JP2017058457A - 静電潜像現像用トナー - Google Patents
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Abstract
Description
(トナーの基本構成)
静電潜像現像用トナーが、トナーコア及びシェル層を備えるトナー粒子を、複数含む。シェル層は、電荷制御剤を含有しない第1樹脂粒子と、電荷制御剤を含有する第2樹脂粒子とを含む。第1樹脂粒子及び第2樹脂粒子の各々の個数平均粒子径は30nm以上60nm以下である。トナーコアの表面全域の面積に対して、第1樹脂粒子及び第2樹脂粒子の少なくとも一方が覆うトナーコアの表面の面積の割合(以下、シェル被覆率と記載する)は、60%以上80%以下である。第1樹脂粒子及び第2樹脂粒子の少なくとも一方が覆うトナーコアの表面の面積に対する、少なくとも第2樹脂粒子が覆うトナーコアの表面の面積の比率(以下、シェル帯電比率と記載する)は、0.10以上0.20以下である。トナー粒子の表面における外添剤がない領域の粗さ(以下、シェル粗さと記載する)は10nm以上15nm以下である。以下、第1樹脂粒子及び第2樹脂粒子を包括的に「シェル粒子」と総称する場合がある。
トナー粒子(特に、トナーコア又はシェル層)を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、アクリル酸系樹脂(より具体的には、アクリル酸エステル重合体又はメタクリル酸エステル重合体等)、オレフィン系樹脂(より具体的には、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂等)、ビニル樹脂(より具体的には、塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール、ビニルエーテル樹脂、又はN−ビニル樹脂等)、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、又はウレタン樹脂が好ましい。また、上記樹脂の共重合体、すなわち上記樹脂のいずれかの繰返し単位と同一のモノマーに由来する繰返し単位を1種以上含む共重合体(より具体的には、スチレン−アクリル酸系樹脂又はスチレン−ブタジエン系樹脂等)も、トナー粒子を構成する熱可塑性樹脂として好ましい。
(結着樹脂)
トナーコアでは、一般的に、成分の大部分(例えば、85質量%以上)を結着樹脂が占める。このため、結着樹脂の性質がトナーコア全体の性質に大きな影響を与えると考えられる。例えば、結着樹脂がエステル基、水酸基、エーテル基、酸基、又はメチル基を有する場合には、トナーコアはアニオン性になる傾向が強くなり、結着樹脂がアミノ基又はアミド基を有する場合には、トナーコアはカチオン性になる傾向が強くなる。結着樹脂が強いアニオン性を有するためには、結着樹脂の水酸基価及び酸価がそれぞれ10mgKOH/g以上であることが好ましい。
トナーコアは、着色剤を含有してもよい。着色剤としては、トナーの色に合わせて公知の顔料又は染料を用いることができる。トナーを用いて高画質の画像を形成するためには、着色剤の量が、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下であることが好ましい。
トナーコアは、離型剤を含有していてもよい。離型剤は、例えば、トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させる目的で使用される。トナーコアのアニオン性を強めるためには、アニオン性を有するワックスを用いてトナーコアを作製することが好ましい。トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させるためには、離型剤の量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましい。
トナーコアは、電荷制御剤を含有していてもよい。電荷制御剤は、例えば、トナーの帯電安定性又は帯電立ち上がり特性を向上させる目的で使用される。トナーの帯電立ち上がり特性は、短時間で所定の帯電レベルにトナーを帯電可能か否かの指標になる。
トナーコアは、磁性粉を含有していてもよい。磁性粉としては、例えば、鉄(より具体的には、フェライト又はマグネタイト等)、強磁性金属(より具体的には、コバルト又はニッケル等)、鉄及び/又は強磁性金属を含む合金、強磁性化処理(より具体的には、熱処理等)が施された強磁性合金、又は二酸化クロムを好適に使用できる。1種類の磁性粉を単独で使用してもよいし、複数種の磁性粉を併用してもよい。
本実施形態に係るトナーは、前述の基本構成を有する。シェル層は、第1樹脂粒子と第2樹脂粒子とを含む。第1樹脂粒子は、電荷制御剤を含有しない。第2樹脂粒子は、電荷制御剤を含有する。
トナー母粒子の表面に、外添剤として無機粒子を付着させてもよい。外添剤は、例えばトナーの流動性又は取扱性を向上させるために使用される。トナーの流動性又は取扱性を向上させるためには、外添剤の量が、トナー母粒子100質量部に対して、0.5質量部以上10質量部以下であることが好ましい。また、トナーの流動性又は取扱性を向上させるためには、外添剤の粒子径は0.01μm以上1.0μm以下であることが好ましい。
以下、上記構成を有する本実施形態に係るトナーを製造する方法の一例について説明する。まず、トナーコアを準備する。続けて、液中にトナーコアとシェル材料とを入れる。均質なシェル層を形成するためには、シェル材料を含む液を攪拌するなどして、シェル材料を液に溶解又は分散させることが好ましい。続けて、液中でシェル材料を反応させて、トナーコアの表面にシェル層(硬化した樹脂層)を形成する。シェル層形成時におけるトナーコア成分(特に、結着樹脂及び離型剤)の溶解又は溶出を抑制するためには、水性媒体中でシェル層を形成することが好ましい。水性媒体は、水を主成分とする媒体(より具体的には、純水、又は水と極性媒体との混合液等)である。水性媒体は溶媒として機能してもよい。水性媒体中に溶質が溶けていてもよい。水性媒体は分散媒として機能してもよい。水性媒体中に分散質が分散していてもよい。水性媒体中の極性媒体としては、例えば、アルコール(より具体的には、メタノール又はエタノール等)を使用できる。
好適なトナーコアを容易に得るためには、凝集法又は粉砕法によりトナーコアを製造することが好ましく、粉砕法によりトナーコアを製造することがより好ましい。
トナーコアとシェル材料とが入れられる上記液(詳しくは、水性媒体)として、例えばイオン交換水を準備する。続けて、例えば塩酸を用いて水性媒体のpHを所定のpH(例えば、4)に調整する。続けて、pHが調整された水性媒体(例えば、酸性の水性媒体)に、トナーコアと、第1樹脂粒子のサスペンションと、第2樹脂粒子のサスペンションとを添加する。
示差走査熱量計(セイコーインスツル株式会社製「DSC−6220」)を用いて、試料(例えば、樹脂)の吸熱曲線(縦軸:熱流(DSC信号)、横軸:温度)を求めた。続けて、得られた吸熱曲線から試料のTg(ガラス転移点)を読み取った。得られた吸熱曲線中の比熱の変化点(ベースラインの外挿線と立ち下がりラインの外挿線との交点)の温度が、試料のTg(ガラス転移点)に相当する。
高化式フローテスター(株式会社島津製作所製「CFT−500D」)に試料(例えば、樹脂)をセットし、ダイス細孔径1mm、プランジャー荷重20kg/cm2、昇温速度6℃/分の条件で、1cm3の試料を溶融流出させて、試料のS字カーブ(横軸:温度、縦軸:ストローク)を求めた。続けて、得られたS字カーブから試料のTmを読み取った。S字カーブにおいて、ストロークの最大値をS1とし、低温側のベースラインのストローク値をS2とすると、S字カーブ中のストロークの値が「(S1+S2)/2」となる温度が、試料のTm(軟化点)に相当する。
(SPM測定条件)
・測定探針:カンチレバー(株式会社日立ハイテクサイエンス製「SI−DF3−R」、先端半径:30nm、探針コート材:ロジウム(Rh)、バネ定数:1.6N/m、共振周波数:26kHz)
・測定モード:アドヒージョンモード
・測定範囲(1つの視野):1μm×1μm
・解像度(Xデータ/Yデータ):256/256
・振幅減衰率:−0.4
(SPM測定条件)
・測定探針:低バネ定数シリコンカンチレバー(オリンパス株式会社製「OMCL−AC240TS−C3」、バネ定数:2N/m、共振周波数:70kHz、背面反射コート材:アルミニウム)
・測定モード:DFM(ダイナミック・フォース・モード)
・測定範囲(1つの視野):1μm×1μm
・解像度(Xデータ/Yデータ):256/256
・Qゲイン:1倍
・走査周波数:1Hz
(SPM測定条件)
・測定探針:カンチレバー(株式会社日立ハイテクサイエンス製「SI−DF3−R」、先端半径:30nm、探針コート材:ロジウム(Rh)、バネ定数:1.6N/m、共振周波数:26kHz)
・測定モード:KFM(ケルビンプローブフォース顕微鏡)モード
・測定範囲(1つの視野):1μm×1μm
・解像度(Xデータ/Yデータ):256/256
・Qゲイン:5倍
・走査周波数:0.2Hz
(トナーコアの作製)
FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−20B」)を用いて、低粘度ポリエステル樹脂(Tg:38℃、Tm:65℃)750gと、中粘度ポリエステル樹脂(Tg:53℃、Tm:84℃)100gと、高粘度ポリエステル樹脂(Tg:71℃、Tm:120℃)150gと、離型剤(株式会社加藤洋行製「カルナウバワックス1号」)55gと、着色剤(DIC株式会社製「KET Blue111」、成分:フタロシアニンブルー)40gとを、回転速度2400rpmで混合した。結着樹脂(ポリエステル樹脂)における低粘度ポリエステル樹脂の比率を増やすことで、結着樹脂の溶融粘度を下げることができる。
温度計及び攪拌羽根を備えた容量1Lの3つ口フラスコをウォーターバスにセットし、フラスコ内に約30℃のイオン交換水875mLとアニオン界面活性剤(花王株式会社製「ラテムル(登録商標)WX」、成分:ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、固形分濃度:26質量%)75mLとを入れた。その後、ウォーターバスを用いてフラスコ内の温度を80℃に昇温させた。続けて、80℃のフラスコ内容物に2種類の液(第1の液及び第2の液)をそれぞれ5時間かけて滴下した。第1の液は、スチレン14mLと、アクリル酸ブチル2mLと、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル(HEMA)4mLとの混合液であった。第2の液は、過硫酸カリウム0.5gをイオン交換水30mLに溶かした溶液であった。続けて、フラスコ内の温度を80℃にさらに2時間保って、フラスコ内容物を重合させた。その結果、非帯電性の疎水性樹脂(詳しくは、電荷制御剤を含有しないスチレン−アクリル酸系樹脂)のサスペンション(固形分濃度10質量%)が得られた。得られたサスペンションに含まれる樹脂微粒子(第1樹脂粒子)に関して、個数平均粒子径は38nmであった。また、サスペンション中の樹脂微粒子をテトラヒドロキシフラン(THF)に入れる試験を行った。この試験の結果、樹脂微粒子は膨潤したが溶解しなかった。
温度計、冷却管、窒素導入管、及び攪拌羽根を備えた容量1Lの3つ口フラスコ内に、イソブタノール90gと、メタクリル酸メチル100gと、アクリル酸ブチル35gと、2−(メタクリロイルオキシ)エチルトリメチルアンモニウムクロライド(Alfa Aesar社製)30gと、2,2’−アゾビス(2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド)(和光純薬工業株式会社製「VA−086」)6gとを入れた。続けて、窒素雰囲気、温度80℃の条件で、フラスコ内容物を3時間反応させた。その後、フラスコ内に2,2’−アゾビス(2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド)(和光純薬工業株式会社製「VA−086」)3gを加えて、窒素雰囲気、温度80℃の条件で、フラスコ内容物をさらに3時間反応させて、重合体溶液を得た。続けて、得られた重合体溶液を、減圧雰囲気、温度150℃の条件で乾燥した。続けて、乾燥した重合体を解砕し、正帯電性樹脂を得た。
温度計及び攪拌羽根を備えた3つ口フラスコを準備し、フラスコをウォーターバスにセットした。そして、ウォーターバスを用いてフラスコ内の温度を30℃に保った。続けて、フラスコ内に、イオン交換水2500mLと、ポリアクリル酸ナトリウム(東亞合成株式会社製「ジュリマー(登録商標)AC−103」)250gとを添加した。その結果、フラスコ内にポリアクリル酸ナトリウム水溶液が得られた。
上記のようにして得られたトナー母粒子の分散液をろ過(固液分離)して、トナー母粒子を得た。その後、得られたトナー母粒子をイオン交換水に再分散させた。さらに、分散とろ過とを繰り返して、トナー母粒子を洗浄した。
続けて、真空攪拌乾燥機(大平洋機工株式会社製「アペックスミキサWB−5」)を用いて、減圧雰囲気(圧力3.5kPa)、所定の温度(表1に示す温度)かつ所定の攪拌速度(表1に示す速度)の条件で、トナー母粒子を乾燥した。例えば、トナーTA−1の製造における乾燥工程では、温度が40℃であり、攪拌速度が30rpmであった。温度は、温水ジャケットを用いて保った。
上記乾燥後、トナー母粒子に外添を行った。詳しくは、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−20B」)を用いて、トナー母粒子100質量部と乾式シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)REA90」)1.5質量部とを混合することにより、トナー母粒子の表面に外添剤(シリカ粒子)を付着させた。その後、得られたトナーを、200メッシュ(目開き75μm)の篩を用いて篩別した。その結果、多数のトナー粒子を含むトナー(トナーTA−1〜TD)が得られた。
トナーTE−1の製造方法は、第1シェル材料の調製において、第1の液及び第2の液の各々の滴下時間を5時間から7時間に変更した以外は、トナーTB−3の製造方法と同じであった。トナーTE−2の製造方法は、第1シェル材料の調製において、第1の液及び第2の液の各々の滴下時間を5時間から7時間に変更した以外は、トナーTA−1の製造方法と同じであった。
トナーTF−1の製造方法は、第2シェル材料の調製において、アニオン界面活性剤(エマール0)の量を20gから10gに変更した以外は、トナーTA−1の製造方法と同じであった。トナーTF−2の製造方法は、第2シェル材料の調製において、アニオン界面活性剤(エマール0)の量を20gから10gに変更した以外は、トナーTA−3の製造方法と同じであった。
各試料(トナーTA−1〜TF−2)の評価方法は、以下の通りである。
現像剤用キャリア(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製の「FS−C5300DN」用キャリア)100質量部と、試料(トナー)10質量部とを、ボールミルを用いて30分間混合して、評価用現像剤を得た。続けて、温度20℃かつ湿度65%RHの環境下で、評価用現像剤を24時間静置した。その後、Q/mメーター(トレック社製「MODEL 210HS−1」)を用いて、次に示す条件で評価用現像剤中のトナーの帯電量を測定した。
Q/mメーターの測定セルに現像剤(キャリア及びトナー)0.10gを投入し、投入された現像剤のうちトナーのみを篩(金網)を介して10秒間吸引した。そして、式「吸引されたトナーの総電気量(μC)/吸引されたトナーの質量(g)」に基づいて、現像剤中のトナーの帯電量(単位:μC/g)を算出した。
初期の評価と同じ評価機を用いて、温度20℃かつ湿度65%RHの環境下において、印字率5%で5000枚連続印刷する耐刷試験を行った。耐刷試験後、評価機の現像器から取り出した現像剤中のトナーの帯電量を測定した。また、評価機を用いて、ソリッド部と空白部とを含むサンプル画像を記録媒体(評価用紙)に形成し、形成された画像について、画像濃度(ID)及びかぶり濃度(FD)を測定した。帯電量、画像濃度(ID)、及びかぶり濃度(FD)の各々の測定方法及び評価基準は、初期の評価と同じである。
容量20mLのプラスチック製容器に、キャリア(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製「FS−C5300DN用キャリア」)100gと、試料(トナー)6gとを入れて、粉体混合機(愛知電機株式会社製「ロッキングミキサー(登録商標)」)を用いてキャリア及びトナーを10分間攪拌して、現像剤を得た。続けて、得られた現像剤を、自作の強制劣化装置(現像剤に物理的なストレスを与えて劣化させる装置)を用いて劣化させた。強制劣化装置は、容量100mLのアルミニウム製容器と、モーターで駆動されて容器内で回転する攪拌羽根とを備えていた。強制劣化装置の容器に現像剤を入れて、容器内で攪拌羽根を回転させると、現像剤が、容器の内壁と攪拌羽根との間に挟まれて劣化する。強制劣化装置による攪拌(劣化処理)を10分間行って、劣化現像剤を得た。
トナーTA−1〜TF−2の各々についての評価結果を、表2に示す。
11 トナーコア
12 シェル層
12a 第2樹脂粒子
12b 第1樹脂粒子
Claims (6)
- コアと、前記コアの表面に形成されたシェル層とを備えるトナー粒子を、複数含む静電潜像現像用トナーであって、
前記シェル層は、電荷制御剤を含有しない第1樹脂粒子と、電荷制御剤を含有する第2樹脂粒子とを含み、
前記第1樹脂粒子及び前記第2樹脂粒子の各々の個数平均粒子径は、30nm以上60nm以下であり、
前記コアの表面全域の面積に対して、前記第1樹脂粒子及び前記第2樹脂粒子の少なくとも一方が覆う前記コアの表面の面積の割合は、60%以上80%以下であり、
前記第1樹脂粒子及び前記第2樹脂粒子の少なくとも一方が覆う前記コアの表面の面積に対する、少なくとも前記第2樹脂粒子が覆う前記コアの表面の面積の比率は、0.10以上0.20以下であり、
前記トナー粒子の表面における外添剤がない領域の粗さは、10nm以上15nm以下である、静電潜像現像用トナー。 - 前記第1樹脂粒子及び前記第2樹脂粒子はそれぞれ、実質的に熱可塑性樹脂から構成される、請求項1に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記第1樹脂粒子及び前記第2樹脂粒子はそれぞれ、実質的にアクリル酸系樹脂又はスチレン−アクリル酸系樹脂から構成される、請求項2に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記第2樹脂粒子は、前記電荷制御剤に由来する繰返し単位を有する樹脂から実質的に構成される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記第2樹脂粒子を構成する前記樹脂は、前記繰返し単位として、(メタ)アクリロイル基含有4級アンモニウム化合物に由来する繰返し単位を有する、請求項4に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記トナー粒子は、前記外添剤として無機粒子をさらに備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の静電潜像現像用トナー。
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