JP2011013570A - 静電荷像現像用トナー - Google Patents

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Junichi Awamura
順一 粟村
Naoto Shimoda
直人 霜田
Yuji Yamashita
裕士 山下
Tsutomu Sugimoto
強 杉本
Masana Shiba
正名 斯波
Satoru Ogawa
哲 小川
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Abstract

【課題】安定した低温定着性及び耐高温オフセット性を有するトナー及び該トナーを有する現像剤を提供すること。
【解決手段】少なくとも2種類のトナーバインダー樹脂A、及びB、活性水素基を有する化合物、該活性水素基含有化合物と反応可能な変性ポリエステル系プレポリマーCを含むトナー組成物を有機溶媒中に溶解又は分散させて溶解物又は分散物とし、該溶解物又は分散物の有機溶媒液を、樹脂微粒子を含む水系媒体中に分散させると共に、前記活性水素基含有化合物と前記プレポリマーCを反応させ、得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたトナーであって、前記バインダー樹脂Bの重量平均分子量が前記バインダー樹脂Aの重量平均分子量より大きく、該バインダー樹脂A、Bと変性ポリエステル系プレポリマーCの重量比の関係が(A+B)/C=85/15〜99/1でかつ、A/B=30/70〜85/15であることを特徴とするトナー。
【選択図】なし

Description

本発明は、トナーの製造方法、トナー及び現像剤に関する。
近年、市場においては、出力画像の高品質化のためのトナーの小粒径化や、省エネルギーのためのトナーの低温定着性の向上が要求されている。
従来の混練粉砕法により得られるトナーは、小粒径化が困難であり、その形状は不定形であり、その粒径分布はブロードであり、そして定着エネルギーが高い等の様々な問題点があった。
特に、定着については、混練粉砕法で作製されたトナーは、粉砕が離型剤(ワックス)の界面で割れるために、ワックスがトナー表面に多く存在する。
そのため、離型効果が出る一方で、キャリア、感光体及びブレードへのトナーの付着が起こりやすくなり、全体的な性能としては、満足のいくものではない。
一方、混練粉砕法による上述の問題点を克服するために、重合法によるトナーの製造方法が提案されている。
このような重合法で製造されたトナーは、小粒径化が容易であり、粒度分布も粉砕法によるトナーの粒度分布に比べてシャープであり、さらに、ワックスの内包化も可能である。
このような重合法によるトナーの製造方法としては、例えば、特許文献1の特開平11−133665号公報には、トナーの流動性の改良、低温定着性の改良及びホットオフセット性の改良を目的として、トナーバインダーとして、ウレタン変性されたポリエステルの伸長反応物から製造された、実用球形度が0.90〜1.00であるトナーの製造方法が開示されている。
また、例えば、特許文献2の特開2002−287400号公報、及び特許文献3:特開2002−351143号公報には、小粒径トナーとした場合の粉体流動性及び転写性に優れると共に、耐熱保存性、低温定着性及び耐ホットオフセット性のいずれにも優れたトナーの製造方法が開示されている。
さらに、例えば、特許文献4の特許第2579150号公報、及び特許文献5の特開2001−158819号公報には、安定した分子量分布のトナーバインダー、及び制御された分子量分布のトナーバインダーを製造し、低温定着性及び耐オフセット性を両立させるための、熟成工程を有するトナーの製造方法が開示されており、また、特許文献6の特開2007−264619号公報には、重量平均分子量と最大ピークを示す分子量を制御して分子量分布を調節したトナーバインダーを用いるトナーが記載されている。
特許文献1〜3で開示されたトナーの製造方法は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーを、有機溶媒と水系媒体中とが混在する反応系でポリアミンと重付加反応させる高分子量化工程を含むものである。
しかしながら、上述のような方法及びその方法により得られるトナーの場合、耐高温オフセット性は上がるが、低温定着性の阻害および定着後の光沢低下を招いてしまい、まだ不充分である。
さらに、特許文献4〜6で開示されたトナーの製造方法は、高温反応である縮重合反応に適用することは容易であるが、上述したような有機溶媒と水系媒体とが混在する反応系に対しては、様々な条件を鋭意検討しなければ適応できない。
本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、安定した低温定着性及び耐高温オフセット性を有するトナー及び該トナーを有する現像剤を提供することを目的とする。
上記課題は、本発明の下記(1)〜(16)によって解決される。
(1)「少なくとも2種類のトナーバインダー樹脂A、及びB、活性水素基を有する化合物、該活性水素基含有化合物と反応可能な変性ポリエステル系プレポリマーCを含むトナー組成物を有機溶媒中に溶解又は分散させて溶解物又は分散物とし、該溶解物又は分散物の有機溶媒液を、樹脂微粒子を含む水系媒体中に分散させると共に、前記活性水素基含有化合物と前記プレポリマーCを反応させ、得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたトナーであって、前記バインダー樹脂Bの重量平均分子量が前記バインダー樹脂Aの重量平均分子量より大きく、該バインダー樹脂A、Bと変性ポリエステル系プレポリマーCの重量比の関係が(A+B)/C=85/15〜99/1でかつ、A/B=30/70〜85/15であることを特徴とするトナー」、
(2)「前記変性ポリエステル系プレポリマーCは、重量平均分子量が1×10以上3×10以下であることを特徴とする前記第(1)項に記載のトナー」、
(3)「前記バインダー樹脂A、Bは、いずれもポリエステル樹脂であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(2)項のいずれかに記載のトナー」、
(4)「前記バインダー樹脂Bのテトラヒドロフランに可溶な成分の重量平均分子量が1.5×10以上5×10以下であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項のいずれかに記載のトナー」、
(5)「前記バインダー樹脂Aのテトラヒドロフランに可溶な成分の重量平均分子量が1×10以上1×10以下であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載のトナー」、
(6)「前記バインダー樹脂Bは、酸価が1(KOHmg/g)以上50(KOHmg/g)以下であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(5)項のいずれかに記載のトナー」、
(7)「前記バインダー樹脂Aは、酸価が1(KOHmg/g)以上50(KOHmg/g)以下であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載のトナー」、
(8)「前記ポリエステル樹脂Bは、ガラス転移点が35℃以上70℃以下であることを特徴とする前記第(2)項乃至第(7)項のいずれかに記載のトナー」、
(9)「前記ポリエステル樹脂Aは、ガラス転移点が35℃以上70℃以下であることを特徴とする前記第(2)項乃至第(8)項のいずれかに記載のトナー」、
(10)「体積平均粒径が3μm以上7μm以下であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(9)項のいずれかに記載のトナー」、
(11)「個数平均粒径に対する体積平均粒径の比が1.2以下であることを特徴とする前記第(3)項乃至第(10)項のいずれかに記載のトナー」、
(12)「粒径が2μm以下である成分を1個数%以上10個数%以下含有することを特徴とする前記第(1)項乃至第(11)項のいずれかに記載のトナー」、
(13)「酸価が0.5(KOHmg/g)以上40(KOHmg/g)以下であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(12)項のいずれかに記載のトナー」、
(14)「ガラス転移点が40℃以上70℃以下であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(13)項のいずれかに記載のトナー」、
(15)「前記第(1)項乃至第(14)項のいずれかに記載のトナーを有することを特徴とする現像剤」、
(16)「キャリアをさらに有することを特徴とする前記第(15)項に記載の現像剤」。
本発明によれば、安定した低温定着性及び耐高温オフセット性を有するトナー及び該トナーを有する現像剤を提供することが可能となる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明のトナーは、少なくとも2種類のトナーバインダー樹脂A、及びB、活性水素基を有する化合物、活性水素基含有化合物と反応可能な変性ポリエステル系プレポリマーCを含むトナー組成物を有機溶媒中に溶解又は分散させて溶解物又は分散物とし、該溶解物液又は分散物液を、樹脂微粒子を含む水系媒体中に分散させると共に、前記活性水素基含有化合物と前記プレポリマーCを反応させ、得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたトナーであって、前記バインダー樹脂Bの重量平均分子量が前記バインダー樹脂Aの重量平均分子量より大きく、該バインダー樹脂A、Bと変性ポリエステル系プレポリマーCの重量比の関係が(A+B)/C=85/15〜99/1でかつ、A/B=30/70〜85/15であることを特徴としている。
これにより、トナーの低温定着性及び耐高温オフセット性を両立させることができる。
耐高温オフセット性は、変性ポリエステル(プレポリマー)の伸長反応/架橋反応で生成した高分子量体により、良好となるが、逆にトナー弾性が高くなり、低温定着性を阻害してしまう。そのため、耐高温オフセット性を維持し、より低温定着性を満足するため、高分子量未変性バインダー樹脂Bを導入し、変性ポリエステル系プレポリマーCと未変性樹脂A、Bの重量比の関係を、(A+B)/C=85/15〜99/1でかつ、A/B=30/70〜85/15にすることが重要である。
(A+B)/Cが、85/15未満のとき、伸長反応で生成する高分子量体が多く、低温定着性を阻害する。
また(A+B)/Cが、99/1を超える場合、逆に耐高温オフセット性が悪化する。
さらにA/Bが30/70未満の場合、低温定着性が悪化し、またA/Bが85/15超える場合、耐高温オフセット性が悪化する。ここで、トナーバインダー樹脂A、Bは、設計されたトナー物性の易実現性や、樹脂相互の相溶性等の観点から、前記プレポリマーCと極端に異なる種類・性質のものでないことが好ましい。また、トナーバインダー樹脂A、Bの両者は、同様の観点から、ガラス転移点や酸価の点で極端に差のないものであることが好ましい。そして、本発明においては、トナーバインダー樹脂Aの添加量範囲は、樹脂Bのそれよりも大きい。トナーバインダー樹脂Bは、樹脂Aによる低温定着性改善効果をさらに増大させ得るが、添加量が増すと耐オフセットをより簡単に損なう場合がある。
本発明において、反応性官能基を有するプレポリマーCは、例えば、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー等の反応性変性ポリエステル樹脂等を用いることができる。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーは、例えば、ポリオールとポリカルボン酸を重縮合することにより得られる活性水素基を有するポリエステル樹脂を、さらにポリイソシアネートと反応させることにより得られる。
活性水素基としては、水酸基(アルコール性水素基及びフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基等が挙げられるが、アルコール性水酸基が好ましい。
また、反応性変性ポリエステル樹脂に対する架橋剤や伸長剤としては、アミン類等の活性水素基を有する化合物を用いることができる。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミン類を反応させて得られるウレア変性ポリエステル樹脂等の変性ポリエステル樹脂は、高分子量成分の分子量を調整しやすく、乾式トナー、特に、オイルレス低温定着特性(定着用加熱媒体への離型オイル塗布機構のない広範な離型性及び定着性)を確保することができるため、好ましい。
特に、ポリエステルプレポリマーの末端をウレア変性したポリエステル樹脂は、未変性のポリエステル樹脂自体の定着温度域での高流動性、透明性を維持したまま、定着用加熱媒体への接着性を抑制することができる。
このため、ポリエステルプレポリマーは、末端に活性水素基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートを反応させたもの等が好ましい。
本発明において、プレポリマーの重量平均分子量は、1×10〜3×10であることが好ましい。
重量平均分子量が1×10未満では、反応速度の制御が困難となり、製造安定性に問題が生じることがあり、3×10を超えると、充分な変性ポリエステル樹脂が得られずに、耐オフセット性に悪影響を及ぼすことがある。
なお、重量平均分子量は、後述するGPC法を用いて測定される。
本発明において、数平均分子量及び重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により、次のように測定される。
40℃のヒートチャンバー中で安定させたカラムに、テトラヒドロフランを1ml/分の流速で流し、濃度を0.05〜0.6重量%に調整した試料のテトラヒドロフラン溶液を50〜200μl注入して測定する。
このとき、試料の分子量分布を、数種の標準試料を用いて作成された検量線の対数値とカウント数の関係から算出する。
標準試料としては、例えば、分子量が6×10、2.1×10、4×10、1.75×10、5.1×10、1.1×10、3.9×10、8.6×10、2×10及び4.48×10である単分散ポリスチレン(Pressure Chemical Co.製又は東洋ソーダ工業社製)を用いて、少なくとも10点程度の標準試料を用いることが好ましい。
なお、検出器としては、屈折率検出器が用いられる。
ポリオールとしては、ジオール及び3価以上のポリオールが挙げられ、ジオール又はジオールと少量のポリオールの混合物が好ましい。
ジオールとしては、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−ヘキサンジオール等のアルキレングリコール;ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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等のアルキレンエーテルグリコール;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等の脂環式ジオール;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等のビスフェノール類;上記の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等)付加物;上記のビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。
中でも、炭素数2〜12のアルキレングリコール及びビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物が好ましく、ビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物又はアルキレンオキサイド付加物と炭素数2〜12のアルキレングリコールの混合物が特に好ましい。
3価以上のポリオールとしては、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等の3〜8価又はそれ以上の多価脂肪族アルコール;トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等の3価以上のフェノール類;上記の3価以上のフェノール類のアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。
ポリカルボン酸としては、ジカルボン酸及び3価以上のポリカルボン酸が挙げられ、ジカルボン酸又はジカルボン酸と少量の3価以上のポリカルボン酸の混合物が好ましい。
ジカルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等のアルキレンジカルボン酸;マレイン酸、フマル酸等のアルケニレンジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。
中でも、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸又は炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸が好ましい。
3価以上のポリカルボン酸としては、トリメリット酸、ピロメリット酸等の炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸等が挙げられる。
ポリオールとポリカルボン酸を重縮合させる際の水酸基(OH)とカルボキシル基(COOH)の当量比[OH]/[COOH]は、通常、1〜2であり、1〜1.5が好ましく、1.02〜1.3がさらに好ましい。
なお、ポリカルボン酸の代わりに、ポリカルボン酸の無水物、低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステル等)を、ポリオールと反応させてもよい。
ポリイソシアネートとしては、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、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート等の脂肪族ポリイソシアネート;イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂環式ポリイソシアネート;トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;α,α,α’,α’‐テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香脂肪族ジイソシアネート;イソシアヌレート類;上記のポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタム等でブロックしたものが挙げられ、二種以上併用してもよい。
水酸基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートを反応させる際のイソシアネート基(NCO)と水酸基(OH)の当量比[NCO]/[OH]は、通常、1〜5であり、1.2〜4が好ましく、1.5〜2.5がさらに好ましい。
[NCO]/[OH]が5を超えると、低温定着性が低下することがあり、1未満では、ウレア変性ポリエステル樹脂を合成する場合に、ウレア結合の量が少なくなり、耐ホットオフセット性が低下することがある。
また、末端にイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー中のポリイソシアネートの構成成分の含有量は、通常、0.5〜40重量%であり、1〜30重量%が好ましく、2〜20重量%がさらに好ましい。
この含有量が0.5重量%未満では、耐ホットオフセット性が低下すると共に、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になることがあり、40重量%を超えると、低温定着性が低下することがある。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーの1分子当たりのイソシアネート基数は、通常、1個以上であり、1.5〜3個が好ましく、1.8〜2.5個がさらに好ましい。
イソシアネート基数が1個未満では、ウレア変性ポリエステル樹脂を合成する場合に、分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が低下することがある。
アミン類としては、ジアミン、3価以上のポリアミン、アミノアルコール、アミノメルカプタン、アミノ酸、これらの化合物のアミノ基をブロックしたもの等が挙げられる。
ジアミンとしては、フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン等の芳香族ジアミン;4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミン等の脂環式ジアミン;エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン等が挙げられる。
3価以上のポリアミンとしては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等が挙げられる。
アミノアルコールとしては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリン等が挙げられる。
アミノメルカプタンとしては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタン等が挙げられる。
アミノ酸としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸等が挙げられる。
これらの化合物のアミノ基をブロックしたものとしては、上記のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物等が挙げられる。中でも、ジアミン又はジアミンと少量の3価以上のポリアミンの混合物が好ましい。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミン類を反応させる際には、必要に応じて、伸長停止剤を用いてポリエステルの分子量を調整することができる。
伸長停止剤としては、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミン等のモノアミン;上記のモノアミンをブロックしたケチミン化合物等が挙げられる。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミン類を反応させる際のイソシアネート基(NCO)とアミノ基(NHx)の当量比[NCO]/[NHx]は、通常、0.5〜2であり、2/3〜1.5が好ましく、5/6〜1.2がさらに好ましい。
[NCO]/[NHx]が2を超える場合及び1/2未満である場合は、ウレア変性ポリエステル樹脂の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が低下することがある。
本発明において、ウレア変性ポリエステル樹脂は、ウレア結合と共にウレタン結合を有していてもよい。
ウレア結合に対するウレタン結合の当量比は、通常、0〜9であり、0.25〜4が好ましく、2/3〜7/3がさらに好ましい。
この当量比が9を超えると、耐ホットオフセット性が低下することがある。
以下、本発明のトナーについて、具体的に説明する。
なお、本発明のトナーの製造方法は、以下の方法に限定されない。
まず、水系造粒工程では、反応性変性ポリエステル樹脂を含有するトナー組成物を溶剤に溶解乃至分散させた油相を水系媒体中で乳化乃至分散させることにより乳化乃至分散液を調製する。
溶剤は、油相の粘度を低くするために、反応性変性ポリエステル樹脂等のポリエステル樹脂を溶解する溶剤を使用することが好ましい。
これにより、トナーの粒度分布をシャープにすることができる。
さらに、溶剤は、除去が容易であることから、沸点が100℃未満であることが好ましい。
このような溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
中でも、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。
このとき、溶剤の使用量は、反応性変性ポリエステル樹脂100重量部に対して、通常、300重量部以下であり、100重量部以下が好ましく、25〜70重量部がさらに好ましい。
水系媒体としては、水、水と混和可能な溶剤と水の混合物を用いることができる。
水と混和可能な溶剤としては、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等)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セロソルブ類(メチルセロソルブ等)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン等)等が挙げられる。
本発明において、反応性変性ポリエステル樹脂と、これ以外のトナー組成物である着色剤、離型剤、帯電制御剤、反応性変性ポリエステル樹脂を反応させることにより得られる変性ポリエステル樹脂以外の結着樹脂等は、水系媒体中で油相を乳化乃至分散させる際に混合してもよいが、予め全トナー組成物を溶剤に溶解乃至分散させた油相を水系媒体中で乳化乃至分散させることが好ましい。
なお、着色剤、離型剤、帯電制御剤等は、必ずしも水系媒体中で油相を乳化乃至分散させる際に混合する必要はなく、母体粒子を形成させた後、添加してもよい。
例えば、着色剤を含まない母体粒子を形成させた後、公知の染着方法を用いて着色剤を添加することもできる。
水系媒体中で油相を乳化乃至分散させる際には、特に限定されないが、低速せん断式分散機、高速せん断式分散機、摩擦式分散機、高圧ジェット式分散機、超音波分散機等を用いることができる。
乳化乃至分散液の粒径を2〜20μmにするためには、高速せん断式分散機が好ましい。
高速せん断式分散機を用いる際に、回転数は、特に限定されないが、通常、1×10〜3×10rpmであり、5×10〜2×10rpmが好ましい。
また、分散時間は、特に限定されないが、バッチ方式の場合、通常、0.1〜5分である。
分散時の温度は、通常、0〜150℃(加圧下)であり、40〜98℃が好ましい。
分散時の温度が0℃未満であると、油相の粘度が高くなって、分散が困難になることがある。
水系媒体の使用量は、油相に含まれる固形分100重量部に対して、通常、50〜2000重量部であり、100〜1000重量部が好ましい。
水系媒体の使用量が50重量部未満では、トナー組成物の分散状態が悪くなることがあり、2000重量部を超えると、経済的でない。
本発明において、水系媒体は、必要に応じて、分散剤を含有することもできる。
これにより、油相を安定に乳化乃至分散させることができ、トナーの粒度分布をシャープにすることができる。
分散剤としては、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、リン酸エステル等の陰イオン性界面活性剤;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、イミダゾリン等のアミン塩型、アルキルトリメチルアンモニウム塩、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等の4級アンモニウム塩型の陽イオン性界面活性剤;脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体等の非イオン性界面活性剤;アラニン、ドデシルビス(アミノエチル)グリシン、ビス(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ベタイン等の両性界面活性剤が挙げられる。
また、分散剤としては、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることができる。
これにより、非常に少量の添加でその効果を上げることができる。
フルオロアルキル基を有する陰イオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C〜C11)オキシ]−1−アルキル(C〜C)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C〜C)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピルーN−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C〜C10)−N―エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C〜C6)エチルリン酸エステル等が挙げられる。
市販品としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(以上、旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(以上、住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(以上、ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(以上、大日本インキ化学工業社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204(以上、トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF―100、F150(以上、ネオス社製)等が挙げられる。
フルオロアルキル基を有する陽イオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族一級アミン酸、フルオロアルキル基を有する脂肪族二級アミン酸、フルオロアルキル基を有する脂肪族三級アミン酸、パーフルオロアルキル(C〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩等の脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、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等が挙げられる。
市販品としては、サーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキン工業社製)、メガファックF−150、F−824(以上、大日本インキ化学工業社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)等が挙げられる。
また、分散剤としては、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の水に難溶の無機微粒子も用いることができる。
さらに、分散剤としては、ポリメタクリル酸メチル微粒子、ポリスチレン微粒子、スチレン−アクリロニトリル共重合体微粒子等の樹脂微粒子も用いることができる。
市販品としては、PB−200H(花王社製)、SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)、ミクロパール(積水ファインケミカル社製)等が挙げられる。
また、無機微粒子や樹脂微粒子と併用することが可能な分散剤として、高分子系保護コロイドを用いることができる。
高分子系保護コロイドとしては、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、無水マレイン酸等の酸モノマー;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−ヒドロキシプロピル、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−ヒドロキシプロピル、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レート、ジエチレングリコールモノメタクリレート、グリセリンモノアクリレート、グリセリンモノメタクリレート、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等の水酸基を有する(メタ)アクリル系モノマー;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等のビニルアルコールのエーテル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルアルコールとカルボキシル基を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及びこれらのメチロール化合物;アクリル酸塩化物、メタクリル酸塩化物等の酸塩化物類;ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミン等の窒素原子又はその複素環を有するモノマー等のホモポリマー又はコポリマーが挙げられる。
また、高分子系保護コロイドとしては、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ェニルエーテル、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等の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等のセルロース類等を用いることができる。
本発明においては、このようにして得られた乳化乃至分散液中で、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーC等の反応性変性ポリエステル樹脂をアミン類等の活性水素基を有する化合物と反応させることにより、ウレア変性ポリエステル樹脂等の変性ポリエステル樹脂が得られる。
このとき、アミン類は、油相、水系媒体及び乳化乃至分散液のいずれに添加してもよく、また、上記反応は、脱溶剤工程1で溶剤を除去しながら行なってもよい。
なお、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミン類の反応時間は、ポリエステルプレポリマーとアミン類の反応性に応じて適宜選択されるが、通常、10分〜40時間であり、2〜24時間が好ましい。
また、反応温度は、通常、0〜150℃であり、40〜98℃が好ましい。
また、必要に応じて、公知の触媒を用いて反応させることができる。
触媒としては、ジブチルスズラウレート、ジオクチルスズラウレート等が挙げられる。
次に、脱溶剤工程1及び2では、必要に応じて、加熱及び/又は減圧することにより、乳化乃至分散液から溶剤を除去する。
さらに、熟成工程では、溶剤の一部が除去された乳化乃至分散液を40〜60℃の温度で加熱する。
以上のようにして、水系造粒工程、脱溶剤工程1、熟成工程及び脱溶剤工程2を経て得られた分散液は、必要に応じて、濾過、遠心分離等することにより母体粒子が得られる。
さらに、得られた母体粒子を必要に応じて、洗浄及び乾燥してもよい。
このようにして、本発明のトナーが得られる。
本発明において、変性ポリエステル樹脂は、少なくとも未変性樹脂A,Bの2種と併用する。また未変性樹脂2種は、いずれもポリエステル樹脂であることが好ましい。
これにより、低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性を向上させることができる。
未変性のポリエステル樹脂としては、前述したポリオールとポリカルボン酸の重縮合物等が挙げられる。
未変性のポリエステル樹脂Aの重量平均分子量は、1×10〜1×10以下が好ましい。
また、未変性のポリエステル樹脂Bの重量平均分子量は、1.5×10〜5×10以下が好ましい。
これにより、耐熱保存性を維持しながら、低温定着性を効果的に発揮し、耐オフセット性を付与することができる。
変性ポリエステル系プレポリマーCと未変性樹脂A、Bの重量比の関係は、(A+B)/C=85/15〜99/1でかつ、A/B=30/70〜85/15にすることが重要である。
(A+B)/Cが、85/15未満のとき、伸長反応で生成する高分子量体が多く、低温定着性を阻害する。また(A+B)/Cが、99/1を超える場合、逆に耐高温オフセット性が悪化する。
さらにA/Bが30/70未満の場合、低温定着性が悪化し、またA/Bが85/15超える場合、耐高温オフセット性が悪化する。
本発明において、変性ポリエステル樹脂と未変性のポリエステル樹脂は、少なくとも一部が相溶していることが好ましい。
これにより、低温定着性及び耐ホットオフセット性を向上させることができる。
このため、変性ポリエステル樹脂と未変性のポリエステル樹脂のポリオールとポリカルボン酸は、類似の組成であることが好ましい。
未変性のポリエステル樹脂の酸価は、通常、1〜50(KOHmg/g)であり、5〜30(KOHmg/g)が好ましい。
これにより、酸価が1(KOHmg/g)以上であるため、トナーが負帯電性となりやすく、さらには、紙への定着時に、紙とトナーの親和性がよくなり、低温定着性を向上させることができる。
しかしながら、酸価が50(KOHmg/g)を超えると、帯電安定性、特に環境変動に対する帯電安定性が低下することがある。本発明において、ポリエステル樹脂は、酸価が1〜50(KOHmg/g)であることが好ましい。
未変性のポリエステル樹脂の水酸基価は、5(KOHmg/g)以上であることが好ましい。
水酸基価は、JIS K0070−1966に準拠した方法を用いて測定される。
具体的には、まず、試料0.5gを100mlのメスフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを加える。
次に、100±5℃の温浴中で1〜2時間加熱した後、フラスコを温浴から取り出して放冷する。
さらに、水を加えて振り動かして無水酢酸を分解する。
次に、無水酢酸を完全に分解させるために、再びフラスコを温浴中で10分以上加熱して放冷した後、有機溶剤でフラスコの壁を充分に洗う。
さらに、電位差自動滴定装置DL−53 Titrator(メトラー・トレド社製)及び電極DG113−SC(メトラー・トレド社製)を用いて、23℃で水酸基価を測定し、解析ソフトLabX Light Version 1.00.000を用いて解析する。
なお、装置の校正には、トルエン120mlとエタノール30mlの混合溶媒を用いる。
このとき、測定条件は、以下のとおりである。
Stir Speed[%] 25、
Time[s] 15、
EQP titration、
Titrant/Sensor、
Titrant CHONa、
Concentration[mol/L] 0.1、
Sensor DG115 Unit of measurement mV、
Predispensing to volume、
Volume[mL] 1.0、
Wait time[s] 0、
Titrant addition、
Dynamic dE(set)[mV] 8.0,dV(min)[mL] 0.03,
dV(max)[mL] 0.5,
Measure mode Equilibrium controlled,dE[mV] 0.5,dt[s] 1.0,t(min)[s] 2.0,t(max)[s] 20.0,
Recognition Threshold 100.0 teepest jump only No,
Range No,
Tendency None,
Termination at maximum volume[mL]10.0at potential No at slope No after number EQPs Yes,
n=1 comb.termination conditions No Evaluation Procedure,
Standard Potential1 No,
Potential2 No,
Stop for reevaluation No.
なお、ウレア変性ポリエステル樹脂は、未変性のポリエステル樹脂以外に、ウレア結合以外の化学結合で変性されているポリエステル樹脂、例えば、ウレタン結合で変性されているポリエステル樹脂と併用することができる。
トナー組成物がウレア変性ポリエステル樹脂等の変性ポリエステル樹脂を含有する場合、変性ポリエステル樹脂は、ワンショット法等により製造することができる。
一例として、ウレア変性ポリエステル樹脂を製造方法について説明する。
まず、ポリオールとポリカルボン酸を、テトラブトキシチタネート、ジブチルスズオキサイド等の触媒の存在下で、150〜280℃に加熱し、必要に応じて、減圧しながら生成する水を除去して、水酸基を有するポリエステル樹脂を得る。
次に、水酸基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートを40〜140℃で反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーを得る。
さらに、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミン類を0〜140℃で反応させ、ウレア変性ポリエステル樹脂を得る。
ウレア変性ポリエステル樹脂の数平均分子量は、通常、1000〜10000であり、1500〜6000が好ましい。
なお、水酸基を有するポリエステル樹脂とポリイソシアネートを反応させる場合及びイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーとアミン類を反応させる場合には、必要に応じて、溶剤を用いることもできる。
溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレン等);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等);エステル類(酢酸エチル等);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等);エーテル類(テトラヒドロフラン等)等のイソシアネート基に対して不活性なものが挙げられる。
なお、未変性のポリエステル樹脂を併用する場合は、水酸基を有するポリエステル樹脂と同様に製造したものを、ウレア変性ポリエステル樹脂の反応後の溶液に混合してもよい。
本発明において、結着樹脂は、3種以上併用してもよいが、ポリエステル樹脂を含有することが好ましく、ポリエステル樹脂を50重量%以上含有することがさらに好ましい。
ポリエステル樹脂の含有量が50重量%未満であると、低温定着性が低下することがある。
なお、ポリエステル樹脂以外の結着樹脂としては、ポリスチレン、ポリ(p−クロロスチレン)、ポリビニルトルエン等のスチレン又はスチレン置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタレン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等が挙げられる。
本発明において、酸価は、JIS K0070−1992に準拠した方法を用いて測定される。
具体的には、まず、試料0.5g(酢酸エチル可溶分では0.3g)をトルエン120mlに添加して、23℃で約10時間撹拌することにより溶解させる。
次に、エタノール30mlを添加して試料溶液とする。
なお、試料が溶解しない場合は、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の溶媒を用いる。]
さらに、電位差自動滴定装置DL−53 Titrator(メトラー・トレド社製)及び電極DG113−SC(メトラー・トレド社製)を用いて、23℃で酸価を測定し、解析ソフトLabX Light Version 1.00.000を用いて解析する。
なお、装置の校正には、トルエン120mlとエタノール30mlの混合溶媒を用いる。
このとき、測定条件は、水酸基価の場合と同様である。
酸価は、以上のようにして測定することができるが、具体的には、予め標定された0.1N水酸化カリウム/アルコール溶液で滴定し、滴定量から、式酸価[KOHmg/g]=滴定量[ml]×N×56.1[mg/ml]/試料重量[g](ただし、Nは、0.1N水酸化カリウム/アルコール溶液のファクター)により酸価を算出する。
本発明において、ポリエステル樹脂は、ガラス転移点が40〜70℃であることが好ましい。
ガラス転移点が40℃未満では、耐熱保存性が低下することがあり、70℃を超えると、低温定着性が低下することがある。
本発明において、ガラス転移点は、Rigaku THRMOFLEX TG8110(理学電機社製)及び10TG−DSCシステムTAS−100(理学電機社製)を用いて測定される。
具体的には、まず、試料約10mgを入れたアルミ製試料容器をホルダユニットに載せ、電気炉中にセットする。
次に、室温から昇温速度10℃/分で150℃まで加熱した後、150℃で10分間放置し、室温まで試料を冷却して10分間放置し、窒素雰囲気下で再度150℃まで昇温速度10℃/分で加熱してDSC測定を行なう。
ガラス転移点は、TAS−100システム中の解析システムを用いて、ガラス転移点近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出する。
本発明のトナーは、結着樹脂の他に、着色剤、離型剤、帯電制御剤等をさらに有することが好ましい。
着色剤としては、公知の染料及び顔料を用いることができ、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラセンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロロオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロムバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトポン等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
トナー中の着色剤の含有量は、通常、1〜15重量%であり、3〜10重量%が好ましい。
着色剤は、単独で用いてもよいが、結着樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いてもよい。
マスターバッチの製造に用いられる結着樹脂又はマスターバッチと共に混練される結着樹脂としては、前述の変性ポリエステル樹脂及び未変性のポリエステル樹脂以外に、ポリスチレン、ポリ(p−クロロスチレン)、ポリビニルトルエン等のスチレン又はスチレン置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタレン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン‐イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
マスターバッチは、結着樹脂及び着色剤を混合混練することにより得ることができる。
この際、着色剤及び結着樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。
また、フラッシング法を用いて、着色剤を含んだ水性ペーストを結着樹脂及び有機溶剤と共に混合混練して、着色剤を結着樹脂側に移行させた後に、水分と有機溶剤を除去してもよい。
フラッシング法では、着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため、着色剤を乾燥する必要がない。
なお、混合混練する際には、3本ロールミル等のせん断分散装置を用いることができる。
離型剤は、融点が50〜120℃のワックスであることが好ましい。
このようなワックスは、定着ローラとトナー界面の間で離型剤として効果的に作用することができるため、定着ローラにオイル等の離型剤を塗布しなくても高温耐オフセット性を向上させることができる。
なお、ワックスの融点は、示差走査熱量計であるTG−DSCシステムTAS−100(理学電機社製)を用いて、最大吸熱ピークを測定することにより求められる。
離型剤としては、以下に示す材料を用いることができる。
ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス;オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス;パラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。
また、これらの天然ワックス以外の離型剤としては、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス;エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。
さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド;低分子量の結晶性高分子である、ポリメタクリル酸n−ステアリル、ポリメタクリル酸n−ラウリル等のポリアクリレートのホモポリマー又はコポリマー(例えば、アクリル酸n−ステアリル−メタクリル酸エチル共重合体等)等の側鎖に長鎖アルキル基を有する結晶性高分子も離型剤として用いることができる。
帯電制御剤としては、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、リン、リン化合物、タングステン、タングステン化合物、フッ素系界面活性剤、サリチル酸金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩等が挙げられる。
市販品としては、ニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩のモリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料等が挙げられ、その他に、スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩基等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
トナー中の帯電制御剤の含有量は、結着樹脂の種類、必要に応じて、用いられる添加剤の有無、分散方法を含むトナー製造方法によって決定されるものであり、一義的に規定されるものではないが、結着樹脂に対して、通常、0.1〜10重量%であり、0.2〜5重量%が好ましい。
帯電制御剤の含有量が10重量%を超えると、トナーの帯電性が大き過ぎるために、主帯電制御剤の効果が減退し、現像ローラとの静電的吸引力が増大することがある。
その結果、現像剤の流動性が低下したり、画像濃度が低下したりする。
本発明において、帯電制御剤及び離型剤は、単独で用いてもよいが、マスターバッチ及び結着樹脂と共に溶融混練して用いてもよい。
また、母体粒子と帯電制御剤を含有する粒子を容器中で回転体を用いて混合することにより、母体粒子の表面に帯電制御剤を付着固定化させてもよい。
このとき、容器内壁より突出した固定部材が存在しない容器中で、回転体の周速が40〜150m/秒で混合することが好ましい。
本発明においては、母体粒子をそのままトナーとして用いてもよいが、流動性、現像性及び帯電性を補助するために、母体粒子に外添剤を添加したものをトナーとして用いることが好ましい。
外添剤としては、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、窒化ケイ素等の無機微粒子を用いることができる。
無機微粒子は、一次粒子径が5nm〜2μmであることが好ましく、5〜500nmが特に好ましい。
また、無機微粒子は、BET法による比表面積が20〜500m/gであることが好ましい。
なお、トナー中の無機微粒子の含有量は、0.01〜5重量%であることが好ましく、0.01〜2.0重量%が特に好ましい。
本発明において、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の混合物が好ましく、特に、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の平均粒径が50nm以下である場合、母体粒子と攪拌混合すると、母体粒子との静電力及びファンデルワールス力を向上させることができる。
これにより、所望の帯電レベルを得るために現像機内でトナーを攪拌混合しても、トナーからの流動性付与剤の脱離を抑制することができ、良好な画像品質が得られる。
さらに、転写残トナーを低減することができる。
このとき、トナー中の疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の含有量は、0.3〜1.5重量であることが好ましい。
これにより、優れた帯電立ち上がり特性が得られ、繰り返し画像を形成しても、安定した画像品質が得られる。
本発明のトナーは、個数平均粒径に対する体積平均粒径の比が1.2以下であることが好ましい。
これにより、高解像度及び高画質の画像が得られる。
さらに、二成分現像剤においては、長期に亘るトナーの収支が行なわれても、現像剤中のトナーの粒子径の変動を少なくすると共に、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性を確保することができる。
この比が1.2を超えると、個々のトナーの粒径のバラツキにより、現像の際等にトナーの挙動にバラツキが発生することがある。
その結果、微小ドットの再現性が低下することになり、高品位な画像が得られなくなる。
本発明のトナーは、体積平均粒径が3〜7μmであることが好ましい。
一般的に、トナーの粒子径が小さい程、高解像度で高画質の画像を得るのに有利であるが、逆に、転写性やクリーニング性に対しては不利に作用する。
また、体積平均粒径が3μm未満であると、二成分現像剤では、現像装置における長期の攪拌において、キャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させることがある。
また、一成分現像剤として用いた場合には、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するためのブレード等の部材へのトナーの融着が発生することがある。
また、これらの現象は、トナー中の微粉の含有量が大きく関係する。
このため、トナー中の粒径が2μm以下の成分は、1〜10個数%であることが好ましい。
粒径が2μm以下の成分が10個数%を超えると、キャリアへの付着が生じたり、高いレベルで帯電安定性を図る場合に支障が生じたりすることがある。
また、トナーの体積平均粒径が7μmを超えると、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなると共に、現像剤中のトナーの収支が行なわれた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなることがある。
本発明において、粒度分布は、コールターカウンター法を用いて測定される。
粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−II及びコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)が挙げられる。
本発明においては、コールターカウンターTA−II型測定装置に、個数分布及び体積分布を出力するインターフェイス(日科技研社製)を介して、PC−9801パーソナルコンピューター(NEC社製)を接続して、粒度分布の測定を行なう。
具体的には、まず、電解液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加える。
なお、電解液とは、1級塩化ナトリウムを用いて、約1重量%の水溶液を調製したものであり、例えば、ISOTON−II(コールター社製)が使用できる。
次に、試料を2〜20mg加えて懸濁させた後に、超音波分散機で1〜3分間分散させる。
100μmアパーチャーを用いて、得られた分散液からトナーの体積及び個数を測定し、体積分布及び個数分布を算出する。
なお、チャンネルは、2.00μm以上2.52μm未満、2.52μm以上3.17μm未満、3.17μm以上4.00μm未満、4.00μm以上5.04μm未満、5.04μm以上6.35μm未満、6.35μm以上8.00μm未満、8.00μm以上10.08μm未満、10.08μm以上12.70μm未満、12.70μm以上16.00μm未満、16.00μm以上20.20μm未満、20.20μm以上25.40μm未満、25.40μm以上32.00μm未満及び32.00μm以上40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径が2.00μm以上40.30μm未満の粒子を対象とする。
本発明のトナーの酸価は、低温定着性及び耐高温オフセット性に対して、重要な指標であり、未変性のポリエステル樹脂の末端カルボキシル基に由来するが、低温定着性(定着下限温度、ホットオフセット発生温度等)を制御するために、0.5〜40(KOHmg/g)であることが好ましい。
酸価が40(KOHmg/g)を超えると、反応性変性ポリエステル樹脂の伸長反応及び/又は架橋反応が不充分となり、耐高温オフセット性が低下することがある。
また、酸価が0.5(KOHmg/g)未満では、製造時の塩基による分散安定性を向上させる効果が得られなくなったり、反応性変性ポリエステル樹脂の伸長反応及び/又は架橋反応が進行しやすくなったりして、製造安定性が低下することがある。
本発明のトナーは、ガラス転移点が40〜70℃であることが好ましい。
これにより、低温定着性、耐熱保存性及び高耐久性を得ることができる。
ガラス転移点が40℃未満では、現像機内でのブロッキングや感光体へのフィルミングが発生することがあり、70℃を超えると、低温定着性が低下することがある。
本発明の現像剤は、本発明のトナーを有するが、キャリアをさらに有する二成分系現像剤であることが好ましい。
このとき、トナーの含有量は、キャリアに対して、1〜10重量%であることが好ましい。
キャリアとしては、粒子径が20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉等を用いることができる。
キャリアは、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂等のアミノ系樹脂;エポキシ樹脂;アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のポリビニル系樹脂;ポリビニリデン系樹脂;ポリスチレン、スチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂;ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂;ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンとアクリル単量体の共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体のターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂等の被覆樹脂で被覆されていてもよい。
また、被覆樹脂は、必要に応じて、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等の導電粉等を含有していてもよい。
導電粉は、平均粒子径が1μm以下であることが好ましい。
平均粒子径が1μmを超えると、電気抵抗の制御が困難になることがある。
また、本発明の現像剤は、キャリア有さない一成分系現像剤、即ち、磁性トナー又は非磁性トナーであってもよい。
以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。なお、部は、重量部を意味する。
(樹脂微粒子分散液の製造)
撹拌棒及び温度計を設置した反応容器に、水683部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩のエレミノールRS−30(三洋化成工業社製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部及び過硫酸アンモニウム1部を入れ、400rpmで15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。
この乳濁液を加熱して系内温度を75℃まで昇温し、5時間反応させた。
反応後の反応液に、1重量%過硫酸アンモニウム水溶液30部を加え、75℃で5時間熟成し、ビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液である樹脂微粒子分散液1を得た。
樹脂微粒子分散液1の体積平均粒径をLA−920で測定したところ、105nmであった。
樹脂微粒子分散液1の一部を乾燥して樹脂分を単離したところ、樹脂分のガラス転移点は、59℃であり、重量平均分子量は、1.5×10であった。
(ポリエステル樹脂Aの製造)
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の設置された反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAプロピオンオキサイド3モル付加物529部、テレフタル酸208部、イソフタル酸46部及びジブチルスズオキサイド2部を入れ、常圧下、窒素雰囲気中、230℃で5時間反応させた後、1.3〜2.0kPaの減圧下で、5時間反応させた。
次に、無水トリメリット酸44部を添加し、常圧下、180℃で2時間反応させ、ポリエステル樹脂1を得た。
ポリエステル樹脂Aは、テトラヒドロフラン可溶分の重量平均分子量が5200、ガラス転移点が45℃、酸価が20mgKOH/gであった。
(ポリエステル樹脂Bの製造)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、プロピレングリコール460部、テレフタル酸660部、無水トリメリット酸100部及びチタンテトラブトキシド2部を仕込み、230℃(常圧)で10時間反応させ更に、10〜15mmHgで5時間反応させることによりポリエステル樹脂Bを得た。重量平均分子量が29000であり、ガラス転移温度が40℃であり、酸価が6mgKOH/gであり、水酸基価が15mgKOH/gであった。
(プレポリマーCの製造)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物650部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物95部、テレフタル酸295部、無水トリメリット酸28部及びジブチルスズオキシド2部を仕込み、常圧下、230℃で11時間反応させた。次に、10〜15mHgの減圧下で、8時間反応させて、中間体ポリエステル樹脂を合成した。
次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステル樹脂410部、イソホロンジイソシアネート89部及び酢酸エチル500部を仕込み、100℃で5時間反応させて、プレポリマーを合成した。得られたプレポリマーCの遊離イソシアネート含有量は、1.53重量%であった。
プレポリマーCは、得られた中間体ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2100、重量平均分子量が13000、ガラス転移温度が58℃、酸価が4mgKOH/g、水酸基価が51mgKOH/gであった。
(油相の調製)
ビーカー内に、32部のプレポリマーC、102部のポリエステルA、44部のポリエステルB、及び酢酸エチル80部を入れ、攪拌することにより溶解させた。
また、ビーズミルに、カルナバワックス10部、カーボンブラック12部及び酢酸エチル120部を入れ、30分間分散させた。
TK式ホモミキサーを用いて、上記の溶液と分散液を12000rpmで5分間攪拌した後、ビーズミルで10分間分散処理を行なった。
次に、イソホロンジアミン3部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて、12000rpmで5分間攪拌し、油相1を得た。
ビーカー内に、イオン交換水526.5部、70部の樹脂微粒子分散液1及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.5部を入れ、TK式ホモミキサーを用いて、12000rpmで攪拌しながら、403部の油相1を加え、30分間攪拌し、分散スラリーを得た。
次に、固形分に対する酢酸エチルの重量比が10%になるまで、分散スラリーから酢酸エチルを除去した。
さらに、50℃で2時間熟成させた後、分散スラリーから酢酸エチルを除去した。
その後、濾別、洗浄、乾燥及び風力分級を行ない、母体粒子を得た。
次に、Q型ミキサー(三井鉱山社製)内に、母体粒子100部及び帯電制御剤のボントロン E−84(オリエント化学社製)0.25部を入れ、混合処理を行なった。
このとき、混合処理は、タービン型羽根の周速を50m/秒に設定し、2分間の運転及び1分間の休止を1サイクルとして5サイクルを行なった。
さらに、疎水性シリカH2000(クラリアントジャパン社製)0.5部を添加し、混合処理を行ない、トナー1を得た。
このとき、混合処理は、タービン型羽根の周速を15m/秒に設定し、30秒間の混合及び1分間の休止を1サイクルとして5サイクルを行なった。
得られたトナー1を用いて、体積平均粒経、粒度分布(Dv/Dn)を測定したところ、体積平均粒径:5.8μm、Dv/Dn:1.15であった。また低温定着性、耐高温オフセット性、耐熱保存性について下述の方法によって評価を行なった。
評価結果を表1にまとめる。
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー2を得た。
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー3を得た。
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー4を得た。
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー5を得た。
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー6を得た。
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー7を得た。
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー8を得た。
(比較例1)
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー9を得た。
(比較例2)
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー10を得た。
(比較例3)
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー11を得た。
(比較例4)
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー12を得た。
(比較例5)
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー13を得た。
(比較例6)
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー14を得た。
(比較例7)
樹脂A,B,Cを表1に示される重量比に配合した以外は、実施例1と同様にして、トナー15を得た。
(評価方法及び評価結果)
実施例及び比較例で得られたトナーの体積平均粒経、粒度分布(Dv/Dn)を測定したところ、全て体積平均粒径:4.0〜6.0μm、Dv/Dn:1.15以下の範囲であった。
トナー1〜15の定着下限温度、定着上限温度及び耐熱保存性の評価結果を表1に示す。
なお、定着性及び耐熱保存性の評価方法を以下に示す。
(定着性)
定着ローラとして、テフロン(登録商標)ローラを使用した複写機MF2200(リコー社製)の定着部を改造した装置を用いて、タイプ6200紙(リコー社製)に複写テストを行なった。
具体的には、定着温度を変化させてコールドオフセット温度(定着下限温度)及びホットオフセット温度(定着上限温度)を求めた。
定着下限温度の評価条件は、紙送りの線速度を120〜150mm/秒、面圧を1.2kgf/cm、ニップ幅を3mmとした。
また、定着上限温度の評価条件は、紙送りの線速度を50mm/秒、面圧を2.0kgf/cm、ニップ幅を4.5mmとした。
なお、従来の低温定着トナーの定着下限温度は、140℃程度である。
このとき、定着下限温度は、130℃未満である場合を◎、130℃以上140℃未満である場合を○、140℃以上150℃未満である場合を△、150℃以上160℃未満である場合を×として、判定した。
また、定着上限温度は、200℃以上である場合を◎、190℃以上200℃未満である場合を○、180℃以上190℃未満である場合を△、180℃未満である場合を×として、判定した。
(耐熱保存性)
トナーを50℃で8時間保管した後、42メッシュの篩で2分間篩い、金網上の残存率を測定した。
このとき、耐熱保存性が良好なトナー程、残存率は小さい。
なお、耐熱保存性は、残存率が20%未満である場合を○、20%以上である場合を×として、判定した。
Figure 2011013570
特開平11−133665号公報 特開2002−287400号公報 特開2002−351143号公報 特許第2579150号公報 特開2001−158819号公報 特開2007−264619号公報

Claims (16)

  1. 少なくとも2種類のトナーバインダー樹脂A、及びB、活性水素基を有する化合物、該活性水素基含有化合物と反応可能な変性ポリエステル系プレポリマーCを含むトナー組成物を有機溶媒中に溶解又は分散させて溶解物又は分散物とし、該溶解物又は分散物の有機溶媒液を、樹脂微粒子を含む水系媒体中に分散させると共に、前記活性水素基含有化合物と前記プレポリマーCを反応させ、得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたトナーであって、前記バインダー樹脂Bの重量平均分子量が前記バインダー樹脂Aの重量平均分子量より大きく、該バインダー樹脂A、Bと変性ポリエステル系プレポリマーCの重量比の関係が(A+B)/C=85/15〜99/1でかつ、A/B=30/70〜85/15であることを特徴とするトナー。
  2. 前記変性ポリエステル系プレポリマーCは、重量平均分子量が1×10以上3×10以下であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 前記バインダー樹脂A、Bは、いずれもポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載のトナー。
  4. 前記バインダー樹脂Bのテトラヒドロフランに可溶な成分の重量平均分子量が1.5×10以上5×10以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のトナー。
  5. 前記バインダー樹脂Aのテトラヒドロフランに可溶な成分の重量平均分子量が1×10以上1×10以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のトナー。
  6. 前記バインダー樹脂Bは、酸価が1(KOHmg/g)以上50(KOHmg/g)以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のトナー。
  7. 前記バインダー樹脂Aは、酸価が1(KOHmg/g)以上50(KOHmg/g)以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のトナー。
  8. 前記ポリエステル樹脂Bは、ガラス転移点が35℃以上70℃以下であることを特徴とする請求項2乃至7のいずれかに記載のトナー。
  9. 前記ポリエステル樹脂Aは、ガラス転移点が35℃以上70℃以下であることを特徴とする請求項2乃至8のいずれかに記載のトナー。
  10. 体積平均粒径が3μm以上7μm以下であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のトナー。
  11. 個数平均粒径に対する体積平均粒径の比が1.2以下であることを特徴とする請求項3乃至10のいずれかに記載のトナー。
  12. 粒径が2μm以下である成分を1個数%以上10個数%以下含有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載のトナー。
  13. 酸価が0.5(KOHmg/g)以上40(KOHmg/g)以下であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載のトナー。
  14. ガラス転移点が40℃以上70℃以下であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載のトナー。
  15. 請求項1乃至14のいずれかに記載のトナーを有することを特徴とする現像剤。
  16. キャリアをさらに有することを特徴とする請求項15に記載の現像剤。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8728703B2 (en) 2011-07-06 2014-05-20 Ricoh Company, Ltd. Electrophotographic toner, method for producing toner, developer and image forming apparatus containing toner
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