JP2019032465A - 磁性トナー - Google Patents

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崇 松井
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裕二郎 長島
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Shohei Tsuda
祥平 津田
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麻理子 山下
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Abstract

【課題】耐久時を通じて、カブリを抑制し、かつ良好な転写性を有し、さらには低温定着性に優れたトナーの提供。【解決手段】結着樹脂、非晶性ポリエステル及び磁性体を含有する磁性トナー粒子を有する磁性トナーであって、該結着樹脂は、ビニル系樹脂を含み、該非晶性ポリエステルは、炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸を含有したカルボン酸成分と、ジアルコール成分とが重縮合した樹脂であり、該トナー中における、該磁性体の含有量が20質量%以上45質量%以下であり、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察されるトナー断面において、マトリクス−ドメイン構造が観察され、該ビニル系樹脂がマトリクスを構成し、該非晶性ポリエステルがドメインを構成しており、該磁性体が、トナー表面から0.50μm内側までの領域に全磁性体中の70面積%以上が存在しており、該ドメインが、トナー表面から0.50μm内側から2.00um内側までの領域に該ドメインの総面積に対して80面積%以上100面積%以下存在していることを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、電子写真、静電荷像を顕像化するための画像形成方法及びトナージェットに使用される磁性トナーに関する。
従来、プリンターはネットワークにつながり、多人数がそのプリンターで印刷するという使われ方が多かったが、近年は、個人の机にPCとプリンターを置き、手元で印刷すると言う需要も高くなってきた。そのためにはプリンターの省スペース化が必要であり、プリンターへの小型化の要求が強い。
プリンターの小型化に着目すると、主に定着器の小型化と画像形成装置の小型化が有効である。定着器の小型化のためには、フィルム定着を採用すると熱源及び装置構成の簡易化が容易であり、適用しやすい。このようなフィルム定着では、少ない熱量や低圧で定着できるトナーが必要になってくる。
画像形成装置の小型化のために、画像形成装置は、クリーナーレスシステムを採用することが好ましい。クリーナーレスシステムではクリーニングブレード、クリーナー容器を無くし、転写残トナーを現像器内に回収するため、画像形成装置を大幅に小型化できる。
しかし、クリーナーレスシステムには特有の課題も存在する。クリーナーレスシステムでは、転写残トナーが、帯電工程を通過し、再び現像器内に回収される。そのため、現像工程のみならず帯電工程や回収工程においても、部材間でのストレスが掛るようになり、外添剤の埋め込みやトナーの割れといったトナー劣化が起こるようなる。このようなトナー劣化により、画像濃度薄等の画像弊害が発生しやすくなる。
以上をまとめるとトナーとしては、クリーナーレスシステムのように耐久時にストレスを受けても、良好な現像性および転写性を有しており、かつ少ない熱量や低圧で定着できる必要がある。
特許文献1では、非晶性樹脂による微小なドメイン相を有したトナーを提案している。
また、特許文献2では、非晶性樹脂(A)よりなるマトリクス相中に、前記非晶性ポリエステル樹脂(B)がドメイン相として分散されてなるドメイン−マトリクス構造を有し、前記トナー粒子断面の観察画像において、ドメイン径が100nm以上の前記非晶性ポリエステル樹脂(B)によるドメイン相の個数平均ドメイン径が100〜200nmであり、かつ、当該ドメイン相の総面積に対するドメイン径が500nm以上のドメイン相の面積比率が0〜10%であるトナーを提案している。
特開2015−152703号公報 特開2012−181410号公報
確かに特許文献1の発明により定着性の良化は見られるものの、クリーナーレスシステムのように耐久時にストレスを受けた時では、現像性および転写性に改善の余地を残した。
また、特許文献2では、保存性、現像性の良化は見られるものの、クリーナーレスシステムのように耐久時にストレスを受けた時では、現像性に改善の余地を残した。また、定着性に関しても、改善の余地を残した。
以上のように、クリーナーレスシステムのように耐久時にストレスを受けても、良好な現像性および転写性を有しており、かつ少ない熱量や低圧で定着できる磁性トナーに関しては、未だ検討の余地を残しており、改善の余地があった。
本発明の目的は、耐久時を通じて、カブリを抑制し、かつ良好な転写性を有し、さらには低温定着性に優れた磁性トナーを提供することである。
本発明は、結着樹脂、非晶性ポリエステル及び磁性体を含有する磁性トナー粒子を有する磁性トナーであって、
該結着樹脂は、ビニル系樹脂を含み、
該非晶性ポリエステルは、炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸を含有したカルボン酸成分と、ジアルコール成分とが重縮合した樹脂であり、
該トナー中における、該磁性体の含有量が20質量%以上45質量%以下であり、
透過型電子顕微鏡(TEM)で観察されるトナー断面において、マトリクス−ドメイン構造が観察され、
該ビニル系樹脂がマトリクスを構成し、該非晶性ポリエステルがドメインを構成しており、
該磁性体が、トナー表面から0.50μm内側までの領域に全磁性体中の70面積%以上が存在しており、
該ドメインが、トナー表面から0.50μm内側から2.00μm内側までの領域に該ドメインの総面積に対して80面積%以上100面積%以下存在していることを特徴とする磁性トナー
である。
本発明によれば、耐久時を通じて、カブリを抑制し、かつ良好な転写性を有し、さらには低温定着性に優れたトナーを提供することができる。
現像装置の一例を示す模式的断面図である。 現像装置が組み込まれた画像形成装置の一例を示す模式的断面図である。 マグネットを有する現像装置の一例を示す模式的断面図である。 流動曲線の模式図である。 本発明に好ましく用いられる撹拌装置を循環経路の中に組み込んだシステム図である。 固定子および回転子を有する撹拌装置の説明図である。
本発明のトナーは、結着樹脂、非晶性ポリエステル及び磁性体を含有する磁性トナー粒子を有する磁性トナーであって、
該結着樹脂は、ビニル系樹脂を含み、
該非晶性ポリエステルは、炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸を含有したカルボン酸成分と、ジアルコール成分とが重縮合した樹脂であり、
該トナー中における、該磁性体の含有量が20質量%以上45質量%以下であり、
透過型電子顕微鏡(TEM)で観察されるトナー断面において、マトリクス−ドメイン構造が観察され、
該ビニル系樹脂がマトリクスを構成し、該非晶性ポリエステルがドメインを構成しており、
該磁性体が、トナー表面から0.50μm内側までの領域に全磁性体中の70面積%以上が存在しており、
該ドメインが、トナー表面から0.50μm内側から2.00μm内側までの領域に該ドメインの総面積に対して80面積%以上100面積%以下存在していることを特徴とする。
まず、低温定着性について考察する。低温定着性の評価に挙げられる項目としては、こすり性、テープ剥がし、ベタ画像の欠け等が挙げられる。中でもベタ画像欠けの改善が定着温度を決める必須項目になっている。ベタ画像では、紙などのメディア上にトナー層が密に載った状態となっているために、トナー層の下層部(メディア側)や紙などのメディアに熱が伝わりにくい状態となる。そのため、トナーとメディアとの定着が不十分であると、定着フィルム等の定着器にトナーが持っていかれ、ベタ画像の一部が欠けた画像が得られるようになる。
すなわち、低温定着性の項目であるベタ画像欠けを改善するためには、少ない熱量や低圧で定着できるトナーが必要となってくる。
次に、例えばクリーナーレスシステムのように耐久時にストレスを受けた際の現像性について考察する。
先述の通り、クリーナーレスシステムのように部材間でのストレスが掛るようになると、外添剤の埋め込みやトナーの割れといったトナー劣化が起こってしまい、トナーの流動性が低下しやすくなる。トナーの流動性が低下したり、トナーの割れといった劣化が起こると、ベタ画像を形成した直後の白部でのカブリが発生しやすくなる。
すなわち、例えばクリーナーレスシステムのように耐久時にストレスを受けた際の現像性を良化させるためには、トナーが耐久時にストレスを受けても、外添剤の埋め込みやトナーの割れを抑制することが重要となる。
次に、転写性について考察する。
まず転写性に関する課題について着目すると、転写バイアスが弱い場合には、静電潜像担持体上のトナーが転写バイアスを受けても、静電的引力によって記録媒体上に転写できない場合がある。これは、静電潜像担持体に対するトナーの静電的または非静電的な付着力が高いことによるものである。
一方、転写バイアスが強い場合には、静電潜像担持体上のトナーの電荷のリークや電荷の反転が起こり、転写性が低下し、画像上に転写抜けが発生することがある。
このような転写性に関する課題を抑制する場合には、例えばクリーナーレスシステムのように耐久時にストレスを受けた際でも、静電的または非静電的な付着力を低下させることや、トナーの電荷のリークや電荷の反転を抑制することが重要である。そのために、トナーが耐久時にストレスを受けても、外添剤の埋め込みやトナーの割れを抑制することや、磁性体などの材料の分散性を向上させることで、トナーの電荷のリークや電荷の反転を抑制することが重要になってくる。
以上のように、耐久時を通じて、カブリを抑制し、高い転写性を有し、さらに低温定着性を達成するために、本発明者らが詳細に検討したところ、上記本発明の構成が必要であることが分かった。
以下、詳細に本発明を述べていく。
まず、本発明の磁性トナーは、結着樹脂、非晶性ポリエステル及び磁性体を含有する磁性トナー粒子を有する磁性トナーであって、結着樹脂は、ビニル系樹脂を含む。ビニル樹脂に加え、本発明の効果を損なわない程度に、結着樹脂として用いられる公知の樹脂を用いてもよい。結着樹脂がビニル樹脂であることが好ましい。
結着樹脂がビニル樹脂を含むと、カブリを抑制しやすくなる。また、クリーナーレスシステムのように耐久時にストレスを受けた際に、外添剤の埋め込みやトナーの割れを抑制できるようになる。さらに、抵抗が高いために電荷を保持しやすくなり、転写性を向上しやすくなる。
ビニル樹脂としては、以下のものが挙げられる。
ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体;
スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;
ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂を用いることができ、これらは単独で又は複数種を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、特にスチレン系共重合体が、現像特性、定着性などの点で好ましい。さらに、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体が、分子量とガラス転移温度を制御しやすく、かつ、高抵抗に制御しやすいため、より好ましい。
次に、非晶性ポリエステルが、炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するモノマーユニットと、ジアルコールに由来するモノマーユニットを有することが重要である。
炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸由来のユニットの含有量が上記範囲であると、非晶性ポリエステルのピーク分子量を高くした状態で、非晶性ポリエステルの軟化点を低下させやすくなる。そのために、耐久劣化の抑制とベタ画像欠けの抑制を両立しやすくなる。
なお、「モノマーユニット」とは、ポリマー中のモノマー物質の反応した形態をいう。
炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸由来の構造を有することで、定着時に瞬時に溶融できるようになるため、ベタ画像欠けを抑制しやすくなる。この理由について、本発明者らは、直鎖脂肪族ジカルボン酸部位が折りたたまって、非晶性ポリエステルが疑似結晶状態のような構造を有しやすくなるからと推測している。
すなわち、擬似結晶状態の形成の観点から、本発明の非晶性ポリエステルに使用される直鎖脂肪族ジカルボン酸の炭素数は6以上14以下であることが重要である。直鎖脂肪族ジカルボン酸の炭素数が6以上であると、直鎖脂肪族ジカルボン酸部位が折りたたまれやすくなるため、疑似結晶状態を形成しやすくなり、定着時に瞬時に溶融できるようになるため、ベタ画像欠けを抑制しやすくなる。直鎖脂肪族ジカルボン酸の炭素数が14以下であると、軟化点とピーク分子量を制御しやすくなるため、耐久性とベタ画像欠けの抑制を両立しやすくなる。炭素数は、好ましくは6以上10以下である。
本発明の非晶性ポリエステルを得るためのカルボン酸成分としては、炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸とその他のカルボン酸が挙げられる。炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸としては、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、テトラデカン二酸等が挙げられる。炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸以外のカルボン酸としては、下記のものが挙げられる。2価のカルボン酸成分としては、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、グルタル酸、n−ドデセニルコハク酸、及びこれらの酸の無水物、又は低級アルキルエステル等が挙げられる。3価以上の多価カルボン酸成分としては、例えば1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸、エンポール三量体酸及びこれらの酸無水物、低級アルキルエステル等が挙げられる。これらの中で、テレフタル酸がピーク分子量を高く維持でき、耐久性を維持しやすくなるため、好ましい。
非晶性ポリエステルを得るためのアルコール成分としては、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物に加え、下記のものが挙げられる。2価のアルコール成分としては、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール等が挙げられる。3価以上のアルコール成分としては、ソルビトール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール等が挙げられる。上記2価のアルコール成分及び3価以上の多価アルコール成分は、単独で、又は複数の化合物を組み合わせて用いることができる。
非晶性ポリエステルは、上記のアルコール成分及びカルボン酸成分を用いて、エステル化反応、又はエステル交換反応によって製造することができる。重縮合の際には、反応を促進させるため、酸化ジブチル錫等の公知のエステル化触媒等を適宜使用してもよい。
非晶性ポリエステルの原料モノマーであるアルコール成分とカルボン酸成分とのモル比(カルボン酸成分/アルコール成分)は、0.60以上1.00以下であることが好ましい。
炭素数6以上12以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するモノマーユニットの含有割合が、該非晶性ポリエステルを構成するカルボン酸成分に由来する全モノマーユニットに対して、10mol%以上70mol%以下であることが好ましく、30mol%以上50mol%以下であることがより好ましい。
該含有割合が、10mol%以上である場合、非晶性ポリエステルの軟化点を低下させやすくなる。一方、該含有割合が、70mol%以下である場合、非晶性ポリエステルのピーク分子量を低下させにくくなる。
非晶性ポリエステルのガラス転移温度(Tg)は、定着性及び耐熱保存性の観点から45℃以上75℃以下であることが好ましい。なお、ガラス転移温度(Tg)は示差走査型熱量計(DSC)で測定できる。
非晶性ポリエステルのピーク分子量(Mp(P))は、8000以上13000以下であり、軟化点が85℃以上105℃以下であることが好ましい。
ピーク分子量(Mp(P))が、8000以上であると、長期使用時でのトナー劣化を抑制しやすくなる。また、ピーク分子量(Mp(P))が13000以下であると、定着時に瞬時に溶融できるようになるため、ベタ画像欠けを抑制しやすくなる。Mp(P)は、より好ましくは9000以上12000以下である。
非晶性ポリエステルの軟化点が85℃以上であると、長期使用時でのトナー劣化を抑制しやすくなる。また、軟化点が105℃以下であると定着時に瞬時に溶融できるようになるため、ベタ画像欠けを抑制しやすくなる。該軟化点は、より好ましくは90℃以上100℃以下である。
非晶性ポリエステルのピーク分子量及び軟化点を好ましい範囲に制御するためには、炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸を全カルボン酸成分に対して10mol%以上70mol%以下含有したカルボン酸成分と、ジアルコール成分とを用いることが好ましい。
次に、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察されるトナー断面において、マトリクス−ドメイン構造が観察され、ビニル樹脂がマトリクスを構成し、非晶性ポリエステルがドメインを構成することが重要である。
まず、先述の通り、ビニル樹脂は非晶性ポリエステルに比べ、同等のガラス転移温度(Tg)を得る場合に分子量を大きくしやすくなる。また、摩擦帯電する際にもエステル基のような極性を有しにくくなり、抵抗を高くしやすくなる。そのため、ビニル樹脂がマトリクスを構成することで、耐久を通じて、カブリが抑制された画像を得ることができるようになり、高い転写性を有しやすくなる。
さらに、ビニル樹脂がマトリクスを構成し、かつ非晶性ポリエステルがドメインを構成することで、カブリの抑制とベタ画像欠けの抑制を両立できるようになることを見出した。
それは非晶性ポリエステルがドメインを構成することで、定着時にドメイン部分が溶融できるようになるためである。非晶性ポリエステルはビニル樹脂に比べて、トナー同士やトナーと紙などのメディアとの接着性が高くなる傾向にある。また、ビニル樹脂に比べて、非晶性ポリエステルは、軟化点を低下しやすい傾向にある。そのため、トナー中のドメインが溶融することで、ベタ画像欠けの抑制が可能になる。
このように、非晶性ポリエステルがドメインを構成するためには、非晶性ポリエステルの酸価及び水酸基価の制御や、非晶性ポリエステルとトナーの軟化点の制御やトナー製造時のアニール条件の制御により調整することができる。
次に、本発明のトナーのピーク分子量(Mp(T))が、15000以上30000以下であることが好ましい。トナーのピーク分子量(Mp(T))が、15000以上であると、長期使用時でのトナー劣化を抑制しやすくなる。また、トナーのピーク分子量(Mp(T))が、30000以下であると定着時の溶融を阻害しにくくなるため好ましい。
非晶性ポリエステルの含有量は、結着樹脂100質量部に対し、5.0質量部以上30.0質量部以下であることが好ましい。より好ましくは、7.0質量部以上20.0質量部以下である。
非晶性ポリエステルの含有量が5.0質量部以上であると、定着時に瞬時に溶融できるようになるため、ベタ画像欠けを抑制しやすくなる。一方、30.0質量部以下であると、長期使用時でのトナー劣化を抑制しやすくなる。
次に、トナー中における、磁性体の含有量が20質量%以上45質量%以下である。磁性体の含有量が20質量%以上であると、耐久を通じて、トナーの搬送や、高い画像濃度を得ることが可能となる。また、磁性体の含有量が45質量%以下であると、定着時にトナー変形しやすくなる。また、転写時のトナーの電荷のリークを抑制しやすくなる。
次に、磁性体が、トナー表面から0.50μm内側までの領域に全磁性体中の70面積%以上が存在していることが重要である。
トナー粒子中の磁性体の含有量の測定は、パーキンエルマー社製熱分析装置[TGA7]を用いて測定することができる。測定方法は以下のとおりである。
窒素雰囲気下において、昇温速度25℃/分で、常温から900℃までトナーを加熱する。100℃から750℃まで間の減量質量%を結着樹脂の量とし、残存質量を近似的に磁性体の量とする。
トナー表面から0.50μm内側までの領域に全磁性体中の70面積%以上が存在するということは、トナー表面近傍に、均一に磁性体が存在することを意味する。このようにトナー表面近傍に、均一に磁性体が存在することで、磁性体が疑似的にシェル機能を発現できるようになり、トナー割れといった劣化を抑制しやすくなる。また、トナー表面近傍に、均一に磁性体が存在するために、均一に摩擦帯電されやすくなり、トナー粒子間で均一な帯電性を有するようになるため、転写性が向上しやすくなる。さらに、後述する非晶性ポリエステルのドメインが磁性体よりもトナー内部に存在しやすくなるため、耐久性および転写性が向上しやすくなる。
このように、トナー表面から0.50μm内側までの領域に全磁性体中の70面積%以上を存在させるためには、磁性体の表面処理剤の種類や磁性体の表面処理の均一性やトナーの製造条件により制御できる。
次に、ドメインが、トナー表面から0.50μm内側から2.00μm内側までの領域に非晶性ポリエステルのドメインの総面積に対して80面積%以上100面積%以下存在していることが重要である。
本発明者らが定着性の観点で鋭意検討したところ、トナー表面から2.00μm内側までの領域に可塑剤が存在することが重要であることが分かった。これは、定着工程が極短時間であること、紙などのメディアやトナー粒子間の接着にはトナーの表面の影響が大きいことに由来するためであると考えている。その中で、トナー表面から2.00μm内側までの領域に可塑剤が存在することで効果を発現できることが確認された。
一方、転写性に関して、鋭意検討したところ、トナー表面から0.50μm内側までの領域に非晶性ポリエステルのドメインが少ないことが好ましいことが分かった。これは、先述のとおり、非晶性ポリエステルに比べ、ビニル系樹脂のほうが電荷を保持しやすい傾向にあるために、トナー粒子の表面の非晶性ポリエステルが少ないことが好ましい。また、トナー粒子の表面組成が均一になることも、均一に電荷を保持しやすくなる。以上のことから、トナー表面から0.50μm内側までの領域に非晶性ポリエステルのドメインが少ないことが好ましい。
以上のことから、転写性と定着性を両立させるためには、トナー表面から0.50μm内側から2.00μm内側までの領域に非晶性ポリエステルのドメインの総面積に対して80面積%以上100面積%以下存在していることが重要である。
また、非晶性ポリエステルのドメインが、トナー表面から0.50μm内側までの領域にドメインの総面積に対して0面積%以上10面積%以下存在していることが好ましい。ドメインの総面積に対して0面積%以上10面積%以下であると均一に電荷を保持しやすくなるため、カブリや転写性が向上しやすくなる。
また、ドメインの個数平均粒径が0.3μm以上3.0μm以下であることが好ましい。ドメインの個数平均粒径が0.3μm以上であると、長期使用時にトナー劣化が抑制されやすくなり、カブリが良化する。また、3.0μm以下であると定着時にムラなく溶融できるようになるため、定着性が良化しやすくなる。
非晶性ポリエステルのドメインの存在位置やドメイン径の制御は、非晶性ポリエステルの酸価及び水酸基価の制御や、非晶性ポリエステルとトナーの軟化点の制御やトナー製造時のアニール条件の制御により調整することができる。
次に、非晶性ポリエステルの酸価Avが、1.0mgKOH/g以上10.0mgKOH/g以下であることが好ましい。非晶性ポリエステルの酸価Avが上記範囲であると、本発明のドメインの存在位置に制御しやすくなる。
次に、非晶性ポリエステルの水酸基価OHvが40.0mgKOH/g以下であることが好ましい。非晶性ポリエステルの水酸基価OHvが40.0mgKOH/g以下であると、本発明のドメインの存在位置に制御しやすくなる。また、電荷を保持しやすくなり、転写性を向上しやすくなる。
トナーの重量平均粒径(D4)は5.0μm以上12.0μm以下であることが好ましく、より好ましくは5.5μm以上11.0μm以下である。重量平均粒径(D4)が上記範囲であれば、良好な流動性が得られ、規制部で摩擦帯電されやすくなるため黒後カブリが抑制でき、また潜像に忠実に現像することができる。
トナーの平均円形度が0.950以上であることが好ましい。トナーの平均円形度が0.950以上ではトナーの形状は球形又はこれに近い形になり、流動性に優れ均一な摩擦帯電性を得られやすくなり、黒後カブリを抑制しやすくなり、また、転写性も良化しやすくなる。
トナーのガラス転移温度(Tg)は、40.0℃以上70.0℃以下であることが好ましい。ガラス転移温度が上記範囲であれば、良好な定着性を維持しつつ、トナーの保存安定性や耐久性を向上させることができる。
なお、ガラス転移温度(Tg)は示差走査型熱量計(DSC)で測定できる。
トナーの軟化点は110℃以上150℃以下であることが好ましく、120℃以上140℃以下であることがより好ましい。クリーナーレスシステムのような部材間でトナーにストレスを与えやすいシステムでは、トナー劣化を抑制するためには、トナーの軟化点を制御することが好ましい。トナーの軟化点が110℃以上であると、常温においても、外添剤の埋め込みやトナーの割れといったトナー劣化を抑制できるようになるため好ましい。一方、定着性を考慮すると、トナーの軟化点が150℃以下であることが好ましい。トナーの軟化点が150℃以下であると、定着器からの熱や圧を与えられた際に、変形できるようになるため好ましい。
なお、トナーの軟化点を適正化するためには、トナーの分子量、トナーのTHF不溶分量、ワックスのような可塑剤の種類・量・分散状態を調整することにより、制御可能である。
本発明のトナー粒子には、必要に応じて、帯電特性向上のために荷電制御剤を含有させてもよい。荷電制御剤としては各種のものが利用できるが、帯電スピードが速く、かつ、一定の帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が特に好ましい。さらに、トナーを後述するような重合法を用いて製造する場合には、重合阻害性が低く、水系分散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、
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、ダイカルボン酸などの芳香族カルボン酸の金属化合物;
アゾ染料又はアゾ顔料の金属塩又は金属錯体;
スルフォン酸又はカルボン酸基を側鎖に持つ高分子型化合物;
ホウ素化合物;
尿素化合物;
ケイ素化合物;
カリックスアレーン
などが挙げられる。
これらの荷電制御剤の使用量は、トナー粒子の内部に添加する場合、結着樹脂100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上10.0質量部以下、より好ましくは0.1質量部以上5.0質量部以下である。また、トナー粒子の外部に添加する場合、トナー粒子100質量部に対して、好ましくは0.005質量部以上1.000質量部以下、より好ましくは0.010質量部以上0.300質量部以下である。
トナー粒子には、定着性向上のため、離型剤を含有させてもよい。トナー粒子中の離型剤の含有量は、結着樹脂100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く、3.0質量部以上25.0質量部以下であることがより好ましい。
離型剤の含有量が1.0質量部以上であれば、ベタ画像欠けを抑制しやすくなる。また、30.0質量部以下であれば、長期使用時でのトナー劣化を抑制しやすくなる。
離型剤としては、
パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタムなどの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;
ポリエチレンなどの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などの天然ワックス及びその誘導体などが挙げられる。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、グラフト変性物が含まれる。また、高級脂肪族アルコール、ステアリン酸、パルミチン酸などの脂肪酸、酸アミドワックス、エステルワックス、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックスなども離型剤として使用できる。
これらの離型剤の中では、パラフィンワックスが、ベタ画像欠けを抑制し、かつヒートサイクルによる低分子量成分の染み出しや長期使用時でのトナー劣化を抑制しやすくなるため、好ましく用いられる。
また、これら離型剤の示差走査型熱量計(DSC)で測定される昇温時の最大吸熱ピーク温度で規定される融点は、60℃以上140℃以下であることが好ましく、65℃以上120℃以下であることがより好ましい。融点が60℃以上であれば、長期使用時のトナー劣化を抑制しやすくなる。融点が140℃以下であれば、低温定着性が低下しにくい。
離型剤の融点は、DSCにて測定した際の最大吸熱ピークのピーク温度とする。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、対照用に空のパンをセットし、測定する。
次に着色剤について説明する。
本発明のトナーは、着色剤として磁性体を用いた磁性トナーである。また、磁性体の他に着色剤として、カーボンブラック、イエロー/マゼンタ/シアン着色剤を併用することも可能である。
プリンターの小型化に有効な一手段としては、一成分現像方式が挙げられる。又、カートリッジ内のトナーをトナー担持体へと供給する供給ローラをなくすことも有効な手段である。このような供給ローラをなくした一成分現像方式としては、磁性一成分現像方式が好ましく、このような磁性トナーを用いることで、高い搬送性と着色性を有することができる。
磁性体は、四三酸化鉄やγ−酸化鉄などの磁性酸化鉄を主成分とするものが好ましく、リン、コバルト、ニッケル、銅、マグネシウム、マンガン、アルミニウム、ケイ素などの元素を含んでもよい。
磁性体の窒素吸着法によるBET比表面積は、2.0m2/g以上20.0m2/g以下であることが好ましく、3.0m2/g以上10.0m2/g以下であることがより好ましい。
磁性体の形状としては、多面体、8面体、6面体、球形、針状、鱗片状などがあるが、多面体、8面体、6面体、球形などの異方性の少ないものが、画像濃度を高めるうえで好ましい。磁性体は、トナー中での均一分散性や色味の観点から、個数平均粒径が0.10μm以上0.40μm以下であることが好ましい。
磁性体の個数平均粒径は、透過型電子顕微鏡を用いて測定できる。具体的には、エポキシ樹脂中へ観察すべきトナーを十分に分散させた後、温度40℃の雰囲気中で2日間硬化させて硬化物を得る。得られた硬化物をミクロトームにより薄片状のサンプルとして、透過型電子顕微鏡(TEM)において1万倍〜4万倍の拡大倍率の写真で視野中の100個の磁性体の粒子径を測定する。そして、磁性体の投影面積に等しい円の相当径を基に、個数平均粒径の算出を行う。また、画像解析装置により粒径を測定することも可能である。
トナー粒子内での磁性体の存在状態としては、トナー粒子の表面に磁性体が露出せず、表面より内部に存在していることが好ましい。また、トナー粒子間での磁性体の存在量や存在状態が均一であることが好ましい。このような磁性体の分散状態を有するトナーとしては、例えば、磁性体に所望の疎水化処理を施し、さらに懸濁重合により製造されたトナーが挙げられる。
該磁性体は、例えば下記の方法で製造することができる。
まず、第一鉄塩水溶液に、鉄成分に対して当量又は当量以上の水酸化ナトリウムなどのアルカリを加え、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製する。調製された水溶液のpHを7.0以上に維持しながら空気を吹き込み、水溶液を70℃以上に加温しながら水酸化第一鉄の酸化反応を行い、磁性酸化鉄粒子の芯となる種晶を生成する。
次に、種晶を含むスラリーに、前に加えたアルカリの添加量を基準として約1当量の硫酸第一鉄を含む水溶液を加える。そして、得られた混合液のpHを5.0〜10.0に維持し、空気を吹き込みながら水酸化第一鉄の反応を進め、種晶を芯にして磁性酸化鉄粒子を成長させる。この時、任意のpH及び反応温度、撹拌条件を選択することにより、磁性酸化鉄の形状及び磁気特性をコントロールすることが可能である。酸化反応が進むにつれて混合液のpHは酸性側に移行していくが、混合液のpHは5.0未満にしない方が好ましい。
酸化反応終了後、珪酸ソーダなどの珪素源を添加し、混合液のpHを5.0以上8.0以下に調整し、磁性酸化鉄粒子表面に珪素の被覆層を形成する。得られた磁性酸化鉄粒子を定法によりろ過、洗浄、乾燥することにより磁性酸化鉄(磁性体)を得ることができる。
また、懸濁重合法など水系媒体中でトナー粒子を製造する場合、磁性体表面を疎水化処理することが、トナー粒子中に磁性体を内包化させやすいといった点で好ましい。
乾式にて疎水化処理を実施する場合、洗浄、ろ過、乾燥した磁性酸化鉄にシリコーンオイルやカップリング剤を用いて疎水化処理を行う。
湿式にて疎水化処理を実施する場合、上記得られた磁性酸化鉄を水系媒体中に再分散させるか、又は、上記洗浄及び濾過して得られた磁性酸化鉄を乾燥せずに別の水系媒体中に再分散させて、カップリング剤による処理を行う。例えば、再分散液を十分撹拌しながらシランカップリング剤又はシラン化合物を添加し、加水分解後温度を上げる、又は、加水分解後に分散液のpHをアルカリ域に調整することでカップリング処理を行う。
該磁性体の疎水化処理に用いられるカップリング剤又はシラン化合物としては、例えば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、シラン化合物などが挙げられる。好ましくはシランカップリング剤又はシラン化合物であり、下記一般式(I)で示されるものである。
mSiYn 式(I)
[式(I)中、Rはアルコキシ基、又は、水酸基を示し、Yはアルキル基、フェニル基又はビニル基を示し、該アルキル基は、置換基として、アミノ基、ヒドロキシ基、エポキシ基、アクリル基、メタクリル基などを有していてもよい。mは1〜3の整数を示し、nは1〜3の整数を示す。但し、m+n=4である。]
該式(I)で示されるシランカップリング剤又はシラン化合物としては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、β−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、n−プロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、n−ヘキシルトリメトキシシラン、n−オクチルトリメトキシシラン、n−オクチルトリエトキシシラン、n−デシルトリメトキシシラン、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン、及びこれらの加水分解物などを挙げることができる。
上記式(I)のYがアルキル基であるものが好ましい。中でも好ましいのは、n−ブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシランである。
上記シランカップリング剤を用いる場合、単独で、又は複数を併用することができる。
複数を併用する場合、それぞれのシランカップリング剤で個別に処理してもよいし、同時に処理してもよい。
該カップリング剤の総処理量は、磁性体100質量部に対して、0.9質量部以上3.0質量部以下であることが好ましく、磁性体の表面積、シランカップリング剤の反応性などに応じてその量を調整するとよい。
本発明では、磁性体以外に他の着色剤を併用してもよい。磁性体と併用する着色剤としては、各種の顔料及び染料、カーボンブラックなどのいずれも用いることができる。
イエロー着色剤としては、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、アリルアミド化合物に代表される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12、13、14、15、17、62、73、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、128、129、138、147、150、151、154、155、168、180、185、214が挙げられる。
マゼンタ着色剤としては、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、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、238、254、269、C.I.ピグメントバイオレッド19が挙げられる。
シアン着色剤としては、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、塩基染料レーキ化合物が挙げられる。具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66が挙げられる。
これらの着色剤は、単独又は混合しさらには固溶体の状態で用いることができる。着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中への分散性の点から選択される。着色剤の含有量は、重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対し1質量部以上20質量部以下が好ましい。
シリコーンオイル処理磁性体が、炭素鎖を短くし、疎水性を高めることができるため好ましい。このように、炭素鎖を短くし、疎水性を高めることで、本発明の磁性体の存在状態に制御しやすくなるため好ましい。
シリコーンオイル処理剤としては、ジメチルポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン等が用いられる。シリコーンオイル処理剤の粘度としては、100csから10000csが用いられる。これらの中でも、100cs程度のメチルハイドロジェンポリシロキサンが好ましく用いられる。
本発明に好ましく用いられる疎水化処理磁性体のメタノール滴定試験によって測定された疎水化度は、50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましい。
本発明において、トナー粒子は、公知のいずれの方法によっても製造することが可能である。まず、粉砕法により製造する場合を説明する。
トナー粒子を粉砕法により製造する場合は、例えば、結着樹脂、磁性体・着色剤、非晶性ポリエステル及び結晶性ポリエステルなどのトナーの成分並びにその他の添加剤をヘンシェルミキサー、ボールミルなどの混合機により十分混合する。その後、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーのような熱混練機を用いて溶融混練して、上記材料を分散又は溶解させ、冷却固化させ、粉砕した後、分級し、必要に応じて表面処理を行って、トナー粒子を得ることができる。分級及び表面処理の順序はどちらが先でもよい。分級工程においては、生産効率の観点から、多分割分級機を用いることが好ましい。
トナー粒子は、上述のように粉砕法によって製造することも可能であるが、非晶性ポリエステルのドメインの存在状態などを制御するためには、分散重合法、会合凝集法、溶解懸濁法、懸濁重合法など、水系媒体中でトナー粒子を製造することが好ましく、それらの中でも、懸濁重合法がより好ましい。
懸濁重合法では、結着樹脂を生成する重合性単量体及び、非晶性ポリエステル、結晶性ポリエステル、及び磁性体・着色剤(さらに、必要に応じて、重合開始剤、架橋剤、荷電制御剤、その他の添加剤)を溶解又は分散させて重合性単量体組成物を得る。その後、この重合性単量体組成物を連続相(例えば、水系媒体(必要に応じて、分散安定剤を含有させてもよい。))中に加える。そして、連続相中(水系媒体中)で重合性単量体組成物の粒子を形成し、該粒子に含有される重合性単量体を重合させ、トナー粒子を得る。懸濁重合法で得られるトナー(以下「重合トナー」ともいう。)は、個々のトナー粒子の形状がほぼ球形に揃っているため、規制部での流動性が向上しやすく、摩擦帯電しやすくなるため、規制不良を抑制しやすくなる。さらに、こういったトナーは、帯電量の分布も比較的均一となるため、画質の向上が期待できる。
重合性単量体としては、
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、p−メトキシスチレン、p−エチルスチレンなどのスチレン系単量体;
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニルなどのアクリル酸エステル類;
メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどのメタクリル酸エステル類;
などが挙げられる。その他、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドなども挙げられる。これらは単独で又は複数種を組み合わせて用いることができる。
上述の重合性単量体の中でも、スチレン系単量体、アクリル酸エステル系単量体、メタクリル酸エステル系単量体を好適に例示できる。特に、スチレンとアクリル酸n−ブチルとを組み合わせて使用することが、吸湿性を低下させやすく、高温高湿環境下での転写性を良化しやすいため、より好ましい。
また、重合性単量体中、スチレン系単量体の含有量が、60質量%以上90質量%以下であることが好ましく、65質量%以上85質量%以下であることがより好ましい。一方、アクリル酸エステル系単量体、又は、メタクリル酸エステル系単量体の含有量が、10質量%以上40質量%以下であることが好ましく、15質量%以上35質量%以下であることがより好ましい。
重合性単量体組成物には、極性樹脂を含有させることが好ましい。懸濁重合法では、水系媒体中でトナー粒子を製造するため、極性樹脂を含有させることによって、トナー粒子の表面に極性樹脂の有することができ、帯電性が向上しやすくなり、黒後カブリ、転写性を良化しやすい。
極性樹脂としては、例えば、
ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレンおよびその置換体の単重合体;
スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;
ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。これらは単独でまたは複数種を組み合わせて用いることができる。また、これらポリマー中に、アミノ基、カルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基、グリシジル基、ニトリル基などの官能基を導入してもよい。
重合開始剤としては、重合反応時における半減期が0.5時間以上30.0時間以下であるものが好ましい。また、重合性単量体100質量部に対して0.5質量部以上20.0質量部以下の添加量で用いて重合反応を行うと、トナー粒子に望ましい強度と適当な溶融特性を与えることができる。
具体例としては、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、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ系又はジアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、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、tert−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ートなどの過酸化物系重合開始剤が挙げられる。
トナーを重合法により製造する際は、架橋剤を添加してもよく、好ましい添加量としては、重合性単量体100質量部に対して0.01質量部以上5.00質量部以下である。
ここで架橋剤としては、主として2個以上の重合可能な二重結合を有する化合物が好ましい。例えば、
ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンなどのような芳香族ジビニル化合物;
エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレートなどのような二重結合を2個有するカルボン酸エステル;
ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホンなどのジビニル化合物;
3個以上のビニル基を有する化合物
が単独で、又は2種以上の混合物として用いられる。
トナーを重合法で製造する方法では、必要に応じて、上述のトナー組成物などを加えて、分散機によって均一に溶解又は分散させて重合性単量体組成物を得る。分散機としては、ホモジナイザー、ボールミル、超音波分散機などが挙げられる。得られた重合性単量体組成物を、分散安定剤を含有する水系媒体中に懸濁する。このとき、高速撹拌機又は超音波分散機のような高速分散機を使用して一気に所望のトナー粒子のサイズとするほうが、得られるトナー粒子の粒径がシャープになる。
本発明において、重合性単量体組成物を水系媒体に加え、該水系媒体中で該重合性単量体組成物の粒子を形成する造粒工程は、高剪断力を有する撹拌機を備えた容器内で、回分式操作によって行う方法でも、撹拌機を備えた第1の容器(以下タンク1)と、高剪断力を有する撹拌機を備えた第2の容器(以下タンク2)の間に循環ラインを設け、循環流通させることによって造粒を行う方法の何れであってもかまわないが、ショートパスを防ぎ、より均一な粒度分布を達成できる循環流通させる方法の方がより好ましい。
図5は、本発明において造粒工程で用いることのできるシステムの一例である。図6は、本発明において造粒工程で使用できる高剪断撹拌機の一例である。溶解タンク(符号1)とタンク1(符号2)、さらにタンク1と重合タンク(符号7)は、それぞれ排出ラインにより接続されている。また、タンク1には循環ライン(符号4)が接続され、循環ライン中には、ポンプ(符号5)、高剪断撹拌機(図示せず)を備えたタンク2(符号6)、及び必要に応じて圧力計、温度計、流量計等の付帯機器(図示せず)が設置されている。
造粒工程を回分式操作によって行う場合は、タンク1(符号2)内で難水溶性無機分散剤等を含む水系分散媒体を調製後、溶解タンク(符号1)より重合性単量体、ワックス及び着色剤を少なくとも含有する重合性単量体組成物を受入れ、高剪断撹拌機(符号3)によって重合性単量体組成物の液滴形成を行い、重合タンク(符号7)に排出し、重合タンク内で反応を進めてトナー粒子の形成を行う。
前記造粒工程を、循環流通させる方法で行う場合は、重合性単量体組成物を受入れた後、高剪断撹拌機(符号3)によって重合性単量体組成物の液滴形成を行う間、ポンプ(符号5)及びタンク2(符号6)内の高剪断撹拌機の起動をかけ、循環ライン(符号4)を通じて重合性単量体組成物を含む水系媒体を循環流通させながら、重合性単量体組成物の液滴形成を行う。
本発明においては、前記循環流通時に、複数のスリットを具備するリング状の突起が同心円上に多段に形成された回転子と同様の形状の固定子が一定間隔を保ち、相互に噛み合うように同軸上に設置された撹拌装置を用いて、前記重合性単量体組成物を処理する工程を有することが好ましい。
循環流通させる上記造粒工程において、上記の撹拌装置を用いた処理を行うことで、モノマー溶解度の比較的低いマイクロクリスタリンワックスの高融点成分を、モノマー液滴中に均一に分散することができ、定着時における性能安定性を高めることができる。
また、上記の撹拌装置を用いた場合、液滴粒子の剪断と合一の機会が増えるため、分岐度を制御する働きを示す開始剤や架橋剤が、液滴粒子間で均一に分散されるため、トナー粒子の重合過程で分岐や微架橋構造がより均質化された状態で働くため、マイクロクリスタリンの微分散性を高めることができる。
続いて、複数のスリットを具備するリング状の突起が同心円上に多段に形成された回転子と、同様の形状の固定子が一定間隔を保ち、相互に噛み合うように同軸上に設置された撹拌装置の例を挙げる。上記撹拌装置の全体図を図6(a)に、撹拌装置の側面図を図6(b)に、撹拌部の図6(a)におけるA−A’断面図を図6(c)に、撹拌部の図6(b)におけるB−B’断面図を図6(d)に、回転子の斜視図を図6(e)に、固定子の斜視図を図6(f)にそれぞれ示す。ホールディングタンク158に、あらかじめリン酸カルシウム等の難水溶性無機分散剤が分散された水系媒体を調整する。続いて別容器で調整した、重合性単量体、マイクロクリスタリンワックス、エステルワックス及び着色剤を含有する重合性単量体組成物の溶解液を、ホールディングタンク158内の水系媒体に投入し、造粒液とする。投入された該造粒液は、循環ポンプ160を介して、撹拌装置入口より供給され、撹拌装置においては、ケーシング152の内部に具備された、回転子175と固定子171のスリットを通過し、遠心方向に排出される。撹拌装置内を造粒液が通過する際、回転子、固定子のスリットのずれにより生じる遠心方向への圧縮、吐出による衝撃と回転子、固定子間のせん断による衝撃により水系媒体中に重合性単量体組成物の液滴が形成される。
回転子と固定子の形状は、複数のスリットを具備するリング状の突起が同心円上に多段に形成された形状であり、一定の間隔を保ち、相互に噛み合うように同軸上に設置されていることが好ましい。
回転子及び固定子が相互に噛み合うように設置された形状であることにより、ショートパスが軽減され、重合性単量体組成物の液滴形成が十分に行える。また、回転子と固定子が同心円方向に交互に多段に存在することにより、造粒液が遠心方向に進行する際に、多くのせん断・衝撃を受けるため、一層、均一な液滴の形成を行うことができる。ホールディングタンク158は、ジャケット構造であるため、造粒液の冷却・加熱が可能である。上述の撹拌装置としては、例えば、キャビトロン(ユーロテック社製)を好適に用いることができる。
重合開始剤の添加時期としては、重合性単量体中に他の添加剤を添加するときに同時に加えてもよいし、水系媒体中に懸濁する直前に混合してもよい。また、造粒直後、重合反応を開始する前に重合開始剤を加えることもできる。
造粒後は、通常の撹拌機を用いて、粒子状態が維持されかつ粒子の浮遊・沈降が防止される程度の撹拌を行えばよい。
トナーを製造する場合には、分散安定剤として各種の界面活性剤や有機分散剤・無機分散剤が使用できる。中でも無機分散剤は、超微粉を生じにくく、その立体障害性により分散安定性を得ているので好ましく使用できる。こうした無機分散剤の例としては、燐酸三カルシウム、燐酸マグネシウム、燐酸アルミニウム、燐酸亜鉛、ヒドロキシアパタイトなどの燐酸多価金属塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの炭酸塩、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの無機塩、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などの無機化合物が挙げられる。
これらの無機分散剤の添加量は、重合性単量体100質量部に対して0.2質量部以上20.0質量部以下が好ましい。また、上記分散安定剤は単独で用いてもよいし、複数種を併用してもよい。さらに、界面活性剤を併用してもよい。
上記重合性単量体を重合する工程において、重合温度は通常40℃以上、好ましくは50℃以上90℃以下の温度に設定される。
非晶性ポリエステルのドメインを形成させ、さらにドメイン内部に結晶性ポリエステル成分を存在させるためには、以下の工程を実施することが好ましい。
上記重合性単量体の重合を終了して着色粒子を得た後、着色粒子が水系媒体に分散された分散体を、非晶性ポリエステルの軟化点近辺(例えば、非晶性ポリエステルの軟化点〜軟化点+10℃)、具体的には100℃程度まで昇温させ、その温度で、30分以上保持することが好ましい。
該保持時間は、60分以上であることがより好ましく、120分以上であることがさらに好ましい。該保持時間の上限は、製造効率の関係から24時間以下程度である。
その後、分散体を、樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)以下まで、冷却速度5.0℃/分以上で冷却することが好ましく、冷却速度20℃/分以上で冷却することがより好ましく、冷却速度100℃/分以上で冷却することがさらに好ましい。該冷却速度の上限は、製造効率の関係から500℃/分以下程度である。
また、上記冷却速度で冷却した後に、その温度で30分以上保持することが好ましい。
該保持時間は、60分以上であることがより好ましく、120分以上であることがさらに好ましい。該保持時間の上限は、製造効率の関係から24時間以下程度である。
なお、ガラス転移温度(Tg)以下とは、ガラス転移温度(Tg)からガラス転移温度−5℃程度が好ましい。
得られた重合体粒子を、濾過し、洗浄し、乾燥させることによりトナー粒子が得られる。このトナー粒子に、無機微粒子を必要に応じて混合し、該トナー粒子の表面に付着させることで、トナーを得ることもできる。また、製造工程(無機微粒子の混合前)に分級工程を入れ、トナー粒子中に含まれる粗粉や微粉をカットすることも可能である。
また、流動化剤として、個数平均一次粒径が好ましくは4nm以上80nm以下、より好ましくは6nm以上40nm以下の無機微粒子がトナー粒子に添加(外添)されていることが好ましい。無機微粒子は、トナーの流動性改良及びトナー粒子の帯電均一化のために添加されるが、無機微粒子を疎水化処理するなどの処理によってトナーの帯電量の調整、環境安定性の向上などの機能を付与することも好ましい形態である。
本発明において、無機微粒子の個数平均一次粒径の測定法は、走査型電子顕微鏡により拡大撮影したトナーの写真を用いて行う。
無機微粒子としては、シリカ、酸化チタン、アルミナなどの微粒子が使用できる。シリカ微粒子としては、例えば、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成されたいわゆる乾式法又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び、水ガラスなどから製造されるいわゆる湿式シリカが挙げられる。
しかしながら、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Na2O、SO3 2-などの製造残滓の少ない乾式シリカの方が好ましい。また、乾式シリカにおいては、製造工程において、例えば、塩化アルミニウム、塩化チタンなど他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物ととも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を得ることも可能であり、それらも包含する。
無機微粒子の添加量は、トナー粒子100質量部に対して0.1質量部以上3.0質量部以下であることが好ましい。無機微粒子の含有量は、蛍光X線分析を用い、標準試料から作成した検量線を用いて定量できる。
本発明において、無機微粒子は、疎水化処理されたものであることが、トナーの環境安定性を向上させることができるため好ましい。無機微粒子の疎水化処理に用いる処理剤としては、シリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤などが挙げられる。また、その他の有機ケイ素化合物、有機チタン化合物などの処理剤などが挙げられる。これらは、単独で又は複数種を組み合わせて用いることができる。
上記処理剤の中でも、シリコーンオイルにより処理したものが好ましく、無機微粒子をシラン化合物で疎水化処理すると同時に又は処理した後に、シリコーンオイルにより処理したものがより好ましい。このような無機微粒子の処理方法としては、例えば、第一段反応として、シラン化合物でシリル化反応を行い、シラノール基を化学結合により消失させた後、第二段反応としてシリコーンオイルにより、表面に疎水性の薄膜を形成することができる。
上記シリコーンオイルは、25℃における粘度が10mm2/s以上200,000mm2/s以下のもの好ましく、3,000mm2/s以上80,000mm2/s以下のものがより好ましい。
使用されるシリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、α−メチルスチレン変性シリコーンオイル、クロルフェニルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイルなどが特に好ましい。
無機微粒子をシリコーンオイルで処理する方法としては、例えば、シラン化合物で処理された無機微粒子とシリコーンオイルとをヘンシェルミキサーなどの混合機を用いて直接混合する方法や、無機微粒子にシリコーンオイルを噴霧する方法が挙げられる。あるいは、適当な溶剤にシリコーンオイルを溶解又は分散させた後、無機微粒子を加えて混合し、溶剤を除去する方法でもよい。無機微粒子の凝集体の生成が比較的少ない点で噴霧する方法がより好ましい。
シリコーンオイルの処理量は、無機微粒子100質量部に対し、好ましくは1質量部以上40質量部以下、より好ましくは3質量部以上35質量部以下である。当該範囲であると、良好な疎水性が得られやすい。
本発明で用いられる無機微粒子は、トナーに良好な流動性を付与させるために、窒素吸着によるBET法で測定した比表面積が20m2/g以上350m2/g以下のものが好ましく、25m2/g以上300m2/g以下のものがより好ましい。比表面積は、BET法にしたがって、比表面積測定装置オートソーブ1(湯浅アイオニクス社製)を用いて試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて算出される。
本発明のトナーには、さらに他の添加剤、例えば、
フッ素樹脂粒子、ステアリン酸亜鉛粒子、ポリフッ化ビニリデン粒子のような滑剤粒子;
酸化セリウム粒子、炭化ケイ素粒子、チタン酸ストロンチウム粒子などの研磨剤;
酸化チタン粒子、酸化アルミニウム粒子などの流動性付与剤;
ケーキング防止剤;
逆極性の有機微粒子及び無機微粒子
を現像性向上剤として少量用いることもできる。これらの添加剤の表面を疎水化処理して用いることも可能である。
本発明に好ましく用いられる現像装置について図面を用いて詳細に説明する。
図1は、現像装置の一例を示す模式的断面図である。また、図2は、現像装置が組み込まれた画像形成装置の一例を示す模式的断面図である。
図1又は図2において、静電潜像が形成された像担持体である静電潜像担持体45は、矢印R1方向に回転される。トナー担持体47は矢印R2方向に回転することによって、トナー担持体47と静電潜像担持体45とが対向している現像領域にトナー57を搬送する。また、トナー担持体にはトナー供給部材48が接しており、矢印R3方向に回転することによって、トナー担持体表面にトナー57を供給している。
静電潜像担持体45の周囲には帯電ローラ46、転写部材(転写ローラー)50、定着器51、ピックアップローラー52等が設けられている。静電潜像担持体45は帯電ローラ46によって帯電される。そして、レーザー発生装置54によりレーザー光を静電潜像担持体45に照射することによって露光が行われ、目的の画像に対応した静電潜像が形成される。静電潜像担持体45上の静電潜像は現像器49内のトナーで現像されてトナー画像を得る。トナー画像は転写材を介して静電潜像担持体45に当接された転写部材(転写ローラー)50により転写材(紙)53上へ転写される。トナー画像を載せた転写材(紙)53は定着器51へ運ばれ転写材(紙)53上に定着される。
現像装置における帯電工程において、静電潜像担持体と帯電ローラとが当接部を形成して接触し、帯電ローラに所定の帯電バイアスを印加して静電潜像担持体面を所定の極性・電位に帯電させる接触帯電装置を用いることが好ましい。このように接触帯電を行うことで、安定した均一な帯電を行うことができ、さらに、オゾンの発生を低減することが可能である。また、静電潜像担持体との接触を均一に保ち、均一な帯電を行う為に、静電潜像担持体と同方向に回転する帯電ローラを用いることがより好ましい。
次に、トナー規制部材55がトナーを介してトナー担持体に当接することによってトナー担持体上のトナー層厚を規制することが好ましい。このようにすることで規制不良の無い高画質を得ることができる。トナー担持体に当接するトナー規制部材としては、規制ブレードが一般的であり、本発明においても好適に使用できる。
現像工程はトナー担持体に現像バイアスを印加し静電潜像担持体上の静電潜像にトナーを転移させてトナー像を形成する工程であることが好ましく、印加する現像バイアスは直流電圧や直流電圧に交番電界を重畳した電圧でもよい。
交番電界の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用可能である。また、直流電源を周期的にオン/オフすることによって形成されたパルス波であっても良い。このように交番電界の波形としては周期的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用できる。
本発明においてトナー供給部材を用いず磁性によりトナーを搬送する方式を用いた場合、トナー担持体の内部にマグネットを配置してもよい(図3の符号59)。この場合、トナー担持体は内部に多極を有する固定されたマグネットを有していることが好ましく、磁極は3〜10極有することが好ましい。
次に、本発明に係る各物性の測定方法に関して記載する。
<トナー及び非晶性ポリエステルの軟化点の測定方法>
トナー及び非晶性ポリエステルの軟化点の測定は、定荷重押し出し方式の細管式レオメータ「流動特性評価装置 フローテスターCFT−500D」(島津製作所社製)を用い、装置付属のマニュアルに従って行なう。本装置では、測定試料の上部からピストンによって一定荷重を加えつつ、シリンダに充填した測定試料を昇温させて溶融し、シリンダ底部のダイから溶融された測定試料を押し出し、この際のピストン降下量と温度との関係を示す流動曲線を得ることができる。
本発明においては、「流動特性評価装置 フローテスターCFT−500D」に付属のマニュアルに記載の「1/2法における溶融温度」を軟化点とする。なお、1/2法における溶融温度とは、次のようにして算出されたものである。まず、流出が終了した時点におけるピストンの降下量Smaxと、流出が開始した時点におけるピストンの降下量Sminとの差の1/2を求める(これをXとする。X=(Smax−Smin)/2)。そして、流動曲線においてピストンの降下量がXとSminの和となるときの流動曲線の温度が、1/2法における溶融温度である(流動曲線の模式図を図4に示す)。
測定試料は、約1.0gのトナー又は非晶性ポリエステルを、25℃の環境下で、錠剤成型圧縮機(例えば、NT−100H、エヌピーエーシステム社製)を用いて約10MPaで、約60秒間圧縮成型し、直径約8mmの円柱状としたものを用いる。
CFT−500Dの測定条件は、以下の通りである。
試験モード:昇温法
開始温度:50℃
到達温度:200℃
測定間隔:1.0℃
昇温速度:4.0℃/min
ピストン断面積:1.000cm2
試験荷重(ピストン荷重):10.0kgf(0.9807MPa)
予熱時間:300秒
ダイの穴の直径:1.0mm
ダイの長さ:1.0mm
<重量平均粒径(D4)の測定方法>
トナーの重量平均粒径(D4)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ない、算出した。
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、解析を行なう前に、以下のように専用ソフトの設定を行なった。
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から60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)ultisizer 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/秒にて行なう。そして、専用ソフトの「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。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)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)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なう。
(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ない、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「算術径」が重量平均粒径(D4)である。
<トナー平均円形度の測定方法>
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス社製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
具体的な測定方法は、以下の通りである。
まず、ガラス製の容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水約20ml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、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.2ml加える。更に測定試料を約0.02g加え、超音波分散器を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。超音波分散器としては、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散器(例えば「VS−150」(ヴェルヴォクリーア社製))を用い、水槽内には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。
測定には、対物レンズとして「LUCPLFLN」(倍率20倍、開口数0.40)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE−900A」(シスメックス社製)を使用する。前記手順に従い調製した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて2000個のトナーを計測する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.977μm以上39.54μm未満に限定し、トナーの平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えば、Duke Scientific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5100A」をイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
なお、本願実施例では、シスメックス社による校正作業が行われた、シスメックス社が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像分析装置を使用した。解析粒子径を円相当径1.977μm以上、39.54μm未満に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定及び解析条件で測定を行った。
<トナーのピーク分子量Mp(T)及び非晶性ポリエステルのピーク分子量Mp(P)の測定方法>
トナー及び非晶性ポリエステルのTHF可溶分の分子量分布は、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、トナー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約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:HLC8120 GPC(検出器:RI)(東ソー社製)
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、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」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
<ドメイン総面積に対するトナー表面から0.50μm内側までの領域の面積率、および0.50μm内側から2.00μm内側までの領域の面積率>
可視光硬化性樹脂(アロニックス LCRシリーズ D800)中にトナーを十分に分散させた後、短波長光を照射し硬化させる。得られた硬化物を、ダイアモンドナイフを備えたウルトラミクロトームで切り出し、250nmの薄片状サンプルを作製する。次いで、切り出したサンプルを透過型電子顕微鏡(日本電子社製電子顕微鏡JEM−2800)(TEM―EDX)を用いて40000〜50000倍の倍率で拡大し、トナー粒子の断面を観察し、EDXを用いて元素マッピングを行う。
なお、観察するトナー断面は以下のように選択する。まずトナー断面画像から、トナーの断面積を求め、その断面積と等しい面積を持つ円の直径(円相当径)を求める。この円相当径とトナーの重量平均粒径(D4)との差の絶対値が1.0μm以内のトナー断面画像についてのみ観察する。
マッピング条件としては、保存レート:9000〜13000、積算回数:120回とする。観察画像より確認される樹脂由来の各ドメインの中でC元素に由来するスペクトル強度と、O元素に由来するスペクトル強度を測定し、O元素に対するC元素のスペクトル強度が0.05以上のドメインが非晶性ポリエステルのドメインである。非晶性ポリエステルのドメインを特定後、二値化処理により、トナー断面に存在する非晶性ポリエステルのドメインの総面積を求める。なお、二値化処理には、Image Pro PLUS(日本ローパー株式会社製)を用いる。
次に、トナーの断面の輪郭から、トナー表面から0.50μm内側までの領域の面積率、および0.50μm内側から2.00μm内側までの領域の面積率を算出する。
算出方法は、以下の通りである。上記TEM画像において、トナー断面の輪郭及び中心点を求める。トナー断面の輪郭は、上記TEM画像で観察されるトナーの表面に沿ったものとする。また、トナー断面の中心点は、トナー断面の重心とする。
得られた中心点から、トナー断面の輪郭上の点に対して線を引く。該線上において、該輪郭から0.50μmおよび2.00μmの位置を特定する。
そして、トナー断面の輪郭に対して一周分、この操作を行い、トナー断面の輪郭から、0.50μmおよび2.00μmの境界線を明示する。
該0.50μmおよび2.00μmの境界線が明示されたTEM画像をもとに、ドメイン総面積に対するトナー表面から0.50μm内側までの領域の面積率、および0.50μm内側から2.00μm内側までの領域の面積率を計測する。
<非晶性ポリエステル成分によって形成されたドメインの個数平均径の測定方法>
上記と同様にEDXを用いて元素マッピングを行い、非晶性ポリエステルドメインを特定する。
ドメイン径は、ドメインの面積から円相当径を求めて得られる。測定数は100個とし、100個のドメインの円相当径の算術平均値を、ドメイン径とする。
まずトナー断面画像から、トナーの断面積を求め、その断面積と等しい面積を持つ円の直径(円相当径)を求める。この円相当径とトナーの重量平均粒径(D4)(測定方法は後述する)との差の絶対値が1.0μm以内のトナー断面画像についてのみ、ドメイン径の算出を行う。ドメイン径はトナーの粒径によって変わる場合があるため、この様にすることで、平均的なドメイン径を算出することができる。
<磁性体総面積に対するトナー表面から0.50μm内側までの領域の面積率>
可視光硬化性樹脂(アロニックス LCRシリーズ D800)中にトナーを十分に分散させた後、短波長光を照射し硬化させる。得られた硬化物を、ダイアモンドナイフを備えたウルトラミクロトームで切り出し、250nmの薄片状サンプルを作製する。次いで、切り出したサンプルを透過型電子顕微鏡(日本電子社製電子顕微鏡JEM−2800)(TEM―EDX)を用いて40000〜50000倍の倍率で拡大し、トナー粒子の断面を観察し、EDXを用いて元素マッピングを行う。
なお、観察するトナー断面は以下のように選択する。まずトナー断面画像から、トナーの断面積を求め、その断面積と等しい面積を持つ円の直径(円相当径)を求める。この円相当径とトナーの重量平均粒径(D4)との差の絶対値が1.0μm以内のトナー断面画像についてのみ観察する。
マッピング条件としては、保存レート:9000〜13000、積算回数:120回とする。観察画像より確認されるトナー粒子中に存在するFe元素に由来するスペクトルを有する、粒子径が0.01μmから1.00μmの粒子を磁性体とする。なお、磁性体の粒子径は磁性体の投影面積に等しい円の相当径を基に算出する。
磁性体を特定後、二値化処理により、トナー断面に存在する磁性体の総面積を求める。なお、二値化処理には、Image Pro PLUS(日本ローパー株式会社製)を用いる。
次に、トナーの断面の輪郭から、トナー表面から0.50μm内側までの領域の面積率を算出する。
算出方法は、以下の通りである。上記TEM画像において、トナー断面の輪郭及び中心点を求める。トナー断面の輪郭は、上記TEM画像で観察されるトナーの表面に沿ったものとする。また、トナー断面の中心点は、トナー断面の重心とする。
得られた中心点から、トナー断面の輪郭上の点に対して線を引く。該線上において、該輪郭から0.50μmの位置を特定する。
そして、トナー断面の輪郭に対して一周分、この操作を行い、トナー断面の輪郭から、0.50μmの境界線を明示する。
該0.50μmの境界線が明示されたTEM画像をもとに、磁性体総面積に対するトナー表面から0.50μm内側までの領域の面積率を計測する。
<非晶性ポリエステル、結晶性ポリエステルの酸価Avの測定方法>
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。非晶性ポリエステル、結晶性ポリエステルの酸価は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。
(1)試薬の準備
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95体積%)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(95体積%)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日間放置後、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。前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、前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記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。
(2)操作
(A)本試験
粉砕した非晶性ポリエステル又は結晶性ポリエステルの試料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、指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前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約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。
(3)得られた結果を下記式に代入して、酸価を算出する。
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。
<非晶性ポリエステル、結晶性ポリエステル、長鎖モノマーの水酸基価OHvの測定方法>
水酸基価とは,試料1gをアセチル化するとき、水酸基と結合した酢酸を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数である。非晶性ポリエステル、結晶性ポリエステル、及び長鎖モノマーの水酸基価は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。
(1)試薬の準備
特級無水酢酸25gをメスフラスコ100mlに入れ、ピリジンを加えて全量を100mlにし、十分に振りまぜてアセチル化試薬を得る。得られたアセチル化試薬は、湿気、炭酸ガス等に触れないように、褐色びんにて保存する。
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95体積%)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35gを20mlの水に溶かし、エチルアルコール(95体積%)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日間放置後、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。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.5モル/l塩酸25mlを三角フラスコに取り、前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.5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。
(2)操作
(A)本試験
粉砕した非晶性ポリエステル又は結晶性ポリエステルの試料1.0gを200ml丸底フラスコに精秤し、これに前記のアセチル化試薬5.0mlをホールピペットを用いて正確に加える。この際、試料がアセチル化試薬に溶解しにくいときは、特級トルエンを少量加えて溶解する。
フラスコの口に小さな漏斗をのせ、約97℃のグリセリン浴中にフラスコ底部約1cmを浸して加熱する。このときフラスコの首の温度が浴の熱を受けて上昇するのを防ぐため、丸い穴をあけた厚紙をフラスコの首の付根にかぶせることが好ましい。
1時間後、グリセリン浴からフラスコを取り出して放冷する。放冷後、漏斗から水1mlを加えて振り動かして無水酢酸を加水分解する。さらに完全に加水分解するため、再びフラスコをグリセリン浴中で10分間加熱する。放冷後、エチルアルコール5mlで漏斗及びフラスコの壁を洗う。
指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定する。なお、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときとする。
(B)空試験
非晶性ポリエステル、結晶性ポリエステル、又は長鎖モノマーの試料を用いない以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、水酸基価を算出する。
A=[{(B−C)×28.05×f}/S]+D
ここで、A:水酸基価(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)、D:非晶性ポリエステル、結晶性ポリエステル、又は長鎖モノマーの酸価(mgKOH/g)である。
以下、本発明を製造例及び実施例により具体的に説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。なお、以下の配合における部数及び%は特に断りがない場合全て質量基準である。
(基体1の用意)
基体1として、SUS304製の直径6mmの芯金にプライマー(商品名、DY35−051;東レダウコーニング社製)を塗布し、焼き付けしたものを用意した。
(弾性ローラの作製)
上記のように用意した基体1を金型に配置し、以下の材料を混合した付加型シリコーンゴム組成物を金型内に形成されたキャビティに注入した。
・液状シリコーンゴム材料(商品名、SE6724A/B;東レ・ダウコーニング社製)100部、
・カーボンブラック(商品名、トーカブラック#4300;東海カーボン社製)15部、
・耐熱性付与剤としてのシリカ粒子 0.2部、
・白金触媒 0.1部。
下記表1に記載した材料を混合した付加型シリコーンゴム組成物を金型内に形成されたキャビティに注入した。続いて、金型を加熱してシリコーンゴムを温度150℃で15分間加硫して硬化させた。周面に硬化したシリコーンゴム層が形成された基体を金型から脱型した後、当該基体を、さらに温度180℃で1時間加熱して、シリコーンゴム層の硬化反応を完了させた。こうして、基体1の外周面を被覆するように直径12mmのシリコーンゴム弾性層が形成された弾性ローラD−1を作製した。
(表面層の調製)
(イソシアネート基末端プレポリマーA−1の合成)
窒素雰囲気下、反応容器中でトリレンジイソシアネート(TDI)(商品名:コスモネートT80;三井化学社製)17.7部に対し、ポリプロピレングリコール系ポリオール(商品名:エクセノール4030;旭硝子社製)100.0部を反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、イソシアネート基含有量3.8重量%のイソシアネート基末端プレポリマーA−1を得た。
(アミノ化合物B−1の合成)
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置及び温度調整装置を取り付けた反応容器中で、撹拌しながらエチレンジアミン100.0部(1.67mol)、純水100部を40℃まで加温した。次に、反応温度を40℃以下に保持しつつ、プロピレンオキシド425.3部(7.35mol)を30分かけて徐々に滴下した。さらに1時間撹拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧下加熱して水を留去し、アミノ化合物B−1:426部を得た。
<トナー担持体1の作製>
表面層1の材料として、イソシアネート基末端プレポリマーA−1:617.9部に対し、
アミノ化合物B−1:34.2部、
カーボンブラック(商品名、MA230;三菱化学社製):117.4部、及び、
ウレタン樹脂微粒子(商品名、アートパールC−400;根上工業社製):130.4部、
を撹拌し、混合した。
次に、総固形分比が30質量%となるようにメチルエチルケトン(以下「MEK」ともいう。)を加えた後、サンドミルにて混合した。次いで、さらに、MEKで粘度を10cps以上13cps以下に調整して表面層形成用塗料を調製した。
先に作製した弾性ローラD−1を、表面層形成用塗料に浸漬して、弾性ローラD−1の弾性層の表面に当該塗料の塗膜を形成し、乾燥させた。さらに、温度150℃にて1時間加熱処理することで弾性層外周に膜厚15μmの表面層を設け、トナー担持体1を作製
<非晶性ポリエステルAPES1の製造例>
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した反応槽中に、原料モノマーを、カルボン酸成分とアルコール成分を表1に示すように調整し、入れた後、触媒としてジブチル錫をモノマー総量100部に対して1.5部添加した。次いで、窒素雰囲気下にて常圧で180℃まで素早く昇温した後、180℃から210℃まで10℃/時間の速度で加熱しながら水を留去して重縮合を行った。210℃に到達してから反応槽内を5kPa以下まで減圧し、210℃、5kPa以下の条件下にて重縮合を行い、非晶性ポリエステルAPES1を得た。その際、得られる非晶性ポリエステルAPES1のピーク分子量が表1の値となるように重合時間を調整した。非晶性ポリエステルAPES1の物性を表1に示す。
<非晶性ポリエステルAPES2〜APES14の製造例>
原料モノマー及び使用量を表2に記載の様に変更し、それ以外は、非晶性ポリエステルAPES1と同様にして非晶性ポリエステルAPES2〜APES14を得た。これらの非晶性ポリエステルの物性を表1に示す。
Figure 2019032465
表中のモル比は、アルコール成分の合計(100モル%)とカルボン酸成分の合計(100モル%)とのモル比を示す。
<非晶性ポリエステルAPES15の製造例>
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した四つ口フラスコに、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物100g、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物189g、テレフタル酸51g、フマル酸61g、アジピン酸25g及びエステル化触媒(オクチル酸スズ)2gを入れ、230℃で8時間縮重合反応させ、さらに、8kPaで1時間反応させ、160℃まで冷却した後、アクリル酸6g、スチレン70g、n−ブチルアクリレート31g及び重合開始剤(ジ−t−ブチルパーオキサイド)20gの混合物を滴下ロートにより1時間かけて滴下し、滴下後、160℃に保持したまま、1時間付加重合反応を継続させた後、200℃に昇温し、10kPaで1時間保持し、その後、未反応のアクリル酸、スチレン及びブチルアクリレートを除去することにより、ビニル重合セグメントとポリエステル重合セグメントとが結合してなる複合樹脂である非晶性ポリエステルAPES15を得た。
<磁性酸化鉄1の製造例>
Fe2+を2.0mol/L含有する硫酸鉄第一水溶液50Lに、4.0モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液55L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。
得られたスラリーをフィルタープレスにてろ過・洗浄した後、コア粒子を水中に再度分散させ、リスラリーした。このリスラリー液に、コア粒子100部あたり珪素換算で0.20質量%となる珪酸ソーダを添加し、スラリー液のpHを6.0に調整し、撹拌することで珪素リッチな表面を有する磁性体粒子を得た。得られたスラリーをフィルタープレスにてろ過、洗浄、更にイオン交換水にてリスラリーを行った。このリスラリー液(固形分50g/L)に500g(磁性体に対して10質量%)のイオン交換樹脂SK110(三菱化学製)を投入し、2時間撹拌してイオン交換を行った。その後、イオン交換樹脂をメッシュでろ過して除去し、フィルタープレスにてろ過・洗浄し、乾燥・解砕して個数平均粒径が0.23μmの磁性酸化鉄1を得た。
<シラン化合物3の製造例>
n−ヘキシ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60℃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。こうして加水分解率が99%、のシラン化合物3を含有する水溶液を得た。
Figure 2019032465
<処理磁性体1の製造例>
磁性酸化鉄1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、表2中のシラン化合物1を1.0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、100℃で1時間乾燥し、シラン化合物の反応を進行させた。その後、解砕し、目開き100μmの篩を通して磁性体1を得た。磁性体1の物性を表3に示す。
<処理磁性体2〜4の製造>
磁性体1の製造において、磁性酸化鉄、シラン化合物、添加量、混合温度および混合時間を表2に記載したように変更すること以外は同様にして、処理磁性体2〜4を得た。得られた磁性体の物性を表3に示す。
Figure 2019032465
<トナー粒子1の製造例>
下記の手順によって懸濁重合法トナーを製造した。
図5に示す態様のシステムを用いて、図6に示す高剪断力を有する撹拌手段を用いて水系分散媒体の調整及び造粒工程の操作を行った。
〔水系分散媒体の調製〕
高速撹拌装置T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を備えたタンク1(図5中の符号2の容器)中に0.1mol/L−Na3PO4水溶液850部および10%塩酸8.0質量部を添加し、回転数を10,000r/minに調整し、60℃に加温した。
次いで、この液の一部をタンク1底部より抜き出し、循環ラインよりロータリーポンプ(図5中の符号5)を用いて連続的に、高剪断力撹拌機:キャビトロン(ユーロテック社製)を設置したタンク2(図5中符号6の容器)の導入口に送液した。水系媒体は、タンク2内部において、高剪断処理された後、排出口より再び循環ラインを通り、タンク1へ戻る。このときの循環ライン中の水系媒体の流速は、0.5m/sであった。また、キャビトロンのロータ周速は、40m/sであった。
次に、上記操作を継続した状態で、タンク1内を窒素置換するとともに、タンク1に1.0mol/LのCaCl2水溶液130部を添加し、30分間撹拌を継続して微少な難水溶性分散剤Ca3(PO42を含む水系媒体を調製した。
〔重合単量体組成物の調製〕
・スチレン 75.0部
・n−ブチルアクリレート 25.0部
・非晶性ポリエステルAPES1 15.0部
・ジビニルベンゼン 0.6部
・モノアゾ染料の鉄錯体(T−77:保土ヶ谷化学社製) 1.5部
・処理磁性体1 70.0部
上記処方をアトライタ(三井三池化工機(株))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、パラフィンワックス(融点78℃)15部を添加、混合し、重合性単量体組成物を得た。
〔トナー粒子の調製(造粒工程)〕
続いて、上記水系分散媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、その後重合開始剤tert−ブチルパーオキシピバレート5.0部を加え、60℃にてT.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を10,000r/min、キャビトロンをロータ周速40m/sの条件で、循環流速を0.5m/sで30分間撹拌し、造粒した。
その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ70℃で4時間反応させた。反応終了後、ここで得られた水系媒体中には、着色粒子が分散しており、着色粒子表面には無機分散剤として、リン酸カルシウムが付着していることを確認した。
この時点で、水系媒体に、塩酸を加えてリン酸カルシウムを洗浄して除去した後に濾過・乾燥して着色粒子を分析した。その結果、結着樹脂のガラス転移温度Tgは55℃であった。
続いて、着色粒子が分散した水系媒体を100℃まで昇温させ、120分保持した。その後、水系媒体に5℃水を投入し、100℃/分の冷却速度で100℃から50℃に冷却した。続いて、水系媒体を50℃で120分、保持を行った。
その後、水系媒体に、塩酸を加えてリン酸カルシウムを洗浄して除去した後に濾過・乾燥してトナー粒子1を得た。トナー粒子1の製造条件を表4に示す。
<トナー粒子2〜26、トナー粒子28、比較用トナー粒子1〜4の製造例>
トナー粒子1の製造において、非晶性ポリエステル、処理磁性体、製造条件を変更すること以外は同様にして、トナー粒子2〜26、トナー粒子28、比較用トナー粒子1〜4の製造を行った。得られたトナー粒子、比較トナー粒子の製造条件を表4に示す。
<トナー粒子27の製造例>
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。
・スチレン 75.0部
・n−ブチルアクリレート 25.0部
・非晶性ポリエステルAPES5 15.0部
・ジビニルベンゼン 0.6部
・モノアゾ染料の鉄錯体(T−77:保土ヶ谷化学社製) 1.5部
・処理磁性体3 70.0部
上記処方をアトライタ(三井三池化工機(株))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、パラフィンワックス(融点78℃)15部を添加混合し、溶解した。その後重合開始剤tert−ブチルパーオキシピバレート5.0部を溶解した。
上記水系媒体中に上記単量体組成物を投入し、60℃、N2雰囲気下においてT.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)にて12000rpmで10分間撹拌し、造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ70℃で4時間反応させた。反応終了後、ここで得られた水系媒体中には、着色粒子が分散しており、着色粒子表面には無機分散剤として、リン酸カルシウムが付着していることを確認した。
この時点で、水系媒体に、塩酸を加えてリン酸カルシウムを洗浄して除去した後に濾過・乾燥して着色粒子を分析した。その結果、結着樹脂のガラス転移温度Tgは55℃であった。
続いて、着色粒子が分散した水系媒体を100℃まで昇温させ、120分保持した。その後、水系媒体に5℃水を投入し、100℃/分の冷却速度で100℃から50℃に冷却した。続いて、水系媒体を50℃で120分、保持を行った。
その後、水系媒体に、塩酸を加えてリン酸カルシウムを洗浄して除去した後に濾過・乾燥してトナー粒子27を得た。トナー粒子27の製造条件を表4に示す。
<比較用トナー粒子5の製造例>
トナー粒子27の製造において、非晶性ポリエステル、処理磁性体、製造条件を変更すること以外は同様にして、比較用トナー粒子5の製造を行った。得られた比較トナー粒子の製造条件を表4に示す。
<比較トナー粒子6の製造例>
(各分散液の調製)
〔樹脂粒子分散液(1)〕
・スチレン(和光純薬社製): 325部
・n−ブチルアクリレート(和光純薬社製): 100部
・アクリル酸(ローディア日華社製): 13部
・1,10−デカンジオールジアクリレート(新中村化学社製): 1.5部
・ドデカンチオール(和光純薬社製): 3部
上記成分を予め混合し、溶解して溶液を調製しておき、アニオン性界面活性剤(ダウケミカル社製、ダウファックスA211)9部をイオン交換水580部に溶解した界面活性剤溶液をフラスコに収容し、上記の溶液のうち400部を投入して分散し、乳化して10分間ゆっくりと撹拌・混合しながら、過硫酸アンモニウム6部を溶解したイオン交換水50部を投入した。
次いで、フラスコ内を窒素で十分に置換した後、フラスコを撹拌しながらオイルバスでフラスコ内が75℃になるまで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続して樹脂粒子分散液(1)を得た。
樹脂粒子分散液(1)から樹脂粒子を分離して物性を調べたところ、個数平均粒径は195nm、分散液中の固形分量は42%、ガラス転移温度は51.5℃、重量平均分子量(Mw)は32000であった。
〔樹脂粒子分散液(2)〕
非晶性ポリエステル(APES15)を、キャビトロンCD1010(株式会社ユーロテック製)を高温高圧型に改造した分散機を用いて分散した。具体的には、イオン交換水79%、アニオン系界面活性剤(第一工業製薬(株):ネオゲンRK)が1%(有効成分として)、非晶性ポリエステル(APES18)が20%の組成比で、アンモニアによりpHを8.5に調整し、回転子の回転速度が60Hz、圧力が5kg/cm2、熱交換器により140℃に加熱する、の条件でキャビトロンを運転し、個数平均粒径が200nmの樹脂微粒子分散液(2)を得た。
〔着色剤分散液〕
・処理磁性体1: 20部
・アニオン系界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンR): 2部
・イオン交換水: 78部
上記成分をホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて、3000rpmで2分間、顔料を水になじませ、さらに5000回転で10分間分散後、通常の撹拌器で1昼夜撹拌させて脱泡した後、高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン社製、HJP30006)を用いて、圧力240MPaで約1時間分散させて着色剤分散液を得た。さらに分散液のpHを6.5に調節した。
〔離型剤分散液〕
・炭化水素系ワックス: 45部
(フィッシャートロプシュワックス、最大吸熱ピークのピーク温度が78℃、重量平均分子量が750)
・カチオン性界面活性剤(ネオゲンRK、第一工業製薬): 5部
・イオン交換水: 200部
上記成分を95℃に加熱して、ホモジナイザー(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分散処理し、個数平均径190nm、固形分量25%の離型剤分散液を得た。
〔トナー粒子の製造例〕
・イオン交換水: 400部
・樹脂粒子分散液(1): 620部(樹脂粒子濃度:42%)
・樹脂粒子分散液(2): 279部(樹脂粒子濃度:20%)
・アニオン性界面活性剤: 1.5部(有効成分として0.9部)
(第一工業製薬(株)、ネオゲンRK、有効成分量:60%)
以上の成分を、温度計、pH計、撹拌機を具備した3リットルの反応容器に入れ、外部からマントルヒーターで温度制御しながら、温度30℃、撹拌回転数150rpmにて、30分間保持した。
その後、着色剤分散液1100部、離型剤分散液60部を投入し、5分間保持した。そのまま、1.0%硝酸水溶液を添加し、pHを3.0に調整した。
次いで、撹拌機、マントルヒーターをはずし、ホモジナイザー(IKAジャパン社製:ウルトラタラクスT50)にて、3000rpmで分散しながら、ポリ塩化アルミニウム0.33部、0.1%硝酸水溶液37.5部の混合溶液を、そのうちの1/2を添加した後、分散回転数を5000rpmにして、残りの1/2を1分間かけて添加し、分散回転数を6500rpmにして、6分間分散した。
反応容器に、撹拌機、マントルヒーターを設置し、スラリーが充分に撹拌するように撹拌機の回転数を適宜調整しながら、42℃まで、0.5℃/分で昇温し、42℃で15分保持した後、0.05℃/分で昇温しながら、10分ごとに、コールターマルチサイザーにて粒径を測定し、重量平均粒径が7.8μmとなったところで、5%水酸化ナトリウム水溶液を用いてpHを9.0にした。
その後、5℃ごとにpHを9.0に調整しながら、昇温速度1℃/分で96℃まで昇温し、96℃で保持した。30分ごとに光学顕微鏡と走査電子顕微鏡(FE−SEM)にて粒子形状及び表面性を観察したところ、2時間目でほぼ球形化したので、1℃/分で20℃まで降温して粒子を固化させた。
その後、反応生成物をろ過し、イオン交換水で通水洗浄し、ろ液の伝導度が50mS以下となったところで、ケーキ状になった粒子を取り出し、粒子質量の10倍量のイオン交換水中に投入し、スリーワンモータで撹拌し充分に粒子がほぐれたところで、1.0%硝酸水溶液でpHを3.8に調整して10分間保持した。
その後、再度ろ過、通水洗浄し、ろ液の伝導度が10mS以下となったところで、通水を停止し、固液分離した。
得られたケーキ状になった粒子をサンプルミルで解砕して、40℃のオーブン中で24時間乾燥した。さらに得られた粉体をサンプルミルで解砕した後、40℃のオーブン中で5時間追加真空乾燥して、比較トナー粒子6を得た。
Figure 2019032465
<トナー1の製造例>
トナー粒子1を100部と、一次粒径115nmのゾルゲルシリカ微粒子を0.5部添加し、三井ヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社製)を用い混合する。その後、さらに一次粒径12nmのシリカにヘキサメチルジシラザンで処理をした後シリコーンオイルで処理し、処理後のBET比表面積値が120m2/gの疎水性シリカ微粒子0.6部を添加し、同様に三井ヘンシェルミキサ(三井三池化工機株式会社製)を用い混合し、トナー1を調製した。トナー1の物性を表5に示す。
<トナー2〜28、比較用トナー6の製造例>
トナー1の製造において、表3に示すようにトナー粒子を変更し、トナー2〜28、比較用トナー6を得た。物性を表5に示す。
Figure 2019032465
〔実施例1〕
キヤノン製プリンターLBP7700Cを改造して画像出力評価に用いた。改造点としては、トナー担持体を上記トナー担持体1に変更し、現像装置のトナー供給部材を図1に示すように、トナー担持体と逆回転するようにするとともに、トナー供給部材への電圧印加をオフにした。なお、トナー担持体と静電潜像担持体の当接部の幅が1.1mmとなるように当接圧を調整した。
さらにトナー担持体への印加電圧を製品条件と製品条件より200V高くできるように改造した。(例えば、製品のトナー担持体への印加電圧が−600Vであるとき、製品条件より200V高い条件は、−400Vである。)
また、図2に示すとおり、クリーニングブレードを外し、さらに、プロセススピードを25ppm及び30ppmになるように改造した。
このようにすることで、厳しい画像形成条件とする。
上記のように改造した現像装置にトナー1を100g充填し、常温常湿環境下(23℃、50%RH)、および低温低湿環境下(15℃、10%RH)にて画像評価を行った。
さらに、各評価は、まず、下記評価を実施し(初期評価)、その後、印字率が0.7%となるような横線画像を、2枚間欠通紙にて3000枚印字後に、再度、下記評価を実施した(3000枚後の評価)。なお、評価には、転写紙(XEROX社製、坪量75g/cm2)を用いた。
本発明の、実施例、及び比較例で行った各評価の評価方法とその判断基準について、以下に述べる。
[べた黒後ドラム上カブリ]
カブリの測定は、東京電色社製のREFLECTMETER MODEL TC−6DSを使用して測定した。フィルターは、グリーンフィルターを用いた。
静電潜像担持体上のカブリは、未使用の紙上に貼ったマイラーテープの反射率(%)から、べた黒画像出力直後のベタ白画像(非画像部)転写前の静電潜像担持体上をマイラーテープでテーピングし、紙上にマイラーテープを貼ったものの反射率(%)を差し引いて算出した。
なお、評価タイミングは、画像形成10枚目と2000枚目のドラム上カブリを評価する。本発明ではC以上を良好と判断した。
A:5.0%未満
B:5.0%以上10.0%未満
C:10.0%以上15.0%未満
D:15.0%以上
[転写領域]
印字率が0.7%となるような横線画像を用い、転写電流を1.0μA刻みで変化させた。画像不良である転写抜けが発生しない電流値範囲を目視評価した。
A:転写抜けが発生しない電流値範囲が、10μA以上。
B:転写抜けが発生しない電流値範囲が、5μA以上10μA未満。
C:転写抜けが発生しない電流値範囲が、3μA以上5μA未満。
D:転写抜けが発生しない電流値範囲が、0μA以上3μA未満。
[ベタ画像欠け(白抜け)]
評価紙として、FOX RIVER BOND紙(75g/m2)を用いた。ベタ画像の定着性は、190℃の設定温度でFOX RIVER BOND紙に印字比率100%のベタ黒画像を印字し、画出しを行う。その後定着器の設定温度を190℃から5℃ずつ低下させて画出しを行った。
ベタ画像欠け(白抜け)は目視で評価した。
A:165℃以下で白抜けが発生。
B:170〜175℃で白抜けが発生。
C:180〜185℃で白抜けが発生。
D:190℃で白抜けが発生。
〔実施例2〜28〕
表6に従いトナーを変更し、実施例1と同様に画出し評価を行った。その結果、その結果、画像欠陥の少ない良好な画像を得ることができた。評価結果を表6に示す。
〔比較例1〜6〕
表6に従いトナーを変更し、実施例1と同様に画出し評価を行った。その結果、画像欠陥が発生していた。評価結果を表6に示す。
Figure 2019032465
45 静電潜像担持体、46 帯電ローラー、47 トナー担持体、48 トナー供給部材、49 現像器、50 転写部材(転写ローラー)、51 定着器、52 ピックアップローラー、53 転写材(紙)、54 レーザー発生装置、55 トナー規制部材、57 トナー、59 マグネット

Claims (10)

  1. 結着樹脂、非晶性ポリエステル及び磁性体を含有する磁性トナー粒子を有する磁性トナーであって、
    該結着樹脂は、ビニル系樹脂を含み、
    該非晶性ポリエステルは、炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸を含有したカルボン酸成分と、ジアルコール成分とが重縮合した樹脂であり、
    該トナー中における、該磁性体の含有量が20質量%以上45質量%以下であり、
    透過型電子顕微鏡(TEM)で観察されるトナー断面において、マトリクス−ドメイン構造が観察され、
    該ビニル系樹脂がマトリクスを構成し、該非晶性ポリエステルがドメインを構成しており、
    該磁性体が、トナー表面から0.50μm内側までの領域に全磁性体中の70面積%以上が存在しており、
    該ドメインが、トナー表面から0.50μm内側から2.00μm内側までの領域に該ドメインの総面積に対して80面積%以上100面積%以下存在していることを特徴とする磁性トナー。
  2. 該非晶性ポリエステルは、炭素数6以上14以下の直鎖脂肪族ジカルボン酸を全カルボン酸成分に対して10mol%以上70mol%以下含有したカルボン酸成分と、ジアルコール成分とを重縮合して得られた樹脂である請求項1に記載の磁性トナー。
  3. 該非晶性ポリエステルのピーク分子量(Mp(P))が8000以上13000以下であり、
    該非晶性ポリエステルの軟化点が85℃以上105℃以下である請求項1又は2に記載の磁性トナー。
  4. 該ドメインが、トナー表面から0.50μm内側までの領域に該ドメインの総面積に対して0面積%以上10面積%以下存在している請求項1〜3のいずれか一項に記載の磁性トナー。
  5. 前記非晶性ポリエステルの含有量が、前記結着樹脂100質量部に対して5.0質量部以上30.0質量部以下である請求項1〜4のいずれか一項に記載の磁性トナー。
  6. 該ドメインの個数平均粒径が0.3μm以上3.0μm以下である請求項1〜5のいずれか一項に記載の磁性トナー。
  7. 該磁性体は、シラン化合物により表面処理された磁性体である請求項1〜6のいずれか一項に記載の磁性トナー。
  8. 該シラン化合物が炭素数4以下の炭化水素基を有する化合物を主成分として含有する請求項1〜7のいずれか一項に記載の磁性トナー。
  9. 該トナーの軟化点が110℃以上150℃以下である請求項1〜8のいずれか一項に記載の磁性トナー。
  10. 該トナー粒子が、懸濁重合トナーである請求項1〜9のいずれか一項に記載の磁性トナー。
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