JP2015045852A - トナー - Google Patents
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Abstract
Description
該有機無機複合微粒子は、ビニル系樹脂粒子と、該ビニル系樹脂粒子の表面に埋め込まれている無機微粒子とを有し、
該有機無機複合微粒子は、その表面において、
i)該無機微粒子の少なくとも一部が露出しており、
ii)該無機微粒子に由来する凸部が存在しており、
iii)該無機微粒子による被覆率が20%以上70%以下であり、
該トナー粒子表面に存在する該酸化鉄粒子が、トナー粒子の質量を基準として、0.1質量%以上5.0質量%以下であることを特徴とするトナーに関する。
i)該無機微粒子が露出しており、
ii)該無機微粒子に由来する凸部が存在しており、
iii)該無機微粒子による被覆率が20%以上70%以下である。
磁性トナー粒子に複数の外添剤が外添されている磁性トナーにおいて、有機無機複合微粒子、酸化鉄粒子の含有量を測定する場合、磁性トナー粒子と外添剤とを分離し、さらに、分離された外添剤から定量したい粒子を単離・回収する必要がある。
(1)磁性トナー5gをサンプル瓶に入れ、メタノールを200mL加え、更に「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)を数滴加える。
(2)超音波洗浄機で5分間試料を分散させて外添剤を分離させる。
(3)吸引ろ過(10μmメンブランフィルター)して磁性トナー粒子と外添剤を分離する。
(4)上記(2)、(3)を計3回行う。
(1)磁性トナー中のシリカ微粒子の含有量の定量(標準添加法)
磁性トナー3gを直径30mmのアルミリングに入れ、10トンの圧力でペレットを作製する。波長分散型蛍光X線分析(XRF)により、珪素(Si)の強度を求める(Si強度−1)。なお、測定条件は使用するXRF装置で最適化されたものであれば良いが、一連の強度測定はすべて同一条件で行うこととする。磁性トナーに、一次粒子の個数平均粒径が12nmのシリカ微粒子を、磁性トナーに対して1.0質量%添加して、コーヒーミルにより混合する。
磁性トナー5gを、精密天秤を用いて200mLの蓋付きポリカップに秤量し、メタノールを100mL加え、超音波分散機で5分間分散させる。ネオジム磁石により磁性トナーを引き付け、上澄み液を捨てる。メタノールによる分散と上澄みを捨てる操作を3回繰り返したのち、10%NaOHを100mLと、「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)を数滴加え、軽く混合したのち、24時間静置する。その後、再びネオジム磁石を用いて分離する。なお、この際にNaOHが残留しないように繰り返し蒸留水ですすぐ。回収された粒子を真空乾燥機により十分に乾燥させ、粒子Aを得る。上記操作により、外添されたシリカ微粒子は溶解、除去される。チタニア微粒子、アルミナ微粒子は10%NaOHに対して難溶解性であるため、溶解せずに残存しうる。トナーが、シリカ微粒子を有し、かつその他の外添剤も有する場合は、この外添されたシリカ微粒子が除去された水溶液を遠心分離器にかけ、比重の違いによりそれぞれを分取したのち溶媒を除去し真空乾燥機で十分に乾燥させ重量を測定することで各粒子の含有量を得ることができる。
3gの粒子Aを直径30mmのアルミリングに入れ、10トンの圧力でペレットを作製し、波長分散型XRFにより、Siの強度を求める(Si強度−5)。Si強度−5と磁性トナー中のシリカ含有量の定量で使用したSi強度−1乃至4を利用して、粒子A中のシリカ含有量(質量%)を計算する。
5gの粒子Aに対して、100mLのテトラヒドロフランを加え、良く混合した後に超音波分散を10分間行う。磁石により磁性粒子を引き付け、上澄み液を捨てる。この作業を5回繰り返し、粒子Bを得る。この操作で、磁性体以外の樹脂等の有機成分はほぼ取り除くことができる。ただし、樹脂中のテトラヒドロフラン不溶分が残存する可能性があるため、上記操作で得られた粒子Bを800℃まで加熱して残存する有機成分を燃焼させる必要がある。加熱後得られた粒子Cを、磁性トナー粒子に含有された磁性体とみなすことができる。
磁性体含有量W(質量%)=((トナー5gから回収される粒子Aの質量)/5)×(0.9666×(粒子Cの質量)/5)×100
となる。
磁性体中に不純物もしくは添加物として含まれることにより、波長分散型XRFのFP定量法によって、検出されるTi強度、Al強度を、チタニア、アルミナ換算した場合の磁性体中のチタニア、アルミナ含有量を算出する。
外添シリカ微粒子量(質量%)
=磁性トナー中のシリカ含有量(質量%)−粒子A中のシリカ含有量(質量%)
外添チタニア微粒子量(質量%)
=磁性トナー中のチタニア含有量(質量%)−{磁性体のチタニア含有量(質量%)×磁性体含有量W(質量%)/100}
外添アルミナ微粒子量(質量%)
=磁性トナー中のアルミナ含有量(質量%)−{磁性体のアルミナ含有量(質量%)×磁性体含有量W(質量%)/100}
無機微粒子aの一次粒子の個数平均粒径は、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S−4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影される磁性トナー表面の無機微粒子画像から算出される。S−4800の画像撮影条件は以下の通りである。
本発明における被覆率Aは、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S−4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影された磁性トナー表面画像を、画像解析ソフトImage−Pro Plus ver.5.0((株)日本ローパー)により解析して算出する。S−4800の画像撮影条件は以下の通りである。
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上に磁性トナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分な磁性トナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
被覆率Aの算出は、S−4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。反射電子像は2次電子像と比べて無機微粒子aのチャージアップが少ないため、被覆率Aを精度良く測定することができる。
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作を更に2度繰り返し、ピントを合わせる。
(3)で得た、個数平均粒径(D1)の±0.1μmの粒子について、最大径の中点を測定画面の中央に合わせた状態でコントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を10000(10k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。その後、倍率を50000(50k)倍に設定し、上記と同様にフォーカスつまみ、STIGMA/ALIGNMENTつまみを使用して焦点調整を行い、再度オートフォーカスでピントを合わせる。この操作を再度繰り返し、ピントを合わせる。ここで、観察面の傾斜角度が大きいと被覆率の測定精度が低くなりやすいので、ピント調整の際に観察面全体のピントが同時に合うものを選ぶことで、表面の傾斜が極力無いものを選択して解析する。
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。この画像ファイルを用いて下記の解析を行う。磁性トナー粒子一つに対して写真を1枚撮影し、少なくとも磁性トナー30粒子以上について画像を得る。
本発明では下記解析ソフトを用いて、上述した手法で得た画像を2値化処理することで被覆率Aを算出する。このとき、上記一画面を正方形で12分割してそれぞれ解析する。ただし、分割区画内に、粒径が50nm以上の無機微粒子aが入る場合はその区画では被覆率Aの算出を行わないこととする。
画像解析ソフトImage−Pro Plus ver.5.0の解析条件は以下の通りである。
ソフトImage−ProPlus5.1J
被覆率a(%)=100−C/D×100
被覆率Aの変動係数は下記のように求める。上述の被覆率Aの計算において使用した全被覆率データの標準偏差をσ(A)とすると、被覆率Aの変動係数は下記式で得られる。
変動係数(%)={σ(A)/A}×100
被覆率Bは、まず、磁性トナー表面の固着されていない無機微粒子aを除去し、その後被覆率Aの算出と同様の操作を行って、算出する。
固着されていない無機微粒子aの除去は下記のように行う。この除去条件は、トナー表面に埋没した無機微粒子a以外を十分除去するために本発明者らが検討し、決定した。
上述の乾燥後の磁性トナーを上述の被覆率Aと同様に被覆率を算出し、被覆率Bを得る。
磁性トナーの重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャ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 Multisizer 3 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2万5千チャンネルで行う。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに前記電解水溶液約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/秒にて行う。そして、専用ソフトの「アパーチャのフラッシュ」機能により、アパーチャチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに前記電解水溶液約30mLを入れる。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)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3mL加える。
(3)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 Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に約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を約2mL添加する。
(4)前記(2)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る。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する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。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する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)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(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)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)を算出する。尚、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)である。
トナー表面に外添している上記粒子(外添剤)の個数平均粒径の測定は、走査型電子顕微鏡「S−4800」(商品名;日立製作所製)を用いて行う。外添剤が外添されたトナーを観察して、最大20万倍に拡大した視野において、ランダムに100個の外添剤の一次粒子の長径を測定して個数平均粒径を求める。観察倍率は、外添剤の大きさによって適宜調整する。
有機無機複合微粒子の樹脂のTHF不溶分は、以下のように定量した。
有機無機複合微粒子の樹脂のTHF不溶分[質量%]
={(Wr−Wc×Wi)/Wc×(100−Wi)}×100
有機粒子の樹脂のTHF不溶分は、有機無機複合微粒子の樹脂のTHF不溶分の測定方法と同様の方法で求めた。但し有機粒子は無機微粒子を含んでいないので、Wiは0として算出した。
本発明の有機無機複合微粒子表面の無機微粒子被覆率は、ESCA(X線光電子分光分析)により測定される、有機無機複合微粒子表面に存在する無機粒子がシリカの場合、シリカ由来のケイ素(以下、Siと省略する。)原子量から算出される。ESCAはサンプル表面の深さ方向で数nm以下の領域の原子を検出する分析方法である。そのため有機無機複合微粒子の表面の原子を検出することが可能である。
使用装置:アルバック−ファイ社製 Quantum 2000
分析方法:ナロー分析
測定条件:
X線源:Al−Kα
X線条件:100μm、25W、15kV
光電子取り込み角度:45°
PassEnergy:58.70eV
測定範囲:φ100μm
有機無機複合微粒子の形状係数SF−2は、透過電子顕微鏡(TEM)「JEM−2800」(日本電子株式会社製)を用いて有機無機複合微粒子を観察して、以下のように算出した。
SF−2=(粒子の周囲長)2/粒子の面積×100/4π
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄元素に1.1当量の苛性ソーダ溶液を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。水溶液のpHを8.0とし、空気を吹き込みながら85℃で酸化反応を行い、種晶を有するスラリー液を調製した。
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄元素に対して1.1当量の苛性ソーダ溶液、鉄元素に対して珪素元素換算で1.20質量%となる量のSiO2を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。水溶液のpHを8.0とし、空気を吹き込みながら85℃で酸化反応を行い、種晶を有するスラリー液を調製した。
磁性酸化鉄粒子2の製造例において、空気の吹き込み量、反応温度、反応時間を変更して製造し、一次粒子の個数平均粒径(D1)が0.14μm、0.30μm、0.07μm、0.35μmである磁性酸化鉄粒子3〜6を得た。磁性酸化鉄粒子3〜6の物性を表1に示す。
有機無機複合微粒子は、WO2013/063291の実施例の記載に従って製造することができる。
後述のトナー製造例中で、上記有機無機複合微粒子以外に使用する添加剤として、樹脂微粒子は日本触媒社製のエポスターシリーズを、コロイダルシリカ(無機粒子)は日本触媒社製のシーホスターシリーズを使用した。
・スチレン/n−ブチルアクリレート共重合体1 100.0部
(スチレン及びn−ブチルアクリレートの質量比が78:22、ガラス転移温度(Tg)が58℃、ピーク分子量が8500)
・磁性体(磁性酸化鉄粒子1) 95.0部
・ポリエチレンワックス(融点:102℃) 5.0部
・モノアゾ染料の鉄錯体(T−77:保土谷化学工業(株)製) 1.8部
上記原材料をヘンシェルミキサーFM10C(日本コークス工業(株))で予備混合した。その後、回転数250rpmに設定した二軸混練押し出し機(PCM−30:池貝鉄工所社製)により、混練物の出口付近における温度が145℃となるように設定温度を調節し、混練した。
磁性トナー粒子1に対して、図1に示す装置を用いて、外添混合処理を行った。
(高温多湿環境 放置後の初期濃度の評価)
本発明のトナーの高温多湿環境 放置後の初期濃度の評価は以下のように行った。
A:10枚目の反射濃度1.4以上である。
B:10枚目の反射濃度1.3以上1.4未満である。
C:10枚目の反射濃度1.2以上1.3未満である。
D:10枚目の反射濃度1.2未満である。
本発明のトナーの高温多湿環境における、耐久安定性の評価は以下のように行った。
A:5000枚まで反射濃度1.4以上を維持している。
B:5000枚プリントアウト後の反射濃度が1.3以上1.4未満である。
C:5000枚プリントアウト後の反射濃度が1.2以上1.3未満である。
D:5000枚プリントアウト後の反射濃度が1.2未満である。
本発明のトナーの耐久後半の画像品質の評価は以下のように行った。
A:5000枚出力後、ベタ画像の反射濃度1.4以上である。
B:5000枚出力後、ベタ画像の反射濃度1.3以上1.4未満である。
C:5000枚出力後、ベタ画像目の反射濃度1.2以上1.3未満である。
D:5000枚出力後、ベタ画像の反射濃度1.2未満である。
表3に記載の処方により実施例1と同様にトナー2乃至24を作製した。各トナーの物性値を表4に示し、実施例1と同様の試験をした結果を表5に示す。
表3に記載の処方により実施例1と同様に比較トナー1乃至6を作製した。各トナーの物性値を表4に示し、実施例1と同様の試験をした結果を表5に示す。
Claims (5)
- 結着樹脂と着色剤を含有するトナー粒子、酸化鉄粒子、及び有機無機複合微粒子を有するトナーであって、
該有機無機複合微粒子は、ビニル系樹脂粒子と、該ビニル系樹脂粒子の表面に埋め込まれている無機微粒子とを有し、
該有機無機複合微粒子は、その表面において、
i)該無機微粒子の少なくとも一部が露出しており、
ii)該無機微粒子に由来する凸部が存在しており、
iii)該無機微粒子による被覆率が20%以上70%以下であり、
該トナー粒子表面に存在する該酸化鉄粒子が、トナー粒子の質量を基準として、0.1質量%以上5.0質量%以下であることを特徴とするトナー。 - 該有機無機複合微粒子は、該トナー中に0.2質量%以上5.0質量%以下で含有されていることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
- 走査型電子顕微鏡を用いて倍率20万倍で撮影した該有機無機複合微粒子の拡大画像を用いて測定した形状係数SF−2が103以上120以下であり、個数平均粒径が70nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー。
- 該有機無機複合微粒子の表面における該無機微粒子bの被覆率が40%以上70%以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトナー。
- 該有機無機複合微粒子の樹脂のTHF不溶分が95%以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のトナー。
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