JP6387901B2 - 静電潜像現像用トナー - Google Patents
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Description
(トナーの基本構成)
トナー粒子の表層部が、第1界面活性剤に由来する陽イオンと第2界面活性剤に由来する陰イオンとがイオン結合した疎水性塩を、1種以上含有する。トナーの質量に対する1種以上の疎水性塩の総質量の割合(以下、疎水性塩含有量と記載する)が1ppm以上5000ppm以下である。なお、界面活性剤は、分子内に親水性基及び疎水性基を有する化合物である。疎水性塩含有量が1ppmであることは、トナー1gあたりに0.001mgの疎水性塩が含有されることを意味する。「1種以上の疎水性塩の総質量」とは、トナーが疎水性塩を1種類だけ含有する場合には、その疎水性塩の質量を意味し、トナーが2種以上の疎水性塩を含有する場合には、全ての疎水性塩の質量の合計を意味する。疎水性塩含有量の測定方法は、後述する実施例で示す方法又はその代替方法である。
トナー粒子(特に、トナーコア又はシェル層)を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、アクリル酸系樹脂(より具体的には、アクリル酸エステル重合体、メタクリル酸エステル重合体、又はポリメタクリル酸メチル(PMMA)等)、オレフィン系樹脂(より具体的には、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂等)、ビニル樹脂(より具体的には、塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール、ビニルエーテル樹脂、又はN−ビニル樹脂等)、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、もしくはウレタン樹脂のような単独重合体、又はこれら単独重合体のいずれかの繰返し単位と同一のモノマーに由来する繰返し単位を1種以上有する共重合体(より具体的には、スチレン−アクリル酸系樹脂又はスチレン−ブタジエン系樹脂等)を好適に使用できる。
トナー粒子(特に、シェル層)を構成する熱硬化性樹脂としては、例えば、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、スルホンアミド系樹脂、グリオキザール系樹脂、グアナミン系樹脂、アニリン系樹脂、ポリイミド樹脂(より具体的には、マレイミド重合体又はビスマレイミド重合体等)、又はキシレン系樹脂を好適に使用できる。
トナーコアは、結着樹脂を含有する。また、トナーコアは、内添剤(例えば、着色剤、離型剤、電荷制御剤、及び磁性粉)を含有してもよい。
トナーコアでは、一般的に、成分の大部分(例えば、85質量%以上)を結着樹脂が占める。このため、結着樹脂の性質がトナーコア全体の性質に大きな影響を与えると考えられる。例えば、結着樹脂がエステル基、水酸基、エーテル基、酸基、又はメチル基を有する場合には、トナーコアはアニオン性になる傾向が強くなり、結着樹脂がアミノ基又はアミド基を有する場合には、トナーコアはカチオン性になる傾向が強くなる。結着樹脂が強いアニオン性を有するためには、結着樹脂の水酸基価(測定方法:JIS(日本工業規格)K0070−1992)及び酸価(測定方法:JIS(日本工業規格)K0070−1992)がそれぞれ10mgKOH/g以上であることが好ましく、20mgKOH/g以上であることがより好ましい。
トナーコアは、着色剤を含有してもよい。着色剤としては、トナーの色に合わせて公知の顔料又は染料を用いることができる。トナーを用いて高画質の画像を形成するためには、着色剤の使用量が、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く、3質量部以上10質量部以下であることがより好ましい。
トナーコアは、離型剤を含有してもよい。離型剤は、例えば、トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させる目的で使用される。トナーコアのアニオン性を強めるためには、アニオン性を有するワックスを用いてトナーコアを作製することが好ましい。トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させるためには、離型剤の使用量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましく、5質量部以上20質量部以下であることがより好ましい。
トナーコアは、電荷制御剤を含有してもよい。電荷制御剤は、例えば、トナーの帯電安定性又は帯電立ち上がり特性を向上させる目的で使用される。トナーの帯電立ち上がり特性は、短時間で所定の帯電レベルにトナーを帯電可能か否かの指標になる。
トナーコアは、磁性粉を含有してもよい。磁性粉としては、例えば、鉄(より具体的には、フェライト又はマグネタイト等)、強磁性金属(より具体的には、コバルト又はニッケル等)、鉄及び/又は強磁性金属を含有する合金、強磁性化処理(より具体的には、熱処理等)が施された強磁性合金、又は二酸化クロムを好適に使用できる。1種類の磁性粉を単独で使用してもよいし、複数種の磁性粉を併用してもよい。
シェル層は、粒状感のない膜であってもよいし、粒状感のある膜であってもよい。シェル層を形成するための材料として樹脂粒子を使用した場合、材料(樹脂粒子)が完全に溶けて膜状の形態で硬化すれば、シェル層として、粒状感のない膜が形成されると考えられる。他方、材料(樹脂粒子)が完全に溶けずに膜状の形態で硬化すれば、シェル層として、樹脂粒子が2次元的に連なった形態を有する膜(粒状感のある膜)が形成されると考えられる。
本実施形態に係るトナーでは、トナー粒子の表層部が1種以上の疎水性塩を含有している。トナー粒子の表層部は、1種類の疎水性塩のみを含有していてもよいし、2種以上の疎水性塩を含有していてもよい。疎水性塩は、第1界面活性剤に由来する陽イオンと第2界面活性剤に由来する陰イオンとがイオン結合した化合物である。第1界面活性剤に由来する陽イオンとしては、4級アンモニウムカチオン(NR4 +)を有する陽イオンが好ましい。第2界面活性剤に由来する陰イオンとしては、硫酸アニオン基(−OSO3 -)又はスルホン酸アニオン基(−SO3 -)を有する陰イオンが好ましい。トナー粒子の表層部に疎水性塩を好適に合成するためには、例えば、4級アンモニウムカチオン(NR4 +)と硫酸アニオン基(−OSO3 -)又はスルホン酸アニオン基(−SO3 -)とのイオン結合により疎水性塩が合成されることが好ましい。
トナー母粒子の表面に外添剤を付着させてもよい。外添剤は、例えばトナーの流動性又は取扱性を向上させるために使用される。トナーの流動性又は取扱性を向上させるためには、外添剤の使用量は、トナー母粒子100質量部に対して、0.5質量部以上10質量部以下であることが好ましい。また、トナーの流動性又は取扱性を向上させるためには、外添剤の粒子径は0.01μm以上1.0μm以下であることが好ましい。
以下、上記構成を有するトナーを製造する方法の一例について説明する。まず、アニオン性を有するトナーコアを準備する。続けて、水性媒体中にトナーコアとシェル材料とアニオン界面活性剤とを入れる。その後、水性媒体を攪拌するなどして、シェル材料を水性媒体に溶解又は分散させることが好ましい。続けて、水性媒体中でシェル材料を反応(例えば、重合反応)させて、シェル層(硬化した膜)をトナーコアの表面に形成する。その結果、トナー母粒子が得られる。続けて、水性媒体中にカチオン界面活性剤を入れて、カチオン界面活性剤を、トナー母粒子の表面に付着したアニオン界面活性剤とイオン結合させることにより、トナー母粒子の表面で疎水性塩を合成する。その結果、表層部に疎水性塩を含有するトナー母粒子が得られる。
好適なトナーコアを容易に得るためには、凝集法又は粉砕法によりトナーコアを製造することが好ましく、粉砕法によりトナーコアを製造することがより好ましい。
水性媒体として、例えばイオン交換水を準備する。続けて、例えば塩酸を用いて液のpHを所定のpH(以下、調整pHと記載する)に調整する。シェル層の形成を促進するためには、調整pHは、3以上5以下(弱酸性)であることが好ましい。
示差走査熱量計(セイコーインスツル株式会社製「DSC−6220」)を用いて、試料(例えば、樹脂)の吸熱曲線を求めた。続けて、得られた吸熱曲線から試料のTg(ガラス転移点)を読み取った。得られた吸熱曲線中の比熱の変化点(ベースラインの外挿線と立ち下がりラインの外挿線との交点)の温度が、試料のTg(ガラス転移点)に相当する。
高化式フローテスター(株式会社島津製作所製「CFT−500D」)に試料(例えば、樹脂)をセットし、ダイス細孔径1mm、プランジャー荷重20kg/cm2、昇温速度6℃/分の条件で、1cm3の試料を溶融流出させて、試料のS字カーブ(横軸:温度、縦軸:ストローク)を求めた。続けて、得られたS字カーブから試料のTm(軟化点)を読み取った。得られたS字カーブにおいて、ストロークの最大値をS1とし、低温側のベースラインのストローク値をS2とすると、S字カーブ中のストロークの値が「(S1+S2)/2」となる温度が、試料のTm(軟化点)に相当する。
(トナーコアの作製)
低粘度ポリエステル樹脂(Tg=38℃、Tm=65℃)750gと、中粘度ポリエステル樹脂(Tg=53℃、Tm=84℃)100gと、高粘度ポリエステル樹脂(Tg=71℃、Tm=120℃)150gと、カルナバワックス(株式会社加藤洋行製「カルナウバワックス1号」)55gと、着色剤(DIC株式会社製「KET BLUE 111」、フタロシアニンブルー)40gとを、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて回転速度2400rpmで混合した。
温度計及び攪拌羽根を備えた容量1Lの3つ口フラスコをウォーターバスにセットし、フラスコ内にイオン交換水875mLとアニオン界面活性剤(花王株式会社製「ラテムル(登録商標)WX」、成分:ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム、固形分濃度:26質量%)75mLとを入れた。その後、ウォーターバスを用いてフラスコ内の温度を80℃に保った。続けて、80℃のフラスコ内容物に2種類の液(第1の液及び第2の液)をそれぞれ5時間かけてフラスコ内に滴下した。第1の液は、スチレン17mLとアクリル酸ブチル3mLとの混合液であった。第2の液は、過硫酸カリウム0.5gをイオン交換水30mLに溶かした溶液であった。続けて、フラスコ内の温度を80℃にさらに2時間保って、フラスコ内容物を重合させた。その結果、樹脂微粒子(疎水性樹脂)のサスペンション(以下、サスペンションAと記載する)が得られた。得られたサスペンションAに含まれる樹脂微粒子に関して、個数平均粒子径は32nmであり、ガラス転移点(Tg)は71℃であった。
温度計及び攪拌羽根を備えた容量1Lの3つ口フラスコをウォーターバスにセットし、フラスコ内にイオン交換水450mLを入れた。その後、ウォーターバスを用いてフラスコ内の温度を30℃に保った。続けて、フラスコ内に150mLのサスペンションAと、前述の手順で作製したトナーコア300gと、アニオン界面活性剤(花王株式会社製「エマール(登録商標)10PT」、成分:ラウリル硫酸ナトリウム)1.5gとを添加した。続けて、フラスコ内容物を回転速度200rpmで1時間攪拌した。続けて、フラスコ内に、イオン交換水300mLを添加した。
上記のようにして得られたトナー母粒子の分散液を、ブフナー漏斗を用いてろ過(固液分離)して、ウェットケーキ状のトナー母粒子を得た。その後、得られたウェットケーキ状のトナー母粒子をイオン交換水に再分散させた。さらに、分散とろ過とを5回繰り返して、トナー母粒子を洗浄した。
続けて、得られたトナー母粒子を、濃度50質量%のエタノール水溶液に分散させた。これにより、トナー母粒子のスラリーが得られた。続けて、連続式表面改質装置(フロイント産業株式会社製「コートマイザー(登録商標)」)を用いて、熱風温度45℃かつブロアー風量2m3/分の条件で、スラリー中のトナー母粒子を乾燥させた。その結果、トナー母粒子の粉体が得られた。
続けて、得られたトナー母粒子を外添処理した。詳しくは、トナー母粒子100質量部と乾式シリカ微粒子(日本アエロジル株式会社製「REA90」)1.0質量部とを、容量10LのFMミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて5分間混合することにより、トナー母粒子の表面に外添剤(シリカ粒子)を付着させた。その後、得られたトナーを、200メッシュ(目開き75μm)の篩を用いて篩別した。その結果、多数のトナー粒子を含むトナーAが得られた。
トナーBの製造方法は、シェル層形成工程において、アニオン界面活性剤(エマール10PT)1.5gの代わりにアニオン界面活性剤(花王株式会社製「エマール20C」、成分:ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム)2.1gを使用した以外は、トナーAの製造方法と同じであった。
トナーCの製造方法は、シェル層形成工程において、アニオン界面活性剤(エマール10PT)1.5gの代わりにアニオン界面活性剤(花王株式会社製「ネオペレックス(登録商標)G−25」、成分:ラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウム)0.8gを使用した以外は、トナーAの製造方法と同じであった。
トナーDの製造方法は、シェル層形成工程において、カチオン界面活性剤(コータミンD86P)1.4gの代わりにカチオン界面活性剤(花王株式会社製「コータミン24P」、成分:ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド)1.1gを使用した以外は、トナーAの製造方法と同じであった。
トナーEの製造方法は、シェル層形成工程において、カチオン界面活性剤(コータミンD86P)1.4gの代わりにカチオン界面活性剤(花王株式会社製「コータミン86W」、成分:ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド)1.2gを使用した以外は、トナーAの製造方法と同じであった。
トナーFの製造方法は、シェル層形成工程において、カチオン界面活性剤(コータミン86W)の使用量を1.2gから0.01gに変更した以外は、トナーEの製造方法と同じであった。
トナーFの製造方法は、シェル層形成工程において、カチオン界面活性剤(コータミン86W)の使用量を1.2gから2.4gに変更した以外は、トナーEの製造方法と同じであった。
トナーHの製造方法は、シェル層形成工程において、カチオン界面活性剤(コータミンD86P)1.4gを使用しなかった以外は、トナーAの製造方法と同じであった。
トナーIの製造方法は、シェル層形成工程において、アニオン界面活性剤(エマール10PT)1.5gの代わりにカチオン界面活性剤(花王株式会社製「コータミンD86P」、成分:ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド)1.4gを使用した以外は、トナーAの製造方法と同じであった。
トナーJの製造方法は、シェル層形成工程において、アニオン界面活性剤(エマール10PT)1.5gの代わりにカチオン界面活性剤(花王株式会社製「コータミン24P」、成分:ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド)1.4gを使用した以外は、トナーAの製造方法と同じであった。
トナーKの製造方法は、シェル層形成工程において、カチオン界面活性剤(コータミンD86P)の使用量を1.4gから2.8gに変更した以外は、トナーAの製造方法と同じであった。
トナーLの製造方法は、シェル層形成工程において、カチオン界面活性剤(コータミンD86P)1.4gの代わりにカチオン界面活性剤(花王株式会社製「コータミン24P」、成分:ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド)2.8gを使用した以外は、トナーAの製造方法と同じであった。
各試料(トナーA〜L)の評価方法は、以下の通りである。
分散機(株式会社シンキー製「ARE−310」)の容器に、試料(トナー)2gとメタノール20gとを入れて、容器内容物の温度を25℃に保った。続けて、分散機を用いて、容器内容物について30分間の分散処理を行った。その結果、試料を含む分散液が得られた。
・示差屈折率検出器:昭和電工株式会社製の「Shodex RI(登録商標)」
・検出波長:254nm
・カラム:昭和電工株式会社製の「Asahipak(登録商標)GF−310 HQ」
・カラム温度:40℃
・溶離液:モル濃度50mMのNaNO3水溶液とアセトニトリル(CH3CN)との混合溶媒(混合比は、体積比で50/50であった)
・流量:1.0mL/分
・注入量:50μL
試料(トナー)2gを容量20mLのポリエチレン製容器に入れて、その容器を、60℃に設定された恒温器内に3時間静置した。これにより、容器内に評価用トナーが調製された。
凝集度(質量%)=100×篩上の残留トナーの質量/篩別前のトナーの質量
現像剤用キャリア(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製の「TASKalfa5550ci」用キャリア)100質量部と、試料(トナー)10質量部とを、ボールミルを用いて30分間混合し、評価用現像剤(2成分現像剤)を調製した。
定着性の評価と同様の手法により、評価用現像剤(2成分現像剤)を調製した。評価機としては、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製「FS−C5400DN」)を用いた。評価用現像剤を評価機の現像器に投入し、評価機のトナーコンテナに試料(補給用トナー)を投入した。
試料(トナー)の電荷減衰定数は、静電気拡散率測定装置(株式会社ナノシーズ製「NS−D100」)を用いて、JIS(日本工業規格)C 61340−2−1−2006に準拠した方法で測定した。以下、トナーの電荷減衰定数の測定方法について詳述する。
表2に、トナーA〜Lの各々の評価結果を示す。なお、疎水性塩含有量の測定結果は、表1に示している。
Claims (7)
- 複数のトナー粒子を含む静電潜像現像用トナーであって、
前記トナー粒子の表層部は、第1界面活性剤に由来する陽イオンと第2界面活性剤に由来する陰イオンとがイオン結合した疎水性塩を、1種以上含有し、
前記複数のトナー粒子のそれぞれは、トナーコアと、前記トナーコアの表面に形成されたシェル層とを備え、前記シェル層の表層部は、前記疎水性塩を含有し、
前記シェル層は、スチレン及びアクリル酸ブチルに由来する樹脂からなり、
前記トナーコアは、ガラス転移点の異なる3種類のポリエステル樹脂を含有し、
前記トナーの質量に対する前記1種以上の疎水性塩の総質量の割合が1ppm以上5000ppm以下である、静電潜像現像用トナー。 - 前記疎水性塩の少なくとも1種は、4級アンモニウムカチオンと硫酸アニオン基又はスルホン酸アニオン基とがイオン結合した化合物である、請求項1に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記第1界面活性剤は、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、又はステアリルトリメチルアンモニウムクロライドである、請求項1又は2に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記第2界面活性剤は、ラウリル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、又はラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウムである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記トナーの質量に対する前記1種以上の疎水性塩の総質量の割合が1ppm以上1000ppm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記シェル層を構成する前記樹脂のガラス転移点は、71℃である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記3種類のポリエステル樹脂のガラス転移点は、それぞれ、38℃、53℃及び71℃である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の静電潜像現像用トナー。
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