JP2023085955A - 樹脂粒子、トナー、及びトナー収容ユニット - Google Patents

樹脂粒子、トナー、及びトナー収容ユニット Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、環境負荷の少なく、具体的には、製造エネルギーや副材料の使用が少なく、強度および低温定着性に優れた樹脂粒子を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも樹脂を含む樹脂粒子であって、前記樹脂粒子の放射性炭素同位体14C濃度が5.4pMC以上であり、前記樹脂粒子は、THF(テトラヒドロフラン)不溶分を含有し、前記THF不溶分は、非線状のプレポリマーが金属イオンによって金属架橋されてなる非線状ポリマーを含み、前記THF不溶分の示差走査熱量測定のガラス転移温度Tgが、-60℃以上0℃未満であることを特徴とする樹脂粒子。【選択図】なし

Description

本発明は樹脂粒子、トナー、及びトナー収容ユニットに関する。
近年、トナー等として使用される樹脂粒子には環境への負荷低減が求められている。そのために、製造工程におけるエネルギー削減や、樹脂(結着樹脂)における植物由来樹脂の採用などが検討されている。
しかしながら、植物由来樹脂を用いるとトナーとしての強度が下がってしまい、フィルミングなどの不具合が発生することが知られている。
特許文献1には、樹脂として植物由来樹脂を使用することによる強度低下を、高分子樹脂を導入することで、解決する技術が開示されている。しかし、製造方法としては粉砕法を採用しており、製造工程におけるエネルギー削減は達成できていない。
また、特許文献2には、製造エネルギーの少ない重合トナーにおいて、植物由来樹脂を用いることが提案されている。
しかし、先述したように、植物由来樹脂の採用は樹脂粒子の強度を低下させるため、品質としては満足のいくようなものではなかった。
本発明は、環境負荷の少ない樹脂粒子、具体的には、製造エネルギーや副材料の使用が少なく、植物由来樹脂を使用しても強度の低下がなく、低温定着性に優れた樹脂粒子を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明は下記(1)に記載するとおりの樹脂粒子に係るものである。
(1)少なくとも樹脂を含む樹脂粒子であって、
前記樹脂粒子の放射性炭素同位体14C濃度が5.4pMC以上であり、
前記樹脂粒子は、THF(テトラヒドロフラン)不溶分を含有し、
前記THF不溶分は、非線状のプレポリマーが金属イオンによって金属架橋されてなる非線状ポリマーを含み、
前記THF不溶分の示差走査熱量測定のガラス転移温度Tgが、-60℃以上0℃未満であることを特徴とする樹脂粒子。
本発明は、製造エネルギーや副材料の使用が少なく、植物由来樹脂を使用しても強度の低下がなく低温定着性に優れた樹脂粒子を提供することができる。
図1は、本発明の実施形態の画像形成装置の一例を示す概略図である。 図2は、プロセスカートリッジの一例を示す概略図である。
本発明の樹脂粒子をトナーとして用いる場合について以下説明する。
トナー製造時のエネルギーが低減できる製法として、従来から重合トナーが知られている。また、副材料低減の方法の一つとして、界面活性剤の使用量が低い転相乳化法が挙げられる。
一方で、植物由来樹脂を使用する場合、トナー中にゲル分を添加することが樹脂粒子の強度低下に対する課題の解決には有効ではある。しかしながら、重合トナーの場合は、予め樹脂を溶解させるか微分散させる必要があるため、材料の段階でゲル分を添加することは困難である。
イソシアネート末端を持つプレポリマーを、造粒中または造粒後に伸長させることによって、重合トナーにおいてもトナー中にゲル分を含有させる方法が知られている。しかしながら、検討したところ、転相乳化のように微粒子を経由する製造方法では、伸長反応が進まず、トナー中に十分な量のゲル分を含有させることできないことがわかった。
これらの状況から、課題解決の検討をした結果、本発明者等は、トナー中にゲル分を含有させる方法として、プレポリマーの末端を塩架橋可能な官能基とし、プレポリマーの末端を金属架橋させることによって伸長させ、このようなTHF不溶分を含有させることで、重合トナーと植物由来樹脂を組み合わせた場合の欠点を補うことができることを見出した。
また、やみくもにトナー中にTHF不溶分を含有させると低温定着性が悪化してしまい、定着時の消費エネルギーが増大してしまう。しかしながら、THF不溶分のガラス転移温度Tgを-60℃以上0℃未満にすることで、定着時に要するエネルギーも抑制することができる。
上記の知見に基づいて、本発明者等は樹脂粒子を、放射性炭素同位体14C濃度が5.4pMC以上とすると共に、樹脂粒子がTHF(テトラヒドロフラン)不溶分を含有し、前記THF不溶分が非線状のプレポリマーが金属イオンによって金属架橋されてなる非線状ポリマーを含み、前記THF不溶分の示差走査熱量測定のガラス転移温度Tgが、-60℃以上0℃未満である、という構成を備えたものとした。
以下、本発明の樹脂粒子について詳細に述べる。
(樹脂粒子)
樹脂粒子は、放射性炭素同位体14C濃度(以下、「14C濃度」と称することもある)が5.4pMC以上である必要があり、10.8pMC以上であることが好ましい。
pMC(percent modern carbon)は14C濃度を表す単位の一つであり、西暦1950年の標準試料の14C濃度を100%とするときに、未知試料の14C濃度をそれに対する比として%で表すものである。
前記14C濃度が5.4pMC未満であると、バイオマス度が低く、本発明の目的を達成できないことがある。
前記14C濃度はとバイオマス度との間には以下の関係がある。
14C濃度(pMC)=バイオマス度(%)/0.935
前記14C濃度が5.4pMC以上であるとは、前記バイオマス度が5%以上であることを意味しており、これはカーボンニュートラルの観点からも要望される濃度である。14C濃度は20%以上がより好ましく、40%以上が更に好ましい。
前記14C濃度は炭素を含む石油化学製品の炭素元素成分中で、どの程度の量の炭素が植物由来の炭素であるかを規定するものである。なお、石油化学製品の炭素元素中における14Cの濃度は、例えば米国試験材料協会のASTM規格であるASTM-D6866に従って測定できる。
前記14Cは自然界(大気中)に存在し、植物が活動している間は光合成によって植物内に取り込まれ、大気中におけるCO2中の14C濃度と植物の有機成分における炭素中の14C濃度と平衡な濃度(107.5pMC)となっている。
植物が生命活動を停止した段階から光合成による炭素の取り込みが停止して、14Cの半減期5730年に従い14C濃度は減少する。
生物を源とする化石資源は生命活動停止から数万年~数億年を経過しているため、14C濃度は殆ど検出されない。
本発明の樹脂粒子は、トナーの母体粒子として使用する場合には、樹脂の他に離型剤及び着色剤等の成分を含む。
樹脂粒子の放射性炭素同位体14C濃度を上げるには、材料となる樹脂(非晶質樹脂、結晶性樹脂)及び離型剤として、植物を原料としたものを使用する方法が挙げられる。
以下では、樹脂粒子を構成する成分について述べる。
(樹脂)
樹脂としては、非晶質樹脂及び結晶性樹脂を用いることができる。
<非晶質樹脂>
THF不溶分は非晶質樹脂であるが、THF不溶分については後述する「THF不溶分」の項で述べる。
非晶質樹脂としては、低温定着に有利な非晶質ポリエステル樹脂が好ましく、中でも線状のポリエステル樹脂が好ましく、また未変性ポリエステル樹脂が好ましい。
前記未変性ポリエステル樹脂とは、多価アルコールと、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステルなどの多価カルボン酸又はその誘導体とを用いて得られるポリエステル樹脂であって、イソシアネート化合物などにより変性されていないポリエステル樹脂である。
前記非晶質ポリエステル樹脂としては、ウレタン結合及びウレア結合を有しないことが好ましい。
前記非晶質ポリエステル樹脂は、構成成分としてジカルボン酸成分を含み、前記ジカルボン酸成分が、テレフタル酸を50mol%以上含有することが好ましい。そうすることにより、耐熱保存性の点で有利である。
以下では上記非晶質ポリエステル樹脂を「非晶質ポリエステル樹脂B」ということがある。また、以下では後述する結晶性ポリエステル樹脂を「結晶性ポリエステル樹脂C」といい、後述するプレポリマー由来の非晶質ポリエステル樹脂を「非晶質ポリエステル樹脂A」ということがある。
前記多価アルコールとしては、例えば、ジオールなどが挙げられる。
前記ジオールとしては、例えば、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、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)プロパン等のビスフェノールAのアルキレン(炭素数2~3)オキサイド(平均付加モル数1~10)付加物;エチレングリコール、プロピレングリコール;水添ビスフェノールA、水添ビスフェノールAのアルキレン(炭素数2~3)オキサイド(平均付加モル数1~10)付加物などが挙げられる。
これらは、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。
前記多価カルボン酸としては、例えば、ジカルボン酸などが挙げられる。
前記ジカルボン酸としては、例えば、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、フマル酸、マレイン酸;ドデセニルコハク酸、オクチルコハク酸等の炭素数1~20のアルキル基又は炭素数2~20のアルケニル基で置換されたコハク酸などが挙げられる。
これらの中でも、植物由来の飽和脂肪族のコハク酸を含むことが好ましい。
植物由来であることによりカーボンニュートラル性を高めることができる。飽和脂肪族は結晶性ポリエステル樹脂の再結晶化性を高める効果があり、結晶性ポリエステル樹脂のアスペクト比を高め、低温定着性を向上させることが出来る。
これらは、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。
また、酸価、水酸基価を調整する目的で、前記非晶質ポリエステル樹脂Bは、その樹脂鎖の末端に3価以上のカルボン酸及び3価以上のアルコールの少なくともいずれかを含んでいてもよい。
前記3価以上のカルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、又はそれらの酸無水物などが挙げられる。
前記3価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパンなどが挙げられる。
前記非晶質ポリエステル樹脂Bの分子量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)測定において、重量平均分子量(Mw)3,000~10,000であることが好ましい。数平均分子量(Mn)は、1,000~4,000であることが好ましい。Mw/Mnは、1.0~4.0であることが好ましい。
分子量が上記下限値以上の場合、樹脂粒子の耐熱保存性や現像機内での攪拌等のストレスに対する耐久性が低下することを抑制することができる。分子量が上記上限値以下の場合、樹脂粒子の溶融時の粘弾性が高くなることを抑え、低温定着性が低下することを抑制することができる。
前記重量平均分子量(Mw)は、4,000~7,000がより好ましい。前記数平均分子量(Mn)は、1,500~3,000がより好ましい。前記Mw/Mnは、1.0~3.5がより好ましい。
前記非晶質ポリエステル樹脂Bの酸価としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。1mgKOH/g~50mgKOH/gが好ましく、5mgKOH/g~30mgKOH/gがより好ましい。前記酸価が、1mgKOH/g以上であることにより、樹脂粒子が負帯電性となりやすく、更には、紙への定着時に、紙と樹脂粒子の親和性が良くなり、低温定着性を向上させることができる。前記酸価が、50mgKOH/g以下であることにより、帯電安定性、特に環境変動に対する帯電安定性が低下することを抑制することができる。
前記非晶質ポリエステル樹脂Bの水酸基価としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5mgKOH/g以上であることが好ましい。
前記非晶質ポリエステル樹脂Bのガラス転移温度(Tg)は、40℃以上80℃以下が好ましく、50℃以上70℃以下がより好ましい。前記ガラス転移温度が、40℃以上であることにより、樹脂粒子の耐熱保存性、及び現像機内での攪拌等のストレスに対する耐久性が十分なものとなり、また、耐フィルミング性も良好となる。前記ガラス転移温度が、80℃以下であることにより、樹脂粒子の定着時における加熱及び加圧による変形が十分なものとなり、低温定着性が良好となる。
前記非晶質ポリエステル樹脂Bの分子構造は、溶液又は固体によるNMR測定の他、X線回折、GC/MS、LC/MS、IR測定などにより確認することができる。簡便には赤外線吸収スペクトルにおいて、965±10cm-1及び990±10cm-1にオレフィンのδCH(面外変角振動)に基づく吸収を有しないものを非晶質ポリエステル樹脂として検出する方法が挙げられる。
前記非晶質ポリエステル樹脂Bの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記樹脂粒子100質量部に対して、50質量部以上90質量部以下が好ましく、60質量部~80質量部がより好ましい。前記含有量が、50質量部以上であると、樹脂粒子中の顔料、離型剤の分散性が悪化することを抑制でき、画像のかぶりや乱れが生じることを抑制することができる。90質量部以下であると、結晶性ポリエステル樹脂C、及び非晶質ポリエステル樹脂Aの含有量が少なくなることを防止し、低温定着性が低下することを抑制することができる。前記含有量が、前記のより好ましい範囲であると、高画質、及び低温定着性の全てに優れる点で有利である。
<結晶性樹脂>
本発明の樹脂粒子には、低温定着性向上のために、結晶性樹脂を添加することが好ましい。
結晶性樹脂としては、結晶性を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテル樹脂、ビニル樹脂、変性結晶性樹脂等が挙げられる。これらは、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。
以下、結晶性ポリエステル樹脂Cについて説明する。
<<結晶性ポリエステル樹脂C>>
結晶性ポリエステル樹脂Cは、多価アルコールと、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステルなどの多価カルボン酸又はその誘導体から得られる。なお、本発明において結晶性ポリエステル樹脂Cとは、上記のように、多価アルコールと、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステル等の多価カルボン酸又はその誘導体とを用いて得られるものを指し、ポリエステル樹脂を変性したもの、例えばプレポリマー、及びそのプレポリマーを架橋及び/又は伸長反応させて得られる樹脂は、前記結晶性ポリエステル樹脂Cには属さない。
-多価アルコール-
前記多価アルコールとしては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジオール、及び3価以上のアルコールが挙げられる。前記ジオールとしては、例えば、飽和脂肪族ジオールなどが挙げられる。前記飽和脂肪族ジオールとしては、直鎖飽和脂肪族ジオール、分岐飽和脂肪族ジオールが挙げられるが、これらの中でも、直鎖飽和脂肪族ジオールが好ましく、炭素数が2~12の直鎖飽和脂肪族ジオールがより好ましい。前記飽和脂肪族ジオールが分岐型であると、結晶性ポリエステル樹脂Cの結晶性が低下し、融点が低下してしまうことがある。また、前記飽和脂肪族ジオールの炭素数が12を超えると、実用上の材料の入手が困難となる。
前記飽和脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,14-テトラデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,14-エイコサンデカンジオールなどが挙げられる。これらの中でも、前記結晶性ポリエステル樹脂Cの結晶性が高く、シャープメルト性に優れる点で、エチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオールが好ましい。
前記3価以上のアルコールとしては、例えば、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、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
-多価カルボン酸-
前記多価カルボン酸としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、2価のカルボン酸、及び3価以上のカルボン酸が挙げられる。前記2価のカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9-ノナンジカルボン酸、1,10-デカンジカルボン酸、1,12-ドデカンジカルボン酸、1,14-テトラデカンジカルボン酸、1,18-オクタデカンジカルボン酸等の飽和脂肪族ジカルボン酸;フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、マロン酸、メサコニン酸等の芳香族ジカルボン酸;などが挙げられる。更に、これらの無水物やこれらの低級(炭素数1~3)アルキルエステルも挙げられる。
中でも、カーボンニュートラルの観点から、植物由来の炭素数が12以下の飽和脂肪族が好ましい。
前記3価以上のカルボン酸としては、例えば、1,2,4-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、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸等、及びこれらの無水物やこれらの低級(炭素数1~3)アルキルエステルなどが挙げられる。
これらは1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記結晶性ポリエステル樹脂Cは、炭素数4~12の直鎖飽和脂肪族ジカルボン酸と、炭素数2~12の直鎖飽和脂肪族ジオールとから構成されることが好ましい。これにより、結晶性が高く、シャープメルト性に優れるため、優れた低温定着性を発揮できる。
また、結晶性ポリエステル樹脂Cの結晶性および軟化点を制御する方法として、ポリエステル合成時にアルコール成分にグリセリン等の3価以上の多価アルコールや、酸成分に無水トリメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸を追加して縮重合を行った非線状ポリエステルなどを設計、使用するなどの方法が挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂Cの分子構造は、溶液や固体によるNMR測定の他、X線回折、GC/MS、LC/MS、IR測定などにより確認することができるが、簡便には赤外線吸収スペクトルにおいて、965±10cm-1もしくは990±10cm-1にオレフィンのδCH(面外変角振動)に基づく吸収を有するものを例としてあげることができる。
分子量については、上記の分子量分布がシャープで低分子量のものが低温定着性に優れ、分子量が低い成分が多いと耐熱保存性が悪化するという観点から、鋭意検討した結果、o-ジクロロベンゼンの可溶分のGPCによる分子量分布で、横軸をlog(M)、縦軸を重量%で表した分子量分布図のピーク位置が3.5~4.0の範囲にあり、ピークの半値幅が1.5以下であり、重量平均分子量(Mw)で3,000~30,000、数平均分子量(Mn)で1,000~10,000、Mw/Mnが1~10であることが好ましい。
更には、重量平均分子量(Mw)で5,000~15,000、数平均分子量(Mn)で2,000~10,000、Mw/Mnが1~5であることが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂Cの酸価は、紙と樹脂との親和性の観点から、目的とする低温定着性を達成するためにはその酸価が5mgKOH/g以上、転相乳化法による微粒子の作製のためには、7mgKOH/g以上であることがより好ましく、一方、ホットオフセット性を向上させるには45mgKOH/g以下のものであることが好ましい。また、結晶性高分子の水酸基価については、所定の低温定着性を達成し、かつ良好な帯電特性を達成するためには0~50mgKOH/g、より好ましくは5~50mgKOH/gのものが好ましい。
(THF不溶分)
THF不溶分とはある程度分子量が大きくTHFに不溶となった成分である。
THF不溶分は、3つ以上に分岐し、非線状のプレポリマーが金属イオンによって金属架橋してなる非線状ポリマー、及び、その他の成分のうち、ある程度分子量が大きくなったものである。なお、その他の成分としては分岐していない線状ポリマー等がある。
非線状ポリマーの、DSCのガラス転移温度Tgは-60℃以上0℃未満である。非線状ポリマーの、DSCのガラス転移温度Tgは、DSCの昇温2回目におけるガラス転移温度Tg2ndであることが好ましい。非線状ポリマーは非晶質であるため、DSCの昇温1回目におけるガラス転移温度Tg1st及び昇温2回目におけるガラス転移温度Tg2ndのいずれでも、ガラス転移温度Tgの値に大きな変化は生じない。しかし、非線状ポリマーのガラス転移温度Tgは、一般にバルク状態で加熱されて測定されるため、DSCの昇温1回目におけるガラス転移温度Tg1stの時は、非線状ポリマー中に空気等を含み、ノイズが多くなることが考えられる。昇温2回目におけるガラス転移温度Tg2ndの時は、非線状ポリマー中に空気等は殆ど含まれず、ノイズが少ないため、安定して測定できる。
本発明の樹脂粒子中の非線状ポリマーは上述のように金属イオンにより金属架橋しているため、THF(テトラヒドロフラン)には不溶なゲル状ポリマーとなっている。従って、本発明の樹脂粒子中の非線状ポリマーのガラス転移温度は、樹脂粒子のTHF不溶分のガラス転移温度を測定することで確認できる。
本発明における樹脂粒子のTHF不溶分を得る手段としては、溶解濾過法や、一般的なソックスレー抽出法を用いて、抽出残渣を得る方法などがあり、いずれの方法でも問題なく利用できる。本発明では以下に記した溶解濾過法を用いてTHF不溶分を得た。
まず、樹脂粒子1gを秤量し、100mLのTHF中に投入し、25℃の環境下にて撹拌子を用いて6時間撹拌し、樹脂粒子の可溶分が溶解した溶解液を得た。次いで、前記溶解液を目開き0.2μmのメンブランフィルターにて濾過し、濾過物を再び50mLのTHF中に投入し、撹拌子を用いて10分間撹拌した。この作業を2、3回繰り返し、得られた濾過物を、120℃、10kPa以下の環境下で乾燥させ、THF不溶分を得た。ソックスレー抽出法を用いる場合は、樹脂粒子1部に対してTHF100部にて、6時間以上還流を行い、THF不溶分と可溶分に分取することが望ましい。
樹脂粒子中におけるTHF不溶分の量としては、15質量%以上40質量%以下が好ましく、20質量%以上35質量%以下がより好ましい。THF不溶分が、15質量%以上であれば、植物由来樹脂による強度低下を補うことができる。より植物度を上げるのであれば、THF不溶分を増やすことがよい。また、40質量%以下であれば、耐熱保存性悪化させることがないので好ましい。
本発明における樹脂粒子中のTHF不溶分の含有量は、樹脂粒子のソックスレー抽出から得られるTHF不溶分量を電子天秤で秤量することで測定でき、(THF不溶分量(g)/抽出前の樹脂粒子量(g))×100で求められる。
非線状ポリマーは、非線状の反応性前駆体(以下、本発明では「プレポリマー」という)と金属イオンとの反応により得られる。
非線状ポリマーの金属架橋は、金属塩による金属イオンからなり、ウレタン、ウレア基を含まないため、帯電性が優れる。
(非線状のプレポリマー)
非線状のプレポリマーとしては、金属イオンと反応可能な基を有するポリエステルであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
プレポリマーにおける金属イオンと反応可能な基としては、例えば、カルボン酸等が挙げられる。
プレポリマーは、非線状である。なお、非線状とは、3価以上のアルコール及び3価以上のカルボン酸の少なくともいずれかによって付与される分岐構造を有することを意味する。
3価以上のアルコールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、3価以上の脂肪族アルコール、3価以上のポリフェノール類、3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキシド付加物等が挙げられる。
3価以上の脂肪族アルコールとしては、例えば、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、ペンタエリスリトール、ソルビトール等が挙げられる。
3価以上のポリフェノール類としては、例えば、トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等が挙げられる。
3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキシド付加物としては、例えば、3価以上のポリフェノール類に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの等が挙げられる。
3価以上のカルボン酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、3価以上の芳香族カルボン酸等が挙げられる。また、これらの無水物を用いてもよいし、低級(炭素数1~3)アルキルエステル化物を用いてもよいし、ハロゲン化物を用いてもよい。
3価以上の芳香族カルボン酸としては、炭素数9~20の3価以上の芳香族カルボン酸が好ましい。炭素数9~20の3価以上の芳香族カルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸等が挙げられる。
(着色剤)
着色剤としては公知の染料及び顔料が使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。
(帯電制御剤)
油相には、帯電制御剤などを添加してもよい。
帯電制御剤としては公知のものが全て使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、四級アンモニウム塩(フッ素変性四級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP-51、含金属アゾ染料のボントロンS-34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE-82、サリチル酸系金属錯体のE-84、フェノール系縮合物のE-89(以上、オリエント化学工業株式会社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP-302、TP-415(以上、保土谷化学工業社製)、第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA-901、ホウ素錯体であるLR-147(日本カーリット株式会社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。帯電制御剤は性能を発現し定着性などへの阻害がない範囲の量で用いられればよく、樹脂粒子中に0.5質量%以上5質量%以下、好ましくは0.8質量%以上3質量%以下含まれるのが良い。
(ワックス)
ワックスとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、融点が50℃~120℃の低融点の離型剤が好ましい。低融点の離型剤は、前記樹脂と分散されることにより、離型剤として効果的に定着ローラと樹脂粒子界面との間で働き、これによりオイルレス(定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布しない)でもホットオフセット性が良好となる。
離型剤としては、例えば、ロウ類、ワックス類、等が好適に挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、例えば、カルナウバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス;オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス;パラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス;などの天然ワックスが挙げられる。また、これら天然ワックスのほか、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス;エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス;などが挙げられる。更に、12-ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド;低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ-n-ステアリルメタクリレート、ポリ-n-ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n-ステアリルアクリレート-エチルメタクリレートの共重合体等);側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子、などを用いてもよい。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
カーボンニュートラルの観点からは、植物系ワックスが好ましい。
ワックスの融点としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、50℃~120℃が好ましく、60℃~90℃がより好ましい。融点が、50℃以上であれば、ワックスが耐熱保存性に悪影響を与えるのを防止でき、120℃以下であれば、低温での定着時にコールドオフセットを起こすという問題を有効に防止できる。ワックスの溶融粘度としては、該ワックスの融点より20℃高い温度での測定値として、5cps~1,000cpsが好ましく、10cps~100cpsがより好ましい。溶融粘度が、5cps以上であれば、離型性の低下を防止でき、1,000cps以下であれば、耐ホットオフセット性、低温定着性の効果が十分発揮できる。ワックスの前記樹脂粒子における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0質量%以上40質量%以下が好ましく、3質量%以上30質量%以下がより好ましい。前記含有量が、40質量%以下であれば、樹脂粒子の流動性悪化を防止することができる。
(樹脂粒子の製造方法)
樹脂粒子の製造方法の一例としては、公知の乳化凝集法が挙げられる。本発明の樹脂粒子の製造方法の一例を以下に示す。
この方法においては、水系媒体の調製工程、樹脂粒子材料を含有する油相の調製工程、水系媒体に油相を添加して水中油型分散液を得る転相乳化工程、有機溶媒を除去して微粒子分散液を得る脱溶剤工程、前記微粒子分散液を凝集させて凝集粒子得る凝集工程、前記凝集粒子を融着させる融着工程、融着工程で得られた樹脂粒子を洗浄し乾燥する洗浄・乾燥工程を実施することによって樹脂粒子を得る。
また、上記で得られた樹脂粒子と外添剤とを混合することでトナーが得られる。
<水系媒体の調製工程>
前記水系媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水、水と混和可能な溶媒、これらの混合物などが挙げられる。これらは、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、水が好ましい。
前記水と混和可能な溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルコール、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セロソルブ類、低級ケトン類などが挙げられる。
前記アルコールとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メタノール、イソプロパノール、エチレングリコールなどが挙げられる。
前記低級ケトン類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アセトン、メチルエチルケトンなどが挙げられる。
<油相作製工程>
油相作製工程では、まず有機溶媒中に樹脂、着色剤、プレポリマー、ワックスなどを溶解あるいは分散させた油相を作製する。油相作製方法としては、有機溶媒中に攪拌をしながら樹脂、着色剤などを徐々に添加していき、溶解あるいは分散させればよい。分散に際しては公知のものが使用でき、例えばビーズミルやディスクミルなどの分散機を用いることができる。
<<有機溶媒>>
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、後の有機溶媒除去が容易になる点から好ましい。このような有機溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2-ジクロロエタン、1,1,2-トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。有機溶媒中に溶解あるいは分散させる樹脂がポリエステル骨格を有する樹脂である場合、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系の溶媒もしくはメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系の溶媒を用いたほうが溶解性が高く好ましく、このなかでは溶媒除去性の高い酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトンが特に好ましい。
<転相乳化工程>
この転相乳化工程は微粒子化した油相が水系媒体に分散した微粒子分散体を得る工程である。
転相乳化する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、油相を塩基などで中和した後、それに前記水系媒体を添加していき、油中水型分散液から水中油型分散液に転相させる転相乳化によって微粒子分散液を得る方法が挙げられる。
前記油相を中和するための塩基は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水などが挙げられる。
<脱溶剤工程>
この脱溶剤工程は上記で得た微粒子分散体から溶剤を除去する工程である。
得られた微粒子分散体から有機溶媒を除去するためには、系全体を攪拌しながら徐々に昇温し、液滴中の有機溶媒を完全に蒸発除去する方法を採用することができる。
又は、微粒子分散体を攪拌しながら減圧し、有機溶媒を蒸発除去しても良い。
<凝集工程>
次に、得られた微粒子分散液を攪拌しながら任意の粒径になるまで凝集させる。
本発明の樹脂粒子においては、この工程で金属イオンを添加して非線状のプレポリマーを金属架橋させ、架橋成分である非線状ポリマーを生成することが好ましい。
<<金属イオン>>
金属イオンは、上述の通り、非線状のプレポリマーの端部を架橋させる架橋剤として機能する。金属イオンは、優れた定着性を発揮するために、2種類以上であり、かつ2価以上であることが好ましい。
金属イオンとして、例えば、2価の金属イオン、3価の金属イオン、4価の金属イオン等が挙げられる。
2価の金属イオンとしては、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン等が挙げられる。中でも、ストロンチウムが好ましい。
3価の金属イオンとしては、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、インジウムイオン、タリウムイオン等が挙げられる。中でも、アルミニウムが好ましい。
2種類以上の金属イオンは、反応速度差を出す点から、それぞれ、異なる価数を有することが好ましい。
それぞれの金属イオン径の差は、50pm以上が好ましく、55pm~120pmがより好ましく、60pm~65pmがさらに好ましい。金属イオンのイオン径の差が50pm以上であれば、反応性が上がりホットオフセットと低温定着を両立することができる。
すなわち、ポリエステル樹脂を架橋していくと、金属イオンと反応させるカルボキシル基(-COOH)同士の距離が離れていくが、そこに大きいイオン半径の金属イオンがあれば反応しやすくなり、より架橋が進み易くなる。一方、架橋により反応物が大きくなると、立体障害も大きくなるが、そこにイオン半径の小さな金属イオンがいれば、立体の隙間に入り込むことができ、架橋反応が更に進み易くなる。また、反応性が上がることで、非晶性樹脂とも反応するので、非晶質ポリエステル樹脂と反応すれば、一実施形態に係る樹脂粒子のホットオフセット及び定着性を高めることができる。
本発明における非線状ポリマー中の金属イオンは、樹脂粒子中のTHF不溶分を蛍光X線分析法で分析することで、定性的に金属イオン種を確認することが出来る。例えば、本発明においては、蛍光X線装置ZSX PrimusIV(株式会社リガク製)を用いて、金属イオンの定性分析を行った。
測定するTHF不溶分試料の形態は、特に限定されるものではないが、一般的な加圧成型器などでペレット状またはシート状に成型すると取り扱いしやすい。例えば、直径15mmの錠剤成型ダイスに試料を投入し、錠剤成型ダイスごと、ガラス転移温度以上に保った高温槽で1時間程度置き、その後直ちに、6MPaの荷重で1分間加圧することで、厚さ約2mmのTHF不溶分のペレット錠剤を得た。得られたペレット錠剤を蛍光X線装置の試料ホルダーに設置し、定性分析測定を実施することで、試料中に含有する金属元素を検出することができる。
また、凝集させるためには、凝集剤を添加するか、pHを調整するなどの既存の方法が使用できる。凝集剤を添加する場合、そのまま添加してもよいが、凝集剤の水溶液にしたほうが局所的な高濃度化を避けることができるため好ましい。また、凝集塩は着色粒子の粒径を見ながら、徐々に添加することが好ましい。
凝集時の分散液の温度は、使用する樹脂のTg付近であることが好ましい。液温が低すぎると凝集があまり進まないため効率が悪く、液温が高すぎると凝集速度が速くなり、粗大粒子が発生するなど粒径分布が悪化する。
狙いの粒径に達したら、凝集を停止させる。凝集を停止させる方法としては、イオン価数の低い塩やキレート剤を添加する方法や、pHを調整する方法、分散液の温度を下げる方法、水系媒体を多量に添加して濃度を薄める方法などが使用できる。
以上の方法により、着色凝集粒子の分散液を得ることができる。
凝集工程においては、離型剤としてワックスを添加したり、低温定着性のために結晶性樹脂を添加してもよい。その場合、ワックスを水系媒体に分散させた分散液や、同様に結晶性樹脂の分散液を用意し、前期着色微粒子分散液と混合した上で凝集させていくことで、均一にワックスや結晶性樹脂が分散した凝集粒子を得ることができる。
<融着工程>
次に、得られた前記凝集粒子を熱処理によって融着させて凹凸を減らし、球形化を行う。融着は、凝集粒子の分散液を攪拌しながら加熱すればよい。液の温度は、使用している樹脂のTgを超えた温度付近が好ましい。
<洗浄、乾燥工程>
上記の方法で得られた樹脂粒子分散液には、樹脂粒子のほかに凝集塩などの副材料が含まれているため、分散液から樹脂粒子のみを取り出すために洗浄を行う。樹脂粒子の洗浄方法としては、遠心分離法、減圧濾過法、フィルタープレス法などの方法があるが、本発明においては特に限定されるものではない。いずれの方法によっても樹脂粒子のケーキ体が得られるが、一度の操作で十分に洗浄できない場合は、得られたケーキを再度水系溶媒に分散させてスラリーにして上記のいずれかの方法で樹脂粒子を取り出す工程を繰り返しても良いし、減圧濾過法やフィルタープレス法によって洗浄を行うのであれば、水系溶媒をケーキに貫通させて着色樹脂粒子が抱き込んだ副材料を洗い流す方法を採っても良い。
この洗浄に用いる水系溶媒は水あるいは水にメタノール、エタノールなどのアルコールを混合した混合溶媒を用いるが、コストや排水処理などによる環境負荷を考えると、水を用いるのが好ましい。
洗浄された樹脂粒子は水系媒体を多く抱き込んでいるため、乾燥を行い水系媒体を除去することで樹脂粒子のみを得ることができる。乾燥方法としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動槽乾燥機、回転式乾燥機、攪拌式乾燥機などの乾燥機を使用することができる。乾燥された樹脂粒子は最終的に水分が1%未満になるまで乾燥を行うのが好ましい。また、乾燥後の着色樹脂粒子は軟凝集をしており使用に際して不都合が生じる場合には、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、コーヒーミル、オースターブレンダー、フードプロセッサーなどの装置を利用して解砕を行い、軟凝集をほぐしても良い。
<アニーリング工程>
結晶性樹脂を添加した場合、乾燥後にアニーリング処理を行うことで、非晶質樹脂と結晶性樹脂とが相分離し、定着性が向上する。具体的には、Tg付近の温度で10時間以上保管すればよい。
<外添工程>
本発明で得られた樹脂粒子には、流動性、帯電性、クリーニング性などを持たせるために、無機微粒子や高分子系微粒子、クリーニング助剤などを添加、混合してもよい。
具体的な混合手段としては、高速で回転する羽根によって混合物に衝撃力を加える方法、高速気流中に混合物を投入し、加速させ、粒子同士または複合化した粒子を適当な衝突板に衝突させる方法などがある。装置としては、オングミル(ホソカワミクロン株式会社製)、I式ミル(日本ニューマチック工業株式会社製)を改造して、粉砕エアー圧カを下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム(株式会社奈良機械製作所製)、クリプトロンシステム(川崎重工業株式会社製)、自動乳鉢などがあげられる。
<<外添剤>>
無機微粒子の一次粒子径は、5nm~2μmであることが好ましく、特に5nm~500nmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20~500m/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01~5質量%であることが好ましい。無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ペンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。
高分子系微粒子としては、例えばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
このような流動化剤は表面処理を行って、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えばシランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコンオイル、変性シリコンオイルなどが好ましい表面処理剤として挙げられる。
感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためのクリーニング性向上剤としては、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸など脂肪酸金属塩、例えばポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子などのソープフリー乳化重合などによって製造された、ポリマー微粒子などを挙げることかできる。ポリマー微粒子は比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.01から1μmのものが好ましい。
(測定方法)
<放射性同位体14C濃度の測定方法>
樹脂粒子の放射性炭素同位体14C濃度は、放射性炭素年代測定により測定した。樹脂粒子を燃焼させて、そのCO(二酸化炭素)を還元し、C(グラファイト)を得た。該C(グラファイト)の14C濃度をAMS(Accelerator Mass Spectroscopy、Beta Analytic社製)を用いて計測した。
<トナー粒子径>
樹脂粒子径は、コールターマルチサイザーIII(コールター社製)で測定した。トナー粒子径の測定は、以下の通り行った。
まず、電解液100mL中に分散剤として界面活性剤(ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、東京化成工業株式会社製)を2mL加えた。なお、電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したものであり、ISOTON-II(コールター社製)を用いた。電解液に界面活性剤を加えた混合液に、更に測定試料を固形分にして10mg加え、試料が懸濁した電解積を得た。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1~3分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIIにより、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、樹脂粒子の体積及び個数を測定して、体積分布と個数分布を算出した。得られた分布から、樹脂粒子の体積平均粒径(Dv)を求めた。
<融点、及びガラス転移温度(Tg)の測定方法>
本発明における融点、ガラス転移温度(Tg)は、例えば、DSCシステム(示差走査熱量計)(「Q-200」、TAインスツルメント社製)を用いて測定することができる。
具体的には、対象試料の融点、ガラス転移温度は、下記手順により測定できる。
まず、対象試料約5.0mgをアルミニウム製の試料容器に入れ、試料容器をホルダーユニットに載せ、電気炉中にセットする。次いで、窒素雰囲気下、-80℃から昇温速度10℃/minにて150℃まで加熱する(昇温1回目)。その後、150℃から降温速度10℃/minにて-80℃まで冷却させ、更に昇温速度10℃/minにて150℃まで加熱(昇温2回目)する。この昇温1回目、及び昇温2回目のそれぞれにおいて、示差走査熱量計(「Q-200」、TAインスツルメント社製)を用いてDSC曲線を計測する。
得られるDSC曲線から、Q-200システム中の解析プログラムを用いて、1回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、対象試料の昇温1回目におけるガラス転移温度を求めることができる。また同様に、2回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、対象試料の昇温2回目におけるガラス転移温度を求めることができる。
また、得られるDSC曲線から、Q-200システム中の解析プログラムを用いて、1回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、対象試料の昇温1回目における吸熱ピークトップ温度を融点として求めることができる。また同様に、2回目の昇温時におけるDSC曲線を選択し、対象試料の昇温2回目における吸熱ピークトップ温度を融点として求めることができる。
本明細書では、対象試料として樹脂粒子を用いた際の、1回目昇温時におけるガラス転移温度をTg1st、2回目昇温時におけるガラス転移温度をTg2ndとする。
また、本明細書では、前記非晶質ポリエステル樹脂A、前記非晶質ポリエステル樹脂B、及び前記結晶性ポリエステル樹脂C、更には前記離型剤等のその他構成成分のガラス転移温度、融点については、特に断りが無い場合、2回目昇温時における吸熱ピークトップ温度、Tgを各対象試料の融点、Tgとする。
<平均粒子径、平均円形度>
本実施形態において、平均粒子径、平均円形度の計測には、例えばフロー式粒子像分析装置FPIA-3000(シスメックス株式会社製)を用いる。
具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水100~150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を0.1~0.5ml加え、更に測定試料を0.1~0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1~3分間分散処理を行い、分散液濃度を3000~1万個/μlとして前記装置により平均粒子径、平均円形度、及び円形度の標準偏差(SD)を測定する。
ただし、粒子径は円相当径とし、平均粒子径は円相当径(個数基準)により求め、前記フロー式粒子像分析装置の解析条件は以下とする。
粒子径限定:0.5μm≦円相当径(個数基準)≦200.0μm
粒子形状限定:0.93<円形度≦1.00
また、本実施形態において平均円形度の定義は次の通りである。
(平均円形度)=(投影面積と等しい円の周囲長)/(投影像の周囲長)
<分子量の測定>
樹脂粒子の各構成成分の分子量は、例えば、以下の方法で測定することができる。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)測定装置:GPC-8220GPC(東ソー株式会社製)
カラム:TSKgel SuperHZM-H 15cm 3連(東ソー株式会社製)
温度:40℃
溶媒:THF
流速:0.35mL/min
試料:0.15質量%の試料を100μL注入
試料の前処理:樹脂粒子をテトラヒドロフランTHF(安定剤含有、和光純薬製)に0.15質量%で溶解した後に、0.2μmフィルターで濾過し、その濾液を試料として用いる。前記THF試料溶液を100μL注入して測定する。
試料の分子量測定にあたっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により作製された検量線の対数値とカウント数との関係から算出する。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、昭和電工株式会社製ShowdexSTANDARDのStd.No S-7300、S-210、S-390、S-875、S-1980、S-10.9、S-629、S-3.0、S-0.580を用いる。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
<THF不溶分中の金属元素の確認>
本発明における非線状ポリマー中の金属イオンを構成する金属元素の確認は、樹脂粒子中のTHF不溶分を蛍光X線分析法で分析することで、定性的に確認することができる。例えば、本発明においては、蛍光X線装置ZSX PrimusIV(株式会社リガク製)を用いて、金属元素の定性分析を行った。
測定するTHF不溶分試料の形態は、特に限定されるものではないが、一般的な加圧成型器などでペレット状またはシート状に成型すると取り扱いしやすい。例えば、直径15mmの錠剤成型ダイスに試料を投入し、錠剤成型ダイスごと、ガラス転移温度以上に保った高温槽で1時間程度置き、その後直ちに、6MPaの荷重で1分間加圧することで、厚さ約2mmのTHF不溶分のペレット錠剤を得た。得られたペレット錠剤を蛍光X線装置の試料ホルダーに設置し、定性分析測定を実施することで、試料中に含有する金属元素を検出することができる。
(トナー収容ユニット)
本発明におけるトナー収容ユニットとは、トナーを収容する機能を有するユニットに、トナーを収容したものをいう。ここで、トナー収容ユニットの態様としては、例えばトナー収容容器、現像器、プロセスカートリッジ等があげられる。
トナー収容容器とは、トナーを収容した容器をいう。
現像器は、トナーを収容し現像する手段を有するものをいう。
プロセスカートリッジとは、少なくとも像担持体と現像手段とを一体とし、トナーを収容し、画像形成装置に対して着脱可能であるものをいう。前記プロセスカートリッジは、更に帯電手段、露光手段、クリーニング手段のから選ばれる少なくとも一つを備えてもよい。
本発明のトナー収容ユニットを、画像形成装置に装着して画像形成することで、本発明の前記トナーを用いて画像形成が行われるため、強度および低温定着性に優れたトナーを提供することができる。
次に、本発明の画像形成装置により画像を形成する方法を実施する一の態様について、
図1を参照しながら説明する。本実施形態の画像形成装置としては、プリンターが例として示されているが、画像形成装置は、複写機、ファクシミリ、複合機等のトナーを用いて画像を形成することが可能であれば、特に限定されない。
図1に示されているように、画像形成装置200は、給紙部210と、搬送部220と、作像部230と、転写部240と、定着部250とを備えている。
給紙部210は、図1に示されるように、給紙される用紙が積載された給紙カセット211と、給紙カセット211に積載された用紙Pを一枚ずつ給紙する給紙ローラ212とを備えている。
搬送部220は、給紙ローラ212によって給紙された用紙を転写部240の方向へ搬送するローラ221と、ローラ221によって搬送された用紙の先端部を挟み込んで待機し、用紙を所定のタイミングで転写部240に送り出す一対のタイミングローラ222と、定着部250でトナーを定着させた用紙を排紙トレイ224に排紙する排紙ローラ223とを備えている。
作像部230は、所定の間隔をおいて、図1の左方から右方に向かって順に、イエローのトナー(トナーY)を有した現像剤を用いて画像を形成する画像形成ユニットYと、シアンのトナー(トナーC)を有した現像剤を用いる画像形成ユニットCと、マゼンタのトナー(トナーM)を有した現像剤を用いる画像形成ユニットMと、ブラックのトナー(トナーK)を有した現像剤を用いる画像形成ユニットKと、露光器233とを備えている。なお、上記の各トナー(Y,C,M,K)は、それぞれ上記の製造方法によって得られたトナーである。
図1において4つの画像形成ユニットは、それぞれに用いられる現像剤が異なるのみで、機械的な構成は実質的に同様である。それぞれの画像形成ユニットは、図1において時計回りに回転可能に設けられ、静電潜像及びトナー像を担持する感光ドラム(231Y,231C,231M,231K)と、感光ドラム(231Y,231C,231M,231K)の表面を一様に帯電させる各帯電器(232Y,232C,232M,232K)と、各色のトナー(Y,C,M,K)を供給する各トナーカートリッジ(237Y,237C,237M,237K)と、露光器233で感光ドラム(231Y,231C,231M,231K)の表面に形成された静電潜像をトナーカートリッジ(237Y,237C,237M,237K)から供給されたトナーを用いてトナー像に現像する各現像装置(234Y,234C,234M,234K)と、転写媒体にトナー像が一次転写された後の感光ドラム(231Y,231C,231M,231K)の表面を除電する各除電器(235Y,235C,235M,235K)と、除電器(235Y,235C,235M,235K)で除電された各感光ドラム(231Y,231C,231M,231K)の表面に残った転写残トナーを除去する各清掃器(236Y,236C,236M,236K)とを備えている。
露光器233は、画像情報に基づいて光源233aから発せられたレーザ光Lを、モータによって回転駆動されるポリゴンミラー(233bY,233bC,233bM,233bK)によって反射させて感光ドラム(231Y,231C,231M,231K)に照射する装置である。これにより画像情報に基づいた静電潜像が感光ドラム231に形成される。
転写部240は、駆動ローラ241及び従動ローラ242と、これらのローラに掛け渡され駆動ローラ241の駆動に伴い図1において反時計回りに回転可能な転写媒体としての中間転写ベルト243と、中間転写ベルト243を挟んで、感光ドラム231に対向して設けられた一次転写ローラ(244Y,244C,244M,244K)と、トナー像の用紙への転写位置において中間転写ベルト243を挟んで二次対向ローラ245に対向して設けられた二次転写ローラ246とを備えている。
転写部240では、一次転写ローラ244に一次転写バイアスがかけられることで、感光ドラム231の表面に形成された各トナー像が中間転写ベルト243上に転写(一次転写)される。また、二次転写ローラ246に二次転写バイアスがかけられることで、二次転写ローラ246と二次対向ローラ245とに挟み込まれた搬送中の用紙に、中間転写ベルト243上のトナー像が転写(二次転写)される。
定着部250は、ヒータが内部に設けられ、用紙をトナーの定着下限温度よりも高い温度に加熱する加熱ローラ251と、加熱ローラ251に回転可能に押し当てて加圧することにより接触面(ニップ部)を形成する加圧ローラ252とを備えている。これにより、紙P上のカラートナー像に熱と圧力が印加されて、カラートナー像が定着する。カラートナー像が定着した紙Pは、排紙ローラ223により排紙トレイ224に排紙され、一連の画像形成プロセスが完了する。
(プロセスカートリッジ)
本発明に関するプロセスカートリッジは、各種画像形成装置に着脱可能に成型されており、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、静電潜像担持体上に担持された静電潜像を本発明の現像剤で現像してトナー像を形成する現像手段を少なくとも有する。なお、本発明のプロセスカートリッジは、必要に応じて、他の手段をさらに有していてもよい。
前記現像手段としては、本発明の現像剤を収容する現像剤収容部と、現像剤収容部内に収容された現像剤を担持するとともに搬送する現像剤担持体を少なくとも有する。なお、現像手段は、担持する現像剤の厚さを規制するため規制部材等をさらに有してもよい。
図2に、本発明に関するプロセスカートリッジの一例を示す。プロセスカートリッジ110は、感光体ドラム10、コロナ帯電器58、現像器40、転写ローラ80及びクリーニング装置90を有する。Lはレーザ光等の露光光である。
以下、実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。「部」は、特に明示しない限り「質量部」を表す。「%」は、特に明示しない限り「質量%」を表す。
(プレポリマーAの製造例)
<プレポリマーA-1の合成>
加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、イソフタル酸及びアジピン酸を、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して、1000ppm)と共に投入した。このとき、水酸基とカルボキシル基とのモル比であるOH/COOHが1.1となり、ジオール成分の構成が3-メチル-1,5-ペンタンジオール110mol%となり、ジカルボン酸成分の構成がイソフタル酸40mol%及びアジピン酸60mol%となるようにした。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応を行った。その後、更に、10mmHg~15mmHgの減圧下で5時間反応し、[中間体ポリエステルA-1]を得た。
次いで、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、中間体ポリエステルA-1と、ヘキサメチレンイソシアネート誘導体(HDIイソシアヌレート)とを、HDIイソシアヌレ―トのイソシアネート基と中間体ポリエステルA-1の水酸基とのモル比(NCO/OH)が2.0となるように入れ、50%酢酸エチル溶液となるように酢酸エチルを加えて溶解した。その後、窒素気流下にて、80℃まで昇温して5時間反応させ、水酸基を末端に有するプレポリマーである[OH基末端含有プレポリマーA-1]の酢酸エチル溶液を得た。その後、[OH基末端含有プレポリマーA-1]の酢酸エチル溶液中の残酢酸エチル量が100ppm以下になるまで減圧した。
次いで、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、[OH基末端含有プレポリマーA-1]とモノメチルエステルコハク酸とを、モノメチルエステルコハク酸のメチル基とOH基末端含有プレポリマーA-1の水酸基とのモル比(CH/OH)が2.0となるように入れ、150℃で6時間反応させた。これにより、非線状のプレポリマーである、カルボン酸末端を有するプレポリマーである[プレポリマーA-1]を得た。
<プレポリマーA-2の合成>
加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、イソフタル酸、アジピン酸、無水トリメリット酸を、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して1,000ppm)と共に投入した。このとき、水酸基とカルボキシル基のモル比であるOH/COOHが1.1となり、ジオール成分の構成が3-メチル-1,5-ペンタンジオール110mol%となり、ジカルボン酸成分の構成がイソフタル酸40mol%及びアジピン酸60mol%となり、全モノマー中における無水トリメリット酸の量が1mol%となるようにした。その後、4時間程度で20
0℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応を行った。その後、更に、10mmHg~15mmHgの減圧下で5時間反応し、[中間体ポリエステルA-2]を得た。
次いで、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、中間体ポリエステルA-2と、ヘキサメチレンイソシアネート誘導体(HDIイソシアヌレート)とを、HDIイソシアヌレ―トのイソシアネート基と中間体ポリエステルA-2の水酸基とのモル比(NCO/OH)が2.0となるように入れ、50%酢酸エチル溶液となるように酢酸エチルを加えて溶解した。その後、窒素気流下にて、80℃まで昇温して5時間反応させ、水酸基末端を有するプレポリマーである[OH基末端含有プレポリマーA-2]の酢酸エチル溶液を得た。その後、[OH基末端含有プレポリマーA-2]の酢酸エチル溶液中の残酢酸エチル量が100ppm以下になるまで減圧した。
次いで、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、OH基末端含有プレポリマーA-2とモノメチルエステルコハク酸とを、[OH基末端含有プレポリマーA-2]の水酸基とモノメチルエステルコハク酸のメチル基のモル比(CH3/OH)が2.0となる量を入れ、150℃で6時間反応させた。これにより、非線状のプレポリマーである、カルボン酸末端のプレポリマーである[プレポリマーA-2]を得た。
<プレポリマーA-3の合成>
加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、アジピン酸、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して1,000ppm)と共に投入した。このとき、水酸基とカルボキシル基のモル比であるOH/COOHが1.1となり、ジオール成分の構成が3-メチル-1,5-ペンタンジオール110mol%となり、ジカルボン酸成分の構成がアジピン酸100mol%となるようにした。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応を行った。その後、更に、10mmHg~15mmHgの減圧下で5時間反応し、[中間体ポリエステルA-3]を得た。
次いで、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、中間体ポリエステルA-3と、ヘキサメチレンイソシアネート誘導体(HDIイソシアヌレート)とを、HDIイソシアヌレ―トのイソシアネート基と中間体ポリエステルA-2の水酸基とのモル比(NCO/OH)が2.0となるように入れ、50%酢酸エチル溶液となるように酢酸エチルを加えて溶解した。その後、窒素気流下にて、80℃まで昇温して5時間反応させ、水酸基末端を有するプレポリマーである[OH基末端含有プレポリマーA-3]の酢酸エチル溶液を得た。その後、[OH基末端含有プレポリマーA-3]の酢酸エチル溶液中の残酢酸エチル量が100ppm以下になるまで減圧した。
次いで、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、[OH基末端含有プレポリマーA-3]とモノメチルエステルコハク酸とを、[OH基末端含有プレポリマーA-3]の水酸基とモノメチルエステルコハク酸のメチル基のモル比(CH/OH)が2.0となる量を入れ、150℃で6時間反応させた。これにより、非線状のプレポリマーである、カルボン酸末端を有するプレポリマーである[プレポリマーA-3]を得た。
<プレポリマーA-4の合成>
加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、イソフタル酸を、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して1,000ppm)と共に投入した。このとき、水酸基とカルボキシル基のモル比であるOH/COOHが1.1となり、ジオール成分の構成が3-メチル-1,5-ペンタンジオール110mol%となり、ジカルボン酸成分の構成がイソフタル酸100mol%となるようにした。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応を行った。その後、更に、10mmHg~15mmHgの減圧下で5時間反応し、[中間体ポリエステルA-4]を得た。
次いで、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、中間体ポリエステルA-4と、ヘキサメチレンイソシアネート誘導体(HDIイソシアヌレート)とを、HDIイソシアヌレ―トのイソシアネート基と中間体ポリエステルA-4の水酸基とのモル比(NCO/OH)が2.0となるように入れ、50%酢酸エチル溶液となるように酢酸エチルを加えて溶解した。その後、窒素気流下にて、80℃まで昇温して5時間反応させ、水酸基末端を有するプレポリマーである[OH基末端含有プレポリマーA-4]の酢酸エチル溶液を得た。その後、[OH基末端含有プレポリマーA-4]の酢酸エチル溶液中の残酢酸エチル量が100ppm以下になるまで減圧した。
次いで、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、[OH基末端含有プレポリマーA-4]とモノメチルエステルコハク酸とを、[OH基末端含有プレポリマーA-4]の水酸基とモノメチルエステルコハク酸のメチル基のモル比(CH/OH)が2.0となる量を入れ、150℃で6時間反応させた。これにより、非線状のプレポリマーである、カルボン酸末端を有するプレポリマーである[プレポリマーA-4]を得た。
(プレポリマーaの製造)
<プレポリマーa-1の合成>
加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、イソフタル酸、アジピン酸及び無水トリメリット酸を、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して1,000ppm)とともに投入した。このとき、水酸基とカルボキシル基のモル比であるOH/COOHが1.1となり、ジオール成分の構成が3-メチル-1,5-ペンタンジオール110mol%となり、ジカルボン酸成分の構成がイソフタル酸40mol%及びアジピン酸60mol%となり、全モノマー中における無水トリメリット酸の量が1mol%となるようにした。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応を行った。その後、更に、10mmHg~15mmHgの減圧下で5時間反応し、[中間体ポリエステルa-1]を得た。
次に、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステルa-1とイソホロンジイソシアネート(IPDI)とを、[中間体ポリエステルa-1]の水酸基とIPDAのイソシアネート基とのモル比(NCO/OH)が2.0となるように投入し、酢酸エチルで50%酢酸エチル溶液となるように希釈した後、100℃で5時間反応させた。これにより、非線状のプレポリマーである[プレポリマーa-1]を得た。
<プレポリマーa-2の合成>
加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、イソフタル酸及びアジピン酸を、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して1,000ppm)と共に投入した。このとき、水酸基とカルボキシル基のモル比であるCOOH/OHが1.1となり、ジオール成分の構成が3-メチル-1,5-ペンタンジオール100mol%となり、ジカルボン酸成分の構成がイソフタル酸50mol%及びアジピン酸60mol%となるようにした。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応を行った。その後、更に、10mmHg~15mmHgの減圧下で5時間反応し、線状のプレポリマーである[プレポリマーa-2]を得た。
<プレポリマーa-3の合成>
加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,10-ドデカン二酸を、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して1,000ppm)と共に投入した。このとき、水酸基とカルボキシル基のモル比であるOH/COOHが1.1となり、ジオール成分の構成が3-メチル-1,5-ペンタンジオール110mol%となり、ジカルボン酸成分の構成が1,10-ドデカン二酸100mol%となるようにした。その後、4時間程度で200℃まで昇温し、次いで、2時間かけて230℃に昇温し、流出水がなくなるまで反応を行った。その後、更に、10mmHg~15mmHgの減圧下で5時間反応し、[中間体ポリエステルa-3]を得た。
次いで、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、[中間体ポリエステルa-3]と、ヘキサメチレンイソシアネート誘導体(HDIイソシアヌレート)とを、HDIイソシアヌレ―トのイソシアネート基と[中間体ポリエステルa-3]の水酸基とのモル比(NCO/OH)が2.0となるように入れ、50%酢酸エチル溶液となるように酢酸エチルを加えて溶解した。その後、窒素気流下にて、80℃まで昇温して5時間反応させ、水酸基末端を有するプレポリマーである[OH基末端含有プレポリマーa-3]の酢酸エチル溶液を得た。その後、[OH基末端含有プレポリマーa-3]の酢酸エチル溶液中の残酢酸エチル量が100ppm以下になるまで減圧した。
次いで、加熱装置、冷却管、撹拌機及び窒素導入管を装備した反応槽中に、[OH基末端含有プレポリマーa-3]とモノメチルエステルコハク酸とを、[OH基末端含有プレポリマーa-3]の水酸基とモノメチルエステルコハク酸のメチル基のモル比(CH/OH)が2.0となる量を入れ、150℃で6時間反応させた。これにより、非線状であってカルボン酸末端を有するプレポリマーである[プレポリマーa-3]を得た。
(非晶質ポリエステル樹脂Bの製造)
<非晶質ポリエステル樹脂B-1の合成>
窒素導入管、脱水管、撹拌機及び熱電対を装備した四つ口フラスコに、植物由来のプロピレングリコール、テレフタル酸、及び植物由来のコハク酸を、テレフタル酸とコハク酸とがモル比(テレフタル酸/コハク酸)で86/14であり、水酸基とカルボキシル基とのモル比であるOH/COOHが1.3となるように仕込み、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して500ppm)と共に常圧、230℃で8時間反応させ、更に10mmHg~15mmHgの減圧で4時間反応後、反応容器に無水トリメリット酸を全樹脂成分に対して1mol%になるよう入れ、180℃、常圧、3時間で反応させ、[非晶質ポリエステル樹脂B-1]を得た。
<非晶質ポリエステル樹脂B-2の合成>
窒素導入管、脱水管、撹拌機及び熱電対を装備した四つ口フラスコに、プロピレングリコール、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物、テレフタル酸、及び植物由来のコハク酸を、プロピレングリコールとビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物とがモル比(プロピレングリコール/ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物)で60/40であり、テレフタル酸とコハク酸とがモル比(テレフタル酸/コハク酸)で86/14であり、水酸基とカルボキシル基とのモル比であるOH/COOHが1.3となるように仕込み、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して500ppm)と共に常圧、230℃で8時間反応させ、更に10mmHg~15mmHgの減圧で4時間反応後、反応容器に無水トリメリット酸を全樹脂成分に対して1mol%になるよう入れ、180℃、常圧、3時間で反応させ、[非晶質ポリエステル樹脂B-2]を得た。
<非晶質ポリエステル樹脂B-3の合成>
窒素導入管、脱水管、撹拌機及び熱電対を装備した四つ口フラスコに、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物、テレフタル酸、及びアジピン酸を、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物とビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物とがモル比(ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物/ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物)で60/40であり、テレフタル酸とアジピン酸とがモル比(テレフタル酸/アジピン酸)で97/3であり、水酸基とカルボキシル基とのモル比であるOH/COOHが1.3となるように仕込み、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して500ppm)と共に常圧、230℃で8時間反応させ、更に10mmHg~15mmHgの減圧で4時間反応後、反応容器に無水トリメリット酸を全樹脂成分に対して1mol%になるよう入れ、180℃、常圧、3時間で反応させ、[非晶質ポリエステル樹脂B-3]を得た。
<非晶質ポリエステル樹脂B-4の合成>
窒素導入管、脱水管、撹拌機及び熱電対を装備した四つ口フラスコに、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物、テレフタル酸、及び植物由来のコハク酸を、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物とビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物とがモル比(ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物/ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物)で60/40であり、テレフタル酸とコハク酸とがモル比(テレフタル酸/コハク酸)で86/14であり、水酸基とカルボキシル基とのモル比であるOH/COOHが1.3となるように仕込み、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して500ppm)と共に常圧、230℃で8時間反応させ、更に10mmHg~15mmHgの減圧で4時間反応後、反応容器に無水トリメリット酸を全樹脂成分に対して1mol%になるよう入れ、180℃、常圧、3時間で反応させ、[非晶質ポリエステル樹脂B-4]を得た。
(結晶性ポリエステル樹脂Cの製造)
<結晶性ポリエステル樹脂C-1の合成>
窒素導入管、脱水管、撹拌機及び熱電対を装備した5Lの四つ口フラスコに、植物由来のセバシン酸、及び1,6-ヘキサンジオールを、水酸基とカルボキシル基とのモル比であるOH/COOHが0.9となるように仕込み、チタンテトライソプロポキシド(樹脂成分に対して500ppm)と共に、180℃で10時間反応させた後、200℃に昇温して3時間反応させ、更に8.3kPaの圧力にて2時間反応させて[結晶性ポリエステル樹脂C-1]を得た。
<結晶性ポリエステル樹脂C-2の合成>
ジオールを植物由来のエチレングリコールに代えた以外は、[結晶性ポリエステル樹脂C-1]の合成と同様にして、[結晶性ポリエステル樹脂C-2]を得た。
<結晶性ポリエステル樹脂C-3の合成>
ジカルボン酸をアジピン酸に代えた以外は、[結晶性ポリエステル樹脂C-1]の合成と同様にして、[結晶性ポリエステル樹脂C-3]を得た。
(結晶性ポリエステル樹脂分散液の作製)
<結晶性ポリエステル樹脂分散液1の作製>
撹拌棒、及び温度計をセットした容器に[結晶性ポリエステル樹脂C-1]45部、及び酢酸エチル450部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス株式会社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒間、直径0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、分散を行い、[結晶性ポリエステル樹脂分散液1]を得た。得られた結晶性ポリエステル樹脂粒子の体積平均粒径は350nm、樹脂粒子の固形分濃度は10%であった。
<結晶性ポリエステル樹脂分散液2の作製>
撹拌棒、及び温度計をセットした容器に[結晶性ポリエステル樹脂C-2]45部、及び酢酸エチル450部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス株式会社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒間、直径0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、分散を行い、[結晶性ポリエステル樹脂分散液2]を得た。得られた結晶性ポリエステル樹脂粒子の体積平均粒径は350nm、樹脂粒子の固形分濃度は10%であった。
<結晶性ポリエステル樹脂分散液3の作製>
撹拌棒、及び温度計をセットした容器に[結晶性ポリエステル樹脂C-3]45部、及び酢酸エチル450部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス株式会社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒間、直径0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、分散を行い、[結晶性ポリエステル樹脂分散液3]を得た。得られた結晶性ポリエステル樹脂粒子の体積平均粒径は360nm、樹脂粒子の固形分濃度は10%であった。
(WAX分散液の製造)
<WAX分散液W-1の作製>
イオン交換水720部にエステルワックス180部(日油製、WE-11、植物由来モノマーの合成ワックス、融点67℃)、界面活性剤としてアニオン系界面活性剤17部(第一工業製薬製、ネオゲンSC、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)を添加した。これを90℃に加熱しながらホモジナイザーで分散処理し、[WAX分散液W-1]を得た。得られたワックス粒子の体積平均粒径は250nm、樹脂粒子の固形分濃度は25%であった。
<WAX分散液W-2の作製>
撹拌棒、及び温度計をセットした容器にパラフィンワックス50部(日本精鑞株式会社製、HNP-9、炭化水素系ワックス、融点75℃、SP値8.8)、及び酢酸エチル450部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス株式会社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒間、直径0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、分散を行い[WAX分散液W-2]を得た。得られたワックス粒子の体積平均粒径は350nm、樹脂粒子の固形分濃度は25%であった。
(マスターバッチ(MB)の調製)
水1,200部、カーボンブラック(Printex35、デクサ社製)〔DBP吸油量=42mL/100mg、pH=9.5〕500部、及び[非晶質ポリエステル樹脂B-1]500部を加え、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製)で混合し、混合物を2本ロールを用いて150℃で30分間混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕し、[マスターバッチ]を得た。
(実施例1)
<油相の調製>
[プレポリマーA-1]50部、[WAX分散液W-2]200部(固形分50部)、[結晶性ポリエステル樹脂分散液C-3]250部(固形分25部)、[非晶質ポリエステル樹脂B-4]800部、[マスターバッチ1]50部を容器に入れ、TKホモミキサー(プライミクス株式会社製)で5,000rpmで60分間混合し、[油相1]を得た。
なお、上記配合量は、各原材料における固形分の配合量を示す。
<水相の調製>
水990部、ドデシル硫酸ナトリウム20部、及び酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とした。
<乳化>
[油相1]700部をTKホモミキサーで、回転数8,000rpmで撹拌しながら28%アンモニア水20部を加え、10分間混合した後、[水相1]1,200部を徐々に滴下していき、[乳化スラリー1]を得た。
<脱溶剤>
撹拌機及び温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃180分脱溶剤した後、[脱溶剤スラリー1]を得た。
<凝集>
[脱溶剤スラリー1]に3%塩化マグネシウム溶液100部を滴下して更に5分攪拌した後、60℃に昇温し、粒径が5.0μmになったところで塩化ナトリウムを50部添加して凝集工程を終了し、[凝集スラリー1]を得た。
<融着>
[凝集スラリー1]を攪拌しながら70℃に加熱して、所望の平均円形度である0.957になったところで冷却し、[分散スラリー1]を得た。
<洗浄・乾燥>
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。
(3):(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する、
という前記(1)~(4)の操作を2回行い[濾過ケーキ1]を得た。
[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmのメッシュで篩い[樹脂粒子1]を得た。
(実施例2~9)
凝集工程で添加する金属塩、プレポリマー、WAX、結晶性樹脂、非晶質樹脂の種類と配合部数を、表1に記載した通り変更した以外は樹脂粒子1と同様に作成し、実施例2~9の[樹脂粒子2]~[樹脂粒子9]を作製した。
(比較例1~5)
凝集工程で添加する金属塩、プレポリマー、WAX、結晶性樹脂、非晶質樹脂の種類と配合部数を、表1に記載した通り変更した以外は樹脂粒子1と同様に作成し、比較例1~4の[樹脂粒子10]~[樹脂粒子13]を作製した。
比較例5においては、凝集工程で金属塩を添加せず、HClを滴下しながら凝集を行った以外は、[樹脂粒子1]と同様にして[樹脂粒子14]を作製した。
[樹脂粒子1]~[樹脂粒子14]を製造する際の原料組成を表1に示す。
また、参考までに[樹脂粒子1]~[樹脂粒子14]について各成分及び樹脂粒子のバイオマス度を計算によって求めた値を表2に示す。なお、計算値は実測値とは必ずしも一致するものではない。
<外添剤処理工程>
[樹脂粒子1]100部に対して、外添剤として疎水性シリカ(HDK-2000、クラリアント株式会社製)2.0部をヘンシェルミキサーにて混合し、目開き500メッシュの篩を通過させ、[トナー1]を得た。
また、[樹脂粒子2]~[樹脂粒子14]についても[樹脂粒子1]と同様の外添剤処理を行い、[トナー2]~[トナー14]を得た。
これらのトナーを用いて、フィルミング、低温定着性、耐熱保存性の評価を行った。
その結果を表3に示す。
(評価方法)
<環境対応性>
環境対応性の評価は各実施例及び比較例の樹脂粒子について14C濃度を測定することにより評価した。
樹脂粒子の放射性炭素同位体14C濃度は、ASTM-D6866に準拠して測定した。
具体的には、樹脂粒子を燃焼させて、そのCO(二酸化炭素)を還元し、C(グラファイト)を得た。このC(グラファイト)の14C濃度をAMS(Accelerator Mass Spectroscopy、Beta Analytic社製)を用いて計測した。
評価基準は下記の通りである。
〔評価基準〕
◎◎:20以上
◎:15以上20未満
〇:5以上15未満
×:5未満
<感光体フィルミング>
imagio MP C5503(株式会社リコー製)を用いて、印字率2%のプリントパターンを高温高湿環境下(温度27℃、湿度80%)で、1ジョブあたり1枚で印字した。10000枚毎に感光体部分を目視で観察しながら印刷した。判断基準は以下の通りである。
〔評価基準〕
◎:200000枚で感光体フィルミングが未発生。
〇:80000枚~150000枚で感光体フィルミングが発生した。
×:70000枚までに感光体フィルミングが発生した。
<低温定着性>
imagio MP C5503(株式会社リコー製)に使用されているキャリアと上記で得られた樹脂粒子とを、樹脂粒子の濃度が5質量%となるように混合し、現像剤を得た。
imagio MP C5503(株式会社リコー製)のユニットに現像剤を投入した後、PPC用紙タイプ6000<70W>A4 T目(株式会社リコー製)に2cm×15cmの長方形のベタ画像をトナーの付着量が0.40mg/cmとなるように形成した。このとき、定着ローラの表面温度を変化させ、ベタ画像の現像残画像が所望の場所以外の場所に定着されるコールドオフセットが発生するかどうかを観察し、低温定着性を評価した。
〔評価基準〕
◎:110℃未満
〇:110℃以上125℃未満
×:125℃以上
<耐熱保存性>
熱保存性の評価ガラス容器にトナーを充填し、50℃の恒温槽にて24時間放置した。
このトナーを24℃に冷却し、針入度試験(JIS K2235-1991)にて針入度を測定する。
針入度に基づく熱保存性の判定基準は次のとおりである。
〔評価基準〕
◎:25mm以上
〇:10以上25mm未満
×:10mm未満
Figure 2023085955000001
Figure 2023085955000002
Figure 2023085955000003
本発明は下記(1)に記載のトナーに係るものであるが、下記(2)~(7)を実施形態として含む。
(1)少なくとも樹脂を含む樹脂粒子であって、
前記樹脂粒子の放射性炭素同位体14C濃度が5.4pMC以上であり、
前記樹脂粒子は、THF(テトラヒドロフラン)不溶分を含有し、
前記THF不溶分は、非線状のプレポリマーが金属イオンによって金属架橋されてなる非線状ポリマーを含み、
前記THF不溶分の示差走査熱量測定のガラス転移温度Tgが、-60℃以上0℃未満であることを特徴とする樹脂粒子。
(2)前記樹脂粒子の放射性炭素同位体14C濃度が10.0pMC以上である、上記(1)に記載の樹脂粒子。
(3)前記樹脂がポリエステル樹脂を含有する、上記(1)又は(2)に記載の樹脂粒子。
(4)前記樹脂粒子中における前記THF不溶分の含有量が、15質量%以上40質量%以下である、上記(1)乃至(3)のいずれか1項に記載の樹脂粒子。
(5)前記THF不溶分に含まれる前記金属イオンが2価以上の金属イオンである、上記(1)乃至(4)のいずれか1項に記載の樹脂粒子。
(6)上記(1)乃至(5)のいずれか1項に記載の樹脂粒子を含有することを特徴とするトナー。
(7)上記(6)に記載のトナーを収容したトナー収容ユニット。
10 感光体ドラム
40 現像器
58 コロナ帯電器
80 転写ローラ
90 クリーニング装置
95 転写紙
110 プロセスカートリッジ
200 画像形成装置
210 給紙部
211 給紙カセット
212 給紙ローラ
220 搬送部
221 ローラ
222 タイミングローラ
223 排紙ローラ
224 排紙トレイ
230 作像部
231 感光ドラム(静電潜像担持体の一例)
232 帯電器
233 露光器(静電潜像形成手段の一例)
234 現像装置(現像手段の一例)
235 除電器
236 清掃器
237 トナーカートリッジ
240 転写部(転写手段の一例)
241 駆動ローラ
242 従動ローラ
243 中間転写ベルト
244 一次転写ローラ
245 二次対向ローラ
246 二次転写ローラ
250 定着部(定着手段の一例)
251 加熱ローラ
252 加圧ローラ
P 用紙
L レーザ光
特開2015-094920公報 特開2015-025851公報

Claims (7)

  1. 少なくとも樹脂を含む樹脂粒子であって、
    前記樹脂粒子の放射性炭素同位体14C濃度が5.4pMC以上であり、
    前記樹脂粒子は、THF(テトラヒドロフラン)不溶分を含有し、
    前記THF不溶分は、非線状のプレポリマーが金属イオンによって金属架橋されてなる非線状ポリマーを含み、
    前記THF不溶分の示差走査熱量測定のガラス転移温度Tgが、-60℃以上0℃未満であることを特徴とする樹脂粒子。
  2. 前記樹脂粒子の放射性炭素同位体14C濃度が10.0pMC以上である、請求項1に記載の樹脂粒子。
  3. 前記樹脂がポリエステル樹脂を含有する、請求項1又は2に記載の樹脂粒子。
  4. 前記樹脂粒子中における前記THF不溶分の含有量が、15質量%以上40質量%以下である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の樹脂粒子。
  5. 前記THF不溶分に含まれる前記金属イオンが2価以上の金属イオンである、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の樹脂粒子。
  6. 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の樹脂粒子を含有することを特徴とするトナー。
  7. 請求項6に記載のトナーを収容したトナー収容ユニット。
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