JP2018105971A - 静電潜像現像用トナー - Google Patents
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静電潜像現像用トナーが、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、針状ナノセルロース粒子の粉体であるナノセルロース粉体を含む。ナノセルロース粒子は、セルロースナノファイバー粒子及びセルロースナノクリスタル粒子からなる群より選択される1種以上のナノセルロース粒子である。ナノセルロース粉体において、ナノセルロース粒子の幅は数平均で5nm以上40nm以下であり、ナノセルロース粒子の長さは数平均で300nm以上1000nm以下である。以下、セルロースナノファイバー粒子をCNF粒子と、セルロースナノファイバー粉体(CNF粒子の粉体)をCNF粉体と、それぞれ記載する場合がある。また、セルロースナノクリスタル粒子をCNC粒子と、セルロースナノクリスタル粉体(CNC粒子の粉体)をCNC粉体と、それぞれ記載する場合がある。
(結着樹脂)
トナー母粒子では、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母粒子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。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、トナー母粒子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を有する場合には、トナー母粒子はカチオン性になる傾向が強くなる。
トナー母粒子は、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。
トナー母粒子は、離型剤を含有してもよい。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。トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させるためには、離型剤の量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましい。
トナー母粒子は、電荷制御剤を含有してもよい。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。
トナー母粒子は、磁性粉を含有してもよい。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。
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。前述の基本構成を有するトナーでは、トナー母粒子の表面にナノセルロース粉体(外添剤)が固定されている。例えば、トナー母粒子(詳しくは、複数のトナー母粒子を含む粉体)と外添剤(詳しくは、複数の針状ナノセルロース粒子を含む粉体)とを一緒に攪拌することで、トナー母粒子の表面に針状ナノセルロース粒子(外添剤粒子)を付着させることができる。トナー母粒子と針状ナノセルロース粒子(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。
(外添剤:CNF粉体C−1の作製方法)
容器(第1の容器)内にイオン交換水1.5Lを入れた。その後、乾燥質量で200質量部相当の亜硫酸漂白針葉樹パルプと、TEMPO(2,2,6,6−TEtraMethylPiperidine−1−Oxylradical)2.0質量部と、臭化ナトリウム25質量部とを、容器内に加えて水中に分散させた。続けて、容器内のパルプ1gあたりの次亜塩素酸ナトリウムの量が2.5mmolとなるように、濃度13質量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を容器内に添加して、容器内容物を反応させた。反応中、容器内容物のpHを確認しながら、pHの変化量に応じてモル濃度0.5Mの水酸化ナトリウム水溶液を容器内に滴下して、容器内容物のpHを10.5に保った。容器内容物のpHが変化しなくなった時点で反応が完了したと判断し、反応生成物を含む容器内容物を、ガラスフィルターを用いて固液分離(ろ過)して、固形物(反応生成物)を得た。その後、得られた固形物を、十分な量のイオン交換水に再分散させて水洗した。分散とろ過とを合計5回繰り返した。その結果、水含浸繊維体(固形分濃度:25質量%)が得られた。
上記のようにして得たCNF粉体C−1を20g、直径0.1mmのジルコニアビーズを500g、それぞれ容量1Lのポリエチレン製容器に入れて、その容器をボールミルにセットした。そして、そのボールミルを用いて、回転速度100rpmの条件で、容器内容物に対して2時間の粉砕処理を行った。その結果、粉砕メディア(ジルコニアビーズ)によりCNF粉体C−1が粉砕されて、より微細なCNF粉体C−2(セルロースナノファイバー粒子の粉体)が得られた。メディア粉砕を行ったことで、CNF粉体C−2の粒子長さは、CNF粉体C−1の粒子長さよりも小さくなった。
CNF粉体C−3の作製方法は、TEMPOの使用量を2.0質量部から3.5質量部に変更した以外は、CNF粉体C−1の作製方法と同じであった。TEMPOの使用量を増やしたことで、CNF粉体C−3の粒子幅は、CNF粉体C−1の粒子幅よりも小さくなった。
CNF粉体C−4の作製方法は、TEMPOの使用量を2.0質量部から1.5質量部に変更した以外は、CNF粉体C−1の作製方法と同じであった。TEMPOの使用量を減らしたことで、CNF粉体C−4の粒子幅は、CNF粉体C−1の粒子幅よりも大きくなった。
上記のようにしてCNF粉体C−4を20g、直径0.1mmのジルコニアビーズを500g、それぞれ容量1Lのポリエチレン製容器に入れて、その容器をボールミルにセットした。そして、そのボールミルを用いて、回転速度100rpmの条件で、容器内容物に対して5時間の粉砕処理を行った。その結果、粉砕メディア(ジルコニアビーズ)によりCNF粉体C−4が粉砕されて、より微細なCNF粉体C−5(セルロースナノファイバー粒子の粉体)が得られた。メディア粉砕を行ったことで、CNF粉体C−5の粒子長さは、CNF粉体C−4の粒子長さよりも小さくなった。
上記のようにしてCNF粉体C−4を20g、直径0.1mmのジルコニアビーズを1500g、それぞれ容量1Lのポリエチレン製容器に入れて、その容器をボールミルにセットした。そして、そのボールミルを用いて、回転速度100rpmの条件で、容器内容物に対して10時間の粉砕処理を行った。その結果、粉砕メディア(ジルコニアビーズ)によりCNF粉体C−4が粉砕されて、より微細なCNF粉体C−6(セルロースナノファイバー粒子の粉体)が得られた。CNF粉体C−5の作製方法と比べて、粉砕メディアの量を増やして、より長い時間をかけてメディア粉砕を行ったことで、CNF粉体C−6の粒子長さは、CNF粉体C−5の粒子長さよりも小さくなった。
CNF粉体C−7の作製方法は、TEMPOの使用量を2.0質量部から0.5質量部に変更した以外は、CNF粉体C−1の作製方法と同じであった。TEMPOの使用量を減らしたことで、CNF粉体C−7の粒子幅は、CNF粉体C−1の粒子幅よりも大きくなった。
上記のようにしてCNF粉体C−7を20g、直径0.1mmのジルコニアビーズを500g、それぞれ容量1Lのポリエチレン製容器に入れて、その容器をボールミルにセットした。そして、そのボールミルを用いて、回転速度100rpmの条件で、容器内容物に対して5時間の粉砕処理を行った。その結果、粉砕メディア(ジルコニアビーズ)によりCNF粉体C−7が粉砕されて、より微細なCNF粉体C−8(セルロースナノファイバー粒子の粉体)が得られた。メディア粉砕を行ったことで、CNF粉体C−8の粒子長さは、CNF粉体C−7の粒子長さよりも小さくなった。
CNF粉体C−9の作製方法は、TEMPOの使用量を2.0質量部から2.7質量部に変更し、粉砕処理の時間を2時間から10時間に変更した以外は、CNF粉体C−2の作製方法と同じであった。TEMPOの使用量を増やしたことで、CNF粉体C−9の粒子幅がCNF粉体C−2の粒子幅よりも小さくなり、粉砕処理の時間を長くしたことで、CNF粉体C−9の粒子長さがCNF粉体C−2の粒子長さよりも小さくなった。
CNF粉体C−10の作製方法は、TEMPOの使用量を2.0質量部から0.7質量部に変更し、粉砕処理の時間を2時間から12時間に変更した以外は、CNF粉体C−2の作製方法と同じであった。TEMPOの使用量を減らしたことで、CNF粉体C−10の粒子幅がCNF粉体C−2の粒子幅よりも大きくなり、粉砕処理の時間を長くしたことで、CNF粉体C−10の粒子長さがCNF粉体C−2の粒子長さよりも小さくなった。
CNF粉体C−11の作製方法は、粉砕処理の時間を12時間から5時間に変更した以外は、CNF粉体C−10の作製方法と同じであった。粉砕処理の時間を短くしたことで、CNF粉体C−11の粒子長さがCNF粉体C−10の粒子長さよりも大きくなった。
FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、トナー母粒子(粉体)100質量部と、シリカ粒子(粉体)1.5質量部と、酸化チタン粒子(粉体)1.5質量部と、表1に示す種類のCNF粉体(各トナーに定められたCNF粉体C−1〜C−11のいずれか)1.0質量部とを、5分間混合した。例えば、トナーTA−1の製造では、CNF粉体(外添剤)としてCNF粉体C−2を使用した。
シリカ粒子は、正帯電性シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)REA90」、内容:表面処理により正帯電性が付与された乾式シリカ粒子、個数平均1次粒子径:20nm)であった。
酸化チタン粒子は、導電性酸化チタン粒子(チタン工業株式会社製「EC−100」、基体:TiO2粒子、被覆層:SbドープSnO2膜、個数平均1次粒子径:約0.35μm)であった。
トナーTB−7の製造方法は、CNF粉体を添加しなかった以外は、トナーTA−1の製造方法と同じであった。すなわち、トナーTB−7の製造では、前述の混合により、トナー母粒子の表面に外添剤(シリカ粒子及び酸化チタン粒子)が付着した。
各試料(トナーTA−1〜TA−5及びTB−1〜TB−7)の評価方法は、以下のとおりである。
現像剤用キャリア(「TASKalfa5551ci」用キャリア)100質量部と、試料(トナー)5質量部とを、ボールミルを用いて30分間混合して、評価用現像剤(2成分現像剤)を調製した。
評価用画像形成装置としては、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「TASKalfa5551ci」)を用いた。また、Roller−Roller方式の加熱加圧型の定着装置を有するプリンター(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製「FS−C5250DN」)から取り出した定着装置を、定着温度を変更できるように改造して、評価用定着装置として用いた。
反射濃度計(X−Rite社製「SpectroEye(登録商標)」)を用いて、定着装置に通した紙上の画像の画像濃度(以下、擦り前IDと記載する)を測定した。続けて、布帛で被覆した1kgの分銅を用いて、紙上の画像を10往復摩擦した。続けて、反射濃度計(SpectroEye)を用いて、紙上の画像の画像濃度(以下、擦り後IDと記載する)を測定した。続けて、式「定着率=100×擦り後ID/擦り前ID」に従って、定着率(単位:%)を求めた。定着率が80%以上であれば合格と判定し、定着率が80%未満であれば不合格と判定した。
定着装置に通した紙を、画像を形成した面が内側となるように折り曲げ、布帛で被覆した1kgの分銅を用いて、折り目上の画像を5往復摩擦した。続けて、紙を広げ、紙の折り曲げ部(ソリッド画像が形成された部分)を観察した。そして、折り曲げ部のトナーの剥がれの長さ(剥がれ長)を測定した。剥がれ長が1mm以下であれば合格と判定し、剥がれ長が1mmを超えていれば不合格と判定した。
試料(トナー)の見掛け密度(AD)を、日本工業規格(JIS K5101−12−1)に準拠する方法により測定した。測定された見掛け密度から、下記評価基準に従って、試料(トナー)の流動性を評価した。トナーの見掛け密度が高いほど、そのトナーの流動性が高いことを示す。
○(良好):見掛け密度が0.390g/cm3超であった。
△(普通):見掛け密度が0.370g/cm3超0.390g/cm3以下であった。
×(不良):見掛け密度が0.370g/cm3以下であった。
トナーTA−1〜TA−5及びTB−1〜TB−7の各々について、低温定着性(最低定着温度)及び流動性(見掛け密度)を評価した結果を、表2に示す。
Claims (7)
- 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、複数含み、
前記外添剤は、針状ナノセルロース粒子の粉体であるナノセルロース粉体を含み、
前記ナノセルロース粒子は、セルロースナノファイバー粒子及びセルロースナノクリスタル粒子からなる群より選択される1種以上のナノセルロース粒子であり、
前記ナノセルロース粉体において、前記ナノセルロース粒子の幅は数平均で5nm以上40nm以下であり、前記ナノセルロース粒子の長さは数平均で300nm以上1000nm以下である、静電潜像現像用トナー。 - 前記ナノセルロース粉体はセルロースナノファイバー粒子のみを含む、請求項1に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記セルロースナノファイバー粒子の主成分は、漂白針葉樹パルプのTEMPO酸化物である、請求項2に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記ナノセルロース粉体の量は、前記トナー母粒子100質量部に対して0.1質量部以上2.0質量部以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記外添剤は、前記ナノセルロース粉体に加えて、シリカ粒子及び酸化チタン粒子も含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記トナー母粒子は粉砕トナーである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記トナー母粒子は、非カプセルトナー母粒子であり、
前記トナー母粒子はポリエステル樹脂を含有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の静電潜像現像用トナー。
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