JP7747100B2 - トナーバインダーの製造方法 - Google Patents
トナーバインダーの製造方法Info
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Description
例えば、低温定着性と耐熱保存性の両立を目的として、結着樹脂に非晶性樹脂と結晶性樹脂を併用することで、結晶性樹脂の溶融特性から、耐熱保存性を維持しつつ、低温定着性を改善できるトナーバインダーを含有するトナー組成物が提案されている(特許文献1、2参照)。
しかしながら、上記結晶性樹脂を使用したトナーバインダーの製造法では結晶性単量体や結晶単量体の合成原料がトナーバインダー中にある濃度範囲で残存するため、長期安定性や連続印刷後のドキュメントオフセット性が十分とはいえず、それらの改善が望まれている。
すなわち本発明は、炭素数4~9のアルキル(メタ)アクリレートを構成単量体として含む非晶性ビニル樹脂(A)と炭素数18~30の1価のアルコール(B)とをエステル交換反応する工程を有するトナーバインダーの製造方法である。
以下に、本発明のトナーバインダーの製造方法を順次、説明する。
なお、本発明における「結晶性」とは示差走査熱量測定(DSC測定ともいう)において、DSC曲線が吸熱ピークのピークトップ温度(Tm)を有することを意味する。また、本発明における「非晶性」とは、示差走査熱量計を用いて試料の転移温度測定を行った場合に、吸熱ピークのピークトップ温度が存在しないことを意味する。
以下に吸熱ピークのピークトップ温度(Tm)の測定方法を記載する。
示差走査熱量計(例えばTA Instruments(株)製、DSC Q20)を用いて測定する。試料を30℃から10℃/分の条件で180℃まで第1回目の昇温を行い、続いて180℃から10℃/分の条件で0℃まで冷却し、続いて0℃から10℃/分の条件で180℃まで第2回目の昇温をした際の第2回目の昇温過程の吸熱ピークのトップ温度を吸熱ピークのピークトップ温度(Tm)とする。
非晶性ビニル樹脂(A)は炭素数4~9のアルキル(メタ)アクリレートを構成単量体として含む重合体であり、非晶性のビニル樹脂である。本発明において「(メタ)アクリレート」とはアクリレート及び/又はメタクリレートを意味する。
直鎖のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートとしては、メチル(メタ)アクリレート[(メタ)アクリル酸メチル]、エチル(メタ)アクリレート[(メタ)アクリル酸エチル]、プロピル(メタ)アクリレート[(メタ)アクリル酸プロピル]、ブチル(メタ)アクリレート[(メタ)アクリル酸ブチル]、ペンチル(メタ)アクリレート[(メタ)アクリル酸ペンチル]及びヘキシルアクリレート[アクリル酸ヘキシル]等が挙げられる。
分岐のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートとしては、イソプロピル(メタ)アクリレート及びイソブチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、本発明において「(メタ)アクリル酸」は「アクリル酸」及び/又は「メタクリル酸」を意味する。
単量体(c)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
単量体(c)としては、ビニル炭化水素(c1)、カルボキシル基含有ビニルモノマー(c2)、ヒドロキシル基含有ビニルモノマー(c3)、含窒素ビニルモノマー(c4)、エポキシ基含有ビニルモノマー(c5)、ハロゲン元素含有ビニルモノマー(c6)、及びその他のエステルモノマー(c7)等が挙げられる。
脂肪族ビニル炭化水素としては、アルケン及びアルカジエン等が挙げられる。
アルケンの具体的な例としてはエチレン、プロピレン、ブテン、イソブチレン、ペンテン、ヘプテン、ジイソブチレン、オクテン、ドデセン、オクタデセン及び前記以外のα-オレフィン等が挙げられる。
アルカジエンの具体的な例としてはブタジエン、イソプレン、1,4-ペンタジエン、1,5-ヘキサジエン及び1,7-オクタジエン等が挙げられる。
脂環式ビニル炭化水素としては、モノ-もしくはジ-シクロアルケン及びアルカジエンが挙げられ、具体的な例としてはシクロヘキセン、(ジ)シクロペンタジエン、ビニルシクロヘキセン、エチリデンビシクロヘプテン及びテルペン類(ピネン、リモネン、インデン等)等が挙げられる。
芳香族ビニル炭化水素としては、スチレン及びそのハイドロカルビル(アルキル、シクロアルキル、アラルキル及び/又はアルケニル)置換体等が挙げられ、具体的にはα-メチルスチレン、ビニルトルエン、2,4-ジメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、ブチルスチレン、フェニルスチレン、シクロヘキシルスチレン、ベンジルスチレン、クロチルベンゼン、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、トリビニルベンゼン及びビニルナフタレン等が挙げられる。
具体的には、(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、マレイン酸モノアルキルエステル、フマル酸、フマル酸モノアルキルエステル、クロトン酸、イタコン酸、イタコン酸モノアルキルエステル、イタコン酸グリコールモノエーテル、シトラコン酸、シトラコン酸モノアルキルエステル、及び桂皮酸等のカルボキシル基含有ビニルモノマー等が挙げられる。
アミノ基含有ビニルモノマーとしては、アミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、t-ブチルアミノエチルメタクリレート、N-アミノエチル(メタ)アクリルアミド、(メタ)アリルアミン、モルホリノエチル(メタ)アクリレート、4-ビニルピリジン、2-ビニルピリジン、クロチルアミン、N,N-ジメチルアミノスチレン、メチルα-アセトアミノアクリレート、ビニルイミダゾール、N-ビニルピロール、N-ビニルチオピロリドン、N-アリールフェニレンジアミン、アミノカルバゾール、アミノチアゾール、アミノインドール、アミノピロール、アミノイミダゾール、アミノメルカプトチアゾール、及びこれらの塩等が挙げられる。
アミド基含有ビニルモノマーとしては、(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-ブチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、N,N’-メチレン-ビス(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、メタクリルホルムアミド及びN-メチル-N-ビニルアセトアミド、N-ビニル-2-ピロリドン、N-ビニルピペリドン及びN-ビニルカプロラクタム等が挙げられる。
ニトリル基含有ビニルモノマーとしては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、シアノスチレン及びシアノアクリレート等が挙げられる。
4級アンモニウムカチオン基含有ビニルモノマーとしては、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド及びジアリルアミン等の3級アミン基含有ビニルモノマーの4級化物(メチルクロライド、ジメチル硫酸、ベンジルクロライド、ジメチルカーボネート等の4級化剤を用いて4級化したもの)等が挙げられる。
ニトロ基含有ビニルモノマーとしてはニトロスチレン等が挙げられる。
また、ラジカル反応開始剤は公知のラジカル反応開始剤(d)を用いてもよい。ラジカル反応開始剤(d)としては、特に制限されず、無機過酸化物(d1)、有機過酸化物(d2)及びアゾ化合物(d3)等が挙げられる。また、これらのラジカル反応開始剤を併用することもできる。
装置(一例) : HLC-8120 [東ソー(株)製]
カラム(一例): TSK GEL GMH6 2本 [東ソー(株)製]
測定温度 : 40℃
試料溶液 : 0.25重量%のTHF溶液
移動相 : テトラヒドロフラン(重合禁止剤を含まない)
溶液注入量 : 100μL
検出装置 : 屈折率検出器
基準物質 : 標準ポリスチレン(TSKstandard POLYSTYRENE)12点(分子量 500 1,050 2,800 5,970 9,100 18,100 37,900 96,400 190,000 355,000 1,090,000 2,890,000)[東ソー(株)製]
分子量の測定は、0.25重量%になるように試料をテトラヒドロフラン(以下、THFと略記)に溶解し、不溶解分をグラスフィルターでろ別したものを試料溶液とする。
なお、後述するトナーバインダーについても、上記と同様の方法でMn、Mwを求めることができる。
炭素数18~30の1価のアルコール(B)は、炭素数が18~30であり、水酸基を一つ有するアルコールであれば特に制限されない。
また、アルコールとしては第一級アルコール、第二級アルコール、第三級アルコールのいずれでもよいが、反応性の観点から、好ましくは第一級アルコールである。
なお、炭素数18~30の1価のアルコール(B)は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
直鎖のアルキル基を有する1価のアルコールとしては、1-オクタデカノール(ステアリルアルコール)、1-ノナデカノール、1-イコサノール、1-ヘネイコサノール、1-ドコサノール(ベヘニルアルコール)、1-テトラコサノール、及び1-トリアコンタノール等が挙げられる。
分岐のアルキル基を有する1価のアルコールとしては2-デシル-1-テトラデカノール等が挙げられる。
炭素数18未満の1価のアルコールを用いた場合には高温高湿下での耐熱保存性が悪化する場合があり、炭素数30を超える1価のアルコールを用いた場合には長期安定性が悪化する場合がある。
本発明の製造方法におけるエステル交換反応は、炭素数4~9のアルキル(メタ)アクリレートを構成単量体として含む非晶性ビニル樹脂(A)のエステル基部分と炭素数18~30の1価のアルコール(B)の水酸基部分を交換する反応であれば特に限定されず、例えば、非晶性ビニル樹脂(A)の構成単量体である炭素数4~9のアルキル(メタ)アクリレートを含む単量体組成物(A0)と炭素数18~30の1価のアルコール(B)とをあらかじめ混合し、炭素数18~30の1価のアルコール(B)の存在下で非晶性ビニル樹脂(A)を得つつエステル交換反応する方法や、炭素数4~9のアルキル(メタ)アクリレートを含む単量体組成物(A0)を重合し非晶性ビニル樹脂(A)を得たのち非晶性ビニル樹脂(A)と炭素数18~30の1価のアルコール(B)とを混合しエステル交換する方法等が挙げられる。
また、反応性の観点から、前記エステル交換反応時及び/又は反応後に反応系内を減圧する工程を有することが好ましく、減圧度は好ましくは20kPa以下であり、より好ましくは15kPa以下であり、さらに好ましくは10kPa以下であり、特に好ましくは5kPa以下である。
また、エステル交換の反応率は、低温定着性及び高温高湿下での耐熱保存性の観点から、好ましくは90%以上であり、更に好ましくは95%であり、特に好ましくは97%以上である。エステル交換の反応率は、反応前後での炭素数18~30の1価のアルコール(B)の含有量を測定することで求めることができる。
エステル化触媒の例には、スズ含有触媒(例えばジブチルスズオキシド等)、三酸化アンチモン、チタン含有触媒[例えばチタンアルコキシド、シュウ酸チタン酸カリウム、テレフタル酸チタン、テレフタル酸チタンアルコキシド、特開2006-243715号公報に記載の触媒(チタニウムジイソプロポキシビストリエタノールアミネート、チタニウムジヒドロキシビストリエタノールアミネート、チタニウムモノヒドロキシトリストリエタノールアミネート、チタニルビストリエタノールアミネート及びそれらの分子内重縮合物等)、及び特開2007-11307号公報に記載の触媒(チタントリブトキシテレフタレート、チタントリイソプロポキシテレフタレート及びチタンジイソプロポキシジテレフタレート等)等]、ジルコニウム含有触媒(例えば酢酸ジルコニル等)並びに酢酸亜鉛等が挙げられる。
エステル化触媒の中で好ましくは、反応効率の観点から、チタン含有触媒であり、更に好ましくチタンアルコキシドである。
エステル交換反応前の前記非晶性ビニル樹脂(A)の構成成分である炭素数4~9のアルキル(メタ)アクリレートと前記炭素数18~30の1価のアルコール(B)の重量比[((メタ)アクリレート):(B)]は、低温定着性、高温高湿下での耐熱保存性、長期安定性及び帯電安定性の観点から、25:75~45:55であることが好ましく、より好ましくは30:70~40:60である。
本発明により得られるトナーバインダーは、吸熱ピークのピークトップ温度(Tm)を45~100℃の範囲に少なくとも1個有することが好ましい。Tmが本範囲にあると、トナーバインダーの低温定着性及び高温高湿下での耐熱保存性のバランスが良い。Tmは、より好ましくは50~90℃である。
トナーバインダーの吸熱ピークのピークトップ温度(Tm)は、結晶性ビニル樹脂を構成する単量体の種類や構成比率(例えば、結晶性ビニル樹脂を構成する炭素数4~9のアルキル(メタ)アクリレートのアルキル基と置換するアルコール(B)の炭素数を調整すること及び結晶性ビニル樹脂を構成するアルコール(B)の重量比率を調整すること等)、重量平均分子量などで調整することができる。例えばアルコール(B)の炭素数を増やす、炭素数アルコール(B)の重量比率を増やす等の方法によりトナーバインダーの吸熱ピークのピークトップ温度を上げることができる。
但し、吸熱ピークのピークトップ温度(Tm)は、示差走査熱量計(例えばTA Instruments(株)製、DSC Q20)を用いて測定され、トナーバインダーを20℃から10℃/分の条件で150℃まで第1回目の昇温を行い、続いて10℃/分の条件で0℃まで冷却し、続いて0℃から10℃/分の条件で150℃まで第2回目の昇温をした際の第2回目の昇温過程での吸熱ピークのピークトップ温度である。
トナーバインダーの重量平均分子量は結晶性ビニル樹脂(A)と同様の方法および条件で測定することができる。
本発明の製造方法により得られるトナーバインダーは、トナーの材料となりうる。本発明の製造方法により得られるトナーバインダーを用いてトナーを製造する際に、当該トナーバインダー以外に、必要により着色剤、離型剤、荷電制御剤及び流動化剤等から選ばれる1種以上の公知の添加剤等を用いることができる。
定試験力押出形細管式レオメータフローテスタ{たとえば、(株)島津製作所製、CFT-500D}を用いて、1gの測定試料を昇温速度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して、「プランジャー降下量(流れ値)」と「温度」とのグラフを描き、プランジャーの降下量の最大値の1/2に対応する温度をフロー軟化点〔T1/2〕とする。
着色剤の含有量はトナー重量に基づき、好ましくは0.05~60重量%、より好ましくは0.1~55重量%、更に好ましくは0.5~50重量%である。
離型剤の含有量はトナー重量に基づき、好ましくは0~30重量%、より好ましくは0.5~20重量%、更に好ましくは1~10重量%である。
荷電制御剤の含有量はトナー重量に基づき、好ましくは0~20重量%、より好ましくは0.1~10重量%、更に好ましくは0.5~7.5重量%である。
流動化剤の含有量はトナー重量に基づき、好ましくは0~10重量%、より好ましくは0~5重量%、更に好ましくは0.1~4重量%である。
また、添加剤の含有量の合計量はトナー重量に基づき、好ましくは3~70重量%、より好ましくは4~58重量%、更に好ましくは5~50重量%である。
例えば、混練粉砕法によりトナーを得る場合、流動化剤を除くトナーを構成する成分をヘンシェルミキサー、ナウターミキサー及びバンバリーミキサー等で乾式ブレンドした後、二軸混練機、エクストルーダー、コンティニアスニーダー及び3本ロール等の連続式の混合装置で溶融混練し、その後ミル機等粗粉砕し、最終的に気流式微粉砕機等を用いて微粒化して、さらにエルボージェット等の分級機で粒度分布を調整することにより、トナー粒子[好ましくは体積平均粒径(D50)が5~20μmの粒子]とした後、流動化剤を混合して製造することができる。
具体的には、電解水溶液であるISOTON-II(ベックマン・コールター社製)100~150mL中に分散剤として界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸塩)を0.1~5mL加える。さらに測定試料を2~20mg加え、試料を懸濁した電解液を、超音波分散器で約1~3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパチャーとして50μmアパチャーを用いて、トナー粒子の体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナー粒子の体積平均粒径(D50)(μm)、個数平均粒径(μm)、粒度分布(体積平均粒径/個数平均粒径)を求める。
本発明の製造方法により得られるトナーバインダーを含有するトナーは、必要に応じて鉄粉、ガラスビーズ、ニッケル粉、フェライト、マグネタイト及び樹脂(アクリル樹脂、シリコーン樹脂等)により表面をコーティングしたフェライト等のキャリア粒子と混合されて電気的潜像の現像剤として用いられる。キャリア粒子を用いる場合、トナーとキャリア粒子との重量比は、1/99~99/1が好ましい。また、キャリア粒子の代わりに帯電ブレード等の部材と摩擦し、電気的潜像を形成することもできる。
本発明の製造方法により得られるトナーバインダーを含有するトナーは、キャリア粒子を含まない態様であってもよい。
オートクレーブにキシレン235.0部を仕込み、撹拌下密閉状態で135℃まで昇温後、圧抜きを行い、その後撹拌下密閉状態で155℃まで昇温した。スチレン150.0部、アクリル酸ブチル450.0部、アクリロニトリル150.0部、ジ-t-ブチルパーオキシド1.5部の混合溶液をオートクレーブ内温度が155℃になるようコントロールしながら、3時間かけて滴下し重合を行った。滴下後、滴下ラインをキシレン15.0部で洗浄した。更に同温度で2.2時間保持した後、70℃まで冷却後にアクリル酸ブチルの反応率を確認した。アクリル酸ブチルの反応率が98%未満であったため、さらにジ-t-ブチルパーオキシドを1.9部投入し、反応率が98%以上まで反応させた。170℃で3時間0.5~2.5kPaの減圧下で脱溶剤を行い、ビニル樹脂(A-1)を得た。
オートクレーブにキシレン235.0部を仕込み、撹拌下密閉状態で135℃まで昇温後、圧抜きを行い、その後撹拌下密閉状態で170℃まで昇温した。スチレン62.3部、アクリル酸ブチル375.0部、N-ビニル-2-ピロリドン187.5部、アクリロニトリル125.3部、ジ-t-ブチルパーオキシド1.5部の混合溶液をオートクレーブ内温度が170℃になるようコントロールしながら、3時間かけて滴下し重合を行った。滴下後、滴下ラインをキシレン15.0部で洗浄した。更に同温度で0.5時間保持した後、70℃まで冷却後にアクリル酸ブチルの反応率を確認した。アクリル酸ブチルの反応率が98%未満であったため、さらにジ-t-ブチルパーオキシドを1.9部投入し、反応率が98%以上まで反応させた。170℃で3時間0.5~2.5kPaの減圧下で脱溶剤を行い、ビニル樹脂(A-2)を得た。
オートクレーブにキシレン235.0部を仕込み、撹拌下密閉状態で135℃まで昇温後、圧抜きを行い、その後撹拌下密閉状態で170℃まで昇温した。スチレン300.0部、アクリル酸ブチル450.0部、ジ-t-ブチルパーオキシド1.5部の混合溶液をオートクレーブ内温度が150℃になるようコントロールしながら、3時間かけて滴下し重合を行った。滴下後、滴下ラインをキシレン15.0部で洗浄した。更に同温度で2.6時間保持した後、70℃まで冷却後にアクリル酸ブチルの反応率を確認した。アクリル酸ブチルの反応率が98%未満であったため、さらにジ-t-ブチルパーオキシドを1.9部投入し、反応率が98%以上まで反応させた。170℃で3時間0.5~2.5kPaの減圧下で脱溶剤を行い、ビニル樹脂(A-3)を得た。
オートクレーブにキシレン235.0部を仕込み、撹拌下密閉状態で135℃まで昇温後、圧抜きを行い、その後撹拌下密閉状態で170℃まで昇温した。スチレン172.5部、アクリル酸メチル337.5部、アクリロニトリル240.0部、ジ-t-ブチルパーオキシド1.5部の混合溶液をオートクレーブ内温度が170℃になるようコントロールしながら、3時間かけて滴下し重合を行った。滴下後、滴下ラインをキシレン15.0部で洗浄した。更に同温度で0.5時間保持した後、70℃まで冷却後にアクリル酸メチルの反応率を確認した。アクリル酸メチルの反応率が98%未満であったため、さらにジ-t-ブチルパーオキシドを1.9部投入し、反応率が98%以上まで反応させた。170℃で3時間0.5~2.5kPaの減圧下で脱溶剤を行い、ビニル樹脂(A-4)を得た。
オートクレーブにキシレン235.0部を仕込み、撹拌下密閉状態で135℃まで昇温後、圧抜きを行い、その後撹拌下密閉状態で170℃まで昇温した。スチレン157.9部、アクリル酸ブチル434.2部、アクリロニトリル157.9部、ジ-t-ブチルパーオキシド1.5部の混合溶液をオートクレーブ内温度が170℃になるようコントロールしながら、3時間かけて滴下し重合を行った。滴下後、滴下ラインをキシレン15.0部で洗浄した。更に同温度で0.5時間保持した後、70℃まで冷却後にアクリル酸ブチルの反応率を確認した。アクリル酸ブチルの反応率が98%未満であったため、さらにジ-t-ブチルパーオキシドを1.9部投入し、反応率が98%以上まで反応させた。170℃で3時間0.5~2.5kPaの減圧下で脱溶剤を行い、ビニル樹脂(A-5)を得た。
オートクレーブにキシレン235.0部を仕込み、撹拌下密閉状態で135℃まで昇温後、圧抜きを行い、その後撹拌下密閉状態で170℃まで昇温した。スチレン100.0部、アクリル酸へキシル500.0部、アクリロニトリル150.0部、ジ-t-ブチルパーオキシド1.5部の混合溶液をオートクレーブ内温度が170℃になるようコントロールしながら、3時間かけて滴下し重合を行った。滴下後、滴下ラインをキシレン15.0部で洗浄した。更に同温度で0.5時間保持した後、70℃まで冷却後にアクリル酸へキシルの反応率を確認した。アクリル酸へキシルの反応率が98%未満であったため、さらにジ-t-ブチルパーオキシドを1.9部投入し、反応率が98%以上まで反応させた。170℃で3時間0.5~2.5kPaの減圧下で脱溶剤を行い、ビニル樹脂(A-6)を得た。
オートクレーブにキシレン235.0部を仕込み、撹拌下密閉状態で135℃まで昇温後、圧抜きを行い、その後撹拌下密閉状態で170℃まで昇温した。スチレン120.0部、アクリル酸オクチル520.0部、アクリロニトリル110.0部、ジ-t-ブチルパーオキシド1.5部の混合溶液をオートクレーブ内温度が170℃になるようコントロールしながら、3時間かけて滴下し重合を行った。滴下後、滴下ラインをキシレン15.0部で洗浄した。更に同温度で0.5時間保持した後、70℃まで冷却後にアクリル酸オクチルの反応率を確認した。アクリル酸オクチルの反応率が98%未満であったため、さらにジ-t-ブチルパーオキシドを1.9部投入し、反応率が98%以上まで反応させた。170℃で3時間0.5~2.5kPaの減圧下で脱溶剤を行い、ビニル樹脂(A’-1)を得た。
オートクレーブにキシレン235.0部を仕込み、撹拌下密閉状態で135℃まで昇温後、圧抜きを行い、その後撹拌下密閉状態で150℃まで昇温した。アクリル酸ドコシル534.0部、スチレン83.3部、アクリル酸ブチル49.5部、アクリロニトリル83.3部、ジ-t-ブチルパーオキシド1.5部の混合溶液を60℃に温調し、オートクレーブ内温度が150℃になるようコントロールしながら、3時間かけて滴下し重合を行った。滴下後、滴下ラインをキシレン15.0部で洗浄した。更に同温度で3.7時間保持した後、70℃まで冷却後にアクリル酸ブチルの反応率を確認した。アクリル酸ブチルの反応率が98%未満であったため、さらにジ-t-ブチルパーオキシドを1.5部投入し、反応率が98%以上まで反応させた。170℃で3時間0.5~2.5kPaの減圧下で脱溶剤を行い、結晶性ビニル樹脂(A’-2)を得た。結晶性ビニル樹脂(A’-2)の吸熱ピークのピークトップ温度(Tm)は61℃、重量平均分子量(Mw)は70,000であった。
撹拌装置、加熱冷却装置、温度計、空気導入管、減圧装置、減水装置を備えた加圧反応容器に、非晶性ビニル樹脂(A-1)48.0部と1-ドコサノール52.0部、チタンテトラブトキシド0.2部を加え、その後撹拌下密閉状態で150℃まで昇温した。反応容器内温度を150℃に保持したまま3時間反応させた。その後、150℃で0.5~2.5kPaの減圧下で留出物を留去しながら15時間エステル交換を行い、1-ドコサノールが97%以上反応していることを確認し、トナーバインダー(C-1)を得た。
<測定条件>
装置:ブルカーバイオスピン社製「AVANCE III HD400」
積算回数:4回
緩和時間:1秒
<サンプル調整>
NMRチューブにサンプルを100mg、重水素化溶媒(例えば重クロロホルム)を0.8ml加え樹脂を溶解させた。
<解析及び計算>
反応前のアルコールのプロトンの面積、残存するアルコールのプロトンの面積並びにアルコール及びトナーバインダー(C)の鎖状炭化水素基の末端メチル基のプロトンの面積に基づき、下記の式により反応率を算出した。
反応率:[{反応前のアルコールの水酸基に隣接するメチレンに結合しているプロトンの面積/アルコール及びトナーバインダー(C)の鎖状炭化水素基の末端メチル基のプロトンの面積}-{残存するアルコールの水酸基に隣接するメチレンに結合しているプロトンの面積/アルコール及びトナーバインダー(C)の鎖状炭化水素基の末端メチル基のプロトンの面積}]/{反応前のアルコールの水酸基に隣接するメチレンに結合しているプロトンの面積/アルコール及びトナーバインダー(C)の鎖状炭化水素基の末端メチル基のプロトンの面積}×100
例えばアルコールが1-ドコサノールであれば、水酸基に隣接するメチレンに結合している(約3.7ppm)と、鎖状炭化水素基の末端メチル基のプロトン(約0.9ppm)を使用した。
表2に記載した原料の配合部数で非晶性ビニル樹脂(A)、炭素数18~30の1価のアルコール(B)を加え、エステル交換を行う際に前記アルコール(B)が97%以上反応していることを確認した以外は、実施例1と同様にトナーバインダーを製造し、実施例2~8に係るトナーバインダー(C-2)~(C-8)を得た。
表2に記載した原料の配合部数で非晶性ビニル樹脂(A)、非晶性または結晶性ビニル樹脂(A’)、炭素数18~30の1価のアルコール(B)、炭素数16の1価のアルコール(B’)を加え、エステル交換を行う際に前記アルコール(B)又はアルコール(B’)が97%以上反応していることを確認した以外は、実施例1と同様にトナーバインダーを製造し、比較例1~2に係るトナーバインダー(C’-1)~(C’-2)を得た。
撹拌装置、加熱冷却装置、温度計、空気導入管、減圧装置、減水装置を備えた加圧反応容器に、非晶性ビニル樹脂(A-1)48.0部と1-ドコサノール52.0部を加え、その後撹拌下密閉状態で80℃まで昇温した。反応容器内温度を80℃に保持したまま1時間撹拌させた。1-ドコサノールが99%以上残存していることを確認し、トナーバインダー(C’-3)を得た。
比較製造例2にて製造した結晶性ビニル樹脂(A’-2)をトナーバインダー(C’-4)として使用した。
実施例1に係るトナーバインダー(C-1)86部に対して、着色剤として顔料のカーボンブラック[三菱ケミカル(株)製、MA-100]7部、離型剤のフィッシャー・トロプッシュワックス[日本精蝋(株)製、FT-0070]5部、荷電制御剤[保土谷化学工業(株)製、T-77]1部を加え下記の方法でトナー化した。
まず、ヘンシェルミキサー[日本コークス工業(株)製、FM10B]を用いて予備混合した後、二軸混練機[(株)池貝製、PCM-30]で混練した。ついで超音速ジェット粉砕機ラボジェット[(株)栗本鐵工所製、KJ-25]を用いて微粉砕した後、エルボージェット分級機[(株)マツボー製、EJ-L-3(LABO)型]で分級し、体積平均粒径D50が7μmのトナー粒子を得た。
ついで、トナー粒子100部に流動化剤として疎水性シリカ[日本アエロジル(株)製、アエロジルR972]1部をサンプルミルにて混合して、実施例9に係るトナー(T-1)を得た。
実施例9のトナーバインダー(C-1)を(C-2)~(C-8)に置き換えた以外は実施例9と同様に製造し、トナー(T-2)~(T-8)を得た。
実施例9のトナーバインダー(C-1)を(C’-1)~(C’-4)に置き換えた以外は実施例9と同様に製造し、トナー(T’-1)~(T’-4)を得た。
以下に、得られたトナー(T-1)~(T-8)及び(T’-1)~(T’-4)の低温定着性、高温高湿下での耐熱保存性、長期安定性、連続印刷後の耐ドキュメントオフセット性及び帯電安定性の評価方法を、判定基準を含めて説明する。
トナーを紙面上に1.00mg/cm2となるよう均一に載せた。このとき粉体を紙面に載せる方法は、熱定着機を外したプリンターを用いた。この紙をソフトローラーに定着速度(加熱ローラーの周速)213mm/秒、加熱ローラーの温度80~180℃の範囲を5℃刻みで通した。次に定着画像へのコールドオフセットの有無を目視し、コールドオフセットの発生温度(MFT)を測定した。
コールドオフセットの発生温度が低いほど、低温定着性に優れることを意味し、この評価条件では、MFTは一般には110℃以下であることが好ましい。なお、比較例7の(T’-3)については80~180℃のすべての範囲で不良が発生したため、「-」とした。
トナー1gとアエロジルR8200(エボニックジャパン(株)製)0.013gをシェイカーで1時間混合し、混合物を密閉容器に入れ、温度47℃、湿度90%の雰囲気で48時間静置し、パウダーテスターで凝集性を測定し、高温高湿下での耐熱保存性を評価した。
下記方法により求められる凝集度試験の数値が低いほど、高温高湿下での耐熱保存性に優れることを意味する。この評価条件では、4%以下であることが好ましい。
装置: POWDER TESTER model PT-X(ホソカワミクロン製)
篩の目開き: 355μm、250μm、150μm
振動幅: 1mm
振動時間: 30秒
操作方法: パウダーテスターの振動台に、篩を上段355μm、中段250μm、下段150μmの順でセットし、上段の篩にトナーを1g乗せ、1mmの振動幅で30秒間振動させて、各篩上に残存したトナーの重量を測定。
凝集性: 測定に使用したトナー重量と篩後の残存トナー重量から算出。
凝集度(%)=(U/N+M/N×3/5+L/N×1/5)×100
U:上段の重量、M:中段の重量、L:下段の重量、N:サンプルの重量(1g)
トナー1gを蓋のない容器に入れて、47℃の恒温乾燥機にて30日間静置した。30日静置後のトナーと47℃の乾燥機に入れずに、25℃湿度50%の環境で30日静置したトナーをX線光電子分光分析装置(島津製作所製、AXIS NOVA)にて元素分析し、トナー表面の炭素原子濃度を比較することで長期安定性を評価した。
[判定基準]
[47℃で30日間静置したトナーの炭素原子濃度(%)]/[25℃湿度50%で30日静置したトナーの炭素原子濃度(%)]×100(%)を計算し、下記判定基準とした。この評価では、10%以下が好ましい。
トナーを市販モノクロ複写機[シャープ(株)製、AR5030]を用いて1万枚連続コピーを行った。1万枚連続コピー後の120℃での定着画像を用いて、画像部と非画像部及び画像部とが重なりあうように向かい合わせて重ね、重ねた部分に対して80g/cm2相当になるように重しを載せ、50℃湿度50%の高温高湿槽で24時間放置した。放置後、重ねた2枚の定着画像の画像欠陥の程度を目視で判断し、下記の基準でドキュメントオフセット性(連続印刷した際の紙の耐ブロッキング性)を評価した。
評価基準○、◎では実用に耐えるレベルであるため合格とし、ランク△、×は不合格と判断した。
[評価基準]
◎:画像部、非画像部ともに全く画像移行が見られない。
○:画像部には白抜けは見られない。非画像部にわずかに画像移行が見られる。
△:画像部に白抜けがみられ、非画像部にも画像移行が見られる。
×:重ねた2枚のプリント物が接着したため剥がれなくなっていて、無理やり剥がすと紙の表層ごと剥がれて画像欠損が激しい。
トナー0.5gとフェライトキャリア(パウダーテック(株)製、F-150)20gとを50mLのガラス瓶に入れ、23℃、相対湿度50%で8時間以上調湿した。次に、ターブラーシェーカーミキサーにて50rpmで10分間及び60分間摩擦撹拌し、それぞれの時間での帯電量をブローオフ帯電量測定装置[京セラケミカル(株)製]を用いて測定した。
得られた値を用いて「摩擦時間60分後の帯電量/摩擦時間10分後の帯電量×100(%)」を計算し、これを帯電安定性指数とした。
本帯電安定性指数が大きいほど帯電維持率に優れることを意味する。この評価条件では80%以上であると好ましい。
一方、比較例1~4に係るトナーバインダー(C’-1)~(C’-4)を含有するトナー(T’-1)~(T’-4)は、いくつかの性能項目が不良であった。
さらに、塗料用添加剤、接着剤用添加剤、電子ペーパー用粒子などの用途として好適である。
Claims (4)
- 炭素数4~9のアルキル(メタ)アクリレートを構成単量体として含む非晶性ビニル樹脂(A)と炭素数18~30の1価のアルコール(B)とをエステル交換反応する工程を有するトナーバインダーの製造方法であって、前記非晶性ビニル樹脂(A)が、構成単量体として炭素数4~9のアルキル(メタ)アクリレートを非晶性ビニル樹脂(A)の全構成単量体の重量を基準として30~95重量%含有するトナーバインダーの製造方法。
- 前記エステル交換反応時及び/又は反応後に反応系内を減圧する工程を有する請求項1に記載のトナーバインダーの製造方法。
- エステル交換反応前の前記非晶性ビニル樹脂(A)と前記炭素数18~30の1価のアルコール(B)の重量比[(A):(B)]が、35:65~70:30である請求項1又は2に記載のトナーバインダーの製造方法。
- トナーバインダーが、吸熱ピークのピークトップ温度(Tm)を45~100℃の範囲に少なくとも1個有する請求項1又は2に記載のトナーバインダーの製造方法。但し、吸熱ピークのピークトップ温度(Tm)は、示差走査熱量計を用いて測定され、トナーバインダーを20℃から10℃/分の条件で150℃まで第1回目の昇温を行い、続いて10℃/分の条件で0℃まで冷却し、続いて0℃から10℃/分の条件で150℃まで第2回目の昇温をした際の第2回目の昇温過程での吸熱ピークのピークトップ温度である。
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