JP2017181790A - トナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2には、トナー1g中からメタノールにより抽出されるオキシカルボン酸の質量と、該トナー1g中から0.1mol/リットルの水酸化ナトリウム水溶液により抽出されるオキシカルボン酸の質量との関係を規定したトナーが記載されている。
特許文献3には、結晶性ポリエステルと、アダマンタン骨格を有する多価カルボン酸またはその誘導体に由来する構成単位を含む非晶性ポリエステル樹脂と、離型剤とを含むトナーが記載されている。
特許文献2に記載のトナーは、環境安定性や帯電特性には優れるものの、画像上のトナー量が少ない場合においては高い画像濃度を得ることはできていなかった。また、耐久性も不十分であり、改善が必要であった。
特許文献3に記載のトナーは、帯電安定性は高いものの、帯電量分布が広いために、カブリや、規制不良に起因する画像中央と画像端部の濃度ムラ等の画像弊害が生じる場合があった。
本発明は、上記問題点を解決したトナーの製造方法を提供するものである。即ち、本発明は、高い着色力、高い耐久性および狭い帯電量分布を有するトナーの製造方法を提供することを目的とする。
該ポリエステル樹脂、及び該着色剤を有する樹脂粒子が分散した水系媒体を、該ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)より15℃以上高い温度で加熱してトナー粒子を得る熱処理工程を有し、
該熱処理工程における該水系媒体のpHが、6.0以上12.0以下であり、
該ポリエステル樹脂が、主鎖および/または側鎖に、下記式(1)〜(4)のいずれかで表されるアルコール又はカルボン酸に由来するユニットを有することを特徴とするトナーの製造方法が提供される。
まず、高い着色力を得るためには、ポリエステル樹脂と顔料との吸着を制御する必要がある。顔料に吸着しやすいポリエステル樹脂を用いると、1分子のポリエステル樹脂が2つ以上の顔料粒子に吸着する現象である顔料間架橋が起こる。そして、顔料間架橋が起こると、顔料が凝集し、着色力が低下する。そのため、高い着色力を得るためには、顔料に吸着しにくいポリエステル樹脂を用いることが有効である。
また、剛直な構造とするためには、分子鎖が拘束された構造である、環状構造を導入することが有効である。
以上より、ポリエステル樹脂中に脂環式構造を導入することで、ポリエステル樹脂が顔料に吸着しにくくなり、高い着色力を得ることができる。
樹脂が外力によって大きく変形しないためには、外力が加わった際の分子間の運動性を下げる必要がある。具体的には、直鎖状の構造は分子鎖同士が絡み合いにくいため、外力に対する抵抗が小さく、変形しやすい。一方、環状構造を導入すると、分子鎖同士が絡み合いやすいため、外力に対する抵抗を大きくすることが可能となり、外力によって変形しにくくなる。
以上より、樹脂中に脂環式構造を導入することで樹脂が外力によって大きく変形せず、同時に、外力によって破壊されなくなるため、高い耐久性を得ることができる。
上記課題解決のため、本発明者らは鋭意検討の結果、トナー製造時に、
「水系媒体中において、ポリエステル樹脂が有するカルボン酸が解離し、かつ、ポリエステル樹脂の分子鎖が運動できる」という条件の下で熱処理することによって、カルボン酸がトナー表面に配向し、脂環式構造がトナー表面へ露出しにくくなることを見出した。
以上より、温度がポリエステル樹脂のガラス転移温度に対し15℃以上高く、pHが6.0以上12.0以下の水系媒体中で熱処理を行うことによって、脂環式構造を有するポリエステルを用いた場合においても、狭い帯電量分布を得ることができる。
「下記式(1)〜(4)のいずれかで表されるアルコール又はカルボン酸に由来するユニット(以下、特定の脂環式構造を有するユニットと言う)が、熱処理によって運動しやすく、かつ、カルボン酸との極性差が大きいために、帯電量分布が顕著に改善される」
ことを見出した。
以下に、本発明のトナーの製造方法についてさらに詳細に述べる。
本発明のトナーの製造方法における熱処理工程(図1、ステップS130)においては、水系媒体の温度は、ポリエステル樹脂のガラス転移温度より15℃以上高い必要がある。上記温度であると、ポリエステル樹脂の分子鎖が自由に運動可能となる。水系媒体の温度はポリエステル樹脂のガラス転移温度より20℃以上高いとより好ましい。また、水系媒体の温度の上限は、水系媒体を用いていることから、常圧下では100℃となるため、100℃以下であることが好ましい。加圧状態とすることで、温度をさらに上げることも可能である。ポリエステル樹脂の加水分解反応抑制の観点から、120℃以下とすることが好ましい。
例えば、pHを上げる場合には、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属やその水溶液、アルカリ金属塩やその水溶液、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属やその水溶液、アルカリ土類金属塩またはその水溶液を添加することで調整できる。より具体的には、水酸化リチウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、水酸化カルシウム水溶液、水酸化マグネシウム水溶液、炭酸リチウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液、炭酸カリウム水溶液等を添加して調節する方法があげられる。
例えば、pHを下げる場合には、塩酸、硫酸、炭酸、酢酸、リン酸等の酸や、その水溶液、または、その塩や水溶液を添加して調整することができる。
本発明のトナーの製造方法において使用されるポリエステル樹脂は、主鎖および/または側鎖に、特定の脂環式構造を有するアルコールに由来するユニットまたは特定の脂環式構造を有するカルボン酸に由来するユニットを有する。
なお、ポリエステル樹脂の側鎖とは、以下の定義(出典:高分子学会用語集)における「枝、側鎖、ペンダント分子鎖」とし、「ペンダント基、側基」は含まない物とする。該高分子学会用語集の記載は以下の通り。
高分子の分子鎖から伸びているオリゴマー程度または高分子量の枝をいう。
高分子学会用語集、1.56 ペンダント基、側基
オリゴマー分子鎖でもポリマー分子鎖でもない主鎖から出ている側枝をいう。
特定の脂環式構造を有するアルコールに由来するユニットまたは特定の脂環式構造を有するカルボン酸に由来するユニットの含有比率が、0.1mol%以上50.0mol%以下であると着色力が向上でき好ましい。
式(3)で表される化合物(アルコールまたはカルボン酸)として、具体的には以下のものが挙げられる。2−シクロヘキセン−1,4−ジオール、4−シクロヘキセン−1,2−ジメタノール、4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、1−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸、6−メチル−4−シクロヘキセン−1,2,3−トリカルボン酸など。
また、特定の脂環式構造を有するユニットが特定の脂環式構造を有するジオールであると、より好ましい。トナー表面にはカルボン酸ユニットが配向するため、ジオールを用いると、帯電性の低い脂環式構造をトナー表面からより遠ざけることが可能となり、帯電性が向上する。また、トナー表面の直下に帯電性の低い部位が存在することで、トナー表面からトナー内部への電荷の移動が起こりにくくなり、より少ない電荷で高い帯電性が得られるようになるため、帯電の立ち上がりが早くなる。
ポリエステル樹脂のガラス転移温度は60℃以上90℃以下が好ましい。この範囲であると、熱処理時の分子鎖運動性を保ちながら、トナーの耐熱性も良好にすることができる。
ポリエステル樹脂は単独で結着樹脂として用いてもよく、後述する他の樹脂と混合して結着樹脂として用いてもよい。混合して用いる場合、ポリエステル樹脂を結着樹脂全体の1%以上60%以下含有するとよい。
着色剤としては、特段の制限なく従来公知の顔料や染料を用いることができる。中でも、熱処理時に水相やトナー表面へ移行しにくく、帯電性に影響しにくいことから、有機顔料を用いることが好ましい。
具体的には以下に挙げるブラック顔料、イエロー顔料、マゼンタ顔料、シアン顔料などが用いられる。
イエロー顔料としては、例えば、モノアゾ化合物;ジスアゾ化合物;縮合アゾ化合物;イソインドリノン化合物;イソインドリン化合物;ベンズイミダゾロン化合物;アンスラキノン化合物;アゾ金属錯体;メチン化合物;アリルアミド化合物が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントイエロー74,93,95,109,111,128,155,174,180,185等が挙げられる。
着色剤の含有量は、トナー中の樹脂100.0質量部に対して1.0質量部以上20.0質量部以下であることが好ましい。
本発明の製造方法によって製造されるトナーはさらに離型剤を含有してもよい。具体的には、以下のものが挙げられる。ベヘン酸ベヘニル、ステアリン酸ステアリル、パルミチン酸パルミチル等に代表される1価アルコールとモノカルボン酸とのエステル類;セバシン酸ジベヘニル等に代表される2価カルボン酸とモノアルコールのエステル類;ヘキサンジオールジベヘネート等に代表される2価アルコールとモノカルボン酸とのエステル類;グリセリントリベヘネート等に代表される酸価アルコールとモノカルボン酸とのエステル類;ペンタエリスリトールテトラステアレート、ペンタエリスリトールテトラパルミテート等に代表される4価アルコールとモノカルボン酸とのエステル類;ジペンタエリスリトールヘキサステアレート、ジペンタエリスリトールヘキサパルミテート等に代表される6価アルコールとモノカルボン酸とのエステル類;ポリグリセリンベヘネート等に代表される多官能アルコールとモノカルボン酸とのエステル類;カルナバワックス、ライスワックス等に代表される天然エステルワックス類;パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタム等の石油系炭化水素ワックス及びその誘導体;フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体;ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等のポリオレフィン系炭化水素ワックス及びその誘導体;高級脂肪族アルコール;ステアリン酸、パルミチン酸等の脂肪酸;酸アミドワックス等。
離型剤は、トナー表層近傍に存在すると離型性および低温定着性を向上させることができるが、トナー表面に露出すると帯電性および耐熱性が低下してしまう。そのため、離型性および低温定着性と帯電性および耐熱性を両立することは困難である。
離型剤の含有量は結着樹脂100.0質量部に対して1.0質量部以上30.0質量部以下であると、離型性が向上するため、好ましい。5.0質量部以上20.0質量部以下であるとさらに好ましい。
本発明の製造方法によって製造されるトナーは、主鎖および/または側鎖に、特定の脂環式構造を有するアルコール又はカルボン酸に由来するユニットを有するポリエステル樹脂に加え、さらに他の樹脂を含有してもよい。
他の樹脂としては、例えば、ビニル系樹脂;ポリエステル樹脂;ポリアミド樹脂;フラン樹脂;エポキシ樹脂;キシレン樹脂;シリコーン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ビニル系樹脂を用いることが好ましい。なお、ビニル系樹脂としては、以下のものを用いることが可能である。スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼンの如きスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシルの如き不飽和カルボン酸エステル;アクリル酸、メタクリル酸の如き不飽和カルボン酸;マレイン酸の如き不飽和ジカルボン酸;マレイン酸無水物の如き不飽和ジカルボン酸無水物;アクリロニトリルの如きニトリル系ビニル単量体;塩化ビニルの如き含ハロゲン系ビニル単量体;ニトロスチレンの如きニトロ系ビニル単量体の単量体の重合体またはそれらの共重合体。中でも、スチレン系単量体と不飽和カルボン酸エステルとの共重合体を用いることが好ましい。
本発明の製造方法によって製造されるトナーはさらに荷電制御剤を含有してもよい。本発明に用いられる荷電制御剤としては、特段の制限なく従来公知の荷電制御剤を用いることができる。具体的には、負帯電制御剤として以下のものが挙げられる。サリチル酸、アルキルサリチル酸、ジアルキルサリチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸等に代表される芳香族カルボン酸の金属化合物;スルホン酸基、スルホン酸塩基又はスルホン酸エステル基を有する重合体または共重合体;アゾ染料あるいはアゾ顔料の金属塩または金属錯体;ホウ素化合物、ケイ素化合物、カリックスアレーン等。
また、正帯電制御剤として以下の、四級アンモニウム塩、四級アンモニウム塩を側鎖に有する高分子型化合物;グアニジン化合物;ニグロシン系化合物;イミダゾール化合物等が挙げられる。
なお、スルホン酸塩基又はスルホン酸エステル基を有する重合体または共重合体としては、以下のものを用いることができる。スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、メタクリルスルホン酸等に代表されるスルホン酸基含有ビニル系モノマーの単重合体あるいは他の樹脂の項に示したビニル系単量体と上記スルホン酸基含有ビニル系モノマーの共重合体等。
本発明の製造方法によって製造されるトナーはさらに、トナーの流動性改善等を目的として、外部添加剤(外添剤)を含有してもよい。本発明に用いられる外部添加剤としては特段の制限なく従来公知の外部添加剤を用いることができる。具体的には以下のものが挙げられる。湿式製法シリカ、乾式製法シリカ等に代表される原体シリカ微粒子またはそれら原体シリカ微粒子にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイルに代表される処理剤により表面処理を施したシリカ微粒子;酸化チタン微粒子、酸化アルミニウム微粒子、酸化亜鉛微粒子等に代表される金属酸化物微粒子または上記金属酸化物を疎水化処理した金属酸化物微粒子;ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等に代表される脂肪酸金属塩;サリチル酸、アルキルサリチル酸、ジアルキルサリチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸等に代表される芳香族カルボン酸の金属錯体;ハイドロタルサイトに代表される粘土鉱物;フッ化ビニリデン微粒子、ポリテトラフルオロエチレン微粒子等に代表されるフッ素系樹脂微粒子等。中でも、流動性および帯電性に優れるという観点から、原体シリカ微粒子にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイルに代表される処理剤により表面処理を施したシリカ微粒子を用いることが好ましい。
外部添加剤の含有量は、トナー粒子100.0質量部に対して0.1質量部以上5.0質量部以下であることが好ましい。
本発明のトナーの製造方法における樹脂粒子の製造方法としては、特段の制限なく従来公知の方法を用いることができる。具体的には、懸濁重合法;溶解懸濁法;乳化凝集法;スプレードライ法;粉砕法等が挙げられる。
また、溶解懸濁法等の、脱溶剤を行って樹脂粒子を得る工程を含む製造方法を採用する場合には、樹脂粒子の製造が終了したかどうかの判断を、脱溶剤率(質量%)によって行う。本発明では、脱溶剤率が99.0%以上に達した時点で、樹脂粒子の製造が終了したとみなす。
懸濁重合法で樹脂粒子を得る場合には、ポリエステル樹脂、結着樹脂を形成しうる重合性単量体、および着色剤を加え、分散機を用いてこれらを溶融、溶解あるいは分散させた重合性単量体組成物を調製する(溶解工程 ステップS111)。このとき、重合性単量体組成物中には、必要に応じて離型剤や荷電制御剤、結晶性樹脂、連鎖移動剤、さらに他の添加剤を適宜加えることが可能である。分散機としては、例えば、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、超音波分散機が挙げられる。なお、重合性単量体としては他の樹脂の項に挙げたビニル系樹脂に用いる単量体を好適に用いることができる。
重合開始剤としては、特段の制限なく公知の重合開始剤を用いることができる。具体的には以下のものが挙げられる。2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル等に代表されるアゾ系またはジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシピバレ−ト、t−ブチルパーオキシイソブチレ−ト、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド等に代表される過酸化物系重合開始剤等。
難水溶性無機微粒子は、陽イオンと陰イオンとがイオン結合した化合物を含むことが好ましい。陽イオンは、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、及びアルミニウムイオンからなる群より選ばれる少なくとも1種の陽イオンであることが好ましい。陰イオンは、炭酸イオン、水酸化物イオン、及びリン酸イオンからなる群より選ばれる少なくとも1種の陰イオンであることが好ましい。
溶解懸濁法で樹脂粒子を得る場合には、まず、有機溶媒に、ポリエステル樹脂および着色剤を溶解又は分散して樹脂溶液を調製する(溶解工程 ステップS121)。このとき、樹脂溶液中には、必要に応じて他の樹脂や離型剤、荷電制御剤、結晶性樹脂、可塑剤、連鎖移動剤、さらに他の添加剤を適宜加えることが可能である。次に、樹脂溶液を水系媒体中に分散して造粒し、懸濁液を得る(造粒工程 ステップS122)。このとき、懸濁液の合一抑制を目的として、水系媒体に上記した難水溶性無機微粒子を含有することが好ましい。そして、造粒された粒子中に含有される有機溶媒を除去する脱溶剤工程(ステップS123)を経て樹脂粒子の水分散液を得る。その後、前記の熱処理工程(ステップS130)を経てトナー粒子を得る。
続いて、以下に本発明に用いられる測定方法について詳細に述べる。
ポリエステル樹脂の重量平均分子量Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
まず、室温で24時間かけて、ポリエステル樹脂をテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー(株)製)で濾過してサンプル溶液を得る。なお、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工(株)製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0mL/分
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10mL
ポリエステル樹脂の酸価は以下の方法により測定する。酸価は試料1gに含まれる酸を中和するために必要な水酸化カリウムのmg数である。ポリエステル樹脂の酸価はJIS K 0070−1992に準じて測定されるが、具体的には、以下の手順に従って測定する。
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95vol%)90mLに溶かし、イオン交換水を加えて100mLとし、フェノールフタレイン溶液を得る。特級水酸化カリウム7gを5mLの水に溶かし、エチルアルコール(95vol%)を加えて1Lとする。炭酸ガス等に触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて3日間静置後、ろ過して、水酸化カリウム溶液を得る。得られた水酸化カリウム溶液は、耐アルカリ性の容器に保管する。上記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.1モル/L塩酸25mLを三角フラスコに取り、上記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、上記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した上記水酸化カリウム溶液の量から求める。上記0.1モル/L塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作製されたものを用いる。
(A)本試験
粉砕したポリエステル樹脂の試料2.0gを200mLの三角フラスコに精秤し、トルエン/エタノール(2:1)の混合溶液100mLを加え、5時間かけて溶解する。次いで、指示薬として上記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、上記水酸化カリウム溶液を用いて滴定する。なお、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が30秒間続いたときとする。
(B)空試験
試料を用いない(すなわちトルエン/エタノール(2:1)の混合溶液のみとする)以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
A=[(C−B)×f×5.61]/S
ここで、A:酸価(mgKOH/g)、B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)、C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(mL)、f:水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料(g)である。
ポリエステル樹脂のガラス転移温度は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
このときの比熱変化が出る前のベースラインを延長した直線を第1の直線とし、比熱変化が出た後のベースラインを延長した直線を第2の直線とし、第1の直線と第2の直線とから縦軸方向に等距離にある直線を第3の直線とする。第3の直線と示差熱曲線との交点の温度(いわゆる、中間点ガラス転移温度)を、ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)とする。
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のアパーチャー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(株)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(株)製)を用いる。なお、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。
なお、測定、解析を行う前に、以下のように上記専用ソフトの設定を行った。
上記専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下のとおりである。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに上記電解水溶液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(株)製)をイオン交換水で3倍に希釈した希釈液を0.3mL加える。
(4)上記(2)のビーカーを上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。
(6)サンプルスタンド内に設置した上記(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上記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50,000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の上記専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)を算出する。なお、上記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。
樹脂粒子の重合転化率または脱溶剤率は、ガスクロマトグラフィー(GC)を用い、以下のようにして測定する。
樹脂粒子分散液500mgを精秤しサンプルビンに入れる。これに精秤した10gのアセトンを加えてフタをした後、よく混合し、発振周波数42kHz、電気的出力125Wの卓上型超音波洗浄器(商品名「B2510J−MTH」、ブランソン社製)にて超音波を30分間照射する。その後、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー(株)製)を用いて濾過を行い、濾液2μLをガスクロマトグラフィーで分析する。そして、予め使用した重合性単量体または溶剤を用いて作成した検量線により、残留している重合性単量体または溶剤の「残存量」を算出する。その後、下記式に従い、樹脂粒子の重合転化率(質量%)または脱溶剤率(質量%)を規定する。
(式) 100×(1−(残存量)/(使用した重合性単量体または溶剤の総量))
本発明で用いられるポリエステル樹脂微粒子、および離型剤微粒子などの樹脂粒子、ならびに着色剤微粒子などの体積基準のメジアン径の測定は、JIS Z8825−1(2001年)に準じて測定されるが、具体的には以下のとおりである。
測定装置としては、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置「LA−920」((株)堀場製作所製)を用いる。測定条件の設定および測定データの解析は、LA−920に付属の専用ソフト「HORIBA LA−920 for Windows(登録商標) WET(LA−920) Ver.2.02」を用いる。
測定手順は、以下のとおりである。
(2)所定量のイオン交換水をバッチ式セルに入れ、バッチ式セルをバッチ式セルホルダーにセットする。
(3)専用のスターラーチップを用いて、バッチ式セル内を撹拌する。
(4)「表示条件設定」画面の「屈折率」ボタンを押し、各材料に適した屈折率を選択する。
(5)「表示条件設定」画面において、粒子径基準を体積基準とする。
(6)1時間以上の暖気運転を行った後、光軸の調整、光軸の微調整、ブランク測定を行う。
(7)測定する分散液を、気泡が入らないように注意しながら直ちにバッチ式セルに少量ずつ添加して、タングステンランプの透過率が90%〜95%となるように調整する。そして、粒度分布の測定を行う。得られた体積基準の粒度分布のデータを元に、体積基準のメジアン径(D50)を算出する。
<ポリエステル樹脂1の製造例>
撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管、及び、減圧装置を備えた反応容器に、原材料モノマーを表1に示したmol比率で混合した混合物100.0部を添加して撹拌しながら温度120℃まで加熱した。その後、エステル化触媒としてジ(2−エチルヘキサン酸)錫0.50部を加え、温度190℃に昇温し所望の分子量になるまで縮重合し、ポリエステル樹脂1を得た。
ポリエステル樹脂1の重量平均分子量は19,600、酸価は6.1mgKOH/g、ガラス転移温度は72℃であった。
表1の原材料モノマー混合量および重縮合反応の温度条件にて、ポリエステル樹脂1と同様の操作を行い、ポリエステル樹脂2〜8およびポリエステル樹脂10を製造した。ポリエステル樹脂2〜8およびポリエステル樹脂10の物性を表2に示す。
・ビスフェノールA(PO2.2mol付加物):27.3mol%
・ビスフェノールA(EO2.2mol付加物):9.1mol%
・テレフタル酸:31.8mol%
・ドデセニル無水コハク酸:4.5mol%
・フマル酸:9.1mol%
・グリセリン:9.1mol%
・1,3−アダマンタンジカルボン酸:9.1mol%
コンデンサー、温度計、水滴下装置、アンカー翼を備えたジャケット付き3リットル反応槽(東京理化器械(株)製:BJ−30N)を水循環式恒温槽にて40℃に維持しながら、下記の混合溶剤を投入し、これに上記ポリエステル樹脂1を300部投入した。
・混合溶剤:酢酸エチル160部とイソプロピルアルコール100部との混合溶剤
そして、スリーワンモーターを用い150rpmで攪拌を施し、溶解させて油相を得た。この攪拌されている油相に10質量%アンモニア水溶液を、滴下時間5分間で14部滴下し、10分間混合した後、さらにイオン交換水900部を毎分7部の速度で滴下して転相させて、乳化液を得た。
ポリエステル樹脂微粒子分散液1の調製例において、使用するポリエステル樹脂を、ポリエステル樹脂1からポリエステル樹脂8に変更する以外はポリエステル樹脂分散液1の合成例と同様にして、ポリエステル樹脂微粒子分散液2を調製した。
ポリエステル樹脂微粒子分散液1の調製例において、使用するポリエステル樹脂を、ポリエステル樹脂1からポリエステル樹脂9に変更する以外はポリエステル樹脂分散液1の合成例と同様にして、ポリエステル樹脂微粒子分散液3を調製した。
・C.I.Pigment Red 122
(大日精化工業(株)製、商品名「クロモファインマゼンタ6886」):100部
・ポリオキシエチレンノニルフェノールエーテル(アニオン界面活性剤)(第一工業製薬(株)製:ネオゲンR):15部
・イオン交換水:900部
以上を混合し、溶解し、高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン製、HJP30006)を用いて1時間分散して着色剤を分散させて着色剤微粒子分散液を調製した。着色剤微粒子分散液における着色剤微粒子の体積基準のメジアン径は130nm、着色剤微粒子濃度は25質量%であった。
・ベヘン酸ベヘニル(融点71℃):270部
・アニオン性界面活性剤
(第一工業製薬(株)製、商品名「ネオゲンRK」):13.5部
・イオン交換水:21.6部
離型剤微粒子分散液1の調製例において、使用する離型剤をベヘン酸ベヘニルからブタンジオールジベヘネート(融点81℃)に変更する以外は、離型剤微粒子分散液1の調製例と同様にして、離型剤微粒子分散液2を調製した。
離型剤微粒子分散液1の調製例において、使用する離型剤をベヘン酸ベヘニルからペンタエリスリトールテトラベヘネート(融点82℃)に変更する以外は、離型剤微粒子分散液1の調製例と同様にして、離型剤微粒子分散液3を調製した。
・スチレン:60.0部
・C.I.Pigment Red122
(大日精化工業(株)製、商品名「クロモファインマゼンタ6886」):8.0部
上記材料をアトライタ(三井三池化工機(株)製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5時間分散させて、顔料分散液を得た。
・スチレン:14.1部
・n−ブチルアクリレート:20.9部
・ポリエステル樹脂1:5.0部
・パラフィンワックス(日本精蝋(株)製、商品名「HNP−9」融点75℃):6.0部
上記材料を65℃に保温し、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業(株)製)を用いて、500rpmにて均一に溶解、分散した。これに、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(日油(株)製、商品名「パーブチルO」)4.4質量部を溶解し、重合性単量体組成物を調製した。
・流動性向上剤:ジメチルシリコーンオイル(20質量%)で処理され、トナー粒子と同極性(負極性)に摩擦帯電する疎水化処理されたシリカ微粉体(1次粒子の個数平均粒径:10nm、BET比表面積:170m2/g) 2.0部
トナー1の製造例において、使用する材料および製造条件の組み合わせを表3に記載の物に変更する以外はトナー1の製造例と同様にして、トナー2〜10を得た。トナー2〜10の物性を表3に記載した。
下記の方法により、溶解懸濁トナーを製造した。
(ワックス分散液の製造例)
平均粒子径20μmに解砕したベヘン酸ベヘニル:100.0部を、メタノール:100.0部に入れ、回転数150rpmで10分間撹拌して洗浄した後、濾別した。これを3回繰り返した後、濾別し、乾燥してワックスを回収した。
得られたワックス:100.0部、酢酸エチル:100.0部を、直径20mmのジルコニアビーズを入れたアトライタに入れ、150rpmで2時間分散させた。ジルコニアビーズを分離して、ワックス分散液を得た。
・C.I.Pigment Red122
(クロモファインマゼンタ6886):20.0質量部
・酢酸エチル:80.0質量部
上記材料を直径1.7mmのジルコニアビーズを入れたアトライタに入れ、回転数200回転/分で5時間回転させた。ジルコニアビーズを分離して着色剤分散液を得た。
・ビニル系樹脂 スチレン−アクリル酸n−ブチル共重合体:95.0部
(スチレン−アクリル酸n−ブチル共重合比=78.0:22.0、Mp=22,000、Mw=35,000、Mw/Mn=2.4、Tg=55℃)
・ポリエステル樹脂1:5.0部
・ワックス分散液:12.0部
・着色剤分散液:40.0部
上記材料を均一に混合してトナー組成物を形成した。
その後、イオン交換水500部を投入した。通常のプロペラ撹拌装置に変更し、水系媒体を30〜35℃に保持し、撹拌装置の回転数を150rpmとして、容器内を52kPaに減圧して酢酸エチルを留去した。ここで、分散液の一部を抜き取り、攪拌を続けながら温度を20℃まで冷却し、樹脂粒子を得た(樹脂粒子の水分散体)。抜き取った分散液に含まれる樹脂粒子の脱溶剤率を測定したところ100.0(質量%)であり、脱溶剤工程が終了していることを確認した。
トナー11の製造例において、ポリエステル樹脂1をポリエステル樹脂8に変更する以外はトナー11の製造例と同様にして、トナー12を得た。トナー12の物性を表3に示す。
トナー11の製造例において、ビニル系樹脂を使用せず、ポリエステル樹脂1の量を100.0部に変更する以外はトナー11の製造例と同様にして、トナー13を得た。トナー13の物性を表3に示す。
トナー11の製造例において、ポリエステル樹脂1をポリエステル樹脂10に変更する以外はトナー11の製造例と同様にして、トナー19を得た。トナー19の物性を表3に示す。
トナー12の製造例において、熱処理工程のpHを5.5にする以外はトナー12の製造例と同様にして、トナー20を得た。トナー20の物性を表3に示す。
トナー20の製造例において、トナー組成物にさらに1.0部の荷電制御剤(オリヱント化学工業(株)製、商品名「ボントロンE−84」)を加える以外は、トナー20の製造例と同様にしてトナー21を得た。トナー21の物性を表3に示す。
トナー12の製造例において、熱処理工程のpHを12.5にする以外はトナー12の製造例と同様にして、トナー22を得た。トナー22の物性を表3に示す。
トナー12の製造例において、熱処理工程を行わない以外はトナー12の製造例と同様にして、トナー23を得た。トナー23の物性を表3に示す。
下記の方法により、乳化凝集トナーを製造した。
・ポリエステル樹脂微粒子分散液1:655部
・着色剤微粒子分散液:52部
・離型剤微粒子分散液1:130部
・イオン交換水:325部
・アニオン性界面活性剤(ダウケミカル社製、Dowfax2A1)
:6.5部
冷却後のスラリーを、目開き15μmのナイロンメッシュに通過させ粗大粉を除去し、メッシュを通過したトナースラリーに、硝酸を加えてpH6.0に調整した後、アスピレータで減圧ろ過した。ろ紙上に残ったトナーを手でできるだけ細かく砕いて、温度30℃でトナー量の10倍のイオン交換水に投入し、30分間攪拌混合した後、再度アスピレータで減圧ろ過し、ろ液の電気伝導度を測定した。ろ液の電気伝導度が10μS/cm以下になるまでこの操作を繰り返し、トナーを洗浄した。
トナー14の製造例において、ポリエステル樹脂微粒子分散液1に替えて、ポリエステル樹脂微粒子分散液2を用いる以外はトナー14の製造例と同様にして、トナー15を得た。トナー15の物性を表3に示す。
トナー14の製造例において、離型剤微粒子分散液1に替えて離型剤微粒子分散液2を用いる以外はトナー14の製造例と同様にして、トナー16を得た。トナー16の物性を表3に示す。
トナー14の製造例において、離型剤微粒子分散液1に替えて離型剤微粒子分散液3を用いる以外はトナー14の製造例と同様にして、トナー17を得た。トナー17の物性を表3に示す。
トナー14の製造例において、ポリエステル樹脂微粒子分散液1に替えてポリエステル樹脂微粒子分散液3を用いる以外はトナー14の製造例と同様にして、トナー18を得た。トナー18の物性を表3に示す。
上記トナー1〜23に対して、表4および表5に示す組み合わせにて評価を行った。評価結果を表4および表5に示す。
以下に、本発明における評価方法及び評価基準について説明する。
トナーが充填されたプロセスカートリッジを常温常湿環境(温度23℃/相対湿度50%:以下、N/N環境)にて48時間静置した。定着器を外しても動作するように改造したLBP−7700C(キヤノン(株)製)を用いて、10mm×10mmの四角画像が転写紙(GF−C081(キヤノン(株)製)A4:81.4g/m2)上に均等に9点配列された画像パターンの未定着画像を出力した。転写紙上のトナー乗り量は0.45mg/cm2とした。定着器は、LBP−7700Cの定着器を外部へ取り外し、レーザービームプリンター外でも動作するようにした外部定着器を用いた。定着温度:160℃、プロセススピード:240mm/秒の条件で定着を行った。
B:画像濃度が1.30以上1.40未満である。
C:画像濃度が1.20以上1.30未満である。
D:画像濃度が1.20未満である。
トナーが充填されたプロセスカートリッジ、プロセススピードが240mm/秒となるように改造したLBP−7700C(キヤノン(株)製)および転写紙(GF−C081(キヤノン(株)製)A4:81.4g/m2)をN/N環境に48時間静置した。
転写紙上に印字率1%の画像を1,000枚連続で出力した後、乗り量0.45mg/cm2のベタ画像を1枚出力するとともに、現像ローラ上を目視で観察し、現像ローラの回転方向に対し平行なスジ(以下、現像ローラ周方向のスジ)発生の有無を確認した。ベタ画像上に出力方向に対し平行なスジ(以下、縦スジ)が発生するか、印字率1%の画像の出力枚数が20,000枚に達するまで、上記サイクルで画像出力を行った。
現像ローラ上および画像上のスジが発生するタイミングを指標として、耐久性を以下の基準で評価した。Cランク以上であれば、本発明の効果が得られているレベルとする。
B:20,000枚までベタ画像上に縦スジが発生せず、18,000枚まで現像ローラ上に現像ローラ周方向のスジも発生しない。
C:20,000枚までベタ画像上に縦スジが発生せず、16,000枚まで現像ローラ上に現像ローラ周方向のスジも発生しない。
D:20,000枚まででベタ画像上に縦スジが発生する。
〈3−1 低温低湿環境 規制不良〉
トナーが充填されたプロセスカートリッジ、プロセススピードが240mm/秒となるように改造したLBP−7700C(キヤノン(株)製)および転写紙(GF−C081(キヤノン(株)製)A4:81.4g/m2)を低温低湿環境(温度15℃/相対湿度10%:以下、L/L環境)に48時間静置した。L/L環境において、転写紙上に印字率1%の画像を20,000枚連続で出力した後、乗り量0.20mg/cm2のハーフトーン画像を1枚出力するとともに現像ローラ上を目視で観察し、規制不良の発生を確認した。
現像ローラ上の規制不良および規制不良に起因する画像濃度ムラを指標として、耐久性を以下の基準で評価した。Cランク以上であれば、本発明の効果が得られているレベルとする。
B:現像ローラ上の規制不良は軽微に見られるが、画像濃度ムラは見られない。
C:現像ローラ上に規制不良が見られ、画像端部にわずかに画像濃度が高い部分が見られる。
D:画像端部の濃度が顕著に高い。
トナーが充填されたプロセスカートリッジ、プロセススピードが240mm/秒となるように改造したLBP−7700C(キヤノン(株)製)および転写紙(GF−C081(キヤノン(株)製)A4:81.4g/m2)を高温高湿環境(温度30℃/相対湿度80%:以下、H/H環境)に48時間静置した。H/H環境において、転写紙上に印字率1%の画像を20,000枚連続で出力した後、72時間同環境に静置した。その後、中央の5cm×5cmの領域をマスキングした転写紙上にベタ白画像を1枚出力した。得られた画像のマスキングを外し、マスキング部と非マスキング部の反射率をTC−6DS((有)東京電色製)にて測定した。下記式に従い、画像上のカブリを評価した。Cランク以上であれば、本発明の効果が得られているレベルとする。
カブリ(%)=マスキング部の反射率(%)−非マスキング部の反射率(%)
B:カブリが1.0%を超えて2.0%以下。
C:カブリが2.0%を超えて3.0%以下。
D:カブリが3.0%を超える。
3−2の評価後、10mm×10mmの四角画像が転写紙(GF−C081(キヤノン(株)製)A4:81.4g/m2)上に均等に9点配列された画像パターンを10枚連続で出力した。その後、転写紙上に印字率1%の画像を200枚連続で出力した。続いて、10mm×10mmの四角画像が転写紙(GF−C081(キヤノン(株)製)A4:81.4g/m2)上に均等に9点配列された画像パターンを再度出力した。作製した画像の画像濃度を測定し、200枚出力後の画像濃度と同等の画像濃度が得られるまでに出力した枚数を指標として、帯電立ち上がりを評価した。Cランク以上であれば、本発明の効果が得られているレベルとする。
B:5枚目までで同等の画像濃度が得られる。
C:10枚目までで同等の画像濃度が得られる。
D:10枚目でも画像濃度が低い。
トナーが充填されたプロセスカートリッジをN/N環境にて48時間静置した。定着器を外しても動作するように改造したLBP−7700C(キヤノン(株)製)を用いて、10mm×10mmの四角画像が転写紙全体に均等に9ポイント配列された画像パターンの未定着画像を出力した。転写紙上のトナー乗り量は、0.70mg/cm2とし、定着開始温度を評価した。なお、転写紙は、Fox River Bond(90g/m2)を使用した。定着器は、LBP−7700C(キヤノン(株)製)の定着器を外部へ取り外し、レーザービームプリンター外でも動作するようにした外部定着器を用いた。なお、外部定着器は、定着温度を任意に設定可能にし、プロセススピード:240mm/秒の条件で定着を行った。
B:定着開始点が120℃を超えて130℃以下である。
C:定着開始点が130℃を超えて140℃以下である。
D:定着開始点が140℃を超える。
高温時耐巻きつき性については、こすり試験の評価方法において転写紙をPB PAPER GF−500(64g/m2)に変更する以外はこすり試験と同様の条件で定着を行った。
巻きつき無く通紙できた最高温度を指標として、離型性を以下の基準で評価した。Cランク以上であれば、本発明の効果が得られているレベルとする。
B:最高温度が190℃以上200℃未満である。
C:最高温度が180℃以上190℃未満である。
D:最高温度が180℃未満である。
各トナー5gを50cc樹脂製カップに取り、温度55℃/相対湿度10%で3日間静置した。凝集塊の有無を指標として、耐熱性を以下の基準で評価した。Cランク以上であれば、本発明の耐熱性の効果が得られているレベルとする。
A:凝集塊が発生しない。
B:軽微な凝集塊が発生するが、軽い振とうで解れる。
C:軽微な凝集塊が発生するが、軽く指で押すと解れる。
D:凝集塊が発生し、軽く指で押しても崩れない。
Claims (5)
- ポリエステル樹脂、及び着色剤を有するトナー粒子を有するトナーの製造方法であって、
該ポリエステル樹脂、及び該着色剤を有する樹脂粒子が分散した水系媒体を、該ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)より15℃以上高い温度で加熱してトナー粒子を得る熱処理工程を有し、
該熱処理工程における該水系媒体のpHが、6.0以上12.0以下であり、
該ポリエステル樹脂が、主鎖および/または側鎖に、下記式(1)〜(4)のいずれかで表されるアルコール又はカルボン酸に由来するユニットを有することを特徴とするトナーの製造方法。
- 該ポリエステル樹脂の酸価が、2.0mgKOH/g以上15.0mgKOH/g以下である請求項1に記載のトナーの製造方法。
- 該ポリエステル樹脂のガラス転移温度が、60℃以上90℃以下である請求項1または2に記載のトナーの製造方法。
- ポリエステル樹脂、結着樹脂を形成しうる重合性単量体、および着色剤を含有する重合性単量体組成物の粒子を難水溶性無機微粒子を含む水系媒体中で形成して懸濁液を得る造粒工程、ならびに
該懸濁液において、該重合性単量体組成物の該粒子に含まれる該重合性単量体を重合して該樹脂粒子を得る重合工程を有し、
該熱処理工程を該重合工程の後に行う請求項1〜3のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。 - 有機溶媒に、ポリエステル樹脂、および着色剤を溶解又は分散して樹脂溶液を調製する溶解工程、
該樹脂溶液を難水溶性無機微粒子を含む水系媒体中に分散させ造粒する造粒工程、ならびに
造粒された粒子中に含有される有機溶媒を除去し該樹脂粒子を得る脱溶剤工程を有し、
該熱処理工程を該脱溶剤工程の後に行う請求項1〜3のいずれか一項に記載のトナーの製造方法。
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