JP2008197211A - 荷電制御剤およびトナー - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた帯電制御性能を有する荷電制御剤、および優れた帯電立ち上がり特性を有し、使用環境に関わらず安定して高い画質の画像を得ることのできるトナーを提供すること。
【解決手段】荷電制御剤は、特定の金属錯体よりなることを特徴とし、また、トナーは、少なくとも樹脂と着色剤と荷電制御剤とを含有してなるトナーにおいて、前記荷電制御剤が、2〜4価の金属原子を含有し、タンニン酸よりなる配位子を有する構造のタンニン酸金属錯体を含有するものであることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、荷電制御剤、およびその荷電制御剤を含有するトナーに関する。
従来、金属錯体よりなる荷電制御剤は、種々の分野において用いられており、例えば電子写真法による画像形成に用いられる現像剤を構成するトナーの分野においても、トナーの構成材料の一種として用いられている(例えば、特許文献1〜特許文献6参照。)。
トナーの構成材料として用いられる荷電制御剤を構成する金属錯体としては、アゾ系金属錯体およびサリチル酸系金属錯体が広く知られている。
一方、電子写真法によって画像を形成する画像形成装置においては、その画像形成工程において、記録材上に形成されたトナー像を加熱することによって定着させることが行われるが、近年、省エネ化を図るために、定着温度の低温化が望まれている。
しかしながら、アゾ系金属錯体およびサリチル酸系金属錯体は、金属イオンが脱離しやすいものであるため、アゾ系金属錯体またはサリチル酸系金属錯体を荷電制御剤として用いたトナーにおいては、脱離した遊離金属イオンがトナーの構成材料である樹脂との間で金属架橋を生じることに起因してトナーの軟化点温度が高くなってしまうことから、低い定着温度では良好な画質の画像を形成することができず、また、使用環境の湿度によって形成される画像の画質が大きく変化してしまう、という問題がある。
而して、荷電制御剤として、例えばカリックスアレンなどの金属原子を含有しない構造を有するものが提案されているが、このような荷電制御剤を構成材料として用いたトナーは、金属錯体よりなる荷電制御剤を用いたものに比して帯電立ち上がり特性が不十分であることから、トナーの帯電量が不均一となることにより、十分に帯電されていないトナーに起因してトナーの飛散やカブリが生じてしまう、という問題がある。
特公昭63−61347号公報 特公平2−16916号公報 特開2002−53539号公報 特許第2531957号公報 特開平7−97530号公報 特開2005−121776号公報
本発明は以上のような事情に基づいて、本発明者らが鋭意検討した結果、従来の荷電制御剤の問題点は、結晶の大きさが不均一であること、吸湿性が高いこと、樹脂中への分散性がよくないこと、金属イオンが遊離しやすいことなどにあることを見出し、その問題点を解消すべく、鋭意検討した結果、見出されたものであり、その目的は、優れた帯電制御性能を有する荷電制御剤を提供することにある。
本発明の他の目的は、優れた帯電立ち上がり特性を有し、使用環境に関わらず安定して高い画質の画像を得ることのできるトナーを提供することにある。
本発明の荷電制御剤は、2〜4価の金属原子を含有し、タンニン酸よりなる配位子を有する構造のタンニン酸金属錯体よりなることを特徴とする。
本発明のトナーは、少なくとも樹脂と着色剤と荷電制御剤とを含有してなるトナーにおいて、
前記荷電制御剤が、2〜4価の金属原子を含有し、タンニン酸よりなる配位子を有する構造のタンニン酸金属錯体を含有するものであることを特徴とする。
本発明の荷電制御剤によれば、当該荷電制御剤を構成する特定のタンニン酸金属錯体が、その結晶の大きさが均一であり、帯電立ち上がり速度が早く、熱安定性が高く、吸湿性が小さく、また樹脂との相溶性が良好であるという特性を有するものであることから、優れた帯電制御性能を得ることができる。
このような本発明の荷電制御剤は、本発明者らが鋭意検討した結果、従来の荷電制御剤の問題点は、結晶の大きさが不均一であること、吸湿性が高いこと、樹脂中への分散性がよくないこと、金属イオンが遊離しやすいことなどにあることを見出し、その問題点を解消すべく、鋭意検討した結果、見出されたものである。
本発明のトナーによれば、上記の優れた帯電制御性能を有する荷電制御剤が含有されていることから、使用環境によらず高い画質の画像を得ることができ、また、優れた帯電立ち上がり特性が得られるため、トナーの帯電量が不均一になることに起因して生じるトナーの飛散やカブリが発生することなく、高い画質の画像を得ることができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の荷電制御剤は、2〜4価の金属原子を含有し、タンニン酸よりなる配位子を有する構造のタンニン酸金属錯体(以下、「特定タンニン酸金属錯体」ともいいう。)よりなるものである。
特定タンニン酸金属錯体を構成するタンニン酸は、下記構造式(1)で表される化合物である。
Figure 2008197211
〔式中、Gは下記構造式(2)で表される基を示す。〕
Figure 2008197211
特定タンニン酸金属錯体は、下記一般式(1)で示される構造を有するものである。
Figure 2008197211
〔式中、Mは2〜4価の金属原子を示し、Lはタンニン酸配位子を示す。nは0.5〜5である。〕
Mを示す2〜4価の金属原子としては、例えばアルミニウム原子(Al)、クロム原子(Cr)、亜鉛原子(Zn)、ジルコニウム原子(Zr)、鉄原子(Fe)、コバルト原子(Co)、ニッケル原子(Ni)、銅原子(Cu)などが挙げられる。
また、特定タンニン酸金属錯体は、その構造中にカウンターイオンを含有するものであってもよい。
カウンターイオンとしては、例えばカリウムイオン(K+ )、水素イオン(H+ )、アンモニウムイオン(NH4+)、ナトリウムイオン(Na+ )などの陽イオンが挙げられる。
このような特定タンニン酸金属錯体よりなる荷電制御剤は、例えば、先ず、タンニン酸を適宜の溶剤に溶解させることによって得られるタンニン酸溶液と、金属イオンを含有する金属イオン溶液とを用意する。
次いで、タンニン酸溶液と、当該タンニン酸溶液1molに対して2〜3molの金属イオン溶液とを、pH2〜11の範囲で調整、具体的には、その混合系が混合初期段階においては弱酸性となるようpHを調整しながら混合し、更に、混合した状態で混合系のpHを、弱アルカリ側となるように調整しながら、温度30〜90℃の条件で1〜48時間かけて加熱撹拌することによって金属イオンに配位子を配位させ、反応生成物として金属錯体を形成する錯体形成工程を経る製造方法によって製造することができる。
錯体形成工程に供する金属イオン溶液は、合成すべきタンニン酸金属錯体に応じて適宜選択される。
具体的に、金属イオン溶液としては、例えば塩化亜鉛溶液、三塩化鉄溶液、硫酸アルミニウム溶液、硫酸クロム溶液、二塩化酸化ジルコニウム溶液、塩化アルミニウム溶液、硫酸アルミニウム溶液、塩化クロム溶液、塩化鉄溶液などを用いることができる。
タンニン酸溶液を得るために用いられる溶剤としては、水、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロパノール、イソプロパノール、グリセリン、アセトン、酢酸などが好適である。
タンニン酸溶液と金属イオン溶液との混合系のpHの調整は、タンニン酸溶液と金属イオン溶液とを混合している状態である混合初期段階のpHを弱酸性側とすることが好ましく、具体的には、概ね3以上、好ましくは3.5以上、さらに好ましくは3.5〜6.5のpHとすることが好ましい。このpHよりも低い酸性側とすると、タンニン酸に係るフェノール性水酸基が解離しにくくなるため、溶解性が低下し、反応が抑制されてしまうおそれがある。
この混合初期段階のpH調整は、金属イオン溶液を構成する溶剤として、塩酸および硫酸などを用いることによって行うことができる。
そして、混合初期段階に次ぐ段階としての、タンニン酸溶液と金属イオン溶液とが混合され、錯体の形成反応が行われる状態である錯体形成段階においては、フェノール性水酸基をイオン化させることが必要であることから、pHを10未満、好ましくは9未満、さらに好ましくは7.5〜9とする。このように弱アルカリ側とすることで、フェノール性水酸基をイオン化させることができ、錯体形成が容易となる。
この錯体形成段階のpH調整は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア、尿素などを混合液に添加することによって行うことができる。
また、タンニン酸溶液および金属イオン溶液において、溶剤としてアルコールなどの有機溶剤を用いる場合には、タンニン酸溶液と金属イオン溶液との混合系においてpHの調整を行うことができないが、例えばナトリウムエチラート、カリウムエチラートなどの塩基性物質を用いて反応を制御することができる。
このような錯体形成工程において得られた反応生成物を洗浄処理および乾燥処理を行うなどの後処理工程を経ることにより、当該錯体形成工程で合成された金属錯体よりなる荷電制御剤が得られる。
ここに、洗浄処理において用いられる洗浄液としては、水、メチルアルコール、エチルアルコール、エチレングリコール、エチルアセトン、n−プロパノール、イソプロパノール、グリセリン、アセトン、酢酸などが挙げられる。
以上のような本発明の荷電制御剤は、当該荷電制御剤を構成する特定タンニン酸金属錯体が、その結晶の大きさが均一であり、帯電立ち上がり速度が早く、熱安定性が高く、吸湿性が小さく、また樹脂との相溶性が良好であるという特性を有するものであることから、優れた帯電制御性能が得られる。
また、特定タンニン酸金属錯体が、配位結合の結合強度が大きく、金属イオンの脱離が生じにくいものであることから、トナーの構成材料として用いた場合に、脱離した遊離金属イオンが不純物として存在することに起因して生じる、例えば遊離金属イオンが樹脂との間で金属架橋を形成してトナーの特性に悪影響を与えること、また、使用環境の湿度によって形成される画像の画質が大きく変化してしまうことなどの弊害の発生が抑制される。
このような本発明の荷電制御剤は、電子写真法などで使用される現像剤を構成するトナーの構成材料として好適に用いることができる。
本発明のトナーは、上記の特定タンニン酸金属錯体からなる荷電制御剤を必須成分として含有してなり、その構成成分として、必須成分である荷電制御剤以外に、例えば樹脂および着色剤、必要に応じて定着性改良剤である離型剤、外部添加剤などの添加剤が含有されてなるものであり、モノクロトナーおよびカラートナーのいずれとしても用いることができる。
ここに、本発明のトナーを構成する荷電制御剤以外の構成成分は、特に限定されるものではなく、従来公知のものを適宜に用いることができる。
具体的には、樹脂としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられ、これらは単独でまたは2種類以上を組み合わせて用いることができる。
また、着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、染料、顔料などを任意に使用することができ、カーボンブラックとしてはチャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックなどが用いられる。
磁性体としては鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性金属、これらの金属を含む合金、フェライト、マグネタイトなどの強磁性金属の化合物、強磁性金属を含まないが熱処理することにより強磁性を示す合金、例えばマンガン−銅−アルミニウム、マンガン−銅−錫などのホイスラー合金と呼ばれる種類の合金、二酸化クロムなどを用いることができる。
染料としては、C.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同63、同111、同122、C.I.ソルベントイエロー19、同44、同77、同79、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162、C.I.ソルベントブルー25、同36、同60、同70、同93、同95などが用いられ、またこれらの混合物も用いることができる。
顔料としては、C.I.ピグメントレッド5、同48:1、同53:1、同57:1、同122、同139、同144、同149、同166、同177、同178、同222、同239、C.I.ピグメントオレンジ31、同43、C.I.ピグメントイエロー14、同17、同74、同93、同94、同138、同155、同180、同185、C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントブルー15:3、同60などが用いられ、これらの混合物も用いることができる。
着色剤の添加量は、トナー全体において2〜10質量%であることが好ましく、さらに好ましくは3〜8質量%である。
本発明のトナーには、必要に応じてワックス(離型剤)を用いることができ、当該ワックスとしては、炭化水素系ワックス類、エステル系ワックス類、天然物系ワックス類、およびアミド系ワックス類より選択されたものであることが好ましい。
炭化水素系ワックス類としては、低分子量ポリエチレンワックス、低分子量ポリプロピレンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、パラフィンワックスなどを挙げることができる。
エステル系ワックス類としては、高級脂肪酸と高級アルコール類とのエステルなどを挙げることができ、さらに具体的には、ベヘン酸ベヘニル、ステアリン酸ベヘニル、ベヘン酸ステアリル、ペンタエリスリトールステアリン酸エステル、ペンタエリスリトールベヘン酸エステルなどを挙げることができる。
天然物系ワックスとしては、カルナウバワックス、蜜蝋、雪蝋などを挙げることができる。
これらは、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
ワックスの含有量は、後述するトナーの製造工程において用いられる樹脂粒子形成用の組成物全体において2〜30質量%、好ましくは3〜25質量%、さらに好ましくは4〜20質量%とされる。
また、本発明のトナーには、流動性やクリーニング性、転写性の観点より種々の外添剤を添加することができる。
外添剤としては、特に限定されるものではなく、種々の無機微粒子、有機微粒子および滑剤などを使用することができる。
無機微粒子としては、シリカ、チタニア、アルミナなどの無機酸化物粒子が好ましく、さらに、これら無機微粒子は、シランカップリング剤やチタンカップリング剤などによって疎水化処理されていることが好ましい。
このシリカ、チタニア、アルミナなどの無機微粒子としては、数平均一次粒子径で5〜300nmのものが好ましい。この粒子径は透過型電子顕微鏡にて5万倍に拡大された写真を使用し、粒子500個を観察したフェレ方向径の平均値を示す。
外添剤の添加量は、トナー中に0.1〜5.0質量%、好ましくは0.5〜4.0質量%であることが好ましい。また、外添剤としては種々のものを組み合わせて用いてもよい。
また、転写性やクリ−ニング性の観点から高級脂肪酸金属塩を添加してもよい。具体的にはステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウムなどが挙げられ、添加量は0.01〜0.5質量%が好ましい。
この本発明のトナーにおける荷電制御剤の含有割合は、当該トナーを構成する荷電制御剤以外のすべてのトナーの構成成分の合計100質量部に対して0.1〜3質量部であることが好ましく、更に好ましくは0.5〜2質量部である。
荷電制御剤の含有割合が過小である場合には、トナーに十分な帯電性が得られないおそれがあり、一方、荷電制御剤の含有割合が過大である場合には、当該荷電制御剤の有する導電性に起因して荷電リークが発生してトナーに十分な帯電性が得られず、それと共に現像スリーブなどの画像形成装置の構成部材を汚染し、特にトナーが二成分現像剤の構成材料として用いられている場合においてはキャリアを汚染することに起因してトナーに十分な帯電性が得られないおそれがある。
本発明のトナーを製造する方法としては、特に限定されるものではなく、トナーを製造するための方法として一般的に用いられている、溶融混練粉砕法、および乳化重合法、懸濁重合法、乳化重合凝集法、ミニエマルジョン重合凝集法、ポリエステル伸長重合法等の重合法などの従来公知の手法を適宜に用いることができる。
トナーの製造方法として溶融混練粉砕法を選択して場合においては、本発明の荷電制御剤が配位子と錯体の中心金属との配位結合力が強いものであるため、金属イオンの脱離が生じにくく、溶融混練粉砕法で問題となる樹脂との金属架橋が発生しないことから、定着性が阻害されることがない。また、本発明の荷電制御剤が分散性にも優れていることから、容易に樹脂中に分散させることができる。
また、トナーの製造方法として重合法を選択した場合においては、前述のように、本発明の荷電制御剤が配位子と錯体の金属中心との配位結合力が強いものであるため、水系媒体中に分散する際に加水分解を生じることがなく、当該荷電制御剤自体の分解が発生しにくく、さらに、金属配位結合と共にイオン性結合をも有するものであるため、水系媒体への分散も容易であり、荷電制御剤微粒子も容易に形成することができる。また、本発明の荷電制御剤は、モノマーや溶媒中への分散性も良好であることから、容易に分散することができる。
本発明のトナーを、溶融混練粉砕法、乳化重合凝集法およびミニエマルジョン重合凝集法、懸濁重合法、ポリエステル伸長重合法によって製造する方法を以下に方法を示す。
(1)溶融混練粉砕法
樹脂および着色剤と、本発明の荷電制御剤と、さらには必要に応じて離型剤とを粉体の状態で乾式混合(予備混合)し、例えば二軸押し出し機などで溶融混練し、冷却後に粉砕、分級することでトナーを得ることができる。粉砕には、機械式粉砕、気流式粉砕のいずれの方法も使用することができる。
(2)乳化重合凝集法およびミニエマルジョン重合凝集法
この重合法は、乳化会合法であって樹脂粒子と着色剤粒子、および本発明の荷電制御剤の微粒子を水系媒体中で凝集、融着させてトナー化する製造法であり、必要に応じて離型剤粒子を添加することもできる。
この製造方法においては、樹脂粒子、着色剤粒子および本発明の荷電制御剤よりなる荷電制御剤粒子は、数平均一次粒子が50〜200nmであることが好ましい。
また、樹脂粒子は、水系媒体中で乳化重合あるいはミニエマルジョン重合などの直接重合法でモノマーから水系媒体中において直接粒子を形成する手法によって得ることが好ましい。この方法を採用することにより、粒子を均一に形成することができる。
着色剤粒子は、着色剤を水中で界面活性剤の存在下に機械式分散機を使用して分散させる方法で粒子化することができる。分散機としては、クレアミックスやボールミルなどを使用することができる。
本発明の荷電制御剤よりなる荷電制御剤粒子は、着色剤粒子と同様に、機械式分散機を使用して荷電制御剤を分散することによって得ることが好ましい。
(3)懸濁重合法
この重合方法は、モノマー、着色剤、本発明の荷電制御剤および重合開始剤、さらには必要に応じて離型剤を混合し、メディア式分散機にてモノマー中に着色剤および本発明の荷電制御剤、さらには必要に応じて離型剤を分散させ、ついで、分散安定剤を含有する水系媒体中に分散し、油滴を形成し、その後、重合反応をさせ、モノマーを重合した後に分散安定剤を除去し、濾過乾燥してトナーを形成する方法である。
この製造方法においては、分散安定剤として除去が容易である、リン酸三カルシウムなどの難水溶性無機コロイドを使用することが好ましい。
(4)ポリエステル伸長重合法
イソシアネート変性ポリエステルと、分子伸長剤としての多価アミンと、着色剤と、本発明の荷電制御剤と、必要に応じて離型剤を溶媒中に添加して混合し、次いで、水系媒体中にこの分散液を分散し油滴を形成した後、加熱して分子伸長させ、その後、脱溶剤および形状制御を行い、濾過、乾燥してトナーを調整する方法である。
以上のような本発明のトナーは、磁性または非磁性の一成分現像剤として使用することもできるが、キャリアと混合して二成分現像剤として使用することもできる。
このトナーを磁性一成分現像剤として使用する場合には、黒色着色剤としては、マグネタイトを好適に用いることができ、特に数平均一次粒子径が80〜200nmのものを用いることが好ましい。マグネタイトには、立方晶状、球状、八面体状などの形状を有するものがあるが、トナーに赤味を付したい場合には球状のものを用いることが好ましく、またトナーに青味を付したい場合には立方晶状のものを用いることが好ましい。磁性一成分現像剤を構成するトナーにおける着色剤の添加量は、現像方式によって異なるが、非接触現像方式の場合には、トナー全体に対して35〜45質量%であることが好ましく、この添加量が過小である場合には、トナーの飛散が発生するおそれがあり、一方、添加量が過大である場合には、良好な現像性が得られなくなるおそれがある。
また、二成分現像剤として使用する場合には、当該二成分現像剤を構成するキャリアとして、鉄、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金などの従来から公知の金属材料を用いることができるが、特にフェライトを用いることが好ましく、更に好ましくは銅や亜鉛を含有することなく、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含有する軽金属フェライトが用いられる。また、キャリアとしては、これらの金属材料をコアとし、その表面をシリコーン樹脂、スチレンアクリル樹脂、アクリル樹脂、含フッ素樹脂などの樹脂で被覆した構成のものを用いることが好ましく、その粒子径が、体積基準のメディアン径で30〜100μmであることが好ましい。
以上のような本発明のトナーによれば、優れた帯電制御性能を有する荷電制御剤が含有されていることから、高温高湿あるいは低温低湿などの広範な使用環境下においても長期間にわたって安定に高い画質の画像を得ることができ、また、優れた帯電立ち上がり特性が得られるため、トナーの帯電量が不均一になることに起因して生じる飛散やカブリが発生することなく、高い画質の画像を得ることができる。
このトナーにおいては、荷電制御剤を構成するタンニン酸金属錯体が、配位結合の結合強度が大きく、金属イオンの脱離が生じにくいものであることから、不純物として脱離した遊離金属イオンが存在することに起因して生じる、例えば遊離金属イオンが樹脂との間で金属架橋を形成してトナーの特性に悪影響を与えること、また、使用環境の湿度によって形成される画像の画質が大きく変化してしまうことなどの弊害が生じることが抑制される。
従って、本発明のトナーによれば、低温定着によっても良好な画質の画像を形成することができる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
(荷電制御剤の製造例1)
塩化亜鉛63.5gを水350mLに溶解した溶液を、濃度6mol/Lの水酸化ナトリウム溶液を添加することによってpHを8.0に調整し、この溶液に、タンニン酸850gを水1.2Lに溶解し、塩酸および水酸化ナトリウムによってpH4.5に調整したタンニン酸溶液を30分間かけて滴下し、この系を水酸化ナトリウムによってpH8.5に保持しながら、4時間にわたって40℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、得られた反応溶液が冷えないうちに濾過し、採取した反応生成物を濃度50%のエチルアルコール溶液によって洗浄した後、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(1)」ともいう。)837.5gを得た。
得られた荷電制御剤(1)は、その構造中における金属原子として1個の亜鉛原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例2)
三塩化鉄30.5gをナトリウムエチラートを濃度1%で含有するエチルアルコール溶液に溶解し、この溶液に、タンニン酸850gをエチルアルコールに溶解したタンニン酸溶液を10分間以内に滴下し、この系を2時間にわたって35℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、得られた反応溶液が冷えないうちに濾過し、採取した反応生成物をエチルアルコール溶液によって洗浄した後、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(2)」ともいう。)842.0gを得た。
得られた荷電制御剤(2)は、その構造中における金属原子として1個の鉄原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例3)
硫酸アルミニウム40gを水300mLに溶解し、この溶液に、濃度5mol/Lの水酸化ナトリウム溶液を添加することによってpHを3.5に調整しながらタンニン酸340gを水0.4Lに溶解し、塩酸および水酸化ナトリウムによってpH4.5に調整したタンニン酸溶液を30分間かけて滴下し、この系を16時間にわたって60℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、生成された沈殿物を濾取して洗浄処理、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(3)」ともいう。)322gを得た。
得られた荷電制御剤(3)は、その構造中における金属原子として1個のアルミニウム原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例4)
硫酸クロム38gを水に溶解した溶液200mLに、濃度4mol/Lの水酸化ナトリウム溶液を添加することによってpHを9.0に調整しながらタンニン酸1000gを水2Lに溶解し、塩酸および水酸化ナトリウムによってpH4.5に調整したタンニン酸溶液を30分間かけて滴下し、この系を6時間にわたって90℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、生成された沈殿物を濾取して洗浄処理、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(4)」ともいう。)993.5gを得た。
得られた荷電制御剤(4)は、その構造中における金属原子として1個のクロム原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例5)
二塩化酸化ジルコニウム35gを水に溶解した溶液100Lに、濃度6mol/Lの水酸化ナトリウム溶液を添加することによってpHを11.0に調整しながらタンニン酸350gを水1Lに溶解し、塩酸および水酸化ナトリウムによってpH4.5に調整したタンニン酸溶液を30分間かけて滴下し、この系を12時間にわたって70℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、生成された沈殿物を濾取して洗浄処理、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(5)」ともいう。)56gを得た。
得られた荷電制御剤(5)は、その構造中における金属原子として1個のジルコニウム原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例6)
塩化アルミニウム28gを水50mLに溶解した溶液に、濃度12mol/Lの水酸化ナトリウム溶液を添加することによってpHを3.5に調整しながらタンニン酸350gを水に溶解し、塩酸および水酸化ナトリウムによってpH4.5に調整したタンニン酸溶液を30分間かけて滴下し、この系を24時間にわたって60℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、生成された沈殿物を濾取して洗浄処理、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(6)」ともいう。)327gを得た。
得られた荷電制御剤(6)は、その構造中における金属原子として2個のアルミニウム原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例7)
硫酸アルミニウム75gを水に溶解した濃度15mol/Lの溶液に、濃度7mol/Lの水酸化ナトリウム溶液を添加することによってpHを3.5に調整しながらタンニン酸170gをエチルアルコールに溶解した濃度0.2mol/Lのタンニン酸溶液を逐次滴下し、この系を水酸化ナトリウムによってpH11.0に保持しながら、28時間にわたって45℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、生成された沈殿物を濾取して洗浄処理、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(7)」ともいう。)162gを得た。
得られた荷電制御剤(7)は、その構造中における金属原子として3個のアルミニウム原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例8)
硫酸アルミニウム25gを水に溶解した濃度5mol/Lの溶液に、濃度6mol/Lのアンモニア水を添加することによってpHを3.0〜3.5の範囲に調整しながらタンニン酸175gをメチルアルコールに溶解した濃度3mol/Lのタンニン酸溶液を逐次滴下し、この系を水酸化ナトリウムによってpH11.0に保持しながら、18時間にわたって30℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、生成された沈殿物を濾取して洗浄処理、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(8)」ともいう。)159gを得た。
得られた荷電制御剤(8)は、その構造中における金属原子として1個のアルミニウム原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例9)
塩化亜鉛61gを水に溶解した濃度7mol/Lの溶液に、尿素を添加することによってpHを7.5に調整しながらタンニン酸2013gを水に溶解した濃度3mol/Lのタンニン酸溶液を逐次滴下し、この系を水酸化ナトリウムによってpH11.0に保持しながら、36時間にわたって50℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、生成された沈殿物を濾取して洗浄処理、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(9)」ともいう。)1892gを得た。
得られた荷電制御剤(9)は、その構造中における金属原子として1個の金属として亜鉛原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例10)
塩化鉄33gを水に溶解した濃度4mol/Lの溶液に、尿素を添加することによってpHを5.5に調整しながらタンニン酸2013gを水に溶解した濃度3mol/Lのタンニン酸溶液を逐次滴下し、この系を水酸化ナトリウムによってpH11.0に保持しながら、48時間にわたって45℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、生成された沈殿物を濾取して洗浄処理、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(10)」ともいう。)638gを得た。
得られた荷電制御剤(10)は、その構造中における金属原子として1個の鉄原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例11)
塩化鉄32.5gを水に溶解した濃度5mol/Lの溶液に、ナトリウムエチラートを濃度5mol/Lで含有するエチルアルコール溶液を添加することによってpHを6.0に調整しながらタンニン酸650gをエチルアルコールに溶解した濃度3mol/Lのタンニン酸溶液を逐次滴下し、この系を水酸化ナトリウムによってpH11.0に保持しながら、16時間にわたって60℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、生成された沈殿物を濾取して洗浄処理、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(11)」ともいう。)641.5gを得た。
得られた荷電制御剤(11)は、その構造中における金属原子として1個の鉄原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
(荷電制御剤の製造例12)
硫酸アルミニウム23gを水に溶解した濃度5mol/Lの溶液に、タンニン酸162gをナトリウムエチラートを濃度1%で含有するメチルアルコール100mLに溶解したタンニン酸溶液を逐次滴下し、この系を酸化ナトリウムによってpH11.0に保持しながら、6時間にわたって70℃に保温しつつ十分に撹拌することによって反応させ、生成された沈殿物を濾取して洗浄処理、乾燥処理および粉砕処理をすることによって粉末状の金属錯体(以下、「荷電制御剤(12)」ともいう。)153gを得た。
得られた荷電制御剤(12)は、その構造中における金属原子として1個のアルミニウム原子を含有するタンニン酸金属錯体であってナトリウムイオンをカウンターイオンとして含有するものであった。
荷電制御剤の製造例1〜荷電制御剤の製造例12の各々において得られた荷電制御剤を用い、下記の方法によってトナーを製造し、更に得られたトナーを用いて現像剤を製造した。
(粉砕法トナーの製造例1)
荷電制御剤(1)1質量部と、スチレンアクリル樹脂(スチレン:ブチルアクリレート:メチルメタクリレート=70:20:5(質量比)、軟化点128℃)100質量部と、カーボンブラック「モーガルL」(キャボット社製)8質量部と、低分子量ポリプロピレン「660P」(三洋化成工業社製)6質量部とをヘンシエルミキサーによって混合し、得られた混合物を二軸押し出し機を用いて溶融混練し、冷却した後、ジェットミルを用いて粉砕してサイクロン式分級機を用いて分級することにより、体積基準のメディアン径8.5μmの着色粒子を得た。
次いで、得られた着色粒子100質量部に、数平均一次粒子径が12nmであって疎水化度が67である疎水性シリカ0.8質量部を添加してヘンシエルミキサーを用いて混合することにより、トナーを得た。
(粉砕法トナーの製造例2〜12および比較用粉砕法トナーの製造例1〜3)
粉砕法トナーの製造例1において、荷電制御剤(1)に代えて、表1に示す荷電制御剤を用いたこと以外は粉砕法トナーの製造例1と同様にしてトナーを得た。
以下、荷電制御剤として荷電制御剤(1)〜荷電制御剤(12)を用いた粉砕法トナーを、各々、表1に示すようにトナー(1)〜トナー(12)とし、また比較用の荷電制御剤として、サリチル酸クロム錯体「E−81」(オリエント化学工業社製)、カリックスアレン誘導体「E−88」(オリエント化学工業社製)およびアゾ系クロム錯体「S−34」(オリエント化学工業社製)を用いた比較用粉砕法トナーを、各々、表1に示すように比較用トナー(1)〜比較用トナー(3)とする。
(懸濁重合法トナーの製造例1)
荷電制御剤(1)1質量部と、スチレンモノマー75質量部と、ブチルアクリレート25質量部と、カーボンブラック「モーガルL」(キャボット社製)5質量部と、銅フタロシアニン顔料(C.I.ピグメントブルー15:3)3質量部と、アゾビスイソバレロニトリル2質量部とを混合し、サンドグラインダーを用いて10000回転にて30分間にわたってよく分散することによって重合性単量体組成物を得た。
次いで、高速撹拌装置「TK式ホモミキサー」(特殊機化工業製)およびバッフル板とを備えた2L用4つ口フラスコ中に、イオン交換水600質量部と、濃度0.1mol/Lのリン酸ナトリウム(Na3 PO4 )水溶液500質量部とを投入し、回転数を12000rpmに調整し、65℃に加温した後、濃度1.0mol/Lの塩化カルシウム(CaCl2 )水溶液70重量部を徐々に添加し、微小な難水溶性分散安定剤リン酸カルシウム(Ca3 (PO4 2 )を含む水系分散媒体を調製した。
次に、前記水系分散媒体中に前述の重合性単量体組成物を投入し、内温65℃の窒素雰囲気下において、高速撹拌装置の回転数を12000rpmに維持しつつ15分間撹拌し、当該重合性単量体組成物を造粒した。その後、高速撹拌装置をプロペラ撹拌羽根に換え、プロペラ撹拌羽根の回転数とバッフル板の角度によって粒子形状をコントロールしながら同温度で10時間保持して重合を完了した。重合終了後、懸濁液を冷却し、次いで希塩酸を添加することによって分散安定剤を除去し、更に水洗浄を数回繰り返した後、乾燥させることにより、体積基準のメディアン径8.2μmの着色粒子を得た。
次いで、得られた着色粒子100質量部に、数平均一次粒子径が12nmであって疎水化度が67である疎水性シリカ0.8質量部を添加してヘンシエルミキサーを用いて混合することにより、トナーを得た。
(懸濁重合法トナーの製造例2〜12および比較用懸濁重合法トナーの製造例1〜3)
懸濁重合法トナーの製造例1において、荷電制御剤(1)に代えて、表3に示す荷電制御剤を用いたこと以外は懸濁重合法トナーの製造例1と同様にしてトナーを得た。
以下、荷電制御剤として荷電制御剤(1)〜荷電制御剤(12)を用いた懸濁重合法トナーを、各々、表3に示すようにトナー(13)〜トナー(24)とし、また比較用の荷電制御剤として、サリチル酸クロム錯体「E−81」(オリエント化学工業社製)、カリックスアレン誘導体「E−88」(オリエント化学工業社製)およびアゾ系クロム錯体「S−34」(オリエント化学工業社製)を用いた比較用懸濁重合法トナーを、各々、表3に示すように比較用トナー(4)〜比較用トナー(6)とする。
(乳化重合凝集法トナーの製造例1)
〈樹脂粒子の分散液の調整〉
撹拌装置、温度センサー、冷却管および窒素導入装置を取り付けた反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム16質量部をイオン交換水1500質量部に溶解させた溶液を仕込み、窒素気流下において撹拌速度230rpmの条件で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。昇温後、過硫酸カリウム5質量部をイオン交換水100質量部に溶解させた溶液を添加し、再度液温を80℃とし、スチレン350質量部、n−ブチルアクリレート125質量部、メタクリル酸25質量部およびn−ドデシルメルカプタン4質量部よりなる重合性単量体溶液を1時間かけて滴下した後、80℃にて2時間加熱、撹拌することによって重合を行い、樹脂粒子分散液(1)を調製した。
この樹脂粒子分散液(1)における樹脂粒子の粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、体積基準のメディアン径で110nmであった。
〈カーボンブラックの分散液の調整〉
ドデシル硫酸ナトリウム10質量部をイオン交換水160質量部に溶解させた溶液を撹拌しながら、カーボンブラック「モーガルL」(キャボット社製)40質量部を徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤分散液(1)を調製した。
この着色剤分散液(1)における着色剤微粒子の粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、体積基準のメディアン径で120nmであった。
〈荷電制御剤の分散液の調整〉
ドデシル硫酸ナトリウム5質量部をイオン交換水200質量部に溶解させた溶液を撹拌しながら、荷電制御剤(1)5質量部を徐々に添加し、次いで、サンドグラインダーを用い用いて分散処理することにより、荷電制御剤分散液(1)を調製した。
この荷電制御剤分散液(1)を電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、分散粒径は110nmであった。
〈離型剤の分散液の調整〉
ドデシル硫酸ナトリウム6質量部をイオン交換水200質量部に溶解させた溶液を90℃に加熱し、撹拌しながら、90℃に加温して溶解させたカルナウバワックス40質量部を徐々に添加し、次いで、超音波振動を付与し、乳化分散処理することにより、離型剤分散液(1)を調製した。
この離型剤分散液(1)を電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、分散粒径は130nmであった。
〈会合(凝集)によるトナーの調整〉
撹拌装置、温度センサー、冷却管および窒素導入装置を取り付けた反応容器に、調整した樹脂粒子分散液(1)、着色剤分散液(1)、荷電制御剤分散液(1)および離型剤分散液(1)と共に、イオン交換水1400質量部を投入し、更にポリオキシエチレン−2−ドデシルエーテル硫酸ナトリウム10質量部をイオン交換水500質量部に溶解させた溶液を仕込み、液温を30℃に調整した後、5Nの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpH10に調整した。
次いで、この系に、撹拌しながら塩化マグネシウム100質量部をイオン交換水100質量部に溶解した水溶液を温度30℃の条件で10分間かけて添加し、3分間保持した後に昇温を開始して60分間かけて90℃まで昇温し、温度を90℃に保持した状態で粒子成長反応を継続した。この状態で、「コールターマルチサイザーIII 」にて凝集粒子の粒径を測定し、所望の粒子径になった時点で、塩化ナトリウム300質量部をイオン交換水1000質量部に溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させ、さらに、熟成工程として液温度98℃にて加熱撹拌することにより、「FPIA−2100」による測定で平均円形度0.965になるまで、粒子間の融着を進行させた。その後、液温30℃まで冷却し、塩酸を添加してpH4.0に調整し、撹拌を停止することにより、トナーを得た。
(乳化重合凝集法トナーの製造例2〜12および比較用乳化重合凝集法トナーの製造例1〜3)
乳化重合凝集法トナーの製造例1において、荷電制御剤(1)に代えて、表5に示す荷電制御剤を用いたこと以外は乳化重合凝集法トナーの製造例1と同様にしてトナーを得た。
以下、荷電制御剤として荷電制御剤(1)〜荷電制御剤(12)を用いた乳化重合凝集法トナーを、各々、表5に示すようにトナー(25)〜トナー(36)とし、また比較用の荷電制御剤として、サリチル酸クロム錯体「E−81」(オリエント化学工業社製)、カリックスアレン誘導体「E−88」(オリエント化学工業社製)およびアゾ系クロム錯体「S−34」(オリエント化学工業社製)を用いた比較用乳化重合凝集法トナーを、各々、表5に示すように比較用トナー(7)〜比較用トナー(9)とする。
(ポリエステル伸長重合法トナーの製造例1)
〈イソシアネート変性ポリエステルの合成〉
撹拌機および窒素導入管が取り付けられた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2mol付加物724質量部、イソフタル酸200質量部、フマル酸70質量部、およびジブチルチンオキサイド2質量部を仕込み、常圧下において、温度230℃の条件で8時間反応させ、さらに12mmHgの減圧下において5時間反応させた後、160℃まで冷却し、次いで無水フタル酸32質量部を加え、2時間反応させることによって無定形ポリエステル(a1)を得た。
得られた無定形ポリエステル(a1)のガラス転移点温度Tgは59℃、軟化点温度は121℃であり、数平均分子量(Mn)は6,000、重量平均分子量(Mw)は28,000であった。
さらに、この無定形ポリエステル(a1)1,000質量部に対して酢酸エチル2,000質量部を加え、次いで、イソホロンジイソシアネート120質量部を添加し、80℃にて2時間反応させることにより、イソシアネート変性ポリエステル(1)を得た。
液封シール(環流器)および撹拌機が取り付けられた混合槽中において、酢酸エチル450質量部、イソシアネート変性ポリエステル(1)300質量部、イソホロンジアミン14質量部、銅フタロシアニンブルー4質量部、カーボンブラック4質量部、カルナウバワックス15質量部および荷電制御剤(1−1)3質量部を混合温度20℃において2時間混合処理することにより、トナー組成物(1)を得た。
一方、別の反応槽に、イオン交換水600質量部、メチルエチルケトン60質量部、リン酸三カルシウム60質量部およびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.3質量部を仕込み、高速撹拌装置「TK式ホモミキサー」(特殊機化工業社製)によって、温度30℃、回転速度15,000rpmの条件で3分間撹拌しながら、上記のトナー組成物(1)を投入して水系媒体中に分散させた後、80℃に昇温し、10時間かけてウレア反応処理を行った。このようにして得られた粒子の粒径は、体積基準のメディアン径で5.5μmであった。
次いで、ウレア反応処理したトナー組成物(1)を別の撹拌槽に移し、30℃にてドデシル硫酸ナトリウム0.3質量部を添加した後、50℃まで昇温して3時間反応させ、表面にドデシル基を化学的に結合させ、その後、急速に80℃に昇温して酢酸エチルを除去した。酢酸エチルを完全に除去した後、室温まで冷却し、濃度35%の塩酸150質量部を加えてトナー表面のリン酸三カルシウムを溶出させた。
次いで、固液分離し、脱水したトナーケーキをイオン交換水に再分散して固液分離する操作を3回繰り返して洗浄したのち、40℃で24時間乾燥させることにより、トナー(トナー粒子)を得た。
(ポリエステル伸長重合法トナーの製造例2〜12および比較用ポリエステル伸長重合法トナーの製造例1〜3)
ポリエステル伸長重合法トナーの製造例1において、荷電制御剤(1)に代えて、表7に示す荷電制御剤を用いたこと以外はポリエステル伸長重合法トナーの製造例1と同様にしてトナーを得た。
以下、荷電制御剤として荷電制御剤(1)〜荷電制御剤(12)を用いたポリエステル伸長重合法トナーを、各々、表7に示すようにトナー(37)〜トナー(48)とし、また比較用の荷電制御剤として、サリチル酸クロム錯体「E−81」(オリエント化学工業社製)、カリックスアレン誘導体「E−88」(オリエント化学工業社製)およびアゾ系クロム錯体「S−34」(オリエント化学工業社製)を用いた比較用ポリエステル伸長重合法トナーを、各々、表7に示すように比較用トナー(10)〜比較用トナー(12)とする。
〔実施例1〜48および比較例1〜12〕
得られた各トナーと、体積平均粒径が65μmであるシリコーン樹脂を被覆した軽金属フェライトよりなるキャリアとを混合することにより、トナー濃度が8%の二成分現像剤を得た。
以下、トナーとしてトナー(1)〜トナー(48)を用いた二成分現像剤を、各々、現像剤(1)〜現像剤(48)とし、また比較用トナー(1)〜比較用トナー(12)を用いた二成分現像剤を、各々、比較用現像剤(1)〜比較用現像剤(12)とする。
このようにして得られた現像剤(1)〜現像剤(48)および比較用現像剤(1)〜比較用現像剤(12)を下記の手法によって評価した。結果を表1〜表8に示す。
(1)帯電立ち上がり特性
容積20mlのガラス管に、現像剤(1)〜現像剤(48)および比較用現像剤(1)〜比較用現像剤(12)の各々を構成するトナー1gとキャリア10gとを各々秤量して仕込み、常温常湿(温度20℃、湿度50%RH)環境下において、ヤヨイ式振とう機を用いて1分間、2分間、5分間、10分間、20分間および60分間と撹拌した後の帯電量を、常温常湿環境下において、帯電量測定装置「TB−200」(東芝社製)を用いて測定した。
(2)帯電安定性
容積20mlのガラス管に、現像剤(1)〜現像剤(48)および比較用現像剤(1)〜比較用現像剤(12)の各々を構成するトナー1gとキャリア10gとを各々秤量して仕込み、その帯電量(表において「初期帯電量」として示す。)を、常温常湿(温度20℃、湿度50%RH)環境下において帯電量測定装置「TB−200」(東芝社製)を用いて測定し、その後、高温高湿(温度35℃、湿度85%RH)環境下に一昼夜放置し、再度、帯電量(表において「放置後帯電量」として示す。)の測定を行った。
(3)画像の画質
現像剤(1)〜現像剤(48)および比較用現像剤(1)〜比較用現像剤(12)の各々を用い、接触現像方式によって毎分105枚の速度で画像形成を行うことのできる複写機「imagio Neo1050Pro」(リコー社製)により、常温常湿(温度20℃、湿度50%RH)環境下と、高温高湿(温度35℃、湿度85%RH)環境下の各々において、A4サイズであって画素率5%の画像を、A4サイズの転写紙50枚に対して画像形成を連続して形成した後に画像形成動作を1分間休止する画像形成モードによって合計50万枚の転写紙に画像形成を行い、初回の画像形成動作の開始直後に形成された初期画像(表において単に「初期」と示す。)と、50万枚目に形成された画像(表において単に「50万枚」と示す。)におけるベタ黒画像の濃度(表において「画像濃度」として示す。)および白地部分におけるカブリ濃度を、マクベス社製の「RD−918」を用いて転写紙の反射濃度を「0」としたときの相対反射濃度として測定した。
また、初期画像と50万枚目に形成された画像における文字の解像度を10倍のルーペにて観察し、目視にて確認すると共に、初期画像の形成後と50万枚目に形成された画像の形成後の各々におけるトナーの帯電量を測定した。
Figure 2008197211
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Claims (2)

  1. 2〜4価の金属原子を含有し、タンニン酸よりなる配位子を有する構造のタンニン酸金属錯体よりなることを特徴とする荷電制御剤。
  2. 少なくとも樹脂と着色剤と荷電制御剤とを含有してなるトナーにおいて、
    前記荷電制御剤が、2〜4価の金属原子を含有し、タンニン酸よりなる配位子を有する構造のタンニン酸金属錯体を含有するものであることを特徴とするトナー。
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