JP2024011643A - トナー - Google Patents
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Abstract
【課題】高温高湿下における軽負荷プロセスにおいても、一連の電子写真プロセスを通して高い帯電量と帯電維持性を有することで、微小ドットの再現性が高く高精細な画像を得ることができるトナー。【解決手段】結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有するトナーであって、該トナー粒子がトナーコア粒子及び該トナーコア粒子の表面に存在する凸部を有し、該凸部は、有機ケイ素重合体を含有し、該トナー粒子の断面観察において、該トナーコア粒子と該凸部との界面の両端を結ぶ線分を基準線とし、該基準線の長さをW(nm)とし、該基準線の法線方向において、該凸部の該基準線よりも該トナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)としたとき、下記式(1)を満たし、I/W ≦ 0.050 ・・・(1)該凸部のヤング率E1が、1.00~3.90GPaである。【選択図】なし
Description
本開示は、電子写真法、静電記録法及びトナージェット方式記録法を利用した記録方法に用いられるトナーに関する。
電子写真法など静電潜像を経て画像情報を可視化する方法は、複写機、複合機、プリンタに適用されている。近年では、使用目的及び使用環境の多様化が進むと共に、さらなる高速化、長寿命化が求められている。電子写真プロセスの高速化や長寿命化に伴うトナーへの弊害としては、画像形成装置の各部材による摺擦等によりトナーが従来以上のストレスを受けることが挙げられる。それにより、トナーの変形や外添剤の埋没といった、トナーの劣化が促進されてしまう。
従来、帯電量を始めとしたトナーの帯電特性を制御するために、小粒径シリカなどの無機微粒子によりトナー表面を被覆する手法が、広く用いられている。一方で、これらの手法については、無機微粒子の各部材への移行や、トナーへの埋没などによるトナーの劣化が発生しやすく、寿命を通した帯電安定性に改善の余地があることも指摘されている。
これらの指摘に対し、特許文献1では、トナー表面に有機ケイ素重合体粒子を固着させることで、流動性の改善により寿命を通した帯電性を改善したトナーが公開されている。
特許文献2では、シラン変性樹脂を用いたコアを有機ケイ素重合体で被覆することで、帯電性を改善したトナーが公開されている。
これらの指摘に対し、特許文献1では、トナー表面に有機ケイ素重合体粒子を固着させることで、流動性の改善により寿命を通した帯電性を改善したトナーが公開されている。
特許文献2では、シラン変性樹脂を用いたコアを有機ケイ素重合体で被覆することで、帯電性を改善したトナーが公開されている。
一方で、トナーの劣化を抑えるためには、各部材によるトナーへの負荷を軽減することが有効である。そのため、電子写真プロセスの軽負荷化が検討されている。しかし、電子写真プロセスが軽負荷化することで、トナーの帯電機会が減少するため、トナーの帯電立ち上がり速度や帯電量が減少してしまうことが課題となっている。
さらには、電子写真の世界的な普及に伴い、より帯電性に対して不利である高湿環境においても十分な帯電量を確保できるトナーが求められている。高湿環境下では、空気中の水分量の影響でトナーの帯電量を向上させにくく、さらには電荷リークによる帯電維持性の低下や帯電分布のブロード化も起こしやすい。感光体から中間転写ベルトへの転写を行う一次転写と、中間転写ベルトから紙への転写を行う二次転写という、二度の転写工程を有する電子写真プロセス(以下二転系と呼称する)も存在する。特に、このような、印刷までの工程が長い電子写真プロセスにおいて、トナーの帯電量が低下しやすく課題となりやすい。
このような帯電量の低下したトナーでは、転写プロセスにおける静電電界から受ける力が小さくなるため、トナーを紙上へ飛翔させる静電気力が小さくなる。その結果、トナーの飛翔が妨げられることで一部のトナーが紙へ転写されず、特に微小なドットでは欠落が発生し、ハーフトーン画像における画像ムラとなることで高精細な画像を得られない場合がある。
したがって、高湿環境下における高速な軽負荷プロセスにおいても、高い帯電量を有し、かつその高い帯電量を一連の電子写真プロセスを通して維持できることで、微小なドットも再現できるトナーが求められる。
したがって、高湿環境下における高速な軽負荷プロセスにおいても、高い帯電量を有し、かつその高い帯電量を一連の電子写真プロセスを通して維持できることで、微小なドットも再現できるトナーが求められる。
このように、高湿環境下における軽負荷プロセスにおいても高精細な画像を得るためには、軽負荷プロセスにおいても高い帯電量を確保し、紙上へ転写されるまでの一連の電子写真プロセスを通して所望の帯電量を維持することが重要である。
しかしながら、本発明者らが検討した結果、特許文献1に記載したトナーは、軽負荷プロセスにおいてトナーの帯電量が十分ではない場合があり、帯電特性に未だ改善の余地があることがわかった。
しかしながら、本発明者らが検討した結果、特許文献1に記載したトナーは、軽負荷プロセスにおいてトナーの帯電量が十分ではない場合があり、帯電特性に未だ改善の余地があることがわかった。
また、特許文献2に記載のトナーにおいても、高温高湿下における軽負荷プロセスにおいては、一連の電子写真プロセスにおける帯電量と帯電保持性が必ずしも十分ではないことがわかった。その結果、紙への転写プロセスにおいて、帯電量の低いトナーが発生することで、中間転写ベルトから紙への転写が所望の通り行われず、微小ドットが再現できない場合があった。
これらの結果は、特に高温高湿度の環境における軽負荷プロセスでは高帯電量を確保することが難しいためであると考えられる。
これらの課題を鑑み、本開示では、高温高湿下における軽負荷プロセスにおいても、一連の電子写真プロセスを通して高い帯電量と帯電維持性を有することで、微小ドットの再現性が高く高精細な画像を得られるトナーを提供する。
これらの課題を鑑み、本開示では、高温高湿下における軽負荷プロセスにおいても、一連の電子写真プロセスを通して高い帯電量と帯電維持性を有することで、微小ドットの再現性が高く高精細な画像を得られるトナーを提供する。
本開示は、結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナー粒子が、トナーコア粒子、及び該トナーコア粒子の表面に存在する凸部を有し、
該凸部は、有機ケイ素重合体を含有し、
透過型電子顕微鏡による該トナー粒子の断面観察により、該トナーコア粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
該トナーコア粒子と該凸部との界面の両端を結ぶ線分を基準線とし、該基準線の長さをW(nm)とし、
該基準線の法線方向において、該凸部の該基準線よりも該トナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)としたとき、
該W及び該Iが、下記式(1)を満たし、
I/W ≦ 0.050 ・・・(1)
Hertzの接触理論によって算出される該凸部のヤング率をE1としたとき、該E1が、1.00~3.90GPaであるトナーに関する。
該トナー粒子が、トナーコア粒子、及び該トナーコア粒子の表面に存在する凸部を有し、
該凸部は、有機ケイ素重合体を含有し、
透過型電子顕微鏡による該トナー粒子の断面観察により、該トナーコア粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
該トナーコア粒子と該凸部との界面の両端を結ぶ線分を基準線とし、該基準線の長さをW(nm)とし、
該基準線の法線方向において、該凸部の該基準線よりも該トナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)としたとき、
該W及び該Iが、下記式(1)を満たし、
I/W ≦ 0.050 ・・・(1)
Hertzの接触理論によって算出される該凸部のヤング率をE1としたとき、該E1が、1.00~3.90GPaであるトナーに関する。
本開示によれば、高温高湿下における軽負荷プロセスにおいても、一連の電子写真プロセスを通して高い帯電量と帯電維持性を有することで、微小ドットの再現性が高く高精細な画像を得られるトナーを提供できる。
本開示において、数値範囲を表す「XX以上YY以下」や「XX~YY」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。数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。
また、「モノマーユニット」とは、重合体中の単量体物質の反応した形態をいう。例えば、重合体中のビニル系単量体が重合した主鎖中の、炭素-炭素結合1区間を1単位とする。ビニル系単量体とは下記式(Z)で示すことができる。
該式(Z)中、RZ1は、水素原子、又はアルキル基(好ましくは炭素数1~3のアルキル基であり、より好ましくはメチル基)を表し、RZ2は、任意の置換基を表す。
通常の摩擦帯電において帯電量を向上させる手段としては、主に摩擦力を上げること、湿度を下げること、接触面積を上げること、接触機会を増やすことが考えられる。摩擦力を上げるための手法としては、例えば、トナーを担持する部材(以下、担持部材と呼称する)とトナーの層厚の規制及び規制による摩擦帯電を担う規制部材(以下、規制部材と呼称する)との、接触圧力を高める手法が挙げられる。また、担持部材と規制部材との接触面積を広げる手法も挙げられる。
これらの手法によれば、トナーと規制部材との間(以下、トナー/規制部材間と呼称する)やトナーとトナーとの間(以下、トナー/トナー間と呼称する)の摩擦力、接触面積、及び接触機会を向上することができるため、トナーの帯電量を向上できる。しかしながら、これらの手法のように、部材によって接触圧力や接触面積を高める手法は、トナーへの負荷を高めてしまう。
そのため、外添剤の埋没やトナー粒子自体の変形など、トナーの劣化を加速させてしまう場合がある。したがって、より長寿命な電子写真プロセスを目指す場合は、これら部材による負荷を下げたプロセスにおいても、十分な帯電量を確保できるトナーが求められる。
これらの手法によれば、トナーと規制部材との間(以下、トナー/規制部材間と呼称する)やトナーとトナーとの間(以下、トナー/トナー間と呼称する)の摩擦力、接触面積、及び接触機会を向上することができるため、トナーの帯電量を向上できる。しかしながら、これらの手法のように、部材によって接触圧力や接触面積を高める手法は、トナーへの負荷を高めてしまう。
そのため、外添剤の埋没やトナー粒子自体の変形など、トナーの劣化を加速させてしまう場合がある。したがって、より長寿命な電子写真プロセスを目指す場合は、これら部材による負荷を下げたプロセスにおいても、十分な帯電量を確保できるトナーが求められる。
先述の通り、高湿下における軽負荷プロセスへの適応を前提とする場合は、軽負荷プロセスを達成するためにトナー/規制部材間の摩擦力を上げる手段は採用できない。また、湿度も高湿環境下など様々な環境で使用されることが前提であるため、制御はできない。そこで、本発明者らは、帯電量を確保する手段としてトナーと規制部材間、あるいはトナー/トナー間の接触面積を向上させる手法を検討した。
しかしながら、単純な接触面積の増加は、帯電量は確保できるものの、帯電量が速やかに低下しやすく、帯電維持性の低下に繋がる。これは、接触面積の増加によりトナー/部材間やトナー/トナー間の接触時の電荷授受が促進されることで、電荷がリークしやすいためである。そのため、感光体上や中間転写ベルト上などの帯電部より下流の電子写真プロセスにおいてトナーから電荷リークが発生してしまう。この課題により、特に高湿環境下の二転系などの電子写真プロセスでは、高い帯電量と電子写真プロセスを通した帯電維持性を両立することが難しい。
この現象を克服すべく、本発明者らは、高湿環境下の軽負荷プロセスにおける帯電時に
如何に接触面積を増加させるか、そして高湿環境下において如何に帯電量を維持させるために接触面積を低下させるかについて、鋭意検討を行った。
本発明者らの検討の結果、下記トナーとすることで、高温高湿下における軽負荷プロセスにおいても優れた帯電特性を有し、高画質を達成できるトナーを提供できることを見出した。
如何に接触面積を増加させるか、そして高湿環境下において如何に帯電量を維持させるために接触面積を低下させるかについて、鋭意検討を行った。
本発明者らの検討の結果、下記トナーとすることで、高温高湿下における軽負荷プロセスにおいても優れた帯電特性を有し、高画質を達成できるトナーを提供できることを見出した。
すなわち、本開示は、結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナー粒子が、トナーコア粒子、及び該トナーコア粒子の表面に存在する凸部を有し、
該凸部は、有機ケイ素重合体を含有し、
透過型電子顕微鏡による該トナー粒子の断面観察により、該トナーコア粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
該トナーコア粒子と該凸部との界面の両端を結ぶ線分を基準線とし、該基準線の長さをW(nm)とし、
該基準線の法線方向において、該凸部の該基準線よりも該トナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)としたとき、
該W及び該Iが、下記式(1)を満たし、
I/W ≦ 0.050 ・・・(1)
Hertzの接触理論によって算出した時に得られる該凸部のヤング率をE1としたとき、該E1が、1.00~3.90GPaであるトナーに関する。
該トナー粒子が、トナーコア粒子、及び該トナーコア粒子の表面に存在する凸部を有し、
該凸部は、有機ケイ素重合体を含有し、
透過型電子顕微鏡による該トナー粒子の断面観察により、該トナーコア粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
該トナーコア粒子と該凸部との界面の両端を結ぶ線分を基準線とし、該基準線の長さをW(nm)とし、
該基準線の法線方向において、該凸部の該基準線よりも該トナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)としたとき、
該W及び該Iが、下記式(1)を満たし、
I/W ≦ 0.050 ・・・(1)
Hertzの接触理論によって算出した時に得られる該凸部のヤング率をE1としたとき、該E1が、1.00~3.90GPaであるトナーに関する。
このメカニズムについて、本発明者らは以下のように考察している。
上記トナーでは、負帯電のトナーを想定して、トナーコア粒子表面に負に帯電しやすい有機ケイ素重合体(有機ケイ素化合物の縮合生成物)による凸部を構成している。凸部は、摩擦帯電時のように加圧されるプロセスにおいては、凸部が適切なヤング率E1を有する。この適切なヤング率により、規制部材による圧を受けた際に該凸部が弾性変形を行うことができる。
上記トナーでは、負帯電のトナーを想定して、トナーコア粒子表面に負に帯電しやすい有機ケイ素重合体(有機ケイ素化合物の縮合生成物)による凸部を構成している。凸部は、摩擦帯電時のように加圧されるプロセスにおいては、凸部が適切なヤング率E1を有する。この適切なヤング率により、規制部材による圧を受けた際に該凸部が弾性変形を行うことができる。
これにより、摩擦帯電時のみ凸部が加圧されて摩擦帯電部材に合わせて変形するため接触面積が大幅に向上する。そのため、摩擦帯電部材からトナーへの電荷の移動や、トナー間での電荷の授受が効率的に行われ、帯電量が向上するとともに、トナーの均一な帯電が達成できる。
一方で、感光体上や中間転写ベルト上のような非加圧なプロセスにおいては、凸部の変形が起こらないため、凸部はトナー/部材間、又はトナー/トナー間のスペーサーとして働くとともに接触面積を減少する役割を果たす。これにより、トナー/部材間やトナー/トナー間の電荷移動を阻害することができ、高い帯電量が保持されたと本発明者らは推測している。
この特性を発揮するために、Hertzの接触理論によって算出される凸部のヤング率であるE1は、1.00~3.90GPaであることが必要である。また、E1は、1.20~3.60GPaであることが好ましく、2.00~3.00GPaであることがより好ましい。
E1が1.00GPa未満であると、凸部の変形がしやすいためにスペーサーとして働きづらく、帯電維持性が低下する。一方、E1が3.90GPaを超えると、凸部の変形がしにくいために、帯電量が高くなりにくい。
E1が1.00GPa未満であると、凸部の変形がしやすいためにスペーサーとして働きづらく、帯電維持性が低下する。一方、E1が3.90GPaを超えると、凸部の変形がしにくいために、帯電量が高くなりにくい。
さらには、透過型電子顕微鏡によるトナー粒子の断面観察により、トナーコア粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像を得る。水平画像に
おいて、トナーコア粒子と凸部との界面の両端を結ぶ線分を基準線とし、基準線の長さをW(nm)とする。また、基準線の法線方向において、凸部の基準線よりもトナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)とする。このとき、W及びIが、下記式(1)を満たす。
I/W ≦ 0.050 ・・・(1)
おいて、トナーコア粒子と凸部との界面の両端を結ぶ線分を基準線とし、基準線の長さをW(nm)とする。また、基準線の法線方向において、凸部の基準線よりもトナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)とする。このとき、W及びIが、下記式(1)を満たす。
I/W ≦ 0.050 ・・・(1)
上記式(1)を満たすことは、有機ケイ素重合体の凸部がトナーコア粒子に面接触していることを示す。そのため、加圧された際に凸部の変形に伴う圧力がトナーコア粒子の接地面に均等に与えられる。これにより、凸部からトナーコア粒子への電荷移動も促進されるため、さらに帯電量を向上することができたと考えられる。その結果、ドット再現性も向上する。
I/Wが上記範囲より大きい場合、帯電量向上の効果が得られない。これは、凸部が、トナーコア粒子に対して過剰に侵入していることを意味するため、周囲のトナーコア粒子からの圧力により凸部の変形が阻害されるためであると推測している。I/Wは、0.050以下であることが必要である。
I/Wが上記範囲より大きい場合、帯電量向上の効果が得られない。これは、凸部が、トナーコア粒子に対して過剰に侵入していることを意味するため、周囲のトナーコア粒子からの圧力により凸部の変形が阻害されるためであると推測している。I/Wは、0.050以下であることが必要である。
耐久使用での帯電維持性の観点からI/Wは、0.030以下であることが好ましく、0.020以下であることがより好ましく、0.010以下であることがさらに好ましい。下限については特に制限は設けられないが、0.000以上、0.002以上であることが好ましい。例えば、好ましくは0.000~0.030、0.000~0.020、0.000~0.010、0.002~0.010が挙げられる。
有機ケイ素重合体の凸部を形成する手段としては、ゾルゲル法と呼ばれる製造方法が挙げられる。一般的に、ゾルゲル反応では、反応媒体の酸性度によって生成するシロキサン結合の結合状態が異なることが知られている。具体的には、媒体が酸性である場合には、水素イオンが一つの反応基(例えば、アルコキシ基;-OR基)の酸素に親電子的に付加する。
次に、水分子中の酸素原子がケイ素原子に配位して、置換反応によってヒドロシリル基になる。水が十分に存在している場合には、H+ひとつで反応基(例えば、アルコキシ基;-OR基)の酸素をひとつ攻撃するため、媒体中のH+の含有率が少ないときには、ヒドロキシ基への置換反応が遅くなる。よって、シランに付いた反応基のすべてが加水分解する前に縮重合反応が生じ、比較的容易に、一次元的な線状高分子や二次元的な高分子が生成しやすい。
次に、水分子中の酸素原子がケイ素原子に配位して、置換反応によってヒドロシリル基になる。水が十分に存在している場合には、H+ひとつで反応基(例えば、アルコキシ基;-OR基)の酸素をひとつ攻撃するため、媒体中のH+の含有率が少ないときには、ヒドロキシ基への置換反応が遅くなる。よって、シランに付いた反応基のすべてが加水分解する前に縮重合反応が生じ、比較的容易に、一次元的な線状高分子や二次元的な高分子が生成しやすい。
一方、媒体がアルカリ性の場合には、水酸化物イオンがケイ素に付加して5配位中間体を経由する。そのため全ての反応基(例えば、アルコキシ基;-OR基)が脱離しやすくなり、容易にシラノール基に置換される。特に、同一シランに3個以上の反応基を有するケイ素化合物を用いた場合には、加水分解及び縮重合が3次元的に生じて、3次元の架橋結合の多い有機ケイ素重合体が形成される。また、反応も短時間で終了する。
また、ゾルゲル法は、溶液から出発し、その溶液をゲル化することによって材料を形成しているため、様々な微細構造及び形状をつくることができる。特に、トナー粒子が水系媒体中で製造される場合には、有機ケイ素化合物のシラノール基のような親水基による親水性によってトナーコア粒子の表面に存在させやすい。
従って、所望の弾性を有する有機ケイ素重合体に由来する凸部を形成するには、反応媒体がアルカリ性の状態でゾルゲル反応を進めることが好ましい。水系媒体中で製造する場合には、具体的には、pH8.0以上、反応温度50℃以上、反応時間5時間以上で反応を進めることが好ましい。
従って、所望の弾性を有する有機ケイ素重合体に由来する凸部を形成するには、反応媒体がアルカリ性の状態でゾルゲル反応を進めることが好ましい。水系媒体中で製造する場合には、具体的には、pH8.0以上、反応温度50℃以上、反応時間5時間以上で反応を進めることが好ましい。
凸部を特定のヤング率範囲に調整するための手段は、特に制限されない。例えば、有機
ケイ素化合物の種類や、微量の有機ケイ素化合物でトナーコア粒子表面を事前に表面処理した後に該凸部を形成する方法、凸部を形成する際のpH、濃度、温度、時間などで有機ケイ素化合物の縮合方法を調整する方法などが挙げられる。
より具体的な例示としては、前述の通りアルカリ性の状態でゾルゲル反応を進める中で、弱アルカリ性と強アルカリ性での有機ケイ素化合物の縮合反応速度の違いを利用する方法が挙げられる。ここで言う弱アルカリ性とはpH7.8~pH9.5(より好ましくは8.0~8.5)程度を指し、強アルカリ性とはpH10.0~pH12.0程度を指す。これらの手法でE1を制御できる理由については、凸部の内部、あるいは表面部の有機ケイ素化合物の縮合生成物の縮合度を、局所的に調整できるためであると、本発明者らは推測している。
ケイ素化合物の種類や、微量の有機ケイ素化合物でトナーコア粒子表面を事前に表面処理した後に該凸部を形成する方法、凸部を形成する際のpH、濃度、温度、時間などで有機ケイ素化合物の縮合方法を調整する方法などが挙げられる。
より具体的な例示としては、前述の通りアルカリ性の状態でゾルゲル反応を進める中で、弱アルカリ性と強アルカリ性での有機ケイ素化合物の縮合反応速度の違いを利用する方法が挙げられる。ここで言う弱アルカリ性とはpH7.8~pH9.5(より好ましくは8.0~8.5)程度を指し、強アルカリ性とはpH10.0~pH12.0程度を指す。これらの手法でE1を制御できる理由については、凸部の内部、あるいは表面部の有機ケイ素化合物の縮合生成物の縮合度を、局所的に調整できるためであると、本発明者らは推測している。
例えば、弱アルカリ性で1~60分(好ましくは5~20分)程度反応させたのち、強アルカリ性に調整し1~5時間(好ましくは2~4時間)程度反応させる方法が挙げられる。
このとき、例えば、弱アルカリ性での反応時間を長くすることによりE1を大きくすることができる。また、弱アルカリ性での反応時間を短くすることによりE1を小さくすることができる。
このとき、例えば、弱アルカリ性での反応時間を長くすることによりE1を大きくすることができる。また、弱アルカリ性での反応時間を短くすることによりE1を小さくすることができる。
一方、I/Wは、凸部の形状を調整することにより制御することができる。具体的には、後述の手法でIを大きくする、またはWを小さくすることによりI/Wを大きくすることができる。また、同様にIを小さくする、またはWを大きくすることによりI/Wを小さくすることができる。
また、Iを大きくするには、あらかじめ球形の有機ケイ素重合体を作製し、それを法線方向からの外力や熱を加えることでトナーコア粒子に埋め込むことで凸部を作成する方法が挙げられる。Iは、トナーコア粒子の分散した水系中で、有機ケイ素重合体を形成しトナーコア粒子表面に固着させる方法などにより小さくすることができる。
また、Wは、反応時のpH、及び前記pHの保持時間を適宜調整することにより制御することができる。
また、Iを大きくするには、あらかじめ球形の有機ケイ素重合体を作製し、それを法線方向からの外力や熱を加えることでトナーコア粒子に埋め込むことで凸部を作成する方法が挙げられる。Iは、トナーコア粒子の分散した水系中で、有機ケイ素重合体を形成しトナーコア粒子表面に固着させる方法などにより小さくすることができる。
また、Wは、反応時のpH、及び前記pHの保持時間を適宜調整することにより制御することができる。
トナーコア粒子の表面のヤング率をE2としたとき、E1のE2に対する比の値(ヤング率比率E1/E2)が、1.0~4.5であることが好ましい。比の値E1/E2がこの範囲であると、トナーコア粒子の表面に対して凸部の硬度が適切であるため、加圧プロセス下でのトナーコア粒子に対する凸部の密着性と変形性のバランスが良く、高帯電能と帯電維持性の両立により高い効果を有する。E1/E2は、より好ましくは1.5~4.2であり、さらに好ましくは2.0~4.1である。
E2は、トナーコア粒子最表面に存在する有機ケイ素化合物の縮合生成物など有機ケイ素化合物部位の種類や量を調整することなどにより制御することができる。トナーコア粒子最表面に存在する有機ケイ素化合物の縮合生成物の種類や量は、原材料や部数を適宜選択することで調整できる。
E2は、トナーコア粒子最表面に存在する有機ケイ素化合物の縮合生成物など有機ケイ素化合物部位の種類や量を調整することなどにより制御することができる。トナーコア粒子最表面に存在する有機ケイ素化合物の縮合生成物の種類や量は、原材料や部数を適宜選択することで調整できる。
トナーコア粒子は、有機ケイ素化合物部位を有することが好ましく、有機ケイ素化合物の縮合生成物を含有することがより好ましい。有機ケイ素化合物部位は、例えば、結着樹脂に導入された有機ケイ素(又は有機ケイ素化合物の縮合生成物)を有するモノマーユニットである。有機ケイ素化合物部位は、有機ケイ素化合物及び有機ケイ素化合物の縮合生成物からなる群から選択される少なくとも一を含有することが好ましい。
トナーコア粒子を飛行時間型二次イオン質量分析計(以下、TOF―SIMSと呼称する)で測定して得られる、下記(2)の通り定義されるケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)を規格化強度Aとする。このとき、規格化強度Aは、8.00×10-4~4.00×10-2であることが好ましい。上記規格化強度Aを有することは、トナーコア
粒子の表面(最表面)にケイ素元素を有することを意味する。
(2)ケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)=(ケイ素イオンのイオン強度(m/z=28)) / (m/z=0.5~1850における全イオン強度)
粒子の表面(最表面)にケイ素元素を有することを意味する。
(2)ケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)=(ケイ素イオンのイオン強度(m/z=28)) / (m/z=0.5~1850における全イオン強度)
これにより、有機ケイ素重合体の凸部が圧力によって弾性変形しトナーコア粒子と強く密着した際に、凸部の有機ケイ素重合体とトナーコア粒子表面に存在する有機ケイ素化合物部位などのケイ素含有物質との間で電荷授受が促進される。これにより、帯電量をより向上することができる。より効率的な電荷授受性の観点から、該ケイ素含有物質は有機ケイ素化合物の縮合生成物に由来することが好ましい。
帯電維持性の観点から、規格化強度Aは、より好ましくは8.00×10-4~2.00×10-2であり、さらに好ましくは8.00×10-4~1.00×10-2であり、さらにより好ましくは5.00×10-3~1.00×10-2である。
帯電維持性の観点から、規格化強度Aは、より好ましくは8.00×10-4~2.00×10-2であり、さらに好ましくは8.00×10-4~1.00×10-2であり、さらにより好ましくは5.00×10-3~1.00×10-2である。
さらに、下記(3)条件下でトナーコア粒子に対しアルゴンガスクラスターイオンビームで250秒スパッタしたときのケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)を規格化強度Bとする。このときしたとき、規格化強度Bは、7.99×10-4以下であることが好ましい。
(3)Ar-GCIB 加速電圧:5kV、 電流:6.5nA、 ラスタサイズ:600μm×600μm、 照射時間:5sec/cycle
(3)Ar-GCIB 加速電圧:5kV、 電流:6.5nA、 ラスタサイズ:600μm×600μm、 照射時間:5sec/cycle
(3)の条件下で上記規格化強度Bを有することは、ケイ素イオンをトナーコア粒子の表面及びその近傍にのみ有することを意味する。これにより、電荷リーク性が抑えられることにより帯電維持性が向上する。また、ケイ素含有物質による熱可塑の阻害が抑えられることによる定着性がする。より好ましくは、6.99×10-4以下である。下限は特に制限されないが、例えば、好ましくは1.00×10-5以上、1.00×10-4以上が挙げられる。
規格化強度Aは、トナーコア粒子表面近傍のケイ素イオン(m/z=28)の量を制御することにより制御できる。
規格化強度Bは、トナーコア粒子内部のケイ素イオン(m/z=28)の量を制御することにより制御できる。
トナーコア粒子表面近傍又はトナーコア粒子内部のケイ素イオン(m/z=28)規格化強度を制御する手法としては、例えば、有機ケイ素化合物の縮合生成物など有機ケイ素化合物部位を形成させるための有機ケイ素化合物の添加量や添加タイミング、有機ケイ素化合物添加後の反応時間などを制御する手法が挙げられる。
規格化強度Bは、トナーコア粒子内部のケイ素イオン(m/z=28)の量を制御することにより制御できる。
トナーコア粒子表面近傍又はトナーコア粒子内部のケイ素イオン(m/z=28)規格化強度を制御する手法としては、例えば、有機ケイ素化合物の縮合生成物など有機ケイ素化合物部位を形成させるための有機ケイ素化合物の添加量や添加タイミング、有機ケイ素化合物添加後の反応時間などを制御する手法が挙げられる。
上記規格化強度Aの由来となるケイ素元素に特段の制限は無いが、規格化強度Aはシランカップリング剤による有機ケイ素化合物の縮合生成物に由来することが好ましい。シランカップリング剤は、より高い帯電性が得られることから、三官能シランカップリング剤であることがより好ましく、置換基がメタクリロキシアルキル基を有する三官能シランカップリング剤であることがさらに好ましい。また、トナーコア粒子の表面近傍に偏在させるために、トナーコア粒子を反応させる途中で添加することが好ましい。
例えば、トナーコア粒子の重合工程中(例えば重合工程後半)に、シランカップリング剤などのSi含有モノマーを添加し、トナーコア粒子にケイ素を含有させる方法が挙げられる。また、トナーコア粒子が分散した水系媒体中で、シランカップリング剤を重合し、トナーコア粒子にケイ素を含有させる方法が挙げられる。
トナーコア粒子に含まれる有機ケイ素化合物部位は、コア粒子に含まれる結着樹脂など樹脂の一部として含有されていてもよい。例えば、結着樹脂が下記式(6)で表される構
造を含有してもよい。メタクリロキシアルキル基を有する三官能シランカップリング剤などを、スチレンアクリル樹脂のモノマーとともに重合することで式(6)で表される構造を得ることができる。例えば、結着樹脂としてスチレンアクリル樹脂を有するトナーコア粒子を懸濁重合法などにより形成し、さらにメタクリロキシアルキル基を有する三官能シランカップリング剤を添加して重合を行うことが好ましい。
造を含有してもよい。メタクリロキシアルキル基を有する三官能シランカップリング剤などを、スチレンアクリル樹脂のモノマーとともに重合することで式(6)で表される構造を得ることができる。例えば、結着樹脂としてスチレンアクリル樹脂を有するトナーコア粒子を懸濁重合法などにより形成し、さらにメタクリロキシアルキル基を有する三官能シランカップリング剤を添加して重合を行うことが好ましい。
(式(6)において、L2は-COO(CH2)n-を示し(nは1~10(好ましくは2~8)の整数)、L2のカルボニルが主鎖の炭素原子(R2を有する炭素原子)に結合している。R2は水素原子又はメチル基を示す。)
シランカップリング剤としては、特段の制限なく、公知の有機ケイ素化合物を用いることができる。具体的には、以下の、官能基を二つ有する二官能シラン化合物、官能基を三つ有する三官能シラン化合物が挙げられる。
二官能シラン化合物として、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン等が挙げられる。
三官能シラン化合物として、以下のものが挙げられる。
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、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、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、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、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、オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、等の置換基としてアルキル基を有する三官能シラン化合物;
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、等の置換基としてアルケニル基を有する三官能シラン化合物;
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等の置換基としてアリール基を有する三官能シラン化合物;
γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシオクチルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルジエトキシメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルエトキシジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン等の置換基としてメタクリロキシアルキル基を有する三官能シラン化合物;
γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-アクリロキシオクチルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルジエトキシメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルエトキシジメトキシシラン等の置換基としてアクリロキシアルキル基を有する三官能シラン化合物等。
三官能シラン化合物として、以下のものが挙げられる。
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、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、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、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、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、オクチルトリメトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、等の置換基としてアルキル基を有する三官能シラン化合物;
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、等の置換基としてアルケニル基を有する三官能シラン化合物;
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等の置換基としてアリール基を有する三官能シラン化合物;
γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシオクチルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルジエトキシメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルエトキシジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン等の置換基としてメタクリロキシアルキル基を有する三官能シラン化合物;
γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-アクリロキシオクチルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルジエトキシメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルエトキシジメトキシシラン等の置換基としてアクリロキシアルキル基を有する三官能シラン化合物等。
トナーコア粒子の表面のヤング率E2は、0.50GPa以上1.00GPa未満であ
ることが好ましい。E2は、耐久性の観点から0.50GPa以上であることが好ましく、帯電量向上の観点から1.00GPa未満であることが好ましい。E2は、より好ましくは、0.60GPa以上0.95GPa以下である。
ることが好ましい。E2は、耐久性の観点から0.50GPa以上であることが好ましく、帯電量向上の観点から1.00GPa未満であることが好ましい。E2は、より好ましくは、0.60GPa以上0.95GPa以下である。
式(Y)中、Raは、炭素数1~6の炭化水素基(好ましくは炭素数1~6のアルキル基)を表し、Rb、Rc及びRdは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は、アルコキシ基を表す。
Raは炭素数1~3の脂肪族炭化水素基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
Rb、Rc及びRdは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は、アルコキシ基である(以下、反応基ともいう)。これらの反応基が加水分解、付加重合及び縮重合させて架橋構造を形成する。
加水分解性が室温で穏やかであり、トナーコア粒子の表面への析出性の観点から、炭素数1~3のアルコキシ基であることが好ましく、メトキシ基やエトキシ基であることがより好ましい。
Raは炭素数1~3の脂肪族炭化水素基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
Rb、Rc及びRdは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は、アルコキシ基である(以下、反応基ともいう)。これらの反応基が加水分解、付加重合及び縮重合させて架橋構造を形成する。
加水分解性が室温で穏やかであり、トナーコア粒子の表面への析出性の観点から、炭素数1~3のアルコキシ基であることが好ましく、メトキシ基やエトキシ基であることがより好ましい。
また、Rb、Rc及びRdの加水分解、付加重合及び縮合重合は、反応温度、反応時間、反応溶媒及びpHによって制御することができる。有機ケイ素重合体を得るには、上記に示す式(Y)中のRaを除く一分子中に3つの反応基(Rb、Rc及びRd)を有する有機ケイ素化合物(以下、三官能性シランともいう)を1種又は複数種を組み合わせて用いるとよい。
上記式(Y)で表される化合物としては以下のものが挙げられる。
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のような三官能性のメチルシラン。
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のような三官能性のシラン。
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のような三官能性のフェニルシラン。
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のような三官能性のメチルシラン。
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のような三官能性のシラン。
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のような三官能性のフェニルシラン。
また、本発明の効果を損なわない程度に、式(Y)で表される構造を有する有機ケイ素化合物とともに、以下を併用して得られた有機ケイ素重合体を用いてもよい。一分子中に4つの反応基を有する有機ケイ素化合物(四官能性シラン)、一分子中に2つの反応基を有する有機ケイ素化合物(二官能性シラン)又は1つの反応基を有する有機ケイ素化合物(一官能性シラン)。例えば以下のようなものが挙げられる。
ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリイソシアネートシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルジエトキシメトキシシラン、ビニルエトキシジメトキシシラン、ビニルエトキシジヒドロキシシラン、ビニルジメトキシヒドロキシシラン、ビニルエトキシメトキシヒドロキシシラン、ビニルジエトキシヒドロキシシラン、のような三官能性のビニルシラン。
ジメチルジエトキシシラン、テトラエトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリイソシアネートシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルジエトキシメトキシシラン、ビニルエトキシジメトキシシラン、ビニルエトキシジヒドロキシシラン、ビニルジメトキシヒドロキシシラン、ビニルエトキシメトキシヒドロキシシラン、ビニルジエトキシヒドロキシシラン、のような三官能性のビニルシラン。
該凸部の有機ケイ素重合体は、下記式(5)で表される構造を有することで所望のヤング率E1を得やすいため、より好ましい。
R-SiO3/2 ・・・(5)
式(5)において、Rは炭素数1~6の炭化水素基又はアリール基(好ましくはフェニル基)を示す。Rは炭素数1~6のアルキル基であることが好ましく、炭素数が1~3のアルキル基であることがより好ましい。
炭素数が1~3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基が好ましく例示できる。さらに好ましくは、Rはメチル基である。
R-SiO3/2 ・・・(5)
式(5)において、Rは炭素数1~6の炭化水素基又はアリール基(好ましくはフェニル基)を示す。Rは炭素数1~6のアルキル基であることが好ましく、炭素数が1~3のアルキル基であることがより好ましい。
炭素数が1~3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基が好ましく例示できる。さらに好ましくは、Rはメチル基である。
さらに、トナー粒子中の有機ケイ素重合体の含有量は1.0質量%以上10.0質量%以下であることが好ましい。
有機ケイ素重合体を含有する凸部によるトナーコア粒子表面の被覆率は、30~70面積%であることが好ましく、40~60面積%であることがより好ましい。該被覆率が30面積%以上である場合、上記効果を得るに十分な数の凸部がトナー/規制部材間、及びトナー/トナー間に存在することができ、帯電量が向上しやすい。
該被覆率が70面積%以下である場合、定着時に該凸部が存在することによるフィラー効果が起こりにくく、トナーコア粒子のシャープメルト性の阻害が発生しにくく、グロス均一性が向上しやすい。
該被覆率が70面積%以下である場合、定着時に該凸部が存在することによるフィラー効果が起こりにくく、トナーコア粒子のシャープメルト性の阻害が発生しにくく、グロス均一性が向上しやすい。
上記トナーコア粒子表面の被覆率は、有機ケイ素化合物の縮合時の反応性を調整することによって制御することができる。例えば、有機ケイ素化合物の縮合反応時のpH及び保持時間並びに有機ケイ素化合物の加水分解液の添加量などを制御することにより、上記範囲に調整することができる。
凸部の長さWは、耐久での帯電維持性の観点から80nm以上であることが好ましく、プロセス中での帯電維持性の観点から250nm以下であることが好ましい。すなわち、Wは、好ましくは80~250nmである。Wは、より好ましくは、90~210nmである。
また、凸部の最大侵入長Iは、好ましくは0.3~2.0nmであり、より好ましくは
0.6~1.2nmである。
また、凸部の最大侵入長Iは、好ましくは0.3~2.0nmであり、より好ましくは
0.6~1.2nmである。
走査型プローブ顕微鏡で測定された凸部の個数平均高さをHとする。上記長さWのHに対する比の値W/Hは、1.5~3.7であることが好ましい。このW/H比を満たすことで、変形時のトナーコア粒子への接地面積と非変形時のトナー/部材間、あるいはトナー/トナー間の接触面積のバランスが良く、帯電特性が良化する。さらには、トナーコア粒子と凸部の接触面積向上に伴う付着力向上により凸部の移行が抑えられるため、寿命を通した帯電維持性も向上する。
W/Hは、より好ましくは2.0~3.7であり、さらに好ましくは3.1~3.7である。
Hは、25~100nmであることが好ましく、より好ましくは30~80nmであり、さらに好ましくは30~60nmである。
Hは、有機ケイ素重合体を形成する有機ケイ素化合物の添加部数を適宜調整することにより制御することができる。具体的には、有機ケイ素化合物の添加部数を増やすことによりHを大きくすることができる。また、有機ケイ素化合物の添加部数を減らすことによりHを小さくすることができる。
W/Hは、より好ましくは2.0~3.7であり、さらに好ましくは3.1~3.7である。
Hは、25~100nmであることが好ましく、より好ましくは30~80nmであり、さらに好ましくは30~60nmである。
Hは、有機ケイ素重合体を形成する有機ケイ素化合物の添加部数を適宜調整することにより制御することができる。具体的には、有機ケイ素化合物の添加部数を増やすことによりHを大きくすることができる。また、有機ケイ素化合物の添加部数を減らすことによりHを小さくすることができる。
トナーを構成する各成分及びトナーの製造方法について説明する。
トナーコア粒子は、結着樹脂を含有する。結着樹脂の含有量は、トナーコア粒子中の樹脂成分全量に対して、50質量%以上であることが好ましい。
結着樹脂としては、特に制限はないが、例えば、スチレンアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、これらの混合樹脂や複合化樹脂などが挙げられる。安価、容易に入手可能で低温定着性に優れる点でスチレンアクリル樹脂やポリエステル樹脂が好ましい。さらに現像耐久性に優れる点で、結着樹脂はスチレンアクリル樹脂を含むことがより好ましい。
トナーコア粒子は、結着樹脂を含有する。結着樹脂の含有量は、トナーコア粒子中の樹脂成分全量に対して、50質量%以上であることが好ましい。
結着樹脂としては、特に制限はないが、例えば、スチレンアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、これらの混合樹脂や複合化樹脂などが挙げられる。安価、容易に入手可能で低温定着性に優れる点でスチレンアクリル樹脂やポリエステル樹脂が好ましい。さらに現像耐久性に優れる点で、結着樹脂はスチレンアクリル樹脂を含むことがより好ましい。
スチレンアクリル樹脂としては、下記単官能性重合性単量体又は多官能性重合性単量体からなる重合体、又はこれらを2種以上組み合わせて得られる共重合体、さらにはそれらの混合物が挙げられる。
単官能性重合性単量体としては、例えば、以下のものを挙げることができる。
スチレン;α-メチルスチレン、β-メチルスチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-n-ブチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、p-n-ヘキシルスチレン、p-n-オクチルスチレン、p-n-ノニルスチレン、p-n-デシルスチレン、p-n-ドデシルスチレン、p-メトキシスチレン、p-フェニルスチレン等のスチレン誘導体;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、iso-プロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、iso-ブチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、n-アミルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-オクチルアクリレート、n-ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2-ベンゾイルオキシエチルアクリレート等のアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、iso-プロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、iso-ブチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、n-アミルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、n-オクチルメタクリレート、n-ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレート等のメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、ギ酸ビニル等のビニルエステル;ビニルメチ
ルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトン等のビニルケトン。
スチレン;α-メチルスチレン、β-メチルスチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-n-ブチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、p-n-ヘキシルスチレン、p-n-オクチルスチレン、p-n-ノニルスチレン、p-n-デシルスチレン、p-n-ドデシルスチレン、p-メトキシスチレン、p-フェニルスチレン等のスチレン誘導体;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、iso-プロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、iso-ブチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、n-アミルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-オクチルアクリレート、n-ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2-ベンゾイルオキシエチルアクリレート等のアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、iso-プロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、iso-ブチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、n-アミルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、n-オクチルメタクリレート、n-ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレート等のメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、ギ酸ビニル等のビニルエステル;ビニルメチ
ルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトン等のビニルケトン。
多官能性重合性単量体としては、例えば、以下のものを挙げることができる。
ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’-ビス(4-(アクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2’-ビス(4-(メタクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、2,2’-ビス(4-(メタクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタリン、ジビニルエーテル等。
ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’-ビス(4-(アクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2’-ビス(4-(メタクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、2,2’-ビス(4-(メタクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタリン、ジビニルエーテル等。
結着樹脂は、スチレンによるモノマーユニットを有することが好ましい。結着樹脂におけるスチレンによるモノマーユニットの含有割合は、45.0~85.0質量%であることが好ましく、60.0~80.0質量%であることがより好ましい。
結着樹脂は、さらに炭素数1~8(好ましくは2~6)のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル(さらに好ましくはn-ブチルアクリレート)によるモノマーユニットを有することが好ましい。結着樹脂における該(メタ)アクリル酸アルキルエステルによるモノマーユニットの含有割合は、5.0~40.0質量%であることが好ましく、80.0~25.0質量%であることがより好ましい。
結着樹脂は、さらに炭素数1~8(好ましくは2~6)のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル(さらに好ましくはn-ブチルアクリレート)によるモノマーユニットを有することが好ましい。結着樹脂における該(メタ)アクリル酸アルキルエステルによるモノマーユニットの含有割合は、5.0~40.0質量%であることが好ましく、80.0~25.0質量%であることがより好ましい。
さらには、トナーコア粒子はワックスを含有する。ワックスは、エステルワックスであることが好ましい。該トナーコア粒子がエステルワックスを含有する場合、軽圧な定着機構成においても、画像のグロス均一性が向上する。
従来、カラー画像では高画質のために高いグロスを有することが求められていた。この要求に対し、トナーコア粒子がエステルワックスを含有することで、トナーコア粒子が高いシャープメルト性を有し、低温定着、及び高グロス性に有利となることが知られている。
しかしながら、このようなトナーに有機ケイ素重合体によるシェルを形成した場合、トナーコア粒子のシャープメルト性を少なからず阻害してしまい、十分な低温定着性や高グロス性の効果を得られない場合がある。特に、従来端部で圧力を加える構成となることで定着機中心部では定着圧力が低下しやすく、そのような領域では、定着機端部に比べてトナーへの圧力がかからないことでトナーの均一な溶融が成されず、紙端部に比べてグロスが低下する場合がある。
しかしながら、定着ニップ部などでの圧力により変形できる凸部を有する場合、定着圧力の低下する領域においても、凸部が変形することでトナー/トナー間の密着性、及び接触面積が向上する。これにより、軽圧な定着機構成においても、均一に熱、及び圧力がトナーへ加えられることで、グロス均一性を向上できたと考えられる。
しかしながら、このようなトナーに有機ケイ素重合体によるシェルを形成した場合、トナーコア粒子のシャープメルト性を少なからず阻害してしまい、十分な低温定着性や高グロス性の効果を得られない場合がある。特に、従来端部で圧力を加える構成となることで定着機中心部では定着圧力が低下しやすく、そのような領域では、定着機端部に比べてトナーへの圧力がかからないことでトナーの均一な溶融が成されず、紙端部に比べてグロスが低下する場合がある。
しかしながら、定着ニップ部などでの圧力により変形できる凸部を有する場合、定着圧力の低下する領域においても、凸部が変形することでトナー/トナー間の密着性、及び接触面積が向上する。これにより、軽圧な定着機構成においても、均一に熱、及び圧力がトナーへ加えられることで、グロス均一性を向上できたと考えられる。
エステルワックスは、特に限定されないが、ジオールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル化合物を含有することが好ましい。また、炭素数2~6(好ましくは2又は3)の脂
肪族ジオールと炭素数14~22(好ましくは14~18)の脂肪族モノカルボン酸とのエステル化合物を含有することがより好ましい。
また、該エステルワックスは、エチレングリコールに由来するモノマーユニットを含有することが好ましい。すなわち、エチレングリコールと炭素数14~22(好ましくは14~18)の脂肪族モノカルボン酸とのエステル化合物を含有することがより好ましい。
肪族ジオールと炭素数14~22(好ましくは14~18)の脂肪族モノカルボン酸とのエステル化合物を含有することがより好ましい。
また、該エステルワックスは、エチレングリコールに由来するモノマーユニットを含有することが好ましい。すなわち、エチレングリコールと炭素数14~22(好ましくは14~18)の脂肪族モノカルボン酸とのエステル化合物を含有することがより好ましい。
ジオールとしては、エチレングリコール、ジ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、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,10-デカンジオール;ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールAのようなビスフェノールA類;が挙げられる。
一方、脂肪族モノカルボン酸としては、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、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。
一方、脂肪族モノカルボン酸としては、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、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。
エステルワックスは単一のエステル化合物を用いてもよく、二種以上のエステル化合物を組み合わせて使用してもよい。
また、上記のような合成エステルワックスを用いてもよいが、カルナバワックスやライスワックスのような天然由来のエステルワックスを用いてもよい。合成エステルワックスを用いる場合は、上記のように、カルボン酸成分とアルコール成分の少なくとも一方が、二価以上のものを含まないか、含んでいても微量であることが、低分子量エステルワックスを得る観点から好ましい。
また、上記のような合成エステルワックスを用いてもよいが、カルナバワックスやライスワックスのような天然由来のエステルワックスを用いてもよい。合成エステルワックスを用いる場合は、上記のように、カルボン酸成分とアルコール成分の少なくとも一方が、二価以上のものを含まないか、含んでいても微量であることが、低分子量エステルワックスを得る観点から好ましい。
エステルワックスの分子量としては、メインピーク分子量(Mp)が400以上1500以下の範囲にあることが好ましく、500以上1000以下の範囲にあることがより好ましい。
エステルワックスの含有量は、結着樹脂100質量部に対して、10.0質量部以上25.0質量部以下であることが好ましく、12.0質量部以上20.0質量部以下であることがより好ましい。エステルワックスの含有量が上記範囲内であると、トナーに要求される耐熱保存性を満足させやすい。
エステルワックスの融点は、30℃以上120℃以下であることが好ましく、60℃以上90℃以下であることがより好ましい。エステルワックスの融点が上記範囲内であると、定着プロセスにおいて溶融しやすく、定着性を阻害しにくい。
また、結着樹脂は、モノマーユニットM1を有することが、より高いグロス均一性の観点から好ましい。
そして、fedors法におけるエステルワックスのSP値をSP(W)とし、結着樹脂が有するモノマーユニットM1のSP値をSP(M1)としたとき、SP(M1)とSP(W)の絶対差│SP(M1)-SP(W)│は、1.00以下であることが好ましい。なお、SP値の単位は、(J/cm3)0.5である。
上記のSP値の関係を満たす場合、結着樹脂とエステルワックスとの相溶性を向上させ、熱可塑を促進することができ、よりグロス均一性が向上する。保存性の観点から│SP(M1)-SP(W)│は、0.10~1.00であることがより好ましく、0.40~0.80がさらに好ましく、0.50~0.70がさらにより好ましい。
そして、fedors法におけるエステルワックスのSP値をSP(W)とし、結着樹脂が有するモノマーユニットM1のSP値をSP(M1)としたとき、SP(M1)とSP(W)の絶対差│SP(M1)-SP(W)│は、1.00以下であることが好ましい。なお、SP値の単位は、(J/cm3)0.5である。
上記のSP値の関係を満たす場合、結着樹脂とエステルワックスとの相溶性を向上させ、熱可塑を促進することができ、よりグロス均一性が向上する。保存性の観点から│SP(M1)-SP(W)│は、0.10~1.00であることがより好ましく、0.40~0.80がさらに好ましく、0.50~0.70がさらにより好ましい。
モノマーユニットM1は、SP値の観点から、下記式(4)で表される構造であることがより好ましい。結着樹脂中のモノマーユニットM1の含有量は、3.0質量%以上30.0質量%以下であることが好ましく、5.0質量%以上20.0質量%以下であることがより好ましく、6.0質量%以上15.0質量%以下であることがさらに好ましい。モ
ノマーユニットM1の含有量が上記範囲にある場合、グロス均一性をより高めることができる。
ノマーユニットM1の含有量が上記範囲にある場合、グロス均一性をより高めることができる。
上記式(4)において、L1は-COO(CH2)n-を示し(nは11~31(好ましくは11~22,より好ましくは11~18)の整数)、L1のカルボニルが主鎖の炭素原子(R1を有する炭素原子)に結合している。R1は水素原子又はメチル基を示す。
なお、結着樹脂中に上記モノマーユニットM1の要件を満たすモノマーユニットが複数種類存在する場合、SP(M1)の値はそれぞれのモノマーユニットのSP値を加重平均した値とする。例えば、SP値がSP(M1-1)のモノマーユニットM1-1をモノマーユニットM1の要件を満たすモノマーユニット全体のモル数を基準としてAモル%含み、SP値がSP(M1-2)のモノマーユニットM1-2をモノマーユニットM1の要件を満たすモノマーユニット全体のモル数を基準として(100-A)モル%含む場合のSP値(SP(M1))は、
SP(M1)=(SP(M1-1)×A+SP(M1-2)×(100-A))/100である。モノマーユニットM1の要件を満たすモノマーユニットが3種類以上含まれる場合も同様に計算する。
SP(M1)=(SP(M1-1)×A+SP(M1-2)×(100-A))/100である。モノマーユニットM1の要件を満たすモノマーユニットが3種類以上含まれる場合も同様に計算する。
トナー粒子は着色剤を含有してもよい。着色剤として、公知の顔料、染料を用いることができる。耐光性に優れる点から着色剤としては、顔料が好ましい。
シアン系着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物及び塩基染料レーキ化合物などが挙げられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62及び66。
シアン系着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物及び塩基染料レーキ化合物などが挙げられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62及び66。
マゼンタ系着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン化合物、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物及びペリレン化合物などが挙げられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、144、146、150、166、169、177、184、185、202、206、220、221及び254、及びC.I.ピグメントバイオレット19。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、144、146、150、166、169、177、184、185、202、206、220、221及び254、及びC.I.ピグメントバイオレット19。
イエロー系着色剤としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物及びアリルアミド化合物などが挙げられる。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、151、154、155、168、174、175、176、180、181、185、191及び194。
具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、97、109、110、111、120、127、128、129、147、151、154、155、168、174、175、176、180、181、185、191及び194。
黒色着色剤としては、カーボンブラック並びに上記イエロー系着色剤、マゼンタ系着色剤及びシアン系着色剤を用いて黒色に調色されたものが挙げられる。
これらの着色剤は、単独で、又は混合物で、さらにはこれらを固溶体の状態で用いることができる。着色剤は、結着樹脂100.0質量部に対して1.0質量部以上20.0質量部以下用いることが好ましい。
これらの着色剤は、単独で、又は混合物で、さらにはこれらを固溶体の状態で用いることができる。着色剤は、結着樹脂100.0質量部に対して1.0質量部以上20.0質量部以下用いることが好ましい。
トナーは、磁性体を含有させて磁性トナーとすることも可能である。
この場合、磁性体は着色剤の役割をかねることもできる。
磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどに代表される酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルなどに代表される金属又はこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムなどの金属との合金及びその混合物などが挙げられる。
この場合、磁性体は着色剤の役割をかねることもできる。
磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどに代表される酸化鉄;鉄、コバルト、ニッケルなどに代表される金属又はこれらの金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムなどの金属との合金及びその混合物などが挙げられる。
トナー粒子は、上述したエステルワックスに加えて、その他のワックス(離型剤)を含有してもよい。特段の制限なく公知のワックスを用いることができる。具体的には、以下のものが挙げられる。
パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタムに代表される石油系ワックス及びその誘導体、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、ポリエチレンに代表される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に代表される天然ワックス及びそれらの誘導体。
該誘導体には酸化物や、ビニルモノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物も含まれる。
また、高級脂肪族アルコールなどのアルコール;ステアリン酸、パルミチン酸などの脂肪酸又はその酸アミド、エステル、ケトン;硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物ワックス、動物ワックス。これらは単独又は併用して用いることができる。
パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラクタムに代表される石油系ワックス及びその誘導体、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、ポリエチレンに代表される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に代表される天然ワックス及びそれらの誘導体。
該誘導体には酸化物や、ビニルモノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物も含まれる。
また、高級脂肪族アルコールなどのアルコール;ステアリン酸、パルミチン酸などの脂肪酸又はその酸アミド、エステル、ケトン;硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物ワックス、動物ワックス。これらは単独又は併用して用いることができる。
これらの中でも、ポリオレフィン、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス、石油系ワックスを使用した場合には、現像性や転写性が向上する傾向があり好ましい。なお、これらのワックスには、上記効果に影響を与えない範囲で酸化防止剤が添加されていてもよい。
その他のワックスの含有量は、結着樹脂又は結着樹脂を形成する重合性単量体100.0質量部に対して、1.0質量部以上30.0質量部以下であることが好ましい。
その他のワックスの融点は、30℃以上120℃以下であることが好ましく、より好ましくは60℃以上100℃以下である。上記のような熱特性を呈するワックスを用いることにより、離型効果が効率良く発現され、より広い定着領域が確保される。
その他のワックスの融点は、30℃以上120℃以下であることが好ましく、より好ましくは60℃以上100℃以下である。上記のような熱特性を呈するワックスを用いることにより、離型効果が効率良く発現され、より広い定着領域が確保される。
必要に応じてトナー粒子に各種有機又は無機微粒子などの外添剤を外添してもよい。該有機又は無機微粒子は、トナー粒子に添加した時の耐久性から、トナー粒子の重量平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。
有機又は無機微粒子としては、例えば、以下のようなものが用いられる。
(1)流動性付与剤:シリカ、アルミナ、酸化チタン、カーボンブラック及びフッ化カーボン。
(2)研磨剤:金属酸化物(例えばチタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化クロム)、窒化物(例えば窒化ケイ素)、炭化物(例えば炭化ケイ素)、金属塩(例えば硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム)。
(3)滑剤:フッ素系樹脂粉末(例えばフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン)、脂肪酸金属塩(例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム)。
(4)荷電制御性粒子:金属酸化物(例えば酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ)、カーボンブラック。
有機又は無機微粒子としては、例えば、以下のようなものが用いられる。
(1)流動性付与剤:シリカ、アルミナ、酸化チタン、カーボンブラック及びフッ化カーボン。
(2)研磨剤:金属酸化物(例えばチタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化クロム)、窒化物(例えば窒化ケイ素)、炭化物(例えば炭化ケイ素)、金属塩(例えば硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム)。
(3)滑剤:フッ素系樹脂粉末(例えばフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン)、脂肪酸金属塩(例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム)。
(4)荷電制御性粒子:金属酸化物(例えば酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ)、カーボンブラック。
有機又は無機微粒子は、トナーの流動性の改良及びトナー粒子の帯電均一化のために、表面を疎水化処理されていてもよい。有機又は無機微粉体の疎水化処理の処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物が挙げられる。これらの処理剤は単独で又は併用して用いられてもよい。
以下、トナー粒子を得る方法の一例について述べるが、下記に限定されるわけではない。
上記特定の凸形状をトナーコア粒子表面に形成する好ましい手法として、トナーコア粒子が分散された水系媒体中で有機ケイ素化合物を縮合し、トナーコア粒子表面上に凸部を形成する方法が挙げられる。
上記特定の凸形状をトナーコア粒子表面に形成する好ましい手法として、トナーコア粒子が分散された水系媒体中で有機ケイ素化合物を縮合し、トナーコア粒子表面上に凸部を形成する方法が挙げられる。
トナーコア粒子上に凸部を形成する場合、トナーコア粒子が水系媒体に分散したトナーコア粒子分散液を得る工程(工程1)、及び有機ケイ素化合物(又は、その加水分解物)をトナーコア粒子分散液に混合し、有機ケイ素化合物をトナーコア粒子分散液中で縮合反応させることでトナーコア粒子上に有機ケイ素重合体を含む凸部を形成する工程(工程2)を含むことが好ましい。
工程1において、トナーコア粒子分散液を得る方法としては、水系媒体中で製造されたトナーコア粒子の分散液をそのまま用いる方法、及び、乾燥したトナーコア粒子を水系媒体に投入し、機械的に分散させる方法などが挙げられる。乾燥したトナーコア粒子を水系媒体に分散させる場合、分散助剤を用いてもよい。
分散助剤としては、公知の分散安定剤や界面活性剤などを用いることができる。
具体的には、分散安定剤として以下のものが挙げられる。
リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、リン酸マグネシウム、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタ珪酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナなどの無機分散安定剤;ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、デンプンなどの有機分散安定剤。
具体的には、分散安定剤として以下のものが挙げられる。
リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、リン酸マグネシウム、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタ珪酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナなどの無機分散安定剤;ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、デンプンなどの有機分散安定剤。
また、界面活性剤として以下のものが挙げられる。アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸塩などのアニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテルなどのノニオン性界面活性剤;アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩などのカチオン性界面活性剤。
中でも、無機分散安定剤を含むことが好ましく、リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、リン酸マグネシウム、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウムなどのリン酸塩を含む分散安定剤を含むことがより好ましい。
工程1において、トナーコア粒子分散液は固形分濃度を25質量%以上50質量%以下に調整することが好ましい。また、該トナーコア粒子分散液のpHは有機ケイ素化合物の縮合が進みにくいpHに調整することが好ましい。有機ケイ素重合体の縮合が進みにくいpHは物質によって異なるため、最も反応が進みにくいpHを中心として、±0.5以内が好ましい。
工程2において、有機ケイ素化合物はそのままトナーコア粒子分散液に加えてもよく、加水分解後にトナーコア粒子分散液に加えてもよい。上記縮合反応が制御しやすく、トナーコア粒子分散液中に残留する有機ケイ素化合物量を減らせることから、加水分解後に加えることが好ましい。
例えば、有機ケイ素化合物の前処理として別容器で有機ケイ素化合物を加水分解しておく。加水分解の仕込み濃度は有機ケイ素化合物の量を100質量部とした場合、イオン交換水やRO水などイオン分を除去した水40質量部以上500質量部以下が好ましく、100質量部以上400質量部以下がより好ましい。
例えば、有機ケイ素化合物の前処理として別容器で有機ケイ素化合物を加水分解しておく。加水分解の仕込み濃度は有機ケイ素化合物の量を100質量部とした場合、イオン交換水やRO水などイオン分を除去した水40質量部以上500質量部以下が好ましく、100質量部以上400質量部以下がより好ましい。
加水分解は公知の酸及び塩基を用いてpHを調整した水系媒体中で行うことが好ましい。有機ケイ素化合物の加水分解にはpH依存性があることが知られており、上記加水分解を行う場合のpHは、有機ケイ素化合物の種類によって適宜変更することが好ましい。例えば、有機ケイ素化合物としてメチルトリエトキシシランを用いる場合、水系媒体のpHが2.0以上6.0以下であることが好ましい。加水分解の条件として、好ましくは温度が15~80℃、時間が30~600分である。
pHを調整するための酸としては、具体的には以下のものが挙げられる。
塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、次亜臭素酸、亜臭素酸、臭素酸、過臭素酸、次亜ヨウ素酸、亜ヨウ素酸、ヨウ素酸、過ヨウ素酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸などの無機酸;酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸などの有機酸。
pHを調整するための塩基としては、具体的には以下のものが挙げられる。
水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属の水酸化物及びそれらの水溶液;炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウムなどのアルカリ金属の炭酸塩及びそれらの水溶液;硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸リチウムなどのアルカリ金属の硫酸塩及びそれらの水溶液;リン酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸リチウムなどのアルカリ金属のリン酸塩及びそれらの水溶液;水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物及びそれらの水溶液;アンモニア;トリエチルアミンなどのアミン類など。
塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、過塩素酸、次亜臭素酸、亜臭素酸、臭素酸、過臭素酸、次亜ヨウ素酸、亜ヨウ素酸、ヨウ素酸、過ヨウ素酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸などの無機酸;酢酸、クエン酸、ギ酸、グルコン酸、乳酸、シュウ酸、酒石酸などの有機酸。
pHを調整するための塩基としては、具体的には以下のものが挙げられる。
水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属の水酸化物及びそれらの水溶液;炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウムなどのアルカリ金属の炭酸塩及びそれらの水溶液;硫酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸リチウムなどのアルカリ金属の硫酸塩及びそれらの水溶液;リン酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸リチウムなどのアルカリ金属のリン酸塩及びそれらの水溶液;水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物及びそれらの水溶液;アンモニア;トリエチルアミンなどのアミン類など。
工程2において、トナーコア粒子分散液の温度は35℃以上に調整しておくことが好ましい。
工程2における縮合反応はトナーコア粒子分散液のpHを調整することで制御することが好ましい。有機ケイ素化合物の縮合反応はpH依存性があることが知られており、縮合反応を行う場合のpHは、有機ケイ素化合物の種類によって適宜変更することが好ましい。例えば、有機ケイ素化合物としてメチルトリメトキシシランを用いる場合、水系媒体のpHが6.0以上12.0以下であることが好ましい。pHを調整するための酸及び塩基としては、加水分解の項で例示した酸及び塩基を用いることができる。
加水分解液の量はトナーコア粒子100質量部に対して有機ケイ素化合物5.0質量部以上30.0質量部以下に調整することで、凸形状を形成しやすくする。
工程2における縮合反応はトナーコア粒子分散液のpHを調整することで制御することが好ましい。有機ケイ素化合物の縮合反応はpH依存性があることが知られており、縮合反応を行う場合のpHは、有機ケイ素化合物の種類によって適宜変更することが好ましい。例えば、有機ケイ素化合物としてメチルトリメトキシシランを用いる場合、水系媒体のpHが6.0以上12.0以下であることが好ましい。pHを調整するための酸及び塩基としては、加水分解の項で例示した酸及び塩基を用いることができる。
加水分解液の量はトナーコア粒子100質量部に対して有機ケイ素化合物5.0質量部以上30.0質量部以下に調整することで、凸形状を形成しやすくする。
有機ケイ素化合物の縮合生成物によるトナーコア粒子表面での凸部の特性は、有機ケイ素化合物の縮合時の反応性を調整することによって制御することができる。例えば、有機ケイ素化合物の縮合反応時のpH、濃度、温度、保持時間、及び有機ケイ素化合物の加水分解液の添加量などを制御することにより、所望の範囲に調整することができる。
上述したように、弱アルカリ性と強アルカリ性で反応を制御することが好ましい。
上述したように、弱アルカリ性と強アルカリ性で反応を制御することが好ましい。
トナーコア粒子の製造方法は、特に限定されることはなく、懸濁重合法、溶解懸濁法、乳化凝集法、粉砕法などを用いることができる。その中でも、懸濁重合法では有機ケイ素
重合体がトナーコア粒子の表面に均一に析出しやすく、有機ケイ素重合体の接着性に優れ、環境安定性、帯電量反転成分抑制効果、及びそれらの耐久持続性が良好になる。一例として、懸濁重合法でトナーコア粒子を得る方法を以下に述べる。
重合体がトナーコア粒子の表面に均一に析出しやすく、有機ケイ素重合体の接着性に優れ、環境安定性、帯電量反転成分抑制効果、及びそれらの耐久持続性が良好になる。一例として、懸濁重合法でトナーコア粒子を得る方法を以下に述べる。
まず、結着樹脂を生成しうる重合性単量体、及び必要に応じて各種添加物を混合し、分散機を用いて、該材料を溶解又は分散させた重合性単量体組成物を調製する。
各種添加物として、着色剤、離型剤、可塑剤、荷電制御剤、重合開始剤、連鎖移動剤などが挙げられる。
分散機としては、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、又は超音波分散機などが挙げられる。
各種添加物として、着色剤、離型剤、可塑剤、荷電制御剤、重合開始剤、連鎖移動剤などが挙げられる。
分散機としては、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、又は超音波分散機などが挙げられる。
次いで、重合性単量体組成物を、難水溶性の無機微粒子を含有する水系媒体中に投入し、高速撹拌機又は超音波分散機などの高速分散機を用いて、重合性単量体組成物の液滴を調製する(造粒工程)。
その後、該重合性単量体組成物の液滴中の重合性単量体を重合してトナーコア粒子を得る(重合工程)。
その後、該重合性単量体組成物の液滴中の重合性単量体を重合してトナーコア粒子を得る(重合工程)。
重合開始剤は、重合性単量体組成物を調製する際に混合してもよく、水系媒体中に液滴を形成させる直前に重合性単量体組成物中に混合してもよい。
また、液滴の造粒中や造粒完了後、すなわち重合反応を開始する直前に、必要に応じて重合性単量体や他の溶媒に溶解した状態で加えることもできる。
重合性単量体を重合して結着樹脂を得たあと、必要に応じて脱溶剤処理を行い、トナーコア粒子の分散液を得るとよい。
また、液滴の造粒中や造粒完了後、すなわち重合反応を開始する直前に、必要に応じて重合性単量体や他の溶媒に溶解した状態で加えることもできる。
重合性単量体を重合して結着樹脂を得たあと、必要に応じて脱溶剤処理を行い、トナーコア粒子の分散液を得るとよい。
重合開始剤としては、特段の制限なく公知の重合開始剤を用いることができる。具体的には以下のものが挙げられる。
過酸化水素、過酸化アセチル、過酸化クミル、過酸化-tert-ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化クロロベンゾイル、過酸化ジクロロベンゾイル、過酸化ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、ペルオキシ炭酸ジイソプロピル、テトラリンヒドロペルオキシド、1-フェニル-2-メチルプロピル-1-ヒドロペルオキシド、過トリフェニル酢酸-tert-ヒドロペルオキシド、過ギ酸-tert-ブチル、過酢酸-tert-ブチル、過安息香酸-tert-ブチル、過フェニル酢酸-tert-ブチル、過メトキシ酢酸-tert-ブチル、過N-(3-トルイル)パルミチン酸-tert-ブチルベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシ2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシピバレ-ト、t-ブチルパーオキシイソブチレ-ト、t-ブチルパーオキシネオデカノエート、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、2,4-ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイドなどに代表される過酸化物系重合開始剤;2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリルなどに代表されるアゾ系又はジアゾ系重合開始剤;など。
過酸化水素、過酸化アセチル、過酸化クミル、過酸化-tert-ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化クロロベンゾイル、過酸化ジクロロベンゾイル、過酸化ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、ペルオキシ炭酸ジイソプロピル、テトラリンヒドロペルオキシド、1-フェニル-2-メチルプロピル-1-ヒドロペルオキシド、過トリフェニル酢酸-tert-ヒドロペルオキシド、過ギ酸-tert-ブチル、過酢酸-tert-ブチル、過安息香酸-tert-ブチル、過フェニル酢酸-tert-ブチル、過メトキシ酢酸-tert-ブチル、過N-(3-トルイル)パルミチン酸-tert-ブチルベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシ2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシピバレ-ト、t-ブチルパーオキシイソブチレ-ト、t-ブチルパーオキシネオデカノエート、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、2,4-ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイドなどに代表される過酸化物系重合開始剤;2,2’-アゾビス-(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス-4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリルなどに代表されるアゾ系又はジアゾ系重合開始剤;など。
トナーコア粒子が有機ケイ素化合物の縮合生成物を含有するには、特段の制限はなく、公知の方法を用いることができる。例えば、前述のトナーコア粒子の重合工程中に、(6)で表される構造を重合後の反応形態に有するSi含有モノマーを添加し、該樹脂を含有するトナーコア粒子を得る方法が挙げられる。
また、トナーコア粒子が分散した水系媒体中で、該モノマーを重合し、該樹脂を含有するトナーコア粒子を得る方法、該モノマーを重合し、得られた重合体をトナーコア粒子の
製造工程中に添加することで該樹脂を含有するトナーコア粒子を得る方法が挙げられる。
また、トナーコア粒子が分散した水系媒体中で、該モノマーを重合し、該樹脂を含有するトナーコア粒子を得る方法、該モノマーを重合し、得られた重合体をトナーコア粒子の
製造工程中に添加することで該樹脂を含有するトナーコア粒子を得る方法が挙げられる。
該モノマーは、該部分構造を有する以外特段の制限はないが、具体的には以下のものが挙げられる。
γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシオクチルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルジエトキシメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルエトキシジメトキシシラン等の置換基としてメタクリロキシアルキル基を有する三官能シラン化合物;
γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-アクリロキシオクチルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルジエトキシメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルエトキシジメトキシシラン等の置換基としてアクリロキシアルキル基を有する三官能シラン化合物等。
γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシオクチルトリメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルジエトキシメトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルエトキシジメトキシシラン等の置換基としてメタクリロキシアルキル基を有する三官能シラン化合物;
γ-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ-アクリロキシオクチルトリメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルジエトキシメトキシシラン、γ-アクリロキシプロピルエトキシジメトキシシラン等の置換基としてアクリロキシアルキル基を有する三官能シラン化合物等。
以下、各種測定方法について述べる。
<E1及びE2の測定方法>
E1及びE2は、日立ハイテク社製の走査型プローブ顕微鏡(SPM)である「AFM5500M」を用いて、トナー粒子の表面における有機ケイ素重合体の凸部、及びトナーコア粒子の表面に対してフォースカーブ測定を行い導出する。測定に用いるカンチレバー(以下、探針とも呼称する)は、日立ハイテクフィールディング社の販売している「SI-DF3P2」を用いて行う。
測定に用いるSPMは、事前にXYZ方向の位置精度校正を行い、測定に用いるカンチレバーは、探針の先端曲率半径を事前に測定しておく。
探針先端の曲率半径は、日立ハイテクフィールディング社の販売している探針評価サンプル「TGT1―NT-MDT」を用いて測定する。先端曲率半径の値は、凸部に接触せずにトナーコア粒子の表面を測定することができる値を選択する。本開示では7nmのものを用いる。
<E1及びE2の測定方法>
E1及びE2は、日立ハイテク社製の走査型プローブ顕微鏡(SPM)である「AFM5500M」を用いて、トナー粒子の表面における有機ケイ素重合体の凸部、及びトナーコア粒子の表面に対してフォースカーブ測定を行い導出する。測定に用いるカンチレバー(以下、探針とも呼称する)は、日立ハイテクフィールディング社の販売している「SI-DF3P2」を用いて行う。
測定に用いるSPMは、事前にXYZ方向の位置精度校正を行い、測定に用いるカンチレバーは、探針の先端曲率半径を事前に測定しておく。
探針先端の曲率半径は、日立ハイテクフィールディング社の販売している探針評価サンプル「TGT1―NT-MDT」を用いて測定する。先端曲率半径の値は、凸部に接触せずにトナーコア粒子の表面を測定することができる値を選択する。本開示では7nmのものを用いる。
次に、上記先端曲率半径を確認した探針を用いてヤング率の校正を行う。本開示では、標準物質としてPMMA(ポリメタクリル酸メチル)板を用いて、3.0GPa±5%の精度で校正を行う。校正後に、PMMA板のフォースカーブ測定を100点行う。実施例においては、平均ヤング率は2.91GPaであった。
トナー粒子の測定では、まず試料台に導電性両面テープを貼り付け、その上にトナー粒子を吹き付ける。さらにエアブローして余分なトナー粒子を試料台から除去する。このサンプルを、トナー粒子表面1μm×1μmの範囲においてAFM5500Mで形状測定を行い、凸部及びトナーコア粒子の表面の測定を行う。
トナー粒子の測定では、まず試料台に導電性両面テープを貼り付け、その上にトナー粒子を吹き付ける。さらにエアブローして余分なトナー粒子を試料台から除去する。このサンプルを、トナー粒子表面1μm×1μmの範囲においてAFM5500Mで形状測定を行い、凸部及びトナーコア粒子の表面の測定を行う。
ヤング率を測定した位置が有機ケイ素重合体を含む凸部、又はトナーコア粒子の表面であったかの識別は、ヤング率測定を行ったトナー粒子に対して、後述の反射電子像中の明部が有機ケイ素重合体由来であることの確認方法におけるSEM-EDS測定を行うことによって識別する。具体的には、SEM-EDS測定においてケイ素及び炭素の両方が検出される領域を有機ケイ素重合体を含む凸部とする。また、SEM-EDS測定においてケイ素が検出されず、かつ炭素が検出される領域をトナーコア粒子の表面とする。
なお、SEM-EDS測定における電子線照射による樹脂や有機ケイ素重合体の変質の影響を排除するため、SPMの測定を行った後にSEM-EDS測定を行い、測定を行った部位が有機ケイ素重合体を含む凸部、あるいはトナーコア粒子表面であったかの識別を行う。
なお、SEM-EDS測定における電子線照射による樹脂や有機ケイ素重合体の変質の影響を排除するため、SPMの測定を行った後にSEM-EDS測定を行い、測定を行った部位が有機ケイ素重合体を含む凸部、あるいはトナーコア粒子表面であったかの識別を行う。
トナー粒子の重量平均粒径(D4)と等しい粒径のトナー粒子を選択して、測定対象とする。
探針押し込み量は凸部の平均高さH(nm)の十分の一の押し込み深さに設定して凸部
及びトナーコア粒子表面それぞれに対してフォースカーブ測定を行い、荷重-押し込み曲線を用い、Hertzの接触理論式(フィッティングモデルにおいて「Hertz」を選択)に基づいてそれぞれのヤング率を導出する。
なお、凸部の測定において、探針押し込み量は凸部の平均高さH(nm)の十分の一の押し込み深さとしたのは、トナーコア粒子による影響を排除するためである。
トナー1粒につき凸部及びトナーコア粒子表面それぞれについて10点の測定を、トナー10粒に対して行う。計100点のヤング率を平均した値を、E1及びE2の値とする。
探針押し込み量は凸部の平均高さH(nm)の十分の一の押し込み深さに設定して凸部
及びトナーコア粒子表面それぞれに対してフォースカーブ測定を行い、荷重-押し込み曲線を用い、Hertzの接触理論式(フィッティングモデルにおいて「Hertz」を選択)に基づいてそれぞれのヤング率を導出する。
なお、凸部の測定において、探針押し込み量は凸部の平均高さH(nm)の十分の一の押し込み深さとしたのは、トナーコア粒子による影響を排除するためである。
トナー1粒につき凸部及びトナーコア粒子表面それぞれについて10点の測定を、トナー10粒に対して行う。計100点のヤング率を平均した値を、E1及びE2の値とする。
<トナー粒子の表面の被覆率の算出>
(トナー粒子の表面の反射電子像の取得方法)
有機ケイ素重合体によるトナー粒子表面の被覆率は、トナー粒子表面の反射電子像を用いて算出する。
トナー粒子の表面の反射電子像は、走査電子顕微鏡(SEM)により取得する。
SEMから得られる反射電子像は“組成像”とも呼ばれており、原子番号の小さいものほど暗く、大きいものほど明るく検出される。
トナー粒子は、一般的に、樹脂成分及び離型剤などの炭素を主成分とする組成物を主として含有する樹脂粒子である。トナー粒子表面に有機ケイ素重合体が存在している場合、SEMから得られる反射電子像において、有機ケイ素重合体が明部、トナーコア粒子表面が暗部として観測される。
(トナー粒子の表面の反射電子像の取得方法)
有機ケイ素重合体によるトナー粒子表面の被覆率は、トナー粒子表面の反射電子像を用いて算出する。
トナー粒子の表面の反射電子像は、走査電子顕微鏡(SEM)により取得する。
SEMから得られる反射電子像は“組成像”とも呼ばれており、原子番号の小さいものほど暗く、大きいものほど明るく検出される。
トナー粒子は、一般的に、樹脂成分及び離型剤などの炭素を主成分とする組成物を主として含有する樹脂粒子である。トナー粒子表面に有機ケイ素重合体が存在している場合、SEMから得られる反射電子像において、有機ケイ素重合体が明部、トナーコア粒子表面が暗部として観測される。
SEMの装置及び観察条件は、下記の通りである。
使用装置:カールツァイスマイクロスコピー株式会社製 ULTRA PLUS
加速電圧:1.0kV
WD:2.0mm
Aperture Size:30.0μm
検出信号:EsB(エネルギー選択式反射電子)
EsB Grid:800V
観察倍率:50,000倍
コントラスト:63.0±5.0%(参考値)
ブライトネス:38.0±5.0%(参考値)
画像サイズ:1024×768ピクセル
前処理:トナー粒子をカーボンテープに散布(蒸着は行わない)
使用装置:カールツァイスマイクロスコピー株式会社製 ULTRA PLUS
加速電圧:1.0kV
WD:2.0mm
Aperture Size:30.0μm
検出信号:EsB(エネルギー選択式反射電子)
EsB Grid:800V
観察倍率:50,000倍
コントラスト:63.0±5.0%(参考値)
ブライトネス:38.0±5.0%(参考値)
画像サイズ:1024×768ピクセル
前処理:トナー粒子をカーボンテープに散布(蒸着は行わない)
コントラスト及びブライトネスは、使用装置の状態に合わせ、適宜設定する。また、加速電圧及びEsB Gridは、トナー粒子の最表面の構造情報の取得、未蒸着試料のチャージアップ防止、エネルギーの高い反射電子の選択的検出、といった項目を達成するように設定する。観察視野は、トナー粒子の曲率が最も小さくなる頂点付近を選択する。
(反射電子像中の明部が有機ケイ素重合体由来であることの確認方法)
観測された反射電子像中の明部が有機ケイ素重合体由来であることは、走査電子顕微鏡(SEM)で取得できるエネルギー分散型X線分析(EDS)による元素マッピング像と、上記反射電子像を重ね合わせることで確認する。
SEM/EDSの装置及び観察条件は、下記の通りである。
使用装置(SEM):カールツァイスマイクロスコピー株式会社製 ULTRA PLUS
使用装置(EDS):サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製 NORANSystem 7、Ultra Dry EDS Detecter
加速電圧:5.0kV
WD:7.0mm
Aperture Size:30.0μm
検出信号:SE2(二次電子)
観察倍率:50,000倍
モード:Spectral Imaging
前処理:トナー粒子をカーボンテープに散布し、白金スパッタ
本手法で取得したケイ素元素のマッピング像と、上記反射電子像を重ね合わせ、マッピング像のケイ素原子部と反射電子像の明部とが一致することを確認する。マッピング像のケイ素原子部と炭素原子部の両方が反射電子像の明部と一致する部分を有機ケイ素重合体とする。
なお、有機ケイ素重合体とシリカとは、ケイ素原子及び炭素原子の両方が含まれる部分が有機ケイ素重合体であることを確認することで、識別する。
観測された反射電子像中の明部が有機ケイ素重合体由来であることは、走査電子顕微鏡(SEM)で取得できるエネルギー分散型X線分析(EDS)による元素マッピング像と、上記反射電子像を重ね合わせることで確認する。
SEM/EDSの装置及び観察条件は、下記の通りである。
使用装置(SEM):カールツァイスマイクロスコピー株式会社製 ULTRA PLUS
使用装置(EDS):サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製 NORANSystem 7、Ultra Dry EDS Detecter
加速電圧:5.0kV
WD:7.0mm
Aperture Size:30.0μm
検出信号:SE2(二次電子)
観察倍率:50,000倍
モード:Spectral Imaging
前処理:トナー粒子をカーボンテープに散布し、白金スパッタ
本手法で取得したケイ素元素のマッピング像と、上記反射電子像を重ね合わせ、マッピング像のケイ素原子部と反射電子像の明部とが一致することを確認する。マッピング像のケイ素原子部と炭素原子部の両方が反射電子像の明部と一致する部分を有機ケイ素重合体とする。
なお、有機ケイ素重合体とシリカとは、ケイ素原子及び炭素原子の両方が含まれる部分が有機ケイ素重合体であることを確認することで、識別する。
(有機ケイ素重合体によるトナー粒子表面の被覆率の測定方法)
被覆率は、有機ケイ素重合体により被覆されていない非被覆部ドメインD1及び有機ケイ素重合体により被覆されている被覆部ドメインD2に基づき算出する。ドメインD1及びD2の解析は、上記手法で得られたトナー粒子の最表面の反射電子像を、画像処理ソフトImageJ(開発元 Wayne Rashand)を用いて行う。以下に手順を示す。
まず、ImageメニューのTypeから、解析対象の反射電子像を8-bitに変換する。次に、ProcessメニューのFiltersから、Median径を2.0ピクセルに設定し、画像ノイズを低減させる。反射電子像下部に表示されている観察条件表示部を除いた上で画像中心を見積もり、ツールバーの長方形ツール(Rectangle
Tool)を用いて反射電子像の画像中心から1.5μm四方の範囲を選択する。
被覆率は、有機ケイ素重合体により被覆されていない非被覆部ドメインD1及び有機ケイ素重合体により被覆されている被覆部ドメインD2に基づき算出する。ドメインD1及びD2の解析は、上記手法で得られたトナー粒子の最表面の反射電子像を、画像処理ソフトImageJ(開発元 Wayne Rashand)を用いて行う。以下に手順を示す。
まず、ImageメニューのTypeから、解析対象の反射電子像を8-bitに変換する。次に、ProcessメニューのFiltersから、Median径を2.0ピクセルに設定し、画像ノイズを低減させる。反射電子像下部に表示されている観察条件表示部を除いた上で画像中心を見積もり、ツールバーの長方形ツール(Rectangle
Tool)を用いて反射電子像の画像中心から1.5μm四方の範囲を選択する。
次に、ImageメニューのFreehand selections機能を用いてマッピング像の炭素原子部と反射電子像の暗部とが一致する部分のみを選択し、全て黒で塗りつぶす。また、マッピング像の炭素原子部と反射電子像の暗部とが一致する部分以外は全て白で塗りつぶす。次に、Adjustから、Thresholdを選択する。手動操作において、8-bit画像における黒と白の真ん中の階調である128を閾値として選び、Applyをクリックして二値化画像を得る。
この操作によって、非被覆部ドメインD1(トナーコア粒子)に該当するピクセルが黒で表示され(ピクセル群A1)、被覆部ドメインD2(有機ケイ素重合体)に該当するピクセルが白で表示される(ピクセル群A2)。
再度、反射電子像下部に表示されている観察条件表示部を除いた上で画像中心を見積もり、ツールバーの長方形ツール(Rectangle Tool)を用いて反射電子像の画像中心から1.5μm四方の範囲を選択する。
この操作によって、非被覆部ドメインD1(トナーコア粒子)に該当するピクセルが黒で表示され(ピクセル群A1)、被覆部ドメインD2(有機ケイ素重合体)に該当するピクセルが白で表示される(ピクセル群A2)。
再度、反射電子像下部に表示されている観察条件表示部を除いた上で画像中心を見積もり、ツールバーの長方形ツール(Rectangle Tool)を用いて反射電子像の画像中心から1.5μm四方の範囲を選択する。
次に、ツールバーの直線ツール(Straight Line)を用い、反射電子像下部に表示されている観察条件表示部中のスケールバーを選択しておく。その状態でAnalyzeメニューのSet Scaleを選択すると、新規ウインドウが開き、Distance in Pixels欄に選択されている直線のピクセル距離が入力される。
前記ウインドウのKnown Distance欄に前記スケールバーの値(例えば100)を入力し、Unit of Mesurement欄に前記スケールバーの単位(例えばnm)を入力し、OKをクリックするとスケール設定が完了する。
前記ウインドウのKnown Distance欄に前記スケールバーの値(例えば100)を入力し、Unit of Mesurement欄に前記スケールバーの単位(例えばnm)を入力し、OKをクリックするとスケール設定が完了する。
続いて、AnalyzeメニューのSet Mesurementsを選択し、AreaとFeret’s diameterにチェックを入れる。AnalyzeメニューのAnalyze Particlesを選択し、Display Resultにチェックを入れてOKをクリックするとドメイン解析が行われる。
新規に開いたResultsウインドウから、ピクセル群A1で形成される非被覆部ド
メインD1及びピクセル群A2で形成される被覆部ドメインD2に該当する各ドメインについての面積(Area)を取得する。
新規に開いたResultsウインドウから、ピクセル群A1で形成される非被覆部ド
メインD1及びピクセル群A2で形成される被覆部ドメインD2に該当する各ドメインについての面積(Area)を取得する。
得られた、非被覆部ドメインD1の面積の総和をS1(μm2)とし、被覆部ドメインD2の面積の総和をS2(μm2)とする。得られたS1及びS2から被覆率Sを以下の式より算出する。
S(面積%)={S2/(S1+S2)}×100
上記手順を、評価対象のトナー粒子につき10視野について行い、その相加平均値を被覆率として用いる。
S(面積%)={S2/(S1+S2)}×100
上記手順を、評価対象のトナー粒子につき10視野について行い、その相加平均値を被覆率として用いる。
<トナー粒子表面における凸部の個数平均高さHの測定方法>
ヤング率の測定に用いたAFM5500Mを用いて、トナー粒子の表面における凸部を以下の方法で観察する。
測定に用いるカンチレバーは、SI-DF3P2を用いてダイナミック・フォース・モードで行う。ヤング率測定と同様にしてトナー粒子表面1μm×1μmの範囲においてAFM5500Mで形状測定を行い、トナー粒子表面の凸部を観察する。トナー粒子の重量平均粒径(D4)と等しい粒径のトナー粒子を選択して、測定対象とする。
ヤング率の測定に用いたAFM5500Mを用いて、トナー粒子の表面における凸部を以下の方法で観察する。
測定に用いるカンチレバーは、SI-DF3P2を用いてダイナミック・フォース・モードで行う。ヤング率測定と同様にしてトナー粒子表面1μm×1μmの範囲においてAFM5500Mで形状測定を行い、トナー粒子表面の凸部を観察する。トナー粒子の重量平均粒径(D4)と等しい粒径のトナー粒子を選択して、測定対象とする。
測定後、得られた1μm×1μmの測定データの傾き補正を実施した後、面最大高さSpを算出する。測定データの傾き補正は、測定データに対して1次曲面補正、2次曲面補正、3次曲面補正の順に曲面補正を行うことで補正する。AFM5500M付属の解析ソフトであるAFM5000IIを用いて補正する。本開示においては、測定データに対して、上記解析ソフトにおける1次傾き補正(1次曲面補正)、2次傾き補正(2次曲面補正)、3次傾き補正(3次曲面補正)の順に解析処理を行うことで傾き補正を行う。
Spは、1μm×1μmにおけるトナーコア粒子の最表面から凸部頂点までの最大高さを意味している。Spは、傾き補正を行ったデータに対し、上記解析ソフトにおける解析タブの面粗さ解析を起動した際に表示されるSp値を参照することで算出できる。得られたSpを凸部の高さh1(nm)とした時に、上記方法で50個のトナー粒子の凸部の高さh1~h50を求め、h1~h50の相加平均値を凸部の平均高さH(nm)とする。
Spは、1μm×1μmにおけるトナーコア粒子の最表面から凸部頂点までの最大高さを意味している。Spは、傾き補正を行ったデータに対し、上記解析ソフトにおける解析タブの面粗さ解析を起動した際に表示されるSp値を参照することで算出できる。得られたSpを凸部の高さh1(nm)とした時に、上記方法で50個のトナー粒子の凸部の高さh1~h50を求め、h1~h50の相加平均値を凸部の平均高さH(nm)とする。
<トナーから外添剤を取り除いてトナー粒子を得る方法>
外添剤が表面に付着しているトナーの表面のヤング率など凸部の分析測定する際は、以下の操作により外添剤を取り除いてトナー粒子を得た後、分析する。
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学(株)製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、61.5%のショ糖水溶液を調製する。遠心分離用チューブに上記ショ糖濃厚液を31.0gと、コンタミノンN(商品名)(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製)を6g入れ、分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブをシェイカー(いわき産業(株)製「KM Shaker」(model: V.SX))にて300spm(strokes per min)、20分で振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H-9R 株式会社コクサン製)にて3500rpm、30分の条件で分離する。
トナー粒子と水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナー粒子をスパチュラなどで採取する。採取したトナー粒子を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥させる。乾燥品をスパチュラで解砕してトナー粒子を得る。
外添剤が表面に付着しているトナーの表面のヤング率など凸部の分析測定する際は、以下の操作により外添剤を取り除いてトナー粒子を得た後、分析する。
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学(株)製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、61.5%のショ糖水溶液を調製する。遠心分離用チューブに上記ショ糖濃厚液を31.0gと、コンタミノンN(商品名)(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製)を6g入れ、分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブをシェイカー(いわき産業(株)製「KM Shaker」(model: V.SX))にて300spm(strokes per min)、20分で振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H-9R 株式会社コクサン製)にて3500rpm、30分の条件で分離する。
トナー粒子と水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナー粒子をスパチュラなどで採取する。採取したトナー粒子を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥させる。乾燥品をスパチュラで解砕してトナー粒子を得る。
<凸部の長さW及び最大侵入長Iの算出方法>
走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察されるトナーの断面は以下のようにして作製
する。
以下、トナーの断面の作製手順を説明する。
まず、カバーガラス(松波硝子社、角カバーグラス;正方形No.1)上にトナーを一層となるように散布し、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)を施す。
次に、PTFE製のチューブ(内径Φ1.5mm×外径Φ3mm×3mm)に光硬化性樹脂D800(日本電子社)を充填し、チューブの上に該カバーガラスをトナーが光硬化性樹脂D800に接するような向きで静かに置く。この状態で光を照射して樹脂を硬化させた後、カバーガラスとチューブを取り除くことで、最表面にトナーが包埋された円柱型の樹脂を形成する。
走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察されるトナーの断面は以下のようにして作製
する。
以下、トナーの断面の作製手順を説明する。
まず、カバーガラス(松波硝子社、角カバーグラス;正方形No.1)上にトナーを一層となるように散布し、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)を施す。
次に、PTFE製のチューブ(内径Φ1.5mm×外径Φ3mm×3mm)に光硬化性樹脂D800(日本電子社)を充填し、チューブの上に該カバーガラスをトナーが光硬化性樹脂D800に接するような向きで静かに置く。この状態で光を照射して樹脂を硬化させた後、カバーガラスとチューブを取り除くことで、最表面にトナーが包埋された円柱型の樹脂を形成する。
超音波ウルトラミクロトーム(Leica社、UC7)により、切削速度0.6mm/sで、円柱型の樹脂の最表面からトナーの半径(例えば、重量平均粒径(D4)が8.0μmの場合は4.0μm)の長さだけ切削して、トナー中心部の断面を出す。
次に、膜厚100nmとなるように切削し、トナーの断面の薄片サンプルを作製する。このような手法で切削することで、トナー中心部の断面を得ることができる。
STEMのプローブサイズは1nm、画像サイズ1024×1024pixelにて画像を取得する。また、明視野像のDetectorControlパネルのContrastを1425、Brightnessを3750、ImageControlパネルのContrastを0.0、Brightnessを0.5、Gammmaを1.00に調整して、画像を取得する。画像倍率は100,000倍にて行い、図2のようにトナー1粒子中の断面の周のうち4分の1から2分の1程度収まるように画像取得を行う。
次に、膜厚100nmとなるように切削し、トナーの断面の薄片サンプルを作製する。このような手法で切削することで、トナー中心部の断面を得ることができる。
STEMのプローブサイズは1nm、画像サイズ1024×1024pixelにて画像を取得する。また、明視野像のDetectorControlパネルのContrastを1425、Brightnessを3750、ImageControlパネルのContrastを0.0、Brightnessを0.5、Gammmaを1.00に調整して、画像を取得する。画像倍率は100,000倍にて行い、図2のようにトナー1粒子中の断面の周のうち4分の1から2分の1程度収まるように画像取得を行う。
得られた画像について、画像処理ソフト(イメージJ(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能))を用いて画像解析を行い、有機ケイ素重合体を含む凸部を計測する。画像解析はSTEM画像30枚について行う。
計測はイメージJにて、画像上のスケールをStraightタブのStraight
Lineで重ね、AnalyzeタブのSet Scaleにて、画像上のスケールの長さを設定したのち行う。凸幅wまたは凸高さHに相当する線分をStraightタブのStraight Lineで描き、AnalyzeタブのMeasureにて計測ができる。
計測はイメージJにて、画像上のスケールをStraightタブのStraight
Lineで重ね、AnalyzeタブのSet Scaleにて、画像上のスケールの長さを設定したのち行う。凸幅wまたは凸高さHに相当する線分をStraightタブのStraight Lineで描き、AnalyzeタブのMeasureにて計測ができる。
図1及び図2にトナー断面の概念図を示す。図1は最大侵入長Iが大きい場合の凸部の概念図であり、図2は最大侵入長Iが無い、又は極小さい場合の概念図である。まず、トナーの断面画像からトナーコア粒子表面の周に沿った線を描く。有機ケイ素重合体の凸部がトナーコア粒子に埋没し侵入している部分は、その埋没はないものとして(コア粒子の曲率を維持するように)滑らかに線をつなぐ。その周に沿った線を基準に水平画像へ変換を行う。
該水平画像において、トナーコア粒子と凸部とが連続した界面を形成している部分において、該トナーコア粒子と該凸部との界面の両端を結ぶ線分(基準線)の長さをW(nm)とする(図1,2)。また、基準線の法線方向において、該凸部の基準線よりもトナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)とする(図1)。すなわち、基準線よりもトナーコア粒子の中心側を侵入領域としたとき、Iは、基準線を基準とする法線方向の侵入領域の深さの最大値を意味する。
図中の符号は以下の通りである。1:凸部、2:コア粒子表面(水平画像に変換されたコア粒子表面の周に沿った線)、3:トナーコア粒子、4:長さW、5:侵入長I、6:高さH
該水平画像において、トナーコア粒子と凸部とが連続した界面を形成している部分において、該トナーコア粒子と該凸部との界面の両端を結ぶ線分(基準線)の長さをW(nm)とする(図1,2)。また、基準線の法線方向において、該凸部の基準線よりもトナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)とする(図1)。すなわち、基準線よりもトナーコア粒子の中心側を侵入領域としたとき、Iは、基準線を基準とする法線方向の侵入領域の深さの最大値を意味する。
図中の符号は以下の通りである。1:凸部、2:コア粒子表面(水平画像に変換されたコア粒子表面の周に沿った線)、3:トナーコア粒子、4:長さW、5:侵入長I、6:高さH
該水平画像について、有機ケイ素重合体を含む凸部一箇所ずつ、前述した方法により長
さW、及び最大侵入長Iを計測し、それぞれ100個の値の個数平均値をW、及びIの値として採用する。凸部の平均高さHは、より精度よく測定を行うため前述の走査型プローブ顕微鏡を用いて測定した値を使用する。
さW、及び最大侵入長Iを計測し、それぞれ100個の値の個数平均値をW、及びIの値として採用する。凸部の平均高さHは、より精度よく測定を行うため前述の走査型プローブ顕微鏡を用いて測定した値を使用する。
なお、凸部が有機ケイ素重合体を含むことの確認は以下の様に判断する。
前記のトナー粒子の断面の薄片サンプルを、透過型電子顕微鏡(TEM)(JEM2800型:日本電子社製)を用いて加速電圧200V、電子線プローブサイズ1mmの条件で50万倍の倍率に拡大し、トナー粒子の断面を観察する。観察するトナー粒子の重量平均粒径(D4)±10%の長径を有する断面を観察するものとする。
有機ケイ素重合体とトナーコア粒子との区別は、シェルとコアの構成元素の種類、濃度から判別することができる。構成元素の解析は上述したEDSにより行うことができる。
例えば、有機ケイ素重合体はケイ素原子を多く含有し、トナーコア粒子は炭素原子を多く含有するため、ケイ素と炭素の割合から有機ケイ素重合体を判別することができる。また、有機ケイ素重合体とシリカの識別は、有機ケイ素重合体はケイ素原子に加えて炭素原子を含有し、シリカは炭素原子を含有しないことを利用して判別することができる。
前記のトナー粒子の断面の薄片サンプルを、透過型電子顕微鏡(TEM)(JEM2800型:日本電子社製)を用いて加速電圧200V、電子線プローブサイズ1mmの条件で50万倍の倍率に拡大し、トナー粒子の断面を観察する。観察するトナー粒子の重量平均粒径(D4)±10%の長径を有する断面を観察するものとする。
有機ケイ素重合体とトナーコア粒子との区別は、シェルとコアの構成元素の種類、濃度から判別することができる。構成元素の解析は上述したEDSにより行うことができる。
例えば、有機ケイ素重合体はケイ素原子を多く含有し、トナーコア粒子は炭素原子を多く含有するため、ケイ素と炭素の割合から有機ケイ素重合体を判別することができる。また、有機ケイ素重合体とシリカの識別は、有機ケイ素重合体はケイ素原子に加えて炭素原子を含有し、シリカは炭素原子を含有しないことを利用して判別することができる。
<トナー粒子又はトナーの重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)の測定方法>
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。アパーチャー径は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、以下のように該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。アパーチャー径は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、以下のように該専用ソフトの設定を行う。
該専用ソフトの「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ーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定画面」において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μm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。
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丸底ビーカーに該電解水溶液200mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、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く。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに該電解水溶液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2mL添加する。
(4)該(2)のビーカーを該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)該(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)10mgを少量ずつ該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℃~40℃となるように適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した該(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー(粒子)を分散した該(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の該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。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに該電解水溶液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2mL添加する。
(4)該(2)のビーカーを該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)該(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)10mgを少量ずつ該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℃~40℃となるように適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した該(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー(粒子)を分散した該(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の該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。
<ワックスの組成分析>
トナー粒子中のワックスの組成分析は、核磁気共鳴装置(1H-NMR、13C-NMR)並びにFT-IRスペクトルを用いて行うことができる。以下に用いる装置について記す。各サンプルはトナー中から分取することで採取し、分析してもよい。
(i)1H-NMR、13C-NMR
測定装置:FT NMR装置 JNM-EX400(日本電子社製)
測定周波数:400MHz
パルス条件:5.0μs
周波数範囲:10500Hz
積算回数:64回
(ii)FT-IRスペクトル
Thermo Fisher Scientific Inc.製 AVATAR360FT-IR
トナー粒子中のワックスの組成分析は、核磁気共鳴装置(1H-NMR、13C-NMR)並びにFT-IRスペクトルを用いて行うことができる。以下に用いる装置について記す。各サンプルはトナー中から分取することで採取し、分析してもよい。
(i)1H-NMR、13C-NMR
測定装置:FT NMR装置 JNM-EX400(日本電子社製)
測定周波数:400MHz
パルス条件:5.0μs
周波数範囲:10500Hz
積算回数:64回
(ii)FT-IRスペクトル
Thermo Fisher Scientific Inc.製 AVATAR360FT-IR
<式(5)で表される部分構造の確認方法>
トナー粒子に含有される有機ケイ素重合体における、式(5)で表される構造の確認には以下の方法を用いる。試料としてトナー粒子のテトラヒドロフラン不溶分を用いることで、トナーコア粒子における有機ケイ素化合物部位の影響を除くことができる。
式(5)のRで表される炭化水素基は、13C-NMRにより確認する。
(13C-NMR(固体)の測定条件)
装置:JEOL RESONANCE製 JNM-ECX500II
試料管:3.2mmφ
試料:NMR測定用のトナー粒子のテトラヒドロフラン不溶分 150mg
測定温度:室温
パルスモード:CP/MAS
測定核周波数:123.25MHz(13C)
基準物質:アダマンタン(外部標準:29.5ppm)
試料回転数:20kHz
コンタクト時間:2ms
遅延時間:2s
積算回数:1024回
当該方法にて、ケイ素原子に結合しているメチル基(Si-CH3)、エチル基(Si-C2H5)、プロピル基(Si-C3H7)、ブチル基(Si-C4H9)、ペンチル基(Si-C5H11)、ヘキシル基(Si-C6H13)又はフェニル基(Si-C6H5)などに起因するシグナルの有無により、式(5)のRで表される炭化水素基を確認する。
トナー粒子に含有される有機ケイ素重合体における、式(5)で表される構造の確認には以下の方法を用いる。試料としてトナー粒子のテトラヒドロフラン不溶分を用いることで、トナーコア粒子における有機ケイ素化合物部位の影響を除くことができる。
式(5)のRで表される炭化水素基は、13C-NMRにより確認する。
(13C-NMR(固体)の測定条件)
装置:JEOL RESONANCE製 JNM-ECX500II
試料管:3.2mmφ
試料:NMR測定用のトナー粒子のテトラヒドロフラン不溶分 150mg
測定温度:室温
パルスモード:CP/MAS
測定核周波数:123.25MHz(13C)
基準物質:アダマンタン(外部標準:29.5ppm)
試料回転数:20kHz
コンタクト時間:2ms
遅延時間:2s
積算回数:1024回
当該方法にて、ケイ素原子に結合しているメチル基(Si-CH3)、エチル基(Si-C2H5)、プロピル基(Si-C3H7)、ブチル基(Si-C4H9)、ペンチル基(Si-C5H11)、ヘキシル基(Si-C6H13)又はフェニル基(Si-C6H5)などに起因するシグナルの有無により、式(5)のRで表される炭化水素基を確認する。
さらに、固体29Si-NMRによりSiに結合する構造を確認する。
具体的には後述する固体29Si-NMRによりT単位構造を確認することで、式(5)で表される構造を確認することができる。なお、構造をさらに詳細に確認する必要がある場合、1H-NMRの測定結果も併せて同定してもよい。
具体的には後述する固体29Si-NMRによりT単位構造を確認することで、式(5)で表される構造を確認することができる。なお、構造をさらに詳細に確認する必要がある場合、1H-NMRの測定結果も併せて同定してもよい。
<トナーからの結着樹脂の分取>
以下の方法でトナーから分取した結着樹脂を用いて、各物性を測定することもできる。
トナー粒子10.0gを秤量し、円筒濾紙(東洋濾紙製No.84)に入れてソックスレー抽出器にかける。溶媒としてTHF200mLを用いて20時間抽出し、抽出液を脱溶剤して得られた固体がトナーのTHF可溶分である。THF可溶分には結着樹脂が含まれる。これを複数回行い、必要な量のTHF可溶分を得る。
以下の方法でトナーから分取した結着樹脂を用いて、各物性を測定することもできる。
トナー粒子10.0gを秤量し、円筒濾紙(東洋濾紙製No.84)に入れてソックスレー抽出器にかける。溶媒としてTHF200mLを用いて20時間抽出し、抽出液を脱溶剤して得られた固体がトナーのTHF可溶分である。THF可溶分には結着樹脂が含まれる。これを複数回行い、必要な量のTHF可溶分を得る。
溶媒グラジエント溶出法には、グラジエント分取HPLC(島津製作所製LC-20AP高圧グラジエント分取システム、Waters社製SunFire分取カラム50mmφ250mm)を用いる。カラム温度は30℃、流量は50mL/分、移動相には貧溶媒としてアセトニトリル、良溶媒としてTHFを用いる。抽出により得られたTHF可溶分0.02gをTHF1.5mLに溶解させたものを分離のための試料とする。移動相はアセトニトリル100%の組成から開始し、試料注入後5分経過した時点で毎分4%ずつTHFの比率を増加させ、25分かけて移動相の組成をTHF100%とする。得られた分画を乾固させることで成分を分離することができる。
どの分画成分が結着樹脂であるかは後述する1H-NMR測定により判別することができる。
どの分画成分が結着樹脂であるかは後述する1H-NMR測定により判別することができる。
<結着樹脂が含有するモノマーユニットの同定及び各モノマーユニットの含有割合の測定方法>
結着樹脂中の各種モノマーユニットの同定及び樹脂中に式(4)で表される構造を有するかの確認には1H-NMRスペクトル測定を用いる。
また、樹脂に含まれる各モノマーユニットの含有割合の測定は、1H-NMRにより以下の条件にて行う。
測定装置 :FT NMR装置 JNM-EX400(日本電子社製)
測定周波数:400MHz
パルス条件:5.0μs
周波数範囲:10500Hz
積算回数 :64回
測定温度 :30℃
試料 :結着樹脂50mgを測定試料として内径5mmのサンプルチューブに入れ、溶媒として重クロロホルム(CDCl3)を添加し、これを40℃の恒温槽内で溶解させて調製する。
結着樹脂中の各種モノマーユニットの同定及び樹脂中に式(4)で表される構造を有するかの確認には1H-NMRスペクトル測定を用いる。
また、樹脂に含まれる各モノマーユニットの含有割合の測定は、1H-NMRにより以下の条件にて行う。
測定装置 :FT NMR装置 JNM-EX400(日本電子社製)
測定周波数:400MHz
パルス条件:5.0μs
周波数範囲:10500Hz
積算回数 :64回
測定温度 :30℃
試料 :結着樹脂50mgを測定試料として内径5mmのサンプルチューブに入れ、溶媒として重クロロホルム(CDCl3)を添加し、これを40℃の恒温槽内で溶解させて調製する。
得られた1H-NMRチャートより、モノマーユニットM1の構成要素に帰属されるピークの中から、他のモノマーユニットの構成要素に帰属されるピークとは独立したピークを選択し、このピークの積分値i1を算出する。
同様に、モノマーユニットM2の構成要素に帰属されるピークの中から、他の単量体に由来するモノマーユニットの構成要素に帰属されるピークとは独立したピークを選択し、このピークの積分値i2を算出する。
式(4)で表される構造(モノマーユニット)の構成要素に帰属されるピークの中から、他の単量体に由来するモノマーユニットの構成要素に帰属されるピークとは独立したピークを選択し、このピークの積分値i3を算出する。
モノマーユニットM1を含有する樹脂の重合体主鎖のメチレン基に帰属されるピークの積分値I1を算出する。
同様に、モノマーユニットM2を含有する樹脂の重合体主鎖のメチレン基に帰属されるピークの積分値I2を算出する。
式(4)で表される構造を有する樹脂の重合体主鎖のメチレン基に帰属されるピークの積分値I3を算出する。
同様に、モノマーユニットM2の構成要素に帰属されるピークの中から、他の単量体に由来するモノマーユニットの構成要素に帰属されるピークとは独立したピークを選択し、このピークの積分値i2を算出する。
式(4)で表される構造(モノマーユニット)の構成要素に帰属されるピークの中から、他の単量体に由来するモノマーユニットの構成要素に帰属されるピークとは独立したピークを選択し、このピークの積分値i3を算出する。
モノマーユニットM1を含有する樹脂の重合体主鎖のメチレン基に帰属されるピークの積分値I1を算出する。
同様に、モノマーユニットM2を含有する樹脂の重合体主鎖のメチレン基に帰属されるピークの積分値I2を算出する。
式(4)で表される構造を有する樹脂の重合体主鎖のメチレン基に帰属されるピークの積分値I3を算出する。
モノマーユニットM1の含有割合は、上記積分値i1、i2、i3及びI1、I2、I3を用いて、以下のようにして求める。なお、n1、n2、n3、N1、N2、N3はそれぞれの部位について着眼したピークが帰属される構成要素における水素の数である。
n1はi1に対応し、n2はi2に対応し、n3はi3に対応し、N1はI1に対応し、N2はI2に対応し、N3はI3に対応する。
モノマーユニットM1の含有割合(モル%)
={(i1/n1)/(I1/N1)}×100
同様に、モノマーユニットM2の含有割合は以下のように求める。
モノマーユニットM2の含有割合(モル%)
={(i2/n2)/(I2/N2)}×100
式(4)で表される構造の含有割合(モル%)
={(i3/n3)/(I3/N3)}×100
樹脂中に含まれる式(4)で表される構造の含有割合を用いて、トナーのTHF可溶分を基準とした式(4)で表される構造の含有割合を算出する。
n1はi1に対応し、n2はi2に対応し、n3はi3に対応し、N1はI1に対応し、N2はI2に対応し、N3はI3に対応する。
モノマーユニットM1の含有割合(モル%)
={(i1/n1)/(I1/N1)}×100
同様に、モノマーユニットM2の含有割合は以下のように求める。
モノマーユニットM2の含有割合(モル%)
={(i2/n2)/(I2/N2)}×100
式(4)で表される構造の含有割合(モル%)
={(i3/n3)/(I3/N3)}×100
樹脂中に含まれる式(4)で表される構造の含有割合を用いて、トナーのTHF可溶分を基準とした式(4)で表される構造の含有割合を算出する。
<SP(M1)及びSP(W)算出方法>
SP(M1)及びSP(W)は、Fedorsによって提案された算出方法に従い、以下のようにして求める。
それぞれの分子構造中の原子又は原子団に対して、「Polym.Eng.Sci.,14(2),147-154(1974)」に記載の表から蒸発エネルギー(Δei)(cal/mol)及びモル体積(Δvi)(cm3/mol)を求め、(4.184×ΣΔei/ΣΔvi)0.5をSP値(J/cm3)0.5とする。
具体的には、モノマーユニットM1及びエステルワックスの、蒸発エネルギー(Δei)及びモル体積(Δvi)をそれぞれ求め、蒸発エネルギーをモル体積で割ることによって求め、下記式より算出する。
SP(M1)又はSP(W)=
{4.184×(Σj×ΣΔei)/(Σj×ΣΔvi)}0.5
SP(M1)及びSP(W)は、Fedorsによって提案された算出方法に従い、以下のようにして求める。
それぞれの分子構造中の原子又は原子団に対して、「Polym.Eng.Sci.,14(2),147-154(1974)」に記載の表から蒸発エネルギー(Δei)(cal/mol)及びモル体積(Δvi)(cm3/mol)を求め、(4.184×ΣΔei/ΣΔvi)0.5をSP値(J/cm3)0.5とする。
具体的には、モノマーユニットM1及びエステルワックスの、蒸発エネルギー(Δei)及びモル体積(Δvi)をそれぞれ求め、蒸発エネルギーをモル体積で割ることによって求め、下記式より算出する。
SP(M1)又はSP(W)=
{4.184×(Σj×ΣΔei)/(Σj×ΣΔvi)}0.5
<トナーコア粒子表面に存在するケイ素イオン規格化強度(規格化強度A)の測定方法>
トナーコア粒子表面のケイ素イオン規格化強度は、飛行時間型二次イオン質量分析装置(TOF-SIMS)によって確認する。使用装置及び測定条件を以下に示す。
なお、測定は、トナーコア粒子で行うか、又は後述する方法でシリカなどの外添剤の除去を行ったトナー粒子で行う。
・測定装置:nanoTOF II(商品名、アルバック・ファイ株式会社製)
・一次イオン種:Bi3++
・加速電圧:30kV
・一次イオン電流:0.05pA
・繰り返し周波数:8.2kHz
・ラスタモード:Unbunch
・ラスタサイズ:100μm×100μm
・測定モード:Positive
・中和電子銃:使用
・測定時間:600秒
・試料調製:トナーコア粒子又はトナー粒子をインジウムシートに固定
・試料前処理:なし
アルバック・ファイ社標準ソフト(TOF-DR)を用い、樹脂又はシラン化合物に起因するSiイオン及びフラグメントイオンの質量数から評価する。
質量数28のケイ素(m/z=28)に由来するイオン強度を、m/z=0.5~1850における全イオン強度で除算することでケイ素イオン規格化強度(m/z=28)を導出できる。
該ケイ素イオン規格化強度(m/z=28)が、有機ケイ素化合物の縮合生成物など有機ケイ素化合物部位に由来するものであることは、後述する29Si-NMR(固体)測定により確認する。
トナー粒子が、有機ケイ素化合物部位以外のケイ素化合物を含有する場合は、29Si-NMR(固体)測定によりトナー粒子中に含まれるケイ素化合物に対する有機ケイ素化合物の縮合生成物の含有割合を導出する。そして、該ケイ素イオン規格化強度(m/z=28)に対してその含有割合を乗じた値を、有機ケイ素化合物の縮合生成物に由来する強度とみなす。
トナーコア粒子表面のケイ素イオン規格化強度は、飛行時間型二次イオン質量分析装置(TOF-SIMS)によって確認する。使用装置及び測定条件を以下に示す。
なお、測定は、トナーコア粒子で行うか、又は後述する方法でシリカなどの外添剤の除去を行ったトナー粒子で行う。
・測定装置:nanoTOF II(商品名、アルバック・ファイ株式会社製)
・一次イオン種:Bi3++
・加速電圧:30kV
・一次イオン電流:0.05pA
・繰り返し周波数:8.2kHz
・ラスタモード:Unbunch
・ラスタサイズ:100μm×100μm
・測定モード:Positive
・中和電子銃:使用
・測定時間:600秒
・試料調製:トナーコア粒子又はトナー粒子をインジウムシートに固定
・試料前処理:なし
アルバック・ファイ社標準ソフト(TOF-DR)を用い、樹脂又はシラン化合物に起因するSiイオン及びフラグメントイオンの質量数から評価する。
質量数28のケイ素(m/z=28)に由来するイオン強度を、m/z=0.5~1850における全イオン強度で除算することでケイ素イオン規格化強度(m/z=28)を導出できる。
該ケイ素イオン規格化強度(m/z=28)が、有機ケイ素化合物の縮合生成物など有機ケイ素化合物部位に由来するものであることは、後述する29Si-NMR(固体)測定により確認する。
トナー粒子が、有機ケイ素化合物部位以外のケイ素化合物を含有する場合は、29Si-NMR(固体)測定によりトナー粒子中に含まれるケイ素化合物に対する有機ケイ素化合物の縮合生成物の含有割合を導出する。そして、該ケイ素イオン規格化強度(m/z=28)に対してその含有割合を乗じた値を、有機ケイ素化合物の縮合生成物に由来する強度とみなす。
(29Si-NMR(固体)の測定条件)
装置:JEOL RESONANCE製 JNM-ECX500II
試料管:3.2mmφ
試料量:150mg
測定温度:室温
パルスモード:CP/MAS
測定核周波数:97.38MHz(29Si)
基準物質:DSS(外部標準:1.534ppm)
試料回転数:10kHz
コンタクト時間:10ms
遅延時間:2s
積算回数:2000~8000回
上記測定により、Siに結合した酸素原子の数に応じた複数のシラン成分をカーブフィッティングにてピーク分離・積分することで存在比を求めることができる。
装置:JEOL RESONANCE製 JNM-ECX500II
試料管:3.2mmφ
試料量:150mg
測定温度:室温
パルスモード:CP/MAS
測定核周波数:97.38MHz(29Si)
基準物質:DSS(外部標準:1.534ppm)
試料回転数:10kHz
コンタクト時間:10ms
遅延時間:2s
積算回数:2000~8000回
上記測定により、Siに結合した酸素原子の数に応じた複数のシラン成分をカーブフィッティングにてピーク分離・積分することで存在比を求めることができる。
下記M単位、D単位、又はT単位構造のうち少なくとも一つ以上を有するものを、有機ケイ素化合物の縮合生成物とみなすことができる。下記Q単位構造を有するものは、有機ケイ素化合物の縮合生成物以外のケイ素化合物とみなすことができる。
<外添剤の除去>
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に該ショ糖濃厚液31gと、6mLのコンタミノン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)を入れ、分散液を作製する。この分散液にトナー1g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(いわき産業(株)製「KM Shaker」)にて
1分当たり350往復の条件で30分間振盪する。振盪後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機(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においては、最上層にはトナー粒子が存在し、下層の水溶液側には外添剤が存在する。
最上層のトナー粒子を採取してろ過し、40℃に温めたイオン交換水2Lで通水洗浄し、洗浄したトナー粒子を取り出す。
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に該ショ糖濃厚液31gと、6mLのコンタミノン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)を入れ、分散液を作製する。この分散液にトナー1g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(いわき産業(株)製「KM Shaker」)にて
1分当たり350往復の条件で30分間振盪する。振盪後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機(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においては、最上層にはトナー粒子が存在し、下層の水溶液側には外添剤が存在する。
最上層のトナー粒子を採取してろ過し、40℃に温めたイオン交換水2Lで通水洗浄し、洗浄したトナー粒子を取り出す。
<トナーコア粒子内部に存在するケイ素イオン規格化強度(規格化強度B)の測定方法>
通常、TOF-SIMSは表面分析手法であり、深さ方向のデータはおよそ1nmのデータとなる。そのためトナーコア粒子内部の強度はアルゴンガスクラスターイオンビーム(Ar-GCIB)によりトナーコア粒子をスパッタし、表面を削った後に行う。
下記条件(3)でトナーコア粒子に対しスパッタを行った後に、上記「トナーコア粒子表面に存在するケイ素イオン規格化強度の測定方法」と同様の条件で測定された、ケイ素イオン規格化強度(m/z=28)を、トナーコア粒子内部に存在するケイ素イオン規格化強度の値とする。
通常、TOF-SIMSは表面分析手法であり、深さ方向のデータはおよそ1nmのデータとなる。そのためトナーコア粒子内部の強度はアルゴンガスクラスターイオンビーム(Ar-GCIB)によりトナーコア粒子をスパッタし、表面を削った後に行う。
下記条件(3)でトナーコア粒子に対しスパッタを行った後に、上記「トナーコア粒子表面に存在するケイ素イオン規格化強度の測定方法」と同様の条件で測定された、ケイ素イオン規格化強度(m/z=28)を、トナーコア粒子内部に存在するケイ素イオン規格化強度の値とする。
Ar-GCIBのスパッタ条件(3)は下記の通りである。
加速電圧:5kV
電流:6.5nA
ラスタサイズ:600μm×600μm
照射時間:5sec/cycle
スパッタ時間:250sec
なお、事前に同条件でPMMA膜をスパッタして切削深さを確認したところ、250sで80nm削ることを確認した。
加速電圧:5kV
電流:6.5nA
ラスタサイズ:600μm×600μm
照射時間:5sec/cycle
スパッタ時間:250sec
なお、事前に同条件でPMMA膜をスパッタして切削深さを確認したところ、250sで80nm削ることを確認した。
本発明を以下に示す製造例及び実施例により具体的に説明する。しかし、これらは本発明をなんら限定するものではない。なお、以下の処方における「部」及び「%」は特に断りがない場合、全て質量基準である。
<トナーコア粒子分散液、及びトナーコア粒子の製造例>
<トナーコア粒子分散液1の調製、及びトナーコア粒子1の製造>
イオン交換水390.0部を入れた反応容器に、リン酸ナトリウム(12水和物)11.2部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、12000rpmにて撹拌した。撹拌を維持しながら、イオン交換水10.0部に7.4部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を反応容器に一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。さらに、反応容器内の水系媒体に1.0mol/Lの塩酸を投入し、pHを6.0に調整し、水系媒体1を調製した。
<トナーコア粒子分散液1の調製、及びトナーコア粒子1の製造>
イオン交換水390.0部を入れた反応容器に、リン酸ナトリウム(12水和物)11.2部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、12000rpmにて撹拌した。撹拌を維持しながら、イオン交換水10.0部に7.4部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を反応容器に一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。さらに、反応容器内の水系媒体に1.0mol/Lの塩酸を投入し、pHを6.0に調整し、水系媒体1を調製した。
(重合性単量体組成物1の調製)
・スチレン 60.0部
・C.I.Pigment Blue15:3 6.3部
上記材料をアトライタ(日本コークス工業株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させて、顔料が分散された着色剤分散液1を調製した。
・スチレン 60.0部
・C.I.Pigment Blue15:3 6.3部
上記材料をアトライタ(日本コークス工業株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させて、顔料が分散された着色剤分散液1を調製した。
次いで、着色剤分散液1に下記材料を加えた。
・スチレン 16.0部
・アクリル酸n-ブチル 18.0部
・ラウリルアクリレート 6.0部
・1,6-ヘキサンジオールジアクリレート 0.5部
・ポリエステル樹脂 4.0部
(テレフタル酸と、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2mol付加物との縮重合物、重量平均分子量Mw=10000、酸価:8.2mgKOH/g)
・エチレングリコールジステアレート 15.0部
上記材料を65℃に保温し、T.K.ホモミクサーを用いて、500rpmにて均一に溶解、分散し、重合性単量体組成物1を調製した。
・スチレン 16.0部
・アクリル酸n-ブチル 18.0部
・ラウリルアクリレート 6.0部
・1,6-ヘキサンジオールジアクリレート 0.5部
・ポリエステル樹脂 4.0部
(テレフタル酸と、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2mol付加物との縮重合物、重量平均分子量Mw=10000、酸価:8.2mgKOH/g)
・エチレングリコールジステアレート 15.0部
上記材料を65℃に保温し、T.K.ホモミクサーを用いて、500rpmにて均一に溶解、分散し、重合性単量体組成物1を調製した。
(造粒工程)
水系媒体1の温度を70℃、撹拌装置の回転数を12500rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物1を投入し、重合開始剤であるt-ブチルパーオキシピバレート9.0部を添加した。そのまま撹拌装置にて12500rpmを維持しつつ10分間造粒した。
水系媒体1の温度を70℃、撹拌装置の回転数を12500rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物1を投入し、重合開始剤であるt-ブチルパーオキシピバレート9.0部を添加した。そのまま撹拌装置にて12500rpmを維持しつつ10分間造粒した。
(重合工程A)
高速撹拌装置からプロペラ撹拌羽根を備えた撹拌機に変更し、200rpmで撹拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行った。
高速撹拌装置からプロペラ撹拌羽根を備えた撹拌機に変更し、200rpmで撹拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行った。
(重合工程B)
重合工程Aより連続して、さらに85℃に昇温して2.0時間加熱することで重合反応を行った。さらに、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(S1)0.030部を加えて5分間攪拌した後に、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpH=9.0に調整した。さらに、98℃に昇温して3.0時間加熱することで残留モノマーを除去し、撹拌を維持しながら55℃で1.0時間保持した。
その後、25℃まで降温した。イオン交換水を加えて分散液中のトナーコア粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナーコア粒子1が分散したトナーコア粒子分散液1を得た。
一方、同様に製造したトナーコア粒子分散液1を、1モル/Lの塩酸でpHを1.5に調整して1時間撹拌後、イオン交換水で洗浄しながら、ろ過、乾燥を行い、トナーコア粒子1を得た。得られたトナーコア粒子1の物性を、表1に示す。
重合工程Aより連続して、さらに85℃に昇温して2.0時間加熱することで重合反応を行った。さらに、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(S1)0.030部を加えて5分間攪拌した後に、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpH=9.0に調整した。さらに、98℃に昇温して3.0時間加熱することで残留モノマーを除去し、撹拌を維持しながら55℃で1.0時間保持した。
その後、25℃まで降温した。イオン交換水を加えて分散液中のトナーコア粒子濃度が20.0%になるように調整し、トナーコア粒子1が分散したトナーコア粒子分散液1を得た。
一方、同様に製造したトナーコア粒子分散液1を、1モル/Lの塩酸でpHを1.5に調整して1時間撹拌後、イオン交換水で洗浄しながら、ろ過、乾燥を行い、トナーコア粒子1を得た。得られたトナーコア粒子1の物性を、表1に示す。
<トナーコア粒子分散液2~20の調製、及びトナーコア粒子2~20の製造例>
トナーコア粒子分散液1の調製、及びトナーコア粒子1の製造において、部数及び製造条件を表1に記載のように変更した以外は同様にして、トナーコア粒子分散液2~20、及びトナーコア粒子2~20を得た。得られたトナーコア粒子2~20の物性を、表1に示す。なお、表1中のSi源(Si含有モノマー)は、表2に記載の化合物を用いた。
トナーコア粒子分散液1の調製、及びトナーコア粒子1の製造において、部数及び製造条件を表1に記載のように変更した以外は同様にして、トナーコア粒子分散液2~20、及びトナーコア粒子2~20を得た。得られたトナーコア粒子2~20の物性を、表1に示す。なお、表1中のSi源(Si含有モノマー)は、表2に記載の化合物を用いた。
<トナーコア粒子21の調製、及びトナーコア粒子21の製造例>
<シラン変性樹脂1の製造例>
減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置、及び撹拌装置を備えたオートクレーブ中に下記材料を仕込み、窒素雰囲気下、常圧、200℃で20時間反応を行った。
・アルコール成分 :80.9部
(ビスフェノールA-プロピレンオキサイド2.0モル付加物)
・酸成分1(テレフタル酸) :16.1部
・酸成分2(イソフタル酸) :16.1部
・テトラブトキシチタネート : 0.2部
<シラン変性樹脂1の製造例>
減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置、及び撹拌装置を備えたオートクレーブ中に下記材料を仕込み、窒素雰囲気下、常圧、200℃で20時間反応を行った。
・アルコール成分 :80.9部
(ビスフェノールA-プロピレンオキサイド2.0モル付加物)
・酸成分1(テレフタル酸) :16.1部
・酸成分2(イソフタル酸) :16.1部
・テトラブトキシチタネート : 0.2部
その後、下記材料を追加し、220℃で3時間反応させた。
・酸成分3(トリメリット酸) : 0.4部
・テトラブトキシチタネート : 0.3部
さらに10~20mmHgの減圧下で2時間反応を行った。得られた樹脂をクロロホルムに溶解し、この溶液をエタノール中に滴下し再沈殿して濾過することで、ポリエステル樹脂を得た。
・酸成分3(トリメリット酸) : 0.4部
・テトラブトキシチタネート : 0.3部
さらに10~20mmHgの減圧下で2時間反応を行った。得られた樹脂をクロロホルムに溶解し、この溶液をエタノール中に滴下し再沈殿して濾過することで、ポリエステル樹脂を得た。
得られたポリエステル樹脂中のカルボキシ基と、アミノシラン中のアミノ基とをアミド化し、シラン変性樹脂1を以下のように製造した。
N,N-ジメチルアセトアミド400.0部に、該ポリエステル100.0部を溶解し、下記材料を添加して常温で5時間撹拌した。反応終了後、この溶液をメタノール中に滴下し再沈殿して濾過することで、シラン変性樹脂1を得た。
・シラン化合物(3-アミノプロピルトリメトキシシラン) : 0.2部
・トリエチルアミン : 0.3部
・縮合剤(アミド化剤) : 0.3部
〔DMT-MM:4-(4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジン-2-イル)-4-メチルモルホリニウムクロリド〕
N,N-ジメチルアセトアミド400.0部に、該ポリエステル100.0部を溶解し、下記材料を添加して常温で5時間撹拌した。反応終了後、この溶液をメタノール中に滴下し再沈殿して濾過することで、シラン変性樹脂1を得た。
・シラン化合物(3-アミノプロピルトリメトキシシラン) : 0.2部
・トリエチルアミン : 0.3部
・縮合剤(アミド化剤) : 0.3部
〔DMT-MM:4-(4,6-ジメトキシ-1,3,5-トリアジン-2-イル)-4-メチルモルホリニウムクロリド〕
その後、得られたシラン変性樹脂1を用いて、トナーコア粒子分散液1の調製、及びトナーコア粒子1の製造例において、着色剤分散液1に下記材料を加えた以外は、トナーコア粒子分散液1の調製、及びトナーコア粒子1の製造例と同様にしてトナーコア粒子分散液21、及びトナーコア粒子21を得た。
・スチレン 20.0部
・アクリル酸n-ブチル 20.0部
・1,6-ヘキサンジオールジアクリレート 0.5部
・ポリエステル樹脂 3.0部
(テレフタル酸と、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2mol付加物との縮重合物、重量平均分子量Mw=10000、酸価:8.2mgKOH/g)
・シラン変性樹脂1 1.0部
・エチレングリコールジステアレート 15.0部
・スチレン 20.0部
・アクリル酸n-ブチル 20.0部
・1,6-ヘキサンジオールジアクリレート 0.5部
・ポリエステル樹脂 3.0部
(テレフタル酸と、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド2mol付加物との縮重合物、重量平均分子量Mw=10000、酸価:8.2mgKOH/g)
・シラン変性樹脂1 1.0部
・エチレングリコールジステアレート 15.0部
規格化強度に関し、例えば、「8.36.E-03」との記載は、「8.36×10-3」であることを示す。
<モノマー加水分解液1の調製>
1mol/Lの塩酸を加えてpH=4.0に調整したイオン交換水60部と、メチルトリメトキシシラン40部の混合液を、スターラーを用いて均一相になるまで混合することで、モノマー加水分解液1を得た。
1mol/Lの塩酸を加えてpH=4.0に調整したイオン交換水60部と、メチルトリメトキシシラン40部の混合液を、スターラーを用いて均一相になるまで混合することで、モノマー加水分解液1を得た。
<モノマー加水分解液2の調製>
1mol/Lの塩酸を加えてpH=4.0に調整したイオン交換水60部と、メチルトリエトキシシラン40部の混合液を、スターラーを用いて均一相になるまで混合することで、モノマー加水分解液2を得た。
1mol/Lの塩酸を加えてpH=4.0に調整したイオン交換水60部と、メチルトリエトキシシラン40部の混合液を、スターラーを用いて均一相になるまで混合することで、モノマー加水分解液2を得た。
<トナー粒子1の製造例>
トナーコア粒子分散液1を55℃まで昇温した後に、pHを8.0に調整(第一pH調整)し、プロペラ撹拌羽根を用いて混合しながら20部のモノマー加水分解液1を加え、10分保持(第一保持時間)した。その後、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを11.0に調整(第二pH調整)し、撹拌を維持しながら3時間保持した。
1モル/Lの塩酸でpHを1.5に調整して1時間撹拌後、イオン交換水で洗浄しながら、ろ過、乾燥を行った後、得られた微粉砕粉末を、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、トナー粒子1を得た。
トナーコア粒子分散液1を55℃まで昇温した後に、pHを8.0に調整(第一pH調整)し、プロペラ撹拌羽根を用いて混合しながら20部のモノマー加水分解液1を加え、10分保持(第一保持時間)した。その後、1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを11.0に調整(第二pH調整)し、撹拌を維持しながら3時間保持した。
1モル/Lの塩酸でpHを1.5に調整して1時間撹拌後、イオン交換水で洗浄しながら、ろ過、乾燥を行った後、得られた微粉砕粉末を、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、トナー粒子1を得た。
<トナー粒子2~23の製造例>
トナー粒子1の製造例において、トナーコア粒子の種類、モノマー加水分解液及び製造条件を表3記載のように変更した以外は同様にして、トナー粒子2~23得た。
トナー粒子1の製造例において、トナーコア粒子の種類、モノマー加水分解液及び製造条件を表3記載のように変更した以外は同様にして、トナー粒子2~23得た。
<比較トナー1の製造例>
<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、水:360.0部を入れ、濃度5.0質量%の塩酸:15.0部を添加して均一溶液とした。これを温度25℃で撹拌しながらメチルトリメトキシシラン60.0部とテトラエトキシシラン73.0部を添加し、5時間撹拌した後、濾過してシラノール化合物またはその部分縮合物を含む透明な反応液を得た。
<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、水:360.0部を入れ、濃度5.0質量%の塩酸:15.0部を添加して均一溶液とした。これを温度25℃で撹拌しながらメチルトリメトキシシラン60.0部とテトラエトキシシラン73.0部を添加し、5時間撹拌した後、濾過してシラノール化合物またはその部分縮合物を含む透明な反応液を得た。
(第二工程)
温度計、撹拌機、滴下装置を備えた反応容器に、水:540.0部を入れ、濃度10.0質量%のアンモニア水:17.0部を添加して均一溶液とした。これを温度35℃で撹拌しながら第一工程で得られた反応液100部を0.5時間かけて滴下し、6時間撹拌し懸濁液を得た。得られた懸濁液を遠心分離器にかけて微粒子を沈降させ取り出し、温度200℃の乾燥機で24時間乾燥させてポリアルキルシルセスキオキサンからなる有機ケイ素重合体粒子1を得た。得られた有機ケイ素重合体粒子1は、走査電子顕微鏡観測より個数平均粒径95mであった。
温度計、撹拌機、滴下装置を備えた反応容器に、水:540.0部を入れ、濃度10.0質量%のアンモニア水:17.0部を添加して均一溶液とした。これを温度35℃で撹拌しながら第一工程で得られた反応液100部を0.5時間かけて滴下し、6時間撹拌し懸濁液を得た。得られた懸濁液を遠心分離器にかけて微粒子を沈降させ取り出し、温度200℃の乾燥機で24時間乾燥させてポリアルキルシルセスキオキサンからなる有機ケイ素重合体粒子1を得た。得られた有機ケイ素重合体粒子1は、走査電子顕微鏡観測より個数平均粒径95mであった。
その後、下記材料をヘンシェルミキサー(「FM-75型」、三井三池化工機(株)製)に投入し、回転羽根の周速を35m/秒とし、混合時間5分で混合することにより、トナーコア粒子20の表面に、有機ケイ素重合体粒子1を付着させ外添トナーを得た。
多分割分級機を用いて分級したトナーコア粒子20:100.0部
有機ケイ素重合体粒子1:7.0部
多分割分級機を用いて分級したトナーコア粒子20:100.0部
有機ケイ素重合体粒子1:7.0部
続いて、下記記構成とした図3に示した混合処理装置の入口45に、上記外添トナーを投入し、加温処理を行った。混合処理装置は、本体ケーシング41の内周部の径が130mmであり、処理空間49の容積が2.0×10-3m3の装置を用い、駆動部48の定格動力を5.5kWとし、回転体42,攪拌部材43の形状を図3のものとした。そして、図3における攪拌部材と攪拌部材の重なり幅dを攪拌部材43の最大幅Dに対して0.25Dとし、攪拌部材43と本体ケーシング41内周とのクリアランスを3.0mmとした。ジャケット44内に冷熱媒体を流して、温度を調整した。混合処理装置内部の温度が55℃となるように、ジャケット内に温水を通水した。温度が55℃で安定してから混合を開始し、混合中は55℃±1℃を維持するように調整した。
外添トナーを投入後、駆動部48の動力を1.5×10-2W/g(駆動部48の回転数:150rpm)で一定となるように、攪拌部材43の最外端部周速を調整しながら、10分間加温処理した。加温処理終了後、出口46から排出し、目開き75μmのメッシュで篩い、比較トナー1を得た。
外添トナーを投入後、駆動部48の動力を1.5×10-2W/g(駆動部48の回転数:150rpm)で一定となるように、攪拌部材43の最外端部周速を調整しながら、10分間加温処理した。加温処理終了後、出口46から排出し、目開き75μmのメッシュで篩い、比較トナー1を得た。
<比較トナー2の製造例>
比較トナー1の製造工程において、第一工程で投入するシラン化合物をメチルトリメトキシシラン133.0部として有機ケイ素重合体粒子2を得た。その後、比較トナー1の製造例において、投入する材料を下記の通りに変更した以外は同様にして、比較トナー2を得た。
多分割分級機を用いて分級したトナーコア粒子1: 100.0部
有機ケイ素重合体粒子2:7.0部
なお、得られた有機ケイ素重合体粒子2は、走査電子顕微鏡観測より個数平均粒径101nmであった。
比較トナー1の製造工程において、第一工程で投入するシラン化合物をメチルトリメトキシシラン133.0部として有機ケイ素重合体粒子2を得た。その後、比較トナー1の製造例において、投入する材料を下記の通りに変更した以外は同様にして、比較トナー2を得た。
多分割分級機を用いて分級したトナーコア粒子1: 100.0部
有機ケイ素重合体粒子2:7.0部
なお、得られた有機ケイ素重合体粒子2は、走査電子顕微鏡観測より個数平均粒径101nmであった。
<比較トナー3の製造例>
比較トナー1の製造例において、トナーコア粒子20をトナーコア粒子1に変更した以外は同様にして、比較トナー3を得た。
比較トナー1の製造例において、トナーコア粒子20をトナーコア粒子1に変更した以外は同様にして、比較トナー3を得た。
<比較トナー4の製造例>
(樹脂微粒子分散液1の調整)
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 500部
・テレフタル酸 154部
・フマル酸 45部
・オクチル酸スズ 2部
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を取り付けた反応容器に、上記材料を投入し、温度230℃で8時間の重縮合反応を行い、さらに、8kPaで1時間にわたって重縮合反応を継続した後、160℃に冷却することにより、ポリエステル樹脂を形成した。
次いで、温度160℃の状態でアクリル酸10部を投入し、混合させて15分間保持した。
・スチレン 142部
・n-ブチルアクリレート 35部
・重合開始剤(ジ-t-ブチルペルオキサイド) 10部
その後、上記材料の混合物を滴下ロートにより1時間かけて滴下した後、温度160℃
を維持した状態で1時間にわたって付加重合反応を行った。その後、200℃に昇温させ、10kPaで1時間保持することにより、重合体1を得た。
(樹脂微粒子分散液1の調整)
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 500部
・テレフタル酸 154部
・フマル酸 45部
・オクチル酸スズ 2部
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を取り付けた反応容器に、上記材料を投入し、温度230℃で8時間の重縮合反応を行い、さらに、8kPaで1時間にわたって重縮合反応を継続した後、160℃に冷却することにより、ポリエステル樹脂を形成した。
次いで、温度160℃の状態でアクリル酸10部を投入し、混合させて15分間保持した。
・スチレン 142部
・n-ブチルアクリレート 35部
・重合開始剤(ジ-t-ブチルペルオキサイド) 10部
その後、上記材料の混合物を滴下ロートにより1時間かけて滴下した後、温度160℃
を維持した状態で1時間にわたって付加重合反応を行った。その後、200℃に昇温させ、10kPaで1時間保持することにより、重合体1を得た。
得られた重合体1:100部を、メチルエチルケトン:200.0部に溶解し、1.0mol/L-水酸化カリウム水溶液をゆっくり加え、10分間撹拌を行った後、イオン交換水500.0部をゆっくり滴下し、乳化させた。
得られた乳化物を減圧蒸留して脱溶剤し、イオン交換水を加えて樹脂濃度が20%になるように調整することで、樹脂粒子分散液1を得た。
得られた乳化物を減圧蒸留して脱溶剤し、イオン交換水を加えて樹脂濃度が20%になるように調整することで、樹脂粒子分散液1を得た。
トナーコア粒子分散液1を80℃まで昇温した後に、撹拌しながら1.0mol/L-水酸化カリウム水溶液(pH調整剤)を加え、pHを9.0に調整した後に、200rpmで撹拌しながら、樹脂粒子分散液1を添加し、80℃を保持しながらで1時間撹拌を続けた。その後、20℃まで冷却した後、1モル/Lの塩酸でpHを1.5に調整して1時間撹拌後、イオン交換水で洗浄しながら、ろ過、乾燥を行った後、得られた微粉砕粉末を、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、比較トナー4を得た。表3のヤング率、I、Hなどは樹脂粒子としての物性である。
<実施例1>
まず、電子写真装置として、評価機としてHP Color Laser jet Enterprise M653dnを改造して、プロセススピードを340mm/sとし、規制部材のトナー担持体に対する当接圧をデフォルト設定の80%となるように設定し
た。
次に、HP Color Laser jet Enterprise M653dn用カートリッジにトナー1を充填したプロセスカートリッジ、及び電子写真装置を、測定環境に馴らす目的で、高温高湿環境(35℃/85%RH)に48時間放置した。
まず、電子写真装置として、評価機としてHP Color Laser jet Enterprise M653dnを改造して、プロセススピードを340mm/sとし、規制部材のトナー担持体に対する当接圧をデフォルト設定の80%となるように設定し
た。
次に、HP Color Laser jet Enterprise M653dn用カートリッジにトナー1を充填したプロセスカートリッジ、及び電子写真装置を、測定環境に馴らす目的で、高温高湿環境(35℃/85%RH)に48時間放置した。
<初期帯電量の評価>
上記環境に放置したHP Color Laser jet Enterprise M653dnの改造機にてベタ画像を10枚出力する。10枚目の出力中に強制的にマシンを停止して、規制部材を通過した直後の担持部材上のトナー帯電量を測定する。担持部材上の帯電量の測定は、図4の透視図に示すファラデーケージを用いて行った。
内部(図の右側)を減圧状態にして担持部材上のトナーが吸い込まれるようにし、トナーフィルター33を設けてトナーを捕集した。なお、31は吸引部であり、32はホルダーである。この捕集したトナーの質量Mとクーロンメーターにて直接測定した電荷Qより、単位質量当たりの電荷量Q/M(μC/g)を計算し、トナー帯電量(Q/M)として、以下の通りランク付けした。この評価において、数値が大きいほどより高い帯電量を有する。評価がA又はBの場合、良好と判断した。評価結果を表4に示す。
A:現像ローラ上の帯電量が50μC/g以上
B:現像ローラ上の帯電量が40μC/g以上49μC/g以下
C:現像ローラ上の帯電量が30μC/g以上39μC/g以下
D:現像ローラ上の帯電量が30より小さい
上記環境に放置したHP Color Laser jet Enterprise M653dnの改造機にてベタ画像を10枚出力する。10枚目の出力中に強制的にマシンを停止して、規制部材を通過した直後の担持部材上のトナー帯電量を測定する。担持部材上の帯電量の測定は、図4の透視図に示すファラデーケージを用いて行った。
内部(図の右側)を減圧状態にして担持部材上のトナーが吸い込まれるようにし、トナーフィルター33を設けてトナーを捕集した。なお、31は吸引部であり、32はホルダーである。この捕集したトナーの質量Mとクーロンメーターにて直接測定した電荷Qより、単位質量当たりの電荷量Q/M(μC/g)を計算し、トナー帯電量(Q/M)として、以下の通りランク付けした。この評価において、数値が大きいほどより高い帯電量を有する。評価がA又はBの場合、良好と判断した。評価結果を表4に示す。
A:現像ローラ上の帯電量が50μC/g以上
B:現像ローラ上の帯電量が40μC/g以上49μC/g以下
C:現像ローラ上の帯電量が30μC/g以上39μC/g以下
D:現像ローラ上の帯電量が30より小さい
<帯電維持性の評価>
上記環境に放置したHP Color Laser jet Enterprise M653dnの改造機にて全黒画像を10枚出力し、出力中に強制的にマシンを停止して、中間転写ベルト上に積載されているトナー帯電量を測定した。中間転写ベルト上の帯電量の測定は、初期帯電量の評価と同様にして行った。
この捕集したトナーの質量M(g)と、クーロンメーターにて直接測定した電荷Q(μC)より、単位質量当たりの電荷量(μC/g)を計算し、トナー帯電量(Q/M)とした。上記初期帯電量の評価における現像ローラ上の帯電量と本評価における中間転写ベルト上との比較により、帯電維持性を評価した。
上記環境に放置したHP Color Laser jet Enterprise M653dnの改造機にて全黒画像を10枚出力し、出力中に強制的にマシンを停止して、中間転写ベルト上に積載されているトナー帯電量を測定した。中間転写ベルト上の帯電量の測定は、初期帯電量の評価と同様にして行った。
この捕集したトナーの質量M(g)と、クーロンメーターにて直接測定した電荷Q(μC)より、単位質量当たりの電荷量(μC/g)を計算し、トナー帯電量(Q/M)とした。上記初期帯電量の評価における現像ローラ上の帯電量と本評価における中間転写ベルト上との比較により、帯電維持性を評価した。
この評価において、帯電維持性が高いほど、LBPプロセスにおいて電荷がリークしにくいため、より高い帯電量が維持されている。すなわち、数値は小さいほど帯電維持性に優れる。評価がA又はBの場合、良好と判断した。評価結果を表4に示す。
A:現像ローラ上と中間転写ベルト上の帯電量差が3μC/g以下
B:現像ローラ上と中間転写ベルト上の帯電量差が3μC/gより大きく6μC/g以下C:現像ローラ上と中間転写ベルト上の帯電量差が6μC/gより大きく10μC/g以下
D:現像ローラ上と中間転写ベルト上の帯電量差が10μC/gより大きい
A:現像ローラ上と中間転写ベルト上の帯電量差が3μC/g以下
B:現像ローラ上と中間転写ベルト上の帯電量差が3μC/gより大きく6μC/g以下C:現像ローラ上と中間転写ベルト上の帯電量差が6μC/gより大きく10μC/g以下
D:現像ローラ上と中間転写ベルト上の帯電量差が10μC/gより大きい
<耐久電荷維持性の評価>
高温高湿環境下(30℃/80%RH)で、印字率0.5%となるようE文字画像を4秒ごとに2枚出力する間欠連続使用を25000枚実施した。なお、耐久評価紙としては、坪量が75g/m2のbusiness4200(Xerox社製)を用いた。
耐久後、初期帯電量の評価と同様にして、帯電ローラー上の帯電量を測定を行った。初期帯電量と本評価における耐久後帯電量との比較により、耐久電荷維持性を評価した。評価がA~Cの場合、良好と判断した。評価結果を表4に示す。
A:初期帯電量と耐久後帯電量の帯電量差が3μC/g以下
B:初期帯電量と耐久後帯電量の帯電量差が3μC/gより大きく6μC/g以下
C:初期帯電量と耐久後帯電量の帯電量差が6μC/gより大きく10μC/g未満
D:初期帯電量と耐久後帯電量の帯電量差が10μC/g以上15μC/g未満
E:初期帯電量と耐久後帯電量の帯電量差が15μC/g以上
高温高湿環境下(30℃/80%RH)で、印字率0.5%となるようE文字画像を4秒ごとに2枚出力する間欠連続使用を25000枚実施した。なお、耐久評価紙としては、坪量が75g/m2のbusiness4200(Xerox社製)を用いた。
耐久後、初期帯電量の評価と同様にして、帯電ローラー上の帯電量を測定を行った。初期帯電量と本評価における耐久後帯電量との比較により、耐久電荷維持性を評価した。評価がA~Cの場合、良好と判断した。評価結果を表4に示す。
A:初期帯電量と耐久後帯電量の帯電量差が3μC/g以下
B:初期帯電量と耐久後帯電量の帯電量差が3μC/gより大きく6μC/g以下
C:初期帯電量と耐久後帯電量の帯電量差が6μC/gより大きく10μC/g未満
D:初期帯電量と耐久後帯電量の帯電量差が10μC/g以上15μC/g未満
E:初期帯電量と耐久後帯電量の帯電量差が15μC/g以上
<軽負荷定着グロス均一性評価>
上記HP Color Laser jet Enterprise M653dnの改造機を、定着ニップ圧力がデフォルト設定の80%となるように改造して評価用電子写真装置とし、定着温度を180℃となるように改造してグロス均一性の試験を行った。
常温常湿度環境下(23℃/50%RH)において、トナーの紙上への載り量が0.50mg/cm2になるように調整し、A4横、100%印字比率で画像を形成した。評価紙は、坪量が75g/m2のbusiness4200(Xerox社製)を用いた。得られた定着画像を縦3分割、横7分割ずつ(計21分割)し、それぞれの部位でグロス測定を行い、その21点測定の最大値と最小値の差分(グロス差分)を求め、下記の評価基準で評価した。グロス測定は、PG-3D(日本電色工業製)を用いて行った。評価がA~Cの場合、良好と判断した。評価結果を表4に示す。
(グロス均一性の評価基準)
A:1.0未満
B:1.0以上2.0未満
C:2.0以上3.0未満
D:3.0以上
上記HP Color Laser jet Enterprise M653dnの改造機を、定着ニップ圧力がデフォルト設定の80%となるように改造して評価用電子写真装置とし、定着温度を180℃となるように改造してグロス均一性の試験を行った。
常温常湿度環境下(23℃/50%RH)において、トナーの紙上への載り量が0.50mg/cm2になるように調整し、A4横、100%印字比率で画像を形成した。評価紙は、坪量が75g/m2のbusiness4200(Xerox社製)を用いた。得られた定着画像を縦3分割、横7分割ずつ(計21分割)し、それぞれの部位でグロス測定を行い、その21点測定の最大値と最小値の差分(グロス差分)を求め、下記の評価基準で評価した。グロス測定は、PG-3D(日本電色工業製)を用いて行った。評価がA~Cの場合、良好と判断した。評価結果を表4に示す。
(グロス均一性の評価基準)
A:1.0未満
B:1.0以上2.0未満
C:2.0以上3.0未満
D:3.0以上
<微小ドット再現性>
高温高湿環境(H/H)下(35℃85%RH)において、上記HP Color Laser jet Enterprise M653dnの改造機にて画質評価を行った。評価紙は、坪量が75g/m2のbusiness4200(Xerox社製)を用いた。先端余白10mm、横線間隔10mmで、縦259mm×196mmの横孤立ドットで形成したハーフトーン部を有する画像を出力した(ドット印字率15%)。そして20000枚目の画像について以下の評価を行った。
評価は、ルーペを用いて該画像の100個の孤立ドットをランダムに観察し、各ドットの短径と長径を測定して長径と短径の比(長径を短径で除した値)を求めた。そして100個の孤立ドットのうち、長径と短径の比の最大値を用い、下記の評価基準に基づいて評価がAまたはBの場合、良好と判断した。評価結果を表4に示す。
(評価基準)
A.長径と短径の比の最大値が1.10未満
B.長径と短径の比の最大値が1.10以上1.20未満
C.長径と短径の比の最大値が1.20以上1.30未満
D.長径と短径の比の最大値が1.30以上
高温高湿環境(H/H)下(35℃85%RH)において、上記HP Color Laser jet Enterprise M653dnの改造機にて画質評価を行った。評価紙は、坪量が75g/m2のbusiness4200(Xerox社製)を用いた。先端余白10mm、横線間隔10mmで、縦259mm×196mmの横孤立ドットで形成したハーフトーン部を有する画像を出力した(ドット印字率15%)。そして20000枚目の画像について以下の評価を行った。
評価は、ルーペを用いて該画像の100個の孤立ドットをランダムに観察し、各ドットの短径と長径を測定して長径と短径の比(長径を短径で除した値)を求めた。そして100個の孤立ドットのうち、長径と短径の比の最大値を用い、下記の評価基準に基づいて評価がAまたはBの場合、良好と判断した。評価結果を表4に示す。
(評価基準)
A.長径と短径の比の最大値が1.10未満
B.長径と短径の比の最大値が1.10以上1.20未満
C.長径と短径の比の最大値が1.20以上1.30未満
D.長径と短径の比の最大値が1.30以上
本開示は以下の構成に関する。
(構成1)
結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナー粒子が、トナーコア粒子、及び該トナーコア粒子の表面に存在する凸部を有し、
該凸部は、有機ケイ素重合体を含有し、
透過型電子顕微鏡による該トナー粒子の断面観察により、該トナーコア粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
該トナーコア粒子と該凸部との界面の両端を結ぶ線分を基準線とし、該基準線の長さをW(nm)とし、
該基準線の法線方向において、該凸部の該基準線よりも該トナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)としたとき、
該W及び該Iが、下記式(1)を満たし、
I/W ≦ 0.050 ・・・(1)
Hertzの接触理論によって算出される該凸部のヤング率をE1としたとき、該E1が、1.00~3.90GPaであることを特徴とするトナー。
(構成2)
前記トナーコア粒子の表面のヤング率をE2としたとき、
前記E1の該E2に対する比の値(E1/E2)が、1.0~4.5である構成1に記載のトナー。
(構成3)
前記E2が、0.50GPa以上1.00GPa未満である構成2に記載のトナー。
(構成4)
前記トナーコア粒子が、有機ケイ素化合物部位を含有し、
前記トナーコア粒子を飛行時間型二次イオン質量分析計で測定して得られる、下記(2)の通り定義されるケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)を規格化強度Aとしたとき、該規格化強度Aが、8.00×10-4~4.00×10-2であり、
下記(3)条件下で前記トナーコア粒子に対しアルゴンガスクラスターイオンビームで250秒スパッタしたときのケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)を規格化強度Bとしたとき、該規格化強度Bが、7.99×10-4以下である、構成1~3のいずれかに記載のトナー。
(2) ケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)=(ケイ素イオンのイオン強度(m/z=28)) / (m/z=0.5~1850における全イオン強度)
(3) 加速電圧:5kV、 電流:6.5nA、 ラスタサイズ:600μm×600μm、 照射時間:5sec/cycle
(構成5)
前記規格化強度Aが、8.00×10-4~1.00×10-2であり、
前記規格化強度Bが、6.99×10-4以下である構成4に記載のトナー。
(構成6)
前記凸部による前記トナーコア粒子の表面の被覆率が、30~70面積%である構成1~5のいずれか1項に記載のトナー。
(構成7)
前記有機ケイ素重合体が、下記式(5)で表される構造を有し、
前記Wが、80~250nmである、構成1~6のいずれか1項に記載のトナー。
R-SiO3/2 ・・・(5)
(式(5)中、Rは炭素数1~6の炭化水素基又はアリール基を示す。)
(構成8)
走査型プローブ顕微鏡で測定された前記凸部の個数平均高さをHとしたとき、
該Hが、25~100nmであり、
前記Wの該Hに対する比の値W/Hが、1.5~3.7である構成1~7のいずれか1項に記載のトナー。
(構成9)
前記ワックスが、エステルワックスであり、
該エステルワックスが、炭素数2~6の脂肪族ジオールと、炭素数14~22の脂肪族モノカルボン酸と、のエステル化合物を含有する構成1~8のいずれか1項に記載のトナー。
(構成10)
前記結着樹脂が、該結着樹脂が、モノマーユニットM1を有し、
fedors法における該モノマーユニットM1のSP値をSP(M1)とし、前記エステルワックスのSP値をSP(W)としたとき、
│SP(M1)-SP(W)│が、1.00以下である、構成9に記載のトナー。
(構成11)
前記モノマーユニットM1が、下記式(4)で表される構造である構成10に記載のトナー。
(上記式(4)において、L1は-COO(CH2)n-を示し(nは11~31の整数)、L1のカルボニルが主鎖の炭素原子に結合している。R1は水素原子又はメチル基を示す。)
(構成1)
結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナー粒子が、トナーコア粒子、及び該トナーコア粒子の表面に存在する凸部を有し、
該凸部は、有機ケイ素重合体を含有し、
透過型電子顕微鏡による該トナー粒子の断面観察により、該トナーコア粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
該トナーコア粒子と該凸部との界面の両端を結ぶ線分を基準線とし、該基準線の長さをW(nm)とし、
該基準線の法線方向において、該凸部の該基準線よりも該トナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)としたとき、
該W及び該Iが、下記式(1)を満たし、
I/W ≦ 0.050 ・・・(1)
Hertzの接触理論によって算出される該凸部のヤング率をE1としたとき、該E1が、1.00~3.90GPaであることを特徴とするトナー。
(構成2)
前記トナーコア粒子の表面のヤング率をE2としたとき、
前記E1の該E2に対する比の値(E1/E2)が、1.0~4.5である構成1に記載のトナー。
(構成3)
前記E2が、0.50GPa以上1.00GPa未満である構成2に記載のトナー。
(構成4)
前記トナーコア粒子が、有機ケイ素化合物部位を含有し、
前記トナーコア粒子を飛行時間型二次イオン質量分析計で測定して得られる、下記(2)の通り定義されるケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)を規格化強度Aとしたとき、該規格化強度Aが、8.00×10-4~4.00×10-2であり、
下記(3)条件下で前記トナーコア粒子に対しアルゴンガスクラスターイオンビームで250秒スパッタしたときのケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)を規格化強度Bとしたとき、該規格化強度Bが、7.99×10-4以下である、構成1~3のいずれかに記載のトナー。
(2) ケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)=(ケイ素イオンのイオン強度(m/z=28)) / (m/z=0.5~1850における全イオン強度)
(3) 加速電圧:5kV、 電流:6.5nA、 ラスタサイズ:600μm×600μm、 照射時間:5sec/cycle
(構成5)
前記規格化強度Aが、8.00×10-4~1.00×10-2であり、
前記規格化強度Bが、6.99×10-4以下である構成4に記載のトナー。
(構成6)
前記凸部による前記トナーコア粒子の表面の被覆率が、30~70面積%である構成1~5のいずれか1項に記載のトナー。
(構成7)
前記有機ケイ素重合体が、下記式(5)で表される構造を有し、
前記Wが、80~250nmである、構成1~6のいずれか1項に記載のトナー。
R-SiO3/2 ・・・(5)
(式(5)中、Rは炭素数1~6の炭化水素基又はアリール基を示す。)
(構成8)
走査型プローブ顕微鏡で測定された前記凸部の個数平均高さをHとしたとき、
該Hが、25~100nmであり、
前記Wの該Hに対する比の値W/Hが、1.5~3.7である構成1~7のいずれか1項に記載のトナー。
(構成9)
前記ワックスが、エステルワックスであり、
該エステルワックスが、炭素数2~6の脂肪族ジオールと、炭素数14~22の脂肪族モノカルボン酸と、のエステル化合物を含有する構成1~8のいずれか1項に記載のトナー。
(構成10)
前記結着樹脂が、該結着樹脂が、モノマーユニットM1を有し、
fedors法における該モノマーユニットM1のSP値をSP(M1)とし、前記エステルワックスのSP値をSP(W)としたとき、
│SP(M1)-SP(W)│が、1.00以下である、構成9に記載のトナー。
(構成11)
前記モノマーユニットM1が、下記式(4)で表される構造である構成10に記載のトナー。
(上記式(4)において、L1は-COO(CH2)n-を示し(nは11~31の整数)、L1のカルボニルが主鎖の炭素原子に結合している。R1は水素原子又はメチル基を示す。)
1:凸部、2:コア粒子表面(水平画像に変換されたコア粒子表面の周に沿った線)、3:トナーコア粒子、4:長さW、5:侵入長I、6:高さH
Claims (11)
- 結着樹脂及びワックスを含有するトナー粒子を有するトナーであって、
該トナー粒子が、トナーコア粒子、及び該トナーコア粒子の表面に存在する凸部を有し、
該凸部は、有機ケイ素重合体を含有し、
透過型電子顕微鏡による該トナー粒子の断面観察により、該トナーコア粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
該トナーコア粒子と該凸部との界面の両端を結ぶ線分を基準線とし、該基準線の長さをW(nm)とし、
該基準線の法線方向において、該凸部の該基準線よりも該トナーコア粒子方向の最大長を最大侵入長I(nm)としたとき、
該W及び該Iが、下記式(1)を満たし、
I/W ≦ 0.050 ・・・(1)
Hertzの接触理論によって算出される該凸部のヤング率をE1としたとき、該E1が、1.00~3.90GPaであることを特徴とするトナー。 - 前記トナーコア粒子の表面のヤング率をE2としたとき、
前記E1の該E2に対する比の値(E1/E2)が、1.0~4.5である請求項1に記載のトナー。 - 前記E2が、0.50GPa以上1.00GPa未満である請求項2に記載のトナー。
- 前記トナーコア粒子が、有機ケイ素化合物部位を含有し、
前記トナーコア粒子を飛行時間型二次イオン質量分析計で測定して得られる、下記(2)の通り定義されるケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)を規格化強度Aとしたとき、該規格化強度Aが、8.00×10-4~4.00×10-2であり、
下記(3)条件下で前記トナーコア粒子に対しアルゴンガスクラスターイオンビームで250秒スパッタしたときのケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)を規格化強度Bとしたとき、該規格化強度Bが、7.99×10-4以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー。
(2) ケイ素イオンの規格化強度(m/z=28)=(ケイ素イオンのイオン強度(m/z=28)) / (m/z=0.5~1850における全イオン強度)
(3) 加速電圧:5kV、 電流:6.5nA、 ラスタサイズ:600μm×600μm、 照射時間:5sec/cycle - 前記規格化強度Aが、8.00×10-4~1.00×10-2であり、
前記規格化強度Bが、6.99×10-4以下である請求項4に記載のトナー。 - 前記凸部による前記トナーコア粒子の表面の被覆率が、30~70面積%である請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー。
- 前記有機ケイ素重合体が、下記式(5)で表される構造を有し、
前記Wが、80~250nmである、請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー。
R-SiO3/2 ・・・(5)
(式(5)中、Rは炭素数1~6の炭化水素基又はアリール基を示す。) - 走査型プローブ顕微鏡で測定された前記凸部の個数平均高さをHとしたとき、
該Hが、25~100nmであり、
前記Wの該Hに対する比の値W/Hが、1.5~3.7である請求項1~3のいずれか1
項に記載のトナー。 - 前記ワックスが、エステルワックスであり、
該エステルワックスが、炭素数2~6の脂肪族ジオールと、炭素数14~22の脂肪族モノカルボン酸と、のエステル化合物を含有する請求項1~3のいずれか1項に記載のトナー。 - 前記結着樹脂が、該結着樹脂が、モノマーユニットM1を有し、
fedors法における該モノマーユニットM1のSP値をSP(M1)とし、前記エステルワックスのSP値をSP(W)としたとき、
│SP(M1)-SP(W)│が、1.00以下である、請求項9に記載のトナー。
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