JP6292805B2 - トナーの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法による画像形成に使用される静電荷像現像用のトナーの製造方法に関する。
複写機やプリンターなどの電子写真装置(電子写真法による画像形成装置)に対する利用者からの要求は、年々厳しくなっている。近年の動向では、高速プリントに対応するための高い耐久性や、使用環境(温度・湿度)に依存しない安定した品質の画像を提供することが求められている。
従来、画像品質を向上させるための手段として、トナー粒子にサブミクロンサイズの外添剤を添加する手法が知られている。特許文献1には、サブミクロンサイズのシリカ粒子をトナー粒子に外添することで、トナーと転写部材との物理的な付着力を引き下げ、トナーの転写性を向上させ、画像品質の向上を図る技術が開示されている。
しかしながら、サブミクロンサイズのシリカ粒子は、現像装置内でのストレスなどにより、トナー粒子からの脱離が生じやすい。トナー粒子からシリカ粒子が脱離すれば、トナーの転写性は低下しやすい。また、トナー粒子から脱離したシリカ粒子は、多数枚をプリントしたときに、帯電部材などの部材の汚染を引き起こす場合がある。このような部材の汚染は、画像品質の低下を引き起こしやすいため、長期にわたる画像出力を行った場合、高い画像品質を維持することが難しい。
このような課題を改善する技術として、シリカ粒子をトナー粒子に内添する技術が知られている。特許文献2には、水系媒体中でトナー粒子を製造する際、トナー粒子にシリカ粒子を内添することで、トナー粒子の表層にシリカ粒子を固定化し、シリカ粒子の脱離の抑制を図る技術が開示されている。
特開2007−171666号公報 特開2006−220673号公報
しかしながら、水系媒体中でトナー粒子を製造する際、シリカ粒子をトナー粒子に内添し、トナー粒子の表層にシリカ粒子を露出させるには、シリカ粒子の親水性を高める必要があるため、シリカ粒子への疎水化処理を抑制する必要がある。
シリカ粒子への疎水化処理を抑制すると、シリカ粒子の吸湿性は高まる傾向にあるため、特に高温高湿環境下でのトナーの帯電性の低下が生じやすくなり、帯電不良によるカブリなどが生じやすくなるといった課題がある。
以上のように、水系媒体中でトナー粒子を製造する際、シリカ粒子をトナー粒子に内添し、トナー粒子の表層にシリカ粒子を固定化する方法は、シリカ粒子のトナー粒子からの脱離を抑制する手法としては効果的である。
しかしながら、高温高湿環境下であっても、トナーの帯電性の低下を抑制したうえで、長期にわたる画像出力を行った場合であっても、トナーの高い転写性を維持し、カブリなどの画像品質の低下を抑制するには、まだ改善の余地があった。
本発明の目的は、長期にわたる画像出力を行った場合であっても、高い転写性を維持することが可能であり、また、高温高湿環境下であっても高い、帯電性を維持し、帯電不良によるカブリが生じにくいトナーを提供することにある。
本発明者らは、シリカ粒子をトナー粒子に内添したトナーについて、鋭意検討を重ねた。その結果、以下のトナーの製造方法によって、上述の課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明は、重合性単量体およびシリカ粒子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重合性単量体組成物の粒子を形成し、該粒子中に含有される該重合性単量体を重合させてトナー粒子を製造する工程を含むトナーの製造方法であって、
該シリカ粒子の体積平均粒径(Dv)が、50nm以上800nm以下であり、
該シリカ粒子を105℃から200℃に加熱した際の質量減少率が、0.60%以下であり、
該シリカ粒子の疎水化度が、5%以上40%未満である
ことを特徴とするトナーの製造方法である。
本発明によれば、長期にわたる画像出力を行った場合であっても、高い転写性を維持することが可能であり、また、高温高湿環境下であっても、高い帯電性を維持し、帯電不良によるカブリが生じにくいトナーを提供することができる。
本発明のトナーは、結着樹脂およびシリカ粒子を含有するトナーである。そして、下記(i)または(ii):
(i)重合性単量体およびシリカ粒子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重合性単量体組成物の粒子を形成し(造粒し)、
該粒子中に含有される該重合性単量体を重合させてトナー粒子を製造する工程;
(ii)結着樹脂およびシリカ粒子ならびに該結着樹脂を溶解しうる有機溶媒を混合し、該シリカ粒子を分散させ、該有機溶媒に該結着樹脂を溶解させた樹脂溶解液を、水系媒体中に加えて樹脂溶解液の粒子を形成し(造粒し)、
該粒子中に含有される該有機溶媒を除去してトナー粒子を製造する工程;
を含む製造方法によって製造されたトナー粒子を含有するトナーである。上記(i)の工程を含む製造方法によって製造されたトナー粒子の場合、結着樹脂は上記重合性単量体の重合によって合成される。
また、本発明のトナーは、
該シリカ粒子の体積平均粒径(Dv)が、50nm以上800nm以下であること、
該シリカ粒子を105℃から200℃に加熱した際の質量減少率が、0.60%以下であること、および、
該シリカ粒子の疎水化度が、5%以上40%未満である
ことを特徴とする。
まず、本発明に用いられるシリカ粒子について説明する。
本発明において、トナーに用いられるシリカ粒子の中でも、トナー粒子に内添される上記特定のシリカ粒子を「シリカ粒子A」とも称する。
本発明に用いられるシリカ粒子Aは、上記のとおり、体積平均粒径(Dv)が50nm以上800nm以下という比較的大粒径のシリカ粒子である。本発明に係るシリカ粒子Aの代わりに体積平均粒径(Dv)が50nmより小さいシリカ粒子を用いた場合、十分なスペーサー効果を発揮することができない。したがって、体積平均粒径(Dv)が50nmより小さいシリカ粒子を用いた場合、トナーの転写性が低下しやすい。また、体積平均粒径(Dv)が50nmより小さいシリカ粒子を用いた場合、トナー粒子の表面が劣化しやすい傾向がある。一方、本発明に係るシリカ粒子Aの代わりにシリカ粒子の体積平均粒径(Dv)が800nmより大きいシリカ粒子を用いた場合、トナー粒子に含有させたシリカ粒子がトナー粒子から脱離しやすくなる。そのため、長期にわたる画像出力を行った場合、トナーの帯電性が低下しやすく、帯電不良によるカブリなどが生じやすい。また、トナー粒子から脱離した大粒径のシリカ粒子は、電子写真装置内の各種部材(帯電部材など)へ付着し、それらを汚染しやすい。帯電部材が汚染された場合、帯電部材による帯電特性の低下や、それに伴ってカブリの発生が引き起こされる場合がある。シリカ粒子の体積平均粒径(Dv)は、特には、50nm以上であることが好ましく、80nm以上であることがより好ましい。一方、780nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがより好ましい。
本発明に用いられるシリカ粒子Aは、体積粒度分布における変動係数が、23%以下であることが好ましい。体積粒度分布における変動係数は、後述のように測定され、その値が小さいほど、シリカ粒子の粒度分布がシャープである(シリカ粒子の粒径が揃っている。)ことを意味する。シリカ粒子Aの体積粒度分布における変動係数が23%以下であれば、シリカ粒子Aがトナー粒子の表面において、より効果的なスペーサー効果を発揮することができる。その結果、トナーの転写性がより向上する。さらには、長期にわたる画像出力を行った場合であっても、高い帯電性および流動性を有するトナーを得ることができる。また、トナーの粒子ごとの帯電性の均一性が向上し、それにより、転写性も向上する。シリカ粒子Aの体積粒度分布における変動係数は、特には、15%以下であることが好ましく、10%以下であることがより好ましい。
本発明に用いられるシリカ粒子Aは、上記のとおり、シリカ粒子Aを105℃から200℃に加熱した際の質量減少率(以下単に「質量減少率」ともいう。)が0.60%以下であるシリカ粒子である。質量減少率とは、熱質量測定装置(TGA)を用い、常圧(1気圧)でシリカ粒子を50℃から500℃に加熱した際、105℃から200℃におけるシリカ粒子の質量減少量の百分率を意味する。シリカ粒子を加熱すると、シリカ粒子のシラノール基は、130℃前後で脱水縮合し、それによってシリカ粒子の質量が減少する。一方、シラノール基以外のシリカ粒子に付着している水分やその他の揮発性物質は、常圧(1気圧)において105℃程度でほぼ揮発してしまう。また、シリカ粒子の表面処理剤として一般的に用いられるHMDSやシリコーンオイルは、常圧(1気圧)において200℃程度ではほぼ揮発せず、200℃よりも高い温度(250℃程度)で揮発し始める。
以上のことから、本発明者らは、シリカ粒子の105℃から200℃における質量減少率を測定することで、シリカ粒子が有するシラノール基量を定量することができると考えている。
シリカ粒子のシラノール基は水分吸着サイトであるため、シリカ粒子のシラノール基量は、シリカ粒子の吸湿性を大きく左右する。そのため、シリカ粒子のシラノール基量は、トナーの帯電性、流動性および転写性に大きく影響する。本発明に係るシリカ粒子Aの代わりに質量減少率が0.60%より大きいシリカ粒子を用いた場合、シリカ粒子のシラノール基量が多いため、特に高湿環境下では、シリカ粒子に水分が多量に吸着してしまい、トナーの帯電性および流動性が低下しやすい。流動性が低下する結果、トナーの転写性も低下しやすい。シリカ粒子の質量減少率は、特には、0.10%以下であることが好ましく、0.02%以下であることがよりさらに好ましい。
本発明に用いられるシリカ粒子Aは、上記のとおり、疎水化度が5%以上40%未満であるシリカ粒子である。本発明のトナーに含有されるトナー粒子を製造する工程において、シリカ粒子の疎水化度は、トナー粒子中のシリカ粒子の存在状態を規定する重要な物性である。上記重合性単量体組成物または上記樹脂溶解液(これらをまとめて、以下「トナー組成物」ともいう。)中に含有されるシリカ粒子の疎水化度が低い場合、トナー組成物を水系媒体中に加えると、トナー組成物中のシリカ粒子は水系媒体側に移行しやすい。一方で、疎水化度が高い場合には、トナー組成物中のシリカ粒子は水系媒体側に移行しにくい。トナー組成物に含有させるシリカ粒子の疎水化度を適切に制御することで、水系媒体と水系媒体中で形成されたトナー組成物の粒子との界面近傍にシリカ粒子を存在させることができる。すなわち、本発明に係るシリカ粒子Aの代わりに疎水化度が5%より小さいシリカ粒子を用いた場合、トナー組成物の粒子から水系媒体へのシリカ粒子の移行量が増加し、シリカ粒子をトナー粒子中に効率的に内添することが難しい。一方、本発明に係るシリカ粒子Aの代わりに疎水化度が40%以上であるシリカ粒子を用いた場合、トナー粒子の表面近傍にシリカ粒子を適量に存在させることが難しい。疎水化度が5%以上40%未満であるシリカ粒子Aを用いることによって、シリカ粒子Aをトナー粒子の表面近傍に適量に存在させる(トナー粒子の表面に適量のシリカ粒子Aを露出させる)ことが可能になる。その結果、シリカ粒子Aによる良好なスペーサー効果を得ることができる。シリカ粒子Aの疎水化度は、特には、6%以上であることが好ましく、10%以上であることがより好ましい。一方、36%以下であることが好ましく、35%以下であることがより好ましい。
シリカ粒子を疎水化処理する方法としては、種々の方法を用いることが可能である。シリカ粒子の疎水化処理方法としては、例えば、シリカ粒子に疎水化処理剤を乾式で処理する方法や、シリカ粒子に疎水化処理剤を湿式で処理する方法が挙げられる。
それらの中でも、乾式による疎水化処理方法が、シリカ粒子の凝集を抑制しつつ、トナーに優れた流動性を付与することができる点で好ましい。乾式による疎水化処理方法としては、例えば、シリカ粒子を撹拌しながら、疎水化処理剤を噴霧して処理する方法や、疎水化処理剤の蒸気を流動床上のシリカ粒子や撹拌下のシリカ粒子へ導入する方法が挙げられる。
シリカ粒子の疎水化処理剤としては、例えば、
メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、t−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシランなどのクロロシラン類や、
テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、o−メチルフェニルトリメトキシシラン、p−メチルフェニルトリメトキシシラン、n−ブチルトリメトキシシラン、i−ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、i−ブチルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアルコキシシラン類や、
ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、へキサプロピルジシラザン、ヘキサブチルジシラザン、ヘキサペンチルジシラザン、ヘキサヘキシルジシラザン、ヘキサシクロヘキシルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、ジメチルテトラビニルジシラザンなどのシラザン類や、
ジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、クロロアルキル変性シリコーンオイル、クロロフェニル変性シリコーンオイル、脂肪酸変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコキシ変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、末端反応性シリコーンオイルなどのシリコーンオイルや、
ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサンなどのシロキサン類や、
ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ドデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ペンタデシル酸、ステアリン酸、ヘプタデシル酸、アラキン酸、モンタン酸、オレイン酸、リノール酸、アラキドン酸などの長鎖脂肪酸や、
上記脂肪酸と、亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、リチウムなどの金属との塩
などが挙げられる。これらの疎水化処理剤のうち、アルコキシシラン類、シラザン類、シリコーンオイル(特にはストレートシリコーンオイル)は、シリカ粒子に対する疎水化処理を実施しやすい点で好ましい。疎水化処理剤は、1種類のみ用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。2種類以上の疎水化処理剤を用いる場合、2種類以上の疎水化処理剤を混合してシリカ粒子の表面処理に用いてもよいし、2種類以上の疎水化処理剤を順次段階的に用いてシリカ粒子を表面処理してもよい。
シリカ粒子の疎水化処理剤としては、上記のように、炭素を含むものが多い。本発明に用いられるシリカ粒子Aは、炭素を含む疎水化処理剤で疎水化処理されているものである場合、疎水化処理剤に由来する炭素量が1.0質量%以下であることが好ましい。シリカ粒子における疎水化処理剤に由来する炭素量は、疎水化処理剤の使用量の指標の1つである。シリカ粒子Aにおける疎水化処理剤に由来する炭素量が1.0質量%以下であれば、疎水化処理剤の使用量が適量であるということができ、シリカ粒子Aをトナー粒子の表面近傍に適量に存在させることができる。疎水化処理剤に由来する炭素量は、特には、0.8質量%以下であることが好ましい。
本発明に用いられるシリカ粒子Aは、疎水化処理剤のシリカ粒子への固定化率が、90%以上であることが好ましい。疎水化処理剤のシリカ粒子への固定化率が90%以上であれば、本発明のトナーに含有されるトナー粒子を製造する工程において、疎水化処理剤が遊離しにくくなる。そのため、シリカ粒子の疎水化度が安定し、トナー粒子の表面近傍にシリカ粒子を安定して存在させることができる。疎水化処理剤のシリカ粒子への固定化率は、特には、91%以上であることが好ましい。疎水化処理剤のシリカ粒子への固定化率は、理論上、最大で100%である。
<シリカ粒子の体積平均粒径(Dv)および体積粒度分布における変動係数の測定>
本発明において、シリカ粒子の体積平均粒径(Dv)および体積粒度分布における変動係数の測定は、シスメック社製の測定装置(商品名:ゼータサイザーNano−ZS)を用いて行った。具体的には、シリカ粒子の体積平均粒径(Dv)および体積粒度分布における変動係数は、以下のようにして求められる。
まず、上記測定装置を用いてシリカ粒子の体積粒度分布を測定することで、体積粒度分布の標準偏差(上記測定装置では“width”と表示される。)と体積平均粒径(Dv)を求めることができる。そして、下式により、体積粒度分布における変動係数を求めることができる。下式に示すように、体積粒度分布における変動係数とは、体積粒度分布の標準偏差の、体積平均粒径に対する比率(%)を意味する。
体積粒度分布における変動係数(%)=(体積粒度分布の標準偏差/体積平均粒径(Dv))×100
本発明において、サンプルの調製および測定条件は以下のとおりにした。
シリカ粒子1mgをメタノール20mL中に添加し、SMT社製のホモジナイザーを用いて、3分間分散処理を行った。シリカ粒子の凝集による影響を小さくするため、分散処理後すぐに、以下の条件で、体積平均粒径(Dv)と変動係数を測定した。
〔測定条件〕
・セル:DTS0012−Disposable sizing cuvette
・Dispersant:Methanol
・Refractive Index:
material:1.460
dispersant:1.329
・Temperature:25℃
・Mesurment duration:
Number of runs:5
Runs duration(Seconds):10
・Result Calculation:General Purpose
<シリカ粒子の質量減少率の測定方法>
本発明において、シリカ粒子の質量減少率は、TA Instrument社製の測定装置(商品名:Hi−Res TGA 2950 Thermogravimetric Analyzer)を用いて、以下のようにして測定した。
上記測定装置用のパンにサンプルとしてのシリカ粒子を0.03g添加し、測定装置にセッティングした。その際、シリカ粒子の嵩高さを考慮して、サンプル量を調整した。そして、常圧(1気圧)において50℃で平衡状態にしてから10分間保持し、シリカ粒子の質量(M50)を測定した。その後、窒素ガスを供給し、常圧(1気圧)において20℃/分で500℃まで昇温し、質量変化を測定した。そして、下式のように、50℃で10分間保持した後のシリカ粒子の質量(M50)に対する、105℃から200℃におけるシリカ粒子の質量減少量(ΔM)の百分率を質量減少率とした。
質量減少率(%)=(ΔM/M50)×100
<シリカ粒子の疎水化度の測定方法>
本発明において、シリカ粒子の疎水化度は、以下のようにして測定した。
直径5cmおよび厚さ1.75mmの円筒型ガラス容器中に、フッ素樹脂コーティングされた長さ25mmおよび最大胴径8mmの紡錘型回転子を入れた。上記円筒型ガラス容器中にイオン交換水50mLを入れた後、シリカ粒子0.2gを添加し、レスカ社製の粉体濡れ性試験機(商品名:WET−100P)にセットした。マグネティックスターラーを用いて、200rpmの速度で撹拌しながら、上記粉体濡れ性試験機を通して、メタノールを0.8mL/分の速度で液中に添加した。液面上にシリカ粒子が認められなくなった点を終点とした。そして、終点でのメタノールと水との混合物中におけるメタノールの体積百分率(=(メタノールの体積/混合物の体積)×100)により表される値をシリカ粒子の疎水化度とした。
<シリカ粒子の炭素量の測定方法>
本発明において、シリカ粒子の疎水化処理剤に由来する炭素量は、HORIBA社製の炭素・硫黄分析装置(商品名:EMIA−320)を用いて測定した。サンプルであるシリカ粒子0.3gを精秤し、上記炭素・硫黄分析装置用のルツボに入れた。これに、助燃剤としてスズ(補用品番号9052012500)0.3g±0.05g、タングステン(補用品番号9051104100)1.5g±0.1gを添加した。その後、上記炭素・硫黄分析装置付属の取り扱い説明書記載に従い、シリカ粒子を酸素雰囲気中にて1100℃で加熱した。これによって、シリカ粒子の表面の疎水化処理剤に由来する疎水基がCO2に熱分解されるため、その量を測定した。得られたCO2の量からシリカ粒子に含有される炭素量(質量%)を求め、これを疎水化処理剤に由来する炭素量(以下単に「炭素量」ともいう。)とした。
<シリカ粒子における疎水化処理剤の固定化率の測定方法>
本発明において、シリカ粒子における疎水化処理剤の固定化率は、以下の方法によって測定した。
三角フラスコにシリカ粒子0.50gおよびクロロホルム40mLを入れ、蓋をして2時間撹拌した。その後、撹拌を止めて、12時間静置した。次に、遠心分離して、上澄み液をすべて取り除いた。遠心分離は、KOKUSAN社製の遠心分離機(商品名:H−9R)を用い、Bn1ローターおよびBn1ローター用ポリ遠沈管を用い、20℃、10000rpm、5分の条件で行った。
遠心分離されたシリカ粒子を再度三角フラスコに入れ、クロロホルム40mLを添加し、蓋をして2時間撹拌した。その後、撹拌を止めて、12時間静置した。次に、遠心分離して上澄み液をすべて取り除いた。この操作をさらに2回繰り返した。そして、得られたサンプルを、恒温槽を用いて50℃にて2時間乾燥させる。さらに0.07MPaに減圧し50℃にて24時間乾燥させて、クロロホルムを十分に揮発させた。
上記のようにクロロホルムにより処理したシリカ粒子の炭素量と、クロロホルムによる処理をする前のシリカ粒子の炭素量とを、上記の“シリカ粒子の炭素量の測定方法”と同様にして測定した。シリカ粒子における疎水化処理剤の固定化率は、下式により、算出することができる。
シリカ粒子における疎水化処理剤の固定化率(%)=(クロロホルムにより処理したシリカ粒子の炭素量/シリカ粒子の炭素量)×100
以下、本発明に用いられるシリカ粒子Aの製造方法について説明する。
本発明に用いられるシリカ粒子Aの製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。
・シラン化合物を燃焼させてシリカ粒子を得る燃焼法(すなわち、ヒュームドシリカの製造方法)
・金属ケイ素粉を爆発的に燃焼させてシリカ粒子を得る爆燃法
・ケイ酸ナトリウムと鉱酸との中和反応によってシリカ粒子を得る湿式法(このうち、アルカリ条件で合成したものを沈降法、酸性条件で合成したものをゲル法という。)
ヒドロカルビルオキシシランなどのアルコキシシランの加水分解によってシリカ粒子を得るゾルゲル法(いわゆる、Stoeber法)
これらの中でも、本発明に係るシリカ粒子Aを製造する方法としては、シリカ粒子の粒度分布を比較的シャープにすることができる、ゾルゲル法が好ましい。
以下、ゾルゲル法によるシリカ粒子の製造方法について説明する。
まず、水が存在する有機溶媒中において、触媒により、アルコキシシランを加水分解し、縮合反応させて、シリカゾル懸濁液を得る。そして、シリカゾル懸濁液から溶媒を除去し、乾燥させて、シリカ粒子を得る。この段階で得られるシリカ粒子は、シラノール基が多く、親水性であるため、上記質量減少率は2%より大きな値となる場合が多い。そこで、ゾルゲル法で得たシリカ粒子の上記質量減少率を0.60%以下にするために、300〜500℃の範囲でシリカ粒子を加熱処理する。これによって、シリカ粒子のシラノール基を脱水縮合させて、シラノール基の量を減らすことができ、シリカ粒子の質量減少率の値を小さくすることが可能となる。
シリカ粒子を疎水化処理剤によって疎水化処理する場合、300〜500℃での加熱処理のタイミングは、疎水化処理の前でも、後でも、同時でもよい。ただし、疎水化処理と同時または疎水化処理後に加熱処理する場合、疎水化処理剤の種類によっては、疎水化処理剤が熱分解し、上記疎水化処理剤の固定化率が90%未満になる場合があるため、加熱処理は疎水化処理する前に行うことが好ましい。
シリカ粒子Aの粒度分布をシャープにし、より効果的なスペーサー効果を発揮させるために、シリカ粒子を解砕処理することが好ましい。解砕処理のタイミングとしては、疎水化処理の前でも、後でも、同時でもよいが、疎水化処理剤でシリカ粒子の表面を均一に疎水化処理することができる点で、疎水化処理前に解砕処理を行うことが好ましい。
本発明に用いられるトナー粒子中のシリカ粒子Aの含有量(内添量)は、トナー粒子100質量部に対して、0.01質量部以上10.00質量部以下であることが好ましく、0.20質量部以上5.00質量部以下であることがより好ましい。トナー粒子中のシリカ粒子Aの含有量が上記範囲内であれば、上述したシリカ粒子の効果が良好に発揮される。
次に、本発明のトナーについて以下で詳しく述べる。
本発明のトナーの重量平均粒径(D4)は、4.0μm以上9.0μm以下であることが好ましく、5.0μm以上7.5μm以下であることがより好ましい。トナーの重量平均粒径(D4)が上記範囲内であれば、チャージアップが抑制され、カブリやトナー飛散、画像濃度の低下が防止される。
本発明のトナーに含有されるトナー粒子は、1種以上のワックスを含有していることが好ましい。トナー粒子中のワックスの含有量は、総量で、トナー粒子100質量部に対して2.5質量部以上25.0質量部であることが好ましい。さらには、4.0質量部以上20質量部以下であることがより好ましく、6.0質量部以上18.0質量部以下であることがさらに好ましい。ワックスの含有量が上記範囲内であれば、定着時、トナーを加熱加圧した際のワックスのブリード性が適度になることより、転写材の定着部材への巻きつきが抑制される。さらに、現像時や転写時のトナーが受けるストレスに対しても、トナー粒子の表面へのワックスの露出が抑えられ、トナー1粒子1粒子の摩擦帯電性の均一性が高くなる。
ワックスとしては、例えば、
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、フィッシャートロプッシュワックス、パラフィンワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックスや、
酸化ポリエチレンワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物、または、それらのブロック共重合物や、
カルナバワックス、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類、または、脱酸カルナバワックスなどの脂肪酸エステル類を一部または全部を脱酸化したものや、
パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸などの飽和直鎖脂肪酸類や、
ブラシジン酸、エレオステアリン酸、パリナリン酸などの不飽和脂肪酸類や、
ステアリルアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコールなどの飽和アルコール類や、
ソルビトールなどの多価アルコール類や、
リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドなどの脂肪酸アミド類や、
メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドなどの飽和脂肪酸ビスアミド類や、
エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’ジオレイルセバシン酸アミドなどの不飽和脂肪酸アミド類や、
m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’ジステアリルイソフタル酸アミドなどの芳香族系ビスアミド類や、
ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムなどの脂肪族金属塩(一般に、金属石鹸といわれているもの)や、
脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸などのビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類や、
ベヘニン酸モノグリセリドなどの脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物や、
植物性油脂の水素添加など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
などが挙げられる。
トナー粒子の結着樹脂としては、例えば、
ポリスチレン、ポリ−p−クロルスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレンおよびその置換体の単重合体や、
スチレン−p−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体などのスチレン系共重合体
などが挙げられる。また、その他のトナーの結着樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油系樹脂なども挙げられる。これらの樹脂は、1種類のみ用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
本発明に用いられるトナー粒子は、上記(i)または(ii)の製造工程で得ることができる。上記(i)の製造工程は懸濁重合法とも呼ばれ、上記(ii)の製造工程は溶解懸濁法とも呼ばれる。
トナー粒子にシリカ粒子Aを含有させる方法としては、例えば、懸濁重合法または溶解懸濁法において、シリカ粒子を粉体の状態で添加する方法や、液体中にシリカ粒子を分散させたものを添加する方法が挙げられる。また、シリカ粒子を加えるタイミングは、水系媒体中でトナー組成物(重合性単量体組成物または樹脂溶解液)の粒子が形成される前が好ましい。シリカ粒子を添加するタイミングとしては、例えば、重合性単量体または有機溶媒中に他の物質とともに添加することもできるし、水系媒体中にトナー組成物を加える前に添加することもできるし、トナー組成物の粒子の形成中に添加することもできる。
以下、懸濁重合法を例に挙げて、本発明のトナーの製造方法を説明する。
重合性単量体、シリカ粒子A、着色剤およびワックス、さらに必要に応じた他の添加剤を含有する重合性単量体組成物を分散機に入れ、各材料を溶解または分散させて、分散安定剤を含有する水系媒体中に加え、懸濁させる。こうして、水系媒体中で重合性単量体組成物の粒子が形成される。そして、重合開始剤を用いて、重合性単量体組成物の粒子中の重合性単量体を重合させ、トナー粒子を製造する。重合開始剤は、重合性単量体組成物を調製する際に重合性単量体組成物に添加してもよいし、水系媒体中に重合性単量体組成物を加える直前に添加してもよい。また、重合性単量体組成物の粒子の形成後かつ重合性単量体の重合反応の開始前に、重合性単量体または溶媒に溶解させた重合開始剤を添加することもできる。分散機としては、例えば、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、超音波分散機などが挙げられる。
重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体を用いることが好ましい。ビニル系重合性単量体としては、単官能性重合性単量体または多官能性重合性単量体を使用することができる。
単官能性重合性単量体としては、例えば、
スチレンや、
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−フェニルスチレンなどのスチレン系誘導体や、
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などのアクリル系重合性単量体や、
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などのメタクリル系重合性単量体や、
メチレン脂肪族モノカルボン酸エステルや、
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、ギ酸ビニルなどのビニルエステルや、
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などのビニルエーテルや、
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などのビニルケトン
などが挙げられる。
多官能性重合性単量体としては、例えば、
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
などが挙げられる。
単官能性重合性単量体は、1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を用いてもよいし、多官能性重合性単量体と組み合わせて用いてもよい。多官能性重合性単量体は、架橋剤として使用することもできる。
重合性単量体の重合の際に用いられる重合開始剤としては、例えば、油溶性開始剤、水溶性開始剤などが用いられる。
油溶性開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、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などのアゾ化合物や、アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、デカノニルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、プロピオニルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシイソブチレート、シクロヘキサノンパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイドなどのパーオキサイド系開始剤などが挙げられる。
水溶性開始剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、2,2’−アゾビス(N,N’−ジメチレンイソブチロアミジン)塩酸塩、2,2’−アゾビス(2−アミノジノプロパン)塩酸塩、アゾビス(イソブチルアミジン)塩酸塩、2,2’−アゾビスイソブチロニトリルスルホン酸ナトリウム、硫酸第一鉄、過酸化水素などが挙げられる。また、重合性単量体の重合度を制御するために、連鎖移動剤、重合禁止剤などをさらに用いることもできる。
架橋剤としては、2個以上の重合可能な二重結合を有する化合物が用いられる。そのような化合物としては、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンのような芳香族ジビニル化合物や、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、1,3−ブタンジオールジメタクリレートのような二重結合を2個有するカルボン酸エステルや、ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホンなどのジビニル化合物や、3個以上のビニル基を有する化合物などが挙げられる。架橋剤は、1種類のみ用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
着色剤としては、ブラック(黒色)、イエロー、マゼンタ、シアンの着色剤を用いることができる。
ブラック着色剤としては、例えば、カーボンブラック、磁性体などを用いることができる。また、下記の着色剤を複数混合して色味やトナー粒子の抵抗を調整することもできる。
顔料系のイエロー着色剤としては、例えば、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などが挙げられる。より具体的には、C.I.Pigment Yellow3、7、10、12、13、14、15、17、23、24、60、62、74、75、83、93、94、95、99、100、101、104、108、109、110、111、117、123、128、129、138、139、147、148、150、155、166、168、169、177、179、180、181、183、185、191:1、191、192、193、199などが挙げられる。
染料系のイエロー着色剤としては、例えば、C.I.solvent Yellow33、56、79、82、93、112、162、163、C.I.disperse Yellow42、64、201、211などが挙げられる。
マゼンタ着色剤としては、例えば、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、ペリレン化合物などが挙げられる。より具体的には、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、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、238、254、269、C.I.ピグメントバイオレッド19などが挙げられる。
シアン着色剤としては、例えば、フタロシアニン化合物、フタロシアニン化合物の誘導体、アントラキノン化合物,塩基染料レーキ化合物などが挙げられる。より具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66などが挙げられる。
着色剤は、1種類のみ用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。2種類以上を用いる場合、それらを混合して用いてもよいし、固溶体の状態で用いてもよい。
着色剤は、色相角、彩度、明度、耐侯性、OHP透明性、トナー粒子中への分散性の観点から選択することが好ましい。
トナー粒子中の着色剤の含有量は、トナー粒子中の結着樹脂100質量部に対して1質量部以上20質量部以下であることが好ましい。
トナーの帯電性を安定に保つためには、トナーに荷電制御剤を用いることが好ましい。
負荷電性の荷電制御剤としては、例えば、
モノアゾ金属化合物や、
アセチルアセトン金属化合物や、
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、ダイカルボン酸、または、これらの酸の金属化合物、無水物、エステル化合物や、
ビスフェノールなどのフェノール誘導体類や、
尿素誘導体や、
含金属サリチル酸系化合物や、
含金属ナフトエ酸系化合物や、
ホウ素化合物や、
4級アンモニウム塩や、
カリックスアレーンや、
樹脂系帯電制御剤
などが挙げられる。
正荷電性の荷電制御剤としては、例えば、
ニグロシンおよび脂肪酸金属塩などによるニグロシン変性物や、
グアニジン化合物や、
イミダゾール化合物や、
トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートなどの4級アンモニウム塩、および、これらの類似体であるホスホニウム塩などのオニウム塩およびこれらのレーキ顔料や、
トリフェニルメタン染料、および、これらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物など)や、
高級脂肪酸の金属塩や、
ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイドなどのジオルガノスズオキサイド;ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレートなどのジオルガノスズボレート類や、
樹脂系帯電制御剤
などが挙げられる。
これら負荷電性、正荷電性の荷電制御剤は、1種類のみ用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。
これらの中でも、荷電制御剤としては、金属サリチル酸系化合物が好ましく、その中でも、金属がアルミニウムもしくはジルコニウムである金属サリチル酸系化合物がより好ましい。その中でも、サリチル酸アルミニウム化合物がさらに好ましい。
トナー粒子中の荷電制御剤の含有量は、トナー粒子中の結着樹脂100質量部に対して0.01質量部以上20.00質量部以下であることが好ましく、0.50質量部以上10.00質量部以下であることがより好ましい。
本発明のトナーにおいては、帯電安定性、現像性、流動性、転写性などを向上させるために、トナー粒子に無機微粒子(無機微粉体)が外添されていることが好ましい。外添剤としての無機微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニアなどの金属酸化物の微粒子、および、それらの複合酸化物、フッ化カーボンなどの微粒子などが挙げられる。外添剤は、1種類のみ用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。特に、シリカ、アルミナ、チタニア、および、それらの複合酸化物の微粒子が、トナーの流動性および帯電性が良好になり、トナー粒子への吸着性が高い点で好ましい。また、外添剤としての無機微粒子は、トナーの流動性および帯電性の観点から、平均一次粒径が5nm以上70nm以下であることが好ましい。
本発明において、トナーに用いられるシリカ粒子の中でも、トナー粒子に外添されるシリカ(微)粒子を「シリカ粒子B」とも称する。
外添剤としての無機微粒子は、疎水化処理されていることが好ましい。疎水化処理の方法や疎水化処理剤については、上述したシリカ粒子Aを疎水化処理する場合と同様である。
トナー粒子に外添される無機微粒子の総量は、トナー粒子100質量部に対して0.5質量部以上4.5質量部以下が好ましく、0.8質量部以上3.5質量部以下がより好ましい。外添剤としての無機微粒子の総量が上記範囲内であれば、トナーの流動性が良好になり、トナーの帯電性の低下に伴うカブリの発生やトナーの飛散が抑制される。
外添剤としては、上記の無機微粒子のほか、荷電制御粒子、研磨剤、滑剤などの外添剤を用いてもよい。
荷電制御粒子としては、例えば、酸化スズ、チタニア、酸化亜鉛、アルミナ、酸化アンチモンなどの金属酸化物や、カーボンブラックなどが挙げられる。
研磨剤としては、例えば、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化クロムなどの金属酸化物などが挙げられる。また、研磨剤としては、例えば、窒化ケイ素などの窒化物や、炭化ケイ素などの炭化物や、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの金属塩なども挙げられる。
また、トナーには、電子写真装置内の各種部材の汚染を抑制するために、滑剤を用いることもできる。
滑剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂の粒子や、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどの脂肪酸金属塩などが挙げられる。これらの中でも、ステアリン酸亜鉛が好ましい。
これら荷電制御粒子、研磨剤、滑剤などの量(上記の無機微粒子を除く。)は、トナー粒子100質量部に対して0.01質量部以上2.50質量部以下であることが好ましく、0.10質量部以上2.00質量部以下であることがより好ましい。
本発明のトナーは、高速システム、オイルレス定着を採用したシステム、クリーナーレスを採用したシステムに用いることもできる。また、長期使用によって劣化した現像装置内のキャリアを順次回収し、フレッシュなキャリアを補給していく現像方式を採用したシステムにも用いることができる。また、一成分現像方式を採用したシステムにも、二成分現像方式を採用したシステムにも用いることができる。特に、本発明のトナーは、非常に転写性が良いため、一成分現像方式、二成分現像方式を問わず、中間転写体を有する電子写真装置(画像形成方法)や、クリーナーレスシステムを採用した電子写真装置(画像形成方法)に対して好適に用いることができる。
<重量平均粒径(D4)の測定方法>
本発明において、トナーの重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出した。
測定装置としては、ベックマン・コールター社製の、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(商品名:コールター・カウンター Multisizer 3)を用いた。測定条件の設定および測定データの解析は、上記精密粒度分布測定装置に付属のベックマン・コールター社製の専用ソフト(商品名:ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51)を用いた。測定は、実効測定チャンネル数:2万5千チャンネルで行った。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させて濃度が1質量%となるようにしたものを用いた。そのようなものとしては、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、上記測定および解析を行う前に、以下のように上記専用ソフトの設定を行った。
上記専用ソフトの「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回に設定し、Kd値はベックマン・コールター社製の標準粒子10.0μm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に設定し、ゲインを2に設定し、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。上記専用ソフトの「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設定し、粒径ビンを256粒径ビンに設定し、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定した。
具体的な測定方法は以下のとおりである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに上記電解水溶液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、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た。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに上記電解水溶液30mLを入れた。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た、日科機バイオス社製の電気的出力120Wの超音波分散器(商品名:Ultrasonic Dispersion System Tetora150)を準備した。超音波分散器の水槽内に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2mL添加した。
(4)上記(2)のビーカーを上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した。
(5)上記(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を少量ずつ上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。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となるように適宜調節した。
(6)サンプルスタンド内に設置した上記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散させた上記(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)測定データを上記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出した。なお、上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)である。
<無機微粒子の一次粒子の平均粒径の測定方法>
本発明において、無機微粒子の一次粒子の平均粒径は、無機微粒子を透過電子顕微鏡で観察し、3万〜5万倍に拡大した視野中において、長径が1nm以上の一次粒子300個について、その長径の平均値を算出したものである。なお、5万倍の拡大倍率においても、粒径測定ができないほどサンプリングした粒子が小さい場合には、写真における粒子の一次粒径が5mm以上になるように、写真をさらに拡大して測定を行った。
<シリカ粒子1の製造例>
撹拌機、滴下ロートおよび温度計を備えた3Lのガラス製反応器に、メタノール589.6g、水42.0g、28質量%アンモニア水47.1gを加えて混合した。得られた溶液を35℃となるように調整し、撹拌しながら、テトラメトキシシラン1100.0g(7.23mol)および5.4質量%アンモニア水395.2gを同時に添加し始めた。テトラメトキシシランは6時間かけて、アンモニア水は5時間かけて、それぞれを滴下した。滴下が終了した後、さらに0.5時間撹拌を継続して加水分解を行うことにより、親水性球状ゾルゲルシリカ微粒子のメタノール−水分散液を得た。次いで、ガラス製の反応器にエステルアダプターと冷却管とを取り付け、上記分散液を80℃、減圧下で十分乾燥させた。得られたシリカ粒子を、恒温槽にて400℃にて10分間加熱した。
上記工程を複数回実施し、得られたシリカ粒子に対して、パルベライザー(ホソカワミクロン社製)にて解砕処理を行った。
その後、表面処理工程として、まず、シリカ粒子500gを内容積1000mLのポリテトラフルオロエチレン内筒式ステンレスオートクレーブに仕込んだ。次いで、オートクレーブ内を窒素ガスで置換した。その後、オートクレーブ付属の撹拌羽を400rpmで回転させながら、3.5gのHMDS(ヘキサメチルジシラザン(表面処理剤))および1.0gの水を、二流体ノズルにて霧状にしてシリカ粒子に均一になるように吹き付けた。30分間撹拌した後、オートクレーブを密閉し、200℃で2時間加熱した。続いて、加熱したまま系中を減圧して脱アンモニア処理を行い、シリカ粒子1を得た。シリカ粒子1の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子2〜5の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、最初に使用するメタノールの量を、589.6gから、それぞれ、707.5g、453.0g、380.4g、224.0gに変更した。この変更によって、シリカ粒子の体積平均粒径(Dv)および体積粒度分布における変動係数を調整した。また、上記炭素量がシリカ粒子1と同じ量になるように、HMDSによる表面処理をする際、HMDSおよび水の量を調整し、シリカ粒子2〜5を得た。シリカ粒子2〜5の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子6〜8の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、テトラメトキシシランの滴下時間を、6時間から、それぞれ、5時間、3時間、3時間に変更し、5.4質量%アンモニア水の滴下時間を、5時間から、それぞれ、4時間、3時間、2.5時間に変更した。この変更によって、シリカ粒子の体積平均粒径(Dv)および体積粒度分布における変動係数を調整した。また、上記炭素量がシリカ粒子1と同じ量になるように、HMDSによる表面処理をする際、HMDSおよび水の量を調整し、シリカ粒子6〜8を得た。シリカ粒子6〜8の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子9および10の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、恒温槽にて400℃にて加熱する際の時間を、10分間から、それぞれ、8分間、3.2分間に変更した。この変更によって、上記質量減少率を調整し、シリカ粒子を得た。また、上記炭素量がシリカ粒子1と同じ量になるように、HMDSによる表面処理をする際、HMDSおよび水の量を調整し、シリカ粒子9および10を得た。シリカ粒子9および10の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子11の製造例>
シリカ粒子10の製造例において、HMDSにて表面処理する際の加熱温度を、固定化率がそれぞれ88%になるよう調整し、シリカ粒子11を得た。シリカ粒子11の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子12の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、HMDSおよび水の量を、3.5gおよび1.0gから、それぞれ、2.5gおよび1.0gに変更し、シリカ粒子12を得た。シリカ粒子12の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子13の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、表面処理工程で、3.5gのHMDSおよび1.0gの水を用いる代わりに、4.0gのポリジメチルシロキサン(PDMS)(商品名:KF96−10cs、信越化学社製)を9.0gのヘキサンで希釈したものを用いた。その後、撹拌を継続した状態で、200℃で2時間加熱し、シリカ粒子13を得た。得られたシリカ粒子13の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子14の製造例>
シリカ粒子13の製造例において、PDMSおよびヘキサンの量を、4.0gおよび9.0gから、それぞれ、7.0gおよび16.0gに変更し、シリカ粒子14を得た。得られたシリカ粒子14の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子15の製造例>
燃焼法により体積平均粒径(Dv):92nmのシリカ粒子(ヒュームドシリカ)を作製し、これを風力分級することで、体積平均粒径(Dv):85nm、体積粒度分布における変動係数:21%のシリカ粒子を得た。これをシリカ粒子1と同様にしてHMDSで表面処理し、シリカ粒子15を得た。シリカ粒子15の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子16の製造例>
特開昭60−255602号公報記載の方法に準じ、金属ケイ素を原料として爆燃法により体積平均粒径(Dv):150nmのシリカ粒子を作製した。体積粒度分布における変動係数は30%であった。これを、風力分級し、体積平均粒径(Dv):120nm、体積粒度分布における変動係数:21%のシリカ粒子を得た。これをシリカ粒子1と同様にHMDSにて表面処理し、シリカ粒子16を得た。シリカ粒子16の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子17の製造例>
燃焼法により体積平均粒径(Dv):50nmのシリカ粒子(ヒュームドシリカ)を作製し、これを風力分級することで、体積平均粒径(Dv):40nm、体積粒度分布における変動係数:18%のシリカ粒子を得た。これをシリカ粒子1と同様にしてHMDSで表面処理し、シリカ粒子17を得た。シリカ粒子17の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子18の製造例>
反応容器中にアルゴンと酸素の体積比が3:1の混合ガスを導入し、反応容器中の大気と置換させた。この反応容器中に酸素ガスを40(m3/時)および水素ガスを20(m3/時)で供給し、着火装置を用いて酸素−水素からなる燃焼炎を形成した。次いで、この燃焼炎中に圧力1177kPa(12kg/cm2)の水素キャリアガスで原料の金属ケイ素粉末を投入し、粉塵雲を形成した。このときの粉塵濃度は20g/m3とした。粉塵雲を燃焼炎により着火し、粉塵爆発による酸化反応を生じさせた後、反応容器内を温度3℃/分の速度で冷却し、シリカ粒子を得た。得られたシリカ粒子を風力分級し、微粉および粗粉を除去することにより、シリカ粒子を得た。これをシリカ粒子1と同様にしてHMDSで表面処理し、シリカ粒子18を得た。シリカ粒子18の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子19の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、恒温槽にて400℃にて加熱する際の時間を、10分間から1.4分間に変更した。この変更によって、上記質量減少率を調整し、シリカ粒子を得た。また、上記炭素量がシリカ粒子1と同じ量になるように、HMDSによる表面処理をする際、HMDSおよび水の量を調整し、シリカ粒子19を得た。シリカ粒子19の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子20の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、HMDSによる表面処理を行わず、それ以外はシリカ粒子1の製造例と同様にして、シリカ粒子20を得た。シリカ粒子20の各物性を表1に示す。
<シリカ粒子21の製造例>
シリカ粒子1の製造例において、HMDSおよび水の量を、3.5gおよび1.0gから、それぞれ、10.0gおよび1.5gに変更し、シリカ粒子21を得た。シリカ粒子21の各物性を表1に示す。
Figure 0006292805
<荷電制御樹脂1の製造例>
反応容器に、溶媒としてメタノール250質量部、2−ブタノン150質量部および2−プロパノール100質量部を添加した。そして、同反応容器にモノマーとしてスチレン77質量部、2−エチルヘキシルアクリレート15質量部および2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸8質量部を添加した。なお、反応容器は、加圧可能であり、還流管、撹拌機、温度計、窒素導入管、滴下装置および減圧装置を備えている。各材料を反応容器に添加した後、撹拌しながら還流温度まで加熱した。重合開始剤であるt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート1質量部を2−ブタノン20質量部で希釈した溶液を調製し、これを30分かけて滴下し、5時間撹拌を継続した。さらに、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート1質量部を2−ブタノン20質量部で希釈した溶液を調製し、これを30分かけて滴下して、5時間撹拌して重合反応を終了させた。温度を維持したまま脱イオン水を500質量部添加し、有機層と水層の界面が乱れないように毎分80〜100回転で2時間撹拌した。30分静置し、分層した後に、水層を廃棄し、有機層に無水硫酸ナトリウムを添加し、脱水した。次に、重合溶媒を減圧留去した後に得られた重合体を、150メッシュのスクリーンを装着したカッターミルを用いて100μm以下に粗粉砕した。得られた硫黄原子を有する荷電制御樹脂1は、Tg:58℃、Mp:13,000、Mw:30,000であった。
<トナー1の製造例>
スチレン単量体100質量部に対して、C.I.Pigment Blue15:3を16.5質量部、ジ−t−ブチルサリチル酸のアルミニウム化合物(商品名:ボントロンE88、オリエント化学工業社製)を3.0質量部用意した。これらを、アトライター(三井鉱山社製)に導入し、半径1.25mmのジルコニアビーズ140質量部を用いて200rpmにて25℃で180分間撹拌を行い、マスターバッチ分散液1を調製した。
一方、イオン交換水710質量部に0.1M−Na3PO4水溶液450質量部を投入し、60℃に加温した後、1.0M−CaCl2水溶液67.7質量部を徐々に添加してリン酸カルシウム化合物を含む水系媒体を得た。
・マスターバッチ分散液1 40質量部
・スチレン単量体 28質量部
・n−ブチルアクリレート単量体 18質量部
・低分子量ポリスチレン(Mw:3,000、Mn:1,050、Tg:55℃) 20質量部
・炭化水素系ワックス(フィッシャートロプシュワックス、最大吸熱ピークのピーク温度:78℃、Mw:750) 9質量部
・荷電制御樹脂1 0.3質量部
・ポリエステル樹脂(テレフタル酸:イソフタル酸:プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物):エチレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)=30:30:30:10の重縮合物、Mw:11,000、Mn:4,000、Tg:74℃) 5質量部
・シリカ粒子1 3質量部
上記材料を65℃に加温し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、5,000rpmにて均一に溶解させ、分散させた。これに、重合開始剤1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエートの70%トルエン溶液7.1質量部を溶解させ、重合性単量体組成物(トナー組成物)を調製した。
上記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度65℃、N2雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて10,000rpmで10分間撹拌し、重合性単量体組成物の粒子を形成した。その後、パドル撹拌翼で撹拌しつつ温度67℃に昇温し、重合性単量体の重合転化率が90%に達したところで、0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を添加して水系媒体のpHを9に調整した。さらに、昇温速度40℃/時で80℃に昇温し、4時間反応させた。重合反応終了後、減圧下で残存モノマーを留去した。水系媒体を冷却した後、これに塩酸を加え、pHを1.4に調整し、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。上記分散液を加圧濾過器にて、濾過および洗浄を行ってトナーケーキを得た。その後、トナーケーキを破砕し、温度40℃にて48時間乾燥した。得られた乾燥品を日鉄鉱業社製の多分割分級装置(エルボジェット分級機)で、超微粉および粗粉を同時に分級除去して、重量平均粒径(D4)が6.3μmのシアン色のトナー粒子を得た。
得られたトナー粒子100質量部に対して、ヘキサメチルジシラザンで表面処理された疎水性シリカ微粒子1.5質量部(一次粒子の数平均粒径:10nm、シリカ粒子B)を添加し、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で300秒間混合処理を行い、トナー1を得た。
<トナー2〜16の製造例>
トナー1の製造例において、シリカ粒子1をシリカ粒子2〜16に変更することで、トナー2〜16を得た。
<トナー17の製造例>
・ポリエステルA(テレフタル酸:イソフタル酸:プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物):エチレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)=20:20:44:50(質量比)の重縮合物、Mw=7,000、Mn=3,200、Tg=57℃) 45質量部
・ポリエステルB(テレフタル酸:トリメリット酸:プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物):エチレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)=24:3:70:2(質量比)の重縮合物、Mw=11,000、Mn=4,200、Tg=52℃) 40質量部
・メチルエチルケトン 80質量部
・酢酸エチル 80質量部
・炭化水素系ワックス(フィッシャートロプシュワックス、最大吸熱ピーク=78℃、Mw=750) 7質量部
・C.I.Pigment Blue15:3 6質量部
・荷電制御樹脂1 1.9質量部
・シリカ粒子1 3質量部
上記材料の混合物を、アトライター(三井金属社製)を用いて3時間分散処理し、着色剤分散液を調製した。
一方、イオン交換水220質量部にリン酸ナトリウム17質量部を投入し、60℃に加温した後、1.0M−CaCl2水溶液20質量部を徐々に添加して、リン酸カルシウム化合物を含む水系媒体を得た。
上記水系媒体へ上記着色剤分散液を投入し、温度65℃、N2雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて12,000rpmで15分間撹拌し、着色剤分散液の粒子を形成した(造粒した)。その後、TK式ホモミキサーから通常のプロペラ撹拌装置に変更し、撹拌装置の回転数を150rpmに維持し、内温を95℃に昇温して3時間保持して分散液から溶媒を除去し、トナー粒子の分散液を調製した。
得られたトナー粒子の分散液に塩酸を加え、pHを1.4に調整し、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。上記分散液を加圧濾過器にて、濾過および洗浄を行ってトナーケーキを得た。その後、トナーケーキを破砕し、温度40℃にて48時間乾燥した。得られた乾燥品を日鉄鉱業社製の多分割分級装置(エルボジェット分級機)で、超微粉および粗粉を同時に分級除去して、重量平均粒径(D4)が6.4μmのシアン色のトナー粒子を得た。
得られたトナー粒子100質量部に対して、ヘキサメチルジシラザンで表面処理された疎水性シリカ微粒子1.5質量部(一次粒子の数平均粒径:10nm、シリカ粒子B)を添加し、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で300秒間混合処理を行い、トナー17を得た。
<トナー18〜22の製造例>
トナー1の製造例において、シリカ粒子1をシリカ粒子17〜21に変更することで、トナー18〜22を得た。
<実施例1>
トナー1に対して、下記の評価を行った。得られた評価結果を表2に示す。
〔画像出力試験〕
キヤノン(株)製のレーザービームプリンター(商品名:LBP7700C)を用いて、各環境下にて画像評価を行った。なお、上記レーザービームプリンター(商品名:LBP7700C)は、中間転写ベルトを有する4連タンデム方式を採用した電子写真装置である。上記トナー1の140gをシアンカートリッジに充填したものを上記レーザービームプリンターのシアンステーションに装着し、その他にはダミーのカートリッジを装着し、画像出力試験を実施した。画像出力試験は、15℃/10%RH(低温低湿環境)および30℃/80%RH(高温高湿環境)の各環境下で行った。各環境下において、印字率が1%の画像を5,000枚出力後に、下記の評価を行った。画像出力紙として、LETTERサイズのXEROX4200紙(XEROX社製、75g/m2)を使用した。
(1)カブリ
評価紙として、LETTERサイズのHP ColorLaser Phot Paper, Glossy(ヒューレットパッカード社製、220g/m2)を使用し、全面白画像をプロセススピード:90mm/秒で出力した。東京電色社製の「REFLECTOMETER MODEL TC−6DS」(商品名)にAmberフィルターをセットし、出力画像の非画像部の反射率(%)を測定した。得られた反射率を、同様にして測定した未使用の用紙(標準紙)の反射率(%)から差し引いた数値(%)を用いて評価した。数値が小さいほど、出力画像の非画像部のトナーの付着(いわゆるカブリ)の量が少なく、カブリが抑制されていることになる。
ランクA:反射率の差が、0.5%未満である。
ランクB:反射率の差が、0.5%以上1.5%未満である。
ランクC:反射率の差が、1.5%以上3.0%未満である。
ランクD:反射率の差が、3.0%以上である。
(2)転写効率
電子写真感光体(以下単に「感光体」ともいう。)上から転写紙上へのトナーの転写効率を測定した。10cm2のベタ画像を感光体上に形成し、感光体上のトナーの質量(W1)と、転写後の紙上のトナーの質量(W2)を測定し、転写効率(%)=(W2/W1)×100、の式により転写効率を算出した。転写紙としては、A4サイズのCLC用紙(キヤノン(株)製、80g/m2)を用いた。
ランクA:転写効率が、92%以上である。
ランクB:転写効率が、90%以上92%未満である。
ランクC:転写効率が、88%以上90%未満である。
ランクD:転写効率が、88%未満である。
<実施例2〜17>
トナー2〜17に対して、トナー1と同様にして評価を行った。得られた評価結果を表2に示す。なお、実施例17は参考例である。
<比較例1〜5>
トナー18〜22に対して、トナー1と同様にして評価を行った。得られた評価結果を表2に示す。
Figure 0006292805
実施例1〜17では、すべての評価において、良好な結果が得られた。一方、比較例1〜5では、いずれかの評価項目においてDの評価があった。すなわち、低温低湿環境および高温高湿環境の両環境下での高速プリントにおいて、本発明ほどの効果が見られなかった。
以上の結果より、本発明によれば、長期にわたる画像出力を行った場合であっても、高い転写性を維持することが可能であり、また、高温高湿環境下であっても、高い帯電性を維持し、帯電不良によるカブリが生じにくいトナーを提供することができる。

Claims (6)

  1. 合性単量体およびシリカ粒子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重合性単量体組成物の粒子を形成し、該粒子中に含有される該重合性単量体を重合させてトナー粒子を製造する工程を含むトナーの製造方法であって、
    該シリカ粒子の体積平均粒径(Dv)が、50nm以上800nm以下であり、
    該シリカ粒子を105℃から200℃に加熱した際の質量減少率が、0.60%以下であり、
    該シリカ粒子の疎水化度が、5%以上40%未満である
    ことを特徴とするトナーの製造方法。
  2. 前記シリカ粒子の体積粒度分布における変動係数が、23%以下である請求項1に記載のトナーの製造方法。
  3. 前記シリカ粒子が、疎水化処理剤によって疎水化処理されている請求項1または2に記載のトナーの製造方法。
  4. 前記疎水化処理剤が、炭素を含む請求項3に記載のトナーの製造方法。
  5. 前記シリカ粒子における前記疎水化処理剤に由来する炭素量が、1.0質量%以下である請求項4に記載のトナーの製造方法。
  6. 前記シリカ粒子における前記疎水化処理剤の固定化率が、90%以上である請求項3〜5のいずれか1項に記載のトナーの製造方法。
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