WO2011148545A1 - アルコール化合物、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、樹脂粒子及び電子写真用トナー - Google Patents
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Abstract
Description
化合物(a)のエポキシ樹脂としてビスフェノールA型樹脂1046gと不均化ロジン(酸価156mgKOH/g、バイオマス由来)1990g及び反応触媒としてトリフェニルホスフィン1.5gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、撹拌しながら180℃で5時間反応させ、酸価が5mgKOH/g未満に達したことを確認し化合物(a)を得た。反応式については以下の通りである。すなわち、下記[化13]に示すように、まずビスフェノールA型エポキシ樹脂と不均化ロジンを反応させ、化合物(a)を合成した。
表1は、合成配合を示す。表の数値は、重量部を示す。
不飽和ポリエステル樹脂のアルコール成分として、エチレングリコール683g、1,2-プロパンジオール1425g、酸成分としてテレフタル酸2286g及び反応触媒としてテトラ-n-ブチルチタネート4.7gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、撹拌しながら220℃で14時間重縮合反応させた。ついで無水マレイン酸1349gを加え、所定の酸価に達したところで反応を終了し、スチレンモノマー2692gを加え、不揮発分65%の不飽和ポリエステル樹脂ポリエステル樹脂(B-1)を得た。
表1に示す配合割合とすることを除き、合成例4と同様にして、不飽和ポリエステル樹脂(B-2)を合成した。
(バイオマス成分仕込量)×100/(総仕込量-理論脱水量)
合成した各不飽和ポリエステル樹脂に硬化促進剤として市販の6%ナフテン酸コバルト0.5%を所定の樹脂に添加混合し、硬化剤として55%メチルエチルケトンパーオキサイドをその樹脂に1%添加混合し硬化させた。注型板の作製はJIS K 6919、5.2.3項に準拠した。硬化条件は、室温で24時間硬化後、80℃×2時間+120℃×2時間の後硬化を行って試験に供した。注型板の引張り強さ及びその弾性率は、JIS K 7113に、曲げ強さおよび曲げ弾性率はJIS K 7203に、バーコル硬度はJIS K 6919に、アイゾット衝撃はJIS K 7110に、熱変形温度及び吸水率はJIS K 6911に、体積収縮率はJIS K 6919にそれぞれ従い測定し、その結果を表2に示した。表2は、注型板物性結果を示す。
合成した各不飽和ポリエステル樹脂に硬化促進剤として市販の6%ナフテン酸コバルト0.5%を添加混合し、次いで硬化剤として市販の55%メチルエチルケトンパーオキサイドを1%添加混合する。次に予め用意しておいた450g/m2のチョップドストランドマット3プライに上記樹脂を含浸、積層して3mm厚の積層板を作製した。硬化条件は、室温で24時間硬化後、80℃×2時間+120℃×2時間の後硬化を行って試験に供した。積層板の引張り強さおよびその弾性率はJIS K 7113に、曲げ強さおよびその弾性率はJIS K 7171に、アイゾット衝撃強さはJIS K 7110にそれぞれ従い測定し、その結果を表3に示した。表3は、積層板物性結果を示す。
合成した各不飽和ポリエステル樹脂(A-2、比較用B-2)800部に低収縮剤として30%ポリスチレン溶液を200部、減粘剤としてビックケミー社製BYK972を2部、離型剤としてステアリン酸亜鉛50部、充填剤として炭酸カルシウムを1800部、ガラス繊維としてチョップドガラス780部、重合開始剤として日油製パーヘキシルHIを20部、増粘剤として酸化マグネシウムを20部配合したSMCを作製した。作製したSMCを金型にて、成形温度145℃、時間6分でプレス成形し、SMC成形品を得た。SMCの各物性は、実施例1、2と同様の方法で測定し、成形収縮率は型寸法と得られた成形品の寸法の差から算出した。また、煮沸試験として、SMC面を90℃の熱水に漬け800時間後の表面状態を目視により確認した。その結果を表4に示した。表4は、SMC物性結果を示す。
合成した各不飽和ポリエステル樹脂(A-2、比較用B-2)1000部に低収縮剤としてポリスチレンペレットを5部、離型剤としてステアリン酸亜鉛40部、充填剤として水酸化アルミニウムを2800部、ガラス繊維としてチョップドガラス100部、重合開始剤として日油製パーヘキサ3Mを10部、増粘剤として酸化マグネシウムを8部配合したBMCをニーダーにて作製した。作製したBMCを金型にて、成形温度135℃、時間8分でプレス成形し、厚さ5mmのBMC成形品を得た。BMCの各物性は、実施例1、2と同様の方法で測定し、成形収縮率は型寸法と得られた成形品の寸法の差から算出した。
環境への負荷の指標として、不飽和ポリエステル樹脂1kgを燃焼廃棄した際の発生する二酸化炭素量を算出した。ただし、バイオマス原料由来の二酸化炭素は、カーボンニュートラルの概念により排出量から除いた。表5は、BMC物性結果を示す。また、表6は、算出結果、すなわち、不飽和ポリエステル樹脂1kg燃焼廃棄時の二酸化炭素排出量を示す。表6において、バイオマス原料由来の二酸化炭素は、カーポンニュートラルの概念により排出量から除いている。
化合物(a)のエポキシ樹脂としてビスフェノールA型樹脂1316gと不均化ロジン(酸価156mgKOH/g、バイオマス由来)2506g及び反応触媒としてトリフェニルホスフィン1.9gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、撹拌しながら180℃で5時間反応させ、酸価が5mgKOH/g未満に達したことを確認し化合物(a)を得た。反応式については以下の通りである。すなわち、下記[化15]に示すように、まずビスフェノールA型エポキシ樹脂と不均化ロジンを反応させ、化合物(a)を合成した。
表7は、合成配合を示す。表の数値は、重量部を示す。
ポリエステル樹脂のアルコール成分としてネオペンチルグリコール813g、エチレングリコール1082g、酸成分としてテレフタル酸3966g及び反応触媒としてテトラ-n-ブチルチタネート4.7gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、撹拌しながら250℃で16時間重縮合反応させ、所定の酸価に達したところで反応を終了し、ポリエステル樹脂(B-3)を得た。
表7に示す配合割合とすることを除き、合成例8と同様にして、ポリエステル樹脂(B-4)を合成した。
バイオマス由来原料含有量=
(バイオマス成分仕込量)×100/(総仕込量-理論脱水量)
イソボロニルアクリレート1000.0g、2-ヒドロキシアクリレート58.2g、イソホロンジイソシアネート54.6g、ポリエステル樹脂(A-5)885.9g、重合禁止剤としてハイドロキノン1.0g、触媒としてジブチルチンジラウレート0.2gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、空気雰囲気下、撹拌しながら100℃で6時間反応させた。IRにてイソシアネート基が消失したことを確認し、ポリエステルウレタンアクリレート樹脂(U-1)(合成配合については、表8を参照。)を得た。表8は、合成配合を示す。表中の数値は、重量部を示す。
表8に示す配合割合とすることを除き、合成例11と同様にして、比較用ポリエステルウレタンアクリレート樹脂(U-2)を合成した。
ポリエステル樹脂単独の評価として、注型物の吸水率と衝撃性を測定した。表9に測定結果を示した。表9は、吸水率と衝撃性測定の結果を示す。
粉体塗料の評価として下記配合にて、粉体塗料を作製し、静電塗装を行い、塗膜を作製した。評価は、溶融混練前後の分子量分布を測定し、分子鎖の加水分解による切断有無と塗膜の耐水性(耐湿性)を調べた。表10に評価結果を示した。表10は、粉体塗装塗膜性能評価を示す。
合成した各ポリエステル樹脂87部、Evonik Industries社製ε-カプロラクタムブロックイソホロンジイソシアネート系硬化剤「Vestagon B1530」13部、石原産業製ルチル型二酸化チタン顔料「タイペークCR-90」50部、ベンゾイン0.5部、シリコーン系レベリング剤1.0部、有機錫化合物系硬化触媒0.3部を、先ずFM20C/I型三井ヘンシェルミキサーでドライブレンドし、次いでPLK46型Bussコニーダーで110℃にて溶融混練を行い、それを冷却後、粉砕、および150メッシュの金網で分級して粉体塗料を得た。
電子写真現像剤の評価として下記配合にて、樹脂組成物を作製した。評価は、溶融混練前後の分子量分布を測定し、分子鎖の加水分解による切断有無と電子写真現像剤の吸湿性について調べた。表11に評価結果を示した。表11は、電子写真現像剤性能評価を示す。
槽内温度50±1℃、相対湿度85%の環境下に電子写真現像剤を供し、500時間後の重量変化を調べた。吸湿による重量変化:ほとんどない○ 変化がある△ 変化大きい×
合成した各ポリエステル93部、銅フタロシアニン顔料4部、パラフィンワックス(融点76℃)3部を混合した後、130℃で溶融混練、粉砕、分級して、平均粒径7.4μmの負帯電性粒子を作成した。次いで、この粒子100部に対し、ジメチルジクロロシランで処理したシリカ微粉体1.0部を添加、混合して電子写真現像剤を作成した。
ポリエステルウレタンアクリレート樹脂100部に反応性希釈剤としてトリメチロールプロパントリアクリレート3部、光開始剤(イルガキュア184)2部を配合し、紫外線硬化にて厚さ100ミクロンの塗膜を作製し、常温吸水率を測定した。また、収縮率を比重から算出した。表12に測定結果を示した。表12は、ポリエステルウレタンアクリレート評価を示す。
環境への負荷の指標として、ポリエステル樹脂を燃焼廃棄した際の発生する二酸化炭素量を算出した。ただし、バイオマス原料由来の二酸化炭素は、カーボンニュートラルの概念により排出量から除いた。算出結果を表13に示した。表13は、ポリエステル1kg燃焼廃棄時の二酸化炭素排出量を示す。
酸価は、試料1g中に含まれる酸基を中和するために必要な水酸化カリウムのミリグラム数をいう。
ガラス転移温度は、示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製DSC-6220)を用いて、昇温速度20℃/分で測定した時のTg以下のベースラインの延長線と、Tg近傍の吸熱カーブの接線の交点の温度をいう。
軟化温度は、高化式フローテスター(島津製作所社製CFT-500D)を用いて、測定条件を荷重30kg、ノズルの直径1mm、ノズルの長さ10mm、予備加熱80℃で5分間、昇温速度3℃/分とし、サンプル量1gとして測定した時、フローテスターのプランジャー降下量が4mmのときの温度をいう。
バイオマス由来原料含有量は、以下の式より算出した。
バイオマス由来原料含有量=
(バイオマス成分仕込量)×100/(総仕込量-理論脱水量)
レーザ回折式粒度分布測定装置(LA-700 堀場製作所製)を用いて測定した。分散液となっている状態の試料を固形分で約2gになるように調整し、これにイオン交換水を添加して、約40mLにする。これをセルに適当な濃度になるまで投入し、約2分待ってセル内の濃度がほぼ安定になったところで測定する。得られたチャンネルごとの体積平均粒径を、体積平均粒径の小さい方から累積し、累積50%になったところを体積平均粒径(メジアン径)とした。粒度分布の広さの目安としてのスパンは、90%径から10%径の値を引き、メジアン径で割った数字を用いた。
コールターマルチサイザー-II型(ベックマン-コールター社製)を用い、電解液はISOTON-II(ベックマン-コールター社製)を使用した。測定法としては、分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5%水溶液2ml中に測定試料を0.5~50mg加える。これを前記電解液100ml中に添加した。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1分間分散処理を行い、前記コールターマルチサイザー-II型により、アパーチャー径として100μmアパーチャーを用いて2~60μmの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布、個数平均分布を求めた。測定する粒子数は50,000であった。また、トナーの粒度分布は以下の方法により求めた。測定された粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、粒度の小さいほうから体積累積分布を描き、累積16%となる累積個数粒径をD16pと定義し、累積50%となる累積体積粒径をD50vと定義する。さらに累積84%となる累積個数粒径をD84pと定義する。本発明における体積平均粒径は該D50vであり、小径側個数平均粒度指標下GSDpは以下の式によって算出した。
式:下GSDp={(D84p)/(D16p)}0.5
ガスクロマトグラフ(GC-9A 島津製作所製)、充填カラム(G-300 化学物質評価研究機構)、インジェクション温度150℃、ディテクター温度150℃、内部標準物質として1-アセトキシ-2-メトキシエタンを用い、樹脂粒子分散体をイオン交換水で希釈したものを直接導入して、有機溶媒濃度を求めた。
樹脂粒子分散体を室温で90日放置し、沈殿物の発生の有無で保存安定性を判断した。
○:沈殿物なし、△:沈殿物わずかに見られる、×:沈殿物明らかに見られる
化合物(a)のエポキシ樹脂としてビスフェノールA型樹脂1175gと不均化ロジン(酸価156mgKOH/g、バイオマス由来)2281g及び反応触媒としてトリフェニルホスフィン1.7gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、撹拌しながら180℃で5時間反応させ、酸価が5mgKOH/g未満に達したことを確認し化合物(a)を得た。反応式については以下の通りである。すなわち、下記[化17]に示すように、まずビスフェノールA型エポキシ樹脂と不均化ロジンを反応させ、化合物(a)を合成した。
化合物(a)のエポキシ樹脂としてビスフェノールA型樹脂1095gと不均化ロジン(酸価156mgKOH/g、バイオマス由来)2023g及び反応触媒としてトリフェニルホスフィン1.6gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、撹拌しながら180℃で5時間反応させ、酸価が5mgKOH/g未満に達したことを確認し化合物(a)を得た。
化合物(a)のエポキシ樹脂としてビスフェノールA型樹脂1284gと不均化ロジン(酸価156mgKOH/g、バイオマス由来)2373g及び反応触媒としてトリフェニルホスフィン1.8gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、撹拌しながら180℃で5時間反応させ、酸価が5mgKOH/g未満に達したことを確認し化合物(a)を得た。
ポリエステル樹脂原料アルコール成分としてエチレングリコール590g、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物2530g、原料酸成分としてテレフタル酸1308g、イソフタル酸700g、無水トリメリット酸378g及び反応触媒としてテトラ-n-ブチルチタネート1.7gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、撹拌しながら250℃で12時間重縮合反応させ、所定の酸価に達したところで反応を終了し、ポリエステル樹脂(B-5)を得た。得られた樹脂の特性値を表1に示す。
ポリエステル樹脂原料アルコール成分としてエチレングリコール1082g、1,3-プロパンジオール813g、原料酸成分としてテレフタル酸3966g及び反応触媒としてテトラ-n-ブチルチタネート1.7gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、撹拌しながら250℃で14時間重縮合反応させ、所定の酸価に達したところで反応を終了し、ポリエステル樹脂(B-6)を得た。得られた樹脂の特性値を表14に示す。
ポリエステル樹脂原料アルコール成分としてエチレングリコール562g、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物2435g、原料酸成分としてテレフタル酸1023g、イソフタル酸1535g及び反応触媒としてテトラ-n-ブチルチタネート1.7gを撹拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、撹拌しながら250℃で13時間重縮合反応させ、所定の酸価に達したところで反応を終了し、ポリエステル樹脂(B-7)を得た。得られた樹脂の特性値を表14に示す。
攪拌機、コンデンサー、温度計を備えた容器に、粗粉砕したポリエステル樹脂(A-7)70重量部、粗粉砕したポリエステル樹脂(A-8)30重量部を投入した後、メチルエチルケトン60重量部とイソプロピルアルコール20重量部を添加した。窒素を送気し、系内の雰囲気を窒素で置換した。次いで、系内を攪拌しながら、60℃に加熱しポリエステル樹脂を溶解した。これに中和剤として、10%アンモニア水2.58重量部を添加した後、定量ポンプを用い、攪拌しながらイオン交換水240重量部を4.8g/分の速度で投入した。乳化系内が乳白色を呈し、且つ攪拌粘度が低下した時点を乳化終了とした。
表15に示す配合割合とすることを除き、実施例11と同様にして樹脂粒子分散液(2)~(6)を作成した。得られた樹脂粒子分散液の特性値を表15に示す。
表16に示す配合割合とすることを除き、比較例1と同様にして樹脂粒子分散液(7)~(12)を作成した。得られた樹脂粒子分散液の特性値を表16に示す。
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(ネオゲンSC;第一工業製薬製)25部を溶解した蒸留水1000部に、パラフィンワックス(HNP0190;日本精蝋社製)268部を加えて乳化分散させ、ワックス分散液を得た。
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(ネオゲンSC;第一工業製薬製)56部を溶解した蒸留水1000部に、着色剤粒子としてカーボンブラック(リーガル330R;キャボット社製)139部を加えて分散させ、着色剤粒子分散液を得た。
(トナーの製造)
攪拌機、コンデンサー、温度計を備えた容器に、樹脂粒子分散液(1)を100重量部(固形分換算)、着色剤分散液を39重量部、ワックス分散液を23重量部を入れ、内温を30℃に調整した後、水酸化ナトリウム水溶液を加えて、pHを11.0に調整した。次いで、1.2重量%の塩化マグネシウム6水和物水溶液240部を、攪拌しながら添加した。添加後、90℃まで昇温し、3時間保持した。生成した粒子を濾過した。得られたケーキを洗浄水が中性を示すまでイオン交換水で繰り返し洗浄した後、40℃の熱風乾燥機で乾燥することによりトナー粒子(1)を得た。トナー粒子(1)の体積平均粒径は5.8μm、体積平均粒度分布指標GSDVは1.21であった。
Claims (24)
- 請求項1又は2項に記載の化合物がアルコール成分の必須成分である不飽和ポリエステル樹脂。
- 請求項1又は2項に記載の化合物が、不飽和ポリエステル原料として20重量%以上配合された請求項3記載の不飽和ポリエステル樹脂。
- 請求項3又は4項に記載の前記不飽和ポリエステル樹脂を配合したコンパウンド。
- 前記コンパウンドが、シートモールディングコンパウンド、又はバルクモールディングコンパウンドである請求項5記載のコンパウンド。
- 請求項7記載の化合物が、ポリエステル原料として20重量%以上配合されていることを特徴とする請求項7又は8項に記載のポリエステル樹脂。
- 請求項7~9項のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂を用いた粉体塗料用樹脂組成物。
- 請求項7~9項のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂を用いた電子写真現像剤用樹脂組成物。
- 請求項7~9項のいずれか1項に記載のポリエステル樹脂を用いて、かつイソシアネート変性したウレタンアクリレート樹脂。
- 前記樹脂粒子の平均粒径が、0.01~1μmの範囲である請求項13記載の樹脂粒子。
- 前記ポリエステル樹脂を有機溶剤に溶解した樹脂溶液に、中和剤と水性媒体とを添加して転相を生ぜしめた後、O/W型樹脂乳化粒子を形成させ、更にO/W型樹脂乳化粒子分散液から有機溶剤を除去することによって得られることを特徴とする請求項13又は14記載の樹脂粒子。
- 請求項13記載の化合物が、ポリエステル原料として20重量%以上配合されていることを特徴とする請求項13~16項のいずれか1項に記載の樹脂粒子。
- 前記中和剤が、該ポリエステル樹脂中に含まれるカルボキシル基に対して0.8~1.7倍当量含有することを特徴とする請求項15~17項のいずれか1項に記載の樹脂粒子。
- 前記樹脂粒子の平均粒径が、0.01~1μmの範囲である請求項19記載の電子写真用トナー。
- 前記ポリエステル樹脂を有機溶剤に溶解した樹脂溶液に、中和剤と水性媒体とを添加して転相を生ぜしめた後、O/W型樹脂乳化粒子を形成させ、更にO/W型樹脂乳化粒子分散液から有機溶剤を除去することによって得られる樹脂粒子を含むことを特徴とする請求項19又は20項に記載の電子写真用トナー。
- 請求項19記載の化合物が、ポリエステル原料として20重量%以上配合されていることを特徴とする請求項19~22項のいずれか1項に記載の電子写真用トナー。
- 前記中和剤が、該ポリエステル樹脂中に含まれるカルボキシル基に対して0.8~1.7倍当量含有することを特徴とする請求項21~23項のいずれか1項に記載の電子写真用トナー。
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