JP5658550B2 - トナー - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真、静電印刷等の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、またはトナージェット方式の画像形成方法においてトナー像を形成するためのトナーに関する。
近年、プリンターや複写機の高速化、高安定化の要求から、より迅速な帯電制御や、環境変化に左右されにくい帯電特性が求められている。トナーの帯電性を制御するために、帯電制御剤を添加することが行われている。特に、環境への配慮や、より安定した帯電性の要求、製造コスト等の理由から、荷電制御機能を有する樹脂(荷電制御樹脂)をトナー原材料として用いることが提案されている。特許文献1及び2では、荷電制御樹脂として、サリチル酸基を含有する共重合体を含有するものや、スチレン系樹脂とスルホン酸基含有共重合体を含有したトナーが提案されている。また、特許文献3及び4では、結着樹脂への相溶性を改良したものとしてスルホン酸(塩)を含有する単量体を重縮合したPES系の荷電制御樹脂が提案されている。
特許第2694572号 特許第2807795号 特開2003−96170号公報 特開2003−215853号公報
しかし、上記の様なトナーは、帯電の立ち上がりは良好であるものの、トナーが過帯電したり、トナーの帯電分布がバラついたりすることによる、トナーの現像性の低下が課題となっている。この様な課題は、トナーを用いて多数枚プリントした後において特に顕著になる。
本発明の目的は、帯電の立ち上がり、帯電の安定性に優れ、耐久後においても帯電量分布がシャープであるトナーを提供することにある。
本発明は、結着樹脂、着色剤、樹脂PA及び樹脂PBを含有するトナー粒子を有するトナーであって、該樹脂PAは、式1に示されるユニットAを有し、該樹脂PBは式2に示されるユニットBを有し、トナー粒子中のユニットAの含有量aが2.00μmol/g以上であり、ユニットBの含有量bとのモル比b/aが0.10以上10.00以下であることを特徴とするトナーに関する。
Figure 0005658550
(式1において、Xは置換基を有していてもよい脂肪族基または置換基を有していてもよい芳香族基を示す。R1は水素、アルカリ金属、炭素数1から4のアルキル基または芳香族基から選択される。)
Figure 0005658550
(式2において、COOH基とOH基は隣り合う位置で芳香族環に結合している。R2は水素、炭素数1乃至4のアルキル基、アルコキシ基から選択される。)
本発明によれば、帯電の立ち上がり、帯電の安定性に優れ、耐久後においても帯電量分布がシャープであるトナーが得られる。
帯電量分布推移を例示したグラフであり、トナー帯電量分布の評価におけるAランクの評価基準となるものである。 帯電量分布推移を例示したグラフであり、トナー帯電量分布の評価におけるBランクの評価基準となるものである。 帯電量分布推移を例示したグラフであり、トナー帯電量分布の評価におけるCランクの評価結果の基準となるものである。 帯電量分布推移を例示したグラフであり、トナー帯電量分布の評価におけるDランクの評価結果の基準となるものである。
本発明者のトナーは、トナー粒子中に下記式1のユニットAを有する樹脂PAと、下記式2のユニットBを有する樹脂PBとを含有する。
Figure 0005658550
(式1において、Xは置換基を有していてもよい脂肪族基または置換基を有していてもよい芳香族基を示す。R1は水素、アルカリ金属、炭素数1から4のアルキル基または芳香族基から選択される。)
また、式1のより好ましい形態としては、以下の様である。式1におけるR1は水素、炭素数1〜4のアルキル基、Xは置換基を有していてもよい炭素数1又は2のアルキレン構造もしくは置換基を有していてもよい芳香族環を表す。アルキレン構造における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、アリール基又はアルコキシ基である。芳香族環における置換基としては、水酸基、炭素数1〜12のアルキル基、アリール基又はアルコキシ基であり、また、隣接する炭素を含めて5員環又は6員環の芳香族環を形成していてもよい。
Figure 0005658550
(式2において、COOH基とOH基は隣り合う位置で芳香族環に結合している。R2は水素、炭素数1乃至4のアルキル基、アルコキシ基から選択される。)
樹脂PA及び樹脂PBがトナーバインダー中に共存することにより、トナーの帯電の立ち上がりや帯電安定性が良好になり、帯電量分布がシャープになる。その理由は明らかではないが、本発明者らは以下の様に考えている。ユニットA中のスルホン酸基による発電機構とアミド基による電荷蓄積機能により、帯電速度が高まり、トナーの帯電の立ち上がりが良好となる。一方、ユニットBに含まれるサリチル酸構造により、ユニットAにて蓄えられた過剰な電荷が、トナーバインダー中に散逸し、トナーが過剰に帯電することが抑制されるものと考えている。この作用により、トナー一粒子ごとに帯電する機会のバラツキがあったとしても、トナー全体の帯電量分布が均一になり易く、帯電立ち上がりも良好となるものと考えられる。
式1で示されるユニットA中の置換基Xは、置換基を有していてもよい脂肪族基または芳香族基である。置換基Xが芳香族基であると、スルホン酸基の帯電性能が高まるため好ましく、アミド基と隣り合わせのオルト位に存在(式3参照)することが最も好ましい。
Figure 0005658550
(R3は水素、アルキル基またはアルカリ金属、R4乃至R7は独立に水素、水酸基、炭素数1乃至4のアルキル基、アルコキシ基から選ばれる置換基であり、隣接するもの同士が5または6員環の芳香族環を形成していてもよい。)
一方、式2で示されるユニットBは、ヒドロキシ基とカルボキシル基とを有する芳香族ユニットであり、ヒドロキシ基及びカルボキシル基が互いに隣り合わせに存在するサリチル酸構造を有している。その他の置換基は水素原子または炭素数1以上4以下のアルキル基またはアルコキシ基である。
本発明において、トナー粒子中のユニットAの含有量aが、2.00μmol/g以上であることが必要である。含有量aが2.00μmol/g未満では、トナーに所望の帯電量が得られない場合や、帯電の立ち上がりが遅くなる場合がある。また、本発明において、トナー粒子中のユニットAの含有量aとユニットBの含有量bのモル比b/aが0.10以上10.00以下であることが必要である。モル比b/aが0.10を下回ると帯電性は良いが顔料分散性に劣る場合がある。また10.00を上回ると帯電の均一性が失われる場合があり好ましくない。含有量aを調整する方法としては、あらかじめユニットAを一定量導入した樹脂PAを作製し、それとトナーバインダーとを混合する方法が挙げられる。含有量bを調整する方法についても同様である。
本発明において、トナー粒子中のユニットAの含有量aは、以下の様にして算出する。樹脂PAの元素分析によって、樹脂PA1g中に存在するユニットAに由来するS元素の量を算出し、該S元素の量を32.06(Sの原子量)で割ることにより、樹脂PA1gあたりのユニットAの含有量(mmol/g)を算出する。そして、樹脂PA1gあたりのユニットAの含有量及びトナー粒子に含有される樹脂PAの量から、含有量aを算出する。
また、トナー粒子中のユニットBの含有量bは、以下の様にして算出する。樹脂PBを後述の方法で滴定することにより、樹脂PBの水酸基価を定量し、樹脂PBが有するユニットBに由来する水酸基の量を算出する。そして、これを基に樹脂PB中のユニットBの含有量(mmol/g)を算出する。そして、樹脂PB1gあたりのユニットBの含有量及びトナー粒子に含有される樹脂PBの量から、含有量bを算出する。なお、樹脂PBが、ユニットB以外の部位に水酸基を有している場合は、樹脂PBを作製する際にユニットBを付加反応させる直前の化合物(例えばポリエステル樹脂)の水酸基価をあらかじめ測定しておく。ユニットBの付加量は、付加反応後の樹脂PBの水酸基価との差で算出することができる。
樹脂PAおよび樹脂PBの組成は公知の樹脂組成が利用可能である。具体的には、スチレンアクリル樹脂などのビニル重合系樹脂や、ポリエステル、ポリエーテルなどの縮合重合系樹脂が挙げられる。
樹脂PA及び樹脂PBが、ビニル重合系樹脂である場合においては、ユニットAやユニットBを含有するビニル単量体と他のビニル単量体とを共重合することにより、樹脂PAおよび樹脂PBを作製することができる。その際、ビニル単量体の共重合比により含有量a及びbを調整することが可能である。ただし、ユニットAやユニットBの構造を有する単量体と他の単量体とのラジカル重合反応速度が大きく異なる場合には、反応時にそれぞれの単量体を滴下するなどして反応系の濃度を調整することによって、均一な組成となるように工夫することが好ましい。
ビニル重合系樹脂の作製において使用可能な重合開始剤は、特に限定されるものではなく、公知の過酸化物系重合開始剤やアゾ系重合開始剤を用いることができる。また、ビニル単量体同士を共重合させる際に用いることのできる重合開始剤としては、過酸化物系重合開始剤、アゾ系重合開始剤が挙げられる。有機系の過酸化物系重合開始剤としては、パーオキシエステル、パーオキシジカーボネート、ジアルキルパーオキサイド、パーオキシケタール、ケトンパーオキサイド、ハイドロパーオキサイド、ジアシルパーオキサイドが挙げられる。無機系の過酸化物系重合開始剤としては、t−ブチルパーオキシアセテート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ヘキシルパーオキシアセテート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ヘキシルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキシルモノカーボネート、などのパーオキシエステル;ベンゾイルパーオキサイドなどのジアシルパーオキサイド;ジイソプロピルパーオキシジカーボネートなどのパーオキシジカーボネート;1,1−ジ−t−ヘキシルパーオキシシクロヘキサンなどのパーオキシケタール;ジ−t−ブチルパーオキサイドなどのジアルキルパーオキサイド;t−ブチルパーオキシアリルモノカーボネートが挙げられる。アゾ系重合開始剤としては、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、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)が挙げられる。
ユニットAの構造を有するビニル単量体としては公知のものが使用可能である。具体的には、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸メチル、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸メチル、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸エチル、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸エチル、2−アクリルアミドベンゼンスルホン酸、2−メタクリルアミドベンゼンスルホン酸、2−アクリルアミドベンゼンスルホン酸メチル、2−メタクリルアミドベンゼンスルホン酸メチル、2−アクリルアミドベンゼンスルホン酸エチル、2−メタクリルアミドベンゼンスルホン酸エチル、2−アクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸、2−メタクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸メチル、2−アクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸メチル、2−メタクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸エチルが挙げられる。
以下にユニットAの構造を有するビニル単量体の製造例を示す。
<単量体4A>
攪拌機、温度計、窒素導入管を付した反応容器に、2−アミノ−5−メトキシベンゼンスルホン酸788g、トリエチルアミン642g、テトラヒドロフラン4Lを仕込み、5℃以下でメタクリル酸クロライド352gを15分かけて滴下した。5℃以下に保持したまま6時間攪拌させた。5℃以下に保持しながら反応混合物に濃塩酸800ml、水12.8Lを注加して分液し、有機層を2%塩酸6.4Lで洗浄した後に、水6.4Lで3回洗浄した。得られた溶液を減圧濃縮し、結晶を得た。得られた結晶を攪拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した反応容器に仕込み、トリメチルオルトホルメート1680g、p−ベンゾキノン1.5gを仕込み、80℃で10時間反応させた。反応混合物を冷却し、減圧濃縮を行った。析出した結晶をろ過後、水5Lに加え、分散洗浄後、ろ過し、水2.5Lで2回洗浄を行った。得られた結晶を30℃で順風乾燥させた後、カラムクロマトグラフィー(シリカゲル5kg、移動相ヘキサン/酢酸エチル=1/1)にて精製し、383gの式(4A)で示される単量体4Aを得た。
Figure 0005658550
<単量体4B>
攪拌機、温度計、窒素導入管を付した反応容器に、2−ニトロベンゼンスルフォニルクロライド856g、メタノール7Lを仕込み、28%ナトリウムメチラート745g、メタノール600mlの混合溶液を10℃以下で45分かけて滴下した。その後、10℃に保持して50分攪拌させた。反応混合物に0.1mol/L塩酸1.6kgを加えて酸性にし、さらに水3Lを加えて結晶を析出させた。結晶をろ過し、水2Lで洗浄後、30℃で10時間減圧乾燥させて702gの2−ニトロベンゼンスルホン酸メチルエステルを得た。
攪拌機、温度計、窒素導入管を付した反応容器に、2−ニトロベンゼンスルホン酸メチルエステル688g、酢酸4.7L、SnCl2・2H2O 2.18kgを仕込み、10℃以下に冷却した。これに攪拌下、塩酸ガスを4時間吹き込んだ。その後、10℃以下で10時間攪拌させた。反応混合物に、クロロホルム8.4Lを加え、10℃以下に保持しながら20%NaOH水溶液にて中和した。さらに水56Lを加え分液した。水相をクロロホルム4Lで抽出し、クロロホルム層を合わせて水4Lで2回洗浄し、分液した。無水硫酸マグネシウムにて乾燥後、ろ過して2−アミノベンゼンスルホン酸メチルエステルのクロロホルム溶液を得た。得られた溶液をジエチルアニリン950gと共に攪拌機、温度計、窒素導入管を付した反応容器に仕込み、5℃以下でアクリル酸クロライド287gを15分かけて滴下した。5℃以下に保持したまま6時間攪拌させた。反応混合物に濃塩酸800ml、水12.8Lを注加して分液し、有機層を2%塩酸6.4L、水6.4L、3%炭酸水素Na水溶液6.4L、水6.4Lの順に洗浄した。無水硫酸マグネシウムにて乾燥後、ろ過し、30℃で減圧乾燥して796gの結晶を得た。これをカラムクロマトグラフィー(シリカゲル5kg、移動相ヘキサン/酢酸エチル=2/1)にて精製し、式(4B)で示される単量体4Bを406g得た。
Figure 0005658550
<単量体4C>
単量体4Aの製造において、2−アミノ−5−メトキシベンゼンスルホン酸の代わりにp−トルイジン−2−スルホン酸を726g用いる以外は同様の方法で、式(4C)で示される単量体4Cを352g得た。
Figure 0005658550
<単量体4D>
攪拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した反応容器に、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸1500g、トリメチルオルトホルメート2060g、p−ベンゾキノン1.5gを仕込み、80℃で5時間反応させた。反応混合物を冷却し、減圧濃縮を行った。析出した結晶をろ過後、水5Lに加え、分散洗浄後、ろ過し、水2.5Lで2回洗浄を行った。得られた結晶を30℃で順風乾燥させた後、ヘキサン4Lで分散洗浄し、ろ過した。得られた結晶を30℃で減圧乾燥させて、式(4D)で示される単量体4Dを1063g得た。
Figure 0005658550
<単量体4E>
単量体4Eとして式(4E)で示される2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸を用いた。
Figure 0005658550
<単量体4F>
単量体4Fとして式(4F)で示される2−メタクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸を用いた。
Figure 0005658550
<単量体4G>
単量体4Gとして式(4G)で示される2−アクリルアミドベンゼンスルホン酸を用いた。
Figure 0005658550
なお、スルホン酸基のエステル化については、スルホン酸含有の樹脂を作製後に行うことも可能である。樹脂中のスルホン酸をエステル化する方法としては公知の方法が利用できる。具体的には、スルホン酸のクロル化の後にアルコールと反応させる方法、ジメチル硫酸、トリメチルシリルジアゾメタン、リン酸トリメチル等のメチルエステル化剤を使用する方法、オルトギ酸エステルを使用する方法が挙げられる。中でも本発明のエステル化の方法として最も優れているのはオルトギ酸エステルを使用する方法である。この方法によると、所望のアルキル基を有するオルトギ酸エステルとスルホン酸含有樹脂とを比較的温和な条件で反応させることにより、容易にスルホン酸のエステル化を行うことができる。反応温度、反応時間、オルトギ酸エステルの量、溶媒の量により容易にエステル化の割合をコントロールできることが可能である。オルトギ酸エステルは具体的には以下のものを挙げることができる。トリメチルオルトホルメート、トリエチルオルトホルメート、トリ−n−プロピルオルトホルメート、トリ−iso−プロピルオルトホルメート、トリ−n−ブチルオルトホルメート、トリ−sec−ブチルオルトホルメート、トリ−tert−ブチルオルトホルメート、及びこれらの混合物。
また、ユニットBの構造を有するビニル単量体としては公知のものが使用可能であり、3−ビニルサリチル酸、4−ビニルサリチル酸、5−ビニルサリチル酸、6−ビニルサリチル酸、3−ビニル−5−イソプロピルサリチル酸、3−ビニル−5−t−ブチルサリチル酸、4−ビニル−6−t−ブチルサリチル酸、3−イソプロペニル−5−t−ブチルサリチル酸、3−t−ブチル−5−ビニルサリチル酸が挙げられる。
本発明の効果はユニットBを形成するビニル単量体のビニル基の置換位置に影響する。帯電性の安定化の観点から、ビニル単量体としては、4−ビニルサリチル酸が好ましく、5−ビニルサリチル酸がさらに好ましい。また、5−ビニルサリチル酸においては、第3位に置換基を有する、3−t−ブチル−5−ビニルサリチル酸がさらに好ましい。置換基の位置により効果に差がでる理由は明確ではないが、以下のように考えられる。すなわち、ユニットBに含まれるサリチル酸部位の電子状態が置換位置により変化し、ユニットBの効果であると考えられるバインダ樹脂への電荷の散逸能力に差が生じるためである。
以下にユニットBの構造を有するビニル単量体の製造例を示す。
<単量体5A>
式(5A)で示す単量体5Aは、特開昭63−270060号公報、Journal of Polymer Science:Polymer Chemistry Edition 18,2755(1980)に記載の方法を用いて製造することができる。
Figure 0005658550
<単量体5B>
式(5B)で示す単量体5Bは、特開昭62−187429号公報に記載の方法を用いて製造することができる。
Figure 0005658550
<単量体5C>
式(5C)で示す単量体5Cは、前述の特開昭63−270060号公報、Journal of Polymer Science : Polymer Chemistry Edition 18, 2755(1980)に記載の方法を用いて製造することができる。
Figure 0005658550
<単量体5D>
式(5D)で示す単量体5Dは、Bioorganic&Medicinal Chemistry,15(15),5207(2007)に記載の方法を用いて製造することができる。
Figure 0005658550
一方、縮合重合系樹脂の場合は、樹脂を作製後、樹脂に含有する反応性基を利用してユニットAやユニットBの置換基を合成することが一般的である。例えば、樹脂中にカルボキシル基が存在している場合には、ユニットAまたはBを有するアミン化合物を用いて脱水縮合反応によりユニットを付加反応させる方法がある。ユニットAまたはBを有する化合物として、エポキシ基付加物や酸ハロゲン化物などを利用して樹脂中のアミノ基やヒドロキシ基と反応させる方法なども利用可能である。その際、ユニットAおよびBの付加量は、それぞれの樹脂の反応性基の導入量とユニットを有する化合物の仕込み量により調整が可能である。
樹脂を作製する際に反応性基を導入する方法としては公知の方法を用いることができる。例えばポリエステルの場合には、樹脂の末端に存在するカルボキシル基またはヒドロキシ基をそのまま用いてもよい。反応性基をさらに増加させる場合には、ポリエステルの単量体として3官能のカルボン酸を用いて未縮合のカルボン酸を残存させるなどの方法がある。
樹脂PA、PBを構成するその他のユニットとしては公知のものが利用可能である。具体的には例えばビニル系重合体、ポリエステル構造を有する樹脂や、それらが複合されたハイブリッド樹脂を挙げることができる。ビニル系重合体のモノマーとしては、以下のものが挙げられる。スチレン、α−メチルスチレンの如きスチレン及びその誘導体;酢酸ビニルの如きビニルエステル類;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸−2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸−2−ヒドロキシエチルの如き(メタ)アクリル酸エステル類;ビニルメチルエーテルの如きビニルエーテル類;マレイン酸の如き不飽和二塩基酸またはその無水物。
ポリエステル構造を含有する樹脂を構成する多価アルコール成分としては下記の物が挙げられる。二価アルコール成分としては、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンの如きビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物;エチレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコールの如きジオール類が挙げられる。
三価以上のアルコール成分としては、以下のものを挙げることができる。ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン。
多価カルボン酸成分としては、以下のものを挙げることができる。フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸の如き芳香族ジカルボン酸類又はその無水物;コハク酸、アジピン酸、セバシン酸及びアゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸類又はその無水物;炭素数6以上12以下のアルキル基で置換されたコハク酸若しくはその無水物;フマル酸、マレイン酸及びシトラコン酸の如き不飽和ジカルボン酸類又はその無水物。
ポリエステル樹脂をビニル単量体によってハイブリッド化する方法としては公知の方法が利用可能である。具体的には、過酸化物系の開始剤によりポリエステルのビニル変性をさせる方法、不飽和基を有するポリエステル樹脂をグラフト変性してハイブリッド樹脂を作製する方法、ポリエステルの末端に存在するカルボキシル基、水酸基を利用してラジカル重合性の化合物を付加させる方法を挙げることができる。ポリエステル樹脂のハイブリッド化に用いることのできるビニル単量体としては、公知のものが使用可能であり、前述したビニル系単量体が挙げられる。
樹脂PA及び樹脂PBの添加量としてはそれぞれ、結着樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上50質量部以下が好ましく、さらに好ましくは0.5質量部以上30重量部以下である。
本発明のトナーに用いることができる結着樹脂としては公知のものが使用可能であり、スチレン−アクリル樹脂等のビニル系樹脂やポリエステル樹脂、あるいはそれらを結合させたハイブリッド樹脂が使用可能である。また、ビニル系樹脂やハイブリッド樹脂中のビニル系重合体ユニットは、ビニル基を二個以上有する架橋剤で架橋された架橋構造を有していてもよい。架橋剤としては、ジビニルベンゼンやジビニルナフタレンの如き芳香族ジビニル化合物が挙げられる。
本発明のトナーは、磁性トナーとして用いることも可能であり、その場合には、以下に挙げられる磁性体が用いられる。マグネタイト、マグヘマイト、フェライトの如き酸化鉄、または他の金属酸化物を含む酸化鉄;Fe、Co、Niの如き金属、あるいは、これらの金属とAl、Co、Cu、Pb、Mg、Ni、Sn、Zn、Sb、Ca、Mn、Se、Tiのような金属との合金、およびこれらの混合物。四三酸化鉄(Fe34)、三二酸化鉄(γ−Fe23)、酸化鉄亜鉛(ZnFe24)、酸化鉄銅(CuFe24)、酸化鉄ネオジウム(NdFe23)、酸化鉄バリウム(BaFe1219)、酸化鉄マグネシウム(MgFe24)、酸化鉄マンガン(MnFe24)。上述した磁性材料を単独で或いは2種類以上を組合せて使用する。特に好適な磁性材料は、四三酸化鉄又はγ−三二酸化鉄の微粉末である。
これらの磁性体は、平均粒径が0.1μm以上2μm以下であることが好ましく、0.1μm以上0.3μm以下であることがさらに好ましい。795.8kA/m(10Kエルステッド)印加での磁気特性は、抗磁力(Hc)が1.6kA/m以上12kA/m以下(20エルステッド以上150エルステッド以下)、飽和磁化(σs)が5Am2/kg以上200Am2/kg以下であり、好ましくは50Am2/kg以上100Am2/kg以下である。残留磁化(σr)は、2Am2/kg以上20Am2/kg以下のものが好ましい。
結着樹脂100質量部に対して、磁性体10質量部以上200質量部以下、好ましくは20質量部以上150質量部以下使用するのが良い。
一方、非磁性トナーとして用いる場合の着色剤としては、従来から知られている種々の染料や顔料等、公知の着色剤を用いることができる。
マゼンタ用着色顔料としては、C.I.ピグメントレッド3、5、17、22、23、38、41、112、122、123、146、149、178、179、190、202、C.I.ピグメントバイオレット19、23が挙げられる。かかる顔料を単独で使用しても、染料と顔料を併用しても良い。
シアン用着色顔料としては、C.I.ピグメントブルー15、15:1、15:3又はフタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を1から5個置換した銅フタロシアニン顔料が挙げられる。
イエロー用着色顔料としては、C.I.ピグメントイエロー1、3、12、13、14、17、55、74、83、93、94、95、97、98、109、110、154、155、166、180,185が挙げられる。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、アニリンブラック、アセチレンブラック、チタンブラック及び上記に示すイエロー/マゼンタ/シアン着色剤を用い黒色に調色されたものが利用できる。
本発明のトナーは、離型剤を含有しても良い。離型剤としては、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;脂肪族炭化水素系ワックスのブロック共重合物;カルナバワックス、サゾールワックス、モンタン酸エステルワックスの如き脂肪酸エステルを主成分とするワックス;及び脱酸カルナバワックスの如き脂肪酸エステルを一部又は全部を脱酸化したもの、ベヘニン酸モノグリセリドの如き脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂を水素添加することによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物が挙げられる。
離型剤の分子量分布としては、メインピークが分子量400以上2400以下の領域にあることが好ましく、430以上2000以下の領域にあることがより好ましい。これによって、トナーに好ましい熱特性を付与することができる。離型剤の添加量は、結着樹脂100質量部に対して総量で2.5質量部以上40.0質量部以下であることが好ましく、3.0質量部以上15.0質量部以下であることがより好ましい。
トナー粒子を作製する手段としては、混練粉砕法、懸濁重合法、溶解懸濁法、乳化凝集法を挙げることができる。また、帯電性の制御と顔料分散の両立をより効果的に発揮するためには水系媒体中でトナー粒子を作製する、懸濁重合法、溶解懸濁法、乳化凝集法であることが好ましい。
混練粉砕法においては、結着樹脂、着色剤、樹脂PA、樹脂PB及び必要に応じてその他の添加剤をヘンシェルミキサー、ボールミルの如き混合機により充分混合する。ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融混練し、混練物を冷却固化後に固化物を粉砕し、粉砕物を分級することによりトナー粒子を得ることができる。
懸濁重合法においては、樹脂PA及び樹脂PBを重合性単量体中に他の必要成分とともに溶解または微分散させ、水系媒体中で懸濁造粒した後、液滴に含まれる単量体を重合させ、トナー粒子を作製することができる。
従来、懸濁重合法でトナーを作製する際に、帯電量向上や帯電速度向上のために樹脂PAに相当する樹脂を単独で増量しようとすると、顔料分散性に悪影響を及ぼす場合があった。メカニズムは明らかではないが、これは顔料に樹脂PAが過剰に吸着することにより、顔料と結着樹脂との界面の安定性が崩れ、顔料同士の凝集を誘発するためであると考えられる。本発明者らが検討したところ、樹脂PAと共にサリチル酸構造であるユニットBを有する樹脂PBを共存させることで、重合性単量体中での顔料分散性が良好となり、帯電の立ち上り性と顔料分散性とを両立させることができることを見出した。メカニズムは不明であるが、ユニットBに含まれるサリチル酸構造が顔料への樹脂PAの吸着を抑制し、顔料と樹脂PAとの相互作用を弱めることにより顔料の凝集が抑制されるためであると考えられる。
溶解懸濁法においては、樹脂PA及び樹脂PBを他の必要成分とともに有機溶媒中に溶解または分散させ、水系媒体中で懸濁造粒した後、液滴に含まれる有機溶媒を除去することによりトナー粒子を作製することができる。
乳化凝集法では、樹脂PA及び樹脂PBを転相乳化などの方法により水系媒体中に微分散させ、他の必要成分の微粒子と混合し、水系媒体中でそれらのゼータ電位の制御によりトナー粒径に凝集させトナー粒子を生成することができる。
トナー粒子は、流動性向上剤と共にヘンシェルミキサーの如き混合機械により充分混合することで、トナー粒子表面に流動性向上剤を有するトナーを得ることができる。流動性向上剤としては、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末の如きフッ素系樹脂粉末;湿式製法によるシリカ微粉末、乾式製法によるシリカ微粉末の如きシリカ微粉末、それらシリカ微粉末をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイルの如き処理剤により表面処理を施した処理シリカ微粉末;酸化チタン微粉末;アルミナ微粉末、処理酸化チタン微粉末、処理酸化アルミナ微粉末が挙げられる。流動性向上剤は、窒素吸着によるBET法で測定した比表面積が30m2/g以上、好ましくは50m2/g以上のものが良好な結果を与える。トナー粒子100質量部に対して流動性向上剤を0.01質量部以上8.0質量部以下、好ましくは0.1質量部以上4.0質量部以下使用するのが良い。
トナーの重量平均粒径(D4)は、3.0μm以上15.0μm以下、好ましくは4.0μm以上12.0μm以下が良い。
本発明のトナーは、磁性キャリアと混合して、二成分系現像剤として用いることも可能である。磁性キャリアとしては、表面酸化又は未酸化の鉄、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム、希土類の如き金属粒子、それらの合金粒子、酸化物粒子及びフェライトを微粒子化したものが使用できる。
現像スリーブに交流バイアスを印加する現像法においては、磁性キャリアコアの表面を樹脂で被覆した被覆キャリアを用いることが好ましい。被覆方法としては、樹脂の如き被覆材を溶剤中に溶解若しくは懸濁させて調製した塗布液を磁性キャリアコア表面に付着させる方法、磁性キャリアコアと被覆材とを粉体で混合する方法が用いられる。
磁性キャリアコアの被覆材としては、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、アミノアクリレート樹脂が挙げられる。これらは単独或いは複数で用いる。上記被覆材料の処理量は、キャリアコア粒子に対し0.1質量%以上30質量%以下(好ましくは0.5質量%以上20質量%以下)である。磁性キャリアの平均粒径は、体積基準の50%粒径(D50)で、10μm以上100μm以下であることが好ましく、20μm以上70μm以下であることがさらに好ましい。二成分系現像剤を調製する場合、その混合比率は、現像剤中のトナー濃度として2以上以下15質量%、好ましくは4質量%以上13質量%以下にすると、良好な結果が得られる。
本発明のトナーは、有機金属化合物を含有しても良い。有機金属化合物としては、下記に示す芳香族オキシカルボン酸誘導体の金属化合物が挙げられる。
Figure 0005658550
上記式中のM2は2価の金属原子であり、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Pb2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+が挙げられる。M3は3価の金属原子であり、Al3+、Cr3+、Fe3+、Ni3+が挙げられる。M4は4価の金属原子であり、Zr4+、Hf4+、Mn4+、Co4+が挙げられる。これらの金属原子の中で好ましいのは、Al3+、Fe3+、Cr3+、Zr4+、Hf4+、Zn2+である。
式中R1’からR4’は同一または異なる基を示し、水素原子、炭素数1以上12以下のアルキル基、炭素数2以上12以下のアルケニル基、−OH、−NH2、−NH(CH3)、−N(CH32、−OCH3、−O(C25)、−COOHまたは−CONH2を示す。好ましいR1’としては、ヒドロキシル基、アミノ基及びメトキシ基が挙げられるが、中でもヒドロキシル基が好ましい。
本発明のトナーにおいて使用される結着樹脂としては特に制限はない。例えば以下のようなものを例示することができる。スチレン樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、スチレン−メタクリル系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレン−酢酸ビニル系樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリブチラール樹脂、ポリエステル樹脂、また、それらの樹脂を任意に結合させたハイブリッド樹脂。中でも以下のものがトナー特性の上で望ましく用いられる。スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、スチレン−メタクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリル樹脂又はスチレン−メタクリル樹脂とポリエステル樹脂とを結合させたハイブリッド樹脂。
前記ポリエステル樹脂としては、多価アルコールとカルボン酸、若しくはカルボン酸無水物、カルボン酸エステルを原料モノマーとして通常製造されるポリエステル樹脂を使用することができる。具体的には、前述したポリエステル樹脂と同様の多価アルコール成分、多価カルボン酸成分が利用可能である。それらの中でも、特に、以下に挙げる成分を縮重合したポリエステル樹脂が好ましい。ジオール成分としてはビスフェノール誘導体。酸成分としては、二価以上のカルボン酸又はその酸無水物;フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸の如き低級アルキルエステルとからなるカルボン酸成分。
以下に本発明で用いられる測定方法について示す。
<樹脂の分子量>
樹脂PA及び樹脂PBの分子量及び分子量分布はゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)によって、ポリスチレン換算で算出される。スルホン酸基を有する樹脂PAは、カラム溶出速度がスルホン酸基の量にも依存してしまうため、正確な分子量及び分子量分布を測定したことにはならない。そのため、予めスルホン酸基をキャッピングした試料を用意する必要がある。キャッピングにはメチルエステル化が好ましく、市販のメチルエステル化剤が使用できる。具体的には、トリメチルシリルジアゾメタンで処理する方法が挙げられる。
GPCによる分子量の測定は、以下の様にして行う。上記樹脂をTHF(テトラヒドロフラン)に加え、室温で24時間静置した溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マエショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液とし、以下の条件で測定する。尚、サンプル調製は、樹脂の濃度が約0.8質量%になるようにTHFの量を調整する。なお、樹脂がTHFに溶解しにくい場合には、DMFなどの塩基性溶媒を用いることも可能である。
装置:HLC8120 GPC(検出器:RI)(東ソー社製)
カラム:Shodex KF−801、802、803、804、805、806、807の7連(昭和電工社製)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流 速:1.0ml/min
オーブン温度:40.0℃
試料注入量:0.10ml
試料の分子量の算出にあたっては、以下に列挙する標準ポリスチレン樹脂カラムを用いて作成した分子量校正曲線を使用する。具体的には、東ソ−社製の商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500」である。
<組成分析>
ユニットA及びユニットBの構造決定には、以下の測定装置を用いることができる。
〔FT−IRスペクトル〕
Nicolet社製 AVATAR360FT−IR
1H−NMR、13C−NMR〕
日本電子製FT−NMR JNM−EX400(使用溶媒 重クロロホルム)
<樹脂PA中のS量測定方法>
樹脂PA中のユニットAのモル数は樹脂中の硫黄元素のモル数に相当する。よって、下記のように樹脂中の硫黄元素量を測定することによりユニットAの定量を行った。
<樹脂中の硫黄元素量の定量>
樹脂に含有する硫黄元素量の定量方法を以下に述べる。具体的には、樹脂を自動試料燃焼装置(装置名:イオンクロマトグラフ用前処理装置AQF−100型、株式会社ダイアインスツルメンツ製)に導入し、樹脂を燃焼ガス化し、そのガスを吸収液に吸収させた。次に、イオンクロマトグラフィー(装置名:イオンクロマトグラフ ICS2000、カラム:IONPAC AS17、日本ダイオネクス株式会社製)により、樹脂中あるいはトナー粒子中の硫黄元素量(ppm)を測定する。得られた値を硫黄原子量(32.06)で割ることにより硫黄原子のモル数(μmol/g)を算出した。
<樹脂PB中の水酸基価の測定方法>
水酸基価とは,試料1gをアセチル化するとき、水酸基と結合した酢酸を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数である。結着樹脂の水酸基価はJIS K 0070−1992に準じて測定されるが、具体的には、以下の手順に従って測定する。
(1)試薬の準備
特級無水酢酸25gをメスフラスコ100mlに入れ、ピリジンを加えて全量を100mlにし、十分に振りまぜてアセチル化試薬を得る。得られたアセチル化試薬は、湿気、炭酸ガス等に触れないように、褐色びんにて保存する。
フェノールフタレイン1.0gをエチルアルコール(95vol%)90mlに溶かし、イオン交換水を加えて100mlとし、フェノールフタレイン溶液を得る。
特級水酸化カリウム35gを20mlの水に溶かし、エチルアルコール(95vol%)を加えて1lとする。炭酸ガス等に触れないように、耐アルカリ性の容器に入れて3日間放置後、ろ過して、水酸化カリウム溶液を得る。得られた水酸化カリウム溶液は、耐アルカリ性の容器に保管する。前記水酸化カリウム溶液のファクターは、0.5mol/l塩酸25mlを三角フラスコに取り、前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定し、中和に要した前記水酸化カリウム溶液の量から求める。前記0.5mol/l塩酸は、JIS K 8001−1998に準じて作成されたものを用いる。
(2)操作
(A)本試験
粉砕した結着樹脂の試料1.0gを200ml丸底フラスコに精秤し、これに前記のアセチル化試薬5.0mlを、ホールピペットを用いて正確に加える。この際、試料がアセチル化試薬に溶解しにくいときは、特級トルエンを少量加えて溶解する。
フラスコの口に小さな漏斗をのせ、約97℃のグリセリン浴中にフラスコ底部約1cmを浸して加熱する。このときフラスコの首の温度が浴の熱を受けて上昇するのを防ぐため、丸い穴をあけた厚紙をフラスコの首の付根にかぶせることが好ましい。
1時間後、グリセリン浴からフラスコを取り出して放冷する。放冷後、漏斗から水1mlを加えて振り動かして無水酢酸を加水分解する。さらに完全に加水分解するため、再びフラスコをグリセリン浴中で10分間加熱する。放冷後、エチルアルコール5mlで漏斗およびフラスコの壁を洗う。
指示薬として前記フェノールフタレイン溶液を数滴加え、前記水酸化カリウム溶液で滴定する。尚、滴定の終点は、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときとする。
(B)空試験
結着樹脂の試料を用いない以外は、上記操作と同様の滴定を行う。
(3)得られた結果を下記式に代入して、水酸基価を算出する。
A=[{(B−C)×28.05×f}/S]+D
ここで、A:水酸基価(mgKOH/g)、B:空試験の水酸化カリウム溶液の添加量(ml)、C:本試験の水酸化カリウム溶液の添加量(ml)、f:水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料(g)、D:結着樹脂の酸価(mgKOH/g)である。
<重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)の測定方法>
トナーの重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「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。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行う。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行う。前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON II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。前記専用ソフトの「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から60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの攪拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、専用ソフトの「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平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に約3.3lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)を算出する。尚、前記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)であり、前記専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。本実施例において、「部」はすべて質量基準である。
以下に示す方法によりPA樹脂1乃至7及びPB樹脂1乃至4の合成を行った。
〔PA樹脂(PA−1)の合成例1〕
攪拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した反応容器にキシレン200部を仕込み、窒素気流下で還流した。
次に、
・2−アクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸メチル 15.0部
・スチレン 69.0部
・2−エチルヘキシルアクリレート 16.0部
・ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート) 5.0部
を混合し、前記反応容器に攪拌しながら滴下し10時間保持した。その後、蒸留を行って溶剤を留去し、減圧下40℃で乾燥し樹脂PA−1を得た。得られた樹脂PA−1は元素分析による硫黄原子の定量の結果、490μmol/gのスルホン酸に由来したユニットを含有していることが確認された。以降、作製した樹脂の構成とユニット含有量および分子量は表1−1および表1−2に記載した。
〔PA樹脂(PA−2)の合成例2〕
下記材料を用いる以外は合成例1と同様に樹脂PAの合成を行い、樹脂PA−2を得た。
・2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸 6.0部
・スチレン 78.0部
・2−エチルヘキシルアクリレート 16.0部
・ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート) 5.0部
得られた樹脂PA−2は元素分析による硫黄原子の定量の結果、263μmol/gのスルホン酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
〔PA樹脂(PA−3)の合成例3〕
下記材料を用いる以外は合成例1と同様に樹脂PAの合成を行い、樹脂PA−3を得た。
・2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸メチル 12.0部
・スチレン 72.0部
・2−エチルヘキシルアクリレート 16.0部
・ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート) 5.0部
得られた樹脂PA−3は元素分析による硫黄原子の定量の結果、522μmol/gのスルホン酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
〔PA樹脂(PA−4)の合成例4〕
下記材料を用いる以外は合成例1と同様に樹脂PAの合成を行い、樹脂PA−4を得た。
・2−アクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸 8.0部
・スチレン 76.0部
・2−エチルヘキシルアクリレート 16.0部
・ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート) 5.0部
得られた樹脂PA−4は元素分析による硫黄原子の定量の結果、290μmol/gのスルホン酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
〔PA樹脂(PA−5)の合成例5〕
下記材料を用いる以外は合成例1と同様に樹脂PAの合成を行い、樹脂PA−5を得た。
・2−アクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸メチル 16.0部
・スチレン 74.0部
・n−ブチルアクリレート 10.0部
・ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート) 5.0部
得られた樹脂PA−5は元素分析による硫黄原子の定量の結果、539μmol/gのスルホン酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
〔PA樹脂(PA−6)の合成例6〕
ポリエステルP−1の作製:
ビスフェノールA・プロピレンオキサイド2.2モル付加物 69.0部
テレフタル酸 28.0部
フマル酸 3.0部
酸化ジブチル錫 0.005部
を4つ口フラスコに入れ、温度計、攪拌棒、コンデンサー、及び窒素導入管を取りつけ窒素雰囲気下、220℃で5時間反応させ、ポリエステル樹脂P−1を得た。
攪拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した反応容器にキシレン200部を仕込み、窒素気流下で還流した。そこへ先に作製した樹脂P−1を70部投入し、溶解させた。
次に、
・2−アクリルアミド−5−メトキシベンゼンスルホン酸メチル 15.0部
・スチレン 15.0部
・ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート) 1.5部
を混合し、前記反応容器に攪拌しながら滴下し10時間保持した。その後、蒸留を行って溶剤を留去し、減圧下40℃で乾燥し樹脂PA−6を得た。
得られた樹脂PA−6は元素分析による硫黄原子の定量の結果、502μmol/gのスルホン酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
〔PA樹脂(PA−7)の合成例7〕
ポリエステルP−2の作製:
ビスフェノールA・プロピレンオキサイド2.2モル付加物 67.8部
テレフタル酸 22.2部
無水トリメリット酸 10.0部
酸化ジブチル錫 0.005部
を4つ口フラスコに入れ、温度計、攪拌棒、コンデンサー、及び窒素導入管を取りつけ窒素雰囲気下、220℃で5時間反応させ、ポリエステル樹脂P−2を得た。このとき樹脂P−2の水酸基価を測定したところ、4.8mgKOH/gであった。
次に冷却管、攪拌機、温度計および窒素導入管の付いた反応槽中に、ポリエステル樹脂P−2を80部、4−アミノベンゼンスルホン酸20部を入れ、ピリジン270部を加えて攪拌した後、亜リン酸トリフェニル96部を加え、120℃で6時間加熱した。反応終了後、エタノール360部に再沈殿して回収した。得られたポリマーを、1N塩酸140部を用いて2回洗浄を行った後、水140部で2回洗浄を行い、減圧乾燥させた。IR測定を行った結果、カルボン酸に由来する1695cm-1のピークが減少し、新たに、1658cm-1にアミド結合に由来するピークが確認された。加えて、1H−NMRの結果より、4−アミノベンゼンスルホン酸の芳香族環に由来するピークがシフトしていた。得られた樹脂PA−7は元素分析による硫黄原子の定量の結果、476μmol/gのスルホン酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
〔PB樹脂(PB−1)の合成例1〕
攪拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した反応容器にキシレン200部を仕込み、窒素気流下で還流した。
次に、
・5−ビニルサリチル酸 9.0部
・スチレン 75.0部
・2−エチルヘキシルアクリレート 16.0部
・ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート) 5.0部
を混合し、前記反応容器に攪拌しながら滴下し10時間保持した。その後、蒸留を行って溶剤を留去し、減圧下40℃で乾燥し樹脂PB−1を得た。得られた樹脂PB−1は水酸基価測定の結果、30.3mgKOH/g、すなわち540μmol/gのサリチル酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
〔PB樹脂(PB−2)の合成例2〕
下記材料を用いる以外は合成例1と同様に樹脂PBの合成を行い、樹脂PB−2を得た。
・3−ターシャリーブチル−5−ビニルサリチル酸 12.0部
・スチレン 72.0部
・2−エチルヘキシルアクリレート 16.0部
・ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート) 5.0部
得られた樹脂PB−2は水酸基価測定の結果、28.7mgKOH/g、すなわち511μmol/gのサリチル酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
〔PB樹脂(PB−3)の合成例3〕
ポリエステルP−3の作製:
ビスフェノールA・プロピレンオキサイド2.2モル付加物 70.0部
テレフタル酸 26.0部
フマル酸 4.0部
酸化ジブチル錫 0.005部
を4つ口フラスコに入れ、温度計、攪拌棒、コンデンサー、及び窒素導入管を取りつけ窒素雰囲気下、220℃で5時間反応させ、ポリエステル樹脂P−3を得た。このときポリエステル樹脂P−3の水酸基価を測定したところ、6.5mgKOH/gであった。
攪拌機、コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した反応容器にキシレン200部を仕込み、窒素気流下で還流した。そこへ先に作製したポリエステル樹脂P−3を70部投入し、溶解させた。
次に、
・5−ビニルサリチル酸 9.0部
・スチレン 18.0部
・n−ブチルアクリレート 3.0部
・ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート) 1.5部
を混合し、前記反応容器に攪拌しながら滴下し10時間保持した。その後、蒸留を行って溶剤を留去し、減圧下40℃で乾燥し樹脂PB−3を得た。
得られた樹脂PB−3は水酸基価が34.4mgKOH/gであったことから、P−3樹脂との水酸基価の差から27.9mgKOH/g、すなわち498μmol/gのサリチル酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
〔PB樹脂(PB−4)の合成例4〕
冷却管、攪拌機、温度計および窒素導入管の付いた反応槽中に、ポリエステル樹脂P−2を77部、4−アミノサリチル酸23部を入れ、ピリジン270部を加えて攪拌した後、亜リン酸トリフェニル96部を加え、120℃で6時間加熱した。反応終了後、エタノール360部に再沈殿して回収した。得られたポリマーを、1N塩酸140部を用いて2回洗浄を行った後、水140部で2回洗浄を行い、減圧乾燥させた。得られた樹脂PB−4の水酸基価が32.0mgKOH/gであり、P−2樹脂が4.8mgKOH/gであったことから、付加反応により付加されたサリチル酸に由来するユニット量は27.2mgKOH/g、すなわち484μmol/gであることが確認された。
〔PB樹脂(PB−5)の合成例5〕
PB樹脂の合成例1において、5−ビニルサリチル酸を4−ビニルサリチル酸に変更する以外は合成例1と同様に合成を行い、樹脂PB−5を得た。得られた樹脂PB−5は水酸基測定の結果、29.9mgKOH/g、すなわち533μmol/gのサリチル酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
〔PB樹脂(PB−6)の合成例6〕
PB樹脂の合成例1において、5−ビニルサリチル酸を6−ビニルサリチル酸に変更する以外は合成例1と同様に合成を行い、樹脂PB−6を得た。得られた樹脂PB−6は水酸基測定の結果、29.2mgKOH/g、すなわち521μmol/gのサリチル酸に由来したユニットを含有していることが確認された。
続いて以下に示す方法により本発明のトナーA〜K、QおよびRを製造した。
<実施例1>
ポリエステルP−4の作製:
・ビスフェノールA・プロピレンオキサイド2.2モル付加物 67.6部
・テレフタル酸 30.5部
・無水トリメリット酸 1.9部
・酸化ジブチル錫 0.005部
をガラス製の4つ口フラスコに入れ、温度計、攪拌棒、コンデンサー、及び窒素導入管を取りつけマントルヒーター内に置いた。窒素雰囲気下で、220℃で5時間反応させ、ポリエステル樹脂P−4を得た。得られた樹脂の分子量はMw=14500であった。
顔料分散ペーストの作製:
・スチレンモノマー 80.0部
・Cuフタロシアニン(Pigment Blue 15:3) 13.0部
・樹脂PA−1 4.0部
・樹脂PB−1 3.6部
上記材料を容器中でよくプレミックスした後に、それを20℃以下に保ったままビーズミルで約4時間分散し、顔料分散ペーストを作製した。
トナー粒子の作製:
イオン交換水1150部に0.1mol/l−Na3PO4水溶液390部を投入し、60℃に加温した後、クレアミクス(エム・テクニック社製)を用いて13,000rpmにて攪拌した。これに1.0mol/l−CaCl2水溶液58部を添加し、Ca3(PO42を含む分散媒体を得た。
・上記顔料分散ペースト 46.5部
・スチレンモノマー 42.0部
・n−ブチルアクリレート 18.0部
・エステルワックス 13.0部
(主成分C1939COOC2041、融点68.6℃)
・ポリエステル樹脂P−4 5.0部
これらを60℃に加温し、溶解・分散して単量体混合物とした。さらに60℃に保持しながら、重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)3.0部を加えて溶解し、単量体組成物を調製した。上記分散媒体に、上記単量体組成物を投入した。60℃で、窒素雰囲気とし、クレアミックスを用いて13000rpmで15分間攪拌し、単量体組成物を造粒した。その後パドル攪拌翼で攪拌しつつ60℃で5時間反応させた後、80℃で5時間攪拌し、重合を終了させた。室温まで冷却させた後、塩酸を加えてCa3(PO42を溶解し、濾過・水洗・乾燥することによりトナー粒子を得た。さらに得られたトナー粒子を分級し、トナー粒子を得た。得られたトナー粒子は以下の操作により疎水性シリカを外添することによりトナーを得る。即ち、ヘキサメチルジシラザンで表面を処理した後、シリコーンオイルで処理した個数平均1次粒径9nm、BET比表面積180m2/gの疎水性シリカ微粉体1.0部をトナー粒子100部とヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))で混合・外添する。得られたトナーAは重量平均粒径(D4)6.1μmであった。以降、得られたトナーの物性を表2に示す。また、トナーAについて、以下の様にして評価を行った。評価結果を表3に示す。
<トナー帯電量立ち上がり特性の評価>
下記のように二成分現像剤を作製した。
(キャリアの作製)
以下のように個数平均粒径0.25μmのマグネタイト粉と、個数平均粒径0.60μmのヘマタイト粉の親油化処理を行った。具体的には、4.0質量%のシラン系カップリング剤(3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン)を混合し、容器内で、100℃以上で高速混合攪拌を行った。
・フェノール 10部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド40%、メタノール10%、水50%)
6部
・親油化処理したマグネタイト 63部
・親油化処理したヘマタイト 21部
上記材料と、28%アンモニア水5部、水10部をフラスコに入れ、攪拌、混合しながら30分間で85℃まで昇温・保持し、3時間重合反応させて硬化させた。その後、30℃まで冷却し、更に水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5mmHg以下)、60℃で乾燥して、磁性体が分散された状態の球状の磁性樹脂粒子を得た。
コート樹脂として、メチルメタクリレートとパーフルオロアルキル基(m=7)を有するメチルメタクリレートの共重合体(共重合比8:1 重量平均分子量45,000)を用いた。該コート樹脂100部に、粒径290nmのメラミン粒子を10部、比抵抗1×10-2Ω・cmで粒径30nmのカーボン粒子を6部加え、超音波分散機で30分間分散させた。更に、コート樹脂分がキャリアコアに対し、2.5部となるようにメチルエチルケトン及びトルエンの混合溶媒コート溶液を作製した(溶液濃度10質量%)。
このコート溶液を、剪断応力を連続して加えながら溶媒を70℃で揮発させて、磁性樹脂粒子表面への樹脂コートを行った。この樹脂コートされた磁性キャリア粒子を100℃で2時間攪拌しながら熱処理し、冷却、解砕した。その後、200メッシュの篩で分級して個数平均粒子径33μm、真比重3.53g/cm3、見かけ比重1.84g/cm3、磁化の強さ42Am2/kgのキャリアを得た。
(二成分現像剤の作製)
帯電量の立ち上がり特性を測定するために以下のようにサンプル調整を行った。得られたキャリア276gと評価トナー24gを蓋付きのプラスチックボトルに投入し、振とう器(YS−LD:(株)ヤヨイ製)で、1秒間に4往復のスピードで1分間振とうを行った。
<トナー帯電量分布の評価>
帯電量分布測定装置(ホソカワミクロン社製;型式イースパートアナライザーEST−3)を用い、得られたq/d分布から、帯電量分布の広がりを評価する。二成分現像剤270gを分取し、常温常湿環境(23℃/60%RH)で3昼夜放置した。これをカラーレーザー複写機CLC5000(キヤノン社製)の現像器に仕込み、外部モーターを具備した空回転機にて、3分間の回転を行った時(初期)とさらに60分回転を行った時(空回転後)の二成分現像剤の帯電量分布を測定し、比較した。評価基準としては以下を基準とした。
Aランク:図1に示したようにピーク値が空回転3分後と60分後で変化が少なく、かつ+側に帯電しているトナー量が少ないとき。
Bランク:図2に示したようにピーク値の変化は少ないが、分布幅が広がる傾向にあるとき。
Cランク:図3のようにピーク値が変化する傾向にあるとき。
Dランク:図4のようにピーク値が初期と空回転後で変化が大きいとき、又は+側に帯電しているトナー量が大きく増加したとき。
<顔料分散性の評価>
得られたトナーの顔料分散性を評価するため、ミクロトームによりトナーの超薄切片を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察を行った。必要に応じて酸化ルテニウムまたはオスミウム酸などにより切片の染色を行った。評価基準としては、顔料によって基準は異なるが、顔料が一次粒径として分散されているか、顔料の偏析やトナー表層へのはみ出しがないかを観察し、以下の基準でランク付けを行った。
Aランク:顔料が1次粒径に分散し、トナー全体に均一に存在している。
Bランク:顔料が凝集した部分が存在し、不均一に存在している。
Cランク:顔料が凝集し、トナー表面にはみ出している顔料が多数観察される。
<ハーフトーンの再現性評価>
評価には上記二成分現像剤、カラーレーザー複写機CLC5000(キヤノン社製)を用いた。紙上(カラーレーザーコピア用紙TKCLA4、キヤノン製)に、載り量を7段階に変化させて定着画像を形成した。トナー載り量は、0.10mg/cm2、0.20mg/cm2、0.30mg/cm2、0.40mg/cm2、0.50mg/cm2、0.60mg/cm2、0.70mg/cm2とした。
(カラートナーの評価)
カラートナーの各定着画像について、Gretag Macbeth社製Spectroscanを用い(測定条件:D65、視野角2度)、CIE a*、b*を測定した。7段階の載り量に対する色度をプロットし、各点をなめらかに結ぶ曲線を引きc*とL*の関係を求めた。この関係より、L*=70におけるc*の値、及びc*=50におけるL*の値を求めた。尚、c*の値は、c*=((a*)+(b*)1/2で求められる。
Aランク:L*=70の時のc*の値が35.0以上、且つc*=50の時のL*の値が65.0以上である。(画像彩度が優れる)
Bランク:L*=70の時のc*の値が30.0以上、且つc*=50の時のL*の値が60.0以上である。(色再現性は狭くなるが良好な画像)
Cランク:L*=70の時のc*の値が30.0未満、又はc*=50の時のL*=60.0未満である。(色再現性に劣る)
(ブラックトナーの評価)
前述したようにカラートナーと同様の定着画像を作成した。ブラックトナーの各定着画像について、画像濃度をマクベス反射濃度計(マクベス社製)で測定した。
(ブラックトナーの評価基準)
載り量0.30mg/cm2および0.40mg/cm2における画像濃度の差(D0.4−D0.3)と、載り量0.7mg/cm2における画像濃度(D0.7)の比により下記のように評価した。
Aランク:1.30 ≦(D0.4−D0.3)/(D0.7)
Bランク:1.10 ≦(D0.4−D0.3)/(D0.7)<1.30
Cランク: (D0.4−D0.3)/(D0.7)<1.10
<実施例2>
実施例1の顔料分散ペーストの作製に用いた材料を下記に変更する以外は実施例1と同様にトナーを作製しトナーBを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
・スチレンモノマー 80.0部
・Cuフタロシアニン(Pigment Blue 15:3) 13.0部
・樹脂PA−1 4.0部
・樹脂PB−1 0.55部
<実施例3>
実施例1の顔料分散ペーストの作製に用いた材料を下記に変更する以外は実施例1と同様にトナーを作製しトナーCを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
・スチレンモノマー 80.0部
・Cuフタロシアニン(Pigment Blue 15:3) 13.0部
・樹脂PA−2 4.0部
・樹脂PB−1 17.5部
<実施例4>
実施例1の顔料分散ペーストの作製に用いた材料を下記に変更する以外は実施例1と同様にトナーを作製しトナーDを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
・スチレンモノマー 80.0部
・Cuフタロシアニン(Pigment Blue 15:3) 13.0部
・樹脂PA−2 4.0部
・樹脂PB−1 2.0部
<実施例5>
実施例1の顔料分散ペーストの作製に用いた材料を下記に変更する以外は実施例1と同様にトナーを作製しトナーEを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
・スチレンモノマー 80.0部
・Cuフタロシアニン(Pigment Blue 15:3) 13.0部
・樹脂PA−3 4.0部
・樹脂PB−1 3.8部
<実施例6>
実施例1の顔料分散ペーストの作製に用いた材料を下記に変更する以外は実施例1と同様にトナーを作製しトナーFを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
・スチレンモノマー 80.0部
・Cuフタロシアニン(Pigment Blue 15:3) 13.0部
・樹脂PA−4 2.0部
・樹脂PB−2 1.15部
<実施例7>
実施例1の顔料分散ペーストの作製に用いた材料を下記に変更する以外は実施例1と同様にトナーを作製しトナーGを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
・スチレンモノマー 80.0部
・Cuフタロシアニン(Pigment Blue 15:3) 13.0部
・樹脂PA−5 8.0部
・樹脂PB−3 8.5部
<実施例8>
実施例1の顔料分散ペーストの作製に用いた材料を下記に変更する以外は実施例1と同様にトナーを作製しトナーHを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
・スチレンモノマー 78.0部
・カーボンブラック 15.0部
・樹脂PA−1 4.0部
・樹脂PB−1 3.6部
<実施例9>
実施例1の顔料分散ペーストの作製に用いた材料を下記に変更する以外は実施例1と同様にトナーを作製しトナーIを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
・スチレンモノマー 80.0部
・キナクリドン(Pigment Violet 19) 13.0部
・樹脂PA−1 4.0部
・樹脂PB−1 3.6部
<実施例10>
<結着樹脂の製造例>
ポリエステルP−5の作製:
・ビスフェノールA・プロピレンオキサイド2.2モル付加物 1206部
・ビスフェノールA・エチレンオキサイド2.2モル付加物 475部
・テレフタル酸 249部
・無水トリメリット酸 192部
・フマル酸 290部
・酸化ジブチル錫 0.1部
をガラス製4リットルの4つ口フラスコに入れ、温度計、攪拌棒、コンデンサー、及び窒素導入管を取りつけマントルヒーター内に置いた。窒素雰囲気下で、220℃で5時間反応させ、ポリエステル樹脂P−5を得た。得られた樹脂の分子量はMw=21500、Mn=3400であった。
次に、
・樹脂P−5 100.0部
・樹脂PA−6 4.0部
・樹脂PB−3 4.0部
・Cuフタロシアニン(Pigment Blue 15:3) 5.0部
・パラフィンワックス(HNP−7:日本精鑞社製) 3.0部
上記トナー材料をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株)により十分予備混合を行った後、二軸式押出機で溶融混練し、冷却後、ハンマーミルを用いて粒径約1から2mm程度に粗粉砕した。次いでエアージェット方式による微粉砕機で微粉砕した。さらに、得られた微粉砕物を多分割分級装置で分級してトナー粒子を得た。
上記トナー樹脂粒子100部に対して、BET200m2の疎水性シリカ微粉体1.0部をヘンシェルミキサーにより外添してトナーJを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
<実施例11>
実施例10のPA樹脂およびPB樹脂の種類および添加量を下記に変更する以外は実施例10と同様にトナーを作製しトナーKを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
・樹脂PA−7 4.0部
・樹脂PB−4 4.0部
<実施例12>
実施例1の顔料分散ペーストの作製において、樹脂PB−1を樹脂PB−5へ変更する以外は実施例1と同様にトナーを作製しトナーQを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
<実施例13>
実施例1の顔料分散ペーストの作製において、樹脂PB−1を樹脂PB−6へ変更する以外は実施例1と同様にトナーを作製しトナーRを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
<比較例1乃至5>
実施例10において樹脂PAおよび樹脂PBの混合比を表2に記載のとおりに変更した以外は実施例10と同様にトナーを作製し、トナーL乃至Pを得た。得られたトナーの物性を表2に示す。また、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。評価結果を表3に示す。
Figure 0005658550
Figure 0005658550
Figure 0005658550
Figure 0005658550

Claims (3)

  1. 結着樹脂、着色剤、樹脂PA及び樹脂PBを含有するトナー粒子を有するトナーであって、該樹脂PAは、式1に示されるユニットAを有し、該樹脂PBは式2に示されるユニットBを有し、トナー粒子中のユニットAの含有量aが2.00μmol/g以上であり、ユニットBの含有量bとのモル比b/aが0.10以上10.00以下であることを特徴とするトナー。
    Figure 0005658550
    (式1において、Xは置換基を有していてもよい脂肪族基または置換基を有していてもよい芳香族基を示す。R1は水素、アルカリ金属、炭素数1乃至4のアルキル基または芳香族基から選択される。)
    Figure 0005658550
    (式2において、COOH基とOH基は隣り合う位置で芳香族環に結合している。R2は水素、炭素数1乃至4のアルキル基、炭素数1乃至4のアルコキシ基から選択される。)
  2. 該トナー粒子が水系媒体中で生成されたことを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 前記ユニットAが式3で示されることを特徴とする請求項1または2に記載のトナー。
    Figure 0005658550
    (R3は水素、炭素数1乃至4のアルキル基またはアルカリ金属、R4乃至R7は独立に水素、水酸基、炭素数1乃至4のアルキル基、炭素数1乃至4のアルコキシ基から選ばれる置換基であり、隣接するもの同士が5または6員環の芳香族環を形成していてもよい。)
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