JP6044115B2

JP6044115B2 - トナー用ワックス組成物

Info

Publication number: JP6044115B2
Application number: JP2012116980A
Authority: JP
Inventors: 宗宏山田; 加代子湯川; 典史板子
Original assignee: NOF Corp
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: JP2013242490A

Description

本発明は、複写機やプリンターなどの電子写真法や静電記録法等で形成される静電荷の現像に用いられるトナーに対して好適に添加されるトナー用ワックス組成物に関する。

近年、複写機やプリンター等の複写装置に求められる性能は高度化しており、装置上の改良に加え、それらの装置に使用されるトナーについても高い性能が要求される。例えば、環境意識の高まりから、消費電力を低減するために、低温定着に適応したトナーが求められている。更に、商業印刷分野では高速印刷に適応できるトナーが求められている。このようにトナーには多くのニーズがあり、これらの課題を同時に満たすトナーが求められている。

低温定着を達成するためには、トナーが低温で機能する必要があるので、トナー用ワックスについても低温で融解するワックスが求められている。
特許文献１には、軟化点の低いパラフィンワックスなどを使用する方法が開示されている。しかし、このような軟化点の低い物質をトナーに使用すると、トナー輸送時や夏場の室内等で高温に保管する場合に、ワックスが溶融したり、ワックスが表面にブリードアウトすることによってトナーが凝集しやすくなり、トナーのブロッキングが発生することがある。

近年、低温定着を達成する方法として、脂肪酸エステルワックスがトナー用ワックスとして使用される場合がある。
特許文献２には、特定の構造を有するカルボン酸エステルワックスを使用したトナーが、低温定着性や画質に優れることが記載されている。しかし、本エステルワックスを使用したトナーは、通常、トナーの凝集やブロッキングが発生しにくいが、バインダー樹脂の種類やトナーの製造方法等によっては、保存安定性が不十分な場合がある。

特許文献３には、酸価および水酸基価の低い特定のエステルワックスが開示されている。本エステルワックスは、低温での融解物が殆どないので、本エステルワックスを使用したトナーは、高温での保存安定性に優れ、良好な低温定着性、高画質を達成することが記載されている。しかし、近年、低温定着性や高温での保存安定性に加え、特に商業印刷を中心として高速印刷に適応したトナーが求められている。

特許文献４には、特定の結着樹脂とカルナウバワックス等の低融点ワックスとを併用したトナーが高速印刷時に優れた耐久性を示すことが記載されている。しかし、本ワックスは融点が高く、必ずしも低温定着に適応したワックスではない。

低温定着時の高画質と高速印刷を両立させるためには、高速印刷の際の定着時にワックスがすばやく低温で融解し、ワックスとしての機能を発現するとともに、印刷後はすばやく固化して他の印刷物への固着を防止する必要があり、このような高速印刷および低温定着に適応したトナー用ワックス組成物が求められている。

特開２００５−２６６７５３号公報特開平８−５０３６８号公報特開２００２−２１２１４２号公報特開２００４−２８００８５号公報

本発明の目的は、トナーに耐ブロッキング性と保存安定性とを付与することができ、かつ高速昇降温時の融点と凝固点の差が小さく、高速印刷および低温定着に適応したトナー用ワックス組成物を提供することである。

本発明者らは、上記の問題について鋭意検討を重ねた結果、脂肪族アルコールおよび脂肪族カルボン酸の炭素数がいずれも偶数であるエステルと、脂肪族アルコールおよび脂肪族カルボン酸のうち少なくとも一方の炭素数が奇数であるエステルとを特定の割合で含有する混合エステルが、昇降温速度が高速でも、すばやく融解および凝固することを見出した。そして、本混合エステルは、トナー用ワックス組成物として使用した場合に、トナーに対して耐ブロッキング性や保存安定性を付与するとともに、高速印刷時の定着工程ですばやく融解し、その機能を発現して、紙等の印刷媒体に印字された後すばやく固化する。したがって、本混合エステルをトナー用ワックス組成物として使用することによって、高速印刷においても高画質な画像を作成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のトナー用ワックス組成物は、炭素数１６〜２４の脂肪族アルコールと炭素数１６〜２４の脂肪族カルボン酸とから形成された混合エステルからなるトナー用ワックス組成物であって、その混合エステルのうち、脂肪族アルコールおよび脂肪族カルボン酸の炭素数がいずれも偶数であるエステルをエステルａとし、脂肪族アルコールおよび脂肪族カルボン酸のうち少なくとも一方の炭素数が奇数であるエステルをエステルｂとするとき、エステルｂの平均炭素数が３７〜４５であり、エステルａとエステルｂの質量比が９９．５／０．５〜８５／１５であることを特徴とする。

本発明のトナー用ワックス組成物は、昇降温速度が高速の場合にもすばやく融解、固化するので、高速印刷および低温定着に適応する。また本発明のトナー用ワックス組成物は、低温下では融解し難く、酸価および水酸基価が低い。したがって、本発明のワックス組成物を用いたトナーは、耐ブロッキング性と保存安定性を有し、かつ、高速印刷時の定着性と画質に優れる。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明のトナー用ワックス組成物は混合エステルからなり、混合エステルは炭素数１６〜２４の脂肪族アルコールと炭素数１６〜２４の脂肪族カルボン酸とから形成される。

本発明に用いる脂肪族アルコールは、炭素数が１６〜２４であり、好ましくは１７〜２２である。炭素数が１６未満の場合には、ワックスが低温下で融解して、トナーの高温保存時の安定性が低下するおそれがある。また、炭素数が２４を超える場合には、定着時にワックスがすばやく染み出すことができず、高速印刷時に定着性や剥離性が低下することがある。

脂肪族アルコールの例としては、パルミチルアルコール、ヘプタコサノール、ステアリルアルコール、ノナデカノール、エイコサノール、ヘネイコサノール、ベヘニルアルコール、トリアコサノール、テトラコサノール、ヘプタコサノール、ヘキサコサノール等が挙げられる。これらの中でもベヘニルアルコールが特に好ましい。

本発明に用いる脂肪族カルボン酸は、炭素数が１６〜２４であり、好ましくは１７〜２２である。炭素数が１６未満の場合には、ワックスが低温下で融解して、トナーの高温保存時の安定性が低下するおそれがある。また、炭素数が２４を超える場合には、定着時にワックスがすばやく染み出すことができず、高速印刷時に定着性や剥離性が低下することがある。

脂肪族カルボン酸の例としては、パルミチン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ヘネイコサン酸、ベヘニン酸、トリコサン酸、テトラコサン酸、ヘプタコサン酸、ヘキサコサン酸等が挙げられる。これらの中でもベヘニン酸が特に好ましい。

本発明に用いられる混合エステルは、上記の炭素数１６〜２４の脂肪族アルコールと上記の炭素数１６〜２４の脂肪族カルボン酸とから形成されるエステルの混合物である。本混合エステルは、融点が９０℃以下、特に８０℃以下であることが好ましく、凝固点が４５℃以上、特に５０℃以上であることが好ましい。また、融点と凝固点の差は１６℃以下、特に１５℃以下であることが好ましい。

本発明においては、本混合エステルのうち、脂肪族アルコールおよび脂肪族カルボン酸の炭素数がいずれも偶数であるエステルをエステルａとし、脂肪族アルコールおよび脂肪族カルボン酸のうち少なくとも一方の炭素数が奇数であるエステルをエステルｂとするとき、エステルａとエステルｂの質量比（ａ／ｂ）が９９．５／０．５〜８５／１５である。
エステルａとエステルｂの質量比（ａ／ｂ）が９９．５／０．５〜８５／１５の場合には、高速で昇降温を行った場合の融点と凝固点の差が小さくなるので、本混合エステルをトナーに用いることによって、高速印刷時においてすばやい定着が実現でき、画質が良好となる。エステルａとエステルｂの質量比（ａ／ｂ）は、９７／３〜８７／１３が好ましく、９５／５〜９０／１０が更に好ましい。

エステルａとエステルｂの質量比（ａ／ｂ）を特定の範囲とすることによって高速昇降温時のエステルの融点と凝固点の差が小さくなる理由については、明確ではないが、例えば以下のようなことが推測される。混合エステルが高速で融解する際には、エステルａの結晶のパッキング性をエステルｂが崩しやすくすることによって融点が低くなる。一方、混合エステルが固化する際には、エステルａの結晶化をエステルｂが促進することによって凝固点が高くなる。

エステルａの平均炭素数は３８〜４６が好ましく、３９〜４４が更に好ましい。また、エステルｂの平均炭素数は３７〜４５であり、３９〜４５が好ましい。さらに、エステルａとエステルｂの各平均炭素数の差が以下の式（１）を満たすことにより、高速で昇降温を行った場合の融点と凝固点の差がさらに小さくなる傾向があり、高速印刷における画質が向上するので好ましい。
−３≦（エステルａの平均炭素数−エステルｂの平均炭素数）≦３・・・式（１）

エステルａおよびエステルｂの各酸価は、３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、好ましくは１ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、さらに好ましくは０．３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。エステルａおよびエステルｂの各酸価が３ｍｇＫＯＨ／ｇを超える場合には、高温保存時の安定性が低下したり、環境条件が変化した場合に、帯電性が不安定になり画質が低下することがある。

エステルａおよびエステルｂの各水酸基価は、７ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、好ましくは５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下、さらに好ましくは３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。エステルａおよびエステルｂの各水酸基価が７ｍｇＫＯＨ／ｇを超える場合には、高温保存時の安定性が低下したり、環境条件が変化した場合に、帯電性が不安定になり画質が低下することがある。

混合エステルの製造方法としては、酸化反応による合成、脂肪族カルボン酸およびその誘導体からの合成、脂肪族カルボン酸と脂肪族アルコールとの脱水縮合反応、脂肪族カルボン酸の酸ハロゲン化物と脂肪族アルコールとの反応、エステル交換反応等を利用した製造方法が挙げられる。反応の際には、触媒を使用しても良く、触媒としては酸性またはアルカリ性触媒、例えば酢酸亜鉛、チタン化合物が挙げられる。反応に際しては、カルボン酸とアルコールとを同量のモル比で反応させてもよいし、あるいは１成分を過剰に添加し反応させてもよい。その後、再結晶法、蒸留法、溶剤抽出法などにより高純度化させてもよい。

また、混合エステルは、２種以上のエステルをそれぞれ合成した後に、エステルａとエステルｂの質量比が規定の比率になるように配合して製造してもよいし、規定の比率になるように原料の脂肪族カルボン酸および脂肪族アルコールを調整して一括合成で製造しても良い。

本発明のトナー用ワックス組成物は、バインダー樹脂、着色剤、荷電制御剤などとともに配合され、通常の製法によってトナーが製造される。トナー中における本発明のトナー用ワックス組成物の配合量は、バインダー樹脂１００質量部に対して０．１〜４０質量部である。トナー中には、本発明のトナー用ワックス組成物が単独であるいは２種類以上混合して配合される。

本発明のトナー用ワックス組成物は、高速昇降温時の融点と凝固点の差が小さく、低温下では融解し難く、酸価および水酸基価が低いという効果を有するので、本発明のワックス組成物が配合されたトナーによれば、耐ブロッキング性と保存安定性を有し、かつ高速印刷時の定着性と画質に優れるという効果が得られる。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。

〔エステルの評価方法〕
本実施例および比較例で採用した各種評価の方法を次に示す。
（１）エステルの酸価：ＪＯＣＳ（日本油化学会）２．３．１−９６に準拠した。
（２）エステルの水酸基価：ＪＯＣＳ（日本油化学会）２．３．６．２−９６に準拠した。
（３）エステルの炭素数：炭素数分布については、ガスクロマトグラフィ（株式会社島津製作所製：ＧＣ−２０１４）を用い、カラムとしてアジレントＪ＆Ｗカラム社製ＤＢ−１を用い、カラム温度としては、開始温度１００℃から１０℃／分で３００℃まで昇温させ、３００℃で１０分間保持し、インジェクション温度３３０℃、ディテクション温度３３０℃で測定することによって得た。
（４）エステルの融点と凝固点：昇降温速度毎分３０℃の示差走査熱量分析（ＤＳＣ）における吸熱ピークおよび発熱ピークのトップピークの温度をそれぞれ融点、凝固点とした。示差走査熱量分析計として、セイコーインスツル株式会社製の「ＤＳＣ−６２００」を使用した。測定は、約１０ｍｇのエステルを試料ホルダーに入れ、レファレンス材料としてアルミナ１０ｍｇを用いて行い、０℃から１５０℃まで昇温した後、１５０℃から０℃まで降温して行った。昇降温速度は毎分３０℃とした。なお、測定の前に、０℃から１５０℃までの昇温工程と１５０℃から０℃までの冷却工程を経たサンプルを測定試料とした。

〔エステルの調製〕
温度計、窒素導入管、攪拌羽および冷却管を取り付けた４つ口フラスコに、表１に示す組成（炭素数分布）を有するアルコールａを４００ｇ（１．４８ｍｏｌ）、表２に示す組成（炭素数分布）を有するカルボン酸ａを４４６ｇ（１．５７ｍｏｌ）加え、窒素気流下、２２０℃で反応させた。得られたエステル粗生成物は８１０ｇであり、酸価が７．２ｍｇＫＯＨ／ｇであった。本エステル粗生成物にトルエン１６０ｇおよび２−プロパノール２００ｇを入れ、エステル粗生成物の残存酸価の２．０倍当量に相当する量の水酸化カリウムを含む１０質量％水酸化カリウム水溶液を加え、７０℃で３０分間攪拌した。３０分間静置して水層部を分離・除去した。排水のｐＨが中性になるまで水洗を４回繰り返した。残ったエステル層の溶剤を１８０℃、１ｋＰａの減圧条件下で留去し、濾過を行い、エステルＡを７８０ｇ得た。脱酸に供したエステル化粗生成物に対する収率は９５％であった。得られたエステルＡの組成（炭素数分布）、酸価、水酸基価、平均炭素数を表３に示す。

表１に示すアルコールａ〜ｄおよび表２に示すカルボン酸ａ〜ｆを用い、エステルＡと同様にして、エステルＢ〜Ｉを調製した。得られたエステルＢ〜Ｉの組成（炭素数分布）、酸価、水酸基価、平均炭素数を表３に示す。

〔混合エステルの調製〕
表３に示すエステルＡ〜Ｉを表４に示す配合比率で配合して、エステルＪ〜Ｕを調製した。調製に際しては、配合するエステルを９０℃で加熱溶融して、均一になるように混合し、冷却・固化後粉砕して各エステルを得た。得られたエステルＪ〜Ｕの組成（炭素数分布）、酸価、水酸基価を同じく表４に示す。

表５に示すエステルを実施例１〜９および比較例１〜８とし、各実施例および比較例における本明細書に記載の式（１）の値、ＤＳＣにおける融点、凝固点、融点と凝固点の差を同じく表５に示す。

実施例１〜９のエステルは、昇降温速度が３０℃／分と非常に速い場合の融点と凝固点の差が小さいので、すばやい融解と凝固が達成可能であり、また融点が６５℃以上と高く、酸価および水酸基価が低い。したがって、実施例１〜９のエステルを用いたトナーは、耐ブロッキング性と保存安定性を有し、かつ高速印刷時の低温定着性と高い画質を両立させることができる。

一方、エステルａとエステルｂの比率が本発明規定の範囲から外れる比較例１〜８のエステルは、高速昇降温時の融点と凝固点の差が大きいので、トナーに用いても高速印刷時の低温定着性と高い画質の両立が期待できない。

Claims

炭素数１６〜２４の脂肪族アルコールと炭素数１６〜２４の脂肪族カルボン酸とから形成された混合エステルからなるトナー用ワックス組成物であって、その混合エステルのうち、脂肪族アルコールおよび脂肪族カルボン酸の炭素数がいずれも偶数であるエステルをエステルａとし、脂肪族アルコールおよび脂肪族カルボン酸のうち少なくとも一方の炭素数が奇数であるエステルをエステルｂとするとき、エステルｂの平均炭素数が３７〜４５であり、エステルａとエステルｂの質量比が９９．５／０．５〜８５／１５であることを特徴とするトナー用ワックス組成物。