(57)【要約】【課題】低温定着を達成し、さらにワックスベーパーによる複写機等の内部の汚染も抑制することができ、良好な定着画像を得ることができるトナー用ワックスの製造方法を提供する。【解決手段】マイクロクリスタリンワックスまたはアルファオレフィン架橋ワックスを分子蒸留、短行程蒸留などにより蒸留精製処理し、揮発成分を低減させる工程を含むことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーに配合される離型剤であるトナー用ワックスの製造方法であって、マイクロクリスタリンワックスまたはアルファオレフィン架橋ワックスを蒸留精製処理し、揮発成分を低減させる工程を含むことを特徴とするトナー用ワックスの製造方法。
【請求項２】
蒸留精製処理後のマイクロクリスタリンワックスのガスクロマトグラフ分析によるノルマルパラフィン含有率が８０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のトナー用ワックスの製造方法。
【請求項３】
蒸留精製処理後のアルファオレフィン架橋ワックスのGPC分析によるアルファオレフィン含有率が２５質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のトナー用ワックスの製造方法。
【請求項４】
蒸留精製処理が、分子蒸留または短行程蒸留であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のトナー用ワックスの製造方法。
【請求項５】
蒸留精製処理後のワックスの融点が５０〜９０℃であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のトナー用ワックスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー用ワックスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機およびプリンター用のトナーにおいて、複写機の高速化、省エネルギー化が要望されている。これに対応すべく、低温定着性に優れたトナーの開発が進められている。低温定着を達成するためには、トナーの離型剤ワックスとして融点が低いものを用いる必要があり、低融点ワックスを用いたトナーが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、これら低融点ワックスを用いたトナーを使用した複写機において、連続印刷を行った際に、ワックスベーパーにより複写機内の光学系部品などが汚染され、画像欠陥が発生するという問題が発生している。
【０００４】
一般に、低温定着性に優れる離型剤ワックスとして、炭素数分布がシャープで、平均炭素数も小さめであるパラフィンワックスが使用される。これらの沸点は充分に高いが、加熱融解した状態の液表面部分で、ワックス分子の熱運動が分子間力に打ち勝つことで揮発が起こる。揮発性はワックスの蒸気圧や粘度の影響を受ける。
【０００５】
パラフィンワックスの揮発を抑えるためには、分子量を大きくすることが有効であるが、同時に融点も高くなり、低温定着性とは逆行する結果となる。また、蒸留精製により、低沸点成分を除去することで揮発性をある程度低減できるが、カット率の割には効果が小さく、満足できるレベルではない。
【０００６】
また、ワックスベーパー対策として、マイクロクリスタリンワックスを用いることも提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−３２７１９３号公報
【特許文献２】特開２００７−２０６１７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ワックスベーパー抑制のための高い効果を得るためには、高度精製したマイクロクリスタリンワックスを使用する必要がある。また、高融点となり、コストや供給量にも問題がある。
【０００８】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、低温定着を達成し、さらにワックスベーパーによる複写機等の内部の汚染も抑制することができ、良好な定着画像を得ることができるトナー用ワックスの製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【００１０】
第１：トナーに配合される離型剤であるトナー用ワックスの製造方法であって、マイクロクリスタリンワックスまたはアルファオレフィン架橋ワックスを蒸留精製処理し、揮発成分を低減させる工程を含むことを特徴とするトナー用ワックスの製造方法。
【００１１】
第２：蒸留精製処理後のマイクロクリスタリンワックスのガスクロマトグラフ分析によるノルマルパラフィン含有率が８０質量％以下であることを特徴とする上記第１のトナー用ワックスの製造方法。
【００１２】
第３：蒸留精製処理後のアルファオレフィン架橋ワックスのGPC分析によるアルファオレフィン含有率が２５質量％以下であることを特徴とする上記第１のトナー用ワックスの製造方法。
【００１３】
第４：蒸留精製処理が、分子蒸留または短行程蒸留であることを特徴とする上記第１から第３のいずれかのトナー用ワックスの製造方法。
【００１４】
第５：蒸留精製処理後のワックスの融点が５０〜９０℃であることを特徴とする上記第１から第４のいずれかのトナー用ワックスの製造方法。
【００１５】
本発明者らは、トナーの離型剤用ワックスについての上記現状に鑑み、ワックスベーパーの発生が少ない、低揮発性のトナー用ワックスに関して種々検討した。その結果、アルファオレフィン架橋ワックスが、マイクロクリスタリンワックスと同様に低揮発性であること、さらにこれらの蒸留精製処理品が、特に有効であることを見出し本発明を完成するに至った。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、低温定着を達成し、さらにワックスベーパーによる複写機等の内部の汚染も抑制することができ、良好な定着画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１８】
本発明のトナー用ワックスの製造方法は、マイクロクリスタリンワックスまたはアルファオレフィン架橋ワックスを蒸留精製処理し、揮発成分を低減させることを特徴としている。
【００１９】
蒸留精製処理は、加熱面より発生したベーパー分子の平均自由行程よりも短い距離内に凝縮面を配置する蒸留法によることが必要である。このような蒸留精製処理を適用することで、試料の加熱劣化を抑制できる。また、分留精度が高いため、低いカット率で高い効果が望めるという利点がある。一方、精製処理としてこのような蒸留法以外の方法を適用した場合、加熱劣化による試料の分解、着色といった事象が発生する。また、分留の精度が低く、必要以上にカット率を上げる必要がある。蒸留精製処理としては、分子蒸留、短行程蒸留が特に好ましい。
【００２０】
なお、パラフィンワックスに蒸留精製処理を適用した場合、揮発成分量を半減させるためには低沸点成分カット率を４０質量％程度とする必要があり、効率が悪くなる。一方、本発明のようにマイクロクリスタリンワックスまたはアルファオレフィン架橋ワックスに蒸留精製処理を適用した場合においては、それ自体の揮発成分が少ない上に、数質量％程度のカット率で揮発成分量を半減することができ、大幅に効率が向上する。
【００２１】
本発明において、製造効率を高め、かつ揮発成分を十分に低減させる点からは、マイクロクリスタリンワックスの場合には蒸留精製処理により留出物を３〜２０質量％除去（カット）することが好ましく、アルファオレフィン架橋ワックスの場合には蒸留精製処理により留出物を５〜２０質量％除去（カット）することが好ましい。
【００２２】
本発明において、マイクロクリスタリンワックスは、ガスクロマトグラフ分析によるノルマルパラフィン含有率が蒸留精製処理後において８０質量％以下であることが好ましい。揮発に関してはワックスの分子量が影響し、高分子量のものほど揮発しにくくなる傾向にあるが、ノルマルパラフィン含有率が低いものは、低分子量であるにもかかわらず揮発性が低くなる。これは、分岐、環状成分による粘度増加により、液表面への低分子量分子の拡散が妨げられるためであると考えられる。ノルマルパラフィン含有率が８０質量％を超える場合、低分子量含有率に対する実際の揮発成分の比率が極端に大きくなる。
【００２３】
本発明において蒸留精製処理の対象となるマイクロクリスタリンワックスの具体例としては、日本精蝋製のHi-Mic-1045、Hi-Mic-1070、Hi-Mic-1080、Hi-Mic-1090などが挙げられる。
【００２４】
本発明において、アルファオレフィン架橋ワックスは、GPC分析によるアルファオレフィン含有率が２５質量％以下であることが好ましい。アルファオレフィン含有率が２５質量％を超えると、揮発成分が多くなり、蒸留精製処理でのカット率が高くなり、効率的でない。
【００２５】
本発明において蒸留精製処理の対象となるアルファオレフィン架橋ワックスは、炭素数２０〜６０を主成分とするアルファオレフィンを有機過酸化物の存在下で架橋反応させたワックスであり、日本精蝋製のWEISSEN-0372、WEISSEN-0672などが挙げられる。
【００２６】
本発明において、蒸留精製処理後のワックスの融点は、好ましくは５０〜９０℃である。融点が５０℃未満では、トナーに配合した際に熱凝集を起こしやすく、保存性が低下する場合がある。一方、融点が９０℃を超えると、定着温度が高くなり、低温定着が困難になる場合がある。
【００２７】
なお、本発明においてワックスの融点は、マイクロクリスタリンワックスではマイクロ融点（JIS K 2235-5.3.2）、アルファオレフィン架橋ワックスでは軟化点（JIS K-2207-6.4）にて測定した値である。
【００２８】
蒸留精製処理後のワックスは、単独でトナー用ワックスとしてもよく、あるいは他の低揮発性ワックスと併用してトナー用ワックスとしてもよい。また、パラフィンワックスに添加した場合、劇的な効果は期待できないが、相対的に揮発成分を低減できるので、パラフィンワックスの揮発性低減の目的で併用することが可能である。
【００２９】
本発明により製造されるトナー用ワックスと共に用いられるトナーの定着用樹脂としては、トナーの定着用樹脂として一般に用いられているものを使用でき、その具体例としては、スチレン・アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、環状構造を有するポリオレフィン樹脂などが挙げられる。
【００３０】
スチレン・アクリル樹脂の具体例としては、スチレン・アクリル酸共重合体、スチレン・ジエチルアミノ・エチルメタアクリレート共重合体、スチレン・ブタジエン・アクリル酸エステル共重合体、スチレン・メチルメタアクリレート共重合体、スチレン・ブチルメタアクリレート共重合体、スチレン・ブチルメタアクリレート・無水マレイン酸共重合体、スチレン・ブチルメタアクリレート・アクリル酸共重合体などが挙げられる。
【００３１】
ポリエステル樹脂の共重合単量体としては、次のものを挙げることができる。酸成分の具体例としては、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、ダイマー酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロテレフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、ジメチルテトラヒドロフタル酸、ナフタレンテトラカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸などが挙げられる。これらは１種単独で、あるいは２種以上を併用して用いられる。アルコール成分の具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、イソペンチルグリコール、水添ビスフェノールA、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。これらは１種単独で、あるいは２種以上を併用して用いられる。
【００３２】
環状構造を有するポリオレフィン樹脂の具体例としては、エチレン、プロピレン、ブチレンなどのアルファオレフィンと、シクロヘキセン、ノルボルネンなどの二重結合を有する脂環式化合物との共重合体などが挙げられる。
【００３３】
本発明により製造されるワックスを用いたトナーの製造方法は、特に限定されるものではなく、例えば、溶融混練による粉砕法、懸濁重合法、乳化重合法、ミニエマルジョン重合凝集法、ポリエステル鎖伸長法、その他の公知の方法などにより製造することができる。
【００３４】
本発明により製造されるワックスを用いたトナーは、モノクロトナーおよびカラートナーのいずれであってもよく、トナーの用途に応じて着色剤が含有される。着色剤としては、通常用いられる顔料および染料を用いることができる。
【００３５】
本発明により製造されるワックスを用いたトナーの定着方法は、特に限定されるものではなく、例えば、オーブン式定着法、フラッシュ式定着法、加熱・加圧定着法、その他の公知の方法などが挙げられる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００３７】
以下の実施例および比較例における測定方法、調製方法は次のとおりである。
[ノルマルパラフィン含有率]
ワックス試料を濃度が１mg/mlとなるようイソオクタンに溶解させ、キャピラリーカラムを取り付けたガスクロマトグラフ装置（Agilent Technologies製6890N）により測定した。FID検出器にて得られたクロマトグラフチャートの全てのピーク面積の総和に対する直鎖状飽和炭化水素のピーク面積の百分率を計算し、ノルマルパラフィン含有率とした。
[低分子量含有率]
上記と同様にしてガスクロマトグラフ装置により測定を行い、ガスクロマトグラムチャート上の全てのピーク面積の総和に対する炭素数３０以下の低分子量成分のピーク面積の百分率を計算し、低分子量含有率とした。
[アルファオレフィン含有率]
アルファオレフィン架橋ワックスを濃度が１mg/mlとなるようテトラヒドロフランに溶解させ、カラム温度を４０℃に保持したゲルパーミエーションクロマトグラフ（TOSOH製HLC-8120GPC）により測定した。RI検出器にて得られたクロマトグラフチャートの全体のピーク面積の総和に対する、ポリスチレン換算分子量１５００以下の未反応成分のピーク面積の百分率を計算し、アルファオレフィン含有率とした。
[減量率]
加熱減量分析（セイコー電子工業製TG/DTA 2020）により、２５０℃および３００℃の設定で１時間ホールドを行った際の減量率を測定した。実際の試料温度は２５０℃の設定で２１６℃、３００℃の設定で２６４℃であったため、それぞれ２１６℃減量率、２６４℃減量率とした。測定は、ワックス単独および樹脂混練物のそれぞれについて行った。
[樹脂混練物]
スチレン・アクリル系樹脂(三洋化成工業製SBM-73)１００質量部、ワックス５質量部を小型二軸混練機（HAAKE製ミニラボ）により１１５℃、１００ｒｐｍで３０分間混練して試料を得た。
（実施例１）
マイクロクリスタリンワックス（日本精蝋製Hi-Mic-1080）を遠心式分子蒸留装置（日本車両製MS-380）により２１０℃、０．２Ｐａの条件で蒸留し、留出物（約５質量％）をカットした試料を得た。この試料について、ワックス単独および樹脂混練物の減量率を測定した。
（実施例２）
アルファオレフィン架橋ワックス（日本精蝋製WEISSEN-0373）を上記の遠心式分子蒸留装置により２００℃、０．２Ｐａの条件で蒸留し、留出物（約７質量％）をカットした試料を得た。この試料について、ワックス単独および樹脂混練物の減量率を評価した。
（比較例１）
スチレン・アクリル系樹脂のみを小型二軸混練機にて混練後、取り出したものを試料とした。この試料について減量率を測定した。
（比較例２、３）
パラフィンワックス（日本精蝋製HNP-11、HNP-9）を試料とし、この試料についてワックス単独および樹脂混練物の減量率を測定した。
（比較例４）
パラフィンワックス（日本精蝋製HNP-9）を上記の遠心式分子蒸留装置にて２１０℃、０．２Ｐａの条件で蒸留し、留出物（約３８質量％）をカットした試料を得た。この試料について、ワックス単独および樹脂混練物の減量率を測定した。
（比較例５）
フィッシャートロプシュワックスの分子蒸留精製品（日本精蝋製FNP-0090）を試料とし、この試料についてワックス単独および樹脂混練物の減量率を測定した。
（比較例６〜８）
マイクロクリスタリンワックス（日本精蝋製Hi-Mic-1045、Hi-Mic-1080、Hi-Mic-1090）を試料とし、この試料についてワックス単独および樹脂混練物の減量率を測定した。
（比較例９、１０）
アルファオレフィン架橋ワックス（日本精蝋製WEISSEN-0373、WEISSEN-0672）を試料とし、この試料についてワックス単独および樹脂混練物の減量率を測定した。
【００３８】
実施例および比較例におけるワックスの融点、ノルマルパラフィン含有率、低分子量含有率、アルファオレフィン含有率、ワックス単独および樹脂混練物の減量率の測定結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
なお、上記の減量率の測定において、２６４℃は測定温度が高過ぎて現実的ではないが、温度が変動した際の影響確認とワックス間の差を明確に出す目的で測定した。ワックス単独での加熱減量分析の結果は２１６℃と２６４℃の測定で高い相関があり、測定温度の影響は小さいといえる。
【００４１】
表１より、樹脂混練物については比較例１の樹脂単独において揮発成分が存在する。また、ワックスによっては樹脂単独より減量率が大きくなるが、ワックスを混練することで減量率が減少する場合もある。
【００４２】
比較例２、３のノルマルパラフィンでは、ワックス単独での減量率が高く、揮発性が高いといえる。樹脂混練物での減量率も樹脂単独と比較して高くなっている。
【００４３】
比較例４のノルマルパラフィンの分子蒸留処理品では、比較例２と比べて減量率が半減しているが、相当に高いカット率が必要である。樹脂との混練物においては、減量率は比較例２よりは若干低めとなるが、樹脂単独よりも高かった。
【００４４】
比較例５のフィッシャートロプシュワックスの分子蒸留処理品では、ワックス単独での減量率が低く良好である。樹脂混練物においても、樹脂単独での減量率より高くならず、良好である。ただし、融点は９０℃以上となる。
【００４５】
フィッシャートロプシュワックスを含むノルマルパラフィンの場合、全体の分子量が高く、低分子量成分の含有率が低いものが低揮発性となる。このため、原料選定、製造工程、後処理の分子蒸留処理などにおいて、低分子量成分を相当に絞り込む必要があり、効率が低下する。また、融点が高くなるため、低温定着性の目的からは逆行する結果となる。
【００４６】
比較例６〜８のマイクロクリスタリンワックスでは、低分子量含有率は比較的高めであるが、ワックス単独での減量率は相当に低くなり良好である。比較例８のように高分子量で低分子量含有率が低いものが良好であるが、マイクロクリスタリンワックスの製造において、このようなワックスは収率が極端に低くなってしまう。また、樹脂混練物においては、樹脂単独での減量率より低い値となっている。樹脂混練物が溶融した際、樹脂と比較して低粘度であるワックスは樹脂の分子鎖の熱運動によりはじき出され、樹脂表面に局在すると考えられる。ワックス自身がノルマルパラフィンのように揮発性が高いと、減量率は高くなるが、マイクロクリスタリンワックスのように低揮発性であれば、表面被覆により樹脂の低沸点成分の揮発を抑える効果もあり、減量率が低くなるものと考えられる。
【００４７】
実施例１は、比較例７のマイクロクリスタリンワックスから分子蒸留処理により留出物を約５質量％カットしたものであるが、比較例７と比べてワックス単独での減量率は半減し、大幅に少なくなっている。樹脂混練物においても減量率の減少が大きい。
【００４８】
比較例９、１０のアルファオレフィン架橋ワックスにおいて、架橋度が低く未反応成分含有量が多い比較例９では、比較例２〜４のノルマルパラフィンと比較すれば、ワックス単独での減量率が低めで、樹脂混練物での減量率が減少している点で良好である。しかし、比較例６〜８のマイクロクリスタリンワックスと比較すると、ワックス単独での減量率が高めである。一方、架橋度が高く未反応成分が少ない比較例１０では、良好な結果となっている。しかし、架橋度が高いワックスは溶融粘度が高くなり、トナーの処方によってはオフセット現象などの定着不良の発生が懸念される。
【００４９】
実施例２は、比較例９のアルファオレフィン架橋ワックスから分子蒸留により留出物を約７質量％カットしたものであるが、比較例９と比べてワックス単独での減量率が大幅に低くなっており、樹脂混練物での減量率も低くなっている。
【００５０】
以上の結果から明らかなように、比較例２〜５のノルマルパラフィンでは揮発成分が多く、蒸留処理での問題解決も困難である。比較例６〜１０のマイクロクリスタリンワックス、アルファオレフィン架橋ワックスは低揮発性で良好なワックスであるが、揮発成分を極力抑えるためには高度精製、高変性の必要があり、コストや効率の点で問題がある。
【００５１】
これに対して実施例１、２の本発明に係る蒸留処理品は、軽度の処理で揮発成分を格段に減少することができ、効果的である。また、ワックス単独での揮発性が低い上に、樹脂との混練物においては、樹脂が含有している低沸点成分の揮発を抑える効果も期待できる。すなわち、複写機内でのベーパーの発生を極力抑えることができるので、光学系部品等が汚染され、画像欠陥が発生するという問題を解決できる。