JP6536822B2 - ポリエステル樹脂、ポリエステル樹脂を含むトナー、およびポリエステル樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
〔1〕
三価以上の酸由来成分およびビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物由来成分を含み、
全酸由来成分1モルに対してビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物由来成分を0.01〜0.35モル含み、
酸価(mgKOH/g)と水酸基価(mgKOH/g)の比が、酸価:水酸基価=1:3〜1:26である、ポリエステル樹脂。
〔2〕
前記三価以上の酸由来成分の含有量が、全酸由来成分1モル中0.01〜0.30モルである、前記〔1〕記載のポリエステル樹脂。
〔3〕
重合触媒由来の金属含有量が20ppm以下である、前記〔1〕または〔2〕記載のポリエステル樹脂。
〔4〕
前記〔1〕から〔3〕のいずれかに記載のポリエステル樹脂を含むトナー。
〔5〕
多価アルコールと多価カルボン酸を含むモノマー混合物を重縮合する事を含むポリエステル樹脂の製造方法であって、
前記モノマー混合物が、三価以上の酸成分と、全酸成分1モルに対して0.01〜0.35モルのビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物を含み、
仕込み時の前記モノマー混合物中のカルボキシル基数と水酸基数との比が、カルボキシル基数:水酸基数=1:1.13〜1:1.30である、ポリエステル樹脂の製造方法。
〔6〕
前記三価以上の酸成分の含有量が、全酸成分1モル中に0.01〜0.30モルである、前記〔5〕記載のポリエステル樹脂の製造方法。
〔7〕
重合触媒20ppm以下の条件で重合する、前記〔5〕または〔6〕に記載のポリエステル樹脂の製造方法。
また、本発明の製造方法により、生産性に優れ、保存安定性、耐ホットオフセット性、低温定着性、画像安定性に優れたトナーが得られるポリエステル樹脂を得ることができる。
本発明のポリエステル樹脂は、
(i) 三価以上の酸由来成分およびビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物由来成分を含み、
(ii) 全酸由来成分1モルに対してビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物由来成分を0.01〜0.35モル含み、
(iii) 酸価(mgKOH/g)と水酸基価(mgKOH/g)の比が、酸価:水酸基価=1:3〜1:26である。
「三価以上の酸由来成分」を与える「三価以上の酸」成分とは、1分子中にH+として放出することができる水素を3個以上持っている酸成分またはこれらのエステルもしくは酸無水物である。酸としては三価以上の脂肪族あるいは芳香族カルボン酸またはこれらのエステルもしくは酸無水物が好ましく、三価以上六価以下であることが好ましく、三価あるいは四価であることがさらに好ましい。三価以上の脂肪族カルボン酸としては、直鎖、分岐鎖あるいは環状のいずれであってもよく、炭素数1〜10の脂肪族カルボン酸を挙げることができる。芳香族カルボン酸としては炭素数6〜18の芳香族カルボン酸を挙げることができる。
具体例としては、トリメリット酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸またはこれらのエステルもしくは酸無水物等、ピロメリット酸、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、またはこれらのエステルもしくは酸無水物等が挙げられる。工業的に入手が容易な点でトリメリット酸またはその酸無水物が好ましい。
本発明のポリエステル樹脂においては、三価以上の酸由来成分を含むことで、得られたポリエステル樹脂を含むトナーの定着性、耐ホットオフセット性が良好となる。
水酸基価は次のとおり測定した値である。サンプル約0.5gを100mlの共栓付三角フラスコに精秤し(Wg)、アセチル化剤(無水酢酸5mlをピリジン500mlに混合したもの)20mlを加え、95℃以上の水浴に浸して1時間加熱しサンプル中の水酸基をアセチル化した。続いて、水浴から出して放冷し、残った無水酢酸を分解するために水5mlを加えた。指示薬としてフェノールフタレインを数滴加え、0.2N KOHにて滴定し、薄くピンク色に着色した滴定量を記録した(As(ml))。ブランクとして、サンプルを加えない以外は同様に測定を行って滴定量を記録し(Ab(ml))、次式に基づいて水酸基価を求めた。
〔式1〕
f:0.2N KOHのファクター
本発明のポリエステル樹脂の製造方法は、多価アルコールと多価カルボン酸を含むモノマー混合物を重縮合することを含み、前記モノマー混合物が、三価以上の酸成分と、全酸成分1モルに対して0.01〜0.35モルのビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物を含み、仕込み時の前記モノマー混合物中のカルボキシル基数と、仕込み時の前記モノマー混合物中の水酸基数との比が、カルボキシル基数:水酸基数=1:1.13〜1:1.30である、製造方法である。
前記モノマー混合物100モル部中のビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物の量の下限値は5モル部以上がより好ましく、8モル部以上がさらに好ましい。
上述の組成においては、重縮合反応の温度を適切に設定することで、重合触媒を用いずとも重縮合反応時の反応性を確保することができ、重縮合時間20〜120分の範囲で所望の樹脂を得ることができる。
次に、本発明のポリエステル樹脂を含むトナーについて説明する。
トナー化の際に添加する離型剤としては、カルナバワックス、ライスワックス、モンタンワックス、蜜蝋、ポリプロピレン系ワックス、ポリエチレン系ワックス、合成エステル系ワックス、パラフィンワックス、脂肪酸アミド、シリコーン系ワックス等を挙げることができ、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
(A)樹脂の評価方法
(1)ガラス転移温度(Tg)
島津製作所(株)製示差走差熱量計DSC−60を用いて、昇温速度5℃/分で測定した時のチャートのベースラインとガラス転移温度近傍にある吸熱カーブの接線との交点の温度を求めた。
島津製作所(株)製フローテスターCFT−500を用い、1mmφ×10mmのノズルにより、荷重294N(30Kgf)、昇温速度3℃/分の等速昇温下で測定した時、サンプル1.0g中の1/2が流出した温度を求めた。
サンプル約0.2gを枝付き三角フラスコ内に精秤し(A(g))、ベンジルアルコール20mlを加え、窒素雰囲気下として230℃のヒーターにて15分加熱し樹脂を溶解した。室温まで放冷後、クロロホルム20ml、指示薬としてクレゾールレッド溶液数滴を加え、0.02規定のKOH溶液にて滴定した(滴定量=B(ml)、KOH溶液の力価=p)。ブランク測定を同様に行い(滴定量=C(ml))、以下の式に従って算出した。
酸価(mgKOH/g)=(B−C)×0.02×56.11×p÷A
サンプル約0.5gを100mlの共栓付三角フラスコに精秤し(Wg)、アセチル化剤(無水酢酸5mlをピリジン500mlに混合したもの)20mlを加え、95℃以上の水浴に浸して1時間加熱しサンプル中の水酸基をアセチル化した。続いて、水浴から出して放冷し、残った無水酢酸を分解するために水5mlを加えた。指示薬としてフェノールフタレインを数滴加え、0.2N KOHにて滴定し、薄くピンク色に着色した滴定量を記録した(As(ml))。ブランクとして、サンプルを加えない以外は同様に測定を行って滴定量を記録し(Ab(ml))、次式に基づいて水酸基価を求めた。
〔式2〕
f:0.2N KOHのファクター
(5)保存安定性
トナーを約5g秤量してサンプル瓶に投入し、これを50℃に保温された乾燥機に24時間放置し、トナーの凝集の程度を評価して耐ブロッキング性の指標とした。評価基準は以下のとおりとした。
◎(非常に良好):サンプル瓶を逆さにするだけで分散する。
○(良好):サンプル瓶を逆さにし、2〜3回叩くと分散する。
△(使用可能):サンプル瓶を逆さにし、4〜5回叩くと分散する。
×(劣る):サンプル瓶を逆さにし、5回叩いた際に分散しない。
シリコーンオイルが塗布されていない定着ローラーを有し、ローラー速度を100mm/sに設定したローラー温度変更可能であるプリンターを用いて、テストパターンとして0.5mg/cm2のトナー濃度にて縦4.5cm×横15cmのベタ画像を作成し、定着ローラーの温度を145℃に設定して定着させた。このテストパターン画像に対し、マクベス社製画像濃度計にて画像濃度を測定して記録した。
定着率=試験後の画像濃度/試験前の画像濃度 ×100 (%)
◎(非常に良好):85%以上の定着率
○(良好):75%以上85%未満の定着率
×(劣る):75%未満の定着率または145℃でオフセット現象が発生し測定不可
シリコーンオイルが塗布されていない定着ローラーを有し、ローラー速度30mm/sに設定したローラー温度変更可能であるプリンターを用いて、テストパターンとして0.5mg/cm2のトナー濃度にて縦4.5cm×横15cmのベタ画像をローラー温度5℃毎に印刷した際、定着時にホットオフセット現象により定着ローラーにトナーが移行するときの最低温度をホットオフセット発生温度と定め、以下の基準を用いて耐ホットオフセット性を判断した。
◎(非常に良好) :200℃でホットオフセットが発生しない
○(良好) :ホットオフセット発生温度が185℃を超え200℃以下
×(劣る) :ホットオフセット発生温度が185℃以下
25℃、80RH%の環境下において、シリコーンオイルが塗布されていない定着ローラーを有し、ローラー速度30mm/sに設定したローラー温度変更可能であるプリンターを用いて、テストパターンとして0.5mg/cm2のトナー濃度にて縦4.5cm×横15cmのベタ画像を定着温度170℃で連続印刷し、1枚目と5000枚目の画像の変化を目視にて以下の条件で評価した。
○(良好) :画像濃度に変化がない、または影響が少ない。
△(使用可能限界):画像濃度に変化があり、添加剤による改良で使用できる限界である。
×(劣る) :画像濃度が大きく変化する。
表1に示す仕込み組成の多価カルボン酸、多価アルコールを蒸留塔備え付けの反応容器に投入した。次いで、反応容器中の攪拌翼の回転数を200rpmに保ち、昇温を開始し、反応系内の温度が265℃になるように加熱しこの温度を保持した。反応系から水の留出がなくなるまでエステル化反応を行った。
反応容器に仕込む成分を表1に示すとおりに変更した以外は実施例1と同様の方法でポリエステル樹脂を得た。得られた樹脂の特性値および評価結果を表1に示す。
表1に示す仕込み組成の多価カルボン酸、多価アルコールを蒸留塔備え付けの反応容器に投入した。次いで、反応容器中の攪拌翼の回転数を200rpmに保ち、昇温を開始し、反応系内の温度が265℃になるように加熱しこの温度を保持した。エステル化反応末期、反応系から水の留出がなくなるより前にゲル化反応が進行して反応系のトルクが上昇をはじめ、その後加速度的にトルク上昇が見られたため、エステル化反応終了前であったが、撹拌を停止し、窒素により加圧して反応装置底部より内容物を取り出した。取り出し途中にも内容物の増粘が進み、一部は反応装置内で固化し取り出すことができなかった。また取り出すことのできた樹脂には未反応の粉体原料が粒子状に残存していた。
表1に示す仕込み組成の多価カルボン酸、多価アルコールを蒸留塔備え付けの反応容器に投入した。次いで、反応容器中の攪拌翼の回転数を200rpmに保ち、昇温を開始し、反応系内の温度が265℃になるように加熱しこの温度を保持した。反応系から水の留出がなくなるまでエステル化反応を行った。
また、仕込み時の前記モノマー混合物中のカルボキシル基数と、仕込み時の前記モノマー混合物中の水酸基数との比を1:1.13〜1:1.30としてポリエステル樹脂を製造した場合には、保存安定性、低温定着し、耐ホットオフセット性、画像安定性のいずれにおいても使用可能あるいは良好な結果であった(実施例1〜7)。
Claims (7)
- 三価以上の酸由来成分およびビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物由来成分を含み、
全酸由来成分1モルに対してビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物由来成分を0.01〜0.35モル含み、
水酸基価が70(mgKOH/g)以下であり、
酸価(mgKOH/g)と水酸基価(mgKOH/g)の比が、酸価:水酸基価=1:3〜1:26である、ポリエステル樹脂。 - 前記三価以上の酸由来成分の含有量が、全酸由来成分1モル中0.01〜0.30モルである、請求項1記載のポリエステル樹脂。
- 重合触媒由来の金属含有量が20ppm以下である、請求項1または2記載のポリエステル樹脂。
- 請求項1から3のいずれかに記載のポリエステル樹脂を含むトナー。
- 多価アルコールと多価カルボン酸を含むモノマー混合物を重縮合することを含むポリエステル樹脂の製造方法であって、
前記モノマー混合物が、三価以上の酸成分と、全酸成分1モルに対して0.01〜0.35モルのビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物を含み、
仕込み時の前記モノマー混合物中のカルボキシル基数と水酸基数との比が、カルボキシル基数:水酸基数=1:1.13〜1:1.30である、ポリエステル樹脂の製造方法。 - 前記三価以上の酸成分の含有量が、全酸成分1モル中に0.01〜0.30モルである、請求項5記載のポリエステル樹脂の製造方法。
- 重合触媒20ppm以下の条件で重合する、請求項5または6に記載のポリエステル樹脂の製造方法。
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