WO2014088097A1 - トナー用ポリエステル樹脂、その製造方法、およびトナー - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a polyester resin for toner, a method for producing the same, and a toner.
- the present invention claims priority based on Japanese Patent Application No. 2012-267785 filed in Japan on December 7, 2012, the contents of which are incorporated herein by reference.
- fixing is performed after developing an electrostatic charge image formed on a photoreceptor with toner charged in advance by friction.
- the fixing method there are a heat roller method in which a toner image obtained by development is fixed using a pressure and heated roller, and a non-contact fixing method in which fixing is performed using an electric oven or flash beam light.
- the toner is required to maintain a stable charge amount and to have good fixability to paper.
- toners are also required to have improved toner characteristics such as storage stability, low-temperature fixability, and hot offset resistance.
- the binder resin for toner has a great influence on the toner characteristics as described above.
- a polyester resin that is excellent in toughness, fixing property at a low temperature and the like and has a good performance balance has been used.
- conversion from conventional plastics derived from petroleum raw materials to biomass-based plastics has been attempted.
- a toner using a biomass-based material is also desired for the toner, and a binder resin constituting the toner is also desired using a biomass-based material.
- Patent Document 1 discloses a polyester resin for toner using an isosorbide derived from a plant raw material as a polyhydric alcohol.
- Patent Document 2 also describes a polyester resin for toner using plant-derived isosorbide.
- polyester resins for toners described in Patent Documents 1 and 2 have an insufficient balance of storage stability, fixability, hot offset resistance, and image stability.
- An object of the present invention is to solve this problem and provide a polyester resin for toner that is excellent in storage stability, fixability, hot offset resistance, and image stability in an ester resin for toner containing isosorbide. is there.
- the first gist of the present invention is for toner having 2 to 11% by mass of repeating units derived from isosorbide and repeating units derived from 1,2-propanediol and having a glass transition temperature (Tg) of 56 to 70 ° C. It is in polyester resin. That is, this invention has the following aspects.
- Tg glass transition temperature
- the present invention has the following aspects. ⁇ 1> a monomer unit derived from isosorbide and a monomer unit derived from 1,2-propanediol, The proportion of the monomer unit derived from isosorbide is 2 to 11% by mass with respect to the total mass of the polyester resin, A polyester resin for toner having a glass transition point (Tg) of 56 to 70 ° C .; ⁇ 2> The polyester resin for toner according to ⁇ 1>, comprising 2% by mass or more of a monomer unit derived from a biomass-based monomer with respect to the total mass of the polyester resin; ⁇ 3> The ratio of the monomer unit derived from the biomass-based monomer is 30% by mass or more based on the total mass of the polyester resin, and the proportion of the monomer unit derived from isosorbide is equal to that of the polyester resin.
- Tg glass transition point
- Polyester resin for toner comprising a step of polycondensing a monomer mixture (A) containing a polyhydric alcohol containing isosorbide, 1,2-propanediol, and a polycarboxylic acid.
- a method for producing a polyester resin for toner according to ⁇ 3> comprising a step of polycondensing a monomer mixture (A) containing a biomass-based monomer and a polyvalent carboxylic acid, Is 30% by mass or more with respect to the total mass of the monomer mixture (A), and the proportion of the isosorbide in the monomer mixture (A) is the monomer mixture (
- a method for producing a polyester resin for toner which is 2 to 11% by mass based on the total mass of A);
- ⁇ 13> The method for producing a polyester resin for toner according to ⁇ 12>, wherein the trivalent or higher carboxylic acid is trimellitic acid or an anhydride thereof;
- Polyester resin for toner comprising a monomer unit derived from a polyhydric alcohol and a monomer unit derived from a polyvalent carboxylic acid, wherein the monomer unit derived from the polyhydric alcohol is a monomer unit derived from a biomass-based monomer.
- the biomass-based monomer-derived monomer unit includes an isosorbide-derived monomer unit, and the ratio of the biomass-based monomer-derived monomer unit to the total mass of the polyester resin is 30% by mass or more, and is derived from the isosorbide
- a polyester resin for toner having a monomer unit ratio of 2 to 11% by mass with respect to the total mass of the polyester resin and a glass transition temperature (Tg) of 56 to 70 ° C .; ⁇ 17>
- the polyester resin for toner of the present invention a toner excellent in storage stability, fixing property, hot offset resistance and image stability when isosorbide is used can be obtained.
- the method for producing a polyester resin for a toner of the present invention it is possible to produce a polyester resin for a toner which can obtain a toner excellent in storage stability, fixing property, hot offset resistance and image stability when isosorbide is used.
- the toner of the present invention is excellent in storage stability, fixing property, hot offset resistance and image stability when isosorbide is used.
- polyester resin for toner One embodiment of the polyester resin for toner of the present invention includes a monomer unit derived from isosorbide and a monomer unit derived from 1,2-propanediol, and the proportion of the monomer unit derived from isosorbide is based on the total mass of the polyester resin.
- the polyester resin for toner has a glass transition point (Tg) of 56 to 70 ° C. of 2 to 11% by mass.
- Another aspect of the present invention is a polyester resin for toner comprising a monomer unit derived from a polyhydric alcohol and a monomer unit derived from a polycarboxylic acid, wherein the monomer unit derived from the polyhydric alcohol is derived from isosorbide.
- the monomer unit derived from 1,2-propanediol and the ratio of the monomer unit derived from isosorbide to the total mass of the polyester resin is 2 to 11% by mass, and the glass transition point (Tg) Is a polyester resin for toner having a temperature of 56 to 70 ° C.
- the proportion of the monomer unit derived from isosorbide is preferably 2 to 11% by mass, more preferably 7 to 10% by mass, based on the total mass of the polyester resin.
- the polyester resin for toner of the present invention has good storage stability of the toner when the monomer unit derived from isosorbide is contained in an amount of 2% by mass or more based on the total mass of the polyester resin. Further, when the isosorbide-derived monomer unit is contained in an amount of 11% by mass or less based on the total mass of the polyester resin, the image stability of the toner is improved.
- the proportion of the monomer unit derived from isosorbide is preferably 7% by mass or more from the viewpoint of storage stability of the toner, and preferably 10% by mass or less from the viewpoint of image stability of the toner.
- a monomer mixture (A) (hereinafter referred to as polyhydric alcohol and polyvalent carboxylic acid).
- the content of isosorbide in the total amount of the mixture (A) is 2 to 11% by mass. And it is sufficient.
- derived monomer unit means a structural unit containing one skeleton of a specific monomer obtained by polycondensation of a specific monomer.
- the polyester resin for toner of the present invention preferably contains a monomer unit derived from 1,2-propanediol.
- a monomer unit derived from 1,2-propanediol By including the monomer unit derived from 1,2-propanediol, the storage stability of the toner is improved.
- the proportion of monomer units derived from 1,2-propanediol in the polyester resin is preferably 10 to 20% by mass, more preferably 10 to 18% by mass, based on the total mass of the polyester resin.
- the proportion of monomer units derived from 1,2-propanediol By setting the proportion of monomer units derived from 1,2-propanediol to 10% by mass or more based on the total mass of the polyester resin, the storage stability of the resulting toner tends to be good.
- the fixability of the obtained toner tends to be good. Further, by using 1,2-propanediol and isosorbide in combination, the moisture absorption of isosorbide can be suppressed, and the Tg of the obtained polyester resin can be increased. As a result, the storage stability of the toner can be ensured. .
- the total mass of the mixture (A) described above may be 10 to 20% by mass.
- At least one monomer selected from the group consisting of isosorbide and 1,2-propanediol is biomass based.
- the biomass base is more preferably derived from a plant. Since isosorbide has a cyclic structure, the glass transition temperature (Tg) is prevented from being lowered when the ratio of the biomass-based raw material in the mixture (A) is increased, and the storage stability of the toner is effectively reduced. Can be prevented.
- Commercially available products can be used as the biomass-based isosorbide. Examples thereof include Polysorb-P and Polysorb-PB manufactured by Roquette; technical grade and polymer grade manufactured by ADM.
- the polyester resin for toner contains 2% by mass or more of a monomer unit derived from a biomass-based monomer with respect to the total mass of the polyester resin for toner in order to reduce environmental load. Is preferred.
- the Japan Bioplastics Association certifies products with a biomass-based component ratio of 25% by mass or more based on the total amount of raw materials and plastic products as “biomass plastic” and uses the specified certification mark.
- the polyester unit for the toner contains 30% by mass or more of the monomer unit derived from the biomass-based monomer with respect to the total mass of the polyester resin. It is preferable to include. If the ratio of the monomer unit derived from biomass in the polyester resin for toner is 30% by mass or more with respect to the total mass of the polyester resin, the environmental load can be further reduced.
- the proportion of monomer units derived from biomass-based monomers is 30% by mass or more, and the proportion of monomer units derived from isosorbide is 2 to 11% by mass relative to the total mass of the polyester resin.
- a polyester resin for toner having a glass transition temperature (Tg) of 56 to 70 ° C.
- the measurement of the biomass ratio in a raw material or a plastic product can be measured by ASTM D6866 “Standard for determining biogenic carbon concentration using radioactive carbon (C14) measurement method”. That is, the polyester resin for toner of the present invention preferably has a C14 ratio of 25% or more in the total carbon as measured by ASTM D6866.
- the proportion of the biomass-based monomer contained in the total mass of the mixture (A) described above is set. 30% by mass or more.
- the monomer unit derived from a biomass-based monomer includes a monomer unit derived from isosorbide.
- the proportion of the monomer unit derived from isosorbide is 2 to 11% by mass, more preferably 7 to 10% by mass, based on the total mass of the polyester resin.
- biomass-based monomer examples include 1,2-propanediol and 1,3-propanediol derived from plant materials in addition to isosorbide derived from plant materials.
- 1,2-propanediol derived from plant materials examples include BioPropylene Glycol Industrial Grade manufactured by ADM.
- 1,3-propanediol derived from plant materials examples include Susterra (registered trademark) (DuPont Co., Ltd.).
- the polyester resin for toner of the present invention includes a monomer unit derived from a polyhydric alcohol and a monomer unit derived from a polyvalent carboxylic acid.
- the monomer unit derived from the polyvalent carboxylic acid includes a monomer unit derived from a divalent carboxylic acid. Preferably, it contains a monomer unit derived from a trivalent or higher carboxylic acid.
- divalent carboxylic acid examples include terephthalic acid, isophthalic acid, dimethyl terephthalate, dimethyl isophthalate, diethyl terephthalate, diethyl isophthalate, dibutyl terephthalate, dibutyl isophthalate and the like, or esters thereof.
- acid anhydride examples include aliphatic dicarboxylic acids such as phthalic acid, sebacic acid, isodecyl succinic acid, dodecenyl succinic acid, maleic acid, fumaric acid, adipic acid, and succinic acid, and esters or acid anhydrides thereof.
- aromatic dicarboxylic acids, esters or acid anhydrides thereof, or aliphatic dicarboxylic acids are preferable from the viewpoint of improving the thermal characteristics, strength, and image stability of the resulting resin.
- terephthalic acid and isophthalic acid are preferable in terms of handling and cost.
- These other polyhydric alcohols may be used alone or in combination of two or more.
- the ratio of the monomer unit derived from the aromatic dicarboxylic acid is preferably 75 to 95 mole parts, with the total content of all acid components contained in the polyester resin for toner being 100 mole parts, preferably 80 to More preferably, it is 95 mole parts. When the ratio of the monomer unit derived from the aromatic dicarboxylic acid is 75 parts by mole or more, the storage stability of the toner becomes better, and when it is 95 parts by mole or less, the hot offset resistance of the toner becomes better.
- the proportion of the monomer unit derived from the aliphatic dicarboxylic acid is preferably 15 parts by mole or less, preferably 10 parts by mole or less, when the total content of all the acid components contained in the polyester resin for toner is 100 parts by mole. More preferred. If the proportion of the monomer unit derived from the aliphatic dicarboxylic acid is 15 parts by mole or less, the resin strength is increased and the durability of the toner is improved, or the charging stability is improved and the image stability is further improved. preferable.
- the polyester resin for toner of the present invention preferably contains a monomer unit derived from a trivalent or higher carboxylic acid.
- the “trivalent or higher carboxylic acid” refers to a carboxylic acid having 3 or more carboxyl groups (valence) in one molecule. That is, when a trivalent or higher carboxylic acid-derived monomer unit is included, a polyester resin having a high elastic modulus is obtained, and the hot offset resistance of the toner becomes better.
- trivalent or higher carboxylic acid examples include trimellitic acid, pyromellitic acid, 1,2,4-cyclohexanetricarboxylic acid, 2,5,7-naphthalenetricarboxylic acid, 1,2,4-naphthalenetricarboxylic acid, 1, Examples include 2,5-hexanetricarboxylic acid, 1,2,7,8-octanetetracarboxylic acid, and esters or acid anhydrides thereof. Among these, trimellitic acid or its anhydride is preferable in terms of industrial availability. These trivalent or higher carboxylic acids may be used alone or in combination of two or more.
- the proportion of the trivalent or higher carboxylic acid-derived monomer unit is preferably 5 to 25 mole parts, when the total content of all the acid components contained in the polyester resin for toner is 100 mole parts. More preferred is the molar part. If the ratio of the trivalent or higher carboxylic acid-derived monomer unit is 5 mol parts or more, a polyester resin having a high elastic modulus can be easily obtained, and the hot offset resistance of the toner becomes better, which is preferable. On the other hand, if the ratio of the trivalent or higher carboxylic acid-derived monomer units is 25 mol parts or less, the storage stability of the toner is further improved, and the gelation reaction during polycondensation can be easily controlled, which is preferable.
- the acid component refers to a “carboxylic acid component”.
- the trivalent or higher carboxylic acid in the mixture (A) is in the above-mentioned preferable range. What is necessary is just to mix
- the trivalent or higher carboxylic acid is preferably 3 to 15% by mass, more preferably 5 to 12% by mass, based on the total mass of the mixture (A). preferable.
- the polyester resin for toner may contain a monomer unit other than the monomer units described above (hereinafter also referred to as “arbitrary monomer unit”).
- the optional monomer unit include isosorbide, 1,2-propanediol and polyhydric alcohols other than 1,3-propanediol.
- polyhydric alcohols (other polyhydric alcohols) other than isosorbide, 1,2-propanediol and 1,3-propanediol are included in the mixture (A). What is necessary is just to mix
- polyhydric alcohols examples include ethylene glycol, neopentyl glycol, polyethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4- Aliphatic diols such as cyclohexanedimethanol; polyoxypropylene- (2.3) -2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, polyoxyethylene- (2.0) -2,2-bis (4- Hydroxyphenyl) propane, polyoxypropylene- (2.0) -2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, polyoxypropylene (2.2) -polyoxyethylene- (2.0) -2,2 -Bis (4-hydroxyphenyl) propane, polyoxypropylene (6) -2, -Bis (4-hydroxyphenyl) propane, polyoxypropylene (2.2) -2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, polyoxypropylene- (2.4) -2,2-
- the polyester resin for toner of the present invention needs to have a Tg of 56 ° C. to 70 ° C.
- Tg is 56 ° C. or higher, the storage stability of the toner is good, and when Tg is 70 ° C. or lower, the toner fixability is good.
- the Tg of the polyester resin for toner is determined by measurement with a differential scanning calorimeter. Specifically, after heating at 100 ° C. for 10 minutes and performing a melt quench, the baseline on the low temperature side of the chart when measured at a heating rate of 5 ° C./min, and the tangent line of the endothermic curve in the vicinity of Tg The temperature of the intersection is obtained and this is defined as Tg.
- the polyester resin for toner of the present invention preferably has a softening temperature (T4) of 120 to 160 ° C., more preferably 130 to 150 ° C.
- T4 of the polyester resin for toner is an amount of 1/2 in 1.0 g of the sample under the condition that the load is 294 N (30 Kgf) and the temperature increase rate is 3 ° C./min with a 1 mm ⁇ ⁇ 10 mm nozzle. Refers to the temperature at the time of spill.
- the acid value of the polyester resin for toner of the present invention is preferably 2 to 25 mgKOH / g.
- the acid value is more preferably 5 to 20 mgKOH / g.
- the acid value of the polyester resin for toner is a value obtained by dissolving 0.2 g of polyester resin for toner in benzyl alcohol and titrating with 0.02 N KOH benzyl alcohol solution using phenolphthalein as an indicator. .
- the polyester resin for toner is obtained, for example, by polycondensing a mixture (A) containing a polyhydric alcohol and a polyvalent carboxylic acid under the polymerization conditions described later.
- the polyhydric alcohol contains isosorbide and 1,2-propanediol, and the content of the isosorbide is 2 to 11% by mass with respect to the total mass of the mixture (A).
- the polyester resin for toner comprises a mixture (A) containing a polyhydric alcohol and a polyvalent carboxylic acid in a molar ratio of 1.05: 1 to 1.5: 1.
- the content of isosorbide in the mixture (A) is 2% by mass or more, the storage stability of the toner is good, and when it is 11% by mass or less, the image stability is good.
- the content of isosorbide is preferably 7% by mass or more from the viewpoint of storage stability, and preferably 10% by mass or less from the viewpoint of image stability.
- the content of 1,2-propanediol in the mixture (A) is preferably 10 to 20% by mass and more preferably 10 to 18% by mass with respect to the total mass of the mixture (A).
- the storage stability of the obtained toner tends to be good, and when it is 20% by mass or less, the fixability of the obtained toner is improved. It tends to be good.
- 1,2-propanediol and isosorbide in combination, moisture absorption of isosorbide can be suppressed, Tg can be increased, and storage stability can be ensured.
- at least one monomer selected from the group consisting of isosorbide and 1,2-propanediol is a biomass-based monomer.
- the ratio of the biomass base monomer contained in a mixture (A) is 2 mass% or more with respect to the total mass of a mixture (A).
- the mixture (A) preferably contains a trivalent or higher carboxylic acid as the polyvalent carboxylic acid.
- a trivalent or higher carboxylic acid is included, a polyester resin having a high elastic modulus can be obtained, and the hot offset resistance of the toner becomes better.
- the trivalent or higher carboxylic acid include those exemplified above. In particular, trimellitic acid or its anhydride is preferable.
- the content of the trivalent or higher carboxylic acid in the mixture (A) is preferably 5 to 25 mol parts, when the total content of all the acid components contained in the mixture (A) is 100 mol parts. More preferred is 5 to 20 mole parts. If the content of the trivalent or higher carboxylic acid in the monomer mixture (A) is 5 mol parts or more, it becomes easy to obtain a resin having a high elastic modulus at a high temperature and the hot offset resistance of the toner is better. It tends to be. On the other hand, when the content of the trivalent or higher carboxylic acid is 25 mol parts or less, the storage stability of the toner is further improved, and the gelation reaction during polycondensation tends to be easily controlled.
- the said mixture (A) it is necessary for the said mixture (A) to contain 30 mass% or more of biomass-based monomers with respect to the total mass of the said mixture (A) at the point of reduction of environmental impact.
- biomass-based raw materials include known materials such as isosorbide derived from plant raw materials, 1,2-propanediol, and 1,3-propanediol.
- polyhydric alcohols other than isosorbide, 1,2-propanediol and 1,3-propanediol contained in the mixture (A) include the following.
- Aliphatic diols such as ethylene glycol, neopentyl glycol, polyethylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, polyoxypropylene- (2.
- Aromatic diols such as -2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane.
- Examples of the polyvalent carboxylic acid contained in the mixture (A) include the following. Divalent carboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, dimethyl terephthalate, dimethyl isophthalate, diethyl terephthalate, diethyl isophthalate, dibutyl terephthalate, dibutyl isophthalate, etc., or esters or acid anhydrides thereof, phthalic acid, sebacin Acids, isodecyl succinic acid, dodecenyl succinic acid, maleic acid, fumaric acid, adipic acid, succinic acid, or aliphatic dicarboxylic acids such as esters or acid anhydrides thereof.
- Divalent carboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, dimethyl terephthalate, dimethyl isophthalate, diethyl terephthalate, diethyl isophthalate, dibutyl terephthalate, dibutyl is
- aromatic dicarboxylic acids or esters or acid anhydrides thereof are preferred.
- terephthalic acid and isophthalic acid are preferable in terms of handling and cost.
- a polyester resin may be polycondensed by adding a release agent.
- a release agent By adding a release agent and polymerizing, the toner fixing property and wax dispersibility tend to be improved.
- the mold release agent the same waxes as those used in the toner formulation described later can be used, such as carnauba wax, rice wax, beeswax, synthetic ester wax, paraffin wax, various polyolefin waxes or modified products thereof, fatty acid amides. And silicone wax.
- the polycondensation may be performed by a known method.
- a mixture (A) containing a polyvalent carboxylic acid and a polyhydric alcohol is introduced into a reaction vessel, and an esterification reaction or a transesterification reaction and a condensation polymerization reaction are performed.
- a method of polymerizing after that is mentioned.
- a polymerization catalyst such as titanium tetraalkoxide, titanium oxide, dibutyltin oxide, tin acetate, zinc acetate, tin disulfide, antimony trioxide, germanium dioxide, magnesium acetate or the like can be used.
- the polymerization temperature is preferably in the range of 180 to 280 ° C, more preferably 200 to 270 ° C.
- the lower limit of the polymerization temperature is more preferably 200 ° C. or higher, and particularly preferably 220 ° C. or higher.
- the upper limit of the polymerization temperature is more preferably 270 ° C. or less.
- Another embodiment of the present invention includes a monomer unit derived from isosorbide and a monomer unit derived from 1,2-propanediol, wherein the proportion of the monomer unit derived from isosorbide is 2 to 11 relative to the total mass of the polyester resin.
- a polyester resin having a mass% and a glass transition point (Tg) of 56 to 70 ° C. is used as a raw material of the toner, or a toner manufacturing method using the polyester resin of the present invention as a raw material.
- the isosorbide and / or 1,2-propanediol is preferably a biomass-based monomer.
- Another aspect of the present invention is a polyester resin in which the proportion of monomer units derived from biomass-based monomers is 30% by mass or more based on the total mass of all monomer units constituting the polyester resin,
- the monomer unit derived from the biomass-based monomer includes a monomer unit derived from isosorbide, and the proportion of the monomer unit derived from isosorbide is 2 to 11% by mass with respect to the total mass of the polyester resin, and the glass transition temperature (Tg)
- Tg glass transition temperature
- the toner of the present invention is obtained by blending the polyester resin of the present invention with known colorants, charge control agents, mold release agents, flow modifiers and other additives, magnetic materials, and the like.
- Colorants include carbon black, nigrosine, aniline blue, phthalocyanine blue, phthalocyanine green, Hansa yellow, rhodamine dyes, chrome yellow, quinacridone, benzidine yellow, rose bengal, triallylmethane dye, monoazo, disazo, Examples thereof include condensed azo dyes and pigments.
- the content of the colorant is not particularly limited, but is preferably 2 to 10% by mass with respect to the total mass of the toner from the viewpoint of toner color tone, image density, and thermal characteristics.
- the charge control agent examples include a quaternary ammonium salt as a positive charge control agent and a basic or electron donating organic substance, and as a negative charge control agent, a metal chelate, a metal-containing dye, an acid or electron withdrawing property. Organic materials and the like.
- the charge control agent is colorless to light color and does not cause a color tone hindrance to the toner.
- a metal salt of salicylic acid or alkylsalicylic acid with chromium, zinc, aluminum, a metal complex, an amide compound, a phenol compound, A naphthol compound etc. are mentioned.
- a vinyl polymer having a styrene, acrylic acid, methacrylic acid or sulfonic acid group may be used as the charge control agent.
- the content of the charge control agent is preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the total mass of the toner.
- the content of the charge control agent is 0.5% by mass or more, the charge amount of the toner tends to be a sufficient level, and when the content is 5% by mass or less, a decrease in the charge amount due to aggregation of the charge control agent is suppressed. This is preferable.
- release agent carnauba wax, rice wax, beeswax, polypropylene wax, polyethylene wax, synthetic ester wax, paraffin wax in consideration of toner releasability, storage stability, fixing property, color development property, etc. , Fatty acid amides, silicone waxes and the like can be appropriately selected and used.
- the content of the release agent is not particularly limited, but is preferably 0.3 to 15% by mass with respect to the total mass of the toner.
- additives include fine powder silica, alumina, titania and other fluidity improvers, magnetite, ferrite, cerium oxide, strontium titanate, conductive fine titanic inorganic powder, styrene resin, acrylic resin, etc. Agents, lubricants and the like.
- the total content of these additives is preferably 0.05 to 10% by mass relative to the total mass of the toner.
- a binder resin other than the polyester resin of the present invention may be used as the binder resin.
- a polyester resin other than the polyester resin of the present invention a styrene resin, a styrene-acrylic resin, a cyclic olefin resin, a methacrylic acid resin.
- the toner of the present invention can be used as any one of a magnetic one-component developer, a non-magnetic one-component developer, and a two-component developer.
- the toner containing the polyester resin for toner of the present invention as a raw material can be produced by a known method. For example, after mixing the binder resin and the compound containing the polyester resin of the present invention, the mixture is melt-kneaded with a twin screw extruder or the like, coarsely pulverized, finely pulverized, classified, and external addition of inorganic particles as necessary.
- a method of manufacturing by processing (pulverization method), dissolving and dispersing the binder resin and compound described above in a solvent, granulating in an aqueous medium, removing the solvent, washing and drying to obtain toner particles
- Pulverization method dissolving and dispersing the binder resin and compound described above in a solvent, granulating in an aqueous medium, removing the solvent, washing and drying to obtain toner particles
- Examples include a method ((chemical method)) in which toner particles are obtained by filtration, washing, and drying, and inorganic particles are added as necessary.
- the test pattern has a toner concentration of 0.5 mg / cm 2 and a length of 4.
- a solid image of 5 cm ⁇ 15 cm wide was prepared, and the fixing roller was set at a temperature of 145 ° C. and fixed.
- the test pattern image was recorded by measuring the image density with a Macbeth image densitometer. The density measurement part is vertically valley-folded, and a protective paper is placed on the folded part, and a 1 kg weight is slid to the folding part 5 times to make a crease, followed by a mountain fold at the same crease and then folded from above the protective paper.
- a 1 kg weight was slid to the part 5 times.
- the test paper was stretched, cellophane tape (Nitto Denko CS System No. 29) was affixed to the bent part, traced 5 times, and then slowly peeled off, and the image density was measured with a Macbeth image densitometer. The same measurement was performed at three locations, and the respective fixing rates were calculated from the image densities before and after the test by the following formula, and evaluated based on the following criteria based on the average fixing rates at the three locations.
- Fixing rate image density after test / image density before test ⁇ 100 (%) S (very good): fixing rate of 85% or more A (good): fixing rate of 75% or more and less than 85% C (inferior): fixing rate of less than 75% or offset phenomenon occurs at 145 ° C. and cannot be measured
- Hot offset resistance Using a printer that has a fixing roller not coated with silicone oil and that can change the roller temperature set at a roller speed of 30 mm / s, the test pattern has a toner concentration of 0.5 mg / cm 2 and a length of 4.5 cm. ⁇ When printing a solid 15cm wide image at a roller temperature of 5 ° C, the minimum temperature at which the toner moves to the fixing roller due to the hot offset phenomenon at the time of fixing is determined as the hot offset occurrence temperature. The offset property was judged. S (very good): Hot offset does not occur at 200 ° C. A (good): Hot offset occurrence temperature exceeds 185 ° C. and is 200 ° C. or less C (Inferior): Hot offset occurrence temperature is 185 ° C. or less
- Example 1 Polyhydric carboxylic acid and polyhydric alcohol shown in Table 1 and 500 ppm of tetrabutyl titanate with respect to all acid components were charged into a reaction vessel equipped with a distillation column. Table 1 shows the mole parts and mass% of each component when the total acid components are 100 mole parts. Subsequently, the rotation speed of the stirring blade in the reaction vessel was kept at 120 rpm, temperature increase was started, and the temperature in the reaction system was heated to 265 ° C., and this temperature was maintained.
- the temperature in the reaction system is lowered and maintained at 225 ° C., the pressure in the reaction vessel is reduced over about 40 minutes, and the degree of vacuum is set to 133 Pa.
- the polycondensation reaction was carried out while distilling the diol component from the reaction system. With the reaction, the viscosity of the reaction system increased. As the viscosity increased, nitrogen was introduced into the reaction system to increase the degree of vacuum, and the polycondensation reaction was carried out until the torque of the stirring blade reached a value indicating a desired softening temperature. And stirring was stopped when the predetermined torque was shown.
- the reaction system was returned to normal pressure by introducing nitrogen, pressurized with nitrogen to take out the reaction product, and cooled to 100 ° C. or lower to obtain a polyester resin.
- the characteristic values of the obtained polyester resin are shown in Table 1.
- the polyester resin was used to make a toner. 93 parts by weight of polyester resin, 3 parts by weight of quinacridone pigment (manufactured by Clariant, HOSTAPARM PIN E, CI No .: Pigment Red 122), 3 parts by weight of Carnauba wax No.
- Examples 2 to 4, Comparative Examples 1 to 5 A polyester resin was produced in the same manner as in Example 1 except that the charged amounts of polycarboxylic acid and polyhydric alcohol were changed as shown in Tables 1 and 2. The characteristic values of the obtained polyester resin are shown in Tables 1 and 2. Next, a toner was obtained in the same manner as in Example 1 using the obtained polyester resin. The evaluation results for the obtained toner are shown in Tables 1 and 2.
- Comparative Example 1 since the ratio of the monomer unit derived from isosorbide in the polyester resin is small, the storage stability of the toner is insufficient. In Comparative Example 2, since the ratio of the monomer unit derived from isosorbide in the polyester resin is too large, the image stability of the toner was insufficient. In Comparative Example 3, the Tg of the polyester resin was low and the storage stability of the toner was insufficient. In Comparative Example 4, the Tg of the polyester resin was high, and the toner fixability was insufficient.
- polyester resin for toner of the present invention it is possible to provide a toner excellent in storage stability, fixability, hot offset resistance, and image stability when isosorbide is used.
- the method for producing a polyester resin for a toner of the present invention it is possible to produce a polyester resin for a toner which can obtain a toner excellent in storage stability, fixing property, hot offset resistance and image stability when isosorbide is used.
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Abstract
Description
本発明は、2012年12月7日に日本国に出願された特願2012-267785号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
定着方式については、現像によって得られたトナー像を、加圧および加熱されたローラーを用いて定着するヒートローラー方式と、電気オーブンまたはフラッシュビーム光を用いて定着する非接触定着方式とがある。
これらのプロセスを問題なく通過するために、トナーには、安定した帯電量を保持することや、紙への定着性が良好であることが求められる。
さらに、近年のプリンターの高速化、小型化、省エネルギー化等により、トナーには、保存安定性、低温定着性、耐ホットオフセット性等のトナー特性の向上も求められている。
トナー用のバインダー樹脂は、上述のようなトナー特性に大きな影響を与えるものである。従来、バインダー樹脂としては、強靭性、低温での定着性等に優れ、性能バランスの良いポリエステル樹脂が使用されている。
また、近年、地球温暖化抑制等の環境負荷の低減の観点から、従来の石油原料由来のプラスチックからバイオマスベースのプラスチックへの転換が図られている。
トナーについても、バイオマスベースの原料を用いたものが望まれており、トナーを構成するバインダー樹脂についてもバイオマスベースの原料を用いたものが望まれている。
また、特許文献2にも、植物由来のイソソルバイドを用いたトナー用ポリエステル樹脂が記載されている。
本発明の目的は、この問題点を解決し、イソソルバイドを含有するトナー用エステル樹脂において、保存安定性、定着性、耐ホットオフセット性、画像安定性に優れたトナー用ポリエステル樹脂を提供することである。
すなわち、本発明は以下の態様を有する。
[1]バイオマス由来の構成単位を30質量%以上および、イソソルバイド由来の構成単位を2~11質量%含み、ガラス転移温度(Tg)が56~70℃であるトナー用ポリエステル樹脂;
[2]1,2-プロピレングリコール由来の構成単位を含む、[1]記載のトナー用ポリエステル樹脂;
[3]イソソルバイドおよび/または1,2-プロピレングリコールがバイオマス由来である[1]または[2]記載のトナー用ポリエステル樹脂;
[4]バイオマス由来の原料を30質量%以上および、イソソルバイドを2~11質量%含む、多価アルコールと多価カルボン酸を含む混合物を重縮合する、[1]記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法;
[5]前記混合物が、1,2-プロピレングリコールを10~20質量%含む、[4]記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法;
[6]イソソルバイドおよび/または1,2-プロピレングリコールがバイオマス由来である[4]または[5]記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法;
[7][1]から[3]のいずれかに記載のトナー用ポリエステル樹脂を含有するトナー。
<1>イソソルバイド由来のモノマーユニット と、1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットとを含み、
前記イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%であり、
ガラス転移点(Tg)が56~70℃である、トナー用ポリエステル樹脂;
<2>バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットをポリエステル樹脂の総質量に対して、2質量%以上含む、<1>に記載のトナー用ポリエステル樹脂;
<3>バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して30質量%以上である、トナー用ポリエステル樹脂であって、イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%であり、ガラス転移温度(Tg)が56~70℃である、トナー用ポリエステル樹脂;
<4>1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して10~20質量%である<1>又は<2>に記載のトナー用ポリエステル樹脂;
<5>前記イソソルバイド由来のモノマーユニットを、ポリエステル樹脂の総質量に対して7~10質量%含む、<1>~<4>のいずれかに記載のトナー用ポリエステル樹脂;
<6>三価以上のカルボン酸由来のモノマーユニットを含む、<1>~<5>のいずれかに記載のトナー用ポリエステル樹脂;
<7>前記三価以上のカルボン酸由来のモノマーユニットがトリメリット酸またはその無水物に由来するモノマーユニットである、<6>に記載のトナー用ポリエステル樹脂;
<8>前記トリメリット酸、またはその無水物の割合が、ポリエステル樹脂を構成する全モノマーに含まれる全酸成分100モル部に対して、5~25モル部である、<7>に記載のトナー用ポリエステル樹脂;
<9>イソソルバイドと、1,2-プロパンジオールとを含む多価アルコールと、多価カルボン酸とを含む単量体混合物(A)を重縮合する工程を含む、<1>に記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法であって、前記イソソルバイドの含有量が、前記単量体混合物(A)の総質量に対して、2~11質量%である、トナー用ポリエステル樹脂の製造方法;
<10>前記イソソルバイド、及び前記1,2-プロパンジオールからなる群より選択される少なくとも1つのモノマーが、バイオマスベースのモノマーである、<9>に記載のトナー用ポリエステルの製造方法。;
<11>バイオマスベースのモノマーと、多価カルボン酸とを含む単量体混合物(A)を重縮合する工程を含む、<3>に記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法あって、前記バイオマスベースのモノマーの含有量が、前記単量体混合物(A)の総質量に対して30質量%以上であり、前記単量体混合物(A)中の前記イソソルバイドの割合が、前記単量体混合物(A)の総質量に対して、2~11質量%である、トナー用ポリエステル樹脂の製造方法;
<12>前記多価カルボン酸として、三価以上のカルボン酸を含む、<9>~<11>のいずれかに記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法;
<13>前記三価以上のカルボン酸がトリメリット酸またはその無水物である、<12>に記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法;
<14><1>~<8>のいずれか1項に記載のトナー用ポリエステル樹脂を含有するトナー;
<15>多価アルコール由来のモノマーユニットと、多価カルボン酸由来のモノマーユニットとを含むトナー用ポリエステル樹脂であって、前記多価アルコール由来のモノマーユニットが、イソソルバイド由来のモノマーユニットと、1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットとを含み、ポリエステル樹脂の総質量に対する、前記イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、2~11質量%であり、ガラス転移点(Tg)が56~70℃である、トナー用ポリエステル樹脂;
<16>多価アルコール由来のモノマーユニットと、多価カルボン酸由来のモノマーユニットとを含むトナー用ポリエステル樹脂であって、前記多価アルコール由来のモノマーユニットが、バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットを含み、前記バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットが、イソソルバイド由来のモノマーユニットを含み、ポリエステル樹脂の総質量に対する、前記バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットの割合が30質量%以上であり、前記イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%であり、ガラス転移温度(Tg)が56~70℃である、トナー用ポリエステル樹脂;
<17>前記多価カルボン酸由来のモノマーユニットが、芳香族ジカルボン酸由来のモノマーユニットと、三価以上のカルボン酸由来のモノマーユニットを含む、<15>又は<16>に記載のトナー用ポリエステル樹脂。
本発明のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法によれば、イソソルバイドを用いた場合の保存性、定着性、耐ホットオフセット性、画像安定性に優れたトナーが得られるトナー用ポリエステル樹脂を製造できる。
また、本発明のトナーは、イソソルバイドを用いた場合の保存性、定着性、耐ホットオフセット性、画像安定性に優れる。
(トナー用ポリエステル樹脂)
本発明のトナー用ポリエステル樹脂の1つの態様は、イソソルバイド由来のモノマーユニットと、1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットとを含み、前記イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%であり、ガラス転移点(Tg)が56~70℃である、トナー用ポリエステル樹脂である。
また、本発明のその他の態様は、多価アルコール由来のモノマーユニットと、多価カルボン酸由来のモノマーユニットとを含むトナー用ポリエステル樹脂であって、前記多価アルコール由来のモノマーユニットが、イソソルバイド由来のモノマーユニットと、1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットとを含み、ポリエステル樹脂の総質量に対する、前記イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、2~11質量%であり、ガラス転移点(Tg)が56~70℃である、トナー用ポリエステル樹脂である。
すなわち、本発明のトナー用ポリエステル樹脂の1つの態様において、イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合は、ポリエステル樹脂の総質量に対して、2~11質量%が好ましく、7~10質量%が更に好ましい。
本発明のトナー用ポリエステル樹脂は、イソソルバイド由来のモノマーユニットを、ポリエステル樹脂の総質量に対して2質量%以上含む場合に、トナーの保存安定性が良好となる。また、前記イソソルバイド由来のモノマーユニットを、ポリエステル樹脂の総質量に対して11質量%以下含む場合に、トナーの画像安定性が良好となる。イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合は、トナーの保存安定性の点から、7質量%以上が好ましく、またトナーの画像安定性の点から10質量%以下が好ましい。
なお、イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合を、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%とするためには、多価アルコールと多価カルボンとを含む単量体混合物(A)(以下、単に混合物(A)と言うこともある)を重縮合する工程を含む、本発明のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法において、前記混合物(A)の全量中のイソソルバイドの含有量を2~11質量%とすればよい。また、前記イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合は、ポリエステル樹脂の総質量に対して、7~10質量%であることが好ましい。
本発明の1つの態様において、「~由来のモノマーユニット」は、特定のモノマーの重縮合において得られる、特定のモノマーの骨格を1つ含む構成単位のことを意味する。
1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットのポリエステル樹脂中の割合は、ポリエステル樹脂の総質量に対して、10~20質量%であることが好ましく、10~18質量%であることがより好ましい。1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットの割合を、ポリエステル樹脂の総質量に対して10質量%以上とすることで、得られるトナーの保存安定性が良好となる傾向にある。また、1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットの割合を、ポリエステル樹脂の総質量に対して20質量%以下とすることで、得られるトナーの定着性が良好となる傾向にある。
また、1,2-プロパンジオールとイソソルバイドとを併用することでイソソルバイドの吸湿を抑制し、得られたポリエステル樹脂のTgを上げることができ、その結果、トナーの保存安定性を確保することができる。
本発明の1つの態様において、1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットの割合を、ポリエステル樹脂の総質量に対して10~20質量%とするためには、前述の混合物(A)の総質量中の1,2-プロパンジオールの含有量を、10~20質量%とすればよい。
イソソルバイドは環状構造を有しているため、前記混合物(A)中のバイオマスベースの原料の比率を高くした場合のガラス転移温度(Tg)の低下を防ぎ、トナーの保存安定性の低下を効果的に防ぐことができる。
バイオマスベースのイソソルバイドとしては市販品を用いることができる。例えば、Roquette社製のPolysorb-P、Polysorb-PB;ADM社製のテクニカルグレード、ポリマーグレードなどが挙げられる。
また、本発明の1つの態様において、トナー用ポリエステル樹脂は、環境負荷低減のために、トナー用ポリエステル樹脂の総質量に対して、バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットを、2質量%以上含むことが好ましい。
トナーの全体量に対する、バイオマスベースの成分の割合を25質量%以上とするためには、トナー用ポリエステル樹脂がバイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットを、ポリエステル樹脂の総質量に対して30質量%以上含むことが好ましい。トナー用ポリエステル樹脂中のバイオマスベース由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して、30質量%以上であれば、環境負荷をより低減することができる。
すなわち、本発明のその他の態様は、バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットの割合が30質量%以上であり、イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%であり、ガラス転移温度(Tg)が56~70℃である、トナー用ポリエステル樹脂である。
なお、原材料やプラスチック製品中のバイオマス比率の測定は、ASTM D6866「放射性炭素(C14)測定法を利用した生物起源炭素濃度を決定する標準規格」により測定できる。
すなわち、本発明のトナー用ポリエステル樹脂は、ASTM D6866により測定した、C14の比率が、全炭素中25%以上であることが好ましい。
また、バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットは、イソソルバイド由来のモノマーユニットを含むことが好ましい。前記イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合は、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%であり、7~10質量%がより好ましい。
バイオマスベースのモノマーとしては、例えば植物原料由来のイソソルバイドの他に、植物原料由来の1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオールなどが挙げられる。
植物原料由来の1,2-プロパンジオールとしては、例えば、ADM社製のBio Propylene Glycol Industrial Gradeが挙げられる。
植物原料由来の1,3-プロパンジオールとしては、例えば、Susterra(登録商標)(DuPont(株))が挙げられる。
芳香族ジカルボン酸由来のモノマーユニットの割合は、トナー用ポリエステル樹脂に含まれる全ての酸成分の含有量の合計を100モル部としたときに、75~95モル部であることが好ましく、80~95モル部であることがより好ましい。芳香族ジカルボン酸に由来するモノマーユニットの割合が75モル部以上であれば、トナーの保存安定性がより良好となり、95モル部以下であれば、トナーの耐ホットオフセット性がより良好となる。
「三価以上のカルボン酸」とは、1分子中に含まれるカルボキシル基の数(価数)が3つ以上であるカルボン酸のことを指す。
すなわち、三価以上のカルボン酸由来のモノマーユニットを含めば、弾性率が高いポリエステル樹脂が得られ、トナーの耐ホットオフセット性がより良好となる。
三価以上のカルボン酸としては、例えばトリメリット酸、ピロメリット酸、1,2,4-シクロヘキサントリカルボン酸、2,5,7-ナフタレントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸、1,2,5-ヘキサントリカルボン酸、1,2,7,8-オクタンテトラカルボン酸、またはこれらのエステルもしくは酸無水物などが挙げられる。これらの中でも、工業的に入手が容易な点で、トリメリット酸またはその無水物が好ましい。これら三価以上のカルボン酸は1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明の1つの態様において、トナー用ポリエステル樹脂が三価以上のカルボン酸由来のモノマーユニットを含むためには、前記混合物(A)中に三価以上のカルボン酸を、上述の好ましい範囲となるように配合すればよい。また、本発明の1つの態様において、三価以上のカルボン酸は、混合物(A)の総質量に対して、3~15質量%であることが好ましく、5~12質量%であることがより好ましい。
任意のモノマーユニットとしては、例えばイソソルバイド、1,2-プロパンジオールおよび1,3-プロパンジオール以外の多価アルコールなどが挙げられる。
トナー用ポリエステル樹脂が任意のモノマーユニットを含むためには、前記混合物(A)中にイソソルバイド、1,2-プロパンジオールおよび1,3-プロパンジオール以外の多価アルコール(他の多価アルコール)や、二価のカルボン酸を配合すればよい。
トナー用ポリエステル樹脂のTgは、示差走差熱量計の測定により求めたものである。具体的には、100℃で10分間加熱してメルトクエンチを行った後、昇温速度5℃/分で測定したときのチャートの低温側のベースラインと、Tg近傍にある吸熱カーブの接線との交点の温度を求め、これをTgとする。
トナー用ポリエステル樹脂のT4は、1mmφ×10mmのノズルにより、荷重294N(30Kgf)、昇温速度3℃/分の等速昇温下の条件で、サンプル1.0g中の1/2の量が流出したときの温度のことを指す。
トナー用ポリエステル樹脂の酸価は、トナー用ポリエステル樹脂0.2gをベンジルアルコールに溶解し、フェノールフタレインを指示薬として、0.02規定のKOHベンジルアルコール溶液を用いて滴定して求めた値である。
次に、本発明のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法について説明する。
トナー用ポリエステル樹脂は、例えば多価アルコールと多価カルボン酸とを含む混合物(A)を後述する重合条件で重縮合することで得られる。
前記多価アルコールはイソソルバイドと、1,2-プロパンジオールとを含み、前記イソソルバイドの含有量は、前記混合物(A)の総質量に対して2~11質量%である。
本発明の1つの態様において、前記トナー用ポリエステル樹脂は、多価アルコールと、多価カルボン酸とをモル比で、1.05:1~1.5:1の範囲で含有する混合物(A)を重縮合する工程を含む製造方法により、製造することができる。
イソソルバイドの前記混合物(A)中の含有量が2質量%以上の場合に、トナーの保存安定性が良好となり、11質量%以下の場合に画像安定性が良好となる。イソソルバイドの含有量は、保存安定性の点から7質量%以上が好ましく、画像安定性の点から10質量%以下が好ましい。
1,2-プロパンジオールの前記混合物(A)中の含有量は、前記混合物(A)の総質量に対して、10~20質量%が好ましく、10~18質量%がより好ましい。1,2-プロパンジオールの含有量を10質量%以上とすることで、得られるトナーの保存安定性が良好となる傾向にあり、20質量%以下とすることで、得られるトナーの定着性が良好となる傾向にある。
1,2-プロパンジオールとイソソルバイドとを併用することでイソソルバイドの吸湿を抑制し、Tgを上げ保存安定性を確保することができる。
本発明の1つの態様において、イソソルバイド、及び1,2-プロパンジオールから成る群より選択される少なくとも1つのモノマーが、バイオマスベースのモノマーであることが好ましい。また、混合物(A)中に含まれるバイオマスベースのモノマーの割合は、混合物(A)の総質量に対して、2質量%以上であることが好ましい。
前記混合物(A)は、多価カルボン酸として三価以上のカルボン酸を含むことが好ましい。三価以上のカルボン酸を含めば弾性率が高いポリエステル樹脂が得られ、トナーの耐ホットオフセット性がより良好となる。
三価以上のカルボン酸としては、先に例示したものが挙げられる。特に、トリメリット酸またはその無水物が好ましい。
前記混合物(A)中の三価以上のカルボン酸の含有量は、混合物(A)に含まれる全ての酸成分の含有量の合計を100モル部としたときに、5~25モル部が好ましく、5~20モル部がより好ましい。単量体混合物(A)中の三価以上のカルボン酸の含有量が5モル部以上であれば、高温時の弾性率の高い樹脂が得られやすくなり、トナーの耐ホットオフセット性がより良好となる傾向にある。一方、三価以上のカルボン酸の含有量が25モル部以下であれば、トナーの保存安定性がより向上し、重縮合時のゲル化反応のコントロールが容易となる傾向にある。
また、本発明の1つの態様としては、環境負荷の低減の点で、前記混合物(A)がバイオマスベースのモノマーを前記混合物(A)の総質量に対して、30質量%以上含むことが必要である。バイオマスベースの原料としては、たとえば、植物原料由来のイソソルバイドや1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオールなど公知のものが挙げられる。
前記混合物(A)に含まれる、イソソルバイド、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール以外の多価アルコールとして、例えば、以下のものがあげられる。
エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ポリエチレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノールなどの脂肪族ジオール、ポリオキシプロピレン-(2.3)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン-(2.0)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン-(2.0)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.2)-ポリオキシエチレン-(2.0)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン-(2.4)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3.3)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンなどの芳香族ジオール。これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
前記混合物(A)に含まれる多価カルボン酸は、例えば、以下のものが挙げられる。
テレフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸ジメチル、イソフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジエチル、イソフタル酸ジエチル、テレフタル酸ジブチル、イソフタル酸ジブチル等の二価のカルボン酸、またはこれらのエステルもしくは酸無水物、フタル酸、セバシン酸、イソデシルコハク酸、ドデセニルコハク酸、マレイン酸、フマル酸、アジピン酸、コハク酸、またはこれらのエステルもしくは酸無水物等の脂肪族ジカルボン酸等。トリメリット酸、ピロメリット酸、1,2,4-シクロヘキサントリカルボン酸、2,5,7-ナフタレントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸、1,2,5-ヘキサントリカルボン酸、1,2,7,8-オクタンテトラカルボン酸、またはこれらのエステルもしくは酸無水物等。これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
得られる樹脂の熱的特性、強度、画像安定性等を考慮すると、芳香族ジカルボン酸またはこれらのエステルもしくは酸無水物が好ましい。特に、ハンドリングやコスト面から、テレフタル酸、イソフタル酸が好ましい。
重合温度は、180~280℃の範囲が好ましく、200~270℃がより好ましい。重合温度が180℃以上の場合に、生産性が良好となる傾向にあり、280℃以下の場合に、樹脂の分解や、臭気の要因となる揮発分の副生成を抑制できる傾向にあるため好ましい。重合温度の下限値は200℃以上がより好ましく、220℃以上が特に好ましい。重合温度の上限値は270℃以下がより好ましい。
次に、本発明のポリエステル樹脂を用いたトナーについて説明する。
本発明の別の態様は、イソソルバイド由来のモノマーユニットと、1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットとを含み、前記イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%であり、ガラス転移点(Tg)が56~70℃であるポリエステル樹脂のトナーの原料としての使用、若しくは本発明のポリエステル樹脂を原料として用いたトナーの製造方法である。また、前記イソソルバイド、及び/又は1,2-プロパンジオールは、バイオマスベースのモノマーであることが好ましい。
また、本発明の別の側面は、バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂を構成する全モノマーユニットの総質量に対して30質量%以上である、ポリエステル樹脂であって、前記バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットが、イソソルバイド由来のモノマーユニットを含み、前記イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%であり、ガラス転移温度(Tg)が56~70℃であるポリエステル樹脂のトナーの原料としての使用、若しくは本発明のポリエステル樹脂を原料として用いたトナーの製造方法である。
本発明のトナーは、本発明のポリエステル樹脂と公知の着色剤、荷電制御剤、離型剤、流動改質剤等の添加剤、磁性体等を配合して得られる。
荷電制御剤の含有量は、トナーの総質量に対して、0.5~5質量%が好ましい。荷電制御剤の含有量が0.5質量%以上の場合にトナーの帯電量が充分なレベルとなる傾向にあり、5質量%以下の場合に荷電制御剤の凝集による帯電量の低下が抑制される傾向にあるため好ましい。
さらにバインダー樹脂として、本発明のポリエステル樹脂以外のバインダー樹脂を用いてもよく、例えば、本発明のポリエステル樹脂以外のポリエステル樹脂、スチレン系樹脂、スチレン-アクリル系樹脂、環状オレフィン樹脂、メタクリル酸系樹脂、エポキシ樹脂などを挙げることができ、2種以上を混合して使用することができる。
また本発明のトナーは、磁性1成分現像剤、非磁性1成分現像剤、2成分現像剤の何れの現像剤としても使用できる。
本発明のトナー用ポリエステル樹脂を原料として含有するトナーは、公知の方法で製造できる。たとえば、本発明のポリエステル樹脂を含む前述のバインダー樹脂および配合物を混合した後、2軸押出機などで溶融混練し、粗粉砕、微粉砕、分級を行い、必要に応じて無機粒子の外添処理等を行って製造する方法(粉砕法)、前述のバインダー樹脂および配合物を溶剤に溶解・分散させ、水系媒体中にて造粒したのち溶剤を除去し、洗浄、乾燥してトナー粒子を得て、必要に応じて無機粒子の添加を行って製造する方法や、前述のバインダー樹脂を用いて乳化物を作成し、配合物の微分散体とともに水系にて凝集、融合させて造粒し、ろ別、洗浄、乾燥してトナー粒子を得て、必要に応じて無機粒子の添加を行って製造する方法((ケミカル法)等が挙げられる。
(1)ポリエステル樹脂の評価方法
(ガラス転移温度(Tg))
島津製作所(株)製示差走差熱量計DSC-60を用い、メルトクエンチ後に昇温速度5℃/分で測定した時のチャートの低温側のベースラインとガラス転移温度近傍にある吸熱カーブの接線との交点の温度を求めた。
(軟化温度)
島津製作所(株)製フローテスターCFT-500Dを用い、1mmφ×10mmのノズルにより、荷重294N(30Kgf)、昇温速度3℃/分の等速昇温下で、サンプル1.0g中の1/2量が流出した温度を求めた。
(酸価(AV))
サンプル約0.2gを枝付き三角フラスコ内に精秤し(A(g))、ベンジルアルコール20mlを加え、窒素雰囲気下で230℃のヒーターにて15分加熱し樹脂を溶解した。室温まで放冷後、クロロホルム20ml、フェノールフタレイン溶液数滴を加え、0.02規定のKOHベンジルアルコール溶液にて滴定した(滴定量=B(ml)、KOHベンジルアルコール溶液の力価=p)。ブランク測定を同様に行い(滴定量=C(ml))、以下の式に従って算出した。
酸価(mgKOH/g)=(B-C)×0.02×56.11×p÷A
(保存安定性)
トナーを約5g秤量してサンプル瓶に投入し、これを50℃に保温された乾燥機に24時間放置し、トナーの凝集の程度を評価して耐ブロッキング性の指標とした。評価基準は以下の通りとした。
S(非常に良好):サンプル瓶を逆さにするだけで分散する。
A(良好):サンプル瓶を逆さにし、2~3回叩くと分散する。
B(使用可能):サンプル瓶を逆さにし、4~5回叩くと分散する。
C(劣る):サンプル瓶を逆さにし、5回叩いた際に分散しない。
(定着性)
シリコーンオイルが塗布されていない定着ローラーを有し、ローラー速度を100mm/sに設定したローラー温度変更可能であるプリンターを用いて、テストパターンとして0.5mg/cm2のトナー濃度にて縦4.5cm×横15cmのベタ画像を作成し、定着ローラーの温度を145℃に設定して定着させた。このテストパターン画像に対し、マクベス社製画像濃度計にて画像濃度を測定して記録した。
濃度測定部分を縦に谷折りとして、保護紙を乗せた上から折り曲げ部に1kgの重りを5回滑らせて折り目をつけ、続いて同じ折り目で山折りとして、保護紙を乗せた上から折り曲げ部に1kgの重りを5回滑らせた。試験紙を伸ばし、折り曲げ部にセロハンテープ(日東電工CSシステム社 No.29)を貼りつけて5回なぞったのちゆっくりと剥がし、マクベス社製画像濃度計にて画像濃度を測定した。3箇所で同測定を行い、試験前後の画像濃度より各々の定着率を以下の式で算出し、3箇所の平均定着率をもとに以下の基準により評価した。
定着率=試験後の画像濃度/試験前の画像濃度 ×100 (%)
S(非常に良好):85%以上の定着率
A(良好):75%以上85%未満の定着率
C(劣る):75%未満の定着率または145℃でオフセット現象が発生し測定不可
シリコーンオイルが塗布されていない定着ローラーを有し、ローラー速度30mm/sに設定したローラー温度変更可能であるプリンターを用いて、テストパターンとして0.5mg/cm2のトナー濃度にて縦4.5cm×横15cmのベタ画像をローラー温度5℃毎に印刷した際、定着時にホットオフセット現象により定着ローラーにトナーが移行するときの最低温度をホットオフセット発生温度と定め、以下の基準を用いて耐ホットオフセット性を判断した。
S(非常に良好) :200℃でホットオフセットが発生しない
A(良好) :ホットオフセット発生温度が185℃を超え200℃以下
C(劣る) :ホットオフセット発生温度が185℃以下
25℃、80RH%の環境下において、シリコーンオイルが塗布されていない定着ローラーを有し、ローラー速度30mm/sに設定したローラー温度変更可能であるプリンターを用いて、テストパターンとして0.5mg/cm2のトナー濃度にて縦4.5cm×横15cmのベタ画像を定着温度170℃で連続印刷し、1枚目と5000枚目の画像の変化を目視にて以下の条件で評価した。
A(良好) :画像濃度に変化がない、または影響が少ない。
B(使用可能):画像濃度に変化があり、添加剤による改良で使用できる限界である。
C(劣る) :画像濃度が大きく変化する。
表1に示す多価カルボン酸、多価アルコールと、全酸成分に対して500ppmのテトラブチルチタネートを蒸留塔備え付けの反応容器に投入した。なお、表1には、全酸成分を100モル部としたときの各成分のモル部と質量%を示した。
次いで、反応容器中の攪拌翼の回転数を120rpmに保ち、昇温を開始し、反応系内の温度が265℃になるように加熱し、この温度を保持した。エステル化反応が終了し反応系からの水の留出がなくなった後、反応系内の温度を下げて225℃に保ちながら、反応容器内を約40分かけて減圧し、真空度を133Paとし、反応系からジオール成分を留出させながら重縮合反応を行った。
反応とともに反応系の粘度が上昇し、粘度上昇とともに反応系内に窒素を導入して真空度を上昇させ、攪拌翼のトルクが所望の軟化温度を示す値となるまで重縮合反応を実施した。そして、所定のトルクを示した時点で撹拌を停止した。攪拌停止直後に反応系を窒素導入により常圧に戻し、窒素により加圧して反応物を取り出し、100℃以下に冷却しポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂の特性値を表1に示す。
次いで、上記ポリエステル樹脂を用いて、トナー化を行った。
ポリエステル樹脂を93質量部、キナクリドン顔料(クラリアント社製、HOSTAPARM PINK E、C.I.番号:Pigment Red 122)を3質量部、カルナバワックス1号(東洋アドレ社製)3質量部、負帯電性の荷電制御剤(日本カーリット社製、商品名:LR-147)1質量部を使用し、ヘンシェルミキサーで5分間混合した。
次いで、得られた混合物(A)を2軸混練機で溶融混練した。溶融混練は内温を樹脂の軟化温度に設定して行った。混練後、冷却してトナー魂を得、ジェットミル微粉砕機で10μm以下に微粉砕し、分級機にて3μm以下の微粒子をカットして粒径を整えた。得られた微粉末100質量部に対して、0.25質量部のシリカ(日本アエロジル社製、商品名:R-972)を加え、ヘンシェルミキサーで混合してトナーを得た。得られたトナーの評価結果を表1に示す。
多価カルボン酸、多価アルコールの仕込み量を表1、2に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様の方法でポリエステル樹脂を製造した。得られたポリエステル樹脂の特性値を表1、2に示す。
次いで、得られたポリエステル樹脂を用いて実施例1と同様の方法でトナーを得た。得られたトナーについての評価結果を表1、2に示す。
ジオールA:ポリオキシプロピレン-(2.3)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンジオール
イソソルバイド:Polysorb-PB(登録商標)(Roquette社製)
1,3-プロパンジオール:Susterra(登録商標)プロパンジオール(DuPont社製)
1,2-プロパンジオール:Bio Propylene Glycol Industrial Grade(ADM社製)
比較例2は、ポリエステル樹脂中のイソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が多すぎるため、トナーの画像安定性が不十分であった。
比較例3は、ポリエステル樹脂のTgが低く、トナーの保存安定性が不十分であった。
比較例4は、ポリエステル樹脂のTgが高く、トナーの定着性が不十分であった。
本発明のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法によれば、イソソルバイドを用いた場合の保存性、定着性、耐ホットオフセット性、画像安定性に優れたトナーが得られるトナー用ポリエステル樹脂を製造できる。
Claims (14)
- イソソルバイド由来のモノマーユニット と、1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットとを含み、
前記イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%であり、
ガラス転移点(Tg)が56~70℃である、トナー用ポリエステル樹脂。 - バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットをポリエステル樹脂の総質量に対して、2質量%以上含む、請求項1に記載のトナー用ポリエステル樹脂。
- バイオマスベースのモノマー由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して30質量%以上である、トナー用ポリエステル樹脂であって、
イソソルバイド由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して2~11質量%であり、
ガラス転移温度(Tg)が56~70℃である、トナー用ポリエステル樹脂。 - 1,2-プロパンジオール由来のモノマーユニットの割合が、ポリエステル樹脂の総質量に対して10~20質量%である、請求項1又は2に記載のトナー用ポリエステル樹脂。
- 前記イソソルバイド由来のモノマーユニットを、ポリエステル樹脂の総質量に対して7~10質量%含む、請求項1~3のいずれかに記載のトナー用ポリエステル樹脂。
- 三価以上のカルボン酸由来のモノマーユニットを含む、請求項1~3のいずれかに記載のトナー用ポリエステル樹脂。
- 前記三価以上のカルボン酸由来のモノマーユニットがトリメリット酸またはその無水物に由来するモノマーユニットである、請求項6に記載のトナー用ポリエステル樹脂。
- 前記トリメリット酸、またはその無水物の割合が、ポリエステル樹脂を構成する全モノマーに含まれる全酸成分100モル部に対して、5~25モル部である、請求項7に記載のトナー用ポリエステル樹脂。
- イソソルバイドと、1,2-プロパンジオールとを含む多価アルコールと、多価カルボン酸とを含む単量体混合物(A)を重縮合する工程を含む、請求項1に記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法であって、前記イソソルバイドの含有量が、前記単量体混合物(A)の総質量に対して、2~11質量%である、トナー用ポリエステル樹脂の製造方法。
- 前記イソソルバイド、及び前記1,2-プロパンジオールからなる群より選択される少なくとも1つのモノマーが、バイオマスベースのモノマーである、請求項9に記載のトナー用ポリエステルの製造方法。
- バイオマスベースのモノマーと、多価カルボン酸とを含む単量体混合物(A)を重縮合する工程を含む、請求項3に記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法あって、前記バイオマスベースのモノマーの含有量が、前記単量体混合物(A)の総質量に対して30質量%以上であり、前記単量体混合物(A)中の前記イソソルバイドの割合が、前記単量体混合物(A)の総質量に対して、2~11質量%である、トナー用ポリエステル樹脂の製造方法。
- 前記多価カルボン酸として、三価以上のカルボン酸を含む、請求項9~11のいずれかに記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法。
- 前記三価以上のカルボン酸がトリメリット酸またはその無水物である、請求項12に記載のトナー用ポリエステル樹脂の製造方法。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー用ポリエステル樹脂を含有するトナー。
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