JP2016212255A - トナー - Google Patents
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Abstract
Description
前記無機微粒子が、以下のi)及びii)の規定を満たし、
i)個数平均粒子経が90nm以上である、
ii)前記無機微粒子を、温度23℃相対湿度5%の環境下に24時間以上放置した後に、温度30℃相対湿度80%の環境下に1時間放置した際の前記無機微粒子の質量変化率を、前記無機微粒子の比表面積で除した値が0.05(%・g/m2)以下である、
前記荷電制御粒子は、温度23℃相対湿度50%の環境において帯電させた状態から3000秒後の電荷減衰率が10%以下であり、
前記無機微粒子のトナーに対する被覆率Hbと、前記荷電制御粒子のトナーに対する被覆率Hcとが下式(1)を満たすことを特徴とするトナーに関する。
また、本発明は、トナー母粒子の表面に無機微粒子及び荷電制御粒子が存在するトナーであって、
前記無機微粒子が、以下のi)及びii)の規定を満たし、
i)個数平均粒子経が90nm以上である、
ii)前記無機微粒子を、温度23℃相対湿度5%の環境下に24時間以上放置した後に、温度30℃相対湿度80%の環境下に1時間放置した際の前記無機微粒子の質量変化率を、前記無機微粒子の比表面積で除した値が0.05(%・g/m2)以下である、
前記荷電制御粒子は、少なくとも上記一般式(1)で表される部分構造を有する高分子化合物であり、
前記無機微粒子のトナーに対する被覆率Hbと、前記荷電制御粒子のトナーに対する被覆率Hcとが上記式(1)を満たすことを特徴とするトナーに関する。
一般に長期に渡る転写効率の維持のために100nm程度の無機微粒子をトナー表面に被覆させることがあるが、トナーの帯電性が低下することが知られている。
条件C:温度23℃相対湿度50%の環境において帯電させた状態から3000秒後の電荷減衰率が10%以下である。
条件D:一般式(1)で表される部分構造を有する高分子化合物である。
先ず、条件Cについて説明する。
本発明における荷電制御粒子の電荷減衰特性は、荷電制御粒子を構成している高分子化合物を導電性基板上に塗布した塗膜に対して、京セラケミカル社製カスケード式帯電量測定装置を改造した装置により電荷減衰率を測定することにより評価した。
1)荷電制御粒子を構成している高分子化合物をメチルエチルケトンに溶解させ、ワイヤーバーを用いてアルミニウム製の導電性基板51に塗布し、室温で24時間以上乾燥させた。この時、塗膜の膜厚が3μmとなるように塗布液の濃度の調整および、ワイヤーバーの種類を選択した。
2)上記高分子化合物を塗布した導電性基板を測定環境(温度23℃、相対湿度50%)に24時間放置後、基板保持台52に取り付け、導電性基板51の傾斜角度が45°となるように基板保持台52を固定した。
3)温度23℃、相対湿度50%に調整された環境下で、基準粉体54としてパウダーテック社製マンガンフェライトキャリア(平均粒径80μm)を用いて、粉体供給装置55より15g/minの流量で高分子化合物塗膜53に基準粉体54を流しかけた。なお、基準粉体54が高分子化合物塗膜53上を流れる流路は、流路長20mm、流路幅15mmになるように調整されている。
4)表面電位計59の表示が−100Vとなったところで基準粉体54の流しかけを停止し、そのまま3000秒後まで表面電位計の変化を測定し、電荷減衰率を算出した。
コールターマルチサイザー(ベックマン・コールター社製)を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス(日科機社製)およびパーソナルコンピューターを接続した。電解液は塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を用いるが、例えばISOTON R−II(ベックマン・コールター社製)が使用できる。具体的な測定手順は、コールター社発行のコールターマルチサイザーのカタログ(2002年2月版)や、測定装置の操作マニュアルに記載されているが、以下の通りである。
無機微粒子の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡により拡大撮影したトナーの写真で、更に走査型電子顕微鏡に付属させたXMA等の元素分析手段によって無機微粒子の含有する元素でマッピングされたトナーの写真を対照しつつ、トナー表面に付着或いは遊離して存在している無機微粒子の一次粒子を100個以上測定し、個数平均粒子径を求めることで測定した。荷電制御粒子の個数平均粒子径は動的光散乱法(日機装社製ナノトラックによる測定)によって求めた。
本発明で扱う無機微粒子の疎水性評価における質量変化率は、熱量計測定装置(ティー・エイ・インスツルメンツ社製:Q5000SA)を用いて測定した。
荷電制御粒子を付着させたトナー母粒子に対し、走査型電子顕微鏡による画像を観察しながら荷電制御粒子の場所を特定する。トナーの中央部3μm×3μmの範囲に対して荷電制御粒子の場所を特定した後、荷電制御粒子の存在する場所と存在しない場所を画像を2値化して分けて表し、各色の画素数の比率より面積比を求める。これを100個以上のトナーに対して行い、その平均値を被覆率とした。
走査型電子顕微鏡によりトナーの中央部を3μm×3μmの画角で拡大撮影し、更に走査型電子顕微鏡に付属させたXMA等の元素分析手段によって無機微粒子の含有する元素でマッピングされたトナーの写真を対照しつつ画像を2値化し、各色の画素数の比率より面積比を求める。これを100個以上のトナーに対して行い、その平均値を被覆率とした。
平均円形度とは、粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものであり、本発明ではシスメックス社製フロー式粒子像分析装置FPIA−3000を用いて円相当径0.60μm乃至400μmの範囲内の粒子を測定し、そこで測定された粒子の円形度を下式
円形度a=L0/L
(式中、L0は粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは512×512の画像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で画像処理した時の粒子投影像の周囲長を示す。)
により求め、測定した粒子の円形度の総和を全粒子数で除した値を平均円形度と定義する。
転写効率とは、感光ドラム上に現像されたトナーが何%中間転写ベルト上に転写されたかを示す転写性の指標である。転写効率の評価は、フルカラー電子写真装置(キヤノン社製:LBP−5050)のドラムカートリッジに本発明のトナーを詰め、シアンのベタ画像を連続して記録媒体上に形成して行った。上記画像を3000枚形成した後、中間転写ベルト上に転写されたトナーの濃度と、転写後も感光ドラム上に残留したトナーの濃度との和を100%としたときの中間転写ベルト上のトナー濃度の割合を転写効率とした。この割合が高いほど耐久後の転写効率に優れる。本発明では転写効率の評価は下記のような基準で判断した。
A:非常に良好(転写効率が98%以上)
B:良好(転写効率が95%以上98%未満)
C:可(転写効率が90%以上95%未満)
D:劣る(転写効率が90%未満)
転写効率が95%以上であれば、転写効率が良好であると判断した。
温度30、相対湿度80%に調整された環境下で、所定の画像を3000枚連続的に複写した後、カブリを評価した。
A:非常に良好(カブリ濃度が1.0%未満)
B:良好(カブリ濃度が1.0%以上1.5%未満)
C:可(カブリ濃度が1.5%以上2.0%未満)
D:劣る(カブリ濃度が2.0%以上)
カブリ濃度が1.5%未満であれば、カブリ評価が良好であると判断した。
冷却管、撹拌機、温度計および、窒素導入管を取り付けた反応器に
・スチレン 100.0部
・5−ビニルサリチル酸 21.0部
・tert−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート 7.2部
(パーブチルI−75、日油社製)
・プロプレングリコールモノメチルエーテルアセテート 200.0部
を仕込み、30分間窒素バブリングを行った。反応混合物を窒素雰囲気下、120℃で6時間加熱し、重合反応を完結させた。反応液を室温まで冷却後、溶媒を減圧留去した。得られた固体をアセトン−メタノールで2回再沈殿し、50℃、0.1kPa以下で減圧乾燥させることにより荷電制御粒子Aを得た。
5−ビニルサリチル酸の代わりに2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸6.7部を用いること以外、上記荷電制御粒子Aの製造と同様にして比較用の荷電制御粒子Bの水分散体を製造した。
5−ビニルサリチル酸の代わりに3−tert−ブチル−5−ビニルサリチル酸 28.2部を用いること以外、上記荷電制御粒子Aの製造と同様にして荷電制御粒子Cの水分散体を製造した。
5−ビニルサリチル酸の代わりに4−クロロ−5−ビニルサリチル酸 25.4部を用いること以外、上記荷電制御粒子Aの製造と同様にして荷電制御粒子Dの水分散体を製造した。
<トナー母粒子の製造>
[重合性単量体組成物調製工程]
下記組成を混合後、ボールミルで3時間分散させた。
・スチレン 82.0部
・アクリル酸2−エチルヘキシル 18.0部
・ジビニルベンゼン 0.1部
・C.I.Pigment Blue 15:3 5.5部
・ポリエステル樹脂 5.0部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAとイソフタル酸との重縮合物(ガラス転移点65℃、重量平均分子量(Mw)10000、数平均分子量(Mn)6000))
得られた分散液をプロペラ撹拌羽根を備えた反応器に移し、回転数300rpmで撹拌しながら60℃に加熱後、エステルワックス(DSC測定における最大吸熱ピークのピーク温度70℃、数平均分子量(Mn)704)12.0部、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)3.0部を加え、溶解し、重合性単量体組成物とした。
高速撹拌装置T.K.ホモミクサー(プライミクス社製)を取り付けた2l用四つ口フラスコ中にイオン交換水710部と0.1mol/L−リン酸ナトリウム水溶液450部を添加し、回転数12000rpmで撹拌しながら、60℃に加熱した。ここに1.0mol/L−塩化カルシウム水溶液68.0部を添加し、微小な難水溶性分散安定剤としてリン酸カルシウムを含む水系分散媒体を調製した。
上記水系分散媒体中に前記重合性単量体組成物を投入し、回転数12000rpmを維持しつつ15分間造粒した。その後高速撹拌機からプロペラ撹拌羽根に撹拌機を交換し、内温を60℃で重合を5時間継続させた後、内温を80℃に昇温し、さらに3時間重合を継続させた。重合反応終了後、80℃、減圧下で残存単量体を留去した後、30℃まで冷却し、重合体微粒子分散液を得た。
上記重合体微粒子分散液を洗浄容器に移し、撹拌しながら、希塩酸を添加し、pH1.5に調整した。分散液を2時間撹拌後、ろ過器で固液分離し、重合体微粒子を得た。これをイオン交換水1200部中に投入して撹拌し、再び分散液とした後、ろ過器で固液分離した。この操作を3回行いトナー母粒子を得た。
トナー母粒子をアニオン系界面活性剤水溶液の中に移し、トナー母粒子を分散させ、固形分濃度5.0質量%の分散液を得る。作成した分散液の固形分100.0部に対し荷電制御粒子Aの水分散体(0.95部)を添加し撹拌する。さらに撹拌しながら希塩酸を添加し、pH0.95に調整することでトナー母粒子の表面に荷電制御粒子Aを凝集、固着させた。
上記分散液をろ過器で水分をろ別し、これをイオン交換水1200部中に投入して撹拌し、再び分散液とした後、ろ過器で固液分離した。この操作を3回行なった後、最終的に固液分離した粒子を、30℃の乾燥機で十分に乾燥してトナー母粒子に荷電制御粒子が付着した粒子を得た。ここで、図6は荷電制御粒子Aを付ける前のトナー母粒子の走査型電子顕微鏡画像であり、図7はトナー母粒子の表面に荷電制御粒子Aを付けた後の画像であり、図8は荷電制御粒子の存在する場所と存在しない場所を2値化して分けて表した画像である。面積比計算による荷電制御粒子の被覆率は10%であった。
得られたトナー母粒子に荷電制御粒子が付着した粒子100.0部に対し、無機微粒子E(一次粒子の個数平均粒径100nm,質量変化率/比表面積=0.048%・g/m2のシリカ)を1.4部添加し、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業社製)で5分間乾式混合して撹拌し、トナー粒子を得た。
更に、得られたトナー粒子100.0部に対し、ヘキサメチルジシラザンで表面処理された流動性向上剤(一次粒子の個数平均粒径7nmのシリカ)1.0部をヘンシェルミキサーで5分間乾式混合して、個数平均粒径D1=6.5μmのトナーを得た。
本実施例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を0.00185部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を0.02%とした。
・無機微粒子Eの添加量を0.08部とすることで、無機微粒子Eの被覆率を0.6%とした。
本実施例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を0.00465部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を0.05%とした。
・無機微粒子Eの添加量を0.068部とすることで、無機微粒子の被覆率を0.5%とした。
本実施例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を0.0095部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を0.1%とした。
・無機微粒子Eの添加量を0.041部とすることで、無機微粒子の被覆率を0.3%とした。
本実施例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を1.4部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を15%とした。
・無機微粒子Eを無機微粒子F(一次粒子の個数平均粒径90nm:質量変化率/比表面積=0.048のシリカ)とし、且つ添加量を1.22部とすることで無機微粒子の被覆率を10%とした。
本実施例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・無機微粒子Eを無機微粒子G(一次粒子の個数平均粒径110nm:質量変化率/比表面積=0.048%・g/m2シリカ)とし、且つ添加量を1.5部することで無機微粒子の被覆率を10%とした。
本実施例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を4.62部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を50%とした。
・無機微粒子Eの添加量を6.8部とすることで、無機微粒子の被覆率を50%とした。
本実施例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を5.0部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を55%とした。
・無機微粒子Eの添加量を7.5部とすることで、無機微粒子の被覆率を55%とした。
本実施例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・無機微粒子Eの添加量を0.055部とすることで、無機微粒子の被覆率を0.4%とした。
本実施例は、基本的には実施例9に準ずるが、以下の点が異なる。
・無機微粒子Eの添加量を0.027部とすることで、無機微粒子の被覆率を0.2%とした。
本実施例は、基本的には実施例9に準ずるが、以下の点が異なる。
・無機微粒子Eの添加量を6.8部とすることで、無機微粒子の被覆率を50%とした。
本実施例は、基本的には実施例11に準ずるが、以下の点が異なる。
・無機微粒子Eの添加量を8.2部とすることで、無機微粒子の被覆率を60%とした。
本実施例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aを荷電制御粒子Cとし、且つ添加量を7.4部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を80%とした。
本実施例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aを荷電制御粒子Cとし、且つ添加量を7.85部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を85%とした。
[結着樹脂の水分散液調製工程]
下記組成を混合し溶解させた。
・スチレン 82.6部
・アクリル酸n−ブチル 9.2部
・アクリル酸 1.3部
・ヘキサンジオールアクリレート 0.4部
・n−ラウリルメルカプタン 3.2部
この溶液にネオゲンRK(第一工業製薬社製)1.5部のイオン交換水150部の水溶液を添加して、分散させた。さらに10分間ゆっくりと撹拌しながら、過硫酸カリウム0.15部のイオン交換水10部の水溶液を添加した。窒素置換をした後、70℃で6時間乳化重合を行った。重合終了後、反応液を室温まで冷却し、イオン交換水を添加することで固形分濃度が12.5質量%、体積基準のメジアン径が0.2μmの結着樹脂粒子分散液を得た。なお、結着樹脂粒子分散液の体積基準のメジアン径は動的光散乱式粒度分布計(ナノトラック:日機装社製)を用いて測定した。
エステルワックス(DSC測定における最大吸熱ピークのピーク温度=70℃、Mn=704)100部、ネオゲンRK15部をイオン交換水385部に混合させ、湿式ジェットミル JN100(常光社製)を用いて約1時間分散してワックス分散液を得た。ワックス粒子分散液の濃度は20質量%、動的光散乱法による体積基準のメジアン径は0.2μmであった。
C.I.Pigment Blue 15:3 C.I.Pigment Blue 15:3 100部、ネオゲンRK15部をイオン交換水885部に混合させ、湿式ジェットミル JN100(常光社製)を用いて約1時間分散して着色剤粒子分散液を得た。
上記結着樹脂粒子分散液160部、ワックス分散液10部、着色剤分散液10部、硫酸マグネシウム0.2部をホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて分散させた後、撹拌させながら、65℃まで加温した。65℃で1時間撹拌した。さらに、ネオゲンRK(第一工業製薬社製)2.2部加えた後、80℃まで昇温して120分間撹拌して、融合したトナー母粒子分散液を得た。この時、トナー母粒子の平均粒子径D1は約6.5μmで平均円形度は0.90であった。
本比較例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を1.85×10−3部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を0.02%とした。
・無機微粒子Eの添加量を0.041部とすることで、無機微粒子Eの被覆率を0.3%とした。
本比較例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を3.7×10−3部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を0.04%とした。
・無機微粒子Eの添加量を0.034部とすることで、無機微粒子の被覆率を0.25%とした。
本比較例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を9.5×10−3部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を0.1%とした。
・無機微粒子Eの添加量を0.014部とすることで、無機微粒子の被覆率を0.1%とした。
本比較例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・無機微粒子を添加しない。
本比較例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を1.4部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を15%とした。
・無機微粒子Eを無機微粒子H(一次粒子の個数平均粒径80nm:質量変化率/比表面積=0.043%・g/m2のシリカ)とした。
本比較例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を1.4部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を15%とした。
・無機微粒子Eを無機微粒子I(一次粒子の個数平均粒径100nm:質量変化率/比表面積=0.062%・g/m2のシリカ)とした。
本比較例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子を添加しない。
本比較例は、基本的には実施例1に準ずるが、以下の点が異なる。
・荷電制御粒子Aの水分散体の添加量を1.4部とすることで、荷電制御粒子の被覆率を15%とした。
・電荷減衰率が11%である荷電制御粒子Bを添加する。
本比較例は、基本的には実施例2に準ずるが、以下の点が異なる。
・無機微粒子Eを無機微粒子H(一次粒子の個数平均粒径80nm:質量変化率/比表面積=0.043%・g/m2のシリカ)とした。
本比較例は、基本的には実施例3に準ずるが、以下の点が異なる。
・無機微粒子Eを無機微粒子I(一次粒子の個数平均粒径100nm:質量変化率/比表面積=0.062%・g/m2のシリカ)とした。
本比較例は、基本的には実施例4に準ずるが、以下の点が異なる。
・電荷減衰率が11%である荷電制御粒子Bを添加する。
2 荷電制御粒子
3 トナー母粒子
4 感光ドラム
5 帯電ローラ
6 現像ローラ
7 現像剤規制部材
8 供給ローラ
9 クリーニングブレード
10 スキャナーユニット
20 中間転写ベルト
21 中間転写ベルトクリーナー
22 1次転写ローラ
23 2次転写ローラ
51 導電性基板
52 基板保持台
53 高分子化合物塗膜
54 基準粉体
55 基準粉体供給装置
56 基準粉体受器
57 エレクトロメーター
58 表面電位計プローブ
59 表面電位計
HA 画像形成装置本体
HB プロセスカートリッジ
HC クリーニング装置
HE 帯電装置
HF 現像装置
Claims (7)
- トナー母粒子の表面に無機微粒子及び荷電制御粒子が存在するトナーであって、
前記無機微粒子が、以下のi)及びii)の規定を満たし、
i)個数平均粒子経が90nm以上である、
ii)前記無機微粒子を、温度23℃相対湿度5%の環境下に24時間以上放置した後に、温度30℃相対湿度80%の環境下に1時間放置した際の前記無機微粒子の質量変化率を、前記無機微粒子の比表面積で除した値が0.05(%・g/m2)以下である、
前記荷電制御粒子は、温度23℃相対湿度50%の環境において帯電させた状態から3000秒後の電荷減衰率が10%以下であり、
前記無機微粒子のトナーに対する被覆率Hbと、前記荷電制御粒子のトナーに対する被覆率Hcとが下式(1)を満たすことを特徴とするトナー。
(式中、Rはトナー母粒子の個数平均粒子径を表し、rbは前記無機微粒子の個数平均粒子径を表し、rcは前記荷電制御粒子の個数平均粒子径を表す。) - トナー母粒子の表面に無機微粒子及び荷電制御粒子が存在するトナーであって、
前記無機微粒子が、以下のi)及びii)の規定を満たし、
i)個数平均粒子経が90nm以上である、
ii)前記無機微粒子を、温度23℃相対湿度5%の環境下に24時間以上放置した後に、温度30℃相対湿度80%の環境下に1時間放置した際の前記無機微粒子の質量変化率を、前記無機微粒子の比表面積で除した値が0.05(%・g/m2)以下である、
前記荷電制御粒子は、少なくとも一般式(1)で表される部分構造を有する高分子化合物であり、
[一般式(1)中、R1は水素原子、またはアルキル基を表す。Aは一般式(2)に示される構造との結合部位を表す。]
[一般式(2)中、R2乃至R5は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1から6のアルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、または一般式(1)で表される部分構造を表し、R2乃至R5の少なくとも一つが一般式(1)で表される部分構造であり、一般式(1)で表される部分構造である場合には、一般式(1)における結合部位Aにおいて結合する。]
前記無機微粒子のトナーに対する被覆率Hbと、前記荷電制御粒子のトナーに対する被覆率Hcとが下式(1)を満たすことを特徴とするトナー。
(式中、Rはトナー母粒子の個数平均粒子径を表し、rbは前記無機微粒子の個数平均粒子径を表し、rcは前記荷電制御粒子の個数平均粒子径を表す。) - 前記荷電制御粒子は、温度23℃相対湿度50%の環境において帯電させた状態から3000秒後の電荷減衰率が10%以下である請求項2に記載のトナー。
- 前記Hbと前記Hcの総和が100%以下である請求項1〜3のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記Hbが下式(2)を満たす請求項1〜4のいずれか一項に記載のトナー。
- 前記Hcが80%以下である請求項1〜5のいずれか一項に記載のトナー。
- 該トナーの平均円形度が0.93以上である請求項1〜6のいずれか一項に記載のトナー。
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