JP2014170027A - トナー製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ポリエステル樹脂、着色剤および離型剤を含有する組成物を有機溶剤に溶解又は分散させた混合液を吐出して液滴を形成する液滴形成工程と、前記液滴を固化してトナー母体を形成し、捕集用の水系媒体に捕集する液滴固化工程と、前記液滴固化工程で得られた前記トナー母体が、分散用の水系媒体中に分散されたトナー母体分散液に表面処理剤を添加して表面処理を行いトナーを得る表面処理工程と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図7
Description
しかしながら、これらの方法では、トナー成分の溶解または分散液を、微小なノズルから吐出する必要があり、吐出開始前にノズル内部またはノズル周辺に付着したトナー液が乾燥し、安定したトナー成分液滴を生成することができない確率が高いことが問題である。
<液滴吐出手段>
本発明で用いる液滴吐出手段は吐出する液滴の粒径分布が狭ければ、特に制限は無く、公知のものを用いることができる。液滴吐出手段としては1流体ノズル、2流体ノズル、膜振動タイプ吐出手段、レイリー分裂タイプ吐出手段、液振動タイプ吐出手段、液柱共鳴タイプ吐出手段等が挙げられる。
液滴の粒径分布が狭く、トナーの生産性を確保するためには、複数の吐出孔が形成された液柱共鳴液室内の液体に振動を付与して液柱共鳴による定在波を形成し、該定在波の腹となる領域に形成された吐出孔から液体を吐出する液滴化液柱共鳴が有効である。本発明においては、これらのいずれかを用いるのが好ましい。
液柱の共鳴を利用して吐出する液柱共鳴タイプ吐出手段について解説する。
図1に液柱共鳴液滴吐出手段11を示す。液共通供給路17及び液柱共鳴液室18を含んで構成されている。液柱共鳴液室18は、長手方向の両端の壁面のうち一方の壁面に設けられた液共通供給路17と連通されている。また、液柱共鳴液室18は、両端の壁面と連結する壁面のうち一つの壁面に液滴21を吐出する吐出孔19と、吐出孔19と対向する壁面に設けられ、かつ液柱共鳴定在波を形成するために高周波振動を発生する振動発生手段20とを有している。なお、振動発生手段20には、図示していない高周波電源が接続されている。
図3に吐出孔19の取りうる断面形状を示す。
(a)は吐出孔19の接液面から吐出口に向かってラウンド形状を持ちながら開口径が狭くなるような形状を有しており、薄膜41が振動した際に吐出孔19の出口付近で液にかかる圧力が最大となるため、吐出の安定化に際しては最も好ましい形状である。
(b)は吐出孔19の接液面から吐出口に向かって一定の角度を持って開口径が狭くなるような形状を有しており、このノズル角度24は適宜変更することができる。(a)と同様のこのノズル角度によって薄膜41が振動したときの吐出孔19の出口付近で液にかかる圧力を高めることができるが、その範囲は60より大きく、90°未満が好ましい。60°以下は液に圧力がかかりにくく、さらに薄膜41の加工もし難いため好ましくない。ノズル角度24が90°である場合は(c)に相当するが出口に圧力がかかりにくくなるため、90°が最大値となる。90°以上は吐出孔19の出口に圧力がかからなくなるため、液滴吐出が非常に不安定化する。
(d)は(a)と(b)を組み合わせた形状である。このように段階的に形状を変更しても構わない。
先ず、図1の液柱共鳴液滴吐出手段11内の液柱共鳴液室18において生じる液柱共鳴現象の原理について説明する。液柱共鳴液室内のトナー成分液の音速をcとし、振動発生手段20から媒質であるトナー成分液に与えられた駆動周波数をfとした場合、液体の共鳴が発生する波長λは、
λ=c/f ・・・(式1)
の関係にある。
また、当該端部が閉じている固定端と等価であるとした両側固定端の場合には、長さLが波長λの4分の1の偶数倍に一致する場合に共鳴が最も効率的に形成される。つまり、次の式2で表現される。
L=(N/4)λ ・・・(式2)
(但し、Nは偶数を表す。)
同様にして、片方側が圧力の逃げ部がある開放端と等価で、他方側が閉じている(固定端)の場合、つまり片側固定端又は片側開放端の場合には、長さLが波長λの4分の1の奇数倍に一致する場合に共鳴が最も効率的に形成される。つまり、上記式2のNが奇数で表現される。
f=N×c/(4L) ・・・(式3)
(L:液柱共鳴液室の長手方向の長さ、c:トナー組成液の音波の速度、N:整数)
と導かれる。しかし、実際には、液体は共鳴を減衰させる粘性を持つために無限に振動が増幅されるわけではなく、Q値を持ち、後述する式4、式5に示すように、式3に示す最も効率の高い駆動周波数fの近傍の周波数でも共鳴は発生する。
例えば、N=1の片側固定端の場合を示す図4の(a)から、速度分布の場合閉口端で速度分布の振幅がゼロとなり、開口端で振幅が最大となる。液柱共鳴液室の長手方向の両端の間の長さをLとしたとき、液体が液柱共鳴する波長をλとし、整数Nが1〜5の場合に定在波が最も効率よく発生する。また、両端の開閉状態によっても定在波パターンは異なるため、それらも併記した。
完全に閉口、もしくは開口している場合は、波の重ね合わせによって図4又は図5のような形態の共鳴定在波を生じる。また、吐出孔数、吐出孔の開口位置によっても定在波パターンは変動し、上記式3より求めた位置からずれた位置に共鳴周波数が現れるが、適宜駆動周波数を調整することで安定吐出条件を作り出すことができる。
他の例として、液体の音速c、液柱共鳴液室の長さLは、上記と同じ条件として、両端に壁面が存在して、両側固定端と等価のN=4の共鳴モードを用いた場合が挙げられる。この場合、上記式3より、最も効率の高い共鳴周波数は648kHzと導かれ、同じ構成の液柱共鳴液室においても、より高次の共鳴を利用することができる。
N×c/(4L)≦f≦(N+1)×c/(4Le) ・・・(式5)
(L:液柱共鳴液室の長手方向の長さ、Le:液供給路側の端部に最も近い吐出孔までの
距離、c:トナー組成液の音波の速度、N:整数)
なお、定在波の圧力が最も大きく変動する位置に吐出孔19を配置すると、吐出効率が高くなり、低い電圧で駆動することができる点で好ましい。また、吐出孔19は1つの液柱共鳴液室18に1つでも構わないが、複数個配置することが生産性の観点から好ましい。具体的には、2〜100個の間であることが好ましい。100個を超えた場合、100個の吐出孔19から所望の液滴を形成させようとすると、振動発生手段20に与える電圧を高く設定する必要が生じ、振動発生手段20としての圧電体の挙動が不安定となる。また、複数の吐出孔19を開孔する場合、吐出孔間のピッチは20μm以上、液柱共鳴液室の長さ以下であることが好ましい。吐出孔間のピッチが20μmより小さい場合、隣あう吐出孔より放出された液滴同士が衝突して大きな滴となってしまう確率が高くなり、トナーの粒径分布悪化につながる。
なお、図6において、液柱共鳴液室内に記した実線は液柱共鳴液室内の固定端側から液共通供給路側の端部までの間の任意の各測定位置における速度をプロットした速度分布を示し、液共通供給路側から液柱共鳴液室への方向を+とし、その逆方向を−とする。また、液柱共鳴液室内に記した点線は液柱共鳴液室内の固定端側から液共通供給路側の端部までの間の任意の各測定位置における圧力値をプロットした圧力分布を示し、大気圧に対して正圧を+とし、負圧は−とする。また、正圧であれば図中の下方向に圧力が加わることになり、負圧であれば図中の上方向に圧力が加わることになる。
また、図6の(b)は液滴吐出直後の液引き込みを行った後、再びメニスカス圧が増加した場合の速度波形を示している。これらの図6の(a),(b)に示すように、液柱共鳴液室18における吐出孔19が設けられている流路内での圧力は極大となっている。その後、図6の(c)に示すように、吐出孔19付近の正の圧力は小さくなり、負圧の方向へ移行して液滴21が吐出される。
<液滴固化>
先に説明した液滴吐出手段から気体中に吐出させたトナー成分液の液滴を固化させた後に、捕集用の水系媒体に捕集することで本発明のトナーを得ることが出来る。
固化させるには、トナー成分液の性状しだいで、考え方は異なるが、基本的にトナー成分液を固体状態にできれば手段を問わない。
例えば、トナー成分液が固体原材料を揮発可能な溶媒に溶解または分散させたものであれば、液滴噴射後、搬送気流中液滴を乾燥させる、すなわち溶媒を揮発させることで達成することができる。溶媒の乾燥にあたっては、噴射する気体の温度や蒸気圧、気体種類等を適宜選定して乾燥状態を調整することが出来る。また、完全に乾燥していなくとも、捕集された粒子が固体状態を維持していれば、回収後に別工程で追加乾燥させても構わない。また、これらの例に従わなくとも、温度変化や化学的反応等の適用で達成しても良い。
固化した粒子は公知の粉体捕集手段、例えばサイクロン捕集、バックフィルター等によって気中から回収することが出来る。
液滴吐出手段2は、トナー成分液14を収容する原料収容器13と、原料収容器13に収容されているトナー成分液14が液供給管16を通して液滴吐出手段2に供給される仕組みを有している。更に、液戻り管22を通って原料収容器13に戻すために、液供給管16内のトナー成分液14を圧送する液循環ポンプ15と液供給管16が連結されており、トナー成分液14を随時液滴吐出手段2に供給できる。液供給管16にはP1、乾燥捕集ユニットにはP2の圧力測定器が設けられており、液滴吐出手段2への送液圧力および、乾燥捕集ユニット内の圧力は圧力計P1、P2によって管理される。このとき、P1>P2の関係であると、トナー成分液14が染み出す恐れがあり、P1<P2の場合には吐出手段に気体が入り、吐出が停止する恐れがあるため、P1≒P2があることが望ましい。
固化粒子捕集手段62には捕集用の水系媒体が入っており、捕集されたトナーの凝集を防止する。本発明において、前記捕集用の水系媒体には界面活性剤を含んだ構成とすることができ、使用する界面活性剤は、アニオン系界面活性剤であることが好ましい。捕集されたトナーは固化粒子捕集手段62中でスラリー化するので、ろ過、リスラリーを繰り返すことで、表面についた界面活性剤を洗浄し、その後トナーケーキを乾燥する。
噴射された液滴同士が乾燥前に接触すると、液滴同士が合体し一つの粒子になってしまう(以下この現象を合着と呼ぶ)。そのため、均一な粒径分布の固化粒子を得るためには、噴射された液滴どうしの距離を保つ必要がある。しかしながら、噴射された液滴は一定の初速度を持っているが空気抵抗により、やがて失速する。失速した粒子には後から噴射された液滴が追いついてしまい、結果として合着する。この現象は定常的に発生するため、この粒子を捕集すると粒径分布はひどく悪化することとなる。合着を防ぐためには液滴の速度低下を無くし、液滴同士を接触させないように搬送気流101によって合着を防ぎながら、液滴を固化させつつ搬送する必要があり、最終的には固化粒子捕集手段まで固化粒子を運ぶことが必要となる。
第一の気流の速度は液滴噴射速度と同じかそれ以上であることが望ましい。液滴噴射速度より合着防止気流の速度が遅いと、合着防止気流本来の目的である液滴粒子を接触させないという機能を発揮させることが難しい。
第一の気流の性状は、液滴同士が合着しないような条件を追加することが出来、第二の気流と必ずしも同じでなくとも良い。また、合着防止気流に粒子表面の固化を促進させるような化学物質を混入したり、物理的作用を期待して付与したりしても良い。
表面処理工程では、液滴固化工程で得られたトナー母体が分散用の水系媒体中に分散されたトナー母体分散液に表面処理剤を添加して表面処理を行う。
また、液滴固化工程及び表面処理工程を同一の水系媒体中で行うこともでき、異なった水系媒体中で行うこともできる。
<二次乾燥>
図7で示された乾燥捕集手段によって得られたトナー粒子に含まれる残留溶剤量が多い場合はこれを低減するために必要に応じて、二次乾燥が行われる。二次乾燥としては流動床乾燥や真空乾燥のような一般的な公知の乾燥手段を用いることが出来る。有機溶剤がトナー中に残留すると耐熱保存性や定着性、帯電特性等のトナー特性が経時で変動するだけでなく、加熱による定着時において有機溶剤が揮発し、使用者および周辺機器へ悪影響を及ぼす可能性が高まるため、充分な乾燥を実施する必要がある。
本発明のトナーは、トナー母体粒子と、トナー母体の表面処理剤とを含有し、更に必要に応じて、結着樹脂、帯電制御剤、無機微粒子、流動性向上剤、クリーニング性向上剤等の外添剤などのその他の成分を含んでいてもよい。本発明のトナーは、少なくとも、ポリエステル樹脂、着色剤及び離型剤を含有し、前記トナー母体粒子表面の最表層として、トナー母体の表面処理剤を有している。
前記トナー母体の表面処理剤として、アクリル樹脂微粒子、カチオン性のフッ素系界面活性剤が好ましく用いられ、分散用の水系媒体中に分散されたトナー母体分散液に表面処理剤を添加して表面処理を行いトナーを得ることができる。
また、十分な硬さを有する表面処理剤を用いると、高速機のように経時での機械的ストレスの大きい場合においても、トナー表面に付着したトナー母体の表面処理剤がトナー中に埋没することなく存在し続けることができる。そのため、長期的にも十分な転写効率を維持することが可能である。また、同時にトナー表面に付着させる外添剤の埋没も防止することができる。
本発明においては、トナー母体の表面処理剤として、アクリル樹脂又はカチオン性のフッ素系界面活性剤であることが好ましい。
前記着色剤としては、特に制限はなく、公知の染料及び顔料の中から目的に応じて適宜選択することができ、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)、カドミュウムイエロー、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、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュ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、パラクロル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、ポ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、クロームバーミリオン、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、リトボンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記マスターバッチ用樹脂の使用量としては、結着樹脂100質量部に対して、0.1〜20質量部が好ましい。
前記離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、融点が50℃〜120℃の低融点の離型剤が好ましい。低融点の離型剤は、前記結着樹脂と分散されることにより、離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これによりオイルレス(定着ローラにオイルのような離型剤を塗布しない状態)でもホットオフセット性が良好である。
前記アクリル樹脂微粒子は、前記液滴固化工程においてトナー微粒子を捕集用の水系媒体中に捕集し、前記水中にアクリル樹脂を添加した後、前記トナー微粒子をろ別して、乾燥することで、前記トナー微粒子の最表層に備えることができる。
本発明では、捕集したトナー母体が分散用の水系媒体中に分散されたトナー母体分散液に表面処理剤を添加して表面処理を行いトナーを得ることができる。
アクリル樹脂微粒子<ポリエステル樹脂・・・関係式
〔測定条件〕
サンプル容器:アルミニウム製サンプルパン(フタあり)
サンプル量:5mg
リファレンス:アルミニウム製サンプルパン(アルミナ10mg)
雰囲気:窒素(流量50ml/min)
〔温度条件〕
開始温度:20℃
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
保持時間:なし
降温温度:10℃/min
終了温度:20℃
保持時間:なし
昇温速度:10℃/min
終了温度:150℃
前記アクリル樹脂微粒子用の樹脂としては、スチレンを含まず、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルのいずれかを含む重合体であれば特に制限はない。従って、目的に応じて公知の樹脂を適宜選択することができるが、前記トナー母体粒子を形成する前記ポリエステル樹脂と非相溶性であり、酢酸エチルに対して膨潤することが好ましい。また、分散用の水系媒体中で水性分散液を形成し得る樹脂であることが好ましい。
前記アクリル樹脂微粒子としては、アクリル酸エステル重合体、及びメタクリル酸エステル重合体の少なくともいずれかを含む架橋樹脂、又は未架橋樹脂の微粒子であることが好ましい。
また、前記アクリル樹脂微粒子は、前記ポリエステル樹脂と非相溶であることが好ましい。
しかし、本発明の製造方法によるトナーは、アクリル樹脂微粒子が比較的大きくトナー粒子本体に埋没しにくく、また、架橋され比較的硬いため、現像器内での機械的ストレスによってトナー粒子表面で変形することなく、スペーサ効果も保つため外添剤の埋没も防止し、上述の付着力維持に適している。
アクリル樹脂微粒子の調製に用いるアニオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルアリールスルホン酸塩、アルキルジアリールエーテルジスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、アルキルリン酸塩、ナフタレンスルホン酸フォルマリン縮合物、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル塩、グリセリールボレイト脂肪酸エステルなどが挙げられる。
アクリル樹脂微粒子は、目的に応じて適宜選択した公知の方法に従って、アクリル樹脂微粒子用の樹脂を構成するモノマー、オリゴマーなどの前駆体を重合させることにより得ることができるが、アクリル樹脂微粒子の水性分散液として得ることが好ましい。アクリル樹脂微粒子の水性分散液の調製方法としては、例えば、以下の方法が好適に挙げられる。
(1)ビニル樹脂の場合、ビニルモノマーを出発原料として、懸濁重合法、乳化重合法、シード重合法及び分散重合法から選択されるいずれかの重合反応により、直接、アクリル樹脂微粒子の水性分散液を製造する方法
(2)ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の重付加ないし縮合系樹脂の場合、前駆体(モノマー、オリゴマー等)又はその溶剤溶液を適当な分散剤の存在下、水性媒体中に分散させた後、加熱、又は硬化剤を添加して硬化させて、樹脂微粒子の水性分散液を製造する方法
(3)ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の重付加ないし縮合系樹脂の場合、前駆体(モノマー、オリゴマー等)又はその溶剤溶液(液体であることが好ましい。加熱により液状化してもよい)中に適当な乳化剤を溶解させた後、水を加えて転相乳化する方法
(4)予め重合反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等いずれの重合反応様式であってもよい)により調製した樹脂を機械回転式、ジェット式等の微粉砕機を用いて粉砕し、次いで、分級することによってアクリル樹脂微粒子を得た後、適当な分散剤の存在下、水中に分散させる方法
(5)予め重合反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等いずれの重合反応様式であってもよい)により調製した樹脂を溶剤に溶解した樹脂溶液を霧状に噴霧することによりアクリル樹脂微粒子を得た後、該樹脂微粒子を適当な分散剤の存在下、水中に分散させる方法
(6)予め重合反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等いずれの重合反応様式であってもよい)により調製した樹脂を溶剤に溶解した樹脂溶液に貧溶剤を添加するか、又は予め溶剤に加熱溶解した樹脂溶液を冷却することによりアクリル樹脂微粒子を析出させ、次に溶剤を除去して樹脂微粒子を得た後、アクリル樹脂微粒子を適当な分散剤存在下、水中に分散させる方法
(7)予め重合反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等いずれの重合反応様式であってもよい)により調製した樹脂を溶剤に溶解した樹脂溶液を、適当な分散剤存在下、水性媒体中に分散させた後、加熱又は減圧等によって溶剤を除去する方法
(8)予め重合反応(付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等いずれの重合反応様式であってもよい)により調製した樹脂を溶剤に溶解した樹脂溶液中に適当な乳化剤を溶解させた後、水を加えて転相乳化する方法
本発明において、トナー母体の表面処理剤として、カチオン性のフッ素系界面活性剤を用いることにより帯電性能、特に帯電立ち上り性を改良することができる。
本発明において、カチオン性のフッ素系界面活性剤がパーフルオロアルキル基を有することが好ましい。
これらのカチオン性フッ素系界面活性剤は、液中で帯電制御付与の表面処理を施すことができる。トナー粒子をアニオン系界面活性剤が含まれた捕集用の水系媒体中に捕集した後、用いたアニオン系界面活性剤等を洗浄によって除去した後に、本工程を行なうのが好ましい。
水中に存在している余剰の界面活性剤をろ過、遠心分離などの固液分離操作をして除去し、得られたケーキ、スラリーを分散用の水系媒体中に再分散する。その後、カチオン性フッ素系界面活性剤を攪拌下徐々に添加する。カチオン性フッ素系界面活性剤はトナー粒子固形分に対し0.01〜1重量%使用するのが好ましい。0.01重量%未満では、十分な立ち上がり帯電性能が得られず、1重量%を超えると十分な低温定着性能が得られない。
本発明の固化粒子捕集手段に用いられる捕集用の水系媒体は、界面活性剤を含有することが好ましく、使用する界面活性剤はアニオン系界面活性剤が好ましい。
測定機種:ULVA−PHI社TRIFT−3
一次イオン源:Ga
測定面積:100μm角(4箇所)
二次イオン極性:負
優先分解能:質量
一次イオン加速電圧:15kV
前記トナー母体粒子は、少なくともポリエステル樹脂、着色剤、離型剤を含んでなり、更に必要に応じて、他の結着樹脂、接着性基材(他の結着樹脂)、帯電制御剤、磁性材料などのその他の成分を含んでいてもよい。
本発明において、トナーに用いられるポリエステル樹脂は、非結晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂を含むことが好ましい。
また、前記非晶性ポリエステルと前記結晶性ポリエステル樹脂が加熱前は非相溶で存在し、かつ加熱後に前記非晶性ポリエステルと前記結晶性ポリエステルが相溶であることが好ましい。加熱前に相溶している場合、トナーの耐熱保存性を悪化させる恐れがあり、加熱後に非相溶である場合、低温定着性を悪化させる恐れがある。
非結晶性ポリエステル樹脂は、下記一般式(II)で表される1種若しくは2種以上のポリオールと、下記一般式(III)で表される1種若しくは2種以上のポリカルボン酸とをポリエステル化したものである。
A−(OH)m ・・・一般式(II)
[式中、Aは炭素数1〜20のアルキル基、アルキレン基、置換基を有していてもよい芳香族基又はヘテロ環芳香族基を表す。mは2〜4の整数を表す。]
B−(COOH)n ・・・一般式(III)
[式中、Bは炭素数1〜20のアルキル基、アルキレン基、置換基を有していてもよい芳香族基又はヘテロ環芳香族基を表す。nは2〜4の整数を表す。]
前記一般式(II)で表されるポリオールとしては、例えば、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、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、ビスフェノールA、ビスフェノールA酸化エチレン付加物、ビスフェノールA酸化プロピレン付加物、水素化ビスフェノールA、水素化ビスフェノールA酸化エチレン付加物、水素化ビスフェノールA酸化プロピレン付加物などが挙げられる。
非結晶性ポリエステル樹脂は、特に、アクリル樹脂微粒子が、アクリル酸エステル重合体、及びメタクリル酸エステル重合体の少なくともいずれかを含む架橋樹脂の微粒子の場合、ほとんど相溶性がない。トナー製造の1工程である乳化工程において、乳化前又は乳化後にアクリル樹脂微粒子が添加された時にトナー材料の液滴に有機溶媒が存在しているため、アクリル樹脂微粒子が液滴表面に付着した後に溶解してしまう場合がある。トナーを構成する前記結着樹脂がポリエステル樹脂であり、アクリル樹脂微粒子が、アクリル酸エステル重合体、及びメタクリル酸エステル重合体の少なくともいずれかを含む架橋樹脂の微粒子である場合、樹脂同士の相溶性が低いため、アクリル樹脂微粒子がトナー材料の液滴と相溶せずに付着した状態で存在する。したがって、液滴表面からある程度進入し、有機溶媒が除去された後にトナー表面に付着固定化されるといった望ましい形態を実現することができる。
非結晶性ポリエステル樹脂が、前記アクリル樹脂微粒子と非相溶であることは、以下の方法により判断される。即ち、非結晶性ポリエステル樹脂を有機溶媒に対して50質量%の比率で溶解させ、その溶液に各種溶液を加えたときに、二層に分離した場合を非相溶、分離しない場合を相溶であると目視で判断して行う。
結晶性ポリエステル樹脂は、高い結晶性をもつために、定着開始温度付近において急激な粘度低下を示す熱溶融特性を示す。このような特性を有する前記結晶性樹脂を前記トナーに用いることで、溶融開始温度直前までは結晶性による耐熱保存性がよく、溶融開始温度では急激な粘度低下(シャープメルト性)を起こし定着することから、良好な耐熱保存性と低温定着性とを兼ね備えたトナーが得られる。また、離型幅(定着下限温度とホットオフセット発生温度との差)についても、良好な結果を示す。
なお、本発明において結晶性樹脂とは、上記のごとく、多価アルコール成分と、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステルなどの多価カルボン酸成分とを用いて得られるものを指す。
前記多価アルコール成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジオール、3価以上のアルコールが挙げられる。
前記ジオールとしては、例えば、飽和脂肪族ジオールが挙げられる。前記飽和脂肪族ジオールとしては、直鎖型飽和脂肪族ジオール、分岐型飽和脂肪族ジオールが挙げられるが、これらの中でも、直鎖型飽和脂肪族ジオールが好ましく、炭素数が4〜12である直鎖型飽和脂肪族ジオールがより好ましい。前記飽和脂肪族ジオールが分岐型であると、結晶性樹脂の結晶性が低下し、融点が低下してしまうことがある。また、主鎖部分の炭素数が4未満であると、芳香族ジカルボン酸と縮重合させる場合に、融解温度が高くなり、低温定着が困難となることがある。一方、炭素数が12を超えると、実用上の材料の入手が困難となる。炭素数としては12以下であることがより好ましい。
前記飽和脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、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、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンデカンジオールなどが挙げられる。これらの中でも、前記結晶性ポリエステルの結晶性が高く、シャープメルト性に優れる点で、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオールが好ましい。
前記3価以上のアルコールとしては、例えば、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などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記多価カルボン酸成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、2価のカルボン酸、3価以上のカルボン酸が挙げられる。
前記2価のカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、マロン酸、メサコニン酸等の二塩基酸等の芳香族ジカルボン酸;などが挙げられ、さらに、これらの無水物やこれらの低級アルキルエステルも挙げられる。
前記3価以上のカルボン酸としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸等、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステルなどが挙げられる。
また、多価カルボン酸成分としては、前記飽和脂肪族ジカルボン酸や芳香族ジカルボン酸の他に、スルホン酸基を持つジカルボン酸成分が含まれていてもよい。さらに、前記飽和脂肪族ジカルボン酸や芳香族ジカルボン酸の他に、2重結合を持つジカルボン酸成分を含有してもよい。
これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記トナー母体粒子に含まれるその他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、他の結着樹脂、帯電制御剤、磁性材料、無機微粒子、流動性向上剤、クリーニング性向上剤、接着性基材(他の結着樹脂)などが挙げられる。
本発明に用いられる結着樹脂としては、前記ポリエステル樹脂と他の結着樹脂を組み合せて用いてもよい。
前記ポリエステル樹脂と組み合わせる他の結着樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の結着樹脂を適宜選択することができる。例えば、シリコーン樹脂、スチレン−アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、クマリン樹脂、アミドイミド樹脂、ブチラール樹脂、ウレタン樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂などが挙げられる。
前記帯電制御剤としては、特に制限はなく、公知のもの中から目的に応じて適宜選択することができる。例えば、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、燐の単体又はその化合物、タングステンの単体又はその化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸の金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記磁性材料としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、鉄粉、マグネタイト、フェライトなどが挙げられる。これらの中でも、色調の点で白色のものが好ましい。
前記無機微粒子は、トナー粒子に流動性、現像性、帯電性等を付与するための外添剤として使用する。前記無機微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、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、窒化ケイ素などを用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記流動性向上剤とは、表面処理を行って疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止する剤のことであり、例えば、シランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイルなどが挙げられる。前記シリカ及び前記酸化チタンは、このような流動性向上剤により表面処理行い、疎水性シリカ及び疎水性酸化チタンとして使用するのが特に好ましい。
前記クリーニング性向上剤は、感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためにトナーに添加される剤のことであり、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸等の脂肪酸金属塩、ポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子等のソープフリー乳化重合により製造されたポリマー微粒子などが挙げられる。前記ポリマー微粒子は、比較的粒度分布が狭いものが好ましく、その体積平均粒径としては、0.01μm〜1μmが好適である。
前記接着性基材は、紙等の記録媒体に対し接着性を示し、活性水素基含有化合物及び該活性水素基含有化合物と反応可能な重合体を前記水系媒体中で反応させてなる接着性ポリマーを少なくとも含む。
トナーの平均円形度は、下記式(6)で定義される。
平均円形度SR=
(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長/粒子投影像の周囲長)×100%
・・・式(6)
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置(「FPIA−3000」;シスメックス社製)を用いて計測し、解析ソフト(FPIA−3000 FLOW PARTICLE IMAGE ANALYZER version00−11)を用いて解析を行うことができる。
二成分現像剤として用いる場合では、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナー粒子径の変動が少なく、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が得られ、一成分現像剤として用いる場合では、トナーの収支が行われてもトナーの粒子径の変動が少なくなるとともに、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ブレード等への部材へのトナーの融着がなく、現像装置の長期使用(攪拌)においても良好で安定した現像性が得られ、高画質の画像を得ることが可能となる。
トナーの重量平均粒径(Dw)、体積平均粒径(Dv)、及び個数平均粒径(Dn)は、粒度測定器(「マルチサイザーIII」、ベックマンコールター社製)を用い、アパーチャー径100μmで測定し、解析ソフト(Beckman Coulter Multisizer 3 Version3.51)にて解析を行なうことにより測定することができる。
具体的には、ガラス製100mlビーカーに10質量%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬性)を0.5ml添加し、各トナー0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いで、イオン交換水80mlを添加する。得られた分散液を超音波分散器(W−113MK−II本多電子社製)で10分間分散処理する。前記分散液として、前記マルチサイザーIIIを用い、測定用溶液としてアイソトンIII(ベックマンコールター製)を用いて測定を行なう。測定は、装置が示す濃度が8±2%になるように前記トナーサンプル分散液を滴下する。本測定法は、粒径の測定再現性の点から前記濃度を8±2%にすることが重要である。この濃度範囲であれば粒径に誤差は生じない。
なお、以下の実施例について、トナー母体の表面処理剤としてアクリル樹脂を用いた例を実施例Aと表し、カチオン性のフッ素系界面活性剤を用いた例を実施例Bと表す。
(合成例1)
−非結晶性ポリエステル樹脂C1の合成−
冷却管、攪拌機、及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物67質量部、ビスフェノールAプロピオンオキサイド3モル付加物84質量部、テレフタル酸274質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を投入し、常圧下、230℃で8時間反応させた。次いで、該反応液を10mmHg〜15mmHgの減圧下にて5時間反応させ、[非結晶性ポリエステル樹脂C1]を合成した。
得られた[非結晶性ポリエステル樹脂C1]は、酸価が18mgKOH/g、数平均分子量(Mn)が2,100、重量平均分子量(Mw)が5,500、ガラス転移点(Tg)が50℃であった。
JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠し、以下の条件で測定を行った。ただし、サンプルが溶解しない場合は溶媒にジオキサン、テトラヒドロフラン等を用いた。
酸価は具体的に次のような手順で決定される。
測定装置:電位差自動滴定装置DL−53 Titrator
(メトラー・トレド社製)
使用電極:DG113−SC(メトラー・トレド社製)
解析ソフト:LabX Light Version 1.00.000
装置の校正:トルエン120mlとエタノール30mlの混合溶媒を使用した。
測定温度:23℃
酸価=KOH(ml数)×N×56.1/試料重量
(ただし、NはN/10KOHのファクター)
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した。40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、試料濃度として0.05質量%〜0.6質量%に調製した樹脂のTHF試料溶液を50μl〜200μl注入して測定した。試料の分子量測定に当たっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により、作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。
検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、Pressure Chemical Co.又は東洋ソーダ工業社製の重量平均分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。また、検出器には、RI(屈折率)検出器を用いた。
ガラス転移温度(Tg)の測定は、理学電機社製のRigaku THRMOFLEX TG8110により、昇温速度10℃/minの条件にて測定した。
Tgの測定方法について概説する。Tgを測定する装置として、理学電機社製TG−DSCシステムTAS−100を使用した。
まず、試料約10mgをアルミ製試料容器に入れ、それをホルダユニットにのせ、電気炉中にセットした。次いで、室温から昇温速度10℃/minで150℃まで加熱した後、150℃で10分間放置し、続いて、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℃/minで加熱してDSC測定を行った。Tgは、TAS−100システム中の解析システムを用いて、Tg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した。
−非結晶性ポリエステル樹脂C2〜C10の合成−
合成例1において、下記表1に示す通り、ポリエステル樹脂材料の配合量を変更した以外は、合成例1と同様にして、[非結晶性ポリエステル樹脂C2]〜[非結晶性ポリエステル樹脂C10]をそれぞれ合成した。
得られた[非結晶性ポリエステル樹脂C2]〜[非結晶性ポリエステル樹脂C10]について、[非結晶性ポリエステル樹脂C1]と同様にして、酸価、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及びガラス転移温度について測定した。結果を表2に示す。
攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物66質量部、プロピレングリコール2質量部、イソフタル酸7質量部、及びアジピン酸23質量部を投入し、加圧下、230℃にて5時間反応させた。次いで、該反応液を1〜10mmHgの減圧下にて5時間反応させて非結晶性ポリエステルを得た。さらに、トリメリット酸2.4部を添加した後、240℃で1時間反応を継続し、ポリエステルの酸価を調整した。
得られた非結晶性ポリエステルC11は、数平均分子量(Mn)が5,100、重量平均分子量(Mw)が16,000、ガラス転移温度(Tg)が29℃、酸価が17mgKOH/gであった。
同様に、ガラス転移温度を調整するために、イソフタル酸7質量部の量を10質量部と変更し非晶性樹脂C12を作成した。また、イソフタル酸の量を0質量部、13質量部と変更した非晶性樹脂C13、C14も同様に作成した。非結晶性ポリエステル樹脂C12、C13、C14のガラス転移温度は20℃、38℃、17℃、数平均分子量(Mn)はそれぞれ5100、4900、5000、重量平均分子量(Mw)はそれぞれ16000、17000、16000であった。
分子量を調整するために上記非結晶性ポリエステルC3のビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物66質量部のところ70質量部、62質量部と変更し非晶性樹脂C15、C16を合成した。得られた樹脂のガラス転移温度は34℃、37℃、数平均分子量(Mn)はそれぞれ2500、22000、重量平均分子量(Mw)はそれぞれ8000、150000であった。
作成した非結晶性ポリエステルの成分、測定結果を表3、表4に示す。
(合成例17)
−アクリル樹脂微粒子B1の合成−
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683質量部、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム(カチオンDS、花王製)10質量部、メタクリル酸メチル144質量部、アクリル酸ブチル46質量部、メタクリル酸4質量部、エチレングリコールジメタクリレート2質量部、及び過硫酸アンモニウム1質量部を仕込み、400回転/分間で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度65℃まで昇温し10時間反応させた。さらに、1質量%過硫酸アンモニウム水溶液30質量部を加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(メタクリル酸メチル−アクリル酸ブチル−メタクリル酸−エチレングリコールジメタクリレートの共重合体)である[アクリル樹脂微粒子B1]の水性分散液を得た。
[アクリル樹脂微粒子B1]は、体積平均粒径(堀場製作所製 LA−920で測定)が50nm、酸価が10mgKOH/g、質量平均分子量Mwが400,000、Tgが60℃であった。また、下記の方法に従い、膨潤性及びポリエステル樹脂との相溶性について測定した結果、[アクリル樹脂微粒子B1]は、結着樹脂である[非結晶性ポリエステル樹脂C1]と相溶せず、且つ、架橋構造が少ないため高い膨潤性を示すものであることが分かった。
分散粒径分布の測定に「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定し、解析ソフト「マイクロトラック パーティクルサイズ アナライザ−Ver.10.1.2−016EE」(日機装社製)を用いて解析を行った。具体的にはガラス製30mlサンプル瓶にトナー材料液、次いでトナー材料液作製に用いた溶媒を添加し、10質量%の分散液を調製した。得られた分散液を「超音波分散器W−113MK−II」(本多電子社製)で2分間分散処理した。
測定するトナー材料液に用いた溶媒でバックグラウンドを測定した後、前記分散液を滴下し、測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で分散粒子径を測定した。本測定法は分散粒子径の測定再現性の点から測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で測定することが重要である。前記サンプルローディングの値を得るために前記分散液の滴下量を調節する必要がある。
測定及び解析条件は、以下のように設定した。
分布表示:体積、粒径区分選択:標準、チャンネル数:44、測定時間:60秒間、測定回数:1回、粒子透過性:透過、粒子屈折率:1.5、粒子形状:非球形、密度:1g/cm3
溶媒屈折率の値は、日機装社発行の「測定時の入力条件に関するガイドライン」に記載されている値のうちトナー材料液に用いた溶媒の値を用いた。
膨潤性に差がある種々の樹脂微粒子を、30mlのアズワン社製スクリューバイヤルにメスピペットでそれぞれ底から20mmになるように添加し、酢酸エチルをメスピペットで10ml入れた。その後、24時間静置したところ、白色を有する樹脂微粒子のエマルションが下側に、酢酸エチルが上側に相分離した。そして、スクリューバイヤルの底からの、白色を有する樹脂微粒子エマルションの高さを観察することで膨潤性の違いを評価した。高い膨潤性を有するものは前記高さが高くなる。膨潤性の程度は、下記のように判断した。本発明において「膨潤する」とは◎、○、△と評価されるものをいう。
〔評価基準〕
◎:25mm以上 十分に膨潤する
○:21mm以上、25mm未満 膨潤する
△:20mm以上、21mm未満 不十分に膨潤する
×:20mm未満 膨潤しない
[非結晶性ポリエステル樹脂C1]とアクリル樹脂微粒子をトナー配合比率で混合したもの50部を酢酸エチル50部中に添加して、溶解状態下記のように相溶性を判断した。
〔評価基準〕
相溶:混合液が透明になる。
非相溶:混合液中にスチレン−アクリル樹脂微粒子が確認できる。
−アクリル樹脂微粒子B2〜B9の合成−
合成例18において、下記表5に示す通り、アクリル樹脂微粒子の配合量を変更した以外は、合成例18と同様にして、[アクリル樹脂微粒子B2]〜[アクリル樹脂微粒子B9]をそれぞれ合成した。アクリル樹脂微粒子の配合を表5に示す。
得られた[アクリル樹脂微粒子B2]〜[アクリル樹脂微粒子B9]について、[アクリル樹脂微粒子B1]と同様にして、体積平均粒径、酸価、質量平均分子量及びガラス転移点について測定した。結果を表6に示す。また、[アクリル樹脂微粒子B1]と同様にして、膨潤性及びポリエステル樹脂との相溶性について測定した。結果を表7に示す。
図7に示される構成のトナー製造装置1を用い、吐出手段としては幾つかの吐出手段でトナーの製造を行った。各構成物のサイズ・条件を記載する。
液柱共鳴液室18の長手方向の両端間の長さLが1.85mm、N=2の共鳴モードであって、第一から第四の吐出孔がN=2モード圧力定在波の腹の位置に吐出孔を配置したものを用いた。駆動信号発生源はNF社ファンクションジェネレーターWF1973を用い、ポリエチレン被覆のリード線で振動発生手段に接続した。この時の駆動周波数は液共鳴周波数に合わせて340kHzとなる。
チャンバ61の内径はφ400mm、高さは2000mmの円筒形で垂直に固定されており、上端部と下端部が絞られており、搬送気流導入口の径はφ50mm、搬送気流出口の径はφ50mmである。液滴吐出手段2はチャンバ61内上端より300mmの高さでチャンバ61の中央に配置されている。搬送気流は10.0m/s、40℃の窒素とした。
固化粒子捕集手段62には水槽を設けて、トナーを捕集した。水槽中には、水100質量部に対し、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム水溶液(「エレミノールMON−7」;三洋化成工業製)を1質量部添加したものを入れた。
<トナーA1の製造>
−着色剤分散液の調製−
先ず、着色剤としての、カーボンブラックの分散液を調製した。
カーボンブラック(RegaL400;Cabot社製)17質量部、顔料分散剤3質量部を、酢酸エチル80質量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用し、一次分散させた。該顔料分散剤としては、アジスパーPB821(味の素ファインテクノ社製)を使用した。得られた一次分散液を、ビーズミル(アシザワファインテック社製LMZ型、ジルコニアビーズ径0.3mm)を用いて強力なせん断力により細かく分散し、5μm以上の凝集体を完全に除去した二次分散液を調製した。
次にワックス分散液を調整した。
カルナバワックス18質量部、ワックス分散剤2質量部を、酢酸エチル80質量部に、攪拌羽を有するミキサーを使用し、一次分散させた。この一次分散液を攪拌しながら80℃まで昇温しカルナバワックスを溶解した後、室温まで液温を下げ最大径が3μm以下となるようワックス粒子を析出させた。ワックス分散剤としては、ポリエチレンワックスにスチレン−アクリル酸ブチル共重合体をグラフト化したものを使用した。得られた分散液を、更にビーズミル(アシザワファインテック社製LMZ型、ジルコニアビーズ径0.3mm)を用いて強力なせん断力により細かく分散し、最大径が1μm以下なるよう調整した。
次に、結着樹脂としての樹脂、上記着色剤分散液及び上記ワックス分散液を添加した下記組成からなるトナー成分液を調製した。
結着樹脂としての[非結晶性ポリエステル樹脂C1]を100質量部、前記着色剤分散液30質量部、ワックス分散液30質量部を、酢酸エチル840質量部を、攪拌羽を有するミキサーを使用して10分間攪拌を行い、均一に分散させた。溶媒希釈によるショックで顔料やワックス粒子が凝集することはなかった。
前述のトナー製造装置を用いて、作成したトナー成分液を吐出させ、チャンバ内で乾燥固化したトナー粒子をサイクロン捕集機で捕集し、捕集したトナー粒子を、水100質量部に対し、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム水溶液(「エレミノールMON−7」;三洋化成工業製)を1質量部添加したものを入れたトナー貯蔵容器に貯めた後、トナー100部に対し[アクリル樹脂微粒子B1]9部添加し、30分攪拌する。
その後トナーをろ別・洗浄し、ケーキを乾燥する。乾燥したトナー100質量部に対して、体積平均粒径100nmの疎水性シリカ0.6質量部と、体積平均粒径20nmの酸化チタン1.0質量部と、体積平均粒径15nmの疎水性シリカ微粉体0.8質量部とをヘンシェルミキサーにて混合し、実施例A1のトナーA1を得た。
フロー式粒子像分析装置(Flow Particle Image Analyzer)を使用した測定方法に関して以下に説明する。トナー、トナー粒子及び外添剤のフロー式粒子像分析装置による測定は、例えば、東亜医用電子社(株)製フロー式粒子像分析装置FPIA−3000を用いて測定することができる。
測定は、フィルターを通して微細なごみを取り除き、その結果として10−3cm3の水中に測定範囲(例えば、円相当径0.60μm以上159.21μm未満)の粒子数が20個以下の水10ml中にノニオン系界面活性剤(好ましくは和光純薬社製コンタミノンN)を数滴加え、更に、測定試料を5mg加え、超音波分散器STM社製UH−50で20kHz,50W/10cm3の条件で1分間分散処理を行い、さらに、合計5分間の分散処理を行い測定試料の粒子濃度が4000〜8000個/cm3(測定円相当径範囲の粒子を対象として)の試料分散液を用いて、0.60μm以上159.21μm未満の円相当径を有する粒子の粒度分布を測定する。
約1分間で、1200個以上の粒子の円相当径を測定することができ、円相当径分布に基づく数及び規定された円相当径を有する粒子の割合(個数%)を測定できる。結果(頻度%及び累積%)は、0.06〜400μmの範囲を226チャンネル(1オクターブに対し30チャンネルに分割)に分割して得ることができる。実際の測定では、円相当径が0.60μm以上159.21μm未満の範囲で粒子の測定を行う。
<トナーA2の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC2]を用い、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B2]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A2の[トナーA2]を作製した。
なお、[トナーA2]に用いた[アクリル樹脂微粒子B2]は、結着樹脂である[非結晶性ポリエステルC2]と相溶せず、且つ、架橋構造が少ないため高い膨潤性を示すものである。
<トナーA3の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC3]を用い、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B3]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A3の[トナーA3]を作製した。
<トナーA4の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC4]を用い、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B4]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A4の[トナーA4]を作製した。
<トナーA5の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B5]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A5の[トナー5]を作製した。
<トナーA6の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B6]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A6の[トナーA6]を作製した。
<トナーA7の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B7]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A7の[トナーA7]を作製した。
<トナーA8の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B8]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A8の[トナーA8]を作製した。
<トナーA9の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B9]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A9の[トナーA9]を作製した。
<トナーA10の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC5]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A10の[トナーA10]を作製した。
<トナーA11の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC6]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A11の[トナーA11]を作製した。
<トナーA12の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC7]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A12の[トナーA12]を作製した。
<トナーA13の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC8]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A13の[トナーA13]を作製した。
<トナーA14の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC9]を用い、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B3]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A14の[トナーA14]を作製した。
<トナーA15の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC10]を用い、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B2]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A15の[トナーA15]を作製した。
<トナーA16の製造>
実施例A1において、下記表8に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC3]を用い、[アクリル樹脂微粒子B1]に代えて[アクリル樹脂微粒子B3]を用いた以外は、実施例A1と同様にして、実施例A16の[トナーA16]を作製した。
<トナーA17の製造>
−結晶性折ポリエステルD1の合成−
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱伝対を装備した四つ口フラスコに、1,10−デカンジカルボン酸28質量部、1、8−オクタンジオール21質量部、1、4−ブタンジオール51質量部、及びハイドロキノン0.1質量部を入れ、180℃で10時間反応させた。その後、200℃に昇温して3時間反応させ、さらに8.3kPaの圧力にて2時間反応させて[結晶性ポリエステルD1]が得られた。
[結晶性ポリエステルD1]のオルトジクロロベンゼンの可溶分をGPC測定したところ、Mwが15,000、Mnが5,000、Mw/Mnが3.0であり、融点は67℃であった。
−マスターバッチ(MB)の調製−
水1000質量部、及びカーボンブラック(RegaL400;Cabot社製)540質量部、及び[非結晶性ポリエステルC1]1200質量部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。該混合物を二本ロールで150℃にて30分混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、[マスターバッチ]を調製した。
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682質量部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81質量部、テレフタル酸283質量部、無水トリメリット酸22質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を仕込み、常圧下で、230℃にて8時間反応させた。次いで、10mHg〜15mHgの減圧下で、5時間反応させて、中間体ポリエステルを合成した。得られた中間体ポリエステルは、数平均分子量(Mn)が2,100、重量平均分子量(Mw)が9,600、ガラス転移温度(Tg)が55℃、酸価が0.5、水酸基価が49であった。
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、前記中間体ポリエステル411質量部、イソホロンジイソシアネート89質量部、及び酢酸エチル500質量部を仕込み、100℃にて5時間反応させて、[プレポリマー](前記活性水素基含有化合物と反応可能な重合体)を合成した。得られた[プレポリマー]は、遊離イソシアネート含有量が1.60質量%であり、プレポリマーの固形分濃度(150℃、45分間放置後)が50質量%であった。
ビーカー内に[非結晶性ポリエステルC11]100質量部、[結晶性ポリエステルD1]10部、酢酸エチル130質量部を、攪拌し溶解させた。次いで、カルナウバワックス(分子量=1,800、酸価=2.5、針入度=1.5mm(40℃))10質量部、及び[マスターバッチ]10質量部を仕込み、ビーズミル(「ウルトラビスコミル」;アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/s、及び0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填した条件で3パスして原料溶解液を調製し、[プレポリマー]を40質量部添加し、攪拌した後、[非結晶性及び結晶性ポリエステル溶解液乃至分散液]を調製した。
<トナーA18の製造>
実施例A17において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC12]を用いた以外は、実施例A17と同様にして、実施例A18の[トナーA18]を作製した。
<トナーA19の製造>
実施例A17において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC13]を用いた以外は、実施例A17と同様にして、実施例A19の[トナーA19]を作製した。
<トナーA20の製造>
実施例A17において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC14]を用いた以外は、実施例A17と同様にして、実施例A20の[トナーA20]を作製した。
<トナーA21の製造>
実施例A17において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC15]を用いた以外は、実施例A17と同様にして、実施例A21の[トナーA21]を作製した。
<トナーA22の製造>
実施例A17において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC16]を用いた以外は、実施例A17と同様にして、実施例A22の[トナーA22]を作製した。
<トナーA23の製造>
実施例A17において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC1]を用いた以外は、実施例A17と同様にして、実施例A23の[トナーA23]を作製した。
前述のトナー製造装置を用いて、実施例A1で作成したトナー成分液を吐出させ、チャンバ内で乾燥固化したトナー粒子をサイクロン捕集機で捕集し、捕集したトナー粒子を、乾燥させた。乾燥したトナー100質量部に対して、体積平均粒径100nmの疎水性シリカ0.6質量部と、体積平均粒径20nmの酸化チタン1.0質量部と、体積平均粒径15nmの疎水性シリカ微粉体0.8質量部とをヘンシェルミキサーにて混合し、比較例1の[トナーAa]を得た。
比較例A1のトナー成分液を実施例A13で使用したトナー成分液に代えた以外は、比較例A1と同様にして、比較例A2の[トナーAb]を作製した。
比較例A1のトナー成分液を実施例A19で使用したトナー成分液に代えた以外は、比較例A1と同様にして、比較例A3の[トナーAc]を作製した。
比較例A1のトナー成分液を実施例A20で使用したトナー成分液に代えた以外は、比較例A1と同様にして、比較例A4の[トナーAd]を作製した。
<トナーAeの製造>
(合成例27)
−スチレン−アクリル樹脂微粒子の合成−
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683質量部、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(エレミノールRS−30、三洋化成工業製)16質量部、スチレン83質量部、メタクリル酸83質量部、アクリル酸ブチル110質量部、及び過硫酸アンモニウム1質量部を仕込み、400回転/分間で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し、5時間反応させた。さらに、1質量%過硫酸アンモニウム水溶液35質量部加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(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)である[スチレン−アクリル樹脂微粒子]の水性分散液を得た。
ビーカー内に[非結晶性ポリエステルC1]100質量部、酢酸エチル130質量部を、攪拌し溶解させた。次いで、カルナウバワックス(分子量=1,800、酸価=2.5、針入度=1.5mm(40℃))10質量部、及び[マスターバッチ]10質量部を仕込み、ビーズミル(「ウルトラビスコミル」;アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/s、及び0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填した条件で3パスして原料溶解液を調製し、[プレポリマー]を40質量部添加し、攪拌した後、[トナー材料の溶解乃至分散液]を調製した。
水660質量部、前記[スチレン−アクリル樹脂微粒子]の水性分散液25質量部、48.5質量%ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム水溶液(「エレミノールMON−7」;三洋化成工業製)25質量部、及び酢酸エチル60質量部を混合撹拌し、乳白色の液体(水相)を得た。さらに[アクリル樹脂微粒子B1]を50質量部加えて[水系媒体相]を得た。[水系媒体相]を光学顕微鏡で観察すると数百μmの凝集体が見られた。[水系媒体相]を、TK式ホモミキサー(特殊機化工業社製)を用い、回転数8,000rpmで攪拌すると該凝集体がほぐれ、数μmの小凝集体に分散できることを光学顕微鏡によって確認した。したがって、この後行われるトナー材料の乳化工程においても[アクリル樹脂微粒子B1]は、分散してトナー材料成分の液滴に付着することが期待できた。このように、アクリル樹脂微粒子は、凝集を生じるがせん断によってほぐれることがトナー表面に均一に付着させる上で重要である。
[水系媒体相]150質量部を容器に入れ、TK式ホモミキサー(特殊機化工業社製)を用い、回転数12,000rpmで攪拌し、これに[トナー材料の溶解乃至分散液]100質量部を添加し、10分間混合して[乳化乃至分散液](乳化スラリー)を調製した。
脱気用配管、攪拌機及び温度計をセットしたフラスコに、[乳化乃至分散液]100質量部を仕込み、攪拌周速20m/分で攪拌しながら30℃にて12時間減圧下、脱溶剤し[脱溶剤スラリー]とした。
[脱溶剤スラリー]全量を減圧濾過した後、得られた濾過ケーキにイオン交換水300質量部を添加し、TK式ホモミキサーで混合、再分散(回転数12,000rpmにて10分間)した後、濾過した。更に、得られた濾過ケーキにイオン交換水300質量部を添加し、TK式ホモミキサーで混合(回転数12,000rpmにて10分間)した後、濾過する操作を3回行い、再分散したスラリーの伝導度が0.1μS/cm以上且つ10μS/cm以下になったところで[洗浄スラリー]とした。
攪拌機及び温度計をセットしたフラスコに、得られた[洗浄スラリー]を攪拌周速20m/分で60分間攪拌しながら50℃で加熱処理し、[非結晶性ポリエステル樹脂C1]の粒子表面に付着した[アクリル樹脂微粒子B1]を固定化処理した後、濾過して[濾過ケーキ]を得た。
得られた[濾過ケーキ]を順風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、[トナー母体粒子1]を得た。
[トナー母体粒子1]100質量部に対して、体積平均粒径100nmの疎水性シリカ0.6質量部と、体積平均粒径20nmの酸化チタン1.0質量部と、体積平均粒径15nmの疎水性シリカ微粉体0.8質量部とをヘンシェルミキサーにて混合し、比較例A5[トナーAe]を得た。
比較例A5において、トナー材料の溶解液乃至分散液の調製で用いた非結晶性ポリエステルを[非結晶性ポリエステルC8]に代えた以外は、比較例A1と同様にして、比較例A6の[トナーAf]を作製した。
−非結晶性及び結晶性ポリエステル溶解液乃至分散液の調製−
ビーカー内に[非結晶性ポリエステルC13]100質量部、[結晶性ポリエステルD1]10部、酢酸エチル130質量部を、攪拌し溶解させた。次いで、カルナウバワックス(分子量=1,800、酸価=2.5、針入度=1.5mm(40℃))10質量部、及び[マスターバッチ]10質量部を仕込み、ビーズミル(「ウルトラビスコミル」;アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/s、及び0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填した条件で3パスして原料溶解液を調製し、[プレポリマー]を40質量部添加し、攪拌した後、[非結晶性及び結晶性ポリエステル溶解液乃至分散液]を調製した。
比較例A7において、[非結晶性ポリエステルC13]に代えて[非結晶性ポリエステルC14]を用いた以外は、比較例A7と同様にして、比較例A8の[トナーAh]を作製した。
次に、トナーの実機評価に用いたキャリアの具体的な作製例について説明する。本発明で用いるキャリアは、これらの例に限定されるものではない。
キャリア原料の組成:
アクリル樹脂溶液(固形分50質量%) 21.0部
グアナミン溶液(固形分70質量%) 6.4部
アルミナ粒子[0.3μm、固有抵抗1014(Ω・cm)] 7.6部
シリコーン樹脂溶液 65.0部
[固形分23質量%(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)]
ミノシラン 1.0部
[固形分100質量%(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)]
トルエン 60.0部
ブチルセロソルブ 60.0部
実施例A1〜A23の[トナーA1]〜[トナーA23]及び比較例A1〜A7の[トナーAa]〜[トナーAh]と[キャリア]とを用い、[キャリア]100質量部に対し、各[トナー]7質量部を容器が転動して攪拌される型式のターブラミキサーを用いて均一混合し帯電させて2成分系現像剤A1〜A23及びAa〜Ahを作製した。
次に、作製した各[トナーA]及び各[2成分系現像剤A]を用いて、以下のようにして諸特性の評価を行った。結果を表8及び9に示す。
トナー材料液の分散質粒径、分散粒径分布は、「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定し、解析ソフト「マイクロトラック パーティクルサイズ アナライザ−Ver.10.1.2−016EE」(日機装社製)を用いて解析を行った。具体的には、ガラス製30mlサンプル瓶にトナー材料液、次いでトナー材料液作製に用いた溶媒を添加し、10質量%の分散液を調製した。得られた分散液を「超音波分散器W−113MK−II」(本多電子社製)で2分間分散処理した。
測定するトナー材料液に用いた溶媒でバックグラウンドを測定した後、前記分散液を滴下し、測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で分散粒子径を測定した。本測定法は分散粒子径の測定再現性の点から測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で測定することが重要である。前記サンプルローディングの値を得るために前記分散液の滴下量を調節する必要がある。
分布表示:体積、粒径区分選択:標準、チャンネル数:44、測定時間:60秒間、測定回数:1回、粒子透過性:透過、粒子屈折率:1.5、粒子形状:非球形、密度:1g/cm3
富士ゼロックス社製のDocuColor 8000 Digital Pressを改造して、線速162mm/sec及び転写時間を40msecにチューニングした評価機を用い、各[2成分系現像剤]について、A4サイズ、トナー付着量0.6mg/cm2のベタパターンをテスト画像として出力するランニング試験を行った。テスト画像の初期、及び100K出力後、一次転写における転写率を下記式(7)により、二次転写における転写率を下記式(8)により、それぞれ求めた。なお、評価基準は下記のとおりである。
一次転写率(%)=(中間転写体上に転写されたトナー量/電子写真感光体上に現像されたトナー量)×100 ・・・ 式(7)
二次転写率(%)=(中間転写体上に転写されたトナー量−中間転写体上の転写残トナー量/中間転写体上に転写されたトナー量)×100 ・・・ 式(8)
評価基準は、一次転写率と二次転写率の平均値を算出し以下の基準で評価した。結果を表9に示す。
〔評価基準〕
◎:90%以上
○:85%以上90%未満
△:80%以上85%未満
×:80%未満
株式会社リコー製フルカラー複合機Imagio NeoC600Proの定着部を改造し、温度及び線速を調整可能にした定着装置を用いて、普通紙及び厚紙の転写紙(株式会社リコー製のタイプ6000<70W>及び複写印刷用紙<135>)にベタ画像で、0.85±0.1mg/cm2のトナー付着量で定着評価した。定着画像をパットで擦った後の画像濃度の残存率が70%以上となる定着ロール温度をもって定着下限温度とした。結果を表9に示す。
〔評価基準〕
◎:120℃未満
○:140℃未満120℃以上
△:160℃未満140℃以上
×:160℃以上
−ホットオフセット発生温度−
株式会社リコー製フルカラー複合機Imagio NeoC600Proの定着部を改造し、温度及び線速を調整可能にした定着装置を用いて、前記普通紙に、ベタ画像で、0.85±0.3mg/cm2のトナーが現像されるように調整した。得られた画像を加熱ローラの温度を変えて定着し、ホットオフセットの発生する定着温度(オフセット発生温度)を測定した。結果を表9に示す。
〔評価基準〕
◎:210℃以上
○:210℃未満190℃以上
△:190℃未満170℃以上
×:170℃未満
評価機を用い、単色で写真画像の出力を行ない、粒状性、鮮鋭性の度合を目視にて評価
した。良好なものから順に、「◎」はオフセット印刷並、「○」はオフセット印刷よりわずかに悪い程度、「△」はオフセット印刷よりかなり悪い程度、「×」は従来の電子写真画像程度(非常に悪い)、で評価した。
清掃工程を通過した感光体上の転写残トナーをスコッチテープ(住友スリーエム(株)製)で白紙に移し、それをマクベス反射濃度計RD514型で測定し、ブランクとの差が0.01以下のものを○(良好)、それを越えるものを×(不良)として評価した。
トナーを20gバイアル瓶中で密閉下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、耐熱保存性の評価基準は以下の通りとした。
◎:残存率が10%未満
○:残存率が10%以上20%未満
△:残存率が20%以上30%未満(実使用可能下限)
×:残存率が30%以上(実使用不可能レベル)
とした。
<トナーB1の製造>
実施例A1において、トナーの製造のみを変更し、[トナーB1]を作製した。
すなわち、実施例A1のトナー製造装置を用いて、実施例A1で作成したトナー成分液を吐出させ、チャンバ内で乾燥固化したトナー粒子をサイクロン捕集機で捕集し、捕集したトナー粒子を、水100質量部に対し、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム水溶液(「エレミノールMON−7」;三洋化成工業製)を純分で1質量部添加したものを入れた水槽に貯めた後、前記トナー粒子分散液を攪拌した後に、濾別、得られたケーキを蒸留水に再分散してろ過する操作を3回繰り返し洗浄した。得られたケーキをさらに蒸留水に固形分10重量%になる様に再分散した。
そこへ攪拌下、カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)の1重量%水溶液をトナー固形分に対しカチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)純分が0.3重量%となるように徐々に添加した。
その後1時間室温下攪拌をした後に、ろ過分離し、得られたケーキを40℃24時間減圧乾燥しトナーを得た。
乾燥したトナー100質量部に対して、体積平均粒径100nmの疎水性シリカ0.6質量部と、体積平均粒径20nmの酸化チタン1.0質量部と、体積平均粒径15nmの疎水性シリカ微粉体0.8質量部とをヘンシェルミキサーにて混合し、トナーB1を得た。
なお、実施例A1と同様にトナーの粒径分布を測定したところ、トナーA1と同じ結果が得られた。
<トナーB2の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)に代えてカチオン性フッ素系界面活性剤フタージェント310(ネオス社製)を用いた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B2の[トナーB2]を作製した。
<トナーB3の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)に代えてカチオン性フッ素系界面活性剤フロラードFC−135(住友3M社製)を用いた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B3の[トナーB3]を作製した。
<トナーB4の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)に代えてカチオン性フッ素系界面活性剤ユニダインDS−202(ダイキン工業社製)を用いた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B4の[トナーB4]を作製した。
<トナーB5の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)の純分が0.01重量%となるように添加した以外は、実施例B1と同様にして、実施例B5の[トナーB5]を作製した。
<トナーB6の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)の純分が0.1重量%となるように添加した以外は、実施例B1と同様にして、実施例B6の[トナーB6]を作製した。
<トナーB7の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)の純分が1.0重量%となるように添加した以外は、実施例B1と同様にして、実施例B7の[トナーB7]を作製した。
<トナーB8の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC2]を用いた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B8の[トナーB8]を作製した。
<トナーB9の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC3]を用いた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B9の[トナーB9]を作製した。
<トナーB10の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC5]を用いた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B10の[トナーB10]を作製した。
<トナーB11の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC6]を用いた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B11の[トナーB11]を作製した。
<トナーB12の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC7]を用いた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B12の[トナーB12]を作製した。
<トナーB13の製造>
実施例B1において、下記表10に示す通り、[非結晶性ポリエステルC1]に代えて[非結晶性ポリエステルC8]を用いた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B13の[トナーB13]を作製した。
<トナーB14の製造>
実施例B1において、[トナー材料の溶解乃至分散液]に代えて[非結晶性及び結晶性ポリエステル溶解液乃至分散液]を用いた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B14の[トナーB14]を作製した。
<トナーB15の製造>
実施例B14において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC12]を用いた以外は、実施例B14と同様にして、実施例B15の[トナーB15]を作製した。
<トナーB16の製造>
実施例B14において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC13]を用いた以外は、実施例B14と同様にして、実施例B16の[トナーB16]を作製した。
<トナーB17の製造>
実施例B14において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC14]を用いた以外は、実施例B14と同様にして、実施例B17の[トナーB17]を作製した。
<トナーB18の製造>
実施例B14において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC15]を用いた以外は、実施例B14と同様にして、実施例B18の[トナーB18]を作製した。
<トナーB19の製造>
実施例B14において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC16]を用いた以外は、実施例B14と同様にして、実施例B19の[トナーB19]を作製した。
<トナーB20の製造>
実施例B14において、[非結晶性ポリエステルC11]に代えて[非結晶性ポリエステルC1]を用いた以外は、実施例B14と同様にして、実施例B20の[トナーB20]を作製した。
<トナーB21の製造>
実施例B5において、トナー捕集部の水槽に使用する界面活性剤をステアリン酸ナトリウム(花王製SS−40N)に代えた以外は、実施例B5と同様にして、実施例B21の[トナーB21]を作成した。
<トナーB21の製造>
実施例B6において、トナー捕集部の水槽に使用する界面活性剤をステアリン酸ナトリウム(花王製SS−40N)に代えた以外は、実施例B6と同様にして、実施例B22の[トナーB22]を作成した。
<トナーB23の製造>
実施例B1において、トナー捕集部の水槽に使用する界面活性剤をステアリン酸ナトリウム(花王製SS−40N)に代えた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B23の[トナーB23]を作成した。
<トナーB24の製造>
実施例B7において、トナー捕集部の水槽に使用する界面活性剤をステアリン酸ナトリウム(花王製SS−40N)に代えた以外は、実施例B1と同様にして、実施例B24の[トナーB24]を作成した。
<トナーB25の製造>
実施例B20において、トナー捕集部の水槽に使用する界面活性剤をステアリン酸ナトリウム(花王製SS−40N)に代えて、カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)純分を0.01重量%に代えた以外は、実施例B20と同様にして、実施例B25の[トナーB25]を作成した。
<トナーB26の製造>
実施例B20において、トナー捕集部の水槽に使用する界面活性剤をステアリン酸ナトリウム(花王製SS−40N)に代えて、カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)純分を0.1重量%に代えた以外は、実施例B20と同様にして、実施例B26の[トナーB26]を作成した。
<トナーB27の製造>
実施例B20において、トナー捕集部の水槽に使用する界面活性剤をステアリン酸ナトリウム(花王製SS−40N)に代えた以外は、実施例B20と同様にして、実施例B27の[トナーB27]を作成した。
<トナーB28の製造>
実施例B20において、トナー捕集部の水槽に使用する界面活性剤をステアリン酸ナトリウム(花王製SS−40N)に代えて、カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)純分を1重量%に代えた以外は、実施例B20と同様にして、実施例B28の[トナーB28]を作成した。
前述のトナー製造装置を用いて、実施例B1で作成したトナー成分液を吐出させ、チャンバ内で乾燥固化したトナー粒子をサイクロン捕集機で捕集し、捕集したトナー粒子を、乾燥させた。乾燥したトナー100質量部に対して、体積平均粒径100nmの疎水性シリカ0.6質量部と、体積平均粒径20nmの酸化チタン1.0質量部と、体積平均粒径15nmの疎水性シリカ微粉体0.8質量部とをヘンシェルミキサーにて混合し、比較例B1の[トナーBa]を得た。
比較例B1のトナー成分液を実施例B13で使用したトナー成分液に代えた以外は、比較例B1と同様にして、比較例B2の[トナーBb]を作製した。
比較例B1のトナー成分液を実施例B16で使用したトナー成分液に代えた以外は、比較例B1と同様にして、比較例B3の[トナーBc]を作製した。
比較例B1のトナー成分液を実施例B17で使用したトナー成分液に代えた以外は、比較例B1と同様にして、比較例B4の[トナーBd]を作製した。
−表面処理−
比較例A5で得られた[洗浄スラリー]を濾別し、得られたケーキを蒸留水に固形分10重量%になる様に再分散した。そこへ攪拌下、1重量%水溶液をトナー固形分に対しステアリルアミン酢酸塩純分が0.3重量%となるように徐々に添加した。
その後1時間室温下攪拌をした後に、ろ過分離し、得られたケーキを40℃24時間減圧乾燥しトナー母体粒子を得た。カチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)の1重量%水溶液をトナー固形分に対しカチオン性フッ素系界面活性剤F150(大日本インキ社製)純分が0.3重量%となるように徐々に添加した。
その後1時間室温下攪拌をした後に、ろ過分離し、[濾過ケーキ]を得た。
得られた[濾過ケーキ]を順風乾燥機にて40℃で24時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、[トナー母体粒子2]を得た。
得られた[トナー母体粒子2]100質量部に対して、体積平均粒径100nmの疎水性シリカ0.6質量部と、体積平均粒径20nmの酸化チタン1.0質量部と、体積平均粒径15nmの疎水性シリカ微粉体0.8質量部とをヘンシェルミキサーにて混合し、比較例B5[トナーBe]を得た。
比較例B5において、トナー材料の溶解液乃至分散液の調製で用いた非結晶性ポリエステルを[非結晶性ポリエステルC7]に代えた以外は、比較例B1と同様にして、比較例B6の[トナーBf]を作製した。
−非結晶性及び結晶性ポリエステル溶解液乃至分散液の調製−
ビーカー内に[非結晶性ポリエステルC10]100質量部、[結晶性ポリエステルD1]10部、酢酸エチル130質量部を、攪拌し溶解させた。次いで、カルナウバワックス(分子量=1,800、酸価=2.5、針入度=1.5mm(40℃))10質量部、及び[マスターバッチ]10質量部を仕込み、ビーズミル(「ウルトラビスコミル」;アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/s、及び0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填した条件で3パスして原料溶解液を調製し、[プレポリマー]を40質量部添加し、攪拌した後、[非結晶性及び結晶性ポリエステル溶解液乃至分散液]を調製した。
比較例B7において、[非結晶性ポリエステルC10]に代えて[非結晶性ポリエステルC11]を用いた以外は、比較例B7と同様にして、比較例B8の[トナーBh]を作製した。
実施例B1〜B28の[トナーB1]〜[トナーB28]及び比較例B1〜B7の[トナーBa]〜[トナーBh]と、実施例A1〜A23で作製した[キャリア]とを用い、[キャリア]100質量部に対し、各[トナー]7質量部を容器が転動して攪拌される型式のターブラミキサーを用いて均一混合し帯電させて2成分系現像剤B1〜B28及びBa〜Bhを作製した。
次に、作製した各[トナーB]及び各[2成分系現像剤B]を用いて、以下のようにして諸特性の評価を行った。結果を表10及び11に示す。
トナー材料液の分散質粒径、分散粒径分布は、「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定し、解析ソフト「マイクロトラック パーティクルサイズ アナライザ−Ver.10.1.2−016EE」(日機装社製)を用いて解析を行った。具体的には、ガラス製30mlサンプル瓶にトナー材料液、次いでトナー材料液作製に用いた溶媒を添加し、10質量%の分散液を調製した。得られた分散液を「超音波分散器W−113MK−II」(本多電子社製)で2分間分散処理した。
測定するトナー材料液に用いた溶媒でバックグラウンドを測定した後、前記分散液を滴下し、測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で分散粒子径を測定した。本測定法は分散粒子径の測定再現性の点から測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で測定することが重要である。前記サンプルローディングの値を得るために前記分散液の滴下量を調節する必要がある。
測定及び解析条件は以下のように設定した。
分布表示:体積、粒径区分選択:標準、チャンネル数:44、測定時間:60秒間、測定回数:1回、粒子透過性:透過、粒子屈折率:1.5、粒子形状:非球形、密度:1g/cm3。
溶媒屈折率の値は、日機装社発行の「測定時の入力条件に関するガイドライン」に記載されている値のうちトナー材料液に用いた溶媒の値を用いた。結果を表10に示す。
株式会社リコー製フルカラー複写機Imagio Color5000を改造して、線速162mm/sec及び転写時間を40msecにチューニングした評価機を用い、各[2成分系現像剤]について、A4サイズ、トナー付着量0.6mg/cm2のベタパターンをテスト画像として出力するランニング試験を行った。テスト画像の初期、及び100K出力後、一次転写における転写率を下記式(9)により、二次転写における転写率を下記式(10)により、それぞれ求めた。なお、評価基準は下記のとおりである。
一次転写率(%)=(中間転写体上に転写されたトナー量/電子写真感光体上に現像されたトナー量)×100 ・・・ 式(9)
二次転写率(%)=(中間転写体上に転写されたトナー量−中間転写体上の転写残トナー量/中間転写体上に転写されたトナー量)×100 ・・・ 式(10)
評価基準は、一次転写率と二次転写率の平均値を算出し以下の基準で評価した。結果を表11に示す。
〔評価基準〕
◎:90%以上
○:85%以上90%未満
△:80%以上85%未満
×:80%未満
株式会社リコー製フルカラー複合機Imagio NeoC600Proの定着部を改造し、温度及び線速を調整可能にした定着装置を用いて、普通紙及び厚紙の転写紙(株式会社リコー製のタイプ6000<70W>及び複写印刷用紙<135>)にベタ画像で、0.85±0.1mg/cm2のトナー付着量で定着評価した。定着画像をパットで擦った後の画像濃度の残存率が70%以上となる定着ロール温度をもって定着下限温度とした。結果を表11に示す。
〔評価基準〕
◎:120℃未満
○:120℃以上140℃未満
△:140℃以上160℃未満
×:160℃以上
−ホットオフセット発生温度−
株式会社リコー製フルカラー複合機Imagio NeoC600Proの定着部を改造し、温度及び線速を調整可能にした定着装置を用いて、前記普通紙に、ベタ画像で、0.85±0.3mg/cm2のトナーが現像されるように調整した。得られた画像を加熱ローラの温度を変えて定着し、ホットオフセットの発生する定着温度(オフセット発生温度)を測定した。結果を表11に示す。
〔評価基準〕
◎:210℃以上
○:210℃未満190℃以上
△:190℃未満170℃以上
×:170℃未満
株式会社リコー製フルカラー複写機Imagio Color5000を改造した評価機を用い、単色で写真画像の出力を行ない、粒状性、鮮鋭性の度合を目視にて評価した。良好なものから順に、「◎」はオフセット印刷並、「○」はオフセット印刷よりわずかに悪い程度、「△」はオフセット印刷よりかなり悪い程度、「×」は従来の電子写真画像程度(非常に悪い)、で評価した。
温度20℃、湿度50%の試験室で上記キャリア100部と本発明のトナー5部をステンレスのポットに仕込み、ボールミル架台上で一定回転数で回転混合させた。回転スタートから15秒後に停止させ得られた現像剤の帯電量(μC/g)をブローオフ装置によって測定した。
帯電立ち上り性と同様の操作で10分攪拌後の現像剤の帯電量(μC/g)をブローオフ装置によって測定した。
温度30℃、湿度90%の環境試験室で上記キャリア100部と本発明のトナー5部を1時間放置し、環境試験室でステンレスのポットに仕込み、環境試験室内のボールミル架台上に一定回転数で回転混合させた。
回転スタートから10分後に停止させ得られた現像剤の帯電量(μC/g)をブローオフ装置によって測定した。
細線再現性はこの現像剤をタンデム、中間転写方式の市販カラー複写機(イマジオカラー5000;リコー社製)の定着オイル部分を除去した改造機に入れ、画像占有率7%の印字率でリコー社製6000ペーパーを用いてランニングを実施した。
その時の初期10枚目の画像と3万枚目の画像の細線部を原稿と比較し、光学顕微鏡で100倍に拡大観察し、ラインの抜けの状態を段階見本と比較しながら4段階で評価した。いずれも◎>○>△>×の順に画像品質が高い。特に×の評価は製品として採用できないレベルである。
2 液滴吐出手段
6 トナー成分液供給口
7 トナー成分液流路
8 トナー成分液排出口
9 弾性板
10 液柱共鳴液滴形成ユニット
11 液柱共鳴液滴吐出手段
12 液滴
13 原料収容器
14 トナー成分液
15 液循環ポンプ
16 液供給管
17 液共通供給路
18 液柱共鳴液室
19 吐出孔
20 振動発生手段
21 液滴
22 液戻り管
23 合着液滴
24 ノズル角度
41 薄膜
60 乾燥捕集ユニット
61 チャンバ
62 固化粒子捕集手段
63 トナー貯留部
64 搬送気流導入口
65 搬送気流排出口
P1、P2 圧力計
Claims (10)
- ポリエステル樹脂、着色剤および離型剤を含有する組成物を有機溶剤に溶解又は分散させた混合液を吐出して液滴を形成する液滴形成工程と、
前記液滴を固化してトナー母体を形成し、捕集用の水系媒体に捕集する液滴固化工程と、
前記液滴固化工程で得られた前記トナー母体が、分散用の水系媒体中に分散されたトナー母体分散液に表面処理剤を添加して表面処理を行いトナーを得る表面処理工程と、を備えることを特徴とするトナーの製造方法。 - 前記液滴固化工程及び前記表面処理工程を同一の水系媒体中で行うことを特徴とする請求項1に記載のトナー製造方法。
- 前記表面処理剤がアクリル樹脂微粒子であることを特徴とする請求項1または2に記載のトナー製造方法。
- 前記ポリエステル樹脂、前記アクリル樹脂微粒子の酸価が下記関係式を満たすことを特徴とする請求項3に記載のトナー製造方法。
アクリル樹脂微粒子の酸価<ポリエステル樹脂の酸価・・・関係式 - 前記表面処理剤が、カチオン性のフッ素系界面活性剤であることを特徴とする請求項1に記載のトナー製造方法。
- 前記カチオン性のフッ素系界面活性剤が、パーフルオロアルキル基を有するカチオン活性剤であることを特徴とする請求項5に記載のトナー製造方法。
- 前記パーフルオロアルキル基を有するカチオン活性剤が、下記一般式(I)で表される化合物であることを特徴とする請求項6に記載のトナー製造方法。
- 請求項5〜7のいずれかに記載のトナー製造方法であって、
飛行時間型質量分析計で測定した全検出イオンに対するCF2CF2CF3の相対イオン強度が0.002〜0.400%であることを特徴とするトナー製造方法。 - 前記捕集用の水系媒体が、少なくともアニオン系界面活性剤を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のトナー製造方法。
- 前記ポリエステル樹脂が、非結晶性ポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のトナー製造方法。
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