JP2021006866A - 静電荷像現像用トナー - Google Patents
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- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Abstract
Description
これらの課題を解決するために、結晶性ポリエステルやトナー中にワックスと結晶性の重合体の使用などが検討されている。
0.25≦C1/C2≦3.90 式(1)
特許文献1では、結晶性ポリエステル樹脂を用いると、定着時の溶融粘度を低下させることができ低温定着性は向上するが、耐ホットオフセット性と保存性が悪化する。
特許文献2では、炭素数2又は3のα−オレフィン重合体のような結晶性のワックス相溶化剤を用いると、ワックス分散が向上し耐ホットオフセット性は向上するが、低温定着性が悪化する。
特許文献3では、結晶性のポリプロピレン重合体を用いると、特許文献2と同様に、耐ホットオフセット性は向上するが低温定着性が悪化する。
結晶性ポリエステル樹脂Cは非晶質ポリエステル樹脂と相溶しやすいため、非晶質ポリエステル樹脂中での結晶性ポリエステル樹脂Cの分散性が良好である。そして、結晶性ポリエステル樹脂C中の酸変性物Aに由来する部位はワックスと相溶しやすいため、その結果、非晶質ポリエステル樹脂中でのワックス分散が良好となる。さらに、ワックスの分散性が向上しているため、高温下で保管しても、結晶性ポリエステル樹脂の結晶が回復しやすいため、保存性も良好となる。
また、非晶質であるα−オレフィン重合体の酸変性物Aは、カルボン酸基又は無水カルボン酸基を有する変性ポリプロピレン系重合体のような結晶性のα−オレフィン重合体の酸変性物に比べ、非晶質ポリエステル樹脂中での分散性が良いため、低温定着性も良好である。
以上のことから、トナーの低温定着性、耐ホットオフセット性、及び保存性が向上するものと推察される。
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である。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、Rがプロピレン基であるビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物、Rがエチレン基であるビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができ、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物とビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物の併用が好ましい。
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 K 0070:1992の方法に基づき測定する。ただし、測定溶媒のみJIS K 0070の規定のエタノールとエーテルの混合溶媒から、非晶質樹脂は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、結晶性樹脂はクロロホルム:ジメチルホルムアミドの混合溶媒(クロロホルム:ジメチルホルムアミド=7:3(容量比))に、それぞれ変更する。
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ワックスの融点とする。
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、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5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、非晶質ポリエステル樹脂(樹脂A1)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、再度、235℃まで昇温し、235℃で5時間重縮合反応させ、さらに235℃、8.0kPaにて1時間反応させた。その後、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5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、非晶質ポリエステル樹脂(樹脂A2)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に示すセバシン酸を添加し、140℃まで昇温し、140℃で6時間反応させた後、200℃まで6時間かけて昇温後、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、200℃、8.0kPaにて1時間反応させた。160℃まで冷却し、表2に示す酸変性物を添加し、再度、200℃まで昇温し、200℃で5時間重縮合反応させ、さらに235℃まで昇温し、235℃、8.0kPaにて1時間反応させて、結晶性ポリエステル樹脂(樹脂C1〜C8)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に示すセバシン酸を添加し、140℃まで昇温し、140℃で6時間反応させた後、200℃まで6時間かけて昇温後、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、200℃、8.0kPaにて1時間反応させて、結晶性ポリエステル樹脂(樹脂C9)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に示すセバシン酸及び酸変性物を添加し、140℃まで昇温し、140℃で6時間反応させた後、200℃まで6時間かけて昇温後、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、200℃、8.0kPaにて1時間反応させて、結晶性ポリエステル樹脂(樹脂C10、C11)を得た。
表3に示す結着樹脂100質量部、ワックス「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℃)2質量部、着色剤「ECB-301」(大日精化社製、フタロシアニンブルー(P.B.15:3))3.0質量部及び荷電制御剤「ボントロンE-304」(オリエント化学工業(株)製)0.5質量部を、ヘンシェルミキサーを用いて1分間攪拌した後、以下に示す条件で溶融混練した。
同方向回転二軸押出機「PCM-30」((株)池貝製、軸の直径 2.9cm、軸の断面積 7.06cm2)を使用した。運転条件は、バレル設定温度 120℃、軸回転数 200r/min(軸の回転の周速 0.30m/sec)、混合物供給速度 10kg/h(軸の単位断面積あたりの混合物供給量 1.42kg/h・cm2)であった。
未定着画像を取れるように改造した、プリンター「OKI MICROLINE 5400」(沖データ社製)にトナーを充填し、2cm角のベタ画像の未定着画像を印刷した。「OKI MICROLINE 3010」(沖データ社製)を改造した外部定着装置を使用して、定着ロールの回転速度150mm/secにて、定着ロールの温度を100℃から200℃まで5℃ずつ上昇させながら、各温度でこの未定着画像の定着処理を行い、定着画像を得た。各定着温度で得られた画像にメンディングテープ(住友スリーエム社製)を付着させた後、500gの円筒上の重石を載せることにより、十分にテープを定着画像に付着させた。その後、ゆっくりとメンディングテープを定着画像より剥がした。剥がす前後の画像濃度を画像濃度測定器「Gretag SPM50」(GretagMacbeth社製)を用いて測定し、擦り前後の画像濃度比率([擦り後の画像濃度/擦り前の画像濃度]×100)が最初に90%を超える温度を最低定着温度とし、低温定着性の指標とした。結果を表3に示す。
試験例1の定着性試験で得られた100℃〜200℃の定着画像を目視で確認し、ホットオフセットの発生が見られない定着ロールの最高温度を最高定着温度とした。結果を表3に示す。
20mL容のポリプロピレン製の容器に、5gのトナーを入れた。トナーの入った容器を、50℃の恒温恒湿槽に入れ、容器の蓋をあけた状態で、24時間保存した。放置後のトナーの凝集度を測定し、耐熱保存性の指標とした。結果を表3に示す。この数値が小さいほど、耐熱保存性に優れる。
凝集度は、パウダーテスタ(ホソカワミクロン(株)製)を用いて測定する。
150μm、75μm、45μmの目開きの篩を重ね、一番上にトナーを5g載せ、1mmの振動幅で60秒間振動させる。振動後、篩い上に残ったトナー量を測定し、下記の計算式を用いて凝集度の計算を行う。
実施例1と比較例1の対比から、結晶性ポリエステル樹脂に酸変性物を含むことで、結晶性ポリエステル樹脂とワックスの分散性が向上し、耐ホットオフセット性及び保存性が向上していることがわかる。
結晶性ポリエステル樹脂の脂肪族ジオールの鎖長の変更した実施例1、2〜6の対比から、非晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂の相溶性を制御することで、結晶性ポリエステル樹脂及びワックスの分散性を制御し、低温定着性、耐ホットオフセット性、及び保存性が高いレベルで性能を満たすことができることが分かる。
実施例1、6〜8の対比から、結晶性ポリエステル樹脂に用いる酸変性物を増加させることで、結晶性ポリエステル樹脂とワックスの分散性が向上し、低温定着性と耐ホットオフセット性を両立することができる。
実施例1と実施例9の対比から、結晶性ポリエステル樹脂が増加することでワックスの分散性が向上し、低温定着性と耐ホットオフセット性を両立することができ、保存性も良好であることがわかる。
また、結晶性を有する相溶化剤と結晶性ポリエステル樹脂を併用した比較例2、3では、結晶性ポリエステル樹脂の溶融性が低下し低温定着性が悪化している。
Claims (7)
- 非晶質ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂を含有する結着樹脂及びワックスを含有する静電荷像現像用トナーであって、前記結晶性ポリエステル樹脂が、炭素数2以上12以下の直鎖脂肪族ジオールを95モル%以上含むアルコール成分と、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、及び炭素数2以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸系化合物を該酸変性物A以外のカルボン酸成分中90モル%以上を含むカルボン酸成分との重縮合物である、静電荷像現像用トナー。
- 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の重量平均分子量が、500以上5,000以下である、請求項1記載の静電荷像現像用トナー。
- 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が、炭素数4以上18以下のα−オレフィン重合体が、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、及びこれらの酸の無水物からなる群より選ばれた少なくとも1種の酸により変性された酸変性物である、請求項1又は2記載の静電荷像現像用トナー。
- 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が、炭素数4以上18以下のα−オレフィン重合体の片末端が酸により変性された酸変性物である、請求項1〜3いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- 非晶質ポリエステル樹脂が、ビスフェノールAのアルキレンオキサイド付加物を含むアルコール成分と、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を含むカルボン酸成分との重縮合物である、請求項1〜4いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- ワックスが、フィッシャートロプシュワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、及びエステルワックスからなる群より選ばれた少なくとも1種である、請求項1〜5いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
- ワックスの融点が、80℃以上130℃以下である、請求項1〜6いずれか記載の静電荷像現像用トナー。
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