JP7491777B2 - トナー - Google Patents
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Description
本発明のトナーは、結着樹脂としてスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸をモノマーユニットとして特定量有する水溶性ポリエステル樹脂Aを含有する。当該水溶性ポリエステル樹脂Aはスルホン酸塩基を特定量有することで、温水可溶性を示す。当該水溶性ポリエステル樹脂Aは、25℃付近の常温域では水不溶性であり、芳香族ジカルボン酸をモノマーユニットとして持つことにより樹脂の耐水性がむしろ向上することで、本発明のトナーを使用した印刷物が水によって影響を受けることなく、安定に定着状態を保つことができる。一方、水溶性ポリエステル樹脂Aは、例えば70℃程度の高温水には速やかに溶解するため、印刷物を高温の中性水で処理することで、結着樹脂の一部が溶解しトナー粒子により形成された印刷ドットが崩壊することで、フィルムから印刷層を容易に脱離させることができると考えられる。
さらに、水溶性ポリエステル樹脂Aは、スルホン酸基を導入しているため、高湿環境で水不溶性ポリエステル樹脂よりも水分を保持しやすく、特に高温高湿下での保存性が悪いという欠点を有するが、ガラス転移温度の高い水不溶性ポリエステル樹脂と組み合わせることで、保存性が向上する。
で表される単位を有するポリエステル樹脂が挙げられる。
(R1-SO3 -)nXn+ (II)
(式中、R1は置換基を有していてもよい炭素数1以上30以下の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す)
なお、樹脂の結晶性は、軟化点と示差走査熱量計による吸熱の最大ピーク温度との比、即ち[軟化点/吸熱の最大ピーク温度]の値で定義される結晶性指数によって表わされる。結晶性樹脂は、結晶性指数が0.6以上、好ましくは0.7以上、より好ましくは0.9以上であり、そして、1.4以下、好ましくは1.2以下、より好ましくは1.1以下の樹脂である。
一方、非晶質樹脂は、吸熱ピークが観測されないか、観測される場合は、結晶性指数が1.4を超える、好ましくは1.5を超える、より好ましくは1.6以上の樹脂であるか、または、0.6未満、好ましくは0.5以下の樹脂である。
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。なお、吸熱の最大ピーク温度とは、観測される吸熱ピークのうち、ピーク面積が最大のピークの温度を指す。
試料を重クロロホルム、重トリフルオロ酢酸の混合溶媒に溶解し、Agilent社製NMR、MR400を用いたプロトンNMR測定により5-スルホイソフタル酸ジメチルナトリウムから誘導されるモノマーユニット(モノマーユニットa)中のベンゼン環由来ピークの積分値Aを、モノマーユニットA中のベンゼン環に対応するプロトンの数で除した物質量A、及び2,6-ナフタレンジカルボン酸ジメチルから誘導されるモノマーユニット(モノマーユニットb)中のナフタレン環由来ピークの積分値Bを、モノマーユニットb中のナフタレン環に対応するプロトンの数で除した物質量Bを算出する。物質量Aを、物質量A及び物質量Bの和の2倍量で除して求められた値を100分率で表したもの(100×物質量A/(2×(物質量A+物質量B)))を、水溶性ポリエステル樹脂の全モノマーユニット中のモノマーユニットaの物質量の割合とする。
なお、モノマーユニットaの割合に限らず、ポリエステル樹脂のジカルボン酸組成及びジオール組成は、プロトンNMR測定により測定することができる。NMR測定からはピークが重なる等の理由によりジカルボン酸モノマーユニットの組成、及びジオールモノマーユニットの組成を求めることが困難である場合には、ポリエステルをアルカリで加水分解後、ガスクロマトグラフィ分析を行うことによって求めることができる。
スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸モノマーユニットの組成からポリエステル樹脂中のスルホン酸塩基量(mmol/g)を下式に従い算出する。ただし、全ジカルボン酸モノマーユニットのモル数と全ジオールモノマーユニットのモル数は等しいと仮定する。
スルホン酸塩基量(ミリモル/g)
=A×1000/(A×(Ms+Mo)+(100-A)×(Mc+Mo)-2×18.0×100)
・A:全ジカルボン酸モノマーユニット中のスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸モノマーユニットの割合(モル%)
・Ms:スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸(遊離ジカルボン酸型)の分子量
・Mo:ジオールの分子量(ただし、ジオール種が複数の場合は数平均分子量)
・Mc:スルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸以外のジカルボン酸の分子量(ただし、該ジカルボン酸種が複数の場合は数平均分子量)
下記条件により、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)法を用いて標準ポリスチレン、又は標準ポリメチルメタクリレートから校正曲線を作成し、重量平均分子量(Mw)を求める。
・装置:HLC-8320 GPC(東ソー社製、検出器一体型)
・カラム:α-M×2本(東ソー社製、7.8mmI.D.×30cm)
・溶離液:60mmol/Lリン酸+50mmol/L臭素化リチウムジメチルホルムアミド溶液
・流量:1.0mL/min
・カラム温度:40℃
・検出器:RI検出器
・標準物質:ポリスチレン又はポリメチルメタクリレート
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(25℃)から降温速度10℃/minで0℃まで冷却し、そのまま1分間静止させる。その後、昇温速度50℃/minで測定する。
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-10℃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する。
JIS K 0070:1992の方法に基づき測定する。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))に変更する。
250mL容のビーカーに攪拌子を入れ、脱イオン水100gを注ぎ入れた後に、ホットスターラー(アズワン社製、HOT STIRRER HS-7BHSD)を所定の温度に設定し水温を所定の温度にする樹脂を105℃で2時間乾燥させ室温まで放冷の後15g計量する。この計量した樹脂をビーカーに入れ、所定の温度300r/minで攪拌しながら60分溶解を行う。溶け残った樹脂を減圧濾過により濾別(アドバンテック社製、濾紙No. 5C/70mm)し、乾燥する。溶け残った樹脂の乾燥質量を測定し、下記式から溶解した樹脂量を算出する。
溶解樹脂量(g)=溶解前の樹脂の質量(15g)-溶け残った樹脂の質量
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、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180℃まで昇温し測定する。そこで得られる融解吸熱カーブから観察される吸熱の最大ピーク温度を離型剤の融点とする。
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)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。
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。
2L容のステンレス製セパラブルフラスコ(K字管、撹拌機、及び窒素導入管付)に2,6-ナフタレンジカルボン酸ジメチル(東京化成工業社製、一級)97.7g、5-スルホイソフタル酸ジメチルナトリウム(富士フイルム和光純薬社製)40.6g、エチレングリコール(富士フイルム和光純薬社製、特級)76.7g、チタンテトラブトキシド(東京化成工業社製、一級)82mg、及び酢酸ナトリウム(富士フイルム和光純薬社製、特級)506mgを仕込み、常圧、窒素雰囲気下、撹拌しながらマントルヒータで1時間かけて外温140℃から260℃まで昇温し、その温度で6.5時間撹拌してエステル交換反応を行った。その後、ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩(竹本油脂社製、商品名エレカットS-418)6.89gを添加し、15分間撹拌した。その後、30分間かけて外温260℃から290℃まで昇温し、同時に常圧から5.3kPaまで減圧し、そのまま1時間半反応を行った。この後、800Paで30分間撹拌しながら反応を行った後、常圧に戻した。常圧で15分間かけて外温290℃から295℃まで昇温した後、420Paで15分間撹拌しながら反応を行い、この後15分間かけて470Paから100Paまで徐々に減圧度を増しながら撹拌して反応を行い、常圧に戻して水溶性ポリエステル樹脂(樹脂A1)を得た。ただし、エチレングリコールについては、過剰量は反応系外に留去され、ジオールユニットとジカルボン酸ユニットが等量で反応したという仮定している。得られた樹脂は、5-スルホイソフタル酸ジメチルナトリウムに由来するモノマーユニットaの割合が12.5モル%、5-スルホイソフタル酸ジメチルナトリウムに由来するモノマーユニットbの割合が37.5モル%、モノマーユニットa/モノマーユニットbが25/75、スルホン酸塩基(スルホン酸ナトリウム)の含有量が1.0mmol/g、重量平均分子量(Mw)が18,800、ガラス転移温度が109℃、水への溶解性は25℃では0.15g、70℃では15gであった。
表1に示す、原料モノマー及びエステル化触媒を、窒素導入管、98℃の熱水を通した分留管を装着した脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、180℃で2時間保温した後に180℃から230℃まで5℃/hで昇温し、その後230℃で2時間重縮合させた。さらに230℃で10kPaの減圧下にて表1に記載の軟化点まで反応を行って、非晶質の水不溶性ポリエステル樹脂(樹脂B1~B3)を得た。物性を表1に示す。
表1に示す、無水トリメリット酸以外の原料モノマー、エステル化触媒、及びエステル化助触媒を、窒素導入管、撹拌器及び熱電対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、235℃まで昇温し、その後235℃で6時間重縮合させた後、10kPaに減圧し、1時間さらに重縮合させた。その後、210℃まで降温し、無水トリメリット酸を添加し、210℃で1時間反応させた。その後、210℃で10kPaの減圧下にて表1に記載の軟化点まで反応を行って、非晶質の水不溶性ポリエステル樹脂(樹脂B4)を得た。物性を表1に示す。
表1に示す、無水トリメリット酸以外の原料モノマー及びエステル化触媒を、窒素導入管、撹拌器及び熱電対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、235℃まで昇温し、その後235℃で6時間重縮合させた後、10kPaに減圧し、1時間さらに重縮合させた。その後、210℃まで降温し、無水トリメリット酸を添加し、210℃で1時間反応させた。その後、210℃で10kPaの減圧下にて表1に記載の軟化点まで反応を行って、非晶質の水不溶性ポリエステル樹脂(樹脂B5)を得た。物性を表1に示す。
表2に示す結着樹脂、カーボンブラック「Mogul-L」(キャボット・スペシャリティー・ケミカルズ・インク社製)4.0質量部、負帯電性荷電制御剤「T-77」(保土ヶ谷化学工業社製)1.0質量部、及び離型剤「カルナウバワックスC1」(加藤洋行社製、融点:88℃)1.0質量部をヘンシェルミキサーにて1分間撹拌混合後、以下に示す条件で溶融混練した。
負帯電性荷電制御剤として、「T-77」の代わりに「ボントロンE-84」(オリエント化学社製)1.0質量部を、カーボンブラックの代わりに銅フタロシアニン顔料「ECB-301」(大日精化社製)4.0質量部を、それぞれ使用した以外は、実施例1と同様にして、トナーを得た。
非磁性一成分現像装置「OKI DATA COREFIDO C712」(沖データ社製)にトナーを実装し、トナー付着量を0.50mg/cm2に調整して、20mm×30mmのベタ画像を「Color Copy90紙」(富士ゼロックスオフィスサプライ社製)に印刷し、定着機を通過する前にベタ画像を取り出して未定着画像を得た。
得られた未定着画像を有する用紙を非磁性一成分現像装置「OKI MICROLINE 3020c」(沖データ社製)の定着機を改造した外部定着機にて、定着ロール温度を110℃に設定し、15mm/secの定着速度で定着させた。その後、定着ロール温度を115℃に設定し、同様の操作を行った。これを190℃まで5℃ずつ上昇させながら、各温度で未定着画像の定着処理を行い、定着画像を得た。
非磁性一成分現像装置「OKI DATA COREFIDO C712」(沖データ社製)にトナーを実装し、トナー付着量を0.50mg/cm2に調整して、20mm×30mmのベタ画像をOHPフィルム「CG3300」(3M社製)に印刷した。定着機を通過する前にベタ画像を取り出して未定着画像を得た。得られた未定着画像を有する用紙を非磁性一成分現像装置「OKI MICROLINE 3020c」(沖データ社製)の定着機を改造した外部定着機にて、定着ロール温度を180℃に設定し、15mm/secの定着速度で定着させ定着画像を得た。
100mL容のビーカー(直径5.5cm)に30℃又は70℃のイオン交換水100gと長さ4cmのスターラーチップを入れ、回転数400r/minのスターラーで撹拌しながら、前記ベタ画像を印刷したフィルムの定着画像部分を切り抜いて浸漬し、30秒後にフィルムを水中から引き上げ、定着画像の状態を目視にて観察し、以下の評価基準に従って評価した。結果を表2に示す。
〇:可溶(フィルム上にトナーは残らず、すべて水中に溶解又は分散する)
△:一部可溶(トナーは水中に溶解又は分散するが、フィルム上に画像の一部が残る)
×:不溶(フィルム上の画像は変化しない)
トナーを、20mL容のポリプロピレン製の容器に、4g計量した。容器の蓋を空けた状態で、温度50℃、湿度80%に設定した高温高湿槽中で48時間放置した。
放置前後のトナーの凝集度を以下の方法により測定し、放置前後の凝集度の比(放置後/放置前)を用いて、以下の評価基準に従って評価した。結果を表2に示す。
凝集度は、パウダーテスタ(ホソカワミクロン(株)製)を用いて測定する。
150μm、75μm、45μmの目開きの篩を重ね、一番上にトナーを4g載せ、1mmの振動幅で15秒間振動させる。振動後、篩い上に残ったトナー量を測定し、下記の計算式を用いて凝集度を算出する。
A:3倍以下
B:3倍より大きく5倍未満
C:5倍以上
これに対し、水溶性ポリエステル樹脂と水不溶性ポリエステル樹脂の質量比が所定の範囲外である比較例1では、水溶性ポリエステル樹脂が少ないため70℃でも中性水に不溶であり、水不溶性ポリエステル樹脂を含有していない比較例2では、定着温度が高すぎるためプラスチックフィルムに定着することができないことが分かる。また、水不溶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度が低すぎる比較例3、4では、保存性に欠けていることが分かる。
Claims (2)
- 結着樹脂及び着色剤を含有する電子写真用トナーであって、前記結着樹脂が、水溶性ポリエステル樹脂Aとガラス転移温度が80℃以上120℃以下の水不溶性ポリエステル樹脂Bを、55/45以上97/3以下の質量比(水溶性ポリエステル樹脂A/水不溶性ポリエステル樹脂B)で含有し、該水溶性ポリエステル樹脂Aが、5-スルホイソフタル酸ナトリウムに由来するスルホン酸塩基を有する芳香族ジカルボン酸モノマーユニットa、2,6-ナフタレンジカルボン酸に由来するスルホン酸塩基を有さないジカルボン酸モノマーユニットb、及びエチレングリコールに由来するジオールモノマーユニットcを有し、式(I):
で表される単位を有するポリエステル樹脂であり、エチレングリコールに由来するジオールモノマーユニットcの含有量が全ジオールモノマーユニット中90モル%以上であり、水溶性ポリエステル樹脂A中のスルホン酸塩基の含有量が0.5mmol/g以上3.0mmol/g以下であり、前記水不溶性ポリエステル樹脂Bが、水素添加ビスフェノールAを含むアルコール成分とカルボン酸成分の重縮合物である、トナー。 - 水溶性ポリエステル樹脂Aにおいて、芳香族ジカルボン酸モノマーユニットaの割合が、全モノマーユニット中、5モル%以上35モル%以下である、請求項1記載のトナー。
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