本発明において、前記黒色顔料の分光分析における波長450nmの反射率(r450)、波長750nmの反射率(r750)、及び、L*の値は、黒色顔料粉末の色味と隠蔽力を示す。L*が小さいほど黒色顔料の隠蔽力が大きいことを意味する。r450とr750とは黒色顔料の色味を示し、r450よりもr750が大きいほど黒色顔料が赤いことを意味し、r450よりもr750が小さいほど黒色顔料が青いことを意味する。また、r450及びr750が共に小さいほど着色力が大きいことを示し、L*が小さく良好な隠蔽力を有する黒色トナーが得られる。
本発明によると、Na−Fe−Ti化合物とFeTiO3−Fe2O3固溶体とを有する黒色顔料は、Na−Fe−Ti化合物を含有することで黒色度が向上する。高解像度化を可能とする小粒径トナーにおいては、トナー中における該黒色顔料の個数平均粒子径(D1p)が0.01乃至0.30μmにあり、D1pと重量平均粒子径(D4p)との比(D4p/D1p)が1.00乃至1.80であることにより、該黒色顔料は、波長450nmの反射率(r450)及び波長750nmの反射率(r750)が上記範囲となり、良好な黒色を有し、且つ、耐久安定性能、転写性能が向上して、良好な細線再現性を有する黒色トナーが得られる。
細線再現性の向上、高解像度化のためにトナーを小粒径化すると、該黒色顔料がトナー表面に露出しやすいが、前記黒色顔料の粒子径にばらつきが大きい場合、該黒色顔料の一部が現像器内においてトナーから遊離しやすく、遊離した黒色顔料は帯電部材に付着し、帯電部材の帯電付与能が低下する。結果としてトナーの現像性、転写性が低下しやすい。
さらに、該黒色顔料に含有される微小粒子は、該黒色顔料の中心粒径付近の粒子と比較するとNa−Fe−Ti化合物の含有量が少なく、不純物の含有量が多い。このため、該黒色顔料の微小粒子を多く含有するトナーは帯電性にばらつきが生じやすく、均一な現像、転写が要求される細線再現性が十分に得られない。さらに、このような微小粒子を多く含有するトナーは、波長750nmの反射率(r750)が大きな値になりやすく、特にハーフトーン画像で赤味を有する黒色画像となりやすい。
本発明の黒色トナーが有する前記黒色顔料の個数平均粒子径(D1p)は0.010乃至0.300μmである。より好ましくは0.020乃至0.250μmである。D1pが0.010μm未満の場合、黒色トナーの隠蔽力は向上するが、r750が9.0%を超える値となり、特にハーフトーン画像で赤味を有する黒色画像となる。D1pが0.300μmを超える場合、十分な隠蔽力を有する黒色トナーが得られず、r450及びr750がともに9.0%を超える値となる。隠蔽力を増大するために黒色顔料の添加量を増大すると、黒色トナーの定着性、耐久安定性が低下する。
本発明の黒色トナーが有する前記黒色顔料のD4p/D1pは1.00乃至1.80である。D4p/D1pは、該黒色顔料の粒子径分布を示し、1.00に近いほど該黒色顔料の粒子径分布が狭いことを意味する。D4p/D1が1.80を超える場合、連続印字時に該黒色顔料がトナーから遊離して現像機内を汚染するため、十分な耐久安定性能が得られない。D4p/D1pは、より好ましくは1.00乃至1.50であることがよい。帯電性能、耐久安定性能が向上し、より良好な細線再現性、転写性が得られる。
本発明において、波長450nmの反射率(r450)と波長750nmの反射率(r750)との比(r750/r450)が0.75乃至2.50であることが好ましい。黒色トナーの黒色度と着色力がバランスよく発現される。0.75未満であると印字部が青味を呈する場合がある。また、2.50を越える場合には印字部が赤味を呈して画像の品位が低下しやすくなる。
本発明の黒色トナー粒子に含有される黒色顔料の蛍光X線分析において、Fe原子に対するNa原子の含有量が0.10乃至3.0原子%であり、Fe原子に対するTi原子の含有量が10.0乃至33.0原子%であることが好ましい。Na原子の含有量とTi原子の含有量とが上記範囲にあることで、r450とr750が小さい値となり、より良好な黒色を有する黒色トナーが得られる。また、黒色トナーの帯電性能が向上し、低温低湿環境下でのチャージアップが抑制される。特にポリエステルを有する黒色トナーの場合、上記範囲にあることでトナー粒子中における黒色顔料の分散性が向上し、トナーの着色力がさらに向上する。
本発明の黒色トナー粒子に含有される黒色顔料粉体のX線回折分析において、FeTiO3−Fe2O3のピーク強度に対するNa−Fe−Ti化合物のピーク強度比が0.01乃至0.45であることが好ましい。より好ましくは0.01乃至0.30である。上記範囲にあることで、トナーの帯電性能が向上し、低温低湿環境、高温高湿環境下においても良好な画像が得られ、またトナーの着色力がさらに良好になる。該ピーク強度が0.01未満の場合、低温低湿環境下においてトナーがチャージアップしやすくなる。該ピーク強度が0.45を超える場合には、トナーの疎水性が低下し、高温高湿環境下でカブリが発生しやすくなる場合がある。特にポリエステルを有するトナーの場合、上記範囲にあることでトナー粒子中における黒色顔料の分散性が向上し、トナーの着色力が向上し、また、帯電性能の向上が顕著になる。
本発明の黒色トナーが含有する黒色顔料は、Na−Fe−Ti化合物とFeTiO3−Fe2O3固溶体とを有する。好ましいNa−Fe−Ti化合物としては、具体的には、NaFeTi3O8、NaFeTi3O8、NaFeTiO4、Na2Fe2Ti3O10、Na0.75Fe0.75Ti0.25O2等が挙げられる。
本発明の黒色トナーが含有する黒色顔料の好ましい製造方法としては、個数平均粒子径(D1m)が0.01乃至0.20μmのマグネタイト粒子をチタン化合物で被覆しチタン被覆物を形成する工程、該チタン被覆物にナトリウム化合物を添加してチタン−ナトリウム混合物を形成する工程、該チタン−ナトリウム混合物を加熱焼成し焼成粒子を形成する工程、該焼成粒子を分級する工程により製造することができる。上記製造方法に用いるマグネタイト粒子は公知のマグネタイトを用いることができる。該マグネタイト粒子のD1mと重量平均粒子径(D4m)との比(D4m/D1m)の値が1.0乃至1.4にあることが好ましい。
上記チタン化合物としては、具体的には、硫酸チタニル、四塩化チタン、三塩化チタンを用いることができる。
前記チタン被覆物を形成する工程は、マグネタイト粒子を含有する水懸濁液に、前記チタン化合物を添加し、炭酸アルカリ水溶液、水酸化アルカリ水溶液等を用いることができる。
前記チタン−ナトリウム混合物を形成する工程において用いることができるナトリウム化合物としては、具体的には、水酸化ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、塩化ナトリウム等が挙げられる。
前記焼成粒子を形成する工程において、加熱焼成する際は、窒素、アルゴンといった不活性気体雰囲気下で行うことが好ましい。加熱焼成の温度としては、700乃至850℃であることが好ましい。
次に、本発明の効果を最大限に発揮するに好ましいトナーの構成について述べる。
出力された画像の黒色が良好で、低濃度域におけるがさつき感(粒状感)の抑制に優れた黒色トナーを得るためには、結着樹脂、着色剤の他に、ワックスを含有することが必要である。特に、定着器の構成にオイルを全く塗布しないか、塗布量の極めて少ないオイル少量塗布系の定着器を使用する際には、好ましい材料としてワックスが用いられる。
本発明では、黒色トナーの示差熱分析(DSC)の吸熱曲線は、温度30乃至200℃の範囲に一個又は複数の吸熱ピークを有し、前記吸熱ピーク中の最大の吸熱ピークの極大値は65乃至105℃の範囲にあることが好ましい。さらに、前記吸熱ピーク中の最大の吸熱ピークの極大値は70℃乃至100℃の範囲にあることがさらに好ましい。黒色トナーの前記極大値は、使用するワックスの種類や使用量によって調整することが可能である。
最大吸熱ピークの極大値が65℃未満の場合、高温環境に放置した際にトナー表面に溶け出すため、保存安定性能が低下する場合がある。また、前記黒色顔料は、カーボンブラックの如き導電性は高いが粒径が小さい着色剤と比較するとトナー中に占める体積が大きくなりやすいため、低速出力の定着時におけるワックスの溶融、染み出し量が少ないため、耐オフセット性が損なわれることがある。一方、最大吸熱ピークの極大値が105℃より大きい場合、高速出力の定着時においてワックスが迅速に溶融トナー表面に移行できず、耐オフセット性が損なわれることがある。高解像度化を可能とする小粒径の黒色トナーにおいて、上記の現象は更に顕著になる。
本発明によると、定着システムとして、ローラ及びベルトの如き接触系の定着システムを用い、特にオイルを全く塗布しないか、極めて少量塗布する定着器の表層を採用する場合は、本発明に示す材料構成とすることが、階調性が良好な画像を得ることが可能となり、かつ粒状感のない良好な画像を得る上で好ましい。
さらに、本発明の黒色トナーとカラートナーとを組み合わせて高速で連続フルカラー画像を形成する場合には、ワックスの溶融特性のみだけでなく、トナーの粘弾特性に関し、以下のように限定することが好ましい。
即ち、本発明の黒色トナーの好ましい粘弾性特性は、温度120℃における貯蔵弾性率(G’120)が5×102乃至1×105[Pa]であり、温度180℃における貯蔵弾性率(G’180)が10乃至5×103[Pa]である。より好ましくはG’120は6×102乃至9×104[Pa]であり、さらには、7×102乃至8×104[Pa]であることが好ましい。また、G’180は20乃至4×103[Pa]であることがより好ましく、さらには、30乃至3×103[Pa]であることが好ましい。
前記黒色顔料は、カーボンブラックの如き導電性は高いが粒径が小さい着色剤と比較するとトナー中に占める体積が大きくなりやすいため、黒色トナーのG’120が5×102[Pa]よりも小さいと、定着温度が高温である時に、定着ローラーへの記録部材の巻きつきの発生が顕著になりやすくなる。また、G’180が10[Pa]よりも小さい場合には、定着ローラーへのオフセットが発生し、記録部材上に多量にトナーを載せて定着させると、高温側の定着領域が狭くなる場合がある。
一方、G’120が1×105[Pa]より大きい場合、定着温度が低温である時に定着ローラーへのオフセットが発生しやすく、本発明のようにトナー中に占める黒色顔料の体積が大きい場合、記録部材付近の下層のトナーにまで充分に熱が伝わらず、低温側の定着領域が非常に狭くなりやすい。また、G’180が5×103[Pa]より大きい場合には、定着時における画像の光沢性がほとんど無く、画像の品位が低下する場合がある。特にフルカラー画像の場合、カラー画像部と黒色画像部との光沢性に違いが目立ち、画像の品位が低下する場合がある。
本発明の黒色トナーとカラートナーとを同時に用いる場合には、カラートナーの粘弾性特性も上記範囲であることが耐オフセット性、低温定着性の点からも望ましい。
更に、本発明の黒色トナーは、該トナーをペレット状に加圧成型した試料に、温度120℃において4.0×103Paの圧力を加えた際の変形量(R200)が45乃至65%であることが好ましい。この変形量R200は、さらに好ましくは47乃至63%であり、最も好ましい範囲は48乃至62%である。
また、本発明の黒色トナーは、上記ペレット状の試料に温度120℃において1.0×104Paの圧力を加えた際のペレット化したものの変形量(R500)は65乃至85%であることが好ましい。この変形量R200は、さらに好ましくは67乃至82%であり、より好ましくは68乃至81%である。
前記黒色顔料は、カーボンブラックの如き導電性は高いが粒径が小さい着色剤と比較するとトナー中に占める体積が大きくなりやすいため、本発明の黒色トナーの変形量(R200)が45%より小さい場合、トナーが転写された記録部材が定着装置を通過する時にトナーが押しつぶされず、画像の周囲に飛び散って細線再現性が低下する場合がある。また、変形量(R500)が65%未満の場合には、ハーフトーンの如き低画像濃度部で十分に定着されず、画像の品位が低下する場合がある。
一方、変形量(R200)が65%を超える場合、トナー自体が軟らかすぎて、前記黒色顔料がトナーから剥がれやすくなり、転写効率が低下する場合がある。また、(R500)が85%を超える場合、画像上でトナーが押しつぶされすぎて、トナーを多量に載せたときに画像がにじみ、がさつき感が増大する場合がある。本発明のトナーのR200及びR500を上記範囲に調整するのはトナー作製時に起因するところが大きく、具体的には粉砕トナーでは混練時にかかる温度やシェアであるが、樹脂の分子量や架橋剤などの添加によっても調整可能である。
本発明の黒色トナーは、外部磁場5000エルステッド(398kA/m)における磁化値(Mt)が1.2乃至7.5emu/g(Am2/kg)であることが好ましい。本発明者らの検討によると、黒色トナーが上記範囲の磁性を有することにより、何らかの拘束力がトナー間に生じ、転写におけるトナーの飛び散りが抑制されるものと考えられる。これにより転写性及び細線再現性が良好になる。
本発明の黒色トナーは、残留磁化が0.05乃至3.00Am2/kgであることが好ましい。上記範囲にあることで、転写におけるトナーの飛び散りが抑制され、且つ、転写材上ではトナー層の表面凹凸が小さくなり、定着性や細線再現性が更に良好になる。
また、黒色トナーが着磁することでトナー間に拘束力が発現し、カブリや飛びちりがさらに抑制される。磁性を有する現像ローラーを用いた場合に、カブリを抑制できる。磁性を有する規制部材を用いた場合には、トナーへの当接圧を低減でき、トナーのダメージが少なく耐久性が向上する。磁性転写部材を用いた場合には、飛びちりが抑制できる。磁性定着部材を用いた場合に、静電オフセットが抑制できる。
本発明の黒色トナーに含有される黒色顔料は、外部磁場5000エルステッド(398kA/m)における磁化値(Mp)が1.2乃至7.5emu/g(Am2/kg)であることが好ましい。黒色顔料のMpが上記範囲にある場合、黒色トナーの磁化値調整用に特別な添加剤を用いることなく前述のトナーの磁化値Mtが達成される。上記と同様の理由により、本発明の黒色トナーに含有されるは黒色顔料は、残留磁化が0.05乃至3.00Am2/kgであることが好ましい。
本発明の黒色トナーは、一種又は二種以上のワックスを含有していることが好ましく、さらには、少なくとも炭化水素系ワックスを含有していることが好ましい。少なくとも炭化水素系ワックスをトナー中に添加することで、着色剤とワックスとの親和性が良好なため、結果として低濃度域におけるOHPシートの透過性が良好な、着色剤の微分散形態が得られる。また、耐久安定性能が向上する。
本発明に用いられるワックスの一例としては、次のものが挙げられる。低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、オレフィン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックス、また酸化ポリエチレンワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物、又はそれらのブロック共重合物;カルナバワックス、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類、及び脱酸カルナバワックスなどの脂肪酸エステル類を一部又は全部を脱酸化したものなどが挙げられる。
さらに、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸などの飽和直鎖脂肪酸類;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸などの不飽和脂肪酸類;ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールなどの飽和アルコール類;ソルビトールなどの多価アルコール類;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドなどの脂肪酸アミド類;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドなどの飽和脂肪酸ビスアミド類;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’−ジオレイルセバシン酸アミドなどの不飽和脂肪酸アミド類;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’−ジステアリルイソフタル酸アミドなどの芳香族系ビスアミド類;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムなどの脂肪族金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸などのビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類;ベヘニン酸モノグリセリドなどの脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂の水素添加などによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物などが挙げられる。
本発明において特に好ましく用いられるワックスとしては、脂肪族炭化水素系ワックスが挙げられる。例えば、オレフィンを高圧下でラジカル重合あるいは低圧下でチーグラー触媒、メタロセン触媒で重合した低分子量のオレフィンポリマー;石炭又は天然ガスから合成されるフィッシャートロプシュワックス;高分子量のオレフィンポリマーを熱分解して得られるオレフィンポリマー;一酸化炭素及び水素を含む合成ガスからアーゲ法により得られる炭化水素の蒸留残分から、あるいはこれらを水素添加して得られる合成炭化水素ワックスがよい。さらにプレス発汗法、溶剤法、真空蒸留の利用や分別結晶方式により炭化水素ワックスの分別を行ったものが、より好ましく用いられる。
炭化水素系ワックスの構成材料としての炭化水素は、金属酸化物系触媒(多くは二種以上の多元系)を使用して一酸化炭素と水素の反応によって合成されるもの[例えばジントール法、ヒドロコール法(流動触媒床を使用)によって合成された炭化水素化合物];ワックス状炭化水素が多く得られるアーゲ法(同定触媒床を使用)により得られる炭素数が数百ぐらいまでの炭化水素;エチレンなどのアルキレンをチーグラー触媒により重合した炭化水素;パラフィンワックスが、分岐が少なくて小さく、飽和の長い直鎖状炭化水素であるので好ましい。特にアルキレンの重合によらない方法により合成されたワックスがその分子量分布からも好ましいものである。
ワックスの分子量分布では、メインピークが分子量350〜2,400の領域にあることが好ましく、400〜2,000の領域にあることがより好ましい。このような分子量分布をもたせることによりトナーに好ましい熱特性を付与することができる。ワックスの分子量分布は、使用するワックスの種類やワックスの製造条件によって調整することが可能である。
本発明において、好ましいトナーの製造工程としては、微細に分散した着色剤組成物を得るための第一の混練工程(所謂マスターバッチ処理)を経て、第二の混練工程時に第一の混練物として他の材料とともに添加される。本発明におけるワックスは、前記第二の混練工程時にバインダーその他の材料と共に同時添加しても良いが、着色剤をトナー中により微分散させ、低濃度域における粒状感を改善するためには、予めワックスを樹脂組成物中に微分散させるワックス分散剤と共に添加するのが好ましい。
ワックス分散剤は、ワックスと、ワックス分散媒体とを含み、ワックス分散媒体は、ポリオレフィンとビニル系重合体との反応物であり、ポリオレフィンにビニル系重合体をグラフトさせたものであることがより好ましい。また、得られたワックス分散剤を適切な配合比にてポリエステル樹脂と予め溶融混合せしめたワックス分散剤マスターバッチの形態にすると、前記第二の混練工程において着色剤の分散が良化するので、更に好ましい。
以下、ワックス分散剤について詳しく述べる。
ワックス分散剤としては、一種又は二種以上のビニルモノマーを用いて合成されたビニル重合体とポリオレフィンとを少なくとも有するワックス分散媒体を有するものが良い。
さらに、前記ワックス分散剤をポリエステル樹脂中に溶融混合させたものを「ワックス分散剤マスターバッチ」として、トナー製造時の第二の混練工程として添加することが良い。
ワックス分散媒体として用いる、一種又は二種以上のビニルモノマーとしては、例えばスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレンの如きスチレン及びその誘導体;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸−n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸−n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸−n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸−n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸−2−クロルエチル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如きアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体;等が挙げられる。
また、前記ビニルモノマーとしては、例えばマレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸の如き不飽和二塩基酸;マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物の如き不飽和二塩基酸無水物;マレイン酸メチルハーフエステル、マレイン酸エチルハーフエステル、マレイン酸ブチルハーフエステル、シトラコン酸メチルハーフエステル、シトラコン酸エチルハーフエステル、シトラコン酸ブチルハーフエステル、イタコン酸メチルハーフエステル、アルケニルコハク酸メチルハーフエステル、フマル酸メチルハーフエステル、メサコン酸メチルハーフエステルの如き不飽和二塩基酸のハーフエステル;ジメチルマレイン酸、ジメチルフマル酸の如き不飽和二塩基酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイヒ酸の如きα,β−不飽和酸;クロトン酸無水物、ケイヒ酸無水物の如きα,β−不飽和酸無水物、前記α,β−不飽和酸と低級脂肪酸との無水物;アルケニルマロン酸、アルケニルグルタル酸、アルケニルアジピン酸、これらの酸無水物及びこれらのモノエステルなどのカルボキシル基を有するモノマーが挙げられる。
また、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレートなどのアクリル酸又はメタクリル酸エステル類、4−(1−ヒドロキシ−1−メチルブチル)スチレン、4−(1−ヒドロキシ−1−メチルヘキシル)スチレン等ヒドロキシル基を有するモノマーが挙げられる。その中でも特に、スチレン−含N−アクリルメタクリレートの反応物が好ましい。
ビニルモノマーを用いて合成されたビニル重合体とポリオレフィンとを少なくとも有するワックス分散媒体のGPCによる分子量分布においては、重量平均分子量(Mw)が5,000〜100,000であり、数平均分子量(Mn)が1,500〜15,000であり、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)が2〜40であることが、以下に示す理由により好ましい。
ワックス分散媒体の重量平均分子量(Mw)が5,000未満の場合、又は数平均分子量(Mn)が1,500未満の場合、又は重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)が2未満の場合、トナーの保存安定性能に影響を及ぼす場合がある。
ワックス分散媒体の重量平均分子量(Mw)が100,000を超える場合、又は数平均分子量(Mn)が15,000を超える場合、又は重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比(Mw/Mn)が40を超える場合、ワックス分散剤中に微分散されたワックスが定着溶融時にワックスが迅速に溶融トナー表面に移行できず、ワックスの効果を十分に発現されない場合がある。
ワックス分散剤媒体とは、一種又は二種以上のビニルモノマーを用いて合成されたビニル重合体とポリオレフィンとグラフトさせた構造を有するものであり、前記ポリオレフィンは、DSCによって測定される昇温時の吸熱曲線において、最大吸熱ピークの極大値が80〜140℃にあることが好ましい。
前記ポリオレフィンの最大吸熱ピークの極大値が80℃未満、もしくは140℃を超える場合、いずれもビニルモノマーを用いて合成された共重合体との枝別れ構造(グラフト)が損なわれるために、炭化水素系ワックスの微分散が行われず、トナー化した際における炭化水素系ワックスの偏析が生じ、結果として白抜け等の画像不良が発生することがある。前記ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、エチレン−プロピレン共重合体等が挙げられるが、その中でも特に、低密度のポリエチレンを用いることが反応の効率上、最も好ましい。
本発明のトナーは、該トナーに含有されるテトラヒドロフラン(THF)可溶分の酸価が0.1乃至50.0にあることが好ましい。前記黒色顔料は、カーボンブラックの如き導電性は高いが粒径が小さい着色剤と比較するとトナー中に占める体積が大きくなりやすいが、結着樹脂の酸価が上記範囲にあることで前記黒色顔料のトナー中における分散性が向上し、該トナーの隠蔽力と定着性が向上する。また、現像器内においてトナーから該黒色顔料が剥がれて遊離する現象が抑制される。
本発明の黒色トナーに用いられる結着樹脂としては、従来電子写真用の結着樹脂として知られる各種の樹脂が用いられるが、その中でも(a)ポリエステル樹脂、(b)ポリエステルユニットとビニル系共重合体ユニットを有しているハイブリッド樹脂、(c)ハイブリッド樹脂とビニル系共重合体との混合物、(d)ハイブリッド樹脂とポリエステル樹脂との混合物、及び(e)ポリエステル樹脂とビニル系共重合体との混合物、(f)ポリエステル樹脂、ポリエステルユニットとビニル系共重合体ユニットを有しているハイブリッド樹脂、ビニル系共重合体との混合物のいずれかから選択される樹脂を主成分とすることが好ましい。
結着樹脂としてポリエステル系の樹脂を用いる場合は、多価アルコールと多価カルボン酸、もしくは多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステル等が原料モノマーとして使用できる。具体的には、例えば二価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、ポリオキシプロピレン(3.3)−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(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.0)−ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)−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のアルキレンオキシド付加物、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、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、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。
三価以上のアルコール成分としては、例えばソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げられる。
多価カルボン酸成分としては、フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸の如き芳香族ジカルボン酸類又はその無水物;琥珀酸、アジピン酸、セバシン酸及びアゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸類又はその無水物;炭素数6〜12のアルキル基で置換された琥珀酸もしくはその無水物;フマル酸、マレイン酸及びシトラコン酸の如き不飽和ジカルボン酸類又はその無水物;n−ドデセニルコハク酸、イソドデセニルコハク酸等が挙げられる。
それらの中でも、特に、下記一般式(1)で代表されるビスフェノール誘導体をジオール成分とし、二価のカルボン酸又はその酸無水物、又はその低級アルキルエステルとからなるカルボン酸成分(例えば、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸)を酸成分として、これらを縮重合したポリエステル樹脂が、カラートナーとして、良好な帯電特性を有するので好ましい。
〔式中、R
1及びR
2は炭素数2乃至5個のアルキレン基を示し、X及びYが正数を示し、X+Yは2乃至6を示す。〕
また、架橋部位を有するポリエステル樹脂を形成するための三価以上の多価カルボン酸成分としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸および、これらの無水物やエステル化合物が挙げられる。
三価以上の多価カルボン酸成分の使用量は、全モノマー基準で0.1〜1.9mol%が好ましい。さらに結着樹脂として、主鎖中にエステル結合を有し、多価アルコールと多塩基酸との重縮合体であるポリエステルユニットと、不飽和炭化水素基を有する重合体であるビニル系重合体ユニットを有しているハイブリッド樹脂を用いる場合、さらに良好なワックス分散性と、低温定着性、耐オフセット性の向上が期待できる。本発明に用いられるハイブリッド樹脂とは、ビニル系重合体ユニットとポリエステルユニットが化学的に結合した樹脂を意味する。具体的には、ポリエステルユニットと(メタ)アクリル酸エステルの如きカルボン酸エステル基を有するモノマーを重合したビニル系重合体ユニットとがエステル交換反応によって形成する樹脂であり、好ましくはビニル系重合体を幹重合体、ポリエステルユニットを枝重合体としたグラフト共重合体(あるいはブロック共重合体)である。
ビニル系重合体を生成するためのビニル系モノマーとしては、例えばスチレン;o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン、m−ニトロスチレン、o−ニトロスチレン、p−ニトロスチレンの如きスチレン及びその誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンの如きスチレン不飽和モノオレフィン類;ブタジエン、イソプレンの如き不飽和ポリエン類;塩化ビニル、塩化ビニルデン、臭化ビニル、フッ化ビニルの如きハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニルの如きビニルエステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸−n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸−n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸−n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸−n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸−2−クロルエチル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンの如きビニルケトン類;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンの如きN−ビニル化合物;ビニルナフタリン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如きアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体等が挙げられる。
さらに、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸の如き不飽和二塩基酸;マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物の如き不飽和二塩基酸無水物;マレイン酸メチルハーフエステル、マレイン酸エチルハーフエステル、マレイン酸ブチルハーフエステル、シトラコン酸メチルハーフエステル、シトラコン酸エチルハーフエステル、シトラコン酸ブチルハーフエステル、イタコン酸メチルハーフエステル、アルケニルコハク酸メチルハーフエステル、フマル酸メチルハーフエステル、メサコン酸メチルハーフエステルの如き不飽和二塩基酸のハーフエステル;ジメチルマレイン酸、ジメチルフマル酸の如き不飽和二塩基酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ケイヒ酸の如きα,β−不飽和酸;クロトン酸無水物、ケイヒ酸無水物の如きα,β−不飽和酸無水物、前記α,β−不飽和酸と低級脂肪酸との無水物;アルケニルマロン酸、アルケニルグルタル酸、アルケニルアジピン酸、これらの酸無水物及びこれらのモノエステルの如きカルボキシル基を有するモノマーが挙げられる。
さらに、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレートなどのアクリル酸又はメタクリル酸エステル類;4−(1−ヒドロキシ−1−メチルブチル)スチレン、4−(1−ヒドロキシ−1−メチルヘキシル)スチレンの如きヒドロキシ基を有するモノマーが挙げられる。
本発明のトナーにおいて、結着樹脂のビニル系重合体ユニットは、ビニル基を二個以上有する架橋剤で架橋された架橋構造を有していてもよい。この場合に用いられる架橋剤は、芳香族ジビニル化合物として例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンが挙げられ;アルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類として例えば、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたものが挙げられ;エーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類としては、例えば、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート及び以上の化合物のアクリレートをメタアクリレートに代えたものが挙げられ;芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物類として例えば、ポリオキシエチレン(2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、ポリオキシエチレン(4)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたものが挙げられる。
多官能の架橋剤としては、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの;トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテートが挙げられる。
本発明に用いられるハイブリッド樹脂には、ビニル系重合体ユニット成分及びポリエステルユニットの一方の中、又は両方の中に、両樹脂成分と反応し得るモノマー成分を含むことが好ましい。ポリエステルユニットを構成するモノマーのうちビニル系重合体ユニットと反応し得るものとしては、例えば、フタル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸の如き不飽和ジカルボン酸又はその無水物などが挙げられる。ビニル系重合体ユニットを構成するモノマーのうちポリエステルユニットと反応し得るものとしては、カルボキシル基又はヒドロキシ基を有するものや、アクリル酸もしくはメタクリル酸エステル類が挙げられる。
ビニル系重合体ユニットとポリエステルユニットの反応生成物を得る方法としては、それぞれのユニットと反応しうるモノマー成分を含むポリマーが存在しているところで、どちらか一方もしくは両方の樹脂の重合反応をさせることにより得る方法が好ましい。
本発明のビニル系重合体を製造する場合に用いられる重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(−2メチルブチロニトリル)、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、1,1’−アゾビス(1−シクロヘキサンカルボニトリル)、2−(カーバモイルアゾ)−イソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2−フェニルアゾ−2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチル−プロパン)、メチルエチルケトンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイドの如きケトンパーオキサイド類、2,2−ビス(t−ブチルパーオキシ)ブタン、t−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−クミルパーオキサイド、α,α’−ビス(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、イソブチルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、m−トリオイルパーオキサイド、ジ−イソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エトキシエチルパーオキシカーボネート、ジ−メトキシイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ(3−メチル−3−メトキシブチル)パーオキシカーボネート、アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシネオデカノエイト、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ブチルパーオキシベンゾエイト、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジ−t−ブチルパーオキシイソフタレート、t−ブチルパーオキシアリルカーボネート、t−アミルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサハイドロテレフタレート、ジ−t−ブチルパーオキシアゼレートが挙げられる。
本発明のトナーに用いられるハイブリッド樹脂を調製できる製造方法としては、例えば、以下の(1)〜(6)に示す製造方法を挙げることができる。
(1) ビニル系重合体ユニット、ポリエステルユニット及びハイブリッド樹脂成分をそれぞれ製造後にブレンドする方法であり、ブレンド品は有機溶剤(例えば、キシレン)に溶解・膨潤した後に有機溶剤を留去して製造される。尚、ハイブリッド樹脂成分には、ビニル系重合体とポリエステル樹脂を別々に製造後、少量の有機溶剤に溶解・膨潤させ、エステル化触媒及びアルコールを添加し、加熱することによりエステル交換反応を行って合成されるエステル化合物を用いることができる。
(2) ビニル系重合体製造後に、これの存在下にポリエステルユニット及びハイブリッド樹脂成分を製造する方法である。ハイブリッド樹脂成分は、ビニル系重合体(必要に応じてビニル系モノマーも添加できる)とポリエステルモノマー(アルコール、カルボン酸)及びポリエステルのいずれか一方との反応、又は両方との反応により製造される。この場合も適宜、有機溶剤を使用することができる。
(3) ポリエステルユニット製造後に、これの存在下にビニル系重合体及びハイブリッド樹脂成分を製造する方法である。ハイブリッド樹脂成分はポリエステルユニット(必要に応じてポリエステルモノマーも添加できる)とビニル系モノマーとのいずれか一方又は両方との反応により製造される。
(4) ビニル系重合体ユニット及びポリエステルユニット製造後に、これらの重合体ユニット存在下にビニル系モノマー及びポリエステルモノマー(アルコール、カルボン酸)のいずれか一方又は両方を添加することによりハイブリッド樹脂成分が製造される。この場合も適宜、有機溶剤を使用することができる。
(5) ハイブリッド樹脂成分を製造後、ビニル系モノマー及びポリエステルモノマー(アルコール、カルボン酸)のいずれか一方又は両方を添加して、付加重合及び縮重合反応の少なくともいずれか一方を行うことによりビニル系重合体ユニット及びポリエステルユニットが製造される。この場合、ハイブリッド樹脂成分は上記(2)乃至(4)の製造方法により製造されるものを使用することもでき、必要に応じて公知の製造方法により製造されたものを使用することもできる。さらに、適宜、有機溶剤を使用することができる。
(6) ビニル系モノマー及びポリエステルモノマー(アルコール、カルボン酸等)を混合して付加重合及び縮重合反応を連続して行うことによりビニル系重合体ユニット、ポリエステルユニット及びハイブリッド樹脂成分が製造される。さらに、適宜、有機溶剤を使用することができる。
上記(1)乃至(5)の製造方法において、ビニル系重合体ユニット及びポリエステルユニットには複数の異なる分子量、架橋度を有する重合体ユニットを使用することができる。
なお、本発明のトナーに含有される結着樹脂には、上記ポリエステル樹脂とビニル系重合体との混合物、上記ハイブリッド樹脂とビニル系重合体との混合物、上記ポリエステル樹脂と上記ハイブリッド樹脂に加えてビニル系重合体の混合物を使用しても良い。
本発明のトナーは、テトラヒドロフラン(THF)不溶分を5乃至90質量%有することが好ましい。より好ましくは5乃至70質量%であり、更に好ましくは5乃至65質量%である。保存安定性能、現像安定性能と低温定着性能のバランスが更に向上するためである。
本発明においてトナーに含有される荷電制御剤としては、公知のものが利用できるが、特に、無色でトナーの帯電スピードが速く且つ一定の帯電量を安定して維持できる芳香族カルボン酸の金属化合物が好ましい。
ネガ系荷電制御剤としては、サリチル酸金属化合物、ナフトエ酸金属化合物、ダイカルボン酸金属化合物、スルホン酸又はカルボン酸を側鎖に持つ高分子型化合物、ホウ素化合物、尿素化合物、ケイ素化合物、カリックスアレーン等が利用できる。ポジ系荷電制御剤としては、四級アンモニウム塩、前記四級アンモニウム塩を側鎖に有する高分子型化合物、グアニジン化合物、イミダゾール化合物等が利用できる。その中でも特に、3,5−ジ−ターシャリーブチルサリチル酸アルミニウムが帯電量の立ち上がりが速く、好ましい。荷電制御剤はトナー粒子に対して内添しても良いし外添しても良い。荷電制御剤の添加量は結着樹脂100質量部に対し総量で0.5〜10質量部が好ましい。
本発明において、黒色トナー粒子に対して外添される流動化剤としては、公知のものが利用できるが、特に、流動性向上剤が外添されていることが画質向上、高温環境下での保存性の点で好ましい。流動性向上剤としては、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粉体が好ましい。前記無機微粉体は、シラン化合物、シリコーンオイル又はそれらの混合物の如き疎水化剤で疎水化されていることが好ましい。
疎水化剤としては、シラン化合物、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、ジルコアルミネートカツプリング剤の如きカップリング剤が挙げられる。
具体的に例えばシラン化合物としては、一般式(2)で表されるものが好ましい。例えば、ヘキサメチルジシラザン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン等を挙げることができる。その処理量は、無機微粉体100質量部に対して、好ましくは1〜60質量部、より好ましくは3〜50質量部である。
RmSiYn
〔式中、Rはアルコキシ基を示し、mは1〜3の整数を示し、Yはアルキル基、ビニル基、フェニル基、メタアクリル基、アミノ基、エポキシ基、メルカプト基又はこれらの誘導体を示し、nは1〜3の整数を示す。〕
本発明において、前記流動化剤の表面の疎水化処理に特に好適なのは、一般式(3)で示されるアルキルアルコキシシランである。前記アルキルアルコキシシランにおいて、nが4より小さいと、処理は容易となるが疎水化度が低く、好ましくない。nが12より大きいと、疎水性が十分になるが、酸化チタン微粒子同士の合一が多くなり、流動性付与能が低下しやすい。mは3より大きいと、前記アルキルアルコキシシランの反応性が低下して疎水化を良好に行いにくくなる。より好ましくはアルキルアルコキシシランはnが4〜8であり、mが1〜2であるのが良い。アルキルアルコキシシランの処理量も、無機微粉体100質量部に対して、好ましくは1〜60質量部、より好ましくは3〜50質量部が良い。
CnH2n+1−Si−(OCmH2m+1)3
〔式中、nは4〜12の整数を示し、mは1〜3の整数を示す。〕
流動化剤の疎水化処理は一種類単独で行っても良いし、二種類以上を併用しても良い。例えば一種類の疎水化剤単独で疎水化処理を行っても良いし、二種類の疎水化剤で同時に、又は一種類の疎水化剤で疎水化処理を行った後、別の疎水化剤で更に疎水化処理を行っても良い。
流動化剤は、トナー粒子100質量部に対して0.01〜5質量部添加することが好ましく、0.05〜3質量部添加することがより好ましい。
本発明の黒色トナーと共に用いられる他色のトナーにおいて用いられる着色剤としては、以下のものが用いられる。
イエロー着色剤としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、155、168、174、176、180、181、191が好適に用いられる。
マゼンタ着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48;2、48;3、48;4、57;1、81;1、122、144、146、150、166、169、177、184、185、202、206、220、22254、C.I.ピグメントバイオレット19が特に好ましい。
シアン着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アンスラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物等が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66はいずれも単独でも使用できる。
本発明の黒色トナーの色調を調整するために、上記着色剤を併用してもよい。その場合、黒色顔料に対し0.01乃至10質量%の範囲であることが好ましい。
帯電安定性、現像性、流動性、保存性向上のため、シリカ微粉体、アルミナ微粉体、チタニア微粉体あるいはその複酸化物の微粉体の中から選ばれることが好ましい。特に、シリカ微粉体が良い。シリカはケイ素ハロゲン化物やアルコキシドの蒸気相酸化により生成される乾式シリカ及びアルコキシド、水ガラス等から製造される湿式シリカが使用可能である。表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNa2O、SO3 2-等の製造残滓の少ない乾式シリカの方が好ましい。乾式シリカにおいては、製造工程において、塩化アルミニウム、塩化チタンの如き金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能であり、それらを使用しても良い。
本発明の黒色トナーは、円相当径2μm以上の粒子において、平均円形度が0.920乃至0.995の範囲であることが好ましい。より好ましくは0.930乃至0.995である。前記平均円形度が0.920未満であると、転写性、特に転写効率に劣り、低濃度域における粒状性が悪く、がさつき感のある画像が得られる場合がある。逆に前記平均円形度が0.995より大きいと、感光ドラムのクリーニングにおいて、形状が球形すぎるため、クリーニングブレードをすり抜けるなど、クリーニング不良が発生しやすくなる。
本発明の黒色トナーの平均円形度は、後述する表面改質装置を用いることによっても調整することが可能である。
本発明の黒色トナーは混練粉砕法の如き乾式製法の他、懸濁重合法、凝集融着法、溶解懸濁法、分散重合法などの湿式製法で製造することができる。
混練粉砕法の具体的な製造方法としては、結着樹脂、着色剤、ワックス、及び任意の材料を溶融混練し、これを冷却して粉砕し、必要に応じて粉砕物分級処理を行い、これに必要に応じて前記流動化剤を混ぜることによって製造することが可能である。
まず、原料混合工程では、トナー内添剤として、少なくとも樹脂、着色剤を所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー等がある。
更に、上記で配合し、混合したトナー原料を溶融混練して、樹脂類を溶融し、その中に着色剤等を分散させる。その溶融混練工程では、例えば、加圧ニーダー、バンバリィミキサー等のバッチ式練り機や、連続式の練り機を用いることができる。近年では、連続生産できる等の優位性から、一軸又は二軸押出機が主流となっており、例えば、神戸製鋼所社製KTK型二軸押出機、東芝機械社製TEM型二軸押出機、ケイ・シー・ケイ社製二軸押出機、ブス社製コ・ニーダー等が一般的に使用される。更に、トナー原料を溶融混練することによって得られる着色樹脂組成物は、溶融混練後、2本ロール等で圧延され、水冷等で冷却する冷却工程を経て冷却される。
そして一般的には上記で得られた着色樹脂組成物の冷却物は、次いで、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、まず、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミル等で粗粉砕され、更に、川崎重工業社製のクリプトロンシステム、日清エンジニアリング社製のスーパーローター等で粉砕される。その後、必要に応じて慣性分級方式のエルボージェット(日鉄鉱業社製)、遠心力分級方式のターボプレックス(ホソカワミクロン社製)等の分級機等の篩分機を用いて分級し、重量平均粒子径3乃至7μmの分級品を得る。
必要に応じて、表面改質工程で表面改質及び球形化処理を、例えば奈良機械製作所製のハイブリタイゼーションシステム、ホソカワミクロン社製のメカノフージョンシステムを用いて行うことができる。
本発明においては、粉砕工程で機械式粉砕を用いず、エアージェット式粉砕機にて粉砕した後、分級と機械式衝撃力を用いる表面改質処理とを行う装置を用いて重量平均粒子径3乃至7μmの分級品を得ることが好ましい。表面改質と分級とは別々に行っても良く、このような場合では必要に応じて風力式篩のハイボルター(新東京機械社製)等の篩分機を用いても良い。更に、外添剤を外添処理する方法としては、分級されたトナーと公知の各種外添剤を所定量配合し、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー等の粉体にせん断力を与える高速撹拌機を外添機として用いて、撹拌・混合する方法が挙げられる。
図1は、本発明に使用する表面改質装置の一例を示す。
図1に示す表面改質装置では、ケーシング55と、冷却水或いは不凍液を通水できるジャケット(図示しない)と、所定の粒径よりも大きい粒子と所定の粒径以下の微粒子とを分ける分級手段である分級ロータ41と、粒子に機械的な衝撃を与えて前記粒子の表面を処理する表面処理手段である分散ロータ46と、分散ロータ46の外周に対して所定の間隔を有して周設されるライナ44と、分級ロータ41で分けられた粒子のうちの所定の粒径より大きい粒子を分散ロータ46に案内する案内手段であるガイドリング49と、分級ロータ41で分けられた粒子のうちの所定の粒径以下の微粒子を装置の外に排出する排出手段である微粉回収用排出口42と、分散ロータ46で表面を処理された粒子を分級ロータ41に送る粒子循環手段である冷風導入口45と、被処理粒子をケーシング55内に導入するための原料供給口43と、表面を処理された粒子を55内から排出するための開閉自在な粉体排出口47及び排出弁48とを有する。
分級ロータ41は、円筒状のロータであり、ケーシング55内の一端面側に設けられている。微粉回収用排出口42は、分級ロータ41の内側の粒子を排出するように、ケーシング55の一端部に設けられている。原料供給口43は、ケーシング55の周面の中央部に設けられている。冷風導入口45は、ケーシング55の周面の他端面側に設けられている。粉体排出口47は、ケーシング55の周面で原料供給口43に対向する位置に設けられている。排出弁48は、粉体排出口47を自在に開閉する弁である。
冷風導入口45と、原料供給口43及び粉体排出口47との間には、分散ロータ46及びライナ44が設けられている。ライナ44は、ケーシング55の内周面に沿って周設されている。分散ロータ46は、図2に示すように、円盤と、この円盤の周縁に、円盤の法線に沿って配置される複数の角型ディスク50とを有する。分散ロータ46は、ケーシング55の他端面側に設けられており、かつライナ44と角型ディスク50との間に所定の間隔が形成される位置に設けられている。ケーシング55の中央部にはガイドリング49が設けられている。ガイドリング49は、円筒体であり、分級ロータ41の外周面の一部に被さる位置から、かつ分級ロータ41の近傍まで延出するように設けられている。ガイドリング49は、ケーシング55内に、ガイドリング49の外周面とケーシング55の内周面とに挟まれた空間である第一の空間51と、ガイドリング49の内側の空間である第二の空間52とを形成する。
なお、分散ロータ46は、角型ディスク50の代わりに円柱状のピンを有していても良い。ライナ44は、本実施の形態では角型ディスク50に対向する表面に多数の溝が設けられているものとするが、表面に溝を有さないものであっても良い。また、分級ロータ41の設置方向は、図1に示したように縦型でも構わないし、横型でも構わない。また、分級ロータ41の個数は、図1に示したように単体でも構わないし、複数でも構わない。
以上のように構成してなる表面改質装置では、排出弁48を閉とした状態で原料供給口43から微粉砕品を投入すると、投入された微粉砕品は、まずブロワー(図示しない)により吸引され、分級ロータ41で分級される。その際、分級された所定粒径以下の微粉は、分級ロータ41の周面を通過して分級ロータ41の内側に導かれ、装置外へ連続的に排出除去される。所定粒径以上の粗粉は、遠心力によりガイドリング49の内周(第二の空間52)に沿いながら分散ロータ46により発生する循環流にのり、角型ディスク50とライナ44との隙間(以下、「表面改質ゾーン」とも言う)へ導かれる。表面改質ゾーンに導かれた粉体は、分散ロータ46とライナ44間で機械式衝撃力を受け、表面改質処理される。
表面改質された表面改質粒子は、機内を通過する冷風にのって、ガイドリング49の外周(第一の空間51)に沿いながら分級ロータ41に運ばれ、分級ロータ41により、さらに微粉は機外へ排出され、粗粉は、循環流にのり、再度第二の空間52に戻され、繰り返し表面改質作用を受ける。このように、図1の表面改質装置では、分級ロータ41による粒子の分級と、分散ロータ46による粒子の表面の処理とが繰り返される。一定時間経過後、排出弁48を開とし、排出口47より表面改質粒子を回収する。
本発明者の検討によると、微粉砕品の投入から排出弁開放までの時間(サイクルタイム)と分散ロータの回転数が、黒色トナーの平均円形度と黒色トナーの表面におけるワックスの存在量とをコントロールする上で重要なことが見いだされた。平均円形度を上げるには、サイクルタイムを長くするか、分散ロータの周速を上げるのが効果的である。また表面離型剤量を低く抑えようとするなら、逆にサイクルタイムを短くするか、周速を下げることが有効である。その中でも特に分散ロータの周速がある一定以上にならないと効率的に粉砕物の球形化できないため、サイクルタイムを長くして球形化しなければならず、トナーの表面におけるワックスの存在量を必要以上に多くしてしまうものであった。このように、黒色トナーの平均円形度とワックスの存在量とを適切に調整する観点から、前記周速は1.2×105mm/sec以上が好ましく、前記サイクルタイムは5乃至60秒であることが好ましい。
本発明に用いる黒色顔料は、疎水化処理して用いることもできる。トナー結着樹脂中への磁性酸化鉄粒子の分散性を向上することができる。また、トナー粒子表面に磁性酸化鉄が多く露出している場合にも、磁性酸化鉄の表面が均一に疎水化処理されていればどのような環境下においてもトナーの帯電性能を損ないにくくなる。
上記疎水化処理に用いることができる処理剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤が挙げられる。より好ましく用いられるのはシランカップリング剤であり、下記一般式(A)
RmSiYn (A)
[式中、Rはアルコキシ基を示し、mは1〜3の整数を示し、Yはアルキル基、ビニル基、グリシドキシ基、メタクリル基の如き炭化水素基を示し、nは1〜3の整数を示す。]で表されるものである。例えばビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシランを挙げることができる。
特に、下記式(B)
CpH2p+1−Si−(OCqH2q+1)3 (B)
[式中、pは2〜20の整数を示し、qは1〜3の整数を示す]
で表されるアルキルトリアルコキシシランカップリング剤を使用して水系媒体中で黒色顔料を疎水化処理するのが良い。
上記式において、pが2より小さいと、疎水化処理は容易となるが、疎水性を十分に付与することが困難な場合があり、またpが20より大きいと、疎水性は十分になるが、黒色顔料粒子同士の合一が多くなり、トナー中へ黒色顔料を十分に分散させることが困難となる場合がある。また、qが3より大きいと、シランカップリング剤の反応性が低下して疎水化が十分に行われにくくなる場合がある。
よって、式中のpが2〜20の整数(より好ましくは、3〜15の整数)を示し、qが1〜3の整数(より好ましくは、1又は2の整数)を示すアルキルトリアルコキシシランカップリング剤を使用するのが好ましい。その処理量は前記黒色顔料100質量部に対して、0.05〜20質量部が好ましく、さらには0.1〜10質量部とするのが好ましい。
本発明の黒色トナーが有する黒色顔料の含有量は、目的に応じトナー全量に対して、0.01乃至70質量%含有することができる。特に好ましい範囲としては8〜60質量%が好ましく、さらには15乃至40質量%が好ましい。黒色顔料の配合量が8質量%未満の場合、トナーの隠蔽力が不十分な場合があり、また、帯電性のばらつきが増えやすくなる場合がある。60質量%を超える場合には、トナーの比重が増大するため、現像性、定着性が低下する場合がある。
本発明の黒色トナーは、前記黒色顔料とケン化価が20〜200の極性化合物とを含有してもよい。トナー粒子表面への黒色顔料の露出を抑制しつつ、トナー粒子表面近傍に該黒色顔料を局在化できるため、帯電特性がさらに良好となる。
本発明におけるケン化価20〜200の極性化合物としては、アクリル酸、メタクリル酸、アビエチン酸等のカルボン酸誘導体基や、スルホン酸、硫酸基等の硫黄系酸基を有する樹脂又はその変性物であれば全て使用可能であり、このような樹脂を構成する具体的なモノマー成分としてはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きメタクリル酸エステル類;無水マレイン酸、マレイン酸ハーフエステル等のマレイン酸類;スルホン酸等の硫黄系酸基;アビエチン酸等が例示される。
なお、これらの化合物の中ではマレイン酸成分を有する樹脂が特に微量で本発明の効果を発揮できるという点で好ましく、帯電性を損なわず、結着樹脂との相溶性にも優れるため好ましい。特には、下記一般式(1)及び/又は(2)に示される無水マレイン酸共重合体又はその開環化合物が特に好ましく、前述の効果が一層発揮される。
(各式中、Aはアルキル基又はアルキレン基を示し、Rは水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基を示す。nは1〜20の整数を示し、x、y及びzはそれぞれ各成分の共重合比を示す。)
トナー中への上記極性化合物の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して0.001〜6質量部であることが好ましい。極性化合物の含有量が0.001質量部未満であると前述の効果が十分に発現されない場合があり、6質量部を超えると電荷のリークに伴う帯電特性が低下する場合があり、カブリや耐久画像濃度の低下が生じる場合がある。
本発明のトナーを重合法で製造する際には、重合反応時に半減期0.5〜30時間である重合開始剤を、重合性単量体の0.5〜20質量%の添加量で用いて重合反応を行うと、分子量1万〜10万の間に極大を有する重合体が得られ、トナーに望ましい強度と適当な溶融特性を与えることができる。重合開始剤の例としては、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリルの如きアゾ系又はジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイドの如き過酸化物系重合開始剤が挙げられる。
本発明では、架橋剤を添加しても良く、好ましい添加量としては、重合性単量体の0.001〜15質量%である。
上記重合法のうち、懸濁重合法によるトナーの製造では、一般に上述のトナー組成物、すなわち重合性単量体中に、黒色顔料、離型剤、可塑剤、結着剤、荷電制御剤、架橋剤等トナーとして必要な成分及びその他の添加剤、例えば重合反応で生成する重合体の粘度を低下させるために入れる有機溶媒、分散剤等を適宜加えて、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、超音波分散機等の分散機によって均一に溶解又は分散させる。こうして得られた単量体系を、分散安定剤を含有する水系媒体中に懸濁する。この時、高速撹拌機もしくは超音波分散機のような高速分散機を使用して一気に所望のトナー粒子のサイズとするほうが、得られるトナー粒子の粒径がシャープになる。重合開始剤添加の時期としては、重合性単量体中に他の添加剤を添加する時同時に加えても良いし、水系媒体中に懸濁する直前に混合しても良い。
また、造粒直後、重合反応を開始する前に重合性単量体あるいは溶媒に溶解した重合開始剤を加えることもできる。
造粒後は、通常の撹拌機を用いて、粒子状態が維持され且つ粒子の浮遊・沈降が防止される程度の撹拌を行えば良い。
本発明において、湿式製法により黒色トナーを製造する場合、分散安定剤として公知の界面活性剤や有機・無機分散剤が使用できる。中でも無機分散剤は、その立体障害性により分散安定性を得ているので反応温度を変化させても安定性が崩れ難く、洗浄も容易なため、好ましく使用できる。こうした無機分散剤の例としては、燐酸カルシウム、燐酸マグネシウム、燐酸アルミニウム、燐酸亜鉛の如き燐酸多価金属塩;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムの如き炭酸塩;メタ硅酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムの如き無機塩;水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、シリカ、ベントナイト、アルミナの如き無機酸化物が挙げられる。
これらの無機分散剤は、重合性単量体100質量部に対して、0.2〜20質量部を単独で又は2種類以上組み合わせて使用することが好ましい。平均粒径が5μm以下である様な、より微粒化されたトナーを目的とする場合には、0.001〜0.1質量部の界面活性剤を併用しても良い。
界面活性剤としては、例えばドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウムが挙げられる。
これらの無機分散剤を用いる場合には、そのまま使用しても良いが、より細かい粒子を得るため、水系媒体中にて該無機分散剤粒子を生成させることができる。例えば、燐酸カルシウムの場合、高速撹拌下、燐酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液とを混合して、水不溶性の燐酸カルシウムを生成させることができ、より均一で細かな分散が可能となる。
次に、本発明の黒色トナーに関する各物性の測定に好適な方法を以下に示す。
(黒色トナーに含有される黒色顔料の含有量、分析用試料の作製)
本発明のトナーに含有される黒色顔料の含有量の測定、組成の測定、該黒色顔料の分光分析の測定は、添加量からの算出や原材料の分析により求めてもよいし、トナーから抽出して測定することもできる。トナーから抽出する場合、トナー100質量部をテトラヒドロフラン5000質量部に溶解分散し、磁気力5000ガウスの永久磁石の如き着磁体を用い、該黒色顔料をトナーから回収する。再び、テトラヒドロフランに分散、回収し、これを乾燥して、黒色顔料の含有量の算出、黒色顔料の組成分析、及び、分光分析に用いることができる。
(黒色顔料の個数平均粒子径(D1p)、D4p/D1pの測定)
本発明の黒色トナーに含有される黒色顔料の個数平均粒子径(D1p)、D1pと重量平均粒子径(D4p)との比(D4p/D1p)の測定方法としては、上記の方法で回収した黒色顔料を、常温硬化性のエポキシ樹脂中へ十分に分散させた後、温度40℃の雰囲気中で2日間硬化させ得られた硬化物を、そのまま、あるいは凍結してダイヤモンド歯を備えたミクロトームにより薄片状に成形したサンプルとして観察する方法が好ましい。
該当する粒子数の割合の具体的な決定方法については、以下のとおりである。透過型電子顕微鏡(TEM)により上記薄片を観察した断面観察写真より、黒色顔料の粒子径を測定し、各値を算出する。このときの顕微鏡写真は精度の高い測定を行うために、1万〜2万倍の倍率が好適である。例えば、透過型電子顕微鏡(日立製H−600型)を装置として用い、加速電圧100kVで観察し、拡大倍率が1万倍の顕微鏡写真を用いて観察、測定することができる。
(GPCによるトナー、結着樹脂、ワックス分散媒体の樹脂成分における分子量の測定)
トナーの結着樹脂及びワックス分散媒体の樹脂部分におけるGPCによる分子量分布は、下記の通り、測定対象の試料をTHF(テトラヒドロフラン)溶媒に溶解させて得られたTHF可溶成分を用いて、GPCにより測定することによって求められる。
すなわち、試料をTHF中に入れ、数時間放置した後十分に振とうしTHFと良く混ぜ(試料の合一体がなくなるまで)、更に12時間以上静置する。このときTHF中への放置時間が24時間以上となるようにする。その後、サンプル処理フィルタ(ポアサイズ 0.45〜0.5μm、例えば、マイショリディスクH−25−5 東ソー社製、エキクロディスク25CR ゲルマンサイエンスジャパン社製などが利用できる)を通過させたものを、GPCの試料とする。また試料濃度は、樹脂成分が0.5〜5mg/mlとなるように調整する。上記の方法で調製された試料のGPCの測定は、40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定化させ、この温度におけるカラムに溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、試料濃度として0.05〜0.6質量%に調整した樹脂のTHF試料溶液を約50〜200μl注入して測定する。
カラムとしては、103〜2×106の分子量領域を的確に測定するために、市販のポリスチレンジェルカラムを複数本組み合わせるのが良く、例えば昭和電工社製のshodex GPC KF−801、802、803、804、805、806、807の組み合わせや、Waters社製のμ−styragel 500、103、104、105の組み合わせを挙げることができる。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
試料の分子量測定にあたっては、試料の有する分子量分布を数種の単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント数(リテンションタイム)との関係から算出する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば東ソー社製或いはPressure Chemical Co.製の分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。
(GPCによるワックス分子量の測定)
装 置:GPC−150C(ウォーターズ社)
カラム:GMH−HT30cm、2連(東ソー社製)
温 度:135℃
溶 媒:o−ジクロロベンゼン(0.1質量%アイオノール添加)
流 速:1.0ml/min
試 料:0.15質量%のワックスを0.4ml注入
以上の条件で測定し、ワックスの分子量算出にあたっては単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用する。さらに、Mark−Houwink粘度式から導き出される換算式に基づいてポリエチレン換算することでワックスの分子量を算出する。
(トナーのガラス転移点(Tg)及び最大吸熱ピークの極大温度の測定)
トナーのガラス転移点(Tg)及び最大吸熱ピークは、示差走査熱量計(DSC測定装置)を用いて測定することができる。具体的には、例えば、DSC2920(TAインスツルメンツジャパン社製)を用いることができる。測定方法は、ASTM D3418−82に準ずる。
測定試料は5〜20mg、好ましくは10mgを精密に秤量する。それをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを用い、測定範囲30〜200℃の間で、10℃/minの速度で以下の昇温及び降温を行い、測定を行う。
温度曲線:昇温I (30℃〜200℃、昇温速度10℃/min)
降温I (200℃〜30℃、降温速度10℃/min)
昇温II(30℃〜200℃、昇温速度10℃/min)
トナー及びワックスの最大吸熱ピークは、昇温IIの過程で、樹脂Tgの吸熱ピーク以上の領域のベースラインからの高さが一番高いものを、若しくは樹脂Tgの吸熱ピークが別の吸熱ピークと重なり判別し難い場合、その重なるピークの一番高いものを最大吸熱ピークとする。
(トナー平均円形度の測定)
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像測定装置「FPIA−2100型」(シスメックス社製)を用いて測定を行い、下式を用いて算出することができる。
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該トナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。測定は、512×512の画像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で画像処理した時の粒子像の周囲長を用いる。
本発明における円形度はトナー粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、トナー粒子が完全な球形の場合に1.000を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。
また、円形度頻度分布の平均値を意味する平均円形度Cは、粒度分布の分割点iでの円形度(中心値)をci、測定粒子数をmとすると、次式から算出される。
なお、本発明で用いている測定装置である「FPIA−2100」は、各粒子の円形度を算出後、平均円形度及び円形度標準偏差の算出に当たって、得られた円形度によって、粒子を円形度0.4〜1.0を0.01ごとに等分割したクラスに分け、その分割点の中心値と測定粒子数を用いて平均円形度及び円形度標準偏差の算出を行う。
具体的な測定方法としては、容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水10mlを用意し、その中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を加えた後、更に測定試料を0.02g加え、均一に分散させる。分散させる手段としては、超音波分散機「Tetora150型」(日科機バイオス社製)を用い、2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、該分散液の温度が40℃以上とならない様に適宜冷却する。また、円形度のバラツキを抑えるため、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100の機内温度が26〜27℃になるよう装置の設置環境を23℃±0.5℃にコントロールし、一定時間おきに、好ましくは2時間おきに2μmラテックス粒子を用いて自動焦点調整を行う。
トナー粒子の円形度測定には、前記フロー式粒子像測定装置を用い、測定時のトナー粒子濃度が3000〜1万個/μlとなる様に該分散液濃度を再調整し、トナー粒子を1000個以上計測する。計測後、このデータを用いて、円相当径2μm未満のデータをカットして、トナー粒子の平均円形度を求める。
さらに本発明で用いている測定装置である「FPIA−2100」は、従来よりトナーの形状を算出するために用いられていた「FPIA−1000」と比較して、処理粒子画像の倍率の向上、さらに取り込んだ画像の処理解像度を向上(256×256→512×512)によりトナーの形状測定の精度が上がっており、それにより微粒子のより確実な補足を達成している装置である。従って、本発明のように、より正確に形状を測定する必要がある場合には、より正確に形状に関する情報が得られるFPIA2100の方が有用である。
(黒色顔料の分光分析によるr450、r750の測定)
黒色顔料のL*及び分光感度は、分光式色差計「SE−2000」(日本電色工業社製)を用い、JIS Z−8722に準拠して、光源の条件をC光源2度視野として測定することができる。測定は付属の取り扱い説明書に沿って行うが、標準板の標準合わせには、オプションの粉体測定用セル内に2mm厚で直径30mmのガラスを介した状態で行うのが良い。より詳しくは、前記分光式色差計の粉体試料用試料台(アタッチメント)上に、試料粉体を充填したセルを設置した状態で測定を行う。尚、セルを粉体試料用試料台に設置する以前に、セル内の内容積に対して80%以上粉体試料を充填し、振動台上で1回/秒の振動を120秒間加えた上で測定する。後述の本発明の実施例1及び比較例2の測定結果を図3に示す。波長450nm及び750nm時における反射率は、図3の如く結果をグラフ化することにより、簡単に求めることができる。
(定着画像のL*、a*、b*の測定)
画像のa*、b*、L*は、SpectroScan Transmission(GretagMacbeth社製)を用いて測定することができる。以下に具体的な測定条件の一例を示す。
<測定条件>
観測光源 :D50
観測視野 :2°
濃 度 :DIN NB
白色基準 :Pap
フィルター:No
(トナーの粘弾性特性(貯蔵弾性率G’120及びG’180)の測定)
トナーを直径25mm、厚さ約2.5mmの円板状の試料に加圧成型する。次に加圧成型された試料をパラレルプレートにセットし、50〜200℃の温度範囲内で徐々に昇温させ、温度分散測定を行う。昇温速度は2℃/minとし,角周波数(ω)は6.28rad/secに固定し、歪率は自動とする。横軸に温度,縦軸に貯蔵弾性率(G’)を取り、各温度(120℃及び180℃)における値を読み取る。具体的には、例えば、ARES(レオメトリックス社製)を用いることができる。
(トナー変形量(R200)、(R500)の測定)
トナーは、5〜5.5gのトナーを錠剤成型器により8.0×106Paの圧力で2分間加圧し、直径25mm、高さ10〜11mmの円柱状試料に成型する。測定装置は、PTFEコートしたSUS製の直径25mmパラレルプレートを装着したARES(粘弾性測定装置、TA INSTRUMENTS社製)を使用して測定することができる。
変形量の測定方法は、PTFEコートした直径25mmのパラレルプレートを使用する。トナーの成型試料をパラレルプレート上に設置し、治具温度を120℃に制御して、試料の温度が120℃に達したことを確認後、試料の高さ(gap)を10.000mmに調整する。Multiple Extension Mode TestのRate Mode Testを選択し、Rate=−0.5mm/sでトナー成型試料を圧縮し、試料の高さ(gap)とNormal Forceの関係を測定する。
Normal Forceが荷重200g(圧力4.0×103Pa)での試料の高さ(gap)をG200(mm)とすると、下記式からトナー変形量(R200)が算出できる。
同様にして、Normal Forceが荷重500g(圧力1.0×104Pa)での試料の高さG500を用いることにより、トナー変形量(R500)を測定することができる。
(トナーの重量平均粒子径(D4t)、粒子径分布(D4t/D1t))
測定装置としては、コールターカウンターのマルチサイザーII(コールター社製)を用いる。電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて、約1%NaCl水溶液を調製する。例えば、ISTON R−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。測定方法としては、前記電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩)を0.1〜5ml加え、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、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、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、粒径2.00乃至40.30μmのトナーの体積及び個数各チャンネルごとに測定して、トナーの体積分布と個数分布とを算出する。それから、トナーの体積分布から求めた重量基準のトナーの重量平均粒子径(D4t)及び個数平均粒子径(D1t)(各チャンネルの中央値をチャンネル毎の代表値とする)を求める。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm;2.52〜3.17μm;3.17〜4.00μm;4.00〜5.04μm;5.04〜6.35μm;6.35〜8.00μm;8.00〜10.08μm;10.08〜12.70μm;12.70〜16.00μm;16.00〜20.20μm;20.20〜25.40μm;25.40〜32.00μm;32.00〜40.30μmの13チャンネルを用いる。
(THF不溶分の含有量の測定方法)
トナーのTHF不溶分とは、THF溶媒に対して不溶性となった超高分子ポリマー成分(実質的に架橋ポリマー)の質量割合を示す。トナーのTHF不溶分とは、以下のように測定された値をもって定義する。
トナー約1gを秤量し(W1g)、円筒濾紙(例えば東洋濾紙製No.86R)に入れてソックスレー抽出器にかけ、THF溶媒としてTHF100〜200mlを用いて6時間抽出しTHF溶媒によって抽出された可溶成分をエバポレートした後、100℃で数時間真空乾燥しTHF可溶樹脂成分量を秤量する(W2g)。結着樹脂のTHF不溶分は下記式から算出される。
(THF可溶分の酸価の測定方法)
THF可溶分の酸価の測定は、トナー約5gを秤量し、円筒濾紙(例えば東洋濾紙製No.86R)に入れてソックスレー抽出器にかけ、THF溶媒としてTHF100〜200mlを用いて6時間抽出しTHF溶媒によって抽出された可溶成分を乾燥して測定試料とする。
酸価は以下のように求められる。基本操作は、JIS−K0070に準ずる。具体的には次のような方法によって試験を行う。
(1)試薬
(a)溶剤
エチルエーテル−エチルアルコール混液(1+1又は2+1)又はベンゼン−エチルアルコール混液(1+1又は2+1)で、これらの溶液は使用直前にフェノールフタレインを指示薬としてN/10水酸化カリウムエチルアルコール溶液で中和しておく。
(b)フェノールフタレイン溶液
フェノールフタレイン1gをエチルアルコール(95v/v%)100mlに溶かす。
(c)N/10水酸化カリウム−エチルアルコール溶液
水酸化カリウム7.0gをできるだけ少量の水に溶かしエチルアルコール(95v/v%)を加えて1リットルとし、2〜3日放置後ろ過する。標定はJIS K 8006(試薬の含量試験中滴定に関する基本事項)に準じて行う。
(2)操作 試料1〜2gを正しくはかりとり、これに溶剤100mlおよび指示薬としてフェノールフタレイン溶液数滴を加え、試料が完全に溶けるまで十分に振る。固体試料の場合は水浴上で加温して溶かす。冷却後これをN/10水酸化カリウムエチルアルコール溶液で滴定し、指示薬の微紅色が30秒間続いたときを中和の終点とする。
(3)計算式 次の式によって酸価を算出する。
ここで、A:酸価
B:N/10水酸化カリウムエチルアルコール溶液の使用量(ml)
f:N/10水酸化カリウムエチルアルコール溶液のファクター
S:試料(g)
(樹脂のケン化価の測定方法)
ケン化価は以下のように求められる。基本操作は、JIS−K0070に準ずる。試料1g中に含有されている遊離脂肪酸、樹脂酸などを中和するのに要する水酸化カリウムのmg数をケン化価といい、次によって試験を行う。
(1)試薬
(a)溶剤
エチルエーテル−エチルアルコール混液(1+1又は2+1)又はベンゼン−エチルアルコール混液(1+1又は2+1)で、これらの溶液は使用直前にフェノールフタレインを指示薬としてN/10水酸化カリウムエチルアルコール溶液で中和しておく。
(b)フェノールフタレイン溶液
フェノールフタレイン1gをエチルアルコール(95v/v%)100mlに溶かす。
(c)N/10水酸化カリウム−エチルアルコール溶液
水酸化カリウム7.0gをできるだけ少量の水に溶かしエチルアルコール(95v/v%)を加えて1リットルとし、2〜3日放置後ろ過する。標定はJIS K 8006(試薬の含量試験中滴定に関する基本事項)に準じて行う。
(2)操作
試料1〜20gを正しくはかりとり、これに溶剤100mlおよび指示薬としてフェノールフタレイン溶液数滴を加え、試料が完全に溶けるまで十分に振る。固体試料の場合は水浴上で加温して溶かす。冷却後これに過剰量のN/10水酸化カリウム−エチルアルコール溶液100−200ml添加し、1時間加熱還流してケン価させその後冷却する。得られた溶液をN/10塩酸水溶液で逆滴定し、指示薬の微紅色が30秒間続いて消失したときを中和の終点とする。なお、本試験と並行して空試験を行う。
(3)計算式
次の式によってケン化価を算出する。
A={(B)−(C)}×5.611×f/S
ここで、A:ケン化価
B:空試験のN/10塩酸水溶液の添加量(ml)
C:本試験のN/10塩酸水溶液の添加量(ml)
f:N/10塩酸水溶液のファクター
S:試料(g)
(黒色トナー、黒色顔料の磁気特性の測定)
測定用サンプルは、円筒状のプラスチック容器に密になるようにパッキングした状態で作製する。外部磁場5000エルステッド(398kA/m)における黒色トナーの磁化値(Mt)、黒色顔料の磁化値(Mp)を測定する。次いで、それぞれ5000エルステッドから0エルステッドに戻し、黒色トナー及び黒色顔料の残留磁化値を測定する。
具体的には、例えば、理研電子(株)製の振動磁場型磁気特性自動記録装置BHV−30を用いて測定することができる。黒色トナー及び黒色顔料の真密度は、例えば、乾式自動密度計アキュピック1330(島津製作所(株)社製)により測定することができる。