JP2022166402A - トナー - Google Patents
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Abstract
【課題】長期に渡る画像出力においても画像欠陥が生じず、高温高湿下においても優れた濃度安定性と汚染の抑制を両立でき、さらに、低湿下においても現像安定性を有するトナーを提供するものである。【解決手段】トナー粒子及び外添剤を有するトナーであって、該外添剤は有機ケイ素重合体粒子を含有し、該有機ケイ素重合体粒子の帯電量Q(mC/kg)の絶対値が200(mC/kg)以下であり、該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)が25nm以上250nm以下であり、該トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される算術平均粗さRa(nm)が15nm以上200nm以下であり、該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)と該トナー粒子の算術平均粗さRaとの関係が、下記式(1)の関係を満たすことを特徴とする。Ra≦S (1)【選択図】なし
Description
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられるトナーに関する。
近年、電子写真方式のフルカラー複写機が広く普及するに従い、更なる高画質化、省エネルギー化が要求されている。特にプロセススピードの高速化や、高耐久性に起因して、これまで以上に安定した帯電性能、流動性を有するトナーが要求されている。トナーには帯電性能、流動性を付与するために、外添剤が含まれている。一般にトナーの流動性を高めるためには外添剤の一次粒径としては小さいものを用いた方がよいが、小粒径の外添剤は長期間の使用後、トナー粒子に埋没してしまい外添剤の機能を果たせなくなってしまう。また長期使用に伴い外添剤はトナー粒子表面から脱離し、流動性、帯電性能を変化させ、感光ドラムや帯電ローラ等の部材汚染を招く原因となっている。
特許文献1には、外添剤にポリオルガノシルセスキオキサン微粒子を含有させ、その粒径とトナー母体粒子に含まれる結着樹脂の状態を規定することにより、ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子が脱離せず、長期に渡り画像不良や画像形成装置内の汚染を防止することが提案されている。
特許文献1には、外添剤にポリオルガノシルセスキオキサン微粒子を含有させ、その粒径とトナー母体粒子に含まれる結着樹脂の状態を規定することにより、ポリオルガノシルセスキオキサン微粒子が脱離せず、長期に渡り画像不良や画像形成装置内の汚染を防止することが提案されている。
しかしながら、特許文献1に記載のトナーについて本発明者らが検討した結果、高温高湿環境下において長期に渡る画像出力を行うと、画像不良や画像濃度が変化しやすい場合があることが分かった。
本発明は、こうした課題を解決し、長期に渡る画像出力においても画像欠陥が生じず、高温高湿下においても優れた濃度安定性と部材汚染の抑制を両立できるトナーを提供するものである。さらに、低湿下においても現像安定性を有するトナーを提供するものである。
本発明は、こうした課題を解決し、長期に渡る画像出力においても画像欠陥が生じず、高温高湿下においても優れた濃度安定性と部材汚染の抑制を両立できるトナーを提供するものである。さらに、低湿下においても現像安定性を有するトナーを提供するものである。
本発明は、トナー粒子及び外添剤を有するトナーであって、
該外添剤は有機ケイ素重合体粒子を含有し、
該有機ケイ素重合体粒子の帯電量Q(mC/kg)の絶対値が200(mC/kg)以下であり、
該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)が25nm以上250nm以下であり、
該トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される算術平均粗さRa(nm)が15nm以上200nm以下であり、
該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)と該トナー粒子の算術平均粗さRaとの関係が、下記式(1)の関係を満たすことを特徴とするトナーである。
Ra≦S (1)
該外添剤は有機ケイ素重合体粒子を含有し、
該有機ケイ素重合体粒子の帯電量Q(mC/kg)の絶対値が200(mC/kg)以下であり、
該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)が25nm以上250nm以下であり、
該トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される算術平均粗さRa(nm)が15nm以上200nm以下であり、
該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)と該トナー粒子の算術平均粗さRaとの関係が、下記式(1)の関係を満たすことを特徴とするトナーである。
Ra≦S (1)
本発明によれば、高温高湿下においても優れた濃度安定性と汚染の抑制を両立できるトナーを提供するものである。さらに、低湿下においても現像安定性を有するトナーを提供するものである。
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。
本発明のトナーは、トナー粒子及び外添剤を有するトナーであって、該外添剤は有機ケイ素重合体粒子を含有し、該有機ケイ素重合体粒子の帯電量Q(mC/kg)の絶対値が200(mC/kg)以下であり、該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)が25nm以上250nm以下であり、該トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される算術平均粗さRa(nm)が15nm以上200nm以下であり、該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)と該トナー粒子の算術平均粗さRaとの関係が、下記式(1)の関係を満たすことを特徴とする。
Ra≦S (1)
Ra≦S (1)
本発明においてトナーが上記条件を満たすことで、多数枚出力時でも、外添剤として用いた有機ケイ素重合体粒子の脱離が抑制されるため、トナーの流動性が変化しない。その結果、画像欠陥が生じず、画像濃度も安定する。また、有機ケイ素重合体粒子の脱離が抑制されるため、画像形成装置の汚染も抑制される。
この理由を本発明者らは以下のように考えている。
本発明の有機ケイ素重合体粒子は、電荷密度が均一になるために帯電しにくくなるものと考えられ、静電付着力が大きくなりにくい。このため、有機ケイ素重合体粒子は、静電付着力でなく、非静電付着力であるファンデルワールス力でトナー粒子に付着しているものと考えられる。
本発明におけるトナー粒子は上述の範囲内の表面粗さを持つことを特徴としており、この粗さを形成する凹凸によって、有機ケイ素重合体粒子とトナー粒子との接触点が増加し、ファンデルワールス力がはたらく点が増加する。この結果、有機ケイ素重合体粒子の脱離が抑制されるものと考えている。
本発明に係る有機ケイ素重合体粒子とは、有機基を有し、且つシロキサン結合(Si-O-)をポリマーの主骨格とするポリオルガノシロキサンにより構成される粒子である。
なお、トナー中に含有される有機ケイ素重合体は0.1質量%以上30.0質量%以下が好ましく、より好ましくは0.5質量%以上10.0質量%以下である。
また、ポリシロキサン骨格部分のような、ケイ素原子と酸素原子のみで構成される粒子とは異なり、Rで示される有機部分を有するため、有機ケイ素重合体粒子が優れた弾性を有しやすい。このため、有機ケイ素重合体粒子を外添剤として用いると、その弾性によって、現像器内で与えられたストレスが吸収される。このため、多数枚出力時においても有機ケイ素重合体粒子がトナー粒子に埋め込まれることなく、長期に渡って初期のトナー状態が維持される。この結果、長期に渡り画像欠陥が起きず、濃度が安定するものと考えられる。
また、本発明の有機ケイ素重合体粒子の帯電量Q(mC/kg)の絶対値は200(mC/kg)以下であり、好ましくは150(mC/kg)以下であり、より好ましくは140(mC/kg)以下である。
帯電量が上記の範囲である有機ケイ素重合体を外添剤として用いることで、トナーの付着力が低下(即ち、トナーの流動性が向上)し、トナーの電界追従性(現像安定性、耐久後現像性)が向上するため、現像性が向上する。
さらに、有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)は25nm以上250nm以下であり、好ましくは80nm以上170nm以下である。
25nm以上であると、長期使用に伴い、現像器内でトナーにストレスがかかった際に、粒子が埋め込まれにくくなりやすいと考えられる。そのため、25nm以上であることが好ましく、80nm以上であることがより好ましい。また、250nm以下であると、有機ケイ素重合体粒子がトナー粒子表面から脱離しにくくなると考えられる。そのため、250nm以下であることが好ましく、170nm以下であることがより好ましい。
本発明において、トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される算術平均粗さRa(nm)は15nm以上200nm以下である。
本発明において、走査型プローブ顕微鏡(以下、「SPM」ともいう。)は、探針、探針を支持するカンチレバー、及びカンチレバーの曲がりを検出する変位測定系を備え、探針と試料との間の原子間力(引力又は斥力)を検出して、試料表面の形状観察を行うものである。SPMで測定される算術平均粗さRaは、JIS B0601:2001で定義されている中心線平均粗さRaを、測定面に対して適用できるよう三次元に拡張したものであり、基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値である(測定方法の詳細は後述する。)。数1
そして、算術平均粗さRaは、粒子表面の粗さを表す指標であり、ナノメートルスケールでのトナー粒子表面の凹凸情報を得ることができる。また、一つの傷が測定値に及ぼす影響が非常に小さくなり、安定した結果が得られるという特徴がある。
トナー粒子のRaが上述の範囲であることで、有機ケイ素重合体粒子との接触点が多くなり、その接点でファンデルワールス力がはたらくため、トナー粒子と有機ケイ素重合体粒子の付着力が強くなり、有機ケイ素重合体粒子が脱離しにくくなる。
また、本発明において、有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)と上記トナー粒子の算術平均粗さRaとの関係が、下記式(1)の関係を満たす。
Ra≦S (1)
Ra≦S (1)
本発明において、有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)とトナー粒子の算術平均粗さRaとの関係が式(1)を満たすと、トナーの最表面に有機ケイ素重合体粒子が存在していることになる。即ち、トナー粒子の凹凸よりも外添剤として用いた有機ケイ素重合体粒子の粒径の方が大きいため、トナー同士やトナーと部材との接触点は有機ケイ素重合体粒子となっている。
このような状態として、トナー最表面に有機ケイ素重合体が存在することで、トナーとしての付着力が低下するため、部材との付着力が低下し、現像性が向上する。また、トナー最表面に有機ケイ素重合体粒子が存在することで、現像機内でストレスがかかった時にもその弾性のために埋め込みが起こらず、トナーの状態変化が起こらず、長期に渡る出力を行っても濃度変化が起こりにくい。
本発明において、上記トナー粒子の算術平均粗さRa(nm)は70nm以上150nm以下であることが好ましい。トナー粒子のRaが70nm以上であることで、トナー粒子の凹凸が大きくなり、有機ケイ素重合体粒子との接触機会が多くなり、その接点でファンデルワールス力がはたらくため、トナー粒子と有機ケイ素重合体粒子の付着力が強くなり、有機ケイ素重合体粒子が脱離しにくくなる。また、Raが150nm以下であることによって、有機ケイ素重合体粒子がトナーの最表面に存在しやすくなり、トナーとしての付着力が低下するため、現像性が向上し、好ましい。
さらに、トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される十点平均粗さRzjis(nm)は、70nm以上250nm以下であることが好ましく、より好ましくは110nm以上200nm以下である。
十点平均粗さ(Rzjis)は、JIS B0601(1994)で定義に準じて測定を行った。すなわち、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線と直交する方向に測定した、最も高い山頂から5番目の山頂までの標高(Yp)の絶対値の平均値と、最も低い谷底から5番目までの谷底の標高(Yv)の絶対値の平均値との和を求めることにより求めた(測定方法の詳細は後述する。)。
本発明において、Raと同様に、トナー粒子の十点平均粗さRzjisが上記の範囲内であることにより、トナー粒子の凹凸が適正となり、有機ケイ素重合体粒子との接触機会が多くなる。このため、有機ケイ素重合体粒子の脱離が抑制されると同時に、有機ケイ素重合体粒子がトナーの最表面に存在しやすくなり、トナーとしての付着力が低下するため、現像性が向上する。
本発明において、トナーを振とう速度14.5cm/秒、振とう幅3.0cmの条件で10分間振とうした後、振とう後のトナーを界面活性剤を含むイオン交換水に分散させ、得られた分散液を、振とう速度:46.7cm/秒、振とう幅:4.0cmの条件で5分間振とうすることにより得られる試料を用いて測定される、前記トナー粒子に対する前記有機ケイ素重合体粒子の固着率A(%)が75%以上であることが好ましい。
従来のトナー粒子と有機ケイ素重合体粒子を用いたトナーを、負帯電極性トナー用標準キャリア(日本画像学会社製)と混合し、上記の条件で振とうすると、有機ケイ素重合体粒子が遊離し、固着率が低下する。本発明においては、上記条件で振とうした後の固着率は75%以上であることが好ましい。固着率が75%以上であると、トナーからの有機ケイ素重合体粒子の脱離が抑えられるため、トナーの流動性が低下せず、長期に渡る出力を行っても画像欠陥が起こらず、画像濃度が安定し、部材汚染も抑制される。
なお、上記固着率Aの測定方法の詳細に関しては、後述する。
本発明において、トナー粒子は、トナー粒子の粗さを形成する凸部を有し、該凸部は樹脂微粒子がトナー母粒子に埋没することによって形成されており、該樹脂微粒子の埋没率が15%以上50%未満であり、トナー粒子における樹脂微粒子の被覆率が20%以上50%以下であり、樹脂微粒子の個数平均粒径R(nm)が該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)以下であることが好ましい。
本発明におけるトナー粒子の凹凸は樹脂微粒子によって形成されていることが好ましい。樹脂微粒子は、個数平均粒径が10nm以上500nm以下であることが好ましい。より好ましくは80nm以上130nm以下である。個数平均粒径が10nm以上の樹脂微粒子であることによって、トナー母粒子に埋め込まれることで凹凸が形成される。また、樹脂微粒子の個数平均粒径が500nm以下の場合には、樹脂微粒子由来の凸部が高すぎないため、凸部の外れが抑制される。
また、本発明における樹脂微粒子の種類は特に限定されないが、ポリメチルメタクリレート樹脂微粒子、ウレタン樹脂微粒子、フェノール樹脂微粒子、メラミン樹脂微粒子、及びポリスチレン樹脂微粒子などのポリマー系樹脂微粒子などが挙げられる。
また、本発明における樹脂微粒子は、熱可塑性微粒子であることが好ましい。熱可塑性微粒子を用いることによって、樹脂微粒子由来の凸部がトナー母粒子からより外れにくくなる。これは、熱可塑性である樹脂微粒子が同じく熱可塑性であるトナー母粒子と一体化しやすくなるためであると考えている。更に、熱可塑性微粒子を用いることによりトナーの定着性が改善する。これは、熱可塑性樹脂が定着時に溶融しやすいためであると考えている。
熱可塑性微粒子としては、例えば、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂が挙げられる。なお、ビニル系樹脂としては、エチレン、プロピレン、イソブチレン、スチレン、α-メチルスチレンなどの単量体、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸t-ブチル、メタクリル酸2-エチルヘキシルなどの不飽和カルボン酸エステル、アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和カルボン酸、マレイン酸などの不飽和ジカルボン酸、マレイン酸無水物などの不飽和ジカルボン酸無水物、アクリロニトリルなどのニトリル系ビニル単量体、塩化ビニルなどの含ハロゲン系ビニル単量体、ニトロスチレンなどのニトロ系ビニル単量体の重合体またはそれらの共重合体を用いることが可能である。
トナー母粒子に対する樹脂微粒子の含有量は、トナー母粒子100.0質量部に対して、0.1質量部以上15.0質量部以下が好ましく、更に好ましくは0.5質量部以上7.0質量部以下である。
本発明において、樹脂微粒子の埋没率は15%以上50%未満であることが好ましい。樹脂微粒子の埋没率が上記の範囲であることでトナー粒子の凹凸が適正となり、有機ケイ素重合体粒子との接触点が増加し、有機ケイ素重合体粒子の脱離が抑制される。埋没率が15%以上であると樹脂微粒子の凹凸が形成され、50%未満であることで凸部の外れが抑制される。
なお、樹脂微粒子の埋没率の算出方法は後述する。
また、本発明において、トナー粒子における樹脂微粒子の被覆率は20%以上50%以下であることが好ましい。樹脂微粒子の被覆率が上記の範囲であることでトナー粒子と有機ケイ素重合体粒子との接触機会が適正化され、有機ケイ素重合体粒子の脱離が抑制される。被覆率が20%以上であると、樹脂微粒子と有機ケイ素重合体粒子の接触機会が増加する。50%以下であると、トナー粒子に有機ケイ素重合体が外添されるスペースがあるため好ましい。
さらに本発明において、樹脂微粒子の個数平均粒径R(nm)が有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)以下であることが好ましい。
本発明において、樹脂微粒子の個数平均粒径R(nm)が有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)以下であると、トナーの最表面に有機ケイ素重合体粒子が存在していることになる。即ち、トナー粒子の凹凸よりも外添剤として用いた有機ケイ素重合体粒子の粒径の方が大きくなるため、上述のように、トナーとしての付着力が低下し、部材との付着力が低下し、現像性が向上する。また、トナー最表面に有機ケイ素重合体粒子が存在することで、現像機内でストレスがかかった時にもその弾性のために埋め込みが起こらず、トナーの状態変化が起こらず、長期に渡る出力を行っても濃度変化が起こりにくい。
本発明に係る樹脂微粒子はカルボニル基を有することが好ましい。
また、本発明において、有機ケイ素重合体粒子はシラノール基を含有し、30℃での水分吸着等温線において、相対湿度80%時の水分吸着量が、5mg/g以上35mg/g以下であることが好ましい。
樹脂微粒子がカルボニル基を有することによって、カルボニル基の二重結合の酸素原子と有機ケイ素重合体粒子が持つシラノール基の水素原子が相互作用し、水素結合を形成する。このため、有機ケイ素重合体粒子の脱離が抑制される。
また、相対湿度80%における、有機ケイ素重合体粒子の水分吸着量が5mg/g以上35mg/gであることが好ましく、より好ましくは、18mg/g以上25mg/g以下である。
本発明において、上記の水分吸着量は、有機ケイ素重合体のOH基濃度によって制御することができ、トナーが含有する有機ケイ素重合体の水分吸着量が上記の範囲内であることにより、有機ケイ素重合体粒子のシラノールの水素原子と樹脂微粒子のカルボニル基の酸素原子との相互作用が高くなり、有機ケイ素重合体粒子の脱離が抑制される。
<有機ケイ素重合体粒子の製造方法>
有機ケイ素重合体粒子の製法は特に限定されず、例えば水にシラン化合物を滴下し、触媒により加水分解、縮合反応させた後、得られた懸濁液を濾過、乾燥することで得ることができる。触媒の種類、配合比、反応開始温度、滴下時間などにより、有機ケイ素重合体粒子の一次粒子の個数平均粒径をコントロールすることができる。
有機ケイ素重合体粒子の製法は特に限定されず、例えば水にシラン化合物を滴下し、触媒により加水分解、縮合反応させた後、得られた懸濁液を濾過、乾燥することで得ることができる。触媒の種類、配合比、反応開始温度、滴下時間などにより、有機ケイ素重合体粒子の一次粒子の個数平均粒径をコントロールすることができる。
触媒としては酸性触媒及び塩基性触媒が挙げられる。酸性触媒を用いると加水分解反応が進行しやすく、塩基性触媒を用いると縮合反応が進行しやすいためである。
酸性触媒としては例えば、塩酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸などが挙げられ、塩基性触媒としては例えば、アンモニア水、水酸ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。
上記有機ケイ素重合体粒子は、下記のモノマー原料を重合させて得ることができる。
モノマー原料:下記式(4)で示され、下記式(4)中のR7が炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基であり、R8、R9、及びR10が、それぞれ独立して加水分解性基である有機ケイ素化合物を含有するモノマー原料。
上記有機ケイ素化合物を、以下、三官能性シランとも表記する。三官能性シランはモノマー原料中に1種が単独で含有されてもよく、2種以上が含有されてもよい。
加水分解性基とは、加水分解反応の後に、ヒドロキシ基に変換される官能基を意味する。加水分解性基の種類としては、ハロゲン官能基(フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、及びヨード基)、アルコキシ基、及びアシルオキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1つの置換基が挙げられる。上記の中でも好ましくはアルコキシ基、アセトキシ基であり、さらに好ましくは、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、及びアセトキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1つの置換基である。これらの加水分解性基が加水分解されると、シリルアルコール構造に変換されるため、そこから重縮合されることによりポリシロキサン骨格や架橋構造を形成させやすいと考えられるため好ましい。
また、上記モノマー原料は、例えば、下記の化合物を含有してもよい。
・式(4)中のR7、R8、R9、及びR10が、それぞれ独立して加水分解性基である化合物(以下、四官能性シラン)、
・式(4)中のR7及びR8がそれぞれ独立して炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基であり、R9及びR10がそれぞれ独立して加水分解性基である有機ケイ素化合物(以下、二官能性シラン)、
・式(4)中のR7、R8、及びR9がそれぞれ独立して炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基であり、R10が加水分解性基である有機ケイ素化合物(以下、一官能性シラン)。
・式(4)中のR7、R8、R9、及びR10が、それぞれ独立して加水分解性基である化合物(以下、四官能性シラン)、
・式(4)中のR7及びR8がそれぞれ独立して炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基であり、R9及びR10がそれぞれ独立して加水分解性基である有機ケイ素化合物(以下、二官能性シラン)、
・式(4)中のR7、R8、及びR9がそれぞれ独立して炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基であり、R10が加水分解性基である有機ケイ素化合物(以下、一官能性シラン)。
上記四官能性シランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソシアネートシランなどが挙げられる。
上記三官能性シランとしては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルジエトキシメトキシシラン、メチルエトキシジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルメトキシジクロロシラン、メチルエトキシジクロロシラン、メチルジメトキシクロロシラン、メチルメトキシエトキシクロロシラン、メチルジエトキシクロロシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルジアセトキシメトキシシラン、メチルジアセトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジメトキシシラン、メチルアセトキシメトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジエトキシシラン、メチルトリヒドロキシシラン、メチルメトキシジヒドロキシシラン、メチルエトキシジヒドロキシシラン、メチルジメトキシヒドロキシシラン、メチルエトキシメトキシヒドロキシシラン、メチルジエトキシヒドロキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリクロロシラン、エチルトリアセトキシシラン、エチルトリヒドロキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリクロロシラン、プロピルトリアセトキシシラン、プロピルトリヒドロキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリクロロシラン、ブチルトリアセトキシシラン、ブチルトリヒドロキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘキシルトリクロロシラン、ヘキシルトリアセトキシシラン、ヘキシルトリヒドロキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリアセトキシシラン、フェニルトリヒドロキシシラン、ペンチルトリメトキシシランなどが挙げられる。
上記二官能性シランとしては、ジ-tert-ブチルジクロロシラン、ジ-tert-ブチルジメトキシシラン、ジ-tert-ブチルジエトキシシラン、ジブチルジクロロシラン、ジブチルジメトキシシラン、ジブチルジエトキシシラン、ジクロロデシルメチルシラン、ジメトキシデシルメチルシラン、ジエトキシデシルメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエチルジメトキシシランなどが挙げられる。
上記一官能性シランとしては、t-ブチルジメチルクロロシラン、t-ブチルジメチルメトキシシラン、t-ブチルジメチルエトキシシラン、t-ブチルジフェニルクロロシラン、t-ブチルジフェニルメトキシシラン、t-ブチルジフェニルエトキシシラン、クロロジメチルフェニルシラン、メトキシジメチルフェニルシラン、エトキシジメチルフェニルシラン、クロロトリメチルシラン、トリメチルメトキシシラン、エトキシトリメチルシラン、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリプロピルメトキシシラン、トリブチルメトキシシラン、トリペンチルメトキシシラン、トリフェニルクロロシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシランなどが挙げられる。
<結着樹脂>
トナー粒子は、結着樹脂を含有することが好ましい。結着樹脂としては、ビニル樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂等が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。中でも、帯電性及び定着性の観点から、ビニル樹脂及び/又はポリエステルであることが好ましく、ポリエステルであることがさらに好ましい。
トナー粒子は、結着樹脂を含有することが好ましい。結着樹脂としては、ビニル樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂等が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。中でも、帯電性及び定着性の観点から、ビニル樹脂及び/又はポリエステルであることが好ましく、ポリエステルであることがさらに好ましい。
また、必要に応じて、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環式炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂等を、結着樹脂に混合して用いることもできる。
<ポリエステル>
結着樹脂として好ましいポリエステルを以下に記載する。
結着樹脂として好ましいポリエステルを以下に記載する。
ポリエステルを構成する全モノマーユニットを基準として、45mol%以上55mol%以下がアルコール成分であり、45mol%以上55mol%以下がカルボン酸成分であることが好ましい。
ポリエステルの酸価は、好ましくは0mgKOH/g以上90mgKOH/g以下であり、より好ましくは5mgKOH/g以上50mgKOH/g以下である。ポリエステルの水酸基価は、好ましくは0mgKOH/g以上50mgKOH/g以下であり、より好ましくは5mgKOH/g以上30mgKOH/g以下である。ポリエステルの酸価及び水酸基価が上記範囲内であると、トナーの帯電特性において環境依存性が小さくなると考えられる。
ポリエステルのガラス転移温度(Tg)は、好ましくは50℃以上75℃以下であり、より好ましくは55℃以上65℃以下である。ポリエステルの数平均分子量(Mn)は、好ましくは1500以上50000以下であり、より好ましくは2000以上20000以下である。ポリエステルの重量平均分子量(Mw)は、好ましくは6000以上150000以下であり、より好ましくは10000以上100000以下である。
また、結着樹脂中のポリエステルの含有量は、50質量%以上100質量%以下であることが好ましく、80質量%以上100質量%以下であることがより好ましい。
トナー粒子の可塑効果を促進し、トナーの低温定着性を向上させる目的で、トナー粒子に結晶性ポリエステルを添加してもよい。結晶性ポリエステルとしては、炭素数2以上22以下の脂肪族ジオールと、炭素数2以上22以下の脂肪族ジカルボン酸とを主成分として含む単量体組成物の重縮合体が例として挙げられる。
炭素数2以上22以下(より好ましくは炭素数6以上12以下)の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い。これらの中でも、特にエチレングリコール、ジ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。
アルコール成分のうち、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上が、炭素数2以上22以下の脂肪族ジオールから選ばれるアルコールである。
脂肪族ジオール以外の多価アルコール単量体を用いることもできる。2価アルコール単量体としては、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。
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。
また、結晶性ポリエステルの特性を損なわない程度に1価のアルコ-ルを用いてもよい。
一方、炭素数2以上22以下(より好ましくは炭素数6以上12以下)の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。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。
カルボン酸成分のうち、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上が、炭素数2以上22以下の脂肪族ジカルボン酸から選ばれるカルボン酸である。
上記炭素数2以上22以下の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。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、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-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。
また、結晶性ポリエステルの特性を損なわない程度に1価のカルボン酸を含有していてもよい。
結晶性ポリエステルは、通常のポリエステル合成法に従って製造することができる。例えば、カルボン酸単量体とアルコール単量体とを、エステル化反応又はエステル交換反応させた後、減圧下又は窒素ガスを導入して常法に従って重縮合反応させることで、所望の結晶性ポリエステルを得ることができる。
結晶性ポリエステルの使用量は、結着樹脂100質量部に対して好ましくは0.1質量部以上30質量部以下であり、より好ましくは0.5質量部以上20質量部以下であり、さらに好ましくは3質量部以上15質量部以下である。
<各種添加剤>
トナーは、必要により、着色剤、離型剤、及び無機微粒子などから選ばれる1種以上の添加剤を含有してもよい。トナーに用いられる各種添加剤について具体的に記載する。
トナーは、必要により、着色剤、離型剤、及び無機微粒子などから選ばれる1種以上の添加剤を含有してもよい。トナーに用いられる各種添加剤について具体的に記載する。
<着色剤>
着色剤としては、例えば以下のものが挙げられる。着色剤は、顔料単独で使用してもよく、染料と顔料とを併用してもよい。
着色剤としては、例えば以下のものが挙げられる。着色剤は、顔料単独で使用してもよく、染料と顔料とを併用してもよい。
黒色着色剤として、カーボンブラック;イエロー着色剤、マゼンタ着色剤及びシアン着色剤とを用いて黒色に調整したもの。
マゼンタトナー用着色顔料しては、例えば以下のものが挙げられる。
縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン化合物、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。
具体的には、C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、39、40、41、48:2、48:3,48:4、49、50、51、52、53、54、55、57:1、58、60、63、64、68、81:1、83、87、88、89、90、112、114、122、123、144、146、150、163、166、169、177、184、185、202、206、207、209、220、221、238、254、269;C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.バットレッド1、2、10、13、15、23、29、35。
マゼンタトナー用染料としては、以下のものが挙げられる。
C.Iソルベントレッド1、3、8、23、24、25、27、30、49、81、82、83、84、100、109、121、C.I.ディスパースレッド9、C.I.ソルベントバイオレット8、13、14、21、27、C.I.ディスパースバイオレット1などの油溶染料、C.I.ベーシックレッド1、2、9、12、13、14、15、17、18、22、23、24、27、29、32、34、35、36、37、38、39、40、C.I.ベーシックバイオレット1、3、7、10、14、15、21、25、26、27、28などの塩基性染料。
シアントナー用着色顔料としては、以下のものが挙げられる。
C.I.ピグメントブルー1、2、3、7、15:2、15:3、15:4、16、17、60、62、66;C.I.バットブルー6、C.I.アシッドブルー45、フタロシアニン骨格にフタルイミドメチルを1~5個置換した銅フタロシアニン顔料。
イエロー用着色顔料としては、以下のものが挙げられる。
縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属化合物、メチン化合物、アリルアミド化合物。
縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属化合物、メチン化合物、アリルアミド化合物。
具体的には、C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、15、16、17、23、62、65、73、74,83、93、95、97,109、110、111、120、127、128、129、147、155、168、174、180、181、185、191;C.I.バットイエロー1、3、20が挙げられる。また、C.I.ダイレクトグリーン6、C.I.ベーシックグリーン4、C.I.ベーシックグリーン6、ソルベントイエロー162などの染料も使用することができる。
着色剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上30.0質量部以下であり、より好ましくは0.5質量部以上20.0質量部以下であり、さらに好ましくは3.0質量部以上15.0質量部以下である。
<離型剤>
離型剤としては、例えば、以下のものが挙げられる。1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
離型剤としては、例えば、以下のものが挙げられる。1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックスが好ましく使用できる。また、酸化ポリエチレンワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物、又は、それらのブロック共重合物;カルナバワックス、サゾールワックス、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;及び脱酸カルナバワックスなどの脂肪酸エステル類を一部又は全部を脱酸化したものなど。
離型剤の含有量は、結着樹脂100質量部あたり、好ましくは0.1質量部以上20質量部以下、より好ましくは0.5質量部以上10質量部以下である。
また、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、65℃以上130℃以下であることが好ましい。より好ましくは80℃以上125℃以下である。融点が65℃以上であると、トナーの粘度が好適になるため、感光体へのトナー付着を抑制できる。一方、融点が130℃以下であると、低温定着性が良好になる。
<無機微粒子>
無機微粒子としては、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、酸化アルミニウム微粒子が好ましい。無機微粒子は、トナー粒子に内添してもよいし、外添剤としてトナー粒子と混合してもよい。また、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
無機微粒子としては、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子、酸化アルミニウム微粒子が好ましい。無機微粒子は、トナー粒子に内添してもよいし、外添剤としてトナー粒子と混合してもよい。また、1種を単独で用いても2種以上を併用してもよい。
該無機微粒子は、シラン化合物、シリコーンオイル又はそれらの混合物のような疎水化剤で疎水化されていることが好ましい。また、該無機微粒子を外添剤として含有させる場合は、トナー粒子100.0質量部に対して、0.1質量部以上10.0質量部以下であることが好ましい。トナー粒子に無機微粒子を外添する際は、ヘンシェルミキサーのような混合機を用いるとよい。
<トナー及びトナー粒子の製造方法>
トナー粒子の製造方法は特に制限されず、例えば、溶融混練法、懸濁重合法、溶解懸濁法、乳化凝集法などが挙げられる。
トナー粒子の製造方法は特に制限されず、例えば、溶融混練法、懸濁重合法、溶解懸濁法、乳化凝集法などが挙げられる。
また、トナー粒子の製造方法は、結着樹脂に予め、着色剤を混合し、マスターバッチ化させた混合物を用いることが好ましい。そして、この混合物とその他の原材料(結着樹脂及びワックス等)を溶融混練させることにより、トナー粒子中に着色剤を良好に分散させることができる。
溶融混練法について説明する。溶融混練法とは、結着樹脂、ワックス、及び着色剤などのトナー原料を含有する混合物を溶融及び混練して溶融混練物を得る工程(以下、単に溶融混練工程ともいう)を含む、トナーの製造方法である。また、上記溶融混練工程において得られた溶融混練物を冷却後、粉砕、分級して得られたトナー粒子を熱処理する工程(以下、単に熱処理工程ともいう)を含むことが好ましい。これにより、樹脂微粒子を埋没させたトナー粒子を得ることができる。
以下、溶融混練法を用いたトナー粒子の製造手順について説明する。
まず、原料混合工程では、トナー原料として、結着樹脂、ワックス、並びに、着色剤などを所定量秤量して配合し、混合する。
該混合に使用される装置のとしては、ヘンシェルミキサー(日本コークス社製);スーパーミキサー(カワタ社製);リボコーン(大川原製作所社製);ナウターミキサー、タービュライザー、サイクロミックス(ホソカワミクロン社製);スパイラルピンミキサー(太平洋機工社製);レーディゲミキサー(マツボー社製)などが挙げられる。
次に、得られた混合物を溶融及び混練して、樹脂類を溶融し、その中にワックス及び着色剤などを分散させる(溶融混練工程)。
溶融混練に使用される装置としては、TEM型押し出し機(東芝機械社製);TEX二軸混練機(日本製鋼所社製);PCM混練機(池貝鉄工所社製);ニーデックス(三井鉱山社製)などが挙げられる。連続生産できるなどの優位性から、バッチ式練り機よりも、1軸又は2軸押出機といった連続式の練り機が好ましい。
次に、得られた溶融混練物は、2本ロールなどで圧延され、水冷などで冷却する。
その後、得られた冷却物は、所望の粒径にまで粉砕される。まず、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルなどで粗粉砕され、さらに、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)などで微粉砕される。
その後、得られた冷却物は、所望の粒径にまで粉砕される。まず、クラッシャー、ハンマーミル、フェザーミルなどで粗粉砕され、さらに、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)などで微粉砕される。
続いて、所望の粒径に分級してもよい。分級に使用される装置としては、ターボプレックス、ファカルティ、TSP、TTSP(ホソカワミクロン社製);エルボージェット(日鉄鉱業社製)などがある。
得られたトナー母粒子に熱処理を実施し、樹脂微粒子を埋没させる。図2で表される熱処理装置は、熱風により表面処理を行うもので、本発明における当該処理に好ましく用いることができる。
原料定量供給手段1により定量供給された混合物(トナー母粒子及び樹脂微粒子)は、圧縮気体調整手段2により調整された圧縮気体によって、原料供給手段の鉛直線上に設置された導入管3に導かれる。導入管を通過した混合物は、原料供給手段の中央部に設けられた円錐状の突起状部材4により均一に分散され、放射状に広がる8方向の供給管5に導かれ熱処理が行われる処理室6に導かれる。
このとき、処理室に供給された混合物は、処理室内に設けられた混合物の流れを規制するための規制手段9によって、その流れが規制される。このため処理室に供給された混合物は、処理室内を旋回しながら熱処理された後、冷却される。
供給された混合物を熱処理するための熱風は、熱風供給手段7から供給され、熱風を旋回させるための旋回部材13により、処理室内に熱風を螺旋状に旋回させて導入される。その構成としては、熱風を旋回させるための旋回部材13が、複数のブレードを有しており、その枚数や角度により、熱風の旋回を制御することができる。処理室内に供給される熱風は、熱風供給手段7の出口部における温度が100℃乃至300℃であることが好ましい。熱風供給手段の出口部における温度が上記の範囲内であれば、混合物を加熱しすぎることによるトナー粒子の融着や合一を防止しつつ、トナー母粒子に樹脂微粒子を均一に埋没処理することが可能となる。
更に熱処理されたトナー粒子は冷風供給手段8から供給される冷風によって冷却され、冷風供給手段8から供給される温度は-20℃乃至30℃であることが好ましい。冷風の温度が上記の範囲内であれば、熱処理トナー粒子を効率的に冷却することができ、混合物の均一な熱処理を阻害することなく、熱処理トナー粒子の融着や合一を防止することができる。冷風の絶対水分量は、0.5g/m3以上15.0g/m3以下であることが好ましい。
次に、冷却された熱処理トナー粒子は、処理室の下端にある回収手段10によって回収される。なお、回収手段の先にはブロワー(不図示)が設けられ、それにより吸引搬送される構成となっている。
また、粉体粒子供給口14は、供給された混合物の旋回方向と熱風の旋回方向が同方向になるように設けられており、表面処理装置の回収手段10は、旋回された粉体粒子の旋回方向を維持するように、処理室の外周部に設けられている。さらに、冷風供給手段8から供給される冷風は、装置外周部から処理室内周面に、水平かつ接線方向から供給されるよう構成されている。粉体供給口から供給されるトナーの旋回方向、冷風供給手段から供給された冷風の旋回方向、熱風供給手段から供給された熱風の旋回方向がすべて同方向である。そのため、処理室内で乱流が起こらず、装置内の旋回流が強化され、トナーに強力な遠心力がかかり、トナーの分散性が更に向上するため、合一粒子の少ない、形状の揃ったトナーを得ることができる。
上記熱処理の実施後に粗大な粒子が存在する場合、必要に応じて、分級又は篩分によって粗大粒子を除去してもよい。分級に使用される装置としては、上記装置が挙げられる。篩分に使用される装置としては、ウルトラソニック(晃栄産業社製);レゾナシーブ、ジャイロシフター(徳寿工作所社);ターボスクリーナー(ターボ工業社製);ハイボルター(東洋ハイテック社製)などが挙げられる。
上記熱処理工程の前又は後に、必要に応じて無機微粒子や有機ケイ素重合体などを添加してもよい。
<現像剤>
本発明におけるトナーは、一成分系現像剤としても使用できるが、トナー表面の電荷局在化を抑制するために、磁性キャリアと混合して、二成分系現像剤として用いることもできる。
本発明におけるトナーは、一成分系現像剤としても使用できるが、トナー表面の電荷局在化を抑制するために、磁性キャリアと混合して、二成分系現像剤として用いることもできる。
磁性キャリアとしては、例えば、酸化鉄;鉄、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム、及び希土類のような金属粒子、それらの合金粒子、それらの酸化物粒子;フェライトなどの磁性体;磁性体と、この磁性体を分散した状態で保持するバインダー樹脂とを含有する磁性体分散樹脂キャリア(いわゆる樹脂キャリア);など、一般に公知のものを使用できる。
トナーを磁性キャリアと混合して二成分系現像剤として使用する場合、その際の磁性キャリアの混合比率は、二成分系現像剤中のトナー濃度として、2質量%以上15質量%以下であることが好ましく、より好ましくは4.0質量%以上13.0質量%以下である。
<各種測定方法等>
以下、各種測定方法等について記載する。
以下、各種測定方法等について記載する。
<有機ケイ素重合体粒子の同定>
トナー中に含まれる有機ケイ素重合体粒子の構成化合物の組成と比率の同定は、熱分解ガスクロマトグラフィー質量分析計(以下、「熱分解GC/MS」とも称する)及びNMRを用いる。なお、有機ケイ素重合体粒子を単独で入手できる場合は、有機ケイ素重合体粒子を単独で測定することもできる。
トナー中に含まれる有機ケイ素重合体粒子の構成化合物の組成と比率の同定は、熱分解ガスクロマトグラフィー質量分析計(以下、「熱分解GC/MS」とも称する)及びNMRを用いる。なお、有機ケイ素重合体粒子を単独で入手できる場合は、有機ケイ素重合体粒子を単独で測定することもできる。
有機ケイ素重合体粒子の構成化合物の種類の分析には熱分解GC/MSが用いられる。
トナーを550℃~700℃で熱分解させた際に生じる、有機ケイ素重合体粒子由来の分解物の成分のマススペクトルを分析することで、有機ケイ素重合体粒子の構成化合物の種類を同定する。具体的な測定条件は以下の通りである。
(熱分解GC/MSの測定条件)
・熱分解装置:JPS-700(日本分析工業)
分解温度:590℃
GC/MS装置:Focus GC/ISQ (Thermo Fisher)
カラム:HP-5MS 長さ60m、内径0.25mm、膜厚0.25μm
注入口温度:200℃
フロー圧:100kPa
スプリット:50mL/分
MSイオン化:EI
イオン源温度:200℃ Mass Range 45-650
・熱分解装置:JPS-700(日本分析工業)
分解温度:590℃
GC/MS装置:Focus GC/ISQ (Thermo Fisher)
カラム:HP-5MS 長さ60m、内径0.25mm、膜厚0.25μm
注入口温度:200℃
フロー圧:100kPa
スプリット:50mL/分
MSイオン化:EI
イオン源温度:200℃ Mass Range 45-650
続いて同定した有機ケイ素重合体粒子の構成化合物の存在量比を、固体29Si-NMRで測定・算出する。固体29Si-NMRでは、有機ケイ素重合体粒子の構成化合物のSiに結合する官能基数によって、異なるシフト領域にピークが検出される。各ピークの官能基数は標準サンプルを用いて特定する。また得られたピーク面積から各構成化合物の存在量比を算出する。
固体29Si-NMRの測定条件は、下記の通りである。
・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: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
トナー中に、有機ケイ素重合体粒子以外のケイ素含有物が含まれる場合、トナーをクロロホルムなどの溶媒に分散させ、その後に遠心分離等で比重の差で有機ケイ素重合体粒子以外のケイ素含有物を除去する。その方法の1例を示す。
まずトナー1gをバイアル瓶に入れたクロロホルム31gに添加して分散し、有機ケイ素重合体粒子以外のケイ素含有物をトナーから分離させる。分散には超音波式ホモジナイザーを用いて30分間処理して分散液を作製する。処理条件は以下の通りである。
・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(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)
・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(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)
分散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(H-9R;株式会社コクサン社製)にて、58.33S-1、30分間の条件で遠心分離を行う。遠心分離後のガラスチューブ内では、有機ケイ素重合体粒子以外のケイ素含有物と、トナーから有機ケイ素重合体粒子以外のケイ素含有物が除かれた残渣が分離している。トナーから有機ケイ素重合体粒子以外のケイ素含有物が除かれた残渣を抽出して、真空条件下(40℃/24時間)で乾燥し、トナーから有機ケイ素重合体粒子以外のケイ素含有物を除去したサンプルを得る。上記と同様の手順により、トナー中に含まれる有機ケイ素重合体粒子の構成化合物の組成と比率を同定することができる。
<トナー中に含まれる有機ケイ素重合体粒子の定量方法>
トナー中に含まれる有機ケイ素重合体粒子の含有量は、蛍光X線を用いて測定する。
トナー中に含まれる有機ケイ素重合体粒子の含有量は、蛍光X線を用いて測定する。
蛍光X線の測定は、JIS K 0119-1969に準ずるが、具体的には以下の通りである。測定装置としては、波長分散型蛍光X線分析装置「Axios」(PANalytical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「SuperQ ver.5.0L」(PANalytical社製)を用いる。なお、X線管球のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は27mmとする。測定は、Omnianのメソッドを用いて元素FからUまでの範囲を測定し、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出する。また、X線発生装置の加速電圧、電流値は、出力2.4kWとなるように設定する。測定サンプルとしては、専用のプレス用アルミリングの中にトナー4gを入れて平らにならし、錠剤成型圧縮機「BRE-32」(前川試験機製作所社製)を用いて、20MPaで、60秒間加圧し、厚さ2mm、直径39mmに成型したペレットを用いる。
前述条件で成形したペレットにX線を照射して、発生する特性X線(蛍光X線)を分光素子にて分光する。次に、サンプルに含まれる各元素固有の波長に対応する角度に分光された蛍光X線の強度を、FP法(ファンダメンタルパラメータ法)により分析し、トナーに含まれる各元素の含有比率を分析結果として得て、トナー中のケイ素原子の含有量を求める。
蛍光X線で求めたトナー中のケイ素の含有量と、固体29SiNMR及び熱分解GC/MSなどを用いて構造を特定した有機ケイ素重合体粒子の構成化合物中のケイ素の含有量比の関係から、計算によってトナー中の有機ケイ素重合体粒子の含有量を求めることができる。
トナー中に、有機ケイ素重合体粒子以外のケイ素含有物が含まれる場合、上記と同様の方法で、トナーから有機ケイ素重合体粒子以外のケイ素含有物を除去したサンプルを得て、トナー中に含まれる有機ケイ素重合体粒子を定量することができる。
<有機ケイ素重合体粒子の帯電量Qの測定方法>
有機ケイ素重合体粒子の帯電量(mC/kg)は以下のようにして算出する。
測定は、温度23℃,相対湿度50%環境下で行う。負帯電極性トナー用標準キャリア(日本画像学会社製)9.8gに帯電性を測定したいサンプル0.2gを加えた混合物を50ml容量のポリエチレン製の瓶に入れ、12時間静置する。次に、Model-YS-LD振とう器(株式会社ヤヨイ製)を用いて200rpmで5分間振とうする。次いで、図1に示す摩擦帯電量測定装置において、底に635メッシュのスクリーン3Aのある金属製の測定容器2Aに前記混合物0.15gを入れ、金属製のフタ4Aをする。この時の測定容器2A全体の質量を秤りW1(g)とする。次に吸引機1A(測定容器2Aと接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口7Aから吸引し風量調節弁6Aを調節して真空計5Aの圧力を1.5kPaとする。この状態で2分間吸引を行い、現像剤を吸引除去する。この時の電位計9Aの電位をV(ボルト)とする。ここで8Aはコンデンサーであり容量をC(μF)とする。また、吸引後の測定機全体の質量を秤りW2(g)とする。サンプルの摩擦帯電量Q(mC/kg)は下式のように計算される。
Q=CV/(W1-W2)
有機ケイ素重合体粒子の帯電量(mC/kg)は以下のようにして算出する。
測定は、温度23℃,相対湿度50%環境下で行う。負帯電極性トナー用標準キャリア(日本画像学会社製)9.8gに帯電性を測定したいサンプル0.2gを加えた混合物を50ml容量のポリエチレン製の瓶に入れ、12時間静置する。次に、Model-YS-LD振とう器(株式会社ヤヨイ製)を用いて200rpmで5分間振とうする。次いで、図1に示す摩擦帯電量測定装置において、底に635メッシュのスクリーン3Aのある金属製の測定容器2Aに前記混合物0.15gを入れ、金属製のフタ4Aをする。この時の測定容器2A全体の質量を秤りW1(g)とする。次に吸引機1A(測定容器2Aと接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口7Aから吸引し風量調節弁6Aを調節して真空計5Aの圧力を1.5kPaとする。この状態で2分間吸引を行い、現像剤を吸引除去する。この時の電位計9Aの電位をV(ボルト)とする。ここで8Aはコンデンサーであり容量をC(μF)とする。また、吸引後の測定機全体の質量を秤りW2(g)とする。サンプルの摩擦帯電量Q(mC/kg)は下式のように計算される。
Q=CV/(W1-W2)
<有機ケイ素重合体粒子及び樹脂微粒子の一次粒子の個数平均粒径の測定方法>
有機ケイ素重合体粒子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、日立製作所社製)を用いて行う。有機ケイ素重合体粒子が添加されたトナー粒子を観察して、最大5万倍に拡大した視野において、ランダムに100個の有機ケイ素重合体粒子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、有機ケイ素重合体の大きさによって適宜調整する。なお、有機ケイ素重合体を単独で入手できる場合は、有機ケイ素重合体を単独で測定することもできる。
有機ケイ素重合体粒子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、日立製作所社製)を用いて行う。有機ケイ素重合体粒子が添加されたトナー粒子を観察して、最大5万倍に拡大した視野において、ランダムに100個の有機ケイ素重合体粒子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、有機ケイ素重合体の大きさによって適宜調整する。なお、有機ケイ素重合体を単独で入手できる場合は、有機ケイ素重合体を単独で測定することもできる。
また、上記と同様にして、樹脂微粒子の一次粒子の個数平均粒径も求めることができる。
トナー中に、有機ケイ素重合体粒子以外のケイ素含有物が含まれる場合、トナー粒子の観察において、外添剤の各粒子に対してEDS分析(エネルギー分散型X線分析)を行い、Si元素ピークの有無から、分析した粒子が有機ケイ素重合体粒子であるか否かを判断できる。また、トナー中に、有機ケイ素重合体粒子とシリカ微粒子の両方が含まれている場合には、Si、Oの元素含有量(atomic%)の比(Si/O比)を標品と比較することで有機ケイ素重合体粒子の同定を行う。有機ケイ素重合体粒子、シリカ微粒子それぞれの標品に対して、同条件でEDS分析を行い、Si、Oそれぞれの元素含有量(atomic%)を得る。有機ケイ素重合体粒子のSi/O比をAとし、シリカ微粒子のSi/O比をBとする。AがBに対して、有意に大きくなる測定条件を選択する。具体的には、標品に対して、同条件で10回の測定を行い、A,Bそれぞれの相加平均値を得る。得られた平均値がA/B>1.1となる測定条件を選択する。
判別対象の微粒子のSi/O比が[(A+B)/2]よりもA側にある場合に当該微粒子を有機ケイ素重合体粒子と判断する。有機ケイ素重合体粒子の標品として、トスパール120A(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社)を、シリカ微粒子の標品として、HDK V15(旭化成)を用いる。
<有機ケイ素重合体粒子の水分吸着量の測定方法>
有機ケイ素重合体粒子の水分吸着量は、吸着平衡測定装置(BELSORP-aqua3、日本ベル社製)によって測定する。この装置は、対象とする気体(本発明の場合は水蒸気)の吸着量を測定する装置である。具体的な測定方法を以下に記載する。
有機ケイ素重合体粒子の水分吸着量は、吸着平衡測定装置(BELSORP-aqua3、日本ベル社製)によって測定する。この装置は、対象とする気体(本発明の場合は水蒸気)の吸着量を測定する装置である。具体的な測定方法を以下に記載する。
(脱気)
測定前にサンプルに吸着している水分を脱気する。セル、フィラーロット、キャップをつけて、空の重さを量る。サンプルを約0.3gはかりセルへ投入する。フィラーロットをセル内へ入れ、キャップを取り付けて、脱気ポートへ取り付ける。測定するセルを全て脱気ポートへ取り付けたら、ヘリウムの弁を開ける。脱気するポートのボタンをONにし、「VAC」ボタンを押す。これで1日以上脱気を行う。
測定前にサンプルに吸着している水分を脱気する。セル、フィラーロット、キャップをつけて、空の重さを量る。サンプルを約0.3gはかりセルへ投入する。フィラーロットをセル内へ入れ、キャップを取り付けて、脱気ポートへ取り付ける。測定するセルを全て脱気ポートへ取り付けたら、ヘリウムの弁を開ける。脱気するポートのボタンをONにし、「VAC」ボタンを押す。これで1日以上脱気を行う。
(測定)
定部本体の電源を入れ、真空ポンプも起動する。循環水用の本体及び操作盤の電源を入れ、PC画面中央部にある「BELaqua3.exe(測定用ソフト)」を立ち上げる。空気高温槽の温度制御:「流路図」ウインドウ上の「TIC1」の枠にある「SV」をダブルクリックし、「温度設定」ウインドウを開く。温度(80℃)を入力して、設定をクリックする。吸着温度の制御:「流路図」ウインドウの「吸着温度」の「SV」をダブルクリックし、「SV値」(吸着温度)を入力する。「循環開始」及び「外温制御」をクリックし、設定をクリック。「PURGE」ボタンを押して脱気を止め、ポートのボタンをOFFにしてサンプルを取り外し、キャップを取り付けて、サンプルの重さを量った後、本体測定部にサンプルを取り付ける。PC上で、「測定条件」をクリックし、「測定条件設定」ウインドウを開く。測定条件は以下の通り。
・空気恒温槽温度:80.0℃
・吸着温度:30.0℃
・吸着質名称:H2O
・平衡時間:500sec
・温度待ち:60分
・飽和蒸気圧:4.245kPa
・サンプル管排気速度:普通
・化学吸着測定:しない
・初期導入量:0.20cm3(STP)・g-1
・測定相対圧範囲数:4
測定検体数を選択し、「測定データファイル名」と「サンプル重量」を入力する。測定をスタートする。
定部本体の電源を入れ、真空ポンプも起動する。循環水用の本体及び操作盤の電源を入れ、PC画面中央部にある「BELaqua3.exe(測定用ソフト)」を立ち上げる。空気高温槽の温度制御:「流路図」ウインドウ上の「TIC1」の枠にある「SV」をダブルクリックし、「温度設定」ウインドウを開く。温度(80℃)を入力して、設定をクリックする。吸着温度の制御:「流路図」ウインドウの「吸着温度」の「SV」をダブルクリックし、「SV値」(吸着温度)を入力する。「循環開始」及び「外温制御」をクリックし、設定をクリック。「PURGE」ボタンを押して脱気を止め、ポートのボタンをOFFにしてサンプルを取り外し、キャップを取り付けて、サンプルの重さを量った後、本体測定部にサンプルを取り付ける。PC上で、「測定条件」をクリックし、「測定条件設定」ウインドウを開く。測定条件は以下の通り。
・空気恒温槽温度:80.0℃
・吸着温度:30.0℃
・吸着質名称:H2O
・平衡時間:500sec
・温度待ち:60分
・飽和蒸気圧:4.245kPa
・サンプル管排気速度:普通
・化学吸着測定:しない
・初期導入量:0.20cm3(STP)・g-1
・測定相対圧範囲数:4
測定検体数を選択し、「測定データファイル名」と「サンプル重量」を入力する。測定をスタートする。
(解析)
解析ソフトを立ち上げて、解析する。温度30℃相対湿度80%における水分吸着量(cm3g-1)を求める。
解析ソフトを立ち上げて、解析する。温度30℃相対湿度80%における水分吸着量(cm3g-1)を求める。
<トナー粒子表面の平均面粗さ(Ra)及び十点平均粗さ(Rzjis)の測定方法>
トナー粒子表面の平均面粗さ(Ra)及び十点平均粗さ(Rz)は、以下の測定装置及び測定条件により測定した。
走査型プローブ顕微鏡:日立ハイテクサイエンス(株)製
測定ユニット :E-sweep
測定モード :DFM(共振モード)形状像
解像度 :Xデータ数 256、Yデータ数 128
測定エリア :1μm四方
トナー粒子に外添剤が添加されているトナーは、外添剤を予め取り除く必要があり、具体的な方法としては、後述の水洗処理方法を用いた。
トナー粒子表面の平均面粗さ(Ra)及び十点平均粗さ(Rz)は、以下の測定装置及び測定条件により測定した。
走査型プローブ顕微鏡:日立ハイテクサイエンス(株)製
測定ユニット :E-sweep
測定モード :DFM(共振モード)形状像
解像度 :Xデータ数 256、Yデータ数 128
測定エリア :1μm四方
トナー粒子に外添剤が添加されているトナーは、外添剤を予め取り除く必要があり、具体的な方法としては、後述の水洗処理方法を用いた。
また、トナー粒子は、後述するコールター・カウンター法で測定された重量平均粒径(D4)と等しい粒径のトナー粒子を選択して、測定対象とした。測定されたデータは、異なるトナー粒子を10個以上測定し、得られたデータの平均値を算出して、トナー粒子の平均面粗さ(Ra)及び十点平均粗さ(Rzjis)とした。
平均面粗さ(Ra)は、JIS B0601(1994)で定義されている中心線平均粗さRaを、測定面に対して適用できるよう三次元に拡張したものである。基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値であり、次式で表される。
指定面とは、本発明においては1μm四方の測定エリアを意味する。
一方、十点平均粗さ(Rzjis)は、JIS B0601(1994)で定義に準じて測定を行った。すなわち、図4に示すように、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線と直交する方向に測定した、最も高い山頂から5番目の山頂までの標高(Yp)の絶対値の平均値と、最も低い谷底から5番目までの谷底の標高(Yv)の絶対値の平均値との和(次式参照)を求めることにより求めた。
<水洗処理方法>
本発明では水洗処理を次のように行った。イオン交換水10.3gにショ糖20.7g(キシダ化学社製)を溶解させたショ糖水溶液に、界面活性剤であるコンタミノン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、和光純薬工業社製)6mLを30mLのガラスバイアル(例えば、日電理化硝子株式会社製、VCV-30、外径:35mm、高さ:70mm)に入れて十分混合し、分散液を作製する。このバイアルにトナー1.0gを添加し、トナーが自然に沈降するまで静置して処理前分散液を作製する。この分散液を、振とう機(YS-8D型:(株)ヤヨイ製)にて、振とう速度:200rpmで5分間振とうし、外添剤をトナー粒子表面から離脱させた。外添剤が残存したトナーと脱離した外添剤の分離は遠心分離機を用いて行う。遠心分離工程は3700rpmで30min行った。残存したトナー粒子を吸引濾過することで採取し、乾燥させトナー粒子を得る。
本発明では水洗処理を次のように行った。イオン交換水10.3gにショ糖20.7g(キシダ化学社製)を溶解させたショ糖水溶液に、界面活性剤であるコンタミノン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、和光純薬工業社製)6mLを30mLのガラスバイアル(例えば、日電理化硝子株式会社製、VCV-30、外径:35mm、高さ:70mm)に入れて十分混合し、分散液を作製する。このバイアルにトナー1.0gを添加し、トナーが自然に沈降するまで静置して処理前分散液を作製する。この分散液を、振とう機(YS-8D型:(株)ヤヨイ製)にて、振とう速度:200rpmで5分間振とうし、外添剤をトナー粒子表面から離脱させた。外添剤が残存したトナーと脱離した外添剤の分離は遠心分離機を用いて行う。遠心分離工程は3700rpmで30min行った。残存したトナー粒子を吸引濾過することで採取し、乾燥させトナー粒子を得る。
<トナーの重量平均粒径(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 Multisizer3」(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。
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 Multisizer3」(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。
尚、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した。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した。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た。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までに設定した。
具体的な測定法は以下の通りである。
(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/秒にて行った。そして、解析ソフトの「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いた。
(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加えた。
(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 Dispension 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添加した。
(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た。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した。
(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、分散させた。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続した。尚、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した。
(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、測定濃度が約5%となるように調整した。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行った。
(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、重量平均粒子径(D4)を算出した。尚、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」が重量平均粒子径(D4)である。
(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/秒にて行った。そして、解析ソフトの「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いた。
(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加えた。
(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 Dispension 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添加した。
(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た。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した。
(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、分散させた。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続した。尚、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した。
(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、測定濃度が約5%となるように調整した。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行った。
(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、重量平均粒子径(D4)を算出した。尚、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」が重量平均粒子径(D4)である。
<有機ケイ素重合体粒子の固着率A(%)の測定方法>
有機ケイ素重合体粒子の固着率A(%)の測定は、以下のように行った。
有機ケイ素重合体粒子の固着率A(%)の測定は、以下のように行った。
負帯電極性トナー用標準キャリア(日本画像学会社製)98gに固着率を測定したいサンプル2gを加えた混合物を500ml容量のポリエチレン製の瓶に入れ、12時間静置した。次に、この混合物をModel-YS-LD振とう器(株式会社ヤヨイ製)を用い、振とう速度14.5cm/秒、振とう幅3.0cmの条件で10分間振とうした。次いで、振とう後のトナーを界面活性剤を含むイオン交換水に分散させ、得られた分散液を、振とう速度:46.7cm/秒、振とう幅:4.0cmの条件で5分間振とうした。
その後、振とうしたサンプル5gを蒸留水50ml、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)1mlと混合し、撹拌しながら、ビーカー外側の底から磁石を当て、トナーとキャリアを分離した。トナーを含む上澄み液を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥し、振とう後トナーを得た。これをトナーが1g得られるまで繰り返した。
得られた振とう後トナーと初期トナーの測定対象の元素量比から固着率(%)を計算する。
なお、固着率の測定方法は以下のように行った。
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブ(容量50ml)に上記ショ糖濃厚液を31gと、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6mL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350spm(strokes per min)、20分間振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(容量50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H-9R 株式会社コクサン製)にて3500rpm、30分間の条件で分離する。トナー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をスパチュラ等で採取する。採取したトナーを含む水溶液を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥する。乾燥品をスパチュラで解砕し、蛍光X線でケイ素の量を測定する。上記振とう後のトナーと初期のトナーの測定対象の元素量比から固着率(%)を計算する。
各元素の蛍光X線の測定は、JIS K 0119-1969に準ずるが、具体的には以下の通りである。
測定装置としては、波長分散型蛍光X線分析装置「Axios」(PANalytical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「SuperQ ver.4.0F」(PANalytical社製)を用いる。なお、X線管球のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は10mm、測定時間10秒とする。また、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出する。
上記条件で測定を行い、得られたX線のピーク位置をもとに元素を同定し、単位時間あたりのX線光子の数である計数率(単位:cps)からその濃度を算出する。
トナー中の定量方法としては、例えばケイ素量はトナー粒子100質量部に対して、例えば、有機ケイ素重合体微粉末を0.5質量部となるように添加し、コーヒーミルを用いて充分混合する。同様にして、有機ケイ素重合体微粉末を2.0質量部、5.0質量部となるようにトナー粒子とそれぞれ混合し、これらを検量線用の試料とする。
それぞれの試料について、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにして検量線用の試料のペレットを作製し、PETを分光結晶に用いた際に回折角(2θ)=109.08°に観測されるSi-Kα線の計数率(単位:cps)を測定する。この際、X線発生装置の加速電圧、電流値はそれぞれ、24kV、100mAとする。得られたX線の計数率を縦軸に、各検量線用試料中のSiO2添加量を横軸として、一次関数の検量線を得る。
次に、分析対象のトナーを、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにしてペレットとし、そのSi-Kα線の計数率を測定する。そして、上記の検量線からトナー中の有機ケイ素重合体の含有量を求める。上記方法により算出した初期のトナーの元素量に対して、水洗後のトナーの元素量の比率を求め固着率(%)とした。
<樹脂微粒子の被覆率の測定方法>
上述の水洗処理方法を用いて外添剤を取り除いたトナー粒子における樹脂微粒子の被覆率(単位:面積%)は以下の通り測定した。
上述の水洗処理方法を用いて外添剤を取り除いたトナー粒子における樹脂微粒子の被覆率(単位:面積%)は以下の通り測定した。
樹脂微粒子の被覆率は、走査型電子顕微鏡による観察と画像計測を用いて測定した。走査型電子顕微鏡による観察において、樹脂微粒子を観察する観察倍率は、50000倍を採用した。走査型電子顕微鏡としては、上記の日立超高分解能電界放出走査電子顕微鏡S-4800(商品名)を用いた。
画像撮影条件は以下の通りとした。
試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上にトナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分なトナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上にトナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分なトナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
S-4800観察条件設定
樹脂微粒子の被覆率の算出は、S-4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。反射電子像は2次電子像と比べてチャージアップが少ないため、樹脂微粒子の被覆率を精度良く測定することができる。
樹脂微粒子の被覆率の算出は、S-4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。反射電子像は2次電子像と比べてチャージアップが少ないため、樹脂微粒子の被覆率を精度良く測定することができる。
S-4800の筺体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PC-SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し実行する。フラッシングによるエミッション電流が20~40μAであることを確認する。試料ホルダをS-4800筺体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[0.8kV]、エミッション電流を[20μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[上(U)]及び[+BSE]を選択し、[+BSE]の右の選択ボックスで[L.A.100]を選択し、反射電子像で観察するモードにする。
同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[3.0mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
(3)焦点調整
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、視野内全体にある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作を更に2度繰り返し、ピントを合わせる。
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、視野内全体にある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作を更に2度繰り返し、ピントを合わせる。
次に対象のトナーについて、最大径の中点を測定画面の中央に合わせた状態でコントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を10000(10k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。
次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。その後、倍率を50000(50k)倍に設定し、上記と同様にフォーカスつまみ、STIGMA/ALIGNMENTつまみを使用して焦点調整を行い、再度オートフォーカスでピントを合わせる。この操作を再度繰り返し、ピントを合わせる。ここで、観察面の傾斜角度が大きいと被覆率の測定精度が低くなりやすいので、ピント調整の際に観察面全体のピントが同時に合うものを選ぶことで、表面の傾斜が極力無いものを選択して解析する。
画像保存
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。この画像ファイルを用いて下記の解析を行う。トナー一つに対して写真を1枚撮影し、少なくともトナー30粒子以上について画像を得る。
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。この画像ファイルを用いて下記の解析を行う。トナー一つに対して写真を1枚撮影し、少なくともトナー30粒子以上について画像を得る。
観察した画像を、画像解析ソフトウェアであるImage J(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能)を用いて二値化する。二値化した後、用いた樹脂微粒子径に相当する樹脂微粒子のみを抽出し、トナー粒子上における、樹脂微粒子の被覆率(単位:面積%)を求める。
上記測定を二値化した画像100枚について行い、樹脂微粒子の被覆率(単位:面積%)の平均値を樹脂微粒子の被覆率とする。
<樹脂微粒子の埋没率の測定方法>
上述の水洗処理方法を用いて外添剤を取り除いたトナー粒子における樹脂微粒子の埋没率(単位:%)は、上記の被覆率同様、S-4800で得られた画像から算出した。
上述の水洗処理方法を用いて外添剤を取り除いたトナー粒子における樹脂微粒子の埋没率(単位:%)は、上記の被覆率同様、S-4800で得られた画像から算出した。
埋没率の算出で用いる画像は上述の被覆率とは異なり、観察面の傾斜角度が大きいところを選び、樹脂微粒子の直径aに対する樹脂微粒子が埋没している部分bの割合(図3参照)で埋没率を算出した。
埋没率(%)=樹脂微粒子が埋没している部分b/樹脂微粒子の直径a
埋没率(%)=樹脂微粒子が埋没している部分b/樹脂微粒子の直径a
上記の埋没率を少なくとも樹脂微粒子100個について算出し、その平均値を樹脂微粒子の埋没率とした。
以下、実施例を参照して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例にのみ限定されるものではない。以下の処方における部は、特に断りのない限り質量基準である。
<有機ケイ素重合体粒子1の製造例>
(第一工程)
温度計、撹拌機を備えた反応容器に、360.0部の水を入れ、15.0部の塩酸(濃度5.0質量%)を添加して均一溶液とした。該均一溶液を温度25℃で撹拌しながらメチルトリメトキシシラン(シラン化合物)135.0部を添加し、5時間撹拌した後、濾過して、透明な反応液を得た。
(第一工程)
温度計、撹拌機を備えた反応容器に、360.0部の水を入れ、15.0部の塩酸(濃度5.0質量%)を添加して均一溶液とした。該均一溶液を温度25℃で撹拌しながらメチルトリメトキシシラン(シラン化合物)135.0部を添加し、5時間撹拌した後、濾過して、透明な反応液を得た。
(第二工程)
温度計、撹拌機、滴下装置を備えた反応容器に、水を440.0部入れ、濃度10.0質量%のアンモニア水を17.0部添加して均一溶液とした。該均一溶液を反応開始温度35℃で撹拌しながら、第一工程で得られた反応液100部を1.2時間(滴下時間)かけて滴下し、6時間撹拌して懸濁液を得た。
温度計、撹拌機、滴下装置を備えた反応容器に、水を440.0部入れ、濃度10.0質量%のアンモニア水を17.0部添加して均一溶液とした。該均一溶液を反応開始温度35℃で撹拌しながら、第一工程で得られた反応液100部を1.2時間(滴下時間)かけて滴下し、6時間撹拌して懸濁液を得た。
(疎水化工程)
得られた懸濁液に疎水化剤としてヘキサメチルジシラザン30.0部を添加して、60℃で2.5時間撹拌した。5分静置して溶液下部に沈殿した粉体を吸引濾過で回収し、120℃で24時間減圧乾燥して有機ケイ素重合体1を得た。
得られた懸濁液に疎水化剤としてヘキサメチルジシラザン30.0部を添加して、60℃で2.5時間撹拌した。5分静置して溶液下部に沈殿した粉体を吸引濾過で回収し、120℃で24時間減圧乾燥して有機ケイ素重合体1を得た。
<有機ケイ素重合体粒子2~14の製造例>
上記有機ケイ素重合体粒子の製造方法において、第二工程における各種材料の量、反応開始温度、滴下時間と、疎水化工程における疎水化剤の種類と量を表1に記載したよう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、有機ケイ素重合体粒子2~14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。
上記有機ケイ素重合体粒子の製造方法において、第二工程における各種材料の量、反応開始温度、滴下時間と、疎水化工程における疎水化剤の種類と量を表1に記載したよう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、有機ケイ素重合体粒子2~14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。
表1中の測定結果は、上記した測定方法で測定した。
<トナー粒子1の製造例>
下記材料をヘンシェルミキサー(FM-75型、三井鉱山(株)製)を用いて、回転数1500rpm、回転時間5分で混合した後、温度135℃に設定した二軸混練機(PCM-30型、株式会社池貝製)にて混練し、混練物を得た。
・結着樹脂:下記のポリエステル(Tg:58℃、酸価:15mgKOH/g、水酸基価:15mgKOH/g、Mn:3600、Mw:96000) 100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(融点)90℃) 5.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.5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。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T-250、ターボ工業(株)製)にて微粉砕し、微粉砕物を得た。さらにファカルティ(F-300、ホソカワミクロン社製)を用い、得られた微粉砕物の分級を行い、重量平均粒径が4.8μmのトナー母粒子1を得た。上記ファカルティの運転条件は、分級ローター回転数を11000rpm、分散ローター回転数を7200rpmであった。
下記材料をヘンシェルミキサー(FM-75型、三井鉱山(株)製)を用いて、回転数1500rpm、回転時間5分で混合した後、温度135℃に設定した二軸混練機(PCM-30型、株式会社池貝製)にて混練し、混練物を得た。
・結着樹脂:下記のポリエステル(Tg:58℃、酸価:15mgKOH/g、水酸基価:15mgKOH/g、Mn:3600、Mw:96000) 100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(融点)90℃) 5.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.5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。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T-250、ターボ工業(株)製)にて微粉砕し、微粉砕物を得た。さらにファカルティ(F-300、ホソカワミクロン社製)を用い、得られた微粉砕物の分級を行い、重量平均粒径が4.8μmのトナー母粒子1を得た。上記ファカルティの運転条件は、分級ローター回転数を11000rpm、分散ローター回転数を7200rpmであった。
なお、結着樹脂として用いたポリエステルは、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40部、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10部、テレフタル酸40部、無水トリメリット酸2部、及びフマル酸8部の重縮合物であった。
・トナー母粒子1 100部
・樹脂微粒子(アクリル樹脂;個数平均粒径R=110nm) 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)で回転数1900rpm、回転時間3分で混合したのち、図2に示す熱処理装置によって熱処理を行い、トナー粒子1を得た。運転条件は、フィード量を5kg/hr、熱風温度を150℃、熱風流量を6m3/min.、冷風温度を-5℃、冷風流量を4m3/min.、ブロワー風量を20m3/min.、インジェクションエア流量を1m3/min.とした。
・樹脂微粒子(アクリル樹脂;個数平均粒径R=110nm) 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)で回転数1900rpm、回転時間3分で混合したのち、図2に示す熱処理装置によって熱処理を行い、トナー粒子1を得た。運転条件は、フィード量を5kg/hr、熱風温度を150℃、熱風流量を6m3/min.、冷風温度を-5℃、冷風流量を4m3/min.、ブロワー風量を20m3/min.、インジェクションエア流量を1m3/min.とした。
<トナー粒子2~33の製造例>
上記トナー粒子の製造例において、樹脂微粒子の種類と個数平均粒径、部数及びヘンシェルミキサーの条件を表2に記載した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、トナー粒子2~33を得た。
上記トナー粒子の製造例において、樹脂微粒子の種類と個数平均粒径、部数及びヘンシェルミキサーの条件を表2に記載した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、トナー粒子2~33を得た。
得られたトナー粒子1~33の物性を表2に示す。
<トナーの製造例>
・トナー粒子1 100部
・小粒径無機微粒子:イソブチルトリメトキシシランで表面処理した酸化チタン微粒子
(個数基準におけるメジアン径(D50)が10nm) 0.5部
・有機ケイ素重合体粒子1(個数平均粒径S=130nm) 1.0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)で回転数1900rpm、回転時間10分で混合し、トナー1を得た。
・トナー粒子1 100部
・小粒径無機微粒子:イソブチルトリメトキシシランで表面処理した酸化チタン微粒子
(個数基準におけるメジアン径(D50)が10nm) 0.5部
・有機ケイ素重合体粒子1(個数平均粒径S=130nm) 1.0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)で回転数1900rpm、回転時間10分で混合し、トナー1を得た。
<トナー2~42の製造例>
トナー1の製造例において、有機ケイ素重合体粒子の種類と、前記トナーを振とう速度14.5cm/秒、振とう幅3.0cmの条件で10分間振とうした後のトナー粒子に対する有機ケイ素重合体粒子の固着率A(%)を、表3の様に変更した以外はトナー1の製造例と同様の操作を行い、トナー2~42を得た。
トナー1の製造例において、有機ケイ素重合体粒子の種類と、前記トナーを振とう速度14.5cm/秒、振とう幅3.0cmの条件で10分間振とうした後のトナー粒子に対する有機ケイ素重合体粒子の固着率A(%)を、表3の様に変更した以外はトナー1の製造例と同様の操作を行い、トナー2~42を得た。
得られたトナー1~42の物性を表3に示す。表3中、式(1)の関係を満たすものを「○」、満たさないものを「×」とした。
<磁性コア粒子1の製造例>
・工程1(秤量及び混合工程):
Fe2O3 62.7部
MnCO3 29.5部
Mg(OH)2 6.8部
SrCO3 1.0部
上記材料を上記組成比となるようにフェライト原材料を秤量した。その後、直径1/8インチのステンレスビーズを用いた乾式振動ミルで5時間粉砕及び混合した。
・工程1(秤量及び混合工程):
Fe2O3 62.7部
MnCO3 29.5部
Mg(OH)2 6.8部
SrCO3 1.0部
上記材料を上記組成比となるようにフェライト原材料を秤量した。その後、直径1/8インチのステンレスビーズを用いた乾式振動ミルで5時間粉砕及び混合した。
・工程2(仮焼成工程):
得られた粉砕物をローラーコンパクターにて、約1mm角のペレットにした。このペレットを目開き3mmの振動篩にて粗粉を除去し、次いで目開き0.5mmの振動篩にて微粉を除去した後、バーナー式焼成炉を用いて、窒素雰囲気下(酸素濃度0.01体積%)で、温度1000℃で4時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。得られた仮焼フェライトの組成は、下記の通りである。
(MnO)a(MgO)b(SrO)c(Fe2O3)d
上記式において、a=0.257、b=0.117、c=0.007、d=0.393
得られた粉砕物をローラーコンパクターにて、約1mm角のペレットにした。このペレットを目開き3mmの振動篩にて粗粉を除去し、次いで目開き0.5mmの振動篩にて微粉を除去した後、バーナー式焼成炉を用いて、窒素雰囲気下(酸素濃度0.01体積%)で、温度1000℃で4時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。得られた仮焼フェライトの組成は、下記の通りである。
(MnO)a(MgO)b(SrO)c(Fe2O3)d
上記式において、a=0.257、b=0.117、c=0.007、d=0.393
・工程3(粉砕工程):
クラッシャーで0.3mm程度に粉砕した後に、直径1/8インチのジルコニアビーズを用い、仮焼フェライト100部に対し、水を30部加え、湿式ボールミルで1時間粉砕した。そのスラリーを、直径1/16インチのアルミナビーズを用いた湿式ボールミルで4時間粉砕し、フェライトスラリー(仮焼フェライトの微粉砕品)を得た。
クラッシャーで0.3mm程度に粉砕した後に、直径1/8インチのジルコニアビーズを用い、仮焼フェライト100部に対し、水を30部加え、湿式ボールミルで1時間粉砕した。そのスラリーを、直径1/16インチのアルミナビーズを用いた湿式ボールミルで4時間粉砕し、フェライトスラリー(仮焼フェライトの微粉砕品)を得た。
・工程4(造粒工程):
フェライトスラリーに、仮焼フェライト100部に対して分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム1.0部、バインダーとしてポリビニルアルコール2.0部を添加し、スプレードライヤー(製造元:大川原化工機)で、球状粒子に造粒した。得られた粒子を粒度調整した後、ロータリーキルンを用いて、650℃で2時間加熱し、分散剤やバインダーの有機成分を除去した。
フェライトスラリーに、仮焼フェライト100部に対して分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム1.0部、バインダーとしてポリビニルアルコール2.0部を添加し、スプレードライヤー(製造元:大川原化工機)で、球状粒子に造粒した。得られた粒子を粒度調整した後、ロータリーキルンを用いて、650℃で2時間加熱し、分散剤やバインダーの有機成分を除去した。
・工程5(焼成工程):
焼成雰囲気をコントロールするために、電気炉にて窒素雰囲気下(酸素濃度1.00体積%)で、室温から温度1300℃まで2時間で昇温し、その後、温度1150℃で4時間焼成した。その後、4時間をかけて、温度60℃まで降温し、窒素雰囲気から大気に戻し、温度40℃以下で取り出した。
焼成雰囲気をコントロールするために、電気炉にて窒素雰囲気下(酸素濃度1.00体積%)で、室温から温度1300℃まで2時間で昇温し、その後、温度1150℃で4時間焼成した。その後、4時間をかけて、温度60℃まで降温し、窒素雰囲気から大気に戻し、温度40℃以下で取り出した。
・工程6(選別工程):
凝集した粒子を解砕した後に、磁力選鉱により低磁力品をカットし、目開き250μmの篩で篩分して粗大粒子を除去し、体積分布基準の50%粒径(D50)37.0μmの磁性コア粒子1を得た。
凝集した粒子を解砕した後に、磁力選鉱により低磁力品をカットし、目開き250μmの篩で篩分して粗大粒子を除去し、体積分布基準の50%粒径(D50)37.0μmの磁性コア粒子1を得た。
<被覆樹脂1の調製>
シクロヘキシルメタクリレートモノマー 26.8質量%
メチルメタクリレートモノマー 0.2質量%
メチルメタクリレートマクロモノマー 8.4質量%
(片末端にメタクリロイル基を有する重量平均分子量5000のマクロモノマー)
トルエン 31.3質量%
メチルエチルケトン 31.3質量%
アゾビスイソブチロニトリル 2.0質量%
上記材料のうち、シクロヘキシルメタクリレートモノマー、メチルメタクリレートモノマー、メチルメタクリレートマクロモノマー、トルエン、及びメチルエチルケトンを、還流冷却器、温度計、窒素導入管及び撹拌装置を取り付けた四つ口のセパラブルフラスコに入れ、窒素ガスを導入して充分に窒素雰囲気にした後、80℃まで加温した。その後、アゾビスイソブチロニトリルを添加して5時間還流し重合した。得られた反応物にヘキサンを注入して共重合体を沈殿析出させ、沈殿物を濾別後、真空乾燥して被覆樹脂1を得た。
シクロヘキシルメタクリレートモノマー 26.8質量%
メチルメタクリレートモノマー 0.2質量%
メチルメタクリレートマクロモノマー 8.4質量%
(片末端にメタクリロイル基を有する重量平均分子量5000のマクロモノマー)
トルエン 31.3質量%
メチルエチルケトン 31.3質量%
アゾビスイソブチロニトリル 2.0質量%
上記材料のうち、シクロヘキシルメタクリレートモノマー、メチルメタクリレートモノマー、メチルメタクリレートマクロモノマー、トルエン、及びメチルエチルケトンを、還流冷却器、温度計、窒素導入管及び撹拌装置を取り付けた四つ口のセパラブルフラスコに入れ、窒素ガスを導入して充分に窒素雰囲気にした後、80℃まで加温した。その後、アゾビスイソブチロニトリルを添加して5時間還流し重合した。得られた反応物にヘキサンを注入して共重合体を沈殿析出させ、沈殿物を濾別後、真空乾燥して被覆樹脂1を得た。
得られた30部の被覆樹脂1を、トルエン40部、及びメチルエチルケトン30部に溶解して、重合体溶液1(固形分30質量%)を得た。
<被覆樹脂溶液1の調製>
重合体溶液1(樹脂固形分濃度30%) 33.3質量%
トルエン 66.4質量%
カーボンブラック(Regal330;キャボット社製) 0.3質量%
(一次粒径25nm、窒素吸着比表面積94m2/g、DBP吸油量75ml/100g)
を、直径0.5mmのジルコニアビーズを用いて、ペイントシェーカーで1時間分散をおこなった。得られた分散液を、5.0μmのメンブランフィルターで濾過をおこない、被覆樹脂溶液1を得た。
重合体溶液1(樹脂固形分濃度30%) 33.3質量%
トルエン 66.4質量%
カーボンブラック(Regal330;キャボット社製) 0.3質量%
(一次粒径25nm、窒素吸着比表面積94m2/g、DBP吸油量75ml/100g)
を、直径0.5mmのジルコニアビーズを用いて、ペイントシェーカーで1時間分散をおこなった。得られた分散液を、5.0μmのメンブランフィルターで濾過をおこない、被覆樹脂溶液1を得た。
<磁性キャリア1の製造例>
(樹脂被覆工程):
常温で維持されている真空脱気型ニーダーに被覆樹脂溶液1を、100部の磁性コア粒子1に対して、樹脂成分として2.5部になるように投入した。投入後、回転速度30rpmで15分間撹拌し、溶媒が一定以上(80質量%)揮発した後、減圧混合しながら80℃まで昇温し、2時間かけてトルエンを留去した後冷却した。
(樹脂被覆工程):
常温で維持されている真空脱気型ニーダーに被覆樹脂溶液1を、100部の磁性コア粒子1に対して、樹脂成分として2.5部になるように投入した。投入後、回転速度30rpmで15分間撹拌し、溶媒が一定以上(80質量%)揮発した後、減圧混合しながら80℃まで昇温し、2時間かけてトルエンを留去した後冷却した。
得られた磁性キャリアを、磁力選鉱により低磁力品を分別し、開口70μmの篩を通した後、風力分級器で分級し、体積分布基準の50%粒径(D50)38.2μmの磁性キャリア1を得た。
磁性キャリア1に対し、トナー1~42を、それぞれトナー濃度が8.0質量%になるように添加し、V型混合機(V-10型:株式会社徳寿製作所)を用い0.5s-1、回転時間5minの条件で混合し、二成分系現像剤1~42を得、表4に示した。
〔実施例1〕
得られた二成分系現像剤及び補給用現像剤を用いて以下の評価を行った。
得られた二成分系現像剤及び補給用現像剤を用いて以下の評価を行った。
画像形成装置として、キヤノン製カラー複写機imagePRESS C850 改造機を用いた。
現像器に二成分系現像剤を入れ、補給用現像剤を入れた補給用現像剤容器をセットし、画像を形成し、耐久試験前後での各種評価を行った。
耐久試験として、温度23℃/湿度5RH%(以下「N/L」)の印刷環境の下で、画像比率1%のFFH出力のチャートを用いた。
また、温度30℃/湿度80RH%(以下「H/H」)の印刷環境の下では、画像比率1%のFFH出力のチャート及び画像比率40%のFFH出力のチャートを用いた。FFHとは、256階調を16進数で表示した値であり、00hが256階調の1階調目(白地部)であり、FFHが256階調の256階調目(ベタ部)である。
画像出力枚数は、各環境とも50000枚とした。
(条件)
紙:レーザービームプリンター用紙CS-814(81.4g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン株式会社)
画像形成速度:A4サイズ、85枚/min
現像条件:現像コントラストを任意値で調整可能にし、本体による自動補正が作動しないように改造した。交番電界のピーク間の電圧(Vpp)は、周波数2.0kHz、Vppが0.7kVから1.8kVまで0.1kV刻みで変えられるように改造した。各色とも単色で画像が出力できるように改造した。
紙:レーザービームプリンター用紙CS-814(81.4g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン株式会社)
画像形成速度:A4サイズ、85枚/min
現像条件:現像コントラストを任意値で調整可能にし、本体による自動補正が作動しないように改造した。交番電界のピーク間の電圧(Vpp)は、周波数2.0kHz、Vppが0.7kVから1.8kVまで0.1kV刻みで変えられるように改造した。各色とも単色で画像が出力できるように改造した。
[細線再現性の評価]
H/H環境において画像比率1%のFFH出力のチャートで、上記耐久試験を行った後、画像比率100%のFFH画像を5枚出力した。さらに、印刷方向に対して平行になる0.25ptの細線を等間隔に10本配置した評価画像を3枚出力した。得られた評価画像において、飛び散り、途切れがある細線の数を以下の基準において評価した。評価結果を表5に示す。
H/H環境において画像比率1%のFFH出力のチャートで、上記耐久試験を行った後、画像比率100%のFFH画像を5枚出力した。さらに、印刷方向に対して平行になる0.25ptの細線を等間隔に10本配置した評価画像を3枚出力した。得られた評価画像において、飛び散り、途切れがある細線の数を以下の基準において評価した。評価結果を表5に示す。
(評価基準)
A:0本
B:1本以上、3本以下
C:4本以上、6本以下
D:7本以上、8本以下
E:9本以上
A:0本
B:1本以上、3本以下
C:4本以上、6本以下
D:7本以上、8本以下
E:9本以上
[H/H環境下での画像濃度変化]
H/H環境下でA4サイズの紙(CS-814)に15mm×15mmの大きさのFFH画像(紙上のトナー載り量:0.35mg/cm2)を、紙の中央部及び端部の計9か所に出力し、各画像の中央部の濃度をX-Riteカラー反射濃度計(Color reflection densitometer X-Rite 404A)により測定した。得られた画像濃度の平均値をDsとした。
H/H環境下でA4サイズの紙(CS-814)に15mm×15mmの大きさのFFH画像(紙上のトナー載り量:0.35mg/cm2)を、紙の中央部及び端部の計9か所に出力し、各画像の中央部の濃度をX-Riteカラー反射濃度計(Color reflection densitometer X-Rite 404A)により測定した。得られた画像濃度の平均値をDsとした。
さらに、H/H環境において画像比率1%のFFH出力のチャートで耐久試験を行った後、耐久試験を行う前と同様にして評価画像の出力を行い、得られた画像濃度の平均値をDl1とした。
また、H/H環境において画像比率40%のFFH出力のチャートで耐久試験を行った後、耐久試験を行う前と同様にして評価画像の出力を行い、得られた画像濃度の平均値をDl2とした。
得られた画像濃度の平均値から以下の計算式によりD1及びD2を求め、以下の基準により評価した。評価結果を表5に示す。
D1=Dl1-Ds
D2=Dl2-Ds
D1=Dl1-Ds
D2=Dl2-Ds
(評価基準)
A:0.00≦|Dx|<0.03
B:0.03≦|Dx|<0.06
C:0.06≦|Dx|<0.09
D:0.09≦|Dx|<0.12
E:0.12≦|Dx|(xは1又は2)
A:0.00≦|Dx|<0.03
B:0.03≦|Dx|<0.06
C:0.06≦|Dx|<0.09
D:0.09≦|Dx|<0.12
E:0.12≦|Dx|(xは1又は2)
[耐久後現像性(電界追従性)の評価]
N/L環境下、初期Vppを1.3kVに固定し、シアン単色ベタ画像の濃度が1.50(反射濃度)になるときのコンストラスト電位を設定した。
N/L環境下、初期Vppを1.3kVに固定し、シアン単色ベタ画像の濃度が1.50(反射濃度)になるときのコンストラスト電位を設定した。
その設定で画像比率5%のFFH出力のチャートを用い、上記耐久試験後、Vppは1.3kVで、画像濃度1.50になるコントラスト電位を求め、初期との差を比較した。評価はシアン単色で行った。
反射濃度は、分光濃度計500シリーズ(X-Rite社製)を用いて測定した。評価結果を表5に示す。
(評価基準)
A:初期との差が、40V未満
B:初期との差が、40V以上60V未満
C:初期との差が、60V以上80V未満
D:初期との差が、80V以上100V未満
E:初期との差が、100V以上
A:初期との差が、40V未満
B:初期との差が、40V以上60V未満
C:初期との差が、60V以上80V未満
D:初期との差が、80V以上100V未満
E:初期との差が、100V以上
[部材汚染抑制性評価]
画像形成装置として、キヤノン製デジタル商業印刷用プリンターimageRUNNER ADVANCE C5560改造機を用い、ブラック位置の現像器に二成分系現像剤1を入れた。装置の改造点としては、定着温度、プロセススピード、現像剤担持体の直流電圧VDC、静電潜像担持体の帯電電圧VD、及び、レーザーパワーを自由に設定できるように変更した。画像出力評価は、所望の画像比率のFFh画像(ベタ画像)を出力し、FFh画像のトナーの載り量が所望になるようにVDC、VD、及びレーザーパワーを調整して、後述の評価を行った。
画像形成装置として、キヤノン製デジタル商業印刷用プリンターimageRUNNER ADVANCE C5560改造機を用い、ブラック位置の現像器に二成分系現像剤1を入れた。装置の改造点としては、定着温度、プロセススピード、現像剤担持体の直流電圧VDC、静電潜像担持体の帯電電圧VD、及び、レーザーパワーを自由に設定できるように変更した。画像出力評価は、所望の画像比率のFFh画像(ベタ画像)を出力し、FFh画像のトナーの載り量が所望になるようにVDC、VD、及びレーザーパワーを調整して、後述の評価を行った。
耐久試験を行った後、以下の評価方法に基づいて評価し、その結果を表5に示す。
(1)耐久試験
紙:GFC-081(81.0g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン株式会社)
評価画像:00h画像
試験環境:高温高湿環境(温度30℃/湿度80%RH(以下H/H))
定着温度:160℃
プロセススピード:377mm/sec
上記評価画像を100000枚出力し、耐久試験を行った。
紙:GFC-081(81.0g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン株式会社)
評価画像:00h画像
試験環境:高温高湿環境(温度30℃/湿度80%RH(以下H/H))
定着温度:160℃
プロセススピード:377mm/sec
上記評価画像を100000枚出力し、耐久試験を行った。
(2)部材汚染抑制の評価
紙:GFC-081(81.0g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン株式会社)
Vcontrast:350V
(現像剤担持体の直流電圧VDC、静電潜像担持体の帯電電圧VD、及びレーザーパワーにより調整)
評価画像:上記A3紙全面に80h画像
試験環境:常温常湿環境:温度23℃/湿度50%RH(以下「N/N」)
定着温度:170℃
プロセススピード:377mm/sec
紙:GFC-081(81.0g/m2)
(キヤノンマーケティングジャパン株式会社)
Vcontrast:350V
(現像剤担持体の直流電圧VDC、静電潜像担持体の帯電電圧VD、及びレーザーパワーにより調整)
評価画像:上記A3紙全面に80h画像
試験環境:常温常湿環境:温度23℃/湿度50%RH(以下「N/N」)
定着温度:170℃
プロセススピード:377mm/sec
上記評価画像を出力し、部材汚染抑制性を評価した。耐久評価前にA3紙全面に80hのベタ画像を出力し、その出力画像の6点の平均濃度dsとし、現像剤担持体の直流電圧VDC、静電潜像担持体の帯電電圧VD、レーザーパワー、転写電流を耐久評価前と同様に設定し、耐久評価後の出力画像の6点の平均濃度deとを測定し、下記式より濃度変化を求めた。部材汚染によって帯電能力などが低下し、画像の濃度変化として現れるため、この耐久前後の濃度変化を部材汚染抑制の指標とした。C以上を本発明の効果が得られていると判断した。
濃度変化=de-ds
濃度変化=de-ds
(評価基準)
A:濃度変化が0.10未満
B:濃度変化が0.10以上0.15未満
C:濃度変化が0.15以上0.25未満
D:濃度変化が0.25以上0.35未満
E:濃度変化が0.35以上
A:濃度変化が0.10未満
B:濃度変化が0.10以上0.15未満
C:濃度変化が0.15以上0.25未満
D:濃度変化が0.25以上0.35未満
E:濃度変化が0.35以上
〔実施例2~35及び比較例1~6〕
二成分系現像剤2~42を用いた以外は、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表5に示す。
二成分系現像剤2~42を用いた以外は、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表5に示す。
1A.吸引機、2A.測定容器、3A.スクリーン、4A.フタ、5A.真空計、6A.風量調節弁、7A.吸引口、8A.コンデンサー、9A.電位計、1.原料定量供給手段、2.圧縮気体流量調整手段、3.導入管、4.突起状部材、5.供給管、6.処理室、7.熱風供給手段、8.冷風供給手段、9.規制手段、10.回収手段、11.熱風供給手段出口、12.分配部材、13.旋回部材、14.粉体粒子供給口
Claims (7)
- トナー粒子及び外添剤を有するトナーであって、
該外添剤は有機ケイ素重合体粒子を含有し、
該有機ケイ素重合体粒子の帯電量Q(mC/kg)の絶対値が200(mC/kg)以下であり、
該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)が25nm以上250nm以下であり、
該トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される算術平均粗さRa(nm)が15nm以上200nm以下であり、
該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)と該トナー粒子の算術平均粗さRaとの関係が、下記式(1)の関係を満たすことを特徴とするトナー。
Ra≦S (1) - 前記トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される算術平均粗さRa(nm)が70nm以上150nm以下である請求項1に記載のトナー。
- 前記トナー粒子の走査型プローブ顕微鏡で測定される十点平均粗さRzjis(nm)が70nm以上250nm以下である請求項1または2に記載のトナー。
- 前記トナーを振とう速度14.5cm/秒、振とう幅3.0cmの条件で10分間振とうした後、振とう後のトナーを界面活性剤を含むイオン交換水に分散させ、得られた分散液を、振とう速度:46.7cm/秒、振とう幅:4.0cmの条件で5分間振とうすることにより得られる試料を用いて測定される、前記トナー粒子に対する前記有機ケイ素重合体粒子の固着率Aが75%以上である請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記トナー粒子は、該トナー粒子の粗さを形成する凸部を有し、
該凸部は樹脂微粒子がトナー母粒子に埋没することによって形成されており、
該樹脂微粒子の埋没率が15%以上50%未満であり、
該トナー粒子における該樹脂微粒子の被覆率が20%以上50%以下であり、
該樹脂微粒子の個数平均粒径R(nm)が該有機ケイ素重合体粒子の個数平均粒径S(nm)以下である請求項1~4のいずれか1項に記載のトナー。 - 前記樹脂微粒子はカルボニル基を有する請求項5に記載のトナー。
- 前記有機ケイ素重合体粒子はシラノール基を含有し、30℃での水分吸着等温線において、相対湿度80%時の水分吸着量が、5mg/g以上35mg/g以下である請求項1~6のいずれか1項に記載のトナー。
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2021
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