JP2010128128A - トナー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリエステルを主成分とする樹脂(a)、着色剤およびワックスを少なくとも含有するトナーであって、トナー粒子は、昇温速度が0.5℃/minで測定されたガラス転移温度(℃)をTg(0.5)とし、昇温速度が4.0℃/minで測定されたガラス転移温度(℃)をTg(4.0)としたとき、40.0≦Tg(0.5)≦60.0、及び、2.0≦Tg(4.0)−Tg(0.5)≦10.0、の関係を満足し、トナー粒子は、40℃、95%RH環境下における吸水量が1.5%以下であり、トナー粒子の酸価をUt(mgKOH/g)としたとき、Utが0.2mgKOH/g以上、1.0mgKOH/g以下であり、トナー粒子の比表面積をSt(m2/g)としたとき、Stが0.60m2/g以上、2.00m2/gであることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
電子写真装置に対する要望はますます高まってきており、その要望は以下である。
(1)高速化
(2)高解像度・高精細な画像を得る高画質化
(3)長期間にわたって高画質を損なわない耐久安定性
(4)高い色再現性
(5)消費電力削減
(6)温度湿度の影響を受けにくい環境安定性
上記要求を満たすために、装置画像処理部の改良、電子写真プロセスの改良、材料の改良が続けられているが、画像を形成するトナーの改良もまた重要である。
一方、高解像度、高精細化の目的からトナーの小粒径化が進められている。さらに転写効率向上、流動性向上の目的から形状の揃ったトナーが好適に用いられるようになってきている。効率的に形状均一なトナー粒子を調製する方法としては、湿式法が好ましく用いられるようになってきている。
従来の湿式法は、懸濁重合法や乳化重合凝集法といった重合法によるトナー粒子の調製方法であった。より低温での定着を可能とするためには結着樹脂をよりシャープメルトにする手法が効果的な方法の一つとして知られている。しかしながら、これらの重合法によると、結着樹脂はビニル系樹脂に限られるといった問題があった。
有ウレタン樹脂微粒子を伸長させている。その結果得られるトナー粒子は、低温定着性に劣るものだった。すなわち帯電安定性と低温定着性の両立ができていなかった。
以上のように環境安定性、耐久安定性、及び低温定着性をいずれも満足するトナーは得られていなかった。
満足することを特徴とする。
樹脂(a)にポリエステルを用いることで、軟化点、ガラス転移温度、及び分子量分布といったシャープメルト性にかかわる溶融特性を制御しやすい。その結果、定着温度を下げることができ、低温で高グロスを付与でき、定着時に十分溶融して混ざりやすく優れた発色性のトナーを提供することが可能となる。
上記Tg(0.5)は、42.0℃以上、58.0℃以下であることが好ましい。Tg(0.5)が40.0℃より小さい場合、定着温度を下げやすくなるが、高温定着時での定着部材への巻きつき、高温オフセットが発生しやすく、定着可能な温度領域が狭くなりやすい。さらに耐熱保存性が低下する場合がある。一方、Tg(0.5)が60.0℃を超える場合、定着温度を下げにくい。
[Tg(4.0)−Tg(0.5)]が、2.0℃より小さい場合、耐熱保存性の低下、ワックス、着色剤の影響が現れやすくなる。一方、[Tg(4.0)−Tg(0.5)]が、10.0℃より大きい場合、低温定着性の低下、定着ニップにおいてワックスの染み出しが不十分となりやすく、結果定着部材への巻きつきが発生しやすくなる。
昇温速度が0.5℃/分の場合、サンプルにおける熱の移動が平衡に達しやすく、サンプル全体の値として観測される。一方、昇温速度が4.0℃/分の場合、測定サンプルのTgは、表層材料のTgに近い値として観察されやすい。
なお、上記Tg(0.5)及び[Tg(4.0)−Tg(0.5)]の値は、表面層(B)の量、ウレタン樹脂(b)のTg等を調節することで上記範囲を満たすことが可能である。
本発明において、トナーでなくトナー粒子について上記物性を満足することが、トナーの帯電量変化を抑えやすく、環境安定性を向上させる効果が大きいことを見出した。
本発明のトナーに用いられるトナー粒子は、40℃、95%RH環境下における吸水量
が1.5%以下であることによって、トナーは十分な帯電量を示す。さらに帯電量の時間変化の小さい(帯電安定性が良好な)トナーが得られる。とくに高温高湿環境下での帯電量保持に優れる(環境安定性に優れる)。
上記トナー粒子の、40℃、95%RH環境下における吸水量が1.5%より大きい場合、トナー粒子の帯電量が不十分となりやすい。その結果、トナー現像量が増加し、画像濃度変動、画像鮮鋭度低下といった弊害を生じやすい。さらに、一度帯電したトナーの帯電量が減少しやすく、現像安定性に欠ける場合がある。また、吸水によってトナーが可塑化され、凝集する場合がある。吸水状態でのトナーのガラス転移温度が、保存温度を下回った場合、この凝集が生じやすい。
なお、上記吸水量は、ウレタン樹脂(b)の酸価またはウレタン樹脂(b)のジイソシアネート量を調整することで上記範囲を満たすことが可能である。
また、本発明のトナーに用いられるトナー粒子は、トナー粒子の比表面積をSt(m2/g)としたとき、該Stが0.60m2/g以上、2.00m2/g以下であり、当該Ut及びStが、0.20mgKOH/m2≦(Ut/St)≦1.50mgKOH/m2、の関係を満足する。
該Utが0.2mgKOH/gより小さい場合、耐久安定性が低下しやすい。さらに溶解懸濁法でトナー粒子を調製する場合、トナー粒子の粒度分布がブロード化する場合がある。一方、該Utが1.0mgKOH/gより大きい場合、トナー粒子の吸水量が高くなりやすく、帯電安定性が著しく低下しやすい。
該Utを調整する手段としては、トナー表面に存在するカルボン酸、スルホン酸といった官能基量を制御する手段、樹脂(b)にウレタンを用いる場合にはジイソシアネート量を制御する手段が挙げられ、当該手段を用いることが好ましい。
該Utは、0.3mgKOH/g以上、0.9mgKOH/g以下であることが好ましい。
該[Ut/St]が0.20mgKOH/m2より小さい場合、帯電量が不十分となる場合がある。一方、該[Ut/St]が1.50mgKOH/m2より大きい場合、トナー粒子の吸水量が高くなることで、帯電量の時間変化が生じやすい。
また、該Stが0.60m2/gより小さい場合、トナー粒子の粒径が8μmを超えやすくなり、画像の鮮明さが低下しやすい。一方、該Stが2.00m2/gより大きい場合、トナー粒子の粒径が2μmより小さくなる場合があり帯電量制御が困難になりやすい。またトナー粒子表面の凹凸増加によって、耐久安定性が低下する場合がある。さらにトナー粒子の粒径分布がブロード化し、帯電量分布がブロード化しやすい。
該Stは、0.80mgKOH/g以上、1.50mgKOH/g以下であることが好ましい。
なお、上記Stは、球形トナーであればトナー粒子の体積平均粒径を3.0μm乃至10.0μm、不定形トナーであればトナー粒子の体積平均粒径を3.5μm乃至9.0μmとすることで上記範囲を満たすことが可能である。
面層(B)を有するコアシェル構造のトナー粒子を含有する非磁性のトナーであることが好ましい。
本発明のトナーに用いられるトナー粒子がコアシェル構造をとることによって、着色剤およびワックスの露出を抑えることができる。着色剤およびワックスの内包によって、帯電性、現像性、耐久安定性、及び耐久安定性に優れたトナーを調製しやすい。 また、ワックス内包によってトナー粒子の流動性が上がり、現像部での耐久劣化を抑えるとともにクリーニングでの負荷を抑えることも可能となる。
さらに、上記トナー粒子は、表面層(B)にウレタン樹脂を主成分として用い、上記コアシェル構造をとることで、耐久安定性に優れたトナー粒子とすることができる。これらの理由としては、トナー母粒子(A)において、ポリエステルを主成分とする樹脂(a)とウレタン樹脂を主成分とする表面層(B)との接着が良好なためと考えられる。さらなる理由として、表面層(B)がウレタン樹脂を主成分とすることによって、応力を緩和しやすいためと考えられる。
該Vtはトナー粒子表面の酸価ではなく、トナー粒子が含有する材料についてテトラヒドロフランに溶解または接触するすべての材料の酸価を反映したものである。例えば、トナー粒子の表面層(b)を形成するウレタン樹脂(b)を主成分とする樹脂に加え、トナー粒子内部の樹脂(a)、着色剤といったトナー粒子を構成する材料の酸価の総和が該Vtである。
該Vtが2.0mgKOH/gより小さい場合、顔料分散性が低下しやすい。さらに溶解懸濁法にてトナー粒子を調製する場合、トナー粒子の粒径分布がブロード化する場合がある。一方、該Vtが10.0mgKOH/gより大きい場合、溶解懸濁法にてトナー粒子を調製する場合、トナー粒子の粒径が小さくなりやすい。
該Vtを調整する手段としては、樹脂(a)とウレタン樹脂(b)の配合比で調整することが好ましい。
該[Vb/Vt]は、樹脂(b)の酸価の、トナー粒子全体の酸価において占める割合である。該[Vb/Vt]はコアシェル構造を形成する上で、重要なパラメータのひとつであると考えている。該[Vb/Vt]が上記範囲を満たすことによって、樹脂(b)は表面層(B)を形成しやすくなる。すなわち、樹脂(b)の酸価が相対的に高い場合、樹脂(b)はトナー粒子表面に偏在しやすく、トナー母粒子(A)に対し明確なシェルを形成する。さらに、樹脂(b)は樹脂(a)に接着されやすく膜化が促進され、良好な表面層(B)を形成しやすい。
該[Vb/Vt]が2.0より小さい場合、上記[Tg(4.0)−Tg(0.5)]が2.0℃より小さくなりやすく、高生産性の装置で用いた場合、着色剤、ワックスがトナー粒子表面に露出しやすくなる。一方、該[Vb/Vt]が10.0より大きい場合、トナー粒子径を調整しにくい場合がある。より優れた耐熱保存性を付与するためには、該[Vb/Vt]は2.5以上、9.0以下であることがより好ましい。
なお、上記[Vb/Vt]は、Vbを50.0mgKOH/g以下とすることで上記範囲を満たすことが可能である。
本発明のトナーは、温度T(℃)より高い温度領域でG”が低下する。温度に対するG”の変化率が大きいほど、シャープメルトであることを意味する。G”(T+5)/G”(T+25)の値は低温で高速定着させた場合、定着開始温度に影響する因子である。G”(T+5)/G”(T+25)が40より大きい場合、優れた低温定着性を発揮する。
また、上記値が40に満たない場合、理由は定かではないが耐久安定性が低下する場合がある。
さらに、G”(T+5)/G”(T+25)は50より大きいことが好ましく、60より大きいことがより好ましい。一方、G”(T+5)/G”(T+25)は1000より小さいことが好ましい。
上記G”(T+5)/G”(T+25)を制御するには、樹脂(a)のシャープメルト性、ウレタン樹脂(b)の[重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)]を小さくする、表面層(B)の量で制御することが好ましい。
表面層(B)の量が、トナー母粒子(A)100質量部に対し2.0質量部以上、15.0質量部以下の場合、G”(T+5)/G”(T+25)が所望の範囲を満たしやすくなる。
表面層(B)の割合が2.0質量部に満たない場合、トナー粒子の形状にばらつきが生じやすくなる。すなわち、トナー粒子粒径が大きくなりやすく、粒径分布がブロード化しやすく、所望のトナー粒子を調製しにくい。その結果、帯電性、現像性、耐久安定性、耐熱保存性が低下する傾向にある。この理由としては、シェルが不足することでコアの露出が生じ、コアシェル構造の形成が不十分となりやすいためと考えられる。
一方、表面層(B)の割合が15.0質量部を超えた場合、トナー粒子の形状にばらつきが生じやすくなる。すなわち、円形度が低くなりやすく、円形度のばらつきが大きくなる傾向にある。また、トナー粒子径が小さくなりやすく、トナー粒子の粒度分布が低下しやすい。その結果、転写性、耐久安定性が低下しやすい。また、トナーに与える熱量が少ない条件、すなわち低温で高速定着した場合、紙への密着性が低下する場合がある。
とき、該Vbが10.0mgKOH/g以上、50.0mgKOH/g以下であることが好ましく、12.0mgKOH/g以上、48.0mgKOH/g以下であることがより好ましい。
該Vbが10.0mgKOH/gより小さい場合、トナーの耐熱保存性が低下しやすい。さらに表面層(B)がはがれやすく、耐久安定性が低下する場合がある。一方、該Vbが50.0mgKOH/gより大きい場合、所望のUt、Vtを満たすのが困難となりやすい。当該Vbはウレタン樹脂(b)を形成するためのカルボキシル基を含有するモノマーの配合比で調整することが好ましい。
該ウレタン樹脂(b)の40℃、95%RH環境下における吸水量が1.5%より大きい場合、トナー粒子の吸水量が1.5%より大きくなりやすい。さらに高温高湿環境においてトナーが凝集しやすくなり、保存性が低下しやすい。さらに、現像過程で飛びちりが発生しやすく、鮮明な画像を得にくい傾向となる。
該ウレタン樹脂(b)の40℃、95%RH環境下における吸水量は、ウレタン樹脂(b)の酸価またはウレタン樹脂(b)のジイソシアネート量を調整することで上記範囲を満たすことが可能である。
[NCO]/[OH]が1.00より大きい場合、ウレタン樹脂(b)はNCO末端となり、組成の均一なウレタン樹脂(b)が得られにくい。すなわち、NCO残基を封止するための活性水素化合物を用いる必要があり、ウレタン樹脂(b)のシャープメルト性を低下させる場合がある。さらに原料イソシアネートどうしの多量化反応が生じる場合があり、所望の重量平均分子量(Mw)が得られにくくなる。
一方、[NCO]/[OH]が0.50に満たない場合、ウレタン樹脂(b)のMw調整が行いにくい。
カルボキシル基を含有するジオール成分(以下、カルボキシル基含有ジオールともいう)が、ウレタン樹脂(b)の総量に対して、30質量%より多い場合、上記Vbが50.0mgKOH/gを超える場合がある。
また、カルボキシル基含有ジオール成分が、ウレタン樹脂(b)の総量に対して、3質量%に満たない場合、トナー粒子の帯電量が低くなりやすい。さらに溶解懸濁法でトナーを調製する場合には、コアが露出したり、トナー粒子の粒度分布がブロード化しやすい。結果、現像性、及び耐久安定性が低下する傾向にある。
一方、ジイソシアネート成分が、ウレタン樹脂(b)の総量に対して、10質量%より少ない場合、トナーの耐久安定性が低下しやすい。一方、ジイソシアネート成分が、ウレタン樹脂(b)の総量に対して、30質量%より多い場合、ウレタン樹脂(b)の吸水量が高くなりやすく、トナー粒子の上記吸水量が1.5%を超えやすくなる。
以上、30,000以下であることが好ましい。該Mwは6,000以上、25,000以下であることがより好ましく、6,500以上、24,000以下であることがさらに好ましい。
該ウレタン樹脂(b)のテトラヒドロフラン可溶分の重量平均分子量(Mw)を上記範囲とすることで、ウレタン樹脂(b)におけるカルボン酸含有モノマー、及びスルホン酸基含有モノマー使用量を低減した場合であっても、コアシェル構造のトナー粒子を調製することができる。
該Mwが5,000に満たない場合、トナー粒子の粒度分布がブロード化しやすく、円形度が小さくなりやすい。その結果、トナー粒子の転写性、クリーニング性に影響する場合がある。さらにウレタン樹脂(b)を樹脂微粒子分散剤として用い溶解懸濁法でトナー粒子を調製しようとした場合、トナー粒子を調製できない場合がある。
一方、該Mwが30,000を超えた場合、現像性、帯電性、耐久安定性が低下する場合がある。さらに、低温定着性が阻害される場合がある。
該Mwがこの範囲であることによって、ウレタン樹脂(b)を樹脂微粒子分散剤として用い溶解懸濁法でトナー粒子を調製する場合、トナー粒子の上記吸水量を抑えつつ低温定着性を向上させることができる。
なお、上記Mwは、ジオール成分の平均分子量、ジイソシアネートの平均分子量及び[OH]/[NCO]比を調整することで上記範囲を満たすことが可能である。
上記[Mw/Mn]が10.0を超えた場合、ウレタン樹脂(b)のシャープメルト性が低下し、トナー粒子の低温定着性が低下しやすい。さらにトナー粒子の粒径分布がブロード化、トナー粒子の円形度が小さく、円形度分布がブロード化しやすい。さらにトナー粒子表面の平滑の度合いが低下する場合がある。その結果、トナー粒子の帯電性、転写性が低下する傾向にある。
より好ましい範囲としては、[Mw/Mn]は8.0以下が好ましい。[Mw/Mn]が8.0以下であれば、さらに低温定着性が向上できる。また、耐久安定性が良好となる。後者の理由は定かではないが、コアとシェルとの接着性が良好になるためと考えられる。
上記ウレタン樹脂(b)の[Mw/Mn]を小さくするためには、ウレタン化反応が均一に進む反応条件を選択するのが好ましい。すなわち、ウレタン化反応の原料として、たとえばジイソシアネートとジオールを用いる場合、ジオールの級数を揃える、ジイソシアネートの反応性を揃える、ジオールまたはジイソシアネートにポリマーでなくモノマーを用いる、原料添加の順序を制御することが挙げられる。
本発明においては、試料の測定条件を検討した結果、GPC法の移動相としてテトラヒドロフランに0.01モル/L以上0.10モル/L以下のトリフロオロ酢酸を添加する溶離液を用いることが好ましい。移動相としてテトラヒドロフランにトリフロオロ酢酸を添加した混合液を用いることによって、ウレタン樹脂(b)のカラムへの吸着を防ぐことが可能となる。トリフロオロ酢酸の添加量が0.01モル/Lより小さい場合、ウレタン樹脂(b)のカラムへの吸着が起こりやすい。一方、トリフロオロ酢酸の添加量が0.10モル/Lより大きい場合、得られた分子量分布の再現性が低下する場合がある。
して、モノマージオール、高分子ジオールを挙げることができる。これらは併用して用いることが好ましい。
モノマージオールとしてはたとえば以下のものが挙げられる。
<1> 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、1,6−ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、テトラデカンジオール、ネオペンチルグリコール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオールなどのアルキレングリコール。上記アルキレングリコールのアルキル部分は直鎖状であっても、分岐していてもよい。本発明においては分岐構造のアルキレングリコールも好ましく用いることができる。
<2> ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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エーテルグリコールなどのアルキレンエーテルグリコール。
<3> 1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAの如き脂環式ジオール。
<4> ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSの如きビスフェノール類。
<5> 上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド)付加物。
<6> 上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド)付加物。
<7> ポリε−カプロラクトンジオールの如きポリラクトンジオール、ポリブタジエンジオール。
上述のように、上記モノマージオールに、高分子ジオールを併用してもよい。当該高分子ジオールの重量平均分子量は3,000以下であることが好ましく、より好ましくは2,600以下である。
炭素数2以上18以下のジオールと、炭素数2以上16以下(カルボキシル基の炭素を除く)のジカルボン酸とから得られるポリエステルジオール。炭素数2以上12以下の繰り返し単位を持つポリエーテルジオール。及びこれらの混合物。これらは側鎖を有していてもよい。
炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)6以上20以下の芳香族ジイソシアネート、炭素数2以上18以下の脂肪族ジイソシアネート、炭素数4以上15以下の脂環式ジイソシアネート、炭素数8以上15以下の芳香族炭化水素ジイソシアネートおよびこれらのジイソシアネートの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物)、並びにこれらの2種以上の混合物。
1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、m−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネートおよびp−イソシアナトフェニルスルホニルイソシアネート。
エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチル
カプロエート、ビス(2−イソシアナトエチル)フマレート、ビス(2−イソシアナトエチル)カーボネート、および2−イソシアナトエチル−2,6−ジイソシアナトヘキサノエート。
イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート(水添MDI)、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水添TDI)、ビス(2−イソシアナトエチル)−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボキシレート、2,5−ノルボルナンジイソシアネート、および2,6−ノルボルナンジイソシアネート。
また、光によって黄変しにくいという観点で、非芳香族系のジイソシアネートを用いることが好ましい。
さらに、ウレタン樹脂(b)の調製のしやすさ、所望の粘弾性を有するウレタン樹脂(b)を得やすいという点で、本発明ではIPDIを用いることがより好ましい。
モノアミンはイソシアネート基の封止剤として、ジアミンは鎖延長剤として使用することが好ましい。アミン類の使用量は、ウレタン樹脂(b)の組成において1.0質量%未満であることが好ましい。1.0質量%以上の場合、所望の分子量特性を得にくくなる場合や、シャープメルト性が低下する場合がある。また、架橋が必要な場合、一分子にアミノ基を3つ有するアミン、すなわちトリアミンを用いることもできる。
ジアミノエタン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノヘキサンの如き飽和炭化水素ジアミン、ピペラジン、2,5−ジメチルピペラジン、アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン(イソホロンジアミン、IPDA)、4,4′−ジアミノジシクロヘキシルメタン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、アミノエチルエタノールアミン、ヒドラジン、ヒドラジン水和物。
これらのアミン類はトナー粒子調製時に用いることができるが、帯電性付与、帯電安定性付与の観点よりトナー粒子から除去されることが好ましい。当該理由より、トナー粒子は、トナー粒子調製時に酸洗浄処理を施すことが好ましい。
本発明に用いられる樹脂(a)は、ポリエステルを主成分とする樹脂である。ここで主成分とは、樹脂(a)の総量に対し、ポリエステルが50質量%以上占めることを意味する。
上記ポリエステルを主成分とする樹脂(a)の40℃、95%RH環境下における吸水量が1.0%を超えた場合、上記Vtが所望の値をとるのが困難となりやすい。さらに着色剤の分散性が低下する場合がある。
なお、上記吸水量は、樹脂(a)の分子量、酸価を調整することで上記範囲を満たすこ
とが可能である。
上記炭素数2乃至8の脂肪族アルコールとしては、以下のものがあげられる。
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、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,7−ヘプタンジオール、および1,8−オクタンジオールの如き直鎖系ジオール。
水素化ビスフェノールA、下記化学式(1)で表わされるビスフェノール誘導体および下記化学式(2)で示されるジオール類。
フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸の如き芳香族多価カルボン酸;フマル酸、マレイン酸、アジピン酸、コハク酸、ドデセニルコハク酸、オクテニルコハク酸の如き炭素数1乃至20のアルキル基または炭素数2以上20以下のアルケニル基で置換されたコハク酸の如き脂肪族多価カルボン酸;それらの酸の無水物およびそれらの酸のアルキル(炭素数1乃至8)のエステル。
このなかでもテレフタル酸が好ましい。酸価の調整には公知の方法を用いることが可能であるが、無水トリメリット酸の併用がより好ましい。
カルボン酸成分は、帯電性の観点から、芳香族多価カルボン酸化合物が含有されていることが好ましく、芳香族多価カルボン酸化合物の含有量は、カルボン酸成分中、30モル%以上が好ましく、50乃至100モル%がより好ましい。
本発明において、トナー粒子に用いられる樹脂(a)としては、上記ポリエステル以外に、スチレン−アクリル樹脂、ポリエステルとスチレンアクリルの混合樹脂、エポキシ樹脂等が含有されていても構わない。
すなわち、上記トナー粒子を、ウレタン樹脂(b)を主成分とする樹脂微粒子を分散させた水系媒体中に、少なくとも、ポリエステルを主成分とする樹脂(a)、着色剤およびワックス(トナー母粒子(A)組成物)を有機媒体中に溶解又は分散させて得られた溶解物又は分散物(油相)を分散させ、得られた分散液から溶媒を除去し乾燥することによって製造する方法である。ここで、上述のように、上記樹脂微粒子は、ウレタン樹脂(b)を主成分とする樹脂微粒子であることが好ましい。
上記方法においては、上記樹脂微粒子がトナー母粒子(A)組成物の液状物(液状トナー組成物)を水系媒体中に懸濁させる際の分散剤としても機能しており、該方法で調製することにより、トナー母粒子表面への凝集工程などを必要とせず、より簡便な手法で本発明に用いられるコアシェル構造のトナー粒子を調製することができる。
<1> 樹脂(a)、着色剤、及びワックス、その他必要に応じて用いられるトナー組成物を溶融混練後、粉砕、必要に応じて球形化、分級工程を加えたいわゆる粉砕法。
<2> 水性媒体中で目的とするトナー粒径より小さな微粒子を水溶性塩やpH、温度、攪拌速度などのコントロールにより所望の粒径に凝集させ、その後融着・熟成することによるいわゆる乳化凝集法。
<3> 樹脂(a)、着色剤、及びワックス、その他必要なトナー組成物を有機溶媒中に溶解・分散した組成物(油相)を水性媒体中にてトナー粒径に懸濁させ、その後有機溶媒を除去することによって得られる溶解懸濁法。
<1> 水系媒体中に、トナー母粒子(A)および表面層(B)を形成する物質を微粒子状に分散させ、その後該トナー母粒子(A)表面に表面層(B)を形成する微粒子を凝集、吸着させるいわゆる湿式外添方法。
<2> トナー母粒子(A)と表面層(B)を形成する物質の紛体状のものを乾式で攪拌することにより、トナー母粒子(A)表面に機械的に表面層(B)を固着するいわゆる乾
式外添方法。
本発明においては、上記コアシェル構造のトナー粒子を一段階で調製できる簡便な方法であり、かつ高画質の観点から球形で小粒径かつ粒度分布がシャープであるトナーを簡便に得る方法を用いることが好ましい。該方法として、トナー母粒子(A)を「溶解懸濁法」によって調製し、ウレタン樹脂(b)を主成分とする樹脂微粒子を分散剤として用いることにより表面層(B)を形成する方法が好ましく例示できる。
上記溶解懸濁法において、樹脂等を溶解させる(油相に用いる)有機媒体として使用できる溶剤としては、以下のものが挙げられる。
塩化メチレン、クロロホルム、ジクロルエタンの如きハロゲン化炭化水素系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピルの如きエステル系溶剤;ジエチルエーテル如きエーテル系溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサンの如きケトン系溶剤。
本発明においては、ポリエステルを溶解させ、水に溶解する有機溶剤を用いるのがより好ましい。本発明では、酢酸エチル、アセトン、メチルエチルケトンを用いるのが特に好ましい。
アルコール(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコール)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブ)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン)。
主な界面活性剤としては、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、及び非イオン界面活性剤があげられ、トナー粒子形成の際の極性に合わせる形で任意に選択可能であり、以下のものが挙げられる。
アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルの如きアニオン界面活性剤;アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂
肪酸誘導体、イミダゾリンの如きアミン塩型、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩の如き四級アンモニウム塩型のカチオン界面活性剤;脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤;アラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシン、N−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタインの如き両性界面活性剤。
アクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸または無水マレイン酸の如き酸類;アクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドの如き水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体;ビニルアルコール;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルの如きビニルアルコールとのエ一テル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルの如きビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類;アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド或いはこれらのメチロール化合物;アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドの如き酸クロライド類;ピニルビリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンの如き窒素原子又は複素環を有するもののホモポリマー又は共重合体;ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルの如きポリオキシエチレン系;メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロースの如きセルロース類。
分散剤を使用した場合には、該分散剤がトナー粒子表面に残存したままとすることもできるが、溶解洗浄除去する方が帯電安定性を向上させるために好ましい。
本発明において、上記分散安定剤を使用するのは次の理由による。即ち、トナー母粒子(A)の主成分である樹脂(a)が溶解した有機媒体は高粘度のものである。そこで、高剪断力で有機媒体を微細に分散して形成された油滴の周囲を分散安定剤が囲み、油滴同士が再凝集するのを防ぎ、安定化させる為である。
分散安定剤としては、無機分散安定剤、及び有機分散安定剤が使用でき、無機分散安定剤の場合は、分散後に粒子表面上に付着した状態でトナー粒子が造粒されるので溶媒と親和性がない塩酸の如き酸類によって除去ができるものが好ましい。例えば、炭酸カルシウ
ム、塩化カルシウム、炭化水素ナトリウム、炭化水素カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ヒドロキシアパタイト、三リン酸カルシウムが使用できる。
回転羽根を有する攪拌装置としては、特に制約はなく、乳化機、分散機として汎用のものであれば使用可能である。
例えば、以下のものが挙げられる。ウルトラタラックス(IKA社製)、ポリトロン(キネマティカ社製)、TKオートホモミキサー(特殊機化工業(株)製)、エバラマイルダー(荏原製作所(株)製)、TKホモミックラインフロー(特殊機化工業(株)製)、コロイドミル(神鋼パンテック社製)、スラッシャー、トリゴナル湿式微粉砕機(三井三池化工機(株)製)、キャビトロン(ユーロテック社製)、ファインフローミル(太平洋機工(株)製)の如き連続式乳化機、クレアミックス(エムテクニック社製)、フィルミックス(特殊機化工業(株)製)の如きバッチ式、もしくは連続両用乳化機。
分散時間としてはバッチ方式の場合は、通常0.1分以上5分以下である。分散時の温度としては、油相に用いる有機溶媒の沸点を超えない範囲で、温度10℃以上150℃以下(加圧下)、好ましくは温度10℃以上100℃以下である。
上記トナー粒子の粒度分布が広く、その粒度分布を保って洗浄、乾燥処理が行われた場合、所望の粒度分布に分級して粒度分布を整えることができる。
用いた分散剤は得られたトナー粒子からできるだけ取り除くことが好ましいが、より好ましくは分級操作と同時に行うのが好ましい。
得られた乾燥後のトナー粒子の粉体は、離型剤微粒子、帯電制御性微粒子、流動化剤微粒子、着色剤微粒子等の異種粒子と混合し、混合粉体に機械的衝撃力を与えることによって表面で固着化、融合化させ、得られる複合体粒子の表面からの異種粒子の脱離を防止する方法を用いることも可能である。
該製造方法においては有機溶媒を除去した後、更に加熱工程を設けることも可能である。加熱工程を設けることで、トナー粒子表面が平滑化され、球形化度を調節することができる。加熱工程はトナー粒子を酸洗浄した後に行うのが好ましい。
pH調整のための酸は公知の有機酸、無機酸を用いることができる。具体的には、塩酸、リン酸を用いることがより好ましい。
表面層(B)を、上記ウレタン樹脂(b)を主成分とする樹脂微粒子によって形成させることにより、粒度分布、及び円形度がシャープで、形状の揃ったトナー粒子を調製しやすくなる。さらに、表面層(B)を、上記ウレタン樹脂(b)を主成分とする樹脂微粒子によって形成させることよって、トナー粒径をコントロールしやすくなる。
上記ウレタン樹脂(b)を、ジオール成分とジイソシアネート成分との反応物を含有する樹脂微粒子によって、水系にて調製する場合には、該ジオール成分とジイソシアネート成分との反応物の側鎖にカルボキシル基あるいはスルホン酸基の構造があることも好ましい形態である。
ここで、樹脂微粒子を分散剤として用いるためには、樹脂微粒子自体の水系媒体における分散性(自己乳化性)も、トナー粒子の調製において重要なパラメータとなる。
このジオール成分とジイソシアネート成分との反応物を含有する樹脂微粒子の分散性について検討した結果、側鎖にカルボン酸塩を存在させることで、ジオール成分とジイソシアネート成分との反応物の水系での分散性が飛躍的に向上し、トナーの造粒性が向上することを発見した。
上記ウレタン樹脂(b)をジオール成分とジイソシアネート成分との反応物を含有する樹脂微粒子によって形成させる場合において、該樹脂微粒子を水系媒体中に分散させて分散剤として用いるのが好ましいが、この場合樹脂微粒子の水系媒体中での分散性も重要である。
上述した側鎖にカルボキシル基を含有するジオール成分として例えば、以下のものが挙げられる。
ジメチロール酢酸、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ジメチロール酪酸、ジメチロールペンタン酸の如きジヒドロキシルカルボン酸類およびその塩。
なお、カルボキシル基を含有するジオール成分とスルホン酸基を含有するジオール成分では、カルボキシル基を含有するジオール成分の方が、汎用性が高いため、カルボキシル基を含有するジオール成分を主として用いることが好ましい。
上記カルボキシル基を含有するジオール成分及び/又はスルホン酸基を含有するジオール成分は、ジオール成分とジイソシアネート成分との反応物を形成するモノマーのうち、10モル%以上30モル%以下、より好ましくは10モル%以上20モル%以下含まれていることが好ましい。
上記カルボキシル基を含有するジオール成分及び/又はスルホン酸基を含有するジオール成分が、10モル%より少ない場合には、樹脂微粒子の分散性が低下することで、トナー粒子の造粒性が損なわれる場合がある。また30モル%より多い場合には、ジオール成分とジイソシアネート成分との反応物が水系媒体中に溶解しやすくなり、分散剤として十分な機能を果たせなくなる場合がある。
またジオール成分とジイソシアネート成分との反応物の側鎖にカルボキシル基という極性の基が存在することにより、酢酸エチルへの溶解性を下げる効果もある。カルボキシル基を含有するジオール成分が10モル%より少ない場合には、ジオール成分とジイソシアネート成分との反応物の分子量や組成によっては酢酸エチルへ溶解する可能性がある。
上記数平均粒径が30nmより小さい場合、コアシェル構造のトナー粒子を調製しにくくなる場合があり、当該トナー粒子を高速高生産性の装置で用いた場合には、耐久安定性が低下する場合がある。
一方、上記樹脂微粒子の粒径が300nmより大きい場合、低温定着性が低下する場合がある。樹脂微粒子の粒径を調整する手段としては、カルボキシル基の中和率を変えることで調整することが好ましく、カルボキシル基の中和率は50%以上が好ましい。
この時、上述したように公知の界面活性剤や分散剤を用いることもできるし、樹脂微粒子を構成する樹脂に自己乳化性を持たせることもできる。
キシレン、ヘキサンの如き炭化水素系溶剤、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロルエタンの如きハロゲン化炭化水素系溶剤、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピルの如きエステル系溶剤、ジエチルエーテルの如きエーテル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサンの如きケトン系溶剤、メタノール、エタノール、ブタノールの如きアルコール系溶媒。
すなわち、本発明においてはイソシアネート基を有するプレポリマーと必要に応じてその他に必要な成分を、上記の溶媒のうちアセトンやアルコールといった水への溶解度が高い溶媒中に溶解あるいは分散する。次いで、これを水に投入することにより、該イソシアネート基を有するプレポリマー系を急速に分散する。該分散液に、上記活性水素基を持つ化合物を投入して、所望の物性を持ったジオール成分とジイソシアネート成分との反応物を調製する方法を好適に用いることができる。
本発明においてトナー粒子は、オイルレス定着、定着部材との離型性向上、高温オフセット防止を目的としてワックスを含有する。特に、トナー母粒子(A)中に含有することが好ましい態様である。
該ワックスはエステルワックスであることが好ましい。エステルワックスを用いることにより、溶解懸濁法で調製する場合には、トナー粒子の造粒性が向上し、粒度分布、及び円形度分布がシャープで、形状が均一なトナー粒子を調製することが可能である。また、理由は定かではないが、優れた帯電安定性を発揮できる。さらに所望の平均円形度に調製しやすい。さらに、ワックスの露出を防ぐことができ、流動性の良好なトナーが得られる。
エステルワックスを用いた場合に上記効果を奏する理由は定かではないが、本発明において樹脂(a)にポリエステルを用いるため、樹脂(a)となじみやすいワックスであるためと考えられる。
エステルワックス:カルナウバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオール−ビス−ステアレートの如きポリアルカン酸エステル;トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートの如きポリアルカノールエステル;エチレンジアミンジベヘニルアミドの如きポリアルカン酸アミド;トリメリット酸トリステアリルアミドの如きポリアルキルアミド;及びジステアリルケトンの如きジアルキルケトン。さらに、炭化水素ワックスを単独で、またはエステルワックスと併用して用いることもできる。当該炭化水素ワックスとしては、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスの如きポリオレフィンワックス;パラフィンワックス、サゾールワックスの如き長鎖炭化水素;カルボニル基含有ワックスが挙げられる。
<1> 有機溶剤中でワックスを溶融、溶解した後にワックスを溶剤中に析出させ、必要に応じて機械的分散をすることで予めワックスの有機溶剤中での分散液を調製する方法。<2> 少なくとも有機溶剤と樹脂(a)と着色剤とを含む油相中でワックスを溶融・溶解させて造粒し、その後冷却することでトナー粒子中に導入する方法。
<3> ワックス紛体を機械的に粉砕して用いる方法。
本発明のトナー粒子においては、トナー粒子中に、より均一にワックスを分散させる為にワックス分散剤を用いるのも好ましい形態の一つである。ワックス分散剤としては、特に限定されるものではなく、公知の如何なるワックス分散剤を用いることができる。
さらに、油相を水相へ添加する直前に、油相中の凝集したワックスをほぐすことを目的として、油相に対して超音波分散を施すことが好ましい。この際、油相の温度を、ワック
スの融点以下および溶剤の沸点以下に保つことが好ましい。
また、同時に油相中の凝集した着色剤をほぐすことが好ましい。このようにしてワックスおよび、着色剤の分散に優れたトナー粒子を調製することができる。超音波を与える装置としては公知のものが使用できる。
イエロー色に好適な着色剤としては、顔料或いは染料を用いることができる。
具体的には、顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、15、17、23、62、65、73、74、81、83、93、94、95、97、98、109、110、111、117、120、127、128、129、137、138、139、147、151、154、155、167、168、173、174、176、180、181、183、191;C.I.バットイエロー1、3、20。
染料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ソルベントイエロー19、44、77、79、81、82、93、98、103、104、112、162。これらは単独或いは2種類以上を併用して用いることが可能である。
具体的には、顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、39、40、41、48、48:2、48:3、48:4、49、50、51、52、53、54、55、57、57;1、58、60、63、64、68、81、81:1、83、87、88、89、90、112、114、122、123、144、146、150、163、166、169、177、184、185、202、206、207、209、220、221、238、254;C.I.ピグメントバイオレット19;C.I.バットレッド1、2、10、13、15、23、29、35。
染料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ソルベントレッド1、3、8、23、24、25、27、30、49、52、58、63、81、82、83、84、100、109、111、121、122;C.I.ディスパースレッド9;C.I.ソルベントバイオレット8,13,14,21,27;C.I.ディスパースバイオレット1の如き油溶染料;C.I.ベーシックレッド1,2,9,12,13,14,15,17,18,22,23,24,27,29,32,34,35,36,37,38,39,40;C.I.ベーシックバイオレット1、3、7、10、14、15、21、25、26、27、28の如き塩基性染料。これらは単独或いは2種類以上を併用して用いることが可能である。
具体的には、顔料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、16、17、60、62、66;C.I.バットブルー6;C.I.アシッドブルー45。
染料としては、以下のものが挙げられる。C.I.ソルベントブルー25、36、60、70、93、95。これらは単独或いは2種類以上を併用して用いることが可能である。
御剤は、例えば、トナー母粒子(A)に含有してもよいが、表面層(B)に添加することが好ましい。
本発明に用いることのできる帯電制御剤としては、公知のものが使用でき、以下のものが挙げられる。
ネガ系荷電制御剤として以下が挙げられる。サリチル酸、アルキルサリチル酸、ジアルキルサリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸の如き芳香族カルボン酸の金属化合物、アゾ染料或いはアゾ顔料の金属塩または金属錯体、アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸の如きスルホン酸又はカルボキシル基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。一方、ポジ系荷電制御剤としては以下が挙げられる。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、ニグロシン系化合物、イミダゾール化合物。
当該無機微粒子は吸水しないことが好ましい。無機微粒子の吸水量を下げるために、表面処理を行って、疎水性を上げることが好ましい。該表面処理を行うための好ましい表面処理剤として、以下のものが挙げられる。
シランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイル。
上記無機微粒子の使用割合は、トナー粒子に対し0.01乃至5質量%であることが好ましく、0.01質量%以上2.0質量%未満であることがより好ましい。これら無機微粒子は単独、もしくは複数種を併用し用いることができる。
無機微粒子の具体例としては以下のものが挙げられる。シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素。
上記ポリマー微粒子は比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.01以上1μm以下のものが好ましい。
磁性キャリアとしては、平均粒子径20μm以上70μm未満のフェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアの如き従来から公知のものが使用できる。
D4が3.0μm未満の場合、特に長時間の使用後などにおいてトナーがチャージアップし、画像の濃度が低下しやすい。また、D4が8.0μm以上の場合、細線再現性に劣る場合がある。
該D4を調整する手段としては、溶解懸濁法にてトナーを調製する場合、樹脂(a)を中和するために用いる塩基の添加量で調整することが好ましい。該塩基はアミン類を用いることが好ましく、3級アミンを用いることがより好ましい。さらにウレタン樹脂(b)の使用量と併せてD4を調整することが好ましい。
<トナー粒子のTg(0.5)の測定方法>
本発明において、トナー粒子のTg(0.5)の測定は、示差走査熱量計(DSC)[TA Instruments社製 DSC Q1000]を用いて以下の条件で行った。
(測定条件)
・ モジュレーションモード
・ 昇温速度:0.5℃/分
・ モジュレーション温度振幅:±1.0℃/分
・ 測定開始温度:25℃
・ 測定終了温度:130℃
昇温は1度のみ行い、「Reversing Heat Frow」を縦軸にとることでDSCカーブを得て、図1に示すオンセット値を本発明におけるトナー粒子のTg(0.5)とした。
上記Tg(0.5)の測定において昇温速度を4.0℃/分に設定変更する以外は同様にして測定し、Tg(4.0)を得た。
(サンプル準備)
トナー粒子は乾燥させたものを用いる。樹脂(a)、ウレタン樹脂(b)は中心径10μmに粉砕し、乾燥させたものを用いる。粉砕手段としては公知のものが使用できるが、日本分析工業社製冷凍粉砕機JFC−300を用いることができる。
(吸水量測定)
試料の40℃、95%RH環境下における吸水量は、TAInstruments社製吸着分析器Q5000SAを用いて測定する。測定の概略は、TA社発行の操作説明書「Qシリーズ スタートアップガイド」(改訂B2006年2月発行)に記載されているが、以下の通りである。
Q5000SAのリファレンスチャンバー、サンプルチャンバーにそれぞれ空パンをセットし零点調整を行う。ついで試料をサンプル側パンに投入し、測定開始する。
《測定条件》
・装置:TA Instruments社製 Q5000SA
・パン:Q5000SA用クォーツ蒸着パン957210.903
・ガス:乾燥空気
・サンプル量:1〜2mg
・温湿度プログラム:
step1)40℃、0%RHを30分
step2)40℃、95%RHを60分
step3)40℃、0%RHを30分
(解析)
図2に示すチャートを得て、以下のように解析する。
step2終了時(測定開始から90分)のweight(%)(W2)からstep1終了時(測定開始から30分)のweight(%)(W1)を引いた値を、40℃、95%RH環境下における吸水量(%)として得る。
(1)試薬の準備
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95vol%)90mLに溶かし、イオン交換水を加えて100mLとし、「フェノールフタレイン溶液」を得る。
特級水酸化カリウム7gを5mLの水に溶かし、エチルアルコール(95vol%)を加えて1Lとする。炭酸ガス等に触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて3日間放置後、ろ過して、「水酸化カリウム溶液」を得る。得られた水酸化カリウム溶液は、耐アルカリ性の容器に保管する。標定はJIS K 0070−1996に準じて行う。
(2)滴定
(A)本試験
トナー粒子0.5gを100mlの三角フラスコに精秤し、イオン交換水25mL、和光純薬工業社製界面活性剤「コンタミノンN」の3質量%水溶液を約0.3ml加える。超音波分散器(シャープ製UT−305HS)で1分間分散させる。次いで、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を5滴加え、前記水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。尚、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約10秒間続いたときとする。
(B)空試験 試料を用いない以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、Utを算出する。
Ut=[(B−C)×f×56.1]/W
Ut:トナー粒子水分散液の酸価(mgKOH/g)
B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)
C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)
f:水酸化カリウム溶液のファクター
W:試料(g)
なお、マゼンタトナー粒子における測定の場合、終点で色の変化を観察しにくいため、フェノールフタレインの代わりとして、チモルブルーを用いる。
トナー粒子の比表面積(m2/g)の測定は、ASTM D3037−78におけるBET法に準拠して行う。図3に示すフローに従いトナー粒子にN2とHeの混合ガスを流し、N2を吸着させてその量を熱伝導度セルにより検出し、N2吸着量から計算によってサンプルの比表面積を求める。
(1)試料を105℃で1時間乾燥後0.1乃至1.0g精秤し、U字管514に入れて流路に取り付ける。
(2)流量調節器510及び511によりN2/He混合比を変え所定のP/P0にセットする。
(3)コックを開いて試料層に吸着ガスを導入した後、U字管を液体N2513に浸してN2を吸着させる。
(4)吸着平衡にしたあと液体N2を取り去り約30秒間、空気中にさらしたあと、U字管を室温の水に浸しN2を脱着させる。
(5)脱着曲線をレコーダーに描かせ面積を測定する。
(6)これらの操作に先立ち既知量のN2を導入して作成した検量線を用い、上記の試料について得られた面積から所定のP/P0におけるN2吸着量を求める。
以下、次式を適用することにより比表面積を求める。
P/ν(P0−P)=1/νm/C+(C−1)/νm/C・(P/P0)
P0:測定温度における吸着質の飽和蒸気圧
P:吸着平衡における圧力
ν:吸着平衡における吸着量
C:定数
P/P0とP/ν(P0−P)との関係は直線となり、その勾配と切片からνmを求める。νmが求められれば比表面積Sは次式により計算される。
S=A×νm×N/W ここで
S:比表面積
A:吸着分子の断面積
N:アボガドロ数
W:試料量
(1)試薬の準備 Utの測定方法に準じる。
(2)滴定
(A)本試験
トナー粒子0.5gにテトラヒドロフラン20mLを加え、トナー粒子を溶解させる。ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー社製)で顔料を濾別し、トナー粒子のテトラヒドロフラン溶液1を得る。ついでマイショリディスクに残ったトナー粒子のテトラヒドロフラン溶液をもれなく取るために、マイショリディスクに10mLのテトラヒドロフランを流し、トナー粒子のテトラヒドロフラン溶液2を得る。トナー粒子のテトラヒドロフラン溶液1とトナー粒子のテトラヒドロフラン溶液2とをあわせて、トナー粒子のテトラヒドロフラン溶液とする。
次いで、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を5滴加え、前記水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。尚、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約10秒間続いたときとする。
(B)空試験 試料を用いない以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、Vtを算出する。
Vt=[(B−C)×f×5.61]/W
Vt:トナー粒子のテトラヒドロフラン溶液の酸価(mgKOH/g)
B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)
C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)
f:水酸化カリウム溶液のファクター
W:試料(g)
・ 試薬の準備 Utの測定方法に準じる。
サンプル調製方法を下記に述べる。実施例で得られた樹脂微粒子分散液50mLに、希塩酸を滴下しpH1に調整する。生じた沈殿を分取し、テトラヒドロフラン30mLを加え、沈殿を溶解させる。ついで、イオン交換水200mLを加え、生じた沈殿を分取し、乾燥させ、樹脂を得る。
(2)滴定
(A)本試験
上記樹脂0.5gを100mlの三角フラスコに精秤し、テトラヒドロフラン12.5mLを加え、樹脂を溶解させる。次いで、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を5滴加え、前記水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。尚、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約10秒間続いたときとする。
(B)空試験 試料を用いない以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、Vbを算出する。
Vb=[(B−C)×f×5.61]/W
Vb:ウレタン樹脂(b)のテトラヒドロフラン溶液の酸価(mgKOH/g)
B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)
C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)
f:水酸化カリウム溶液のファクター
W:試料(g)
ウレタン樹脂(b)のテトラヒドロフラン可溶分の重量平均分子量(Mw)はGPCにより、以下のようにして測定する。
まず、ガラス製のバイアル瓶にウレタン樹脂(b)25mgを入れ、テトラヒドロフランを5mL注ぎ、8時間室温で静置して溶解させる。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置 :ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC:Waters社製)検出器 :示差屈折率検出器RI(2414型)(Waters社製)
カラム :TSKGel GMHHR−M、G1000HHR(各1本)(東ソー社製)
溶離液 :0.05Mトリフルオロ酢酸とテトラヒドロフランの混合液
流速 :1.0mL/分
オーブン温度:23±2℃
試料注入量 :0.200mL
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500」、東ソ−社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
イソシアネート基含有率は、試料に過剰のジ−n−ブチルアミン溶液を加えて反応させ、未反応のジ−n−ブチルアミンを塩酸標準溶液で逆滴定する方法で測定することができる。例えばJIS K7301−1995、6.3イソシアネート基含有率に準拠して測定される。
粘弾性測定装置(レオメーター)ARES(Rheometrics Scientific社製)を用いて測定を行う。測定の概略は、Rheometrics Scientific社製発行のARES操作マニュアル902−30004(1997年8月版)、902−00153(1993年7月版)に記載されているが、以下の通りである。
・測定治具:直径7.9mm、セレイテッド型のパラレルプレートを使用
・測定試料:トナー粒子を、加圧成型機を用い直径約8mm、高さ約2mmの円柱状試料を作製する(常温で1分間15kNを維持する)。加圧成型機はNPaシステム社製100kNプレスNT−100Hを用いる。
セレイテッド型のパラレルプレートの温度を80℃に温調し、該円柱状試料を加熱溶融させ鋸歯を食い込ませ、axial forceが30(g重)を超えないように垂直方向に荷重をかけ、セレイテッド型のパラレルプレートに固着させる。このとき試料の直径がパラレルプレートの直径と同じになるよう、スチールベルトを用いてもよい。測定開始温度30.00℃まで1時間かけてセレイテッド型のパラレルプレートおよび該円柱状試料を徐冷する。
・測定周波数 :6.28ラジアン/秒
・測定歪みの設定:初期値を0.1%に設定し、自動測定モードにて測定を行う
・試料の伸長補正:自動測定モードにて調整
・測定温度 :30℃から150℃まで毎分2℃の割合で昇温する
・測定間隔 :30秒おき、すなわち1℃おきに粘弾性データを測定する
Microsoft社製Winows2000上で動作するRSI Orchesrator(制御、データ収集および解析ソフト)(Rheometrics Scientific社製)へ、インターフェースを通じてデータ転送する。
30℃から150℃までの温度におけるG”の最大値をG”(T)とする。トナー粒子の損失弾性率の最大値を示す温度をT(℃)とし、温度(T+5)℃、温度(T+25)℃における前記トナー粒子の損失弾性率G”(T+5)、G”(T+25)をそれぞれ読み取り、両者の比を計算し、G”(T+5)/G”(T+25)とする。
また、[G’130]の値は、上記測定において得られた結果において、130℃における貯蔵弾性率G’[G’130]とする。
水分量計FD240(ケット科学研究所社製)を用いる。約1乃至2gのサンプルを、加熱温度を120℃に設定し、質量変化が1分間観察されなくなるまで溶媒または水を蒸発させることで質量減少を決定し、試料の固形分比を測定する。
マイクロトラック粒度分布測定装置HRA(X−100)(日機装社製)を用いて、0.001μm以上10μm未満のレンジ設定で測定を行い、数平均粒子径(nm)を分散液中の分散粒子の粒子径とした。
[OH]はまず各ジオール成分の質量を分子量で割ってモル数を算出し、その総和を[OH]とする。[NCO]はまず各ジイソシアネート成分の質量を分子量で割ってモル数を算出し、その総和を[NCO]とする。このとき分子量分布を有するジオール成分またはジイソシアネート成分を用いる場合、モル数の計算に使用する分子量としては数平均分子量を用いる。
高温高湿環境における帯電量の保持性能(帯電安定性)を、以下の方法により評価した。
(サンプル準備)
トナーおよび所定のキャリア(日本画像学会標準キャリア:フェライトコアを表面処理した球形キャリアN−01)をふた付きのプラスチックボトルにそれぞれ、1.0g、19.0g入れ、温度30.0℃、相対湿度80%環境に1日放置する。
(帯電量測定)
まず、上記キャリア、上記トナーを蓋付きのプラスチックボトルに入れ、振とう機(YS−LD、(株)ヤヨイ製)で、1秒間に4往復のスピードで1分間振とうし、トナーとキャリアからなる現像剤を帯電させる。次に、図4に示す摩擦帯電量を測定する装置において摩擦帯電量を測定する。図4において、底に500メッシュのスクリーン3のある金属製の測定容器2に、該現像剤0.5g〜1.5gを入れ、金属製のフタ4をする。この時の測定容器2全体の質量を秤りW1(g)とする。次に吸引機1(測定容器2と接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口7から吸引し風量調節弁6を調整して真空計5の圧力を250mmAqとする。この状態で2分間吸引を行い、トナーを吸引除去する
。この時の電位計9の電位をV(ボルト)とする。ここで、8はコンデンサーであり容量をC(mF)とする。また、吸引後の測定容器全体の質量を秤りW2(g)とする。この試料の摩擦帯電量Q(mC/kg)は下式の如く算出される。
試料の摩擦帯電量Q(mC/g)=C×V/(W1−W2)
振とう直後の試料の摩擦帯電量をQ0(mC/g)、プラスチックボトルのフタを開けてさらに温度30.0℃、相対湿度80%環境に5日放置した後、振とうせずに測定した試料の摩擦帯電量をQ1(mC/g)としたとき、Q1/Q0を帯電安定性の指標とした。
(評価基準)
A:0.90<Q1/Q0、優れた帯電安定性を示す
B:0.60<Q1/Q0≦0.90、良好な帯電安定性を示す
C:0.40<Q1/Q0≦0.60、実用上問題ない帯電安定性を示す
D:Q1/Q0≦0.40、帯電安定性に劣る
高画質の観点から、細線再現性の評価を行った。iR3200(キヤノン製)を用い、線幅3ピクセルの格子模様がA4用紙全面に印刷された画像(印字面積比率4%)を印刷し、5000枚目について細線再現性を評価した。iR3200の出力解像度を600dpiに設定した。3ピクセルの線幅は理論上127μmである。画像の線幅をマイクロスコープVK−8500(キーエンス製)で測定する。無作為に5点選んで線幅を測定し、最小値と最大値を除いた3点の平均値をd(μm)としたとき、細線再現性指数として下記のLを定義する。
L(μm)=|127−d|
Lは理論上の線幅127μmと、出力された画像上の線幅dとの差を定義したものである。dは127より大きくなる場合と、小さくなる場合とがあるため、差の絶対値として定義している。Lが小さいほど優れた細線再現性を示す。
(評価基準)
A:Lが0μm以上5μm未満。優れた細線再現性。
B:Lが5μm以上15μm未満。軽微な細線の幅の変動が見られるが、良好な細線再現性。
C:Lが15μm以上30μm未満。細線の細りや飛び散りが目立つが、実用上問題ない細線再現性。
D:Lが30μm以上。所々で細線の断裂、あるいは太りが見られ、細線再現性に劣る。
耐久安定性の評価は、プロセススピードを320mm/secに改造したiR3200(キヤノン製)を用い、線幅2ピクセルの格子模様がA4用紙全面に印刷された画像(印字面積比率4%)を5万枚まで印刷し、画像上に汚れが発生した時点の枚数で判断した。(評価基準)
A:5万枚印刷した時点で汚れが発生せず、優れた耐久性を示す
B:4万枚印刷した時点で汚れが発生し、良好な耐久性を示す
C:2万枚印刷した時点で汚れが発生するが、実用上問題ない耐久性を示す
D:5千枚印刷した時点で汚れが発生し、耐久性に劣る
本発明における耐熱保存性の評価方法について以下に述べる。3gのトナーを100mLのポリカップに入れ、50℃(±0.5℃以内)の恒温槽で3日間放置した後、目視および指の腹で触って評価した。
(評価基準)
A:変化がみられず、優れた耐熱保存性を示す。
B:流動性が若干低下するものの、良好な耐熱保存性を示す。
C:凝集物が発生するが容易に解砕でき、実用上問題ない耐熱保存性を示す。
D:凝集物をつまむことができ、容易には崩れない。耐熱保存性に劣る。
CLC5000(キヤノン社製)の定着ユニットを手動で定着温度、通紙速度が設定できるように改造した状態で定着試験を行った。定着温度は、定着ローラ表面の温度を非接触温度計temperature hitester 3445(日置電機製)で測定した。通紙速度は定着ローラ径とデジタルタコメータHT−5100(小野測器製)による回転速度から計算した。
定着開始温度の評価用画像は、iR3200(キヤノン社製)で、単色モードで常温常湿度環境下(23℃/60%)において、A4用紙(TKCLA4、81.4g/m2、キヤノン製)を用いて、紙上のトナー載り量を0.6mg/cm2になるよう現像コントラストを調整し、先端余白10mm、幅200mm、長さ30mmの「ベタ未定着画像A」を作製し、用いた。
常温常湿度環境下(23℃/60%)において、通紙速度を280mm/secに設定し、定着温度を90℃から順に5℃刻みで上記未定着画像を定着器に通し、180℃まで定着を行った。定着画像の後端から5cmの部分について、4.9KPaの荷重をかけつつ柔和な薄紙(例えば、商品名「ダスパー」、小津産業社製)により5往復摺擦し、摺擦前と摺擦後の画像濃度をそれぞれ測定して、下式により画像濃度の低下率ΔD(%)を算出した。尚、画像濃度はカラー反射濃度計(Color reflection densitometer X−Rite 404A:製造元 X−Rite社製)で測定した。
このΔD(%)が1%未満のときの温度を定着開始温度とした。
ΔD(%)=(摺擦前の画像濃度−摺擦後の画像濃度)×100/摺擦前の画像濃度
(評価基準)
A: 定着開始温度が100℃以下、優れた定着性
B: 定着開始温度が105℃乃至120℃、良好な定着性
C: 定着開始温度が125℃乃至140℃、実用上問題のない定着性
D: 定着開始温度が145℃以上、定着性に劣る
定着開始温度とは別の観点で低温定着性を評価した。低温での紙への密着のしやすさを以下の方法で評価した。前記定着開始温度の評価方法と同様にしてベタ未定着画像Aを作製し、同様にして定着画像を得た。ついで、定着画像を十字に折り曲げ、4.9KPaの荷重をかけつつ柔和な薄紙(例えば、商品名「ダスパー」、小津産業社製)により5往復摺擦した。図5に示すような十字の部分においてトナーが剥離し、紙の地肌が見えるサンプルを得る。ついで、800ピクセル/インチの解像度で512ピクセル四方の領域をCCDカメラで十字の部分を撮影した。閾値を60%に設定し画像を二値化し、トナーが剥離した部分は白部であり、白部の面積率を剥離率と定義した。白部の面積率が小さいほど、トナーは剥離しにくいことを表す。
この剥離率を定着温度ごとに測定し、横軸に定着温度、縦軸に剥離率をプロットし、滑らかに結んだ後、剥離率が10%のラインと交わる温度を剥離温度とした。
(評価基準)
A:剥離温度が110℃以下、優れた低温定着性
B:剥離温度が115℃乃至130℃、良好な低温定着性
C:剥離温度が135℃乃至155℃、実用上問題のない低温定着性
D:剥離温度が160℃以上、低温定着性に劣る
上記定着開始温度の評価において得られた定着画像について、高温オフセット(定着画像が紙から定着ローラへ付着し、定着ローラが一回転して紙へ再付着する現象)が発生したかどうか評価した。
非画像部の画像濃度がベタ画像濃度の0.03倍以上の濃度を示した場合、オフセット発生とした。尚、画像濃度は、反射濃度計(500 Series Spectrodensitemeter;X−Rite社製)を用いて評価した。
(評価基準)
A:高温オフセットは発生せず、優れた耐オフセット性
B:180℃で高温オフセットが発生したが、良好な耐オフセット性
C:175℃、又は170℃で高温オフセットが発生したが、実用上問題のない耐オフセット性
D:165℃以下で高温オフセットが発生し、耐オフセット性に劣る
冷却管、窒素導入管および攪拌機のついた反応容器中に、下記を投入した。
・プロピレングリコール 799質量部
・テレフタル酸ジメチルエステル 815質量部
・アジピン酸 263質量部
・テトラブトキシチタネート(縮合触媒) 3質量部
180℃で窒素気流下、生成するメタノールを留去しながら8時間反応させた。ついで230℃まで徐々に昇温させながら、窒素気流下に、生成するプロピレングリコール、水を留去しながら4時間反応させ、さらに20mmHgの減圧下にて1時間反応させた。ついで180℃まで冷却し、無水トリメリット酸173質量部(0.9モル)を加え、常圧密閉下2時間反応後、220℃常圧で反応させ、軟化点が180℃になった時点で取り出した。取り出した樹脂を室温まで冷却後、粉砕、粒子化し、非線形ポリエステル樹脂である樹脂(a)−1を得た。物性を表1に示す。
冷却管、窒素導入管および攪拌機のついた反応容器中に、下記を投入した。
・1,3−プロパンジオール 860質量部
・テレフタル酸ジメチルエステル 776質量部
・アジピン酸 292質量部
・テトラブトキシチタネート(縮合触媒) 3質量部
180℃で窒素気流下、生成するメタノールを留去しながら8時間反応させた。ついで230℃まで徐々に昇温させながら、窒素気流下に、生成するプロピレングリコール、水を留去しながら4時間反応させ、さらに20mmHgの減圧下にて反応させ、軟化点が90℃になった時点で取り出した。取り出した樹脂を室温まで冷却後、粉砕、粒子化し、線形ポリエステル樹脂である樹脂(a)−2を得た。物性を表1に示す。
ジ−tert−ブチルサリチル酸Zn(10質量部)をアセトン(90質量部)に溶解し、荷電制御溶液を調製した。
<樹脂微粒子分散液1の調製>
攪拌機および温度計を備えた反応装置に、窒素ガスを導入しながら下記を仕込んだ。
・イソフタル酸とビスフェノールAのプロピレンオキサイド3モル付加物とから得られるポリエステル樹脂(数平均分子量1000、水酸基価260mgKOH/g)
73質量部
・2,2−ジメチロールプロピオン酸 5質量部
・イソホロンジイソシアネート 22質量部
・トリエチルアミン(ウレタン化反応の触媒) 0.5質量部
・水を除去したアセトン(溶媒) 100質量部
50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、末端が水酸基のウレタン樹脂溶液を調製した。ウレタン化反応終了時のイソシアネート基含有率は0%であった。40℃に冷却後、2,2−ジメチロールプロパン酸のカルボキシル基を中和するため、トリエチルアミンをすでに添加した分に加えさらに3.2質量部添加、混合し、反応混合物を得た。反応混合物の一部を乾燥させてウレタン樹脂(b)−1を得た。ウレタン樹脂(b)−1の物性を表2に示す。
この反応混合物を、特殊機化工業社製TKホモミクサーで10000rpm攪拌下、水600質量部中に注ぎ乳化させた。固形分比が13質量%となるよう水で希釈してポリエステル含有ウレタンのエマルションである樹脂微粒子分散液1を得た。樹脂微粒子分散液1の物性を表3に示す。
攪拌機および温度計を備えた反応装置に、窒素ガスを導入しながら下記を仕込んだ。
・ビスフェノールAのエチレンオキサイド4モル付加物(水酸基価290mgKOH/g)
66質量部
・2,2−ジメチロールプロピオン酸 1質量部
・イソホロンジイソシアネート 33質量部
・トリエチルアミン(ウレタン化反応の触媒) 0.5質量部
・水を除去したアセトン(溶媒) 100質量部
50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、末端が水酸基のウレタン樹脂溶液を調製した。ウレタン化反応終了時のイソシアネート基含有率は0%であった。40℃に冷却後、2,2−ジメチロールプロパン酸のカルボキシル基を中和するため、トリエチルアミンをすでに添加した分に加えさらに0.2質量部添加、混合し、反応混合物を得た。反応混合物の一部を乾燥させてウレタン樹脂(b)−2を得た。ウレタン樹脂(b)
−2の物性を表2に示す。
この反応混合物を、特殊機化工業社製TKホモミクサーで10000rpm攪拌下、水600質量部中に注ぎ乳化させた。固形分比が13質量%となるよう水希釈してポリエステル含有ウレタンのエマルションである樹脂微粒子分散液2を得た。樹脂微粒子分散液2の物性を表3に示す。
攪拌機および温度計を備えた反応装置に、窒素ガスを導入しながら下記を仕込んだ。
・イソフタル酸とビスフェノールAのプロピレンオキサイド3モル付加物とから得られるポリエステル樹脂(数平均分子量1000、水酸基価260mgKOH/g)
36質量部
・2,2−ジメチロールプロピオン酸 31質量部
・イソホロンジイソシアネート 33質量部
・トリエチルアミン(ウレタン化反応の触媒) 0.5質量部
・水を除去したアセトン(溶媒) 100質量部
50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、末端が水酸基のウレタン樹脂溶液を調製した。ウレタン化反応終了時のイソシアネート基含有率は0%であった。40℃に冷却後、2,2−ジメチロールプロパン酸のカルボキシル基を中和するため、トリエチルアミンをすでに添加した分に加えさらに22.8質量部添加、混合し、反応混合物を得た。反応混合物の一部を乾燥させてウレタン樹脂(b)−3を得た。ウレタン樹脂(b)−3の物性を表2に示す。
この反応混合物を、特殊機化工業社製TKホモミクサーで10000rpm攪拌下、水600質量部中に注ぎ乳化させた。固形分比が13質量%となるよう水希釈してポリエステル含有ウレタンのエマルションである樹脂微粒子分散液3を得た。樹脂微粒子分散液3の物性を表3に示す。
攪拌機および温度計を備えた反応装置に、窒素ガスを導入しながら下記を仕込んだ。
・ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物(水酸基価310mgKOH/g) 45質量部
・2,2−ジメチロールプロピオン酸 7質量部
・3−(2,3−ジヒドロキシプロポキシ)−1−プロパンスルホン酸ナトリウム
4質量部
・イソホロンジイソシアネート 44質量部
・トリエチルアミン(ウレタン化反応の触媒) 0.5質量部
・水を除去したアセトン(溶媒) 100質量部
50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、末端が水酸基のウレタン樹脂溶液を調製した。ウレタン化反応終了時のイソシアネート基含有率は0%であった。40℃に冷却後、2,2−ジメチロールプロパン酸のカルボキシル基を中和するため、トリエチルアミンをすでに添加した分に加えさらに4.8質量部添加、混合し、反応混合物を得た。反応混合物の一部を乾燥させてウレタン樹脂(b)−4を得た。ウレタン樹脂(b)−4の物性を表2に示す。
この反応混合物を、特殊機化工業社製TKホモミクサーで10000rpm攪拌下、水600質量部中に注ぎ乳化させた。固形分比が13質量%となるよう水希釈してポリエステル含有ウレタンのエマルションである樹脂微粒子分散液4を得た。樹脂微粒子分散液4の物性を表3に示す。
攪拌機および温度計を備えた反応装置に、窒素ガスを導入しながら下記を仕込んだ。
・ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物(水酸基価310mgKOH/g
) 68質量部
・2,2−ジメチロールプロピオン酸 3質量部
・イソホロンジイソシアネート 29質量部
・トリエチルアミン(ウレタン化反応の触媒) 0.5質量部
・水を除去したアセトン(溶媒) 100質量部
50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、末端が水酸基のウレタン樹脂溶液を調製した。ウレタン化反応終了時のイソシアネート基含有率は0%であった。40℃に冷却後、2,2−ジメチロールプロパン酸のカルボキシル基を中和するため、トリエチルアミンをすでに添加した分に加えさらに1.7質量部添加、混合し、反応混合物を得た。反応混合物の一部を乾燥させてウレタン樹脂(b)−5を得た。ウレタン樹脂(b)−5の物性を表2に示す。
この反応混合物を、特殊機化工業社製TKホモミクサーで10000rpm攪拌下、水600質量部中に注ぎ乳化させた。固形分比が13質量%となるよう水希釈してポリエステル含有ウレタンのエマルションである樹脂微粒子分散液5を得た。樹脂微粒子分散液5の物性を表3に示す。
攪拌機および温度計を備えた反応装置に、窒素ガスを導入しながら下記を仕込んだ。
・イソフタル酸とビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物とから得られるポリエステル樹脂(数平均分子量2000、水酸基価210mgKOH/g)
79質量部
・2,2−エチロールメチロールプロピオン酸 6質量部
・イソホロンジイソシアネート 15質量部
・トリエチルアミン(ウレタン化反応の触媒) 0.5質量部
・水を除去したアセトン(溶媒) 100質量部
50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、末端が水酸基のウレタン樹脂溶液を調製した。ウレタン化反応終了時のイソシアネート基含有率は0%であった。40℃に冷却後、2,2−ジメチロールプロパン酸のカルボキシル基を中和するため、トリエチルアミンをすでに添加した分に加え4質量部添加、混合し、反応混合物を得た。反応混合物の一部を乾燥させてウレタン樹脂(b)−6を得た。ウレタン樹脂(b)−6の物性を表2に示す。
この反応混合物を、特殊機化工業社製TKホモミクサーで10000rpm攪拌下、水600質量部中に注ぎ乳化させた。固形分比が13質量%となるよう水希釈して、ポリエステル含有ウレタンのエマルションである樹脂微粒子分散液6を得た。樹脂微粒子分散液6の物性を表3に示す。
攪拌機および温度計を備えた反応装置に、窒素ガスを導入しながら下記を仕込んだ。
・イソフタル酸とビスフェノールAのプロピレンオキサイド3モル付加物とから得られるポリエステル樹脂(数平均分子量1000、水酸基価260mgKOH/g)
70質量部
・2,2−ジメチロールプロピオン酸 6質量部
・イソホロンジイソシアネート 24質量部
・トリエチルアミン(ウレタン化反応の触媒) 0.5質量部
・水を除去したアセトン(溶媒) 100質量部
50℃に加熱し、15時間かけてウレタン化反応を行い、末端が水酸基のウレタン樹脂溶液を調製した。ウレタン化反応終了時のイソシアネート基含有率は0%であった。40℃に冷却後、2,2−ジメチロールプロパン酸のカルボキシル基を中和するため、トリエチルアミンをすでに添加した分に加え4質量部添加、混合し、反応混合物を得た。反応混合物の一部を乾燥させてウレタン樹脂(b)−7を得た。ウレタン樹脂(b)−7の物性を
表2に示す。
この反応混合物を、特殊機化工業社製TKホモミクサーで10000rpm攪拌下、水600質量部中に注ぎ乳化させた。固形分比が13質量%となるよう水希釈して、ポリエステル含有ウレタンのエマルションである樹脂微粒子分散液7を得た。樹脂微粒子分散液7の物性を表3に示す。
温度計、撹拌機を備えたオ−トクレ−ブ中に、下記を仕込み180℃で60分間加熱してエステル交換反応を行った。
・テレフタル酸ジメチルエステル 78重量部
・イソフタル酸ジメチルエステル 43重量部
・無水トリメリット酸 4重量部
・プロピレングリコ−ル 98重量部
・テトラブトキシチタネ−ト 0.1重量部
ついで反応系を200℃まで昇温し、系の圧力を12mmHg、60分間反応を続け、カルボン酸を有するポリエステル樹脂である樹脂(b)−8を得た。樹脂(b)−8の物性を表2に示す。
100質量部の樹脂(b)−8を、100質量部のアセトンに溶解させた。特殊機化工業社製TKホモミクサーで10000rpm攪拌下、90℃の水600質量部中に注ぎ乳化させた。固形分比が13質量%となるよう水希釈して、ポリエステル樹脂の樹脂微粒子分散液8を得た。樹脂微粒子分散液8の物性を表3に示す。
温度計、撹拌機を備えたオ−トクレ−ブ中に、下記を仕込み180℃で60分間加熱してエステル交換反応を行った。
・ジメチルテレフタレ−ト 88重量部
・ジメチルイソフタレ−ト 51重量部
・無水トリメリット酸 4重量部
・プロピレングリコ−ル 100重量部
・テトラブトキシチタネ−ト 0.1重量部
ついで反応系を200℃まで昇温し、系の圧力を12mmHg、60分間反応を続け、カルボン酸を有するポリエステル樹脂である樹脂(b)−9を得た。樹脂(b)−9の物性を表2に示す。
100質量部の樹脂(b)−9を、100質量部のアセトンに溶解させた。特殊機化工業社製TKホモミクサーで10000rpm攪拌下、90℃の水600質量部中に注ぎ乳化させた。固形分比が13質量%となるよう水希釈して、ポリエステル樹脂の樹脂微粒子分散液9を得た。樹脂微粒子分散液9の物性を表3に示す。
温度計および攪拌機のついた反応容器に下記を仕込んだ。
・精製1号カルナウバワックス(日本ワックス社製、融点72℃) 40質量部
・酢酸エチル 200質量部
78℃に加熱してワックスを十分溶融させ、1時間かけて30℃まで冷却しワックスを微粒子状に晶析させ、ビーズミルで湿式粉砕した。固形分比が15%となるよう酢酸エチルで希釈し、ワックス分散液1を得た。
温度計および攪拌機のついた反応容器に下記を仕込んだ。
・ステアリン酸ステアリル(融点67℃) 40質量部
・酢酸エチル 200質量部
65℃に加熱してステアリン酸ステアリルを十分溶融させ、1時間かけて30℃まで冷却しステアリン酸ステアリルを微粒子状に晶析させ、ビーズミルで湿式粉砕した。固形分比が15%となるよう酢酸エチルで希釈し、ワックス分散液2を得た。
樹脂(a)−1を溶解しやすくするため、前もって単独で酢酸エチルに溶解し、樹脂溶解液を調製した。
・樹脂(a)−1 400質量部
・酢酸エチル 600質量部
上記材料を密閉可能なガラス容器に入れ、十分に溶解し、樹脂溶解液を得た。
・樹脂(a)−1 35質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 35質量部
・酢酸エチル 140質量部
・直径1mmのガラスビーズ 140質量部
上記材料を密閉可能なガラス容器に入れ、冷風をあてながらペイントシェーカで5時間振とうした後、ナイロンメッシユでガラスビーズを除去した。固形分比が30%となるよう酢酸エチルで希釈し、着色剤分散液1を得た。
着色剤分散液1の調製において、C.I.ピグメントブルー15:3のかわりにC.I.ピグメントレッド122を用いた以外は同様にして、着色剤分散液2を得た。
着色剤分散液1の調製において、C.I.ピグメントブルー15:3のかわりにC.I.ピグメントイエロー74を用いた以外は同様にして、着色剤分散液3を得た。
着色剤分散液1の調製において、C.I.ピグメントブルー15:3のかわりにNIPEX35を用いた以外は同様にして、着色剤分散液4を得た。
・ワックス分散液1 24.0質量部
・着色剤分散液1 12.0質量部
・樹脂溶解液 10.8質量部
・酢酸エチル 8.8質量部
上記を上記順序でガラス瓶に投入し、ディスパー(特殊機化社製)にて3000rpmで1分間攪拌した。ついで、樹脂(a)−2(24.4質量部)を2分間かけて少しずつ投入し、8000rpmで10分間攪拌した。超音波洗浄器(シャープ製UT−305HS)に水を張り、このガラス瓶を出力30%で3分間超音波をかけワックスと着色剤をほぐし、液状トナー組成物1を得た。
表4に示す処方を用い、液状トナー組成物1の調製と同様にして、液状トナー組成物2、3、5乃至7を調製した。
・ワックス分散液2 24.0質量部
・着色剤分散液1 12.0質量部
・樹脂溶解液 23.2質量部
・酢酸エチル 1.3質量部
上記を上記順序でガラス瓶に投入し、ディスパー(特殊機化社製)にて3000rpm
で1分間攪拌した。ついで、樹脂(a)−1(19.5質量部)を2分間かけて少しずつ投入し、8000rpmで10分間攪拌した。超音波洗浄器(シャープ製UT−305HS)に水を張り、このガラス瓶を出力30%で3分間超音波をかけ、液状トナー組成物4を得た。
[トナー粒子1の作製]
[油相の調製]
・液状トナー組成物1 80.0質量部
・トリエチルアミンの10質量%酢酸エチル溶液 1.3質量部
上記をビーカーに投入し、TKホモミクサー(特殊機化社製)にて8000rpmで1分攪拌し、油相を調製した。
[水相の調製]
・カルボキシメチルセルロースナトリウムの1質量%水溶液 36.0質量部
・ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの50%水溶液(エレミノールMON−7、三洋化成工業製) 12.0質量部
・イオン交換水 49.2質量部
・酢酸エチル 9.6質量部
・樹脂微粒子分散液1 16.6質量部
(トナー母粒子(A)100質量部に対して、樹脂微粒子6.0質量部相当の仕込み)
上記をビーカーに投入し、TKホモミクサー(特殊機化社製)にて2000rpmで1分攪拌し、水相を調製した。
[トナー粒子の調製]
ついで、上記水相に102質量部の前記液状トナー組成物1を投入し、TKホモミクサーの回転数を10000rpmまで上げて1分間攪拌を続け、液状トナー組成物1を懸濁させた。
ついで攪拌羽を用い50rpmで30分間攪拌した後、1Lナス型フラスコに移し下記に述べる方法で脱溶剤を行った。脱溶剤方法として25℃の水浴とロータリーエバポレータを用い30rpmで回転させながら、液面に窒素ガスを10L/分の速度で1時間吹きかけることで、トナー粒子水分散液を得た。
上記のトナー粒子水分散液に塩酸をpH1.0となるまで加え、30分間攪拌した後に濾過し、濾別とイオン交換水への再分散の操作をスラリーの電導度が100μSとなるまで繰り返した。このようにしてスラリー中に残存した界面活性剤の除去、トリエチルアミンの中和除去を行い、トナー粒子のろ過ケーキを得た。上記ろ過ケーキを減圧乾燥機にて常温で3日間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、トナー粒子1を得た。トナー粒子
1の物性を表6に示す。
次に、上記トナー粒子1 40質量部に対し、個数平均粒径20nmの疎水性シリカ(シリカ微粒子100質量部当りヘキサメチルジシラザン20質量部で疎水化処理したもの)0.40質量部と、個数平均粒径120nmの単分散シリカ(ゾルゲル法により製造されたシリカ微粒子)0.60質量部をミルサーIFM−600DG(岩谷産業社製)にて混合攪拌(10秒攪拌、1分休みを1サイクルとし、4サイクル実施)し、トナー1を得た。
以下に、トナー1の電子写真性能の評価結果について述べる。トナー1(8質量部)とシリコーン被覆された平均粒径35μmのフェライトキャリア(92質量部)からなる現像剤を調製した。この現像剤について、上記電子写真性能に係る各種評価を行った。結果を表7に示す。
トナー1の評価結果を下記に述べる。帯電安定性の指標であるQ1/Q0が0.94を示し、優れた帯電安定性を発揮した。細線再現性の指標であるLが4μmであり、優れた細線再現性を示した。耐久安定性の評価において、5万枚印刷した時点で汚れが発生せず、優れた耐久安定性を示した。耐熱保存性はA評価を示した。定着開始温度は95℃となり、優れた低温定着性を発揮した。もうひとつの低温定着性の指標である剥離温度の評価においては、剥離温度が110℃を示し、優れた紙への密着性を発揮した。一方、耐オフセット性は、定着開始温度(95℃)から180℃の温度範囲において、オフセットは発生せず優れた耐オフセット性を示した。
実施例1において、用いた材料を表5に示す如く変更した以外は同様にして、トナー粒子2を調製した。ついで実施例1と同様に外添処理を行い、トナー2を得た。トナー粒子2の物性を表6、トナー2の電子写真性能評価結果を表7に示す。
実施例1において、用いた材料を表5に示す如く変更した以外は同様にして、トナー粒子3乃至10、及び、トナー粒子21乃至25を調製した。
ついで実施例1と同様に外添処理を行い、トナー3乃至10、及び、トナー21乃至2
5を得た。トナー粒子の物性を表6、トナーの電子写真性能評価結果を表7にそれぞれ示す。
実施例1において、用いた材料を表5に示す如く変更した以外は同様にして、トナー粒子11乃至20を調製した。
ついで実施例1と同様に外添処理を行い、トナー11乃至20を得た。トナー粒子の物性を表6、トナーの電子写真性能評価結果を表7にそれぞれ示す。
2 金属製の測定容器
3 500メッシュのスクリーン
4 金属製のフタ
5 真空計
6 風量調節弁
7 吸引口
8 コンデンサー
9 電位計
Claims (12)
- ポリエステルを主成分とする樹脂(a)、着色剤およびワックスを少なくとも含有するトナー粒子を含有する非磁性のトナーであって、
前記トナー粒子は、前記トナー粒子の示差走査熱量計(DSC)による測定において、昇温速度が0.5℃/minで測定されたガラス転移温度(℃)をTg(0.5)とし、昇温速度が4.0℃/minで測定されたガラス転移温度(℃)をTg(4.0)としたとき、40.0≦Tg(0.5)≦60.0、及び、2.0≦Tg(4.0)−Tg(0.5)≦10.0、の関係を満足し、
前記トナー粒子は、40℃、95%RH環境下における吸水量が1.5%以下であり、
前記トナー粒子を水に分散して得た分散物を滴定法により測定して得たトナー粒子の酸価をUt(mgKOH/g)としたとき、前記Utが0.2mgKOH/g以上、1.0mgKOH/g以下であり、
前記トナー粒子の比表面積をSt(m2/g)としたとき、前記Stが0.60m2/g以上、2.00m2/gであり、前記Ut及びStが、0.20mgKOH/m2≦(Ut/St)≦1.50mgKOH/m2の関係を満足することを特徴とするトナー。 - 前記トナー粒子は、ポリエステルを主成分とする樹脂(a)、着色剤およびワックスを少なくとも含有するトナー母粒子(A)の表面に、ウレタン樹脂(b)を主成分とする表面層(B)を有するコアシェル構造のトナー粒子であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
- 前記トナー粒子をテトラヒドロフランに溶解して得た溶解物を滴定法により測定して得たトナー粒子の酸価をVt(mgKOH/g)としたとき、前記Vtが2.0mgKOH/g以上、10.0mgKOH/g以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー。
- 前記ウレタン樹脂(b)をテトラヒドロフランに溶解して得た溶解物を滴定法により測定して得たウレタン樹脂(b)の酸価をVb(mgKOH/g)としたとき、前記Vbが10.0mgKOH/g以上、50.0mgKOH/g以下であることを特徴とする請求項2に記載のトナー。
- 前記トナー粒子をテトラヒドロフランに溶解して得た溶解物を滴定法により測定して得たトナー粒子の酸価をVt(mgKOH/g)とし、前記ウレタン樹脂(b)をテトラヒドロフランに溶解して得た溶解物を滴定法により測定して得たウレタン樹脂(b)の酸価をVb(mgKOH/g)としたとき、前記Vb及びVtが、2.0≦(Vb/Vt)≦10.0、の関係を満足することを特徴とする請求項2又は4に記載のトナー。
- 前記ウレタン樹脂(b)の40℃、95%RH環境下における吸水量が1.5%以下であることを特徴とする請求項2、4及び5のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記ウレタン樹脂(b)は、少なくともジオール成分とジイソシアネート成分との反応物を含む樹脂であり、ジオール成分の全モル数を[OH]とし、前記ジイソシアネート成分の全モル数を[NCO]としたとき、前記[OH]及び[NCO]が、0.50≦[NCO]/[OH]≦1.00、の関係を満足し、
前記ウレタン樹脂(b)は、カルボキシル基を含有するジオールを3質量%以上、30質量%以下と、ジイソシアネートを10質量%以上、30質量%以下とを少なくとも用いて重合された樹脂であることを特徴とする請求項2、及び4乃至6のいずれか1項に記載のトナー。 - 前記ウレタン樹脂(b)は、テトラヒドロフラン可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定された分子量分布において、重量平均分子量(Mw)が5,000以上、30,000以下であることを特徴とする請求項2、及び4乃至7のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記ポリエステルを主成分とする樹脂(a)は、40℃、95%RH環境下における吸水量が1.0%以下であることを特徴とする請求項1乃至8いずれか記載のトナー。
- 前記トナー粒子の粘弾性測定装置により測定された損失弾性率の最大値を示す温度をT(℃)とし、前記Tより5℃高い温度(T+5)℃、及び、前記Tより25℃高い温度(T+25)℃における前記トナー粒子の損失弾性率をそれぞれG”(T+5)、及びG”(T+25)としたとき、前記G”(T+5)及びG”(T+25)が、40<G”(T+5)/G”(T+25)、の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至9いずれか1項に記載のトナー。
- 前記トナー粒子は、前記トナー母粒子(A)100質量部に対する表面層(B)の割合が、2.0質量部以上、15.0質量部以下であることを特徴とする請求項2に記載のトナー。
- 前記トナー粒子は、前記ウレタン樹脂(b)を主成分とする樹脂微粒子を分散させた水系媒体中に、少なくとも、前記ポリエステルを主成分とする樹脂(a)、前記着色剤および前記ワックスを有機媒体中に溶解又は分散させて得られた溶解物又は分散物を分散させ、得られた分散液から溶媒を除去し乾燥することによって得られるトナー粒子であることを特徴する請求項1乃至11いずれか1項に記載のトナー。
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