JPWO2006135041A1 - トナー用バインダー樹脂、トナー、およびトナー用バインダー樹脂の製造方法 - Google Patents

トナー用バインダー樹脂、トナー、およびトナー用バインダー樹脂の製造方法 Download PDF

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Abstract

トナー用バインダー樹脂は、結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂であってピーク分子量が3万以上のハイブリッド樹脂と、ピーク分子量が3万未満の非晶性樹脂(Z)と含む。

Description

本発明は、トナー用バインダー樹脂、トナー、およびトナー用バインダー樹脂の製造方法に関する。
電子写真等において用いられるトナーの定着性と耐オフセット性は互いにトレードオフの関係にある。従って、いかに両者を両立させるかがトナー用バインダー樹脂を設計する際の課題となる。また、トナーには保存性、すなわち定着装置内でトナー粒子が凝集すなわちブロッキングしない特性も同時に要求される。
このような要求に対して、非晶性樹脂より構成されるバインダー樹脂中に結晶性成分を導入することで低温での定着性を改良させる技術が知られている。結晶性樹脂はその融点を介して急激に溶融・低粘度化するため、少ない熱エネルギーで樹脂の粘度を下げることが可能であり、定着性の改善が期待される。
非晶性樹脂より構成されるバインダー樹脂中に結晶性樹脂を導入する公知の技術として、
(A)ブロック共重合体、グラフト共重合体という形で、非晶性樹脂と結晶性樹脂とを分子鎖レベルでハイブリッドする方法(たとえば、特許文献1参照)、
(B)相容性の良い非晶性樹脂と結晶性樹脂との組合せを、溶融ブレンド、紛体ブレンド等の物理的な混練方法でブレンドする方法(たとえば、特許文献2参照)、そして、
(C)相容性の悪い非晶性樹脂と結晶性樹脂との組合せを、溶融ブレンド、紛体ブレンド等の物理的な混練方法でブレンドする方法(たとえば特許文献3、特許文献4参照)等が提案されている。
しかし、上記(A)、(B)の方法では、非晶質部/結晶質部の相容性が良好であり、結晶に成長できない結晶性ポリマー鎖が非晶質部に多く残存し、十分な保存性を維持することが難しいという問題があった。そのため、一定時間の熱処理を施す等して、結晶の成長を促進、制御する工程を要する場合がある(特許文献5参照)。
また、(C)の方法では、非晶質部と結晶質部の相容性が乏しく、結晶性樹脂の分散径が大きくなり、トナー特性の安定性を確保することが困難となるという問題があった。また、結晶性ポリエステルと非晶性ポリエステルのモノマー組成を適度に調整することで、両成分の相容性を制御し、結晶性ポリエステルを分散径0.1〜2μmで分散させる方法も知られている(たとえば、特許文献6参照)。しかしながら、その場合でも、バインダー樹脂製造時、およびトナー製造時の冷却条件によって結晶のサイズ、分布が変動してしまうため、トナー特性の安定性を確保することにおいて課題が残る。加えて、使用できるモノマーの種類、組成が限定されてしまう。
また、特許文献7には、分子末端に不飽和二重結合を有する結晶性ポリエステルの存在下でビニル単量体を重合し、バインダー樹脂を製造する技術が記載されている。
特開平4−26858号公報 特開2001−222138号公報 特開昭62−62369号公報 特開2003−302791号公報 特開平1−35456号公報 特開2002−287426号公報 特開平3−6572号公報
しかし、特許文献7に記載の技術では、バインダー樹脂中の結晶性ポリエステルの含有量が多くなり、耐オフセット性やトナーの保存性が悪いという課題が生じる。
本発明は、トナーにおいて、優れた低温定着性と耐オフセット性を両立させる技術を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討した結果、以下の本発明を完成した。
本発明によれば、結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂であってピーク分子量が3万以上のハイブリッド樹脂と、ピーク分子量が3万未満の非晶性樹脂(Z)とを含むトナー用バインダー樹脂が提供される。
本発明によれば、結晶性樹脂と非晶性樹脂とのハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との混合物によりトナー用バインダー樹脂が構成されるので、耐オフセット性、熱雰囲気下での流動性、保存性を良好にすることができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、前記ハイブリッド樹脂は、二重結合を有する前記結晶性樹脂(X)存在下で前記非晶性樹脂(Y)を合成して得られるものとすることができる。
ここで、ハイブリッド樹脂は、たとえば以下の手順により得ることができる。まず、水酸基またはカルボキシル基と反応する基(たとえばマレイン酸基)を有するとともに不飽和結合を有する化合物と結晶性樹脂(たとえば結晶性ポリエステル)とを反応させて結晶性樹脂分子中に不飽和二重結合を導入して二重結合を有する結晶性樹脂(X)を得る。次いで、二重結合を有する結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)(たとえばビニルモノマー)とを重合させて共重合体であるハイブリッド樹脂を得る。ビニルモノマーとしては複数種のモノマーを用いることができる。
ここで、ピーク分子量は、後述する測定方法により算出したものとすることができる。また、ここでいうピーク分子量は、複数のピーク分子量が観測される場合、最も存在量の大きいピーク分子量とすることができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、前記結晶性樹脂(X)は、結晶性ポリエステル系樹脂であってよく、前記非晶性樹脂(Y)および非晶性樹脂(Z)は、スチレンアクリル系樹脂であってよい。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、前記結晶性樹脂(X)は、前記非晶性樹脂(Z)と非相容であり、前記非晶性樹脂(Y)は、前記非晶性樹脂(Z)と相容であってよい。
ここで、相容とは、2種類の樹脂各所定量、溶剤に溶解混合し、脱溶剤した時に分離が観察されない、または分離した島相の大きさが50μm以下となる状態とすることができる。たとえば、上記2種類の樹脂各50gをキシレン170gに溶解混合し、脱溶剤した時に分離が観察されない、または分離した島相の大きさが50μm以下となる状態とすることができる。非相容とは、同様の操作を行った際に分離し、分離した島相の大きさが50μm以上である状態とすることができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、前記ハイブリッド樹脂はTHF不溶であってクロロホルム可溶であってよく、前記非晶性樹脂(Z)はTHF可溶であってよい。
本発明のトナー用バインダー樹脂は、後述するように、ハイブリッド樹脂の粒子が連結したネットワーク構造を有することができる。ここで、ネットワーク構造は、ハイブリッド樹脂の粒子が化学的に結合して形成されるのではなく、相分離現象により高分子鎖間が相互作用して形成される。そのため、ハイブリッド樹脂は、クロロホルムに可溶とすることができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、前記ハイブリッド樹脂をマトリックス、前記非晶性樹脂(Z)をドメインとする海島構造を有することができる。
このような構成とすることにより、結晶性樹脂(X)の量を少なくしても、トナー用バインダー樹脂を含むトナーを溶融した際に、マトリックスを構成する結晶性樹脂(X)が本来有する溶融特性が支配的に寄与するようにすることができる。そのため、結晶性樹脂(X)の量を少なくしても、低温定着性を良好に保つことができる。また、結晶性樹脂(X)の量を少なくできるので、保存性や耐オフセット性を良好にすることができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、前記マトリックスの部分面積比が60%以下であって、前記ドメインの平均粒径が2μm以下であってよい。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、海島構造のマトリックス部分の面積を少なくすることができる。このような構成としても、低温定着性を良好に保つことができるとともに、保存性や耐オフセット性を良好にすることができる。また、ドメインの平均粒径がこの程度となるようにすることにより、低温定着性を高めることができ、安定なトナー特性を得ることができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂は、前記ハイブリッド樹脂の前記結晶性樹脂(X)部分が内側に向けて配合するとともに、前記非晶性樹脂(Y)部分が外側に向けて配合したミセルを含むことができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、ハイブリッド樹脂がこのようなミセルを形成することにより、後述するネットワーク構造を形成しやすくすることができ、低温定着性を高めることができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂は、前記ミセルが連結したネットワーク構造を有することができる。
また、上記のようにハイブリッド樹脂と非晶性樹脂(Z)との分子量を制御することにより、トナー用バインダー樹脂がネットワーク構造を形成するようにすることができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂は、前記ハイブリッド樹脂の粒子が連結したネットワーク構造を有することができる。
ここで、ネットワーク構造は、ハイブリッド樹脂の粒子の連続相または部分的な連続相とすることができる。ハイブリッド樹脂の粒子がネットワーク構造を有することにより、熱応答性を高めることができ、少ない熱エネルギーで樹脂全体の粘度を下げることができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、前記非晶性樹脂(Z)が前記ネットワーク構造中に分散されてよい。
これにより、ハイブリッド樹脂の粒子により形成されたネットワーク構造がほどけた際に、非晶性樹脂(Z)も容易に分散する。そのため、結晶性樹脂(X)の含有量を少なくしても、トナーの低温定着性を向上させることができる。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、100℃での貯蔵弾性率が、2.0×10Pa以下であってよい。
本発明のトナー用バインダー樹脂において、酸価が1mgKOH/g以上20mgKOH/g以下であってよい。
本発明によれば、上記いずれかに記載のトナー用バインダー樹脂と、着色剤と、を含むトナーが提供される。
これにより、トナーにおいて、優れた低温定着性と耐オフセット性を両立させることができる。
本発明によれば、二重結合を有する結晶性樹脂(X)存在下で、非晶性樹脂(Y)を合成して、前記結晶性樹脂(X)と前記非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂であってピーク分子量が3万以上のハイブリッド樹脂を形成する工程と、前記ハイブリッド樹脂とピーク分子量が3万未満の非晶性樹脂(Z)とを混合してトナー用バインダー樹脂を形成する工程と、を含むトナー用バインダー樹脂の製造方法が提供される。
本発明のトナー用バインダー樹脂の製造方法において、前記トナー用バインダー樹脂を形成する工程は、前記非晶性樹脂(Z)を溶解する溶剤中で前記ハイブリッド樹脂および前記非晶性樹脂(Z)を混合した樹脂混合物を生成する工程と、前記樹脂混合物から前記溶剤を脱溶剤する工程と、を含むことができる。
本発明によれば、トナーにおいて、優れた低温定着性と耐オフセット性を両立させることができる。
上述した目的、およびその他の目的、特徴及び利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
実施例4で使用したトナー用バインダー樹脂の走査型電子顕微鏡写真の一例を示す図である。 実施例4で使用したトナー用バインダー樹脂から抽出された、THF不溶部の電子顕微鏡写真の一例を示す図である。 ハイブリッド樹脂(H)の粒子が連結したネットワーク構造を有する構成を模式的に示す図である。 ハイブリッド樹脂(H)を詳細に示す模式図である。 図3の一つの網目部分を詳細に示す模式図である。
本発明のトナー用バインダー樹脂は、結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂であってピーク分子量が3万以上のハイブリッド樹脂(H)と、ピーク分子量が3万未満の非晶性樹脂(Z)と含む。なお、トナー用バインダー樹脂は、結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂(H)と、ハイブリッドされていない結晶性樹脂(X)との混合物である樹脂混合物と、非晶性樹脂(Z)とを含むことができる。この樹脂混合物は、ハイブリッドされていない非晶性樹脂(Y)を含むこともできる。
(海島構造)
本発明において、トナー用バインダー樹脂は、ハイブリッド樹脂(H)をマトリックス、非晶性樹脂(Z)をドメインとする海島構造を有することができる。
また、本発明のトナー用バインダー樹脂において、マトリックスの部分面積比は、60%以下とすることができる。マトリックスの含有量がこの程度となるようにすることにより、トナー用バインダー樹脂の保存性を良好にすることができる。
また、本発明のトナー用バインダー樹脂において、ドメインの平均粒径は、2μm以下とすることができる。ドメインの平均粒径がこの程度となるようにすることにより、低温定着性を高めることができ、安定なトナー特性を得ることができる。
一般的に、トナーにおいて、結晶性樹脂(X)の含有量が多いほど、低温定着性が向上する。本発明のトナー用バインダー樹脂によれば、結晶性樹脂(X)を含むハイブリッド樹脂(H)により構成されるマトリックス中に、非晶性樹脂(Z)により構成されるドメインが微少な粒径で分散される。そのため、トナー定着時のトナーへの加熱によりハイブリッド樹脂(H)が溶融すると、ハイブリッド樹脂(H)により構成されたマトリックスがほどけ、その間に微少な粒径で分散されている非晶性樹脂(Z)も容易に分散する。これにより、結晶性樹脂(X)の含有量を少なくしても、トナーの低温定着性を向上させることができる。
(ネットワーク構造)
本発明において、トナー用バインダー樹脂は、ハイブリッド樹脂(H)の粒子が連結したネットワーク構造(網目構造)を有することができる。本発明のトナー用バインダー樹脂の構造は、透過型電子顕微鏡や走査型プローブ顕微鏡で観察することができる。
図3は、ハイブリッド樹脂(H)の粒子が連結したネットワーク構造を有する構成を模式的に示す図である。
ここで、トナー用バインダー樹脂10において、ハイブリッド樹脂(H)により構成された粒子100が連結してネットワーク構造を形成している。ここでは図示していないが、非晶性樹脂(Z)は、粒子100のネットワーク構造の網目110中に配置される。つまり、トナー用バインダー樹脂10は、ハイブリッド樹脂(H)のネットワーク構造により構成されるマトリックス中に非晶性樹脂(Z)により構成されるドメインが分散された海島構造を有する。
本発明者らは、ハイブリッド樹脂(H)が、結晶性樹脂(X)部分が内側に向けて配合するとともに、非晶性樹脂(Y)部分が外側に向けて配合したミセルを形成し、これによりハイブリッド樹脂(H)の粒子100が構成されるように、本発明のトナー用バインダー樹脂の材料を調整する検討を行った。図4(a)は、ハイブリッド樹脂(H)105を詳細に示す模式図である。ここでは、結晶性樹脂(X)が結晶性ポリエステル系樹脂(C−Pes)であり、非晶性樹脂(Y)がスチレンアクリル系樹脂(St−Mac)である場合のハイブリッド樹脂(H)105を示す。ハイブリッド樹脂105形成前において、結晶性樹脂(X)は、たとえば無水マレイン酸二重結合を有する構成とすることができる。ハイブリッド樹脂105は、このような二重結合由来の単結合を有する。ここで、非晶性樹脂(Y)は、結晶性樹脂(X)に比べてピーク分子量が大きいことが好ましい。
たとえば、結晶性樹脂(X)は、ピーク分子量が3000以上20000以下とすることができる。また、結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂は、ピーク分子量が3万以上100万未満とすることができる。
このような構成のハイブリッド樹脂(H)105を含む樹脂混合物と非晶性樹脂(Z)とを混合すると、図4(b)に示すように、ハイブリッド樹脂(H)が、結晶性樹脂(X)102部分が内側に向けて配合して結晶性樹脂(X)102が樹脂混合物中の未反応の結晶性樹脂(未反応物106)を取り込むとともに、非晶性樹脂(Y)104部分が外側に向けて配合したミセルを形成すると考えられる。これにより、粒子100が形成される。なお、図3に示した粒子100も、このような構成を有する。
図5(a)は、図3の一つの網目110部分を詳細に示す模式図である。非晶性樹脂(Z)112は、網目110中に配置されている。ハイブリッド樹脂(H)105が図4(b)に示したようなミセルを形成することにより、結晶性樹脂(X)102をトナー粒径に対して十分に小さなサイズで非晶性樹脂(Y)104および非晶性樹脂(Z)112中に均一に分散させることができる。ここで、粒子100における結晶性樹脂(X)102部分の粒径は、たとえば0.01μm以上とすることができる。また、粒子100における結晶性樹脂(X)102部分の粒径は、1μm以下、好ましくは0.1μm以下とすることができる。図5(b)は、非晶性樹脂(Z)112が除去された構成を示す。後述するように、トナー用バインダー樹脂10をTHFに浸漬させると、非晶性樹脂(Z)112はTHFに溶解し、網目110が空孔となる。
本発明において、溶剤中でハイブリッド樹脂(H)を含む樹脂混合物と非晶性樹脂(Z)とを混合すると、溶剤中で図4(b)に示したようなミセルが形成されると考えられる。この後、脱溶剤を行うと、溶剤の除去に伴い、結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂が非晶性樹脂(Z)に対して相分離を起こす。ここで、非晶性樹脂(Y)は、非晶性樹脂(Z)に対して分子量が大きく両成分間に大きな粘度ギャップがある。そのため、相分離が生じ、分子量の大きい非晶性樹脂(Y)の影響で、結晶性樹脂(X)の相分離が適度に抑制され、溶剤に溶解しやすく分子量の小さい非晶性樹脂(Z)は、選択的に核として生成される。その結果、分子量の大きいハイブリッド樹脂(H)が連結したネットワーク構造が形成される。
本発明のトナー用バインダー樹脂によれば、結晶性樹脂(X)を含むハイブリッド樹脂(H)により構成されるネットワーク構造中に、非晶性樹脂(Z)が分散される。また、ネットワーク構造は、ハイブリッド樹脂(H)のミセルにより構成される粒子が連結して形成される。そのため、トナー定着時のトナーへの加熱によりハイブリッド樹脂(H)が溶融すると、ハイブリッド樹脂(H)により構成されたネットワーク構造が容易にほどけ、その間に分散されている非晶性樹脂(Z)も容易に分散すると考えられる。これにより、結晶性樹脂(X)の含有量を少なくしても、トナーの低温定着性を向上させることができる。
以下、本発明で用いる好ましい材料を説明する。
(結晶性樹脂(X))
本発明において、結晶性樹脂(X)は、たとえば、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、およびそれらを複合化させたハイブリッド樹脂(H)とすることができる。また、結晶性樹脂(X)は、THF不溶分とすることができる。
結晶性樹脂(X)は、たとえば、結晶性ポリエステル系樹脂とすることができる。これにより、融点を容易に制御することができる。ここで、結晶性ポリエステル系樹脂は、融解ピーク温度が50℃以上、好ましくは80℃以上となるようにすることができる。融解ピーク温度が50℃以上となるようにすることにより、保存性を良好にすることができる。また、結晶性ポリエステル系樹脂は、融解ピーク温度が170℃以下、好ましくは110℃以下となるようにすることができる。融解ピーク温度が170℃以下となるようにすることにより、低温定着性を良好にすることができる。
また、結晶性ポリエステル系樹脂は、ピーク分子量が1000以上となるようにすることができる。ピーク分子量が1000以上となるようにすることにより、保存性を良好にすることができる。さらに、結晶性ポリエステル系樹脂は、ピーク分子量が10万以下となるようにすることができる。ピーク分子量が10万以下となるようにすることにより、結晶化速度の低下を防ぎ、生産性を良好にすることができる。
該結晶性ポリエステル系樹脂は、脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸とを重縮合させて得られた樹脂とすることができる。ここで、脂肪族ジオールの炭素数は2〜6であることが好ましく、さらに好ましくは4〜6である。脂肪族ジカルボン酸の炭素数は2〜22であることが好ましく、さらに好ましくは6〜20である。
炭素数が2〜6の脂肪族ジオールとしては、1、4−ブタンジオール、エチレングリコール、1、2−プロピレングリコール、1、3−プロピレングリコール、1、6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1、4−ブテンジオール、1、5−ペンタンジオール等が挙げられる。
炭素数が2〜22の脂肪族ジカルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸等の不飽和脂肪族ジカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、デカンジオール酸、ウンデカンジオール酸、ドデカンジカルボン酸、ヘキサデカンジオン酸、オクタデカンジオン酸、エイコサンジオン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸およびこれらの酸の無水物、アルキル(炭素数1〜3)エステル等が挙げられる。
結晶性ポリエステル系樹脂は、たとえばアルコール成分とカルボン酸成分を、不活性ガス雰囲気中にて、好ましくは120〜230℃の温度で反応させること等により得ることができる。この反応において、必要に応じて公知のエステル化触媒や重合禁止剤を用いても良い。また、重合反応の後半に反応系を減圧することにより、反応を促進させてもよい。
(非晶性樹脂)
本発明において、非晶性樹脂(Y)および非晶性樹脂(Z)は、たとえば、スチレンアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエステルポリアミド系樹脂、およびそれらを複合化させたハイブリッド樹脂とすることができる。また、非晶性樹脂(Y)および非晶性樹脂(Z)は、THF可溶分とすることができる。
また、非晶性樹脂(Y)と非晶性樹脂(Z)とは、同種の樹脂とすることが好ましい。
非晶性樹脂(Y)および非晶性樹脂(Z)は、たとえば、スチレンアクリル系樹脂とすることができる。スチレンアクリル系樹脂は、吸水性が極めて低く、環境安定性に優れているため、本発明の非晶性樹脂(Y)および非晶性樹脂(Z)として好ましく使用できる。
本発明において、スチレンアクリル系樹脂は、スチレン系モノマーとアクリル系モノマーとの共重合体とすることができる。スチレンアクリル系樹脂に用いられるスチレン系モノマー、アクリル系モノマーはとくに限定されないが、たとえば以下のものとすることができる。
スチレン系モノマーは、たとえば、スチレン、α−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−ヒドロキシスチレン、p−アセトキシスチレン等とすることができる。
アクリル系モノマーは、たとえば、アクリル酸;メタクリル酸;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸2ーエチルヘキシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸ステアリル等のアルキル基の炭素数が1〜18のアルキルアクリレート;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸2ーエチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸ステアリル等のアルキル基の炭素数が1〜18のアルキルメタクリレート;ヒドロキシエチルアクリレート等のヒドロキシル基含有アクリレート;ヒドロキシエチルメタクリレート等のヒドロキシル基含有メタクリレート;ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート等のアミノ基含有アクリレート;ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート等のアミノ基含有メタクリレート;アクリル酸グリシジル、アクリル酸β−メチルグリシジル等のグリシジル基含有アクリレート;メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸β−メチルグリシジル等のグリシジル基含有メタクリレート等とすることができる。
その他、上記モノマーと共重合可能なモノマーとしてアクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル系モノマー、酢酸ビニル等のビニルエステル類;ビニルエチルエーテル等のビニルエーテル類;マレイン酸、イタコン酸、マレイン酸のモノエステル等の不飽和カルボン酸もしくはその無水物等を用いてもよい。
これらのうちスチレン系モノマー、アクリル酸、メタクリル酸、アルキル基の炭素数が1〜18のアルキルアクリレート、アルキル基の炭素数が1〜18のアルキルメタクリレート、不飽和カルボン酸を用いることが好ましく、スチレン、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸ラウリル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリルを用いることがさらに好ましい。
非晶性樹脂(Y)および非晶性樹脂(Z)として好ましい個々の性質については、それぞれ後述する。
(非晶性樹脂(Y))
非晶性樹脂(Y)としては、上述したように、スチレンアクリル系樹脂を用いることができる。これにより、容易に物性制御を行うことができる。さらに、非晶性樹脂(Y)としては、ブチルアクリレート(BA)を含むものを用いることができる。これにより、ハイブリッド樹脂(H)のガラス転移温度(Tg)を低くすることができ、低温定着性を高めることができる。
(ハイブリッド樹脂(H)の製造)
結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂(以下、単に「ハイブリッド樹脂(H)」ともいう)は、たとえば結晶性樹脂(X)に二重結合を導入し、当該二重結合を導入した結晶性樹脂(X)の存在下で、非晶性樹脂(Y)を合成することで調製することができる。
結晶性樹脂(X)への二重結合の導入量は、たとえば、一本の結晶性ポリマー鎖当たり平均0.05個以上、より好ましくは0.2個以上とすることができる。二重結合の導入量を0.05個以上とすることにより、十分量のハイブリッド樹脂(H)が得られ、結晶性樹脂(X)を良好に分散することができ安定なトナー特性が得られる。また、結晶性樹脂(X)への二重結合の導入量は、たとえば、一本の結晶性ポリマー鎖当たり平均1.5個未満、より好ましくは1個未満とすることができる。二重結合の導入量を1.5個未満とすることにより、ハイブリッドされていない未反応の結晶性樹脂(X)の含有量をある程度保つことができ、結晶化を良好にすることができ、保存性を良好にすることができる。
結晶性樹脂(X)は、末端に、水酸基やカルボキシル基、エポキシ基、アミノ基、イソシアネート基等の官能基を有する構成とすることができる。結晶性樹脂(X)への二重結合の導入は、たとえば結晶性樹脂(X)の末端官能基に、該官能基との反応性を有する官能基を有するビニルモノマーを反応させることにより行うことができる。このような該官能基との反応性を有する官能基を有したビニルモノマーとしては、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、ヒドロキシルエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらのうち、たとえば、末端水酸基を有する結晶性樹脂(X)に無水マレイン酸を付加させることにより、結晶性樹脂(X)への二重結合の導入を行うことができる。これにより、容易に物性制御を行うことができる。この場合、結晶性樹脂(X)100グラム中のビニルモノマーの含量が1mmol以上200mmol以下とすることができる。
末端水酸基を有する結晶性樹脂(X)に無水マレイン酸を付加させる処理は、たとえば不活性ガス雰囲気中にて、原材料を、好ましくは120〜180℃の温度で反応させることにより行うことができる。ここで、無水マレイン酸の仕込み量は、結晶性樹脂(X)の水酸基当量に対して0.05%以上、好ましくは0.2%以上とすることができる。無水マレイン酸の仕込み量を結晶性樹脂(X)の水酸基当量に対して0.05%以上とすることにより、十分量のハイブリッド樹脂(H)を得ることができる。これにより、結晶性樹脂(X)が分散しやすくなり安定なトナー特性が得られる。また、無水マレイン酸の仕込み量は、結晶性樹脂(X)の水酸基当量に対して75%未満、好ましくは50%未満とすることができる。無水マレイン酸の仕込み量を結晶性樹脂(X)の水酸基当量に対して75%未満とすることにより、ハイブリッドされていない未反応の結晶性樹脂(X)の含有量をある程度保つことができ、結晶化を良好にすることができる。また、保存性を良好にすることができる。
また、本発明者らは、以下のことを見出した。
マレイン化により結晶性樹脂(X)に二重結合を導入する場合、マレイン化時間を長くするほど、マレイン化収率がよく、図4(b)に示したようなミセルの形成収率が高くなる。また、非晶性樹脂(Z)により構成されるドメイン(図3の網目110に対応)の平均粒径は、ハイブリッド樹脂(H)のミセルの形成状態の影響を受ける。つまり、ミセルの形成収率が悪いと、ネットワーク構造が形成されにくくなり、ドメインの平均粒径が大きくなってしまう。ミセル形成収率は、ポリエステル樹脂のマレイン化時間に影響されると考えられる。たとえば、ハイブリッド樹脂(H)として、結晶性ポリエステル系樹脂とスチレンアクリル系樹脂とのハイブリッド樹脂を用いた場合、マレイン化時間を1時間とした場合、ドメインの平均粒径は、3〜4μmとなるが、マレイン化時間を3時間とした場合、ドメインの平均粒径は、0.1〜2μmとすることができる。この原因は明らかではないが、マレイン化の時間をある程度長くすると、結晶性樹脂(X)が二量化され、これによりミセルが形成されやすくなると考えられる。
また、ミセルの形成収率は、結晶性樹脂(X)に対するマレイン酸の仕込み量を制御することによっても調整することができる。ここで、マレイン酸:一本の結晶性ポリマー鎖=1:2モル比とすることができる。また、トナー用バインダー樹脂の酸価が1mgKOH/g以上20mgKOH/g以下となるようにすることができる。これにより、ミセルの形成収率を高めることができ、ネットワーク構造を形成しやすくすることができる。これにより、ドメインの平均粒径も小さくすることができ、低温定着性の効果を高めることもできる。
二重結合を導入した結晶性樹脂(X)の存在下で、非晶性樹脂(Y)を合成する処理は、たとえば、溶液重合、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、塊状重合と溶液重合の組合せ等、任意の方法を選択して行うことができる。これらの重合法のうち、重合制御のしやすさという観点から、溶液重合が好ましい。
二重結合を導入した結晶性樹脂(X)の存在下で、非晶性樹脂(Y)を合成する際の結晶性樹脂(X)/非晶性樹脂(Y)の構成質量比は、結晶性樹脂(X)を基準として、たとえば、20/80以上80/20未満、より好ましくは30/70以上70/30未満とすることができる。結晶性樹脂(X)/非晶性樹脂(Y)の構成質量比を、結晶性樹脂(X)を基準として、20/80以上とすることにより、定着性を良好に改善することができる。また、結晶性樹脂(X)/非晶性樹脂(Y)の構成質量比を、結晶性樹脂(X)を基準として、80/20未満とすることにより、結晶性樹脂(X)の分散径を抑えて安定なトナー特性を発現することができる。
結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂(H)のピーク分子量は、たとえば、3万以上、好ましくは7万以上とすることができる。該ハイブリッド樹脂(H)のピーク分子量を3万以上とすることにより、保存性を良好にすることができる。また、結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂(H)のピーク分子量は、たとえば、100万未満、好ましくは80万未満、さらに好ましくは50万未満とすることができる。該ハイブリッド樹脂(H)のピーク分子量を100万未満とすることにより、定着性改善効果を良好にすることができる。
(非晶性樹脂(Z))
非晶性樹脂(Z)は、ピーク分子量が1000以上、好ましくは3000以上となるようにすることができる。非晶性樹脂(Z)のピーク分子量が1000以上となるようにすることにより、十分な樹脂強度を得ることができる。また、ピーク分子量が好ましくは3万未満となるようにすることができる。ピーク分子量が3万未満となるようにすることにより、十分な定着性改善効果を得ることができる。
非晶性樹脂(Z)として、上述したように、スチレンアクリル系樹脂を用いることができる。この場合、スチレンアクリル系樹脂は、ピーク分子量が1000以上、好ましくは3000以上となるようにすることができる。ピーク分子量が1000以上となるようにすることにより、十分な樹脂強度を得ることができる。さらに、スチレンアクリル系樹脂は、ピーク分子量が3万未満となるようにすることができる。ピーク分子量が3万未満となるようにすることにより、十分な低温定着性を発現することができる。
また、スチレンアクリル系樹脂は、ガラス転移温度が10℃以上となるようにすることができる。ガラス転移温度が10℃以上となるようにすることにより、保存性を良好にすることができる。また、スチレンアクリル系樹脂は、ガラス転移温度が140℃以下となるようにすることができる。ガラス転移温度が140℃以下となるようにすることにより、十分な低温定着性を発現することができる。
スチレンアクリル系樹脂の重合方法としては、溶液重合、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、塊状重合と溶液重合の組合せ等、任意の方法を選択できる。これらの重合法のうち、溶液重合を用いることが好ましい。溶液重合を用いることにより、多くの官能基を導入した樹脂や比較的分子量の小さい樹脂を得やすくなる。
(トナー用バインダー樹脂)
トナー用バインダー樹脂は、ハイブリッド樹脂(H)を含む樹脂混合物と非晶性樹脂(Z)とを混合することにより得られる。ハイブリッド樹脂(H)を含む樹脂混合物と非晶性樹脂(Z)とを混合する処理は、溶剤を用いて混合する方法等により行うことができる。溶剤を用いて混合する方法を用いる場合、溶剤としては、非晶性樹脂(Z)を溶解させるものを用いることができる。非晶性樹脂(Z)を溶解させる溶剤としては、キシレン、酢酸エチル、トルエン、THF等を用いることができる。溶剤を用いて混合する方法を用いる場合、本発明のトナー用バインダー樹脂は、該樹脂溶液を脱溶剤することで製造される。
ハイブリッド樹脂(H)を含む樹脂混合物と非晶性樹脂(Z)とを混合する際の樹脂混合物/非晶性樹脂(Z)の構成質量比は、樹脂混合物を基準として、たとえば、10/90より多く70/30以下、好ましくは30/70より多く60/40以下とすることができる。樹脂混合物/非晶性樹脂(Z)の構成質量比を、樹脂混合物を基準として、70/30以下とすることにより、安定なトナー特性を発現することができる。また、樹脂混合物/非晶性樹脂(Z)の構成質量比を、樹脂混合物を基準として、10/90より多くすることにより、十分な耐オフセット性を発現することができる。
以上の製造方法で得られたトナー用バインダー樹脂は、結晶性樹脂(X)の融点以上の温度で好ましくは透明な溶液を与え、さらに好ましくは青光りを呈したほぼ透明な溶液を与える。
次に、本発明のネットワーク構造について詳細に説明する。以下、図3に示したような粒子100の網目構造を「結晶性樹脂(X)を一成分とするネットワーク構造」という。本発明において、結晶性樹脂(X)を一成分とするネットワーク構造とは、結晶性樹脂(X)と未反応の結晶性樹脂とを骨格成分に有するネットワーク構造を表す。
この構造をとることで、融点を介して急激に低粘度化する結晶性樹脂の特性を活用することができる。すなわち、本発明の結晶性樹脂(X)を一成分とするネットワーク構造は公知の3次元網目構造であるネットワーク構造よりも熱応答性が高く、少ない熱エネルギーで樹脂全体の粘度を下げることが可能である。さらに、溶融状態における樹脂粘度の低下を抑制することができる。そのため、十分な耐オフセット性を維持したまま、従来のトナー用バインダー樹脂よりも優れた定着性を発現することができる。上述したように、本発明のトナー用バインダー樹脂において、ハイブリッド樹脂(H)のミセルが形成されるため、ハイブリッド樹脂(H)をトナーよりも十分に小さな大きさで、トナー粒子中に均一に形成させることができる。これにより、トナー粒子間の品質差が少ない、安定なトナー特性を発現することができる。
また、当該結晶性樹脂(X)を一成分とするネットワーク構造は、公知の結晶性樹脂導入技術に対して以下の特徴を有する。
(a)結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂とは溶融状態で非相容の関係にあり、両成分は混ざり合わない、
(b)保存性を悪化させる懸念のある結晶性樹脂(X)が、保存性改善効果のある高分子量、もしくは高ガラス転移温度(Tg)の樹脂中に0.1μm以下のサイズで分布している、
(c)結晶性樹脂(X)がランダムに分散しているのではなく、連続相または部分的な連続相を構成する成分の1つとして存在している。
(a)の特徴によって、結晶に成長できない結晶性樹脂が非晶質部へ残存する可能性が低下するため、十分な保存性を維持することが可能となる。さらに、(b)の特徴によって結晶性樹脂と非晶性樹脂の界面が保存性改善効果のある高分子量、もしくは高Tgの樹脂によって保護されるため十分な保存性を維持することが可能となる。
また、(b)の特徴によって、結晶性樹脂は0.1μm以下のサイズで分散するためトナー特性の安定性を確保することが可能となる。また、一般的に複数成分より構成されるポリマーブレンドにおいては、そのブレンド物が固体から高粘度溶融物、そして低粘度溶融物へと溶融する特性(溶融特性)は、とくに高粘度の溶融状態において、連続相を構成する成分が本来有する溶融特性が支配的に寄与する。
そのため、(c)の特長によって、少ない結晶性樹脂導入量で樹脂全体の溶融特性を改良することができ、定着性を改善することができる。結果的には、結晶性樹脂の導入量が少量となるため、十分な保存性を維持することおよびトナー特性の安定性を確保することを解決できる。
このネットワーク構造は、たとえば走査型プローブ顕微鏡(SPM)観察を行うことで、THFによる抽出を行うことなく、直接観察することができる。SPMは、粘弾性等の物理情報をナノスケールの分解能で検出することができる測定装置であり、ネットワーク成分とそれ以外の成分とをコントラストをつけて画像化することができる。
また、本発明の製造方法で得られたトナー用バインダー樹脂は、好ましくは以下の要件を満足する。
(1)DSC測定において測定される結晶融解熱量が5J/g以上であり、かつ融解ピーク温度が60℃以上120℃以下である、また、DSC測定において測定される結晶融解熱量は、40J/g以下とすることができる。この要件は、トナー用バインダー樹脂中に結晶性樹脂が含有されていることを示す。
(2−1)180℃での貯蔵弾性率(G’)が1.0×10Pa以上である。この要件は、トナー用バインダー樹脂中に、溶融した樹脂の粘度が低下することを抑制する成分が存在することを示す。これにより、耐高温オフセット性を有することが示される。ここで、180℃での貯蔵弾性率(G’)は、1.0×10Pa以下とすることができる。
(2−2)100℃での貯蔵弾性率(G’)が2.0×10Pa以下である。この要件は、結晶性樹脂(X)の融点(約80℃)をこえた高温で樹脂が低粘度化していることを示す。これにより、定着性に優れることが示される。ここで、100℃での貯蔵弾性率(G’)は、1.0×10Pa以上とすることができる。また、60℃での貯蔵弾性率(G’)が5.0×10Pa以上3.0×10Pa以下とすることができる。
(3)Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法により、測定温度160℃、観測パルス幅2.0μsec、繰り返し時間4secで行うパルスNMR測定において、求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナル強度を100%としたとき、20msの相対シグナル強度が30%以下で、かつ80msの相対シグナル強度が20%以下である。この要件は、トナー用バインダー樹脂中に含有される結晶性樹脂が、トナー粒子よりも十分小さなサイズで非晶性樹脂中に導入されており、かつ溶融状態にあるバインダー樹脂中では、結晶性樹脂のポリマー鎖が非晶性樹脂のポリマー鎖との相互作用によって、自由に運動できない状態であることを示す。
上記の要件を満たすことによって、
(A)結晶性樹脂は十分に小さなスケールで、かつ結晶化できる状態で非晶性樹脂中に導入されている、
(B)結晶性樹脂はバインダー樹脂が溶融した状態にあっても、非晶性樹脂が障害となって自由に運動できない状態である、
(C)バインダー樹脂中には溶融した樹脂の粘度低下を抑制する成分が存在する、
ことが示される。
つまりは、当該結晶性樹脂を一成分とするネットワーク構造の特徴である(b)「保存性を悪化させる懸念のある結晶性樹脂(X)が、保存性改善効果のある高分子量、もしくは高ガラス転移温度(Tg)の樹脂中に0.1μm以下のサイズで分布している」ことが(A)、(B)、および原料となる樹脂物性から示され、(c)「結晶性樹脂がランダムに分散しているのではなく、連続相もしくは部分的な連続相を構成する成分の1つとして存在している」ことが(B)、(C)、および原料となる樹脂物性から示される。また、(a)「溶融状態で結晶性樹脂と非晶性樹脂とは非相容の関係にあり、両成分は混ざり合わない」については原料となる樹脂物性から示される。
(示差走査熱量測定(DSC))
上記の要件(1)は示差走査熱量測定(DSC)を用いて評価される。その測定方法は以下の通りである。10℃/minで20℃から170℃まで昇温後、10℃/minで0℃まで降温して、再度10℃/minで170℃まで昇温する。ここで、本発明のトナー用バインダー樹脂は、2度目の昇温時に測定される結晶融解熱量が1J/g以上50J/g未満、好ましくは5J/g以上40J/g未満、さらに好ましくは10J/g以上30J/g未満である。また、このとき、融解ピーク温度が50℃以上130℃未満、好ましくは60℃以上120℃未満、さらに好ましくは70℃以上110℃未満である。結晶融解熱量が1J/g以上となる場合、定着性改善効果が得られる。また、結晶融解熱量が50J/g未満となる場合、トナー特性が安定となる。また、融解ピーク温度が50℃以上の場合、保存性が良好になる。融解ピーク温度が130℃未満の場合、定着性改善効果が得られる。
(粘弾性測定)
本発明において要件(2−1)および(2−2)は粘弾性測定装置を用いて評価される。ギャップ長 1mm、周波数1Hzで50℃から200℃まで2℃/minで行う。ここで、本発明のトナー用バインダー樹脂は、180℃での貯蔵弾性率(G’)が50Pa以上1.0×10Pa以下、好ましくは1.0×10Pa以上9.0×10Pa以下、さらに好ましくは3.0×10Pa以上8.0×10Pa以下である。G’が50Pa以上となるようにした場合、十分な耐オフセット性が得られる。G’が1.0×10Pa以下となるようにした場合、定着性が良好になる。また、100℃での貯蔵弾性率(G’)が1.0×10Pa以上2.0×10Pa以下、好ましくは2.0×10Pa以上1.8×10Pa以下、さらに好ましくは3.0×10Pa以上1.5×10Pa以下である。
(パルスNMR)
本発明において要件(3)はパルスNMRを用いて評価される。パルスNMRはポリマー分子鎖の運動性や異成分間の相互作用状態を評価する方法として一般的に行われている分析であり、樹脂を構成する全成分の1H横緩和時間を測定することで評価される。ポリマー鎖の運動性が低いほど緩和時間は短くなるため、シグナル強度の減衰は早くなり、初期シグナル強度を100%としたときの相対シグナル強度は少ない時間で低下する。また、ポリマー鎖の運動性が高いほど緩和時間は長くなるため、シグナル強度の減衰は遅くなり、初期シグナル強度を100%としたときの相対シグナル強度は長時間かけて緩やかに低下する。パルスNMR測定は、Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法により、測定温度160℃、観測パルス幅2.0μsec、繰り返し時間4secで行う。このパルスNMR測定において、本発明のトナー用バインダー樹脂は、求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナル強度を100%としたとき、20msの相対シグナル強度が3%以上40%未満、好ましくは3%以上30%%未満、さらに好ましくは3%以上20%未満であり、かつ80msの相対シグナル強度が0.5%以上30%未満、好ましくは0.5%以上20%未満、さらに好ましくは0.5%以上10%未満である。
20msの相対シグナル強度が3%以上、かつ80msの相対シグナル強度が0.5%以上の場合、定着性改善効果が見られる。20msの相対シグナル強度が40%未満、かつ80msの相対シグナル強度が30%未満の場合、トナー特性が安定となる。
本発明のトナー用バインダー樹脂は、たとえばテトラヒドロフラン(THF)等の溶剤を用いて抽出試験を行うときに、可溶分と不溶分に分けることができる。該THF不溶部の含有量は、バインダー樹脂中に10質量%以上90質量%以下、好ましくは15質量%以上85質量%以下である。THF不溶部の含有量を上記の範囲内とすることで、良好な耐オフセット性が得られる。
当該THF抽出試験は、樹脂固形物をTHFに浸漬した後、常温減圧乾燥することで行われる。当該THF不溶部は、THFに浸漬した状態において、一般に形状が崩れるが、THF不溶性の結晶部からなるハイブリッド樹脂のネットワークがあれば、ハイブリッド樹脂がTHFに溶出せずに、図2に示すようにハイブリッド樹脂のネットワークが観察される。また、前記非晶性樹脂(Z)はTHF浸漬で溶出するので、図2に示すように空孔となる。
結晶性樹脂が非晶性樹脂(Z)中にネットワークを形成せずに、ランダムに分散させた場合、非晶性樹脂(Z)がTHF溶出し、結晶性樹脂はTHF不溶であるので、粒子のままTHF溶液中に存在する。
非晶性樹脂(Z)よりなる当該THF可溶部は、一般に走査型電子顕微鏡(SEM)によって平均孔径が0.05以上2μm以下、好ましくは0.1以上1μm以下の多孔質構造として観察される。平均孔径が0.05μm以上とすることにより、保存性を良好にすることができ、2μm以下とすることにより、トナー特性を安定にすることができる。
THFに溶解させて、不溶物を観察することにより、「非晶性樹脂(Z)であるTHF可溶分が孔構造となり、かつハイブリッド樹脂がTHF不溶分のネットワーク構造をとる」ことをより確かなものとして確認できる。
また、本発明のトナー用バインダー樹脂は、クロロホルムに可溶である。この特徴により、ハイブリッド樹脂(H)が化学結合により結合された通常の3次元網目構造を有するのではなく、ミセルが連結したネットワーク構造を有することが確認できる。また、ミセルを形成できることから、ハイブリッド樹脂(H)が非晶性樹脂(Y)を含むことも確認できる。
(電子写真用トナー)
本発明のトナー用バインダー樹脂は、着色剤、必要に応じて帯電制御剤、ワックス、顔料分散剤と共に、公知の方法で電子写真用トナーとすることができる。
本発明の電子写真用トナーを作る方法としては、公知の方法が採用できる。たとえば、本発明のトナー用バインダー樹脂、着色剤、荷電調整剤、ワックス等を予めプレミックスした後、2軸混練機を用いて加熱溶融状態で混練し、冷却後微粉砕機を用いて微粉砕し、さらに空気式分級器により分級し、通常8〜20μmの範囲の粒子を集めて電子写真用トナーが得られる。この場合、2軸混練機での加熱溶融条件は、2軸混練機吐出部の樹脂温度は165℃未満で、滞留時間180秒未満であることが好ましい。上記により得られた電子写真用トナー中のトナー用バインダー樹脂の含有量は目的に応じて調整できる。含有量は、好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上である。含有量の上限は、好ましくは99質量%である。
着色剤としては、たとえばカーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、マグネタイト等の黒色顔料、黄鉛、黄色酸化鉄、ハンザイエローG、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、シスアゾイエロー、モリブデンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレン、ブリリアントオレンジGK、ベンガラ、キナクリドン、ブリリアントカーミン6B、フリザリンレーキ、メチルバイオレットレーキ、ファストバイオレットB、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、酸化チタン、亜鉛華等の公知の有機および無機顔料が挙げられる。その量は通常、本発明のトナー用バインダー樹脂100質量部に対して5〜250質量部である。
また、ワックスとして、必要に応じて本発明の効果を阻害しない範囲において、たとえばポリ酢酸ビニル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリビニルブチラール、ポリウレタン、ポリアミド、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、芳香族石油樹脂、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、脂肪酸アミドワックス、塩ビ樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂、クロマン−インデン樹脂、メラミン樹脂等を一部添加使用してもよい。
また、ニグロシン、4級アンモニウム塩や含金属アゾ染料をはじめとする公知の荷電調整剤を適宜選択して使用でき、使用量は本発明のトナー用バインダー樹脂100質量部に対し、好ましくは0.1〜10質量部である。
以下に実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
製造方法
(結晶性樹脂(X)の製造例)
表1に示す原料モノマーを、窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した1リットル容の四つ口フラスコに入れ、150℃で1時間反応させた。次に、モノマー総量に対して0.16質量%のチタンラクテート(松本製薬工業(株)製、TC−310)を加え、200℃まで緩やかに昇温して5〜10時間反応させた。さらに8.0kPa以下の減圧下で約1時間反応させ、酸価が2(mgKOH/g)以下となることで反応を完結させた。得られた結晶性樹脂を原樹脂a、b、b’とした。
(ハイブリッド樹脂(H)の製造)
(例1:a−1)
窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した4リットル容の四つ口フラスコに、上記原樹脂a 500gと無水マレイン酸7.2gを入れ、150℃で2時間反応させ、マレイン酸付加物を得た。次いで、キシレン500g、スチレン490g、メタアクリル酸10gを入れ、85℃まで昇温後、t−ブチルパーオキシオクトエート3gを投入して4時間反応させた。さらに、t−ブチルパーオキシオクトエート1gを入れて2時間反応し、これを3回繰り返すことで、ハイブリッド樹脂(H)a−1を製造した。ハイブリッド樹脂(H)a−1(St−MAC−MPES)のピーク分子量は15万であった。
(例2:a−2)
窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した4リットル容の四つ口フラスコに、上記原樹脂a 500gと無水マレイン酸8.9gを入れ、150℃で2時間反応させ、マレイン酸付加物を得た。別に、キシレン500gを窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した2リットル容の四つ口フラスコに入れ、キシレン還流温度(約138℃)まで昇温し、そこにスチレン490g、メタクリル酸10g、t−ブチルパーオキシオクトエート 1gの混合溶液と、前記マレイン酸付加物500gを、5時間かけて滴下し、さらに、1時間反応を継続させた。次いで、90℃まで降温し、t−ブチルパーオキシオクトエート1gを入れて2時間反応を行い、これを2回繰り返すことでハイブリッド樹脂(H)a−2を製造した。ハイブリッド樹脂(H)a−2(St−MAC−MPES)のピーク分子量は7万であった。
(例3:b)
窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した4リットル容の四つ口フラスコに、上記原樹脂b 500gと無水マレイン酸8.9gを入れ、150℃で2時間反応させ、マレイン酸付加物を得た。別に、キシレン500gを窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した2リットル容の四つ口フラスコに入れ、キシレン還流温度(約138℃)まで昇温し、そこにスチレン490g、メタクリル酸10g、t−ブチルパーオキシオクトエート 1gの混合溶液と、前記マレイン酸付加物500gを、5時間かけて滴下し、さらに、1時間反応を継続させた。次いで、90℃まで降温し、t−ブチルパーオキシオクトエート1gを入れて2時間反応を行い、これを2回繰り返すことでハイブリッド樹脂(H)bを製造した。ハイブリッド樹脂(H)b(St−MAC−MPES)のピーク分子量は7万であった。
(例4:b’)
窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した4リットル容の四つ口フラスコに、上記原樹脂b’ 500gと無水マレイン酸10.8gを入れ、165℃で3時間反応させ、マレイン酸付加物を得た。別に、キシレン500gを窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した2リットル容の四つ口フラスコに入れ、キシレン還流温度(約135℃)まで昇温し、そこにスチレン490g、メタクリル酸10g、アセチル酸ブチル1g、t−ブチルパーオキシオクトエート1gの混合溶液と、前記マレイン酸付加物500gを、5時間かけて滴下し、さらに、1時間反応を継続させた。次いで、98℃まで降温し、t−ブチルパーオキシオクトエート1gを入れて6時間反応を行い、ハイブリッド樹脂(H)b’を製造した。ハイブリッド樹脂(H)b’(St−MAC−MPES−BA)のピーク分子量は10万であった。
(非晶性樹脂(Z)の製造)
窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した2リットル容の四つ口フラスコに、キシレン500gを加え、キシレン還流温度(約138℃)まで昇温して、表2に示す原料モノマー、反応開始剤を5時間かけて反応フラスコ内に滴下させた。さらに1時間そのまま反応を継続し、その後、98℃に降温してt−ブチルパーオキシオクトエート2.5gを加えて2時間反応を行った。得られた重合液は、195℃に昇温して1時間、8.0kPa以下の減圧下で溶剤を除去した。得られた樹脂を原樹脂c、dとした。
また、原樹脂eについては以下の方法で製造した。攪拌器を装備したオートクレーブに、キシレン504g、表2に示す原料モノマー、反応開始剤を仕込み、208℃まで加圧加熱し、ピーク分子量5000のポリスチレン重合液を得た。得られた重合液は、195℃に昇温して1時間、8.0kPa以下の減圧下で溶剤を除去した。得られた樹脂を原樹脂eとした。
(トナー用バインダー樹脂の製造(ハイブリッド樹脂(H)と非晶性樹脂(Z)との混合・脱溶剤))
窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した2リットル容の四つ口フラスコに、表3に示す組成の原樹脂を加え、190℃まで昇温し、8.0kPa以下の減圧下で1時間、脱溶剤を行った。得られた樹脂を樹脂A〜Dとした。ここで、溶剤としては、キシレンを用いた。
(実施例1〜4)
表3に示す樹脂A〜Dそれぞれ100質量部、カーボンブラック(CABOT CORPORATION製、REGAL 330r)6質量部、荷電制御剤(オリエント化学工業製、ボントロンS34)1質量部をヘンシェルミキサーで十分に混合した後、2軸混錬機(池貝機械製、PCM−30型)にて設定温度110℃、滞留時間60秒で溶融混錬させ、冷却、粗粉砕した。その後、ジェットミルにより粉砕・分級して、体積平均粒子径が8.5μmの粉体を得た。得られた粉体100質量部に、外添材(日本アエロジル製、AEROSIL r972)0.5質量部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合することにより、電子写真用トナーを得た。樹脂A〜Dから調製された電子写真用トナーをそれぞれ実施例1〜4とする。表5および表6に実施例1〜4の諸特性を示す。
(比較例1)
表3に示す樹脂Eを用いた以外は、実施例1と同様にして、トナーを製造した。
(比較例2)
無水マレイン酸を加えなかったという点以外はハイブリッド樹脂(H)の製造の例1と同様の処理で樹脂を製造し、当該樹脂を樹脂Aのかわりに用いて実施例1と同様の処理でトナー用バインダー樹脂を製造した。その後も実施例1と全く同じ方法にてトナーを製造した。
(比較例3)
比較例3として、以下の製法により調製される、スチレンアクリル系樹脂を使用した。
スチレン57.4質量部、アクリル酸n−ブチル11.9質量部、メタアクリル酸0.7質量部、キシレン30質量部からなる溶液に、スチレン100質量部当たり0.6質量部のジ−t−ブチルパーオキサイドを均一に溶解したものを、内温190℃、内圧0.59MPaに保持した5lの反応器に750cc/hで連続的に供給して重合し、低分子量重合液(ピーク分子量5000)を得た。
別にスチレン75質量部、アクリル酸n−ブチル23.5質量部、メタクリル酸1.5質量部を窒素置換したフラスコに仕込み、内温120℃に昇温後、同温度で10時間、バルク重合を行った。次いでキシレン50部を加え、予め混合溶解しておいたジ−t−ブチルパーオキサイド0.1部、キシレン50質量部を130℃に保ちながら8時間かけて連続添加し、さらに2時間、継続して重合し、高分子量重合液(ピーク分子量35万)を得た。
次いで上記低分子重合液100質量部と高分子重合液100質量部とを混合した後、160℃、1.33kPaのベッセル中にフラッシュして溶剤等を除去し、トナー用バインダー樹脂を製造した。
その後、実施例1と全く同じ方法にてトナーを製造した。
(比較例4)
比較例4として、以下の製法により調製される、架橋反応を施したスチレンアクリル系樹脂を使用した。
キシレン75質量部を窒素置換したフラスコに仕込み、キシレン還流温度(約138℃)まで昇温させた。予め混合溶解しておいたスチレン65質量部、アクリル酸n−ブチル30質量部、メタクリル酸グリシジル5質量部、ジ−t−ブチルパーオキサイド1質量部を5時間かけてフラスコ中に連続滴下し、さらに1時間、反応を継続させた。その後、内温を130℃に保ち、2時間反応を行うことで、重合を完結させた。これを160℃、1.33kPaのベッセル中にフラッシュして溶剤等を除去し、グリシジル基含有ビニル樹脂を得た。
比較例3と同様にして得られた低分子重合液100質量部(ピーク分子量5000)と、高分子重合液(ピーク分子量35万)60質量部を混合した後、160℃、1.33kPaのベッセル中にフラッシュして溶剤等を除去した。該樹脂混合物97質量部と、上記のグリシジル基含有ビニル樹脂3質量部とをヘンシェルミキサーにて混合後、2軸混錬機(栗本鉄工所製、KEXN S−40型)にて吐出部樹脂温度170℃、滞留時間90秒で混錬反応させた。
その後、実施例1と全く同じ方法にてトナーを製造した。
(比較例5)
比較例5として、以下の製法により調製される、非晶性ポリエステルと結晶性ポリエステルとを溶融ブレンドさせたトナー用バインダー樹脂を使用した。
1、4−ブタンジオール1013g、1、6−ヘキサンジオール143g、フマル酸1450g、ハイドロキノン2gを窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、160℃で5時間反応させた後、200℃に昇温して1時間反応させ、さらに8.3kPaにて1時間反応させ結晶性ポリエステルを得た。
表4に示す原料モノマー、および酸化ジブチル錫4gを、窒素導入管、脱水管、攪拌器、熱伝対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入れ、220℃で8時間かけて反応を行った。さらに8.3kPaで約1時間、反応を行い、非晶性ポリエステルを得た。
以下、結晶性ポリエステル20質量部、非晶性ポリエステルA60質量部、非晶性ポリエステルB20質量部をキシレン70質量部中でブレンドし、脱溶剤してトナー用バインダー樹脂を製造した。その後、実施例1と同様にトナーを作成した。
(略称:BPA−PO:ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物(平均付加モル数:2.2モル)、BPA−BO:ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物(平均付加モル数:2.2モル))
(比較例6)
比較例6として、以下の製法により調製される、非晶性樹脂と結晶性樹脂とをグラフト反応させたトナー用バインダー樹脂を使用した。
窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した容量1lのセパラブルフラスコにトルエン100g、スチレン15g、n−ブチルアクリレート5g、過酸化ベンゾイル0.04gを加え、80℃で15時間反応を行った。その後、40℃に冷却してスチレン85g、n−ブチルメタクリレート10g、アクリル酸5g、過酸化ベンゾイル4gを添加し、80℃に再昇温して8時間反応を行った。得られた重合液は、195℃に昇温して1時間、8.0kPa以下の減圧下で溶剤を除去し、非晶性樹脂を得た。
原樹脂b15質量部と上記非晶性樹脂85質量部、p−トルエンスルホン酸0.05質量部、およびキシレン100質量部とを容量3lのセパラブルフラスコ内に入れ、150℃で1時間還流させ、その後、キシレンをアスピレーターおよび真空ポンプによって除去することにより、グラフト共重合体を得た。
その後、実施例1と全く同じ方法にてトナーを製造した。
測定方法
(分子量の測定)
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(JASCO製、TWINCLE HPLC)を用いて、以下の条件でテトラヒドロフランに可溶な非晶性樹脂のみより構成されるトナーおよびバインダー樹脂の分子量分布を測定した。
検出器: RI検出器(SHODEX製、SE−31)
カラム: GPCA−80M×2本+KF−802×1本(SHODEX製)
移動層: テトラヒドロフラン
流量: 1.2ml/min
単分散標準ポリスチレンより作成した検量線を用いて、樹脂サンプルのピーク分子量を算出した。
また、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(昭和電工製、Shodex GPCSYSTEM−21)を用いて、以下の条件でクロロホルムに可溶な結晶性樹脂、およびハイブリッド樹脂(H)を含むトナーおよびバインダー樹脂の分子量分布を測定した。
検出器: RI検出器
カラム: GPC K−G + K−806L + K−806L(SHODEX製)
カラム温度: 40℃
移動層: クロロホルム
流量: 1.0ml/min
単分散標準ポリスチレンより作成した検量線を用いて、樹脂サンプルのピーク分子量を算出した。
(軟化点の測定)
全自動滴点装置(メトラー製、FP5/FP53)を用いて、以下の条件でバインダー樹脂の軟化点を測定した。
滴下口径: 6.35mm
昇温速度: 1℃/min
昇温開始温度: 100℃
反応器より取り出した溶融状態のサンプルを、サンプリングホルダー内に空気の混入に注意しながら加え、常温になるまで冷却してから測定カートリッジにセットした。
(融解ピーク温度、熱量およびガラス転移温度)
示差走査熱量計(TA Instruments製、DSC−Q1000)を用いて、トナーまたはバインダー樹脂、およびそれらのTHF不溶分の結晶融解ピーク温度、結晶融解熱量、ガラス転移温度を求めた。10℃/minで20℃から170℃まで昇温後、10℃/minで0℃まで降温して、再度10℃/minで170℃まで昇温する過程において、2度目の昇温時における融解ピーク温度、およびガラス転移温度を、JIS K7121「プラスチックの転移温度測定方法」に習い算出した。ガラス転移温度は補外ガラス転移開始温度をもって測定値とした。また、2度目の昇温時における結晶融解熱の熱量はJIS K7122「プラスチックの転移熱量測定方法」に習い、吸熱ピーク面積から算出した。
(粘弾性測定)
粘弾性測定装置(レオロジカ社製、STRESS TECH)を用い、以下の条件でトナーおよびバインダー樹脂の粘弾性測定を行った。
測定モード: Oscillation StrainControl
ギャップ長: 1mm
周波数: 1Hz
プレート: パラレルプレート
測定温度: 50℃から200℃
昇温速度: 2℃/min
測定は150℃の測定ステージ上に、粉体の樹脂サンプルを溶融させ、厚さ1mmのパラレルプレートサイズに成形した後に、50℃まで降温して測定を開始した。上記測定より、100℃、および180℃での貯蔵弾性率(G’)を求めた。
(パルスNMR測定)
固体NMR測定装置(日本電子製、HNM−MU25)を用い、以下の条件でトナーおよびバインダー樹脂のパルスNMR測定を行った。
サンプル形状: 粉体
測定手法: Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法
観察核: 1H
測定温度: 160℃
観測パルス幅: 2.0μsec
繰り返し時間: 4sec
積算回数: 8回
求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナル強度を100%とし、20msおよび80ms後の相対シグナル強度を求めた。
(形態観察:ネットワーク、ミセル、マトリックスの部分面積比、ドメインの平均粒径)
走査電子顕微鏡(日立製作所製、S−800)を用い、任意の倍率でトナーおよびバインダー樹脂のTHF不溶分をSEM観察に供した。
また、透過型電子顕微鏡(日立製作所製、H−7000)を用い、任意の倍率でトナーおよびバインダー樹脂のTEM観察を行った。TEM観察の測定試料は冷却下、ウルトラミクロトームを用いて超薄膜切片を作成し、ルテニウム染色を施して測定に供した。本染色方法では、ハイブリッド樹脂(H)が濃く、非晶性樹脂(Z)は薄く着色して観察される。また、ハイブリッドされない未反応の結晶性樹脂(X)は白く観察される。
ここで、粒径約0.1μm程度以下の黒い粒状成分が存在しているものを「ミセルあり」とした。このような黒い粒状成分が観察されない場合、または粒径が100μm程度の黒い粒状成分が観察された場合「ミセルなし」とした。
さらに、粒径約0.1μm程度以下の黒い粒状成分が連結されて網目構造を形成しているものを「ネットワークあり」とした。この場合、ネットワークの網目に非晶性樹脂(Z)が観察された。また、粒径約0.1μm程度以下の黒い粒状成分が存在していても、単に分散しているものは、「ネットワークなし」とした。
マトリックスの部分面積比は、以下のようにして測定した。上記染色処理を施したTEM写真の上に透明シートを重ねて、非晶性樹脂(Z)に対応する粒をペンでなぞり、粒を全て書き写した。次いで、画像解析ソフト(プラネトロン社 Image-Pro Plus)で解析し、TEM写真1枚あたりの非晶性樹脂(Z)の面積を算出した。残りが、ハイブリッド樹脂(H)であるマトリックス(ミセルの集合体によるネットワーク)部分であるとして、面積を算出した。これらに基づき、マトリックスの部分面積比(%)を算出した。また、ドメインの平均粒径は、マトリックスで囲まれた非晶性樹脂(Z)の平均面積を求め、その平均面積と同じ面積となる円の直径を平均粒径とした。
(THF不溶部の分取)
トナーまたはバインダー樹脂1gを、THF100ml中に室温で3日間静置して浸漬させ、ろ過した。不溶解物を取り出し、1kPa以下、30℃の条件で10時間真空乾燥することでTHF不溶部を得た。得られたTHF不溶分は、SEM観察に供した。
(電子顕微鏡観察)
実施例4で使用したトナー用バインダー樹脂の走査型電子顕微鏡写真の例を図1および図2に示す。
図1は、実施例4で使用したトナー用バインダー樹脂の走査型電子顕微鏡写真である。図中、黒く見える部分は、ハイブリッド化された結晶性ポリエステル樹脂のミセルが繋がりネットワークとなっている箇所である。また、黒く見える部分の間に分散された薄く着色して見えるドメイン部分は、スチレン系樹脂である。図2は、図1に示したトナー用バインダー樹脂から抽出した、THF不溶部の走査型電子顕微鏡写真を示す図である。図1で薄く着色して見える部分は、THFに溶解して、空孔となっていることがわかる。
(トナーの性能評価)
以下に示す定着性、耐オフセット性、保存性、および安定性の評価を行った。いずれの項目でも×の評価とならなかったものを合格とした。
(定着性)
市販の電子写真複写機を改造した複写機にて未定着画像を作成した後、この未定着画像を市販の複写機の定着部の温度と定着速度を任意に制御できる様に改造した熱ローラー定着装置を用いて定着させた。熱ロールの定着速度は190mm/secとし、熱ローラーの温度を10℃ずつ変化させてトナーの定着を行った。得られた定着画像を砂消しゴム(トンボ鉛筆社製、プラスチック砂消しゴム“MONO”)により、1.0Kg重の荷重をかけ、10回摩擦させ、この摩擦試験前後の画像濃度をマクベス式反射濃度計により測定した。各温度での画像濃度の変化率が60%以上となった最低の定着温度をもって最低定着温度とし、下記の規定に従って評価した。なお、ここに用いた熱ローラ定着装置はシリコーンオイル供給機構を有しないものである。即ち、オフセット防止液は使用しない。また、環境条件は、常温常圧(温度22℃、相対湿度55%)とした。
◎:最低定着温度が120℃未満
○:最低定着温度が120℃以上、150℃未満
×:最低定着温度が150℃以上
(耐オフセット性)
コピーした場合にオフセットの発生しない温度幅(耐オフセット温度領域と表す)を以下の基準で評価した。表7に一連の結果を示す。耐オフセット性の評価は、上記最低定着温度の測定に準じて行った。すなわち、上記複写機にて未定着画像を作成した後、トナー像を転写して上述の熱ローラー定着装置により定着処理を行った。次いで白紙の転写紙を同様の条件下で当該熱ローラー定着装置に送って転写紙上にトナー汚れが生ずるか否かを目視観察する操作を、前記熱ローラー定着装置の熱ローラーの設定温度を順次上昇させた状態で繰り返した。この際、トナーによる汚れの生じた最低の設定温度をもってホットオフセット発生温度とした。同様に、前記熱ローラー定着装置の熱ローラーの設定温度を順次下降させた状態で試験を行い、トナーによる汚れの生じた最高の設定温度をもってコールドオフセット発生温度とした。これらホットオフセット、コールドオフセット発生温度の温度差をもって耐オフセット温度領域とし、下記の規定に従って評価した。また、環境条件は、常温常圧(温度22℃、相対湿度55%)とした。
◎:耐オフセット温度領域が50℃以上
○:耐オフセット温度領域が50℃未満、30℃以上
×:耐オフセット温度領域が30℃未満
(保存性)
トナーを50℃の環境下に24時間放置した後の、粉体の凝集程度を目視にて以下のように判定した。表7に一連の結果を示す。
◎:全く凝集していない
○:わずかに凝集している。
×:完全に団塊化している。
(安定性)
トナーの色合を目視で評価することで、トナー粒子の品質確認を行った。顔料分散性が良好なトナーは黒光りを呈し、不良なものは灰色のトナーを与えた。表7に一連の結果を示す。
◎:黒光りを呈するトナー。
○:光沢のない黒いトナー。
×:灰色のトナー。
表5において、○はネットワークが確認されたこと、×はネットワークが確認されなかったことを示す。表5に示したように、実施例1〜実施例4では、ミセルの形成が確認された。また、実施例1〜実施例4では、ネットワーク構造の形成も確認された。実施例1〜実施例4においては、脱溶剤時にこのようなネットワーク構造が形成されたと考えられる。実施例1〜実施例4において、THF浸食後にもネットワーク構造が確認された。一方、比較例1においては、ミセルの形成は確認されたが、ネットワーク構造の形成は確認されなかった。比較例1では、非晶性樹脂(Z)のピーク分子量が大きいため、脱溶剤時の相分離状態が実施例1〜実施例4とは異なり、ネットワーク構造が形成されなかったと考えられる。また、非晶性樹脂(Z)の分子量が大きいと、トナーにおいて低温定着性が悪化してしまう。比較例2〜比較例6では、ミセルの形成もネットワーク構造も確認されなかった。
さらに、表6に示したように、実施例1〜実施例4においては、用いたハイブリッド樹脂(H)の融解ピーク温度より高い100℃での貯蔵弾性率(G’)が、2.0×10Pa以下であった。このことから、融解ピーク温度をこえた高温で、樹脂が低粘度化していることがわかる。これは、実施例1〜実施例4において、ハイブリッド樹脂(H)中の結晶性樹脂(X)が溶融するとネットワーク構造が崩れ、それに伴いネットワーク構造中に分散されている非晶性樹脂(Z)も容易に分散するため、粘度が低下すると考えられる。これにより、低温定着性が良好になるとともに、ぬれ性を良好にすることができる。
さらに、本発明のトナー用バインダー樹脂において、分子量の大きいハイブリッド樹脂(H)と分子量の小さい非晶性樹脂(Z)とを混合しているので、トナー形成時の粉砕を良好に行うとともに、トナーの摩擦耐電に対する強度を保つことができる。
さらに、本発明のトナー用バインダー樹脂において、ハイブリッド樹脂(H)を製造する際に、結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)間の相容性を精度良く制御する必要がないため、幅広い樹脂選択性、モノマー選択性が可能となる。
また、本発明のトナー用バインダー樹脂は、ハイブリッド樹脂(H)および非晶性樹脂(Z)に加えて、非晶性樹脂(Z)よりもピーク分子量の大きい非晶性樹脂をさらに含むこともできる。このような構成としても、ハイブリッド樹脂(H)と非晶性樹脂をブレンドする際に、ピーク分子量が比較的小さい非晶性樹脂(Z)が存在していることにより、上述したのと同様のネットワーク構造を形成することができる。
本発明は、以下の態様も含む。
(1)結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とが化学結合によって結ばれた、ピーク分子量が3万以上のハイブリッド樹脂(H)を含む樹脂混合物を合成する第一のプロセスと、該樹脂混合物とピーク分子量が3万未満である非晶性樹脂(Z)とを混合する第二のプロセスを含むことを特徴とするトナー用バインダー樹脂の製造方法。
(2)二重結合を導入した結晶性樹脂(X)の存在下、非晶性樹脂(Y)を合成することで前記樹脂混合物を合成することを特徴とする(1)記載の製造方法。
(3)(1)記載の方法によって得られ、結晶性樹脂を一成分とするネットワーク構造を含むことを特徴とするトナー用バインダー樹脂。
(4)(1)記載の方法によって得られ、以下の(a)〜(c)の要件をすべて満たすことを特徴とするトナー用バインダー樹脂。
(a)DSC測定において測定される結晶融解熱量が5J/g以上であり、かつ融解ピーク温度が60〜120℃である。
(b)180℃での貯蔵弾性率(G’)が100Pa以上である。
(c)Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法を用いて行うパルスNMR測定において、求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナル強度を100%としたとき、20msの相対シグナル強度が30%以下で、かつ80msの相対シグナル強度が20%以下である。
(5)(1)記載の方法によって得られ、テトラヒドロフラン(THF)可溶分とTHF不溶分からなり、塊状の当該樹脂をTHFに浸漬した際、塊状の樹脂全体が膨潤することを特徴とするトナー用バインダー樹脂。
(6)(1)記載の方法によって得られるトナー用バインダー樹脂を含むことを特徴とするトナー。
本発明のトナー用バインダー樹脂は、前記ハイブリッド樹脂の前記結晶性樹脂(X)部分が内側に向けて配向するとともに、前記非晶性樹脂(Y)部分が外側に向けて配向したミセルを含むことができる。
本発明者らは、ハイブリッド樹脂(H)が、結晶性樹脂(X)部分が内側に向けて配向するとともに、非晶性樹脂(Y)部分が外側に向けて配向したミセルを形成し、これによりハイブリッド樹脂(H)の粒子100が構成されるように、本発明のトナー用バインダー樹脂の材料を調整する検討を行った。図4(a)は、ハイブリッド樹脂(H)105を詳細に示す模式図である。ここでは、結晶性樹脂(X)が結晶性ポリエステル系樹脂(C−Pes)であり、非晶性樹脂(Y)がスチレンアクリル系樹脂(St−Mac)である場合のハイブリッド樹脂(H)105を示す。ハイブリッド樹脂105形成前において、結晶性樹脂(X)は、たとえば無水マレイン酸二重結合を有する構成とすることができる。ハイブリッド樹脂105は、このような二重結合由来の単結合を有する。ここで、非晶性樹脂(Y)は、結晶性樹脂(X)に比べてピーク分子量が大きいことが好ましい。
このような構成のハイブリッド樹脂(H)105を含む樹脂混合物と非晶性樹脂(Z)とを混合すると、図4(b)に示すように、ハイブリッド樹脂(H)が、結晶性樹脂(X)102部分が内側に向けて配向して結晶性樹脂(X)102が樹脂混合物中の未反応の結晶性樹脂(未反応物106)を取り込むとともに、非晶性樹脂(Y)104部分が外側に向けて配向したミセルを形成すると考えられる。これにより、粒子100が形成される。なお、図3に示した粒子100も、このような構成を有する。
以下、本発明で用いる好ましい材料を説明する。
(結晶性樹脂(X))
本発明において、結晶性樹脂(X)は、たとえば、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、およびそれらを複合化させたハイブリッド樹脂とすることができる。また、結晶性樹脂(X)は、THF不溶分とすることができる。
また、本発明の製造方法で得られたトナー用バインダー樹脂は、好ましくは以下の要件を満足する。
(1)DSC測定において測定される結晶融解熱量が5J/g以上であり、かつ融解ピーク温度が60℃以上120℃以下である、また、DSC測定において測定される結晶融解熱量は、40J/g以下とすることができる。この要件は、トナー用バインダー樹脂中に結晶性樹脂が含有されていることを示す。
(2−1)180℃での貯蔵弾性率(G')が1.0×10Pa以上である。この要件は、トナー用バインダー樹脂中に、溶融した樹脂の粘度が低下することを抑制する成分が存在することを示す。これにより、耐高温オフセット性を有することが示される。ここで、180℃での貯蔵弾性率(G')は、1.0×10Pa以下とすることができる。
(2−2)100℃での貯蔵弾性率(G')が2.0×10Pa以下である。この要件は、結晶性樹脂(X)の融点(約80℃)をこえた高温で樹脂が低粘度化していることを示す。これにより、定着性に優れることが示される。ここで、100℃での貯蔵弾性率(G')は、1.0×10Pa以上とすることができる。また、60℃での貯蔵弾性率(G')が5.0×10Pa以上3.0×10Pa以下とすることができる。
(3)Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法により、測定温度160℃、観測パルス幅2.0μsec、繰り返し時間4secで行うパルスNMR測定において、求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナル強度を100%としたとき、20msの相対シグナル強度が30%以下で、かつ80msの相対シグナル強度が20%以下である。この要件は、トナー用バインダー樹脂中に含有される結晶性樹脂が、トナー粒子よりも十分小さなサイズで非晶性樹脂中に導入されており、かつ溶融状態にあるバインダー樹脂中では、結晶性樹脂のポリマー鎖が非晶性樹脂のポリマー鎖との相互作用によって、自由に運動できない状態であることを示す。
(パルスNMR)
本発明において要件(3)はパルスNMRを用いて評価される。パルスNMRはポリマー分子鎖の運動性や異成分間の相互作用状態を評価する方法として一般的に行われている分析であり、樹脂を構成する全成分の1H横緩和時間を測定することで評価される。ポリマー鎖の運動性が低いほど緩和時間は短くなるため、シグナル強度の減衰は早くなり、初期シグナル強度を100%としたときの相対シグナル強度は少ない時間で低下する。また、ポリマー鎖の運動性が高いほど緩和時間は長くなるため、シグナル強度の減衰は遅くなり、初期シグナル強度を100%としたときの相対シグナル強度は長時間かけて緩やかに低下する。パルスNMR測定は、Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法により、測定温度160℃、観測パルス幅2.0μsec、繰り返し時間4secで行う。このパルスNMR測定において、本発明のトナー用バインダー樹脂は、求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナル強度を100%としたとき、20msの相対シグナル強度が3%以上40%未満、好ましくは3%以上30%未満、さらに好ましくは3%以上20%未満であり、かつ80msの相対シグナル強度が0.5%以上30%未満、好ましくは0.5%以上20%未満、さらに好ましくは0.5%以上10%未満である。
20msの相対シグナル強度が3%以上、かつ80msの相対シグナル強度が0.5%以上の場合、定着性改善効果が見られる。20msの相対シグナル強度が40%未満、かつ80msの相対シグナル強度が30%未満の場合、トナー特性が安定となる。
着色剤としては、たとえばカーボンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック、マグネタイト等の黒色顔料、黄鉛、黄色酸化鉄、ハンザイエローG、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、シスアゾイエロー、モリブデンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレン、ブリリアントオレンジGK、ベンガラ、キナクリドン、ブリリアントカーミン6B、アリザリンレーキ、メチルバイオレットレーキ、ファストバイオレットB、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、酸化チタン、亜鉛華等の公知の有機および無機顔料が挙げられる。その量は通常、本発明のトナー用バインダー樹脂100質量部に対して5〜250質量部である。
また、ワックスとして、必要に応じて本発明の効果を阻害しない範囲において、たとえばポリ酢酸ビニル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリビニルブチラール、ポリウレタン、ポリアミド、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、芳香族石油樹脂、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、脂肪酸アミドワックス、塩ビ樹脂、スチレン−ブタジエン樹脂、クマロン−インデン樹脂、メラミン樹脂等を一部添加使用してもよい。
(例3:b)
窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した4リットル容の四つ口フラスコに、上記原樹脂b 500gと無水マレイン酸8.9gを入れ、150℃で2時間反応させ、マレイン酸付加物を得た。別に、キシレン500gを窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した2リットル容の四つ口フラスコに入れ、キシレン還流温度(約138℃)まで昇温し、そこにスチレン490g、メタクリル酸10g、t−ブチルパーオキシオクトエート 1gの混合溶液と、前記マレイン酸付加物500gを、5時間かけて滴下し、さらに、1時間反応を継続させた。次いで、90℃まで降温し、t−ブチルパーオキシオクトエート1gを入れて2時間反応を行い、これを2回繰り返すことでハイブリッド樹脂(H)bを製造した。ハイブリッド樹脂(H)b(St−MAC−MPES)のピーク分子量は7万であった。
(例4:b')
窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した4リットル容の四つ口フラスコに、上記原樹脂b' 500gと無水マレイン酸10.8gを入れ、165℃で3時間反応させ、マレイン酸付加物を得た。別に、キシレン500gを窒素導入管、脱水管、攪拌器を装備した2リットル容の四つ口フラスコに入れ、キシレン還流温度(約135℃)まで昇温し、そこにスチレン490g、メタクリル酸10g、アクリル酸ブチル1g、t−ブチルパーオキシオクトエート1gの混合溶液と、前記マレイン酸付加物500gを、5時間かけて滴下し、さらに、1時間反応を継続させた。次いで、98℃まで降温し、t−ブチルパーオキシオクトエート1gを入れて6時間反応を行い、ハイブリッド樹脂(H)b'を製造した。ハイブリッド樹脂(H)b'(St−MAC−MPES−BA)のピーク分子量は10万であった。
測定方法
(分子量の測定)
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(JASCO製、TWINCLE HPLC)を用いて、以下の条件でテトラヒドロフランに可溶な非晶性樹脂のみより構成されるトナーおよびバインダー樹脂の分子量分布を測定した。
検出器: RI検出器(SHODEX製、SE−31)
カラム: GPCA−80M×2本+KF−802×1本(SHODEX製)
移動: テトラヒドロフラン
流量: 1.2ml/min
単分散標準ポリスチレンより作成した検量線を用いて、樹脂サンプルのピーク分子量を算出した。
また、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(昭和電工製、Shodex GPCSYSTEM−21)を用いて、以下の条件でクロロホルムに可溶な結晶性樹脂、およびハイブリッド樹脂(H)を含むトナーおよびバインダー樹脂の分子量分布を測定した。
検出器: RI検出器
カラム: GPC K−G + K−806L + K−806L(SHODEX製)
カラム温度: 40℃
移動: クロロホルム
流量: 1.0ml/min
単分散標準ポリスチレンより作成した検量線を用いて、樹脂サンプルのピーク分子量を算出した。
(パルスNMR測定)
固体NMR測定装置(日本電子製、HNM−MU25)を用い、以下の条件でトナーおよびバインダー樹脂のパルスNMR測定を行った。
サンプル形状: 粉体
測定手法: Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法
観察核: 1H
測定温度: 160℃
観測パルス幅: 2.0μsec
繰り返し時間: 4sec
積算回数: 8回
求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナル強度を100%とし、20msおよび80ms後の相対シグナル強度を求めた。
本発明は、以下の態様も含む。
(1)結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とが化学結合によって結ばれた、ピーク分子量が3万以上のハイブリッド樹脂(H)を含む樹脂混合物を合成する第一のプロセスと、該樹脂混合物とピーク分子量が3万未満である非晶性樹脂(Z)とを混合する第二のプロセスを含むことを特徴とするトナー用バインダー樹脂の製造方法。
(2)二重結合を導入した結晶性樹脂(X)の存在下、非晶性樹脂(Y)を合成することで前記樹脂混合物を合成することを特徴とする(1)記載の製造方法。
(3)(1)記載の方法によって得られ、結晶性樹脂を一成分とするネットワーク構造を含むことを特徴とするトナー用バインダー樹脂。
(4)(1)記載の方法によって得られ、以下の(a)〜(c)の要件をすべて満たすことを特徴とするトナー用バインダー樹脂。
(a)DSC測定において測定される結晶融解熱量が5J/g以上であり、かつ融解ピーク温度が60〜120℃である。
(b)180℃での貯蔵弾性率(G')が100Pa以上である。
(c)Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)法を用いて行うパルスNMR測定において、求められる1H核の自由誘導減衰曲線(FID)の初期シグナル強度を100%としたとき、20msの相対シグナル強度が30%以下で、かつ80msの相対シグナル強度が20%以下である。
(5)(1)記載の方法によって得られ、テトラヒドロフラン(THF)可溶分とTHF不溶分からなり、塊状の当該樹脂をTHFに浸漬した際、塊状の樹脂全体が膨潤することを特徴とするトナー用バインダー樹脂。
(6)(1)記載の方法によって得られるトナー用バインダー樹脂を含むことを特徴とするトナー。

Claims (16)

  1. 結晶性樹脂(X)と非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂であってピーク分子量が3万以上のハイブリッド樹脂と、ピーク分子量が3万未満の非晶性樹脂(Z)とを含むトナー用バインダー樹脂。
  2. 請求項1に記載のトナー用バインダー樹脂において、
    前記ハイブリッド樹脂は、二重結合を有する前記結晶性樹脂(X)存在下で前記非晶性樹脂(Y)を合成して得られるものであるトナー用バインダー樹脂。
  3. 請求項1または2に記載のトナー用バインダー樹脂において、
    前記結晶性樹脂(X)は、結晶性ポリエステル系樹脂であって、前記非晶性樹脂(Y)および前記非晶性樹脂(Z)は、スチレンアクリル系樹脂であるトナー用バインダー樹脂。
  4. 請求項1から3いずれかに記載のトナー用バインダー樹脂において、
    前記結晶性樹脂(X)は、前記非晶性樹脂(Z)と非相容であり、前記非晶性樹脂(Y)は、前記非晶性樹脂(Z)と相容であるトナー用バインダー樹脂。
  5. 請求項1から4いずれかに記載のトナー用バインダー樹脂において、
    前記ハイブリッド樹脂はTHF不溶であってクロロホルム可溶であり、前記非晶性樹脂(Z)はTHF可溶であるトナー用バインダー樹脂。
  6. 請求項1から5いずれかに記載のトナー用バインダー樹脂において、
    前記ハイブリッド樹脂をマトリックス、前記非晶性樹脂(Z)をドメインとする海島構造を有するトナー用バインダー樹脂。
  7. 請求項6に記載のトナー用バインダー樹脂において、
    前記マトリックスの部分面積比が60%以下であって、前記ドメインの平均粒径が2μm以下であるトナー用バインダー樹脂。
  8. 請求項1から7いずれかに記載のトナー用バインダー樹脂において、
    前記ハイブリッド樹脂の前記結晶性樹脂(X)部分が内側に向けて配合するとともに、前記非晶性樹脂(Y)部分が外側に向けて配合したミセルを含むトナー用バインダー樹脂。
  9. 請求項8に記載のトナー用バインダー樹脂において、
    前記ミセルが連結したネットワーク構造を有するトナー用バインダー樹脂。
  10. 請求項1から7いずれかに記載のトナー用バインダー樹脂において、
    前記ハイブリッド樹脂の粒子が連結したネットワーク構造を有するトナー用バインダー樹脂。
  11. 請求項9または10に記載のトナー用バインダー樹脂において、
    前記非晶性樹脂(Z)が前記ネットワーク構造中に分散されたトナー用バインダー樹脂。
  12. 請求項1から11いずれかに記載のトナー用バインダー樹脂において、
    100℃での貯蔵弾性率が、2.0×10Pa以下であるトナー用バインダー樹脂。
  13. 請求項1から12いずれかに記載のトナー用バインダー樹脂において、
    酸価が1mgKOH/g以上20mgKOH/g以下であるトナー用バインダー樹脂。
  14. 請求項1から請求項13に記載のトナー用バインダー樹脂と、
    着色剤と、
    を含むトナー。
  15. 二重結合を有する結晶性樹脂(X)存在下で、非晶性樹脂(Y)を合成して、前記結晶性樹脂(X)と前記非晶性樹脂(Y)とのハイブリッド樹脂であってピーク分子量が3万以上のハイブリッド樹脂を形成する工程と、
    前記ハイブリッド樹脂とピーク分子量が3万未満の非晶性樹脂(Z)とを混合してトナー用バインダー樹脂を形成する工程と、
    を含むトナー用バインダー樹脂の製造方法。
  16. 請求項15に記載のトナー用バインダー樹脂の製造方法において、
    前記トナー用バインダー樹脂を形成する工程は、
    前記非晶性樹脂(Z)を溶解する溶剤中で前記ハイブリッド樹脂および前記非晶性樹脂(Z)を混合した樹脂混合物を生成する工程と、
    前記樹脂混合物から前記溶剤を脱溶剤する工程と、
    を含むトナー用バインダー樹脂の製造方法。
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