JP2023124938A - トナー及びトナーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高速化、長寿命化された際に転写性とクリーニング性を高次元で両立することを可能とするトナーを提供する。【解決手段】結着樹脂および無機酸化物粒子を含有するトナー粒子を有するトナーであって、該無機酸化物粒子が、Si、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む酸化物の粒子であり、透過型電子顕微鏡による該トナーの断面観察において、該無機酸化物粒子の面積をSmとし、トナーの断面積をStとしたとき、Sm/Stが、4.0%以上であり、該断面観察において、該トナーの長径と該長径の垂直二等分線とで4分割される領域においてそれぞれの領域に占める該無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が、0.40以上であり、該トナーの平均円形度が、0.950以上であることを特徴とする。【選択図】なし
Description
本発明は、電子写真法などを利用した記録方法に用いられるトナー及びトナーの製造方法に関する。
近年、デスクトップ型プリンタ等の電子写真装置は、複数人で一台使用する環境から一人一台へと変化してきており、更なる高画質化と同時に小型化が求められている。
プロセスカートリッジの小型化の有効な手段の一つとして、クリーナーレスシステムの採用が挙げられる。プリンタの多くはクリーナーシステムを採用しており、転写工程において、静電潜像担持体上に残存したトナー(以下、転写残トナー)は、クリーニングブレードによって静電潜像担持体上から掻き取られ、廃トナーボックスに回収される。
その一方で、クリーナーレスシステムは、このクリーニングブレードや廃トナーボックスがないため、本体の小型化に大きく貢献することができる。
一方で、プリンタの世界的普及に伴い、使用される紙の種類も多様化している。その中でも、特に強度が弱い紙や、填料を多く含む紙を用いた場合、プリントに伴い、所謂「紙粉」が多量に発生し易い傾向にある。
この紙粉が、クリーナーレスシステムにおいて、様々な問題を引き起こす傾向にある。 特に、感光体から紙へ直接転写させる転写方式においては、感光体と紙が直接接触することになる。その場合、紙粉が感光体上に付着しやすくなる。感光体上に付着した紙粉は、クリーナーシステムにおいては、クリーニングブレードにより、転写残トナーと共に回収される。しかしながら、クリーナーレスシステムにおいては、転写残トナーと共に、紙粉も回収されずに帯電工程、及び現像工程へ戻る為、様々な画像欠陥が生じ易くなる。
上記のような感光体の表面への紙粉の付着を抑制するためには、転写工程で印加される転写電流の低減が有効である。しかしながら、転写電流を低減させると、転写効率が低下しやすくなる。
転写効率を改良するために、特許文献1では、シリカの凝集体を内包する粉砕トナーを加熱球径化処理する試みがなされている。
プロセスカートリッジの小型化の有効な手段の一つとして、クリーナーレスシステムの採用が挙げられる。プリンタの多くはクリーナーシステムを採用しており、転写工程において、静電潜像担持体上に残存したトナー(以下、転写残トナー)は、クリーニングブレードによって静電潜像担持体上から掻き取られ、廃トナーボックスに回収される。
その一方で、クリーナーレスシステムは、このクリーニングブレードや廃トナーボックスがないため、本体の小型化に大きく貢献することができる。
一方で、プリンタの世界的普及に伴い、使用される紙の種類も多様化している。その中でも、特に強度が弱い紙や、填料を多く含む紙を用いた場合、プリントに伴い、所謂「紙粉」が多量に発生し易い傾向にある。
この紙粉が、クリーナーレスシステムにおいて、様々な問題を引き起こす傾向にある。 特に、感光体から紙へ直接転写させる転写方式においては、感光体と紙が直接接触することになる。その場合、紙粉が感光体上に付着しやすくなる。感光体上に付着した紙粉は、クリーナーシステムにおいては、クリーニングブレードにより、転写残トナーと共に回収される。しかしながら、クリーナーレスシステムにおいては、転写残トナーと共に、紙粉も回収されずに帯電工程、及び現像工程へ戻る為、様々な画像欠陥が生じ易くなる。
上記のような感光体の表面への紙粉の付着を抑制するためには、転写工程で印加される転写電流の低減が有効である。しかしながら、転写電流を低減させると、転写効率が低下しやすくなる。
転写効率を改良するために、特許文献1では、シリカの凝集体を内包する粉砕トナーを加熱球径化処理する試みがなされている。
しかし、上記特許文献1の技術では、さらなる高速化、長寿命化された際に転写性とクリーニング性を高次元で両立するためには十分ではないことが分かった。特にクリーナーレスシステムにおいて転写性とクリーニング性の両立という点で課題があることがわかった。
本発明は、上記課題を解決したトナーを提供する。具体的には、高速化、長寿命化された際に転写性とクリーニング性を高次元で両立する
ことを可能とするトナーを提供する。
本発明は、上記課題を解決したトナーを提供する。具体的には、高速化、長寿命化された際に転写性とクリーニング性を高次元で両立する
ことを可能とするトナーを提供する。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、下記のトナーにより上記課題を解決可能であることを見いだし、本発明に至った。
すなわち、本発明は、結着樹脂および無機酸化物粒子を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該無機酸化物粒子が、Si、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む酸化物の粒子であり、
透過型電子顕微鏡による該トナーの断面観察において、該無機酸化物粒子の面積をSmとし、該トナーの断面積をStとしたとき、Sm/Stが、4.0%以上であり、
該断面観察において、該トナーの長径と該長径の垂直二等分線とで4分割される領域においてそれぞれの領域に占める該無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が、0.40以上であり、
該トナーの平均円形度が、0.950以上であることを特徴とするトナーに関する。
また、本発明は、結着樹脂および無機酸化物粒子を含有するトナー粒子を有するトナーを製造するトナーの製造方法であって、
該製造方法が、該トナー粒子を得る工程を有し、
該トナー粒子を得る工程が、熱風による表面処理前のトナー粒子を得る工程、および、該熱風による表面処理前のトナー粒子を熱風により表面処理する工程を有し、
該熱風による表面処理前のトナー粒子を得る工程が、該結着樹脂および該無機酸化物粒子を溶融混練する工程を有し、
該無機酸化物粒子が、Si、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む酸化物であり、
透過型電子顕微鏡による該トナーの断面観察において、該無機酸化物粒子の面積をSmとし、該トナーの断面積をStとしたとき、Sm/Stが4.0%以上であり、
該断面観察において、該トナーの長径と該長径の垂直二等分線とで4分割される領域においてそれぞれの領域に占める該無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が0.40以上であり、
該トナーの平均円形度が0.950以上である
ことを特徴とするトナーの製造方法に関する。
すなわち、本発明は、結着樹脂および無機酸化物粒子を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該無機酸化物粒子が、Si、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む酸化物の粒子であり、
透過型電子顕微鏡による該トナーの断面観察において、該無機酸化物粒子の面積をSmとし、該トナーの断面積をStとしたとき、Sm/Stが、4.0%以上であり、
該断面観察において、該トナーの長径と該長径の垂直二等分線とで4分割される領域においてそれぞれの領域に占める該無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が、0.40以上であり、
該トナーの平均円形度が、0.950以上であることを特徴とするトナーに関する。
また、本発明は、結着樹脂および無機酸化物粒子を含有するトナー粒子を有するトナーを製造するトナーの製造方法であって、
該製造方法が、該トナー粒子を得る工程を有し、
該トナー粒子を得る工程が、熱風による表面処理前のトナー粒子を得る工程、および、該熱風による表面処理前のトナー粒子を熱風により表面処理する工程を有し、
該熱風による表面処理前のトナー粒子を得る工程が、該結着樹脂および該無機酸化物粒子を溶融混練する工程を有し、
該無機酸化物粒子が、Si、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む酸化物であり、
透過型電子顕微鏡による該トナーの断面観察において、該無機酸化物粒子の面積をSmとし、該トナーの断面積をStとしたとき、Sm/Stが4.0%以上であり、
該断面観察において、該トナーの長径と該長径の垂直二等分線とで4分割される領域においてそれぞれの領域に占める該無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が0.40以上であり、
該トナーの平均円形度が0.950以上である
ことを特徴とするトナーの製造方法に関する。
本発明によれば、高速化、長寿命化された際に転写性とクリーニング性を高次元で両立することができる。
以下、本発明を詳細に説明するが、これらに限定されるわけではない。
〔本発明の特徴〕
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、下記のトナーにより上記課題を解決可能であることを見いだし、本発明に至った。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、下記のトナーにより上記課題を解決可能であることを見いだし、本発明に至った。
すなわち、本発明は、結着樹脂および無機酸化物粒子を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該無機酸化物粒子が、Si、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む酸化物の粒子であり、
透過型電子顕微鏡による該トナーの断面観察において、該無機酸化物粒子の面積をSmとし、該トナーの断面積をStとしたとき、Sm/Stが、4.0%以上であり、該断面観察において、該トナーの長径と該長径の垂直二等分線とで4分割される領域においてそれぞれの領域に占める該無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が、0.40以上であり、
該トナーの平均円形度が、0.950以上であることを特徴とする。
該無機酸化物粒子が、Si、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む酸化物の粒子であり、
透過型電子顕微鏡による該トナーの断面観察において、該無機酸化物粒子の面積をSmとし、該トナーの断面積をStとしたとき、Sm/Stが、4.0%以上であり、該断面観察において、該トナーの長径と該長径の垂直二等分線とで4分割される領域においてそれぞれの領域に占める該無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が、0.40以上であり、
該トナーの平均円形度が、0.950以上であることを特徴とする。
上記条件を満たすことで本発明の効果が得られる理由に関して、本発明者らは次のように考えている。
従来トナーの転写性を改良する手段としては、トナーの円形度を高め、付着力を低下させることが行われてきた。一方で円形度が高くなると、転がり性が上がるため、クリーニング性が悪化することが課題であった。
これに対し本発明では、以下のようなメカニズムで上記課題が解決できると考えている。円形度の高いトナーにSi、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む無機酸化物粒子を含有させることで、トナー内部の有機成分と無機成分の間で比重差が生じる。透過型電子顕微鏡による前記トナーの断面観察において、前記無機酸化物粒子の面積をSmとし、トナーの断面積をStとしたとき、Sm/Stが4.0%以上であり、該断面観察において、該トナーの長径と該長径の垂直二等分線とで4分割される領域においてそれぞれの領域に占める前記無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が0.40以上であることで、トナー内部の有機成分と無機成分の間で比重差に偏りが生じることになり、トナーの重心が偏る。その結果、円形度の高いトナーにおいても転がり性を抑制することができ、クリーニング性を良化することができると考えている。
前記無機酸化物粒子は、電子写真特性を阻害しないSi、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む酸化物粒子であることでトナーの有機成分と比重差をつけることができる。シリカ粒子は耐久性を向上させる点で特に好ましく、長寿命化においても耐久後半まで本発明の効果が得られやすい。またSm/Stが4.0%以上であることでトナーの比重差をつけるのに十分な体積の無機酸化物粒子を含有することになる。4.0%未満では、トナー内部の比重差が小さく転がり性を抑制できないため、クリーニング性が悪化する。Sm/Stは無機酸化物粒子の添加量や粒径で制御することができる。
更に、Smの標準偏差が0.40未満では比重差の偏りが小さくなるため、トナーの転がり性を抑制できないため、クリーニング性が悪化する。Smの標準偏差は、好ましくは0.50以上である。Smの標準偏差は無機酸化物粒子の添加量、粒径、形状で制御することができる。
また、本発明のトナーの平均円形度は0.950以上である。0.950未満の場合、トナーの付着力低下効果が小さくなり転写性が悪化する。平均円形度は、好ましくは0.960以上である。平均円形度はトナーの製造方法、例えば粉砕法の場合は後述する熱風による表面処理工程の条件で制御することができる。
また、本発明のトナーは、透過型電子顕微鏡による断面観察において、無機酸化物粒子の長径が400~3000nmであることが好ましい。400nm以上であることで、トナー内部での有機成分と無機成分の比重差の偏りをつけやすくなり、本発明の効果が得られやすい。特に粉砕製法でトナーを得る場合においては、無機酸化物粒子の長径が400nm以上であることで、無機酸化物粒子が粉砕界面になりやすくなるため、トナーの重心が偏りやすく本発明の効果が得られやすい。3000nm以下であることで耐久性が向上し、長寿命化においても耐久後半まで本発明の効果が得られやすい。より好ましくは750~3000nmである。無機酸化物粒子の長径は、後述する無機酸化物粒子を製造する際のパルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数で制御することができる。または無機酸化物粒子を分級して制御することもできる。
また、本発明のトナーは、透過型電子顕微鏡による断面観察において、無機酸化物粒子は後述する尖り部を有することが好ましい。無機酸化物粒子の尖り部とは、トナーの断面観察において、図1に示される角度が90度以下である部位を指す。無機酸化物粒子が尖り部を有するかどうかの具体的な判断方法は後述する。尖り部を有することで、特に粉砕製法でトナーを得る場合においては、無機酸化物粒子が粉砕界面になりやすくなるため、トナーの重心が偏りやすく本発明の効果が得られやすい。無機酸化物粒子の尖り部の有無は無機酸化物粒子を製造する際のパルベライザーの回転数、スリット幅で制御することができる。
さらに、透過型電子顕微鏡で観察される無機酸化物粒子の形状係数SF-1が140以上であることが好ましい。SF-1が140以上であることで、特に粉砕製法でトナーを得る場合においては、無機酸化物粒子が粉砕界面になりやすくなるため、トナーの重心が偏りやすく本発明の効果が得られやすい。無機酸化物粒子の形状係数SF1は無機酸化物粒子を製造する際のパルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数で制御することができる。
また、本発明のトナーは外添剤を有し、その外添剤の被覆率が75%以上であることが好ましい。外添剤の被覆率が75%以上あることで長寿命化においても耐久後半まで本発明の効果が得られやすい。外添剤の被覆率は外添剤の種類、添加量で制御することができる。
以下に、本発明の実施形態に関して詳細に説明する。
〔無機酸化物粒子〕
本発明の無機酸化物粒子は、特に製造方法に関して制約は無く、公知の方法で製造したものを使用できる。特に、シリカ粒子の製造法としては、金属ケイ素、ハロゲン化ケイ素物、及びシラン化合物の如きケイ素化合物を気相で反応させる気相法や、アルコキシシランの如きシラン化合物を加水分解し、縮合反応する湿式法がある。本発明のトナーに使用できるシリカ粒子は、制約なく製法を選択できる。本発明で好適なシリカ粒子が400~3000nmと比較的大きいため、特に、粉末原料を酸素―水素からなる化学炎で直接酸化させる気相酸化法が好ましく用いられる。気相酸化法は、反応容器内を瞬間的に無機微粉末の融点以上にすることが可能であり、大きなシリカ粒子を得るのに好ましい製法である。
本発明の無機酸化物粒子は、特に製造方法に関して制約は無く、公知の方法で製造したものを使用できる。特に、シリカ粒子の製造法としては、金属ケイ素、ハロゲン化ケイ素物、及びシラン化合物の如きケイ素化合物を気相で反応させる気相法や、アルコキシシランの如きシラン化合物を加水分解し、縮合反応する湿式法がある。本発明のトナーに使用できるシリカ粒子は、制約なく製法を選択できる。本発明で好適なシリカ粒子が400~3000nmと比較的大きいため、特に、粉末原料を酸素―水素からなる化学炎で直接酸化させる気相酸化法が好ましく用いられる。気相酸化法は、反応容器内を瞬間的に無機微粉末の融点以上にすることが可能であり、大きなシリカ粒子を得るのに好ましい製法である。
シリカ粒子は、例えば、上記のような気相酸化法で3000~5000nm程度のシリカ粒子を製造し、公知の方法にて粉砕することで尖り部を有するシリカ粒子を得ることができる。粉砕機としては、例えば、パルベライザーやジェットミルのような粉砕能力の高い装置を使うと、形状と粒径を制御しやすい。パルベライザーの回転数、スリット幅等を変更することで形状と粒径を制御することができる。また、適宜、公知の分級装置を用いて粒度分布を調整することもできる。
特に、シリカ粒子に尖り部を形成させるためには、シリカ粒子の製造において、粉砕工程を有することが好ましい。なお、本発明者らの検討によると、通常のヒュームドシリカ、ゾルゲルシリカのごとき製造方法では、尖り部を形成しにくい。また、適宜、公知の分級装置を用いて粒度分布を調整することもできる。
同様にしてMg、Al、Ti、Srの酸化物についても制約なく製法を選択できる。例えば、鉱物を原料にした精製や合成により酸化物を製造し、必要に応じて粉砕や分級を行うことで本発明に適したサイズと形状に調整する。
〔トナー〕
トナーは結着樹脂を含有する。結着樹脂は、特に制限されず、ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂等公知の材料を使用できる。
トナーは結着樹脂を含有する。結着樹脂は、特に制限されず、ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂等公知の材料を使用できる。
具体的には、ポリスチレン、スチレン-プロピレン共重合体、スチレン-ビニルトルエン共重合体、スチレン-アクリル酸メチル共重合体、スチレン-アクリル酸エチル共重合体、スチレン-アクリル酸ブチル共重合体、スチレン-アクリル酸オクチル共重合体、スチレン-メタクリル酸メチル共重合体、スチレン-メタクリル酸エチル共重合体、スチレン-メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン-メタクリル酸オクチル共重合体、スチレン-ブタジエン共重合体、スチレン-イソプレン共重合体、スチレン-マレイン酸共重合体、スチレン-マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリ酢酸ビニル等を用いることができ、これらは単独で又は複数種を組み合わせて用いることができる。結着樹脂は、好ましくは非晶性樹脂である。結着樹脂は、スチレン系共重合体及びポリエステル樹脂が現像特性、定着性等の点で好ましい。ポリエステル樹脂は非晶性ポリエステル樹脂が好ましい。結着樹脂は、より好ましくはスチレンアクリル樹脂を含む。スチレンアクリル樹脂は、耐久性が向上し、長寿命化においても耐久後半まで本発明の効果が得られやすい。
さらには、結着樹脂はテトラヒドロフラン可溶分の分子量分布において重量平均分子量Mwが3000~2000000の間にピークまたはショルダーが少なくとも2つ以上あることが好ましい。3000~2000000の間に少なくとも2つのピークまたはショルダーを持つことで耐久性が向上し、長寿命化においても耐久後半まで本発明の効果が得られやすい。
本発明において、トナー母体を構成する材料の1つとして、離型剤を含有することが好ましい。特に60℃以上90℃以下に融点を有するエステルワックスを用いると、結着樹脂に対する相溶性に優れるため可塑効果が得られやすい。
本発明で使用されるエステルワックスとしては、例えば、カルナウバワックス、モンタン酸エステルワックス等の脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;及び脱酸カルナウバワックスなどの脂肪酸エステル類から酸成分の一部又は全部を脱酸したもの;植物性油脂の水素添加等によって得られる、ヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物;ステアリン酸ステアリル、ベヘン酸ベヘニル等の飽和脂肪酸モノエステル類;セバシン酸ジベヘニル、ドデカン二酸ジステアリル、オクタデカン二酸ジステアリル等の飽和脂肪族ジカルボン酸と飽和脂肪族アルコールとのジエステル化物;ノナンジオールジベヘネート、ドデカンジオールジステアレート等の飽和脂肪族ジオールと飽和脂肪族モノカルボン酸とのジエステル化物が挙げられる。
なお、これらのワックスの中でも、分子構造中に2つのエステル結合を有する2官能エステルワックス(ジエステル)を含有していることが好ましい。
2官能のエステルワックスは、2価のアルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル化合物、又は、2価のカルボン酸と脂肪族モノアルコールとのエステル化合物である。
上記脂肪族モノカルボン酸の具体例としては、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、べへン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、モンタン酸、メリシン酸、オレイン酸、バクセン酸、リノール酸、リノレン酸などが挙げられる。
上記脂肪族モノアルコールの具体例としては、ミリスチルアルコール、セタノール、ステアリルアルコール、アラキジルアルコール、べへニルアルコール、テトラコサノール、ヘキサコサノール、オクタコサノール、トリアコンタノールなどが挙げられる。
2価のカルボン酸の具体例としては、ブタン二酸(コハク酸)、ペンタン二酸(グルタル酸)、ヘキサン二酸(アジピン酸)、ヘプタン二酸(ピメリン酸)、オクタン二酸(スベリン酸)、ノナン二酸(アゼライン酸)、デカン二酸(セバシン酸)、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、ヘキサデカン二酸、オクタデカン二酸、エイコサン二酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などが挙げられる。
2価のアルコールの具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-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、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,14-テトラデカンジオール、1,16-へキサデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,20-エイコサンジオール、1,30-トリアコンタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、スピログリコール、1,4-フェニレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールAなどが挙げられる。
他に使用可能な離型剤としては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタムのような石油系ワックス及びその誘導体、モンタンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックスのような天然ワックス及びその誘導体、高級脂肪族アルコール、ステアリン酸、パルミチン酸のような脂肪酸、あるいはその化合物が挙げられる。なお、離型剤の含有量は、結着樹脂又は重合性単量体100.0質量部に対して5.0~20.0質量部であることが好ましい。
本発明において、トナー粒子に着色剤を含有させる場合には特に限定されず、以下に示す公知のものを使用することができる。
黄色顔料としては、黄色酸化鉄、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキなどの縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物が用いられる。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、109、110、111、128、129、147、155、168、180。
赤色顔料としては、ベンガラ、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドC、レーキッドD、ブリリアントカーミン6B、ブリラントカーミン3B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキなどの縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には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、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254。
青色顔料としては、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーBGなどの銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アンスラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物等が挙げられる。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、66。
黒色顔料としては、カーボンブラック、アニリンブラックが挙げられる。これらの着色剤は、単独又は混合して、さらには固溶体の状態で用いることができる。
なお、着色剤の含有量は、結着樹脂又は重合性単量体100.0質量部に対して3.0~15.0質量部であることが好ましい。
本発明において、トナー母体は荷電制御剤を含有してもよい。荷電制御剤としては、公知のものが使用できる。特に帯電スピードが速く、かつ、一定の帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。
荷電制御剤として、トナー粒子を負荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。
有機金属化合物及びキレート化合物として、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、芳香族ダイカルボン酸、オキシカルボン酸及びダイカルボン酸系の金属化合物。他には、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、又はエステル類、ビスフェノールのようなフェノール誘導体類なども含まれる。さらに、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が挙げられる。
一方、トナー粒子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。ニグロシン及び脂肪酸金属塩のようなによるニグロシン変性物;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及び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、フェロシアン化物など);高級脂肪酸の金属塩;樹脂系荷電制御剤。
これら荷電制御剤は単独で或いは2種類以上組み合わせて含有することができる。これらの荷電制御剤の添加量としては、結着樹脂又は重合性単量体100.00質量部に対して、0.01~10.00質量部であることが好ましい。
トナーは、トナー粒子及びトナー粒子表面の外添剤を含有してもよい。外添剤は、公知のものが挙げられる。
外添剤としては、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子、酸化亜鉛微粒子、チタン酸ストロンチウム微粒子、酸化セリウム微粒子及び炭酸カルシウム微粒子の金属酸化物微粒子(無機微粒子)を挙げることができる。
トナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばフッ素樹脂粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末などの滑剤粉末;酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤;例えば酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末などの流動性付与剤;ケーキング防止剤;または逆極性の有機微粒子及び無機微粒子を現像性向上剤として少量用いることもできる。これらの添加剤の表面を疎水化処理して用いることも可能である。
トナーの重量平均粒径(D4)は3.0~12.0μmであることが好ましく、より好ましくは4.0~10.0μmである。重量平均粒径(D4)が上記範囲であると良好な流動性が得られ、潜像に忠実に現像することができる。
〔トナーの製造方法〕
本発明のトナーの製造方法としては、特段の制限なく従来公知の方法を用いることができる。具体的には、懸濁重合法;溶解懸濁法;乳化凝集法;スプレードライ法;粉砕法等が挙げられる。中でも、結着樹脂および無機酸化物粒子を溶融混練する工程および、トナー粒子を熱風により表面処理を行う工程を有する粉砕法が好ましい。粉砕法では、粉砕工程で無機酸化物粒子が粉砕界面になりやすく、トナー粒子内の無機酸化物粒子の存在に偏りが生じやすく本発明の効果が得られやすい。
本発明のトナーの製造方法としては、特段の制限なく従来公知の方法を用いることができる。具体的には、懸濁重合法;溶解懸濁法;乳化凝集法;スプレードライ法;粉砕法等が挙げられる。中でも、結着樹脂および無機酸化物粒子を溶融混練する工程および、トナー粒子を熱風により表面処理を行う工程を有する粉砕法が好ましい。粉砕法では、粉砕工程で無機酸化物粒子が粉砕界面になりやすく、トナー粒子内の無機酸化物粒子の存在に偏りが生じやすく本発明の効果が得られやすい。
以下、溶融混練工程及び粉砕工程を経てトナーを製造する粉砕法を具体的に例示するがこれに限定されるものではない。
例えば、結着樹脂、無機酸化物粒子、並びに必要に応じて、着色剤、離型剤、電荷制御剤及びその他の添加剤などを、ヘンシェルミキサー、ボールミルのような混合機により充分混合する(混合工程)。得られた混合物を二軸混練押出機、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーのような熱混練機を用いて溶融混練する(溶融混練工程)。
得られた溶融混練物を冷却固化した後、粉砕機を用いて粉砕(粉砕工程)し、分級機を用いて分級(分級工程)を行い、トナー粒子を得る。トナー粒子は、そのままトナーとしてもよい。必要に応じて、トナー粒子と外添剤をヘンシェルミキサーのような混合機により混合し、トナーを得てもよい。
混合機としては、以下のものが挙げられる。FMミキサー(日本コークス工業株式会社);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)。
熱混練機としては、以下のものが挙げられる。KRCニーダー(栗本鉄工所社製);ブス・コ・ニーダー(Buss社製);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);三本ロールミル、ミキシングロールミル、ニーダー(井上製作所社製);ニーデックス(三井鉱山社製);MS式加圧ニーダー、ニダールーダー(森山製作所社製);バンバリーミキサー(神戸製鋼所社製)。
粉砕機としては、以下のものが挙げられる。カウンタージェットミル、ミクロンジェット、イノマイザ(ホソカワミクロン社製);IDS型ミル、PJMジェット粉砕機(日本ニューマチック工業社製);クロスジェットミル(栗本鉄工所社製);ウルマックス(日曹エンジニアリング社製);SKジェット・オー・ミル(セイシン企業社製);クリプトロン(川崎重工業社製);ターボミル(ターボ工業社製);スーパーローター(日清エンジニアリング社製)。
分級機としては、以下のものが挙げられる。クラッシール、マイクロンクラッシファイアー、スペディッククラシファイアー(セイシン企業社製);ターボクラッシファイアー(日清エンジニアリング社製);ミクロンセパレータ、ターボプレックス(ATP)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製);エルボージェット(日鉄鉱業社製)、ディスパージョンセパレータ(日本ニューマチック工業社製);YMマイクロカット(安川商事社製)。
また、粗粒子をふるい分けるために、以下の篩い装置を用いてもよい。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);バイブラソニックシステム(ダルトン社製);ソニクリーン(新東工業社製);ターボスクリーナー(ターボ工業社製);ミクロシフター(槙野産業社製);円形振動篩い。
このようにして得られたトナー母粒子の表面に無機粒子を付着させる付着工程および熱風による表面処理工程を施してもよい。付着工程においてトナー母粒子の表面に無機粒子を付着させる方法は特に制限されるものではなく、トナー母粒子と無機粒子とを所定量秤量して配合して混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサーがあり、それぞれ好ましく用いられる。
混合条件としては、混合羽根の回転速度が高いほど、混合時間が長いほど、トナー母粒子の表面に均一に窒化ホウ素粒子を付着させやすくなるため好ましい。ただし、混合羽根の回転数が高すぎたり、混合時間が長すぎたりすると、トナーと混合羽根との摩擦熱が高くなり、トナーが昇温して融着してしまうことがある。よって、混合羽根や、混合機に水冷ジャケットを設けるなどして、混合機を積極的に冷却することが好ましい。
混合羽根の回転数や、混合時間は、混合機内の温度が45℃以下となる範囲に調整することが好ましい。具体的には、混合羽根の最大周速は10.0~150.0m/秒であることが好ましく、混合時間は0.5~60分の範囲で調整することが好ましい。
また、付着工程は、1段階で行っても、2段階以上の多段階で行ってもよく、それぞれの段階で用いる混合装置、混合条件およびトナー母粒子の配合などは、同一であっても異なっていても良い。
次に、トナー母粒子の表面処理に使用される装置としては、熱風を用いて処理前のトナー粒子の表面を溶融状態にする手段を有し、かつ、熱風を用いて処理されたトナー粒子を冷風で冷却できる手段を有したものを用いることができる。
そのような装置としては、例えば、メテオレインボー MR Type(日本ニューマチック工業(株)製)などが例示できる。
熱風を用いた表面処理の方法の一態様を、図2を用いて説明するがこれに限定されない。図2は、本発明で用いた表面処理装置の断面図の一例である。表面処理の方法としては、具体的には、あらかじめトナー母粒子の表面に有機ケイ素重合体粒子を付着させたものを原料とし、前記原料を前記表面処理装置に供給する。
そして、トナー粒子供給口100から供給された、表面処理前のトナー粒子114は、高圧エア供給ノズル115から噴射されるインジェクションエアにより加速され、その下方にある気流噴射部材102へ向かう。
気流噴射部材102からは拡散エアが噴射され、この拡散エアによりトナー粒子114が外側方向へ拡散する。このとき、インジェクションエアの流量と拡散エアの流量とを調節することにより、トナー粒子の拡散状態をコントロールすることができる。
また、トナー粒子の融着防止を目的として、トナー粒子供給口100の外周、表面処理装置の外周および移送配管116の外周には冷却ジャケット106が設けられている。
なお、前記冷却ジャケットには冷却水(好ましくはエチレングリコールなどの不凍液)を通水することが好ましい。
一方、拡散エアにより拡散したトナー粒子は、熱風供給口101から供給された熱風により、トナー粒子の表面が処理される。
このとき、熱風の吐出温度はトナーの軟化点以上であり、120℃以上300℃以下であることが好ましく、150℃以上250℃以下であることがより好ましい。
熱風の温度がトナーの軟化点以上であることで、結着樹脂が溶解し、その結果、有機ケイ素重合体粒子がトナー母粒子に固着される。
熱風の吐出温度が300℃を超える場合にはトナー粒子の溶融状態が進みすぎてしまい、製造工程においてトナー粒子同士の合一が起こりやすくなり、トナー粒子が粗大化したり、装置内壁面へのトナー粒子の融着が酷くなったりする場合がある。
熱風により表面が処理されたトナー粒子は、装置上部外周に設けた冷風供給口103から供給される冷風により冷却される。このとき、装置内の温度分布の制御、トナー粒子の表面状態をコントロールする目的で、装置の本体側面に設けた第2の冷風供給口104から冷風を導入することが好ましい。第2の冷風供給口104の出口はスリット形状、ルーバー形状、多孔板形状、メッシュ形状などを用いることができ、導入方向は中心方向へ水平、装置壁面に沿う方向が、目的に応じて選択可能である。
このとき、架橋反応時間を長く取れるように、熱風風量および冷風の風量を少なめに調整することが好ましい。
また、上記冷風は除湿空気であることが、架橋反応時に生成される水分子を系外に排出できるため好ましい。具体的には、冷風中の絶対水分量が5g/m3以下であることが好ましい。さらに好ましくは、3g/m3以下である。
その後、冷却されたトナー粒子は、ブロワーで吸引され、移送配管116を通じて、サイクロンなどで回収される。
〔各物性の測定方法〕
次に、各物性の測定方法に関して記載する。
次に、各物性の測定方法に関して記載する。
<無機酸化物粒子の組成分析>
本発明のトナー粒子に含有される無機酸化物粒子は、熱風による表面処理工程の前にトナー母粒子の表面に無機酸化物粒子を付着させる付着工程および、外添工程を経る前の時点でトナー母粒子に含まれている無機酸化物粒子を指す。透過型電子顕微鏡(TEM)で観察されるトナー粒子の断面画像をもとに、トナーの外周から100nm以上内側に面積の80%以上が存在する粒子をトナー粒子に含有される無機酸化物粒子とした。また、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)によりSi,Mg,Al,Ti,Srから選ばれる少なくとも一つの元素と酸素から成る粒子であることを確認し、無機酸化物粒子の組成を特定した。
本発明のトナー粒子に含有される無機酸化物粒子は、熱風による表面処理工程の前にトナー母粒子の表面に無機酸化物粒子を付着させる付着工程および、外添工程を経る前の時点でトナー母粒子に含まれている無機酸化物粒子を指す。透過型電子顕微鏡(TEM)で観察されるトナー粒子の断面画像をもとに、トナーの外周から100nm以上内側に面積の80%以上が存在する粒子をトナー粒子に含有される無機酸化物粒子とした。また、エネルギー分散型X線分析装置(EDX)によりSi,Mg,Al,Ti,Srから選ばれる少なくとも一つの元素と酸素から成る粒子であることを確認し、無機酸化物粒子の組成を特定した。
透過型電子顕微鏡(TEM)によるトナー粒子断面の画像は以下のようにして作製する。
オスミウム・プラズマコーター(filgen社、OPC80T)を用いて、保護膜としてトナーにOs膜(5nm)及びナフタレン膜(20nm)を施し、光硬化性樹脂D800(日本電子社)で包埋したのち、超音波ウルトラミクロトーム(Leica社、UC7)により、切削速度1mm/sで膜厚60nm(又は70nm)のトナー粒子断面を作製する。
得られた断面を、TEM(JEOL社、JEM2800)のSTEM機能を用いてSTEM観察を行う。STEMのプローブサイズは1nm、画像サイズ1024×1024pixelで取得する。なお、トナー粒子の断面のうち、重量平均粒径の0.9倍~1.1倍の径を有する断面を選択する。
<無機酸化物粒子の長径、面積Sm、形状係数SF-1およびトナーの面積Stの測定>
得られた画像に対し、画像処理ソフト「Image-Pro Plus ver.4.0(Media Cybernetics社製)」を用いて無機酸化物粒子の長径を求める。長径の算出においては、100個のトナー粒子の断面を観察し、その個数平均値を、無機酸化物粒子の長径とする。同様に100個のトナー粒子の断面を観察し、トナーの断面積と無機酸化物粒子の面積をもとめ、その平均値をそれぞれトナーの断面積Stと無機酸化物粒子の面積Smとする。
得られた画像に対し、画像処理ソフト「Image-Pro Plus ver.4.0(Media Cybernetics社製)」を用いて無機酸化物粒子の長径を求める。長径の算出においては、100個のトナー粒子の断面を観察し、その個数平均値を、無機酸化物粒子の長径とする。同様に100個のトナー粒子の断面を観察し、トナーの断面積と無機酸化物粒子の面積をもとめ、その平均値をそれぞれトナーの断面積Stと無機酸化物粒子の面積Smとする。
また、上記で算出した無機酸化物粒子の長径と無機酸化物粒子の面積Smから下記式から無機酸化物粒子の形状係数SF-1を求める。
SF-1=(無機酸化物粒子の長径)2/無機酸化物粒子の面積Sm×π/4×100
SF-1=(無機酸化物粒子の長径)2/無機酸化物粒子の面積Sm×π/4×100
100個のトナー粒子の断面観察からSF1を算出し、その平均値を無機酸化物粒子の形状係数SF1とした。
<無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差の求め方>
上記の透過型電子顕微鏡(TEM)で観察されるトナー粒子の断面画像において、トナーの長径と長径の垂直二等分線で4分割される領域においてそれぞれの領域に占める無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差を求めた。
上記の透過型電子顕微鏡(TEM)で観察されるトナー粒子の断面画像において、トナーの長径と長径の垂直二等分線で4分割される領域においてそれぞれの領域に占める無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差を求めた。
<トナーの平均円形度の測定>
トナーの円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA-3000」(シスメックス(株)製)によって、校正作業時の測定および解析条件で測定する。
トナーの円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA-3000」(シスメックス(株)製)によって、校正作業時の測定および解析条件で測定する。
フロー式粒子像分析装置「FPIA-3000」(シスメックス(株)製)の測定原理は、流れている粒子を静止画像として撮像し、画像解析を行うというものである。試料チャンバーへ加えられた試料は、試料吸引シリンジによって、フラットシースフローセルに送り込まれる。フラットシースフローに送り込まれた試料は、シース液に挟まれて扁平な流れを形成する。
フラットシースフローセル内を通過する試料に対しては、1/60秒間隔でストロボ光が照射されており、流れている粒子を静止画像として撮影することが可能である。また、扁平な流れであるため、焦点の合った状態で撮像される。粒子像はCCDカメラで撮像され、撮像された画像は512×512画素の画像処理解像度(一画素あたり0.37×037μm)で画像処理され、各粒子像の輪郭抽出を行い、粒子像の投影面積Sや周囲長Lなどが計測される。
次に、上記面積Sと周囲長Lを用いて円相当径と円形度を求める。円相当径とは、粒子像の投影面積と同じ面積を持つ円の直径のことであり、円形度Cは、円相当径から求めた円の周囲長を粒子投影像の周囲長で割った値として定義され、次式で算出される。
円形度C=2×(π×S)1/2/L
円形度C=2×(π×S)1/2/L
粒子像が円形の時に円形度は1.000になり、粒子像外周の凹凸の程度が大きくなればなるほど円形度は小さい値になる。各粒子の円形度を算出後、円形度0.200~1.000の範囲を800分割し、得られた円形度の相加平均値を算出し、その値を平均円形度とする。
具体的な測定方法は、以下のとおりである。まず、ガラス製の容器中にあらかじめ不純固形物などを除去したイオン交換水20mLを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を0.2mL加える。
さらに測定試料を0.02g加え、超音波分散器を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となる様に適宜冷却する。超音波分散器としては、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散器(例えば「VS-150」((株)ヴェルヴォクリーア製))を用いる。水槽内には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2mL添加する。
測定には、標準対物レンズ(10倍)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE-900A」(シスメックス(株)製)を使用する。前記手順に従い調製した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて3000個のトナー粒子を計測する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.985μm以上39.69μm未満に限定し、トナー粒子の平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子を用いて自動焦点調整を行う。例えば、Duke Scientific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5200A」をイオン交換水で希釈して用いる。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
なお、本願実施例では、シスメックス(株)による校正作業が行われた、シスメックス(株)が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像分析装置を使用する。解析粒子径を円相当径1.985μm以上39.69μm未満に限定した以外は、校正証明を受けた時の測定および解析条件で測定を行う。
<無機酸化物粒子の尖り部の観測>
上記無機酸化物粒子が観察された画像において、画像処理ソフト「Image-Pro Plus ver.4.0(Media Cybernetics社製)」を用いて、端部の角度を算出する。具体的には、図1にあるように無機酸化物粒子の端部を上記ソフトのEdge Detectorで検出する。
上記無機酸化物粒子が観察された画像において、画像処理ソフト「Image-Pro Plus ver.4.0(Media Cybernetics社製)」を用いて、端部の角度を算出する。具体的には、図1にあるように無機酸化物粒子の端部を上記ソフトのEdge Detectorで検出する。
検出された端部を中心とした半径200nmの円(図中、2で示される円)を描く。円と無機酸化物粒子(図中、1)の輪郭の交点と、端部と、を結ぶ2本の直線を描き、その直線を中心として幅50nmの線(図中、円2の中心から円2の輪郭に伸びる2本の線である)を描く。この幅50nmの2本の線に含まれる無機酸化物粒子の輪郭線を示したものが、図中の「線の部分の拡大図」である。ここで、50nmの幅に無機酸化物粒子の輪郭線が収まらない場合は、その端部は解析しない。幅50nmの2本の線で形成された角度(図中、3)を上記ソフトにて解析し、その角度が90度以下である場合、無機酸化物粒子は尖り部を有する、と判断する。
100個のトナー粒子の断面を観察し、尖り部を有する無機酸化物粒子が90%以上存在する場合、そのトナー粒子が含有する無機酸化物粒子は尖り部を有すると判断した。
<結着樹脂の組成分析>
・結着樹脂の分離方法
トナー100mgをクロロホルム3mlに溶解する。次いで、サンプル処理フィルター(ポアサイズ0.2μm以上0.5μm以下、例えば、マイショリディスクH-25-2(東ソー社製)などを使用)を取り付けたシリンジで吸引ろ過することで不溶分を除去する。分取HPLC(装置:日本分析工業社製 LC-9130 NEXT 分取カラム[60cm] 排除限界:20000、70000 2本連結)に可溶分を導入しクロロホルム溶離液を送液する。得られるクロマトグラフの表示でピークが確認できたら、単分散ポリスチレン標準試料で分子量2000以上となるリテンションタイムを分取する。得られた文画の溶液を乾燥・固化し結着樹脂を得る。
・結着樹脂の分離方法
トナー100mgをクロロホルム3mlに溶解する。次いで、サンプル処理フィルター(ポアサイズ0.2μm以上0.5μm以下、例えば、マイショリディスクH-25-2(東ソー社製)などを使用)を取り付けたシリンジで吸引ろ過することで不溶分を除去する。分取HPLC(装置:日本分析工業社製 LC-9130 NEXT 分取カラム[60cm] 排除限界:20000、70000 2本連結)に可溶分を導入しクロロホルム溶離液を送液する。得られるクロマトグラフの表示でピークが確認できたら、単分散ポリスチレン標準試料で分子量2000以上となるリテンションタイムを分取する。得られた文画の溶液を乾燥・固化し結着樹脂を得る。
・核磁気共鳴分光法(NMR)による結着樹脂の成分同定と質量比の測定
トナー20mgに重クロロホルム1mLを加え、溶解した結着樹脂のプロトンのNMRスペクトルを測定する。得られたNMRスペクトルから各モノマーのモル比及び質量比を算出し、スチレンアクリル樹脂など結着樹脂の構成モノマーユニットの含有量を求めることができる。たとえば、スチレンアクリル共重合体の場合はスチレンモノマーに由来する6.5ppm付近のピークと3.5-4.0ppm付近のアクリルモノマーに由来するピークをもとに組成比と質量比を算出することができる。また、ポリエステル樹脂及びスチレンアクリル樹脂の共重合体の場合には、ポリエステル樹脂を構成する各モノマーに由来するピークとスチレンアクリル共重合体に由来するピークも併せてモル比及び質量比を算出し、ポリエステル樹脂のモノマーユニットの含有量を求める。
NMR装置:JEOL RESONANCE ECX500
観測核:プロトン 測定モード:シングルパルス 基準ピーク:TMS
トナー20mgに重クロロホルム1mLを加え、溶解した結着樹脂のプロトンのNMRスペクトルを測定する。得られたNMRスペクトルから各モノマーのモル比及び質量比を算出し、スチレンアクリル樹脂など結着樹脂の構成モノマーユニットの含有量を求めることができる。たとえば、スチレンアクリル共重合体の場合はスチレンモノマーに由来する6.5ppm付近のピークと3.5-4.0ppm付近のアクリルモノマーに由来するピークをもとに組成比と質量比を算出することができる。また、ポリエステル樹脂及びスチレンアクリル樹脂の共重合体の場合には、ポリエステル樹脂を構成する各モノマーに由来するピークとスチレンアクリル共重合体に由来するピークも併せてモル比及び質量比を算出し、ポリエステル樹脂のモノマーユニットの含有量を求める。
NMR装置:JEOL RESONANCE ECX500
観測核:プロトン 測定モード:シングルパルス 基準ピーク:TMS
<重量平均分子量Mw測定>
トナーの分子量分布(重量平均分子量Mw、数平均分子量Mn、ピーク分子量)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
トナーの分子量分布(重量平均分子量Mw、数平均分子量Mn、ピーク分子量)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
まず、室温で24時間かけて、試料をテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マイショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。なお、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:HLC8120GPC (検出器:RI)(東ソー社製)
・カラム:Shodex KF-801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
・流速:1.0ml/min
・オーブン温度:40.0℃
・試料注入量:0.10ml
装置:HLC8120GPC (検出器:RI)(東ソー社製)
・カラム:Shodex KF-801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
・流速:1.0ml/min
・オーブン温度:40.0℃
・試料注入量:0.10ml
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F-850、F-450、F-288、F-128、F-80、F-40、F-20、F-10、F-4、F-2、F-1、A-5000、A-2500、A-1000、A-500」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
<外添剤の被覆率測定>
FE-SEM S-4800(日立製作所製)により、5万倍の倍率で、トナー粒子表面の写真を撮影する。観察した画像から、画像処理ソフト「ImageJ」を使用し、以下のように算出した。粒子解析により、画像中の外添剤に由来の粒子をソフト上で選択する。次に、測定の設定より、選択画面の面積を表示させる。この値を、全視野の面積で除することにより、当該視野の外添剤の被覆率とした。
FE-SEM S-4800(日立製作所製)により、5万倍の倍率で、トナー粒子表面の写真を撮影する。観察した画像から、画像処理ソフト「ImageJ」を使用し、以下のように算出した。粒子解析により、画像中の外添剤に由来の粒子をソフト上で選択する。次に、測定の設定より、選択画面の面積を表示させる。この値を、全視野の面積で除することにより、当該視野の外添剤の被覆率とした。
S-4800の画像撮影条件は以下のとおりである。
(1)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。
(2)S-4800観察条件設定
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。
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[1.1kV]、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)]および[+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[4.5mm]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)トナーの個数平均粒径(D1)算出
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、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、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。
(4)焦点調整
上記(3)で得た、トナーの個数平均粒径(D1)の±0.1μmの粒子について、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。
上記(3)で得た、トナーの個数平均粒径(D1)の±0.1μmの粒子について、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50,000(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 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。
(5)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、トナー25粒子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、トナー25粒子について画像を得る。
<トナーの粒径の測定>
細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置(商品名:コールター・カウンター Multisizer 3)と、専用ソフト(商品名: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)を用いる。アパーチャ径は100μmを用い、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、算出する。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、ベックマン・コールター社製のISOTON II(商品名)が使用できる。なお、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行う。
細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置(商品名:コールター・カウンター Multisizer 3)と、専用ソフト(商品名: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)を用いる。アパーチャ径は100μmを用い、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、算出する。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、ベックマン・コールター社製のISOTON II(商品名)が使用できる。なお、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行う。
前記専用ソフトの「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1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON II(商品名)に設定し、測定後のアパーチャ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以上60μm以下に設定する。
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/秒にて行う。そして、解析ソフトの「アパーチャのフラッシュ」機能により、アパーチャチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに前記電解水溶液約30mLを入れる。ここにコンタミノンN(商品名)(精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約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(商品名:Ultrasonic Dispersion System Tetora150、日科機バイオス(株)製)
の水槽内にイオン交換水所定量とコンタミノンN(商品名)を約2mL添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液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)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(粒子)約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー(粒子)を分散した前記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。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。
(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/秒にて行う。そして、解析ソフトの「アパーチャのフラッシュ」機能により、アパーチャチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに前記電解水溶液約30mLを入れる。ここにコンタミノンN(商品名)(精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約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(商品名:Ultrasonic Dispersion System Tetora150、日科機バイオス(株)製)
の水槽内にイオン交換水所定量とコンタミノンN(商品名)を約2mL添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液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)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(粒子)約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー(粒子)を分散した前記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。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。
以下、本発明を製造例及び実施例により更に具体的に説明するが、これらは本発明をなんら限定するものではない。なお、以下の配合における部数は全て質量部を示す。
<無機酸化物粒子1の製造例>
反応容器中にアルゴンと酸素の体積比が3:1の混合ガスを導入し大気と置換させた。この反応容器中に、酸素ガスを40(m3/hr)及び水素ガスを20(m3/hr)で供給し着火装置を用いて酸素-水素からなる燃焼炎を形成した。次いでこの燃焼炎中に圧力147kPa(1.5kg/cm2)の水素キャリアガスで原料の金属ケイ素粉末を投入し、粉塵雲を形成した。この粉塵雲は燃焼炎により着火し粉塵爆発による酸化反応を生じさせた。酸化反応後、反応容器内を冷却し個数平均粒径2.68μm(2680nm)の無機酸化物粒子1を得た。
反応容器中にアルゴンと酸素の体積比が3:1の混合ガスを導入し大気と置換させた。この反応容器中に、酸素ガスを40(m3/hr)及び水素ガスを20(m3/hr)で供給し着火装置を用いて酸素-水素からなる燃焼炎を形成した。次いでこの燃焼炎中に圧力147kPa(1.5kg/cm2)の水素キャリアガスで原料の金属ケイ素粉末を投入し、粉塵雲を形成した。この粉塵雲は燃焼炎により着火し粉塵爆発による酸化反応を生じさせた。酸化反応後、反応容器内を冷却し個数平均粒径2.68μm(2680nm)の無機酸化物粒子1を得た。
<無機酸化物粒子2~4、6、7、12の製造例>
無機酸化物粒子1をパルベライザー(ホソカワミクロン社製)にて、回転数、スクリーンサイズ、パス回数を制御して粉砕することで、個数平均粒径1.54μm(1540nm)の無機酸化物粒子2を得た。また、パルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数を調整しつつ粉砕し、無機酸化物粒子3、4、6、7、12を得た。得られた無機酸化物粒子の個数平均径を表1に示す。
無機酸化物粒子1をパルベライザー(ホソカワミクロン社製)にて、回転数、スクリーンサイズ、パス回数を制御して粉砕することで、個数平均粒径1.54μm(1540nm)の無機酸化物粒子2を得た。また、パルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数を調整しつつ粉砕し、無機酸化物粒子3、4、6、7、12を得た。得られた無機酸化物粒子の個数平均径を表1に示す。
<無機酸化物粒子5の製造例>
反応容器中にアルゴンと酸素の体積比が3:1の混合ガスを導入し大気と置換させた。この反応容器中に酸素ガスを40(m3/hr)及び水素ガスを20(m3/hr)で供給し着火装置を用いて酸素-水素からなる燃焼炎を形成した。次いでこの燃焼炎中に圧力0.5kg/cm3の水素キャリアガスで原料の金属ケイ素粉末を投入し、粉塵雲を形成した。この粉塵雲に燃焼炎により着火し粉塵爆発による酸化反応を生じさせた。酸化反応後、反応容器内を冷却し個数平均粒径3.44μmのシリカ粉体を得た。
反応容器中にアルゴンと酸素の体積比が3:1の混合ガスを導入し大気と置換させた。この反応容器中に酸素ガスを40(m3/hr)及び水素ガスを20(m3/hr)で供給し着火装置を用いて酸素-水素からなる燃焼炎を形成した。次いでこの燃焼炎中に圧力0.5kg/cm3の水素キャリアガスで原料の金属ケイ素粉末を投入し、粉塵雲を形成した。この粉塵雲に燃焼炎により着火し粉塵爆発による酸化反応を生じさせた。酸化反応後、反応容器内を冷却し個数平均粒径3.44μmのシリカ粉体を得た。
このシリカ粉体をパルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数を調整しつつ粉砕し、シリカ粒子5を得た。得られた無機酸化物粒子の個数平均径を表1に示す。
<無機酸化物粒子8の製造例>
イルメナイト鉱石を乾燥・粉砕し、濃硫酸で処理することにより蒸解/抽出する。未反応鉱石を除去した後、硫酸鉄を脱晶する。得られた硫酸チタニルに水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。加熱炉で焼成後、パルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数を調整しつつ粉砕し、無機酸化物粒子8の酸化チタンを得た。得られた無機酸化物粒子の個数平均径を表1に示す。
イルメナイト鉱石を乾燥・粉砕し、濃硫酸で処理することにより蒸解/抽出する。未反応鉱石を除去した後、硫酸鉄を脱晶する。得られた硫酸チタニルに水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。加熱炉で焼成後、パルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数を調整しつつ粉砕し、無機酸化物粒子8の酸化チタンを得た。得られた無機酸化物粒子の個数平均径を表1に示す。
<無機酸化物粒子9の製造例>
酸化マグネシウム粉末(協和化学製パイロキスマ3320)をパルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数を調整しつつ粉砕し、無機酸化物粒子9の酸化マグネシウム粒子を得た。得られた無機酸化物粒子の個数平均径を表1に示す。
酸化マグネシウム粉末(協和化学製パイロキスマ3320)をパルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数を調整しつつ粉砕し、無機酸化物粒子9の酸化マグネシウム粒子を得た。得られた無機酸化物粒子の個数平均径を表1に示す。
<無機酸化物粒子10の製造例>
ボーキサイトを原料とし、バイヤー法で酸化アルミニウムを精製する。ボーキサイトに水酸化ナトリウムを加え、250℃で加熱溶解する。不溶分をろ過により除去し後、冷却することにより水酸化アルミニウムを固体として回収する。この水酸化アルミニウムを1050℃で加熱脱水することで酸化アルミニウムを得た。つづいて、パルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数を調整しつつ粉砕し、無機酸化物粒子10の酸化アルミニウム粒子を得た。得られた無機酸化物粒子の個数平均径を表1に示す。
ボーキサイトを原料とし、バイヤー法で酸化アルミニウムを精製する。ボーキサイトに水酸化ナトリウムを加え、250℃で加熱溶解する。不溶分をろ過により除去し後、冷却することにより水酸化アルミニウムを固体として回収する。この水酸化アルミニウムを1050℃で加熱脱水することで酸化アルミニウムを得た。つづいて、パルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数を調整しつつ粉砕し、無機酸化物粒子10の酸化アルミニウム粒子を得た。得られた無機酸化物粒子の個数平均径を表1に示す。
<無機酸化物粒子11の製造例>
イルメナイト鉱石を乾燥・粉砕し、濃硫酸で処理することにより蒸解/抽出する。未反応鉱石を除去した後、硫酸鉄を脱晶する。得られた硫酸チタニルに水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.5モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.5とし解膠処理を行った。脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、SrO/TiO2モル比で1.18となるよう添加した後、TiO2濃度0.9モル/Lに調整した。
イルメナイト鉱石を乾燥・粉砕し、濃硫酸で処理することにより蒸解/抽出する。未反応鉱石を除去した後、硫酸鉄を脱晶する。得られた硫酸チタニルに水酸化ナトリウム水溶液を加えpH9.0とし、脱硫処理を行い、その後、塩酸によりpH5.8まで中和し、ろ過水洗を行った。洗浄済みケーキに水を加えTiO2として1.5モル/Lのスラリーとした後、塩酸を加えpH1.5とし解膠処理を行った。脱硫・解膠を行ったメタチタン酸をTiO2として採取し、3Lの反応容器に投入した。該解膠メタチタン酸スラリーに、塩化ストロンチウム水溶液を、SrO/TiO2モル比で1.18となるよう添加した後、TiO2濃度0.9モル/Lに調整した。
次に、撹拌混合しながら90℃に加温した後、窒素ガスのマイクロバブリングを600ml/minで行いながら10N水酸化ナトリウム水溶液444mLを50分間かけて添加し、その後、窒素ガスのマイクロバブリングを400ml/minで行いながら95℃で1時間撹拌を行った。その後、当該反応スラリーを反応容器のジャケットに10℃の冷却水を流しながら撹拌して12℃まで急冷し、塩酸を加えて中和し1時間撹拌をした後、ろ過・分離を行った。加熱炉で焼成後、パルベライザーの回転数、スクリーンサイズ、パス回数を調整しつつ粉砕し、無機酸化物粒子11のチタン酸ストロンチウムを得た。得られた無機酸化物粒子の個数平均径を表1に示す。
<トナー1の製造例>
・結着樹脂A: 80.0部
(スチレン及びn-ブチルアクリレートの質量比が78:22のスチレンアクリル樹脂;Mw=180000、Tg=58℃)
・結着樹脂B: 20.0部
(スチレン及びn-ブチルアクリレートの質量比が78:22のスチレンアクリル樹脂;Mw=5300、Tg=58℃)
・パラフィンワックス(HNP-9 日本精鑞): 5.0部
・無機酸化物粒子2: 2.0部
・3.5-ジ-t-ブチルサリチル酸アルミニウム化合物: 0.5部
・カーボンブラック: 5.0部
上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20s-1、回転時間5minで混合した後、温度130℃に設定した二軸混練機(PCM-30型、株式会社池貝製)にて混練した。得られた混練物25℃まで冷却し、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)にて微粉砕した。コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級して、重量平均粒径(D4)が9.0μmのトナー母粒子1を得た。
・結着樹脂A: 80.0部
(スチレン及びn-ブチルアクリレートの質量比が78:22のスチレンアクリル樹脂;Mw=180000、Tg=58℃)
・結着樹脂B: 20.0部
(スチレン及びn-ブチルアクリレートの質量比が78:22のスチレンアクリル樹脂;Mw=5300、Tg=58℃)
・パラフィンワックス(HNP-9 日本精鑞): 5.0部
・無機酸化物粒子2: 2.0部
・3.5-ジ-t-ブチルサリチル酸アルミニウム化合物: 0.5部
・カーボンブラック: 5.0部
上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20s-1、回転時間5minで混合した後、温度130℃に設定した二軸混練機(PCM-30型、株式会社池貝製)にて混練した。得られた混練物25℃まで冷却し、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)にて微粉砕した。コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級して、重量平均粒径(D4)が9.0μmのトナー母粒子1を得た。
得られたトナー母粒子1 100部に、疎水性シリカ微粒子(ヘキサメチルジシラザン15質量%で表面処理、一次粒子の個数平均径50nm)を2.0部添加し、ヘンシェルミキサー(FM-75型、三井鉱山(株)製)で、回転数30s-1、回転時間10minで混合し、トナー母粒子の表面に無機粒子を付着させた。
次に、図2に示す熱風を用いた表面処理装置により処理を行った。表面改質時の条件として、原料供給速度が1.0kg/hr、熱風流量が1.4m3/分、熱風の吐出温度が180℃、冷風温度が3℃、冷風流量が1.2m3/分、絶対水分量が3.0g/m3で表面処理を行った。
次に、コアンダ効果を利用した風力分級機(「エルボージェットラボEJ-L3」、日鉄鉱業(株)製)で、微粉および粗粉を同時に分級除去してトナー粒子1を得た。
次にトナー粒子1:100.0部、疎水性シリカ微粒子(日本アエロジル社製シリカ粒子RY200):2.0部をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株)製FM-75型)に投入し、30℃の温度下で回転羽根の周速を35m/秒、混合時間8分に設定して行い、45μmの目開きの篩を通してトナー1を得た。トナー1の処方を表2に物性を表3に示す。
<トナー2、5~10、15~18の製造例>
トナー1の製造例において、表2に記載の無機酸化物粒子を用いたこと以外は同様に行い、トナー2、5~10、15~18を得た。トナー2、5~10、15~18の処方を表2に物性を表3に示す。
トナー1の製造例において、表2に記載の無機酸化物粒子を用いたこと以外は同様に行い、トナー2、5~10、15~18を得た。トナー2、5~10、15~18の処方を表2に物性を表3に示す。
<トナー3の製造例>
トナー1の製造例において、無機粒子を表面に付着させたトナー粒子を熱風により表面処理する際の熱風の吐出温度120℃に変更した以外は同様に行い、トナー3を得た。トナー3の処方を表2に物性を表3に示す。
トナー1の製造例において、無機粒子を表面に付着させたトナー粒子を熱風により表面処理する際の熱風の吐出温度120℃に変更した以外は同様に行い、トナー3を得た。トナー3の処方を表2に物性を表3に示す。
<トナー4の製造例>
トナー1の製造例において、無機粒子を表面に付着させたトナー粒子を熱風により表面処理する際の熱風の吐出温度100℃に変更した以外は同様に行い、トナー4を得た。トナー4の処方を表2に物性を表3に示す。
トナー1の製造例において、無機粒子を表面に付着させたトナー粒子を熱風により表面処理する際の熱風の吐出温度100℃に変更した以外は同様に行い、トナー4を得た。トナー4の処方を表2に物性を表3に示す。
<トナー11、12の製造例>
トナー1の製造例において、表2に記載のように外添剤の添加量を変更したこと以外は同様に行い、トナー11、12を得た。トナー11、12の処方を表2に物性を表3に示す。
トナー1の製造例において、表2に記載のように外添剤の添加量を変更したこと以外は同様に行い、トナー11、12を得た。トナー11、12の処方を表2に物性を表3に示す。
<トナー13の製造例>
トナー1の製造例において、表2に記載のように結着樹脂を結着樹脂C 100.0部(〔ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン: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:テレフタル酸:トリメリット酸=80:20:85:15〕)
に変更したこと以外は同様に行い、トナー13を得た。トナー13の処方を表2に物性を表3に示す。
トナー1の製造例において、表2に記載のように結着樹脂を結着樹脂C 100.0部(〔ポリオキシプロピレン(2.2)-2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン: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:テレフタル酸:トリメリット酸=80:20:85:15〕)
に変更したこと以外は同様に行い、トナー13を得た。トナー13の処方を表2に物性を表3に示す。
<トナー14の製造例>
トナー1の製造例において、表2に記載のように結着樹脂を結着樹脂A 100.0部に変更したこと以外は同様に行い、トナー14を得た。トナー14の処方を表2に物性を表3に示す。
トナー1の製造例において、表2に記載のように結着樹脂を結着樹脂A 100.0部に変更したこと以外は同様に行い、トナー14を得た。トナー14の処方を表2に物性を表3に示す。
<トナー19、20の製造例>
トナー1の製造例において、表2に記載の無機酸化物粒子を用いたこと以外は同様に行い、トナー19、20を得た。トナー19、20の処方を表2に物性を表3に示す。
トナー1の製造例において、表2に記載の無機酸化物粒子を用いたこと以外は同様に行い、トナー19、20を得た。トナー19、20の処方を表2に物性を表3に示す。
<トナー21の製造例>
トナー1の製造例において得られたトナー母粒子1:100.0部、疎水性シリカ微粒子(日本アエロジル社製シリカ粒子RY200):2.0部をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株)製FM-75型)に投入し、30℃の温度下で回転羽根の周速を35m/秒、混合時間8分に設定して行い、45μmの目開きの篩を通してトナー21を得た。トナー21の処方を表2に物性を表3に示す。
トナー1の製造例において得られたトナー母粒子1:100.0部、疎水性シリカ微粒子(日本アエロジル社製シリカ粒子RY200):2.0部をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株)製FM-75型)に投入し、30℃の温度下で回転羽根の周速を35m/秒、混合時間8分に設定して行い、45μmの目開きの篩を通してトナー21を得た。トナー21の処方を表2に物性を表3に示す。
〔実施例1~18、比較例1~3〕
実施例用のトナー1~18、比較例用のトナー19~21に関し、それぞれ下記の要領で評価テストを行った。
実施例用のトナー1~18、比較例用のトナー19~21に関し、それぞれ下記の要領で評価テストを行った。
<転写性の評価>
クリーナーレスシステムを採用するHP製プリンタ(LaserJet Pro m203dw)用カートリッジ(CF230X)にトナーを充填し、低温低湿環境(15.0℃、10.0%RH)において、転写性の評価を実施した。
クリーナーレスシステムを採用するHP製プリンタ(LaserJet Pro m203dw)用カートリッジ(CF230X)にトナーを充填し、低温低湿環境(15.0℃、10.0%RH)において、転写性の評価を実施した。
転写電流を8.0μAに調整したときのベタ画像形成時の静電潜像担持体(感光体)上の転写残トナーを、透明なポリエステル製の粘着テープ(商品名:ポリエステルテープ No.5511、供給先:ニチバン社)によりテーピングしてはぎ取った。はぎ取った粘着テープを紙上に貼ったものの濃度を、粘着テープのみを紙上に貼ったものの濃度から差し引いた濃度差をそれぞれ算出した。
濃度の測定には、東京電色社製のREFLECTMETER MODEL TC-6DSを使用して測定した。フィルターは、グリーンフィルターを用いた。
評価タイミングは、初期、3500枚通紙後、7000枚通紙後に実施した。
なお、判断基準は以下の通りである。C以上を良好と判断する。結果を表4に示す。
A:濃度差が5.0未満で非常に良好である。
B:濃度差が5.0以上10.0未満で良好である。
C:濃度差が10.0以上15.0未満である。
D:濃度差が15.0以上である。
A:濃度差が5.0未満で非常に良好である。
B:濃度差が5.0以上10.0未満で良好である。
C:濃度差が10.0以上15.0未満である。
D:濃度差が15.0以上である。
<クリーニング性の評価>
クリーニング性の評価は、転写性の評価と同様に、HP製プリンタ(LaserJet Pro m203dw)用カートリッジ(CF230X)にトナーを充填し、低温低湿環境(15.0℃、10.0%RH)でクリーニング性の評価を実施した。
クリーニング性の評価は、転写性の評価と同様に、HP製プリンタ(LaserJet Pro m203dw)用カートリッジ(CF230X)にトナーを充填し、低温低湿環境(15.0℃、10.0%RH)でクリーニング性の評価を実施した。
図3に示すような、現像スリーブ1周分にブロック状のベタ黒画像があり、その下にハーフトーンの全面ベタが続く画像をプリントした。そして、現像スリーブ2周目以降のハーフトーンに、現像スリーブ1周目の画像の履歴がどれくらい現れるかについて、画像の目視による評価した。
評価タイミングは、2000枚通紙後、3500枚通紙後、7000枚通紙後に実施した。
なお、判断基準は以下の通りである。C以上を良好と判断する。結果を表4に示す。
A:濃淡差が全く見られない。
B:軽微な濃淡差が見られる。
C:濃淡差が見られる。
D:濃淡差がスリーブ3周目以降にも見られる。
A:濃淡差が全く見られない。
B:軽微な濃淡差が見られる。
C:濃淡差が見られる。
D:濃淡差がスリーブ3周目以降にも見られる。
クリーナーレスシステムにおいては、プリンタのプロセスカートリッジの概略を示す図4のように、感光体のクリーニング部材がないために、紙に転写されずに感光ドラム11上に残ったトナーは、全て帯電ローラ12に到達する。感光ドラム11上に残ったほとんどのトナーは、帯電ローラ12との摺擦に負極性に帯電され、帯電ローラ12に付着することなく現像スリーブ21に回収される。しかしながら、耐久後半に帯電ローラの汚染がすすむと、帯電ローラに達した転写残トナーが十分に負極性に帯電されなくなる。また感光体と現像スリーブの帯電差がつきにくくなる。その結果、転写残トナーが現像スリーブで回収できなくなり、現像スリーブ2周目以降にゴースト画像となって現れる。
一方で、上記のように現像スリーブで回収が困難になる耐久後半においても、本発明の転がり性を抑制したトナーを用いることで、クリーナーレスシステムにおいても現像スリーブでの転写残トナーの回収が可能となり、良好な画像が得られると考えている。
1:無機酸化物粒子、2:円、3:幅50nmの2本の線で形成された角度、11:感光ドラム(静電潜像担持体)、12:帯電ローラ、21:現像スリーブ、100:トナー粒子供給口、101:熱風供給口、102:気流噴射部材、103:冷風供給口、104:第2の冷風供給口、106:冷却ジャケット、114:表面処理前のトナー粒子、115:高圧エア供給ノズル、116:移送配管
Claims (14)
- 結着樹脂および無機酸化物粒子を含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該無機酸化物粒子が、Si、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む酸化物の粒子であり、
透過型電子顕微鏡による該トナーの断面観察において、該無機酸化物粒子の面積をSmとし、該トナーの断面積をStとしたとき、Sm/Stが、4.0%以上であり、
該断面観察において、該トナーの長径と該長径の垂直二等分線とで4分割される領域においてそれぞれの領域に占める該無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が、0.40以上であり、
該トナーの平均円形度が、0.950以上である
ことを特徴とするトナー。 - 前記断面観察において、前記無機酸化物粒子の長径が、400~3000nmである、請求項1に記載のトナー。
- 前記断面観察において、前記無機酸化物粒子が、尖り部を有する、請求項1または2に記載のトナー。
- 前記断面観察において、前記無機酸化物粒子の長径が、750~3000nmである、請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記断面観察において、前記無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が、0.50以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記無機酸化物粒子が、シリカ粒子である、請求項1~5のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記断面観察において、前記無機酸化物粒子の形状係数SF-1が、140以上である、請求項1~6のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記トナーの平均円形度が、0.960以上である、請求項1~7のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記トナーが、外添剤を有し、
該外添剤の被覆率が、75%以上である、
請求項1~8のいずれか1項に記載のトナー。 - 前記結着樹脂が、スチレンアクリル樹脂である、請求項1~9のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記結着樹脂が、スチレンアクリル樹脂であり、
前記結着樹脂のテトラヒドロフラン可溶分の分子量分布において、重量平均分子量Mwが3000~2000000の間にピークまたはショルダーが、2つ以上存在する、
請求項1~10のいずれか1項に記載のトナー。 - 結着樹脂および無機酸化物粒子を含有するトナー粒子を有するトナーを製造するトナーの製造方法であって、
該製造方法が、該トナー粒子を得る工程を有し、
該トナー粒子を得る工程が、熱風による表面処理前のトナー粒子を得る工程、および、該熱風による表面処理前のトナー粒子を熱風により表面処理する工程を有し、
該熱風による表面処理前のトナー粒子を得る工程が、該結着樹脂および該無機酸化物粒子を溶融混練する工程を有し、
該無機酸化物粒子が、Si、Mg、Al、TiおよびSrからなる群より選択される少なくとも一の元素を含む酸化物であり、
透過型電子顕微鏡による該トナーの断面観察において、該無機酸化物粒子の面積をSmとし、該トナーの断面積をStとしたとき、Sm/Stが4.0%以上であり、
該断面観察において、該トナーの長径と該長径の垂直二等分線とで4分割される領域においてそれぞれの領域に占める該無機酸化物粒子の面積Smの標準偏差が0.40以上であり、
該トナーの平均円形度が、0.950以上である
ことを特徴とするトナーの製造方法。 - 前記断面観察において、前記無機酸化物粒子が、尖り部を有する、請求項12に記載のトナーの製造方法。
- 前記断面観察において、前記無機酸化物粒子の形状係数SF-1が、140以上である、請求項12または13に記載のトナーの製造方法。
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