JP6379638B2 - トナー用ワックス組成物 - Google Patents

Description

本発明は、複写機やプリンターなどの電子写真法や静電記録法等で形成される静電荷の現像に用いられるトナーに対して好適に使用されるトナー用ワックス組成物に関する。より詳細には、トナーに低温定着性を付与することができるとともに、高画質化を達成することができ、更には光沢が抑えられた画像を得ることができるトナー用ワックス組成物に関する。

近年、複写機やプリンター等の複写装置に求められる性能は高度化しており、装置の改良に加え、それらの装置に使用されるトナーについても高い性能が要求される。例えば、環境意識の高まりから、消費電力を低減するために、低温定着に適応したトナーが求められている。また、高画質化に対する要求が高まるとともに、光沢を抑えるなどの更なる高付加価値を志向した高度な画像特性を発現するトナーが求められる。

低温定着を達成するためには、トナーが低温で機能する必要があるので、トナー用ワックスについても低温で融解するワックスが求められている。
特許文献１には、低温定着を発現する方法として、カルナバワックスやライスワックスの天然ワックス等を使用する方法が開示されている。これらのワックスによれば、低温定着は発現できるが、離型性が不十分となり耐オフセット性が十分発現できない場合がある。更にこれらの天然ワックスは、茶褐色の着色があり、カラー印刷時の色再現性の点で問題となることがある。

近年、低温定着を達成する方法として、脂肪酸エステルワックスをトナー用ワックスとして使用することが多くなっている。
特許文献２には、トータルの炭素数が同一のエステル化合物５０〜９５重量％を含むモノエステルワックスを使用したトナーが、ＯＨＰフィルムの定着画像の透明性や耐オフセット性に優れることが開示されている。これらのモノエステルワックスを使用したトナーでは、低温定着性は優れるが、ワックスとバインダー樹脂との相性や複写装置とトナーとの相性が良くない場合には、ＯＰＣドラムやキャリアを汚染し、画質を悪化させることがある。

特許文献３には、分子中に５個以上のエステル結合を有し、分子量が２０００以上、３５℃で測定したスチレン１００ｇに対する溶解量が５ｇ以上のエステルワックスを使用したトナーが、低温定着性や保存安定性、印刷画質の耐久性に優れることが開示されている。しかし、本ワックスをモノクロトナーに使用した場合、モノクロ印刷において好まれる、光沢を抑えた画像が得られ難いことがある。また、近年の低温定着を志向した、低温で機能するバインダー樹脂と併用する場合には、バインダー樹脂との相性によっては、画質の悪化を招くことがある。

特許文献４には、平均重合度が３〜１０であり、かつ分子中の水酸基のうち二級水酸基が５０％以上であるポリグリセリンと直鎖飽和モノカルボン酸とのエステルワックスを使用したトナーが、高速印刷においても優れた画質を得られることが開示されている。しかし、本ワックスをモノクロトナーに使用した場合、モノクロ印刷において好まれる、光沢を抑えた画像が得られ難いことがある。また、近年の低温定着を志向した、低温で機能するバインダー樹脂と併用する場合には、バインダー樹脂との相性によっては、画質の悪化を招くことがある。

特許文献５には、４価以上の多官能エステル化合物と単官能エステル化合物とを５０：５０〜９５：５の重量比で含有するトナーが、保存安定性に優れ、低温定着性や印字耐久性に優れる画像を得られることが開示されている。しかし、本トナーをモノクロトナーとして使用した場合、モノクロ印刷において好まれる、光沢を抑えた画像が得られ難いことがある。

他方、高画質化を達成するためには、熱ロールへのトナーの残存を防ぐ必要がある。そのため、加熱により融解したワックスが素早くトナー表面に染み出す必要があるが、近年の高速化や低温定着化技術を達成するためには、更に染み出しやすいワックスが必要となる。また、光沢が抑えられた画像を得るためには、トナー表面に染み出たワックスの光沢を低く抑える必要がある。このような更なる高付加価値化を志向した高度な画像特性を得るためには、上記の要求を満たすトナー用ワックス組成物が求められている。

特開平４−３６２９５３号公報 特開平８−５０３６８号公報 特開２００１−１４７５５０号公報 特開２０１２−２０３０５１号公報 特開２００９−１３３９２２号公報

本発明の目的は、トナーに低温定着性を付与することができるとともに、高画質化を達成することができ、更には光沢が抑えられた画像を得ることができるトナー用ワックス組成物を提供することにある。

本発明者らは、上記の問題について鋭意検討を重ねた結果、特定のグリセリン縮合物エステルとモノエステルとが特定の質量比で構成された脂肪酸エステル組成物をトナー用ワックスとして使用した場合に、トナーに低温定着性が付与されることを見出した。また、定着の際のワックス溶融時にワックスが大幅に体積増加をすることから、トナー表面への染み出し性に優れ、熱ロールからの離型性が良好であることを見出した。更には、本ワックス自体の光沢が低く抑えられることから、紙等の印刷媒体にトナーが印字された場合、その画像の光沢を低く抑えることができることを見出した。

すなわち、本発明のトナー用ワックス組成物は、下記に示す脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢからなり、脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢとを１：１．５〜１：２の質量比で含有するトナー用ワックス組成物である。
脂肪酸エステルＡ：グリセリンの重合度が２〜６のグリセリン縮合物とベヘニン酸からなるエステル
脂肪酸エステルＢ：炭素数１６〜２４の直鎖飽和アルコールと炭素数１６〜２４の直鎖飽和脂肪酸からなるエステル

本発明のトナー用ワックス組成物は、下記の式（１）を満たすことが好ましい。
脂肪酸エステルＡの脂肪酸の炭素数＞（脂肪酸エステルＢの総炭素数）／２ ・・・式（１）

本発明のトナー用ワックス組成物は、光沢を低く抑えることが可能である。本発明の組成物を用いたトナーは、低温定着性が付与されるとともに、熱ロールからの離型性が良好であり、更には、紙等の印刷媒体に印字された場合、その画像の光沢を抑えることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明のトナー用ワックス組成物は、下記に示す脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢからなり、脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢとを２：１〜１：２の質量比で含有する。
なお、本明細書において記号「〜」を用いて規定された数値範囲は「〜」の両端（上限および下限）の数値を含むものとする。例えば「２〜５」は２以上５以下を表す。

〔脂肪酸エステルＡ〕
脂肪酸エステルＡは、グリセリン縮合物と炭素数１６〜２４の直鎖飽和脂肪酸からなるエステルである。
脂肪酸エステルＡの原料アルコールであるグリセリン縮合物は、平均重合度が好ましくは１０以下、更に好ましくは６以下である。平均重合度が１０以下の場合には、トナーの印字により得られる画像の光沢が抑えられ好ましい。

脂肪酸エステルＡの原料脂肪酸は、炭素数が１６〜２４、好ましくは１６〜２２の直鎖飽和脂肪酸である。炭素数が１６未満の場合には、ワックスが低温下で融解して、トナーの高温保存時の安定性が低下するおそれがある。また、炭素数が２４を超える場合には、定着時にワックスがすばやく染み出すことができず、特に高速印刷時において定着性や剥離性が低下することがある。
原料脂肪酸の具体例としては、パルミチン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ヘネイコサン酸、ベヘニン酸、トリコサン酸、テトラコサン酸等が挙げられる。これらの中でもベヘニン酸が特に好ましい。
脂肪酸エステルＡとしては、上記原料脂肪酸と原料脂肪酸からなる脂肪酸エステルの中でも、グリセリンの重合度が２〜６のグリセリン縮合物とベヘニン酸からなるエステルが好ましい。

脂肪酸エステルＡは、酸価が３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが好ましく、１ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが更に好ましい。酸価が３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の場合、本発明のワックス組成物を含有するトナーの帯電性、耐ブロッキング性や保存安定性が更に良好となり好ましい。
また、脂肪酸エステルＡは、グリセリン縮合物の水酸基が全てエステル化されたものが好ましい。
更に、脂肪酸エステルＡは、水酸基価が１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが好ましく、７ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが更に好ましい。水酸基価が１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の場合、本発明のワックス組成物を含有するトナーの帯電性、耐ブロッキング性や保存安定性が更に良好となり好ましい。

〔脂肪酸エステルＢ〕
脂肪酸エステルＢは、炭素数１６〜２４の直鎖飽和アルコールと炭素数１６〜２４の直鎖飽和脂肪酸からなるエステルである。
脂肪酸エステルＢの原料アルコールは、炭素数が１６〜２４であり、好ましくは１６〜２２である。炭素数が１６未満の場合には、低温からワックスの融解が始まることから、トナーの高温保存時の安定性が低下するおそれがある。また、炭素数が２４を超える場合には、定着時にワックスがすばやく染み出すことができず、特に高速印刷時に定着性や剥離性が低下することがある。

原料アルコールの具体例としては、パルミチルアルコール、ヘプタコサノール、ステアリルアルコール、ノナデカノール、エイコサノール、ヘネイコサノール、ベヘニルアルコール、トリアコサノール、テトラコサノール等が挙げられる。

脂肪酸エステルＢの原料脂肪酸は、炭素数が１６〜２４、好ましくは１６〜２２の直鎖飽和脂肪酸である。炭素数が１６未満の場合には、低温からワックスの融解が開始するため、トナーの高温保存時の安定性が低下するおそれがある。また、炭素数が２４を超える場合には、定着時にワックスがすばやく染み出すことができず、特に高速印刷時において定着性や剥離性が低下することがある。
原料脂肪酸の具体例としては、パルミチン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ヘネイコサン酸、ベヘニン酸、トリコサン酸、テトラコサン酸等が挙げられる。
なお、脂肪酸エステルＢとして、原料アルコール及び原料脂肪酸のうち少なくとも一方が異なる２種以上のエステルを用いることができる。

脂肪酸エステルＢは、酸価が３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが好ましく、１ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが更に好ましい。酸価が３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の場合、本発明のワックス組成物を含有するトナーの帯電性、耐ブロッキング性や保存安定性が更に良好となり好ましい。
また、脂肪酸エステルＢは、水酸基価が５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが好ましく、３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが更に好ましい。水酸基価が５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の場合、本発明のワックス組成物を含有するトナーの帯電性、耐ブロッキング性や保存安定性が更に良好となり好ましい。

〔トナー用ワックス組成物〕
本発明のトナー用ワックス組成物は、上記の脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢからなり、脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢとを２：１〜１：２の質量比で、好ましくは１：１〜１：２の質量比で、さらに好ましくは１：１．５〜１：２の質量比で含有する。
脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢの質量比（脂肪酸エステルＡ／脂肪酸エステルＢ）が２を超える場合、又は脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢの質量比（脂肪酸エステルＡ／脂肪酸エステルＢ）が１／２を下回る場合には、ワックス組成物自体の光沢の抑制が十分ではなく、その結果、画像の光沢の抑制も十分ではなくなることがある。

脂肪酸エステルＡを構成する脂肪酸の炭素数が脂肪酸エステルＢの総炭素数の半分よりも大きい場合、すなわち下記の式（１）を満たす場合には、ワックス組成物自体の光沢を低く抑えることができ、その結果、画像の光沢も低く抑えることができるため、好ましい。
脂肪酸エステルＡの脂肪酸の炭素数＞（脂肪酸エステルＢの総炭素数）／２ ・・・式（１）

このように、上記の脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢを一定の質量比で混合することによって得られたワックスは、光沢を低く抑えることが可能となる。この機構については、以下のように考えられる。定着時に熱ロールで加熱されたワックスは融解して液体状になる。脂肪酸エステルＡに一定量の脂肪酸エステルＢが混合されることで、融解時にワックスが膨張して、トナー表面へ素早く染み出して、熱ロールからの離型性が良好となる。一方、熱ロールからトナーが離れ、トナー表面に染み出したワックスが固化する際には、ワックスの体積収縮が起こり、その結果、ワックス表面の平滑性が阻害されることによって、画像の光沢が低減される。

本発明のトナー用ワックス組成物は公知の方法により製造することができる。例えば、２種以上の脂肪酸エステルをそれぞれ合成した後に、規定の比率になるように複数の脂肪酸エステルを配合して製造してもよいし、規定の比率になるように原料脂肪酸及び原料アルコールの量を調整して一括合成で製造しても良い。２種以上の脂肪酸エステルをそれぞれ合成した後に配合してトナー用ワックス組成物を製造する方法については、脂肪酸エステルを融点以上に加熱した上で、均一に混合した後に、冷却、微粒子化等を行うことが、品質のばらつき防止の観点から好ましい。
このようにして得られた本発明のトナー用ワックス組成物によれば、トナーに低温定着性を付与することができるとともに、高画質化を達成することができ、更には光沢が抑えられた画像を得ることができる。

本発明のトナー用ワックス組成物は、バインダー樹脂、着色剤、荷電制御剤などとともに配合され、通常の製法によってトナーが製造される。トナー中における本発明のトナー用ワックス組成物の配合量は、バインダー樹脂１００質量部に対して、通常、０．１〜４０質量部である。トナー中には、本発明のトナー用ワックス組成物が単独であるいは２種類以上混合して配合される。

以下に本発明のトナー用ワックス組成物の製造例を示し、本発明を更に具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較例において、「％」は質量部を示す。

〔脂肪酸エステルの評価方法〕
本実施例及び比較例で採用した各種評価の方法を次に示す。
（１）脂肪酸エステルの酸価：ＪＯＣＳ（日本油化学会）２．３．１−９６に準拠した。
（２）脂肪酸エステルの水酸基価：ＪＯＣＳ（日本油化学会）２．３．６．２−９６に準拠した。
（３）脂肪酸エステルの透明融点：ＪＯＣＳ（日本油化学会）２．２．４．１に準拠した。
（４）脂肪酸エステルの光沢性：日本電色工業株式会社製ＶＣ−２１−Ｄ３型デジタル携帯用光沢計により角度６０°で光沢性を測定した。
（５）脂肪酸エステルの収縮性：固体状態（２０℃）の密度及び液体状態の密度（９０℃）をそれぞれＪＩＳ Ｚ８８０４の液中ひょう量法及び浮ひょう法により測定し、以下の式に従って収縮性を求めた。
収縮性＝（固体状態での密度）／（液体状態での密度）

〔脂肪酸エステルＡの製造例１〕
温度計、窒素導入管、攪拌羽及び冷却管を取り付けた４つ口フラスコに、表１中のエステル番号ａ−１に示すアルコール１００ｇ及び脂肪酸６１６ｇ（アルコールに対して１．０５モル過剰）を加え、窒素気流下、２４０℃で２２時間反応させた。得られたエステル化粗生成物は６８０ｇであった。このエステル粗生成物にトルエン１３６ｇ及びエタノール４１ｇを入れ、エステル粗生成物の残存酸価の２．０倍当量に相当する量の水酸化カリウムを含む１０％水酸化カリウム水溶液を加え、７０℃で３０分間攪拌した。３０分間静置して水層部を分離・除去した。７０℃のイオン交換水１３０ｇを入れて１０分間攪拌後、３０分間静置して水層部を分離・除去した。排水のｐＨが中性になるまでこの操作を４回繰り返した。残ったエステル層を１８０℃、１ｋＰａの減圧条件下で溶剤を留去し、濾過を行い、脂肪酸エステルａ−１を５００ｇ得た。得られた脂肪酸エステルの原料組成、酸価、水酸基価及び透明融点を表１に示す。

〔脂肪酸エステルＡの製造例２〕
アルコール及び脂肪酸を表１に記載のものに代えた以外は上記製造例１と同様の方法で脂肪酸エステルａ−２からａ−８を得た。得られた脂肪酸エステルａ−２からａ−８の原料組成、酸価、水酸基価及び透明融点を表１に示す。

〔脂肪酸エステルのＢの製造例〕
アルコール及び脂肪酸を表２に記載のものに代えた以外は上記製造例１と同様の方法で脂肪酸エステルｂ−１からｂ−７を得た。得られた脂肪酸エステルｂ−１からｂ−７の原料組成、酸価、水酸基価及び透明融点を表２に示す。

〔トナー用ワックス組成物の調製例１〕
温度計、窒素導入管、攪拌羽及び冷却管を取り付けた４つ口フラスコに、脂肪酸エステルａ−１を６６．６ｇ、脂肪酸エステルｂ−１を３３．４ｇとり、窒素下、１００℃で加熱溶融して、均一になるように３０分間加熱攪拌した。この混合物１０ｇをアズワン株式会社製の持手付アルミケース（ＮＯ．３）に流し込みワックスを固化させて、ワックス組成物ｃ−８を得た。アルミケースからサンプルを取り出し、アルミと接触して平滑になった部分の光沢性を、光沢計を用いて測定した。また、このサンプルの液体状態及び固体状態の各密度を密度計により測定し、収縮性を求めた。これらの値を表３に示した。

〔トナー用ワックス組成物の製造例２〕
脂肪酸エステルを表３に示す種類及び量に代えた以外は上記調製例１と同様の方法でワックス組成物を得た。得られたワックス組成物ｃ−２からｃ−２４の配合組成、液体及び固体状態での各密度、収縮性ならびに光沢性の値を表３及び表４に示す。

実施例１から７のワックス組成物ｃ−１からｃ−７は、表３に示すように、いずれも光沢が低く抑えられているので、これら組成物をトナー用ワックスとして使用すると、トナーの定着後に形成される画像表面に存在するワックスの光沢が低く抑えられ、画像の光沢を低く抑えることができる。特に、脂肪酸エステルＡの脂肪酸の炭素数が脂肪酸エステルＢの総炭素数の半分よりも大きいとき、光沢を低く抑える効果が更に顕著となる傾向がある。
また、これら組成物は、表３に示すように、いずれも収縮性が高いので、これら組成物をトナー用ワックスとして使用すると、定着工程においてワックス溶融時にワックスの体積が大幅に増加する。すなわち、これら組成物はワックス染み出し性に優れ、素早くトナー表面に染み出すことができるので、熱ロールからの離型性が良好となる。

一方、脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢの含有比率が本願発明と異なる比較例１から４は、光沢を低く抑えることができない。また溶融時の体積の増加も少ないので、定着時のワックス染み出し性についても劣る。
また、脂肪酸エステルＡの化学構造が本願発明と異なる比較例５から８、ならびに脂肪酸エステルＢの化学構造が本願発明と異なる比較例９及び１０についても、光沢を低く抑えることができず、また溶融時の体積の増加も少なく、定着時のワックス染み出し性について劣る。

Claims (2)

1. 下記に示す脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢからなり、脂肪酸エステルＡと脂肪酸エステルＢとを１：１．５〜１：２の質量比で含有するトナー用ワックス組成物。
   脂肪酸エステルＡ：グリセリンの重合度が２〜６のグリセリン縮合物とベヘニン酸からなるエステル
   脂肪酸エステルＢ：炭素数１６〜２４の直鎖飽和アルコールと炭素数１６〜２４の直鎖飽和脂肪酸からなるエステル
2. 下記の式（１）を満たす請求項１記載のトナー用ワックス組成物。
   脂肪酸エステルＡの脂肪酸の炭素数＞（脂肪酸エステルＢの総炭素数）／２ ・・・式（１）