JP2018173499A - トナー - Google Patents
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Abstract
Description
トナーの低温定着性を向上するために、ワックスなどの結晶性材料が用いられる。結晶性材料は、その材料の持つ融点で溶融し、トナーの結着樹脂を可塑化し、トナーの溶融変形を促す。そのため、結晶性材料の融点を下げることや、使用量を増やすことで、トナーの低温定着性をさらに向上させることが可能である。
一方、低温定着性を向上させるにつれ、画像の貼り付きという問題が発生しやすくなる。貼り付きとは、定着時に熱を受けて溶融したトナーが十分に冷却されない状態で、複写機およびプリンターの排紙部からメディアが連続して排紙されることにより、画像同士が貼りついてしまう問題である。
低温定着性を向上させたトナーは、定着時に低い温度でも溶融変形しやすい特性に制御しているため、冷却時にも低い温度まで溶融した状態を維持しやすくなってしまう。このため、低温定着性の向上と画像の貼りつきはトレードオフの関係にある。加えて、複写機およびプリンターの印刷速度を向上させた場合、排紙されるメディアの速度が向上する。これにより、トナーの冷却がさらに不十分な状態でメディアが積層されるため、画像の貼りつきが非常に発生しやすくなる。
特許文献1では、可塑剤と難水溶性物質を用い、画像の貼りつきを改善する手法が記載されている。特許文献2では、低温定着性に優れるジエステル化合物を用い、低温定着性および保存性を改善する手法が記載されている。
しかし、上述のような、高速プリント対応のための低温定着性を向上させつつ、画像の貼りつきを抑制するというトレードオフ脱却のためには、さらなる改良の余地がある。
該結晶性材料がワックスおよび結晶性ポリエステルを含有し、
前記トナーの100℃から冷却して測定する動的粘弾性測定において、100℃、60℃および50℃における貯蔵弾性率をそれぞれG’(100℃)、G’(60℃)、G’(50℃)としたとき、下記式(1)、式(2)、および式(3)を満たすことを特徴とするトナーに関する。
式(1) G’(60℃)≦4.5×108(Pa)
式(2) G’(60℃)/G’(100℃)≦7.0×102
式(3) G’(50℃)/G’(60℃)≧3.0×10
式(1) G’(60℃)≦4.5×108(Pa)
である。これにより、低温定着性を良好にするとともに、画像貼りつきを抑制しやすくなる。G’(60℃)>4.5×108(Pa)の場合、低温定着性および画像貼りつきが悪化してしまい、好ましくない。G’(60℃)を上記範囲に制御するには、後述するワックスや結晶性ポリエステルの種類や部数、結晶性材料のドメインの長径や個数など、多数の因子により制御できる。
式(2) G’(60℃)/G’(100℃)≦7.0×102
ある。これにより、低温定着性を良好にすることが可能である。G’(60℃)/G’(100℃)>7.0×102の場合、低温定着性が悪化するとともに、画像貼りつきが悪化してしまい、好ましくない。
式(3) G’(50℃)/G’(60℃)≧3.0×10
である。これにより、画像貼りつき抑制を良好にすることが可能である。G’(50℃)/G’(60℃)≧3.0×10の場合、画像貼りつきが悪化してしまい、好ましくない。
前記結晶性材料のドメインの長径の相加平均値をr(μm)、トナー粒子断面の長径の相加平均値をR(μm)としたとき、下記式(4)を満たすことが好ましい。
式(4) 5.0×10-4≦r/R≦7.0×10-2
RmSiYn (I)
[式中、Rはアルコキシ基を示し、mは1から3の整数を示し、Yはアルキル基、ビニル基、エポキシ基、(メタ)アクリル基などの官能基を示し、nは1から3の整数を示す。但し、m+n=4である。]
冷却速度1=(T2(℃)−T1(℃))/冷却に要した時間(分)
結晶性ポリエステル及びワックスの融点はDSCにて測定した際の、吸熱ピークのピークトップ温度として求めることが出来る。測定はASTM D 3417−99に準じて行う。これらの測定には、例えばパーキンエルマー社製DSC−7、TAインストルメント社製DSC2920、TAインストルメント社製Q1000を用いることができる。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。測定サンプルにはアルミニウム製のパンを用い、対照用に空パンをセットし測定する。
トナーの重量平均径(D4)及び個数平均径(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。
(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。尚、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、重量平均径(D4)を算出する。尚、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」が個数平均径(D1)である。
結晶性ポリエステル及びワックスの分子量は、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。以下に、結晶性ポリエステルを例に挙げて、測定方法を記載する。
装置:高速GPC装置「HLC−8220GPC」[東ソー(株)製]
カラム:LF−604の2連
溶離液:THF
流速:0.6ml/min
オーブン温度:40℃
試料注入量:0.020ml
トナー粒子の走査透過型電子顕微鏡(STEM)による断面観察は以下のようにして実施することができる。
トナー粒子の断面のSTEM画像をもとに、結晶性材料のドメインの同定を、以下の手順により行う。
結晶性材料の原材料を入手できない場合、次のように単離作業を行う。まず、トナーに対する貧溶媒であるエタノールにトナーを分散させ、結晶性材料の融点を超える温度まで、昇温させる。この時、必要に応じて、加圧してもよい。この時点で、融点を超えた結晶性材料が溶融している。その後、固液分離することにより、トナーから、結晶性材料の混合物を採取できる。この混合物を、分子量毎に分種することにより、結晶性材料の単離が可能である。
本発明において、結晶性材料のドメインの長径の平均径rおよび個数は以下のように測定する。なお、結晶性材料のドメインとして、上述したようにワックスを結晶性ポリエステルが覆う構造が好ましいものとして含まれ、このような複合化されたドメイン(複合ドメイン)も一つのドメインとしてカウントし、長径を測定する。
被覆率はTEM画像を用いて、下記のように算出した。まず、上述したようなTEM観察において、結晶性材料のドメインのうち、ワックスと結晶性ポリエステルをコントラストの差により判別する。続いて、ワックスの周囲長を測定するとともに、結晶性ポリエステルとワックスの界面に沿っての周囲長をフリーハンドで測定した。これらの比から、被覆率を算出することができる。同様の計算を0.9≦R/D4≦1.1の関係を満たすトナー100個以上について行い、相加平均値により、本発明におけるワックスに対する結晶性ポリエステルの被覆率とした。
樹脂サンプルを2mg精秤し、クロロホルム2mlを加えて溶解させてサンプル溶液を作製する。樹脂サンプルとしては結晶性ポリエステルを用いるが、結晶性ポリエステルを含有するトナーをサンプルとして代用することも可能である。次に、2,5−ジヒドロキシ安息香酸(DHBA)20mgを精秤し、クロロホルム1mlを添加して溶解させてマトリックス溶液を調製する。また、トリフルオロ酢酸NA(NATFA)3mgを精秤した後、アセトンを1ml添加して溶解させてイオン化助剤溶液を調製する。
ワックスは分子量が低く、結晶性ポリエステルはそれよりも高い。このことを利用して、トナーからワックスと結晶性ポリエステルを分離する。
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。
(1)直径7.9mmのパラレルプレートを用いる。
(2)周波数(Frequency)は1.0Hzとする。
(3)印加歪初期値(Strain)を0.1%に設定する。
(4)50〜100℃の間を、昇温速度(Ramp Rate)4.0℃/minで昇温を行う。続いて、100℃で5分間保持する。さらに測定においては、100℃〜50℃の間を、冷却速度(Ramp Rate)4.0℃/minで測定を行う。
尚、一連の作業の際、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。
(5)最大歪(Max Applied Strain)を20.0%に設定する。
(6)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。
(7)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。
(8)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。
(9)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。
(10)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1.0×103(Pa)以上である。
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した反応槽中に、ステアリン酸100部と、エチレングリコール10部とを加え、窒素気流下、180℃で反応水を留去しつつ、15時間常圧で反応させた。この反応によって得られたエステル化粗生成物100部に対して、トルエン20部と、エタノール4部とを加え、攪拌後30分間静置した後、エステル相から分離した水相(下層)を除去することによって、前記エステル化粗生成物を水洗した。水相のpHが7になるまで、上記水洗を4回繰り返した。その後、170℃、5kPaの減圧条件下で、水洗されたエステル相から溶媒を留去し、WAX1を得た。WAX1の融点は76℃であった。WAX1の構造の分析をしたところ酸モノマーが含有する炭素数aは18、アルコールモノマーが含有する炭素数bは2であり、aに対するbの比b/aは0.11であった。また、エステル官能数は2であった。得られたWAX1の物性を表1に示す。
WAX1の製造において、表1に示す酸モノマーおよびアルコールモノマーを変更し、それ以外は同様にして、WAX2〜6を製造した。得られたWAX1〜6の物性を表1に示す。
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した反応槽中に、セバシン酸(デカン二酸)100.0部、ステアリン酸1.6部、1,12−ドデカンジオール89.3部、を投入した。撹拌しながら140℃に昇温し、窒素雰囲気下で140℃に加熱して常圧下で水を留去しながら8時間反応させた。次いで、ジオクチル酸スズを0.57部添加加えた後、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させた。更に、200℃に到達してから2時間反応させた後、反応槽内を5kPA以下に減圧して200℃で分子量を見ながら反応させて結晶性ポリエステル1を得た。結晶性ポリエステル1の融点は83℃、重量平均分子量Mwは40000であり、末端がステアリン酸変性されていることを確認した。得られた結晶性ポリエステル1の物性を表2に示す。
結晶性ポリエステル1の製造において、反応時間を90分に変更する以外は同様にして、結晶性ポリエステル2を得た。結晶性ポリエステル2の融点は83℃、重量平均分子量Mwは30000であり、末端がステアリン酸変性されていることを確認した。得られた結晶性ポリエステル2の物性を表2に示す。
結晶性ポリエステル1の製造において、反応時間を90分に変更し、ステアリン酸を投入しなかったこと以外は同様にして、結晶性ポリエステル3を得た。結晶性ポリエステル3の融点は83℃、重量平均分子量Mwは20000であった。得られた結晶性ポリエステル3の物性を表2に示す。
Fe2+を2.0mol/L含有する硫酸鉄第一水溶液50リットルに、4.0mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液55リットルを混合撹拌し、水酸化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩水溶液を得た。この水溶液を85℃に保ち、20L/minで空気を吹き込みながら酸化反応を行い、コア粒子を含むスラリーを得た。
iso−ブチルトリメトキシシラン30部をイオン交換水70部に撹拌しながら滴下した。その後、この水溶液をpH5.5、温度55℃に保持し、ディスパー翼を用いて、周速0.46m/sで120分間分散させて加水分解を行った。その後、水溶液のpHを7.0とし、10℃に冷却して加水分解反応を停止させた。こうしてシラン化合物を含有する水溶液を得た。
磁性酸化鉄の100部をハイスピードミキサー(深江パウテック社製 LFS−2型)に入れ、回転数2000rpmで撹拌しながら、シラン化合物を含有する水溶液8.0部を2分間かけて滴下した。その後5分間混合・撹拌した。次いで、シラン化合物の固着性を高めるために、40℃で1時間乾燥し、水分を減少させた後に、混合物を110℃で3時間乾燥し、シラン化合物の縮合反応を進行させた。その後、解砕し、目開き100μmの篩を通して磁性体を得た。
イオン交換水720部に0.1モル/L−Na3PO4水溶液450部を投入して60℃に加温した後、1.0モル/L−CaCl2水溶液67.7部を添加して、分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・n−ブチルアクリレート 24.0部
・ジビニルベンゼン 0.2部
・モノアゾ染料の鉄錯体(T−77:保土ヶ谷化学社製) 1.5部
・磁性体1 90.0部
・非晶性飽和ポリエステル樹脂 3.0部
(ビスフェノールAのエチレンオキサイドおよびプロピレンオキサイド付加物とテレフタル酸との縮合反応により得られる非晶性飽和ポリエステル樹脂;Mw=9500、酸価=2.2mgKOH/g、ガラス転移温度=68℃)
上記処方をアトライタ(日本コークス工業株式会社製)を用いて均一に分散混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を63℃に加温し、そこにWAX1を10部、結晶性ポリエステル1を10部を混合し、溶解した。
トナー1の製造において、表3に記載の材料の種類、部数、冷却条件を変更した以外は同様にして、トナー2〜11、比較用トナー1〜10を製造した。ここで、比較用トナー3、8、10の冷却工程は、100℃から室温まで冷却し、その際の冷却速度は2℃/分であった。その際、50℃における保持は実施しなかった。
(定着性の評価)
トナー1を用いて、以下の評価を行った。
濃度低下率(%)=(摺擦前の画像濃度―摺擦後の画像濃度)/摺擦前の画像濃度×100
過酷放置は、50℃、90%RHに調整された恒温槽にトナー1を72時間静置する条件を使用した。その後、ベタ黒画像の画出しを行う。
トナーを変更すること以外は同様にして、実施例2〜11、比較例1〜10を評価した。評価した結果を表5及び表6に示す。
Claims (4)
- 結着樹脂、結晶性材料、着色剤を含有するトナー母粒子を有するトナーであって、
該結晶性材料がワックスおよび結晶性ポリエステルを含有し、
前記トナーの100℃から冷却して測定する動的粘弾性測定において、100℃、60℃および50℃における貯蔵弾性率をそれぞれG’(100℃)、G’(60℃)、G’(50℃)としたとき、下記式(1)、式(2)、および式(3)を満たすことを特徴とするトナー。
式(1) G’(60℃)≦4.5×108(Pa)
式(2) G’(60℃)/G’(100℃)≦7.0×102
式(3) G’(50℃)/G’(60℃)≧3.0×10 - 前記トナーは、個数平均径が4.0μm以上12.0μm以下であり、
透過型電子顕微鏡によるトナー粒子の断面観察において、一つのトナー粒子断面あたりの前記ドメインの個数が、20個以上300個以下であり、
前記結晶性材料のドメインの長径の相加平均値をr(μm)、トナー粒子断面の長径の相加平均値をR(μm)としたとき、下記式(4)を満たす請求項1に記載のトナー。
式(4) 5.0×10-4≦r/R≦7.0×10-2 - 前記ワックスが少なくともエステルワックスを含有しており、該エステルワックスの融点が、65.0℃以上85.0℃以下である請求項1又は2に記載のトナー。
- 前記エステルワックスを構成する酸モノマーが含有する炭素数をa、アルコールモノマーが含有する炭素数をbとしたとき、aに対するbの比が0.25以下である請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナー。
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