JP2003337443A - トナー用結着樹脂 - Google Patents
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Abstract
機への融着等による粉砕性の低下が生じることなく、紙
の巻き付き防止、保存性にも優れたトナー用結着樹脂及
び該結着樹脂を含有したトナーを提供すること。 【解決手段】炭素数10〜24の1価の脂肪族カルボン
酸化合物及び炭素数10〜24の1価の脂肪族アルコー
ルからなる群より選ばれた少なくとも1種の1価の脂肪
族化合物を0.1〜10モル%含有したモノマー混合物
を縮重合させて得られた結晶性ポリエステルからなるト
ナー用結着樹脂並びに該結着樹脂を含有した樹脂組成物
を含有してなるトナー。
Description
記録法、静電印刷法等において形成される潜像の現像に
用いられるトナーの結着樹脂及び該結着樹脂を含有した
トナーに関する。
ある低温定着性の改善策として、結晶性ポリエステルを
含有したトナー用結着樹脂が提案されている(特開20
01−222138号公報)。
粉砕性は相反する性能となりやすく、結晶性ポリエステ
ルでも、粗砕時、粗砕機の粗砕羽根や壁面に樹脂が融着
するという問題が発生する。また、結晶性ポリエステル
を含有したトナーは通常より低温で定着されることか
ら、定着時のトナー粘度が高く、定着ロール等の定着器
への紙の巻き付きが生じやすい。その改善にワックスを
添加することが考えられるが、それだけでは各種性能を
バランスよく改善することはできない。
に極めて優れ、かつ粗砕時にも粗砕機への融着等による
粉砕性の低下が生じることなく、紙の巻き付き防止、保
存性にも優れたトナー用結着樹脂及び該結着樹脂を含有
したトナーを提供することを目的とする。
24の1価の脂肪族カルボン酸化合物及び炭素数10〜
24の1価の脂肪族アルコールからなる群より選ばれた
少なくとも1種の1価の脂肪族化合物を0.1〜10モ
ル%含有したモノマー混合物を縮重合させて得られた結
晶性ポリエステルからなるトナー用結着樹脂並びに該結
着樹脂を含有した樹脂組成物を含有してなるトナーに関
する。
されている結晶性ポリエステルは、炭素数10〜24、
好ましくは炭素数12〜18の1価の脂肪族化合物を含
有したモノマー混合物を重合させて得られる。本発明で
は、かかる脂肪族化合物により、結晶性ポリエステルの
粉砕性が向上し、かつ低温定着時における定着ロールへ
の紙の巻き付き等が防止される。1価の脂肪族化合物を
用いて結晶性ポリエステルを製造すると、これらの化合
物が有する脂肪族基は樹脂の末端基として取り込まれる
ため、結晶構造に与える影響も非常に小さく、定着性へ
の影響を最小限にして、粉砕性の向上及び紙の巻き付き
防止の効果が得られる。これにより、結晶性ポリエステ
ルが元来有する低温定着性がより一層際立って優れたも
のとなる。
炭素数10〜24の1価の脂肪族カルボン酸化合物及び
炭素数10〜24の1価の脂肪族アルコールからなる群
より選ばれた少なくとも1種である。
酸化合物としては、デカン酸、ウンデカン酸、ラウリン
酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘニ
ン酸、これらの酸の無水物及びアルキル(炭素数1〜
3)エステル等が挙げられる。
ルとしては、1−ドデカノール、ペンタデカノール、ヘ
キサデカノール、オクタデカノール(ステアリルアルコ
ール)等が挙げられる。
鎖構造のいずれを有していてもよいが、本発明の所望の
効果をより高めるためには、炭素数10〜24、好まし
くは12〜18の直鎖構造を有していることが好まし
い。
混合物中、0.1〜10モル%であり、好ましくは1〜
8モル%、より好ましくは2〜6モル%である。
開平7−333892号公報には、非晶質ポリエステル
の非オフセット温度域を維持するために、長鎖脂肪族モ
ノマーを反応させることが開示されているが、長鎖脂肪
族モノマーが結晶性ポリエステルを含有した本発明のト
ナーに特有の課題である、粉砕性及び巻き付き防止に有
効であるとの示唆はない。
アルコール成分とカルボン酸成分とを縮重合させ、原料
モノマーの種類や、反応条件等を適宜選択して、得られ
るポリエステルの結晶性を高めることにより得られる。
以下に、結晶性のより高いポリエステルを得るための指
標を示す。
として、炭素数が2〜6、好ましくは4〜6の脂肪族ジ
オールを含有したアルコール成分と炭素数が2〜8、好
ましくは4〜6、より好ましくは4の脂肪族ジカルボン
酸化合物を含有したカルボン酸成分とがモノマー混合物
に含有されているのが好ましい。即ち、本発明における
結晶性ポリエステルのモノマー混合物は、炭素数2〜6
の脂肪族ジオールを含有したアルコール成分と炭素数2
〜8の脂肪族ジカルボン酸化合物を含有したカルボン酸
成分とからなり、かつ少なくともいずれか一方の成分
に、炭素数10〜24の脂肪族化合物が、全モノマー混
合物中、0.1〜10モル%含有されているのが好まし
い。
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、1,4−ブタンジオー
ル、1,5−ペンタンジオール、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
ル等が挙げられ、これらの中では、α,ω−直鎖アルカ
ンジオール好ましく、1,4−ブタンジオール及び1,
6−ヘキサンジオールがより好ましい。
ール成分中に、60モル%以上、好ましくは80〜10
0モル%、より好ましくは90〜100モル%含有され
ているのが望ましい(ただし、上記「100モル%」
は、前記脂肪族化合物として、脂肪族カルボン酸化合物
のみが含有されている場合をいう)。特に、その中の1
種の脂肪族ジオールが、アルコール成分中の70モル%
以上、好ましくは80モル%以上、より好ましくは85
〜95モル%を占めているのが望ましい。なかでも、
1,4−ブタンジオールが、アルコール成分中、好まし
くは60モル%以上、より好ましくは70〜100モル
%、特に好ましくは80〜100モル%含有されている
のが望ましい。
族ジオール以外の多価アルコール成分が含有されていて
もよく、該アルコール成分としては、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、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2
−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフ
ェノールAのアルキレン(炭素数2〜3)オキサイド
(平均付加モル数1〜10)付加物等の2価の芳香族ア
ルコールやグリセリン、ペンタエリスリトール、トリメ
チロールプロパン等の3価以上のアルコールが挙げられ
る。
としては、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、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、コハク酸、及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、これらの中ではフ
マル酸が好ましい。なお、脂肪族ジカルボン化合物と
は、前記の如く、脂肪族ジカルボン酸、その無水物及び
そのアルキル(炭素数1〜3)エステルを指すが、これ
らの中では、脂肪族ジカルボン酸が好ましい。
は、カルボン酸成分中に、60モル%以上、好ましくは
80〜100モル%、より好ましくは90〜100モル
%含有されているのが望ましい(ただし、上記「100
モル%」は、前記脂肪族化合物として、脂肪族アルコー
ルのみが含有されている場合をいう)。特に、その中の
1種の脂肪族ジカルボン酸化合物が、カルボン酸成分中
の60モル%以上、好ましくは80モル%以上、より好
ましくは85〜100モル%を占めているのが望まし
い。なかでも、フマル酸が、カルボン酸成分中、好まし
くは60モル%以上、より好ましくは70〜100モル
%、特に好ましくは80〜100モル%含有されている
のが望ましい。
族ジカルボン酸化合物以外の多価カルボン酸成分が含有
されていてもよく、該多価カルボン酸成分としては、フ
タル酸、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族ジカル
ボン酸;セバシン酸、アゼライン酸、n−ドデシルコハ
ク酸、n−ドデセニルコハク酸の脂肪族ジカルボン酸;
シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;
トリメリット酸、ピロメリット酸等の3価以上の多価カ
ルボン酸;及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。
るモノマー混合物の縮重合は、例えば、不活性ガス雰囲
気中にて、要すればエステル化触媒、重合禁止剤等を用
いて、120〜230℃の温度で反応させることにより
行うことができる。具体的には、樹脂の強度を上げるた
めに全単量体を一括仕込みしたり、低分子量成分を少な
くするために2価の単量体を先ず反応させた後、3価以
上の単量体を添加して反応させる等の方法を用いてもよ
い。また、重合の後半に反応系を減圧、例えば10kP
a以下にすることにより、反応を促進させることも、結
晶性を高める手段として有効である。
軟化点と融解熱の最大ピーク温度の比(軟化点/ピーク
温度)が0.6〜1.3であることをいうが、さらに結
晶性の高い樹脂、即ち、軟化点と融解熱の最大ピーク温
度の比が、好ましくは0.8〜1.1、より好ましくは
0.9〜1.0の樹脂は、本発明の効果がさらに有効に
発揮されるため好ましい。また「非晶質」とは、軟化点
と融解熱の最大ピーク温度の比(軟化点/ピーク温度)
が1.3より大きいことをいい、本発明では、特に、軟
化点と融解熱の最大ピーク温度の比が、1.5〜5.
0、より好ましくは1.5〜3.0の非晶質樹脂が好ま
しい。
点は、85〜150℃が好ましく、90〜140℃がよ
り好ましく、100〜120℃が特に好ましい。
脂からなる場合は、その少なくとも1種、好ましくはそ
のいずれもが以上に説明した結晶性ポリエステルである
のが望ましい。
ー用結着樹脂は、他の公知の結着樹脂、好ましくは非晶
質樹脂とともに、トナーに含有されるのが好ましい。
性に優れた結晶性ポリエステルからなる結着樹脂を含有
した樹脂組成物を、結着樹脂として含有したトナーを提
供する。本発明のトナーは、紙の巻き付き防止にも優れ
た結晶性ポリエステルを結着樹脂として含有しているた
め、極めて優れた低温定着性を発揮する。
含有量は、低温定着性及び耐久性の観点から、好ましく
は1〜50重量%、より好ましくは5〜40重量%、特
に好ましくは20〜40重量%である。
ル、非晶質ポリエステルポリアミド、非晶質スチレン−
アクリル樹脂等のビニル系樹脂、2種以上の樹脂成分が
部分的に化学結合したハイブリッド樹脂、これらの混合
物等が挙げられ、これらの中では、定着性や結晶性ポリ
エステルとの相溶性の観点から、非晶質ポリエステル及
び非晶質ポリエステル成分とビニル系樹脂成分とを有す
るハイブリッド樹脂が好ましく、非晶質ポリエステルが
より好ましい。
ルと同様にして製造することができる。ただし、非晶質
ポリエステルとするためには、 炭素数2〜6の脂肪族ジオール、炭素数2〜8の脂
肪族カルボン酸化合物等の樹脂の結晶化を促進するモノ
マーを用いる場合は、これらのモノマーを2種以上併用
して結晶化を抑制する、即ちアルコール成分及びカルボ
ン酸成分のいずれにおいても、これらのモノマーの1種
が各成分中10〜70モル%、好ましくは20〜60モ
ル%を占め、かつこれらのモノマーが2種以上、好まし
くは2〜4種用いられていること、又は 樹脂の非結晶化を促進するモノマー、好ましくはア
ルコール成分ではビスフェノールAのアルキレンオキサ
イド付加物が、またはカルボン酸成分では芳香族カルボ
ン酸、アルキル基もしくはアルケニル基で置換されたコ
ハク酸が、アルコール成分中又はカルボン酸成分中、好
ましくは両成分のそれぞれにおいて30〜100モル
%、好ましくは50〜100モル%用いられていること
が好ましい。
前記の多価アルコール成分及び多価カルボン酸成分に加
えてさらに、アミド成分を形成するために、エチレンジ
アミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジア
ミン、ジエチレントリアミン、イミノビスプロピルアミ
ン、フェニレンジアミン、キシリレンジアミン、トリエ
チレンテトラミン等のポリアミン、6−アミノカプロン
酸、ε−カプロラクタム等のアミノカルボン酸類、プロ
パノールアミン等のアミノアルコール等が原料モノマー
として用いられ、これらの中ではヘキサメチレンジアミ
ン及びε−カプロラクタムが好ましい。
ルポリアミドも、結晶性ポリエステルと同様にして製造
することができる。
種以上の樹脂を原料として得られたものであっても、1
種の樹脂と他種の樹脂の原料モノマーから得られたもの
であっても、さらに2種以上の樹脂の原料モノマーの混
合物から得られたものであってもよいが、効率よくハイ
ブリッド樹脂を得るためには、2種以上の樹脂の原料モ
ノマーの混合物から得られたものが好ましい。
独立した反応経路を有する二つの重合系樹脂の原料モノ
マー、好ましくは縮重合系樹脂の原料モノマーと付加重
合系樹脂の原料モノマーを混合し、該二つの重合反応を
行わせることにより得られる樹脂が好ましく、具体的に
は、特開平10−087839号公報に記載のハイブリ
ッド樹脂が好ましい。
テル、ポリエステルポリアミド、ポリアミド等が挙げら
れ、これらの中ではポリエステルが好ましく、前記付加
重合系樹脂の代表例としては、ラジカル重合反応により
得られるビニル系樹脂等が挙げられる。
180℃、より好ましくは100〜160℃、ガラス転
移点は、好ましくは45〜80℃、より好ましくは55
〜75℃である。なお、ガラス転移点は非晶質樹脂に特
有の物性であり、融解熱の最大ピーク温度とは区別され
る。
る場合は、その少なくとも1種、好ましくはそのいずれ
もが以上に説明した物性を有する非晶質樹脂であるのが
望ましい。特に、低温定着性と耐高温オフセット性の観
点から、軟化点が70℃以上、120℃未満の低軟化点
樹脂と軟化点が120℃以上、160℃以下の高軟化点
樹脂とが、好ましくは20/80〜80/20の重量比
(低軟化点樹脂/高軟化点樹脂)で併用されているのが
好ましい。
(結晶性ポリエステル/非晶質樹脂)は、帯電性、保存
性、低温定着性及び耐久性の観点から、1/99〜50
/50が好ましく、5/95〜40/60がより好まし
く、20/80〜40/60が特に好ましい。
電制御剤、離型剤、導電性調整剤、体質顔料、繊維状物
質等の補強充填剤、酸化防止剤、老化防止剤、流動性向
上剤、クリーニング性向上剤等の添加剤が、適宜含有さ
れていてもよい。
いられている染料、顔料等のすべてを使用することがで
き、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、パーマ
ネントブラウンFG、ブリリアントファーストスカーレッ
ト、ピグメントグリーンB、ローダミン−Bベース、ソ
ルベントレッド49、ソルベントレッド146 、ソルベント
ブルー35、キナクリドン、カーミン6B、ジスアゾエロ
ー等が挙げられ、これらは単独で又は2種以上を混合し
て用いることができ、本発明のトナーは、黒トナー、カ
ラートナー、フルカラートナーのいずれにも使用するこ
とができる。着色剤の含有量は、結着樹脂100重量部
に対して、1〜40重量部が好ましく、3〜10重量部
がより好ましい。
級アミンを側鎖として含有するトリフェニルメタン系染
料、4級アンモニウム塩化合物、ポリアミン樹脂、イミ
ダゾール誘導体等の正帯電性荷電制御剤及び含金属アゾ
染料、銅フタロシアニン染料、サリチル酸のアルキル誘
導体の金属錯体、ベンジル酸のホウ素錯体等の負帯電性
荷電制御剤が挙げられる。
イスワックス等の天然エステル系ワックス、ポリプロピ
レンワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャート
ロプッシュ等の合成ワックス、モンタンワックス等の石
炭系ワックス、アルコール系ワックス等のワックスが挙
げられ、これらは単独でまたは2種以上を混合して含有
されていてもよい。一般に、優れた低温定着性を得るた
めには、カルナウバワックス等の比較的融点の低いワッ
クスが併用されることが好ましいが、本発明のトナーで
は、それらの低融点ワックスの含有量が少量であって
も、優れた低温定着性が発揮される。
法、重合法等の従来より公知のいずれの方法により得ら
れたものであってもよいが、製造の容易であり、本発明
の効果が顕著に発揮されることから、混練粉砕法により
得られた粉砕トナーが好ましい。なお、混練粉砕法によ
りトナーを得る場合、結着樹脂、着色剤等をヘンシェル
ミキサー等の混合機で均一に混合した後、密閉式ニーダ
ー又は1軸もしくは2軸の押出機等で溶融混練し、冷
却、粉砕、分級して製造することができ、乳化転相法で
は、結着樹脂、着色剤等を有機溶剤に溶解又は分散後、
水を添加する等によりエマルジョン化し、次いで分離、
分級して製造することができる。さらに、トナーの表面
には、必要に応じて疎水性シリカ等の流動性向上剤等が
外添されていてもよい。トナーの体積平均粒径は、3〜
15μmが好ましい。
は、熱圧力定着法によりトナーを紙に定着させる際に
も、定着ロール等の定着器への紙の巻き付きを生じるこ
となく、低温で良好に定着するため、熱圧力定着用トナ
ーとして好適に用いることができる。
津製作所製、CFT−500D)を用い、1gの試料を
昇温速度6℃/分で加熱しながら、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ようにし、これによりフローテス
ターのプランジャー降下量(流れ値)−温度曲線を描
き、そのS字曲線の高さをhとするときh/2に対応す
る温度(樹脂の半分が流出した温度)を軟化点とする。
点〕示差走査熱量計(セイコー電子工業社製、DSC2
10)を用いて200℃まで昇温し、その温度から降温
速度10℃/分で0℃まで冷却したサンプルを昇温速度
10℃/分で測定し、融解熱の最大ピーク温度を求め
る。なお、離型剤ではこの最大ピーク温度を融点する。
また、非晶質樹脂特有のガラス転移点は、前記測定で最
大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、最大傾斜を示す
接線との交点の温度とする。
を、窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した
5リットル容の四つ口フラスコに入れ、160℃で5時
間かけて反応させた後、200℃に昇温して1時間反応
させ、さらに8.3kPaにて1時間反応させて、結晶
性ポリエステル(樹脂a〜k)を得た。
部を粗砕し、目開きが1mm、750μmのメッシュを
上下に重ね合わせた篩いにかけた。目開きが710μm
のメッシュの上にたまった粗砕品、即ち粒径が710μ
m以上1mm以下に揃った粗砕品20gを、コーヒーミ
ル(National MX−X62)を用いて2分間
攪拌した。掃除機を用いて樹脂を除去した後、ミル内へ
の樹脂の融着の有無を確認し、以下の評価基準に従っ
て、樹脂の粉砕性を評価した。結果を表1、2に示す。
酸化ジブチル錫4gを、窒素導入管、脱水管、攪拌器及
び熱伝対を装備した5リットル容の四つ口フラスコに入
れ、220℃で8時間かけて反応させた後、8.3kP
aにて1時間反応させた。さらに、210℃にて無水ト
リメリット酸を反応系に添加し、所望の軟化点に達する
まで反応させて、非晶質ポリエステル(樹脂A、B)を
得た。
7」(保土谷化学工業社製)1重量部、カーボンブラッ
ク「MOGUL L」(キャボット社製)4重量部及び
表4に示す離型剤をヘンシェルミキサーにより混合し、
混練部分の全長が1560mm、スクリュー径が42m
m、バレル内径が43mmの同方向回転二軸押出機を用
いて溶融混練した。なお、ロール回転速度は200回転
/分、ロール内の加熱温度は100℃、混合物の供給速
度は10kg/時、平均滞留時間は約18秒であった。
得られた混練物を、冷却、粗粉砕した後、ジェットミル
により粉砕し分級して、体積平均粒径8.0μmの粉体
を得た。
シリカ「R−972」(アエロジル社製)1重量部を添
加し、ヘンシェルミキサーにより混合してトナーを得
た。
ット社製)1重量部をカーボンブラックの代わりにシア
ン顔料「ECB−301」(大日精化社製)4重量部
を、それぞれ使用した以外は、実施例1と同様にして、
トナーを得た。
「AR−505」(シャープ(株)製)にトナーを実装
して未定着画像を得た。得られた未定着画像を、装置外
部で定着ロールの温度を90℃から240℃へと5℃づ
つ順次上昇させながら定着させた。なお、この際に一部
のトナーで定着ロールへの巻き付きが生じた。巻き付き
の有無を表4に示す。
7.5mmの砂消しゴムで、各温度における定着画像を
5往復擦り、擦る前後の光学反射密度を反射濃度計「R
D−915」(マクベス社製)を用いて測定し、両者の
比率(擦り後/擦り前)が最初に70%を越える定着ロ
ーラーの温度を最低定着温度とし、以下の評価基準に従
って、低温定着性を評価した。定着試験に用いた紙はシ
ャープ社製の「CopyBond SF−70NA」
(75g/m2 )である。結果を表4に示す。
72時間放置し、トナーの凝集の発生の有無を目視によ
り観察し、以下の評価基準に従って保存性を評価した。
結果を表4に示す。
の脂肪族化合物を所定量用いて得られた結晶性ポリエス
テル(樹脂b〜d、f〜j)は、粉砕機に融着すること
なく良好に粉砕することができ、かかる結晶性ポリエス
テルを結着樹脂として得られた実施例のトナーは、いず
れも定着ロールへの紙の巻き付きが生じることなく低温
での定着が可能であり、保存性にも優れていることが分
かる。これに対し、炭素数10〜24の1価の脂肪族化
合物を用いていない樹脂a、kは粉砕時の融着が激し
く、またこれらの樹脂を含有した比較例1、5のトナー
は、低温定着性に欠けており、紙の巻き付きが発生して
いる。比較例2、3の結果から、低融点ワックスの併用
により、定着ロールへの紙の巻き付きを防止することは
できるものの、低温定着性は不十分である。また、炭素
数10〜24の1価の脂肪族化合物を所定量以上に用い
て得られた樹脂eを含有した比較例4のトナーは、定着
性に問題はないものの、保存性に欠けている。
結着樹脂は、粗砕機への融着等による粉砕性の低下を生
じることなく良好に粗砕することができ、さらに該結着
樹脂を含有したトナーは、紙が定着ロールに巻き付くこ
となく低温での定着ができるため、結晶性ポリエステル
自体の特徴である低温定着性がより一層際立って発揮さ
れる。
Claims (5)
- 【請求項1】 炭素数10〜24の1価の脂肪族カルボ
ン酸化合物及び炭素数10〜24の1価の脂肪族アルコ
ールからなる群より選ばれた少なくとも1種の1価の脂
肪族化合物を0.1〜10モル%含有したモノマー混合
物を縮重合させて得られた結晶性ポリエステルからなる
トナー用結着樹脂。 - 【請求項2】 脂肪族化合物が炭素数10〜24の直鎖
構造を有する請求項1記載の結着樹脂。 - 【請求項3】 モノマー混合物が、炭素数2〜6の脂肪
族ジオールを含有したアルコール成分と、炭素数2〜8
の脂肪族ジカルボン酸化合物を含有したカルボン酸成分
とをさらに含有してなる請求項1又は2記載の結着樹
脂。 - 【請求項4】 請求項1〜3いずれか記載の結着樹脂を
含有した樹脂組成物を含有してなるトナー。 - 【請求項5】 熱圧力定着法によりトナーを紙に定着さ
せる定着器を備えた印字装置に用いられる請求項4記載
のトナー。
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