JP2011128611A - トナー用樹脂及びトナー - Google Patents

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Abstract

【課題】 短い時間で充分な帯電量まで立ち上がる帯電の迅速性と、初期から多数枚プリントアウト時にいたるまでの帯電の安定性と、高温高湿下での帯電の安定性とに優れたトナー用樹脂、或いは、トナーを得る。
【解決手段】 荷電制御樹脂として、スルホン酸、スルホン酸エステルを置換基として有する特定のユニットとサリチル酸誘導体を有する特定のユニットを含む重合体を含有することを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子写真、静電印刷等の画像形成方法、或いは、トナージェット方式の画像形成方法においてトナー像を形成するためのトナーに含有されるトナー用樹脂に関する。また、上記トナー用樹脂を含有するトナーに関する。
トナーの摩擦帯電特性を改良するための検討が盛んに行われている。特に、環境への配慮や、より安定した帯電性の要求、製造コスト等の理由から、近年になって荷電制御機能を有する樹脂(荷電制御樹脂)をトナー原材料として用いるという提案が行なわれている。例えば、サリチル酸構造を含有する樹脂を、荷電制御樹脂として用いたトナーが提案されている(特許文献1)。この方法によれば、サリチル酸の昇華性を改善しつつ、良好な帯電特性を有するトナーが得られる。しかしながら、複写機、プリンターの高速化に伴い、改良の余地が残されていた。特に、接触一成分現像システムなどでプロセススピードを速めた場合において、帯電性能(特に初期の帯電の立ち上がり性能)が不十分であることが明らかとなった。更に、多数枚のプリントアウト時における帯電の安定性、高温高湿下での帯電量の安定性に改善の余地があることが明らかとなった。この現象に対して、トナーには、短い時間で充分な帯電量まで立ち上がる帯電の迅速さと、その帯電レベルが初期から多数枚プリントアウト後にかけて安定していることが求められており、これを達成し得るトナー用樹脂が求められている。
特許第2694572号公報
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものである。
即ち、本発明の目的は、短い時間で充分な帯電量まで立ち上がる帯電の迅速性と、初期から多数枚プリントアウト時にいたるまでの帯電の安定性と、高温高湿下での帯電の安定性とに優れたトナー用樹脂を提供することである。
また、本発明の他の目的は、短い時間で充分な帯電量まで立ち上がる帯電の迅速性と、初期から多数枚プリントアウト時にいたるまでの帯電の安定性と、高温高湿下での帯電の安定性とに優れたトナーを提供することである。
本発明者らは、鋭意検討の結果、本発明のトナー用樹脂及びトナーにより前記課題が解決されることを見出し、本発明に至った。
即ち、本出願に係る第1の発明は、式(1)で示される構造を有するユニットAと式(2)で示される構造を有するユニットBとを含む重合体を含有するトナー用樹脂に関する。
(式(1)において、
は、水素、又は、炭素数1から12のアルキル基であり、
は、置換基を有していてもよい炭素数1又は2のアルキレン構造、又は、置換基を有していてもよい芳香族環であり、該アルキレン構造における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6又は12のアリール基、又は、炭素数1〜12のアルコキシ基であり、該芳香族環における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、又は、炭素数1〜12のアルコキシ基である。
式(2)において、
COOHとOHは隣り合う位置に結合し、
は、水素、又は、炭素数1〜6のアルキル基である。)
また、本出願に係る第2の発明は、上記のトナー用樹脂を含有するトナーに関する。
本発明によれば、短い時間で充分な帯電量まで立ち上がる帯電の迅速性と、初期から多数枚プリントアウト時にいたるまでの帯電の安定性と、高温高湿下での帯電の安定性とに優れたトナー用樹脂、或いは、トナーを得ることができる。
トナーを含有する現像剤の摩擦帯電量の測定に用いる装置の構成を示す図である。
本発明者らは、トナー用樹脂として、式(1)で示される構造を有するユニットAと式(2)で示される構造を有するユニットBとを含む重合体(以降、重合体と略す場合がある。)を用いることによって、帯電性に優れた効果が得られることを見出し、本発明に至った。
短い時間で充分な帯電量まで立ち上がる帯電の迅速性と、初期から多数枚プリントアウト時にいたるまでの帯電の安定性と、高温高湿下での帯電の安定性とに関して、優れた効果が発揮されるメカニズムは明確ではないが、本発明者らは、荷電制御機能を有するトナー用樹脂の持つ帯電性能について、
(A)電荷の発生並びに電荷を蓄積する効果
(B)電荷の均一化に寄与すると考えている電荷の散逸速度
が関与しているものと考えている。
式(1)で示されるスルホン酸、スルホン酸エステルを置換基として有するユニットAと、式(2)で示されるサリチル酸誘導体構造を有するユニットBとを共存させた重合体とすることで、電荷の発生並びに蓄積と共に電荷の均一化の能力を発揮することが判明した。メカニズムは明確ではないが、式(2)で示されるサリチル酸誘導体を有するユニットBは、ユニットAに過剰に蓄えられた電荷を散逸させ、樹脂内において適度に電荷を均一化することに寄与しているものと考えられる。また、本発明のトナー用樹脂においては、ユニットAとユニットBとが同じ重合体中に存在しているため、ユニットAとユニットBが分子レベルで近接して存在している。そのため、電荷の発生と電荷の均一化が瞬時に起ることによって、帯電の立ち上がりを良好にしているものと考えている。
前記重合体の主鎖構造は、式(1)で示されるスルホン酸、スルホン酸エステルを置換基として有するユニットAと、式(2)で示されるサリチル酸誘導体構造有するユニットBが導入できる構造であれば、特に限定されない。例えば、ビニル系重合体、ポリエステル系重合体、ポリアミド系重合体、ポリウレタン系重合体、ポリエーテル系重合体などが挙げられる。本発明のトナー用樹脂を製造する上での製造しやすさや、コストメリット等を考慮すれば、ポリエステル系重合体、或いは、ビニル系重合体であることが好ましい。
式(1)で表わされるユニットAにおいて、Rとしては、水素原子、メチル基又はエチル基が好ましく、特には、水素原子又はメチル基が好ましい。Bとしては、フェニレン、ナフチレン又はジメチルエチレンが好ましく、フェニレン又はナフチレンである場合には、置換基としてメチル基又はメトキシ基を有していてもよい。
式(2)で表わされるユニットBにおいて、Rとしては、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基であることが好ましく、特には、水素原子又はt−ブチル基であることが好ましい。
本発明においては、前記トナー用樹脂のユニットAが式(3)で示されるユニットであることが好ましい。また、前記トナー用樹脂のユニットBが式(4)で示されるユニットであることが好ましい。
(式(3)において、
は、水素、又は、メチル基であり、
は、水素、又は、炭素数1〜12のアルキル基であり、
は、置換基を有していてもよい炭素数1又は2のアルキレン構造、又は、置換基を有していてもよい芳香族環であり、該アルキレン構造における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6又は12のアリール基、又は、炭素数1〜12のアルコキシ基であり、該芳香族環における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、又は、炭素数1〜12のアルコキシ基である。)
(式(4)において、
COOHとOHは隣り合う位置に結合し、
は、水素、又は、メチル基を表し、
は、水素、又は、炭素数1〜6のアルキル基である。)
式(3)及び(4)で表わされるユニットである場合には、ビニル系樹脂を主成分とするトナー粒子において、本発明の効果がより好適に発揮される。
これは、式(3)で示されるユニットAや式(4)で示されるユニットBの主鎖がビニル系重合体であることにより、ビニル系樹脂を主成分とするトナー粒子中では、相溶されやすくなる。相溶化により、ユニットAとユニットBがある程度均等に距離を保った状態で存在できるので、本発明のトナー用樹脂を用いる効果がより顕著になるものと考えている。
また、同様の理由から本発明のトナー用樹脂を構成するその他のユニットが、ビニル系単量体に由来するユニットであることが好ましい。
また、ビニル系の共重合体とすることにより、該トナー用樹脂のガラス転移点(Tg)を容易に制御できることから、トナーの定着性を維持しつつ、本発明の効果を発現でき、好ましい態様となる。
本発明のトナー用樹脂は、式(1)で示されるユニットAの含有量が0.10乃至30.00質量%であり、且つ式(2)で示されるユニットBの含有量が1.00乃至40.00質量%であることが好ましい。
式(1)で示されるユニットAの含有量が、上記の範囲内であれば、トナー粒子として、チャージアップの発生を抑制しつつ、より十分な帯電量が得られるようになる。また、式(2)で示されるユニットBの含有量が、上記の範囲内であれば、帯電の均一化がより速やかに起こるようになる。また、式(2)で示されるユニットBのもつ吸湿性の影響をより小さく抑えることができる。
一方、本発明のトナー用樹脂は、ポリエステル構造を有する重合体とすることも可能である。この場合、少なくとも多価アルコール成分と多価カルボン酸成分とを重縮合させて生成されるポリエステル構造を有し、且つ式(1)で示されるスルホン酸、スルホン酸エステルを置換基として有するユニットA及び式(2)で示されるサリチル酸誘導体構造有するユニットBを含有する。また、ポリエステル構造を有する樹脂としてビニル単量体で変性されたハイブリッド樹脂を用いることも可能である。
ハイブリッド樹脂を用いた場合、ハイブリッド樹脂中のビニル変性比の調整には公知の方法が使用可能である。具体的には使用するポリエステル樹脂成分とビニル単量体成分の仕込み量比を変えることで任意の変性比が調整可能である。ハイブリッド樹脂を用いた場合、式(1)で示されるスルホン酸、スルホン酸エステルを置換基として有するユニットAと、式(2)で示されるサリチル酸誘導体構造有するユニットBはビニル樹脂ユニット、ポリエステル樹脂ユニットのどちらに存在しても良い。また、側鎖や末端に存在していてもよい。
前記ポリエステル構造を含有する樹脂を構成する多価アルコール成分としては下記の物が挙げられる。具体的には、例えば二価アルコール成分としては、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.0)−ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。
三価以上のアルコール成分としては、例えばソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げられる。
また多価カルボン酸成分としては、例えばフタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸の如き芳香族ジカルボン酸類又はその無水物;コハク酸、アジピン酸、セバシン酸及びアゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸類又はその無水物;炭素数6〜12のアルキル基で置換されたコハク酸若しくはその無水物;フマル酸、マレイン酸及びシトラコン酸の如き不飽和ジカルボン酸類又はその無水物;等が挙げられる。
それらの中でも、特に、ビスフェノール誘導体をジオール成分とし、二価以上のカルボン酸又はその酸無水物、又はその低級アルキルエステルとからなるカルボン酸成分(例えば、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等)を酸成分として、これらを縮重合したポリエステル樹脂が好ましく用いることができる。
本発明のトナー用樹脂の製造方法としては特に限定されず、公知の手法により製造することができる。ビニル系樹脂の場合には、例えば、一例として、式(1)で示される構造を有するユニットAを含有する重合性単量体(式(5))並びに式(2)で示される構造を有するユニットBを含有する重合性単量体(式(6))とを重合開始剤を用いて共重合させる方法である。
(式(5)において、
は、水素、又は、メチル基であり、
は、水素、又は、炭素数1〜12のアルキル基であり、
は、置換基を有していてもよい炭素数1又は2のアルキレン構造、又は、置換基を有していてもよい芳香族環であり、該アルキレン構造における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6又は12のアリール基、又は、炭素数1〜12のアルコキシ基であり、該芳香族環における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、又は、炭素数1〜12のアルコキシ基である。
式(6)において、COOHとOHは隣り合う位置に結合し、
は、水素、又は、メチル基であり、
は、水素、又は、炭素数1〜6のアルキル基である。)
ユニットAとして使用可能な重合性単量体(式(5))の具体例としては、以下のものを挙げることができる。2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミドベンゼンスルホン酸、2−メタクリルアミドベンゼンスルホン酸、3−アクリルアミドベンゼンスルホン酸、3−メタクリルアミドベンゼンスルホン酸、4−アクリルアミドベンゼンスルホン酸、4−メタクリルアミドベンゼンスルホン酸、2−アクリルアミド−5−メチルベンゼンスルホン酸、2−メタクリルアミド−5−メチルベンゼンスルホン酸、2−アクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸、2−メタクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸、及びそれらの炭素数1〜12のアルキルエステルが例示される。スルホン酸構造、メチルエステル又はエチルエステルであることが好ましく、より好ましくは、スルホン酸構造又はメチルエステルである。
また、ユニットBとして使用可能な重合性単量体(式(6))の具体例としては、以下のものを挙げることができる。3−ビニルサリチル酸、4−ビニルサリチル酸、5−ビニルサリチル酸、6−ビニルサリチル酸、3−ビニル−5−イソプロプピルサリチル酸、3−ビニル−5−t−ブチルサリチル酸、4−ビニル−6−t−ブチルサリチル酸、3−イソプロペニル−5−t−ブチルサリチル酸などが例示される。
また、本発明のトナー用樹脂に用いることができるその他のユニットを形成するためのビニル系単量体としては、特に制限されない。具体的には、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレンの如きスチレン及びその誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンの如きエチレン不飽和モノオレフィン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、弗化ビニルの如きハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニルの如きビニルエステル酸;アクリル酸−n−ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシルの如きアクリル酸エステル類;前記アクリル酸エステル類のアクリルをメタクリルに変えたメタクリル酸エステル類;メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きメタクリル酸アミノエステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルの如きビニルエーテル類;ビニルメチルケトンの如きビニルケトン類;N−ビニルピロールの如きN−ビニル化合物;ビニルナフタリン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如きアクリル酸若しくはメタクリル酸誘導体、アクリル酸、メタクリル酸などが挙げられる。
上記した重合性単量体成分を共重合させる際に用いることのできる重合開始剤としては、過酸化物系重合開始剤、アゾ系重合開始剤など様々なものが使用できる。使用できる過酸化物系重合開始剤としては、有機系としては、パーオキシエステル、パーオキシジカーボネート、ジアルキルパーオキサイド、パーオキシケタール、ケトンパーオキサイド、ハイドロパーオキサイド、ジアシルパーオキサイドが挙げられる。無機系としては、過硫酸塩、過酸化水素などが挙げられる。具体的には、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ヘキシルパーオキシアセテート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ヘキシルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキシルモノカーボネートなどのパーオキシエステル;ベンゾイルパーオキサイドなどのジアシルパーオキサイド;ジイソプロピルパーオキシジカーボネートなどのパーオキシジカーボネート;1,1−ジ−t−ヘキシルパーオキシシクロヘキサンなどのパーオキシケタール;ジ−t−ブチルパーオキサイドなどのジアルキルパーオキサイド;その他としてt−ブチルパーオキシアリルモノカーボネート等が挙げられる。また、使用できるアゾ系重合開始剤としては、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)等が例示される。
なお、必要に応じてこれら重合開始剤を2種以上同時に用いることもできる。この際使用される重合開始剤の使用量は、重合性単量体100質量部に対し0.1質量部以上20.0質量部以下であることが好ましい。また、その重合法としては、溶液重合、懸濁重合、乳化重合、分散重合、沈殿重合、塊状重合等いずれの方法を用いることも可能であり、特に限定するものではない。
一方、本発明のトナー用樹脂がポリエステル樹脂である場合には、種々の公知の製造方法が利用可能である。例えば、
(A)ポリエステル構造に含まれるカルボキシル基や水酸基の反応残基を利用して、有機反応により、式(1)で示される構造を置換基として有するユニットA及び式(2)で示される構造を有するユニットBに変換する方法;
(B)式(1)で示される構造を置換基として有するユニットA及び式(2)で示される構造を有するユニットBを有する多価アルコールまたは多価カルボン酸を用いてポリエステルを作製する方法;
(C)多価アルコールまたは多価カルボン酸に、式(1)で示される構造を置換基として有するユニットA及び式(2)で示される構造を有するユニットBを導入させやすい官能基をあらかじめ導入しておく方法;
等が挙げられる。
また、ハイブリッド樹脂である場合には、
(D)式(1)で示される構造を置換基として有するユニットA及び式(2)で示される構造を有するユニットBを含有するポリエステル樹脂をビニル単量体によりハイブリッド化する方法;
(E)ビニル単量体としてアクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基を有するものを用いて重合した後に、そのカルボキシル基を有機反応により、式(1)で示される構造、或いは、式(2)で示される構造に変換する方法;
(F)式(1)で示される構造及び式(2)で示される構造を有するビニル単量体を用いてポリエステル樹脂をハイブリッド化する方法;
等が挙げられる。
ポリエステル樹脂をビニル単量体によってハイブリッド化する方法としては公知の方法が利用可能であり、(D)の方法として有効である。具体的には過酸化物系の開始剤によりポリエステルのビニル変性を行う方法、不飽和基を有するポリエステル樹脂をグラフト変性してハイブリッド樹脂を作製する方法等が挙げられる。
または(E)の具体的方法としては、式(1)で示される構造を有機反応で導入する場合、樹脂中に存在するカルボキシル基をアミノメタンスルホン酸やアミノエタンスルホン酸(タウリン)、2−アミノベンゼンスルホン酸のようなスルホン酸基とアミノ基を有する化合物を用いてアミド化し、さらにスルホン酸を公知のエステル化剤でエステル化する方法等を挙げることができる。また、式(2)で示される構造を導入する場合、樹脂中に存在するカルボキシル基を4−アミノサリチル酸や5−アミノサリチル酸のようなサリチル酸構造にアミノ基を導入した化合物を用いてアミド化する方法等を挙げることができる。
また、(F)の具体的方法としては、使用可能な式(1)で示されるスルホン酸、スルホン酸エステルを置換基として有するユニットAを有するビニル単量体としては、前述の式(5)で示される重合性単量体を用いることができる。また、使用可能な式(2)で示されるサリチル酸誘導体構造有するユニットBを有するビニル単量体としては、前述の式(6)で示される重合性単量体を用いることができる。
本発明において、重合体の重量平均分子量の調整方法としては公知の方法が使用可能である。具体的にはポリエステル樹脂においては酸成分とアルコール成分の仕込み比や重合時間により任意に調整可能である。またハイブリッド樹脂においてはポリエステル成分の分子量調整に加えてビニル変性ユニットの分子量の調整も可能となる。具体的には、ビニル変性の反応工程においてラジカル開始剤量や重合温度等により任意に調整可能である。本発明でポリエステル樹脂のハイブリッド化に用いることのできるビニル単量体としては、前述したビニル系単量体を用いることができる。
前記トナー用樹脂の分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により算出した重量平均分子量が1000以上1000000以下であることが好ましい。より好ましい範囲としては、重量平均分子量が2000以上200000以下である。本発明におけるトナー用樹脂の分子量が上記の範囲内にある場合には、スリーブやキャリアといった部材に対する汚染が良好に抑制される。
また帯電特性や定着性の観点から、前記トナー用樹脂の分子量分布は狭いことが好ましい。ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより算出される重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比(Mw/Mn)が1.0以上6.0以下であることが好ましい。より好ましくは1.0以上4.0以下である。
次に本発明で用いることができるトナーについて以下に述べる。
本発明のトナーは、式(1)で示される構造を有するユニットAと式(2)で示される構造を有するユニットBとを含む重合体であるトナー用樹脂を含有することによって本発明の効果を発揮する。
前記トナー用樹脂は、結着樹脂として用いられる樹脂とは別に添加されることが好ましい。トナー用樹脂の含有量は特に制限されないが、結着樹脂100質量部に対し、0.1質量部以上20.0質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.3質量部以上10.0質量部以下である。上記の範囲の含有量であれば、トナー粒子中での分散性が良好となり、添加効果が十分に得られる。
本発明のトナーにおいて、使用される結着樹脂としては特に制限はない。例えば、スチレン樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレン−酢酸ビニル系樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリブチラール樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの中でも、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂等がトナー特性の上で好ましい。
本発明のトナーの結着樹脂の分子量分布は特に制限されないが、THFに可溶な樹脂成分のGPCにより算出したピーク分子量が、3000以上80000以下の範囲であることが好ましい。結着樹脂のピーク分子量が上記の範囲内であれば、帯電性と低温定着性とをより綱領に両立がより良好となる。
本発明のトナーは、ワックスを含有することが好ましい。トナー中にワックスを含有させることにより、低温定着性と耐オフセット性にすぐれ、且つ表面平滑性が優れた定着画像を得ることができる定着性に優れたトナーを得ることができる。
トナー中にワックスを含有させた場合、定着時、溶融されたワックスは、その表面張力によって転写材と定着部材との間において離型剤として作用し、耐オフセット性能を向上させるだけでなく、定着時のトナーの溶融化を加速させることによって低温定着性をも向上させることができる。トナーのDSC曲線において、昇温時に見られる最大吸熱ピークのピーク温度が、45℃以上130℃以下となるようなワックスを用いることが好ましい。より好ましくはピーク温度が50℃以上110℃以下、さらに好ましくは50℃以上90℃以下となるワックスである。
本発明のトナーに用いられるワックスは、結着樹脂100質量部に対して0.5質量部以上30.0質量部以下の範囲の含有量であることが好ましい。
本発明のトナーに使用可能なワックスとしては、前記のような範囲で吸熱ピークを有しているものから選ばれればよい。特に制限はないが、具体的には、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム等の石油系ワックス及びその誘導体、モンタンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体、ポリエチレンに代表されるポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックス等天然ワックス及びその誘導体などで、誘導体には酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物を含む。さらには、高級脂肪族アルコール、ステアリン酸、パルミチン酸等の脂肪酸、またはその化合物、酸アミドワックス、エステルワックス、ケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックス等が挙げられる。
前述したように、定着性に優れたトナーとする場合、トナーのガラス転移点も制御することが好ましい。トナーのDSC曲線より求められるガラス転移点は45℃以上70℃以下の範囲が好ましく、より好ましくは50℃以上70℃以下の範囲である。上記の範囲内であれば、低温定着性能と保存安定性能との両立を良好に達成することができる。
トナーには、通常、着色剤が添加される。但し、透明トナーとして用いる場合、着色剤は添加されない。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、以下に示すイエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用い黒色に調色されたものが利用される。
イエロー着色剤としては、顔料系としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が用いられる。具体的には、C.I.PigmentYellow74,93,94,95,109,111,128,138,151,155,174,180,185が好適に用いられる。染料系としては、例えば、C.l.SolventYellow93,162,163が挙げられる。
マゼンタ着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が用いられる。具体的には、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254、C.I.ピグメントバイオレッド19が特に好ましい。
シアン着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物等が利用できる。具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66が特に好適に利用される。
これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。本発明の着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、OHP透明性、トナー中への分散性の点から選択される。該着色剤の添加量は結着樹脂100質量部に対し1.0質量部以上20.0質量部以下となる様に添加して用いられる。
さらに本発明のトナーは磁性体を含有させ磁性トナーとしても使用しうる。この場合、磁性体は着色剤の役割をかねることもできる。本発明において、磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライトの如き酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルの如き金属、或いはこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムの如き金属との合金及びその混合物が挙げられる。
本発明に用いられる磁性体は、表面改質された磁性体が好ましい。ポリマー溶解懸濁法や懸濁重合法の如き製法によって製造される重合法トナーに用いる場合には、重合阻害のない物質である表面改質剤により、疎水化処理を施したものが好ましい。このような表面改質剤としては、例えばシランカップリング剤、チタンカップリング剤を挙げることができる。
これらの磁性体は平均粒子が2μm以下、好ましくは0.1μm以上0.5μm以下程度のものが好ましい。トナー中に含有させる量としては結着樹脂100質量部に対し20質量部以上200質量部以下であり、より好ましくは40質量部以上150質量部以下である。
796kA/m(10kエルステッド)印加での磁気特性において、保磁力(Hc)1.59kA/m以上23.9kA/m以下(20エルステッド以上300エルステッド以下)、飽和磁化(σs)50Am/kg以上200Am/kg以下、残留磁化(σr)2Am/kg以上20Am/kg以下の磁性体が好ましい。
本発明のトナーにおいて、高画質化のため、より微小な潜像ドットを忠実に現像するためには、トナーの重量平均粒径(D4)が3.0μm以上9.0μm以下であることが好ましく、4.0μm以上6.5μm以下であることがより好ましい。
本発明のトナーにおいて、摩擦帯電特性を補助するために、他の荷電制御剤を含有させることも可能である。含有させることが可能な荷電制御剤として具体的には、ネガ系制御剤としては、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、ダイカルボン酸等の金属化合物;スルホン酸、カルボン酸を側鎖にもつ高分子型化合物;ホウ素化合物;尿素化合物;ケイ素化合物;カリックスアレーン等が好ましい。ポジ系制御剤としては、四級アンモニウム塩、該四級アンモニウム塩を側鎖に有する高分子型化合物、グアニジン化合物、イミダゾール化合物等が挙げられる。
本発明のトナーの製造方法としては特に限定されず公知の製法が用いられる。具体的には、
(A)特公昭36−10231号公報、特開昭59−53856号公報、特開昭59−61842号公報に記載されている懸濁重合法を用いて直接、トナー粒子を製造する方法;
(B)マイクロカプセル製法のような界面重合法でトナー粒子を製造する方法;
(C)コアセルベーション法によるトナー化;
(D)特開昭62−106473号公報や特開昭63−186253号公報に開示されている様な少なくとも1種以上の微粒子を凝集させ所望の粒径のものを得る会合重合法によりトナー粒子を得る方法;
(E)単分散を特徴とする分散重合法によりトナー粒子を製造する方法;
(F)非水溶性有機溶媒に必要な樹脂類を溶解させた後、水中でトナー化するポリマー溶解(溶融)懸濁法;
(G)乳化分散法によりトナー粒子を得る方法;
(H)加圧ニーダーやエクストルーダー、或いはメディア分散機等を用いてトナー成分を混練、均一に分散せしめた後、冷却し、混練物を機械的又はジェット気流下でターゲットに衝突させて所望のトナー粒径に微粉砕し、更に分級工程を経て粒度分布をシャープにせしめてトナー粒子を製造する粉砕法;
(I)粉砕法で得られたトナーを溶媒中で加熱等により球形化処理しトナー粒子を得る方法;などが挙げられる。
その中で特に、本発明の効果がより顕著に表れるのは、懸濁重合法によりトナー粒子を製造した場合である。その理由としては、水性媒体中で造粒させる工程(造粒工程)において、前記トナー用樹脂を効果的にトナー粒子表面近傍に局在させることが可能であるからである。
懸濁重合法によるトナー粒子の製造方法においては、まず、結着樹脂を構成する重合性単量体中に着色剤を撹拌機等によって均一に溶解混合または分散させる。特に着色剤が顔料である場合には、分散機により処理し顔料分散ペーストとすることが好ましい。これを重合性単量体、前記トナー用樹脂及び重合開始剤、更にワックスや必要に応じた他の添加剤とともに、撹拌機等によって均一に溶解混合または分散させ、重合性単量体組成物を作製する。こうして得られた重合性単量体組成物を、分散安定化剤を含有する分散媒体(好ましくは水系媒体)中に添加し、撹拌装置として高速撹拌機もしくは超音波分散機のような高速分散機を使用してトナー粒子径まで微分散させる(造粒工程)。そして、造粒工程において微分散された重合性単量体組成物を光や熱により重合反応させ(重合工程)、トナー粒子を得ることができる。
有機媒体に顔料を分散させる方法としては公知の方法を用いることができる。例えば、有機媒体中に必要に応じて樹脂、顔料分散剤を溶かし込み、撹拌しながら顔料粉末を徐々に加え十分に溶媒になじませる。さらにボールミル、ペイントシェーカー、ディゾルバー、アトライター、サンドミル、ハイスピードミル等の分散機により機械的剪断力を加えることで顔料を安定に微分散、すなわち均一な微粒子状に分散することができる。
懸濁重合法において好適に用いることができる重合性単量体としては、トナー用樹脂において用いることができるビニル系単量体を同様に用いることができる。
前記の製造方法において用いることのできる分散媒体としては、結着樹脂、有機媒体、重合性単量体および前記トナー用樹脂などの分散媒体に対する溶解性から決められるものであるが、水系のものが好ましい。水系の分散媒体として使用できるものは、例えば水;メチルアルコール、エチルアルコール、変性エチルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、等のアルコール類;メチルセロソルブ、セロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテルアルコール類が挙げられ、その他にも水溶性のものとして、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のケトン類;酢酸エチル等のエステル類;エチルエーテル、エチレングリコール等のエーテル類;メチラール、ジエチルアセタール等のアセタール類;ギ酸、酢酸、プロピオン酸等の酸類等から選ばれるが、水またはアルコール類であることが特に好ましい。またこれらの溶媒を2種類以上混合して用いることもできる。分散媒体に対する液状混合物又は重合成単量体組成物の濃度は、分散媒体に対して1質量%以上80質量%以下であることが好ましく、より好ましくは10質量%以上65質量%以下である。
水系の分散媒体を使用する場合に用いることのできる分散安定化剤としては、公知のものが使用可能である。具体例には、無機化合物として、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナ等が挙げられる。有機化合物として、ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、ポリアクリル酸及びその塩、デンプン等を水相に分散させて使用できる。分散安定化剤の濃度は液状混合物又は重合性単量体組成物100質量部に対して0.2質量部以上20.0質量部以下が好ましい。
懸濁重合法を用いた本発明のトナーに用いる重合開始剤としては、トナー用樹脂において用いることができる重合開始剤を同様に用いることができる。
また、懸濁重合法によりトナーを製造する場合、公知の架橋剤を添加してもよい。好ましい添加量としては、重合性単量体100質量部に対し0.001質量部以上15.000質量部以下である。
また、本発明のトナーは、結着樹脂、着色剤を少なくとも含有する母粒子Cの表面に、樹脂微粒子を少なくとも固着してなるトナー粒子を有するトナーであってもよい。この場合には、本発明のトナー用樹脂を含有する樹脂微粒子sを用いることができる。該樹脂微粒子sの含有量は、母粒子Cの質量に対して0.1乃至20.0質量%であればよい。より好ましくは2.0乃至10.0質量%であり、更に好ましくは3.0乃至7.0質量%である。上記範囲を満たす場合、樹脂微粒子sが、母粒子Cの表面に均一分散した状態で、しかも強固に固着させやすい。
また、該樹脂微粒子sの数平均粒子径は、10乃至200nmであればよく、好ましくは20乃至150nmであり、より好ましくは50乃至100nmである。
式(1)で示される構造を有するユニットAと式(2)で示される構造を有するユニットBとを含む重合体を含有する樹脂微粒子sを得るためには公知の方法が利用可能である。
例えば、
(A)前記トナー用樹脂を合成した後に水系媒体中で乳化して微粒子を得る方法;
(B)乳化重合法により微粒子を得る方法;
等が挙げられる。
また、本発明において、母粒子Cの表面に樹脂微粒子sを固着してなるトナー粒子を得るためには公知の方法を挙げることができる。例えば、
(A)母粒子Cと樹脂微粒子sを混合してシェアを加える方法;
(B)母粒子Cを含む水系媒体中に樹脂微粒子sを添加し、必要に応じて温度、pH、時間の制御や、電解質の凝集剤添加の条件を変化させることにより形成する方法;
等が挙げられる。
本発明において、母粒子Cの表面に、樹脂微粒子sを、均一に、しかも強固に固着させるためには以下に示す構成が重要である。
上記樹脂微粒子sの数平均粒子径は、微粒子作製時の造粒条件や界面活性剤の種類や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。具体的に、造粒条件としては、水系媒体中の固液比や、水系媒体のpHや撹拌速度などを挙げることができる。また本発明に利用できる界面活性剤としては、公知のイオン性界面活性剤や非イオン系界面活性剤を挙げることができる。
上述の様に、樹脂微粒子sの調製方法は特に限定されるものではなく、乳化重合法や、樹脂を溶媒に溶解又は溶融して液状化し、これを水系媒体中で懸濁又は、転相乳化させることにより調製する方法が挙げられる。このとき、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sを形成する樹脂に自己乳化性を持たせることもできる。
また、母粒子Cを構成する結着樹脂としては公知の樹脂を利用可能であり、以下のものが挙げられる。スチレン樹脂、アクリル系樹脂(メタクリル系樹脂も含む)、スチレン−アクリル系樹脂(メタクリル系樹脂も含む)、ポリエチレン樹脂、ポリエチレン−酢酸ビニル系樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、また、それらの樹脂を任意に結合させたハイブリッド樹脂等。それらの樹脂は必要に応じて架橋構造を有していても構わない。
また、母粒子Cに用いることのできる着色剤、ワックス、荷電制御剤としては前述したものがそれぞれ利用可能である。
本発明において母粒子Cを作製する方法としては、公知の方法が利用可能である。
例えば、
(A)結着樹脂、着色剤およびワックスを溶融混練し、微粉砕、必要に応じて分級工程を経て得られる粉砕法によりトナー粒子を作製する方法;
(B)懸濁重合法・溶解懸濁法・界面重合法・分散重合法・乳化凝集法等、水系媒体中で製造する方法;
等が挙げられる。本発明においては、母粒子Cが水系媒体中で得られる粒子であることが好ましい。
水系媒体中で母粒子Cを作製した場合には、乾式製法により作製したものに比べると、母粒子Cの表面が比較的親水性の高い状態になりやすい。従って、樹脂微粒子sを母粒子Cの表面に固着させる際に、微粒子を母粒子表面に凝集させやすく、微粒子の固着をより強固なものとすることができる。
さらに、母粒子Cは懸濁重合法で得られる粒子であること、又は乳化樹脂粒子を凝集させて得られる粒子であることが生産性の面でより好ましい。
本発明のトナーは、トナー粒子の表面に無機微粉体を有することが好ましい。無機微粉体は、トナーの流動性改良及び帯電均一化のためにトナー粒子に添加、混合され、添加された無機微粉体はトナー粒子の表面に均一に付着した状態で存在する。
本発明における無機微粉体は、1次粒子の個数平均粒径(D1)が4nm以上80nm以下であることが好ましい。
本発明で用いられる無機微粉体としては、シリカ、アルミナ、チタニアから選ばれる無機微粉体またはその複酸化物などが使用できる。複酸化物としては、例えば、ケイ酸アルミニウム微粉体やチタン酸ストロンチウム微粉体等が挙げられる。また、ケイ酸微粉体として、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成されたいわゆる乾式法又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び水ガラス等から製造されるいわゆる湿式シリカの両者が使用可能である。表面及びケイ酸微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNaO、SO 2−等の製造残滓の少ない乾式シリカの方が好ましい。また、乾式シリカにおいては、製造工程において例えば、塩化アルミニウム,塩化チタン等他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能でありそれらも包含する。
個数平均1次粒径が4nm以上80nm以下の無機微粉体の添加量は、トナー粒子100質量部に対して0.1質量部以上5.0質量部未満であることが好ましい。
さらに、本発明に用いられるトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばテフロン(登録商標)粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末、あるいは酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤、あるいは例えば酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末などの流動性付与剤、ケーキング防止剤、また、逆極性の有機および/または無機微粒子を現像性向上剤として少量用いる事もできる。これらの添加剤も表面を疎水化処理して用いることも可能である。
また、本発明のトナーは、磁性キャリアと混合して二成分系現像剤として用いることもできるし、トナーのみからなる一成分系現像剤として用いることもできる。特に、帯電の立ち上がり特性が重要となる非磁性一成分系現像剤として用いる場合に、より顕著にその効果を発揮するものである。
本発明のトナーを二成分系現像剤に用いる場合、磁性キャリアとしては、例えば表面酸化又は未酸化の鉄、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム、希土類の如き金属粒子、それらの合金粒子、酸化物粒子及びフェライト等を微粒子化したものが使用できる。また、磁性微粒子を樹脂中に分散させた磁性微粒子分散型樹脂キャリアを用いることもできる。
上記磁性キャリア粒子の表面を樹脂で被覆することが好ましく、被覆方法としては、樹脂の如き被覆材を溶剤中に溶解若しくは懸濁させて調製した塗布液を磁性キャリアコア粒子表面に付着させる方法、磁性キャリアコア粒子と被覆材とを粉体で混合する方法等、従来公知の方法が適用できる。
磁性キャリアコア粒子表面への被覆材料としては、例えばシリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、アミノアクリレート樹脂等が挙げられる。これらは単独或いは複数で用いる。上記被覆材料の処理量は、キャリアコア粒子に対し0.1質量%以上30質量%以下(好ましくは0.5質量%以上20質量%以下)が好ましい。これらキャリアの平均粒径は10μm以上100μm以下、さらには20μm以上70μm以下であることが好ましい。
本発明のトナーと磁性キャリアとを混合して二成分系現像剤を調製する場合、その混合比率は、現像剤中のトナー濃度として2質量%以上15質量%以下、好ましくは4質量%以上13質量%以下にすると通常良好な結果が得られる。トナー濃度が2質量%未満では画像濃度が低下しやすく、15質量%を超えるとカブリや機内飛散が発生しやすい。
以下に各物性値の測定方法について記載する。
(1)重合体の分子量分布
重合体の分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定した。
まず、室温で24時間かけて、測定サンプルをテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。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「マエショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。尚、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:HLC8120 GPC(検出器:RI)(東ソー社製)
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
測定サンプル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した。
(2)重合体中のユニットAの量の測定
重合体中の式(1)で示されるユニットAの量(質量%)の算出は、重合体中に含まれる硫黄原子量を測定し、その硫黄原子量から算出した。具体的には、ポリマーを自動試料燃焼装置(装置名:イオンクロマトグラフ用前処理装置AQF−100型(装置仕様:オートボートコントローラー ABC型、AQF−100、GA−100の一体型 株式会社ダイアインスツルメンツ製)に導入し、ポリマーを燃焼ガス化し、そのガスを吸収液(H、30ppmの水溶液)に吸収させた。次に、イオンクロマトグラフィー(装置名:イオンクロマトグラフ ICS2000、カラム:IONPAC AS17、日本ダイオネクス株式会社製)により、吸収液中に含まれるSO量を測定することでポリマー中に含まれる硫黄原子量(質量%)を算出した。得られたポリマー中の硫黄原子量(質量%)より、重合体中の式(1)で示されるユニットAの量(質量%)を算出した。尚、ユニットAの構造特定は、後述するNMRを用いた解析により行った。
(3)重合体中のユニットBの量(質量%)の測定
重合体中のユニットBの量(質量%)は、重合体中のユニットAの量(質量%)の算出後、共重合体中に含まれる酸価を測定し、その酸価量から算出した。酸価を示す成分がその他にも含有されている場合には、後述のNMRを用いた解析に基づき算出した。尚、重合体の酸価の測定に関しては、次項に示す。
(4)重合体の酸価
酸価は試料1gに含まれる酸を中和するために必要な水酸化カリウムのmg数である。本発明における酸価は、JIS K 0070−1992に準じて測定されるが、具体的には、以下の手順に従って測定する。
(i)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。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.1モル/l塩酸25mlを三角フラスコに取り、前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.1モル/l塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作成されたものを用いる。
(ii)操作
本試験;
測定サンプル2.0gを200mlの三角フラスコに精秤し、トルエン/エタノール(3:1)の混合溶液100mlを加え、1時間かけて溶解する。次いで、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、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30秒間続いたときとする。
空試験;
試料を用いない(すなわちトルエン/エタノール(3:1)の混合溶液のみとする)以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(iii)得られた結果を下記式に代入して、酸価を算出する。
A=[(C−B)×f×5.61]/S
(式中、A: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、S:試料(g)である。)
(5)重合体の水酸基価
水酸基価とは,試料1gをアセチル化するとき、水酸基と結合した酢酸を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数である。本発明における水酸基価はJIS K 0070−1992に準じて測定されるが、具体的には、以下の手順に従って測定する。
(i)試薬の準備
特級無水酢酸25gをメスフラスコ100mlに入れ、ピリジンを加えて全量を100mlにし、十分に振りまぜてアセチル化試薬を得る。得られたアセチル化試薬は、湿気、炭酸ガス等に触れないように、褐色びんにて保存する。
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35gを20ml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。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.5モル/l塩酸25mlを三角フラスコに取り、前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.5モル/l塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作成されたものを用いる。
(ii)操作
(A)本試験
測定サンプル1.0gを200ml丸底フラスコに精秤し、これに前記のアセチル化試薬5.0mlをホールピペットを用いて正確に加える。この際、試料がアセチル化試薬に溶解しにくいときは、特級トルエンを少量加えて溶解する。
フラスコの口に小さな漏斗をのせ、97℃のグリセリン浴中にフラスコ底部1cmを浸して加熱する。このときフラスコの首の温度が浴の熱を受けて上昇するのを防ぐため、丸い穴をあけた厚紙をフラスコの首の付根にかぶせることが好ましい。
1時間後、グリセリン浴からフラスコを取り出して放冷する。放冷後、漏斗から水1mlを加えて振り動かして無水酢酸を加水分解する。さらに完全に加水分解するため、再びフラスコをグリセリン浴中で10分間加熱する。放冷後、エチルアルコール5mlで漏斗およびフラスコの壁を洗う。
指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定する。尚、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が30秒間続いたときとする。
(B)空試験
測定サンプル試料を用いない以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(iii)得られた結果を下記式に代入して、水酸基価を算出する。
A=[{(B−C)×28.05×f}/S]+D
ここで、A:水酸基価(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、S:試料(g)、D:測定サンプルの酸価(mgKOH/g)である。
(6)重合体の構造分析
ユニットA及びユニットBを有する重合体及び重合性単量体の構造決定は、核磁気共鳴装置(H−NMR、13C−NMR)並びにFT−IRスペクトルを用いて行った。以下に用いた装置について記す。
(i)H−NMR、13C−NMR
日本電子製FT−NMR JNM−EX400(使用溶媒 重クロロホルム)
(ii)FT−IRスペクトル
Nicolet社製 AVATAR360FT−IR
(7)重合体及びトナーのガラス転移温度
本発明における重合体及びトナーのガラス転移温度は、示差走査熱量計(DSC測定装置)を用いて測定した。
示差走査熱量計は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用い、ASTM D3418−82に準じて以下のように測定した。測定サンプルは2〜5mg、好ましくは3mgを精密に秤量した。それをアルミニウム製のパン中に入れ、対照用に空のアルミパンを用いた。20℃で5分間平衡を保った後、測定範囲20乃至140℃の間で、1.0℃/minのモジュレーションをかけて、昇温速度1℃/minで測定を行った。本発明においては、ガラス転移温度は中点法で求めた。
(8)樹脂微粒子の粒径測定
本発明における樹脂微粒子の個数平均粒子径は以下の方法により求めることができる。
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乃至10μmのレンジ設定で測定を行い、個数平均粒子径を求めた。
(9)トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)
本発明におけるトナーの重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)は、以下のようにして算出した。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数25000チャンネルで行った。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行なう前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行った。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定した。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定した。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れた。
前記専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定した。
具体的な測定法は以下の通りである。
(i)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行った。そして、専用ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去した。
(ii)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液30mlを入れた。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を0.3ml加えた。
(iii)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備した。超音波分散器の水槽内に3.3lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを2ml添加した。
(iv)前記(ii)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させた。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整した。
(v)前記(iv)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させた。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続した。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節した。
(vi)サンプルスタンド内に設置した前記(i)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(v)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が5%となるように調整した。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行った。
(vii)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)を算出する。尚、前記専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)であり、前記専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)であった。
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。「部」は「質量部」を意味する。
式(5)で示される単量体の製造例:
<単量体5A>
撹拌機、温度計、窒素導入管を付した反応容器に、2−アミノ−5−メトキシベンゼンスルホン酸788g、トリエチルアミン642g、テトラヒドロフラン4Lを仕込み、5℃以下でメタクリル酸クロライド352gを15分かけて滴下した。5℃以下に保持したまま6時間撹拌させた。5℃以下に保持しながら反応混合物に濃塩酸800ml、水12.8Lを注加して分液し、有機層を2%塩酸6.4Lで洗浄した後に、水6.4Lで3回洗浄した。得られた溶液を減圧濃縮し、結晶を得た。得られた結晶を撹拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した反応容器に仕込み、トリメチルオルトフォルメート1680g、p−ベンゾキノン1.5gを仕込み、80℃で10時間反応させた。反応混合物を冷却し、減圧濃縮を行った。析出した結晶をろ過後、水5Lに加え、分散洗浄後、ろ過し、水2.5Lで2回洗浄を行った。得られた結晶を30℃で順風乾燥させた後、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル5kg、移動相ヘキサン/酢酸エチル=1/1)にて精製し、383gの式(5A)で示される単量体5Aを得た。
<単量体5B>
撹拌機、温度計、窒素導入管を付した反応容器に、2−ニトロベンゼンスルフォニルクロライド856g、メタノール7Lを仕込み、28%ナトリウムメチラート745g、メタノール600mlの混合溶液を10℃以下で45分かけて滴下した。その後、10℃に保持して50分撹拌させた。反応混合物に0.1モル/l塩酸1.6kgを加えて酸性にし、さらに水3Lを加えて結晶を析出させた。結晶をろ過し、水2Lで洗浄後、30℃で10時間減圧乾燥させて702gの2−ニトロベンゼンスルホン酸メチルエステルを得た。
撹拌機、温度計、窒素導入管を付した反応容器に、2−ニトロベンゼンスルホン酸メチルエステル688g、酢酸4.7L、SnCl・HO 2.18kgを仕込み、10℃以下に冷却した。これに撹拌下、塩酸ガスを4時間吹き込んだ。その後、10℃以下で10時間撹拌させた。反応混合物に、クロロホルム8.4Lを加え、10℃以下に保持しながら20%NaOH水溶液にて中和した。さらに水56Lを加え分液した。水相をクロロホルム4Lで抽出し、クロロホルム層を合わせて水4Lで2回洗浄し、分液した。無水硫酸マグネシウムにて乾燥後、ろ過して2−アミノベンゼンスルホン酸メチルエステルのクロロホルム溶液を得た。得られた溶液をジエチルアニリン950gと共に撹拌機、温度計、窒素導入管を付した反応容器に仕込み、5℃以下でアクリル酸クロライド287gを15分かけて滴下した。5℃以下に保持したまま6時間撹拌させた。反応混合物に濃塩酸800ml、水12.8Lを注加して分液し、有機層を2%塩酸6.4L、水6.4L、3%炭酸水素Na水溶液6.4L、水6.4Lの順に洗浄した。無水硫酸マグネシウムにて乾燥後、ろ過し、30℃で減圧乾燥して796gの結晶を得た。これをカラムクロマトグラフィー(シリカゲル5kg、移動相ヘキサン/酢酸エチル=2/1)にて精製し、式(5B)で示される単量体5Bを406g得た。
<単量体5C>
単量体5Aの製造において、2−アミノ−5−メトキシベンゼンスルホン酸の代わりにp−トルイジン−2−スルホン酸を726g用いる以外は同様の方法で、式(5C)で示される単量体5Cを352g得た。
<単量体5D>
撹拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した反応容器に、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸1500g、トリメチルオルトフォルメート2060g、p−ベンゾキノン1.5gを仕込み、80℃で5時間反応させた。反応混合物を冷却し、減圧濃縮を行った。析出した結晶をろ過後、水5Lに加え、分散洗浄後、ろ過し、水2.5Lで2回洗浄を行った。得られた結晶を30℃で順風乾燥させた後、ヘキサン4Lで分散洗浄し、ろ過した。得られた結晶を30℃で減圧乾燥させて、式(5D)で示される単量体5Dを1063gを得た。
<単量体5E>
単量体5Eとして式(5E)で示される2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸を用いた。
<単量体5F>
単量体5Fとして式(5F)で示される2−メタクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸を用いた。
<単量体5G>
単量体5Gとして式(5G)で示される2−アクリルアミドベンゼンスルホン酸を用いた。
式(6)で示される単量体の製造例:
<単量体6A>
式(6A)で示す単量体6Aは、特開昭63−270060号公報、Journal of Polymer Science:Polymer Chemistry Edition 18,2755(1980)に記載の方法を用いて製造した。
<単量体6B>
式(6B)で示す単量体6Bは、特開昭62−187429号公報に記載の方法を用いて製造した。
<単量体6C>
式(6C)で示す単量体6Cは、前述の特開昭63−270060号公報、Journal of Polymer Science:Polymer Chemistry Edition 18,2755(1980)に記載の方法を用いて製造した。
<単量体6D>
式(6D)で示す単量体6Dは、Bioorganic&Medicinal Chemistry,15(15),5207(2007)に記載の方法を用いて製造した。
<実施例1>
撹拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した反応容器にトルエン60.00部を仕込み、窒素気流下で還流した。
次に、以下の単量体及び溶媒を混合し、単量体混合液を調製した。
〈モノマー組成、混合比〉
・単量体5A 21.00部
・単量体6A 18.00部
・スチレン 61.00部
・トルエン 60.00部
この単量体混合液に、さらに重合開始剤としてt−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(75%炭化水素系溶媒希釈品)を6.60部混合し、前記反応容器に30分間かけて滴下した。110℃で4時間撹拌し、室温まで冷却した。得られた重合体含有組成物をメタノール1400部、アセトン10部の混合溶液に、撹拌下、10分間で滴下し、樹脂組成物を沈殿・晶析させた。得られた樹脂組成物をろ過し、メタノール200部で2回洗浄した。得られた樹脂粉末を減圧下、60℃で10時間乾燥し、重合体Aを得た。
<実施例2乃至13、比較例1乃至4>
モノマー組成、混合比を表1に記載の通りに変更する以外は実施例1と同様の方法で、重合体B乃至M、R乃至Uを得た。
実施例1乃至13、比較例1乃至4で得られた重合体A乃至M及びR乃至Uの組成比並びに分子量について表2及び、表3に示す。
<実施例14>
冷却管、撹拌機、温度計および窒素導入管の付いた反応槽中に、プロピレングリコール90.0部、テレフタル酸103.8部、トリメリット酸5部、アジピン酸10.0部、無水マレイン酸24.0部および縮合触媒としてテトラステアリルチタネート2.0部を入れ、230℃で窒素気流下にて生成する水を留去しながら6時間反応させた。次いで5乃至20mmHgの減圧下で8時間反応させ、不飽和ポリエステル樹脂1を得た。この不飽和ポリエステル樹脂1は、酸価35.4mgKOH/g、水酸基価10.1mgKOH/g、Mnは2300、Mwは4500であった。
冷却管、撹拌機、温度計および窒素導入管の付いた反応槽中に、前記不飽和ポリエステル樹脂1を100部、2−アミノ−5−メトキシベンゼンスルホン酸を20部入れ、ピリジン400部を加えて撹拌した後、亜リン酸トリフェニル850部を加え、120℃で6時間加熱した。反応終了後、エタノール1500部に再沈殿して回収した。得られたポリマーを、1モル/l塩酸300部を用いて2回洗浄を行った後、水300部で2回洗浄を行い、減圧乾燥し、不飽和ポリエステル樹脂2を得た。不飽和ポリエステル樹脂2は、H−NMR及び重合体中の硫黄原子量測定により、式(1F)で示されるスルホン酸ユニットを11.50質量%含有していることが確認された。この不飽和ポリエステル樹脂2は、酸価33.2mgKOH/gであった。Mnは2800、Mwは5100であった。
次に冷却管、撹拌機、温度計および窒素導入管の付いた反応容器中に、トルエン200部、前記不飽和ポリエステル樹脂2を100部仕込み窒素気流下50℃で撹拌した。
次に、以下の単量体及び溶媒を混合し、単量体混合液を調製した。
・単量体6A 10部
・スチレン 40部
・トルエン 50部
この単量体混合液に、さらに重合開始剤としてt−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(75%炭化水素系溶媒希釈品)を3.50部混合し、前記反応容器に30分間かけて滴下した。110℃で3時間撹拌し、室温まで冷却した。得られた重合体含有組成物をメタノール2800部、アセトン20部の混合溶液に、撹拌下、10分間で滴下し、樹脂組成物を沈殿・晶析させた。得られた樹脂組成物をろ過し、メタノール300部で2回リンス洗浄した。得られた樹脂粉末を減圧下、60℃で10時間乾燥し、重合体Nを得た。得られた重合体Nは、H−NMRの結果より、サリチル酸構造に由来するピークが確認された。また、酸価50.8mgKOH/gであり、不飽和ポリエステル樹脂2と比べ、酸価が増加していることから、式(2A)で示されるサリチル酸構造のユニットを含有していることが確認された。重合体中の硫黄原子量測定により、式(1F)で示されるユニットが、8.50質量%存在することが確認された。また、酸価から式(2A)で示されるユニットが4.30質量%存在することが確認された。また重合体NのMnは3800、Mwは8800であった。
<実施例15>
実施例14において、2−アミノ−5−メトキシベンゼンスルホン酸の代わりに2−アミノベンゼンスルホン酸を用いること、並びに単量体6Aの代わりに単量体6Dを用いることを除いて、実施例14と同様に製造することで重合体Oを得た。得られた重合体Oは、H−NMRの結果より、式(1G)で示されるスルホン酸ユニット及び式(2D)で示されるサリチル酸構造のユニットを含有していることは確認された。重合体中の硫黄原子量測定により、式(1G)で示されるユニットが、8.20質量%存在することが確認された。重合体Oの酸価51.5mgKOH/gであり、酸価から式(2D)で示されるユニットが4.50質量%存在することが確認された。Mnは3700、Mwは8600であった。
<実施例16>
冷却管、撹拌機、温度計および窒素導入管の付いた反応槽中に、前記不飽和ポリエステル樹脂1を100部、4−アミノサリチル酸を30部入れ、ピリジン400部を加えて撹拌した後、亜リン酸トリフェニル850部を加え、120℃で6時間加熱した。反応終了後、エタノール1500部に再沈殿して回収した。得られたポリマーを、1モル/l塩酸300部を用いて2回洗浄を行った後、水300部で2回洗浄を行い、減圧乾燥させ不飽和ポリエステル樹脂3を得た。不飽和ポリエステル樹脂3は、H−NMRの結果より、式(2C)で示されるサリチル酸構造のユニットが4.00質量%存在していることが確認された。また、不飽和ポリエステル樹脂3は、酸価が34.0mgKOH/gであり、Mnは2600、Mwは4800であった。
次に冷却管、撹拌機、温度計および窒素導入管の付いた反応容器中に、トルエン200部、不飽和ポリエステル樹脂3を100部仕込み窒素気流下50℃で撹拌した。
次に、以下の単量体及び溶媒を混合し、単量体混合液を調製した。
・単量体5E 10部
・スチレン 40部
・トルエン 50部
この単量体混合液に、さらに重合開始剤としてt−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(75%炭化水素系溶媒希釈品)を3.50部混合し、前記反応容器に30分間かけて滴下した。110℃で4時間撹拌し、室温まで冷却した。得られた重合体含有組成物をメタノール2800部、アセトン20部の混合溶液に、撹拌下、10分間で滴下し、樹脂組成物を沈殿・晶析させた。得られた樹脂組成物をろ過し、メタノール300部で2回リンス洗浄した。得られた樹脂粉末を減圧下、60℃で10時間乾燥し、重合体Pを得た。得られた重合体Pは、H−NMRの結果より、式(1E)で示されるスルホン酸ユニット及び、式(2C)で示されるサリチル酸構造のユニットを含有していることが確認された。重合体中の硫黄原子量測定により、式(1E)で示されるユニットが、6.20質量%存在することが確認された。また、H−NMRの結果より、式(2C)で示されるサリチル酸構造のユニットが3.25質量%存在していることが確認された。また重合体Pの酸価が51.2mgKOH/g、Mnは4500、Mwは9500であった。
<実施例17>
冷却管、撹拌機、温度計および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物90.0部、テレフタル酸103.8部、無水トリメリット酸5.0部、アジピン酸7.0部および縮合触媒としてテトラステアリルチタネート2.0部を入れ、230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら5時間反応させた。次いで5乃至20mmHgの減圧下で8時間反応させ、ポリエステル樹脂4を得た。このポリエステル樹脂4は、酸価45.4mgKOH/g、水酸基価8.0mgKOH/g、Mn4800、Mw9200であった。
次に冷却管、撹拌機、温度計および窒素導入管の付いた反応槽中に、ポリエステル樹脂4を100部、2−アミノ−5−メトキシベンゼンスルホン酸を10部入れ、ピリジン380部を加えて撹拌した後、亜リン酸トリフェニル135部を加え、120℃で6時間加熱した。反応終了後、エタノール500部に再沈殿して回収した。得られたポリマーを、1モル/l塩酸200部を用いて2回洗浄を行った後、水200部で2回洗浄を行い、減圧乾燥させた。得られたポリエステル樹脂5は、H−NMR及び重合体中の硫黄原子量測定により、式(1F)で示されるスルホン酸ユニットを6.40質量%含有していることが確認された。このポリエステル樹脂5は、酸価43.0mgKOH/g、Mnは5000、Mwは9800であった。
次に冷却管、撹拌機、温度計および窒素導入管の付いた反応槽中に、ポリエステル樹脂5を100部、5−アミノサリチル酸を12部入れ、ピリジン380部を加えて撹拌した後、亜リン酸トリフェニル135部を加え、120℃で6時間加熱した。反応終了後、エタノール500部に再沈殿して回収した。得られたポリマーを、1N塩酸200部を用いて2回洗浄を行った後、水200部で2回洗浄を行い、減圧乾燥させることで重合体Qを得た。得られた重合体Qは、H−NMRの結果より、式(1F)で示されるスルホン酸ユニット及び、式(2A)で示されるサリチル酸構造のユニットを含有していることが確認された。重合体中の硫黄原子量測定により、式(1F)で示されるユニットが、5.80質量%存在することが確認された。また、H−NMRの結果より、式(2A)で示されるサリチル酸構造のユニットが3.50質量%存在していることが確認された。また重合体Qの酸価が41.1mgKOH/g、Mnは5200、Mwは10100であった。
<比較例5>
実施例16において製造した不飽和ポリエステル樹脂3を重合体Vとして用いた。
<比較例6>
実施例14において製造した不飽和ポリエステル樹脂2を重合体Wとして用いた。
<重合体の帯電の立ち上がり、帯電安定性、電荷散逸特性評価>:
各々重合体1.0gをテトラヒドロフラン(安定剤不含品)10gに溶解した。この溶液を、厚さ0.5mmのアルミシート基板上に、ワイヤーバーで塗工し、乾燥することによって、膜厚3.0μmの樹脂膜を作製した。作製したシートは一辺5cmの正方形にカットした。
帯電の立ち上がり、帯電の安定性、帯電の散逸性を評価するために静電気帯電試験装置(EPA8100(川口電機製作所製))を用いた。本装置のターンテーブル部にはコロナ帯電器および電位測定器が具備されており、コロナ帯電器による帯電電位の推移、およびその後の電位の変化(散逸挙動)をオシロスコープにより観察した。なお、ターンテーブルの回転速度、コロナ帯電器の条件は下記のように設定し、測定手順(1)、(2)に従ってシートサンプルの表面電位を測定した。
・ターンテーブルの回転速度 40rpm
・中心から測定中心までの距離 85mm
・コロナ帯電器の設定 グリッドバイアス −1000V
コロナ電流値 −30μA
・測定手順(1):コロナ帯電器ONでの帯電電位立ち上がり測定120秒間
・測定手順(2):コロナ帯電器OFFでの電位の立ち下がり推移の測定120秒間
評価基準は下記のように設定した。
(帯電の立ち上がり評価)
帯電電位の1秒間あたりの増加量が帯電量の1%になった時点を帯電の飽和と定義し、コロナ帯電器をONにした時点から帯電の立ち上がりを帯電が飽和するまでの時間(秒)により、表4に示すようにランク付けを行った。
(帯電の安定性評価)
帯電の飽和値から30秒間の帯電量変化率(%)を測定し表4に示すようにランク付けを行った。
(帯電の散逸性評価)
測定手順(2)の帯電器OFF時刻から起算して、帯電器をOFFにした時点の帯電電位に対し、帯電電位が80%となる時間(秒)を測定し、表4に示すようにランク付けを行った。
それぞれ3回測定し、その平均値をその重合体の持つ物性値とした。評価結果を表5に示す。
その結果、本発明に関わる実施例における重合体A乃至Qは、比較例における重合体R乃至Wに比べ、帯電の立ち上がり、帯電安定性、電荷の散逸特性において優れていることが確認できた。
<実施例18>
顔料分散ペーストの作製:
・スチレン 80.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 13.0部
上記材料を容器中でよくプレミックスした後に、それを20℃以下に保ったままビーズミルで4時間分散し、顔料分散ペーストを作製した。
トナー粒子の作製:
イオン交換水1150部に0.1モル/l−NaPO水溶液390部を投入し、60℃に加温した後、クレアミックス(エム・テクニック社製)を用いて、11000rpmにて撹拌した。これに1.0モル/l−CaCl水溶液を58部添加し、Ca(POを含む分散液を得た。
・上記顔料分散ペースト 46.0部
・スチレン 42.0部
・n−ブチルアクリレート 18.0部
・脂肪族炭化水素ワックス 10.0部
(Mw1850、Mw/Mn1.27、最大吸熱ピーク温度78.6℃)
・飽和ポリエステル樹脂 5.0部
(テレフタル酸−プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA共重合体、酸価10mgKOH/g、Mw:16000)
・実施例1で得られた重合体A 2.0部
これらを60℃に加温し、溶融、分散して単量体混合物とした。さらに、60℃に保持しながら、重合開始剤として、2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5.0部加えて溶解し、単量体組成物を調製した。
上記分散媒体に、上記単量体組成物を投入した。60℃で、窒素雰囲気とし、クレアミックスを用いて10000rpmで20分間撹拌し、単量体組成物を造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ60℃で5時間反応させた後、80℃で5時間撹拌し、重合性単量体の重合を終了させた。室温まで冷却させた後、塩酸を加えて粒子表面のCa(POを溶解し、濾過、水洗、乾燥し、さらに分級して、トナー粒子1を得た。
トナーの作製:
得られたトナー粒子1の100部に対して、ヘキサメチルジシラザンで表面を処理した後、シリコーンオイルで処理した個数平均1次粒径9nm、BET比表面積180m/gの疎水性シリカ微粉体1部をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合・外添することで、トナー1を得た。
<実施例19>
顔料分散ペーストの作製:
・スチレン 80.0部
・カーボンブラック 13.0部
上記材料を容器中でよくプレミックスした後に、それを20℃以下に保ったままビーズミルで4時間分散し、顔料分散ペーストを作製した。
トナー粒子の作製:
イオン交換水1200部に0.1モル/l−NaPO水溶液350部を投入し、60℃に加温した後、クレアミックス(エム・テクニック社製)を用いて11,000rpmにて撹拌した。これに1.0モル/l−CaCl水溶液52部を添加し、Ca(POを含む分散媒体を得た。
・上記顔料分散ペースト 6.0部
・スチレン 39.0部
・n−ブチルアクリレート 22.0部
・エステルワックス 13.0部
(主成分C1939COOC2041、最大吸熱ピーク温度68.6℃)
・飽和ポリエステル樹脂 5.0部
(テレフタル酸−プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA共重合体、酸価10mgKOH/g、Mw16000)
・実施例4で得られた共重合体D 2.0部
これらを60℃に加温し、溶解・分散して単量体混合物とした。さらに60℃に保持しながら、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5.0部を加えて溶解し、単量体組成物を調製した。
上記分散媒体に、上記単量体組成物を投入した。60℃で、窒素雰囲気とし、クレアミックスを用いて10000rpmで20分間撹拌し、単量体組成物を造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ60℃で5時間反応させた後、80℃で5時間撹拌し、重合性単量体の重合を終了させた。室温まで冷却させた後、塩酸を加えて粒子表面のCa(POを溶解し、濾過・水洗・乾燥し、さらに分級して、トナー粒子2を得た。さらに、実施例18と同様にして、トナー粒子2に疎水性シリカ微粉体を外添することで、トナー2を得た。
<実施例20、22〜27>
実施例18において、重合体Aを表6に記載した重合体に変更することを除いて同様にして、トナー3、5〜10を得た。
<実施例21>
実施例19において重合体Dの代わりに実施例10で得られた重合体Jを3.0部に変更することを除いて、実施例19と同様にして製造し、トナー4を得た。
<実施例28>
微粒子分散液の作製:
重合体Lをアセトンに溶解し固形分比75質量%となるように調製した。ついでイオン交換水100質量部中へ撹拌しながら滴下し、乳化させ、さらに容器内を100mmHgの減圧下にてアセトンを留去した。固形分比を15質量%となるように希釈し微粒子Lの分散液を得た。微粒子Lの個数平均粒径(D1)を測定したところ、90nmであった。
母粒子分散液の作製:
以下に示す方法により母粒子分散液を調製した。
・スチレン 80.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 13.0部
上記材料を容器中でよくプレミックスした後に、それを20℃以下に保ったままビーズミルで4時間分散し、顔料分散ペーストを作製した。
次に、イオン交換水1150部に0.1モル/l−NaPO水溶液390部を投入し、60℃に加温した後、クレアミクス(エム・テクニック社製)を用いて13,000rpmにて撹拌した。これに1.0モル/l−CaCl水溶液58部を添加し、Ca(POを含む分散媒体を得た。
・上記顔料分散ペースト 46.5部
・スチレン 42.0部
・n−ブチルアクリレート 19.0部
・パラフィンワックス 9.0部
(Mw1810、Mw/Mn1.20、最大吸熱ピーク温度72℃)
・ポリエステル樹脂 5.0部
(テレフタル酸−プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA共重合体、酸価13mgKOH/g、Mw14300)
これらを温度60℃に加温し、溶解・分散して単量体混合物とした。さらに温度60℃に保持しながら、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)3.0部を加えて溶解し、単量体組成物を調製した。
上記分散媒体に、上記単量体組成物を投入した。温度60℃で、窒素雰囲気とし、クレアミックスを用いて13000rpmで15分間撹拌し、単量体組成物を造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ温度60℃で5時間反応させた後、温度80℃で5時間撹拌し、室温まで冷却させ、母粒子Lの分散液を得た。
その分散液を一部量りとり、塩酸を加え粒子表面のCa(POを溶解し、濾過・水洗・乾燥することで、母粒子の含有量を測定した。その結果を用いて前記母粒子Lの分散液をイオン交換水により希釈し、母粒子含有率を15質量%となるように調製した。
トナー粒子の作製:
母粒子L分散液100.0部に微粒子Lの分散液を緩やかに5.0部添加し、そこへ1モル/l塩酸を系内のpHが緩やかに変化するように気をつけながら滴下し、pH1.5になるまで下げた。さらに加熱用オイルバスの温度を上げて62℃で2時間保持した。光学顕微鏡にて観察したところ重量平均径(D4)が6.8μmの粒子が確認された。得られた分散液をろ過し、イオン交換水で洗浄後、乾燥、分級し、トナー粒子11を得た。さらに、実施例18と同様にして、トナー粒子11に疎水性シリカ微粉体を外添することで、トナー11を得た。
<実施例29>
微粒子分散液の作製:
実施例28の微粒子分散液の作製において、重合体Lの代わりに実施例7で得られた重合体Gを用いることを除いて同様にして、微粒子Gの分散液を得た。微粒子Gの個数平均粒径(D1)を測定したところ、20nmであった。
トナー粒子の作製:
実施例28のトナー粒子の作製において、微粒子Lの代わりに微粒子Gを2部用いることを除いて同様にして、トナー12を得た。
<実施例30>
微粒子分散液の作製:
実施例28の微粒子分散液の作製において、重合体Lの代わりに実施例4で得られた重合体Dを用いることを除いて同様にして、微粒子Dの分散液を得た。微粒子Dの個数平均粒径(D1)を測定したところ、150nmであった。
トナー粒子の作製:
実施例28のトナー粒子の作製において、微粒子Lの代わりに微粒子Dを10部用いることを除いて同様にして、トナー13を得た。
<比較例7>
実施例18において、重合体Aの代わりに比較例2で得られた重合体Sを用いることを除いて同様にして、トナー14を得た。
<比較例8>
実施例18において、重合体Aの代わりに比較例4で得られた重合体Uを用いることを除いて同様にして、トナー15を得た。
<比較例9>
実施例18において重合体Aを用いないこと以外は、実施例18と同様にして製造し、トナー16を得た。
以上、得られたトナー1〜16の重量平均粒径(D4)、ガラス転移温度(Tg)を表6に示す。
ここで得られたトナー1乃至16と、フェライトキャリアF813−300(パウダーテック社製)とを、トナー濃度7.0質量%になるよう混合し、二成分系現像剤とした。
得られたトナー並びに二成分系現像剤について、以下の通りに評価を行った。
トナー帯電量の立ち上がり特性及び環境依存性評価:
二成分系現像剤50gを分取し、低温低湿環境(15℃/15%Rh)、及び高温高湿環境(30℃/80%Rh)の各環境下で4日間放置した。その後、50mlのポリ容器に入れ、10秒かけて20回振とう、2分30秒かけて300回振とうを夫々行い、図1の装置を用いて帯電量を測定した。評価は各振とう回数における摩擦帯電量の絶対値を測定し、下記基準によって判断した。結果を表7に示す。
<帯電の立ち上がり特性>
低温低湿下並びに高温高湿下において、300回振とう後の摩擦帯電量の絶対値に対する、20回振とう時の摩擦帯電量の絶対値の割合で評価した。
Aランク:90%以上
Bランク:80%以上90%未満
Cランク:70%以上80%未満
Dランク:70%未満
<環境依存性>
低温低湿下と高温高湿下における300回振とう時の摩擦帯電量の差で評価した。
Aランク:15mC/kg未満
Bランク:15mC/kg以上20mC/kg未満
Cランク:20mC/kg以上30mC/kg未満
Dランク:30mC/kgmC/kg以上
(帯電量の測定方法)
底に500メッシュ(目開き25μm)のスクリーン3のある金属製の測定容器2に摩擦帯電量を測定しようとする二成分系現像剤を0.5gを入れ金属製のフタ4をする。このときの測定容器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。この状態で充分、好ましくは2分間吸引を行いトナーを吸引除去する。
このときの電位計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(μF)とする。吸引後の測定容器全体の質量を秤りW2(g)とする。このトナーの摩擦帯電量(mC/kg)は下記式の如く計算される。
摩擦帯電量(mC/kg)=(C×V)/(W1−W2)
その結果、本発明に関わる実施例18乃至30のトナーでは、比較例7乃至9のトナーに比べ、帯電の立ち上がり特性並びに環境依存性に対し、優位性があることがわかった。
次いで、トナー1〜16を用いて画像形成を行い、得られた画像を評価した。
画出し評価:
評価機としてフルカラーレーザービームプリンターLBP−5300(キヤノン社製)の改造機(プロセススピード:200mm/sec)を用い、23℃/60%Rh(常温常湿環境下)並び30℃/80%Rh(高温高湿環境下)にて画出し評価を行った。評価は、画像出力用カートリッジに各トナーを150g充填したものをシアンステーションに装着し、その他にはダミーカートリッジを装着した。なお、画出し評価に際し、画像出力用カートリッジを各環境下にて4日間放置後、実施した。
画出し評価において、1〜5枚目までを「初期1」、45〜50枚目までを「初期2」、11995〜12000枚目までを「耐久後」として、画像濃度、カブリを測定し、平均値を求めた。この試験において、75g/mのA4普通紙を用い、画像面積比率が2%のオリジナルチャートを連続して出力した。結果を表8に示す。
(画像濃度)
画像濃度測定は、マクベス反射濃度計 RD918(マクベス社製)を用いて、原稿濃度が0.00の白地部分のプリントアウト画像に対する相対濃度を測定し、下記基準により評価をした。
Aランク:1.40以上
Bランク:1.30以上、1.40未満
Cランク:1.20以上、1.30未満
Dランク:1.20未満
(カブリ測定)
カブリの測定は、REFLECTOMETER MODEL TC−6DS(東京電色社製)を使用して測定し、下記式より算出する。数値が小さい程、カブリが抑制されていることになる。
カブリ(%)=〔標準紙の反射率(%)〕−〔サンプルの非画像部の反射率(%)〕
下記基準により評価をした。
Aランク:0.4%以下
Bランク:0.4%を超え、0.8%以下
Cランク:0.8%を超え、1.2%以下
Dランク:1.2%を超え、1.8%以下
Eランク:1.8%超
その結果、本発明に関わるトナー1乃至13では、常温常湿環境下、高温高湿環境下において画像濃度、カブリ何れも良好な画像結果が得られた。一方、比較例7乃至9のトナーでは、常温常湿環境下、高温高湿環境下において、何れも画像欠陥が生じた。

Claims (6)

  1. 式(1)で示される構造を有するユニットAと式(2)で示される構造を有するユニットBとを含む重合体であることを特徴とするトナー用樹脂。

    (式(1)において、
    は、水素、又は、炭素数1から12のアルキル基であり、
    は、置換基を有していてもよい炭素数1又は2のアルキレン構造、又は、置換基を有していてもよい芳香族環であり、該アルキレン構造における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6又は12のアリール基又は炭素数1〜12のアルコキシ基であり、該芳香族環における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、又は、炭素数1〜12のアルコキシ基である。
    式(2)において、
    COOHとOHは隣り合う位置に結合し、
    は、水素、又は、炭素数1〜6のアルキル基である。)
  2. 前記ユニットAが式(3)で示されることを特徴とする請求項1に記載のトナー用樹脂。

    (Rは、水素、又は、メチル基を表し、
    は、水素、又は、メチル基を表し、
    は、置換基を有していてもよい炭素数1又は2のアルキレン構造、又は、置換基を有していてもよい芳香族環を表し、該アルキレン構造における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6又は12のアリール基、又は、炭素数1〜12のアルコキシ基であり、該芳香族環における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、又は、炭素数1〜12のアルコキシ基である。)
  3. 前記ユニットBが式(4)で示されることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー用樹脂。

    (式(4)において、
    COOHとOHは隣り合う位置に結合し、
    は、水素、又は、メチル基であり、
    は、水素、又は、炭素数1〜6のアルキル基である。)
  4. 前記重合体が、式(1)及び式(2)で示される構造を有さないビニル系単量体に由来するユニットを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナー用樹脂。
  5. 前記重合体におけるユニットAの含有量が0.10乃至30.00質量%であり、且つユニットBの含有量が1.00乃至40.00質量%であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトナー用樹脂。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のトナー用樹脂を含有することを特徴とするトナー。
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