JP5718684B2 - トナー用結着樹脂 - Google Patents
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Description
特許文献1及び2は、いずれも結晶性ポリエステルの水系分散液を用いる、いわゆるケミカル法について開示しているが、上記の問題点及びその解決手段については何ら開示していない。
[1]少なくとも、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる結晶性ポリエステルを含有するトナー用結着樹脂であって、
該結晶性ポリエステルのメチルエチルケトン可溶成分(20℃)の量が結晶性ポリエステルの0.5〜7重量%であり、且つ「(該結晶性ポリエステルの融点)−(該メチルエチルケトン可溶成分のDSC測定のピークトップ温度)」が1〜15℃の範囲内である、トナー用結着樹脂。
[2]上記[1]に記載のトナー用結着樹脂を含有する、電子写真用トナー。
[3]少なくとも、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含むカルボン酸成分とを縮重合し、結晶性ポリエステルを得る工程を有する、結晶性ポリエステルを含有するトナー用結着樹脂の製造方法であって、
前記アルコール成分と前記カルボン酸成分とのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)が1.03〜1.20であり、
130〜160℃の温度範囲で、理論反応水量の排出時を反応率100%とした場合に、排出された反応水量から求められる反応率が40%以上になるまで縮重合する工程を含む、トナー用結着樹脂の製造方法。
[4]下記工程1〜工程4を有する、トナーの製造方法。
工程1:少なくとも、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含むカルボン酸成分とを縮重合して、結晶性ポリエステルを得る工程であって、該結晶性ポリエステルのメチルエチルケトン可溶成分(20℃)の量が結晶性ポリエステルの0.5〜7重量%であり、且つ「(該結晶性ポリエステルの融点)−(該メチルエチルケトン可溶成分のDSC測定のピークトップ温度)」が1〜15℃の範囲内である、結晶性ポリエステルを得る工程。
工程2:工程1で得られた結晶性ポリエステルを含む水系分散液を得る工程。
工程3:工程2で得られた結晶性ポリエステルを含む水系分散液及び非晶質樹脂を含む水系分散液を混合し、次いで凝集工程に付すことにより凝集粒子の水系分散液を得る工程。
工程4:工程3で得られた凝集粒子の水系分散液を合一工程に付すことにより合一粒子の水系分散液を得る工程。
[5]上記[4]に記載の製造方法により得られる、電子写真用トナー。
本発明において「結晶性ポリエステルのメチルエチルケトン可溶成分(20℃)」とは、結晶性ポリエステルにおいて20℃のメチルエチルケトンに実施例に記載の条件で溶解しうる成分をいう。本明細書では、メチルエチルケトンをMEKと表すこともある。
本発明のトナー用結着樹脂(以下、単に結着樹脂と称することがある)は、少なくとも、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含むカルボン酸成分とを縮重合して得られる結晶性ポリエステルを含有するトナー用結着樹脂であって、該結晶性ポリエステルのメチルエチルケトン可溶成分(20℃)の量が結晶性ポリエステルの0.5〜7重量%であり、且つ「(該結晶性ポリエステルの融点)−(該メチルエチルケトン可溶成分のDSC測定のピークトップ温度)」が1〜15℃の範囲内である。
以下、これについて説明する。
上記の「吸熱の最大ピーク温度」とは、実施例に記載する測定方法の条件下で観測される吸熱ピークのうち、最も高温側にあるピークの温度のことを指す。最大ピーク温度が軟化点と20℃以内の差であれば、最大ピーク温度を結晶性樹脂(結晶性ポリエステル)の融点とし、軟化点との差が20℃を超えるピークは非晶質樹脂のガラス転移に起因するピークとする。
前記樹脂の結晶性は、原料モノマーの種類とその比率、及び製造条件(例えば、反応温度、反応時間、冷却速度)等により調整することができる。
結晶性ポリエステルの原料モノマーであるアルコール成分は、ポリエステルの結晶性を高める観点から、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含有する。
炭素数2〜12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、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、ネオペンチルグリコール及び1,4−ブテンジオール等が挙げられる。これらの中でも、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性(以下単に、低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性ともいう)の観点からは、炭素数5〜9の脂肪族ジオールが好ましく、炭素数5〜6の脂肪族ジオールがより好ましく、また、結晶性の観点からは、炭素数2〜12のα,ω−直鎖アルカンジオールが好ましく、炭素数5〜9のα,ω−直鎖アルカンジオールがより好ましく、1,6−ヘキサンジオールが更に好ましい。
結晶性ポリエステルの原料モノマーであるカルボン酸成分としては、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、少なくとも炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を使用する。
なお、本発明においては、カルボン酸並びにその酸無水物及びそのアルキル(炭素数1〜3)エステル等の誘導体等を、カルボン酸化合物と総称する。なお、アルキルエステルのアルキル基は炭素数に含めない。
炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物としては、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,10−デカンジカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、炭素数10〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物が好ましく、セバシン酸がより好ましい。
炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物の含有量は、カルボン酸成分中、70〜100モル%であり、好ましくは90〜100モル%、より好ましくは実質的に100モル%である。当該含有量が、カルボン酸成分中、70モル%未満であると、トナーの低温定着性が低下する。
芳香族ジカルボン酸化合物には、縮合反応により芳香族ジカルボン酸由来の構成単位と同じ構成単位となり得る芳香族ジカルボン酸誘導体も含まれる。芳香族ジカルボン酸化合物の具体例としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族ジカルボン酸及びこれらの酸の無水物、並びにそれらのアルキル(炭素数1〜3)エステルが好ましく挙げられる。該アルキルエステル中のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基及びイソプロピル基が挙げられる。
3価以上の多価カルボン酸化合物としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸等の芳香族カルボン酸、及びこれらの酸無水物、アルキル(炭素数1〜3)エステル等の誘導体が挙げられる。
縮重合反応の原料モノマーであるアルコール成分とカルボン酸成分とのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)は、後述するMEK(メチルエチルケトン)可溶成分の末端をカルボキシ基が主とし、低温定着性、加圧保存性及び環境安定性を向上させるために、好ましくは1.03〜1.20であり、より好ましくは1.03〜1.15であり、更に好ましくは1.04〜1.12であり、より更に好ましくは1.05〜1.10である。モル比(カルボン酸成分/アルコール成分)が1.03以上であれば、MEK可溶成分の水酸基末端割合が少なくなり、該MEK可溶成分(20℃)のDSC測定の吸熱ピークのピークトップ温度が上昇し、低温定着性、加圧保存性、環境安定性が向上する。モル比(カルボン酸成分/アルコール成分)が1.20以下であれば、MEK可溶成分の量が増えすぎることなく、加圧保存性及び環境安定性が向上する。
本発明に用いられる結晶性ポリエステルは、(i)スチレン系樹脂の原料モノマー、及び(ii)該スチレン系樹脂の原料モノマーと前記アルコール成分のいずれとも反応し得る両反応性モノマーを用いて縮重合反応に加えて付加重合反応に付すことにより、結晶性ポリエステルを複合樹脂とすることもできる。
スチレン系樹脂成分の原料モノマーとしては、スチレン、又はα−メチルスチレン、ビニルトルエン等のスチレン誘導体(以下、スチレンとスチレン誘導体をまとめて「スチレン誘導体」と称する)が用いられる。
両反応性モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸及び無水マレイン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種が好ましく、縮重合反応及び付加重合反応の反応性の観点から、アクリル酸、メタクリル酸又はフマル酸がより好ましい。
本発明に用いられる結晶性ポリエステルの物性は以下の通りである。
本発明に用いられる結晶性ポリエステルの軟化点は、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、60〜160℃が好ましく、60〜120℃がより好ましく、65〜100℃が更に好ましく、65〜90℃がより更に好ましい。
本発明に用いられる結晶性ポリエステルの融点は、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、好ましくは60〜130℃、より好ましくは65〜110℃、更に好ましくは65〜90℃である。
また、重量平均分子量も、数平均分子量と同様の観点から、好ましくは3,000以上、より好ましくは5,000以上、更に好ましくは8,000以上であり、好ましくは100,000以下、より好ましくは50,000以下、更に好ましくは30,000以下、より更に好ましくは20,000以下である。上記観点から、本発明に用いられる結晶性ポリエステルの重量平均分子量は、3,000〜100,000が好ましく、5,000〜50,000がより好ましく、5,000〜30,000が更に好ましく、8,000〜20,000がより更に好ましい。
なお、本発明において、結晶性ポリエステルの数平均分子量及び重量平均分子量は、いずれもクロロホルム可溶分を測定した値をいう。
なお、結晶性ポリエステルを前記複合樹脂とした場合には、結晶性ポリエステル中のスチレン系樹脂成分の数平均分子量は、複合樹脂である結晶性樹脂における分散性の観点から、400〜7,000が好ましく、1,000〜4,000がより好ましく、1,500〜3,000が更に好ましい。本発明において、スチレン系樹脂の数平均分子量は、テトラヒドロフラン(THF)可溶分を測定した値をいう。
本発明に用いられる結晶性ポリエステルの水酸基価は、MEK可溶成分の物性を制御し、トナーの低温定着性、加圧保存安定性及び環境安定性を向上する観点より、1〜20mgKOH/gが好ましく、5〜15mgKOH/gがより好ましく、7〜13mgKOH/gが更に好ましい。
なお、軟化点、融点、数平均分子量、重量平均分子量、酸価及び水酸基価は、原料モノマー組成、重合開始剤、分子量、触媒量等の調整又は反応条件の選択により容易に調整することができる。
本発明に用いられる結晶性ポリエステルのMEK可溶成分(20℃)の量は、結晶性ポリエステルの0.5〜7重量%であり、好ましくは0.5〜6重量%、より好ましくは1〜5重量%、更に好ましくは1〜4重量%である。0.5重量%未満であると、トナーの低温定着性が低下し、7重量%を超えると、末端水酸基の可溶成分の量が増加するため、トナーの加圧保存安定性及び環境安定性が低下する。MEK可溶成分(20℃)の量は、後述するように、(a)結晶性ポリエステルの縮重合反応時の昇温過程(130〜160℃)において、所定の反応率に達するまで縮重合反応する方法、(b)エステル化触媒を縮重合反応の反応率70%以上の反応後期に添加する方法、(c)縮重合反応の反応率90%以上で減圧反応させる方法、(d)前述のアルコール成分とカルボン酸成分とのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)を1.03〜1.20にする方法等により減少させることができる。
また、該MEK可溶成分(20℃)のDSC測定のピークトップ温度は、好ましくは50℃以上、更に好ましくは53℃以上、より好ましくは55℃以上である。50℃未満であると、トナーの加圧保存安定性及び環境安定性が低下する。また、当該吸熱ピークのピークトップ温度は、低温定着性の観点から、90℃以下が好ましく、80℃以下がより好ましい。これらの観点から、該MEK可溶成分(20℃)の吸熱ピークのピークトップ温度は、50〜90℃が好ましく、53〜80℃が更に好ましく、55〜80℃がより好ましい。
該MEK可溶成分(20℃)の吸熱ピークのピークトップ温度は、前記(a)〜(d)の方法等により上昇させることができる。
更に、該MEK可溶成分(20℃)の10〜40℃の範囲で吸熱ピーク(好ましくは吸熱量1J/g以上の吸熱ピーク)が後述する測定条件において観測されないことが、トナーの加圧保存安定性及び環境安定性の観点から好ましい。前記(a)〜(d)の方法等を採用することにより、10〜40℃の範囲の吸熱ピークが観測されないようにすることができる。
また、トナーの加圧保存性及び環境安定性の観点から、MEK可溶成分(20℃)の水酸基価は、40mgKOH/g以下が好ましく、35mgKOH/g以下がより好ましく、30mgKOH/g以下が更に好ましく、下限は1mgKOH/g以上が好ましく、5mgKOH/g以上がより好ましく、これらの観点から1〜40mgKOH/gが好ましく、5〜35mgKOH/gがより好ましく、5〜30mgKOH/gが更に好ましい。MEK可溶成分の末端に水酸基を多く有する場合は、上記MEK可溶成分(20℃)の10〜40℃の範囲で(吸熱量1J/g以上の)吸熱ピークが観測され、トナーの加圧保存性及び環境安定性の低下をもたらす。
本発明に用いられる結晶性ポリエステルの製造方法は、少なくとも、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含むカルボン酸成分とを縮重合する工程を有する製造方法であって、縮重合反応の原料モノマーである、アルコール成分とカルボン酸成分とのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)が1.03〜1.20であり、130〜160℃の温度範囲で、理論反応水量の排出時を反応率100%とした場合に、排出された反応水量から求められる反応率が40%以上になるまで縮重合する工程を含む、製造方法が好ましい。
アルコール成分及びカルボン酸成分の種類並びにそのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)については、前述の通りである。
また、昇温の過程にて、130〜160℃、好ましくは130〜150℃の温度範囲で、理論反応水量の排出時を反応率100%とした場合に、排出された反応水量から求められる縮重合反応の反応率が好ましくは40%以上、より好ましくは50%以上、更に好ましくは60%以上になるまで縮重合反応させることが好ましい。
130〜160℃の比較的低い温度を考慮し、結晶性ポリエステルの生産性を向上する観点から、反応率は80%以下が好ましく、したがって好ましくは40〜80%、更に好ましくは50〜80%、より更に好ましくは60〜80%になるまで、前記温度範囲で縮重合反応させることが好ましい。
すなわち、アルコール成分とカルボン酸成分との混合物を、昇温して縮重合反応を行なう過程において、130〜160℃の比較的低い温度範囲で、反応率が40%以上になるまで縮重合反応を進めることで、MEK可溶成分の量を減らすことができ、該MEK可溶成分の吸熱ピークのピークトップ温度を上昇させることができる。これは、高温で短時間に反応させた場合に比べ、モノマー成分が十分に反応するため低分子量成分が減少するためと考えられる。
130℃未満では縮重合反応は進行し難く、160℃を超えるとMEK可溶成分の量が増加したり、該MEK可溶成分の吸熱ピークのピークトップ温度が低下する。40%未満では、未反応のモノマーが多く、未反応のモノマーが多い状態で160℃を超えて上昇させた場合には、MEK可溶成分の量が増加したり、該MEK可溶成分の吸熱ピークのピークトップ温度が低下する。
縮重合の反応率が40%以上になるまで130〜160℃の温度範囲を保持する必要は必ずしもなく、本発明の効果を損なわない限り、一時的に範囲外であってもよいが、最終的に反応率が40%以上のいずれかの地点で130〜160℃の温度範囲であればよい。
具体的には、好ましくは3〜12時間、より好ましくは3〜10時間、更に好ましくは3〜8時間前記の温度範囲で保持して反応させることで反応率を40%以上にすることができる。
縮重合に好適に用いられるエステル化触媒としては、チタン化合物及びSn−C結合を有していない錫(II)化合物が挙げられ、これらはそれぞれ単独で使用又は両者を併用することができる。
チタン化合物としては、Ti−O結合を有するチタン化合物が好ましく、総炭素数1〜28のアルコキシ基、アルケニルオキシ基又はアシルオキシ基を有する化合物がより好ましい。
Sn−O結合を有する錫(II)化合物としては、シュウ酸錫(II)、ジ酢酸錫(II)、ジオクタン酸錫(II)、ジラウリル酸錫(II)、ジステアリン酸錫(II)、及びジオレイン酸錫(II)等の炭素数2〜28のカルボン酸基を有するカルボン酸錫(II);ジオクチロキシ錫(II)、ジラウロキシ錫(II)、ジステアロキシ錫(II)、及びジオレイロキシ錫(II)等の炭素数2〜28のアルコキシ基を有するジアルコキシ錫(II);酸化錫(II);硫酸錫(II)等が挙げられる。
上記チタン化合物及び錫(II)化合物は、1種又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記エステル化触媒の存在量は、アルコール成分とカルボン酸成分の総量100重量部に対して、0.01〜1重量部が好ましく、0.1〜0.6重量部がより好ましい。
縮重合反応におけるピロガロール化合物の存在量は、縮重合反応に供されるアルコール成分とカルボン酸成分の総量100重量部に対して、0.001〜1重量部が好ましく、0.005〜0.4重量部がより好ましく、0.01〜0.2重量部が更に好ましい。ここで、ピロガロール化合物の存在量とは、縮重合反応に供したピロガロール化合物の全配合量を意味する。
ピロガロール化合物とエステル化触媒の重量比(ピロガロール化合物/エステル化触媒)は、樹脂の耐久性の観点から、0.01〜0.5が好ましく、0.03〜0.3がより好ましく、0.05〜0.2が更に好ましい。
縮重合反応の反応率70%以上、好ましくは縮重合反応の反応率70〜90%において加える触媒量は、好ましくは触媒全量の50重量%以上、より好ましくは70重量%以上、更に好ましくは80重量%以上である。反応率70%以上になった時に、触媒全量の50重量%以上の触媒を添加することで、効率的にMEK可溶成分を減らすことができ、該MEK可溶成分の吸熱ピークのピークトップ温度を上昇させる。更に、触媒を加えた後、30分以上の減圧反応工程を有し、MEK可溶成分の量を減少させ、該MEK可溶成分の吸熱ピークのピークトップ温度を上昇させることが好ましい。
本発明のトナー用結着樹脂及び電子写真用トナーの製造には、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、前記結晶性ポリエステルと共に非晶質樹脂を用いることが好ましい。
非晶質樹脂は、アルコール成分とカルボン酸成分とを縮重合させて得られる縮重合系樹脂であることが好ましい。本発明においては、非晶質樹脂は、前記式(I)で表されるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物及び/又は炭素数2〜12の脂肪族ジオールを70モル%以上含有するアルコール成分とカルボン酸成分とを縮重合させて得られるポリエステル樹脂であることが好ましい。
前記ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物又は炭素数2〜12の脂肪族ジオールを用いることができる。炭素数2〜12の脂肪族ジオールとしては、前述の結晶性ポリエステルに記載されたものが挙げられ、炭素数2〜5の脂肪族ジオールが好ましく、1,2−プロパンジオールがより好ましい。
これらの中では、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物が、環境安定性が向上するため好ましい。
ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物の合計含有量は、アルコール成分中、好ましくは70モル%以上、より好ましくは80〜100モル%、更に好ましくは90〜100モル%である。
アルコール成分に含有され得るビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物又は炭素数2〜12の脂肪族ジオール以外のアルコールとしては、前記結晶性ポリエステルに用いられるのと同様の3価以上のアルコールを例示することができる。
非晶質樹脂のカルボン酸成分は、トナーの加圧保存安定性を高める観点から、芳香族ジカルボン酸化合物を含有することが好ましく、テレフタル酸化合物を含有することがより好ましい。なお、テレフタル酸化合物をカルボン酸成分として用いて得られた非晶質樹脂と、テレフタル酸化合物を用いずに得られた非晶質樹脂とをそれぞれ準備し、組み合わせて用いてもよい。なお、芳香族ジカルボン酸化合物としては、前述の結晶性ポリエステルに記載されたものが挙げられる。
芳香族ジカルボン酸化合物を含有する場合、その含有量は、カルボン酸成分中、好ましくは30〜95モル%、より好ましくは40〜90モル%、更に好ましくは50〜85モル%である。
上記炭素数2〜10の脂肪族ジカルボン酸を含有する場合、その含有量は、カルボン酸成分中、好ましくは5〜60モル%、より好ましくは5〜40モル%、更に好ましくは5〜30モル%である。上記炭素数8〜20のアルキル基又は炭素数8〜20のアルケニル基で置換されたコハク酸を含有する場合、その含有量は、カルボン酸成分中、好ましくは3〜30モル%、より好ましくは5〜20モル%、更に好ましくは5〜15モル%である。
また、芳香族ジカルボン酸化合物以外の使用し得る3価以上の多価カルボン酸化合物としては、前記結晶性ポリエステルに用いられるのと同様のものを例示することができる。
3価以上の多価カルボン酸化合物を含有する場合、その含有量は、カルボン酸成分中、好ましくは3〜40モル%、より好ましくは5〜35モル%、更に好ましくは5〜30モル%である。
非晶質樹脂の軟化点は、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、好ましくは70〜180℃、より好ましくは90〜150℃である。なお、本発明に用いられる非晶質樹脂は、軟化点の高い樹脂(以下、高軟化点樹脂と称する)と軟化点の低い樹脂(以下、低軟化点樹脂と称する)とを併用することで、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の点においてより優れるものとなる。高軟化点樹脂と低軟化点樹脂とを併用する場合、一方又は両者を2種以上用いてもよい。
具体的には、高軟化点樹脂の軟化点は、好ましくは110〜150℃であり、低軟化点樹脂の軟化点は、好ましくは90℃以上、110℃未満である。併用する高軟化点樹脂の軟化点と低軟化点樹脂の軟化点は、10℃以上異なることが好ましく、15〜40℃異なることがより好ましい。
高軟化点樹脂と低軟化点樹脂を併用する場合、高軟化点樹脂の低軟化点樹脂に対する重量比(高軟化点樹脂/低軟化点樹脂)は、1/3〜3/1が好ましく、1/3〜2/1がより好ましく、1/2〜1/1が更に好ましい。
非晶質樹脂のガラス転移温度(Tg)は、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、好ましくは45〜80℃、より好ましくは55〜75℃である。
非晶質樹脂の数平均分子量は、1,000〜6,000が好ましく、2,000〜5,000がより好ましい。また、重量平均分子量は、好ましくは10,000以上、より好ましくは30,000以上であり、好ましくは1,000,000以下である。なお、非晶質樹脂の数平均分子量及び重量平均分子量は、いずれもテトラヒドロフラン可溶分を測定した値をいう。
なお、軟化点、酸価、Tg、数平均分子量及び重量平均分子量は、原料モノマー組成、重合開始剤、分子量、触媒量等の調整又は反応条件の選択により調整することができる。
本発明で用いられる非晶質樹脂には、変性非晶質樹脂も含まれる。
変性非晶質樹脂としては、例えば、樹脂がウレタン結合で変性されたウレタン変性ポリエステル、ポリエステルがエポキシ結合で変性されたエポキシ変性ポリエステル、及びポリエステル成分を含む2種以上の樹脂を有するハイブリッド樹脂等が挙げられる。
非晶質樹脂として、前記ポリエステル樹脂とその変性非晶質樹脂は、いずれか一方でも、両者が併用されてもよく、具体的には、ポリエステル、及び/又はポリエステルとスチレン系樹脂とを有するハイブリッド樹脂であってもよい。
本発明のトナー用結着樹脂は、前記結晶性ポリエステルと、非晶質樹脂とを含有することが好ましい。本発明のトナー用結着樹脂中における前記結晶性ポリエステルと前記非晶質樹脂との重量比(結晶性ポリエステル/非晶質樹脂)は、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、3/97〜50/50が好ましく、5/95〜40/60がより好ましく、5/95〜30/70が更に好ましく、7/93〜25/75が更に好ましい。
また、結着樹脂の酸価は、トナーの帯電性及び耐加水分解性の観点より、1〜40mgKOH/gが好ましく、2〜35mgKOH/gがより好ましく、3〜30mgKOH/gが更に好ましい。
また、結着樹脂の軟化点は、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、80〜160℃が好ましく、80〜150℃がより好ましく、90〜140℃が更に好ましい。また、トナーのガラス転移温度は、上記同様の観点から、45〜80℃が好ましく、50〜70℃がより好ましい。
本発明のトナー用結着樹脂は、後述する製造方法により得られるものが好ましい。
本発明の電子写真用トナー(単にトナーと称することがある)は、前述のトナー用結着樹脂を含有し、更に、本発明の効果を損なわない範囲で、前記結着樹脂とは異なる公知のトナー用結着樹脂、例えば、ポリエステル、スチレン−アクリル樹脂等のスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン等の樹脂を含有していてもよい。
本発明の電子写真用トナーにおいて、本発明のトナー用結着樹脂の含有量は、全結着樹脂中、50重量%以上が好ましく、70重量%以上がより好ましく、80重量%以上がより好ましく、90重量%以上が更に好ましく、実質的に100重量%であることがより更に好ましい。
本発明のトナー用結着樹脂及びトナーの製造方法として、結晶性ポリエステルを含む水系分散液と非晶質樹脂を含む水系分散液とを凝集工程及び合一工程に付すことにより得る方法が好ましい。
具体的には、本発明のトナー用結着樹脂及びトナーは、下記工程1〜工程4を含む製造方法により得ることができる。
工程1:少なくとも、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含むカルボン酸成分とを縮重合して、結晶性ポリエステルを得る工程であって、該結晶性ポリエステルのメチルエチルケトン可溶成分(20℃)の量が結晶性ポリエステルの0.5〜7重量%であり、且つ「(該結晶性ポリエステルの融点)−(該メチルエチルケトン可溶成分のDSC測定のピークトップ温度)」が1〜15℃の範囲内である、結晶性ポリエステルを得る工程。
工程2:工程1で得られた結晶性ポリエステルを含む水系分散液を得る工程。
工程3:工程2で得られた結晶性ポリエステルを含む水系分散液及び非晶質樹脂を含む水系分散液を混合し、次いで凝集工程に付すことにより凝集粒子の水系分散液を得る工程。
工程4:工程3で得られた凝集粒子の水系分散液を合一工程に付すことにより合一粒子の水系分散液を得る工程。
以下、工程1〜工程4について順に説明する。
工程1は、結晶性ポリエステルを得る工程であり、その詳細は前述のとおりである。
工程2は、工程1で得られた結晶性ポリエステルを含む水系分散液を得る工程である。
本明細書中、「水系」とは、有機溶剤等の溶剤を含有していてもよいが、水を好ましくは50重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは90重量%以上、更に好ましくは99重量%以上含有するものをいう。また、以下、単に「樹脂」と記載する場合には、結晶性ポリエステルと非晶質樹脂の両方を指す。
結晶性ポリエステルを含む水系分散液は、結晶性ポリエステル、有機溶剤及び水、更に必要に応じて中和剤や界面活性剤を混合し、撹拌した後、蒸留等によって有機溶剤を除去することにより得られる。好ましくは、結晶性ポリエステル及び必要に応じて界面活性剤を有機溶剤に溶解した後、水、更に必要に応じて中和剤を混合する。なお、混合物を撹拌する際には、アンカー翼等の一般に用いられている混合撹拌装置を用いることができる。
中和剤としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウム等のアルカリ金属;アンモニア、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、及びトリブチルアミン等の有機塩基が挙げられる。
界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系(例えばアルキルエーテルカルボン酸塩等)等のアニオン性界面活性剤;アミン塩型、第4級アンモニウム塩型等のカチオン性界面活性剤;後述の非イオン性界面活性剤等が挙げられる。界面活性剤を使用する場合、その使用量は、結晶性ポリエステル又は非晶質樹脂100重量部に対して、好ましくは0.1〜20重量部、より好ましくは0.5〜10重量部である。
結晶性ポリエステルを有機溶剤に混合(溶解)する際の温度は、30〜90℃が好ましく、40〜80℃がより好ましい。
結晶性ポリエステル含む水系分散液の固形分濃度は、適宜水を加えることにより、いずれも好ましくは3〜50重量%、より好ましくは5〜30重量%、更に好ましくは7〜15重量%に調整する。
この方法は、少なくとも水と非イオン性界面活性剤があればよいため、有機溶剤に不溶な樹脂にも適用できる他、有機溶剤の回収や作業環境維持のための設備負担が不要であり、また機械的手段を利用する場合に必要とされる特別な装置も不要であるため、経済的に樹脂粒子分散液を製造できるという利点も有する。
非イオン性界面活性剤の使用量は、樹脂の融点を下げる観点から、結晶性ポリエステル100重量部に対して、5重量部以上が好ましく、トナーに残存する非イオン性界面活性剤を制御する観点からは、80重量部以下が好ましい。したがって、これらを両立させる観点から、非イオン性界面活性剤の使用量は、結晶性ポリエステル100重量部に対して、5〜80重量部が好ましく、10〜70重量部がより好ましく、20〜60重量部が更に好ましい。
また、水系分散液中の結晶性ポリエステル粒子の粒度分布の変動係数(CV値)は、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、より更に好ましくは25%以下である。CV値の下限値としては、製造し易さの観点から、5%であることが好ましい。
工程3は、工程2で得られた結晶性ポリエステルを含む水系分散液を、非晶質樹脂を含む水系分散液と混合し、次いで凝集工程に付すことにより、凝集粒子の水系分散液を得る工程である。
非晶質樹脂を含む水系分散液を得る方法は、前述の工程2の説明において、結晶性ポリエステルを含む水系分散液を得る方法と同じである。得られた非晶質樹脂を含む水系分散液中の非晶質樹脂粒子の体積中位粒径は、均一に凝集させる観点から、50〜1,000nmが好ましく、50〜500nmがより好ましく、50〜300nmが更に好ましく、80〜200nmがより更に好ましい。
また、水系分散液中の非晶質樹脂粒子の粒度分布の変動係数(CV値)は、トナーの低温定着性、加圧保存安定性、及び環境安定性の観点から、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、より更に好ましくは25%以下である。CV値の下限値としては、製造し易さの観点から、5%であることが好ましい。
工程3においては、更に例えば着色剤、荷電制御剤、離型剤、導電性調整剤、体質顔料、繊維状物質等の補強充填剤、酸化防止剤、及び老化防止剤等の添加剤を添加してから凝集工程に付してもよい。該添加剤は、水系分散液としてから使用することもできる。
離型剤を添加する場合、その添加量は、結晶性ポリエステル及び非晶質樹脂の総量100重量部に対して、樹脂中への分散性の観点から、0.5〜10重量部が好ましく、1〜8重量部がより好ましく、1〜7重量部が更に好ましい。
結晶性ポリエステルと非晶質樹脂との好ましい混合重量比は、前述のトナー用結着樹脂に関する記載中に示した重量比の通りである。
凝集工程において、系内の固形分濃度は、均一な凝集を起こさせるために、5〜50重量%が好ましく、5〜30重量%がより好ましく、5〜20重量%が更に好ましい。
同様の観点から、凝集工程における系内の温度は、「結着樹脂の軟化点−60℃」(軟化点より60℃低い温度、以下同様)以上、且つ結着樹脂の軟化点以下であることが好ましい。本発明では、結着樹脂として結晶性ポリエステルと非晶質樹脂とを用いるので、結晶性ポリエステルの軟化点と非晶質樹脂の軟化点を加重平均した温度を、結着樹脂の軟化点とする(非晶質樹脂を2種類以上用いる場合も同様に加重平均する。以下、同じである)。また、マスターバッチを使用する場合は、それに用いた樹脂をも含めて加重平均した温度を、混合樹脂の軟化点とする。
溶融混練には、オープンロール型二軸混練機を使用することが好ましい。オープンロール型二軸混練機は、2本のロールが並行に近接して配設された混練機であり、各ロールに熱媒体を通すことにより、加熱機能又は冷却機能を付与することができる。したがって、オープンロール型二軸混練機は、溶融混練する部分がオープン型であり、また加熱ロールと冷却ロールを備えていることから、従来用いられている二軸押出機と異なり、溶融混練の際に発生する混練熱を容易に放熱することができる。
無機金属塩としては、例えば、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、及び硫酸アルミニウム等の金属塩;ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、及び多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体が挙げられる。無機アンモニウム塩としては、例えば硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム等が挙げられる。
凝集剤を添加する場合、その添加量は、トナーの耐環境特性の観点から、結着樹脂100重量部に対して、60重量部以下が好ましく、55重量部以下がより好ましく、50重量部以下が更に好ましい。
凝集剤は、水系媒体に溶解させて添加することが好ましく、凝集剤の添加時及び添加終了後は十分撹拌することが好ましい。
これらの観点から、好ましくは0〜65℃、より好ましくは10〜55℃程度の温度で撹拌して分散処理する等の通常の方法により、均一な樹脂分散液を調製することができる。
工程4は、工程3で得られた凝集粒子の水系分散液に必要に応じて凝集停止剤を加えた後、合一工程に付すことにより、水系分散液中の凝集粒子を合一させて、結着樹脂を得る工程である。
工程4では、前記工程3で得られた凝集粒子を、加熱することにより合一させることができる。
工程4における系内の温度は、目的とするトナーの粒径、粒度分布、形状制御及び粒子の融着性の観点から、「結着樹脂の軟化点−30℃」以上、「該軟化点+10℃」以下が好ましく、「該軟化点−25℃」以上、「該軟化点+10℃」以下がより好ましく、「該軟化点−20℃」以上、「該軟化点+10℃」以下が更に好ましい。また、撹拌速度は、凝集粒子が沈降しない速度が好ましい。具体的には、好ましくは70〜100℃、より好ましくは70〜90℃である。
なお、凝集停止剤を用いる場合、凝集停止剤として界面活性剤を用いることが好ましく、アニオン性界面活性剤を用いることがより好ましい。アニオン性界面活性剤のうち、アルキルエーテル硫酸塩、アルキル硫酸塩、及び直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることが更に好ましい。
該コアシェル粒子を含有する電子写真用トナーは、前述の工程4の前に、工程3で得られた凝集粒子の水系分散液を、非晶質樹脂を含む水系分散液と混合し、凝集させる工程を設けることで得ることができる。
洗浄工程では、トナーとして十分な帯電特性及び信頼性を確保する目的から、トナー表面の金属イオンを除去するため、酸を用いることが好ましい。また、添加した非イオン性界面活性剤も洗浄により完全に除去することが好ましく、非イオン性界面活性剤の曇点以下での水系溶液での洗浄が好ましい。洗浄は複数回行うことが好ましい。
また、乾燥工程では、振動型流動乾燥法、スプレードライ法、冷凍乾燥法、フラッシュジェット法等、任意の方法を採用することができる。トナーの乾燥後の水分含量は、帯電性の観点から、好ましくは1.5重量%以下、更には1.0重量%以下に調整することが好ましい。
外添剤の個数平均粒子径は、好ましくは4〜200nm、より好ましくは8〜30nmである。外添剤の個数平均粒子径は、走査型電子顕微鏡又は透過型電子顕微鏡を用いて求められる。
本発明の電子写真用トナーの体積中位粒径は、トナーの高画質化及び生産性の観点から、1〜10μmが好ましく、2〜8μmがより好ましく、3〜7μmが更に好ましい。
本発明の電子写真用トナーは、一成分系現像剤として、又はキャリアと混合して二成分系現像剤として使用することができる。
(結晶性ポリエステルの製造)
表1に示す原料組成、反応条件により、結晶性ポリエステルA−1〜A−9及びB−1〜B−7を製造し、表1に示されるような結晶性ポリエステル樹脂の物性値、及び結晶性ポリエステル樹脂のMEK可溶成分の物性値を得た。なお、物性の測定方法、及び反応条件については、以下に示すとおりである。
表1の製造例1〜9及び比較製造例1〜7で得られた結晶性ポリエステル樹脂A−1〜A−9及びB−1〜B−7の軟化点、融点、数平均分子量、重量平均分子量、酸価、水酸基価の算出は次の通りに行った。
フローテスター((株)島津製作所製、商品名:「CFT−500D」)を用い、1gの試料を昇温速度6℃/minで加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出した。温度に対し、フローテスターのプランジャー降下量をプロットし、試料の半量が流出した温度を軟化点とした。
示差走査熱量計(DSC;ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、商品名:「Q−100」)を用いて、室温(20℃)から降温速度10℃/分で0℃まで冷却した試料をそのまま1分間静止させ、その後、昇温速度10℃/分で180℃まで昇温しながら測定した。観測される吸熱ピークのうち、最も高温側にあるピークの温度を吸熱の最大ピーク温度(1st RUNの吸熱の最大ピーク温度)とし、最大ピーク温度が軟化点と20℃以内の差であれば結晶性ポリエステルとし、その結晶性ポリエステルの融点とした。
以下の方法により、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により分子量分布を測定し、樹脂の数平均分子量Mn及び重量平均分子量Mwを求めた。
(1)試料溶液の調製
濃度が0.5g/100mLになるように、樹脂をクロロホルムに溶解させた。次いで、この溶液をポアサイズ2μmのフッ素樹脂フィルター(住友電気工業(株)製、商品名:FP−200)を用いて濾過して不溶解成分を除き、試料溶液とした。
(2)分子量分布測定
下記装置を用いて、溶離液としてクロロホルムを、毎分1mlの流速で流し、40℃の恒温槽中でカラムを安定化させた。そこに試料溶液100μlを注入して測定を行った。試料の分子量は、あらかじめ作製した検量線に基づき算出した。このときの検量線には、数種類の単分散ポリスチレン(東ソー(株)製の単分散ポリスチレン;2.63×103、2.06×104、1.02×105、ジーエルサイエンス(株)製の単分散ポリスチレン;2.10×103、7.00×103、5.04×104(数平均分子量))を標準試料として作製したものを用いた。
測定装置:CO−8010(商品名、東ソー(株)製)
分析カラム:GMHXL+G3000HXL(いずれも商品名、東ソー(株)製)
樹脂の酸価は、JIS K 0070の方法に基づき測定した。ただし、測定溶媒のみJIS K 0070の規定のエタノールとエーテルの混合溶媒から、アセトンとトルエンの混合溶媒(アセトン:トルエン=1:1(容量比))に変更した。
樹脂の水酸基価は、JIS K 1557に基づき下記条件で測定した。
試料量:2g
アセチル化試薬:無水酢酸65mLとピリジン935mLとを混合した溶液10mL
触媒:なし
反応温度:99℃
反応時間:2時間
溶媒:アセトンとトルエンの混合溶媒(アセトン:トルエン=1:1(容量比))
滴定液:0.5mol/L KOHエタノール溶液
製造例1〜9及び比較製造例1〜7で得られた結晶性ポリエステル樹脂A−1〜A−9及びB−1〜B−7のMEK可溶成分の吸熱ピーク及び可溶分量の算出は次の通りに行った。なお、MEK可溶成分の酸価、及び水酸基価については、結晶性ポリエステル樹脂と同様の方法で算出した。
示差走査熱量計(DSC;ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、「Q−100」)を用いて、室温(20℃)から降温速度10℃/分で0℃まで冷却した試料をそのまま1分間静止させ、その後、昇温速度10℃/分で180℃まで昇温しながら測定した。観測される吸熱ピークのうち、最も高温側にあるピークの温度を吸熱ピークトップ温度とした。
<可溶成分量>
後述の製造方法A〜Fにより得られた結晶性ポリエステル樹脂を、四つ口フラスコから抜き出し、6mm目開きのスクリーンを装着した小型万能粉砕機((株)三力製作所製、商品名:SF−1)で粉砕を行った。得られた粉砕物を、ステンレス製のJIS試験用ふるい(JIS−Z8801、20メッシュ 目開き800μm)にて微粉のカットを行なった。
次に、20℃のMEK(メチルエチルケトン)2kgに対して上記の微粉カットを行なった結晶性ポリエステル樹脂200gの割合で5Lの四つ口フラスコに加え、20℃で1時間撹拌(攪拌羽根:アンカーパドル2枚羽(直径10cm、高さ8cm、幅1.5cm、厚み2mm)、回転数200rpm)した。その後、150メッシュ金網(細川金網社製)で常圧濾過し、不溶分について、更にMEK1kgと混合し、上記条件で撹拌・濾過を2度行った後、不溶分を減圧乾燥(50℃、8時間、8kPa)させて、結晶性ポリエステルのMEKに不溶な成分を得、その不溶成分の重量W(g)を測定した。可溶分量(重量%)は、以下の式(1)より算出した。
可溶成分量(重量%)=((200−W)/200)×100 ・・・(1)
表1の製造例1〜9及び比較製造例1〜7で得られた結晶性ポリエステルA−1〜A−9及びB−1〜B−7は、以下の製造方法A〜Fのいずれかの方法により製造した。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに、表1に示す配合量の縮重合系樹脂成分の単量体を入れ、140℃に加熱して6時間反応させた後(反応率65%)、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させた。200℃にて反応率80%まで反応させた後、2−エチルヘキサン酸錫20gを加えて、更に200℃にて2時間反応を行った。更に8kPaにて2時間程度反応を行い、表1記載の結晶性ポリエステル樹脂を得た。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに、表1に示す配合量の縮重合系樹脂成分の単量体と共に、2−エチルヘキサン酸錫20gを入れ、140℃に加熱して6時間反応させた後(反応率65%)、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させた。200℃にて反応率80%まで反応させた後、2−エチルヘキサン酸錫10gを加えて、200℃にて2時間反応を行った後、更に、8kPaにて2時間程度反応を行い、表1記載の結晶性ポリエステル樹脂を得た。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに、表1に示す配合量の縮重合系樹脂成分の単量体と共に、2−エチルヘキサン酸錫40gを入れ、140℃に加熱して6時間反応させた後(反応率70%)、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させた。200℃にて反応率90%まで反応させた後、8kPaにて2時間程度反応を行い、表1記載の結晶性ポリエステル樹脂を得た。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに、表1に示す配合量の縮重合系樹脂成分の単量体と共に、2−エチルヘキサン酸錫40gを入れ、200℃まで4時間で昇温しつつ反応させた。更に、200℃にて反応率90%まで反応させた後、8kPaにて1時間程度反応を行い、表1記載の結晶性ポリエステル樹脂を得た。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに、表1に示す配合量の縮重合系樹脂成分の単量体と共に、2−エチルヘキサン酸錫40gを入れ、180℃に加熱して6時間反応させた後(反応率75%)、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させた。200℃にて反応率90%まで反応させた後、8kPaにて2時間程度反応を行い、表1記載の結晶性ポリエステル樹脂を得た。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに、表1に示す配合量の縮重合系樹脂成分の単量体を入れ、140℃に加熱して6時間反応させた後、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させた。200℃にて反応率80%まで反応させた後、2−エチルヘキサン酸錫40gを加えて、更に200℃にて2時間反応を行った。更に8kPaにて2時間反応を行い、結晶性ポリエステル樹脂を得た。得られた結晶性ポリエステル樹脂200gに対してメチルエチルケトン2kgを樹脂の割合で加え、前述の可溶成分量の測定条件と同じ条件で、20℃で1時間撹拌し、150メッシュ金網を用いて常圧濾過し、不溶分について、更にメチルエチルケトン1kgと撹拌し、濾過する工程を2回行った後、不溶分を乾燥させて樹脂を得た。
一方、比較製造例1、2、4〜6では、結晶性ポリエステルの融点−吸熱ピークトップ温度が大きい。130〜160℃の温度範囲で保持する工程を含まない製造方法D及びEにより得られた比較製造例1及び2では、製造例3と比較して、結晶性ポリエステルの融点−吸熱ピークトップ温度が大きかった。なお、製造方法D及びEでは昇温途中の160℃での反応率は40%未満であった。
これに対し、製造例1〜9の結晶性ポリエステルを用いて得られるトナーは、いずれも優れた低温定着性を保ちつつ、加圧保存安定性及び環境安定性にも優れる。
(トナー用結着樹脂及びトナーの製造)
製造例1〜9及び比較製造例1〜7で得られた結晶性ポリエステルA−1〜A−9及びB−1〜B−7を用いて、それぞれトナー用結着樹脂及びトナーを製造した。
レーザー回折型粒径測定機((株)堀場製作所製、商品名:「LA−920」)を用いて、測定用セルに蒸留水を加え、吸光度が適正範囲になる濃度で体積中位粒径(D50)を測定した。
表2に示される非晶質樹脂のガラス転移温度、数平均分子量の算出は次の通り行った。なお、非晶質樹脂の軟化点及び酸価については、結晶性ポリエステル樹脂と同様の方法で算出した。
示差走査熱量計(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、商品名:「Q−100」)を用いて、試料を0.01〜0.02gをアルミパンに計量し、200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/minで0℃まで冷却したサンプルを昇温速度10℃/minで昇温し、吸熱の最大ピーク温度以下のベースラインの延長線とピークの立ち上がり部分からピークの頂点までの最大傾斜を示す接線との交点の温度をガラス転移温度とした。
溶媒をクロロホルムからテトラヒドロフランに代えた以外は、結晶性ポリエステルと同様にして測定した。
窒素導入管、脱水管、撹拌装置及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに、表2に示す無水トリメリット酸以外の原料モノマーを所定量と、ターシャリブチルカテコール5gを入れ、180℃までは素早く昇温し、180℃から210℃までは10時間かけて昇温させながら反応を行い、更に8.3kPaに減圧して210℃で1時間反応を行った。その後、210℃にて無水トリメリット酸を加え、210℃及び8kPaにて表2に示す軟化点に達するまで反応させ、非晶質樹脂AAを製造した。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した10L容の四つ口フラスコに、表2に示す無水トリメリット酸以外の原料モノマーを所定量と、オクチル酸錫40g及び没食子酸1水和物2gを入れ、230℃で8時間反応させた後、8.3kPaに減圧して230℃で1時間反応させた。更に、210℃にて無水トリメリット酸を加え、表2に示す軟化点に達するまで反応させ、非晶質樹脂ABを製造した。
撹拌装置、還流冷却器、滴下ロート、温度計及び窒素導入管を備えた5L容の容器に、メチルエチルケトン600g及び結晶性ポリエステルA−1〜A−9又はB−1〜B−7を200g入れ、70℃にて結晶性ポリエステルを溶解させた。
得られた溶液に、5%水酸化カリウム水溶液を中和度95%になるように添加し、続いてイオン交換水2500gを添加した後、250r/minの撹拌速度で、減圧下、70℃でMEKを30ppm以下まで留去した。自己分散型の結晶性ポリエステルの水系分散液の固形分濃度を測定し、固形分濃度が10重量%になるようにイオン交換水を加えて、それぞれ結晶性ポリエステルの分散液を得た。結晶性ポリエステルの体積中位粒径は150〜200nmであった。
撹拌装置、還流冷却器、滴下ロート、温度計及び窒素導入管を備えた5L容の容器に、メチルエチルケトン600g、アニオン性界面活性剤として「Kao Akypo RLM−100(成分;ポリオキシエチレンラウリルエーテル酢酸、商品名、花王(株)製)」を2g投入し、非晶質樹脂AA又はAB100gを50℃にて添加し、非晶質樹脂を溶解させた。
得られた溶液に、水酸化カリウムを中和度90%になるように添加し、続いてイオン交換水2000gを添加した後、250r/minの撹拌速度で、減圧下、50℃以下の温度でMEKを30ppm以下まで留去した。自己分散型の非晶質樹脂の水系分散液の固形分濃度を測定し、固形分濃度が10重量%になるようにイオン交換水を加えて、非晶質樹脂AAの分散液と非晶質樹脂ABの分散液をそれぞれ得た。非晶質樹脂の体積中位粒径は150nmであった。
銅フタロシアニン(大日精化工業(株)製、型番:ECB−301)50g、ノニオン性界面活性剤(「エマルゲン(登録商標)150」、花王(株)製)5g及びイオン交換水200gを混合し、銅フタロシアニンを溶解させ、ホモジナイザーを用いて10分間分散させて、着色剤微粒子を含有する着色剤分散液を得た。着色剤微粒子の体積中位粒径は120nmであった。
パラフィンワックス(「HNP9」、商品名、日本精蝋(株)製、融点:85℃)50g、カチオン性界面活性剤(「サニゾール(登録商標)B50」、花王(株)製)5g及びイオン交換水200gを95℃に加熱して、ホモジナイザーを用いて、パラフィンワックスを分散させた後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、離型剤微粒子を含有する離型剤分散液を得た。離型剤微粒子の体積中位粒径は550nmであった。
荷電制御剤(「ボントロンE−84」、商品名、オリエント化学工業(株)製)50g、ノニオン性界面活性剤(「エマルゲン(登録商標)150」、花王(株)製)5g及びイオン交換水200gを混合し、ガラスビーズを使用し、サンドグラインダーを用いて10分間分散させて、荷電制御剤微粒子を含有する荷電制御剤分散液を得た。荷電制御剤微粒子の体積中位粒径は500nmであった。
結晶性ポリエステルと非晶質樹脂の含有量が表3に記載の割合となるように各分散液を混合した樹脂分散液300g、着色剤分散液8g、離型剤分散液6g、荷電制御剤分散液2g及び脱イオン水52gを2L容の容器に入れた。
次に、カイ型の撹拌機で100r/minの撹拌下、室温で6.2重量%硫酸アンモニウム水溶液146gを30分かけて滴下した。その後、撹拌しながら昇熱し、50℃になった時点で50℃に固定し、3時間保持した。これにより凝集粒子を形成させた後、凝集停止剤としてポリオキシエチレンドデシルエーテル硫酸ナトリウム水溶液(固形分28重量%)4.2gを脱イオン水37gで希釈した希釈液を添加した。
次いで80℃まで0.16℃/minで昇温し、80℃になった時点から1時間80℃を保持した後、加熱を終了した。これにより合一粒子を形成させ、結着樹脂を得た後、室温まで徐冷し、吸引ろ過処理、洗浄処理及び乾燥処理を行い、トナーT−1〜T−9、U−1〜U−7を得た。得られたトナーの低温定着性、帯電度の環境安定性及び加圧保存安定性の評価を、以下の通りに行った。結果を表3に示す。
その後、更に、トナー母粒子100重量部に対して2.0重量部の疎水性シリカ「NAX−50」(商品名、日本アエロジル(株)製、個数平均粒子径40nm)、1.5重量部の疎水性シリカ「R972」(商品名、日本アエロジル(株)製、個数平均粒子径16nm)を、10Lヘンシェルミキサー(日本コークス工業(株)製)に、ST(上羽根)−A0(下羽根)型の撹拌羽根を装着して、3000rpmにて2分間撹拌して外添処理を行い、トナーを得た。
複写機「AR−505」(商品名、シャープ(株)製)にトナーを実装し、未定着で画像出しを行った(印字面積:2cm×12cm、付着量:0.5mg/cm2)。前記複写機の定着機をオフラインで、90℃から240℃へ5℃ずつ順次定着温度を上昇させながら、300mm/secで用紙に定着させた。なお、定着紙には、「CopyBond SF−70NA(商品名、シャープ(株)製、75g/m2)」を使用した。
500gの荷重をかけた底面が15mm×7.5mmの砂消しゴム(株式会社ライオン事務器製、商品名:LION ER−502R INK&BALLPEN)で、定着機をとおして定着された画像を5往復擦り、擦る前後の光学反射密度を反射濃度計「RD−915」(商品名、グレタグマクベス社製)を用いて測定し、両者の比率(擦り後/擦り前)が最初に80%を越える定着ローラーの温度を最低定着温度とする。得られた最低定着温度により、以下の評価基準に従って評価した。最低定着温度が低いほど、低温定着性に優れる。
5:最低定着温度が120℃未満である。
4:最低定着温度が120以上、125℃未満である。
3:最低定着温度が125以上、130℃未満である。
2:最低定着温度が130以上、135℃未満である。
1:最低定着温度が135℃以上である。
トナー10gを半径12mmの円筒型容器に入れ、上から100gの重りをのせ、50℃及び相対湿度60%の環境で24時間保持した。パウダーテスター(ホソカワミクロン(株)製)に、上から順に、篩いA(目開き250μm)、篩いB(目開き150μm)、篩いC(目開き75μm)の3つの篩を重ね合わせて設置し、篩いA上に加圧保存したトナー10gを乗せて60秒間振動を与えた。篩いA上に残存したトナー重量WA(g)を、篩いB上に残存したトナー重量WB(g)を、篩いC上に残存したトナー重量WC(g)を、それぞれ測定し、下記式に従って算出される値(α)をもとに、以下の評価基準に従って、流動性加圧保存安定性を評価した。値(α)が100に近いほど、加圧保存安定性に優れる。
α=100−(WA+WB×0.6+WC×0.2)/10×100
5:αが90〜100
4:αが80以上、90未満
3:αが70以上、80未満
2:αが60以上、70未満
1:αが60未満
非磁性一成分現像装置「MicroLine9300PS」(商品名、(株)沖データ製)にトナーを実装し、印字率5%の画像を、25℃、50%の環境下で20枚印刷した後、光学反射密度を反射濃度計「RD−915」(商品名、グレタグマクベス社製)を用いて測定した。
更に、25℃、90%の環境下でマシンを4時間放置後、印字率5%の画像を20枚印刷した後、再度光学反射密度を反射濃度計「RD−915」(商品名、グレタグマクベス社製)を用いて測定した。両者の画像濃度の差を算出し、以下の評価基準に従って、環境安定性を測定した。画像濃度差が小さいほど、環境安定性に優れている。
5:画像濃度差が0.1未満
4:画像濃度差が0.1以上、0.2未満
3:画像濃度差が0.2以上、0.3未満
2:画像濃度差が0.3以上、0.4未満
1:画像濃度差が0.4以上
Claims (5)
- 少なくとも、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含むカルボン酸成分とを縮重合し、結晶性ポリエステルを得る工程を有する、結晶性ポリエステルを含有するトナー用結着樹脂の製造方法であって、
前記アルコール成分と前記カルボン酸成分とのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)が1.03〜1.20であり、
130〜160℃の温度範囲で、理論反応水量の排出時を反応率100%とした場合に、排出された反応水量から求められる反応率が40%以上になるまで縮重合する工程を含む、トナー用結着樹脂の製造方法。 - 理論反応水量の排出時を反応率100%とした場合に、排出された反応水量から計算された縮重合反応の反応率が70%以上になった時にエステル化触媒を加える、請求項1に記載のトナー用結着樹脂の製造方法。
- 理論反応水量の排出時を反応率100%とした場合に、排出された反応水量から計算された縮重合反応の反応率が90%以上で、減圧度12kPa以下で、縮重合反応させる工程を含む、請求項1又は2に記載のトナー用結着樹脂の製造方法。
- 下記工程1〜工程4を有する、トナーの製造方法。
工程1:少なくとも、炭素数2〜12の脂肪族ジオールを含むアルコール成分と、炭素数8〜12の脂肪族ジカルボン酸化合物を70〜100モル%含むカルボン酸成分とを縮重合して、結晶性ポリエステルを得る工程であって、
前記アルコール成分と前記カルボン酸成分とのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)が1.03〜1.20であり、
130〜160℃の温度範囲で、理論反応水量の排出時を反応率100%とした場合に、排出された反応水量から求められる反応率が40%以上になるまで縮重合する工程を含む工程。
工程2:工程1で得られた結晶性ポリエステルを含む水系分散液を得る工程。
工程3:工程2で得られた結晶性ポリエステルを含む水系分散液及び非晶質樹脂を含む水系分散液を混合し、次いで凝集工程に付すことにより凝集粒子の水系分散液を得る工程。
工程4:工程3で得られた凝集粒子の水系分散液を合一工程に付すことにより合一粒子の水系分散液を得る工程。 - 請求項4に記載の製造方法により得られる、電子写真用トナー。
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