JP2021018335A - トナー及びトナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
具体的には、一つのカートリッジでより多くの紙に印刷でき、かつ画質は耐久を通じて高い品質を維持できるようにする必要がある。そのためにトナーとしては、耐久を通してトナー表面の変化がなく、耐久末期においてもトナーの流動性変化がないことが要求されている。また、カートリッジとしては、帯電ローラ、感光体ドラムなどの各部材へのトナー汚染やトナーによるキズを無くすことが要求されている。
特許文献1には、疎水化不定形シリコーン樹脂粒子を用いることで、感光体ドラムのキズを抑制することが可能であるトナーが開示されている。
特許文献2には、ポリメチルシルセスキオキサン微粒子のトナー母粒子からの脱離を抑え、画像不良や画像形成装置内の汚染の改善を目的として、非結晶性樹脂および結晶性樹脂を含んだトナー母粒子と、個数平均粒径が10nm以上100nm未満であるポリオルガノシルセスキオキサン微粒子を含んだ外添剤とを含むトナーが開示されている。
つまり、本発明の目的は、画像弊害なく安定した現像性を発揮し高画質を維持することが可能なトナー及びトナーの製造方法を提供することにある。
前記有機ケイ素重合体は、前記トナー母粒子表面に固着し、
前記有機ケイ素重合体粒子は、荷重2μNにおけるインテンデーション硬さが0.10GPa以上1.50GPa以下であり、一次粒子の個数平均径が35nm以上300nm以下であり、10Hzで測定される比誘電率εraが3.5以下であることを特徴とするトナーに関する。
また、本発明は、結着樹脂、ワックス、および着色剤を含有するトナー母粒子と、有機ケイ素重合体粒子とを有するトナー粒子を含むトナーの製造方法であって、
前記トナー母粒子と、前記微粒子とを混合し、その後、熱風により前記トナー母粒子の表面処理を行う工程を有し、
前記有機ケイ素重合体粒子は、荷重2μNにおけるインテンデーション硬さが0.10GPa以上1.50GPa以下であり、一次粒子の個数平均径が35nm以上300nm以下であり、10Hzで測定される比誘電率εraが3.5以下であることを特徴とするトナーの製造方法に関する。
微小硬さ試験機:Triboindenter TI950(ブルカージャパン株式会社製)
測定モード:準静的押し込み試験(荷重制御モード)
圧子:バーコビッチ圧子
まず、トナー上の有機ケイ素重合体粒子の位置を特定するために、下記条件で走査イメージ像を取得した。
Setpoint:1μN
Scan Rate:1Hz
Tip Velocity:10μm/sec
次に、得られた走査イメージ像から凸構造物の位置を特定し、下記条件で押し込み試験を行なった。
最大押し込み荷重:2μN
押し込み時間:5秒
保持時間:2秒
除荷時間:5秒
上記条件で得られた荷重変位曲線を用いて、インデンテーション硬さを算出した。なお、計算は装置の専用ソフトで行なった。
トナー中に含まれる有機ケイ素重合体粒子の同定方法はSEMによる形状観察およびEDSによる元素分析を組み合わせて行うことができる。
トナー中に含まれる有機ケイ素重合体の構成化合物の組成と比率の同定には、NMRを用いる。
超音波処理装置:超音波式ホモジナイザーVP−050(タイテック株式会社製)
マイクロチップ:ステップ型マイクロチップ、先端径φ2mm
マイクロチップの先端位置:ガラスバイアルの中央部、且つバイアル底面から5mmの高さ
超音波条件:強度30%、30分。このとき、分散液が昇温しないようにバイアルを氷水で冷却しながら超音波を掛ける。
装置:JNM−ECX5002 (JEOL RESONANCE)
温度:室温
測定法:DDMAS法 29Si 45°
試料管:ジルコニア3.2mmφ
試料:試験管に粉末状態で充填
試料回転数:10kHz
relaxation delay :180s
Scan:2000
装置:JEOLRESONANCE製JNM−ECX500II
試料管:3.2mmφ
試料:NMR測定用のトナー粒子のテトラヒドロフラン不溶分150mg
測定温度:室温
パルスモード:CP/MAS
測定核周波数:123.25MHz(13C)
基準物質:アダマンタン(外部標準:29.5ppm)
試料回転数:20kHz
コンタクト時間:2ms
遅延時間:2s
積算回数:1024回
装置:JNM−ECX5002 (JEOL RESONANCE)
温度:室温
測定法:DDMAS法 29Si 45°
試料管:ジルコニア3.2mmφ
試料:試験管に粉末状態で充填
試料回転数:10kHz
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Scan:2000
X1構造:(Ri)(Rj)(Rk)SiO1/2 (A1)
X2構造:(Rg)(Rh)Si(O1/2)2 (A2)
X3構造:RmSi(O1/2)3 (A3)
X4構造:Si(O1/2)4 (A4)
外添剤の一次粒子の個数平均粒径の測定は、走査型電子顕微鏡「S−4800」(商品名;日立製作所製)を用いて行う。外添剤が外添されたトナーを観察して、最大5万倍に拡大した視野において、ランダムに100個の外添剤の一次粒子の長径を測定して個数平均粒径を求める。観察倍率は、有機ケイ素重合体粒子の大きさによって適宜調整する。
トナー中に含まれる有機ケイ素重合体粒子からなる外添剤の含有量は以下の方法で求めることができる。
50mL容量のバイアルに「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30質量%水溶液20gを秤量し、トナー1gと混合する。
(i)使用装置の例
蛍光X線分析装置3080(理学電気(株))
(ii)サンプル調製
サンプルの調製は、試料プレス成型機MAEKAWA Testing Machine(MFG Co,LTD製)を使用する。アルミリング(型番:3481E1)にトナー0.5gを入れて5.0トンの荷重に設定し1minプレスし、ペレット化させる。
(iii)測定条件
測定径:10φ
測定電位、電圧 50kV、50〜70mA
2θ角度 25.12°
結晶板 LiF
測定時間 60秒
(iv)有機ケイ素重合体粒子の固着率の算出方法について
[式]有機ケイ素重合体の固着率(%)=(処理後トナー中の有機ケイ素重合体粒子の定量値/処理前トナーの有機ケイ素重合体粒子の定量値)×100
有機ケイ素重合体粒子の比誘電率の測定には、電源、電流計としてSI 1260 electrochemical interface(東陽テクニカ製)、電流アンプとして1296 dielectric interface(東陽テクニカ製)を用いる。
ε=dC/ε0S
d:測定試料の厚さ(m)
C:キャパシタンス(F)
ε0:真空の誘電率(F/m)
S:電極面積(m2)
有機ケイ素重合体粒子の形状係数SF−1は走査型電子顕微鏡(SEM)「S−4800」(日立製作所製)を用いて、トナーを観察し、以下のように算出した。
SF−1=(粒子の最大長)2/粒子の面積×π/4×100
トナーの軟化点(1/2法)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」((株)島津製作所製)を用い、装置付属のマニュアルに従って行う。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。
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
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(株)製)によって、校正作業時の測定および解析条件で測定する。
円形度C=2×(π×S)1/2/L
トナーの重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する。
(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、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30mL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(株)製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を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(株)製)を準備する。超音波分散器の水槽内に3.3lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを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)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)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が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「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
(第一工程)
温度計、撹拌機を備えた反応容器に、水:360.0部を入れ、濃度5.0質量%の塩酸:15.0部を添加して均一溶液とした。これを温度25℃で撹拌しながらメチルトリメトキシシラン133.0部を添加し、5時間撹拌した後、濾過してシラノール化合物またはその部分縮合物を含む透明な反応液を得た。
温度計、撹拌機、滴下装置を備えた反応容器に、水:540.0部を入れ、濃度10.0質量%のアンモニア水:17.0部を添加して均一溶液とした。これを温度35℃で撹拌しながら第一工程で得られた反応液100部を0.5時間かけて滴下し、6時間撹拌し懸濁液を得た。得られた懸濁液を遠心分離器にかけて微粒子を沈降させ取り出し、温度200℃の乾燥機で24時間乾燥させてポリアルキルシルセスキオキサンからなる有機ケイ素重合体粒子1を得た。
シラン化合物、反応開始温度、触媒添加量、滴下時間を表1に記載の様に変更した以外は、有機ケイ素重合体粒子1の製造例と同様にして、有機ケイ素重合体粒子2乃至14を得た。得られた有機ケイ素重合体粒子2〜14の物性を表1に示す。
冷却管、撹拌機、および、窒素導入管のついた反応槽中に、以下の材料を秤量した。
テレフタル酸:22.5部
無水トリメリット酸:2.7部
ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン 74.8部
チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート):0.3部
結着樹脂1:100.0部
パラフィンワックス(HNP−9 日本精蝋):5.0部
C.I.ピグメントブルー15:3:5.0部
3.5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物:0.5部
上記材料をヘンシェルミキサー(「FM−75型」、三井三池化工機(株)製)でよく混合した後、温度140℃に設定した二軸混練機(「PCM−30型」、池貝鉄工(株)製)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、高圧気体を用いた衝突式気流粉砕機を用いて微粉砕した。次に、コアンダ効果を利用した風力分級機(「エルボージェットラボEJ−L3」、日鉄鉱業(株)製)で分級して微粉および粗粉を同時に分級除去し、トナー母粒子1を得た。
<結着樹脂粒子分散液の調製>
スチレン89.5部、アクリル酸ブチル9.2部、アクリル酸1.3部、n−ラウリルメルカプタン3.2部を混合し溶解させた。この溶液にネオゲンRK(第一工業製薬社製)1.5部のイオン交換水150部の水溶液を添加して、分散させた。さらに10分間ゆっくりと撹拌しながら、過硫酸カリウム0.3部のイオン交換水10部の水溶液を添加した。窒素置換をした後、70℃で6時間乳化重合を行った。重合終了後、反応液を室温まで冷却し、イオン交換水を添加することで固形分濃度が12.5質量%、体積基準のメジアン径が0.2μmの樹脂粒子分散液を得た。
ワックス(ベヘン酸ベヘニル、融点:72.1℃)100部、ネオゲンRK15部をイオン交換水385部に混合させ、湿式ジェットミル JN100((株)常光製)を用いて約1時間分散してワックス分散液を得た。ワックス分散液の濃度は20質量%であった。
着色剤としてカーボンブラック「Nipex35(オリオンエンジニアドカーボンズ社製)」100部、ネオゲンRK15部をイオン交換水885部に混合させ、湿式ジェットミル JN100を用いて約1時間分散して着色剤分散液を得た。
樹脂粒子分散液265部、ワックス分散液10部、着色剤分散液10部をホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて分散させる。撹拌しながら容器内の温度を30℃に調整して、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpH=8.0に調整した。凝集剤として、硫酸マグネシウム0.3部をイオン交換水10部に溶解した水溶液を、30℃撹拌下、10分間かけて添加した。3分間放置した後に昇温を開始し、50℃まで昇温し、会合粒子の生成を行った。その状態で、「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)にて会合粒子の粒径を測定する。重量平均粒径が6.5μmになった時点で、塩化ナトリウム3.0部とネオゲンRK8.0部を添加して粒子成長を停止させた。
トナー母粒子1:100.0部
有機ケイ素重合体粒子1:2.0部
上記材料をヘンシェルミキサー(「FM−75型」、三井三池化工機(株)製)に投入し、回転羽根の周速を35m/秒とし、混合時間5分で混合することにより、トナー母粒子1の表面に、有機ケイ素重合体粒子1を付着させた。
トナー母粒子、有機ケイ素重合体粒子の粒子種、有機ケイ素重合体粒子の添加部数・熱風処理前の混合、熱風の吐出温度を表3に記載するように変えた以外は、トナーの製造例1と同様にトナー2〜16およびトナー18〜22を作製した。
トナー母粒子1:100.0部
有機ケイ素重合体粒子1:2.0部
上記材料を、上記の配合比で合計10.0kgになるようにそれぞれ秤量し、900mm×700mmのポリ袋に投入する。中身が漏れないように袋に封をして、両手で持ち上げて5回振とうさせる。その後の表面改質工程以降は、トナーの製造例1と同様にしてトナー17を作製した。
トナー23は、熱風を用いた表面処理工程を用いないで作製した。
<有機ケイ素重合体粒子の固着率測定>
上述の測定で、トナー1〜23の固着率を測定し表4に記載した。
部材汚染、耐久性の観点で下記(1)〜(3)の評価手法と判断基準をもって評価した。各種評価を、キヤノン製レーザービームプリンタLBP652Cの定着温度、プロセススピードが調整できるように改造し、またカートリッジの容器容量を拡大しトナー充填量を増加して各トナーを充填し以下の評価を行った。
15℃/10%RHの環境下、上記耐久現像性評価の24000枚出力時、感光体表面のキズを、ルーペを用いて観察した。評価基準は以下の通りである。
A:感光体ドラム表面に全くキズは存在しない。
B:感光体ドラム表面に、幅1.0μm未満の細かい傷が存在する。
C:感光体ドラム表面に、幅1.0μm以上5.0μm未満の傷が存在する。
D:感光体ドラム表面に、幅5.0μm以上の傷が存在する。(実用不可レベル)
30℃/80%RHの環境下、上記耐久現像性評価の24000枚出力時の帯電ローラ(「ローラ形状の帯電部材」)の汚染性の評価を行った。耐久前後の一定交流電圧印加で帯電ローラの帯電交流電流値を測定し(帯電ローラが汚染されると抵抗が高くなり帯電電流が低下する現象が生じる)、電流の低下量を汚染性として以下の基準で評価した。
電流の低下量(mA)=(初期の電流値)−(耐久後の電流値)
A:電流の低下量が0.10mA未満
B:電流の低下量が0.10mA以上0.30mA未満
C:電流の低下量が0.30mA以上0.50mA未満
D:電流の低下量が0.50mA以上(実用不可レベル)
15℃/10%RHの環境下、初期および24000枚出力時のカブリ濃度を、非画像部の反射率(%)を「REFLECTOMETER MODEL TC−6DS」(東京電色社製)で測定した。得られた反射率を、同様にして測定した未使用のプリントアウト用紙(標準紙)の反射率(%)から差し引いた数値(%)を用いて評価した。数値が小さい程、画像カブリが抑制されていることになる。
A:1.0%未満
B:1.0%以上2.0%未満
C:2.0%以上5.0%未満
D:5.0%以上(実用上許容し難い水準)
Claims (9)
- 結着樹脂、ワックス、および着色剤を含有するトナー母粒子と、有機ケイ素重合体粒子とを有するトナー粒子を含むトナーであって、
前記有機ケイ素重合体は、前記トナー母粒子表面に固着し、
前記有機ケイ素重合体粒子は、荷重2μNにおけるインテンデーション硬さが0.10GPa以上1.50GPa以下であり、一次粒子の個数平均径が35nm以上300nm以下であり、10Hzで測定される比誘電率εraが3.5以下であることを特徴とするトナー。 - 前記有機ケイ素重合体粒子の配合比が、トナー母粒子100質量部に対して、0.5質量部以上6.0質量部以下である請求項1に記載のトナー。
- 前記有機ケイ素重合体粒子は、形状係数SF−1が114以下である請求項1又は2に記載のトナー。
- 前記有機ケイ素重合体粒子が、ケイ素原子と酸素原子とが交互に結合した構造を有し、前記有機ケイ素重合体微粒子の一部がRaSiO3/2で表されるT単位構造を有し、
前記Raは炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基を表し、
前記有機ケイ素重合体粒子のクロロホルム不溶分を用いた29Si−NMR測定において、前記クロロホルム不溶分に含有される全ケイ素元素に由来するピークの合計面積に対する、T単位構造を有するケイ素に由来するピークの面積の割合が、0.50以上1.00以下である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のトナー。 - 結着樹脂、ワックス、および着色剤を含有するトナー母粒子と、有機ケイ素重合体粒子とを有するトナー粒子を含むトナーの製造方法であって、
前記トナー母粒子と、前記微粒子とを混合し、その後、熱風により前記トナー母粒子の表面処理を行う工程を有し、
前記有機ケイ素重合体粒子は、荷重2μNにおけるインテンデーション硬さが0.10GPa以上1.50GPa以下であり、一次粒子の個数平均径が35nm以上300nm以下であり、10Hzで測定される比誘電率εraが3.5以下であることを特徴とするトナーの製造方法。 - 前記熱風の温度が、前記トナーの軟化点以上である請求項5に記載のトナーの製造方法。
- 前記有機ケイ素重合体粒子の配合比が、トナー母粒子100質量部に対して、0.5質量部以上6.0質量部以下である請求項5又は6に記載のトナーの製造方法。
- 前記有機ケイ素重合体粒子は、形状係数SF−1が114以下である請求項5乃至7のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
- 前記有機ケイ素重合体粒子が、ケイ素原子と酸素原子とが交互に結合した構造を有し、前記有機ケイ素重合体微粒子の一部がRaSiO3/2で表されるT単位構造を有し、
前記Raは炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基を表し、
前記有機ケイ素重合体粒子のクロロホルム不溶分を用いた29Si−NMR測定において、前記クロロホルム不溶分に含有される全ケイ素元素に由来するピークの合計面積に対する、T単位構造を有するケイ素に由来するピークの面積の割合が、0.50以上1.00以下である請求項5乃至8のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
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Citations (3)
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JPS63101854A (ja) * | 1986-10-20 | 1988-05-06 | Toshiba Silicone Co Ltd | 静電荷像現像剤 |
JP2017122873A (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | コニカミノルタ株式会社 | トナー |
WO2018003749A1 (ja) * | 2016-06-30 | 2018-01-04 | 日本ゼオン株式会社 | 静電荷像現像用トナー |
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