JP6238781B2 - トナーの製造方法 - Google Patents
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Description
上記背景より、電子写真法(装置)に用いられるトナーは、機能分離構造を得意とし、比較的容易に付加価値を付与することのできる湿式法によるトナー製造が主流となってきている。湿式トナーは、各社様々な方式を検討しており、トナーを構成する材料や所望するトナー粒子形状により、懸濁重合法、乳化重合法、溶解懸濁法などの製造方法が提案されている。
その中でも、懸濁重合法は機能分離型のコアシェル構造を得意としており、高い耐久性と現像性との両立が可能となっている。
加えて低温定着性の改良のために、コアへの結晶性樹脂の導入が提案されている(特許文献1)。しかしながら、結晶性の樹脂は一般的に弾性が低く脆いという欠点があり、トナーに導入した場合、コアシェル構造を得意とする懸濁重合法であっても耐久性が低下するという課題があった。
低温定着性と耐久性を両立するための方策として、結晶性樹脂と非晶性樹脂のハイブリット樹脂が提案されている(特許文献2)。これにより、低温定着性と耐久性を両立したトナーが得られるようになった。しかしながら、上記ハイブリット樹脂は結晶部分と非晶性部分の特性を併せ持つために各々の分子量をある程度高めることが必要となってくる。懸濁重合法においては、このようなある程度高い分子量をもった樹脂を添加すると重合性単量体組成物の粘度上昇に伴った造粒性の悪化という問題が発生する。
また、市場の要求はさらに厳しくなっており、さらなる低温定着性が求められている。低温定着性を伸ばすためには、上述した結晶性材料を多量にトナーへ導入することが必要であり、生産性という面で大きな課題となっている。
即ち、本発明は、スチレン、及び、該スチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基を有するポリエステルAを含有する重合性単量体組成物を水系媒体中に加えて、該水系媒体中で該重合性単量体組成物の粒子を形成する工程と、
該重合性単量体組成物の該粒子に含有される該スチレンと該ポリエステルAとを共重合
させて、トナー粒子を得る工程とを有するトナーの製造方法であって、
該ポリエステルAは、ポリエステルの末端をスチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基を有する化合物で変性することで得られるものであり、
該ポリエステルAの融点(Tm)が、50℃以上95℃以下であり、
該重合性単量体組成物が、該ポリエステルAを3質量%以上40質量%以下含有し、
該トナーが、DSCの測定において該ポリエステルAに由来する吸熱ピーク又はショルダーを有することを特徴とするトナーの製造方法に関する。
本発明のトナーの製造方法(以下、単に、本発明の製造方法ともいう)は、スチレン、及び、該スチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基を有するポリエステルAを含有する重合性単量体組成物を水系媒体中に加えて、該水系媒体中で該重合性単量体組成物の粒子を形成する工程と、
該重合性単量体組成物の該粒子に含有される該スチレンと該ポリエステルAとを共重合させて、トナー粒子を得る工程とを有するトナーの製造方法であって、
該ポリエステルAは、ポリエステルの末端をスチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基を有する化合物で変性することで得られるものであり、
該ポリエステルAの融点(Tm)が、50℃以上95℃以下であり、
該重合性単量体組成物が、該ポリエステルAを3質量%以上40質量%以下含有し、
該トナーが、DSCの測定において該ポリエステルAに由来する吸熱ピーク又はショルダーを有することを特徴とする。
本発明は、トナーを構成する重合性単量体組成物中にスチレン、及び、該スチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基を有するポリエステルAを含有することが必須である。造粒時の段階では上記スチレン及びポリエステルAは独立して存在しており、重合性単量体組成物の粘度上昇の要因となる樹脂分としてはポリエステルAと、必要に応じて添加されるシェル樹脂である極性樹脂及び荷電制御樹脂などである。そのため、ポリエステルAを比較的多く含有させても重合性単量体組成物の粘度上昇は抑制され、造粒性を乱すことなくシャープな粒度分布が得られる。
次いで重合反応工程において、スチレンとポリエステルAが共重合することでポリエステルAにポリスチレンがグラフトした結晶―非晶のハイブリット樹脂が生成される。このハイブリット樹脂により、耐久性と低温定着性に優れたトナーが得られる。
該ポリエステルAは、ポリエステルの末端をスチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基を有する化合物で変性することで得られるものである。すなわち、ポリエステルAは、重合性官能基で分子の末端のみが変性されている。分子末端以外に重合性官能基を有する場合、ポリエステルAの分子量分布に対して、分子量が大きいものほど多くの重合性官能基を持ち、低分子量のものは重合性官能基を持たない可能性が高くなる。そのため、重合工程でスチレンと共重合すると、分子量の大きいものは架橋して巨大分子量成分を生成し、また低分子量のものは未反応樹脂として多く存在してしまう。
てくるので耐熱性及び耐久性が劣る傾向にある。
1.5個より多い場合は、ポリエステル分子の両末端に重合性官能基を持つ割合が増えてくるため、重合時に架橋剤として働く成分が多くなり定着グロスの低下が起こる傾向にある。また定着性の阻害が起こる傾向にあり、低温定着性も劣る場合がある。ポリエステルAの重合性官能基はポリエステル分子1つあたり0.8個以上1.2個以下であることがより好ましい。
ポリエステルAが、ポリエステル分子の片方の末端を、前記スチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基を有する化合物で変性することで得られるものであることが好ましい。片末端変性であるとポリエステル分子1分子中に2個以上の重合性官能基を有することはない(ポリエステルAが、ポリエステル分子の両方の末端に前記重合性官能基を有するポリエステル分子を含まない)ため、架橋成分として働くがことなく定着時の光沢(グロス)が優れる。
ポリエステルAとスチレンとが共重合したハイブリット樹脂は、トナー中では結晶性を維持していることが必要である。結晶性を維持しているかの判断はDCSにおけるポリエステルAに由来する吸熱ピークの有無で判断する。トナーのDSC測定におけるポリエステルAの由来の吸熱ピークはワックスなどの他の成分と重なることもあり、その場合はショルダーとして存在する場合がある。したがって、トナーのDSC測定においてポリエステルAに由来する吸熱ピーク又はショルダーを有している場合に、ポリエステルAとスチレンのハイブリット樹脂がトナー中で結晶性を維持していると判断できる。トナーのDSC測定においてポリエステルAに由来する吸熱ピーク又はショルダーがない場合、それは結晶性樹脂であるポリエステルAが完全に結着樹脂と相溶していることを示唆している。その場合、低Tg成分であるポリエステルAが結晶化せずトナー中に存在することなり耐久性、耐熱性が著しく劣る。
SP値は、添加するモノマーの種類と量によって制御することができる。SP値を大きくするためには、例えば、SP値の大きいモノマーを添加すればよい。一方、SP値を小さくするためには、例えば、SP値の小さいモノマーを添加すればよい。
ラクトンとしては、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、7−ヘプタノリド、8−オクタノリド、9−ノナノリド、10−デカノリド、11−ウンデカノリド、12−ドデカノリド、13−トリデカノリド、14−テトラデカノリド、15−ペンタデカノリド、16−ヘキサデカノリド、17−ヘプタデカノリド、18−オクタデカノリド、19−ノナデカノリドなどである。
なお、ラクトンを用いた場合、モノアルコールを開始剤として開環重合することで片末端に官能基を持ったポリエステルを得ることができる。モノアルコールとしては、エタノール、1−デカノール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコールなどの、炭素数1〜22のモノアルコールが好ましく例示できる。
具体的には、芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸などが挙げられる。分岐脂肪族ジカルボン酸としては、ジメチルマロン酸、イソプロピルマロン酸、ジエチルマロン酸、1−メチルブチルマロン酸、ジプロピルマロン酸、ジイソブチルマロン酸などが挙げられる。
環式脂肪族ジカルボン酸としては、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−アダマンタンジカルボン酸などが挙げられる。
芳香族ジオールとしては、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのポリオキシプロピレン付加物、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンのポリオキシエチレン付加物などが挙げられる。
分岐脂肪族ジオールとしては、3−メチル−1,3−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ピナコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、3,5−ジメチル−2,4−ドコサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオールなどが挙げられる。
環式脂肪族ジオールとしては、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパンなどが挙げられる。
変性方法としては、酸クロイドを用いたショッテン・バウマン反応や、イソシアネートを用いたウレタン反応などによる変性が挙げられる。
具体的な該重合性官能基を有する化合物としては、アクリロイルクロリド、メタクリロイルクロリド、p−スチレンスルホン酸クロリド、2−アクリロイルオキシエチルイソシアナート、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアナートなどが挙げられる。
上記重合性官能基を有する化合物を、上記ポリエステルに対して、0.7mol当量以上2.0mol当量以下反応させることが好ましく、0.9mol当量以上1.5mol当量以下反応させることがより好ましい。
上記スチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基が、C=C結合を有する官能基であることが好ましい。具体的には、ビニル基、アクリロイル基又はメタクリロイル基などを含む官能基である。例えば、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、p−スチレンスルホン酸基、2−アクリロイルオキシエチル基、2−メタクリロイルオキシエチル基などが好ましく挙げられる。
好適に用いられる重合性単量体としては、α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレンのようなスチレン誘導体類;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、iso−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、n−アミルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェート
エチルアクリレート、2−ベンゾイルオキシエチルアクリレートのようなアクリル系重合性単量体類;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、iso−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、iso−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、n−アミルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートのようなメタクリル系重合性単量体類;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、ギ酸ビニルのようなビニルエステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトンのようなビニルケトン類など;ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’−ビス(4−(アクリロキシジエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシジエトキシ)フェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシポリエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレート、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタリン、ジビニルエーテル、4,4’−ジビニルビフェニルなどが挙げられる。
水系媒体に懸濁した重合性単量体組成物中に極性樹脂が存在する場合、水に対する親和性の違いから、極性樹脂が水系媒体と重合性単量体組成物の粒子との界面付近に移行しやすいため、トナー粒子の表面に極性樹脂が偏在することになる。その結果、トナー粒子はコア−シェル構造を有する。
また、シェルに用いる極性樹脂に、溶融温度の高いものを選択すれば、低温定着を目的として結着樹脂をより低温で溶融するような設計とした場合でも、トナーの保存中におけるブロッキングの発生を抑制することができる。
ポリエステル系樹脂としては、下記に挙げる酸成分単量体とアルコール成分単量体とを縮重合した樹脂を用いることができる。酸成分単量体としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、フマル酸、マレイン酸、マロン酸、コハク酸、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、しょうのう酸、シクロヘキサンジカルボン酸、及び、トリメリット酸から選択されるものが挙げられる。
アルコール成分単量体としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ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、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シ
クロヘキサンのアルキレングリコール類及びポリアルキレングリコール類、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノール、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物、グリセリン、トリメチロールプロパン、及びペンタエリスリトールから選択されるものが挙げられる。
カルボキシル基含有スチレン系樹脂としては、スチレン系のアクリル酸共重合体、スチレン系のメタクリル酸共重合体、スチレン系のマレイン酸共重合体などが好ましく、特にスチレン−アクリル酸エステル−アクリル酸系共重合体が帯電量を制御し易く好ましい。また、カルボキシル基含有スチレン系樹脂は1級又は2級の水酸基を有する単量体を含有していることがより好ましい。具体的な重合体組成物としては、スチレン−2−ヒドロキシエチルメタクリレート−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−n−ブチルアクリレート−2−ヒドロキシエチルメタクリレート−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−2−ヒドロキシエチルメタクリレート−メタクリル酸−メタクリル酸メチル共重合体などを挙げることができる。1級又は2級の水酸基を有する単量体を含有した樹脂は極性が大きく、長期放置安定性がより良好となる。
極性樹脂の添加量は、重合性単量体100.0質量部に対して1.0質量部以上20.0質量部以下が好ましく、より好ましくは2.0質量部以上10.0質量部以下である。
これらの中でも、ポリオレフィン、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス、若しくは、石油系ワックスを使用した場合に、現像性や転写性が向上する傾向があり好ましい。なお、これらのワックス成分には、トナーの帯電性に影響を与えない範囲で酸化防止剤が添加されていてもよい。また、これらのワックス成分は、重合性単量体100.0質量部に対して1.0質量部以上30.0質量部以下使用するのが好ましい。
本発明に用いられるワックス成分の融点は30℃以上120℃以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは60℃以上100℃以下の範囲であることが好ましい。
上記のような熱特性を呈するワックス成分を用いることにより、離型効果が効率良く発現され、十分な定着領域が確保される。
シアン系着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、及び、塩基染料レーキ化合物が挙げられる。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、C.I.ピグメントブルー7、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:1、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:4、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントブルー62、及び、C.I.ピグメントブルー。
マゼンタ系着色剤としては、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、アントラキノン、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、及び、ペリレン化合物。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメン
トレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.ピグメントレッド23、C.I.ピグメントレッド48:2、C.I.ピグメントレッド48:3、C.I.ピグメントレッド48:4、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド81:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド146、C.I.ピグメントレッド150、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド169、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド184、C.I.ピグメントレッド185、C.I.ピグメントレッド202、C.I.ピグメントレッド206、C.I.ピグメントレッド220、C.I.ピグメントレッド221、及び、C.I.ピグメントレッド254。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、及び、上記イエロー系着色剤、マゼンタ系着色剤、及びシアン系着色剤を用いて黒色に調色されたものが挙げられる。
これらの着色剤は、単独又は混合し、さらには固溶体の状態で用いることができる。本発明に用いられる着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、及び、トナー粒子中の分散性の点から選択される。
該着色剤は、重合性単量体100.0質量部に対して1.0質量部以上20.0質量部以下用いることが好ましい。
また、カーボンブラックについては、上記染料と同様の疎水化処理の他、カーボンブラックの表面官能基と反応する物質(ポリオルガノシロキサン)で処理を行ってもよい。
荷電制御剤としてはトナーを負荷電性に制御するものと正荷電性に制御するものがある。トナーを負荷電性に制御するものとしては、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、芳香族ジカルボン酸、オキシカルボン酸及びジカル
ボン酸系の金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールのようなフェノール誘導体類、尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、含金属ナフトエ酸系化合物、ホウ素化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン、及び、荷電制御樹脂などが挙げられる。
これら荷電制御剤は、単独で又は2種類以上組み合わせて添加してもよい。
これら荷電制御剤の中でも、含金属サリチル酸系化合物が好ましく、特にその金属がアルミニウム若しくはジルコニウムであるものが好ましい。
荷電制御剤の添加量は、重合性単量体100.0質量部に対して0.01質量部以上20.0質量部以下であることが好ましく、より好ましくは0.5質量部以上10.0質量部以下である。
荷電制御樹脂は、スルホン酸基、スルホン酸塩基又はスルホン酸エステル基を有する重合体又は共重合体を用いることが好ましい。スルホン酸基、スルホン酸塩基又はスルホン酸エステル基を有する重合体としては、特にスルホン酸基含有アクリルアミド系モノマー又はスルホン酸基含有メタクリルアミド系モノマーを共重合比で2質量%以上含有することが好ましく、より好ましくは5質量%以上含有することである。荷電制御樹脂は、ガラス転移温度(Tg)が35以上90℃以下、ピーク分子量(Mp)が10,000以上30,000以下、重量平均分子量(Mn)が25,000以上50,000以下であることが好ましい。これを用いた場合、トナー粒子に求められる熱特性に影響を及ぼすことなく、好ましい摩擦帯電特性を付与することができる。さらに、荷電制御樹脂がスルホン酸基を含有している為、着色剤の分散液中の荷電制御樹脂自身の分散性、及び、着色剤の分散性が向上し、着色力、透明性、及び、摩擦帯電特性をより向上させることができる。
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、及び、アゾビスメチルブチロニトリル、2,2’−アゾビス−(イソ酪酸メチル)などが挙げられる。
金属塩が挙げられる。還元性物質としては還元性金属塩(2価の鉄塩、1価の銅塩、及び、3価のクロム塩)、アンモニア、低級アミン(メチルアミン、及び、エチルアミンの如き炭素数1〜6程度のアミン)、ヒドロキシルアミンのようなアミノ化合物、チオ硫酸ナトリウム、ナトリウムハイドロサルファイト、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、及び、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートの還元性硫黄化合物、低級アルコール(炭素数1〜6)、アスコルビン酸又はその塩、及び低級アルデヒド(炭素数1〜6)が挙げられる。
重合開始剤は、10時間半減期温度を参考に選択され、単独又は混合して利用される。前記重合開始剤の添加量は、目的とする重合度により変化するが、一般的には重合性単量体100.0質量部に対し0.5質量部以上20.0質量部以下が添加される。
重合開始剤は、重合性単量体中に他の添加剤を添加する時に同時に加えてもよいし、水系媒体中に懸濁する直前に混合してもよい。また、造粒直後、重合反応を開始する前に重合性単量体あるいは溶媒に溶解した重合開始剤を加えてもよい。
重合性単量体を重合させる場合に各種架橋剤を用いることもできる。架橋剤としては、ジビニルベンゼン、4,4’−ジビニルビフェニル、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、及び、トリメチロールプロパントリメタクリレートのような多官能性化合物が挙げられる。
これら分散安定剤の中で、無機化合物の分散安定剤を用いる場合、市販のものをそのまま用いてもよいが、より細かい粒径の分散安定剤を得るために、水系媒体中で該無機化合物を生成させてもよい。例えば、リン酸三カルシウムの場合、高撹拌下において、リン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を混合することで得られる。
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Na2Oや、SO3 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、塩化チタンなどの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、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体であってもよい。
帯電量の調整、環境安定性の向上、及び、高温高湿下での流動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好ましい。トナーに外添された無機微粉体が吸湿すると、トナーの摩擦帯電量、及び、流動性が低下し、現像性や転写性の低下が生じ易くなる。
無機微粉体を疎水化処理するための処理剤としては、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、及び、有機チタン化合物が挙げられる。その中でも、シリコーンオイルが好ましい。これらの処理剤は単独で用いても併用してもよい。
無機微粉体の総添加量は、トナー粒子100.0質量部に対して1.0質量部以上5.0質量部以下であることが好ましく、より好ましくは1.0質量部以上2.5質量部以下である。外添剤は、トナーの耐久性の点から、トナー粒子の平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。
<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)及び個数平均粒径(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。なお、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行なう。
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。
なお、測定、解析を行なう前に、以下のように専用ソフトの設定を行なった。
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。
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。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液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3質量倍に希釈した希釈液を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 Dispersion 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。なお、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なう。
(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)及び個数平均粒径(D1)を算出する。なお、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。
本発明におけるSP値は、Fedorsの式(3)を用いて求めた。ここでのΔei、及びΔviの値は著「コーティングの基礎科学」54〜57頁、1986年(槇書店)の表3〜9による原子及び原子団の蒸発エネルギーとモル体積(25℃)」を参照にした。
δi=[Ev/V]1/2=[Δei/Δvi]1/2 式(3)
Ev:蒸発エネルギー
V:モル体積
Δei:i成分の原子又は原子団の蒸発エネルギー
Δvi:i成分の原子又は原子団のモル体積
例えば、ヘキサンジオールは、原子団(−OH)×2+(−CH2)×6から構成され、計算SP値は下記式で求められる。
δi=[Δei/Δvi]1/2=[{(5220)×2+(1180)×6}/{(13)×2+(16.1)×6}]1/2
SP値(δi)は11.95となる。
ポリエステルAの重量平均分子量(Mw)と個数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
まず、室温で、ポリエステルAをテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、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を得る。なお、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:高速GPC装置「HLC−8220GPC」[東ソー(株)製]
カラム:LF−604の2連
溶離液:THF
流速:0.6ml/min
オーブン温度:40℃
試料注入量 :0.020ml
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、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−25
00、A−1000、A−500」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
ポリエステルAの重合性官能基数は上記のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求めた個数平均分子量(Mn)と核磁気共鳴分光分析(1H−NMR)より求めた分子量(M_NMR)を用いて求めた。
核磁気共鳴分光分析(1H−NMR)[400MHz、CDCl3、室温(25℃)]の測定条件は、
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
得られたスペクトルの積分値より、重合性官能基1つあたりに対する構成するポリエステル単量体の構成比が求まる。ポリエステル単量体の構成比と分子量から、重合性官能基に基づいた、NMR分子量(M_NMR)が算出できる。
さらに、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)より求めた数平均分子量(Mn)と上記NMRより求めたNMR分子量(M_NMR)より、下記式によりポリエステル分子1つあたりの重合性官能基数を算出することができる。
重合性官能基数 =GPC数平均分子量(Mn)/NMR分子量(M_NMR)
ポリエステルAの融点(Tm)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
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る。
具体的には、ポリエステルA3mgを精秤し、これを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30〜200℃の間で、昇温速度10℃/minで測定を行う。なお、測定においては、一度200℃まで昇温させ、続いて30℃まで10℃/minで降温し、その後に再度昇温を行う。この2度目の昇温過程での温度30〜200℃の範囲におけるDSC曲線の最大の吸熱ピークを、本発明のポリエステルAのDSC測定における融点(Tm)とする。
トナーにおけるポリエステルAに由来する吸熱ピーク又はショルダーの測定は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM
D3418−82に準じて測定する。
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る。
具体的には、トナー3mgを精秤し、これを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30〜200℃の間で、昇温速度10℃/minで測定を行う。なお、測定においては、一度200℃まで昇温させ、続いて30℃まで10℃/minで降温し、その後に再度昇温を行う。この2度目の昇温過程での温度30〜200℃の範囲におけるDSC曲線からポリエステルAに由来する吸熱ピークを判断する。なお、ワックスなどの他の成分とポリエステルAの融点が近い場合、吸熱ピーク同士が重なりショルダーとして観測される場合がある。
撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管、及び、減圧装置を備えた反応容器に、単量体として12−ドデカノリド100.0質量部、開始剤にステアリルアルコール3.5部、エステル化触媒としてチタン(IV)イソプロポキシド0.9質量部を加えて、窒素雰囲気下、160℃で5時間反応させた。その後、180℃で4時間反応させ、さらに180℃、1hPaで所望の分子量となるまで反応させてポリエステル(1)を得た。
次いで、撹拌機、温度計、及び、窒素導入管を備えた反応容器にポリエステル(1)100.0質量部に、脱水クロロホルム100.0質量部を添加して完全に溶解させた後、トリエチルアミン3.0質量部を加え、氷冷させながら、アクリロイルクロリド1.9質量部を徐々に加えた。その後、室温(25℃)で一昼夜撹拌した。
メタノール300.0質量部で再沈殿させた後、濾過、乾燥させてポリエステルA−1を得た。得られたポリエステルA−1の物性を表3に示す。
ポリエステルA−1の製造で得られたポリエステル(1)100.0質量部に、テトラヒドロフラン100.0質量部を添加して40℃に昇温させて完全に溶解させた後、表1に示すようにアクリロイルクロリドに換えて2−アクリロイルオキシエチルイソシアナート2.7質量部を徐々に加えた。その後、40℃で5時間撹拌した。その後、1hPaでTHFを除去して、反応容器からバットに移し、冷却後粗砕してポリエステルA−2を得た。得られたポリエステルA−2の物性を表3に示す。
撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管、及び、減圧装置を備えた反応容器に、単量体としてセバシン酸100.0質量部、1,10−デカンジオール93.5部、エステル化触媒としてチタン(IV)イソプロポキシド0.8質量部を加えて、窒素雰囲気下、160℃で5時間反応させた。その後、180℃で4時間反応させ、さらに180℃、1hPaで所望の分子量となるまで反応させてポリエステル(2)を得た。
次いで、撹拌機、温度計、及び、窒素導入管を備えた反応容器にポリエステル(2)100.0質量部に、脱水クロロホルム200.0質量部を添加して完全に溶解させた後、トリエチルアミン4.2質量部を加え、氷冷させながら、p−スチレンスルホン酸クロリド4.9質量部を徐々に加えた。その後、室温(25℃)で一昼夜撹拌した。
メタノール300.0質量部で再沈殿させた後、濾過、乾燥させてポリエステルA−3得た。得られたポリエステルA−3の物性を表3に示す。
表2に示すようにp−スチレンスルホン酸クロリドの添加量を変える以外はポリエステルA−3の製造方法と同様にしてポリエステルA−4及び6を得た。得られたポリエステルA−4及び6の物性を表3に示す。
表1に示すような原料に変更すること以外はポリエステルA−1又はポリエステルA−2の製造方法と同様にしてポリエステルA−5及び7〜16を得た。得られたポリエステルA−5及び7〜16の物性を表3に示す。
撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管、及び、減圧装置を備えた反応容器に、単量体としてセバシン酸100.0質量部、1,10−デカンジオール98.8部、及びフマル酸3.8質量部、エステル化触媒としてチタン(IV)イソプロポキシド0.7質量部を加えて、窒素雰囲気下、160℃で5時間反応させた。その後、200℃で1時間反応させ、さらに200℃、1hPaで所望の分子量となるまで反応させてポリエステルA−17を得た。得られたポリエステルA−17の物性を表3に示す。
温度60℃に加温したイオン交換水1300.0質量部に、リン酸三カルシウム9.0質量部を添加し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、撹拌速度15,000rpmにて撹拌し、水系媒体を調製した。
また、下記の材料をプロペラ式攪拌装置にて撹拌速度100rpmで撹拌しながら、混合して混合液を調製した。
・スチレン 56.5質量部・n−ブチルアクリレート 19.0質量部・ポリエステルA−1 24.5質量部
次に上記混合液に、
・シアン着色剤(C.I.ピグメントブルー15:3) 6.5質量部・負荷電制御剤(ボントロンE−88、オリエント化学社製) 0.7質量部・炭化水素ワックス(Tm=78℃) 9.0質量部・負荷電制御樹脂1 1.0質量部(スチレン/アクリル酸2−エチルヘキシル/2−アクリルアミド−2−メチルプロパン
スルホン酸共重合体、酸価14.5mgKOH/g、Tg=83℃、Mw=33,000)
・極性樹脂 5.0質量部(スチレン/2−ヒドロキシエチルメタクリレート/メタクリル酸/メタクリル酸メチル共重合体、酸価10mgKOH/g、Tg=80℃、Mw=15,000)
を加え、その後、混合液を温度65℃に加温した後にTK式ホモミキサー(特殊機化工業製)にて、撹拌速度10,000rpmにて攪拌し、溶解、分散し、重合性単量体組成物を調整した。
・パーブチルPV(10時間半減期温度54.6℃(日本油脂製)) 6.0質量部を加え、温度70℃にてTK式ホモミキサーを用いて、撹拌速度12,000rpmで10分間攪拌し、造粒した。
プロペラ式攪拌装置に移して撹拌速度200rpmで攪拌しつつ、温度85℃で5時間、重合性単量体組成物中の重合性単量体であるスチレン、ポリエステルA−1及びn−ブチルアクリレートを重合反応させ、トナー粒子を含むスラリーを製造した。重合反応終了後、該スラリーを冷却した。冷却されたスラリーに塩酸を加えpHを1.4にし、1時間撹拌することでリン酸カルシウム塩を溶解させた。その後、スラリーの10倍の水量で洗浄し、ろ過、乾燥の後、分級によって粒子径を調整してトナー粒子を得た。
上記トナー粒子100.0質量部に対して、外添剤として、シリカ微粉体に対して20質量%のジメチルシリコーンオイルで処理された疎水性シリカ微粉体(1次粒子径:7nm、BET比表面積:130m2/g)1.5質量部をヘンシェルミキサー(三井三池社製)で、撹拌速度3000rpmで15分間混合して、トナー1を得た。トナー1の物性を表4に示す。
表4に示すように変更すること以外はトナー1と同様の製造方法でトナー2〜21を得た。トナー2〜21の物性を表4に示す。
「コールター・カウンター Multisizer 3」の重量平均粒径(D4)と個数平均粒径(D1)との比(D4/D1)の値を造粒性の指標として評価した。本発明では、C以上が許容できるレベルである。
(評価基準)
A:D4/D1が1.20未満
B:D4/D1が1.20以上1.25未満
C:D4/D1が1.25以上1.35未満
D:D4/D1が1.35以上
画像評価は、市販のカラーレーザープリンタ〔HP Color LaserJet 3525dn]を一部改造して評価を行った。改造は一色のプロセスカートリッジだけの装着でも作動するよう改良した。また、定着器を任意の温度に変更できるように改造した。
このカラーレーザープリンタに搭載されていたブラックトナー用のプロセスカートリッジから中に入っているトナーを抜き取り、エアーブローにて内部を清掃した後、プロセスカートリッジに各トナー(300g)を導入し、トナーを詰め替えたプロセスカートリッジをカラーレーザープリンタに装着し、以下の画像評価を行った。具体的な画像評価項目は下記の通りである。
転写材にベタ画像(トナーの載り量:0.9mg/cm2)を、定着温度を変えてプリントし、評価した。なお、定着温度は定着ローラー表面を非接触の温度計を用いて測定した値である。転写材は、LETTERサイズの普通紙(XEROX4200、XEROX社製、75g/m2)を用いた。本発明では、C以上が許容できるレベルである。
(評価基準)
A:100℃でオフセットせず
B:100℃でオフセット発生
C:110℃でオフセット発生
D:120℃でオフセット発生
転写材にベタ画像(トナーの載り量:0.9mg/cm2)を、定着温度を変えてプリントし(190〜210℃)、評価した。なお、定着温度は定着ローラー表面を非接触の温度計を用いて測定した値である。転写材は、普通紙(LETTERサイズのXEROX4200用紙、XEROX社製、75g/m2)を用いた。本発明では、C以上が許容できるレベルである。
(評価基準)
A:210℃でオフセットせず
B:210℃でオフセット発生
C:200℃でオフセット発生
D:190℃でオフセット発生
各トナー5gを50ccポリカップに取り、温度55℃/湿度10%RHで3日間放置し、凝集塊の有無を調べて評価した。本発明では、C以上が許容できるレベルである。
(評価基準)
A:凝集塊発生せず
B:軽微な凝集塊が発生、軽く指で押すと崩れる
C:凝集塊が発生、軽く指で押しても崩れない
D:完全に凝集
定着温度170℃でベタ画像(トナーの載り量:0.6mg/cm2)をプリントし、PG−3D(日本電色工業製)を用いて、画像のグロス値の測定を行った。転写材としては、LETTERサイズの普通紙(XEROX4200用紙、XEROX社製、75g/m2)を用いた。
(評価基準)
A:グロス値が30以上
B:グロス値が25以上30未満
C:グロス値が15以上25未満
D:グロス値が15未満
常温常湿環境下(温度23℃/湿度60%RH)、及び、高温高湿環境下(温度33℃/湿度85%RH)において、横線で1%の印字率の画像を25000枚プリントアウト終了後、LETTERサイズのXEROX4200用紙(XEROX社製、75g/m2)にハーフトーン(トナーの載り量:0.6mg/cm2)の画像をプリントアウトし、現像スジの評価をした。本発明では、C以上が許容できるレベルである。
(評価基準)
A:未発生
B:現像スジが1カ所以上3カ所以下発生
C:現像スジが4カ所以上6カ所以下発生
D:現像スジが7カ所以上発生、あるいは、幅0.5mm以上発生
実施例1〜16では、トナーとして、トナー1〜16をそれぞれ用いて上記評価を行った。その評価結果を表5に示す。
比較例1〜5では、トナーとしてトナー17〜21をそれぞれ用いて上記評価を行った。その評価結果を表5に示す。
Claims (6)
- スチレン、及び該スチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基を有するポリエステルAを含有する重合性単量体組成物を水系媒体中に加えて、該水系媒体中で該重合性単量体組成物の粒子を形成する工程と、
該重合性単量体組成物の該粒子に含有される該スチレンと該ポリエステルAとを共重合させて、トナー粒子を得る工程とを有するトナーの製造方法であって、
該ポリエステルAは、ポリエステルの末端をスチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基を有する化合物で変性することで得られるものであり、
該ポリエステルAの融点(Tm)が、50℃以上95℃以下であり、
該重合性単量体組成物が、該ポリエステルAを3質量%以上40質量%以下含有し、
該トナーが、DSCの測定において該ポリエステルAに由来する吸熱ピークまたはショルダーを有することを特徴とするトナーの製造方法。 - 前記ポリエステルAに含まれるポリエステル分子1つ当たりの前記重合性官能基の数が、0.7個以上1.5個以下である請求項1に記載のトナーの製造方法。
- 前記ポリエステルAが、ポリエステルの片方の末端を、前記スチレンのビニル基と重合反応可能な重合性官能基を有する化合物で変性することで得られるものである請求項1又は2に記載のトナーの製造方法。
- 前記ポリエステルAの重量平均分子量(Mw)が、3000以上25000以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
- 前記ポリエステルAが脂肪族ポリエステルであり、前記ポリエステルAのSP値が9.25以上10.15以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
- 前記重合性官能基が、C=C結合を有する官能基である請求項1〜5のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
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