JP7231479B2 - トナーバインダー - Google Patents
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Description
上述の適切な貯蔵弾性率変化を達成し、トナーバインダーの低温定着性と保存安定性を両立する手段として、結晶部位と非結晶性部位とで構成されるブロック樹脂が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、この技術では、非結晶性部位に凝集力の高いウレタン基を用いているために、一般的な方法で樹脂を粉砕することが困難で、生産性に課題がある。
一方で、良好な生産性でトナーバインダーを得る方法として、粉砕が容易なポリエステルを用いる方法が提案されている(特許文献2、3参照)。しかしながら、これらの技術で用いられているポリエステル樹脂は非晶性樹脂であるために、上述の適切な貯蔵弾性率変化を達成できず、良好な低温定着性を得ることが困難である。
以上の技術では、低温定着性と生産性を両立するには不充分である。
すなわち本発明は、単量体(a)及び単量体(b)を必須構成単量体とする重合体(A)を含むトナーバインダーであって、単量体(a)が、鎖状炭化水素基を有する炭素数21~40の(メタ)アクリレートであり、単量体(b)が単量体(a)以外の単量体であってニトリル基、ウレタン基、ウレア基、アミド基、イミド基、アロファネート基及びビューレット基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基とエチレン性不飽和結合とを有する単量体であり、重合体(A)のDSC測定による融解ピーク温度Tmが40~100℃、重合体(A)の粉砕性指数D50が100~550であり、下記の関係式(1)を満たすことを特徴とするトナーバインダーである。
関係式(1):1.6≦ln(G’Tm-10)/ln(G’Tm+30)≦2.6
[関係式(1)において、G’Tm-10は、重合体(A)の温度が(Tm-10)℃である時の重合体(A)の貯蔵弾性率(Pa)であり;G’Tm+30は、重合体(A)の温度が(Tm+30)℃である時の重合体(A)の貯蔵弾性率(Pa)である。]
鎖状炭化水素基を有する炭素数21~40の(メタ)アクリレートとしては、鎖状炭化水素基の炭素数が18~36の(メタ)アクリレートであり、鎖状炭化水素基が炭素数18~36の直鎖のアルキル基である(メタ)アクリレート[例えばオクタデシル(メタ)アクリレート、ノナデシル(メタ)アクリレート、アラキジル(メタ)アクリレート、ヘンエイコサニル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート、リグノセリル(メタ)アクリレート、セリル(メタ)アクリレート、モンタニル(メタ)アクリレート、ミリシル(メタ)アクリレート及びドトリアコンチル(メタ)アクリレート等]及び炭素数18~36の分岐のアルキル基を有する(メタ)アクリレート[2-デシルテトラデシル(メタ)アクリレート等]が挙げられる。
これらの内、(A)の結晶性やトナーの保存安定性の観点から好ましくは鎖状炭化水素基が炭素数18~36の直鎖のアルキル基である(メタ)アクリレートであり、より好ましくは鎖状炭化水素基が炭素数18~30の直鎖のアルキル基である(メタ)アクリレートであり、さらに好ましくは鎖状炭化水素基が炭素数20~28の直鎖のアルキル基である(メタ)アクリレートであり、特に好ましいのはアラキジルアクリレート、ベヘニルアクリレート及びリグノセリルアクリレートである。
単量体(a)は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
炭素数1~30のイソシアネートとしては、モノイソシアネート化合物(ベンゼンスルフォニルイソシアネート、トシルイソシアネート、フェニルイソシアネート、p-クロロフェニルイソシアネート、ブチルイソシアネート、ヘキシルイソシアネート、t-ブチルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、オクチルイソシアネート、2-エチルヘキシルイソシアネート、ドデシルイソシアネート、アダマンチルイソシアネート、2,6-ジメチルフェニルイソシアネート、3,5-ジメチルフェニルイソシアネート及び2,6-ジプロピルフェニルイソシアネート等)、脂肪族ジイソシアネート化合物(トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、1,2-プロピレンジイソシアネート、1,3-ブチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート及び2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等)、脂環族ジイソシアネート化合物(1,3-シクロペンテンジイソシアネート、1,3-シクロへキサンジイソシアネート、1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート,水素添加トリレンジイソシアネート及び水素添加テトラメチルキシリレンジイソシアネート等)及び芳香族ジイソシアネート化合物(フェニレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、2,2’一ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’-トルイジンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルエーテルジイソシアネート、4,4’-ジフェニルジイソシアネート、1,5-ナフタレンジイソシアネート及びキシリレンジイソシアネート等)等が挙げられる。
炭素数1~26のアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、t-ブチルアルコール、ペンタノール、ヘプタノール、オクタノール、2-エチルヘキサノール、ノナノール、デカノール、ウンデシルアルコール、ラウリルアルコール、ドデシルアルコール、ミリスチルアルコール、ペンタデシルアルコール、セタノール、ヘプタデカノール、ステアリルアルコール、イソステアリルアルコール、エライジルアルコール、オレイルアルコール、リノレイルアルコール、リノレニルアルコール、ノナデシルアルコール、ヘンエイコサノール、ベヘニルアルコール及びエルシルアルコール等が挙げられる。
エチレン性不飽和結合を有する炭素数1~30のイソシアネートとしては、2-イソシアナトエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸2-[0-(1’-メチルプロピリデンアミノ)カルボキシアミノ]エチル、2-[(3,5-ジメチルピラゾリル)カルボニルアミノ]エチル(メタ)アクリレート及び1,1-(ビス(メタ)アクリロイルオキシメチル)エチルイソシアネート等が挙げられる。
なお、本明細書中、イソシアネート基を有する化合物及び構造における炭素数にはイソシアネート基(-NCO)に含まれる炭素数は含まない。
なお、本明細書中、カルボキシル基を有する化合物及び構造における炭素数には、カルボキシル基部分に含まれる炭素数は含まない。
なお、本明細書中、無水カルボン酸構造を有する単量体における炭素数には、カルボキシル基部分に由来する炭素数(2つ)は含まない。
まず、単量体(b2)~(b8)を得るための2つの化合物(エチレン性不飽和結合を有する化合物及び他方の化合物)のうち、エチレン性不飽和結合を有する化合物を単量体(a)と反応させる。続いて、上記エチレン性不飽和結合を有する化合物と単量体(a)との重合体に対して他方の化合物を反応させる。以上の手順によって、「エチレン性不飽和結合を有する化合物と単量体(a)との重合体」と「他方の化合物」とが結合して重合体(A)が得られる。この反応の際に、「エチレン性不飽和結合を有する化合物と単量体(a)との重合体」と「他方の化合物」とが、ウレタン基、ウレア基、アミド基、イミド基、アロファネート基又はビューレット基により結合されるため、ウレタン基、ウレア基、アミド基、イミド基、アロファネート基及びビューレット基からなる群から選択される少なくとも1種の官能基を重合体(A)中に導入することができる。
上記方法の場合、重合体(A)を構成する単量体として単量体(b2)~(b8)を用いているわけではないが、得られる化合物が同じであるため、便宜上、単量体(b2)~(b8)を用いたと表現する。
単量体(b)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
単量体(c)としては、スチレン、アルキル基の炭素数が1~3のアルキルスチレン(例えばα-メチルスチレン及びp-メチルスチレン等)、アルキル基の炭素数が1~17のアルキル(メタ)アクリレート(例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート及びラウリル(メタ)アクリレート等)及びエチレン性不飽和結合を有する炭素数2~22のアルコール(例えば、ヒドロキシルエチル(メタ)アクリレート及びビニルアルコール等)及びアルキル基の炭素数が1~17のアルキルアミノ基含有(メタ)アクリレート(例えば、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート及びジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等)等が挙げられる。
カルボキシル基含有ビニルモノマーとしては、モノカルボン酸〔例えば(メタ)アクリル酸、クロトン酸及び桂皮酸等が含まれ、好ましくは炭素数3~15のモノカルボン酸〕、ジカルボン酸〔例えば(無水)マレイン酸、フマル酸、イタコン酸及びシトラコン酸等が含まれ、好ましくは炭素数4~15のジカルボン酸〕及びジカルボン酸モノエステル〔上記ジカルボン酸のモノアルキルエステル(例えばマレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステル及びシトラコン酸モノアルキルエステル等が含まれ、好ましくは炭素数1~17のモノアルキル基)等〕等が挙げられる。
ビニルエステルモノマーとしては、脂肪族ビニルエステル(例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル及びイソプロペニルアセテート等が含まれ、好ましくは炭素数4~15の脂肪族ビニルエステル)、不飽和カルボン酸多価アルコールエステル〔例えばエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、1,6ヘキサンジオールジアクリレート及びポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等が含まれ、好ましくは炭素数8~200の不飽和カルボン酸多価アルコールエステル〕及び芳香族ビニルエステル(例えば、メチル-4-ビニルベンゾエート等が含まれ、好ましくは炭素数9~15の芳香族ビニルエステル)等が挙げられる。
脂肪族炭化水素系ビニルモノマーとしてはオレフィン(例えば、エチレン、プロピレン、ブテン及びオクテン等が含まれ、好ましくは炭素数2~10のオレフィン)及びジエン(例えばブタジエン、イソプレン及び1,6-ヘキサジエン等が含まれ、好ましくは炭素数4~10のジエン)等が挙げられる。
これらの単量体(c)の内、生産性やトナーにした際の吸湿性の抑制と帯電性の観点から好ましくはスチレン、アルキル基の炭素数が1~3のアルキルスチレン、アルキル基の炭素数が1~17のアルキル(メタ)アクリレート及びカルボキシル基含有ビニルモノマーであり、より好ましくはスチレン、メチル(メタ)アクリレート及び(メタ)アクリル酸である。また、これらを2種以上混合物してもよい。
Tmは(A)を構成する単量体の種類や構成比率(例えば、重合体(A)を構成する単量体(a)の炭素数を調整すること及び(A)を構成する単量体(a)の重量比率を調整する等)、重量平均分子量などで調整することができる。例えば(a)の炭素数を増やす、(a)の重量比率を増やす、(A)の重量平均分子量を増やす等の方法によりTmを上げることができる。
<測定条件>
(1)30℃で10分間保持
(2)10℃/分で150℃まで昇温
(3)150℃で10分間保持
(4)10℃/分で0℃まで冷却
(5)0℃で10分間保持
(6)10℃/分で150℃まで昇温
(7)(6)の過程にて測定される示差走査熱量曲線の各吸熱ピークを解析する。
粉砕性指数D50は、(A)の重量平均分子量や単量体(a)や単量体(b)又は単量体(c)の種類及び量で調整することができる。具体的には、(A)の重量平均分子量を増やす、(a)の量を上げる、(b)や(c)の極性を上げる、(b)の量を増やす、(c)の量を減らす、ことにより粉砕性指数D50を上げることができる。
重合体(A)を粗砕し、目開きが2mm、850μmのメッシュを重ね合わせた篩にかける。目開きが850μメッシュの篩い上にたまった粗砕物、すなわち粒径が850μm以上2mm以下にそろった粗砕物30gを、ミル(ZOJIRUSHI ミルつきミキサー BM-HS08)を用いて10秒間粉砕した後、30秒間静止し、さらに10秒間粉砕する。粉砕した粗砕物を目開きが850μm、355μm、180μm、75μmのメッシュを重ね合わせた篩にかけ、各メッシュ上に残った粗砕物の質量(g)を測定する。測定した粗砕物の質量から各メッシュ通過量の累積相対度数を求め、メッシュの目開きに対してプロットし、累積相対度数0.5の上下2点を結ぶ直線において、累積相対度数が0.5となるメッシュの目開きの値を粉砕性指数D50とする。
例えば850μmに1.0g、355μmに9.0g、180μmに17g、75μmに2gのとき、累積相対度数0.5の上下2点が355μmと180μmとなり、2点を結ぶ直線において、累積相対度数が0.5となったところが307となった。
関係式(1):1.6≦ln(G’Tm-10)/ln(G’Tm+30)≦2.6
但し、計算値は小数点第2桁を四捨五入して求めるものとする。
関係式(1-1):1.7≦ln(G’Tm-10)/ln(G’Tm+30)≦2.6
関係式(1-2):1.8≦ln(G’Tm-10)/ln(G’Tm+30)≦2.5
関係式(2):1.0≦G”(Tm+30)/G”(Tm+70)≦32
関係式(2-1):1.1≦G”(Tm+30)/G”(Tm+70)≦23
関係式(2-2):1.2≦G”(Tm+30)/G”(Tm+70)≦20
装置 :ARES-24A(レオメトリック社製)
治具 :25mmパラレルプレート
周波数 :1Hz
歪み率 :5%
昇温速度:5℃/min
装置(一例) : HLC-8120[東ソー(株)製]
カラム(一例): TSK GEL GMH6 2本 〔東ソー(株)製〕
測定温度 : 40℃
試料溶液 : 0.25重量%のテトラヒドロフラン溶液(不溶解分をアパーチャー1μmのPTFEフィルターでろ過したものを用いる)
移動相 :テトラヒドロフラン(重合禁止剤を含まない)
溶液注入量 : 100μl
検出装置 : 屈折率検出器
基準物質 : 標準ポリスチレン(TSKstandard POLYSTYRENE)12点(重量平均分子量: 500 1050 2800 5970 9100 18100 37900 96400 190000 355000 1090000 2890000)[東ソー(株)製]
ビニル樹脂(A)の酸価は、単量体の酸価及び酸価を有するカルボキシル基含有ビニルモノマー等の単量体の含有量で調整できる。(A)の酸価は、例えばJIS K 0070などの方法で測定される。
また、本発明のトナーバインダーは、本発明の効果を阻害しない範囲で、上記のビニル樹脂(A)の重合時に使用した化合物及びその残渣を含んでいてもよい。
これらは、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。
これらは、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。
これらは、1種単独であっても、2種以上の組み合わせであってもよい。
例えば、不活性ガス(窒素ガス等)雰囲気中で、反応温度が好ましくは150~280℃、より好ましくは160~250℃、さらに好ましくは170~235℃で構成成分を反応させることにより行うことができる。また反応時間は、重縮合反応を確実に行う観点から、好ましくは30分以上、より好ましくは2~40時間である。反応末期の反応速度を向上させるために減圧することも有効である。
6.0E+02Pa以上だと定着が良好になる。一方で、3.0E+05Pa以下であると定着時に紙への接着が十分となる。
トナーバインダーの粘弾性につき、特に110℃での貯蔵弾性率[高温貯蔵弾性率G’(110℃)]は、耐ホットオフセット性の観点から、好ましくは6.0E+02Pa以上、より好ましくは1.0E+04Pa以上である。
なお、本明細書において、E+数字で表示する場合、E+02は100倍、E+05は100,000倍のように、数字の数だけゼロを付した数をかけることを意味する。
なお、トナーバインダーの損失弾性率及び貯蔵弾性率は、上記重合体(A)の貯蔵弾性率G’の説明で述べた方法と同様の方法で測定することができる。
トナーバインダーの貯蔵弾性率及び損失弾性率は、重合体(A)の重量平均分子量及び構成単量体の組成により、上記の好ましい範囲に調整することができる。例えば、(A)の重量平均分子量を上げる、単量体の組成の極性を上げる、ことによりトナーバインダーの貯蔵弾性率及び損失弾性率は上がる。
40℃以上ではトナーとした際の保存安定性が良好となる。一方で100℃以下であると低温定着性が良好となる。
なお、トナーバインダーの融解ピーク温度Tmは、重合体(A)の融解ピーク温度Tmの説明で述べた方法と同様の方法で測定することができる。
トナーバインダーの融解ピーク温度Tmは、重合体(A)を構成する単量体(a)の炭素数を調整すること及び(A)を構成する単量体(a)の重量比率を調整することにより、上記の好ましい範囲に調整することができる。例えば(a)の炭素数を増やす、(a)の重量比率を増やす、(A)の重量平均分子量を増やす等の方法によりTmを上げることができる。また、(A)の含有量が少ない場合は、その他の樹脂(B)との|ΔSP値|を上げることでTmを下げずに維持できる。
樹脂のSP値は、Fedorsによる方法[Polym.Eng.Sci.14(2)152,(1974)]に従って求めた。
関係式(1-3):1.2≦ln(G’Tm-10)/ln(G’Tm+30)≦2.6
但し、計算値は小数点第2桁を四捨五入して求めるものとする。
関係式(1-4):1.6≦ln(G’Tm-10)/ln(G’Tm+30)≦2.6
関係式(1-5):1.7≦ln(G’Tm-10)/ln(G’Tm+30)≦2.5
ln(G’Tm-10)/ln(G’Tm+30)は、重合体(A)の重量平均分子量や単量体(b)又は単量体(c)の種類及び量で調整することができる。例えば、重合体(A)の重量平均分子量を減らす、(b)や(c)の極性を下げる、(b)の量を減らす、(c)の量を増やす等の方法によりln(G’Tm-10)/ln(G’Tm+30)を上げることができる。
なお、トナーバインダーの貯蔵弾性率G’及び損失弾性率G”は、上記粘弾性測定装置を用いて、重合体(A)の説明で述べた方法と同様の方法で測定することができる。
機械的混合方法において、粉体混合する場合の混合装置としては、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー及びバンバリーミキサー等が挙げられ、溶融混合する場合の混合装置としては、二軸混練機、スタティックミキサー、エクストルーダー、コンティニアスニーダー及び3本ロール等が挙げられる。
機械的混合方法を用いる場合の混合時の温度としては、50~200℃であることが好ましい。また、混合時間としては、0.5~24時間であることが好ましい。
溶剤に溶解する方法を用いる場合は、溶剤としては特に制限はなく、トナーバインダーを構成する全ての重合体を好適に溶解するものであればよい(トルエン及びアセトン等)。
溶剤を除去する時の温度は50~200℃であることが好ましいく、必要に応じて減圧や排風することで溶剤の除去を促進することができる。
着色剤の含有量は、本発明のトナーバインダー100部に対して、好ましくは1~40部、より好ましくは3~10部である。なお、磁性粉を用いる場合は、好ましくは20~150部、より好ましくは40~120部である。上記及び以下において、部は重量部を意味する。
<フロー軟化点〔T1/2〕>
降下式フローテスター{たとえば、(株)島津製作所製、CFT-500D}を用いて、1gの測定試料を昇温速度6℃/分で加熱しながら、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て、「プランジャー降下量(流れ値)」と「温度」とのグラフを描き、プランジャーの降下量の最大値の1/2に対応する温度をグラフから読み取り、この値(測定試料の半分が流出したときの温度)をフロー軟化点〔T1/2〕とする。
これらの製造方法のうち、生産性の観点から混練粉砕法が好ましい。
トナーバインダーの微粉砕物及びトナー粒子の粒子径は以下の方法で測定した。
サンプル約0.1gをビーカーに秤量し、分散剤としてドライウェル(富士フイルム社製)2mLとイオン交換水4mLを加え、20W以上の超音波分散機で3分間分散させた後、さらにアイソトンIIを10~30mL加え、再び20W以上の超音波分散機で3分間分散させた後、速やかに粒径測定機(ベックマン・コールター社製、商品名:マルチサイザーIII)を用いて、アパーチャー径;100μm、媒体;電解液(アイソトンII)、測定粒子個数;100,000個の条件下で、体積平均粒径(Dv50)及び個数平均粒子径(Dn50)を測定し、体積平均粒径(Dv50)を体積平均粒子径(μm)とし、体積平均粒径(Dv50)/個数平均粒子径(Dn50)を粒度分布Dv50/Dn50とした。
オートクレーブにトルエン46部を仕込み、窒素で置換した後、撹拌下密閉状態で105℃まで昇温した。ベヘニルアクリレート[日油(株)製、以下同様]60部、スチレン[出光興産(株)製、以下同様]20部、アクリロニトリル[ナカライテクス(株)製、以下同様]17.5部、2-イソシアナトエチルメタクリレート[カレンズMOI、昭和電工(株)製、以下同様]1.9部、t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート[パーブチルO、日油(株)、以下同様]0.359部、及びトルエン23部の混合溶液をオートクレーブ内の温度を105℃にコントロールしながら、2時間かけて滴下し重合を行った。さらに同温度で4時間保ち重合を完結させたのち、メタノールを0.6部、触媒[ネオスタンU-600、日東化成工業(株)、以下同様]0.5部を加え、90℃で6時間反応を行った。その後100℃にて脱溶剤を行い、重合体(A1)を得た。
製造例1において、単量体(a)、単量体(b)、単量体(c)、溶剤及び開始剤の仕込み量を、表1及び表2に記載の部数に変更する以外は、同様にして実施し、それぞれ重合体(A2)~(A18)を得た。なお、表1中のモンタニルアクリレートは下記の製造例19に記載の単量体を用いた。
オートクレーブにトルエン360部、オクタコサノール1230部、ハイドロキノン2部、パラトルエンスルホン酸15部を仕込み、窒素で置換した後、撹拌下密閉状態で80℃まで昇温した。アクリル酸320部をオートクレーブ内の温度を80℃にコントロールしながら、2時間かけて滴下後125℃まで昇温し、2時間反応させた。その後突沸に注意しながらアクリル酸とトルエンを除去し、80℃まで冷却後、7重量%の水酸化ナトリウムのイソプロピルアルコール溶液を添加した。生成した沈降物を濾過しながら水で洗浄することで単量体(b)であるモンタニルアクリレートを得た。
製造例1において、単量体(a)、単量体(b)、単量体(c)溶剤及び開始剤の仕込み量を、表2に記載の部数に変更する以外は、同様にして実施し、それぞれ重合体(A’1)~(A’4)を得た。
装置 : HLC-8120〔東ソー(株)製〕
カラム : TSK GEL GMH6 2本 〔東ソー(株)製〕
測定温度 : 40℃
試料溶液 : 0.25重量%のテトラヒドロフラン溶液(不溶解分をアパーチャー1μmのPTFEフィルターでろ過したものを用いる)
移動相 :テトラヒドロフラン(重合禁止剤を含まない)
溶液注入量 : 100μl
検出装置 : 屈折率検出器
基準物質 : 標準ポリスチレン(TSKstandard POLYSTYRENE)12点(重量平均分子量: 500 1050 2800 5970 9100 18100 37900 96400 190000 355000 1090000 2890000)〔東ソー(株)製〕
<測定条件>
(1)30℃で10分間保持
(2)10℃/分で150℃まで昇温
(3)150℃で10分間保持
(4)10℃/分で0℃まで冷却
(5)0℃で10分間保持
(6)10℃/分で150℃まで昇温
(7)(6)の過程にて測定される示差走査熱量曲線の各吸熱ピークを解析する。
装置 :ARES-24A(レオメトリック社製)
治具 :25mmパラレルプレート
周波数 :1Hz
歪み率 :5%
昇温速度:5℃/min
冷却管、加熱冷却装置、温度計、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物270部、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド3モル付加物483部、フェノールノボラックのエチレンオキサイド5.6モル付加物1部、テレフタル酸167部、無水トリメリット酸5.7部、及び縮合触媒としてチタニウムジイソプロポキシビストリエタノールアミネート3部を入れ、230℃で窒素気流下に、生成する水を留去しながら6時間反応させ、次いで0.5~2.5kPaの減圧下で2時間反応させた。
その後、200℃で無水トリメリット酸76.5部を加え、常圧下で1時間反応させた後、0.5~5kPaの減圧下で8時間反応させて取り出し、ポリエステル樹脂(B1)を得た。
得られたポリエステル樹脂(B1)は、重量平均分子量が20,000、酸価が33mgKOH/g、粉砕性指数D50が500であった。
製造例1~18で得た重合体(A1)~(A18)をトナーバインダー(D-1)~(D-18)として、比較製造例1~4で得た重合体(A’1)~(A’4)を比較用のトナーバインダー(D’-1)~(D’-4)とした。
重合体(A6)95部、ポリエステル樹脂(B1)5部を、ヘンシェルミキサー[日本コークス工業(株)製 FM10B]を用いて予備混合した後、二軸混練機[(株)池貝製 PCM-30]で混練し、混合で得られたものを冷却することにより、トナーバインダー(D-19)を得た。
重合体(A6)、ポリエステル樹脂(B1)を表4の配合比となるよう加え、実施例19と同様の方法により、トナーバインダー(D-20)を得た。
トナーバインダー(D-1)~(D-20)及び比較のトナーバインダー(D’-1)~(D’-4)について、以下方法で、生産性、低温定着性、耐ホットオフセット性、定着幅及び保存安定性評価を行った。結果は表3及び表4に示した。
各々の評価方法を以下に示す。
重合体(A)と同様の条件で、トナーバインダー(D)について、上記の条件で粘弾性測定装置を用いて、80℃での低温損失弾性率G”[低温損失弾性率G”(80℃)]を測定した。
低温定着性はトナーバインダーの損失弾性率G”の値を測定することである程度予測可能である。今回評価に利用した定着装置では、トナーとしたときの低温定着性はトナーバインダーの80℃での損失弾性率G”と最も相関が高く、80℃での損失弾性率[G”(80℃)]の値を用いて以下のように評価した。
[判定基準]
4.0E+02Pa~3.0E+05Pa:〇
4.0E+02Pa未満、又は3.0E+05Pa超:×
[G”(80℃)]が4.0E+02Pa~3.0E+05Paの範囲であれば、トナーに用いた際、低温定着性が良好になる。
[G”(80℃)]が4.0E+02Pa未満だと粘性が低すぎる事によるオフセットを生じ易くなり、3.0E+05Paを超えると粘性が十分に下がらないためコールドオフセットを起こし易くなる。
重合体(A)と同様の条件で、トナーバインダー(D)について、粘弾性測定装置を用いて、110℃での貯蔵弾性率G’[高温貯蔵弾性率G’(110℃)]を測定した。
耐ホットオフセット性はトナーバインダーの貯蔵弾性率G’の値を測定することである程度予測可能である。今回評価に利用した定着装置では、トナーとしたときのホットオフセット温度はトナーバインダーの110℃での貯蔵弾性率G’と最も相関が高く、[高温貯蔵弾性率G’(110℃)]の値を用いて以下のように評価した。
[判定基準]
1.0E+04Pa以上:◎
6.0E+02Pa以上1.0E+04Pa未満:〇
6.0E+02Pa未満:×
[高温貯蔵弾性率G’(110℃)]が6.0E+02Pa未満だと弾性が低すぎる事によるオフセットを生じ易く耐ホットオフセット性が不良となり、[高温貯蔵弾性率G’(110℃)]が6.0E+02Pa以上だと、トナーに用いた際、耐ホットオフセット性が良好になり、十分な定着幅が確保できる。
重合体(A)と同様の条件で、トナーバインダー(D)について、融解ピーク温度Tm(℃)と粉砕性指数D50を測定した。
また、融解ピーク温度Tm(℃)と粉砕性指数D50の値を用いて以下のように評価した。
[判定基準]
45≦Tm(℃)≦80、かつ、150≦D50≦450:◎
40≦Tm(℃)≦100、かつ、100≦D50<150:○
40≦Tm(℃)≦100、かつ、450<D50≦550の:○
40≦Tm(℃)<45、かつ、150≦D50≦450:○
80<Tm(℃)≦100、かつ、150≦D50≦450:○
上記以外の場合:×
トナーバインダー(D)をジェットミル粉砕機等を用いて微粒化して、さらに分級することにより、体積平均粒径を10±1μm、粒度分布Dv50/Dn50=1.15~1.20の微粒とし、粒子100重量部に対して、疎水性シリカ(日本アエロジル社製;R972)1部をヘンシェルミキサーで外添し、150メッシュの篩いを通過させた。体積平均粒径および粒度分布は、コールターカウンターを用いて後述のトナーと同様の方法で測定できる。この外添済みのトナーバインダーの微粉を湿度60%、40℃に調湿温調機中で24時間静置した。
凝集状態を目視で判断した後、パウダーテスターで150μmの目開きの篩に5gをサンプリングして2mmの振動幅で2分間篩いを行い、下記の基準で耐熱保存安定性を評価した。
[判定基準]
◎ :ブロッキングが見られず、篩の上にも粒子は残らない
○ :一部ブロッキングが見られるが、篩の上には粒子は残らない
○△:全体的にブロッキングが見られるが、篩の上に粒子は残らない
× :篩の上に凝集粒子が残る
以下に記載の方法でトナー(T-1)~(T-20)、(T’-1)~(T’-4)を得た。 なお、着色剤としてカーボンブラック[三菱ケミカル(株)製のMA-100]、離型剤としてポリオレフィンワックス[三洋化成工業(株)製のビスコール550P]、荷電制御剤としてアイゼンスピロンブラック[保土谷化学(株)製のT-77]、流動化剤として疎水性シリカ[日本アエロジル製のアエロジルR972]を使用した。
まず、重合体(A)、着色剤、離型剤及び荷電制御剤を表5及び表6の配合比となるよう加え、ヘンシェルミキサー[日本コークス工業(株)製 FM10B]を用いて予備混合した後、二軸混練機[(株)池貝製 PCM-30]で混練した。ついで気流式微粉砕機[(株)栗本鐵工所製 KJ-25]を用いて微粉砕した後、エルボージェット分級機[(株)マツボー製 EJ-L-3(LABO)型]で分級し、体積平均粒径が7μmのトナー粒子を得た。次いで、トナー粒子100重量部に表5及び表6の配合比となるように疎水性シリカをサンプルミルにて混合して、トナーを得た。
トナー(T-1)~(T-20)及び比較のトナー(T’-1)~(T’-4)について、以下方法で、生産性、低温定着性、耐ホットオフセット性、定着幅及び保存安定性評価を行った。結果は表5及び表6に示した。
各々の評価方法を以下に示す。
トナーを紙面上に0.6mg/cm2となるよう均一に載せた。このとき粉体を紙面に載せる方法は、熱定着機を外したプリンターを用いた。上記の重量密度で粉体を均一に載せることができるのであれば他の方法を用いてもよい。
この紙を加圧ローラーに定着速度(加熱ローラ周速)213mm/sec、定着圧力(加圧ローラ圧)10kg/cm2、加熱ローラーの温度90~200℃の範囲を5℃刻みで通した。この条件で通したときの定着画像のコールドオフセットの有無を目視し、コールドオフセットの発生温度である低温定着温度を測定した。
この評価条件では、温度が低いほどコールドオフセットが発生しにくいことを意味し、125℃以下であると実際の使用態様でコールドオフセットの発生を抑制できる。
低温定着性と同様に定着評価し、定着画像へのホットオフセットの有無を目視評価した。
加圧ローラー通過後、ホットオフセットが発生した温度を耐ホットオフセット性(℃)とした。
この評価条件では、温度が高いほどホットオフセットが発生しにくいことを意味し、170℃以上であると実際の使用態様でホットオフセットの発生を抑制できる。
上記の評価で得られた、低温定着性と耐ホットオフセット性の結果より、下記式を用いて、定着幅を算出した。
定着幅(℃)=(耐ホットオフセット性の結果-低温定着性の結果)
この評価条件では、定着幅が広いほど、定着幅に優れることを意味し、55℃以上であると様々な使用環境に適用できる能力が高い。
850μmの篩にかけた粗砕物500gを、気流式微粉砕機[(株)栗本鐵工所製 KJ-25]を下記の条件で微粉砕し、体積平均粒径が7μmの微粉砕物を得た。
粉砕圧:0.64MPa
粉砕時間:60分
アジャスターリング:15mm
ルーバーの大きさ:中
得られた微粉砕物を、気流分級機[日本ニューマチック工業(株)製 MDS-I]で0.2~20μmの範囲に分級し、粉砕後の微粉砕物とした。このときの粉砕収率(粉砕後の微粉砕物の重量(g)/粉砕前の粗砕物の重量(g)×100)から、下記の基準で生産性を評価した。[判定基準]
◎ :25%以上
○ :15%以上25%未満
× :15%未満
40℃に温調された乾燥機に粒子状トナーを15時間静置し、ブロッキングの有無を目視で判断し、下記の基準で耐熱保存安定性を評価した。[判定基準]
○:ブロッキングは発生していない
○△:一部にブロッキングが発生している
×:全体的にブロッキングが発生している
一方で、比較用のトナー(T’-1)~(T’-4)は、生産性、低温定着性、定着幅及び保存安定性のうち、少なくとも1つで評価結果が劣っていた。
Claims (3)
- 単量体(a)及び単量体(b)を必須構成単量体とする重合体(A)を含むトナーバインダーであって、単量体(a)が、鎖状炭化水素基を有する炭素数21~40の(メタ)アクリレートであり、単量体(b)が単量体(a)以外の単量体であってニトリル基、ウレタン基、ウレア基、アミド基、イミド基、アロファネート基及びビューレット基からなる群から選ばれる少なくとも1種の官能基とエチレン性不飽和結合とを有する単量体であり、重合体(A)のDSC測定による融解ピーク温度Tmが40~100℃、重合体(A)の粉砕性指数D50が100~550であり、下記の関係式(1)を満たすことを特徴とするトナーバインダー。
関係式(1):1.6≦ln(G’Tm-10)/ln(G’Tm+30)≦2.6
[関係式(1)において、G’Tm-10は重合体(A)の温度が(Tm-10)℃である時の重合体(A)の貯蔵弾性率(Pa)であり、G’Tm+30は、重合体(A)の温度が(Tm+30)℃である時の重合体(A)の貯蔵弾性率(Pa)である。] - 重合体(A)が、下記の関係式(2)を満たす請求項1に記載のトナーバインダー。
関係式(2):1.0≦G”(Tm+30)/G”(Tm+70)≦32
[関係式(2)において、G”(Tm+30)は、重合体(A)の温度が(Tm+30)℃である時の重合体(A)の損失弾性率(Pa)であり、G”(Tm+70)は、重合体(A)の温度が(Tm+70)℃である時の重合体(A)の損失弾性率(Pa)である。] - 重合体(A)の含有率がトナーバインダーの重量を基準として60重量%以上である請求項1又は2に記載のトナーバインダー。
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