JP6050741B2 - 静電荷像現像用トナーの製造方法 - Google Patents
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Description
トナーコア13は、必須成分(結着樹脂)を含む。トナーコア13は、必要に応じて必須成分以外に任意成分(着色剤、電荷制御剤、又は離型剤)を含んでもよい。以下にトナーコア13に含まれる成分について説明する。トナーコア13は、後述する溶解度パラメーターの関係を満たすものであればより好ましい。
トナーコア13に含まれる結着樹脂として、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、N−ビニル系樹脂、又はスチレン−ブタジエン樹脂のような熱可塑性樹脂が挙げられる。このような熱可塑性樹脂は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。熱可塑性樹脂の種類は、後述する溶解度パラメーターの関係を満たすものであればより好ましい。このような熱可塑性樹脂の中でも、トナー中での着色剤の分散性、トナーの帯電性、又はトナーの用紙に対する定着性を良好にするためには、スチレンアクリル系樹脂、又はポリエステル樹脂が好ましい。以下、スチレンアクリル系樹脂、又はポリエステル樹脂について説明する。
トナーコア13は、必要に応じて離型剤を含んでもよい。離型剤は、一般的にトナーの低温定着性及び耐高温オフセット性を向上させる目的で使用される。離型剤の種類は、後述する溶解度パラメーターの関係を満たすものであればより好ましい。
トナーコア13は、必要に応じて着色剤を含んでもよい。トナーコア13に含有させる着色剤としては、トナー粒子10の色に合わせて、公知の顔料や染料を用いることができる。着色剤の種類は、後述する溶解度パラメーターの関係を満たすものであればより好ましい。トナーコア13に含有させることができる好適な着色剤の具体例としては、以下の着色剤が挙げられる。
本実施形態では、トナーコア13において、電荷制御剤を添加してもよい。
本発明のコア−シェル構造のトナーにおいて、トナーコア13の表面にシェル層14が被覆されている。
以下、図1を参照して、本実施形態に係る外添剤12について説明する。
以下、図2を参照して、本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法について説明する。本発明の静電荷像現像用トナーの製造方法は、第1分散液調製工程とトナーコア前駆体調製工程と第2分散液調製工程と除去工程とを包含する。図2(a)は、第1分散液調製工程を示す。第1分散液調製工程において、シェル層前駆体21が分散したシェル層前駆体分散液を調製する。シェル層前駆体21は樹脂及び有機溶剤を含む。図2(b)は、トナーコア前駆体調製工程を示す。トナーコア前駆体調製工程において、樹脂及び有機溶剤を混合したトナーコア前駆体22を調製する。図2(c)は、第2分散液調製工程を示す。第2分散液調製工程において、シェル層前駆体分散液にトナーコア前駆体22を添加して、トナー母粒子前駆体23が分散した第2分散液を調製する。図2(d)は、除去工程を示す。除去工程において、第2分散液からトナーコア前駆体22に含まれた有機溶剤及びシェル層前駆体21に含まれた有機溶剤を除去する。
以下、溶解度パラメーターについて説明する。溶解度パラメーターδ[(MPa)1/2]は、複数の物質の相溶性および親和性の指標として用いられ、下記式(1)によって定義される。
δ=(ΔEV/V0)1/2・・・・・・・(1)
ただし、ΔEV[106N・m・mol-1]は蒸発熱、V0[m3・mol-1]は1molあたりの体積を示す。2つの物質の溶解度パラメーターの差は、その2つの物質が相溶するために必要なエネルギーと密接な関係が有り、溶解度パラメーターの差が小さいほど2つの物質が相溶するために必要なエネルギーは小さなものとなる。すなわち、一般に、2つの物質の溶解度パラメーターの差が小さいほど、2つの物質の親和性が高く、相溶性が高い。また、2つの物質の溶解度パラメーターの差が小さいと、2つの物質が密着した場合に、2つの物質間の密着強度は優れたものとなる。
δ=ρ/M×ΣFi・・・・・・・(2)
ただし、Fi[(MPa)1/2・cm3・mol-1]は各官能基のδへの寄与率、ρ[g・cm-3]は物質の密度、M[g・mol-1]は高分子の繰り返し単位の式量を示す。
本実施形態に係る第1分散液調製工程について説明する。
トナーコア前駆体調製工程において、トナーコア前駆体22に含まれる樹脂及び有機溶剤を混合する。具体的には、結着樹脂、離型剤、着色剤、又は磁性粉を有機溶剤に溶解又は分散することによりトナーコア前駆体22を調製することができる。
第2分散液調製工程において、トナーコア前駆体22の表面にシェル層前駆体21を被膜してコア−シェル構造のトナー母粒子前駆体分散液を調製する。
除去工程において、シェル層前駆体21に含まれる有機溶剤及びトナーコア前駆体22に含まれる有機溶剤を除去する。これによりトナー母粒子11が得られる。
洗浄工程において、水を用いてトナー母粒子11を洗浄する。好適な洗浄方法としては、例えば、トナー母粒子11を含む分散液から、固液分離により、トナー母粒子11をウエットケーキとして回収し、回収されたウエットケーキを水で洗浄する方法が挙げられる。具体的には、トナー母粒子11を含む分散液中のトナー母粒子11を沈降させ、上澄み液を水と置換し、置換後にトナー母粒子11を水に再分散させる。
乾燥工程において、例えば、乾燥機(例えば、スプレードライヤー、流動層乾燥機、真空凍結乾燥機、又は減圧乾燥機)を用いて、回収後又は洗浄後のトナー母粒子11を乾燥する。乾燥中のトナー母粒子11の凝集を抑制するためには、スプレードライヤーを用いることが好ましい。スプレードライヤーを用いる場合は、トナー母粒子11の分散液と共に外添剤12(例えば、シリカ微粒子)を含む分散液を噴霧することができ、後述の外添工程を同時に行うことができる。
以下に外添工程について説明する。外添工程において、トナー母粒子11の表面に外添剤12を付着させる。外添剤12を付着させる好適な方法としては、外添剤12がシェル層14の表面に埋没しないように外添条件を調整して、ヘンシェルミキサー(日本コ−クス工業株式会社)、又はナウターミキサー(ホソカワミクロン株式会社)のような混合機を用いてトナー母粒子11及び外添剤12を混合し、静電荷像現像用トナーを製造する方法が挙げられる。
以下に、実施例1について説明する。
容量2Lのビーカーにアニオン性界面活性剤(花王株式会社「エマール0」)1gとイオン交換水780gと水酸化ナトリウム0.78gとを配合した。そして、50℃に昇温して30分間スターラーで撹拌してシェル層分散液の水系溶媒を得た。スチレンアクリル樹脂A(スチレン25%、アクリル酸ブチル35%、アクリル酸40%、Mn=5000、Mw=15200、Tm=117.5℃、Tg=63.0℃、溶解度パラメーター9.4(MPa)1/2)80gとテトラヒドロフラン120gとを容量2Lのビーカーに投入した。そして、50℃に昇温して30分間スターラーで撹拌してスチレンアクリル樹脂Aを溶解した。その後、乳化装置(プライミクス株式会社「ロボミックス」)を用いて回転数2000rpmで5分間撹拌してシェル層前駆体を得た。
容量500mlのビーカーにポリエステル樹脂B(Mn=2080、Mw=4860、Tm=73.7℃、Tg=34.8℃、溶解度パラメーター9.0(MPa)1/2)60gと離型剤(Tm=76.0℃、溶解度パラメーター8.8(MPa)1/2)12gと着色剤マスターバッチ(ポリエステル樹脂B+顔料(P.B.15:3)=5:5)8gと1−ブロモプロパン120gとを配合した。そして、50℃に昇温して30分間スターラーで撹拌して固形分を溶解させてトナーコア前駆体を得た。
シェル層前駆体分散液が形成された容量2Lのビーカーに50℃でトナーコア前駆体分散液200gを滴下速度20g/秒で10秒かけて滴下しながら、乳化装置を用いて回転数6000rpmにて5分間撹拌してトナー母粒子前駆体23を含む分散液を得た。得られたトナー母粒子前駆体23の体積平均粒子径は、5.67μmであった。なお、得られたトナー母粒子前駆体23の体積平均粒子径をレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(株式会社堀場製作所「LA−920」)を用いて測定した。
得られたトナー母粒子前駆体23を含む分散液を50℃でスターラー(アズワン株式会社製「RS−1D」)を用いて1000rpmで、3時間撹拌して、有機溶剤(1−ブロモプロパン及びテトラヒドロフラン)を留去した。その後、50℃から70℃までに昇温速度1℃/分で昇温して70℃で3時間撹拌して、トナー母粒子11を得た。
以下に外添剤の作製方法について説明する。ジメチルポリシロキサン(信越化学工業株式会社)100g及び3−アミノプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式会社)100gをトルエン200gに溶解させた後、10倍に希釈した。次いで、得られた希釈溶液にヒュームドシリカ(日本エアロジル株式会社「AEROSIL90」)200gを添加して撹拌しながら、ジメチルポリシロキサンと3−アミノプロピルトリメトキシシランとの希釈溶液を徐々に滴下した後に、30分間超音波照射して混合物を得た。得られた混合物を恒温槽を用いて150℃に加熱した後、ロータリーエバポレーターを用いてトルエンを留去して固形物を得た。減圧乾燥機を用いて設定温度50℃で得られた固形物を減量しなくなるまで乾燥した。更に、電気炉を用いて窒素気流下において200℃で3時間、乾燥処理を行いシリカの粉体を得た。得られたシリカの粉体をジェットミル(日本ニューマチック工業株式会社「IDS型」)により解砕してバグフィルターで補集してシリカ粒子を得た。
スチレンアクリル樹脂Aをポリエステル樹脂A(Mn=2500、Mw=6150、Tm=100.4℃、Tg=60.6℃、溶解度パラメーター9.3(MPa)1/2)に代えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、実施例2の静電荷像現像用トナーを得た。
ポリエステル樹脂Bをスチレンアクリル樹脂B(スチレン20%、アクリル酸ブチル50%、メタクリル酸メチル30%、Mn=11000、Mw=34000、Tm=83.9℃、Tg=36.0℃、溶解度パラメーター8.5(MPa)1/2)に代えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、実施例3の静電荷像現像用トナーを得た。
テトラヒドロフランを2−ブタノンに代えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、実施例4の静電荷像現像用トナーを得た。
テトラヒドロフランを酢酸エチルに代えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、実施例5の静電荷像現像用トナーを得た。
1−ブロモプロパンをトルエンに代えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、実施例6の静電荷像現像用トナーを得た。
スチレンアクリル樹脂Aをポリエステル樹脂Aに代え、ポリエステル樹脂Bをスチレンアクリル樹脂Bに代えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、実施例7の静電荷像現像用トナーを得た。
スチレンアクリル樹脂Aをスチレンアクリル樹脂C(スチレン60%、アクリル酸ブチル30%、メタクリル酸メチル10%、Mn=10000、Mw=17000、Tm=101.3℃、Tg=62.1℃、溶解度パラメーター8.7(MPa)1/2)に代えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較例1の静電荷像現像用トナーを得た。
ポリエステル樹脂Bをポリエステル樹脂C(Mn=1230、Mw=3680、Tm=74.7℃、Tg=40.9℃、溶解度パラメーター9.2(MPa)1/2)に代えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較例2の静電荷像現像用トナーを得た。
テトラヒドロフランを1−ブロモプロパンに代えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較例3の静電荷像現像用トナーを得た。
1−ブロモプロパンをテトラヒドロフランに代えた以外は、実施例1と同様の操作を行って、比較例4の静電荷像現像用トナーを得た。
実施例1〜7及び比較例1〜4のトナーの評価方法は、以下の通りである。
ポリアミドイミド樹脂30gを水2Lで希釈して樹脂溶液を調製し、4フッ化エチレン・6フッ化プロピレン共重合体(FEP)120gと樹脂全体の質量に対して2質量%の酸化ケイ素とを樹脂溶液に分散させて、固形分換算で150gとなる量のキャリアコート液を得た。ポリアミドイミド樹脂/4フッ化エチレン・FEP=2/8であり、樹脂溶液の固形分比率は、10質量%であった。
評価機としてカラープリンター(京セラドキュメントソリューションズ株式会社「FS−C5250DN」)を用いた。実施例1〜7及び比較例1〜4にて得られたトナーを含む2成分現像剤をカラープリンターの現像装置に充填した。実施例1〜7及び比較例1〜4にて得られた静電潜像現像用トナーを前記評価機のトナーコンテナに投入した。カラー複合機(京セラドキュメントソリューションズ株式会社「TASKalfa5550ci」)に搭載の定着装置の定着治具を用いて、評価用紙(モンディ社「Color Copy 90」)上に形成したトナー量0.4mg/cm2のパッチサンプルの未定着画像を線速266mm/秒で定着させた。定着させた画像にオフセットが発生した時の温度を求めた。表1に示すように非オフセット発生温度幅の評価を下記の基準に従って評価した。
良い(○):非オフセット発生温度幅が20℃以上であった。
悪い(×):非オフセット発生温度幅が20℃未満であった。
樹脂の溶解度パラメーターは濁度滴定法を用いて測定された。樹脂約0.5gを容量100mlのビーカー中に秤量した。続いて、高溶解度の溶媒としてテトラヒドロフラン(溶解度パラメーター9.10(MPa)1/2)を10mlのホールピペットを用いて滴下して、マグネチックスターラーを用いて撹拌して樹脂を溶解させてサンプルを得た。得られたサンプル中に低溶解度の溶媒としてヘキサン(溶解度パラメーター7.24(MPa)1/2)をビュレットを用いて滴下して、濁りが生じた時のヘキサンの滴下量からその時のヘキサンの体積分率(φpl)を求めた。また、得られたサンプル中に高溶解度の溶媒としてメタノール(溶解度パラメーター14.50(MPa)1/2)をビュレットを用いて滴下して、濁りが生じた時のメタノールの滴下量からその時のメタノールの体積分率(φph)を求めた。ヘキサンを滴下して濁りが生じた時の樹脂の溶解度パラメーターとメタノールを滴下して濁りが生じた時の溶解度パラメーターとの平均値が樹脂の溶解度パラメーターδであり、以下の式より求められる。
δ=((φpl×δpl+(1−φpl)δg)+(φph×δph+(1−φph)δg))/2
実施例1〜7及び比較例1〜4にて得られたトナー3gを容量20mlのポリ容器に秤量し、秤量されたトナーの入った容量20mlのポリ容器を恒温槽(三洋電機株式会社「CONVECTION OVEN」)を用いて60℃で3時間加熱をした。次いで、質量既知の目開き105μmの篩、63μmの篩及び45μmの篩をこの順に重ねて、目開き105μmの篩に恒温槽から取り出されたポリ容器に入っているトナーを投入した。トナーが投入されたメッシュの篩をパウダーテスター(ホソカワミクロン株式会社「TYPE PT−E」)に取り付け、5メモリの条件で30秒間、トナーをふるった。次いで、篩上に残存したトナーの重量を測定し、以下の式により凝集度を求めた。
凝集度(%)=(a)+(b)+(c)
(a):(目開き105μmの篩上に残存したトナーの重量)/3×100
(b):(目開き63μmの篩上に残存したトナーの重量)/3×3/5×100
(c):(目開き45μmの篩上に残存したトナーの重量)/3×1/5×100
表1に示すように、耐熱保存性の評価を、下記の基準に従って評価した。
良い(○):凝集度が2%以下であった。
悪い(×):凝集度が2%を超えた。
実施例1〜7及び比較例1〜4にて得られたトナーの体積平均粒子径を粒度分布測定装置(ベックマン・コールター株式会社「Multisizer3」)を用いて測定した。トナーの粒子径の変動係数はトナーの体積平均粒子径の標準偏差をトナーの体積平均粒子径の平均値で割った値とする。
実施例1にて得られたトナーにおいて、フロー式粒子像分析装置(シスメックス株式会社「FPIA 3000」)を用いて3000個のトナー粒子の円形度を測定して、その平均値を用いた。
11 トナー母粒子
12 外添剤
13 トナーコア
14 シェル層
20 シェル層前駆体分散液中の水相
21 シェル層前駆体
22 トナーコア前駆体
23 トナー母粒子前駆体
Claims (1)
- 複数のトナー粒子を含む静電荷像現像用トナーの製造方法であって、
前記複数のトナー粒子の各々は、トナーコアと前記トナーコアの表面を被覆するシェル層とを含み、
樹脂及び有機溶剤を含むシェル層前駆体が水相に分散したシェル層前駆体分散液を調製する第1分散液調製工程と、
樹脂及び有機溶剤を混合したトナーコア前駆体を調製するトナーコア前駆体調製工程と、
前記シェル層前駆体分散液に前記トナーコア前駆体を添加して、トナー母粒子前駆体が分散したトナー母粒子前駆体分散液を調製する第2分散液調製工程と、
前記トナー母粒子前駆体分散液から前記トナーコア前駆体の前記有機溶剤及び前記シェル層前駆体の前記有機溶剤を除去する除去工程とを包含し、
前記トナーコア前駆体に含まれる前記有機溶剤は、水に対する溶解度が3g/kg以下であり、
前記シェル層前駆体に含まれる前記有機溶剤は、水に対する溶解度が250g/kg以上であり、
前記シェル層前駆体の前記有機溶剤の溶解度パラメーターは、前記トナーコア前駆体の前記有機溶剤の溶解度パラメーターより大きく、
前記シェル層前駆体の前記樹脂の溶解度パラメーターは、前記トナーコア前駆体の前記樹脂の溶解度パラメーターより大きく、
前記シェル層前駆体の前記樹脂の溶解度パラメーターと、前記シェル層前駆体の前記有機溶剤との溶解度パラメーターとの差が0.3(MPa)1/2以下であり、
前記トナーコア前駆体の前記樹脂の溶解度パラメーターと前記トナーコア前駆体の前記有機溶剤の溶解度パラメーターとの差が0.3(MPa)1/2以下である、静電荷像現像用トナーの製造方法。
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