JP2018054890A - 正帯電性トナー - Google Patents

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Abstract

【課題】耐熱保存性に優れ、連続印刷に用いられた場合でも、長期にわたって十分な正帯電性を維持し、継続的にかぶりを抑制して高画質の画像を形成し続けることができる正帯電性トナーを提供する。【解決手段】正帯電性トナーが、トナー母粒子10aと、トナー母粒子10aの表面に付着した外添剤とを備えるトナー粒子10を、複数含む。外添剤はシリカ粉体(シリカ粒子13)を含む。トナーのpH3のゼータ電位は3.00mV以上である。ストレス付与される前のシリカ粉体のpH5のゼータ電位ζSA5と、ストレス付与された後のシリカ粉体のpH5、7、9のゼータ電位ζSB5、ζSB7、ζSB9とは、下記式(M1)、(M2)、及び(M3)の全てを満たす。ζSB5>10.0mV …(M1)ζSA5−2.0mV<ζSB5<ζSA5+15.0mV …(M2)|ζSB7−ζSB9|<25.0mV …(M3)【選択図】図1

Description

本発明は、正帯電性トナーに関し、特に外添剤を備えるトナー粒子を複数含む正帯電性トナーに関する。
特許文献1に記載されたトナーでは、トナーの流動性及び帯電安定性等を改善するために、疎水化処理されたシリカアルミナ複合粒子を外添剤として使用している。このトナーでは、疎水化処理される前のシリカアルミナ複合粒子のゼータポテンシャルが−42.0mV以上−28.0mV以下である。
特開2012−123196号公報
特許文献1に記載されたシリカアルミナ複合粒子のゼータ電位(ゼータポテンシャル)は低い。こうしたシリカアルミナ複合粒子を正帯電性トナーに適用した場合、トナーの正帯電量が不十分になり、長期にわたって高画質の画像を形成することは難しいと考えられる。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、耐熱保存性に優れ、連続印刷に用いられた場合でも、長期にわたって十分な正帯電性を維持し、継続的にかぶりを抑制して高画質の画像を形成し続けることができる正帯電性トナーを提供することを目的とする。
本発明に係る正帯電性トナーは、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に付着した外添剤とを備えるトナー粒子を、複数含む。前記外添剤はシリカ粉体を含む。前記トナーのpH3のゼータ電位は3.00mV以上である。ストレス付与される前の前記シリカ粉体のpH5のゼータ電位ζSA5と、ストレス付与された後の前記シリカ粉体のpH5、7、9のゼータ電位ζSB5、ζSB7、ζSB9とは、下記式(M1)、(M2)、及び(M3)の全てを満たす。
ζSB5>10.0mV …(M1)
ζSA5−2.0mV<ζSB5<ζSA5+15.0mV …(M2)
|ζSB7−ζSB9|<25.0mV …(M3)
[前記トナーのpH3のゼータ電位は、前記トナーを0.2質量%の割合で含む前記トナーの分散液についてpH3の条件で測定されるゼータ電位である。
前記シリカ粉体のpH5、7、9のゼータ電位は、それぞれ前記シリカ粉体を0.03質量%の割合で含む前記シリカ粉体の分散液についてpH5、7、9の条件で測定されるゼータ電位である。
前記ストレス付与は、前記シリカ粉体を3質量%の割合で含む前記シリカ粉体の分散液100質量部に対して直径1mmのジルコニアビーズ15質量部を添加して評価用試料を得た後、前記評価用試料をターブラーミキサーで30分間混合する処理である。]
本発明によれば、耐熱保存性に優れ、連続印刷に用いられた場合でも、長期にわたって十分な正帯電性を維持し、継続的にかぶりを抑制して高画質の画像を形成し続けることができる正帯電性トナーを提供することが可能になる。
本発明の実施形態に係る正帯電性トナーに含まれるトナー粒子の断面構造の一例を示す図である。 図1中に示されるシリカ粒子(外添剤粒子)の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係る正帯電性トナーで用いられるシリカ粉体のpHとゼータ電位との関係を示すグラフである。
本発明の実施形態について説明する。なお、粉体(より具体的には、トナーコア、トナー母粒子、外添剤、又はトナー等)に関する評価結果(形状又は物性などを示す値)は、何ら規定していなければ、粉体から平均的な粒子を相当数選び取って、それら平均的な粒子の各々について測定した値の個数平均である。
粉体の個数平均粒子径は、何ら規定していなければ、顕微鏡を用いて測定された1次粒子の円相当径(ヘイウッド径:粒子の投影面積と同じ面積を有する円の直径)の個数平均値である。また、粉体の体積中位径(Dv50)及び個数中位径(Dn50)の各々の測定値は、何ら規定していなければ、ベックマン・コールター株式会社製の「コールターカウンターマルチサイザー3」を用いてコールター原理(細孔電気抵抗法)に基づき測定した値である。また、粉体の体積平均粒子径(MV:Mean Volume diameter)の測定値は、何ら規定していなければ、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所製「LA−750」)を用いて測定した値である。また、円形度(=粒子の投影面積と等しい円の周囲長/粒子の周囲長)の測定値は、何ら規定していなければ、フロー式粒子像分析装置(シスメックス株式会社製「FPIA(登録商標)−3000」)を用いて、相当数(例えば、3000個)の粒子について測定した値の個数平均である。また、BET比表面積の測定値は、何ら規定していなければ、一般的なBET法(窒素吸着法)により測定した値である。
酸価及び水酸基価の各々の測定値は、何ら規定していなければ、「JIS(日本工業規格)K0070−1992」に従って測定した値である。また、数平均分子量(Mn)及び質量平均分子量(Mw)の各々の測定値は、何ら規定していなければ、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて測定した値である。また、ガラス転移点(Tg)は、何ら規定していなければ、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「JIS(日本工業規格)K7121−2012」に従って測定した値である。示差走査熱量計で測定された2回目昇温時の吸熱曲線(縦軸:熱流(DSC信号)、横軸:温度)において、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(オンセット温度)が、Tg(ガラス転移点)に相当する。また、軟化点(Tm)は、何ら規定していなければ、高化式フローテスター(株式会社島津製作所製「CFT−500D」)を用いて測定した値である。高化式フローテスターで測定されたS字カーブ(横軸:温度、縦軸:ストローク)において、「(ベースラインストローク値+最大ストローク値)/2」となる温度が、Tm(軟化点)に相当する。
帯電性は、何ら規定していなければ、摩擦帯電における帯電性を意味する。摩擦帯電における正帯電性の強さ(又は負帯電性の強さ)は、周知の帯電列などで確認できる。
本願明細書中では、未処理のシリカ粒子も、シリカ基体(未処理のシリカ粒子)に表面処理を施して得たシリカ粒子(表面処理されたシリカ粒子)も、「シリカ粒子」と記載する。
以下、化合物名の後に「系」を付けて、化合物及びその誘導体を包括的に総称する場合がある。化合物名の後に「系」を付けて重合体名を表す場合には、重合体の繰返し単位が化合物又はその誘導体に由来することを意味する。また、アクリル及びメタクリルを包括的に「(メタ)アクリル」と総称する場合がある。
本実施形態に係るトナーは、正帯電性トナーであり、例えば静電潜像の現像に好適に用いることができる。本実施形態のトナーは、複数のトナー粒子(それぞれ後述する構成を有する粒子)を含む粉体である。トナーは、1成分現像剤として使用してもよい。また、混合装置(より具体的には、ボールミル等)を用いてトナーとキャリアとを混合して2成分現像剤を調製してもよい。高画質の画像を形成するためには、キャリアとしてフェライトキャリアを使用することが好ましい。また、長期にわたって高画質の画像を形成するためには、キャリアコアと、キャリアコアを被覆する樹脂層とを備える磁性キャリア粒子を使用することが好ましい。キャリア粒子に磁性を付与するためには、磁性材料でキャリア粒子を形成してもよいし、磁性粒子を分散させた樹脂でキャリア粒子を形成してもよい。また、キャリアコアを被覆する樹脂層中に磁性粒子を分散させてもよい。高画質の画像を形成するためには、2成分現像剤におけるトナーの量は、キャリア100質量部に対して、5質量部以上15質量部以下であることが好ましい。なお、2成分現像剤に含まれる正帯電性トナーは、キャリアとの摩擦により正に帯電する。
本実施形態に係るトナーは、例えば電子写真装置(画像形成装置)において画像の形成に用いることができる。以下、電子写真装置による画像形成方法の一例について説明する。
まず、電子写真装置の像形成部(帯電装置及び露光装置)が、画像データに基づいて感光体(例えば、感光体ドラムの表層部)に静電潜像を形成する。続けて、電子写真装置の現像装置(詳しくは、トナーを含む現像剤がセットされた現像装置)が、トナーを感光体に供給して、感光体に形成された静電潜像を現像する。詳しくは、現像工程では、感光体の近傍に配置された現像スリーブ(例えば、現像装置内の現像ローラーの表層部)上のトナー(例えば、キャリア又はブレードとの摩擦により帯電したトナー)を静電潜像に付着させて、感光体上にトナー像を形成する。そして、続く転写工程では、電子写真装置の転写装置が、感光体上のトナー像を中間転写体(例えば、転写ベルト)に転写した後、さらに中間転写体上のトナー像を記録媒体(例えば、紙)に転写する。その後、電子写真装置の定着装置(定着方式:加熱ローラー及び加圧ローラーによるニップ定着)がトナーを加熱及び加圧して、記録媒体にトナーを定着させる。その結果、記録媒体に画像が形成される。例えば、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの4色のトナー像を重ね合わせることで、フルカラー画像を形成することができる。なお、転写方式は、感光体上のトナー像を、中間転写体を介さず、記録媒体に直接転写する直接転写方式であってもよい。また、定着方式は、ベルト定着方式であってもよい。
本実施形態に係るトナーは、次に示す構成(以下、基本構成と記載する)を有する正帯電性トナーである。
(トナーの基本構成)
正帯電性トナーが、トナー母粒子と、トナー母粒子の表面に付着した外添剤とを備えるトナー粒子を、複数含む。外添剤はシリカ粉体を含む。トナーのpH3のゼータ電位(以下、ζTと記載する場合がある)は3.00mV以上である。ストレス付与される前のシリカ粉体のpH5のゼータ電位ζSA5と、ストレス付与された後のシリカ粉体のpH5、7、9のゼータ電位ζSB5、ζSB7、ζSB9とは、下記式(M1)、(M2)、及び(M3)の全てを満たす。
ζSB5>10.0mV …(M1)
ζSA5−2.0mV<ζSB5<ζSA5+15.0mV …(M2)
|ζSB7−ζSB9|<25.0mV …(M3)
以下、ストレス付与される前のシリカ粉体のpH7のゼータ電位をζSA7と、ストレス付与される前のシリカ粉体のpH9のゼータ電位をζSA9と、それぞれ記載する場合がある。
上記基本構成において、トナーのpH3のゼータ電位は、トナーを0.2質量%の割合で含むトナーの分散液についてpH3の条件で測定されるゼータ電位である。
上記基本構成において、シリカ粉体のpH5、7、9のゼータ電位は、それぞれシリカ粉体を0.03質量%の割合で含むシリカ粉体の分散液についてpH5、7、9の条件で測定されるゼータ電位である。ζSA7及びζSA9についても同様である。
上記基本構成において、ストレス付与は、シリカ粉体を3質量%の割合で含むシリカ粉体の分散液100質量部に対して直径1mmのジルコニアビーズ15質量部を添加して評価用試料を得た後、評価用試料をターブラーミキサーで30分間混合する処理である。
トナーを0.2質量%の割合で含むトナーの分散液は、分散媒99.8gとトナー0.2gとを混合することで、調製できる。分散媒は界面活性剤を含んでいてもよい。シリカ粉体の分散液についても同様である。
上記基本構成を有するトナーでは、ゼータ電位ζTが3.00mV以上である。このため、上記基本構成を有するトナーは正帯電し易く、正帯電性トナーとして好適に使用できる。なお、トナーが過剰に正帯電することを抑制するためには、ゼータ電位ζTが25mV以下であることが好ましい。
上記基本構成を有するトナーは、「ζSB5>10.0mV」を満たす。こうしたトナーを連続印刷に用いた場合には、継続的にかぶりを抑制できる。ゼータ電位ζSB5が低過ぎると、トナーを用いて連続印刷を行った場合に現像装置内のトナーの帯電能力が不十分になる傾向がある。ストレスにより現像装置内のトナーが劣化してトナーの帯電能力が低下すると、現像装置内で、劣化したトナー(帯電能力が低いトナー)と、新たに補給されたトナーとの摩擦により、逆帯電トナーが発生して、かぶりが生じ易くなる傾向がある。なお、トナーが過剰に正帯電することを抑制するためには、ゼータ電位ζSB5が、35mV以下であることが好ましく、30mV以下であることがより好ましい。
上記基本構成を有するトナーは、「ζSA5−2.0mV<ζSB5<ζSA5+15.0mV」を満たす。すなわち、ストレス付与後のシリカ粉体のpH5のゼータ電位(ζSB5)は、ストレス付与前のシリカ粉体のpH5のゼータ電位(ζSA5)と同等(すなわち、ζSA5と同じ、又はζSA5よりも少し低い)か、ζSA5よりも高い。しかし、ストレス付与後のゼータ電位ζSB5は、ストレス付与前のゼータ電位ζSA5よりも高過ぎない。こうしたトナーを連続印刷に用いた場合には、継続的にかぶりを抑制できる。
本願発明者は、例えば、次に示す構成(以下、好適な構成と記載する)をトナーに持たせることで、上記基本構成を有するトナーを実現できることを見出した。
(トナーの好適な構成)
前述の基本構成において、シリカ粉体が、シリカ基体と、シリカ基体を覆う表面層とを備えるシリカ粒子を、複数含む。表面層は、アルミナ(酸化アルミニウム)及び水酸化アルミニウムの少なくとも一方を含む。シリカ粒子の表面は、疎水化処理されている。シリカ粒子の表面は、1種類の疎水化剤で疎水化処理されていてもよいし、2種以上の疎水化剤で疎水化処理されていてもよい。
シリカ(SiO2)は比較的強い負帯電性を有する。正帯電性トナーにおいて、シリカ粉体を外添剤として使用するためには、シリカ粒子を正帯電化することが好ましい。また、シリカ粒子の帯電安定性を向上させるためには、シリカ粒子の表面を疎水化剤(例えば、シランカップリング剤)で処理することが好ましい。こうしたシリカ粒子の表面処理(疎水化処理)に、正帯電性の強い疎水化剤を使用することも考えられる。しかし、そのような疎水化剤を使用して、優れた正帯電性を有する外添剤を得ることは、コスト的に又は技術的に困難である。また、そのような疎水化剤を使用してシリカ粒子の表面を正帯電化した場合、その正帯電化したシリカ粒子はストレスに弱い傾向がある。詳しくは、粒子にストレスが加わると、粒子の正帯電性が弱くなり易い。この理由は、粒子にストレスが加わることで、下地(シリカ)の帯電性(負帯電性)の影響が強くなるためであると考えられる。
これに対し、上記好適な構成を有するトナーでは、シリカ粒子が、アルミナ及び水酸化アルミニウムの少なくとも一方を含む表面層を備える。このため、シリカ粒子の表面に十分な正帯電性を確保し易くなる。また、シリカ粒子にストレスが加わって、シリカ粒子の表面に存在する官能基(詳しくは、表面処理剤に由来する官能基)が除去されても、下地(アルミナ及び/又は水酸化アルミニウム)の帯電性(正帯電性)の影響が強くなることで、シリカ粒子の正帯電性は弱くなりにくい。このため、連続印刷においても、長期にわたって十分なシリカ粒子の正帯電性(ひいては、トナーの正帯電性)を維持し易くなる。
図1及び図2を参照して、上記好適な構成を有するトナーに含まれるトナー粒子の一例について説明する。
図1に示されるトナー粒子10は、トナー母粒子10aと、複数のシリカ粒子13(それぞれ外添剤粒子)とを備える。トナー母粒子10aは、トナーコア11と、トナーコア11の表面に形成されたシェル層12とを備える。シェル層12は、樹脂膜である。シェル層12は、トナーコア11の表面を部分的に覆っている。トナー母粒子10aの表面は、露出領域F1(トナーコア11の表面がシェル層12で覆われていない領域)と被覆領域F2(トナーコア11の表面がシェル層12で覆われている領域)とを含む。複数のシリカ粒子13はそれぞれ、トナー母粒子10aの表面(露出領域F1又は被覆領域F2)に付着している。
シリカ粒子13は、図2に示すように、シリカ基体131と、シリカ基体131を覆う表面層132とを備える。表面層132は、アルミナ及び/又は水酸化アルミニウムを含む。シリカ粒子13の表面は、疎水化処理されている。表面層132の表面は、疎水性の官能基(例えば、アルキル基)を有する。また、シリカ基体131の表面が表面層132で完全には覆われていない場合には、シリカ基体131の表面領域のうち表面層132から露出した領域も、疎水性の官能基(例えば、アルキル基)を有する。シリカ粒子13の表面は、正帯電化処理されていてもよい。トナーが前述の基本構成を有するためには、表面層132の表面が、炭素数4以上12以下の直鎖アルキル基を有することが好ましく、炭素数4以上12以下の直鎖アルキル基に加えてアミノ基をさらに有することが特に好ましい。
本願発明者は、シリカ粉体のBET比表面積によって、表面層に含まれるアルミナ及び水酸化アルミニウムの総量(以下、Al被覆量と記載する)の好適な範囲が変わることを見出した。なお、Al被覆量は、表面層に含まれるアルミナ及び水酸化アルミニウムの総量のAl23換算値の、シリカ粒子の質量に対する質量割合に相当する。なお、Al被覆量に関する要件の成否は、シリカ粒子の表面がアルミナ及び水酸化アルミニウムの一方のみで覆われている場合には、そのアルミナ又は水酸化アルミニウムの量がシリカ粒子の質量に対してAl23換算で下記好適な範囲内にあるか否かに基づいて判断される。
例えば、シリカ粉体のBET比表面積が85m2/g以上95m2/g以下である場合には、Al被覆量が10質量%以上20質量%以下であることが好ましい。また、シリカ粉体のBET比表面積が125m2/g以上135m2/g以下である場合には、Al被覆量が10質量%以上25質量%以下であることが好ましい。また、シリカ粉体のBET比表面積が195m2/g以上205m2/g以下である場合には、Al被覆量が10質量%以上30質量%以下であることが好ましい。
アルミナ及び水酸化アルミニウムはそれぞれ、表面層中に存在することで、表面層の正帯電性を強める働きをすると考えられる。しかし、表面層の性質を安定させるためには、表面層に含まれるアルミナ及び水酸化アルミニウムの総量のうち90質量%以上を水酸化アルミニウムが占めることが好ましい。
前述の基本構成を有するトナーは、「|ζSB7−ζSB9|<25.0mV」を満たす。ゼータ電位ζSB7とゼータ電位ζSB9との差(絶対値)が十分小さいことで、十分なトナーの耐熱保存性を確保し易くなる。高pH域でのゼータ電位の大きさは、シリカ粒子の表面(特に、シリカのシラノール基)がどの程度アルミナに修飾されているかを示す。また、|ζSB7−ζSB9|が小さいことは、アルミナの修飾が適切であることを示す。アルミナの修飾が不適切であると、耐熱保存性が悪化する。
図3に、シリカ粉体とアルミナ粉体との各々について、pHとゼータ電位との関係を示す。図3中の線L1〜L3はそれぞれ、BET比表面積130m2/gのシリカ粉体に関するデータを示している。図3中の線L10〜L14はそれぞれ、BET比表面積90m2/gのシリカ粉体に関するデータを示している。図3中の線L20は、BET比表面積65m2/gのアルミナ粉体に関するデータを示している。
線L1及びL10はそれぞれ、正帯電化も疎水化もされていないシリカ粒子(シリカ基体)の粉体の特性を示している。また、線L20は、正帯電化も疎水化もされていないアルミナ粒子(アルミナ基体)の粉体の特性を示している。
L1:BET比表面積130m2/gのシリカ基体(ストレス付与前)
L10:BET比表面積90m2/gのシリカ基体(ストレス付与前)
L20:BET比表面積65m2/gのアルミナ基体(ストレス付与前)
線L2、L11、及びL12はそれぞれ、前述の好適な構成で規定されるシリカ粉体(詳しくは、ストレス付与される前のシリカ粉体)の特性を示している。前述の好適な構成で規定されるシリカ粉体では、シリカ粒子がシリカ基体と表面層とを備え、シリカ粒子の表面が疎水化処理されていた。線L2及びL11の各々に係るシリカ粉体では、Al被覆量が前述の好適な範囲内であったが、線L12に係るシリカ粉体では、Al被覆量が前述の好適な範囲の下限値よりも少なかった。線L3は、線L2に係るシリカ粉体にストレス付与した後の特性を示し、線L13は、線L11に係るシリカ粉体にストレス付与した後の特性を示し、線L14は、線L12に係るシリカ粉体にストレス付与した後の特性を示している。
(BET比表面積130m2/gのシリカ粉体)
L2:ストレス付与前のシリカ粉体
L3:ストレス付与後のシリカ粉体
(BET比表面積90m2/gのシリカ粉体)
L11:ストレス付与前のシリカ粉体
L12:ストレス付与前のシリカ粉体(Al被覆量:過少)
L13:ストレス付与後のシリカ粉体
L14:ストレス付与後のシリカ粉体(Al被覆量:過少)
約90m2/g(85m2/g以上95m2/g以下)のBET比表面積を有し、Al被覆量が10質量%以上20質量%以下であるシリカ粉体では、図3中の線L11及びL13で示すように、ストレス付与前後での帯電性の変化が小さくなる傾向がある。
トナーに含まれるトナー粒子は、シェル層を備えないトナー粒子(以下、非カプセルトナー粒子と記載する)であってもよいし、シェル層を備えるトナー粒子(以下、カプセルトナー粒子と記載する)であってもよい。ただし、トナーの耐熱保存性及び低温定着性の両立を図るためには、トナーに含まれるトナー粒子がカプセルトナー粒子であることが好ましい。以下、トナーに含まれるトナー粒子がカプセルトナー粒子である実施形態について説明する。
トナーに含まれるトナー粒子(カプセルトナー粒子)は、コア(以下、トナーコアと記載する)と、トナーコアの表面を覆うシェル層(カプセル層)とを備える。シェル層は、実質的に樹脂から構成される。外添剤は、シェル層の表面(又は、シェル層で覆われていないトナーコアの表面領域)に付着する。シェル層は、トナーコアの表面全体を覆っていてもよいし、トナーコアの表面を部分的に覆っていてもよい。以下、外添剤が付着する前のトナー粒子を、トナー母粒子と記載する。非カプセルトナー粒子においては、後述するカプセルトナー粒子におけるトナーコアをトナー母粒子として使用できる。
トナーの耐熱保存性及び低温定着性の両立を図るためには、シェル層が、トナーコアの表面領域のうち、50%以上99%以下の面積を覆っていることが好ましく、70%以上95%以下の面積を覆っていることがより好ましい。
トナーの耐熱保存性及び低温定着性の両立を図るためには、シェル層の厚さが1nm以上100nm以下であることが好ましい。シェル層の厚さは、市販の画像解析ソフトウェア(例えば、三谷商事株式会社製「WinROOF」)を用いてトナー粒子の断面のTEM撮影像を解析することによって計測できる。1つのトナー粒子においてシェル層の厚さが均一でない場合には、均等に離間した4箇所(詳しくは、トナー粒子の断面の略中心で直交する2本の直線を引き、それら2本の直線がシェル層と交差する4箇所)の各々でシェル層の厚さを測定し、得られた4つの測定値の算術平均を、そのトナー粒子の評価値(シェル層の厚さ)とする。なお、TEM撮影像においてトナーコアとシェル層との境界が不明瞭である場合には、TEMと電子エネルギー損失分光法(EELS)とを組み合わせて、TEM撮影像中で、シェル層に含まれる特徴的な元素のマッピングを行うことで、トナーコアとシェル層との境界を明確にすることができる。
画像形成に適したトナーを得るためには、トナーの体積中位径(Dv50)が4μm以上9μm以下であることが好ましい。また、カプセルトナーの円形度に関しては、トナーコアの円形度が0.945以上0.960以下であり、かつ、トナー母粒子(シェル層が形成された状態)の円形度が「トナーコアの円形度」以上「トナーコアの円形度+0.010」以下であることが好ましい。
次に、トナーコアを形成するための材料(以下、トナーコア材料と記載する)と、シェル層を形成するための材料(以下、シェル材料と記載する)とについて説明する。トナー粒子を形成するために適した樹脂は、以下のとおりである。
<好適な熱可塑性樹脂>
熱可塑性樹脂の好適な例としては、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)、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、N−ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、又はウレタン樹脂が挙げられる。また、これら各樹脂の共重合体、すなわち上記樹脂中に任意の繰返し単位が導入された共重合体(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)を使用してもよい。
スチレン−アクリル酸系樹脂は、1種以上のスチレン系モノマーと1種以上のアクリル酸系モノマーとの共重合体である。スチレン−アクリル酸系樹脂を合成するためには、例えば以下に示すような、スチレン系モノマー及びアクリル酸系モノマーを好適に使用できる。
スチレン系モノマーの好適な例としては、スチレン、アルキルスチレン(より具体的には、α−メチルスチレン、p−エチルスチレン、又は4−tert−ブチルスチレン等)、ヒドロキシスチレン(より具体的には、p−ヒドロキシスチレン、又はm−ヒドロキシスチレン等)、又はハロゲン化スチレン(より具体的には、α−クロロスチレン、o−クロロスチレン、m−クロロスチレン、又はp−クロロスチレン等)が挙げられる。
アクリル酸系モノマーの好適な例としては、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、又は(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルが挙げられる。(メタ)アクリル酸アルキルエステルの好適な例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸iso−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸iso−ブチル、又は(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシルが挙げられる。(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの好適な例としては、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、又は(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチルが挙げられる。
ポリエステル樹脂は、1種以上の多価アルコール(より具体的には、以下に示すような、脂肪族ジオール、ビスフェノール、又は3価以上のアルコール等)と1種以上の多価カルボン酸(より具体的には、以下に示すような2価カルボン酸又は3価以上のカルボン酸等)とを縮重合させることで得られる。また、ポリエステル樹脂は、他のモノマー(多価アルコール及び多価カルボン酸のいずれでもないモノマー)に由来する繰返し単位を含んでいてもよい。
脂肪族ジオールの好適な例としては、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,2−プロパンジオール、α,ω−アルカンジオール(より具体的には、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−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、又は1,12−ドデカンジオール等)、2−ブテン−1,4−ジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、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、又はポリテトラメチレングリコールが挙げられる。
ビスフェノールの好適な例としては、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、又はビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物が挙げられる。
3価以上のアルコールの好適な例としては、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、ジグリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、又は1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼンが挙げられる。
2価カルボン酸の好適な例としては、芳香族ジカルボン酸(より具体的には、フタル酸、テレフタル酸、又はイソフタル酸等)、α,ω−アルカンジカルボン酸(より具体的には、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、又は1,10−デカンジカルボン酸等)、アルキルコハク酸(より具体的には、n−ブチルコハク酸、イソブチルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、又はイソドデシルコハク酸等)、アルケニルコハク酸(より具体的には、n−ブテニルコハク酸、イソブテニルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、又はイソドデセニルコハク酸等)、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、又はシクロヘキサンジカルボン酸が挙げられる。
3価以上のカルボン酸の好適な例としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、又はエンポール三量体酸が挙げられる。
以下、トナーコア(結着樹脂及び内添剤)、シェル層、及び外添剤について、順に説明する。トナーの用途に応じて必要のない成分(例えば、内添剤)を割愛してもよい。
[トナーコア]
(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。結着樹脂として複数種の樹脂を組み合わせて使用することで、結着樹脂の性質(より具体的には、水酸基価、酸価、Tg、又はTm等)を調整することができる。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。
高速定着時におけるトナーの定着性を向上させるためには、結着樹脂(トナーコアが複数種の結着樹脂を含有する場合には、質量基準で最も多い結着樹脂)のガラス転移点(Tg)が、20℃以上55℃以下であることが好ましい。高速定着時におけるトナーの定着性を向上させるためには、結着樹脂(トナーコアが複数種の結着樹脂を含有する場合には、質量基準で最も多い結着樹脂)の軟化点(Tm)が、100℃以下であることがより好ましい。樹脂のTgは、樹脂の成分(モノマー)の種類又は量(配合比)を変えることで調整できる。樹脂のTmは、例えば樹脂の分子量又は架橋性を変えることによって調整できる。樹脂の分子量が大きくなるほど、また、樹脂の架橋密度が高くなるほど、樹脂のTmが高くなる傾向がある。樹脂の分子量は、樹脂の重合条件(より具体的には、重合開始剤の使用量、重合温度、又は重合時間等)を変えることによって調整できる。
トナーの低温定着性を向上させるためには、トナーコアが、結着樹脂として熱可塑性樹脂(より具体的には、前述の「好適な熱可塑性樹脂」等)を含有することが好ましく、結着樹脂全体の85質量%以上の割合で熱可塑性樹脂を含有することがより好ましい。トナーコア中の着色剤の分散性、トナーの帯電性、及び記録媒体に対するトナーの定着性を向上させるためには、結着樹脂としてスチレン−アクリル酸系樹脂又はポリエステル樹脂を用いることが好ましい。
トナーコアの結着樹脂としてポリエステル樹脂を使用する場合、トナーコアの強度及びトナーの定着性を向上させるためには、ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)が1000以上2000以下であることが好ましい。ポリエステル樹脂の分子量分布(数平均分子量(Mn)に対する質量平均分子量(Mw)の比率Mw/Mn)は9以上21以下であることが好ましい。
トナーコアの結着樹脂としてスチレン−アクリル酸系樹脂を使用する場合、トナーコアの強度及びトナーの定着性を向上させるためには、スチレン−アクリル酸系樹脂の数平均分子量(Mn)が2000以上3000以下であることが好ましい。スチレン−アクリル酸系樹脂の分子量分布(数平均分子量(Mn)に対する質量平均分子量(Mw)の比率Mw/Mn)は10以上20以下であることが好ましい。
(着色剤)
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。画像形成に適したトナーを得るためには、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、黒色着色剤を含有していてもよい。黒色着色剤の例としては、カーボンブラックが挙げられる。また、黒色着色剤は、イエロー着色剤、マゼンタ着色剤、及びシアン着色剤を用いて黒色に調色された着色剤であってもよい。
トナーコアは、イエロー着色剤、マゼンタ着色剤、又はシアン着色剤のようなカラー着色剤を含有していてもよい。
イエロー着色剤としては、例えば、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、及びアリールアミド化合物からなる群より選択される1種以上の化合物を使用できる。イエロー着色剤としては、例えば、C.I.ピグメントイエロー(3、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、191、又は194)、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、又はC.I.バットイエローを好適に使用できる。
マゼンタ着色剤としては、例えば、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からなる群より選択される1種以上の化合物を使用できる。マゼンタ着色剤としては、例えば、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、又は254)を好適に使用できる。
シアン着色剤としては、例えば、銅フタロシアニン化合物、アントラキノン化合物、及び塩基染料レーキ化合物からなる群より選択される1種以上の化合物を使用できる。シアン着色剤としては、例えば、C.I.ピグメントブルー(1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、又は66)、フタロシアニンブルー、C.I.バットブルー、又はC.I.アシッドブルーを好適に使用できる。
(離型剤)
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。
離型剤としては、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合物、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、パラフィンワックス、又はフィッシャートロプシュワックスのような脂肪族炭化水素ワックス;酸化ポリエチレンワックス又はそのブロック共重合体のような脂肪族炭化水素ワックスの酸化物;キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろう、又はライスワックスのような植物性ワックス;みつろう、ラノリン、又は鯨ろうのような動物性ワックス;オゾケライト、セレシン、又はペトロラタムのような鉱物ワックス;モンタン酸エステルワックス又はカスターワックスのような脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスのような、脂肪酸エステルの一部又は全部が脱酸化したワックスを好適に使用できる。1種類の離型剤を単独で使用してもよいし、複数種の離型剤を併用してもよい。
結着樹脂と離型剤との相溶性を改善するために、相溶化剤をトナーコアに添加してもよい。
(電荷制御剤)
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。
トナーコアに負帯電性の電荷制御剤(より具体的には、有機金属錯体又はキレート化合物等)を含有させることで、トナーコアのアニオン性を強めることができる。また、トナーコアに正帯電性の電荷制御剤(より具体的には、ピリジン、ニグロシン、又は4級アンモニウム塩等)を含有させることで、トナーコアのカチオン性を強めることができる。ただし、トナーにおいて十分な帯電性が確保される場合には、トナーコアに電荷制御剤を含有させる必要はない。
(磁性粉)
トナーコアは、磁性粉を含有していてもよい。磁性粉の材料としては、例えば、強磁性金属(より具体的には、鉄、コバルト、ニッケル、又はこれら金属の1種以上を含む合金等)、強磁性金属酸化物(より具体的には、フェライト、マグネタイト、又は二酸化クロム等)、又は強磁性化処理が施された材料(より具体的には、熱処理により強磁性が付与された炭素材料等)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。
[シェル層]
シェル層は、粒状感のない膜であってもよいし、粒状感のある膜であってもよい。シェル材料として樹脂粒子を使用した場合、材料(樹脂粒子)が完全に溶けて膜状の形態で硬化すれば、シェル層として、粒状感のない膜が形成されると考えられる。他方、材料(樹脂粒子)が完全に溶けずに膜状の形態で硬化すれば、シェル層として、樹脂粒子が2次元的に連なった形態を有する膜(粒状感のある膜)が形成されると考えられる。
トナーの低温定着性を向上させるためには、前述の「好適な熱可塑性樹脂」をシェル層が含有することが好ましく、シェル層が実質的にアクリル酸系樹脂又はその共重合体から構成されることが特に好ましい。
シェル層は、1種以上のビニル化合物を含む単量体の重合体(樹脂)から実質的に構成されることが好ましい。1種以上のビニル化合物を含む単量体の重合体は、ビニル化合物に由来する繰返し単位を含む。トナーに付与すべき性能に応じた官能基を有するビニル化合物を重合させてシェル材料(例えば、樹脂粒子)を得ることによって、容易かつ的確に、シェル材料(ひいては、シェル層)に所望の性能を付与することができる。なお、ビニル化合物は、ビニル基(CH2=CH−)、又はビニル基中の水素が置換された基を有する化合物(より具体的には、エチレン、プロピレン、ブタジエン、塩化ビニル、アクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、アクリロニトリル、又はスチレン等)である。ビニル化合物は、上記ビニル基等に含まれる炭素二重結合「C=C」により付加重合して、高分子(樹脂)になり得る。
シェル層を構成する樹脂は、例えば、窒素含有ビニル化合物(より具体的には、4級アンモニウム化合物又はピリジン化合物等)に由来する繰返し単位を含むことが好ましい。ピリジン化合物に由来する繰返し単位としては、例えば4−ビニルピリジンに由来する繰返し単位が好ましい。4級アンモニウム化合物に由来する繰返し単位としては、例えば下記式(1)で表される繰返し単位又はその塩が好ましい。
Figure 2018054890
式(1)中、R11及びR12は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を有してもよいアルキル基を表す。また、R31、R32、及びR33は、各々独立して、水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、又は置換基を有してもよいアルコキシ基を表す。また、R2は、置換基を有してもよいアルキレン基を表す。R11及びR12としては、各々独立して、水素原子又はメチル基が好ましく、R11が水素原子を表し、かつ、R12が水素原子又はメチル基を表す組合せが特に好ましい。また、R31、R32、及びR33としては、各々独立して、炭素数1以上8以下のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、又はiso−ブチル基が特に好ましい。R2としては、炭素数1以上6以下のアルキレン基が好ましく、メチレン基又はエチレン基が特に好ましい。なお、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に由来する繰返し単位では、R11が水素原子を、R12がメチル基を、R2がエチレン基を、R31〜R33の各々がメチル基を、それぞれ表し、4級アンモニウムカチオン(N+)が塩素(Cl)とイオン結合して塩を形成している。
シェル層を構成する樹脂は、例えば、スチレン系モノマーに由来する繰返し単位を含むことが好ましく、下記式(2)で表される繰返し単位を含むことが特に好ましい。
Figure 2018054890
式(2)中、R41〜R45は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアルコキシ基、又は置換基を有してもよいアリール基を表す。また、R46及びR47は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、又は置換基を有してもよいアルキル基を表す。R41〜R45としては、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、炭素数1以上4以下のアルコキシ基、又は炭素数(詳しくは、アルコキシとアルキルとの合計炭素数)2以上6以下のアルコキシアルキル基が好ましい。R46及びR47としては、各々独立して、水素原子又はメチル基が好ましく、R47が水素原子を表し、かつ、R46が水素原子又はメチル基を表す組合せが特に好ましい。なお、スチレンに由来する繰返し単位では、R41〜R47の各々が水素原子を表す。また、4−クロロスチレンに由来する繰返し単位では、R43がクロロ基(Cl−)を、R41、R42、及びR44〜R47の各々が水素原子を、それぞれ表す。また、2−(エトキシメチル)スチレンに由来する繰返し単位では、R41がエトキシメチル基(C25OCH2−)を、R42〜R47の各々が水素原子を、それぞれ表す。
シェル層が十分強い疎水性と適度な強度とを有するためには、シェル層を構成する樹脂に含まれる繰返し単位のうち最も高い質量割合を有する繰返し単位が、スチレン系モノマーに由来する繰返し単位であることが好ましい。
帯電性、耐熱保存性、及び低温定着性に優れるトナーを得るためには、シェル層が、1種以上の窒素含有ビニル化合物と1種以上のスチレン系モノマーと1種以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステルとの重合物を含有することが特に好ましい。
[外添剤]
前述の基本構成を有するトナーでは、トナー粒子が、外添剤として、式(M1)、(M2)、及び(M3)の全てを満たすシリカ粉体(以下、本実施形態に係るシリカ粉体と記載する)を備える。外添剤は、内添剤とは異なり、トナー母粒子の内部には存在せず、トナー母粒子の表面(トナー粒子の表層部)のみに選択的に存在する。例えば、トナー母粒子(粉体)と外添剤粒子(粉体)とを一緒に攪拌することで、トナー母粒子の表面に外添剤粒子を付着させることができる。トナー母粒子と外添剤粒子とは、互いに化学反応せず、化学的ではなく物理的に結合する。トナー母粒子と外添剤粒子との結合の強さは、攪拌条件(より具体的には、攪拌時間、及び攪拌の回転速度等)、外添剤粒子の粒子径、外添剤粒子の形状、及び外添剤粒子の表面状態などによって調整できる。シリカ粉体の好適な量は、トナー母粒子100質量部に対して1質量部以上5質量部以下である。
前述の好適な構成を有するトナーでは、シリカ粒子が、シリカ基体と、シリカ基体を覆う表面層とを備える。表面層はアルミナ(Al23)及び/又は水酸化アルミニウム(Al(OH)3)を含む。シリカ粒子の表面は、疎水化処理されている。疎水化処理のための疎水化剤としては、シリコーンオイル(より具体的には、ジメチルシリコーンオイル等)、シラザン化合物、及びシラン化合物(より具体的には、メチルトリメトキシシラン等)からなる群より選択される1種以上の疎水化剤が好ましい。適当な帯電性を有するシリカ粒子を得るためには、炭素数4以上12以下の直鎖アルキル基を有するシラン化合物でシリカ粒子の表面を疎水化処理することが好ましく、炭素数4以上12以下の直鎖アルキル基を有するシラン化合物(より具体的には、n−オクチルトリエトキシシラン等)とアミノ基を有するシラン化合物(より具体的には、3−アミノプロピルトリエトキシシラン等)との両方でシリカ粒子の表面を疎水化処理することがより好ましい。炭素数が大きいアルキルシランでシリカ粒子の表面を疎水化処理した場合、シリカ粒子の正帯電性が低下する傾向がある。疎水化処理されていないシリカ粒子は、親水性を有する。
シリカ基体(未処理のシリカ粒子)の表面が表面処理剤で処理されると、シリカ基体の表面に存在する多数の水酸基(−OH)が部分的に又は全体的に、表面処理剤に由来する官能基に置換される。その結果、表面処理剤に由来する官能基(詳しくは、水酸基よりも疎水性及び/又は正帯電性の強い官能基)を表面に有するシリカ粒子が得られる。例えば、アミノ基を有するシランカップリング剤を用いてシリカ基体の表面を処理した場合、シランカップリング剤の水酸基(例えば、水分によりシランカップリング剤のアルコキシ基が加水分解されて生成する水酸基)がシリカ基体の表面に存在する水酸基と脱水縮合反応(「A(シリカ基体)−OH」+「B(カップリング剤)−OH」→「A−O−B」+H2O)する。こうした反応により、アミノ基を有するシランカップリング剤とシリカとが化学結合することで、シリカ粒子の表面にアミノ基が付与される。より詳しくは、シリカ基体の表面に存在する水酸基が、端部にアミノ基を有する官能基(より具体的には、−O−Si−(CH23−NH2等)に置換される。アミノ基が付与されたシリカ粒子は、シリカ基体よりも強い正帯電性を有する傾向がある。また、アルキル基を有するシランカップリング剤を用いた場合には、上記脱水縮合反応により、シリカ基体の表面に存在する水酸基を、端部にアルキル基を有する官能基(より具体的には、−O−Si−(CH27−CH3等)に置換することができる。このように、親水性基(水酸基)の代わりに疎水性基(アルキル基)が付与されたシリカ粒子は、シリカ基体よりも強い疎水性を有する傾向がある。
[トナーの製造方法]
以下、前述の基本構成を有するトナーを製造する方法の一例について説明する。
(トナーコアの準備)
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い。
以下、粉砕法の一例について説明する。まず、結着樹脂と、内添剤(例えば、着色剤、離型剤、電荷制御剤、及び磁性粉の少なくとも1つ)とを混合する。続けて、得られた混合物を溶融混練する。続けて、得られた溶融混練物を粉砕し、得られた粉砕物を分級する。その結果、所望の粒子径を有するトナーコアが得られる。
以下、凝集法の一例について説明する。まず、結着樹脂、離型剤、及び着色剤の各々の微粒子を含む水性媒体中で、これらの粒子を所望の粒子径になるまで凝集させる。これにより、結着樹脂、離型剤、及び着色剤を含む凝集粒子が形成される。続けて、得られた凝集粒子を加熱して、凝集粒子に含まれる成分を合一化させる。その結果、トナーコアの分散液が得られる。その後、トナーコアの分散液から、不要な物質(界面活性剤等)を除去することで、トナーコアが得られる。
(シェル層の形成)
まず、水性媒体(例えば、イオン交換水)を準備する。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。水性媒体の沸点は約100℃である。
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、3.5以上5.5以下から選ばれるpH)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、シェル材料(例えば、樹脂粒子のサスペンション)とを添加する。
シェル材料は液中でトナーコアの表面に付着する。トナーコアの表面に均一にシェル材料を付着させるためには、シェル材料を含む液中にトナーコアを高度に分散させることが好ましい。液中にトナーコアを高度に分散させるために、液中に界面活性剤を含ませてもよいし、強力な攪拌装置(例えば、プライミクス株式会社製「ハイビスディスパーミックス」)を用いて液を攪拌してもよい。界面活性剤を使用することで、トナーコアの凝集を抑制できる。界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル塩、スルホン酸塩、リン酸エステル塩、又は石鹸を使用できる。
続けて、上記トナーコア及びシェル材料を含む液を攪拌しながら液の温度を所定の速度(例えば、0.1℃/分以上3℃/分以下から選ばれる速度)で所定の保持温度(例えば、50℃以上85℃以下から選ばれる温度)まで上昇させる。さらに、液を攪拌しながら液の温度を上記保持温度に所定の時間(例えば、30分間以上4時間以下から選ばれる時間)保つ。その後、冷水を加えて液を急冷することで、トナー母粒子の分散液が得られる。液の温度を高温に保っている間(又は、昇温中)に、トナーコアの表面にシェル材料(樹脂粒子)が付着するとともに、トナーコアとシェル材料との間で結合(シェル層の固定化)が進行すると考えられる。シェル材料がトナーコアと結合することで、シェル層が形成される。また、トナーコアの表面で樹脂粒子が2次元的に連なることで、粒状感のある膜(樹脂層)が形成されると考えられる。
上記のように、液中でトナーコアの表面に樹脂粒子を付着させて、液を加熱することで、樹脂粒子を溶かして(又は、変形させて)膜化することができる。ただし、乾燥工程で加熱されて、又は外添工程で物理的な衝撃力を受けて、樹脂粒子の膜化が進行してもよい。
(洗浄工程)
得られたトナー母粒子を洗浄してもよい。トナー母粒子の洗浄方法としては、例えば、トナー母粒子を含む分散液を固液分離して、ウェットケーキ状のトナー母粒子を回収し、回収されたウェットケーキ状のトナー母粒子を水で洗浄する方法が好ましい。また、トナー母粒子の洗浄方法としては、トナー母粒子を含む分散液中のトナー母粒子を沈降させ、上澄み液を水と置換し、置換後にトナー母粒子を水に再分散させる方法が好ましい。
(乾燥工程)
洗浄工程の後、トナー母粒子を乾燥してもよい。例えば、乾燥機(より具体的には、スプレードライヤー、流動層乾燥機、真空凍結乾燥器、又は減圧乾燥機等)を用いてトナー母粒子を乾燥することができる。乾燥中のトナー母粒子の凝集を抑制するためには、スプレードライヤーを用いてトナー母粒子を乾燥することが好ましい。スプレードライヤーを用いる場合には、例えば、外添剤が分散した分散液をトナー母粒子に噴霧することで、乾燥工程と後述の外添工程とを同時に行うことが可能になる。
(外添工程)
上記のようにして得られたトナー母粒子の表面に、外添剤を付着させる。外添剤として、本実施形態に係るシリカ粉体のみを使用してもよいし、本実施形態に係るシリカ粉体と一緒に他の外添剤(例えば、酸化チタン粉体)を使用してもよい。混合機を用いて、トナー母粒子に外添剤が埋め込まれないような条件でトナー母粒子と外添剤とを混合することで、トナー母粒子の表面に外添剤を付着させることができる。
なお、上記トナーの製造方法の内容及び順序はそれぞれ、要求されるトナーの構成又は特性等に応じて任意に変更することができる。例えば、液中で材料(例えば、シェル材料)を反応させる場合、液に材料を添加した後、所定の時間、液中で材料を反応させてもよいし、長時間かけて液に材料を添加して、液に材料を添加しながら液中で材料を反応させてもよい。また、シェル材料を、一度に液に添加してもよいし、複数回に分けて液に添加してもよい。外添工程の後で、トナーを篩別してもよい。また、必要のない工程は割愛してもよい。例えば、市販品をそのまま材料として用いることができる場合には、市販品を用いることで、その材料を調製する工程を割愛できる。また、液のpHを調整しなくても、シェル層を形成するための反応が良好に進行する場合には、pH調整工程を割愛してもよい。樹脂を合成する場合、樹脂を合成するための材料としては、モノマーを使用してもよいし、プレポリマーを使用してもよい。また、所定の化合物を得るために、原料として、その化合物の塩、エステル、水和物、又は無水物を使用してもよい。効率的にトナーを製造するためには、多数のトナー粒子を同時に形成することが好ましい。同時に製造されたトナー粒子は、互いに略同一の構成を有すると考えられる。
本発明の実施例について説明する。表1に、実施例又は比較例に係るトナーTA−1〜TA−11及びTB−1〜TB−7(それぞれ正帯電性トナー)を示す。また、表1に示されるトナーの製造に用いられるシリカ粉体A〜Pを、表2に示す。
Figure 2018054890
Figure 2018054890
以下、トナーTA−1〜TA−11及びTB−1〜TB−7の製造方法、評価方法、及び評価結果について、順に説明する。なお、誤差が生じる評価においては、誤差が十分小さくなる相当数の測定値を得て、得られた測定値の算術平均を評価値とした。
[材料の準備]
(トナーコア材料:樹脂分散液Aの調製)
数平均分子量(Mn)2800、質量平均分子量(Mw)7000、Mw/Mn(分子量分布)2.5、Tm(軟化点)94℃、Tg(ガラス転移点)53℃、酸価13.6mgKOH/g、SP値9.8のポリエステル樹脂を準備した。準備されたポリエステル樹脂1000gを、温度調節用のジャケットを備えた混合装置(プライミクス株式会社製「T.K.ハイビスディスパーミックスHM−3D−5型」)の容器に投入し、温度120℃の条件で容器内容物を溶融混練した。続けて、トリエタノールアミン80gと、アニオン界面活性剤(花王株式会社製「エマール(登録商標)0」、成分:ラウリル硫酸ナトリウム)20gと、イオン交換水60gとを、容器内に加えて、プラネタリー回転速度50rpmの条件で容器内容物を15分間混合した。続けて、温度98℃のイオン交換水2870gを50g/分の速度で容器内に投入し、ポリエステル樹脂粒子を含む樹脂分散液Aを得た。得られた樹脂分散液Aに含まれる樹脂粒子の個数平均粒子径は95nmであった。
(トナーコア材料:離型剤分散液の調製)
エステルワックス(日油株式会社製「ニッサンエレクトール(登録商標)WEP−3」、溶融温度:73℃)200gと、アニオン界面活性剤(花王株式会社製「エマール0」、成分:ラウリル硫酸ナトリウム)1gと、イオン交換水800gとを混合した。続けて、得られた混合液を100℃に加熱し、混合液中のワックスを融解させた。続けて、ワックスを含む液に対して、ホモジナイザー(IKA社製「ウルトラタラックスT50」)を用いて5分間の乳化処理を行った後、さらにゴーリン式ホモジナイザー(SPX社製「APVホモジナイザー 15M−8TA型」)を用いて温度70℃で乳化処理を行って、離型剤粒子の分散液(離型剤分散液)を得た。得られた離型剤分散液に関して、固形分濃度は20質量%、体積平均粒子径(MV)は0.15μmであった。
(トナーコア材料:着色剤分散液の調製)
アニオン界面活性剤(花王株式会社製「エマール0」、成分:ラウリル硫酸ナトリウム)20gをイオン交換水410gに溶解させて、界面活性剤の水溶液を得た。続けて、得られた水溶液にシアン着色剤(DIC株式会社製「CTBX121」、成分:銅フタロシアニン)70gを徐々に添加した。添加終了後、着色剤を含む液に対して、ホモジナイザー(IKA社製「ウルトラタラックスT50」)を用いて5分間の乳化処理を行った後、さらにゴーリン式ホモジナイザー(SPX社製「APVホモジナイザー 15M−8TA型」)を用いて温度100℃で乳化処理を行って、着色剤粒子の分散液を得た。得られた着色剤粒子の分散液に関して、固形分濃度は14質量%、体積平均粒子径(MV)は0.19μmであった。
(シェル材料:樹脂分散液Bの調製)
温度計(熱電対)、窒素導入管、攪拌装置、及びコンデンサー(熱交換器)を備えた容量2Lのフラスコ内に、溶剤(イソブタノール)250gと、メタクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチル45gと、p−トルエンスルホン酸メチル45gとを入れた。続けて、窒素雰囲気中、温度80℃で、フラスコ内容物を1時間反応(4級化反応)させて、フラスコ内にメタクリロイル基含有4級アンモニウム化合物(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塩)を得た。続けて、フラスコ内に窒素ガスを流しながら、スチレン156gと、アクリル酸ブチル72gと、過酸化物重合開始剤(t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート:アルケマ吉富株式会社製)12gとをさらにフラスコ内に加えた。続けて、フラスコ内容物を95℃(重合温度)まで昇温させて3時間攪拌した。その後、過酸化物重合開始剤(t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート:アルケマ吉富株式会社製)12gをさらにフラスコ内に加えて、フラスコ内容物を3時間攪拌した。続けて、高温(140℃)かつ減圧(10kPa)環境下でフラスコ内容物を乾燥させて、溶剤を除去した。続けて、フラスコ内容物を解砕して、粗粉砕物を得た。
続けて、機械式粉砕機(フロイント・ターボ株式会社製「ターボミル T250」)を用いて、設定粒子径10μmの条件で粗粉砕物をさらに粉砕して、微粉砕物を得た。続けて、得られた微粉砕物100gと、カチオン界面活性剤(花王株式会社製「コータミン(登録商標)24P」、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド25質量%水溶液)1gと、0.1N−水酸化ナトリウム水溶液25gとを混合して、分散液を得た。続けて、得られた分散液にイオン交換水を加えて、全量400gのスラリーを調製した。
続けて、得られたスラリーを、ステンレススチール製の耐圧丸底容器に投入した。続けて、高速剪断乳化装置(エム・テクニック株式会社製「クレアミックス(登録商標)CLM−2.2S」)を用いて、高温(140℃)かつ高圧(0.5MPa)環境下、ローター回転速度20000rpmの条件で、スラリーを30分間剪断分散した。その後、5℃/分の速度でスラリーを冷却しながら、容器内の温度が50℃になるまで、ローター回転速度15000rpmの条件で、スラリーを攪拌し続けた。
続けて、得られた50℃のスラリーを容量2Lのフラスコに入れて、フラスコ内に、混合液(メタクリル酸メチル25gとアクリル酸ブチル25gとチオグリコール酸オクチル0.2gとコータミン24P(花王株式会社製)1gとの混合液にイオン交換水を加えて全量100gとした液)を30分間かけて滴下した。続けて、フラスコ内容物を95℃まで昇温させた。そして、フラスコ内容物を、温度95℃で2時間攪拌した後、冷却して、樹脂粒子の分散液(樹脂分散液B)を得た。得られた樹脂分散液Bに関して、固形分濃度は29.8質量%、体積平均粒子径(MV)は0.12μmであった。
(シェル材料:樹脂分散液Cの調製)
メタクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチルの添加量を45gから135gに、スチレンの添加量を156gから120gに、アクリル酸ブチルの添加量を72gから55gに、それぞれ変更した以外は、樹脂分散液Bと同様にして樹脂分散液C(固形分濃度:29.8質量%)を得た。
(シェル材料:樹脂分散液Dの調製)
メタクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチルの添加量を45gから22.5gに、スチレンの添加量を156gから165gに、アクリル酸ブチルの添加量を72gから76gに、それぞれ変更した以外は、樹脂分散液Bと同様にして樹脂分散液D(固形分濃度:29.8質量%)を得た。
(シリカ粉体A〜Pの作製)
表2に示すシリカ基体(各シリカ粉体に定められた、表2に示されるシリカ基体S−1〜S−3のいずれか)を純水でリパルプした後、加温してその温度を40℃に調整した。表2に示すように、シリカ粉体A〜Cの各々の製造では、シリカ基体S−1を使用し、シリカ粉体I、J、N、及びPの各々の製造では、シリカ基体S−3を使用し、他のシリカ粉体の製造では、シリカ基体S−2を使用した。
シリカ基体S−1は、親水性フュームドシリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL130」、BET比表面積:約130m2/g)であった。
シリカ基体S−2は、親水性フュームドシリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL90G」、BET比表面積:約90m2/g)であった。
シリカ基体S−3は、親水性フュームドシリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL200」、BET比表面積:約200m2/g)であった。
続けて、上記のようにして得た温度40℃のシリカ粉体を攪拌しながら、シリカ粉体の質量に対してアルミナ(Al23)換算で表2に示す量(表2中の「Al被覆量」参照)のポリ塩化アルミニウムをシリカ粉体に添加した。その後、シリカ粉体を、さらに30分間攪拌した。例えば、シリカ粉体Aの製造では、シリカ粉体の質量に対してアルミナ(Al23)換算で20質量%のポリ塩化アルミニウムをシリカ粉体に添加した。
続けて、濃度200g/Lの水酸化ナトリウム水溶液をシリカ粉体に添加して、シリカ粉体のpHを5に調整した。その後、シリカ粉体を1時間攪拌した。続けて、濃度200g/Lの水酸化ナトリウム水溶液をシリカ粉体に添加して、シリカ粉体のpHを7に調整した。続けて、洗浄工程(水洗及びろ過)、及び乾燥機による乾燥工程(温度130℃、12時間)を経て、乾燥したシリカ粉体を得た。続けて、乾燥したシリカ粉体に対して、空気雰囲気中で表2に示す温度(表2中の「焼成温度」参照)の焼成を1時間行った。例えば、シリカ粉体Aの製造では、温度600℃の焼成を1時間行った。また、シリカ粉体Fの製造では、温度300℃の焼成を1時間行った。
上記焼成により、シリカ基体と、シリカ基体を覆う表面層(詳しくは、実質的に水酸化アルミニウム(Al(OH)3)のみから構成される表面層)とを備えるシリカ粒子を、多数含むシリカ粉体(以下、被覆シリカ粉体と記載する)が得られた。得られた被覆シリカ粉体では、シリカ基体の表面が表面層で完全に覆われていた。続けて、得られた被覆シリカ粉体を、小型磁器鉢型擂潰機(株式会社石川工場製「石川式攪拌擂潰機22号」)を用いて攪拌しながら、被覆シリカ粉体の質量に対して15質量%の第1シランカップリング剤(3−アミノプロピルトリエトキシシラン)を被覆シリカ粉体に添加した。その後、擂潰機(石川式攪拌擂潰機22号)を用いて被覆シリカ粉体を30分間攪拌した。続けて、擂潰機(石川式攪拌擂潰機22号)を用いて被覆シリカ粉体を攪拌しながら、被覆シリカ粉体の質量(第1シランカップリング剤を付与する前の質量)に対して、表2に示される種類及び量の第2シランカップリング剤(表2中の「疎水化処理」参照)を被覆シリカ粉体に添加した。その後、擂潰機(石川式攪拌擂潰機22号)を用いて被覆シリカ粉体を30分間攪拌した。例えば、シリカ粉体Aの製造では、被覆シリカ粉体の質量(第1シランカップリング剤を付与する前の質量)に対して、10質量%のシランカップリング剤H−1を添加した。また、シリカ粉体G及びLの各々の製造では、第2シランカップリング剤としてシランカップリング剤H−2を使用した。
シランカップリング剤H−1は、炭素数8の直鎖アルキル基を有するn−オクチルトリエトキシシランであった。
シランカップリング剤H−2は、炭素数4の直鎖アルキル基を有するn−ブチルトリエトキシシランであった。
続けて、第1及び第2シランカップリング剤が付与された被覆シリカ粉体に対して、乾燥機を用いて温度90℃の熱処理を48時間行った。その後、熱処理された被覆シリカ粉体を解砕した。その結果、疎水化処理された被覆シリカ粉体(シリカ粉体A〜P)が得られた。
[トナーTA−1〜TA−11及びTB−1〜TB−7の製造]
(トナーコアの作製)
前述の手順で調製したトナーコア材料(詳しくは、320gの樹脂分散液A、90gの離型剤分散液、及び40gの着色剤分散液)と、アニオン界面活性剤(花王株式会社製「エマール0」、成分:ラウリル硫酸ナトリウム)の濃度25質量%水溶液50gと、蒸留水500gとを、容量2Lのステンレススチール製丸底フラスコに投入した。続けて、フラスコ内容物を攪拌しながらフラスコ内に1N−水酸化ナトリウム水溶液1gを添加して、フラスコ内容物のpHを8に調整した。続けて、温度25℃かつ回転速度100rpmの条件でフラスコ内容物を10分間攪拌した。
さらに、フラスコ内容物を攪拌しながら、固形分濃度50質量%の塩化マグネシウム六水和物(凝集剤)水溶液39gを5分間かけてフラスコ内に滴下した。続けて、フラスコ内容物を速度0.2℃/分で昇温させて、フラスコ内での粒子の凝集を促進して造粒した。凝集粒子の個数中位径(Dn50)が4.5μmになるまで昇温を続けた。具体的には、約46℃で昇温を停止した。
続けて、攪拌の回転速度を100rpmから200rpmに上げて、フラスコ内容物を攪拌しながら速度0.2℃/分で55℃まで昇温させた。そして、フラスコ内容物を温度55℃で60分間攪拌して、フラスコ内の凝集粒子を合一化させた。その結果、円形度0.953のトナーコアの分散液が得られた。
(シェル層の形成)
上記のようにして得たトナーコアの分散液を含むフラスコ内に、2N−塩酸水溶液2gを添加して、フラスコ内容物のpHを4.5に調整した。続けて、フラスコ内にシェル材料(各トナーに定められた、表1に示される樹脂分散液B〜Dのいずれか)160gを入れて、フラスコ内容物を15分間攪拌(第1の攪拌)した。例えば、トナーTA−1の製造では、シェル材料として、樹脂分散液B(固形分濃度:29.8質量%)160gを添加した。
続けて、フラスコ内に1N−水酸化ナトリウム水溶液を添加して、フラスコ内容物のpHを7に調整した。続けて、フラスコ内容物を速度0.2℃/分で60℃まで昇温させた。続けて、フラスコ内容物を温度60℃で120分間攪拌(第2の攪拌)して、トナーコアの表面に対するシェル材料(樹脂粒子)の付着、及びトナーコアの表面でのシェル層の膜化を進行させた。その後、フラスコ内容物を速度10℃/分で25℃まで急冷した。その結果、トナー母粒子の分散液が得られた。
(洗浄)
上記のようにして得られたトナー母粒子の分散液を、ブフナー漏斗を用いてろ過(固液分離)した。その結果、ウェットケーキ状のトナー母粒子が得られた。その後、得られたウェットケーキ状の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5回繰り返して、トナー母粒子を洗浄した。
(乾燥)
続けて、洗浄されたウェットケーキ状のトナー母粒子を、温度35℃で48時間乾燥した。その結果、トナー母粒子(粉体)が得られた。トナーTA−7の製造では、体積中位径(Dv50)5.66μm、円形度0.962のトナー母粒子が得られた。トナーTB−5の製造では、体積中位径(Dv50)5.58μm、円形度0.960のトナー母粒子が得られた。他のトナーの製造では、体積中位径(Dv50)5.53μm、円形度0.959のトナー母粒子が得られた。
(外添)
上記乾燥後、トナー母粒子に外添を行った。詳しくは、容量10LのFMミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて、トナー母粒子100質量部とシリカ粉体(各トナーに定められた、表1に示されるシリカ粉体A〜Pのいずれか)2質量部とを5分間混合することにより、トナー母粒子の表面に外添剤(シリカ粉体)を付着させた。その後、得られた粉体を、300メッシュ(目開き48μm)の篩を用いて篩別した。これにより、多数のトナー粒子を含むトナー(トナーTA−1〜TA−11及びTB−1〜TB−7)が得られた。
トナー(トナーTA−1〜TA−11及びTB−1〜TB−7)と、ストレス付与される前のシリカ粉体(以下、単にシリカ粉体と記載する場合がある)と、ストレス付与された後のシリカ粉体(以下、劣化シリカ粉体と記載する場合がある)との各々について、ゼータ電位ζT、ζSA5、ζSA7、ζSA9、ζSB5、ζSB7、及びζSB9をそれぞれ測定した。この測定結果は、表3に示すとおりであった。また、表3に示す測定値に基づいて算出した、「ζSA5−2mV」、「ζSA5+15mV」、及び「ζSB9−ζSB7」(それぞれ単位は[mV])を、表4に示す。なお、シリカ粉体A〜Pの各々の個数平均1次粒子径は、10nm以上25nm以下であった。
Figure 2018054890
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シリカ粉体へのストレス付与の方法、及びゼータ電位の測定方法を、以下に示す。
<ストレス付与の方法>
ノニオン界面活性剤(花王株式会社製「エマルゲン(登録商標)120」、成分:ポリオキシエチレンラウリルエーテル)の濃度10質量%水溶液97質量部に対してシリカ粉体3質量部を添加して、シリカ粉体を3質量%の割合で含むシリカ粉体の分散液を調製した。続けて、得られたシリカ粉体の分散液100質量部に対して直径1mmのジルコニアビーズ15質量部を添加して、評価用試料を得た。その後、評価用試料をシェーカーミキサー(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製「ターブラーミキサーT2F」)で30分間混合することにより、評価用試料中のシリカ粉体にストレスを付与して、劣化シリカ粉体を得た。その後、遠心分離により劣化シリカ粉体を沈降させて、上澄み液を除去した。その後、劣化シリカ粉体を乾燥させて、乾燥した劣化シリカ粉体を得た。
<ゼータ電位の測定方法>
イオン交換水98gに、所定の量の試料(トナー、シリカ粉体、又は劣化シリカ粉体)と、ノニオン界面活性剤(花王株式会社製「エマルゲン120」、成分:ポリオキシエチレンラウリルエーテル)の濃度10質量%水溶液2gとを入れて、液中に試料(トナー、シリカ粉体、又は劣化シリカ粉体)を分散させた。
トナーの分散液の調製では、トナーを0.2質量%の割合で含むトナーの分散液を得た。すなわち、式「0.2=100×試料の添加量/(98+2+試料の添加量)」に基づき、約0.2gのトナーを添加した。また、シリカ粉体(又は、劣化シリカ粉体)の調製では、シリカ粉体(又は、劣化シリカ粉体)を0.03質量%の割合で含むシリカ粉体(又は、劣化シリカ粉体)の分散液を得た。すなわち、式「0.03=100×試料の添加量/(98+2+試料の添加量)」に基づき、約0.03gのシリカ粉体(又は、劣化シリカ粉体)を添加した。
続けて、得られた試料(トナー、シリカ粉体、又は劣化シリカ粉体)の分散液のpHを所定の値(3、5、7、又は9)に調整し、pHが調整された試料の分散液を得た。そして、pHが調整された試料の分散液を測定対象として、電気泳動法(より詳しくは、レーザードップラー方式の電気泳動法)により、試料のゼータ電位を測定した。詳しくは、温度23℃かつ上記pH値(3、5、7、又は9)の分散液中の試料(トナー、シリカ粉体、又は劣化シリカ粉体)のゼータ電位を、レーザードップラー方式のゼータ電位計(大塚電子株式会社製「ELSZ−1000」)を用いて測定した。
[評価方法]
各試料(トナーTA−1〜TA−11及びTB−1〜TB−7)の評価方法は、以下のとおりである。
(耐熱保存性)
試料(トナー)3gを容量20mLのポリエチレン製容器に入れて密閉し、密閉された容器を、60℃に設定された恒温槽(ヤマト科学株式会社販売「DKN302」)内に3時間静置した。その後、恒温槽から取り出したトナーを室温(約25℃)まで冷却して、評価用トナー(加熱処理されたトナー)を得た。
続けて、得られた評価用トナーを、質量既知の200メッシュの篩に載せた。そして、評価用トナーを含む篩の質量を測定し、篩上のトナーの質量(篩別前のトナーの質量)を求めた。続けて、パウダーテスター(ホソカワミクロン株式会社製)に上記篩をセットし、パウダーテスターのマニュアルに従い、レオスタッド目盛り4の条件で30秒間、篩を振動させ、評価用トナーを篩別した。篩別後、篩を通過しなかったトナー(篩上に残留したトナー)の質量を測定した。そして、篩別前のトナーの質量と、篩別後のトナーの質量(篩を通過しなかったトナーの質量)とに基づいて、次の式に従ってトナー凝集率(単位:質量%)を求めた。
トナー凝集率=100×篩別後のトナーの質量/篩別前のトナーの質量
トナー凝集率が10.0質量%未満であれば◎(非常に良い)と評価し、トナー凝集率が10.0質量%以上20.0質量%未満であれば○(良い)と評価し、トナー凝集率が20.0質量%以上であれば×(悪い)と評価した。
(評価用キャリアの作製)
ポリアミドイミド樹脂30gに水2Lを加えて樹脂溶液を調製した。続けて、得られた樹脂溶液に、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体(FEP)120gと、酸化ケイ素3gとを分散させて、キャリアコート液を得た。続けて、流動層被覆装置を用いて、ノンコートフェライトコア(パウダーテック株式会社製「EF−35B」、粒子径35μm)10kgを上記キャリアコート液で被覆した。その後、樹脂で被覆されたフェライト粒子を250℃で1時間焼成した。その結果、評価用キャリアが得られた。
(評価用現像剤の調製)
試料(トナー)30gと、上述のようにして調製した評価用キャリア300gとを、ポリエチレン製容器に入れた状態で、シェーカーミキサー(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製「ターブラーミキサーT2F」)を用いて30分間混合して、評価用現像剤(2成分現像剤)を調製した。
(評価機の準備)
評価機として、カラー複合機(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製「TASKalfa5500ci」)を用いた。上述のようにして調製した評価用現像剤を評価機の現像装置に投入し、試料(補給用トナー)を評価機のトナーコンテナに投入した。また、カラー画像出力を行うため、京セラドキュメントソリューションズ株式会社製の「TASKalfa5550ci」用トナーを使用して、試料以外の色(マゼンタ、イエロー、及びブラック)の現像剤及び補給用トナーを準備し、評価機に投入した。
(かぶり濃度)
温度20℃かつ湿度65%RHの環境(R/R環境)下において、上記評価機を用いて、印字率2%で5000枚の紙(A4サイズの普通紙)に連続カラー画像出力を行う耐刷試験を行った。その後、上記評価機を用いて、印字率50%のパターン(ソリッド部と空白部とを含むサンプル画像)を1000枚の紙(評価用紙)に連続カラー画像出力(以下、耐刷試験後の連続カラー画像出力と記載する)した。
耐刷試験後の連続カラー画像出力において、印刷後の各評価用紙の空白部の反射濃度を、反射濃度計(X−Rite社製「SpectroEye(登録商標)」)を用いて測定し、かぶり濃度(FD)の最大値(1000枚で最も大きいかぶり濃度)を求めた。なお、かぶり濃度(FD)は、印刷後の評価用紙の空白部の反射濃度からベースペーパー(未印刷紙)の反射濃度を引いた値に相当する。
かぶり濃度(FD)の評価基準は次のとおりである。
○(良い):かぶり濃度(FD)が0.010未満であった。
×(良くない):かぶり濃度(FD)が0.010以上であった。
(帯電量)
前述の手順で評価用現像剤(2成分現像剤)を調製した後、R/R環境(温度20℃かつ湿度65%RHの環境)下で24時間静置した。その後、現像剤中のトナーの帯電量を測定した。
また、R/R環境(温度20℃かつ湿度65%RHの環境)下において、上記評価機を用いて、印字率5%で10万枚の紙(A4サイズの普通紙)に連続カラー画像出力を行う耐刷試験を行った。耐刷試験後、上記評価機の現像装置内のトナーの帯電量を測定した。
現像剤中のトナーの帯電量は、Q/mメーター(トレック社製「MODEL 210HS−1」)を用いて、下記方法により測定した。
<現像剤中のトナーの帯電量の測定方法>
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(単位:μC)/吸引されたトナーの質量(単位: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。
帯電量の評価基準は次のとおりである。
◎(非常に良い):帯電量が20μC/g以上であった。
○(良い):帯電量が15μC/g以上20μC/g未満であった。
×(悪い):帯電量が15μC/g未満であった。
[評価結果]
各試料(トナーTA−1〜TA−11及びTB−1〜TB−7)について、耐熱保存性(凝集度)、帯電量(初期/耐刷試験後)、及びかぶり濃度を評価した結果を、表5に示す。
Figure 2018054890
トナーTA−1〜TA−11(実施例1〜11に係るトナー)はそれぞれ、前述の基本構成を有していた。詳しくは、トナーTA−1〜TA−11ではそれぞれ、外添剤がシリカ粉体を含んでいた。詳しくは、シリカ粉体は、シリカ基体と、シリカ基体を覆う表面層とを備えるシリカ粒子を、複数含んでいた。トナーのpH3のゼータ電位は3.00mV以上であった(表3参照)。ゼータ電位ζSA5(ストレス付与される前のシリカ粉体のpH5のゼータ電位)と、ゼータ電位ζSB5、ζSB7、ζSB9(ストレス付与された後のシリカ粉体のpH5、7、9のゼータ電位)とは、下記式(M1)、(M2)、及び(M3)の全てを満たしていた(表4参照)。
ζSB5>10.0mV …(M1)
ζSA5−2.0mV<ζSB5<ζSA5+15.0mV …(M2)
|ζSB7−ζSB9|<25.0mV …(M3)
トナーTA−1〜TA−11ではそれぞれ、シリカ基体を覆う表面層が、水酸化アルミニウムを含んでいた。トナーTA−1〜TA−3ではそれぞれ、シリカ粉体のBET比表面積が125m2/g以上135m2/g以下であり、Al被覆量が、シリカ基体の質量に対してAl23換算で10質量%以上25質量%以下であった。トナーTA−4〜TA−9ではそれぞれ、シリカ粉体のBET比表面積が85m2/g以上95m2/g以下であり、Al被覆量が、シリカ基体の質量に対してAl23換算で10質量%以上20質量%以下であった。トナーTA−10〜TA−11ではそれぞれ、シリカ粉体のBET比表面積が195m2/g以上205m2/g以下であり、Al被覆量が、シリカ基体の質量に対してAl23換算で10質量%以上30質量%以下であった。
トナーTA−8では、シリカ粒子の表面が、3−アミノプロピルトリエトキシシランとn−ブチルトリエトキシシランとにより処理(正帯電化処理及び疎水化処理)され、アミノ基と、炭素数4の直鎖アルキル基とを有していた。トナーTA−1〜TA−7及びTA−9〜TA−11ではそれぞれ、シリカ粒子の表面が、3−アミノプロピルトリエトキシシランとn−オクチルトリエトキシシランとにより処理(正帯電化処理及び疎水化処理)され、アミノ基と、炭素数8の直鎖アルキル基とを有していた。
なお、トナーのゼータ電位は、トナーにストレスがかかっても、ほとんど変化しなかった。
表5に示されるように、トナーTA−1〜TA−11はそれぞれ、耐熱保存性に優れていた。また、トナーTA−1〜TA−11はそれぞれ、連続印刷に用いられた場合に、長期にわたって十分な帯電性を維持し、継続的にかぶりを抑制して高画質の画像を形成し続けることができた。
本発明に係る正帯電性トナーは、例えば、複写機、プリンター、又は複合機において画像を形成するために用いることができる。
10 トナー粒子
10a トナー母粒子
11 トナーコア
12 シェル層
13 シリカ粒子
131 シリカ基体
132 表面層
F1 露出領域
F2 被覆領域

Claims (8)

  1. トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に付着した外添剤とを備えるトナー粒子を、複数含む正帯電性トナーであって、
    前記外添剤はシリカ粉体を含み、
    前記トナーのpH3のゼータ電位は3.00mV以上であり、
    ストレス付与される前の前記シリカ粉体のpH5のゼータ電位ζSA5と、ストレス付与された後の前記シリカ粉体のpH5、7、9のゼータ電位ζSB5、ζSB7、ζSB9とは、下記式(M1)、(M2)、及び(M3)の全てを満たす、正帯電性トナー。
    ζSB5>10.0mV …(M1)
    ζSA5−2.0mV<ζSB5<ζSA5+15.0mV …(M2)
    |ζSB7−ζSB9|<25.0mV …(M3)
    [前記トナーのpH3のゼータ電位は、前記トナーを0.2質量%の割合で含む前記トナーの分散液についてpH3の条件で測定されるゼータ電位であり、
    前記シリカ粉体のpH5、7、9のゼータ電位は、それぞれ前記シリカ粉体を0.03質量%の割合で含む前記シリカ粉体の分散液についてpH5、7、9の条件で測定されるゼータ電位であり、
    前記ストレス付与は、前記シリカ粉体を3質量%の割合で含む前記シリカ粉体の分散液100質量部に対して直径1mmのジルコニアビーズ15質量部を添加して評価用試料を得た後、前記評価用試料をターブラーミキサーで30分間混合する処理である。]
  2. 前記シリカ粉体は、シリカ基体と、前記シリカ基体を覆う表面層とを備えるシリカ粒子を、複数含み、
    前記表面層は、アルミナ及び水酸化アルミニウムの少なくとも一方を含み、
    前記シリカ粒子の表面は、疎水化処理されている、請求項1に記載の正帯電性トナー。
  3. 前記シリカ粉体のBET比表面積は、85m2/g以上95m2/g以下であり、
    前記表面層に含まれるアルミナ及び水酸化アルミニウムの総量は、前記シリカ基体の質量に対してAl23換算で10質量%以上20質量%以下である、請求項2に記載の正帯電性トナー。
  4. 前記シリカ粉体のBET比表面積は、125m2/g以上135m2/g以下であり、
    前記表面層に含まれるアルミナ及び水酸化アルミニウムの総量は、前記シリカ基体の質量に対してAl23換算で10質量%以上25質量%以下である、請求項2に記載の正帯電性トナー。
  5. 前記シリカ粉体のBET比表面積は、195m2/g以上205m2/g以下であり、
    前記表面層に含まれるアルミナ及び水酸化アルミニウムの総量は、前記シリカ基体の質量に対してAl23換算で10質量%以上30質量%以下である、請求項2に記載の正帯電性トナー。
  6. 前記表面層の表面は、炭素数4以上12以下の直鎖アルキル基を有する、請求項2〜5のいずれか一項に記載の正帯電性トナー。
  7. 前記表面層の表面は、アミノ基をさらに有する、請求項6に記載の正帯電性トナー。
  8. 前記トナー母粒子は、コアと、前記コアの表面を覆うシェル層とを備え、
    前記シェル層は、1種以上の窒素含有ビニル化合物と1種以上のスチレン系モノマーと1種以上の(メタ)アクリル酸アルキルエステルとの重合物を含有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の正帯電性トナー。
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