JP2021152593A - トナー及びトナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
これらを両立するため、トナーのコアとなる樹脂の表面をシェル樹脂で被覆した、コアシェル構造のトナーが提案されている。
特許文献2には、定着性と保存性との両方に優れるトナーが開示されている。このトナーは、トナーのコアの表面に形成されたシェル層に、それぞれコアを露出させる複数の凹部が形成されている
特許文献3には、保存性と低温定着性に優れるトナーとして、トナーコアの表面に複数の凹部を有し、シェル層がトナーコアの表面領域における該凹部の内部領域と該凹部の外部領域の両方に存在するトナーが開示されている。
特許文献2に記載のトナーは、シェル層にコアを露出させる複数の凹部を形成させることでトナー粒子の硬度分布を制御していると考えられる。しかしながら、シェル層における凹部の数が十分ではなく、特許文献1に記載のトナーと同様に低温定着性に改善の余地があることが分かった。また、温度や湿度が急激に変化する過酷な環境での保存安定性について、特許文献2では検討されていない。
特許文献3に記載のトナーは、保存性と耐久性が十分ではないことが分かった。特許文献3のトナーにおいては、シェル層が凹部の内部領域と凹部の外部領域の両方に存在するが、トナー粒子の被覆が不均一であり、トナーコアが広範囲で露出している領域が多く存在することが分かった。そのため、保存性や外添剤の保持能力が十分ではないと推定された。また、温度や湿度が急激に変化する過酷な環境での保存安定性について、特許文献3
では検討されていない。
本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、優れた低温定着性及び過酷な環境における保存性を有し、優れた耐久性を示すトナー及びトナーの製造方法を提供することである。
結着樹脂を含有するトナー母粒子と、該トナー母粒子の表面に存在する最外層と、を有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナー粒子の表面には複数の凹部が形成され、
透過型電子顕微鏡で観察される該トナー粒子の断面分析において、該最外層の厚さをT(nm)とし、
該トナー粒子における該凹部を、走査型プローブ顕微鏡を用いて該最外層の最表面から該トナー粒子の中心に向けて測定した場合、該凹部の長径をa(nm)、該凹部の短径をb(nm)、該凹部の深さをd(nm)としたとき、
該トナー粒子表面1μm2あたりの、下記式(1)〜(3)を満たす該凹部の個数nが、下記式(4)を満たすことを特徴とする。
50.0≦a≦200.0 (1)
10.0≦b≦70.0 (2)
0.7×T≦d≦1.5×T (3)
30≦n≦200 (4)
結着樹脂を含有するトナー母粒子と、該トナー母粒子の表面を覆う最外層と、を有するトナー粒子を有するトナーの製造方法であって、
該製造方法が、
トナー母粒子の表面に分散剤粒子を付着させる工程と、
該分散剤粒子を付着させた後に、該トナー母粒子の表面に最外層を形成させる工程と、
該最外層を形成した後に、該トナー母粒子の表面から該分散剤粒子を取り除く工程と
を含むことを特徴とする。
該トナー粒子の表面には複数の凹部が形成され、
透過型電子顕微鏡で観察される該トナー粒子の断面分析において、該最外層の厚さをT(nm)とし、
該トナー粒子における該凹部を、走査型プローブ顕微鏡を用いて該最外層の最表面から該トナー粒子の中心に向けて測定した場合、該凹部の長径をa(nm)、該凹部の短径をb(nm)、該凹部の深さをd(nm)としたとき、
該トナー粒子表面1μm2あたりの、下記式(1)〜(3)を満たす該凹部の個数nが、下記式(4)を満たす。
50.0≦a≦200.0 (1)
10.0≦b≦70.0 (2)
0.7×T≦d≦1.5×T (3)
30≦n≦200 (4)
一方で、最外層がトナー粒子の表面に存在する領域が増えると低温定着性が阻害される場合があることが分かった。最外層がトナー母粒子の表面に存在すると、トナー粒子の熱的安定性が向上する傾向がある。そのため、最外層がトナー粒子の表面に存在する領域が増えると最外層がトナー母粒子の熱的性質に与える影響が大きくなり、トナー母粒子が有する低温定着性が低下する場合がある。
トナー粒子の表面における凹部は、トナー母粒子が露出している領域、または最外層の厚さが薄くなっている領域を意味しており、最外層がトナー粒子の表面に存在する領域を減らす役割を果たしていると考察している。また、新たな効果として、トナー粒子の表面に凹部を形成することにより、凹部に外添剤が固定され、長期間使用した場合においても帯電性や流動性が安定化する傾向を示すことが分かった。本発明者は、凹部の大きさと数を制御することで低温定着性に対する阻害の抑制と過酷環境における保存性が両立できると考え、本開示に至った。
該トナー粒子における該凹部を、走査型プローブ顕微鏡を用いて該最外層の最表面から該トナー粒子の中心に向けて測定した場合、該凹部の長径をa(nm)、該凹部の短径をb(nm)、該凹部の深さをd(nm)としたとき、
該トナー粒子表面1μm2あたりの、下記式(1)〜(3)を満たす該凹部の個数nが、下記式(4)を満たす。
50.0≦a≦200.0 (1)
10.0≦b≦70.0 (2)
0.7×T≦d≦1.5×T (3)
30≦n≦200 (4)
該凹部の個数nが30個未満の場合、低温定着性が得られなくなったり、過酷環境での保存性が得られなくなったりする。また、該凹部の個数nが200個より多くなると、過酷環境での保存性が得られなくなる。該凹部の個数nは、低温定着性や耐久性、過酷環境での保存性の観点から、60個以上180個以下が好ましく、100個以上150個以下
がより好ましい。
凹部の個数nは、最外層を形成する際にトナー母粒子に付着させる分散剤粒子の濃度や、最外層を形成する際の加熱温度によって制御することが可能である。具体的には、分散剤粒子の濃度を増やしたり、最外層を形成する際の加熱温度を上げたりするほど、凹部の個数nは多くなる傾向がある。
が好ましく、80.0nm以上170.0nm以下であることがより好ましい。また、同測定で得られた凹部の短径Bは、10.0nm以上70.0nm以下であることが好ましく、20.0nm以上45.0nm以下であることがより好ましい。
凹部の長径Aが50.0nm以上の場合、低温定着性がより向上する傾向がある。また、凹部の短径Bが10.0nm以上の場合、低温定着性がより向上する傾向がある。
一方、凹部の長径Aが200.0nm以下の場合、過酷環境における保存性がより向上する傾向がある。また、凹部の短径Bが70.0nm以下の場合、過酷環境における保存性がより向上する傾向がある。
凹部の長径A、凹部の短径Bは、最外層を形成する際にトナー母粒子に付着させる分散剤粒子の長径及び短径によって制御が可能であり、該分散剤粒子の長径及び短径は、分散剤粒子の生成時における反応温度、せん断条件などによって制御することが可能である。具体的には、分散剤粒子の生成時における反応温度が高く、せん断条件が強いほど凹部の長径A、短径Bは小さくなる傾向がある。
0.7×T≦D≦1.5×T
より好ましくは、Dは、0.8×T(nm)〜1.1×T(nm)である。
Dが0.7×T以上の場合、凹部に存在するトナー母粒子の領域が多くなるため、低温定着性がより向上する傾向がある。一方、Dが1.5×T以下の場合、凹部が深すぎないため、最外層の表面に歪みや外添剤の埋没が生じにくく、耐久性がより向上する傾向がある。
凹部の深さDは、最外層を形成する際にトナー母粒子に付着させる分散剤粒子の濃度や最外層を形成する材料の添加量などによって制御することが可能である。具体的には、分散剤粒子の濃度や最外層を形成する材料の添加量を増やすほど凹部の深さDは大きくなる傾向がある。
250.0<a (5)
100.0<b (6)
長径aが250.0nmより大きく、かつ短径bが100.0nmより大きい凹部の個数Nがトナー粒子表面1μm2あたり10個以下の場合、過酷環境でトナー母粒子同士が接触しにくくなるため、過酷環境での保存性がより向上する傾向がある。
長径aが250.0nmより大きく、かつ短径bが100.0nmより大きい凹部の個数Nは、最外層を形成する際にトナー母粒子に付着させる分散剤粒子の濃度などによって調整可能である。具体的には分散剤粒子の濃度が低いほど、長径aが250.0nmより大きく、かつ短径bが100.0nmより大きい凹部の個数Nは少なくなる傾向がある。
最外層の厚さT(nm)が5.0nm以上の場合、耐久性や、過酷環境での保存性がより向上する傾向がある。一方で最外層の厚さT(nm)が100.0nm以下の場合、低温定着性がより向上する傾向がある。
最外層の厚さT(nm)は、最外層を形成する材料の添加量などによって制御することが可能である。具体的には、最外層を形成する材料の添加量を増やすほど最外層の厚さT(nm)は大きくなる傾向がある。
最外層の厚さT(nm)は、低温定着性や耐久性、過酷環境での保存性を両立する観点から、10.0nm以上60.0nm以下がより好ましい。
最外層は、熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。最外層中の該熱可塑性樹脂の含有量は、例えば50質量%〜100質量%とするとよい。
該熱可塑性樹脂としては、例えば以下の樹脂が挙げられる。
スチレン系樹脂、アクリル系樹脂(例えば、アクリル酸エステル重合体、メタクリル酸重合体など)、オレフィン系樹脂(例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂など)、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、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、及びウレタン樹脂。
また、これらの各樹脂の共重合体、すなわち上記樹脂中に任意の繰り返し単位が導入された共重合体(例えば、スチレンアクリル系樹脂、スチレンブタジエン系樹脂など)も使用可能である。
スチレンアクリル系樹脂を合成するためには、例えば以下に示すような、スチレン系モノマーおよび(メタ)アクリル系モノマーを好適に使用できる。
スチレン系モノマーの好適な例としては、スチレン、アルキルスチレン(例えば、α−メチルスチレン、p−エチルスチレン、4−tert−ブチルスチレンなど)、p−ヒドロキシスチレン、m−ヒドロキシスチレン、ビニルトルエン、α−クロロスチレン、O−クロロスチレン、m−クロロスチレン、p−クロロスチレンなどが挙げられる。
(メタ)アクリル系モノマーの好適な例としては、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルなどが挙げられる。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルの好適な例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸iso−ブチル、(メタ)アクリル酸ブチル、及び(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシルなどが挙げられる。
(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルの好適な例としては、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸3−ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、及び(メタ)アクリル酸4−ヒドロキシブチルなどが挙げられる。
熱硬化性樹脂の好適な例としては、メラミン系樹脂、尿素樹脂、およびグリオキサザール樹脂などが挙げられる。
該熱硬化性樹脂は、メラミン系樹脂を含むことが好ましい。メラミン系樹脂は、例えば
メラミンとホルムアルデヒドとの重縮合物であり、メラミン系樹脂の形成に使用されるモノマーは、例えばメラミンである。
結着樹脂は、スチレンアクリル系樹脂(より好ましくはスチレンアクリル酸アルキルエステル系樹脂)を含有することが好ましい。結着樹脂中のスチレンアクリル系樹脂の含有量は、例えば50質量%〜100質量%とするとよい。
スチレンアクリル系樹脂を合成するためのモノマーは、上述した最外層中の熱可塑性樹脂を合成するためのスチレン系モノマー及び(メタ)アクリル系モノマーと同様のモノマーを好適に用いることができる。
ポリエステル樹脂は、従来公知の2価または3価以上のカルボン酸成分と、2価または3価以上のアルコール成分を縮重合または共縮重合することで得ることができる。
2価または3価以上のカルボン酸成分としては、例えばエステルの誘導体(例えば、酸ハライド、酸無水物、及び低級アルキルエステル)を用いてもよい。ここで、低級アルキルとは、炭素原子数が1〜6のアルキル基を意味する。
2価カルボン酸成分としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、マロン酸、ドデセニルコハク酸などの二塩基酸、及びこれらの無水物又はこれらの低級アルキルエステル、並びに、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸及びシトラコン酸などの脂肪族不飽和ジカルボン酸などを使用することができる。
3価以上のカルボン酸成分としては、例えば、2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、およびこれらの低級アルキルなどを使用することができる。
これらのカルボン酸成分は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
2価のアルコール成分としては、例えば、以下の化合物を挙げることができる。
アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール及び1,3−プロピレングリコール);アルキレンエーテルグリコール(ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコール);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール);ビスフェノール類(ビスフェノールA);脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイド)付加物。
アルキレングリコール及びアルキレンエーテルグリコールのアルキル部分は直鎖状であっても、分岐していてもよい。分岐構造のアルキレングリコールも好ましく用いることができる。
また、3価以上のアルコール成分としては、以下の化合物を挙げることができる。
グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン及びペンタエリスリトール。
これらのアルコール成分は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、酸価や水酸基価の調整を目的として、必要に応じて酢酸及び安息香酸などの1価の酸、シクロヘキサノール及びベンジルアルコールなどの1価のアルコールも使用することができる。
ポリエステル樹脂の合成方法については特に限定されないが、例えばエステル交換法や直接重縮合法を単独で又は組み合わせて用いることができる。
トナー母粒子は、ワックスを含有してもよい。
該ワックスとして、公知のワックスを用いることができる。
具体的には、例えば、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタムに代表される石油系ワックスおよびその誘導体、モンタンワックスおよびその誘導体、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックスおよびその誘導体、ポリエチレンに代表されるポリオレフィンワックスおよびその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックスに代表される天然ワックスおよびその誘導体などが挙げられる。該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、グラフト変性物も含まれる。
また、高級脂肪族アルコールなどのアルコール;ステアリン酸、パルミチン酸などの脂肪族またはその酸アミド、エステル、ケトン;硬化ヒマシ油およびその誘導体、植物ワックス、動物ワックスも使用することができる。
これらのワックスは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、ポリオレフィン、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス、または石油ワックスを使用した場合に、現像性や転写性が向上する傾向があり好ましい。
なお、これらのワックスには、トナーの本開示の効果に影響を与えない範囲で酸化防止剤が添加されていてもよい。
ワックスの含有量は、結着樹脂100.0質量部に対して、1.0質量部以上30.0質量部以上であることが好ましい。ワックスの融点は、30℃以上120℃以下であることが好ましく、より好ましくは60℃以上100℃以下である。
該エステル化合物としては、例えば、ベヘン酸ベヘニル、ステアリン酸ステアリル、パルミチン酸パルミチルなどの1価のアルコールと脂肪族カルボン酸のエステル、または1価のカルボン酸と脂肪族アルコールのエステル;エチレングリコールジステアレート、セバシン酸ジベヘニル、ヘキサンジオールジベヘネートなどの2価のアルコールと脂肪族カルボン酸のエステル、または2価のカルボン酸と脂肪族アルコールのエステル;グリセリントリベヘネートなどの3価のアルコールと脂肪族カルボン酸のエステル、または3価のカルボン酸と脂肪族アルコールのエステル;ペンタエリスリトールテトラステアレート、ペンタエリスリトールテトラパルミテートなどの4価のアルコールと脂肪族カルボン酸のエステル、または4価のカルボン酸と脂肪族アルコールのエステル;ジペンタエリスリトールヘキサステアレート、ジペンタエリスリトールヘキサパルミテートなどの6価のアルコールと脂肪族カルボン酸のエステル、または6価のカルボン酸と脂肪族アルコールのエステル;ポリグリセリンベヘネートのような多価アルコールと脂肪族カルボン酸のエステル、または多価カルボン酸と脂肪族アルコールのエステル。
これらのエステル化合物を用いることによりトナー粒子に可塑効果が発現するため、低温定着性がより向上する。これらの中でも、式(7)または(8)で表されるエステル化合物をワックスが含有することが、耐久性と低温定着性のバランスの観点から、より好ましい。
式(7)または(8)で表されるエステル化合物のなかでも、R1が炭素数2のアルキレン基を示し、R2及びR3が炭素数17の直鎖アルキル基を示す、エチレングリコールジステアレートがさらに好ましい。
トナー母粒子は着色剤を含有してもよい。着色剤として、公知の顔料、染料を用いることができる。耐候性に優れる点から着色剤としては、顔料が好ましい。
シアン系着色剤としては、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及び塩基染料レーキ化合物などが挙げられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62及び66。
マゼンタ系着色剤としては、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及びペリレン化合物などが挙げられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。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、150、166、169、177、184、185、202、206、220、221及び254、並びにC.I.ピグメントバイオレット19。
イエロー系着色剤としては、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、メチン化合物及びアリルアミド化合物などが挙げられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。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、185、191及び194。
黒色着色剤としては、カーボンブラック並びに上記イエロー系着色剤、マゼンタ系着色剤及びシアン系着色剤を用いて黒色に調色されたものが挙げられる。
これらの着色剤は、1種単独で使用してもよく、2種以上の混合物を使用してもよい。さらにはこれらを固溶体の状態で用いることができる。
着色剤の含有量は、結着樹脂100.0質量部に対して1.0質量部以上20.0質量部以下であることが好ましい。
トナー母粒子は、荷電制御剤及び荷電制御樹脂からなる群から選択される少なくとも一を含有してもよい。
荷電制御剤としては、公知のものが利用でき、特に摩擦帯電スピードが速く、かつ、一定の摩擦帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。さらに、トナー粒子を懸濁重合法により製造する場合には、重合阻害性が低く、水系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トナーを負荷電性に制御するものと正荷電性に制御するものがある。
トナーを負荷電性に制御するものとしては、モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、オキシカルボン酸及びジカルボン酸系の金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールのようなフェノール誘導体類、尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、含金属ナフトエ酸系化合物、ホウ素化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン及び荷電制御樹脂などが挙げられる。
トナーを正荷電性に制御する荷電制御剤としては、以下のものが挙げられる。
グアニジン化合物;イミダゾール化合物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートのような4級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩のようなオニウム塩並びにこれらのレーキ顔料;トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、及び、フェロシアン化物);高級脂肪酸の金属塩;荷電制御樹脂。
これら荷電制御剤の中でも、含金属サリチル酸系化合物が好ましく、特にその金属がアルミニウム又はジルコニウムであるものが好ましい。
荷電制御樹脂は、ガラス転移温度(Tg)が35℃以上90℃以下であり、ピーク分子量(Mp)が10000以上30000以下であり、重量平均分子量(Mw)が25000以上50000以下であることが好ましい。これを用いた場合、トナー粒子に求められる熱特性に影響を及ぼすことなく、好ましい摩擦帯電特性を付与することができる。さらに、荷電制御樹脂がスルホン酸基を含有している為、例えば重合性単量体組成物中における荷電制御樹脂自身の分散性や、着色剤などの分散性が向上し、着色力、透明性及び摩擦帯電特性をより向上させることができる。
荷電制御剤又は荷電制御樹脂の含有量は、結着樹脂100.0質量部に対して、0.01質量部以上20.0質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.5質量部以上10.0質量部以下である。
トナー粒子はそのままトナーとして用いてもよいが、よく、必要により外添剤などを混合し表面に付着させることでトナーとしてもよい。
トナーの表面には、一次粒子の個数平均粒子径(D1)が40.0nm以上(好ましくは80.0nm以上)のシリカ粒子が存在することが好ましい。該D1は、例えば200nm以下とすることができる。該数値範囲は任意に組み合わせることができる。
一次粒子のD1が40.0nm以上のシリカ粒子の含有量は、トナー粒子100質量部に対して、0.1質量部以上4.0質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.2質量部以上3.5質量部以下である。
トナー粒子に外添剤としてシリカ粒子を添加することにより流動性や帯電性を向上させることができる。また、外添剤の一次粒子径が40.0nm以上であることにより、最外層の凹部に無機粒子が固定され、長期間使用した場合においても帯電性や流動性の安定化が得られる。
トナーの表面には上述したシリカ粒子以外の無機粒子が存在してもよい。該無機粒子と
しては、例えば、酸化チタン粒子、アルミナ粒子、一次粒子径が40.0nm未満のシリカ粒子またはそれらの複酸化物粒子などが挙げられる。
シリカ粒子としては、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成された乾式シリカ又はヒュームドシリカ、及び水ガラスから製造される湿式シリカが挙げられる。なかでも、シリカ粒子の表面及び内部にあるシラノール基が少なく、またNa2O、SO3 2−の少ない乾式シリカが好ましい。また乾式シリカは、製造工程において、塩化アルミニウム、塩化チタンなどの金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって製造された、シリカと他の金属酸化物の複合微粒子であってもよい。
シリカ粒子の疎水化処理の処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、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、その他有機ケイ素化合物及び有機チタン化合物などが挙げられる。これらの処理剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
その中でも、シリコーンオイルにより処理されたシリカ粒子が好ましい。より好ましくは、シリカ粒子をシランカップリング剤で疎水化処理すると同時又は処理した後に、シリコーンオイルにより処理した疎水性シリカが、高湿環境下でもトナー粒子の帯電量を高く維持し、選択現像性を低減する観点から好ましい。
トナーのBET維持率が65%〜100%の範囲内であると、長期で使用したときの耐久性がより向上する傾向がある。また、低温定着性や過酷環境での保存性がより向上する場合がある。
該トナーのBET維持率は、一次粒子のD1が40.0nm以上の無機粒子の添加や、外添剤の固着条件(温度、時間)などにより制御することが可能である。
(a)トナー母粒子の表面に分散剤粒子を付着させる工程。
(b)前記分散剤粒子を付着させた後に、トナー母粒子の表面に最外層を形成させる工程。
(c)前記最外層を形成した後に、前記トナー母粒子の表面から前記分散剤粒子を取り除く工程。
以下に、本開示の製造方法について詳細を説明する。
(a)〜(c)の操作により、分散剤粒子をトナー母粒子の表面に付着させ、該トナー母粒子を含む分散液に最外層を形成するための材料を添加し、トナー母粒子の表面に最外層を形成する。最外層を形成する際に用いる媒体は、トナー母粒子に含まれる成分が該媒体に溶出することを防ぐ観点から、水系媒体であることが好ましい。
該分散剤としては、高分子分散剤、界面活性剤、樹脂粒子、無機粒子などを特に制限なく用いることができる。なかでもトナー母粒子の表面における表面の改質を防ぎ、トナー母粒子を媒体(特に水系媒体)に高分散させる点では無機粒子を用いることが好ましい。
該無機粒子としては、例えば、リン酸ナトリウム、塩化カルシウムなどの無機化合物の粒子を使用することができる。
分散剤粒子の個数平均粒子径は、30nm以上350nm以下が好ましく、50nm以上200nm以下がより好ましい。分散剤粒子の使用量は、トナー母粒子100質量部に対して0.3質量部以上30質量部以下が好ましく、0.5質量部以上10.0質量部以
下がより好ましい。
分散剤粒子を含む水系媒体では、分散剤粒子が均一に分散しているため、トナー母粒子を投入して、攪拌装置で機械的に混合することによりトナー母粒子の表面に分散剤粒子を付着させることができる。
懸濁重合法でトナー母粒子を製造する場合、製造工程で分散剤粒子が表面に付着したトナー母粒子の水分散液が作製されることから、そのトナー母粒子の水分散液をそのままトナー母粒子分散液として用いることもできる。すなわち、トナー母粒子を製造する工程のなかに、トナー母粒子の表面に分散剤粒子を付着させる工程が含まれるものとすることができる。
最外層の材料としては、例えば、上記熱可塑性樹脂や上記熱硬化性樹脂を用いることができる。最外層の材料として熱可塑性樹脂を用いる場合、例えば、熱可塑性樹脂の分散液をトナー母粒子と混合させ、水系媒体中でトナー母粒子の表面に熱可塑性樹脂を付着させ、加熱することで最外層を形成することができる。最外層の材料として熱硬化性樹脂を用いる場合、熱硬化性樹脂を構成するモノマーをトナー母粒子と混合させ、加熱により水系媒体中でトナー母粒子の表面での反応を進行させ、最外層を形成することができる。
最外層は、工程(a)で付着させた分散剤粒子が付着した領域を覆いトナー母粒子の表面の一部又は全体に膜状で形成される。
最外層を形成する際の温度は、40℃以上90℃以下が好ましく、50℃以上80℃以下がより好ましい。この範囲の温度で最外層を形成することで、最外層の形成が良好に進行する。
その後、必要に応じて水への分散とろ過を繰り返すことにより、表面に凹部を有するトナー粒子が得られる。
<トナー粒子表面における凹部の長径、凹部の短径、凹部の深さ及び凹部の個数の測定方法>
走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いて、トナー粒子の表面における凹部を以下の方法で観察する。
測定に用いるカンチレバーは、セイコーインスツルメンツ社製SI−DF20(背面Alコート)を用いてダイナミック・フォース・モードで行う。SPMは測定前に精度点検用パターンサンプル(100nm±5nm)を用いて、深さ方向の精度を確認した後に使用する。
まず、試料台に導電性両面テープを貼り付け、その上にトナー粒子を吹き付ける。さらにエアブローして余分なトナー粒子を試料台から除去する。このサンプルをSPM(商品名:E−sweep、日立ハイテクサイエンス社製)でトナー粒子表面を1μm×1μmに拡大し、最外層の凹部を観察する。
測定後、得られた1μm×1μmの測定データの傾き補正を実施した後、面平均粗さを算出する。面平均粗さは、1μm×1μmにおける最外層の最表面からトナー粒子の中心に向けて測定したときの、凹部の深さの算術平均値を意味しており、本開示における最外層の凹部の深さd1(nm)とした。上記方法で50個のトナー粒子の凹部の深さd1〜d50を求め、d1〜d50の算術平均値を凹部の深さD(nm)とする。
上記式(1)〜(3)を満たす凹部の個数n及び粗大凹部の個数Nは、次のように求める。上記測定により得られた傾き補正後の測定データを出力し、1μm×1μmにおける凹部の長径a(nm)、凹部の短径b(nm)及び凹部の深さd(nm)を調べた後、トナー粒子表面1μm×1μmあたりの、上記式(1)〜(3)を満たす凹部の個数n1、及び粗大凹部の個数N1を数える。上記方法で50個のトナー粒子の上記式(1)〜(3)を満たす凹部の個数n1〜n50、及び粗大凹部の個数N1〜N50を数え、それぞれの算術平均値を凹部の個数n及び粗大凹部の個数Nとする。
また、凹部の長径A及び凹部の短径Bは、次のように求める。上記測定により得られた傾き補正後の測定データを出力し、トナー粒子表面1μm×1μmあたりの凹部の長径及び凹部の短径の算術平均値を求め、それぞれ凹部の長径a1、凹部の短径b1とする。上記方法で50個のトナー粒子の凹部の長径a1〜a50及び凹部の短径b1〜b50を求め、それぞれの算術平均値を凹部の長径A及び凹部の短径Bとする。
外添剤が表面に付着しているトナーの表面の凹部を測定する際は、以下の操作により外添剤を取り除いてトナー粒子を得た後、上記方法で凹部の測定を行う。
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学(株)製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、61.5%のショ糖水溶液を調製する。遠心分離用チューブに上記ショ糖濃厚液を31.0gと、コンタミノンN(商品名)(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6g入れ、分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブをシェイカーにて300spm(strokes per min)、20分で振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機にて3500rpm、30分の条件で分離する。
トナー粒子と水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナー粒子をスパチュラなどで採取する。採取したトナー粒子を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥させる。乾燥品をスパチュラで解砕してトナー粒子を得る。
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、トナー粒子の断面を以下の方法により観察する。
まず、常温硬化性のエポキシ樹脂中にトナー粒子を十分分散させた後、40℃の雰囲気下で2日間硬化させる。得られた硬化物から、ダイヤモンド刃を備えたミクロトームを用いて厚さ50nmの薄片状のサンプルを切り出し、真空染色装置(フィルジェン社製)によりルテニウム染色を行う。その後、このサンプルをTEM(商品名:電子顕微鏡Tecnai TF20XT、FEI社製)で10万倍の倍率に拡大し、トナー粒子の断面を観察する。1個のトナー粒子において無作為に選択した4か所の最外層の厚さ(単位:nm)を測定する。
上記方法で50個のトナー粒子の断面を観察し、合計200個の算術平均値を厚さT(nm)とする。
トナー、トナー粒子、又はトナー母粒子(以下、トナーなど、ともいう)の重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)は、以下のようにして算出する。
測定装置としては、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(株)製)を用いる。
測定条件の設定及び測定データの解析は、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(株)製)を用いる。なお、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行う。
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1.0%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(株)製)が使用できる。
なお、測定、解析を行う前に、以下のように専用ソフトの設定を行う。
専用ソフトの「標準測定方法(SOMME)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50,000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(株)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1,600μA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。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに電解水溶液200.0mL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「アパーチャーチューブのフラッシュ」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平底ビーカーに電解水溶液30.0mL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%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2.0mL添加する。
(4)上記(2)のビーカーを上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)上記(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、トナーなど10mgを少量ずつ上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上記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーなどを分散した上記(5)の電解水溶液を滴下し、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50,000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)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。専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
熱可塑性樹脂分散液中の粒子の体積平均径はゼータサイザーNano−ZS(MALVERN社製)を用いて測定する。
まず、測定対象の熱可塑性樹脂分散液を固液比が0.10質量%(±0.02質量%)となるように水で希釈して測定サンプルを調製し、石英セルに採取して測定部に入れる。測定条件として、熱可塑性樹脂の屈折率、分散溶媒の屈折率及び粘度を入力し、0.3nm〜10.0μmの範囲で測定する。
最外層材料やトナー母粒子などのガラス転移温度(Tg)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
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。
具体的には、試料10mgを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定温度範囲30℃〜200℃の間で、昇温速度10℃/minで測定を行う。
なお、測定においては、一度200℃まで昇温させ、続いて、降温速度10℃/minで30℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。
この2度目の昇温過程で、温度40℃〜100℃の範囲において比熱変化が得られる。このときの比熱変化が出る前と出た後のベースラインの中間点の線と示差熱曲線との交点を、ガラス転移温度(Tg)とする。
トナーのBET比表面積の測定は、JIS Z8830(2001年)に準じて行う。具体的な測定方法は、以下の通りである。
測定装置としては、定容法によるガス吸着法を測定方式として採用している「自動比表面積・細孔分布測定装置 TriStar3000(島津製作所社製)」を用いる。測定条件の設定および測定データの解析は、本装置に付属の専用ソフト「TriStar3000 Version4.00」を用いて行う。また装置には真空ポンプ、窒素ガス配管、ヘリウムガス配管を接続する。窒素ガスを吸着ガスとして用い、BET多点法により算出した値を本開示におけるBET比表面積とする。
まず、サンプル(トナー)に窒素ガスを吸着させ、その時の試料セル内の平衡圧力P(Pa)とサンプルの窒素吸着量Va(モル・g−1)を測定する。そして、試料セル内の平衡圧力P(Pa)を窒素の飽和蒸気圧Po(Pa)で除した値である相対圧Prを横軸とし、窒素吸着量Va(モル・g−1)を縦軸とした吸着等温線を得る。次いで、サンプルの表面に単分子層を形成するのに必要な吸着量である単分子層吸着量Vm(モル・g−1)を、下記のBET式を適用して求める。
Pr/Va(1−Pr)=1/(Vm×C)+(C−1)×Pr/(Vm×C)
ここで、CはBETパラメーターであり、測定サンプル種、吸着ガス種、吸着温度により変動する変数である。
BET式は、X軸をPr、Y軸をPr/Va(1−Pr)とすると、傾きが(C−1)/(Vm×C)、切片が1/(Vm×C)の直線と解釈される。この直線をBETプロットという。
直線の傾き=(C−1)/(Vm×C)
直線の切片=1/(Vm×C)
Prの実測値とPr/Va(1−Pr)の実測値をグラフ上にプロットして最小二乗法により直線を引き、その直線の傾きと切片の値を算出する。これらの値を用いて上記の傾きと切片の連立方程式を解き、VmとCを算出する。
さらに、上記で算出したVmと窒素分子の分子占有断面積(0.162nm2)から、下記の式に基づいて、サンプルのBET比表面積S(m2・g−1)を算出する。
S=Vm×N×0.162×10−18
ここで、Nはアボガドロ数(モル−1)である。
充分に洗浄、乾燥した専用のガラス製試料セル(ステム直径3/8インチ、容積約5ml)の風袋を精秤する。そして、ロートを使ってこの試料セルの中にサンプルを入れる。サンプル量としては、サンプルの比重や粒径によって適宜調整するが、トナーの場合は約1.0gを入れる。
サンプルを入れた前記試料セルを真空ポンプと窒素ガス配管を接続した「前処理装置 バキュプレップ061(島津製作所社製)」にセットし、23℃にて真空脱気を約10時間継続する。なお、真空脱気の際には、サンプルが真空ポンプに吸引されないよう、バルブを調整しながら徐々に脱気する。セル内の圧力は脱気とともに徐々に下がり、最終的には約0.4Pa(約3ミリトール)となる。真空脱気終了後、窒素ガスを徐々に注入して試料セル内を大気圧に戻し、試料セルを前処理装置から取り外す。この試料セルの質量を精秤し、風袋との差からトナーの正確な質量を算出する。なお、この際に、試料セル内のサンプルが大気中の水分等で汚染されないように、秤量中はゴム栓で試料セルに蓋をしておく。
次に、試料セル内の真空脱気を行った後、真空脱気を継続しながら試料セルを液体窒素で冷却する。その後、窒素ガスを試料セル内に段階的に導入してサンプルに窒素分子を吸着させる。この際、平衡圧力P(Pa)を随時計測することにより前記した吸着等温線が得られるので、この吸着等温線をBETプロットに変換する。なお、データを収集する相対圧Prのポイントは、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30の合計6ポイントに設定する。得られた測定データに対して最小二乗法により直線を引き、その直線の傾きと切片からVmを算出する。さらに、このVmの値を用いて、前記したようにトナーのBET比表面積を算出する。
最外層の樹脂の樹脂種は、飛行時間型二次イオン質量分析計(TOFSIMS)を用い特定する。
測定装置: TOFSIMS TRIFT IV(アルバック・ファイ社製)
一次イオン種:金イオン(Au+)
一次イオン加速電圧:30keV
一次イオン電流値:2pA
分析面積:300×300μm2
画素数:256×256pixel
分析時間:3min
繰返し周波数:8.2kHz
帯電中和:on
二次イオン極性:Positive二次イオン質量範囲(m/z):0.5〜1850
結着樹脂の樹脂種、およびワックス中のエステルワックス化合物の構造は、核磁気共鳴分光分析(1H−NMR)[400MHz、CDCl3、室温(25℃)]、または熱分解GCMSを用いて特定する。
(核磁気共鳴分光分析(1H−NMR)の測定条件)
測定装置:FT NMR装置 JNM−EX400(日本電子製)
測定周波数:400MHz
パルス条件:5.0μs
周波数範囲:10500Hz
積算回数:64回
溶媒:トナーを溶解する重水素溶媒を適宜用いる。
(熱分解GCMSの測定条件)
測定装置:熱分解GCMS装置
熱分解装置 キュリーポイントパイロライザーJPS700(日本分析工業社製)
Pyrofoil:F590(キュリーポイント590℃)
GCMS FocusGC/ISQ(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)
キャリアガス:Heガス(純度99.99995%)
カラム:HP−5MS(30m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)
注入口温度:280℃、MSトランスファー温度:280℃、イオン現温度:250℃
オーブン温度:50℃開始3分保持、その後10℃/分で300まで昇温した後30分間保持
ヘリウム流量:1.2mL/min定流量制御、スプリット比:20
MSイオン源:EI、MS検出範囲(m/z):25〜800
ライブラリ:NIST
以上の測定条件にてPyrofoilにトナー0.5mgと、メチル化試薬(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド10%メタノール溶液)5μLを加え、分析する。
外添剤の一次粒子の個数平均粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、特定する。
測定装置:SEM(JSM−7800F 日本電子株式会社製)
加速電圧:1.0kV
拡大倍率:10万倍
上記条件でトナー表面の観察を行い、外添剤の粒径を算出する。本操作を繰り返し、200個の算術平均値を求める。
撹拌装置のついたビーカーに、ドデシル硫酸ナトリウム5.0部と、イオン交換水1000.0部を投入し、25℃にて完全に溶解するまで撹拌を続け、水溶液を調製した。次いで、以下の材料を混合し、重合性単量体組成物を調製した。
・スチレン 70.0部
・アクリル酸ブチル 13.0部
・2−エチルヘキシルアクリレート 12.0部
・メタクリル酸メチル(MMA) 5.0部
上記の重合性単量体組成物を15℃まで降温した後、重合開始剤としてターシャリーブ
チルパーオキシピバレートを6.0部混合し、上記の水溶液に投入する。そして、高出力超音波ホモジナイザー(VCX−750)で超音波を13分間照射(1秒間欠、25℃保持)することで、上記の重合性単量体組成物の乳化液を調製した。
加熱乾燥した四口フラスコに、前記乳化液を投入し、乳化液を200rpmで撹拌しながら30分間窒素をバブリングした後、70℃にて6時間攪拌を行った。その後、乳化液を撹拌させた状態で空冷し、反応を停止させ、最外層材料となるスチレンアクリル系樹脂の熱可塑性樹脂分散体1を得た。その後、前記熱可塑性樹脂分散体を16500rpmで1時間遠心分離機により分離し、上澄みを除去した。再びイオン交換水を加え、分散と遠心分離機での分離を3回繰り返した後、イオン交換水を加えることで固形分濃度20.0質量%の熱可塑性樹脂分散液1を調製した。熱可塑性樹脂分散液1中の粒子の体積平均径を測定したところ、25nmであり、Tgは69℃であった。
ドデシル硫酸ナトリウムの量を表1のように変更し、重合性単量体組成物の組成を以下のように変更した以外は、熱可塑性樹脂分散液1の製造方法と同様にして熱可塑性樹脂分散液2を製造した。熱可塑性樹脂分散液2中の粒子の体積平均径及びTgを表1に示す。・スチレン 35.0部
・アクリル酸ブチル 6.5部
・2−エチルヘキシルアクリレート 6.0部
・メタクリル酸メチル(MMA) 2.5部
熱可塑性樹脂分散液1の製造方法において、ドデシル硫酸ナトリウムの量を表1のように変更した以外は、熱可塑性樹脂分散液1の製造方法と同様にして熱可塑性樹脂分散液3を製造した。熱可塑性樹脂分散液3中の粒子の体積平均径及びTgを表1に示す。
冷却管、撹拌機、及び、窒素導入管のついた反応槽中に、以下の材料を混合し昇温撹拌しながら180℃に保持した。
・スチレン 78.0部
・アクリル酸n−ブチル 20.0部
・アクリル酸 2.0部
・キシレン 300.0部
続いて、系内に、2.0%のt−ブチルハイドロパーオキシドのキシレン溶液50.0部を4.5時間かけて連続的に滴下し、冷却後溶媒を分離除去し、スチレンアクリル樹脂1を合成した。重量平均分子量Mwは14,500、Tgは65℃であった。
・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
58.0部
・エチレングリコール 8.0部
・テレフタル酸 31.0部
・無水トリメリット酸 3.0部
・酸化ジブチルスズ 0.3部
減圧操作により系内を窒素置換した後、210℃に加熱し、窒素を導入し生成する水を除去しながら5時間反応させた。その後、撹拌を続けながら減圧下にて230℃まで徐々に昇温し、更に3時間反応させてポリエステル樹脂1を合成した。重量平均分子量Mwは9,500、Tgは68℃であった。
・スチレンアクリル樹脂1 100.0部
・ポリエステル樹脂1 5.0部
・HNP9(融点:76℃、日本精蝋社製) 5.0部
・エチレングリコールジステアレート 15.0部
・C.I.Pigment Blue15:3 6.3部
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。
次に、得られた粗砕物を、ターボ工業社製のターボ・ミルを用いて、5μm程度の微粉砕物を得た後に、さらにコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて微粗粉をカットしてトナー母粒子1を得た。
トナー母粒子1の個数平均粒径(D1)は5.4μm、重量平均粒径(D4)は6.8μm、Tgは58℃であった。
T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、12000rpmにて撹拌する。撹拌を維持しながら、イオン交換水10.0部に9.0部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を反応容器に一括投入し、分散剤としての無機微粒子を含む水系媒体を調製した。さらに、反応容器内の水系媒体に1.0モル/Lの塩酸を投入し、pHを6.0に調整し、水系媒体1を調製した。
前記水系媒体1中にトナー母粒子1を200.0部投入し、温度40℃にてT.K.ホモミクサーを用いて7000rpmで回転させながら30分間分散した。イオン交換水を加えて分散液中のトナー母粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナー母粒子分散液1を得た。
トナー母粒子分散液1の製造方法において、水系媒体1におけるリン酸ナトリウムおよび塩化カルシウムの量を表2の様に変更した以外は、トナー母粒子分散液1の製造方法と同様にして水系媒体2〜5及びトナー母粒子分散液2〜5を製造した。
下記材料をFMミキサ(日本コークス工業株式会社製)でよく混合した後、温度100℃に設定した二軸混練機(池貝鉄工株式会社製)で溶融混練した。
・ポリエステル樹脂1 100.0部
・HNP9(融点:76℃、日本精蝋社製) 5.0部
・エチレングリコールジステアレート 15.0部
・C.I.Pigment Blue15:3 6.3部
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。
次に、得られた粗砕物を、ターボ工業社製のターボ・ミルを用いて、5μm程度の微粉砕物を得た後に、さらにコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて微粗粉をカットしてトナー母粒子2を得た。
トナー母粒子2の個数平均粒径(D1)は5.6μm、重量平均粒径(D4)は7.0
μm、Tgは60℃であった。
前記水系媒体1中にトナー母粒子2を200.0部投入し、温度40℃にてT.K.ホモミクサーを用いて7000rpmで回転させながら30分間分散した。イオン交換水を加えて分散液中のトナー母粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナー母粒子分散液6を得た。
イオン交換水390.0部を入れた反応容器に、リン酸ナトリウム(12水和物)14.0部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、12000rpmにて撹拌した。撹拌を維持しながら、イオン交換水10.0部に9.2部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を反応容器に一括投入し、分散剤としての無機微粒子を含む水系媒体を調製した。さらに、反応容器内の水系媒体に1.0モル/Lの塩酸を投入し、pHを6.0に調整し、水系媒体6を調製した。
・スチレン 60.0部
・C.I.Pigment Blue15:3 6.3部
上記材料をアトライタ(日本コークス工業株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させて、顔料が分散された着色剤分散液を調製した。
次いで、該着色剤分散液に下記材料を加えた。
・スチレン 18.0部
・アクリル酸n−ブチル 20.0部
・ポリエステル樹脂a 5.0部
(テレフタル酸と、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2モル付加物との縮重合物、重量平均分子量Mw=10000)
・HNP9(融点:76℃、日本精蝋社製) 6.0部
・エチレングリコールジステアレート 15.0部
上記材料を65℃に保温し、T.K.ホモミクサーを用いて、500rpmにて均一に溶解、分散し、重合性単量体組成物1を調製した。
水系媒体6の温度を70℃、撹拌装置の回転数を12000rpmに保ちながら、水系媒体6中に重合性単量体組成物1を投入し、重合開始剤であるt−ブチルパーオキシピバレート7.0部を添加した。そのまま撹拌装置にて12000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
(重合工程)
高速撹拌装置からプロペラ撹拌羽根を備えた撹拌機に変更し、150rpmで撹拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、さらに85℃に昇温して2.0時間加熱することで重合反応を行った。イオン交換水を加えて分散液中のトナー母粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナー母粒子3が分散したトナー母粒子分散液7を得た。
トナー母粒子3の個数平均粒径(D1)は5.4μm、重量平均粒径(D4)は6.2μm、Tgは56℃であった。
イオン交換水400.0部を入れた反応容器を30℃で維持した後、希塩酸を加えて、水性媒体のpHを4.0に調整した。pH調整後、下記材料を投入し溶解させ、水系媒体7を得た。
・メチロールメラミン水溶液ミルベンレジンSM−607(固形分濃度80%)0.6部
・ポリアクリルアミド水溶液(熱可塑性樹脂分散液BECKAMINE A−1(DIC株式会社性)、固形分濃度11質量%の水溶液) 5.0部
水系媒体7に、トナー母粒子1を200.0部添加し、反応容器を200rpmの速度
で1時間攪拌した。次いで、イオン交換水を加えて分散液中のトナー母粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナー母粒子1が分散したトナー母粒子分散液8を得た。
イオン交換水400.0部を入れた反応容器を30℃で維持した後、希塩酸を加えて、水性媒体のpHを4.0に調整した。pH調整後、下記材料を投入し、水系媒体8を得た。
・熱可塑性樹脂分散液1 5.0部
水系媒体8に、トナー母粒子1を200.0部添加し、反応容器を200rpmの速度
で1時間攪拌した。次いで、イオン交換水を加えて分散液中のトナー母粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナー母粒子1が分散したトナー母粒子分散液9を得た。
イオン交換水400.0部を入れた反応容器を30℃で維持した後、希塩酸を加えて、水性媒体のpHを4.0に調整した。pH調整後、下記材料を投入し、水系媒体9を得た。
・熱可塑性樹脂分散液3 3.0部
水系媒体9に、トナー母粒子1を200.0部添加し、反応容器を200rpmの速度
で1時間攪拌した。次いで、イオン交換水を加えて分散液中のトナー母粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナー母粒子1が分散したトナー母粒子分散液10を得た。
イオン交換水400.0部を入れた反応容器を30℃で維持した後、希塩酸を加えて、水性媒体のpHを4.0に調整した。pH調整後、下記材料を投入し、水系媒体10を得た。
・メチロールメラミン水溶液ミルベンレジンSM−607(固形分濃度80%)1.2部
水系媒体10に、トナー母粒子2を200.0部添加し、反応容器を200rpmの速
度で1時間攪拌した。次いで、イオン交換水を加えて分散液中のトナー母粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナー母粒子2が分散したトナー母粒子分散液11を得た。
(トナー母粒子2へのプレ外添)
トナー母粒子2とアクリル単分散粒子(綜研化学株式会社 MP−1451、体積平均径200nm)を混合機(日本コークス工業株式会社製ヘンシェルミキサー FM−10B)を用いて4000rpm、5分混合し、トナー母粒子2の表面にアクリル単分散粒子をプレ外添させたトナー母粒子4を得た。
水系媒体10に、トナー母粒子4を200.0部添加し、反応容器を200rpmの速
度で1時間攪拌した。次いで、イオン交換水を加えて分散液中のトナー母粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナー母粒子4が分散したトナー母粒子分散液12を得た。
イオン交換水350.0部を入れた反応容器に、塩化マグネシウム15.3部を投入し、溶解させた後、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、12000rpmにて撹拌した。撹拌を維持しながら、イオン交換水50.0部に10.8部の水酸化ナトリウムを溶解した水酸化ナトリウム水溶液を反応容器に一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。さらに、反応容器内の水系媒体に1.0モル/Lの塩酸を投入し、pHを6
.0に調整し、水系媒体11を調製した。
水系媒体の温度を70℃、撹拌装置の回転数を12000rpmに保ちながら、水系媒体11中に重合性単量体組成物1を投入し、重合開始剤であるt−ブチルパーオキシピバレート7.0部を添加した。そのまま撹拌装置にて12000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
(重合工程)
高速撹拌装置からプロペラ撹拌羽根を備えた撹拌機に変更し、150rpmで撹拌しながら80℃で重合反応を行った。重合転化率がほぼ100%に達した後、重合温度はそのままにして、最外層用の重合性単量体のメチルメタアクリレート2.0部と、イオン交換水10.0部に溶解した2,2−アゾビス(2−メチル−N−(2ヒドロキシエチル)プロピオンアミド)(和光純薬工業株式会社製、VA086)0.1部を添加し、さらに90℃に昇温して3.0時間加熱することで重合反応を行った。イオン交換水を加えて分散液中のトナー母粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナー母粒子5が分散したトナー母粒子分散液13を得た。
トナー母粒子5の個数平均粒径(D1)は5.6μm、重量平均粒径(D4)は6.4μm、Tgは57℃であった。
冷却管、撹拌機、及び、窒素導入管のついた反応槽中に、以下の材料を混合した。
・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
42.0部
・エチレングリコール 22.0部
・テレフタル酸 31.0部
・無水トリメリット酸 3.0部
・酸化ジブチルスズ 0.3部
減圧操作により系内を窒素置換した後、210℃に加熱し、窒素を導入し生成する水を除去しながら5時間反応させた。その後、撹拌を続けながら減圧下にて230℃まで徐々に昇温し、更に3時間反応させてポリエステル樹脂2を合成した。重量平均分子量Mwは8,200、Tgは54℃であった。
・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
28.0部
・エチレングリコール 36.0部
・テレフタル酸 31.0部
・無水トリメリット酸 3.0部
・酸化ジブチルスズ 0.3部
減圧操作により系内を窒素置換した後、210℃に加熱し、窒素を導入し生成する水を除去しながら5時間反応させた。その後、撹拌を続けながら減圧下にて230℃まで徐々に昇温し、更に3時間反応させてポリエステル樹脂3を合成した。重量平均分子量Mwは7,800、Tgは40℃であった。
・ポリエステル樹脂1 65.0部
・ポリエステル樹脂2 8.0部
・ポリエステル樹脂3 12.0部
・HNP9(融点:76℃、日本精蝋社製) 5.0部
・エチレングリコールジステアレート 15.0部
・C.I.Pigment Blue15:3 6.3部
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。
次に、得られた粗砕物を、ターボ工業社製のターボ・ミルを用いて、5μm程度の微粉砕物を得た後に、さらにコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて微粗粉をカットしてトナー母粒子6を得た。
トナー母粒子6の個数平均粒径(D1)は5.8μm、重量平均粒径(D4)は7.1μm、Tgは62℃であった。
前記水系媒体8中にトナー母粒子6を200.0部投入し、温度40℃にてT.K.ホモミクサーを用いて7000rpmで回転させながら30分間分散した。イオン交換水を加えて分散液中のトナー母粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナー母粒子分散液14を得た。
エチレングリコールジステアレートを使用しなかったこと以外はトナー母粒子1と同様にして、トナー母粒子7を得た。また、トナー母粒子分散液1と同様にして、トナー母粒子分散液15を得た。
エチレングリコールジステアレートの代わりに、1,6−ヘキサンジオールジラウレートを用いたこと以外はトナー母粒子1と同様にしてトナー母粒子8を得た。また、トナー母粒子分散液1と同様にして、トナー母粒子分散液16を得た。
エチレングリコールジステアレートの代わりに、CH3(CH2)25COO(CH2)2COO(CH2)25CH3で示されるエステル化合物を用いたこと以外はトナー母粒子1と同様にして、トナー母粒子9を得た。また、トナー母粒子分散液1と同様にして、トナー母粒子分散液17を得た。
反応容器内に下記サンプルを秤量し、プロペラ撹拌翼を用いて混合した。
・トナー母粒子分散液1 500.0部
・熱可塑性樹脂分散液1 10.0部
次に、1mol/LのNaOH水溶液を用いて、得られた混合液のpHを7.0に調整し、混合液の温度を30℃にした後に、プロペラ撹拌羽根を用いて200rpmで混合しながら、1.0時間保持した。その後、プロペラ撹拌翼で撹拌しながら1℃/分の速度で80℃まで上げ、2時間保持した。
続けて、内容物の温度が常温(約25℃)になるまで冷却した後、1mol/Lの塩酸でpHを1.5に調整して1.0時間撹拌後、イオン交換水で洗浄しながら、ろ過することにより、スチレンアクリル系の熱可塑性樹脂を最外層に有するトナー粒子1を得た。
トナー粒子1の製造方法において、トナー母粒子分散液の種類、熱可塑性分散液の種類や量、を表3のように変更した以外は、トナー粒子1の製造例と同様にして、トナー粒子2〜12、14〜20を製造した。
反応容器内に下記サンプルを秤量し、プロペラ撹拌翼を用いて混合した。
・トナー母粒子分散液1 500.0部
・メチロールメラミン水溶液ミルベンレジンSM−607(固形分濃度80%)0.6部
次に、混合液の温度を30℃にした後に、プロペラ撹拌羽根を用いて200rpmで混合しながら、1.0時間保持した。その後、プロペラ撹拌翼で撹拌しながら1℃/分の速度で80℃まで上げ、2時間保持した。続けて、1mol/LのNaOH水溶液を用いて、得られた混合液のpHを7.0に調整した。
次いで、内容物の温度が常温(約25℃)になるまで冷却した後、1mol/Lの塩酸でpHを1.5に調整して1.0時間撹拌後、イオン交換水で洗浄しながら、ろ過することにより、メラミン系の熱硬化性樹脂を最外層に有するトナー粒子13を得た。
反応容器にトナー母粒子分散液8を500.0部投入し、100rpmで攪拌しながら、1℃/分の速度で、80℃まで上げた。昇温後、80℃、100rpmの条件で2時間攪拌し続けた。その後、1mol/LのNaOH水溶液を用いて、得られた混合液のpHを7.0に調整した。
次いで、内容物の温度が常温(約25℃)になるまで冷却した後、ろ過と洗浄を5回繰り返すことにより、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂を最外層に有するトナー粒子21を得た。
トナー粒子21の製造方法において、トナー母粒子分散液の種類や量及び製造温度を表3のように変更した以外は、トナー粒子21の製造方法と同様にしてトナー粒子22〜24、26を製造した。
反応容器にトナー母粒子分散液12を500.0部投入し、100rpmで攪拌しながら、1℃/分の速度で、80℃まで上げた。昇温後、80℃、100rpmの条件で2時間攪拌し続けた。その後、1mol/LのNaOH水溶液を用いて、得られた混合液のpHを7.0に調整した。次いで、内容物の温度が常温(約25℃)になるまで冷却した後、ろ過と洗浄を5回繰り返すことにより、プレ外添したアクリル単分散粒子が表面に固定され、メラミン系の熱硬化性樹脂を最外層に有するトナー粒子25を得た。
その後、トナー母粒子表面にプレ外添させたアクリル単分散粒子を除去した。最外層に
形成したメラミン系の熱硬化性樹脂はトナー母粒子表面に強く固定されるが、プレ外添したアクリル単分散粒子が表面に固定される力は弱い。このため、最外層を形成した後においても外力を加えることでプレ外添した粒子を取り除くことができる。
本件ではまずトナー粒子25を、61.5%のショ糖水溶液と、非イオン性界面活性剤と陰イオン界面活性剤からなる10.0%の精密測定器洗浄用中性洗剤水溶液からなる混合水溶液に分散させた。次に、シェーカを用いて1分間に300回振とうする処理を施したのち、前記処理を施したトナー粒子25を前記混合水溶液に分散させ、電気的出力120Wの超音波を10分間印加する処理を施した。上記の処理を施した後、ろ過と洗浄を5回繰り返すことにより、アクリル単分散粒子を取り除いた、メラミン系の熱硬化性樹脂を最外層に有するトナー粒子25と得た。
反応容器にトナー母粒子分散液14を500.0部投入し、100rpmで攪拌しながら、1℃/分の速度で、70℃まで上げた。昇温中に、反応容器の温度が55℃になった直後に、反応容器内に1mol/LのNaOH水溶液を加えて、トナー母粒子分散液14のpHを9.0に調整した。その後、70℃、100rpmの条件で2時間攪拌し続けた。
次いで、内容物の温度が常温(25℃)になるまで冷却した後、ろ過と洗浄を5回繰り返すことにより、熱可塑性樹脂を最外層に有するトナー粒子27を得た。
<トナー1>
トナー粒子1 100部に対して、以下の外添剤を加え、FMミキサ(日本コークス社製)で周速32m/sで10分間混合し、開口部が45μmのメッシュで粗大粒子を除去してトナー1を得た。
・個数平均粒子径12nmの疎水性シリカ 0.8部
・個数平均粒子径100nmの疎水性シリカ 0.5部
トナー1の製造方法と同様にしてトナー2〜18、21〜27を製造した。
トナー粒子19 100部に対して、以下の外添剤を加え、FMミキサ(日本コークス社製)で周速32m/sで10分間混合し、開口部が45μmのメッシュで粗大粒子を除去してトナー19を得た。
・個数平均粒子径12nmの疎水性シリカ 0.8部
トナー粒子20 100部に対して、以下の外添剤を加え、FMミキサ(日本コークス社製)で周速32m/sで10分間混合し、開口部が45μmのメッシュで粗大粒子を除去してトナー20を得た。
・個数平均粒子径12nmの疎水性シリカ 0.8部
・個数平均粒子径40nmの疎水性シリカ 0.5部
上記トナー1〜27を用いて、下記評価を実施した。評価結果を表5に示す。
画像形成装置としては市販のレーザープリンターであるLBP−712Ci(キヤノン製)の改造機を用いた。
改造箇所として、外部高圧電源と接続し、帯電や転写等の電位を反転できるようにし、本件で作製したネガ帯電またはポジ帯電するトナーにおいても画像が形成できるようにした。なた、プロセススピードを210mm/secとした。
プロセスカートリッジは、市販のトナーカートリッジ040H(シアン)(キヤノン製)を用いた。カートリッジ内部からは製品トナーを抜き取り、エアブローによって清掃した後、上記トナーを165g充填した。
なお、イエロー、マゼンタ、ブラックの各ステーションにはそれぞれ製品トナーを抜き取り、トナー残量検知機構を無効としたイエロー、マゼンタ及びブラックカートリッジを挿入して評価を行った。
得られたトナー1〜27、それぞれ約100gを1000mlの樹脂製カップに入れ、低温低湿の環境下(15℃、10%RH)に24時間放置した後、24時間かけて高温高湿の環境下(55℃、95%RH)に変化させた。高温高湿の環境下に24時間放置した後、24時間かけて再び低温低湿の環境(15℃、10%RH)に変化させた。以上の操作を3サイクル繰り返したトナーを取り出し凝集を確認した。ヒートサイクルのタイムチャートを図1に示す。評価結果を表5に示す。
(評価基準)
A:まったく凝集物は確認されず、初期とほぼ同様の状態。
B:若干、凝集気味であるが、ポリカップを軽く5回振る程度で崩れる状態であり、特に問題とならない。
C:凝集気味であるが、指で簡単にほぐれる状態である。
D:凝集が激しく発生しており、ほぐすことができない。
温度15℃、湿度10%RHの低温低湿環境下にて、印字率が1%の画像を連続して出力した。500枚出力する毎にベタ画像及びハーフトーン画像を出力し、規制部材へのトナー融着に起因する縦スジ、いわゆる現像スジ発生の有無を目視で確認した。最終的に20,000枚の画像出力を行った。評価結果を表5に示す。
(評価基準)
A:20,000枚でも現像スジの発生なし
B:18,001枚〜20,000枚で現像スジが発生した
C:16,001枚〜18,000枚で現像スジが発生した
D:16,000枚以下で現像スジが発生した
また、通紙耐久評価前のBET比表面積をViniとし、20000枚の通紙耐久後におけるBET比表面積をVendとした場合、通紙耐久評価におけるBET維持率を下記
式より求め、トナー耐久性の評価手法に用いた。
BET維持率(%)=Vend/Vini×100
レーザープリンターLBP−712Ci(キヤノン製)の改造機より定着ユニットを取り外した。次いで、受像紙(キヤノン製オフィスプランナー64g/m2)上に、充填したトナーを用いて、縦2.0cm×横15.0cmの未定着のトナー画像(0.9mg/cm2)を、通紙方向に対し上端部から1.0cmの部分に形成した。次いで、取り外した定着ユニットを定着温度とプロセススピードを調節できるように改造し、これを用いて未定着画像の定着試験を行った。
まず、常温常湿環境下(23℃、60%RH)、プロセススピードを210mm/s、定着線圧27.4kgfに設定し、初期温度を110℃として設定温度を5℃ずつ順次昇温させながら、各温度で上記未定着画像の定着を行い、低温側定着開始点を測定した。
低温定着性の評価基準は以下の通りである。評価結果を表5に示す。
ここで、低温側定着開始点とは、定着画像の表面を4.9kPa(50g/cm2)の荷重をかけたシルボン紙(ダスパーK−3)で0.2m/秒の速度で5回摺擦したときに、直径150μm以上の画像剥がれが3個以内である最低温度のことである。定着がしっかり行われない場合には、上記画像剥がれが増える傾向にある。
評価基準は下記の通り。
A:低温側定着開始点が120℃未満
B:低温側定着開始点が120℃以上130℃未満
C:低温側定着開始点が130℃以上140℃未満
D:低温側定着開始点が140℃以上
Claims (11)
- 結着樹脂を含有するトナー母粒子と、該トナー母粒子の表面に存在する最外層と、を有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナー粒子の表面には複数の凹部が形成され、
透過型電子顕微鏡で観察される該トナー粒子の断面分析において、該最外層の厚さをT(nm)とし、
該トナー粒子における該凹部を、走査型プローブ顕微鏡を用いて該最外層の最表面から該トナー粒子の中心に向けて測定した場合、該凹部の長径をa(nm)、該凹部の短径をb(nm)、該凹部の深さをd(nm)としたとき、
該トナー粒子表面1μm2あたりの、下記式(1)〜(3)を満たす該凹部の個数nが、下記式(4)を満たす、トナー。
50.0≦a≦200.0 (1)
10.0≦b≦70.0 (2)
0.7×T≦d≦1.5×T (3)
30≦n≦200 (4) - 下記式(5)、(6)の両方を満たす前記凹部の個数Nが、前記トナー粒子表面1μm2あたり10個以下である、請求項1に記載のトナー。
250.0<a (5)
100.0<b (6) - 前記最外層の厚さT(nm)が5.0nm以上100.0nm以下である、請求項1または2に記載のトナー。
- 前記最外層が、熱可塑性樹脂を含有し、
該熱可塑性樹脂は、スチレンアクリル系樹脂を含み、
該スチレンアクリル系樹脂が、1種類以上のスチレン系モノマーと、1種類以上の(メタ)アクリル系モノマーとの重合体である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナー。 - 前記最外層が、熱硬化性樹脂を含有し、
該熱硬化性樹脂は、メラミン系樹脂を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナー。 - 前記結着樹脂は、スチレンアクリル系樹脂を含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記結着樹脂は、ポリエステル樹脂を含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記トナーの表面には、一次粒子の個数平均粒子径が40.0nm以上のシリカ粒子が存在する、請求項1〜8のいずれか1項に記載のトナー。
- 通紙耐久評価前の前記トナーのBET比表面積をViniとし、20000枚の通紙耐久後における前記トナーのBET比表面積をVendとしたとき、
下記式で求められる前記トナーのBET維持率が65%〜100%である、請求項1〜9のいずれか1項に記載のトナー。
BET維持率(%)=Vend/Vini×100 - 結着樹脂を含有するトナー母粒子と、該トナー母粒子の表面を覆う最外層と、を有するトナー粒子を有するトナーの製造方法であって、
該製造方法が、
トナー母粒子の表面に分散剤粒子を付着させる工程と、
該分散剤粒子を付着させた後に、該トナー母粒子の表面に最外層を形成させる工程と、
該最外層を形成した後に、該トナー母粒子の表面から該分散剤粒子を取り除く工程と
を含む、トナーの製造方法。
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