JP5544113B2 - 電子写真用トナーの製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、トナーの生産工程における生産性、特に粉砕性、並びに保存安定性及び低温定着性を向上させる観点から、結晶性ポリエステルと非晶質ポリエステルを含有する結着樹脂及び着色剤等を溶融混練した後、冷却し、次いで45〜65℃で保持(アニーリング)してから粉砕・分級工程を経るトナー(いわゆる粉砕トナー)の製造方法(特許文献1参照)等が開発されている。これは、結晶性ポリエステルと非晶質ポリエステルを含有する結着樹脂を溶融混練する場合、樹脂のガラス転移温度が低下し粉砕が困難になるため、樹脂をアニーリングにより結晶化させて粉砕性を高める技術である。
一方、低温定着性に加え、より画質に優れたトナーを得るために、トナーを小粒径化に適した、いわゆるケミカルトナーが知られている(特許文献2参照)。ケミカルトナーは粉砕工程が無いため、通常、特許文献1のようにアニーリング処理をする必要性は無い。
すなわち、本発明は、低温定着性及び保存安定性を両立させ得る電子写真用トナーの製造方法を提供することを課題とする。
(1)非晶質ポリエステル及び結晶性ポリエステルを含有する樹脂を水系媒体中に分散させて得られる樹脂粒子分散液中の樹脂粒子を凝集させることにより、凝集粒子分散液を得る工程。
(2)工程(1)で得られた凝集粒子分散液を、下記条件Aを満たす温度T1±5℃の範囲内で0.5〜7時間保持することにより、合一粒子分散液を得る工程。
条件A:Tga≦T1≦100℃
(式中、Tgaは非晶質ポリエステルのガラス転移温度を示す。)
(3)工程(2)で得られた合一粒子分散液を、下記条件Bを満たす温度T2±5℃の範囲内で1〜48時間保持する工程。
条件B:T2<T1−5℃、且つ「Tga−30℃」≦T2≦Tmc
(式中、Tgaは前記定義の通りであり、Tmcは結晶性ポリエステルの融点を示す。)
本発明の電子写真用トナーの製造方法は、下記工程(1)〜(3)を有する。
(1)非晶質ポリエステル及び結晶性ポリエステルを含有する樹脂を水系媒体中に分散させて得られる樹脂粒子分散液中の樹脂粒子を凝集させることにより、凝集粒子分散液を得る工程。
(2)工程(1)で得られた凝集粒子分散液を、下記条件Aを満たす温度T1±5℃の範囲内で0.5〜7時間保持することにより、合一粒子分散液を得る工程。
条件A:Tga≦T1≦100℃
(式中、Tgaは非晶質ポリエステルのガラス転移温度を示す。)
(3)工程(2)で得られた合一粒子分散液を、下記条件Bを満たす温度T2±5℃の範囲内で1〜48時間保持する工程。
条件B:T2<T1−5℃、且つ「Tga−30℃」≦T2≦Tmc
(式中、Tgaは前記定義の通りであり、Tmcは結晶性ポリエステルの融点を示す。)
工程(1)は、非晶質ポリエステル及び結晶性ポリエステルを含有する樹脂を水系媒体中に分散させて得られる樹脂粒子分散液中の樹脂粒子を凝集させることにより、凝集粒子分散液を得る工程である。
本発明において、非晶質ポリエステルとは、軟化点と示差走査熱量計による吸熱の最大ピーク温度との比、(軟化点)/(吸熱の最大ピーク温度)で定義される結晶性指数が1.4を超える、あるいは、0.6未満のポリエステルである。
工程(1)で使用する前記非晶質ポリエステルとは、この結晶性指数が、トナーの低温定着性及び耐ホットオフセット性の観点から、0.6未満又は1.4より大きく、4以下のものであることが好ましく、より好ましくは1.5以上4以下のものであり、さらに好ましくは1.5以上3以下のものであり、さらにより好ましくは1.5以上2以下のものである。結晶化の度合いは、原料モノマーの種類とその比率、及び製造条件(例えば、反応温度、反応時間、冷却速度)等により調整することができる。
工程(1)で使用する非晶質ポリエステルは、分子末端に酸基を有する非晶質ポリエステルが好ましい。該酸基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基、スルフィン酸等が挙げられる。これらの中でも、樹脂の分散性の観点から、カルボキシル基が好ましい。
非晶質ポリエステルは、原料モノマー(アルコール成分及び酸成分)の種類や含有量、軟化点や分子量等が異なる2種以上の非晶質ポリエステルの混合物であってもよい。
該酸成分としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、アジピン酸、アゼライン酸、コハク酸、シクロヘキサンジカルボン酸等の2価のジカルボン酸;ドデシルコハク酸、ドデセニルコハク酸、オクテニルコハク酸等の炭素数1〜20のアルキル基又は炭素数2〜20のアルケニル基で置換されたコハク酸;トリメリット酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、ピロメリット酸等の3価以上の多価カルボン酸;並びにそれらの酸無水物及びそれらのアルキル(炭素数1〜3)エステル等が挙げられる。前記その他の酸成分は、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
非晶質ポリエステルとしては、トナーの保存安定性及び耐オフセット性の観点から、3価以上の多価カルボン酸並びにその酸無水物又はそのアルキルエステルを含有する酸成分、好ましくはトリメリット酸又はその無水物を含有する酸成分を用いて得られた非晶質ポリエステルを少なくとも1種使用することが好ましい。
触媒の使用量に特に制限は無いが、酸成分とアルコール成分の総量100重量部に対して、0.01〜1重量部が好ましく、0.01〜0.6重量部がより好ましい。
非晶質ポリエステルの軟化点は、トナーの低温定着性及び保存安定性の観点から、70〜165℃が好ましく、70〜140℃がより好ましく、90〜140℃がさらに好ましく、100〜130℃がさらにより好ましい。
なお、本発明において、前記非晶質ポリエステルを2種以上混合して使用する場合は、そのガラス転移温度及び軟化点は、各々2種以上の非晶質ポリエステルの混合物としてのガラス転移温度及び軟化点をいう。以下の工程においても同様である。
また、非晶質ポリエステルの酸価は、樹脂の水系媒体中への分散容易性の観点から、6〜35mgKOH/gが好ましく、10〜35mgKOH/gがより好ましく、15〜35mgKOH/gがさらに好ましい。
なお、ガラス転移温度、軟化点、数平均分子量及び酸価は、縮重合反応の温度及び反応時間等を調節することにより所望のものを得ることができる。
本発明において結晶性ポリエステルとは、前述の結晶性指数が0.6〜1.4のものであり、トナーの低温定着性の観点から、0.8〜1.3のものが好ましく、0.9〜1.1のものがより好ましく、0.98〜1.05のものがさらにより好ましい。結晶化の度合いは、原料モノマーの種類とその比率、及び製造条件(例えば、反応温度、反応時間、冷却速度)等により調整することができる。
工程(1)で使用する結晶性ポリエステルとしては、分子末端に酸基を有する結晶性ポリエステルが好ましい。該酸基としては、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基、スルフィン酸等が挙げられる。これらの中でも、樹脂の分散性と得られるトナーの耐環境特性の両立の観点から、カルボキシル基が好ましい。
これらの芳香族ジカルボン酸の、結晶性ポリエステルを構成する全酸成分中の含有量は、トナーの帯電性及び保存安定性の観点から、50〜100モル%が好ましく、65〜100モル%がより好ましく、75〜100モル%がさらに好ましい。
また、トナーの帯電性及び保存安定性の観点からは、結晶性ポリエステルが、主鎖の炭素数2〜10の脂肪族ジオールを80〜100モル%(より好ましくは90〜100モル%)含有したアルコール成分と、芳香族ジカルボン酸化合物を65〜100モル%(より好ましくは75〜100モル%)含有した酸成分とを重縮合させて得られるものであることが好ましい。
なお、結晶性ポリエステルは、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
結晶性ポリエステルの軟化点は、トナーの低温定着性及び保存安定性の観点から、70〜130℃が好ましく、75〜120℃がより好ましく、80〜110℃がさらに好ましい。
なお、本発明において、前記結晶性ポリエステルを2種以上混合して使用する場合は、個々の結晶性ポリエステルが前記融点及び軟化点を有するものであれば良い。
なお、融点、軟化点及び数平均分子量は、縮重合反応の温度及び反応時間等を調節することにより所望のものを得ることができる。
ただし、本発明では、非晶質ポリエステル及び結晶性ポリエステルはいずれも変性せずに用いることが好ましい。
工程(1)では、前記非晶質ポリエステルと前記結晶性ポリエステルを併用する。このため、得られるトナーの低温定着性が飛躍的に高まる。非晶質ポリエステル及び結晶性ポリエステルを含有する樹脂中の非晶質ポリエステルと結晶性ポリエステルの総量は、前記観点から、好ましくは50〜100重量%、より好ましくは80〜100重量%、さらに好ましくは90〜100重量%である。
また、全樹脂の結晶性ポリエステルの含有量としては、トナーの低温定着性及び保存安定性との両立の観点から、5〜50重量%が好ましく、7〜45重量%がより好ましく、10〜40重量%である。
非晶質ポリエステルと結晶性ポリエステルを含有する樹脂には、さらに、通常トナーに用いられる公知の樹脂、例えば、スチレンアクリル共重合体、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン等の樹脂が含有されていてもよい。
また、水以外の成分としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等の炭素数1〜5のアルキルアルコール;アセトン、メチルエチルケトン等のジアルキル(炭素数1〜3)ケトン;テトラヒドロフラン等の環状エーテル等、水に溶解する有機溶媒が挙げられる。これらの中でも、トナーへの混入を防止する観点から、ポリエステルを溶解しない有機溶媒である炭素数1〜5のアルキルアルコールが好ましく、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノールがより好ましい。
着色剤としては、特に制限はなく公知の着色剤がいずれも使用できる。具体的には、カーボンブラック、無機系複合酸化物、クロムイエロー、ベンジジンイエロー、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、ベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン等の種々の顔料やアクリジン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系等の各種染料が挙げられる。これらは、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
着色剤の含有量は、樹脂100重量部に対して、20重量部以下が好ましく、0.01〜10重量部がより好ましい。
荷電制御剤の含有量は、樹脂100重量部に対して、10重量部以下が好ましく、0.01〜5重量部がより好ましい。
界面活性剤としては、硫酸エステル系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン性界面活性剤;アミン塩型、第四級アンモニウム塩型等のカチオン性界面活性剤;ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤等が挙げられ、いずれも市販品を使用することができる。これらの中でも、非イオン性界面活性剤が好ましく、非イオン性界面活性剤とアニオン性界面活性剤又はカチオン性界面活性剤を併用することがより好ましく、樹脂を十分に乳化させる観点から、非イオン性界面活性剤とアニオン性界面活性剤を併用することがさらに好ましい。
界面活性剤は、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
非イオン性界面活性剤とアニオン性界面活性剤を併用する場合、非イオン性界面活性剤とアニオン性界面活性剤の重量比(非イオン性界面活性剤/アニオン性界面活性剤)は、樹脂を十分に乳化させる観点から、0.3〜10がより好ましく、0.5〜5がさらに好ましい。
また、前記カチオン性界面活性剤の具体例としては、アルキルベンゼンジメチルアンモニウムクロライド、アルキルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルアンモニウムクロライド等が挙げられる。
前記アルカリ水溶液の濃度は、1〜30重量%が好ましく、1〜25重量%がより好ましく、1.5〜20重量%がさらに好ましい。用いるアルカリについては、ポリエステルが塩になったとき、その自己分散性能を高めるようなアルカリを用いることが好ましい。アルカリとしては、具体的には、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属の水酸化物等やアンモニア等が挙げられるが、樹脂の分散性向上の観点から、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムが好ましい。
さらに、本発明では、トナーの低温定着性の観点から、結晶性ポリエステルと非晶質ポリエステルを溶融状態で混合させることが好ましい。よって、樹脂及び添加剤を分散させてから、水系媒体を添加して乳化を行うまでの工程においては、分散液の温度を結晶性ポリエステルの融点以上にしておくことが好ましい。
また、水系媒体を添加する際の温度は、微細な樹脂粒子を有する分散液を調製する観点から、前記結晶性ポリエステルの軟化点以上、かつ前記非晶質ポリエステルの軟化点以下であることが好ましい。乳化を前記範囲の温度で行うことにより、乳化がスムーズに行われ、また加熱のために特別な装置を必要としない。
このように、工程(1)で得られる樹脂粒子は小粒径であり、該樹脂粒子から得られるトナーは粒径分布が均一であり、低温定着性及び耐ホットオフセット性にも優れる。
また、樹脂粒子の粒度分布の変動係数(CV値(%))は、高画像のトナーを得る観点から、35%以下であることが好ましく、30%以下がより好ましく、28%以下がさらに好ましい。
工程(1)においては、凝集工程の開始に際し、樹脂粒子分散液を離型剤と混合することが好ましい。
離型剤としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;加熱により軟化点を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の植物系ワックス;ミツロウ等の動物系ワックス;モンタンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の鉱物・石油系ワックス等が挙げられる。これらの、離型剤は、1種を単独で又は2種以上を併用することができる。
離型剤は、分散性及び樹脂粒子との凝集性の観点から、水系媒体中に分散させた離型剤粒子分散液として使用することが好ましい。
離型剤を使用する場合、その使用量は、トナーの離型性及び帯電性の観点から、樹脂100重量部に対して、通常1〜20重量部が好ましく、2〜15重量部がより好ましい。
無機金属塩としては、硫酸ナトリウム、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム等の金属塩、及びポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム等の無機金属塩重合体が挙げられる。無機アンモニウム塩としては、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム等が挙げられる。
分子量350以下の水溶性含窒素化合物としては、ハロゲン化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、サリチル酸アンモニウム等のアンモニウム塩、テトラアルキルアンモニウムハライド等の第四級アンモニウム塩等が挙げられるが、生産性の点から、硫酸アンモニウム[10重量%水溶液の25℃でのpH値(以下、単にpH値という):5.4]、塩化アンモニウム(pH値:4.6)、臭化テトラエチルアンモニウム(pH値:5.6)、臭化テトラブチルアンモニウム(pH値:5.8)が好ましい。
凝集剤を添加する際の系内のpH値は、前記樹脂粒子分散液の分散安定性と樹脂粒子の凝集性とを両立させる観点から、2〜10が好ましく、2〜8がより好ましく、3〜7がさらに好ましい。
凝集剤は水溶液にして添加することができる。凝集剤は一時に添加してもよいし、断続的あるいは連続的に添加してもよい。特に1価の塩の添加時及び添加終了後には、十分な攪拌をすることが好ましい。
この凝集粒子の体積中位粒径(D50)は、凝集粒子の小粒径化の観点から、1〜10μmが好ましく、2〜9μmがより好ましく、2〜5μmがさらに好ましい。また、粒度分布の変動係数(CV値)は、30%以下が好ましく、28%以下がより好ましく、25%以下がさらに好ましい。
前記界面活性剤の添加量は、凝集粒子の粒子径の制御性(凝集停止性)の観点及びトナーへの界面活性剤の残留を低減させる観点から、凝集粒子を構成する樹脂総量100重量部に対して、0.1〜15重量部が好ましく、0.1〜10重量部がより好ましく、0.1〜8重量部がさらに好ましい。
凝集工程において、本発明における樹脂粒子分散液へ他の樹脂粒子分散液を添加する場合は、前述のように本発明における樹脂粒子分散液に適宜凝集剤を添加して凝集粒子としてから混合することが好ましい(凝集剤を添加して得られた前記凝集粒子をコア粒子、コア粒子を覆っている粒子をシェル粒子ともいい、このようにして得られる凝集粒子を、シェル粒子で被覆されていない凝集粒子と区別するために、シェル粒子付着凝集粒子ともいい、シェル粒子付着凝集粒子を用いて得られたトナーをカプセルトナーともいう)。
凝集工程において、凝集粒子分散液へ他の樹脂粒子分散液を添加する時期に特に制限はないが、シェル粒子によるコア粒子表面の被覆率を高める観点から、凝集剤の添加終了後から後述の合一工程開始までの間が好ましい。
さらに、本発明における樹脂粒子分散液及び/又は凝集粒子分散液に、ポリエステルのカルボキシル基と反応可能な官能基を有する化合物を添加し、樹脂粒子及び/又は凝集粒子表面を架橋させることにより、得られるトナーの分子量や軟化点を高めることができ、耐オフセット性の向上に効果的である。このような化合物としては、オキサゾリル基、グリシジル基、アジリジル基又はカルボジイミド基を有する化合物等が挙げられる。
以上の様にして得られた凝集粒子は、以下の合一工程(工程(2))に供される。
工程(2)は、工程(1)で得られた凝集粒子分散液を、下記条件Aを満たす温度T1±5℃の範囲内で0.5〜7時間保持することにより溶融して合一させ、合一粒子分散液を得る工程である。
条件A:Tga≦T1≦100℃
(式中、Tgaは非晶質ポリエステルのガラス転移温度を示す。)
Tgaは、使用した非晶質ポリエステルの種類や数により異なるが、通常、好ましくは50〜75℃、より好ましくは45〜70℃、さらに好ましくは50〜65℃である。なお、工程(1)で得られた凝集粒子がコア粒子にシェル粒子を添加して得られたシェル粒子付着凝集粒子である場合、前記Tgaは、コア粒子(凝集粒子)とシェル粒子の各々に含まれる各非晶質ポリエステルを、シェル粒子付着凝集粒子中の各含有量の割合で混合した混合非晶質ポリエステルのTgaを意味する。
本発明においては、トナーの低温定着性及び保存安定性を両立させる観点から、T1±5℃の温度が前記条件Aの範囲、すなわち、好ましくはTga〜100℃、より好ましくは(Tga+5℃)〜99℃、さらに好ましくは(Tga+10℃)〜98℃の範囲を満たす。
工程(3)は、工程(2)で得られた合一粒子分散液を、下記条件Bを満たす温度T2±5℃の範囲内で1〜48時間保持することにより、凝集粒子中の結晶性ポリエステルを結晶化させ、トナーの保存安定性を向上させる工程である。
条件B:T2<T1−5℃、且つ「Tga−30℃」≦T2≦Tmc
(式中、Tgaは前記定義の通りであり、Tmcは結晶性ポリエステルの融点を示す。)
なお、凝集粒子が複数の結晶性ポリエステルを含む場合は、前記Tmcは、凝集粒子を構成する各結晶性ポリエステルを凝集粒子中の含有量の割合で混合したときにおける結晶性ポリエステルが示す融点のうち、最も大きい吸熱量を示す融点を、該結晶性ポリエステルの融点(Tmc)とする。
条件Bにおいて、前記T2は、「T1−5℃」未満であり、トナーの保存安定性の観点から、好ましくは「T1−7℃」未満、より好ましくは「T1−10℃」未満、さらに好ましくは「T1−12℃」未満である。
本発明においては、トナーの低温定着性及び保存安定性を両立させる観点から、T2±5℃の温度が前記条件Bの範囲、すなわち、好ましくは「Tga−30℃」〜Tmc、より好ましくは「Tga−20℃」〜「Tmc−10℃」、さらに好ましくは「Tga−10℃」〜「Tmc−10℃」、さらにより好ましくは「Tga℃」〜「Tmc−5℃」の範囲を満たす。
なお、工程(2)終了後、合一粒子分散液の温度を工程(3)の温度へ移行する際の冷却速度は、トナーの低温定着性及び保存安定性の観点から、−0.1℃/分〜−2.0℃/分が好ましく、−0.2℃/分〜−1.0℃/分が好ましい。
一旦、T3まで温度を下げた後、「T2−5℃」以上の温度へ昇温する際の加熱速度は+0.1℃/分〜+2.0℃/分が好ましく、+0.2℃/分〜+2.0℃/分が好ましい。
ここで、トナーとして十分な帯電特性及び信頼性を確保する目的から、洗浄工程においてトナー表面の金属イオンを除去するため酸で洗浄を行うことが好ましい。また、添加した非イオン性界面活性剤も洗浄により完全に除去することが好ましく、非イオン性界面活性剤の曇点以下での水系溶液での洗浄が好ましい。洗浄は複数回行うことが好ましい。
また、乾燥工程では、振動型流動乾燥法、スプレードライ法、冷凍乾燥法、フラッシュジェット法等、任意の方法を採用することができる。トナー粒子の乾燥後の水分含量は、トナーの帯電性の観点から、好ましくは1.5重量%以下、さらには1.0重量%以下に調整することが好ましい。
また、トナーの軟化点は、トナーの低温定着性の観点から、60〜140℃が好ましく、60〜130℃がより好ましく、60〜120℃がさらに好ましい。また、ガラス転移温度は、保存安定性及び耐久性の観点から、30〜80℃が好ましく、40〜70℃がより好ましい。
本発明のトナーは、トナーの低温定着性と保存安定性の両立の観点から、結着樹脂中、非晶質ポリエステルと結晶性ポリエステルの重量比(非晶質ポリエステル/結晶性ポリエステル)は、好ましくは50/50〜95/5、より好ましくは55/45〜93/7、さらに好ましくは60/40〜90/10である。
外添剤としては、表面を疎水化処理したシリカ微粒子、酸化チタン微粒子、アルミナ微粒子、酸化セリウム微粒子、カーボンブラック等の無機微粒子やポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シリコーン樹脂等のポリマー微粒子等、公知の微粒子が使用できる。
外添剤をトナー粒子表面に添加処理する場合、その添加量は、外添剤による処理前のトナー粒子100重量部に対して、1〜5重量部が好ましく、1.5〜3.5重量部がより好ましい。ただし、外添剤として疎水性シリカを用いる場合は、外添剤による処理前のトナー粒子100重量部に対して、1〜3重量部が好ましい。
本発明により得られる電子写真用トナーは、一成分系現像剤として、又はキャリアと混合して二成分系現像剤として使用することができる。
[ポリエステルの酸価]
JIS K0070に準じて測定した。但し、測定溶媒は、エタノールとエーテルの混合溶媒を、アセトンとトルエンの混合溶媒[アセトン:トルエン=1:1(容量比)]に代えて行った。
(1)軟化点
フローテスター(島津製作所社製、「CFT−500D」)を用い、1gの試料を昇温速度6℃/分で加熱しながら、プランジャーにより1.96MPaの荷重を与え、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出した。温度に対し、フローテスターのブランジャー降下量をプロットし、試料の半量が流出した温度を軟化点とした。
示差走査熱量計(Parkin Elmer社製、「Pyris 6 DSC」)を用いて200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/分で0℃まで冷却した試料を昇温速度10℃/分で測定する。観測される吸熱ピークのうち、最も高温側にあるピークの温度を吸熱の最大ピーク温度とする。最大ピーク温度が軟化点と20℃以内の差の時には該ピーク温度を融点とし、軟化点より20℃以上低いときには該ピークはガラス転移に起因するピークとする。
(3)ガラス転移温度
示差走査熱量計(Parkin Elmer社製、「Pyris 6 DSC」)を用いて200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/分で0℃まで冷却した試料を昇温速度10℃/分で測定した。軟化点より20℃以上低い温度でピークが観測される場合にはそのピークの温度を、また軟化点より20℃以上低い温度でピークが観測されずに段差が観測されるときは該段差部分の曲線の最大傾斜を示す接線と該段差の高温側のベースラインの延長線との交点の温度を、ガラス転移温度として読み取った。
以下の方法により、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより分子量分布を測定し、数平均分子量を算出した。
(1)試料溶液の調製
濃度が0.5g/100mlになるように、ポリエステルをクロロホルムに溶解させた。次いで、この溶液をポアサイズ2μmのフッ素樹脂フィルター[住友電気工業社製、「FP−200」]を用いて濾過して不溶解成分を除き、試料溶液とした。
(2)分子量分布測定
溶解液としてテトラヒドロフランを1ml/分の流速で流し、40℃の恒温槽中でカラムを安定させた。そこに試料溶液100μlを注入して測定を行った。試料の分子量は、あらかじめ作製した検量線に基づき算出した。このときの検量線には、数種類の単分散ポリスチレン(東ソー社製の2.63×103、2.06×104、1.02×105、ジーエルサイエンス社製の2.10×103、7.00×103、5.04×104)を標準試料として作成したものを用いた。
測定装置:CO−8010(東ソー社製)
分析カラム:GMHLX+G3000HXL(東ソー社製)
(1)測定装置:レーザー回折型粒径測定機(堀場製作所社製、LA−920)
(2)測定条件:測定用セルに蒸留水を加え、吸光度を適正範囲になる温度で体積中位粒径(D50)を測定する。また、CV値(%)は下記の式に従って算出した。
CV値(%)=(粒径分布の標準偏差/体積中位粒径(D50))×100
赤外線水分計(ケツト科学研究所社製:FD−230)を用いて、樹脂粒子分散液5gを乾燥温度150℃、測定モード96(監視時間2.5分/変動幅0.05%)にて、ウェットベースの水分(%)を測定した。固形分濃度は下記の式に従って算出した。
固形分濃度(重量%)=100−M
M:ウェットベース水分(%)=[(W−W0)/W]×100
W:測定前の試料重量(初期試料重量)
W0:測定後の試料重量(絶対乾燥重量)
・測定機:コールターマルチサイザーIII(ベックマンコールター社製)
・アパチャー径:50μm
・解析ソフト:マルチサイザーIIIバージョン3.51(ベックマンコールター社製)
・電解液:アイソトンII(ベックマンコールター社製)
・分散液:「エマルゲン(登録商標)109P」(花王社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、HLB:13.6)を前記電解液に溶解させ、濃度5重量%の分散液を得た。
・分散条件:前記分散液5mLに測定試料10mgを添加し、超音波分散機にて1分間分散させ、その後、電解液25mLを添加し、さらに、超音波分散機にて1分間分散させて、試料分散液を作製した。
・測定条件:前記試料分散液を前記電解液100mLに加えることにより、3万個の粒子の粒径を20秒で測定できる濃度に調整した後、3万個の粒子を測定し、その粒度分布から体積中位粒径(D50)を求めた。
また、CV値(%)は下記の式に従って算出した。
CV値(%)=(粒径分布の標準偏差/体積中位粒径(D50))×100
上質紙(富士ゼロックス社製、J紙A4サイズ)に市販のプリンタ(沖データ社製、「ML5400」)を用いて画像を出力し、トナーの紙上の付着量が0.45±0.03mg/cm2となるベタ画像をA4紙の上端から5mmの余白部分を残し、50mmの長さで未定着画像のまま出力した。同プリンタに搭載されている定着器を温度可変に改造し、温度定着速度34枚/分(A4縦方向)で定着した。得られた定着画像の定着性は、以下のテープ剥離法によって評価した。
メンディングテープ(3M社製Scotchメンディングテープ810、幅18mm)を長さ50mmに切り、定着した画像上の上端の余白部分に軽く貼り付けた後、500gのおもりを載せ、速さ10mm/秒で1往復押し当てた。その後、貼付したテープを下端側から剥離角度180度、速さ10mm/秒で剥がし、テープ貼付前後の反射画像濃度を前記測定方法に従い測定し、これから下記の式で定着率を算出した。
定着率=(テープ剥離後の画像濃度/テープ貼付前の画像濃度)×100
テープ剥離後の画像濃度がテープ貼付前の画像濃度と同じ値になった時を定着率100とした。値が小さいほど、トナーの低温定着性が低いことを示す。
5℃刻みの定着温度の各々で試験を行い、コールドオフセットが発生する温度まで実施する。なお、コールドオフセットとは、定着温度が低い場合に、未定着画像上のトナーが充分に溶融せずに、定着ローラにトナーが付着する現象を指す。コールドオフセットの発生は、定着ローラが一周した際に、再度、紙上にトナーが付着するか否かで判断することができ、本試験ではべた画像上端から87mmの部分にトナー付着があるか否かで判断した。ここで、最低定着温度とは、定着率90以上で最も低い温度をいい、最低定着温度が低いほどトナーが低温定着性に優れることを示す。
内容積20mlのポリビンにトナー10gを入れ、温度50℃、相対湿度40Rh%の環境下に開放状態で48時間放置した。放置後、パウダーテスター(ホソカワミクロン社製)で、凝集度を測定し、以下の基準に従ってトナーの保存安定性を評価した。
凝集度が小さいほど、トナーが保存安定性に優れることを現す。
A:凝集度が10%未満。
B:凝集度が10%以上20%未満。
C:凝集度が20%以上。
なお、具体的にパウダーテスターを使用した凝集度は次のように求めた。
パウダーテスターの振動台に、3つの異なる目開きのフルイを上段250μm、中段150μm、下段75μmの順でセットし、その上にトナー2gを乗せ60秒間振動を行い、各フルイ上に残ったトナー重量を測定する。
測定したトナー重量を次式に当てはめて計算し、凝集度[%]を求める。
凝集度[%]=a+b+c
a=(上段フルイ残トナー重量)/2[g]×100
b=(中段フルイ残トナー重量)/2[g]×100×(3/5)
c=(下段フルイ残トナー重量)/2[g]×100×(1/5)
ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン3374g、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン33g、テレフタル酸672g及び酸化ジブチル錫10gを、窒素導入管、脱水管、攪拌装置及び熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、常圧(101.3kPa)下230℃で5時間反応させ、さらに減圧下で反応させた。210℃に冷却し、フマル酸696g及びtert−ブチルカテコール0.49gを加え、5時間反応させた後に、さらに減圧下(8.3kPa)で反応させて、非晶質ポリエステルAを得た。非晶質ポリエステルAの物性を表1に示す。
ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン1750g、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン1625g、テレフタル酸1145g、ドデセニルコハク酸無水物161g、トリメリット酸無水物480g及び酸化ジブチル錫10gを、窒素導入管、脱水管、攪拌装置及び熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下、220℃で攪拌し、ASTM D36−86に従って測定した軟化点が120℃に達するまで反応させて、非晶質ポリエステルBを得た。非晶質ポリエステルBの物性を表1に示す。
1,6−ヘキサンジオール2478g、1,5−ペンタンジオール1456g、テレフタル酸5926g及び酸化ジブチル錫20gを、窒素導入管、脱水管、攪拌装置及び熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、200℃でテレフタル酸の粒が観測されなくなるまで反応させた後、さらに8.3kPaにて1時間反応させて結晶性ポリエステルCを得た。結晶性ポリエステルCの物性を表1に示す。
1,6−ヘキサンジオール2478g、1,5−ペンタンジオール1456g、テレフタル酸5229g及びジオクチル酸錫45gを、窒素導入管、脱水管、攪拌装置及び熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、200℃でテレフタル酸の粒が観測されなくなるまで反応させた後、さらに8.3kPaにて1時間反応させて結晶性ポリエステルDを得た。結晶性ポリエステルDの物性を表1に示す。
1,9−ノナンジオール4800g、アジピン酸876g、テレフタル酸3984g及びジオクチル酸錫45gを窒素導入管、脱水管、攪拌装置及び熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、200℃でテレフタル酸の粒が観測されなくなるまで反応させた後、さらに8.3kPaにて1時間反応させて結晶性ポリエステルEを得た。結晶性ポリエステルEの物性を表1に示す。
攪拌装置を備えた内容積5Lの反応容器に、非晶質ポリエステルAを210g、非晶質ポリエステルBを210g、結晶性ポリエステルCを180g、銅フタロシアニン顔料(大日精化社製、「ECB301」)を30g、非イオン性界面活性剤(花王社製、「エマルゲン(登録商標)150」)を8.5g、アニオン性界面活性剤(花王社製、「ネオペレックス(登録商標)G−15」、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム15重量%水溶液)を40g、20重量%水酸化カリウム水溶液を67g仕込み、カイ型の攪拌羽根を供えた攪拌装置で200r/minの攪拌下、98℃で2時間溶融させた。
次に、カイ型の攪拌羽根を供えた攪拌装置で200r/minの攪拌下、計1347gの脱イオン水を6g/分の速度で滴下し、樹脂粒子分散液を作製した。最後に、室温まで冷却し、200メッシュ(目開き105μm)の金網を通して、樹脂粒子分散液1(分散液1)を得た。
得られた樹脂粒子分散液1中の樹脂粒子の体積中位粒径(D50)、CV値及び固形分濃度を表2に示す。
製造例6において、結晶性ポリエステルCを結晶性ポリエステルDとした以外は製造例6と同様にして、樹脂粒子分散液2(分散液2)を得た。得られた樹脂粒子分散液2中の樹脂粒子の体積中位粒径(D50)、CV値及び固形分濃度を表2に示す。
製造例6において、結晶性ポリエステルCを結晶性ポリエステルEとした以外は製造例6と同様にして、樹脂粒子分散液3(分散液3)を得た。得られた樹脂粒子分散液3中の樹脂粒子の体積中位粒径(D50)、CV値及び固形分濃度を表2に示す。
攪拌装置を備えた内容積2Lの反応容器へ、非晶質ポリエステルAを390g、非晶質ポリエステルBを210g、銅フタロシアニン顔料(ECB−301:大日精化工業社製)を30g、アニオン性界面活性剤(花王社製、「ネオペレックス(登録商標)G−15」、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム15重量%水溶液)を20.0g、非イオン性界面活性剤(花王社製、「エマルゲン(登録商標)430」、ポリオキシエチレン(26mol)オレイルエーテル(HLB:16.2))を6.0g及び5重量%水酸化カリウム水溶液を292.8g入れ、カイ型の攪拌羽根を供えた攪拌装置で200r/minの攪拌下、95℃で分散させ、そのまま200r/minの攪拌下で2時間保持した。さらに、200r/minで攪拌を続けたまま、計1138gの脱イオン水を6g/分で滴下した。分散液の温度は95℃に保持した。
冷却後、200メッシュ(目開き:105μm)の金網を通して、微粒化した樹脂粒子分散液4(分散液4)を得た。なお、金網上には樹脂成分は何も残らなかった。得られた樹脂粒子分散液4中の樹脂粒子の体積中位粒径(D50)、CV値及び固形分濃度を表2に示す。
内容積1Lのビーカーで、脱イオン水1200gにアルケニル(ヘキサデセニル基、オクタデセニル基の混合物)コハク酸ジカリウム水溶液(花王社製、「ラテムル(登録商標)ASK」、有効濃度28重量%)10.71gを溶解させた後、カルナウバロウワックス(加藤洋行社製、融点85℃)300gを分散させた。
この分散液を90〜95℃に温度を保持しながら、「Ultrasonic Homogenizer 600W」(日本精機社製)で60分間分散処理を行った後に室温まで冷却した。得られた離型剤分散液中の離型剤粒子の体積中位粒径(D50)は0.512μm、CV値は42.2%であった。ここにイオン交換水を加え、ワックス分20重量%に調整し、離型剤分散液1を得た。
工程(1):
脱水管、攪拌機及び熱電対を装備した内容積2Lの4つ口フラスコに、樹脂粒子分散液1を300g、脱イオン水を66g、「エポクロス(登録商標)WS−700」(日本触媒社製、数平均分子量20,000、重量平均分子量40,000、25%水溶液)を3g及び製造例10で得た離型剤分散液1を24g入れ、室温下(25℃)で混合して混合液を得た。
カイ型の攪拌羽根を供えた攪拌装置で周速0.5m/sで攪拌下、この混合液に硫酸アンモニウム25gを362gの脱イオン水に溶解させた水溶液を室温下で10分かけて滴下した。
次に、硫酸アンモニウムを滴下した混合分散液を55℃まで昇温し(昇温速度0.25℃/分)、2時間保持した後、樹脂粒子分散液4を144g、脱イオン水39gの混合液を0.6g/分の速度で添加した。その後、1.4重量%アニオン性界面活性剤(花王社製、「エマール(登録商標)E27C」)水溶液500gを添加して凝集粒子分散液を得た。
工程(2):
工程(1)で得られた凝集粒子分散液を80℃まで昇温した後、同温度で1時間保持した。
さらに、工程(2)で得られた合一粒子分散液を65℃まで1時間かけて冷却(―0.25℃/分)を行った。
工程(3):
65℃で2時間保持した。こうして得られたアニーリング後の合一粒子を冷却し、吸引ろ過工程、洗浄工程及び乾燥工程を経てトナー粒子を得た。
このトナー粒子100重量部に対して、疎水性シリカ(日本アエロジル社製、「RY50」、個数平均粒径;0.04μm)2.5重量部、疎水性シリカ(キャボット社製、「キャボシールTS720」、個数平均粒径;0.012μm)1.0重量部をヘンシェルミキサーで外添処理し、150メッシュのふるいを通過した微粒子をシアントナー(トナーA)とした。
トナーAの製造条件、物性及び各評価結果等を表3に示す。
実施例1において、工程(2)から工程(3)への移行に際し、一旦30℃まで1時間かけて冷却し、30℃を1時間保持した後、次に65℃まで1時間かけて加熱(+0.58℃/分)を行い、工程(3)にて65℃を5時間保持したこと以外は実施例1と同様にして、トナーBを得た。トナーBの製造条件、物性及び各評価結果等を表3に示す。
実施例1において、樹脂粒子分散液1の代わりに樹脂粒子分散液2を用い、工程(2)から工程(3)への移行に際し、63℃まで1時間かけて冷却(―0.28℃/分)を行い、工程(3)にて63℃で8時間保持したこと以外は実施例1と同様にしてトナーCを得た。トナーCの製造条件、物性及び各評価結果等を表3に示す。
実施例1において、樹脂粒子分散液1の代わりに樹脂粒子分散液3を用い、工程(2)から工程(3)への移行に際し、60℃まで1時間かけて冷却(―0.33℃/分)を行い、工程(3)にて60℃で8時間保持したこと以外は実施例1と同様にしてトナーDを得た。トナーDの製造条件、物性及び各評価結果等を表3に示す。
実施例1において、工程(2)で、80℃まで昇温した後、同温度で3時間保持し、工程(2)から工程(3)への移行に際し、65℃まで1時間かけて冷却(―0.25℃/分)し、工程(3)にて65℃を2時間保持したこと以外は実施例1と同様にしてトナーEを得た。トナーEの製造条件、物性及び各評価結果等を表3に示す。
実施例1において、工程(2)から工程(3)への移行に際し、65℃まで30分かけて冷却(―0.5℃/分)を行い、工程(3)にて65℃で30分保持したこと以外は実施例1と同様にしてトナーFを得た。トナーFの製造条件、物性及び各評価結果等を表3に示す。
実施例1において、樹脂粒子分散液1の代わりに樹脂粒子分散液4を用い、工程(3)を行わなかったこと以外は実施例1と同様にしてトナーGを得た。トナーGの製造条件、物性及び各評価結果等を表3に示す。
実施例3において、工程(2)で、65℃まで昇温した後、同温度で1時間保持し、工程(2)から工程(3)への移行に際し、80℃まで1時間かけて昇温し、工程(3)にて80℃で1時間保持したこと以外は実施例3と同様にしてトナーHを得た。トナーHの製造条件、物性及び各評価結果等を表3に示す。
実施例1において、工程(2)で、80℃で8時間保持したこと以外は実施例1と同様にしてトナーIを得た。トナーIの製造条件、物性及び各評価結果等を表3に示す。
実施例1において、工程(2)で80℃を1時間保持したのち、工程(3)を行わなかったこと以外は実施例1と同様にしてトナーJを得た。トナーJの製造条件、物性及び各評価結果等を表3に示す。
一方、比較例1のように、工程(3)において、T2±5℃での保持時間が1時間未満であると、トナーの保存安定性が大幅に劣る。比較例2のように、結晶性ポリエステルを含有する樹脂粒子分散液1を用いなかった場合、工程(3)を経ずとも、得られるトナーは保存安定性に優れるが、低温定着性が大幅に低下した。比較例3のように、工程(3)での保持温度が「T1−5℃」以上であると、トナーの保存安定性が大幅に低下した。
また、比較例4のように、工程(2)での保持時間が6時間を超えた場合や、比較例5のように、本発明において工程(3)を経なかった場合、保存安定性が大幅に低下した。
Claims (6)
- 下記工程(1)〜(3)を有する、電子写真用トナーの製造方法。
(1)非晶質ポリエステル及び結晶性ポリエステルを含有する樹脂を水の含有量が80重量%以上の水系媒体中に分散させて得られる樹脂粒子分散液中の樹脂粒子を凝集させることにより、凝集粒子分散液を得る工程。
(2)工程(1)で得られた凝集粒子分散液を、下記条件Aを満たす温度T1±5℃の範囲内で0.5〜7時間保持することにより、合一粒子分散液を得る工程。
条件A:Tga≦T1≦100℃
(式中、Tgaは非晶質ポリエステルのガラス転移温度を示す。)
(3)工程(2)で得られた合一粒子分散液を、下記条件Bを満たす温度T2±5℃の範囲内で5〜48時間保持する工程。
条件B:T2<T1−5℃、且つ「Tga−30℃」≦T2≦Tmc
(式中、Tgaは前記定義の通りであり、Tmcは結晶性ポリエステルの融点を示す。) - 前記非晶質ポリエステル及び結晶性ポリエステルを含有する樹脂中の非晶質ポリエステルと結晶性ポリエステルの重量比(非晶質ポリエステル/結晶性ポリエステル)が50/50〜95/5である、請求項1に記載の電子写真用トナーの製造方法。
- 前記非晶質ポリエステル及び結晶性ポリエステルを含有する樹脂中の結晶性ポリエステルの含有量が5〜50重量%である、請求項1又は2に記載の電子写真用トナーの製造方法。
- 前記Tgaが50〜70℃である、請求項1〜3のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
- 前記Tmcが50〜150℃である、請求項1〜4のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
- 前記条件B中のT 2 が、さらにT 2 <T 1 −7℃を満たす、請求項1〜5のいずれかに記載の電子写真用トナーの製造方法。
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