本発明によると、少なくとも結着樹脂と着色剤とワックスとを含有し、平均円形度が0.960乃至1.000であるカラートナーにおいて、該結着樹脂は、ポリエステルを主成分として含有し、該トナーは、フローテスターによる変形開始点(Tf1)が45.0乃至56.0℃、変形終了点(Tf2)が50.0乃至70.0℃、変形係数(Tfr1)が0.20乃至0.50であり、流出開始点(Tf3)が85.0乃至105.0℃、流出終了点(Tf4)が115.0乃至155.0℃、流出係数(Tfr2)が0.15乃至0.40にある場合に、良好な転写性能を有し、低温定着性能や耐オフセット性能を損ねることなく、現像安定性能を高めることができることを見出した。また、高速のフィルム定着方式に使用した場合においても、定着時にトナーが紙に染み込みすぎることによるグロス低下、グロスむらを抑制された、良好なグロス性能を発現することが可能となる。
本発明における変形開始点(Tf1)、変形終了点(Tf2)、変形係数(Tfr1)とはトナーの熱力学特性を示す指標である。具体的には以下に示す方法によって測定される値である。
トナーの真密度を(ρ)g/cm3としたときトナー(0.16×ρ)gを加圧成型器にはかりとり、常温常圧環境下において200kgf(1960N)の荷重で2分間加圧成型し、直径約8mm、高さ約2mmの円柱状試料を調整する。内径約10mm、内壁の高さが20mm以上、研磨された底面を有する筒状容器の中央に前記円柱状試料を載せ、さらに、外形約9.9mm、厚さ10mm以上の加圧ジグを前記サンプルに接触させる。これを35℃で5分間保持した後、加圧ジグに10kgf(98N)の荷重を与え、昇温速度1℃/分で120℃まで円柱状試料を昇温し、試料に接する加圧ジグの変位量を計測する。得られたチャートから、試料が変形し始める温度(℃)を変形開始点(Tf1)、変形が終了する温度(℃)を変形終了点(Tf2)と定義する。また、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、変形の階段状変化部分の曲線の勾配が最大になるような点で引いた接線との交点(オンセット点)の温度をTff1、その時の加圧ジグの高さをHf1とし、高温側のベースラインを低温側に延長した直線と、変形の階段状変化部分の曲線の勾配が最大になるような点で引いた接線との交点(オフセット点)の温度をTff2、その時の加圧ジグの高さをHf2とし、下記式から求められる値を変形係数(Tfr1)と定義する。上記測定は、例えば、フローテスター(島津製作所社製)において、サンプルを載せるダイの代わりに穴が開いていないSUS−316プレートを使用することで測定することができる。測定チャートの一例を図1に示す。
Tfr1=(Hf2−Hf1)/(Tff2−Tff1)
トナーの真密度は、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。
同様に、流出開始点(Tf3)、流出終了点(Tf4)、流出係数(Tfr2)は以下に示す方法によって測定される値である。
トナー(0.96×ρ)gを加圧成型器にはかりとり、常温常圧環境下において200kgfの荷重で2分間加圧成型し、直径約10mm、高さ約12mmの円柱状試料を調整する。内径約10mm、内壁の高さが30mm以上であり、研磨された底面を有する筒状容器の底面に、直径1mm、厚さ0.5mmの筒状の穴があいた装置を用い、前記円柱状試料をその中央部に載せる。さらに、外形約9.9mm、厚さ10mm以上の加圧ジグを前記サンプルに接触させる。これを40℃で5分間保持した後、加圧ジグに10kgfの荷重を与え、昇温速度4℃/分で200℃まで円柱状試料を昇温し、試料に接する加圧ジグの変位量を計測する。得られたチャートから、試料が流出し始める温度(℃)を流出開始点(Tf3)、流出が終了する温度(℃)を流出終了点(Tf4)と定義する。また、流出開始点から流出終了点までの前記加圧ジグの変位量の値をHf3としたとき、下記式から求められる値を流出係数(Tfr2)と定義する。
Tfr2=Hf3/(Tf4−Tf3)
上記測定は、例えば、フローテスター(島津製作所社製)において、ダイ径1.0mm、ダイ長さ0.5mmの鏡面研磨されたダイを使用することで測定することができる。測定チャートの一例を図3に示す。
本発明によると、上記Tfr1はトナー中における結着樹脂とワックスとの相溶状態を示す指標となり、上記Tfr2は定着工程における結着樹脂とワックスとの相溶状態を示す指標になると考えられる。
平均円形度が0.960以上といった実質的に真球状のトナーは、現像器内で割れやすい凸部は非常に少ないが、低温定着性能の向上を目指した場合、特にトナー中におけるワックスの相溶性が、トナーの現像安定性能に大きく関与する。トナー中において、ワックスは結着樹脂と相分離した結晶状態で存在するが、結着樹脂相とワックス相との界面において、ワックスの一部が結着樹脂に相溶している。トナーの低温定着性を向上させるため、結着樹脂を低分子量化したり、ワックスを低融点化した場合、ワックスが結着樹脂に相溶しやすくなる。相溶したワックスは可塑剤として作用するため、トナーが脆くなり、現像器内で割れやすく、現像安定性能が低下しやすくなるものと考えられる。
本発明によると、ワックスを含有し、平均円形度が0.960乃至1.000であり、ポリエステルを主成分とするトナーにおいて、上記Tfr1が0.20乃至0.50にある場合に、結着樹脂とワックスとの相分離状態が良好となり、良好な低温定着性能、グロス性能と、現像安定性能とを兼ね備えたトナーとなる。Tfr1が0.20未満の場合、結着樹脂に相溶しているワックスの量が多すぎるため、トナーが脆くなり、現像安定性能が低下する。一方、Tfr1が0.50を超える場合、ワックスと結着樹脂との界面において十分な強度が得られず、現像安定性能が低下する。この理由は、結着樹脂、及び、ワックスが高い結晶を有するが、結晶化に伴う結着樹脂とワックスとの収縮率の違いから、結着樹脂とワックスとの界面に歪みが生じやすく、その歪みに応力が集中するため、現像器内において、トナーが割れやすくなるものと考えられる。このため、上記Tfr1は、0.25乃至0.45にあることがより好ましく、0.25乃至0.40にあることが特に好ましい。
Tf1、及び、Tf2は、結着樹脂のガラス転移点、及び、結着樹脂に相溶しているワックスの量に依存して変化する。Tf1が45.0℃未満である場合や、Tf2が50℃未満である場合、低温定着性能は向上するが、耐久安定性能やグロス性能が著しく低下する。Tf1が56.0℃を超える場合や、Tf2が70.0℃を超える場合には、現像安定性能は向上するが、十分な低温定着性能が得られない。
トナー中において、ワックスは、その一部が結着樹脂に相溶して存在しているが、定着工程においても、さらにワックスが結着樹脂に相溶する。これにより、定着工程においてトナーの溶融が加速され、良好な低温定着性能が発現されるが、定着工程において、ワックスが結着樹脂に相溶しすぎると、トナーが溶融しすぎ、紙に染み込みすぎる課題が生じる。本発明によると、前記Tfr2が0.15乃至0.40である場合に、定着工程におけるワックスと結着樹脂との相溶状態が良好となり、優れた低温定着性能とグロス性能とが発現される。Tfr2が0.15未満の場合、定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量が少なすぎるため、耐オフセット性能は向上するが、低温定着性能、グロス性能が得られない。Tfr2が0.40を超える場合、定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量が多すぎるため、低温定着性能は向上するが、トナーが紙に染み込みすぎる課題が発生する。また、Tf3が85.0℃未満である場合や、Tf4が115.0℃未満である場合、低温定着性能は向上するが、グロス性能が低下する。Tf1が105.0℃を超える場合や、Tf4が155.0℃を超える場合、耐オフセット性能は向上するが、低温定着性能、グロス性能が低下する。
このため、ワックスを含有し、平均円形度が0.960乃至1.000であり、ポリエステルを主成分とするトナーにおいて、Tf1、Tf2、Tfr1、及び、Tf3、Tf4、Tfr2が上記範囲にある場合に、トナー製造時において、結着樹脂に相溶しているワックスの量と、定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量とが良好に制御され、優れた低温定着性能、グロス性能と、現像安定性能とを兼ね備えることが可能となる。トナーの平均円形度が0.960未満であると、トナーの凸部が割れやすく、割れて生じた微粉が現像器内で部材汚染するため、十分な現像安定性能が得られない。二成分現像方式にもみられるが、一成分現像方式の場合に顕著である。
上記Tf1、Tf2、Tfr1、及び、Tf3、Tf4、Tfr2の物性は、トナーに含有されるワックスのうち、トナー製造時において、結着樹脂に相溶するワックスの量と、トナーが定着されるときに結着樹脂に相溶するワックスの量とを制御することによって、良好に発現される。それらを制御する手段としては、結着樹脂に含有される分子量300〜1000といった低分子量成分の含有量を制御する方法、結着樹脂に含有される分子量2000〜9000といった中分子量成分の含有量を制御する方法、結着樹脂を特定の組成に制御する方法、トナー粒子を加熱した後、ゆっくりと冷却することで、結着樹脂やワックス、それらに含有される低分子量成分などの結晶化を促進させる方法などが挙げられる。
本発明のカラートナーは、テトラヒドロフラン(THF)可溶成分に含有される分子量200乃至1000の成分の含有量(M1)が5.1乃至20.0%であることが好ましい。分子量200乃至1000といった低分子量の樹脂成分を含有することで、定着工程において、トナーに含有されるワックスの一部が結着樹脂に相溶しやすくなる。これにより、トナーの低温定着性能が向上し、定着時にトナーが紙に染み込みすぎることが抑制され、且つ、良好な現像安定性能が発現しやすくなる。M1が20.0%を超える場合、トナー製造時において、ワックスが結着樹脂に相溶する量が増大しやすい。このとき、前記Tf1は45℃未満の値となりやすく、Tfr1は0.20未満となりやすく、トナーは十分な熱力学的強度を保持できず、現像安定性能が低下しやすい。また、Tfr2が0.40を超える値となりやすく、グロス性能が低下する場合がある。一方、M1が5.1%未満の場合、トナー製造時において、結着樹脂に相溶するワックスの量が少なく、また、定着工程においても結着樹脂に相溶するワックスの量が少ない。このため、Tfr1は0.50を超える値となりやすく、Tfr2は0.15未満となりやすい。このため、Tf3、及び、Tf4を本発明で規定する値に制御するためには、結着樹脂のTgを小さくする必要があるが、その場合、Tf1が45℃未満となりやすい。上記M1の含有量は、5.5乃至14.0%であることがより好ましい。上記M1の含有量は、5.5乃至11.0%であることが特に好ましい。
本発明のトナーが水系媒体中で製造される場合には、一般的な混練工程と粉砕工程とを経て製造される場合よりも、上記M1の含有量を制御することが特に好ましい。原材料の樹脂に含有される分子量200乃至1000の樹脂成分の量が多すぎる場合、混練工程を高温で行い、分子量200乃至1000の成分を縮合反応させることで、その含有量を減少させることができる。原材料の樹脂に含有される分子量200乃至1000の樹脂成分の量が少なすぎる場合、混練工程において、強いシェアにより樹脂の分子鎖の切断して、分子量200〜1000の樹脂成分の含有量を増大することが可能である。しかし、水系媒体中でトナーを直接製造する場合には、分子鎖を切断するような強いシェアを与えることはできず、また、縮合反応が起こるような高温を与えることもできない。このため、本発明のトナーが水系媒体中で製造される場合には、原材料の樹脂に含有される分子量200〜1000の成分の含有量を5.1乃至20.0%に調整しておくことが好ましく、5.5乃至14.0%に調整しておくことがより好ましい。
本発明のカラートナーに含有されるテトラヒドロフラン(THF)可溶成分は、分子量200乃至400の成分の含有量(M2)が2.0乃至12.0%にあることが好ましい。上記分子量200乃至400の成分は、本発明のカラートナーに含有されるワックスを主成分とする。本発明のカラートナーは、トナー製造時において、ワックスの一部が結着樹脂に相溶し、定着工程において、更にワックスの一部が結着樹脂に相溶する。このため、本発明のカラートナーは多くのワックスを含有していることが好ましい。また、THFに可溶性のワックスを含有することで結着樹脂との親和性が良好になり、定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量が良好になり、グロス性能が良好になる。上記M2が2.0%未満の場合、離型剤として作用するワックスが不足し、耐オフセット性能が低下する場合がある。上記M2が12.0%を越える場合、定着工程において、ワックスの融解に伴う吸熱量が大きく、低温定着性能が低下する場合がある。上記M2の含有量は、3.0乃至10.0%であることがより好ましい。上記M2の含有量は、3.0乃至6.0%であることが特に好ましい。
本発明のカラートナーに含有されるテトラヒドロフラン(THF)可溶成分は、分子量500乃至1000の成分の含有量(M3)が0.5乃至8.0%にあることが好ましい。上記分子量500乃至1000の成分は、結着樹脂に含有されるオリゴマーを主成分とする。本発明のカラートナーは、トナー製造時において、ワックスの一部が結着樹脂に相溶し、定着工程において、更にワックスの一部が結着樹脂に相溶する。このため、M3の含有量が上記範囲にあることで、ワックスの結晶化と、結着樹脂との親和性とのバランスが良好になり、低温定着性能と現像安定性能が良好になる。上記M3が0.5%未満の場合、トナー製造時に結着樹脂に相溶するワックスの量が少なくなりやすいため、前記Tfr1が大きい値となりやすく、現像安定性能が低下する場合がある。上記M3が8.0%を越える場合、トナー製造時に結着樹脂に相溶するワックスの量が多くなりやすいため、Tfr1が小さい値となりやすく、Tf1が45.0未満の値となりやすい。上記M3の含有量は、0.5乃至6.0%であることがより好ましい。1.0乃至5.0%であることが特に好ましい。
本発明のカラートナーに含有される酢酸エチル可溶成分は、分子量200乃至1000の成分の含有量(M4)が1.0乃至8.0にあることが好ましい。上記分子量200乃至1000の成分は、主成分が結着樹脂に含有されるオリゴマーであり、ワックスに含有されるオリゴマーも有する。本発明のトナーは、THFには可溶であるが、酢酸エチルには不溶のワックスを含有し、且つ、ワックス及び結着樹脂が、ある程度のオリゴマーを含有することで、ワックスの結晶化と、結着樹脂との親和性とのバランスが良好になり、グロス性能と現像安定性能が良好になる。上記M4が1.0%未満の場合、Tfr1及びTfr2が大きい値となりやすく、低温定着性能と耐染み込み性能が低下する場合がある。上記M4が8.0%を越える場合、Tfr1及びTfr2が小さい値となりやすく、現像安定性能とグロス性能が低下する場合がある。上記M4の含有量は、1.5乃至6.5%であることがより好ましい。
本発明のカラートナーは、ソックスレー抽出法による酢酸エチル可溶成分を65乃至95質量%含有することが好ましい。酢酸エチル可溶成分は、若干のワックスやその他添加剤を含有するが、その主成分は、トナーに含有される結着樹脂のうち、架橋成分を除いた成分である。その主成分としてはポリエステルである。該可溶成分の含有量が65質量%未満の場合、結着樹脂に含有される架橋成分が多いため、トナー製造時及び定着工程においてワックスが結着樹脂に相溶しにくい。このため、Tfr1が0.50を超える値となりやすく、Tfr2が0.15未満となりやすい。一方、該可溶成分の含有量が95質量%を超える場合には、トナー製造時及び定着工程においてワックスが結着樹脂に相溶しやすい。このため、Tfr1が0.20未満となりやすく、Tfr2が0.50を超える値となりやすい。
尚、THFと酢酸エチルとは樹脂の溶解性が異なり、一般には酢酸エチルの方が樹脂の溶解性が小さい。このため、酢酸エチルにも溶解可能な分子構造、組成に制御することが、ワックスの相溶性を制御する上で重要であるものと考えられる。
上記酢酸エチル可溶成分において、樹脂成分を構成するモノマー成分に対し、ポリエステルを構成するモノマー成分を50モル%以上含有することが好ましい。ワックスと結着樹脂との相溶性のバランスが良好となり、低温定着性能と現像安定性能とのバランスがより良好になる。上記モノマー成分は、0.5乃至45モル%の範囲でビニル重合系モノマー成分を含有することも好ましい。架橋成分ではないが、複雑な分子構造を有するため、定着工程において、トナーが紙に染み込みすぎることを抑制し、グロス性能が良好となる。
前記テトラヒドロフラン可溶成分は、ゲルパーミッションクロマトグラフィー(GPC)によるポリスチレン換算の分子量分布において、分子量2000乃至9000の成分の含有量(M5)を40.0乃至85.0%有することが好ましい。トナーに含有される結着樹脂の主成分が、分子量2000乃至9000といった中分子量の樹脂成分であることにより、トナー製造時において、結着樹脂に相溶するワックスの量と、定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量とのバランスがより良好となり、優れた低温定着性能と耐オフセット性能とを兼ね備え、定着工程においてトナーが紙に染み込みすぎることによるグロスむら、画像品位の低下が抑制され、色再現範囲が拡大し、且つ、より良好な現像安定性能が発現されやすい。M5が85.0%を超える場合、トナー製造時の結着樹脂の結晶性が大きくなりやすいため、トナー製造時に結着樹脂に相溶するワックスの量が少なくなりやすい。このため、Tfr1は0.50を超える値となりやすく、現像安定性が低下する場合がある。一方、定着工程においては、ワックスが結着樹脂に相溶する量が多いため、Tfr2が0.40を超える値となりやすい。M5が40%未満の場合、トナー製造時の結着樹脂の結晶性が小さくなりやすいため、トナー製造時に結着樹脂に相溶するワックスの量が多くなり、Tfr1は0.20未満の値になりやすい。定着工程においては、分子量2000未満の成分の含有量が多すぎる場合には結着樹脂に相溶するワックスの量が多くなり、Tfr2は0.40を超える値となりやすい。分子量9000を超える成分の含有量が多すぎる場合には、定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量が少なくなり、Tfr2は0.15未満の値となりやすい。
本発明のカラートナーは、示差走査熱量計(DSC)でトナーを測定したDSC曲線において、60乃至120℃に最大吸熱ピーク(Tm1)を有し、1回目の走査で測定されるガラス転移点(Tg1)が48.0乃至64.0℃であり、該1回目の走査で測定されるガラス転移点(Tg1)と2回目の走査で測定されるガラス転移点(Tg2)との温度差(Tg1−Tg2)が0.5乃至8.0℃であることが好ましい。(Tg1−Tg2)の値は、トナーに含有されるワックスにおいて、トナー製造時には結着樹脂に相溶していないが、定着工程には結着樹脂と相溶し得るワックスの量を示している。(Tg1−Tg2)の値が上記範囲にあることで、定着工程において結着樹脂に相溶するワックスの量が制御され、Tfr1とTfr2とのバランスがより良好になり、低温定着性能の向上と、定着工程におけるトナーの紙への染み込み抑制の効果のバランスがより良好に発現される。上記(Tg1−Tg2)が8.0℃を超える場合、定着工程において結着樹脂に相溶するワックスの量が増大し、Tfr2が0.40を超える値となりやすい。一方、(Tg1−Tg2)が0.5℃未満の場合、定着工程において結着樹脂に相溶するワックスの量が少ないため、Tfr2が0.15未満の値となりやすい。
また、前記Tm1は、トナーに含有されるワックスの融点を示すが、ワックスの最大吸熱ピークの温度は60乃至120℃にあることが好ましい。ワックスの融点が60℃未満の場合、トナー製造時や定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量が多くなりやすく、Tfr1は0.20未満の値となりやすく、Tfr2は0.40を超える値となりやすい。一方、ワックスの融点が120℃を超える場合、トナー製造時や定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量が少なくなりやすく、Tfr1は0.50を超える値となりやすく、Tfr2は0.15未満の値となりやすい。このため、本発明のトナーの最大吸熱ピークとしては、63.0乃至105.0℃であることがより好ましく、さらには70乃至90℃であることが特に好ましい。
前記最大吸熱ピークの幅は、1.5乃至20.0℃であることが好ましい。トナー製造時に結着樹脂に相溶するワックスの量と、定着工程において結着樹脂に相溶するワックスの量とのバランスがより良好になる。20.0℃を超える場合、トナー製造時や定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量が多くなりやすく、Tfr1は0.20未満の値となりやすく、Tfr2は0.40を超える値となりやすい。一方、1.5℃未満の場合、トナー製造時や定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量が少なくなりやすく、Tfr1は0.50を超える値となりやすく、Tfr2は0.15未満の値となりやすい。このため半値幅の値は、1.5乃至14℃であることがより好ましく、さらには、2.0乃至9.0℃であることが特に好ましい。
本発明において、前述のTg1及びTg2は、示差走査熱量(DSC)測定装置を用いて測定する。DSC測定装置としては、例えば、Q1000(TAインストルメンツ社製)が利用できる。測定方法は、アルミパンにトナー6mg精秤し、リファレンスパンとして空のアルミパンを用い、窒素雰囲気下、モジュレーション振幅1.0℃、周波数1/分で測定する。測定温度は、10℃で1分間保持した後、昇温速度1℃/分で10℃から160℃まで走査して得られたリバーシングヒートフロー曲線を、1回目の走査で測定されるDSC曲線とし、これを用いて中点法によりTg1を求める。さらに160℃で10分間保持した後、冷却速度1℃/分で160℃から10℃まで冷却し、10℃で10分間保持する。その後、昇温速度1℃/分で10℃から160℃まで走査して得られたリバーシングヒートフロー曲線を、2回目の走査で得られたDSC曲線とし、これを用いて中点法によりTg2を求める。図5はこのときのDSC測定装置の昇温モードのグラフを示す。なお、中点法によって求められたガラス転移点とは、昇温時のDSC曲線において吸熱ピーク前の基線と吸熱ピーク後の基線の中線と、立ち上がり曲線での交点をもってガラス転移点とするものである(図6参照)。
トナーの融点の測定は、上記と同様に測定して得られたリバーシングヒートフロー曲線において、融解ピークの極大値となる温度を融点とする。また、融点のオンセット値とオフセット値は、前記融解ピークにおいて、ピークの立ち上がり部分の最大傾斜の点で引いた接線とピーク前の外挿基線との交点の温度を、融点のオンセット値とし、融解ピーク終了前の最大傾斜の点で引いた接線とピーク後の外挿基線との交点の温度を、融点のオフセット値とする。
吸熱量は、上記測定で得られたリバーシングヒートフロー曲線において、融解ピーク前の外挿基線からピークが立ち上がる点と、融解ピーク終了後の外挿基線とピークが接する点とを結んだ直線と融解ピークとで囲まれる面積より求める。
本発明においてゲルパーミッションクロマトグラフィー(GPC)による分子量測定の方法について説明する。
40℃のヒートチャンバ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(テトラヒドロフラン)を毎分1mlの流速で流し、THF試料溶液を100μl注入して測定する。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、昭和電工社製の分子量が102〜107程度のものを用い、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。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。カラムとしては、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−801,802,803,804,805,806,807,800Pの組み合わせや、東ソー社製のTSKgelG1000H(HXL),G2000H(HXL),G3000H(HXL),G4000H(HXL),G5000H(HXL),G6000H(HXL),G7000H(HXL),TSKguardcolumnの組み合わせが挙げられる。
本発明のカラートナーに含有されるテトラヒドロフラン可溶成分が有する分子量200乃至1000の成分の含有量(M1)、分子量200乃至400の成分の含有量(M2)、分子量500乃至1000の成分の含有量(M3)、分子量2000乃至9000の成分の含有量(M5)、及び、酢酸エチル可溶成分が有する分子量200乃至1000の成分の含有量(M4)は、それぞれ上記測定で得られた分子量分布の積分値より求める。
GPC装置に用いる試料は以下のようにして作製する。
テトラヒドロフラン(THF)可溶成分、或いは、酢酸エチル可溶成分をTHF中に入れて十分に混合し、18時間静置する。その後、サンプル処理フィルター(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。THF可溶成分、及び、酢酸エチル可溶成分のTHFに対する濃度は5mg/mlとする。
本発明に用いるワックス、結着樹脂の重量平均分子量、数平均分子量、分子量200乃至400の成分の含有量なども、上記方法と同様にして測定することができる。
本発明のカラートナーに含有されるTHF可溶成分、及び、酢酸エチル可溶成分とは、具体的には以下に示すソックスレー抽出法により得られる成分を示す。また、本発明のカラートナーが有する酢酸エチル可溶成分の含有量は、以下のように測定された値をもって定義する。
円筒濾紙(例えば、東洋濾紙製No.86Rを用いることができる)を、40℃で24時間真空乾燥した後、25℃60%RHの温湿度に調整された環境下に3日間放置する。トナー1gを秤量し(W1g)、この円筒濾紙に入れてソックスレー抽出器にかけ、溶媒としてTHF、或いは、酢酸エチル200mlを用い、90℃のオイルバスで24時間抽出する。その後、毎分1℃の冷却速度でソックスレー抽出器を冷却した後、円筒濾紙を静かに取り出して、40℃で24時間真空乾燥する。これを25℃60%RHの温湿度に調整された環境下に3日間放置した後、円筒濾紙に残存する固形分の量を秤量する(W2g)。トナーの酢酸エチル可溶成分の含有量は、下記式から算出される。
トナーの酢酸エチル可溶成分の含有量(質量%)={(W1−W2)/W1}×100
THF可溶成分、及び、酢酸エチル可溶成分は、上記で得られた溶出成分を、定量濾紙(例えば、ADVANTEC製定量濾紙No.5Aを用いることができる)を用いて濾過する。得られた溶液を、40℃に設定したエバポレーターを用いてTHF、或いは、酢酸エチルを留去した後、40℃で24時間真空乾燥した固形分を、THF可溶成分、或いは、酢酸エチル可溶成分と定義する。
本発明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、(e)ポリエステル樹脂とビニル系共重合体との混合物、及び(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からなるグループから選択される樹脂を主成分とすることが好ましい。
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(或いはブロック共重合体)である。
本発明の結着樹脂に用いることができるモノマーとしては、具体的には、例えば以下の化合物を用いることができる。
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、下記式(VII)
(式中、Rはエチレンまたはプロピレン基を示し、x,yはそれぞれ1以上の整数を示し、且つx+yの平均値は2〜10を示す。)
で示されるビスフェノー誘導体、または下記式(VIII)
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等としては、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若しくはその無水物;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、トリメリット酸等が挙げられる。
それらの中でも、特に、前記一般式(VII)で代表されるビスフェノール誘導体、及び、炭素数2乃至6のアルキルジオール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、マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、炭素数2乃至8のアルキルジカルボン酸、及びこれらの化合物の酸無水物等)を酸成分として、これらを縮重合したポリエステルが、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。
本発明のカラートナーに含有される前記酢酸エチル可溶成分は、炭素数2乃至6のアルキル基を有するジオールを25乃至55モル%含有することが好ましい。炭素数が前記範囲にあるアルキル基を有するジオールは、トナー製造時に結着樹脂に相溶するワックスの量と、定着工程において結着樹脂に相溶するワックスの量とのバランスが良好になり、本発明で規定するTf1、Tf2、Tfr1、及び、Tf3、Tf4、Tfr2の関係が特に良好になる。このため、該アルキルジオールの含有量は、35乃至55モル%であることがより好ましく、さらには40乃至55モル%であることが特に好ましい。アルキルジオールの含有量が55モル%を超える場合、結着樹脂に相溶するワックスの量が多くなり、Tfr1が0.20未満の値となりやすく、Tfr2が0.40を超える値となりやすくなる。一方、アルキルジオールの含有量が25モル%未満であると、結着樹脂に相溶するワックスの量が少なくなり、Tfr1が0.50を超える値となりやすく、Tfr2が0.15未満の値となりやすくなる。
上記アルキル基を有するジオールは、炭素数1乃至3のアルキル基を側鎖に有するアルキルジオールを、全アルキルジオールに対し、40モル%以上含有することが好ましい。トナー溶融時において、ワックスが結着樹脂に相溶しやすくなり、グロス性能が更に良好になる。
本発明のカラートナーに含有される前記酢酸エチル可溶成分は、炭素数2乃至8のアルキル基を有するジカルボン酸を2乃至20モル%含有することが好ましい。炭素数が前記範囲にあるアルキル基を有するジカルボン酸は、トナー製造時に結着樹脂に相溶するワックスの量と、定着工程において結着樹脂に相溶するワックスの量とのバランスが良好になり、本発明で規定するTf1、Tf2、Tfr1、及び、Tf3、Tf4、Tfr2の関係が特に良好になる。アルキルジカルボン酸の含有量が2モル%未満であると、結着樹脂に相溶するワックスの量が少なくなり、Tfr1が0.50を超える値となりやすく、Tfr2が0.15未満の値となりやすくなる。アルキルジカルボン酸の含有量が20モル%を超える場合には、結着樹脂に相溶するワックスの量が多くなり、Tfr1が0.20未満の値となりやすく、Tfr2が0.40を超える値となりやすくなる。また、ジカルボン酸の炭素数は、3乃至6であることがより好ましい。
上記ポリエステルの製造方法としては、例えば、酸化反応による合成法、カルボン酸及びその誘導体からの合成、マイケル付可反応に代表されるエステル基導入反応、カルボン酸化合物とアルコール化合物からの脱水縮合反応を利用する方法、酸ハロゲン化物とアルコール化合物からの反応、エステル交換反応で製造される。触媒としては、エステル化反応に使う一般の酸性、アルカリ性触媒、例えば酢酸亜鉛、チタン化合物などでよい。その後、再結晶法、蒸留法などにより高純度化させてもよい。
結着樹脂の好ましい製造方法としては、脱水縮合反応、エステル交換反応が挙げられる。特に好ましい製造方法は、エステル交換反応である。酢酸エチル可溶成分に含有される分子量300乃至1000の成分の含有量が良好に制御される。
本発明のカラートナーに含有される結着樹脂のガラス転移温度は40〜90℃が好ましく、より好ましくは45〜85℃である。結着樹脂の酸価は1〜40mgKOH/gであることが好ましい。
尚、本発明において、結着樹脂中のポリエステルユニット成分の占める割合は、50〜100(%)の範囲であると良い。
本発明のカラートナーは、1種又は2種以上のワックスを含有している。本発明に用いることのできるワックスとしては、例えば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等の脂肪族炭化水素ワックス;酸化ポリエチレンワックス等の脂肪族炭化水素ワックスの酸化物;脂肪族炭化水素ワックス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等の脂肪酸エステルを主成分とするワックス;及び脱酸カルナバワックス等の脂肪酸エステルを一部又は全部を脱酸化したもの等が挙げられる。例えば、エステルワックスとしては、ベヘン酸ベヘニル、ステアリン酸ステアリル等が挙げられる。
そして、ベヘニン酸モノグリセリド等の脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂を水素添加すること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等が挙げられる。
特に好ましく用いられるワックスとしては、分子鎖が短く、且つ、立体障害が少なくモビリティに優れるパラフィンワックス、ポリエチレン、フィッシャートロプシュワックス等の脂肪族炭化水素ワックスである。
ワックスの分子量分布では、メインピークが分子量350乃至2400の領域にあることが好ましく、分子量400乃至2000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持たせることによりカラートナーに好ましい熱特性を付与することができる。
本発明のカラートナーは、THF可溶分のGPCによるSt換算の分子量分布において、分子量200乃至400の成分を1乃至15%含有する脂肪族炭化水素ワックスを、結着樹脂100質量部に対し3乃至30質量部含有することが好ましい。トナー製造時に結着樹脂に相溶するワックスの量と、定着工程において結着樹脂に相溶するワックスの量とのバランスがより良好になる。分子量200乃至400の成分の含有量が15%を超える場合、トナー製造時や定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量が多くなりやすく、Tfr1は0.20未満の値となりやすく、Tfr2は0.40を超える値となりやすい。一方、分子量200乃至400の成分の含有量が1%未満の場合、トナー製造時や定着工程において、結着樹脂に相溶するワックスの量が少なくなりやすく、Tfr1は0.50を超える値となりやすく、Tfr2は0.15未満の値となりやすい。このため半値幅の値は、4乃至14%であることがより好ましく、さらには4乃至9%であることが特に好ましい。
また、上記ワックスの含有量としては、結着樹脂100質量部に対し3乃至30質量部含有することが好ましい。本発明のカラートナーは、トナーに含有されるワックスの一部を、トナー製造時に結着樹脂と相溶させ可塑剤として用いる。さらに、定着工程において、トナーに含有されるワックスの一部を結着樹脂と相溶させ可塑剤として用いる。このため、トナーに含有せしめたワックスの全てが離型剤として作用しないため、通常よりも多くのワックスを含有させることが好ましい。ワックスの含有量が3質量部未満であると、耐オフセット性能が低下しやすくなる。ワックスの含有量が30質量部を超える場合、定着工程におけるワックスの吸熱量が多くなりすぎて、低温定着性能が低下しやすくなる。このため、本発明のカラートナーのワックスの含有量としては、5乃至20質量部であることがより好ましく、6乃至14質量部であることが特に好ましい。
尚、上記の如き物性を求めるにあたって、ワックスのトナーからの抽出を必要とする場合には、抽出方法は特に制限されるものではなく、任意の方法が扱える。
一例を挙げると、所定量のトナーをトルエンにてソックスレー抽出し、得られたトルエン可溶分から溶剤を除去した後、クロロホルム不溶分を得る。
その後、IR法などにより同定分析をする。
また、定量に関しては、DSCにより定量分析を行う。
樹脂の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。
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数を酸価といい、以下の方法によって測定される。
(1)試薬
(a)溶剤の調製
試料の溶剤としては、エチルエーテル−エチルアルコール混液(1+1または2+1)またはベンゼン−エチルアルコール混液(1+1または2+1)を用いる。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0.1モル/リットルの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の調製
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)0.1モル/リットルの水酸化カリウム−エチルアルコール溶液の調製
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JISK 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及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0.1モル/リットルの水酸化カリウム−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。
A=B×f×5.611/S
A:酸価(mgKOH/g)
B:0.1モル/リットル−水酸化カリウムエチルアルコール溶液の使用量(ml)
f:0.1モル/リットル−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)
樹脂の水酸基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を規定の方法によってアセチル化するとき水酸基と結合した酢酸を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数を水酸基価といい、以下の方法によって測定される。
(1)試薬
(a)アセチル化試薬の調製
無水酢酸25mlをメスフラスコ100mlに入れ、ピリジンを加えて全量を100mlにし、十分に振りまぜる。(場合によっては、ピリジンを追加しても良い)。アセチル化試薬は、湿気、炭酸ガス及び酸の蒸気に触れないようにし、褐色びんに保存する。
(b)フェノールフタレイン溶液の調製
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)0.2モル/リットルの水酸化カリウム−エチルアルコール溶液の調製
水酸化カリウム35g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JISK 8006によって行う。
(2)操作
試料0.5〜20gを丸底フラスコに正しくはかりとり、これにアセチル化試薬5mlを正しく加える。フラスコの口に小さな漏斗をかけ、95〜100℃のグリセリン浴中に底部約1cmを浸して加熱する。このときフラスコの首が浴の熱を受けて温度が上がるのを防ぐために、中に丸い穴をあけた厚紙の円盤をフラスコの首の付け根にかぶせる。1時間後フラスコを浴から取り出し、放冷後漏斗から水1mlを加えて振り動かして無水酢酸を分解する。さらに分解を完全にするため、再びフラスコをグリセリン浴中で10分間加熱し、放冷後、エチルアルコール5mlで漏斗及びフラスコの壁を洗い、フェノールフタレイン溶液を指示薬として0.2モル/リットルの水酸化カリウムエチルアルコール溶液で滴定する。尚、本試験と並行して空試験を行う。場合によっては、指示薬としてKOH−THF溶液にしても構わない。
(3)計算式
次の式によって水酸基価を算出する。
A={(B−C)×f×28.05/S}+D
A:水酸基価(mgKOH/g)
B:空試験の0.5モル/リットル−水酸化カリウムエチルアルコール溶液の使用量(ml)
C:本試験の0.5モル/リットル−水酸化カリウムエチルアルコール溶液の使用量(ml)
f:0.5モル/リットル−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)
D:酸価(mgKOH/g)
本発明のトナーは、荷電制御剤を使用しても良い。
トナーを負荷電性に制御する荷電制御剤としては、下記の物質が挙げられる。例えば、有機金属化合物、キレート化合物、モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、含金属ナフトエ酸系化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン、けい素化合物、ノンメタルカルボン酸系化合物及びその誘導体が挙げられる。
また、トナーを正荷電性に制御する荷電制御剤としては、下記の物質がある。例えば、ニグロシン及び脂肪酸金属塩による変性物、トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルホン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート等の4級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩等のオニウム塩及びこれらのレーキ顔料、トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、りんタングステン酸、りんモリブデン酸、りんタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物等)、高級脂肪酸の金属塩;ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイド等のジオルガノスズオキサイド;ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレート等のジオルガノスズボレート類;これらを単独或いは2種類以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ニグロシン系、4級アンモニウム塩の如き荷電制御剤が特に好ましく用いられる。
荷電制御剤は、トナー中の結着樹脂100質量部当り、0.01乃至20質量部、より好ましくは0.5乃至10質量部となる様に含有させるのが良い。
本発明のカラートナーは、着色剤を含有している。黒色着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、以下に示すイエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用い黒色に調色されたものが利用される。
シアントナー、マゼンタトナー、イエロートナー用の着色剤として、例えば、以下に示す着色剤を用いることができる。
イエロー着色剤としては、顔料系としては、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用いられる。具体的には、C.I.ピグメントイエロー3,7,10,12〜15,17,23,24,60,62,74,75,83,93〜95,99,100,101,104,108〜111,117,123,128,129,138,139,147,148,150,166,168〜177,179,180,181,183,185,191:1,191,192,193,199が好適に用いられる。染料系としては、例えば、C.l.ソルベントイエロー33,56,79,82,93,112,162,163、C.I.ディスパースイエロー42,64,201,211が挙げられる。
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、アントラキノン、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、ペリレン化合物が用いられる。具体的には、C.I.ピグメントレッド2、3、5〜7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254、C.I.ピグメントバイオレッド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、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物等が利用できる。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が特に好適に利用される。
これらの着色剤は、単独または混合しさらには固溶体の状態で用いることができる。本発明の着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、OHP透明性、トナー中への分散性の点から選択される。該着色剤の添加量は結着樹脂100質量部に対し0.4乃至20質量部となる様に添加して用いられる。
さらに本発明のトナーは磁性体を含有させ磁性トナーとしても使用しうる。この場合、磁性体は着色剤の役割をかねることもできる。本発明において、磁性トナー中に含まれる磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライトの如き酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルの如き金属、或いはこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムの如き金属との合金及びその混合物が挙げられる。
これらの磁性体は平均粒子が2μm以下、好ましくは0.1〜0.5μm程度のものが好ましい。トナー中に含有させる量としては結着樹脂100質量部に対し20〜200質量部、特に好ましくは40〜150質量部となる様に含有させるのが良い。
796kA/m(10kエルステッド)印加での磁気特性が保磁力(Hc)1.59〜23.9kA/m(20〜300エルステッド)、飽和磁化(σs)50〜200emu/g、残留磁化(σr)2〜20emu/gの磁性体が好ましい。
本発明においては、トナーにおける各種の特性向上を目的とした外添剤が用いられる。外添剤としては、耐久性の点から、トナーの体積平均径の1/5以下の粒径であるものが好ましい。添加剤の粒径とは、電子顕微鏡におけるトナーの表面観察により求めたその平均粒径を意味する。これら特性付与を目的とした外添剤としては、たとえば、以下のようなものが用いられる。
流動性付与剤としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、ハイドロタルサイトの如き金属酸化物、カーボンブラック、フッ化カーボンが挙げられる。それぞれ、疎水化処理を行ったものが、より好ましい。
研磨剤としては、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化クロムの如き金属酸化物、窒化ケイ素の如き窒化物、炭化ケイ素の如き炭化物、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムの如き金属塩が挙げられる。
滑剤としては、フッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンの如きフッ素系樹脂粉末、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムの如き脂肪酸金属塩が挙げられる。
荷電制御性粒子としては、酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化アルミニウムの如き金属酸化物、カーボンブラックが挙げられる。
これら外添剤は、トナー粒子100質量部に対し、0.1〜10質量部が用いられ、好ましくは、0.1〜5質量部が用いられる。これら外添剤は、単独で用いても良く、また複数を併用しても良い。
本発明のトナーは、凝集度が1〜50%、より好ましくは1〜30%、さらには4〜30%、特には4〜20%であることが現像性の点で好ましい。トナーの凝集度は、値が小さい場合にはトナーの流動性が高く、値が大きい場合にはトナーの流動性が低いと判断される。トナーの凝集度は、以下の方法で測定される。
パウダーテスター(ホソカワミクロン社製)の振動篩機を用い、振動台に目開き33μm(400mesh)、77μm(200mesh)、154μm(100mesh)の篩を目開の狭い順に重なる様に、即ち、目開き154μmの篩が最上位となる様に、下から目開き33μmの篩、目開き77μmの篩、目開き154μmの篩の順に重ねてセットする。このセットした目開き154μmの篩上に試料を乗せ、振動台への入力電圧が15Vになる様にし、その際の振動台の振幅が60〜90μmの範囲に入る様に調整し、約25秒間振動を加え、その後、各篩上に残った試料の質量を測定し、下式に基づき凝集度を得る。凝集度の値が小さい程、トナーの流動性は高い。尚、サンプル量は5gとし、常温常湿環境(20℃/60%RH)下に7日間放置させたものを測定する。
凝集度(%)=(目開き154μmの篩上の試料質量(g)/5g)×100
+(目開き77μmの篩上の試料質量(g)/5g)×100×0.6
+(目開き33μmの篩上の試料質量(g)/5g)×100×0.2
本発明のカラートナーは、平均円形度は0.960乃至1.000である。トナーの転写性能が向上し、また、現像安定性能が向上する。ワックスを含有し、ポリエステルを主成分とし、平均円形度が0.960以上といった実質的に真球状のトナーは、トナー担持部材や帯電部材との接触頻度が大きいため、耐久安定性能が低下しやすいが、その一方で、平均円形度から大きく外れた形状のトナーは、他のトナーと大きく物性が異なり場合が多く、耐久安定性能低下の要因となりやすい。このため、平均円形度は、より好ましくは0.970乃至1.000であることが良く、さらに好ましくは平均円形度が0.975乃至1.000である。
また、同様の理由により、円形度0.950未満のトナーの含有量が20個数%以下であることが好ましく、さらには15個数%以下であることが好ましい。
<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。
また、円形度標準偏差SDは、平均円形度C、各粒子における円形度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。
本発明のカラートナーは、重量平均粒子径(D4)が3乃至7μmにあることが好ましく、該D4と個数平均粒子径(D1)との比(D4/D1)が1.00乃至1.20にあることが好ましい。上記D4が3乃至7μmにあることで画像の高解像度化が可能となるが、(D4/D1)が1.00乃至1.20にあることで、現像安定性能がさらに良好になる。接触一成分方式の場合に顕著であり、トナーに含有される微粉や粗大粉が少ないことで、現像器内の部材汚染が抑制される。このため、D4/D1は1.00乃至1.15にあることがより好ましい。
また、本発明のカラートナーは、粒子径の個数分布において、個数平均粒子径(D1)に対し、(D1×0.6)μm以下のトナーの含有率(D160)が15個数%以下であることが好ましい。接触一成分方式における現像安定性能がさらに良好になる。トナーに含有される微粉は、現像器内においてトナー担持部材や帯電部材に付着しやすいためである。このため、(D160)は10個数%以下であることがより好ましく、さらには、5個数%以下であることが特に好ましい。
トナーの重量平均粒子径(D4)、(D4/D1)、(D160)の値は、具体的には以下の方法により測定することができる。
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のトナー粒子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、トナー粒子の体積分布から求めた重量基準のトナー粒子の重量平均粒径(D4)(各チャンネルの中央値をチャンネル毎の代表値とする)、個数平均粒子径(D1)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。(D4/D1)はD4をD1で割った値であり、(D160)は上記個数分布を用いて、D1に対し60%以下の粒径径を有する粒子の含有率を算出する。
次に、本発明のトナーの好ましい製造方法について説明する。
本発明のトナーを製造する方法としては、特公昭36−10231号公報、特開昭59−53856号公報、特開昭59−61842号公報に記載されている懸濁重合法を用いて直接トナーを生成する方法によるトナー化;単量体には可溶で水溶性重合開始剤の存在下で直接重合させてトナーを生成するソープフリー重合法に代表される乳化重合法によるトナー化;マイクロカプセル製法のような界面重合法、in situ重合法によるトナー化;コアセルベーション法によるトナー化;特開昭62−106473号公報や特開昭63−186253号公報に開示されている様な少なくとも1種以上の微粒子を凝集させ所望の粒径のものを得る会合重合法によるトナー化;単分散を特徴とする分散重合法によるトナー化;非水溶性有機溶媒に必要な樹脂類を溶解させた後水中でトナー化する乳化分散法によるトナー化;さらに加圧ニーダーやエクストルーダー、或いはメディア分散機等を用いてトナー成分を混練、均一に分散せしめた後、冷却し、混練物を機械的またはジェット気流下でターゲットに衝突させて所望のトナー粒径に微粉砕し、さらに分級工程を経て粒度分布をシャープにせしめてトナーを製造する粉砕法、さらに粉砕法で得られたトナーを溶媒中で加熱等により球形化処理しトナーを得る方法が挙げられる。
本発明の物性を有するトナーの好ましい製造方法としては、上述の方法により形成されたトナー粒子を、65℃以上に加熱する工程、及び、40乃至65℃の温度領域を0.01℃/分以上0.50℃/分未満の冷却速度で冷却する工程を経て形成されることが好ましい。65℃以上に加熱することにより、結着樹脂の一部とワックスの一部とが相溶する。一時的に多くのワックスを相溶させた後、ゆっくりと冷却することにより、結着樹脂、及び、ワックスの結晶化を促進させて相分離させることで、トナー製造時に結着樹脂に相溶させるワックスの量が良好に制御され、本発明のトナー物性が良好に制御される。上記冷却工程は、より好ましくは0.01℃/分以上0.25℃/分未満の冷却速度であることがよい。
また、上記65℃以上に加熱する工程、及び、40乃至65℃の温度領域を0.01℃/分以上0.50℃/分未満の冷却速度で冷却する工程は、トナーが水系媒体中に分散した状態で行われることが好ましい。水系媒体中に加熱する工程と冷却する工程とが行われることで、水の極性により、ワックス成分が結着樹脂により良好に内包化される。また、温度制御が行いやすいため、トナー間の物性のバラツキが小さくなる。
トナー粒子の好ましい製造方法としては、(1)少なくとも結着樹脂、ワックス、着色剤、有機溶媒を有するトナー組成物を形成する工程、(2)水系媒体と前記トナー組成物とからなる分散系を形成する工程、(3)該分散系から有機溶媒を除去する工程、(4)固液分離してトナー粒子を回収する工程、を有する製造方法が好ましい。
前記65℃以上にトナー粒子を加熱する工程、及び、0.01℃/分以上0.50℃/分未満の冷却速度で冷却する工程は、上記分散系を形成する工程と同時、又は、それ以降から、トナー粒子を回収する工程の前までの間であれば、いつ行うこともできる。例えば、有機溶媒を除去する工程において、65℃以上に加熱してもよいし、有機溶媒を除去する工程は40℃以下で行い、その後に、65℃以上に加熱する工程、及び、40乃至65℃の温度領域を0.01℃/分以上0.50℃/分未満の冷却速度で冷却する工程を経てもよい。
前記トナー組成物を形成する工程は、少なくとも着色剤と有機溶媒とを有する着色剤組成物を形成する工程、及び、少なくともワックスと有機溶媒とを有するワックス組成物を形成する工程、を有することが好ましい。着色剤やワックスの分散性を向上させる目的で、結着樹脂や荷電制御剤、顔料分散剤、その他樹脂を添加することが特に好ましい。
上記着色剤組成物を形成する工程は、5乃至45の酸価を有するポリエステルを含有することが好ましい。トナーの平均円形度が大きくなり、また、トナーの色再現範囲が広がる。また、炭素数2乃至6のアルキル基を有するポリエステルを含有することが好ましい。低温定着性能が良好になる。
上記ワックス組成物を形成する工程は、5乃至45の酸価を有するポリエステルを含有することが好ましい。トナーの平均円形度が大きくなる。また、炭素数2乃至6のアルキル基を有するポリエステルを含有することが好ましい。トナーの平均円形度が大きくなり、低温定着性能が良好になる。
前記分散系を形成する工程において、前記水系媒体は、水と分散安定剤とを有することが好ましい。具体的には、例えば、以下の分散安定剤を用いることができる。
本発明に用いられる分散安定剤としては、リン酸マグネシウム、リン酸三カルシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ヒドロキシアパタイド等の無機微粒子、ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及び、これらのナトリウム塩、デンプンといった有機分散剤、スチレンアクリルラテックス、ポリエステルラテックス、ポリウレタンラテックス、ポリウレアラテックス、ポリアミドラテックスなど有機微粒子を用いることができる。
これら分散安定剤は、結着樹脂100質量部に対して0.01〜20.00質量部を使用することが好ましい。
さらに、これら分散安定剤の微細化のため、水に対し0.001〜0.1質量%の界面活性剤を併用しても良い。具体的には市販のノニオン、アニオン、カチオン型の界面活性剤が利用できる。例えばドデシル硫酸ナトリウム、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、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、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウムが好ましく用いられる。
前記分散系を形成する工程は、10乃至45℃に保持されていることが好ましい。水系媒体中ではトナー粒子が油滴として存在するが、温度上昇すると着色剤が熱凝集しやすくなる。10乃至45℃に保持されていることで着色剤の分散性が向上し、トナーの色再現性が向上する。このため、15乃至35℃であることがより好ましい。
前記有機溶媒を除去する工程は、10乃至45℃に保持されていることが好ましい。水系媒体中ではトナー粒子が油滴として存在するが、温度上昇すると着色剤が熱凝集しやすくなる。10乃至45℃に保持されていることで着色剤の分散性が向上し、トナーの色再現性が向上する。このため、15乃至35℃であることがより好ましい。
65℃以上にトナー粒子を加熱する工程、及び、0.01℃/分以上0.50℃/分未満の冷却速度で冷却する工程は、分散系を形成する工程と同時、又は、それ以降から、トナー粒子を回収する工程の前までの間であれば、いつ行うこともできる。例えば、有機溶媒を除去する工程において、65℃以上に加熱してもよいし、有機溶媒を回収する工程は40℃以下で行い、脱溶媒の工程後に、65℃以上に加熱する工程、及び、40乃至65℃の温度領域を0.01℃/分以上0.50℃/分未満の冷却速度で冷却する工程を経てもよい。より好ましい方法としては、後者が挙げられる。トナー間の物性のバラツキが抑制され、低温定着性能や現像安定性能がより良好になる。
前記有機溶媒を除去する工程は、装置内を減圧して有機溶媒の揮発を促進する方法、空気や窒素、その他の気体を水系媒体中に放出することで溶媒の揮発を促進する方法が好ましい。
本発明のトナーの特に好ましい方法としては、(1)少なくとも結着樹脂、ワックス、着色剤、有機溶媒を有するトナー組成物を形成する工程、(2)水系媒体と前記トナー組成物とからなる分散系を形成する工程、(3)該分散系から有機溶媒を除去する工程、(4)65℃以上に分散系を加熱する工程、(5)40乃至65℃の温度領域を0.01℃/分以上0.50℃/分未満(好ましくは、0.01℃/分以上0.25℃/分未満)の冷却速度で冷却する工程、(6)固液分離してトナー粒子を回収する工程、を有する製造方法が好ましい。トナー間の物性のバラツキが抑制され、低温定着性能と現像安定性能がより良好になる。また、トナー組成物と有機溶媒とが混在している状態で65℃以上に加熱すると、着色剤が熱凝集を起こしやすく、トナーの色再現性が低下する場合がある。有機溶媒を除去する工程の後に、分散系を加熱する工程を有することで、着色剤の熱凝集が抑制され、トナーの色再現性がより良好となりやすい。
より具体的には以下の製造方法が好ましい。
結着樹脂、ワックス、及び、着色剤を、有機溶媒に溶解及び分散せしめ、トナー組成物を形成する。このとき、必要に応じて、架橋樹脂や荷電制御剤、その他の添加剤をトナー組成物に含有させても良い。このトナー組成物を、分散安定剤を有する水系媒体中に、通常の撹拌機またはホモミキサー、ホモジナイザーなどにより分散し、造粒せしめる。この分散造粒工程は、40℃以下であることが好ましく、より好ましくは、35℃以下である。その後、脱溶媒を行う。40℃以下、好ましくは35℃以下に保持したまま、系内を30乃至80kPaに減圧する、及び/又は、空気、窒素、二酸化炭素から選ばれる気体を、水系媒体表面又は内部に放出することにより、水系媒体中に残留する有機溶媒の量を500ppm以下にする。この後、65℃以上、より好ましくは70℃以上にトナー粒子を加熱して10分以上保持し、0.01℃/分以上0.50℃/分未満(好ましくは、0.01℃/分以上0.25℃/分未満)の冷却速度で冷却する。その後、トナー粒子を洗浄し、乾燥してトナーを製造することができる。
本発明に用いる結着樹脂は、トナー組成物を形成する工程の以前に、該樹脂に含有される分子量200乃至1000の成分の含有量を、予め5.1乃至20.0%に調整してことが好ましく、5.5乃至14.0%であることが特に好ましい。該成分の含有量を制御する方法としては、(1)結着樹脂の重合反応後半において、トリメリット酸、ピロメリット酸、及びこれらの酸無水物を添加する方法、(2)溶液重合により結着樹脂を製造する方法、(3)該樹脂を溶解しないか膨潤し、実質的に不溶性であり、該樹脂の原料であるモノマーは溶解する有機溶媒を用い、該樹脂を洗浄する方法、などが好ましい。一般的な混練工程と粉砕工程とを経て製造される場合には、原材料の樹脂に含有される分子量200乃至1000の樹脂成分の量にある程度の幅があった場合にも、混練工程において、強いシェアにより結着樹脂の分子鎖の切断し、分子量200乃至1000の樹脂成分の含有量を増大させたり、高温にすることで縮合反応させ、分子量200乃至1000の樹脂成分の含有量を減少させることで制御可能である。しかし、水系媒体中でトナーを直接製造する場合には、分子鎖を切断するような強いシェアを与えることはできず、また、縮合反応が起こるような高温を与えることもできない。また、高温を与えないようにすることで、トナーの色再現性が良好になる。このため、トナーが水系媒体中で製造される場合には、結着樹脂に含有される分子量200乃至1000の成分の含有量を、予め5.1乃至20.0%に調整しておくことが好ましく、5.5乃至14.0%であることが特に好ましい。
上記結着樹脂を洗浄する有機溶媒としては、具体的には例えば、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ヘキサン、アセトン等の低沸点溶媒を用いることができ、これらは混合して用いてもよい。中でも、沸点60乃至80℃の有機溶媒が好ましい。
本発明に用いるワックスは、トナー組成物を形成する工程の以前に、該ワックスに含有される分子量200〜400の成分の含有量を、予め1乃至15%に調整してことが好ましい。一般的な混練工程と粉砕工程とを経て製造される場合には、原材料のワックスに含有される分子量200乃至400の樹脂成分の量にある程度の幅があった場合にも、高温にすることで分子量200乃至400のワックス成分の含有量を減少させることで制御可能である。しかし、水系媒体中でトナーを直接製造する場合には、このような高温を与えることもできない。また、高温を与えないようにすることで、トナーの色再現性が良好になる。このため、トナーが水系媒体中で製造される場合には、ワックスに含有される分子量200〜400の成分の含有量を、予め1乃至15%に調整してことが好ましい。
本発明のトナーは、一成分系現像剤用のトナーとして使用することも可能であり、キャリア粒子を有する二成分系現像剤用のトナーとしても使用可能である。
二成分系現像剤として用いる場合には、本発明のトナーとキャリアとを混合した現像剤として使用する。磁性キャリアとしては、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、コバルト、マンガン、及び、クロム元素からなる元素単独または複合フェライト状態で構成される。磁性キャリアの形状として、球状、扁平または不定形があり、そのいずれのものも用いることができる。さらに磁性キャリア粒子表面状態の微細構造(たとえば表面凹凸性)をもコントロールすることが好ましい。一般的には、上記無機酸化物を焼成、造粒することにより、あらかじめ、磁性キャリアコア粒子を生成した後、樹脂にコーティングする方法が用いられている。磁性キャリアのトナーへの負荷を軽減する意味合いから、無機酸化物と樹脂を混練後、粉砕、分級して低密度分散キャリアを得る方法や、さらには、直接無機酸化物とモノマーとの混練物を水系媒体中にて懸濁重合せしめ真球状の磁性キャリアを得る方法も利用することが可能である。
上記キャリア粒子の表面を樹脂で被覆した被覆キャリアは、特に好ましい。その方法としては、樹脂を溶剤中に溶解もしくは懸濁せしめて、該溶液または懸濁液をキャリアに塗布し付着せしめる方法、単に樹脂粉体とキャリア粒子とを混合して付着させる方法が適用できる。
キャリア粒子表面の被覆物質としてはトナー材料により異なるが、例えばポリテトラフルオロエチレン、モノクロロトリフルオロエチレン重合体、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、アミノアクリレート樹脂が挙げられる。これらは単独或は複数で用いられる。
キャリアの磁性特性は以下のものが良い。磁気的に飽和させた後の79.6kA/m(1kエルステッド)における磁化の強さ(σ1000)は30乃至300emu/cm3であることが好ましい。さらに高画質化を達成するために、好ましくは100乃至250emu/cm3であることがよい。300emu/cm3より大きい場合には、高画質なトナー画像が得られにくくなる。逆に、30emu/cm3未満であると、磁気的な拘束力も減少するためにキャリア付着を生じやすい。
キャリア形状は丸さの度合いを示すSF−1が180以下、凹凸の度合いを示すSF−2が250以下であることが好ましい。SF−1、SF−2は以下の式にて定義され、ニレコ社製のLuzexIIIにて測定される。
本発明のトナーと磁性キャリアとを混合して二成分系現像剤を調製する場合、その混合比率は現像剤中のトナー濃度として、2〜15質量%、好ましくは4〜13質量%にすると通常良好な結果が得られる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これは、本発明に何ら限定するものではない。
(結着樹脂の製造例1)
冷却管、撹拌機、窒素導入管を備えた反応容器に、カルボン酸モノマー(テレフタル酸:450質量部、アジピン酸:30質量部)、アルコールモノマー(プロピレングリコール:160質量部)、触媒(テトラステアリルチタネート:2質量部)を入れ、常圧下,220℃で6時間、減圧下,230℃で6時間反応させた。180℃に冷却し、カルボン酸モノマー(無水トリメリット酸:8質量部)を入れ、常圧で2時間反応させた。これをメタノール1000質量部に滴下した後、ろ過、乾燥して結着樹脂1を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例2)
冷却管、撹拌機、窒素導入管を備えた反応容器に、カルボン酸モノマー(テレフタル酸:390質量部、アジピン酸:62質量部)、アルコールモノマー(プロピレングリコール:163質量部)、触媒(テトラステアリルチタネート:2質量部)を入れ、常圧下,230℃で6時間、減圧下,230℃で8時間反応させた。180℃に冷却し、カルボン酸モノマー(無水トリメリット酸:21質量部)を入れ、常圧で2時間反応させて結着樹脂2を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例3)
結着樹脂の製造例2において、反応後、メタノール1000質量部に滴下し、ろ過、乾燥した以外は結着樹脂の製造例2と同様にして、結着樹脂3を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例4)
結着樹脂の製造例1において、メタノール1000質量部の代わりに、メタノール500質量部に滴下した後、ろ過、乾燥した以外は結着樹脂の製造例1と同様にして、結着樹脂4を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例5)
スチレン8.1mol%、2−エチルヘキシルアクリレート1mol%、フマル酸0.7mol%、α−メチルスチレンの2量体0.1mol%、ジ−t−ブチルパーオキサイド0.2mol%を滴下用容器に入れる。冷却管、撹拌機、窒素導入管を備えた反応容器に、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31.4mol%、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン13.5mol%、テレフタル酸20.2mol%、無水トリメリット酸2.2mol%、フマル酸4.5mol%、アジピン酸18.0mol%、及び、触媒(テトラステアリルチタネート)0.1mol%を入れた。反応容器内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、145℃の温度で撹拌しつつ、先の滴下容器内の単量体、架橋剤及び重合開始剤を2時間かけて滴下した。次いで220℃に昇温を行い、2時間反応せしめた。反応物100質量部をメタノール200質量部に滴下した後、ろ過、乾燥して結着樹脂5を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例6)
スチレン6.4mol%、2−エチルヘキシルアクリレート1.6mol%、フマル酸0.7mol%、α−メチルスチレンの2量体0.1mol%、ジ−t−ブチルパーオキサイド0.2mol%を滴下用容器に入れる。冷却管、撹拌機、窒素導入管を備えた反応容器に、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18.2mol%、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン27.3mol%、テレフタル酸13.6mol%、無水トリメリット酸9.1mol%、フマル酸18.2mol%、アジピン酸4.5mol%、及び、触媒(テトラステアリルチタネート)0.1mol%を入れた。反応容器内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、145℃の温度で撹拌しつつ、先の滴下容器内の単量体、架橋剤及び重合開始剤を4時間かけて滴下した。次いで200℃に昇温を行い、4時間反応せしめた。反応物100質量部をメタノール200質量部に滴下した後、ろ過、乾燥して結着樹脂6を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例7)
冷却管、撹拌機、窒素導入管を備えた反応容器に、カルボン酸モノマー(テレフタル酸213質量部、アジピン酸47質量部)、アルコールモノマー(ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン:218質量部、及び、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:537質量部)、触媒(テトラステアリルチタネート:2質量部)を入れ、常圧下、230℃で6時間、減圧下、230℃で6時間反応させた。180℃に冷却し、カルボン酸モノマー(無水トリメリット酸:22質量部)を入れ、常圧で2時間反応反応させた。これをメタノール1000質量部に滴下した後、ろ過、乾燥して結着樹脂7を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例8)
冷却管、撹拌機、窒素導入管を備えた反応容器に、カルボン酸モノマー(テレフタル酸202質量部、アジピン酸44質量部、フマル酸12質量部)、アルコールモノマー(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:216質量部、及び、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン:535質量部)、触媒(テトラステアリルチタネート:2質量部)を入れ、常圧下、230℃で6時間、減圧下、230℃で8時間反応させた。180℃に冷却し、カルボン酸モノマー(無水トリメリット酸:52質量部)を入れ、常圧で2時間反応させた。これをメタノール1000質量部に滴下した後、ろ過、乾燥して結着樹脂8を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例9)
結着樹脂の製造例1において、メタノールに投入する工程を省いた以外は、結着樹脂の製造例1と同様にして結着樹脂9を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例10)
結着樹脂の製造例1において、メタノールの代わりにメタノール500質量部とエタノール500重量部の混合溶媒に投入した以外は、結着樹脂の製造例1と同様にして結着樹脂10を得た。結着樹脂10の物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例11)
結着樹脂の製造例7において、メタノールに投入する工程を省いた以外は、結着樹脂の製造例7と同様にして結着樹脂11を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例12)
結着樹脂の製造例8において、メタノールに投入する工程を省いた以外は、結着樹脂の製造例8と同様にして結着樹脂12を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例13)
冷却管、撹拌機、窒素導入管を備えた反応容器に、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30.5mol%、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン22.4mol%、テレフタル酸16.3mol%、無水トリメリット酸5.1mol%、フマル酸24.4mol%、2−エチルヘキサン酸錫0.2mol%をガラス製4リットルの4つ口フラスコを入れ、窒素雰囲気下で、215℃で5時間反応させた。反応物100質量部をメタノール200質量部に滴下した後、ろ過、乾燥して結着樹脂13を得た。物性を表1に示す。
(結着樹脂の製造例14)
冷却管、撹拌機、窒素導入管を備えた反応容器に、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30.7mol%、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン19.2mol%、テレフタル酸14.4mol%、無水トリメリット酸12.5mol%、フマル酸23.0mol%、2−エチルヘキサン酸錫0.2mol%をガラス製4リットルの4つ口フラスコを入れ、窒素雰囲気下で、230℃で6時間反応させた。反応物100質量部をメタノール200質量部に滴下した後、ろ過、乾燥して結着樹脂14を得た。物性を表1に示す。
(ワックス分散剤の製造例)
温度計及び撹拌機の付いたオートクレーブ反応槽中に、キシレン:300質量部、ノルマルパラフィンワックス(重量平均分子量:620、分子量ピーク:560、融点:75.8℃):100質量部を入れ、窒素雰囲気下、150℃に昇温し、スチレン:100質量部、アクリロニトリル:84質量部、マレイン酸モノブチル:120質量部、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサヒドロテレフタレート:5質量部、及び、キシレン:200質量部の混合溶液を3時間かけて滴下し、さらにこの温度で60分間保持して重合を行った。
これをメタノール:2000質量部に投入した後、ろ過、乾燥して、ワックス分散剤を得た。
(ワックス分散液の製造例1)
平均粒子径20μmに解砕したノルマルパラフィンワックス(重量平均分子量:520、分子量ピーク:500、融点:73.6℃):100質量部を、メタノール:100質量部に入れ、回転数150回転/分で10分間回転して洗浄した後、濾別した。これを3回繰り返した後、濾別し、乾燥してワックスを回収した。
得られたワックス:90質量部、前記ワックス分散剤10質量部、酢酸エチル:100質量部を、直径20mmのジルコニアビーズを入れたアトライター(三井金属社製)に入れ、回転数150回転/分で2時間回転させた。ジルコニアビーズを分離して、ワックス分散液1を得た。
ワックス分散液1の一部を乾燥させ、分子量200乃至400の成分の含有量を測定したところ、8%であった。
(ワックス分散液の製造例2)
ワックス分散液の製造例1において、ノルマルパラフィンワックスの代わりに、フィッシャートロプシュワックス(重量平均分子量:900、分子量ピーク:790、融点:86.3℃):100質量部を用いた以外は、ワックス分散液の製造例1と同様にして、ワックス分散液2を得た。
ワックス分散液2の一部を乾燥させ、分子量200乃至400の成分の含有量を測定したところ、12%であった。
(ワックス分散液の製造例3)
ワックス分散液の製造例1において、メタノールによる洗浄を行わなかった以外は、ワックス分散液の製造例1と同様にして、ワックス分散液3を得た。
ワックス分散液3の一部を乾燥させ、分子量200乃至400の成分の含有量を測定したところ、18%であった。
(ワックス分散液の製造例4)
ワックス分散液の製造例2において、メタノールによる洗浄を行わなかった以外は、ワックス分散液の製造例2と同様にして、ワックス分散液4を得た。
ワックス分散液4の一部を乾燥させ、分子量200乃至400の成分の含有量を測定したところ、22%であった。
(顔料分散液の製造例1)
直径20mmのジルコニアビーズを入れたアトライター(三井金属社製)に、前記結着樹脂1:20質量部、C.I.ピグメントブルー15:3:20質量部、酢酸エチル:60質量部を入れ、回転数300回転/分で8時間回転させた。ジルコニアビーズを分離して顔料分散液1を得た。
(顔料分散液の製造例2)
顔料分散液の製造例1において、C.I.ピグメントブルー15:3の代わりに、C.I.ピグメントレッド57を用いた以外は顔料分散液の製造例1と同様にして、顔料分散液2を得た。
(顔料分散液の製造例3)
顔料分散液の製造例1において、C.I.ピグメントブルー15:3の代わりに、C.I.ピグメントイエロー17を用いた以外は顔料分散液の製造例1と同様にして、顔料分散液3を得た。
(顔料分散液の製造例4)
顔料分散液の製造例1において、C.I.ピグメントブルー15:3の代わりに、カーボンブラック(REGAL 250R、CABOT社製)を用いた以外は顔料分散液の製造例1と同様にして、顔料分散液4を得た。
<実施例1>
結着樹脂1:80質量部、結着樹脂2:20質量部、ワックス分散液1:24質量部、顔料分散液1:30質量部、ジターシャリーブチルサリチル酸アルミ化合物:1質量部を均一に混合してトナー組成物を形成した。
TKホモミキサーを備えた容器に、イオン交換水350質量部と、0.1モル/リットル−Na3PO4水溶液230質量部を添加して、ホモミキサーの回転数を12000rpmに調整し、ここに1.0モル/リットル−CaCl2水溶液36質量部を徐々に添加し、微小な難水溶性分散剤Ca3(PO4)2を含む水系媒体を調製した。
水系媒体を30〜35℃に保持し、回転数12000rpmを維持しつつ、上記トナー組成物を水系媒体に投入し、2分間造粒した。その後、イオン交換水500質量部を投入した。通常のプロペラ撹拌装置に変更し、水系媒体を30〜35℃に保持し、撹拌装置の回転数を150rpmとして、容器内を52kPaに減圧して酢酸エチルの残留量が200ppmになるまで留去した。
次いで、水系媒体を70℃に昇温し、70℃で30分間加熱処理した。これを冷却速度0.15℃/分で25℃まで冷却した。内温を20.0〜25.0℃に保持しつつ、水系分散媒体中に希塩酸を添加し、難水溶性分散剤を溶解した。さらに洗浄、乾燥を行ってトナー粒子を得た。
得られたトナー粒子100質量部に、シリコーンオイルとヘキサメチルジシラザンで処理された一次粒径12nmの乾式シリカ(BET比表面積120m2/g)2.5質量部を外添して、トナー1を得た。トナー1の物性を表3に示す。
このトナー1を後述する試験方法に従って評価を行った。トナー1の物評価結果を表4に示す。
<実施例2〜10、比較例1〜6>
着色剤の種類、或いは、結着樹脂とワックス分散液の種類、及び、加熱処理の温度と冷却速度を表2に示す条件に変更した以外は、実施例1と同様にして、トナー2〜16を得た。実施例1と同様にして、評価を行った。トナーの物性及び評価結果を表3及び4に示す。
〔低温定着性能、グロス性能、及び、耐染み込み性能の評価方法〕
トナー1と、シリコーン樹脂で表面コートしたフェライトキャリア(平均粒径42μm)とを、トナー濃度が6質量%になるようにそれぞれ混合し、二成分現像剤を調製した。市販のフルカラーデジタル複写機(CLC1100,キヤノン製)を使用し、受像紙(80g/m2)上に未定着のトナー画像(0.6mg/cm2)を形成した。市販のカラーレーザープリンター(LBP−5500,キヤノン製)から取り外した定着ユニットを定着温度が調節できるように改造し、これを用いて未定着画像の定着試験を行った。常温常湿下、プロセススピードを240mm/秒に設定し、140℃〜230℃の範囲で設定温度を10℃おきに変化させながら、各温度で上記トナー画像の定着を行った。下記評価基準に従って、低温定着性能、グロス性能、及び、耐染み込み性能を評価した。結果を表4に示す。
低温定着性能の評価基準
A:140℃以上で低温オフセットが発生せず、指でこすってもトナーが剥がれない
B:150℃以上で低温オフセットが発生せず、指でこすってもトナーが剥がれない
C:160℃以上で低温オフセットが発生せず、指でこすってもトナーが剥がれない
D:170℃以上で低温オフセットが発生せず、指でこすってもトナーが剥がれない
E:180℃以上で低温オフセットが発生せず、指でこすってもトナーが剥がれない
グロス性能の評価基準
A:画像グロスの最高値が30以上
B:画像グロスの最高値が25以上30未満
C:画像グロスの最高値が20以上25未満
D:画像グロスの最高値が15以上20未満
E:画像グロスの最高値が15未満
耐染み込み性能の評価基準
A:グロスが最高値となる定着温度に対し、10℃高い温度で定着した場合のグロス値の変化率が10%未満
B:グロスが最高値となる定着温度に対し、10℃高い温度で定着した場合のグロス値の変化率が10%以上20%未満
C:グロスが最高値となる定着温度に対し、10℃高い温度で定着した場合のグロス値の変化率が20%以上30%未満
D:グロスが最高値となる定着温度に対し、10℃高い温度で定着した場合のグロス値の変化率が30%以上40%未満
E:グロスが最高値となる定着温度に対し、10℃高い温度で定着した場合のグロス値の変化率が40%以上、或いは、高温オフセットが発生する
〔現像安定性能の評価方法〕
市販のカラーレーザープリンター(LBP−5500,キヤノン製)のプロセススピードを2倍に改造した改造機を用い、シアンカートリッジにトナーを80g充填した。普通紙(カラーレーザーコピア紙、キヤノン製)を用いて、2%印字チャートを連続プリントした。トナーがなくなるまで出力できたものに関して、トナーを80g追加し、さらに連続プリントした。下記評価基準に従って、現像安定性能を評価した。結果を表4に示す。
現像安定性能の評価基準
A:全てのトナーが無くなるまで、良好な画質が保持された
B:全てのトナーが無くなるまで良好な画質が保持されたが、カブリ、飛び散りに起因する画質劣化が後半において若干みられた
C:カブリ、飛び散りに起因する画質劣化がみられたが実用上問題ないレベルである
D:追加したトナーが無くなる前に画質劣化が顕著となった
E:トナーを追加する以前に画質劣化が顕著となった