JP2016057382A - 静電荷像現像用トナーおよびその製造方法 - Google Patents

静電荷像現像用トナーおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 低温定着性、耐熱保管性および定着分離性が得られる静電荷像現像用トナーおよびその製造方法の提供。【解決手段】 静電荷像現像用トナーは、トナー粒子が、ビニル樹脂からなるマトリクス相中に、非晶性ポリエステル樹脂がドメイン相として分散されてなり、当該非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の個数平均のドメイン径が30〜150nmであり、前記トナー粒子における面積が最大となる断面の平均半径をrとしたとき、当該トナー粒子の表面から径方向内方に向かう距離がr/5までの表層領域に存在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の前記断面における合計面積aと、当該表層領域以外の領域に存在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の前記断面における合計面積bとが、式(1):a/(a+b)×100(%)≧80(%)を満たすことを特徴とする。【選択図】 図1

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成に用いられる静電荷像現像用トナーおよびその製造方法に関する。
近年、電子写真方式の画像形成装置の分野においては、市場からの要求に応じて、それに適した静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」ともいう。)の開発が進められている。例えば、高画質化に対応するトナーとしては、粒度分布がシャープであるもの、すなわちトナー粒子の粒径が揃っているものが求められている。このようなトナーにおいては、個々のトナー粒子毎の現像挙動が揃うことにより、微小ドットの再現性が著しく向上する。しかしながら、従来の粉砕法によるトナー製造方法では、トナーの粒径分布をシャープにすることは容易ではなかった。これに対して、トナー粒子の形状や粒度分布を任意に制御することができる方法として、乳化凝集法が用いられている。乳化凝集法は、樹脂微粒子および着色剤微粒子、必要に応じて離型剤微粒子を、混合、撹拌しながら、凝集剤の添加やpH制御などによって凝集させ、さらに加熱によって微粒子同士を融着させることによってトナー粒子を得る方法である。
また、省エネルギー化を図る観点から、少ないエネルギーで定着することができる低温定着トナーの開発が進められている。トナーの定着温度を下げるためには、結着樹脂の溶融温度や溶融粘度を下げることが必要である。しかしながら、結着樹脂の溶融温度や溶融粘度を下げる目的で結着樹脂のガラス転移点や分子量を下げると、トナーの耐熱保管性や定着分離性が低下するなどの新たな問題が生じる。
低温定着性と耐熱保管性を両立して得るために、トナー粒子をコア−シェル構造のものとすることが行われている(例えば、特許文献1参照。)。すなわち、低温定着性に優れた効果を発揮する結着樹脂からなるコア粒子の表面に、軟化点が高く耐熱保管性に優れた樹脂からなるシェル層を形成することによって、低温定着性と耐熱保管性とを両立して得ることができる。特に、トナーを乳化凝集法によって製造する場合には、コア−シェル構造の形成を容易に行うことができる。
コア−シェル構造のトナー粒子よりなるトナーとしては、シェル層を構成する樹脂としてポリエステル樹脂を用いたトナーが開発されている。ポリエステル樹脂は、スチレンアクリル樹脂と比較して、高いガラス転移点を維持しながら軟化点が低くなるよう容易に設計することができるという利点があるため、シェル層を構成する樹脂としてポリエステル樹脂を用いることによって、低温定着性および耐熱保管性の両方に優れたトナーを得ることができる。
しかしながら、スチレンアクリル樹脂とポリエステル樹脂とは互いに親和性が乏しく、コア粒子を構成する樹脂としてスチレンアクリル樹脂を用い、シェル層を構成する樹脂としてポリエステル樹脂を用いた場合、薄層で均一なシェル層を形成させることが困難であるため、トナーに十分な耐熱保管性を得ることができない、という問題があった。また、コア粒子とシェル層との融着が生じにくいためにトナー粒子の形状を制御することが困難であり、表面が均一なシェル層を形成し、緻密かつ平滑な表面を有するトナー粒子を形成することが難しく、耐破砕性に劣るために連続プリント時に現像機内においてトナーの撹拌によってシェル層の剥離が生じ、その結果、帯電量が大きく変動して得られる画像に画像ノイズが生じ画質が低下してしまう、という問題もあった。
このような問題を解決するために、例えば、特願2013−109246号明細書には、シェル層を構成する樹脂としてアクリル変性ポリエステル樹脂を用いたコア−シェル構造のトナーが開示されている。シェル層を構成する樹脂としてアクリル変性ポリエステル樹脂を用いることによって、コア粒子を構成するスチレンアクリル樹脂との親和性が改善されるため、ある程度表面が均一なシェル層を形成することができる。
しかしながら、離型剤(ワックス)は疎水性が高いため、熱定着時における当該離型剤の移動がシェル層によって阻害されやすいために定着画像の表面への離型剤の浸み出しが不十分であり、その結果、十分な定着分離性が得られない、という問題があった。
特開2012−189940号公報
本発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、その目的は、低温定着性、耐熱保管性および定着分離性が得られる静電荷像現像用トナーおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の静電荷像現像用トナーは、ビニル樹脂と非晶性ポリエステル樹脂とを有する結着樹脂、着色剤および離型剤を含有するトナー粒子よりなる静電荷像現像用トナーであって、
トナー粒子が、ビニル樹脂からなるマトリクス相中に、非晶性ポリエステル樹脂がドメイン相として分散されてなり、
当該非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の個数平均のドメイン径が30〜150nmであり、
前記トナー粒子における面積が最大となる断面の平均半径をrとしたとき、当該トナー粒子の表面から径方向内方に向かう距離がr/5までの表層領域に存在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の前記断面における合計面積aと、当該表層領域以外の領域に存在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の前記断面における合計面積bとが、下記式(1)を満たすことを特徴とする。
式(1):a/(a+b)×100(%)≧80(%)
本発明の静電荷像現像用トナーにおいては、前記結着樹脂が結晶性ポリエステル樹脂を有することが好ましい。
本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法は、上記の静電荷像現像用トナーを製造する方法であって、
当該静電荷像現像用トナーを構成するトナー粒子の体積基準のメジアン径が3〜8μmであり、
少なくとも下記(1)〜(4)の工程を有することを特徴とする。
(1)離型剤を含有するビニル重合体(A)よりなる樹脂微粒子(M)を作製する工程
(2)体積基準のメジアン径が30〜150nmの非晶性ポリエステル樹脂微粒子が分散された水系媒体中に、ビニル単量体(b)を添加し、前記非晶性ポリエステル樹脂微粒子をシード粒子として前記ビニル単量体(b)によるシード重合を行うことにより、前記非晶性ポリエステル樹脂微粒子がビニル重合体(B)によって被覆された、体積基準のメジアン径が40〜160nmのシード重合樹脂微粒子(S)を作製する工程
(3)水系媒体中において、前記樹脂微粒子(M)と、着色剤微粒子とを凝集させてコア粒子を作製する工程
(4)前記コア粒子の表面に、トナー粒子中7〜20質量%となる量の前記シード重合樹脂微粒子(S)を凝集、融着させることによりシェル層を形成する工程
本発明の静電荷像現像用トナーによれば、トナー粒子において、ビニル樹脂からなるマトリクス相中に、非晶性ポリエステル樹脂からなる小径のドメイン相が表層領域に偏在するよう分散されているので、低温定着性、耐熱保管性および定着分離性が得られる。
本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法によれば、低温定着性、耐熱保管性および定着分離性が得られ、かつ、その表面の平滑化が図られた静電荷像現像用トナーを容易に製造することができる。
本発明に係るトナー粒子の断面の構造を示す模式図である。
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明のトナーは、ビニル樹脂と非晶性ポリエステル樹脂とを有する結着樹脂、着色剤および離型剤を含有するトナー粒子よりなり、トナー粒子が、図1に示されるように、ビニル樹脂からなるマトリクス相中に、非晶性ポリエステル樹脂がドメイン相12として分散されてなる海島構造を有するものである。
本発明において、海島構造における海(マトリクス相)は連続相を意味し、島(ドメイン相12)は海(マトリクス相)に囲まれた非連続相(分散相)を意味する。
トナー粒子中において上記のような海島構造が形成されていることは、以下のように走査型透過電子顕微鏡を用いてトナー粒子の断面を観察することにより、確認することができる。
<トナー粒子の断面の観察方法>
(1.概要)
装置:走査型透過電子顕微鏡「JSM−7401F」(日本電子社製)
試料:四酸化ルテニウム(RuO4 )によって染色したトナー粒子の切片(切片の厚さ:100〜200nm)
加速電圧:30kV
倍率:10,000倍、明視野像
(2.トナー粒子の切片の作製方法)
トナーを光硬化性樹脂「D−800」(日本電子社製)中に分散させた後、光硬化させてブロックを形成する。次いで、ダイヤモンド歯を備えたミクロトームを用いて、上記のブロックから厚さ100〜200nmの薄片状のサンプルを切り出し、透過電子顕微鏡観察用の支持膜付きグリッドに載せる。
5cmφプラスチックシャーレに濾紙を敷き、その上に切片の載ったグリッドを切片の載った面を上にして載せる。
染色条件(時間、温度、染色剤の濃度および量)は、透過電子顕微鏡観察をする際に各樹脂の区別ができる条件に調整する。例えば、0.5%RuO4 染色液2〜3滴を、シャーレ内の2点に滴下し、蓋をし、10分間後、シャーレの蓋を外し染色液の水分が無くなるまで放置する。
(3.観察画像における各樹脂の識別方法)
下記の基準にて観察画像におけるトナー粒子内の各樹脂を識別する。
・暗い領域として観察される:ビニル樹脂
・明るい領域として観察される:非晶性ポリエステル樹脂
・明るい領域として観察され、かつ、界面が暗く観察される:離型剤
非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の個数平均のドメイン径は、30〜150nmであり、好ましくは60〜100nmである。
非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の個数平均のドメイン径が30nm以上であることによって、トナーの製造時におけるシード重合樹脂微粒子(S)の凝集に係る制御を容易に行うことができる。一方、非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の個数平均のドメイン径が150nm以下であることによって、熱定着時における定着画像の表面への離型剤の浸み出しが阻害されることなく、定着分離性を十分に確保することができる。なお、トナー粒子中における非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相のドメイン径が小さくなるほど、熱定着時に溶融した離型剤が表層領域を通過してトナー粒子の表面に浸み出すための経路、すなわちトナー粒子の表面近傍におけるビニル樹脂によって形成される経路が多くなるため、トナー粒子の表面に浸み出し易くなる。
また、非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の個数平均のドメイン径が上記の範囲にある、すなわち小さめの範囲にあることによって、トナーの製造時に少ない熱量でトナー粒子の表面を平滑化することができる。
<非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の個数平均のドメイン径の測定方法>
非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の個数平均のドメイン径は、上記のトナー粒子の断面の観察方法を用いて測定されるものである。すなわち、まず、トナー粒子における面積が最大となる断面(以下、「最大断面」ともいう。)が観察されるトナー粒子像25個を任意に選択し、この最大断面のトナー粒子像25個を画像処理解析装置「LUZEX(登録商標) AP」(ニレコ社製)によって解析する。次いで、当該最大断面のトナー粒子像25個における、非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相を任意に200個選択し、これらの水平方向フェレ径を測定し、その算術平均値を算出することによって、非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の個数平均のドメイン径が得られる。
非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の水平方向フェレ径は、当該ドメイン相の画像を2値化処理したときの、外接長方形のx軸に平行な辺の長さをいう。
最大断面のトナー粒子像とは、トナー粒子像の平均径が、後述するトナーの平均粒径の測定方法によって測定される体積基準のメジアン径(D50)±10%の範囲内にあるトナー粒子像をいう。トナー粒子像25個を任意に選択するために、必要に応じて、トナー粒子の断面の観察を複数視野について行ってもよい。
トナー粒子像の平均径は、トナー粒子像の最も長い径sおよび最も短い径tの平均値(s+t)/2によって算出される値である。
そして、本発明のトナーは、トナー粒子における最大断面の平均半径をrとしたとき、当該トナー粒子の表面から径方向内方に向かう距離がr/5までの表層領域11に存在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の最大断面における合計面積aと、当該表層領域11以外の領域(以下、「内部領域」ともいう。)13に存在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の最大断面における合計面積bとが、下記式(1)を満たすことを特徴とするものである。
式(1):a/(a+b)×100(%)≧80(%)
本発明において、上記式(1)におけるa/(a+b)×100は、トナー粒子における表層領域11に偏在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の割合(以下、「表層領域におけるドメイン相の偏在割合」ともいう。)を示している。
表層領域におけるドメイン相の偏在割合が80%以上であることによって、優れた耐熱保管性が得られる。
表層領域におけるドメイン相の偏在割合は、好ましくは90%以上である。
表層領域におけるドメイン相の偏在割合は、目標とするトナー粒子の粒径よりも小さい粒径まで成長させたコア粒子に対してドメイン相12を形成する非晶性ポリエステル樹脂の微粒子を添加してシェル層を形成させるときに、当該微粒子の添加のタイミングを変更することによって、調整することができる。
表層領域11および内部領域13にそれぞれ存在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の最大断面における合計面積a,bは、上記のトナー粒子の断面の観察方法を用いて測定されるものである。すなわち、まず、トナー粒子における最大断面が観察されるトナー粒子像5個を任意に選択し、この最大断面のトナー粒子像5個を画像処理解析装置「LUZEX(登録商標) AP」(ニレコ社製)によって解析する。次いで、当該最大断面のトナー粒子像5個における、個数平均のドメイン径が30〜150nmの範囲にある非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12すべてについて、表層領域11に存在する面積の合計および内部領域13に存在する面積の合計をそれぞれ算出することにより、表層領域11および内部領域13にそれぞれ存在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の最大断面における合計面積a,bを測定することができる。
トナー粒子における最大断面の平均半径rは、上記において選択された5個のトナー粒子像について、各々のトナー粒子像の最も長い径sおよび最も短い径tの平均値(s+t)/2によって算出される平均径の半値の、さらに算術平均値である。
〔結着樹脂〕
結着樹脂は、少なくともビニル樹脂および非晶性ポリエステル樹脂から構成されている。ビニル樹脂は、高温において高い粘弾性を示す樹脂であり、定着分離性および耐高温オフセット性の向上に寄与する。一方、非晶性ポリエステル樹脂は、ビニル樹脂に比べて高いガラス転移点(Tg)を維持しながら優れたシャープメルト性を有する樹脂であり、この高ガラス転移点によって耐熱保管性および定着分離性に優れた効果を発揮し、また、シャープメルト性によって低温定着性に優れた効果を発揮することができる。
本発明においては、結着樹脂としてビニル樹脂および非晶性ポリエステル樹脂を含有していればよいが、その他の樹脂をビニル樹脂の含有割合を超えない範囲で含有していてもよい。その他の樹脂としては、結晶性ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。
〔ビニル樹脂〕
結着樹脂を構成するビニル樹脂は、ビニル基を有する単量体(以下、「ビニル単量体」という。)を用いて形成されるものであり、具体的には、ビニル樹脂は、スチレンアクリル共重合体、スチレン重合体、アクリル重合体などからなるものとすることができ、スチレンアクリル共重合体からなることが好ましい。
以下に、ビニル樹脂を形成するために用いることのできるビニル単量体を示す。
以下に例示するビニル単量体は、1種単独で、または2種以上を組み合せて使用することができる。
ビニル単量体としては、例えば、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、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロロスチレン、p−エチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、3,4−ジクロロスチレンなどのスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸へプチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸へプチル、β−ヒドロキシアクリル酸エチル、γ−アミノアクリル酸プロピル、メタクリル酸ステアリル、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などの(メタ)アクリル酸エステル系単量体が挙げられる。
また、ビニル単量体としては、以下のものを用いることもできる。
・ビニルエステル類
プロピオン酸ビニル、酢酸ビニル、ベンゾエ酸ビニルなど。
・ビニルエーテル類
ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルなど。
・ビニルケトン類
ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルヘキシルケトンなど。
・N−ビニル化合物類
N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンなど。
・その他
ビニルナフタレン、ビニルピリジンなどのビニル化合物類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドなどのアクリル酸あるいはメタクリル酸誘導体など。
また、ビニル単量体として酸基を有する重合性単量体を用いることができる。酸基を有する重合性単量体とは、例えば、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基などのイオン性解離基を有する単量体をいう。具体的には、以下のものがある。
カルボキシ基を有する単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマル酸、マレイン酸モノアルキルエステル、イタコン酸モノアルキルエステルなどが挙げられる。また、スルホン酸基を有する単量体としては、スチレンスルホン酸、アリルスルフォコハク酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸などが挙げられる。さらに、リン酸基を有する単量体としてはアシドホスホオキシエチルメタクリレートなどが挙げられる。
さらに、ビニル単量体として、多官能性ビニル類を使用し、ビニル樹脂を架橋構造のものとすることもできる。多官能性ビニル類としては、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレートなどが挙げられる。
多官能性ビニル類を用いる場合は、ビニル単量体全体に対する共重合比が通常0.001〜5質量%とされ、好ましくは0.003〜2質量%、より好ましくは0.01〜1質量%である。多官能性ビニル類を使用することにより、テトラヒドロフランに不溶のゲル成分が生成されるが、このゲル成分の重合体の全体に占める割合が通常40質量%以下とされ、好ましくは20質量%以下とされる。
〔ビニル樹脂の分子量〕
ビニル樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される分子量分布から算出された重量平均分子量(Mw)が20,000〜60,000であることが好ましい。
ビニル樹脂の重量平均分子量(Mw)が20,000以上であることにより、十分な耐熱保管性が得られる。また、ビニル樹脂の重量平均分子量(Mw)が60,000以下であることにより、十分な低温定着性が得られる。
GPCによる分子量分布の測定は、以下のように行った。すなわち、装置「HLC−8220」(東ソー社製)およびカラム「TSKguardcolumn+TSKgelSuperHZM−M3連」(東ソー社製)を用い、カラム温度を40℃に保持しながら、キャリア溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を流速0.2ml/minで流し、測定試料(ビニル樹脂)を室温において超音波分散機を用いて5分間処理を行う溶解条件で濃度1mg/mlになるようにテトラヒドロフランに溶解させ、次いで、ポアサイズ0.2μmのメンブランフィルターで処理して試料溶液を得、この試料溶液10μLを上記のキャリア溶媒と共に装置内に注入し、屈折率検出器(RI検出器)を用いて検出し、測定試料の有する分子量分布を単分散のポリスチレン標準粒子を用いて測定した検量線を用いて算出する。検量線測定用の標準ポリスチレン試料としては、Pressure Chemical社製の分子量が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測定し、検量線を作成した。また、検出器には屈折率検出器を用いた。
〔ビニル樹脂のガラス転移点〕
ビニル樹脂のガラス転移点は35〜65℃であることが好ましく、より好ましくは40〜60℃である。
ビニル樹脂のガラス転移点が35℃以上であることによって、十分な耐熱保管性が得られる。一方、ビニル樹脂のガラス転移点が65℃以下であることによって、十分な低温定着性が得られる。
ビニル樹脂のガラス転移点(Tg)は、「ダイヤモンドDSC」(パーキンエルマー社製)を用いて測定される値である。
測定手順としては、測定試料(ビニル樹脂)3.0mgをアルミニウム製パンに封入し、ホルダーにセットする。リファレンスは空のアルミニウム製パンを使用した。測定条件としては、測定温度0℃〜200℃、昇温速度10℃/分、降温速度10℃/分で、Heat−cool−Heatの温度制御で行い、その2nd.Heatにおけるデータをもとに解析を行い、第1の吸熱ピークの立ち上がり前のベースラインの延長線と、第1のピークの立ち上がり部分からピーク頂点までの間で最大傾斜を示す接線を引き、その交点をガラス転移点とする。
結着樹脂におけるビニル樹脂の含有割合は、65〜95質量%であることが好ましい。
〔非晶性ポリエステル樹脂〕
非晶性ポリエステル樹脂とは、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縮重合したものであって、示差走査熱量測定(DSC)において、明確な吸熱ピークが認められないポリエステル樹脂をいう。
本発明においては、非晶性ポリエステル樹脂は、ビニル重合セグメントと非晶性ポリエステル重合セグメントとが結合してなるビニル変性非晶性ポリエステル樹脂であってもよい。
非晶性ポリエステル樹脂を形成するための多価カルボン酸成分としては、多価カルボン酸およびこれのアルキルエステル、酸無水物および酸塩化物を用いることができ、多価アルコール成分としては、多価アルコールおよびこれのエステル化合物およびヒドロキシカルボン酸を用いることができる。
多価カルボン酸としては、例えばテレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンジカルボン酸、ナフタレントリカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸などの芳香族カルボン酸類;無水マレイン酸、フマル酸、コハク酸、アルケニル無水コハク酸、アジピン酸などの脂肪族カルボン酸類;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式カルボン酸類が挙げられ、これらの多価カルボン酸の中でも、直鎖アルキル基を含まないものを用いることが好ましく、さらに芳香族カルボン酸を用いることが好ましく、また、架橋構造または分岐構造を形成させて良好な定着性を確保する目的で、ジカルボン酸と共に3価以上のカルボン酸(トリメリット酸やその酸無水物など)を併用することが好ましい。
多価カルボン酸成分は、1種類のものに限定されるものではなく、2種類以上を混合して用いてもよい。
多価アルコールとしては、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、プロピレングリコール、ブタンジオール、へキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール、ネオペンチルグリコールなどの脂肪族ジオール類;シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールなどの脂環式ジオール類;ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物などの芳香族ジオール類などが挙げられ、これらの多価アルコールの中でも、直鎖アルキル基を含まないものを用いることが好ましく、さらに芳香族ジオール類または脂環式ジオール類を用いることが好ましく、芳香族ジオール類を用いることがより好ましい。また、架橋構造または分岐構造を形成させて良好な定着性を確保する目的で、ジオールと共に3価以上のアルコール(グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサエチロールメラミン、テトラメチロールベンゾグアナミンおよびテトラエチロールベンゾグアナミンなど)を併用することが好ましい。
多価アルコール成分は、1種類のものに限定されるものではなく、2種類以上を混合して用いてもよい。
非晶性ポリエステル樹脂の製造方法としては、特に制限はなく、多価カルボン酸成分と多価アルコール成分とを触媒下で反応させる一般的なポリエステルの重合法を用いて製造することができ、例えば直接重縮合やエステル交換法を、モノマーの種類によって使い分けて製造することが好ましい。
重合温度は180〜230℃の間で行うことができ、必要に応じて反応系内を減圧にし、縮合時に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる。
モノマーが、反応温度下で溶解または相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させてもよい。重縮合反応においては、溶解補助溶剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の低いモノマーが存在する場合は、あらかじめ相溶性の低いモノマーとそのモノマーと重縮合予定の酸またはアルコールとを縮合させておいてから主成分と共に重縮合させるとよい。
非晶性ポリエステル樹脂の製造に使用することのできる触媒としては、例えばナトリウム、リチウムなどのアルカリ金属化合物;マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属化合物;亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウムなどの金属化合物;亜リン酸化合物;リン酸化合物;およびアミン化合物などが挙げられる。
具体的には、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、酢酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、酢酸マグネシウム、酢酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、塩化亜鉛、酢酸マンガン、ナフテン酸マンガン、チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシド、三酸化アンチモン、トリフェニルアンチモン、トリブチルアンチモン、ギ酸スズ、シュウ酸スズ、テトラフェニルスズ、ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズオキシド、ジフェニルスズオキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ナフテン酸ジルコニウム、炭酸ジルコニール、酢酸ジルコニール、ステアリン酸ジルコニール、オクチル酸ジルコニール、酸化ゲルマニウム、トリフェニルホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、トリエチルアミン、トリフェニルアミン等の化合物が挙げられる。
上記の多価カルボン酸成分と多価アルコール成分との使用比率は、多価アルコール成分のヒドロキシル基[OH]と多価カルボン酸成分のカルボキシル基[COOH]との当量比[OH]/[COOH]が、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。
非晶性ポリエステル樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される分子量は、重量平均分子量(Mw)が1,500〜60,000であることが好ましく、より好ましくは3,000〜40,000である。
非晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)が1,500以上であることにより、結着樹脂全体として好適な凝集力が得られ、熱定着時に高温オフセット現象が発生することが抑制される。非晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)が60,000以下であることにより、十分な溶融粘度を得ることができ、十分な最低定着温度を確保することができるので、熱定着時に高温オフセット現象が発生することが抑制される。
非晶性ポリエステル樹脂のGPCによる分子量測定は、測定試料として非晶性ポリエステル樹脂を用いたこと以外は上記と同様にして行われるものである。
非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移点は、42〜75℃であることが好ましく、より好ましくは45〜70℃である。
非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移点が42℃以上であることにより、当該非晶性ポリエステル樹脂について高温領域における凝集力が適切なものとなり、熱定着時に高温オフセット現象が発生することが抑制される。また、非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移点が75℃以下であることにより、熱定着時に十分な溶融を得ることができて十分な低温定着性が得られる。
非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移点は、測定試料として非晶性ポリエステル樹脂を用いたこと以外は上記と同様にして測定されるものである。
(ビニル変性非晶性ポリエステル樹脂)
ビニル変性非晶性ポリエステル樹脂は、ビニル重合セグメントと非晶性ポリエステル重合セグメントとが結合してなるものである。
(ビニル重合セグメント)
ビニル重合セグメントは、ビニル単量体を用いて形成されるものであり、具体的には、ビニル重合セグメントは、スチレン−アクリル共重合体、スチレン重合体、アクリル重合体などからなるものとすることができ、スチレン−アクリル共重合体からなることが好ましい。
ビニル重合セグメントを形成するために用いることのできるビニル単量体としては、ビニル樹脂を形成するために用いることのできるビニル単量体として例示したものを用いることができる。
ビニル重合セグメントを形成するためのビニル単量体は、1種単独で、または2種以上を組み合せて使用することができる。
(非晶性ポリエステル重合セグメント)
非晶性ポリエステル重合セグメントは、上記の非晶性ポリエステル樹脂と同様の構成を有するものとすることができる。
ビニル変性非晶性ポリエステル樹脂におけるビニル重合セグメントの含有割合は、5〜30質量%であることが好ましく、より好ましくは7〜20質量%である。
ビニル重合セグメントの含有割合は、具体的には、ビニル変性非晶性ポリエステル樹脂を合成するために用いられる樹脂材料の全質量、すなわち、非晶性ポリエステル重合セグメントとなる多価カルボン酸および多価アルコールと、ビニル重合セグメントとなるビニル単量体と、これらを結合させるための両反応性モノマーとを合計した全質量に対する、ビニル単量体の質量の割合である。
ビニル重合セグメントの含有割合が上記の範囲内にあることによって、マトリクス相を構成するビニル樹脂との親和性が適正に制御され、トナー粒子の表面平滑性を確保することができる。
(ビニル変性非晶性ポリエステル樹脂の製造方法)
ビニル変性非晶性ポリエステル樹脂は、非晶性ポリエステル重合セグメントとビニル重合セグメントとを両反応性モノマーを介して結合することにより製造することができる。詳細には、ビニル単量体を付加重合させる工程の前、中および後の少なくともいずれかの時点で、多価カルボン酸および多価アルコールを存在させて縮重合反応を行うことによって製造することができる。
具体的には、既存の一般的なスキームを使用することができる。代表的な方法としては、以下の3つが挙げられる。
(1)ビニル重合セグメントを形成するためのビニル単量体の付加重合反応を行った後、非晶性ポリエステル重合セグメントを形成するための多価カルボン酸および多価アルコールの縮重合反応を行い、必要に応じて架橋剤となる3価以上のビニル単量体を反応系に添加し、縮重合反応をさらに進行させる方法。
(2)非晶性ポリエステル重合セグメントを形成するための多価カルボン酸および多価アルコールの縮重合反応を行った後、ビニル重合セグメントを形成するためのビニル単量体の付加重合反応を行い、その後、必要に応じて架橋剤となる3価以上のビニル単量体を反応系に添加し、縮重合反応に適した温度条件下で、縮重合反応をさらに進行させる方法。
(3)付加重合反応に適した温度条件下で、ビニル重合セグメントを形成するためのビニル単量体の付加重合反応、および、非晶性ポリエステル重合セグメントを形成するための多価カルボン酸および多価アルコールの縮重合反応を平行して行い、付加重合反応が終了した後、必要に応じて架橋剤となる3価以上のビニル単量体を反応系に添加し、縮重合反応に適した温度条件下で縮重合反応をさらに進行させる方法。
両反応性モノマーは、多価カルボン酸・多価アルコールおよび/またはビニル単量体と共に添加する。
両反応性モノマーは、分子内に、水酸基、カルボキシ基、エポキシ基、第1級アミノ基および第2級アミノ基からなる群より選ばれた少なくとも1種の官能基、好ましくは水酸基および/またはカルボキシ基、より好ましくはカルボキシ基と、エチレン性不飽和結合とを有する化合物、すなわち、ビニル系カルボン酸であることが好ましい。両反応性モノマーの具体例としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸などが挙げられ、さらにこれらのヒドロキシアルキル(炭素数1〜3)エステルであってもよいが、反応性の観点から、アクリル酸、メタクリル酸およびフマル酸を用いることが好ましい。
また、両反応性モノマーとして、多価のビニル系カルボン酸よりも、一価のビニル系カルボン酸を用いることが、トナーの耐久性の観点から好ましい。これは、一価のビニル系カルボン酸とビニル単量体との反応性が高いため、ハイブリッド化し易いためと考えられる。一方、フマル酸などのジカルボン酸を両反応性モノマーとして用いた場合、トナーの耐久性がやや劣るものとなる。これは、ジカルボン酸とビニル単量体との反応性が低く、均一にハイブリッド化しにくいため、ドメイン構造をとるためと考えられる。
両反応性モノマーの使用量は、トナーの低温定着性、耐高温オフセット性および耐破砕性を向上させる観点から、ビニル単量体の総量100質量部に対して、1〜10質量部が好ましく、4〜8質量部がより好ましく、多価カルボン酸および多価アルコールの総量100質量部に対して、0.3〜8質量部が好ましく、0.5〜5質量部がより好ましい。
付加重合反応は、例えば、ラジカル重合開始剤、架橋剤などの存在下、有機溶媒中または無溶媒下で、常法により行うことができるが、温度条件は110〜200℃が好ましく、140〜180℃がより好ましい。ラジカル重合開始剤としては、ジアルキルパーオキサイド、ジブチルパーオキサイド、ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカルボン酸などが挙げられ、これらはそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
縮重合反応は、例えば、不活性ガス雰囲気中にて、180〜250℃の温度条件で行うことができるが、エステル化触媒、重合禁止剤などの存在下で行うことが好ましい。エステル化触媒としては、ジブチル錫オキシド、チタン化合物、オクチル酸スズなどのSn−C結合を有していない錫(II)化合物などが挙げられ、これらはそれぞれ単独でまたは両者を組み合わせて用いることができる。
結着樹脂における非晶性ポリエステル樹脂の含有割合は、5〜70質量%であることが好ましく、より好ましくは10〜20質量%である。
非晶性ポリエステル樹脂の含有割合が上記の範囲内であることによって、非晶性ポリエステル樹脂の樹脂特性が十分に発揮され、優れた低温定着性、耐熱保管性および定着分離性を得ることができる。
〔結晶性ポリエステル樹脂〕
本発明においては、結着樹脂に結晶性ポリエステル樹脂が含有されていてもよい。結晶性ポリエステル樹脂は定着助剤として低温定着性に寄与する。
結晶性ポリエステル樹脂は、トナー粒子における内部領域13にドメイン相14(図1参照)として分散されていることが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂とは、少なくともジオール成分とジカルボン酸成分とを縮重合したものであり、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピーク(吸熱スペクトル曲線が変曲点を経て最高点に至り下降して変曲点に至る形状)を有するポリエステル樹脂をいう。明確な吸熱ピークとは、具体的には、示差走査熱量測定(DSC)において、昇温速度10℃/minで測定した際に、吸熱ピークの半値幅が15℃以内であるピークのことを意味する。
本発明においては、結晶性ポリエステル樹脂は、ビニル重合セグメントと結晶性ポリエステル重合セグメントとが結合してなるビニル変性結晶性ポリエステル樹脂であってもよい。
結晶性ポリエステル樹脂を形成するためのジオール成分としては、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−へキサンジオール、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−ドデカンジオール、1,12−ウンデカンジオール、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−エイコサンジオールなどが挙げられるが、この限りではない。これらの中では、融点などの観点から、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオールを用いることが好ましい。
ジオール成分は、1種類のものに限定されるものではなく、2種類以上を混合して用いてもよい。
結晶性ポリエステル樹脂を形成するためのジカルボン酸成分としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼリン酸、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、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸などの脂肪族ジカルボン酸や、その低級アルキルエステル、酸無水物などが挙げられる。
また、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4,−ビフェニルジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸を用いることもでき、これらの中でも、低融点のポリエステル樹脂を形成しやすいなどの観点から、テレフタル酸を用いることが好ましい。
また、2重結合を有するジカルボン酸成分や、スルホン酸基を有するジカルボン酸成分を用いてもよい。
ジカルボン酸成分は、1種類のものに限定されるものではなく、2種類以上を混合して用いてもよい。
結晶性ポリエステル樹脂の製造方法としては、特に限定されないが、上述の非晶性ポリエステル樹脂の製造方法と同様の製造方法に従って製造することができる。
結晶性ポリエステル樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される分子量は、トナーの機械的強度、および得られた定着画像の画像強度や製造性、また定着性の観点から、重量平均分子量(Mw)が8,000〜35,000であることが好ましく、より好ましくは10,000〜30,000である。
結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)が8,000以上であることにより、熱定着時に耐オフセット性が十分に得られる。結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)が35,000以下であることにより、当該結晶性ポリエステル樹脂を安定して製造することができる。
結晶性ポリエステル樹脂のGPCによる分子量測定は、測定試料として結晶性ポリエステル樹脂を用いたこと以外は上記と同様にして行われるものである。
結晶性ポリエステル樹脂としては、融点が50〜90℃のものを用いることが好ましく、より好ましくは65〜85℃である。
結晶性ポリエステル樹脂の融点が50℃以上であることにより、得られるトナーが熱的強度の高いものとなって十分な耐熱保管性が得られる。また、結晶性ポリエステル樹脂の融点が90℃以下であることにより、十分な低温定着性が得られる。
ここに、結晶性ポリエステル樹脂の融点は、具体的には、示差走査熱量計「ダイヤモンドDSC」(パーキンエルマー社製)を用い、昇降速度10℃/minで0℃から200℃まで昇温する第1昇温過程、冷却速度10℃/minで200℃から0℃まで冷却する冷却過程、および昇降速度10℃/minで0℃から200℃まで昇温する第2昇温過程をこの順に経る測定条件(昇温・冷却条件)によって測定されるものであり、この測定によって得られるDSC曲線に基づいて、第1昇温過程における結晶性ポリエステル樹脂に由来の吸熱ピークトップ温度を、融点とするものである。測定手順としては、結晶性ポリエステル樹脂3.0mgをアルミニウム製パンに封入し、「ダイヤモンドDSC」のサンプルホルダーにセットする。リファレンスは空のアルミニウム製パンを使用した。
(ビニル変性結晶性ポリエステル樹脂)
ビニル変性結晶性ポリエステル樹脂は、上記のビニル変性非晶性ポリエステル樹脂において非晶性ポリエステル重合セグメントの代わりに結晶性ポリエステル重合セグメントが結合されていること以外は同様のものであり、また、同様の製造方法によって製造することができる。
結晶性ポリエステル重合セグメントは、上記の結晶性ポリエステル樹脂と同様の構成を有するものとすることができる。
結着樹脂における結晶性ポリエステル樹脂の含有割合は、2〜20質量%であることが好ましく、より好ましくは5〜15質量%である。
結晶性ポリエステル樹脂の含有割合が2質量%以上であることにより、低温定着性を確保することができる。また、結晶性ポリエステル樹脂の含有割合が20質量%以下であることにより、十分な耐熱保管性が得られる。
結着樹脂を構成する各樹脂に係る分子量分布、ガラス転移点および融点は、それぞれ、トナー粒子から抽出したビニル樹脂、非晶性ポリエステル樹脂および結晶性ポリエステル樹脂を測定試料として使用して測定することができる。
〔離型剤〕
本発明に係るトナー粒子において、離型剤は、ビニル樹脂よりなるマトリクス相中において、ドメイン相として分散していることが好ましく、さらに、非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12に対して独立したドメイン相として存在していることがより好ましく、特に、離型剤によるドメイン相がトナー粒子における内部領域13に分散されていることが好ましい。
離型剤によるドメイン相の個数平均のドメイン径は、100〜2000nmであることが好ましい。
離型剤によるドメイン相の個数平均のドメイン径は、上記の非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の個数平均のドメイン径の測定方法において、非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の代わりに離型剤によるドメイン相の水平方向フェレ径を測定することの他は同様にして、測定されるものである。
離型剤としては、特に限定されるものではなく公知の種々のワックスを用いることができ、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの分枝鎖状炭化水素ワックス、パラフィンワックス、サゾールワックスなどの長鎖炭化水素系ワックス、ジステアリルケトンなどのジアルキルケトン系ワックス、カルナバワックス、モンタンワックス、ベヘン酸ベヘネート、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなどのエステル系ワックス、エチレンジアミンベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミドなどのアミド系ワックスなどが挙げられる。
離型剤の含有割合は、結着樹脂100質量部に対して通常2〜20質量部とされ、より好ましくは3〜18質量部、特に好ましくは4〜15質量部の範囲とされる。離型剤の含有割合が上記範囲内であることにより、十分な定着分離性が得られる。
これらのうちでも、低温定着時の離型性の観点から、融点の低いもの、具体的には、融点が50〜95℃のものを用いることが好ましい。
〔着色剤〕
着色剤としては、一般に知られている染料および顔料を用いることができる。
黒色のトナーを得るための着色剤としては、ファーネスブラック、チャンネルブラックなどのカーボンブラック、マグネタイト、フェライトなどの磁性体、染料、非磁性酸化鉄を含む無機顔料などの公知の種々のものを任意に使用することができる。
カラーのトナーを得るための着色剤としては、染料、有機顔料などの公知のものを任意に使用することができ、具体的には、有機顔料としては例えばC.I.ピグメントレッド5、同48:1、同53:1、同57:1、同81:4、同122、同139、同144、同149、同166、同177、同178、同222、同238、同269、C.I.ピグメントイエロー14、同17、同74、同93、同94、同138、同155、同180、同185、C.I.ピグメントオレンジ31、同43、C.I.ピグメントブルー15;3、同60、同76などを挙げることができ、染料としては例えばC.I.ソルベントレッド1、同49、同52、同58、同68、同11、同122、C.I.ソルベントイエロー19、同44、同77、同79、同81、同82、同93、同98、同103、同104、同112、同162、C.I.ソルベントブルー25、同36、同69、同70、同93、同95などを挙げることができる。
各色のトナーを得るための着色剤は、各色について、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
着色剤の含有割合は、結着樹脂100質量部に対して1〜30質量部であることが好ましく、より好ましくは2〜20質量部である。
〔トナー粒子の構成〕
本発明に係るトナー粒子中には、結着樹脂、着色剤および離型剤の他に、必要に応じて荷電制御剤などの内添剤が含有されていてもよい。
〔荷電制御剤〕
荷電制御剤としては、公知の種々の化合物を用いることができる。
荷電制御剤の含有割合は、結着樹脂100質量部に対して通常0.1〜10質量部とされ、より好ましくは0.5〜5質量%とされる。
〔トナーの軟化点〕
本発明に係るトナーは、軟化点が90〜120℃であることが好ましい。
トナーの軟化点が上記の範囲にあることにより、好適な低温定着性が得られる。
トナーの軟化点は、下記に示すフローテスターによって測定されるものである。
具体的には、まず、20℃、50%RHの環境下において、試料(トナー)1.1gをシャーレに入れ平らにならし、12時間以上放置した後、成型器「SSP−10A」(島津製作所社製)によって3820kg/cm2 の力で30秒間加圧し、直径1cmの円柱型の成型サンプルを作成し、次いで、この成型サンプルを、24℃、50%RHの環境下において、フローテスター「CFT−500D」(島津製作所社製)により、荷重196N(20kgf)、開始温度60℃、予熱時間300秒間、昇温速度6℃/分の条件で、円柱型ダイの穴(1mm径×1mm)より、直径1cmのピストンを用いて予熱終了時から押し出し、昇温法の溶融温度測定方法でオフセット値5mmの設定で測定したオフセット法温度Toffsetが、軟化点とされる。
〔トナーの平均粒径〕
本発明のトナーの平均粒径は、例えば体積基準のメジアン径で3〜8μmであることが好ましく、更に好ましくは4〜8μmとされる。この粒径は、例えば後述するトナーの製造方法においては、使用する凝集剤の濃度や樹脂微粒子の融着時間、各樹脂を構成する重合体の組成などによって制御することができる。
体積基準のメジアン径が上記の範囲にあることにより、転写効率が高くなってハーフトーンの画質が向上し、細線やドットなどの画質が向上する。
トナー粒子の体積基準のメジアン径は「マルチサイザー3」(ベックマン・コールター社製)に、データ処理用ソフト「Software V3.51」を搭載したコンピューターシステムを接続した測定装置を用いて測定・算出されるものである。具体的には、トナー0.02gを、界面活性剤溶液20mL(トナー粒子の分散を目的として、例えば界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)に添加して馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー分散液を調製し、このトナー分散液を、サンプルスタンド内の「ISOTONII」(ベックマン・コールター社製)の入ったビーカーに、測定装置の表示濃度が8%になるまでピペットにて注入する。ここで、この濃度範囲にすることにより、再現性のある測定値を得ることができる。そして、測定装置において、測定粒子カウント数を25000個、アパチャー径を50μmにし、測定範囲である1〜30μmの範囲を256分割しての頻度値を算出し、体積積算分率の大きい方から50%の粒子径が体積基準のメジアン径とされる。
〔トナー粒子の平均円形度〕
本発明のトナーは、このトナーを構成する個々のトナー粒子について、転写効率の向上の観点から、平均円形度が0.850〜0.990であることが好ましい。
本発明において、トナー粒子の平均円形度は、「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて測定されるものである。
具体的には、試料(トナー粒子)を界面活性剤入り水溶液にてなじませ、超音波分散処理を1分間行って分散させた後、「FPIA−2100」(Sysmex社製)により、測定条件HPF(高倍率撮像)モードにて、HPF検出数3,000〜10,000個の適正濃度で撮影を行い、個々のトナー粒子について下記式(T)に従って円形度を算出し、各トナー粒子の円形度を加算し、全トナー粒子数で除することにより算出される。
式(T):円形度=(粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
以上のトナーによれば、トナー粒子において、ビニル樹脂からなるマトリクス相中に、非晶性ポリエステル樹脂からなる小径のドメイン相が表層領域11に偏在するよう分散されているので、低温定着性、耐熱保管性および定着分離性が得られる。
これは、以下の理由によるものと推測される。まず、結着樹脂として非晶性ポリエステル樹脂を用いることにより、低温定着性および耐熱保管性を両立して得ることができる。しかも、非晶性ポリエステル樹脂がトナー粒子の表層領域11に小径のドメイン相として分散されていることにより、熱定着時にこれらのドメイン相間を離型剤が移動することにより、定着画像の表面への離型剤の浸み出しが十分に得られ、その結果、十分な定着分離性が得られる。
〔トナーの製造方法〕
本発明のトナーの製造方法は、ビニル樹脂および非晶性ポリエステル樹脂を含有する結着樹脂と、着色剤と、離型剤とを有するトナー粒子からなるトナーを製造する方法であって、水系媒体中において、離型剤を含有するビニル重合体(A)よりなる樹脂微粒子(M)と着色剤微粒子とを凝集させてコア粒子を作製し、このコア粒子の表面に、非晶性ポリエステル樹脂微粒子がビニル重合体(B)によって被覆されたシード重合樹脂微粒子(S)を添加し、凝集、融着させることによりシェル層を形成し、これによりトナー粒子を作製することを特徴とする方法である。
本発明のトナーの製造方法によって得られるトナー粒子は、コア粒子の表面がシェル層によって被覆された、いわゆるコア−シェル構造を有する粒子となる。シェル層は、コア粒子を完全に被覆した構造を有することが好ましい。
本発明において、「水系媒体」とは、水50〜100質量%と、水溶性の有機溶媒0〜50質量%とからなる媒体をいう。水溶性の有機溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフランを例示することができ、各樹脂微粒子を溶解しない有機溶媒を用いることが好ましい。
本発明のトナーの製造方法の一例を具体的に示すと、
(1)離型剤を含有するビニル重合体(A)よりなる樹脂微粒子(M)を作製する、離型剤を含有する樹脂微粒子(M)作製工程、
(2)非晶性ポリエステル樹脂微粒子が分散された水系媒体中に、ビニル単量体(b)を添加し、非晶性ポリエステル樹脂微粒子をシード粒子としてビニル単量体(b)によるシード重合を行うことにより、非晶性ポリエステル樹脂微粒子がビニル重合体(B)によって被覆された樹脂微粒子(S)を作製する、非晶性ポリエステル樹脂微粒子を含有するシード重合樹脂微粒子(S)作製工程、
(3)水系媒体中において、樹脂微粒子(M)と着色剤微粒子とを凝集させてコア粒子を形成するコア粒子形成工程、
(4)コア粒子の表面に、シード重合樹脂微粒子(S)を凝集、融着させることによりシェル層を形成して会合粒子を形成するシェル層形成工程、
(5)会合粒子を熱エネルギーにより熟成させて形状を制御し、トナー粒子を得る熟成工程、
(6)トナー粒子の分散液を冷却する冷却工程、
(7)水系媒体からトナー粒子を濾別し、当該トナー粒子から界面活性剤などを除去する濾過・洗浄工程、
(8)洗浄されたトナー粒子を乾燥する乾燥工程、
(9)乾燥されたトナー粒子に外添剤を添加する外添剤添加工程
などの、本発明に必須の(1)〜(4)の工程に、必要に応じて加えることができる(5)〜(9)の工程からなるものを挙げることができる。
(1)離型剤を含有する樹脂微粒子(M)作製工程
この工程においては、ビニル重合体(A)を主成分とし、離型剤を含有する樹脂微粒子(M)が作製される。樹脂微粒子(M)を作製する方法の一例として、ビニル重合体(A)を得るためのビニル単量体(a)を使用してミニエマルション重合法によって作製する方法を挙げることができる。すなわち、例えば界面活性剤を含有した水系媒体中に、離型剤を溶解または分散させたビニル単量体(a)の単量体混合液を添加し、機械的エネルギーを加えて液滴を形成させ、次いで、水溶性のラジカル重合開始剤からのラジカルにより当該液滴中において重合反応を進行させる。なお、前記液滴中に油溶性の重合開始剤が含有されていてもよい。これにより、ビニル重合体(A)を主成分とし、離型剤を含有する樹脂微粒子(M)を作製することができる。
この樹脂微粒子(M)は、ビニル重合体(A)のみからなる最外層が形成されてなるものであることが好ましい。樹脂微粒子(M)がこのような構造を有するものであることによれば、離型剤が粒子表面に存在しない状態とされるので、トナー粒子において、離型剤によるドメイン相をトナー粒子の内部に存在させて非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12に対して独立したドメイン相として存在させることが容易となる。
このようなビニル重合体(A)のみからなる最外層が形成されてなる樹脂微粒子(M)は、例えば、離型剤微粒子が分散されてなる水系媒体中に、当該離型剤微粒子をシード粒子とし、この離型剤微粒子上にビニル単量体(a)をシード重合させることによって最外層を形成する方法や、上記のミニエマルション重合法によって作製された離型剤を含有する樹脂微粒子をシード粒子とし、この離型剤を含有する樹脂微粒子上にビニル単量体(a)をシード重合させることによって最外層を形成する多段重合法などによって作製することができる。特に、溶融粘度の低い離型剤を用いることができることから、多段重合法により作製することが好ましい。
ビニル重合体(A)を得るためのビニル単量体(a)としては、上記に示したビニル単量体を挙げることができる。以下のビニル単量体は、1種単独で、または2種以上を組み合せてビニル単量体(a)として使用することができる。
樹脂微粒子(M)に含有される離型剤の含有割合は、5〜20質量%であることが好ましい。樹脂微粒子(M)に含有される離型剤の含有割合が上記の範囲にあることにより、定着分離性および低温定着性が確実に両立して得られる。離型剤の含有割合が過少である場合には、定着分離性が低く、熱定着時に定着部材への巻き付きを生じたり、トナーが定着部材に付着して高温オフセット現象が発生するおそれがある。離型剤の含有割合が過多である場合には、離型剤が吸収する熱量が増大することや、記録材と結着樹脂との接着が阻害されることによって低温定着性が低下し、また、遊離の離型剤が生じることによって感光体や中間転写体などにおけるフィルミングが発生してしまうおそれがある。
(界面活性剤)
界面活性剤としては、従来公知の種々のカチオン系界面活性剤、ノニオン界面活性剤、アニオン系界面活性剤などを用いることができる。
カチオン性界面活性剤の具体例としては、ドデシルアンモニウムブロマイド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロマイド、ドデシルピリジニウムクロライド、ドデシルピリジニウムブロマイド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイドなどが挙げられる。
ノニオン性界面活性剤の具体例としては、ドデシルポリオキシエチレンエーテル、ヘキサデシルポリオキシエチレンエーテル、ノリルフェニルポリキオシエチレンエーテル、ラウリルポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンモノオレアートポリオキシエチレンエーテル、スチリルフェニルポリオキシエチレンエーテル、モノデカノイルショ糖などが挙げられる。
アニオン性界面活性剤の具体例としては、ステアリン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウムなどの脂肪族石鹸や、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリオキシエチレン(2)ラウリルエーテル硫酸ナトリウムなどを挙げることができる。
これらの界面活性剤は、必要に応じて、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
(重合開始剤)
重合開始剤としては、公知の種々のものを用いることができる。重合開始剤の具体例としては、例えば過酸化水素、過酸化アセチル、過酸化クミル、過酸化−tert−ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化クロロベンゾイル、過酸化ジクロロベンゾイル、過酸化ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、ペルオキシ炭酸ジイソプロピル、テトラリンヒドロペルオキシド、1−フェニル−2−メチルプロピル−1−ヒドロペルオキシド、過トリフェニル酢酸−tert−ヒドロペルオキシド、過ギ酸−tert−ブチル、過酢酸−tert−ブチル、過安息香酸−tert−ブチル、過フェニル酢酸−tert−ブチル、過メトキシ酢酸−tert−ブチル、過N−(3−トルイル)パルミチン酸−tert−ブチルなどの過酸化物類;2,2′−アゾビス(2−アミノジプロパン)塩酸塩、2,2′−アゾビス−(2−アミノジプロパン)硝酸塩、1,1′−アゾビス(1−メチルブチロニトリル−3−スルホン酸ナトリウム)、4,4′−アゾビス−4−シアノ吉草酸、ポリ(テトラエチレングリコール−2,2′−アゾビスイソブチレート)などのアゾ化合物などが挙げられる。
(連鎖移動剤)
この工程においては、ビニル重合体(A)の分子量を調整することを目的として、一般的に用いられる連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤としては特に限定されるものではなく、例えば2−クロロエタノール、オクチルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタンなどのメルカプタンおよびスチレンダイマーなどを挙げることができる。
本発明に係るトナー粒子中に荷電制御剤などの他の内添剤を含有させる場合は、例えば、この樹脂微粒子(M)作製工程において、予め、ビニル重合体(A)を形成するための単量体混合液に溶解または分散させておくことによってトナー粒子中に導入することができる。
また、このような内添剤は、別途内添剤のみよりなる内添剤微粒子の分散液を調製し、コア粒子形成工程において樹脂微粒子(M)および着色剤微粒子と共に当該内添剤微粒子を凝集させることにより、トナー粒子中に導入することもできるが、この樹脂微粒子(M)作製工程において予め導入しておく方法を採用することが好ましい。
樹脂微粒子(M)の平均粒径は、体積基準のメジアン径で50〜400nmの範囲にあることが好ましい。
樹脂微粒子(M)の体積基準のメジアン径は、「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定されるものである。
(2)非晶性ポリエステル樹脂微粒子を含有するシード重合樹脂微粒子(S)作製工程
この工程においては、非晶性ポリエステル樹脂微粒子がビニル重合体(B)による被覆層によって被覆されたシード重合樹脂微粒子(S)を作製する。具体的には、非晶性ポリエステル樹脂微粒子が分散された水系媒体中に、ビニル単量体(b)および重合開始剤を添加し、非晶性ポリエステル樹脂微粒子をシード粒子としてビニル単量体(b)によるシード重合を行うことにより、シード重合樹脂微粒子(S)を作製する。
ビニル単量体(b)としては、上記の離型剤を含有する樹脂微粒子(M)を構成するビニル重合体(A)を形成するためのビニル単量体(a)として例示したものを用いることができる。上記のビニル単量体は、1種単独で、または2種以上を組み合せてビニル単量体(b)として使用することができる。
本発明においては、シード重合樹脂微粒子(S)を構成するビニル重合体(B)と樹脂微粒子(M)の最外層を構成するビニル重合体(A)とが同じ種類の単量体より重合されたものであることが好ましく、シード重合樹脂微粒子(S)を構成するビニル重合体(B)と樹脂微粒子(M)の最外層を構成するビニル重合体(A)とが同じ組成のものであることがより好ましい。ただし、シェル層を形成するためのシード重合樹脂微粒子(S)を表面に配向しやすくするために、ビニル単量体(b)におけるカルボニル基を有する単量体の割合を多くすることが好ましい。このようにシード重合樹脂微粒子(S)を構成するビニル重合体(B)と樹脂微粒子(M)の最外層を構成するビニル重合体(A)ビニル重合体(A)とが同じ組成、かつ、ビニル単量体(b)におけるカルボニル基を有する単量体の割合が多いことによって、シェル層形成工程において、薄層で均一なシェル層を表層に形成させることができる。
また、ビニル単量体(b)としては、少なくとも、カルボニル基を有する単量体を含むことが好ましい。好ましいカルボニル基を有する単量体としては、(メタ)アクリル酸エステル系単量体およびカルボキシ基などの酸基を有するものを挙げることができる。好ましい(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては、メタクリル酸メチルまたはブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレートなどが挙げられる。また、好ましいカルボキシ基を有する単量体としては、メタクリル酸、アクリル酸などが挙げられる。ビニル単量体(b)としてカルボニル基を有するものを用いることにより、当該カルボニル基を有する単量体は極性が高いので、非晶性ポリエステル樹脂微粒子の表面にビニル重合体(B)による被覆層を容易に形成することができる。
全ビニル単量体(b)におけるカルボニル基を有する単量体の割合は、2〜15質量%であることが好ましい。カルボニル基を有する単量体の割合が過多である場合は、トナー粒子の表面への水分の吸着量が増えることによって、トナーブリスターの発生や帯電量環境差の拡大が生じるおそれがある。
シード粒子となる非晶性ポリエステル樹脂微粒子の平均粒径は、体積基準のメジアン径で30〜150nmの範囲にあることが好ましい。
非晶性ポリエステル樹脂微粒子の体積基準のメジアン径が上記の範囲にあることにより、得られるトナー粒子において非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相12の個数平均のドメイン径を30〜150nmの範囲とすることができる。
非晶性ポリエステル樹脂微粒子の体積基準のメジアン径は、「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定されるものである。
非晶性ポリエステル樹脂微粒子に対するビニル単量体(b)の添加量は、得られるシード重合樹脂微粒子(S)における非晶性ポリエステル樹脂の含有割合が5〜90質量%、より好ましくは25〜75質量%となる量とされることが好ましい。シード重合樹脂微粒子(S)における非晶性ポリエステル樹脂の含有割合が5質量%以上であることにより、優れた低温定着性および耐熱保管性を確実に得ることができる。シード重合樹脂微粒子(S)における非晶性ポリエステル樹脂の含有割合が90質量%以下であることにより、トナー粒子について良好な表面平滑性を得ることができる。
水系媒体中には、界面活性剤が含有されていてもよい。界面活性剤としては、上記の離型剤を含有する樹脂微粒子(M)作製工程に挙げたものと同様のものを挙げることができる。
シード重合には、ビニル重合体(B)の分子量を調整することを目的として、一般的に用いられる連鎖移動剤を用いることができる。連鎖移動剤としては、上記の離型剤を含有する樹脂微粒子(M)作製工程に挙げたものと同様のものを挙げることができる。
重合開始剤としては、上記の離型剤を含有する樹脂微粒子(M)作製工程に挙げたものと同様のものを挙げることができる。
シード重合は、非晶性ポリエステル樹脂の粘度が高い状態で行われることが好ましく、シード重合の重合温度は、非晶性ポリエステル樹脂の融点+20℃以下であることが好ましく、融点+10℃以下であることがより好ましく、融点以下であることがさらに好ましい。
シード重合樹脂微粒子(S)の平均粒径は、体積基準のメジアン径で40〜160nmの範囲とされる。
シード重合樹脂微粒子(S)の体積基準のメジアン径が上記の範囲にあることによって、トナー粒子の表面を緻密に被覆することができて耐熱保管性を確保することができる。
シード重合樹脂微粒子(S)の体積基準のメジアン径は、「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定されるものである。
(3)コア粒子形成工程
この工程においては、樹脂微粒子(M)および着色剤微粒子、並びに必要に応じてその他のトナー構成成分の微粒子を凝集させる工程である。具体的には、これらの微粒子が分散された水系媒体中に、臨界凝集濃度以上の凝集剤を加えて凝集させる。
着色剤微粒子は、当該着色剤微粒子が水系媒体中に分散された分散液としてこのコア粒子形成工程に供されることが好ましい。
着色剤微粒子の分散液は、界面活性剤を臨界ミセル濃度(CMC)以上に添加した水系媒体中に着色剤を分散させることにより得られる。
着色剤の分散に使用する分散機としては、特に限定されないが、好ましくは超音波分散機、機械的ホモジナイザー、マントンゴーリンや圧力式ホモジナイザーなどの加圧分散機、サンドグラインダー、ゲッツマンミルやダイヤモンドファインミルなどの媒体型分散機が挙げられる。
着色剤微粒子の分散液における着色剤微粒子の平均粒径は、体積基準のメジアン径で例えば10〜200nmの範囲にあることが好ましい。なお、体積基準のメジアン径は、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定されるものである。
(凝集剤)
凝集剤としては、特に限定されるものではないが、アルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩などの金属塩から選択されるものが好適に使用される。金属塩としては、例えばナトリウム、カリウム、リチウムなどの一価の金属塩;カルシウム、マグネシウム、マンガン、銅などの二価の金属塩;鉄、アルミニウムなどの三価の金属塩などが挙げられる。具体的な金属塩としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化リチウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、硫酸銅、硫酸マグネシウム、硫酸マンガンなどを挙げることができ、これらの中で、より少量で凝集を進めることができることから、二価の金属塩を用いることが特に好ましい。これらは1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。
(4)シェル層形成工程
この工程においては、コア粒子の表面にシード重合樹脂微粒子(S)を凝集させて、さらに加熱によって融着させる工程である。具体的には、コア粒子が分散された水系媒体中にシード重合樹脂微粒子(S)を、ビニル重合体(A)およびビニル重合体(B)のガラス転移点以上にて添加することによって凝集、融着させる。
本発明においては、特に、樹脂微粒子(M)と着色剤微粒子とが凝集されてなるコア粒子が融着する前の時点で、シード重合樹脂微粒子(S)を当該水系媒体中にビニル重合体(A)およびビニル重合体(B)のガラス転移点以上の温度で添加し、その後、凝集、融着させることが好ましい。
シード重合樹脂微粒子(S)の添加量は、トナー粒子中7〜20質量%となる量であることが好ましい。
シード重合樹脂微粒子(S)の添加量がトナー粒子中7質量%となる量以上であることにより、コア粒子を完全に被覆したシェル層を形成することができる。一方、シード重合樹脂微粒子(S)の添加量がトナー粒子中20質量%となる量以下であることにより、定着性を阻害せずに耐熱保管性を確保することができる。
樹脂微粒子(M)およびシード重合樹脂微粒子(S)を融着させるための融着温度としては、ビニル重合体(A)およびビニル重合体(B)のガラス転移点以上であればよいが、特に、(ビニル重合体(A)およびビニル重合体(B)のガラス転移点+10℃)〜(ビニル重合体(A)およびビニル重合体(B)のガラス転移点+70℃)とされ、特に好ましくは(ビニル重合体(A)およびビニル重合体(B)のガラス転移点+35℃)〜(ビニル重合体(A)およびビニル重合体(B)のガラス転移点+60℃)とされる。
(5)熟成工程
熟成工程は、必要に応じて行われるものであって、当該熟成工程においては、シェル層形成工程によって得られた会合粒子を熱エネルギーにより所望の形状になるまで熟成させてトナー粒子を形成させる熟成処理が行われる。
熟成処理は、具体的には、会合粒子が分散された系を加熱撹拌することにより、会合粒子の形状を所望の円形度になるまで、加熱温度、撹拌速度、加熱時間などにより調整することにより、行われる。
(6)冷却工程
この冷却工程は、トナー粒子の分散液を冷却処理する工程である。冷却処理の条件としては、1〜20℃/minの冷却速度で冷却することが好ましい。冷却処理の具体的な方法としては特に限定されるものではなく、反応容器の外部より冷媒を導入して冷却する方法や、冷水を直接反応系に投入して冷却する方法などを例示することができる。
(7)濾過・洗浄工程
この濾過・洗浄工程は、冷却されたトナー粒子の分散液から当該トナー粒子を固液分離し、固液分離によって得られたトナーケーキ(ウェット状態にあるトナー粒子をケーキ状に凝集させた集合物)から界面活性剤や凝集剤などの付着物を除去して洗浄する工程である。
固液分離には、特に限定されずに、遠心分離法、ヌッチェなどを使用して行う減圧濾過法、フィルタープレスなどを使用して行う濾過法などを用いることができる。また、洗浄においては、濾液の電気伝導度が10μS/cmになるまで水洗浄することが好ましい。
(8)乾燥工程
この乾燥工程は、洗浄処理されたトナーケーキを乾燥する工程であり、一般的に行われる公知のトナー粒子の製造方法における乾燥工程に従って行うことができる。
具体的には、トナーケーキの乾燥に使用される乾燥機としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機などを挙げることができ、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動層乾燥機、回転式乾燥機、撹拌式乾燥機などを使用することが好ましい。
乾燥されたトナー粒子の水分は、5質量%以下であることが好ましく、更に好ましくは2質量%以下とされる。なお、乾燥されたトナー粒子同士が弱い粒子間引力で凝集している場合には、その凝集体を解砕処理してもよい。ここに、解砕処理装置としては、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル、フードプロセッサーなどの機械式の解砕装置を使用することができる。
以上のように得られるトナーは、体積基準のメジアン径が3〜8μmのものとされる。
(9)外添剤添加工程
上記のトナー粒子は、そのままトナーとして用いることができるが、流動性、帯電性、クリーニング性などを改良するために、当該トナー粒子に、いわゆる流動化剤、クリーニング助剤などの外添剤を添加した状態で使用してもよい。
外添剤としては種々のものを組み合わせて使用してもよい。
これらの外添剤の添加量は、その合計の添加量がトナー粒子100質量部に対して好ましくは0.05〜5質量部、より好ましくは0.1〜3質量部とされる。
外添剤の混合装置としては、ヘンシェルミキサー、コーヒーミルなどの機械式の混合装置を使用することができる。
以上のようなトナーの製造方法によれば、低温定着性、耐熱保管性および定着分離性が得られ、かつ、その表面の平滑化が図られた静電荷像現像用トナーを容易に製造することができる。
〔現像剤〕
本発明のトナーは、磁性または非磁性の一成分現像剤として使用することもできるが、キャリアと混合して二成分現像剤として使用してもよい。トナーを二成分現像剤として使用する場合において、キャリアとしては、鉄、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金などの従来から公知の材料からなる磁性粒子を用いることができ、特にフェライト粒子を用いることが好ましい。また、キャリアとしては、磁性粒子の表面を樹脂などの被覆剤で被覆したコートキャリアや、バインダー樹脂中に磁性体微粉末を分散してなる分散型キャリアなどを用いてもよい。
キャリアの体積基準のメジアン径は15〜100μmであることが好ましく、さらに好ましくは25〜80μmとされる。キャリアの体積基準のメジアン径は、代表的には湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス(HELOS)」(シンパティック(SYMPATEC)社製)により測定することができる。
好ましいキャリアとしては、磁性粒子の表面が樹脂により被覆されている樹脂被覆キャリア、樹脂中に磁性粒子を分散させたいわゆる樹脂分散型キャリアを挙げることができる。樹脂被覆キャリアを構成する樹脂としては、特に限定はないが、例えばオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エステル系樹脂、フッ素含有重合体系樹脂などが挙げられる。また、樹脂分散型キャリアを構成する樹脂としては、特に限定されず公知のものを使用することができ、例えばアクリル系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、フェノール樹脂などを使用することができる。
〔画像形成装置〕
本発明のトナーは、一般的な電子写真方式の画像形成方法に用いることができ、このような画像形成方法が行われる画像形成装置としては、例えば静電潜像担持体である感光体と、トナーと同極性のコロナ放電によって当該感光体の表面に一様な電位を与える帯電手段と、一様に帯電された感光体の表面上に画像データに基づいて像露光を行うことにより静電潜像を形成させる露光手段と、トナーを感光体の表面に搬送して前記静電潜像を顕像化してトナー像を形成する現像手段と、当該トナー像を必要に応じて中間転写体を介して記録材に転写する転写手段と、記録材上のトナー像を加熱定着させる定着手段を有するものを用いることができる。
また、本発明のトナーは、定着温度(定着部材の表面温度)が100〜200℃とされる比較的低温のものにおいて好適に用いることができる。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明の実施形態は上記の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔樹脂微粒子分散液の調製例MD1:離型剤を内包する樹脂微粒子〕
(第1段重合)
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム8gをイオン交換水3Lに溶解させた溶液を仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた後、過硫酸カリウム10gをイオン交換水200gに溶解させた溶液を添加し、再度液温を80℃とし、
スチレン 480g
n−ブチルアクリレート 250g
メタクリル酸 68g
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下後、80℃で2時間加熱、撹拌することにより重合を行い、樹脂微粒子〔a1〕が分散されてなる樹脂微粒子分散液〔A1〕を調製した。
(第2段重合)
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム7gをイオン交換水800mlに溶解させた溶液を仕込み、98℃に加熱後、上記の樹脂微粒子〔a1〕260gと、
スチレン 245g
n−ブチルアクリレート 120g
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 1.5g
離型剤:ベヘン酸ベヘネート(融点73℃) 190g
を90℃で溶解、混合させた単量体混合液とを添加し、循環経路を有する機械式分散機「CREARMIX」(エム・テクニック社製)により1時間混合分散させて、乳化粒子(油滴)を含む分散液を調製した。
次いで、この分散液に、過硫酸カリウム6gをイオン交換水200mlに溶解させた開始剤溶液を添加し、この系を82℃で1時間にわたって加熱撹拌することにより重合を行い、樹脂微粒子〔a2〕が分散されてなる樹脂微粒子分散液〔A2〕を調製した。
(第3段重合)
上記の樹脂微粒子分散液〔A2〕に、過硫酸カリウム11gをイオン交換水400mlに溶解させた溶液を添加し、82℃の温度条件下に、
スチレン 435g
n−ブチルアクリレート 130g
メタクリル酸 33g
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 8g
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間にわたって加熱撹拌することにより重合を行った後、28℃まで冷却し、これにより、ビニル単量体を主成分とし、離型剤を含有する樹脂微粒子〔M1〕の分散液〔MD1〕を調製した。
この分散液〔MD1〕について、樹脂微粒子〔M1〕の体積基準のメジアン径を測定したところ、220nmであった。また、当該樹脂微粒子〔M1〕を構成する樹脂の分子量を測定したところ、重量平均分子量が59,500であった。
〔シード重合樹脂微粒子の分散液の調製例SD1:非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〕
(1)スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂の合成
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した容量10リットルの四つ口フラスコに、
ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物 500質量部
イソフタル酸 117質量部
アジピン酸 82質量部
エステル化触媒(オクチル酸スズ) 2質量部
を入れ、230℃で8時間縮重合反応させ、さらに、8kPaで1時間反応させ、160℃まで冷却した後、
アクリル酸 10質量部
スチレン 30質量部
ブチルアクリレート 7質量部
重合開始剤(ジ−t−ブチルパーオキサイド) 10質量部
の混合物を滴下ロートにより1時間かけて滴下し、滴下後、160℃に保持したまま、1時間付加重合反応を継続させた後、200℃に昇温し、10kPaで1時間保持した後、アクリル酸、スチレン、ブチルアクリレートを除去することにより、スチレンアクリル変性ポリエステル樹脂〔B1〕を得た。
このスチレンアクリル変性ポリエステル樹脂〔B1〕のガラス転移点は60℃、軟化点は105℃であった。
(2)非晶性ポリエステル樹脂微粒子の分散液の調製
得られたスチレンアクリル変性ポリエステル樹脂〔B1〕100質量部を、解砕機「ランデルミル 形式:RM」(徳寿工作所社製)で粉砕し、予め作製した0.60質量%濃度のラウリル硫酸ナトリウム溶液638質量部と混合し、撹拌しながら超音波ホモジナイザー「US−150T」(日本精機製作所製)を用いてV−LEVEL、300μAで30分間超音波分散することにより、体積基準のメジアン径(D50)が70nmである非晶性ポリエステル樹脂微粒子〔B1〕の分散液〔BD1〕を調製した。
(3)シード重合
撹拌装置、温度センサー、冷却管および窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、非晶性ポリエステル樹脂微粒子〔B1〕の分散液〔BD1〕2000質量部とイオン交換水1150質量部とを仕込み、更に過硫酸カリウム10.3質量部をイオン交換水210質量部に溶解させた重合開始剤溶液を添加し、80℃の温度条件下において、
スチレン 350質量部
n−ブチルアクリレート 190質量部
メタクリル酸 60質量部
n−オクチルメルカプタン 8.2質量部
からなる重合性単量体混合液を2時間かけて滴下後、80℃で2時間にわたって加熱撹拌することによってシード重合を行い、重合が終了した後、28℃まで冷却することにより、体積基準のメジアン径(D50)が80nmである、非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〔S1〕の分散液〔SD1〕を調製した。
〔シード重合樹脂微粒子の分散液の調製例SD2:非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〕
樹脂微粒子の分散液の調製例SD1において、(2)非晶性ポリエステル樹脂微粒子の分散液の調製において用いるラウリル硫酸ナトリウム溶液(活性剤)として0.40質量%濃度のものを用いたこと以外は同様にして、体積基準のメジアン径(D50)が149nmである非晶性ポリエステル樹脂微粒子〔B2〕の分散液〔BD2〕を調製し、これを用いて、体積基準のメジアン径(D50)が159nmである、非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〔S2〕の分散液〔SD2〕を調製した。
〔シード重合樹脂微粒子の分散液の調製例SD3:非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〕
樹脂微粒子の分散液の調製例SD1において、(2)非晶性ポリエステル樹脂微粒子の分散液の調製において用いるラウリル硫酸ナトリウム溶液(活性剤)として0.80質量%濃度のものを用いたこと以外は同様にして、体積基準のメジアン径(D50)が30nmである非晶性ポリエステル樹脂微粒子〔B3〕の分散液〔BD3〕を調製し、これを用いて、体積基準のメジアン径(D50)が40nmである、非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〔S3〕の分散液〔SD3〕を調製した。
〔シード重合樹脂微粒子の分散液の調製例SD4:非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〕
樹脂微粒子の分散液の調製例SD1において(2)非晶性ポリエステル樹脂微粒子の分散液の調製において用いるラウリル硫酸ナトリウム溶液(活性剤)として0.35質量%濃度のものを用いたこと以外は同様にして、体積基準のメジアン径(D50)が151nmである非晶性ポリエステル樹脂微粒子〔B4〕の分散液〔BD4〕を調製し、これを用いて、体積基準のメジアン径(D50)が161nmである、非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〔S4〕の分散液〔SD4〕を調製した。
〔結晶性ポリエステル樹脂微粒子の分散液の調製例CD1〕
(1)結晶性ポリエステル樹脂の合成
撹拌装置、温度センサー、冷却管および窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、多価カルボン酸化合物:セバシン酸(分子量202.25)300質量部と、多価アルコール化合物:1,6−ヘキサンジオール(分子量118.17)170質量部とを仕込み、この系を撹拌しながら1時間かけて内温を190℃にまで昇温させ、均一に撹拌された状態であることを確認した後、触媒としてTi(OBu)4 を、多価カルボン酸化合物の仕込み量に対して0.003質量%の量で投入した。その後、生成する水を留去しながら、6時間かけて内温を190℃から240℃まで昇温させ、さらに温度240℃の条件で6時間かけて脱水縮合反応を継続して重合を行うことにより、結晶性ポリエステル樹脂〔C1〕を得た。
得られた結晶性ポリエステル樹脂〔C1〕は、融点(Tm)が83℃であり、数平均分子量が6,300であった。
(2)結晶性ポリエステル樹脂微粒子の分散液の調製
結晶性ポリエステル樹脂〔C1〕30質量部を溶融させ、溶融状態のまま、乳化分散機「キャビトロンCD1010」(株式会社ユーロテック製)に対して毎分100質量部の移送速度で移送した。また、この溶融状態の結晶性ポリエステル樹脂〔C1〕の移送と同時に、当該乳化分散機に対して、水性溶媒タンクにおいて試薬アンモニア水70質量部をイオン交換水で希釈した、濃度0.37質量%の希アンモニア水を、熱交換機で100℃に加熱しながら毎分0.1リットルの移送速度で移送した。そして、この乳化分散機を、回転子の回転速度60Hz、圧力5kg/cm2 の条件で運転することにより、体積基準のメジアン径が200nm、固形分量が30質量部である結晶性ポリエステル樹脂〔C1〕の微粒子の分散液〔CD1〕を調製した。
〔シェル層用樹脂微粒子の分散液の調製例ShD1〕
上記と同様にして得られたスチレンアクリル変性ポリエステル樹脂〔B1〕100質量部を、解砕機「ランデルミル 形式:RM」(徳寿工作所社製)で粉砕し、予め作製した0.20質量%濃度のラウリル硫酸ナトリウム溶液638質量部と混合し、撹拌しながら超音波ホモジナイザー「US−150T」(日本精機製作所製)を用いてV−LEVEL、300μAで30分間超音波分散することにより、体積基準のメジアン径(D50)が200nmである非晶性ポリエステル樹脂微粒子〔B1〕の分散液〔ShD1〕を調製した。
〔着色剤微粒子の分散液の調製例Bk〕
ポリオキシエチレン−2−ドデシルエーテル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1510質量部に撹拌溶解した。この溶液を撹拌しながら、カーボンブラック「リーガル330」(キャボット社製)400質量部を徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理を行うことにより、着色剤微粒子の分散液〔Bk〕を調製した。
この着色剤微粒子の分散液〔Bk〕における着色剤微粒子の体積基準のメジアン径を測定したところ、110nmであった。
〔トナーの製造例1:実施例1〕
撹拌装置、温度センサー、冷却管および窒素導入装置を取り付けたゼブラフラスコに、イオン交換水2500質量部、離型剤を含有する樹脂微粒子〔M1〕の分散液〔MD1〕750質量部(固形分換算)、および、着色剤微粒子の分散液〔Bk〕100質量部を仕込み、液温を25℃に調整した後、濃度25質量%の水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを10に調整した。
次いで、撹拌速度を300rpmにして、塩化マグネシウム・6水和物54.3質量部をイオン交換水54.3質量部に溶解させた水溶液を添加し、その後、系の温度を97℃にまで昇温すると共に撹拌速度を120rpmにすることによって樹脂微粒子と着色剤微粒子との凝集反応を開始した。
この凝集反応の開始後、定期的にサンプリングを行い、粒度分布測定装置「コールターマルチサイザー3」(ベックマン・コールター社製)を用いて粒子の体積基準のメジアン径を測定し、体積基準のメジアン径が6μmになったところで撹拌速度を300rpmにした。
その後、非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〔S1〕の分散液〔SD1〕150質量部(固形分換算)を30分間かけて投入し、反応液の上澄みが透明になった時点で、塩化ナトリウム190質量部をイオン交換水760質量部に溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させた。さらに、同じ撹拌速度で昇温を行い、90℃にすることにより、粒子の融着を進行させ、トナーの平均円形度の測定装置「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて(HPF検出数を4000個)平均円形度が0.945になった時点で30℃に冷却し、トナー粒子の分散液を得た。
このようにして得られたトナー粒子の分散液をバスケット型遠心分離機「MARK III 型式番号60×40」(松本機械(株)製)を用いて固液分離し、ウェットケーキを形成した。このウェットケーキを、前記バスケット型遠心分離機で濾液の電気伝導度が15μS/cmになるまで洗浄と固液分離を繰り返し、その後、「フラッシュジェットドライヤー」(セイシン企業社製)を用い、温度40℃および湿度20%RHの気流を吹き付けることによって水分量が0.5質量%となるまで乾燥処理し、24℃に冷却することにより、トナー粒子〔1X〕を得た。
得られたトナー粒子〔1X〕に対して、疎水性シリカ粒子1質量%と疎水性酸化チタン粒子1.2質量%とを添加し、ヘンシェルミキサーを用い、回転翼の周速24m/sの条件で20分間かけて混合し、さらに400メッシュの篩を通過させることによって外添剤を添加し、トナー〔1〕を得た。
得られたトナー〔1〕についてガラス転移点を測定したところ、37℃であった。
なお、トナー〔1〕において、疎水性シリカ粒子および疎水性酸化チタン粒子の添加によっては、トナー粒子の形状および粒径は変化しなかった。
〔トナーの製造例2:実施例2〕
トナーの製造例1において、凝集反応の開始まではこれと同様に行った。
そして、凝集反応の開始後、定期的にサンプリングを行い、粒度分布測定装置「コールターマルチサイザー3」(ベックマン・コールター社製)を用いて粒子の体積基準のメジアン径を測定し、体積基準のメジアン径が5μmになった時点で撹拌速度を300rpmにし、非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〔S1〕の分散液〔SD1〕150質量部(固形分換算)を投入し、撹拌速度を200rpmに下げた状態で粒子の体積基準のメジアン径が6μmになるまで成長させ、再び撹拌速度を300rpmにした。
粒子の体積基準のメジアン径が6μmになった時点で塩化ナトリウム190質量部をイオン交換水760質量部に溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させた。
これ以後の操作はトナーの製造例1と同様にして、トナー〔2〕を得た。
〔トナーの製造例3,4:実施例3,4〕
トナーの製造例1において、表1の処方に従ったこと以外は同様にして、トナー〔3〕,〔4〕を得た。
〔トナーの製造例5:実施例5〕
トナーの製造例1において、離型剤を含有する樹脂微粒子〔M1〕の分散液〔MD1〕750質量部(固形分換算)の代わりに、離型剤を含有する樹脂微粒子〔M1〕の分散液〔MD1〕600質量部(固形分換算)および結晶性ポリエステル樹脂〔C1〕の微粒子の分散液〔CD1〕150質量部(固形分換算)を用いたこと以外は同様にして、トナー〔5〕を得た。
〔トナーの製造例6:比較例1〕
トナーの製造例1において、凝集反応の開始まではこれと同様に行った。
そして、凝集反応の開始後、定期的にサンプリングを行い、粒度分布測定装置「コールターマルチサイザー3」(ベックマン・コールター社製)を用いて粒子の体積基準のメジアン径を測定し、体積基準のメジアン径が3.5μmになった時点で撹拌速度を300rpmにし、非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〔S1〕の分散液〔SD1〕150質量部(固形分換算)を投入し、撹拌速度を200rpmに下げた状態で粒子の体積基準のメジアン径が6μmになるまで成長させ、再び撹拌速度を300rpmにした。
粒子の体積基準のメジアン径が6μmになった時点で塩化ナトリウム190質量部をイオン交換水760質量部に溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させた。
これ以後の操作はトナーの製造例1と同様にして、トナー〔6〕を得た。
〔トナーの製造例7:比較例2〕
トナーの製造例1において、表1の処方に従ったこと以外は同様にして、トナー〔7〕を得た。
〔トナーの製造例8:比較例3〕
トナーの製造例1において、離型剤を含有する樹脂微粒子〔M1〕の分散液〔MD1〕の添加量を750質量部(固形分換算)に変更し、さらに、非晶性ポリエステル樹脂を内包するシード重合樹脂微粒子〔S1〕の分散液〔SD1〕の代わりに、シェル層用樹脂微粒子〔Sh1〕の分散液〔ShD1〕を用いたこと以外は同様にして、トナー〔8〕を得た。
以上のトナー〔1〕〜〔8〕について、上述の通りに非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の個数平均のドメイン径および表層領域におけるドメイン相の偏在割合を測定した。結果を表1に示す。
〔現像剤の製造例1〜8〕
トナー〔1〕〜〔8〕の各々に対して、シリコーン樹脂を被覆した体積基準のメジアン径が60μmのフェライトキャリアを、トナー濃度が6質量%となるように添加し、V型混合機によって混合することにより、現像剤〔1〕〜〔8〕を製造した。
(1)低温定着性
画像形成装置として、市販のフルカラー複合機「bizhub PRO C6500」(コニカミノルタ社製)を、定着上ベルとおよび定着下ローラの表面温度を変更可能に改造したものを用い、現像剤としてそれぞれ現像剤〔1〕〜〔8〕を搭載し、記録材「NPi上質紙128g/m2 」(日本製紙製)上に、トナー付着量11.3g/m2 のベタ画像を、定着温度200℃にて、定着速度300mm/secで出力する試験を、定着温度を5℃刻みで減少させるよう変更しながら、コールドオフセットが発生するまで繰り返し行い、コールドオフセットが発生しなかった最低の定着上ベルトの表面温度を調査し、これを定着下限温度として低温定着性を評価した。各試験において、定着温度とは定着上ベルトの表面温度をいい、定着下ローラの表面温度は、常に定着上ベルトより20℃低い温度に設定した。結果を表1に示す。定着下限温度が低いほど低温定着性に優れることを示す。本発明においては、125℃以下である場合を合格とする。
(2)定着分離性
「bizhub C6500」(コニカミノルタ社製)の改造を使用し、常温常湿環境(温度25℃、湿度50%RH)において一晩放置して調湿した記録材「金藤85g/m2 T目」(王子製紙社製)上に、常温常湿環境(温度25℃、湿度50%RH)において、上ベルトが195℃、下ローラが120℃となる定着温度で、トナー付着量4.0g/m2 の全面ベタ画像を、先端余白を8mmとして出力する試験を、先端余白を7mm、6mm・・・と1mm単位で減少させるよう変化させながら、紙詰まり(ジャム)が発生するまで繰り返し行い、紙詰まり(ジャム)が発生しなかった最小の先端余白を調査し、これによって定着分離性を評価した。結果を表1に示す。最小の先端余白が小さい方が定着分離性に優れることを示す。本発明においては、5mm以下である場合に合格とする。
(3)耐熱保管性
トナー0.5gを内径21mmの10mlガラス瓶に取り蓋を閉めて、振とう機「タップデンサーKYT−2000」(セイシン企業社製)を用い、室温で600回振とうした後、蓋を取った状態で温度55℃、湿度35%RHの環境下に2時間放置した。次いで、トナーを48メッシュ(目開き350μm)の篩上に、トナーの凝集物を解砕しないように注意しながらのせて、「パウダーテスター」(ホソカワミクロン社製)にセットし、押さえバー、ノブナットで固定し、送り幅1mmとなる振動強度に調整し、10秒間振動を加えた後、篩上の残存したトナー量の比率(質量%)を測定し、下記式によりトナー凝集率を算出した。この試験を、湿度は35%RHのまま、試験温度を0.1℃ずつ上げながら、トナー凝集率が50質量%を超えるまで繰り返し行った。トナー凝集率が50質量%を超えない最大の試験温度(限界耐熱保管温度)を、耐熱保管性の指標とした。
本発明においては、限界耐熱保管温度が56.5℃以上である場合を合格とする。結果を表1に示す。
トナー凝集率(質量%)=篩上の残存トナー質量(g)/0.5(g)×100
Figure 2016057382
11 表層領域
12 ドメイン相
13 内部領域
14 ドメイン相

Claims (3)

  1. ビニル樹脂と非晶性ポリエステル樹脂とを有する結着樹脂、着色剤および離型剤を含有するトナー粒子よりなる静電荷像現像用トナーであって、
    トナー粒子が、ビニル樹脂からなるマトリクス相中に、非晶性ポリエステル樹脂がドメイン相として分散されてなり、
    当該非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の個数平均のドメイン径が30〜150nmであり、
    前記トナー粒子における面積が最大となる断面の平均半径をrとしたとき、当該トナー粒子の表面から径方向内方に向かう距離がr/5までの表層領域に存在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の前記断面における合計面積aと、当該表層領域以外の領域に存在する非晶性ポリエステル樹脂によるドメイン相の前記断面における合計面積bとが、下記式(1)を満たすことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
    式(1):a/(a+b)×100(%)≧80(%)
  2. 前記結着樹脂が結晶性ポリエステル樹脂を有することを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
  3. 請求項1または請求項2に記載の静電荷像現像用トナーを製造する方法であって、
    当該静電荷像現像用トナーを構成するトナー粒子の体積基準のメジアン径が3〜8μmであり、
    少なくとも下記(1)〜(4)の工程を有することを特徴とする静電荷像現像用トナーの製造方法。
    (1)離型剤を含有するビニル重合体(A)よりなる樹脂微粒子(M)を作製する工程
    (2)体積基準のメジアン径が30〜150nmの非晶性ポリエステル樹脂微粒子が分散された水系媒体中に、ビニル単量体(b)を添加し、前記非晶性ポリエステル樹脂微粒子をシード粒子として前記ビニル単量体(b)によるシード重合を行うことにより、前記非晶性ポリエステル樹脂微粒子がビニル重合体(B)によって被覆された、体積基準のメジアン径が40〜160nmのシード重合樹脂微粒子(S)を作製する工程
    (3)水系媒体中において、前記樹脂微粒子(M)と、着色剤微粒子とを凝集させてコア粒子を作製する工程
    (4)前記コア粒子の表面に、トナー粒子中7〜20質量%となる量の前記シード重合樹脂微粒子(S)を凝集、融着させることによりシェル層を形成する工程

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