JP2017194678A - トナー - Google Patents

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Abstract

【課題】画像抜けの抑制と高グロス化を両立したトナーを提供すること。
【解決手段】結着樹脂及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有するトナーであって、トナーの示差走査熱量測定における該結晶性材料由来の吸熱量をaとし、トナーを温度55℃、湿度8%RH環境下で10時間放置したものの示差走査熱量測定における結晶性材料由来の吸熱量をbとしたときに、a及びbが、a/b≧0.85、の関係を満たし、トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、G”≦1×10Paかつtanδ<1となる温度範囲Aを有し、トナーの溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、温度範囲A内でtanδ>1となる温度範囲Bを有することを特徴とするトナー。
【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、及びトナージェット法のような画像形成方法に用いられるトナーに関する。
近年、プリンターや複写機において高速化や低消費電力化が求められており、低温定着性と耐ホットオフセット性に優れたトナーの開発が求められている。この要求に対して、トナー組成物の粘弾性を制御する方法がいくつか提案されている。
特許文献1では、トナーの動的粘弾性測定において、tanδ値のピーク温度を50〜100℃と130〜180℃に存在させることによって耐コールドオフセット性と耐ホットオフセット性に優れたトナーが開示されている。
特許文献2では、熱硬化性樹脂でシェル層を形成し、トナーの動的粘弾性測定において、120℃のtanδが1よりも小さく、200℃のtanδが1よりも大きく、120〜200℃のtanδの最小値に対する最大値の比率が2.5以上であることによって、耐コールドオフセット性、耐熱保存性、及び耐ホットオフセット性に優れたトナーが開示されている。
特開2009−133937号公報 特開2015−045669号公報
前記特許文献1及び特許文献2に記載されたトナーは、耐コールドオフセット性と耐ホットオフセット性は向上するものの、画像抜けやグロス低下といった課題が残る。
本発明は、画像抜けの抑制と高グロス化を両立したトナーを提供するものである。
本発明は、
結着樹脂及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナーの示差走査熱量測定における該結晶性材料由来の吸熱量をaとし、
該トナーを温度55℃、湿度8%RH環境下で10時間放置したものの示差走査熱量測定における該結晶性材料由来の吸熱量をbとしたときに、
該a及びbが、a/b≧0.85、の関係を満たし、
該トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、G”≦1×10Paかつtanδ<1となる温度範囲Aを有し、
該トナーの溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、該温度範囲A内でtanδ>1となる温度範囲Bを有することを特徴とするトナーに関する。
[該動的粘弾性は、回転平板型レオメーターを用い、振動周波数1.0Hz(6.28rad/s)、昇温速度2.0℃/分、温度範囲50℃〜160℃の温度掃引モードにおいて測定した。]
また、本発明は、
結着樹脂及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナーの示差走査熱量測定から算出される結晶性材料の結晶化度が85%以上であり、
該トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、G”≦1×10Paかつ
tanδ<1となる温度範囲Aを有し、
該トナーの溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、該温度範囲A内でtanδ>1となる温度範囲Bを有することを特徴とするトナー。
[該動的粘弾性は、回転平板型レオメーターを用い、振動周波数1.0Hz(6.28rad/s)、昇温速度2.0℃/分、温度範囲50℃〜160℃の温度掃引モードにおいて測定した。]
本発明によれば、画像抜けの抑制と高グロス化を両立したトナーを提供することができる。
トナー1の粘弾性を示すグラフ 平均長さ(RSm)、及びRSmの標準偏差σRSmを算出する方法
本発明において、数値範囲を表す「○○以上××以下」や「○○〜××」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。
以下に、本発明のトナーについて、さらに詳しく説明する。
本発明者らは、前記した従来技術の課題を解決すべく鋭意検討の結果、トナー中の結晶性材料の結着樹脂への可塑度合い及びトナーの粘弾性特性を制御することによって、上記課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明のトナーは、
結着樹脂及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナーの示差走査熱量測定における該結晶性材料由来の吸熱量をaとし、
該トナーを温度55℃、湿度8%RH環境下で10時間放置したものの示差走査熱量測定における該結晶性材料由来の吸熱量をbとしたときに、
該a及びbが、a/b≧0.85、の関係を満たし、
該トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、G”≦1×10Paかつtanδ<1となる温度範囲Aを有し、
該トナーの溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、該温度範囲A内でtanδ>1となる温度範囲Bを有することを特徴とする。
[該動的粘弾性は、回転平板型レオメーターを用い、振動周波数1.0Hz(6.28rad/s)、昇温速度2.0℃/分、温度範囲50℃〜160℃の温度掃引モードにおいて測定した。]
なお、吸熱量の関係(a/b)は、トナーの示差走査熱量測定から算出される結晶性材料の結晶化度でも表すことが可能である。この場合、トナーの示差走査熱量測定から算出される結晶性材料の結晶化度が85%以上である。
本発明者らは、本発明のトナーが前記効果を発現しうるメカニズムを以下のように考えている。
画像抜けは、1mm程度の微小の点状に画像が抜ける定着不良である。定着時に定着ローラーとの付着や定着メディアから発生する水蒸気などの外力により画像の一部がドーム状に膨れた状態で定着してしまい、そこを起点に発生すると考えられている。
画像抜けは、定着速度が速いほど、トナーの載量が多いほど発生しやすい傾向がある。非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定の結果は、トナーの表面の粘弾性挙動を表しており、溶融成形ペレットの動的粘弾性測定の結果はトナーの内部の粘弾性挙動を表していると考えられる。
すなわち、トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、G”≦1×10Paかつtanδ<1となる温度範囲Aを有するとは、定着ニップ通過中にG”≦1×1
Paに軟化したトナーの表面が弾性支配であることを示している。
また、トナーの溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、該温度範囲A内でtanδ>1となる温度範囲Bを有するとは、定着ニップ通過中にトナーの表面は弾性支配になっているが、トナーの内部は粘性支配になっていること、及び、定着ニップ通過後はトナー全体として粘性支配となっており余熱により変形しやすい状態であることを示している。
本発明のトナーは、上記温度範囲A及びBを持つことで、定着時にトナー自身は変形し平滑な定着画像を与えながらも、上記外力によるトナー表面の過剰な変形やなきわかれ(すなわち、軟化したトナーの一部がちぎれて定着ローラー側と紙側に分かれてしまうこと)が抑制され、画像抜けの抑制と高グロス化が両立されたと考えられる。
一方、上記[a/b]は結晶性材料の結着樹脂への可塑度合いを意味する。[a/b]が大きいほど可塑度合いは小さく、0.85以上であれば、温度範囲A及びBを有することによる効果が発揮される。
一方、0.85未満であると、温度範囲A及びBを有していたとしても、画像抜けが発生してしまうことがある。これは、おそらく、トナー表面の一部が可塑化し、局所的に変形やなきわかれが起こることが原因であると考えられる。
該[a/b]は0.95を超えると、画像抜けの発生がかなり抑制されるため好ましい。なお、[a/b]の上限は1.00である。
また、上記結晶化度も同様に、結晶性材料の結着樹脂への可塑度合いを意味する。結晶化度が大きいほど可塑度合いは小さく、85%以上であれば、温度範囲A及びBを有することによる効果が発揮される。
一方、85%未満であると、温度範囲A及びBを有していたとしても、画像抜けが発生してしまうことがある。これは、おそらく、トナー表面の一部が可塑化し、局所的に変形やなきわかれが起こることが原因であると考えられる。
該結晶化度が95%以上の場合、画像抜けの発生がかなり抑制されるため好ましい。なお、結晶化度の上限は100%である。
トナー粒子の製造において溶剤を使用した工程や加熱工程を経る場合は、結晶性材料の一部が結着樹脂に可塑化してしまう。この場合、例えばアニール処理を行うことで上記[a/b]及び上記結晶化度を上記範囲に制御することができる。
本発明のトナーは、
該トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、
該温度範囲Aのうち最も高い温度よりも低い温度であって、G”≦1×10Paかつtanδ>1となる温度範囲Cをさらに有することが好ましい。
該温度範囲Cを有するということは、定着時に、上記外力を受ける前の温度範囲においては、トナー内部及び表面がともに粘性支配となっており、トナーがより変形しやすいことを意味する。該温度範囲Cを有することでより高グロスの定着画像が得られる。
該温度範囲Cにおいて、トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定で得られる損失正接曲線とtanδ=1の直線とで囲まれる領域の面積Aと、グロスの高さには相関があり、該面積Aが3.00以上であることが好ましく、5.00以上であることがより好ましい。これにより極めて高いグロスの定着画像が得られるようになる。なお、該面積Aは30.00以下であることが好ましい。
また、上記面積Aは、結着樹脂の分子量分布や結着樹脂の粘弾性、結着樹脂と結晶性材料との相溶性を制御することによって上記範囲に制御することができる。
本発明のトナーは、上記メカニズムに基づき、トナー粒子内部及び表面の粘弾性特性及び均一性を制御している。
その制御方法としては、例えば、以下の通りであるが、これらに限定されるものではない。
トナー粒子として、有機ケイ素重合体を含有する表面層を有するトナー粒子を用い、該表面層を形成する有機ケイ素重合体の含有量、及び、有機ケイ素重合体の均一性を調整することが挙げられる。
また、トナー粒子内部の粘弾性を調整すること、及びトナー粒子中の結晶性材料の結着樹脂への可塑度合いを調整すること、などが挙げられる。以下、より具体的に説明する。
まず、上記温度範囲Bを有するように結着樹脂を調製するとよい。
具体的には、G”≦1×10Paでtanδ>1となるように結着樹脂の分子量分布、ガラス転移温度などを制御することが挙げられる。
例えば、結着樹脂の分子量分布は、ラジカル重合系の樹脂であれば開始剤量、反応温度、架橋剤量により制御することができ、縮合系の樹脂であれば、モノマーの量比、反応温度、反応時間により制御することができる。
一方、結着樹脂のガラス転移温度は、適切な種類のモノマーを選択すればよい。
上記結着樹脂の調製は、当業者であれば適宜実施することが可能である。
次に、温度範囲Aを有するように、トナー粒子表面に有機ケイ素重合体を含有する表面層を形成するとよい。この場合、該有機ケイ素重合体が、溶融した結着樹脂表面に埋没し拡散することで、トナー粒子表面層のみがフィラー効果によりtanδ<1となる粘弾性を発現する。
ここで、表面層を形成する有機ケイ素重合体の含有量、及び、有機ケイ素重合体の均一性を制御することが好ましい。
有機ケイ素重合体の含有量を調整することで、フィラー効果をより向上させ、tanδ<1となる粘弾性を発現させやすくなる。また、上記温度範囲A内でtanδ>1となる温度範囲Bが得られやすくなる。
同様に、有機ケイ素重合体の均一性を調整することで、フィラー効果をより向上させ、温度範囲Aを得られやすくなる。ここで、該「均一性」とは、トナー粒子表面の有機ケイ素重合体の存在位置に偏りがない状態を意味する。
上記有機ケイ素重合体の含有量は、トナー粒子100質量部に対して、0.5質量部以上5.0質量部以下であることが好ましく、1.0質量部以上4.0質量部以下であることがより好ましい。
上記有機ケイ素重合体の均一性は、後述する有機ケイ素重合体を含有する表面層を水系媒体中で形成する方法において、有機ケイ素重合体の含有量や水系媒体のpHや温度を変更することにより制御可能である。
上記温度範囲Aを得るための他の方策として、まず、有機ケイ素重合体を結着樹脂表面に埋め込まれやすくすることが挙げられる。具体的には、後述する有機ケイ素重合体を含有する表面層を水系媒体中で形成する方法において、ゾルゲル法などを用いて有機ケイ素重合体をトナー粒子表面に析出させた後、加熱(アニール)処理することで、有機ケイ素重合体を結着樹脂表面に埋め込まれやすくすることができる。
該加熱(アニール)処理の温度条件は、結着樹脂のガラス転移温度(Tg)以上ガラス転移温度(Tg)+15℃以下であることが好ましく、より好ましくはTg以上Tg+10℃以下であり、さらに好ましくはTg以上Tg+5℃以下である。
また、時間は、1時間以上10時間以下であることが好ましく、より好ましくは1時間以上5時間以下であり、より好ましくは3時間以上5時間以下である。
有機ケイ素重合体が水系媒体と結着樹脂の界面に存在する状態で加熱されることにより加水分解と脱水縮合が起こり、結着樹脂との親和性が向上するため、有機ケイ素重合体を結着樹脂表面に埋め込みやすくなる。
さらに、上記温度範囲Aを得るための他の方策として、結着樹脂の粘弾性を制御することが挙げられる。該粘弾性を制御することで、結着樹脂の溶融時に結着樹脂に埋没した有機ケイ素重合体が、拡散することを抑制することが可能であり、その結果、有機ケイ素重合体によるフィラー効果をより向上させることができる。該有機ケイ素重合体の拡散を抑
制する方向に結着樹脂の粘弾性を制御するためには、例えば、架橋剤を用いたり、開始剤を減量したりすることで結着樹脂の分子量を大きくするとよい。
具体的には、結着樹脂の重量平均分子量(Mw)が10000以上500000以下であることが好ましく、50000以上200000以下であることがより好ましい。
さらに、温度範囲Cを有するためには、該有機ケイ素重合体の埋没を抑制する方向に結着樹脂の粘弾性を制御することが好ましい。有機ケイ素重合体の埋没を抑制することで、G”≦1×10Paの軟化過程においてフィラー効果の発現を遅らせることができ、温度範囲Cを得やすくなる。
同様に、該温度範囲Cにおいて、トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定で得られる損失正接曲線とtanδ=1の直線とで囲まれる領域の面積Aは、結着樹脂の粘弾性を制御することで調整することが可能である。例えば、結着樹脂に、結晶性ポリエステル部位と非晶性ビニルポリマー部位が結合したブロックポリマーを添加することにより、効果的に該面積Aを大きくすることができる。
一方、上記[a/b]及び上記結晶化度を上記範囲に制御する方策は、例えば、結着樹脂と結晶性材料の相溶性が低くなるように結着樹脂及び結晶性材料を選定すること、トナー粒子中の結晶性材料の結晶化度を高めることなどが挙げられる。
本発明における結晶性材料とは、後述する離型剤の他、結晶性低分子可塑剤(例えば、テレフタル酸ジエステル系)、結晶性ポリエステル(例えば、直鎖脂肪族ジオールと直鎖脂肪族ジカルボン酸の縮合物、該縮合物とポリスチレンなどと結合したハイブリッド樹脂)に代表される結晶性樹脂などが挙げられる。
これらの内、結晶性材料は、上記[a/b]及び上記結晶化度の制御性の観点より、結晶性ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。
該結晶性ポリエステル樹脂としては、炭素数2以上22以下(好ましくは、炭素数6以上12以下)の脂肪族ジオール及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を含有するアルコール成分と、炭素数2以上22以下(好ましくは、炭素数6以上12以下)の脂肪族ジカルボン酸及びこれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を含有するカルボン酸成分との縮重合樹脂が好適に例示できる。
また、上記ハイブリッド樹脂としては、該結晶性ポリエステル樹脂とビニル系樹脂又はビニル系共重合体とが結合したハイブリッド樹脂が挙げられる。
該結晶性ポリエステル樹脂の含有量は、結着樹脂100質量部に対して、0.5質量部以上15.0質量部以下であることが好ましく、2.0質量部以上10.0質量部以下であることがより好ましい。
該離型剤としては、上記[a/b]及び上記結晶化度の制御性の観点より、結着樹脂に対して相分離性の高いもの、または、結晶化温度のより高いものが好ましい。トナー粒子の製造において溶剤の使用や加熱工程を経る場合、離型剤の結晶化度は低下しやすい。しかしながら、該離型剤の選択により、後述するアニール処理により効率的に結晶化度を向上させることができる。
また、該結晶性材料の結晶化度を高める方法としては、例えば、結晶性材料を加熱することによるアニール処理が挙げられる。加熱温度、時間を変更することで効率的に結晶化度を向上させることができる。
上記トナーを構成する各成分及びトナーの製造方法について説明する。
<結着樹脂>
上記トナー粒子は、結着樹脂を含有する、該結着樹脂の含有量は、トナー粒子中の樹脂成分全量に対して、50質量%以上であることが好ましい。
該結着樹脂としては、特に制限はないが、例えば、スチレンアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、これらの混合樹脂や複合化樹脂などが挙げられる。安価、容易に入手可能で低温定着性に優れる点でスチレンアクリル樹脂やポリエステル樹脂が好ましい。さらに耐久
現像性に優れる点でスチレンアクリル樹脂がより好ましい。
該ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸、ポリオール、ヒドロキシカルボン酸などの中から好適なものを選択して組み合わせ、例えば、エステル交換法又は重縮合法など、従来公知の方法を用いて合成することで得られる。
多価カルボン酸は、1分子中にカルボキシ基を2個以上含有する化合物である。このうち、ジカルボン酸は1分子中にカルボキシ基を2個含有する化合物であって、好ましく使用される。
例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、アジピン酸、β−メチルアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、フマル酸、シトラコン酸、ジグリコール酸、シクロヘキサン−3,5−ジエン−1,2−ジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、マロン酸、ピメリン酸、スベリン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラクロロフタル酸、クロロフタル酸、ニトロフタル酸、p−カルボキシフェニル酢酸、p−フェニレン二酢酸、m−フェニレン二酢酸、o−フェニレン二酢酸、ジフェニル酢酸、ジフェニル−p,p’−ジカルボン酸、ナフタレン−1,4−ジカルボン酸、ナフタレン−1,5−ジカルボン酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などを挙げることができる。
また、上記ジカルボン酸以外の多価カルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、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、ピレントリカルボン酸、ピレンテトラカルボン酸、イタコン酸、グルタコン酸、n−ドデシルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデシルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−オクテニルコハク酸などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリオールは、1分子中に水酸基を2個以上含有する化合物である。このうち、ジオールは1分子中に水酸基を2個含有する化合物であり、好ましく使用される。
具体的には、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、1,2−プロパンジオール、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−ヘキサンジオール、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−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、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、1,14−エイコサンデカンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−ブテンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリテトラメチレングリコール、水素添加ビスフェノールA、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコール及びビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、及び、これと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。
三価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、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、テトラエチロールベンゾグアナミン、ソルビトール、トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラック、上記三価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
上記スチレンアクリル樹脂としては、下記重合性単量体からなる単独重合体、又はこれらを2種以上組み合わせて得られる共重合体、さらにはそれらの混合物が挙げられる。
スチレン、α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、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、p−メトキシスチレン及びp−フェニルスチレンのようなスチレン誘導体類;
メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、iso−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、n−アミルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート及び2−ベンゾイルオキシエチルアクリレート、アクリロニトリル、2−ヒドロキシエチルアクリレート、アクリル酸のようなアクリル誘導体類;
メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、iso−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、iso−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、n−アミルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−ノニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ジメチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレート及び2−ベンゾイルオキシエチルメタクリレート、メタクリロニトリル、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、メタクリル酸のようなメタクリル誘導体類;
ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルなどのビニルエーテル誘導体類;
ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトンなどのビニルケトン誘導体類;
エチレン、プロピレン、ブタジエンなどのポリオレフィン類。
該スチレンアクリル樹脂は、必要に応じて多官能性の重合性単量体を用いることができる。多官能性の重合性単量体としては、例えば、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アクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’−ビス(4−(アクリロキシジエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、ジ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メタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシジエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタリン及びジビニルエーテルなどが挙げられる。
また、重合度を制御するため、公知の連鎖移動剤及び重合禁止剤をさらに添加することも可能である。
該スチレンアクリル樹脂を得るための重合開始剤としては、有機過酸化物系開始剤やアゾ系重合開始剤が挙げられる。
有機過酸化物系開始剤としては、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ジ−α−クミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(ベンゾイルパー
オキシ)ヘキサン、ビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロドデカン、t−ブチルパーオキシマレイン酸、ビス(t−ブチルパーオキシ)イソフタレート、メチルエチルケトンパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、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及びtert−ブチル−パーオキシピバレートなどが挙げられる。
アゾ系重合開始剤としては、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及びアゾビスメチルブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(イソ酪酸メチル)などが挙げられる。
また、重合開始剤として、酸化性物質と還元性物質とを組み合わせたレドックス系開始剤を用いることもできる。酸化性物質としては、過酸化水素、過硫酸塩(ナトリウム塩、カリウム塩及びアンモニウム塩)の無機過酸化物並びに4価のセリウム塩の酸化性金属塩が挙げられる。還元性物質としては還元性金属塩(2価の鉄塩、1価の銅塩及び3価のクロム塩)、アンモニア、低級アミン(メチルアミン及びエチルアミンのような炭素数1以上6以下程度のアミン)、ヒドロキシルアミンのようなアミノ化合物、チオ硫酸ナトリウム、ナトリウムハイドロサルファイト、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム及びナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートなどの還元性硫黄化合物、低級アルコール(炭素数1以上6以下)、アスコルビン酸又はその塩並びに低級アルデヒド(炭素数1以上6以下)が挙げられる。
重合開始剤は、10時間半減期温度を参考に選択され、単独又は混合して利用される。前記重合開始剤の添加量は、目的とする重合度により変化するが、一般的には重合性単量体100.0質量部に対し0.5質量部以上20.0質量部以下が添加される。
<離型剤>
本発明のトナーには、離型剤として、公知のワックスを用いることができる。
具体的には、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタムに代表される石油系ワックス及びその誘導体、モンタン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、ポリエチレンに代表されるポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックスに代表される天然ワックス及びそれらの誘導体が挙げられ、誘導体には酸化物や、ビニルモノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物も含まれる。また、高級脂肪族アルコールなどのアルコール;ステアリン酸、パルミチン酸などの脂肪酸又はその酸アミド、エステル、ケトン;硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物ワックス、動物ワックスが挙げられる。これらは単独又は併用して用いることができる。
これらの中でも、ポリオレフィン、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス、もししくは、石油系ワックスを使用した場合に、現像性や転写性が向上する傾向があり好ましい。なお、これらのワックスには、トナーの帯電性に影響を与えない範囲で酸化防止剤が添加されていてもよい。
また、上記結着樹脂に対する相分離性、又は、結晶化温度の観点からは、ベヘン酸ベヘニル、セバシン酸ジベヘニルなどの高級脂肪酸エステルなどが好適に例示できる。
また、これらのワックスの含有量は、結着樹脂100.0質量部に対して、1.0質量部以上30.0質量部以下であることが好ましい。
該ワックスの融点は、30℃以上120℃以下であることが好ましく、より好ましくは60℃以上100℃以下である。
上記のような熱特性を呈するワックスを用いることにより、離型効果が効率良く発現され、より広い定着領域が確保される。
<着色剤>
本発明において、トナー粒子は着色剤を含有してもよい。該着色剤として、公知の顔料、染料を用いることができる。耐候性に優れる点から該着色剤としては、顔料が好ましい。
シアン系着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物及び塩基染料レーキ化合物などが挙げられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62及び66。
マゼンタ系着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン化合物、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物及びペリレン化合物などが挙げられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、19、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、144、146、150、166、169、177、184、185、202、206、220、221及び254、及びC.I.ピグメントバイオレット19。
イエロー系着色剤としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物及びアリルアミド化合物などが挙げられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、151、154、155、168、174、175、176、180、181、185、191及び194。
黒色着色剤としては、カーボンブラック並びに上記イエロー系着色剤、マゼンタ系着色剤及びシアン系着色剤を用いて黒色に調色されたものが挙げられる。
これらの着色剤は、単独で、又は混合物で、さらにはこれらを固溶体の状態で用いることができる。
該着色剤は、結着樹脂100.0質量部に対して1.0質量部以上20.0質量部以下用いることが好ましい。
<荷電制御剤、及び荷電制御樹脂>
本発明において、トナー粒子は、荷電制御剤又は荷電制御樹脂を含有してもよい。
該荷電制御剤としては、公知のものが利用でき、特に摩擦帯電スピードが速く、かつ、一定の摩擦帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。さらに、トナー粒子を懸濁重合法により製造する場合には、重合阻害性が低く、水系媒体への可溶化物が実質的にない荷電制御剤が特に好ましい。
荷電制御剤としてはトナーを負荷電性に制御するものと正荷電性に制御するものがある。トナーを負荷電性に制御するものとしては、モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、オキシカルボン酸及びジカルボン酸系の金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールのようなフェノール誘導体類、尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、含金属ナフトエ酸系化合物、ホウ素化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン及び荷電制御樹脂などが挙げられる。
トナーを正荷電性に制御する荷電制御剤としては、以下のものが挙げられる。
グアニジン化合物;イミダゾール化合物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートのような4級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩のようなオニウム塩並びにこれらのレーキ顔料;トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、及び、フェロシアン化物);高級脂肪酸の金属塩;荷電制御樹脂。
これら荷電制御剤の中でも、含金属サリチル酸系化合物が好ましく、特にその金属がアルミニウム又はジルコニウムであるものが好ましい。
荷電制御樹脂としては、スルホン酸基、スルホン酸塩基若しくはスルホン酸エステル基を有する重合体又は共重合体を挙げることができる。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としては、特にスルホン酸基含有アクリルアミド系モノマー又はスルホン酸基含有メタクリルアミド系モノマーを共重合比で2質量%以上含有する重合体が好ましく、より好ましくは5質量%以上含有する重合体である。
荷電制御樹脂は、ガラス転移温度(Tg)が35℃以上90℃以下であり、ピーク分子量(Mp)が10,000以上30,000以下であり、重量平均分子量(Mw)が25,000以上50,000以下であることが好ましい。これを用いた場合、トナー粒子に求められる熱特性に影響を及ぼすことなく、好ましい摩擦帯電特性を付与することができる。さらに、荷電制御樹脂がスルホン酸基を含有している為、例えば重合性単量体組成物中における荷電制御樹脂自身の分散性や、着色剤などの分散性が向上し、着色力、透明性及び摩擦帯電特性をより向上させることができる。
これら荷電制御剤又は荷電制御樹脂は、単独であるいは2種類以上組み合わせて添加してもよい。
荷電制御剤又は荷電制御樹脂の添加量は、結着樹脂100.0質量部に対して、0.01質量部以上20.0質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.5質量部以上10.0質量部以下である。
<有機ケイ素重合体>
本発明において、トナー粒子は、有機ケイ素重合体を含有する表面層を有することが好ましい。該有機ケイ素重合体としては、下記式(Z)で表される構造を有する有機ケイ素化合物の重合体が挙げられる。
Figure 2017194678
(式(Z)中、Rは、炭素数1以上6以下の炭化水素基、又は、アリール基を表し、R、R及びRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は、アルコキシ基を表す。)
上記式(Z)として、具体的に以下が挙げられる。
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリクロロシラン、エチルトリアセトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリクロロシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリクロロシラン、ブチルメトキシジクロロシラン、ブチルエトキシジクロロシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシランなどが挙げられる。該有機ケイ素化合物は単独で用いても、又は2種類以上を複合して用いてもよい。
有機ケイ素重合体の代表的な製造例としては、ゾルゲル法と呼ばれる製造方法が挙げられる。
一般的に、ゾルゲル反応では、反応媒体の酸性度によって生成するシロキサン結合の結合状態が異なることが知られている。具体的には、媒体が酸性である場合には、水素イオンが一つの反応基(例えば、アルコキシ基;−OR基)の酸素に親電子的に付加する。次
に、水分子中の酸素原子がケイ素原子に配位して、置換反応によってハイドロシリル基になる。水が十分に存在している場合には、Hひとつで反応基(例えば、アルコキシ基;−OR基)の酸素をひとつ攻撃するため、媒体中のHの含有率が少ないときには、ヒドロキシ基への置換反応が遅くなる。よって、シランに付いた反応基のすべてが加水分解する前に縮重合反応が生じ、比較的容易に、一次元的な線状高分子や二次元的な高分子が生成し易い。
一方、媒体がアルカリ性の場合には、水酸化物イオンがケイ素に付加して5配位中間体を経由する。そのため全ての反応基(例えば、アルコキシ基;−OR基)が脱離しやすくなり、容易にシラノール基に置換される。特に、同一シランに3個以上の反応基を有するケイ素化合物を用いた場合には、加水分解及び縮重合が3次元的に生じて、3次元の架橋結合の多い有機ケイ素重合体が形成される。また、反応も短時間で終了する。
また、ゾルゲル法は、溶液から出発し、その溶液をゲル化することによって材料を形成しているため、様々な微細構造及び形状をつくることができる。特に、トナー粒子が水系媒体中で製造される場合には、有機ケイ素化合物のシラノール基のような親水基による親水性によってトナー粒子の表面に存在させやすい。
従って、有機ケイ素重合体を形成するには、反応媒体がアルカリ性の状態でゾルゲル反応を進めることが好ましく、水系媒体中で製造する場合には、具体的には、pH8.0以上、反応温度90℃以上、反応時間5時間以上で反応を進めることが好ましい。これによって、より強度の高い、耐久性に優れた有機ケイ素重合体を形成することができる。
該有機ケイ素重合体は、下記式(T3)で表される構造を有し、該有機ケイ素重合体中の全ケイ素原子数に対する下記式(T3)で表される構造の割合が、5.0%以上であることが好ましく、より好ましくは10.0%以上であり、さらに好ましくは20.0%以上である。また、該割合は、90.0%以下であることが好ましい。
−SiO3/2 式(T3)
(Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基、又は、フェニル基を表す。)
これにより、前述の有機ケイ素重合体と結着樹脂との親和性が向上し、温度範囲Aが得られやすくなる。
<トナーの製造方法>
第一製法としては、結着樹脂を生成する重合性単量体及び結晶性材料、並びに、必要に応じて有機ケイ素化合物及びその他の添加剤を含有する重合性単量体組成物の粒子を水系媒体中で形成し、該重合性単量体組成物の該粒子に含まれる重合性単量体を重合してトナー粒子を得る方法である。
ここで、該有機ケイ素化合物を添加した場合、トナー粒子の表面近傍に有機ケイ素化合物が析出した状態で重合されるため、トナー粒子に有機ケイ素重合体を含有する表面層を形成させることができる。また、該製法を用いた場合、有機ケイ素重合体を均一に析出させやすい。
第二製法としては、トナー粒子の母体を得てから水系媒体中で有機ケイ素重合体の表面層を形成する方法である。トナー粒子母体は、溶融混練粉砕法、乳化凝集法、溶解懸濁法などを用いて製造するとよい。
本発明において、上記水系媒体としては、以下のものが挙げられる。
水、メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール類、これらの混合溶媒。トナー粒子表面に形成された、有機ケイ素重合体を含有する表面層の均一性の観点から、懸濁重合法が最も好ましい製法である。以下、懸濁重合法について詳細を説明する。
水系媒体を調製する時に使用する分散安定剤としては、公知の無機化合物の分散安定剤、及び、有機化合物の分散安定剤を用いることができる。
無機化合物の分散安定剤としては、リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸
バリウム、ベントナイト、シリカ、及び、アルミナが挙げられる。
一方、有機化合物の分散安定剤としては、ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、ポリアクリル酸及びその塩、及び、デンプンが挙げられる。これら分散安定剤の使用量は、重合性単量体100質量部に対して0.2質量部以上20.0質量部以下であることが好ましい。
これら分散安定剤の中で、無機化合物の分散安定剤を用いる場合、市販のものをそのまま用いてもよいが、より細かい粒径の分散安定剤を得るために、水系媒体中で該無機化合物を生成させてもよい。例えば、リン酸三カルシウムの場合、高撹拌下において、リン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を混合することで得られる。
得られたトナー粒子には、トナーへの各種特性を付与するために外添剤を外添してもよい。トナーの流動性を向上させるための外添剤としては、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、及び、それらの複酸化物微粒子のような無機微粒子が挙げられる。無機微粒子の中でもシリカ微粒子及び酸化チタン微粒子が好ましい。
シリカ微粒子としては、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成された乾式シリカ又はヒュームドシリカ、及び水ガラスから製造される湿式シリカが挙げられる。
無機微粒子としては、表面及びシリカ微粒子の内部にあるシラノール基が少なく、またNaO、SO 2−の少ない乾式シリカの方が好ましい。また、乾式シリカは、製造工程において、塩化アルミニウム、塩化チタン他のような金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粒子であってもよい。
無機微粒子は、その表面を処理剤によって疎水化処理することによって、トナーの摩擦帯電量の調整、環境安定性の向上、及び、高温高湿下での流動性の向上を達成することができるので、疎水化処理された無機微粒子を用いることが好ましい。
無機微粒子を疎水化処理するための処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、ケイ素化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、及び、有機チタン化合物が挙げられる。その中でも、シリコーンオイルが好ましい。これらの処理剤は単独で用いてもあるいは併用してもよい。
無機微粒子の総添加量は、トナー粒子100質量部に対して、1.00質量部以上5.00質量部以下であることが好ましく、より好ましくは1.00質量部以上2.50質量部以下である。外添剤は、トナーの耐久性の点から、トナー粒子の平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。
本発明において、トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される粗さ曲線において、該トナー粒子の粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)が、20nm以上500nm以下であることが好ましく、50nm以上200nm以下であることがより好ましい。
RSmが上記範囲を満たすことで、フィラー効果が得られやすくなる。
また、RSmは、フィラー効果を発現する無機微粒子や有機ケイ素重合体等の粒径、含有量を調整することで上記範囲に制御することができる。
該RSmの標準偏差σRSmの、該RSmに対する比(σRSm/RSm)が、0.80以下であることが好ましく、0.75以下であることがより好ましい。
[σRSm/RSm]が上記範囲を満たすことで、フィラー効果が得られやすくなる。また、[σRSm/RSm]は、前述の有機ケイ素重合体を含有する表面層を水系媒体中で形成する方法においては、有機ケイ素重合体の含有量や水系媒体のpHや温度を変更することで上記範囲に制御することができる。
以下、本発明における各種物性の測定方法について説明する。
<トナーの動的粘弾性測定>
測定装置としては、回転平板型レオメーター「ARES」(TA INSTRUMENTS社製)を用いる。測定試料としては、25℃の環境下で、錠剤成型器を用いて、トナーを直径7.9mm、厚さ2.0±0.3mmの円板状に加圧成型した試料を用いる。
(i)トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定
該試料をパラレルプレートに装着し、室温(25℃)から粘弾性の測定開始温度(50℃)まで昇温し、下記の条件で測定を開始する。
(ii)トナーの溶融成形ペレットの動的粘弾性測定
該試料をパラレルプレートに装着し、室温(25℃)から120℃に15分間で昇温する。昇温後、120℃で1分間保持ながら、振幅1cmでパラレルプレートを5往復上下させて、試料の形を整えた後、粘弾性の測定開始温度(50℃)まで冷却し、下記の条件で測定を開始する。
測定条件としては、
(1)初期のノーマルフォースが0になるようにサンプルをセットする。
(2)直径7.9mmのパラレルプレートを用いる。
(3)周波数(Frequency)は1.0Hzとする。
(4)印加歪初期値(Strain)を0.1%に設定する。
(5)50〜160℃の間を、昇温速度(Ramp Rate)2.0℃/min、サンプリング周波数1回/℃で測定を行う。なお、測定においては、以下の自動調整モードの設定条件で行う。自動歪み調整モード(Auto Strain)で測定を行う。
(6)最大歪(Max Applied Strain)を20.0%に設定する。
(7)最大トルク(Max Allowed Torque)200.0g・cmとし、最低トルク(Min Allowed Torque)0.2g・cmと設定する。
(8)歪み調整(Strain Adjustment)を20.0% of Current Strain と設定する。測定においては、自動テンション調整モード(Auto Tension)を採用する。
(9)自動テンションディレクション(Auto Tension Direction)をコンプレッション(Compression)と設定する。
(10)初期スタティックフォース(Initial Static Force)を10.0g、自動テンションセンシティビティ(Auto Tension Sensitivity)を40.0gと設定する。
(11)自動テンション(Auto Tension)の作動条件は、サンプルモデュラス(Sample Modulus)が1.0×10(Pa)以上である。面積Aは、上記で得られた粘弾性の測定結果から下記のように区分求積法を適用して算出する。
横軸を温度(℃)、縦軸をtanδとして、トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定におけるtanδをプロットする。温度範囲Cの中で、この曲線とtanδ=1の直線で囲まれる領域について、計算する。具体的には、各プロットのtanδ値×1の総和を面積Aの値とした。
<トナーの結晶性材料由来の吸熱量の測定>
まず、トナー中の結晶性材料由来の吸熱量aを測定する。
次に、該トナーを温度55℃、湿度8%RHにおいて10時間放置したものの結晶性材料由来の吸熱量bを測定する。
得られたa及びbから[a/b]を算出する。
上記吸熱量は、DSC Q2000(TA Instruments社製)を使用して以下の条件にて測定する。
サンプル量 :5.0mg
サンプルパン:アルミニウム
昇温速度 :10.0℃/min
測定開始温度:20.0℃
測定終了温度:180.0℃
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。
<トナー中の結晶性材料の結晶化度の算出>
DSC Q2000(TA Instruments社製)において、アルミニウムパンにトナーを5.0mg秤量し、昇温速度10.0℃/分にて、0℃から150℃まで1回目の昇温を行い、150℃で5分間保持する。次に、降温速度10.0℃/分にて、55℃まで降温し、55℃で10時間保持する。次に、降温速度10.0℃/分にて、0℃まで降温し、0℃で5分間保持する。次に、昇温速度10.0℃/分として、0℃から150℃まで2回目の昇温を行う。2回目の昇温における吸熱量に対する1回目の昇温における吸熱量の割合(%)をトナー中の結晶性材料の結晶化度として算出する。
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。
<分子量の測定>
結着樹脂などの重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い、以下のようにして測定する。
まず、室温で、サンプル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「マエショリディスク」(東ソー社製)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。
装置:高速GPC装置「HLC−8220GPC」[東ソー(株)製]
カラム:LF−604の2連[昭和電工(株)製]
溶離液:THF
流速:0.6ml/min
オーブン温度:40℃
試料注入量:0.020ml
サンプルの分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500」、東ソ−社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
<ガラス転移温度(Tg)の測定>
樹脂のガラス転移温度(Tg)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。
具体的には、試料約5mgを精秤し、アルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定範囲30〜200℃の間で、昇温速度1℃/minで測定を行う。
この昇温過程で、温度40℃〜100℃の範囲において比熱変化が得られる。このときの比熱変化が出る前と出た後のベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点を、結着樹脂のガラス転移温度(℃)とする。
<走査型プローブ顕微鏡を用いたトナー粒子の粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)、RSmの標準偏差(σRSm)の測定>
トナー粒子の粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)、及び、RSmの標準偏差(σRSm)は、以下の測定装置及び測定条件により測定した。
走査型プローブ顕微鏡:日立ハイテクサイエンス(株)製
測定ユニット :E−sweep
測定モード :DFM(共振モード)形状像
解像度 :Xデータ数 256、Yデータ数 128
測定エリア :1μm四方
トナー粒子は、後述するコールター・カウンター法で測定された重量平均粒径(D4)と等しい粒径のトナー粒子を選択して、測定対象とした。また、異なるトナー粒子を10個測定した。
(1)粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)の算出
粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)は以下のように算出した。
まず、測定された1μm四方の測定エリアから10個の断面(断面1〜断面10)を任意に選択した。ここでは断面1を例に挙げて説明する。図2のように、粗さ曲線の平均線を基準として、1周期分の凹凸が生じている部分の長さRSmを、すべての凹凸周期分について計測した。次式により、断面1における粗さ曲線要素の平均長さRSm’を算出した。
Figure 2017194678
n:断面1における凹凸周期数の合計
断面1〜断面10における上記RSm’を全て算出した後、それらの平均値を算出し、トナー粒子の粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)とした。
(2)RSmの標準偏差(σRSm)の算出
RSmの標準偏差σRSmは以下のように定義した。
まず、上記断面1のRSm’の算出方法において、次式により、断面1におけるRSm’の標準偏差(σRSm’)を算出した。
Figure 2017194678
n:断面1における凹凸周期数の合計
断面1〜断面10における上記σRSm’を全て算出した後、それらの平均値を算出し、トナー粒子のRSmの標準偏差(σRSm)とした。
<トナー又はトナー粒子の重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)の測定>
トナー又はトナー粒子の重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)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・コールター社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「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)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出する。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
なお、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行う。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、測定後のアパーチャーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
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以上60μm以下に設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(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、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャー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、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)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノン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、トナー又はトナー粒子約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。なお、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又はトナー粒子を分散した前記(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。なお、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)であり、専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
<トナーのテトラヒドロフラン(THF)不溶分の調製>
トナーのテトラヒドロフラン(THF)不溶分は、以下のように調製した。
トナー10.0gを秤量し、円筒濾紙(商品名:No.86R、東洋濾紙(株)製)に入れてソックスレー抽出器にかけ、溶媒としてTHF200mLを用いて20時間抽出し、円筒濾紙中の濾物を40℃で数時間真空乾燥を行って得られたものをNMR測定用のトナーのTHF不溶分とした。
<有機ケイ素重合体中の全ケイ素原子数に対する、式(T3)で表される構造の割合の算出方法>
有機ケイ素重合体中の全ケイ素原子数に対する、下記式(T3)で表される構造の割合は以下のようにして求める。
−SiO3/2 式(T3)
式(T3)中のRで表される炭素数1以上6以下のアルキル基、又は、フェニル基の有無は、13C−NMR及び29Si−NMRにより確認した。また、式(T3)の詳細な構造は、H−NMR、13C−NMR及び29Si−NMRにより確認した。使用した装置及び測定条件を以下に示す。
H−NMR(固体)の測定条件)
装置:BRUKER製 AVANCE III 500
プローブ:4mm MAS BB/1H
測定温度:室温
試料回転数:6kHz
試料:測定試料(NMR測定用のトナーのTHF不溶分)150mgを直径4mmのサンプルチューブに入れる。
当該方法にて、式(T3)中のRで表される炭素数1以上6以下のアルキル基、又は、フェニル基の有無を確認した。シグナルが確認できたら、式(T3)で表される構造は“あり”とした。
13C−NMR(固体)の測定条件)
装置:BRUKER製 AVANCE III 500
プローブ:4mm MAS BB/1H
測定温度:室温
試料回転数:6kHz
試料:測定試料(NMR測定用のトナーのTHF不溶分)150mgを直径4mmのサンプルチューブに入れる。
測定核周波数:125.77MHz
基準物質:Glycine(外部標準:176.03ppm)
観測幅:37.88kHz
測定法:CP/MAS
コンタクト時間:1.75ms
繰り返し時間:4s
積算回数:2048回
LB値:50Hz
29Si−NMR(固体)の測定方法)
装置:BRUKER製 AVANCE III 500
プローブ:4mm MAS BB/1H
測定温度:室温
試料回転数:6kHz
試料:測定試料(NMR測定用のトナーのTHF不溶分)150mgを直径4mmのサンプルチューブに入れる。
測定核周波数:99.36MHz
基準物質:DSS(外部標準:1.534ppm)
観測幅:29.76kHz
測定法:DD/MAS、CP/MAS
90°パルス幅:4.00μs、−1dB
コンタクト時間:1.75ms〜10ms
繰り返し時間:30s(DD/MASS)、10s(CP/MAS)
積算回数:8000回
LB値:50Hz
有機ケイ素重合体中の全ケイ素原子数に対する、上記式(T3)で表される構造の割合[ST3](%)は以下のようにして求める。
トナーのテトラヒドロフラン(THF)不溶分の29Si−NMRの測定において、有
機ケイ素重合体の全ピーク面積からシランモノマーを除いた面積をSSとし、上記式(T3)で表される構造のピーク面積をS(T3)としたときに、[ST3](%)は下記式で表される。
ST3(%)={S(T3)/SS}×100
トナーのTHF不溶分の29Si−NMR測定後に、トナーにおける置換基及び結合基の異なる複数のシラン成分をカーブフィティングにて、下記一般式(X4)で示されるケイ素に結合するO1/2の数が4.0であるX4構造、下記一般式(X3)で示されるケイ素に結合するO1/2の数が3.0であるX3構造、下記式(X2)で示されるケイ素に結合するO1/2の数が2.0であるX2構造、下記式(X1)で示されるケイ素に結合するO1/2の数が1.0であるX1構造、式(T3)で表される構造にピーク分離して、各ピークの面積比から各成分のモル%を算出する。
Figure 2017194678
Figure 2017194678
(式(X3)中のRmはケイ素に結合している有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基またはアルコキシ基)
Figure 2017194678
(式(X2)中のRg、Rhはケイ素に結合している有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基またはアルコキシ基)
Figure 2017194678
(式(X1)中のRi、Rj、Rkはケイ素に結合している有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基またはアルコキシ基)
カーブフィティングは日本電子(株)製のJNM−EX400用ソフトのEXcalibur for Windows(登録商標)(商品名) version 4.2(EX series)を用いる。メニューアイコンから「1D Pro」をクリックして測定データを読み込む。次に、メニューバーの「Command」から「Curve fitting function」を選択し、カーブフィティングを行う。
X1構造の面積、X2構造の面積、X3構造の面積、X4構造の面積を求めて以下の式によりSX1、SX2、SX3、SX4を求める。
(T3、X1、X2、X3及びX4の部分構造確認方法)
T3、X1、X2、X3及びX4の部分構造確認方法は、H−NMR、13C−NMR及び29Si−NMRにより確認できる。
NMR測定後に、トナーの、置換基及び結合基の異なる複数のシラン成分をカーブフィティングにてX1構造、X2構造、X3構造、X4構造及びT3構造にピーク分離して、ピークの面積比から各成分のモル%を算出する。
本発明では化学シフト値でシランの構造を特定して、トナーの29Si−NMRの測定において全ピーク面積からモノマー成分を取り除いたX1構造の面積とX2構造の面積と
X3構造の面積とX4構造の面積の合計を有機ケイ素重合体の全ピーク面積(SS)とした。
SX1+SX2+SX3+SX4=1.00
SX1={X1構造の面積/SS}
SX2={X2構造の面積/SS}
SX3={X3構造の面積/SS}
SX4={X4構造の面積/SS}
ST3={T3構造の面積/SS}
X1構造、X2構造、X3構造、X4構造及びT3構造におけるケイ素の化学シフト値を以下に示す。
X1構造の一例(Ri=Rj=−OC、Rk=−CH):−47ppm
X2構造の一例(Rg=−OC、Rh=−CH):−56ppm
X3構造及びT3構造の一例(R=Rm=−CH):−65ppm
また、X4構造がある場合のケイ素の化学シフト値を以下に示す。
X4構造:−108ppm
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限されるものではない。なお、文中の「部」及び「%」は、特に断りのなり限り質量基準である。
<ブロックポリマー1の製造例>
撹拌機、温度計、窒素導入管、及び、減圧装置を備えた反応容器に、キシレン100.0質量部を入れ、窒素置換しながら加熱し、液温140℃で還流させた。該溶媒へスチレン100.0質量部、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)8.0質量部を混合したものを3時間かけて滴下し、滴下終了後、溶液を3時間撹拌した。その後、160℃、1hPaにて、キシレン及び残存スチレンを留去しビニルポリマー(1)を得た。
次いで、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上記で得られたビニルポリマー(1)100.0質量部、有機溶媒としてキシレン80.0部、1,12−ドデカンジオール94.7質量部にエステル化触媒としてチタン(IV)イソプロポキシド0.50部を加えて、窒素雰囲気下、150℃で4時間反応させた。その後、セバシン酸84.1質量部を加えて150℃で3時間、180℃で4時間反応させた。その後、さらに180℃、1hPaで重量平均分子量(Mw)が20,000となるまで反応させてブロックポリマー1を得た。
<ブロックポリマー2の製造例>
ブロックポリマー1の製造例において、1,12−ドデカンジオール94.7質量部を1,10−デカンジオール81.6質量部に変更した以外は同様にしてブロックポリマー2を得た。
<ポリエステル樹脂1の製造例>
減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置、撹拌装置を備えたオートクレーブ中に、
・テレフタル酸 21.0質量部
・イソフタル酸 21.0質量部
・ビスフェノールA−プロピレンオキサイド2モル付加物 89.5質量部
・ビスフェノールA−プロピレンオキサイド3モル付加物 23.0質量部
・シュウ酸チタン酸カリウム 0.030質量部
前記ポリエステルモノマーを仕込み、窒素雰囲気下、常圧下、220℃で15時間反応を行い、さらに10〜20mmHgの減圧下で1時間反応させ、ポリエステル樹脂1を得た。ポリエステル樹脂1のガラス転移温度(Tg)は74.8℃、酸価は8.2mgKOH/gであった。
<ポリエステル樹脂2の製造例>
・テレフタル酸 100.0質量部
・ビスフェノールA−プロピレンオキシド2モル付加物 205.0質量部
前記単量体をエステル化触媒とともにオートクレーブに仕込み、減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置及び撹拌装置をオートクレーブに装着した。窒素雰囲気下、減圧しながら、常法に従って210℃でTgが68.0℃になるまで反応を行い、ポリエステル樹脂2を得た。ポリエステル樹脂2の重量平均分子量(Mw)は7,500、数平均分子量(Mn)は3,000であった。
<ポリエステル樹脂3の製造例>
・ビスフェノールA−エチレンオキサイド2モル付加物 725.0質量部
・フタル酸 290.0質量部
・ジブチルチンオキサイド 3.0質量部
前記材料を220℃にて攪拌して7時間反応し、さらに減圧下で5時間反応させた後、80℃まで冷却し、酢酸エチル中にてイソホロンジイソシアネート190.0質量部と2時間反応させ、イソシアネート基含有ポリエステル樹脂を得た。イソシアネート基含有ポリエステル樹脂25.0質量部とイソホロンジアミン1.0質量部を50℃で2時間反応させ、ウレア基を含有するポリエステルを主成分とするポリエステル樹脂3を得た。
得られたポリエステル樹脂3の重量平均分子量(Mw)は22,200、数平均分子量(Mn)は2,900、ピーク分子量は7,300であった。
<トナー1の製造例>
還流管、撹拌機、温度計、窒素導入管を備えた四つ口容器中にイオン交換水700質量部と0.1モル/リットルのNaPO水溶液1000質量部と1.0モル/リットルのHCl水溶液24.0質量部を添加し、高速撹拌装置T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社)を用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここに1.0モル/リットルのCaCl水溶液85質量部を徐々に添加し、微細な難水溶性分散安定剤Ca(POを含む水系分散体を調製した。
・スチレンモノマー 78.0質量部
・n−ブチルアクリレート 22.0質量部
・ブロックポリマー1 6.0質量部
・ジビニルベンゼン 0.3質量部
・有機ケイ素化合物(メチルトリエトキシシラン) 8.0質量部
・銅フタロシアニン顔料(ピグメントブルー15:3) 6.5質量部
・ポリエステル樹脂1 5.0質量部
・帯電制御剤 ボントロンE−88(オリエント化学社製) 0.7質量部
・離型剤(べヘン酸ベヘニル、融点:72.1℃) 9.0質量部
上記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社)で3時間分散させて得られた重合性単量体組成物を60℃で20分間保持した。その後、重合性単量体組成物に重合開始剤であるt−ブチルパーオキシピバレート13.0質量部(トルエン溶液40%)を添加した重合性単量体組成物を水系媒体中に投入し、高速撹拌装置の回転数を12,000rpmに維持しつつ10分間造粒した。
その後、高速撹拌装置をプロペラ式撹拌器に変えて、内温を70℃に昇温させ、ゆっくり撹拌しながら5時間反応させた。このとき水系媒体のpHは5.1であった。
次に、1.0モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpH8.0にし、容器
内を温度90℃に昇温して7.5時間維持した。その後、1%塩酸を加えて、pHを5.1にした。次に、イオン交換水を300質量部添加して、還流管を取り外し、蒸留装置を取り付けた。容器内の温度が100℃の蒸留を5時間行った。蒸留留分は300質量部であった。その後、55℃まで冷却し、同温度で5時間アニール処理を行った。30℃に冷却後、10%塩酸を添加して分散安定剤を除去した。さらに、ろ別、洗浄、乾燥をして重量平均粒径が5.8μmのトナー粒子1を得た。得られたトナー粒子1をトナー1とした。
なお、結着樹脂(スチレン、n−ブチルアクリレート及びジビニルベンゼンの共重合体)の重量平均分子量は100000、ガラス転移温度(Tg)は57℃であった。
トナー1の処方及び条件を表1に示し、物性を表2に示した。
トナー粒子1の透過型電子顕微鏡(TEM)観察においてケイ素マッピングを行い、表面層に均一なケイ素原子が存在することを確認した。
以下の実施例及び比較例においても、同様に有機ケイ素重合体を含有する表面層はケイ素マッピングにて確認した。
また、図1に該トナー1の粘弾性を示すグラフを示す。該グラフにおいて、実線は非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定の結果、破線は溶融成形ペレットの動的粘弾性測定の結果である。また、図中の右向き矢印は、該グラフの右軸の数値を参照する旨を示し、左向き矢印は、該グラフの左軸の数値を参照する旨を示す。
<トナー2〜6の製造例>
表1に示す処方及び条件に変更すること以外はトナー1と同様の方法でトナー2〜6を得た。トナー2〜6の処方及び条件を表1に示し、物性を表2に示した。
<トナー7の製造例>
表1に示す処方及び条件に変更すること以外はトナー粒子1と同様の方法でトナー粒子を得た。該トナー粒子100質量部に対し、BET法による比表面積が90m/gであり、ヘキサメチルジシラザン3.0質量%、100cpsのシリコーンオイル3質量%で表面を疎水化処理された疎水性シリカ1 0.50質量部を、三井ヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社)で混合してトナー7を得た。処方及び条件を表1に示し、物性を表2に示した。
<トナー8の製造例>
表1に示す処方及び条件に変更すること以外はトナー7と同様の方法でトナー8を得た。処方及び条件を表1に示し、物性を表2に示した。
<トナー9の製造例>
・ポリエステル樹脂2 60.0質量部
・ポリエステル樹脂3 40.0質量部
・銅フタロシアニン顔料(ピグメントブルー15:3) 6.5質量部
・有機ケイ素化合物(メチルトリエトキシシラン) 8.0質量部
・帯電制御剤 ボントロンE−88(オリエント化学社製) 0.7質量部
・パラフィンワックス(HNP−5:日本精鑞製 融点60℃) 9.0質量部
上記材料を、トルエン400質量部に溶解して、溶解液を得た。
リービッヒ還流管を備え付けた四つ口容器中にイオン交換水700質量部と0.1モル/リットルのNaPO水溶液1000質量部と1.0モル/リットルのHCl水溶液24.0質量部を添加し、高速撹拌装置T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社)を用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここに1.0モル/リットルのCaCl水溶液85質量部を徐々に添加し、微細な難水溶性分散安定剤Ca(POを含む水系分散体を調製した。
次に上記溶解液100質量部をT.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社)で12
,000rpmに攪拌しながら、投入し5分間攪拌した。ついでこの混合液を70℃ 5時間保持した。pHは5.1であった。1.0モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を加えて、pHを8.0にした。つぎに、90℃まで昇温して7.5時間保持した。その後、1%塩酸を加えて、pHを5.1にした。イオン交換水を300質量部添加して、還流管を取り外し、蒸留装置を取り付けた。次に、容器内の温度が100℃の蒸留を5時間行った。蒸留留分は320質量部であった。その後、55℃まで冷却し、同温度で5時間アニール処理を行った。30℃に冷却後、10%塩酸を添加して分散安定剤を除去した。さらに、ろ別、洗浄、乾燥をして重量平均粒径が5.8μmのトナー粒子9を得た。得られたトナー粒子9をトナー9とした。
トナー9の物性を表2に示した。トナー粒子9のTEM観察においてケイ素マッピングを行い、表面層に均一なケイ素原子が存在することを確認した。
<トナー10の製造例>
・ポリエステル樹脂2 60.0質量部
・ポリエステル樹脂3 40.0質量部
・銅フタロシアニン顔料(ピグメントブルー15:3) 6.5質量部
・帯電制御剤 ボントロンE−88(オリエント化学社製) 0.7質量部
・離型剤(べヘン酸ベヘニル、融点:72.1℃) 9.0質量部
上記材料を三井ヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社)で混合した後、二軸混練押出機によって135℃で溶融混練を行い、混練物を冷却後、カッターミルで粗粉砕、ジェット気流を用いた微粉砕機を用いて粉砕して、さらに風力分級機を用いて分級することによって、重量平均粒径5.8μmのトナー母体を得た。
リービッヒ還流管を備え付けた四つ口容器中にイオン交換水700質量部と0.1モル/リットルのNaPO水溶液1000質量部と1.0モル/リットルのHCl水溶液24.0質量部を添加し、高速撹拌装置T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社)を用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここに1.0モル/リットル−CaCl水溶液85質量部を徐々に添加し、微細な難水溶性分散安定剤Ca(POを含む水系分散媒体を調製した。
次に、該水系分散媒体に、該トナー母体115.0質量部、メチルトリエトキシシラン8.0質量部をT.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社)で5,000rpmに攪拌しながら投入し30分間攪拌した。ついで、この混合液を70℃で5時間保持した。pHは5.1であった。1.0モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を加えて、pHを8.0にした。つぎに、90℃まで昇温して7.5時間保持した。その後、1%塩酸を加えて、pHを5.1にした。イオン交換水を300質量部添加して、還流管を取り外し、蒸留装置を取り付けた。次に、容器内の温度が100℃の蒸留を5時間行った。蒸留留分は320質量部であった。その後、55℃まで冷却し、同温度で5時間アニール処理を行った。30℃に冷却後、10%塩酸を添加して分散安定剤を除去した。さらに、ろ別、洗浄、乾燥をして重量平均粒径が5.8μmのトナー粒子10を得た。得られたトナー粒子10をトナー10とした。
トナー10の物性を表2に示した。トナー粒子10のTEM観察においてケイ素マッピングを行い、表面層に均一なケイ素原子が存在することを確認した。
<トナー11の製造例>
「ポリエステル樹脂4の合成」
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物 9mol部
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 95mol部
・テレフタル酸 50mol部
・フマル酸 30mol部
・ドデセニルコハク酸 25mol部
撹拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えたフラスコに上記のモノマーを仕
込み、1時間で195℃まで上げて、反応系内が均一に撹拌されていることを確認した。これらモノマーの総質量に対してジステアリン酸スズを1.0質量%投入した。さらに生成する水を留去しながら195℃から5時間かけて250℃まで温度を上げ、250℃でさらに2時間脱水縮合反応を行った。その結果、ガラス転移温度が60.2℃、酸価が13.8mgKOH/g、水酸基価が28.2mgKOH/g、重量平均分子量が14,200、数平均分子量が4,100、軟化点111℃の非晶性ポリエステル樹脂4を得た。「ポリエステル樹脂5の合成」
・ビスフェノールA−エチレンオキサイド2モル付加物 48mol部
・ビスフェノールA−プロピレンオキサイド2モル付加物 48mol部
・テレフタル酸 65mol部
・ドデセニルコハク酸 30mol部
撹拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えたフラスコに上記のモノマーを投入し、1時間で195℃まで上げて、反応系内が均一に撹拌されていることを確認した。これらモノマーの総質量に対してジステアリン酸スズを0.7質量%投入した。さらに生成する水を留去しながら195℃から5時間かけて240℃まで温度を上げ、240℃でさらに2時間脱水縮合反応を行った。次いで、温度を190℃まで下げ、無水トリメリット酸の5mol部を徐々に投入し、190℃で1時間反応を継続した。その結果、ガラス転移温度が55.2℃、酸価が14.3mgKOH/g、水酸基価が24.1mgKOH/g、重量平均分子量が53,600、数平均分子量が6,000、軟化点108℃のポリエステル樹脂5を得た。
「樹脂粒子分散液1の調製」
・ポリエステル樹脂4 100質量部
・メチルエチルケトン 50質量部
・イソプロピルアルコール 20質量部
容器にメチルエチルケトン、イソプロピルアルコールを投入した。その後、上記樹脂を徐々に投入して、撹拌を行い、完全に溶解させてポリエステル樹脂4溶解液を得た。このポリエステル樹脂4溶解液の入った容器を65℃に設定し、撹拌しながら10%アンモニア水溶液を合計で5質量部となるように徐々に滴下し、さらにイオン交換水230質量部を10ml/minの速度で徐々に滴下して転相乳化させた。さらにエバポレータで減圧して脱溶剤を行い、ポリエステル樹脂4の樹脂粒子分散液1を得た。この樹脂粒子の体積平均粒径は、135nmであった。また、樹脂粒子固形分量はイオン交換水で調整して20%とした。
「樹脂粒子分散液2の調製」
・ポリエステル樹脂5 100質量部
・メチルエチルケトン 50質量部
・イソプロピルアルコール 20質量部
容器にメチルエチルケトン、イソプロピルアルコールを投入した。その後、上記材料を徐々に投入して、撹拌を行い、完全に溶解させてポリエステル樹脂5溶解液を得た。このポリエステル樹脂5溶解液の入った容器を40℃に設定し、撹拌しながら10%アンモニア水溶液を合計で3.5質量部となるように徐々に滴下し、さらにイオン交換水230質量部を10ml/minの速度で徐々に滴下して転相乳化させた。さらに減圧して脱溶剤を行い、ポリエステル樹脂5の樹脂粒子分散液2を得た。樹脂粒子の体積平均粒径は、155nmであった。また、樹脂粒子固形分量はイオン交換水で調整して20%とした。
「樹脂粒子分散液1のゾルゲル溶液の調製」
樹脂粒子分散液1 100質量部(固形分20.0質量部)にメチルトリエトキシシラン20.0質量部を加えて撹拌しながら70℃で1時間保持した後、昇温速度20℃/1hで昇温し、95℃で3時間保持をした。その後冷却して樹脂微粒子がゾルゲルで被覆された樹脂粒子分散液1のゾルゲル溶液を得た。この樹脂粒子の体積平均粒径は、210n
mであった。また、樹脂粒子固形分量はイオン交換水で調整して20%とした。樹脂粒子分散液1のゾルゲル溶液は撹拌しながら10℃以下で保存し、調製後48時間以内に使用した。粒子表面は粘性の高いゾル又はゲル状態である方が粒子同士の接着性が良好になるため好ましい。
「着色剤粒子分散液の調製」
・銅フタロシアニン(ピグメントブルー15:3) 45質量部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬(株)製) 5質量部
・イオン交換水 190質量部
上記成分を混合し、ホモジナイザー(IKA製ウルトラタラックス)により10分間分散した後に、アルティマイザー(対抗衝突型湿式粉砕機:(株)スギノマシン製)を用い圧力250MPaで20分間分散処理を行い、着色剤粒子の体積平均粒径が120nmで、固形分量が20%の着色剤粒子分散液を得た。
「離型剤粒子分散液の調製」
・オレフィンワックス(融点:84℃) 60質量部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬(株)製) 2質量部
・イオン交換水 240質量部
以上を100℃に加熱して、IKA製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで115℃に加温して分散処理を1時間行い、体積平均粒径160nm、固形分量20%の離型剤粒子分散液を得た。
「トナー粒子11の製造」
・樹脂粒子分散液1 500質量部
・樹脂粒子分散液2 400質量部
・着色剤粒子分散液 50質量部
・離型剤粒子分散液 50質量部
フラスコ中にイオン性界面活性剤ネオゲンRKを2.2質量部加えた後、以上の材料を撹拌した。次いで、1モル/リットルの硝酸水溶液を滴下してpH3.7にした後、これにポリ硫酸アルミニウム0.35質量部を加え、IKA製ウルトラタラックスで分散を行った。加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら50℃まで加熱した。50℃で40分保持した後、ここに樹脂粒子分散液1のゾルゲル溶液100質量部の混合液を緩やかに追加した。
その後、1モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加して系内のpHを7.0にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、撹拌を継続しながら徐々に90℃まで加熱し、90℃で5時間保持した。さらに95℃で7.5時間保持した。
その後、イオン性界面活性剤ネオゲンRKを2.0質量部加え、100℃で5時間反応を行った。反応終了後、減圧蒸留により85℃で320質量部の留分を回収した。その後、55℃まで冷却し、同温度で5時間アニール処理を行った。その後、冷却、濾過、乾燥を行った。40℃のイオン交換水5Lに再分散し、15分間撹拌翼(300rpm)で撹拌し、ろ過を行った。
この再分散とろ過の洗浄を繰り返し、電気伝導度6.0μS/cm以下となったところで、洗浄を終了し、トナー粒子11を得た。得られたトナー粒子11をトナー11とした。
トナー11の物性を表2に示した。トナー11のTEM観察においてケイ素マッピングを行い、表面層に均一なケイ素原子が存在することを確認した。
<比較トナー1及び2の製造例>
表1に示す処方及び条件に変更すること以外はトナー1と同様の方法で比較トナー1及び2を得た。比較トナー1及び2の処方及び条件を表1に示し、物性を表2に示した。
<比較トナー3の製造例>
還流管、撹拌機、温度計、窒素導入管を備えた四つ口容器中にイオン交換水700質量部と0.1モル/リットルのNaPO水溶液1000質量部と1.0モル/リットルのHCl水溶液24.0質量部を添加し、高速撹拌装置T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社)を用いて12,000rpmで撹拌しながら、60℃に保持した。ここに1.0モル/リットルのCaCl水溶液85質量部を徐々に添加し、微細な難水溶性分散安定剤Ca(POを含む水系分散媒体を調製した。
・スチレンモノマー 78.0質量部
・n−ブチルアクリレート 22.0質量部
・ジビニルベンゼン 0.2質量部
・銅フタロシアニン顔料(ピグメントブルー15:3) 6.5質量部
・ポリエステル樹脂1 5.0質量部
・帯電制御剤 ボントロンE−88(オリエント化学社製) 0.7質量部
・離型剤(べヘン酸ベヘニル、融点:72.1℃) 9.0質量部
上記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社)で3時間分散させて得られた重合性単量体組成物を60℃で20分間保持した。その後、重合性単量体組成物に重合開始剤であるt−ブチルパーオキシピバレート13.0質量部(トルエン溶液40%)を添加した重合性単量体組成物を水系媒体中に投入し、高速撹拌装置の回転数を12,000rpmに維持しつつ10分間造粒した。
その後、高速撹拌装置をプロペラ式撹拌器に変えて、内温を70℃に昇温させ、ゆっくり撹拌しながら5時間反応させた。このとき水系媒体のpHは5.1であった。
次に、容器内を温度90℃に昇温して1.5時間維持した。次に、イオン交換水を300質量部添加して、還流管を取り外し、蒸留装置を取り付けた。容器内の温度が100℃の蒸留を5時間行った。蒸留留分は300質量部であった。その後、55℃まで冷却し、同温度で5時間アニール処理を行った。30℃に冷却後、10%塩酸を添加して分散安定剤を除去した。さらに、ろ別、洗浄、乾燥をして重量平均粒径が5.8μmのトナー粒子が得られた。
該トナー粒子100質量部に対し、BET法による比表面積が90m/gであり、ヘキサメチルジシラザン3.0質量%、100cpsのシリコーンオイル3質量%で表面を疎水化処理された疎水性シリカ1 1.80質量部を、三井ヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社)で混合して比較トナー3を得た。比較トナー3の処方及び条件を表1に示し、物性を表2に示した。
Figure 2017194678
Figure 2017194678
<トナー評価>
〔画像抜け〕
キヤノン製レーザービームプリンタLBP9600Cの定着ユニットを定着温度が調整できるように改造した。この改造後のLBP9600Cを用いて、常温常湿(25℃/50%RH)環境下にて、プロセススピ−ド300mm/secで、定着温度を170℃から5℃刻みで下げて、トナー載量が0.90mg/cmの未定着トナー画像を受像紙にオイルレスで加熱加圧し、受像紙に定着画像を形成した。画像抜けの有無を目視で判断し評価を行った。本発明では、C以上が許容できるレベルである。
(評価基準)
A:155℃で画像抜けなし
B:155℃で画像抜け発生
C:160℃で画像抜け発生
D:165℃で画像抜け発生
E:170℃で画像抜け発生
〔低温定着性〕
キヤノン製レーザービームプリンタLBP9600Cの定着ユニットを定着温度が調整できるように改造した。この改造後のLBP9600Cを用いて、常温常湿(25℃/50%RH)環境下にて、プロセススピ−ド300mm/secで、定着温度を5℃刻みで変更し、トナー載量が0.40mg/cmの未定着トナー画像を受像紙にオイルレスで加熱加圧し、受像紙に定着画像を形成した。低温定着性は、キムワイプ〔S−200(株式会社クレシア)〕用い、75g/cmの荷重をかけて定着画像を10回こすり、こすり前後の濃度低下率が5%未満になる最低温度で低温定着性の評価を行った。本発明では、C以上が許容できるレベルである。
(評価基準)
A:140℃以下
B:145℃
C:150℃
D:155℃以上
〔グロス〕
定着温度180℃でベタ画像(トナーの載り量:0.6mg/cm)を出力し、PG−3D(日本電色工業製)を用いてグロス値の測定を行った。転写材としては、LETTERサイズの普通紙(XEROX 4200用紙、XEROX社製、75g/m)を用いた。本発明では、D以上が許容できるレベルである。
(評価基準)
A:グロス値が30以上
B:グロス値が25以上30未満
C:グロス値が20以上25未満
D:グロス値が15以上20未満
E:グロス値が15未満
〔耐久性〕
画像評価は、市販のカラーレーザープリンタ〔HP Color LaserJet 3525dn]を使用して行った。トナーカートリッジに、トナー 300gを装填した。そして、そのトナーカートリッジを常温常湿N/N(25℃/50%RH)の環境下で24時間放置し、同環境下にて横線で1%の印字率の画像を35,000枚プリントアウト試験終了後、LETTERサイズの普通紙(XEROX 4200用紙、XEROX社製、75g/m)にハーフトーン(トナーの載り量:0.6mg/cm)の画像をプリントアウトし、現像スジの発生状況により耐久性を評価した。本発明では、C以上が許容できるレベルである。
(評価基準)
A:現像スジが未発生
B:現像スジが1カ所以上3カ所以下発生
C:現像スジが4カ所以上6カ所以下発生
D:現像スジが7カ所以上発生、あるいは、幅0.5mm以上の現像スジが発生
〔実施例1〜11〕
実施例1〜11では、トナー1〜11をそれぞれ用いて前記評価を行った。その評価結果を表3に示す。
〔比較例1〜3〕
比較例1〜3では、比較トナー1〜3をそれぞれ用いて前記評価を行った。その評価結果を表3に示す。
Figure 2017194678



Claims (12)

  1. 結着樹脂及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
    該トナーの示差走査熱量測定における該結晶性材料由来の吸熱量をaとし、
    該トナーを温度55℃、湿度8%RH環境下で10時間放置したものの示差走査熱量測定における該結晶性材料由来の吸熱量をbとしたときに、
    該a及びbが、a/b≧0.85、の関係を満たし、
    該トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、G”≦1×10Paかつtanδ<1となる温度範囲Aを有し、
    該トナーの溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、該温度範囲A内でtanδ>1となる温度範囲Bを有することを特徴とするトナー。
    [該動的粘弾性は、回転平板型レオメーターを用い、振動周波数1.0Hz(6.28rad/s)、昇温速度2.0℃/分、温度範囲50℃〜160℃の温度掃引モードにおいて測定した。]
  2. 前記トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、
    前記温度範囲Aのうち最も高い温度よりも低い温度であって、G”≦1×10Paかつtanδ>1となる温度範囲Cを有する、請求項1に記載のトナー。
  3. 前記温度範囲Cにおいて、前記トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において得られる損失正接曲線とtanδ=1の直線とで囲まれる領域の面積Aが3.00以上である、請求項2に記載のトナー。
  4. 前記a及びbが、a/b>0.95、の関係を満たす、請求項1〜3のいずれか一項に記載のトナー。
  5. 前記トナー粒子が、有機ケイ素重合体を含有する表面層を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のトナー。
  6. 前記トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される粗さ曲線において、
    該トナー粒子の粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)が、20nm以上500nm以下であり、
    該RSmの標準偏差σRSmの、該RSmに対する比(σRSm/RSm)が、0.80以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のトナー。
  7. 結着樹脂及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
    該トナーの示差走査熱量測定から算出される結晶性材料の結晶化度が85%以上であり、
    該トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、G”≦1×10Paかつtanδ<1となる温度範囲Aを有し、
    該トナーの溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、該温度範囲A内でtanδ>1となる温度範囲Bを有することを特徴とするトナー。
    [該動的粘弾性は、回転平板型レオメーターを用い、振動周波数1.0Hz(6.28rad/s)、昇温速度2.0℃/分、温度範囲50℃〜160℃の温度掃引モードにおいて測定した。]
  8. 前記トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において、
    前記温度範囲Aのうち最も高い温度よりも低い温度であって、G”≦1×10Paかつtanδ>1となる温度範囲Cを有する、請求項7に記載のトナー。
  9. 前記温度範囲Cにおいて、前記トナーの非溶融成形ペレットの動的粘弾性測定において得られる損失正接曲線とtanδ=1の直線とで囲まれる領域の面積Aが3.00以上である、請求項8に記載のトナー。
  10. 前記トナーの示差走査熱量測定から算出される結晶性材料の結晶化度が95%以上である、請求項7〜9のいずれか一項に記載のトナー。
  11. 前記トナー粒子が、有機ケイ素重合体を含有する表面層を有する、請求項7〜10のいずれか一項に記載のトナー。
  12. 前記トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される粗さ曲線において、
    該トナー粒子の粗さ曲線要素の平均長さ(RSm)が、20nm以上500nm以下であり、
    該RSmの標準偏差σRSmの、該RSmに対する比(σRSm/RSm)が、0.80以下である、請求項7〜11のいずれか一項に記載のトナー。

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