JP4388105B2 - トナー及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真、静電印刷の如き画像形成方法において、静電荷像を現像するためのトナー、又はトナージェット方式の画像形成方法におけるトナー像を形成するためのトナー、及び、該トナーの製造方法に関する。更に、トナーで形成されたトナー像を転写材の如きプリントシートに加熱加圧定着させる定着方式に好適に供されるトナー、及び該トナーの製造方法に関する。
電潜像を顕像化する画像形成方法の代表的なものとして電子写真法が挙げられる。電子写真法は、特許文献に記載されている如く、一般には、光導電性物質を利用し、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、次いで該潜像をトナーを用いて現像し、必要に応じて直接的或いは間接的手段を用い、紙の如き転写材にトナー画像を転写した後、加熱、加圧、加熱加圧或いは溶剤蒸気等により定着し、複写物或いはプリント物を得るものである。この時に感光体上に転写されず残ったトナーは、必要により種々の方法でクリーニングされて上述の工程が繰り返される。
上記において使用されるトナーは、一般に、主成分を結着樹脂及び着色剤とし、更に必要に応じて、荷電制御剤、及び定着助剤等を含有して形成される着色樹脂組成物からなる着色樹脂粒子である。通常、その粒子径は、数〜数十ミクロンの範囲である。このトナーは、結着樹脂中に、染料、顔料或いは磁性体の如き着色剤を混合、溶融して着色剤を結着樹脂中に分散させた後、粉砕及び分級する所謂粉砕法によって製造されている。
近年、電子写真法は、高画質なフルカラー出力、コンピュータ用のプリンターによる高精細出力の手段として広く使われるようになってきた。従って、その要求も、高画質、省電力等、多面にわたり、使用されるトナーに対しても種々の性能が要求されてきている。特に、種々の条件の環境下においても安定した画像出力が達成できることが要求され、更に、その画像の品質も、多数枚の出力によって左右されない安定したものであることが要望されている。しかし、上述の粉砕法によって製造される粉砕トナーは、要求されている高画質化に対して、小粒径化が困難なこと、原理的に粒度分布がブロードになること、更に、トナー粒子の形状が不定形粒子になることといった点で、上記した種々の要求に対して充分に満足できるものとはなっていない。
そこで、種々の重合法を用いて、粉砕過程を経ることなくトナー粒子を得ようという検討が盛んになされている。例えば、予め懸濁重合法により得られる粒子の粒度分布を分級により揃え、その樹脂粒子を水性溶媒中に分散させ、分散性の染料により染色してなるトナーの製造方法が特許文献に記載されている。更に、特許文献には、より高濃度なトナーを得るために、予め懸濁重合法によって得られた樹脂粒子の粒度分布を分級等の手段で揃えた後、酸性のカーボンブラックとシリカ微粉末とを混合して、これらを樹脂粒子に付着固定化させてトナーを得る方法が開示されている。
これらの方法によれば、トナーの母体となる樹脂粒子の製造時に重合阻害を生じることがなく、効率的に比較的粒度の揃った高着色力のトナーが得られる。しかし、この方法に用いられるトナー粒子の母体となる樹脂粒子(以下、母体粒子とも呼ぶ)では、未だ粒子の粒度分布を充分にシャープなものとすることができず、カーボンブラックとシリカ微粉末とを混合して付着固定化する際に含まれる微粉や粗粉の影響、即ち、低温低湿下で、チャージアップによる画像濃度が充分に得られなくなったり、高画質画像が充分得られなくなる場合がある。又、カーボンブラックが樹脂粒子表面に多く存在すると帯電不良を起こすという問題もある。
このようなトナーの小粒径化、更には粒度分布のシャープ化を改善するために分散重合法によるトナーが提案されている。例えば、特許文献に、体積平均粒径4〜8μmで、該粒子が分散重合法により調製され、分散染料により着色されたトナーが記載されている。この方法によれば小粒径化が図れ、粒度分布のシャープな着色トナー粒子が得られる。このため画像形成に用いれば高画質な画像を得ることができる。しかし、この方法では、場合によっては分散染料の粒子への取り込みが不充分であり、特に、より小粒径化したトナーにおいては着色力不足を生じる場合がある。更に、小粒径化したトナーでは、分散染料によって染色する場合に粒子の合一が起こり易く、粗大粒子の生成を招く場合がある。その結果、初期の画像は高画質なものが得られるが、耐久によっては画像品質が低下してくるという欠点を有するトナーとなる。又、着色剤として染料を用いた場合の問題として、耐光性に劣るといった問題があり、得られる画像が長期においては褪色して画像品位が低下してしまう等の欠点がある。
米国特許第2,297,691号明細書 特公昭42−23910号公報 特公昭43−24748号公報 特公平7−52307号公報 特開平3−7953号公報 特開平3−168653号公報
って、本発明の目的は、上記の問題点を解決したトナー及びその製造方法を提供することにある。
即ち、本発明は、画像の高画質化を図るために、高い隠蔽力を有し、高着色力である微粒径且つ粒度分布がシャープなトナー及びその製造方法を提供することを目的とする。
更に、省電力化に鑑み、耐ブロッキング性を満足し、且つ、低温定着可能なトナー及びその製造方法を提供することを目的とする。
更に、低温低湿下でも充分な画像濃度が得られ、耐久によっても画質低下の生じないトナー及びその製造方法を提供することを目的とする。
記の目的は、以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、少なくとも結着樹脂を含有してなるトナーを構成するための樹脂粒子を0.1乃至30重量%の範囲で含有する水系溶媒中で超音波照射しながら、水系媒体の温度を樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃以下の温度の範囲内に制御することによって樹脂粒子表面に少なくとも着色剤としての顔料粒子を固着させて得られたトナー粒子を有するトナーであって、該トナーが
<1>0.5乃至6.0μmの個数平均粒径を有し、
>0.1乃至20%の個数分布の変動係数を有し、
>トナー中の顔料粒子のトナー粒子に対する含有量が下記式(1)の関係を満足しており、
>トナー粒子表面近傍に対して顔料粒子が80乃至100%固着されてることを特徴とするトナー、及び該トナーの製造方法である。
Figure 0004388105
明によれば、微粒径で、且つ粒度分布シャープであり、現像/転写性に優れ、高画質化を達成し、隠蔽力に優れ、高着色力であり、且つOHP透明性に優れ、更に、低温定着性と耐ブロッキング性を同時に満足するトナーが提供される。更に、顔料や無機粒子を効率的にトナー表面に固着でき、隠蔽力があり、高着色力であるトナーを良好に製造し得るトナー製造方法が提供される。
下、本発明の好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
本発明のトナーの特徴は、個数分布において、個数平均粒径が0.5μm乃至6.0μmの範囲にあり、その変動係数が0.1乃至20%の微粒径で且つ非常にシャープな粒度分布を有し、且つ、80乃至100%の顔料粒子がトナー粒子の表面近傍に存在し、更に、トナー中における顔料の含有量が下記式(1)を満足する範囲内の割合で固着していることにある。更に、樹脂粒子からなるトナー粒子の表面に顔料粒子を上記の状態で固着させるために、特定温度の水系媒体中で超音波照射しつつ固着させる手段が用いられること特徴とする。
Figure 0004388105
本発明者らの詳細な検討によると、先ず、個数平均粒子径が0.5乃至6.0μmの範囲にある微粒径のトナーを用いることによって、潜像に対して忠実な現像を行うことできることがわかった。更に、この場合に、個数分布の変動係数が0.1乃至20%の範囲であることが、上記のような平均粒径を有する微粒径のトナーにおいて、帯電のばらつきを抑え、転写性を向上させるために必要であることもわかった。更に、このような微粒径トナーによって画像品位に優れた画像形成を行なうためには、トナー層が薄層化した部分においても高い着色力を有するものとすることを要し、トナー粒子1個の着色力、隠蔽力を高める必要があり、このためには、着色剤としての顔料粒子がトナー粒子の表面近傍に対して80乃至100%の高濃度で固着した状態で存在するようにし、更に、トナー粒子中における顔料の含有量が上記式(1)を満足する範囲となるように構成する必要があることもわかった。そして、特定温度の水系媒体中で超音波照射しつつトナー粒子表面に顔料粒子を固着させれば、上記構成を有するトナーが容易に得られることもわかった。
又、本発明者らは、上記したような微粒径で粒度が揃ったトナー粒子は凝集し易く、ブロッキング性を悪化させる場合があることも見いだしたが、それを防ぐためにもトナー表面に顔料粒子を特定の割合で固着させることが有効であり、更には、無機粒子を併用して顔料粒子と無機粒子とを併せて特定の割合でトナー表面に固着させることが、耐ブロッキング性と低温定着性を同時に満足させる手段として有効な構成であることを見いだした。更に、この場合に、無機粒子として疎水性シリカを用いると、耐ブロッキング性及び微粒子化したトナーの帯電性能を良好にできることも見いだした。
又、本発明のトナーの好ましい形態としては、トナーに含有される樹脂成分の重量平均分布を測定した場合に、分子量2,000乃至100,000の範囲に極大値(Mp)を有し、且つ、分子量200乃至1,000の成分を0乃至2.0重量%含有するように制御されたトナーとすることで、耐ブロッキング性をより良好にすることができることもわかった。
更に、以下の工程を有する本発明のトナー製造方法によれば、上記した本発明の目的をより良好に達成できる本発明のトナーが容易に得られる。
本発明のトナー製造方法は、重合用溶媒に溶解可能で、且つ、該重合用溶媒に重合によって生成する重合体は溶解しない重合性単量体と、上記重合用溶媒に可溶な重合体組成物を重合用溶媒に溶解して重合反応系を調製する工程;重合反応系中から重合体粒子を得る工程;重合体粒子を有する重合反応系中の重合用溶媒を水の割合が90乃至100重量%である水系溶媒に置換し、且つ、重合体粒子が水系溶媒中に0.1乃至30重量%含有されるように調整する工程;顔料粒子を湿潤させる溶媒の存在下で水に分散させて顔料分散液を調製する工程;前記重合体粒子が0.1乃至30重量%分散された水系溶媒中に、上記顔料分散液を加え、重合体粒子表面に顔料粒子を付着させる工程;水系溶媒の温度をトナー粒子のガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃の温度範囲に制御しながら超音波照射を行ってトナー粒子を得る工程を有して構成されることを特徴とする。
上記のように、本発明のトナー製造方法は、大きくは、重合体粒子を作る工程、並びに重合体粒子表面に顔料微粒子を固着させる工程よりなる。重合体粒子を作る工程においては、重合反応系の調製の際に所望の平均粒径となるべく処方し、更に、重合反応開始時における重合反応系中の溶存酸素量を極力減らして重合反応を行うことで、シャープな粒度分布を有する重合体粒子を容易に作製することができる。特に、所望の平均粒径を有するトナーの粒度分布をシャープにする上では、重合反応開始時における溶存酸素量を0乃至2.0mg/l、更には0乃至0.1mg/lにして重合反応を行うことが好ましい。又、重合体粒子表面に所望量の顔料粒子を固着させる方法として、水系溶媒の温度を、トナー粒子のガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃の温度範囲に制御しながら超音波照射を行う方法を採用することによって、顔粒粒子を重合体粒子表面に安定して固着させることができ、トナーとした場合に顔料の持つ隠蔽性が充分に発揮されるものとできると共に、トナー粒子の合一を有効に防止できる。この結果、本発明のトナーの製造方法によって、粒度分布の非常にシャープな隠蔽力と高着色を有する微粒径の特性に優れたトナー粒子が容易に得られる。
本発明のトナーの構成について、更に詳細に説明する。
本発明のトナーは、第1に個数平均粒径が0.5μm乃至6.0μm、好ましくは1.0μm乃至5.0μmであることが重要である。これは、高精細な画像を得るために必要な要件である。即ち、トナーの個数平均粒径が0.5μmよりも小さくなると、ドライパウダーとしての取り扱いが困難になる一方、6μmを超えると、微小ドット潜像を忠実に現像ができなくなってくるために、特に、画像のハイライトの再現性が劣るようになる。
本発明者らの検討によれば、上記した個数平均粒径に加え、その粒度分布の拡がりの状態が、特に転写プロセスでの画像再現性に大きく寄与することがわかった。従って、本発明のトナーは、第2に、変動係数が0.1乃至20%、好ましくは0.1乃至18%のシャープな粒度分布を有するものであることを要する。即ち、個数分布における変動係数が20%を超えると、平均粒径が上記した特定の範囲内にあったとしても、現像が良好に行われる反面で、転写時に飛び散りや転写されないトナーが存在することを生じ、形成された画像が、特にハーフトーン再現性に劣り、ベタ部の均一性にも欠けるようになる。尚、トナーの個数分布の変動係数は、下記式により算出される。
Figure 0004388105
更に、本発明のトナーにおいては、第3に、トナー粒子の表面近傍に対して顔料粒子が80乃至100%固着して存在するように構成されていることを要する。即ち、顔料粒子の粒子表面近傍における存在が80%未満では、トナー粒子が凝集してブロッキングを発生し易く、又、帯電の安定性や高い転写効率を満足させることができない。ここで、トナー粒子の表面近傍とは、トナー粒径の外側から内部に向かう半径の10%までの層のことである。顔料粒子の存在量が80%未満では、トナーの隠蔽力が不足し、充分な画像濃度が得られない場合がある。
更に、本発明のトナーでは、上記のようにトナー表面に顔料粒子が高い存在率で存在しているが、更にこれに加えて、トナー中の顔料粒子のトナー粒子に対する含有量が、次式(1)の関係を満足するように構成されていることを要する。
Figure 0004388105
上記式中のxは、トナー粒子の表面を、ある粒径を有する顔料粒子を用い、該顔料の隙間のない1層で覆うために必要な量を、トナーの個数平均粒径及び顔料粒子の比表面積から求めた計算値である。即ち、顔料粒子を真球と仮定して、その粒径をd[m]、比重をρ[g/m3]として、顔料粒子の比表面積SA[m2/g]と粒径の関係を表すと、
Figure 0004388105
となる。トナー粒子1個の重量をM[g]、比重ρ’[g/m3]として、トナー粒子表面を1個m[g]の顔料粒子で隙間なく覆うとして、n個の顔料粒子が必要とすると、トナー粒子1個に対する顔料粒子n個の合計の含有量[%]は、
Figure 0004388105
と表せる。従って、
Figure 0004388105
と表せる。
又、トナー粒子1個の表面をn個の顔料粒子で覆うとすると、トナー粒子表面積とn個の顔料粒子の投影面積が等しいと考えられるから、
Figure 0004388105
となる。よって、
Figure 0004388105
と表せる。
式(5)を式(4)に代入すると、
Figure 0004388105
と表せる。
ここで、上記式に式(3)を代入してdを消去すると、
Figure 0004388105
となる。
トナーの比重ρ’[g/cm3]=1×106[g/m3]と仮定して、この値を式(6)に代入すると、
Figure 0004388105
と表せる。
トナー中の顔料粒子のトナー粒子に対する含有量が、この値を用いて算出した0.5x未満であると、より小粒径サイズのトナー粒子において着色力不足が生じたり、特に、黒色の隠蔽性に劣る場合があり、又、トナー粒子表面に顔料粒子を固着する固着時に生じる粒子の合一を良好に防止することが困難となる。一方、トナー中の顔料粒子のトナー粒子に対する含有量が、上記式によって算出される3.0xの値を超えるようなトナーを用いると、帯電特性に悪影響を及ぼしたり、トナー表面からの顔料の脱離を招く場合がある。
本発明のトナーを構成する顔料粒子としては、無機系顔料、有機系顔料、カーボンブラック等、公知の種々の顔料を用いることができる。具体的には、無機顔料として、酸化チタン、亜鉛華、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ粉、黒鉛、カーボンブラック、アイボリーブラック、べんがら、カドミウムレッド、シエナ、アンバー、ストロンチウムイエロー、ニッケルチタンイエロー、黄色酸化鉄、黄土、紺青、群青、コバルトブルー、セルリアンブルー、ギネーグリーン、コバルトグリーン、酸化クロム、コバルトバイオレット、マンガンバイオレット、アルミニウム粉、金粉、等が挙げられる。又、有機顔料としては、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、アントラキノン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、キナクリドン系顔料、チオインジゴ系顔料、ジオキサジン顔料、イソインドリン系顔料、キノフタロン系顔料、バット顔料、インダンスレン系顔料、酸性又は塩基性染料のレーキ顔料、金属錯体顔料等を使用することができる。
更に、本発明において用いる顔料粒子は、その個数平均粒径が0.01乃至1.0μmであることが、定着画像の隠蔽力、更には、顔料粒子固着時における重合体粒子同士の合一を防止するために好ましい。即ち、0.01μm未満であると、トナーとしての隠蔽力を充分に発揮できない場合があり、又、固着時に生じる重合体粒子同士の合一を充分に防止できない場合がある。一方、顔料粒子の大きさが1.0μmよりも大きいと、トナーの彩度を落としたり、固着しているトナー表面から脱離し易くなる等の不都合を生じる場合がある。
本発明のトナーを構成する場合においては、更に耐ブロッキング性を向上させたり、顔料粒子固着時における粒子合一をより良好に防止したりするために、無機粒子を顔料粒子に併用させて用いることが好ましい。この際に用いることのできる無機粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、ジルコニア、酸化セリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等が挙げられる。より好ましくは、表面が疎水化処理された無機酸化物を用いることが好ましく、中でも、シリカ、アルミナ、或いは酸化チタン、特に疎水性シリカを用いることが好ましい。即ち、これらの粒子を用いれば、長期に渡ってトナーが劣化せず、微粒子化したトナーの帯電性能及び流動性が長期に渡って良好に維持されるため、高画質画像を得ることが可能となる。
更に、この際に、個数平均粒径が0.01乃至1.0μmの範囲にある無機粒子を使用することが、得られるトナーの帯電性や耐ブロッキング性を良好に満足させ、且つ、トナー粒子表面への顔料粒子の固着時に生じる粒子同士の合一を有効に防止するためには好ましい。即ち、無機粒子の個数平均粒径が0.01μm未満であると、固着時の粒子合一を充分に防止しできない場合がある。又、1.0μmより大きいと低温定着性を充分に発揮できなくなる場合や耐久途中にトナー表面から脱離する等の不都合を生じる場合がある。
又、本発明のトナーにおいて好ましく用いることのできる無機粒子の範囲としては、先に挙げた顔料粒子と無機粒子の合計の含有量が下記式(2)を満足する範囲で用いることが好ましい。
Figure 0004388105
顔料粒子と無機粒子の合計の含有量が、上記式で求められる0.5Y未満であるようなトナーの場合は、良好な流動性が得られず、良好な帯電性が得られにくくなり、又、ブロッキング性が悪化したり、粒子の合一を防止することが困難となる。一方、トナーを構成する顔料粒子と無機粒子の合計の含有量が、上記式で求められる4.0Yを超えると、低温定着性を充分に満足することができなくなる場合や、トナー粒子表面から、顔料粒子や無機粒子が脱離してトナーの耐久性に問題を生じる場合がある。
本発明のトナーにおいては、上記したように顔料粒子及び無機粒子を併用して用い、これらをトナー粒子表面に固着させて構成することが、トナーの流動性を向上させ、耐ブロッキング性を良好にし、且つ固着時に粒子合一を防止するためにより好ましいが、このようなトナーを作製するためには、先に述べたトナーの製造方法に更に、水系媒体中で顔料粒子と共に無機粒子をノニオン系界面活性剤及びアニオン又はカチオン系界面活性剤により分散させることが好ましい。そして、その際に両者の水系媒体中におけるpHが、酸性を示すpHであることが、顔料並びに無機粒子の凝集をほぐし、均一にトナー粒子表面へ、これらの粒子の固着が行われるようにするためには好ましい。更に好ましくは、この場合のpHが、2乃至6以下、より好ましくは、3乃至5以下となるようにする。従って、水系媒体中に含有させた場合にアルカリ性を示す顔料粒子及び/又は無機粒子については、酸性を示すように表面処理して用いることが好ましい。更に、顔料及び無機粒子を併用する場合には、両者のpHを揃えるために同一の表面処理剤によって処理を行うことが好ましい。
上記の場合に使用するノニオン系界面活性剤及びアニオン又はカチオン系界面活性剤としては、従来公知の界面活性剤を使用することができるが、例えば、ノニオン系界面活性剤としては、ポリエチレングリコール又はポリオキシエチレングリコールノニルフェニルエーテル、アニオン系界面活性剤としては、ドデシル硫酸ナトリウム又はドデシルベンゼン硫酸ナトリウム、カチオン系界面活性剤としては、ジアルキルベンゼンジアルキルアンモニウムクロライド等を好ましく用いることができる。
上記のような構成の本発明のトナーは、更に、THF溶媒可溶樹脂成分のGPCによるポリスチレン換算の分子量分布において、好ましくは、分子量2,000乃至100,000の範囲に極大値(Mp)を有すると共に、分子量200乃至1,000の範囲の成分を0乃至2重量%含有するものであることが好ましい。本発明のトナーをこのように構成すれば、高温環境下での耐ブロッキング性、凝集性を良好にすることができる。
上記のような特性を有する本発明のトナーは、下記の工程を有するトナーの製造方法によって製造することが好ましい。即ち、本発明のトナーの製造方法は、(1)重合用溶媒に溶解可能で、且つ、重合によって生成する重合体は該重合用溶媒に溶解しない重合性単量体と、上記重合用溶媒に可溶な重合体組成物を重合用溶媒に溶解して重合反応系を調製する工程;(2)重合反応系中から重合体粒子を得る工程;(3)重合体粒子を有する重合反応系中の重合用溶媒を水の割合が90乃至100重量%である水系溶媒に置換し、且つ、重合体粒子が水系溶媒中に0.1乃至30重量%含有されるように調整する工程;(4)顔料粒子を湿潤させる溶媒の存在下で水に分散させて顔料分散液を調製する工程、好適にはノニオン系、アニオン又はカチオン系界面活性剤によって分散させて顔料分散液を調製する工程;(5)前記重合体粒子が0.1乃至30重量%分散された水系溶媒中に、上記顔料分散液を加え、重合体粒子表面に顔料粒子を付着させる工程;(6)水系溶媒の温度をトナー粒子のガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃の温度範囲に制御しながら超音波照射を行って重合体粒子表面に着色剤としての顔料粒子を固着させてトナー粒子を得る工程を有することを特徴とする。
先に述べたように、上記した製造方法によって得られる本発明のトナーの粒度分布をよりシャープにするためには、上記(2)の重合反応系中から重合体粒子を得る工程の重合反応開始時における重合反応系の溶存酸素量を適宜な値に制御することが好ましい。重合反応系における溶存酸素量を制御するためには、例えば、溶存酸素計(オービスフェアラボラトリーズ製溶存酸素計Model 3600)を用いて逐次モニターすればよい。ここで、重合反応開始時とは、重合転化率が5%以下の時点と定義する。この重合転化率の測定は、ガスクロマトグラフィー(GC)により単量体ピークの積分値の変化率として算出した。測定方法については後述する。
上記した本発明のトナーの製造方法の場合、重合反応開始時における溶存酸素量が、得られるトナーの粒度分布のシャープ性、組成の均質性等に対して非常に重要な要因となる。即ち、重合反応開始時の溶存酸素量が2.0mg/lを超える場合は、0.5μm以下の微小粒子の発生を多大に招く場合もある。従って、本発明においては、トナーを製造する場合に、重合反応開始時の溶存酸素量を、0乃至2.0mg/l、更には、0乃至1.0mg/lに制御することがより好ましい。この際の溶存酸素の除去方法としては、反応容器内の空気を各種ガス、好ましくは、不活性ガス、例えば、窒素ガスやアルゴンガス等によって反応系を置換し、更には反応液中の溶存酸素をバブリングして脱気させることが好ましい。又、この際に超音波による脱酸素の方法も、ガス置換と併用して或いは単独で用いることができる。
本発明のトナー製造方法で使用する重合反応系を構成する場合に好ましく用いられる重合用溶媒としては、具体的には、有機溶媒、或いは有機溶媒と水の混合溶媒であれば、あらゆるものを用いることができる。好ましくは、重合性単量体組成物と反応しない有機溶媒、又は該有機溶媒と水の混合溶媒を用いるのがよい。この際の水の使用量としては、0.1重量%以上50重量%以下、好ましくは0.1重量%以上40重量%以下、より好ましくは0.1重量%以上30重量%以下、更に好ましくは0.5重量%以上20重量%以下の範囲とする。重合用溶媒中に50重量%を超える大量の水が含有されていると、均一なトナー粒子が得られないといった問題を生じる。
本発明のトナーの製造方法で用いる重合用溶媒の例としては、具体的には、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、イソペンチルアルコール、tert−ペンチルアルコール、1−ヘキサノール、2−メチル1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、2−エチルブタノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、2−オクタノール、2−エチル1−ヘキサノール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール等のアルコール類、メチルセロソルブ、セロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールモノブチルエーテル等のエーテルアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、セロソルブアセテート等のエステル類、ペンタン、2−メチルブタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、2−メチルペンタン、2,2−ジメチルブタン、2,3−ジメチルブタン、ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、2,2,3−トリメチルペンタン、デカン、ノナン、シクロペンタン、メチルシクロペンタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、p−メンタン、ビシクロヘキシル、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の脂肪族又は芳香族炭化水素類、四塩化炭素、トリクロロエチレン、クロロベンゼン、テトラブロムエタン等のハロゲン化炭化水素類、エチルエーテル、ジメチルエーテル、トリオキサンテトラヒドロフラン等のエーテル類、メチラール、ジエチルアセタール等のアセタール類、ギ酸、酢酸、プロピオン酸等の脂肪酸類、ニトロプロペン、ニトロベンゼン、ジメチルアミン、モノエタノールアミン、ピリジン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の硫黄、窒素含有有機化合物類、及び水を挙げることができる。
本発明のトナーの製造方法で用いる重合性単量体としては、上記に挙げたような重合用溶媒に溶解可能で、且つ、重合によって生成する重合体が該重合用溶媒に溶解しない重合性単量体が挙げられる。
本発明において用いる重合性単量体としては、具体的には、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−エチルスチレン、p−ターシャリーブチルスチレン等のスチレン系単量体、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸エステル類、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノメチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ベンジル等のメタクリル酸エステル類、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレートの他アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等の他、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、n−ブチルエーテル、イソブチルエーテル等のアルキルビニルエーテル類、β−クロルエチルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル、p−メチルフェニルエーテル、p−クロルフェニルエーテル、p−ブロムフェニルエーテル、p−ニトロフェニルビニルエーテル、p−メトキシフェニルビニルエーテル、ブタジエン等のジエン化合物、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸モノブチル、マレイン酸モノブチル、リン酸含有単量体、具体的には、アシッドホスホオキシエチルメタクリレート、アシッドホスホオキシプロピルメタクリレート、スルホン酸基含有単量体、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、アクリロイルモルホリン、2−ビニルピリジン、3−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、2−ビニルイミダゾール、N−メチル−2−ビニルイミダゾール、N−ビニルイミダゾールを挙げることができる。これらの単量体は、単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもでき、好ましい特性が得られるような好適な重合体組成となるように適宜に選択して使用することができる。
本発明のトナーの製造方法においては、得られるトナーが、低温定着性を阻害されることなく、耐ブロッキング性を高めるために、重合反応系に高分子量成分若しくはゲル成分を含有させることができる。このような成分の導入は、重合性を有する2重結合を一分子当たり2個以上有する架橋剤を使用することによっても達成できる。この場合に用いる架橋剤としては、具体的には、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等の芳香族ジビニル化合物、エチレングリコールジアクリレート、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、1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、1,4−ブタ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、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、グリセロールアクロキシジメタクリレート、N,N−ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルフォン等の化合物を挙げることができる。これらは、単独でも、2種類以上を適宜混合して使用してもよい。かかる架橋剤は、重合性単量体混合物に予め混合しておくこともできるし、必要に応じて適宜重合の途中で添加することもできる。
又、本発明のトナーの製造方法の上記した(1)の工程では重合反応系を調製するが、この際に上記重合性単量体に加えて、前記した重合用溶媒に可溶な重合体組成物を重合用溶媒に溶解して重合反応系を調製する。重合体組成物を添加すると、得られるトナーが、核析出及び粒子成長過程で安定して、非常に粒度の揃った粒子となる。
重合体組成物としては、具体的には、例えば、ポリヒドロキシスチレン、ポリスチレンスルホン酸、ビニルフェノール−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ビニルフェノール−(メタ)アクリル酸エステル共重合体等のポリスチレン誘導体、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリアクリロニトリル、ポリエチル(メタ)アクリレート、ポリブチル(メタ)アクリレート等のポリ(メタ)アクリル酸誘導体、ポリメチルビニルエーテル、ポリエチルビニルエーテル、ポリブチルビニルエーテル、ポリイソブチルビニルエーテル等のポリビニルアルキルエーテル誘導体、セルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリ酢酸ビニル等のポリ酢酸ビニル誘導体、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリ−2−メチル−2−オキサゾリン等の含窒素ポリマー誘導体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のポリハロゲン化ビニル誘導体、ポリジメチルシロキサン等のシロキサン誘導体、若しくはこれらの共重合体、若しくはこれらの混合物等を挙げることができる。更に好ましくは、重量平均分子量が、3,000以上300,000以下のものを使用すれば、得られるトナーの粒度分布を均一にすることができるので好適である。
上記に挙げた重合体組成物の使用量としては、重合用溶媒に対して0.1重量%乃至50重量%の範囲、好ましくは0.5重量%乃至30重量%の範囲、更に好ましくは1重量%乃至20重量%の範囲内で使用することが、本発明のトナーに要求される微小な平均粒径の範囲内において粒度分布をシャープにするために必要である。
本発明のトナーの製造方法において使用することのできる重合開始剤としては、従来知られているいかなるものでも使用することができる。かかる重合開始剤としては、具体的には、例えば、ラジカル重合性の開始剤として、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等のアゾ系若しくはジアゾ系重合開始剤、2,2’−アゾビス(2−アミノジプロパン)ジヒドロクロリド、2,2’−アゾビス(N,N’−ジメチレンイソブチルアミジン)、2,2’−アゾビス(N,N’−ジメチレンイソブチルアミジン)ジヒドロクロリド等のアミジン化合物、ベンゾイルパーオキサイド、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等の過酸化物系重合開始剤、及び過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムといった過硫化物系開始剤、及び上記に挙げた重合開始剤の混合物を挙げることができる。
又、アニオン重合性の開始剤としては、具体的には、例えば、SrR2、CaR2、K、KR、Na、NaR、Li、LiR、R−MgR、R−ONa、R−OK、R−OLi、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムといった強アルカリ類、ピリジン、アンモニアといった弱アルカリ類、R−O−R、水、(但しRはアルキル基を示す)といったものがある。更に、カチオン重合性の開始剤としては、具体的には、例えば、SnCl4、BF3、AlCl3、TiCl3等が挙げられる。
本発明のトナーの製造方法においては、重合体粒子を有する重合反応系中の重合用溶媒を水の割合が90乃至100重量%である水系溶媒に置換し、且つ、重合体粒子が水系溶媒中に0.1乃至30重量%含有されるように調整する(3)の工程に先だって、重合後の粒子を洗浄して未反応成分等を重合体粒子から除去することが好ましい。この場合に洗浄に用いる溶媒としては、重合時に用いる溶媒と同様の溶媒を用いればよい。洗浄及び濾過の手段には、一般に用いられる方法を用いればよいが、好ましくは、遠心沈降、デカンテーション等による方法を用いることが、比較的微粒子の洗浄には好ましい。そして、この操作を少なくとも3回以上繰り返した後、最後に水に置換し、水の割合が90乃至100重量%である水系溶媒にすればよい。
次に、本発明のトナーの製造方法において、顔料及び/又は無機粒子を重合体粒子表面に固着させる工程について説明する。即ち、上記した(6)の工程において、水系溶媒の温度をトナー粒子のガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃の温度範囲になるように制御しながら超音波照射を行って重合体粒子表面に顔料粒子を固着させる。
この場合の超音波照射に使用する装置としては、例えば、超音波ホモジナイザーが挙げられる。水系溶媒中へ超音波照射することは、キャビテーション等の機構による衝撃的、瞬間的な高圧の働きにより、重合体粒子表面への顔料粒子及び無機粒子の固着を均一にできる点で好ましい。超音波照射によって水系溶媒中に加えられる超音波振動は、一般に用いられる超音波ホモジナイザーによって発生させられるものであれば充分であり、その周波数は20kHz程度であり、その最大出力は分散液に対して300〜600W程度あればよい。
重合体粒子表面に固着させる顔料粒子、或いは無機粒子は粒子の凝集がほぐれるように、先に述べたように、ノニオン系界面活性剤及びアニオン又はカチオン系界面活性剤等の界面活性剤、更には分散剤等を用いて、予め超音波分散器、ホモミキサー等の分散器にて分散させた顔料分散液を用いることが好ましい。又、超音波照射する際に、トナー粒子分散液を、トナーのガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃以下の温度範囲に制御しながら行なうことで顔料粒子、或いは顔料粒子及び無機粒子の重合体粒子表面に強固に固着させることが可能となる。即ち、トナーのガラス転移温度(Tg)以下で超音波照射をした場合には、顔料粒子或いは無機粒子の固着が弱いものとなり、固着した重合体粒子表面から脱離し易くなり、耐久性に欠けたトナーとなってしまう。又、ガラス転移温度Tg+50℃よりも高い温度で超音波照射を行った場合には、重合体粒子同士の凝集や合一が発生することが生じる。顔料粒子、或いは顔料粒子及び無機粒子を固着した後、洗浄、濾過を繰り返して、乾燥させてトナー粒子として用いるが、洗浄、濾過、及び乾燥工程については特に制限はなく、従来用いられている洗浄濾過、乾燥方法によってトナーが得られる。
本発明のトナーは、必要によっては、乾燥後、分級操作を行ってもよい。更に、流動性付与のために流動性向上剤を外添処理してもよい。
本発明で使用した各種の測定方法について、以下にまとめて説明する。
<分子量分布>
本発明のトナーに含有される樹脂成分、及び本発明で使用する重合用溶媒に可溶な重合体組成物(樹脂成分)の分子量分布は、GPC測定装置(HLC−8120GPC 東ソー(株)社製)を用いて、下記の測定条件で測定した。
(測定条件)
・カラム:TSKgelHM−M(6.0mm×15cm)の2連
・温度:40℃
・溶媒:THF
・流速:0.6ml/min
・検出器:RI
・サンプル濃度:0.1%の試料を10μl
サンプル調製は、測定対象の試料をTHF中に入れ、数時間放置した後、充分に振とうし(試料の合一体がなくなるまで)、更に12時間静置して行なう。そして、サンプル処理フィルター(ポアサイズ0.45μm)を通過させたものをGPC測定用試料とする。
検量線は、単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用する。得られた対数曲線(logM)より、分子量極大値を求める。更に、分子量200〜1,000迄の累積曲線から、トナー樹脂中に含まれる極低分子量成分の算出を行う。
<トナーの個数平均粒径、変動係数>
本発明のトナーを構成しているトナー粒子の粒径の測定は、平均粒径が1μm以上のトナー粒子についてはレーザースキャン型粒度分布測定装置(CIS−100 GALAI社製)を用いて、0.4μmから60μmの範囲内で測定を行う。測定用の試料は、水100mlに界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸塩)0.2ml加えた溶液に、トナー0.5乃至2mgを加え、超音波分散器で2分間分散した後、マグネットスターラーを入れたキュービックセルに水を8割程度入れ、その中に超音波分散した試料をピペットで1、2滴添加して調製した。これから得られる個数平均粒径(Dn)を求め、更に、Dn及びS.D.(標準偏差)の値をもとに、下記式から変動係数を求めた。
Figure 0004388105
又、1μm以下の平均粒径を有するトナーについては、走査型電子顕微鏡(FE−SEM S−4500 日立製作所製)を用いて、5,000倍の写真を撮り、その写真をもとに、水平方向フェレ径を0.05μm以上の粒子について累積300個以上になるように測定する。そして、その平均をもって、個数平均粒径とした。又、この数値を用い、上記の計算式によって変動係数を求めた。
<顔料及び無機粒子の個数平均粒径>
本発明に用いる顔料及び無機粒子の粒径の測定は、走査型電子顕微鏡(FE−SEM S−4500 日立製作所製)を用いて、100,000倍の写真を撮り、その写真をもとに、水平方向フェレ径を0.005μm以上の粒子について累積300個以上になるように測定する。そして、その平均をもって、個数平均粒径とした。
<ガラス転移温度>
樹脂粒子(重合体粒子)、トナー粒子のガラス転移温度は、DSC測定装置(M−DSC TA−インストルメンツ社製)を用いて測定する。測定試料には、6mgを精秤して用いる。精秤した測定試料をアルミ製パン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを用い、測定温度範囲20℃〜200℃の間で、昇温速度4℃/分で常温常湿下で測定を行った。このとき、モジュレーション振幅±0.6℃、周波数1/minで測定する。そして、得られるリバーシングヒートフロー曲線から、ガラス転移温度(Tg)を計算する。計算は、ベースラインと吸熱による曲線の夫々の接線の交点を結ぶ直線の中点を求め、これをTgとする。
<トナー粒子表面近傍における顔料粒子の存在状態>
トナー粒子表面近傍における顔料粒子の存在状態の測定は、透過型電子顕微鏡で300,000万倍の倍率でトナー粒子の写真を撮り、その写真をもとに顔料粒子の個数を測定し、トナー粒子内の顔料粒子の存在分布を、累計300個以上のトナー粒子について測定することによって得た。具体的には、検体であるトナーをエポキシ樹脂で固めた後、固化物をミクロトーム等のスライサーにて輪切りにし、その中でもトナーの粒径を反映するサイズでスライスされた薄片を用いてトナー粒子の写真撮影を行なった。即ち、輪切りにした際にトナーの中心付近を切った粒子を選択的に見るべく、平均粒径±20%径に入る粒子の切断面をサンプリングし、サンプリングされた300個のトナー粒子の切断面を観察し、トナー粒子の表面に固着している顔料粒子の断面積の総和、及びトナー粒子の表面近傍の断面積を画像処理装置にて測定し、これらの面積比をとり、その値から顔料粒子の存在比率を算出した。尚、スライサーでのトナー粒子切断時にトナーが変形して、例えば、楕円形になってしまった場合には、周囲長を測定し、球形換算からトナー粒径を算出した。
<摩擦帯電量>
本発明で使用する摩擦帯電量は、下記の方法により測定した。トナーとキャリアとを用いて現像剤化するときに、適当な混合量(2〜15重量%)となるように混合し、ターブラミキサーで180秒混合して測定用試料を調製する。次に、この混合粉体(現像剤)を底部に635メッシュの導電性スクリーンを装着した金属製の容器に入れ、吸引機で吸引し、吸引前後の重量差と容器に接続されたコンデンサーに蓄積された電位から摩擦帯電量を求める。この際、吸引圧を250mmAqとする。この方法によって、摩擦帯電量(Q)を下記式を用いて算出する。
Figure 0004388105
(上記式中、W1は吸引前の重量であり、W2は吸引後の重量であり、Cはコンデンサーの容量、及びVはコンデンサーに蓄積された電位である。)
以下、本発明の実施例、参考例及び比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。尚、本実施例において「部」は重量部、「%」は重量%を表すものとする。
下、本発明について、実施例及び比較例を挙げて本発明をより詳細に説明する。尚、本発明は実施例によって何ら制限されるものではない。
<実施例I>
・メタノール 270重量部
・ポリビニルピロリドン 22重量部
・スチレン 78重量部
・n−ブチルアクリレート 22重量部
・2,2’−アゾビスイソブチロニトリル 5重量部
先ず、上記組成からなる組成物を反応容器中に投入し、窒素を400ml/minでバブリングしながら溶液を20℃で30分間よく混合した。重合開始時の溶存酸素量を測定したところ0.5mg/lであった。次いで、オイルバスの温度を72℃にして12時間窒素雰囲気下で重合した。次に、室温まで冷却した後、分散液を静置し、1週間放置した。放置後の上澄み液を取り除き、メタノールを加え、撹拌機により撹拌して洗浄した。この操作を5回繰り返し、最後に水により洗浄を行って、樹脂粒子分が20%分散含有されている水分散スラリーを得た。得られた樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)を測定したところ、61℃であった。
次いで、銅フタロシアニン顔料(比表面積:70m2/g)を7.0重量部、疎水性シリカ(比表面積:300m2/g)を2.0重量部、カチオン性界面活性剤を0.02重量部を予めアトライターにより2時間混合した顔料分散液を、先に調製した樹脂粒子分散スラリー液に入れ、超音波ホモジナイザーで撹拌しながら加熱し、85℃で1時間処理を行って、顔料粒子とシリカ粒子を樹脂粒子表面に固着させてトナー粒子を調製した。
得られたシアン系トナー粒子の個数平均粒径は、3.20μmであり、その変動係数は11.5%であった。又、トナー粒子のTgは、樹脂粒子と同じく61℃であった。走査電子顕微鏡観察の結果、顔料及びシリカを固着させた後には粒子の合一は見られず、固着前後での粒度分布は殆ど変わらなかった。又、トナー表面に、顔料粒子とシリカ微粒子の表面が一部露出する形で均一に埋め込まれた状態で存在することが判明した。
更に、トナーの樹脂成分の重量平均分子量分布を測定したところ、ピーク値(Mp)は21,000であり、分子量200乃至1,000の範囲の成分はトナー中0.2重量%であった。又、トナー粒子を透過型電子顕微鏡により観察し、顔料粒子の存在状態を測定したところ、粒子表面に98%存在することが判明した。
得られたトナー粒子の物性を表Iに示した。
<ブロッキング試験の評価>
上記で得られたトナー5gをポリカップに入れ、45℃及び50℃の条件下でブロッキング試験を行った。ブロッキング試験は、熱風式オーブンを所定の温度にセットし、その中で2日間放置した後、ポリカップを傾けて、その流動性を目視で観察し、下記の基準で評価した。
(評価基準)
A:さらさらとして、非常に良好
B:15°傾けて流動しないが、ポリカップの底を床にあてるとショックによりさらさらの状態に戻り、良好
C:ショックによりぼそぼそした流動を示すが、実用上問題なし
D:ショックにより流動はするが、部分的に固まっている
E:全てが固まっている、不可
<帯電量の測定>
上記で得た本実施例のトナー6重量部に対して、平均粒径が35μmのフェライトコアにシリコーン樹脂コートしたキャリアを94重量部加えてポリ瓶に入れ、ターブラーミキサーで混合撹拌して二成分系現像剤を得た。得られた二成分系現像剤について帯電量測定を行ったところ、−40.5mC/kgであった。
<ハーフトーン画像の再現性の評価>
キヤノン製フルカラーレーザーコピア複写機CLC−700改造機に、上記で得た二成分系現像剤を入れ、ベタ画像及び極小スポットによるハーフトーン画像の形成を行い、画像評価を行った。上記改造機は、現像装置の現像剤担持体表面粗さをRz=10になるようにマット化し、更に、ハーフトーン再現性を緻密に評価するために、通常のレーザースポット径を20%絞ったものである。ハーフトーンの画質評価は、転写紙(キヤノン製カラーレーザーコピア用紙)上に形成された画像により行った。
極小スポットにより形成されるハーフトーンの再現性の評価については、1画素内でのレーザーのパルス幅変調(PWM)による多値記録により、極小スポット(400dpi)に対するトナーの再現性について転写紙上表面を顕微鏡観で観察することによって行ない、以下の評価基準に基づいて評価した。この結果、ハーフトーンのドット再現性は、非常に良好であった。
(評価基準)
A:ドットの乱れがなく、極小ドットまで再現でき、非常に良好
B:飛び散りはなく、ドット形状はややばらつきであるが、良好
C:飛び散りが見られ、ドット形状にばらつきがあるが、ドット形成されており実用上問題なし
D:飛び散りが見られ、ドット形状のばらつきが顕著で、一部ドット形成されていない
E:ドット形成が殆どなされず、又は飛び散りがひどい
これらの結果を表IIに示した。
<ベタ画像の画像濃度>
ベタ画像の画像濃度は、トナーのり量0.5mg/cm2の単色ベタ画像で光沢度を10〜15になるように定着温度を調整した画像について反射濃度計RD918(マクベス社製)により測定した。この結果、ベタ画像の画像濃度(Dmax)は、1.44と高く、均一なベタ画像であった。
<OHP画像の透過性の評価>
又、OHP画像の透過性を調べたところ非常に透明性のよい画像であった。評価方法及び評価基準は下記のようにした。
透過率の測定は、島津自記分光光度計UV2200(島津製作所製)を使用し、OHPフィルムの単独の透過率を100%とし、単位面積あたりのトナー重量1.0mg/cm2のときのOHPの透過率をマゼンタトナーの場合(650nm)、イエロートナーの場合(500nm)、シアントナーの場合(600nm)で測定する。
A:60%以上
B:55%以上60%未満
C:50%以上55%未満
D:50%未満
<定着性の評価>
更に、CLC−500と同じ構成を有する外部定着器による定着試験を行った。ローラーの直径は60mmであり、プロセススピードは0.16m/secで行った。定着試験は、A4サイズの転写紙上に長手方向に紙端から50mm余白を空けて幅20mm、長さ100mmのベタ画像出力した短冊を作り、得られた未定着画像の定着を、外部定着器の上部ローラーの温度をモニターしながら短冊の長さ方向に沿ってローラーを通過させることによって行ない、短冊の後部にオフセットが見られるか否かで定着性を判断した。定着性は、10℃毎に温度を上げていき、オフセットが発生しなくなる温度を求め、更に、その温度よりも−10℃低い温度から、1℃毎に温度を上げていって上記と同じようにして定着試験を行い、定着開始温度を求めた。その結果、131℃であれば、良好な定着性が得られることがわかった。
<実施例II>
実施例Iで用いた樹脂粒子分が20%分散含有されている水分散スラリー液を用い、アントラキノン顔料(比表面積:80m2/g)7.0重量部、疎水性シリカ(比表面積=300m2/g)2.0重量部、カチオン系界面活性剤0.015重量部とを予めアトライターにより2時間混合した顔料分散液を先のスラリー液に入れ、これを実施例Iと同様にして超音波ホモジナイザーで撹拌しながら分散液の温度を90℃に加熱して1時間処理を行って、顔料粒子とシリカ粒子を樹脂粒子表面に固着させてトナー粒子を調製した。
得られたイエロー系トナー粒子の個数平均粒径は、3.20μmであり、その変動係数は12.1%であった。又、トナー粒子のTgは、樹脂粒子と同じく61℃であった。走査電子顕微鏡観察の結果、顔料粒子及びシリカ粒子の固着処理前後の粒子の合一は見られず、実施例Iと同様に、トナーとした場合にも粒度分布は殆ど変わらなかった。
又、トナーの樹脂成分の重量平均分子量分布を測定したところ、ピーク値(Mp)は20,900であり、トナー中の分子量200乃至1,000の範囲の成分は0.2重量%であった。
得られたトナー粒子の物性を表Iに示した。又、ブロッキング試験、及び実施例Iと同様にして現像剤化したものの定着試験、画像評価結果を表II示した。その結果、ブロッキング試験は、実施例Iと同様に非常に良好であった。実施例Iと同様にして現像剤化した現像剤の帯電量測定は、−41.0mC/kgであった。定着試験の結果、定着開始温度は131℃であり、良好であった。又、ハーフトーンのドット再現性も非常に良好であり、ベタ画像も均一であり、その画像濃度も1.47と高かった。又、OHP画像の透過性も実施例Iと同様に、非常に良好であった。
<実施例III>
実施例Iで用いたと同様の樹脂粒子が20%含有されている水分散スラリー液を用い、個数平均粒子径0.036μmのカーボンブラック(比表面積:150m2/g)を7.0重量部、疎水性シリカ(比表面積:300m2/g)2.0重量部、ノニオン性界面活性剤0.014重量部を予めアトライターにより2時間混合したものを先のスラリー液に入れ、これを実施例Iと同様にして超音波ホモジナイザーで撹拌した後、アトライターに入れ、3分間処理したものを先の樹脂粒子分散スラリー液に入れ、次に超音波ホモジナイザーで撹拌しながら、分散液を加熱し、85℃で1時間処理を行って、カーボンブラックとシリカ粒子を樹脂粒子表面に固着させてトナー粒子を調製した。
得られたブラック系トナー粒子の個数平均粒径は3.35μmであり、その変動係数は12.2%であった。又、トナー粒子のTgは、樹脂粒子と同じく61℃であった。走査電子顕微鏡観察の結果、カーボンブラック及び疎水性シリカを固着後に粒子の合一は見られず、固着前後での粒度分布は殆ど変わらなかった。又、トナー表面に、カーボンブラック及びシリカ粒子が一部表面を露出する状態で均一に埋め込まれて存在することが判明した。
又、得られたトナーの樹脂成分の重量平均分子量分布を測定したところ、ピーク値(Mp)は21,000であり、分子量200乃至1,000の範囲の成分はトナー中0.2重量%であった。又、トナー粒子を透過型電子顕微鏡により観察し、カーボン粒子の存在状態を測定したところ、粒子表面に99%存在することが判明した。
得られたトナー粒子の物性を表Iに示し、ブロッキング試験、及び実施例Iと同様にして現像剤化したものの定着試験、画像評価結果を表II示した。この結果、ブロッキング試験は、実施例Iと同様に非常に良好であった。実施例Iと同様にして現像剤化したもの現像剤の帯電量測定は、−35.5mC/kgであった。定着試験は、定着温度130℃で良好であった。又、ハーフトーンのドット再現性も非常に良好であり、ベタ画像も均一であり、その画像濃度は1.45であった。又、OHP画像は、透過性が非常に良好であると共に、画像は充分に黒く隠蔽されていた。
<実施例IV>
・メタノール 280重量部
・ポリヒドロキシスチレン 20重量部
・スチレン 78重量部
・n−ブチルアクリレート 22重量部
・2,2’−アゾビスイソバレロニトリル 6.0重量部
先ず、上記組成からなる組成物を反応容器中に投入し、窒素を400ml/minでバブリングしながら溶液を20℃で30分間よく混合した。重合開始時の溶存酸素量を測定したところ0.4mg/lであった。次いで、オイルバスの温度を72℃にして12時間窒素雰囲気下で重合した。次に、室温まで冷却した後、分散液を静置し、1週間放置した。放置後の上澄み液を取り除き、メタノールを加え、撹拌機により撹拌して洗浄した。この操作を5回繰り返し、最後に水により洗浄を行って、樹脂粒子分が10%分散含有されている水分散スラリーを得た。得られた樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)を測定したところ、59℃であった。
これにキナクリドン顔料(比表面積:80m2/g)7.0重量部、疎水性シリカ(比表面積=300m2/g)2.0重量部、カチオン系界面活性剤0.012重量部を入れ、実施例Iと同様にして超音波ホモジナイザーで撹拌した後、アトライターに入れ、3分間処理したものを先の樹脂粒子分散スラリー液に入れ、次に超音波ホモジナイザーで撹拌しながら、分散液を加熱し、90℃で1時間処理を行って、顔料粒子とシリカ粒子を樹脂粒子表面に固着させてトナー粒子を調製した。
得られたマゼンタ系トナー粒子の個数平均粒径は5.86μmであり、その変動係数は17.7%であった。又、トナー粒子のTgは、58℃であった。走査電子顕微鏡観察の結果、着色前後に粒子の合一は見られず、実施例Iと同様に粒度分布は殆ど変わらなかった。又、トナーの樹脂成分の重量平均分子量分布を測定したところ、ピーク値(Mp)は18,600であり、トナー中における分子量200乃至1,000の範囲の成分は0.3重量%であった。
得られたトナー粒子の物性を表Iに示した。又、ブロッキング試験、及び実施例Iと同様にして現像剤化したものについての定着試験、画像評価結果を表II示した。その結果、ブロッキング試験は、50℃における場合にややその傾向が見られたものの良好であった。実施例Iとトナー濃度8%に変える以外は同様にして現像剤化したもの現像剤の帯電量測定は、−25.5mC/kgであった。定着試験は、定着温度129℃で良好であった。又、ハーフトーンのドット再現性も良好であり、ベタ画像も均一であり、その画像濃度も1.50と高かった。
<実施例V>
冷化工業製膜乳化POEMシステムを用いてエマルション粒子を作り、それを重合させた。その際、分散層及び連続層を隔離する多孔質体として細孔径0.8μmの分相ガラス多孔質体(表面はシラノール基)を用いた。又、分散層及び連続層として下記のものを用いた。
(分散相)
・スチレン 85重量部
・n−ブチルアクリレート 15重量部
・2,2’アゾビスイソバレロニトリル 5.0重量部
(連続相)
・イオン交換水 1000重量部
・ポリビニルアルコール 1重量部
・ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム 0.05重量部
夫々上記の組成からなる分散相及び連続相を所定容器に入れ、エマルションの生成を行った。この時、振動子の周波数は、17Hzとし、窒素ガスの圧力は、0.55kg/cm2とした。しばらくして、連続相が白濁し、1時間後、分散相すべてを圧入し終わった後、エマルションの入った懸濁液を重合反応器に移し、重合液温度70℃、窒素雰囲気下で撹拌を30分間行い、続いて窒素雰囲気下で重合反応を15時間行った。重合反応開始時の溶存酸素量は2.5mg/lであった。重合反応終了後、水洗、デカンテーションを5回行い、重合体粒子10%のスラリー液を得た。得られた樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)を測定したところ、60℃であった。実施例Iと同様にして銅フタロシアニン顔料7.0重量部、疎水性シリカ2.0重量部とカチオン性界面活性剤0.02重量部とを予めアトライターにより2時間混合した顔料分散体を入れ、実施例Iと同様にして超音波照射による処理を行って、顔料粒子とシリカ粒子を樹脂粒子表面に固着させてトナー粒子を調製した。
得られたシアン系トナー粒子の個数平均粒径は3.53μmであり、その変動係数は、19.2%であった。又、トナー粒子のTgは、樹脂粒子と同じく60℃であった。走査電子顕微鏡観察の結果、着色する前と着色後の粒子の合一が若干観察されたが、粒度分布は大きくは変わらなかった。又、トナーの樹脂成分の重量平均分子量分布を測定したところ、ピーク値(Mp)は23,200であり、分子量200乃至1,000の範囲の成分はトナー中5.1重量%であった。
得られたトナー粒子の物性を表Iに示し、ブロッキング試験、及び実施例Iと同様にして現像剤化したものの定着試験、画像評価結果を表II示した。その結果、ブロッキング試験は、45℃では非常に良好であったが、50℃ではほぼ良好であった。現像剤の帯電量測定を行った結果、−39.5mC/kgであった。定着試験は、定着温度132℃と実施例Iとほぼ同等で良好であった。又、ハーフトーンのドット再現性も実施例Iと同様に良好であり、ベタ画像も均一で、画像濃度1.42であった。OHPの透明性も実施例Iと同様に非常に良好であった。
<比較例I>
・水 600重量部
・SDS(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム) 1重量部
・ポリアクリル酸 (重量平均分子量(Mw)=48,200) 2重量部
・ポリビニルアルコール(重量平均分子量(Mw)=10,200) 1重量部
・スチレン 80重量部
・n−ブチルアクリレート 20重量部
・2,2’−アゾビスイソバレロニトリル 4.5重量部
先ず、上記組成からなる組成物を反応容器中に投入し、TKホモミキサーで10,000rpm回転、10分間撹拌し、造粒を行った。その後、反応容器に窒素を流通しながらスラリー液をよく混合した。次いでオイルバスの温度を70℃にして12時間窒素雰囲気下で重合した。重合反応開始時の溶存酸素量は2.8mg/lであった。重合反応終了後、水洗、デカンテーションを5回行い、重合体粒子10%のスラリー液を得た。
得られた樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)を測定したところ、55.0℃であった。実施例Iと同様にして銅フタロシアニン顔料、疎水性シリカ、カチオン性界面活性剤を入れ、超音波ホモジナイザーで撹拌した後、アトライターに入れ、3分間処理した。この時のpHを測定した結果、4.5であった。この中に実施例Iと同様の銅フタロシアニンと疎水性シリカを加え、実施例Iと同様にして超音波照射による固着処理を行った。
得られたシアン系トナー粒子の個数平均粒径は、5.35μmであり、変動係数は、33.8%であった。又、トナー粒子のTgは、樹脂粒子と同じく55℃であった。走査電子顕微鏡観察の結果、顔料とシリカを固着後に一部、粒子の合一が観察され、粒度分布は拡がりを見せた。これを風力分級にかけ、個数平均粒径が、5.47μmであり、変動係数26.5%のトナー粒子を得た。トナーの樹脂成分の重量平均分子量分布を測定したところ、ピーク値(Mp)は21,400であり、分子量200乃至1,000の範囲の成分はトナー中6.8重量%であった。
得られたトナー粒子の物性を表Iに示し、ブロッキング試験、及び実施例Iと同様にして現像剤化したものの定着試験、画像評価結果を表II示した。
その結果、ブロッキング試験は、45℃では実用レベルであったが、50℃では固まりになり流動しなかった。現像剤の帯電量測定を行った結果、−40.5mC/kgであった。定着試験は、定着温度131℃と実施例Iとほぼ同等であった。これからわかるように低温定着は満足できる反面、耐ブロッキング性を満足することができなかった。又、ベタ画像の画像濃度1.49であり、OHP透明性は良好であったが、ハーフトーンのドット再現性もかなり劣っていた。
<比較例II>
・メタノール 160重量部
・エタノール 130重量部
・ポリビニルピロリドン 40重量部
・スチレン 80重量部
・n−ブチルアクリレート 20重量部
・2,2’−アゾビスイソバレロニトリル 6.0重量部
からなる組成物を反応容器中に投入し、窒素を400ml/minでバブリングしながら溶液を20℃で30分よく混合した。重合開始時の溶存酸素量を測定したところ0.6mg/lであった。次いでオイルバスの温度を78℃にして12時間窒素雰囲気下で重合した。
実施例IVと同様にしてメタノールによる洗浄を行った。この操作を5回繰り返した。最後に水により洗浄を行い、樹脂粒子分20%の水分散スラリーを得た。得られた樹脂粒子のTgを測定したところ、58℃であった。これに実施例Iと同様の銅フタロシアニン顔料7.0重量部、疎水性シリカ2重量部、カチオン系界面活性剤を入れ、超音波ホモジナイザーで撹拌した後、アトライターに入れ、3分間処理した。次いで実施例Iと同様に超音波照射により固着処理を行った。
得られたシアン系トナー粒子の個数平均粒径は、6.85μmであり、変動係数は、15.4%であった。又、トナー粒子のTgは、59℃であった。走査電子顕微鏡観察の結果、顔料及びシリカの固着前後の粒子の合一は見られず、実施例Iと同様に粒度分布は殆ど変わらなかった。
トナーの樹脂成分の重量平均分子量分布を測定したところ、ピーク値(Mp)は17,300であり、分子量200乃至1,000の範囲の成分はトナー中0.3重量%であった。
得られたトナー粒子の物性を表Iに示し、ブロッキング試験、及び実施例Iと同様にして現像剤化したものの定着試験、画像評価結果を表II示す。
その結果、ブロッキング試験は、ほぼ良好であった。実施例Iとトナー濃度10%に変える以外は同様にして現像剤化したものの現像剤の帯電量測定は、−22.4mC/kgであった。定着試験は、定着温度132℃で良好であった。しかし、ベタ画像の画像濃度1.52と高かったが、ハーフトーンのドット再現性が実施例Iに比較して劣っていた。
Figure 0004388105
Figure 0004388105
Figure 0004388105
上説明したように、本発明によれば、微粒径で、且つ粒度分布シャープであり、現像/転写性に優れ、高画質化を達成し、隠蔽力に優れ、高着色力であり、且つOHP透明性に優れ、更に、低温定着性と耐ブロッキング性を同時に満足するトナーが提供される。更に、顔料や無機粒子を効率的にトナー表面に固着でき、隠蔽力があり、高着色力であるトナーを良好に製造し得るトナー製造方法が提供される。

Claims (12)

  1. 少なくとも結着樹脂を含有してなるトナーを構成するための樹脂粒子を0.1乃至30重量%含有する水系溶媒中で超音波照射しながら、水系媒体の温度を樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃以下の温度の範囲内に制御することによって樹脂粒子表面に少なくとも着色剤としての顔料粒子を固着させて得られたトナー粒子を有するトナーであって、該トナーが
    <1>0.5乃至6.0μmの個数平均粒径を有し、
    >0.1乃至20%の個数分布の変動係数を有し、
    >トナー中の顔料粒子のトナー粒子に対する含有量が下記式(1)の関係を満足しており、
    >トナー粒子表面近傍に対して顔料粒子が80乃至100%固着されていることを特徴とするトナー。
    Figure 0004388105
  2. 更に無機粒子を有し、顔料粒子及び無機粒子が下記式(2)を満足する含有量でトナー粒子の表面に固着している請求項に記載のトナー。
    Figure 0004388105
  3. 無機粒子が、疎水性シリカ粒子、疎水性アルミナ粒子又は疎水性酸化チタン粒子から選択される請求項に記載のトナー。
  4. トナーを構成するための樹脂粒子が0.1乃至30重量%含有されている水系溶媒中に顔料粒子がノニオン系界面活性剤及びアニオン又はカチオン系界面活性剤によって分散される工程、及び、超音波照射しながら水系溶媒の温度を上記樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃の温度範囲内に制御する工程を経て、樹脂粒子表面に少なくとも着色剤としての顔料粒子を固着させて得られたトナー粒子を有するトナーであって、該トナーが
    <1>0.5乃至6.0μmの個数平均粒径を有し、
    >0.1乃至20%の個数分布の変動係数を有し、
    >トナーに含有される樹脂成分のGPCによるポリスチレン換算の分子量分布において、分子量2,000乃至100,000の範囲に極大値(Mp)を有し、
    >トナーに含有される樹脂成分のGPCによるポリスチレン換算の分子量分布において、分子量200乃至1,000の成分を0乃至2重量%含有する請求項1に記載のトナー。
  5. 更に無機粒子を有し、顔料粒子及び無機粒子が、下記式(2)を満足する含有量でトナー表面に固着している請求項に記載のトナー。
    Figure 0004388105
  6. 無機粒子が、疎水性シリカ粒子、疎水性アルミナ粒子又は疎水性酸化チタン粒子から選択される請求項に記載のトナー。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のトナーの製造方法であって、結着樹脂を含有してなるトナーを構成するための樹脂粒子を0.1乃至30重量%の範囲で含有する水系溶媒中、超音波照射ながら水系媒体の温度を樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃以下の温度の範囲内に制御することによって樹脂粒子表面に少なくとも着色剤としての顔料微粒子を含む微粒子を固着させてトナーを構成するトナー粒子を作製することを特徴とするトナーの製造方法。
  8. 微粒子が、荷電制御剤及び金属酸化物の群の中から選ばれた少なくとも一以上の微粒子を更に含む請求項に記載のトナーの製造方法。
  9. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナーを製造するトナーの製造方法であり、
    重合用溶媒に溶解可能で、且つ、該重合用溶媒に重合によって生成する重合体は溶解しない重合性単量体と、上記重合用溶媒に可溶な重合体組成物を重合用溶媒に溶解して重合反応系を調製する工程;
    重合反応系中で重合性単量体を重合して重合体粒子を生成する工程;
    重合体粒子を有する重合反応系中の重合用溶媒を水の割合が90乃至100重量%である水系溶媒に置換し、且つ、重合体粒子が水系溶媒中に0.1乃至30重量%含有されるように調整する工程;
    顔料粒子を湿潤させる溶媒の存在下で水に分散させて顔料分散液を調製する工程;
    前記重合体粒子が0.1乃至30重量%分散された水系溶媒中に、上記顔料分散液を加え、重合体粒子表面に顔料粒子を付着させる工程;
    水系溶媒の温度をトナー粒子のガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃の温度範囲に制御しながら超音波照射を行って重合体粒子表面に顔料粒子を固着させてトナー粒子を得る工程;を有することを特徴とするトナーの製造方法。
  10. に無粒子がトナー表面に固着し、且つ、顔料粒子及び無機粒子を下記式(2)を満足する含有量で固着させるために、顔料粒子と共に無機粒子をノニオン系界面活性剤及びアニオン又はカチオン系界面活性剤により分散させる請求項に記載のトナーの製造方法。
    Figure 0004388105
  11. 請求項4〜6のいずれか1項に記載のトナーを製造するトナーの製造方法であり
    トナーを形成する樹脂粒子を0.1乃至30重量%含有する水系溶媒中にノニオン系界面活性剤及びアニオン又はカチオン系界面活性剤により顔料粒子を分散させる工程、及び、超音波照射しながら水系溶媒の温度を樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)より高い温度からガラス転移温度Tg+50℃の温度範囲に制御することによって樹脂粒子表面に顔料粒子を固着させてトナー粒子を得る工程を有することを特徴とするトナーの製造方法。
  12. に無粒子がトナー表面に固着し、且つ、顔料粒子及び無機粒子を下記式(2)を満足する含有量で固着させるために、顔料粒子と共に無機粒子をノニオン系界面活性剤及びアニオン又はカチオン系界面活性剤により分散させる請求項1に記載のトナーの製造方法。
    Figure 0004388105
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