JP2011257717A - トナーおよびトナーの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ロジンの含有量を多くしても、帯電安定性に優れるトナーおよびトナーの製造方法を提供する。
【解決手段】 トナーは、結着樹脂とカーボンブラックとを含む。結着樹脂は、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、ロジンと、3価以上のアルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Aであって、出発物質全量における前記ロジンの含有量が60重量%以上であるポリエステル樹脂Aと、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、多価アルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Bとを有する。カーボンブラックは、pHが2.5以上6.0以下である。トナー中の未反応ロジンの含有量が、カーボンブラックに対して1重量%以上10重量%以下である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、トナーおよびトナーの製造方法に関する。
潜像を顕像化するトナーは、種々の画像形成プロセスに用いられており、たとえば電子写真方式の画像形成プロセスに用いられる。
電子写真方式の画像形成プロセスを利用する画像形成装置においては、一般的に、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、定着工程およびクリーニング工程を実行して記録媒体上に所望の画像を形成する。
帯電工程では、潜像担持体である感光体ドラム表面の感光層を均一に帯電させる。露光工程では、帯電状態にある感光体ドラム表面に原稿像の信号光を投射して静電潜像を形成する。現像工程では、トナーを撹拌して帯電させ、帯電させたトナーを感光体ドラム表面に供給して静電潜像を顕像化する。転写工程では、感光体ドラム表面のトナー像を紙やOHPシートなどの記録媒体に転写する。定着工程では、トナー像を加熱、加圧などにより記録媒体上に定着させる。クリーニング工程では、トナー像転写後の感光体ドラム表面に残留するトナーなどをクリーニングブレードにより除去して清浄化する。記録媒体へのトナー像の転写は、中間転写媒体を介して行われることもある。
このような画像形成に使用される電子写真用トナーは、たとえば混練粉砕法、懸濁重合法および乳化重合凝集法などに代表される重合法などによって製造される。このうち混練粉砕法では、結着樹脂および着色剤を主成分とし、必要に応じて離型剤、電荷制御剤などを添加して混合したトナー原料を溶融混練し、冷却して固化させた後、粉砕分級することでトナーを製造する。
近年、地球環境保全の観点から、様々な技術分野において多くの取り組みがなされている。現在、多くの製品の材料が石油から製造されているが、これらの材料の製造時や焼却時には、エネルギーが必要であり、また、二酸化炭素が発生する。このようなエネルギーや二酸化炭素などを削減する取り組みは、地球温暖化対策として非常に重要である。
地球温暖化対策としての二酸化炭素削減の新たな取り組みとして、バイオマスとよばれる植物由来の資源の利用が大いに注目されている。バイオマスを燃焼させる際に発生する二酸化炭素は、もともと植物が光合成により取り込んだ大気中の二酸化炭素であるため、大気中の二酸化炭素の収支はゼロである。このように、大気中の二酸化炭素の増減に影響を与えない性質はカーボンニュートラルと呼ばれており、カーボンニュートラルであるバイオマスの利用は、大気中の二酸化炭素量を増加させないと考えられている。このようなバイオマスから製造されるバイオマス材料は、バイオマスポリマー、バイオマスプラスチック、非石油系高分子材料などの名称でよばれており、このようなバイオマス材料は、バイオマスモノマーとよばれるモノマーを原料とする。
電子写真の分野においても、環境安全性に優れ、二酸化炭素の増加の抑制に有効な資源であるバイオマスを利用する取り組みがなされている。
たとえば、特許文献1には、ロジンを必須成分として得られる軟化点80〜120℃のポリエステル樹脂と、多価エポキシ化合物を必須成分として得られる軟化点160℃以上のポリエステル樹脂と、カーボングラックとを含有し、低温定着性、耐ホットオフセット性、現像耐久性を兼ね備えるトナーを得ることができる、電子写真トナー用樹脂組成物が開示されている。
特開2008−122509号公報
しかしながら、特許文献1に開示のトナーにおいて、バイオマスの利用率を高めるために、電子写真トナー用樹脂組成物中のロジン含有量をさらに多くすると、電子写真トナー用樹脂組成物中でのカーボンブラックの分散が不均一になる。その理由としては、ロジンは剛直な構造なので、含有量を多くすると、フレキシブル性が低下し、ロジンとカーボンブラックとの相互作用が低下してカーボンブラックの分散性が低下するためである。このようにカーボンブラックの分散が不均一なトナーは、帯電量の低下や帯電量の上昇が生じやすく、帯電安定性の低いトナーとなる。このようなトナーは、長期間にわたって、画像濃度が高くかぶりのない良好な画像を形成することができない。
さらに、特許文献1のようにロジンを含むトナーにおいて、画像濃度を上げる目的で、トナー中のカーボンブラックなどの顔料の濃度を高くすると、トナー中でのカーボンブラック粒子間の距離が近くなるので、製造時の撹拌などで分散されたカーボンブラック粒子が再凝集しやすくなり、カーボンブラックの分散性はさらに悪くなる。なお、このような現象は、粉砕法で作製されたトナーだけではなく、重合トナーなどの湿式法で作製されたトナーであっても同様の傾向を示す。
本発明の目的は、ロジンの含有量を多くしても、帯電安定性に優れるトナーおよびトナーの製造方法を提供することである。
本発明のトナーは、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、ロジンと、3価以上のアルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Aであって、出発物質全量における前記ロジンの含有量が60重量%以上であるポリエステル樹脂Aと、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、多価アルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Bとを有する結着樹脂と、
pHが2.5以上6.0以下のカーボンブラックとを含むトナーであって、
前記トナー中の未反応ロジンの含有量が、前記カーボンブラックに対して1重量%以上10重量%以下であることを特徴とするトナーである。
また本発明のトナーの製造方法は、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、ロジンと、3価以上のアルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Aであって、出発物質における前記ロジンの含有量が60重量%以上であるポリエステル樹脂Aと、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、多価アルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Bとを有する結着樹脂と、pHが2.5以上6.0以下のカーボンブラックとを混合した混合物であって、前記混合物中の未反応ロジンの含有量が、前記カーボンブラックに対して1重量%以上10重量%以下である混合物を作製する混合工程と、
前記混合物を溶融混練して、混練物を作製する溶融混練工程と、
前記混練物を冷却固化し、粉砕して粉砕物を作製する冷却粉砕工程と、
前記粉砕物を分級する分級工程とを含むことを特徴とするトナーの製造方法である。
また本発明のトナーの製造方法は、前記混合工程では、
前記ポリエステル樹脂Aと、前記カーボンブラックとを混合混練してマスターバッチを作製し、
前記ポリエステル樹脂Bと、前記マスターバッチとを混合して前記混合物を作製することを特徴とする。
本発明によれば、トナーは、結着樹脂とカーボンブラックとを含む。結着樹脂は、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、ロジンと、3価以上のアルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Aであって、出発物質全量における前記ロジンの含有量が60重量%以上であるポリエステル樹脂Aと、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、多価アルコールとを縮重合して得られ、実質的にロジンを含まないポリエステル樹脂Bとを有する。カーボンブラックは、pHが2.5以上6.0以下である。
このように、ロジンの含有量が多いトナーにおいて、トナー中の未反応ロジンの含有量が、カーボンブラックに対して1重量%以上10重量%以下であることによって、結着樹脂中にカーボンブラックが均一に分散されたトナーが得られる。そのため、個々のトナー粒子の電気抵抗値が均一になり、トナーの帯電安定性が良好になると考えられるので、長期間にわたって、画像濃度が高くかぶりのない良好な画像を安定して形成することができるトナーとなる。特に、画像濃度を上げる目的で、トナー中のカーボンブラックの含有量を増やした場合においては効果がより顕著に現れる。
また本発明によれば、トナーの製造方法は、混合工程と、溶融混練工程と、冷却粉砕工程と、分級工程とを含む。混合工程は、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、ロジンと、3価以上のアルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Aであって、出発物質全量における前記ロジンの含有量が60重量%以上であるポリエステル樹脂Aと、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、多価アルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Bとを有する結着樹脂と、pHが2.5以上6.0以下のカーボンブラックとを混合した混合物であって、混合物中の未反応ロジンの含有量が、カーボンブラックに対して1重量%以上10重量%以下である混合物を作製する。溶融混練工程は、前記混合物を溶融混練して、混練物を作製する。冷却粉砕工程は、前記混練物を冷却固化し、粉砕して粉砕物を作製する。分級工程は、前記粉砕物を分級する。
このように、未反応ロジンの含有量が、カーボンブラックに対して1重量%以上10重量%以下である混合物を用いてトナーを作製することによって、ロジンの含有量が多くても、結着樹脂中にカーボンブラックが均一に分散され、帯電安定性が良好なトナーを得ることができる。
また本発明によれば、混合工程では、ポリエステル樹脂Aと、カーボンブラックとを混合混練してマスターバッチを作製する。また、ポリエステル樹脂Bと、マスターバッチとを混合して前記混合物を作製する。そのため、カーボンブラックを結着樹脂中に均一に分散させることができ、帯電安定性の良好なトナーを得ることができる。
本発明のトナーの製造方法の手順の一例を示す工程図である。
1、トナー
本発明のトナーは、結着樹脂と、着色剤とを含み、必要に応じて添加剤も含む。添加剤としては、磁性粉、離型剤および電荷制御剤などが挙げられる。
(結着樹脂)
結着樹脂は、ポリエステル樹脂Aおよびポリエステル樹脂Bを含有する。ポリエステル樹脂Aおよびポリエステル樹脂Bは、出発物質として多塩基酸などの酸成分と多価アルコールとの縮重合によって得られる。
ポリエステル樹脂Aおよびポリエステル樹脂Bは、公知の縮重合の反応方法によって製造される。反応方法としては、エステル交換反応または直接エステル化反応が適用できる。また、加圧により反応温度を上昇させること、減圧または常圧下で不活性ガスを流すことなどによって縮重合を促進することもできる。上記反応においては、アンチモン、チタン、スズ、亜鉛、アルミニウム、およびマンガンのうち、少なくとも1種の金属化合物等、公知慣用の反応触媒を用い、反応を促進してもよい。これら反応触媒の添加量は、酸成分および多価アルコールの総量100重量部に対して、0.01重量部以上1.0重量部以下が好ましい。
ポリエステル樹脂Aの作製においては、出発物質の酸成分として、芳香族ジカルボン酸およびロジンを用い、出発物質の多価アルコールとして、3価以上のアルコールを用いる。芳香族ジカルボン酸と3価以上のアルコールとの反応によって、適度な分岐を有するポリオール構造が形成される。ポリエステル樹脂が適度な分岐構造を含むことにより、樹脂の軟化温度を極端に大きくすることなくトナーの低温定着性を維持するとともに、樹脂の分子量分布を広くすることができ、高分子量側の分布が大きい樹脂を得ることができるので、トナーの耐オフセット性が良好になる。
ポリエステル樹脂Aに用いられる芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ビフェニルジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、5−tert−ブチル−1,3−ベンゼンジカルボン酸などが挙げられる。また、ポリエステル樹脂Aの酸成分として、上記の芳香族ジカルボン酸の代わりに、芳香族ジカルボン酸無水物、または低級アルキルエステルなどのような芳香族ジカルボン酸誘導体を用いてもよい。上記の芳香族ジカルボン酸化合物のうち、テレフタル酸、イソフタル酸、および、それらの低級アルキルエステルの少なくとも1種を用いることが好ましい。
テレフタル酸およびイソフタル酸は、芳香環骨格による電子の共鳴安定化効果が高く、帯電安定性に優れ、適度な強度を有する樹脂を得ることができる。テレフタル酸およびイソフタル酸の低級アルキルエステルとしては、テレフタル酸ジメチル、イソフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジエチル、イソフタル酸ジエチル、テレフタル酸ジブチル、イソフタル酸ジブチル等が挙げられる。このうち、コストおよび取り扱いの観点から、テレフタル酸ジメチルまたはイソフタル酸ジメチルを用いることが好ましい。
これらの芳香族ジカルボン酸化合物は、1種を単独で使用でき、または2種以上を併用できる。
ポリエステル樹脂Aに用いられる3価以上のアルコールとしては、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、およびペンタエリスリトールなどが挙げられ、これらの多価アルコールのうち、少なくとも1種を使用できる。これらのうち、グリセリンは、植物由来の原料から製造する手法が工業的に確立されており、入手も容易であり、バイオマスの利用を促進する効果が得られるのでより好ましい。
ポリエステル樹脂Aにおいて、芳香族ジカルボン酸化合物に対する3価以上のアルコールのモル比は、1.05以上1.65以下であることが好ましい。芳香族ジカルボン酸化合物に対する3価以上のアルコールのモル比が1.05未満の場合、樹脂の高分子量側の分子量分布が広くなり、融点が高くなることによってトナーの低温定着性が低下し、また、分子量分布の広がりを制御できなくなる結果、トナーのゲル化が起こる。モル比が1.65を超える場合、ポリエステル樹脂が含む分岐構造が少ないので、軟化温度およびガラス転移温度が低下し、その結果、トナーの保存性が低下する。
ポリエステル樹脂Aの作製に用いられるロジンは、松類から得られる天然樹脂である。ロジンは、アビエチン酸、パラストリン酸、ネオアビエチン酸、ピマール酸、デヒドロアビエチン酸、イソピマール酸、サンダラコピマル酸およびジヒドロアビエチン酸などの樹脂酸およびこれらの混合物を主成分とする。
アビエチン酸、パラストリン酸およびネオアビエチン酸は、共役二重結合を有するロジン異性体である。ピマール酸、デヒドロアビエチン酸およびイソピマール酸は、共役二重結合を有しないロジン異性体である。
ロジンは、パルプの製造工程における副産物である粗トール油から得られるトールロジン、生松ヤニから得られるガムロジン、松の切株から得られるウッドロジンなどに分類される。これらのロジンは、従来知られた製法によって得られる。
ポリエステル樹脂A中における未反応ロジンの含有量は、0.4重量%以上3.0重量%以下が好ましい。
ロジンとしては、不均化ロジンが好ましい。不均化ロジンは、不均斉化反応によりロジンを安定化したものであり、ロジンを貴金属触媒またはハロゲン触媒の存在下で高温加熱することによって得られ、分子内の不安定な共役二重結合が消失した多縮合環状モノカルボン酸であり、共役二重結合を有するロジンに比べて変質しにくいという特徴がある。
不均化ロジンの主成分は、デヒドロアビエチン酸およびジヒドロアビエチン酸の混合物である。不均化ロジンは、ヒドロフェナンスレン環の嵩高で剛直な骨格を含むので、不均化ロジンをポリエステルの構成成分として導入することによって、不均化ロジン以外のロジンを用いる場合よりもガラス転移温度の低下を抑制でき、保存性の良好なトナーを得ることができる。
上記のように、ポリエステル樹脂Aは、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、ロジンと、3価以上のアルコールとを含む。本発明は、環境安全性に優れたトナーを得るために、ポリエステル樹脂Aの前提となる構成として、出発物質全量におけるロジンの含有量を60重量%以上としている。
ポリエステル樹脂Aは、酸成分として、上記の芳香族ジカルボン酸化合物およびロジン以外に、脂肪族ポリカルボン酸または3価以上の芳香族ポリカルボン酸をさらに用いることができる。
脂肪族ポリカルボン酸としては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸等のアルキルジカルボン酸類、炭素数16〜18のアルキル基で置換されたコハク酸、フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸等の不飽和ジカルボン酸類、ダイマー酸等が挙げられる。
ポリエステル樹脂A中の脂肪族ポリカルボン酸の含有量は、芳香族ジカルボン酸化合物100モルに対し、0.5モル以上15モル以下であることが好ましく、1モル以上13モル以下であることがより好ましい。ポリエステル樹脂A中の脂肪族ポリカルボン酸の含有量が上記の範囲であることで、トナーの低温定着性が向上する。
3価以上の芳香族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、ナフタレントリカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ビフェニルテトラカルボン酸やその無水物等が挙げられる。これらの芳香族ポリカルボン酸は1種を単独で使用でき、または2種以上を併用してもよい。これらの芳香族ポリカルボン酸のうち、反応性の観点から、無水トリメリット酸を用いることが好ましい。
ポリエステル樹脂A中の3価以上の芳香族ポリカルボン酸の含有量は、芳香族ジカルボン酸化合物100モルに対し、0.1モル以上5モル以下であることが好ましく、0.5モル以上3モル以下であることがより好ましい。ポリエステル樹脂A中の3価以上の芳香族ポリカルボン酸の含有量が0.1モル未満であると、ポリエステル樹脂Aの分岐構造が充分でなく、高分子量側に分布の広いポリエステル樹脂Aを得ることができないので、トナーの耐オフセット性が低下するおそれがある。また、5モルを超えると、ポリエステル樹脂Aの軟化温度が高くなりすぎて、トナーの低温定着性が低下するおそれがある。
またポリエステル樹脂Aは、多価アルコールとして、3価以上のアルコール以外に、脂肪族ジオールおよびエーテル化ジフェノールの少なくとも1種をさらに用いることができる。
脂肪族ジオールとしては、たとえば、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、1,4−ブテンジオール、2−メチルー1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチルー2−メチルプロパンー1,3−ジオール、2−ブチルー2−エチルプロパンー1,3−ジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチルー1,5−ペンタンジオール、2−エチルー1,3−ヘキサンジオール、2,4−ジメチルー1,5−ペンタンジオール、2,2,4−トリメチルー1,3−ペンタンジオール、1,7−へプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、3−ヒドロキシー2,2−ジメチルプロピルー3−ヒドロキシー2,2−ジメチルプロパノエート、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等が挙げられる。これらの脂肪族ジオールのうち、酸との反応性および樹脂のガラス転移温度の観点から、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、またはネオペンチルグリコールを用いることが好ましい。これら脂肪族ジオールは1種を単独で使用でき、または2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂A中の脂肪族ジオールの含有量は、芳香族ジカルボン酸化合物100モルに対し、5モル以上20モル以下であることが好ましい。
エーテル化ジフェノールは、ビスフェノールAとアルキレンオキサイドを付加反応させて得られるジオールである。アルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイドやプロピレンオキサイドが挙げられ、ビスフェノールA1モルに対して、平均付加モル数が2モル以上16モル以下となるよう付加されることが好ましい。
ポリエステル樹脂A中のエーテル化ジフェノールの含有量は、芳香族ジカルボン酸化合物100モルに対し、5モル以上35モル以下であることが好ましい。
ポリエステル樹脂Aの含有量は、トナー100重量部に対して20重量部以上60重量部以下であることが好ましい。ポリエステル樹脂Aの含有量が20重量部未満であると、トナーの粘度が高くなり、トナーの低温定着性が損なわれる。また、ポリエステル樹脂Aの含有量が60重量部を超えると、ロジンの含有量が高くなるため、トナーの機械的強度の低下や粉体流動性の低下が生じる。
ポリエステル樹脂Bは、実質的にロジンを含まないポリエステル樹脂であり、トナーに高温オフセット耐性を付与するため、高分子量かつ高粘度を有することが好ましい。
ポリエステル樹脂Bの酸成分としては、ポリエステル樹脂Aと同様の芳香族ジカルボン酸化合物を用いることができる。ポリエステル樹脂Aおよびポリエステル樹脂Bが含む芳香族ジカルボン酸化合物は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。またポリエステル樹脂Bは、酸成分として、上記の芳香族ジカルボン酸化合物以外に、ポリエステル樹脂Aと同様の脂肪族ポリカルボン酸または3価以上の芳香族ポリカルボン酸をさらに用いることができる。これらの酸成分は、ポリエステル樹脂AおよびBで同一のものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。
また、ポリエステル樹脂Bの酸成分として、飽和多塩基酸および不飽和多塩基酸等の多塩基酸、その酸無水物、およびこれらの低級アルキルエステルを用いることができる。
飽和多塩基酸、飽和多塩基酸、および飽和多塩基酸の低級アルキルエステルとしては、たとえば、アジピン酸、セバシン酸、オルソフタル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、無水コハク酸、炭素数8〜18個のアルキルコハク酸、アルキル無水コハク酸、アルケニルコハク酸、アルケニル無水コハク酸等の二塩基酸類;トリメリット酸、無水トリメリット酸、シアヌール酸、ピロメリット酸、無水ピロメリット酸等が挙げられる。
不飽和多塩基酸としては、たとえば、マレイン酸、無水マレイン酸、フマール酸等が挙げられる。
飽和多塩基酸および不飽和多塩基酸は1種を単独で使用でき、または2種以上を併用してもよい。また、必要に応じ、安息香酸、p−tert−ブチル安息香酸等の一塩基酸を用いてもよい。
ポリエステル樹脂Bの多価アルコールとしては、ポリエステル樹脂Aと同様に、3価以上のアルコール、脂肪族ジオールおよびエーテル化ジフェノールを用いることができ、ポリエステル樹脂Aと同一のものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。また、シクロヘキサンジメタノール等の脂環族ジオール類を用いてもよい。多価アルコールは単独で用いても良いし、2種以上を併用してもよい。さらに、必要に応じてステアリルアルコール等のモノアルコール類を、本発明の効果を損なわない範囲内で用いてもよい。
ポリエステル樹脂Bの粘度は、ポリエステル樹脂Aの軟化温度において10Pa・s以上10Pa・s以下とする。ポリエステル樹脂Aの軟化温度におけるポリエステル樹脂Bの粘度が10Pa・s未満であると、トナーの耐ホットオフセット性が得られない。また、ポリエステル樹脂Aの軟化温度におけるポリエステル樹脂Bの粘度Bが10Pa・sを超えると、混練時におけるポリエステル樹脂Aとポリエステル樹脂Bとの溶融粘度差が大きく、樹脂の混合性が悪くなり、トナー中のポリエステル樹脂Aおよびポリエステル樹脂Bの分散性が不均一となる。トナー粒子においてポリエステル樹脂Aの比率が高い部分は破壊され易く、破壊によって粒子径の小さな微粉が発生する。このような微粉により、粒度分布および帯電分布が広くなり、その結果、画像かぶりなどの不具合が生じる。
ポリエステル樹脂Aおよびポリエステル樹脂Bのガラス転移温度は、特に制限されず広い範囲から適宜選択できるが、得られるトナーの保存性および低温定着性などを考慮すると、45℃以上80℃以下が好ましく、50℃以上65℃以下であることがより好ましい。ポリエステル樹脂Aおよびポリエステル樹脂Bのガラス転移温度が45℃未満であると、トナーの保存性が不充分になるため画像形成装置内部でトナーが熱凝集しやすくなり、現像不良が発生する。またホットオフセットが発生し始める温度(以後、「ホットオフセット開始温度」と記す)が低下する。
「ホットオフセット」とは、定着部材によりトナーを加熱および加圧して記録媒体に定着させる際に、加熱されたトナー粒子の凝集力が、トナーと定着部材との接着力を下回ることによってトナー層が分断され、トナーの一部が定着部材に付着して取去られる現象のことである。またポリエステル樹脂A、Bのガラス転移温度が80℃を超えると、トナーの低温定着性が低下し、定着不良が発生する。
ポリエステル樹脂Aの軟化温度は、100℃以上130℃以下が好ましい。ポリエステル樹脂Bの軟化温度は、ポリエステル樹脂Aの軟化温度よりも高く、120℃以上170℃以下が好ましい。なお、ポリエステル樹脂Bの軟化温度は、ポリエステル樹脂Aの軟化温度よりも、20℃以上50℃以下の範囲で高いことが好ましい。
ポリエステル樹脂Aの重量平均分子量は、2500以上7000以下が好ましい。ポリエステル樹脂Bの重量平均分子量は、15000以上50000以下が好ましい。
ポリエステル樹脂Aの数平均分子量は、1000以上2500以下が好ましい。ポリエステル樹脂Bの数平均分子量は、2000以上5000以下が好ましい。
ポリエステル樹脂Aの分子量分布指数は、1.5以上5.0以下が好ましい。ポリエステル樹脂Bの分子量分布指数は、7.0以上12.0以下が好ましい。
ポリエステル樹脂Aおよびポリエステル樹脂Bの酸価は、5mgKOH/g以上30mgKOH/g以下が好ましい。
ポリエステル樹脂BのTHF不溶分は、15%以上45%以下が好ましい。
結着樹脂には、本発明の目的を達成することができる範囲で、ポリスチレン系重合体、スチレン−アクリル系樹脂等のポリスチレン系共重合体、上記ポリエステル樹脂以外のポリエステル樹脂等、従来トナー用結着樹脂として使用されている樹脂が上記ポリエステル樹脂とともに用いられてもよい。
(着色剤)
本実施形態では、着色剤としてカーボンブラックを用いる。
カーボンブラックとしては、たとえば、チャンネルブラック、ローラーブラック、ディスクブラック、ガスファーネスブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、およびアセチレンブラックなどが挙げられる。
カーボンブラックは1種を単独で使用でき、また2種以上を併用することができる。また、色相調整用として、適宜カラー系の着色剤や染料と併用することができる。
カーボンブラックのpHは、2.5以上6.0以下である。カーボンブラックのpHが2.5以上6.0以下であることによって、トナーの帯電安定性を良好にすることができる。
カーボンブラックのpHが2.5未満であると、得られるトナーの吸湿性が高くなり、帯電性が低下してかぶりが発生する。カーボンブラックのpHが6.0を超えると、カーボンブラックの分散性が低下し、帯電分布が広がるので、かぶりが発生する。
トナー中のカーボンブラックの濃度は、5重量%以上12重量%以下が好ましく、7重量%以上10重量%以下がより好ましい。本発明のトナーの作製時に、後述するマスターバッチを用いる場合には、トナー中のカーボンブラックの濃度が上記範囲内になるように、マスターバッチの使用量を調整することが好ましい。カーボンブラックの濃度が上記範囲内であることにより、カーボンブラックの添加によるフィラー効果を抑え、かつ、高い着色力を有するトナーを得ることができ、また、トナー消費量が少なくても充分な画像濃度を有し、発色性が高く、画像品位に優れる良好な画像を形成することができる。
(磁性粉)
磁性粉としては、マグネタイト、γ−ヘマタイト、および各種フェライトなどが挙げられる。
(離型剤)
離型剤としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ワックスなどが挙げられる。ワックスとしては、パラフィンワックス.カルナバワックス、およびライスワックスなどの天然ワックス、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス、およびフィッシャートロプッシュワックスなどの合成ワックス、モンタンワックスなどの石炭系ワックスなどの石油系ワックス、アルコール系ワックス、ならびにエステル系ワックスなどが挙げられる。
離型剤は、1種を単独で使用してもよく、また2種以上を併用してもよい。離型剤の添加量は特に制限されず、結着樹脂、着色剤などの他の成分の種類および含有量、作製しようとするトナーに要求される特性などの各種条件に応じて広い範囲から適宜選択することができるが、好ましくは、結着樹脂100重量部に対して、3重量部以上10重量部以下である。離型剤の添加量が3重量部未満であると、低温定着性および耐ホットオフセット性が充分に向上しない。離型剤の添加量が10重量部を超えると、混練物中における離型剤の分散性が低下し、一定の性能を有するトナーを安定して得ることができない。またトナーが感光体などの像担持体の表面に皮膜(フィルム)状に融着するフィルミングと呼ばれる現象が発生する。
離型剤の融点(Tm)は、50℃以上180℃以下であることが好ましい。融点が50℃未満であると、現像装置内において離型剤が溶融し、トナー粒子同士が凝集したり、感光体表面へのフィルミングなどが発生する。融点が180℃を超えると、トナーを記録媒体に定着する際に離型剤が充分に溶出することができず、耐ホットオフセット性が充分に向上しない。
(電荷制御剤)
電荷制御剤としては、この分野で常用される正電荷制御用および負電荷制御用の電荷制御剤を使用できる。
正電荷制御用の電荷制御剤としては、たとえば、ニグロシン染料、塩基性染料、四級アンモニウム塩、四級ホスホニウム塩、アミノピリン、ピリミジン化合物、多核ポリアミノ化合物、アミノシラン、ニグロシン染料およびその誘導体、トリフェニルメタン誘導体、グアニジン塩、アミジン塩などが挙げられる。
負電荷制御用の帯電制御剤としては、クロムアゾ錯体染料、鉄アゾ錯体染料、コバルトアゾ錯体染料、サリチル酸ならびにサリチル酸誘導体のクロム錯体、亜鉛錯体、アルミニウム錯体およびホウ素錯体、サリチル酸塩化合物、ナフトール酸ならびにナフトール酸誘導体のクロム錯体、亜鉛錯体、アルミニウム錯体およびホウ素錯体、ナフトール酸塩化合物、ベンジル酸およびベンジル酸誘導体のクロム錯体、亜鉛錯体、アルミニウム錯体およびホウ素錯体、ベンジル酸塩化合物、長鎖アルキルカルボン酸塩、長鎖アルキルスルホン酸塩などの界面活性剤を挙げることができる。
電荷制御剤の添加量は、結着樹脂100重量部に対して、0.01重量部以上5重量部以下が好ましい。
本発明のトナーは、未反応ロジンをカーボンブラックに対して1重量%以上10重量%以下含む。前述のように、ポリエステル樹脂Aの出発物質にはロジンが使用され、そのロジンの含有量は多い(ポリエステル樹脂Aの出発物質全量に対して60重量%以上)が、未反応ロジンをカーボンブラックに対して1重量%以上10重量%以下含むことによって、結着樹脂中にカーボンブラックが均一に分散されたトナーを得ることができる。この理由としては、未反応ロジンがカーボンブラックを結着樹脂中に分散させる分散剤として働くためであると推定される。結着樹脂中にカーボンブラックが均一に分散されたトナーは、個々のトナー粒子の電気抵抗値が均一になり、トナーの帯電安定性が良好になると考えられるので、長期間にわたって、画像濃度が高くかぶりのない良好な画像を安定して形成することができる。
トナー中の未反応ロジンの含有量がカーボンブラックに対して1重量%未満であると、カーボンブラックを結着樹脂中に均一に分散させることができず、トナーの帯電安定性が低下する。トナー中の未反応ロジンの含有量がカーボンブラックに対して10重量%を超えると、耐ホットオフセット性が低下する。また、トナーの帯電安定性が低下する。
トナー中の未反応ロジンの含有量は、カーボンブラックに対して2重量%以上10重量%以下がより好ましく、3.5重量%以上6重量%以下がさらに好ましい。
トナー中の未反応ロジンの含有量は、たとえばポリエステル樹脂Aの作製方法によって調整することができる。具体的には、ポリエステル樹脂Aの縮重合の反応条件(反応温度、反応時間など)を調整することによって、未反応の揮発性ロジンの含有量を調整することができる。
2、トナーの製造方法
図1は、本発明のトナーの製造方法の手順の一例を示す工程図である。本発明に係るトナーの製造方法は、乾式法による粒子形成方法であり、混合工程S1と、溶融混練工程S2と、冷却粉砕工程S3と、分級工程S4と、外添工程S5とを含む。
(1)混合工程S1
混合工程S1では、結着樹脂およびカーボンブラックを、混合機によって乾式混合して混合物を作製する。この際、必要に応じて添加剤を加える。
カーボンブラックをポリエステル樹脂中に均一に分散させるために、カーボンブラックは、マスターバッチ化して使用されることが好ましい。マスターバッチは、たとえば、ポリエステル樹脂Aおよびカーボンブラックを混合機で乾式混合し、得られる粉体混合物を混練機で混練することによって製造できる。混練温度は、ポリエステル樹脂Aの軟化温度によるが、通常は50〜150℃程度、好ましくは50〜120℃程度である。
混合機としては、公知のものを使用でき、たとえば、ヘンシェルミキサ(商品名、三井鉱山株式会社製)、スーパーミキサ(商品名、株式会社カワタ製)、メカノミル(商品名、岡田精工株式会社製)などのヘンシェルタイプの混合装置、オングミル(商品名、ホソカワミクロン株式会社製)、ハイブリダイゼーションシステム(商品名、株式会社奈良機械製作所製)、コスモシステム(商品名、川崎重工業株式会社製)などが挙げられる。混練機としても公知のものを使用でき、たとえば、ニーダ、二軸押出機、二本ロールミル、三本ロールミル、ラボブラストミルなどの一般的な混練機を使用できる。さらに具体的には、たとえば、TEM−100B(商品名、東芝機械株式会社製)、PCM−65/87、PCM−30(以上いずれも商品名、株式会社池貝製)などの1軸または2軸のエクストルーダ、ニーデックス(商品名、三井鉱山株式会社製)などのオープンロール方式の混練機が挙げられる。溶融混練は、複数の混練機を用いて行っても構わない。
得られたマスターバッチは、たとえば、粒子径2mm〜3mm程度に粉砕されて用いられる。
(2)溶融混練工程S2
溶融混練工程S2では、前記混合工程で作製された混合物を、混練機によって溶融混練して、結着樹脂中にカーボンブラックおよび必要に応じて添加された添加剤が分散した溶融混練物を作製する。
溶融混練工程で用いられる混練機としては、公知のものを使用でき、マスターバッチの作製で用いられる上記の混練機と同様のものを使用できる。複数の混練機を用いて溶融混練を行ってもよい。
溶融混練時の温度は、使用する混練機によるが、未反応ロジンの沸点以下の温度であることが好ましく、80℃以上200℃以下であることが好ましい。このような範囲の温度下で溶融混練を行うことで、結着樹脂中に、カーボンブラックおよび必要に応じて添加された添加剤を均一に分散させることができる。また、溶融混練によって未反応ロジンが蒸発し、混合物中に含まれる未反応ロジンの含有量が減少することを抑制することができる。
(3)冷却粉砕工程S3
冷却粉砕工程S3では、前記溶融混練工程で得られた溶融混練物を冷却固化し、粉砕して、粉砕物を得る。
冷却固化された溶融混練物は、ハンマーミルまたはカッティングミルなどによって、体積平均粒径100μm以上5mm以下程度の粗粉砕物に粗粉砕され、得られた粗粉砕物は、たとえば、体積平均粒径15μm以下にまで、さらに微粉砕される。粗粉砕物の微粉砕には、たとえば、超音速ジェット気流を利用するジェット式粉砕機、高速で回転する回転子(ロータ)と固定子(ライナ)との間に形成される空間に粗粉砕物を導入して粉砕する衝撃式粉砕機などを用いることができる。
(4)分級工程S4
分級工程S4では、前記冷却粉砕工程S3で得られた粉砕物を分級機によって分級し、過粉砕トナー粒子および粗大トナー粒子を除去し、未外添トナーを得る。過粉砕トナー粒子および粗大トナー粒子は、回収して他のトナーの製造に再利用することができる。
分級には、遠心力および風力による分級により過粉砕トナー粒子を除去できる公知の分級機を使用でき、たとえば、旋回式風力分級機(ロータリー式風力分級機)などを使用することができる。
分級後に得られる未外添トナーの体積平均粒径は、3μm以上15μm以下であることが好ましい。高画質画像を得るためには、未外添トナーの体積平均粒径が3μm以上9μm以下であることが好ましく、5μm以上8μm以下であることがより好ましい。未外添トナーの体積平均粒径が3μm未満であると、トナーの粒径が小さいため、高帯電化および低流動化が起こる。トナーの高帯電化および低流動化によって、トナーが感光体に安定して供給されず、地肌かぶりおよび画像濃度の低下などが発生する。未外添トナーの体積平均粒径が15μmを超えると、トナーの粒径が大きいため、高精細な画像を得られない。また、粒径が大きくなることでトナーの比表面積が減少し、トナーの帯電量が小さくなる。その結果、トナーが感光体に安定して供給されず、トナー飛散による機内汚染が発生する。
(5)外添工程S5
外添工程S5では、前記分級工程S4で得られた未外添トナーと外添剤とを混合してトナーを得る。外添剤の添加によって、トナーの流動性および感光体表面における残留トナーのクリーニング性が向上し、感光体へのフィルミングが防止できる。外添剤が外添されていない未外添トナーを、トナーとして用いることもできる。
外添剤としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化錫、および酸化亜鉛などの無機酸化物、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、およびスチレンなどの化合物、またはこれら化合物の共重合体樹脂微粒子、フッ素樹脂微粒子、シリコーン樹脂微粒子、およびステアリン酸などの高級脂肪酸、またはこれらの高級脂肪酸の金属塩、カーボンブラック、フッ化黒鉛、炭化珪素、窒化ホウ素などが挙げられる。
外添剤は、シリコーン樹脂、シランカップリング剤などによって表面処理されていることが好ましい。また、外添剤の添加量は、結着樹脂100重量部に対して、0.5重量部以上5重量部以下であることが好ましい。
外添剤の1次粒子の個数平均粒径は、10nm以上500nm以下であることが好ましい。外添剤の1次粒子の個数平均粒径がこのような範囲であることによって、トナーの流動性がより向上する。
外添剤のBET比表面積は、20m/g以上200m/g以下であることが好ましい。外添剤のBET比表面積がこのような範囲であることによって、トナーに適度な流動性および帯電性が付与できる。
3、現像剤
本発明のトナーは、トナーのみからなる1成分現像剤として用いることができ、また、キャリアと混合して2成分現像剤として用いることもできる。
キャリアとしては、公知のものを使用でき、たとえば、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、コバルト、マンガン、クロムなどからなる単独または複合フェライトおよびキャリアコア粒子を被覆物質で表面被覆した樹脂被覆キャリア、または樹脂に磁性を有する粒子を分散させた樹脂分散型キャリアなどが挙げられる。
被覆物質としては公知のものを使用でき、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、モノクロロトリフルオロエチレン重合体、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ジターシャーリーブチルサリチル酸の金属化合物、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、ニグロシン、アミノアクリレート樹脂、塩基性染料、塩基性染料のレーキ物、シリカ微粉末、アルミナ微粉末などが挙げられる。
また樹脂分散型キャリアに用いられる樹脂としては特に制限されないが、たとえば、スチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、およびフェノール樹脂などが挙げられる。いずれも、トナー成分に応じて選択するのが好ましく、1種を単独で使用でき、または2種以上を併用できる。
キャリアの形状は、球形または扁平形状が好ましい。またキャリアの粒子径は特に制限されないが、高画質化を考慮すると、好ましくは10〜100μm、さらに好ましくは20μm以上50μm以下である。キャリアの粒子径が50μm以下であることにより、トナーとキャリアの接触機会が増え、個々のトナー粒子を適正に帯電制御でき、非画像部カブリが発生せず、かつ高画質な画像を形成することができる。
さらにキャリアの体積抵抗率は、好ましくは10Ω・cm以上、より好ましくは1012Ω・cm以上である。キャリアの体積抵抗率は、キャリア粒子を断面積0.50cm2の容器に入れてタッピングした後、容器内に詰められた粒子に1kg/cm2の荷重を掛け、荷重と底面電極との間に1000V/cmの電界が生ずる電圧を印加したときの電流値から得られる値である。抵抗率が低いと、現像スリーブにバイアス電圧を印加した場合にキャリアが帯電し、感光体にキャリア粒子が付着し易くなる。またバイアス電圧のブレークダウンが起こり易くなる。
キャリアの磁化強さ(最大磁化)は、好ましくは10〜60emu/g、より好ましくは15〜40emu/gである。一般的な現像ローラの磁束密度条件下では、10emu/g未満であると磁気的な束縛力が働かず、キャリア飛散の原因となる。また磁化強さが60emu/gを超えると、非接触現像ではキャリアの穂立ちが高くなり過ぎ、像担持体とトナーの非接触状態を保つことが困難になる。また接触現像ではトナー像に掃き目が現れやすくなる。
2成分現像剤におけるトナーとキャリアとの使用割合は特に制限されず、トナーおよびキャリアの種類に応じて適宜選択できる。また、トナーによるキャリアの被覆率は、40%以上80%以下であることが好ましい。
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。
実施例および比較例における各物性値は以下のようにして測定した。
なお、以下に説明する実施例においては、ポリエステル樹脂Aの作製において、ロジンの一部を、酸成分およびアルコール成分と縮重合させずにおき、縮重合が終了した時点で前記ロジンの一部を添加しているが、これは、未反応ロジンの量をより正確に調整するための手順である。縮重合が終了した時点で添加するロジンの量を増やすことで、トナー中の未反応ロジンの含有量を多くすることができる。本発明のトナーの製造方法は、このような実施例の手順に限定されるものではなく、未反応ロジンの量は、前述のようにポリエステル樹脂Aの縮重合時の反応条件(反応温度、反応時間など)を調整することで制御できる。
〔ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)〕
示差走査熱量計(商品名:Diamond DSC、パーキンエルマージャパン株式会社製)を用い、日本工業規格(JIS)K7121−1987に準じ、試料0.01gを昇温速度毎分10℃(10℃/分)で加熱してDSC曲線を測定した。得られたDSC曲線のガラス転移に相当する吸熱ピークの低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、吸熱ピークの低温側の曲線に対して勾配が最大になる点で引いた接線との交点の温度をガラス転移温度(Tg)とした。
〔ポリエステル樹脂の軟化温度(Tm)〕
流動特性評価装置(商品名:フローテスターCFT−500C、株式会社島津製作所製)を用い試料1gを昇温速度毎分6℃で加熱し、荷重10kgf/cm2(9.8×105Pa)を与えてダイ(ノズル口径1mm、長さ1mm)から試料の半分量が流出したときの温度を求め、軟化温度(Tm)とした。
〔ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)〕
試料を0.25重量%となるようテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、試料200μLをGPC装置(商品名:HLC−8220GPC、東ソー株式会社製)に注入し、温度40℃において分子量分布曲線を求めた。
得られた分子量分布曲線から、重量平均分子量Mwおよび数平均分子量Mnを求め、数平均分子量Mnに対する重量平均分子量Mwの比である分子量分布指数(Mw/Mn;以後、単に「Mw/Mn」とも表記する)を求めた。なお、分子量校正曲線は標準ポリスチレンを用いて作成した。
〔ポリエステル樹脂およびロジンの酸価〕
中和滴定法によって測定した。テトラヒドロフラン(THF)50mLに試料5gを溶解し、指示薬としてフェノールフタレインのエタノール溶液を数滴加えた後、0.1モル/Lの水酸化カリウム(KOH)水溶液で滴定を行なった。試料溶液の色が無色から紫色に変化した点を終点とし、終点に達するまでに要した水酸化カリウム水溶液の量と滴定に供した試料の重量とから、酸価(mgKOH/g)を算出した。
〔ポリエステル樹脂のTHF不溶分〕
試料1gを円筒濾紙に投入し、ソックスレー抽出器にかけた。テトラヒドロフラン(THF)100mLを抽出溶媒として用い、6時間加熱還流して、試料からTHF可溶画分を抽出した。THF可溶画分を含む抽出液から溶媒を除去した後、THF可溶画分を100℃で24時間乾燥し、得られたTHF可溶画分を秤量し、重量X(g)を求めた。THF可溶画分重量X(g)と、測定に用いた試料の重量(1g)とから、下記式(1)に基づいて、試料中のTHF不溶画分の割合P(重量%)を算出した。以下、この割合PをTHF不溶解分と称する。
P(重量%)={1(g)−X(g)}/1(g)×100 …(1)
〔離型剤の融点〕
示差走査熱量計(商品名:Diamond DSC、パーキンエルマージャパン株式会社製)を用い、試料0.01gを温度20℃から昇温速度毎分10℃で200℃まで加熱し、次いで200℃から20℃に急冷する操作を2回繰返し、DSC曲線を測定した。2回目の操作で測定したDSC曲線の融解に相当する吸熱ピークの温度を離型剤の融点とした。
〔トナーの体積平均粒径および変動係数〕
電解液(商品名:ISOTON−II、ベックマン・コールター社製)50mlに、試料20mgおよびアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム(分散剤、キシダ化学株式会社製)1mlを加え、超音波分散器(商品名:UH−50、株式会社エスエムテー製)を用い周波数20kHzで3分間分散処理し、測定用試料とした。
この測定用試料について、粒度分布測定装置(商品名:Multisizer3、ベックマン・コールター社製)を用い、アパーチャ径20μm、測定粒子数50000カウントの条件下で測定を行い、試料粒子の体積粒度分布から体積平均粒径を求めた。またトナーの変動係数を、体積平均粒径およびその標準偏差に基づいて、下記式(2)より算出した。
変動係数CV(%)=(体積粒度分布における標準偏差/体積平均粒径)×100
…(2)
〔未反応ロジンの含有量〕
ガスクロAgilent−6890を用い、注入口および検出器温度を300℃、気化室温度を60℃に設定し、昇温プログラムは60℃/2minののち10℃/minで350℃まで昇温させた。この条件下で、得られたガスクロマトグラムによりポリエステル樹脂およびトナー中の未反応ロジンの含有量を求めた。
〔ポリエステル樹脂A1の作製〕
撹拌装置、加熱装置、温度計、冷却管、分留装置、および窒素導入管を備えた反応容器中に、酸成分として、イソフタル酸335g、および不均化ロジン(酸価157.2mgKOH/g)1530g、アルコール成分として、グリセリン280g、反応触媒としてテトラ−n−ブチルチタネート1.72g(酸成分およびアルコール成分の総量100重量部に対し、0.080重量部相当)を投入した。これらの原料を、窒素雰囲気下で撹拌し、生成する水を留去しながら、250℃で10時間縮重合反応させ、フローテスターにより所定の軟化温度に達したことを確認して、反応を終了し、ポリエステル樹脂A1(ガラス転移温度55℃、軟化温度111℃、重量平均分子量2520、Mw/Mn=1.9、酸価11mgKOH/g、未反応ロジン0.27重量%、THF不溶分0%)を得た。
〔ポリエステル樹脂A2の作製〕
不均化ロジンの一部5gを、上記酸成分およびアルコール成分と縮重合させずにおき、縮重合させた後に添加すること以外はポリエステル樹脂A1の作製方法と同様にしてポリエステル樹脂A2を得た。縮重合させた後に添加するロジンは、ポリエステル樹脂A2の温度が低下する間、いくらか反応するが、ほとんどがモノマーの状態であると考えられる。
〔ポリエステル樹脂A3〜A8の作製〕
酸成分およびアルコール成分と縮重合させる不均化ロジンの量、および縮重合させた後に添加する不均化ロジンの量を表1に示す値に変更したこと以外はポリエステル樹脂A2の作製方法と同様にしてポリエステル樹脂A3〜A8を得た。
〔ポリエステル樹脂A9の作製〕
酸成分として、さらにテレフタル酸を305g、無水トリメリット酸を30g用い、イソフタル酸の添加量を55gに変更し、不均化ロジンの添加量を1390gに変更し、グリセリンの添加量を300gに変更し、アルコール成分として、さらに1,3−プロパンジオールを150g用い、酸成分およびアルコール成分と縮重合させる不均化ロジンの量を1370gに変更し、縮重合させた後に添加する不均化ロジンの量を20gに変更したこと以外はポリエステル樹脂A2の作製方法と同様にしてポリエステル樹脂A9を得た。
〔ポリエステル樹脂Bの作製〕
撹拌装置、加熱装置、温度計、冷却管、分留装置、および窒素導入管の付いた反応容器中に、酸成分として、テレフタル酸350g、イソフタル酸400g、および無水トリメリット酸50g、アルコール成分として、グリセリン125g、ビスフェノールAのPO2モル付加物350g、およびビスフェノールAのPO3モル付加物450g、反応触媒として、テトラ−n−ブチルチタネート1.38gを投入した。これらの原料を、窒素雰囲気下で撹拌し、生成する水を留去しながら、220℃で10時間縮重合反応させ、次いで、5〜20mmHgの減圧下で反応させ、フローテスターにより所定の軟化温度に達したことを確認して、反応を終了し、ポリエステル樹脂B(ガラス転移温度61℃、軟化温度147℃、重量平均分子量29500、Mw/Mn=10.8、酸価22mmHg、THF不溶分40%)を得た。
ポリエステル樹脂A1〜A9およびポリエステル樹脂Bの原料、ならびに物性などを表1に示す。
Figure 2011257717
(実施例1)
<混合工程S1>
ポリエステル樹脂A2中にカーボンブラック(商品名:MA−77、三菱化学株式会社製、pH=2.5)を濃度23重量%で予備混練分散させたマスターバッチを作製した。
マスターバッチ 43.5重量部(21.7kg)
ポリエステル樹脂B 52.7重量部(26.3kg)
ポリエチレンワックス(低軟化温度ワックス、商品名:サンワックスLEL-250、三洋化成工業株式会社製、軟化温度:124℃) 1.3重量部(0.65kg)
ポリプロピレンワックス(高軟化温度ワックス、商品名:ビスコール550P、三洋化成工業株式会社製、軟化温度:152℃) 1.3重量部(0.65kg)
電荷制御剤(商品名:LR−147、日本カーリット株式会社製)
1.3重量部(0.6kg)
なお、マスターバッチ43.5重量部中のカーボンブラックの含有量は10重量部である。
上記の原料をヘンシェルミキサ(商品名:FM20C、三井鉱山株式会社製)にて10分間混合し、混合物50kgを得た。
<溶融混練工程S2>
前記混合工程S1で得た混合物を、混練機(商品名:ニ軸混練機PCM−60、株式会社池貝製)にて、シリンダ設定温度80℃〜120℃(最高温度120℃)、回転数250rpm、供給量5kg/hで溶融混練し、溶融混練物を得た。
<冷却粉砕工程S3>
前記溶融混練工程S2で得た溶融混練物を、室温まで冷却して固化した後、カッターミル(商品名:VM−16、オリエント株式会社製)で粗粉砕した。次いで、得られた粗粉砕物を、カウンタージェットミル(商品名:AFG、ホソカワミクロン株式会社製)で微粉砕した。
<分級工程S4>
前記冷却粉砕工程S3で得た粉砕物を、ロータリー式分級機(商品名:TSPセパレータ、ホソカワミクロン株式会社製)で分級して、未外添トナーを得た。
<外添工程S5>
前記分級工程S4で得た未外添トナー100重量部(500g)に対して、シランカップリング剤とジメチルシリコーンオイルとで表面処理された疎水性シリカ微粉子A(BET比表面積140m/g)1.2重量部(6g)、シランカップリング剤で表面処理された疎水性シリカ微粉子B(BET比表面積30m/g)0.8重量部(4g)、および酸化チタン(BET比表面積130m/g)0.5重量部(2.5g)を添加し、ヘンシェルミキサ(商品名:FMミキサ、三井鉱山株式会社製)で混合し、実施例1のトナー(体積平均粒径6.8μm、CV値24%)を得た。
(実施例2)
ポリエステル樹脂A2の代わりにポリエステル樹脂A3を用いること以外は、実施例1と同様にして実施例2のトナー(体積平均粒径6.7μm、CV値23%)を得た。
(実施例3)
ポリエステル樹脂A2の代わりにポリエステル樹脂A4を用いること以外は実施例1と同様にして実施例3のトナー(体積平均粒径6.9μm、CV値24%)を得た。
(実施例4)
ポリエステル樹脂A2の代わりにポリエステル樹脂A5を用いること以外は実施例1と同様にして実施例4のトナー(体積平均粒径6.7μm、CV値22%)を得た。
(実施例5)
ポリエステル樹脂A2の代わりにポリエステル樹脂A6を用いること以外は実施例1と同様にして実施例5のトナー(体積平均粒径6.8μm、CV値22%)を得た。
(実施例6)
ポリエステル樹脂A2の代わりにポリエステル樹脂A7を用いること以外は実施例1と同様にして実施例6のトナー(体積平均粒径6.9μm、CV値24%)を得た。
(実施例7)
ポリエステル樹脂A2の代わりにポリエステル樹脂A9を用いること以外は実施例1と同様にして実施例7のトナー(体積平均粒径6.6μm、CV値22%)を得た。
(実施例8)
カーボンブラックの種類を変更したこと以外は実施例7と同様にして実施例8のトナー(体積平均粒径6.7μm、CV値23%)を得た。実施例8で使用したカーボンブラックは、商品名がMA−100(三菱化学株式会社製pH=3.5)のカーボンブラックである。
(比較例1)
ポリエステル樹脂A2の代わりにポリエステル樹脂A1を用いること以外は実施例1と同様にして比較例1のトナー(体積平均粒径6.9μm、CV値24%)を得た。
(比較例2)
ポリエステル樹脂A2の代わりにポリエステル樹脂A8を用いること以外は実施例1と同様にして比較例2のトナー(体積平均粒径6.8μm、CV値23%)を得た。
(比較例3)
カーボンブラックの種類を変更したこと以外は実施例7と同様にして比較例3のトナー(体積平均粒径6.8μm、CV値24%)を得た。比較例3で使用したカーボンブラックは、商品名が#2600(三菱化学株式会社製、pH=6.5)のカーボンブラックである。
実施例1〜8および比較例1〜3のトナーについて、各トナー5重量部とフェライトコアキャリア(体積平均粒径70μm)95重量部とを、V型混合機(商品名:V−5、株式会社徳寿工作所製)にて20分間混合して2成分現像剤を作製した。
実施例1〜8および比較例1〜3のトナーを含む2成分現像剤を用いて以下の評価を行った。
〔耐ホットオフセット性〕
各トナーを含む2成分現像剤を、モノクロ複合機(商品名:MXM−700、シャープ株式会社製)を改造したものに充填し、未定着画像を作製した。サンプル画像は、記録用紙(商品名:PPC用紙SF−4AM3、シャープ株式会社製)上に、縦20mm、横50mmの長方形状のベタ画像部を含み、ベタ画像部におけるトナーの記録用紙への付着量が0.5mg/cmとなるように調整した。
作製した未定着画像を、前記モノクロ複合機の定着部を備えた外部定着機(プロセススピード395mm/秒)を用いて、130℃から5℃刻みで温度を上げて定着して、試験紙(A4サイズ、52g/m紙)面上におけるオフセットの有無を目視で確認した。これによってトナーのホットオフセット開始温度を求め、以下の基準で耐ホットオフセット性を評価した。
耐ホットオフセット性の評価基準は次のとおりである。
○:良好。ホットオフセット開始温度が240℃以上である。
△:実使用上問題なし。ホットオフセット開始温度が220℃以上240℃未満である。
×:不良。ホットオフセット開始温度が220℃未満である。
〔帯電安定性〕
各トナーを含む2成分現像剤をモノクロ複合機(商品名:MXM−700、シャープ株式会社製)に充填し、記録媒体として記録用紙(商品名:PPC用紙SF−4AM3、シャープ株式会社製)を使用して、25℃、45%RH環境にて、実機評価を行った。帯電量比、画像濃度およびかぶり濃度の各項目について、印字前の数値と、画像面積5%の原稿を100000枚印字した後の数値とを比較した。
[画像濃度]
一辺が3cmのベタ画像100%濃度を印刷し、印刷部分の画像濃度を、反射濃度計商品名:RD918、マクベス社製を用いて測定し、下記の基準で評価した。
画像濃度の評価基準は次のとおりである。
○:良好。画像濃度が1.4以上である。
△:実使用上問題なし。画像濃度が1.2以上1.4未満である。
×:不良。画像濃度が1.2未満である。
[かぶり]
白度計(商品名:Z−Σ90 COLOR MEASURING SYSTEM、日本電色工業社製)を用いて、非画像部(0%濃度)の白色度を測定し、予め測定しておいた印字前の白色度との差を求め、その差をかぶり濃度とし、下記の基準で評価した。
かぶり濃度の評価基準は次のとおりである。
○:良好。かぶり濃度が0.5未満である。肉眼でかぶりをほとんど確認できない。
△:実使用上問題なし。かぶり濃度が0.5以上1.0未満である。肉眼でかぶりを少し確認できる。
×:不良。かぶり濃度が1.0以上である。肉眼でかぶりを明確に確認できる。
[総合]
画像濃度およびかぶり濃度の評価結果を用いて、以下の基準で帯電安定性を評価した。
○:画像濃度およびかぶりの評価結果が○である。
△:画像濃度およびかぶりの評価結果のうち、少なくとも一方が△であり、×がない。
×:画像濃度およびかぶりの評価結果のうち、少なくとも一方が×である。
〔総合評価〕
耐オフセット性および帯電安定性の評価結果を用いて、以下の総合評価基準で総合評価を行った。
○:良好。耐オフセット性および帯電安定性の評価結果が○である。
△:実使用上問題なし。耐オフセット性および帯電安定性の評価結果のうち、少なくとも一方が△であり、×がない。
×:不良。耐オフセット性および帯電安定性の評価結果のうち、少なくとも一方が×である。
トナー原料および評価結果などを表2に示す。表2において、ポリエステル樹脂A1は樹脂A1と示す。ポリエステル樹脂A2〜A9およびポリエステル樹脂Bも同様に樹脂A2〜A9および樹脂Bと示す。
Figure 2011257717
実施例1〜8は、良好な結果が得られた。しかしながら、実施例1,2は、トナー中の未反応ロジンの含有量が他の実施例よりも少し少ないので、帯電安定性が少し低下した。実施例6は、トナー中の未反応ロジンの含有量が他の実施例よりも少し多いので、耐ホットオフセット性が少し低下し、かぶりが少し発生した。
比較例1は、トナー中の未反応ロジンの含有量が実施例よりも少ないので、帯電安定性が低下した。比較例2は、トナー中の未反応ロジンの含有量が実施例よりも多いので、耐ホットオフセット性が低下し、画像濃度が少し低下し、かぶりが発生した。比較例3は、カーボンブラックのpHが実施例よりも高いので、画像濃度が少し低下し、かぶりが発生した。

Claims (3)

  1. 出発物質として芳香族ジカルボン酸と、ロジンと、3価以上のアルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Aであって、出発物質全量における前記ロジンの含有量が60重量%以上であるポリエステル樹脂Aと、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、多価アルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Bとを有する結着樹脂と、
    pHが2.5以上6.0以下のカーボンブラックとを含むトナーであって、
    前記トナー中の未反応ロジンの含有量が、前記カーボンブラックに対して1重量%以上10重量%以下であることを特徴とするトナー。
  2. 出発物質として芳香族ジカルボン酸と、ロジンと、3価以上のアルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Aであって、出発物質における前記ロジンの含有量が60重量%以上であるポリエステル樹脂Aと、出発物質として芳香族ジカルボン酸と、多価アルコールとを縮重合して得られるポリエステル樹脂Bとを有する結着樹脂と、pHが2.5以上6.0以下のカーボンブラックとを混合した混合物であって、前記混合物中の未反応ロジンの含有量が、前記カーボンブラックに対して1重量%以上10重量%以下である混合物を作製する混合工程と、
    前記混合物を溶融混練して、混練物を作製する溶融混練工程と、
    前記混練物を冷却固化し、粉砕して粉砕物を作製する冷却粉砕工程と、
    前記粉砕物を分級する分級工程とを含むことを特徴とするトナーの製造方法。
  3. 前記混合工程では、
    前記ポリエステル樹脂Aと、前記カーボンブラックとを混合混練してマスターバッチを作製し、
    前記ポリエステル樹脂Bと、前記マスターバッチとを混合して前記混合物を作製することを特徴とする請求項2に記載のトナーの製造方法。
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