー内に空気の混入に注意しながら加え、常温になるまで冷却してから測定カートリッジにセットした。
表1に示す原料モノマーを、窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した1リットル容の四つ口フラスコに入れ、150℃で1時間反応させた。次に、モノマー総量に対して0.16重量%のチタンラクテート(松本製薬工業(株)製、TC−310)を加え、200℃まで緩やかに昇温して5〜10時間反応させた。さらに8.0kPa以下の減圧下で約1
時間反応させ、酸価が2以下となることで反応を完結させた。得られた結晶性樹脂を原樹脂a、bとした。
窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した2リットル容の四つ口フラスコに、キシレン500gを加え、キシレン還流温度(約138℃)まで昇温して、表2に示す原料モノマー、反応開始剤を5時間かけて反応フラスコ内に滴下させた。さらに1時間そのまま反応を継続し、その後、98℃に降温してt-ブチルパーオキシオクトエート2.5gを加えて2時間反応を行った。得られた重合液は、195℃に昇温して1時間、8.0kPa以下の減圧下で溶剤を除去した。得られた樹脂を原樹脂c〜fとした。
窒素導入管、攪拌器を装備した2リットル容の四つ口フラスコに、表3に示す組成の原樹脂と、酢酸エチル200ml、ジメチルホルムアミド5mlを加え、約80℃で攪拌し、均一に溶解・分散させた。次いで190℃まで昇温し、8.0kPa以下の減圧下で1時間、脱溶剤を行い、そのままの温度で軟化点が150℃以上となるまで混錬反応を行った。得られた樹脂を樹脂A〜Dとした。
トナーもしくはバインダー樹脂1.5gを、THF30ml中に室温で18時間静置して浸漬させ、上澄み液を廃棄した。さらにTHF30mlを加え、3時間後に上澄みを廃棄する操作を2回繰り返した。次にエタノール30mlを加え、室温で18時間静置して
浸漬させ、上澄み液を廃棄することで溶媒置換を行った。さらにエタノール30mlを加え、3時間後に上澄みを廃棄する操作を2回繰り返した。最後に8.0kPa以下、30℃の条件で18時間真空乾燥することでTHF不溶部を得た。得られたTHF不溶分はDSC分析、SEM観察に供した。なお、樹脂固形物は一度粉砕されたものを再度、溶融、塊状化したものを用いてもかまわない。
表3に示す樹脂A〜Dそれぞれにカーボンブラック(CABOT CORPORATI
ON製、REGAL 330r)6部、荷電制御剤(オリエント化学工業製、ボントロン
S34)1部をヘンシェルミキサーで十分に混合した後、2軸混錬機(池貝機械製、PCM−30型)にて設定温度110℃、滞留時間60秒で溶融混錬させ、冷却、粗粉砕した。その後、ジェットミルにより粉砕・分級して、体積平均粒子径が8.5μmの粉体を得た。得られた粉体100重量部に、外添材(日本アエロジル製、AEROSILr972)0.5重量部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合することにより、電子写真用トナーを得た。樹脂A〜Dから調製された電子写真用トナーをそれぞれ実施例1〜4とする。表5に実施例1〜4の諸特性を示す。
樹脂Aの組成(実施例1)において、混錬反応に供することなく、粉体ブレンドを行い、実施例1と同様に作成したトナーを比較例1とした。
比較例2として、以下の製法により調製される、スチレンアクリル系樹脂を使用した。
シレン30部からなる溶液に、スチレン100部当たり0.6部のジ-t-ブチルパーオキ
サイドを均一に溶解したものを、内温190℃、内圧0.59MPaに保持した5lの反応器に750cc/hで連続的に供給して重合し、低分子量重合液を得た。
置換したフラスコに仕込み、内温120℃に昇温後、同温度で10時間、バルク重合を行った。次いでキシレン50部を加え、予め混合溶解しておいたジ-t-ブチルパーオキサイ
ド0.1部、キシレン50部を130℃に保ちながら8時間かけて連続添加し、更に2時間、継続して重合し、高分子量重合液を得た。
比較例3として、以下の製法により調製される、架橋反応を施したスチレンアクリル系樹脂を使用した。
メタクリル酸グリシジル5部、ジ-t-ブチルパーオキサイド1部を5時間かけてフラスコ中に連続滴下し、更に1時間、反応を継続させた。その後、内温を130℃に保ち、2時間
反応を行うことで、重合を完結させた。これを160℃、1.33kPaのベッセル中にフラッシュして溶剤等を除去し、グリシジル基含有ビニル樹脂を得た。
S−40型)にて吐出部樹脂温度170℃、滞留時間90秒で混錬反応させた。
比較例4として、以下の製法により調製される、非晶性ポリエステルと結晶性ポリエステルとを溶融ブレンドさせたトナーバインダー樹脂を使用した。
させ、さらに8.3kPaにて1時間反応させ結晶性ポリエステルを得た。
:2.2モル)、BPA−BO:ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物(平均付
加モル数:2.2モル))
(比較例5)
比較例5として、以下の製法により調製される、非晶性樹脂と結晶性樹脂とをグラフト反応させたトナーバインダー樹脂を使用した。
え、80℃で15時間反応を行った。その後、40℃に冷却してスチレン85g、n-ブ
チルメタクリレート10g、アクリル酸5g、過酸化ベンゾイル4gを添加し、80℃に再昇温して8時間反応を行った。得られた重合液は、195℃に昇温して1時間、8.0kPa以下の減圧下で溶剤を除去し、非晶性樹脂を得た。
シレン100部とを容量3lのセパラブルフラスコ内に入れ、150℃で1時間還流させ
、その後、キシレンをアスピレーター及び真空ポンプによって除去することにより、グラフト共重合体を得た。
実施例1で使用したトナー用バインダー樹脂の走査型電子顕微鏡写真を図3、図4に示す。今回用いた染色法では、スチレンアクリル系樹脂は染色されやすく、結晶性ポリエステル樹脂は染色されにくい。白く見える部分(1)は、未反応の結晶性ポリエステル樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂とスチレンアクリル系樹脂の反応物である。黒く見える部分(2)は未反応のスチレンアクリル系樹脂である。図3より、(1)が連続相であるネットワーク構造体を形成し、その中に(2)が不連続相として存在していることが分かる。また、(1)を拡大した図4においては、指紋のように白く筋状に見える部分(3)が観察できる。これは、結晶性ポリエステル樹脂のラメラであり、これによりネットワークの骨格を形成する一成分として結晶性ポリエステルを含んでいることが分かる。ここでは、数μmサイズの結晶は観察されず、数百nmサイズの微小な結晶が分散していることが分かる。さらにDSC測定からは、結晶成分の存在を示す吸熱ピークが観察される。比較例1〜5では、本発明のネットワーク構造は得られない。
ような穴は観察されない。
以下に示す定着性、耐オフセット性、保存性の評価を行った。すべての項目で◎又は○の評価となったものを合格とした。
市販の電子写真複写機を改造した複写機にて未定着画像を作成した後、この未定着画像を市販の複写機の定着部の温度と定着速度を任意に制御できる様に改造した熱ローラー定着装置を用いて定着させた。熱ロールの定着速度は190mm/secとし、熱ローラーの温度を10℃ずつ変化させてトナーの定着を行った。得られた定着画像を砂消しゴム(トンボ鉛筆社製、プラスチック砂消しゴム"MONO")により、1.0Kg重の荷重をかけ、10回摩擦させ、この摩擦試験前後の画像濃度をマクベス式反射濃度計により測定した。各温度での画像濃度の変化率が60%以上となった最低の定着温度をもって最低定着温度とし、下記の規定に従って評価した。なお、ここに用いた熱ローラ定着装置はシリコーンオイル供給機構を有しないものである。即ち、オフセット防止液は使用しない。また、環境条件は、常温常圧(温度22℃、相対湿度55%)とした。
◎:最低定着温度が120℃未満
○:最低定着温度が120℃以上、150℃未満
×:最低定着温度が150℃以上
(耐オフセット性)
コピーした場合のオフセットの発生しない温度幅(耐オフセット温度領域と表す)を以
下の基準で評価した。表5に一連の結果を示す。耐オフセット性の評価は、上記最低定着温度の測定に準じて行った。すなわち、上記複写機にて未定着画像を作成した後、トナー像を転写して上述の熱ローラー定着装置により定着処理を行った。次いで白紙の転写紙を同様の条件下で当該熱ローラー定着装置に送って転写紙上にトナー汚れが生ずるか否かを目視観察する操作を、前記熱ローラー定着装置の熱ローラーの設定温度を順次上昇させた状態で繰り返した。この際、トナーによる汚れの生じた最低の設定温度をもってホットオフセット発生温度とした。同様に、前記熱ローラー定着装置の熱ローラーの設定温度を順次下降させた状態で試験を行い、トナーによる汚れの生じた最高の設定温度をもってコールドオフセット発生温度とした。これらホットオフセット、コールドオフセット発生温度の温度差をもって耐オフセット温度領域とし、下記の規定に従って評価した。また、環境条件は、常温常圧(温度22℃、相対湿度55%)とした。
◎:耐オフセット温度領域が50℃以上
○:耐オフセット温度領域が50℃未満、30℃以上
×:耐オフセット温度領域が30℃未満
(保存性)
トナーを50℃の環境下に24時間放置した後の、粉体の凝集程度を目視にて以下のように判定した。表5に一連の結果を示す。
◎:全く凝集していない
○:わずかに凝集している。
×:完全に団塊化している。
トナーの色合を目視で評価することで、トナー粒子の品質確認を行った。顔料分散性が良好なトナーは黒光りを呈し、不良なものは灰色のトナーを与えた。表5と表6に一連の結果を示す。
◎:黒光りを呈するトナー。
○:光沢のない黒いトナー。
×:灰色のトナー。
(2)未反応のスチレンアクリル系樹脂
(3)結晶性ポリエステル樹脂のラメラ
(4)THF不溶部中の穴
(5)スチレンアクリル系樹脂
(6)結晶性ポリエステル樹脂
Claims (3)
- 官能基を有するモノマー量が仕込み総モノマー量に対して8重量%以上であり、且つピーク分子量が2万以上である非晶性樹脂(X)、
官能基を有するモノマー量が仕込み総モノマー量に対して5重量%未満であり、且つピーク分子量が1万未満である非晶性樹脂(Y)及び、
官能基を有する結晶性樹脂(Z)を溶融混練反応させる工程を有し、
該非晶性樹脂(X)および該非晶性樹脂(Y)と、該結晶性樹脂(Z)とは、互いに非相溶であり、
該非晶性樹脂(X)および該非晶性樹脂(Y)はスチレンアクリル系樹脂であり、該結晶性樹脂(Z)はポリエステル系樹脂であり、
非晶性樹脂(X)および非晶性樹脂(Y)が有する官能基は、結晶性樹脂(Z)が有する官能基との反応性を有し、
非晶性樹脂(X)および非晶性樹脂(Y)が有する官能基は、カルボキシル基、水酸基、エステル基、エポキシ基、アミノ基およびイソシアネート基から選ばれ、
結晶性樹脂(Z)が有する官能基は、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基、アミノ基およびイソシアネート基から選ばれる
ことを特徴とするバインダー樹脂の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とするトナー用バインダー樹脂。
- 請求項2に記載のトナー用バインダー樹脂を含むことを特徴とするトナー。
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