JP6675263B2 - トナー用結着樹脂組成物 - Google Patents
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〔1〕 アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステル樹脂Pとビニル樹脂との非晶質複合樹脂であり、軟化点が107℃以上140℃以下である非晶質複合樹脂ACと、
炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールを95モル%以上含有するアルコール成分と炭素数4以上14以下の脂肪族ジカルボン酸系化合物を95モル%以上含有するカルボン酸成分との重縮合物である結晶性ポリエステル樹脂CPとを含有するトナー用結着樹脂組成物であって、
前記ポリエステル樹脂Pのカルボン酸成分がアルコール成分100モルに対して、3価以上の芳香族カルボン酸系化合物を3モル以上18モル以下含有し、前記ビニル樹脂が、アルキル基の炭素数が2以上6以下の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを25質量%以上50質量%以下含有する原料モノマーの付加重合物である、トナー用結着樹脂組成物、並びに
〔2〕 前記〔1〕記載のトナー用結着樹脂組成物を含有する、電子写真用トナー
に関する。
これに対して、本発明における非晶質複合樹脂ACは、カルボン酸成分がアルコール成分100モルに対して、3価以上の芳香族カルボン酸系化合物を3モル以上18モル以下含有するポリエステル樹脂Pと、アルキル基の炭素数が2以上6以下の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを25質量%以上50質量%以下含有する原料モノマーの付加重合物であるビニル樹脂との複合樹脂である。かかる非晶質複合樹脂ACは、軟化点が約110〜140℃のものでも、ポリエステル樹脂の低分子量部と高分子量部の質量が略均等であり、結晶性ポリエステル樹脂との相溶に生じ難く、長期保存性及び耐ホットオフセット性が向上する。
で表される化合物が好ましい。
で表される化合物が好ましい。またビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物は、式(I)において、Rがプロピレン基であるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物、即ち式(Ib):
で表される化合物が好ましい。
従って、ポリエステル樹脂Pのアルコール成分とカルボン酸成分の重縮合反応は、チタン触媒の存在下で行うことが好ましい。
Ti(X)n(Y)m (A)
(式中、Xは炭素数4以上8以下の置換アミノ基、Yは炭素数2以上28以下のアルコキシ基、アルケニルオキシ基又はアシルオキシ基、好ましくはアルコキシ基、n及びmは1以上3以下の整数であり、nとmの和は4である)
で表されるチタン化合物、及び式(B):
Ti(Z)4 (B)
(Zは炭素数2以上28以下のアルコキシ基、アルケニルオキシ基又はアシルオキシ基である)
で表されるチタン化合物が好ましく、これらは単独で用いられていても、併用されていてもよい。本発明では、低温定着性の観点から、式(A)で表されるチタン化合物が好ましい。これはエステル交換反応性が向上するためと考えられる。
さらに、本発明の効果の観点から、Xで表される基がYで表される基よりも炭素数が多いことが好ましく、その炭素数の差は、好ましくは1以上6以下、より好ましくは2以上4以下である。
また、Zで表される基は、それぞれ同一でも異なっていてもよいが、反応活性及び耐加水分解性の観点から、4種全て同一の基であるのが好ましい。
アルコール成分とカルボン酸成分とを、チタン触媒の存在下、重縮合して、ポリエステル樹脂を得る工程、及び
ビニル樹脂の原料モノマーを、付加重合して、ビニル樹脂を得る工程
を含む方法により、得ることが好ましい。ポリエステル樹脂のアルコール成分とカルボン酸成分の重縮合反応とビニル樹脂の原料モノマーの付加重合反応は、それぞれ順次行っても、同時に進行させてもよいが、本発明では、低温定着性の観点から、(メタ)アクリル酸アルキルエステルを含有するビニル樹脂の原料モノマーを付加重合後、チタン触媒の存在下、ビスフェノールAを含有するアルコール成分とカルボン酸成分とを重縮合することが好ましい。これにより、前記の如く、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとアルコール成分の末端水酸基とがエステル交換され、架橋構造が生じると考えられる。
即ち、(イ)チタン触媒の存在下、アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合反応後、ビニル樹脂の原料モノマーを付加重合反応する方法よりも、(ロ)ビニル樹脂の原料モノマーを付加重合後、チタン触媒の存在下、アルコール成分とカルボン酸成分とを重縮合する方法が好ましい。これは、(メタ)アクリル酸アルキルエステルとアルコール成分の末端水酸基とがエステル交換され、低分子量部と高分子量部の質量の均等性が高い樹脂が得られる為と考えられる。
なお、前記(イ)の製造方法を用いる際、ポリエステル樹脂の原料モノマーとして不飽和アルコールや不飽和カルボン酸系化合物を用いる場合、付加重合反応物に、不飽和アルコールや不飽和カルボン酸系化合物を添加して、さらに重縮合反応させることが、低温定着性の観点から好ましい。
フローテスター「CFT-500D」((株)島津製作所製)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す。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する。
示差走査熱量計「Q-100」(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン(株)製)を用いて、試料0.01〜0.02gをアルミパンに計量し、室温から降温速度10℃/minで0℃まで冷却し、0℃にて1分間保持する。その後、昇温速度10℃/minで測定する。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高ピーク温度とする。
示差走査熱量計「DSC Q20」(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製)を用いて、試料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℃まで冷却する。次に試料を昇温速度10℃/minで昇温し測定する。吸熱の最高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する。
JIS K0070の方法に基づき測定する。ただし、測定溶媒のみJIS K0070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))に変更する。
(1) 試料の調製
JIS Z8801の篩を用いて、22メッシュの篩を通過し、30メッシュの篩は通過しない粉末状の試料を採取する。試料が塊等の場合は、市販のハンマー、コーヒーミルを用いて、粉砕し、粉末状として篩いにかける。
2-1. 試料2.000gを、ガラス瓶(柏洋硝子(株)製、M-140)に秤量した後、MEK 95gを加え、内蓋及び外蓋を取り付ける。
2-2. ボールミルにて5時間攪拌する(周速:200mm/sec)。
2-3. 10時間静置する。
3-1. 予め計量済み(1000分の1g単位)のナスフラスコ(質量A(g))に取り付けたガラスフィルタ(目開き規格11G-3)を準備する。ガラスフィルタのシールには、減圧が可能なゴム栓を用いる。
3-2. 2-3において10時間静置した溶解液の上澄みから20mlをメスピペッドで吸い取り、3-1で準備したガラスフィルタを用いて、減圧濾過する。なお、液面から下2cmまでを上澄みとする。溶解液を濾過する前のナスフラスコ内の減圧度を40kPaに調整する。
3-3. 未使用のMEK 20mlをメスピペッドで吸い取り、ガラスフィルタに付着している可溶分を減圧濾過する。
4-1. エバポレータにてナスフラスコ内のMEKを除去する。
ウォーターバス温度:70℃
ナスフラスコ回転数:200r/min
MEK除去中のナスフラスコ内の減圧度:40〜20kPaに調整
時間:10分
4-2. 50℃・1torrにて12時間乾燥した後、ナスフラスコの質量B(g)を計量する。
5-1. MEK 20mlに溶解したMEK可溶分X(g)を算出する。
X=B−A
5-2. MEK 95gに溶解したMEK可溶分Y(g)を、MEKの比重を0.805として算出する。
Y=X×95/(20×0.805)
5-3. 試料1gあたりの可溶分Z(質量%)を算出する。
Z=Y/2×100
5-4. MEK不溶分(質量%)=100-Z
なお、MEK不溶分(質量%)は、3回の測定値の平均値とする。
示差走査熱量計「DSC Q20」(ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン(株)製)を用いて、試料0.01〜0.02gをアルミパンに計量し、昇温速度10℃/minで200℃まで昇温し、その温度から降温速度5℃/minで-10℃まで冷却する。次に試料を昇温速度10℃/minで180℃まで昇温し測定する。そこで得られた融解吸熱カーブから観察される吸熱の最高ピーク温度を離型剤の融点とする。
平均粒子径は、個数平均粒子径を指し、走査型電子顕微鏡(SEM)写真から500個の粒子の粒径(長径と短径の平均値)を測定し、それらの数平均値とする。
測定機:コールターマルチサイザーII(ベックマンコールター(株)製)
アパチャー径:100μm
解析ソフト:コールターマルチサイザーアキュコンプ バージョン 1.19(ベックマンコールター株式会社製)
電解液:アイソトンII(ベックマンコールター(株)製)
分散液:電解液にエマルゲン109P(花王(株)製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、HLB(グリフィン):13.6)を溶解して5質量%に調整したもの
分散条件:前記分散液5mlに測定試料10mgを添加し、超音波分散機(機械名:(株)エスエヌディー製US-1、出力:80W)にて1分間分散させ、その後、前記電解液25mlを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させて、試料分散液を調製する。
測定条件:前記電解液100mlに、3万個の粒子の粒径を20秒間で測定できる濃度となるように、前記試料分散液を加え、3万個の粒子を測定し、その粒度分布から体積中位粒径(D50)を求める。
表1〜3に示すフマル酸及び無水トリメリット酸以外のポリエステル樹脂の原料モノマーを、窒素導入管を装備した脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、マントルヒーター中で160℃まで昇温した。その後、ビニル樹脂の原料モノマー及び重合開始剤の混合物を滴下ロートにより1時間かけて滴下した。滴下後、160℃に保持したまま、1時間付加重合反応を熟成させた後、200℃まで上昇させ、表1〜3に示すエステル化触媒及び没食子酸3gを入れた後、235℃で6時間重縮合反応させた後、さらに235℃、8.0kPaにて1時間反応を行った。180℃まで冷却した後、表1〜3に示すフマル酸及び無水トリメリット酸とtert-ブチルカテコール3gを投入し、180℃から210℃まで10℃/hで昇温し、210℃、10kPaにて表1〜3に示す軟化点に到達するまで反応させて、非晶質複合樹脂を得た。
表4に示す無水トリメリット酸、及びアジピン酸以外のポリエステル樹脂の原料モノマー、チタンジイソプロピレートビストリエタノールアミネート33g及び没食子酸3gを、窒素導入管を装備した脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、マントルヒーター中で235℃で6時間重縮合させた後、200℃まで冷却した。その後、アジピン酸及び無水トリメリット酸を添加した後、210℃に昇温し、重縮合反応を行い、表4に示す軟化点に達するまで反応させて、非晶質ポリエステルを得た。
表5に示すアルコール成分及びカルボン酸成分を、窒素導入管を装備した脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した10リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、マントルヒーター中で140℃で6時間重合させた後、200℃まで6時間かけて昇温後、チタンジイソプロピレートビストリエタノールアミネート15g及び没食子酸1.5g、200℃にて1時間反応させた後、減圧し、8.3kPaにて1時間反応させて、結晶性ポリエステルを得た。
表6に示す樹脂を混合した結着樹脂100質量部、着色剤「ECB-301」(大日精化工業(株)製、C.I.ピグメントブルー15:3)5質量部、負帯電性荷電制御剤「LR-147」(日本カーリット(株)製)1質量部、及び離型剤「NP-105」(三井化学(株)製、ポリプロピレンワックス、融点:140℃)2質量部を、ヘンシェルミキサーによく攪拌した後、混練部分の全長1560mm、スクリュー径42mm、バレル内径43mmの同方向回転二軸押出機を用いて溶融混練した。ロールの回転速度は200r/min、ロール内の加熱温度は120℃であり、混合物の供給速度は10kg/h、平均滞留時間は約18秒であった。得られた混練物を冷却ローラーで圧延冷却した後、ジェットミルで体積中位粒径(D50)6.5μmのトナー粒子を得た。
トナーを複写機「AR-505」(シャープ(株)製)に実装し、トナー付着量が0.7mg/cm2の未定着画像(2cm×12cm)を得た。複写機「AR-505」(シャープ(株)製)の定着機をオフラインで定着可能なように改良した定着機(定着速度200mm/sec)を用い、定着温度を90℃から240℃へと5℃ずつ順次上昇させながら、各定着温度で定着試験を行った。定着紙には、「CopyBond SF-70NA」(シャープ(株)製、75g/m2)を使用した。
最低定着温度は500gの荷重をかけた底面が15mm×7.5mmの砂消しゴムで、定着機を通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」(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70%を越える定着ローラーの温度を最低定着温度とする。最低定着温度が低いほど、低温定着性に優れる。結果を表6に示す。
試験例1において、各定着温度で画像出しを行った後、続けて白紙の転写紙を同様の条件下で定着ローラーに送り、該白紙にトナーの汚れが最初に生じる定着ローラーの温度をホットオフセット発生温度とする。ホットオフセット発生温度が高いほど、耐ホットオフセット性に優れており、以下の評価基準に従って、耐ホットオフセット性を評価した。結果を表6に示す。
A:ホットオフセット発生温度が200℃以上
B:ホットオフセット発生温度が180℃以上、200℃未満
C:ホットオフセット発生温度が180℃未満
トナー5gを円柱型容器に入れ、40℃、湿度85%の高温高湿環境下で1週間放置後、200メッシュ(目開き:75μm)の篩にかけ、通過したトナーの質量を秤量した。通過したトナーの質量が多いほど保存性に優れており、以下の評価基準に従って、高温高湿下での長期保存性を評価した。結果を表6に示す。
A:篩を通過したトナーが90質量%以上
B:篩を通過したトナーが80質量%以上、90質量%未満
C:篩を通過したトナーが80質量%未満
比較例2のトナーは、非晶質複合樹脂において3価以上の芳香族カルボン酸系化合物の量が多すぎて架橋が過剰であるため、非晶質複合樹脂の低分子量成分と結晶性ポリエステル樹脂の相溶により、結晶性ポリエステル樹脂が可塑化し、長期保存性に欠けている。
比較例3のトナーは、非晶質複合樹脂においてアルキル基の炭素数が8である2-エチルヘキシルアクリレートの反応性が低いため、低分子量部と高分子量部の質量が略均等ではなく、長期保存性に欠けている。
比較例4のトナーは、非晶質複合樹脂においてアルキルエステルではないアクリル酸を用いており、反応性が高すぎて、低分子量部と高分子量部の質量が略均等ではなく、長期保存性に欠けている。
比較例5のトナーは、非晶質複合樹脂においてアルキル基の炭素数が2〜6の(メタ)アクリル酸アルキルエステルの量が少なすぎるため、低分子量部と高分子量部の均等性が低下し、長期保存性に欠けている。
比較例6のトナーは、非晶質複合樹脂においてアルキル基の炭素数が2〜6の(メタ)アクリル酸アルキルエステルの量が多すぎるため、ビニル樹脂部のガラス転移温度が低下し、長期保存性に欠けている。
比較例7、8のトナーは、結晶性ポリエステル樹脂のアルコール成分又はカルボン酸成分に、芳香族モノマーを用いているため、結晶性ポリエステル樹脂の結晶化度が低く、非晶質複合樹脂と相溶しすぎるため、長期保存性に欠けている。
Claims (6)
- アルコール成分とカルボン酸成分との重縮合物であるポリエステル樹脂Pとビニル樹脂との非晶質複合樹脂であり、軟化点が107℃以上140℃以下である非晶質複合樹脂ACと、
炭素数2以上16以下の脂肪族ジオールを95モル%以上含有するアルコール成分と炭素数4以上14以下の脂肪族ジカルボン酸系化合物を95モル%以上含有するカルボン酸成分との重縮合物である結晶性ポリエステル樹脂CPとを含有するトナー用結着樹脂組成物であって、
前記ポリエステル樹脂Pのカルボン酸成分がアルコール成分100モルに対して、3価以上の芳香族カルボン酸系化合物を3モル以上18モル以下含有し、前記ビニル樹脂が、アルキル基の炭素数が2以上6以下の(メタ)アクリル酸アルキルエステルを25質量%以上50質量%以下含有する原料モノマーの付加重合物であり、前記結晶性ポリエステル樹脂CPに対する前記非晶質複合樹脂ACの質量比が75/25以上99/1以下である、トナー用結着樹脂組成物。 - ポリエステル樹脂Pのアルコール成分が、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物とビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物を、30/70以上90/10以下の質量比(プロピレンオキサイド付加物/エチレンオキサイド付加物)で含有する、請求項1記載のトナー用結着樹脂組成物。
- ポリエステル樹脂Pのカルボン酸成分が、アルコール成分100モルに対して、1モル以上12モル以下のフマル酸を含有する、請求項1又は2記載のトナー用結着樹脂組成物。
- ビニル樹脂が、スチレンアクリル樹脂である、請求項1〜3いずれか記載のトナー用結着樹脂組成物。
- 結晶性ポリエステル樹脂CPのアルコール成分における脂肪族ジオールの炭素数が、6以上12以下である、請求項1〜4いずれか記載のトナー用結着樹脂組成物。
- 請求項1〜5いずれか記載のトナー用結着樹脂組成物を含有する、電子写真用トナー。
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