JP5773765B2 - トナー - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法、静電記録法、トナージェット方式の記録法などを利用した記録方法に用いられるトナーに関する。
近年、電子写真装置に於いても省エネルギー化が大きな技術的課題として考えられ、定着装置にかかる熱量の大幅な削減が望まれている。従って、トナーにおいて、より低エネルギーで定着が可能な、いわゆる「低温定着性」のニーズが高まっている。
従来、より低温での定着を可能とするためには、結着樹脂をよりシャープメルトにする手法が効果的な方法の一つとして知られている。この点においてポリエステル樹脂は優れた特性を示す。なかでも、結晶性ポリエステルは、結晶の融点以下ではトナーの硬さが保持され、融点付近で急激に溶融する性質を有しているため、耐熱保存性と低温定着性を両立させることの出来る材料として注目されている。しかし、単に結晶性ポリエステルを多量に導入しても、その効果はシャープメルト性に偏り、高温オフセットが発生しやすくなるため、その含有量には限りがある(特許文献1、2、及び3)。
上記問題を解決する手段として、結晶性ポリエステルと非晶性樹脂をブロックポリマー化させる技術が存在する(特許文献4)。この文献によれば、結晶性ポリエステルを50質量%以上含有させて、耐熱保存性と低温定着性を両立させつつ、さらに定着温度領域の確保をはかっているが、本発明者らが確認したところ、長期間維持するには不十分であることが分かった。
さらに詳細に検討を重ねた結果、トナー材料に含まれる顔料やワックスが結晶性ポリエステル中に入り込んでしまうと、結晶性ポリエステルの結晶性を低下させてしまい、徐々に定着時のシャープメルト性や保存性を悪化させてしまうことがあることが分かった。そのため、結晶性ポリエステルを多量に扱う場合は、結晶性ポリエステルの優位性を発揮させるには、結晶性ポリエステルの結晶性を高いまま維持することが重要となる。
特開2006−251564号公報 特開2004−191927号公報 特開2006−138919号公報 特開2010−168529号公報
本発明は、上記のような問題を鑑みてなされたものであり、本発明は、低温定着性および高温オフセット性に優れたトナーでありながら、長期耐熱保存性にも優れたトナーを提供することにある。
本発明は、ポリエステルを主成分にする結着樹脂、着色剤及びワックスを含有するトナー粒子を含有するトナーであって、前記結着樹脂は結晶構造をとりうる部位と結晶構造をとりえない部位を結合したブロックポリマーを含有し、前記トナーの示差走査熱量(DSC)測定から求められる、前記結着樹脂に由来する最大吸熱ピークのピーク温度が50℃以上、80℃以下であり、前記最大吸熱ピークの吸熱量が30J/g以上、100J/g以下であり、前記ブロックポリマーの結晶構造をとりうる部位は、脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸とを反応させて得られる結晶性ポリエステルであり、前記ブロックポリマ
ーの結晶構造をとりえない部位は、ジオールとジイソシアネートを反応させて得られるポリウレタンであり、前記ワックスは、ウレタン変性ワックスであることを特徴とするトナーに関する。
本発明によれば、低温定着性およびオフセット性に優れたトナーでありながら、長期耐熱保存性にも優れたトナーを提供することが出来る。
トナー製造装置の一例を示す概略図 トナーのヒートサイクル試験におけるタイムチャート 摩擦帯電量を測定する装置の概略図
以下に、本発明のトナーについて、好ましい実施の形態を挙げて説明する。
本発明のトナーは、ポリエステルを主成分にする結着樹脂を含有する。ここで「主成分」とは、上記結着樹脂の総量に対し、ポリエステル部位が50質量%以上占めることを意味する。
本発明によれば、軟化点、ガラス転移温度、分子量分布といったシャープメルト性にかかわる溶融特性を制御しやすく、その結果、トナーの定着温度を下げることが可能になる。
上記溶融特性を満足させるため、本発明のトナーに用いられる結着樹脂は、結晶構造をとりうる部位と結晶構造をとりえない部位を化学的に結合したブロックポリマーを含有する。
ここで、ブロックポリマーとは、一分子内でポリマー同士が結合にて結ばれたポリマーである。上記結晶構造をとりうる部位とは、それ自体が多数集合すると、規則的に配列し結晶性を発現する部位であり、結晶性ポリマー鎖を意味する。本発明においては、結晶性ポリエステルであることが好ましい。また、上記結晶構造をとりえない部位とは、それ自体が集合しても規則的に配列せず、ランダムな構造をとる部位であり、非晶性ポリマー鎖を意味する。本発明においては、ポリウレタンであることが好ましい。なお、本発明に用いられるブロックポリマーに含有されるポリエステル部分も前述のポリエステル部位に含まれる。
上記ブロックポリマーは、例えば結晶性ポリマー鎖を「A」、非晶性ポリマー鎖を「B」としたとき、AB型ジブロックポリマー、ABA型トリブロックポリマー、BAB型トリブロックポリマー、ABAB・・・型マルチブロックポリマーのいずれの形態であってもよい。
また、上記ブロックポリマーの結晶構造をとりうる部位と結晶構造をとりえない部位との結合形態としては、結晶構造をとりえない部位の粘弾性の制御、とりわけ高温における粘性を上げるという観点から、ウレタン結合が有効である。
このようなブロックポリマーを用いることによって、上述の効果が得られる理由として、分子鎖が集合したときに発現する熱的特性の異なる部位が一分子内に含有されていることによる効果が挙げられる。すなわち、結晶性ポリマー鎖(たとえば、結晶性ポリエステル)の集合体である部位が軟化した時点でも、非晶性ポリマー鎖の集合体である部位が高い粘度を維持していると考えられる。
したがって、たとえばトナー保管時において、低温で軟化しやすい部位が融けたとしても、ブロックポリマーがトナーから染み出しにくいため、耐熱保存性が良好になると考えられる。一方、定着時には、高温オフセットの原因となる溶融粘度の低い部位が、定着部材へ移行することなく紙に留まることができるため、高温オフセットを抑制しやすいと考えられる。
本発明において、結晶構造をとりうる部位とは、それ自体が多数集合すると、規則的に
配列し結晶性を発現する部位を意味しており、このような部位が多数集合することにより得られた樹脂は、示差走査熱量計(DSC)を用いた示差走査熱量測定において、明瞭な吸熱ピークを示す。そのため、融点未満ではほとんど軟化せず、融点付近より融解が生じ急激に軟化する。つまり、いわゆるシャープメルト性を有する樹脂である。
本発明のトナーは、トナーの示差走査熱量(DSC)測定から求められる、結着樹脂に由来する最大吸熱ピークのピーク温度(Tp)、が50℃以上、80℃以下である。
本発明のトナーにおいて、結着樹脂に由来する最大ピーク温度(Tp)は前記結晶構造をとりうる部位が集合した樹脂成分の融点を意味する。
上記最大吸熱ピークのピーク温度(Tp)が50℃よりも低いと、低温定着性には有利となるが、トナーの耐熱保存性は著しく劣ってしまう。また、高温高湿下において凝集が起こりやすく、画像濃度の低下が起こりやすくなる。耐熱保存性をより満足させるためには、Tpが55℃以上であることが好ましい。一方、上記最大吸熱ピークのピーク温度(Tp)が80℃よりも高いと、耐熱保存性には優れた性能を示す一方で、低温定着性が低下してしまう。当該上限値は、70℃以下であることが好ましい。
本発明において、上記Tpは、結晶構造をとりうる部位の合成に使用するモノマーの種類や組み合わせによって調整可能である。
本発明のトナーにおいて、結着樹脂に由来する最大吸熱ピークの吸熱量(ΔH)が、30J/g以上、100J/g以下である。一般の結晶性ポリエステルのΔHは、120J/g程度が上限である。従って、結着樹脂全体としての最大吸熱ピークの吸熱量(ΔH)が120J/gよりも大きくなることは通常ない。また、ΔHは、トナー中において結晶性が維持された状態で存在している結晶性樹脂成分の結着樹脂全体における割合を反映する。すなわち、トナー中に結晶性樹脂成分を多く存在させた場合であっても、結晶性が損なわれている場合は、ΔHは小さくなる。従って、ΔHが上記範囲にあるようなトナーは、トナー中において結晶性を維持した状態で存在する結晶性樹脂成分の割合が適正であり、良好な低温定着性が得られる。ΔHが30J/gよりも小さいと、相対的に非晶性樹脂成分の割合が大きくなり、その結果、結晶性樹脂成分のシャープメルト性よりも非晶性樹脂成分に由来するガラス転移点(Tg)の影響をより大きく受けるようになる。そのため、良好な低温定着性を示すことが困難となる。ΔHの好ましい範囲の上限は、80J/g以下である。ΔHが80J/gよりも大きいと、結晶性樹脂の割合が大きくなり、トナー中の着色剤の分散を阻害しやすくなり、画像濃度の低下が起こることがある。
上記ΔHは、結晶構造をとりうる部位の含有量を変更することで上記範囲に制御することが可能である。
本発明において、上記ブロックポリマーの結晶構造をとりうる部位は、脂肪族ジカルボン酸と脂肪族ジオールを反応して得られる結晶性ポリエステルである。
当該結晶性ポリエステルは、炭素数4以上20以下の脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸を反応して得られるものであることが好ましい。
さらに、前記脂肪族ジオールおよび脂肪族ジカルボン酸は直鎖型であることがより好ましい。直鎖型であることで、トナーの結晶性を上げやすい。
上記脂肪族ジオールとしては、例えば以下を挙げることが出来るが、これに限定されるものではない。場合によっては混合して用いることも可能である。1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオール。これらのうち、融点の観点から、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールがより好ましい。
また、二重結合を持つ脂肪族ジオールを用いることもできる。前記二重結合を持つ脂肪族ジオールとしては、例えば以下を挙げることができる。2−ブテン−1,4−ジオール
、3−ヘキセン−1,6−ジオール、4−オクテン−1,8−ジオール。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば以下を挙げることができるが、これに限定されるものではない。場合によっては混合して用いることも可能である。蓚酸、マロン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸。あるいはその低級アルキルエステルや酸無水物。これらのうち、セバシン酸、アジピン酸、1,10−デカンジカルボン酸あるいはその低級アルキルエステルや酸無水物が好ましい。
二重結合を有するジカルボン酸を用いることもできる。二重結合を有するジカルボン酸は、その二重結合を利用して樹脂全体を架橋させ得る点で、定着時の高温オフセットを防ぐために好適に用いることができる。このようなジカルボン酸としては、例えば、フマル酸、マレイン酸、3−ヘキセンジオイック酸、3−オクテンジオイック酸が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらの低級アルキルエステル、酸無水物も挙げられる。これらの中でも、コストの点で、フマル酸、マレイン酸が好ましい。
前記結晶性ポリエステルの製造方法としては、特に制限はなく、前記酸成分とアルコール成分とを反応させる一般的なポリエステル重合法で製造することができ、例えば直接重縮合、エステル交換法を、モノマーの種類によって使い分けて製造することができる。
前記結晶性ポリエステルの製造は、重合温度180℃以上230℃以下の間で行うことが好ましく、必要に応じて反応系内を減圧にし、縮合時に発生する水やアルコールを除去しながら反応させることが好ましい。モノマーが、反応温度下で溶解または相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させることが好ましい。重縮合反応においては、溶解補助溶剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪いモノマーが存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪いモノマーとそのモノマーと重縮合予定の酸またはアルコールとを縮合させておいてから主成分とともに重縮合させることが好ましい。
前記結晶性ポリエステルの製造時に使用可能な触媒としては、例えば以下を挙げることができる。チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシドのチタン触媒。ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズオキシド、ジフェニルスズオキシドのスズ触媒。
前記結晶性ポリエステルはアルコール末端であることが前記ブロックポリマーを調製する上で好ましい。そのため、前記結晶性ポリエステルの調製では酸成分とアルコール成分のモル比(アルコール成分/カルボン酸成分)は1.02以上1.20以下であることが好ましい。
上記結晶性ポリエステルは、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定において、数平均分子量(Mn)が2,000以
上、20,000以下、重量平均分子量(Mw)が4,000以上、100,000以下であることが好ましい。Mnのより好ましい範囲は、3,000以上、15,000以下、Mwのより好ましい範囲は、6,000以上、80,000以下である。また、Mw/Mnは6以下であることが望ましい。Mw/Mnのより好ましい範囲は3以下である。さらに、示差走査熱量計(DSC)により測定される最大吸熱ピークのピーク温度(Tp)が50℃以上、85℃以下であることが好ましく、55℃以上、80℃以下であることがより好ましい。
本発明において、上記ブロックポリマーの結晶構造をとりえない部位は、ジオールとジイソシアネートを反応させて得られるポリウレタンである。
当該ポリウレタンのガラス転移温度(Tg)は、50℃以上、130℃以下であることが好ましい。より好ましくは、70℃以上、130℃以下である。この範囲であることで、定着領域における弾性が維持されやすい。上記ポリウレタンはジオールとジイソシアネートとを反応させて得られる反応物であり、ジオール、ジイソシアネートの調整により、
各種機能性をもつ樹脂を得ることができる。
前記ジイソシネートとしては以下のものが挙げられる。
炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)6以上20以下の芳香族ジイソシアネート、炭素数2以上18以下の脂肪族ジイソシアネート、炭素数4以上15以下の脂環式ジイソシアネート、炭素数8以上15以下の芳香族炭化水素ジイソシアネート、及びこれらのジイソシアネートの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物。以下、変性ジイソシアネートともいう)、並びにこれらの2種以上の混合物。
前記脂肪族ジイソシアネートとしては、以下のものが挙げられる。エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート。
前記脂環式ジイソシアネートとしては、以下のものが挙げられる。イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート。
前記芳香族炭化水素ジイソシアネートとしては、例えば以下のものが挙げられる。m−及び/またはp−キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート。
これらのうちで好ましいものは6以上15以下の芳香族ジイソシアネート、炭素数4以上12以下の脂肪族ジイソシアネート、及び炭素数4以上15以下の脂環式ジイソシアネート、炭素数8以上15以下の芳香族炭化水素ジイソシアネートであり、特に好ましいものはHDI及びIPDI、XDIである。
また、前記ポリウレタンは、前記したジイソシアネートに加えて、3官能以上のイソシアネート化合物を用いることもできる。
また、前記ポリウレタンに用いることのできるジオールとしては、以下のものが挙げられる。アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール);アルキレンエーテルグリコール(ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール);ビスフェノール類(ビスフェノールA);前記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド)付加物;前記アルキレンエーテルグリコールのアルキル部分は直鎖状であっても、分岐していてもよい。本発明においては分岐構造のアルキレングリコールも好ましく用いることができる。
本発明において、上記ブロックポリマーを調製する方法としては、結晶構造をとりうる部位と結晶構造をとりえない部位とを別々に調製し、両者を結合する方法(二段階法)、結晶構造をとりうる部位および結晶構造をとりえない部位の原料を同時に仕込み、一度で調製する方法(一段階法)を用いることができる。
本発明におけるブロックポリマーは、それぞれの部位の末端官能基の反応性を考慮して種々の方法より選択してブロックポリマーとすることができる。
本発明のように、結晶構造をとりうる部位が結晶性ポリエステルで、結晶構造をとりえない部位がポリウレタンであるブロックポリマーの場合は、各ユニットを別々に調製した後、結晶性ポリエステルのアルコール末端とポリウレタンのイソシアネート末端とをウレタン化反応させることにより調製できる。また、アルコール末端を持つ結晶性ポリエステルおよびポリウレタンを構成するジオール、ジイソシアネートを混合し、加熱することでも合成が可能である。この場合、前記ジオールおよびジイソシアネートの濃度が高い反応初期は、これらが選択的に反応してポリウレタンを形成し、ある程度分子量が大きくなった後に、ポリウレタンのイソシアネート末端と結晶性ポリエステルのアルコール末端とのウレタン化が起こる。
上記ブロックポリマーの効果を有効に発現させるためには、可能な限り結晶性ポリエステルのホモポリマーやポリウレタンのホモポリマーがトナー中に存在しないほうが好まし
い。すなわち、ブロック化率が高いことが好ましい。
本発明において、上記ブロックポリマーは、結晶構造をとりうる部位を50質量%以上含有することが好ましい。上記範囲であることで、結晶性にともなうシャープメルト性が有効に発現されやすくなる。
上記ブロックポリマーは、結晶構造をとりうる部位が50質量%よりも少なくなると、結晶性樹脂成分によるシャープメルト性が有効に発現されにくくなるとともに、非晶性樹脂成分のTgの影響を受けやすくなる。更に、トナー中の結晶性のドメインが微小になりすぎ、シャープメルト性が発現されにくい傾向にある。
一方、上記ブロックポリマーは、結晶構造をとりえない部位が15質量%以上50質量%未満であることがより好ましい。15質量%よりも小さいと、シャープメルト後の弾性の維持が難しくなり、高温オフセットが発生する恐れがある。50質量%以上であると、トナーのシャープメルト性が失われやすくなる傾向にある。好ましくは、15質量%以上40質量%未満である。
上記の結晶構造をとりえない部位の含有量を考慮すると、上記ブロックポリマーは、結晶構造をとりうる部位を、50質量%以上、85質量%以下含有することが好ましい。より好ましくは60質量%以上、85質量%以下である。
本発明における結着樹脂としては、上記ブロックポリマーに加えて、トナー用の結着樹脂として知られているその他の公知の樹脂を含有させても良い。その場合、含有量としては特に限定されない。結着樹脂における当該ブロックポリマーの含有量は、好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは85質量%以上である。
また、上記ブロックポリマーは、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定において、数平均分子量(Mn)が8,000以上30,000以下、重量平均分子量(Mw)が15,000以上60,000以下であることが好ましい。Mnのより好ましい範囲は、10,000以上20,000以下、Mwのより好ましい範囲は、25,000以上50,000以下である。また、Mw/Mnは6以下であることが望ましい。Mw/Mnのより好ましい範囲は3以下である。さらに、示差走査熱量計(DSC)により測定される最大吸熱ピークのピーク温度(Tp)が50℃以上80℃以下であることが好ましく、55℃以上70℃以下であることがより好ましい。
本発明において、結着樹脂には上記ポリウレタンを、結晶構造をとりえない部位として含有するブロックポリマーを使用する。したがって、作製したトナー中への取り込まれやすさ、トナー中での均一分散性、定着時におけるトナーからの染み出し性、離型性から、本発明に用いられるワックスは、ウレタン変性ワックスである。
脂肪族炭化水素ワックスは、一般的にトナー中で均一に分散させるのが難しく、トナー表面に存在しやすいことが分かっている。また、脂肪族炭化水素ワックスを酸化して得られるアルコール変性ワックスは表面偏在を抑制することはできるが、その構造から結着樹脂中の結晶性ポリエステルとの親和性が高いため、結晶性ポリエステルと相溶してその結晶性を低下させると考えられる。その結果、トナーを昇温、降温が繰り返されるような環境下に長期間放置した場合、結着樹脂中の低分子量成分がトナー表面に染み出し、耐熱保存性や帯電性能の低下を引き起こすと考えられる。
そこで、本発明者らは結着樹脂に用いられるブロックポリマーの結晶構造をとりえない部位であるポリウレタンに着目し、ワックスが当該ポリウレタンの部位で分散しやすい設計をするに至った。
上記ウレタン変性ワックスは、結着樹脂中のポリウレタンとの親和性が高いので、トナー粒子中にワックスを留め、かつ結晶性ポリエステルの結晶性を低下させないように分散させることが可能となる。
上記ウレタン変性ワックスは、原料となる非極性のワックスをホウ酸触媒の存在下で空気酸化して得られる、アルコール変性ワックスとイソシアネートを反応させることで得られる。
前記ホウ酸触媒は、ホウ酸と無水ホウ酸を混合して用いることが好ましい。これにより、非極性ワックスのアルコール転化率を向上させることが出来る。ホウ酸と無水ホウ酸を混合比(ホウ酸/無水ホウ酸)はモル比で1.0以上、2.0以下であることが好ましい。より好ましくは1.2以上、1.6以下である。また、混合触媒を添加する際の温度は100℃以上、160℃以下であることが好ましい。
前記空気酸化は、前記非極性ワックスと前記ホウ酸触媒の共存下に空気または空気を不活性ガスで希釈したガスを吹き込むことにより行うことが出来る。このとき、吹き込むガスの酸素濃度は3質量%以上、20質量%以下であることが好ましく、8質量%以上、15質量%以下であることがより好ましい。また、このときの温度は、150℃以上、250℃以下であることが好ましく、170℃以上、200℃以下であることがより好ましい。こうして得られるアルコール変性ワックスは、水酸基価が15mgKOH/g以上、90mgKOH/g以下であることが好ましい。
上記非極性ワックスとしては、石油系ワックス、末端に二重結合を有するα−オレフィンワックス、フィシャートロプシュワックスが挙げられる。
前記イソシネートとしては以下のものが挙げられる。
炭素数(NCO基中の炭素を除く、以下同様)6以上20以下の芳香族ジイソシアネート、炭素数2以上18以下の脂肪族ジイソシアネート、炭素数4以上15以下の脂環式ジイソシアネート、炭素数8以上15以下の芳香族炭化水素ジイソシアネート、及びこれらのジイソシアネートの変性物(ウレタン基、カルボジイミド基、アロファネート基、ウレア基、ビューレット基、ウレトジオン基、ウレトイミン基、イソシアヌレート基、オキサゾリドン基含有変性物。以下、変性ジイソシアネートともいう)、並びにこれらの2種以上の混合物。
前記脂肪族ジイソシアネートとしては、以下のものが挙げられる。エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ドデカメチレンジイソシアネート。
前記脂環式ジイソシアネートとしては、以下のものが挙げられる。イソホロンジイソシアネート(IPDI)、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、シクロヘキシレンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート。
前記芳香族炭化水素ジイソシアネートとしては、例えば以下のものが挙げられる。m−及び/またはp−キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート。
これらのうちで好ましいものは炭素数6以上15以下の芳香族ジイソシアネート、炭素数4以上12以下の脂肪族ジイソシアネート、及び炭素数4以上15以下の脂環式ジイソシアネート、炭素数8以上15以下の芳香族炭化水素ジイソシアネートであり、特に好ましいものはHDI及びIPDI、XDIである。
また、前記したジイソシアネートに加えて、3官能以上のイソシアネート化合物を用いることもできる。
前記ウレタン化反応の反応条件はとくに制限されないが、通常溶媒を使用せず、原料物質の溶融状態下で行われる。反応温度は70℃以上、150℃以下が好ましく、75℃以上、130℃以下がより好ましい。また、反応時間は1時間以上、10時間以下が好ましい。
さらに、本発明において、ブロックポリマーの結晶構造をとりえない部位に用いるポリウレタンとウレタン変性ワックスに用いるウレタン成分は、同一組成のものが両者の親和性をより向上させる点で好ましい。
本発明に用いられるウレタン変性ワックスのウレタン基濃度は0.10mmol/g以上、0.80mmol/g以下であることが好ましい。ウレタン基濃度は、原料となるアルコール変性ワックスの水酸基価によって調整が可能である。ウレタン基濃度が0.10mmol/gより低い場合、結晶構造をとりえない部位であるポリウレタンとの親和性が低いため、ワックスはトナー内部に留まらず、トナー造粒中にトナー表面へと露出しやすい。または、結晶性ポリエステルの結晶性を一部崩し、耐熱保存性を低下させやすい。一
方、ウレタン基濃度が0.80mmol/gより高い場合、結晶構造をとりえない部位であるポリウレタンとの親和性が高すぎて、定着時にワックスがトナー表面へ染み出しにくい傾向にあり、特に低温で定着する際にオフセットを生じやすい傾向にある。
本発明において、トナーにおけるワックスの含有量は、結着樹脂100質量部に対し、好ましくは2.0質量部以上、8.0質量部以下であり、より好ましくは3.0質量部以上、6.0質量部以下である。2.0質量部より少ないと、トナーの離型性を保ちにくく、低温で定着を行った場合に、転写紙の巻きつきが起こりやすくなる。8.0質量部より多い場合は、トナー表面にワックスが露出し易くなり、耐熱保存性の低下を招く恐れがある。更に、カブリや融着といった弊害を生じやすくなる。
本発明において、上記ウレタン変性ワックスの融点は、60℃以上、85℃以下であることが好ましい。当該融点が60℃より低いと、トナー表面にワックスが露出し易くなり、耐熱保存性の低下を招く恐れがある。一方、融点が85℃より高いと、定着時に適切にワックスが溶融せず低温定着性や耐オフセット性に劣る場合がある。
本発明のトナーは、着色力を付与するために着色剤を必要とする。従来トナーに用いられている着色剤を用いることが出来るが、好ましく使用される着色剤として、以下の有機顔料、有機染料、無機顔料、黒色顔料としてのカーボンブラック、磁性紛体が挙げられる。
イエロー用着色剤としては、以下のものが挙げられる。縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アンスラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物。具体的には、C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、109、110、111、128、129、147、168、180が好適に用いられる。
マゼンタ用着色剤としては、以下のものが挙げられる。縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アンスラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物。具体的には、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、144、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254が好適に用いられる。
シアン用着色剤としては、以下のものが挙げられる。銅フタロシアニン化合物およびその誘導体、アンスラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物。具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66が好適に用いられる。
本発明のトナーに用いられる着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中の分散性の観点から選択される。
該着色剤は、好ましくは結着樹脂100質量部に対し、1質量部以上20質量部以下添加して用いられる。
黒色着色剤としてカーボンブラックを用いる場合も同様に、結着樹脂100質量部に対し、1質量部以上、20質量部以下添加して用いることが好ましい。また、黒色着色剤として磁性紛体を用いる場合、その添加量は結着樹脂100質量部に対し、40質量部以上、150質量部以下であることが好ましい。
本発明のトナーにおいては、必要に応じて荷電制御剤をトナー粒子と混合して用いることも可能である。また、トナー粒子製造時に添加してもよい。荷電制御剤を配合することにより、荷電特性を安定化し、現像システムに応じた最適の摩擦帯電量のコントロールが可能となる。
荷電制御剤としては、公知のものが利用でき、特に帯電スピードが速く、かつ、一定の帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。
荷電制御剤として、トナーを負荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。有機金属化合物、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属化合物、アセチルアセ
トン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸、オキシカルボン酸及びダイカルボン酸系の金属化合物が挙げられる。トナーを正荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。ニグロシン、四級アンモニウム塩、高級脂肪酸の金属塩、ジオルガノスズボレート類、グアニジン化合物、イミダゾール化合物が挙げられる。
本発明のトナーは、これら荷電制御剤を単独で或いは2種類以上組み合わせて含有することができる。
荷電制御剤の好ましい配合量は、結着樹脂100質量部に対して0.01質量部以上20質量部以下、より好ましくは0.5質量部以上10質量部以下である。
本発明のトナーは、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定において、数平均分子量(Mn)が8,000以上30,000以下、重量平均分子量(Mw)が15,000以上60,000以下であることが好ましい。この範囲であることで、トナーに適度な粘弾性を付与することが可能である。Mnが8,000よりも小さく、Mwが15,000よりも小さいと、トナーが軟らかくなりすぎ、耐熱保存性が低下しやすい。さらに、定着画像からトナーが剥離しやすくなる。Mnが30,000、Mwが60,000よりも大きいと、トナーが硬くなりすぎ、定着性を低下させやすくなる。Mnのより好ましい範囲は、10,000以上20,000以下、Mwのより好ましい範囲は、20,000以上50,000以下である。さらに、Mw/Mnは6以下であることが好ましい。Mw/Mnが6よりも大きくなると、トナー中の結晶性ポリエステルの結晶性が低下する傾向にあるため、シャープメルト性が低下しやすい。Mw/Mnのより好ましい範囲は、3以下である。
本発明のトナーの性状を実現するための一つの方策としては、非加熱の状態でトナーを製造することが挙げられる。非加熱の状態で製造されたトナーとは、トナーの製造時に、例えば、トナーに含有される結晶性ポリエステルの融点よりも高い温度を一度も経ることがないことを意味する。ただし、結晶性ポリエステルを製造する時における加熱は考慮しない。結晶性ポリエステルは、融点以上の加熱を行うと、結晶性が崩れやすい。したがって、非加熱にてトナーの製造を行えば、トナーに含有される結晶性ポリエステルの結晶性を崩すことなく、結晶性を維持した結晶性ポリエステルを含有するトナーが得られる。非加熱でのトナー製法としては、例えば、下記に示す溶解懸濁法が挙げられるがこれに限定されない。
溶解懸濁法は、樹脂成分を有機溶媒に溶解し、この樹脂溶液を水系媒体中に分散して油滴を形成した後、有機溶媒を除去することによってトナー粒子を得る方法である。
本発明においては、本発明に用いられるトナー粒子が、ポリエステルを主成分とする結着樹脂、着色剤、及びワックスを有機溶媒に溶解または分散させた樹脂組成物を、分散安定剤を含有する分散媒体に分散させ、得られた分散体から該有機溶媒を除去することによって形成したものであることが好ましい。
また、上記分散媒体が、高圧状態の二酸化炭素を主成分とする媒体であることが好ましい。本発明において好適に用いられる高圧状態の二酸化炭素とは、液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素である。すなわち、上記樹脂溶解液を高圧状態の二酸化炭素に分散させて造粒を行い、造粒後の粒子に含まれる有機溶媒を二酸化炭素の相に抽出して除去した後、圧力を開放することによって二酸化炭素を分離し、トナー粒子として得る方法である。
ここで、上記液体の二酸化炭素とは、二酸化炭素の相図上における三重点(温度=−57℃、圧力=0.5MPa)と臨界点(温度=31℃、圧力=7.4MPa)を通る気液境界線、臨界温度の等温線、および固液境界線に囲まれた部分の温度、圧力条件にある二酸化炭素を表す。また、上記超臨界状態の二酸化炭素とは、上記二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力条件にある二酸化炭素を表す。
本発明において、分散媒体中には他の成分として有機溶媒が含まれていてもよい。この場合、二酸化炭素と有機溶媒とが均一相を形成することが好ましい。
この方法によれば、高圧下で造粒が行われるため、結晶性ポリエステルの結晶性を維持
しやすいばかりでなく、より高めることも可能である点で特に好適である。
以下に、本発明のトナー粒子を得る上で好適な、液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素を分散媒体として用いるトナー粒子の製造法を例示して説明する。
まず、結着樹脂を溶解することのできる有機溶媒に、結着樹脂、着色剤、ワックスおよび必要に応じて他の添加物を加え、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、超音波分散機の如き分散機によって均一に溶解または分散させる。
次に、こうして得られた溶解液あるいは分散液(以下、単に結着樹脂溶解液という)を、液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素に分散させて油滴を形成する。
このとき、分散媒体としての液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素中には、分散剤を分散させておくことが好ましい。分散剤としては、無機微粒子分散剤、有機微粒子分散剤、それらの混合物のいずれでもよく、目的に応じて単独で用いても2種以上を併用してもよい。
上記無機微粒子分散剤としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、チタニア、酸化カルシウムの無機微粒子が挙げられる。
上記有機微粒子分散剤としては、例えば、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、エステル樹脂、ポリアミド、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート、セルロースおよびこれらの混合物が挙げられる。
非晶性樹脂からなる有機樹脂微粒子を分散剤として使用すると、二酸化炭素が前記樹脂中に溶解して樹脂を可塑化させ、ガラス転移温度を低下させるため、造粒の際に粒子同士が凝集を起こしやすくなる。したがって、有機樹脂微粒子としては結晶性を有する樹脂を使用することが好ましく、非晶性樹脂を用いる場合は、架橋構造を導入することが好ましい。また非晶性樹脂粒子を結晶性樹脂で被覆した微粒子であってもよい。
上記分散剤は、そのまま用いてもよいが、造粒時における上記油滴表面への吸着性を向上させるため、各種処理によって表面改質したものを用いてもよい。具体的には、シラン系、チタネート系、アルミネート系のカップリング剤による表面処理や、各種界面活性剤による表面処理、ポリマーによるコーティング処理が挙げられる。
油滴の表面に吸着した分散剤は、トナー粒子形成後もそのまま残留するため、分散剤として樹脂微粒子を用いた場合には、樹脂微粒子で表面が被覆されたトナー粒子を形成することができる。
上記樹脂微粒子の粒径は、個数平均粒子径で30nm以上、300nm以下であることが好ましい。より好ましくは、50nm以上、100nm以下である。樹脂微粒子の粒径が小さ過ぎる場合、造粒時の油滴の安定性が低下する傾向にある。大き過ぎる場合は、油滴の粒径を所望の大きさに制御することが困難になる。
また、上記樹脂微粒子の配合量は、油滴の形成に使用する上記結着樹脂溶解液中の固形分100質量部に対して3.0質量部以上、15.0質量部以下であることが好ましく、油滴の安定性や所望する粒径に合わせて適宜調整することができる。
本発明において、上記分散剤を液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素中に分散させる方法は、如何なる方法を用いてもよい。具体例としては、上記分散剤と液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素を容器内に仕込み、撹拌や超音波照射により直接分散させる方法が挙げられる。また、液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素を仕込んだ容器に、上記分散剤を有機溶媒に分散させた分散液を、高圧ポンプを用いて導入する方法が挙げられる。
また、本発明において、上記結着樹脂溶解液を液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素中に分散させる方法は、如何なる方法を用いてもよい。具体例としては、上記分散剤を分散させた状態の液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素を入れた容器に、上記結着樹脂溶解液を、高圧ポンプを用いて導入する方法が挙げられる。また、上記結着樹脂溶解液を仕込んだ容器に、上記分散剤を分散させた状態の液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素を導入してもよい。
本発明において、上記液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素による分散媒体は、単一相であることが好ましい。上記結着樹脂溶解液を液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素中に
分散させて造粒を行う場合、油滴中の有機溶媒の一部は分散体中に移行する。このとき、二酸化炭素の相と有機溶媒の相が分離した状態で存在することは、油滴の安定性が損なわれる原因となり好ましくない。したがって、上記分散媒体の温度や圧力、液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素に対する上記結着樹脂溶解液の量は、二酸化炭素と有機溶媒とが均一相を形成し得る範囲内に調整することが好ましい。
また、上記分散媒体の温度および圧力については、造粒性(油滴形成のし易さ)や上記結着樹脂溶解液中の構成成分の上記分散媒体への溶解性にも注意が必要である。例えば、上記結着樹脂溶解液中の結着樹脂やワックスは、温度条件や圧力条件によっては、上記分散媒体に溶解することがある。通常、低温、低圧になるほど上記成分の分散媒体への溶解性は抑制されるが、形成した油滴が凝集・合一を起こし易くなり、造粒性は低下する。一方、高温、高圧になるほど造粒性は向上するものの、上記成分が上記分散媒体に溶解し易くなる傾向を示す。
さらに、上記分散媒体の温度については、結晶性ポリエステルの結晶性が損なわれないよう、結晶性ポリエステル成分の融点よりも低い温度でなければならない。
したがって、本発明のトナー粒子の製造において、上記分散媒体の温度は10℃以上、結晶性ポリエステルの融点未満の温度範囲であることが好ましい。
また、上記分散媒体を形成する容器内の圧力は、1MPa以上、20MPa以下であることが好ましく、2MPa以上、15MPa以下であることがより好ましい。尚、本発明における圧力とは、分散媒体中に二酸化炭素以外の成分が含まれる場合には、その全圧を示す。
また、本発明における分散媒体中に占める二酸化炭素の割合は、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。
こうして造粒が完了した後、油滴中に残留している有機溶媒を、液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素による分散媒体を介して除去する。具体的には、油滴が分散された上記分散媒体にさらに液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素を混合して、残留する有機溶媒を二酸化炭素の相に抽出し、この有機溶媒を含む二酸化炭素を、さらに液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素で置換することによって行う。
上記分散媒体と上記液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素の混合は、上記分散媒体に、これよりも高圧の液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素を加えてもよく、また、上記分散媒体を、これよりも低圧の液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素中に加えてもよい。
そして、有機溶媒を含む二酸化炭素をさらに液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素で置換する方法としては、容器内の圧力を一定に保ちつつ、液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素を流通させる方法が挙げられる。このとき、形成されるトナー粒子は、フィルターで補足しながら行う。
上記液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素による置換が十分でなく、分散媒体中に有機溶媒が残留した状態であると、得られたトナー粒子を回収するために容器を減圧する際、上記分散媒体中に溶解した有機溶媒が凝縮してトナー粒子が再溶解したり、トナー粒子同士が合一したりするといった不具合が生じる場合がある。したがって、上記液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素による置換は、有機溶媒が完全に除去されるまで行う必要がある。流通させる液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素の量は、上記分散媒体の体積に対して1倍以上、100倍以下が好ましく、さらに好ましくは1倍以上、50倍以下、最も好ましくは1倍以上、30倍以下である。
容器を減圧し、トナー粒子が分散した液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素を含む分散体からトナー粒子を取り出す際は、一気に常温、常圧まで減圧してもよいが、独立に圧力制御された容器を多段に設けることによって段階的に減圧してもよい。減圧速度は、トナー粒子が発泡しない範囲で設定することが好ましい。
尚、本発明において使用する有機溶媒や、液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素は、リサイクルすることが可能である。
上記液体あるいは超臨界状態の二酸化炭素は疎水性媒体であるため、媒体との溶解性パ
ラメータ(SP値)の差が小さいワックスは、造粒時に媒体中へ移行・拡散しやすいと考えられる。しかし、本発明では、結着樹脂中と親和性の高いウレタン変性ワックスを使用しているため、上記疎水性媒体においても、造粒時にトナー外へワックスが出たり、トナー表面に偏在したりせず、トナー中にワックスを分散させることが可能となる。
更に本発明のトナーは、結晶性ポリエステルの融点よりも低い温度にて加熱処理(アニール処理)する工程を経ることが好ましい。アニール工程は、トナー粒子の形成工程後であればどの段階で行ってもよい。
一般に、結晶性材料は、アニール処理を施すことで結晶性が高まることが知られている。その原理は以下のように考えられている。アニール処理中は、結晶性ポリエステルの高分子鎖の分子運動性がある程度高くなるために、分子鎖が安定な構造、すなわち規則的な結晶構造へと再配向することで、再結晶化が起こるというものである。融点以上の温度では、分子鎖は結晶構造をとる以上のエネルギーを持ってしまうため、再結晶化は起こらない。
アニール工程を経て得られたトナーは、長期に渡る保存においても含有される結晶性ポリエステルの結晶構造に変化が生じることはなく、優れた低温定着性と耐熱保存性を安定して長期間持続することが可能となる。
したがって、本発明におけるアニール処理は、トナー中の結晶性ポリエステルの分子運動を可能な限り活発化させるため、結晶性ポリエステルの融点に対し、限られた温度範囲内で行うことが重要である。この場合、アニール処理温度は、予め得られたトナー粒子のDSC測定を行い、結晶性ポリエステルに由来する吸熱ピークのピーク温度を求めた後、このピーク温度に応じて決めれば良い。具体的には、昇温速度10.0℃/mの条件でDSC測定したときに求められるピーク温度から15℃差し引いた温度以上、5℃差し引いた温度以下で熱処理を行うことが好ましい。より好ましくは、上記ピーク温度から10℃差し引いた温度以上、5℃差し引いた温度以下の温度範囲である。
また、アニール処理時間は、トナー中の結晶性ポリエステルの割合や種類、結晶状態によって適宜調整可能であるが、通常は1時間以上、50時間以下の範囲で行うことが好ま
しい。アニール時間が1時間に満たない場合は、再結晶化の効果は得られにくい。一方、50時間を超えるアニール処理を行っても、それ以上の効果は期待できない。より好ましくは、5時間以上、24時間以下の範囲である。
本発明に用いられるトナー粒子には流動性向上剤として、無機微粉体を添加することが好ましい。すなわち、本発明のトナーは、トナー粒子及び外添剤としての無機微粉体を含有することが好ましい。当該無機微粉体としては、シリカ微粉体、酸化チタン微粉体、アルミナ微粉体またはそれらの複酸化物微粉体の如き微粉体が挙げられる。該無機微粉体の中でもシリカ微粉体及び酸化チタン微粉体が好ましい。
シリカ微粉体としては、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成された乾式シリカ又はヒュームドシリカ、及び水ガラスから製造される湿式シリカが挙げられる。無機微粉体としては、表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNaO、SO 2−の少ない乾式シリカの方が好ましい。また乾式シリカは、製造工程において、塩化アルミニウム、塩化チタン他の如き金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって製造された、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体であっても良い。
無機微粉体は、トナーの流動性改良及びトナー粒子の帯電均一化のためにトナー粒子に外添されることが好ましい。無機微粉体を疎水化処理することによって、トナーの帯電量の調整、環境安定性の向上、高湿環境下での特性の向上を達成することができるので、疎水化処理された無機微粉体を用いることがより好ましい。トナーに添加された無機微粉体が吸湿すると、トナーとしての帯電量が低下し、現像性や転写性の低下が生じ易くなる。
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或いは併用して用いられても良い。
その中でも、シリコーンオイル処理された無機微粉体が好ましい。より好ましくは、無機微粉体をカップリング剤で疎水化処理すると同時或いは処理した後に、シリコーンオイル処理された疎水化処理無機微粉体が高湿環境下でもトナー粒子の帯電量を高く維持し、選択現像性を低減する上でよい。
上記無機微粉体の添加量は、トナー粒子100質量部に対して、0.1質量部以上4.0質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.2質量部以上3.5質量部以下である。
本発明のトナーの重量平均粒子径(D4)は、3.0μm以上8.0μm以下であることが好ましいく、より好ましくは、5.0μm以上7.0μm以下である。このような重量平均粒子径(D4)のトナーを用いることは、ハンドリング性を良好にしつつ、ドットの再現性を十分に満足する上で好ましい。
更に、本発明のトナーの重量平均粒径(D4)と個数平均粒径(D1)の比D4/D1は1.25以下であることが好ましく、より好ましくは1.20以下である。
本発明のトナーの各種物性の測定法について、以下に説明する。
<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>
トナーの重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)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)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「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)を用いて、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、算出した。
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、以下のように専用ソフトの設定を行った。
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した。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した。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た。
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までに設定した。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行った。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平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れ、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3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加えた。
(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 Dispersion System Tetra150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加した。
(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
散器を作動させた。そして、ビーカー内の電解水溶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した。
(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、分散させた。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続した。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した。
(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%となるように調整した。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行った。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)を算出した。尚、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、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。
<トナー等の最大吸熱ピークのピーク温度(Tp)及び最大吸熱ピークの吸熱量の測定方法>
本発明におけるトナー等(トナー、結晶性ポリエステル、ブロックポリマーを含む)の最大吸熱ピークのピーク温度(Tp)は、DSC Q1000(TA Instruments社製)を使用して以下の条件にて測定を行った。
昇温速度:10℃/min
測定開始温度:20℃
測定終了温度:180℃
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いた。
具体的には、トナー約5mgを精秤し、銀製のパンの中に入れ、一回測定を行う。リファレンスとしては銀製の空パンを用いる。そのときの最大吸熱ピークのピーク温度をTpとした。ここで、結着樹脂に由来する最大吸熱ピークにおける、「結着樹脂に由来する」とは、結着樹脂単体で測定した場合に現れる最大吸熱ピークに帰属するピークであり、最大吸熱ピークは、ピークが複数あった場合に、吸熱量が最大となるピークのことを意味する。
なお、トナーを構成する成分に於いて結着樹脂はその構成量が他に比較して顕著に大きいため、一般に上記最大吸熱ピークが結着樹脂由来の吸熱ピークとなる。
一方、最大吸熱ピークの吸熱量はピークの面積と昇温速度により算出した。
<樹脂のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布、ピーク分子量(Mp)、数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)の測定方法>
樹脂(ブロックポリマーを含む)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布、ピーク分子量(Mp)、数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、樹脂のテトラヒドロフラン(THF)可溶分を、THFを溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)により測定した。測定条件は以下の通りである。
(1)測定試料の作製
樹脂(試料)とTHFとを5mg/mlの濃度で混合し、室温にて5乃至6時間放置した後、充分に振とうし、THFと試料を試料の合一体がなくなるまで良く混ぜた。更に、室温にて12時間以上静置した。この時、試料とTHFの混合開始時点から、静置終了の時点までの時間が24時間以上となる様にした。
その後、サンプル処理フィルター(ポアサイズ0.45乃至0.5μm、マイショリディスクH−25−2[東ソー社製])を通過させたものをGPCの試料とした。
(2)試料の測定
40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定化させ、この温度に於けるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、試料濃度を5mg/mlに調整した樹脂のTHF試料溶液を200μl注入して測定した。
試料の分子量測定にあたっては、試料の有する分子量分布を数種の単分散ポリスチレン標準試料により作製された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。
検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、Pressure Chemical
Co.製或いは東洋ソーダ工業社製の、分子量が6.0×10、2.1×10、4.0×10、1.75×10、5.1×10、1.1×10、3.9×10、8.6×10、2.0×10、4.48×10のものを用いた。又、検出器にはRI(屈折率)検出器を用いた。
尚、カラムとしては、1×10乃至2×10の分子量領域を適確に測定する為に、市販のポリスチレンゲルカラムを下記のように複数組み合わせて用いた。本発明における、GPCの測定条件は以下の通りである。
[GPC測定条件]
装置:LC−GPC 150C(ウォーターズ社製)
カラム:KF801、802、803、804、805、806、807(ショウデックス製)の7連
カラム温度:40℃
移動相:THF(テトラヒドロフラン)
<樹脂微粒子の粒子径の測定方法>
樹脂微粒子の粒子径は、マイクロトラック粒度分布測定装置HRA(X−100)(日機装社製)を用い、0.001μm乃至10μmのレンジ設定で測定を行い、個数平均粒子径(μm又はnm)として測定した。なお、希釈溶媒としては水を選択した。
<ワックスの融点の測定方法>
ワックスの融点は、示差走査熱量計(DSC)「Q1000」(TA Instruments社製)を用い、ASTM D3418−82に準じて測定した。
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いた。
具体的には、試料約2mgを精秤、アルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定温度範囲30乃至180℃の間で、昇温速度10℃/minで測定を行った。尚、測定においては、一度180℃まで昇温させ、続いて30℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。この2度目の昇温過程におけるDSC曲線の最大の吸熱ピークを示す温度をワックスの融点とした。上記最大吸熱ピークとは、ピークが複数存在する場合には、最も吸熱量の大きいピークをいう。
<結晶構造をとりうる部位の割合(質量%)の算出方法>
ブロックポリマーにおける結晶構造をとりうる部位の割合(モル%)の測定は、H−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 :ブロックポリマー50mgを内径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(CDCl)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H−NMRチャートより、結晶構造をとりうる部位の構成要素に帰属されるピークの中から、他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Sを算出する。同様に、非晶性部位の構成要素に帰属されるピークの中から、他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Sを算出する。結晶構造をとりうる部位の割合は、上記積分値Sおよび積分値Sを用いて、以下のようにして求める。尚、n、nは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。
結晶構造をとりうる部位の割合(モル%)=
{(S/n)/((S/n)+(S/n))}×100
こうして得られた結晶構造をとりうる部位の割合(モル%)は、各成分の分子量により質量%に換算する。
<ウレタン変性ワックスの、ウレタン基濃度の測定方法>
ウレタン基濃度は、ウレタン変性ワックス合成時のアルコール変性ワックスの水酸基濃度から算出した。アルコール変性ワックスの水酸基とイソシアネート基がモル比で1対1となるよう、調整した。
アルコール変性ワックスの水酸基濃度(mmol/g)/2 = ウレタン基濃度(mmol/g)
<アルコール変性ワックスの水酸基価>
(装置及び器具)
・全量フラスコ(100ml)
・全量ピペット(5ml)
・平底フラスコ(200ml)
・グリセリン浴
(試薬)
・アセチル化試薬(無水酢酸25gを全量フラスコ100mlに取り、ピリジンを加えて全量を100mlにし、十分に振り混ぜる。)
・フェノールフタレイン溶液
・0.5kmol/m水酸化カリウムエタノール溶液
(測定法)
(a)ワックスを0.5〜6.0g平底フラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを全量ピペットを用いて加える。
(b)フラスコの口に小さな漏斗を置き、温度95〜100℃のグリセリン浴中に底部約1cmを浸して加熱する。フラスコの首がグリセリン浴の熱を受けて温度が上がるのを防ぐために、中に丸い穴をあけた厚紙の円板をフラスコの首の付け根にかぶせる。
(c)1時間後フラスコをグリセリン浴から取り出し、放冷後漏斗から水1mlを加えて振り動かして無水酢酸を分解する。
(d)更に、分解を完全にするため、再びフラスコをグリセリン浴中で10分間加熱し、放冷後エタノール(95)5mlで漏斗及びフラスコの壁を洗う。
(e)フェノールフタレイン溶液数滴を指示薬として加え、0.5kmol/m水酸化カリウムエタノール溶液で滴定し、指示薬の薄い紅色が約30秒間続いたときを終点とする。
(f)空試験は、ワックスを入れないで(a)〜(e)を行う。
(g)試料が溶解しにくい場合は、少量のピリジンを追加するか、キシレン又はトルエンを加えて溶解する。
(計算)
下記式によりワックスの水酸基価を算出する。
A=[{(B−C)×28.05×f}/S]+D
但し、
A:水酸基価(mgKOH/g)
B:空試験に用いた0.5kmol/m水酸化カリウムエタノール溶液の量(ml)
C:滴定に用いた0.5kmol/m水酸化カリウムエタノール溶液の量(ml)
f:0.5kmol/m水酸化カリウムエタノール溶液のファクター
S:ワックスの質量(g)
D:酸価
28.05:水酸化カリウムの式量56.11に水酸化カリウムエタノール溶液の濃度0.5(kmol/m)をかけた数値
以下、実施例を持って本発明を更に詳細に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。なお、実施例及び比較例の部数及び%は特に断りが無い場合、すべて質量基準である。
<結晶性ポリエステル1の合成>
加熱乾燥した二口フラスコに、窒素を導入しながら以下の原料を仕込んだ。
・セバシン酸 136.8質量部
・1,4−ブタンジオール 63.2質量部
・酸化ジブチルスズ 0.1質量部
減圧操作により系内を窒素置換した後、180℃にて6時間攪拌を行った。その後、攪拌を続けながら減圧下にて230℃まで徐々に昇温、更に2時間保持した。粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させることで、結晶性ポリエステル1を合成した。結晶性ポリエステル1の物性を表2に示す。
<結晶性ポリエステル2乃至6の合成>
結晶性ポリエステル1の合成において、酸成分とアルコール成分を表1の処方に変更した以外は結晶性ポリエステル1と同様にして結晶性ポリエステル2乃至6を得た。結晶性ポリエステル2乃至6の物性を表2に示す。
Figure 0005773765
Figure 0005773765
<結晶性ポリエステル樹脂分散液1の調製>
・結晶性ポリエステル4 115.0質量部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5.0質量部
・イオン交換水 180.0質量部
以上の各成分を混合し100℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、個数平均粒径が180nm、固形分量が38.3質量%の結晶性ポリエステル樹脂分散液1を得た。
<非晶性ポリエステル1の合成>
加熱乾燥した二口フラスコに、窒素を導入しながら以下の原料を仕込んだ。
・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
30.0質量部
・ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
33.0質量部
・テレフタル酸 21.0質量部
・無水トリメリット酸 1.0質量部
・フマル酸 3.0質量部
・ドデセニルコハク酸 12.0質量部
・酸化ジブチルスズ 0.1質量部
減圧操作により系内を窒素置換した後、215℃にて5時間攪拌を行った。その後、攪拌を続けながら減圧下にて230℃まで徐々に昇温、更に2時間保持した。粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させることで、非晶性ポリエステル1を得た。非晶性ポリエステル1のMnが7,200、Mwが43,000であった。
<非晶性ポリエステル2の合成>
非晶性ポリエステル1の合成において、原料の仕込みを以下のように変えた以外はすべて同様にして、非晶性ポリエステル2を合成した。
・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
30.0質量部
・ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
34.0質量部
・テレフタル酸 30.0質量部
・フマル酸 6.0質量部
・酸化ジブチルスズ 0.1質量部
得られた非晶性ポリエステル2は、Mnが2,200、Mwが9,800、ガラス転移温度が60℃であった。
<非晶性ポリエステル分散液1調製>
・非晶性ポリエステル1 115.0質量部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5.0質量部
・イオン交換水 180.0質量部
以上の各成分を混合し100℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、個数平均粒径が210nm、固形分量が38.3質量%の非晶性ポリエステル分散液1を得た。
<ブロックポリマー1の合成>
・結晶性ポリエステル1 210.0質量部
・キシレンジイソシアネート(XDI) 56.0質量部
・シクロヘキサンジメタノール(CHDM) 34.0質量部
・テトラヒドロフラン(THF) 300.0質量部
攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。50℃まで加熱し、15時間かけてウレタン化反応を施した。その後、ターシャリーブチルアルコール3.0質量部を添加し、イソシアネート末端を修飾し、溶媒であるTHFを留去した。こうして、結晶性ポリエステルとポリウレタン樹脂で構成されるブロックポリマー1を得た。得られたブロックポリマー1の物性を表4に示す。
<ブロックポリマー2乃至13の合成>
ブロックポリマー1の合成において、使用する結晶性ポリエステル、ジイソシアネート、ジオール、修飾剤の種類、部数および反応温度、反応時間を表3に示すものに変更した以外はブロックポリマー1と同様にして、ブロックポリマー2乃至13を合成した。得られたブロックポリマーの物性を表4に示す。
<ブロックポリマー14の合成>
・結晶性ポリエステル1 195.0質量部
・非晶性ポリエステル2 105.0質量部
・酸化ジブチルスズ 0.1質量部
撹拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら上記を仕込んだ。200℃まで加熱し、5時間かけてエステル化反応を施し、ブロックポリマー14を得た。得られたブロックポリマー14の物性を表4に示す。
Figure 0005773765
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<ブロックポリマー樹脂溶液1乃至14の調製>
攪拌装置のついたビーカーに、アセトンを100.0質量部、ブロックポリマー1を1
00.0質量部投入し、温度40℃にて完全に溶解するまで攪拌を続け、ブロックポリマー樹脂溶液1を調製した。同様にして、ブロックポリマー樹脂溶液2乃至14を調製した。
<ワックス1の合成>
原料物質としてパラフィン1(日本精蝋製 HNP−11)1,000gをガラス製の円筒反応器に入れ、窒素ガスを少量(3リットル/分)吹き込みながら、140℃まで昇温した。ホウ酸/無水ホウ酸=1.4(モル比)の混合触媒48.24質量部(0.33mol)を加えた後、空気(21リットル/分)と窒素(18リットル/分)を吹き込みながら、180℃で2.5時間反応を行った。反応終了後反応混合物に等量の温水(95℃)を加え、反応混合物を加水分解してアルコールワックスを得た。
さらに、攪拌装置および温度計を備えた反応容器中に、窒素置換をしながら前記アルコールワックス100.0質量部、キシリレンジイソシアネート50.0質量部を仕込んだ。80℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を施した。その後、ターシャリーブチルアルコール3.0質量部を添加し、イソシアネート末端を修飾し、ワックス1を得た。<ワックス2乃至10の合成>
ワックス1の合成において、使用する炭化水素ワックスやアルコールワックスおよびウレタンワックス合成条件を表5に示すものに変更した以外はワックス1と同様にしてワックス2乃至10を得た。
<ワックス分散液1の調製>
・ワックス1 16.0質量部
・ニトリル基含有スチレンアクリル樹脂(スチレン/n−ブチルアクリレート/アクリロニトリル=60.0/30.0/10.0(質量比)、ピーク分子量8500)
8.0質量部
・アセトン 76.0質量部
上記を撹拌羽根突きのガラスビーカー(IWAKIガラス製)に投入し、系内を50℃に加熱することでワックスをアセトンに溶解させた。
ついで、系内を50rpmで緩やかに撹拌しながら徐々に冷却し、3時間かけて25℃にまで冷却させ乳白色の液体を得た。
この溶液を1mmのガラスビーズ20.0質量部とともに耐熱性の容器に投入し、ペイントシェーカー(東洋精機製)にて3時間の分散を行い、ワックス分散液1を得た。
上記ワックス分散液1中のワックス粒子径をマイクロトラック粒度分布測定装置HRA(X−100)(日機装社製)にて測定したところ、個数平均粒子径(Dv)で170nmであった。ワックス分散液1の物性を表6に示す。
<ワックス分散液2乃至10の調製>
ワックス分散液1の調製において、使用するワックスを表6に示すものに変更した以外はワックス分散液1と同様にしてワックス分散液2乃至10を得た。ワックス分散液2乃至10の物性を表6に示す。
<ワックス分散液11の調製>
・ワックス1 30.0質量部
・ニトリル基含有スチレンアクリル樹脂(スチレン/n−ブチルアクリレート/アクリロニトリル=60.0/30.0/10.0(質量比)、ピーク分子量8500)
15.0質量部

・カチオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5.0質量部
・イオン交換水 200.0質量部
以上を混合し70℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、個数平均粒子径(Dv)が200nm、固形分量が18.0質量%のワックス分散液11を得た。
Figure 0005773765
Figure 0005773765
<着色剤分散液1の調製>
・C.I.ピグメントブルー15:3 100.0質量部
・アセトン 150.0質量部
・ガラスビーズ(1mm) 200.0質量部
上記材料を耐熱性のガラス容器に投入し、ペイントシェーカーにて5時間分散を行い、ナイロンメッシュでガラスビーズを取り除き、着色剤分散液1を得た。
<着色剤分散液2の調製>
・C.I.ピグメントブルー15:3 45.0質量部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬) 5.0質量部
・イオン交換水 200.0質量部
・ガラスビーズ(1mm) 250.0質量部
上記材料を耐熱性のガラス容器に投入し、ペイントシェーカーにて5時間分散を行い、ナイロンメッシュにてガラスビーズを取り除き、固形分量が18.0質量%の着色剤分散液2を得た。
<樹脂微粒子分散液1の調製>
滴下漏斗を備え、加熱乾燥した二口フラスコに、ノルマルヘキサン870.0質量部を仕込んだ。別のビーカーに、ノルマルヘキサン42.0質量部、ベヘニルアクリレート52.0質量部、アゾビスメトキシジメチルバレロニトリル0.3質量部を仕込み、20℃にて攪拌、混合して単量体溶液を調製し、滴下漏斗に導入した。反応容器を窒素置換した後、密閉下、40℃にて1時間かけて単量体溶液を滴下した。滴下終了から3時間攪拌を続け、アゾビスメトキシジメチルバレロニトリル0.3質量部およびノルマルヘキサン42.0質量部の混合物を再度滴下し、40℃にて3時間攪拌を行った。その後、室温まで冷却し、個数平均粒径200nm、固形分量20.0質量%の樹脂微粒子分散液1を得た。
<キャリアの製造>
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のヘマタイト粉に対して、夫々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)を加え、容器内で、100℃以上で高速混合撹拌し、それぞれの微粒子を親油化処理した。
・フェノール 10.0質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド40.0質量%、メタノール10.0質量%、水50.0質量%) 6.0質量部
・親油化処理したマグネタイト 63.0質量部
・親油化処理したヘマタイト 21.0質量部
上記材料と、28%アンモニア水5.0質量部、水10.0質量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100.0質量部に、粒径290nmのメラミン粒子を10.0質量部、比抵抗1×10−2Ω・cmで粒径30nmのカーボン粒子を6.0質量部加え、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質量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10.0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時間撹拌しながら熱処理し、冷却、解砕した後、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/cm、見かけ比重1.84g/cm、磁化の強さ42Am/kgのキャリアを得た。
<実施例1>
(トナー粒子(処理前)1の製造)
図1の実験装置において、まず、バルブV1、V2、および圧力調整バルブV3を閉じ、トナー粒子を捕捉するためのフィルターと撹拌機構とを備えた耐圧の造粒タンクT1に樹脂微粒子分散液1(表7では「樹脂微粒子−1」と記載)を仕込み、内部温度を30℃に調整した。次に、バルブV1を開き、ボンベB1からポンプP1を用いて二酸化炭素(純度99.99%)を耐圧容器T1に導入し、内部圧力が5MPaに到達したところでバルブV1を閉じた。
一方、樹脂溶解液タンクT2にブロックポリマー樹脂溶液1、ワックス分散液1、着色剤分散液1、アセトンを仕込み、内部温度を30℃に調整した。
次に、バルブV2を開き、造粒タンクT1の内部を2000rpmで撹拌しながら、ポンプP2を用いて樹脂溶解液タンクT2の内容物を造粒タンクT1内に導入し、すべて導入を終えたところでバルブV2を閉じた。
導入後の、造粒タンクT1の内部圧力は8MPaとなった。
尚、各種材料の仕込み量(質量比)は、次の通りである。
・ブロックポリマー樹脂溶液1 175.0質量部
・ワックス分散液1 31.3質量部
(固形分として、ワックス1が5質量部、ニトリル基含有スチレンアクリル樹脂(表7では「分散剤−1」と記載)が2.5質量部)
・着色剤分散液1 12.5質量部
・アセトン 40.0質量部
・樹脂微粒子分散液1 25.0質量部
・二酸化炭素 280.0質量部
導入した二酸化炭素の質量は、二酸化炭素の温度(30℃)、および圧力(8MPa)から、二酸化炭素の密度を文献(Journal of Physical and Chemical Refarence data、vol.25、P.1509〜1596)に記載の状態式より算出し、これに造粒タンクT1の体積を乗じることにより算出した。
樹脂溶解液タンクT2の内容物の造粒タンクT1への導入を終えた後、さらに、2000rpmで3分間撹拌して造粒を行った。
次に、バルブV1を開き、ボンベB1からポンプP1を用いて二酸化炭素を造粒タンクT1内に導入した。この際、圧力調整バルブV3を10MPaに設定し、造粒タンクT1の内部圧力を10MPaに保持しながら、さらに二酸化炭素を流通させた。この操作により、造粒後の液滴中から抽出された有機溶媒(主にアセトン)を含む二酸化炭素を、溶剤回収タンクT3に排出し、有機溶媒と二酸化炭素を分離した。
造粒タンクT1内への二酸化炭素の導入は、最初に造粒タンクT1に導入した二酸化炭素質量の5倍量に到達した時点で停止した。この時点で、有機溶媒を含む二酸化炭素を、有機溶媒を含まない二酸化炭素で置換する操作は完了した。
さらに、圧力調整バルブV3を少しずつ開き、造粒タンクT1の内部圧力を大気圧まで減圧することで、フィルターに捕捉されているトナー粒子(処理前)1を回収した。得られたトナー粒子(処理前)1のDSC測定を行い、結着樹脂に由来する最大吸熱ピークのピーク温度(Tp)を求めたところ、58℃であった。
(トナー粒子(処理前)1のアニール処理)
アニール処理は、恒温乾燥器(佐竹化学製41−S5)を用いて行った。恒温乾燥器の内部温度を50℃に調整した。
上記トナー粒子(処理前)1を、ステンレス製バットに均等になるように広げて入れ、これを前記恒温乾燥器に入れて12時間静置した後、取り出した。こうして、アニール処理されたトナー粒子(処理後)1を得た。
(トナーの調製)
次に、上記トナー粒子(処理後)1の100.0質量部に対し、先ずアナターゼ型酸化チタン微粉末(BET比表面積80m/g、個数平均粒径(D1)15nm、イソブチルトリメトキシシラン12質量.0%処理)0.9質量部をヘンシェルミキサーにより外添し、さらにオイル処理シリカ微粒子(BET比表面積95m/g、シリコーンオイル15.0質量%処理)1.2質量部、ゾルゲルシリカ微粒子(BET比表面積24m/g、個数平均粒径(D1):110nm)1.5質量部をヘンシェルミキサーFM−10B(三井三池化工機(株)製)にて混合し、トナー1を得た。トナー1の特性を表8に、以下に示す評価の結果を表9に示す。
得られたトナーの評価方法について説明する。
<耐熱保存性>
約10gのトナーを100mlのポリカップに入れ、53℃に調整された恒温槽にて3日放置した後、目視で評価した。
(評価基準)
A:凝集物は見られない。初期とほぼ同様の状態。
B:凝集物は見られるがポリカップを振ると容易に崩れる。
C:凝集物は見られるが指で容易にほぐれる。
D:凝集物が多く見られ、指でほぐせない凝集物もある。
E:凝集物をつかむことができ、指でほぐすことは難しい。
<ヒートサイクル試験後の耐熱保存性>
約10gのトナー1を100mlのポリカップに入れ、50℃で1日放置後、50℃と53℃の間を1℃/時間の速度で変化させ、3日の間12サイクル行った後トナーを取り
出し凝集を確認した。ヒートサイクルのタイムチャートを図2に示す。
(評価基準)
A:凝集物は見られない。初期とほぼ同様の状態。
B:凝集物は見られるがポリカップを振ると容易に崩れる。
C:凝集物は見られるが指で容易にほぐれる。
D:凝集物が多く見られ、指でほぐせない凝集物もある。
E:凝集物をつかむことができ、指でほぐすことは難しい。
当該評価は、ヒートサイクルにより長期保存試験の加速試験を行い、トナー粒子を構成するコアの低分子量成分やワックスの染み出しの状態を評価するものである。
<ヒートサイクル試験後の帯電維持性の評価>
ヒートサイクルにかけていないトナーをNN環境下(温度23℃/湿度60%)に1日
放置し、標準品として用意した。ヒートサイクル試験を行ったトナーを200メッシュ(目開き75μm)の篩にかけ、NN環境下(温度23℃/湿度60%)に1日放置し評価サンプルとした。
トナー及びキャリア(日本画像学会標準キャリア フェライトコアを表面処理した球形キャリア N−01)を蓋付きのプラスチックボトルにそれぞれ、1.0g、19.0g入れ、測定環境に1日放置する。トナーとキャリアとを入れたプラスチックボトルを振盪器(YS−LD、(株)ヤヨイ製)にセットし、1秒間に4往復のスピードで1分間振とうし、トナーとキャリアからなる現像剤を帯電させる。
次に、図3に示す摩擦帯電量を測定する装置において摩擦帯電量を測定する。図3において、底に500メッシュ(目開き25μm)のスクリーン3のある金属製の測定容器2に、前述した現像剤約0.5〜1.5gを入れ、金属製のフタ4をする。この時の測定容器2全体の質量をW1(g)とする。次に吸引機1(測定容器2と接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口7から吸引し風量調節弁6を調整して真空計5の圧力を250mmAqとする。この状態で2分間吸引を行い、トナーを吸引除去する。この時の電位計9の電位をV(ボルト)とする。ここで、8はコンデンサーであり容量をC(mF)とする。また、吸引後の測定容器全体の質量を秤りW2(g)とする。この試料の摩擦帯電量(mC/kg)は下式の如く算出される。
試料の摩擦帯電量(mC/kg)=C×V/(W1−W2)
(帯電維持性の評価基準)
A:サンプルトナーの帯電量と標準品の帯電量との差が5%未満。
B:サンプルトナーの帯電量と標準品の帯電量との差が5%以上、10%未満。
C:サンプルトナーの帯電量と標準品の帯電量との差が10%以上、20%未満。
D:サンプルトナーの帯電量と標準品の帯電量との差が20%以上。
E:サンプルトナー凝集、固形化しており、帯電評価できない。
<低温定着性(定着開始温度[剥離性])の評価>
上記トナー1を8.0質量部と上記キャリア92.0質量部を混合してなる二成分現像剤1を調製した。
評価には上記二成分現像剤、カラー複写機CLC5000(キヤノン社製)を用いた。紙上のトナー載り量を1.2mg/cmになるように上記複写機の現像コントラストを調整し、単色モードで、先端余白5mm、幅100mm、長さ280mmの、「べた」の未定着画像を常温常湿度環境下(23℃/60%RH)で作成した。紙は、普通A4用紙(「CS−814」キヤノン:81.4g/m)を用いた。
次に、LBP5900(キヤノン社製)の定着器を手動で定着温度設定が可能となるように改造し、定着器の回転速度を245mm/sに、圧力を98kPaに変更した。該改造定着器を用い、常温常湿度環境下(23℃/60%RH)で、80℃から180℃の範囲で10℃ずつ定着温度を上昇させながら、上記「べた」の未定着画像の各温度における定着画像を得た。
得られた定着画像の画像領域に、柔和な薄紙(例えば、商品名「ダスパー」、小津産業社製)を被せ、該薄紙の上から4.9kPaの荷重をかけつつ5往復、該画像領域を摺擦した。摺擦前と摺擦後の画像濃度をそれぞれ測定して、下記式により画像濃度の低下率ΔD(%)を算出した。このΔD(%)が10%未満のときの温度を定着開始温度とし、以下のような評価基準で低温定着性を評価した。
尚、画像濃度はカラー反射濃度計(Color reflection densit
ometer X−Rite 404A:製造元 X−Rite社製)で測定した。
(式):
ΔD(%)
={(摺擦前の画像濃度−摺擦後の画像濃度)/摺擦前の画像濃度}×100
(評価基準)
A:定着開始温度が100℃以下
B:定着開始温度が110℃
C:定着開始温度が120℃
D:定着開始温度が130℃
E:定着開始温度が140℃
尚、本発明においてはCランクまでを良好な剥離性と判断した。
<低温(コールド)オフセットの評価>
低温定着性の評価に用いた画像で、コールドオフセットの評価を行った。評価は、べた部画像の定着ベルト1周後部分が白地部になる部位で、濃度変化を確認した。測定は東京電色技術センター製DENSITOMETER TC−6DSを用い、反射率(%)を、測定し、濃度の値とした。濃度が0.5%変化したところをコールドオフセット発生点とし、発生しない最小の温度を定着温度とした。
(評価基準)
A:定着開始温度が100℃以下
B:定着開始温度が110℃
C:定着開始温度が120℃
D:定着開始温度が130℃
E:定着開始温度が140℃
尚、本発明においてはCランクまでを良好なコールドオフセット性と判断した。
<定着可能温度領域の評価>
上記低温定着性の評価に用いたのと同様に「べた」画像の定着画像を得る。その際、定着器通過時の紙の通紙方向後端部に、高温オフセット現象(定着画像の一部が定着器の部材表面に付着し、更に、次周回で紙上に定着する現象)の発生の有無を確認する。発生が確認された時点での定着温度を高温オフセット現象発生温度とし、下式より定着可能温度領域を算出した。
定着可能温度領域=(高温オフセット現象発生温度)−(定着開始温度[剥離性])である。
(評価基準)A:定着可能温度領域が70℃以上
B:定着可能温度領域が60℃
C:定着可能温度領域が50℃
D:定着可能温度領域が40℃
E:定着可能温度領域が30℃以下
<実施例2乃至21>
トナー粒子(処理前)1の製造工程におけるブロックポリマーおよびワックスを表7に示すようなブロックポリマーおよびワックスになるように、ブロックポリマー樹脂溶液およびワックス分散液を選択する以外は、実施例1と同様にしてトナー2乃至21を得た。
トナー2乃至21の物性を表8に、実施例1と同様の評価を行った結果を表9に示す。
<比較例1>
(トナー粒子22の製造)非晶性ポリエステル分散液
・結晶性ポリエステル樹脂分散液1 159.7質量部
・非晶性ポリエステル分散液1 68.6質量部
・着色剤分散液2 27.8質量部
・ワックス分散液11 41.7質量部
・ポリ塩化アルミニウム 0.41質量部
以上の各成分を丸型ステンレス製フラスコ中に入れ、ウルトラタラックスT50で十分に混合・分散した。次いで、これにポリ塩化アルミニウム0.36質量部を加え、ウルトラタラックスT50で分散操作を継続した。加熱用オイルバスでフラスコを攪拌しながら47℃まで加熱し、この温度で60分間保持した後、ここに非晶性ポリエステル分散液1、13.0質量部を緩やかに追加した。その後、0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水
溶液で系内のpHを5.4にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて攪拌を継続しながら96℃まで加熱し、5時間保持した。
反応終了後、冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を施した。これを更に40℃のイオン交換水3Lに再分散し、300rpmで15分間攪拌・洗浄した。これを更に5回繰り返し、濾液のpHが7.0になったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo.5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続し、トナー粒子22を得た。
(トナーの調製)
上記トナー粒子22を用い、実施例1と同様のアニール処理及び外添剤処理を実施してトナー22を得た。トナー22の特性を表8に、実施例1と同様の評価を行った結果を表9に示す。
<比較例2乃至7>
トナー粒子(処理前)1の製造工程におけるブロックポリマーおよびワックスを表7に示すようなブロックポリマーおよびワックスになるように、ブロックポリマー樹脂溶液およびワックス分散液を選択する以外は、実施例1と同様にしてトナー23乃至28を得た。
トナー23乃至28の物性を表8に、実施例1と同様の評価を行った結果を表9に示す。
Figure 0005773765
Figure 0005773765
Figure 0005773765
1:吸引機(測定容器2と接する部分は少なくとも絶縁体)、2:金属製の測定容器、3:500メッシュのスクリーン、4:金属製のフタ、5:真空計、6:風量調節弁、7:吸引口、8:コンデンサー、9:電位計、T1:造粒タンク、T2:樹脂溶解液タンク、T3:溶剤回収タンク、B1:二酸化炭素ボンベ、P1、P2:ポンプ、V1、V2:バルブ、V3:圧力調整バルブ

Claims (7)

  1. ポリエステルを主成分にする結着樹脂、着色剤及びワックスを含有するトナー粒子を含有するトナーであって、
    前記結着樹脂は結晶構造をとりうる部位と結晶構造をとりえない部位を結合したブロックポリマーを含有し、
    前記トナーの示差走査熱量(DSC)測定から求められる、前記結着樹脂に由来する最大吸熱ピークのピーク温度が50℃以上、80℃以下であり、前記最大吸熱ピークの吸熱量が30J/g以上、100J/g以下であり、
    前記ブロックポリマーの結晶構造をとりうる部位は、脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸とを反応させて得られる結晶性ポリエステルであり、
    前記ブロックポリマーの結晶構造をとりえない部位は、ジオールとジイソシアネートを反応させて得られるポリウレタンであり、
    前記ワックスは、ウレタン変性ワックスであることを特徴とするトナー。
  2. 前記ウレタン変性ワックスは、ウレタン基濃度が0.10mmol/g以上、0.80mmol/g以下であることを特徴とする請求項1に記載のトナー。
  3. 前記ウレタン変性ワックスは、融点が60℃以上、85℃以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のトナー。
  4. 前記ワックスの含有量は、結着樹脂100質量部に対し、2.0質量部以上、8.0質量部以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトナー。
  5. 前記ブロックポリマーは、結晶構造をとりうる部位を50質量%以上、85質量%以下含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトナー。
  6. 前記トナー粒子が、ポリエステルを主成分とする結着樹脂、着色剤、ワックスを有機溶媒に溶解または分散させた樹脂組成物を、分散安定剤を含有する分散媒体に分散させ、得られた分散体から前記有機溶媒を除去することによって形成したものであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のトナー。
  7. 前記分散媒体が、超臨界状態または液体状態の二酸化炭素を主成分とする媒体であることを特徴とする請求項6に記載のトナー。

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