JP2019200272A - 正帯電性トナー - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係る正帯電性トナー(以下、単にトナーと記載することがある。)は、例えば、静電潜像の現像に好適に用いることができる。本実施形態に係るトナーは、トナー粒子(それぞれ後述する構成を有する粒子)を含有する集合体(例えば粉体)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(例えば、ボールミル)を用いてトナーとキャリアとを混合して2成分現像剤として使用してもよい。
以下、図1を参照して、本実施形態に係るトナーに含まれるトナー粒子の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る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。
次に、本実施形態に係るトナーに含まれるトナー粒子の要素について説明する。
トナーの低温定着性を向上させるためには、トナー母粒子は、結着樹脂として熱可塑性樹脂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。熱可塑性樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、オレフィン系樹脂(より具体的には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等)、ビニル樹脂(より具体的には、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−ビニル樹脂等)、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、及び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−アクリル酸エステル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂等)も、結着樹脂として使用できる。
トナー母粒子は、着色剤を含有していてもよい。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。トナーを用いて高画質の画像を形成するためには、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、離型剤を含有していてもよい。離型剤は、例えば、トナーの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20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させることができるか否かの指標になる。例えば、トナー母粒子に正帯電性の電荷制御剤を含有させることで、トナー母粒子のカチオン性(正帯電性)を強めることができる。
トナー母粒子は、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、ニッケル等)及びその合金、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、二酸化クロム等)、並びに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)が挙げられる。本実施形態では、一種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。
本実施形態に係るトナーに含まれるトナー粒子は、トナー母粒子の表面に付着した外添剤を備える。外添剤は、個数平均一次粒子径10nm以上35nm以下のシリカ粒子(以下、特定シリカ粒子と記載することがある。)と、個数平均一次粒子径10nm以上30nm以下のチタニア粒子(以下、特定チタニア粒子と記載することがある。)と、個数平均一次粒子径40nm以上200nm以下の架橋樹脂粒子(以下、特定架橋樹脂粒子と記載することがある。)とを含む。
特定シリカ粒子は、シリカ基体と、シリカ基体の表面に存在する第1表面処理層とを備える。シリカ基体は、乾式法(より具体的には、燃焼法、爆燃法等)で作製されたシリカ粒子であってもよいし、湿式法(より具体的には、沈降法、ゲル法、ゾルゲル法等)で作製されたシリカ粒子であってもよい。
特定チタニア粒子は、チタニア基体と、チタニア基体の表面に存在する第2表面処理層とを備える。チタニア基体は、アナターゼ型チタニア粒子であってもよいし、ルチル型チタニア粒子であってもよい。
特定架橋樹脂粒子としては、個数平均一次粒子径を40nm以上200nm以下の範囲に容易に調整するためには、スチレン系モノマーと、アクリル酸系モノマーと、2個以上の不飽和結合を有する架橋剤との重合物(以下、特定架橋重合物と記載することがある。)を含む樹脂粒子が好ましい。帯電安定性、耐かぶり性及び耐フィルミング性をより向上させるためには、特定架橋樹脂粒子は、特定架橋重合物のみから構成されていることが好ましい。
クリーニング性、帯電安定性、耐かぶり性及び耐フィルミング性をより向上させるためには、外添剤が、炭素原子数8のアルキル基とアミノ基とを有する第1表面処理層を備えた特定シリカ粒子、炭素原子数3のアルキル基を有する第2表面処理層を備えた特定チタニア粒子、及び架橋樹脂基材と架橋樹脂基材の表面に付着したカチオン界面活性剤とを有する特定架橋樹脂粒子を含むことが好ましい。
外添剤は、外添剤粒子として特定シリカ粒子、特定チタニア粒子及び特定架橋樹脂粒子のみを含んでいてもよく、特定シリカ粒子、特定チタニア粒子及び特定架橋樹脂粒子以外に他の外添剤粒子を含んでいてもよい。他の外添剤粒子としては、トナーの流動性を良好に維持するためには、チタニア粒子以外の金属酸化物(より具体的には、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等)の粒子が好ましい。ただし、クリーニング性、帯電安定性、耐かぶり性及び耐フィルミング性をより向上させるためには、外添剤は、外添剤粒子として、特定シリカ粒子、特定チタニア粒子及び特定架橋樹脂粒子のみを含むことが好ましい。
次に、上述した実施形態に係るトナーの好適な製造方法について説明する。以下、上述した実施形態に係るトナーと重複する構成要素については説明を省略する。
まず、凝集法又は粉砕法によりトナー母粒子を調製する。
その後、混合機を用いて、得られたトナー母粒子と、外添剤とを混合して、トナー母粒子の表面に外添剤を付着させる。外添剤は、特定シリカ粒子、特定チタニア粒子、及び特定架橋樹脂粒子を少なくとも含む。混合機としては、例えばFMミキサー(日本コークス工業株式会社製)が挙げられる。こうして、トナー粒子を含むトナーが製造される。
温度計(熱電対)、脱水管、窒素導入管、及び攪拌装置を備えた容量10Lの4つ口フラスコ内に、1,6−ヘキサンジオール2643gと、1,4−ブタンジオール864gと、コハク酸2945gとを入れた後、フラスコ内温を160℃に上げてフラスコ内容物を溶解させた。次いで、フラスコ内に、スチレン1831gとアクリル酸161gとジクミルペルオキシド110gとの混合溶液を、滴下漏斗により1時間かけて滴下した。次いで、窒素雰囲気かつ温度170℃の条件でフラスコ内容物を1時間反応させた後、減圧雰囲気(圧力8.3kPa)かつ温度80℃の条件で、1時間かけて未反応のスチレン及びアクリル酸を除去した。その後、フラスコ内の圧力を大気圧に戻し、フラスコ内に、2−エチルヘキサン酸錫(II)40gと、没食子酸3gとを入れた後、窒素雰囲気かつ温度210℃の条件で、フラスコ内容物を8時間反応させた。次いで、減圧雰囲気(圧力8.3kPa)かつ温度210℃の条件でフラスコ内容物を1時間反応させ、結晶性ポリエステル樹脂とスチレン−アクリル酸共重合体との複合樹脂(以下、複合樹脂R1と記載する。)を得た。複合樹脂R1は、Tmが92℃であり、Mpが96℃であり、結晶性指数(Tm/Mp)が0.96であった。
表1に示すシリカ粒子S1〜S9をそれぞれ準備した。シリカ粒子S1〜S9は、表1に示す表面処理条件で上述した第1の方法により表面処理したシリカ粒子であった。また、二種類の表面処理剤を使用したシリカ粒子S1〜S8では、二種類の表面処理剤を同時に用いてシリカ基体を処理した。表1に示すシリカ基体の製造元は、何れも日本アエロジル株式会社であった。表1において、「アルキルアルコキシシラン」の欄の各シラン化合物、及び3−アミノプロピルトリエトキシシランの製造元は、何れも東京化成工業株式会社であった。表1に示すアミノ変性シリコーンオイルとしては、信越化学工業株式会社製「KF−857」を使用した。
表2に示すチタニア粒子T1〜T6をそれぞれ準備した。チタニア粒子T1〜T6は、表2に示す表面処理条件で上述した第1の方法により表面処理したチタニア粒子であった。表2に示すチタニア基体の製造元は、何れも日本アエロジル株式会社であった。表2に示す表面処理剤の製造元は、何れも東京化成工業株式会社であった。
[樹脂粒子P1の調製]
攪拌装置、冷却管、温度計、及び窒素導入管を備えたガラス製の容器を、温度80℃のウォーターバスにセットした。続けて、容器内に、イオン交換水100質量部と、界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)2.5質量部とを入れた。続けて、容器内容物を攪拌しながら、窒素雰囲気かつ温度80℃の条件で、過硫酸アンモニウム0.2質量部と、モノマー混合物(詳しくは、モル比1:1:1のジビニルベンゼンとスチレンとメタクリル酸メチルとの混合物)150質量部とを、それぞれ一定速度で1時間かけて容器内に滴下した。続けて、容器内容物を攪拌しながら、窒素雰囲気で容器内容物の温度を100℃に上昇させて、窒素雰囲気かつ温度100℃の条件で容器内容物を1時間反応させた。その結果、アニオン性樹脂微粒子を含むエマルションが得られた。続けて、得られたエマルションを、冷却した後、温度80℃で18時間乾燥させて、個数平均一次粒子径80nmの樹脂粒子P1の粉体を得た。樹脂粒子P1は、ジビニルベンゼンを架橋剤として架橋された構造を有する樹脂から構成されていた。つまり、樹脂粒子P1は、架橋樹脂粒子であった。また、樹脂粒子P1は、ジビニルベンゼンとスチレンとメタクリル酸メチルとの重合物から構成された架橋樹脂基材と、この架橋樹脂基材の表面に付着した界面活性剤(アニオン界面活性剤)とを有していた。
界面活性剤の種類及びその使用量(イオン交換水100質量部に対する添加量)を表3に示す通りとしたこと以外は、樹脂粒子P1の調製と同様の方法で、樹脂粒子P2〜P6をそれぞれ得た。また、樹脂粒子P1の調製で使用したモノマー混合物(モル比1:1:1のジビニルベンゼンとスチレンとメタクリル酸メチルとの混合物)150質量部の代わりに、モル比1:1のスチレンとメタクリル酸メチルとのモノマー混合物150質量部を使用したこと以外は、樹脂粒子P1の調製と同様の方法で、樹脂粒子P7を得た。ジビニルベンゼンを含むモノマー混合物を用いて重合した樹脂粒子P2〜P6は、何れもジビニルベンゼンを架橋剤として架橋された構造を有する樹脂から構成されていた。つまり、樹脂粒子P2〜P6は、何れも架橋樹脂粒子であった。また、樹脂粒子P2〜P6は、ジビニルベンゼンとスチレンとメタクリル酸メチルとの重合物から構成された架橋樹脂基材と、この架橋樹脂基材の表面に付着した界面活性剤(アニオン界面活性剤又はカチオン界面活性剤)とを有していた。なお、表3に示す樹脂粒子の個数平均一次粒子径は、後述する方法でトナーを作製した後、トナー粒子から分離させた樹脂粒子の粉体を測定対象として測定した場合も同じ結果が得られた。
[トナー母粒子の調製工程]
FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−20B」)を用いて、結着樹脂としての非結晶性ポリエステル樹脂(酸価5.6mgKOH/g、Tm120℃、Tg56℃、数平均分子量(Mn)1500、質量平均分子量(Mw)45000)100質量部と、着色剤(C.I.ピグメントブルー15:3、成分:銅フタロシアニン顔料)4質量部と、電荷制御剤(オリヱント化学工業株式会社製「BONTRON(登録商標)P−51」、成分:4級アンモニウム塩)1質量部と、離型剤(株式会社加藤洋行製「カルナウバワックス1号」、成分:カルナバワックス)5質量部とを、回転速度2400rpmで混合した。
100質量部のトナー母粒子(上述の手順で得られたトナー母粒子)と、1.5質量部のシリカ粒子S1と、0.5質量部のチタニア粒子T1とを、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5分間混合した後、更にFMミキサーに0.8質量部の樹脂粒子P1を添加し、引き続き5分間混合した。これにより、トナー母粒子の表面に外添剤(シリカ粒子S1、チタニア粒子T1、及び樹脂粒子P1)を付着させた。得られた粉体(外添剤が付着したトナー母粒子の粉体)を、200メッシュ(目開き75μm)の篩を用いて篩別した。その結果、正帯電性のトナーTA−1が得られた。
外添工程において、後述する表4に示す種類の外添剤粒子(シリカ粒子、チタニア粒子、及び樹脂粒子)を使用したこと以外は、トナーTA−1の作製と同様の方法で、正帯電性のトナーTA−2〜TA−5、TB−1〜TB−4、TB−6及びTB−7をそれぞれ作製した。表4において、「S粒子」はシリカ粒子を指し、「T粒子」はチタニア粒子を指し、「P粒子」は樹脂粒子を指す。なお、外添剤粒子の使用量については、トナーTA−1の作製と同様に、シリカ粒子が1.5質量部であり、チタニア粒子が0.5質量部であり、樹脂粒子が0.8質量部であった。
以下の点を変更したこと以外は、トナーTA−1の作製と同様の方法で、正帯電性のトナーTA−6及びTA−7をそれぞれ作製した。トナーTA−6及びTA−7の作製では、トナー母粒子の調製工程において、結着樹脂として、90質量部の非結晶性ポリエステル樹脂(酸価5.6mgKOH/g、Tm120℃、Tg56℃、数平均分子量(Mn)1500、質量平均分子量(Mw)45000)と、10質量部の複合樹脂R1とを使用した。トナーTA−6及びTA−7の作製では、外添工程において、後述する表4に示す種類の外添剤粒子(シリカ粒子、チタニア粒子、及び樹脂粒子)を使用した。なお、外添剤粒子の使用量については、トナーTA−1の作製と同様に、シリカ粒子が1.5質量部であり、チタニア粒子が0.5質量部であり、樹脂粒子が0.8質量部であった。
以下の点を変更したこと以外は、トナーTA−1の作製と同様の方法で、正帯電性のトナーTB−5を作製した。トナーTB−5の作製では、外添工程において、樹脂粒子を使用せず、1.5質量部のシリカ粒子S6及び0.5質量部のチタニア粒子T5のみを外添剤粒子として使用した。
以下の点を変更したこと以外は、トナーTA−1の作製と同様の方法で、正帯電性のトナーTB−8を作製した。トナーTB−8の作製では、外添工程において、チタニア粒子を使用せず、2.0質量部のシリカ粒子S1及び0.8質量部の樹脂粒子P1のみを外添剤粒子として使用した。
現像剤用キャリア(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製の「TASKalfa5551ci」用キャリア)100質量部と、トナー(評価対象:トナーTA−1〜TA−7及びTB−1〜TB−8の何れか)8質量部とを、ボールミルを用いて30分間混合して、2成分現像剤を調製した。
評価機として、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。前述の方法で得た2成分現像剤を評価機のシアン用現像装置に投入し、補給用トナー(評価対象:トナーTA−1〜TA−7及びTB−1〜TB−8の何れか)を評価機のシアン用トナーコンテナに投入した。続けて、温度25℃かつ湿度50%RHの環境下、上記評価機を用いて、印字率5%の画像を10万枚の紙(A4サイズの普通紙)に連続で印刷する耐刷試験を行った。
Q/mメーター(トレック社製「MODEL 210HS−1」)の測定セルに2成分現像剤(トナー及びキャリア)0.10gを投入し、投入された2成分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、トナーの帯電量(単位:μC/g)を算出した。
反射濃度計(X−Rite社製「SpectroEye(登録商標)」)を用いて、上述の耐刷試験の10万枚目に印刷された紙における空白部の反射濃度を測定した。そして、次の式に基づいて、かぶり濃度(FD)を求めた。
かぶり濃度=空白部の反射濃度−未印刷紙の反射濃度
評価機として、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。前述の方法で得た2成分現像剤を評価機のシアン用現像装置に投入し、補給用トナー(評価対象:トナーTA−1〜TA−7及びTB−1〜TB−8の何れか)を評価機のシアン用トナーコンテナに投入した。続けて、温度25℃かつ湿度50%RHの環境下、画像Xを10万枚の紙(A4サイズの普通紙)に連続で印刷した。画像Xは、印刷する紙の進行方向に対して平行となるストライプ状の画像(線の本数:5本、線幅:20mm、間隔:10mm)であった。
評価機として、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。前述の方法で得た2成分現像剤を評価機のシアン用現像装置に投入し、補給用トナー(評価対象:トナーTA−1〜TA−7及びTB−1〜TB−8の何れか)を評価機のシアン用トナーコンテナに投入した。続けて、温度25℃かつ湿度50%RHの環境下、印字率4%の画像を1万枚の紙(A4サイズの普通紙)に連続で印刷した。続いて、評価機の感光体ドラム表面において、固着物の有無を目視で確認した。固着物が無ければA(耐フィルミング性に優れている)と評価し、固着物が有ればB(耐フィルミング性に優れていない)と評価した。
11 トナー母粒子
12 シリカ粒子
13 チタニア粒子
14 架橋樹脂粒子
Claims (6)
- トナー粒子を含む正帯電性トナーであって、
前記トナー粒子は、結着樹脂を含むトナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に付着した外添剤とを備え、
前記外添剤は、外添剤粒子として、個数平均一次粒子径10nm以上35nm以下のシリカ粒子と、個数平均一次粒子径10nm以上30nm以下のチタニア粒子と、個数平均一次粒子径40nm以上200nm以下の架橋樹脂粒子とを含み、
前記シリカ粒子は、シリカ基体と、前記シリカ基体の表面に存在する第1表面処理層とを備え、
前記第1表面処理層は、炭素原子数8以上16以下のアルキル基と、アミノ基とを有し、
前記チタニア粒子は、チタニア基体と、前記チタニア基体の表面に存在する第2表面処理層とを備え、
前記第2表面処理層は、炭素原子数3以上8以下のアルキル基を有する、正帯電性トナー。 - 前記架橋樹脂粒子は、架橋樹脂基材と、前記架橋樹脂基材の表面に付着したカチオン界面活性剤とを有する、請求項1に記載の正帯電性トナー。
- 前記結着樹脂は、結晶性樹脂を含む、請求項1又は2に記載の正帯電性トナー。
- 前記シリカ粒子の質量は、前記トナー母粒子100質量部に対して1.0質量部以上2.0質量部以下であり、
前記チタニア粒子の質量は、前記トナー母粒子100質量部に対して0.1質量部以上1.0質量部以下であり、
前記架橋樹脂粒子の質量は、前記トナー母粒子100質量部に対して0.5質量部以上1.0質量部以下である、請求項1〜3の何れか一項に記載の正帯電性トナー。 - 前記架橋樹脂粒子は、スチレン系モノマーと、アクリル酸系モノマーと、2個以上の不飽和結合を有する架橋剤との重合物を含む、請求項1〜4の何れか一項に記載の正帯電性トナー。
- 前記2個以上の不飽和結合を有する架橋剤は、ジビニルベンゼンである、請求項5に記載の正帯電性トナー。
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