JP5010759B2 - 非結晶性ポリエステル樹脂、静電荷像現像用トナー用結着樹脂、及び非結晶性ポリエステル樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
・芳香族ジカルボン酸の昇華に伴い、モル比の精密な制御ができない。
・製造設備への昇華物の付着、滞留による熱交換器の効率低下。
・昇華物による粉塵爆発の危険性を伴う。
・反応系が不均一であるため、モノマー間で反応性に差が出やすく、樹脂の高次構造の制御が困難になる。
・反応系が不均一であるため、高分子量化しにくい。
また、本発明の製造方法により得られる非結晶性ポリエステル樹脂は、芳香族多価カルボン酸化合物と炭素数2〜4のグリコールとの反応物を原料として製造されるが、該化合物のその他の原料との相溶性が良好であることから均一系での反応が可能となり、上述の製造面における従来の問題を解決することができる。
R1−O(CO−R2−COO−R3−O)n−R4 [1]
(一般式[1]中、R1は炭素数2〜3のアルキレングリコール残基、水素、又は低級アルキル基(好ましくは炭素数1〜3)を表し、R2は芳香族ジカルボン酸の残基を表し、R3は炭素数2〜3のアルキレン基を表し、R4は水素、芳香族ジカルボン酸化合物によるモノエステル基を表す。nは繰り返し単位数であって、1〜12程度の整数を示す。)
なお、製造された非結晶性ポリエステル樹脂の酸価が上記範囲から外れていた場合は、多価カルボン酸を適宜反応させて上記範囲に調整すればよい。
(a)成分の水酸基価を、JIS K 0070(1992)の7.3のピリジン−塩化アセチル法により測定した。
JIS K 0070(1992)の3.1の中和滴定法に準じ、測定溶媒としてテトラヒドロフラン:水=10:1(体積比)の混合溶媒を用い、この混合溶媒60mLに試料1gを溶解させて、非結晶性ポリエステル樹脂の酸価を測定した。
(a)成分の融点は、示差走査熱量計DSC−6220(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)により得られる温度に対する熱量のグラフにおける、融解吸熱ピーク頂点の温度を融点とした。
<測定条件>
昇温及び降温速度:10℃/分
昇温プログラム:室温から150℃まで昇温した後、150℃で1分間保持した。次いで、0℃まで降温して0℃で1分間保持し、さらに150℃まで昇温しながら測定した。
雰囲気:窒素気流中(50mL/分)
セル:密閉アルミニウム
試料量:5mg
非結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量を以下の方法にしたがって測定した。すなわち、ポリエステル樹脂2mgをテトラヒドロフラン5mLに加えて溶解させ、重量平均分子量を、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)HLC−8220GPC(東ソー株式会社製)により、ポリスチレン換算にて求めた。また、重量平均分子量が500以下である成分の割合を検出ピークの面積比より算出した。
<測定条件>
検出装置:RI検出器
移動相:テトラヒドロフラン
カラム:Tsk−gel Super HZ 2000を2本とTsk−gel Super HZ 4000を1本とを、直列に接続した。
サンプルインジェクターとカラムの温度:40℃
RI検出器の温度:35℃
サンプル注入量:5μL
流速:0.25mL/分
測定時間:40分
非結晶性ポリエステル樹脂のガラス転移点を、JIS K7121(1987)の9.3(3)に従いDSCにより測定した。測定装置として示差走査熱量計DSC−6220(エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製)を使用し、測定条件は(3)融点の場合と同様とした。
非結晶性ポリエステル樹脂の貯蔵弾性率G’の測定には、動的粘弾性測定装置ARESレオメーター(レオメトリック社製)を用いた。パラレルプレート間に試料を固定し、一方より、振動周波数6.28rad/secのねじり往復振動の歪みを与え、他方でこの歪みに対する応力を検出した。この状態で室温から順次温度を上昇させて、粘弾性の温度依存性の測定を行った。なお、測定条件は以下のとおりである。
<測定条件>
振動周波数:6.28rad/秒
測定温度:40〜130℃
パラレルプレート:φ8mm
測定CAP:2.5mm
ひずみ量:30%
昇温速度:1℃/分
高架式フローテスターCFT−500(株式会社島津製作所製)を用い、ダイ(長さ1.0mm、直径φ0.5mm)を取り付けたシリンダー内に非結晶性ポリエステル樹脂を1.0g入れ、85℃で5分間保持した後、3℃/分で昇温しながら、プランジャーにより25kgの荷重を加えて溶融粘度を測定し、溶融粘度が10,000Pa・sとなる温度を測定した。
非結晶性ポリエステル樹脂を金型に入れ加圧してペレット(直径φ55mm、厚さ2mm)を作製し、LCRハイテスタ3522−50(日置電機株式会社製)にて、温度25℃、湿度60%RH、電圧5V、バイアスoffの条件下で印加周波数1.0kHzのときの誘電正接(tanδ)を測定した。
(9−1) 反応系の均一さ
各原料を反応容器に仕込み、窒素通気中で攪拌しながら180℃になるまで加熱し、この時の混合物の可視光660nmの透過率を分光光時計により測定し、以下の基準で均一さを評価した。
A: 透過率が90%以上であり、均一透明である。
B: 透過率が75以上90%未満であり、一部不溶解物があるがほぼ均一透明である。
C: 透過率が75%未満であり、不均一で不溶解物が多く確認できる。
芳香族ジカルボン酸化合物由来の昇華による問題の抑制度合いを下記基準にしたがって評価した。
<昇華抑制I(反応容器)>
触媒を添加した後の、芳香族ジカルボン酸化合物由来の昇華物の反応容器への付着度合いを目視で確認した。
A: 昇華物の付着がなく、昇華が確認されない。
B: 昇華物が僅かに付着している。
C: 昇華物が付着している。
D: 昇華物が大量に付着している。
<昇華抑制II(留出管)>
減圧反応時の、減圧ポンプと反応容器とを連結するガラス製留出管内への昇華物の堆積度合いを評価した。
A: 昇華物の堆積がなく、反応容器内の減圧度が目標に達している。
B: 昇華物の堆積があり、容器内の減圧度が目標に達しないことがある。但し、窒素の強制通気により回復する。
C: 昇華物の堆積があり、容器内の減圧度が目標に達しないことがあり、留出管の切替(すなわち、予備留出管への切替又は留出管の洗浄)が2回まで必要であった。
D: 昇華物の堆積があり、容器内の減圧度が目標に達しないことがあり、留出管の切替(すなわち、予備留出管への切替又は留出管の洗浄)が3回以上必要であった。
<製造例1>
予め乾燥させた反応容器にテレフタル酸ジメチル970g、エチレングリコールを682g、及び、触媒として酢酸亜鉛0.04gを仕込み、攪拌しながら窒素通気下で昇温し均一に溶解させた。次いで、この混合物を150℃まで昇温し、150℃で3時間エステル交換反応を行った後、210℃まで昇温し、未反応のエチレングリコールを留去し、反応物(a−1)を得た。
DSCにより求められた、この反応物(a−1)の融点は70.1℃であり、水酸基価は297mgKOH/gであった。平均分子量は、水酸基価から次式により378であると算出された。
平均分子量=56100÷(水酸基価)×2
原料及び組成(モル比)を表1のように変えた以外は製造例1と同様にして、反応物(a−2)及び(a−3)を得た。得られた反応物の融点、水酸基価、及び平均分子量を表1に示す。
(実施例1)
予め充分乾燥させた反応容器に、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2.2モル付加物456g、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2.3モル付加物923g、製造例1で得られた反応物(a−1)1058g、テトラプロペニル無水コハク酸56g、及び無水トリメリット酸を23g仕込み、窒素通気中で攪拌しながら180℃になるまで加熱した。このとき混合物は均一に溶解した状態となっていた。ここで、触媒として、n−テトラブトキシチタン0.7gを仕込み、240℃まで昇温し、最終的に反応容器内の圧力が2kPa以下になるまで減圧し、240℃で5時間重縮合反応を行った。
原料及び組成(モル比)を表2〜表4のように変えた以外は実施例1と同様にして、非結晶性ポリエステル樹脂(A−2)〜(A−12)及び(B−1)〜(B−5)を得た。
実施例及び比較例で得られた非結晶性ポリエステル樹脂の樹脂組成及び物性を表2〜表4にまとめる。なお、比較例5の非結晶性ポリエステル樹脂(B−5)はガラス転移点が低く過ぎるため、正確な動的粘弾性測定を行うことができなかった。また、表2〜表4において、EO、POはそれぞれエチレンオキサイド、プロピレンオキサイドを意味する。
(実施例13〜24及び比較例6〜10)
実施例1〜12又は比較例1〜5により得られた非結晶性ポリエステル樹脂(A−1)〜(A−12)及び(B−1)〜(B−5)を結着樹脂として用いてトナーを調製した。なお、各着色剤(カーボンブラック、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントレッド48:1の計4種)毎にトナー調製を行った。
フルカラー複合機「イプシオC−4500IT」(株式会社リコー製)を温度調節ができるように改造して評価を行った。上記のように調製した各トナーをトナーカートリッジに実装し、画像濃度が0.8〜0.85であるハーフトーン画像を90g/m2のA4コピー用紙に印刷し評価した。温度は、定着ローラーと紙との間に薄膜温度計を設置し測定した。
印刷速度50枚/分で印刷したときの、定着ローラーや印刷物の画像の汚れ具合を目視で確認し、以下の基準で判定した。
A判定: 130℃以下でも汚れが発生しない。
B判定: 140℃で汚れが発生しなくなる。
C判定: 150℃で汚れが発生しなくなる。
D判定: 160℃以上でも汚れが発生する。
印刷速度50枚/分で印刷したときの、定着ローラーや印刷物の画像の汚れ具合を目視で確認を行い、以下の基準で判定した。
A判定: 230℃以上でも汚れが発生しない。
B判定: 230℃で少し汚れが発生するが、220℃では汚れが発生しない。
C判定: 220℃で少し汚れが発生するが、210℃では汚れが発生しない。
D判定: 210℃でも汚れが発生する。
印刷速度50枚/分で印刷したときの、紙への最低定着温度を測定し、以下の基準で判定した。なお、定着の基準は、印刷物の画像を4.9kPaの荷重をかけたシルボン紙で5往復擦り、摺擦前後の濃度低下率が5点平均で15%以下になる温度を定着温度とした。
A判定: 130℃以下で定着が可能。
B判定: 140℃で定着が可能。
C判定: 150℃で定着が可能。
D判定: 160℃以上の温度をかけないと定着できない。
温度可変のフルカラー複写機を用いて、印刷速度50枚/分で10万枚の印刷テストを行い、得られた印刷画像の濃度変化を目視にて以下の基準で評価した。
A判定: 画像濃度の変化が目視では確認できない。
B判定: 画像濃度が若干変化するが、実用には支障がない。
C判定: 画像濃度の変化がやや大きく、実用には支障がある。
D判定: 画像濃度の変化が著しく、画像が確認できないこともある。
トナー5gをガラス製の50mLサンプル瓶に入れ、温度50℃の乾燥機に24時間放置した後に室温で24時間冷却した。これを1サイクルとし、これを2サイクル繰り返した。2サイクル後のトナーの凝集状態を目視で観察し、以下の基準にしたがって評価した。
A判定: サンプル瓶を逆さにしたときにトナーが簡単に流動する。
B判定: サンプル瓶を逆さにして2〜3回叩くと流動する(固まりなし)。
C判定: サンプル瓶を逆さにして5〜6回叩くと流動する(一部固まり有)。
D判定: サンプル瓶を逆さにして叩いても流動しない。
上記の評価において、4色のトナーに対し得られたA〜Dの判定に、以下の基準によりポイント付けを行った。
A判定: 5ポイント
B判定: 3ポイント
C判定: 1ポイント
D判定: 0ポイント
A: 合計ポイント数が16〜20ポイント
B: 合計ポイント数が11〜15ポイント
C: 合計ポイント数が6〜10ポイント
D: 合計ポイント数が0〜5ポイント
また、上記の反応物を使用することにより、従来のポリエステル樹脂製造上の問題(例えば、芳香族ジカルボン酸化合物の昇華による反応モル比のコントロールの困難さ、反応の制御のしにくさ、製造設備への昇華物の付着、昇華物の堆積による製造効率の低下)の改善が可能となる。
Claims (9)
- 多価カルボン酸化合物と多価アルコールとを反応させてなる非結晶性ポリエステル樹脂であって、
前記多価カルボン酸化合物は、(a)芳香族多価カルボン酸化合物と炭素数2〜4のグリコールとの反応物を、前記多価カルボン酸化合物の全量を基準として60モル%以上含み、
前記非結晶性ポリエステル樹脂は、
(I)ガラス転移点が55〜75℃であり、
(II)重量平均分子量が10,000〜50,000であり、
(III)動的粘弾性測定で、温度T[℃]に対する貯蔵弾性率G’[Pa]の常用対数logG’をプロットしたグラフにおいて、
logG’の低下開始温度T1Sが55〜72℃であり、Tに対するlogG’の変化率が最大となる点Fにおける温度TFが65〜77℃であり、前記点Fにおける貯蔵弾性率GF’が8.0×106〜4.0×107Paであり、かつTF±2℃におけるTに対するlogG’の変化率の平均値が0.25〜0.30である、領域1と、
貯蔵弾性率G’が1.0×106Pa〜1.0×104Paである領域であって、貯蔵弾性率が1.0×106Paであるときの温度T2Sが74〜90℃であり、貯蔵弾性率が1.0×104Paであるときの温度T2Eと前記T2Sとの差が20〜40℃であり、かつ該領域におけるTに対するlogG’の変化率の平均値が0.05〜0.09である、領域2と、を有し、
前記多価アルコールは、該多価アルコールの全量を基準として、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物を50モル%以上含み、
前記多価カルボン酸化合物は、該多価カルボン酸化合物の全量を基準として、3価以上のカルボン酸化合物を2〜30モル%含み、
溶融粘度が10,000Pa・sとなるときの温度が90〜125℃である、
非結晶性ポリエステル樹脂。 - 前記ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物が、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物とプロピレンオキサイド付加物との、モル比10:90〜50:50の混合物である、請求項1記載の非結晶性ポリエステル樹脂。
- 前記多価アルコールは、ビスフェノールSのアルキレンオキサイド付加物を含む、請求項1又は2に記載の非結晶性ポリエステル樹脂。
- 前記(a)芳香族多価カルボン酸化合物と炭素数2〜4のグリコールとの反応物の平均分子量が300〜1500である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の非結晶性ポリエステル樹脂。
- 重量平均分子量500以下の成分の含有量が5.0質量%以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の非結晶性ポリエステル樹脂。
- 酸価が4〜25mgKOH/gである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の非結晶性ポリエステル樹脂。
- 印加周波数1kHzにおける誘電正接tanδが0.0015〜0.0060である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の非結晶性ポリエステル樹脂。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の非結晶性ポリエステル樹脂を含む、静電荷像現像用トナー用結着樹脂。
- 前記(a)芳香族多価カルボン酸化合物と炭素数2〜4のグリコールとの反応物を、前記多価カルボン酸化合物の全量を基準として60モル%以上含む多価カルボン酸化合物と、前記多価アルコールとを、均一に溶解させた状態で反応させることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の非結晶性ポリエステル樹脂の製造方法。
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