JP6481528B2 - 静電潜像現像用トナー - Google Patents
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Description
以下、トナー母粒子11について説明する。トナー母粒子11は、結着樹脂と、着色剤とを少なくとも含有する。トナー母粒子11は、必要に応じて、離型剤、電荷制御剤、磁性粉の1種以上を含有してもよい。ただし、トナーの用途に応じて必要のない成分(例えば、離型剤、電荷制御剤、又は磁性粉)を割愛してもよい。
結着樹脂は、トナーの調製に用いられる結着樹脂である限り、特に限定されない。結着樹脂としては、トナーの定着性を向上させるという観点から、熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂の好適な例としては、スチレン系樹脂、アクリル酸系樹脂、スチレンアクリル酸系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ビニルエーテル樹脂、N−ビニル化合物系樹脂、又はスチレンブタジエン樹脂が挙げられる。結着樹脂中での着色剤の分散性、トナーの帯電性、及びトナーの定着性を向上させるためには、結着樹脂がポリエステル樹脂であることがより好ましい。以下、ポリエステル樹脂について説明する。
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が用いられる。着色剤の使用量は、100質量部の結着樹脂に対して、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15質量部以下であることがより好ましい。
トナー母粒子11は、黒色着色剤を含有してもよい。黒色着色剤は、例えば黒色顔料、又は黒色染料が挙げられる。黒色顔料の具体例としては、カーボンブラックが挙げられる。後述するイエロー着色剤、マゼンタ着色剤、及びシアン着色剤を用いて黒色に調色された黒色着色剤を使用してもよい。
トナー母粒子11は、カラー着色剤を含有してもよい。カラー着色剤の例としては、イエロー着色剤、マゼンタ着色剤、又はシアン着色剤が挙げられる。
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、100質量部の結着樹脂に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましく、2質量部以上20質量部以下であることがより好ましい。
電荷制御剤は、例えば、帯電レベル、及び帯電立ち上がり特性を向上させる目的で使用される。また、耐久性及び安定性に優れたトナーを得る目的で使用される。帯電立ち上がり特性は、短時間で所定の帯電レベルに帯電可能か否かの指標である。
磁性粉の例としては、鉄、強磁性金属、鉄及び/又は強磁性金属を含む合金、鉄及び/又は強磁性金属を含む化合物、強磁性化処理を施された強磁性合金、あるいは二酸化クロムが挙げられる。鉄の例としては、フェライト、又はマグネタイトが挙げられる。強磁性金属の例としては、コバルト、又はニッケルが挙げられる。強磁性化処理の例としては、熱処理が挙げられる。
トナー母粒子11の製造方法の例としては、凝集法、又は粉砕法が挙げられる。凝集法は、粉砕法よりも、円形度の高いトナー母粒子11を製造し易い。また、凝集法は、均一な形状及び粒子径を有するトナー母粒子11を製造し易い。一方、粉砕法は、凝集法よりも簡便にトナー母粒子11を製造できる。
以下、粉砕法の一例を説明する。まず、結着樹脂、着色剤、及び必要に応じて含有される成分(例えば、電荷制御剤、離型剤、及び磁性粉)を混合する。続けて、得られた混合物を溶融し混練する。続けて、得られた溶融混練物を粉砕し分級する。これにより、所望の粒子径を有するトナー母粒子11を得る。
次に、凝集法の一例を説明する。まず、結着樹脂の微粒子、着色剤の微粒子、及び必要に応じて含有される各成分(例えば、電荷制御剤、離型剤、及び磁性粉)の微粒子を水性媒体中で凝集させて、凝集粒子を得る。続けて、得られた凝集粒子を加熱して、凝集粒子に含まれる成分を合一化させる。これにより、トナー母粒子11が得られる。
外添剤に含まれる外添剤粒子12をトナー母粒子11に付着させることにより、トナー粒子10が得られる。外添剤は、外添剤粒子12を複数含む。以下、図2を参照して、外添剤粒子12について説明する。図2は、本実施形態に係るトナーにおいて、トナー粒子10が有する外添剤粒子12を示す断面図である。
外添剤粒子12は、例えば、スペーサー粒子として使用される。スペーサー粒子は、例えば、トナー粒子10同士が直接接触することにより生じるストレス(摩擦)を低減させる目的で使用される。スペーサー粒子は、例えば、トナーの流動性、凝集性及び耐久性を向上させる目的でも使用される。外添剤粒子12は、第一粒子1と、複数の第二粒子2と、被覆層3とを有する。第二粒子2は、第一粒子1の表面に備えられる。被覆層3は、第二粒子2が備えられた第一粒子1を更に被覆する。
第一粒子1は、例えば、樹脂粒子である。樹脂粒子の例としては、スチレン樹脂粒子、スチレンアクリル樹脂粒子、ビニル樹脂粒子、ポリエステル樹脂粒子、ウレタン樹脂粒子、アクリルニトリル樹脂粒子、又はアクリルアミド樹脂粒子が挙げられる。
第二粒子2が第一粒子1の表面に備えられることにより、外添剤粒子12の表面に凹凸が形成される傾向にある。外添剤粒子12の表面に凹凸が形成されると、外添剤粒子12がトナー母粒子11から脱離し難くなる。
外添剤粒子12が被覆層3を有することにより、第一粒子1からの第二粒子2の脱離、及び第一粒子1への第二粒子2の埋没が抑制され易くなる。その結果、外添剤粒子12の表面の形状(凹凸)が維持され易くなる。その結果、外添剤粒子12がトナー母粒子11から脱離し難くなる。また、被覆層3が疎水性を有する場合には、被覆層3を形成することにより、外添剤粒子12の疎水化処理を同時に行うこともできる。
以下、外添剤粒子12の製造方法の一例を説明する。なお、効率的に外添剤粒子12を形成するためには、多量の外添剤粒子12を同時に形成することが好ましい。
混合工程では、例えば、混合機(例えば、FMミキサー又はナウターミキサー(登録商標))を用いて、第一粒子1と第二粒子2とを混合する。これにより、第二粒子2が表面に備えられた第一粒子1が得られる。第一粒子1と第二粒子2との混合は、第二粒子2が第一粒子1の表面に埋没しないような条件で行われることが好ましい。このような条件としては、例えば、混合機の回転数3500rpm、及び混合時間3分間が挙げられる。これにより、第二粒子2の一部を第一粒子1の表面から露出させることができる。
被覆層形成工程では、第二粒子2が表面に備えられた第一粒子1を、被覆層3で被覆する。被覆層3を形成する方法としては、反応法と溶液塗布法が挙げられる。反応法では、第二粒子2を表面に備える第一粒子1を分散させた溶媒中で、被覆層3の材料を反応(重合)させて、第二粒子2を表面に備える第一粒子1に被覆層3を形成する。溶液塗布法では、被覆層3の材料を溶解させた溶液を、第二粒子2を表面に備える第一粒子1に塗布した後、溶媒を除去することで、第二粒子2を表面に備える第一粒子1に被覆層3を形成する。
洗浄工程では、外添剤粒子12を洗浄する。外添剤粒子12の洗浄には、例えば水が用いられる。外添剤粒子12の洗浄方法の好適な例としては、次の2つの方法が挙げられる。第一の方法は、外添剤粒子12の分散液をろ過して、ウェットケーキ状の外添剤粒子12を回収し、得られたウェットケーキ状の外添剤粒子12を水を用いて洗浄する方法である。第二の方法は、外添剤粒子12の分散液において外添剤粒子12を沈降させ、上澄み液を水と置換し、置換後に液中の外添剤粒子12を水に再分散させる方法である。
洗浄工程の後、外添剤粒子12を乾燥する。外添剤粒子12の乾燥方法の好適な例としては、スプレードライヤー、流動層乾燥機、真空凍結乾燥器、又は減圧乾燥機のような乾燥機を用いる方法が挙げられる。
トナー粒子10は、必要に応じて、外添剤粒子12を含む外添剤とは異なる外添剤(その他の外添剤)を含んでもよい。その他の外添剤は、例えば、トナーの流動性を向上させる目的、又は像担持体をトナーにより研磨し易くする目的で使用される。
トナー母粒子11の表面に外添剤粒子12を付着させる(外添する)ことで、トナー粒子10が製造される。外添方法の好適な例としては、トナー母粒子11に外添剤粒子12が埋め込まれないような条件で、混合機(例えば、日本コークス工業株式会社製のFMミキサー、又はホソカワミクロン株式会社製のナウターミキサー(登録商標))を用いて、トナー母粒子11と外添剤粒子12とを混合する方法が挙げられる。
本実施形態のトナーは、キャリアと混合して二成分現像剤として使用してもよい。二成分現像剤を調製する場合、磁性キャリアを用いることが好ましい。
第一粒子、第二粒子、外添剤粒子、及びトナー母粒子の体積中位径D50、及び数平均一次粒子径は、精密粒度分布測定装置(ベックマン・コールター株式会社製「コールターカウンターマルチサイザー3」)を用いて測定した。なお、体積中位径D50は、コールターカウンター法により測定された体積基準のメディアン径である。
スチレンアクリル樹脂粒子(試料)のガラス転移点は以下のように測定した。示差走査熱量計(DSC)(セイコーインスツル株式会社製「DSC−6220」)を用いて試料の吸熱曲線を測定した。試料10mgをアルミパン中に入れた。リファレンスとして空のアルミパンを使用した。測定温度範囲25℃以上200℃以下、昇温速度10℃/分という条件で、試料の吸熱曲線を測定した。得られた吸熱曲線(詳しくは、試料の比熱の変化点)から試料のガラス転移点を求めた。
スチレンアクリル樹脂粒子(試料)の軟化点を以下のように測定した。試料を高化式フローテスター(株式会社島津製作所製「CFT−500D」)にセットした。ダイス細孔径1mm、プランジャー荷重20kg/cm2、及び昇温速度6℃/分という条件で、1cm3の試料を溶融し流出させた。これにより、温度(℃)/ストローク(mm)に関するS字カーブを得た。得られたS字カーブから、試料の軟化点を読み取った。具体的には、得られたS字カーブに関して、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とした。ストロークの値が(S1+S2)/2となる温度を、試料の軟化点とした。これにより、試料の軟化点を求めた。
外添剤粒子の被覆層の厚さは、以下のように測定した。外添剤粒子の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子株式会社製「JSM−7600F」)を用いて観察し、TEM撮影像を得た。得られたTEM撮影像を市販の画像解析ソフトウェア(三谷商事株式会社製「WinROOF」)を用いて解析した。詳しくは、外添剤粒子の断面の略中心で直交する2本の直線を引き、これら2本の直線上の、被覆層と交差する4箇所の長さを測定した。このようにして測定される4箇所の長さの平均値を、1個の外添剤粒子が備える被覆層の厚さとした。このような被覆層の厚さの測定を、10個の外添剤粒子に対して行った。これにより10個の外添剤粒子がそれぞれ備える被覆層の厚さの平均値を求めた。10個の外添剤粒子がそれぞれ備える被覆層の厚さの平均値の和を、10で除算した。算出された値を、外添剤粒子が備える被覆層の厚さとした。
ろ液の導電率は、電気伝導率計(株式会社堀場製作所製「Horiba COND METER ES−51」)を用いて測定した。
以下のようにして、外添剤粒子A〜Fを調製した。
第一粒子として、スチレンアクリル樹脂粒子(日本ペイント株式会社製「ファインスフェアFS−102」、体積中位径(D50)0.1μm)を使用した。第二粒子として、乾式シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)REA90」、BET比表面積90m2/g、体積中位径(D50)20nm)を使用した。第一粒子100gと、第二粒子1gとを、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、回転数3500rpmで3分間混合した。これにより、第一粒子の表面に第二粒子を付着させた。
第一粒子として、スチレンアクリル樹脂粒子(日本ペイント株式会社製「ファインスフェアFS−102」、体積中位径(D50)0.1μm)を使用した。第二粒子として、乾式シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)REA90」、BET比表面積90m2/g、体積中位径(D50)20nm)を使用した。第一粒子100gと、第二粒子1gとを、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、回転数3500rpmで3分間混合した。これにより、第一粒子の表面に第二粒子を付着させた。
第一粒子として、スチレンアクリル樹脂粒子(日本ペイント株式会社製「ファインスフェアFS−102」、体積中位径(D50)0.1μm)を使用した。第二粒子として、乾式シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)REA90」、BET比表面積90m2/g、体積中位径(D50)20nm)を使用した。第一粒子100gと、第二粒子1gとを、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、回転数3500rpmで3分間混合した。これにより、第一粒子の表面に第二粒子を付着させた。
以下のようにして、樹脂粒子である外添剤粒子Dを調製した。攪拌装置、冷却管、及び温度センサーを備えた容積1000mLの反応器に、蒸留水450mL、及びドデシルアンモニウムクロライド0.52gを投入した。反応器の内容物を、窒素気流下で攪拌しながら80℃まで昇温させた。反応器の内容物に、1質量%過硫酸カリウム水溶液120gを添加した。次に、アクリル酸ブチル15g、メタクリル酸メチル165g、及びn−オクチルメルカプタン3.6gの混合液を、1.5時間かけて反応器の内容物に添加した。反応器の内容物を、更に2時間保持した。これにより、重合反応を完結させた。重合反応終了後、反応器の内容物を室温まで冷却して、重合体の分散液を得た。重合体の分散液を乾燥して、重合体(樹脂粒子である外添剤粒子D)を得た。得られた外添剤粒子Dの体積中位径D50は、120nmであった。
以下のようにして、シリカ粒子である外添剤粒子Eを調製した。容器内に、微粉砕された珪石シリカと、還元剤としての炭素粉末と、水とを投入した。容器の内容物を混合し、混合原料を得た。得られた混合原料を、焼却炉を用いて約1800℃で熱処理した。これにより、混合原料から二酸化ケイ素(SiO2)ガスを発生させた。発生した二酸化ケイ素ガスを、冷却空気(流量:80m3/時間)を用いて強制冷却することにより、シリカ微粒子を析出させた。析出したシリカ微粒子を、バグフィルターを用いて捕集し、シリカ微粒子を得た。得られたシリカ微粒子に対し、アミノプロピルエトキシシラン及びシリコーンオイルを加えた。混合物を加熱することにより、固形物を得た。得られた固形物を、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて解砕した。これによりシリカ粒子である外添剤粒子Eを得た。外添剤粒子Eの数平均一次粒子径は、100nmであった。
以下のようにして、第一粒子と第二粒子とを備える(被覆層を備えない)外添剤粒子Fを調製した。第一粒子として、スチレンアクリル樹脂粒子(日本ペイント株式会社製「ファインスフェアFS−102」、体積中位径(D50)0.1μm)を使用した。第二粒子として、乾式シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)REA90」、BET比表面積90m2/g、体積中位径(D50)20nm)を使用した。第一粒子100gと、第二粒子1gとを、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、回転数3500rpmで3分間混合した。これにより、第一粒子の表面に第二粒子を付着させた。これにより、外添剤粒子Fを得た。得られた外添剤粒子Fの体積中位径D50は、122nmであった。
調製した外添剤粒子A〜Fの何れかと、トナー母粒子と、その他の外添剤とを用いて、トナーを調製した。
トナー母粒子の原料として、以下の結着樹脂、着色剤、電荷制御剤、及び離型剤を使用した。
結着樹脂 :ポリエステル樹脂(日本合成化学工業株式会社製「ポリエスター(登録商標)HP−313」)
着色剤 :カーボンブラック(三菱化学株式会社製「MA−100」)
電荷制御剤:BONTRON(登録商標)N−71(オリエント化学工業株式会社製)
離型剤 :カルナバワックス(東亜化成株式会社製)
トナー母粒子100.0質量部、乾式シリカ微粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)REA200」、正帯電性のシリカ微粒子)1.0質量部、酸化チタン粒子(テイカ株式会社製「MT−500B」、親水処理されていない酸化チタン微粒子)1.0質量部、及び外添剤粒子A〜Fの何れか1.0質量部を、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、回転数3500rpmで5分間混合した。これにより、トナーを得た。
得られたトナーと、キャリアとを用いて、現像剤を調製した。
キャリアは、以下のように調製した。キャリアコアとして、フェライト粒子(パウダーテック株式会社製「F51−50」、粒子径50μm)を使用した。エポキシ樹脂(三菱化学株式会社製「jER(登録商標)1004」)2kgを、アセトン20Lに溶解させた。得られた溶液に、ジエチレントリアミン100gと無水フタル酸150gとを添加し混合した。得られた混合液を、流動層コーティング装置(フロイント産業株式会社製「スパイラフロー(登録商標)SFC−5」)を用いて、80℃の熱風を送り込みながら、キャリアコア10kgにスプレーした。その結果、キャリアコアが、未硬化の有機層(流動層)で被覆された。未硬化の有機層(流動層)で被覆されたキャリアコアを、乾燥機を用いて、180℃で1時間加熱した。これにより、流動層を硬化させた。その結果、キャリアコアと、キャリアコアを覆う樹脂層(コート層)とを有するキャリアが得られた。
トナー9質量部と、キャリア100質量部とを、ボールミルを用いて均一に混合した。これにより、現像剤が得られた。
得られた現像剤を用いて、現像剤中のトナーの耐ダッシュマーク性を評価した。また、現像剤中のトナーのBET比表面積維持率、トナーの帯電量分布、形成される画像の画像濃度(ID)、及び形成される画像のかぶり濃度(FD)を測定した。
10000枚目に形成された画像Iを肉眼で観察し、ダッシュマークの発生の有無を確認した。ダッシュマークの発生の有無から、下記基準に従って、トナーの耐ダッシュマーク性を評価した。なお、外添剤粒子がトナー母粒子から脱離し易く、脱離した外添剤粒子の材料が像担持体の表面に付着し易い材料であるほど、形成される画像にダッシュマークが発生し易くなる。
○(良好):ダッシュマークが発生していなかった。
×(不良):ダッシュマークが発生していた。
画像Iの形成に使用していないトナーについて、トナーに含まれるトナー粒子のBET比表面積(A0)を測定した。次に、10000枚の用紙に画像Iを形成した後、評価機の現像器から現像剤を取り出した。取り出された現像剤に含まれるトナー粒子のBET比表面積(A1)を測定した。トナー粒子のBET比表面積A0とA1とは、BET比表面積測定装置(株式会社マウンテック製「全自動比表面積測定装置 Macsorb(登録商標)HM MODEL−1208」)を用いて測定した。測定されたBET比表面積A0とA1とから、式「BET比表面積維持率[%]=100×A1/A0」に従って、BET比表面積維持率を算出した。算出されたBET比表面積維持率を、下記評価基準に従って評価した。なお、トナー母粒子からの外添剤粒子の脱離、外添剤粒子における第一粒子からの第二粒子の脱離、及び外添剤粒子における第一粒子への第二粒子の埋没が引き起こされ易い程、BET比表面積維持率は低くなる傾向にある。
○(良好):BET比表面積維持率が85%以上である。
×(不良):BET比表面積維持率が85%未満である。
10000枚の用紙に画像Iを形成した後、評価機の現像ローラーに付着したトナーの帯電量分布を測定した。詳しくは、0.05MPaの窒素ガスを、評価機の現像ローラーに噴き付けた。これにより、評価機の現像ローラーに付着したトナーを、帯電量・粒子径分布測定機(ホソカワミクロン株式会社製「イースパートアナライザEST−3」)の測定部に流した。測定部では、+0.05kVの電圧を印加した。測定部を通過するトナーに含まれる3000個のトナー粒子について、各トナー粒子の帯電量Qと粒子径dとを、レーザードップラー法を用いて測定した。測定された各トナー粒子の帯電量Qと粒子径dとから、各々のトナー粒子について、粒子径あたりの帯電量(Q/d)を算出した。横軸に粒子径あたりの帯電量(Q/d)を、縦軸に対応する帯電量(Q/d)を有するトナー粒子の個数をプロットした。これにより、帯電量分布曲線を得た。得られた帯電量分布曲線から、トナーの帯電量分布の最頻値の1/4の頻度の幅を求めた。得られたトナーの帯電量分布の最頻値の1/4の頻度の幅を、下記評価基準に従って評価した。なお、トナーの帯電量分布の最頻値の1/4の頻度の幅が小さいほど、トナーの帯電量分布がシャープであることを示す。
○(良好):帯電量分布の最頻値の1/4の頻度の幅が0.80femtC/μm未満である。
×(不良):帯電量分布の最頻値の1/4の頻度の幅が0.80femtC/μm以上である。
10000枚の用紙に画像Iを形成した後、現像剤と評価機とを用いて、5000枚の用紙に画像IIを連続して形成した。画像IIは、印字率8%の画像部と、3個のソリッド画像部と、白紙部とを含んでいた。5000枚目に画像IIが形成された用紙の3個のソリッド画像部の画像濃度を各々、反射濃度計(サカタインクスエンジニアリング株式会社販売「RD914」)を用いて測定した。測定された3個の画像濃度の和を、3で除することにより、画像濃度の平均値を求めた。得られた平均値を、画像濃度の評価値とした。得られた画像濃度の評価値を、下記評価基準に基づいて評価した。
○(良好):画像濃度が1.20以上である。
×(不良):画像濃度が1.20未満である。
○(良好):かぶり濃度が0.007以下である。
×(不良):かぶり濃度が0.007超である。
2 第二粒子
3 被覆層
10 トナー粒子
11 トナー母粒子
12 外添剤粒子
Claims (4)
- トナー粒子を複数含む、静電潜像現像用トナーであって、
前記トナー粒子は、トナー母粒子と、複数の外添剤粒子とを有し、
前記トナー母粒子は、結着樹脂と、着色剤とを少なくとも含有し、
前記外添剤粒子は、
第一粒子と、
前記第一粒子の表面に備えられた複数の第二粒子と、
前記第二粒子が備えられた前記第一粒子を被覆する被覆層と
を有し、
前記第一粒子は、樹脂粒子であり、
前記第二粒子は、無機粒子であり、
前記第二粒子は、前記第一粒子と前記被覆層との間に位置し、
前記被覆層は、熱硬化性樹脂を含有する、静電潜像現像用トナー。 - 前記第二粒子は、前記第二粒子の一部が前記第一粒子の表面から露出するように、前記第一粒子の表面に備えられる、請求項1に記載の静電潜像現像用トナー。
- 前記無機粒子の含有量は、100質量部の前記樹脂粒子に対して、0.1質量部以上5質量部以下である、請求項1又は2に記載の静電潜像現像用トナー。
- トナー粒子を複数含む、静電潜像現像用トナーであって、
前記トナー粒子は、トナー母粒子と、複数の外添剤粒子とを有し、
前記トナー母粒子は、結着樹脂と、着色剤とを少なくとも含有し、
前記外添剤粒子は、
第一粒子と、
前記第一粒子の表面に備えられた複数の第二粒子と、
前記第二粒子が備えられた前記第一粒子を被覆する被覆層と
を有し、
前記第一粒子は、樹脂粒子であり、
前記第二粒子は、無機粒子であり、
前記第二粒子は、前記第一粒子と前記被覆層との間に位置し、
前記被覆層は、窒素含有熱硬化性樹脂を含有する、静電潜像現像用トナー。
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