JP7240273B2 - トナー用結着樹脂組成物 - Google Patents
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Description
そこで、架橋ポリエステル樹脂の粉砕性を改善し、トナーの生産性を向上させる手段として、粉砕性に優れる低分子量成分の多い低軟化点樹脂を併用する手段があるが、低軟化点樹脂中の低分子量成分は吸湿性が高く、帯電立ち上がり性が悪化する。
また、低軟化点樹脂併用以外の手段として、非晶性のポリエステル樹脂に対して、結晶性の異種モノマーを組み込み、結晶構造が異なる部位同士の界面を粉砕の起点とする手段が考えられるが、例えば、炭素数2又は3のα-オレフィンの重合体の酸変性物のようなアルキル基を有する結晶性のマクロモノマーを非晶性のポリエステル樹脂に組み込んだ場合、ポリエステル樹脂中での結晶性マクロモノマーの分散性が悪いためか粉砕性の改善は確認されなかった(例えば、特許文献2、3参照)。また、ドデセニル無水コハク酸のようなアルキル基を有する非晶性のモノマーをポリエステル樹脂に組み込んだ場合は、非晶性のポリエステル樹脂中に十分に分散した状態で組み込まれるものの、非晶性同士の組み合わせでは結晶構造が異なる部位同士の界面とならず、粉砕性の改善は確認されなかった(例えば、特許文献1参照)。
〔1〕 ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、芳香族ジカルボン酸系化合物、3価以上のアルコール及び3価以上のカルボン酸系化合物の少なくともいずれかである3価以上の原料モノマー、及び非晶質である炭素数4以上18以下のα-オレフィン重合体の酸変性物Aを含む原料Aの重縮合物Aであって、その軟化点が120℃以上150℃以下であるポリエステル樹脂Aを含有する、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、静電荷像現像用トナー
に関する。
酸変性物の結晶性は、後述の樹脂の結晶性と同様に結晶性指数([軟化点/吸熱の最高ピーク温度])によって表わされる。非晶質の酸変性物は、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以上のものであるか、または、0.6未満、好ましくは0.5以下のものである。また、吸熱の最高ピーク温度が検出されないものも非晶質であると判断する。
で表される化合物が好ましい。式(I)で表されるビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物としては、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンのポリオキシプロピレン付加物、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンのポリオキシエチレン付加物等が挙げられる。これらの1種又は2種以上を用いることが好ましい。
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、室温(25℃)から昇温速度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。吸熱の最高ピーク温度が検出されないものは非晶質であり、検出される場合は樹脂と同様の方法により軟化点を測定して、結晶性指数(軟化点/吸熱の最高ピーク温度)を算出して判断する。
(1) 試料溶液の調製
濃度が0.5g/100mLになるように、試料をテトラヒドロフランに溶解させた。次いで、この溶液をポアサイズ2μmのフッ素樹脂フィルター「FP-200」(住友電気工業(株)製)を用いて濾過して不溶解成分を除き、試料溶液とする。
(2) 分子量分布測定
下記の測定装置と分析カラムを用い、溶離液としてテトラヒドロフランを、毎分1mLの流速で流し、40℃の恒温槽中でカラムを安定させる。そこに試料溶液100μLを注入して測定を行う。試料の分子量は、あらかじめ作成した検量線に基づき算出する。このときの検量線には、数種類の単分散ポリスチレン(東ソー(株)製のA-500(Mw 5.0×102)、A-1000(Mw 1.01×103)、A-2500(Mw 2.63×103)、A-5000(Mw 5.97×103)、F-1(Mw 1.02×104)、F-2(Mw 1.81×104)、F-4(Mw 3.97×104)、F-10(Mw 9.64×104)、F-20(Mw 1.90×105)、F-40(Mw 4.27×105)、F-80(Mw 7.06×105)、F-128(Mw 1.09×106))を標準試料として作成したものを用いる。括弧内は分子量を示す。
測定装置:HLC-8220GPC(東ソー(株)製)
分析カラム:GMHXL+G3000HXL(東ソー(株)製)
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、0℃にて1分間維持する。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「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、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、吸熱ピークを測定する。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 K0070:1992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。
示差走査熱量計「DSC 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、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:50μm
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。
表1に示すアルコール成分を、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、100℃に昇温した後、表1に示すテレフタル酸を添加し、160℃まで昇温し、表1に示すエステル化触媒とエステル化助触媒を添加し、235℃まで昇温し、235℃で10時間反応させた後、235℃、8.0kPaにて1時間反応させた。160℃まで冷却し、表1に示す酸変性物を添加した。再度、235℃まで昇温し、235℃で5時間重縮合反応させた後、200℃まで冷却し、表1に示す無水トリメリット酸を添加し、200℃で1時間重縮合反応させ、さらに200℃、8.0kPaにて表1に示す軟化点に到達するまで反応させて、非晶質のポリエステル樹脂(樹脂A1~A5、A9)を得た。
表1に示すアルコール成分を、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、100℃に昇温した後、表1に示すテレフタル酸を添加し、160℃まで昇温し、表1に示すエステル化触媒とエステル化助触媒を添加し、235℃まで昇温し、235℃で10時間反応させた後、235℃、8.0kPaにて1時間反応させた。160℃まで冷却し、表1に示す酸変性物を添加した。再度、235℃まで昇温し、235℃で5時間重縮合反応させた後、200℃まで冷却し、表1に示すグリセリンを添加し、200℃で1時間重縮合反応させ、さらに200℃、8.0kPaにて表1に示す軟化点に到達するまで反応させて、非晶質のポリエステル樹脂(樹脂A6)を得た。
表1に示すアルコール成分を、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、100℃に昇温した後、表1に示すテレフタル酸を添加し、160℃まで昇温し、表1に示すエステル化触媒とエステル化助触媒を添加し、235℃まで昇温し、235℃で10時間反応させた後、235℃、8.0kPaにて1時間反応させた。200℃まで冷却し、表1に示す無水トリメリット酸を添加し、200℃で1時間重縮合反応させ、さらに200℃、8.0kPaにて表1に示す軟化点に到達するまで反応させて、非晶質のポリエステル樹脂(樹脂A7)を得た。
表1に示すアルコール成分を、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、100℃に昇温した後、表1に示すテレフタル酸を添加し、160℃まで昇温し、表1に示すエステル化触媒とエステル化助触媒を添加し、235℃まで昇温し、235℃で10時間反応させた後、235℃、8.0kPaにて1時間反応させた。200℃まで冷却し、炭素数10~14のアルケニル基で置換された表1に示す炭素数10~14のアルケニル基で置換されたアルケニル無水コハク酸及び無水トリメリット酸を添加し、200℃で1時間重縮合反応させ、さらに200℃、8.0kPaにて表1に示す軟化点に到達するまで反応させて、非晶質のポリエステル樹脂(樹脂A8)を得た。
表2に示すアルコール成分を、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、100℃に昇温した後、表2に示すテレフタル酸を添加し、160℃まで昇温し、表2に示すエステル化触媒とエステル化助触媒を添加し、235℃で10時間反応させた後、235℃、8.0kPaにて1時間反応させて、非晶質のポリエステル樹脂(樹脂B1)を得た。
表3に示す結着樹脂100質量部、着色剤「ファストゲンスーパーマゼンタR」(C.I.ピグメント レッド122、大日本インキ化学工業(株)製)6質量部、荷電制御剤「LR-147」(日本カーリット社製)1質量部、及び離型剤「SP-105」(加藤洋行社製、フィッシャートロプシュワックス、融点:105℃)4質量部を、ヘンシェルミキサーでよく攪拌した後、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、ロール内の加熱設定温度は100℃であり、混練物の温度は160℃、混練物の供給速度は10kg/h、平均滞留時間は約18秒であった。冷却後、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。
S:生産性が10.0未満であり、樹脂の生産性がトナー製造時に問題にならない。
A:生産性が10.0以上、18.0未満であり、製造条件の微調整を行えばトナー製造時に問題にならない。
B:生産性が18.0以上、26.0未満であり、製造条件の変更を行えばトナー製造時に問題にならない。
C:粉砕性が26.0以上であり、トナーの製造は可能であるが、生産効率がやや低下する。
カラープリンター「C612dnw」(商品名、沖データ(株)製)にトナーを実装し、未定着で画像出し(印刷面積:6cm×6cm、0.5mg/cm2)を行った。
未定着画像を、前記プリンターの定着機をオフラインで使用し、100mm/secにて100℃から5℃ずつ温度を上げて定着させた。なお、定着紙にはJ紙(富士ゼロックス製、坪量:82g/m2、紙厚:97μm)を使用した。
定着画像に「ユニセフセロハン」(三菱鉛筆社、幅:18mm、JISZ-1522)を貼り付け、30℃に設定した定着ローラーに通過させた後、テープを剥がした。テープを貼る前と剥がした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(剥離後/貼付前)が最初に90%を超える定着ローラーの温度を最低定着温度とし、低温定着性を評価した。結果を表3に示す。
結着樹脂に用いた樹脂の粒径を150~250μmに揃えた後、40℃、60torrの真空乾燥機内で12時間乾燥を行い、乾燥後の質量を測定した(樹脂質量a)。乾燥した樹脂2.00gをガラスシャーレに均一に広げ、40℃、湿度85%の高温高湿環境下で12時間放置後、再度、質量を測定した(樹脂質量b)。
(樹脂質量b-樹脂質量a)/樹脂質量a×100から算出される吸湿率(%)が小さいほど耐吸湿性に優れており、以下の評価基準に従って、耐吸湿性を評価した。結果を表3に示す。
A:吸湿率が0.3%未満であり、トナーの帯電性に影響することがない。
B:吸湿率が0.3%以上、0.6%未満であり、トナーの帯電性をわずかに低下させる可能性があるが、実質的に影響することはない。
C:吸湿率が0.6%以上、0.9%未満であり、トナーの帯電性を低下させる可能性がある。
D:吸湿率が0.9%以上、1.2%未満であり、トナーの帯電性を低下させる可能性が高い。
E:吸湿率が1.2%以上であり、トナーの帯電性を低下させ、現像不良の原因となる。
トナー4質量部(0.4g)と、平均粒子径90μmのシリコーンコートフェライトキャリア(関東電化工業社製)96質量部(9.6g)を20mLのポリプロピレン製の容器に入れた後、温度25℃、相対湿度50%の環境下で0.5分間ボールミルにて混合し、「q/m Meter MODEL 210HS」(TREK社製)を用いて帯電量を測定した。さらに2.5分間撹拌し帯電量を測定した。2つの帯電量の比(0.5分帯電量/2.5分帯電量)の値を算出した。算出値が大きいほど帯電の立ち上がり性に優れ、以下の評価基準に従って、帯電の立ち上がり性を評価した。結果を表3に示す。
A:算出値が0.80以上であり、高速(50枚以上)印刷時でも現像不良による印刷不良が発生しない。
B:算出値が0.60以上、0.80未満であり、高速印刷時に現像不良による印刷不良が発生する可能性があるが、実質的に影響することはない。
C:算出値が0.40以上、0.60未満であり、高速印刷時に現像不良による印刷不良が発生する。
D:算出値が0.40未満であり、高速印刷時に現像不良により印刷ができない。
これに対し、酸変性物を用いていないポリエステル樹脂を含有する比較例1のトナーは、生産性に劣る。また、比較例1のポリエステル樹脂に、低軟化点のポリエステル樹脂を併用した比較例2のトナーは、生産性は改善することができるが、耐吸湿性と帯電の立ち上がり性が低下する。酸変性物の代わりに、アルキル基を有する非晶性のモノマー(アルケニル無水コハク酸)を用いたポリエステル樹脂を含有する比較例3のトナーは、非晶性のアルケニル基がポリエステル樹脂中で結晶化しないためか、ミクロ相分離状態とならず、生産性は改善せず、むしろソフトセグメント(アルケニル基)により粉砕性が悪化している。また、炭素数2又は3のα-オレフィン重合体の酸変性物のようなアルキル基を有する結晶性のマクロモノマーを用いたポリエステル樹脂を含有する比較例4のトナーは、吸湿性の低減効果はあるものの、ポリエステル樹脂中での分散性及び相分離性が悪いためか、生産性は改善しない。
Claims (4)
- ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、芳香族ジカルボン酸系化合物、3価以上のアルコール及び3価以上のカルボン酸系化合物の少なくともいずれかである3価以上の原料モノマー、及び非晶質であるポリイソブテン系重合体の片末端が無水マレイン酸により変性された酸変性物Aを含む原料Aの重縮合物Aであって、該重縮合物Aが、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、芳香族ジカルボン酸系化合物、及び非晶質であるポリイソブテン系重合体の酸変性物Aを含む原料Bの重縮合物Bに、前記3価以上の原料モノマーが重縮合した重縮合物であり、該重縮合物Bが、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物及び芳香族ジカルボン酸系化合物を含む原料Cの重縮合物Cに、非晶質であるポリイソブテン系重合体の酸変性物Aが重縮合した重縮合物であり、その軟化点が120℃以上150℃以下であるポリエステル樹脂Aを含有する、トナー用結着樹脂組成物。
- 3価以上の原料モノマーの含有量が、酸変性物A以外の原料A中、2モル%以上18モル%以下である、請求項1記載のトナー用結着樹脂組成物。
- ポリイソブテン系重合体の、イソブテンの割合が60質量%以上である、請求項1又は2記載のトナー用結着樹脂組成物。
- 請求項1~3いずれか記載のトナー用結着樹脂組成物を含有する、静電荷像現像用トナー。
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