JP2020197681A - トナー - Google Patents
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Abstract
【課題】 シャープメルト性を有し低温定着性と現像耐久性に優れたトナーの提供。【解決手段】 非晶性樹脂、結晶性ポリエステルおよびウレタン結合含有オレフィン系共重合体を含有するトナー粒子を含有するトナーにおいて、該非晶性樹脂と該結晶性ポリエステルと該ウレタン結合含有オレフィン系共重合体とのSP値が特定の関係を満たすように制御する。【選択図】 なし
Description
本発明は、電子写真方式の画像形成方法において使用するトナーに関する。
近年、画像形成に際して、省エネルギー化への要求の高まりに伴い、トナーの定着温度をより低温化させる取り組みが採られるようになってきている。その一つとして、軟化温度の低いポリエステルを用いることで、さらに定着温度を下げることが提案されている。ところが、軟化温度が低いために、保存時や輸送時等の静置状態下でトナー同士が融着してしまいブロッキングが発生することがある。
そこでブロッキング耐性と低温定着性の両立の手段として、融点を超えると粘度が大きく低下するシャープメルト性を有した結晶性ポリエステルを用いる技術が提案されている。
しかしながら、従来の結晶性ポリエステルを、電子写真用トナーの結着樹脂として使用する場合、樹脂のシャープメルト性により定着性とブロッキング特性の両立の観点からは優れていたが、現像耐久性の面で課題があった。即ち、結晶性ポリエステルは機械的強度が低く、長期間にわたり現像装置内部で機械的シェアがかかると、現像装置の内壁や、キャリアへの固着を生じることがあった。特に、結着樹脂に対する結晶性ポリエステルの分散性が悪い場合、結晶性ポリエステルが形成するドメインがトナー表面に露出しやすくなるため、上記のような課題が顕著になる場合があった。
そこで、ガラス転移温度が高く、機械的強度に優れた結晶性ポリエステルを使用したトナーが報告されている(特許文献1)。
また、結晶性ポリエステルの添加量を下げ、結晶性ポリエステルと相溶性の高い非晶性樹脂を混合して用いたトナーが提案されている(特許文献2)。
また、結晶性ポリエステルのトナー表面への露出を抑制するために、非晶性ポリエステル、結晶性ポリエステル、グラフト変性ポリマー及び離型剤のSP値が特定の関係にあるトナーが提案されている(特許文献3)。
上記特許文献1のように、ガラス転移温度が高く機械的強度に優れた結晶性ポリエステルを使用した場合、結晶性樹脂のヤング率が高いが故に耐久性は良好であったが、結晶性ポリエステルの融点が高く定着性に改善の余地があった。
上記特許文献2のように、結着樹脂として結晶性ポリエステルと共に、非晶性樹脂を含有するトナーの場合、相溶性の高い樹脂同士を組み合わせると、シャープメルト性が良化し、低温定着性が向上する。しかしながら、結着樹脂と相溶し、且つ低融点の結晶性ポリエステル樹脂はフレキシブルな長鎖アルキル骨格から基本的に構成されており、ヤング率を高くすることは困難であるため、結晶性ポリエステルのドメインに起因して現像耐久性が十分ではない場合があった。
上記特許文献3のように、結晶性ポリエステルにアクリル樹脂がグラフトしたポリマーを用いることで、非晶性樹脂に対する結晶性ポリエステルの分散性が改善し、現像耐久性は向上する。しかしながら、グラフトポリマーに用いられるアクリル樹脂のガラス転移温度が高く、結晶性ポリエステルとの相溶性も十分ではないため、低温定着性が十分ではない場合があった。
そこで本願発明の目的は、低温定着性と現像耐久性に優れたトナーを提供することである。
本発明は、
非晶性樹脂、結晶性ポリエステルおよびウレタン結合含有オレフィン系共重合体を含有するトナー粒子を含有するトナーであって、
前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体は、
(i)下記式(1)で表されるモノマーユニットZ1と、
(ii)下記式(2)で表されるモノマーユニット及び下記式(3)で表されるモノマーユニットからなる群より選択されるモノマーユニットZ2と、
を有し、
前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のウレタン結合濃度が2質量%以上24質量%以下であり、
前記トナー粒子中の前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体の含有量が、前記トナー粒子中の結晶性ポリエステル100質量部に対して、10質量部以上100質量部以下であり、
前記非晶性樹脂のSP値をSP1、前記結晶性ポリエステルのSP値をSP2、及び前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のSP値をSP3としたとき、前記SP1、SP2及びSP3が、以下の関係
0.50≦SP1−SP2≦1.75
0.10≦SP2−SP3≦1.25
を満たすことを特徴とするトナーに関する。
非晶性樹脂、結晶性ポリエステルおよびウレタン結合含有オレフィン系共重合体を含有するトナー粒子を含有するトナーであって、
前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体は、
(i)下記式(1)で表されるモノマーユニットZ1と、
(ii)下記式(2)で表されるモノマーユニット及び下記式(3)で表されるモノマーユニットからなる群より選択されるモノマーユニットZ2と、
を有し、
前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のウレタン結合濃度が2質量%以上24質量%以下であり、
前記トナー粒子中の前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体の含有量が、前記トナー粒子中の結晶性ポリエステル100質量部に対して、10質量部以上100質量部以下であり、
前記非晶性樹脂のSP値をSP1、前記結晶性ポリエステルのSP値をSP2、及び前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のSP値をSP3としたとき、前記SP1、SP2及びSP3が、以下の関係
0.50≦SP1−SP2≦1.75
0.10≦SP2−SP3≦1.25
を満たすことを特徴とするトナーに関する。
(式中、R1はHまたはCH3であり、R2はHまたはCH3であり、R3は任意の有機基であり、R4はHまたはCH3であり、R5は任意の有機基である)
本発明によれば、低温定着性と現像耐久性に優れたトナーを提供することができる。
本発明において、数値範囲を表す「○○以上××以下」や「○○〜××」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。
また、モノマーユニットとは、ポリマー又は樹脂中のモノマー物質の反応した形態をいう。例えば、ビニル系モノマーにおいては、二重結合が開いて、他のモノマーと結合した形態のことであり、元のビニル系モノマーに由来するユニットのことである。
本発明者らは、低温定着性を阻害することなく、結晶性ポリエステルが形成するドメインの機械的強度を良化させるために、結晶性ポリエステルと同等の極性を有し、ガラス転移温度が室温以下の結晶性樹脂である、エチレンやプロピレンなどのオレフィン系化合物に由来するモノマーユニットを有する共重合体に着目した。
本発明者らは、オレフィン系共重合体と結晶性ポリエステルとの相溶性を改善させるために、オレフィン系材料中にウレタン結合を含有させ、極性を向上させることで低温定着性を良化させる検討を試みた。
ウレタン結合を有するオレフィン系樹脂として、食品包装用途などに一般的に使用されているエチレンポバールをウレタン変性させた後、検討を実施した。その結果、該材料では相溶性の向上は確認できたものの、該材料の融点が高いため低温定着性は十分ではなく、多量のウレタン結合の極性に起因して帯電性も悪化し、現像耐久性が十分ではなかった。
そこで、本発明者らのさらなる検討の結果、ウレタン結合濃度が2質量%以上24質量%以下のウレタン結合含有オレフィン系共重合体と結晶性ポリエステルと非晶性樹脂とを特定の範囲のSP値で制御し、併用することで低温定着性、現像耐久性に優れたトナーが得られた。ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のウレタン結合濃度を制御することで、水素結合に起因した分子間力が弱まるため、融点が低下する。また、ウレタン結合濃度を上記範囲に制御した場合、本発明のウレタン結合含有オレフィン系共重合体は、ウレタン結合を有するにも関わらず、同等の溶解度パラメーター(極性)を有する従来の結晶性化合物と比較して大幅に高抵抗になり、帯電性が向上した。
さらに、ウレタン結合濃度を上記範囲に制御したウレタン結合含有オレフィン系共重合体と結晶性ポリエステルと非晶性樹脂とを特定の範囲のSP値で制御することで、結晶性ポリエステルが形成するドメインの周りにウレタン結合含有オレフィン系共重合体が局在化させることができる。ウレタン結合含有オレフィン系共重合体は結晶性を有するエチレン部位と水素結合可能なウレタン結合部位とを分子構造内に有するため、塑性変形しにくく機械的強度が高い。上記構成材料を特定の範囲のSP値に制御することで、トナー中にて結晶性ポリエステルとウレタン結合含有オレフィン系共重合体とを水素結合により強く相互作用させることができる。その結果、結晶性ポリエステル由来の機械的強度が改善され、現像耐久性が向上する。
本発明のトナーは、上記のような検討から見出されたものであり、具体的には、
非晶性樹脂、結晶性ポリエステルおよびウレタン結合含有オレフィン系共重合体を含有するトナー粒子を含有するトナーであって、
前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体は、
(i)下記式(1)で示されるモノマーユニットZ1と、
(ii)下記式(2)または(3)で示されるモノマーユニットZ2を有し、
前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のウレタン結合濃度が2質量%以上24質量%以下であり、
前記トナー粒子中の前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体の含有量が、前記トナー粒子中の結晶性ポリエステル100質量部に対して、10質量部以上100質量部以下であり、
前記非晶性樹脂のSP値をSP1、前記結晶性ポリエステルのSP値をSP2、及び前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のSP値をSP3としたとき、前記SP1、SP2及びSP3が、以下の関係
0.50≦SP1−SP2≦1.75
0.10≦SP2−SP3≦1.25
を満たすことを特徴とする。
非晶性樹脂、結晶性ポリエステルおよびウレタン結合含有オレフィン系共重合体を含有するトナー粒子を含有するトナーであって、
前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体は、
(i)下記式(1)で示されるモノマーユニットZ1と、
(ii)下記式(2)または(3)で示されるモノマーユニットZ2を有し、
前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のウレタン結合濃度が2質量%以上24質量%以下であり、
前記トナー粒子中の前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体の含有量が、前記トナー粒子中の結晶性ポリエステル100質量部に対して、10質量部以上100質量部以下であり、
前記非晶性樹脂のSP値をSP1、前記結晶性ポリエステルのSP値をSP2、及び前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のSP値をSP3としたとき、前記SP1、SP2及びSP3が、以下の関係
0.50≦SP1−SP2≦1.75
0.10≦SP2−SP3≦1.25
を満たすことを特徴とする。
[ウレタン結合含有オレフィン系共重合体]
本発明において、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体とは、ポリオレフィン骨格に、ウレタン化などの手段でウレタン結合(−NH−C(=O)O−)を有する構造が導入された高分子である。具体的には上記式(1)で示されるモノマーユニットZ1と、上記式(2)で表されるモノマーユニット及び式(3)で表されるモノマーユニットからなる群より選択されるモノマーユニットZ2とを有する。
本発明において、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体とは、ポリオレフィン骨格に、ウレタン化などの手段でウレタン結合(−NH−C(=O)O−)を有する構造が導入された高分子である。具体的には上記式(1)で示されるモノマーユニットZ1と、上記式(2)で表されるモノマーユニット及び式(3)で表されるモノマーユニットからなる群より選択されるモノマーユニットZ2とを有する。
以下、式(1)で示されるモノマーユニットZ1、及び、式(2)または式(3)で示されるモノマーユニットZ2に関して、具体的に説明する。
上記した通り、式(1)におけるR1、式(2)におけるR2、式(3)におけるR4はいずれも、HまたはCH3基である。
また、式(2)におけるR3、式(3)におけるR5は、任意の有機基を有することが可能である。具体的には、炭化水素基(メチル基、エチル基、ヘキシル基のようなアルキル基、ビニル基のようなアルケニル基、シクロヘキシル基のようなシクロアルキル基、フェニル基、ナフチル基のようなアリール基、ベンジル基のようなアラアルキル基)、または炭化水素基の一部がハロゲン、アルコール、カルボン酸、アミン、スルホン酸などに置換された官能基などがあげられるが、これらに限定されるものではない。
ウレタン結合含有オレフィン系共重合体は、前記式(2)で示されるモノマーユニットを有することが好ましい。更に、式(1)におけるR1がHであり、式(2)におけるR2がHであり、R3が炭化水素基であることが好ましい。この場合、共重合体は、エチレン−ウレタン化ビニルアルコール共重合体となり、融点を低く設計できるために低温定着性の観点から好ましい。さらにR3がフェニル基であることにより、結晶性がより低くなるために低温定着性をさらに向上させることが可能になることからより好ましい。
ウレタン結合含有オレフィン系共重合体は、トナー中に、1種又は複数種含有されてもよい。
ウレタン結合含有オレフィン系共重合体において、モノマーユニットZ1のモル割合(mol%)をx、モノマーユニットZ2のモル割合(mol%)をyとしたとき、(x+y)の値が、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体を構成する全モノマーユニットのモル数を基準として、95mol%以上であることが低温定着性や帯電性の観点から好ましい。より好ましくは、(x+y)の値が、100%である。
また、低温定着性、帯電保持性及び耐ホットオフセット性の観点から、モノマーユニットZ2の含有量は、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体を構成する全モノマーユニットのモル数を基準として、1.5mol%以上20.0mol%以下であることが好ましく、1.5mol%以上10.0mol%以下であることがより好ましい。
モノマーユニットZ2の含有量が20.0mol%以下であることで、融点が低下し、トナーの低温定着性と帯電性がより向上する。一方、モノマーユニットZ2の含有量が1.5mol%以上であることで、ウレタン結合による分子間水素結合の相互作用により機械的強度が向上し、現像耐久性が向上する。
ウレタン結合含有ポリオレフィン系共重合体は、ウレタン結合濃度が2質量%以上24質量%以下であることが好ましい。ウレタン結合濃度とは、共重合体の質量を基準としたときのウレタン結合(−NH−C(=O)O−)の質量割合のことである。ウレタン結合濃度が2質量%以上であれば、ウレタン結合による分子間水素結合の相互作用により機械的強度が向上し、現像耐久性が向上する。また、24質量%以下であれば、帯電維持性低下を抑制することができるため、現像耐久性が向上する効果が得られる。
ウレタン結合含有オレフィン系共重合体の軟化点(Tm)は、トナー使用時の衝撃や圧力に耐える観点から、100℃以上150℃以下であることが好ましい。
軟化点(Tm)は、ウレタン結合含有オレフィン系含有共重合体の分子量を変えることで制御することが可能であり、分子量を大きくすることで軟化点を上げることができる。
ウレタン結合含有オレフィン系共重合体は、後述する溶解度パラメーターの関係式を満足する範囲であれば、モノマーユニットZ1及びモノマーユニットZ2以外のモノマーユニットを含有してもよい。本発明の効果を損なわなければ特に限定はされないが、例えば、下記式(6)〜(9)で表されるモノマーユニットなどが挙げられる。
これらは、オレフィン系共重合体を製造する共重合反応の際に、相当するモノマーを添加することや、ヒドロキシ基含有オレフィン系共重合体を合成した後に、高分子反応により変性させることで導入することができる。
現像耐久性の観点から、トナー中におけるウレタン結合含有オレフィン系共重合体の含有量は、後述する結晶性ポリエステル100質量部に対して、10質量部以上100質量部以下である。ウレタン結合含有オレフィン系共重合体を、結晶性ポリエステル100質量に対し10質量部以上含有させることによって、結晶性ポリエステルが形成するドメインの機械的強度が向上し、現像耐久性が良好になる。また、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体を100質量部以下含有することによって、定着性が向上する。
ウレタン結合含有オレフィン系共重合体の製造方法は、特に限定されないが、製造の容易性から、エチレン−酢酸ビニル共重合体を加水分解してエチレン−ポバール共重合体を作製した後、イソシアネート基を含有する化合物と反応させる製造方法が挙げられる。
以下に製造方法の一例を示す。
エステル基濃度が2質量%以上18質量%以下のエチレン−酢酸ビニル共重合体をトルエンとエタノールの混合溶媒中で水酸化ナトリウムを用いて90℃の条件でリフラックスすることで、エチレン−酢酸ビニル共重合体のエステル基が加水分解された、水酸基含有オレフィン系共重合体を得ることができる。ついで、得られた水酸基含有オレフィン系共重合体と、イソシアネート基を有する化合物とを混合し、60℃の条件で加熱することによってウレタン結合含有オレフィン系共重合体が得られる。
イソシアネート化合物は、ブロッカーによって保護されたブロックイソシアネート化合物を用いてもよい。ブロックイソシアネート化合物を用いる場合は、ブロッカーが離脱しイソシアネート基が反応する温度まで上昇させる必要があり、また沸点の高い溶媒種を選択する必要がある。
また、その他の製造方法として以下の方法があげられる。
水酸基含有オレフィン系共重合体に過剰量のイソシアネート化合物を反応させることにより、水酸基含有オレフィン共重合体の水酸基をイソシアネート基に変換することができる。得られたイソシアネート基含有オレフィン共重合体と、水酸基を含有する化合物とをウレタン化することで、ウレタン結合含有共重合体を作製することができる。この際、イソシアネート化合物は、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体を低融点化できる観点から、イソシアネート基を一つだけ有する化合物であることが好ましい。
[結晶性ポリエステル]
次に、結晶性ポリエステルについて以下に詳細に記載する。
次に、結晶性ポリエステルについて以下に詳細に記載する。
本発明において、結晶性ポリエステルは、後述するSP値の関係式が満足する範囲であれば、トナーに通常用いられる公知のものを使用することが可能である。
結晶性ポリエステルは、脂肪族ジオール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコールからなる群から選択される少なくとも1種のジオールを主成分として含有するアルコール成分と脂肪族ジカルボン酸を主成分として含有する酸成分との縮重合物であることが好ましい。その中で、低温定着性と保存性を一段高いレベルで両立するという点から、炭素数6〜14の脂肪族ジオール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコールからなる群から選択される少なくとも1種のジオールを50モル%以上含有するアルコール成分と、炭素数6〜14の脂肪族ジカルボン酸を50モル%以上含有する酸成分との縮重合物であることが好ましい。より好ましくは、それぞれの成分中80モル%以上含有される構成である。
脂肪族ジオールとしては、特に限定されないが、鎖状(より好ましくは直鎖状)の脂肪族ジオールであることが好ましく、例えば、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,4−ブタジエングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、オクタメチレングリコール、ノナメチレングリコール、デカメチレングリコール、ネオペンチルグリコールが挙げられる。これらの中でも、特にエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、及び1,6−ヘキサンジオールのような直鎖脂肪族、α,ω−ジオールが好ましく例示される。
本発明において、脂肪族ジオール以外の多価アルコールを用いることもできる。多価アルコールのうち2価アルコールとしては、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールA等の芳香族アルコール;1,4−シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。また、多価アルコール単量体のうち3価以上の多価アルコール単量体としては、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等の芳香族アルコール;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、グリセリン、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等の脂肪族アルコール等が挙げられる。
一方、脂肪族ジカルボン酸としては、特に限定されないが、鎖状(より好ましくは直鎖状)の脂肪族ジカルボン酸であることが好ましい。具体例としてはシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、グルタコン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、メサコン酸、シトラコン酸、イタコン酸が挙げられ、これらの酸無水物又は低級アルキルエステルを加水分解したものなども含まれる。
本発明において、脂肪族ジカルボン酸以外の多価カルボン酸を用いることもできる。その他の多価カルボン酸単量体のうち、2価のカルボン酸としては、イソフタル酸、テレフタル酸等の芳香族カルボン酸;n−ドデシルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸の脂肪族カルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式カルボン酸が挙げられ、これらの酸無水物又は低級アルキルエステルなども含まれる。また、その他のカルボン酸単量体のうち、3価以上の多価カルボン酸としては、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、ピロメリット酸等の芳香族カルボン酸、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等の脂肪族カルボン酸が挙げられ、これらの酸無水物又は低級アルキルエステル等の誘導体等も含まれる。
本発明において、結晶性ポリエステルの融点は、低温定着性及び保存性の観点から、50℃以上125℃以下であることが好ましい。融点が125℃以下であることによって低温定着性がより向上する。また、融点が90℃以下であることによって低温定着性がさらに向上する。一方、融点が50℃より低い場合は保存性が低下する傾向にある。
本発明において、結晶性ポリエステルは、トナー粒子中に3質量%以上25質量%以下含有されることが好ましく、5質量%以上20質量%以下含有されることがより好ましい。結晶性ポリエステルの含有量を5質量%以上とすることで、より優れた低温定着性を発揮する。結晶性ポリエステルの含有量を20質量%以下とすることで、より優れた帯電性および現像耐久性を発揮する。
[非晶性樹脂]
本発明において、非晶性樹脂は、結着樹脂として含有される樹脂である。
本発明において、非晶性樹脂は、結着樹脂として含有される樹脂である。
非晶性樹脂としては、後述するSP値の関係式が満足する範囲であれば、トナーに通常用いられる公知の重合体を使用することが可能である。
例えば、ポリスチレン、ポリ−p−クロルスチレン、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−p−クロルスチレン共重合体、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−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、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−アクリロニトリル−インデン共重合体などのスチレン系共重合体;ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロン−インデン樹脂、石油系樹脂などが使用できる。
これらの中で、低温定着性の観点で、非晶性ポリエステルを主成分とすることが好ましい。非晶性ポリエステルに用いられるモノマーとしては、多価アルコール(2価もしくは3価以上のアルコール)と、多価カルボン酸(2価もしくは3価以上のカルボン酸)、その酸無水物又はその低級アルキルエステルとが用いられる。ここで分岐ポリマーを作成するためには、非晶性樹脂の分子内において部分架橋することが有効であり、そのためには、3価以上の多官能化合物を使用することが好ましい。従って、ポリエステルの原料モノマーとして、3価以上のカルボン酸、その酸無水物又はその低級アルキルエステル、及び/又は3価以上のアルコールを含むことが好ましい。
非晶性ポリエステルに用いられる多価アルコールモノマーとしては、以下の多価アルコールモノマーを使用することができる。
2価のアルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、また式(A)で表わされるビスフェノール及びその誘導体;
式(B)で示されるジオール類;
尚、多価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を50モル%以上含有することが好ましい。
3価以上のアルコール成分としては、例えば、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、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、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼンが挙げられる。これらのうち、好ましくはグリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールが用いられる。これらの2価のアルコール及び3価以上のアルコールは、単独であるいは複数を併用することができる。
非晶性ポリエステルのポリエステルユニットに用いられる多価カルボン酸モノマーとしては、以下の多価カルボン酸モノマーを使用することができる。
2価のカルボン酸成分としては、例えば、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、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、イソドデシルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、イソオクテニルコハク酸、イソオクチルコハク酸、これらの酸の無水物及びこれらの低級アルキルエステルが挙げられる。これらのうち、マレイン酸、フマル酸、テレフタル酸、n−ドデセニルコハク酸が好ましく用いられる。
3価以上のカルボン酸、その酸無水物又はその低級アルキルエステルとしては、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、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、エンポール三量体酸、これらの酸無水物又はこれらの低級アルキルエステルが挙げられる。これらのうち、特に1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、すなわちトリメリット酸又はその誘導体が安価で、反応制御が容易であるため、好ましく用いられる。これらの2価のカルボン酸等及び3価以上のカルボン酸は、単独であるいは複数を併用することができる。
ポリエステルの製造方法については、特に制限されるものではなく、公知の方法を用いることができる。例えば、アルコール及び酸を同時に仕込み、エステル化反応またはエステル交換反応、及び縮合反応を経て重合し、ポリエステルを製造する。また、重合温度は、特に制限されないが、180℃以上290℃以下の範囲が好ましい。ポリエステルの重合に際しては、例えば、チタン系触媒、スズ系触媒、酢酸亜鉛、三酸化アンチモン、二酸化ゲルマニウム等の重合触媒を用いることができる。特に、非晶性樹脂は、スズ系触媒を使用して重合されたポリエステルがより好ましい。
また、非晶性樹脂のピーク分子量は4000以上13000以下であることが、低温定着性と耐ホットオフセット性の観点から好ましい。また、本発明のトナーに使用される非晶性樹脂の酸価は5mgKOH/g以上20mgKOH/g以下であることが、高温高湿環境下における帯電安定性の観点から好ましい。さらに、本発明のトナーに使用される非晶性樹脂の水酸基価は20mgKOH/g以上70mgKOH/g以下であることが、低温定着性と保存性の観点から好ましい。
非晶性樹脂のガラス転移温度は、30℃以上80℃以下であることが好ましい。30℃より小さい場合は、保存性に劣るようになりやすく、且つ高温高湿度環境下で、樹脂の分子運動に起因した抵抗低化が起こるため帯電性が低下する。一方、ガラス転移温度80℃より高い場合は定着性に劣る。また、ガラス転移温度が40℃以上であることが保存性の観点からより好ましい。また、ガラス転移温度が70℃以下であることが定着性の観点からより好ましい。
なお、ガラス転移温度(Tg)は、DSC(メトラートレド製:DSC822/EK90)を用いて測定する。具体的には、試料を0.01〜0.02gをアルミパンに計量し、200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/minで−100℃まで冷却したサンプルを昇温速度10℃/minで昇温しながら熱量測定を行う。次いで、得られたDSC曲線より、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線のこう配が最大になるような点で引いた接線との交点の温度をガラス転移温度とする。
非晶性樹脂の軟化点(Tm)は、70℃以上150℃以下であることが好ましく、80℃以上140℃以下であることがより好ましく、80℃以上130℃以下であることがさらに好ましい。Tmが上記の温度範囲内であれば、耐ブロッキング性と耐オフセット性との両立が良好に図られ、さらに、高温時において定着時のトナー溶融成分の紙への染込みが程度となり、良好な表面平滑性が得られる。
本発明において、非晶性樹脂のSP値をSP1、結晶性ポリエステルのSP値をSP2、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のSP値をSP3としたとき、SP1〜SP3が以下の関係を満たす。
0.50≦SP1−SP2≦1.75
0.10≦SP2−SP3≦1.25
0.50≦SP1−SP2≦1.75
0.10≦SP2−SP3≦1.25
非晶性樹脂のSP値(SP1)、結晶性ポリエステルのSP値(SP2)の差が0.50以上であると、非晶性樹脂と結晶性ポリエステルとがトナー化後においても相溶化するのを抑制できるため、保存性が向上する。また、非晶性樹脂のSP値(SP1)、結晶性ポリエステルのSP値(SP2)の差が1.75以下であると加熱定着時に前記非晶性樹脂と前記結晶性ポリエステルとが十分相溶できるため、定着性が向上する。定着性と保存性の両立の観点から、
0.75≦SP1−SP2≦1.50
を満たすことがさらに好ましい。
0.75≦SP1−SP2≦1.50
を満たすことがさらに好ましい。
また、結晶性ポリエステルのSP値(SP2)、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のSP値(SP3)の差が0.10以上であると、結晶性ポリエステルと前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体とが、トナー化後においても相溶化するのを抑制できる。そのため、結晶性ポリエステルとウレタン結合含有オレフィン系共重合体とが十分に結晶化し、機械的強度が向上するため現像耐久性が向上する。また、結晶性ポリエステルのSP値(SP2)、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のSP値(SP3)の差が1.25以下であると、結晶性ポリエステルが形成するドメインの周りにウレタン結合含有オレフィン系共重合体が局在化させることができる。ウレタン結合含有オレフィン系共重合体は結晶性を有するエチレン部位と水素結合可能なウレタン結合部位とを分子構造内に有するため、塑性変形しにくく機械的強度が高い。上記構成材料を上記範囲のSP値に制御することで、トナー中にて結晶性ポリエステルとウレタン結合含有オレフィン系共重合体とを水素結合により強く相互作用させることができる。その結果、トナーとしての機械的強度が改善され、現像耐久性が向上する。
本発明において、非晶性樹脂のSP値(SP1)、及びウレタン結合含有オレフィン系共重合体のSP値(SP3)が以下の関係を満たすことがさらに好ましい。
1.00≦SP1−SP3≦2.50
1.00≦SP1−SP3≦2.50
上記構成材料を上記範囲のSP値に制御することで、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体が非晶性樹脂に相溶されて取り込まれることを抑制できるため、効果的に結晶性ポリエステルが形成するドメインの周りにウレタン結合含有オレフィン系共重合体が局在化させることができる。その結果、現像耐久性がより向上する。
上記SP値は、Fedorsの式を用いて求めることができる。ここで、Δei、及びΔviの値は著「コーティングの基礎科学」54〜57頁、1986年(槇書店)の表3〜9による原子および原子団の蒸発エネルギーとモル体積(25℃)」を参照した。
式:δi=[Ev/V]1/2=[Δei/Δvi]1/2
Ev:蒸発エネルギー
V:モル体積
Δei:i成分の原子または原子団の蒸発エネルギー
Δvi:i成分の原子または原子団のモル体積
例えば、ノナンジオールとセバシン酸からなる結晶性ポリエステルは、繰り返し単位として、原子団(−COO)×2+(−CH2)×17から構成され、計算SP値は下記式で求められる。
δi=[Δei/Δvi]1/2=[{(4300)×2+(1180)×17}/{(18)×2+(16.1)×17}]1/2
SP値(δi)は9.63となる。
式:δi=[Ev/V]1/2=[Δei/Δvi]1/2
Ev:蒸発エネルギー
V:モル体積
Δei:i成分の原子または原子団の蒸発エネルギー
Δvi:i成分の原子または原子団のモル体積
例えば、ノナンジオールとセバシン酸からなる結晶性ポリエステルは、繰り返し単位として、原子団(−COO)×2+(−CH2)×17から構成され、計算SP値は下記式で求められる。
δi=[Δei/Δvi]1/2=[{(4300)×2+(1180)×17}/{(18)×2+(16.1)×17}]1/2
SP値(δi)は9.63となる。
また、非晶性樹脂を複数種含有する場合のSP値は、含有される樹脂のそれぞれのSP値の加重平均値として算出する。
続いて、必要に応じてトナーに添加される着色剤、および離型剤について記載する。
<着色剤>
着色剤としては、少なくとも公知の有機顔料、カーボンブラックなどの顔料を用いることができ、更に、染料を含有していても良い。
着色剤としては、少なくとも公知の有機顔料、カーボンブラックなどの顔料を用いることができ、更に、染料を含有していても良い。
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。
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、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、144、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254、C.I.ピグメントバイオレット19、が挙げられる。
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、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、151、154、155、168、174、175、176、180、181、191、194が挙げられる。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、磁性粉体、あるいは、前記イエロー着色剤、マゼンタ着色剤及びシアン着色剤を用い黒色に調色されたものが挙げられる。
これらの着色剤は、単独または混合して、さらには固溶体の状態で用いることができる。本発明に用いる着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナーへの分散性の点から選択される。
シアン着色剤、マゼンタ着色剤、イエロー着色剤又は黒色着色剤の含有量は、トナー粒子中1〜20質量%であることが好ましい。
<離型剤>
離型剤としては、ポリエチレンの如き低分子量ポリオレフィン類;加熱により融点(軟化点)を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミドの如き脂肪酸アミド類;ステアリン酸ステアリルの如きエステルワックス類;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油の如き植物系ワックス;ミツロウの如き動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、エステルワックスの如き鉱物・石油系ワックス;及びそれらの変性物が挙げられる。
離型剤としては、ポリエチレンの如き低分子量ポリオレフィン類;加熱により融点(軟化点)を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミドの如き脂肪酸アミド類;ステアリン酸ステアリルの如きエステルワックス類;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油の如き植物系ワックス;ミツロウの如き動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、エステルワックスの如き鉱物・石油系ワックス;及びそれらの変性物が挙げられる。
離型剤の含有量は、トナー粒子中、1〜25質量%であることが好ましい。
[製造方法]
トナーの製造方法としては、粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法、溶解懸濁法などの公知のトナーの製造方法を用いることができる。
トナーの製造方法としては、粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法、溶解懸濁法などの公知のトナーの製造方法を用いることができる。
以下、粉砕法でのトナー製造手順の一例について説明する。
原料混合工程では、トナー粒子を構成する材料として、例えば、非晶性樹脂、ウレタン結合含有オレフィン系共重合体、結晶性ポリエステル、必要に応じて離型剤、着色剤、及び荷電制御剤等の他の成分を所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウタミキサ、メカノハイブリッド(日本コークス工業株式会社製)などが挙げられる。
次に、混合した材料を溶融混練して、非晶性樹脂およびウレタン結合含有オレフィン系共重合体中に離型剤等が分散した溶融混錬物を得る。混練吐出温度は、使用する非晶性樹脂およびウレタン結合含有オレフィン系共重合体、着色剤によって適宜調整可能であるが一般的には100〜180℃が好ましい。その溶融混練工程では、加圧ニーダー、バンバリィミキサーなどのバッチ式練り機や、連続式の練り機を用いることができ、連続生産できる優位性から、1軸又は2軸押出機が主流となっている。例えば、KTK型2軸押出機(神戸製鋼所社製)、TEM型2軸押出機(東芝機械社製)、PCM混練機(池貝鉄工社製)、2軸押出機(ケイ・シー・ケイ社製)、コ・ニーダー(ブス社製)、ニーデックス(日本コークス工業株式会社製)などが挙げられる。さらに、溶融混練することによって得られる溶融混錬物は、2本ロール等で圧延した上で、冷却工程で水などによって冷却してもよい。
ついで、溶融混錬物は、粉砕工程で所望の粒径にまで粉砕される。粉砕工程では、例えば、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルなどの粉砕機で粗粉砕した後、さらに、例えば、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、スーパーローター(日清エンジニアリング社製)、ターボ・ミル(フロイントターボ社製)やエアージェット方式による微粉砕機で微粉砕する。
その後、必要に応じて慣性分級方式のエルボージェット(日鉄鉱業社製)、遠心力分級方式のターボプレックス(ホソカワミクロン社製)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製)、ファカルティ(ホソカワミクロン社製)などの分級機や篩分機を用いて分級し、分級品(トナー粒子)を得る。中でも、ファカルティ(ホソカワミクロン社製)は、分級と同時にトナー粒子の球形化処理を行うことができ、転写効率の向上という点で好ましい。
また、必要に応じて、粉砕後に、ハイブリタイゼーションシステム(奈良機械製作所製)、メカノフージョンシステム(ホソカワミクロン社製)、ファカルティ(ホソカワミクロン社製)、メテオレインボー MR Type(日本ニューマチック社製)を用いて、球形化処理などのトナー粒子の表面処理を行うこともできる。
トナーの平均円形度は、転写性の向上とクリーニング性を両立する観点から0.930以上0.985以下であることが好ましい。粉砕法にてトナーを製造する場合、上記平均円形度のトナーを製造するには、トナー粒子に球形化処理などの表面処理や熱処理による表面処理を行うことで製造することができる。
さらに、必要に応じて、トナー粒子の表面に外添剤が外添処理される。外添剤を外添処理する方法としては、分級されたトナーと公知の各種外添剤を所定量配合し、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウタミキサ、メカノハイブリッド(日本コークス工業株式会社製)、ノビルタ(ホソカワミクロン株式会社製)等の混合装置を外添機として用いて、撹拌・混合する方法が挙げられる。
[各物性の測定方法]
(1)ウレタン結合含有ポリオレフィン系共重合体におけるモノマーユニット割合
モノマーユニットのモル割合x、yやウレタン結合濃度は一般的な分析手法を用いて測定することができ、例えば、1H−NMR法やATR法(赤外分光法)、熱分解ガスクロマトグラフィー法などの手法が適用できる。
(1)ウレタン結合含有ポリオレフィン系共重合体におけるモノマーユニット割合
モノマーユニットのモル割合x、yやウレタン結合濃度は一般的な分析手法を用いて測定することができ、例えば、1H−NMR法やATR法(赤外分光法)、熱分解ガスクロマトグラフィー法などの手法が適用できる。
例えば、エチレン−ポバールの水酸基をフェニルイソシアネートによりウレタン化したウレタン結合含有共重合体(モノマーユニット(1)およびモノマーユニット(2)を含み、R1=H、R2=H、R3=C6H5である共重合体)のモノマーユニット比は以下の方法で測定する。
以下、1H−NMRを用いた測定方法を示す。モノマーユニット(1)におけるアルキレンの水素原子、モノマーユニット(2)におけるフェニル基(R3がフェニル基)の水素原子の積分比をそれぞれ比較することでそれぞれのモノマーユニットの含有比率が算出できる。
0.00ppmの内部標準としてのテトラメチルシランを含む重ジメチルスルホキシド(DMSO)0.5mlに試料約5mgを溶解させる。得られた溶液を、試料管に入れ、繰り返し時間を2.7秒、積算回数を16回の条件で1H NMR測定を行う。1.1−1.4ppmのピークがエチレンユニットのCH2−CH2に相当し、7.0−8.0pm付近のピークがフェニル基のC6H5に相当するため、それらのピークの積分値の比を計算し、含有比率を算出する。
以下、ATR法による測定方法を示す。ATR法によるFT−IRスペクトルは、Universal ATR Sampling Accessory(ユニバーサルATR測定アクセサリー)を装着したSpectrum One(フーリエ変換赤外分光分析装置)PerkinElmer社製を用いて行った。
赤外光の入射角は45°に設定した。
ATR測定に使用するプリズムとしては、GeのATR結晶(屈折率=4.0)を用いて行った。
赤外光の入射角は45°に設定した。
ATR測定に使用するプリズムとしては、GeのATR結晶(屈折率=4.0)を用いて行った。
その他の条件は以下の通りである。
Range
Start :4000cm−1
End :600cm−1(GeのATR結晶)
Duration
Scan number :4
Resolution :4.00cm−1
Advanced :CO2/H2O補正あり
Range
Start :4000cm−1
End :600cm−1(GeのATR結晶)
Duration
Scan number :4
Resolution :4.00cm−1
Advanced :CO2/H2O補正あり
具体的な測定手順は以下の通りである。
(i)GeのATR結晶(屈折率=4.0)を装置に装着する。
(ii)Scan typeをBackground、UnitsをEGYに設定し、バックグラウンドを測定する。
(iii)Scan typeをSample、UnitsをAに設定する。
(iv)トナーをATR結晶の上に、0.01g精秤する。
(v)圧力アームでサンプルを加圧する。(Force Gaugeは100)
(vi)サンプルを測定する。
(vii)得られたFT−IRスペクトルを、Automatic Correctionでベースライン補正をする。
(viii)1730cm−1以上1740cm−1以下の範囲の吸収ピーク強度の最大値を算出する。(Pa1、アルキレン基)
(ix)1680cm−1と1690cm−1の吸収ピーク強度の平均値を算出する。(Pa2、ウレタンのカルボニル基)
(x)得られたPa1、Pa2を用いて、含有比率を求める。
(i)GeのATR結晶(屈折率=4.0)を装置に装着する。
(ii)Scan typeをBackground、UnitsをEGYに設定し、バックグラウンドを測定する。
(iii)Scan typeをSample、UnitsをAに設定する。
(iv)トナーをATR結晶の上に、0.01g精秤する。
(v)圧力アームでサンプルを加圧する。(Force Gaugeは100)
(vi)サンプルを測定する。
(vii)得られたFT−IRスペクトルを、Automatic Correctionでベースライン補正をする。
(viii)1730cm−1以上1740cm−1以下の範囲の吸収ピーク強度の最大値を算出する。(Pa1、アルキレン基)
(ix)1680cm−1と1690cm−1の吸収ピーク強度の平均値を算出する。(Pa2、ウレタンのカルボニル基)
(x)得られたPa1、Pa2を用いて、含有比率を求める。
(2)軟化点(Tm)
軟化点(Tm)は、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測定する。
軟化点(Tm)は、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測定する。
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ながら溶融し、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、この際のピストンの降下量(mm)と温度(℃)から流動曲線をグラフ化できる。
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(流出終了点、Smaxとする)と、流出が開始した時点におけるピストンの降下量(最低点、Sminとする)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を、1/2法における溶融温度とする。
試料には、1.2gの試料を、25℃の環境下で、錠剤成型圧縮機(例えば、標準手動式ニュートンプレス NT−100H、エヌピーエーシステム社製)を用いて10MPaで、60秒間圧縮成型し、直径8mmの円柱状としたものを用いる。
測定における具体的な操作は、装置に付属のマニュアルに従って行う。
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:60℃
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):5.0kgf
予熱時間:300秒
ダイの穴の直径:1.0mm
ダイの長さ:1.0mm
測定における具体的な操作は、装置に付属のマニュアルに従って行う。
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:60℃
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):5.0kgf
予熱時間:300秒
ダイの穴の直径:1.0mm
ダイの長さ:1.0mm
(3)融点
融点は示査走査熱量計(DSC)を用いて測定することができる。
具体的には、0.01g〜0.02gの試料をアルミパンに精秤し、昇温速度10℃/minで、20℃から200℃まで昇温し、1回目の昇温におけるDSC曲線を得る。
得られたDSC曲線より、融解吸熱ピークのピーク温度を融点とする。
融点は示査走査熱量計(DSC)を用いて測定することができる。
具体的には、0.01g〜0.02gの試料をアルミパンに精秤し、昇温速度10℃/minで、20℃から200℃まで昇温し、1回目の昇温におけるDSC曲線を得る。
得られたDSC曲線より、融解吸熱ピークのピーク温度を融点とする。
また、トナー中に存在する結晶性ポリエステルの融点も同様の手法で測定できる。その際に、トナー中に存在する離型剤による融点が観察される場合がある。離型剤の融点と結晶性樹脂の融点の判別は、トナーからヘキサン溶媒を使用したソックスレー抽出によって離型剤を抽出し、離型剤単体の示査走査熱量測定を上記方法で行い、得られた融点とトナーの融点を比較することにより行う。
以下、本発明を実施例及び比較例を用いて更に詳細に説明するが、これらは本発明をなんら限定するものではない。
<ヒドロキシ基含有オレフィン系共重合体;EVOH−Aの製造例>
エチレン−酢酸ビニル共重合体A(酢酸ビニルに由来するモノマーユニットの含有量:10質量%、酸価:0mgKOH/g、重量平均分子量:110000、軟化点(Tm):135℃、融点:93℃)100部を、トルエン500mLとエタノール500mLの混合溶媒中に90℃で溶解させた。
エチレン−酢酸ビニル共重合体A(酢酸ビニルに由来するモノマーユニットの含有量:10質量%、酸価:0mgKOH/g、重量平均分子量:110000、軟化点(Tm):135℃、融点:93℃)100部を、トルエン500mLとエタノール500mLの混合溶媒中に90℃で溶解させた。
続いて、水酸化ナトリウム10部を添加し、6時間リフラックスを行った。その後、エタノールで洗浄することでEVOH−A(エチレン−ポバール共重合体;すなわち、ヒドロキシ基含有オレフィン系共重合体)を得た。得られた共重合体の物性を表1に示す。
<ヒドロキシ基含有オレフィン系共重合体;EVOH−B〜EVOH−Gの製造例>
エチレン−酢酸ビニル共重合体Aの代わりに表1に記載の共重合体を使用した以外はEVOH−Aの製造例と同様にEVOH−B〜EVOH−Gを製造した。
エチレン−酢酸ビニル共重合体Aの代わりに表1に記載の共重合体を使用した以外はEVOH−Aの製造例と同様にEVOH−B〜EVOH−Gを製造した。
<ウレタン結合含有オレフィン系共重合体;EUR−Aの製造例>
EVOH−A100部とフェニルイソシアネート0.5部を添加し、ジメチルスルホキシドに溶解させ、60℃の条件により反応させることによって、EUR−A(ウレタン結合含有オレフィン系共重合体A)を得た。得られたウレタン結合含有オレフィン系共重合体の物性を表2に示す。
EVOH−A100部とフェニルイソシアネート0.5部を添加し、ジメチルスルホキシドに溶解させ、60℃の条件により反応させることによって、EUR−A(ウレタン結合含有オレフィン系共重合体A)を得た。得られたウレタン結合含有オレフィン系共重合体の物性を表2に示す。
<ウレタン結合含有オレフィン系共重合体EUR−B〜EUR−Eの製造>
EVOH−Aの代わりにEVOH−B〜EVOH−Eを使用した以外はEUR−Aの製造と同様にして、EUR−B〜EUR−Eを製造した。得られたウレタン結合含有オレフィン系共重合体の物性を表2に示す。
EVOH−Aの代わりにEVOH−B〜EVOH−Eを使用した以外はEUR−Aの製造と同様にして、EUR−B〜EUR−Eを製造した。得られたウレタン結合含有オレフィン系共重合体の物性を表2に示す。
<ウレタン結合含有オレフィン系共重合体EUR−Fの製造>
フェニルイソシアネートの代わりにイソシアン酸ヘキシルとした以外は、EUR−Aの製造と同様にEUR−Fを製造した。得られたウレタン結合含有オレフィン系共重合体の物性を表1に示す。
フェニルイソシアネートの代わりにイソシアン酸ヘキシルとした以外は、EUR−Aの製造と同様にEUR−Fを製造した。得られたウレタン結合含有オレフィン系共重合体の物性を表1に示す。
<ウレタン結合含有オレフィン系共重合体EUR−Gの製造>
フェニルイソシアネート0.5部の代わりにヘキサメチレンジイソシアネート0.6部を用いた以外は、EUR−Aの製造と同様にEUR−Gを製造した。得られたウレタン結合含有オレフィン系共重合体の物性を表1に示す。
フェニルイソシアネート0.5部の代わりにヘキサメチレンジイソシアネート0.6部を用いた以外は、EUR−Aの製造と同様にEUR−Gを製造した。得られたウレタン結合含有オレフィン系共重合体の物性を表1に示す。
<ウレタン結合含有オレフィン系共重合体EUR−H、EUR−Iの製造>
EVOH−Aの代わりにEVOH−F、EVOH−Gを使用した以外はEUR−Aの製造と同様にして、EUR−H、EUR−Iを製造した。得られたウレタン結合含有オレフィン系共重合体の物性を表1に示す。
EVOH−Aの代わりにEVOH−F、EVOH−Gを使用した以外はEUR−Aの製造と同様にして、EUR−H、EUR−Iを製造した。得られたウレタン結合含有オレフィン系共重合体の物性を表1に示す。
<非晶性樹脂Aの製造例>
・ポリオキシプロピレン(2.8)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
:100モル部
・テレフタル酸 :100モル部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対を備えた反応槽に、上記モル比にてモノマー成分を投入し、上記混合物100質量部に対しオルトチタン酸テトライソプロピル0.10質量部を加え、次に反応槽内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた。
・ポリオキシプロピレン(2.8)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
:100モル部
・テレフタル酸 :100モル部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対を備えた反応槽に、上記モル比にてモノマー成分を投入し、上記混合物100質量部に対しオルトチタン酸テトライソプロピル0.10質量部を加え、次に反応槽内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた。
さらに、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、1時間維持した後、180℃まで冷却し、ポリエステルである非晶性樹脂Aを得た。得られた非晶性樹脂Aは、ピーク分子量(Mp)が5000、軟化点(Tm)が110℃、ガラス転移温度(Tg)が60℃であった。また、SP値(SP1)が11.1であった。
<非晶性樹脂Bの製造例>
・ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
:100モル部
・テレフタル酸 :100モル部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対を備えた反応槽に、上記モル比にてモノマー成分を投入し、上記混合物100質量部に対しオルトチタン酸テトライソプロピル0.10質量部を加え、次に反応槽内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた。
・ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
:100モル部
・テレフタル酸 :100モル部
冷却管、攪拌機、窒素導入管、及び、熱電対を備えた反応槽に、上記モル比にてモノマー成分を投入し、上記混合物100質量部に対しオルトチタン酸テトライソプロピル0.10質量部を加え、次に反応槽内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、200℃の温度で撹拌しつつ、4時間反応させた。
さらに、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、1時間維持した後、180℃まで冷却し、ポリエステルである非晶性樹脂Bを得た。得られた非晶性樹脂Bは、ピーク分子量(Mp)が5000、軟化点(Tm)が105℃、ガラス転移温度(Tg)が57℃であった。また、SP値(SP1)が11.5であった。
<非晶性樹脂Cの製造例>
・スチレン 70質量部
・アクリル酸n−ブチル 24質量部
・マレイン酸モノブチル 6質量部
・2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン
1質量部
四つ口フラスコ内でキシレン200質量部を撹拌しながら四つ口フラスコ内を十分に窒素で置換し、120℃に昇温させた後、上記各成分を3.5時間かけて四つ口フラスコ内に滴下した。更にキシレン還流下で重合を完了し、減圧下で溶媒を蒸留除去してビニル系樹脂である非晶性樹脂Cを得た。得られた非晶性樹脂Cは、ピーク分子量(Mp)が25000、軟化点(Tm)が120℃、ガラス転移温度(Tg)が56℃であった。また、SP値(SP1)が10.5であった。
・スチレン 70質量部
・アクリル酸n−ブチル 24質量部
・マレイン酸モノブチル 6質量部
・2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン
1質量部
四つ口フラスコ内でキシレン200質量部を撹拌しながら四つ口フラスコ内を十分に窒素で置換し、120℃に昇温させた後、上記各成分を3.5時間かけて四つ口フラスコ内に滴下した。更にキシレン還流下で重合を完了し、減圧下で溶媒を蒸留除去してビニル系樹脂である非晶性樹脂Cを得た。得られた非晶性樹脂Cは、ピーク分子量(Mp)が25000、軟化点(Tm)が120℃、ガラス転移温度(Tg)が56℃であった。また、SP値(SP1)が10.5であった。
<結晶性ポリエステルAの製造例>
セバシン酸 100モル部
1,9−ノナンジオール 200モル部
十分に加熱乾燥した二口フラスコに、上記のモノマー成分を投入し、上記混合物100質量部に対しオルトチタン酸テトライソプロピル0.10質量部を加え、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ちながら昇温した後、230℃で縮重合反応させ、さらに減圧して250℃に昇温することで結晶性ポリエステルA(重量平均分子量:19500、融点:72℃)を得た。また、SP値(SP2)が9.8であった。
セバシン酸 100モル部
1,9−ノナンジオール 200モル部
十分に加熱乾燥した二口フラスコに、上記のモノマー成分を投入し、上記混合物100質量部に対しオルトチタン酸テトライソプロピル0.10質量部を加え、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ちながら昇温した後、230℃で縮重合反応させ、さらに減圧して250℃に昇温することで結晶性ポリエステルA(重量平均分子量:19500、融点:72℃)を得た。また、SP値(SP2)が9.8であった。
<結晶性ポリエステルBの製造例>
セバシン酸をアジピン酸に変え、1,9−ノナンジオールを1,6−ヘキサンジオールに変更した以外は結晶性ポリエステルAの製造と同様にして結晶性ポリエステルB(重量平均分子量:18900、融点:60℃)を得た。また、SP値(SP2)が10.0であった。
セバシン酸をアジピン酸に変え、1,9−ノナンジオールを1,6−ヘキサンジオールに変更した以外は結晶性ポリエステルAの製造と同様にして結晶性ポリエステルB(重量平均分子量:18900、融点:60℃)を得た。また、SP値(SP2)が10.0であった。
<結晶性ポリエステルCの製造例>
セバシン酸を1,10−デカンジカルボン酸に変え、1,9−ノナンジオールを1,12−ドデカンジオールに変更した以外は結晶性ポリエステルAの製造と同様にして結晶性ポリエステルC(重量平均分子量:18900、融点:86℃)を得た。また、SP値(SP2)が9.5であった。
セバシン酸を1,10−デカンジカルボン酸に変え、1,9−ノナンジオールを1,12−ドデカンジオールに変更した以外は結晶性ポリエステルAの製造と同様にして結晶性ポリエステルC(重量平均分子量:18900、融点:86℃)を得た。また、SP値(SP2)が9.5であった。
<結晶性ポリエステルDの製造例>
セバシン酸を1,12−ドデカンジカルボン酸に変え、1,9−ノナンジオールを1,12−ドデカンジオールに変更した以外は結晶性ポリエステルAの製造と同様にして結晶性ポリエステルD(重量平均分子量:18900、融点:88℃)を得た。また、SP値(SP2)が9.3であった。
セバシン酸を1,12−ドデカンジカルボン酸に変え、1,9−ノナンジオールを1,12−ドデカンジオールに変更した以外は結晶性ポリエステルAの製造と同様にして結晶性ポリエステルD(重量平均分子量:18900、融点:88℃)を得た。また、SP値(SP2)が9.3であった。
<結晶性ポリエステルEの製造例>
セバシン酸をテレフタル酸に変え、1,9−ノナンジオールを1,12−ドデカンジオールに変更した以外は結晶性ポリエステルAの製造と同様にして結晶性ポリエステルE(重量平均分子量:12500、融点:123℃)を得た。また、SP値(SP2)が10.4であった。
セバシン酸をテレフタル酸に変え、1,9−ノナンジオールを1,12−ドデカンジオールに変更した以外は結晶性ポリエステルAの製造と同様にして結晶性ポリエステルE(重量平均分子量:12500、融点:123℃)を得た。また、SP値(SP2)が10.4であった。
<トナー粒子の製造例1>
・非晶性樹脂A 71.5質量部
・結晶性ポリエステルA 12質量部
・ウレタン結合含有オレフィン系共重合体;EUR−A 6質量部
・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89℃) 5質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5質量部
・3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 0.5質量部
上記材料をヘンシェルミキサー(FM−75型、日本コークス工業株式会社製)を用いて、回転数20s−1、回転時間5minで混合した後、温度130℃に設定した二軸混練機(PCM−30型、株式会社池貝製)にて吐出温度140℃にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T−250、フロイントターボ(株)製)にて微粉砕した。さらにファカルティF−300(ホソカワミクロン社製)を用い、分級を行い、トナー粒子1を得た。運転条件は、分級ローター回転数を130s−1、分散ローター回転数を120s−1とした。
・非晶性樹脂A 71.5質量部
・結晶性ポリエステルA 12質量部
・ウレタン結合含有オレフィン系共重合体;EUR−A 6質量部
・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89℃) 5質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5質量部
・3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 0.5質量部
上記材料をヘンシェルミキサー(FM−75型、日本コークス工業株式会社製)を用いて、回転数20s−1、回転時間5minで混合した後、温度130℃に設定した二軸混練機(PCM−30型、株式会社池貝製)にて吐出温度140℃にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T−250、フロイントターボ(株)製)にて微粉砕した。さらにファカルティF−300(ホソカワミクロン社製)を用い、分級を行い、トナー粒子1を得た。運転条件は、分級ローター回転数を130s−1、分散ローター回転数を120s−1とした。
得られたトナー粒子1 100部に、ヘキサメチルジシラザン4質量%で表面処理したBET比表面積25m2/gの疎水性シリカ微粒子1.0部、ポリジメチルシロキサン10質量%で表面処理したBET比表面積100m2/gの疎水性シリカ微粒子0.8部を添加し、ヘンシェルミキサー(FM−75型、日本コークス工業株式会社製)で回転数30s−1、回転時間10minの条件で混合して、トナー1を得た。
<トナーの製造例2〜20>
トナーの製造例1において、処方を表3に記載するように変更する以外は同様にして、トナー2〜20を得た。
トナーの製造例1において、処方を表3に記載するように変更する以外は同様にして、トナー2〜20を得た。
また、各トナーにおける各成分のSP値、およびそれらの関係について、表4に示す。
<実施例1〜15、比較例1〜5>
上記トナー1〜15(実施例)、トナー16〜20(比較例)を用いて、下記の評価を実施した。結果を表5に示す。
上記トナー1〜15(実施例)、トナー16〜20(比較例)を用いて、下記の評価を実施した。結果を表5に示す。
トナー20については、後述する現像耐久性の評価において、トナーの帯電性が大きく悪化し、トナーが飛散して同一条件での比較困難であり、評価できなかった。
<低温定着性の評価>
トナー1〜20と、シリコーン樹脂で表面コートしたフェライトキャリア(平均粒径42μm)とを、トナー濃度が8質量%になるように混合して、二成分現像剤を調製した。当該二成分現像剤を市販のフルカラーデジタル複写機(CLC1100、キヤノン社製)に充填し、受像紙(64g/m2)上に未定着のトナー画像(0.6mg/cm2)を形成した。市販のフルカラーデジタル複写機(imageRUNNER ADVANCE C5051、キヤノン製)から取り外した定着ユニットを定着温度が調節できるように改造し、常温常湿下、プロセススピードを246mm/秒に設定して、定着試験を行った。得られた定着画像の画像部に対して平らな重りで4.9kPaの荷重をかけつつ、5往復移動させることで折り曲げた。その後、折り曲げた画像部を4.9kPaの荷重をかけたシルボン紙で5往復摺擦し、摺擦前後の画像濃度の濃度低下率を測定した。濃度低下率10%以下の画像を定着可能であると判断した。
トナー1〜20と、シリコーン樹脂で表面コートしたフェライトキャリア(平均粒径42μm)とを、トナー濃度が8質量%になるように混合して、二成分現像剤を調製した。当該二成分現像剤を市販のフルカラーデジタル複写機(CLC1100、キヤノン社製)に充填し、受像紙(64g/m2)上に未定着のトナー画像(0.6mg/cm2)を形成した。市販のフルカラーデジタル複写機(imageRUNNER ADVANCE C5051、キヤノン製)から取り外した定着ユニットを定着温度が調節できるように改造し、常温常湿下、プロセススピードを246mm/秒に設定して、定着試験を行った。得られた定着画像の画像部に対して平らな重りで4.9kPaの荷重をかけつつ、5往復移動させることで折り曲げた。その後、折り曲げた画像部を4.9kPaの荷重をかけたシルボン紙で5往復摺擦し、摺擦前後の画像濃度の濃度低下率を測定した。濃度低下率10%以下の画像を定着可能であると判断した。
(評価基準)
A:130℃以下の温度領域で定着が可能
B:130℃より高く、140℃以下の温度領域で定着が可能
C:140℃より高く、150℃以下の温度領域で定着が可能
D:150℃より高い温度領域にしか定着可能領域がない
A:130℃以下の温度領域で定着が可能
B:130℃より高く、140℃以下の温度領域で定着が可能
C:140℃より高く、150℃以下の温度領域で定着が可能
D:150℃より高い温度領域にしか定着可能領域がない
<現像耐久性の評価>
低温定着性の評価と同様にして調製した二成分現像剤280gを、市販のフルカラーデジタル複写機(imagePRESS C1 キヤノン製)の現像ユニットに充填した。この複写機を用いて、室温30℃、湿度80%RHの条件下、プロセススピード500mm/秒で、トナーを消費しないモードでの運転を連続的に1時間行った。トナーを消費しないモードでの運転前後における、画像濃度の変化を、現像耐久性として評価した。評価結果を表5に示す。
低温定着性の評価と同様にして調製した二成分現像剤280gを、市販のフルカラーデジタル複写機(imagePRESS C1 キヤノン製)の現像ユニットに充填した。この複写機を用いて、室温30℃、湿度80%RHの条件下、プロセススピード500mm/秒で、トナーを消費しないモードでの運転を連続的に1時間行った。トナーを消費しないモードでの運転前後における、画像濃度の変化を、現像耐久性として評価した。評価結果を表5に示す。
(評価基準)
A:画像濃度差が0.05未満(非常に良好)
B:画像濃度差が0.05以上、0.08未満(良好)
C:画像濃度差が0.08以上、0.12未満(本発明において許容レベル)
D:画像濃度差が0.12以上(本発明において許容できないレベル)
A:画像濃度差が0.05未満(非常に良好)
B:画像濃度差が0.05以上、0.08未満(良好)
C:画像濃度差が0.08以上、0.12未満(本発明において許容レベル)
D:画像濃度差が0.12以上(本発明において許容できないレベル)
Claims (6)
- 非晶性樹脂、結晶性ポリエステルおよびウレタン結合含有オレフィン系共重合体を含有するトナー粒子を含有するトナーであって、
前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体は、
(i)下記式(1)で表されるモノマーユニットZ1と、
(ii)下記式(2)で表されるモノマーユニット及び下記式(3)で表されるモノマーユニットからなる群より選択されるモノマーユニットZ2と、
を有し、
前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のウレタン結合濃度が2質量%以上24質量%以下であり、
前記トナー粒子中の前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体の含有量が、前記トナー粒子中の結晶性ポリエステル100質量部に対して、10質量部以上100質量部以下であり、
前記非晶性樹脂のSP値をSP1、前記結晶性ポリエステルのSP値をSP2、及び前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体のSP値をSP3としたとき、前記SP1、SP2及びSP3が、以下の関係
0.50≦SP1−SP2≦1.75
0.10≦SP2−SP3≦1.25
を満たすことを特徴とするトナー。
(式中、R1はHまたはCH3であり、R2はHまたはCH3であり、R3は任意の有機基であり、R4はHまたはCH3であり、R5は任意の有機基である。) - 前記SP1及びSP3が、以下の関係
1.00≦SP1−SP3≦2.50
を満たす請求項1に記載のトナー。 - 前記ウレタン結合含有オレフィン系共重合体を構成する全モノマーユニットのモル数を基準として、前記モノマーユニットZ1のモル割合(mol%)をx、前記モノマーユニットZ2のモル割合(mol%)をyとしたとき、(x+y)の値が、95mol%以上である、請求項1または2に記載のトナー。
- 前記結晶性ポリエステルが、炭素数6〜14の脂肪族ジオール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコールからなる群から選択される少なくとも1種のジオールを主成分として含有するアルコール成分と炭素数6〜14の脂肪族ジカルボン酸を主成分として含有するカルボン酸成分との縮重合物である請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記非晶性樹脂が、非晶性ポリエステルである請求項1〜4のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記非晶性ポリエステルが、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物を50モル%以上含むアルコール成分とカルボン酸成分との縮重合物である請求項5に記載のトナー。
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