JP2003215835A

JP2003215835A - 極性を持つように変性されたポリオレフィンワックスを電子写真用トナーに使用する方法

Info

Publication number: JP2003215835A
Application number: JP2002353662A
Authority: JP
Inventors: Gerd Hohner; ゲルト・ホーナー; Michael Bayer; ミヒヤエル・バイヤー
Original assignee: Clariant GmbH
Current assignee: Clariant Produkte Deutschland GmbH
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2003-07-30
Also published as: DE10159955A1; EP1318433A2; US7005224B2; CN1423174A; US20030108807A1; EP1318433A3

Abstract

(57)【要約】【課題】トナー成分としての有用なワックスの提供。【解決手段】メタロセン触媒を用いて製造されそして
極性となるように変性されたポリオレフィンワックスを
電子写真用トナーに使用する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、メタロセン触媒を
用いて製造されそして極性を持つように変性されたポリ
オレフィンワックスを電子写真用トナーに使用する方
法、並びに極性を持つように変性されたこのようなポリ
オレフィンワックスを含む電子写真用トナーに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現代の
複写プロセスでは、樹脂、顔料、荷電制御剤及びワック
ス及び必要に応じて流動助剤を含む電子写真用トナーが
通常使用されている。この複写プロセスでは、通常は、
粉末状の電子写真用トナーが、先ず、複写される像を転
写ローラー上に形成し、そこから複写紙に転写され次い
で熱によって定着される。

【０００３】トナー中に配合成分として存在するワック
スは、離型剤及びアンチオフセット剤として働き定着ロ
ーラーからの電子写真用トナーの脱着を補助し、また転
写の際には紙に対するトナーの粘着促進剤として働き、
そして更にトナーの製造においては、分散助剤として働
くことによって顔料の均一な分布に貢献する。

【０００４】現代の複写機は、この方法によって１分間
当たり40枚を超える複写を可能とし、これは0.2m/sより
速い輸送速度(transport velocity)に相当する。

【０００５】より一層高速な複写機に対する要望は、応
じて、高速反応性のトナーシステムを必要とし、そして
トナー調合物の各々の成分に対し厳しい供給を課してい
る。

【０００６】米国特許第5,707,772 号は、メタロセン触
媒を用いて製造された非極性ポリオレフィンに基づくア
ンチオフセット剤の使用を開示している。

【０００７】ヨーロッパ特許出願公開第0 843 222 A1号
は、同様にメタロセン触媒を用いて製造された非極性オ
レフィンホモポリマー及びコポリマーワックスに基づく
離型剤を使用することを開示している。

【０００８】ヨーロッパ特許出願公開第0 890 882 A1号
は、メタロセンを用いて製造された非極性プロピレンホ
モポリマー及びコポリマーワックスを電子写真用トナー
に使用する方法を開示している。

【０００９】上述のワックスは、現代の高速運転型複写
機の要求を全ての面では満たさない。特に、向上された
アンチオフセット作用、紙上へのプリントの粘着性の点
で向上された作用、更には最適化された顔料分散性を有
するワックス成分に対する要望がある。

【００１０】メタロセン触媒を用いて製造されたポリオ
レフィンから得ることができる酸化されたワックス（ド
イツ特許出願公開第196 17 230号）も公知である。

【００１１】ドイツ特許出願公開第198 10 890号では、
メタロセン触媒を用いて製造されたポリエチレンワック
スを、それの溶融物の状態で酸素または酸素含有ガスに
より酸化することによって極性変性(polar modificatio
n)する方法が記載されている。

【００１２】ヨーロッパ特許出願公開第1 013 672 号
は、メタロセン触媒を用いて製造された比較的高分子量
のポリエチレンを酸化することによる、極性を持つよう
に変性されたワックスの製造方法を記載している。

【００１３】ドイツ特許出願公開第196 48 895号は、チ
ィーグラー型またはメタロセン型の触媒を用いて得られ
たポリプロピレンワックスから製造されそして極性を持
つように変性されたポリプロピレンワックスを開示して
いる。これらは、α, β- 不飽和カルボン酸またはそれ
らの誘導体との反応によって変性される。可能な用途と
しては、水性分散液やメルト接着剤調合物中での使用、
並びにプラスチックの添加剤としての用途が記載されて
いる。

【００１４】特許公報第2,748,156 号には、カルボン酸
またはそれの無水物で酸変性されたポリプロピレンワッ
クスが、ポリエステルバインダーを用いるトナー用に開
示されている。前記ポリプロピレンワックスは、500 〜
20,000の数平均分子量Mn、100 〜160 ℃の軟化点及び1
0,000ポイズ未満の溶融粘度を有する。

【００１５】特開平11-143114 号公報には、１〜30 mgK
OH/gの酸価及びDSC で測定して100〜170 ℃の融点(mp)
を有するマレイン酸もしくは無水マレイン酸で酸変性し
たポリプロピレンワックスが、50〜130 ℃の融点を有す
る他のタイプのワックスと共に使用されるトナー用の離
型剤として開示されている。

【００１６】特開平11-249331 号公報には、１〜15 mgK
OH/gの酸価を有しそしてエチレン含有率が３重量％以上
のマレイン酸もしくは無水マレイン酸で酸変性されたポ
リプロピレンワックスが、静電像現像用トナーの離型剤
として開示されている。

【００１７】特開2000-310878 号には、電子写真用フル
カラートナー用にポリエチレンワックス及びポリエステ
ルバインダー樹脂と一緒に使用される、１〜10 mgKOH/g
の酸価及び100 〜160 ℃の軟化点を有する酸変性された
ポリプロピレンワックスが開示されている。

【００１８】上記四件の従来技術文献には、メタロセン
触媒によって製造されたポリオレフィンワックスは開示
されていない。

【００１９】

【課題を解決するための手段】驚くべきことに、メタロ
セン触媒を用いて製造された非極性前駆体から得られる
極性ワックスが電子写真用トナーの添加剤として特に有
益であることがここに見出された。このようなワックス
を用いることによって、特に、トナー製造の際の顔料の
より均一な分散、向上されたアンチオフセット作用及び
定着プロセスに際しての紙上へのプリントの向上された
粘着が達成される。

【００２０】それゆえ本発明は、メタロセン触媒を用い
て製造されそして極性を持つように変性されたポリオレ
フィンワックスを電子写真用トナーに使用する方法を提
供する。

【００２１】また本発明は、極性を持つように変性され
たポリオレフィンワックスを電子写真用トナーに使用す
る方法であって、その極性にするための変性が、メタロ
セン触媒を用いて製造された非極性ポリオレフィンワッ
クスに対して行われ、そして a) 酸素または酸素含有ガスによって酸化し、そして必
要に応じてその酸化生成物を誘導体に転化すること、及
び／または b) α, β- 不飽和カルボン酸、エステルまたは無水物
と反応させそして必要に応じてその反応生成物を誘導体
に転化すること、及び／または c) スチレンと反応させること、によって行われる、上記方法も提供する。

【００２２】極性を持つように変性されるポリオレフィ
ンワックスとしては、好ましくは、２〜30個の炭素原子
を有する線状または分枝状α- オレフィンのホモポリマ
ーまたはこれらのオレフィン同士のコポリマーが使用さ
れる。

【００２３】極性を持つように変性されたポリオレフィ
ンワックスは、好ましくは、170 ℃で測定して５〜10,0
00 mPa.sの溶融粘度、0.1 〜100mgKOH/gのケン化価、20
0 〜1,500 bar の流動硬度(flow hardness) 及び80〜16
0 ℃の範囲の軟化点を有する。

【００２４】本発明は更に、少なくとも一種の顔料成
分、樹脂成分、及びメタロセン触媒を用いて製造されそ
して極性を持つように変性されたポリオレフィンワック
スを含む電子写真用トナーを提供する。

【００２５】一般的に電子写真用トナーは、基本成分と
して、ポリエステルまたはスチレン- アクリレートコポ
リマーに基づく樹脂を含む。光導電体ローラーから紙基
材へのトナーの転写を助ける荷電制御剤としては、例え
ば、トナー粉体の正の荷電には第四アンモニウム塩そし
てトナー粉体の負の荷電にはアルミニウム- アゾ錯体が
使用される。粉体の流動を助けるためには、少量の微細
シリカをトナー粉体に加えることができる。

【００２６】望む色に応じて、適当な黒色顔料または有
色顔料が、熱可塑性混合物の段階のトナーに加えられ
る。

【００２７】以下で使用する“ポリオレフィンワック
ス”という用語は、メタロセン触媒を用いて製造され
た、２〜30個の炭素原子を有する線状または分枝状α-
オレフィンの低分子量ポリマーのことを言う。これに
は、上記のオレフィンのホモポリマー及び任意の比率の
これらのオレフィン同士よりなるコポリマーの両方が包
含される。

【００２８】ポリオレフィンワックスを製造するための
メタロセン触媒は、式M¹L _xで表されるキラルなまたは
非キラルな遷移金属化合物である。この遷移金属化合物
M¹L _xは少なくとも一つの中心金属原子M¹を含み、この
中心金属原子M¹には、一つのまたは二つ以上のπ配位
子、例えばシクロペンタジエニル配位子が結合してい
る。加えて、ハロゲン原子またはアルキル、アルコキシ
もしくはアリール基などの置換基が、中心金属原子M¹に
結合していることができる。M¹は、好ましくは、元素周
期律表の第III 、IV、V またはVI主族の元素、例えばT
i、ZrまたはHfである。本発明の目的においては、シク
ロペンタジエニル配位子という用語は、置換されていな
いシクロペンタジエニル基及び置換されたシクロペンタ
ジエニル基、例えばメチルシクロペンタジエニル、イン
デニル、2-メチルインデニル、2-メチル-4- フェニルイ
ンデニル、テトラヒドロインデニルまたはオクタヒドロ
フルオレニル基を包含する。π配位子は橋掛けされてい
てもまたはされていなくともよく、この際、環系を介し
た橋掛けを含む、一重または多重橋掛けが可能である。
メタロセンという用語には、多核メタロセンとして知ら
れる、二つ以上のメタロセンフラグメントを含む化合物
も包含される。これらは、如何なる置換パターン及び橋
掛けでも有することができる。このような多核メタロセ
ンの各々のメタロセンフラグメントは同一でも異なって
いてもよい。このような多核メタロセンの例は例えばヨ
ーロッパ特許出願公開第0 632 063A1 号に記載されてい
る。

【００２９】メタロセンの構造式及びそれらをオレフィ
ンホモポリマー及びコポリマーワックスの製造に使用す
る方法の例は、例えばヨーロッパ特許出願公開第0 571
882A1 号に記載されている。

【００３０】極性に変性する前のポリオレフィンワック
スは、170 ℃で測定して５〜10,000mPa.s の範囲の溶融
粘度、及び85〜165 ℃の範囲の軟化点を有する。

【００３１】これらのポリオレフィンワックスは、その
融点より低い温度または高い温度において酸素または酸
素含有ガスを用いて酸化することによって極性を持つよ
うに変性することができる。このワックスは、好ましく
は、それの溶融状態においてワックスの融点から200 ℃
の範囲の温度下に、酸素または酸素含有ガス、好ましく
は空気をそれに通すことによって酸化される。酸化によ
って変性されたワックスは、0.1 〜100 mgKOH/g 、好ま
しくは１〜30mgKOH/g の酸価、170 ℃で測定して５〜1
0,000mPa.s 、好ましくは20〜5,000mPa.sの溶融粘度、
及び80〜160 ℃の軟化点を有する。このようなワックス
には、例えば脂肪族または芳香族の一価または多価アル
コール、例えばエタノール、プロパノール、ブタノール
類、エタンジオール、ブタンジオール類、グリセロー
ル、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリトールま
たはベンジルアルコールでエステル化することによって
得ることができるような、上記方法で得られた酸化生成
物の誘導体も包含される。部分エステルの場合は、これ
らは、例えば、酸成分、例えばアクリル酸またはメタク
リル酸とのエステル化によって更に別の誘導体に転化す
ることができる。

【００３２】極性を持つようにワックスを変性するため
の更に別の可能な方法は、ポリオレフィンワックスと
α, β- 不飽和カルボン酸またはそれの誘導体との反応
である。この反応は、適当ならば、遊離基開始剤の存在
下で行われる。α, β- 不飽和カルボン酸の例は、アク
リル酸、メタクリル酸、クロトン酸及びマレイン酸であ
る。α, β- 不飽和カルボン酸の誘導体の例は、それら
のエステルまたはアミドまたは無水物、例えばアルキル
アクリレート、アクリルアミド、マレイン酸のモノエス
テルまたはジエステル、無水マレイン酸またはマレイン
酸のアミド、例えばマレイミドまたはN-アルキル置換マ
レイミドである。また、これらの化合物の混合物を使用
することもできる。好ましくは、マレイン酸及びそれの
誘導体であり、特に好ましくは無水マレイン酸である。
α, β- 不飽和カルボン酸またはそれの誘導体は、使用
するポリオレフィンワックスを基準にして0.1 〜20重量
％の量で使用される。このような遊離基反応により得ら
れる極性反応生成物の製造法は、例えばヨーロッパ特許
出願公開第0 941 257 A1号に記載されている。ポリオレ
フィンワックスとα, β- 不飽和カルボン酸もしくはそ
れの誘導体との反応によって得られる極性ポリオレフィ
ンワックスは、170 ℃で測定して５〜10,000mPa.s 、好
ましくは10〜5,000mPa.sの溶融粘度、0.1 〜100 mgKOH/
g 、好ましくは２〜80 mgKOH/gのケン化価、及び80〜16
0 ℃、好ましくは100 〜155 ℃の軟化点を有する。

【００３３】更に本発明は、使用するポリオレフィンワ
ックスを基準にして0.1 〜30重量％の量のスチレンとポ
リオレフィンワックスとの遊離基反応によって製造され
たワックス生成物の使用も提供する。

【００３４】上記の変性方法を組み合わせることも可能
であり、例えば先ずポリオレフィンワックスをα, β-
不飽和カルボン酸もしくはそれの誘導体と反応させ、次
いでその反応生成物を酸化することもできる。

【００３５】

【実施例】以下に記載のワックス生成物の溶融粘度は、
回転式粘度計を用いてDIN51562に従って測定した。ケン
化価は、DIN 規格53401 に従い測定し、そして軟化点及
び流動硬度[ 圧子針入度(indenter penetrations)]は、
ドイツ脂肪化学協会(Deutsche Gesellschaft fuer Fett
chemie) の“標準方法”M-IV2(75) またはM-III 13(75)
に従い測定した。

【００３６】変性には、ヨーロッパ特許出願公開第321
851 号及びヨーロッパ特許出願公開第571 882 号の実施
例に基づく方法においてメタロセン触媒を用いて製造し
た以下のポリオレフィンワックスを使用した：

【００３７】

【表１】酸化による変性 700 ｇのポリオレフィンワックス１を含む混合物を、温
度計、高速プロペラ型攪拌機及びガス導入口としての浸
漬管を備えた２リットル容積の四つ首フラスコ中で溶融
した。内部温度が140 ℃に達したら、攪拌機を一分間当
たり4,000 回転で始動させそして200L/hの気流を上記ワ
ックス溶融物中に導通した。反応温度は最大で165 ℃ま
で上昇した。粘度測定のための試料を２時間置きに採取
した。反応を６時間後に停止させた。生じた生成物（変
性ワックス１）は、30 mgKOH/gのケン化価、170 ℃で20
mPa.s の粘度、118 ℃の軟化点（リング／ボール）及び
380barの流動硬度を有した。無水マレイン酸との反応による変性 500 ｇのポリオレフィンワックス２を、攪拌機、内部温
度計及び蒸留取付具を備えたガラス製装置中窒素雰囲気
下に溶融した。165 ℃の温度で、約60℃に加熱した液状
無水マレイン酸26.7ｇを、計量添加用漏斗から３時間か
けて連続的に導入し、及び同温で、ジ-tert-ブチルパー
オキシド10.5ｇを別の計量添加用漏斗から連続的に加え
た。添加完了後、更に1.1 ｇのジ-tert-ブチルパーオキ
シドを反応混合物に加え、反応温度を170 ℃に高めそし
てこの混合物を更に２時間反応させた。次いで、約30mb
arの減圧を加えそして揮発性成分を留去した。約30分
後、窒素を入れて圧力を大気圧にした。残りの揮発性成
分を分離するため、このワックス溶融物中に更に15分
間、窒素を導通させ、そして溶融物を容器から出した。
これにより、58 mgKOH/gのケン化価、170 ℃で20 mPa.s
の溶融粘度、134 ℃のリング／ボール軟化点及び900 ba
r の流動硬度を有する淡い黄色のワックス（変性ワック
ス２）が得られた。

【００３８】上記と同様にして、ポリオレフィンワック
ス３を無水マレイン酸で変性してそれを極性にした。こ
れにより、60 mgKOH/gのケン化価、170 ℃で2,100 mPa.
s の溶融粘度、138 ℃のリング／ボール軟化点及び1,00
0 bar の流動硬度を有する淡黄色のワックス（変性ワッ
クス３）が得られた。

【００３９】以下の例は、本発明のワックスを、電子複
写機及びデジタル印刷機に使用される種のトナーに配合
する例を示すものである。例１ 90重量部のスチレン- アクリレート樹脂（タイプCPR10
0；三井社製; ガラス転移温度＝60℃； MFR/140 ℃
＝５ｇ／10分）を、４重量部の黒色顔料（カーボンブラ
ック；平均粒度＝２μｍ；チムカル(Timcal)社製) 、
1.0重量部の荷電制御剤（コピーチャージN4S ；クラ
リアントGmbH製）及び４重量部の本発明による変性ワッ
クス１と混練機中で150 ℃で均一に混合した。次いでこ
の混合物を細化して12μm の平均粒度（100 ％＜20μ
ｍ）を有するトナー粉体とした。シリカに基づく流動助
剤（タイプHDK ；ワッカー社製）0.5 重量部を次いで
上記トナー粉体に加えた。この今や自由流動性の混合物
５ｇを鉄粉末95ｇと混合しそして複写機の受け器に充填
した。

【００４０】次いで、トナー粉体を、複写機の光磁気ロ
ーラーを用いて紙上20×100mm の面積に転写した。次い
で、この像を、硬質加熱ローラー及び弾性冷却ローラー
から構成されるローラー設備を用いて160 ℃及び150mm/
s の線速度で定着させた。次いで、別の白色紙を上記の
高温のローラー対の間を通し、そのトナー残渣を検査し
た。この白色紙には“ゴースト画像(ghost pictures)”
は認められなかった。例２例１のトナー粉体１ｇをエタノール２ｇと一緒に攪拌
し、そしてドクターブレードを用いて紙基材上に塗布し
た（層厚：40μｍ）。溶剤を40℃で乾燥除去した後、残
りの粉体層を140 ℃及び120 mm/sの線速度で定着させ
た。この定着されたトナー層を、印刷インキの試験に使
用される試験装置を用いて磨耗試験により検査した。ラ
ビングペーパー(rubbing paper) で50回擦っても測定可
能な磨耗は認められなかった。このトナー層を約180 °
折り曲げてみたが、目に見える折り曲げ線または剥落は
なかった。例３この例では、例１の変性ワックス１の代わりに、変性ワ
ックス２及び３を使用した。それに加えて顔料の割合を
25％減らした。他の点では実施例１の通りの手順で行っ
た。印刷は、例１に記載のように並行して試験したワッ
クス無しの標準品と同じ色の濃さを有した。これはすな
わち、ワックスの添加によって、より効果的な顔料の分
散が達成されたことを示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ミヒヤエル・バイヤードイツ連邦共和国、ティールハウプテン、キルシェンヴェーク、22 Ｆターム(参考） 2H005 AA06 AB02 CA13 EA03 EA10 4J026 AA11 AA12 AA13 BA05 DA17 DB15 DB22 GA01 GA08 4J100 AA02P AA03P BA03H BA16H DA09 DA23 DA32 DA48 FA10 HA01 HA57 HB07 HC30 JA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メタロセン触媒を用いて製造されそして
極性を持つように変性されたポリオレフィンワックスを
電子写真用トナーに使用する方法。
【請求項２】極性を持つように変性されたポリオレフ
ィンワックスを電子写真用トナーに使用する方法であっ
て、その極性にするための変性が、メタロセン触媒を用
いて製造された非極性ポリオレフィンワックスに対して
行われ、そして a) 酸素または酸素含有ガスによって酸化しそして必要
に応じてその酸化生成物を誘導体に転化すること、及び
／または b) α, β- 不飽和カルボン酸、そのエステルまたは無
水物と反応させそして必要に応じてその反応生成物を誘
導体に転化すること、及び／または c) スチレンと反応させること、によって行われる、上記方法。
【請求項３】極性にするための変性に使用されるポリ
オレフィンワックスが、２〜30個の炭素原子を有する線
状または分枝状α- オレフィンのホモポリマーまたはこ
れらのオレフィン同士からなるコポリマーである、請求
項１または２のポリオレフィンワックスの使用方法。
【請求項４】極性を持つように変性されたポリオレフ
ィンワックスが、170 ℃で測定して５〜10,000 mPa.sの
溶融粘度、0.1 〜100 mgKOH/g のケン化価、200 〜1,50
0 bar の流動硬度及び80〜160 ℃の範囲の軟化点を有す
る、請求項１〜３のいずれか一つの使用方法。
【請求項５】少なくとも一種の顔料成分、樹脂成分、
及びメタロセン触媒を用いて製造されそして極性を持つ
ように変性されたポリオレフィンワックスを含む、電子
写真用トナー。